检测触摸的方法和使用该方法检测触摸的装置制造方法

检测触摸的方法和使用该方法检测触摸的装置制造方法
【专利摘要】一种检测触摸的方法和使用该方法检测触摸的装置。公开了一种能够减少噪声影响的用于检测触摸的装置和用于检测触摸的方法。该装置包括：信号源，所述信号源被配置为生成从开始频率到结束频率变化的可变频率信号；触摸面板，所述触摸面板包括多个驱动电极和多个感测电极，其中，可变相位信号被施加至所述多个驱动电极中的一个，且所述感测电极输出由所述可变频率信号所调制的触摸信号；解调单元，所述解调单元被配置为利用所述可变频率信号来解调所述触摸信号；以及累加单元，所述累加单元被配置为累加经解调的触摸信号以检测所述触摸。
【专利说明】检测触摸的方法和使用该方法检测触摸的装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测触摸的方法和使用该方法检测触摸的装置。

【背景技术】
[0002] 关于当前用于触摸屏上的检测方法，主要使用电阻膜法（resistance film method),表面超声波法（surface ultrasound method)和电容法，且电容法使得多点触摸 检测成为可能并且具有卓越的耐久性、可视性等等，因而，将电容法作为便携移动装置上的 主要输入方法成为一种趋势。
[0003] 电容法的触摸屏通过检测因用户干扰而导致的充电至触摸屏面板上的电 容传感器的电荷数量的改变来识别用户输入，并且根据电荷存储方法，分为自电容 (self-capacitive)触摸屏或互电容（mutual-capacitive)触摸屏。自电容触摸屏包括 针对每一个电容传感器的单个导体，从而与位于触摸屏面板外面的参考地形成带电表面， 而互电容触摸屏使得触摸屏面板上的两个电导体相互形成带电表面，以充当单个电容传感 器。
[0004] 通常的自电容触摸屏使用X/Y正交型导体布置，且在这种情况下，每个电容传感 器充当线传感器，因而，当检测触摸屏时，只能从X-线传感器组与Y-线传感器组中分别获 取一段相应的X-检测信息和Y-检测信息。因此，一般的自电容触摸屏能够实现单点触摸 的检测和跟踪，但不支持多点触摸。互电容触摸屏也使用X/Y正交型导体布置，但是针对与 导体正交的每一个位置，每一个电容传感器被配置为网格传感器的形式。互电容触摸屏与 自电容触摸屏的区别在于，当检测用户在触摸屏上的输入时，所有网格传感器的感应被单 独检测。每个网格传感器对应于一对X/Y坐标，并且提供互相独立的感应结果，因而，在彼 此带电的（mutual-charged)触摸屏中，通过从由X/Y网格传感器提供的X/Y-检测信息集 中提取用户输入信息，可以检测和跟踪用户的多点触摸。
[0005] 通常的互电容触摸屏面板的导体配置及其检测方法如下所述。包括在任意一个方 向上延伸的导体的第一电极和包括在垂直于第一电极的方向上延伸的导体的第二电极通 过这两个电极之间的介电材料形成互电容传感器。当两个电极之间的距离是"d"，带电表面 的面积是"a"，并且带电表面之间所有介电材料的等价的介电常数是" e "时，互电容传感 器的电容C被定义为C = e *a/d，同时对于向传感器充电的电荷数量Q，和施加于两个电极 /带电表面的电势差（电压）V，具有关系Q = CV。当用户接近该传感器时，针对在两个电极 之间形成的电场的干扰就会出现，以防止电荷存储于传感器内，因而，充电至传感器的电荷 数量被减少，导致电容的减少。这可以被理解为由电容的改变造成，这是由于用户的接近造 成带电表面之间的相等的介电常数的变化，但是因用户的接近造成带电表面之间的部分电 场被分路从而引起电荷数量/存储数量的减少，这是一个实际的物理现象。当AC电压源被 连接至第一电极以将AC波形施加至传感器的一个充电表面上时，出现对应于针对C的A Q =C A V的电荷数量的改变（A Q)，其中，C根据用户的靠近程度而改变，并且连接至第二电 极的读出电路将该改变转换为电流或电压。这种经转换的信息通常经历信号处理操作，例 如噪声滤波、解调、数字转换和累加等等，以用于坐标跟踪算法和手势识别算法。作为关注 这种电容触敏面板的在先专利，美国第7, 920, 129号专利被公开。
[0006] 信号源将电信号施加至触摸面板的驱动电极，使得物体分路形成在驱动电极和感 测电极内的电场通量，且根据因分路导致的电场通量的变化，在感测电极内出现电流的变 化。连接至感测电极的信号转换单元检测该电流的变化以确定是否存在物体的触摸。当噪 声流入该电流（该电流需要被检测以便检测触摸）内时，它将影响例如触摸坐标等这样的 信息检测，导致在诸如检测到的坐标等信息中出现误差。
[0007] 不同类型的噪声流入触摸面板。例如，当IXD显示器被放置在触摸面板下面时， 因 LCD的Vcom电压引起的LCD噪声会影响触摸面板。通过将剩余的驱动电极而不是电信 号所施加至的驱动电极连接至低阻抗源，以在形成于触摸面板内的驱动电极中形成电场通 量，能够阻止从LCD显示器所辐射的噪声流入触摸面板。另外，各种噪声通过施加触摸输入 的物体，且流过物体的噪声是从大量噪声源辐射的，例如，荧光灯、灯光装置等等，并且被人 体收集后被施加至面板。由驱动电极来屏蔽从上述LCD的公共电极所辐射的噪声，以最小 化噪声的影响，但是流过物体的噪声不能被屏蔽。
[0008] 另外，与被施加以驱动触摸面板的信号具有大的频率差异的噪声可以通过对该噪 声执行滤波而被去除，但是，与被施加以驱动触摸面板的信号具有相同的频率或相邻的频 率的噪声不能通过对该噪声执行滤波而被去除。
[0009] 在相关技术中，通过使用具有任意提取的三个离散的频率的三个彼此不同的信号 来驱动触摸面板，来获取触摸坐标，所获得的触摸坐标被算术操作是通过执行：中值滤波， 其中，通过舍弃所获得的结果的最大值和最小值来使用中值；多数选择滤波，其中，在所获 得的触摸坐标中使用最频繁出现的结果；平均值选择滤波，其中，使用所获得的结果的平均 值，或者执行相似的方法，接着执行进一步的处理。然而，在这种相关技术中，信号处理需要 执行所选择的频率的数量所对应的次数，因此，若干次的信号处理增加了功耗，同时获取触 摸坐标所需的时间也随之增加。


【发明内容】

[0010] 本发明的实施方式致力于一种用于检测触摸的方法以及一种使用该方法来检测 触摸的装置，即使当该噪声流入时该方法也能够减少具有恒定频率的噪声的影响。另外，本 发明致力于一种检测触摸的方法以及一种使用该方法来检测触摸的装置，即使当该噪声流 入时，该方法也能够减少具有与用于驱动触摸面板的信号相邻的频率的噪声的影响。
[0011] 根据本发明实施方式的一个方面，提供了一种用于检测触摸的装置，该组织包括： 信号源，所述信号源被配置为生成从开始频率到结束频率变化的可变频率信号；触摸面板， 所述触摸面板包括多个驱动电极和多个感测电极，其中，可变相位信号被施加至所述多个 驱动电极中的一个，且所述感测电极输出由所述可变频率信号所调制的触摸信号；解调单 元，所述解调单元被配置为利用所述可变频率信号来解调所述触摸信号；以及累加单元，所 述累加单元被配置为累加所解调的触摸信号以检测所述触摸。
[0012] 根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种用于检测触摸的方法：生成从开 始频率到结束频率变化的可变频率信号；输出以这样的方式被所述可变频率信号所调制的 触摸信号，即，将所述可变频率信号施加至驱动电极中的任何一个，并且感测电极检测物体 的触摸；使用所述可变频率信号解调所述触摸信号；以及累加经解调的信号。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 通过参照附图并且具体地描述示例性实施方式，本发明的以上目的和其它目的、 特征和优势对于本领域技术人员来说将会变得更加明显，其中：
[0014] 图1是例示了根据本发明的实施方式的用于检测触摸的装置的配置的示意性框 图；
[0015] 图2是例示了触摸面板的结构的示意图；
[0016] 图3是例示了触摸面板的结构的图；
[0017] 图4和图5是例示了由信号源生成的可变频率信号的实施方式的图；并且 [0018] 图6是例示了根据本发明的实施方式的用于检测触摸的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0019] 本文公开了本发明的示例性实施方式。然而，本文公开的特定结构和功能细节仅 仅是代表性的，以为了描述本发明的示例性实施方式，但是，本发明的示例性实施方式可以 具体实现在许多另选的形式中，并且不应理解为把它限制在本文所阐明的本发明的示例性 实施方式中。
[0020] 因而，尽管本发明容许各种修改和可变形式，但是其特定的实施方式以示例的方 式在附图中被示出，并且在此将被详细描述。然而，应该理解，不意图将本发明限制在所公 开的特定形式中，相反，本发明意在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有改变、等同物和 替代。相同的标记贯穿附图的详细说明表示相似的元件。
[0021] 应该理解的是，尽管在本文可以使用措辞第一、第二等来描述各种元件，但是这些 元件不应该受这些措辞的限制。这些措辞仅是用于将一个元件与另一个元件区分开来。例 如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可被称作第二元件，相似的，第二元件可被 称作第一元件。如本文所使用的，措辞"和/或"包括一个或多个相关所列项的任意组合和 所有组合。
[0022] 将理解的是，当元件被称作"连接到"或"耦接到"另一元件时，该元件可以直接连 接或耦接到其它元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作"直接连接到"或"直接 耦接到"另一元件时，就不存在中间元件。其它用于描述元件之间的关系的词汇能够以相似 的方式来被解释（即，"在......之间"与"直接在......之间"，"相邻"与"直接相邻"， 等等）。
[0023] 本文所使用的术语仅仅是针对描述特定的实施方式的目的，并不意图对本发明做 出限制。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式"一"和"该"也意在包 括复数形式。还应理解的是，当在本说明书中使用措辞"包括"和/或"包括"时，说明存在 所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、 整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
[0024] 除非另外定义，否则，本文所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与 本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，术语，诸 如在通用字典中所定义的术语，应该被解释为具有与相关技术的背景中的含义相一致的含 义，而将不以理想的或者过于正式的含义来解释它们，除本文处明确定义如此。
[0025] 在下文中，将参照附图来描述本发明的实施方式。图1是例示根据本发明的实施 方式的用于检测触摸的装置的配置的示意性框图。图2是例示了触摸面板100的结构的示 意图。参照图1和图2,触摸面板100包括感测电极120、驱动电极140和基板160。在实施 方式中，基板160由透明介电材料组成，并且在基板的上表面形成玻璃盖，以便由位于基板 的背面的例如液晶显示器（LCD)或有源矩阵有机发光二极管（AMOLED)显示器等这样的显 示装置来传送所显示的图像。作为示例，基板由玻璃组成。布置在基板160和驱动电极140 上的感测电极120都是由透明材料制成，以便在检测物体的同时传送显示图像。作为另一 种实施方式，基板160由不透明材料组成，其仅仅是简单地检测来自于物体（0)的触摸。
[0026] 能够使用户将输入施加至触摸面板的对象被定义为物体。这一物体是指例如手、 手指、手掌或触笔这样的通过将形成在第一电极和第二电极中的电场通量进行分路来对触 摸面板100施加触摸输入的物体。然而，这仅仅是用于描述该物体，且并不意图限制该物体 的范围。因此，物体可以是用户的脸颊或脚趾。
[0027] 被布置为在第一方向上延伸的多个感测电极120位于基板160的上表面上。沿垂 直于第一方向的第二方向延伸、彼此平行布置的驱动电极140位于基板160的后表面上。驱 动电极140与感测电极一起形成互电容。作为示例，驱动电极140和感测电极120由透明 导电材料形成，以便透过由如上所描述的位于基板后表面的显示装置所显示的图像。根据 实施方式，驱动电极140和感测电极120可以由例如以下各项的具有导电性的透明材料形 成：铟锡氧化物（ITO)、铟锌氧化物（IZO)、铝锌氧化物（AZO)和铟镉氧化物（ICO)。根据另 一实施方式，驱动电极140和感测电极120可以由碳纳米管（CNT)形成。与例如ITO等这 样的透明导电材料相比，CNT可以流过更高密度的电流。
[0028] 在本说明书中，在第一方向延伸是指如图3的（a)所示地在第一方向上线性地形 成，且同时也包括如图3的（b)所示地在第一方向上以锯齿形式形成。另外，尽管未示出， 但是在本说明书中，在第一方向上延伸包括在第一方向上以曲折曲线（meandering curved line)的方式而不是锯齿方式形成。
[0029] 感测电极120检测因物体触摸而产生的信号，并且将所检测的信号施加至信号转 换单元200。信号转换单元200包括电荷放大器，该电荷放大器包括运算放大器，该运算放 大器具有电连接至触摸面板100的反相输入端子、电连接至地电势的非反向输入端子和电 连接至反相输入端子以便将输出馈送回至反相输入端子的输出端子。这里，电阻器（R)与 电容器（C)在从运算放大器的输出端子馈送回至反相输入端子的路径上电连接至该电荷 放大器。感测电极120的电势电连接至电荷放大器的反相输入端子，因此，根据运算放大器 的虚短路原理，感测电极120的电势可以与同相输入端的电势保持相等，并且，电流信号被 位于反馈路径上的电容器（C)转换为电压信号以输出。
[0030] 图4和图5是例示由信号源300生成的可变频率信号的波形和随时间变化的频率 的示例的图。参照图1、图4和图5,信号源300生成从开始频率变化到结束频率fm的可 变频率信号。在实施方式中，信号源300包括：频率扩展器（frequency spreader) 320,其输 出可变频率信号，该信号的频率从开始频率到结束频率变化；以及发送器单元340,其将频 率扩展器320所形成的可变频率信号输出至触摸面板100和延迟补偿器单元400。根据实 施方式，如图4所示，信号源300生成其频率从开始频率增大到结束频率的信号。如 图5所示，在另一实施方式中，信号源300生成其频率从开始频率f\减小到结束频率fm的 信号。作为一种示例，频率从开始频率到结束频率可以线性地变化，并且作为另一示 例，必要时频率从开始频率到结束频率fm可以非线性地变化。
[0031] 根据实施方式,如图4和图5中所示，在可变频率信号中，只要相位改变180°，频 率就会改变。根据未示出的另一实施方式，在可变频率信号中，只要相位改变360°，频率 就会改变。也就是说，在由信号源300产生和应用的可变频率信号中，对于与180°的n倍 (180Xn°，n是自然数）相对应的每一个相位变化，频率就会改变。
[0032] 根据实施方式，由信号源生成的可变频率信号可以是阶跃波、矩形脉冲、正弦脉 冲、三角脉冲和其线性叠加中的任何一种。
[0033] 当信号源300将可变频率信号施加至触摸面板100时，被施加的可变频率信号因 信号传送路径上的电阻元件、寄生电容或由触摸面板的驱动电极120和感测电极140之间 形成的电容所产生的RC延迟，被延迟预定的时间，并且因信号转换单元200将由触摸面板 100输出至信号转换单元200的电流信号转换为电压信号以及将电压信号输入到解调单元 500的这些处理所造成的延迟而被延迟。
[0034] 延迟补偿器单元400将由信号源300施加的信号延迟一延迟时间，该延迟时间从 信号源300将信号施加至触摸面板的时间点开始，到相应的输出被输入到解调单元500的 时间点为止。如上所描述的，当信号源300将可变频率信号施加至触摸面板100时，可变频 率信号被延迟预定的时间，并被输入到解调单元500。当解调单元500使用未延迟的可变频 率信号解调触摸信号时，就会与对触摸信号进行调制的可变频率信号出现相位差，并且无 法通过执行解调获得精确的触摸信号。因而，延迟补偿器单元400将由信号源300施加的 可变频率信号延迟一延迟时间，该延迟时间要求从可变频率信号被施加至触摸面板的时段 开始，到信号转换单元200将调制的触摸信号输出至解调单元500的时段为止，并且将经延 迟的信号输出到解调单元500。
[0035] 解调单元500对经信号源300施加至触摸面板100的经可变频率信号所调制的触 摸信号进行解调。如上所描述的，延迟补偿器单元400将被施加至延迟补偿器单元400的 信号延迟一延迟时间，直到由信号源输出的可变频率信号通过触摸面板100和信号转换单 元200被施加至解调单元400为止，并将经延迟的信号输出至解调单元，因此，解调单元400 解调与经调制的信号相同的信号，以得到触摸信号。此外，流入触摸面板的噪声通过信号转 换单元200被输入到解调单元400,因此噪声也被解调以被施加至累加单元。
[0036] 累加单元600累加经解调的触摸信号。通过累加经解调的触摸信号，噪声的影响 被减小，这将在稍后进行描述，因而获得了更加精确的触摸坐标。根据实施方式，累加单元 600包括积分器。
[0037] 将参照图1、图4和图5来描述具有如上所描述的配置的、用于检测触摸的装置的 操作。当信号源300将该可变频率信号施加至触摸面板100的驱动电极120时，驱动电极 120与用于形成互电容的每个感测电极140形成电场通量。感测电极120将由电场通量形 成的电流施加至信号转换单元200。当物体（0)触摸该触摸面板100时，由驱动电极120和 感测电极140形成的电场通量被该物体（0)分路。因此，当物体（0)触摸该触摸面板时，由 驱动电极和感测电极形成的互电容的电场通量被改变，可以将电场通量的变化模型化为因 物体的触摸而导致的电容器的介电常数的变化。因而，当电容器是流动的电流i时，获得下 面的公式1。
[0038] [公式 1]
[0039]

【权利要求】
1. 一种用于检测触摸的装置，所述装置包括： 信号源，所述信号源被配置为生成从开始频率到结束频率变化的可变频率信号； 触摸面板，所述触摸面板包括多个驱动电极和多个感测电极，其中，可变相位信号被施 加至所述多个驱动电极中的一个，且所述感测电极输出由所述可变频率信号所调制的触摸 信号； 解调单元，所述解调单元被配置为利用所述可变频率信号来解调所述触摸信号；以及 累加单元，所述累加单元被配置为累加经解调的触摸信号以检测所述触摸。
2. 根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括： 延迟补偿器单元，所述延迟补偿器单元被配置为接收来自所述信号源的所述可变频率 信号，并将经延迟的可变频率信号输出至所述解调单元，其中，所述经延迟的可变频率信号 具有与在调制所述触摸信号中所使用的所述可变频率信号的相位相对应的相位。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括信号转换单元，所述信号转换单 元被配置为接收所述触摸信号，以将所接收的信号转换为电压信号。
4. 根据权利要求3所述的装置，其中，所述累加单元包括积分器。
5. 根据权利要求3所述的装置，其中，所述信号转换单元包括： 运算放大器，所述运算放大器包括输出端子、电连接至所述触摸面板的反相输入端子 和电连接至地电势的同相输入端子；以及 电荷放大器，其中，电阻器和电容器在从所述运算放大器的所述输出端子到所述反相 输入端子的反馈路径上电连接至所述电荷放大器。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变频率信号的频率从所述开始频率到所 述结束频率增大或减小。
7. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变频率信号的频率从所述开始频率到所 述结束频率线性地增大或线性地减小。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变频率信号的频率从所述开始频率到所 述结束频率非线性地增大或非线性地减小。
9. 根据权利要求1所述的装置，其中，由所述信号源产生的信号是阶跃波、矩形脉冲、 正弦脉冲、三角脉冲和其线性叠加中的任意一种。
10. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号源包括： 频率扩展器，所述频率扩展器被配置为形成可变频率信号；以及 发送器单元，所述发送器单元被配置为发送从所述频率扩展器输出的所述可变频率信 号。
11. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变频率信号的频率对于所述可变频率信 号的每一个180Xn°的相位变化而改变，其中，n是自然数。
12. -种检测触摸的方法，该方法包括以下步骤： 生成从开始频率到结束频率变化的可变频率信号； 输出以这样的方式被所述可变频率信号所调制的触摸信号，即，将所述可变频率信号 施加至驱动电极中的任何一个，并且感测电极检测物体的触摸； 使用所述可变频率信号解调所述触摸信号；以及 累加经解调的信号。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，使用所述可变频率信号解调所述触摸信号的 步骤还包括：将所述触摸信号转换为电压信号。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，将所述触摸信号转换为电压信号的步骤包括： 接收所述触摸信号，以使用运算放大器将所接收的信号转换为所述电压信号，其中，所 述运算放大器包括输出端子、电连接至所述触摸面板的反相输入端子和电连接至地电势的 同相输入端子；以及 电阻器和电容器在从所述运算放大器的所述输出端子到所述反相输入端子的反馈路 径上电连接至电荷放大器。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中，解调所述触摸信号的步骤包括：使用所述可变 频率信号解调所述触摸信号，所述可变频率信号被延迟，以与调制所述触摸信号中所使用 的所述可变频率信号具有相同的相位。
16. 根据权利要求12所述的方法，其中，累加所述经解调的信号的步骤包括：使用积分 器来累加所述经解调的信号。
17. 根据权利要求12所述的方法，其中，生成所述可变频率信号的步骤包括：通过形成 信号来生成所述可变频率信号，其中，所述可变频率信号的频率从所述开始频率到所述结 束频率线性地增大或线性地减小。
18. 根据权利要求12所述的方法，其中，生成所述可变频率信号的步骤包括：通过形成 信号来生成所述可变频率信号，其中，所述可变频率信号的频率从所述开始频率到所述结 束频率非线性地增大或非线性地减小。
19. 根据权利要求12所述的方法，其中，生成所述可变频信号的步骤包括：通过形成其 频率变化的矩形脉冲来生成所述可变频率信号。
20. 根据权利要求12所述的方法，其中，生成所述可变频率信号的步骤包括：通过对于 所述可变频率信号的每一个180Xn°的相位变化改变所述可变频率信号的频率，来生成所 述可变频率信号，其中，n是自然数。
【文档编号】G06F3/044GK104407748SQ201410227576
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】朴畯倍, 李钟和, 宋河宣, 徐宇滢 申请人:安纳帕斯股份有限公司