CN101833397A - 多手指触控定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多手指触控定位装置及方法，属于触控技术领域。其中多手指触控定位装置包括：固态面板，在手指与其接触之后相应地产生及传播振动波；系列振动波传感器，按阵列分布紧贴在所述固态面板上，以将手指与所述固态面板接触所产生的振动波转化为电信号；以及定位识别处理单元，通过接收所述振动波传感器的电信号，以及结合所述振动波传感器的物理位置信息，计算获得多个手指在所述固态面板上的接触位置。本发明通过充分利用手指与物体接触所产生的振动波，以低成本的方式实现了多手指的精确定位。

Description

多手指触控定位装置及方法

技术领域

本发明属于触控技术领域，特别涉及一种多手指触控定位装置和方法。

背景技术

随着触控技术的广泛应用，人们越发感觉手指操控的方便性，特别是美国苹果公司手机与平板电脑的推出，更是推动人们对新技术的探索。

目前流行的电容触控屏，能方便实现单指或多指操作，但成本高，易受液体影响定位精度，而且触控装置必须置于显示屏前面，这样会影响显示屏的显示亮度。对于价格相对便宜的电阻触控屏，也能实现手指操作，但是容易破损，且同样需要将触控装置设置在显示屏前面而影响显示亮度。

现有触控技术中，仅存在少数能够置于显示屏后面的触控装置。例如电磁触控技术，能感知电磁笔的位置、压力、角度等信息，但是该技术对手指的感应不灵敏，很难实现手指触控定位。

因此，目前亟需提出一种多手指可控的、成本低且定位精确的定位装置。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种成本低且定位精确的多手指触控定位装置和方法。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种多手指触控定位装置，所述多手指触控定位装置包括：固态面板，在手指与其接触之后相应地产生及传播振动波；系列振动波传感器，按阵列分布紧贴在所述固态面板上，以将手指与所述固态面板接触所产生的振动波转化为电信号；以及定位识别处理单元，通过接收所述振动波传感器的电信号，以及结合所述振动波传感器的物理位置信息，计算获得多个手指在所述固态面板上的接触位置。

根据本发明进一步的实施例，所述振动波传感器包括声波传感器或压电传感器。

根据本发明进一步的实施例，所述振动波传感器为全向振动波传感器。

根据本发明进一步的实施例，所述振动波传感器在X和Y方向上成等距分布。

根据本发明进一步的实施例，所述固态面板是任意非液态、非气态材料。

根据本发明进一步的实施例，所述固态面板可多层叠加。所述振动波传感器内嵌在所述固态面板的里面。

根据本发明进一步的实施例，所述振动波传感器贴放在所述固态面板的正面或背面，其中手指接触面为所述固态面板的正面。

根据本发明进一步的实施例，所述定位识别处理单元将接收的振动波传感器的电信号与预定阈值进行比较，确定强度大于或小于预定阈值的电信号数量，以及根据该数量对应的振动波传感器之间的相邻关系对多个手指进行定位。

根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种多手指触控定位方法，所述多手指触控定位方法包括以下步骤：a)在固态面板上设置系列振动波传感器，按阵列分布与其紧贴；b)利用所述振动波传感器，将手指与固态面板接触之后产生的振动波转化为电信号；以及c)根据所述电信号以及所述振动波传感器的物理位置信息，计算获得多个手指在固态面板上的接触位置。

根据本发明进一步的实施例，所述振动波传感器包括声波传感器或压电传感器。

根据本发明进一步的实施例，所述振动波传感器为全向振动波传感器。

根据本发明进一步的实施例，所述振动波传感器在X和Y方向上成等距分布。

根据本发明进一步的实施例，在步骤a中，将所述振动波传感器贴放在固态面板的正面或背面，其中手指接触面为固态面板的正面。

根据本发明进一步的实施例，所述步骤c包括：将所述电信号与预定阈值进行比较，以确定强度大于或小于预定阈值的电信号数量；在强度大于或小于预定阈值的电信号有多个时，进一步判断所述多个电信号对应的振动波传感器是否相邻；若相邻，则调整所述预定阈值，直至只存在一个大于或小于该预定阈值的电信号；若不相邻，则根据所述多个电信号对应的振动波传感器的物理位置确定多手指的接触位置。

本发明的多手指触控定位装置和方法，通过合理设置系列振动波传感器的数量和位置，充分利用手指与物体接触所产生的振动波，以振动波传感器的低成本方式，实现了多手指的精确定位。

此外，将系列振动波传感器贴合于显示屏的背面，还同时解决了现有技术所不能回避的对显示性能的影响。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中给出，将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的多手指触控定位装置的示意图；

图2为根据本发明另一个实施例的多手指触控定位装置示意图；

图3为根据本发明实施例的定位识别处理单元的电路示意图；

图4为根据本发明实施例的多手指触控定位方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明公开了一种多手指触控定位装置及定位方法，通过充分利用手指与物体接触所产生的振动波以及振动波传感器，以低成本的方式，实现了多手指触控的精确定位。

本发明的多手指触控定位装置包括固态面板、系列振动波传感器以及定位识别处理单元。固态面板可以是任意非液态、非气态的材料，例如包括木板、压合板、金属板、注塑板、钢化玻璃、压克力板、液晶显示屏、电子纸显示屏、有机电致发光显示屏(OLED)等。固态面板的正面用于与手指接触，接收手指点击、摩擦等触碰动作，从而在手指与其接触之后相应地产生及传播振动波。

预定数量的系列振动波传感器分别呈阵列分布紧贴在固态面板上，用以将手指与固态面板接触所产生的振动波转化为电信号。系列振动波传感器在X和Y方向上成等距分布，一般间距约2mm或更短。每个手指在接触固态面板的接触面时，可通过该手指触点位置附近的3个感应最强的振动波传感器实现定位，即3点定位。其中考虑到手指本身尺寸及简化算法，实际计算公式可修正为″能量与距离成线性关系″，即感应最强的传感器离手指接触点最近，感应偏弱的传感器离手指接触点偏远。

这里，振动波传感器可以是声波传感器、压电传感器。

振动波传感器可以贴放在固态面板正面、靠边缘位置，其中手指与固态面板的接触面为固态面板的正面。

或者，为了不影响美观，或者不影响例如液晶显示屏、电子纸显示屏或有机电致发光显示屏等具有显示屏的固态面板的显示亮度，振动波传感器可以贴放在固态面板的背面，即与接触面相对的面。振动波传感器置于固态面板的背面同时也能有效弱化外界(除其正面之外)杂乱振动的干扰。

或者，对于包含液晶显示屏、钢化玻璃、导电板或反光板等可多层叠加的固态面板，可以将振动波传感器内嵌在固态面板的里面。这样，振动波传感器会密封，同样有效地弱化使用该手指触控定位装置的系统平台内部杂乱振动的干扰。

振动波传感器响应频率要求：一般建议500hz以下。

关于振动波传感器方向性要求，优选采用全向性振动波传感器，即传感器的振动波的感应可以不受到振动传播方向的影响。在传感器数量较多情况下，定向也可以考虑。

所采用的振动波传感器尺寸，优选厚度控制在1mm以下，长宽或直径控制在5mm以下。

定位识别处理单元用于接收并处理多个振动波传感器发送的电信号，并结合振动波传感器的物理位置信息，计算获得手指在固态面板上的接触位置。由于手指触碰固态面板所产生的振动波能量与传输距离之间是一种指数关系，传输时延与传输距离之间基本是一种线性关系，因此定位识别处理单元根据来自系列振动波传感器的电信号能量以及振动波传感器的物理位置等基本数据，获得多个手指在面板上的位置。

定位识别处理单元的位置是随意的，可以设置在固体面板内部或外部，只要与振动波传感器电连接即可。

定位识别处理单元可以是PC系统平台或单芯片系统，关于定位识别处理单元的定位识别原理，稍后下文中将给出详细描述。

现在参考图1，该图为根据本发明一个实施例的多手指触控定位装置的示意图。

图1是根据本发明一个实施例的多手指触控定位装置结构示意图。如图所示，系列振动波传感器20呈阵列分布紧贴在固态面板10的背面，每个振动波传感器都会通过导线电连接到定位识别处理单元30。

在图示实施例中，固态面板10为矩形，振动波传感器20为圆形，但是本发明不局限于该形状，在实际应用中，固态面板和振动波传感器可以根据实际需求设置为任意形状。

如上文所述，系列振动波传感器20的位置与数量可以根据实际需要调整，如在X和Y方向上成等距分布。

图2是根据本发明另一个实施例的多手指触控定位装置结构示意图，在该实施例中，固态面板10为电子纸屏。

如图所示，电子纸屏10连接在系统平台50上，系统平台50用来控制电子纸屏10显示。系列振动波传感器20按等距阵列方式，紧贴在电子纸屏10的背面，同时所有振动波传感器20都通过导线连接到定位识别处理单元30上。

定位识别处理单元30在根据振动波传感器20传输的电信号进行多手指触点定位后，将多个手指触点位置信息传给系统平台50。从而，系统平台50在获得多个手指触点位置后，通过控制电子纸屏10，将多个触点显示在电子纸屏10上。这样，该装置从多个手指同时接触到显示反馈，能精确验证多手指触控效果。

在多个手指点击电子纸屏10或多个手指在电子纸屏10上摩擦移动时，系列振动波传感器都能收到不同强度的信号，并传输给定位识别处理单元30，再结合系列振动波传感器20的阵列分布来定位计算多指位置。

关于定位识别处理单元30的工作原理，可以参考图3所示的本发明实施例的多手指触控的定位识别处理单元的电路示意图。

如图3所示，在该实施例中，定位识别处理单元30与1～N的N个振动波传感器20连接，从而根据固态面板上设置的系列振动波传感器给出的电信号，对多手指触点位置进行定位。

在该实施例中，系列振动波传感器20将振动波转换为电压信号。本领域技术人员显然可知，通过使用具体不同类型或型号的振动波传感器，可以转换振动波得到例如电流强度、电阻或其他数字形式的电信号，本发明不局限于该具体实施例。

其中，定位识别处理单元30包括与分别与N个振动波传感器20一一对应连接的1～N的N个信号放大器32、1～N的N个电压比较器34、基准电压调节器35和处理器(CPU)37。

通常，由于振动波传感器20的信号较弱，约十几毫伏，因此需要经过信号放大器32进行放大，一般放大30～100倍，放大后的信号再连接到电压比较器34上，电压比较器34的作用是通过比较放大后的信号是否超过某个设定的参考电压，如500毫伏，具体值要看信噪比。如果超过，立即输出高电平或低电平通知处理器37，处理器37获得某路有信号后，关闭对所有电压比较器34的响应，直到处理器37计算完成一次定位。

基准电压调节器35通过处理器37可调整基准电压到所需的数值，基准电压35例如连接到N个电压比较器34的正输入端上，振动波传感器20发送的电信号通过信号放大器32进行放大(放大倍数与振动波传感器20的信号幅度及电源工作电压相关)，并连接在电压比较器34的负输入端上。这样，由电压比较器34与对应的振动波传感器20发送的电信号进行设定阈值(基准电压)的比较。

当处理器37监测到所有电压比较器34输出的结果均为高电平时，判定为无手指接触状态；当处理器37监测到有1个输出为低电平时，则判定该低电平对应的振动波传感器的物理位置即手指触摸位置。

当处理器37监测到有多个输出为低电平时，首先判定这些低电平输出所对应振动波传感器是否相邻，若相邻，处理器37则立即调高基准电压，直到只有1个为低电平，并且判定该低电平所对应的振动波传感器的物理位置即手指触摸位置。

若都不相邻，则说明有多个手指接触，这些低电平所对应的振动波传感器的物理位置即多手指触摸位置。

若有些相邻，有些不相邻，则不相邻的振动波传感器对应有手指接触，相邻的振动波传感器则采用前述方法，由基准电压调节器35提高基准电压，直到只有1个为低电平，从而该低电平所对应的振动波传感器物理位置即手指触摸位置。

当然，在本发明的一个实施例中，基准电压35也可以连接到N个电压比较器34的负输入端上，而振动波传感器20连接在电压比较器34的正输入端上。

相应地，当处理器37监测到所有电压比较器34输出的结果均为低电平时，判定为无手指接触状态；当处理器37监测到有1个输出为高电平时，则判定该高电平对应的振动波传感器的物理位置即手指触摸位置。

当处理器37监测到有多个输出为高电平时，首先判定这些高电平输出所对应振动波传感器是否相邻，若相邻，处理器37则立即调低基准电压，直到只有1个为高电平，并且判定该高电平所对应的振动波传感器的物理位置即手指触摸位置。

若都不相邻，则说明有多个手指接触，这些高电平所对应的振动波传感器的物理位置即多手指触摸位置。

若有些相邻，有些不相邻，则不相邻的振动波传感器对应有手指接触，相邻的振动波传感器则采用前述方法，由基准电压调节器35调低基准电压，直到只有1个为高电平，从而该高电平所对应的振动波传感器物理位置即手指触摸位置。

另外，本发明还公开了一种多手指触控定位方法，本发明实施例的多手指触控定位方法流程图如图4所示。

所述多手指触控定位方法包括以下步骤：在固态面板上设置系列振动波传感器，按阵列分布与其紧贴(步骤102)。然后，利用所述振动波传感器，将手指与固态面板接触之后产生的振动波转化为电信号(步骤104)。

这里，振动波传感器可以是本发明中装置中的传感器，其在固态面板上的设置及功能可以如上文所述。

最后，根据所述电信号以及所述振动波传感器的物理位置信息，计算获得多个手指在固态面板上的接触位置(步骤106)。在步骤106中，可以利用本发明装置中的定位识别处理单元，将接收的振动波传感器的电信号与预定阈值进行比较，确定强度大于或小于预定阈值的电信号数量，以及根据该数量对应的振动波传感器之间的相邻关系对多个手指进行触点定位。

本发明的多手指触控定位装置和方法，通过合理设置阵列振动波传感器的数量和位置，充分利用手指与物体接触所产生的振动波，以振动波传感器的低成本方式，实现了多手指的精确定位。

此外，使振动波传感器贴合于显示屏的背面，还同时解决了现有技术所不能回避的对显示性能的影响。

本发明的多手指触控定位装置和方法，相比现有技术工艺简单，且成本更有优势。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (15)

1.一种多手指触控定位装置，其特征在于，所述多手指触控定位装置包括：

固态面板，在手指与其接触之后相应地产生及传播振动波；

系列振动波传感器，按阵列分布紧贴在所述固态面板上，以将手指与所述固态面板接触所产生的振动波转化为电信号；以及

定位识别处理单元，通过接收所述振动波传感器的电信号，以及结合所述振动波传感器的物理位置信息，计算获得多个手指在所述固态面板上的接触位置。

2.根据权利要求1所述的多手指触控定位装置，其特征在于，所述振动波传感器包括声波传感器或压电传感器。

3.根据权利要求1所述的多手指触控定位装置，其特征在于，所述振动波传感器为全向振动波传感器。

4.根据权利要求1所述的多手指触控定位装置，其特征在于，所述振动波传感器在X和Y方向上成等距分布。

5.根据权利要求1所述的多手指触控定位装置，其特征在于，所述固态面板是任意非液态、非气态材料。

6.根据权利要求1所述的多手指触控定位装置，其特征在于，所述固态面板可多层叠加。

7.根据权利要求5或6所述的多手指触控定位装置，其特征在于，所述振动波传感器贴放在所述固态面板的正面或背面，其中手指接触面为所述固态面板的正面。

8.根据权利要求6所述的多手指触控定位装置，其特征在于所述振动波传感器内嵌在所述固态面板的里面。

9.根据权利要求1所述的多手指触控定位装置，其特征在于，所述定位识别处理单元将接收的振动波传感器的电信号与预定阈值进行比较，确定强度大于或小于预定阈值的电信号数量，以及根据该数量对应的振动波传感器之间的相邻关系对多个手指进行定位。

10.一种多手指触控定位方法，其特征在于，所述多手指触控定位方法包括以下步骤：

a)在固态面板上设置系列振动波传感器，按阵列分布与其紧贴；

b)利用所述振动波传感器，将手指与固态面板接触之后产生的振动波转化为电信号；以及

c)根据所述电信号以及所述振动波传感器的物理位置信息，计算获得多个手指在固态面板上的接触位置。

11.根据权利要求10所述的多手指触控定位方法，其特征在于，所述振动波传感器包括声波传感器或压电传感器。

12.根据权利要求10所述的多手指触控定位方法，其特征在于，所述振动波传感器为全向振动波传感器。

13.根据权利要求10所述的多手指触控定位方法，其特征在于，所述振动波传感器在X和Y方向上成等距分布。

14.根据权利要求10所述的多手指触控定位方法，其特征在于，在步骤a中，将所述振动波传感器贴放在固态面板的正面或背面，其中手指接触面为固态面板的正面。

15.根据权利要求10所述的多手指触控定位方法，其特征在于，所述步骤c包括：

将所述电信号与预定阈值进行比较，以确定强度大于或小于预定阈值的电信号数量；

在强度大于或小于预定阈值的电信号有多个时，进一步判断所述多个电信号对应的振动波传感器是否相邻；

若相邻，则调整所述预定阈值，直至只存在一个大于或小于该预定阈值的电信号；

若不相邻，则根据所述多个电信号对应的振动波传感器的物理位置确定多手指的接触位置。

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