CN111857450A - 基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法 - Google Patents

基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，本发明的多点定位方法构成对置于基于表面电磁波的触摸屏上的多个触摸物的位置坐标的检测，并包括于各表面电磁波输入单元处输入特定频率的表面电磁波，分别执行沿触摸屏表面的直轴扫描和斜轴扫描，因触摸物的吸收及散射，形成对触摸物所处传输路径上的直轴扫描及斜轴扫描的表面电磁波信号的衰减，以及分别执行对直轴扫描和斜轴扫描的各传输路径上的表面电磁波的接收，并向外输出所接收的各传输路径上的表面电磁波对应的电信号，和对所输出的电信号进行处理，以计算获得各触摸物于触摸屏表面的位置坐标。本发明的多点定位方法可提高基于表面电磁波的触摸屏多点定位的准确性。

Description

基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法
技术领域
本发明涉及触摸屏技术领域，特别涉及一种基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法。
背景技术
如今触摸屏的应用越来越广泛，手机、电脑、平板、打印机、电子白板、手绘板等电子设备均已采用触摸屏，并给其使用带来了诸多便利。目前，常用的触摸屏主要有电阻式、电容式、表面声波和红外触摸屏，其中，电容式和电阻式触摸屏是通过检测触摸位置处的直接的电信号的变化来确定具体触摸位置，但现有的电容式和电阻式触摸屏均为多层触摸屏，校准工艺复杂、透光性差，存在屏幕分辨率低、表面易损害等不足。
表面声波式触摸屏是通过检测触摸处的声波强度的变化来确认具体触摸位置，不过其不能做成完全密封的器件，在使用中也需要不定期调校，而且产品尺寸也有限制。红外式触摸屏是通过检测触摸处的红外信号的变化来确认触摸位置，在应用上任何能够散射或吸收红外信号的物体的触摸均会被识别，但是现有的红外式触摸屏过于灵敏，而且触摸屏分辨率不高，因而会限制其应用。
基于表面电磁波的触摸屏是一种新型的触摸屏技术，其一般为单层触摸屏，校准工艺相对简单，且分辨率可调。目前的基于表面电磁波的触摸屏的触摸物定位技术都是基于垂直坐标系的，然而在使用垂直坐标系进行触摸定位时，由于其原理上的缺陷，在多点定位时会获得比实际触摸点更多的逻辑触摸点，这些逻辑触摸点有很大一部分是在其位置上没有触摸物的，从而会影响触摸屏多点定位的准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，以提高基于表面电磁波的触摸屏多点定位的准确性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，以构成对置于所述基于表面电磁波的触摸屏上的多个触摸物的位置坐标的检测，于所述基于表面电磁波的触摸屏的两相邻侧分别设有表面电磁波输入单元，于所述基于表面电磁波的触摸屏的另两相邻侧分别设有表面电磁波输出单元；其中，所述基于表面电磁波的触摸屏的任意两相对侧的所述表面电磁波输入单元与所述表面电磁波输出单元一一对应设置；且所述多点定位方法包括如下的步骤：
a、于各所述表面电磁波输入单元处输入特定频率的表面电磁波，分别执行沿所述基于表面电磁波的触摸屏表面的直轴扫描和斜轴扫描；
b、因所述触摸物的吸收及散射，形成对所述触摸物所处传输路径上的直轴扫描及斜轴扫描的表面电磁波信号的衰减；
c、分别执行对直轴扫描和斜轴扫描的各传输路径上的表面电磁波的接收，并向外输出所接收的各传输路径上的表面电磁波对应的电信号；
d、对所输出的电信号进行处理，以计算获得各触摸物于所述基于表面电磁波的触摸屏表面的位置坐标。
进一步的，所述基于表面电磁波的触摸屏包括介电基底，于所述介电基底的表面设有周期性导体图案，每个所述导体图案的特征尺寸为亚波长尺寸。
进一步的，所述介电基底的相对介电常数为1～100。
进一步的，所述介电基底由透明或非透明的材料制成，和/或所述介电基底由柔性或非柔性的材料制成。
进一步的，于所述介电基底的具有所述导体图案一侧覆设有保护层。
进一步的，所述导体图案的材料包括金属、石墨烯、聚乙撑二氧噻吩，以及导电聚合物。
进一步的，所述导体图案的图形包括凹多边形、凸多边形、圆形、椭圆形和分形图形。
进一步的，所述导体图案为分形图形，所述分形图形的基本图形为由横条形体与正交连接于所述横条形体两端的竖条形体构成的H形；且所述导体图案包括呈H形的第一级图形，以及于所述第一级图形的两所述竖条形体两端设置的呈H形的第二级图形，和于所述第二级图形的两所述竖条形体两端设置的呈H形的第三级图形，其中，所述第一级图形中的两个竖条形体的长度不同，各所述第二级图形之间以及各所述第三级图形之间均满足：横条形体的长度相同，而位于所述第一级图形一侧的竖条形体的长度小于所述第一级图形另一侧的竖条形体。
进一步的，每个所述导体图案被设置在形成于所述介电基底表面的一个矩形区域内，且所述矩形形区域的边长为50nm～10cm。
进一步的，所述表面电磁波的输入及输出方式包括梯度超表面耦合、微带线耦合以及直接耦合。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，利用特定频率的表面电磁波沿基于电磁波的触摸屏表面的自准直传播，可通过直轴扫描与斜扫描的方式对触摸屏上的触摸物进行检测，并经由计算而获得触摸物的位置坐标，相较于现有的基于垂直坐标系的位置确定方法，其可以避免没有触摸物的逻辑触摸点也即伪点的干扰，从而能够提高多点定位的的准确性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的触摸屏的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的导体图案的结构示意图；
图3为图2的侧视图；
图4为本发明实施例所述的导体图案的构成示意图
图5为沿x方向激发频率分别为13.4GHz、14.5GHz、15.5GHz、16.5GHz时电场的分布情况；
图6为沿y方向激发频率为21.5GHz、22.5GHz、23.5GHz、25GHz时电场的分布情况；
附图标记说明：
1-介电基底，101-导体图案；
2-表面电磁波输入单元；
3-表面电磁波输出单元；
4-信号处理单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例涉及一种基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其用于对置于基于表面电磁波的触摸屏上的多个触摸物的位置坐标的检测。而对于该基于表面电磁波的触摸屏(以下简称触摸屏)而言，如图1中所示的，在该触摸屏的两相邻侧分别设有表面电磁波输入单元2，在该触摸屏的另两相邻侧则分别设有表面电磁波输出单元3，且分设于触摸屏的任意两相对侧的表面电磁波输入单元2和表面电磁波输出单元3也为一一对应的设置。
此外，本实施例的触摸屏在结构上，其还包括介电基底1，以及设置在介电基底1表面的周期性导体图案101，其中，介电基底1构成了触摸屏的承载主体，表面电磁波输入单元2用于将外部生成的电磁波耦合于介电基底1的表面，进而形成表面电磁波。
本实施例的介电基底1优选的可为采用具有介电特性的板状结构。导体图案101的周期性也即导体图案101在介电基底1表面的两个维度上具有重复性，本实施例的周期性导体图案101的设置可适配于介电基底1的结构，而使得表面电磁波输入单元耦合输入的特定频率下的表面电磁波形成沿介电基底1表面的自准直传播。同时每个导体图案101的特征尺寸也为亚波长尺寸，也即单个导体图案101的特征尺寸小于表面电磁波的波长。
具体的针对于介电基底1，其结构上包含有介电基底1的相对介电常数以及介电基底1的尺寸等参数，而术语“适配于”则表示导体图案101与不同结构参数下的介电基底1配合，可实现自准直传播的表面电磁波的频率也是不同的，特定结构参数的介电基底1与导体图案101对应着特定频率的可自准直传播的表面电磁波，且该特定频率下的表面电磁波自准直传播的角度也是固定的。
本实施例与耦合输入表面电磁波的表面电磁波输入单元2相对应的，表面电磁波输出单元3用于对固定角度的自准直传播的表面电磁波的耦合接收，且表面电磁波输出单元3还可将接收的表面电磁波转化为电信号而实现向外部的电导出，导出的电信号的大小即代表接收的表面电磁波信号的大小。此时，其一表面电磁波输出单元3导出、也即接收的表面电磁波信号的大小与相对应的表面电磁波输入单元2输入的表面电磁波信号的大小做比较，便可判断出该表面电磁波信号的传输路径上是否存在触摸物，进而导致了表面电磁波信号衰减。
表面电磁波输入单元2以及表面电磁波输出单元3在实施时可选择能够对表面电磁波进行耦合的梯度超表面或微带线，而除了为梯度超表面及微带线，其它如直接耦合等耦合方式所对应的实现表面电磁波耦合的现有形式也是可以的。
本实施例中，在实施时制成介电基底1的材料的相对介电常数范围，其应在1～100之间，且一般介电基底1的厚度可在10nm～10cm之间，而在材料上，介电基底1采用如石英，硅片，F4B板，TP板等透明或非透明的材料制成均可，如此可大大增加介电基底1材料选取的种类。当然，除了为透明或不透明的材料，介电基底1亦可设置为由柔性或非柔性的材料制成，且该柔性或非柔性的材料的相对介电常数应满足上述要求。
对于导体图案101，本实施例中制成导体图案101的材料包括但不限于金属、石墨烯、聚乙撑二氧噻吩及导电聚合物。同时针对于导体图案2的具体结构，由图2、图3并结合图4所示的，本实施例的导体图案101为分形图形，且该分形图形的基本图形为由横条形体与正交连接于所述横条形体两端的竖条形体构成的H形。
其中，横条形体的端部连接在竖条形体的中部。而本实施例的导体图案101具体包括呈H形的第一级图形，于第一级图形的两个竖条形体两端设置的呈H形的第二级图形，以及于第二级图形的两个竖条形体两端设置的呈H形的第三级图形。而且第一级图形中的两个竖条形体的长度设置成不同的，各第二级图形之间以及各第三级图形之间在设计上也均满足各第二级图形中各横条形体的长度相同，各第三级图形中各横条形体的长度相同，但是，各第二级图形中位于第一级图形一侧的竖条形体的长度小于位于第一级图形另一侧的竖条形体的长度，各第三级图形中位于第一级图形一侧的竖条形体的长度小于位于第一级图形另一侧的竖条形体的长度，同时第二级图形与第三级图形中长度较小的竖条形体在第一级图形的同一侧。
本实施例还需说明的是，对于导体图案2，为便于其的设置，亦将每个导体图案101布置于介电基底1的表面上的一个矩形区域内，且该矩形区域的边长在50nm～10cm之间，多个导体图案101所处的矩形区域相互分隔，而沿介电基底1的表面铺展，以此能够实现导体图案101在介电基底1表面的周期性重复。当然，除了使得各导体图案101位于上述边长范围的矩形区域内，本实施例中导体图案101在布置时，其于介电基底1表面所占用的平面区域的形状及尺寸也可根据需要或是导体图案101的具体尺寸进行相应改变。
另外，为了对设置于介电基底1上的导体图案101以及各表面电磁波输入单元2及表面电磁波输出单元3进行保护，以避免其遭受意外破坏，在介电基底1的布置有导体图案101的一侧端面上还可设置保护层，该保护层在各图中未示出，而在实施时将其直接覆设于介电基底1上即可。本实施例中上述保护层在材料上亦可采用透明或非透明的材料，如其可采用如纳米玻璃，高分子聚乙烯、纳米陶瓷等的高分子纳米材料，或是石英，聚丙烯薄膜、钢化膜等材料。而根据介电基底1材料的不同，保护层也可与介电基底1相匹配的选择柔性材料或非柔性材料，并且在具体实施时保护层的厚度可在0～1cm之间，例如可为0.5mm，同时，厚度为0则表明本实施例中可选择不在介电基底1上设置保护层。
本实施例进一步的，对于以上所介绍的触摸屏，基于如图2及图3中所示的各尺寸参数，选择各导体图案101所处矩形区域的边长Dx＝2mm、Dy＝2mm，导体图案101的厚度t＝1um，介电基底1的厚度h＝2mm。导体图案101中第一级图形中横条形体的长度a＝1mm、两个竖条形体的长度分别为b1＝1mm、b2＝0.8mm。第二级图形中横条形体的长度c1和c2均为0.5mm，位于第一级图形两侧的竖条形体的长度分别为d1＝0.5mm、d2＝0.4mm。第三级图形中横条形体的长度e1和e2均为0.25mm，位于第一级图形两侧的竖条形体的长度分别为f1＝0.25mm、f2＝0.2mm。各级图形中的各横条形体和竖条形体的宽度w均为0.05mm。
选择介电基底1的材料为石英玻璃，其相对介电常数为6.3，磁导率为1，且导体图案101的材料为金属铜。采用以上的各尺寸参数值进行触摸屏样品的制备，并对制备好的触摸屏样品进行检测，在检测中分别于触摸屏的一侧输入多个不同频率值的特定频率的电磁波，且使电磁波的输入方法分别为沿正交的x及y两个方向上。此时如图5和图6中所示的，通过对传播的表面电磁波场强分布的检测，发明人意外的发现对应于所激发的不同频率值的特定频率输入的电磁波耦合于触摸屏表面后，会形成沿一定角度的准直传播，且若以沿x及y方向的传播为直轴传播，以与x及y方向间呈夹角的传播为斜轴传播，则通过对所输入的特定频率的频率值的选择，即能够形成进行直轴传播的表面电磁波或者是所需角度的斜轴传播。
本实施例中基于上述的特定频率的表面电磁波能够形成表面电磁波的直轴传播或所需角度的斜轴传播，对于置于触摸屏上的多个触摸物位置坐标的检测方法整体上包括有如下的步骤。
首先，通过表面电磁波输入单元2于各表面电磁波输入单元2处输入特定频率的表面电磁波，而分别执行沿触摸屏表面的直轴扫描和斜轴扫描。在扫描中因触摸屏表面的触摸物的吸收及散射，形成对触摸物所处传输路径上的直轴扫描及斜轴扫描的表面电磁波信号的衰减。接着，通过表面电磁波输出单元3分别执行对直轴扫描和斜轴扫描的各传输路径上的表面电磁波的接收，并向外输出所接收的各传输路径上的表面电磁波对应的电信号。然后，通过信号处理单元4对所输出的电信号进行处理，再经由计算便可获得各触摸物于触摸屏表面的位置坐标，其中所述信号处理单元4一般为安装有相应处理程序的计算机。
本实施例中斜轴扫描的角度根据设计要求选择相应的表面电磁波频率便可，上述由直轴扫描与斜轴扫描(也即斜扫描)结合以计算处理而得到触摸物位置坐标的方法具体可参考诸如CN103019461A或其它现有的红外式触摸屏的多点定位方法，对其本文将不再进行赘述。
本实施例的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，利用特定频率的表面电磁波沿基于电磁波的触摸屏表面的自准直传播，可通过直轴扫描与斜扫描的方式对触摸屏上的触摸物进行检测，并经由计算而获得触摸物的位置坐标，相较于现有的基于垂直坐标系的位置确定方法，其能够避免没有触摸物的逻辑触摸点、也即伪点的干扰，可提高多点定位的的准确性，而有着很好的实用性。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，以构成对置于所述基于表面电磁波的触摸屏上的多个触摸物的位置坐标的检测，其特征在于：于所述基于表面电磁波的触摸屏的两相邻侧分别设有表面电磁波输入单元，于所述基于表面电磁波的触摸屏的另两相邻侧分别设有表面电磁波输出单元；其中，所述基于表面电磁波的触摸屏的任意两相对侧的所述表面电磁波输入单元与所述表面电磁波输出单元一一对应设置；且所述多点定位方法包括如下的步骤：
a、于各所述表面电磁波输入单元处输入特定频率的表面电磁波，分别执行沿所述基于表面电磁波的触摸屏表面的直轴扫描和斜轴扫描；
b、因所述触摸物的吸收及散射，形成对所述触摸物所处传输路径上的直轴扫描及斜轴扫描的表面电磁波信号的衰减；
c、分别执行对直轴扫描和斜轴扫描的各传输路径上的表面电磁波的接收，并向外输出所接收的各传输路径上的表面电磁波对应的电信号；
d、对所输出的电信号进行处理，以计算获得各触摸物于所述基于表面电磁波的触摸屏表面的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其特征在于：所述基于表面电磁波的触摸屏包括介电基底，于所述介电基底的表面设有周期性导体图案，每个所述导体图案的特征尺寸为亚波长尺寸。
3.根据权利要求2所述的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其特征在于：所述介电基底的相对介电常数为1～100。
4.根据权利要求3所述的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其特征在于：所述介电基底由透明或非透明的材料制成，和/或所述介电基底由柔性或非柔性的材料制成。
5.根据权利要求2所述的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其特征在于：于所述介电基底的具有所述导体图案一侧覆设有保护层。
6.根据权利要求2所述的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其特征在于：所述导体图案的材料包括金属、石墨烯、聚乙撑二氧噻吩，以及导电聚合物。
7.根据权利要求6所述的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其特征在于：所述导体图案为分形图形，所述分形图形的基本图形为由横条形体与正交连接于所述横条形体两端的竖条形体构成的H形；且所述导体图案包括呈H形的第一级图形，以及于所述第一级图形的两所述竖条形体两端设置的呈H形的第二级图形，和于所述第二级图形的两所述竖条形体两端设置的呈H形的第三级图形；其中，所述第一级图形中的两个竖条形体的长度不同，各所述第二级图形之间以及各所述第三级图形之间均满足：横条形体的长度相同，而位于所述第一级图形一侧的竖条形体的长度小于所述第一级图形另一侧的竖条形体。
8.根据权利要求6所述的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其特征在于：每个所述导体图案被设置在形成于所述介电基底表面的一个矩形区域内，且所述矩形形区域的边长为50nm～10cm。
9.根据权利要求2所述的基于表面电磁波的触摸屏的多点定位方法，其特征在于：所述表面电磁波的输入及输出方式包括梯度超表面耦合、微带线耦合以及直接耦合。
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