专利名称：使用一组精密电阻的多点触摸屏的制作方法
技术领域：
本发明利用不同电阻值的精密电阻的排布，设计了一种多点触摸屏，可 以用在各种电子设备上，作为多点触控输入接口。
背景技术：
把多点触摸屏安装在电子设备上，由于可以使用多个手指及特定手势 进行操控，可以有效提高用户体验。并且随着移动电子产品的广泛使用，各种多点触摸屏技 术与应用得到了进一步的发展。例如，目前较为流行的电容式多点触摸屏，广泛的应用在了 智能手机设备上。然而这种多点触摸屏工艺复杂，成本较高，并且质量还不够稳定，其控制 模块也较为复杂。当前的另外一种被广泛使用的触摸屏一电阻式触摸屏，工艺成熟，成本 低，质量稳定，控制模块简单，然而不能很好支持多点触摸。目前很多机构和个人都在研究 能够在电阻式触摸屏上支持多点触摸的设计方案。
发明内容
本发明提供了一种电阻式多点触摸屏的设计方案，融合了电阻式触摸 屏和电容式触摸屏的优点，也就是说，本发明的触摸屏在支持多点触摸的同时，成本低，稳 定可靠。由于在本触摸屏中嵌入的精密电阻大部分是不透明的，因此本触摸屏尤其适合与 显示屏分开放置，以免挡住显示屏。由于在下文中提到的电阻阻值设计的考虑，本触摸屏尤 其适合在触摸屏的每一行水平方向支持有限数量的多点触摸，比如每行两点触摸。例如，本 触摸屏尤其适合作为另一项专利申请号为201010044467. 8的背面触摸屏手持终端设备 的 触摸屏。然而，通过一定的技术手段，本触摸屏可以有透明的特性，并且支持每行的任意数 量多点触摸。比如，使用透明的精密电阻材料，改变电阻阻值的设计等。因此即使应用在不 同的环境与设备上，或者在支持的多点触摸的触点数量上有所不同，只要符合本发明设计 原理的多点触摸屏都在本发明的范围之内。本触摸屏由上下两片绝缘塑料薄片复合而成，中间是空气层，并填充按一定规律 摆放的多个精密电阻。中间空气层需要有一定的厚度，比如0. 2毫米，以嵌入精密电阻元 件，并且在有一定的按压力度时上下两片塑料薄片可以贴合。触摸屏的平面可以用逻辑上的行与列划分成为不同的矩形区域。在将触摸屏安装 到电子设备上时，行的方向要与两手使用时手指静止放置在触摸屏上的方向一致，通常是 水平方向。列的方向垂直于行的方向，通常与使用者的躯干轴的方向一致，通常是垂直方 向。通过在触摸屏上的每行串联一定数量的不同阻值的精密电阻，并在两端施加电压，就可 以测量通过此行的电流的数值，更进一步就可以一次推导出每行被按压的一个或者多个点 的位置。本触摸屏根据尺寸大小可以划分为多行，比如划分为10行，每行间隔5毫米，不同 的行与行之间完全绝缘。触摸屏的每行在上下两片塑料薄片的内平面上都刻画有间隔交叉 排列的金属导线。针对每一片塑料薄片而言，这些金属导线是一段一段间隔排列的，由于这 些金属导线是不连续的，在每行的两端加上电压后，在此行不会产生电流，也就是说此行的 电阻数值为无穷大。在上下两片塑料薄片中间没有电阻元件的时候，将上下两片薄片通过 按压在某行合上后，由于上片和下片的各自断续的金属导线连在了一起，就成为了一条连 续的导线，此时此行的电阻值为零。在上下两片塑料薄片中间排布了电阻元件以后，在触摸 屏每行的两端都连出金属导线或者触角，由控制器施加一定的电压，就可以测定在此行上通过的电流的数值，并计算出电阻值。本触摸屏根据尺寸大小可以划分为多列，比如划分为10列，每列间隔5毫米，列是一个虚拟的概念，没有对应的金属导线与其对应，这也是强调安装触摸屏的时候要注意方 向的原因。在行与列的交叉点的地方，在上下两层塑料薄片之间嵌入精密电阻，其阻值为一 计算出的特定数值，下面的章节会介绍此数值的设计计算原理。在使用本触摸屏时，其一片塑料薄片固定在电子设备的某个平面上，比如背板上， 称之为下片，另一片塑料薄片覆盖在下片上，被使用者按压，称之为上片，中间有一层空气 层。当使用者手指按压触摸屏时，手指按压对应的一行中上片的金属导线与下片的金属导 线会在手指按压点接触，会短路旁边一侧的电阻元件，导致此行的电阻值降低一特定数值， 这个数值等于被短路的电阻的阻值。在每一行上可以有一个或者多个手指在同时按压触摸屏，通过电阻阻值降低的特 定数值，就可以确定是哪个或者哪几个电阻元件被短路了，由于电阻元件在触摸屏上的位 置固定，因此触摸屏的控制器就可以进一步确定手指按压的位置了。为了保证计算出的按 压位置唯一确定，电阻元件的阻值要保证这样的条件任意多个电阻阻值之和都不相同。举 一个极端的例子，假设一个5列的触摸屏，在每行上5个电阻元件的数值可以这样排放1 欧姆，2欧姆，4欧姆，8欧姆，16欧姆。下面假设阻值的单位都是欧姆，在下文中省略欧姆字 样。由于这些电阻元件的阻值都是2的η次方，所以它们的任意数量组合的电阻值都不会 相同，即它们的阻值之和涵盖了从1到31。理论上这样的电阻阻值安排可以支持每行全部 区域的同时按压操作，然而在实际应用中，可以考虑不同的应用环境和使用方式，比如针对 双手在电子设备背面触摸的情况，最多在每一行有两点触摸，即左右手的各一个手指，因此 针对这种特定使用方式就可以更加简化电阻阻值的设计。比如，只要保证这样的条件任 意一个电阻阻值或者两个电阻阻值之和都不相同，就可以唯一确定一点或者两点触摸的位 置。举例说明，针对一个10列的触摸屏就可以构造这样的电阻阻值序列1，2，4，7，12，20， 33,54,88,143.这个序列里的任意一个数值和任意两个数值之和所构成的数值集合中，没 有相等数值的情况。电阻阻值序列需要考虑一些限制因素。阻值之间不能相差太大，否则高电阻阻值的误差值就会超过低电阻的电阻值本身 了。一个指标是电阻阻值序列中最高电阻值与最低电阻的比值Rmax/Rmin。推荐此数值在 10到50之间。并且由于此限制，此方案不能支持数量过多的列，建议小于20列，因此在需 要同时满足触摸屏的大宽度和高精度时，需要把每行中施加电压和进行电流检测的区间进 行进一步细分，以降低每个检测区间的列数。阻值之间不能相差太小，否则两个相邻电阻阻值的元件的位置容易被误算。一个 指标是两个电阻阻值差与较高电阻的比值(R2-R1)/R2。推荐此数值大于5%。电阻元件的 位置尽量按照阻值顺序排列，在电阻误算的时候，位置相差也会较小。举例说明，针对一个10列的触摸屏，可以用下列方法构造一个简单的电阻阻值序 列。第一步，R0 = 0，R1 = 1，Rn+2 = Rn+1+Rn+1,由此得到一个序列1，2，4，7，12，20，33，54， 88，143。第二步，阻值序列中每个数值乘以10，由此得到一个新的序列10，20，40，70，120， 200，330，540，880，1430。第三步，阻值序列中每个数值加100，由此得到一个新的序列 110，120，140，170，220，300，430，640，980，1530。此序列可以作为每行的电阻元件的阻值，并且按从低阻值到高阻值的顺序在触摸屏的一行从左往右排列精密电阻。由于本发明多点触摸屏每行的使用方式一致，因此可以按同样方式在每行排布精 密电阻，两边加相同的电压。需要注意的是要保持行与行之间的绝缘，以免发生位置误算。
下面结合附图对本发明作详细说明。图1是完整触摸屏的示意图。1为在行与列交叉点上的精密电阻；2为透明的触摸屏上片；3为刻画在上片和下 片内侧相对平面上的金属导线；4为第二行右侧连出的金属导线(触角)；5为第二行左侧 连出的金属导线(触角)。触摸屏上片和下片合上后，如果触摸屏是透明材料制作的，就可以看到水平方向 的金属导线，图1中所示触摸屏实例即为透明材料制作。在图1中，包括上边和下边的金属 导线，可以看到共五条金属导线。垂直线为精密电阻构成的虚拟的列，用虚线表示。在行与 列的交叉点，是具有特定电阻值的精密电阻，填充在上片和下片之间。图2是触摸屏的剖面图。省略透明的上片和下片本身。1-触摸屏的一行左侧连出的金属导线，在上片上。2-从左边开始数，第一个电阻Rl。3-电阻Rl上方的金属导线，导线在此处断开。在上片上。4-电阻R2上方的金属导线，导线在此处重新开始刻画。在上片上。5-上片上的一段连续的金属导线。位置垂直对应下片的金属导线点12。6-上片上的一段连续的金属导线。位置垂直对应下片的金属导线点13。7-触摸屏的一行右侧连出的金属导线，在下片上。8-在没有任何按压的情况下，电流所流经的线路。从1到7，通过了所有的精密电 阻。图中为一条方波形状的颜色较浅的线。9-下片上的一段连续的金属导线。位置垂直对应上片的金属导线点3。10-下片上的一段连续的金属导线。位置垂直对应上片的金属导线点4。11-从左边开始数，第二个电阻R2。12-电阻R2下方的金属导线，导线在此处断开。在下片上。13-从左边开始数，第三个电阻下方的金属导线，导线在此处重新开始刻画。在下 片上。14-上片与下片中间的空气层。
具体实施例方式图1中可以看到触摸屏上下两片中间排布一定数量的具有特定阻 值的精密电阻。精密电阻按行由金属导线连接。在触摸屏的边缘每行的两端连接触角金属 导线，用来与触摸屏的控制器相连。从图2可以看出，每行金属导线在上片和下片上都是断 续的，以确保在此行没有受到任何按压的情况下，电流的通路是反复流经上片和下片的金 属导线，也流经此行所有的电阻。触摸屏的行与行之间需要保持绝缘。在触摸屏的上片和 下片两层之间填充空气。当按压触摸屏任意一点的时候，会导致此点对应的电阻被短路，因 而此行的电流增大。通过测试增大的电流值，就可以反过来，推导出哪个电阻被短路了，从 而推算出被按压的位置。根据本发明中电阻阻值的计算原理，可以知道，对于多点触摸，本 发明是完全支持的。例如，在图2中，当按压点3时，上片的金属导线3就会与下片的金属导线9接触，导致2-电阻Rl被短路。当按压点4时，上片的金属导线4就会与下片的金属导线10接触，导致11-电阻R2被短路。当按压点5时，上片的金属导线5就会与下片的金属导线12接触，也会导致11-电阻R2被短路。当3，4，5同时被按压时，则电阻Rl和R2同时被短路，导致电流增加更多。 本发明触摸屏的每一行都是独立的，可以独立的进行检测和按压位置推算。可以按照一定频率在每一行施加检测电压，比如ΙΚΗζ。
权利要求
一种多点触摸屏，其特征在于使用一组精密电阻镶嵌在触摸屏上、下两个薄片之间，这些电阻按水平和垂直方向排列，可以构成逻辑上的触摸屏的行与列。
2.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于精密电阻的阻值通过特定的计算方 法得出，应该满足下面的条件在触摸屏上每行的单个电阻阻值以及此行的任意个电阻阻 值相加之和构成的一组数字的集合中，所有数字都是唯一的。
3.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于在触摸屏的上片和下片相对的内平 面上，都刻画有与精密电阻相连接的断续的金属导线。触摸屏上片和下片中内平面上的任 意一行金属导线，通过此行所有精密电阻，与触摸屏的控制器构成一个电路回路，并且在触 摸屏上没有按压的情况下，所有的精密电阻都被接入这个回路。
4.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于当按压触摸屏上的任意一点或者多 点，触摸屏的上片的对应位置的金属导线就会弯曲，与下片的对应行的金属导线会产生接 触，导致旁边的精密电阻短路。通过对此行上电流的精密测量，可以唯一确定哪几个电阻已 经被短路。电阻与触摸屏的相对位置是固定的，一旦确定了被短路的电阻阻值，就唯一确定 了触摸屏上此行被按压的一个或者多个位置。
全文摘要
本发明是一种多点触摸屏。使用一组精密电阻镶嵌在触摸屏上、下两个薄片之间，这些电阻按水平和垂直方向排列。精密电阻的阻值通过特定的计算方法得出。在触摸屏的上片和下片相对的内平面上，刻画有与精密电阻相连接的断续的金属导线。当按压触摸屏上的任意一点或者多点，触摸屏的上片的对应位置的金属导线就会弯曲，与下片的对应行的金属导线会产生接触，导致旁边的精密电阻短路。通过对变化的电流的测量，就可以一次确定按压的一个或者多个位置。
文档编号G06F3/041GK101799731SQ20101010483
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月3日 优先权日2010年2月3日
发明者刘沛宇, 魏永明 申请人:深圳仙苗科技有限公司