具有壓力感控特性的觸摸板及系統的製作方法

2023-10-31 00:33:47 3

專利名稱：具有壓力感控特性的觸摸板及系統的製作方法
具有壓力感控特性的觸摸板及系統
技術領域：
本發明有關一種觸摸板，尤其涉及一種經過改進且應用於便攜電子裝置的 觸摸板。背景技術：
現在已經存在著許多類型的輸入裝置，用以完成電子消費裝置上的操作。 這些操作對應於移動光標和在顯示屏上作出相應的選擇。舉例來說，輸入裝置 可以包括按鈕、開關、鍵盤、滑鼠、軌跡球、觸摸板、遊戲棒、觸控螢幕等。這 些裝置中每一種都有其各自的優點和缺點，在設計消費電子裝置時都要考慮。 在可攜式計算機裝置上，輸入裝置一般從按鈕和開關中選擇。按鈕和開關一般 在性質上是機械的，在光標移動和做出選擇上提供有限的控制。例如，它們一
般專門用來在特定方向上移動光標(例如箭頭鍵)或者做出特定的選擇(例如回 車、刪除、數字等)。在手持式個人數字助理(PDA)情況下，輸入裝置傾向於採 用觸摸敏感的顯示屏。利用觸控螢幕時，用戶利用鐵筆或者手指直接指點屏幕上 的顯示對象，在顯示屏上做出選擇。
在諸如膝上計算機等可攜式計算裝置中，輸入裝置一般是觸摸板。採用觸 摸板，手指沿著觸摸板的表面移動時，輸入裝置(即光標)的運動軌跡對應於用 戶手指的運動軌跡。當檢測到在觸摸板表面上的一次或者多次輕敲時，觸摸板 通過感應裝置轉化的電訊號，也可以在顯示屏上做出相應的選擇。在某些情況 下，觸摸板的任何部分都可以輕敲作為選擇確認鍵，而在另外一些情況下，觸 摸板的專用部分可以輕敲實現選擇確認的功能。另夕卜，觸摸板可以提供專用的 作用區，當用戶將其手指在X方向和Y方向線性掃過作用區時，它便完成巻 屏。利用這種技術，在作用區內，通過在Y方向上(向前或者向後)移動手指， 實現垂直巻屏，或者在X方向上(向左或者向右)實現水平巻屏。
對於觸4臭板，二維笛卡爾坐標系用來監4^L手指移動時的位置點，二維笛卡 爾坐標系定義為二維的坐標系(x,y),其中點(手指所處的位置)的坐標是它距離 兩個相交的垂直直線的距離。例如觸摸板的探測器可以監一見手指或者其他接觸物質的坐標(x， y)位置，然後通過控制電^各相應的用所述x, y位置定位和移 動顯示屏上的輸入指針。
為了把觸摸板做的更精巧，觸摸板一般都有一個或者多個傳感器，用以檢 測手指的接近，這些傳感器散布在觸摸板上，每個傳感器代表一個x，y坐標位 置。在大部分情況下，傳感器排列成列和行的網格。於是，當手指在觸摸板內 跨越傳感器的網格而移動時，傳感器便產生了控制輸入指針在顯示屏上隨手指 移動軌跡而移動的位置訊號。為簡明起見，其餘的討論將就電阻傳感技術進行， 但應該指出，其他技術也有類似特徵。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠根據感測壓力大小的不同而產生不同控 制信號，從而與控制電路共同完成不同控制功能的具有壓力感控特性的觸摸板 及系統。
本發明涉及一種結合了壓力感控特性的觸摸板，其主要包括x坐標層、 可變電阻層和y坐標層；x坐標層產生映射於對應笛卡爾坐標系(x， y)中x的值； y坐標層產生映射出對應笛卡爾坐標系(x， y)中y的值；其中可變電阻層的阻抗 特性和電阻值可以隨著用戶手指、觸控筆或者其他施力物施加在可變電阻層上 的壓力大小而發生改變。
一種結合了具有壓力感控特性觸摸板的系統，其主要包括觸摸板；控 制電路，所述控制電路可以將觸摸板上不同的阻抗轉換為對應的電信號；功 能控制軟體，所述功能控制軟體用以判斷控制電路中不同的電信號，並將不 同的電信號對應實現其所對應的不同功能。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果觸摸板在選擇定位功能的 基礎上還具有壓力感測功能，通過與觸摸板外接的控制電路，能夠實現通過 壓力控制相應功能的作用。

圖l是本發明觸摸板基本結構的組合圖。
圖2是本發明觸摸板基本結構的分解圖。
圖3是本發明觸摸板底部保護層與第一電阻層組合後的頂視圖。
圖4是本發明觸摸板底部保護層、第一電阻層和第一導電層組合後的頂視圖。
圖5是本發明觸摸板底部保護層、第一電阻層、第一導電層和可變電阻層組合後的頂視圖。
圖6是本發明觸摸板底部保護層、第一電阻層、第一導電層、可變電阻層
和第二導電層組合後的頂視圖。
圖7是本發明觸摸;fel底部保護層、第一電阻層、第一導電層、可變電阻層、 第二導電層和第二電阻層組合後的頂視圖。 圖8是本發明觸摸板完全組裝後的頂視圖。 圖9是按照本發明觸摸板一個實施例的手機設備流程圖。 圖10是按照本發明觸摸板一個實施例的工作流程圖。 圖ll是觸摸力小於參考壓力時，音量變化的示意圖。 圖12是觸摸力大於參考壓力時，音量變化的示意圖。 圖13是觸摸力大於參考壓力時，地圖變化的示意圖。 圖14是觸摸力小於參考壓力時，地圖變化的示意圖。 圖15是施壓物位於觸4莫板一部分時，地圖移動的示意圖。 圖16是施壓物位於觸4莫^反另一部分時，地圖移動的示意圖。 圖17是施壓物位於觸摸板數字1所對應位置時的示意圖。 圖18是施壓物由觸摸板數字1所對應位置滑動至數字3所對應位置的示 意圖。
具體實施方式
現將結合圖解和文字共同對本發明創造進行詳盡的闡述，在以下描述中， 為了使本發明被更徹底的理解，將提出幾個具體的細節。但顯然，對於本專業 技術人員，沒有這些具體細節中的某些或者全部，也完全可以實施本發明。在 某些示例中，為了避免不必要的使本發明變得模糊不清，對於眾所周知的處理 步驟，沒有做過於詳細的闡述。
請參閱圖1到圖2所示，本發明觸摸板l的基本結構包括有x坐標層、 可變電阻層30、 y坐標層、以及保護層60。其中x坐標層包括第一電阻層10 和第一導電層20， y坐標層包括第二導電層40和第二電阻層50。
請參閱圖3到圖8所示，第一電阻層IO為大致方形薄片狀，由導電特性 不隨其機械形變(比如壓力、延展、彎曲或者它們的組合)而變化的導電材料組 成，所述導電材料的組成一般為碳，此種組成結構是常用結構，當然也可以由 其他種類具有相同導電特性的導電材料代替。
第一導電層20由第一金屬線狀電極21和第二金屬線狀電極22組成，所述的第一金屬線狀電極21和第二金屬線狀電極22均為導電效能良好的金屬導 電材料組成。
可變電阻層30為大致方形薄片狀，由導電特性可以隨著其機械形變(比如 壓力、延展、彎曲或者它們的組合)而變化的導電材料組成(比如將攜帶大量空 隙的顆粒狀鎳-矽樹脂的水懸浮液用到尼龍織物上，就可以得到可變電阻層， 其中鎳/矽樹脂混合的體積比為70:1)，而導致該機械形變的外力可以來自人手 指的壓力，也可以來自手寫筆的壓力，以及一切能夠使可變電阻層30產生機 械形變的壓力；沒有受到壓力時，可變電阻層30的電阻值為無窮大，基本無 導電特性，受到壓力並且壓力逐漸增大時，可變電阻層30的電阻值會逐漸減 小，導電特性也逐漸增強。
第二導電層40由第三金屬線狀電極41和第四金屬線狀電極42組成，所 述的第三金屬線狀電極41和第四金屬線狀電極42均為導電效能良好的金屬導 電才才衝牛組成。
第二電阻層50大致為方形薄片狀，由導電特性不隨其機械形變(比如壓力、 延展、彎曲或者它們的組合)而變化的導電材料組成，所述導電材料的組成一 般為碳，此種組成結構是常用結構，當然也可以由其他種類具有相同導電特性 的導電材料代替。
保護層60大致為方形薄片狀，用以在手指或者其它施力元件施加壓力時， 保護前述與其直接接觸的第一電阻層10和第二電阻層50,所述保護層60不 具有導電性。
前述介紹了本發明觸摸板1的基本結構組成，下面將詳盡介紹本發明觸摸 板1的工作原理及相關工作流程和系統。
本發明觸摸板1的保護層60分別位於觸摸板1的上下最外層，兩個相對 的保護層60之間，依次順序疊加著前述的第一電阻層10、第一導電層20、可 變電阻層30、第二導電層40和第二電阻層50,其中可變電阻層30的表面面 積大於第一電阻層10和第二電阻層50的表面面積。第一導電層20與第一電 阻層IO之間保持良好的電性接觸，第一導電層20通過部分嵌入、部分織入第 一電阻層10或者部分壓於第一電阻層10的表面等一切可以實現二者連接的方 法來保持第一電阻層10與第一導電層20之間的良好電性連接。其中，第一導 電層20的第 一金屬線狀電極21和第二金屬線狀電極22分別與第 一電阻層10 的兩個相對側邊部分電性接觸，也分別與可變電阻層30的兩個相對側邊電性接觸；在第一金屬線狀電極21、第一電阻層10以及第二金屬線狀電極22之 間形成了一個第一導電迴路(未標示)，此時，可變電阻層30上沒有受到來自 外界的壓力，不具備導電性；當用戶的手指壓於觸摸板或者外力施加在觸摸板
1上時，可變電阻層30受到來自外界的壓力後電阻值以一定速率降低並隨壓 力的大小而相對應的變化，從而使具有導電性能的可變電阻層30為第一導電 迴路的電壓分壓，通過第一金屬線狀電極21和第二金屬線狀電極22外接的檢 測電路，可以檢測出第一導電迴路中電壓值或者電流值大小。值得注意的是， 第一導電迴路中的電壓值或者電流值大小不是固定不變的，而是隨著外力在觸 摸板1上施力位置的不同而有所改變。通過外接檢測電路，可確定一個由第一 金屬線狀電極21通過第一電阻層10,到第二金屬線狀電極22的電壓值或者 電流值，若將觸摸板1視為一個由x和y軸所確定的笛卡爾坐標系(x， y),那 麼對應於該電壓值或者電流值將可確定所述笛卡爾坐標系(x, y)中的x值。相 同原理的，第二導電層40的第三金屬線狀電極41和第四金屬線狀電極42分 別部分與第二電阻層50的兩個相對的側邊電性接觸，也分別與可變電阻層30 的另外兩個相對側邊電性接觸，該第二導電層40所接觸的第二電阻層50的兩 個側邊垂直於第一導電層20所接觸的第一電阻層10的兩個相對側邊。在第三 金屬線狀電極41、第二電阻層50和第四金屬線狀電極42之間，形成一個第 二導電迴路(未標示)，當用戶的手指壓於觸摸4反1或者外力施加在觸:l莫板1上 時，可變電阻層30受到外界壓力，電阻值以一定速率降低，導電性能增強， 從而為第二導電迴路的電壓分壓，通過第三金屬線狀電極41和第四金屬線狀 電極42外接的檢測電路，可以檢測出第二導電迴路中的電壓值或者電流值大 小。通過外接檢測電路，可確定一個由第三金屬線狀電極41通過第二電阻層 50，到第四金屬線狀電極42的電壓值或者電流值，同前所述，該對應的電壓 值或者電流值將可確定觸摸板1上笛卡爾坐標系(x， y)中的y值。因此，在手 指、觸控筆或者其他的施力物在所述觸摸板1上施加壓力時，觸摸板1可通過 外接控制電路生成觸摸點的笛卡爾坐標系的坐標值(x, y),判斷用戶手指或者 其他施力物在觸摸斧反1上的具體位置。
這裡所要強調的是可變電阻層30可以隨著外界施加於其上的壓力大小而 改變電阻值大小，進而改變其上電壓值或者流過電流值的大小。本發明觸摸板 中的可變電阻層30，其自身電阻值會隨著外界施加在觸摸板1上壓力的增加 而減小，即用戶手指的按壓力越大，可變電阻層30上的電壓值越大，並且這種電壓值隨著壓力的連續變化也可以連續變化，通過外接控制電路，可以將連 續變化的壓力值轉化為連續或者間斷的電訊號，從而控制外部設備的相應功
能。因此，此發明觸摸板實則由用於位置定位的二維笛卡爾坐標系(x， y)，轉 變成為既能位置定位，又能夠隨壓力大小變化進行功能控制的三維笛卡爾坐標 系(x，y,z)。其中，坐標值x和y用於位置定位，坐標值z用於表示壓力值。
請參閱圖9，本發明結合了具有壓力感控特性觸摸板的系統，還包括有 控制電路，所述控制電路可以將觸摸板上不同的阻抗轉換為對應的電信號；功 能控制軟體，所述功能控制軟體用以判斷控制電路中不同的電信號，並將不同 的電信號對應實現其所對應的不同功能。
在一種實施例中，請參閱圖10、圖11以及圖12所示，例如手機或者mp3 在歌曲播放模式下需要調整聲音的大小，以往的方式都需要應用不同的控制按 鍵來進行上下調整。然而在集成了本發明觸摸板8的情況下，這種調整就顯得 更加方便和人性化。先用手指7在觸摸板8上以一定力度敲擊或者下壓施力， 用以確定一個參考力，不同大小的力會產生大小不同的電壓值或者電流值，提 供給控制電路作為參考值，然後用戶根據參考力的大小，再向觸摸板8施加更 大的連續或者中斷的力來控制音量的放大，如圖11所示；或者向觸摸板施加 更小的連續或者中斷的力來控制音量的減小，如圖12所示。
又例如手機在GPRS導航模式下，需要調整地圖的大小，在集成了本發明 觸摸板8的手機上，先在觸摸板8上用手指7以一定力度輕巧或者下壓施力， 確定一個參考力，進而確定一個參考電壓值或者電流值，然後用戶根據參考力 的大小，再向觸摸板8施加更大的連續或者中斷的力，以產生比參考值更大的 電壓或者電流來控制地圖的放大，如圖13所示；或者向觸摸板8施加更小的 連續或者中斷的力，以產生比參考值更小的電流來控制地圖的縮小，如圖14 所示。
在另外一種實施例中，例如手機在號碼輸入模式下，觸摸板8上不同的號 碼輸入部分，通過輸入不同的力度，可以對應產生不同的作用；比如觸4莫^反8 上0到9的數字鍵，手機在待機模式下，用手指或其他輸入部件以普通程度的 壓力按壓所述的數字鍵，可以輸入該數字鍵所對應的數字；而用大於普通程度 的壓力按壓數字鍵，所對應的數字鍵則可分別對應有其它功能，該功能包括直 接進入某個功能菜單(如簡訊功能，電話本)，打開某個功能軟體(如各類遊戲， 網絡瀏覽器)，或者是直接呼叫某用戶。如圖15和圖16在手機的號碼輸入模式下，還可以有另外一個實施例當 用戶手指7在觸摸板8上滑動時，會給予觸摸板8—定的壓力，該壓力比前述 普通程度的壓力更微小，不會在號碼輸入模式下觸發數字輸入的功能。但該壓 力同樣可以在可變電阻層上引起電阻值的改變，可變電阻層反饋的電信號經外 部電路判斷，能夠產生相對應的聲音反饋信號。比如用戶經常使用手機撥號時， 需要用眼睛同時觀察觸摸板8，以便準確的按壓到每個數字所對應於觸摸板8 上的區域，操作方式繁瑣。如該所述的實施例，當用戶手指7在觸摸板8上滑 動，若手指移動到數字鍵"1"所對應的區域，則手指的輕微壓力觸發外部電 路反饋相應的語音信號，手機會反饋數字"1"所對應的語音提示，可以知道， 參閱圖17，若手指移動到數字鍵"3"，則手機會反饋數字"3"所對應的語音提 示，以此類4,。
在另外一種實施例中，例如在手機GPRS導航模式下，如圖17和圖18 所示，需要調整地圖的位置，整個觸摸板8可被劃分為若干規則形狀的區域， 用戶用手指7以一定力度按壓所劃分區域中的某個區域，該區域對應於觸摸板 8的某個方向，則地圖對應的會向該方向移動。
以上的實施方式僅為本發明觸摸板的多種實施方式其中的一部分，還有很 多其它的實施方式都沒有——例舉，需要在此說明，手機或者其他電子裝置上 通過具有前述方法的具有壓力感控功能的觸摸^反實現相關功能的實施方式，均 在本發明的保護範圍中。
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權利要求
1.一種具有壓力感控特性的觸摸板，其主要包括x坐標層、可變電阻層和y坐標層；x坐標層產生映射於對應笛卡爾坐標系(x，y)中x的值；y坐標層產生映射出對應笛卡爾坐標系(x，y)中y的值；其中可變電阻層的阻抗特性和電阻值可以隨著用戶手指、觸控筆或者其他施力物施加在可變電阻層上的壓力大小而發生改變。
2. 如權利要求1所述具有壓力感控特性的觸4莫板，其特徵在於x坐標層 包括第一電阻層和第一導電層；y坐標層包括第二電阻層和第二導電層。
3. 如權利要求1所述具有壓力感控特性的觸摸板，其特徵在於可變電阻 層的電阻值隨著施加在觸摸板上壓力的增大而減小；觸摸板沒有受到外界壓 力時，可變電阻層不具備導電特性，觸摸板在受到外界壓力時，可變電阻層 具備導電特性。
4. 如權利要求2所述具有壓力感控特性的觸摸板，其特徵在於第一導電 層包括第一金屬線狀電極和第二金屬線狀電極，第二導電層包括第三金屬線 狀電極和第四金屬線狀電極；第一金屬線狀電極與第二金屬線狀電極平行設 置，第三金屬線狀電極與第四金屬線狀電極平行設置；第一金屬線狀電極與 第三金屬線狀電極相互垂直。
5. 如權利要求2所述具有壓力感控特性的觸摸板，其特徵在於第一電阻 層和第二電阻層與對應的第一導電層和第二導電層，通過嵌入、織入或者任 意可能的方式相互電性連接；觸摸板的最外部還包括保護層。
6. —種具有壓力感控特性的系統，其主要包括觸摸板，該觸摸板能夠定位按壓在其表面力的位置，並且觸摸板的電阻 值能夠隨表面所受到壓力的大小而改變；控制電路，所述控制電路可以接收對應觸摸板上不同電阻值的電信號輸 入，運算產生控制信號輸出；功能控制軟體，所述功能控制軟體用以根據輸入控制電路中不同的電信 號，進行一 定的邏輯運算對應產生要求實現不同功能的控制信號供控制電路 輸出。
7. 如權利要求6所述具有壓力感控特性觸摸板的系統，其特徵在於所述系統還包括揚聲器或顯示器等輸出設備。
8. 如權利要求6所述具有壓力感控特性觸^^莫板的系統，其特徵在於功 能控制軟體確定一個參考電信號值，該參考電信號值可以為預設值，也可以 為用戶第 一次觸摸該觸摸板產生壓力所對應的電信號值，把當前壓力所確定 的電信號值與參考電信號值比較，如當前壓力所確定的電信號值大於參考電 信號值，則系統實現一種特定功能；如當前壓力所確定的電信號值小於參考 電信號值，則系統實現另外一種特定功能。
9. 如權利要求6所述具有壓力感控特性觸摸板的系統，其特徵在於功 能控制軟體確定若干個電信號值的參考範圍，每一個參考範圍對應實現一種 特定功能，把當前壓力所確定的電信號值與電信號值的參考範圍相比較，屬 於某一個參考範圍，則功能控制軟體實現該參考範圍所對應的特定功能。
10. 如權利要求6所述具有壓力感控特性觸摸板的系統，其特徵在於觸 摸板可被分為若干區域，用戶在觸摸板的不同區域施加壓力，能夠控制不同 的功能。
全文摘要
本發明公開了一種結合了壓力感控特性的觸摸板，其主要包括x坐標層、可變電阻層和y坐標層；x坐標層產生映射於對應笛卡爾坐標系(x，y)中x的值；y坐標層產生映射出對應笛卡爾坐標系(x，y)中y的值；其中可變電阻層的阻抗特性和電阻值可以隨著用戶手指、觸控筆或者其他施力物施加在可變電阻層上的壓力大小而發生改變。
文檔編號G06F3/041GK101676840SQ200810196720
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月17日 優先權日2008年9月17日
發明者餘信賢, 李昭漳, 楊華欽, 陳明慶, 龍思銘 申請人:富士康(崑山)電腦接插件有限公司;鴻海精密工業股份有限公司