一种基于表面声波技术的触屏系统的制作方法

本实用新型涉及触屏技术领域，具体为一种基于表面声波技术的触屏系统。

背景技术：

表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏是由基板(表面声波传播介质)、声波发生换能器、反射器和声波接受换能器组成，其中声波发生换能器能发送一种高频声波跨越基板表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。

普通表面声波触摸屏由屏体，发射换能器、接收换能器、反射单元阵列及信号线组成。为定位触摸坐标，通常反射单元阵列和换能器耦合在同一触摸平面。而触摸器件一般包括发射换能器、接收换能器、反射单元阵列及信号线，而现有表面声波触摸屏由于反射单元阵列和换能器分布在同一触摸平面，占用一定的位置，给安装优化带来困难，尤其是在设计无边框结构时，换能器明显高于触摸面，无法隐藏。

现有技术问题具体包括：

(1)现有技术使用两组四对换能器结构，分别对应X及Y轴坐标，因为该技术仅使用一对换能器结构对应一轴坐标，因此仅能准确识别单点坐标，在识别两点及两点以上坐标时，会出现无法识别的伪坐标点，即俗称的“鬼点”。“鬼点”坐标使得该技术无法准确有效的识别两点及两点以上坐标。尽管现有技术尝试通过算法的实现来解决两点触摸的“鬼点”问题，但受限于硬件结构设计的缺陷，使用算法解决的尝试仅仅只能提高“鬼点”判断的概率，并不能真正完全解决“鬼点”问题；

(2)现有技术使用的两组四对换能器结构，具有相同的设计，即是将一个换能器基片贴合在一种特定设计的基座之上，该贴合通过UV胶固化来实现。这种方式设计的换能器结构非常大，通常通过UV胶固化在基板上，即突出在触摸屏的结构上。这种设计方式使得换能器结构通常在运输过程或使用过程中损坏，从而导致触摸屏失效。且UV固化的方式通常采用手工方式完成，生产率和良率都受到生产工艺的限制。

问题3：现有技术需在基板表面形成反射条纹阵列，通常采用丝网印刷、高温烧结的方式完成。该种技术存在印刷精度低，反射条纹表面微结构不一致的缺陷，导致声波不能沿着设计的路线传播，从而出现较难判断和解决的异常触摸点，影响触摸屏系统的正常使用。采用高温烧结的工艺则存在能耗高，良率低及设计尺寸受限等问题；

(3)现有技术采用两组四对换能器结构来实现X轴和Y轴坐标，因为每轴坐标仅采用两对换能器结构，在声波沿着该坐标轴传播的过程中，声波能量逐步衰减，基板尺寸越大，能量衰减越大，因此使用现有技术的表面声波触摸屏系统，无法实现中大尺寸。尽管现有技术中有采用四组八对换能器结构，通过拼接的方式实现中大尺寸的触摸屏系统，但该种结构实现存在中缝盲区(无法触摸的区域)的问题，且工艺一致性较差，较难批量化生产；

(4)现有技术为解决存在的“鬼点”问题，也尝试采用多换能器结构的方式，即沿基板边缘排列多个换能器结构从而在基板表面形成交叉的声波传播路径，即声波栅格。但采用这种结构，需要大量的换能器结构，而现有的换能器结构体积庞大，安装方式简陋，在工艺上难以实现。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足,本实用新型提供一种建筑室内施工用可调式四角梯子结构，既解决了普通梯子需要依靠墙壁或其他固定设施才能使用的问题，又大大增加了梯子的可使用度，增加施工效率，为施工提供更大的方便，方便运输和携带，而且方便安装使用，能有效的解决背景技术提出的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于表面声波技术的触屏系统，用以传播表面声波，包括基板和控制器，所述基板的正面分为边界区域和中间触摸区域，所述边界区域的外边缘与基板的底面之间设有光滑圆边；所述基板的背面设置换能器阵列，所述换能器阵列包括发射换能器阵列和接收换能器阵列，所述发射换能器阵列向外发射声波，沿基板的光滑圆边传输，经基板的光滑圆边传播至基板的正面，并经基板另一相对应的光滑圆边传播后被置于基板背面的接收换能器阵列接收；所述边界区域设有发射条纹阵列，用以反射沿基板表面某个边缘传播的表面声波，使其在整个 基板表面传播，从而在整个基板表面形成表面声波；

所述控制器通过信号线分别与发射换能器阵列以及接收换能器阵列相连，用以控制发射换能器阵列以及接收换能器阵列的工作并通过内置程序处理接收信号后通过通讯线传输给计算机。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述换能器阵列的结构采用MEMS方法制成的微机械结构，具体为压电陶瓷阵列，是由陶瓷复合材料制成的具有陶瓷微机电系统压电阵列的换能器结构。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述陶瓷复合材料由锆钛酸铅、即PZT材料或其他具有同等特性的材料制成。

名词MEMS：即微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。微机电系统其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。微机电系统是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS侧重于超精密机械加工，涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支。微机电系统的优点是：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、性能稳定等，其可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型利用基于MEMS设计的声波换能器阵列及发射条纹阵列，实现真实多点触摸；MEMS结构采用集成电路设计方法，可大批量生产且精度高，良率统一；本实用新型使用MEMS技术制成反射条纹阵列，该阵列具有等宽等距的特点，无需考虑波长变化的因数。其采用的工艺与换能器阵列类似，具有可复用的特点，节约设计成本和周期，所制成的反射条纹阵列为微结构模式，通常具有薄膜特性，采用粘贴方式贴合在基板表面，固化工艺简单，能耗低；本实用新型使用换能器阵列结构的触摸系统结构设计，可减少声波沿基板表面传输的路径长度，从而 可实现中大尺寸的触摸屏系统，利用声波能量与渡越时间的关系来判断坐标情况，消除“鬼点”异常。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的基板的立体结构示意图；

图3为本实用新型单点触摸时的坐标示意图；

图4为本实用新型单点触摸时X轴X1坐标声波能量与渡越时间关系图；

图5为本实用新型两点触摸时的坐标示意图；

图6为本实用新型两点触摸时X轴X1坐标声波能量与渡越时间关系图；

图7为本实用新型两点触摸时X轴X2坐标声波能量与渡越时间关系图；

图8为本实用新型同一坐标轴存在两点触摸时的坐标示意图；

图9为本实用新型同一坐标轴存在两点触摸时的X轴X1坐标声波能量与渡越时间关系图；

图10为本实用新型声波能量随传播路径线性衰减示意图；

图11为本实用新型存在单点触摸时的声波能量衰减关系图；

图12为本实用新型存在双点触摸时的声波能量衰减关系图；

图13为本实用新型声波能量与渡越时间关系图；

图14为本实用新型单点触摸时声波能量与渡越时间关系图；

图中：1-基板；101-边界区域；102-中间触摸区域；103-光滑圆边；2-换能器阵列；3-控制器；4-计算机；5-发射条纹阵列。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1所示，本实用新型提供了一种基于表面声波技术的触屏系统，用以传播表面声波，包括基板1和控制器3，该基板1通常为玻璃材质，但在其 他应用中，该基板1可以是任何能传输表面声波的材料；

如图1和图2所示，所述基板1的正面分为边界区域101和中间触摸区域102，所述边界区域101的外边缘与基板1的底面之间设有光滑圆边103；所述基板1的背面设置发射换能器阵列2；所述发射换能器阵列2向外发射声波，沿基板1的光滑圆边103传输，经基板1的光滑圆边103传播至基板1的正面，并经基板1另一相对应的光滑圆边103传播后被置于基板1背面的接收换能器阵列2接收；这种设计的优点是可以不需要在基板1正面放置用于反射声波的反射条纹阵列，且换能器阵列2置于基板1背面，结构上较美观，且能保护换能器阵列2，所述边界区域101还可以设有发射条纹阵列5，用以反射沿基板1表面某个边缘传播的表面声波，使其在整个基板1表面传播，从而在整个基板1表面形成表面声波；

其中换能器是一种压电式传感器，通常采用压电陶瓷材料，压电式传感器是以具有压电效应的介质设计的传感器。压电效应是指这些介质在受力作用而变形时，在两个表面上产生符号相反的电荷，在外力去除后又重新恢复到不带电状态，使机械能转变为电能，称为正压电效应；当在介质两个电极上施加交流电压，那么基片将产生机械振动，使电能转变为机械能，称为逆压电效应；本实用新型所述换能器阵列2的结构采用MEMS方法制成的微机械结构，具体为压电陶瓷阵列，是由陶瓷复合材料制成的具有陶瓷微机电系统压电阵列的换能器结构；所述陶瓷复合材料通常由锆钛酸铅、即PZT材料或其他具有相似特性的材料制成。

所述控制器3通过信号线分别与发射换能器阵列2以及接收换能器阵列2相连，用以控制发射换能器阵列2以及接收换能器阵列2的工作，其中控制器3是通过固定频率信号驱动发射换能器振动以产生在基板1表面传输的表面声波，同时接收通过接收换能器转换的电信号。

系统开始工作时，首先完成初始化工作，即控制器3通过固定频率信号驱动发射换能器工作，产生沿基板1表面传输的表面声波，接收换能器接收该表面声波并转换为电信号后传输给控制器3，控制器3通过内置程序处理接收信号后通过通讯线传输给计算机4处理该电信号后形成一副时间电压的二维模型图。

所述发射条纹阵列5使用MEMS技术制成，其为微结构模式，具有薄膜特性，采用粘贴方式贴合在基板1表面；对于现有技术中的条纹反射阵列通常采用与基板1材质相同的材料制成，且对表面声波具有良好的反射系数。反射条纹按一定规则设计，即反射条纹的宽度通常为产生的表面声波波长的整数倍，且按波长整数倍间隔。这种设计使得反射条纹的设计要依据所使用的基板1、基片、发射频率等参数进行设计调整。同时，现有技术通常采用高温烧结工艺将反射条纹固化到基板1表面，存在能耗高，良率低的特点；本实用新型使用MEMS技术制成的反射条纹阵列具有等宽等距的特点，无需考虑波长变化的因数。其采用的工艺与换能器阵列2类似，具有可复用的特点，节约设计成本和周期。所制成的反射条纹阵列为微结构模式，通常具有薄膜特性，采用粘贴方式贴合在基板1表面，固化工艺简单，能耗低。

如图3至图9所示，设定触摸坐标为(Xn、Yn),其中n表示触摸点的数量；所述发射换能器阵列2以及接收换能器阵列2均对称布置于基板1边缘，具体包括X轴发射换能器阵列2、Y轴发射换能器阵列2、X轴接收换能器阵列2和Y轴接收换能器阵列2；所述X轴发射换能器阵列2所发射的声波能量沿基板1表面传播，并且横渡基板1表面后在基板1另一侧被X轴接收换能器阵列2接收并转换为电信号，所述Y轴发射换能器阵列2和Y轴接收换能器阵列2同理；通过发射换能器阵列2以及接收换能器阵列2在基板1的表面形成表示X轴、Y轴坐标的声波栅格；

当存在单点触摸时，X轴发射换能器阵列2和X轴接收换能器阵列2均通过判断声波能量是否衰减从而识别出X轴坐标，同时通过判断该X轴声波能量渡越基板1表面的时间和距离关系，识别出Y轴坐标；

其原理是：当存在单点触摸时，通过轮询方式判断X轴或Y轴的各个坐标对应的声波能量与渡越时间关系，找出声波能量发生变化的坐标，并通过该坐标声波能量与渡越时间关系判断另一轴的坐标，从而直接得出触摸点的坐标(X1、Y1)。

与此同时，Y轴发射换能器阵列2和Y轴接收换能器阵列2均通过判断声波能量是否衰减从而识别出Y轴坐标，同时通过判断该Y轴声波能量渡越基板1表面的时间和距离关系，识别出X轴坐标，由此得到单点触摸坐标(X1、 Y1)；

当存在两点触摸时，通过上述结构关系能直接得到两点触摸坐标(X1、Y1)、(X2、Y2)；

其原理是：当存在两点触摸时，通过轮询方式可以判断X1、X2、Y1、Y2坐标处有触摸，更进一步，通过对应X1、X2、Y1、Y2坐标的声波能量与渡越时间关系，可以判断X1坐标轴上仅有Y1坐标处触摸，X2坐标轴上仅有Y2坐标处触摸。同时通过Y1轴、Y2轴的声波能量与渡越时间关系，可以增强判断的正确性。从而，本专利技术所述的方法得以消除现有技术存在的双点触摸时“鬼点”干扰问题。

因此本实用新型或实用新型采用的结构设计，区别于现有技术的最明显特征是可直接识别出X轴和Y轴坐标，当存在两点或两点以上触摸时，可有效解决现有技术存在的“鬼点”坐标问题。

对于上述实施例，本实用新型作如下说明，如图10至图14所示：

声波能量与渡越时间关系的说明：

首先，表面声波是一种能沿基板1表面传播的波，其在基板1表面传播，具有直线性强的特点，假设基板1具有均匀的衰减系数，则表面声波沿基板1表面传播，其能量按线性衰减，直到衰减到无法被压电传感设备检测。当手指触摸时，部分声波能量被手指吸收，能量衰减，剩余的声波能量沿原有路径继续传播并按线性衰减。

为得到声波能量在基板1表面传播时随时间的渡越关系，我们在发射换能器阵列2端加一周期脉冲信号，即表面声波按周期脉冲发射。T＝0时，接收换能器阵列2端未收到任何信号，故此时V0＝0(实际情况下，接收器件会有一个悬空信号，这里从理想情况考虑，暂不表示)。T1时，接收换能器阵列2接收到信号，即T1为表面声波从发射换能器出发，经基板1表面传播后到达接收换能器阵列2的第一时间。T2时间点为声波能量随脉冲周期发射途径基板1表面完整传播后接收换能器阵列2检测到的时间点，即一个完整的脉冲周期。ΔT＝(T2-T1)所表示的即表面声波渡越基板1表面所用的时间，因此T轴上的点可换算为声波能量在基板1表面渡越时的位置，即坐标。

当存在单点触摸时，沿基板1表面传播的声波能量被手指吸收，接收换 能器阵列2在T3时间点检测到该衰减信号，也即T3对应了手指触摸在基板1上的位置。

对于本专利所述系统中的换能器阵列2形成的声波栅格，每一换能器组(发射换能器与接收换能器)均具有上述所述的声波能量与渡越时间关系。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。