TWI698788B

TWI698788B - 感測裝置的訊號管線處理方法及感測裝置

Info

Publication number: TWI698788B
Application number: TW108121844A
Authority: TW
Inventors: 李尚禮
Original assignee: 李尚禮
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2020-07-11
Also published as: TW202101179A

Abstract

一種感測裝置的訊號處理方法，其包括在每個相位，進行一感測區的複數區間的一個讀取位置的觸控偵測程序以生成其感測訊號、暫存生成的感測訊號、進行生成的感測訊號的卷積計算以得到運算結果，並以運算結果取代對應的感測訊號。

Description

感測裝置的訊號管線處理方法及感測裝置

本發明是關於一種觸控感測技術，特別是關於一種感測裝置的訊號管線處理方法及感測裝置。

為了提升使用上的便利性，越來越多電子裝置使用觸碰螢幕(touch screen)作為操作介面，以讓使用者直接在觸碰螢幕上點選畫面來進行操作，藉此提供更為便捷且人性化的操作模式。觸控螢幕主要由提供顯示功能之顯示器以及提供觸控功能之感測裝置所組成。

感測裝置以感測方式區分可包括有電阻式感測裝置、電容式感測裝置、電感式感測裝置和光學式感測裝置等等。以電容式感測裝置為例。在感測過程中，當感測裝置偵測到某個座標位置的電容值的變化時，感測裝置判斷此座標位置有被使用者觸碰。因此，在運作時，感測裝置會對每一個座標位置都儲存有未觸碰的電容值，並且於後續接收到最新的電容值時，透過比對最新的電容值與未觸碰的電容值來判斷此電容值所對應的位置是否有被觸碰。

然而，感測裝置的運作多是先完成全面版的觸控偵測程序，再進行訊號訊算程序，而全面板的感測訊號需進行多項訊號處理，以致處理運算的效能有所受限，並且使用較多的暫態記憶空間，整體效益猶有改善空間。

一種感測裝置的訊號處理方法，其包括在一第一相位的一第一時段，進行一感測區的複數區間的第一讀取位置的觸控偵測程序以生成第一讀取位置的複數感測訊號，並暫存第一讀取位置的複數感測訊號、在第一相位的一第二時段，進行第一讀取位置的複數感測訊號的卷積計算以得到一第一運算結果，並以第一運算結果取代對應的複數感測訊號、在一第二相位的一第一時段，進行複數區間的第二讀取位置的感測點的觸控偵測程序以生成第二讀取位置的複數感測訊號，並暫存第二讀取位置的複數感測訊號、以及在第二相位的一第二時段，進行第二讀取位置的複數感測訊號的卷積計算以得到一第二運算結果，並以第二運算結果取代對應的複數感測訊號。其中，第一相位的第二時段在第一相位的第一時段之後。第二相位的第二時段在第二相位的第一時段之後。並且，第二相位的第一邊緣晚於第一相位的第一邊緣。

一種感測裝置，其包括：一訊號感測器、一驅動偵測單元、一儲存單元以及一控制單元。訊號感測器包括一感測區，該感測區劃分為複數區間，且各該區間具有複數感測點。驅動偵測單元電性連接訊號感測器，且控制單元電性連接驅動偵測單元與儲存單元。其中，控制單元執行：在一第一相位的一第一時段，進行一感測區的複數區間的第一讀取位置的觸控偵測程序以生成第一讀取位置的複數感測訊號，並暫存第一讀取位置的複數感測訊號、在第一相位的一第二時段，進行第一讀取位置的複數感測訊號的卷積計算以得到一第一運算結果，並以第一運算結果取代對應的複數感測訊號、在一第二相位的一第一時段，進行複數區間的第二讀取位置的感測點的觸控偵測程序以生成第二讀取位置的複數感測訊號，並暫存第二讀取位置的複數感測訊號、以及在第二相位的一第二時段，進行第二讀取位置的複數感測訊號的卷積計算以得到一第二運算結果，並以第二運算結果取代對應的複數感測訊號。其中，第一相位的第二時段在第一相位的第一時段之後。第二相位的第二時段在第二相位的第一時段之後。並且，第二相位的第一邊緣晚於第一相位的第一邊緣。

綜上所述，根據本發明之感測裝置的訊號管線處理方法及感測裝置，其使用卷積運算以使訊號更為穩定且品質更好，並針對局部的感測區交替執行訊號量測與訊號處理交替執行，藉以避免等待感測區的驅動。並且，根據本發明之感測裝置的訊號管線處理方法及感測裝置，其利用卷積運算的運算結果取代感測區所有讀取位置的感測結果(感測訊號)來進行後續的步驟或應用，以使感測裝置得到之讀取位置的感測結果的運用能更有彈性。此外，根據本發明之感測裝置的訊號管線處理方法及感測裝置，更於取得每一個局部的感測區之卷積運算的運算結果取得後即可釋放部分的儲存空間，藉以更有效率的使用儲存空間。

12:訊號處理電路

14:訊號感測器

121:驅動偵測單元

123:控制單元

125:儲存單元

X1~Xn:驅動電極線

Y1~Ym:感應電極線

AA:感測區

A11~A15:區間

P(1,1)~P(n,m):感測點

P1~Pk:相位

S11~S15:感測訊號

C11~C1k:運算結果

EV:特徵矩陣

D1:第一方向

D2:第二方向

A21~A24:區間

A31~A36:區間

21~2(3k):步驟

圖1是根據本發明一實施例之感測裝置的示意圖。

圖2是圖1之感測裝置感測區的示意圖。

圖3是圖1之感測裝置的訊號運作之一示範例的示意圖。

圖4是圖1之感測裝置的讀取時脈之一示範例的示意圖。

圖5是根據本發明一實施例之感測裝置的訊號管線處理方法的流程圖。

圖6是圖1之感測裝置的讀取時脈之另一示範例的示意圖。

圖7是圖1之感測裝置的訊號運作之另一示範例的示意圖。

圖8是圖1之感測裝置的訊號運作之又一示範例的示意圖。

本案是關於感測裝置的訊號管線處理方法及感測裝置。儘管在說明書中描述了數個被認為是實施本案的較佳模式，但應理解本案仍可以諸多方式來實現，且不應限定於下述之特定實施例或實現下述特徵的特定方式。在其他情況下，公知細節將不再贅述或討論以避免模糊本案重點。

根據本發明任一實施例的感測裝置的訊號管線處理方法可適於一感測裝置，例如但不限於觸控面板、電子畫板、手寫板等。在一些實施例中，感測裝置還可與顯示器整合成觸控螢幕。並且，感測裝置的觸碰操作可以是用手、觸控筆、或觸控畫筆等感應元件來發生。

請參考圖1，感測裝置包含一訊號處理電路12以及一訊號感測器14。訊號感測器14連接訊號處理電路12。其中，訊號感測器14可為電阻式感測器、電容式感測器、電感式感測器或光學式感測器等等。訊號處理電路12主要是控制訊號感測器14的運作及訊號感測器14所生成之感測訊號的各項訊號處理與判斷。以電容式感測器為例，訊號感測器14包括交錯配置的多個電極(例如，相互交錯之驅動電極線X1~Xn以及感應電極線Y1~Ym)。其中，n及m為正整數。n可等於m，亦可不等於m。從頂視視角來看，驅動電極線X1~Xn與感應電極線Y1~Ym界定複數感測點 P(1,1)~P(n,m)，如圖2所示。換言之，訊號感測器14具有分佈感測點P(1,1)~P(n,m)的一感測區AA。其中，感測區AA內的每一感測點為一感測位置，並且此感測區AA係指能夠偵測使用者是否有觸碰事件發生。

訊號處理電路12包含驅動偵測單元121、控制單元123及儲存單元125。控制單元123耦接驅動偵測單元121與儲存單元125。驅動偵測單元121包含驅動元件及偵測元件。於此，驅動元件及偵測元件可以整合成單一元件，也可以採用二個元件來實現，端視設計時之現況來決定。驅動元件能以驅動訊號驅動各感測點，而偵測元件能量測感測點P(1,1)~P(n,m)的感測訊號。於此，控制單元123能控制驅動偵測單元121的運作並且判斷感測點P(1,1)~P(n,m)的電容值變化，進而根據電容值變化回報觸控點給後端電路以進行相應的操作。

於此，於感測訊號生成後，控制單元123接收驅動偵測單元121的偵測元件生成的驅動偵測單元121，並且先進行感測訊號的卷積運算以使訊號(處理後的感測訊號)更為穩定且品質更好，然後再進行後續感測裝置的感測結果的運用。儲存單元125能暫存卷積運算的運算結果。以下進一步說感測裝置的訊號管線處理程序。

請參照圖1至圖3，控制單元123能預先將訊號感測器14的感測區AA分成多個區間A11~A15。其中，每一個區間有數個感應讀取器(即感測點P(1,1)~P(n,m)其中的多個)。並且，控制單元123將訊號讀取時脈Sc分成多個相位(phase)P1~Pk(如圖4所示)，並且每一相位同時讀取區間A11~A15中的一個感測點。其中，k為正整數。

參照圖1至圖5，在第一相位P1的第一時段，驅動偵測單元 121進行區間A11~A15的第一讀取位置的觸控偵測程序以生成第一讀取位置的感測訊號S11~S15(步驟21)。在一些實施例中，在第一相位P1的第一時段，驅動偵測單元121會取得每一個區間A11~A15的相對應之感測點(第一讀取位置)的感測訊號S11~S15。

控制單元123接收並暫存第一讀取位置的感測訊號S11~S15於儲存單元125中(步驟22)。

在第一相位P1的一第二時段，控制單元123進行第一讀取位置的複數感測訊號S11~S15的卷積計算以得到一第一運算結果C11，並以第一運算結果C11取代對應的感測訊號S11~S15(步驟23)。其中，第一相位P1的第二時段在第一相位P1的第一時段之後。

舉例來說，在第一相位P1，控制單元123控制驅動偵測單元121將各區間A11~A15的相關感應讀取器(第一讀取位置)的感測訊號S11~S15讀入儲存單元125的記憶體暫存區。然後，控制單元123依目的從多個特徵矩陣中選取一個特徵矩陣EV，並且將特徵矩陣EV中與已讀入的第一讀取位置的感測訊號S11~S15相對應的特徵值進行部分訊號的卷積(convolution)計算而得出第一相位P1的部分訊號的卷積計算的第一運算結果C11。換言之，控制單元123將選取的特徵矩陣EV中的複數特徵值分別與第一讀取位置複數感測訊號S11~S15進行卷積計算。其中，特徵矩陣EV最好是奇數矩陣。

在第二相位P2的第一時段，驅動偵測單元121進行區間A11~A15的第二讀取位置的觸控偵測程序以生成第二讀取位置的感測訊號S11~S15(步驟24)。在一些實施例中，在第二相位P2的第一時段，驅動偵測單元121會取得每一個區間A11~A15下一個相對應之感測點(第二讀取位置)的感測訊號S11~S15。

控制單元123接收並暫存第二讀取位置的感測訊號S11~S15於儲存單元125中(步驟25)。

在第二相位P2的一第二時段，控制單元123進行第二讀取位置的複數感測訊號S11~S15的卷積計算以得到一第二運算結果C12，並以第二運算結果C12取代對應的複數感測訊號S11~S15(步驟26)。其中，第二相位P2的第二時段在第二相位P2的第一時段之後。

舉例來說，在第二相位P2，控制單元123控制驅動偵測單元121將各區間A11~A15的下一個相關感應讀取器(第二讀取位置)的感測訊號S11~S15讀入儲存單元125的記憶體暫存區。然後，控制單元123依目的從多個特徵矩陣中選取一個特徵矩陣EV，並且將特徵矩陣EV中與已讀入的第二讀取位置的感測訊號S11~S15相對應的特徵值進行部分訊號的卷積(convolution)計算而得出第二相位P2的部分訊號的卷積計算的第二運算結果C12。其中，特徵矩陣EV最好是奇數矩陣。

依此類推，反覆執行上述步驟直至完成區間A11~A15的第k讀取位置的感測訊號S11~S15的讀取(步驟2(3k-2))、暫存(步驟2(3k-1))、根據特徵矩陣EV進行部分訊號的卷積計算而得出第k相位Pk的部分訊號的卷積計算的第k運算結果C1k，並以第k運算結果C1k取代對應的複數感測訊號S11~S15(步驟2(3k))。如此，控制單元123即能得到感測區AA所有區間A11~A15的所有讀取位置的感應訊號及其卷積計算的運算結果C11~C1k。

於此，卷積計算是以多個參數及周邊點進行家群疊加等運算來產生一個點。由卷積計算的演算式為本領域所熟知，故不在贅述。

應當可理解的是，各步驟的執行順序並不限於前述描述順序，可依據步驟的執行內容適當地調配執行順序。

在一些實施例中，任一相位的第一邊緣早於下一相位的第一邊緣，例如：第一相位P1的第一邊緣早於第二相位P2的第一邊緣。第二相位P2的第一邊緣早於第三相位P3的第一邊緣，依此類推，第k-1相位的第一邊緣早於第k相位Pk的第一邊緣，如圖4所示。

在一示範例中，任一相位的第二邊緣能晚於下一相位的第一邊緣，例如：第一相位P1的第二邊緣早於第二相位P2的第一邊緣。第二相位P2的第二邊緣晚於第三相位P3的第一邊緣，依此類推，第k-1相位的第二邊緣早於第k相位Pk的第一邊緣，如圖4所示。

其中，每一相位的第一邊緣和第二邊緣能分別為上升緣和下降緣，但本發明不限於此，亦可為相反。

在一些實施例中，在每一個相位讀取感應訊號及儲存之後，控制單元123就進行卷積計算以先得到部分訊號(區間A11~A15的一個讀取位置)的卷積計算的運算結果；在下一相位讀取感測訊號的同時，控制單元123可進行此一相位的訊號儲存；在更下一相位讀取感測訊號，就進行此一相位的卷積計算與儲存值更新。舉例來說，在任一實施例之感測裝置的訊號管線處理方法的應用下，整體訊號處理時間為(k+1)+1+1的相位取值時間，而所需的整體儲存單元125的空間為(1或2)*相位緩衝器+(1或2)*映射緩衝器(將感測訊號轉換成感測區AA上位置並儲存的儲存空間)+(1or2)*卷積緩衝器。

在一示範例中，任一相位的第二邊緣能大致上等於下一相位的第一邊緣，例如：第一相位P1的第二邊緣大致上等於第二相位P2的第一邊緣。第二相位P2的第二邊緣晚於第三相位P3的第一邊緣，依此類推，第k-1相位的第二邊緣大致上等於第k相位Pk的第一邊緣，如圖6所示。

在一實施例中，感測區AA能沿著第一方向D1以第二方向D2分成區間A11~A15，如圖3所示。其中，第一方向D1相當於驅動電極線X1~Xn的延伸方向，而第二方向D2相當於感應電極線Y1~Ym的延伸方向。

在另一實施例中，感測區AA能沿著第二方向D2以第一方向D1分成區間A21~A24，如圖7所示。其中，第一方向D1相當於感應電極線Y1~Ym的延伸方向，而第二方向D2相當於驅動電極線X1~Xn的延伸方向。同樣地，在第一相位P1的第一時段，驅動偵測單元121會取得每一個區間A21~A24的相對應之第一讀取位置的感測訊號S21~S24(步驟21)並暫存之(步驟22)。在第一相位P1的第二時段，控制單元123進行第一讀取位置的複數感測訊號S21~S24的卷積計算以得到一第一運算結果C21，並以第一運算結果C21取代對應的感測訊號S21~S24(步驟23)。在第二相位P2的第一時段，驅動偵測單元121進行區間A21~A24的第二讀取位置的觸控偵測程序以生成第二讀取位置的感測訊號S21~S24(步驟24)並暫存之(步驟25)。在第二相位P2的第二時段，控制單元123進行第二讀取位置的複數感測訊號S21~S24的卷積計算以得到一第二運算結果C22，並以第二運算結果C22取代對應的複數感測訊號S21~S24(步驟 26)。依此類推，反覆執行後續讀取位置的前述讀取、暫存、卷積計算及取代等步驟。經過第一相位P0至第k相位Pk，控制單元123即能得到感測區AA所有區間A21~A24的所有讀取位置的感應訊號及其卷積計算的運算結果C21~C2k。

在又一實施例中，感測區AA能以矩陣形式分成多個區間A31~A36，如圖8所示。其中，第一方向D1相當於感應電極線Y1~Ym的延伸方向，而第二方向D2相當於驅動電極線X1~Xn的延伸方向。同樣地，在第一相位P1的第一時段，驅動偵測單元121會取得每一個區間A31~A36的相對應之第一讀取位置的感測訊號S31~S36(步驟21)並暫存之(步驟22)。在第一相位P1的第二時段，控制單元123進行第一讀取位置的複數感測訊號S31~S36的卷積計算以得到一第一運算結果C31，並以第一運算結果C31取代對應的感測訊號S31~S36(步驟23)。在第二相位P2的第一時段，驅動偵測單元121進行區間A31~A36的第二讀取位置的觸控偵測程序以生成第二讀取位置的感測訊號S31~S36(步驟24)並暫存之(步驟25)。在第二相位P2的第二時段，控制單元123進行第二讀取位置的複數感測訊號S31~S36的卷積計算以得到一第二運算結果C32，並以第二運算結果C22取代對應的複數感測訊號S31~S36(步驟26)。依此類推，反覆執行後續讀取位置的前述讀取、暫存、卷積計算及取代等步驟。經過第一相位P0至第k相位Pk，控制單元123即能得到感測區AA所有區間A31~A36的所有讀取位置的感應訊號及其卷積計算的運算結果C31~C3k。

應能明瞭，感測區AA能視需求劃分任意數量(可為基數或為偶數)與形狀之多個區間，換言之，感測區AA的劃分形式並非本發明之限制。

在一些實施例中，訊號處理電路12可由一個或多個晶片實現。在一實施例中，控制單元123可由微處理器、微控制器、數位信號處理器、中央處理器、可編程邏輯控制器、狀態器或任何基於操作指令操作信號的類比和/或數位裝置實現。在一些實施例中，儲存單元125可內建及/或外接於控制單元123。儲存單元125除了儲存訊號外，還可用以儲存相關之軟體/韌體程式、資料、數據及其組合等。於此，儲存單元125可由一個或多個記憶體實現。

在一些實施例中，根據本發明之感測裝置的訊號管線處理方法可由一電腦程式產品實現，以致於當電腦(即，任意觸控設備)載入程式並執行後可完成根據本發明任一實施例之感測裝置的訊號管線處理方法。在一些實施例中，電腦程式產品可為一可讀取記錄媒體，而上述程式則儲存在可讀取記錄媒體中供電腦載入。在一些實施例中，上述程式本身即可為電腦程式產品，並且任意方式傳輸至感測裝置中。

21~2(3k):步驟

Claims

一種感測裝置的訊號管線處理方法，包括：在一第一相位的一第一時段，進行一感測區的複數區間的第一讀取位置的觸控偵測程序以生成該第一讀取位置的複數感測訊號，並暫存該第一讀取位置的該複數感測訊號；在該第一相位的一第二時段，進行該第一讀取位置的該複數感測訊號的卷積計算以得到一第一運算結果，並以該第一運算結果取代對應的該複數感測訊號，其中該第一相位的該第二時段在該第一相位的該第一時段之後；在一第二相位的一第一時段，進行該複數區間的第二讀取位置的感測點的觸控偵測程序以生成該第二讀取位置的複數感測訊號，並暫存該第二讀取位置的該複數感測訊號；以及在該第二相位的一第二時段，進行該第二讀取位置的該複數感測訊號的卷積計算以得到一第二運算結果，並以該第二運算結果取代對應的該複數感測訊號，其中該第二相位的第一邊緣晚於該第一相位的第一邊緣，該第二相位的該第二時段在該第二相位的該第一時段之後。
如請求項1所述之感測裝置的訊號管線處理方法，其中進行該第一讀取位置的該複數感測訊號的該卷積計算的步驟包括：選取複數特徵矩陣其中之一；以及將選取的該特徵矩陣中的複數特徵值與該第一讀取位置的該複數感測訊號進行卷積計算。
如請求項1所述之感測裝置的訊號管線處理方法，其中進行該第二讀取位置的該複數感測訊號的該卷積計算的步驟包括：選取複數特徵矩陣其中之一；以及將選取的該特徵矩陣中的複數特徵值與該第二讀取位置的該複數感測訊號進行卷積計算。
如請求項1所述之感測裝置的訊號管線處理方法，其中任一該相位的第二邊緣能晚於下一該相位的該第一邊緣。
如請求項1所述之感測裝置的訊號管線處理方法，其中任一該相位的第二邊緣能等於下一該相位的該第一邊緣。
一種感測裝置，包括：一訊號感測器，包括一感測區，該感測區劃分為複數區間，且各該區間具有複數感測點；一驅動偵測單元，電性連接該訊號感測器；一儲存單元；以及一控制單元，電性連接該驅動偵測單元與該儲存單元，該控制單元執行：在一第一相位的一第一時段，進行一感測區的複數區間的第一讀取位置的觸控偵測程序以生成該第一讀取位置的複數感測訊號，並暫存該第一讀取位置的該複數感測訊號在該儲存單元中；在該第一相位的一第二時段，進行該第一讀取位置的該複數感測訊號的卷積計算以得到一第一運算結果，並以該第一運算結果取代對應的該複數感測訊號，其中該第一相位的該第二時段在該第一相位的該第一時段之後；在一第二相位的一第一時段，進行該複數區間的第二讀取位置的感測點的觸控偵測程序以生成該第二讀取位置的複數感測訊號，並暫存該第二讀取位置的該複數感測訊號在該儲存單元中；以及在該第二相位的一第二時段，進行該第二讀取位置的該複數感測訊號的卷積計算以得到一第二運算結果，並以該第二運算結果取代對應的該複數感測訊號，其中該第二相位的第一邊緣晚於該第一相位的第一邊緣，該第二相位的該第二時段在該第二相位的該第一時段之後。
如請求項6所述之感測裝置，其中進行該第一讀取位置的該複數感測訊號的該卷積計算包括：選取複數特徵矩陣其中之一；以及將選取的該特徵矩陣中的複數特徵值與該第一讀取位置的該複數感測訊號進行卷積計算。
如請求項6所述之感測裝置，其中進行該第二讀取位置的該複數感測訊號的該卷積計算包括：選取複數特徵矩陣其中之一；以及將選取的該特徵矩陣中的複數特徵值與該第二讀取位置的該複數感測訊號進行卷積計算。
如請求項6所述之感測裝置，其中任一該相位的第二邊緣能晚於下一該相位的該第一邊緣。
如請求項6所述之感測裝置，其中任一該相位的第二邊緣能等於下一該相位的該第一邊緣。