CN103226408A - 检测器、检测方法和显示装置 - Google Patents

Abstract

这里公开了一种检测器，包括：多条信号线，被提供在用户操作区域内；注入部件，适合于向多条信号线注入脉冲信号；以及确定部件，适合于检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的位置。

Description

检测器、检测方法和显示装置

技术领域

本公开涉及一种检测器、检测方法和显示装置，特别涉及一种适合检测在屏幕显示器上操作的位置的检测器、检测方法和显示装置。

背景技术

触摸板例如被叠加在平板个人计算机或智能手机的显示器上，以允许用户简单地通过触摸屏幕就可进入多种操作。现有的触摸板基于多种方法中的一种，包括薄膜电阻法和静态电容法。

在现有技术的任何触摸屏中，必须以矩阵形式安置两种电极，即，一些适用于检测显示器的水平坐标（x坐标），而另一些适用于检测显示器的垂直坐标（y坐标），以便于检测用户操作的位置，于是造成了复杂的电极结构。

因此，本申请人已提出显示器的驱动电极的转换，用于作为适用于检测触摸板的水平坐标（x坐标）的电极或适用于检测触摸板的垂直坐标（y坐标）的电极（参照日本专利公开第2009-244958号，下文中被称为专利文档1）。本公开可减少具有触摸板的整个显示器中的一部分电极。

发明内容

然而，即使专利文档1中描述的公开在以矩阵形式安置的适用于检测x坐标的电极和适用于检测y坐标的电极方面也保持不变，以便检测用户操作的位置。因此，需要更简化的电极结构。

根据前面所述，希望允许利用更简单的电极结构来检测用户操作的位置。

按照本公开的第一种模式的检测器包括多条信号线、注入部件和确定部件。多条信号线被提供在用户操作区域中。注入部件向多条信号线注入脉冲信号。确定部件检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的位置。

多条信号线可以被安置为成直线的并且相互并行。

多条信号线可以按照操作区域的长度方向被安置成直线的且相互并行。

确定部件可以检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的多个位置。

按照本公开的第一种模式的检测方法是一种适用于检测用户操作的位置的检测器的检测方法，包括注入步骤和确定步骤。注入步骤使用检测器向在用户操作区域内提供的多条信号线注入脉冲信号。确定步骤检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并根据检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的位置。

在本公开的第一种模式中，脉冲信号被注入到安置在用户操作区域中的多条信号线内，检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并根据检测到反射信号的时间来确定用户操作的信号线的位置。

按照本公开的第二种模式的显示设备包括显示器、多条信号线、注入部件和确定部件。显示器显示图像。多条信号线被叠加在显示器上。注入部件向多条信号线注入脉冲信号。确定部件检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的位置。

在本公开的第二种模式中，脉冲信号被注入到叠加在显示器上的多条信号线中，检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并且基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的位置。

本公开的第一种模式允许使用更简单的电极结构来检测用户操作区域内的用户操作的位置。

本公开的第二种模式允许使用更简单的电极结构来检测在显示表面上的用户操作的位置。

附图说明

图1是说明使用反射波的阻抗测量原理的示意图；

图2A到2E是示出使用反射波的阻抗测量的测量电压的图；

图3是示出图1中所示的TDR测量部件的配置示例的框图；

图4是示出图3的测量电压的图；

图5是示出因触摸单个线造成的阻抗变化的图；

图6是示出图5的测量电压的图；

图7是示出应用本公开的位置检测器的配置示例的框图；

图8是示出当多个位置检测器被应用于显示器时的配置示例的图；

图9A到9C是当位置检测器被应用于显示器时的剖面图；

图10A到10B是说明当位置检测器被应用于显示器时的操作位置的图；

图11是示出当多个位置检测器被应用于显示器时的另一配置示例的图；

图12A和12B是示出因触摸信号线的一个位置而造成的阻抗的顺序变化的图；和

图13A和13B是示出因触摸信号线的两个位置而造成的阻抗的顺序变化的图。

具体实施方式

下面将给出实现本公开的最佳模式（下文中被称为实施例）的说明。

将首先给出使用反射波的阻抗测量（下文中被称为TDR（时域反射法）测量）的原理的说明。

【TDR测量的原理】

图1是说明使用反射波的TDR测量的原理的示意图。

信号线2连接到TDR测量部件1。信号线2的分布常数电路2a具有特性阻抗Z0=50Ω，并且不与TDR测量部件1连接的同一电路2a的一端由具有阻抗为ZL的样本（sample）3终止。TDR测量被设计为基于来自信号线2的阻抗失配区域的反射波来测量样本的阻抗。

更具体来说，TDR测量部件1向信号线2注入快速上升的脉冲信号，信号线2被看作是分布常数电路2a（具有阻抗Z0）。阻抗ZL=Z0(1+ρ)/(1-ρ)基于ρ=Er/Ei来计算，即，脉冲信号的注入电压Ei与反射脉冲信号的电压（反射电压Er）之间的比率。

图2A到2E示出了由TDR测量部件1测量的电压V（注入电压Ei+反射电压Er）的顺序改变，水平轴代表时间T，垂直轴代表电压V。如图2A到2E所示，电压V等于针对分布常数电路部分测量的注入电压Ei。

图2A示出其中样本3的阻抗ZL等于零的情况。在这种情况下，针对ZL部分的电压V被测量为0。

图2B示出其中样本3的阻抗ZL大于0但小于Z0的情况。在这种情况下，比注入电压Ei小的电压被测量为针对ZL部分的电压V。

图2C示出其中样本3的阻抗ZL等于Z0的情况。在这种情况下，等于注入电压的电压Ei被测量为针对ZL部分的电压V。

图2D示出其中样本3的阻抗ZL大于Z0的情况。在这种情况下，大于注入电压Ei的电压被测量为针对ZL部分的电压V。

图2E示出其中信号线2的一端为开放的情况，即阻抗ZL是无穷的。在这种情况下，两倍的注入电压——电压2Ei——被测量为针对ZL部分的电压V。

接下来，图3示出TDR测量部件1的配置示例。相同部件1包括串联连接的脉冲发生器11，电阻器12和同轴电缆14。电压测量点13被提供于电阻器12和同轴电缆14之间。

脉冲发生器11产生快速上升的400mV脉冲信号。电阻器12和同轴电缆14的每个的阻抗为50Ω。

连接到TDR测量部件1的信号线15包括两个分布常数电路，即，50Ω电路和25Ω电路，如图3所示。TDR测量部件1的一端为开放的。

图4示出图3的测量电压V的顺序改变，其中水平轴代表时间T且垂直轴代表电压V。在这种情况下，针对50Ω部分测量为200mV，针对25Ω部分测量为133mV，且针对开放端测量为400mV。

从图4可明显看出，如果认为信号线15是具有不同阻抗的多个分布常数电路，则测量电压在其间的边界发生改变。

之后，图5示出如果信号线被认为是多个分布常数电路，每个具有阻抗为ZL，则当诸如人的手指的导电物质触及（可能仅靠近）分布常数电路中的一个时，该阻抗变为ZL’(<ZL)。

如从图4明显看出，测量电压在具有不同阻抗的多个分布常数电路间的边界处发生改变。如图5所示，当阻抗由于人的手指而发生改变时，测量电压V也发生变化。图5的测量电压V的顺序变化如图6所示，因此，如果识别出测量电压V的改变的时间T，则可以测量手指触摸的信号线的位置。

本公开作为实施例描述了一种位置检测器，其适用于通过利用如下事实来检测用户操作的位置：即作为人的手指触摸由多个分布常数电路组成的信号线的结果，测量电压发生改变。

【位置检测器的配置示例】

图7示出应用本公开的位置检测器的配置示例。

位置检测器20包括TDR测量部件21，信号线26和位置确定部件27。TDR测量部件21包括串联连接的脉冲发生器22、电阻器23和同轴电缆25。电压测量点24被提供于电阻器23和同轴电缆25之间。

信号线26具有一端，即，该端不与TDR测量部件21相连而是开放的。相同信号线26可由任意金属制成。然而，优选的是，相同信号线26应当具有高电导率。位置确定部件27测量测量点24处的电压，并检测测量电压V发生改变的时间T，从而确定所触摸的信号线26的位置，例如，基于测量电压发生改变的时间T通过用户的手指。应注意，位置确定部件27提前存储指示测量电压V变化的时间T与操作位置之间的对应性的对应表格和函数。

应注意，不仅当人的手指而且当其他导电物质触摸或靠近信号线26时，测量电压V变化。因此，例如，可以确定用手写笔或其他导电物质替代人的手指操作的位置。而且，虽然精确度较低，但是也可以确定绝缘体触摸或靠近的位置。

【位置检测器在显示器的应用】

位置检测器20只确定信号线26的一维位置。为了确定显示器的二维位置，只需要准备多个位置检测器20，并由此与显示器20的x-或者y-轴方向并行地安置多个信号线26，如图8所示。应注意，图8示出多个位置检测器20的多条信号线26被安置为与显示器30的x-轴方向并行的情况。

如图8所示，通过与显示器的长度（longitudinal）方向（在该情况下是x-轴方向）并行地而不是相对于显示器的长度方向垂直地安置多条信号线26，可以在确定信号线位置中提供更高的精确度。

应注意，多条信号线26可以不是相互成直线和并行的。例如，在显示器的边缘，相同线26可能以给定的角度弯曲。

图9A到9C示出当位置检测器20被应用于显示器时信号线26的安置的三种示例的剖面图。图9A示出其中信号线26被提供于最上层的示例。图9B示出其中信号线26被提供于偏光板与CF玻璃之间的示例。图9C示出其中信号线26被提供于CF玻璃与绝缘层之间的示例。

此外，在显示器中，信号线26可能充当对抗ESD（静电放电）的电极。

【操作说明】

下面参照图10A和10B给出适用于使用多个位置检测器20来确定显示器的二维位置的操作的说明。应注意，图10A为图8的简化版，且图10B示出图10A的测量电压的顺序变化。

如果用户的手指触摸显示器30，如图10A所示，则接近手指的信号线26的阻抗发生变化，因此引起自接近手指的该信号线26测量的电压V的顺序变化。自其他信号线26测量的电压V不变化。在这种情况下，因此，基于在所有电压V中仅发生变化的电压V改变的时间T，操作位置的x坐标被检测到。另外，基于其电压是所有电压V中仅发生变化的电压V的信号线26的排列，操作位置的y坐标被检测到。

应注意，可被检测的操作位置的数量不止一个。相反，可以同时检测多个位置。

【改进示例】

应注意，如果多个位置检测器20被应用于显示器30，则可如图11所示提供单个脉冲发生器22和单个电阻器23，以在多条信号线26之间分布信号，而不是如图8所示提供与信号线26的数量一样多的TDR测量部件21。这有助于降低多个位置检测器20的电路的整体规模。

【其他操作示例】

图12A和12B示出由信号线的触摸位置P1、P2和P3引起的信号线的阻抗Z的顺序变化，其中水平轴代表时间T，且垂直轴代表阻抗Z。应注意，信号线由铜制成，长度10cm，并且具有50Ω的特性阻抗Z0，信号线的一端不与TDR测量部件21连接，而以50Ω终止。

如图12A与12B所示，很明确，无论信号线的位置P1、P2和P3中的哪个被触摸，与以上位置无一被触摸相比（Z0=50Ω），都存在阻抗Z变化的一个时间。我们也同样注意到，阻抗Z改变的时间t取决于触摸的位置，即，位置P1、P2或P3。因此，可通过检测阻抗Z改变的时间t来确定操作位置。

图13A和13B示出由同时触摸信号线的位置P1和P2引起的信号线的阻抗Z的顺序变化，其中水平轴代表时间t，且垂直轴代表阻抗Z。应注意，信号线由铜制成，且长度为10cm，并具有50Ω的特性阻抗Z0，信号线的一端不与TDR测量部件21相连，而以50Ω终止。

如图13A与13B所示，很明确，当信号线的位置P1与P2被触摸时，与以上位置无一被触摸相比（Z0=50Ω），存在阻抗Z发生显著变化的多个时间。同样显然，通过与图12A和12B进行比较，这些时间分别与位置P1和P2上的触摸一致。这使得可以通过检测阻抗Z发生变化的多个时间t来确定多个同时被触摸的位置。

应注意本公开的实施例不限于以上这些描述，还可能以各种形式做出修改，但不脱离本公开的范围。

本公开包含涉及在2012年1月25日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-012611中的公开的主题，其全部内容通过参考而被合并于此。

Claims (6)

1.一种检测器，包括：

多条信号线，被提供在用户操作区域内；

注入部件，适合于向多条信号线注入脉冲信号；以及

确定部件，适合于检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的位置。

2.权利要求1所述的检测器，其中，多条信号线被安置为成直线的并且相互并行。

3.权利要求2所述的检测器，其中，按照操作区域的长度方向将多条信号线安置为成直线的并且相互并行。

4.权利要求2所述的检测器，其中，确定部件检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的多个位置。

5.一种用于检测用户操作的位置的检测器的检测方法，该检测方法包括：使用检测器向在用户操作区域内提供的多条信号线注入脉冲信号；以及

使用检测器检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的位置。

6.一种显示装置，包括：

显示器，适用于显示图像；

多条信号线，被叠加在显示器上；

注入部件，适用于向多条信号线内注入脉冲信号；和

确定部件，适用于检测从信号线的阻抗失配区域反射的脉冲信号的反射信号，并基于检测到反射信号的时间来确定由用户操作的信号线的位置。

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