光学触摸屏的制作方法

1.本发明涉及光学触摸屏技术。具体地，本发明涉及用于装置控制的触摸屏的构造和操作。


背景技术：

2.提供触敏屏用于装置控制正变得越来越普遍，特别是对于手持式电子装置来说。常规的触摸屏布置可包括lcd显示表面和放置在lcd显示表面上方的电阻式或电容式覆盖物。在电阻式触摸屏中，当经由覆盖物向lcd显示表面施加压力时，由控制器ic生成表示相对位置的电子信号，并且主计算装置中的装置驱动器或类似物将此类信号解释为基于触摸的输入，诸如按键按压或滚动动作。类似地，在电容式触摸屏中，使用在覆盖物中产生的电场的扰动来确定触摸动作。
3.电阻式触摸屏因为其成本低、功耗低且支持触笔而在很多应用中特别受欢迎。电阻式触摸屏一般包括被薄空间分隔开的导电层和电阻层。当指示器(诸如手指或触笔)触摸屏幕时，在层之间产生接触，从而优选地闭合开关并且致使电流流动。控制器确定层之间的电流以得出触摸点的位置。
4.然而，有许多与电阻式触摸屏相关联的缺点。作为覆盖物的结果，屏幕并不是完全透明的，并且在直射阳光下一般看不清。此外，这种屏幕会经受压敏层的退化，并且还需要周期性的重新校准。此外，需要施加足够的压力以供检测；因此，如果指示器施加的压力不足，则将无法检测到。另外，电阻式触摸屏无法辨别出两个或更多个指示器同时在触摸屏幕，这是被称为“多点触摸”的功能。
5.电容型触摸屏以通常更高的成本克服了与电阻式触摸相关联的一些问题。此类系统通过检测嵌入式导体阵列上因触摸引起的电容变化进行工作。这样的检测可以基于这些导体的电容(自电容)的差分变化或这些导体中的各对(或各组)的电容(互电容)的差分变化。电容式触摸屏的缺点包括误触发、电磁干扰和相对昂贵的工具成本。
6.电阻技术和电容技术两者的最显著缺点之一是它们无法固有地用任何显著的动态范围来确定触摸的压力强度。这意味着不容易区分轻轻的意外触摸和有力的故意触摸，并且无法固有地实现将触摸压力用作附加的控制输入。
7.已经开发了其他类型的触摸屏技术。例如，本技术人已经基于受抑全内反射设想出在wo2015/155508中描述的替代技术。这解决了常规触摸屏的许多问题。
8.然而，触摸屏的使用一般仍受限于常规的装置显示器，其中平玻璃板形成装置的前用户接口表面。将期望扩展触摸屏技术的使用，使得其可以在这个形状因数不方便或不适合的背景下有效地且可靠地使用。
9.正是在这个背景下设想出本发明。


技术实现要素：

10.在第一方面，本发明提供了一种触敏设备，其包括：顶板，其包括多个触摸检测区
域，并且具有与所述顶板相关联的一个或多个光源，使得来自一个或多个光源的光在顶板内以全内反射透射；以及多个检测器，其用于检测来自一个或多个光源的光，其中每个检测器与触摸检测区域相关联。顶板和检测器布置成使得如果外部物体在触摸检测区域中触摸顶板的第一表面，则光从顶板的第二表面耦合到相关联的检测器。触敏设备还包括处理装置，其用于至少确定在顶板的触摸检测区域的任何触摸检测区域中是否存在触摸。
11.检测器可布置在顶板下方，并且可配置成检测由于在顶板的第一表面上的触摸而从顶板的第二表面耦合出的光。
12.每个检测器的感测区域通常可朝向顶板的第二表面。每个检测器可以是接近聚焦pin二极管。
13.每个光源可以是红外光源，并且每个检测器可以是红外检测器。
14.传感器窗口可设置在每个传感器和顶板之间。传感器窗口对于红外光可基本上是半透明的，但对红外光基本上是不透明的。
15.触敏设备可包括与触摸检测区域相关联的至少一个显示元件。至少一个显示元件可布置在顶板下方。至少一个显示元件可位于与其相关联的触摸检测区域下方，使得显示元件的启用使信息显示在与所述显示元件相关联的触摸检测区域中。至少一个显示元件可定位成使得显示元件的启用使信息被显示在顶板的显示区域中，该显示区域与显示元件的相关联的触摸检测区域相邻。
16.触敏设备可包括从顶板升高的一个或多个突出区域。这些突出区域中的至少一个可包括中心区域，其中周向边缘区域在中心区域与顶板的平面区域之间。中心区域和周向边缘区域可各自限定多个触摸检测区域。
17.处理装置可向周向边缘区域的触摸检测区域提供拨盘的功能。
18.顶板可以不是平面的，即可以是非平面的。
19.检测器和显示元件可被一起容纳在第一外壳单元中。光源可被一起容纳在第二外壳单元中。第二外壳单元可定位成使得光源将光发射到顶板的边缘。
20.处理装置可确定由第一检测器检测的光强度和由第二检测器检测的光强度之间的差值，并且可基于该差值确定在与第一检测器相关联的第一触摸检测区域中或者在与第二检测器相关联的第二触摸检测区域中是否已发生触摸。
21.处理装置可适于同时检测多个触摸检测区域中的触摸。
22.触敏设备还可包括另一触敏区域，另一触敏区域包括：顶板与多个触敏区域分离的部分，其中一个或多个光源在顶板的该部分内以全内反射透射光；以及光学色散基板，其配置成用于响应于外部物体在触摸点处触摸顶板的所述部分而将光从顶板的该部分透射到所述基板上并透射到所述基板中，使得所述基板的表面上的入射光的位置代表所述触摸点在顶板的所述部分上的相对位置，其中所述基板配置成在基板内捕获和透射入射到所述基板上的光，并通过扩散和能量损失来分散所述透射光，所述基板的光学分散特性使得所述透射光的强度随着距所述基板表面上的所述入射位置的距离的减小而近似于指数函数，布置还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测在所述基板的相应边缘处透射出基板的光的强度；其中处理装置适于根据所述检测到的光强度和所述指数函数计算所述触摸点在所述屏幕上的相对位置。
23.在另一个方面，本发明提供了一种操作触敏设备的方法，触敏设备包括：顶板，顶
板包括多个触摸检测区域，并且具有与所述顶板相关联的一个或多个光源，使得来自一个或多个光源的光在顶板内以全内反射透射；以及多个检测器，其用于检测来自一个或多个光源的光，其中每个检测器与触摸检测区域相关联；其中触敏设备还包括：处理装置，其用于至少确定在顶板的触摸检测区域的任何触摸检测区域中是否存在触摸，方法包括：确定在触敏设备的哪个触摸检测区域中已经检测到触摸；以及确定与其中已检测到触摸的触摸检测区域对应的控制操作，并执行控制操作。
24.可在多个触摸检测区域中检测触摸，并且可对应于所有触摸执行控制操作。
25.至少一个控制操作可涉及其中同时检测到触摸的多个触摸检测区域。
26.触敏设备可被包含在到另一设备的接口中，并且控制操作可涉及对该设备的控制。
附图说明
27.为了可更容易理解本发明，现将参考附图仅以示例的方式描述本发明的优选非限制性实施例，在附图中：
28.图1是根据本发明实施例的触摸屏布置的分解图；
29.图2是图1的触摸屏布置的分解图；
30.图3是图1的触摸屏布置的另一个分解图；
31.图4是图1的触摸屏布置的一部分的示意性横截面视图；
32.图5示出了图1的触摸屏布置的检测和显示单元的分解剖视图；
33.图6是图1的触摸屏布置的顶板的平面图，其示出了顶板的有效触摸检测区域；
34.图7是图1的触摸屏布置的顶板的平面图，其示出了顶板的显示区域；
35.图8示出了用户触摸图1的触摸屏布置的中央触摸检测区域；
36.图9示出了用户在触摸检测区域触摸图1的触摸屏布置，以在相应的显示区域产生照明；
37.图10示出了用户在三个触摸检测区域中触摸图1的触摸屏布置，以在三个相应的显示区域中产生照明；
38.图11示出了用作静态触摸拨盘的图1的触摸屏布置；
39.图12是利用损耗底板的触敏系统的示意性横截面视图；以及
40.图13是根据本发明的另一实施例的触摸屏布置的示意性横截面视图。
41.在附图中以及在以下描述中，相同的特征被分配相同的附图标记。
具体实施方式
42.图1至图11示出了根据本发明实施例的触摸屏布置8。
43.具体参考图1，触摸屏布置8包括光学透明的顶板10、多个光源12和多个检测器或传感器14。所示的实施例还包括多个显示元件。在图1中，这些显示元件中的一些以显示灯16的形式示出。
44.顶板10可由任何光学透明材料(例如，玻璃或丙烯酸)形成。在本示例中，光源12位于顶板10的边缘，并且每个光源包括发光二极管(led)，尽管对于本领域技术人员来说显然可以使用其他光源。将光源12安装到印刷电路板(pcb)13上，并且容纳和支撑在支架15中，
以形成在使用时基本上沿着顶板10的边缘的整个长度延伸的一行发射器。光源12、支架15和pcb 13以及相关的电子器件形成触摸屏布置8的发射器单元17。一个或多个透镜(未示出)可设置在光源12与顶板10的边缘之间(如果需要的话)，以便倾斜、集中和/或横向地展开照明光。光源12可包括红外或可见的强度调制光源，使得布置在明亮的环境条件中有效地工作。在这种情况下，可以通过使用基于扩展频谱的方法或多个调制频率唯一地调制每个光源12或光源组来增强准确地检测触摸位置的能力。尽管在本示例中提供了多个光源12，但是本领域技术人员将会理解，布置可以仅包括单个光源。此外，本领域技术人员将会理解，在其他实施例中，光源12可以沿着顶板10的多个边缘设置，并且尽管在图1中光源12设置在顶板10的边缘，但是在其他实施例中，光可从不同的位置射入顶板10。
45.中间层18位于顶板10的下方，该中间层具有小于光学透明板的折射率。在本实施例中，中间层18由空气组成，但用于中间层18的物质仅受以下要求约束：折射率低于用于顶板10的材料。
46.在触摸屏布置8中，顶板10由光源12照亮，从而在顶板10的第一或上表面20和第二或下表面22之间引起光在顶板10内的全内反射。全内反射是在入射光波以大于相对于表面的法线的特定临界角的角度撞击介质边界时发生的现象。如果折射率在边界的另一侧上更低并且入射角大于临界角，则光无法穿过边界并且在介质内完全反射。
47.如果指示器(诸如触笔或手指)触摸顶板10的上表面20，则借助受抑全内反射(ftir)中断顶板10内的全内反射。这使得一些光透过顶板10和中间层18。应当理解，其中顶板10被触摸的位置将决定光从其下表面22离开顶板10的相对位置。如稍后将更详细解释的，在触摸发生在顶板的触敏的触摸检测区域中的情况下，从顶板10的下表面22离开顶板的光被耦合到位于顶板10下方的至少一个传感器14，并且触摸屏布置8检测到触摸已经发生并且可以确定触摸发生在顶板10的哪个或哪些触摸检测区域中。此外，触摸的整体面积以及在触摸期间例如用户的手指和顶板10之间的“实际表面接触”的比例，光滑表面具有较高比例的表面接触和粗糙表面具有较低比例的表面接触(在此被称为“实际表面接触”的水平)，确定了从顶板10发射的来自光源12的光的绝对量，并且因此与由下面的传感器14捕获的光的绝对量或强度相关。
48.用户手指和顶板10的表面之间的“实际表面接触”区域是其中用户手指和顶板10之间的距离足够小以至于抑制全内反射的区域。在实践中，用户手指的一部分通常看起来与顶板10接触，但是实际上由于例如顶板10和/或用户手指的表面粗糙度的差异而没有充分靠近顶板10的表面。
49.用户手指和顶板10之间较大的表观或标称接触面积通常会导致较大的实际表面接触面积。此外，较大的触摸强度或触摸压力(即更大的压力)通常会导致较大面积的实际表面接触。这是因为较大的压力会倾向于使手指展开，从而增加手指和顶板10之间的标称接触面积，并将标称接触面积内的更大比例的手指与顶板10实际接触，并增加手指和顶板10之间的界面的“浸透”。
50.因此，由传感器14针对给定触摸位置检测到的绝对光强度指示用户手指和顶板10之间的实际表面接触面积，这又指示触摸检测区域中的触摸强度或触摸压力、和/或触摸的标称范围。
51.在本示例中，顶板10是波状外形的，并且具有弯曲的轮廓。具体地，顶板10具有限
定中心区域的顶面24和限定周向边缘区域的侧面26。顶面24在平面图中通常是圆形的，并且侧面26从顶面24的周向边缘28向下并径向向外延伸到顶板10的周围部分30，在这种情况下，周围部分是平面区域。顶板10的形状不限于这种特定形状，并且在其他实施例中可以是任何数量的其他形状。
52.顶板10包括多个触摸检测区域和多个显示区域。图6从直接俯视顶板10的上表面20的有利地点以平面图示出了这些有效触摸检测区域，以及图7从同一视角示出了显示区域。
53.触摸检测区域限定了顶板10的上表面20的区域，其中可以由触摸屏布置8检测到触摸。这样，顶板10限定了多点触摸表面，并且触摸屏布置8是多点触摸的。
54.每个触摸检测区域具有通常位于其下方的相关联的传感器14，这使得触摸屏布置8能够检测该区域中的触摸，如将解释的。
55.在本实施例中，顶板10的顶面24和侧面26各自限定了多个触摸检测区域。具体来说，顶面24限定了两个中央触摸检测区域，即第一中央触摸检测区域32和第二中央触摸检测区域34，并且侧面26限定了三十个外部触摸检测区域36，所述外部触摸检测区域围绕侧面26以相等的间隔隔开(在图6中仅标记了其中的三个，以免影响附图的清晰度)。在本实施例中，第一中央触摸检测区域32和第二中央触摸检测区域34中的每个都是大致半圆形形状，一起限定了大致覆盖顶面24的大致圆形区域。在本实施例中，每个外部触摸检测区域36通常是矩形的。
56.在其他实施例中，顶板10可以包括更多或更少的触摸检测区域，和/或触摸检测区域可以采取不同的形状和/或包围顶板10的不同区域，使得在其他实施例中，触摸屏布置8的不同或附加区域可具有触摸能力。
57.在一些实施例中，一些或所有触摸检测区域可通过在顶板10的上表面20上或上表面中的适当位置处提供的浅沟或槽(未示出)与顶板10的周围区域划界和/或彼此划界，只要这些特征不会导致包含在顶板中的光由于全内反射而明显向上泄漏。这些特征可帮助定向用户的手指或触笔，并且针对用户的手指或触笔提供引导，以及提供不同触摸检测区域的位置和在不同触摸检测区域之间的划界的视觉指示。
58.显示区域限定了顶板10的区域，这些区域可根据一个或多个触摸检测区域中的触摸而被照亮。为此，每个显示区域具有通常位于其下方的相关显示灯16，如将解释的。
59.在本实施例中，每个显示区域与触摸检测区域相关联，并且触摸屏布置8配置成当在与一个或多个特定显示区域相关联的触摸检测区域中检测到触摸时照亮一个或多个特定显示区域。具体参考图7，显示区域包括十个中央显示区域(包括五个第一中央显示区域38和五个第二中央显示区域40)，以及三十个外部显示区域42(在图7中仅标记了其中的三个，以免影响附图的清晰度)。
60.中央显示区域38、40设置在顶板10的顶面24上，其在中央触摸检测区域32、34内。具体地，第一中央显示区域38设置在第一中央触摸检测区域32内，以及第二中央显示区域40设置在第二中央触摸检测区域34内。第一中央显示区域38和第二中央显示区域40各自朝向顶面24的周向边缘28定位。
61.触摸屏布置8配置成使得第一中央触摸检测区域32中的触摸使一个或多个第一中央显示区域38被照亮，这将被解释。相应地，第二中央触摸检测区域34中的触摸使得一个或
多个第二中央显示区域40被照亮。
62.外部显示区域42在顶板10的围绕部分30中从外部检测区域36径向向外定位，以便围绕顶板10的侧面26。每个外部显示区域42与相关联的外部检测区域36相邻并径向对齐。在本实施例中，如稍后将解释的，触摸屏布置8配置成使得外部触摸检测36区域中的触摸使其相关联的外部显示区域42被照亮。
63.应当注意，尽管在本实施例中，每个触摸检测区域和显示区域分别仅与单个检测器和显示灯相关联，但是其他实施例在这方面可以不同。例如，在其他实施例中，一些或所有触摸检测区域可以具有两个或更多相关联的检测器。此外，一些或所有显示区域可以具有两个或更多相关联的显示灯或像素网格，以便能够以例如文字或符号的形式显示更复杂的信息。在所示的实施例中，这可例如在中央显示区域38、40中实现。
64.现在将更详细地描述边缘区域中、内部显示区域和外部显示区域之间、以及中心区域中的布置。这些涉及触摸屏布置8的传感器14和显示灯16。
65.在本实施例中，每个传感器14是接近聚焦pin二极管形式的光电探测器，尽管技术人员理解其他传感器也是可能的。每个传感器14通常位于顶板10的下方，并且布置成使得其有效感测区域43指向顶板10的下表面22，并且非常接近顶板10的下表面22，使得在本实施例中，除了集成到传感器的那些聚焦光学器件之外，在顶板10和传感器14之间不需要附加的聚焦光学器件。以这种方式，每个传感器14配置成当用户在通常覆盖传感器14的相关触摸检测区域中触摸顶板10时，检测从顶板10透射出的光。
66.传感器14包括与第一中央触摸检测区域32相关联的第一中央传感器48、与第二中央触摸检测区域34相关联的第二中央传感器50、以及各自与不同的外部触摸检测区域36相关联的三十个外部传感器52。应当注意，在其他实施例中可以使用更多或更少的中央传感器和/或外部传感器，并且本发明在这方面不受限制。
67.在本示例中，显示灯16各自包括在可见光谱中工作的发光二极管(led)，尽管本领域技术人员意识到替代光源是可能的。
68.在本实施例中，显示灯16包括各自与第一中央显示区域38和第一中央触摸检测区域32相关联的五个第一中央显示led 54，各自与第二中央显示区域40和第二中央触摸检测区域34相关联的五个第二中央显示led 56，以及各自与不同的外部显示区域42和外部触摸检测区域36相关联的三十个外部显示led 58。每个显示灯16配置和控制成根据其相关联的触摸检测区域中的触摸来照亮其相关联的显示区域。
69.传感器14和显示灯16安装在印刷电路板(pcb)60上，并容纳在内壳62中，内壳通过螺栓或螺钉附接到pcb 60。
70.内壳62是3d印刷结构，其在本实施例中成形为使得结构的上表面64的至少一部分大致匹配并符合覆盖所述上表面上的顶板10的轮廓。内壳62包括限定中心区域的顶面66和限定周向边缘区域的侧面68。在装配触摸屏布置8时，顶板10的顶面24和边缘区域26通常与内壳62的顶面66和边缘区域68对齐，使得顶板10的顶面24覆盖内壳62的顶面66，并且顶板10的边缘区域26覆盖内壳62的边缘区域68。
71.内壳62包括在使用时接收和容纳传感器14的多个传感器开口和在使用时容纳显示灯16的多个显示开口。
72.传感器开口包括用于容纳第一中央传感器48的第一中央传感器开口70、用于容纳
第二中央传感器50的第二中央传感器开口72以及用于容纳外部传感器52的三十个外部传感器开口74。
73.中央传感器开口70、72延伸穿过限定在内壳62的上表面64和下表面76之间的内壳62的整个厚度。每个中央传感器开口70、72通常从内壳62的下表面76处的下端78向上延伸到内壳62的上表面64处的上端80。中央传感器开口70、72的上端80的尺寸通常与容纳在开口70、72中的中央传感器的帽或头部82的尺寸相匹配，从而以相对紧密的配合容纳头部82，如图4中最佳所示。中央传感器开口70、72定位成使得在装配触摸屏布置8时，顶板10的第一中央触摸检测区域32覆盖容纳第一中央传感器48的第一中央传感器开口70，并且顶板10的第二中央触摸检测区域34覆盖容纳第二中央传感器50的第二中央传感器开口72。
74.外部传感器开口74也各自延伸穿过内壳62的限定在内壳的上表面64和下表面76之间的整个厚度。每个外部传感器开口74从内壳62的下表面76处的下端84延伸到内壳62的上表面64处的上端86。每个外部传感器开口74包括从下端84向上延伸的下部88和从下部88向上并径向向外延伸到上端86的上部90。每个外部传感器开口74的上端86的尺寸通常匹配外部传感器52的包装或头部82的尺寸，以便以相对紧密的配合容纳头部82。外部传感器开口74定位成使得在装配触摸屏布置8以进行使用时，顶板10的每个外部触摸检测区域36通常覆盖内壳62的外部传感器开口74及其相关联的外部传感器52。
75.大致平板形式的传感器窗口92设置在每个传感器开口70、72、74的上端80、86处，并且由内壳结构支撑在适当位置。每个传感器窗口92位于顶板10和传感器之间，所述传感器容纳在传感器开口70、72、74中，窗口92设置在这些传感器开口上。选择传感器窗口92的材料和/或涂层，以允许来自照射顶板10的光源12的光透射，使得由于顶板10的上表面20上的触摸而离开顶板的光可以到达传感器48、50、52并由传感器48、50、52检测。例如，在一个可能的实施例中，光源12发射红外光。然后，传感器窗口92在相应的红外波长下可以是基本透明的，从而允许由于触摸而离开顶板10的红外光到达传感器48、50、52。在这种情况下，传感器窗口92可有利地具有对可见光的低透射率，从而在可见光中是光学黑暗的，使得窗口92下方的传感器48、50、52在组装的触摸屏布置8中不可见。这不仅增强了触摸屏布置8的美学呈现，而且减少了到达传感器48、50、52的可见光的量，从而减少了传感器以及系统中感应的电子散粒噪声。
76.显示开口包括五个第一中央显示开口94，每个开口容纳第一中央显示led 54；五个第二中央显示开口96，每个开口容纳第二中央显示led 56；以及三十个外部显示开口98，每个开口容纳外部显示led 58。
77.每个显示开口94、96、98延伸穿过内壳62的、从内壳62的下表面76处的下端100到内壳62的上表面64处的上端102的整个厚度。每个显示开口94、96、98都设置有呈大致平板的形式的显示窗口104，该显示窗口由内壳结构支撑在显示开口94、96、98的上端102处。选择显示窗口104的材料和/或涂层，以允许来自显示灯16的可见光透过显示窗口。显示窗口104可有利地具有漫射特性，以增强由其相应的显示灯16照亮显示区域的美感。
78.传感器14、显示灯16、内壳62、传感器窗口92、显示窗口104和pcb 60以及相关的电子器件形成触摸屏布置8的检测和显示单元63。检测和显示单元63在平面视图中限定了大致圆形的轮廓。
79.在本实施例的组装触摸屏布置8中，顶板10、发射器单元17以及检测和显示单元63
由支撑结构106支撑。
80.支撑结构106包括主体108、基座110以及第一侧盖112a和第二侧盖112b。
81.主体108包括用于支撑顶板10并支撑和容纳检测和显示单元63的中心部分114，以及用于支撑和容纳发射器单元17的侧部116。
82.中心部分114包括板支撑梁118和附接延伸部120，所述附接延伸部从板支撑梁118向下延伸，并布置成与基座110的附接构件122接合。侧部116包括从板支撑梁118向外延伸的发射器支撑平台123。
83.基座110具有支撑部分124，所述支撑部分包括上表面126、下表面(未示出)和周向表面130。支撑部分124在平面视图中具有大致圆形的形状，所述大致圆形的形状在平面视图中与检测单元63的形状和尺寸基本匹配。附接构件122从基座110的支撑部分124的周向表面130延伸。
84.在组装的触摸屏布置8中，顶板10位于主体108的板支撑梁118上并由所述板支撑梁支撑。基座110通过螺栓或螺钉附接到主体108，螺栓或螺钉延伸穿过主体108的附接延伸部120的开口132并进入基座110的附接构件122的开口134。检测和显示单元63位于基座110上并由所述基座支撑，使得顶板10覆盖该单元63。具体地，顶板10的触摸检测区域覆盖单元63的传感器14，并且顶板10的显示区域覆盖单元63的显示灯16。
85.侧盖112a、112b设置在中心部分的任一侧、邻近顶板10，并且将侧盖112a、112b用螺栓或螺钉固定到主体108。第一侧盖112a覆盖在发射器单元17上，并将发射器单元17从用户的视野中隐藏起来。每个侧盖112a、112b稍微覆盖顶板10的边缘区域，并且通过螺栓或螺钉固定到主体108，以便将顶板10保持在适当的位置。因此，在本实施例中，顶板10通过被螺栓连接在一起的塑料框架而机械地保持在适当的位置，塑料框架采用侧盖112a、112b和主体108的形式，也可以适当地使用其他机械固定策略。
86.如图4中最佳示出的，在顶板10以及检测和显示单元63之间提供遮蔽条136，以遮蔽触摸屏布置8中没有触摸灵敏度或显示能力的区域。遮蔽条136由在与顶板接触时不会“浸透”的材料制成，因此由于ftir导致来自顶板的光损失可以忽略不计。遮蔽条对用户隐藏了任何电子器件和支撑结构的存在。尽管在本实施例中使用了多个不同的遮蔽条136，但是可以由位于顶板10以及检测和显示单元63之间的单件部件来提供遮蔽，并且该单件部件包括与内壳62的传感器开口70、72、74和显示开口94、96、98的位置相对应的开口。
87.现在将描述图1至图11的触摸屏布置的操作。
88.当用户在触摸检测区域中触摸顶板10的上表面20时，光向下耦合出顶板10，并耦合到顶板10下方的一个或多个传感器14上。其中触摸顶板10的位置决定了来自顶板10的光入射到下面的一个或多个传感器14。
89.如已经讨论的，在触摸期间用户的手指或触笔与顶板10之间的实际表面接触面积确定了在触摸期间从顶板10释放的光的绝对量，并且因此与由于触摸而由相应的传感器14捕获的光的强度相关，并且因此与由于触摸而由相应的传感器14检测到的光强度的变化相关。实际表面接触面积取决于用户手指或触笔与顶板10之间的标称接触面积，以及触摸的压力或强度。
90.因此，对于给定的触摸，由传感器14检测到的光强度的变化指示了触摸压力和/或触摸的标称程度。与更轻的触摸相比，更重、更有力的触摸导致用户手指和顶板10之间更大
的实际表面接触，以及由下方传感器14检测到的更大的光强度变化。用户手指和顶板10之间更大的标称接触面积也导致由下方传感器14检测到的更大的光强度变化。相应地，与更有力的触摸相比，更轻、更弱的触摸导致由下方传感器14检测到的光强度的相对较小的变化，在触摸期间用户的手指或其他触摸装置与顶板10之间的接触面积较小时也是如此。对于给定的触摸压力/接触面积，当使用例如潮湿的手指与干燥的手指时，由下方传感器14检测到的光的强度之间也有显著的差异。
91.处理装置(未示出)从传感器14接收代表每个传感器14检测到的光强度的数据。处理装置可以基于哪个或哪些传感器14在任何给定时间检测到从顶板10接收的光强度的变化，来确定顶板10的哪个或哪些触摸检测区域已经被触摸。处理装置还可以基于入射到传感器14上的光强度的变化来确定触摸检测区域中的触摸压力/触摸程度。
92.然后，可以基于触摸的性质和位置来控制显示灯16。
93.在本实施例中，第一中央触摸检测区域32中的触摸引起第一中央显示led 54中的一个或多个的启用以及第一中央显示区域38中的一个或多个的照明。在本实施例中，第二中央触摸检测区域34中的触摸引起第二中央显示led 56中的一个或多个的启用以及第二中央显示区域40中的一个或多个的照明。
94.当用户在第一中央触摸检测区域32或第二中央触摸检测区域34中触摸顶板10时，光向下耦合出顶板10。取决于触摸在第一中央触摸检测区域32或第二中央触摸检测区域34内的位置，向下耦合出顶板10的光可入射到第一中央传感器48和/或第二中央传感器50上。
95.处理装置(未示出)从中央传感器48、50接收代表由每个中央传感器48、50检测的光强度的数据，并且使用插值来确定触摸是发生在更靠近直接覆盖第一中央传感器48的顶板的区域还是直接覆盖第二中央传感器50的顶板的区域。这样，处理装置可以确定触摸是发生在第一中央触摸检测区域32还是第二中央触摸检测区域34中。然后，可以基于触摸的位置和性质相应地控制中央显示led 54、56。
96.参考图8，该图示出了用户触摸第一中央触摸检测区域32中的顶板10，使得三个第一中央显示led 54(其中一个在图8中不可见)被启用，以照亮它们对应的重叠的第一中央显示区域38。
97.在本实施例中，对于第一中央触摸检测区域32中的给定触摸而被启用的第一显示led 54的数量以及被启用的led 54的亮度取决于由于触摸导致的由中央传感器48、50检测到的光强度发生的变化，并因此取决于触摸的压力和程度。相应地，对于第二中央触摸检测区域34中的给定触摸而被启用的第二显示led 56的数量以及被启用的led 56的亮度取决于由于触摸导致的由中央传感器48、50检测到的光强度发生的变化，并因此取决于触摸的压力和程度。
98.在其他实施例中，其中触摸屏布置8响应中央触摸检测区域32、34中的触摸的方式可不同。
99.现在参考图9，在本实施例中，外部触摸检测区域36中的触摸引起相关联的外部显示led 58的启用，并且因此径向向外定位并且邻近顶板10的外部触摸检测区域36的相应外部显示区域42被照亮。
100.图9示出了其中用户在单个外部触摸检测区域36中触摸顶板10的上表面20的场景。相应的外部显示led 58被启用，从而照亮覆盖在外部显示led 58上的顶板10的相应外
部显示区域42，该外部显示区域径向向外定位并邻近用户触摸的外部触摸检测区域36。从外部显示led 58输出的光的强度取决于入射到相应外部传感器52上的来自顶板10的光的强度。以这种方式，更用力的触摸导致对应的外部显示区域42的更亮的照明，其中例如用户的手指接触外部触摸检测区域36的更大面积的触摸也是如此。
101.在图9的示例中，用户的触摸被限制在单个外部触摸检测区域36，并且触摸屏布置8的照明被限制在单个外部显示区域42。
102.然而，在图10所示的示例中，在触摸期间，用户的手指同时在三个相邻的外部触摸检测区域36中接触顶板10，并且径向向外定位并与三个外部触摸检测区域36相邻的三个相应的外部显示区域42被照亮。如图10所示，触摸屏布置8在本实施例中配置成使得最亮的照明出现在外部显示区域42中，该外部显示区域与受到与用户手指的最大程度接触和来自用户手指的最大程度压力对应的外部触摸检测区域36。然而，本领域技术人员将理解，触摸屏布置8可以以不同的方式配置。例如，布置8可以配置成使得外部显示led 58或任何其他显示灯16仅在相应传感器14检测到的光强度达到或超过预定阈值时才被启用。以这种方式，系统可以配置成忽略光、意外触摸，和/或仅照亮与用户触摸的主要区域相对应的单个显示区域。在这种情况下，即使在例如如图8的示例中用户的手指接触三个触摸检测区域的情况下，也有可能如图9所示照亮单个显示区域。作为另一个示例，布置8可以配置成使得当与相邻显示区域相关联的传感器14检测到光强度高于某个预定阈值时，外部显示led 58中的一个或多个被启用。
103.应当理解，顶板10的显示区域的照明以及依靠这种照明显示的信息类型将取决于屏幕布置8的具体应用。例如，作为上述的替代或补充，触摸检测区域中的触摸可致使具有显示能力的屏幕布置8的任何其他区域和/或布置8的多个显示区域中的照明。
104.还应当理解，在其他实施例中，附加于或替代上述照明，触摸屏布置8可配置成用于不同的功能。例如，触摸屏布置8可配置成使得不同类型的触摸产生特定的控制功能。在其中屏幕布置8结合到扬声器的控制屏幕中的实施例中，例如，在特定区域的触摸和/或特定类型的触摸可导致装置设置被选择。
105.附加于配置成基于一个或多个触摸的位置来显示信息的屏幕布置8，如先前所述，屏幕布置8可配置成使得基于触摸的特性来显示信息。例如，用户的滑动动作可致使显示特定信息或采取特定动作，例如，选择特定装置设置。例如，如果用户在顶板10的顶面上滑动他们的手指，使得第一中央触摸检测区域和第二中央触摸检测区域被连续触摸，则这可触发特定动作。布置8可配置成区分触摸第一检测区域之后是第二检测区域的手指滑动和触摸第二检测区域之后是第一检测区域的手指滑动，其中不同的功能可能归因于这些不同的手势。
106.触摸屏布置8还可允许检测不同触摸检测区域中的多个同时或连续的触摸，并将其归因于不同的控制功能。例如，在一些实施例中，触摸屏布置8可配置成使得在两个或更多个预定触摸检测区域中的同时或连续触摸导致一个或多个显示区域的照明。
107.在一些实施例中，触摸屏布置8可配置成用作“静态触摸拨盘”。特别参考图11，布置8可配置成使得当用户在如图11所示的多个外部检测区域中抓住顶板10的侧面，并移动他们的手指就像要旋转可旋转拨盘时，那么实施通常与可旋转拨盘的旋转相关联的控制功能。如图11所示，与用户触摸的外部触摸检测区域相关联的外部显示区域也可照亮。在这种
情况下，当用户在外部检测区域上移动他们的手指时，外部显示区域的照明也相应地随着移动的触摸检测区域而移动。在其中例如将触摸屏布置8合并为扬声器系统的控制面板的一部分的实施例中，布置8可配置成使得如果用户在多个触摸检测区域中抓住侧面并且转动他们的手就像在旋转可移动拨盘，则扬声器的音量相应地增大或减小。作为另一个示例，在两个外部检测区域中的两指轻敲可导致例如扬声器输出暂停。
108.技术人员将理解，上述仅是如图1和图11所示的屏幕布置8可以具有的功能的选择。根据屏幕布置8的预期用途，许多其他功能是可能的。
109.技术人员还将理解，在本发明的范围内，上述触摸屏布置8的许多变型是可能的。
110.例如，在一些实施例中，触摸屏布置8可包括利用wo2015/155508中描述的功能系统的一个或多个区域，wo2015/155508在法律允许的范围内以引用的方式并入本文中。图12示出了该功能系统，为了完整起见，现在将对其进行描述。
111.图12的系统包括光学透明的顶板210和位于其边缘或多个边缘处的一个或多个光源212。任选的中间层214位于顶板210的下方，该中间层具有小于光学透明板的折射率，并且其在本示例中由空气组成。顶板210被光源212照射，以便在顶板210中引起光的全内反射。
112.图12的系统还包括光学分散和损耗的底板或基板218和位于其边缘处的呈光检测器形式的传感器220。底板218具有分散性质，该分散性质致使从上方入射在该底板上的光朝向其边缘分散以及从该板的上表面和下表面损耗，以此方式形成主要的损耗板。这种分散性质可以通过许多不同的方式来实现，如本领域技术人员将显而易见。
113.在指示器(诸如触笔或手指222)触摸顶板210的第一表面223的情况下，顶板210内的全内反射借助受抑全内反射(fir)被中断。这致使一些光223穿过顶板210和中间层214而传输到底板218，使得光从顶板210的第二表面225耦合到下面的基板218中，以便在基板218内传输。底板218的分散/损耗性质致使从上方入射在其上的光以损耗方式穿过板218朝向边缘分散和散射，如先前描述，使得所述光的一部分被光检测器220检测到。
114.将了解，触摸顶板210的位置将决定光入射在底板218上的相对位置，并且因此决定所述入射光距底板218的边缘的距离(即，光需要行进以到达光检测器边缘的距离)。因此，由光检测器220检测到的光的相对量将完全取决于触摸顶板210的位置，并且因此取决于光入射在底板218上的位置。此外，来自柔软的指示器(诸如手指222)的压力增加会引起更大的接触区域和手指222下方增加的接触程度，从而致使更多的全内反射的光被中断，并且因此增加从顶板210发射的瞬逝光的强度。因此，由传感器220针对给定的触摸位置检测到的绝对光强度指示触摸强度或压力，使得越高的绝对光强度指示对顶板210的越用力的、更有力的触摸，并且越低的光强度指示对顶板210的越轻的、不太有力的触摸。
115.损耗底板218的散射/分散性质可用于控制所捕获的光随着距原始触摸的距离的衰减行为，使得可以唯一地计算触摸点的位置，并且控制触摸位置的准确性。还可通过控制嵌入在底板218中的散射/分散材料218a的浓度分布来控制所捕获的光随着距离的衰减分布。
116.设置了处理装置(未示出)来从光检测器220接收表示由其检测到的光的量和强度的数据，使得可以计算顶板10上的触摸点的位置和触摸的特性和/或形状。通过比较每个光电二极管220处的相对强度及其相对位置，以及通过使用底板218的分散和衰减性质的知
识，可以计算出一次触摸或甚至多次触摸的位置和特性。然后，装置驱动器(未示出)将能够将得到的数据解释为基于触摸的输入。
117.现在转到图13，其示出了结合了功能系统的触摸屏布置308，该功能系统利用了如图12所示的损耗底板318。图13的触摸屏布置308的许多方面与图1至图11的实施例相同。相似的特征将被赋予相似的附图标记，并且为了简明起见，相似的特征在这里将不再描述。本实施例与图1至图11的不同之处在于，顶板310的中心区域的触摸灵敏度是使用结合图12所述的功能系统来提供的，而不是像图1至图11的实施例那样使用指向顶板310的下表面的中央传感器来提供。
118.在图13的触摸屏布置308中，顶板310的顶面324限定了中央触摸检测区域332。损耗底板318布置在顶板310的中央触摸检测区域332的下方，以位于中央触摸检测区域332的下方，使得中央触摸检测区域332覆盖底板318。以这种方式，底板318配置成当用户触摸中央触摸检测区域332中的顶板310时，捕获从中央触摸检测区域332透射出的光。用于检测离开底板318的光的至少一个中央传感器348位于底板318的边缘350处。在本实施例中，八个中央传感器348围绕底板318的边缘350以相等的间隔隔开，并且向内面向底板318的中心。显示屏360布置在顶板310的顶面324下方，使得底板318位于顶板310和显示屏360之间。
119.当用户在中央检测区域332中触摸顶板310时，光透射离开顶板310并进入到下面的底板318中。可以以与结合图12已描述的相同方式、使用相关联的处理装置(未示出)来确定触摸顶板310的位置以及触摸的特性。
120.图13示出了一个可能的实施例，其中根据本发明的触摸屏布置结合了使用损耗底板的功能系统，以在触摸屏布置的区域中提供触摸灵敏度。本领域技术人员将理解，在其他实施例中，利用损耗底板和/或指向顶板的下表面的传感器的触敏区域的位置和/或范围可变化。

技术特征：
1.一种触敏设备，其包括：顶板，其包括多个触摸检测区域，并且具有与所述顶板相关联的一个或多个光源，使得来自所述一个或多个光源的光在所述顶板内以全内反射透射；多个检测器，其用于检测来自所述一个或多个光源的光，其中每个检测器与触摸检测区域相关联；其中所述顶板和所述检测器布置成使得如果外部物体在触摸检测区域中触摸所述顶板的第一表面，则光从所述顶板的第二表面耦合到相关联的检测器；所述触敏设备还包括：处理装置，其用于至少确定在所述顶板的所述触摸检测区域的任何触摸检测区域中是否存在触摸。2.根据权利要求1所述的触敏设备，其中所述检测器布置在所述顶板下方，并且配置成检测由于在所述顶板的所述第一表面上的触摸而从所述顶板的所述第二表面耦合出的光。3.根据权利要求1或2所述的触敏设备，其中每个检测器的感测区域通常朝向所述顶板的所述第二表面。4.根据权利要求3所述的触敏设备，其中每个检测器是接近聚焦pin二极管。5.根据前述权利要求中任一项所述的触敏设备，其中每个光源是红外光源，并且其中每个检测器是红外检测器。6.根据权利要求5所述的触敏设备，其中传感器窗口设置在每个传感器和所述顶板之间，并且其中所述传感器窗口对于红外光基本上是半透明的，但是对于红外光基本上是不透明的。7.根据前述权利要求中任一项所述的触敏设备，其包括与触摸检测区域相关联的至少一个显示元件。8.根据权利要求7所述的触敏设备，其中所述至少一个显示元件布置在所述顶板下方。9.根据权利要求6所述的触敏设备，其中所述至少一个显示元件位于与其相关联的触摸检测区域下方，使得所述显示元件的启用使信息显示在与所述显示元件相关联的触摸检测区域中。10.根据权利要求7至9中任一项所述的触敏设备，其中所述至少一个显示元件定位成使得所述显示元件的启用使信息被显示在所述顶板的显示区域中，所述显示区域与所述显示元件的所述相关联的触摸检测区域相邻。11.根据前述权利要求中任一项所述的触敏设备，其包括从所述顶板升高的一个或多个突出区域。12.根据权利要求11所述的触敏设备，其中所述突出区域中的至少一者包括中心区域，其中周向边缘区域在所述中心区域与所述顶板的平面区域之间。13.根据权利要求12所述的触敏设备，其中所述中心区域和所述周向边缘区域各自限定多个触摸检测区域。14.根据权利要求13所述的触敏设备，其中所述处理装置向所述周向边缘区域的所述触摸检测区域提供拨盘的功能。15.根据前述权利要求中任一项所述的触敏设备，其中所述顶板不是平面的。16.根据权利要求7至15中任一项所述的触敏设备，其中所述检测器和所述显示元件被一起容纳在第一外壳单元中。
17.根据前述权利要求中任一项所述的触敏设备，其中所述光源被一起容纳在第二外壳单元中。18.根据权利要求16或17所述的触敏设备，其中所述第二外壳单元定位成使得所述光源将光发射到所述顶板的边缘中。19.根据前述权利要求中任一项所述的触敏设备，其中所述处理装置确定由第一检测器检测的光强度和由第二检测器检测的光强度之间的差值，并且基于所述差值确定在与所述第一检测器相关联的第一触摸检测区域中或者在与所述第二检测器相关联的第二触摸检测区域中是否已发生触摸。20.根据前述权利要求中任一项所述的触敏设备，其中所述处理装置适于同时检测多个触摸检测区域中的触摸。21.根据前述权利要求中任一项所述的触敏设备，其中所述触敏设备还包括另一触敏区域，所述另一触敏区域包括：所述顶板与所述多个触敏区域分离的部分，其中所述一个或多个光源在所述顶板的所述部分内以全内反射透射光；以及光学色散基板，其配置成用于响应于外部物体在触摸点处触摸所述顶板的所述部分而将光从所述顶板的所述部分透射到所述基板上并透射到所述基板中，使得所述基板的表面上的入射光的位置代表所述触摸点在所述顶板的所述部分上的相对位置，其中所述基板配置成在所述基板内捕获和透射入射到所述基板上的光，并通过扩散和能量损失来分散所述透射光，所述基板的光学分散特性使得所述透射光的强度随着距所述基板表面上的所述入射位置的距离的减小而近似于指数函数，所述布置还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测在所述基板的相应边缘处透射出所述基板的光的强度；其中所述处理装置适于根据所述检测到的光强度和所述指数函数计算所述触摸点在所述屏幕上的相对位置。22.一种操作触敏设备的方法，所述触敏设备包括：顶板，所述顶板包括多个触摸检测区域，并且具有与所述顶板相关联的一个或多个光源，使得来自所述一个或多个光源的光在所述顶板内以全内反射透射；以及多个检测器，其用于检测来自所述一个或多个光源的光，其中每个检测器与触摸检测区域相关联；其中所述触敏设备还包括：处理装置，其用于至少确定在所述顶板的所述触摸检测区域的任何触摸检测区域中是否存在触摸，所述方法包括：确定在所述触敏设备的哪个触摸检测区域中已检测到触摸；以及确定与其中已检测到触摸的所述触摸检测区域对应的控制操作，并执行所述控制操作。23.根据权利要求22所述的方法，其中在多个触摸检测区域中检测触摸，并且对应于所有所述触摸执行控制操作。24.根据权利要求23所述的方法，其中至少一个控制操作涉及其中同时检测到触摸的多个触摸检测区域。25.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中所述触敏设备被包含在到另一设备的接口中，并且所述控制操作涉及对所述设备的控制。

技术总结
一种触敏设备，其包括：顶板，其包括多个触摸检测区域，并且具有与所述顶板相关联的一个或多个光源，使得来自所述一个或多个光源的光在所述顶板内以全内反射透射；多个检测器，其用于检测来自所述一个或多个光源的光，其中每个检测器与触摸检测区域相关联；其中所述顶板和所述检测器布置成使得如果外部物体在触摸检测区域中触摸所述顶板的第一表面，则光从所述顶板的第二表面耦合到相关联的检测器；所述触敏设备还包括处理装置，其用于至少确定在所述顶板的所述触摸检测区域的任何触摸检测区域中是否存在触摸。域中是否存在触摸。域中是否存在触摸。


技术研发人员：D
受保护的技术使用者：统一物理有限公司
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2023/9/13