CN201218943Y - 一种电容式触摸屏 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于触摸屏领域，提供了一种电容式触摸屏，所述触摸屏包括：与电压源电气耦合，位于同一平面的多个相互平行且有间隔的多个驱动电极；与驱动电极位于不同平面，并与驱动电极垂直的多个相互平行且有间隔的检测电极，所述检测电极与驱动电极的交叉点形成耦合电容；以及与所述检测电极电气耦合，检测所述触摸屏被触摸产生的电荷变化，将电荷变化转换为数字信号输出的至少一个检测电路。本实用新型通过检测触摸屏被触摸时产生的电荷变化，判断是否有触摸以及触摸的位置。应用本实用新型检测电路可以提高电荷转移时测量的精度，增强触摸时定点的准确性。同时，可以实现逐列扫描或并列扫描，以及逐行输出或并行输出。
Description
技术领域
本实用新型属于触摸屏领域，尤其涉及一种电容式触摸屏。
背景技术
触摸屏是常见的输入设备，一般包括触摸面板、控制器和软件驱动器。触摸面板带有触摸敏感表面的透明面板，主要用来感应触摸事件，并将触摸信号发送至控制器。控制器对触摸信号进行处理，并将处理后的触摸信号输出至计算机系统。软件驱动器将触摸事件转换成计算机系统能识别的事件。
触摸屏主要包括电阻式触摸屏、红外线触摸屏、表面声波触摸屏、电容式触摸屏等。其中，在电容式触摸屏中，触摸面板被涂覆了一种可以存储电荷的材料。当面板被触摸时，少量电荷被吸引到触摸点，通过电荷检测电路检测该电荷变化，并将该电荷变化送往控制器处理，确定触摸点的X、Y坐标，进而判断触摸的位置。由于触摸面板被触摸时，耦合电容的电荷量变化微小，难以精确检测，因此很难保证触摸点的精确定位。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电容式触摸屏，旨在解决现有的电容式触摸屏中，由于触摸引起的耦合电容的变化微小，难以精确检测的问题。
本实用新型是这样实现的，一种电容式触摸屏，所述触摸屏包括：
与电压源电气耦合，位于同一平面的多个相互平行且有间隔的驱动电极；
与驱动电极位于不同平面，并与驱动电极垂直的多个相互平行且有间隔的检测电极，所述检测电极与驱动电极的交叉点形成耦合电容；以及
与所述检测电极电气耦合，检测所述触摸屏被触摸产生的电荷变化，将电荷变化转换为数字信号输出的至少一个检测电路。
本实用新型通过检测触摸屏被触摸时产生的电荷变化，判断是否有触摸以及触摸的位置，可以提高电荷转移时测量的精度，增强触摸时定点的准确性。同时，可以实现逐列扫描或并列扫描，以及逐行输出或并行输出，产生的数据根据算法进行处理，可以实现单点或多点触摸。
附图说明
图1是本实用新型提供的电容式触摸屏的俯视图；
图2是本实用新型第一实施例提供的电容式触摸屏的结构图；
图3是本实用新型第二实施例提供的电容式触摸屏的结构图；；
图4是本实用新型提供的电容式触摸屏的电路原理图；
图5是本实用新型提供的电容式触摸屏的电荷转移波形示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型中，将耦合电容上的电荷转移至检测电路，当触摸屏被触摸时，由检测电路检测电荷变化，可以精确判定有无触摸以及触摸的位置。
图1示出了本实用新型提供的电容式触摸屏的俯视图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
该电容式触摸屏由包括一块玻璃的空间分隔的两层导电层组成。导电层的材料一般是ITO(氧化铟)。在每一平面上的条状电极相互平行且有间隔，不同平面上的电极相互垂直，两层平面的交叉点形成耦合电容11。当有物体例如手指，接近耦合电容11，耦合电容11上的电荷被人身吸走，电荷量发生改变。
电极10A与电压源相连(图中未示出)，起驱动作用，电极10B与检测电路相连(图中未示出)，起检测作用。当有驱动电压时，电极10A和10B产生耦合电容11，同时，检测电路逐行或并行检测10B上电荷的变化。当某一列与驱动电压相连接时，其它列接地。所有行都被扫描后，表示这一列驱动结束，接着进行下一列的扫描。当所有列都被扫描一遍，表示一个循环结束，接着再进行下一个循环。
检测电路可以测量每个电极10B上的耦合电容，其作用是确定耦合电容11的强度及改变量，将模拟信号变成数字数据，传给后面的控制器处理(图中未示出)，确定触摸区域的坐标即触摸的位置，从而实现单点触摸或多点触摸的功能。
在本实用新型中，检测电路的数量是任意的，可以只用一个，也可以每个电极10B都有一个检测电路。
图2示出了本实用新型第一实施例提供的电容式触摸屏的结构，其由透明导电介质构造的空间分离的电极10A和电极10B组成，该空间分离的电极10A和电极10B被模压在两个不同的层上，形成两层导电层。在同一导电层的条状电极相互平行且有间隔，不同导电层的电极相互垂直，两层导电层上的电极的交叉点形成耦合电容11。其中，每个电极10A和电极10B共同表示一个不同的坐标，坐标可以是笛卡尔坐标系(x和y)、极坐标系(r，θ)或其他坐标系。电极10A电气耦合到电压源(图未示出)，起驱动作用。每条电极10B均连接一个起检测作用的检测电路30。当有驱动电压时，电极10A和电极10B产生耦合电容11，与每条电极10B连接的检测电路30并行检测电极10B上电荷的变化，并将该电荷变化转换为数字信号，输出至控制器(图未示出)。控制器对该数字信号进行处理，并根据触摸点的坐标(如x、y坐标或者r、θ坐标等)判断触摸点的位置，再通过软件驱动器(图未示出)将该触摸事件转换成计算机可以识别的事件，根据算法进行处理，可以实现单点或多点触摸的功能。
在本实施例中，由于每条电极10B均连接一个检测电路30，从而可以并行检测10B上电荷的变化，并且可以并行输出检测结果，可以最大限度地减少扫描时间，提高扫描频率。
图3示出了本实用新型第二实施例提供的电容式触摸屏的结构，其与图2所示的电容式触摸屏的区别仅在于所有电极10B均通过一个开关控制器12与检测电路30连接。在开关控制器12的控制下，检测电路30串行检测电极10B上电荷的变化，并将电极10B上电荷的变化转换为数字信号，串行的输出至控制器(图未示出)。在本实用新型中，由于只需要为电容式触摸屏设置一个检测电路，从而减少了实际器件的使用，简化了电容式触摸屏的结构，降低了电容式触摸屏成本。
图4示出了本实用新型提供的电容式触摸屏的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
驱动电极21与检测电极22形成耦合电容23，驱动电极21与图1中的电极10A对应，检测电极22与图1中的电极10B对应，耦合电容23与图1中的耦合电容11对应。驱动电极21电气耦合到电压源(图中未示出)。检测电极22电气耦合至检测电路30。驱动电极21经开关24与电压源连接，并经开关25接地。检测电极22经开关26与检测电路30连接，并经开关27接地。
检测电路30包括运算放大器33，跨接在运算放大器33的正相输入端和输出端的取样电容31和开关32，与运算放大器33的输出端连接的比较器34，以及与比较器34连接，用于记录电压从0V至阈值电压时的系统脉冲个数的计数器35。其中，运算放大器33的正相输入端通过开关26与检测电极22连接，运算放大器33的反相输入端跨接地，取样电容31与开关32并联，比较器34的另一输入端接阈值电压Vth。
检测电路30的工作原理是将耦合电容23上的电荷转移到取样电容31上，计数器35记录取样电容31上的电压从0V达到阈值电压时通过的系统脉冲个数。当触摸面板被触摸时，引起耦合电容23的变化，从而影响转移到取样电容31上的电压变化，最终引起记录的脉冲个数的差异，计数器35记录系统脉冲个数的差异，并将脉冲个数的差异传输至控制器(图未示出)，用以判断触摸屏有无被触摸以及触摸的位置。
首先，闭合开关24和25，形成耦合电容23的充电回路，对耦合电容23充电，设耦合电容23的电容值为Cx。再断开开关24和25，同时闭合开关24和26，形成取样电容31的充电回路，将耦合电容23上的电荷转移至取样电容31上，设耦合电容23的电容值为Cs。根据Q＝Cx*U1＝Cs*U2得到U2的值，比较器34将取样电容31上的电压与阈值电压进行比较，当取样电容31上的电压未达到阈值电压Vth时，循环上述过程，将耦合电容23的电荷转移至取样电容31上，直到比较器34将取样电容31上的电压值与阈值电压Vth进行比较时，取样电容31上的电压值达到了阈值电压Vth为止，其波形图如图5所示。当取样电容31上的电压达到了阈值电压Vth时，闭合开关32，对取样电容31进行放电，使取样电容31上的电压值清零。经上述过程，可以将耦合电容23的电荷量转移至取样电容31。计数器35记录取样电容31上的电压从0V达到阈值电压Vth时的系统脉冲个数。
当触摸面板被触摸，即当物体(如手指)接近耦合电容23时，耦合电容上的电荷被物体吸走，使耦合电容23的电荷量发生变化，根据Q＝Cx*U1＝Cs*，得知取样电容31上的电压U2也发生变化，当取样电容31上的电压达到阈值电压Vth时，计数器35记录的取样电容31上的电压从0V达到阈值电压Vth时通过的系统的脉冲个数也发生变化，从而判定电容式触摸屏被触摸。在检测电路30对驱动电极21和检测电极22进行扫描时，即可获得触摸点的坐标，通过对触摸点的坐标进行分析和处理，即可得知触摸点的位置，可以根据需要实现单点或多点触摸的功能。
由于电容式触摸屏中两层导电层中的电极是相互垂直的，同一层导电层中的电极是相互平行并间隔的，受相互垂直或者平行的电极相对于其他电路的大表面区域以及电容式触摸屏的地电势的影响，可能产生寄生电容28，寄生电容28可能对检测电路30产生影响。在本实用新型中，通过开关24和25可以屏蔽寄生电容28对检测电路30的影响，从而提高检测的精确度。
本实用新型通过检测触摸屏被触摸时产生的电荷变化，判断是否有触摸以及触摸的位置，可以提高电荷转移时测量的精度，增强触摸时定点的准确性。同时，可以实现逐列扫描或并列扫描，相对应的可以实现逐行输出或并行输出，且四种组合方法都是可行的。另外，采用本实用新型的检测电路，可以省去A/D转换，直接将模拟量转换成数字处理，达到简化电路的目的。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1、一种电容式触摸屏，其特征在于，所述触摸屏包括：
与电压源电气耦合，位于同一平面的多个相互平行且有间隔的驱动电极；
与驱动电极位于不同平面，并与驱动电极垂直的多个相互平行且有间隔的检测电极，所述检测电极与驱动电极的交叉点形成耦合电容；以及
与所述检测电极电气耦合，检测所述触摸屏被触摸产生的电荷变化，将电荷变化转换为数字信号输出的至少一个检测电路。
2、如权利要求1所述的电容式触摸屏，其特征在于，所述检测电路为多个，每个检测电路与一个检测电极对应连接，并行检测所述多个检测电极上电荷的变化。
3、如权利要求1所述的电容式触摸屏，其特征在于，所述电容式触摸屏进一步包括：
一个开关控制器，所述开关控制器的一端连接所有检测电极，另一端连接所述检测电路；
所述检测电路在所述开关控制器的控制下串行检测所述多个检测电极上电荷的变化。
4、如权利要求1、2或3所述的电容式触摸屏，其特征在于，所述检测电路包括：
正相输入端与所述检测电极对应的检测电极连接的运算放大器；
跨接在所述运算放大器的正相输入端和输出端的取样电容和开关，所述开关与所述取样电容并联；
与所述运算放大器的输出端，以及阈值电压连接的比较器；以及
与比较器输出端连接，记录系统脉冲个数差异并输出的计数器。
5、如权利要求1所述的电容式触摸屏，其特征在于，所述触摸屏进一步包括：
一端连接电压源，另一端连接所述驱动电极的第一开关；以及
一端连接所述驱动电极，一端接地的第二开关。
6、如权利要求1所述的电容式触摸屏，其特征在于，所述触摸屏进一步包括：
一端连接所述检测电极，另一端连接所述检测电路的第三开关；以及
一端连接所述检测电极，一端接地的第四开关。
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