CN101676840A - 具有压力感控特性的触摸板及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合了压力感控特性的触摸板，其主要包括：x坐标层、可变电阻层和y坐标层；x坐标层产生映射于对应笛卡尔坐标系(x，y)中x的值；y坐标层产生映射出对应笛卡尔坐标系(x，y)中y的值；其中可变电阻层的阻抗特性和电阻值可以随着用户手指、触控笔或者其他施力物施加在可变电阻层上的压力大小而发生改变。

Description

具有压力感控特性的触摸板及系统

【技术领域】

本发明有关一种触摸板，尤其涉及一种经过改进且应用于便携电子装置的触摸板。

【背景技术】

现在已经存在着许多类型的输入装置，用以完成电子消费装置上的操作。这些操作对应于移动光标和在显示屏上作出相应的选择。举例来说，输入装置可以包括按钮、开关、键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、游戏棒、触摸屏等。这些装置中每一种都有其各自的优点和缺点，在设计消费电子装置时都要考虑。在便携式计算机装置上，输入装置一般从按钮和开关中选择。按钮和开关一般在性质上是机械的，在光标移动和做出选择上提供有限的控制。例如，它们一般专门用来在特定方向上移动光标(例如：箭头键)或者做出特定的选择(例如回车、删除、数字等)。在手持式个人数字助理(PDA)情况下，输入装置倾向于采用触摸敏感的显示屏。利用触摸屏时，用户利用铁笔或者手指直接指点屏幕上的显示对象，在显示屏上做出选择。

在诸如膝上计算机等便携式计算装置中，输入装置一般是触摸板。采用触摸板，手指沿着触摸板的表面移动时，输入装置(即光标)的运动轨迹对应于用户手指的运动轨迹。当检测到在触摸板表面上的一次或者多次轻敲时，触摸板通过感应装置转化的电讯号，也可以在显示屏上做出相应的选择。在某些情况下，触摸板的任何部分都可以轻敲作为选择确认键，而在另外一些情况下，触摸板的专用部分可以轻敲实现选择确认的功能。另外，触摸板可以提供专用的作用区，当用户将其手指在X方向和Y方向线性扫过作用区时，它便完成卷屏。利用这种技术，在作用区内，通过在Y方向上(向前或者向后)移动手指，实现垂直卷屏，或者在X方向上(向左或者向右)实现水平卷屏。

对于触摸板，二维笛卡尔坐标系用来监视手指移动时的位置点，二维笛卡尔坐标系定义为二维的坐标系(x，y)，其中点(手指所处的位置)的坐标是它距离两个相交的垂直直线的距离。例如：触摸板的探测器可以监视手指或者其他接触物质的坐标(x，y)位置，然后通过控制电路相应的用所述x，y位置定位和移动显示屏上的输入指针。

为了把触摸板做的更精巧，触摸板一般都有一个或者多个传感器，用以检测手指的接近，这些传感器散布在触摸板上，每个传感器代表一个x，y坐标位置。在大部分情况下，传感器排列成列和行的网格。于是，当手指在触摸板内跨越传感器的网格而移动时，传感器便产生了控制输入指针在显示屏上随手指移动轨迹而移动的位置讯号。为简明起见，其余的讨论将就电阻传感技术进行，但应该指出，其他技术也有类似特征。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种能够根据感测压力大小的不同而产生不同控制信号，从而与控制电路共同完成不同控制功能的具有压力感控特性的触摸板及系统。

本发明涉及一种结合了压力感控特性的触摸板，其主要包括：x坐标层、可变电阻层和y坐标层；x坐标层产生映射于对应笛卡尔坐标系(x，y)中x的值；y坐标层产生映射出对应笛卡尔坐标系(x，y)中y的值；其中可变电阻层的阻抗特性和电阻值可以随着用户手指、触控笔或者其他施力物施加在可变电阻层上的压力大小而发生改变。

一种结合了具有压力感控特性触摸板的系统，其主要包括：触摸板；控制电路，所述控制电路可以将触摸板上不同的阻抗转换为对应的电信号；功能控制软件，所述功能控制软件用以判断控制电路中不同的电信号，并将不同的电信号对应实现其所对应的不同功能。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：触摸板在选择定位功能的基础上还具有压力感测功能，通过与触摸板外接的控制电路，能够实现通过压力控制相应功能的作用。

【附图说明】

图1是本发明触摸板基本结构的组合图。

图2是本发明触摸板基本结构的分解图。

图3是本发明触摸板底部保护层与第一电阻层组合后的顶视图。

图4是本发明触摸板底部保护层、第一电阻层和第一导电层组合后的顶视图。

图5是本发明触摸板底部保护层、第一电阻层、第一导电层和可变电阻层组合后的顶视图。

图6是本发明触摸板底部保护层、第一电阻层、第一导电层、可变电阻层和第二导电层组合后的顶视图。

图7是本发明触摸板底部保护层、第一电阻层、第一导电层、可变电阻层、第二导电层和第二电阻层组合后的顶视图。

图8是本发明触摸板完全组装后的顶视图。

图9是按照本发明触摸板一个实施例的手机设备流程图。

图10是按照本发明触摸板一个实施例的工作流程图。

图11是触摸力小于参考压力时，音量变化的示意图。

图12是触摸力大于参考压力时，音量变化的示意图。

图13是触摸力大于参考压力时，地图变化的示意图。

图14是触摸力小于参考压力时，地图变化的示意图。

图15是施压物位于触摸板一部分时，地图移动的示意图。

图16是施压物位于触摸板另一部分时，地图移动的示意图。

图17是施压物位于触摸板数字1所对应位置时的示意图。

图18是施压物由触摸板数字1所对应位置滑动至数字3所对应位置的示意图。

【具体实施方式】

现将结合图解和文字共同对本发明创造进行详尽的阐述，在以下描述中，为了使本发明被更彻底的理解，将提出几个具体的细节。但显然，对于本专业技术人员，没有这些具体细节中的某些或者全部，也完全可以实施本发明。在某些示例中，为了避免不必要的使本发明变得模糊不清，对于众所周知的处理步骤，没有做过于详细的阐述。

请参阅图1到图2所示，本发明触摸板1的基本结构包括有：x坐标层、可变电阻层30、y坐标层、以及保护层60。其中x坐标层包括第一电阻层10和第一导电层20，y坐标层包括第二导电层40和第二电阻层50。

请参阅图3到图8所示，第一电阻层10为大致方形薄片状，由导电特性不随其机械形变(比如压力、延展、弯曲或者它们的组合)而变化的导电材料组成，所述导电材料的组成一般为碳，此种组成结构是常用结构，当然也可以由其他种类具有相同导电特性的导电材料代替。

第一导电层20由第一金属线状电极21和第二金属线状电极22组成，所述的第一金属线状电极21和第二金属线状电极22均为导电效能良好的金属导电材料组成。

可变电阻层30为大致方形薄片状，由导电特性可以随着其机械形变(比如压力、延展、弯曲或者它们的组合)而变化的导电材料组成(比如将携带大量空隙的颗粒状镍-硅树脂的水悬浮液用到尼龙织物上，就可以得到可变电阻层，其中镍/硅树脂混合的体积比为70∶1)，而导致该机械形变的外力可以来自人手指的压力，也可以来自手写笔的压力，以及一切能够使可变电阻层30产生机械形变的压力。没有受到压力时，可变电阻层30的电阻值为无穷大，基本无导电特性，受到压力并且压力逐渐增大时，可变电阻层30的电阻值会逐渐减小，导电特性也逐渐增强。

第二导电层40由第三金属线状电极41和第四金属线状电极42组成，所述的第三金属线状电极41和第四金属线状电极42均为导电效能良好的金属导电材料组成。

第二电阻层50大致为方形薄片状，由导电特性不随其机械形变(比如压力、延展、弯曲或者它们的组合)而变化的导电材料组成，所述导电材料的组成一般为碳，此种组成结构是常用结构，当然也可以由其他种类具有相同导电特性的导电材料代替。

保护层60大致为方形薄片状，用以在手指或者其它施力元件施加压力时，保护前述与其直接接触的第一电阻层10和第二电阻层50，所述保护层60不具有导电性。

前述介绍了本发明触摸板1的基本结构组成，下面将详尽介绍本发明触摸板1的工作原理及相关工作流程和系统。

本发明触摸板1的保护层60分别位于触摸板1的上下最外层，两个相对的保护层60之间，依次顺序叠加着前述的第一电阻层10、第一导电层20、可变电阻层30、第二导电层40和第二电阻层50，其中可变电阻层30的表面面积大于第一电阻层10和第二电阻层50的表面面积。第一导电层20与第一电阻层10之间保持良好的电性接触，第一导电层20通过部分嵌入、部分织入第一电阻层10或者部分压于第一电阻层10的表面等一切可以实现二者连接的方法来保持第一电阻层10与第一导电层20之间的良好电性连接。其中，第一导电层20的第一金属线状电极21和第二金属线状电极22分别与第一电阻层10的两个相对侧边部分电性接触，也分别与可变电阻层30的两个相对侧边电性接触；在第一金属线状电极21、第一电阻层10以及第二金属线状电极22之间形成了一个第一导电回路(未标示)，此时，可变电阻层30上没有受到来自外界的压力，不具备导电性；当用户的手指压于触摸板或者外力施加在触摸板1上时，可变电阻层30受到来自外界的压力后电阻值以一定速率降低并随压力的大小而相对应的变化，从而使具有导电性能的可变电阻层30为第一导电回路的电压分压，通过第一金属线状电极21和第二金属线状电极22外接的检测电路，可以检测出第一导电回路中电压值或者电流值大小。值得注意的是，第一导电回路中的电压值或者电流值大小不是固定不变的，而是随着外力在触摸板1上施力位置的不同而有所改变。通过外接检测电路，可确定一个由第一金属线状电极21通过第一电阻层10，到第二金属线状电极22的电压值或者电流值，若将触摸板1视为一个由x和y轴所确定的笛卡尔坐标系(x，y)，那么对应于该电压值或者电流值将可确定所述笛卡尔坐标系(x，y)中的x值。相同原理的，第二导电层40的第三金属线状电极41和第四金属线状电极42分别部分与第二电阻层50的两个相对的侧边电性接触，也分别与可变电阻层30的另外两个相对侧边电性接触，该第二导电层40所接触的第二电阻层50的两个侧边垂直于第一导电层20所接触的第一电阻层10的两个相对侧边。在第三金属线状电极41、第二电阻层50和第四金属线状电极42之间，形成一个第二导电回路(未标示)，当用户的手指压于触摸板1或者外力施加在触摸板1上时，可变电阻层30受到外界压力，电阻值以一定速率降低，导电性能增强，从而为第二导电回路的电压分压，通过第三金属线状电极41和第四金属线状电极42外接的检测电路，可以检测出第二导电回路中的电压值或者电流值大小。通过外接检测电路，可确定一个由第三金属线状电极41通过第二电阻层50，到第四金属线状电极42的电压值或者电流值，同前所述，该对应的电压值或者电流值将可确定触摸板1上笛卡尔坐标系(x，y)中的y值。因此，在手指、触控笔或者其他的施力物在所述触摸板1上施加压力时，触摸板1可通过外接控制电路生成触摸点的笛卡尔坐标系的坐标值(x，y)，判断用户手指或者其他施力物在触摸板1上的具体位置。

这里所要强调的是可变电阻层30可以随着外界施加于其上的压力大小而改变电阻值大小，进而改变其上电压值或者流过电流值的大小。本发明触摸板中的可变电阻层30，其自身电阻值会随着外界施加在触摸板1上压力的增加而减小，即用户手指的按压力越大，可变电阻层30上的电压值越大，并且这种电压值随着压力的连续变化也可以连续变化，通过外接控制电路，可以将连续变化的压力值转化为连续或者间断的电讯号，从而控制外部设备的相应功能。因此，此发明触摸板实则由用于位置定位的二维笛卡尔坐标系(x，y)，转变成为既能位置定位，又能够随压力大小变化进行功能控制的三维笛卡尔坐标系(x，y，z)。其中，坐标值x和y用于位置定位，坐标值z用于表示压力值。

请参阅图9，本发明结合了具有压力感控特性触摸板的系统，还包括有：控制电路，所述控制电路可以将触摸板上不同的阻抗转换为对应的电信号；功能控制软件，所述功能控制软件用以判断控制电路中不同的电信号，并将不同的电信号对应实现其所对应的不同功能。

在一种实施例中，请参阅图10、图11以及图12所示，例如手机或者mp3在歌曲播放模式下需要调整声音的大小，以往的方式都需要应用不同的控制按键来进行上下调整。然而在集成了本发明触摸板8的情况下，这种调整就显得更加方便和人性化。先用手指7在触摸板8上以一定力度敲击或者下压施力，用以确定一个参考力，不同大小的力会产生大小不同的电压值或者电流值，提供给控制电路作为参考值，然后用户根据参考力的大小，再向触摸板8施加更大的连续或者中断的力来控制音量的放大，如图11所示；或者向触摸板施加更小的连续或者中断的力来控制音量的减小，如图12所示。

又例如手机在GPRS导航模式下，需要调整地图的大小，在集成了本发明触摸板8的手机上，先在触摸板8上用手指7以一定力度轻巧或者下压施力，确定一个参考力，进而确定一个参考电压值或者电流值，然后用户根据参考力的大小，再向触摸板8施加更大的连续或者中断的力，以产生比参考值更大的电压或者电流来控制地图的放大，如图13所示；或者向触摸板8施加更小的连续或者中断的力，以产生比参考值更小的电流来控制地图的缩小，如图14所示。

在另外一种实施例中，例如手机在号码输入模式下，触摸板8上不同的号码输入部分，通过输入不同的力度，可以对应产生不同的作用；比如触摸板8上0到9的数字键，手机在待机模式下，用手指或其他输入部件以普通程度的压力按压所述的数字键，可以输入该数字键所对应的数字；而用大于普通程度的压力按压数字键，所对应的数字键则可分别对应有其它功能，该功能包括直接进入某个功能菜单(如短信功能，电话本)，打开某个功能软件(如各类游戏，网络浏览器)，或者是直接呼叫某用户。

如图15和图16在手机的号码输入模式下，还可以有另外一个实施例：当用户手指7在触摸板8上滑动时，会给予触摸板8一定的压力，该压力比前述普通程度的压力更微小，不会在号码输入模式下触发数字输入的功能。但该压力同样可以在可变电阻层上引起电阻值的改变，可变电阻层反馈的电信号经外部电路判断，能够产生相对应的声音反馈信号。比如用户经常使用手机拨号时，需要用眼睛同时观察触摸板8，以便准确的按压到每个数字所对应于触摸板8上的区域，操作方式繁琐。如该所述的实施例，当用户手指7在触摸板8上滑动，若手指移动到数字键“1”所对应的区域，则手指的轻微压力触发外部电路反馈相应的语音信号，手机会反馈数字“1”所对应的语音提示，可以知道，参阅图17，若手指移动到数字键“3”，则手机会反馈数字“3”所对应的语音提示，以此类推。

在另外一种实施例中，例如在手机GPRS导航模式下，如图17和图18所示，需要调整地图的位置，整个触摸板8可被划分为若干规则形状的区域，用户用手指7以一定力度按压所划分区域中的某个区域，该区域对应于触摸板8的某个方向，则地图对应的会向该方向移动。

以上的实施方式仅为本发明触摸板的多种实施方式其中的一部分，还有很多其它的实施方式都没有一一例举，需要在此说明，手机或者其他电子装置上通过具有前述方法的具有压力感控功能的触摸板实现相关功能的实施方式，均在本发明的保护范围中。

Claims (10)

1.一种具有压力感控特性的触摸板，其主要包括：x坐标层、可变电阻层和y坐标层；x坐标层产生映射于对应笛卡尔坐标系(x，y)中x的值；y坐标层产生映射出对应笛卡尔坐标系(x，y)中y的值；其中可变电阻层的阻抗特性和电阻值可以随着用户手指、触控笔或者其他施力物施加在可变电阻层上的压力大小而发生改变。

2.如权利要求1所述具有压力感控特性的触摸板，其特征在于：x坐标层包括第一电阻层和第一导电层；y坐标层包括第二电阻层和第二导电层。

3.如权利要求1所述具有压力感控特性的触摸板，其特征在于：可变电阻层的电阻值随着施加在触摸板上压力的增大而减小；触摸板没有受到外界压力时，可变电阻层不具备导电特性，触摸板在受到外界压力时，可变电阻层具备导电特性。

4.如权利要求2所述具有压力感控特性的触摸板，其特征在于：第一导电层包括第一金属线状电极和第二金属线状电极，第二导电层包括第三金属线状电极和第四金属线状电极；第一金属线状电极与第二金属线状电极平行设置，第三金属线状电极与第四金属线状电极平行设置；第一金属线状电极与第三金属线状电极相互垂直。

5.如权利要求2所述具有压力感控特性的触摸板，其特征在于：第一电阻层和第二电阻层与对应的第一导电层和第二导电层，通过嵌入、织入或者任意可能的方式相互电性连接；触摸板的最外部还包括保护层。

6.一种具有压力感控特性的系统，其主要包括：

触摸板，该触摸板能够定位按压在其表面力的位置，并且触摸板的电阻值能够随表面所受到压力的大小而改变；

控制电路，所述控制电路可以接收对应触摸板上不同电阻值的电信号输入，运算产生控制信号输出；

功能控制软件，所述功能控制软件用以根据输入控制电路中不同的电信号，进行一定的逻辑运算对应产生要求实现不同功能的控制信号供控制电路输出。

7.如权利要求6所述具有压力感控特性触摸板的系统，其特征在于：所述系统还包括扬声器或显示器等输出设备。

8.如权利要求6所述具有压力感控特性触摸板的系统，其特征在于：功能控制软件确定一个参考电信号值，该参考电信号值可以为预设值，也可以为用户第一次触摸该触摸板产生压力所对应的电信号值，把当前压力所确定的电信号值与参考电信号值比较，如当前压力所确定的电信号值大于参考电信号值，则系统实现一种特定功能；如当前压力所确定的电信号值小于参考电信号值，则系统实现另外一种特定功能。

9.如权利要求6所述具有压力感控特性触摸板的系统，其特征在于：功能控制软件确定若干个电信号值的参考范围，每一个参考范围对应实现一种特定功能，把当前压力所确定的电信号值与电信号值的参考范围相比较，属于某一个参考范围，则功能控制软件实现该参考范围所对应的特定功能。

10.如权利要求6所述具有压力感控特性触摸板的系统，其特征在于：触摸板可被分为若干区域，用户在触摸板的不同区域施加压力，能够控制不同的功能。

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