一种电容软屏三维信息的计算方法及其检测显示系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电容软屏三维信息的计算方法及其检测显示系统，用以实现检测显示电容软屏被触发时完整的三维信息，本发明采用如下的技术方案实现，触点位置的确定，即二维信息的采集、触点下计算电容变化量模型的建立、触点下电容变化量的计算、电容变化量与加载力大小的实时关系、电容变化信号的检测显示系统，最后显示器显示第三维信息。从而让电子签名具有书面签名那样的效果，而容易获得司法部门的认可。
【专利说明】一种电容软屏三维信息的计算方法及其检测显示系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电容软屏【技术领域】，尤其是一种电容软屏三维信息的计算方法及其检 测显示系统。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术的普及，在20世纪90年代初，出现了一种新的人机交互式作用技 术一电容软屏技术。利用这种技术的使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或 文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。因此， 电容软屏技术已成为当前最简便的人机交流的输出设备。电容软屏目前广泛地用于手写 板、电子书、数码相机等电子产品上，已成为触摸屏中最常用的一种。
[0003] 电容软屏作为人机交互的一种，是一种透明的输入系统。这种屏是利用人体的电 流感应进行工作的，当有导电物体触碰时，就会电流流过驱动电极的四角，从而可以探测出 触摸的位置。但是，目前的电容软屏都只能探测出操作者操作时触摸的位置即二维信息而 无法检测出操作者操作时的力度，即作用于电容软屏完整的三维信息。
[0004] 然而，随着网络与电子商务的日益发展与普及，由电子手段签订合同的趋势已经 变得势不可挡。而目前的电容软屏无法测量采集显示完整的三维信息，使得电子签名不具 有和书面签字同等法律效应而不被司法部门认可。因此，为了适应发展潮流，在电子签名 与认证法律基础的前提下，使得电子签名具有和书面签字同等的法律效应而容易得到司 法部门采纳，因此急需一种可以检测显示电容软屏被触发时完整三维信息的系统，从而让 电子签名具有书面签名同等的法律效应，而容易获得司法部门的认可。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种电容软屏三维信息的计算方法及其检测显示系统，包括电容软屏 结构和检测显示系统，通过对电容软屏形变下的结构建立数学模型，计算得出加载力作用 下的第三维信息，通过检测显示系统检测显示操作时的实时加载力大小，得到完整的三维 信息，从而让电子签名具有书面签名那样的效果，而容易获得司法部门的认可。
[0006] 本发明提供一种电容软屏三维信息的计算方法及其检测显示系统采用如下的技 术方案实现，触点二维信息的采集，即触点位置的确定；触点下计算电容变化模型的建立、 触点下电容变化量的计算、电容变化量与加载力的实时关系、电容变化信号的检测显示系 统。
[0007] 本发明提供一种电容软屏采用表层为驱动电极，底层为感应电极，中间层是超弹 塑性材料的三层物理结构。通过电容软屏被触发时驱动电极的四个拐角流出的电流与触点 到驱动电极四角的距离成正比的关系，计算电流比例得出触点位置，即电容软屏被触发时 二维信息的检测。
[0008] 通过触点下电容软屏结构形变的数学模型建立，用于实现对触点下电容软屏的电 容变化量的计算；通过加载力与触点下降高度的关系，间接得到所研究的加载力与电容变 化量的实时关系；电容变化信号检测显示系统通过采集处理电容软屏触点下的电容变化， 用于显示触点下电容软屏受到的实时加载力，得到电容软屏被触发时完整的三维信息。
[0009] 以上可以看出，本发明具有以下有益效果：电容软屏是通过利用人体的电流感应 进行工作的，当有导电物体触碰时，就会有电流流过驱动电极的四个拐角，计算四个电流的 比例就可以定位触点的位置，即二维信息的采集；同时表层的驱动电极和中间层的弹塑性 材料会发生应变，从而引起驱动电极和感应电极之间的距离和面积发生变化，根据触点下 数学模型的建立，计算电容变化量；通过将相应的模拟信号经放大器放大后传送给自身A/ D转换器，并将转换为数字信号数据传送给微处理器；最后通过显示器显示实时加载力的 大小。同时电容软屏能很好地感应轻微及快速触摸，不会因为刮擦、尘埃、水及污垢影响而 影响正常工作，适合恶劣环境下使用。因此，在手写板和触摸屏等电子产品上具有广泛的应 用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是本发明初始电容软屏结构示意图； 图2是本发明数学模型示意图； 图3是本发明数学模型建立、积分微元示意图； 图4是本发明所取微元部分在底层上的投影示意图； 图5是本发明信号检测显示系统示意图。
【具体实施方式】
[0011] 本发明的核心思想：本发明构造的电容软屏采用表层为驱动电极，底层为感应电 极，中间层是超弹塑性材料的结构。当有导电物体触碰时，导体和驱动电极之间形成一个 耦合电容。因为驱动电极接有高频信号，于是导体吸走一个很小的电流，然后分别从驱动电 极的四个拐角流出，计算四个电流的比例就可以定位触点的位置，即二维信息的采集；当电 容软屏表面被触碰时，即电容软屏表层有加载力时，表层的驱动电极和中间层的超弹塑性 材料会发生应变，从而引起驱动电极和感应电极之间的距离和正对面积发生变化；对触点 下电容软屏的表层发生的微小形变建立数学模型，对数学模型取微元，将微元投影到底层， 得到所取的微元与底层的正对面积；通过对建立的数学模型积分运算，得到触点下电容变 化量与触点下降高度的关系式；根据中间层超弹塑性材料的弹性系数，计算推到出加载在 电容软屏表层的加载力和触点下降高度的关系式，这样结合前面就可以根据电容变化量， 达到检测加载力大小的目的。从而使得电容软屏不仅可以探测出操作者操作时触摸的位置 即二维信息而且还可以检测出操作者操作时的力度，即作用于电容软屏完整的三维信息。 从而让电子签名具有书面签名那样的效果，而容易获得司法部门的认可。为方便进一步理 解，结合附图及具体实施过程对本发明进行详细描述。
[0012] 结合图1，构造的电容软屏采用三层结构设计：表层，中间层和底层。表层称为 驱动电极，底层称为感应电极，中间层采用超弹塑性材料。设电容软屏驱动电极和感应 电极的初始距离为do,极板间的初始重合面积为So,中间层超弹塑性材料的介电常数为 ?；?，由于电容软屏的电容大小与电极的面积成正比，与电极间的距离成反比，则电容软屏 的初始电容Co为
【权利要求】
1. 一种电容软屏三维信息的计算方法，其特征是：电容软屏为表层为驱动电极，底层 为感应电极，中间层是超弹塑性材料的三层物理结构，当有导电物体触碰电容软屏时，导 体和驱动电极之间形成一个耦合电容，驱动电极接有高频信号，于是导体吸走一个很小的 电流，分别从驱动电极的四个拐角流出，通过计算四个电流的比例就可以定位触点的位置， 即二维信息的采集； 当有导电物体触碰电容软屏时，即电容软屏表层有加载力时，表层的驱动极板和中间 层的超弹塑性材料会发生应变，从而引起驱动电极和感应电极之间的距离和正对面积发 生变化，对此时触点下电容软屏的表层发生的微小形变建立数学模型；通过对数学模型取 微元，将微元投影到底层，得到所取的微元与底层的正对面积，用于计算微元电容； 然后对上述得到的微元电容积分运算，得到此时触点下电容变化量与触点下降高度的 关系式；根据中间层超弹塑性材料的弹性系数，可以得到加载在电容软屏表层的加载力和 触点下降高度的关系式，这样就可以得到加载力与电容变化量的关系式，即可以根据电容 变化量来记录加载力的大小；从而使得电容软屏不仅可以检测操作者操作时触摸的位置而 且还可以记录下操作者操作时的力度，即作用于电容软屏完整的三维信息。
2. 如权利要求1所述的一种电容软屏三维信息的计算方法的检测显示系统，电容软屏 为表层为驱动电极，底层为感应电极，中间层是超弹塑性材料的三层物理结构，其检测显 示系统包括电容变化信号的检测采集、放大器、A/D转化器、微处理器、显示器，其特征是： 当有导电物体触碰电容软屏时，检测显示系统检测到此时由于加载力引起的电容变化量， 通过放大器处理输出的电容变化信号，对信号进行放大，满足A/D转化器对所要处理信号 的要求；通过A/D转化器将输入的模拟信号转化成数字信号输出；微处理器对输入的数字 信号进行处理后输出，最后通过显示器显示操作者操作时实时加载力的大小。
【文档编号】G06F3/044GK104049829SQ201410319328
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】张持健, 殷安龙, 武旭明 申请人:安徽师范大学