CN102004573B - 一种触摸检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于触摸传感器技术领域，提供了一种触摸检测系统及其检测方法。本发明通过在触摸传感器上同时设置位置检测感应电极层和压力检测感应电极层，并通过位置检测感应电极层检测触摸点的位置和数目信息，通过压力检测感应电极层检测触摸点的受力大小信息，从而使得触摸检测系统不但能检测到压力大小，还能准确地检测出按键的位置，实现多指压力检测的效果，可适用于触摸屏键盘技术。

Description

一种触摸检测系统及其检测方法

技术领域

本发明属于触摸传感器技术领域，尤其涉及一种触摸检测系统及其检测方法。

背景技术

多指压力检测技术的特点为：用户在操作时是有多个手指同时放在机械键盘的按键上，只有当某一个手指用力将按键按下后键盘才进行反应。同理，如果在一个触摸屏键盘上有多个手指进行接触时，芯片会检测到所有接触的手指，而只有当某个手指用力后，才认为有按键操作。

而受制于当前触摸检测技术对按键压力反应不理想的原因，触摸屏键盘只能识别到接触的手指，而无法区别手指所用压力的大小，因此对于两个或多个按键存在的情况下，现在的技术还不能对压力进行准确检测以得出具体按键的位置。

当前的触摸检测技术已经能够实现单双指或多指和其它手势操作。而且在手机和电脑的触摸屏上已经陆续出现模拟软键盘，但存在的产品中都只能支持单按键，不能满足现在用户习惯的操作方式，急需一种多指压力检测技术。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种触摸检测系统，旨在实现多指压力检测的效果。

本发明实施例是这样实现的，一种触摸检测系统，包括顺次连接的中央控制单元、驱动信号发生单元、触摸传感器，还包括连接在所述触摸传感器和所述中央控制单元之间的触摸位置检测单元、触摸压力检测单元；

所述触摸传感器依次包括位置检测感应电极层、绝缘隔层、驱动电极层、压电材料层、压力检测感应电极层；所述驱动电极层上包括多个与所述驱动信号发生单元连接的驱动电极，所述位置检测感应电极层和所述压力检测感应电极层上均包括一个或多个感应电极；所述压力检测感应电极层上的感应电极与所述驱动电极层上的驱动电极不平行；

所述触摸位置检测单元连接在所述位置检测感应电极层的感应电极与所述中央控制单元之间,用于检测触摸点的位置和数目信息并将检测结果输出至所述中央处理单元进行处理；

所述触摸压力检测单元连接在所述压力检测感应电极层的感应电极与所述中央控制单元之间,用于检测触摸点的受力大小信息并将检测结果输出至所述中央处理单元进行处理；

所述驱动信号发生单元在检测时对所述驱动电极层上的某一驱动电极施加驱动，而其他驱动电极均断开，此时所述触摸压力检测单元检测该驱动电极和与其交叉的各感应电极的交叉位置是否存在按键压力。

本发明实施例还提供了一种触摸检测系统的检测方法，所述触摸检测系统包括位置检测感应电极层和压力检测感应电极层；所述检测方法包括以下步骤：

对驱动电极层上的某一驱动电极施加驱动，而其他驱动电极均断开；

通过位置检测感应电极层检测该被施加驱动的驱动电极和与其交叉的各感应电极的交叉位置的位置和数目信息；

通过压力检测感应电极层检测该被施加驱动的驱动电极和与其交叉的各感应电极的交叉位置的受力大小信息；

综合输出所述触摸点的位置和数目信息以及受力大小信息。

本发明实施例中，通过在触摸传感器上同时设置位置检测感应电极层和压力检测感应电极层，并通过位置检测感应电极层检测触摸点的位置和数目信息，通过压力检测感应电极层检测触摸点的受力大小信息，从而使得触摸检测系统不但能检测到压力大小，还能准确地检测出按键的位置，实现多指压力检测的效果，可适用于触摸屏键盘技术。

附图说明

图1是本发明实施例提供的触摸检测系统的结构原理图；

图2是图1中的触摸传感器的纵截面侧视图；

图3是图2中的触摸传感器中部分结构层的俯视图；

图4是图1中的触摸传感器和触摸压力检测单元的具体电路结构图；

图5是图1中的触摸传感器和触摸感应检测单元的另一种具体电路结构图；

图6是根据图5所示电路结构扩展而成的多个驱动电极与一个感应极之间的连接关系图；

图7是本发明实施例提供的触摸检测系统的检测方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，通过在触摸传感器上同时设置位置检测感应电极层和压力检测感应电极层，并通过位置检测感应电极层检测触摸点的位置和数目信息，通过压力检测感应电极层检测触摸点的受力大小信息，从而使得触摸检测系统不但能检测到压力大小，还能准确地检测出按键的位置。

图1示出了本发明实施例提供的触摸检测系统的结构原理，为了便于描述，仅是示出了与本实施例相关的部分。

参照图1，中央控制单元11、驱动信号发生单元12、触摸传感器13顺次连接，触摸位置检测单元14和触摸压力检测单元15连接于触摸传感器13和中央控制单元11之间，其中，中央控制单元11控制驱动信号发生单元12输出驱动信号，该驱动信号对触摸传感器13进行驱动，而触摸传感器13可安装于触摸屏下方，当用户有触摸动作时，触摸传感器13上的压电信号会随之变化。

图2是图1中的触摸传感器13的纵截面侧视图，触摸传感器13至少依次包括位置检测感应电极层132、绝缘隔层133、驱动电极层134、压电材料层135（如压电石英等）、压力检测感应电极层136。在驱动电极层134上又包括一个或多个驱动电极，而在位置检测感应电极层132和压力检测感应电极层136上均包括一个或多个感应电极，其中绝缘隔层133用于将位置检测感应电极层132和驱动电极层134隔离开来。另外，还可在驱动电极层132外侧设置一保护层131，以保护触摸传感器13内部的其余各层，保护层131可以为玻璃板或亚克力板或其他硬度较高的物质。驱动电极层134和压力检测感应电极层136需用导电胶等导电材料紧密粘贴在压电材料层135的两侧，因为压电材料属于半导体，本身不能导电，只有导电电极与其紧密贴合才能将它在按压时产生的电荷顺利导出。

上述触摸位置检测单元14连接在位置检测感应电极层132的感应电极与中央控制单元11之间,用于检测触摸点的位置和数目信息并将检测结果输出至中央处理单元11进行处理。

上述触摸压力检测单元15连接在所述压力检测感应电极层136的感应电极与中央控制单元11之间,用于检测触摸点的受力大小信息并将检测结果输出至1中央处理单元11进行处理。

其中触摸位置检测单元14可采用传统的检测技术实现，具体可以为电阻式、电容式、红外式或超声波式。当位置检测感应电极层132使用电容检测方式时，驱动电极层134也可以用来对其进行驱动，这样不但能节省一组驱动电极，还可以使传感器的结构层更少，这时它们之间的绝缘隔层133是一层绝缘材料，如玻璃或薄膜等。当位置检测感应电极使用电阻式时，驱动电极层134的驱动电极同样可以作为驱动电极，只是这时的隔层绝缘隔层403是细小的隔离点，保证按压时位置检测感应电极层132和驱动电极层134能相互接触。另外具体检测时可采用分时复用的实施方式。即：中央控制单元11先控制驱动信号发生单元12输出驱动信号，进行触摸位置检测，然后再控制驱动信号发生单元12输出信号，进行触摸压力检测，反之亦可。

图3为图2中的触摸传感器中部分结构层的俯视图，驱动电极层134上的驱动电极和压力检测感应电极层136上的感应电极均采用矩形长条，且它们之间的位置是垂直交叉的，应当理解，具体实施时驱动电极和感应电极的形状不限于此(例如可以是锯齿长条形)，而且它们之间的交叉关系也不必垂直，只要不平行即可。

图4示出了图1中的触摸传感器和触摸压力检测单元的一种具体电路结构，其中D表示驱动电极层上的驱动电极，M表示压电材料层，S表示感应电极层上的感应电极，驱动电极和感应电极分别与压电材料层135的两侧连通。阻抗元件R1连接在压力检测感应电极层136上的感应电极与A/D转换器之间。阻抗元件R1可以是设计需要加入的电阻，也可以是ITO的走线电阻，A/D转换器能对感应电极上的电压信号进行检测。驱动电极D上可以加任意形式的信号，如直流、正弦波、方波或者三角波等。当按键产生压力后，压电材料的两侧，即D和S上分产生电压差，被A/D转换器检测到，最后根据信号变化的大小可以计算出压力的大小。此电路结构中由于使压电材料两端产生电压的物质――电荷，会随着检测时间的延续而最终被消耗，所以这种检测电路只能检测到按键瞬间的压力大小。

图5示出了图1中的触摸传感器和触摸压力检测单元的另一种具体电路结构，其中D表示驱动电极层上的驱动电极，M表示压电材料层，S表示感应电极层上的感应电极。具体连接关系为：电容C通过阻抗元件R1与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与中央控制单元11连接，分压电阻R2一端连接于阻抗元件R1与A/D转换器的输入端之间的节点，另一端接地。上述阻抗元件R1可以是设计需要加入的电阻，也可以是ITO的走线电阻，分压电阻R2参与和电容C、阻抗元件R1的分压，A/D为模数转换器则将检测到的电压值最终送给中央控制单元11进行计算和处理。

应当理解，对于触摸传感器上包含多个感应电极的情形，需要多组电容C、阻抗元件R1、分压电阻R2以及A/D转换器，对于图4所示结构，每一组阻抗元件R1与A/D转换器组成了触摸压力检测单元15中的一个子检测单元；而对于图5所示结构，触摸压力检测单元15中的一个子检测单元则由每一组电容C、阻抗元件R1、分压电阻R2以及A/D转换器组成。上述每个子检测单元与每个感应电极一一对应连接。

下面对采用图6所示结构的触摸压力检测单元的触摸检测系统如何检测得到被触摸点的位置、数目及相应的压力大小进行说明，其中驱动信号使用任意形式的信号，以交流为佳，如方波、正弦波或三角波，图6中以方波作为示范。

当驱动信号的频率、阻抗元件R1、分压电阻R2和电容C的参数满足一定条件后，在各个器件的两端均会有一定的电压差。这时当被触摸点产生压力后，驱动电极D和感应电极S上相当于再次叠加了一直流电压，从而使各器件两端的电压差变化(R2两端的电压也随之变化)，且压力越大，叠加的直流电压越高，最终各器件两端的电压变化也越大，AD转换器对应的检测电压也相应变化，从而中央控制单元11可以根据信号的强度感知按键压力的大小。由于电容C的存在，使压电材料层M上的电荷不会被中和掉，所以按键后的检测信号可以保持一直稳定。

在图2、图3中，驱动电极层与压力检测感应电极层的每一个交叉点就相当于图4或图5中的一个电路。检测过程中，先将某一驱动电极施加驱动，其它驱动电极均断开，就能检测该驱动电极和与其交叉的各感应电极上是否存在按键压力。以此类推，就可以把整个传感器面上所有驱动电极与感应电极之间所有交叉点上的按键压力检测出来，从而得到被触摸点的数目。显然驱动与感应电极的数目越多，理论上能达到的精度也将越高，具体的数目可以根据传感器的大小和所需精度综合决定。

本实施例中对具体的检测顺序不限，可以是先针对一个感应电极，检测所所有与它对应的驱动电极交叉点上的压力，如图6所示，检测之前，驱动电极D1～Dn与压电材料的一侧是完全断开的，当检测开始之后，各驱动电极分别先后与压电材料层M接通，对它们与感应电极S的交叠处的压力进行一一检测。当然，也可以多个驱动极一组的形式进行驱动检测，但对于没有进行检测的驱动电极需与压电材料断开，以防止它们在检测电路中加入其它的回路信号，对检测的精度造成影响。依次类推，通过上述方法可再一一检测出其它感应电极与各驱动电极之间的压力。

图7示出了本发明实施例提供的触摸检测系统的检测方法的实现流程，所适用的触摸检测系统需包括位置检测感应电极层和压力检测感应电极层，检测方法包括下述步骤：

步骤S701，通过位置检测感应电极层检测触摸点的位置和数目信息。

步骤S702，通过压力检测感应电极层检测触摸点的受力大小信息。

步骤S703，综合输出触摸点的位置和数目信息以及受力大小信息。

应当理解，具体实施时，上述步骤S701和步骤S702的顺序不限，既可以先检测检测触摸点的位置和数目信息后检测触摸点的受力大小信息，也可以先检测触摸点的受力大小信息后检测检测触摸点的位置和数目信息。

本发明实施例中，通过在触摸传感器上同时设置位置检测感应电极层和压力检测感应电极层，并通过位置检测感应电极层检测触摸点的位置和数目信息，通过压力检测感应电极层检测触摸点的受力大小信息，从而使得触摸检测系统不但能检测到压力大小，还能准确地检测出按键的位置，实现多指压力检测的效果，可适用于触摸屏键盘技术。同时为使触摸传感器的结构层更少，厚度更薄，还可以采用电容检测方式和电阻检测方式实现触摸位置检测单元，此时触摸位置检测单元可以和触摸压力检测单元共用驱动电极层。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种触摸检测系统，其特征在于，包括顺次连接的中央控制单元、驱动信号发生单元、触摸传感器，还包括连接在所述触摸传感器和所述中央控制单元之间的触摸位置检测单元、触摸压力检测单元；

所述触摸传感器依次包括位置检测感应电极层、绝缘隔层、驱动电极层、压电材料层、压力检测感应电极层；所述驱动电极层上包括多个与所述驱动信号发生单元连接的驱动电极，所述位置检测感应电极层和所述压力检测感应电极层上均包括一个或多个感应电极；所述压力检测感应电极层上的感应电极与所述驱动电极层上的驱动电极不平行；

所述触摸位置检测单元连接在所述位置检测感应电极层的感应电极与所述中央控制单元之间,用于检测触摸点的位置和数目信息并将检测结果输出至所述中央处理单元进行处理；

所述触摸压力检测单元连接在所述压力检测感应电极层的感应电极与所述中央控制单元之间,用于检测触摸点的受力大小信息并将检测结果输出至所述中央处理单元进行处理；

所述驱动信号发生单元在检测时对所述驱动电极层上的某一驱动电极施加驱动，而其他驱动电极均断开，此时所述触摸压力检测单元检测该驱动电极和与其交叉的各感应电极的交叉位置是否存在按键压力。

2.如权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，所述触摸压力检测单元包括一个或多个与所述压力检测感应电极层上的感应电极一一连接的子检测单元，每一个子检测单元包括阻抗元件和A/D转换器，所述阻抗元件连接在所述压力检测感应电极层上的感应电极与所述A/D转换器之间。

3.如权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，所述触摸压力检测单元包括一个或多个与所述压力检测感应电极层上的感应电极一一连接的子检测单元，每一个子检测单元包括电容、阻抗元件、分压电阻和A/D转换器；所述电容通过所述阻抗元件与所述A/D转换器的输入端连接，所述A/D转换器的输出端与所述中央控制单元连接，所述分压电阻一端连接于所述阻抗元件与所述A/D转换器的输入端之间的节点，另一端接地。

4.如权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，所述驱动电极层和所述压力检测感应电极层分别通过导电材料紧密粘贴于所述压电材料层的两侧。

5.如权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，所述触摸位置检测单元为电容式触摸检测单元，所述绝缘隔层为一层绝缘材料。

6.如权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，所述触摸位置检测单元为电阻式触摸检测单元，所述绝缘隔层为隔离点绝缘层。

7.如权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，所述触摸传感器还包括一位于所述位置检测感应电极层外侧的保护层。

8.如权利要求7所述的触摸检测系统，其特征在于，所述保护层为玻璃板或亚克力板。

9.一种触摸检测系统的检测方法，其特征在于，所述触摸检测系统包括位置检测感应电极层和压力检测感应电极层；所述检测方法包括以下步骤：

对驱动电极层上的某一驱动电极施加驱动，而其他驱动电极均断开；

通过位置检测感应电极层检测该被施加驱动的驱动电极和与其交叉的各感应电极的交叉位置的位置和数目信息；

通过压力检测感应电极层检测该被施加驱动的驱动电极和与其交叉的各感应电极的交叉位置的受力大小信息；

综合输出所述触摸点的位置和数目信息以及受力大小信息。

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