一种三维多点式触摸屏制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三维多点式触摸屏，包括具有顶部表面和底部表面的触摸层、连接到触摸层底部表面的压力传感器阵列和触控感知传感器、与压力传感器阵列和触控感知传感器分别连接的控制单元、由基底和周缘组成的触摸屏外壳，所述触摸层置于触摸屏外壳中，触摸层和周缘直接设有由弹性材料组成的缓冲层，所述控制单元包括触控行为控制单元、位置采集控制单元，分别与触控行为控制单元和位置采集控制单元连接的主控单元，所述位置采集控制单元用于采集触控点数、触控位置，所述触控行为单元检测触摸屏是否有触控行为。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于触摸屏
，涉及一种三维多点式触摸屏，具体涉及一种基于三 维电容式压力传感器的多点触摸屏。
技术介绍
电容式触觉传感器具有结构简单、造价较低、灵敏度高以及动态响应好等优点， 尤其是对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性比较强。但是，该类型的传感器输出一般 会表现为非线性，并且固有的寄生电容和分布电容均会对传感器的灵敏度和测量精度产 生影响。上世纪70年代以来，随着集成电路技术的发展，出现了与微型测量仪表封装在 一起的电容式传感器，这种新型的传感器能够大大减小分布电容的影响，克服了其固有 的缺点。电容式触觉传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。压力传感器都只 是采集竖直方向上的压力：如中国专利CN201110074892.6采用的是10个对应脚底压力 分布点的薄膜压力传感器；CN201010230489. 3采用的是8列XlO行的矩阵压力传感器， CN2012102984097采用的40乘以40压敏电阻矩阵，不能进行三维力计算。
技术实现思路
根据以上现有技术的不足，本专利技术提出一种三维多点式触摸屏，通过采用三维电 容式压力传感器，能够及时准确感应同时发生的多个触摸，以及准确记录每个触电的压力 和轨迹。 为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种三维多点式触摸屏，包括具有 顶部表面和底部表面的触摸层、连接到触摸层底部表面的压力传感器阵列、与压力传感器 阵列连接的控制单元、由基底和周缘组成的触摸屏外壳，所述触摸层置于触摸屏外壳中，触 摸层和周缘直接设有由弹性材料组成的缓冲层，连接到触摸层底部表面的压力传感器阵列 使得施加到顶部表面的触摸压力传给触摸压力位置附近的压力传感器。触摸层由弹性材料 形成，且具有隔离潮气和尘土的特性，同时触摸层对触摸具有灵敏和精确性。控制单元包括 触控行为控制单元、位置采集控制单元，分别与触控行为控制单元和位置采集控制单元连 接的主控单元，所述位置采集控制单元用于采集触控点数、触控位置，所述触控行为单元检 测触摸屏是否有触控行为。 所述触控感知传感器包括X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合， 设置于触摸屏的端角，与触控行为控制单元单元，触控感知传感器的灵敏度高于压力传感 器。所述控制单元端角的触控感知传感器处于工作状态，压力传感器陈列处于低功耗状态。 通过设立触控感知传感器避免出现非正常触摸或感应的响应，并降低功耗。触控感知传感 器最少设置为4个，分别有2个电容单元组成X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容 单元组合，布设的数量的增加利于提高对触摸屏的检测可靠性。本【具体实施方式】，中分别于 屏体的4个端角设立4个电容单元，如果超过4个时，可以设置于端边或侧边上。 所述压力传感器阵列包括与控制单元分别连接的X方向差动电容单元组合和Y方 向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合通过电容值相减计算X方向的切向力 且消除Y方向切向力影响，所述Y方向差动电容单元组合通过电容值相减计算Y方向的切 向力且消除X方向切向力影响，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合 的电容值求和计算电容传感器的法向力且消除切向力影响，所述X方向差动电容单元组 合和Y方向差动电容单元组合均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单 元模块是由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元包括上极板的 驱动电极和下极板的感应电极。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同， 驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位和右差位δ bo? = b0感+ δ S + δ左，其中，b0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b0感为条状电容单元的感 应电极长度，所述差位Ss= δ φ，且其中d。为弹性介质厚度，G为弹性 介质的抗剪模量，τ_为最大应力值。所述两组相互形成差动的电容单元模块的条状电容 单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。 所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻 两条状电容单元之间设有电极间距a 5，所述平行板面积S = Mfefajb。，其中，M为条状电 容单元数量，b。为条状电容单元的长度，a。条状电容单元的宽度，所述电容单元模块的每个 条状电容单元的引线通过并联或者独立方式连接到控制单元。所述条状电容单元的宽度其中，d。为弹性介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。 所述控制单元和电容单元模块之间设有中间变换器，中间变换器用于设置电压对电容或频 率对电容的传输系数。所述触摸屏外壳基底和触摸位置压力传感器和触控行为压力传感器 之间设有支撑层，所述支撑层由具有震动吸收特性的材料形成。 -种三维多点式触摸屏的控制方法，该方法包括以下步骤：步骤一、设备启动后， 控制单元的触控行为控制单元采集触控行为压力传感器的值，传感器阵列处于休眠状态， 当出触控行为压力传感器值改变；步骤二、对压力传感器阵列的电容单元进行电容采集，位 置采集控制单元为采集的数据分析采集触控点数和触控位置；步骤三、主控单元根据触控 点数和触控的位置对电容单元进行分组，分别形成由X方向差动电容单元组合和Y方向差 动电容单元组合形成的触控点电容组；根据触控点电容组的数据计算本触控点触控位置的 坐标和运行轨迹；步骤四、输出计算数据。 所述步骤三触控点触控位置的坐标通过步骤：步骤a、设触控点的坐标为（Xj， y_j)，其中j = 1，2，…，M，M为触控点已知数量，与触控点相关联的电容单元坐标为 (a;，bj，其中i = 1，2，…，N，N为触控点已知数量，N为关联电容单元的已知数量，步骤b、分别列出触控点和相关联的电容距离 方程，并根据触控点为任意两相关点以距离为半径的园的交叉点，求出触控点的坐标；步骤 c、根据触控点电容组的输出值进行计算，计算出压力的大小和方向，及其移动轨迹。所述步 骤c移动轨迹的计算通过压力进行微积分划出移动轨迹，并通过触控点的各个电容单元的 变化对移动轨迹进行累加，电容单元的电容值的变化用于确定各个方向移动的时间。 每个电容单元都具有一对传感器导线连接到控制单元，导线通过电容单元之间缝 隙引出，用于测量电容单元的变化量，该变化由在屏幕位置的单个或多个触摸和压力引起。 所述触摸屏外壳基底和触摸位置压力传感器和触控行为压力传感器之间设有支撑层，所述 支撑层由具有震动吸收特性的材料形成。所述压力传感器阵列底面与支撑层连接。压力传 感器阵列布置与支撑层和触摸层之间，用过胶粘连接。支撑层用于使传感器阵列保持水平， 从而防止错误读取。为了实现高精度的定位和降低环境噪音对电容变化检测信号的影响， 控制单元设有内嵌门限检测、噪声信号滤波和空间差值算法等单元。 本专利技术有益效果是：为了提高接触式电容三维力传感器的灵敏度，转换精度以及 机器人触觉传感系统的可靠性与稳定性，设计出了以PCB板为平行板电极和PDMS为基材的 介质层，平面尺寸为IOXlOmm 2的组合式电容敏感器件。推导了法向和切向应力张量敏感 单元的输入输出特性及其相应的线性度与灵敏度公式。以此为基础并参照成熟的器件制造 工艺，提出了具有梳齿状电极的敏感单元，并在极板表面上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维多点式触摸屏，其特征在于，包括具有顶部表面和底部表面的触摸层、连接到触摸层底部表面的压力传感器阵列和触控感知传感器、与压力传感器阵列和触控感知传感器分别连接的控制单元、由基底和周缘组成的触摸屏外壳，所述触摸层置于触摸屏外壳中，触摸层和周缘直接设有由弹性材料组成的缓冲层，所述控制单元包括触控行为控制单元、位置采集控制单元，分别与触控行为控制单元和位置采集控制单元连接的主控单元，所述位置采集控制单元用于采集触控点数、触控位置，所述触控行为单元检测触摸屏是否有触控行为。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷婷，吴凤霞，赵晓莹，
申请(专利权)人：安徽机电职业技术学院，
类型：新型
国别省市：安徽;34