CN101957703B - 电阻式触摸检测系统及其触摸屏 - Google Patents

Abstract

一种电阻式触摸检测系统，包括电阻式触摸屏、电阻检测电路和数据处理电路。电阻式触摸屏包括具有第一导电层的第一基板，第一导电层为按照预定数学规律分布在所述第一基板上的一条曲线；具有第二导电层的第二基板，第二导电层与所述第一导电层的面积适配。电阻检测电路与第一导电层的末端连接，并检测第二、第一导电层接触时对应触摸点与所述末端之间的电阻。数据处理电路根据电阻和预定数学规律确定触摸点的坐标位置。本发明可以避免失真问题，提高触摸点位置信息的准确性。

Description

电阻式触摸检测系统及其触摸屏

技术领域

本发明属于触摸屏领域，尤其涉及一种电阻式触摸屏。

背景技术

触摸屏作为一种方便的人机交互界面，已经进入到我们生活和工作的各个领域，尤其是在便携式电子消费品和公共查询终端等方面广泛普及。由于成本的原因，目前市场上以电阻式触摸屏居多。

四线电阻式触摸屏主要由ITO玻璃101和ITO膜102构成，中间用点衬垫(DOT SPACER)隔离；两导电层之间进行印刷，包括绝缘层、粘结层以及一些过程保护印刷层。103为玻璃基板，108为柔性电路板(FPC)，107为FPC板108上面的金属走线，105、112为银浆走线，109为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜。ITO玻璃101和ITO膜102的透明导电层106、110上分别印有X和Y方向驱动电极104、111。工作时，若X方向加电压信号，则导电工作板(即ITO玻璃101)导电层106表面的电势沿X方向近似等梯度分布，与导电工作板导电层106接触的检测板(即ITO膜102)导电层110就得到了触摸点处的电势，该电势与X近似为线性关系。因此，电压信号可以反映出触摸点的位置。

实际中，四线屏的电势线不可能是等梯度的，特别是在工作板的驱动电极附近发生很大的变形。实际电势线与等梯度的电势线(理想线)之间的差值比例就是所谓的触摸屏的非线性。只有当触摸屏的非线性小到一定程度时，其反映的位置信息才是可以接受的；否则，需要额外的电路和软件来校正位置信息。

因此，现有的传统电阻式触摸屏因非线性而导致“枕形失真”问题的出现。

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可提供精确触摸点位置信息的电阻式触摸屏及其检测系统。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种电阻式触摸检测系统，所述检测系统包括电阻式触摸屏、电阻检测电路和数据处理电路，所述电阻式触摸屏，包括：具有第一导电层的第一基板，所述第一导电层为按照预定数学规律分布在所述第一基板上的一条曲线；具有第二导电层的第二基板，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；所述电阻检测电路，与所述第一导电层的末端连接，并检测所述第二导电层与所述第一导电层接触时对应触摸点与所述末端之间的电阻；以及所述数据处理电路，根据所述电阻和所述预定数学规律确定所述触摸点的坐标位置。

根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种电阻式触摸屏，所述触摸屏包括：导电工作板，包括第一导电层，所述第一导电层为按照预定数学规律分布在所述第一基板上的一条曲线；以及检测板，包括与所述第一导电层的面积适配的第二导电层。

本发明通过把电阻式触摸屏的导电工作面上透明导电层蚀刻成一条按照预定数学规律分布的曲线，通过电路直接测量接触点处的电阻。利用测量电阻和该曲线的分布规律获得相应的触摸点位置坐标。该触摸屏的工作面无需产生均匀电场，避免了传统电阻式触摸屏的“枕形失真”的问题，从而提高触摸点位置检测的精确度和位置信息的准确性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分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为现有技术四线电阻式触摸屏的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图；

图3为本发明实施例的电阻式触摸检测系统中电阻检测电路的原理图；

图4为本发明第二实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图；

图5为本发明第三实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图；

图6为本发明第四实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图。

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。

参考图2，图2为本发明一个实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图。

如图所示，检测系统包括由第一基板(substrate)301和第二基板302构成的电阻式触摸屏、电阻检测电路307和数据处理电路306。

在本发明实施例中，第一基板301为氧化铟锡(ITO)玻璃形成的导电工作板，其可以包括玻璃303或其他绝缘透明材料。第二基板为ITO膜的检测板，其可以包括透明聚酯薄膜308或其它柔性绝缘薄膜材料。

第一基板301和第二基板302的内表面分别对应蚀刻有透明导电层，即第一导电层304和第二导电层309。其中第一基板301的第一导电层304被蚀刻成一条由数学函数决定的曲线，即第一导电层按照预定数学规律分布在第一基板上。在实施例中，第一导电层304可以采用ITO透明导电材料或导电碳膜。

第二基板302上的第二导电层309面积与第一导电层304的面积适配，也就是说，第二导电层309的面积大小可以使得其接触到第一导电层304上任意位置，从而能够检测得到第一导电层304上所有的触摸点位置。图2实施例中，第二导电层为一整块。此外，第二导电层309可以是镀在透明聚酯薄膜308上的ITO导电层，它通过导线313接地，例如通过柔性线路板(FPC)连接到地。

第一导电层304的末端314与电阻检测电路307连接，电阻检测电路307用来检测第二导电层309与第一导电层304接触时对应触摸点与第一导电层304末端之间的电阻。第二导电层309与第一导电层304接触形成导电回路，回路电阻与接触点坐标一一映射，达到触摸感应的目的。电阻检测电路307将检测的电阻值输入到数据处理电路306中，数据处理电路306则根据对应电阻和第一导电层304曲线对应的数学规律来确定该触摸点的坐标位置。

在图2的实施例中，第一导电层304被蚀刻成节点按照螺旋矩阵排列的一条曲线。相邻节点之间的单位距离，即折线长度用a表示，对于正方形触摸屏，其上所形成螺旋矩阵的纵、横向步长比例为1∶1。节点0到1距离为a，1到2距离为a，2到3距离为2a，3到4的距离为2a，...。即第一导电层304对应螺旋矩阵对应的节点沿1∶1的螺旋线分布，该螺旋矩阵节点0到1、1到2的长度为1∶1，节点2到3、3到4的长度为1∶1，…。

同时，用k表示螺旋矩阵的圈号，即0→1→2→3记为第1圈(k＝1)，4→5→6→7记为第2圈(k＝2)，...

这样，第k圈所包含节点的编号为(4k-4)、(4k-3)、(4k-2)、(4k-1)。从节点0到节点(4k-1)的折线总长度记为：

L_k＝4k²    (1)

此处省略了单位距离a。

如果用v(p，q)表示节点p到节点q的向量，i表示虚单位，则对于图2实施例，

v(0，1)＝-i

$v\left(\mathrm{1,2}\right)=v\left(\mathrm{0,1}\right)\·i\·\frac{1}{1}$

$v(2,3)=v\left(\mathrm{1,2}\right)\·i\·\frac{2}{1}$

$v(3,4)=v(2,3)\·i\·\frac{2}{2}$

…

$v(4k-\mathrm{3,4}k-2)=v(4k-\mathrm{4,4}k-3)\·i\left|\frac{v(4k-\mathrm{3,4}k-2)}{v(4k-\mathrm{4,4}k-3)}\right|---\left(2\right)$

对公式(2)整理可得到：

v(4k-2，4k-1)＝i·2k         (3)

v(4k-3，4k-2)＝2k-1          (4)

v(4k-4，4k-3)＝-i·(2k-1)    (5)

v(4k-5，4k-4)＝-(2k-2)       (6)

因此，节点0，即螺旋矩阵的起点与第k圈上各个节点(4k-4)、(4k-3)、(4k-2)、(4k-1)的向量关系表示如下：

v(0，4k-1)＝k+i·k             (7)

v(0，4k-2)＝k-i·k             (8)

v(0，4k-3)＝(-k+1)+i·(-k)     (9)

v(0，4k-4)＝(-k+1)+i·(k-1)    (10)

上述公式表示，该实施例中第一导电层304对应的螺旋矩阵起点，即节点0从Y轴负方向开始逆时针旋转得到对应曲线，并且节点0位于第一基板301的中心点位置。

当然，v(0，1)还可以等于+i、+1或者-1，即分别表示该螺旋矩阵的起点可以从Y轴正方向沿顺时针、从X轴正方向沿逆时针或者从编号305所示X轴负方向沿顺时针旋转得到第一导电层304。对这4种起点方向的情况综合表示为：

v(0，4k-1)＝v(0，1)·[-k+i·k]             (11)

v(0，4k-2)＝v(0，1)·[k+i·k]              (12)

v(0，4k-3)＝v(0，1)·[k+i·(-k+1)]         (13)

v(0，4k-4)＝v(0，1)·[(-k+1)+i·(-k+1)]    (14)

其中k表示所述螺旋矩阵包含的圈数，4k-4、4k-3、4k-2和4k-1分别表示第k圈所包括节点对应的编号，k为正整数，v(0，1)＝+ai、-ai、+a或者-α，a表示节点0到节点1之间的距离。

此外，节点0还可以位于第一基板301上任意合适位置。本发明不局限于该具体实施例。

当第一导电层304与第二导电层309接触时，它们之间某个点对应接触，从而电阻检测电路307检测到该触摸点(x，y)到第一导电层304末端，例如图2中对应节点之间的电阻值。电阻检测电路307检测到的电阻与接触点(x，y)到第一导电层304末端的折线长度Nx成正比，因此数据处理电路306通过第一导电层对应曲线的数学分布规律获得Nx与(x，y)的映射关系，即可以确定触摸点的坐标，实现触摸屏的功能。

下面，针对数据处理电路306对触摸点坐标位置的处理说明如下。

数据处理数据306根据对应螺旋矩阵分布的数学规律，即对应向量公式(2)和节点间单位距离a获得第一导电层304的总长度，根据电阻检测电路307提供的电阻获得对应触摸点(x，y)到末端的曲线长度Nx。

假设节点0到第一导电层304末端的折线总长度为N0，则从节点0到触摸点之间的折线长度N＝N0-Nx，触摸点所在圈数为k，则

L_k＜N＜L_k+1    (15)

代入公式(1)可得

$k=\left[\sqrt{\frac{N}{4}}\right]---\left(16\right)$

[M]表示取不大于M的整数。结合公式(3)～(10)、(16)可以则确定(x，y)，用伪代码表示如下：

if(N-L_k)＞(4k+1)//触摸点在节点4k+1和4k+3之间

if(N-L_k)＞(6k+2)//触摸点在节点4k+2和4k+3之间

x＝k+1；

y＝k+1-(L_k+1-N)；

else//触摸点在节点4k+1和4k+2之间

x＝-k+[N-(L_k+4k+1)]；

y＝-(k+1)；

else//触摸点在节点4k-1和4k+1之间

if(N-L_k)＞2k；//触摸点在节点4k和4k+1之间

x＝-k；

y＝k-[N-(L_k+2k)]；

else//触摸点在节点4k-1和4k之间

x＝k-(N-L_k)；

y＝k；

上面得到的(x，y)再乘以节点之间的单位距离a即得到触摸点实际的物理坐标。根据实际显示屏尺寸作相应转换，则可以得到对应的触摸点逻辑坐标。

图3为图2中电阻检测电路307的示例原理图。其中，Vref表示参考电压输入端，“输入端1”、“输入端2”分别接314、313，R4为标准电阻，Vs1、Vs2为反向稳压管，VD1、VD2为普通二极管，电阻R1＝R2。当“输入端1”、“输入端2”接入304、309之间的电阻时，由IC2、R3组成的电路把电阻值转换为电压值V1。然后，由IC1、R1、R2组成的反相比例放大器对V1取反，即V2＝-V1。V2值经模数转换器ADC转换为数字量，送入数据处理电路306中处理，306可以是微控制单元(MCU)或数字信号处理器(DSP)。在此电路中，Vs1、Vs2起到限制V1输出幅度的作用，VD1、VD2、R3组成反向电流通路。

图4为本发明第二实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图，该实施例与图2实施例不同的是，该实施例中第二基板302上的第二导电层309被划分成若干块310(分块区域与大小根据需要而定)。每个分块区域310具有至少一个接地导线313，这些接地导线连接到多路选择器312上，由多路选择器312控制来分时地将对应的分区区域310接地。

当分区区域310上有某点与第一导电层304接触时，接触点与第一导电层304的末端之间存在电阻，该电阻与触摸位置的关系可以由数据处理电路按照上述实施例的方法计算出。

在不同的扫描时间，电阻检测电路314可以检测不同分块区域310的电阻，从而实现多点触摸。此外，本发明的第二实施例从分块区域310的引出线数量较少，因此控制起来更加容易。

图5为本发明第三实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图，该实施例与图2实施例不同的是，图2实施例为正方形触摸屏上分布的螺旋矩阵第一导电层306，其上所形成螺旋矩阵的纵、横向步长比例为1∶1。而图5实施例的第一导电层螺旋矩阵的纵、横向步长比例不是1∶1，而是根据实际矩形触摸屏的尺寸需要而定。这种情况下，如果触摸屏的长度与宽度比例是α，则只需将公式(2)～(10)的实部乘以α即可。

这样，公式(3)～(10)调整为

v(4k-2，4k-1)＝i·2k               (17)

v(4k-3，4k-2)＝α·(2k-1)          (18)

v(4k-4，4k-3)＝-i·(2k-1)          (19)

v(4k-5，4k-4)＝-α·(2k-2)         (20)

v(0，4k-1)＝α·k+i·k             (21)

v(0，4k-2)＝α·k-i·k             (22)

v(0，4k-3)＝α·(-k+1)+i·(-k)     (23)

v(0，4k-4)＝α·(-k+1)+i·(k-1)    (24)

因此，数据处理电路306在上述向量公式的基础上得到触摸点的对应位置。其他具体处理步骤与图2实施例相同，这里不再赘述。

图6为本发明第四实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图，它与图2实施例的区别是，该实施例中第一导电层303的中心线是一条阿基米德螺旋线，该曲线由方程(25)决定：

ρ＝aθ                            (25)

其中(ρ，θ)表示该曲线上点的极坐标，a表示常数。

该实施例是按照阿基米德螺旋公式来确定第一导电层303在第一基板301上的分布。

因此，根据该方程对应的数学规律可知，由原点O到t弧度处的弧长为

$N={\∫}_0^t\sqrt{{\left(\mathrm{a\θ}\right)}^2+{\left(\mathrm{a\θ}\right)}^{\′2}}\mathrm{d\θ}---\left(26\right)$

公式(14)可化简为

$N=a[\frac{t}{2}\sqrt{1+t^2}+\frac{1}{2}\ln (t+\sqrt{1+t^2})]---\left(27\right)$

同样的，此处N＝N0-Nx。通过测量第一导电层303与第二导电层309的接触电阻可得到Nx，将计算的N代入公式(27)、(25)，即可得到触摸点的极坐标。

需要指出的是，在图5和图6对应的实施例中，第二导电层309均可以如图4实施例所示，被划分为多个块区域，以实现多点接触。本发明不局限于图示的具体实施例。

另外，任意可按照预定数学规律分布并用于电阻式触摸屏触摸点位置检测的曲线，均可以用来作为本发明第一导电层的蚀刻曲线，本发明不局限于上述具体实施例。

在制作本发明上述实施例的电阻式触摸屏时，可以利用光刻法将两个基板的透明导电层分别蚀刻成上述结构。蚀刻的第一导电层304的宽度可以为微米量级，从而在第一基板301上可以分布更密的曲线，从而提高触摸点位置检测的精确性。并且蚀刻的第一导电层304具有均匀的厚度，从而可以将接触点电阻与对应曲线长度的关系一一对应，减小触摸点位置检测的误差。

此外，蚀刻的第二导电层309的方阻比第一导电层304低大约一个数量级。这样，在检测接触点电阻时，可以忽略第二导电层309自身的电阻，提高第一导电层304上触摸点对应电阻的检测精度。

然后，在第一导电层、第二导电层上分别制作银引线，再通过FPC将银引线连接到包括电阻检测电路和数据处理电路的控制电路上。由电阻检测电路测量第一导电层的电阻，数据处理电路将电阻值转换为触摸点坐标，实现触摸屏的功能。

本发明通过把电阻式触摸屏的导电工作面上透明导电层蚀刻成一条按照预定数学规律分布的曲线，通过电路直接测量接触点处的电阻。利用测量电阻和该曲线的分布规律获得相应的触摸点位置坐标。该触摸屏的工作面无需产生均匀电场，避免了传统电阻式触摸屏的“枕形失真”的问题，从而提高触摸点位置信息的精确度。

另一方面，本发明通过对检测板的透明导电层进行分块，可以实现多点触摸，并可减少工作面所需的引线数量，使得控制更简单。

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 (9)

1.一种电阻式触摸检测系统，其特征在于，所述检测系统包括电阻式触摸屏、电阻检测电路和数据处理电路：

所述电阻式触摸屏，包括：

具有第一导电层的第一基板，所述第一导电层为按照预定数学规律分布在所述第一基板上的一条曲线；

具有第二导电层的第二基板，所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配；

所述电阻检测电路，与所述第一导电层的末端连接，并检测所述第二导电层与所述第一导电层接触时对应触摸点与所述末端之间的电阻；以及

所述数据处理电路，根据所述电阻和所述预定数学规律确定所述触摸点的坐标位置；

所述第一导电层的中心线为螺旋矩阵，所述螺旋矩阵的起点节点0与第k圈上各个节点(4k-4)、(4k-3)、(4k-2)、(4k-1)的向量关系表示如下：

v(0，4k-1)＝v(0，1)·[-k+i·k]

v(0，4k-2)＝v(0，1)·[k+i·k]

v(0，4k-3)＝v(0，1)·[k+i·(-k+1)]

v(0，4k-4)＝v(0，1)·[(-k+1)+i·(-k+1)]

其中k表示所述螺旋矩阵包含的圈数，4k-4、4k-3、4k-2和4k-1分别表示第k圈所包括节点对应的编号，k为正整数，v(0，1)＝+ai、-ai、+a或者-a，a表示节点0到节点1之间的距离，i为虚单位。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述第一导电层的中心线为阿基米德螺旋线。

3.如权利要求1或2所述的检测系统，其特征在于，所述第二导电层包括多个分块区域，每个分块区域具有至少一个接地导线。

4.一种电阻式触摸屏，其特征在于，所述触摸屏包括：

导电工作板，包括第一导电层，所述第一导电层为按照预定数学规律分布在所述第一基板上的一条曲线；以及

检测板，包括与所述第一导电层的面积适配的第二导电层，所述第一导电层的中心线为螺旋矩阵，所述螺旋矩阵的起点节点0与第k圈上各个节点(4k-4)、(4k-3)、(4k-2)、(4k-1)的向量关系表示如下：

v(0，4k-1)＝v(0，1)·[-k+i·k]

v(0，4k-2)＝v(0，1)·[k+i·k]

v(0，4k-3)＝v(0，1)·[k+i·(-k+1)]

v(0，4k-4)＝v(0，1)·[(-k+1)+i·(-k+1)]

其中k表示所述螺旋矩阵包含的圈数，4k-4、4k-3、4k-2和4k-1分别表示第k圈所包括节点对应的编号，k为正整数，v(0，1)＝+ai、-ai、+a或者-a，a表示节点0到节点1之间的距离，i为虚单位。

5.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述第一导电层的中心线为阿基米德螺旋线。

6.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述第一导电层的宽度为微米量级。

7.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述第一导电层的厚度均匀。

8.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述第二导电层的方阻比所述第一导电层低大约一个数量级。

9.如权利要求4到8其中任一项所述的触摸屏，其特征在于，所述第二导电层包括多个分块区域，每个分块区域具有至少一个接地导线。

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