显示表面上触摸点位置参数传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术属传感技术领域，应用于多媒体计算机的触摸输入方面，尤其是在显示元件表面上触模位置的传感技术。本发明专利技术使用了多点定位技术，即显示表面的手指或其等效物，反射由超声波换能器所发射的超声波，到多个位置已知超声波接收器，转换成为电信号输出到后续处理系统，而得到触摸点与每个接收器之间的距离，进而得到该标的点的坐标。本装置或部件输出的信息，是不同的换能器所发射、接收的电信号的时间值或时间差。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声传感
，主要应用于计算机多媒体技术中数据信息点的触摸式输入方面，尤其是在用计算机显示器的显示屏幕上，实施对特定的显示区域的数据的选择输入，是一种使用超声波技术，对触摸点的位置坐标进行检测的传感元件。现有的在显示屏幕上实现触摸点位置坐标检测的技术，即触摸屏技术，主要有电阻电位技术、电容漏电流技术、光学及红外技术、声表面波技术、矢量力技术。在申请号码为98101325.2的中国专利之中，本申请人提供了多篇介绍上述各种技术的专利文献，对上述技术的优缺点进行了较为详细的分析，同时公开了一种使用超声波技术，来实现对平面或空间内的“触摸点”的位置坐标信息进行传感检测的技术方案。该专利的实施方案，是在某个指定的平面内，分布设置最少三个超声波接收器，接收由一个安装在手持的触摸柄的顶端的超声波发射器所发射的超声波，在接收到超声波信号后，各个接收器分别输出一个或一系列电信号到后面的数据处理系统。由于超声波发射器与各个接收器的距离不同，并且声速在指定的介质中是已知恒定的，故各个接收器所输出的电信号的时间也就不同，所以这一系列电信号被后面的数据处理系统接收后，就能够计算出这些电信号之间的时间差，再利用解析几何的方法，就能够得到超声波发射器，即手持触摸柄的顶端所在的被触摸点的位置坐标。这种方案的优点在于生产制造的费用低，而且几乎与被检测、传感定位区域的大小无关；能够应用在挂图表面、墙面等其它场所；也能够制成可以随身携带的部件，以适用于不同地点的临时使用。同时，在需要的时候，还能够实现在三维的立体空间内的“触摸点”的位置坐标参数的检测、传感。但是，由于实施这个技术方案，必须使用一个几乎独立的、安装有超声波发射器的触摸柄，使得使用方法较为复杂，也增加了管理维护的工作量，不适合应用在难于管理的、以计算机显示器为输出部件时的公共场所的信息查询。本专利技术的目的就是针对上述的缺点，提供了一种更适合于计算机显示器以及小型的投影显示器使用的检测元件或装置，在省去了手持的超声波发射器的情况下，根据同样的几何学原理，来实现对显示屏幕上的触摸点的位置坐标信息的检测。本专利技术的具体技术方案是这样的将至少一个用于超声波发射和至少三个用于超声波接收的、适用于以空气为传播介质的超声波换能器，分布安装在显示表面的边缘、其位置坐标在某个参照坐标系内是已知或可知值的点上，使这些换能器的发射或接收面，即工作表面指向显示表面的前方区域，并且与相应的超声波发射接收电路相连接；使用发射角足够大的发射换能器，使该发射器从其安装点所发射的超声波，能够在显示表面前部、平行于显示表面的平面，即工作面内覆盖整个显示表面；同样使用接收角足够大的接收换能器，使该接收器能够，接收从上述工作面内的任意一点，指向该接收器安装点的超声波信号。当手指或其等效替代物进入工作面内时，反射从发射换能器发射的超声波到上述的接收换能器。由于超声波信号自被发射出到被接收到，需要一定的时间，所以本部件或元件中不同的接收器输出的电信号时间，与其和反射物之间的距离相关，通过选择不同的发射、接收方案，经过发射接收电路的处理，或者可以得到不同的接收电信号与发射电信号之间的时间差，或与其距离差值相对应的时间序列信号。本装置或部件输出的信号被送到后续的数字处理系统，计算出所述的各个距离，就能够得到触摸点的坐标。因为省掉了手持的超声波发射器，所以本专利技术与先有技术相比更具优点。首先，这种技术方案适合于应用在显示器或显示元件上，能够实现与现有的各种触摸屏相同的功能，但却只需要更低的生产、制造和维护费用；其次，本技术方案同样也能够象申请号码为98101325的中国专利一样，在增加一个类似于教鞭、不带有超声波换能器的手持触摸柄，即手指的等效替代物的情况下，应用于挂图、墙面、较大的投影屏幕等其它平面情况下，同时，也能够制成可以随身携带的部件，以适用于不同地点的临时使用。下面根据附图来详细说明本专利技术的一些具体的实施方案。附图说明图1已知点在坐标系坐标轴上的一种设置方式图2已知点在坐标系坐标轴上的另一种设置方式图3超声波传感器在显示器上的一种安装形式图4超声波传感器在显示器上的另一种安装形式及手指尺寸误差分析图5传感装置的一种结构示意6图5的A-A剖面7传感装置的另一种结构示意8图7的A-A剖面9传感装置在显示监视器一个边缘的安装和操作示意10超声波换能器的一种外形11超声波换能器的另一种外形12发射的超声波在屏幕法线方向的分布图13衍射波干扰的形成示意14一种超声波的发射和接收信号的时序和波形15另一种超声波的发射和接收信号的时序和波形16与图14相对应的超声波发射和接收电路的方块17与图15相对应的超声波发射和接收电路的方块18超声波发射与接收器在阴极射线管表面的安装示意19本装置或部件在其它显示表面边缘的一种安装方案示意1、图2表示出了本专利技术的几何学原理。图中P1、P2、P3表示超声波换能器在某个参照坐标系的安装点，其坐标值是已知的，或者可以使用某种方法通过事先测量而得到，标注在括号内；点P表示手指或其等效替代物所在的位置，D1、D2、D3表示点P到各个安装点的距离。更一般的设置情况和各个距离值来计算P点坐标值的几何学方法，可以参见前述中国专利的说明书。图3给出了本装置的超声波换能器在显示器的壳体上的一种与图1相对应安装方法。在一般情况下，超声波发射器也同时是一个超声波接收器(有时只是效率不同，或者接收换能器还带有机械式的滤波器)，因此在图3中显示器的显示302表面周围的壳体301边框的角上，安装了303、304、305三个换能器，306是一个备用或作为校验用的换能器，可以不装。这三个换能器在这里既是发射器，同时又是接收器，其功能的转换是通过图17的切换开关来实现的。图中307、308、309依次表示的是换能器303、304、305所发射的超声波(图中的同心弧)，被手指310所反射的反射波及其方向。使用这种实施方案，由于各个发射器的发射时间不同，所以计算时间差较困难，但是测量每个换能器从发射出到接收到超声波的时间差却很容易，这个时间差乘以声速，就是该接收器到手指触摸点距离的二倍。图4是与图2的已知点的设置方式相对应的另一种超声波换能器的安装方案。图4中边框中间的换能器可以是两个，即一个专用的发射换能器和一个专用的接收换能器，分别是图5中的502和304，也可以是一个特殊设计的、发射接收通用的换能器304。401表示从发射器304或502中发射出的超声波的各个方向中的一个方向，402表示可以达到接收器305的一簇反射波。因为手指310有一定的粗细，故在图中用d来表示，当需要精确定位时，在编制软件计算时间或距离时，需要把这个直径考虑进去，以减小误差。当手指在显示表面不同的位置时，直径d对接收器303、305的影响是不同的，但在显示表面上指定的区域内，对指定的接收器的影响是可以通过计算得到，而对304的影响基本上相同，因此在计算出手指坐标值所在的区域时，可以用在该区域内已经计算好的修正值来修正坐标值，得到精确的坐标值。在图4的方案中，可以如上所述来设定发射、接收换能器，也可以另外设置，如将303、305设置成发射接收通用的换能器，而将304设置为专用的接收器；或者将上述三个换能器都设置成通用换能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于计算机多媒体数据输入的显示表面上触摸点位置参数传感装置，包含有超声波发射接收电路，和分布安装在显示表面边缘的超声波换能器，其特征在于： Ａ．所述的超声波换能器有至少一个用于超声波发射和至少三个用于超声波接收；这些换能器的工作表面指向显示表面的前方区域，并且至少三个接收换能器的位置坐标值在某个参照坐标系内是可知或已知的； Ｂ．所述超声波换能器，是适用于以空气为超声波传播介质的超声波换能器件； Ｃ．用于超声波发射的换能器在平行于显示表面的平面内发射角要足够大，以致于该发射器从其安装点所发射的超声波能够覆盖整个显示表面；用于超声波接收的换能器的接收角也要足够大，以致于能够接收从上述平面内、显示表面所在区域内的任意一点，指向该接收器安装点的超声波信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中华，
申请(专利权)人：北京青谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]