TWI518577B - 電容式觸控裝置的叢集式掃描方法 - Google Patents

電容式觸控裝置的叢集式掃描方法 Download PDF

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Description

電容式觸控裝置的叢集式掃描方法
本發明係關於一種電容式觸控裝置的掃描方法，尤指一種電容式觸控裝置的叢集式掃描方法。
電容式觸控裝置目前主要常見二種掃描方式為自容式掃描方法及互容式掃描方法；其中互容式掃描方法又依據電容式觸控裝置不同需求，而提出多種不同的互容式掃描方法，而叢集式掃描方法即為其中一種，以下概舉數種不同叢集式掃描方法加以說明之。
如美國第7,812,827號專利揭示一種”SIMULTANEOUS SENSING ARRANGEMENT”(同時感測配置)的技術，同樣用於由複數驅動線及感測線交錯構成複數感測點的電容式觸控裝置上，該技術可藉由同時驅動電容式觸控裝的多列驅動線，來實現多觸控敏感配置之增強的操作，如圖4A所示，以具有16條驅動線X0~X15為例，將其分成四個群組：群組1、群組2、群組3及群組4，每一群組包括4條驅動線。再參閱圖4B所示，此專利揭示的叢集式掃描方法同時輸出二驅動訊號801與802至對應的第一及第二群組驅動線，其感測結果分別為X0、X1，此二驅動訊號於T1時間的前四個脈衝係同相，而於T2時間的後四個脈衝則呈180度相位差；因此在T1時間的感測結果可視為(X0+X1)，在T2時間的感測結果可視為(X0-X1)。
同理，在T3時間與T4時間二驅動訊號806與807至對應的第三及第四群組驅動線而得到(X2+X3)與(X2-X3)。利用對於未重疊的群組做同時驅動 同群組中的所有驅動線，以及驅動訊號的相位差異可以藉由X0到X3之值的變化來初步判斷是否有手指的觸碰輸入。
另一種叢集式掃描方法則應用於一體式的觸控LCD顯示器之電容式觸控裝置，美國第2013/0271410號專利公開案揭示此種叢集式掃描方法，主要先以不同的頻率的驅動訊號進行掃描，再判斷各頻率的驅動訊號下的雜訊量值，若雜訊量值愈低，則代表該頻率的驅動訊號的雜訊愈低。依據雜訊量值選擇數個低雜訊的頻率驅動訊號進行掃描，如圖5所示，利用LCD顯示器的垂直空白間隔(步驟4至19)進行對15條驅動線掃描，由圖中可知，在步驟4至7提供三種不同頻率的驅動訊號予至驅動線，A頻率驅訊號同時提供予第0、4、8、12條驅動線，B頻率驅動訊號同時提供予第1、5、9、13條驅動線，C頻率同時提供第2、6、10、14條驅動線，其餘驅動線則不予驅動。接著於步驟8至11，A、B、C頻率驅訊號再同時提供予其下一條驅動線進行掃描，即A頻率驅動訊號同時提供予第1、5、9、13條驅動線，B頻率驅動訊號同時提供予第2、6、10、14條驅動線，C頻率同時提供第3、7、11條驅動線，其餘驅動線則不予驅動，以此類推，直到完成四次同步掃描；其中各次同步掃描可進一步改變A、B、C頻率之驅動訊號的相位(以-A、-B、-C標示)。如此，藉由不同頻率及不同相位的驅動訊號，可提升掃描速度及提供較佳的訊雜比。
針對訊雜比不佳的問題，另有一件美國第2013/005,7480號專利公開案揭示一種”Signal-To-Noise Ratio In Touch”(觸控面板的訊雜比)相關技術，為提訊雜比以增進觸碰或接近信號之量測準確度，主要採用的技術如圖6所示，同時對二條驅動線X0、X1提供驅動訊號410A、410B，以4條驅動線X0~X3為例，依序對X0、X1驅動，再對X1、X2驅動，接著對X2、X3驅動，如此假設驅動訊號410A~410G的電壓準位與僅驅動單條驅動線之驅動訊號的電壓準位相同，則同時驅動二條驅動線，其感測線的感應量會提升兩倍，故訊雜比會提升。該專 利公開案雖然揭示同時驅動兩條、三條或四條驅動線的方式來提高訊雜比，但其並未指出在多條驅動線進行同時驅動時，位於邊界位置的驅動線如何進行驅動，例如假設驅動線有n條，當同時驅動兩條驅動線時，驅動非邊界位置的驅動線(如第二條到第n-2條驅動線)所獲得的感應量可能會是驅動邊界位置感測線(第一條或是最後一條感測線)所獲得之感應量的兩倍，如此一來可能致使有誤判的問題。
由上述提出數種叢集式掃描方法可知，叢集式掃描方法應用於觸控裝置已相當常見，惟各自針對所應用的裝置或欲解決的技術問題而提出不同的叢集式掃描方法。然而，各叢集式掃描方法均未說明其如何驅動邊界驅動線，有待進一步改進。
有鑑於上述提出數種用於採用交互電容感測器的叢集式掃描方法的技術缺陷，本發明主要目的係提出一種可提升訊雜比的電容式觸控裝置的叢集式掃描方法。
本發明係關於一種電容式觸控裝置的叢集式掃描方法，其中該電容式觸控裝置係包含有n條驅動線(X1~Xn)，及一感測線，該n條驅動線包括C個驅動線叢組以及k條邊界驅動線，每一個驅動線叢組包括b條驅動線，其中C、b、k為正整數；該叢集式掃描方法包含：(s1)依序驅動每一個驅動線叢組，獲得該驅動線叢組中的各條該驅動線與該感測線之間的感應量，其中在驅動每一個驅動線叢組時，係同時驅動該驅動線叢組中的b條驅動線；以及(s2)對於該邊界驅動線進行一邊界驅動線掃描步驟，包含：(a)分別以不同驅動訊號組合，同時驅動包含第n條驅動線之b條驅動線k次，並分別得到感應量總和An,An-1,...,An-k+1；以及 (b)根據該些感應量總和An,An-1,...,An-k+1，分別取得第n條驅動線到第n-k+1條驅動線與該感測線之間的多個感應量。
上述本發明叢集式掃描方法係主要於存在有邊界驅動線時，提供一種對邊界驅動線進行相同叢集數的掃描技術。
依據本發明之電容式觸控裝置的掃描方法，上述掃描方法可進一步於上述步驟(a)中包含：預先判斷於k次不同的驅動次數中是否可能無法計算出邊界驅動線所對應的感應量，若是，則調整對應於各驅動線之不同驅動訊號組合後並再進行步驟(a)，以得到邊界驅動線所對應的感應量。
10‧‧‧電容式觸控裝置
11‧‧‧觸控面板
12‧‧‧驅動電路12
13‧‧‧感測電路
801、802、806、807‧‧‧驅動訊號
410A~410G‧‧‧驅動訊號
圖1：係採用本發明叢集式掃描方法的電容式觸控裝置的示意圖。
圖2：係本發明叢集式掃描方法的第一較佳實施例的一驅動訊號時序圖。
圖3：係本發明叢集式掃描方法的第二較佳實施例的一驅動訊號時序圖。
圖4A：係採一既有叢集式掃描方法的電容式觸控裝置的示意圖。
圖4B：係圖4A採用之既有叢集式掃描方法的驅動訊號時序圖。
圖5：係另一既有叢集式掃描方法的驅動訊號時序圖。
圖6：係另一既有叢集式掃描方法的驅動訊號時序圖。
本發明係提出一種針對電容式觸控裝置之叢集式掃描時，以相同叢集數掃描不足叢集數之邊界驅動線感應量的技術。以下進一步說明本發明驅動邊界驅動線以獲得對應的感應量的過程。
首先請參閱圖1所示，係為一電容式觸控裝置10的示意圖，其主要包含有一觸控面板11、一驅動電路12及一感測電路13。該觸控面板11可包含有n條驅動線X1~Xn及m條感測線Y1~Ym。其中該驅動線X1~Xn與感測線Y1~Ym 垂直交錯，各交錯點視為一感測點。當該驅動電路12開始執行一叢集式掃描時，會先預設一叢集數b。n條驅動線被分成C個驅動叢組，每個叢組包括b條驅動線，其中C、b、n均為正整數。
當n=10，意即該電容式觸控面板11包含有10條驅動線X1~X10，若該驅動電路12預設該叢集數b=3，則因為n除以b無法整除而有餘數k(k為正整數)，故於叢集掃描時，此電容式觸控面板11包含有驅動叢組數C=3的三個驅動叢組，以及餘數k=1的單條邊界驅動線X10。於執行叢集掃描時，該驅動電路12依序驅動三個驅動叢組，並且對於每一個驅動叢組，執行三次叢集掃描程序，詳如下述。
請配合參閱圖2，首先對第一驅動叢組C1進行叢集掃描。同時驅動第一驅動叢組C1的三條驅動線X1~X3，依不同的驅動訊號組合掃描3次，並讀取各條感測線Y1~Ym上的感應量並轉換為ADC值。以讀取第1條感測線Y1上的感應量為例，可以分別獲得在各次掃描中，該三條驅動線X1~X3與第一條感測線Y1交錯的複數感測點的感應量總和A1~A3。接下來對第二驅動叢組C2進行叢集掃描。同時驅動第二驅動叢組C2的三條驅動線X4~X6，依不同驅動組合掃描3次，並讀取各條感測線Y1~Ym上的感應量並轉換為ADC值，以讀取第1條感測線Y1上的感應量為例，可以分別獲得在各次掃描中，該三條驅動線X4~X6與第一條感測線Y1交錯的複數感測點的感應量總和A4~A6。接下來對第三驅動叢組C3進行叢集掃描。同時驅動第三驅動叢組的三條驅動線X7~X9，依不同驅動組合掃描3次，並讀取各條感測線Y1~Ym上的感應量並轉換為ADC值，以讀取第1條感測線Y1上的感應量為例，可以分別獲得在各次掃描中，該三條驅動線X7~X9與第一條感測線Y1交錯的複數感測點的感應量總和A7~A9。
以同時驅動第一驅動叢組C1的三條驅動線X1~X3並在第一感測線Y1讀取感應量為例，以a1~a3表示驅動線X1~X3與Y1感測線交錯之感測點的未 知感應量。於第一次驅動該三條驅動線X1~X3時，Y1感測線所得到之感應量的和A1為a1、a2、a3的總和，第二次驅動該三條驅動線X1~X3時，Y1感測線所得到之感應量的和A2為a1、a2、a3的總和；第三次驅動該三條驅動線X1~X3時，Y1感測線所得到之感應量的和A3為a1、a2、a3的總和。
上述三次驅動中，驅動電路分別選擇的三組不同驅動訊號組合，分別表示如下：C11*x1+C12*x2+C13*x3；C21*x1+C22*x2+C23*x3；C31*x1+C32*x2+C33*x3；其中：C11~C13、C21~C23及C31~C33為三組不同的驅動係數，而x1~x3代表輸出至該三條驅動線X1~X3的驅動訊號，故「C11*x1+C12*x2+C13*x3」、「C21*x1+C22*x2+C23*x3」及「C31*x1+C32*x2+C33*x3」為三組不同驅動訊號組合，用於對於第一驅動叢組C1的三條驅動線X1~X3的各次驅動，以於Y1感測線得到各次感應量和A1、A2以及A3。至於驅動訊號組合可有多種實施方式，第一種作法為：假設x1~x3為相同頻率的驅動訊號(如方波)，驅動係數C11~C13、C21~C23及C31~C33以正號及負號表示之，帶有正號的驅動訊號較帶有負號的驅動訊號存在有相位差，以+x1和-x2為例，其二驅動訊號之間有180度相位差。第二種作法為：x1~x3為相同頻率的驅動訊號(如方波)，驅動係數C11~C13、C21~C23及C31~C33以正號及0表示之；簡言之，帶有0的驅動訊號(0*X1=0)代表驅動電路不輸出驅動訊號。因此，每個驅動訊號組合係包含有b個驅動訊號，所述b個驅動訊號為正驅動訊號、0或負驅動訊號其中之一。
若採用上述第一種驅動訊號組合掃描驅動叢組C1，第一條感測線Y1的三次感應量總和A1~A3，可由以下三個感應量方程式表示之。
±a1±a2±a3=A1； (1-1)
±a1±a2±a3=A2； (2-1)
±a1±a2±a3=A3； (3-1)
其中a1~a3為驅動線X1~X3與Y1感測線交錯之感測點的未知感應量，而算式中的「±」實際上為「+」、「-」其中之一。當該驅動電路對於驅動線X1~X3驅動三次並且獲得感應量總合A1~A3後，即可以根據上述三個感應量方程式解出a1~a3感應量。同理，可以根據在感測線Y2~Ym上得到的感應量，計算出驅動線X1~X3與感測線Y2~Ym交錯之感測點的未知感應量。
當該驅動電路對驅動叢組C1完成叢集掃描後，依序接下來對第二驅動叢組C2的三條驅動線X4~X6進行叢集掃描，第一條感測線Y1的三次感應量總和A4~A6，可由以下三個感應量方程式表示之。
±a4±a5±a6=A4； (4-1)
±a4±a5±a6=A5； (5-1)
±a4±a5±a6=A6； (6-1)
其中a4~a6為驅動線X4~X6與Y1感測線交錯之感測點的未知感應量，而算式中的「±」實際上為「+」、「-」其中之一。當該驅動電路對於驅動線X4~X6驅動三次後並且獲得感應量總和A4~A6後，可以根據上述三個感應量方程式解出a4~a6感應量。同理，可以由感測線Y2~Ym得到的感應量計算出驅動線X4~X6與感測線Y2~Ym交錯之感測點的未知感應量。
接下來，再對第三驅動叢組C3的三條驅動線X7~X9進行叢集掃描，第一條感測線Y1的三次感應量總和A7~A9，可由以下三個感應量方程式表示之。
±a7±a8±a9=A7； (7-1)
±a7±a8±a9=A8； (8-1)
±a7±a8±a9=A9； (9-1)
其中a7~a9為驅動線X7~X9與Y1感測線交錯之感測點的未知感應量，而算式中的「±」實際上為「+」、「-」其中之一。當該驅動電路對於驅動線X7~X9驅動三次並且獲得感應量總和A7~A9後，可以根據上述三個感應量方程式解出a7~a9感應量。同理，可以由感測線Y2~Ym得到的感應量計算出驅動線X7~X9與感測線Y2~Ym交錯之感測點的未知感應量。
至此只剩驅動線X10與感測線Y1交錯之感測點的感應量a10為未知，X10於本實施例為邊界驅動線。在一實施例中，該驅動電路會判斷n除以b是否有餘數k，若是，則進行一邊界驅動線掃描步驟，其中k表示邊界驅動線的數量。在另一實施例中，Xn係預先被設定為邊界驅動線。對於邊界驅動線Xn，該驅動電路同時驅動包含第n條驅動線的b條驅動線，以本實施例來說，即以其中一驅動訊號組合同時驅動X8~X10條驅動線(因為一個叢集包含b條驅動線，而b=3)餘數次，由於餘數為1，故只執行一次，並讀取第一條感測線Y1的感應量總和，其中該感應量總和可表示為感應量方程式：±a8±a9±a10=A10(「±」為「+」、「-」其中之一)。由於感應量a8、a9為已知(在驅動第三驅動叢組C3時可計算出)，故帶入此感應量方程式中即可計算感應量a10。因此，該驅動電路對邊界驅動線掃描Xn時，會同時對包含第n條驅動線之一個叢集的b條驅動線(即第n條驅動線到第n-b+1條驅動線之間的所有驅動線)進行一驅動步驟。由於感測線與第n-k條驅動線到第n-b+1條驅動線之間的感應量為已知數(由之前數次的叢集掃描程序所獲得)，則根據該些已知數解聯立方程式即可獲得邊界驅動線與感測線之間的感應量。
以上所述為獲得所有驅動線與第一條感測線Y1交錯之感測點的感應量計算，而所有驅動線與Y2~Ym感測線交錯之感測點的的感應量，亦可依照相同的方式獲得。故只須執行C*b+k=n次掃描即可得到所有感應點的感應量，之後進行物體位置座標的識別程序。
同上電容式觸控板的實施例(n=10)，假設該驅動電路預設叢集數b=4及複數組驅動訊號組合，如圖3所示，同樣因n除以b無法整除而有餘數，故於叢集掃描時，此電容式觸控裝置10包含有驅動叢組數C=2的二個驅動叢組，以及餘數為2的二條邊界驅動線X9、X10。於開始執行叢集掃描時，該驅動電路12依序驅動二個驅動叢組，每一個驅動叢組的驅動步驟包括四次叢集掃描程序。
以下說明係以量測第一條感測線Y1之感應量為例，至於感測線Y2~Ym之感應量可以依照相同之方式取得，所以不贅述。如採用第一種驅動訊號組合，則驅動電路對第一驅動叢組進行四次叢組掃描後，可獲得四組感應量總和A1~A4，藉由解聯立的感應量方程式即可獲得驅動線X1~X4與感測線Y1交錯之感測點的感應量a1~a4。對第二驅動叢組進行叢組掃描後，同樣可獲得四組感應量總和A5~A8，並藉由解聯立的感應量方程式獲得驅動線X5~X8與感測線Y1交錯之感測點的感應量a5~a8。
當二個驅動叢組完成叢組掃描後，該驅動電路會判斷n除以b已存在有餘數k，故進行一邊界驅動線掃描步驟。該驅動電路同時驅動包含第n條驅動線、第n-1條驅動線的b條驅動線，以本實施例來說，b=4，即以不同的驅動訊號組合同時驅動X7~X10餘數次，由於餘數k=2，故執行二次，並讀取第一條感測線Y1二次，感測線Y1的二個感應量總和的感應量方程式可以表示如下：±a7±a8±a9±a10=A9；±a7±a8±a9±a10=A10；由於感應量a7、a8以及感應量總和A9、A10為已知，僅感應量a9、a10為未知，而算式中的「±」實際上為「+」、「-」其中之一，故藉由解聯立感應量方程式即可計算出感應量a9、a10。如此可以得到驅動線X1~X10與感測線Y1交錯之感測點的未知感應量。同理，可以根據感測線Y2~Ym上得到的感應量總和計算出驅動線X1~X10與感測線Y2~Ym交錯之感測點的未知感應量。
除上述以叢集數b=3或b=4的二個實施例外，亦可以叢集數b=5~(n-1)的任一整數，其叢集掃描過程與上述二實施例原理相同，在此不再贅述。綜上以上叢集數b=3或b=4的二個實施例看來，當判斷為邊界驅動線時(例如驅動電路判斷n除以b有餘數k)，即執行以下步驟：(a)分別以不同驅動訊號組合同時驅動包含第n條驅動線之b條驅動線k次，並分別得到感應量總和An,An-1,...,An-k+1；以及(b)根據該些感應量總和An,An-1,...,An-k+1，分別取得第n條驅動線到第n-k+1條驅動線所對應的感應點的感應量。
為能夠正確地計算出邊界驅動線與各感測線交錯之感測點的感應量，可進一步加入以下的判斷步驟。
若採用第一種驅動訊號組合進行叢集掃描，可以進一步預先判斷使用在將k次驅動中的驅動信號組合，是否可能導致對應的聯立的感應量方程式無解，若是，則調整對於各驅動線之不同驅動訊號組合才進行步驟(a)。以上述第二實施例的邊緣驅動訊號為例，其k=2，故驅動電路可預先知道那些驅動訊號組合是無解的；例如第一及二個驅動叢組掃描時，可預期其前二次驅動所選擇的驅動係數[1,1,1,-1]及[1,1,-1,1]分別對驅動線X7~X10進行二次的驅動叢組掃描，可能導致對應的感應量方程式無解(即無法解出感測點的未知感應量)，故驅動電路要選擇另一組驅動係數，如圖3所示，驅動電路選擇驅係數[1,1,1,-1]及[1,-1,1,-1]來分別對該驅動線X7~X10進行叢組掃描，即可進行解聯立的感應量方程式以計算出驅動線X9~X10與感測線Y1交錯之感測點的未知感應量。因此，在上述步驟(a)中，該驅動電路可以預先判斷在k次不同的驅動中的驅動信號組合，是否可能導致對應的感應量方程式無解，若是，則調整對應於各驅動線之不同驅動訊號組合後才進行步驟(a)。
若採用較佳驅動訊號組合且包含驅動係數為0進行叢集掃描，則可以進一步判斷在k次的驅動中，驅動任一邊緣驅動線的驅動係數是否為0，若是則代表所接收感測線的感應量將不包含該條邊緣驅動線與該感測線交錯感測點的感應量，無法根據聯立的感應量方程式計算得知感測點的未知感應量；則必須再選擇另一組不同的驅動訊號組合。同理，進行第n條驅動線到第n-k+1條驅動線的掃描前，只要先前判斷所選擇的驅動訊號組合不會造成對應的感應量方程式無解，即可獲得感測點的感應量。
綜上所述，本發明叢集式掃描方法係主要於存在有邊界驅動線時，提供一種對邊界驅動線進行相同叢集數的掃描技術。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

Claims (10)

  1. 一種電容式觸控裝置的叢集式掃描方法，其中該電容式觸控裝置係包含有n條驅動線(X1~Xn)及一感測線，該n條驅動線包括C個驅動線叢組以及k條邊界驅動線，每一個驅動線叢組包括b條驅動線，其中C、b、k為正整數；該叢集式掃描方法包含：(s1)依序驅動每一個驅動線叢組，獲得該驅動線叢組中的各條該驅動線與該感測線之間的感應量，其中在驅動每一個驅動線叢組時，係同時驅動該驅動線叢組中的b條驅動線；以及(s2)對於該k條邊界驅動線進行一邊界驅動線掃描步驟，包含：(a)分別以不同驅動訊號組合，同時驅動包含第n條驅動線之b條驅動線k次，並分別得到該感測線的感應量總和An,An-1,...,An-k+1；以及(b)根據該些感應量總和An,An-1,...,An-k+1，分別取得第n條驅動線到第n-k+1條驅動線與該感測線之間的多個感應量；其中k<b，以及其中該k條邊界驅動線係在該C個驅動線叢組之外。
  2. 如請求項1所述之叢集式掃描方法，於該步驟(a)中，該些感應量總和An,An-1,...,An-k+1係分別以一感應量方程式表示，該方法更包含：預先判斷於該不同的驅動訊號組合所對應的感應量方程式是否可能無解，若是，則調整對應於該不同的驅動訊號組合才進行步驟(a)。
  3. 如請求項1或2所述之叢集式掃描方法，其中於該步驟(b)中，係根據步驟(S1)所獲得之第n-k條驅動線到第n-b+1條驅動線與該感測線之間的感應量獲得該第n條驅動線到第n-k+1條驅動線與該感測線之間的感應量。
  4. 如請求項3所述之叢集式掃描方法，其中每個驅動訊號組合係包含有b個驅動訊號，每個驅動訊號為正驅動訊號、0或負驅動訊號其中之一。
  5. 如請求項4所述之叢集式掃描方法，其中b為3至(n-1)中任一整數。
  6. 如請求項5所述之叢集式掃描方法，該些感應量總和An,An-1,…,An-k+1，係經由量測該感測線所取得的ADC值。
  7. 如請求項6所述之叢集式掃描方法，其中用於各驅動線之不同驅動訊號的頻率係相同。
  8. 如請求項7所述之叢集式掃描方法，其中每一個驅動線叢組中的驅動線係不重複。
  9. 如請求項8所述之叢集式掃描方法，其中該正驅動訊號與該負驅動訊號係用相位差產生。
  10. 如請求項1所述之叢集式掃描方法，其中係藉由判斷是否有餘數k以判斷該k條邊界驅動線，其中該餘數k為n除以b的餘數。
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