一种超大尺寸多点触控感应单元及其识别方法
【专利摘要】本发明揭示了一种超大尺寸多点触控感应单元及其识别方法，基于多点识别方法，包括一网格电磁感应层，内嵌所述网格电磁感应层的两层表面基层，一与所述网格电磁感应层通讯连接的感应信号采集控制集成电路，所述感应信号采集控制集成电路与一具有触控驱动程序的计算控制单元通讯连接。本发明实现了多点触控在超大尺寸触控【技术领域】的应用。
【专利说明】一种超大尺寸多点触控感应单元及其识别方法
【技术领域】
[0001]本发明属于触控【技术领域】，尤其涉及一种超大尺寸多点触控感应单元及其识别方法。
【背景技术】
[0002]随着触控技术应用的日益广泛，其应用范围从手机、PAD、GPS (全球导航系统)、MP3等大众消费电子领域迅速扩展到智能家居(如触控电视、触控冰箱、触控厨房、触控茶几等)、互动数字标牌、互动展览展示、互动教学等领域。触控操作的简单、便捷、人性化等特点已成为人机互动的最佳界面并迅速普及。目前，在触控【技术领域】，有红外、表面声波、表面电容、电阻、光学等触控技术，对于中、大尺寸屏幕设计需求来说(3.5?7英寸为小尺寸，1(T15英寸为中大尺寸，17?22英寸为大尺寸，30英寸以上为超大尺寸)，为了满足集成触控人机接口应用，必须选择适合较大屏幕的触控感应技术方案。
[0003]首先，对于早期所使用的电阻式触控感测技术，虽可在材料与技术成本方面具有优势，也能适应小屏幕至中、大尺寸屏幕的触控技术集成需求，但实际上电阻式触控仍有材料、结构与技术方面的先天限制，例如，电阻式触控感测的薄膜结构会导致屏幕透光率受到影响，也会因为薄膜压力感应的机械结构，使得使用寿命因为大量触按而大受影响，在频繁使用型态的装置上面很容易暴露技术上的应用缺陷。
[0004]其次，对于电容式触控技术，由于其原理系经操作者手指接触屏幕，影响整体感测层电容状态的微弱变化，进而透过触控IC分析触点位置。初期发展对于小屏幕的触控设计能满足产品开发需求，但若转而投入超过中、大尺寸屏幕的触控技术集成，G/G(Glass toGlass)结构的大屏幕保护玻璃贴合难度高，G/G结构性的问题导致大尺寸屏幕的面板强度受到影响，即便G/G方案的厚度问题并不会影响到中大尺寸屏幕产品的设计要求，但实际上G/G触控方案的良率影响了终端产品的成本，从而影响到应用电容式触控技术的中大尺寸触控屏幕的成本。因此，电容式触控技术方案在大尺寸化的开发遇到瓶颈。
[0005]原先用在电子白板、公众显示器的触控应用方案，也应用在部分品牌计算机上。例如，在超过20寸的一体式计算机(All-1n-one)产品中，就有使用光学式触控方案，而在更大尺寸的设计方案，则部分有使用声波感测式触控方案。不管是光学式触控方案或是声波感测式触控方案，其追踪触点的精确度都有一定程度的误差，这主要是由于光学感测式容易受光线的影响，而声波感测式防水能力较弱，这就导致触点准确度无法如电阻式或是电容式触控方案精确。另外，在人机接口的触按与接口反馈程序，耗时也较电阻或电容式触控稍久，精确度与系统反馈速度受限下，在大屏应用的效益也因此受到影响。除准确度与系统反馈速度问题外，多数使用者在小型屏幕已熟悉的多点触控使用习惯，在中大屏触控产品若采行光学或是声波感应触控，在多点触控的应用支持方面也会因技术架构瓶颈，而无法获得较佳的多点触控体验，并且一种低频的低声波触控方案在用户手写滑动时，还会发出一种咝咝声，影响用户触控体验效果。
[0006]最后，红外触控屏是在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触控屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。目前，红外触控屏多应用于大尺寸，但是其必须安装在显示设备外侧，美观性较差。在户外应用时，抗爆、防水能力弱，使用寿命低等缺点也制约了其应用领域。
[0007]公知的多点触控面板(如电容、电阻)是表面分布有感应检测层的透明基板，通过用户使用手指或笔尖接触所产生的信号而进行输入及控制。其内部是由两层高透明玻璃/薄膜封装ITO (铟锡氧化物)所构成的多点触控感应检测层，用户通过手指触控该感应检测层对应于显示屏上的相关位置，从而进行触控操作。由于所述多点触控感应检测层的制作工艺复杂，并且铟锡氧化物是稀缺资源，导致其价格高昂和供应受限，并且多点触控感应检测层多应用于中小尺寸屏幕上(其中3.5?7英寸为小尺寸，1(T15英寸为中大尺寸，17?22英寸为大尺寸,30英寸以上为超大尺寸)。另一方面,上述中小尺寸的多点触控感应检测层的穿透能力局限为3_，由于工艺及技术的局限使其不能进行曲面触控，所以适用范围非常局限。再一方面，在中大尺寸触控方案中触控精准度差，有延迟及多点技术构架瓶颈；这些都制约了其广泛普及。
[0008]还有一种封装超细导线网格电磁感应层的触控膜及其制作方法，如专利号为200910181699.5和201210236716.2所述，其特点是内置的超细导线成本较低，在超大尺寸屏幕应用较广，但由于超大尺寸的触控仅限于单点、双点触控，无法使得多人在一个大触控屏上进行多点交互信息。
[0009]鉴于上述【技术领域】的不足与缺陷，急需研发出一种能应用在超大尺寸上、可多点触控感应单元，以适合市场需求，拓宽触控领域的应用范围。
【发明内容】
[0010]鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种超大尺寸多点触控感应单元及其识别方法。
[0011]本发明的目的将通过以下技术方案得以实现:
一种超大尺寸多点触控感应单元，包括一网格电磁感应层，内嵌所述网格电磁感应层的两层表面基层，一与所述网格电磁感应层通讯连接的感应信号采集控制集成电路，所述感应信号采集控制集成电路与一具有触控驱动程序的计算控制单元通讯连接。
[0012]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述网格电磁感应层包括由超细导线分别沿X轴和Y轴绕制而成的、盘错交织的经纬网线，所述超细导线在交叉点处相互绝缘。
[0013]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述网格电磁感应层通过喷印和/或丝印和/或压印的压合方式内嵌于两层表面基层之中。
[0014]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述网格电磁感应层为两层或两层以上的经纬网线，每层所述经纬网线上涂覆有绝缘层。
[0015]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述超细导线包括纳米导线和/或金属导线。
[0016]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述表面基层为柔性透明薄膜，光滑的墙纸或地毯，透明玻璃或亚克力板；所述表面基层的厚度小于等于10毫米；所述表面基层为平面或曲面结构。
[0017]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述网格电磁感应层的超细导线汇集后通过一数据流输出接口和一数据流输入接口与所述感应信号采集控制集成电路相连接；所述数据流输入接口具有独立的X轴和Y轴的超细导线信号输出接口 ；所述数据流输出接口和数据流输入接口为柔性印刷电路、电极或者插针。
[0018]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述感应信号采集控制集成电路是具有多点触控信号采集、处理和计算机标准输出接口功能的集成电路或集成电路与印刷电路相结合的电路主板；所述感应信号采集控制集成电路包括:
电源转换模块，将通讯接口的输入电压转换成采集系统中模拟电路和数字电路所需的电压，并将输入电源和输出电源进行隔离，以防止外部电源通过通讯接口产生干扰；
发送电路模块，用于产生电容检测所需的激励信号，依次分别对超细导线上的X轴、Y轴交叉点进行充放电扫描，并将扫描得到的矩阵信号传送至CPU处理模块，在CPU处理模块的控制下，分时将不同接收通道接收到的矩阵信号发送到接收电路模块；
接收电路模块，将接收到的矩阵信号进行放大、整流和滤波转换，最终将矩阵信号转换成数据信号，并送入CPU处理模块进行处理；
以及CPU处理模块，控制所述感应信号采集控制集成电路的运行，并将最终采集信号进行数字运算和处理，传输至计算控制单元进行多点识别处理。
[0019]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述触控驱动程序中包括DSP数据处理程序，用于进行多点识别，以及所述触控感应单元的触控灵敏度和阀值的校准，同时检测所述超细导线是否有断线及电磁干扰程度。
[0020]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其中:所述触控驱动程序安装在计算控制单元的操作系统里，或者安装在独立的免安装调试的硬件驱动装置里；所述计算控制单元的操作系统包括Linux、Windows或Android。
[0021]上述的任意一种超大尺寸多点触控感应单元的识别方法，包括如下步骤:
步骤一，将通讯接口的输入电压通过电源转换模块将电压转换成感应信号采集控制集
成电路中模拟电路和数字电路所需电压，并将输入电源和输出电源进行隔离，以防止外部电源通过通讯接口产生干扰；
步骤二，由发送电路模块发送激励信号，依次分别对超细导线在X轴、Y轴上的各个交叉点进行充放电扫描，并将扫描得到的矩阵信号传送至CPU处理模块；
步骤三，在CPU处理模块的控制下，分时将不同接收通道接收到的矩阵信号发送到接收电路模块；
步骤四，接收电路模块将接收到的矩阵信号进行放大，整流和滤波转换，最终将矩阵信号转换成数据信号，送入CPU处理模块进行处理，形成规则矩阵数据流，由通讯接口输出传送到计算控制单元；
步骤五，对网格电磁感应基层进行多点触控操作，产生的数据流信息通过数据流输出接口和数据流输入接口输入到感应信号采集控制集成电路，感应信号采集控制集成电路对数据流信息进行采集和处理形成初始的矩阵信号通过通讯接口输出；
步骤六，初始的矩阵信号通过计算控制单元的输入接口输入，通过DSP数据处理程序进行数据处理，得出多点触控的实际位置，从而识别多点触控操作。[0022]优选的，上述的一种超大尺寸多点触控感应单元的识别方法，其中:所述DSP数据处理程序包括重心算法。
[0023]本发明的关出效果为:
1.提供了一种超大尺寸多点触控感应单元的识别方法，以及一种超大尺寸触控感应单元，实现了多点触控在超大尺寸触控【技术领域】的应用；
2.超大尺寸多点触控感应单元的制备方法采用流水化作业，原材料获取易得，成本易控制；
3.基于多点算法的软件可手动安装至计算控制单元，亦可集成在一个硬件驱动装置里，即插即用，可适应于多种操作系统，具有人性化可视界面；
4.制备超大尺寸多点触控感应单元的原材料丰富，用量少，可代替传统ITO技术，避免使用铟锡氧化物等稀缺材料，且无污染；
5.超大尺寸多点触控感应单元的穿透能力超过3mm,达到IOmm,增强了防暴、防水能力，扩大了其在军事、工业、商业等众多需要防暴防水功能的领域的应用；
6.可实现超大尺寸多点触控感应单元在曲面触控领域的应用。
[0024]以下便结合实施例附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例的多点触控感应单元的结构示意图；
图2为本发明实施例的感应信号采集控制集成电路的结构示意图；
图3为本发明实施例的系统流程图；
图4为本发明实施例的网格电磁感应层的检测分布示意图。
【具体实施方式】实施例
[0026]本实施例的一种超大尺寸多点触控感应单元,如图图4所示,包括网格电磁感应层3，内嵌网格电磁感应层3的两层表面基层(图中未示出)，网格电磁感应层3的超细导线汇集后通过数据流输出接口 4和数据流输入接口 5连接感应信号采集控制集成电路7，数据流输入接口 5具有独立的X轴和Y轴的超细导线信号输出接口 ；数据流输出接口 4和数据流输入接口 5为柔性印刷电路、电极或者插针。感应信号采集控制集成电路7通过通讯接口 6与具有触控驱动程序的计算控制单元9连接。
[0027]网格电磁感应层3包括由超细导线分别沿X轴和Y轴绕制而成的、盘错交织的经纬网线，超细导线在交叉点处相互绝缘，各交叉点所围设的空间构成一个感应单元。可选的，所述网格电磁感应层通过喷印和/或丝印和/或压印等压合方式内嵌于两层表面基层之中，网格电磁感应层3为两层或两层以上的经纬网线，每层所述经纬网线上涂覆有绝缘层，每层经纬网线上的感应单元彼此交错布置，呈规则的蜂窝状、矩形状或菱形状，感应单元间的间距大小相同，或者不相同。超细导线包括纳米导线和/或金属导线。
[0028]表面基层为柔性透明薄膜，光滑的墙纸或地毯，透明玻璃或亚克力板；表面基层的厚度小于等于10毫米；表面基层为平面或曲面结构。
[0029]感应信号采集控制集成电路7是具有多点触控信号采集、处理和计算机标准输出接口功能的集成电路或集成电路与印刷电路相结合的电路主板；感应信号采集控制集成电路包括:
电源转换模块，将通讯接口 6的输入电压转换成采集系统中模拟电路和数字电路所需的电压，并将输入电源和输出电源进行隔离，以防止外部电源通过通讯接口产生干扰；发送电路模块，用于产生电容检测所需的激励信号，依次分别对超细导线上的X轴、Y轴交叉点进行充放电扫描，并将扫描得到的矩阵信号传送至CPU处理模块，在CPU处理模块的控制下，分时将不同接收通道接收到的矩阵信号发送到接收电路模块；
接收电路模块，将接收到的矩阵信号进行放大、整流和滤波转换，最终将矩阵信号转换成数据信号，并送入CPU处理模块进行处理；
以及CPU处理模块，控制感应信号采集控制集成电路的运行，并将最终采集信号进行数字运算和处理，传输至计算控制单元9进行多点识别处理。
[0030]触控驱动程序中包括DSP数据处理程序，用于进行多点识别，以及调试触控感应单元的触控灵敏度和阀值等的校准，同时检测所述超细导线是否有断线及电磁干扰程度。触控驱动程序安装在计算控制单元9的操作系统里，或者安装在独立的免安装调试的硬件驱动装置里。计算控制单元9的操作系统包括Linux、Windows或Android。
[0031]一种超大尺寸多点触控感应单元的识别方法，包括如下步骤:
步骤一，将通讯接口 6的输入电压通过电源转换模块将电压转换成感应信号采集控制集成电路中模拟电路和数字电路所需电压，并将输入电源和输出电源进行隔离，以防止外部电源通过通讯接口产生干扰；
步骤二，由发送电路模块发送激励信号，依次分别对超细导线在X轴、Y轴上的各个交叉点进行充放电扫描，并将扫描得到的矩阵信号传送至CPU处理模块；具体扫描方式如图4所示，由发送电路模块对Xl发送激励信号，依次分别扫描Xl与Yl交叉点段的数据信号，Xl与Y2交叉点段的数据信号，Xl与Y3交叉点段的数据信号，直到扫描到Xl与Yn交叉点段的数据信号，完成整根在Xl轴上的数据采集。以同样的扫描方式完成在X2轴、X3轴、X4轴，直到Xm轴上数据采集。由于耦合电容的存在，在每根X轴和Y轴的交叉点处就形成了一个电容，假设在Xl轴上分时分段发送一个幅值和相位固定的正弦波激励信号时，则在Xl轴与Yl轴、Y2轴、Y3轴……Yn轴的交叉点处会产生一个幅值和相位与激励信号的频率和耦合电容大小相关的感应信号，此时感应信号采集控制集成电路采集到Xl轴分别与Yl轴、Y2轴、Y3轴、……Yn轴交叉点的电容值称为极大值Vmax ；
步骤三，在CPU处理模块的控制下，分时将不同接收通道接收到的矩阵信号发送到接收电路模块；
步骤四，接收电路模块将接收到的矩阵信号进行放大，整流和滤波转换，最终将矩阵信号转换成数据信号，送入CPU处理模块进行处理，形成规则矩阵数据流，由通讯接口 6输出传送到计算控制单元9 ；
步骤五，人手2触摸到多点触控网格电磁感应基层3进行多点触控操作，产生的相关数据流信息通过数据流输出接口 4和数据流输入接口 5输入到感应信号采集控制集成电路7，感应信号采集控制集成电路7对数据流信息进行采集和处理形成初始的矩阵信号通过通讯接口 6输出；如图4所示，当人手2触碰到触控感应单元上的点M时(或更多点,此处以这个点为举例)，由于人体是带有的静电感应的导体，会在触控感应单元表面形成一个感应区域I (大于等于人手指与触控感应单元表面的接触面积)，此感应区域I内覆盖到了 6个
X轴与Y轴的交叉点，包括X2轴Y2轴的交点Ml，X3轴与Y2轴的交点M2......X4轴与Y3
轴的交点M6。此时感应信号采集控制集成电路采集到M1、M2、M3、M4、M5、M6这6个交叉点的电容值将减小，以Ml举例，假设该交叉点的电容值减小到了 NI，通过反转算法可以得到该点的数据信息为Vmax-Nl。同理得到其他5个交叉点的数据信息，形成初始的矩阵信号。
[0032]步骤六，初始的矩阵信号通过计算控制单元9的输入接口 8输入，通过DSP数据处理程序进行数据处理(DSP数据处理程序可以和计算控制单元9集成在一起，也可以单独于计算控制单元9之外)；DSP数据处理程序将初始的矩阵信号，即各个交叉点的数据信息Vmax-Nl进行重心算法，计算出该点触控的实际位置信息M。触控驱动程序将该位置信息M转化为计算控制单元9能够识别的信号传输给计算控制单元9，即可得出人手触控在该点的触控操作。
[0033]当有多个人手进行触控操作时，如图1中的人手10、人手11.重复上述识别方法，且不受触控点数量的限制。
[0034]本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:包括一网格电磁感应层，内嵌所述网格电磁感应层的两层表面基层，一与所述网格电磁感应层通讯连接的感应信号采集控制集成电路，所述感应信号采集控制集成电路与一具有触控驱动程序的计算控制单元通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述网格电磁感应层包括由超细导线分别沿X轴和Y轴绕制而成的、盘错交织的经纬网线，所述超细导线在交叉点处相互绝缘。
3.根据权利要求2所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述网格电磁感应层通过喷印和/或丝印和/或压印的压合方式内嵌于两层表面基层之中。
4.根据权利要求2所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述网格电磁感应层为两层或两层以上的经纬网线，每层所述经纬网线上涂覆有绝缘层。
5.根据权利要求2所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述超细导线包括纳米导线和/或金属导线。
6.根据权利要求1所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述表面基层为柔性透明薄膜，光滑的墙纸或地毯，透明玻璃或亚克力板；所述表面基层的厚度小于等于10毫米；所述表面基层为平面或曲面结构。
7.根据权利要求2所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述网格电磁感应层的超细导线汇集后通过一数据流输出接口和一数据流输入接口与所述感应信号采集控制集成电路相连接；所述数据流输入接口具有独立的X轴和Y轴的超细导线信号输出接口 ；所述数据流输出接口和数据流输入接口为柔性印刷电路、电极或者插针。
8.根据权利要求1所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述感应信号采集控制集成电路是具有多点触控信号采集、处理和计算机标准输出接口功能的集成电路或集成电路与印刷电路相结合的电路主板；所述感应信号采集控制集成电路包括: 电源转换模块，将通讯接口的输入电压转换成采集系统中模拟电路和数字电路所需的电压，并将输入电源和输出电源进行隔离，以防止外部电源通过通讯接口产生干扰； 发送电路模块，用于产生电容检测所需的激励信号，依次分别对超细导线上的X轴、Y轴交叉点进行充放电扫描，并将扫描得到的矩阵信号传送至CPU处理模块，在CPU处理模块的控制下，分时将不同接收通道接收到的矩阵信号发送到接收电路模块； 接收电路模块，将接收到的矩阵信号进行放大、整流和滤波转换，最终将矩阵信号转换成数据信号，并送入CPU处理模块进行处理； 以及CPU处理模块，控制所述感应信号采集控制集成电路的运行，并将最终采集信号进行数字运算和处理，传输至计算控制单元进行多点识别处理。
9.根据权利要求1所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述触控驱动程序中包括DSP数据处理程序，用于进行多点识别，以及所述触控感应单元的触控灵敏度和阀值的校准，同时检测所述超细导线是否有断线及电磁干扰程度。
10.根据权利要求9所述的一种超大尺寸多点触控感应单元，其特征在于:所述触控驱动程序安装在计算控制单元的操作系统里，或者安装在独立的免安装调试的硬件驱动装置里；所述计算控制单元的操作系统包括Linux、Windows或Android。
11.根据权利要求广10所述的任意一种超大尺寸多点触控感应单元的识别方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一，将通讯接口的输入电压通过电源转换模块将电压转换成感应信号采集控制集成电路中模拟电路和数字电路所需电压，并将输入电源和输出电源进行隔离，以防止外部电源通过通讯接口产生干扰； 步骤二，由发送电路模块发送激励信号，依次分别对超细导线在X轴、Y轴上的各个交叉点进行充放电扫描，并将扫描得到的矩阵信号传送至CPU处理模块； 步骤三，在CPU处理模块的控制下，分时将不同接收通道接收到的矩阵信号发送到接收电路模块； 步骤四，接收电路模块将接收到的矩阵信号进行放大，整流和滤波转换，最终将矩阵信号转换成数据信号，送入CPU处理模块进行处理，形成规则矩阵数据流，由通讯接口输出传送到计算控制单元； 步骤五，对网格电磁感应基层进行多点触控操作，产生的数据流信息通过数据流输出接口和数据流输入接口输入到感应信号采集控制集成电路，感应信号采集控制集成电路对数据流信息进行采集和处理形成初始的矩阵信号通过通讯接口输出； 步骤六，初始的矩阵信号通过计算控制单元的输入接口输入，通过DSP数据处理程序进行数据处理，得出多点触控的实际位置，从而识别多点触控操作。
12.根据权利要求11所述的一种超大尺寸多点触控感应单元的识别方法，其特征在于:所述DSP数据处理程序包括重心算法。
【文档编号】G06F3/041GK103488340SQ201310426937
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】刘泽江 申请人:苏州泛普纳米科技有限公司