CN201311630Y - 高性能表面声波触摸屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高性能表面声波触摸屏，包括发射电路、接收电路、发射换能器、接收换能器、发射条纹阵列和接收条纹阵列，其中，发射电路发射控制信号频率位于2.56MHz－3.89MHz，发射换能器和接收换能器基准谐振频率位于2.56MHz－3.89MHz，接收电路谐振频率位于2.56MHz－3.89MHz，发射条纹阵列和接收条纹阵列工作频率位于2.56MHz－3.89MHz。采用本实用新型的声波触摸屏具有抗干扰能力强、更稳定、屏体尺寸能做得更大。

Description

高性能表面声波触摸屏

技术领域

本实用新型涉及一种表面声波触摸屏技术，尤其涉及一种高性能表面声波触摸屏。

背景技术

当前触摸屏主要有表面声波、红外、电阻、电容等类型。表面声波触摸屏具分辨率高、响应时间短、稳定性很好、防暴性好、透光性好等特点；红外屏触摸屏分辨率一般、响应时间长、稳定性一般、防暴性好、透光性好、容易被光干扰等特点；电阻触摸屏具分辨率高、响应时间短、稳定性好、透光性差、防暴性差等特点；电容触摸屏具分辨率高、响应时间短、稳定性一般、透光性一般、防暴性较好、定位坐标容易漂移等特点。综上所述，表面声波触摸屏由于其具有性能指标高、稳定可靠、环境适应强等优点，是几种主流触摸屏中最具使用价值的触摸屏。

现有表面声波触摸屏一般由至少2个发射换能器(或发射基片，导向条纹)、至少2个接收换能器(或接收基片，导向条纹)、至少2组发射条纹阵列、至少2组接收条纹阵列组成围合区域，其中换能器按规则设置在屏体角或边上，屏体四个周边刻有45度或135度由疏到密间隔精密的至少4组反射条纹阵列。声波触摸屏控制器通过发射电路向每个发射换能器发送驱动信号，产生表面声波，表面声波通过反射阵列基本均匀分布于整个触摸屏体触摸区域内，接收电路通过接收换能器获得接收信号，控制处理电路分析接收信号确定触摸坐标。当前表面声波触摸屏表面声波频率为5.54MHZ。

表面声波触摸屏使用了表面声波技术，表面声波在传输介质(玻璃基板等，以及反射条纹)中具较大衰减性，因此屏体尺寸做大存在较大困难。为此产生了声波级连专利技术，专利号：02221458.5，专利名称：通过触摸区域级联增大有效触摸区的表面声波触摸屏。此专利通过屏体物理分区实现屏体做大，这种分区存在各区之间具触摸盲区的缺点，而这种盲区往往处于屏体中部等主要被触摸地带，因此限制了此方式触摸屏在一些场合的应用。

常规表面声波触摸屏因为发射换能器输出表面声波总能量本身有限及传输介质衰减的原因，使接收换能器接收到的信号过弱、噪声过大，很难通过信号处理来提高触摸的稳定性，产生触摸断线、乱跳等现象。从而限制了表面声波屏的一些应用和推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有表面声波触摸屏存在的上述问题，提供一种高性能表面声波触摸屏，本实用新型能提高屏体表面声波能量利用率，有利于表面声波能量分布在更大的触摸区域内，实现有效的触摸检测；提高了表面声波传输距离更远，从而实现表面声波触摸屏屏体尺寸增大的需求，并且提高了性能而能够不增加触摸响应时间；提高了接收电路接收到的信号强度，能提高从发射电路到接收电路的信噪比，提高触摸识别的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高性能表面声波触摸屏，包括发射电路、接收电路、发射换能器、接收换能器、发射条纹阵列和接收条纹阵列，其特征在于：所述发射电路发射控制信号频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，发射换能器和接收换能器基准谐振频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，接收电路谐振频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，发射条纹阵列和接收条纹阵列工作频率位于2.56MHZ-3.89MHZ。

所述发射电路发射控制信号频率、发射换能器基准谐振频率、接收换能器基准谐振频率、接收电路谐振频率、发射条纹阵列和接收条纹阵列的工作频率相同，为3.49MHZ-3.89MHZ。

所述发射电路发射控制信号频率、发射换能器基准谐振频率、接收换能器基准谐振频率、接收电路谐振频率、发射条纹阵列和接收条纹阵列的工作频率相同，为2.96MHZ-3.36MHZ。

所述发射电路发射控制信号频率、发射换能器基准谐振频率、接收换能器基准谐振频率、接收电路谐振频率、发射条纹阵列和接收条纹阵列的工作频率相同，为2.56MHZ-2.96MHZ。

采用本实用新型的有益效果在于：

一、与现有表面声波触摸屏相比，提高屏体表面声波能量利用率，有利于表面声波能量分布在更大的触摸区域内，实现有效的触摸检测。

二、与现有表面声波触摸屏相比，提高了接收电路接收到的信号强度，提高了从发射电路到接收电路的信噪比，显著提高了触摸识别的可靠性。

三、与现有表面声波触摸屏相比，能够使声表面波传输距离更远，从而实现表面声波触摸屏屏体尺寸增大的需求。

四、与现有表面声波触摸屏相比，只需要调整相应部件的参数，以不增加成本的方式实现表面声波触摸屏更稳定、可靠。

五、与现有表面声波触摸屏相比，提高了性能而能够不增加触摸响应时间。

六、与现有表面声波触摸屏相比，本实用新型不仅能实现屏体做大，并且在触摸区域不会存在触摸盲区，应用范围更广。

七、与现有表面声波触摸屏相比，本实用新型由于提高了接收电路接收到的信号强度，提高了从发射电路到接收电路的信噪比，保证了触摸屏的稳定性，不会产生触摸断线、乱跳等现象。

八、本实用新型中，26-32英寸的表面声波屏体，最佳选用表面声波频率f为3.49MHZ-3.89MHZ；37-40英寸的表面声波屏体，最佳选用表面声波频率f为2.96MHZ-3.36MHZ；42-46英寸的表面声波屏体，最佳选用表面声波频率f为2.56MHZ-2.96MHZ。可根据不同大小的屏体，对其频率进行调整，达到提高表面声波触摸屏性能的目的。

附图说明

图1为本实用新型原理结构框示意图

具体实施方式

实施例1

一种高性能表面声波触摸屏，包括发射电路、接收电路、发射换能器、接收换能器、发射条纹阵列和接收条纹阵列，其中，发射电路发射控制信号频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，发射换能器和接收换能器基准谐振频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，接收电路谐振频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，发射条纹阵列和接收条纹阵列工作频率位于2.56MHZ-3.89MHZ。

本实用新型中，发射电路发射控制信号频率、发射换能器基准谐振频率、接收换能器基准谐振频率、接收电路谐振频率、发射条纹阵列和接收条纹阵列的工作频率相同。发射电路包括发射控制电路、功率驱动电路、变压器1、阻抗匹配电路；接收电路包括前置放大电路、AGC放大电路、整形滤波电路和A/D转换电路。

在表面声波触摸屏中，表面声波通过发射反射条纹时既有反射波、透射波、折射波，还有衍射波。反射波是声波触摸屏必须的分量波，透射波是下一根反射条纹的输入波，衍射波也是下一根反射条纹的输入波，折射波不是声波触摸屏需要的分量波，应尽量减少及限制。也就是除靠近发射换能器的第一根反射条纹输入波是发射换能器外，其他发射反射条纹的输入波是由上一根发射条纹的透射波分量和衍射波分量之和，依次通过反射条纹传递；由于声波触摸屏单一轴向反射条纹数量较大，如几十至千根以上，为保证所在轴向单位长度反射能量的基本均匀性，反射条纹的表面声波透射波分量和衍射波分量之和远大于反射波分量，其中衍射波分量是必需的比例较大分量。根据惠更斯原理产生衍射的必要条件，应用到表面声波触摸屏，作为障碍物的反射条纹不能高于表面声波波长；根据反射条纹的表面声波透射波分量和衍射波分量之和远大于反射分量的需求，反射条纹高度应比表面声波波长小得多。同理设计接收反射条纹。

在表面声波触摸屏中，除了反射条纹对表面声波的反射、透射、折射、衍射等外，还包括传输介质如玻璃对发射换能器输出的表面声波的较大衰减。为提高触摸屏性能，降低传输介质的衰减是改善途径。

表面声波波长越大，在同样传输介质中单位长度衰减越小。这样在发射换能器输出能量不变情况下，当整个屏体单位面积能量分布需求不变时，表面声波传输距离更远，从而可实现声波触摸屏体尺寸更大；当触摸屏体尺寸不变时，通过改变反射条纹反射系数，屏体单位面积能获得更大有效能量，从而接收换能器获得更大有效信号，提高信噪比。

表面声波波速v和频率f、波长λ关系为：v＝λ*f。波速v大小取决于传输介质的性质，而典型声表面波触摸屏基本均采用玻璃等同样性质材料，则波速是相对衡定的。在波速v衡定即屏体材料确定时，表面声波波长λ与频率f成反比。因此可以通过降低表面声波频率来提高触摸屏性能。

在玻璃传输介质中，频率3.69±0.2MHZ时，波长0.7mm-0.9mm，为合理分配反射条纹反射波分量和透射波分量、衍射波分量，反射条纹高度约30um-60um；频率3.16±0.2MHZ时，波长0.9mm-1.1mm，为合理分配反射条纹反射波分量和透射波分量、衍射波分量，反射条纹高度约50um-80um；频率2.56±0.2MHZ，波长1.1mm-1.3mm时，为合理分配反射条纹反射波分量和透射波分量、衍射波分量，反射条纹高度约70um-100um。

在玻璃传输介质中，如果频率低于2.56MHZ，相应波长要求反射条纹高度大于约100um。在声波触摸屏应用中，反射条纹过高加工难度加大；即使能加工完成，在实际生产、使用过程中容易受外力损伤及脱落。不利于开发出的产品生产、运输和安装使用。因此使用玻璃传输介质时，频率不宜低2.56MHZ。

表面声波具有散射特性，其散射角θ(θ值不会太大)和波λ长关系为正比关系：sinθ＝ρ*λ。即表面声波频率f越小，波长λ越长，散射角θ就会越大。因此表面声波频率不能过低。

实施例2

本实用新型中，控制处理电路和发射控制电路分频和控制，使发射电路发射控制信号频率位于2.56MHZ，选用基准谐振频率为2.56MHZ的发射换能器和接收换能器，使接收电路谐振频率位于2.56MHZ，调整发射条纹阵列和接收条纹阵列的条纹疏密和条纹高度，使发射条纹阵列和接收条纹阵列工作频率位于2.56MHZ。

实施例3

本实用新型中，控制处理电路和发射控制电路分频和控制，使发射电路发射控制信号频率位于3.89MHZ，选用基准谐振频率为3.89MHZ的发射换能器和接收换能器，使接收电路谐振频率位于3.89MHZ，调整发射条纹阵列和接收条纹阵列的条纹疏密和条纹高度，使发射条纹阵列和接收条纹阵列工作频率位于3.89MHZ。

实施例4

基于表面声波频率f大小与传输衰减、散射角θ以及传输距离关系，针对26-32英寸的表面声波屏体，最佳选用表面声波频率f＝3.69±0.2MHZ，即表面声波频率位于3.49-3.89MHZ之间。

XT1为发射换能器，XT2为接收换能器，f1为发射控制电路输出信号频率，f2为变压器输入选频电路选频频率，f3为发射换能器XT1基准谐振频率，f4为接收换能器XT2基准谐振频率，f5为接收电路中的前置放大电路选频频率，f6为接收电路中的中放电路选频频率。

以水平X轴为例说明原理过程。本电路中系统时钟选择典型频率22.1184MHZ，通过控制处理电路和发射电路6分频和控制产生频率f1＝3.69MHZ的发射控制信号，发射控制信号经过功率驱动电路和变压器1产生驱动发射换能器XT1的功率驱动信号。变压器1确定后即L1确定，f2为L1、C1电路的谐振频率，f2的值等于f1(即3.69MHZ)，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C1的值。通过变压器电路得到的功率驱动信号频率f3＝f1＝f2＝3.69MHZ，选用基准谐振频率等于f3的发射换能器XT1。发射换能器XT1将频率为f3＝3.69MHZ的电信号转换为频率为f3＝3.69MHZ的表面声波信号，调整发射反射阵列和接收反射阵列的条纹疏密和条纹高度等，以使发射换能器输出的表面声波能量基本均匀分布于触摸屏体所需触摸区域。选用基准谐振频率f4等于发射换能器基准谐振频率f3的接收换能器，接收换能器XT2接收到的信号经过接收变压器(变压器2)藕合电路至前置放大电路，接收变压器确定后即L2确定，f5为L2、C2电路的谐振频率，f5的值等于f3(即3.69MHZ)，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C2的值。前置放大电路输出信号经过AGC放大电路放大后，再经过变压器3选频藕合电路至整形滤波电路，变压器藕合选频电路选频频率f6等于f5(即3.69MHZ)，变压器3确定后L3确定，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C3的值。整形滤波电路输出信号经过A/D转换电路得到表面声波触摸便于控制处理电路处理的数字信号。此数字信号经过控制处理电路计算处理可以确定X轴的触摸坐标。

同理可以定位确定Y轴的触摸坐标。然后控制处理电路综合计算后通过通讯电路将触摸坐标发送至计算机主机。

实施例5

基于表面声波频率f大小与传输衰减、散射角θ以及传输距离关系，针对37-40英寸的表面声波屏体，最佳选用表面声波频率f＝3.16±0.2MHZ，即表面声波频率位于2.96-3.36MHZ之间。

XT1为发射换能器，XT2为接收换能器，f1为发射控制电路输出信号频率，f2为变压器输入选频电路选频频率，f3为发射换能器XT1基准谐振频率，f4为接收换能器XT2基准谐振频率，f5为接收电路中的前置放大电路选频频率，f6为接收电路中的中放电路选频频率。

以水平X轴为例说明原理采用本实用新型的声波触摸屏工作过程。本实用新型电路中系统时钟选择典型频率22.1184MHZ，通过控制处理电路和发射电路7分频和控制产生频率f1＝3.16MHZ的发射控制信号，发射控制信号经过功率驱动电路和变压器1产生驱动发射换能器XT1的功率驱动信号。变压器1确定后即L1确定，f2为L1、C1电路的谐振频率，f2的值等于f1(即3.16MHZ)，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C1的值。通过变压器电路得到的功率驱动信号频率f3＝f1＝f2＝3.16MHZ，选用基准谐振频率等于f3的发射换能器XT1。发射换能器XT1将频率为f3＝3.16MHZ的电信号转换为频率为f3＝3.16MHZ的表面声波信号，调整发射反射阵列和接收反射阵列的条纹疏密和条纹高度等，以使发射换能器输出的表面声波能量基本均匀分布于触摸屏体所需触摸区域。选用基准谐振频率f4等于发射换能器基准谐振频率f3的接收换能器，接收换能器XT2接收到的信号经过接收变压器(变压器2)藕合电路至前置放大电路，接收变压器确定后即L2确定，f5为L2、C2电路的谐振频率，f5的值等于f3(即3.16MHZ)，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C2的值。前置放大电路输出信号经过AGC放大电路放大后，再经过变压器3选频藕合电路至整形滤波电路，变压器藕合选频电路选频频率f6等于f5(即3.16MHZ)，变压器3确定后L3确定，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C3的值。整形滤波电路输出信号经过A/D转换电路得到表面声波触摸便于控制处理电路处理的数字信号。此数字信号经过控制处理电路计算处理可以确定X轴的触摸坐标。

同理可以定位确定Y轴的触摸坐标。然后控制处理电路综合计算后通过通讯电路将触摸坐标发送至计算机主机。

实施例6

基于表面声波频率f大小与传输衰减、散射角θ以及传输距离关系，针对42-46英寸的表面声波屏体，最佳选用表面声波频率f＝2.76±0.2MHZ，即表面声波频率位于2.56-2.96MHZ之间。

XT1为发射换能器，XT2为接收换能器，f1为发射控制电路输出信号频率，f2为变压器输入选频电路选频频率，f3为发射换能器XT1基准谐振频率，f4为接收换能器XT2基准谐振频率，f5为接收电路中的前置放大电路选频频率，f6为接收电路中的中放电路选频频率。

以水平X轴为例说明原理过程。本电路中系统时钟选择典型频率22.1184MHZ，通过控制处理电路和发射电路8分频和控制产生频率f1＝2.76MHZ的发射控制信号，发射控制信号经过功率驱动电路和变压器1产生驱动发射换能器XT1的功率驱动信号。变压器1确定后即L1确定，f2为L1、C1电路的谐振频率，f2的值等于f1(即2.76MHZ)，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C1的值。通过变压器电路得到的功率驱动信号频率f3＝f1＝f2＝2.76MHZ，选用基准谐振频率等于f3的发射换能器XT1。发射换能器XT1将频率为f3＝2.76MHZ的电信号转换为频率为f3＝2.76MHZ的表面声波信号，调整发射反射阵列和接收反射阵列的条纹疏密和条纹高度等，以使发射换能器输出的表面声波能量基本均匀分布于触摸屏体所需触摸区域。选用基准谐振频率f4等于发射换能器基准谐振频率f3的接收换能器，接收换能器XT2接收到的信号经过接收变压器(变压器2)藕合电路至前置放大电路，接收变压器确定后即L2确定，f5为L2、C2电路的谐振频率，f5的值等于f3(即2.76MHZ)，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C2的值。前置放大电路输出信号经过AGC放大电路放大后，再经过变压器3选频藕合电路至整形滤波电路，变压器藕合选频电路选频频率f6等于f5(即2.76MHZ)，变压器3确定后L3确定，这样通过公式 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$ 可以计算出电容C3的值。整形滤波电路输出信号经过A/D转换电路得到表面声波触摸便于控制处理电路处理的数字信号。此数字信号经过控制处理电路计算处理可以确定X轴的触摸坐标。

同理可以定位确定Y轴的触摸坐标。然后控制处理电路综合计算后通过通讯电路将触摸坐标发送至计算机主机。

显然，本领域的普通技术人员根据所掌握的技术知识和惯用手段，根据以上所述内容，还可以作出不脱离本实用新型基本技术思想的多种形式，这些形式上的变换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种高性能表面声波触摸屏，包括发射电路、接收电路、发射换能器、接收换能器、发射条纹阵列和接收条纹阵列，其特征在于：所述发射电路发射控制信号频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，发射换能器和接收换能器基准谐振频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，接收电路谐振频率位于2.56MHZ-3.89MHZ，发射条纹阵列和接收条纹阵列工作频率位于2.56MHZ-3.89MHZ。

2、根据权利要求1所述的高性能表面声波触摸屏，其特征在于：所述发射电路发射控制信号频率、发射换能器基准谐振频率、接收换能器基准谐振频率、接收电路谐振频率、发射条纹阵列和接收条纹阵列的工作频率相同，为3.49MHZ-3.89MHZ。

3、根据权利要求1所述的高性能表面声波触摸屏，其特征在于：所述发射电路发射控制信号频率、发射换能器基准谐振频率、接收换能器基准谐振频率、接收电路谐振频率、发射条纹阵列和接收条纹阵列的工作频率相同，为2.96MHZ-3.36MHZ。

4、根据权利要求1所述的高性能表面声波触摸屏，其特征在于：所述发射电路发射控制信号频率、发射换能器基准谐振频率、接收换能器基准谐振频率、接收电路谐振频率、发射条纹阵列和接收条纹阵列的工作频率相同，为2.56MHZ-2.96MHZ。

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