專利名稱：使用一組精密電阻的多點觸摸屏的制作方法
技術領域：
本發(fā)明利用不同電阻值的精密電阻的排布，設計了一種多點觸摸屏，可 以用在各種電子設備上，作為多點觸控輸入接口。
背景技術：
把多點觸摸屏安裝在電子設備上，由于可以使用多個手指及特定手勢 進行操控，可以有效提高用戶體驗。并且隨著移動電子產(chǎn)品的廣泛使用，各種多點觸摸屏技 術與應用得到了進一步的發(fā)展。例如，目前較為流行的電容式多點觸摸屏，廣泛的應用在了 智能手機設備上。然而這種多點觸摸屏工藝復雜，成本較高，并且質量還不夠穩(wěn)定，其控制 模塊也較為復雜。當前的另外一種被廣泛使用的觸摸屏一電阻式觸摸屏，工藝成熟，成本 低，質量穩(wěn)定，控制模塊簡單，然而不能很好支持多點觸摸。目前很多機構和個人都在研究 能夠在電阻式觸摸屏上支持多點觸摸的設計方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種電阻式多點觸摸屏的設計方案，融合了電阻式觸摸 屏和電容式觸摸屏的優(yōu)點，也就是說，本發(fā)明的觸摸屏在支持多點觸摸的同時，成本低，穩(wěn) 定可靠。由于在本觸摸屏中嵌入的精密電阻大部分是不透明的，因此本觸摸屏尤其適合與 顯示屏分開放置，以免擋住顯示屏。由于在下文中提到的電阻阻值設計的考慮，本觸摸屏尤 其適合在觸摸屏的每一行水平方向支持有限數(shù)量的多點觸摸，比如每行兩點觸摸。例如，本 觸摸屏尤其適合作為另一項專利申請?zhí)枮?01010044467. 8的背面觸摸屏手持終端設備 的 觸摸屏。然而，通過一定的技術手段，本觸摸屏可以有透明的特性，并且支持每行的任意數(shù) 量多點觸摸。比如，使用透明的精密電阻材料，改變電阻阻值的設計等。因此即使應用在不 同的環(huán)境與設備上，或者在支持的多點觸摸的觸點數(shù)量上有所不同，只要符合本發(fā)明設計 原理的多點觸摸屏都在本發(fā)明的范圍之內。本觸摸屏由上下兩片絕緣塑料薄片復合而成，中間是空氣層，并填充按一定規(guī)律 擺放的多個精密電阻。中間空氣層需要有一定的厚度，比如0. 2毫米，以嵌入精密電阻元 件，并且在有一定的按壓力度時上下兩片塑料薄片可以貼合。觸摸屏的平面可以用邏輯上的行與列劃分成為不同的矩形區(qū)域。在將觸摸屏安裝 到電子設備上時，行的方向要與兩手使用時手指靜止放置在觸摸屏上的方向一致，通常是 水平方向。列的方向垂直于行的方向，通常與使用者的軀干軸的方向一致，通常是垂直方 向。通過在觸摸屏上的每行串聯(lián)一定數(shù)量的不同阻值的精密電阻，并在兩端施加電壓，就可 以測量通過此行的電流的數(shù)值，更進一步就可以一次推導出每行被按壓的一個或者多個點 的位置。本觸摸屏根據(jù)尺寸大小可以劃分為多行，比如劃分為10行，每行間隔5毫米，不同 的行與行之間完全絕緣。觸摸屏的每行在上下兩片塑料薄片的內平面上都刻畫有間隔交叉 排列的金屬導線。針對每一片塑料薄片而言，這些金屬導線是一段一段間隔排列的，由于這 些金屬導線是不連續(xù)的，在每行的兩端加上電壓后，在此行不會產(chǎn)生電流，也就是說此行的 電阻數(shù)值為無窮大。在上下兩片塑料薄片中間沒有電阻元件的時候，將上下兩片薄片通過 按壓在某行合上后，由于上片和下片的各自斷續(xù)的金屬導線連在了一起，就成為了一條連 續(xù)的導線，此時此行的電阻值為零。在上下兩片塑料薄片中間排布了電阻元件以后，在觸摸 屏每行的兩端都連出金屬導線或者觸角，由控制器施加一定的電壓，就可以測定在此行上通過的電流的數(shù)值，并計算出電阻值。本觸摸屏根據(jù)尺寸大小可以劃分為多列，比如劃分為10列，每列間隔5毫米，列是一個虛擬的概念，沒有對應的金屬導線與其對應，這也是強調安裝觸摸屏的時候要注意方 向的原因。在行與列的交叉點的地方，在上下兩層塑料薄片之間嵌入精密電阻，其阻值為一 計算出的特定數(shù)值，下面的章節(jié)會介紹此數(shù)值的設計計算原理。在使用本觸摸屏時，其一片塑料薄片固定在電子設備的某個平面上，比如背板上， 稱之為下片，另一片塑料薄片覆蓋在下片上，被使用者按壓，稱之為上片，中間有一層空氣 層。當使用者手指按壓觸摸屏時，手指按壓對應的一行中上片的金屬導線與下片的金屬導 線會在手指按壓點接觸，會短路旁邊一側的電阻元件，導致此行的電阻值降低一特定數(shù)值， 這個數(shù)值等于被短路的電阻的阻值。在每一行上可以有一個或者多個手指在同時按壓觸摸屏，通過電阻阻值降低的特 定數(shù)值，就可以確定是哪個或者哪幾個電阻元件被短路了，由于電阻元件在觸摸屏上的位 置固定，因此觸摸屏的控制器就可以進一步確定手指按壓的位置了。為了保證計算出的按 壓位置唯一確定，電阻元件的阻值要保證這樣的條件任意多個電阻阻值之和都不相同。舉 一個極端的例子，假設一個5列的觸摸屏，在每行上5個電阻元件的數(shù)值可以這樣排放1 歐姆，2歐姆，4歐姆，8歐姆，16歐姆。下面假設阻值的單位都是歐姆，在下文中省略歐姆字 樣。由于這些電阻元件的阻值都是2的η次方，所以它們的任意數(shù)量組合的電阻值都不會 相同，即它們的阻值之和涵蓋了從1到31。理論上這樣的電阻阻值安排可以支持每行全部 區(qū)域的同時按壓操作，然而在實際應用中，可以考慮不同的應用環(huán)境和使用方式，比如針對 雙手在電子設備背面觸摸的情況，最多在每一行有兩點觸摸，即左右手的各一個手指，因此 針對這種特定使用方式就可以更加簡化電阻阻值的設計。比如，只要保證這樣的條件任 意一個電阻阻值或者兩個電阻阻值之和都不相同，就可以唯一確定一點或者兩點觸摸的位 置。舉例說明，針對一個10列的觸摸屏就可以構造這樣的電阻阻值序列1，2，4，7，12，20， 33,54,88,143.這個序列里的任意一個數(shù)值和任意兩個數(shù)值之和所構成的數(shù)值集合中，沒 有相等數(shù)值的情況。電阻阻值序列需要考慮一些限制因素。阻值之間不能相差太大，否則高電阻阻值的誤差值就會超過低電阻的電阻值本身 了。一個指標是電阻阻值序列中最高電阻值與最低電阻的比值Rmax/Rmin。推薦此數(shù)值在 10到50之間。并且由于此限制，此方案不能支持數(shù)量過多的列，建議小于20列，因此在需 要同時滿足觸摸屏的大寬度和高精度時，需要把每行中施加電壓和進行電流檢測的區(qū)間進 行進一步細分，以降低每個檢測區(qū)間的列數(shù)。阻值之間不能相差太小，否則兩個相鄰電阻阻值的元件的位置容易被誤算。一個 指標是兩個電阻阻值差與較高電阻的比值(R2-R1)/R2。推薦此數(shù)值大于5%。電阻元件的 位置盡量按照阻值順序排列，在電阻誤算的時候，位置相差也會較小。舉例說明，針對一個10列的觸摸屏，可以用下列方法構造一個簡單的電阻阻值序 列。第一步，R0 = 0，R1 = 1，Rn+2 = Rn+1+Rn+1,由此得到一個序列1，2，4，7，12，20，33，54， 88，143。第二步，阻值序列中每個數(shù)值乘以10，由此得到一個新的序列10，20，40，70，120， 200，330，540，880，1430。第三步，阻值序列中每個數(shù)值加100，由此得到一個新的序列 110，120，140，170，220，300，430，640，980，1530。此序列可以作為每行的電阻元件的阻值，并且按從低阻值到高阻值的順序在觸摸屏的一行從左往右排列精密電阻。由于本發(fā)明多點觸摸屏每行的使用方式一致，因此可以按同樣方式在每行排布精 密電阻，兩邊加相同的電壓。需要注意的是要保持行與行之間的絕緣，以免發(fā)生位置誤算。


下面結合附圖對本發(fā)明作詳細說明。圖1是完整觸摸屏的示意圖。1為在行與列交叉點上的精密電阻；2為透明的觸摸屏上片；3為刻畫在上片和下 片內側相對平面上的金屬導線；4為第二行右側連出的金屬導線(觸角)；5為第二行左側 連出的金屬導線(觸角)。觸摸屏上片和下片合上后，如果觸摸屏是透明材料制作的，就可以看到水平方向 的金屬導線，圖1中所示觸摸屏實例即為透明材料制作。在圖1中，包括上邊和下邊的金屬 導線，可以看到共五條金屬導線。垂直線為精密電阻構成的虛擬的列，用虛線表示。在行與 列的交叉點，是具有特定電阻值的精密電阻，填充在上片和下片之間。圖2是觸摸屏的剖面圖。省略透明的上片和下片本身。1-觸摸屏的一行左側連出的金屬導線，在上片上。2-從左邊開始數(shù)，第一個電阻Rl。3-電阻Rl上方的金屬導線，導線在此處斷開。在上片上。4-電阻R2上方的金屬導線，導線在此處重新開始刻畫。在上片上。5-上片上的一段連續(xù)的金屬導線。位置垂直對應下片的金屬導線點12。6-上片上的一段連續(xù)的金屬導線。位置垂直對應下片的金屬導線點13。7-觸摸屏的一行右側連出的金屬導線，在下片上。8-在沒有任何按壓的情況下，電流所流經(jīng)的線路。從1到7，通過了所有的精密電 阻。圖中為一條方波形狀的顏色較淺的線。9-下片上的一段連續(xù)的金屬導線。位置垂直對應上片的金屬導線點3。10-下片上的一段連續(xù)的金屬導線。位置垂直對應上片的金屬導線點4。11-從左邊開始數(shù)，第二個電阻R2。12-電阻R2下方的金屬導線，導線在此處斷開。在下片上。13-從左邊開始數(shù)，第三個電阻下方的金屬導線，導線在此處重新開始刻畫。在下 片上。14-上片與下片中間的空氣層。
具體實施例方式圖1中可以看到觸摸屏上下兩片中間排布一定數(shù)量的具有特定阻 值的精密電阻。精密電阻按行由金屬導線連接。在觸摸屏的邊緣每行的兩端連接觸角金屬 導線，用來與觸摸屏的控制器相連。從圖2可以看出，每行金屬導線在上片和下片上都是斷 續(xù)的，以確保在此行沒有受到任何按壓的情況下，電流的通路是反復流經(jīng)上片和下片的金 屬導線，也流經(jīng)此行所有的電阻。觸摸屏的行與行之間需要保持絕緣。在觸摸屏的上片和 下片兩層之間填充空氣。當按壓觸摸屏任意一點的時候，會導致此點對應的電阻被短路，因 而此行的電流增大。通過測試增大的電流值，就可以反過來，推導出哪個電阻被短路了，從 而推算出被按壓的位置。根據(jù)本發(fā)明中電阻阻值的計算原理，可以知道，對于多點觸摸，本 發(fā)明是完全支持的。例如，在圖2中，當按壓點3時，上片的金屬導線3就會與下片的金屬導線9接觸，導致2-電阻Rl被短路。當按壓點4時，上片的金屬導線4就會與下片的金屬導線10接觸，導致11-電阻R2被短路。當按壓點5時，上片的金屬導線5就會與下片的金屬導線12接觸，也會導致11-電阻R2被短路。當3，4，5同時被按壓時，則電阻Rl和R2同時被短路，導致電流增加更多。 本發(fā)明觸摸屏的每一行都是獨立的，可以獨立的進行檢測和按壓位置推算?？梢园凑找欢l率在每一行施加檢測電壓，比如ΙΚΗζ。
權利要求
一種多點觸摸屏，其特征在于使用一組精密電阻鑲嵌在觸摸屏上、下兩個薄片之間，這些電阻按水平和垂直方向排列，可以構成邏輯上的觸摸屏的行與列。
2.如權利要求1所述的多點觸摸屏，其特征在于精密電阻的阻值通過特定的計算方 法得出，應該滿足下面的條件在觸摸屏上每行的單個電阻阻值以及此行的任意個電阻阻 值相加之和構成的一組數(shù)字的集合中，所有數(shù)字都是唯一的。
3.如權利要求1所述的多點觸摸屏，其特征在于在觸摸屏的上片和下片相對的內平 面上，都刻畫有與精密電阻相連接的斷續(xù)的金屬導線。觸摸屏上片和下片中內平面上的任 意一行金屬導線，通過此行所有精密電阻，與觸摸屏的控制器構成一個電路回路，并且在觸 摸屏上沒有按壓的情況下，所有的精密電阻都被接入這個回路。
4.如權利要求1所述的多點觸摸屏，其特征在于當按壓觸摸屏上的任意一點或者多 點，觸摸屏的上片的對應位置的金屬導線就會彎曲，與下片的對應行的金屬導線會產(chǎn)生接 觸，導致旁邊的精密電阻短路。通過對此行上電流的精密測量，可以唯一確定哪幾個電阻已 經(jīng)被短路。電阻與觸摸屏的相對位置是固定的，一旦確定了被短路的電阻阻值，就唯一確定 了觸摸屏上此行被按壓的一個或者多個位置。
全文摘要
本發(fā)明是一種多點觸摸屏。使用一組精密電阻鑲嵌在觸摸屏上、下兩個薄片之間，這些電阻按水平和垂直方向排列。精密電阻的阻值通過特定的計算方法得出。在觸摸屏的上片和下片相對的內平面上，刻畫有與精密電阻相連接的斷續(xù)的金屬導線。當按壓觸摸屏上的任意一點或者多點，觸摸屏的上片的對應位置的金屬導線就會彎曲，與下片的對應行的金屬導線會產(chǎn)生接觸，導致旁邊的精密電阻短路。通過對變化的電流的測量，就可以一次確定按壓的一個或者多個位置。
文檔編號G06F3/041GK101799731SQ20101010483
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權日2010年2月3日
發(fā)明者劉沛宇, 魏永明 申請人:深圳仙苗科技有限公司