手指觸控定位裝置及方法

2023-04-23 01:12:26 1

專利名稱：手指觸控定位裝置及方法
技術領域：
本發明屬於觸控技術領域，特別涉及一種手指觸控定位裝置和方法。
背景技術：
隨著觸控技術的廣泛應用，人們越發感覺手指操控的方便性，特別是美國蘋果公 司手機與平板電腦的推出，更是推動人們對新技術的探索。目前流行的電容觸控屏，能方便實現單指或多指操作，但成本高，易受液體影響定 位精度，而且觸控裝置必須置於顯示屏前面，這樣會影響顯示屏的顯示亮度。對於價格相對 便宜的電阻觸控屏，也能實現手指操作，但是容易破損，且同樣需要將觸控裝置設置在顯示 屏前面而影響顯示亮度。現有觸控技術中，僅存在少數能夠置於顯示屏後面的觸控裝置。例如電磁觸控技 術，能感知電磁筆的位置、壓力、角度等信息，但是該技術對手指的感應不靈敏，很難實現手 指觸控定位。因此，目前亟需提出一種手指可控的、成本低且定位精確的定位裝置。

發明內容
本發明的目的旨在至少解決現有技術中的上述問題之一。為此，本發明的實施例提出一種成本低且定位精確的手指觸控定位裝置和方法。根據本發明的一個方面，本發明實施例提出了一種手指觸控定位裝置，所述手指 觸控定位裝置包括固態面板，在手指與其接觸之後相應地產生及傳播振動波；至少3個振 動波傳感器，分別緊貼在所述固態面板上，以將手指與所述固態面板接觸所產生的振動波 轉化為電信號；定位識別處理單元，通過接收所述振動波傳感器的電信號，以及結合所述振 動波傳感器的物理位置信息，計算獲得手指在所述固態面板上的接觸位置。根據本發明進一步的實施例，所述振動波傳感器包括聲波傳感器或壓電傳感器。根據本發明進一步的實施例，所述振動波傳感器為全向振動波傳感器。根據本發明進一步的實施例，所述振動波傳感器之間的距離是根據傳感器本身的 靈敏度以及手指觸碰的輕重程度進行設置。根據本發明進一步的實施例，所述固態面板是任意非液態、非氣態材料。根據本發明進一步的實施例，所述固態面板可多層疊加。所述振動波傳感器內嵌 在所述固態面板的裡面。根據本發明進一步的實施例，所述振動波傳感器貼放在所述固態面板的正面或背 面，其中手指接觸面為所述固態面板的正面。根據本發明進一步的實施例，所述定位識別處理單元根據信號強度選擇接收預定 振動波傳感器的電信號。根據本發明的另一方面，本發明的實施例提出一種手指觸控定位方法，所述手指 觸控定位方法包括以下步驟a)在固態面板上設置至少3個振動波傳感器與其緊貼；b)利
3用所述振動波傳感器，將手指與固態面板接觸之後產生的振動波轉化為電信號；以及c)根 據所述電信號以及所述振動波傳感器的物理位置信息，計算獲得手指在固態面板上的接觸 位置。根據本發明進一步的實施例，所述振動波傳感器包括聲波傳感器或壓電傳感器。根據本發明進一步的實施例，所述振動波傳感器為全向振動波傳感器。根據本發明進一步的實施例，在步驟a中，根據振動波傳感器本身的靈敏度以及 手指觸碰的輕重程度設置多個振動波傳感器之間的距離。根據本發明進一步的實施例，在步驟a中，將所述振動波傳感器貼放在固態面板 的正面或背面，其中手指接觸面為固態面板的正面。根據本發明進一步的實施例，在步驟c中，進一步包括根據信號強度從所述電信 號中選擇預定振動波傳感器的電信號以及對應振動波傳感器的物理位置信息進行計算。本發明的手指觸控定位裝置和方法，通過合理設置振動波傳感器的數量和位置， 充分利用手指與物體接觸所產生的振動波，以振動波傳感器的低成本方式，實現了手指的 精確定位。此外，使振動波傳感器貼合於顯示屏的背面，還同時解決了現有技術所不能迴避 的對顯示性能的影響。本發明附加的方面和優點將在下面的描述中給出，將從下面的描述 中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為根據本發明一個實施例的手指觸控定位裝置的示意圖；圖2為根據本發明另一個實施例的手指觸控定位裝置示意圖；圖3為根據本發明實施例的定位識別處理單元的電路示意圖；圖4為根據本發明實施例的手指觸控定位方法流程圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。本發明公開了一種手指觸控定位裝置及定位方法，通過充分利用手指與物體接觸 所產生的振動波以及振動波傳感器，以低成本的方式，實現了手指觸控的精確定位。這裡， 本發明涉及手指觸控定位裝置及方法是針對單手指。本發明的手指觸控定位裝置包括固態面板、至少3個振動波傳感器以及定位識別 處理單元。固態面板可以是任意非液態、非氣態的材料，例如包括木板、壓合板、金屬板、注 塑板、鋼化玻璃、壓克力板、液晶顯示屏、電子紙顯示屏、有機電致發光顯示屏(0LED)等。固 態面板的正面用於與手指接觸，接收手指點擊、摩擦等觸碰動作，從而在手指與其接觸之後 相應地產生及傳播振動波。預定數量的振動波傳感器分別緊貼在固態面板上，用以將手指與固態面板接觸所產生的振動波轉化為電信號。最少可設置3個振動波傳感器，以分別對應用於感應單個手 指在接觸固態面板的接觸面時，以手指為中心，指向它們的各個方向上的振動波，從而從多 個方向實現單個手指的精確觸點定位。並且，手指觸碰固態面板所產生的振動波能量與傳輸距離之間成線性關係，即感 應最強的傳感器離手指接觸點最近，感應偏弱的傳感器離手指接觸點偏遠，因此最少3個 傳感器即可實現手指觸點定位。在設置的振動波傳感器數量多於3個時，定位識別處理單元可以根據電信號強 度，從中選擇對應較大強度電信號的3個振動波傳感器傳輸的電信號進行精確的定位處 理，即通常的3點定位。這裡，振動波傳感器可以是聲波傳感器、壓電傳感器。振動波傳感器可以貼放在固態面板正面、靠邊緣位置，其中手指與固態面板的接 觸面為固態面板的正面。或者，為了不影響美觀，或者不影響例如液晶顯示屏、電子紙顯示屏或有機電致發 光顯示屏等具有顯示屏的固態面板的顯示亮度，振動波傳感器可以貼放在固態面板的背 面，即與接觸面相對的面。振動波傳感器置於固態面板的背面同時也能有效弱化外界(除 其正面之外)雜亂振動的幹擾。或者，對於包含液晶顯示屏、鋼化玻璃、導電板或反光板等可多層疊加的固態面 板，可以將振動波傳感器內嵌在固態面板的裡面。這樣，振動波傳感器會密封，同樣有效地 弱化使用該手指觸控定位裝置的系統平臺內部雜亂振動的幹擾。振動波傳感器的數量可以根據實際需要調整，例如為節省成本或空間，去掉其中 一個振動波傳感器；或者為提高精度增加更多的振動波傳感器。振動波傳感器響應頻率要 求一般建議500hz以下。關于振動波傳感器方向性要求，優選採用全向性振動波傳感器，即傳感器的振動 波的感應可以不受到振動傳播方向的影響。在傳感器數量較多情況下，定向也可以考慮。所採用的振動波傳感器尺寸，優選厚度控制在1mm以下，長寬或直徑控制在3mm以 下。並且，在採用多個振動波傳感器時，各振動波傳感器之間的距離要求是將根據傳感器 本身的靈敏度、固態面板所需的手指觸碰的輕重程度以及成本考慮控制在一定範圍，通常 建議10mm 200mm之間。定位識別處理單元用於接收並處理多個振動波傳感器發送的電信號，並結合振動 波傳感器的物理位置信息，計算獲得手指在固態面板上的接觸位置。定位識別處理單元的位置是隨意的，可以設置在固體面板內部或外部，只要與振 動波傳感器電連接即可。定位識別處理單元可以是PC系統平臺或單晶片系統，關於定位識別處理單元的 定位識別原理，稍後下文中將給出詳細描述。現在參考圖1，該圖為根據本發明一個實施例的手指觸控定位裝置的示意圖。圖1是根據本發明一個實施例的手指觸控定位裝置結構示意圖。如圖所示，振動 波傳感器21 24緊貼置在固態面板10的背面四角處，4個振動波傳感器通過導線與定位 識別處理單元30連接。在圖示實施例中，固態面板10為矩形，但是本發明不局限於該形狀，在實際應用中，固態面板可以根據實際需求設置為任意形狀。如上文所述，振動波傳感器21 24的位置與數量可以根據實際需要調整，如緊貼 置在固態面板10背面四邊中心處。圖2是根據本發明另一個實施例的手指觸控定位裝置結構示意圖，在該實施例 中，固態面板10為電子紙屏，並且設置的振動波傳感器為9個。如圖所示，電子紙屏10連接在系統平臺50上，系統平臺50用來控制電子紙屏10 顯示。振動波傳感器41 49按同方向等距三行三列方式，緊貼在電子紙屏10的背面，同 時所有振動波傳感器41 49都通過導線連接到定位識別處理單元30上。定位識別處理 單元30在根據振動波傳感器41 49傳輸的電信號進行手指觸點定位後，將手指觸點位置 信息傳給系統平臺50。從而，系統平臺50在獲得手指觸點位置後，通過控制電子紙屏10， 將觸點顯示在電子紙屏10上。這樣，該裝置從手指接觸到顯示反饋，能精確驗證觸控效果。在手指點擊電子紙屏10或手指在電子紙屏10上摩擦移動時，9個振動波傳感器都 能收到不同強度的信號，定位識別處理單元30優選選取其中3個信號最強的來定位計算。關於定位識別處理單元30的工作原理，可以參考圖3所示的本發明實施例的定位 識別處理單元的電路示意圖。如圖3所示，在該實施例中，定位識別處理單元30與1 N的N個振動波傳感器 60連接，從而根據固態面板上設置的多個振動波傳感器60給出的電信號，對手指觸點位置 進行定位。在該實施例中，振動波傳感器60將振動波轉換為電壓信號。本領域技術人員顯然 可知，通過使用具體不同類型或型號的振動波傳感器，可以轉換振動波得到例如電流強度、 電阻或其他數字形式的電信號，本發明不局限於該具體實施例。其中，定位識別處理單元30包括分別與N個振動波傳感器60—一對應連接的1 N的N個信號放大器32、1 N的N個積分電路33、1 N的N個電壓比較器34、1個N選1 模擬開關35、1個模數轉換器(A/D)36和處理器(CPU) 37。通常，由于振動波傳感器60的信號較弱，約十幾毫伏，因此需要經過信號放大器 32進行放大，一般放大30 100倍。放大後的信號再連接到電壓比較器34和積分電路33 上，電壓比較器34的作用是通過比較放大後的信號是否超過某個設定的參考電壓，如500 毫伏，具體值要看信噪比。如果超過，立即輸出高電平或低電平通知處理器37，處理器37獲 得某路有信號後，關閉對所有電壓比較器34的響應，直到處理器37計算完成一次定位。處 理器37同步啟動對該路及其附近2 4個振動波傳感器60的放大信號進行積分，積分一 定時間，例如約100微秒後停止積分。再通過模擬開關35和模數轉換器36，處理器37先後 獲取該路及其附近2 4個振動波傳感器的放大信號積分值。實際數據證明「積分值的大小」與「手指接觸固態面板位置到各振動波傳感器之間 距離」接近於線性關係，因此在獲得了 3個較強振動波傳感器的積分值和物理位置後，即能 夠獲得手指在固態面板上的接觸位置。另外，本發明還公開了一種手指觸控定位方法，本發明實施例的手指觸控定位方 法流程圖如圖4所示。所述手指觸控定位方法包括以下步驟在固態面板上設置至少3個振動波傳感器 與其緊貼(步驟102)。然後，利用設置的振動波傳感器，將手指與固態面板接觸之後產生的振動波轉化為電信號(步驟104)。這裡，振動波傳感器可以是本發明中裝置中的傳感器，其在固態面板上的設置及 功能可以如上文所述。最後，根據所述電信號以及振動波傳感器的物理位置信息，計算獲得手指在固態 面板上的接觸位置(步驟106)。在步驟106中，可以利用本發明裝置中的定位識別處理單 元，根據信號強度從振動波傳感器的電信號中選擇較強的幾個電信號，並結合對應振動波 傳感器的物理位置信息進行手指觸點精確定位。本發明的手指觸控定位裝置和方法，通過合理設置振動波傳感器的數量和位置， 充分利用手指與物體接觸所產生的振動波，以振動波傳感器的低成本方式，實現了手指的 精確定位。此外，使振動波傳感器貼合於顯示屏的背面，還同時解決了現有技術所不能迴避 的對顯示性能的影響。本發明的手指觸控定位裝置和方法，相比現有技術工藝簡單，且成本更有優勢。儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以 理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求
一種手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述手指觸控定位裝置包括固態面板，在手指與其接觸之後相應地產生及傳播振動波；至少3個振動波傳感器，分別緊貼在所述固態面板上，以將手指與所述固態面板接觸所產生的振動波轉化為電信號；定位識別處理單元，通過接收所述振動波傳感器的電信號，以及結合所述振動波傳感器的物理位置信息，計算獲得手指在所述固態面板上的接觸位置。
2.根據權利要求1所述的手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述振動波傳感器包括聲 波傳感器或壓電傳感器。
3.根據權利要求1所述的手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述振動波傳感器為全向 振動波傳感器。
4.根據權利要求1所述的手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述振動波傳感器之間的 距離是根據傳感器本身的靈敏度以及手指觸碰的輕重程度進行設置。
5.根據權利要求1所述的手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述固態面板是任意非液 態、非氣態材料。
6.根據權利要求1所述的手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述固態面板可多層疊加。
7.根據權利要求5或6所述的手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述振動波傳感器貼放 在所述固態面板的正面或背面，其中手指接觸面為所述固態面板的正面。
8.根據權利要求6所述的手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述振動波傳感器內嵌在 所述固態面板的裡面。
9.根據權利要求1所述的手指觸控定位裝置，其特徵在於，所述定位識別處理單元根 據信號強度選擇接收預定振動波傳感器的電信號。
10.一種手指觸控定位方法，其特徵在於，所述手指觸控定位方法包括以下步驟a)在固態面板上設置至少3個振動波傳感器與其緊貼；b)利用所述振動波傳感器，將手指與固態面板接觸之後產生的振動波轉化為電信號；以及c)根據所述電信號以及所述振動波傳感器的物理位置信息，計算獲得手指在固態面板 上的接觸位置。
11.根據權利要求10所述的手指觸控定位方法，其特徵在於，所述振動波傳感器包括 聲波傳感器或壓電傳感器。
12.根據權利要求10所述的手指觸控定位方法，其特徵在於，所述振動波傳感器為全 向振動波傳感器。
13.根據權利要求10所述的手指觸控定位方法，其特徵在於，在步驟a中，根據振動波 傳感器本身的靈敏度以及手指觸碰的輕重程度設置多個振動波傳感器之間的距離。
14.根據權利要求10所述的手指觸控定位方法，其特徵在於，在步驟a中，將所述振動 波傳感器貼放在固態面板的正面或背面，其中手指接觸面為固態面板的正面。
15.根據權利要求10所述的手指觸控定位方法，其特徵在於，在步驟c中，進一步包括 根據信號強度從所述電信號中選擇預定振動波傳感器的電信號以及對應振動波傳感器的 物理位置信息進行計算。
全文摘要
本發明公開了一種手指觸控定位裝置及方法，屬於觸控技術領域。其中手指觸控定位裝置包括固態面板，在手指與其接觸之後相應地產生及傳播振動波；至少3個振動波傳感器，分別緊貼在固態面板上，以將手指與固態面板接觸所產生的振動波轉化為電信號；定位識別處理單元，通過接收所述振動波傳感器的電信號，以及結合所述振動波傳感器的物理位置信息，計算獲得手指在固態面板上的接觸位置。本發明通過充分利用手指與物體接觸所產生的振動波，以低成本的方式實現了手指的精確定位。
文檔編號G06F3/043GK101859211SQ20101018505
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月21日 優先權日2010年5月21日
發明者向國威, 梁義海 申請人:漢王科技股份有限公司