TWI470521B - 自容式觸控裝置及其控制方法 - Google Patents

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Description

自容式觸控裝置及其控制方法
本發明與觸控系統相關，並且尤其與能實現多點觸控的自容式觸控裝置相關。
隨著科技日益進步，近年來各種電子產品的操作介面都愈來愈人性化。舉例而言，透過觸控螢幕，使用者可直接以手指或觸控筆在螢幕上操作程式、輸入訊息/文字/圖樣，省去使用鍵盤或按鍵等輸入裝置的麻煩。實際上，觸控螢幕通常係由一感應面板及設置於感應面板後方的顯示器組成。電子裝置係根據使用者在感應面板上所觸碰的位置，以及當時顯示器所呈現的畫面，來判斷該次觸碰的意涵，並執行相對應的操作結果。
現有的電容式觸控技術可分為自容式(self-capacitance)和互容式(mutual-capacitance)兩類。相對於互容式觸控面板，自容式觸控面板能藉由製程較單純的單層電極結構實現，具有成本較低的優勢，因此被廣泛應用在低階電子產品中。
圖一為一自容式觸控面板範例。以虛線框表示的感應區域100內設有多個各自近似於直角三角形的電極。每一個電極各自連接至一個上感應器12或下感應器14。該等感應器12、14測得的電容變化量會被傳送至一控制器(未繪示)，供該控制器判斷使用者碰觸的位置。現行的控制器大多係根據下列計算式計算使用者碰 觸位置在X方向上的座標x： 其中N代表所有感應器的數量，i =1~N，C i 代表該N個感應器中之第i 個感應器測得的電容變化量，X i 則是代表第i 個感應器所連接之電極在X方向上的重心座標。
另一方面，現行的控制器大多係根據下列計算式計算使用者碰觸位置在Y方向上的座標y ： 其中r代表與電極尺寸相關的一個特定數值，CU 代表所有上感應器12測得的電容變化量總和，CD 代表代表所有下感應器14測得的電容變化量總和，CT 為CU 和CD 的總和，L代表電極在Y方向上的高度。實際上，該等電極各自為如圖二所示之瘦高的梯形，其上邊界長度為dxs ，下邊界長度為dxl 。數值r的定義如下： 其中dxx 代表兩相鄰電極間的間隙寬度。
由式二和式三可看出，現行的自容式觸控面板之控制器在每一個時間點只會產生代表一個受觸位置的一組座標(x ,y )，因此只 能用於單點觸控的判斷。受限於現有的自容觸控感應機制，目前的多點觸控感應僅能利用成本較高的互容式觸控裝置來實現。
為解決上述問題，本發明提出新的自容式觸控裝置及其控制方法。利用總感應量做為一指標，根據本發明之自容式觸控裝置和控制方法得以判斷受觸點數量，因而能實現低成本的多點觸控裝置。
根據本發明之一具體實施例為一種自容式觸控裝置，其中包含複數個電極、複數個感應器及一數量決定模組。該複數個感應器係用以偵測該複數個電極之電容變化量，以產生複數個感應量。該數量決定模組係用以根據該複數個感應量計算一總感應量，並根據該總感應量決定一受觸點數量。
根據本發明之另一具體實施例為一種應用於一自容式觸控裝置之控制方法。該自容式觸控裝置包含複數個電極。該控制方法首先執行一偵測步驟，偵測該複數個電極之一電容變化量，以產生複數個感應量。隨後，該控制方法執行一計算步驟，根據該複數個感應量計算一總感應量，並根據該總感應量決定一受觸點數量。
根據本發明之另一具體實施例為一種自容式觸控裝置。該自容式觸控裝置包含複數個第一電極、複數個第二電極、複數個感應器以及一定位模組。該複數個第一電極各自之形狀近似於一直 角三角形。該複數個第二電極各自之形狀近似於一平行四邊形。該複數個感應器係用以偵測該複數個第一電極與該複數個第二電極之電容變化量，以產生複數個感應量。該定位模組，用以決定對應於一目標受觸點之位置資訊。
關於本發明的優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之一實施例為一種自容式觸控裝置，其功能方塊圖如圖三所示。此自容式觸控裝置300包含複數個電極(以區塊32概括表示)、複數個感應器34與一數量決定模組36。須說明的是，根據本發明之自容式觸控裝置中的電極不以特定形狀為限(例如可為三角形、方形、菱形、領結形或平行四邊形)，每一感應器所連接的電極數量亦不以一個為限。此外，自容式觸控裝置300可被整合在各種具有觸控需求的電子裝置中，亦可獨立存在。
該等感應器34係用以偵測該等電極32之電容變化量，以產生複數個感應量。數量決定模組36則根據該複數個感應量計算一總感應量UT ，據以決定一受觸點數量。實務上，若已知使用者對自容式觸控裝置300施以單點觸碰時會引發的平均感應量大小為US ，便可根據US 決定一個或多個門檻值，做為比較基準。舉例而言，數量決定模組36可以1.5＊ US 以及2.5＊ US 為門檻值。當該總感應量UT 小於1.5＊ US ，數量決定模組36推斷此次發生的觸碰為 單點觸碰；當該總感應量UT 的大小落在1.5＊ US 到2.5＊ US 之間，數量決定模組36可推斷此次發生的觸碰為雙點觸碰，並可依此類推。於實際應用中，上述門檻值的大小和數量皆可依實際需求調整，不以特定數值為限。
自容式觸控裝置300可被單獨應用於直接根據數量決定模組36輸出之受觸點數量產生不同反應的情況，亦可如圖四所示，進一步包含分組模組37和定位模組38。在此實施例中，數量決定模組36除了其所判定的受觸點數量外，亦將該等感應器34產生的感應量傳送至分組模組37，使分組模組37根據受觸點數量將該等感應量分組，以產生一分組結果。
圖五(A)和圖五(B)呈現了根據本發明實施例所產生的兩種感應結果，圖中的橫軸為以一維方式表示的座標，縱軸為對應於各個座標點的感應量大小。在圖五(A)中，假設數量決定模組36判定的受觸點數量為二，分組模組37即據此尋找並判斷該等感應量中可能性最高的兩群組G1、G2，做為該分組結果。
隨後，定位模組38便根據該分組結果及該等感應量產生一個或多個受觸點位置資訊。於此實施例中，數量決定模組36判定的受觸點數量為二，定位模組38根據分組模組判斷之群組G1中的五個感應量計算第一個受觸點的座標，並根據群組G2中的五個感應量計算第二個受觸點的座標。該等位置資訊可被進一步用做判斷使用者意涵的依據。
分組模組37尋找並判斷分組結果之方法詳述如下。實務上，受觸點的感應量分布大多為山峰狀，分組模組37於尋找有效的感應量群組時，可首先在該等感應量中尋找一上升趨勢，再繼續尋找一下降趨勢。
於一實施例中，分組模組37於進行分組前，先自該等感應量中淘汰低於一第一門檻值T1之感應量，以排除部分非理想因素(例如落塵)造成的干擾感應量，以判斷複數有效感應量。就圖五(A)所繪示的情況而言，僅群組G1、G2中的感應量被保留，其他低於門檻值T1的感應量被淘汰。
於另一實施例中，分組模組37採用一第二門檻值T2做為篩選群組的依據。更明確地說，每一組感應量中都必須包含高於第二門檻值T2的至少一個感應量。就圖五(B)所繪示的情況而言，僅符合上述條件的群組G3會被分組模組37選出。若數量決定模組36判定的受觸點數量為二，而分組模組37僅找出一個群組G3，則分組模組37可將群組G3視為兩個非常接近的觸控點，並將群組G3進一步分割為兩個子群組。很顯然地，本發明可有效避免兩個非常接近的觸控點被誤判為一個的情況。
實務上，若分組模組37產生之分組結果指出一目標受觸點係對應於該等感應量中的N個目標感應量(N為正整數)，定位模組38可根據下列方程式計算該目標受觸點的座標(x ,y )： 其中C i 代表N個目標感應量中的第i 個目標感應量。該第i 目標感應量對應於電極32中之至少一電極，X i 代表該至少一電極於X方向之重心位置，Y i 代表該至少一電極於Y方向之重心位置。 若一目標感應量對應於複數個電極，則上述重心位置為該複數個電極的共同重心位置。式四和式五適用於各種形狀的電極，包含圖一所示之近似於直角三角形的電極，以及圖六所示之直角三角形電極和平行四邊形電極並存的情況。就電極形狀近似於直角.三角形的情況而言，相較於式二，根據式五計算出的座標y 更為準確。須說明的是，式四和式五的應用範圍並不限於圖三、圖四呈現的自容式觸控裝置。
根據本發明之另一具體實施例為一種應用於一自容式觸控裝置的控制方法，其流程圖如圖七所示。該自容式觸控裝置包含複數個電極。該控制方法首先執行步驟S72，偵測該複數個電極之電容變化量，以產生複數個感應量。隨後，該控制方法執行步驟S74，根據該複數個感應量計算一總感應量。步驟S76則是根據該總感 應量決定一受觸點數量。
先前在介紹自容式觸控裝置300時描述的各種變化(例如可進一步進行分組和定位)亦可應用至圖七所繪示的影像處理方法中，其細節不再贅述。
如上所述，本發明提出新的自容式觸控裝置及其控制方法。利用總感應量做為一指標，根據本發明之自容式觸控裝置和控制方法得以判斷受觸點數量，因而能實現低成本的多點觸控裝置。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
100‧‧‧感應區域
12‧‧‧上感應器
14‧‧‧下感應器
300‧‧‧自容式觸控裝置
32‧‧‧電極
34‧‧‧感應器
36‧‧‧數量決定模組
37‧‧‧分組模組
38‧‧‧定位模組
G1~G3‧‧‧感應量群組
T1、T2‧‧‧感應量門檻值
S72~S76‧‧‧流程步驟
圖一係繪示一現行自容式觸控面板範例。
圖二為一梯形電極圖樣範例。
圖三、圖四為根據本發明之實施例中的自容式觸控裝置之方塊圖。
圖五(A)和圖五(B)係用以呈現感應結果和座標的相對關係範例。
圖六係繪示一電極配置範例。
圖七為根據本發明之一實施例中的控制方法流程圖。
300‧‧‧自容式觸控裝置
32‧‧‧電極
34‧‧‧感應器
36‧‧‧數量決定模組

Claims (11)

  1. 一種自容式觸控裝置，包含：複數個電極；複數個感應器，用以偵測該複數個電極之電容變化量，以產生複數個感應量；一數量決定模組，用以根據該複數個感應量計算一總感應量，並比較該總感應量與一第一門檻值以決定一受觸點數量，其中該第一門檻值相關於一單點觸碰感應量；一分組模組，將該複數個感應量分為一組或多組感應量，每一組感應量中之至少一感應量高於一第二門檻值，該第二門檻值係供確認該複數感應量對應於至少一受觸點；以及一定位模組，用以根據該一組或多組感應量及該複數個感應量，產生對應於該受觸點數量之一個或多個受觸點之位置資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之自容式觸控裝置，其中該分組模組根據該第一門檻值淘汰部分之該複數個感應量，該第一門檻值係供排除該複數感應量中之至少一干擾感應量，且該定位模組係依據保留之該複數個感應量產生對應於該受觸點數量之一個或多個該受觸點之位置資訊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之自容式觸控裝置，其中該分組模組於該複數感應量中尋找出一上升趨勢以及一下降趨勢時，判斷該上升趨勢以及該下降趨勢間之該複數感應量為一組有效感應量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之自容式觸控裝置，其中該一組或 多組感應量所指出之一目標受觸點係對應於該複數個感應量中之N個目標感應量，N為一正整數，該定位模組根據下列方程式計算該目標受觸點之位置資訊，包含一第一座標x 與一第二座標y ： 其中C i 代表該N個目標感應量中之一第i 目標感應量，該第i 目標感應量對應於至少一電極，X i 代表該至少一電極於一第一方向之一第一重心位置，Y i 代表該至少一電極於一第二方向之一第二重心位置。
  5. 一種應用於一自容式觸控裝置之控制方法，該自容式觸控裝置包含複數個電極，該控制方法包含：(a)偵測該複數個電極之一電容變化量，以產生複數個感應量；(b)根據該複數個感應量計算一總感應量，並比較該總感應量與一第一門檻值以決定一受觸點數量，其中該第一門檻值相關於一單點觸碰感應量；(c)根據該受觸點數量將該複數個感應量分組以產生一組或多組感應量，其中每一組感應量包含高於一第二門檻值之至少一感應量，該第二門檻值係供確認該複數感應量對應於至少一受觸點；以及 (d)根據該一組或多組感應量及該複數個感應量產生對應於該受觸點數量之一個或多個受觸點之位置資訊。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之控制方法，其中步驟(c)包含：根據該第一門檻值淘汰部分之該複數個感應量，該第一門檻值係供排除該複數感應量中之至少一干擾感應量，以及步驟(d)係根據保留之該複數個感應量產生對應於該受觸點數量之一個或多個該受觸點之位置資訊。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之控制方法，其中步驟(c)包含：於該複數感應量中尋找出一上升趨勢以及一下降趨勢時，判斷該上升趨勢以及該下降趨勢間之該複數感應量為一組有效感應量。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之控制方法，該一組或多組感應量指出一目標受觸點係對應於該複數個感應量中之N個目標感應量，N為一正整數，步驟(d)包含根據下列方程式計算該目標受觸點之位置資訊，包含一第一座標x 與一第二座標y ： 其中C i 代表該N個目標感應量中之一第i 目標感應量，該第i 目標感應量對應於至少一電極，X i 代表該至少一電極於一第一方向之一第一重心位置，Y i 代表該至少一電極於一第二方向 之一第二重心位置。
  9. 一種自容式觸控裝置，包含：複數個第一電極，各自之形狀近似於一直角三角形；複數個第二電極，各自之形狀近似於一平行四邊形；複數個感應器，用以偵測該複數個第一電極與該複數個第二電極之電容變化量，以產生複數個感應量；一數量決定模組，用以根據該複數個感應量計算一總感應量，並根據該總感應量決定一受觸點數量，其中該第一門檻值相關於一單點觸碰感應量；一分組模組，根據該受觸點數量將該複數個感應量分組，以產生複數個有效感應量，並將該複數個有效感應量分為一組或多組有效感應量，每一組有效感應量包含高於一第二門檻值之至少一感應量；以及一定位模組，用以決定對應於一目標受觸點之位置資訊，包含一第一座標x 與一第二座標y ，其表示為： 其中該目標受觸點係對應於該複數個感應量中之N個目標感應量，N為一正整數，C i 代表該N個感應量中之一第i 感應量，該第i 感應量對應於該複數個第一電極與該複數個第二電極中之至少一電極，X i 代表該至少一電極於一第一方向之一第 一重心位置，Y i 代表該至少一電極於一第二方向之一第二重心位置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之自容式觸控裝置，其中該分組模組根據該第一門檻值淘汰部分之該複數個感應量，以產生該複數有效感應量。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之自容式觸控裝置，其中該分組模組於該複數感應量中尋找出一上升趨勢以及一下降趨勢時，判斷該上升趨勢以及該下降趨勢間之該複數感應量為該複數有效感應量，以及一組有效感應量。
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