[发明专利]声反射器阵列的有机基质

说明书

                      发明的技术领域

本发明涉及与表面声波产生交互作用的声结构，其特别适用在声触摸传感器中的声反射器阵列。

                         发明背景

本文中所使用的“表面声波”(SAW)是指在其表面上的接触会造成可测量的声能衰减的声波。一般而言，涉及到雷利波或准雷利波(实际等效于真雷利波)，但也有可能涉及到其它类型的声波。

SAW器件被用作触摸传感器、信号滤波器及其它应用使用。普通的触摸传感器设计具有两组换能器，每组具有不同的轴，分别与衬底定义的物理卡笛尔坐标系统的轴对齐。声脉冲或脉冲串由一个换能器产生，作为雷利波沿某一个轴传递，该轴与反射元件的阵列交叉，每个元件成45度角并对应于整数声波长而间隔。每个反射元件沿与该轴垂直的路径反射一部分波，其通过衬底的有源区至相对的阵列及换能器，其为第一个阵列及换能器的镜像。该镜像阵列中的换能器接收声波，其含有由两阵列的反射元件所反射的波的重叠部分，以反向平行指向发射脉冲。传感器有源区中的波路径具有特征延时，因此，任何由接触有源区的物体所衰减的波路径可通过确定复合折返波形的衰减时间来鉴别。提供的第二组阵列及换能器与第一组成直角，并以类似方式进行操作。因换能器的轴相当于衬底的物理卡笛尔坐标，所以回波的衰减时间表示了衬底上某一位置的卡笛尔坐标，坐标被顺序地确定，以便确定衰减物体的二维卡笛尔坐标位置。可以使用其它声触摸位置传感器设计。说明性设计公开在USRe33,151；US4,642,423；US4,644,100；US4,645,8870；US4,700,176；US4,746,914；US4,791,416；US4,825,212；US4,880,665；US5,072,427；US5,162,618；US5,177,327；US5,234,148；US5,260,521；US5,329,070；和US5,451,723；其所有内容均可在此作参考。

由声脉冲所传递的最大声路径长度是有用的尺度，因为大部分材料如玻璃具有相对恒定的声功率损失(每单位长度的dB)：路径长度越长，则衰减越大。在许多情况下，该衰减限制了触摸屏的设计。因此，通常具有高的声效率是最理想的。由此，例如，使用换能器的数量越多，就可使衬底越大，同样地，衬底越小，就会使声路径折叠，从而减少换能器的数量。最好是使反射与吸收率的比为最大，使足够的波能到达阵列的端部，同时反射足够的波能，以便进行可靠的触摸检测。

通常，SAW的传递效率是通过波与脆性材料如玻璃的交互作用和避免各材料粘于其上而达到最大的。实际上，表面声波的无效传递是由于与环境效应的交互作用所致，其环境效应可通过测量因交互作用导致的信号损失来感测基于SAW的化学物质或湿度。

目前市售声触摸屏典型地是由钠钙玻璃构成，并且其直接放置在显示装置如阴极射线管(CRT)的前面，将反射阵列放置在衬底的周围、有效感测区的外面并在荧光屏的下面加以隐藏和保护。每个反射元件通常可反射SAW功率的1％数量级，其消耗较小的量并使其余部分沿阵列的轴通过。因此，离发送换能器越近的阵列元件将会接收越多的入射声能量，并且反射的声能量越大。为了在接收换能器上提供均衡的声能，反射元件的间隔可随着距发送换能器的距离的增大而减小，或改变反射元件的声反射率，使得随着距发送换能器距离的增大使反射率增大。

入射到反射器上的声束会产生传递(非反射)部分，反射部分，和吸收部分。最佳发射器材料是具有最小吸声的材料。更确切地说，最好是使反射功率与吸收功率的比最大，例如，通过调整所沉积的材料量。

现有反射阵列通常是在钠钙玻璃衬底上凸起的玻璃料遮断的人字形图型。该遮断典型地具有声波长1％数量级下的高度或深度，因此，只有部分的声能反射。玻璃料，如来自加州Fremont，Elo TouchSystems公司的触摸屏上的玻璃料，  在这点上是接近最佳的。当其固化(熔化)时，会具有高机械品质因数或Q，其是衡量质量和无内部衰减的尺度，或更专业地说，其是共振频率与带宽的商。这会使反射器的声吸收最小。