無框聲學觸摸設備的製作方法
2024-03-31 20:12:05 1
相關申請的交叉引用
本申請要求於2011年1月24日遞交的美國專利申請No.13/012,523和2010年3月25日遞交的美國專利申請No.12/732,132的優先權。
技術領域
本發明涉及聲學觸摸傳感器系統的領域，更具體地涉及一種表面聲波觸控螢幕、觸摸監視器或者觸摸計算裝置。
背景技術：
諸如觸控螢幕或者觸摸監視器之類的觸摸傳感器系統可以用作交互式計算機系統的輸入裝置，所述交互式計算機系統用於諸如信息亭、計算機、餐廳訂單輸入系統、視頻顯示器或者信號指示器、移動裝置等等。可以將觸摸傳感器系統或者觸控螢幕集成到計算裝置，從而提供交互式觸摸的計算裝置，包括計算機、視頻顯示器或者信號指示器；或者移動裝置。
主導的觸摸傳感器技術是電阻、電容和聲學的。當應用需要非常耐久的觸敏表面以及所顯示圖像的最小光學退化時，諸如使用表面聲波的超聲觸摸傳感器之類的聲學觸摸傳感器特別有利。
存在許多類型的聲學觸摸傳感器。例如，一種類型的聲學觸控螢幕包括觸摸基板，所述觸摸基板具有沿基板的第一外圍表面定位的發射機陣列，所述發射機陣列用於同時產生平行表面限制波或者板波，所述波通過所述面板直接傳播至相應的檢測器陣列，檢測器陣列在基板的第二外圍表面上與第一陣列相對地定位。將另一對換能器陣列與第一組換能器陣列成直角地設置在所述基板表面上。在某點觸摸所述基板引起通過所述觸摸點的波的衰減，從而使得來自兩組換能器陣列的輸出的解釋能夠表示觸摸的坐標。在WO94/02911(Toda)中示出了這種類型的聲學觸摸位置傳感器，將該專利文獻合併在此作為參考。
聲學觸摸傳感器系統的另一個示例(稱作Adler型聲學觸控螢幕)通過空間地擴展信號和分析對位置加以表示的微擾的時間狀況來有效地利用換能器。因此，典型的矩形觸控螢幕包括兩組換能器，每一組均具有分別與由基板限定的物理笛卡爾坐標系統的軸對齊的不同軸。聲學脈衝或者脈衝鏈通過一個換能器產生，作為例如窄Rayleigh波沿與反射元件陣列相交叉的軸傳播，每一個反射元件成45°角並且與聲波脈衝的波長的整數倍相對應的間隔開。陣列中的每一個反射元件沿與所述軸垂直的路徑反射所述波的一部分、穿過適用於觸摸感測的基板的前表面上的寬觸摸區域至相對的反射陣列和換能器，相對的反射陣列和換能器是所述第一陣列和換能器的鏡像，同時允許一部分波傳播至所述陣列的下一個反射元件。鏡像陣列的換能器接收由兩個陣列的反射元件反射的、並且反平行地導引至發射脈衝的遞增變化的波的疊加部分組成的聲波。從而收集了所述聲波，同時保持了對衰減的波發源的坐標位置加以表徵的時間色散信息。所述傳感器的有源區域中的波徑具有特徵時間延遲，因此可以通過確定在限制回波波形中的衰減時間來識別由觸摸所述觸敏區域的物體衰減的波徑(wave path)。第二組陣列和換能器與第一組陣列和換能器成直角地設置，並且類似地操作。因為換能器的軸與基板的物理坐標軸相對應，回波中的衰減時間表示基板上位置的笛卡爾坐標。隨後確定所述坐標，以確定所述衰減物體的二維笛卡爾坐標位置。系統基於以下原理進行操作：表面上的觸摸衰減了表面處具有功率密度的表面限制波或者板波。橫穿基板傳播的波的衰減引起在特徵時間段撞擊到接收換能器上的波的相應衰減。因此，控制器只需要檢測衰減的時間特性以確定坐標位置。沿兩個軸順序地進行測量以便確定笛卡爾坐標位置。還已知的是利用聲波導引效應的優勢來減小Adler型觸控螢幕中的邊框寬度。參考美國專利4,642,423；4,644,100；4,645,870；4,700,176；4,746,914；Re.33,151；以及6,636,201，每一個均合併在此作為參考。
聲學觸摸系統的這些示例典型地具有設置在基板表面或者沿基板表面設置的大量操作元件(或者是多個換能器，或者是換能器和反射陣列)。為了防止由於暴露到環境或外部物體中導致的損壞，通過在基板前表面上的這些元件上設置框來隱藏和保護這些外圍操作元件並且進行密封，使得只將所述基板表面上的有源觸摸區域暴露給可能的觸摸輸入。這些類型的聲學觸摸系統還局限於只針對有源觸摸區域處理觸摸輸入，有源觸摸區域是在觸摸傳感器下面顯示器上層的透明觸摸傳感器的一部分。
在用於觸摸系統裝置的商業市場中，裝置的修飾外表和這些裝置的特徵容量的魯棒性和可靠性變得越來越重要。例如，已經進行了各種嘗試來最小化這些裝置中的觸控螢幕的外圍上的邊框尺寸。然而，觸摸裝置通常仍然具有在裝置前表面上的邊框，儘管所述邊框在外形上已經減小和/或具有較薄的邊框寬度。
因此，需要具有一種無框聲學觸摸系統，其提供超過所述有源觸摸區域中設置的之外的附加觸摸功能特徵。
技術實現要素：
根據特定實施例，本發明提出了一種聲學觸摸設備。所述設備包括能夠傳播表面聲波的基板。所述基板具有前表面、後表面以及在所述前表面和所述後表面之間形成的彎曲連接面。所述設備還包括至少一個聲波換能器和至少一個反射陣列。所述聲波換能器和所述反射陣列位於所述基板後表面的後面。所述聲波換能器能夠向所述反射陣列發射表面聲波或者從所述反射陣列接收表面聲波。所述反射陣列能夠聲學地耦合所述表面聲波，以經由所述彎曲連接面從所述後表面穿過所述前表面傳播表面聲波。
為了全面地理解本發明的這一實施例和其他實施例，現在參考結合附圖所示的本發明的各種特定實施例的以下詳細描述，所述附圖沒有按比例繪製。
附圖說明
圖1是根據本發明特定實施例的聲學觸摸傳感器或觸控螢幕的簡化截面圖；
圖2(a)和圖2(b)分別是根據特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的正視圖和後視圖；
圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)是根據各種特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的不同彎曲連接面的部分截面圖；
圖3(d)、圖3(e)和圖3(f)分別是示出了在圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)的不同彎曲連接面上傳播的表面聲波性能的實驗測量；
圖3(g)是利用可以用於根據本發明特定實施例的磨削工具17製造的聲學觸摸傳感器的基板的不正確處理的邊緣的部分截面圖；
圖3(h)是利用可以用於根據本發明特定實施例的磨削工具18製造的聲學觸摸傳感器的基板的已處理邊緣的部分截面圖；
圖3(i)和圖3(j)是根據另一特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的不同配置的彎曲連接面的部分截面圖；
圖4是根據再一個特定實施例的聲學觸摸設備的簡化截面圖；
圖5是根據特定實施例的聲學觸摸設備的放大透視圖；
圖6(a)和圖6(b)分別是根據特定實施例的用於無框聲學觸摸裝置的角部結構和安裝方案的部分截面圖和部分平面圖；
圖6(c)示出了根據本發明又一個特定實施例的用於無框聲學觸摸傳感器的另一個角部結構和安裝方案的部分截面圖；
圖6(d)是根據特定實施例作為諸如報亭系統的另一個系統的一部分提供的無框聲學觸摸傳感器的正視圖；
圖6(e)是根據特定實施例在作為諸如報亭系統的另一個系統的一部分嵌入安裝之前所示的用於無框聲學觸摸傳感器的密封方案的部分截面片段透視圖；
圖6(f)示出了根據圖6(e)實施例為諸如報亭系統的另一個系統的一部分來安裝所示的用於無框聲學觸摸傳感器的安裝方案的部分截面片段透視圖；
圖6(g)和圖6(h)示出了根據其他特定實施例作為諸如報亭系統的另一個系統的一部分來安裝所示的用於無框聲學觸摸裝置的兩個其他安裝方案的部分截面片段透視圖；
圖7是根據特定所述的具有邊緣感應觸摸功能的像觸摸監視器那樣的無框聲學觸摸裝置的透視圖；
圖8(a)和圖8(b)分別是根據另一個特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的正視圖和後視圖；
圖9(a)和圖9(b)分別是根據再一個特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的正視圖和後視圖；
圖10(a)和圖10(b)分別是根據又一個特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的正視圖和後視圖；
圖11(a)和圖11(c)以及圖11(b)和圖11(d)分別是根據再一個特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的正視圖和後視圖；
圖12(a)和圖12(b)分別是根據再一個特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的正視圖和後視圖；
圖12(c)是根據與圖12(a)和12(b)相關聯的特定實施例的聲學觸摸傳感器的基本的後表面的角部處的放大部分平面圖；以及
圖13是繪製了根據特定示例的聲學觸摸傳感器的波速與聲學良性層的厚度關係的曲線。
具體實施方式
本發明提出了一種觸摸傳感器設備，所述觸摸傳感器設備可以是觸控螢幕或者其他觸摸傳感器或者觸摸裝置(例如觸摸計算機、觸摸顯示器或信號指示器或者移動裝置)，其中將例如壓電元件之類的聲學換能器用於產生「表面聲波」，這裡所述表面聲波用於表示Rayleigh波、Love波或者其他表面限制聲波。
由於限制到觸摸表面的事實，Rayleigh波將有用的功率密度保持在接觸表面。Rayleigh波是一種具有垂直波分量和橫波分量的波，基板質點在包括波傳播軸在內的垂直平面內沿橢圓路徑移動，並且波能量隨著在基板中深度的增加而減小。切應力和壓應力/張應力與Rayleigh波相關聯。數學上講，Rayleigh波只存在於半無限介質中。在有限厚度的可實現基板中，可以將所得到的波更精確地稱作準Rayleigh波。這裡應該理解的是Rayleigh波只存在於理論中，因此提到Rayleigh波表示準Rayleigh波。出於工程目的，厚度為3或4個Rayleigh波長的基板足夠支持在觸摸傳感器設計感興趣的距離上的Rayleigh波傳播。
與Rayleigh波一樣，Love波是「表面限制波」，即由一個表面限制或者導引、並且不會受到基板其他表面影響的波，假設基板足夠厚。與Rayleigh波相反，Love波的質點運動是水平的，即與觸摸表面平行並且與傳播方向垂直。只有切應力與Love波相關聯。
出於描述的目的，根據特定實施例討論了使用Rayleigh波的Adler型聲學觸摸傳感器。然而應該理解的是非Adler型聲學觸摸傳感器或者使用包括Love波在內的其他類型表面聲波的聲學觸摸傳感器可以用於其他實施例。
圖1是聲學觸摸傳感器或觸控螢幕的簡化截面圖。圖2(a)和圖2(b)分別是根據本發明特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板5的正視圖和後視圖。在作為聲學觸摸傳感器的前表面10的正視圖的圖2(a)中，以虛線示出了換能器35以提供圖2(b)的參考框，圖2(b)是以實線示出了換能器35的聲學觸摸傳感器的後表面15的平面圖。為了提供另外的參考框架，在圖2(a)和2(b)中示出了X-Y坐標軸。
如圖1中所示，觸摸傳感器1包括基板5，基板5具有前表面10、後表面15和用於接合前表面10和後表面15的外圍區域14的彎曲連接面20。下面結合圖3(a)-3(f)進一步描述彎曲連接面20。前表面10具有額定觸摸區13，在額定觸摸區上對象30產生接觸以根據在後表面15後面設置的顯示器上顯示的圖形用戶界面來提供輸入。這裡將額定接觸區13定義為作為所述前表面10的內部部分的那部分前表面10，通常將所述內部部分看作是用於傳統表面聲波觸摸傳感器的有源觸摸區域，典型地沒有被邊框覆蓋。額定接觸區13用圖2(a)中的虛線所示，外圍區域14是額定觸摸區13外部的那部分前表面10。在傳統的表面聲波觸摸傳感器中，前表面10上的外圍區域被所述邊框覆蓋。在圖1中將對象30看作是手指，但是應該理解的是根據一些特定實施例，由聲波感測的觸摸可以包括直接或者間接通過蓋板或者抗反射塗層按壓前表面的筆。聲學換能器35和反射元件陣列40設置在後表面15上。
根據特定實施例，觸摸傳感器1是通常放置在顯示裝置前表面的矩形觸控螢幕，其面對後表面15。觸控螢幕典型地與具有多種功能的控制系統(未示出)相關聯。首先，產生電信號，所述電信號激勵換能器產生隨後形成波集合的表面聲波。換能器然後接收所述波的集合，並且將其轉換為電信號。接收電信號，在低電平控制系統中保留了具有相對高數據率的重要信息。在許多實施例中，不需要捕獲在接收的信號中包含的相位信息。因此，控制器和/或處理器經由布線或引線與觸摸傳感器1的各種換能器相耦合，以控制所述表面聲波的發射和接收，並且處理表的波形微擾以便檢測觸摸坐標和位置信息。如這裡所使用的控制器意思是典型地包括微處理器在內的電子裝置，微處理器具有固件和模擬電子裝置以產生機理信號、並且接收從所述觸控螢幕返回的信號。控制器和/或處理器將觸摸坐標和位置信息映射至顯示器中所示的用戶界面的適當控制動作。
下面結合圖1、2(a)和2(b)以及其他圖進一步描述根據特定實施例的本發明的一般結構和操作。
根據本發明的特定實施例，可以將基板形成為具有矩形形狀或非矩形形狀的平板，例如六邊形板。在一些實施例中，傳播基板5由平板或者低曲率面板組成。替代地，基板可以沿一個或兩個軸彎曲成圓柱、球面或橢球面或者截面，或者可以具有其他結構。根據其他特定實施例，大實心角球形和完全圓柱體基板也是可能的，其中基板5的前表面10和後表面15是彎曲而不是平面或平坦的。其他實施例可以提供沿中心裁切的基板5(例如圓環或框形結構)，在內沿和外沿上具有彎曲連接面20。例如，多邊形觸摸傳感器可以在每一個側配置有的反射陣列以及每一個頂點處的換能器。本發明不必局限於標準矩形傳感器幾何形狀。應該注意的是出於該應用的目的，基板不必是單片結構，而是可以是同質或不同質元件的聲學耦合結合(例如，利用Love波，可以使用具有內部材料和外部材料的複合基板，內部材料和外部材料具有不同的密度)。從發射換能器到接收換能器的聲學路徑可以可選地通過作為製造工藝的一部分而結合在一起的基板區域。
基板5用作具有其上可以傳播表面聲波的表面的傳播介質。儘管傳播介質的種類沒有特別地限制，採用其中表面聲波(具體是超聲表面聲波)可以傳播的面板。面板的顯示區域包括可觸摸坐標輸入範圍，並且通常形成為與上述實施例相同的橫向對稱形狀，具體地，線性對稱形狀(具體地，矩形形狀)。根據特定實施例，構建為面板的傳播介質基板5通常具有透明性以使設置在觸摸面板下面的顯示器可見。
優選的，傳播介質是透明的並且是各向同性的。根據各種實施例，對於觸控螢幕或者觸摸監視器或者觸摸計算機型裝置，用於形成基板的適當玻璃包括鹼石灰玻璃；含硼玻璃(例如硼矽酸玻璃)；含鋇、鍶、鋯、鉛玻璃；以及冕玻璃。根據一些實施例，優選透明基板的示例可以是來自Schott的270TM玻璃、來自Asahi玻璃有限公司的PD200玻璃或者具有低損耗表面聲波傳播的任意玻璃，其結果是更好的信號。
對於不能用作觸控螢幕的觸摸傳感器的其他實施例(例如，電白板應用或者觸摸墊)，可以採用具有可接受聲學損耗的其他不透明基板材料，包括但是不局限於鋁和鋼。有利地，可以用具有相對緩慢聲學相位傳播速度的琺瑯來塗覆鋁和一些其他金屬，從而支持在前表面10上具有(相對於水平剪切板波模式)高觸摸靈敏度的Love波。在一定條件下，合適的基板5也可以由低聲學損耗聚合物構成。合適的基板也可以由具有不同類聲學性質的層壓或其他基板形成。層壓可以有利地支持在前表面10上集中的聲波能量的Love波傳播，例如硼矽酸鹽玻璃或者Schott B270TM和鹼石灰玻璃的層壓；或者鋁上的琺瑯。
各種類型的換能器可以用於本發明。換能器是一種將能量從一種形式轉換為另一種形式的物理元件或者元件的集合。這包括在聲學波模式之間的轉換或者在電能和聲學能之間的轉換。形成聲學換能器一部分的聲學發射或感應結構典型地是壓電元件，但是不局限於此。例如，電聲換能器、光聲換能器、磁聲換能器、聲聲換能器(將一種聲波模式轉換為另一種聲波模式)以及熱聲換能器可用並且可以被使用。優選地，可以將超聲楔形換能器設置在後表面15上，用於發射和接收Rayleigh波或者Love波。諸如梳狀電極換能器之類的壓電換能器可以用於一些實施例中以通過安裝在基板5的後表面15上形成的陶瓷元件或者金屬電極的平坦表面來聲學地耦合至後表面15，所述梳狀電極換能器由具有在表面上形成的導體的矩形稜鏡壓電陶瓷構成。所選擇的換能器應該發射足夠數量的表面聲波，足以檢測到接收的波以及與具體尺寸的具體基板上的觸摸相關聯的微擾，並且探知坐標數據。
反射元件的陣列40具有矩形間隔或間隔增量，可以衍射或者散射表面聲波。已知的Adler型觸摸傳感器設計採用反射陣列來按照預定的角度相干地反射聲波，其中入射角等於反射角。反射陣列元件通常形成為彼此平行，並且反射構件或每一個反射陣列元件的角度通常與X-軸或Y-軸近似45°，以便沿X-軸和Y-軸傳播表面聲波，例如Rayleigh型波。根據本發明，後表面15上的反射陣列40具有反射元件，所述反射元件形成為當從發射換能器發送這些波時，將聲波朝著彎曲連接面20外面導引；以及收集來自彎曲連接面20朝著接收換能器的表面聲波。如從合併在此作為參考的美國專利5,591,945中已知，反射陣列元件也可以按照其他角度傾斜以產生用於觸控螢幕的非矩形波徑，或者以在入射波和反射波(例如準Rayleigh波到Love波)之間實現模式轉換。
可以按照多種方式形成反射陣列，例如金屬基板的印刷、刻蝕、衝壓或者用於聚合物基板的鑄模整形。已知的反射陣列通常由絲網印刷到鹼石灰玻璃片或者其他基底材料上的玻璃粉構成，通過懸浮工藝形成，並且在爐中固化以形成升高的玻璃遮斷物的回紋狀表面。這些遮斷物典型地具有在聲學波長的1％量級的高度或深度，因此只會部分地反射聲學能量。為了在接收換能器處提供相等的聲學功率，可以隨著與發射換能器的距離增加而減小反射元件的間距，或者可以更改反射元件的聲學透射率和反射率的平衡，允許隨著與發射換能器的距離增加而增大反射率。由於將觸摸傳感器通常放置於顯示裝置的前表面，並且由於反射陣列通常是光學可見的，通常將反射陣列放置於所述基板前表面的外圍、額定觸摸區域的外部，並且在邊框下面隱藏和保護。然而，利用本發明，反射陣列40形成於基板5的後表面15上，而基板5的前表面10不需要在其外圍有任何保護邊框。
參考圖2(a)和2(b)，本發明的一個特定實施例提供了一種Adler型觸控螢幕系統，其採用換能器35來將壓電元件耦合至基板中的感測波。因此，觸摸傳感器1提供了一種坐標輸入裝置系統，包括具有橫向對稱顯示區域的基板5，表面聲波可以在基板上傳播。像典型的四換能器Adler系統那樣，分別針對X軸和Y軸提供兩對換能器35，但是代替位於前表面10上，換能器35位於基板35的後表面15上。具體地，發射換能器35a放置於Y軸發射區域中，以及發射換能器35b放置於X軸發射區域中，其中發射區域位於基板5的後表面15上。放置於與後表面15上的Y軸反射區域相對的Y軸接收區域中的接收換能器35c用於檢測在前表面10上的觸摸的Y坐標。放置於與後表面15上的X軸發射區域相對的X軸接收區域中的接收換能器35d用於檢測前表面10上的觸摸的X坐標。也就是說，發射換能器35a和接收換能器35c用於檢測Y坐標的觸摸位置，而發射換能器35b和接收換能器35d用於檢測X坐標的觸摸位置。每一個換能器35可以對稱地發射或接收聲波。將兩個換能器對按照直角設置以定義坐標系統。
觸摸傳感器還包括一對Y軸反射陣列40a和40b以及一對X軸反射陣列40c和40d，代替位於前表面10上，反射陣列40位於基板50的後表面15上。通常，表面聲波從發射換能器沿其上在面板邊緣附近設置了反射陣列的軸傳播。可選地，聲學波導效應可以用於減小反射陣列的寬度。反射陣列的元件每一個均將聲波的一部分與穿過面板傳播的感測波相耦合，並且向陣列中的相鄰元件透射一部分，從而將來自整個觸敏區域的色散感測波耦合到窄的聲學波束，所述窄的聲學波束耦合至換能器。通常，系統通過發射聲波換能器35發射脈衝形式的短時間超聲波信號，並且接收陣列40對所發射的信號從彎曲連接面20周圍的後表面15向外分散、穿過具有額定觸摸區域13的前表面、在相對的彎曲連接面20周圍向內分散回後表面15、並且通過反射陣列40至接收聲波換能器35。反射陣列40a和40c用作聲波分散器，而反射陣列40b和40d用作聲波收集器。系統控制器以時間為基準分析接收的信號，以檢測在前表面上的額定觸摸區域13內的觸摸(發生在圖2(a)所述的傳播路徑交叉的地方)所表示的坐標。圖2(a)和圖2(b)的特定實施例提供了使用表面聲波的XY觸摸傳感器。
具體地，表面聲波從發射換能器35a沿負(-)Y軸方向傳播，沿負Y軸在基板5的後表面外圍邊緣附近設置了反射陣列40a。如對圖2(a)和圖2(b)中的感測波傳播路徑加以表示的實線箭頭所示，反射陣列40a的元件每一個均將聲波的一部分與感測波相耦合或者反射：從反射陣列40a沿著負(-)X軸方向朝著基板的最近連接面20向外傳播並且在其周圍傳播、沿正(+)X軸方向穿過前表面傳播、沿負(-)X軸方向朝著後表面15上的反射陣列40b的相對彎曲連接面20傳播並且在其周圍傳播、並且沿正(+)X軸方向沿著反射陣列40b傳播至接收換能器35c。反射陣列40a和40b的元件還分別將聲波的一部分發射至陣列40a和40b的相鄰元件。類似地，表面聲波從發射換能器35b沿負(-)X軸方向傳播，沿負Y軸將反射陣列40c設置在基板5的後表面15的外圍邊緣附近。如對圖2(a)和2(b)中的感測波傳播路徑加以表示的由實線箭頭所示，反射陣列40c的元件每一個均將聲波的一部分與感測波相耦合或者反射：從反射陣列40c沿著負(-)Y軸方向朝著基板的最近連接面20向外傳播並且在其周圍傳播、沿正(+)Y軸方向穿過前表面傳播、沿負(-)Y軸方向朝著後表面15上的反射陣列40d的相對彎曲連接面20傳播並且在其周圍傳播、並且沿正(+)X軸方向沿著反射陣列40Db傳播至接收換能器35c。
結合圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)更加詳細地描述彎曲連接面20周圍的表面聲波的傳播，圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)是根據本發明各種特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的不同彎曲的邊緣連接面的部分截面圖。合併在此作為參考的美國專利6,567,077描述了一種傳播介質基板的斜切或鉸接端或角面(聲波方向改變部分)，使得聲波可以轉向並且從傳播介質的前表面傳播至後表面，或者通過斜切部分從傳播介質的後表面傳播至前表面。如在美國專利6,567,077的圖1和圖2中所示，在球形傳播介質上傳播的表面聲波等與通過對沿包括球形中心在內的平面裁切球形得到的界面的輪廓相對應，並且在這種柱形傳播介質的表面上傳播的這種波在傳播介質的表面上螺旋形地傳播。因此，聲波能夠通過傳播介質的彎曲表面幾乎無損耗的傳播來改變方向。美國專利6,567,077的圖3和圖4說明了斜切以形成具有半徑R的半球形截面的傳播介質的修圓外圍邊緣部分。
圖3(a)說明了具有基板5的厚度T一半的半徑R的傳播介質或基板5的修圓部分，與美國專利6,567,077的圖4所示的半球形截面類似。利用具有半徑R的半球形截面，當假設T是五個Rayleigh波波長λ時，傳播介質的修圓部分的長度b等於R，等於T/2。然而，本發明的發明人已經確定半球形截面不是必要的，用於實現在沒有可察覺損耗的情況下改變在穿過傳播介質的彎曲表面傳播的表面聲波的方向。如在圖3(b)中所示，對基板5的頂部和底部尖銳邊緣修圓使得彎曲表面20的相應半徑R是約T/4，其結果是基板5的表面20具有明顯小於針對半球形截面的長度b的長度b。此外，如圖3(c)中所示，即使修改基板5的頂部和底部尖銳邊緣，使得彎曲表面20的相應半徑R是約T/8，其結果是基板5的表面20具有甚至小於圖3(a)和圖3(b)的長度b的長度b。
本發明的發明人已經示出了：當R(或b)漸增地接近T/2(或者對於T＝5λ時的5λ/2)時，彎曲表面20對於表面聲波傳播略微更好；但是當R(或b)漸減地接近T/8並且保持遠大於表面聲波的波長時，觸摸傳感器的邊界區域如所需地變小。因此，進行這些期望和成本因素考慮的折衷，並且對於特定的優選實施例，已經將R選擇為是約T/4至約T/8。應該理解的是，半徑R可以小於T/8，只要存在足夠的接收信號並且滿足其他設計限制。當將鋁類似於玻璃用作表面波傳播的基板時，本發明的發明人對於具有不同邊緣曲率半徑和約3mm厚度(T)的彎曲連接面20的鋁基板執行實驗測量。實驗使用具有約3mm寬的陶瓷壓電元件(在PZT相關壓電陶瓷的族中，並且具有在5.53MHz的基頻諧振)的聲波楔形換能器。激勵發射換能器以發射表面聲波，穿過基板的前表面傳播、朝著的基板的具有半徑R彎曲連接面或者在其周圍傳播、然後傳播穿過基板的後表面來通過接收換能器進行測量。對於向發射換能器施加的5.53MHz頻率的給定激勵電壓，在接收換能器處的接收信號在相關的延遲時間下測量的信號的幅度對於不同的半徑不會可觀地改變，如與圖3(d)(其中半徑R＝T/2)相比較的在圖3(e)(其中半徑R＝T/4)和圖3(f)(其中半徑R＝T/8)中所示的。這些測量示出了在期待的延遲時間(所述期待的接收信號在約17至約25微秒的延遲時間之後到達)下測量的接收信號的幅度對於給定的激勵不會可觀地改變。接收信號任一側上的其他波形只是基於在測試系統中發生基板中的其他非故意和外來波或者模式傳播的假象。
對於具有範圍在約T/4至約T/8的R的彎曲連接面20，本發明的發明人對於鋁傳播材料的實驗提出了對於玻璃傳播基板上的表面聲波傳輸，只有當不存在「扭曲」或急劇傾斜的邊緣時較小的R是可接受的。對於玻璃賣主來說，「修圓邊緣」玻璃基板典型地仍然具有扭曲。如結合美國專利5，739，479的圖9中所示的公式所述，針對單片鹼石灰玻璃基板的斜切表面和有源觸摸表面之間16°的斜切角度θ導致在聲學路徑上明顯小於6dB的信號損耗。對於單片鹼石灰玻璃基板的斜切表面和有源觸摸表面之間25°的斜切角度θ示出了在聲學路徑上約8dB的測量信號損耗。從25°斜切數據的二次外推暗示了對於33度的斜切角度θ的14dB的信號損耗。在特定的實施例中，任何扭曲都應該具有小於約10°的斜切角度θ以對於在整個聲學路徑上具有四個扭曲(對於基板5的相對側上的每一個彎曲部分20均有兩個)而言具有小於3dB的損耗。
可以通過將玻璃研磨成所需輪廓、然後可選地進行拋光以獲得針對特定實施例的所需平滑輪廓來實現玻璃基板的尖銳斜切邊緣的修圓。根據一些實施例，可以最小化或者避免包括例如圖3(g)所示臺階16在內的扭曲。當使用具有所需半徑R的研磨工具17(示出了其截面)並且基板5在與工具17對齊時具有偏移和/或在不同基板5的厚度之間存在變化時，可以產生這種扭曲或臺階。根據一些實施例，可以最小化或者避免在觸摸基板邊緣上的這種扭曲或者尖銳的斜切邊緣，其可能不希望地產生聲波寄生信號。寄生信號(例如可以源自於表面聲波和板波或者其他波模式之間的轉換)可能不希望地導致觸摸傳感器似乎檢測到並非真實觸摸的「幽靈」觸摸、或者測量到失真的坐標，並且根據這些特定實施例應該最小化這些寄生效應。在圖3(g)中，將配置有例如R＝T/3的研磨工具17用於傳統的計算機數字控制(「CNC」)研磨機器。甚至當(由於所述偏移或者基板厚度變化產生的)所述臺階在大約是表面聲波波長量級時，臺階16也導致了不希望的寄生信號(來自於板波)。為了對於基板厚度中的這種變化和/或基板與所使用的研磨工具之間的偏移提供更好的容差，可以使用如圖3(h)所示的改進研磨工具18，所述改進的研磨工具18具有例如R＝T/6和具有圓錐角d的寬口，在一些實施例中圓錐角的範圍在約10至12°之間，在其他特定實施例中是具有約3至5°圓錐角的R＝T/3的寬口。圖3(h)示出了當基板5沒有與工具偏移而是按照所需對準時使用工具18製造的基板5的彎曲邊緣輪廓；圖3(i)示出了當基板5與工具18偏移時使用具有R＝T/6的工具18製造的基板5的彎曲邊緣輪廓；以及圖3(j)示出了基板5與工具17』偏移時，使用研磨工具17』(與圖3(g)所示的工具17類似，但是例如R＝T/3、具有角度α的圓錐開口)製造的基板5的彎曲邊緣輪廓。儘管對於其中頻率是約5.53MHz的特定實施例，對於約3mm的基板厚度使用具有4°圓錐角和R＝T/3的研磨工具是最理想的(但是對於相同基板厚度具有12°圓錐角和R＝T/6的研磨工具具有不希望的寄生效應)，許多因素影響寄生信號的強度和可接受電平，因此對於一些應用使用12°圓錐角和R＝T/6的研磨工具是可接受的。依賴於實現的對準或者現有的容差，基板5的前表面10和後表面15經由可以包括平坦部分的至少一個彎曲連接面相耦合，例如所述彎曲連接面位於前表面10和後表面15之間(根據特定的實施例，所述平坦部分和所述前表面10之間的角度小於5°)、在兩個相應的彎曲部分之間和/或在後表面15和彎曲部分之間(根據特定的實施例，在所述平坦部分和所述前表面10之間的角度小於5°)。當然，所示示例可以與具有特定基板厚度的相同基板具有一些製造厚度變動時的情況類似。如上所述的邊緣可以可選地進行拋光以平滑。根據其他實施例，對基板的尖銳邊緣進行修圓的其他方法可以包括塑性鑄模、玻璃鑄模或者鋁鑄模。
應該理解，彎曲連接面20可以是諸如圖3(a)-3(c)或圖3(h)-3(j)所示的各種截面輪廓，並且所述彎曲連接面20包括半徑R的至少一個彎曲部分。圖3(b)-3(c)說明了具有通過直線部分耦合的兩個對稱彎曲部分(每一個均具有相同的半徑)的彎曲連接面20的示例，但是利用本發明的其他實施例，彎曲連接面20可以具有通過直線部分耦合的兩個不對稱彎曲的部分(具有不同的R值)。圖3(h)-(j)是如上所述根據另外特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板的不同配置的彎曲連接面的部分截面圖。當然，圖3(a)-3(c)和3(h)-3(j)中的視圖並非是窮舉的，而是提供基板彎曲邊緣輪廓的示例。另外，圖3(g)、3(h)等中的半徑R可以由圓弧的半逕到與連續變化曲率曲線的正切圓的最小半徑來概括得到。以上已經假設觸摸基板厚度T是約5個Rayleigh波波長λ，因為其在大多數商用產品設計中是典型的，使得可以將諸如R＝T/3之類的表達式重新表達為R＝5λ/3。類似地，可以將表達式R＝T/6重新表達為R＝5λ/6。當然，可以針對不同於5個銳利波長的基板厚度來修改所述表達式。例如，對於5.4λ厚的玻璃的R＝T/2的邊緣修圓半徑已經觀察到了良好的寄生效應抑制效應。對於5.4λ厚的玻璃，也可以將這種邊緣修圓半徑表達為R＝2.7λ。儘管對於聲學原因沒有要求，市場對於更厚(且淬火的)玻璃基板構建的SAW觸控螢幕感興趣，例如具有約11λ厚的玻璃的Tyco Electronics的Secure TouchTM產品；可以利用良好寄生波抑制效應的半徑R＝2.7λ的修圓邊緣來實現這些產品的無框變體。
圖4是根據本發明的各種特定實施例的聲學觸摸傳感器裝置50(也稱作觸摸裝置50)的簡化截面圖，所述觸摸裝置可以是觸摸監視器、觸摸計算機、觸摸視頻顯示器或信號指示器或者觸摸移動裝置。與圖1的觸摸傳感器1類似，觸摸裝置50包括基板5，基板5具有前表面、後表面15以及將前表面和後表面15的外圍區域14接合在一起的彎曲表面20。前表面10具有額定觸摸區域13，前表面的內部部分，在所述額定觸摸區上物體30產生接觸以根據與後表面15耦合的顯示器25(如圖4所示)上顯示的圖形用戶界面來提供輸入。根據特定實施例，顯示器25可以可選地結合到後表面15，但是在其他實施例中顯示器25不接觸後表面15，而只是設置在基板5的下面並且通過外殼55和粘合劑相對於基板5保持穩定。圖4還示出了包括作為盒體69的觸摸控制器(如下面詳細描述的)在內的電子裝置，所述盒體具有與布線和/或纜線(未示出)相連的引線。將額定觸摸區域13定義為圖2(a)中虛線內的那部分前表面10，並且外圍區域14是額定觸摸區域13外部的那部分前表面10。對象30在圖4中可以看出是手指，但是應該理解的是根據一些特定實施例，由聲波感測的觸摸可以包括直接或者間接通過蓋板(將所述蓋板設置為覆蓋用於聲學感測波傳播路徑的基板5的那些表面)或者抗反射塗層按壓抵靠在前表面上的筆。
根據特定實施例的本發明的觸摸方面的一般結構和操作與結合圖1、2(a)和2(b)如上所述的那些類似，現在將描述其差異。
根據這一特定實施例，聲學換能器35和反射元件陣列40經由聲學良性層60耦合至後表面15。出於描述的目的，「聲學良性」材料是一種傳播表面聲波而不會迅速衰減的的料，優選地只對於表面聲波速度導產生微小變化，以便容易製造控制所述波的速度，而不論其材料厚度的部分變化。根據一些特定實施例，聲學良性層60優選是不透明的，能夠與基板5結合，並且用作其上形成的換能器35和反射陣列40的合適處理表面。例如，將楔形換能器35結合到層60上，並且用玻璃料在層60上形成反射陣列40。在一些實施例中，層60可以是在基板5的後表面15上的黑色無機材料(例如絲網印刷、塗漆、濺射或者另外塗覆的墨水或者顏料)的薄膜。
根據特定實施例，聲學良性層60可以是由陶瓷樹脂或者瓷質琺瑯型材料構成的無機黑漆。層60的示例可以包括二氧化鈦(TiO2)或矽石(SiO2)，為了彩色在一些實施例中可以將二氧化鈦(TiO2)或矽石(SiO2)與鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)或者錳(Mn)進行組合。一定的高熱組塗料配方可以適用於用作聲學良性層60，例如RustOleumTM高熱超級漆或者FerroTM的玻璃塗料1597。在其他實施例中，層60可以是白色或者其他顏色。層60可以提供引人注意或者充滿活力的視覺外觀，同時通過基板5隱藏了換能器35和陣列40。層60也可以具有在圖案中使用的複合顏色、其他裝飾特徵和/或有用的特徵，以表示根據本發明特定實施例的邊緣感應觸摸功能輸入。在一些實施例中，聲學良性層60可以是半透明的，使得可以將光源(例如發光二極體)設置在後表面15後面以當激活時通過半透明層40來照明。當然在一些實施例中，如果尋求更多工業或者技術上的外觀，可能不需要隱藏換能器35和陣列40，其中箱體層60可以是透明的，根本不會使用箱體層(例如圖1所示)，或者只在後表面15的外圍區域14的一部分上使用箱體層。
根據本發明的特定實施例，當設置在後表面15和換能器35以及陣列40之間時，層60通過基板5可見(並且對於其中層60不透明的實施例，遮蔽觀看到換能器35和陣列40)，因此向用戶展示了框架額定觸摸區域13(在圖5的虛線內示出，圖5是聲學觸摸傳感器50的簡化分解透視圖)。根據特定實施例，觸摸傳感器50是矩形形狀的觸摸裝置，所述觸摸裝置集成了面向後表面15的顯示器25，使得所述顯示器通過基板5是可見的。在一些實施例中，甚至可以將薄層60塗覆於基板5的前表面的外圍區域14。
應該控制層60的厚度，使得將由層60產生的信號衰減和與其不透明性相關的任意裝飾目的進行平衡。如圖13所示，通過層60的塗覆厚度來影響在用於觸摸傳感器的層60的區域中傳播的表面聲波的波速(或者更精確地與波包的群速度相反的波前的相速度)。對於可以在與玻璃基板兼容的溫度下燒結的許多材料，比在玻璃中的聲音速度更慢。在這種情況下，隨著傳播通過層60的表面聲波功率的部分增加而減小了波速vSAW(即，層60的厚度導致了較慢的波傳播)。如果層60的材料具有比基板5的材料更快的聲音傳播速度，那麼隨著傳播通過層60的表面聲波功率的部分增加而增加了波速vSAW(即，層60的厚度導致較快的波傳播)。從波速vSAW的製造工藝的方面來說，層60的理想材料將導致波速沒有變化，因此波速不會隨著層60的厚度而變化。對於用於產生圖13的數據的層60的材料，還觀察到了當層60的厚度對於這些頻率是大於50微米時發生非常強烈的衰減。對於其中頻率是約5.53MHz並且基板是B270玻璃的特定實施例，發現範圍在約15-21微米之間或者優選地12-20微米的層60的厚度是可接受的厚度，當使用Ferro黑墨水24-8328用於層60時，所述可接受厚度對低的波衰減和整潔的裝飾外觀(不具有可察覺的半透明性的高不透明性)的需求進行了均衡。可以存在其他的墨水產品，其具有較高的光學密度，使得能夠利用薄塗層實現整潔的裝飾外觀，這對於考慮聲學設計因素是需要的，因為可以減小聲學衰減並且減小了波速的變化。
觸摸裝置50包括外殼55，其包含並且保護顯示器25、層60、換能器35、反射元件陣列40以及裝置的其他部件，例如處理器、控制器、連接器和其他無源或有源電子或者對於所述裝置的操作所需要的部件。為了簡化起見，沒有示出這些其他部件。
根據本發明的觸摸傳感器系統或者裝置典型地採用電子控制系統(附圖中未示出)，其產生聲波並且確定對觸摸位置或坐標加以表示的微擾。所述電子控制進而與計算機系統(附圖中未示出)交互，例如個人計算機、嵌入式系統、作為人界面裝置的亭子或用戶終端。因此，所述計算機系統可以是任意合適類型的，例如可以包括顯示器25、音頻輸入和/或輸出能力、鍵盤、電子照相機、其他定點輸入裝置等。計算系統使用定製軟體來操作，但是更典型地使用諸如微軟視窗(例如視窗3.1、3.11、7、WFW、CE、NT、95、98等或者符合Windows Application Program Interface或API的集合、子集或超集得其他作業系統)、MAC作業系統、UNIX變體等之類的標準作業系統。因此，可以採用觸摸傳感器作為用於圖形用戶界面系統的主要或者次要定點裝置。例如，也可以將觸摸傳感器控制器和計算機系統集成到嵌入式系統中。
根據所述特定實施例，外殼55與基板5耦合併且可以通過一些合適的手段在外圍65處環境地密封，所述合適的手段例如是閉孔泡沫塑料帶、具有刮片截面的軟橡膠襯墊以及RTV矽樹脂或環氧樹脂的窄粘合結合、或者其他材料以及聲學良性的接觸寬度。因此，外圍65處的密封配置用於允許足夠的聲波能量穿透觸摸傳感器操作，同時保護陣列40和換能器35以及顯示器25和外殼55內的其他部件/引線/部件免受沾汙。在一些實施例中，除了外圍65處的密封之外，基板5可以具有在一定位置處連接的柱(未示出，例如在後表面15上的角部附近)，以附著到外殼55。在一些其他實施例中，例如下面對於圖6(a)和6(b)以及6(c)所述，可以經由諸如子框之類的其他硬體將基板5接合和/或結合到外殼55。
根據特定的實施例，基板5可以是約3mm厚的退火玻璃、熱淬火或者化學強化玻璃的片。額定觸摸區域13位於基板5的前表面10內。根據特定實施例，不存在平坦基板前表面10的中斷，並且不使用或者不需要其上的邊框。具體地，需要注意的是在基板5的前表面10上不存在反射陣列或者換能器部件。
根據特定實施例，在基板5的額定觸摸區域13的後面，將顯示器25在結合區域中利用合適的結合材料光學地結合到基板5的後表面15。光學結合材料是聲學吸收的光學透明結合材料，例如3MTM的光學清潔粘合劑8171。光學結合材料是與基板5緊密機械接觸的固體材料，因此聲學地吸收後表面15上的任意不需要的板波和/或表面聲波路徑，否則其將在反射陣列40的相對的配對之間傳播。例如，顯示器25可以是液晶顯示器(LCD)、有機發光器件(OLED)顯示器、電泳顯示器(EPD)、真空螢光管、陰極射線管或者其他顯示器。替代地，顯示器25可以是光學地結合至基板5的背投屏幕。在一些實施例中，將顯示器25可選地耦合至用於附著至外殼55的機械支架67。在其他實施例中，顯示器25可以不是光學地結合至基板5，而是使用機械支架67。在另外的實施例中，例如以下針對圖6(a)-6(c)所述，顯示器25可以經由諸如子框或者諸如針對圖6(d)-6(h)所述的其他硬體接合和/或結合至外殼55。對於其中不使用光學結合材料的實施例，仍然需要塗覆光學透明且聲學吸收材料，例如在基板5的後表面15上的額定觸摸區域13後面通過粘附抗碎材料或者通過絲網印刷塗覆薄透明聚合物層，使得最小化或者避免由相對配對的反射陣列40之間的不需要的板波或者表面聲波引起的寄生信號。
在基板5的後表面15上，按照與圖2(a)和2(b)所示的系統類似的結構來設置四個反射元件陣列40和四個Rayleigh波楔形換能器35。注意：在顯示器25光學地耦合至基板後表面15的實施例中，通過聲學地吸收顯示器25的光學結合材料阻礙了在後表面15上在反射陣列40的配對之間的任意不需要的聲學路徑。
根據特定實施例，圖6(a)說明了用於無框聲學觸摸傳感器裝置的角部結構和安裝方案的部分截面圖，圖6(b)是根據本發明特定實施例的用於無框聲學觸摸傳感器裝置的角部結構和安裝方案的部分平面圖。如圖6(a)和圖6(b)中所示的，包括設置在基板5下面的子框或者凸緣110在內的外殼55包封了觸摸傳感器裝置50的各種部件。根據裝置用戶的未放大透視圖，凸緣110的外部部分的整個頂部表面117可以表現為與基板5的後表面接觸。然而，凸緣110的外部部分的頂部表面117實際上表面15分離，其間具有空氣隙，除了在凸緣110的表面117上形成的突出部119的位置之外。突出部119用作基板5的後表面和凸緣110之間的隔板。根據特定實施例，突出部高度上在10微米的量級，並且那些接觸面積不足以導致任意適當的表面聲波吸收，如果凸緣110的表面117實際上與後表面15接觸時引起所述表面聲波吸收。在一些實施例中，表面15和頂部表面117之間的空氣隙可以設置在聲學良性周界密封劑中，例如閉孔泡沫塑料帶或者具有刮片截面的軟橡膠襯墊，以便防止汙染物或者液體進入外殼55並且可能損壞其中的顯示器25或者電子部件。
提供沿圖6(b)所示的線A-A獲得的截面視圖，圖6(a)演示了外圍顯示器結合層115，外圍顯示器結合層115將顯示器25固定到外殼55的凸緣110；以及外圍基板結合層120，外圍基板結合層120將觸摸基板5固定到外殼55的凸緣110。根據特定的實施例，外殼55的凸緣110具有用於容納換能器25的尺寸的圖案，換能器經由聲學良性層60(未示出)或者直接地與後表面15耦合。外圍顯示器結合層115可以是雙面膠帶、環氧樹脂或者用於提供可靠機械結合的任意其他裝置。理想地，結合層120的材料是聲學吸收的，並且典型地是用作機械或者結構可靠的粘合劑。在特定的實施例中，四毫米寬的雙面膠帶可以足以用作結合層115和/或120。根據特定的實施例，在圖6(b)的虛線中示出了兩個反射陣列40，以說明它們相對於換能器35的位置。利用這種安裝結構，由於突出部119，陣列40不與凸緣110接觸。注意：在該實施例中通過外圍基板結合層120阻礙了將在相對配對的反射陣列40之間的後表面15上傳播的任意非故意聲波路徑。
圖6(c)演示了根據另一個特定實施例的用於無框聲學觸摸傳感器的另一個角部結構和安裝方案的部分截面圖。圖6(c)並沒有示出沿圖6(b)的A-A』線的截面，而是示出了根據該特定實施例的類似區域中的截面，其中將換能器35設置在比圖6(b)的實施例中所示的更高的角部位置中的基板5後面。與圖6(a)所示的實施例類似，包括設置的子框或者凸緣110在內的外殼55包封了觸摸傳感器裝置50的各種部件。在該實施例中，示出了將聲學良性層60設置在基板5的後表面15與換能器35和反射陣列40之間。將聲學良性周界密封劑121設置在層60和凸緣110之間，以提供防止汙染物或液體進入外殼55並且可能損壞其中的顯示器25或者電子部件的障礙物。對於特定實施例，密封劑121可以是閉孔泡沫塑料帶(例如VolaraTM泡沫塑料)或者具有刮片截面的橡膠襯墊。顯示器25具有如上所述的經由結合層115設置在其上的託架123。託架123通過結合層120經由聲學良性層60與基板5相耦合。可選地可以耦合至外殼55以提供基板5的附加固定安裝的託架123將用於觸摸傳感器和/或顯示器25的任意纜線或者布線124(由虛線圓表示)與反射陣列40物理地(和/或電學地和/或聲學地)隔離。託架123可以是框狀結構，由金屬材料構成，具有使得例如可以通過所述圖案和摺疊下部託架123提供楔形換能器35及其相關聯布線的圖案(未示出)。在該實施例中，託架123可以與反射陣列40接觸，但是所述金屬材料具有不會實現足夠接觸的表面以聲學地衰減或者幹擾傳播的表面聲波。包括託架123在內的這種安裝結構實現了令人滿意的與顯示器25的結合，顯示器25具有窄的周圍邊界以及纜線和/或布線124的必要隔離，以將基板5、換能器35、陣列40和顯示器25集成到外殼55內。
圖6(d)是根據一些特定實施例的設置為諸如亭子系統之類的另一個系統一部分的無框聲學觸摸傳感器的正視圖。例如，所述無框聲學觸摸傳感器1可以是較大系統的一部分，例如具有包圍所述聲學觸摸傳感器的框架57的亭子。當然，如果傳感器1作為工作檯面的一部分從背面安裝，框架57可以延伸超過圖6(d)所示的周界。圖6(e)-6(h)示出了從圖6(d)的箭頭B-B』向裡邊看的截面透視片段，並且在這些視圖中沒有示出傳感器1的反射陣列和換能器。
圖6(e)說明了根據特定實施例作為諸如亭子系統之類的較大系統的一部分而嵌入式安裝之前、所示的無框聲學觸摸傳感器的密封方案的部分截面片段透視圖。圖6(f)說明了根據圖6(f)的實施例諸如亭子系統之類的另一個系統的一部分安裝的所示無框聲學觸摸傳感器的安裝方案的部分截面片段透視圖。為了提供對於具有較大系統的框架57的觸摸傳感器1的密封方案的背景，圖6(e)-6(f)示出了具有前表面10和後表面15的觸摸基板5的一部分，其具有在外圍區域14中塗覆的聲學良性層60，具有與後表面15耦合的顯示器25，使得顯示器上的圖像通過區域13中的基板5是可見的。由彈性材料或者其他聲學良性材料製成的襯墊61沿基板5的周界包圍了所述彎曲連接面20並且與其接觸。根據特定實施例，襯墊61可以是擠壓的可固定矽或者剛性橡膠。在安裝之前，襯墊61具有刮片狀截面輪廓，具有突出的頭，所述突出的頭與基板5的彎曲連接面20的上半部分接觸、然後在刀片或者凸緣中向外延伸，並且具有向下的杆狀部分。如在圖6(e)和6(f)中所示，將託架63設置在襯墊61的杆狀部分的右側和層60的外圍部分處的彎曲連接面20的下半部分之間，所述層60塗覆了基板5的下表面15。形成為基板5的外圍周圍的框架，託架63可以由金屬或塑料構成，並且用於控制將襯墊61壓縮抵靠在基板5上。託架63具有雙面膠(未示出)，塗覆以加固至基板5的後表面15。這種粘合劑在後表面15上的換能器和反射陣列內部(朝著顯示器25)。由彈簧鋼或者其他彈簧金屬材料構成的託架71(也稱作彈簧託架)設置在襯墊61的杆狀部分的左側和底部與託架63的至少一部分之間。託架71定位襯墊61抵靠在基板5上，使得施加恆定均勻的壓力。襯墊61、託架71和託架63組合地向基板5提供恆定但是最小的接觸，具有均勻的壓力以提供對於溼氣和環境的良好密封，同時將襯墊與基板5的接觸面積最小化以避免在彎曲連接面20周圍傳播的聲波的過度聲學衰減。經由雙面膠81將附著託架73至少附著至框架託架63。儘管在圖中只部分地示出，應該理解的是也可以將粘合劑81設置在彈簧託架71和託架73的底面之間。通常與框架57相連並且經由通過螺釘與螺母(未示出)之類的傳統緊固件79的狹縫高度可調的託架77設置用於與託架73相連，所述託架具有與託架77重疊的孔或者狹縫。可以將託架73和77的每一個均形成為通常與傳感器1的外圍成比例的託架，和/或可以在沿所述外圍的多個位置中使用多個這些託架。託架73和77可以由金屬構成。
圖6(g)和圖6(h)演示了根據其他特定實施例的無框聲學觸摸裝置的兩個其他密封方案的部分截面片段透視圖，作為諸如亭子系統之類的另一個系統的一部分安裝。這裡不再重複與圖6(e)-6(f)所示相同的圖6(g)-6(h)中所示元件的描述。圖6(g)的實施例與圖6(e)-6(f)所示的實施例類似，不同之處在於：框架57』具有足夠薄的厚度，使得其可以擱在襯墊61的頂部刮片部分上，只暴露出基板5和框架57』之間最小量的襯墊61，例如約1mm的寬度。託架77和73可以利用緊固件79經由適當調節尺寸的隔板83(如果必要)耦合在一起，以便提供觸摸傳感器到框架57』的適當安裝。圖6(h)的實施例也與圖6(e)-6(f)的實施例類似，因為框架57」可以是可變的厚度，不同之處在於：甚至當框架57」的邊緣是粗糙的而不是光面修整的邊緣時，該實施例也是合適的。在圖6(h)的實施例中，可以將襯墊61的刮片部分設置在框架57」的頂部上，以覆蓋其粗糙的邊緣，並且提供良好的密封以及針對其他實施例而討論的其他優勢。
如上所述的圖2(a)和2(b)的特定實施例提供了一種XY表面聲波觸摸傳感器，能夠檢測額定觸摸區域13上以及前表面10上的額定觸摸區域外部的外圍區域14上的觸摸和/或彎曲連接面20上的觸摸。然而，當對於外圍區域14或者彎曲連接面20上進行觸摸時，根據該特定實施例的XY觸摸傳感器可以在只檢測一個位置坐標：X坐標或者是Y坐標。如果只從對於頂部或底部邊緣連接面20或者外圍區域14的頂部或底部部分到觸摸檢測X坐標，或者如果只從側邊緣連接面20或者外圍部分14的側面部分的觸摸檢測Y坐標，需要另一個坐標或者位置數據來解決觸摸哪個區域(頂部、底部、右或者左)的不確定性。當根據本發明提供邊緣感應觸摸功能時，可以根據下面描述的不同實施例按照多種方式進行這種解決方案。這裡為了描述的目的，「邊緣感應觸摸功能」是指基於檢測外圍區域14和/或彎曲連接面20的觸摸的交互觸摸功能。
圖7是根據本發明特定實施例諸如觸摸監視器之類的無框聲學觸摸傳感裝置50的透視圖，具有在放大的右下角視圖中所示的邊緣感應觸摸功能。圖7包括結合圖1的觸摸傳感器1和圖4的觸摸傳感器50已經討論的各種元件，這裡將不再描述那些元件。當然，應該理解的是，如果不是將聲學觸摸傳感器集成到監視器，而是代替地集成到便攜觸摸裝置的計算機，則不需要監視器架90。如提供了觸摸傳感器裝置50的放大角部視圖的圖7所示，示出了將基板5的前表面和彎曲連接面20a和20b與外殼55相耦合。前表面包括設置在顯示器25上的外圍區域14(示出為限定(虛線內的)額定觸摸區域13的虛線外部)。
可以通過確定在外圍區域14的適當部分上或者在彎曲連接面20上的觸摸來檢測特定邊緣感測觸摸功能。可以通過確定出現手勢來檢測其他邊緣觸摸感應觸摸功能。利用手勢，當識別一部分外圍區域14上或者彎曲連接面20上的初始觸摸時，則觀察在接收的表面聲波信號中微擾是否具有隨著連續掃描增加或者隨著連續掃描減小的時延，作為觸摸是某個手勢的訊號，例如滑動或者揮擊運動。利用手勢，連續觸摸的位置的絕對坐標可能不太重要，只要在適當的邊緣感應觸摸功能區域中檢測到初始觸摸之後發生隨時間的增加或減小。
根據特定實施例，外圍區域14可以具有不同的圖標或者印刷按鈕，例如在該示例中所示的盒體95、盒體97、圖標101和/或圖標103，將其設置為層60(根據各種實施例，可以將層60設置在基板5的後表面15或者前表面)的一部分。因為聲學良性層60可以是不透明的，並且使用包括黑色、白色和/或其他顏色在內的顏色的組合，可以定製對外圍區域14上的按鈕或者其他邊緣觸摸感應功能加以指定的具體圖標或者盒體。因此，在外圍區域14的適當部分中檢測到的觸摸將導致指定的功能動作，如通過系統控制軟體和/或固件映射的。替代地或者附加地，在彎曲連接面20a和/或20b上檢測的觸摸可以用於導致所述指定的功能動作。在使用連接表面20的邊緣觸摸檢測能力的情況下，表面20本身可以在其上具有薄的材料層(與層60類似)以指定適當的邊緣感應觸摸功能，或者靠近連接表面20的相關部分的外殼55可以具有諸如向上箭頭105或向下箭頭107之類的印刷圖標，以分別表示裝置音量的所需增加或降低、顯示器亮度、顯示器對比度或者其他指定或者可配置的邊緣感應功能。可以按照滑動動作觸摸箭頭105和107附近的那部分表面20，以提供所述裝置的滑動控制。
可以向按鈕95或97分配預定的功能(例如開/關，從休眠模式喚醒，或者其他操作)，或者可以通過用戶或裝置50的製造商使用配置軟體來配置這種功能，以將特定的觸摸區域映射為特定的功能。作為另一個示例，可以對外圍區域14上的圖標101(表示為用於顯示器亮度調節的太陽)進行觸摸以指示所述裝置控制器：可以滑動地觸摸彎曲連接面20的鄰近部分以增加或者降低顯示器亮度。作為另外的示例，可以對外圍區域14上的圖標103(表示為用於顯示器對比度調節的半暗的圓圈)以指示所述裝置控制器：可以滑動地觸摸彎曲連接面20的鄰近部分以增加或者降低顯示器對比度。很明顯可以類似地提供麥克風圖標以實現音量控制。替代地，箭頭105和107可以配置用於引起兩手指觸摸來在顯示器25上縮小或者放大圖像、在顯示器25上滾動圖像等等。
儘管在圖7所示的示例中在裝置50的一個角部處示出了各種圖標和按鈕，應該理解的是所述圖標或按鈕之一、全部或者組合可以用於邊緣感應觸摸功能。例如，對於一些實施例，不需要具有向上箭頭105和向下箭頭107兩者，一個就足夠了。另外，可以通過本發明的邊緣感應觸摸功能特徵來實現與上述不同的許多不同邊緣感應觸摸功能。應該理解的是儘管圖7說明了20b和區域14b位於裝置50的右側(因為圖7用於提供邊緣感應觸摸功能的示例類型)，圖11(a)-11(d)中所示的區域14b位於裝置50的左側上。然而，依賴於特定的實施例，圖7的表面20b和區域14b可以位於裝置50的右側或左側。也就是說，通過使用根據本發明的不同特定實施例，邊緣感應觸摸功能的位置可用於外圍區域14和/或表面20的頂部、底部、右側或左側的任一個、或者其任意組合。
現在描述具有結合圖2(a)和2(b)如上所述的類似操作的各種其他特定實施例，用於檢測額定觸摸區域13上的觸摸的X-Y坐標，並且這裡將不再重複其描述。當根據本發明提供邊緣感應觸摸功能時，將要描述的這些實施例的各個方面關注於提供另一個坐標或附加位置數據來解決觸摸區域的不確定性(頂部、底部、左或右)。
圖8(a)和8(b)分別是根據本發明特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板5的正視圖和後視圖。圖9(a)和圖9(b)分別是根據另一個特定實施例的另一個聲學觸摸傳感器的基板5的正視圖和後視圖。圖10(a)和圖10(b)分別是根據另一個特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板5的正視圖和後視圖。作為圖2(a)和2(b)的情況，圖8(a)、9(a)和10(a)中的換能器35以虛線示出以相對於圖8(b)、9(b)和10(b)提供參考框架，圖8(b)、9(b)和10(b)是聲學觸摸傳感器的後表面15的平面圖，其中以實線示出了換能器35。為了提供參考的另一框架和相關的X-Y坐標軸，在圖8(a)、8(b)、9(a)、9(b)、10(a)和10(b)中示出了U-坐標軸。所述U坐標是在與X和Y相同平面但是沿傾斜方向的坐標。測量觸摸的X、Y和U坐標提供了在位置測量時的冗餘度，高性能雙觸摸或多個同時觸摸應用需要所述冗餘度。如下面將討論的，U坐標測量能力的添加提供了對於無框聲學觸摸裝置的附加益處。
圖8(a)和圖8(b)分別是根據本發明特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板5的正視圖和後視圖。圖8(a)和8(b)的實施例與針對圖2(a)和2(b)如上所述的實施例類似地構建，並且與用於檢測額定觸摸區域13中的觸摸類似地操作。將描述圖8(a)和8(b)的特定實施例的附加方面。在該特定實施例中，與圖2(a)和2(b)的實施例不同，將四個分束器75設置在基板5的前表面上。因此，圖8(a)和8(b)的特定實施例使用U-坐標軸來提供XYU表面聲波觸摸傳感器，能夠可靠地檢測額定觸摸區域13上、前表面上的額定觸摸區域13外部的外圍區域14上的多個觸摸和/或彎曲連接面20上的觸摸。可以在外圍區域14和/或彎曲連接面20上實現邊緣感應觸摸功能。
如圖8(a)和8(b)所示，分束器75偏斜沿與U坐標軸垂直的方向的入射表面聲波束的一部分，同時讓其他部分不偏斜。例如，可以通過絲網印刷玻璃漿或者複合聚合物材料墨水、或者替代地通過刻蝕凹槽來在基板5的前表面上製造分束器75。每一個分束器75具有多個反射元件，反射元件可以是平行反射器段，將平行反射器段相對於垂直方向旋轉預定的角度(對於預定縱橫比的系統，例如4∶3的縱橫比)，並且沿所述分束器的軸間隔開，具有表面聲波波長除以90°差異的正弦的中心-中心間距和限定的角度。所述頂部和底部分束器75b和75c的傾斜元件具有第一傾斜角度，而側面分束器75a和75d的傾斜元件具有第二傾斜角度(與第一限定角度不同)。按照相對於分束器的軸的預定角度相干地檢測所述分束器傾斜元件上入射的聲波，其中反射角度等於入射角度。應該理解的是依賴於基板尺寸的幾何性質以及縱橫比，可以針對其他實施例改變所述分束器的傾斜元件角度，並且可以結合美國專利申請公開2008/0266266A1的至少圖4-6可以發現這種聲波分束器有關的另外細節，將其全部合併在此作為參考。與分束器75a和75d的反射元件的預定角度垂直的角度定義了U坐標軸。
應該注意的是：在基板5的前表面10上具有暴露的分束器75的一些特定實施例可能是裝飾上不需要的，並且可能導致耐用性或磨損問題。如果使用鉛基陶瓷漿，也存在通過諸如酸性軟飲料之類的酸溶解所述分束器75的暴露漿液、並且可能將用戶暴露到鉛汙染中的風險。如果分束器75由鉛基漿液製造，希望將其用密封劑覆蓋。替代地，可以使用無鉛基材料，包括合成聚合物墨水或者非鉛基高固化溫度材料漿液和腐蝕的凹槽，可選地用漿液或其他材料回填腐蝕的凹槽。
在操作中，通過陣列40a將從發射換能器35a反射的那部分表面聲波在彎曲連接面20周圍傳播併入射到分束器75a，獲得了沿恆定坐標U的線路的部分傾斜(U1束)，同時未傾斜的部分如前所述地前進以檢測觸摸的Y軸坐標。如通過對圖8(a)和8(b)中的U感測波傳播路徑加以表示的虛線箭頭所示，U1束的部分傾斜部分沿前表面10上的恆定坐標的線路傳播，並且入射到分束器75b上，所述分束器75b使彎曲連接面20周圍的那部分束朝著後表面15傾斜，其中反射陣列40d將所述束部分反射至接收換能器35d。因此，除了用作X-坐標信號接收換能器之外，接收換能器35d還作為U1-信號接收換能器。U1信號測量針對所述觸摸區域的一部分的U坐標。
類似地，通過陣列40c將從發射換能器35b反射的那部分表面聲波在彎曲連接面20周圍傳播、入射到分束器75c，獲得了沿恆定坐標U的線路的部分傾斜(U2束)，同時未傾斜的部分如前所述地前進以檢測觸摸的X軸坐標。如通過對圖8(a)和8(b)中的U感測波傳播路徑加以表示的虛線箭頭所示，U2束的部分傾斜部分沿前表面10上的恆定坐標的線路傳播，並且入射到分束器75b上，分束器75b使彎曲連接面20周圍的那部分束朝著後表面15傾斜，其中反射陣列40b將所述束部分反射至接收換能器35c。因此，除了用作Y-坐標信號接收換能器之外，接收換能器35c還作為U2-信號接收換能器。U2信號測量針對沒有由信號U1覆蓋的那部分觸摸區域的U坐標。
系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測前表面10上的額定觸摸區域13內的觸摸(在圖2(a)所示的傳播路徑交叉的地方發生)的坐標。另外，系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測基於圖8(a)和8(b)所示的傳播路徑在前表面10上的外圍區域14或者連接面20上發生的任意觸摸的所示坐標。因此，U坐標信號的使用不但提供了對於魯棒多次觸摸操作的坐標測量冗餘度，而且使得裝置控制器能夠區分可能提供的邊緣感應觸摸功能。
圖9(a)和9(b)分別是根據本發明另一特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板5的正視圖和後視圖。圖9(a)和9(b)的實施例與針對圖2(a)和2(b)如上所述實施例類似地構建，並且與用於檢測額定觸摸區域13中的觸摸類似地操作，並且將不再重複其描述。代替地，將描述圖9(a)和9(b)的特定實施例的附加方面。為了提供另外的參考框架，在圖9(a)和9(b)中示出了X-Y-U坐標軸。在該特定實施例中，與圖2(a)和2(b)的實施例不同，將四個分束器85設置在基板5的後表面15上。因此，圖9(a)和9(b)的特定實施例提供XYU表面聲波觸摸傳感器的另一個示例，能夠可靠地檢測額定觸摸區域13上的多個觸摸、並且區分可能配置有如上所述的觸摸輸入邊緣功能的彎曲連接面20或者外圍區域14上的觸摸。
與上述分束器75類似，分束器85沿U方向傾斜入射表面聲波束的一部分，同時另一部分未傾斜。根據這一特定實施例，可以在基板5的後表面15上製造分束器85(根據各種實施例，沒有層60而直接製造，或者經由層60)。利用在後表面15上具有分束器85的特定實施例，不存在視覺裝飾性問題也不存在耐久性和/或安全性問題，因為暴露的分束器被保護在外殼55內並且通過外殼保護。
在操作中，通過陣列40a從發射換能器35a反射的那部分表面聲波束沿負(-)X軸方向入射到分束器85a上，部分地傾斜(U1束)，並且在彎曲連接面20周圍沿恆定U的線路傳播，同時未傾斜的部分如前所述前進以檢測觸摸的Y軸坐標。如通過對圖9(a)和9(b)中的U感測波傳播路徑加以表示的虛線箭頭所示，U1束的部分傾斜部分沿前表面10上的恆定值U的線路傳播，並且在彎曲連接面20周圍傳播至後表面15，以入射到分束器85b，分束器85將所述束的一部分沿負(-)Y方向向反射陣列40d傾斜，反射陣列40d沿正(+)X方向將所述束部分反射至接收換能器35d。因此，除了用作X-坐標信號接收換能器之外，接收換能器35d還用作U1-信號接收換能器。
類似地，通過陣列40c從發射換能器35b反射的那部分表面聲波束沿負(-)Y軸方向入射到分束器85c上，部分地傾斜(U2束)，並且在彎曲連接面20周圍沿恆定U的線路傳播，同時未傾斜的部分如前所述前進以檢測觸摸的X軸坐標。如通過對圖9(a)和9(b)中的U感測波傳播路徑加以表示的虛線箭頭所示，U2束的部分傾斜部分沿前表面10上的恆定值U的線路傳播，並且在彎曲連接面20周圍傳播至後表面15，以入射到分束器85d，分束器85d將所述束的一部分沿負(-)X方向向反射陣列40b傾斜，反射陣列40b沿正(+)X方向將所述束部分反射至接收換能器35c。因此，除了用作Y-坐標信號接收換能器之外，接收換能器35c還用作U2-信號接收換能器。
系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測前表面10上的額定觸摸區域13內的觸摸(在圖2(a)所示的傳播路徑交叉的地方發生)的坐標。另外，系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測基於圖9(a)和9(b)所示的傳播路徑在前表面10上的外圍區域14或者連接面20上發生的任意觸摸的所示坐標。
例如在美國專利5,854,450和美國公開專利申請2008/0266266的公開中描述了關於各種類型的XYU型觸摸傳感器的另外細節，將其合併在此作為參考。利用Adler型聲學觸摸傳感器的另一個示例，可以使用摺疊的聲學路徑以便進一步減小換能器的個數，例如在美國專利4,700,176；5,072,427；5,162,618和55,177,327中所述的，將其每一個均合併在此作為參考。應該理解的是本發明可以對這些類型的XYU-型觸摸傳感器和/或具有減小個數的換能器的觸摸傳感器進行概括。例如，在本發明的特定實施例中可以使用具有在X-Y反射元件陣列上疊置的U陣列的XYU-型觸摸傳感器、或者具有分離的反射陣列和相鄰分束器的XYU-型觸摸傳感器。
圖10(a)和10(b)分別是根據本發明再一特定實施例的聲學觸摸傳感器的基板5的正視圖和後視圖。圖10(a)和10(b)的實施例與針對圖2(a)和2(b)如上所述實施例類似地構建，並且與用於檢測額定觸摸區域13中的觸摸類似地操作。將描述圖10(a)和10(b)的特定實施例的附加方面。為了提供另外的參考框架，在圖10(a)和10(b)中示出了X-Y-U坐標軸。在該特定實施例中，與圖2(a)和2(b)的實施例不同，只將兩個分束器85設置在基板5的後表面15上。因此，圖10(a)和10(b)的特定實施例提供XY表面聲波觸摸傳感器，能夠可靠地檢測額定觸摸區域13上的多個觸摸、並且區分可能配置有如上所述的觸摸輸入邊緣功能的彎曲連接面20或者外圍區域14上的觸摸。
根據該特定實施例，僅在基板5的後表面15上(根據各種實施例沒有層60而直接製造或者經由層60)製造了兩個分束器85。
在操作中，通過陣列40a將從發射換能器35a反射的那部分表面聲波束沿負(-)X方向傳播、在彎曲連接面20周圍傳播、並且如前所述前進以檢測觸摸的Y軸坐標。如通過對圖10(a)和10(b)中的U感測波傳播路徑加以表示的虛線箭頭所示，包括兩個U束(與針對圖9(a)和9(b)所述的U2束類似，但是具有不同的U值)以便示出沿底部彎曲連接面20a和側面彎曲連接面20b的U值的一般範圍。通過陣列40c將從發射換能器35b反射的那部分表面聲波束沿負(-)Y方向入射到分束器85c上、部分地傾斜、並且沿恆定值U的線路在彎曲連接面20a周圍傳播，同時未傾斜的部分如前所述前進以檢測觸摸的X軸坐標。U束的部分反射部分沿前表面10上的恆定值U的線路傳播，並且在彎曲連接面20b周圍傳播至後表面15，入射到分束器85d上，分束器85d沿負(-)X方向將所述束的一部分傾斜至反射陣列40b，反射陣列40b沿正(+)X方向將所述束部分反射至接收換能器35c。因此，除了用作X坐標信號接收換能器之外，接收換能器35c還用作U坐標信號接收換能器。
系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測前表面上的額定觸摸區域13內的觸摸(在圖2(a)所示的傳播路徑交叉的地方發生)的坐標。另外，系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測基於圖10(a)和10(b)所示的傳播路徑在前表面10上的外圍區域14a和/或14b或者連接面20a和/或20b上發生的任意觸摸的所示坐標。具體地，只結合檢測的X-坐標信號(即不存在檢測的Y-坐標信號)在表面20a或者區域14a上U信號存在U信號會在存在U信號的情況下實現邊緣感應觸摸功能。如果只結合檢測的X坐標信號在表面20或者區域14a上不存在U信號，裝置控制器能夠對區域14d或者表面20d上的邊緣感應觸摸功能加以區分。類似地，所述裝置可以通過使用結合只檢測Y-坐標信號(即沒有檢測的X-坐標信號)U信號的不存在或者存在，將在區域14b或者20b上檢測的邊緣感應觸摸功能與區域14c或20c上的相區分。
當然，應該理解的是在其他實施例中，後表面15上的兩個分束器(如圖9(b)所示的85b和85a)的使用不同於圖10(a)和10(b)所示的分束器(85c和85d)，使得可以對一定的彎曲連接面20(與20a和20b相對)以及其外圍區域14的各自鄰近部分進行區分，以提供邊緣感應觸摸檢測功能。
另外，應該理解的是，在XY傳感器的另一個示例中，對於在前表面10上具有兩個分束器(75a和75b，或者75c和75d)的再一個實施例可以(按照與在後表面15上使用的兩個分束器(85c和85d)的圖10(a)-10(b)的實施例類似的方式)更改在前表面10上具有四個分束器的圖8(a)-8(b)的實施例，以便提供邊緣感應觸摸功能。還應該理解的是：根據另一個特定實施例，具有隻部分地沿傳感器的外圍角部邊緣延伸(例如，裁切85d和85c，使得只存在最靠近形成換能器35b附近的角部的85d和85c的部分)、而不是沿鄰近反射陣列的整個長度延伸的分束器，將只會導致將區域14和/或表面20a和20b的邊緣感應觸摸功能部分空間地局限於由託架87表示的區域。這將與如果與在圖8(a)和8(b)中所示的實施例類似地裁切而形成的分束器75d和75c的情況類似。也就是說，邊緣感應觸摸功能將空間地局限於外圍區域14和連接表面20的右下角，如圖7所示。在又一個實施例中，可以修改圖8、9、或10的實施例以只使用沿基板5的一個邊(例如，頂部、左側、右側或底部)的一個分束器75或85，使得至少一個外圍區域13和/或其相應彎曲連接面20配置有邊緣感應觸摸功能。
為了簡化圖7的討論，將所示和/或所述邊緣感應觸摸功能示出為在側面彎曲連接面20b和底部彎曲連接面20a上和/或在與20a和20b鄰近的外圍區域14的那些部分上。然而應該強調的是，根據各種特定實施例，裝置50可以具有在彎曲連接面20和/或外圍區域14上的任意地方都可用的邊緣感應觸摸功能能力。這是因為將U-坐標信號與X坐標或者Y坐標結合使用來確定應用於任意邊緣感應功能的觸摸輸入。
圖11(a)、11(b)、11(c)和11(d)演示了用於聲學XY傳感器的另一個特定實施例，其解決了在外圍區域14的部分中(但是不是在彎曲連接面20)的不確定性。該實施例並沒有測量U坐標，而是擴展了X坐標或Y坐標信號，用於檢測對於外圍區域14的部分內的觸摸。該特定實施例從圖2(a)和2(b)所示改變了反射陣列40和換能器35的布置。具體地，將換能器35a和35c沿負(-)Y軸方向移動，將換能器35b和35d沿負(-)軸方向移動。另外，將反射陣列40d在換能器35a上延伸，將反射陣列40b延伸至換能器35b後面，並且將反射陣列40a和40c延伸為在其交叉角處接合。也就是說，存在對於兩個反射陣列公共的反射器元件。
在檢測額定觸摸區域13的XY數據時，在圖11(a)-11(d)中所示的這一特定實施例與針對圖2(a)-2(b)所述類似地操作，並且這裡不再重複其描述。圖11(a)和11(b)在描述外圍區域14a上的邊緣感應功能的觸摸操作是有用的(在彎曲連接面20a上的觸摸仍然是不明確的，因為其產生與在彎曲連接面20的頂部部分上的觸摸相同的信號)。圖11(a)和11(b)示出了可能的聲波傳播路徑(實線箭頭)，用於檢測額定觸摸區域13上的觸摸的X坐標(與圖2(a)所示的類似)以及對於在外圍區域14b上的觸摸的X坐標。具體地，表面聲波從發射換能器35b沿負(-)X軸方向傳播，沿著負(-)X軸方向將反射陣列40c設置在基板5的後表面15的外圍邊緣附近。如通過對圖11(a)和11(b)的X坐標感測波傳播路徑加以表示的實線箭頭所示，反射陣列40c將聲波的一部分與感測波耦合或者反射：從反射陣列40c沿負(-)Y軸方向向外朝著並且在基板5的鄰近連接面20a周圍傳播、沿正(+)Y軸方向穿過前表面傳播、在相對的彎曲連接面20周圍傳播、沿負(-)Y軸方向朝著後表面15上的反射陣列40d傳播，並且沿正(+)X軸方向沿反射陣列40d傳播至接收換能器35d。
圖11(c)和11(d)在描述對於外圍區域14b上的邊緣感應功能的觸摸操作時是有用的(彎曲連接面20b上的觸摸保持不確定性，因為其產生與彎曲連接面20的相對部分上的觸摸相同的信號)。圖11(c)和11(d)示出了可能的聲波傳播路徑(實線箭頭)，用於檢測額定觸摸區域13上的觸摸的Y坐標(與圖2(a)所示的類似)以及對於在外圍區域14b上的觸摸的Y坐標。具體地，表面聲波從發射換能器35a沿負(-)Y軸方向傳播，沿負(-)Y軸方向將反射陣列40a設置在基板5的後表面15的外圍邊緣附近。如通過對圖11(c)和11(d)的Y坐標感測波傳播路徑加以表示的實線箭頭所示，反射陣列40a將聲波的一部分與感測波耦合或者反射：從反射陣列40a沿負(-)X軸方向向外朝著並且在基板5的鄰近連接面20a周圍傳播、沿正(+)X軸方向穿過前表面傳播、在相對的彎曲連接面20周圍傳播以沿負(-)X軸方向入射到後表面15上反射陣列40b，並且沿正(+)Y軸方向沿反射陣列40b傳播至接收換能器35c。
系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測前表面10上的額定觸摸區域13內的觸摸(在圖2(a)所示的傳播路徑交叉的地方發生)的坐標。系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測基於圖11(a)-11(d)所示的傳播路徑在前表面10上的外圍區域14a和/或14b、或者連接面20a和/或20b上發生的任意觸摸的所示坐標。
因此，圖11(a)-11(d)所示的特定實施例導致位於額定觸摸區域13外部的外圍區域14a和/或外圍區域14b(虛線100的下面或左側)，能夠處理邊緣感應觸摸功能。
圖12(a)和圖12(b)演示了用於聲學XY傳感器的另一個特定實施例，聲學XY傳感器具有附加的坐標或位置數據以與外圍區域14和/或彎曲連接面20中聲學檢測的觸摸相關聯的X坐標或Y坐標來結合使用。該特定實施例並沒有與圖2(a)和2(b)所述的那些改變反射陣列40和換能器35的布置，而是代替地增加了一個或多個感測電極層103來提供附加的位置數據。在檢測額定觸摸區域13中的觸摸的XY數據時，圖12(a)-12(b)所示的這一特定實施例與圖2(a)-2(b)如上所述類似地操作，並且這裡不再重複其描述。
裝置50上的感測電極103感測由在外圍區域14和/或連接面20上進行的觸摸產生的電容變化(或者在一些實施例中的歐姆電阻)，提供了與聲學檢測的觸摸結合使用的附加位置數據以提供邊緣感應觸摸功能。也就是說，在一些實施例中可以使用電極層103作為電容感測電極，並且在其他實施例中可以使用電極層103作為歐姆感測電極。
根據特定實施例，(虛線輪廓)只示出了根據圖12(a)的特定實施例的感測電極層103的可能布局。儘管電極層103示出為位於圖12(a)的前表面10上，應該注意的是這可以是只在一些特定實施例中的情況。在其中感測電極層103位於前表面10上的這些實施例中，層103(對於電容感測電極或者歐姆感測電極有用)優選地是透明的，例如氧化銦錫(ITO)或者可以絲網印刷或者濺射到前表面10上的其他已知透明導電材料。在其他實施例中，層103(用作電容感測電極)可以直接(或者經由層60)位於後表面15上，以便位於基板5和其上的換能器/陣列/分束器之間。如果沒有使用層60，電極層103可以是透明導電材料；如果使用了層60，那麼電極層103可以是不透明且聲學良性的任意類型的導電材料，例如可以絲網印刷或者濺射到層60上的金屬塗覆材料。在其中電極103形成於基板5的後表面10上的層60上的另一個特定實施例中，如圖12(c)所示，其是基板5的後表面15的角部的部分放大平面圖，將反射陣列20的反射元件125(可以使用分束器85，但是為了簡化起見在該圖中沒有示出)至少與導電引線127耦合在一起。在該實施例中，陣列20的含銀玻璃漿125不只用作反射陣列，而是與引線127一起用作電容感測的電極103(由點劃線表示)。引線127可以是聲學良性的任意導電材料，例如用於製造反射元件125的相同材料的薄線。在另一個類似實施例中，反射陣列20的反射元件125與導電引線127耦合在一起，並且可選地沿反射元件125的相對末端與另一個類似的引線(未示出)耦合在一起。
儘管在圖12(a)中示出了四個電極103a、103b、103c和103d，應該理解的是具有兩個電容電極(103a和103b，或者103a和103d，或者103b和103c，或者103d和103c)將足以提供解決不確定性問題所需要的附加數據，用於提供連接面20和/或外圍區域14上的邊緣感應觸摸功能。在一些實施例中，可以使用至少一個電極(用於電容或者歐姆感測)，其中只有一個外圍區域13和/或其相應的彎曲連接面20配置有邊緣感應觸摸功能，而一些實施例可以通過將電極103分離為小尺寸來具有多於四個電容電極103，儘管針對這些電極103的電連接方案將變得更加複雜。還應該理解的是根據另一個特定實施例，具有隻部分地沿傳感器的外圍角部邊緣(例如裁切103a和103b，使得只存在靠近形成換能器35b附近的角部的103a和103b的部分)、而不是沿所述傳感器的整個外圍邊緣延伸的兩個電容電極103將只會導致區域14和/或表面20a和20b的邊緣感應觸摸功能部分，空間上局限於由託架105表示的區域。
系統控制器以時間為基礎分析接收的信號，以檢測前表面上的額定觸摸區域13內的觸摸(在圖2(a)所示的傳播路徑交叉的地方發生)的坐標。對於額定觸摸區域13外部的觸摸，檢測觸摸並且通過聲學和電容(或歐姆)測量的組合明確地將其識別為頂部、底部、左側或右側觸摸。還與電容電極103相耦合的系統控制器分析接收的信號以檢測任意電極103附近的觸摸存在，利用坐標對前表面10上的外圍區域14和/或連接表面20上觸摸加以表示。這確定了所述觸摸是否是頂部、底部、右側或左側朝向的。沿所選擇周界側面的坐標基於圖11(a)-11(d)所示的聲波束傳播路徑。
已經描述和示出了根據本發明特定實施例的聲學觸摸傳感器的各個方面。然而，在考慮了公開了優選實施例的說明書和附圖之後，本發明的許多修改、改進、變化、組合、子組合和其他用途和應用對於本領域普通技術人員將變得清楚明白。例如，儘管附圖中的實施例示出了彎曲連接面20沿基板5的整個周界延伸，在其他實施例中，當將邊緣感應觸摸功能只設置在至多兩個相應的外圍區域14上和/或至多兩個相應的彎曲連接面20上時，可以存在彼此相對的兩個彎曲連接面20。作為另一個示例，可以沿除了角部之外的基板5的大多數邊緣形成彎曲連接面20，在所述角部處通過可以使用角部框狀蓋板的銳利邊緣連接前表面10和後表面15。在另一個特定實施例中，基板5(具有在後表面15上形成的一個換能器35(用作發射機和接收機)和一個反射陣列40)可以具有提供相對的銳利邊緣表面的一個彎曲連接面20，使得從換能器35發射的表面聲波由反射陣列40反射，在彎曲連接面20周圍並且穿過前表面10傳播，通過反射陣列40反射回換能器35，所述換能器接收表面聲波。在這種實施例中，可以只沿一個外圍區域13和/或其一個相應的彎曲連接面20提供邊緣感應觸摸功能。
根據各種特定實施例，認為是覆蓋了不脫離本發明的精神和範圍的這些和其他改變、改進、變化和其他用途和應用，並且其只由權利要求限制。