超声波触控装置及方法、显示装置与流程

本公开涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种超声波触控装置、显示装置以及超声波触控方法。

背景技术：

触摸屏是一种可接收触控等输入讯号的感应式显示装置；当导体接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程序触发不同的控制指令，以取代机械式的按钮面板。

随着智能手机和平板电脑的迅猛发展，触摸屏在日常生活中已经得到广泛的应用。因此人们对电子设备进行直接触摸控制的需求也越来越高。但目前绝大多数的台式机和大部分笔记本并不支持触摸控制，因此使用起来较为不便。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种超声波触控装置、显示装置以及超声波触控方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，提供一种超声波触控装置，设于一电子设备的显示区域外围，所述超声波触控装置包括：

超声波测距模块，包括直线排列的多个超声波测距单元，用于向所述显示区域发送探测超声波以及接收由所述显示区域的触控物反射的反射超声波，并记录发送所述探测超声波与接收所述反射超声波的时间间隔；

第一位置确定单元，用于根据所述时间间隔确定所述触控物与所述超声波测距模块间的距离，并根据所述距离确定所述触控物在所述显示区域第一坐标方向的位置；

第二位置确定单元，用于根据接收所述反射超声波的超声波测距单元在所述超声波测距模块的位置确定所述触控物在所述显示区域第二坐标方向的位置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超声波测距单元包括：

超声波发射器；

超声波接收器，与所述超声波发射器层叠设置且平行于所述显示区域所在平面。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超声波触控装置还包括：

触控范围确定单元，用于根据接收所述反射超声波的超声波测距单元的数量确定所述触控物的有效触控范围。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超声波触控装置还包括：

防误触单元，用于当所述有效触控范围不在预设范围内时，停止将确定的所述触控物在所述显示区域位置信息传输至所述电子设备。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超声波触控装置还包括：

通信单元，与所述电子设备连接，且包括有线通信单元或无线通信单元中的一种或多种，用于将确定的所述触控物在所述显示区域的位置信息传输至所述电子设备。

在本公开的一种示例性实施例中，所述无线通信单元包括蓝牙、zigbee以及wifi中的一种或多种。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超声波触控装置以粘贴、嵌套或卡合的方式设置于所述电子设备的外围。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超声波触控装置的超声波频率为20000hz以上。

在本公开的一种示例性实施例中，所述触控物包括铅笔、钢笔、圆珠笔、毛笔、主动笔、被动笔、牙签、棉棒以及钥匙中的一种或多种。

根据本公开的一个方面，提供一种显示装置，包括显示面板以及上述任意一项所述的超声波触控装置。

根据本公开的一个方面，提供一种超声波触控方法，应用于权利要10所述的显示装置，所述超声波触控方法包括：

以一预设频率向所述显示装置的显示区域发送探测超声波并接收由所述显示区域的触控物反射的反射超声波以及记录所述探测超声波与所述反射超声波的时间间隔；

根据所述时间间隔确确定所述触控物与所述超声波测距模块间的距离，并根据所述距离确定所述触控物在所述显示区域第一坐标方向的位置；

根据接收所述反射超声波的超声波测距单元在所述超声波测距模块的位置确定所述触控物在所述显示区域第二坐标方向的位置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超声波触控方法还包括：

根据接收所述反射超声波的超声波测距单元的数量确定所述触控物的有效触控范围。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超声波触控方法还包括：

当所述有效触控范围不在预设范围内时，停止将确定的所述触控物在所述显示区域位置信息传输至所述电子设备。

本公开一种超声波触控装置及方法，当监测显示区域中出现触控设备时，利用超声波测距单元测量触控点与超声波测距单元之间的距离并确定超声波测距单元的触发位置，然后利用第一位置确定单元根据上述的距离以及触发位置得到触控点在显示区域中第一坐标方向的位置，再利用第二位置确定单元根据接收发射超声波的超声波测距单元在超声波测距模块中的位置确定触控物在显示区域第二坐标方向的位置；一方面，电子设备可以根据触控物的坐标执行与该坐标对应的程序，使得自身没有触控功能的电子设备实现了触控功能，提升了用户体验；另一方面，该超声波触控装置构件较少，因此制作工序简单、成本较低；由于可以通过外接该设备使得自身没有触控功能的电子设备实现了触控功能，因此也减少了由于需要为电子设备配置触摸屏带来的制造成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出一种超声波触控装置框图。

图2示意性示出一种超声波触控装置示例图。

图3示意性示出另一种超声波触控装置示例图。

图4示意性示出一种超声波触控装置原理示例图。

图5示意性示出另一种超声波触控装置框图。

图6示意性示出一种超声波触控方法示例图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

在一些电容式触摸屏，当手指与屏幕接触时触摸屏会通过电容变化所产生的电流来计算手指的位置，因此指甲或者普通的笔不能对上述电容式触摸屏进行触控；进一步的，电容式触摸屏的精度在理论上可以达到几个像素，但实际有效范围在1平方厘米左右，因此现有的电容式触摸屏手机一般采用手指进行触控。

但是，采用手指进行触控具有以下缺点：一方面，采用手指在电容式触摸屏上写字或者是画画，笔迹的线条都非常粗，笔画的精度控制很差，要想在屏幕上画一条直线或在一篇文章的空隙里写字都达不到理想的效果；另一方面，由于越来越多的应用软件需要更高精度的触摸，例如绘画软件等，但是由于手指的操作有其局限性，很难在尺寸较小的屏幕上进行精确书写和快速书写。

基于上述技术问题，产生了各种各样应用于触摸屏的手写笔；随着手写笔的使用渐渐广泛，对于手写笔的性能要求也越来越高。当前应用较为广泛的手写笔可以包括主动式电容笔，但因为其是在现有电容式触摸屏系统的硬件基础上实现的手写笔方案，所以必然要考虑透光性，致使其传感器布线区域严重受限，从而限制了sensorpitch(传感器之间的间距)的大小，从而导致精度不高。并且，由于主动式电容笔的笔头直径较大导控精度不高，因此不能满足在较大的触摸屏上满足较为精准的触控操作。进一步需要说明的是，目前广泛应用的主动式电容笔在绝大部分产品上是不能完美兼容手指触控的，也就是说用笔的时候就不能再同时用手来进行触控了，这就使用户体验受到了限制。

本示例实施方式首先提供了一种超声波触控装置，设于一电子设备的显示区域外围，超声波触控装置包括：

超声波测距模块，包括直线排列的多个超声波测距单元，用于向所述显示区域发送探测超声波以及接收由所述显示区域的触控物反射的反射超声波，并记录发送所述探测超声波与接收所述反射超声波的时间间隔。

第一位置确定单元，用于根据所述时间间隔确定所述触控物与所述超声波测距模块间的距离，并根据所述距离确定所述触控物在所述显示区域第一坐标方向的位置。

第二位置确定单元，用于根据接收所述反射超声波的超声波测距单元在所述超声波测距模块的位置确定所述触控物在所述显示区域第二坐标方向的位置。

在上述超声波触控装置中，一方面，电子设备可以根据触控物的坐标执行与该坐标对应的程序，使得自身没有触控功能的电子设备实现了触控功能，提升了用户体验；另一方面，该超声波触控装置构件较少，因此制作工序简单、成本较低；由于可以通过外接该设备使得自身没有触控功能的电子设备实现了触控功能，因此也减少了由于需要为电子设备配置触摸屏带来的制造成本。

下面将对本示例实施方式中的上述超声波触控装置中的各个部分进行详细的解释和说明。

首先，对上述电子设备进行详细的解释以及说明。参考图1以及图2所示，上述电子设备110可以是具有显示功能的电子设备，例如可以包括手机、显示器、电视、笔记本或者平板电脑等等，本示例对此不做特殊限制；上述触控设备可以包括普通手写笔，例如可以是铅笔、钢笔、圆珠笔、毛笔、主动笔、细笔尖被动笔等等，也可以包括普通的日用品，例如可以是牙签、棉棒或者钥匙等等，本示例对此不做特殊限制。

其次，对超声波触控装置进行详细的解释以及说明。继续参考图1以及图2所示，上述超声波触控装置100可以以嵌合、卡接、磁吸或粘贴的方式设置与电子设备110的外围，例如可以显示区域下方的非显示区域等，也可以直接的放置于电子设备的外围，本示例对此不做特殊限制。将触控装置100设置于电子设备的外围，对电子设备的显示区域的透过率以及显示效果没有影响，提高了用户的体验；另外，以嵌套或粘贴的方式进行设置，使得用户可以随时进行组装或者拆卸，方便又快捷。

进一步的，对超声波测距模块进行详细的解释以及说明。参考图3以及图4所示，上述超声波测距模块140，包括直线排列的多个超声波测距单元201；其中，各超声波测距单元201的距离可以根据不同的精度进行不同的设置，例如，本示例实施方式中可以是0.2mm。进一步的，上述超声波测距单元201可以包括超声波发射装置401以及超声波接收装置402；其中，超声波发射装置401以及超声波接收装置402可以以相对于显示区域202所在平面以叠层平行排列的方式进行设置，例如可以是图4中所示的以上下平行排列的方式进行设置；也可以以其他的方式进行设置，例如可以是呈直线排列的方式进行设置，本示例对此不做特殊限制。此外，上述超声波测距模块140还可以包括计时器501，可以用于记录从超声波发射装置401发射探测超声波到超声波接收装置402接收反射超声波之间的时间间隔(可以将该时间间隔记为t)；其中，该计时器501可以包括电磁打点计时器或者电火花计时器等等，也可以包括其他计时器，例如可以是反应计时器或者放大计时器等等，本示例对此不做特殊限制。此处还需要补充说明的是，上述超声波发射装置401可以以一预设发射频率(例如可以是100hz，每秒发射100次)向电子设备110的显示区域202发送探测超声波；然后可以利用超声波接收装置402接收所述显示区域202的触控物150反射的反射超声波。

更进一步的，对第一位置确定单元以及第二位置确定单元进行详细的解释以及说明。参考图1以及图3所示，上述第一位置确定单元120以及第二位置确定单元130可以集成于一mcu(微处理器)中；其中，第一位置确定单元120可以用于根据所述反射超声波确定所述触控物150与所述超声波测距模块140间的距离，并根据所述距离确定所述触控物150在所述显示区域202第一坐标方向的位置(例如可以是y轴方向的位置)；第二位置确定单元130可以用于根据接收所述反射超声波的超声波测距单元201在所述超声波测距模块140的位置确定所述触控物150在所述显示区域202第二坐标方向的位置(例如可以是x轴方向的位置)。此处需要补充说明的是，x轴的方向可以平行于显示区域的一个边，y轴的方向可以垂直于显示区域的该边，因此可以理解的是，x轴的方向可以垂直于y轴的方向。

下面，对第一位置确定单元以及第二位置确定单元进行进一步的详细说明：参考图2、图3以及图4所示，超声波发射装置401可以以100hz的频率向电子设备110的显示区域202发送探测超声波，当显示区域202中出现触控物150时，探测超声波触碰到该触控物后发生反射，然后利用超声波接收装置402接收该反射超声波，其中，该探测超声波的频率可以是20000hz以上，通过发射20000hz频率以上的超声波，避免了其他的噪声(例如人的声音或者其他物体发出的声音等等)对该超声波触控装置的干扰；进一步的，超声波传递速度极快，因此可以大大的提高该触控装置的测量精度、反应速度以及抗干扰能力等等；然后，利用第一位置确定单元120根据反射超声波确定触控物150与超声波测距模块140间的距离，并根据距离所述触控物150在显示区域202第一坐标方向的位置(例如可以是y轴方向的位置)；其中，距离的计算公式为：l＝c×t/2，其中，c为超声波在空气中的传播速度；t为超声波发射到接收的时间差。进一步举例而言：

参考图4以及图5所示，超声波发射装置401向显示区域202的方向发射超声探测波，在发射时刻的同时利用计时器501开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到触控物的一端203即返回，超声波接收装置402接收到反射波时，计时器501立即停止计时。其中，超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离l，其中，l＝c×t/2＝340×t/2。

更进一步的，当超声波接收装置402接收到该反射波以后，利用第二位置确定单元130根据接收反射超声波的超声波测距单元201在超声波测距模块140的位置确定所述触控物150在显示区域202第二坐标方向的位置(例如可以是x轴方向的位置)。此处需要说明的是，超声波测距单元201在超声波测距模块140的位置可以是该超声波测距单元在超声波测距模块的顺序位置(从坐标原点开始的第几个超声波测距单元)也可以是距离位置(该超声波测距单元与坐标原点的距离)，本示例对此不做特殊限制；进一步的，坐标原点可以是超声波测距模块的第一测距单元的位置，也可以是超声波测距模块的中间测距单元的位置，本示例对此不做特殊限制。在本示例中，假设接收反射超声波的超声波测距单元201与坐标原点的距离为h，则触控物150在显示区域202中的位置为(h，340×t/2)。

再进一步的，上述超声波触控装置还包括触控范围确定单元，用于根据接收所述反射超声波的超声波测距单元的数量确定所述触控物的有效触控范围。详细而言：

上述触控范围确定单元可以与上述第一位置确定单元以及第二位置确定单元一起集成于微处理器301中；该触控范围确定单元可以用于根据接收反射超声波的超声波测距单元的数量确定触控物的有效触控范围。例如，当触控触控显示区域中的某一个位置时，会有相应数量(一个或多个)的超声波测距单元201被触发；然后根据超声波测距单元被触发的个数计算该触控物的有效触控范围。进一步的，例如选取了钢笔作为触控物，该触控物触发超声波测距单元的个数为5个，则触控范围确定单元会将有效触控范围设定为4-6个相邻的超声波测距单元，由于各超声波测距单元之间的间隔(pitch)为0.2mm，则该触控物的有效触控范围为0.8mm-1.2mm。此外，在本公开的其他示例性实施方式中，有效触控范围也可以是其他数值，例如棉棒的有效触控范围为2mm-3mm等等，本示例对此不做特殊限制；通过设定有效触控范围，可以避免其他触控物对该有效触控范围内的触控功能的影响。

进一步的，上述超声波触控装置还可以包括防误触单元，用于在所述有效触控范围不在预设范围内时，不将确定的所述触控物在所述显示区域位置信息传输至所述电子设备。详细而言：

上述防误触单元与上述触控范围确定单元、第一位置确定单元以及第二位置确定单元一起集成于微处理器301中；该防误触单元可以用于在所述有效触控范围不在预设范围内时，不将确定的所述触控物在所述显示区域位置信息传输至所述电子设备。例如，当有效触控范围为1cm-2cm时，超过了预设范围，则对当前触控行为不处理；当当前触控范围为1.0mm时，则计算当前触控物在显示区域中的位置；通过设置防误触单元，可以防止手指或者其他物体的干扰；由于手指的触控范围(1cm)远远大于预设范围，因此可以使得手指和触控物之间互相不干扰，使得同一个电子设备可是同时支持手指触控或者其他触控物触控，提升了用户体验。

最后，上述超声波触控装置还可以包括通信单元，与所述电子设备连接且包括有线通信单元或无线通信单元中的一种或多种，用于将确定的所述触控物在所述显示区域的位置信息传输至所述电子设备。举例而言：

上述超声波触控装置100还包括通信单元302；该通信单元302可以用于将确定的触控物150在显示区域的位置信息传输至电子设备110；举例而言：当第一位置确定单元以及第二位置确定单元确定触控物在显示区域中的位置信息为(h，340*t/2)时，将该位置信息发送给通信单元；然后通信单元通过有线通信方式或者无线通信方式将该位置信息发送给电子设备以使电子设备根据该位置信息在对应的位置执行相关的操作；其中，上述无线通信单元可以包括蓝牙、zigbee以及wifi等等，本示例对此不做特殊限制；通过设置有线通信方式或者无线通信方式，可以使得该超声波触控装置100与电子设备110在任何情况下都可以实现通信，提升了用户体验。

本示例实施方式还提供了一种超声波测距方法，该超声波测距方法应用于显示装置，该显示装置可以包括显示面板以及上述的超声波触控装置。参考图6所示，该超声波测距方法可以包括步骤s610-步骤s630。其中：

在步骤s610中，以一预设频率向所述显示装置的显示区域发送探测超声波并接收由所述显示区域的触控物反射的反射超声波以及记录所述探测超声波与所述反射超声波的时间间隔。

在本示例实施方式中，首先，超声波测距模块140中的多个超声波测距单元201中的超声波发射装置401以一预设频率(例如可以是100hz)向电子设备110的显示区域202发送频率为20000hz以上的探测超声波；当该探测超声波接触到触控物150时立即返回，然后利用超声波接收装置402接收触控物150反射的反射超声波；并记录从超声波发射装置401发射探测超声波到超声波接收装置402接收反射超声波之间的时间间隔。

在步骤s620中，根据所述时间间隔确确定所述触控物与所述超声波测距模块间的距离，并根据所述距离确定所述触控物在所述显示区域第一坐标方向的位置。

在本示例实施方式中，当接收到上述发射超声波后，利用第一位置确定单元120根据上述时间间隔确定触控物150与超声波测距模块140间的距离，并根据距离所述触控物150在显示区域202第一坐标方向的位置(例如可以是y轴方向的位置)；其中，距离的计算公式为：l＝c×t/2，其中，c为超声波在空气中的传播速度；t为超声波发射到接收的时间间隔。

在步骤s630中，根据接收所述反射超声波的超声波测距单元在所述超声波测距模块的位置确定所述触控物在所述显示区域第二坐标方向的位置。

在本示例实施方式中，当超声波接收装置402接收到该反射波以后，利用第二位置确定单元130根据接收反射超声波的超声波测距单元201在超声波测距模块140的位置确定所述触控物150在显示区域202第二坐标方向的位置(例如可以是x轴方向的位置)。此处需要说明的是，超声波测距单元201在超声波测距模块140的位置可以是该超声波测距单元在超声波测距模块的顺序位置(从坐标原点开始的第几个超声波测距单元)也可以是距离位置(该超声波测距单元与坐标原点的距离)，本示例对此不做特殊限制；进一步的，坐标原点可以是超声波测距模块的第一测距单元的位置，也可以是超声波测距模块的中间测距单元的位置，本示例对此不做特殊限制。

在本示例的另一种实施方式中，上述超声波触控方法还包括：根据接收所述反射超声波的超声波测距单元的数量确定所述触控物的有效触控范围。详细而言：

利用微处理器301中的触控范围确定单元根据接收反射超声波的超声波测距单元的数量确定触控物的有效触控范围。例如，当触控触控显示区域中的某一个位置时，会有相应数量(一个或多个)的超声波测距单元201被触发；然后根据超声波测距单元被触发的个数计算该触控物的有效触控范围。进一步的，例如选取了钢笔作为触控物，该触控物触发超声波测距单元的个数为5个，则触控范围确定单元会将有效触控范围设定为4-6个相邻的超声波测距单元，由于各超声波测距单元之间的间隔(pitch)为0.2mm，则该触控物的有效触控范围为0.8mm-1.2mm。此外，在本公开的其他示例性实施方式中，有效触控范围也可以是其他数值，例如棉棒的有效触控范围为2mm-3mm等等，本示例对此不做特殊限制；通过设定有效触控范围，可以避免其他触控物对该有效触控范围内的触控功能的影响；例如，当有效触控范围为0.8mm-1.2mm时，可以理解为需要通过该触控物进行精密度较高的操作。

在本示例的另一种实施方式中，上述超声波触控方法还包括：当所述有效触控范围不在预设范围内时，停止将确定的所述触控物在所述显示区域位置信息传输至所述电子设备。详细而言：

微处理器301中的防误触单元可以在有效触控范围不在预设范围内时，不将确定的触控物在显示区域位置信息传输至所述电子设备。例如，当有效触控范围为1cm-2cm时，超过了预设范围，则对当前触控行为不处理；当当前触控范围为1.0mm时，则计算当前触控物在显示区域中的位置；通过设置防误触单元，可以防止手指或者其他物体的干扰；由于手指的触控范围(1cm)远远大于预设范围，因此可以使得手指和触控物之间互相不干扰，使得同一个电子设备可是同时支持手指触控或者其他触控物触控，提升了用户体验。

进一步的，上述超声波触控方法还包括：建立超声波触控装置与电子设备之间的通信连接；并在连接后，利用触控物对电子设备的显示区域中的特定位置进行校正。详细而言：

当超声波触控装置通过蓝牙或者usb与电子设备连接后，电子设备的显示区域中会出现若干待校正的点(例如可以是显示区域的四个顶点以及中心位置处等等)，然后利用一触控物对该显示区域进行校正；通过对电子设备的显示区域进行校正，可以进一步的提升触控装置的精度。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。