增进电容式多点触控系统的触碰坐标计算准确度的方法

摘要

本发明提一种增进电容式多点触控面板系统的触碰坐标计算准确度的方法，该方法依次包括：在对该驱动检测装置与该模拟数字转换装置初始化、对该电容式触控面板进行驱动和检测产生影像原始数据之后、模拟数字转换装置将该影像原始数据转换为数字影像原始数据、该控制装置依次对该数字影像原始数据执行去噪及增加线性度运算产生线性化原始数据、对所述线性化影像原始数据执行积分累加运算产生积分影像原始数据对所述积分影像原始数据执行清除累加误差运算产生去累加误差影像原始数据、依据所述去累加误差影像原始数据执行触碰坐标计算。本发明的方法有效地增进了电容式多点触控面板的触碰坐标计算准确度，提升了信号噪声比。

说明书

技术领域

本发明关于触控面板技术领域，尤指一种增进电容式多点触 控系统的触碰坐标计算准确度的方法。

背景技术

现代消费性电子装置多配备触控板作为其输入装置之一。为 符合轻、薄、短、小等需求，触控板亦多与面板整合成为触控面 板，用以方便使用者输入。触控板根据检测原理的不同可分为电 阻式、电容式、音波式、及光学式等四种，其中，目前又以电容 式触控面板最为普遍。

一般电容式触控面板驱动的方法为检测每一条导体线对地电 容，藉由对地电容值变化判断是否有物体靠近电容式触控面板。 此即为现有的自感应电容(self capacitance)检测，其中，自感 应电容或对地电容并非实体电容，其为每一条导体线的寄生及杂 散电容。图1为现有自感应电容(self capacitance)检测的示意 图，其在第一时间周期，先由第一方向的驱动及检测器110驱动第 一方向的导体线，用以对第一方向的导体线的自感应电容充电。 再于第二时间周期，驱动及检测器110侦测第一方向的导体线上的 电压。又于第三时间周期，由第二方向的驱动及检测器120驱动第 二方向的导体线，以对第二方向的导体线的自感应电容充电。再 于第四时间周期，驱动及检测器120侦测第二方向的导体线上的电 压。

图1中的现有自感应电容(self capacitance)检测方法在同 一条导体线上同时连接有驱动电路及检测电路，先对导体线驱动 后，再对同一导体线检测其信号的变化量，进而决定自感应电容 大小。其优点是资料量较少、图框列资料(frame row data)取得 快速，以及较低的功率消耗，其缺点为容易因触控面板上的浮接 导体而造成触碰点误判，以及多点触控时会有鬼影的现象等。即 如果实际触控位置为如图中所示位置A、位置B的话，会产生另外 两个非实际触控位置的位置A’和位置B’，位置A’和位置B’即为位置 A、位置B的“鬼影”。

关于电容式触控面板驱动的方法为检测互感应电容(mutual  capacitance，Cm)的大小变化，用以判断是否有物体靠近触控面 板，同样地，互感应电容(Cm)并非实体电容，其为第一方向的导 体线与第二方向的导体线之间互感应电容(Cm)。图2为现有互感应 电容(Cm)检测的示意图，如图2所示，驱动器210配置于第一方向 (Y)上，检测器220配置于第二方向(X)上，于第一时间周期T1前半 周期时，由驱动器210对第一方向的导体线230驱动，其使用电压 Vy_1对互感应电容(Cm)240充电，于第一时间周期T1后半周期时， 所有检测器220检测所有第二方向的导体线250上的电压(Vo_1， Vo_2，...，Vo_n)，以获得n个数据，经过m个驱动周期后，即可获 得m×n笔数据。在实际系统中，该等驱动器210及检测器220在同 一积体电路中，以节省成本。

互感应电容(Cm)检测方法的优点为浮接导体和接地导体的信 号不同方向，故可以很轻易的判断是否为人体触碰。同时，由于 有每一个点的真实坐标，多点同时触摸时，可以分辨出每一个点 的真实位置，互感应电容(Cm)检测方法容易支援多点触控的应用。

然而，当有物体靠近或接触触控面板时，由于人体、环境、 面板上产生的噪声将使得检测器220所侦测的电压信号产生严重 抖动，造成所计算出的触碰坐标的不稳定，进而大幅降低整个触 碰系统的信号噪声比(Signal to Noise Ratio，SNR)。同时，在 实际的触控系统中，在一般称为检测线方向(即Y方向)上，当有触 碰时，容易产生噪声，而影响触碰坐标计算时的准确度。因此， 现有侦测电容式触控面板的技术实仍有改善的空间。

发明内容

本发明的目的主要是提供一种增进电容式多点触控系统的触 碰坐标计算准确度的方法，以增加触碰坐标计算准确度，并提升 系统的信号噪声比(SNR)。

依据本发明的一特色，本发明提出一种增进电容式多点触控 系统的触碰坐标计算准确度的方法，该系统包含有一电容式触控 面板、一驱动检测装置、一模拟数字转换装置、及一控制装置， 电容式触控面板包括n列感应线和m行驱动线，所述驱动检测装置 包括m个驱动器和n个检测器，用以分别执行电容驱动和检测，该 所述模拟数字转换装置连接至该所述驱动检测装置，以执行模拟 数字转换，该所述方法包含：(A)该所述控制装置对该所述驱动 检测装置、及该所述模拟数字转换装置执行初始化；(B)该所述驱 动检测装置中的驱动器和检测器分别对该所述电容式触控面板进 行驱动和检测，以产生影像原始数据(image raw data)；(C)该 所述模拟数字转换装置将该所述影像原始数据(image raw data) 转换为数字影像原始数据(digital image raw data)；(D)该所 述控制装置对该所述数字影像原始数据(digital image raw data) 执行去噪声及增加线性度运算，以产生线性化影像原始数据 (linearized image raw data)；(E)该所述控制装置对所述线性 化影像原始数据(linearized image raw data)执行积分累加运 算，以产生积分影像原始数据(integrated image raw data)；(F) 所述控制装置对所述积分影像原始数据(integrated image raw  data)执行清除累加误差运算，以清除所述积分影像原始数据 (integrated image raw data)中的累加误差，以产生去累加误差 影像原始数据；以及(G)所述控制装置依据所述累加误差影像原 始数据执行触碰坐标计算，以产生所述电容式触控面板上的触碰 坐标值。

依据本发明的另一特色，本发明提出一种电容式多点触控系 统，所述电容式多点触控系统包含一电容式触控面板、一驱动检 测装置、一模拟数字转换装置、以及一控制装置。所述电容式触 控面板具有m行驱动线及于n列感应线。所述驱动检测装置，包括 包括m个驱动器和n个检测器，连接至所述电容式触控面板，用以 分别执行电容驱动和检测，以产生影像原始数据。所述模拟数字 转换装置连接至所述驱动检测装置，用以将所述影像原始数据进 行模拟数字转换，以产生数字影像原始数据。所述控制装置，用 以执行方法中的步骤(D)-(E)。

本发明的方法由于考虑噪声及增加线性度等问题及因减少共 同噪声(common noise)所产生累加误差等问题，能有效地增进电 容式多点触控面板的触碰坐标计算准确度。

附图说明

图1为现有自感应电容检测之示意图；

图2为现有互感应电容检测之示意图；

图3为本发明电容式多点触控系统的方块图；

图4为本发明增进电容式多点触控面板的触碰坐标计算准确 度的方法的流程图；

图5为本发明执行去噪声及增加线性度运算的详细流程图；

图6为本发明执行去噪声及增加线性度运算的示意图；

图7为本发明驱动检测装置320中第一个检测器的运作示意 图；

图8为本发明执行积分累加运算的示意图；

图9为本发明执行清除累加误差运算的详细流程图。

【主要元件符元说明】

驱动及检测器 110 驱动及检测器 120 驱动器 210 检 测器 220

第一方向的导体线 230      第二方向的导体线 240

电容式多点触控的低待机功耗驱动系统 300

电容式触控面板 310        驱动检测装置 320

模拟数字转换装置 330      控制装置 340

第一导体线 311            第二导体线 312

储存单元 341

具体实施方式

图3为本发明的电容式多点触控系统的示意图。该电容式多 点触控系统300包含有一电容式触控面板310、一驱动检测装置 320、一模拟数字转换装置330、及一控制装置340。

该电容式触控面板310具有于第一方向(Y)分布的m条第一导 体线311(包括Y1-Y6......)及于第二方向(X)分布的n条第二导 体线312(包括X1-X6.....)，第一导体线311用作驱动线，第二 导体线312用作感应线。该驱动检测装置320连接至该电容式触 控面板310，用以执行电容驱动和检测，以产生影像原始数据， 该驱动检测装置320包括m个驱动器和n个检测器(图中未示出)， 以分别对应m条第一导体线311和n条第二导体线312，即每一 条导体线311连接有一驱动器，每一第二导体线312连接有一检 测器。该模拟数字转换装置330连接至该驱动检测装置320中的 检测器，用以将该影像原始数据进行模拟数字转换，以产生数字 影像原始数据。该控制装置340可以具有一储存单元341，以暂 存该驱动检测装置320对该电容式触控面板210进行检测和为获 取触碰坐标的过程中所产生数据如影像原始数据(image raw  data)。该控制装置340依据影像原始数据(image raw data)计算 该电容式触控面板210上的触碰坐标。

图4为本发明增进电容式多点触控面板的触碰坐标计算准确 度的方法的流程图。首先于步骤(A)中，该控制装置340对该驱动 检测装置320、及该模拟数字转换装置330执行初始化。其中包 含初始化设定该驱动检测装置320在互感电容(mutual  capacitance)或者自电容(self capacitance)驱动检测时，驱 动波形的个数、频率、型态等参数，以及设定该模拟数字转换装 置330的工作频率。

于步骤(B)中，该驱动检测装置320中的驱动器和检测器分别 对该电容式触控面板310进行驱动和检测，用以产生一影像原始 数据(image raw data)。该驱动检测装置320可以执行互感电容 (mutual capacitance)驱动和检测，也可以执行自电容(self  capacitance)驱动和检测以产生该影像原始数据(image raw  data)。对该电容式触控面板310进行驱动和检测，即通过驱动检 测装置320中的每一个驱动器给与其连接的每条第一导体线311 加载驱动电信号，通过每一个检测器检测由于触控导致互电容Cm 或者自电容发Cs生变化时每条第二导体线312上的输出电信号。

于步骤(C)中，该模拟数字转换装置330将该影像原始数据 (image raw data)转换为数字影像原始数据(digital image raw  data)；该数字影像原始数据(digital image raw data)可储存于 该储存单元341中，用以供该控制装置340后续处理。其中，由 于具有m行第一导体线311和n列第二导体线312，因此，在第 一导体线311和第二导体线312交叉处位置均对应一笔数字影像 原始数据，每一条第二导体线312对应有m笔数字影像原始数据， 因此，整个电容式触控面板对应的数字影像原始数据具有m行n 列共计m×n笔。

于步骤(D)中，该控制装置340对该数字影像原始数据 (digital image raw data)执行去噪及增加线性度运算，以产生 线性化影像原始数据(linearized image raw data)。

图5为本发明执行去噪声及增加线性度运算的详细流程图。 电容式触控面板具有n列感应线，每一列感应线共与m行驱动线 交叉也共有m个位置，也就对应有m笔数字影像原始数据，因此， 可以以每一列感应线中每一个位置对应的每一笔数字影像原始数 据为处理对象执行如下步骤，即可获得整个电容触控式面板对应 的线性化原始数据。详细如下：

于步骤(D1)中，该控制装置340由该储存单元341中读取其 中一列感应线(column)中第N个位置的数字影像原始数据，其中， N＝1，2，...，m。

于步骤(D2)中，判断该第N个位置的数字影像原始数据是否 超过一临界值Th。该临界值Th是对有触摸时产生的数字影像原 始数据的大量统计而得到的。

于步骤(D3)中，若步骤(D2)判定该第N个位置的数字影像原 始数据超过该临界值Th，则保留该第N个位置的数字影像原始数 据。

于步骤(D4)中，若步骤(D2)判定该第N个位置的数字影像原 始数据未超过该临界值Th，再判断该列中，与该第N个位置相邻 近位置处的数字影像原始数据是否超过该临界值Th。其中，与该 第N个位置相邻近的数字影像原始数据例如可为该列中该第N个 位置上面两个位置对应的数字影像原始数据或中下面两个位置对 应的数据。即，位于同一列中该第N-1个位置、第N-2个位置分 别对应的数字影像原始数据，或者第N+1个位置、第N+2个位置 分别对应的数字影像原始数据。在本发明的另外一个实施例中， 可以选择同一列中该第N-1个位置、第N-2个位置、第N-3个位 置分别对应的数字影像原始数据，或者第N+1个位置、第N+2个 位置、第N+3个位置分别对应的数字影像原始数据。换言之，可 以根据实际需求，可以选择第N个位置上面若干个或者下面若干 个位置对应的数字影像原始数据。

若步骤(D4)判定该列中，与该第N个位置N相邻近位置处的 数字影像原始数据超过该临界值Th，则于步骤(D3)中保留该第N 个位置的数字影像原始数据，若否，则于步骤(D5)中，将该第N 个位置的数字影像原始数据清除并重新设为0；之后，于步骤(D6) 中换下一列，并执行步骤(D2)-(D4)。

图6为本发明执行去噪声及增加线性度运算的示意图。于本 示意图中，该临界值Th为200。如图6所示，在第2列感应线中， 与m条驱动线交叉共m个位置，因此，共有m笔数字影像原始数 据。位置A至位置F处有产生触碰现象，因此数字影像原始数据 的值比较高。在第10列驱动线中，同样有m笔数字影像原始数据。 位置A’至位置B’处有产生触碰现象。位置C、D由于其上面位置 处A、B分别对应的数字影像原始数据250、250有一笔大于该临 界值200，故保留位置C、D对应的数字影像原始数，150、120。 位置E由于其下面两位置处对应的数字影像原始数据中有一笔的 数字影像原始数据为213，大于该临界值200，故亦保留位置E对 应的数字影像原始数据110，同理保留位置F对应的数字影像原 始数据。位置C’、D’由于其上面两位置A、B对应的数字影像原始 数据250、250有一笔大于该临界值Th，保留位置C’、D’的数字 影像原始数据150、120。位置E’由于上面两位置对应的数字影像 原始数据及下面两位置对应的数字影像原始数据均没有一笔大于 该临界值200，故将该位置对应的数字影像原始数据由110清除 并重设为0。

在现有技术中，当位置C、D、C’、及D’的数字影像原始数据 小于该临界值Th时，则将该位置C、D、C’、及D’的数据设为0， 如此容易产生不连续的现象。由图6可知，位置C、D、C’、及D’ 虽然其数字影像原始数据小于该临界值Th，但仍然保留其数字影 像原始数据，藉此可增加线性度，避免产生不连续的现象。

于步骤(E)中，该控制装置340对该线性化影像原始数据 (linearized image raw data)执行积分累加运算，以产生积分影 像原始数据(integrated image raw data)，并暂存于该储存单元 341中。

该驱动检测装置320具有n个检测器，每一检测器会将其检 测的感应线中上下位置的两笔线性化影像原始数据(linearized  image raw data)数据相减，以减少共同噪声(common noise)。图 7为本发明驱动检测装置320中第一个检测器的运作示意图。如 图7所示，其为第二笔线性化影像原始数据D(2，1)减去第一笔 线性化影像原始数据D(1，1)、第三笔线性化影像原始数据D(3，1) 减去第二笔线性化影像原始数据D(2，1)、...第m筆資料D(m， 1)減去第m-1筆資料D(m-1，1)，m为驱动器的数目，依此类 推。故需在步骤(E)中，对该线性化影像原始数据(linearized  image raw data)执行积分累加运算。

该积分影像原始数据(integrated image raw data)具有m× n笔。图8为本发明执行积分累加运算的示意图。亦即，一开始 先由该驱动检测装置320对该电容式触控面板310进行检测，所 检测的电压经由该模拟数字转换装置330转成数字影像原始数据 (digital image raw data)，此数字影像原始数据(digital image  raw data)再经由去噪声及增加线性度运算，即可得到较稳定且线 性度较佳的该线性化影像原始数据(linearized image raw  data)，再藉由积分累加运算，进而获得每一个检测器的信号，或 每一通道(channel)的信号。

于其他实施例中，于步骤(E)之后，可执行步骤(E1)。步骤(E1) 为对步骤(E)生成的积分影像原始数据执行一正负号反转运算，进 而方便后续运算。

于步骤(F)中，该控制装置340对该积分影像原始数据 (integrated image raw data)执行清除累加误差运算，用以清除 该积分影像原始数据(integrated image raw data)中的累加误 差，以产生去累加误差影像原始数据(cumulative error image raw  data)。

图9为本发明执行清除累加误差运算的详细流程图。于步骤 (F1)中，该控制装置340由该储存单元341读取一列(column)感 应线中的线性化影像原始数据共计m笔。

于步骤(F2)中，该控制装置340判断该列中最后一笔线性化 影像原始数据与该列倒数最后第二笔线性化影像原始数据是否相 似。该步骤可以借助于一第一门槛值Threshold1来实现。当最后 一笔线性化影像原始数据与该列倒数最后第二笔线性化影像原始 数据的差值的绝对值小于一第一门槛值Threshold1时，则判定该 列最后一笔线性化影像原始数据与该列倒数最后第二笔线性化影 像原始数据相似。

于步骤(F3)中，若判定该列最后一笔线性化影像原始数据与 该列倒数最后第二笔线性化影像原始数据相似，将该列最后一笔 线性化影像原始数据清除并重新为0。

于步骤(F4)中，若判定该列最后一笔线性化影像原始数据与 该列倒数最后第二笔线性化影像原始数据不相似，则读取该列第 M个位置的线性化影像原始数据，其中，M＝1，2，...，m。由于该 驱动检测装置320具有m个驱动器，因此每一条检测线或每一列 有m笔线性化影像原始数据。

于步骤(F5)中，判断该第M个位置的线性化影像原始数据是 否为该列中最后一笔线性化影像原始数据。如果第M个位置的线 性化影像原始数据是对应第m个驱动器对应的线性化影像原始数 据，则就确定为最后一笔线性化影像原始数据。M＝1、2......m。

于步骤(F6)中，若判定该第M个位置的线性化影像原始数据 不为该列中的最后一笔线性化影像原始数据，读取该列的第M+1 个位置的线性化影像原始数据。

于步骤(F7)中，判断该第M个位置的线性化影像原始数据与 该第M+1个位置的线性化影像原始数据是否相似。该步骤可以具 体借助于第二门槛值Threshold2来实现，当该第M个位置的线性 化影像原始数据与该第M+1个位置的线性化影像原始数据的差值 的绝对值小于一第二门槛值Threshold2时，则判定该第M个位置 的线性化影像原始数据与该第M+1个位置的线性化影像原始数据 相似。

于步骤(F8)中，若判定该第M个位置的线性化影像原始数据 与该第M+1个位置的线性化影像原始数据相似，将该第M个位置 的线性化影像原始数据清除并重设为0；以及

于步骤(F9)中，读取该列的第M+1个位置的线性化影像原始 数据，并重执行步骤(F4)-(F8)。

于步骤(F7)中，若判定该第M个位置的线性化影像原始数据 与该第M+1个位置的线性化影像原始数据不相似，则执行步骤 (F9)。

于步骤(F5)中，若判定该第M个位置的线性化影像原始数据 为该列的最后一笔线性化影像原始数据，则于步骤(F10)中换下一 列，并于执行步骤(F1)，以读取下一列感应线中的线性化影像原 始m笔。

于步骤(G)中，该控制装置340依据该去累加误差影像原始数 据(cumulative error image raw data)执行触碰坐标计算，以产生 该电容式触控面板上的坐标值。

现有的自感应电容(self capacitance)检测方法或是互感应 电容(Cm)检测方法都是藉由驱动器210输入信号，并藉由电容变 化，使得检测器220检测不同的电荷产生电压信号，再依据电压 信号的变化来判断是否有物体靠近或接触触控面板。但由于人体、 环境、液晶面板上的驱动器产生的噪声，将使得所侦测的电压产 生严重的变化，此时受变化的电压值经由模拟数字转换装置转换 成数位信号后，如没有经过运算及滤除噪声的处理，将使得在坐 标判断上产生误差及不稳定的情况，造成系统的信号噪声比(SNR) 会大幅降低。

本发明的增进电容式多点触控系统的触碰坐标计算准确度的 方法，将原先产生抖动的影像原始数据(image raw data)，经过 去除噪声及增加线性度运算后，再经过积分累加运算，即可得到 每一检测器的信号或称每一通道(channel)的信号，而后将数据清 除累加时所产生的误差值后，再经由坐标计算方法处理，用以产 生触控点坐标位置，即可更精确地判断电容式触控面板310上是 否有导体或手指触碰面板。

由于现有技术并没有考虑到噪声及线性度问题，亦未考虑到 检测器会对前后两笔数据相减，用以减少共同噪声(common  noise)，因此无法滤除电源噪声或是第一方向(Y)分布的第一导体 线311(Y1-Y6)及于第二方向(X)分布的第二导体线312(X1-X6)所 产生的噪声变化，进而产生坐标判断上的错误及不稳定的情况发 生，使得系统的SNR大幅降低。然而，本发明的方法由于考虑噪 声及增加线性度问题及因减少共同噪声(common noise)所产生累 加误差的问题，故有效地能增进电容式多点触控面板的触碰坐标 计算准确度。

由上述可知，本发明无论就目的、手段及功效，在在均显示 其迥异于现有技术的特征，极具实用价值。惟应注意的是，上述 诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范 围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。