TWI673642B - 以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法及利用其之圓形觸控顯示面板和資訊處理裝置 - Google Patents

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Abstract

一種以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法,係由一控制電路實現,包含:依複數個正六邊形電極的感測資料之和是否滿足大於一閾值判斷是否具有一觸摸點;在認定有所述觸摸點時,找出所述感測資料中的極大值點的位置座標;以該極大值點為中心點定義出一正六邊形觸碰區,該正六邊形觸碰區包含位於該中心點之一所述正六邊形電極及環繞該中心點之N圈所述正六邊形電極,N為正整數,並計算該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極之位置座標;以及以對應的感測電容值加權該正六邊形觸摸電極圖案內的各觸摸座標以獲得一重心座標。

Description

以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法及利用其之圓形觸控顯示面板和資訊處理裝置
本案係有關一種圓形觸控面板的觸摸座標計算方法,特別是關於一種以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法。
一般的觸控面板均具有一觸控晶片及以銦錫氧化物半導體透明導電膜製作的排列整齊的複數個電極圖案,且在加電後,每個所述電極圖案都對地形成一電場。也就是說,各所述電極圖案都可被近似為一個獨立的電容,而當一面板區域的一個或多個電極被一手指或一觸控筆觸及時,其對應電容值會產生變化,且所述觸控晶片是在感測到大於一閾值的一電容變化量時,認定發生了一觸摸事件,並據以產生一觸摸點的座標。
傳統的觸控面板幾乎都是矩形的,而其對應的觸摸電極圖案也是矩形或正方形(常見的圖案是2-4mm的正方形)。隨著物聯網、穿戴設備的出現,非矩形的異形屏的應用和需求已日漸旺盛。然而,當一異形屏設置複數個矩形或正方形的觸摸電極圖案時,其在觸摸感測的過程中會有訊噪比不足和觸控解析度不佳的問題。
一般而言,採用傳統的正方形觸摸電極圖案的觸控式螢幕,在觸摸點上最多會有4個相鄰的方形電極,所以當接觸點較小時,所述4個相鄰的方形電極的各個電極上的電容變化值會僅是最大電容變化值的25%,易受雜訊的影響。另外,傳統的觸控演算法通常採用兩個互相垂直方向的座標分解,也就是直角坐標系的X軸和Y軸。然而,當遇到一異形屏時,傳統的觸控演算法就需要根據該異形屏的最大橫向和最大縱向進行補償,而在電路設計上浪費了面積和功耗。
為解決上述問題,本領域亟需一新穎的觸摸感測方案。
本案之一目的在於提供一種以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法,其係藉由在一正六邊形電極區內,以對應的感測電容值加權該正六邊形電極區內的各觸摸座標而獲得一觸摸重心座標,從而提供一精確的觸控功能。
本案之另一目的在於提供一種圓形觸控顯示面板,其可藉由在一正六邊形電極區內,以對應的感測電容值加權該正六邊形電極區內的各觸摸座標而獲得一觸摸重心座標,從而提供一精確的觸控功能。
本案之又一目的在於提供一種資訊處理裝置,其可藉由在一圓形觸控顯示面板之一正六邊形電極區內,以對應的感測電容值加權該正六邊形電極區內的各觸摸座標而獲得一觸摸重心座標,從而提供一精確的觸控功能。
為達上述目的,一種以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法乃被提出,其係由一控制電路實現,且其包含以下步驟:
依複數個正六邊形電極的感測資料之和是否滿足大於一閾值判斷是否具有一觸摸點;
在認定有所述觸摸點時,找出所述感測資料中的極大值點和該極大值點的位置座標;
以該極大值點為中心點定義出一正六邊形觸碰區,該正六邊形觸碰區包含位於該中心點之一所述正六邊形電極及環繞該中心點之N圈所述正六邊形電極,N為正整數,及將該正六邊觸碰區內的多個所述正六邊形電極設定為一個電極群;以及
計算該電極群內的各個所述正六邊形電極在u、v、w坐標系內的位置座標, 加總該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極上的電容值與對應的所述位置座標的乘積以獲得一乘積和,再將該乘積和除以各所述電容值之和後獲得該觸摸點的重心座標。
在一實施例中,在計算各所述觸摸座標時,係以一U-V-W非垂直座標系統計算觸摸點座標,其中U軸、V軸和W軸的任兩軸相差120∘。
另外,本發明亦提出一種圓形觸控顯示面板,其具有一觸控顯示驅動電路及一觸控顯示模組,其中該觸控顯示驅動電路係用以驅動該觸控顯示模組,該觸控顯示模組具有一圓形顯示屏,且該觸控顯示驅動電路包含所述控制電路以實現所述以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法。
在可能的實施例中,該圓形觸控顯示面板可為一光學式觸控顯示面板、一電阻式觸控顯示面板、一電磁式觸控顯示面板、一聲波式觸控顯示面板或一電容式觸控顯示面板。
另外,本發明亦提出一種資訊處理裝置,其具有如前述之圓形觸控顯示面板以提供一精確的觸控功能。
在一實施例中,所述之資訊處理裝置係一物聯網裝置或一穿戴型裝置。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本創作之結構、特徵及其目的,茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
本發明的原理主要在於將一般的矩形或正方形的觸摸電極圖案改變成正六邊形的觸摸電極圖案,並以對應的感測電容值加權該觸摸電極圖案內的各觸摸座標以獲得一觸摸位置座標,其中,在計算各所述觸摸座標時,係將一般以X-Y垂直座標系統計算觸摸點座標的方式改為以U-V-W非垂直座標系統計算觸摸點座標,其中U軸、V軸和W軸的任兩軸相差120∘。依此,不僅可以提高對抗雜訊干擾的能力,而且有助於分辨更小的接觸點及辨識出更近距離的兩個觸摸點。
事實上,正六邊形觸摸電極圖案更適合目前出現的圓形、橢圓形等異形觸控面板。請一併參照圖1a及圖1b,其分別繪示在複數個整齊排列的正方形觸摸電極圖案上界定出與一圓形面板10對應的區域及在複數個整齊排列的正六邊形觸摸電極圖案上界定出與該圓形面板10對應的區域。如圖1a及圖1b所示,要填滿該圓心面板的範圍,正方形觸摸電極圖案需10x10個正方形電極11,而正六邊形觸摸電極圖案僅需要91個(61個完整正六邊和30個殘缺正六邊)正六邊形電極12。依此,若先不考慮殘缺正六邊的合併優化,採用正六邊形觸摸電極圖案的做法就已經節約了觸控晶片的採樣、轉換、存儲等相關電路面積了。另外,如果合理搭配其他圖案(例如正五邊形),也可以完成近似弧面、球面的效果。
觸摸電極圖案在加電後,同種電荷在這個邊界有限的的平板電容上會呈現出“非均勻”分佈,在總電荷不變的情況下,其具體的電荷分佈可以利用保角變換(conformal transformation)的計算公式獲得,且可以簡單的總結為:邊緣和尖角處的電荷量高於中心的電荷量,且尖角的電荷量高於邊緣的電荷量(這也符合尖端放電的原理)。然而,這種邊緣場的效應應當儘量避免。就面積相同的正六邊形和方形而言,正六邊形比方形更接近圓形,其上面各點更“均勻”的靠近圓心,而且也更避免了尖角。
在測試一觸控面板時,通常會採用直徑5mm的銅柱來測試觸控的效果,其接觸面積約為19.635mm ,接觸部分引起的電容變化值最大,然後在非接觸部分迅速衰減,其示意圖請參照圖2a,其中,圓形面板10上的被觸碰區係以顏色由深至淺代表電容變化值由大至小。
由於觸控對電極電容變化的影響正比於接觸面積在電極圖案內的投影面積。為了計算方便,本發明在此僅使用直徑5mm的銅柱面積來表示電容影響值。以同面積的正六邊形和正方形電極做比較,正六邊形和正方形電極的邊長之比是3.8:2.36。請一併參照圖2b及圖2c,其繪示直徑5mm的銅柱在正方形電極區和正六邊形電極區上的可能投影狀況,其中,可以觀察到當圓心落到相鄰的4個正方形電極11頂點的交界點時,銅柱投影區13同時作用於這4個正方形電極11,且其在單個電極上的影響力最弱,也是其有效信號最容易被雜訊干擾的情況。如果採用正六邊形電極12,銅柱投影區13對電極影響力最弱的情況是當圓心落在三個相鄰正六邊形電極12的頂點交界點上時,但此時其對單個電極的影響力仍比在正方形電極11的情況下對單個電極的影響力好,且在這兩種情況下,信號量變化大小的比值約為6.51:4.91。
為了方便表述,請參照圖3a,其繪示為方形電極區定義的垂直坐標軸分別是X軸和Y軸;以及圖3b,其繪示為正六邊形電極區定義的每隔2π/3的角度分佈的U軸、V軸和W軸,其中V軸與Y軸方向相反。X/Y與U/V/W之間座標變換公式如下: (一)由X/Y座標(x,y)轉成U/V/W座標(u,v,w): ,其中, eps為一極小的正實數,sign(x)為x的極性;以及 (二) 由U/V/W座標(u,v,w)轉成X/Y座標(x,y): 。其中,sign(p)為p的極性,取值結果為+1或者1,當p為0時,取結果為+1.其中q的取值為 非負的實數。 值得注意的是,因為(u,v,w)是在二維平面內平均分佈的三軸座標,所以有效的正六邊形座標都是u+v+w=0。
另外,本發明是在排列整齊的複數個正六邊形電極圖案中,以觸控面板正中心的那個正六邊形電極12被設定為第1個,然後從中心向面板邊緣開始擴散編碼,第一圈包含6個正六邊形電極12,按照順時針編碼,編號設定為第2到第7。第二圈包含12個正六邊形電極12,編號設定為第8到第19。如果假設圈數是r(ring),正六邊形電極12的個數h(hives)可由以下公式表示:
h=3xr^2 + 3xr +1,其中x代表乘法運算。
另外,任一正六邊形電極12的中心座標可以表示如下
[u,v,w]=[0,0,0]+ [1,-1/2,-1/2]xr + [1/2,1/2,-1]xr + [-1/2,1,-1/2]xr +                [-1,1/2,1/2]xr +                [-1/2,-1/2,1]xr +                [1/2,-1,1/2]xr
其中r ,r ,r ,r ,r ,r 都是非負整數。r圈內所有正六邊形電極12的座標點需要滿足的條件是:r +r +r +r +r +r =r,而第r圈的座標點還需要滿足的條件是:r +r =r,r +r =r,r +r =r,r +r =r,r +r =r,r +r =r。
依上述的正六邊形觸控電極的座標計算原理,本發明提出一種以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法,請參照圖4,其包含以下步驟:依複數個正六邊形電極的感測資料之和是否滿足大於一閾值判斷是否具有一觸摸點(步驟a);在認定有所述觸摸點時,找出所述感測資料中的極大值點和該極大值點的位置座標(步驟b);以該極大值點為一中心點定義出一正六邊形觸碰區,該正六邊形觸碰區包含位於一中心點之一所述正六邊形電極及環繞該中心點之N圈所述正六邊形電極,N為正整數,並計算該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極之位置座標(步驟c);以及加總該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極上的電容值與對應的所述位置座標的乘積以獲得一乘積和,再將該乘積和除以各所述電容值之和後獲得該觸摸點的重心座標(步驟d)。
也就是說,本發明係在拿到所有正六邊形觸控電極的感測資料後,先確認所述感測資料之和是否滿足大於一閾值的觸摸判斷條件來判斷是否具有一觸摸點;其次,在具有所述觸摸點時,找出所述感測資料中的極大值點和該極大值點的位置座標;再次,根據觸摸範圍大小的經驗值,從該極大值點向外圈畫出第1圈(請參照圖5a)、或第1圈和第2圈(請參照圖5b)或者第1圈、第2圈和第3圈(請參照圖5c),以形成一正六邊形電極圖案;最後,將該正六邊形電極圖案內各電極上的電容值與其位置的乘積之和除以各所述電容值之和後,由其商值獲得該觸摸點的座標位置。
在實際操作時,由於手指接觸到觸控面板的觸摸區域明顯接近圓形,也就是說發生電容值變化的區域是接近圓形的,而採用正六邊形的觸摸電極圖案,並且採用上面的計算方法後,圈畫出的六邊形區域更加近似圓形。因此,相較於傳統以方形電極和3x3、4x4或者5x5的方形區域擬合圓形,本發明可以更有效地判斷觸摸位置。
另外,在本發明的演算法中所得到的(u, v, w)座標位置,因為雜訊的引入,通常並不滿足u+v+w=0的條件。因此,可以分別選取座標中任意兩個值,利用座標轉換公式得到x、y的值,並在取得三組x、y值後取均值以進一步提高位置精度。
另外,本發明也比較了兩種觸摸電極圖案的方案在計算座標過程中受到雜訊影響的大小。請參照圖6a,其繪示模擬直徑0.5mm銅柱沿y=0.9x+1的函數曲線的移動,每次移動0.3mm,共計67個點的感測座標統計圖,其中,0.5mm的銅柱的面積投影是19.63,正方形電極的邊長是3.805mm,正六邊形的邊長是2.36mm,且所述67個點的每一個點均對應有在多個不同雜訊值影響下所獲得的多個不同感測座標。如果不特意施加雜訊,兩種電極方案的座標計算出的均方誤差都是每個點平均小於0.1mm。另外,請參照圖6b,其繪示在施加由-10dbw至-1dbw的高斯白色雜訊下,在正六邊形電極區和正方形電極區的模擬感測座標的誤差分佈比較圖,其中,如果施加-10dbw的高斯白色雜訊,正方形電極所產生的平均誤差大於0.2mm,而正六邊形電極所產生的平均誤差則小於0.2mm。兩種計算方案的計算誤差都隨著雜訊的加大而增加。但是也可以從模擬的結果中看到,正六邊形的觸摸電極方案對雜訊的抑制能力明顯好于傳統的正方形電極方案。而且因為正六邊形的電極圖案的組合陣列的結果也是正六邊形,比方形更接近圓形,更加適合圓形、橢圓形面板。
另外,依上述的說明,本發明進一步揭示一種圓形觸控顯示面板。請參照圖7,其繪示一種採用上述以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法之一圓形觸控顯示面板的方塊圖。如圖7所示,一圓形觸控顯示面板100具有一觸控顯示驅動電路110及一觸控顯示模組120,其中,該觸控顯示模組120具有一圓形顯示屏121,該觸控顯示驅動電路110係用以驅動該觸控顯示模組120以實現一觸控顯示功能,且該觸控顯示驅動電路110具有一控制電路111以實現上述之以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法,其中控制電路111係藉由一資訊處理單元111a及一記憶單元111b執行一程式以實現該以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法。由於以一觸控顯示驅動電路驅動一觸控顯示模組以實現一觸控顯示功能屬習知技術,故在此不擬對其原理做進一步敘述。
另外,圓形觸控顯示面板100可為由一光學式觸控顯示面板、一電阻式觸控顯示面板、一電磁式觸控顯示面板、一聲波式觸控顯示面板和一電容式觸控顯示面板所組成群組所選擇的一種觸控顯示面板。由於所述觸控顯示面板均為習知技術,故在此不擬對其做進一步敘述。
另外,依上述的說明,本發明進一步揭示一種資訊處理裝置。請參照圖8,其繪示一種採用圖7之圓形觸控顯示面板之一資訊處理裝置之方塊圖。如圖8所示,一資訊處理裝置200,可為一物聯網裝置或一穿戴型裝置,具有一圓形觸控顯示面板100,且由於圓形觸控顯示面板100採用上述之以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法,因此資訊處理裝置200乃可提供更精確的觸控功能。
藉由前述所揭露的設計,本發明乃具有以下的優點:
1、本發明的以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法可藉由在一正六邊形電極區內,以對應的感測電容值加權該正六邊形電極區內的各觸摸座標而獲得一觸摸重心座標,從而提供一精確的觸控功能。
2、本發明的圓形觸控顯示面板可藉由在一正六邊形電極區內,以對應的感測電容值加權該正六邊形電極區內的各觸摸座標而獲得一觸摸重心座標,從而提供一精確的觸控功能。
3、本發明的資訊處理裝置可藉由在一圓形觸控顯示面板之一正六邊形電極區內,以對應的感測電容值加權該正六邊形電極區內的各觸摸座標而獲得一觸摸重心座標,從而提供一精確的觸控功能。
本案所揭示者,乃較佳實施例之一種,舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者,俱不脫本案之專利權範疇。
步驟a‧‧‧依複數個正六邊形電極的感測資料之和是否滿足大於一閾值判斷是否具有一觸摸點
步驟b‧‧‧在認定有所述觸摸點時,找出所述感測資料中的極大值點和該極大值點的位置座標
步驟c‧‧‧以該極大值點為一中心點定義出一正六邊形觸碰區,該正六邊形觸碰區包含位於一中心點之一所述正六邊形電極及環繞該中心點之N圈所述正六邊形電極,N為正整數,並計算該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極之位置座標
步驟d‧‧‧加總該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極上的電容值與對應的所述位置座標的乘積以獲得一乘積和,再將該乘積和除以各所述電容值之和後獲得該觸摸點的位置座標
10‧‧‧圓形面板
11‧‧‧正方形電極
12‧‧‧正六邊形電極
13‧‧‧銅柱投影區
100‧‧‧圓形觸控顯示面板
110‧‧‧觸控顯示驅動電路
111‧‧‧控制電路
111a‧‧‧資訊處理單元
111b‧‧‧記憶單元
120‧‧‧觸控顯示模組
121‧‧‧圓形顯示屏
200‧‧‧資訊處理裝置
圖1a及圖1b分別繪示在複數個整齊排列的正方形觸摸電極圖案上界定出與一圓形面板對應的區域及在複數個整齊排列的正六邊形觸摸電極圖案上界定出與該圓形面板對應的區域。 圖2a繪示一銅柱在一觸摸電極區所產生之電容變化分布示意圖。 圖2b及圖2c繪示一銅柱在正方形電極區和正六邊形電極區上的可能投影狀況。 圖3a繪示為方形電極區定義的垂直坐標軸分別是X軸和Y軸。 圖3b繪示為正六邊形電極區定義的每隔2π/3的角度分佈的U軸、V軸和W軸,其中V軸與Y軸方向相反。 圖4繪示本發明之一種以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法的流程圖。 圖5a繪示從一中心正六邊形電極向外圈畫出第1圈所形成的一正六邊形電極圖案。 圖5b繪示從一中心正六邊形電極向外圈畫出第1圈和第2圈所形成的一正六邊形電極圖案。 圖5c繪示從一中心正六邊形電極向外圈畫出第1圈、第2圈和第3圈所形成的一正六邊形電極圖案。 圖6a繪示模擬一銅柱沿一斜線移動所產生的感測座標統計圖,其中該斜線的每一個取樣點都對應有在多個不同雜訊值影響下所產生的多個不同感測座標。 圖6b繪示在施加高斯白色雜訊下,在正六邊形電極區和正方形電極區的模擬感測座標的誤差分佈比較圖。 圖7繪示一種採用上述以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法之一圓形觸控顯示面板的方塊圖。 圖8繪示一種採用圖7之圓形觸控顯示面板之一資訊處理裝置之方塊圖。

Claims (8)

  1. 一種以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法,係由一控制電路實現,其包含以下步驟:依複數個正六邊形電極的感測資料之和是否滿足大於一閾值判斷是否具有一觸摸點;在認定有所述觸摸點時,找出所述感測資料中的極大值點和該極大值點的位置座標;以該極大值點為中心點定義出一正六邊形觸碰區,該正六邊形觸碰區包含位於該中心點之一所述正六邊形電極及環繞該中心點之N圈所述正六邊形電極,N為正整數,並計算該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極之位置座標;以及加總該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極上的電容值與對應的所述位置座標的乘積以獲得一乘積和,再將該乘積和除以各所述電容值之和後獲得該觸摸點的重心座標。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之以正六邊形電極圖案計算圓形觸控面板中的觸摸座標的方法,其中,在計算各所述觸摸座標時,係以一U-V-W非垂直座標系統計算觸摸點座標,其中U軸、V軸和W軸的任兩軸相差120°。
  3. 一種圓形觸控顯示面板,其具有一觸控顯示驅動電路及一觸控顯示模組,其中該觸控顯示驅動電路係用以驅動該觸控顯示模組,該觸控顯示模組具有一圓形顯示屏,且該觸控顯示驅動電路包含一控制電路以實現一種以正六邊形電極圖案計算該圓形顯示屏的觸摸座標的方法,該方法包含以下步驟:依複數個正六邊形電極的感測資料之和是否滿足大於一閾值判斷是否具有一觸摸點;在認定有所述觸摸點時,找出所述感測資料中的極大值點和該極大值點的位置座標;以該極大值點為中心點定義出一正六邊形觸碰區,該正六邊形觸碰區包含位於該中心點之一所述正六邊形電極及環繞該中心點之N圈所述正六邊形電極,N為正整數,並計算該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極之位置座標;以及加總該正六邊形觸碰區內各所述正六邊形電極上的電容值與對應的所述位置座標的乘積以獲得一乘積和,再將該乘積和除以各所述電容值之和後獲得該觸摸點的重心座標。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之圓形觸控顯示面板,其中,該控制電路在計算各所述觸摸座標時,係以一U-V-W非垂直座標系統計算觸摸點座標,其中U軸、V軸和W軸的任兩軸相差120°。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之圓形觸控顯示面板,其中,該圓形觸控顯示面板係由一光學式觸控顯示面板、一電阻式觸控顯示面板、一電磁式觸控顯示面板、一聲波式觸控顯示面板和一電容式觸控顯示面板所組成群組所選擇的一種觸控顯示面板。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之圓形觸控顯示面板,其中,該圓形觸控顯示面板係由一光學式觸控顯示面板、一電阻式觸控顯示面板、一電磁式觸控顯示面板、一聲波式觸控顯示面板和一電容式觸控顯示面板所組成群組所選擇的一種觸控顯示面板。
  7. 一種資訊處理裝置,其具有如申請專利範圍第3至6項中任一項所述之圓形觸控顯示面板以提供一觸控功能。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之資訊處理裝置,其係一物聯網裝置或一穿戴型裝置。
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