TWI454979B - 分辨觸控板上複數個觸碰物體的方法與電腦可讀媒體 - Google Patents

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Description

分辨觸控板上複數個觸碰物體的方法與電腦可讀媒體
本發明係關於分辨觸控板上觸碰物體的方法，尤指運用感應電容訊號分佈來分辨觸控板上觸碰物體(例如使用者的手與使用者所持握的電容筆/觸控筆)的方法。
在透過觸控板輸入資訊時，需要判別不同的輸入來源以取得正確資訊，例如當使用者的手持握電容筆於觸控板上書寫時，此時必須應用可分辨出電容筆的技術，以避免將使用者的手誤判為電容筆。如第1圖所示，傳統的方法為從輸入裝置(例如觸控板100)的硬體本身來限制電容筆的書寫範圍，然而，這種方式會造成書寫的面積過小以致輸入不易，並且書寫的範圍受到限制。由於現今技術的發展，應用電容筆於平板電腦的書寫更為方便。然而，使用者的手與電容筆同時接觸到觸控板的機率亦大為提升，固然運用第1圖所示之限制書寫範圍的傳統方法可以解決誤判的問題，卻也帶來使用上的諸多不便，例如需要不斷調整書寫範圍等等。
因此，本發明的目的之一在於提供一種分辨觸控板上複數個觸碰物體之方法，其可應用於當使用者以手持握著電容筆於觸控板上書寫或繪圖時，分辨出手與電容筆。
依據本發明之一實施例，其揭示一種分辨一觸控板上複數個觸碰物體之方法，包含有：掃描該觸控板以取得該複數個觸碰物體於該觸控板上所對應之複數個位置與相對應之複數個感應電容訊號；識別該複數個觸碰物體所分別對應之複數個最大感應電容訊號；以及參照該複數個最大感應電容訊號週遭的感應電容訊號分佈情形，來分辨該複數個觸碰物體。
依據本發明之一實施例，其另揭示一種電腦可讀媒體，儲存一程式碼，當該程式碼被一處理器執行時，會致使該處理器執行以下步驟：掃描該觸控板以取得該複數個觸碰物體於該觸控板上所對應之複數個位置與相對應之複數個感應電容訊號；識別該複數個觸碰物體所分別對應之複數個最大感應電容訊號；以及參照該複數個最大感應電容訊號週遭的感應電容訊號分佈情形，來分辨該複數個觸碰物體。
請參閱第2A圖，第2A圖為電容式觸控板200的部分結構示意圖，其中包括垂直方向(Y軸)的走線(Trace)Yn-1 、Yn 以及Yn+1 具有複數數個斜線標示之電極202，以及水平方向(X軸)的走線Xn-1 、Xn 以及Xn+1 具有複數個空白標示之電極204，Y軸的電極與X軸的電極可以是位於同一平面，或者分別位於不同層。第2A圖是觸控板感測結構的一個例子，在其他不同的實施例裡，亦可以使用條狀或三角形的感應電極。
範圍S0 係表示一導電物體觸碰觸控板200時，電容量發生變化的區域，掃描該觸控板200獲得的感應電容訊號係如第2B圖所示，其中橫軸的位置為走線的位置，縱軸的感應電容訊號則代表量測到的電容值變化。該波形即代表在各走線上量測到的結果。其中，為方便說明，第2B圖以連續的波形來表現X方向或Y方向的量測結果。位置P0 表示具有最大感應電容訊號C0 的位置(例如座標(Xn ))。第2C圖提供兩個不同的觸碰物體觸碰於同一電容式觸控板200的示意圖，其中S1 、S2 與C1 、C2 分別表示這兩個觸碰物體相對應的感應範圍與最大感應電容訊號。圖中感應範圍S1 、S2 的形狀係簡化為圓形以方便說明。
熟習觸控技術的人士應當了解，根據掃描方式的不同，會得到不同的掃描結果，使用一種通稱自容式掃描(self-sensing)技術，對於具有m條x方向走線與n條Y方向走線進行掃描，在X方向與Y方向的掃描結果會分別近似於第2B圖。而使用其他互容式掃描(mutual-sensing)，或者是全點掃描(all point scan)的技術，則可以獲得形狀近似於接觸手指的感應範圍，如第2C圖所示。本發明是根據掃描的結果判斷物件的種類，不同的掃描技術均可適用。
第3A圖為本發明於一觸控板上分辨複數個觸碰物體的方法之一實施例的流程圖。首先，在步驟310中，掃描該觸控板以取得該複數個觸碰物體於該觸控板上所對應之複數個位置與相對應之複數個感應電容訊號。因此，如第2B圖與第2C圖所示之感應電容訊號分佈皆可得知。
接下來進行步驟320，識別該複數個觸碰物體所分別對應之複數個最大感應電容訊號。在這個步驟中，也一併獲得這些具有最大感應電容訊號的位置資訊。接下來進行步驟330。
在步驟330中，參照該最大感應電容訊號週遭的感應電容訊號分佈情形，來分辨出該複數個觸碰物體。進一步的說明如下。
第4A圖提供不同的觸碰物體觸碰於同一觸控板400時的感應電容訊號分佈示意圖，根據本發明，先進行第3圖之步驟310，以取得在觸控板上觸碰物體對應的感應範圍S3 與S4 。接下來進行步驟步驟320，找出最大感應電容訊號C3 與C4 以及對應的位置P3 與P4 。接著進行步驟330。在第4A圖所示的實施例中，係找出位置T3 與T4 ，然後比較位置P3到T3，以及位置P4到T4的感應電容訊號的變化情形，來識別觸碰物體。簡言之，就是步驟330所描述的，參照最大感應電容訊號週遭的感應電容訊號分佈情形，將電容訊號變化較明顯的物體，視為觸控筆。
接下來說明決定位置T3與T4的方法。以最大感應電容訊號的一預定比例，來作為一設定值。接下來，根據設定值THD1與THD2可以在範圍S3與S4中進一步獲得如虛線所示的範圍S5與S6，在範圍S5內的感應電容訊號係大於或等於設定值THD1，在範圍S6內的感應電容訊號，係大於或等於設定值THD2。接下來分別比較範圍S5與S6邊界上的各位置到P3與P4的距離，將最接近P3及P4的位置決定為T3與T4。在第4A與4B圖中，設定值THD1與THD2同時設定為最大感應電容訊號C3與C4的百分之六十(亦即，THD1=60%*C3以及THD2=60%*C4)，當然，實作上，設定值可以分別為該複數個最大感應電容訊號的任一預定比例。
繼續說明如何以感應電容訊號分佈情形，來分辨觸碰物體。請參閱第4B圖，第4B圖為第4A圖分別沿著P3至T3，以及P4至T4的截面所對應的感應電容訊號分佈示意圖。首先分別計算出最大感應電容訊號C3 、C4 與設定值THD1與THD2之間的差值ΔC3 、ΔC4 ，接著分別計算位置P3 、P4 與位置T3 、T4 之間的距離差值ΔP3 、ΔP4 ，並分別依據差值ΔC3 、ΔC4 與差值ΔP3 、ΔP4 來計算比值ΔV3 、ΔV4 ，接下來再利用比值ΔV3 與ΔV4 來區別出觸碰物體的種類。其數學式表現如下：
第一比值(斜率)：
第二比值(斜率)：
由於差值ΔC3 與ΔP3 於第4B圖中可構成三角形的兩邊，以及差值ΔC4 與ΔP4 於第4B圖中可構成三角形的兩邊，因此，亦可依據直角三角形的幾何特性來計算出分別對應於不同觸碰物體的複數個角度值θ3 與θ4 以實現觸碰物體的區別。另外，亦可利用tanθ3 ，tanθ4 ，或者其他複數個相關三角函數值與複數個角度值來辨別觸碰物體。
在一實施例中，將第一比值與第二比值相比較，比值較大者所對應的觸碰物體決定為第一物體(例如觸控筆)，比值較小者斷對應的觸碰物體決定與第二物體(例如手指或手掌)。在另一實施例中，則以一門檻值來決定，當該比值(斜率)大於一預設門檻值時，則將該觸碰物體視為筆，否則視為手指或手掌。
此外，在本實施例的另一變形中，當不同觸碰物體所對應的最大感應電容訊號C3 、C4 相等(亦即C3 =C4 )，以及設定值THD1 與THD2 同時設定為最大感應電容訊號C3 與C4 的一預定比例時，此時也可利用
第三比值：
第四比值：
兩個比值(亦即每一觸碰物體所對應之最大感應電容訊號的位置與設定值的位置之間的一特定距離的倒數)的不同來區別觸碰物體。也就是說，在感應電容訊號的差值ΔC3 與ΔC4 相等的情況下，比較距離差值ΔP3 與ΔP4 就可以辨別觸碰物體。
由上述實施例可以了解，兩點之間的斜率關係，可以代表感應電容訊號分佈情形。在不同的實施例中，也可以在範圍S3與S4分別任意選取兩位置及其對應的電容訊號來進行計算。不一定要選取具有最大電容值的位置。被選取的兩位置，可以是實際的感應電極的位置，或者經數學運算獲得。
事實上，在位置T3與T4的感應電極，其電容感應訊號分別為Ca與Cb。其中Ca未必等於設定值THD1，Cb未必等於設定值THD2。在上述實施例，基於說明及計算上的方便，使用設定值THD1替代Ca，使用設定值THD2替代Cb。而在實際的應用上，使用THD1與THD2，或者使用Ca與Cb來進行上述斜率關係的計算，都是可行的。因此請注意，以上僅作範例說明之用，並不侷限本發明之其他變形。
在不同的實施例中，亦可以使用電容訊號的差量與一選取面積的比值(ΔC/A)來區別觸碰物體，電容訊號的差量可以是如同上述的差值ΔC3 與ΔC4, ，而感應面積可以是範圍S5的面積AS5 與範圍S6的面積AS6 ，或者是以距離差值ΔP3 與ΔP4 為半徑所形成的圓面積。
當不同觸碰物體所對應的最大感應電容訊號相等，以及設定值THD3 與THD4 同時設定為最大感應電容訊號的一預定比例時，此時藉由比較選取面積即可區別觸碰物體。
請參閱第5圖，第5圖係以分辨電容筆與手為例來說明本發明分辨複數個觸碰物體的方法的一實施例的流程圖。各步驟的說明如下：步驟600：掃描一觸控板；步驟602：進行預處理(pre-processing)；步驟604：掃描該觸控板以取得手與電容筆於該觸控板上所對應之複數個位置與相對應之複數個感應電容訊號；步驟606：識別手與電容筆所分別對應之複數個最大感應電容訊號，並獲得該複數個最大感應電容訊號所對應的位置；步驟608：參照該複數個最大感應電容訊號週遭的感應電容訊號分佈情形，來區別手與電容筆。
步驟610：檢查是否為電容筆？若是，則執行步驟612，否則執行步驟600；步驟612：選擇電容筆的位置；步驟614：進行濾波處理(post-filtering)；以及步驟616：將電容筆的位置資訊輸出。
步驟612主要是基於所辨識出的電容筆來決定出電容筆的位置，步驟602主要是濾除不想要的雜訊干擾及相關的訊號處理，步驟614用以濾除不屬於電容筆的訊號成分，而步驟616主要是將電容筆的位置資訊輸出至電腦主機(host)以供後續進一步處理。由於熟習技藝者可依據習知技術與上述關於第2A圖至第4B圖的說明而輕易地瞭解第5圖中每一步驟的運作，故於此便不另贅述。
此外，第3、5圖中方法所述之複數個步驟可採用各種方式來實現，例如，可透過特定程式語言之指令、參數、變數等，將本發明方法中各步驟編譯為程式碼PROG，並儲存於一電腦可讀媒體(例如記憶體720)中，以指示相關觸控裝置700之處理器710來藉由讀取並執行程式碼PROG以執行本發明方法的各步驟，相關架構可簡略地以第6圖表示。簡而言之，當程式碼PROG被處理器710執行時，會致使處理器710執行以下步驟：掃描觸控板400以取得該複數個觸碰物體於觸控板400上所對應之複數個位置與相對應之複數個感應電容訊號；識別該複數個觸碰物體所分別對應之複數個最大感應電容訊號；以及參照該複數個最大感應電容訊號週遭的感應電容訊號分佈情形，來分辨該複數個觸碰物體。
請參閱第7圖，第7圖係以一觸控板為一平面，標示出該觸控板上複數個電極所對應之複數個感應電容訊號來描述感應電容訊號分佈的示意圖。由於感應電容訊號的分佈會隨著不同觸碰物體而改變，因此，上述之程式碼PROG亦可包含描繪出如第7圖所示之感應電容訊號分佈圖，致使處理器710得以執行複數個感應電容訊號分佈的描繪，以供與儲存於該電腦可讀媒體(例如記憶體720)的一資料庫(未顯示)做分析或比對之用。舉例來說，該電腦可讀媒體存有電容筆與手的複數個感應電容訊號分佈，當電容筆與手同時觸碰該觸控板時，處理器得以執行複數個感應電容訊號分佈的描繪並與資料庫做分析或比對，藉此區別出電容筆與手，此一設計上的變化亦符合本發明的精神。
不同的掃描方式所獲得的結果，例如第2B圖或第7圖，第4A圖等等，都適用於本發明。對於第2B圖所示這種X軸與Y軸分別獲得感應電容訊號的波形，同樣可以利用上述斜率關係來識別觸碰物體。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200、400‧‧‧觸控板
202、204‧‧‧電極
700‧‧‧觸控裝置
710‧‧‧處理器
720‧‧‧記憶體
第1圖為習知限制書寫範圍的觸控板的示意圖。
第2A圖為電容式觸控板的結構示意圖。
第2B圖為觸控板上的感應電容訊號分佈的示意圖。
第2C圖為導電性質不同的觸碰物體觸碰於同一觸控板的示意圖。
第3圖為本發明於觸控板上分辨觸碰物體的方法之一實施例的流程圖。
第4A圖為應用本發明之分辨方法於具有不同導電性質的觸碰物體觸碰於同一觸控板時的感應電容訊號分佈示意圖。
第4B圖為不同的觸碰物體依據第4A圖而分別沿著不同截面的感應電容訊號分佈示意圖。
第5圖為本發明之分辨方法的另一實施例的流程圖。
第6圖為採用本發明方法之觸控裝置的功能方塊圖。
第7圖為觸控板上電極所對應之感應電容訊號分佈的示意圖。
310、320、330．．．步驟

Claims (18)

  1. 一種分辨一觸控板上不同種類之複數個觸碰物體之方法，包含有：掃描該觸控板以取得該複數個觸碰物體於該觸控板上所對應之複數個位置與相對應之複數個感應電容訊號；識別該複數個觸碰物體所分別對應之複數個最大感應電容訊號；以及參照該複數個最大感應電容訊號週遭的感應電容訊號分佈情形，來分辨該複數個觸碰物體的種類。
  2. 如專利申請範圍第1項所述之方法，其中分辨該複數個觸碰物體的步驟包含：針對每一觸碰物體：於該觸控板上，選取該觸碰物體所對應之最大感應電容訊號週遭的一第一感應電容訊號或對應該第一感應電容訊號的一第一位置，及選取該觸碰物體所對應之最大感應電容訊號週遭的一第二感應電容訊號或對應該第二感應電容訊號的一第二位置；以及依據該複數個觸碰物體所分別對應之複數個第一、第二感應電容訊號與相對應的複數個第一、第二位置，來區別該複數個觸碰物體。
  3. 如專利申請範圍第2項所述之方法，其中該第一感應電容訊號係 為該觸碰物體所對應之最大感應電容訊號。
  4. 如專利申請範圍第2項所述之方法，其中該第一感應電容訊號係為該觸碰物體所對應之最大感應電容訊號，以及該第二感應電容訊號係為該觸碰物體所對應之一設定值。
  5. 如專利申請範圍第4項所述之方法，其中該設定值係為該觸碰物體所對應之最大感應電容訊號的一預定比例。
  6. 如專利申請範圍第2項所述之方法，其中區別該複數個觸碰物體的步驟包含有：針對每一觸碰物體：計算該觸碰物體所對應之該第一、第二感應電容訊號之間的一第一差值；計算該觸碰物體所對應之該第一、第二位置之間的一第二差值；以及依據該第一差值與該第二差值來計算一比值；以及依據該複數個觸碰物體所分別對應之複數個比值來區別該複數個觸碰物體。
  7. 如專利申請範圍第2項所述之方法，其中區別該複數個觸碰物體的步驟包含有：針對每一觸碰物體： 計算該觸碰物體所對應之該第一、第二感應電容訊號之間的一第一差值；計算該觸碰物體所對應之該第一、第二位置之間的一第二差值；以及依據該第一差值與該第二差值來計算一角度值；以及依據該複數個觸碰物體所分別對應之複數個角度值來區別該複數個觸碰物體。
  8. 如專利申請範圍第2項所述之方法，其中區別該複數個觸碰物體的步驟包含有：針對每一觸碰物體：計算該觸碰物體所對應之該第一、第二感應電容訊號之間的一第一差值；計算該觸碰物體所對應之該第一、第二位置之間的一第二差值；以及依據該第一差值與該第二差值來計算一個三角函數值；以及依據該複數個觸碰物體所分別對應之複數個三角函數值來區別該複數個觸碰物體。
  9. 如專利申請範圍第2項所述之方法，其中該複數個觸碰物體所分別對應之該第一感應電容訊號彼此互等以及該第二感應電容訊號彼此互等時，該分辨該複數個觸碰物體的步驟包含有：針對每一觸碰物體： 計算該觸碰物體所對應之該第一、第二位置之間的一特定距離；以及基於該複數個觸碰物體所分別計算出來的複數個特定距離，來區別該複數個觸碰物體。
  10. 如專利申請範圍第2項所述之方法，其中於該觸控板上，選取該觸碰物體所對應之最大感應電容訊號週遭的該第一感應電容訊號或對應該第一感應電容訊號的該第一位置及選取該觸碰物體所對應之最大感應電容訊號週遭的該第二感應電容訊號或對應該第二感應電容訊號的該第二位置的步驟包含：依據一設定值來自該觸控板上決定一感應範圍，其中該感應範圍內的該觸碰物體所對應的感應電容訊號係皆大於或等於該設定值；以及於該感應範圍內複數個感應電容訊號中選取出該第一感應電容訊號與該第一位置以及該第二感應電容訊號與該第二位置。
  11. 如專利申請範圍第10項所述之方法，其中於該感應範圍內複數個感應電容訊號中選取出該第一感應電容訊號與該第一位置以及該第二感應電容訊號與該第二位置的步驟包含：以該最大感應電容訊號作為該第一感應電容訊號；以及於該感應範圍的邊界上所對應的複數個位置中，選取與該第一位置具有最短距離的一個位置以作為該第二位置。
  12. 如專利申請範圍第1項所述之方法，其中分辨該複數個觸碰物體的步驟包含：針對每一觸碰物體：依據一設定值來自該觸控板上決定一感應範圍，其中該觸碰物體於該感應範圍內所對應的感應電容訊號係皆大於或等於該設定值；以及依據該複數個觸碰物體所分別對應之複數個最大感應電容訊號、複數個設定值，以及複數個感應範圍的面積，來區別該複數個觸碰物體。
  13. 如專利申請範圍第12項所述之方法，其中該設定值係為該觸碰物體所對應之最大感應電容訊號的一預定比例。
  14. 如專利申請範圍第12項所述之方法，其中區別該複數個觸碰物體的步驟包含有：針對每一觸碰物體：計算該觸碰物體所對應之該最大感應電容訊號與相對應之該設定值之間的一差值；以及依據該差值與該觸碰物體所對應之該感應範圍的面積來計算一比值；以及依據該複數個觸碰物體所分別對應之複數個比值來區別該複數個觸碰物體。
  15. 如專利申請範圍第12項所述之方法，其中依據該設定值來自該觸控板上決定該感應範圍的步驟包含：基於該設定值所決定出之複數個位置中與該最大感應電容訊號的位置之間的一最短距離為半徑，來決定出一圓面積來作為該感應範圍之面積。
  16. 如專利申請範圍第1項所述之方法，其中該複數個觸碰物體所分別對應之該複數個最大感應電容訊號均具有同一感應電容訊號，以及分辨該複數個觸碰物體的步驟包含有：針對每一觸碰物體：依據一設定值來自該觸控板上決定一感應範圍，其中該觸碰物體於該感應範圍內所對應的感應電容訊號係皆大於或等於該設定值；於該感應範圍的邊界上所對應的複數個位置中，選取與該最大感應電容訊號所對應的位置之間的一最短距離；以及基於該複數個觸碰物體所分別對應之該複數個感應範圍中所分別找到的複數個最短距離，來區別該複數個觸碰物體。
  17. 如專利申請範圍第1項所述之方法，其中該複數個觸碰物體所分別對應之該複數個最大感應電容訊號均具有同一感應電容訊號，以及分辨該複數個觸碰物體的步驟包含有：依據一設定值來自該觸控板上決定一感應範圍，其中該觸碰物體於該感應範圍內所對應的感應電容訊號係皆大於或等於該設 定值；以及基於該複數個觸碰物體所分別對應之該複數個感應範圍的面積，來區別該複數個觸碰物體。
  18. 一種電腦可讀媒體，儲存一程式碼，當該程式碼被一處理器執行時，會致使該處理器執行以下步驟：掃描一觸控板以取得不同種類之複數個觸碰物體於該觸控板上所對應之複數個位置與相對應之複數個感應電容訊號；識別該複數個觸碰物體所分別對應之複數個最大感應電容訊號；以及參照該複數個最大感應電容訊號週遭的感應電容訊號分佈情形，來分辨該複數個觸碰物體的種類。
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