CN116263631A - 一种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及应用该换能器的触摸屏，声表面波换能器，其声学折射元件采用矩形座代替传统的楔形座；同时采用压电晶片阵列替换原本的单一压电晶片；一种应用该换能器的触摸屏，所述声表面波触摸屏除了包括上述声表面波换能器外，还包括电路控制系统、触摸基板及分布在其上的精密反射条纹；本发明结构简单且能有效提升声表面波触摸屏的研发生产效率。
Description
技术领域
本发本发明涉及声表面波换能器领域，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基板表面传播的物理特性，实现触摸位置检测和定位的一种装置。声表面波触摸屏不受温度、湿度等环境因素的影响，分辨率极高，有良好的防刮性，寿命长(5000万次无故障)，没有漂移，只需安装时一次校准，同时有垂直轴(即压力轴)的响应，广泛应用于各行各业。
现有的声表面波触摸屏包括基板、发射换能器、接收换能器及四周45°倾斜由疏到密精密分布的反射条纹阵列。其中，声表面波发射/接收换能器由压电晶片和楔形座组成(如图1所示)。以X轴为例，控制电路产生发射信号，施加在X轴发射换能器压电晶片上，使其产生沿厚度方向振动的声波，并经楔形座折射产生沿基板表面传播的声波分量。该表面声波在传播过程中遇到45°倾斜的反射条纹会发生反射，产生与入射波成90°的分量。当该分量继续传播遇到另一边45°倾斜的反射条纹后，会再次发生反射，产生与发射方向相反的分量，并最终传播至X轴接收换能器。X轴接收换能器将接收到的声波信号转换成电信号。在对基板施加触摸动作时，手指会吸收部分声波能量，接收到的电信号会产生相应的衰减。经程序分析接收电信号的衰减情况，即可判断出X轴方向上触摸点的坐标。同理可以判断Y轴方向上触摸点的坐标，从而触摸点的位置就被唯一确定下来。
在换能器及触摸屏制作过程中，会涉及到声波折射元件与压电晶片与和触摸基板之间的粘接工艺。而目前声表面波触摸屏上采用的发射/接收换能器均为楔形换能器，也就是说其声波折射元件为楔形座。相较于平面粘接，针对楔形座的斜面粘接，工艺难度会增加，这势必会降低其生产效率和良品率；同时，楔形座的角度并非任意选取，它与声学折射元件和触摸基板的声学特性相关，一旦根据应用场景更换声学折射元件及触摸基板的材质时，则需重新调整楔形座的设计，这就会造成额外的研发及生产投入。为解决以上问题，本发明提出一种适用于触摸屏应用的声表面波换能器。
发明内容
本发明提供一种能够有效提升声表面波触摸屏研发生产效率的声表面波换能器，用来解决传统声表面波触摸屏中声表面波换能器在研发、制造生产过程中存在的设计及工艺问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种声表面波换能器，其声学折射元件采用矩形座代替传统的楔形座；同时采用压电晶片阵列替换原本的单一压电晶片。
采取以上技术方案的有益效果：所述声学折射元件为矩形六面体，能与所述压电晶片及触摸基板之间实现平面粘接，在粘接剂(一般为环氧树脂)固化过程中，施加垂直于触摸基板的平面应力即可。该方式操作方便，与大部分产线工艺兼容，能够实现快速生产；同时，即使更换了声学折射元件与触摸基板的材质，依然可以使用所述换能器，而无需任何结构上的设计调整。
进一步，所述压电晶片阵列采用阵元逐一粘接或者先粘接单一晶片再切割划分获得，其切割方式(阵元等间距或不等间距)应与具体的相控方式相匹配。在声波发射端和接收端，阵元的数量、尺寸及分布方式即可以完全相同也可以不尽相同；
进一步，在声波发射端，所述由压电晶片阵列纵向振动产生的声波经所述矩形声学折射元件进入触摸基板的入射角度可以由电路控制各阵元之间的信号延时实现0到90°之间任意调节，具体的延时方式应与阵元的分布情况对应；
进一步，在声波接收端，所述压电晶片阵元均会接收到声波。对各阵元的接收电压信号求和，为了获得最大的信号输出，应根据阵元的分布情况对各阵元施加相应的延时。
采取以上步骤的有益效果:即使所述矩形座和触摸基板的材质有所变化，也不用更换换能器的设计，本发明结构简单且能有效提升声表面波触摸屏的研发生产效率。
基于上述一种声表面波换能器，本发明还提供一种应用该换能器的触摸屏。
所述声表面波触摸屏除了包括上述声表面波换能器外，还包括电路控制系统、触摸基板及分布在其上的精密反射条纹，所述电路控制系统系统实现发射信号的产生、接收信号的采集以及信号的处理等功能，所述精密反射条纹根据所述触摸基板的材质合理地选择丝印、激光雕刻、化学腐蚀等制造工艺。
附图说明
图1为传统声表面波触摸屏换能器结构示意图；
图2为本发明一种声表面波换能器的结构示意图。
图3为本发明一种声表面波换能器的一种实施方式。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图3所示，一种声表面波换能器，采用矩形座代替传统的楔形座；同时采用压电晶片阵列替换原本的单一压电晶片。本实施案例中，阵元的数量为5，分别为1号阵元、2号阵元、3号阵元、4号阵元、5号阵元，全部阵元尺寸相等，且中心间距为d，并在外加应力的作用下采用环氧树脂胶将其与声学折射元件粘接在一起。待固化后，进一步将该换能器采取同样的工艺粘接在触摸基板之上。
假设声学折射元件的纵波波速为CL，触摸基板的声表面波波速为CS，则压电阵列产生的声波经声学折射元件进入触摸基板的入射角应为α＝arcsin(CL/Cs)，则相邻阵元之间的延时t0＝d˙cosα/CL。
在发射端，假设施加在3号阵元上的激励电压信号为VT(t),1号阵元、2号阵元、4号阵元、5号阵元的激励电压信号通过延时电路，分别为VT(t+2t0)、VT(t+t0)、VT(t-t0)、VT(t-2t0)，则可实现压电晶片阵列产生的声波经声学折射元件按合理的入射角α进入触摸基板之中，并有效激发出触摸基板中的声表面波。
在接收端，假设1号阵元、2号阵元、3号阵元、4号阵元、5号阵元上的接收电压信号分别为VR1(t)、VR2(t)、VR3(t)、VR4(t)、VR5(t),为了获得最大的接收响应VR_max(t),接收电压信号通过延时电路，会有VR_max(t)＝VR1(t+2t0)+VR2(t+t0)+VR3(t)+VR4(t-t0)+VR5(t-2t0)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)
1.一种声表面波换能器，其特征在于，其声学折射元件采用矩形座代替传统的楔形座；同时采用压电晶片阵列替换原本的单一压电晶片。
2.根据权利要求1所述的一种声表面波换能器，其特征在于，所述压电晶片阵列采用阵元逐一粘接或者先粘接单一晶片再切割划分获得，其切割方式(阵元等间距或不等间距)应与具体的相控方式相匹配。
3.根据权利要求1所述的一种声表面波换能器，其特征在于，在声波发射端和接收端，阵元的数量、尺寸及分布方式既可以完全相同也可以不尽相同。
4.根据权利要求1所述的一种声表面波换能器，其特征在于，在声波发射端，所述由压电晶片阵列纵向振动产生的声波经所述矩形声学折射元件进入触摸基板的入射角度可以由电路控制各阵元之间的信号延时实现0到90°之间任意调节，具体的延时方式应与阵元的分布情况对应。
5.根据权利要求1所述的一种声表面波换能器，其特征在于，在声波接收端，所述压电晶片阵元均会接收到声波；对各阵元的接收电压信号求和，为了获得最大的信号输出，应根据阵元的分布情况对各阵元施加相应的延时。
6.一种应用该换能器的触摸屏，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的触摸屏。
7.一种应用该换能器的触摸屏，其特征在于，包括换能器、电路控制系统、触摸基板及分布在其上的精密反射条纹。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的一种应用该换能器的触摸屏，其特征在于，所述电路控制系统系统实现发射信号的产生、接收信号的采集以及信号的处理等功能。
9.根据根据权利要求6或权利要求7所述的一种应用该换能器的触摸屏，其特征在于，所述精密反射条纹根据所述触摸基板的材质合理地选择丝印、激光雕刻、化学腐蚀等制造工艺。
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