CN106371683A - Tdr触控屏及触控定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TDR触控屏，包括触摸区以及设于所述触摸区的若干条平行且相互独立的U形导线，每一所述U形导线上方设置绝缘层；还包括信号发射器、信号输出检测器、反射信号检测器和扫描驱动电路；所述U形导线的输入端分别连接所述信号发射器和所述反射信号检测器，所述信号发射器连接所述扫描驱动电路；每一所述导线的输出端连接所述信号输出检测器。本发明还公开了一种适用于所述TDR触控屏的触控定位方法。本发明能够实现多点触控、降低触控算法难度，提高触控定位精度。

Description

TDR触控屏及触控定位方法

技术领域

本发明涉及触摸屏领域，尤其涉及一种基于时域反射测量(TDR)的扫描式触摸屏和触控定位方法。

背景技术

现有的触摸屏主要有电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外触摸屏。

电阻式触摸屏主要应用于低端产品，通常只有单点触摸功能。电容式触摸屏广泛应用于各种电子产品，但应用在超大尺寸产品上时存在制造工艺复杂，成本较高等问题，所以大尺寸产品通常使用红外触摸屏。红外触摸屏需要在屏周围排布红外发射管和红外接收管，导致体积和厚度较大，堆积灰尘后还会引起触摸感应异常。

为解决上述问题，现有技术采用了一种采用时域反射(TDR)测量技术的触摸屏。时域反射(TDR)测量技术是在传输线路中输入阶跃信号，如果线路中有阻抗变化，部分信号会被反射，剩余的信号会继续传输。测量发射信号的幅度及测量反射信号的幅度，就可以计算阻抗的变化。同时只要测量由发射到反射信号再到达发射点的时间差就可以计算阻抗变化的位置。当人的手指放在传输线表面时，就会在导体和绝缘层间形成一个电容，使传输线的分布电容产生变化，这时就会产生一个阻抗变化点。触摸传输线的不同位置，阻抗曲线也会在不同的时间点产生变化。

如图1所示，现有的采用时域反射测量技术的触摸屏100在衬底110上设置一根恒定阻抗的蛇形传输线112(覆盖触摸区域114)，并在蛇形传输线112的第一端(初始端)连接第一端接电阻器106、在蛇形传输线112的第二端(末端)连接第二端接电阻器104以及连接第一端接电阻器106、第二端接电阻器104的混合信号集成电路装置102。通过向蛇形传输线112的第一端(或第二端)发送脉冲并计算所述第一端(或第二端)接收到触摸返回的脉冲大小和时间，从而确定触摸位置116、118。由于采用一根的蛇形传输线存在长度过长和拐点多的问题，具体实施时：

1、传输线末端反射的信号衰减大，需要很高幅度的输入阶跃信号电平，导致辐射增大；此时传输线的分布电阻不能忽略，需要额外的变量计算；

2、蛇形传输线会有多个大角度拐点，其阻抗也会有多个突变点，对量测阻抗变化的算法要求较高。

因此，有必要提供一种不仅能实现多点触控、制造工艺简单、轻薄品质高，而且触控算法简单，精度高的触摸屏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TDR触控屏以及触控定位方法，能够实现多点触控、降低触控算法难度，提高触控定位精度。

为了实现上述目的，本发明一方面提供的TDR触控屏，包括触摸区以及分布在所述触摸区的若干条平行且相互独立的U形导线，每一所述U形导线上方设置绝缘层；所述TDR触控屏还包括信号发射器、信号输出检测器、反射信号检测器和扫描驱动电路；每一所述U形导线的输入端分别连接所述信号发射器和所述反射信号检测器，所述信号发射器连接所述扫描驱动电路；每一所述导线的输出端连接所述信号输出检测器。

与现有技术相比，本发明提供的TDR触控屏的触摸区分布多条平行且相互独立U形导线，多条U形导线的输入端轮流各用或共用一套信号发射器和反射信号检测器，U形导线的切换由扫描驱动电路完成。上述技术方案制造工艺简单，同时具有厚度小、质量轻的优点，可以应用于大尺寸的液晶屏和超薄型产品的触摸控制。另外，本发明提供的TDR触控屏可以在某一时间频段里检测到多个阻抗变化点从而实现多点触控以及扫描触摸物形状的功能。而与现有的采用蛇形走线的采用时域反射法的触摸屏相比，本发明提供的TDR触控屏采用多条U形导线平行且相互独立的布局，通过扫描驱动电路实现切换各个U形导线独立进行信号发射和信号接收、检测，能够大幅缩短导线长度，从而降低输入阶跃信号电平幅度和导线的分布电阻，而且U形导线只存在一个角度拐点，对阻抗变化点的计算影响不大，从而提高定位精度。另外，在触摸屏导线的阶跃信号输出端设置信号输出检测电路，和反射信号检测器一起同时计算阻抗变化点，实现更精确的触摸感应。

进一步地，所述的TDR触控屏，每一所述U形导线为透明U形导线。

另一优选地，所述的TDR触控屏，每一所述U形导线的输出端接负载的一端，所述负载的另一端接地。

进一步地，每一所述U形导线包括相互平行的第一导线、第二导线以及连接所述第一导线、第二导线的第三导线；每一所述第二导线与相邻的第一导线之间的距离相同；

每一所述U形导线平行分布在触摸区的第一方向上；

每一所述U形导线的第一导线、第二导线的长度与所述触摸区在第二方向上的长度相等，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

本发明另一方面提供一种触控定位方法，适用于包括触摸区以及分布在所述触摸区的若干条平行且相互独立的U形导线的TDR触控屏。其中，预置每一所述U形导线的输入端和输出端在触摸屏的第一方向上的位置，且每一所述U形导线沿触摸屏的第二方向上平行延伸；所述方法包括以下步骤：

通过扫描驱动电路驱动信号发射器依次发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端，并通过信号输出检测器依次对应接收每一所述导线的输出端的输出信号，及通过反射信号检测器依次对应接收每一所述U形导线的输入端的反射信号；

当所述反射信号检测器接收到的任一所述U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值同时所述信号输出检测器接收到对应的所述导线的输出信号小于预设的第二阈值时，根据所述信号发射器开始向所述U形导线发射阶跃信号到此刻的时间延迟，计算得到触摸物在触摸屏的第二方向上的位置。

与现有技术相比，本发明提供的触控定位方法，通过扫描驱动电路的控制依次切换U形导线完成所有U形导线信号的发射、接收和检测，从而实现整个触摸区的触控功能，扫描方法简单；而且多条U形导线可共用一套信号发射器和反射信号检测器，对设备要求低，利于触摸屏轻薄化和成本的降低；另外，通过反射信号检测器接收到的任一所述导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值同时所述信号输出检测器接收到对应的所述导线的输出信号小于预设的第二阈值来确定触摸点位于该导线上，并只需通过计算任一U形导线上输入阶跃信号到所述反射信号检测器接收到的该U形导线的反射信号的时间延迟便可计算出引起反射信号的阻抗变化点在该U形导线上的第二方向上的位置，结合该U形导线的预置的第一方向上的位置定位触摸点，算法简便，处理数据难度低。与现有的采用蛇形走线的采用时域反射法的触摸定位相比，本发明提供的触控定位方法通过扫描驱动电路实现切换各个U形导线独立进行信号发射、接收和信号检测，能够大幅缩短导线长度，即使在输入阶跃信号电平幅度不高的情况下仍然有效检测出触摸位置；而且走线平直(只存在一个角度拐点)，便于计算阻抗变化点，从而提高定位精度。另外，在触摸屏导线的阶跃信号输出端设置信号输出检测电路，和反射信号检测器一起同时计算阻抗变化点，实现更精确的触摸感应。

进一步地，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

进一步地，所述第一方向为Y轴方向，所述第二方向为X轴方向；或，所述第一方向为X轴方向，所述第二方向为Y轴方向。

具体地，通过以下步骤确定所述反射信号检测器接收到的任一U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值：

通过以下公式计算得到所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号的负载阻抗：

$Z_L=Z_0\frac{1+\mathrm{\ρ}}{1-\mathrm{\ρ}}$

其中，Z_L为所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号时的负载阻抗，Z₀为预设的所述U形导线的特征阻抗，ρ为反射系数；通过以下公式计算得到所述反射系数ρ：

$\mathrm{\ρ}=\frac{V_r}{V_i}$

其中，V_i为所述信号发射器向所述U形导线发射的阶跃信号的幅值，V_r为所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号的幅值。

当所述负载阻抗Z_L与所述特征阻抗Z₀的差值大于预设值时，确定所述反射信号检测器接收到的所述U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值。

与现有技术相比，本发明提供的触控定位方法，通过计算U形导线上引起反射信号的阻抗变化点的负载阻抗与特征阻抗的差值大于预设值时的位置确定为触控点，从而实现触控功能，避免了非正常触控的干扰，如灰尘堆积引起的触控异常，使触控更精准。

具体地，根据所述信号发射器向所述U形导线发射阶跃信号到所述反射信号检测器接收到所述U形导线的与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值的反射信号时的时间延迟，通过以下距离计算公式计算得到触摸物在触摸屏的第二方向上的位置：

$D=\frac{C}{\sqrt{e_r}}\·\frac{T}{2}$

当D＜X₀，X＝D，Y＝Y_r；

当D＞X₀，X＝2X₀－D，Y＝Y_c；

其中，T为所述时间延迟，e_r为介电常数，C为光传输的速度；X₀为所述U形导线在触摸屏的第二方向上的长度，Y_r为所述U形导线的输入端在触摸屏的第一方向上的位置，Y_c为所述U形导线的输出端在触摸屏的第一方向上的位置，(X，Y)为触摸物在触摸屏上的位置坐标

优选地，所述通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器依次发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端包括：

通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向逐行发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端。

作为优选的方案，本发明提供的触摸扫描方式通过沿触摸屏的第一方向从左到右或者从右到左依次扫描每一U形导线，从而得到完整的扫描数据。单位时间内扫描频率高，对快速的触摸响应高，触控灵敏度高。

另一优选地，所述通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器依次发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端包括：

先通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向隔行发射阶跃信号到所述U形导线的输入端，再通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向隔行发射阶跃信号到其余所述U形导线的输入端。

作为另一优选的方案，本发明提供的触摸扫描方式通过沿触摸屏的第一方向从左到右或者从右到左分别依次隔行扫描U形导线后再隔行扫描其余的U形导线(反之亦可)，从而得到完整的扫描数据。对整个系统的信号处理速度要求降低一半，能节省成本。

附图说明

图1是现有技术中提供的采用蛇形走线的基于时域反射法的触摸屏的结构示意图。

图2是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例的触摸屏结构示意图。

图3是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例的触摸屏的横截面结构示意图。

图4是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例的电路连接框图。

图5是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例的U形导线阻抗等效模型图。

图6是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例中触摸物与触摸屏接触的示意图。

图7是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例的设于触摸屏的U形导线无触摸点的阻抗——时序曲线图。

图8是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例设于触摸屏的U形导线有触摸点8A时的阻抗——时序曲线图。

图9是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例的设于触摸屏的U形导线有触摸点8B时的阻抗——时序曲线图。

图10是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例设于触摸屏的U形导线的输入端的注入信号波形曲线图。

图11是本发明提供的一种触控定位方法的一个优选实施例的流程图。

图12是图11中步骤S2的具体实施流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，图2是本发明提供的TDR触控屏的一个优选实施例的触摸屏结构示意图。该TDR触控屏包括触摸区1以及分布在触摸区1的若干条平行且相互独立的U形导线2。每一所述U形导线2均为透明的U形导线2，且每一所述U形导线2与相邻U形导线之间的距离相等。

具体的，每一所述U形导线2包括相互平行的第一导线201、第二导线202以及连接所述第一导线201、第二导线202的第三导线203；每一所述第二导线202与相邻的第一导线201之间的距离相同，也就是说，每一所述U形导线2的第一导线201、第二导线202之间的间距与相邻U形导线2之间的间距相等。

每一所述U形导线平行分布在触摸区的第一方向上；

每一所述U形导线的第一导线、第二导线的长度与所述触摸区在第二方向上的长度相等，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

可以理解的，每一所述U形导线2的第一导线201、第二导线202之间的间隔、相邻两根平行U形导线2之间的间距根据实际需求设定，间距越小，计算量越大，计算精度越高，触控越精准。在触摸区1上所构建的坐标系中，设置每一根U形导线2的第一导线201和第二导线202分别对应触摸区1的第一方向(例如，Y坐标方向，也称为触摸区的长)的一个坐标位置，且每一所述U形导线2的第一导线201和第二导线202沿触摸区1的第二方向(例如，X坐标方向，也称为触摸区的宽)上平行延伸，每一所述U形导线2的第一导线201、第二导线202的长度与所述触摸区1在第二方向上的长度相等(即第一导线201、第二导线202的长度与触摸区1的宽的长度一致)。在本实施例中，所述第三导线203的长度可忽略不计。这样，通过计算每根U形导线上发生阻抗变化的位置，即可得到对应的触控位置。

具体的，参见图3，图3是该优选实施例中触摸屏的横截面结构示意图，本本实施例的TDR触控屏包括衬底10、设于衬底10上的若干条平行且相互独立的U形导线2以及覆盖在所述U形导线2上方的绝缘层3。其中，若干条平行且相互独立的U形导线2分布在整个触摸区1上。其中，衬底10可为玻璃基板；U形导线2的材质采用透明且导电材料，例如掺锡氧化铟(IndiumTinOxide)，简称为ITO；绝缘层3采用二氧化硅膜或者PET膜。通过在透明薄膜片(衬底)上镀上若干条平行且相互独立的U形导线2后在U形导线2表面覆盖二氧化硅膜或者PET膜构成本实施例的TDR触控屏，再将得到的TDR触控屏置于显示屏(例如，LCD、LED或OLED等)，以适应不同的显示屏，从而用于各种触控操作。

可以理解的，本实施例的TDR触控屏也可以不包括衬底10，而是在显示屏上直接以镀膜的方式镀上若干条平行且相互独立的U形导线2及在U形导线2表面覆盖绝缘层3后形成，这样可以进一步降低触摸屏的厚度，满足超薄型触摸屏的需求。

参见图4，图4是本实施例中触摸屏的电路连接框图。在本实施例中，所述TDR触控屏还包括信号发射器4、信号输出检测器41、反射信号检测器5和扫描驱动电路6。结合图2，其中，每一U形导线2的输入端21分别连接信号发射器4和反射信号检测器5，信号发射器4负责发射阶跃信号101到U形导线2的输入端21，反射信号检测器5负责接收U形导线2的输入端21的反射信号102。每一所述U形导线2的输出端22连接所述信号输出检测器41，所述信号输出检测器41负责接收U形导线2的输出端22的输出信号103。

扫描驱动电路6连接信号发射器4，扫描驱动电路6驱动信号发射器4依次切换U形导线2发射阶跃信号101到每一所述U形导线2的输入端21，并通过所述信号输出检测器41依次对应接收每一所述U形导线2的输出端22的输出信号103，及通过所述反射信号检测器5依次对应接收每一所述U形导线2的输入端21的反射信号102。

另外，每一U形导线2的输出端22接负载7的一端，负载7的另一端接地。根据TDR原理，在本实施例的TDR触控屏中，当每一U形导线2的输出端22在以其特性阻抗端接(接负载7)时不具有信号发射，而在输出端22未接负载7时具有振幅大致等于所产生脉冲的正信号发射。本实施例的每一U形导线2的输出端22所连接的负载7具有大致等于每一U形导线2的特性阻抗的电阻。

可以理解的，在本实施例，每一U形导线2的输入端21可分别单独连接(独有)一个信号发射器4和一个反射信号检测器5，而每个信号发射器4均连接扫描驱动电路6，由扫描驱动电路6来依次驱动控制每个信号发射器4向对应连接的U形导线2发射阶跃信号101，而每个反射信号检测器5接收对应连接的U形导线的反射信号102。

另外，为了减少设备成本，本实施例的每一U形导线2的输入端21也可共同连接(共有)一个信号发射器4和一个反射信号检测器5，由扫描驱动电路6来驱动控制这个信号发射器4依次切换对U形导线2发射阶跃信号101，而反射信号检测器5依次接收对应的U形导线的反射信号102。

参见图5，图5是每一U形导线2的阻抗等效模型图，实际的每根U形导线2可以表示为各段等效网络的级联输线，可以等效为由分布电阻R、分布电感L、分布电导G和分布电容C等集总元件构成的T型网络的组合。对于无损耗的U形导线2，分布电阻R和分布电导G的值均为零。

这里以一个T型网络为例进行说明：特征阻抗Z与分布电阻R、分布电感L、分布电导G和分布电容C的关系表示为以下两个公式：

公式1：

公式2：

其中U为加在导线两端的电压，I为通过导线的电流，由上述两个公式可以推导出特征阻抗对于无损耗的U形导线：特征阻抗

参见图6，图6是触摸物与触摸屏接触的示意图。当触摸物触摸时，触摸物与绝缘层3的表面接触，触摸物作为一个导体，导体和绝缘层3间形成一个电容，使U形导线2的分布电容C产生变化，这时U形导线2在该触摸点8处产生阻抗变化。阻抗变化会引起部分信号反射回U形导线的输入端，这里的部分信号称为反射信号102。

这里以输出端22空载的U形导线2的阻抗为例进行说明：如图7、图8和图9所示，图7、图8和图9分别是任一U形导线2无触摸点、有触摸点8A和有触摸点8B三种情况下的阻抗——时序曲线图。其中，在图7中，曲线111是输入端21的阻抗曲线，曲线112是U形导线2的阻抗曲线，曲线113是输出端22不接负载7的阻抗曲线。针对同一根U形导线2的不同位置的接触点8A和接触点8B，图8中的曲线114是由触摸点8A的引起阻抗变化曲线，图9中的曲线115是由触摸点8B的引起阻抗变化曲线。同一U形导线2上的触摸位置不同，在阻抗特性曲线上的引起阻抗变化的时间点不同。

具体实施时，多条平行U形导线2的输入端21依次由信号发射器4完成阶跃信号101的输入、由信号输出检测器41完成输出信号103的接收以及由反射信号检测器5完成反射信号102的接收，U形导线2的切换由扫描驱动电路6完成。

下面，结合图2和图10，详细描述本实施例的TDR触控屏的实现原理及工作过程。参见图2，本实施例中采用的TDR触控屏的第一方向与第二方向相互垂直；其中，设定第一方向为Y轴方向，设定第二方向为X轴方向。

(1)首先，预置每一U形导线2的输入端和输出端在所述Y轴方向的位置，每一U形导线2的输入端和输出端沿从左向右的顺序依次预置位置为Y、Y+1、Y+2……Y+n，且每一U形导线2沿X轴方向平行延伸。

(2)按照预设周期通过扫描驱动电路6驱动信号发射器4沿Y轴方向逐行依次发射阶跃信号101到每一U形导线2的输入端21。同时通过信号输出检测器41依次对应接收每一U形导线2的输出端22的输出信号103以及通过反射信号检测器5依次对应接收每一U形导线2的输入端21的反射信号102。

参见图10，图10是U形导线2的输入端21的注入信号波形曲线图，注入信号包括发射信号101和反射信号102，该曲线表示电压幅度——时序的关系。由图10可知，反射信号的电压幅值与U形导线2的负载阻抗有关。

具体的，反射信号检测器5具体通过以下步骤确定所接收的反射信号102是否为触摸物的正常触摸引起阻抗变化所产生的反射信号102：

首先，通过以下公式(b)计算反射信号检测器5接收到U形导线2的反射信号102的反射系数ρ：

其中，V_i为信号发射器4向U形导线2发射的阶跃信号101的幅值，V_r为反射信号检测器5接收到U形导线2的反射信号102幅值。

接着，通过以下公式(a)计算该反射信号102的负载阻抗Z_L：

其中，Z₀为U形导线2的特征阻抗。

将计算所得的负载阻抗Z_L和特征阻抗Z₀进行比较，当负载阻抗Z_L与特征阻抗Z₀的差值大于预设值时，确定该反射信号102与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值。

同时，为了确定该反射信号102为触摸物的正常触摸引起阻抗变化所产生的反射信号102，还需要确定所述信号输出检测器41接收到对应的所述U形导线的输出信号103是否小于预设的第二阈值。在没有触摸物的情况下，所述反射信号检测器5接收到的每一所述导线的反射信号102的信号强度很小(等于预置的参考信号)，而信号输出检测器41接收到的每一所述U形导线的输出信号103的信号强度最大。当存在触摸物时，由触摸物引起的对应U形导线的反射信号102会变大，同时对应U形导线的输出信号102会变小。因此，在判断任一导线的反射信号102与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值时，通过判断所述信号输出检测器41接收到对应的所述U形导线的输出信号103小于预设的第二阈值时，即可确定该反射信号102为触摸物的正常触摸引起阻抗变化所产生的反射信号102。其中，所述第二阈值可根据每一触摸屏的具体结构情况来预先设定。

当确定接收该U形导线2的反射信号102为触摸物的正常触摸引起阻抗变化所产生的反射信号102时，则需要根据该反射信号102进行下一步的触摸点8的位置定位。具体包括：

获取信号发射器4从向产生该反射信号102的所在U形导线2的输入端21发射阶跃信号101到接收到该发射信号102的时间延迟T，并根据以下距离计算公式(c)计算得到触摸点8在该U形导线2的X轴方向上的位置：

当D＜X₀，X＝D，Y＝Y_r；

当D＞X₀，X＝2X₀－D，Y＝Y_c；

其中，T为所述时间延迟，e_r为介电常数，C为光传输的速度，X₀为所述U形导线在触摸屏的第二方向(X坐标)上的长度，Y_r为所述U形导线2的输入端21在触摸屏的第一方向(Y坐标)上的位置，Y_c为所述U形导线2的输出端22在触摸屏的第一方向上的位置，(X，Y)为触摸点8在触摸屏上的位置坐标。

确定触摸点8的位置坐标点(X，Y)后，系统可以根据触摸点8的位置做出相应的触控反应。

具体实施时，在扫描驱动电路6的驱动控制下，信号发射器4逐行发射阶跃信号101到每一U形导线2的输入端21，同时由反射信号检测器5检测对应U形导线2的输入端21的反射信号102。

当触摸物在触摸屏上进行触摸时，触摸点8该点所在的U形导线2阻抗变化；反射信号检测器5接收到来自该触摸点8引起的反射信号102；通过计算该反射信号102的负载阻抗Z_L，当负载阻抗Z_L与预设特征阻抗Z₀的差值超过预设值以及信号输出检测器接收到对应的所述U形导线的输出信号小于预设的第二阈值时，进行触摸点8的位置计算；通过该反射信号102所在的U形导线2输入阶跃信号101到检测到该反射信号102的时间延迟T计算触摸点与起始点的路径长度，从而得到触摸点所在的坐标位置(X，Y)，从而实现整个触摸屏的触控功能。

在本实施例中，触摸屏采用的扫描方式为：通过扫描驱动电路6驱动信号发射器4沿Y轴方向逐行发射阶跃信号102到每一U形导线2的输入端21。

除此之外，在不脱离本发明原理的前提下，在具体实施过程中，本发明所提供的触摸屏中扫描驱动电路6驱动信号发射器4依次发射阶跃信号101到每一U形导线2的输入端21还可以通过下述扫描方式实现：

先通过所述扫描驱动电路6驱动所述信号发射器4沿触摸屏的Y轴方向隔行发射阶跃信号101到所述U形导线2的输入端21，再通过所述扫描驱动电路6驱动所述信号发射器4沿触摸屏的Y轴方向隔行发射阶跃信号101到其余所述U形导线2的输入端21。本发明提供的TDR触控屏的实施例制造工艺简单，同时具有厚度小、质量轻的优点，可以应用于大尺寸的液晶屏和超薄型产品的触摸控制。另外，本发明提供的TDR触控屏可以在同一时间频段里检测到多个阻抗变化点从而实现多点触控以及扫描触摸物形状的功能。相对于现有的具有蛇形导线的TDR触控屏，本实施例大幅缩短导线长度，从而降低输入阶跃信号电平幅度和导线的分布电阻，而且U形导线只存在一个角度拐点，对阻抗变化点的计算影响不大，从而提高定位精度。另外，在触摸屏导线的阶跃信号输出端设置信号输出检测电路，和反射信号检测器一起同时计算阻抗变化点，实现更精确的触摸感应。

参考图11，本实施例提供了一种触控定位方法，该触控定位方法

适用于如上所述的TDR触控屏，所述TDR触控屏包括触摸区以及分布在所述触摸区的若干条平行且相互独立的U形导线，每一所述U形导线上方设置绝缘层；所述TDR触控屏还包括信号发射器、信号输出检测器、反射信号检测器和扫描驱动电路；每一所述U形导线的输入端分别连接所述信号发射器和所述反射信号检测器，所述信号发射器连接所述扫描驱动电路；每一所述导线的输出端连接所述信号输出检测器。其中，预置每一所述U形导线的输入端和输出端在触摸屏的第一方向(例如，Y坐标方向)上的位置，且每一所述U形导线沿触摸屏的第二方向(例如，X坐标方向)上平行延伸。本实施例的触控定位方法包括步骤S1～步骤S2：

S1、通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器依次发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端，并通过所述信号输出检测器依次对应接收每一所述导线的输出端的输出信号，及通过所述反射信号检测器依次对应接收每一所述U形导线的输入端的反射信号；

S2、当所述反射信号检测器接收到的任一所述U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值同时所述信号输出检测器接收到对应的所述导线的输出信号小于预设的第二阈值时，根据所述信号发射器开始向所述U形导线发射阶跃信号到此刻(即所述反射信号检测器接收到所述U形导线的与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值的反射信号时)的时间延迟，计算得到触摸物在触摸屏的第二方向上的位置。

其中，步骤S1用于对触摸屏进行扫描(具体向每个U形导线发射及检测信号)，以确定触摸屏上是否存在触摸点。具体的，在步骤S1中，所述通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器依次发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端具体可以通过以下两种扫描方式实现：

方式一：通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向逐行发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端。方式一通过沿触摸屏的第一方向从左到右或者从右到左依次扫描每一U形导线，从而得到完整的扫描数据。单位时间内扫描频率高，对快速的触摸响应高，触控灵敏度高。

方式二：先通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向隔行发射阶跃信号到所述U形导线的输入端，再通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向隔行发射阶跃信号到其余所述U形导线的输入端。

方式二通过沿触摸屏的第一方向从左到右或者从右到左分别依次隔行扫描U形导线后再隔行扫描其余的U形导线(反之亦可)，从而得到完整的扫描数据。对整个系统的信号处理速度要求降低一半，能节省成本。步骤S2用于确定触摸点在触摸屏上的具体位置，首先是确定触摸点位于哪个(或哪几个)U形导线(通过检测发射信号与预置的参考信号的差值是否大于预设的第一阈值)，然后再具体计算触摸点位于该(或多个)U形导线上的具体位置。

具体的，在步骤S2中，通过以下步骤确定所述反射信号检测器接收到的任一U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值，参考图12，步骤S2具体包括步骤S211～S214：

S211、通过以下公式(a)计算得到所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号的负载阻抗：

其中，Z_L为所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号时的负载阻抗，Z₀为预设的所述U形导线的特征阻抗，ρ为反射系数；其中，通过以下公式(b)计算得到所述反射系数ρ：

其中，V_i为所述信号发射器向所述U形导线发射的阶跃信号的幅值，V_r为所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号的幅值。

S212、当所述负载阻抗Z_L与所述特征阻抗Z₀的差值大于预设值时，确定所述反射信号检测器接收到的所述U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值。

同时，为了确定该反射信号为触摸物的正常触摸引起阻抗变化所产生的反射信号，还需要确定所述信号输出检测器接收到对应的所述导线的输出信号是否小于预设的第二阈值。在没有触摸物的情况下，所述反射信号检测器接收到的每一所述U形导线的反射信号的信号强度很小(等于预置的参考信号)，而信号输出检测器接收到的每一所述U形导线的输出信号的信号强度最大。当存在触摸物时，由触摸物引起的对应导线的反射信号会变大，同时对应U形导线的输出信号会变小。因此，在判断任一导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值时，通过判断所述信号输出检测器接收到对应的所述U形导线的输出信号小于预设的第二阈值时，即可确定该反射信号为触摸物的正常触摸引起阻抗变化所产生的反射信号。其中，所述第二阈值可根据每一触摸屏的具体结构情况来预先设定。

在确定接收任意U形导线的反射信号为触摸物的正常触摸引起阻抗变化所产生的反射信号是，则需要根据该反射信号进行下一步的触摸点的位置。具体包括步骤：

S213、在确定所述信号输出检测器接收到对应的所述U形导线的输出信号小于预设的第二阈值时，根据所述信号发射器开始向所述U形导线发射阶跃信号，到所述反射信号检测器接收到所述U形导线的与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值的反射信号时的时间延迟，通过以下距离计算公式(c)计算得到触摸点距离输入端的路径长度：

其中，D为所述触摸点距离所述U形导线的输入端的路径长度，T为所述时间延迟，e_r为介电常数，C为光传输的速度。

S214、基于所述D确定触摸点的位置坐标点(X，Y)：

当D＜X₀，X＝D，Y＝Y_r；

当D＞X₀，X＝2X₀－D，Y＝Y_c；

其中，X₀为所述U形导线在触摸屏的第二方向上的长度，Y_r为所述U形导线的输入端在触摸屏的第一方向上的位置，Y_c为所述U形导线的输出端在触摸屏的第一方向上的位置，(X，Y)为触摸物在触摸屏上的位置坐标。

这样，在确定触摸点的位置后，系统可以根据触摸点的位置做出相应的触控反应。

上述改进触摸屏的扫描方式的触控定位方法的具体实施例也在本发明的保护范围之内。

本实施例提供的触控定位方法，通过扫描驱动电路的控制依次切换U形导线完成所有U形导线信号的发射和检测，从而实现整个触摸区的触控功能，扫描方法简单；而且多条U形导线可共用一套信号发射器和反射信号检测器，对设备要求低，利于触摸屏轻薄化和成本的降低；另外，通过反射信号检测器接收到的任一所述导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值同时所述信号输出检测器接收到对应的所述导线的输出信号小于预设的第二阈值来确定触摸点位于该导线上，并只需通过计算任一U形导线上输入阶跃信号到所述反射信号检测器接收到的该U形导线的反射信号的时间延迟便可计算出引起反射信号的阻抗变化点在该U形导线上的第二方向上的位置，结合该U形导线的预置的第一方向上的位置定位触摸点，算法简便，处理数据难度低。与现有的采用蛇形走线的采用时域反射法的触摸定位相比，本发明提供的触控定位方法通过扫描驱动电路实现切换各个U形导线独立进行信号发射和信号检测，能够大幅缩短导线长度，即使在输入阶跃信号电平幅度不高的情况下仍然有效检测出触摸位置；而且走线平直(只存在一个角度拐点)，便于计算阻抗变化点，从而提高定位精度。另外，在触摸屏导线的阶跃信号输出端设置信号输出检测电路，和反射信号检测器一起同时计算阻抗变化点，实现更精确的触摸感应。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种TDR触控屏，其特征在于，所述TDR触控屏包括触摸区以及分布在所述触摸区的若干条平行且相互独立的U形导线，每一所述U形导线上方设置绝缘层；所述TDR触控屏还包括信号发射器、信号输出检测器、反射信号检测器和扫描驱动电路；每一所述U形导线的输入端分别连接所述信号发射器和所述反射信号检测器，所述信号发射器连接所述扫描驱动电路；每一所述导线的输出端连接所述信号输出检测器。

2.根据权利要求1所述的TDR触控屏，其特征在于，每一所述U形导线为透明U形导线。

3.根据权利要求2所述的TDR触控屏，其特征在于，每一所述U形导线的输出端悬空；或，每一所述U形导线的输出端接负载的一端，所述负载的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的TDR触控屏，其特征在于，每一所述U形导线包括相互平行的第一导线、第二导线以及连接所述第一导线、第二导线的第三导线；每一所述第二导线与相邻的第一导线之间的距离相同；

每一所述U形导线平行分布在触摸区的第一方向上；

每一所述U形导线的第一导线、第二导线的长度与所述触摸区在第二方向上的长度相等，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

5.一种触控定位方法，其特征在于，适用于包括触摸区以及分布在所述触摸区的若干条平行且相互独立的U形导线的TDR触控屏，其中，预置每一所述U形导线的输入端和输出端在触摸屏的第一方向上的位置，且每一所述U形导线沿触摸屏的第二方向上平行延伸；所述方法包括以下步骤：

通过扫描驱动电路驱动信号发射器依次发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端，并通过信号输出检测器依次对应接收每一所述导线的输出端的输出信号，及通过反射信号检测器依次对应接收每一所述U形导线的输入端的反射信号；

当所述反射信号检测器接收到的任一所述U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值同时所述信号输出检测器接收到对应的所述U形导线的输出信号小于预设的第二阈值时，根据所述信号发射器开始向所述U形导线发射阶跃信号到此刻的时间延迟，计算得到触摸物在触摸屏的第二方向上的位置。

6.根据权利要求5所述的触控定位方法，其特征在于，所述第一方向为Y轴方向，所述第二方向为X轴方向；或，所述第一方向为X轴方向，所述第二方向为Y轴方向。

7.根据权利要求5所述的触控定位方法，其特征在于，通过以下步骤确定所述反射信号检测器接收到的任一U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值：

通过以下公式(a)计算得到所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号的负载阻抗：

其中，Z_L为所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号时的负载阻抗，Z₀为预设的所述U形导线的特征阻抗，ρ为反射系数；通过以下公式(b)计算得到所述反射系数ρ：

其中，V_i为所述信号发射器向所述U形导线发射的阶跃信号的幅值，V_r为所述反射信号检测器接收到所述U形导线的反射信号的幅值；

当所述负载阻抗Z_L与所述特征阻抗Z₀的差值大于预设值时，确定所述反射信号检测器接收到的所述U形导线的反射信号与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值。

8.根据权利要求5所述的触控定位方法，其特征在于，根据所述信号发射器向所述U形导线发射阶跃信号到所述反射信号检测器接收到所述U形导线的与预置的参考信号的差值大于预设的第一阈值的反射信号时的时间延迟，通过以下公式(c)计算得到触摸物在触摸屏的第二方向上的位置：

当D＜X₀，X＝D，Y＝Y_r；

当D＞X₀，X＝2X₀－D，Y＝Y_c；

其中，T为所述时间延迟，e_r为介电常数，C为光传输的速度，X₀为所述U形导线在触摸屏的第二方向上的长度，Y_r为所述U形导线的输入端在触摸屏的第一方向上的位置，Y_c为所述U形导线的输出端在触摸屏的第一方向上的位置，(X，Y)为触摸物在触摸屏上的位置坐标。

9.根据权利要求5所述的触控定位方法，其特征在于，所述通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器依次发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端包括：

通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向逐行发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端。

10.根据权利要求5所述的触控定位方法，其特征在于，所述通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器依次发射阶跃信号到每一所述U形导线的输入端包括：

先通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向隔行发射阶跃信号到所述U形导线的输入端，再通过所述扫描驱动电路驱动所述信号发射器沿触摸屏的第一方向隔行发射阶跃信号到其余所述U形导线的输入端。