CN101874231A - 多点触摸屏及触摸检测方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于移动设备的多点触摸屏，通过位于触摸区下方的感应区对触摸区进行逐行扫描，能输出触摸区的准确触摸图像。一种检测触摸发生的方法，其特征是检测射线的变化确认触摸发生，此种变化是由射线传播的介质响应电场变化引起的，电场的变化是由于导体或带电体的靠近。

Description

多点触摸屏及触摸检测方法 技术领 i或

本发明涉及一种触摸检测，特别是涉及一种通过检测压电材料 或结构的物理性质响应于电场的变化而产生的变化来检 'J触摸的 方法和采用该方法的触摸屏。 背景技术

现有的适用于便携式电子产品，能实现触摸区触摸图像输出的 触摸屏技术有： 投影电容式触摸屏技术、 在液晶面板中集成感光 模块的光学式触摸屏技术。 发明内容

当导体或带电体靠近交变电场时， 会对交变电场产生影响， 从 而对处于交变电场中受该电场驱动的压电材料或结构发出的声波 产生影响， 该压电材料或结构发出相较于没有导体或带电体靠近 时变形了的声波。 检测这种变形的声波， 便可以确定触摸的发生。

当导体或带电体靠近电场时， 会对电场产生影响， 从而对电场 中物理性质受电场影响的材料或结构的物理性质产生影响。 材料 或结构物理性质的变化会对经过它的射线， 例如声波或光线产生 影响， 使声波或光线相较于没有导体或带电体靠近时发生变化。 检测射线的这种变化， 便可以确认触摸的发生。

本发明提供一种检测触摸发生的方法， 其特征是检测由导体 或带电体靠近导致的电场变化引起的电场中压电材料或结构发出 的变形声波。

本发明提供一种检测触摸发生的方法， 其特征是检测射线的 变化确认触摸发生， 此种变化是由射线传播的介质响应电场变化 引起的， 电场的变化是由于导体或带电体的靠近。

本发明提供一种触摸面板， 其特征是在触摸区包括声栅层， 光栅层， 电声转换层中的一个或多个。 附图说明

本发明将结合下列附图使具体描述更易于理解， 其中： 图 1为根据本发明第一实施例的触摸面板的侧视图。

图 2为根据本发明的声栅层的结构。

图 3为图 2所示声栅层按 y坐标划分为多个区域的分区示意图。 图 4为根据本发明第一实施例一种变型的触摸面板的侧视图。 图 5为根据本发明第二实施例的触摸面板的侧视图。

图 6为根据本发明第二实施例的触摸区的触摸示意图。

应当理解， 附图中所示各部分是示意性的， 未按比例画出。 具体实施方式

图 1为根据本发明第一实施例的触摸面板的侧视图。图 1包括： 上玻璃基板 1 ; 包括透明压电材料的声栅层 2 ; 驱动电极层 3， 驱 动电极平行于 X轴， 沿 y轴等间距排列， 彼此之间绝缘； 声波发 生器 4 , 沿平行于 y轴的方向发射声波； 声电转换器阵列 5 , 声电 转换器单元沿 X轴等间距排列； 下玻璃基板 6 , 起支撑保护作用。

当屏幕工作时， 声波发生器发出声波， 驱动电极依次工作， 驱 动其上方的声栅层发生变化。 当有导体或带电体靠近时， 对声栅 所受的电场产生影响， 使声栅的振荡状况或声栅的状态发生改变， 使通过声栅的声波相对于没有导体或带电体靠近时发生变化。 系 统接收并记录声电转换器阵列各个接收单元接收到的声信号。 在 一个完整的工作周期内，声栅层所有区域均被驱动一次。

为了达到高的刷新率， 可以使声栅层多个等间距区域同时工 作。例如， 以图三为例， Y=Y1、 Υ=Υ3、 Υ=Υ5、 Υ=Υ7为一组，Υ=Υ2、 Υ=Υ4 Υ=Υ6、 Υ=Υ8为一组。 每组内的声栅层区域同时工作， 按 照声波到达声电转换器的时间段确定声波所对应的声栅层区域。

为了精确的控制各个声栅，可.以采用多个驱动电极驱动同一区 域声栅的方法。 例如， 可以采用如图 2 所示的结构， 包括驱动电 极 7、 8、 9; 透明压电材料制成的声栅 10、 1 1 , 声栅 10、 1 1之间 填充有光学凝胶或者树脂等材料。 触摸屏工作时， 声波从声栅 10、 1 1 内通过。 驱动电极 7、 8为一组， 驱动电极 8、 9为一组工作， 控制每组两个电极之间的声栅区域。 需要注意的是,声栅层不一定 采用栅状结构， 条件允许的话， 整片材料或其它结构都是可以的。 以图 3为例，声栅层由不同驱动电极或驱动电极组按照 y坐标 划分为多个区域， 其工作流程如下：

步骤一： 声波发生器开始工作， 发出声波。 声波发生器的声波 到达声电转换器， 声电转换器阵列工作， 系统记录下此时各个声 电转换器单元接收到的声信号。

步骤二： y坐标 Y=Y1、 Υ=Υ3、 Υ=Υ5、 Υ=Υ7区域的声栅在驱 动电极的驱动下开始工作。在声栅开始工作时刻 Υ=Υ 1 区域的声波 到达 Υ-Υ3 区域的时刻， 声栅停止工作。 声电转换器接收声信号。 系统按照声波到达时间段确定其所对应的声栅区域。 系统按照接 收声波的声电转换器单元确定声波对应声栅区域的 X 坐标。 和步 骤一得到的声信号进行对比， 得到 Υ=Υ1、 Υ=Υ3、 Υ=Υ5、 Υ=Υ7 区域的声信号变化程度分布图。

步骤三： Υ=Υ2、 Υ=Υ4、 Υ=Υ6、 Υ=Υ8 区域开始工作， 重复步 骤一到步骤二， 直到声栅层所有区域均被驱动一次， 得到各个区 域的声信号变化程度分布图。

步骤四： 将各个区域的声信号变化程度分布图加以拼接， 得到 整个触摸区对应的声信号变化程度分布图。

步骤五：对整个触摸区对应的声信号变化程度分布图降噪之后 进行识别， 得到触摸区上的触摸发生情况。

以上为一个完整的工作周期。

在声栅开始工作时刻 Υ=Υ1区域的声波到达 Υ==Υ3区域的时刻 声栅停止工作， 其目 的是避免声波重复进入处于工作状态的声栅 区域， 同时使经过处于工作状态的声栅区域的声波尽可能多， 以 期提供更加准确完整的信号。 在无法精确掌握声栅停止工作的时 刻时， 可以适当提前令声栅停止工作。 如果令声栅提前停止工作， 会造成声电转换器接收声波时， 每隔一段时间， 便会有一段没有 经过处于工作状态的声栅的声波， 系统可以通过与步骤一得到的 声信号进行对比， 将此段声波加以剔除。 因为没有经过处于工作 状态的声栅的声波到达声电转换器的时间段是可以计算得到的， 因此系统也可以根据声波到达声电转换器的时间段将其加以剔 除。 由于当光穿过物理性质受所处电场影响的材料或结构时，也会 受到影响， 可以对通过检测光电换能器阵列接收的光波来确认触 ' 摸。 因为光的传播速度很快， 在采用光栅结构的实施例中， 一次 只有一个区域的光栅工作。

图 4示出根据本发明第一实施例的一种变型触摸区的侧视图。 图 4 包括上基板 12 ; 透明压电材料制成的光栅层 13 ; 驱动电极层 14 ; 下基板 15 ; 光电换能器阵列 16 ; 红外 /紫外线发生器 17。 使通过 中的光线或声波发 变、化的、材料或结构、替代。

声栅 /光栅层和驱动电极层的位置是可以相互调换的。

图 5为根据本发明第二实施例的触摸区的侧视图。图 5 包括起 保护作用的上基板 1 8 ; 电声转换层 19 ; 驱动电极层 20 ; 下基板 21。 各驱动电极平行于 X 轴， 彼此之间绝缘， 驱动电极按沿 y 坐 标等距离均勾排列。 例如人的手指接近屏幕的时候， 手指会对其 附近的交变电场产生扰动， 继而使电声转换层发出的声波发生变 化， 位于屏幕边缘的声电换能器， 将所接收到的变化的声波与没 有触摸时的参照波形进行对比， 从而确定触摸。 如果是按照声波 测距的方法确定接收到的声波对应的电声转换层区域的 X 坐标， 例如第二实施例中所采用的方法， 则声电换能器应位于与驱动电 极垂直的屏幕边缘。 如果是依靠接收到声波的声电换能器单元确 定接收到的声波对应的电声转换层区域的 X 坐标， 例如第一实施 例中采用的方法， 则声电换能器应位于与驱动电极平行的屏幕边 缘。 屏幕上 y 坐标不同的区域， 由相应的平行于 X轴的驱动电极 驱动。 在多点触摸屏的一个工作周期中， 每个驱动电极工作一次， 驱动电声转换层的相应部分发出声波。 电极工作间隙应保证每个 电极所驱动的电声转换层发出的声波全部到达声电换能器。

图 6为根据本发明第二实施例的触摸区的触摸示意图。在该实 施例中， 电声转换层由不同驱动电极， 按 y坐标划分为多个区域。 现参照图 6描述触摸屏检测触摸的工作流程。

步骤一： 在多点触摸屏工作的某一时刻， 在电极的驱动下， H 区域的电声转换层工作一段时间后停止， 工作时间长度为所发出 声波的一个周期。 步骤二： 在 H 区域的电声转换层发出的声波全部到达声电换 能器后， 触摸屏系统根据声波到达的时刻， 确定声波发出区域。 通过声波到达的时刻， 与声波发出区域的驱动电极开始工作时刻 的时间差， 确定各时刻声波所对应的电声转换层上点的 X 坐标， 由此得到此区域各点所对应的声波信号。 下一个电声转换层区域 开始在电极的驱动下工作。

步骤三： 如步驟一、 二确定 H 区域上各点对应的声波信号的 方法， 确定其他各区域上各点所对应的声波信号。

步驟四：通过将声电换能器接收到的声波与屏幕上没有触摸时 各区域的声波进行对比， 根据各点声波信号变化程度， 得到一个 与之对应的图。

步骤五： 将各个区域生成的图进行拼接， 得到整个屏幕的图。 步骤六： 对整个屏幕的图进行降噪， 得到降噪后的图。

步驟七： 对降噪后的图通过相应算法进行识别， 确定各个触摸 点坐标。

根据本发明的优选实施例， 如果要缩短触摸屏响应时间， 则可 以采用电声转换层的两个或多个发出声波频率不同的区域同时工 作的方法， 将声电换能器接收到的声波信号进行频率分离， 对两 个或多个区域的声波分别进行处理， 生成该两个或多个区域上各 点发出声波信号的分布图， 由此使响应速度显著提高。

根据本发明的优选实施例，电声转换层的两个或多个区域发出 不同频率声波的方法是， 例如， 但不限于， 使两个或多个区域的 驱动电极发出不同频率的激励信号； 或可以两个或多个区域共用 一个驱动电极， 但该两个或多个区域由具备不同谐振频率的压电 材料制成。

本发明中，用于对比的没有触摸发生时的基础信号可以采用系 统预置， 驱动电极不工作时接收器记录， 和在保证没有触摸物的 情况下系统自校准三种方法中的一种或多种获得。

在本发明中， 为了射线， 例如声波或光线能低损耗的进入传播 介质和接收装置， 可以采用相对应的增透层。 例如在实施例一中， 可以在声波 /光波发生器与传播介质间， 例如声栅层与声波发生器 之间添加增透层， 在接收器与传播介质间添加增透层。 增透层可 以由多种对用于检测的射线传导系数不同的材料堆叠而成。

声栅 /光栅层可采用整片材料或结构， 可以采用整片单一材料， 整片压电材料与其它材料的混合材料， 尤其是树脂与压电材料的 混合材料， 在某种材料基底上掺入 /撒播 /嵌入压电材料微粒， 可以 同时采用多种压电材料， 多种压电材料混合材料， 也可以采用其 层是对功能的定义而非对结构的定义,、 其功能是在 外部电场的影响下对经过它的声波或光线产生影响。

声栅 /光栅层可以采用在基板上喷涂、 单独制作完成之后与其 它结构粘合、 滚压、 布撒， 或以上几种工艺中的多种方法结合制 造。 例如用喷涂 /滚压 /粘合方法形成基底， 再布撒材料。 这里提到 的制造工艺是示例性的， 不作为限制性内容。 述。 应当理解， 压电材料也可以用其物理特性随外部电场的改变 而变化的材料或结构代替。 例如基于电磁原理构造的结构， 在电 场磁场间力的作用下， 结构的物理性质同样对电场的变化故出响 应。

应当理解， 本发明采用基于 x， y二维平面坐标的笛卡尔直角 坐标系， 等间距排列的驱动电极作为优选实施例对本发明进行描 述。 应当理解， 笛卡尔坐标系同样可以被其它坐标系替代， 出于 电气性能等考虑， 驱动电极并不一定要等间距排列。 例如， 可以 将声波发生器位于屏幕中心， 采用环形极坐标系， 驱动电极也采 用环形排列。

应当理解， 本发明釆用了声和光为例进行讲解， 但是可用射线 并不仅限于声和光， X射线等其它频段电磁波都可配合相应材料或 结构采用。 采用的材料或结构受电场影响的物理性质能对经过材 料的射线产生影响即可。

应当理解， 本发明采用了刚性玻璃为基板讲解优选实例。 但是 本发明的基板并不仅限于刚性玻璃或绝缘材料。 本领域技术人员 可以理解具有一定强度的各向异性材料同样可以用作本发明的基 板。

应当理解， 本发明中物理性质受电场影响的材料， 例如优选实 施例中提到的声栅层， 采用了栅状结构为优选实施例。 但并不仅 限于采用栅状结构。 根据具体情况和需要， 受电场影响的材料可 以采用各种结构， 例如整片压电材料， 球形压电材料。

应当理解，本发明优选实施例中采用了平行于屏幕边缘的条状 射线接收装置和条状发射装置。 但并不仅限于条状接收装置和条 状发射装置， 根据需要和采用的坐标系不同， 接收装置或发射装 置可以任何形式布置， 例如可以点状布置， 或可以环状布置。

导体之所以能被本发明提供的检测触摸发生的方法检测到，是 因为其对附近的电磁环境产生了影响。 因此， 能对附近电磁环境 产生影响的物质的靠近， 都可以被本发明所提供的触摸方法检测 到。 例如， 使绝缘体附着电荷使之被检测到。 这种方法仍处在所 附的权利要求的范围内的实施例。

本领域技术人员可以理解，根据本发明的触摸面板可组合在各 种电子产品中， 所述电子产品包括但不限于.' 与显示器集成， 平 板电脑， 个人电脑， 写字板， 指纹识別器， 音乐播放产品， 数字 电话， 掌上电脑， 数字图像记录产品， GPS 定位仪， 数字视频 /图 像播放产品， 数码相框。 同样， 根据本发明的检测触摸发生的方 法可应用于各种电子产品中。

这里描述的各代表性实施例通过示例性方式而不是限制性方 式被表述。 本领域技术人员将会理解可以对所描述的实施例的形 式和细节做出各种改变而得到等效的仍处在所附的权利要求的范 围内的实施例。

Claims (1)

1. 权 利 要 求

   1. 一种检测触摸发生的方法， 其特征是检测由导体或带电体 靠近导致的电场变化引起的电场中压电材料或结构发出的变形声 波。

   2. 一种检测触摸发生的方法， 其特征是检测射线的变化确认 触摸发生， 此种变化是由射线传播的介质响应电场变化引起的， 电场的变化是由于导体或带电体的靠近。

   3. 一种触摸面板， 其特征是在触摸区或触摸区下方包括声栅 层， 光栅层， 电声转换层中的一个或多个。 .

   4. 如权利要求 3 所述触摸面板， 其特征是按照二维坐标系 2 个坐标中 1 个坐标相同的原则， 将触摸区划分为多个区域， 每个 区域可被单独检测。

   5. 如权利要求 4 所述的触摸面板， 进一步包括多个电极， 所 述多个区域中的一个区域可由多个电极同时驱动。

   6. 采用权利要求 4所述触摸面板， 其特征是依据以下方法中 的一个或多个识别各个区域： '

   依据不同声波频率；

   依据不同工作时间段；

   依据不同接收器单元；

   依据声波到达声电转换器的不同时间段。

   7.如权利要求 4所述触摸面板，其特征是有多个区域在同一时 刻工作。

   8.—种电子产品， 包括根据权利要求 3所述的触摸面板。