TW201841100A - 具有陣列電極之觸控面板之可辨識控制器及驅動方法 - Google Patents

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迪亞哥 加拉杜
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Abstract

一種觸控面板裝置包含包括複數個電極之一二維電極陣列，及電耦合至該二維電極陣列之一控制器。該等電極之一第一部分可由該控制器指派為驅動電極或未用電極，且該等電極之一第二部分可由該控制器指派為感測電極或未用電極。該控制器經組態以：在複數個量測週期期間指派驅動電極及感測電極，其中經指派驅動電極及感測電極之一圖案在不同量測週期期間不同，且在該複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容；量測在該等量測週期期間形成於該等驅動電極與該等感測電極之間的互電容；及基於該等經量測互電容偵測並判定正觸碰或靠近該觸控面板裝置之一物件之一位置。

Description

具有陣列電極之觸控面板之可辨識控制器及驅動方法
本發明係關於觸控面板裝置。特定言之，本發明係關於電容式觸控面板。此一電容式觸控面板裝置可應用於一系列消費性電子產品中，包含例如行動電話、平板電腦及桌上型PC、電子書閱讀器及數位看板產品。
觸控面板已被廣泛採用為一系列電子產品(諸如智慧型電話及平板裝置)之輸入裝置。 現在，大多數高端攜帶型及手持式電子裝置包含觸控面板。此等觸控面板最常用作一觸控螢幕之部分，即，一顯示器及一觸控面板，其等經對準使得觸控面板之觸控區與顯示器之顯示區對應。 用於具有觸控螢幕之電子裝置之最常見使用者介面係顯示器上之一影像，該影像具有呈現為互動式之點。更特定言之，裝置可顯示一按鈕之一圖像，且接著使用者可藉由用其等手指或用一觸控筆觸碰、按壓或滑移按鈕而與裝置互動。例如，使用者可「按壓」按鈕且觸控面板偵測到觸碰(或多個觸碰)。回應於一或多個經偵測觸碰，電子裝置實行某一適當功能。例如，電子裝置可能自行關閉、執行一應用程式，或類似者。 儘管可使用若干不同技術來建立觸控面板，然已證實電容系統歸因於其等準確度、耐用性及在很小或無啟動力之情況下偵測觸控輸入事件之能力而為最流行的。 應用於觸控面板之一熟知電容感測方法係投射式電容方法。此方法包含互電容法及自電容法。 在互電容法中，如圖1中展示，一驅動電極100及感測電極101形成於一透明基板(未展示)上。一變化電壓或激勵信號自一電壓源102施加至驅動電極100。接著，藉由經由形成於驅動電極100與感測電極101之間的互耦合電容器103之電容耦合而在相鄰感測電極101上產生一信號。一電流量測單元或構件104連接至感測電極101且提供對互耦合電容器103之大小之一量測。當輸入物件105 (諸如一人物或觸控筆)靠近兩個電極時，其形成對驅動電極之一第一動態電容器106及對感測電極之一第二動態電容器107。若輸入物件連接至接地(如舉例而言連接至一人體之人之一手指之情況)，則此等動態形成的電容之效應表現為驅動電極與感測電極中間的電容耦合量之一縮減，及因此由附接至感測電極101之電流量測單元或構件104量測的信號之量值之一縮減。 在自電容法中，如圖2中展示，一驅動電極200形成於一透明基板(未展示)上。一變化電壓或激勵信號自一電壓源201施加至驅動電極200。一電流量測構件202連接至電極200且提供對電極對接地之自電容203之大小之一量測。當輸入物件105靠近電極時，其改變自電容203之值。若輸入物件連接至接地(如舉例而言連接至一人體之人之一手指之情況)，則效應係增大電極對接地之自電容203且因此增大由附接至感測電極200之電流量測構件202量測的信號之量值。 如眾所周知且如舉例而言在US 5,841,078 (Bisset等人，1996年10月30日發佈)中揭示，藉由將複數個驅動電極及感測電極配置成一柵格圖案以形成一電極陣列，可使用互電容感測法來形成一觸控面板裝置。圖3展示可組態為驅動電極之水平電極300及可組態為感測電極之垂直電極301之一適合圖案。互電容感測法之一優點在於可偵測多個同時觸控輸入事件。 眾所周知，藉由將複數個電極配置成一柵格圖案以形成一電極陣列，可使用自電容感測法來形成一觸控面板裝置。圖3展示水平電極300及可組態為感測電極之垂直電極301之一適合圖案。然而，此一裝置之一限制係其無法可靠地偵測來自多個物件之同時觸碰。 亦眾所周知且例如在US 9,250,735 (Kim等人，2016年2月2日發佈)中揭示，藉由將複數個電極配置成一二維陣列且藉由提供自各電極至一控制器之一電連接，可使用此自電容感測法來形成能夠可靠地偵測來自多個物件之同時觸碰之一觸控面板裝置。運用各別連接電極之此一二維陣列，亦可使用互電容感測，舉例而言如在US 2016/0320886 (Kim等人，2016年11月3日發表)中揭示。 在許多觸控螢幕中，觸控面板係獨立於顯示器之一裝置，其被稱為一「外置式」觸控面板。觸控面板定位於顯示器之頂部上，且由顯示器產生之光穿過觸控面板，其中一定量之光被觸控面板吸收。在最近實施方案中，觸控面板之部分經整合於顯示器堆疊內，且觸控面板及顯示器可共享使用某些結構，諸如透明電極。此被稱為一「內嵌式」觸控面板。觸控面板至顯示器結構中之此整合力圖藉由簡化製造以及減少在觸控面板獨立於顯示器且定位於顯示器堆疊之頂部上時發生之光通量之損耗而降低成本。 上文描述為習知應用於觸控面板之電容量測技術之一限制在於其等無法偵測來自例如由木材、塑膠或類似者製成之非導電或絕緣物件之輸入。具有與空氣不同之一介電容率之一非導電物件在靠近觸控面板表面時將引起經量測陣列電容改變。然而，所得信號之量值極小(例如，小於由一導電物件產生的信號之量值之1%)，且取決於製成非導電物件之材料之類型及周圍環境條件。此不利地降低觸控面板之可用性，此係因為其局限於使用導電輸入物件(諸如一手指或金屬筆或觸控筆)之操作。特定言之，使用者在穿戴普通(非導電)手套或固持一非導電物件(諸如一塑膠筆)時無法可靠地操作一觸控面板。 US 9,105,255 (Brown等人，2015年8月11日發佈)揭示一類型之互電容觸控面板，其能夠偵測非導電物件且區分一物件是導電的還是非導電的。此藉由量測在不同耦合距離上形成之多個互電容而達成。可基於多個互電容之變化而判定物件之類型(導電或非導電)。在列電極與行電極之一陣列之間形成多個互電容。 [將由本發明解決之問題] 先前技術之一限制在於未揭示用於使用各自具有至一控制器之一各別連接的一二維電極陣列來偵測非導電物件或區分導電物件與非導電物件之方法。此可為期望的，此係因為在某些應用中，實施各別連接電極之一二維陣列而非列電極及行電極之一陣列可能較便宜及/或技術上較簡單。另外，其可減少或消除對面板之邊框區域中之連接之需求。
本發明之一態樣係一種觸控面板裝置，其包括：一二維電極陣列，其包括複數個電極；及一控制器，其電耦合至該二維電極陣列；其中該等電極之一第一部分可由該控制器指派為驅動電極或未用電極，且該等電極之一第二部分可由該控制器指派為感測電極或未用電極。該控制器經組態以：在複數個量測週期期間指派驅動電極及感測電極，其中經指派驅動電極及感測電極之一圖案在不同量測週期期間不同，且該等經指派驅動電極及感測電極在該複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容；量測在該等量測週期期間形成於該等驅動電極與該等感測電極之間的互電容；及基於該等經量測互電容偵測並判定正觸碰或靠近該觸控面板裝置之一物件之一位置。 本發明之另一態樣係一種控制一觸控面板裝置之方法。該觸控面板裝置包含：一二維電極陣列，其包括複數個電極；及一控制器，其電耦合至該二維電極陣列，其中該等電極之一第一部分可由該控制器指派為驅動電極或未用電極，且該等電極之一第二部分可由該控制器指派為感測電極或未用電極。該控制方法包含以下步驟：在複數個量測週期期間指派驅動電極及感測電極，其中經指派驅動電極及感測電極之一圖案在不同量測週期期間不同，且該等經指派驅動電極及感測電極在該複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容；量測在該等量測週期期間形成於該等驅動電極與該等感測電極之間的互電容；及基於該等經量測互電容偵測並判定正觸碰或靠近該觸控面板裝置之一物件之一位置；其中該觸控面板裝置回應於該物件正觸碰或靠近該觸控面板裝置而執行一功能。 [本發明之有利效應] 本發明係關於一種控制器及驅動一電容觸控面板之方法，其中該觸控面板包括一二維電極陣列，且該陣列中之電極之各者或者僅感測電極之各者具有至控制器之一各別電連接。本發明可使用任何此二維電極陣列且並不取決於任何特定觸控面板結構或製造技術。藉此，本發明能夠偵測正觸碰或靠近該觸控面板之導電物件及非導電物件兩者。 該控制器在多個量測週期期間量測電極群組之間之互電容。此等量測可用以偵測正觸碰該觸控面板或靠近該觸控面板之一或多個物件，且判定該等物件在該觸控面板之表面上之位置。此等物件可為導電的或非導電的。該等量測亦可用以判定各物件是導電的還是非導電的。該等量測進一步可用以判定各物件在該觸控面板上方之高度。
本發明係關於一種控制器及驅動一電容觸控面板之方法，其中觸控面板包括一二維電極陣列，且陣列中之電極之各者或者僅感測電極之各者具有至控制器之一各別電連接。本發明可使用任何此二維電極陣列且並不取決於任何特定觸控面板結構或製造技術。藉此，本發明能夠偵測正觸碰或靠近觸控面板之導電物件及非導電物件兩者。 控制器在多個量測週期期間量測電極群組之間之互電容。在各量測週期中，控制器將一些電極指派為驅動電極，將一些電極指派為感測電極，且將一些電極指派為未用電極。控制器將一驅動信號施加至驅動電極，且量測驅動電極與各感測電極之間的耦合。未用電極可連接至接地、或連接至一固定電壓，或保持未連接。 在一量測週期期間指派驅動電極及感測電極在驅動電極及感測電極之不同群組之間在不同距離上產生耦合。例如，某些驅動電極與感測電極之間的耦合可能在一短距離上，且其他驅動電極與感測電極之間的耦合可能在一長距離上。 在各量測週期中，可使用驅動電極及感測電極之一不同指派。藉由使用多個不同電極指派，控制器可判定對應於觸控面板之表面上的多個位置之各耦合距離之耦合。電極指派經選取使得此等位置覆蓋整個觸控面板表面或觸控面板表面之一顯著部分。 由控制器產生之資料表示對不同耦合距離上之多個互電容之量測，其等對應於觸控面板之表面上之不同點。此等量測可用以偵測正觸碰觸控面板或靠近觸控面板之一或多個物件，且判定該等物件在觸控面板之表面上之位置。此等物件可為導電的或非導電的。量測亦可用以判定各物件是導電的還是非導電的。量測進一步可用以判定各物件在觸控面板上方之高度。 本發明提供一種例如可於觸控面板顯示系統或類似者中使用之控制器及驅動一電容觸控面板之方法。圖4展示此一觸控面板顯示系統400之一項實施例。此系統包含連接至一觸控面板控制器403之一觸控感測器面板401。控制器403可包含一多工器單元404及一量測/處理單元405。在其他實施例中，多工器單元404可與控制器403分離。控制器偵測觸控感測器面板上之觸碰並判定觸碰之性質。將此資訊提供至一系統控制單元406，該系統控制單元406可包含例如一處理器、記憶體及一顯示驅動器。系統控制單元406將視覺資訊輸出至一顯示器402。顯示器可為例如一LCD或一OLED顯示器或另一類型之顯示器。系統控制單元406可執行一動作且可回應於由控制器403偵測到的觸碰而修改視覺資訊。 本發明可包含任何二維電極陣列，其中全部電極具有至一控制器之一各別電連接。替代地，本發明可包含包括驅動電極及感測電極之任何二維電極陣列，其中全部感測電極具有至一控制器之一各別電連接。 此處，「二維陣列」意謂配置於一表面上或附近使得一第一方向上存在第一數目個電極且一第二方向上存在第二數目個電極，且電極之總數目大於第一數目與第二數目之總和之若干電極。應注意，例如，若不同電極在觸控面板之不同層上，或若觸控面板表面係彎曲的，則陣列可包含在三維中彼此分離之電極。亦應注意，電極可能彼此重疊。 圖5展示形成一觸控感測器面板401之一二維電極陣列之一項實施例。此陣列包含形成於一第一層上之十二個方形電極500，其中四個電極配置於一第一方向上且三個電極配置於一第二方向上。通孔501將第一層上之各電極500連接至一第二層上之連接線502。藉由此手段，各電極500藉由連接線502各別連接至一控制器403a。第一行電極由連接線504連接，第二行由連接線505連接，且第三行藉由連接線506連接。 圖6展示形成一觸控感測器面板401之一二維電極陣列之另一實施例。此陣列包含形成於一第一層上之十二個方形電極600，其中四個電極配置於一第一方向上且三個電極配置於一第二方向上。各電極600藉由第一層上之導電線601及類似於前述實施例之額外連接線504、505及506各別地連接至一控制器403a。 熟習此項技術者將清楚，存在可使用之許多二維電極陣列結構。亦將清楚，許多此等結構可被製造為可接合至一分離顯示器之離散「外置式」觸控面板，且許多此等結構可整合於一顯示裝置內而作為一「內嵌式」或「混合內嵌式」觸控面板。此外，電極陣列結構可使用一個導電層或兩個導電層或更多導電層。類似地，電極可經安置於一個層上或一個以上層上。 例如，形成圖5之電極500及圖6之電極600之一個方式係在一透明基板上沈積且圖案化由諸如ITO之一材料製成之一透明導電層。此可使用標準光微影或印刷技術來完成。 亦可使用標準光微影或印刷技術來形成圖5之通孔501及連接線502。例如，可將一絕緣層沈積於第一傳導層之頂部上且將其圖案化以產生用於通孔之孔，且可將一第二導電層沈積於絕緣層之頂部上。此第二導電層形成通孔501，且其可經圖案化以形成連接線502。此等技術適於產生一離散(「外置式」)觸控面板。 或者，可將觸控面板整合於一顯示裝置內。例如，可藉由分割一液晶顯示裝置之VCOM層而形成圖5之電極500及圖6之電極600。類似地，可使用用以製造顯示器資料線及/或閘極線之相同分層程序來形成通孔501及連接線502。 先前技術中熟知用於製造適合外置式及內嵌式觸控面板之結構及技術。本發明可使用各別連接電極之任何二維陣列且並不取決於任何特定觸控面板結構或製造技術。 本發明在不同量測週期期間將不同電極指派為驅動電極及感測電極。一些電極在一特定量測週期期間可能既非驅動電極亦非感測電極。此等未用電極例如在一些實施例中可連接至接地或一固定電壓，或在其他實施例中保持未連接。 參考圖1，指派為一驅動電極之一電極可連接至一驅動電壓102。指派為一感測電極之一電極可連接至一電流量測單元104。參考圖4，驅動電壓102可由觸控面板控制器403內之量測/處理單元405產生。類似地，電流量測單元104可含於觸控面板控制器403內之量測/處理單元405內。 電極與量測/處理單元405之間的連接受控於多工器單元404。此可含於觸控面板控制器403內(如圖4之實施例中展示)或可與觸控面板控制器403分離。 圖7展示多工器單元404之一較佳實施例404a，其係觸控面板控制器403之部分。例如，此多工器實施例可搭配圖5或圖6之電極實施例使用。圖7亦展示觸控面板控制器量測/處理單元405之元件。一般而言，可指派為一感測電極之各電極可具有至控制器之一各別電連接。在例示性實施例中，二維陣列中之每一電極具有至控制器之一各別電連接。 在圖7之此實施例中，來自各行電極之連接線504、505及506連接至多工器700、701、702及703，如圖7中展示。多工器受控於數位信號CSS，且多工器之輸出端連接至電荷放大器704、705、706及707。量測/處理單元405可設定CSS之值以控制多工器。例如，在此實施例中，CSS之一個值引起多工器將第一行之連接線504連接至放大器704、705、706及707。因此，控制器感測第一行電極。CSS之另一值引起多工器將第二行之連接線505連接至放大器。因此，控制器感測第二行電極。CSS之另一值引起多工器將第三行之連接線506連接至放大器。因此，控制器感測第三行電極。 在此實施例中，連接線亦連接至容許將電極連接至一驅動信號或接地之一組開關及多工器。先前技術中熟知實施適合開關之方法。例如，開關可由CMOS電晶體製成。來自第一行電極之連接線504連接至開關714、715、716及717，如圖7中展示。 對應於奇數電極列之連接線504之第一者及第三者連接至開關714及715。開關714及715受控於由量測/處理單元405產生之控制信號C1P1C。C1P1C之一個值引起開關714及715閉合，且C1P1C之另一值引起開關714及715斷開。開關714及715之輸出端連接在一起，且連接至多工器709之輸入端。多工器709受控於由量測/處理單元405產生之數位控制信號C1P1S。C1P1S之一個值引起將多工器709之輸入端連接至接地，且C1P1S之另一值引起將多工器709之輸入端連接至一驅動電壓102 (VDRIVE)。 因此，在此實施例中，第一行中之奇數列中之電極可全部連接至驅動電壓102，或其等可全部連接至接地。或者，其等可未連接至驅動電壓102且未連接至接地。此等連接之狀態受控於量測/處理單元405。 對應於偶數電極列之連接線504之第二者及第四者連接至開關716及717。開關716及717受控於由量測/處理單元405產生之控制信號C1P2C。C1P2C之一個值引起開關716及717閉合，且C1P2C之另一值引起開關716及717斷開。開關716及717之輸出端連接在一起，且連接至多工器708之輸入端。多工器708受控於由量測/處理單元405產生之數位控制信號C1P2S。C1P2S之一個值引起將多工器708之輸入端連接至接地，且C1P2S之另一值引起將多工器708之輸入端連接至一驅動電壓102 (VDRIVE)。 因此，在此實施例中，第一行中之偶數列中之電極可全部連接至驅動電壓102，或其等可全部連接至接地。或者，其等可未連接至驅動電壓102且未連接至接地。此等連接之狀態受控於量測/處理單元405。 在此實施例中，連接線群組505及506之奇數及偶數連接線類似地連接至開關718、719、720、721、722、723、724及725，該等開關受控於由量測/處理單元405產生之數位控制信號C2P1C、C2P2C、C3P1C及C3P2C。繼而，此等開關之輸出端連接至多工器710、711、712及713，該等多工器受控於由量測/處理單元405產生之數位控制信號C2P1S、C2P2S、C3P1S及C3P2S。 因此，在任何給定時間，在此實施例中，受控於量測/處理單元405之多工器單元404a可將來自電極之一個行之電極連接至放大器704、705、706及707。接著，此等電極可用作感測電極。因此，在任何給定時間，在此實施例中，受控於量測/處理單元405之多工器單元404a亦可將一或多個電極群組連接至一驅動信號102或接地，其中各電極群組由一個行之奇數列或一個行之偶數列中之電極組成。此容許控制器403之此實施例將各種不同電極群組指派為驅動電極或感測電極以達成下文揭示之許多電極「圖案」。應注意，驅動電極及感測電極之特定指派將被稱為電極「圖案」。 一般技術者將瞭解，許多其他多工器架構係可行的，且不同架構將使能夠達成不同電極圖案。下文描述可能多工器架構之一些進一步實例。 圖8展示放大器704、705、706及707之一項可能實施例(圖8僅標示放大器704，但可針對放大器705、706及707採用一可比較組態)。此等放大器形成電流量測構件104之部分。參考圖8，驅動信號102經施加至一驅動電極且經由互電容103耦合至一感測電極，該感測電極經由多工器單元404a連接至放大器704。 本文中描述之放大器電路經提供為如本領域中熟知之使用一電荷轉移技術之一電容量測電路之一實例。或者，可使用用於電容量測之其他已知電路及技術。一電壓脈衝產生器102將驅動電壓脈衝供應至一主動驅動電極，而電荷放大器電路704將一感測電極保持在一恆定電壓。此一電荷放大器電路704將為熟習此項技術者所熟知，且通常包括一運算放大器800、一積分電容器801及一重設開關802。電荷積分器電路704額外地具有一第一輸入開關803及一第二輸入開關804，其等經操作以在一或多個驅動電壓脈衝之過程內將電荷累積至積分電容器801上。積分電容器上累積之電荷量指示主動驅動電極與感測電極之間的互電容。 現參考圖9之波形圖來描述圖8中展示之電容量測電路之操作。首先，重設開關802在一重設開關控制信號RST之控制下閉合，使得輸出電壓VOUT以一已知電壓(諸如系統接地電位)開始。接著，第一輸入開關803在一第一輸入開關控制信號S1之控制下閉合。現在，電壓脈衝產生器102使驅動電極之電壓升高至一高電壓位準，且電荷積分器之輸入由第一輸入開關803維持在一恆定位準。接著，輸入開關803斷開且第二輸入開關804在一第二輸入開關控制信號S2之控制下閉合。現在，電壓脈衝產生器102使驅動電極之電壓返回至一低電壓位準，而引起電荷跨互電容103注入且累積於積分電容器801上。此引起電荷放大器電路之輸出電壓上升達對應於驅動電極與感測電極之間的互電容103之一量。可多次重複將一電壓脈衝施加至驅動電極且使第一輸入開關及第二輸入開關循環之此操作，以在積分電路之輸出端處產生一可量測電壓。 可使用一類比轉數位轉換器來量測電荷放大器704、705、706及707之最終輸出電壓，以產生對應於經量測互電容之一數位表示。 圖10展示一二維電極陣列之一簡化表示。陣列包含二十個電極1000，其中四個電極配置於一第一方向上且五個電極配置於一第二方向上。各電極1000各別地連接至一控制器。可使用圖5之實施例或圖6之實施例或使用另一實施例來實施此電極陣列。電極被標記為從A1至D5。在以下描述中，將使用此等標籤來指代電極。電極陣列包含五「行」電極及四「列」電極。 現將描述本發明之某些實施例所使用之電極圖案之一些實例。亦可使用許多其他適合電極圖案。 一般而言，可如下以例示性實施例組態本發明。一觸控面板裝置包含包括複數個電極之一二維電極陣列，及電耦合至二維電極陣列之一控制器。電極之一第一部分可由控制器指派為驅動電極或未用電極，且電極之一第二部分可由控制器指派為感測電極或未用電極。控制器經組態以：在複數個量測週期期間指派驅動電極及感測電極，其中經指派驅動電極及感測電極之一圖案在不同量測週期期間不同，且經指派驅動電極及感測電極在複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容；量測在量測週期期間形成於驅動電極與感測電極之間互電容；及基於經量測互電容偵測並判定正觸碰或靠近觸控面板裝置之一物件之一位置。接著，觸控面板裝置可回應於物件正觸碰或靠近觸控面板裝置而執行一功能。 可實施之圖案取決於電極陣列及多工器單元之特定實施例。例如，可使用圖5或圖6之電極陣列實施例及圖7之多工器實施例來實施圖11至圖25之電極圖案實施例。可使用不同電極陣列及多工器實施例來實施許多不同電極圖案。 圖11展示可在一第一量測週期期間使用之一例示性電極指派。此圖案包含如藉由圖中之陰影差異指示之感測電極1100、驅動電極1101及未用電極1102。 圖12展示可在一第二量測週期期間使用之另一例示性電極指派。此圖案包含再次如藉由圖中之陰影差異指示之驅動電極1200、感測電極1201及未用電極1202。 圖13展示可在一第三量測週期期間使用之另一例示性電極指派。此圖案包含再次如藉由圖中之陰影差異指示之未用電極1300、驅動電極1301及感測電極1302。 經指派驅動電極及感測電極在複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容。複數個耦合距離包括一短耦合距離及一長耦合距離。 如本文中使用，一般而言，一「短耦合距離」定義為實質上相鄰之一驅動電極與一感測電極之間的一耦合距離。一「長耦合距離」定義為實質上不相鄰之一驅動電極與一感測電極之間的一耦合距離。應注意，小結構(例如，狹窄虛設電極或接地電極或連接線)可經安置於實質上相鄰電極之間的小間隙中，且因此術語「相鄰」及「實質上相鄰」意欲涵蓋電極之間的間隙中存在此等較小結構。在至少一個方向上藉由一額外驅動電極、感測電極或未用電極分離之電極可被視為「不相鄰」或「非相鄰」電極。 圖14展示圖11之電極指派，且亦展示其中在驅動電極B2與感測電極B1之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域1400。互電容之值受存在於近似區域1400中之任何物件之影響。圖14進一步展示其中在驅動電極D2與感測電極D1之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域1401。互電容之值受存在於近似區域1401中之任何物件之影響。 圖15展示圖12之電極指派，且亦展示其中在驅動電極A1及A3與感測電極A2之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域1500。互電容之值受存在於近似區域1500中之任何物件之影響。圖15進一步展示其中在驅動電極C1及C3與感測電極C2之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域1501。互電容之值受存在於近似區域1501中之任何物件之影響。 圖16展示圖13之電極指派，且亦展示其中在驅動電極B2及B4與感測電極B3之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域1600。互電容之值受存在於近似區域1600中之任何物件之影響。圖16進一步展示其中在驅動電極D2及D4與感測電極D3之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域1601。互電容之值受存在於近似區域1601中之任何物件之影響。 圖17展示一電極陣列1700及近似區域1400、1401、1500、1501、1600及1601。圖17亦展示額外近似區域1701及1702、1703及1704。在區域1701中，在驅動電極A3及A5與感測電極A4之間在一短耦合距離上形成一互電容。在區域1702中，在驅動電極C3及C5與感測電極C4之間在一短耦合距離上形成一互電容。在區域1703中，在驅動電極B4與感測電極B5之間在一短耦合距離上形成一互電容。在區域1704中，在驅動電極D4與感測電極D5之間在一短耦合距離上形成一互電容。可在一第四量測週期中使用導致敏感區域1701及1702之電極指派，且可在一第五量測週期中使用導致敏感區域1703及1704之電極指派。 圖17展示在不同量測週期內區域共同覆蓋面板之整個表面。因此，進行對存在觸碰或靠近面板表面上之任何點之一物件敏感之量測。圖17進一步展示許多區域重疊。因此，藉由使用內插，可依良好準確度判定一物件之位置。先前技術中熟知適合內插方法。 圖18展示圖11之電極指派，且亦展示其中在驅動電極B2與感測電極A1之間在一長耦合距離上形成一互電容之近似區域1800。互電容之值受存在於近似區域1800中之任何物件之影響。圖18進一步展示其中在驅動電極B2及D2與感測電極C1之間在長耦合距離上形成一互電容之近似區域1801及1802。互電容之值受存在於近似區域1801及1802中之任何物件之影響。 圖19展示圖12之電極指派，且亦展示其中在驅動電極A1、A3、C1及C3與感測電極B2之間在長耦合距離上形成一互電容之近似區域1900及1901。互電容之值受存在於近似區域1900及1901中之任何物件之影響。圖19進一步展示其中在驅動電極C1及C3與感測電極D2之間在長耦合距離上形成一互電容之近似區域1902及1903。互電容之值受存在於近似區域1902及1903中之任何物件之影響。 圖20展示圖13之電極指派，且亦展示其中在驅動電極B2及B4與感測電極A3之間在長耦合距離上形成一互電容之近似區域2000及2001。互電容之值受存在於近似區域2000及2001中之任何物件之影響。圖20進一步展示其中在驅動電極B2、B4、D2及D4與感測電極C3之間在長耦合距離上形成一互電容之近似區域2002及2003。互電容之值受存在於近似區域2002及2003中之任何物件之影響。 可在一第四量測週期及一第五量測週期中使用導致在長耦合距離上形成之額外互電容且具有不同近似敏感區域之電極圖案。 可選取在不同量測週期內共同覆蓋面板之整個表面之區域。因此，進行對存在觸碰或靠近面板表面上之任何點之一物件敏感之量測。亦清楚，許多區域重疊。因此，藉由使用內插，可依良好準確度判定一物件之位置。先前技術中熟知適合內插方法。 在如由控制器指派之五個電極指派組態之各者中，兩個感測電極與至少一個驅動電極直接相鄰且未與任何驅動電極對角相鄰。因此，在驅動電極與感測電極之間在短耦合距離上形成一互電容。在五個電極指派組態之各者中，兩個感測電極亦與至少一個驅動電極對角相鄰且未與任何驅動電極直接相鄰。因此，在驅動電極與感測電極之間在一長耦合距離上形成一互電容。此有益地在各量測週期內在不同耦合距離上形成多個耦合電容。 對於在一長耦合距離上形成一互耦合電容之任何驅動電極及感測電極對，在一第一量測週期期間指派為一第一組態中之一感測電極之一電極在一第二量測週期期間指派為一第二組態中之一驅動電極。對於在一短耦合距離上形成一互耦合電容之任何驅動電極及感測電極對，在第一量測週期期間指派為第一組態中之一感測電極之一電極在第二量測週期期間指派為第二組態中之一未用電極。 因此，各電極恰好一次被指派為一感測電極。並非行1或行5中之一邊緣電極之各電極亦恰好兩次或恰好零次被指派為一驅動電極。 以此方式，在短耦合距離及長耦合距離兩者上形成若干互電容而具有在不同量測週期內覆蓋整個觸控面板之敏感區域，同時需要進行最小數目次量測且同時獲得最大可能空間及時間解析度。 在使用圖11至圖20之電極指派之一實施例中，產生兩個資料集。圖17中展示之第一資料集對應於對短耦合距離上之互電容之量測。圖18至圖20中部分展示之第二資料集對應於對長耦合距離上之互電容之量測。兩個資料集包含在不同量測週期內共同覆蓋面板之整個表面之敏感區域。一些敏感區域具有不同大小及形狀。資料集可經處理使得可更直接地比較第一資料集及第二資料集。此處理可包含改變資料之解析度及執行內插、按比例調整及其他熟知演算法技術。 因此，兩個資料集含有對在不同耦合距離上形成之多個互電容之量測。使用資料集來偵測可能觸碰或靠近觸控面板之表面上的任何點之導電物件及非導電物件。 亦可使用兩個資料集來判定正觸碰或靠近觸控面板之表面上的任何點之一物件是一導電物件還是一非導電物件。可基於在不同耦合距離上形成之多個互電容之一第一特性變化而偵測並識別導電物件。可基於在不同耦合距離上形成之多個互電容之一第二特性變化而偵測並識別非導電物件。 例如，在一些實施例中，第一特性變化係在短距離上形成之一或多個互電容之值之一減小及在長距離上形成之一或多個互電容之值之一減小。在一些實施例中，第二特性變化係在短距離上形成之一或多個互電容之值之一減小及在長距離上形成之一或多個互電容之值之一增大。特性變化可類似於US 9,105,255 (Brown等人，2015年8月11日分佈)中揭示之特性變化。 兩個資料集可進一步用以基於在不同耦合距離上形成之多個互電容之特性變化而判定靠近觸控面板之表面上的任何點之一物件之高度。在一些實施例中，當一物件靠近電極時，在兩個電極之間在一短耦合距離上形成之一互電容展現大的變化，而當一物件靠近電極時，在兩個電極之間在一長耦合距離上形成之一互電容展現較小變化。在一些實施例中，當一物件保持在電極上方之一顯著距離處時，在兩個電極之間在一短耦合距離上形成之一互電容展現小的變化，而當一物件保持在電極上方之一顯著距離處時，在兩個電極之間在一長耦合距離上形成之一互電容展現較大變化。 因此，在一些實施例中，控制器可藉由比較在短耦合距離上形成之經量測互電容之變化與在長耦合距離上形成之經量測互電容之變化而判定一物件在觸控面板之表面上方之高度。例如，在一些實施例中，控制器可計算在短耦合距離上形成之電容與在長耦合距離上形成之電容之變化比。US 2014/0,009,428 (Brown等人，2014年1月發表)中揭示適合方法。 圖17指示此實施例中使用之電極指派導致面板之左邊緣及右邊緣(行號1及行號5)處之一較低有效空間解析度。在一些實施例中，可使用額外電極指派進行額外量測以改良面板之邊緣處之有效空間解析度。 圖21展示可在一第六量測週期期間使用之一例示性電極指派。此圖案包含感測電極2100、驅動電極2101及未用電極2102。 圖22展示圖21之電極指派，且亦展示其中在驅動電極B1與感測電極A1之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域2200。互電容之值受存在於近似區域2200中之任何物件之影響。圖22進一步展示其中在驅動電極B1及D1與感測電極C1之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域2201。互電容之值受存在於近似區域2201中之任何物件之影響。 圖23展示可在一第七量測週期期間使用之一電極指派。此圖案包含驅動電極2300、感測電極2301及未用電極2302。 圖23亦展示其中在驅動電極A1及C1與感測電極B1之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域2303。互電容之值受存在於近似區域2303中之任何物件之影響。圖23進一步展示其中在驅動電極C1與感測電極D1之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域2304。互電容之值受存在於近似區域2304中之任何物件之影響。 可將對應於近似敏感區域2200、2201、2303及2304之量測與第一資料集及第二資料集組合，以改良面板之邊緣處之有效空間解析度。 應注意，上文描述之實施例一般使用驅動電極及感測電極之一對稱指派。然而，許多其他實施例係可行的，包含使用非對稱驅動電極及感測電極指派。 圖24展示可在一量測週期期間(例如在一第二量測週期期間)使用之一非對稱電極指派。此圖案包含驅動電極2400、感測電極2401及未用電極2402。 圖25展示可在一量測週期期間(例如在一第三量測週期期間)使用之一非對稱電極指派。此圖案包含未用電極2500、感測電極2501及驅動電極2502。 亦應注意，上文描述之實施例一般在一量測週期期間將一個行中之全部電極指派為感測電極，且將相鄰行中之電極指派為驅動電極。然而，許多其他實施例係可行的。 圖5及圖6之實施例使用實質上方形或矩形之電極，但許多其他電極幾何形狀係可行的。例如，圖26展示使用一指叉電極陣列以增大各列中之相鄰電極之間的耦合電容之一觸控感測器面板401之一例示性實施例。此等電極僅在一個方向上指叉。可使用許多不同電極幾何形狀來達成相同效應。電極陣列包含形成於一第一層上之二十個指叉電極2600、2601及2602，其中四個電極配置於一第一方向上且五個電極配置於一第二方向上。通孔2603將第一層上之各電極連接至一第二層上之連接線2604。藉由此手段，將各電極各別地連接至一控制器403a。 圖27展示應用於圖26之觸控感測器面板實施例之圖11之電極指派。圖27包含感測電極2700、驅動電極2701及未用電極2702。 圖28展示應用於圖26之觸控感測器面板實施例之圖12之電極指派。圖28包含驅動電極2800、感測電極2801及未用電極2802。 在圖5至圖28之實施例中，可在一量測週期期間將各電極指派為一感測電極、一驅動電極或一未用電極。然而，其他實施例係可行的，其中可將一些電極指派為一驅動電極或一未用電極，且可將其他電極指派為一感測電極或一未用電極。例如，圖29展示使用具有一菱形幾何形狀之一電極陣列之一觸控感測器面板401之一實施例。陣列包含形成於一第一層上之十二個電極對，其中四個電極對配置於一第一方向上且三個電極對配置於一第二方向上。各電極對包含一第一電極2900及一第二電極2901。第一電極2900包括電連接在一起之兩個部分2900a及2900b。第二電極2901包括電連接在一起之兩個部分2901a及2901b。在此實施例中，電極部分2901a及2901b由形成於第一層中之連接特徵部2902結合。通孔2903將第一層上之各電極連接至一第二層上之連接線2904。藉由此手段，將各電極各別地連接至一控制器403b，且在電極部分2900a與2900b之間進行一電連接。 圖30展示多工器單元404之一實施例404b，其係觸控面板控制器403之部分。例如，此多工器單元實施例404b可搭配圖29之電極實施例使用。圖30亦展示觸控面板控制器量測/處理單元405之元件。 在此實施例中，來自各行電極2900之連接線2911、2912及2913連接至多工器700、701、702及703，如圖30中展示。多工器受控於數位信號CSS，且多工器之輸出端連接至電荷放大器704、705、706及707。量測/處理單元405可設定CSS之值以控制多工器。例如，在此實施例中，CSS之一個值引起多工器將第一行之連接線2911連接至放大器704、705、706及707。因此，控制器感測第一行電極。CSS之另一值引起多工器將第二行之連接線2912連接至放大器。因此，控制器感測第二行電極。CSS之另一值引起多工器將第三行之連接線2913連接至放大器。因此，控制器感測第三行電極。 在此實施例中，來自各行電極2901之連接線2905、2906、2907、2908、2909及2910連接至一佈線單元3000。佈線單元3000繼而連接至多工器708、709、710、711、712及713。在一些實施例中，佈線單元3000可在連接線與多工器之間進行固定連接。例如，在一項實施例中，兩個連接線2905連接在一起且藉由佈線單元3000連接至多工器708。在此實施例中，兩個連接線2906連接在一起且藉由佈線單元3000連接至多工器709。在此實施例中，兩個連接線2907連接在一起且藉由佈線單元3000連接至多工器710。在此實施例中，兩個連接線2908連接在一起且藉由佈線單元3000連接至多工器711。在此實施例中，兩個連接線2909連接在一起且藉由佈線單元3000連接至多工器712。在此實施例中，兩個連接線2910連接在一起且藉由佈線單元3000連接至多工器713。在一些實施例中，佈線單元3000可含有可改變連接線2905、2906、2907、2908、2909及2910與多工器708、709、710、711、712及713之間的連接之開關。在此等實施例中，佈線單元3000受控於由量測/處理單元405產生之數位信號PS。 上文詳細描述多工器708、709、710、711、712及713之操作。 圖31展示使用具有一菱形幾何形狀之一電極陣列之一觸控感測器面板401之一實施例。陣列包含形成於一第一層上之十二個電極對，其中四個電極對配置於一第一方向上且三個電極對配置於一第二方向上。各電極對具有一第一電極3100及一第二電極3101。電極3100包括電連接在一起之兩個部分3100a及3100b。電極3101包括電連接在一起之兩個部分3101a及3101b。在此實施例中，電極部分3101a及3101b由形成於第一層中之連接特徵部3102結合。通孔3103將第一層上之各電極連接至一第二層上之連接線3104。藉由此手段，將各電極各別地連接至一控制器403c，且在電極部分3100a與3100b之間進行一電連接。另外，在此實施例中，藉由連接線3105、3107及3109在奇數列中之電極3101之間進行電連接。亦藉由連接線3106、3108及3110在偶數列中之電極3101之間進行電連接。 圖32展示多工器單元404之一實施例404c，其係觸控面板控制器403之部分。例如，此多工器單元實施例404c可搭配圖31之電極實施例使用。圖32亦展示觸控面板控制器量測/處理單元405之元件。 在此實施例中，來自各行電極3100之連接線3111、3112及3113連接至多工器700、701、702及703，如圖32中展示。多工器受控於數位信號CSS，且多工器之輸出端連接至電荷放大器704、705、706及707。量測/處理單元405可設定CSS之值以控制多工器。例如，在此實施例中，CSS之一個值引起多工器將第一行之連接線3111連接至放大器704、705、706及707。因此，控制器感測第一行電極。CSS之另一值引起多工器將第二行之連接線3112連接至放大器。因此，控制器感測第二行電極。CSS之另一值引起多工器將第三行之連接線3113連接至放大器。因此，控制器感測第三行電極。 在此實施例中，連接線3105連接至多工器708之輸入端。在此實施例中，連接線3106連接至多工器709之輸入端。在此實施例中，連接線3107連接至多工器710之輸入端。在此實施例中，連接線3108連接至多工器711之輸入端。在此實施例中，連接線3109連接至多工器712之輸入端。在此實施例中，連接線3110連接至多工器713之輸入端。 上文詳細描述多工器708、709、710、711、712及713之操作。 圖33展示佈線單元3000之一實施例，其含有能夠改變圖30之實施例中之連接線2905、2906、2907、2908、2909及2910與多工器708、709、710、711、712及713之間的連接之開關。在此實施例中，如圖33中展示般配置一開關陣列3300。先前技術中熟知實施適合開關之方法。例如，開關可由CMOS電晶體製成。開關3300受控於一控制單元3301，該控制單元3301回應於輸入PS而產生開關控制信號3302。因此，此實施例容許改變電極與多工器708、709、710、711、712及713之間的佈線。此使能夠實現額外電極指派圖案。 圖34展示可在一第一量測週期期間搭配圖29或圖31之電極結構使用之一電極指派組態。此圖案包含感測電極3400、驅動電極3401及未用電極3402。 圖35展示可在一第二量測週期期間搭配圖29或圖31之電極結構使用之一電極指派。此圖案包含感測電極3500、驅動電極3501及未用電極3502。因此，在圖35及圖36之實施例中，各電極區域(例如，A1、B1等)可具有呈一菱形圖案之一個以上類型之感測電極、驅動電極及未用電極。 圖36展示圖34之電極指派，且亦展示其中在A1之驅動電極部分與A1之感測電極部分之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域3600。互電容之值受存在於近似區域3600中之任何物件之影響。圖36進一步展示其中在C1之驅動電極部分與C1之感測電極部分之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域3601。互電容之值受存在於近似區域3601中之任何物件之影響。 圖37展示圖35之電極指派，且亦展示其中在B1之驅動電極部分與B1之感測電極部分之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域3700。互電容之值受存在於近似區域3700中之任何物件之影響。圖37進一步展示其中在D1之驅動電極部分與D1之感測電極部分之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域3701。互電容之值受存在於近似區域3701中之任何物件之影響。 圖38展示圖34之電極指派，且亦展示其中在A1及C1之驅動電極部分與B1之感測電極部分之間在長耦合距離上形成一互電容之近似區域3800。互電容之值受存在於近似區域3800中之任何物件之影響。圖38進一步展示其中在C1之驅動電極部分與感測電極部分D1之間在一長耦合距離上形成一互電容之近似區域3801。互電容之值受存在於近似區域3801中之任何物件之影響。 圖39展示圖35之電極指派，且亦展示其中在B1之驅動電極部分與A1之感測電極部分之間在一長耦合距離上形成一互電容之近似區域3900。互電容之值受存在於近似區域3900中之任何物件之影響。圖39進一步展示其中在B1及D1之驅動電極部分與C1之感測電極部分之間在長耦合距離上形成一互電容之近似區域3901。互電容之值受存在於近似區域3901中之任何物件之影響。 可在後續量測週期中使用額外電極圖案，其等導致在不同耦合距離上形成之額外互電容而具有不同近似敏感區域。 正如其他實施例，獲得兩個資料集，其等含有對在不同量測週期內在觸控面板上之不同點處在不同耦合距離上形成之多個互電容之量測。使用資料集來偵測可能觸碰或靠近觸控面板之表面上的任何點之導電物件及非導電物件。 亦可使用兩個資料集來判定正觸碰或靠近觸控面板之表面上的任何點之一物件是一導電物件還是一非導電物件。可基於在不同耦合距離上形成之多個互電容之一第一特性變化而偵測並識別導電物件。可基於在不同耦合距離上形成之多個互電容之一第二特性變化而偵測並識別非導電物件。 兩個資料集可進一步用以基於在不同耦合距離上形成之多個互電容之特性變化而判定靠近觸控面板之表面上的任何點之一物件之高度。 圖40展示描繪可在觸控面板控制器403內執行以量測並處理來自觸控感測器面板401之電容資料及上述實施例中之此等結構之全部變動之步驟之一流程圖。圖40僅展示一可能演算法之一項實施例，且許多其他實施例亦可行。 圖40展示：一第一步驟4000，在此期間，量測觸控感測器面板401內之互電容；一第二步驟4001，在此期間，重新配置並預處理經量測資料；及一第三步驟4002，在此期間，在一偵測及追蹤步驟中判定是否有物件正觸碰或靠近觸控面板，且視情況判定該等物件之性質及位置。 圖41展示形成第一步驟4000之部分之子步驟。在第一子步驟4100期間，量測/處理單元405針對一下一電極指派組態多工器單元404以產生驅動電極、感測電極及未用電極之一特定圖案。在第二子步驟4101期間，量測/處理單元405量測驅動電極與感測電極之間之互電容。在第三子步驟4102期間，量測/處理單元405判定是否已進行全部必要量測。若需要更多量測以例如獲得面板之全空間覆蓋，則執行返回至子步驟4100。否則，演算法進行至第二步驟4001。 圖42展示形成第二步驟4001之部分之子步驟。在第一子步驟4200期間，可自經量測電容移除一基線電容信號。在第二子步驟4201期間，可平均化來自多個量測資料訊框之資料以減少雜訊。在一第三子步驟4202期間，將互電容量測之原始資料重新配置為量測資料之不同「近」及「遠」資料訊框。例如，一第一訊框可為一近資料訊框，其含有對應於在觸控感測器面板上之若干位置處在短耦合距離上量測之互電容之量測。一第二訊框可為一遠資料訊框，其含有對應於在觸控感測器面板上之若干位置處在長耦合距離上量測之互電容之量測。不同群組之量測可經處理以使其等可直接相互比較。此處理可包含改變資料之空間解析度、內插、按比例調整及其他熟知演算法技術。在一第四子步驟4203期間，可藉由組合量測資料而產生「合成子訊框」。例如，一第一合成子訊框可包含第一量測訊框(對應於在短耦合距離上量測之互電容之量測)與第二量測訊框(對應於在長耦合距離上量測之互電容之量測)之總和。一第二合成子訊框可包含第一量測訊框(對應於在短耦合距離上量測之互電容之量測)與第二量測訊框(對應於在長耦合距離上量測之互電容之量測)之間之差。 圖43展示形成第三步驟4002之部分之子步驟。在第一子步驟4300期間，處理合成子訊框以判定、分類並識別觸碰。可採用子步驟4300來偵測正觸碰或靠近觸控面板之表面之物件。合成子訊框亦可經處理以判定物件在觸控面板之表面上之位置，及/或物件之類型(導電或非導電)，及/或物件在觸控面板之表面上方之高度。 例如，在此實施例中，第一合成子訊框可經處理以偵測導電物件。在此實施例中，第二合成子訊框可經處理以偵測非導電物件。藉由比較第一合成子訊框與第二合成子訊框中之量測之量值，可將一物件分類為導電的或非導電的，且可判定其在觸控面板之表面上方之高度。此僅為可用以重新配置量測資料且偵測、定位並分類導電物件及非導電物件之一演算法之一項實施例。可採用任何適合演算法。 在圖43之第二子步驟4301期間，可應用時間濾波。先前技術中熟知適合濾波技術。 圖44展示可在一量測週期期間使用之一電極指派。此指派包含再次如藉由圖中之陰影差異指示之未用電極4400、驅動電極4401及感測電極4402。圖44亦展示其中在驅動電極A2及A4與感測電極A3之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域4403。互電容之值受存在於近似區域4403中之任何物件之影響。圖44進一步展示其中在驅動電極B2及B4與感測電極B3之間在一短耦合距離上形成一互電容之近似區域4404。互電容之值受存在於近似區域4404中之任何物件之影響。圖44類似地展示其中在不同電極之間形成互電容之兩個額外近似敏感區域4405及4406。 圖45展示可在一量測週期期間使用之一電極指派。此指派包含再次如藉由圖中之陰影差異指示之驅動電極4500、未用電極4501及感測電極4502。圖45亦展示其中在驅動電極A1及A5與感測電極A3之間在一長耦合距離上形成一互電容之近似區域4503。互電容之值受存在於近似區域4503中之任何物件之影響。圖45進一步展示其中在驅動電極B1及B5與感測電極B3之間在一長耦合距離上形成一互電容之近似區域4504。互電容之值受存在於近似區域4504中之任何物件之影響。圖45類似地展示其中在不同電極之間形成互電容之兩個額外近似敏感區域4505及4506。 在本發明之一項實施例中，可在一量測週期中使用圖44之電極指派，且可在一後續量測週期中使用圖45之電極指派。 因此，本發明之一態樣係一種觸控面板裝置，其具有用於偵測並判定觸碰或靠近該觸控面板裝置之一物件之位置之增強型電極控制。在例示性實施例中，觸控面板裝置可包含包括複數個電極之一二維電極陣列，及電耦合至該二維電極陣列之一控制器。電極之一第一部分可由控制器指派為驅動電極或未用電極，且電極之一第二部分可由控制器指派為感測電極或未用電極。控制器經組態以：在複數個量測週期期間指派驅動電極及感測電極，其中經指派驅動電極及感測電極之一圖案在不同量測週期期間不同，且經指派驅動電極及感測電極在複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容；量測在量測週期期間形成於驅動電極與感測電極之間的互電容；及基於經量測互電容偵測並判定正觸碰或靠近觸控面板裝置之一物件之一位置。觸控面板裝置可個別地或組合地包含以下特徵之一或多者。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，觸控面板裝置之一表面上之任何點至少包含於在一第一耦合距離上形成之互電容之一敏感區域及在不同於第一耦合距離之一第二耦合距離上形成之互電容之一敏感區域中。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，複數個耦合距離包括一短耦合距離及一長耦合距離。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，可指派為一感測電極之各電極具有至控制器之一各別電連接。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，二維陣列中之每一電極具有至控制器之一各別電連接。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，控制器經組態以指派驅動電極及感測電極，使得在一半以上的複數個量測週期中，各感測電極與一驅動電極實質上相鄰或與一驅動電極對角相鄰，且無感測電極與一驅動電極實質上相鄰且對角相鄰。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，控制器經組態以指派驅動電極及感測電極，使得：對於在一長耦合距離上形成一互耦合電容之任何驅動電極及感測電極對，在一第一量測週期期間指派為一第一組態中之一感測電極之一電極在一第二量測週期期間指派為一第二組態中之一驅動電極；且對於在一短耦合距離上形成一互耦合電容之任何驅動電極及感測電極對，在第一量測週期期間指派為第一組態中之一感測電極之一電極在第二量測週期期間指派為第二組態中之一未用電極。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，經量測互電容包含在二維陣列之一邊緣處量測之電容。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，二維陣列中未定位於該二維陣列之一邊緣處之全部電極恰好在兩個量測週期中或恰好在零個量測週期中被指派為驅動電極。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，複數個電極僅在一個方向上指叉。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，控制器包括用於量測互電容之一電流量測單元及一多工器，且控制器經組態以經由多工器控制電流量測單元與觸控面板電極之間的一連接以指派感測電極；其中可指派為一感測電極之各電極具有至多工器之一各別電連接。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，二維陣列中之每一電極具有至多工器之一各別電連接。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，觸控面板裝置進一步包含一多工器單元，其中在各量測週期期間，多工器單元將指派為一驅動電極之各電極連接至一驅動電壓且將指派為一感測電極之各電極連接至一或多個感測放大器，且將指派為一未用電極之各電極連接至接地或一固定電壓。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，控制器經組態以偵測物件包含：經組態以基於經量測互電容之特性變化而判定物件是導電的還是非導電的。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，控制器經組態以：基於在不同耦合距離上形成之互電容之一第一特性變化而偵測導電物件；及基於在不同耦合距離上形成之互電容之一第二特性變化而額外地偵測非導電物件。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，控制器經組態以判定物件之位置包含：經組態以基於經量測互電容之特性變化而判定物件在觸控面板裝置之一表面上方之一高度。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，控制器經組態以處理經量測互電容以產生對應於不同耦合距離上之電容耦合之資料訊框。 在觸控面板裝置之一例示性實施例中，控制器經組態以處理資料訊框使其等具有一相同空間解析度。 本發明之另一態樣係一種控制根據實施例之任一者之一觸控面板裝置之方法。該方法可包含以下步驟：在複數個量測週期期間指派驅動電極及感測電極，其中經指派驅動電極及感測電極之一圖案在不同量測週期期間不同，且經指派驅動電極及感測電極在複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容；量測在量測週期期間形成於驅動電極與感測電極之間的互電容；及基於經量測互電容偵測並判定正觸碰或靠近觸控面板裝置之一物件之一位置；其中觸控面板裝置回應於物件正觸碰或靠近該觸控面板裝置而執行一功能。 儘管已關於某一或多個實施例展示且描述本發明，然顯然熟習此項技術者在閱讀且理解本說明書及隨附圖式之後將想到等效變更及修改。特定言之，關於由上述元件(組件、總成、裝置、組合物等)執行之各種功能，用以描述此等元件之術語(包含對一「構件」之引用)意欲(除非另有指示)對應於執行所描述元件之指定功能(即，其在功能上等效)之任何元件，即使其等在結構上不等效於執行本發明之本文中繪示之一或多個例示性實施例中的功能之所揭示結構。另外，雖然上文可已關於數個所繪示實施例之僅一或多者描述本發明之一特定特徵，但此特徵可與其他實施例之一或多個其他特徵組合，如對於任何給定或特定應用而言可為期望的且有利的。 [工業適用性] 本發明適於改良多種背景內容中之電容式觸控面板裝置之操作。此等電容式觸控面板裝置可應用於一系列消費性電子產品中，包含例如行動電話、平板電腦、膝上型及桌上型PC、電子書閱讀器及數位看板產品。 相關申請案 本申請案主張2017年1月19日申請之美國申請案序號15/409,910之優先權利，此處該案之內容以引用的方式併入。
100‧‧‧驅動電極
101‧‧‧感測電極
102‧‧‧電壓源/驅動電壓/驅動信號/電壓脈衝產生器
103‧‧‧互耦合電容器/互電容
104‧‧‧電流量測構件/電流量測單元
105‧‧‧輸入物件
106‧‧‧輸入物件與驅動電極之間的動態電容器/第一動態電容器
107‧‧‧輸入物件與感測電極之間的動態電容器/第二動態電容器
200‧‧‧驅動電極
201‧‧‧電壓源
202‧‧‧電流量測構件
203‧‧‧電極對接地之自電容
300‧‧‧水平電極
301‧‧‧垂直電極
400‧‧‧觸控面板顯示系統
401‧‧‧觸控感測器面板
402‧‧‧顯示器
403‧‧‧觸控面板控制器
403a‧‧‧觸控面板控制器
403b‧‧‧觸控面板控制器
403c‧‧‧觸控面板控制器
404‧‧‧多工器單元
404a‧‧‧多工器單元/多工器單元實施例
404b‧‧‧多工器單元/多工器單元實施例
404c‧‧‧多工器單元/多工器單元實施例
405‧‧‧量測/處理單元
406‧‧‧系統控制單元
500‧‧‧方形電極
501‧‧‧通孔
502‧‧‧連接線
504‧‧‧用於第一行電極之連接線
505‧‧‧用於第二行電極之連接線
506‧‧‧用於第三行電極之連接線
600‧‧‧方形電極
601‧‧‧導電線
700‧‧‧多工器
701‧‧‧多工器
702‧‧‧多工器
703‧‧‧多工器
704‧‧‧電荷放大器/電荷放大器電路/電荷積分器電路
705‧‧‧電荷放大器
706‧‧‧電荷放大器
707‧‧‧電荷放大器
708‧‧‧多工器
709‧‧‧多工器
710‧‧‧多工器
711‧‧‧多工器
712‧‧‧多工器
713‧‧‧多工器
714‧‧‧開關
715‧‧‧開關
716‧‧‧開關
717‧‧‧開關
718‧‧‧開關
719‧‧‧開關
720‧‧‧開關
721‧‧‧開關
722‧‧‧開關
723‧‧‧開關
724‧‧‧開關
725‧‧‧開關
800‧‧‧運算放大器
801‧‧‧積分電容器
802‧‧‧重設開關
803‧‧‧第一輸入開關
804‧‧‧第二輸入開關
1000‧‧‧電極
1100‧‧‧感測電極
1101‧‧‧驅動電極
1102‧‧‧未用電極
1200‧‧‧驅動電極
1201‧‧‧感測電極
1202‧‧‧未用電極
1300‧‧‧未用電極
1301‧‧‧驅動電極
1302‧‧‧感測電極
1400‧‧‧互電容之近似區域
1401‧‧‧互電容之近似區域
1500‧‧‧互電容之近似區域
1501‧‧‧互電容之近似區域
1600‧‧‧互電容之近似區域
1601‧‧‧互電容之近似區域
1700‧‧‧電極陣列
1701‧‧‧互電容之近似區域/敏感區域
1702‧‧‧互電容之近似區域/敏感區域
1703‧‧‧互電容之近似區域/敏感區域
1704‧‧‧互電容之近似區域
1800‧‧‧互電容之近似區域
1801‧‧‧互電容之近似區域
1802‧‧‧互電容之近似區域
1900‧‧‧互電容之近似區域
1901‧‧‧互電容之近似區域
1902‧‧‧互電容之近似區域
1903‧‧‧互電容之近似區域
2000‧‧‧互電容之近似區域
2001‧‧‧互電容之近似區域
2002‧‧‧互電容之近似區域
2003‧‧‧互電容之近似區域
2100‧‧‧感測電極
2101‧‧‧驅動電極
2102‧‧‧未用電極
2200‧‧‧互電容之近似區域/近似敏感區域
2201‧‧‧互電容之近似區域/近似敏感區域
2300‧‧‧驅動電極
2301‧‧‧感測電極
2302‧‧‧未用電極
2303‧‧‧互電容之近似區域/近似敏感區域
2304‧‧‧互電容之近似區域/近似敏感區域
2400‧‧‧驅動電極
2401‧‧‧感測電極
2402‧‧‧未用電極
2500‧‧‧未用電極
2501‧‧‧感測電極
2502‧‧‧驅動電極
2600‧‧‧指叉電極
2601‧‧‧指叉電極
2602‧‧‧指叉電極
2603‧‧‧通孔
2604‧‧‧連接線
2700‧‧‧感測電極
2701‧‧‧驅動電極
2702‧‧‧未用電極
2800‧‧‧驅動電極
2801‧‧‧感測電極
2802‧‧‧未用電極
2900‧‧‧第一電極
2900a‧‧‧第一電極部分
2900b‧‧‧第一電極部分
2901‧‧‧第二電極
2901a‧‧‧第二電極部分
2901b‧‧‧第二電極部分
2902‧‧‧連接特徵部
2903‧‧‧通孔
2904‧‧‧連接線
2905‧‧‧連接線
2906‧‧‧連接線
2907‧‧‧連接線
2908‧‧‧連接線
2909‧‧‧連接線
2910‧‧‧連接線
2911‧‧‧連接線
2912‧‧‧連接線
2913‧‧‧連接線
3000‧‧‧佈線單元
3100‧‧‧第一電極
3100a‧‧‧第一電極部分
3100b‧‧‧第一電極部分
3101‧‧‧第二電極
3101a‧‧‧第二電極部分
3101b‧‧‧第二電極部分
3102‧‧‧連接特徵部
3103‧‧‧通孔
3104‧‧‧連接線
3105‧‧‧連接線
3106‧‧‧連接線
3107‧‧‧連接線
3108‧‧‧連接線
3109‧‧‧連接線
3110‧‧‧連接線
3111‧‧‧連接線
3112‧‧‧連接線
3113‧‧‧連接線
3300‧‧‧開關陣列/開關
3301‧‧‧控制單元
3302‧‧‧控制信號
3400‧‧‧感測電極
3401‧‧‧驅動電極
3402‧‧‧未用電極
3500‧‧‧感測電極
3501‧‧‧驅動電極
3502‧‧‧未用電極
3600‧‧‧互電容之近似區域
3601‧‧‧互電容之近似區域
3700‧‧‧互電容之近似區域
3701‧‧‧互電容之近似區域
3800‧‧‧互電容之近似區域
3801‧‧‧互電容之近似區域
3900‧‧‧互電容之近似區域
3901‧‧‧互電容之近似區域
4000‧‧‧第一演算法步驟
4001‧‧‧第二演算法步驟
4002‧‧‧第三演算法步驟
4100‧‧‧第一演算法步驟之第一子步驟
4101‧‧‧第一演算法步驟之第二子步驟
4102‧‧‧第一演算法步驟之第三子步驟
4200‧‧‧第二演算法步驟之第一子步驟
4201‧‧‧第二演算法步驟之第二子步驟
4202‧‧‧第二演算法步驟之第三子步驟
4203‧‧‧第二演算法步驟之第四子步驟
4300‧‧‧第三演算法步驟之第一子步驟
4301‧‧‧第三演算法步驟之第二子步驟
4400‧‧‧未用電極
4401‧‧‧驅動電極
4402‧‧‧感測電極
4403‧‧‧互電容之近似區域
4404‧‧‧互電容之近似區域
4405‧‧‧互電容之近似區域/近似敏感區域
4406‧‧‧互電容之近似區域/近似敏感區域
4500‧‧‧驅動電極
4501‧‧‧未用電極
4502‧‧‧感測電極
4503‧‧‧互電容之近似區域
4504‧‧‧互電容之近似區域
4505‧‧‧互電容之近似區域/近似敏感區域
4506‧‧‧互電容之近似區域/近似敏感區域
A1至D5‧‧‧電極
C1P1C‧‧‧控制信號
C1P2C‧‧‧控制信號
C2P1C‧‧‧數位控制信號
C2P2C‧‧‧數位控制信號
C3P1C‧‧‧數位控制信號
C3P2C‧‧‧數位控制信號
C1P1S‧‧‧數位控制信號
C1P2S‧‧‧數位控制信號
C2P1S‧‧‧數位控制信號
C2P2S‧‧‧數位控制信號
C3P1S‧‧‧數位控制信號
C3P2S‧‧‧數位控制信號
CSS‧‧‧數位信號
PS‧‧‧數位信號
RST‧‧‧重設開關控制信號
S1‧‧‧第一輸入開關控制信號
S2‧‧‧第二輸入開關控制信號
VDRIVE‧‧‧驅動電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
圖1展示一互電容觸控面板之一典型實施方案。 圖2展示一自電容觸控面板之一典型實施方案。 圖3展示可用於互電容或自電容感測之垂直電極及水平電極之一典型圖案。 圖4展示一觸控面板顯示系統。 圖5展示一第一層上之一二維電極陣列，其在一第二層上連接至一控制器。 圖6展示一第一層上之一二維電極陣列，其在第一層上連接至一控制器。 圖7展示可搭配圖5及圖6之電極陣列使用之一多工器單元。 圖8展示適於量測一互電容之一電荷放大器電路。 圖9展示可用以驅動圖8之放大器之波形。 圖10展示一二維電極陣列之一簡化表示。 圖11展示可在一第一量測週期期間使用之一電極指派。 圖12展示可在一第二量測週期期間使用之一電極指派。 圖13展示可在一第三量測週期期間使用之一電極指派。 圖14展示圖11之電極圖案及對應於在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖15展示圖12之電極圖案及對應於在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖16展示圖13之電極圖案及對應於在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖17展示對應於在一系列五個量測週期期間在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖18展示圖11之電極圖案及對應於在長耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖19展示圖12之電極圖案及對應於在長耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖20展示圖13之電極圖案及對應於在長耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖21展示可用以改良面板邊緣處之空間解析度之一電極指派。 圖22展示圖21之電極圖案及對應於在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖23展示可用以改良面板邊緣處之空間解析度之一電極指派及對應於在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖24展示可在一第一量測週期期間使用之一非對稱電極指派。 圖25展示可在一第二量測週期期間使用之一非對稱電極指派。 圖26展示一第一層上之一二維電極陣列，其在一第二層上連接至一控制器，其中電極在一個方向上指叉。 圖27展示應用於圖26之觸控感測器面板實施例之圖11之電極指派。 圖28展示應用於圖26之觸控感測器面板實施例之圖12之電極指派。 圖29展示使用具有一菱形幾何形狀之一電極陣列之一觸控感測器面板之一實施例。 圖30展示可搭配圖29之電極陣列使用之一多工器單元。 圖31展示使用具有一菱形幾何形狀且共同連接至驅動電極群組的一電極陣列之一觸控感測器面板之一實施例。 圖32展示可搭配圖31之電極陣列使用之一多工器單元。 圖33展示能夠改變連接線與圖30之實施例中之多工器之間的連接之一佈線單元之一實施例。 圖34展示可在一第一量測週期期間搭配圖29或圖31之電極結構使用之一電極指派。 圖35展示可在一第二量測週期期間搭配圖29或圖31之電極結構使用之一電極指派。 圖36展示圖34之電極圖案及對應於在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖37展示圖35之電極圖案及對應於在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖38展示圖34之電極圖案及對應於在長耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖39展示圖35之電極圖案及對應於在長耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖40展示描繪可在觸控面板控制器內執行以量測並處理來自觸控感測器面板之電容資料之步驟之一流程圖。 圖41展示形成圖40中展示之第一步驟之部分之子步驟。 圖42展示形成圖40中展示之第二步驟之部分之子步驟。 圖43展示形成圖40中展示之第三步驟之部分之子步驟。 圖44展示可在一量測週期期間使用之一電極指派，及對應於在短耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。 圖45展示可在一量測週期期間使用之一電極指派，及對應於在長耦合距離上形成之互電容之近似敏感區域。

Claims (19)

  1. 一種觸控面板裝置，其包括： 一二維電極陣列，其包括複數個電極；及一控制器，其電耦合至該二維電極陣列； 其中該等電極之一第一部分可由該控制器指派為驅動電極或未用電極，且該等電極之一第二部分可由該控制器指派為感測電極或未用電極；及 其中該控制器經組態以： 在複數個量測週期期間指派驅動電極及感測電極，其中經指派驅動電極及感測電極之一圖案在不同量測週期期間不同，且該等經指派驅動電極及感測電極在該複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容； 量測在該等量測週期期間形成於該等驅動電極與該等感測電極之間的互電容；及 基於該等經量測互電容偵測並判定正觸碰或靠近該觸控面板裝置之一物件之一位置。
  2. 如請求項1之觸控面板裝置，其中該觸控面板裝置之一表面上之任何點至少包含於在一第一耦合距離上形成之互電容之一敏感區域及在不同於該第一耦合距離之一第二耦合距離上形成之互電容之一敏感區域中。
  3. 如請求項1至2中任一項之觸控面板裝置，其中該複數個耦合距離包括一短耦合距離及一長耦合距離。
  4. 如請求項1至3中任一項之觸控面板裝置，其中可指派為一感測電極之各電極具有至該控制器之一各別電連接。
  5. 如請求項1至4中任一項之觸控面板裝置，其中該二維陣列中之每一電極具有至該控制器之一各別電連接。
  6. 如請求項5之觸控面板裝置，其中該控制器經組態以指派該等驅動電極及該等感測電極，使得在一半以上的該複數個量測週期中，各感測電極與一驅動電極實質上相鄰或與一驅動電極對角相鄰，且無感測電極與一驅動電極實質上相鄰且對角相鄰。
  7. 如請求項5之觸控面板裝置，其中該控制器經組態以指派該等驅動電極及該等感測電極，使得： 對於在一長耦合距離上形成一互耦合電容之任何驅動電極及感測電極對，在一第一量測週期期間指派為一第一組態中之一感測電極之一電極在一第二量測週期期間指派為一第二組態中之一驅動電極；及 對於在一短耦合距離上形成一互耦合電容之任何驅動電極及感測電極對，在該第一量測週期期間指派為該第一組態中之一感測電極之一電極在該第二量測週期期間指派為該第二組態中之一未用電極。
  8. 如請求項5至7中任一項之觸控面板裝置，其中該等經量測互電容包含在該二維陣列之一邊緣處量測之電容。
  9. 如請求項5至8中任一項之觸控面板裝置，其中該二維陣列中未定位於該二維陣列之一邊緣處之全部電極恰好在兩個量測週期中或恰好在零個量測週期中被指派為驅動電極。
  10. 如請求項5之觸控面板裝置，其中該複數個電極僅在一個方向上指叉。
  11. 如請求項1至10中任一項之觸控面板裝置，其中該控制器包括用於量測該等互電容之一電流量測單元及一多工器，且該控制器經組態以經由該多工器控制該電流量測單元與該等觸控面板電極之間的一連接以指派該等感測電極； 其中可指派為一感測電極之各電極具有至該多工器之一各別電連接。
  12. 如請求項11之觸控面板裝置，其中該二維陣列中之每一電極具有至該多工器之一各別電連接。
  13. 如請求項1至12中任一項之觸控面板裝置，其進一步包括一多工器單元，其中在各量測週期期間，該多工器單元將指派為一驅動電極之各電極連接至一驅動電壓且將指派為一感測電極之各電極連接至一或多個感測放大器，且將指派為一未用電極之各電極連接至接地或一固定電壓。
  14. 如請求項1至13中任一項之觸控面板裝置，其中該控制器經組態以偵測該物件包含：經組態以基於該等經量測互電容之特性變化而判定該物件是導電的還是非導電的。
  15. 如請求項1至14中任一項之觸控面板裝置，其中該控制器經組態以： 基於在不同耦合距離上形成之該等互電容之一第一特性變化而偵測導電物件；及 基於在不同耦合距離上形成之該等互電容之一第二特性變化而額外地偵測非導電物件。
  16. 如請求項1至15中任一項之觸控面板裝置，其中該控制器經組態以判定該物件之該位置包含：經組態以基於該等經量測互電容之特性變化而判定該物件在該觸控面板裝置之一表面上方之一高度。
  17. 如請求項1至16中任一項之觸控面板裝置，其中該控制器經組態以處理該等經量測互電容以產生對應於不同耦合距離上之電容耦合之資料訊框。
  18. 如請求項19之觸控面板裝置，其中該控制器經組態以處理該等資料訊框使其等具有一相同空間解析度。
  19. 一種控制一觸控面板裝置之方法，該觸控面板裝置包含：一二維電極陣列，其包括複數個電極 及一控制器，其電耦合至該二維電極陣列，其中該等電極之一第一部分可由該控制器指派為驅動電極或未用電極，且該等電極之一第二部分可由該控制器指派為感測電極或未用電極，該控制方法包括以下步驟： 在複數個量測週期期間指派驅動電極及感測電極，其中經指派驅動電極及感測電極之一圖案在不同量測週期期間不同，且該等經指派驅動電極及感測電極在該複數個量測週期期間在複數個耦合距離上形成互電容； 量測在該等量測週期期間形成於該等驅動電極與該等感測電極之間的互電容；及 基於該等經量測互電容偵測並判定正觸碰或靠近該觸控面板裝置之一物件之一位置； 其中該觸控面板裝置回應於該物件正觸碰或靠近該觸控面板裝置而執行一功能。
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