电阻式触摸检测系统及其触摸屏 【技术领域】
本发明属于触摸屏领域， 尤其涉及一种电阻式触摸屏。背景技术 触摸屏作为一种方便的人机交互界面， 已经进入到我们生活和工作的各个领域， 尤其是在便携式电子消费品和公共查询终端等方面广泛普及。由于成本的原因， 目前市场 上以电阻式触摸屏居多。
四线电阻式触摸屏主要由 ITO 玻璃 101 和 ITO 膜 102 构成， 中间用点衬垫 (DOT SPACER) 隔离 ； 两导电层之间进行印刷， 包括绝缘层、 粘结层以及一些过程保护印刷层。103 为玻璃基板， 108 为柔性电路板 (FPC)， 107 为 FPC 板 108 上面的金属走线， 105、 112 为银浆 走线， 109 为聚对苯二甲酸乙二酯 (PET) 膜。ITO 玻璃 101 和 ITO 膜 102 的透明导电层 106、 110 上分别印有 X 和 Y 方向驱动电极 104、 111。工作时， 若 X 方向加电压信号， 则导电工作
板 ( 即 ITO 玻璃 101) 导电层 106 表面的电势沿 X 方向近似等梯度分布， 与导电工作板导电 层 106 接触的检测板 ( 即 ITO 膜 102) 导电层 110 就得到了触摸点处的电势， 该电势与 X 近 似为线性关系。因此， 电压信号可以反映出触摸点的位置。
实际中， 四线屏的电势线不可能是等梯度的， 特别是在工作板的驱动电极附近发 生很大的变形。实际电势线与等梯度的电势线 ( 理想线 ) 之间的差值比例就是所谓的触摸 屏的非线性。 只有当触摸屏的非线性小到一定程度时， 其反映的位置信息才是可以接受的 ； 否则， 需要额外的电路和软件来校正位置信息。
因此， 现有的传统电阻式触摸屏因非线性而导致 “枕形失真” 问题的出现。 发明内容 本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。
为此， 本发明的实施例提出一种可提供精确触摸点位置信息的电阻式触摸屏及其 检测系统。
根据本发明的一个方面， 本发明实施例提出了一种电阻式触摸检测系统， 所述检 测系统包括电阻式触摸屏、 电阻检测电路和数据处理电路， 所述电阻式触摸屏， 包括 ： 具有 第一导电层的第一基板， 所述第一导电层为按照预定数学规律分布在所述第一基板上的一 条曲线 ； 具有第二导电层的第二基板， 所述第二导电层与所述第一导电层的面积适配 ； 所 述电阻检测电路， 与所述第一导电层的末端连接， 并检测所述第二导电层与所述第一导电 层接触时对应触摸点与所述末端之间的电阻 ； 以及所述数据处理电路， 根据所述电阻和所 述预定数学规律确定所述触摸点的坐标位置。
根据本发明的另一方面， 本发明的实施例提出一种电阻式触摸屏， 所述触摸屏包 括： 导电工作板， 包括第一导电层， 所述第一导电层为按照预定数学规律分布在所述第一基 板上的一条曲线 ； 以及检测板， 包括与所述第一导电层的面积适配的第二导电层。
本发明通过把电阻式触摸屏的导电工作面上透明导电层蚀刻成一条按照预定数
学规律分布的曲线， 通过电路直接测量接触点处的电阻。利用测量电阻和该曲线的分布规 律获得相应的触摸点位置坐标。该触摸屏的工作面无需产生均匀电场， 避免了传统电阻式 触摸屏的 “枕形失真” 的问题， 从而提高触摸点位置检测的精确度和位置信息的准确性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出， 部分将从下面的描述中变 得明显， 或通过本发明的实践了解到。 附图说明 本发明的上述和 / 或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解， 其中 ：
图 1 为现有技术四线电阻式触摸屏的结构示意图 ；
图 2 为本发明第一实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图 ；
图 3 为本发明实施例的电阻式触摸检测系统中电阻检测电路的原理图 ；
图 4 为本发明第二实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图 ；
图 5 为本发明第三实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图 ；
图 6 为本发明第四实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。 下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的， 仅用于解释本发明， 而不能解释为对本发明的限制。
参考图 2， 图 2 为本发明一个实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图。
如图所示， 检测系统包括由第一基板 (substrate)301 和第二基板 302 构成的电阻 式触摸屏、 电阻检测电路 307 和数据处理电路 306。
在本发明实施例中， 第一基板 301 为氧化铟锡 (ITO) 玻璃形成的导电工作板， 其可 以包括玻璃 303 或其他绝缘透明材料。第二基板为 ITO 膜的检测板， 其可以包括透明聚酯 薄膜 308 或其它柔性绝缘薄膜材料。
第一基板 301 和第二基板 302 的内表面分别对应蚀刻有透明导电层， 即第一导电 层 304 和第二导电层 309。其中第一基板 301 的第一导电层 304 被蚀刻成一条由数学函数 决定的曲线， 即第一导电层按照预定数学规律分布在第一基板上。 在实施例中， 第一导电层 304 可以采用 ITO 透明导电材料或导电碳膜。
第二基板 302 上的第二导电层 309 面积与第一导电层 304 的面积适配， 也就是说， 第二导电层 309 的面积大小可以使得其接触到第一导电层 304 上任意位置， 从而能够检测 得到第一导电层 304 上所有的触摸点位置。图 2 实施例中， 第二导电层为一整块。此外， 第 二导电层 309 可以是镀在透明聚酯薄膜 308 上的 ITO 导电层， 它通过导线 313 接地， 例如通 过柔性线路板 (FPC) 连接到地。
第一导电层 304 的末端 314 与电阻检测电路 307 连接， 电阻检测电路 307 用来检测 第二导电层 309 与第一导电层 304 接触时对应触摸点与第一导电层 304 末端之间的电阻。 第二导电层 309 与第一导电层 304 接触形成导电回路， 回路电阻与接触点坐标一一映射， 达 到触摸感应的目的。电阻检测电路 307 将检测的电阻值输入到数据处理电路 306 中， 数据处理电路 306 则根据对应电阻和第一导电层 304 曲线对应的数学规律来确定该触摸点的坐 标位置。
在图 2 的实施例中， 第一导电层 304 被蚀刻成节点按照螺旋矩阵排列的一条曲线。 相邻节点之间的单位距离， 即折线长度用 a 表示， 对于正方形触摸屏， 其上所形成螺旋矩阵 的纵、 横向步长比例为 1 ∶ 1。节点 0 到 1 距离为 a， 1 到 2 距离为 a， 2 到 3 距离为 2a， 3到 4 的距离为 2a， ...。即第一导电层 304 对应螺旋矩阵对应的节点沿 1 ∶ 1 的螺旋线分布， 该螺旋矩阵节点 0 到 1、 1 到 2 的长度为 1 ∶ 1， 节点 2 到 3、 3 到 4 的长度为 1 ∶ 1，…。
同 时， 用 k 表 示 螺 旋 矩 阵 的 圈 号， 即 0 → 1 → 2 → 3 记 为 第 1 圈 (k ＝ 1)， 4 → 5 → 6 → 7 记为第 2 圈 (k ＝ 2)， ...
这样， 第 k 圈所包含节点的编号为 (4k-4)、 (4k-3)、 (4k-2)、 (4k-1)。从节点 0 到 节点 (4k-1) 的折线总长度记为 ：
Lk ＝ 4k2 (1)
此处省略了单位距离 a。
如果用 v(p， q) 表示节点 p 到节点 q 的向量， i 表示虚单位， 则对于图 2 实施例，
v(0， 1) ＝ -i
...对公式 (2) 整理可得到 ：
v(4k-2， 4k-1) ＝ i·2k (3)
v(4k-3， 4k-2) ＝ 2k-1 (4)
v(4k-4， 4k-3) ＝ -i·(2k-1) (5)
v(4k-5， 4k-4) ＝ -(2k-2) (6)
因此， 节点 0， 即螺旋矩阵的起点与第 k 圈上各个节点 (4k-4)、 (4k-3)、 (4k-2)、 (4k-1) 的向量关系表示如下 ：
v(0， 4k-1) ＝ k+i·k (7)
v(0， 4k-2) ＝ k-i·k (8)
v(0， 4k-3) ＝ (-k+1)+i·(-k) (9)
v(0， 4k-4) ＝ (-k+1)+i·(k-1) (10)
上述公式表示， 该实施例中第一导电层 304 对应的螺旋矩阵起点， 即节点 0 从 Y 轴 负方向开始逆时针旋转得到对应曲线， 并且节点 0 位于第一基板 301 的中心点位置。
当然， v(0， 1) 还可以等于 +i、 +1 或者 -1， 即分别表示该螺旋矩阵的起点可以从 Y 轴正方向沿顺时针、 从 X 轴正方向沿逆时针或者从编号 305 所示 X 轴负方向沿顺时针旋转
得到第一导电层 304。对这 4 种起点方向的情况综合表示为 ：
v(0， 4k-1) ＝ v(0， 1)·[-k+i·k] (11)
v(0， 4k-2) ＝ v(0， 1)·[k+i·k] (12)
v(0， 4k-3) ＝ v(0， 1)·[k+i·(-k+1)] (13)
v(0， 4k-4) ＝ v(0， 1)·[(-k+1)+i·(-k+1)] (14)
其中 k 表示所述螺旋矩阵包含的圈数， 4k-4、 4k-3、 4k-2 和 4k-1 分别表示第 k 圈 所包括节点对应的编号， k 为正整数， v(0， 1) ＝ +ai、 -ai、 +a 或者 -a， a 表示节点 0 到节点 1 之间的距离。
此外， 节点 0 还可以位于第一基板 301 上任意合适位置。本发明不局限于该具体 实施例。
当第一导电层 304 与第二导电层 309 接触时， 它们之间某个点对应接触， 从而电阻 检测电路 307 检测到该触摸点 (x， y) 到第一导电层 304 末端， 例如图 2 中对应节点之间的 电阻值。电阻检测电路 307 检测到的电阻与接触点 (x， y) 到第一导电层 304 末端的折线长 度 Nx 成正比， 因此数据处理电路 306 通过第一导电层对应曲线的数学分布规律获得 Nx 与 (x， y) 的映射关系， 即可以确定触摸点的坐标， 实现触摸屏的功能。 下面， 针对数据处理电路 306 对触摸点坐标位置的处理说明如下。
数据处理数据 306 根据对应螺旋矩阵分布的数学规律， 即对应向量公式 (2) 和节 点间单位距离 a 获得第一导电层 304 的总长度， 根据电阻检测电路 307 提供的电阻获得对 应触摸点 (x， y) 到末端的曲线长度 Nx。
假设节点 0 到第一导电层 304 末端的折线总长度为 N0， 则从节点 0 到触摸点之间 的折线长度 N ＝ N0-Nx， 触摸点所在圈数为 k， 则
Lk ＜ N ＜ Lk+1 (15)
代入公式 (1) 可得
[M] 表示取不大于 M 的整数。结合公式 (3) ～ (10)、 (16) 可以则确定 (x， y)， 用伪 代码表示如下 ：
if(N-Lk) ＞ (4k+1)// 触摸点在节点 4k+1 和 4k+3 之间
if(N-Lk) ＞ (6k+2)// 触摸点在节点 4k+2 和 4k+3 之间
x ＝ k+1 ； y ＝ k+1-(Lk+1-N) ； else// 触摸点在节点 4k+1 和 4k+2 之间 x ＝ -k+[N-(Lk+4k+1)] ； y ＝ -(k+1) ； else// 触摸点在节点 4k-1 和 4k+1 之间 if(N-Lk) ＞ 2k ； // 触摸点在节点 4k 和 4k+1 之间 x ＝ -k ； y ＝ k-[N-(Lk+2k)] ； else// 触摸点在节点 4k-1 和 4k 之间x ＝ k-(N-Lk) ；
y＝k；
上面得到的 (x， y) 再乘以节点之间的单位距离 a 即得到触摸点实际的物理坐标。 根据实际显示屏尺寸作相应转换， 则可以得到对应的触摸点逻辑坐标。
图 3 为图 2 中电阻检测电路 307 的示例原理图。其中， Vref 表示参考电压输入端， “输入端 1” 、 “输入端 2” 分别接 314、 313， R4 为标准电阻， Vs1、 Vs2 为反向稳压管， VD1、 VD2 为普通二极管， 电阻 R1 ＝ R2。当 “输入端 1” 、 “输入端 2” 接入 304、 309 之间的电阻时， 由 IC2、 R3 组成的电路把电阻值转换为电压值 V1。然后， 由 IC1、 R1、 R2 组成的反相比例放大 器对 V1 取反， 即 V2 ＝ -V1。V2 值经模数转换器 ADC 转换为数字量， 送入数据处理电路 306 中处理， 306 可以是微控制单元 (MCU) 或数字信号处理器 (DSP)。在此电路中， Vs1、 Vs2 起 到限制 V1 输出幅度的作用， VD1、 VD2、 R3 组成反向电流通路。
图 4 为本发明第二实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图， 该实施例与图 2 实 施例不同的是， 该实施例中第二基板 302 上的第二导电层 309 被划分成若干块 310( 分块区 域与大小根据需要而定 )。每个分块区域 310 具有至少一个接地导线 313， 这些接地导线连 接到多路选择器 312 上， 由多路选择器 312 控制来分时地将对应的分区区域 310 接地。 当分区区域 310 上有某点与第一导电层 304 接触时， 接触点与第一导电层 304 的 末端之间存在电阻， 该电阻与触摸位置的关系可以由数据处理电路按照上述实施例的方法 计算出。
在不同的扫描时间， 电阻检测电路 314 可以检测不同分块区域 310 的电阻， 从而实 现多点触摸。此外， 本发明的第二实施例从分块区域 310 的引出线数量较少， 因此控制起来 更加容易。
图 5 为本发明第三实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图， 该实施例与图 2 实 施例不同的是， 图 2 实施例为正方形触摸屏上分布的螺旋矩阵第一导电层 306， 其上所形成 螺旋矩阵的纵、 横向步长比例为 1 ∶ 1。而图 5 实施例的第一导电层螺旋矩阵的纵、 横向步 长比例不是 1 ∶ 1， 而是根据实际矩形触摸屏的尺寸需要而定。这种情况下， 如果触摸屏的 长度与宽度比例是 α， 则只需将公式 (2) ～ (10) 的实部乘以 α 即可。
这样， 公式 (3) ～ (10) 调整为
v(4k-2， 4k-1) ＝ i·2k (17)
v(4k-3， 4k-2) ＝ α·(2k-1) (18)
v(4k-4， 4k-3) ＝ -i·(2k-1) (19)
v(4k-5， 4k-4) ＝ -α·(2k-2) (20)
v(0， 4k-1) ＝ α·k+i·k (21)
v(0， 4k-2) ＝ α·k-i·k (22)
v(0， 4k-3) ＝ α·(-k+1)+i·(-k) (23)
v(0， 4k-4) ＝ α·(-k+1)+i·(k-1) (24)
因此， 数据处理电路 306 在上述向量公式的基础上得到触摸点的对应位置。其他 具体处理步骤与图 2 实施例相同， 这里不再赘述。
图 6 为本发明第四实施例的电阻式触摸检测系统结构示意图， 它与图 2 实施例的 区别是， 该实施例中第一导电层 303 的中心线是一条阿基米德螺旋线， 该曲线由方程 (25)
决定 ：
ρ ＝ aθ (25) 其中 (ρ， θ) 表示该曲线上点的极坐标， a 表示常数。 该实施例是按照阿基米德螺旋公式来确定第一导电层 303 在第一基板 301 上的分 因此， 根据该方程对应的数学规律可知， 由原点 O 到 t 弧度处的弧长为布。
公式 (14) 可化简为同样的， 此处 N ＝ N0-Nx。通过测量第一导电层 303 与第二导电层 309 的接触电阻 可得到 Nx， 将计算的 N 代入公式 (27)、 (25)， 即可得到触摸点的极坐标。
需要指出的是， 在图 5 和图 6 对应的实施例中， 第二导电层 309 均可以如图 4 实施 例所示， 被划分为多个块区域， 以实现多点接触。本发明不局限于图示的具体实施例。
另外， 任意可按照预定数学规律分布并用于电阻式触摸屏触摸点位置检测的曲 线， 均可以用来作为本发明第一导电层的蚀刻曲线， 本发明不局限于上述具体实施例。
在制作本发明上述实施例的电阻式触摸屏时， 可以利用光刻法将两个基板的透明 导电层分别蚀刻成上述结构。蚀刻的第一导电层 304 的宽度可以为微米量级， 从而在第一 基板 301 上可以分布更密的曲线， 从而提高触摸点位置检测的精确性。并且蚀刻的第一导 电层 304 具有均匀的厚度， 从而可以将接触点电阻与对应曲线长度的关系一一对应， 减小 触摸点位置检测的误差。
此外， 蚀刻的第二导电层 309 的方阻比第一导电层 304 低大约一个数量级。这样， 在检测接触点电阻时， 可以忽略第二导电层 309 自身的电阻， 提高第一导电层 304 上触摸点 对应电阻的检测精度。
然后， 在第一导电层、 第二导电层上分别制作银引线， 再通过 FPC 将银引线连接到 包括电阻检测电路和数据处理电路的控制电路上。由电阻检测电路测量第一导电层的电 阻， 数据处理电路将电阻值转换为触摸点坐标， 实现触摸屏的功能。
本发明通过把电阻式触摸屏的导电工作面上透明导电层蚀刻成一条按照预定数 学规律分布的曲线， 通过电路直接测量接触点处的电阻。利用测量电阻和该曲线的分布规 律获得相应的触摸点位置坐标。该触摸屏的工作面无需产生均匀电场， 避免了传统电阻式 触摸屏的 “枕形失真” 的问题， 从而提高触摸点位置信息的精确度。
另一方面， 本发明通过对检测板的透明导电层进行分块， 可以实现多点触摸， 并可 减少工作面所需的引线数量， 使得控制更简单。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 对于本领域的普通技术人员而言， 可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、 修改、 替换 和变型， 本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。