CN103210363A - 压力传感装置及操作方法 - Google Patents

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Abstract

此发明涉及位移感应触摸面板以及使用该触摸面板的触摸屏。该触摸面板包括第一面板、第二面板，以及夹在第一和第二面板之间的位移传感器。当压力施加到第一面板时，位移传感器发生形变。该触摸屏包括触摸面板，从位移传感器读取数据而获得触摸位置及压力的控制器，以及毗邻触摸面板并联接触摸控制器的显示器。通过位移传感器收集位移信息来推导施加于触摸面板或触摸屏的第一面板的作用力的大小和位置。

Description

压力传感装置及操作方法
技术领域
本发明涉及一种触摸屏，更具体地说，是能测量压力的触摸面板以及应用该触摸面板的触摸屏。
背景技术
触摸屏为计算机或其他数据处理设备提供直观的输入。这在移动设备中尤其关键，因为其他输入设备，如键盘和鼠标，不容易携带。
现在存在许多不同类型的触摸感应技术，包括电容型，电阻型，红外线型和表面声波型。他们都探测到触摸屏幕上的触摸位置但是无法感应压力。
因此需要一个触摸感应装置，不仅能够感应触摸位置，而且还能感应触摸的压力以及相应的触摸屏。
发明内容
本发明提供一种位移感应触摸面板及应用该面板的触摸屏。该触摸面板克服了多种不同触摸感应技术包括电容型，电阻型，红外线型和表面声波型仅感应触摸面板上的触摸位置但是不能感应施加到触摸面板上的压力的限制。
一种触摸面板包括：第一面板;第二面板，以及至少有一个位移传感器夹在第一和第二面板之间，而且，至少有一个位移传感器在第一个面板受到压力时发生形变。一种触摸屏包括触摸面板。该触摸面板包括：第一面板，第二面板，以及至少有一个位移传感器夹在第一和第二面板之间，而且，当压力施加到第一面板时，至少有一个位移传感器发生形变。该触摸屏还包括触摸屏控制器用于从至少一个位移传感器的读数推断出触摸压力的位置和大小以及毗邻触摸屏的显示器，此显示器与触摸屏控制器相连接。
该触摸面板和触摸屏均不仅能感应触摸位置，而且还能感应触摸的压力。
附图说明
结合下面的附图本发明的特性能更好的了解。图中器件不完全按比例绘制，重点是为了清楚的说明原理。同时，在图中，部件的同一数字标定会用于不同的图中。
图1是根据本发明的第一实施例的触摸面板的分解立体图；
图2是沿图1中2-2线的触摸屏剖面图；
图3是图1中触摸面板中的电容式位移传感器；
图4是图1中触摸面板中的复合导电位移传感器；
图5是根据本发明的第二实施例的触摸面板的分解立体图；以及
图6是根据本发明使用触摸面板的触摸屏的方块图。
具体实施方式
参见图1，触摸屏100包括第一面板101，在第一面板101之下的第二面板106，位于第一面板101和第二面板106之间的框架103，置于第一面板101底面的第一电极102，置于第二面板106的顶面的多个第二电极105，以及多个位移传感器104。每个位移传感器104置于一个第二电极105之上。第二电极105置于第二面板106的周边。第一电极102置于第一面板101的周边并形成一个开口。第一电极102形成的开口大小由位移传感器104到第二面板106边沿之间的距离决定。
第一面板101可以是透明的。第一面板101可采用玻璃或聚合物板制成。第一面板101和第二面板106由框架103粘接。该框架支撑第一面板和第二面板106之间预定的间隔。框架103包围第二面板106的整个周边。位移传感器104均放置在第二面板106的周边。位移传感器104被框架隔开且相对于框架103更接近第二面板106的中心部分。每个传感器都物理连接并且电耦合到第一电极102以及对应的第二电极105。位移传感器104置于第一面板101和第二面板106的间隔中。电极102，105用柔性连接器电连接到触摸屏控制器。当一个作用力107作用到顶部面板101，顶部面板101会变形并传导此形变至位移传感器104。一旦作用力107释放后，上面板101将返回到其原始位置。
参见图2，由于作用力107，上面板101略有向下形变。其形变量依赖于触摸屏上的物理尺寸，玻璃的杨氏模量，以及传感器材料的尺寸和传感器材料的杨氏模量。然而，对于一个既定的触摸屏，第一面板101的形变将只依赖于作用到第一面板101表面的力107的位置和大小。此外，每个位移传感器检测形变大小根据第二面板106上的位移传感器104的相对位置。例如，由于施加作用力107，离作用力107较远的位移传感器201的形变小于作用力107附近的传感器203的形变。当作用力107作用于第一面板101时，第一面板101向底面板106形变形成凹形。通常情况下，沿2-2线方向的截面位移传感器104所探测到的位移大小相对于位移传感器104位置形成一个钟形曲线。曲线的形状和大小可以用于推断作用于第一面板101上表面的作用力107的大小和位置。可建立数值计算，计算机模拟和实验对照表以从传感器值推断从而获得作用力107的大小和位置。在这种情况下，因为第一面板101是由框架103固定的，只有垂直于第一面板101上表面的力被考虑，来自其他方向的力的具有很少的影响。将所有的传感器104读数收集起来以后并对其结果进行分析以确定施加到第一面板101的触摸的大小和位置。
传感器104的数量和位置根据不同的触摸屏100设计可变化。可以使用更少或更多的传感器104，而且传感器104的位置分布可不需要均匀分布。例如，触摸屏的某一边可以比其相邻的边放置更多的传感器104。
通过位移传感器104的读数也可能检测两个或更多的触摸位置。多个触摸的位置和大小的关系可以通过数值计算，计算机模拟和实验对照表等方法关联。这样可以检测多点触控操作。
以预定的速度对所有传感器104进行扫描，例如，60赫兹。推导每一框架中的触摸位置和力的大小。这样，可以确定触摸的移动，并且通过预定的算法可以确定触摸手势。例如，当触摸位置随时间从右边移到左边，暗示了翻页动作。此外，压力信息可以用来进一步定义触摸动作，例如，当检测到更大的作用力时，实行快速翻页动作。
这些传感器104可以是任何类型的位移传感器。参见图3，位移传感器104可能是一个电容式压力传感器300。电容式压力传感器300包括第一导电层301，第二导电层303，位于第一导电层301和第二导电层303之间的具有薄弹性绝缘层302的夹层结构。位移通过绝缘层厚度的变化引起电容的的变化测量。电容值的测量通过第一和第二的电极102和105进行。通过测出的电容变化可以推导出位移。如图4，位移传感器104可为复合导体400。复合导体400由分布于绝缘聚合物基体402的导电微粒401组成。导电粒子401的尺寸范围为10纳米到10微米。在渗流导电阈值附近时，在垂直方向上的微小变化会导致重大的电阻变化。通过第一电极102和第二电极105测量电阻值，可推导出位移的大小。其他位移传感器，如光传感器和应变感应器，也可使用。
触摸面板参见图5，展示了本发明第二实施例的触摸面板200.第二实施例的触摸面板200类似于第一实施例的触摸面板100，区别在于，四个框架503代替框架103分布在第二面板506的四个角落位置支撑第一面板501和第二面板506之间的间隔，四个第二电极505位于第二面板506的四个角落，四个位移传感器504物理连接并且电连接到第二电极505和第一电极502。在其他实施例中，只要可以定义第一面板501和第二面板506的间隔，可以采用框架布置的其他设置。该框架503也防止第一第二面板501,506相对的横向运动。第二面板506可以有一个中心开口508。该中心开口508可以用来放置与触摸屏200相连接的显示屏（未画出）。这样该触摸屏的透光度将会更高。此外，第二面板506不限于透明材料，可以是任何类型的透明或不透明的材料。第二面板506可以直接由使用触摸屏200的器件（如手机）的外壳形成。
位移传感器504放置于底部面板506的角落。第一电极502和第二电极505物理连接和电连接到位移传感器504。触摸的位置和力的大小可以通过检测到的位移的大小和比例推导出来。构造数值计算，计算机模拟和实验对照表来建立两者之间的关系。
第一面板101、501也可以是一个显示屏，如OLED显示屏或液晶显示屏。第一面板101、501也可以是一个触摸屏，如电阻，电容和表面声波触摸屏。触摸面板可以提供位置信息而位移传感器104、504提供压力信息。应当注意的是，第一第二电极是可以互换的。例如，第一电极可设置于第二面板，反之亦然。
这里描述的压力传感装置大体上可在各种电子设备中使用，图6表述了作为一种感应触摸屏系统600例子的方块图。触摸屏600包括触摸板602，触摸屏控制器606，处理器612以及显示器616.触摸面板602可以是第一实施例的触摸面板100也可以是第二实施例的触摸面板200或其他相关实施例的触摸面板。触摸屏控制器606提供驱动信号610到触模板602，传感信号604从触摸面板602传至触摸屏控制器606，触摸屏控制器606定期提供触摸位置和压力的控制信号608到处理器612。该处理器612解释控制器信号608，确定响应该控制信号的功能，并提供显示信号614至显示器616。
如果触摸的位置已知和/或只需力信息，则可以采用更少数量的传感器104、504。例如，可以采用一个位移传感器104、504与触摸面板或触摸屏连接，通过该触摸面板或触摸屏获取位置信息。在另一实施例中，可以通过本发明设计压力感应按钮，力信息通过一个或多个位移传感器获得。该力信息可用来提供力触发反应，如连续调节按钮，或提供开/关功能。
最后，上述讨论的目的仅仅是阐述本发明，所以不应解释为将所附权利要求的限制到任何特定的实施例或者实施例组。因此，结合实施例对本发明进行描述，也应当理解的是，众多修改和替代实施例可由本领域的技术人员做出，其不脱离如下面的权利要求中所确定的本发明的宽泛的和拟定的精神和范围。此外，章节标题只是为了便于审查，但不是为了限制本系统的范围。因此，此描述和附图是说明性的，而不是为了限制所附权利要求的范围。

Claims (20)

1.一种触摸面板包括：
第一面板；
第二面板，以及
至少有一个位移传感器夹在第一和第二面板之间，而且，当压力施加到第
一面板时，至少有一个位移传感器发生形变。
2.根据权利要求1所述的触摸面板，其中还包括分开第一和第二面板以支撑第一和第二面板之间的间隔的框架。
3.根据权利要求2所述的触摸面板，其中至少有一个位移传感器置于第一和第二面板之间的间隔中。
4.根据权利要求2所述的触摸面板，其中框架设置于第二面板的周边并包围第二面板的整个周边。
5.根据权利要求1所述的触摸面板，进一步包括置于第一面板下表面的第一电极，和至少一个置于第二面板上表面的第二电极，以及至少一个物理连接并且电连接到第一电极和至少一个第二电极的位移传感器。
6.根据权利要求5所述的触摸面板，其中第一电极放置于第一面板的周边并设置于第一面板的整个周边。
7.根据权利要求5所述的触摸面板，其中触摸面板包括多个第二电极和多个位移感应器，每个位移感应器设置于一个第二电极上面，第二电极和位移感应器分别设置于第二面板的周边。
8.根据权利要求7所述的触摸面板，其中第二电极的数量为四个，位移传感器的数量为四个，第二电极和位移感应器位于第二面板的四个角落。
9.根据权利要求7所述的触摸面板，其中第一和第二电极通过柔性连接器与触摸面板控制器电连接。
10.根据权利要求1所述的触摸面板，进一步包括多个分开第一和第二面板以支撑第一和第二面板之间的间隔的框架，，以及至少一个置于第一和第二面板之间的间隔位移传感器。
11.根据权利要求1所述的触摸面板，其中至少一个位移传感器是电容感应器，测量根据位移变化的电容。
12.根据权利要求1所述的触摸面板，其中至少一个位移传感器是由绝缘聚合物基体和分散在其中的导电粒子组成的复合导体。
13.根据权利要求1所述的触摸面板，其中第一面板是显示器。
14.根据权利要求1所述的触摸面板，其中第一面板是触摸屏。
15.一种触摸屏，包括：
触摸面板包括第一面板，第二面板，以及至少有一个夹在第一和第二面板之间的位移传感器，当压力施加到第一面板时，至少有一个位移传感器发生形变；
一个触摸屏控制器用于从至少一个位移传感器的读数推断出触摸压力的位置和大小；
一个毗邻触摸屏的显示器，此显示器与触摸屏控制器相连接。
16.根据权利要求15所述的触摸屏，其中该触摸面板进一步包括分开第一和第二面板以支撑第一和第二面板之间的间隔的框架，该至少一个位移传感器置于第一和第二面板之间的间隔中。
17.根据权利要求15所述的触摸屏，其中该触摸面板进一步包括置于第一面板的下表面的第一电极，和至少一个置于第二面板的上表面第二电极，以及至少一个物理连接并且电连接到第一电极和至少一个第二电极的位移传感器。
18.根据权利要求15所述的触摸屏，其中触摸面板的第二个面板具有放置显示屏的开口。
19.根据权利要求15所述的触摸屏，其中第一面板是一个显示器。
20.根据权利要求15所述的触摸屏，其中第一面板是一个触摸屏。
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