專利名稱：具有壓力感控特性的觸摸板及系統(tǒng)的制作方法
具有壓力感控特性的觸摸板及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種觸摸板，尤其涉及一種經(jīng)過改進且應(yīng)用于便攜電子裝置的 觸摸板。背景技術(shù)：
現(xiàn)在已經(jīng)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(yīng)于移動光標和在顯示屏上作出相應(yīng)的選擇。舉例來說，輸入裝置 可以包括按鈕、開關(guān)、鍵盤、鼠標、軌跡球、觸摸板、游戲棒、觸摸屏等。這 些裝置中每一種都有其各自的優(yōu)點和缺點，在設(shè)計消費電子裝置時都要考慮。 在便攜式計算機裝置上，輸入裝置一般從按鈕和開關(guān)中選擇。按鈕和開關(guān)一般 在性質(zhì)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(shù)字等)。在手持式個人數(shù)字助理(PDA)情況下，輸入裝置傾向于采 用觸摸敏感的顯示屏。利用觸摸屏?xí)r，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便攜式計算裝置中，輸入裝置一般是觸摸板。采用觸 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(yīng)于用 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(yīng)裝置轉(zhuǎn)化的電訊號，也可以在顯示屏上做出相應(yīng)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(xiàn)選擇確認的功能。另夕卜，觸摸板可以提供專用的 作用區(qū)，當用戶將其手指在X方向和Y方向線性掃過作用區(qū)時，它便完成巻 屏。利用這種技術(shù)，在作用區(qū)內(nèi)，通過在Y方向上(向前或者向后)移動手指， 實現(xiàn)垂直巻屏，或者在X方向上(向左或者向右)實現(xiàn)水平巻屏。
對于觸4臭板，二維笛卡爾坐標系用來監(jiān)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(jiān)一見手指或者其他接觸物質(zhì)的坐標(x， y)位置，然后通過控制電^各相應(yīng)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(wǎng)格。于是，當手指在觸摸板內(nèi) 跨越傳感器的網(wǎng)格而移動時，傳感器便產(chǎn)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，其余的討論將就電阻傳感技術(shù)進行， 但應(yīng)該指出，其他技術(shù)也有類似特征。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠根據(jù)感測壓力大小的不同而產(chǎn)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(tǒng)。
本發(fā)明涉及一種結(jié)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(chǎn)生映射于對應(yīng)笛卡爾坐標系(x， y)中x的值； y坐標層產(chǎn)生映射出對應(yīng)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(fā)生改變。
一種結(jié)合了具有壓力感控特性觸摸板的系統(tǒng)，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(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號；功 能控制軟件，所述功能控制軟件用以判斷控制電路中不同的電信號，并將不 同的電信號對應(yīng)實現(xiàn)其所對應(yīng)的不同功能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果觸摸板在選擇定位功能的 基礎(chǔ)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?qū)崿F(xiàn)通過 壓力控制相應(yīng)功能的作用。

圖l是本發(fā)明觸摸板基本結(jié)構(gòu)的組合圖。
圖2是本發(fā)明觸摸板基本結(jié)構(gòu)的分解圖。
圖3是本發(fā)明觸摸板底部保護層與第一電阻層組合后的頂視圖。
圖4是本發(fā)明觸摸板底部保護層、第一電阻層和第一導(dǎo)電層組合后的頂視圖。
圖5是本發(fā)明觸摸板底部保護層、第一電阻層、第一導(dǎo)電層和可變電阻層組合后的頂視圖。
圖6是本發(fā)明觸摸板底部保護層、第一電阻層、第一導(dǎo)電層、可變電阻層
和第二導(dǎo)電層組合后的頂視圖。
圖7是本發(fā)明觸摸;fel底部保護層、第一電阻層、第一導(dǎo)電層、可變電阻層、 第二導(dǎo)電層和第二電阻層組合后的頂視圖。 圖8是本發(fā)明觸摸板完全組裝后的頂視圖。 圖9是按照本發(fā)明觸摸板一個實施例的手機設(shè)備流程圖。 圖10是按照本發(fā)明觸摸板一個實施例的工作流程圖。 圖ll是觸摸力小于參考壓力時，音量變化的示意圖。 圖12是觸摸力大于參考壓力時，音量變化的示意圖。 圖13是觸摸力大于參考壓力時，地圖變化的示意圖。 圖14是觸摸力小于參考壓力時，地圖變化的示意圖。 圖15是施壓物位于觸4莫板一部分時，地圖移動的示意圖。 圖16是施壓物位于觸4莫^反另一部分時，地圖移動的示意圖。 圖17是施壓物位于觸摸板數(shù)字1所對應(yīng)位置時的示意圖。 圖18是施壓物由觸摸板數(shù)字1所對應(yīng)位置滑動至數(shù)字3所對應(yīng)位置的示 意圖。
具體實施方式
現(xiàn)將結(jié)合圖解和文字共同對本發(fā)明創(chuàng)造進行詳盡的闡述，在以下描述中， 為了使本發(fā)明被更徹底的理解，將提出幾個具體的細節(jié)。但顯然，對于本專業(yè) 技術(shù)人員，沒有這些具體細節(jié)中的某些或者全部，也完全可以實施本發(fā)明。在 某些示例中，為了避免不必要的使本發(fā)明變得模糊不清，對于眾所周知的處理 步驟，沒有做過于詳細的闡述。
請參閱圖1到圖2所示，本發(fā)明觸摸板l的基本結(jié)構(gòu)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(dǎo)電層20， y坐標層包括第二導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電材料組 成，所述導(dǎo)電材料的組成一般為碳，此種組成結(jié)構(gòu)是常用結(jié)構(gòu)，當然也可以由 其他種類具有相同導(dǎo)電特性的導(dǎo)電材料代替。
第一導(dǎo)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(dǎo)電效能良好的金屬導(dǎo) 電材料組成。
可變電阻層30為大致方形薄片狀，由導(dǎo)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(dǎo)電材料組成(比如將攜帶大量空 隙的顆粒狀鎳-硅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/硅樹脂混合的體積比為70:1)，而導(dǎo)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(chǎn)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(dǎo)電特性，受到壓力并且壓力逐漸增大時，可變電阻層30的電阻值會逐漸減 小，導(dǎo)電特性也逐漸增強。
第二導(dǎo)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(dǎo)電效能良好的金屬導(dǎo) 電才才沖牛組成。
第二電阻層50大致為方形薄片狀，由導(dǎo)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(dǎo)電材料組成，所述導(dǎo)電材料的組成一 般為碳，此種組成結(jié)構(gòu)是常用結(jié)構(gòu)，當然也可以由其他種類具有相同導(dǎo)電特性 的導(dǎo)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(dǎo)電性。
前述介紹了本發(fā)明觸摸板1的基本結(jié)構(gòu)組成，下面將詳盡介紹本發(fā)明觸摸 板1的工作原理及相關(guān)工作流程和系統(tǒng)。
本發(fā)明觸摸板1的保護層60分別位于觸摸板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(dǎo)電層20、可 變電阻層30、第二導(dǎo)電層40和第二電阻層50,其中可變電阻層30的表面面 積大于第一電阻層10和第二電阻層50的表面面積。第一導(dǎo)電層20與第一電 阻層IO之間保持良好的電性接觸，第一導(dǎo)電層20通過部分嵌入、部分織入第 一電阻層10或者部分壓于第一電阻層10的表面等一切可以實現(xiàn)二者連接的方 法來保持第一電阻層10與第一導(dǎo)電層20之間的良好電性連接。其中，第一導(dǎo) 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(cè)邊部分電性接觸，也分別與可變電阻層30的兩個相對側(cè)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(dǎo)電回路(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(dǎo)電性；當用戶的手指壓于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后電阻值以一定速率降低并隨壓 力的大小而相對應(yīng)的變化，從而使具有導(dǎo)電性能的可變電阻層30為第一導(dǎo)電 回路的電壓分壓，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(dǎo)電回路中電壓值或者電流值大小。值得注意的是， 第一導(dǎo)電回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 么對應(yīng)于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(dǎo)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(cè)邊電性接觸，也分別與可變電阻層30 的另外兩個相對側(cè)邊電性接觸，該第二導(dǎo)電層40所接觸的第二電阻層50的兩 個側(cè)邊垂直于第一導(dǎo)電層20所接觸的第一電阻層10的兩個相對側(cè)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(dǎo)電回路(未標示)，當用戶的手指壓于觸摸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(dǎo)電性能增強， 從而為第二導(dǎo)電回路的電壓分壓，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(dǎo)電回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(yīng)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。
這里所要強調(diào)的是可變電阻層30可以隨著外界施加于其上的壓力大小而 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(fā)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，并且這種電壓值隨著壓力的連續(xù)變化也可以連續(xù)變化，通過外接控制電路，可以將連 續(xù)變化的壓力值轉(zhuǎn)化為連續(xù)或者間斷的電訊號，從而控制外部設(shè)備的相應(yīng)功
能。因此，此發(fā)明觸摸板實則由用于位置定位的二維笛卡爾坐標系(x， y)，轉(zhuǎn) 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用于位置定位，坐標值z用于表示壓力值。
請參閱圖9，本發(fā)明結(jié)合了具有壓力感控特性觸摸板的系統(tǒng)，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(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號；功 能控制軟件，所述功能控制軟件用以判斷控制電路中不同的電信號，并將不同 的電信號對應(yīng)實現(xiàn)其所對應(yīng)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(diào)整聲音的大小，以往的方式都需要應(yīng)用不同的控制按 鍵來進行上下調(diào)整。然而在集成了本發(fā)明觸摸板8的情況下，這種調(diào)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(chǎn)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，然后用戶根據(jù)參考力的大小，再向觸摸板8施加更 大的連續(xù)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(xù)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(dǎo)航模式下，需要調(diào)整地圖的大小，在集成了本發(fā)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，然后用戶根據(jù)參考力 的大小，再向觸摸板8施加更大的連續(xù)或者中斷的力，以產(chǎn)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(xù)或者中斷的力，以產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)生不同的作用；比如觸4莫^反8 上0到9的數(shù)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(shù)字鍵，可以輸入該數(shù)字鍵所對應(yīng)的數(shù)字；而用大于普通程度 的壓力按壓數(shù)字鍵，所對應(yīng)的數(shù)字鍵則可分別對應(yīng)有其它功能，該功能包括直 接進入某個功能菜單(如短信功能，電話本)，打開某個功能軟件(如各類游戲， 網(wǎng)絡(luò)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(fā)數(shù)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(jīng)外 部電路判斷，能夠產(chǎn)生相對應(yīng)的聲音反饋信號。比如用戶經(jīng)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(shù)字所對應(yīng)于觸摸板8 上的區(qū)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(shù)字鍵"1"所對應(yīng)的區(qū)域，則手指的輕微壓力觸發(fā)外部電 路反饋相應(yīng)的語音信號，手機會反饋數(shù)字"1"所對應(yīng)的語音提示，可以知道， 參閱圖17，若手指移動到數(shù)字鍵"3"，則手機會反饋數(shù)字"3"所對應(yīng)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(dǎo)航模式下，如圖17和圖18 所示，需要調(diào)整地圖的位置，整個觸摸板8可被劃分為若干規(guī)則形狀的區(qū)域， 用戶用手指7以一定力度按壓所劃分區(qū)域中的某個區(qū)域，該區(qū)域?qū)?yīng)于觸摸板 8的某個方向，則地圖對應(yīng)的會向該方向移動。
以上的實施方式僅為本發(fā)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(xiàn)相關(guān)功能的實施方式，均 在本發(fā)明的保護范圍中。
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權(quán)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(chǎn)生映射于對應(yīng)笛卡爾坐標系(x，y)中x的值；y坐標層產(chǎn)生映射出對應(yīng)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(fā)生改變。
2. 如權(quán)利要求1所述具有壓力感控特性的觸4莫板，其特征在于x坐標層 包括第一電阻層和第一導(dǎo)電層；y坐標層包括第二電阻層和第二導(dǎo)電層。
3. 如權(quán)利要求1所述具有壓力感控特性的觸摸板，其特征在于可變電阻 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(dǎo)電特性，觸摸板在受到外界壓力時，可變電阻層 具備導(dǎo)電特性。
4. 如權(quán)利要求2所述具有壓力感控特性的觸摸板，其特征在于第一導(dǎo)電 層包括第一金屬線狀電極和第二金屬線狀電極，第二導(dǎo)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(shè) 置，第三金屬線狀電極與第四金屬線狀電極平行設(shè)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(quán)利要求2所述具有壓力感控特性的觸摸板，其特征在于第一電阻 層和第二電阻層與對應(yīng)的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)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(tǒng)，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，并且觸摸板的電阻 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(yīng)觸摸板上不同電阻值的電信號輸 入，運算產(chǎn)生控制信號輸出；功能控制軟件，所述功能控制軟件用以根據(jù)輸入控制電路中不同的電信 號，進行一 定的邏輯運算對應(yīng)產(chǎn)生要求實現(xiàn)不同功能的控制信號供控制電路 輸出。
7. 如權(quán)利要求6所述具有壓力感控特性觸摸板的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括揚聲器或顯示器等輸出設(shè)備。
8. 如權(quán)利要求6所述具有壓力感控特性觸^^莫板的系統(tǒng)，其特征在于功 能控制軟件確定一個參考電信號值，該參考電信號值可以為預(yù)設(shè)值，也可以 為用戶第 一次觸摸該觸摸板產(chǎn)生壓力所對應(yīng)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于參考電 信號值，則系統(tǒng)實現(xiàn)一種特定功能；如當前壓力所確定的電信號值小于參考 電信號值，則系統(tǒng)實現(xiàn)另外一種特定功能。
9. 如權(quán)利要求6所述具有壓力感控特性觸摸板的系統(tǒng)，其特征在于功 能控制軟件確定若干個電信號值的參考范圍，每一個參考范圍對應(yīng)實現(xiàn)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范圍相比較，屬 于某一個參考范圍，則功能控制軟件實現(xiàn)該參考范圍所對應(yīng)的特定功能。
10. 如權(quán)利要求6所述具有壓力感控特性觸摸板的系統(tǒng)，其特征在于觸 摸板可被分為若干區(qū)域，用戶在觸摸板的不同區(qū)域施加壓力，能夠控制不同 的功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)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(chǎn)生映射于對應(yīng)笛卡爾坐標系(x，y)中x的值；y坐標層產(chǎn)生映射出對應(yīng)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(fā)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(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者余信賢, 李昭漳, 楊華欽, 陳明慶, 龍思銘 申請人:富士康(昆山)電腦接插件有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司