利用高次谐波压电元件的声学装置制造方法及图纸

提供一种基于声学的系统，例如触摸屏幕系统。所述系统包括声基片以及连接到基片的声换能器。换能器呈现等于系统工作频率的高奇次谐振频率。由于使用了基本上等于工作频率的高次谐振频率，所以可以增加换能器的厚度，从而使换能器更加耐用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利
涉及声触摸传感器技术，更准确地说，涉及利用压电元件的高次频率的声触摸传感器。
技术介绍
触摸传感器是用于计算机和其它电子系统的透明或不透明的输入装置。正如名称暗示的那样，触摸传感器由或者来自用户的手指或者来自笔尖或某种其他装置的触摸激活。触摸屏幕(即，具有透明基片的触摸传感器)通常与显示装置(例如，阴极射线管(CRT)监视器和液晶显示器)一起使用构成触摸显示系统。这些系统越来越多地用于商业应用(例如，饭店的定单输入系统)、工业过程控制应用、交互式博物馆展示系统、公众信息台、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理和视频游戏中。目前使用的主要触摸技术有电阻式、电容式、红外和声触摸技术。将这些技术组合的触摸屏幕已推出了具有竞争价格的高标准性能。所有这些都是透明装置，它们通过以下方法来响应触摸将触摸位置的坐标传送给主机，主机随后执行某种与具体位置的坐标相关联的功能。自然，每一种都具有相对的优点和缺点。声触摸屏幕(也称作超声触摸屏幕)已经有效地与其它触摸技术竞争。这在很大程度上是由于声触摸屏幕的功能能满足高透明度和高分辨率触摸性能的应用要求，并提供耐用的触摸表面。声触摸屏幕系统包括触摸屏幕(即，具有透明基片的触摸传感器)、控制器以及连接触摸屏幕和控制器的引线。一般地说，触摸屏幕包括声波在其中传播的触摸敏感基片。当触摸基片表面时，所述触摸导致吸收横过基片传播的声波能量的至少一部分。电路系统用来确定所述吸收位置在XY坐标系统中的位置，所述XY坐标系统概念性地并且不可见地叠加在触摸屏幕上。实质上，这是通过记录声波开始传播的时间和出现触摸引起声波吸收的时间来实现。然后，可以利用这些时间差，与已知的声波通过基片的传播速度一起来确定精确的触摸位置。通常类型的声触摸屏幕使用Rayleigh型声波，其中，所述术语用来包括准-Rayleigh波。有关Rayleigh波触摸屏幕的说明性的公开包括美国专利No.4642423；4645870；4700176；4746914；4791416；Re 33151；4825212；4859996；4880665；4644100；5739479；5708461；5854450；5986224；6091406；6255985；6236691；和6441809。还有使用其它类型声波，例如，Lamb和切变波或不同类型的声波组合(包括含有Rayleigh波的组合)的声触摸屏幕。这些技术的说明性的公开包括美国专利No.5591945；5854450；5072427；5162618；5177327；5329070；5573077；6087599；5260521；和5856820。上面列举的专利通过引用组合到本申请中。借助于对Rayleigh波的吸收来检测触摸的声触摸屏幕已经证明在商业上是成功的。使用Rayleigh波的成功产品在很大程度上要归功于Rayleigh波呈现的两个特性。第一，与其它声波相比较，Rayleigh波对触摸更加敏感。第二，Rayleigh波是平面波，它可以在任何简单均匀的玻璃基片的表面上传播。但是，Rayleigh波触摸屏幕具有增加的对液体杂质(例如油和水，它们吸收来自传播的声波的能量)的灵敏度。虽然Rayleigh波最广泛地应用于商业产品中，但是，使用水平极化切变波的触摸屏幕在本领域中也是众所周知的。水平极化切变波的使用，在出现水和其它液体杂质时，可以极大地增强声触摸屏幕的健壮性。这是由于与Rayleigh波不同，水平极化切变波没有被杂质吸收的垂直运动分量。因此，波的吸收是通过粘滞阻尼而不是通过波的辐射出现的。由于手指比杂质(例如，水滴)更加粘滞，所以可以把触摸屏幕配置成拒绝低粘滞性触摸(因而拒绝杂质)，同时接受较高粘滞性的有效手指触摸。因此，对于某些触摸屏幕应用来说，抗杂质干扰性是水平极化切变波的重要优点。无论使用哪一类声波技术，声波触摸屏幕都包括作为将能量从一种形式转换成另一种形式的元件的换能器。例如，发射换能器接收来自相关联的电子电路的音频脉冲群，然后横过基片发射声波分组。接收换能器接收来自基片的发射声波分组，并且产生传送给相关联的电子电路供其处理的电信号。每一种类型的换能器包括用于转换电信号和机械振动的压电元件。商用压电元件最通常是由铁电压电陶瓷(例如锆钛酸铅(PZT)和改进的钛酸铅)制成的。而通常更贵的单晶压电材料(例如，铌酸锂)也可以用于构造触摸屏幕换能器的压电元件。大多数商用生产的压电元件是压力模式压电元件。但是，如果换能器要发射或接收水平极化切变波，那么，就需要切变模式压电元件。图1(a)和(b)示出了压电元件振动的时序示意图图1(a)示出了压力模式压电元件的时序，而图1(b)示出了切变模式压电元件的时序。在图1(a)中，压力模式压电元件从静止状态10开始。然后，它接收电信号，所述电信号使其扩展到位置12。在压电元件到达它完全扩展的位置12之后，它将朝着其静止位置14收缩。它继续收缩而超过其静止位置14，一直到它到达它完全收缩的位置16。最后，在到达它完全收缩的位置16之后，它就返回它的静止位置18，从而完成一个周期。由于压电元件的这种振动的收缩/扩展移动，经由一系列振动周期产生声波。在图1(b)中，切变模式压电元件从静止状态20开始。然后。它接收电信号，所述电信号使其切变到位置22。在压电元件达到它完全切变的位置22之后，它将在相反方向上切变到它的静止位置24。它继续切变而超过其静止位置24，一直到它到达完全切变的位置26。最后，在到达它完全切变的位置26之后，它返回静止位置28，从而完成一个周期。由于压电元件的这种振动的切变移动，经由一系列振动周期产生声波。实质上，声触摸屏幕简单地说就是带通滤波器系统。换句话说，如果多个不同频率信号被输入到触摸屏幕，那么，触摸屏幕只输出这些信号中特定的一个。所述特定信号将具有特定的频率，所述特定频率被看作为触摸屏幕的工作频率。例如，如果把1和10MHz(1、2、3等)之间的一系列信号输入到特定的触摸屏幕，那么触摸屏幕将只输出其频率为这些频率之一(例如5MHz)的信号。所述频率(工作频率)由触摸屏幕基片的材料(所述材料确定通过基片的信号速度)和触摸屏幕的反射阵列的反射元件之间的间距(所述间距必须是信号波长的整倍数)确定。根据前面所述，触摸屏幕的其它元件设计成在所述工作频率下使用。按照惯例，相关联的电子线路以所述工作频率下的音频脉冲群驱动触摸屏幕，产生、传播和接收所述工作频率的声波，并且相关联的电子线路处理接收的所述工作频率的电信号。商用声波触摸屏幕系统通常设计成具有接近5MHz的工作频率。随着工作频率的提高声波的衰减率迅速上升。例如，虽然较高的工作频率对于较小的触摸屏幕(例如，PDA、移动电话等的触摸屏幕)是有用的，但是10MHz的工作频率将大大减小最大传播距离，因而限制了许多商业应用的触摸屏幕的尺寸。另一方面，使用很低的工作频率会导致较大的声波波长、较强的衍射效应和较差的声波波束的方向性。这就是说，需要更宽的反射阵列的边界。最终，使用较低工作频率会降低触摸位置的分辨率。因此，接近5MHz的工作频率是商用标准。通常，压电元件设计成以触摸屏幕系统的工作频率谐振，以便保证可接受的效率水平。在传统的声触摸屏幕的压电元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有工作频率的触摸传感器，它包括：触摸敏感基片；以及可操作地结合到所述基片的声换能器，其中，所述声换能器包括近似等于所述工作频率的高奇次谐振频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-28 10/377,4931.一种具有工作频率的触摸传感器，它包括触摸敏感基片；以及可操作地结合到所述基片的声换能器，其中，所述声换能器包括近似等于所述工作频率的高奇次谐振频率。2.如权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述高奇次谐振频率是从由三次、五次和七次谐振频率组成的频率中选择的。3.如权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述声换能器包括压电元件。4.如权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述声换能器是切变模式声换能器。5.如权利要求4所述的触摸传感器，其中，所述声换能器配置成发射或接收所述基片中的水平极化声切变波。6.如权利要求5所述的触摸传感器，其中，所述切变波是乐甫波、零次水平极化切变(ZOHPS)波、或高次水平极化切变(HOHPS)波、或它们的任何组合。7.如权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述声换能器为压力模式换能器。8.如权利要求7所述的触摸传感器，其中，所述声换能器配置成发射或接收所述基片中具有纵向分量的声波。9.如权利要求8所述的触摸传感器，其中，所述声波是Rayleigh波或Lamb波、或它们的组合。10.如权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述触摸传感器还包括可操作地结合到所述基片的声发射/接收组件，所述声发射/接收组件用于发射和接收沿至少一组平行路径传播的声波。11.如权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述基片是不透明的。12.如权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述基片是透明的。13.一种检测在触摸传感器上的触摸的方法，所述方法包...

【专利技术属性】
技术研发人员：J肯特，
申请(专利权)人：伊罗接触系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]