[發明專利]邊角多點分布的感知位置、力和加速度的壓電式觸摸屏

有效

• 申請號: 201110274076.X
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102339164A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 褚祥誠;劉佳燚
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于壓電觸摸屏技術領域，特別涉及到一種邊角多點分布的感知位置、力和加速度的壓電式觸摸屏。

背景技術

觸摸屏技術是繼鍵盤、鼠標技術后，新發展出的一種人機交互式在線輸入技術，近幾年已廣泛地應用于日常生活中，比如手機、筆記本電腦、MP4及各類自動服務終端機。相對于傳統的輸入方式，觸摸屏技術擁有設備更為輕便便攜、輸入方式更加人性化等諸多優點。現在使用較為廣泛的觸摸屏按工作原理主要可以分為四種：電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式，其中電阻式與電容式的觸摸屏應用最為廣泛。

電阻式觸摸屏的工作原理為：一種多層的復合薄膜，由一層玻璃作為基層，表面涂有一層ITO透明導電層，上面蓋有一層光滑防刮的塑料層，作為保護層，在保護層的內表面涂有一層導電層。在兩層導電層之間有許多細小的透明隔離點絕緣，并在兩層ITO工作面的邊線上各涂有一條銀膠，一端加電壓，另一端接地，從而在工作面的一個方向上形成均勻連續的平行電壓分布.當手指觸摸屏幕時，壓力使兩層導電層在接觸點位置就有了一個接觸，控制器偵測到這個接通，立刻A/D轉換測量接觸點的模擬量電壓值，根據它和施加電壓的比例公式就能計算出觸摸點的X、Y軸的位置。

電容式觸摸屏由一個模擬感應器和一個雙向智能控制器組成。模擬感應器是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂有一層ITO導電涂層，最外層是矽土玻璃，形成堅實耐用的保護層。夾層ITO涂層作為工作面，四個角上各引出一個電極，內層ITO作為屏蔽層用以保證良好的工作環境。觸摸屏工作時，感應器邊緣的電極產生分布的電壓場，由于人體電場的存在，觸摸屏幕時，手指和觸摸屏的工作面之間就會形成一個耦合電容，因為工作面上接有高頻信號，于是手指吸走一個很小的電流，分別從觸摸屏四個角上的電極中流出。從理論上講，流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過對這四個電流比例的精密計算，從而可以得出觸摸點的位置。最后，控制器將數字化的觸摸位置數據傳送給主機，以實現人機交互。

發明內容

本發明提供了一種邊角多點分布的感知位置、力和加速度的壓電式觸摸屏，在保留傳統觸摸屏的優點的同時，克服其一些缺點。

本發明采用的技術方案為：

該觸摸屏包括透明基板、壓電陶瓷片、電極及柔性粘結物質。基板同壓電陶瓷片之間通過柔性粘結物質粘合在一起，壓電陶瓷片位于透明基板的邊角或者的邊沿處，且對稱于透明基板的面內幾何中心，呈現規則排列，壓電陶瓷片所形成的位置傳感區與觸摸屏的工作區分離、不重合，壓電陶瓷片的存在不影響觸摸屏工作區的透光率；作用于基板上的力使壓電陶瓷片產生電壓，通過不同位置處壓電陶瓷片上所測電壓幅值或電荷量的比值，可以獲知觸點XY坐標位置和觸摸力度，通過對壓電陶瓷片上電壓波形上升沿和下降沿的測量獲知觸點力的變化速度或稱為力的加速度信息。

所述柔性粘結物質為環氧膠、環氧樹脂膠、導電膠、應變膠、密封膠、光學膠、耐腐蝕膠、結構膠或者非結構膠。

所述壓電陶瓷片為長條形、正方形、圓形、橢圓形或其他多邊形。

所述壓電陶瓷片為單層、雙層或由多層陶瓷片復合而成。其中，壓電陶瓷片由多片陶瓷片復合而成時，各陶瓷片在結構上為串聯、在電路連接上為并聯。

所述壓電式觸摸屏的觸點坐標信息由壓電陶瓷片的輸入電壓的相互比例關系確定：對于邊角多點分布的壓電式觸摸屏，設觸點位置為坐標原點，根據力/力矩平衡，分別對觸摸屏的長/寬方向列出力矩平衡方程，計算得出觸點位置與邊角分布的壓電陶瓷片所受壓力的比例關系；跟據壓電陶瓷片所受壓力同壓電電壓成正比，得出觸點位置與壓電電壓的比例關系，最終通過壓電電壓的比例關系反推出觸點坐標。

所述壓電式觸摸屏的觸摸力度和加速度信息由壓電陶瓷片的壓電電壓大小確定：對于邊角多點分布的壓電式觸摸屏，壓電陶瓷片所受合力的大小即為觸摸力度的大小，而壓電電壓總和又與所受合力呈線性關系，得出觸摸力度同壓電電壓總和呈線性關系，即觸摸力度由多點分布的壓電陶瓷片產生的壓電電壓總和判定，而觸摸加速度由多點分布的壓電陶瓷片產生的壓電電壓總和的上升或下降沿的斜率判定。