一種電容軟屏三維信息的計(jì)算方法及其檢測(cè)顯示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電容軟屏三維信息的計(jì)算方法及其檢測(cè)顯示系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)顯示電容軟屏被觸發(fā)時(shí)完整的三維信息，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，觸點(diǎn)位置的確定，即二維信息的采集、觸點(diǎn)下計(jì)算電容變化量模型的建立、觸點(diǎn)下電容變化量的計(jì)算、電容變化量與加載力大小的實(shí)時(shí)關(guān)系、電容變化信號(hào)的檢測(cè)顯示系統(tǒng)，最后顯示器顯示第三維信息。從而讓電子簽名具有書面簽名那樣的效果，而容易獲得司法部門的認(rèn)可。
【專利說明】一種電容軟屏三維信息的計(jì)算方法及其檢測(cè)顯示系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電容軟屏【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種電容軟屏三維信息的計(jì)算方法及其檢 測(cè)顯示系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，在20世紀(jì)90年代初，出現(xiàn)了一種新的人機(jī)交互式作用技 術(shù)一電容軟屏技術(shù)。利用這種技術(shù)的使用者只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或 文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)操作，這樣擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)。因此， 電容軟屏技術(shù)已成為當(dāng)前最簡便的人機(jī)交流的輸出設(shè)備。電容軟屏目前廣泛地用于手寫 板、電子書、數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品上，已成為觸摸屏中最常用的一種。
[0003] 電容軟屏作為人機(jī)交互的一種，是一種透明的輸入系統(tǒng)。這種屏是利用人體的電 流感應(yīng)進(jìn)行工作的，當(dāng)有導(dǎo)電物體觸碰時(shí)，就會(huì)電流流過驅(qū)動(dòng)電極的四角，從而可以探測(cè)出 觸摸的位置。但是，目前的電容軟屏都只能探測(cè)出操作者操作時(shí)觸摸的位置即二維信息而 無法檢測(cè)出操作者操作時(shí)的力度，即作用于電容軟屏完整的三維信息。
[0004] 然而，隨著網(wǎng)絡(luò)與電子商務(wù)的日益發(fā)展與普及，由電子手段簽訂合同的趨勢(shì)已經(jīng) 變得勢(shì)不可擋。而目前的電容軟屏無法測(cè)量采集顯示完整的三維信息，使得電子簽名不具 有和書面簽字同等法律效應(yīng)而不被司法部門認(rèn)可。因此，為了適應(yīng)發(fā)展潮流，在電子簽名 與認(rèn)證法律基礎(chǔ)的前提下，使得電子簽名具有和書面簽字同等的法律效應(yīng)而容易得到司 法部門采納，因此急需一種可以檢測(cè)顯示電容軟屏被觸發(fā)時(shí)完整三維信息的系統(tǒng)，從而讓 電子簽名具有書面簽名同等的法律效應(yīng)，而容易獲得司法部門的認(rèn)可。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種電容軟屏三維信息的計(jì)算方法及其檢測(cè)顯示系統(tǒng)，包括電容軟屏 結(jié)構(gòu)和檢測(cè)顯示系統(tǒng)，通過對(duì)電容軟屏形變下的結(jié)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算得出加載力作用 下的第三維信息，通過檢測(cè)顯示系統(tǒng)檢測(cè)顯示操作時(shí)的實(shí)時(shí)加載力大小，得到完整的三維 信息，從而讓電子簽名具有書面簽名那樣的效果，而容易獲得司法部門的認(rèn)可。
[0006] 本發(fā)明提供一種電容軟屏三維信息的計(jì)算方法及其檢測(cè)顯示系統(tǒng)采用如下的技 術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，觸點(diǎn)二維信息的采集，即觸點(diǎn)位置的確定；觸點(diǎn)下計(jì)算電容變化模型的建立、 觸點(diǎn)下電容變化量的計(jì)算、電容變化量與加載力的實(shí)時(shí)關(guān)系、電容變化信號(hào)的檢測(cè)顯示系 統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明提供一種電容軟屏采用表層為驅(qū)動(dòng)電極，底層為感應(yīng)電極，中間層是超彈 塑性材料的三層物理結(jié)構(gòu)。通過電容軟屏被觸發(fā)時(shí)驅(qū)動(dòng)電極的四個(gè)拐角流出的電流與觸點(diǎn) 到驅(qū)動(dòng)電極四角的距離成正比的關(guān)系，計(jì)算電流比例得出觸點(diǎn)位置，即電容軟屏被觸發(fā)時(shí) 二維信息的檢測(cè)。
[0008] 通過觸點(diǎn)下電容軟屏結(jié)構(gòu)形變的數(shù)學(xué)模型建立，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)觸點(diǎn)下電容軟屏的電 容變化量的計(jì)算；通過加載力與觸點(diǎn)下降高度的關(guān)系，間接得到所研究的加載力與電容變 化量的實(shí)時(shí)關(guān)系；電容變化信號(hào)檢測(cè)顯示系統(tǒng)通過采集處理電容軟屏觸點(diǎn)下的電容變化， 用于顯示觸點(diǎn)下電容軟屏受到的實(shí)時(shí)加載力，得到電容軟屏被觸發(fā)時(shí)完整的三維信息。
[0009] 以上可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：電容軟屏是通過利用人體的電流感應(yīng) 進(jìn)行工作的，當(dāng)有導(dǎo)電物體觸碰時(shí)，就會(huì)有電流流過驅(qū)動(dòng)電極的四個(gè)拐角，計(jì)算四個(gè)電流的 比例就可以定位觸點(diǎn)的位置，即二維信息的采集；同時(shí)表層的驅(qū)動(dòng)電極和中間層的彈塑性 材料會(huì)發(fā)生應(yīng)變，從而引起驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極之間的距離和面積發(fā)生變化，根據(jù)觸點(diǎn)下 數(shù)學(xué)模型的建立，計(jì)算電容變化量；通過將相應(yīng)的模擬信號(hào)經(jīng)放大器放大后傳送給自身A/ D轉(zhuǎn)換器，并將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)傳送給微處理器；最后通過顯示器顯示實(shí)時(shí)加載力的 大小。同時(shí)電容軟屏能很好地感應(yīng)輕微及快速觸摸，不會(huì)因?yàn)楣尾?、塵埃、水及污垢影響而 影響正常工作，適合惡劣環(huán)境下使用。因此，在手寫板和觸摸屏等電子產(chǎn)品上具有廣泛的應(yīng) 用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明初始電容軟屏結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明數(shù)學(xué)模型示意圖； 圖3是本發(fā)明數(shù)學(xué)模型建立、積分微元示意圖； 圖4是本發(fā)明所取微元部分在底層上的投影示意圖； 圖5是本發(fā)明信號(hào)檢測(cè)顯示系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 本發(fā)明的核心思想：本發(fā)明構(gòu)造的電容軟屏采用表層為驅(qū)動(dòng)電極，底層為感應(yīng)電 極，中間層是超彈塑性材料的結(jié)構(gòu)。當(dāng)有導(dǎo)電物體觸碰時(shí)，導(dǎo)體和驅(qū)動(dòng)電極之間形成一個(gè) 耦合電容。因?yàn)轵?qū)動(dòng)電極接有高頻信號(hào)，于是導(dǎo)體吸走一個(gè)很小的電流，然后分別從驅(qū)動(dòng)電 極的四個(gè)拐角流出，計(jì)算四個(gè)電流的比例就可以定位觸點(diǎn)的位置，即二維信息的采集；當(dāng)電 容軟屏表面被觸碰時(shí)，即電容軟屏表層有加載力時(shí)，表層的驅(qū)動(dòng)電極和中間層的超彈塑性 材料會(huì)發(fā)生應(yīng)變，從而引起驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極之間的距離和正對(duì)面積發(fā)生變化；對(duì)觸點(diǎn) 下電容軟屏的表層發(fā)生的微小形變建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)數(shù)學(xué)模型取微元，將微元投影到底層， 得到所取的微元與底層的正對(duì)面積；通過對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型積分運(yùn)算，得到觸點(diǎn)下電容變 化量與觸點(diǎn)下降高度的關(guān)系式；根據(jù)中間層超彈塑性材料的彈性系數(shù)，計(jì)算推到出加載在 電容軟屏表層的加載力和觸點(diǎn)下降高度的關(guān)系式，這樣結(jié)合前面就可以根據(jù)電容變化量， 達(dá)到檢測(cè)加載力大小的目的。從而使得電容軟屏不僅可以探測(cè)出操作者操作時(shí)觸摸的位置 即二維信息而且還可以檢測(cè)出操作者操作時(shí)的力度，即作用于電容軟屏完整的三維信息。 從而讓電子簽名具有書面簽名那樣的效果，而容易獲得司法部門的認(rèn)可。為方便進(jìn)一步理 解，結(jié)合附圖及具體實(shí)施過程對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0012] 結(jié)合圖1，構(gòu)造的電容軟屏采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：表層，中間層和底層。表層稱為 驅(qū)動(dòng)電極，底層稱為感應(yīng)電極，中間層采用超彈塑性材料。設(shè)電容軟屏驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng) 電極的初始距離為do,極板間的初始重合面積為So,中間層超彈塑性材料的介電常數(shù)為 ?；?，由于電容軟屏的電容大小與電極的面積成正比，與電極間的距離成反比，則電容軟屏 的初始電容Co為

【權(quán)利要求】
1. 一種電容軟屏三維信息的計(jì)算方法，其特征是：電容軟屏為表層為驅(qū)動(dòng)電極，底層 為感應(yīng)電極，中間層是超彈塑性材料的三層物理結(jié)構(gòu)，當(dāng)有導(dǎo)電物體觸碰電容軟屏?xí)r，導(dǎo) 體和驅(qū)動(dòng)電極之間形成一個(gè)耦合電容，驅(qū)動(dòng)電極接有高頻信號(hào)，于是導(dǎo)體吸走一個(gè)很小的 電流，分別從驅(qū)動(dòng)電極的四個(gè)拐角流出，通過計(jì)算四個(gè)電流的比例就可以定位觸點(diǎn)的位置， 即二維信息的采集； 當(dāng)有導(dǎo)電物體觸碰電容軟屏?xí)r，即電容軟屏表層有加載力時(shí)，表層的驅(qū)動(dòng)極板和中間 層的超彈塑性材料會(huì)發(fā)生應(yīng)變，從而引起驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極之間的距離和正對(duì)面積發(fā) 生變化，對(duì)此時(shí)觸點(diǎn)下電容軟屏的表層發(fā)生的微小形變建立數(shù)學(xué)模型；通過對(duì)數(shù)學(xué)模型取 微元，將微元投影到底層，得到所取的微元與底層的正對(duì)面積，用于計(jì)算微元電容； 然后對(duì)上述得到的微元電容積分運(yùn)算，得到此時(shí)觸點(diǎn)下電容變化量與觸點(diǎn)下降高度的 關(guān)系式；根據(jù)中間層超彈塑性材料的彈性系數(shù)，可以得到加載在電容軟屏表層的加載力和 觸點(diǎn)下降高度的關(guān)系式，這樣就可以得到加載力與電容變化量的關(guān)系式，即可以根據(jù)電容 變化量來記錄加載力的大??；從而使得電容軟屏不僅可以檢測(cè)操作者操作時(shí)觸摸的位置而 且還可以記錄下操作者操作時(shí)的力度，即作用于電容軟屏完整的三維信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種電容軟屏三維信息的計(jì)算方法的檢測(cè)顯示系統(tǒng)，電容軟屏 為表層為驅(qū)動(dòng)電極，底層為感應(yīng)電極，中間層是超彈塑性材料的三層物理結(jié)構(gòu)，其檢測(cè)顯 示系統(tǒng)包括電容變化信號(hào)的檢測(cè)采集、放大器、A/D轉(zhuǎn)化器、微處理器、顯示器，其特征是： 當(dāng)有導(dǎo)電物體觸碰電容軟屏?xí)r，檢測(cè)顯示系統(tǒng)檢測(cè)到此時(shí)由于加載力引起的電容變化量， 通過放大器處理輸出的電容變化信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，滿足A/D轉(zhuǎn)化器對(duì)所要處理信號(hào) 的要求；通過A/D轉(zhuǎn)化器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)輸出；微處理器對(duì)輸入的數(shù)字 信號(hào)進(jìn)行處理后輸出，最后通過顯示器顯示操作者操作時(shí)實(shí)時(shí)加載力的大小。
【文檔編號(hào)】G06F3/044GK104049829SQ201410319328
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】張持健, 殷安龍, 武旭明 申請(qǐng)人:安徽師范大學(xué)