一種電容軟屏三維信息的計算方法及其檢測顯示系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電容軟屏三維信息的計算方法及其檢測顯示系統，用以實現檢測顯示電容軟屏被觸發時完整的三維信息，本發明采用如下的技術方案實現，觸點位置的確定，即二維信息的采集、觸點下計算電容變化量模型的建立、觸點下電容變化量的計算、電容變化量與加載力大小的實時關系、電容變化信號的檢測顯示系統，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可。
【專利說明】一種電容軟屏三維信息的計算方法及其檢測顯示系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電容軟屏【技術領域】，尤其是一種電容軟屏三維信息的計算方法及其檢 測顯示系統。
【背景技術】
[0002] 隨著計算機技術的普及，在20世紀90年代初，出現了一種新的人機交互式作用技 術一電容軟屏技術。利用這種技術的使用者只要用手指輕輕地碰計算機顯示屏上的圖符或 文字就能實現對主機操作，這樣擺脫了鍵盤和鼠標操作，使人機交互更為直截了當。因此， 電容軟屏技術已成為當前最簡便的人機交流的輸出設備。電容軟屏目前廣泛地用于手寫 板、電子書、數碼相機等電子產品上，已成為觸摸屏中最常用的一種。
[0003] 電容軟屏作為人機交互的一種，是一種透明的輸入系統。這種屏是利用人體的電 流感應進行工作的，當有導電物體觸碰時，就會電流流過驅動電極的四角，從而可以探測出 觸摸的位置。但是，目前的電容軟屏都只能探測出操作者操作時觸摸的位置即二維信息而 無法檢測出操作者操作時的力度，即作用于電容軟屏完整的三維信息。
[0004] 然而，隨著網絡與電子商務的日益發展與普及，由電子手段簽訂合同的趨勢已經 變得勢不可擋。而目前的電容軟屏無法測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而不被司法部門認可。因此，為了適應發展潮流，在電子簽名 與認證法律基礎的前提下，使得電子簽名具有和書面簽字同等的法律效應而容易得到司 法部門采納，因此急需一種可以檢測顯示電容軟屏被觸發時完整三維信息的系統，從而讓 電子簽名具有書面簽名同等的法律效應，而容易獲得司法部門的認可。
【發明內容】
[0005] 本發明提供一種電容軟屏三維信息的計算方法及其檢測顯示系統，包括電容軟屏 結構和檢測顯示系統，通過對電容軟屏形變下的結構建立數學模型，計算得出加載力作用 下的第三維信息，通過檢測顯示系統檢測顯示操作時的實時加載力大小，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可。
[0006] 本發明提供一種電容軟屏三維信息的計算方法及其檢測顯示系統采用如下的技 術方案實現，觸點二維信息的采集，即觸點位置的確定；觸點下計算電容變化模型的建立、 觸點下電容變化量的計算、電容變化量與加載力的實時關系、電容變化信號的檢測顯示系 統。
[0007] 本發明提供一種電容軟屏采用表層為驅動電極，底層為感應電極，中間層是超彈 塑性材料的三層物理結構。通過電容軟屏被觸發時驅動電極的四個拐角流出的電流與觸點 到驅動電極四角的距離成正比的關系，計算電流比例得出觸點位置，即電容軟屏被觸發時 二維信息的檢測。
[0008] 通過觸點下電容軟屏結構形變的數學模型建立，用于實現對觸點下電容軟屏的電 容變化量的計算；通過加載力與觸點下降高度的關系，間接得到所研究的加載力與電容變 化量的實時關系；電容變化信號檢測顯示系統通過采集處理電容軟屏觸點下的電容變化， 用于顯示觸點下電容軟屏受到的實時加載力，得到電容軟屏被觸發時完整的三維信息。
[0009] 以上可以看出，本發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 進行工作的，當有導電物體觸碰時，就會有電流流過驅動電極的四個拐角，計算四個電流的 比例就可以定位觸點的位置，即二維信息的采集；同時表層的驅動電極和中間層的彈塑性 材料會發生應變，從而引起驅動電極和感應電極之間的距離和面積發生變化，根據觸點下 數學模型的建立，計算電容變化量；通過將相應的模擬信號經放大器放大后傳送給自身A/ D轉換器，并將轉換為數字信號數據傳送給微處理器；最后通過顯示器顯示實時加載力的 大小。同時電容軟屏能很好地感應輕微及快速觸摸，不會因為刮擦、塵埃、水及污垢影響而 影響正常工作，適合惡劣環境下使用。因此，在手寫板和觸摸屏等電子產品上具有廣泛的應 用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明初始電容軟屏結構示意圖； 圖2是本發明數學模型示意圖； 圖3是本發明數學模型建立、積分微元示意圖； 圖4是本發明所取微元部分在底層上的投影示意圖； 圖5是本發明信號檢測顯示系統示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 本發明的核心思想：本發明構造的電容軟屏采用表層為驅動電極，底層為感應電 極，中間層是超彈塑性材料的結構。當有導電物體觸碰時，導體和驅動電極之間形成一個 耦合電容。因為驅動電極接有高頻信號，于是導體吸走一個很小的電流，然后分別從驅動電 極的四個拐角流出，計算四個電流的比例就可以定位觸點的位置，即二維信息的采集；當電 容軟屏表面被觸碰時，即電容軟屏表層有加載力時，表層的驅動電極和中間層的超彈塑性 材料會發生應變，從而引起驅動電極和感應電極之間的距離和正對面積發生變化；對觸點 下電容軟屏的表層發生的微小形變建立數學模型，對數學模型取微元，將微元投影到底層， 得到所取的微元與底層的正對面積；通過對建立的數學模型積分運算，得到觸點下電容變 化量與觸點下降高度的關系式；根據中間層超彈塑性材料的彈性系數，計算推到出加載在 電容軟屏表層的加載力和觸點下降高度的關系式，這樣結合前面就可以根據電容變化量， 達到檢測加載力大小的目的。從而使得電容軟屏不僅可以探測出操作者操作時觸摸的位置 即二維信息而且還可以檢測出操作者操作時的力度，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可。為方便進一步理 解，結合附圖及具體實施過程對本發明進行詳細描述。
[0012] 結合圖1，構造的電容軟屏采用三層結構設計：表層，中間層和底層。表層稱為 驅動電極，底層稱為感應電極，中間層采用超彈塑性材料。設電容軟屏驅動電極和感應 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
【權利要求】
1. 一種電容軟屏三維信息的計算方法，其特征是：電容軟屏為表層為驅動電極，底層 為感應電極，中間層是超彈塑性材料的三層物理結構，當有導電物體觸碰電容軟屏時，導 體和驅動電極之間形成一個耦合電容，驅動電極接有高頻信號，于是導體吸走一個很小的 電流，分別從驅動電極的四個拐角流出，通過計算四個電流的比例就可以定位觸點的位置， 即二維信息的采集； 當有導電物體觸碰電容軟屏時，即電容軟屏表層有加載力時，表層的驅動極板和中間 層的超彈塑性材料會發生應變，從而引起驅動電極和感應電極之間的距離和正對面積發 生變化，對此時觸點下電容軟屏的表層發生的微小形變建立數學模型；通過對數學模型取 微元，將微元投影到底層，得到所取的微元與底層的正對面積，用于計算微元電容； 然后對上述得到的微元電容積分運算，得到此時觸點下電容變化量與觸點下降高度的 關系式；根據中間層超彈塑性材料的彈性系數，可以得到加載在電容軟屏表層的加載力和 觸點下降高度的關系式，這樣就可以得到加載力與電容變化量的關系式，即可以根據電容 變化量來記錄加載力的大小；從而使得電容軟屏不僅可以檢測操作者操作時觸摸的位置而 且還可以記錄下操作者操作時的力度，即作用于電容軟屏完整的三維信息。
2. 如權利要求1所述的一種電容軟屏三維信息的計算方法的檢測顯示系統，電容軟屏 為表層為驅動電極，底層為感應電極，中間層是超彈塑性材料的三層物理結構，其檢測顯 示系統包括電容變化信號的檢測采集、放大器、A/D轉化器、微處理器、顯示器，其特征是： 當有導電物體觸碰電容軟屏時，檢測顯示系統檢測到此時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，對信號進行放大，滿足A/D轉化器對所要處理信號 的要求；通過A/D轉化器將輸入的模擬信號轉化成數字信號輸出；微處理器對輸入的數字 信號進行處理后輸出，最后通過顯示器顯示操作者操作時實時加載力的大小。
【文檔編號】G06F3/044GK104049829SQ201410319328
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月7日 優先權日:2014年7月7日
【發明者】張持健, 殷安龍, 武旭明 申請人:安徽師范大學