使用一組精密電阻的多點觸控螢幕的製作方法

2023-06-20 13:23:16

專利名稱：使用一組精密電阻的多點觸控螢幕的製作方法
技術領域：
本發明利用不同電阻值的精密電阻的排布，設計了一種多點觸控螢幕，可 以用在各種電子設備上，作為多點觸控輸入接口。
背景技術：
把多點觸控螢幕安裝在電子設備上，由於可以使用多個手指及特定手勢 進行操控，可以有效提高用戶體驗。並且隨著移動電子產品的廣泛使用，各種多點觸控螢幕技 術與應用得到了進一步的發展。例如，目前較為流行的電容式多點觸控螢幕，廣泛的應用在了 智慧型手機設備上。然而這種多點觸控螢幕工藝複雜，成本較高，並且質量還不夠穩定，其控制 模塊也較為複雜。當前的另外一種被廣泛使用的觸控螢幕一電阻式觸控螢幕，工藝成熟，成本 低，質量穩定，控制模塊簡單，然而不能很好支持多點觸摸。目前很多機構和個人都在研究 能夠在電阻式觸控螢幕上支持多點觸摸的設計方案。

發明內容
本發明提供了一種電阻式多點觸控螢幕的設計方案，融合了電阻式觸摸 屏和電容式觸控螢幕的優點，也就是說，本發明的觸控螢幕在支持多點觸摸的同時，成本低，穩 定可靠。由於在本觸控螢幕中嵌入的精密電阻大部分是不透明的，因此本觸控螢幕尤其適合與 顯示屏分開放置，以免擋住顯示屏。由於在下文中提到的電阻阻值設計的考慮，本觸控螢幕尤 其適合在觸控螢幕的每一行水平方向支持有限數量的多點觸摸，比如每行兩點觸摸。例如，本 觸控螢幕尤其適合作為另一項專利申請號為201010044467. 8的背面觸控螢幕手持終端設備 的 觸控螢幕。然而，通過一定的技術手段，本觸控螢幕可以有透明的特性，並且支持每行的任意數 量多點觸摸。比如，使用透明的精密電阻材料，改變電阻阻值的設計等。因此即使應用在不 同的環境與設備上，或者在支持的多點觸摸的觸點數量上有所不同，只要符合本發明設計 原理的多點觸控螢幕都在本發明的範圍之內。本觸控螢幕由上下兩片絕緣塑料薄片複合而成，中間是空氣層，並填充按一定規律 擺放的多個精密電阻。中間空氣層需要有一定的厚度，比如0. 2毫米，以嵌入精密電阻元 件，並且在有一定的按壓力度時上下兩片塑料薄片可以貼合。觸控螢幕的平面可以用邏輯上的行與列劃分成為不同的矩形區域。在將觸控螢幕安裝 到電子設備上時，行的方向要與兩手使用時手指靜止放置在觸控螢幕上的方向一致，通常是 水平方向。列的方向垂直於行的方向，通常與使用者的軀幹軸的方向一致，通常是垂直方 向。通過在觸控螢幕上的每行串聯一定數量的不同阻值的精密電阻，並在兩端施加電壓，就可 以測量通過此行的電流的數值，更進一步就可以一次推導出每行被按壓的一個或者多個點 的位置。本觸控螢幕根據尺寸大小可以劃分為多行，比如劃分為10行，每行間隔5毫米，不同 的行與行之間完全絕緣。觸控螢幕的每行在上下兩片塑料薄片的內平面上都刻畫有間隔交叉 排列的金屬導線。針對每一片塑料薄片而言，這些金屬導線是一段一段間隔排列的，由於這 些金屬導線是不連續的，在每行的兩端加上電壓後，在此行不會產生電流，也就是說此行的 電阻數值為無窮大。在上下兩片塑料薄片中間沒有電阻元件的時候，將上下兩片薄片通過 按壓在某行合上後，由於上片和下片的各自斷續的金屬導線連在了一起，就成為了一條連 續的導線，此時此行的電阻值為零。在上下兩片塑料薄片中間排布了電阻元件以後，在觸摸 屏每行的兩端都連出金屬導線或者觸角，由控制器施加一定的電壓，就可以測定在此行上通過的電流的數值，並計算出電阻值。本觸控螢幕根據尺寸大小可以劃分為多列，比如劃分為10列，每列間隔5毫米，列是一個虛擬的概念，沒有對應的金屬導線與其對應，這也是強調安裝觸控螢幕的時候要注意方 向的原因。在行與列的交叉點的地方，在上下兩層塑料薄片之間嵌入精密電阻，其阻值為一 計算出的特定數值，下面的章節會介紹此數值的設計計算原理。在使用本觸控螢幕時，其一片塑料薄片固定在電子設備的某個平面上，比如背板上， 稱之為下片，另一片塑料薄片覆蓋在下片上，被使用者按壓，稱之為上片，中間有一層空氣 層。當使用者手指按壓觸控螢幕時，手指按壓對應的一行中上片的金屬導線與下片的金屬導 線會在手指按壓點接觸，會短路旁邊一側的電阻元件，導致此行的電阻值降低一特定數值， 這個數值等於被短路的電阻的阻值。在每一行上可以有一個或者多個手指在同時按壓觸控螢幕，通過電阻阻值降低的特 定數值，就可以確定是哪個或者哪幾個電阻元件被短路了，由於電阻元件在觸控螢幕上的位 置固定，因此觸控螢幕的控制器就可以進一步確定手指按壓的位置了。為了保證計算出的按 壓位置唯一確定，電阻元件的阻值要保證這樣的條件任意多個電阻阻值之和都不相同。舉 一個極端的例子，假設一個5列的觸控螢幕，在每行上5個電阻元件的數值可以這樣排放1 歐姆，2歐姆，4歐姆，8歐姆，16歐姆。下面假設阻值的單位都是歐姆，在下文中省略歐姆字 樣。由於這些電阻元件的阻值都是2的η次方，所以它們的任意數量組合的電阻值都不會 相同，即它們的阻值之和涵蓋了從1到31。理論上這樣的電阻阻值安排可以支持每行全部 區域的同時按壓操作，然而在實際應用中，可以考慮不同的應用環境和使用方式，比如針對 雙手在電子設備背面觸摸的情況，最多在每一行有兩點觸摸，即左右手的各一個手指，因此 針對這種特定使用方式就可以更加簡化電阻阻值的設計。比如，只要保證這樣的條件任 意一個電阻阻值或者兩個電阻阻值之和都不相同，就可以唯一確定一點或者兩點觸摸的位 置。舉例說明，針對一個10列的觸控螢幕就可以構造這樣的電阻阻值序列1，2，4，7，12，20， 33,54,88,143.這個序列裡的任意一個數值和任意兩個數值之和所構成的數值集合中，沒 有相等數值的情況。電阻阻值序列需要考慮一些限制因素。阻值之間不能相差太大，否則高電阻阻值的誤差值就會超過低電阻的電阻值本身 了。一個指標是電阻阻值序列中最高電阻值與最低電阻的比值Rmax/Rmin。推薦此數值在 10到50之間。並且由於此限制，此方案不能支持數量過多的列，建議小於20列，因此在需 要同時滿足觸控螢幕的大寬度和高精度時，需要把每行中施加電壓和進行電流檢測的區間進 行進一步細分，以降低每個檢測區間的列數。阻值之間不能相差太小，否則兩個相鄰電阻阻值的元件的位置容易被誤算。一個 指標是兩個電阻阻值差與較高電阻的比值(R2-R1)/R2。推薦此數值大於5%。電阻元件的 位置儘量按照阻值順序排列，在電阻誤算的時候，位置相差也會較小。舉例說明，針對一個10列的觸控螢幕，可以用下列方法構造一個簡單的電阻阻值序 列。第一步，R0 = 0，R1 = 1，Rn+2 = Rn+1+Rn+1,由此得到一個序列1，2，4，7，12，20，33，54， 88，143。第二步，阻值序列中每個數值乘以10，由此得到一個新的序列10，20，40，70，120， 200，330，540，880，1430。第三步，阻值序列中每個數值加100，由此得到一個新的序列 110，120，140，170，220，300，430，640，980，1530。此序列可以作為每行的電阻元件的阻值，並且按從低阻值到高阻值的順序在觸控螢幕的一行從左往右排列精密電阻。由於本發明多點觸控螢幕每行的使用方式一致，因此可以按同樣方式在每行排布精 密電阻，兩邊加相同的電壓。需要注意的是要保持行與行之間的絕緣，以免發生位置誤算。


下面結合附圖對本發明作詳細說明。圖1是完整觸控螢幕的示意圖。1為在行與列交叉點上的精密電阻；2為透明的觸控螢幕上片；3為刻畫在上片和下 片內側相對平面上的金屬導線；4為第二行右側連出的金屬導線(觸角)；5為第二行左側 連出的金屬導線(觸角)。觸控螢幕上片和下片合上後，如果觸控螢幕是透明材料製作的，就可以看到水平方向 的金屬導線，圖1中所示觸控螢幕實例即為透明材料製作。在圖1中，包括上邊和下邊的金屬 導線，可以看到共五條金屬導線。垂直線為精密電阻構成的虛擬的列，用虛線表示。在行與 列的交叉點，是具有特定電阻值的精密電阻，填充在上片和下片之間。圖2是觸控螢幕的剖面圖。省略透明的上片和下片本身。1-觸控螢幕的一行左側連出的金屬導線，在上片上。2-從左邊開始數，第一個電阻Rl。3-電阻Rl上方的金屬導線，導線在此處斷開。在上片上。4-電阻R2上方的金屬導線，導線在此處重新開始刻畫。在上片上。5-上片上的一段連續的金屬導線。位置垂直對應下片的金屬導線點12。6-上片上的一段連續的金屬導線。位置垂直對應下片的金屬導線點13。7-觸控螢幕的一行右側連出的金屬導線，在下片上。8-在沒有任何按壓的情況下，電流所流經的線路。從1到7，通過了所有的精密電 阻。圖中為一條方波形狀的顏色較淺的線。9-下片上的一段連續的金屬導線。位置垂直對應上片的金屬導線點3。10-下片上的一段連續的金屬導線。位置垂直對應上片的金屬導線點4。11-從左邊開始數，第二個電阻R2。12-電阻R2下方的金屬導線，導線在此處斷開。在下片上。13-從左邊開始數，第三個電阻下方的金屬導線，導線在此處重新開始刻畫。在下 片上。14-上片與下片中間的空氣層。
具體實施例方式圖1中可以看到觸控螢幕上下兩片中間排布一定數量的具有特定阻 值的精密電阻。精密電阻按行由金屬導線連接。在觸控螢幕的邊緣每行的兩端連接觸角金屬 導線，用來與觸控螢幕的控制器相連。從圖2可以看出，每行金屬導線在上片和下片上都是斷 續的，以確保在此行沒有受到任何按壓的情況下，電流的通路是反覆流經上片和下片的金 屬導線，也流經此行所有的電阻。觸控螢幕的行與行之間需要保持絕緣。在觸控螢幕的上片和 下片兩層之間填充空氣。當按壓觸控螢幕任意一點的時候，會導致此點對應的電阻被短路，因 而此行的電流增大。通過測試增大的電流值，就可以反過來，推導出哪個電阻被短路了，從 而推算出被按壓的位置。根據本發明中電阻阻值的計算原理，可以知道，對於多點觸摸，本 發明是完全支持的。例如，在圖2中，當按壓點3時，上片的金屬導線3就會與下片的金屬導線9接觸，導致2-電阻Rl被短路。當按壓點4時，上片的金屬導線4就會與下片的金屬導線10接觸，導致11-電阻R2被短路。當按壓點5時，上片的金屬導線5就會與下片的金屬導線12接觸，也會導致11-電阻R2被短路。當3，4，5同時被按壓時，則電阻Rl和R2同時被短路，導致電流增加更多。 本發明觸控螢幕的每一行都是獨立的，可以獨立的進行檢測和按壓位置推算。可以按照一定頻率在每一行施加檢測電壓，比如ΙΚΗζ。
權利要求
一種多點觸控螢幕，其特徵在於使用一組精密電阻鑲嵌在觸控螢幕上、下兩個薄片之間，這些電阻按水平和垂直方向排列，可以構成邏輯上的觸控螢幕的行與列。
2.如權利要求1所述的多點觸控螢幕，其特徵在於精密電阻的阻值通過特定的計算方 法得出，應該滿足下面的條件在觸控螢幕上每行的單個電阻阻值以及此行的任意個電阻阻 值相加之和構成的一組數字的集合中，所有數字都是唯一的。
3.如權利要求1所述的多點觸控螢幕，其特徵在於在觸控螢幕的上片和下片相對的內平 面上，都刻畫有與精密電阻相連接的斷續的金屬導線。觸控螢幕上片和下片中內平面上的任 意一行金屬導線，通過此行所有精密電阻，與觸控螢幕的控制器構成一個電路迴路，並且在觸 摸屏上沒有按壓的情況下，所有的精密電阻都被接入這個迴路。
4.如權利要求1所述的多點觸控螢幕，其特徵在於當按壓觸控螢幕上的任意一點或者多 點，觸控螢幕的上片的對應位置的金屬導線就會彎曲，與下片的對應行的金屬導線會產生接 觸，導致旁邊的精密電阻短路。通過對此行上電流的精密測量，可以唯一確定哪幾個電阻已 經被短路。電阻與觸控螢幕的相對位置是固定的，一旦確定了被短路的電阻阻值，就唯一確定 了觸控螢幕上此行被按壓的一個或者多個位置。
全文摘要
本發明是一種多點觸控螢幕。使用一組精密電阻鑲嵌在觸控螢幕上、下兩個薄片之間，這些電阻按水平和垂直方向排列。精密電阻的阻值通過特定的計算方法得出。在觸控螢幕的上片和下片相對的內平面上，刻畫有與精密電阻相連接的斷續的金屬導線。當按壓觸控螢幕上的任意一點或者多點，觸控螢幕的上片的對應位置的金屬導線就會彎曲，與下片的對應行的金屬導線會產生接觸，導致旁邊的精密電阻短路。通過對變化的電流的測量，就可以一次確定按壓的一個或者多個位置。
文檔編號G06F3/041GK101799731SQ20101010483
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月3日 優先權日2010年2月3日
發明者劉沛宇, 魏永明 申請人:深圳仙苗科技有限公司