[發明專利]一種選擇性激發和接收非對稱聲波的交互裝置

有效

• 申請號: 201711379928.5
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN107918508B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 劉源
• 申請（專利權）人: 南京優觸電子科技有限公司
• 主分類號: G06F3/043
• 分類號: G06F3/043;H04R17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種通過選擇性激發和接收平板非對稱聲波實現的交互界面裝置，包括一個固定尺寸的平板，以及至少一對聲電換能器。該平板利用點擊產生的彈性機械波即超聲波在平板內傳遞時，到達不同傳感器組的時間差推導觸碰的位置。壓電換能器利用平板為振膜激發和接收聲波，提供麥克風及擴音器功能。平板邊緣具有相對中正面對稱型的坡面，可增強觸碰產生的非對稱型傳遞超聲波的信號，并抵消對稱型超聲波。換能器在平板坡面上相對于中正面對稱粘貼并具相反極性，通過橋接進一步抵消對稱型超聲波。本發明適用于制作具有平整水平表面的交互界面，并可以通過整體裝配進入現有桌面或櫥窗，實現如：交互櫥窗、交互桌臺、交互地板或智能公交站臺產品。

本發明是基于2014年02月28日遞交申請的發明專利《一種通過選擇性激發和接收平板非對稱聲波實現的交互界面》，申請號2014100696304，的一個分案申請。

技術領域

本發明涉及人機交互領域，特別涉及一個用戶與電腦交互的觸控界面裝置，特別涉及一個新的在平板里激發和接收超聲波的設施，該平板可用于人機交互，并附有麥克風、觸摸屏以及音響功能。

背景技術

觸控意即讓電腦使用者透過觸覺達至圖像應用控制的輸入技術。觸控技術可以實現更具個性化的人機交互方式，能夠為用戶帶來更好的應用體驗。觸控界面的展示載體通常為LCD或LED屏幕。觸摸屏為典型的應用，該應用中，用戶透過自己的手指將信息傳給機器，機器透過視覺(顯示屏)來將這個信息解釋和展示給用戶。在這個過程中，用戶的手指往往要接觸觸摸屏，通過手指在觸控屏上的位置和運動傳遞信息給機器。能讓電腦感受到物理上的觸碰的事物包括：熱力、指壓、高速攝影機、紅外線、光學感應、電阻改變、超聲波接收器，微音器、雷射波幅感應器及影子感應器等。要使用觸控技術，傳統裝置必需配備觸模屏或觸控版，同時需裝載可辨認手指觸碰的軟件。

根據已公布的資料，如WO 9611378(A1)，WO 0038104(A1)，以及WO2004055661(A1)，存在一種根據點擊或碰撞在一個平板里產生的超聲波進行計算，推導(x，y)坐標值的觸控技術。此類技術通常應用在玻璃或金屬材質上，具有四對超聲波換能器，并通常對界面的機械機構進行優化，提高信噪比，從而收集點擊產生的聲波到達不同換能器產生的信號。此類技術往往具有相應的算法，能根據觸碰產生的振動波(超聲波)達到不同換能器組的時間差計算推導位置信息。此類技術可以支持多達數平方米的交互界面的設計和制造。

需要提及的是，此處及本發明提及的超聲波為觸碰產生的機械彈性波，在固體內部傳遞。在物理學上，該超聲波依然是屬于聲波(acoustic waves)。

然而，目前應用此類技術的發明擁有多項不足。首先，通常交互界面的面積越大，應用此類技術的觸摸屏的精度越低，這通常是由于超聲波信息在平板里進行固體傳遞時的衰減造成。另一方面，超聲波換能器的大小，精度以及抗電磁干擾的能力，甚至電線接入的質量，都會對此類技術的精度造成影響，從而，為了提升精度和準確性，工程設計人員往往需要在換能器外布置保護殼或通過絕緣涂層等方式減少環境因素帶來的信號污染。從而，傳統應用此類超聲波到達時間差技術的發明并不適合家具或建筑行業內的工程人員直接使用。事實上，根據現有的文獻檢索，尚未存在一種集成了換能器后依然保持平面度的交互界面，并且該交互界面可以作為窗戶或桌面的一部分直接整合進現有的工作環境如雙層玻璃或餐館桌臺里。

最后，由于此類觸控平板使用平板里傳遞的機械振動超聲波來進行計算，通常其所采用的聲－電換能器，既可以作為麥克風記錄語音，也可以在加載高電壓時作為音響使用，此時平板即可作為麥克風或擴音器的振膜。然而在人機交互界面同時提供麥克風和音響功能時，會產生相應的干擾。眾所周知，音響功能需要大功率的輸出，而相應的發明使用的超聲波換能器會接收到音響功能輸出的振動，該振動產生的電信號遠遠大于點擊產生的信號的強度，極易造成信號飽和。

發明內容