專利名稱：聲波觸摸屏識別觸摸點的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲波觸摸定位傳感系統(tǒng)，尤其涉及一種聲波觸摸屏識別觸摸點的方法。
背景技術(shù)：
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對人機交互技術(shù)設(shè)備的需求越來越大，觸摸屏作為典型的人機交互設(shè)備，需求日益擴大。常見的觸摸屏有電阻屏、電容屏、紅外屏、聲波觸摸屏等，而聲波觸摸屏具有穩(wěn)定、透光率高，抗刮擦等突出優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。
普通聲波屏由發(fā)射/接收換能器成對構(gòu)成，聲波信號從發(fā)射換能器發(fā)射后，由反射條紋反射、匯聚后由接收換能器接收，有用聲波傳播路徑為單方向。為了定位觸摸體的平面位置坐標，通常需要布置反射條紋和換能器。由于換能器分布于屏體的不同位置，且數(shù)量較多，連線多，給連接電纜的走線帶來不便，影響產(chǎn)品加工制作和調(diào)試，不便于包裝及集成應(yīng)用。另一方面，換能器在屏體上會占用一定位置，給屏體尺寸的精簡和結(jié)構(gòu)優(yōu)化帶來困難，尤其是在和其他設(shè)備集成方面，對安裝結(jié)構(gòu)要求過多，很大程度上制約了聲波觸摸屏應(yīng)用。
普通聲波觸摸屏通常只能識別單個觸摸體的觸摸，要實現(xiàn)雙點或多點識別，需要增加反射條紋陣列，使屏體設(shè)計、加工難度大大增加，由于反射條紋陣列需要占據(jù)一定的屏體空間，結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)加大，安裝使用制約較大。也有在普通聲波觸摸屏的基礎(chǔ)上通過軟件方法判別雙點位置坐標的，但由于普通聲波觸摸屏信號特征的局限性，通過軟件方法識別雙點位置坐標還存在一定的固有缺陷。
傳統(tǒng)的表面聲波、光學(xué)觸摸技術(shù)，是通過檢測觸摸體在中斷聲波，光線(可見光或紅外光)的傳播，引起的相應(yīng)得接收信號變化，實現(xiàn)觸摸定位。
為了克服聲波觸摸屏在加工、使用方面的限制，基于三點定位原理，ELO公司發(fā)明了聲脈沖觸摸系統(tǒng)APR(acoustic pulse recognition)。APR是以一種簡單的聲音辨識方式來測量玻璃上被接觸點的位置，其關(guān)鍵是在玻璃上每個位置觸壓時都會產(chǎn)生獨特的聲波。四個附在觸摸屏邊緣玻璃的微小壓電換能器接收到壓觸的聲波，這個聲波由控制器數(shù)字化并進行小波變換提取小波系數(shù)的信號處理，然后與事先所記錄下的玻璃上每個位置聲波的列表相比較，光標位置立即被更新到觸摸位置。APR的設(shè)計可忽略外來和四周噪音，因為它們與事先記錄的聲波不吻合。
3M公司發(fā)明了擴散信號式/振波感應(yīng)式觸控技術(shù)dispersive signal touch technology (DST)，該技術(shù)通過分析用戶在觸摸屏幕表面所造成的彎曲波來確定觸摸位置，這樣就可以快速，準確，可靠的分析觸摸位置。系統(tǒng)不會受到觸摸屏表面污染物，劃痕， 或是屏幕上的靜態(tài)對象的影響，以及支持手寫筆和多用戶能力。
這些觸摸系統(tǒng)，不需加工條紋，僅僅需要在屏體周邊設(shè)置一定數(shù)量的換能器，從而大大簡化了屏體結(jié)構(gòu)。但是，這些發(fā)明基于被動接收觸摸產(chǎn)生的信號，信號的頻率、發(fā)生時間、強弱等不確定性大，對處理器的處理能力要求較高。在聲納設(shè)備、無損檢測設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、雷達等設(shè)備上，普遍采用主動信號發(fā)射掃描被測區(qū)域，技術(shù)成熟，但受到電路復(fù)雜程度、成本等因素限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有表面聲波觸摸屏存在的上述問題，提供一種聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，本發(fā)明基于回波定位原理，換能器發(fā)射的在屏體表面?zhèn)鞑サ穆暡ㄓ龅椒瓷潴w(或觸摸體)發(fā)生反射，通過測量聲波從換能器發(fā)射后，經(jīng)觸摸體反射，再反射回換能器所經(jīng)過的時間，再根據(jù)聲波的傳播速度，計算得到觸摸體與換能器之間的距離，從而對觸摸體進行定位，根據(jù)觸摸系統(tǒng)要求，可以配置不同數(shù)量的換能器，實現(xiàn)單個或/和多個觸摸體的一維、二維坐標定位。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于觸摸體的定位基于觸摸體對聲波的反射，通過測量分析觸摸體引起的反射信號特征信息，對觸摸體進行識別、定位。所述觸摸體的定位是基于觸摸體對聲波的反射，形成回波，通過回波定位原理，測量觸摸體到換能器的距離，確定觸摸體的位置。所述換能器發(fā)射的聲波沿觸摸屏體表面?zhèn)鞑?，遇到觸摸體后發(fā)生反射，通過測量聲波從換能器發(fā)射后，經(jīng)觸摸體反射，再反射回換能器所經(jīng)過的時間，根據(jù)聲波的傳播速度，計算得到觸摸體與換能器之間的距離，從而對觸摸體進行定位。所述換能器既作接收換能器又作發(fā)射換能器，同一換能器在發(fā)射、接收狀態(tài)之間切換，換能器發(fā)射掃描聲波信號后，立即切換為接收狀態(tài)。所述換能器數(shù)量至少為一個，分布在有效觸摸區(qū)以外的邊或/和角上。所述換能器數(shù)量至少為一個，分布在有效觸摸區(qū)所在面的同一面或不同面。所述識別、定位具體包括如下步驟
a、換能器在驅(qū)動脈沖的作用下，向觸摸屏體發(fā)射沿表面?zhèn)鞑サ穆暡ㄐ盘?，在沒有觸摸體觸摸時，在觸摸屏表面?zhèn)鞑サ穆暡ㄐ盘柌粫挥|摸體反射，此時換能器接收到的信號被控制器采樣記錄作為參照信號；
b、當(dāng)有觸摸體接觸屏體表面時，換能器發(fā)射出的聲波信號經(jīng)觸摸體反射后，返回換能器，被處于接收狀態(tài)的換能器接收；
C、控制器判斷、檢測接收到的反射聲波信號，并與紀錄的參照信號比較，檢測反射聲波信號相對于發(fā)射脈沖的延遲時間；
d、根據(jù)檢測到的反射聲波脈沖信號的延遲時間，以及聲波的傳播速度，計算得到對應(yīng)的觸摸體與換能器之間的距離大小，從而確定觸摸體的坐標位置。所述b步驟中，觸摸體與屏體形成傳播特性變化的交界面，聲波信號在該交界面會發(fā)生反射，部分聲波信號經(jīng)反射后被換能器接收。所述換能器發(fā)射出的聲波信號，經(jīng)過時間t后到達觸摸體，經(jīng)觸摸體反射后，經(jīng)過同樣的時間t反射回處于接收狀態(tài)的換能器，由于聲波的傳輸速度V—定，所以觸摸體到換能器的距離L為L=V t。所述換能器按不同方向發(fā)射聲波信號對觸摸區(qū)進行掃描，如果在指定的方向A有觸摸，則會產(chǎn)生反射回波，通過接收反射回波，測量觸摸引起的反射回波信號從發(fā)射，經(jīng)觸摸體的反射后，再返回到換能器所經(jīng)過的傳輸時間，得到觸摸體到換能器間的距離L，觸摸體的方位就是此時對應(yīng)的發(fā)射方向A。距離L和方位角A就代表了觸摸體的極坐標，觸摸體位置坐標 X，Y 為=X= L sin (A)，Y=L cos (A)。
所述換能器通過機械或電子方式向不同的方向發(fā)射表面聲波脈沖信號對觸摸有效區(qū)進行掃描，并檢測返回的反射信號。
所述換能器為設(shè)置在屏體上的兩個距離為LO的廣角換能器，換能器發(fā)射聲波信號，換能器的發(fā)射角覆蓋觸摸屏的對應(yīng)有效觸摸區(qū)，觸摸體坐標位置
權(quán)利要求
1.一種聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于觸摸體的定位基于觸摸體對聲波的反射，通過測量分析觸摸體引起的反射信號特征信息，對觸摸體進行識別、定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于觸摸體的定位是基于觸摸體對聲波的反射，形成回波，通過回波定位原理，測量觸摸體到換能器的距離， 確定觸摸體的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于發(fā)射換能器發(fā)射的聲波沿觸摸屏體表面?zhèn)鞑?，遇到觸摸體后發(fā)生反射，通過測量聲波從換能器發(fā)射后，經(jīng)觸摸體反射，再反射回換能器所經(jīng)過的時間，根據(jù)聲波的傳播速度，計算得到觸摸體與換能器之間的距離，從而對觸摸體進行定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述換能器既作接收換能器又作發(fā)射換能器，同一換能器在發(fā)射、接收狀態(tài)之間切換，換能器發(fā)射掃描聲波信號后，立即切換為接收狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述換能器數(shù)量至少為一個，分布在有效觸摸區(qū)以外的邊或/和角上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述換能器數(shù)量至少為一個，分布在有效觸摸區(qū)所在面的同一面或不同面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或6所述的表面聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于， 所述識別、定位包括如下步驟a、換能器在驅(qū)動脈沖的作用下，向觸摸屏體發(fā)射沿表面?zhèn)鞑サ穆暡ㄐ盘?，在沒有觸摸體觸摸時，在觸摸屏表面?zhèn)鞑サ穆暡ㄐ盘柌粫挥|摸體反射，此時換能器接收到的信號被控制器采樣記錄作為參照信號；b、當(dāng)有觸摸體接觸屏體表面時，換能器發(fā)射出的聲波信號經(jīng)觸摸體反射后，返回換能器，被處于接收狀態(tài)的換能器接收；C、控制器判斷、檢測接收到的反射聲波信號，并與紀錄的參照信號比較，檢測反射聲波信號相對于發(fā)射脈沖的延遲時間；d、根據(jù)檢測到的反射聲波脈沖信號的延遲時間，以及聲波的傳播速度，計算得到對應(yīng)的觸摸體與換能器之間的距離大小，從而確定觸摸體的坐標位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述b步驟中， 觸摸體與屏體形成傳播特性變化的交界面，聲波信號在該交界面會發(fā)生反射，部分聲波信號經(jīng)反射后被換能器接收。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述換能器發(fā)射出的聲波信號，經(jīng)過時間t后到達觸摸體，經(jīng)觸摸體反射后，經(jīng)過同樣的時間t反射回處于接收狀態(tài)的換能器，由于聲波的傳輸速度V —定，所以觸摸體到換能器的距離L為L=Vto
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述換能器按不同方向發(fā)射聲波信號對觸摸區(qū)進行掃描，如果在指定的方向A有觸摸，則會產(chǎn)生反射回波，通過接收反射回波，測量觸摸引起的反射回波信號從發(fā)射，經(jīng)觸摸體的反射后，再返回到換能器所經(jīng)過的傳輸時間，得到觸摸體到換能器間的距離L，觸摸體的方位就是此時對應(yīng)的發(fā)射方向A，距離L和方位角A就代表了觸摸體的極坐標，觸摸體位置坐標X，Y為X= Lsin (A), Y=L cos (A)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述換能器通過機械或電子方式向不同的方向發(fā)射聲波脈沖信號對觸摸有效區(qū)進行掃描，并檢測返回的反射信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述換能器為設(shè)置在屏體上的兩個距離為LO的廣角換能器，換能器發(fā)射聲波信號，換能器的發(fā)射角覆蓋觸摸屏的對應(yīng)有效觸摸區(qū)，觸摸體坐標位置X，Y為X=
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，其特征在于所述廣角換能器包括基座和粘接在基座上的壓電片，所述壓電片制成圓錐面，基座呈圓錐形或環(huán)形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面聲波觸摸屏識別觸摸點的方法，本發(fā)明基于回波定位原理，換能器發(fā)射的表面聲波遇到反射體(或觸摸體)發(fā)生反射，通過測量表面聲波從換能器發(fā)射后，經(jīng)觸摸體反射，再反射回同一換能器所經(jīng)過的時間，再根據(jù)聲波的傳播速度，計算得到觸摸體與換能器之間的距離，從而對觸摸體進行定位。根據(jù)觸摸系統(tǒng)要求，可以配置不同數(shù)量的換能器，實現(xiàn)單個或/和多個觸摸體的一維、二維坐標定位。
文檔編號G06F3/043GK102495700SQ20111040760
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者張定慶, 林立, 鐘德超 申請人:成都吉銳觸摸技術(shù)股份有限公司