CN116048299A - 一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏 - Google Patents

Abstract

一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，涉聚音屏技术领域，解决现有产品结构设计不合理、触点感应不准、影响用户触控操作，且发声效果差，音量低，使用体验差的技术不足，采用的技术方案为：框架体上矩阵式地分布有若干位于屏模组边角外侧的声音传感器，屏模组的显示屏上设有经超声波发生模块与主控模块连接的ITO激励换能机构，ITO激励换能机构表面上设有发声屏。本发明通过主控模块控制超声波发生模块运行，以通过ITO激励换能机构带动发声屏震动发声并向外传播超声波，通过各声音传感器接收超声回波并发送给主控模块，主控模基于时间差原理计算得出触点位置，实现了聚音屏的精准触控感应，且结构简单、发音效果好、音量大，利于产品薄型化设计。

Description

一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏

技术领域

本发明涉及聚音屏技术领域，更具体的涉及一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏。

背景技术

聚音屏是一种新型可震动发声的显示屏幕，可不借助于传统的扬声器或喇叭让屏幕震动而发声，是显示屏与音频技术的革新融合，具有极高的市场应用价值。

聚音屏的发声屏一般设置在显示屏的最外表面端，通过机械震动的方式进行发声。随着聚音屏应用范围的扩展，一些产品上的聚音屏还要求具有触控功能。目前，大多数具有触控功能的聚音屏，通常是直接在其发声屏的外表面端铺设触摸屏（或盖板），或者直接在触摸屏的盖板外表面端铺设发声屏，无论采用何种方式将二者结合，都会因发声屏的震动导致触摸屏的触点感应不准，触控定位不精确，影响用户触控操作。另外，触摸屏与发声屏的组合结构会在一定程度上限制发声屏震动发声的频率和幅度，严重降低了聚音屏的发声效果和声量，用户使用体验感差。

因此，需要对现有的触控显示聚音屏进行改进以克服上述问题。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于解决现有触控显示聚音屏的结构设计不合理，触点感应不准、触控定位不精确，影响用户触控操作，且聚音屏发声效果差、声量低，导致用户使用体验感差的技术不足，而提供一种无需借助触摸屏、而是利用超声回波反馈来实现触控感应的聚音屏。

为解决本发明所提出的技术不足，采用的技术方案为，一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，包括有框架体和设于所述框架体上的屏模组，其特征在于，所述的屏模组包括有：

显示屏，其上表面上设有ITO激励换能机构；

发声屏，设于所述ITO激励换能机构的表面；

主控模块，通过超声波发生模块与ITO激励换能机构电性连接，用于控制所述的超声波发生模块运行以向ITO激励换能机构发送高频脉冲信号，进而驱使发声屏震动发声并向外发射超声波；

框架体上还排列设有若干声音传感器，分别与所述的主控模块电性连接，矩阵式地分布于显示屏及发声屏的边角外侧，且其声波接收端皆向上伸至发声屏的水平面，用于从不同方向同时接收用户手指触及发声屏前被反射的超声回波，并将所述的超声回波转换为相应的电信号发送给主控模块；

主控模块根据接收到的所述电信号，基于时间差原理通过其内置算法计算得出用户手指的触摸位置。

进一步的，所述的ITO激励换能机构包括有：

玻璃基板，位于所述显示屏的上表面上；

两个ITO电介质层，分别设于所述玻璃基板与所述发声屏相对应的表面上；

若干绝缘隔离柱，矩阵式分布在两个所述ITO电介质层的主体之间；

电极体，电性连接于两个ITO电介质层的边缘之间；

超声激发线板，经ITO电介质层电性连接于所述电极体与所述的超声波发生模块之间，用于将超声波发生模块产生的高频脉冲信号经电极体输出到两ITO电介质层之间，从而改变两ITO电介质层之间的电磁场平衡以驱使发声屏震动发声并向外发射超声波。

进一步的，所述的超声波发生模块包括有：

DSP控制单元，经I2S通路与所述的主控模块通讯连接，在主控模块的控制下采集交流模拟信号并进行调制处理；

D类放大单元，与所述的DSP控制单元电性连接，用于接收调制处理后的交流模拟信号并进行放大处理；

滤波整型单元，电性连接于所述的D类放大单元与所述的超声激发线板之间，用于接收放大处理后的交流模拟信号并进行滤波、整型处理，而后向超声激发线板输出处理后形成的高频脉冲信号。

进一步的，所述框架体的边角上开设有若干用于容置并固定所述声音传感器的传感器固定槽，所述传感器固定槽的上端开口位置不超过声音传感器的声波接收端。

进一步的，所述的声音传感器分别通过超声回波线板与所述的主控模块电性连接。

进一步的，所述的发声屏为表面震动发声的UTG超薄玻璃。

本发明的有益效果在于：框架体上排列设有若干矩阵式分布于显示屏及发声屏的边角处的声音传感器，这些声音传感器可在X轴向和Y轴向上从不同位置点同时收集用户手指触及发声屏前被反射的超声回波，并将超声回波转换为相应的电信号发送给主控模块，主控模块分析、处理各声音传感器发送的电信号，并基于时间差原理通过主控模块内置的算法综合计算得出用户手指实际的触摸位置，从而实现发声屏的触点感应。相较于触摸屏与发声屏组合的现有聚音屏结构设计，本发明聚音屏依靠超声回波的反馈定位触点，在不直接按压发声屏的前提下就能实现精准的触控感应及定位，排除了发声屏震动对触点位置感应的不良影响，显著提高了聚音屏的触控定位精度，使得用户的触控操作更精准、高效，提高了用户体验。

另外，本发明主控模块控制超声波发生模块运行并通过ITO激励换能机构直接驱动发声屏震动发声，相较于现有在发声屏表面贴附触摸屏的结构设计，本发明聚音屏的发声屏其震动不受其他外部附件的限制与阻碍，且触控感应的实现无需手指直接点按，保证了本发明聚音屏震动发声的效果和声量，提高了用户使用体验感。

附图说明

图1为本发明聚音屏整体结构示意图；

图2为本发明聚音屏剖面结构示意图；

图3为本发明聚音屏电路原理框图；

图4为本发明超声波发生原理框图。

图中：1.框架体，11.传感器固定槽，2.屏模组， 3.声音传感器，31.超声回波线板，4.显示屏，5.ITO激励换能机构，51.玻璃基板，52. ITO电介质层，53.绝缘隔离柱，54.电极体，55. 超声激发线板，6.发声屏，7.超声波发生模块，71.DSP控制单元，72. D类放大单元，73. 滤波整型单元，8.主控模块。

具体实施方式

以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的技术方案作进一步地说明。

参照图1至图4所示，本发明一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，包括有框架体1和设于所述框架体1上的、用于图像显示、发声及触控感应的屏模组2和用于接收超声回波的声音传感器3。

具体的，所述的屏模组2包括有显示屏4、ITO激励换能机构5、发声屏6、超声波发生模块7和主控模块8。所述的ITO激励换能机构5设于所述显示屏4的上表面上，所述的发声屏6贴附在ITO激励换能机构5的上表面上，所述的超声波发生模块7和主控模块8皆设于框架体1内部，且主控模块8通过超声波发生模块7与ITO激励换能机构5电性连接。

具体的，所述的声音传感器3至少有四个，分别固定排列设于框架体1上，并矩阵式地分布在显示屏4及发声屏6的边角外侧。各声音传感器3分别与主控模块8电性连接，且各声音传感器3的上端的声波接收端皆向上伸至发声屏的水平面，保证各传感器能够在第一时间不受干扰地接收到发声屏6表面扩散的超声回波。

实际使用时，主控模块8控制超声波发生模块7的运行，以通过超声波发生模块7向ITO激励换能机构5输出高频脉冲信号，从而在ITO激励换能机构5的带动下驱使发声屏6震动发声并向外传递超声波。用户手指触及发声屏6表面前，超声波接触其手指端部后向发声屏6表面反射，形成向各方向四散的超声回波，从而被框架体1上矩阵式分布的各声音传感器3接收到。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：矩阵式分布在显示屏4和发声屏边角外侧的各声音传感器3可在X轴向和Y轴向上从不同位置点同时接收用户手指触及发声屏6前被反射的超声回波，并将超声回波转换为相应的电信号发送给主控模块8，主控模块8分析、处理各声音传感器3发送的电信号，并基于时间差原理通过主控模块8内置的算法综合计算得出用户手指实际的触摸位置，从而实现发声屏6的触点感应。相较于触摸屏与发声屏组合的现有结构设计，本发明依靠超声回波定位触点，在不直接按压发声屏6的前提下就能实现精准的触控感应，排除了发声屏6震动对触点位置感应的不良影响，显著提高了发声屏的触控定位精度，使得用户的触控操作更精准、高效，提高了用户体验。

另外，本发明主控模块8控制超声波发生模块7运行并通过ITO激励换能机构5直接驱动发声屏6震动发声，相较于现有贴附触摸屏的组合结构设计，本发明发声屏的震动不受其他外部附件的限制与阻碍，且触控感应的实现无需手指直接点按，保证了发声屏6震动发声的效果和声量，提高了用户使用体验感。

进一步的，参照图2至图3所示，本发明的ITO激励换能机构5包括有覆于显示屏4上的玻璃基板51、两个分别设于所述玻璃基板51与发声屏6相对应的表面上的ITO电介质层52、若干矩阵式分布在两个ITO电介质层52相对应的主体表面之间的、用于将两电介质层绝缘隔离的绝缘隔离柱53，电性连接在两个ITO电介质层52相对应的表面四边之间的电极体54，以及经ITO电介质层52电性连接于所述电极体54与所述超声波发生模块7之间的超声激发线板55。

使用时，主控模块8控制超声波发生模块7运行，以通过所述的超声激发线板55和电极体54向两个ITO电介质层52输出高频脉冲信号，从而改变两ITO电介质层52之间的电场平衡以驱使发声屏6震动发声并向外发射超声波。

本发明的ITO激励换能机构5以玻璃基板51和发声屏6相对应的表面为载体铺设ITO电介质层52，并通过设于两电介质层相对应的主体之间的绝缘隔离柱53进行绝缘隔离，同时通过电极体54将两电介质层电性连接，使得发声屏6主体部分以类似“悬浮”的状态浮动式地处于玻璃基板51的上方，四边部分则通过电极体54经两层ITO电介质层52与玻璃基板51连接。非震动发声状态下，两ITO电介质层52之间的电荷平衡，电场处于稳定状态，使用时超声波发生模块7经超声激发线板55和各电极体54向两ITO电介质层52输出高频脉冲信号，打破了两电介质层之间的电荷平衡，从而使两电介质层之间的电场发生交替变化，进而驱使“悬浮”状态的发声屏6震动发声并向外发射超声波。

现有触摸屏结合发声屏的结构设计，必须在发声屏与触摸屏之间设置激励器才能实现发声屏的震动发声控制，其结构相对较复杂，屏整体厚度较大，且激励器只能设于发声屏的侧边处，对发声屏震动发声的驱动效果不佳。而本发明通过两电介质层和两电介质层之间的绝缘隔离柱53和电极体54将发声屏6贴合到玻璃基板51上，以ITO激励换能机构5取代触摸屏结构，实现对发声屏6震动发声控制的同时还能通过发声屏6向外传播超声波，起到了传统发声屏激励器的震动发声控制作用，并且利用四周矩阵式的声音传感器3来接收超声回波，使得本发明发声屏整体结构更加简单，而且全贴合的结构设计缩小了发声屏6与玻璃基板51之间的间隙，提高了本发明屏整体的贴合度，缩小了屏整体的厚度，有利于产品的轻薄化设计。另外，本发明由全贴合的ITO激励换能机构5驱动发声屏6震动发声，相较于侧边驱动的激励器结构设计，对发声屏6的驱动效率更高、效果更好，显著提高了本发明发声屏6发声的效果和发声音量，提高了用户使用体验。

进一步的，参照图3及图4所示，本发明的超声波发生模块7包括有经I2S通路与所述主控模块8通讯连接的DSP控制单元71、与所述DSP控制单元71电性连接的D类放大单元72、以及电性连接于所述D类放大单元72与所述超声激发线板55之间的滤波整型单元73。

本发明超声波发生模块7通过DSP控制单元71与主控模块8进行数据通讯，在主控模块8的控制下， DSP控制单元71采集交流模拟信号并对其进行DRC增益处理、EQ均衡处理、Modulation调谐处理及Filter滤波处理后，向D类放大单元72输出调制处理后的交流模拟信号，再由D类放大单元72继续对调制处理后的交流模拟信号进行放大处理并输出给滤波整型单元73，最后再由滤波整型单元73对放大处理后的交流模拟信号进行滤波、整型处理后输出高频脉冲信号，高频脉冲信号经超声激发线板55传输给ITO激励换能机构5以驱使发声屏6震动并向外发射超声波。

本发明的超声波发生模块7可在主控模块8的控制下将低频的交流模拟信号转换成高频的脉冲信号，进而驱使ITO激励换能机构5带动发声屏6震动并向外发射超声波，用户手指触及发声屏6表面前，超声波被用户指尖阻挡后向发声屏6表面四周反射并扩散，形成可被各声音传感器3接收到的超声回波。由于用户手指所触位置与各声音传感器3的相对位置不同，导致各声音传感器3接收到的手指反射的超声回波存在时间差，主控模块8在产生的时间差基础上结合其内置算法就可以计算得出用户手指实际要触及的触点位置，从而实现发声屏的触点感应。

进一步的，参照图1及图2所示，本发明的框架体1各边角上矩阵式地均布有若干用于容置并固定各声音传感器3的传感器固定槽11，所述各传感器固定槽11的上端开口位置皆不超过声音传感器3上端的的声波接收端，避免传感器固定槽11的上端因开口因超过声音传感器而形成干扰声波接收的壁面。

本发明通过各传感器固定槽11将各声波传感器5矩阵式地分布在框架体1的边角上，使得各声音传感器能够以矩阵式均布的方式在显示屏4及发声屏6外围构建形成超声回波接收矩阵，从而实现对用户手指触点的精准定位，且传感器固定槽11的上端开口位置不超过声音传感器3的声波接收端，不会对接收超声回波造成干扰，保证了本发明声音传感器对超声回波的接收效果和触点感应的准确性。

进一步的，参照图2及图3所示，本发明各声音传感器3分别通过超声回波线板31与所述的主控模块8电性连接，减少了屏整体的布线数量，提高了发声屏整体的集成度。

进一步的，本发明的发声屏6为表面震动发声的UTG超薄玻璃。UTG超薄玻璃即是指厚度在0.1毫米至1.2毫米之间的玻璃面板，可实现适度弯曲或折叠，柔韧性好，具有极佳的表面震动发声效果。而且，相较于现有采用PET材料制造的发声屏，本发明以UTG超薄玻璃替代PET材料，显著提高了发声屏6的硬度，更耐磨，避免了长期使用中表面被刮花的问题，提高了使用寿命。另外，本发明UTG超薄玻璃材质的发声屏6厚度更小，能够显著降低发声屏整体的厚度，有利于产品的轻薄化设计。

上述实施例仅仅为了表述清楚本发明的技术方案，并不是对本发明的实施方式的限定。在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，包括有框架体和设于所述框架体上的屏模组，其特征在于，所述的屏模组包括有：

显示屏，其上表面上设有ITO激励换能机构；

发声屏，设于所述ITO激励换能机构的表面；

主控模块，通过超声波发生模块与ITO激励换能机构电性连接，用于控制所述的超声波发生模块运行以向ITO激励换能机构发送高频脉冲信号，进而驱使发声屏震动发声并向外发射超声波；

框架体上还排列设有若干声音传感器，分别与所述的主控模块电性连接，矩阵式地分布于显示屏及发声屏的边角外侧，且其声波接收端皆向上伸至发声屏的水平面，用于从不同方向同时接收用户手指触及发声屏前被反射的超声回波，并将所述的超声回波转换为相应的电信号发送给主控模块；

主控模块根据接收到的所述电信号，基于时间差原理通过其内置算法计算得出用户手指的触摸位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，其特征在于，所述的ITO激励换能机构包括有：

玻璃基板，位于所述显示屏的上表面上；

两个ITO电介质层，分别设于所述玻璃基板与所述发声屏相对应的表面上；

若干绝缘隔离柱，矩阵式分布在两个所述ITO电介质层的主体之间；

电极体，电性连接于两个ITO电介质层的边缘之间；

超声激发线板，经ITO电介质层电性连接于所述电极体与所述的超声波发生模块之间，用于将超声波发生模块产生的高频脉冲信号经电极体输出到两ITO电介质层之间，从而改变两ITO电介质层之间的电磁场平衡以驱使发声屏震动发声并向外发射超声波。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，其特征在于，所述的超声波发生模块包括有：

DSP控制单元，经I2S通路与所述的主控模块通讯连接，在主控模块的控制下采集交流模拟信号并进行调制处理；

D类放大单元，与所述的DSP控制单元电性连接，用于接收调制处理后的交流模拟信号并进行放大处理；

滤波整型单元，电性连接于所述的D类放大单元与所述的超声激发线板之间，用于接收放大处理后的交流模拟信号并进行滤波、整型处理，而后向超声激发线板输出处理后形成的高频脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，其特征在于，所述框架体的边角上开设有若干用于容置并固定所述声音传感器的传感器固定槽，所述传感器固定槽的上端开口位置不超过声音传感器的声波接收端。

5.根据权利要求1所述的一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，其特征在于，所述的声音传感器分别通过超声回波线板与所述的主控模块电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于超声回波反馈的触控感应聚音屏，其特征在于，所述的发声屏为表面震动发声的UTG超薄玻璃。

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