CN112433644A - 声表面波换能器及应用该换能器的触摸屏 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种声表面波换能器，包括复数个声表面波换能元件，所述复数个声表面波换能元件以预设的排列方式固定。本发明声表面波换能器发出的声波在传递过程中，相邻两个声表面波换能元件的声波能够形成干涉，会增强声波的直线传播特性，直线传播能量越强，声波传输距离会更远，穿透能力更强，从而有效应用于大屏触摸屏的触摸定位，也将减少因声波扩散产生的声波噪声干扰。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波触摸屏领域，尤其涉及一种声表面波换能器及应用该换能器的触摸屏。
背景技术
声表面波触摸屏主要是应用超声波在玻璃表面传播的物理特性，以实现触摸位置检测和定位的一种装置。授权公告号为CN2636331Y的中国专利公开了一种改进的触摸屏，触摸屏的结构有：屏体、声表面波换能元件（发射换能元件和接收换能元件）及设置在屏体四周的反射条纹。
根据声波传播的特性，频率越高，穿透性越强，能量越聚焦，但反射性越差；传统传感器为保证反射性能，便需要选择较低频率而损失穿透性及聚焦性能，因此面对面积较大的屏体时，声波往往无法有效穿透并传递到末尾的反射条纹处形成有效反射，故难以实现大尺寸有效触摸定位。
现有技术的不足之处在于，随着显示器的尺寸越来越大，用户要求的触摸屏幕尺寸也相应增大，普通传感器由于信号传播时散射严重、穿透不强等导致信号衰减严重，当尺寸大于22”时，难以提供可靠的触摸检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种声表面波换能器及应用该换能器的触摸屏，其解决了低频换能器声波易扩散、能量不聚焦问题，具有在不降低声波反射性能的前提下增强穿透性能，使得更多声波能量传递到末端，解决了普通声表面波换能器不能用于大尺寸触摸屏的问题。
本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种声表面波换能器，包括复数个声表面波换能元件，所述复数个声表面波换能元件以预设的排列方式固定。
通过采用上述技术方案，相邻两个声表面波换能元件的声波能够形成干涉，会增强声波的直线传播特性，直线传播能量越强，声波传输距离会更远，穿透能力更强，从而有效应用于大屏触摸屏的触摸定位。
本发明进一步设置为：所述复数个声表面波换能元件为2至500个，所述预设的排列方式为线性排列。
通过采用上述技术方案，声表面波换能元件越多，声波的直线传播特性越强，直线传播能量越强。
本发明进一步设置为：所述复数个声表面波换能元件为2个以线性排列。
通过采用上述技术方案，以目前声表面波换能元件的规格来看，2个声表面波换能元件以线性排列固定在一起即可实现大尺寸触摸屏的灵敏识别。
本发明进一步设置为：所述复数个声表面波换能元件为2×2至500×500个，所述预设的排列方式为阵列排布。
通过采用上述技术方案，声表面波换能元件越多，声波的直线传播特性越强，直线传播能量越强，并且矩阵阵列排布形式有助于声波的叠加，进一步增强声波的直线传播特性。
本发明进一步设置为：所述复数个声表面波换能元件为2×2个以阵列排布。
通过采用上述技术方案，以目前声表面波换能元件的规格来看，2×2个（即4个）声表面波换能元件以矩阵阵列排布固定在一起即可实现超大尺寸触摸屏的灵敏识别。
本发明进一步设置为：所述复数个声表面波换能元件两两间间隔为N×1/4λ，其中N为正整数，λ为声表面波换能器的波长。
通过采用上述技术方案，声波在传输过程中具有相互干涉作用，两个频率相同、振动方向相同且步调一致的声源发出的声波相互叠加时就会出现干涉现象；如果它们的相位相同，两波叠加后幅度增加声压加强；反之，它们的相位相反，两波叠加后幅度减小声压减弱，如果两波幅度一样，将完全抵消；利用此设计，也将减少因声波扩散产生的声波噪声干扰。
本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种声表面波触摸屏，包括所述的声表面波换能器、屏体及设置在所述屏体四周的反射条纹。
通过采用上述技术方案，相邻两个声表面波换能元件的声波能够形成干涉，会增强声波的直线传播特性，直线传播能量越强，声波传输距离会更远，穿透能力更强，从而有效应用于大屏触摸屏的触摸定位。
本发明进一步设置为：所述屏体长度方向上设置所述声表面波换能器，宽度方向上设置所述声表面波换能元件。
通过采用上述技术方案，当前的触摸屏大多是长方形，大尺寸的触摸屏可能在长度方向上需要设置本方案的声表面波换能器，在宽度方向上可能只需要使用现有的声表面波换能元件即可实现。
本发明进一步设置为：所述屏体长度方向上和宽度方向上均设置所述声表面波换能器。
通过采用上述技术方案，当前的触摸屏大多是长方形，超大尺寸的触摸屏可能在长度方向上需要设置本方案2×2矩阵阵列排布的声表面波换能器，在宽度方向上可能只需要使用2个声表面波换能元件以线性排列固定在一起的声表面波换能器，当然，超大尺寸的触摸屏可能在长度方向上和宽度方向上都只要使用2个声表面波换能元件以线性排列固定在一起的声表面波换能器即可实现。
综上所述，本发明具有以下有益效果：声表面波换能器发出的声波在传递过程中，相邻两个声表面波换能元件的声波能够形成干涉，会增强声波的直线传播特性，直线传播能量越强，声波传输距离会更远，穿透能力更强，从而有效应用于大屏触摸屏的触摸定位，也将减少因声波扩散产生的声波噪声干扰。。
附图说明
图1是实施例2的声表面波换能器结构示意图；
图2是实施例3的声表面波换能器结构示意图；
图3是实施例5的声表面波触摸屏结构示意图；
图4是实施例6的声表面波触摸屏结构示意图；
图5是实施例7的声表面波触摸屏结构示意图。
图中，1、屏体；201、第一声表面波换能元件；202、第二声表面波换能元件；203、第三声表面波换能元件；204、第四声表面波换能元件；205、第五声表面波换能元件；206、第六声表面波换能元件；211、第一声表面波换能器；212、第二声表面波换能器；213、第四声表面波换能器；22、第一声表面波接收换能元件；231、声表面波发射换能元件；232、第三声表面波换能器；233、第五声表面波换能器；24、第二声表面波接收换能元件；31、第一反射条纹31；32、第二反射条纹；33、第三反射条纹；34、第四反射条纹34。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种声表面波换能器，包括复数个声表面波换能元件，所述复数个声表面波换能元件以预设的排列方式固定。
相邻两个声表面波换能元件的声波能够形成干涉，会增强声波的直线传播特性，直线传播能量越强，声波传输距离会更远，穿透能力更强，从而有效应用于大屏触摸屏的触摸定位。
其中，所述复数个声表面波换能元件可以是2至500个以线性排列；也可以是2×2至500×500个以矩阵阵列排布。所述复数个声表面波换能元件两两间间隔为N×1/4λ，其中N为正整数，λ为声表面波换能器的波长。
实施例2：一种声表面波换能器，如图1所示，包括第一声表面波换能元件201和第二声表面波换能元件202，所述第一声表面波换能元件201和第二声表面波换能元件202以线性排列方式固定。所述第一声表面波换能元件201和第二声表面波换能元件202间隔为H=N×1/4λ，其中N为正整数，λ为声表面波换能器的波长（例如λ=0.2mm）。具体的间隔H也要考虑声表面波换能元件的尺寸，例如，现有技术中声表面波换能元件的长宽高尺寸为5×3×0.8mm，则H≥0.8，即N≥16。
以目前声表面波换能元件的频率规格来看，2个声表面波换能元件以线性排列固定在一起即可实现大尺寸触摸屏的灵敏识别。
实施例3：一种声表面波换能器，如图2所示，包括2×2个声表面波换能元件（第三声表面波换能元件203、第四声表面波换能元件204、第五声表面波换能元件205和第六声表面波换能元件206），所述第三声表面波换能元件203、第四声表面波换能元件204、第五声表面波换能元件205和第六声表面波换能元件206以矩阵阵列排布排列方式固定。所述第三声表面波换能元件203和第四声表面波换能元件204的间隔为H=N×1/4λ，所述第四声表面波换能元件204和第六声表面波换能元件206的间隔为S=M×1/4λ，其中M为正整数，λ为声表面波换能器的波长（例如λ=0.2mm）。具体的间隔H和S也要考虑声表面波换能元件的尺寸，例如，现有技术中声表面波换能元件的长宽高尺寸为5×3×0.8mm，则H≥0.8，即N≥16，S≥3，即M≥60。
声表面波换能元件越多，声波的直线传播特性越强，直线传播能量越强，并且矩阵阵列排布形式有助于声波的叠加，进一步增强声波的直线传播特性。
以目前声表面波换能元件的规格来看，2×2个（即4个）声表面波换能元件以矩阵阵列排布固定在一起即可实现超大尺寸触摸屏的灵敏识别。
声波在传输过程中具有相互干涉作用，两个频率相同、振动方向相同且步调一致的声源发出的声波相互叠加时就会出现干涉现象；如果它们的相位相同，两波叠加后幅度增加声压加强；反之，它们的相位相反，两波叠加后幅度减小声压减弱，如果两波幅度一样，将完全抵消；利用此设计，也将减少因声波扩散产生的声波噪声干扰。
实施例4：一种声表面波触摸屏，包括所述的声表面波换能器、屏体及设置在所述屏体四周的反射条纹。
实施例5：一种声表面波触摸屏，如图3所示，包括第一声表面波换能器211、第一声表面波接收换能元件22、声表面波发射换能元件231、第二声表面波接收换能元件24、屏体1及设置在所述屏体四周的反射条纹（第一反射条纹31、第二反射条纹32、第三反射条纹33和第四反射条纹34）。所述第一声表面波换能器211是由2个声表面波换能元件线性排列组成的声表面波换能器；即屏体1长度方向上设置由2个声表面波换能元件线性排列组成的声表面波换能器，宽度方向上设置单一的声表面波换能元件。
当前的触摸屏大多是长方形，大尺寸的触摸屏可能在长度方向上需要设置本方案的由2个声表面波换能元件线性排列组成的声表面波换能器，在宽度方向上可能只需要使用现有的单一声表面波换能元件即可实现。
实施例6：一种声表面波触摸屏，如图4所示，包括第二声表面波换能器212、第一声表面波接收换能元件22、第三声表面波换能器232、第二声表面波接收换能元件24、屏体1及设置在所述屏体四周的反射条纹（第一反射条纹31、第二反射条纹32、第三反射条纹33和第四反射条纹34）。所述第二声表面波换能器212和第三声表面波换能器232都是由2个声表面波换能元件线性排列组成的声表面波换能器；即屏体1长度方向上和宽度方向上均设置由2个声表面波换能元件线性排列组成的声表面波换能器。
实施例7：一种声表面波触摸屏，如图5所示，包括第四声表面波换能器213、第一声表面波接收换能元件22、第五声表面波换能器233、第二声表面波接收换能元件24、屏体1及设置在所述屏体四周的反射条纹（第一反射条纹31、第二反射条纹32、第三反射条纹33和第四反射条纹34）。所述第四声表面波换能器213是由2×2个声表面波换能元件矩阵阵列排布组成的声表面波换能器，所述第五声表面波换能器233是由2个声表面波换能元件线性排列组成的声表面波换能器；即屏体1长度方向上设置由2×2个声表面波换能元件矩阵阵列排布组成的声表面波换能器，宽度方向上设置由2个声表面波换能元件线性排列组成的声表面波换能器。
当前的触摸屏大多是长方形，超大尺寸的触摸屏可能在长度方向上需要设置本方案2×2矩阵阵列排布的声表面波换能器，在宽度方向上可能只需要使用2个声表面波换能元件以线性排列固定在一起的声表面波换能器，当然，超大尺寸的触摸屏可能在长度方向上和宽度方向上都要使用2×2个声表面波换能元件以矩阵阵列排布固定在一起的声表面波换能器才能实现。
如图3所示，第一声表面波换能器211把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向右方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹（第一反射条纹31）把声波能量反射成向下的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由下边的反射条纹（第二反射条纹32）聚成向左的线传播给x-轴的第一声表面波接收换能元件22，第一声表面波接收换能元件22将返回的表面声波能量变为电信号。当第一声表面波换能器211发射一个窄脉冲后，声波能量历经不同途径到达第一声表面波接收换能元件22，走最左边的最早到达，走最右边的最晚到达，早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号，不难看出，接收信号集合了所有在x轴方向历经长短不同路径回归的声波能量，它们在Y轴走过的路程是相同的，但在x轴上，最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离。因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置，也就是X轴坐标。发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形一致。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，x轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。
接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标。之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种声表面波换能器，其特征是：包括复数个声表面波换能元件，所述复数个声表面波换能元件以预设的排列方式固定。
2.根据权利要求1所述的声表面波换能器，其特征是：所述复数个声表面波换能元件为2至500个，所述预设的排列方式为线性排列。
3.根据权利要求1所述的声表面波换能器，其特征是：所述复数个声表面波换能元件为2个以线性排列。
4.根据权利要求1所述的声表面波换能器，其特征是：所述复数个声表面波换能元件为2×2至500×500个，所述预设的排列方式为阵列排布。
5.根据权利要求1所述的声表面波换能器，其特征是：所述复数个声表面波换能元件为2×2个以阵列排布。
6.根据权利要求1所述的声表面波换能器，其特征是：所述复数个声表面波换能元件两两间间隔为N×1/4λ，其中N为正整数，λ为声表面波换能器的波长。
7.一种声表面波触摸屏，其特征是：包括权利要求1-6任一项所述的声表面波换能器、屏体及设置在所述屏体四周的反射条纹。
8.根据权利要求7所述的声表面波触摸屏，其特征是：所述屏体长度方向上设置所述声表面波换能器，宽度方向上设置所述声表面波换能元件。
9.根据权利要求7所述的声表面波触摸屏，其特征是：所述屏体长度方向上和宽度方向上均设置所述声表面波换能器。
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