CN102339175A - 一种触摸感应定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于信息录入的触摸式输入装置，其技术方案为：包括面板和结合到面板侧边的至少二个压电传感器，传感器可感测在面板中特定方向传播的振动，该振动可以表示触摸输入装置上的触摸，传感器设置于面板的两个垂直横剖面上，为取得更高灵敏度和可靠性，可以将传感器的一端固定于另一基板上，并提供了相应的生产方法，本发明可以达到的效果是：这是一种基于振动定位原理、没有方向各异性、结构更简单且结构超薄的触摸定位装置，并且生产方法简单易行。

Description

一种触摸感应定位装置及方法

技术领域

本发明涉及一种应用于信息录入的触摸式输入装置。尤其涉及到由接收触摸面板的振动信号来确定接触位置的输入装置，以及生产这些装置的基本方法。

背景技术

随着使用计算机作为信息来源的与日俱增，触摸屏技术越来越多的用到于工作和生活当中，触摸装置和系统以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等诸多优点，使触摸屏技术赋予更多的应用，使得触摸屏技术和装置对于各个应用领域的计算机已是必不可少的设备。现在的触摸屏技术主要有以下几大类：一、电阻式触摸屏，不怕灰尘、水气和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域使用，缺点是由于复合薄膜的外层采用塑料，太用力或使用锐器触摸可能划伤触摸屏；二、电容式触摸屏的分辨率较高，但透光率稍差，基本满足各方面的要求，在各种设备上最常见的就是这种触摸屏。不过，电容式触摸屏容易有误动作；另外，戴着手套或手持绝缘物体触摸时会没有反应；三、红外线触摸屏是靠测定红外线的通断来确定触摸位置的，这种触摸屏的分辨率不高。另外，由于红外线触摸屏依靠红外感应来工作，外界光线变化，如阳光或室内灯等均会影响其准确度；四、表面声波技术较稳定，上靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置，精度较高。表面声波触摸屏还具有第三轴(z轴)，也就是压力轴一通过计算接收信号衰减处的衰减量可得到用户触摸屏幕的力量大小，但缺点是触摸屏表面的灰尘和水滴会阻挡表面声波的传递，造成不必要的误差。

由于上述技术存在不同的不足和缺点，因此也有不少更新的技术出现，例如中国专利200480013578就公开了一种触摸输入装置，该装置通过感测在触摸面板内传播的振动而确定触摸位置，该振动表示是施加在触摸板上的触摸，振动敏感器件比如压电传感器用来感测这些振动，通过选择触摸板上的传感器的大小、形状、放置位置以及定向，能够提高传感器对振动的灵敏度并且产生相对于振动传播方向对称的响应，主要是由触摸或振动所产生弯曲波的信号响应，特别是对横波的响应，所以这种装置应用的振动敏感器件是细长条状的，这样测量如果不在特定的位置，其测量效果会产生在方向上的差异性，不便于后端的数据处理和运算，同时，这种装置还设置了最少三个振动传感器件，另外这种方案中所述的振动敏感器件是设置在触摸板的上下侧，这样的结构必然使得此装置的整体结构在厚度上的增加，不利于产品自身的小型化和便携化。

另外，还有中国专利00817654也公开了一种利用弯曲波的振动以计算与在触摸传感装置上的触摸有关信息的方法及装置。该方法包含的步骤为：在该触摸传感装置中提供一可维持弯曲波的部件，提供附着至该部件用于测量在部件中弯曲波的传播因而确定所测量的弯曲波信号，以及处理所测量的弯曲波信号以计算与触摸有关的信息的装置。触摸传感装置可包含一安装于显示装置前方的透明触摸传感板，输入笔可用于将文字或其它内容写在该触摸传感板上，透明触摸传感板也可为一可维持弯曲波振动的声响装置，三个转换器是安装于触摸传感板上的，至少两个转换器为传感转换器或传感器，因而对板中的弯曲波振动很敏感且监视弯曲波振动。

上述两个方案所提到的技术方案都类似，因为在这种情况下信号为弯曲波，它包括纵波和横波，而上述两方案主要检测到是振动信号的横波，而对纵波检测较少，因此不能够较为完整地反应出触摸振动的实际情况，另外，现有技术的结构必然使得此装置的整体结构在厚度上的增加，不利于产品自身的小型化和便携化，因此，现有技术虽然对于触摸屏技术在振动器件技术领域了提出了技术方案，但是这些方案还存在不足，还可以提高和改善。

发明内容

本发明提供一种触摸输入装置，其目的就是提供一种基于振动定位原理的结构更简单且结构超薄的触摸定位装置，以及生产这种装置的方法，特别是可以较为准确检测出振动波中纵波信号的装置和方法。

其技术方案为：包括面板和结合到面板侧边的至少三个压电传感器，将传感器结合到面板侧边，传感器可感测在面板中特定方向传播的振动，该振动可以表示触摸输入装置上的触摸；

进一步的，传感器设置于面板的两个垂直横剖面上；

进一步的，为取得更高灵敏度和可靠性，可以将传感器的一端固定于另一基板上；

进一步的，传感器为压电传感器；

进一步的，所述的压电传感器为锆钛酸铅压电晶体材料制成；

进一步的，所述的压电传感器为单晶片压电传感器；

进一步的，控制电路可以电连接到传感器上，控制电路可以感测振动产生的信息并计算所触摸位置；

进一步的，设置置显示器以便透过触摸输入装置进行交互操作；

进一步的，所述的显示器为液晶显示器及双稳态液晶显示器；；

另外，本发明还提供一种制造这种触摸输入装置的方法。该方法包括以下步骤：

(1)根据设计要求，定制对应的压电传感器2，一般以锆钛酸铅压电晶体材料为基本材料；

(2)提供基板3，这种基板3以刚度较大的材料制成，基板3一般呈矩形；

(3)将压电传感器2固定在基板上，可以以粘接等方式来固定；

(4)将固定有压电传感器2的基板3与触摸面板1结合起来，粘接或其它机械连接方式连接；

(5)通过电导线将传感器与控制电路连接在一起，当在触摸面板产生振动时，由控制电路可以获取振动信号。

这样，通过上述的技术方案，本发明可以达到的效果是：这是一种基于振动定位原理、没有方向各异性、特别是易于检测出在振动波中纵波信号、结构更简单且结构超薄的触摸定位装置，并且生产方法简单易行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明所述一种触摸感应定位装置的触摸基板结构侧视图；

图2是本发明所述装置的触摸基板结构俯视图；

图3是本发明所述装置第二实施例触摸基板结构俯视图；

图4是本发明所述装置第三实施例触摸基板结构侧视图；

图5是本发明所述装置第三实施例触摸基板生产流程图；

图中说明：1、触摸面板；2压电传感器、；3、基板；10、触摸面板的顶面。

具体实施方式

本发明涉及触摸触发用户输入装置，是通过若干传感器件惑测振动的装置和方法，这种方法在中国专利200480013578和00817654有过公开，但因存在类似的不足，在这里对此进行了改进和提高，本发明涉及触摸感应定位装置和其对应的方法，尤其涉及传感器的设置，以获得增强的灵敏度，这里使用的传感器为压电传感器。及获得相对于振动传播方向对称的传感器响应。

在包括压电传感器的振动敏感触摸输入装置中，在触摸面板平面内传播的振动使压电传感器受压，可引起在传感器的可检测电压信号，即所接收的信号能够直接由触摸输入的碰撞或摩擦而引起的振动产生，或者是通过触摸输入影响现有的振动而产生。当接收到前述表示触摸的信号，就可以使用信号强度分布的方法来推导触摸输入的位置，在某一特定时刻，每一个传感器处都接收到相同信号的不同强度，这种信号会在基板或通过基板传播，如所中国专利200480013578和00817654披露的那样，当基板为频散介质时，由多频组成的振动杂波包展开并随着它的传播而衰减，可以通过能量转换所接收的信号从而能够读取信号，这种技术较适用于检测弯曲波振动，而现有技术基本上主要针对横波进行检测和采集。

而压电传感器由于它们的灵敏性、相对低的成本、适当的稳定性以及响应的线性度而尤其适于在本发明的装置中使用。一般的压电元件具有以下几种形式：第一种形式是单压电晶片元件，简称单晶片，其对每一轴上的压缩都具有敏感性；另一种是双压电晶片元件形式，简称双晶片，其由排列成具有相反极性的两个单压电晶片叠加组成；还有一种是多层叠加组合而成，称为多晶片，与双晶片都对弯曲敏感；在本发明的实施例中，是选择使用的单晶片，这种晶片灵敏度更高而成本较低。

本发明的应用领域之一是可用于显示设备的信息交互，例如用于电子阅读器或液晶显示器类的信息设备，所以本发明的装置也需要和这些装置进行结合，其基本结构也为矩形状的，在本发明中，压电传感器放置在触摸板的侧边，如图1、2所示。因为这样不会增加基板和结构的厚度，对于结构来说，在厚度上可以得到最小的尺寸，这样，压电传感器可以直接由触摸基板得到输入信息。

振动传感器的形状和设置方向对于信号的采集也非常关键，由于压电晶体的各向异性的特性，因而会对方向的设置非常敏感，理想的结果是压电传感器为全向线性响应，也就是说，传感器响应方向不受振动传播的方向的影响，具有强的方向性的压电传感器可能不合要求并使得后端的计算复杂化，所以，通过一些分析和实验，可以知道圆形的传感器可以提供在普遍条件的较好方向性，因此，在本发明所涉及的实施例中所提及的压电传感器可为园形压电传感器，但也因为结构条件，也可以应用矩形压电传感器，在本发明所涉及到几个实施例中均为矩形压电传感器，但实际应用时不仅限于此种传感器。

除了上面所述采用园形的压电传感器以外，传感器的材料也非常关键，在本实施例中主要以锆钛酸铅压电晶体材料为主，一般情况下都需要根据产品或设计的需要定制，以达到最匹配的性能参数和特性。

下面通过几个实施例来说明本发明的原理和结构。

实施例一

图1表示触摸面板的示意侧视图，从图1可以看出，这一部分包括面板1、设置在面板1上的压电传感器2以及基板3，压电传感器2自图上看可分为三个压电传感器2A、2B和2C，压电传感器2A、2B和2C设置于面板的两个垂直剖面上，面板1的顶面10可以为用户提供触摸表面，用手指或其它笔状物体在顶面10进行书写，可以产生振动及信号，特别弯曲波信号中的纵波信号，由压电传感器2A、2B和2C可以采集，对于在面板1侧边上的设置压电传感器2A、2B和2C的数量，在本实施例中可以设置三个，如图1和图2中所示，安装的位置可以设置在面板1侧边的中间部位。

实施例二

在前述中，如图2中仅画出的两个传感器，一般可以有二个以上的压电传感器，如三个传感器来确定二维触摸输入的位置，在另一些实施例中理想的是四个传感器，如图3所示，就设置有四个压电传感器2A、2B、2C、2D，这些压电传感器可以通过任意合适的手段固定或结合到基板1上，比如使用粘合剂或者其它方式。

图1还表示了基板3，可以被设置成透过触摸面板1对着用户的位置显示各种信息，这种基板3就成为了一种显示装置中的一部分，可以是液晶显示器、电致发光显示器、等离子体显示器、双稳态电子显示器等等。

实施例三

在具体实施时为了保证实际的效果和性能，还可以对上述的压电传感器的安装位置做一些调整，如图4所示，具体的是将实施例中的压电传感器2A、2B和2C的长度延长，并将延长的部分固定在基板3上，而在这种情况下，基板3需要有更高的硬度及稳定性，即当触摸面板1受到各种振动的影响时，由于面板1是与压电传感器2A、2B和2C接触，但同时压电传感器2A、2B和2C的另一端又是固定在具有更高的硬度的基板3上的，实质上是将压电传感器2A、2B和2C固定的另一端，以形成一个悬臂梁效应，可以以更简单的结构达到更好的效果和作用。

在上述的几个实施例中，在压电传感器2的相同侧或不同侧均可以接近两个电极，所以能够更加方便地连接导电线，每一根导电线都与唯一的一个电极相连接，同时与控制电路进行电连接，由每一个传感器处都接收到信号的不同强度，这种信号会通过面板1传播，这个信号可以通过能量转换由压电传感器2所接收的信号从而能够读取信号并通过控制电路分析处理。

在上述的结构的基础上，针对实施例三，可以以图5表示可以在制造本发明的振动感应器件所需要执行的步骤基于前述的内容，可以概括成以下主要步骤：

1、根据设计要求，定制对应的压电传感器2，一般以锆钛酸铅压电晶体材料为基本材料；

2、提供基板3，这种基板3以刚度较大的材料制成，基板3一般呈矩形；

3、将压电传感器2固定在基板上，可以以粘接等方式来固定；

4、将固定有压电传感器2的基板3与触摸面板1结合起来，粘接或其它机械连接方式连接；

5、通过电导线将传感器与控制电路连接在一起，当在触摸面板产生振动时，由控制电路可以获取振动信号。

这样，针对基于振动进行触摸感应定位的装置的主要步骤就完成了，特别是针对纵波信号有较高的响应特性，基于上述的装置所获取的振动信号通过控制电路的分析和处理，可以得到触摸点的位置。

虽然这里只说明了本发明的少数优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (10)

1.一种触摸感应定位装置，至少包括触摸面板以及振动传感器，以及可以采集到传感器信号的控制电路，其特征在于：

传感器结合到面板侧边，传感器可感测在面板中特定方向传播的振动，该振动可以表示触摸输入装置上的触摸。

2.如权利要求1所述的一种触摸感应定位装置，其特征在于：传感器设置于面板的两个垂直横剖面上。

3.如权利要求1所述的一种触摸感应定位装置，其特征在于：为取得更高灵敏度和可靠性，可以将传感器的一端固定于另一基板上。

4.如权利要求1所述的一种触摸感应定位装置，其特征在于：传感器为压电传感器。

5.如权利要求1所述的一种触摸感应定位装置，其特征在于：所述的压电传感器为锆钛酸铅压电晶体材料制成。

6.如权利要求1所述的一种触摸感应定位装置，其特征在于：所述的压电传感器为单晶片压电传感器。

7.如权利要求1所述的一种触摸感应定位装置，其特征在于：控制电路可以电连接到传感器上，控制电路可以感测振动产生的信息并计算所触摸位置。

8.如权利要求1所述的一种触摸感应定位装置，其特征在于：进一步的，设置置显示器以便透过触摸输入装置进行交互操作。

9.如权利要求1所述的一种触摸感应定位装置，其特征在于：进一步的，所述的显示器为液晶显示器及双稳态液晶显示器。 

10.一种制造这种触摸输入装置的方法，该方法的步骤为：

(1)根据设计要求，定制对应的压电传感器2，一般以锆钛酸铅压电晶体材料为基本材料；

(2)提供基板3，这种基板3以刚度较大的材料制成，基板3一般呈矩形；

(3)将压电传感器2固定在基板上，可以以粘接等方式来固定；

(4)将固定有压电传感器2的基板3与触摸面板1结合起来，粘接或其它机械连接方式连接；

(5)通过电导线将传感器与控制电路连接在一起，当在触摸面板产生振动时，由控制电路可以获取振动信号。 

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