TWI434206B - Capacitive touch panel device - Google Patents

Description

電容式觸控面板裝置

本發明係關於一種觸控面板裝置，尤指一種電容式觸控面板裝置。

現今觸控面板的種類，依照感應的原理，大致可分電阻式、電容式、光學等類。電阻式觸控面板主要由上下兩組導電層疊合而成，使用時利用壓力使上下電極導通，經由控制器偵測面板的電壓變化而計算出接觸點位置。電容式觸控面板主要是利用內建電極與人體之間的靜電所產生的電容變化，從產生的電流來檢測其座標。光學觸控面板係利用光源接收遮斷原理，將面板內佈滿光源與接收器並組成矩陣，當光線遭遮斷時，即可得知信號接收器的位置。

目前(2010年)全球觸控面板市佔率以電阻式最高，其次為電容式觸控面板。電容式觸控面板無法如電阻式觸控面板普及，係因電容式觸控面板仍存在著許多急需解決的問題。電容式觸控面板主要係利用手指接觸產生的感應電容，經由偵測電容量的變化來判斷位置。然而，接觸面積與溫度、溼度、壓力皆會影響電容量，經由手指導入的雜訊更造成訊號處理上的困難度，進而使得成本上揚，不容易普及。因此，確實有必要針對電容式觸控面板仍存在的問題思考一解決之道。

本發明之主要目的係在提供一種電容式觸控面板裝置，係利用能量守恆原理設計電容式觸控面板，避免因接觸面積改變所造成的感應電容值變化，以提高偵測位置的精確度及生產良率。

為達成上述目的，本發明所提供之電容式觸控面板裝置，包括：一觸控面板，其包含有多數個導電線；一多工選擇器，其係電性連接至該觸控面板之多數個導電線；一第一開關，其係電性連接至該多工選擇器；一電阻，其具有一第一電阻值；一第二開關，其係電性連接至該電阻、及該第一開關；一電容，其具有一電容值，該電容係電性連接至該第一開關、及該第二開關；一第三開關，其係電性連接至該電容；一類比數位轉換器；一第四開關，其係電性連接至該類比數位轉換器、及該第三開關，以及一積分電路，其係電性連接至該第二開關、及該第四開關。

其中，該第三開關切換至一直流電源、及該第二開關切換至該電容，以對該電容進行充電；該接觸點與該多工選擇器間之導電線段具有一導電電阻，其具有一第二電阻值；該第三開關切換至該第四開關以致使該類比數位轉換器電性連接至該電容，以讀取該電容充電後之電壓，其具有一第一電壓值；該第一開關切換至該電容，以使該電容對該接觸點之浮動電容進行充電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值；該第一開關切換至該第二開關，以致使該接觸點之浮動電容進行放電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值；該第一開關、及該第二開關再切換至該電容，以使該電容對該接觸點之浮動電容進行充電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值，而該第一開關再次切換至該第二開關，以致使該接觸點之浮動電容進行放電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值，重復充放電數次後；該積分電路停止記錄流經該電阻之電流值的絕對值，該第二開關切換至該電容，該類比數位轉換器讀取該電容之電壓，其具有一第二電壓值；該第四開關切換至該積分電路，以致使該類比數位轉換器讀取該積分電路之電流，其具有一電流值；該類比數位轉換器係將該第一電壓值、該第二電壓值、及該電流值傳送至一驅動程式，以計算該導電電阻之第二電阻值；該第二電阻值的計算方式為：，當中，C為該電容值，V1為該第一電壓值，V2為該第二電壓值，I為該電流值，R1為該第一電阻值；該第二電阻值係經由該驅動程式以換算成該接觸點之座標值，若I小於一預設值表示手指沒有壓按觸控面板。

另外，更包含有一電感，其係電性連接至該第一開關、及該第二開關。該多工選擇器係依次掃描該觸控面板之多數個導電線。

本發明之另一目的係在提供一種電容式觸控面板裝置，係使用能量守恆原理以避免因接觸面積改變所造成的感應電容值變化，進而提高偵測位置的精確度及生產良率。

為達成上述目的，本發明所提供之電容式觸控面板裝置包括：一觸控面板，其包含有一導電平面及多數個偵測點；一多工選擇器，其係電性連接至該觸控面板之多數個偵測點；一第一開關，其係電性連接至該多工選擇器；一電阻，其具有一第一電阻值；一第二開關，其係電性連接至該電阻、及該第一開關；一電容，其具有一電容值，該電容係電性連接至該第一開關、及該第二開關；一第三開關，其係電性連接至該電容；一類比數位轉換器；一第四開關，其係電性連接至該類比數位轉換器、及該第三開關，以及一積分電路，其係電性連接至該第二開關、及該第四開關。

其中，該第三開關切換至一直流電源、及該第二開關切換至該電容，以對該電容進行充電；該接觸點與該多數個偵測點之導電線段各具有一導電電阻，其各具有一電阻值；該第三開關切換至該第四開關以致使該類比數位轉換器電性連接至該電容，以讀取該電容充電後之電壓，其具有一第一電壓值；該第一開關切換至該電容，以使該電容對該接觸點之浮動電容進行充電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值；該第一開關切換至該第二開關，以致使該接觸點之浮動電容進行放電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值；該第一開關、及該第二開關再切換至該電容，以使該電容對該接觸點之浮動電容進行充電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值，而該第一開關再次切換至該第二開關，以致使該接觸點之浮動電容進行放電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值，重復充放電數次後；該積分電路停止記錄流經該電阻之電流值，該第二開關切換至該電容，該類比數位轉換器讀取該電容之電壓，其具有一第二電壓值；該第四開關切換至該積分電路，以致使該類比數位轉換器讀取該積分電路之等效總電流，其具有一電流值；該類比數位轉換器係將該第一電壓值、該第二電壓值、及該電流值傳送至一驅動程式，以計算該等導電電阻之電阻值；該等導電電阻之電阻值的計算方式為：，當中，C為該電容值，V1為該第一電壓值，V2為該第二電壓值，I為該電流值，R1為該第一電阻值；該等導電電阻之電阻值係經由該驅動程式以換算成該接觸點之座標值，若I小於一預設值表示手指沒有壓按觸控面板。

請先一併參考圖1及圖2，圖1係本發明一較佳實施例之操作示意圖，圖2係本發明一較佳實施例之系統架構圖。如圖所示，本發明之電容式觸控面板裝置1包括：觸控面板11、一多工選擇器12、一第一開關131、一第二開關132、一第三開關133、一第四開關134、一電容15、一電阻16、一類比數位轉換器17、及一積分電路18。

觸控面板11包含有多數個平行的導電線，為方便說明本發明之操作方式，本實施例觸控面板11所包含的導電線有十九條導電線1101~1119。多工選擇器12係電性連接至該等導電線1101~1119。第一開關131之第一端a係電性連接至多工選擇器12，第二端b係連接至第二開關132之第二端b，第三端c係連接至電容15。第二開關132之第一端a係電性連接至電阻16及積分電路18，第二端b係連接至第一開關131之第二端b，第三端c係連接至電容15。第三開關133之第一端a係電性連接至電容15及第一開關131的第三端c，第二端b係連接至一直流電源V，第三端c係連接至第四開關134的第二端b。第四開關134之第一端a係連接至類比數位轉換器17，第二端b係連接至第三開關133的第三端c，第三端c則連接至積分電路18。其中，電阻16的電阻值為R1，電容15的電容值為C。

當使用者以手指觸控該觸控面板11之接觸點A時，使用者本身係具有一浮動電容91，其電容值為C’，該浮動電容91的電容值大小會隨著接觸點A的面積而改變。並且，接觸點A至端點B係具有一電阻值為R2的導電電阻92，其等效電路則如圖3所示。

多工選擇器12係依次掃描觸控面板11之導電線1101~1119，例如掃描至導電線1110時，第三開關133的第一端a係切換至第二端b以連接直流電源V與電容15，第二開關132的第一端a係切換至第三端c以連接電容15與電阻16，此時，該直流電源V係對電容15進行充電，其等效電路則如圖4所示。待充電週期完成後，第三開關133的第一端a係切換至第三端c，第四開關134的第一端a係切換至第二端b，以使類比數位轉換器17電性連接至電容15而讀取充電後之電壓值V1，並將積分電路18歸零。

接著，第一開關131的第一端a係切換至第三端c，第二開關132的第一端a亦切換至第三端c，以使電容15對接觸點A上的浮動電容91進行充電，積分電路18開始記錄流經電阻16之電流值的絕對值，其等效電路則如圖5所示。

而後，第一開關131與第二開關132同時動作，第一開關131的第一端a係切換至第二端b，第二開關132的第一端a亦切換至第二端b，以致使該接觸點A上的浮動電容91進行放電，其等效電路如圖6所示。積分電路18係繼續記錄流經電阻16之電流值的絕對值。第一開關131、第二開關132係再次切換至電容15多數次，以使電容15對浮動電容91進行充電、及浮動電容91本身放電多數次，積分電路18並持續記錄流經電阻16之電流值的絕對值。

最後，積分電路18停止記錄流經電阻16的電流，其所得到的總電流值為I。第二開關132的第一端a切換至第三端c，第三開關133的第一端a切換至第三端c，第四開關134的第一端a切換至第二端b，以使類比數位轉換器17連接至電容15而讀取電容15放電後的電壓值V2。

該類比數位轉換器17將第一電壓值V1、第二電壓值V2、及電流值I傳送至一驅動程式(圖未示)，以計算該導電電阻92之第二電阻值R2，其計算方式為：

該第二電阻值R2係可再經由該驅動程式以換算成該接觸點之座標值，若I小於一預設值表示手指沒有壓按觸控面板。另外，本發明於第一開關131與第二開關132之間，係可加裝一電感14以降低雜訊之產生，其係電性連接至該第一開關131之第二端b、及第二開關132之第二端b，加裝電感14之系統架構圖則如圖7所示。

本發明另外提供一實施例。請參考圖8，本發明之觸控面板11亦可為一具有導電平面110及多數個偵測點之裝置。較佳地，該等多數個偵測點係位於該觸控面板11之四角落的四個偵測點11a、11b、11c、11d。

接著，請一併參考圖8及圖9，圖9係為本發明另一較佳實施例之系統架構圖。多工選擇器12係電性連接至該觸控面板11之四個偵測點11a、11b、11c、11d。當使用者以手指觸控該觸控面板11之接觸點A時，接觸點A與偵測點11a之間係具有一電阻值Ra，與偵測點11b之間係具有一電阻值Rb，與偵測點11c之間係具有一電阻值Rc，與偵測點11d之間係具有一電阻值Rd。電阻值Ra、Rb、Rc、Rd的計算方式亦如前文所述。該等電阻值Ra、Rb、Rc、Rd計算出來之後，係由一驅動程式(圖未示)以計算接觸點A的座標值。

然而，上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1．．．電容式觸控面板裝置

11．．．觸控面板

12．．．多工選擇器

131．．．第一開關

132．．．第二開關

133．．．第三開關

134．．．第四開關

14．．．電感

15．．．電容

16．．．電阻

17．．．類比數位轉換器

18．．．積分電路

1101~1119．．．導電線

11a,11b,11c,11d．．．偵測點

110．．．導電平面

91．．．浮動電容

92．．．導電電阻

C,C,．．．電容值

R1,R2,Ra,Rb,Rc,Rd．．．電阻值

V．．．直流電源

V1,V2．．．電壓值

I．．．電流值

A．．．接觸點

B．．．端點

a．．．第一端

b．．．第二端

c．．．第三端

圖1係本發明一較佳實施例之操作示意圖。

圖2係本發明一較佳實施例之第一系統架構圖。

圖3係本發明一較佳實施例之第一等效電路圖。

圖4係本發明一較佳實施例之第二等效電路圖。

圖5係本發明一較佳實施例之第三等效電路圖。

圖6係本發明一較佳實施例之第四等效電路圖。

圖7係本發明一較佳實施例之第二系統架構圖。

圖8係本發明另一較佳實施例之操作示意圖。

圖9係本發明另一較佳實施例之系統架構圖。

1．．．電容式觸控面板裝置

11．．．觸控面板

12．．．多工選擇器

131．．．第一開關

132．．．第二開關

133．．．第三開關

134．．．第四開關

15．．．電容

16．．．電阻

17．．．類比數位轉換器

18．．．積分電路

1101~1119．．．導電線

a．．．第一端

b．．．第二端

c．．．第三端

V．．．直流電源

Claims (20)

1. 一種電容式觸控面板裝置，包括：一觸控面板，其包含有多數個導電線；一多工選擇器，其係電性連接至該觸控面板之多數個導電線；一第一開關，其係電性連接至該多工選擇器；一電阻，其具有一第一電阻值；一第二開關，其係電性連接至該電阻、及該第一開關；一電容，其具有一電容值，該電容係電性連接至該第一開關、及該第二開關；一第三開關，其係電性連接至該電容；一類比數位轉換器；一第四開關，其係電性連接至該類比數位轉換器、及該第三開關；以及一積分電路，其係電性連接至該第二開關、及該第四開關；其中，該第三開關切換至一直流電源、及該第二開關切換至該電容，以對該電容進行充電；其中，該接觸點與該多工選擇器間之導電線段具有一導電電阻，其具有一第二電阻值；其中，該第三開關切換至該第四開關以致使該類比數位轉換器電性連接至該電容，以讀取該電容充電後之電壓，其具有一第一電壓值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第一開關切換至該電容，以使該電容對該接 觸點之浮動電容進行充電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第一開關切換至該第二開關，以致使該接觸點之浮動電容進行放電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第一開關、及該第二開關再切換至該電容，以使該電容對該接觸點之浮動電容進行充電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值，而該第一開關再次切換至該第二開關，以致使該接觸點之浮動電容進行放電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該積分電路停止記錄流經該電阻之電流值，該第二開關切換至該電容，該類比數位轉換器讀取該電容之電壓，其具有一第二電壓值。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第四開關切換至該積分電路，以致使該類比數位轉換器讀取該積分電路之等效總電流，其具有一電流值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該類比數位轉換器係將該第一電壓值、該第二電壓值、及該電流值傳送至一驅動程式，以計算該導電電阻之第二電阻值。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第二電阻值的計算方式為： 當中，C為該電容值，V1為該第一電壓值，V2為該第二電壓值，I為該電流值，R1為該第一電阻值。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第二電阻值係經由該驅動程式以換算成該接觸點之座標值，若I小於一預設值表示手指沒有壓按觸控面板。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板裝置，其中，更包含有一電感，其係電性連接於該第一開關及該第二開關之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該多工選擇器係依次掃描該觸控面板之多數個導電線。
12. 一種電容式觸控面板裝置，包括：一觸控面板，其包含有一導電平面及多數個偵測點；一多工選擇器，其係電性連接至該觸控面板之多數個偵測點；一第一開關，其係電性連接至該多工選擇器；一電阻，其具有一第一電阻值；一第二開關，其係電性連接至該電阻、及該第一開關；一電容，其具有一電容值，該電容係電性連接至該第一開關、及該第二開關； 一第三開關，其係電性連接至該電容；一類比數位轉換器；一第四開關，其係電性連接至該類比數位轉換器、及該第三開關；以及一積分電路，其係電性連接至該第二開關、及該第四開關；其中，該第三開關切換至一直流電源、及該第二開關切換至該電容，以對該電容進行充電；其中，該接觸點與該多數個偵測點之導電線段各具有一導電電阻，其各具有一電阻值；其中，該第三開關切換至該第四開關以致使該類比數位轉換器電性連接至該電容，以讀取該電容充電後之電壓，其具有一第一電壓值。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第一開關切換至該電容，以使該電容對該接觸點之浮動電容進行充電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第一開關切換至該第二開關，以致使該接觸點之浮動電容進行放電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第一開關、及該第二開關再切換至該電容，以使該電容對該接觸點之浮動電容進行充電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值，而該第一開關再次 切換至該第二開關，以致使該接觸點之浮動電容進行放電，該積分電路係記錄流經該電阻之電流值的絕對值。
16. 如申請專利範圍第15項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該積分電路停止記錄流經該電阻之電流值，該第二開關切換至該電容，該類比數位轉換器讀取該電容之電壓，其具有一第二電壓值。
17. 如申請專利範圍第16項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該第四開關切換至該積分電路，以致使該類比數位轉換器讀取該積分電路之等效總電流，其具有一電流值。
18. 如申請專利範圍第17項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該類比數位轉換器係將該第一電壓值、該第二電壓值、及該電流值傳送至一驅動程式，以計算該等導電電阻之電阻值。
19. 如申請專利範圍第18項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該等導電電阻之電阻值的計算方式為： 當中，C為該電容值，V1為該第一電壓值，V2為該第二電壓值，I為該電流值，R1為該第一電阻值。
20. 如申請專利範圍第19項所述之電容式觸控面板裝置，其中，該等導電電阻之電阻值係經由該驅動程式以換算成該接觸點之座標值，若I小於一預設值表示手指沒有壓按觸控面板。