公告日2009/03/11

證書號M352729

申請日2008/08/13申請號097214496

國際分類號
/IPCG06K-011/06(2006.01)

報卷期36-08

發明人

HUANG, CHING-CHOU
LI, YI-YOU
LEE, KUN-YI
CHEN, CHIEN-CHUN
CHEN, KUAN-YU
WENG, WEI-SONG
LIN, YEN-JUEI
LEE, CHENG-CHE
LEE, WEI-YU

摘要

一種聲納式觸控面板及其系統,係包括一聲納式觸控面板、二不同頻率之發射/接收轉能器,該觸控面板係包括一平板,並於該平板上任一邊的邊緣上形成至少有二對發射器/接收器,主要是利用反射聲波回來的時間差去計算座標點;所以此優點是在於利用二不同頻率發射/接收轉能器,可避免互相干擾及誤判的情形產生。

詳細說明

本案涉及一種聲納式觸控面板及其系統，尤其涉及一種壓電薄膜製成之發射器及接收器的聲納式觸控面板系統。

隨著電腦的普及，鍵盤及滑鼠已成為一般大眾接受程度最高的資訊輸入設備，但是由於其具有體積較大不便攜帶及在使用上程式略顯複雜的缺點，因而開發了另一種與螢幕疊合一體成型的觸控面板的輸入裝置。

觸控面板是可以直接以手指或觸控筆點選面板上特定區域，已達成輸入指令的一種人性化輸入裝置。隨著電子產品輕、薄、短、小以及功能複雜的發展趨勢，產品可供放置輸入裝置的空間十分有限，而觸控面板的使用可以完全不占空間，除可同時具有鍵盤、滑鼠的功能之外，且可提供手寫輸入等人性化的操作方式，因此成為人機介面的最佳選擇。觸面板依其工作原理可分為電阻式、電容式、光學式以及表面聲波式，其中，電阻式的觸控面板具有透光率差的缺點，因此降低顯示螢幕的亮度與對比；再者，因電容式的觸控面板易受溫度、濕度或接地情況不同而產生的變化，固其穩定性較差；又，光學式的觸控面板之解析度由紅外線發射接收對的數目決定，固解析度易受到限制。

鑒於上述觸控面板的缺點，因此，即有表面聲波式觸控面板的發展。目前表面聲波式觸控面板判斷觸控面板位置的方法約可分為兩類：一類為單一發射轉能器與單一接收轉能器，而另一類為陣列式發射轉能器與陣列式接收轉能器。

上述以單一發射轉能器與單一接收轉能器組成之表面聲波式觸控面板係由發射轉能器激發一表面波，經由眾多反射柵或與面板邊緣成一特定角度斜向發射，使行經面板不同位置之表面波在不同的時問抵達接收轉能器，經由接收轉訊號強度與時間的關係曲線，即可判斷觸碰面板的位置。如第一圖所示之美國專利第 4,644,100號案，其即揭露一應用具該單一發射轉能器與單一接收轉能器之工作原理的表面聲波式觸控面板之系統架構圖。如圖所示．該系統包括一基板 10，該基板10上有一對發射轉能器T1與T2以及一對接收轉能器R1與R2，一與該兩對轉能器電性連接之控制系統11，各個轉能器(T1、T2、R1及 R2)分別沿著路徑P1、P2、P3、P4具有由複數個反射單元(e1至en)所組成之反射柵G1、G2、G3及G4。

該控制系統11透過一發射轉能器開關11a產生發射信號S1、S2，以使該發送信號S1、S2分別傳送至相對應的發射轉能器T1、T2，致使該發射轉能器T1、T2分別沿著路徑P1、P2而產生傳遞的表面波。

以沿著路徑P1所產生的傳遞表面波為例，該表面波經反射柵G1所傳遞的表面波與該路徑P1成45度角發射後分成n個部分並與該路徑P1成90度角向下傳遞至與該反射柵G1相對向的反射柵G2，導致該反射柵G2中之反射單元e1至en將自該反射柵G1所反射出的n個部分的表面波方向改變，並使改變方向的表面波沿著路徑P3傳遞且到達接收轉能器R1，該接收轉能器R1將接收到的表面波能量轉換成信號S3並輸出至與該控制系統11電性連接之振幅檢測器11b。

另一方面，當該發射轉能器T2接收來自該發射轉能器開關11a所傳來的該發送信號S2後，致使該發射轉能器T2分別沿著路徑P2而產生傳遞的表面波，該表面波經反射柵G3所傳遞的表面波與該路徑P2成45度角發射後分成n個部分並與該路徑P2成90度角向下傳遞至與該反射柵G3相對向的反射柵G4，導致該反射柵G4將自該反射柵G3所反射出的n個部分的表面波方向改變，並使改變方向的表面波沿著路徑P4傳遞且到達接收轉能器R2，該接收轉能器R2將接收到的表面波能量轉換成信號S4並輸出至與該控制系統11電性連接之振幅檢測器11b。

接著，該振幅檢測器11b對該信號S3、S4進行分析。由於到達該接收轉能器R1的表面波行經距離的不同，故到達的時問也不同，接收到的信號S3如第二圖所示，時間tO為反射柵G2之反射單元e1所反射的表面波到達接收轉能器RI的時問，時問tn為反射單元en所反射的表面波到達該接收轉能器R1的時間，實線部分為使用者尚未觸碰面板時的輸出訊號。假設點觸面板的位置如第一圖所示之點A1，則經反射柵G1反射部分表面波沿著路徑Pv傳遞並經過該點A1，經路徑Pv的部分表面波能量被部分吸收導致輸出信號S3產生衰減的輸出信號D1，如第二圖所示，該輸出信號D1的發生時間為時問t，由發生的時間t即可推得使用者於水平座標上的觸碰位置X，而輸出信號D1的深度則與使用者觸碰的壓力有關。依據此種方式，亦可推得使用者於垂直座標上的觸碰位置Y，籍由座標位置 (X,Y)即可確定點A1的位置。

惟，在此實施例中，由於發射轉能器T1、T2發射的表面波經由反射柵G1、G2、G3、G4的n次反射及透射後才到達相應的接收轉能器R1、R2，導致發射轉能器T1、T2發射的大部分表面波能量損失，俾使輸出信號S3、S4為弱，不利於控制系統11對該輸出信號分析。同時，為了使經反射柵G1、G3反射後的n個部分表面聲波具有相同的能量，導致反射柵的設計及基板10製程變得複雜。

此外，由於表面聲波波速快，且時間tO與時間tn間的時間間隔亦很短，故需較快速的信號處理速度，從而需使用效能較高的A/D轉換器，由於效能較高的A/D轉換器價格昂貴，故使該觸控面板的成本大幅增加。反之，若為避免該觸控面板的成本提高，只有犧牲其解析度。

再者，如第三圖所示之美國專利第3,673,327號案，其即揭示另一類應用陣列式發射轉能器及陣列式接收轉能器之表面聲波式觸控面板的系統架構。請參閱第三圖所示，該系統中之觸控面板20之平板20a兩個相鄰的邊上各設有複數個併排的發射器21、22，該平板20a另外兩個相鄰的邊且分別與該排發射器 21、22個別相對向的邊上亦設有複數個併排的接收器23、24，該複數個發射器21分別與對邊上的一對向的接收器23相對應，該發射器22分別與對邊上的一對向接收器24相對應。該發射器21、22分別產生沿著X、Y軸橫越該觸控面板20的平行的表面聲波25、26，以在該平板20a上形成一探測矩陣。

請參閱第四圖，係為在該觸控面板20上施加表面波之剖面視圖。如圖所示，該發射器21係由一壓電晶體21a及一合成透明樹脂21b構成，該接收器23係由一壓電晶體23a及一合成透明樹脂23b構成。在操作時，驅動器27將電信號傳遞至該壓電晶體21a產生震動，使該合成透明樹脂21b產生表面聲波28並沿著該平板20a傳到另一端的合成透明樹脂23b以產生震動，該壓電晶體23a將震動轉變為電信號傳至接收器23，再經信號檢測器29傳入。控制系統30 進行信號分析處理。當使用者點觸該平板時，會阻礙在該平板上傳遞的表面波25、26，亦即表面波的能量會被吸收，由此使該控制系統30計算出使用者的點觸位置。

惟，此種應用陣列式發射轉能器及陣列式接收轉能器所構成的觸控面板，將使觸控面板的構造較為複雜，且該觸控面板的解析度與信號的分析處理方法息息相關。且該觸控面板之解析度與該轉能器設置間距相同，故，在製程技術成本的限制下，無法獲得高解析度的產品。
因此，如何提供一種可提高解析度及處理速度之表面聲波式觸控面板系統，俾可避免習知技術之缺失實以成為目前業界亟待解決之難題。
鑒於上述習知技術之缺點，本案之一目的在於提供一種可提高解析度及處理速度之聲納式觸控面板及其系統。

本案之另一目的在於提供一種製程簡單之聲納式觸控面板及其系統。
為達上述及其他目的，本案提供一種聲納式觸控面板，該觸控面板包括一平板，且該平板表面任一邊緣之上形成至少有二對發射器及接收器，該平板表面在邊緣的角落設有二不同頻率的發射與接收器，將相同頻率的發射與接收器做在一起，當發射器以一個角度將聲波發射到面板上，在由面板傳遞出去，以手或觸控筆去觸碰面板，面板上會產生反射聲波回接收器，且經有檢測單元把資料送到訊號處理單元去處理，最後把處理的結果傳回面板上顯示。其中，該發射/接收器與數量關係係為二對多、多對二及多對多知其中一者。

因此，本案聲納式觸控面板及其系統具有訊號處理速度快，觸控面板解析度高等優點，同時，使得該聲納式觸控面板製程容易、結構簡單與成本降低。

以下係藉由特定的具體實例說明本案之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本案之其他優點與功效。本案亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本案之精神下進行各種修飾與變更。
請參閱第五圖，其係為本案之聲納式觸控面板第一實施例之上視圖。如圖所示，本案之聲納式觸控面板(30)係由一具有兩個不同頻率的發射/接收器(32a、32b)及平板(31)所組成。

請參閱第六圖，其係為本案之聲納式觸控面板邊緣(33a)實施例之側視圖。如圖所示，本案之聲納式觸控面板邊緣(33a)係由發射器(W1、W2)及接收器(W3、W4)所組成的二種不同頻率的發射/接收器(32a、32b)。
該平板(31)係為一玻璃材料製成的薄板，其可為透明的玻璃平板；該兩個發射/接收器器(32a、32b)係利用壓電薄膜的製作技術形成於該平板(31) 表面上，其中，該發射/接收器(32a、32b)位於平板(31)之邊緣(33a)該兩角落的位置上，藉此提供一種具有兩對發射/接收器(32a、 32b)製作相連結構的觸控面板。

請參閱第七圖，其係為應用本案之聲納式觸控面板(30)之以具有訊號處理單元來改良聲納式觸控面板的第一實施例。如圖所示，該系統包括一聲納式觸控面板(31)、一輸入/輸出I/O控制單元(35)、一檢測單元(36)及一訊號處理單元(37)。

該I/0控制單元(35)係以二不同頻率的發射/接收器(32a、32b)，而每一發射器(W1、W2)發射一表面聲波，經該平板30傳遞，當手指(h) 或手指以外的東西去觸碰時，產生的反射聲波(c、d)由該接收器(W3、W4)分別接收，並將其所接收到的表面聲波轉換為電信號輸出。

該檢測單元36係用以拾取各接收器(W3、W4)所輸出的電信號，並進行信號放大處理。由於該各接收器(W3、W4)所輸出的電信號係屬高頻信號，例如 20MHz的載波信號，為供該訊號處理單元37對各接收器(W3、W4)所傳來的電信號進行解調等後續處理，則需對該電信號進行放大處理。
該訊號處理單元37係以對檢測單元36所放大的信號進行處理，主要是利用各接收器(W3、W4)接收的反射聲波(c、d)傳回來之時間差來計算座標，因為不同座標所產生的時間差會有所不同。

在本案中，採用二不同頻率的方式控制二對發射/接收器，故可避免所發射出的表面聲波互相干擾及誤判的情況產生，借助反射聲波傳回來的時間差來計算亦可判斷出觸控點的位置，從而降低觸控面板之產品成本。

10‧‧‧基板
11‧‧‧控制系統
11b‧‧‧振幅檢測器
30‧‧‧聲納式觸控面板
31‧‧‧平板
32a、32b‧‧‧聲波發射接收端
a、b‧‧‧發射波路徑
c、d‧‧‧反射波路徑
W1、W2‧‧‧發射器
W3、W4‧‧‧接收器
h‧‧‧手指
33a、33b、33c、33d‧‧‧邊緣
35‧‧‧I/O控制單元
36‧‧‧檢測單元
37‧‧‧訊號處理單元
40‧‧‧主機
20‧‧‧觸控面板
20a‧‧‧平板
21、22‧‧‧發射器
21a、23a‧‧‧壓電晶體
21b、23b‧‧‧合成透明樹脂
23、24‧‧‧接收器
25、26、28‧‧‧表面聲波
27‧‧‧驅動器
29‧‧‧信號檢測器
e1、en‧‧‧反射單元
A1‧‧‧點處位置
f1、f2、f3、f4‧‧‧輸出信號
G1、G2、G3、G4‧‧‧反射柵
P1、P2、P3、P4、Ph、Pv‧‧‧路徑
R1、R2‧‧‧接收轉能器
T1、T2‧‧‧發射轉能器
第一圖係為習知表面聲波式觸控面板系統之架構圖；第二圖係為第一圖中之接收轉能器R1輸出信號S3之時問－振幅圖；第三圖係為習知表面聲波式觸控面板之上視圖；第四圖係為在第三圖所示的觸控面板上施加表面波之剖面視圖；第五圖係為本案之聲納式觸控面板第一實施例之上視圖；第六圖係為本案之聲納式觸控面板邊緣(33a)實施例之側視圖；第七圖係為本案之聲納式觸控面板及其系統架構圖；