CN103049142B

CN103049142B - 声触控装置

Info

Publication number: CN103049142B
Application number: CN201210390521.3A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·H·沙尔夫; 詹姆斯·L·阿罗安; 高婷; 乔尔·C·肯特
Original assignee: Elo Touch Solutions Inc
Current assignee: Elo Touch Solutions Inc
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: JP5531075B2; EP2581815A3; TW201333789A; TWI488094B; US20130093731A1; EP2581815A2; CN103049142A; EP2581815B1; JP2013089246A; US8823685B2

Abstract

本发明涉及声触控装置，其包括具有第一表面和第二表面的基板，第一表面和第二表面能够传播表面声波，该第二表面包括触摸区域，第一表面和第二表面通过圆形连接面连接；第一表面上的至少一个声波换能器；以及第一表面上的至少一个反射阵列，所述换能器能够向和从所述反射阵列发送或接收表面声波，所述基板和所述反射阵列能够从声学上耦合表面声波以在所述第一表面和所述第二表面之间传播，以及所述基板在所述第一表面上具有边界区域，所述边界区域适于通过所述基板使所述换能器和所述反射阵列无法看到，以及防止表面声波在传播通过所述边界区域中的窗口时出现失真。

Description

声触控装置

技术领域

本发明大体上涉及声触控传感器，更具体地，涉及表面声波（SAW）触摸屏。

背景技术

诸如触摸屏或触摸式显示器的触摸传感器系统可以作为用于不同应用的交互式计算机系统的输入设备，例如，信息站、指令输入系统、视频显示器、移动通信等。这些系统可以集成到计算设备中，因此提供能够进行交互式触摸的计算设备，包括计算机、电子书阅读器或移动通信设备。

一般地，触摸传感器系统能够通过表面的用户触摸确定基板表面上的位置。触摸基板通常是由某些形式的玻璃制造的，其位于计算机或计算设备显示器中，像液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED）显示器、等离子体显示器等。触摸传感器系统可操作地连接设备显示器，从而能够确定设备显示器上用户界面合适的控制行为的位置，例如显示器上所示。

可以利用不同的技术实施触摸传感器系统。声触控传感器，例如利用表面声波的超声波触摸传感器，目前是主要的触摸传感器技术的一种，现在存在不同类型的声触控传感器。例如，“Adler-类型”声触控传感器每坐标轴只使用两个换能器空间散布发送的表面声波信号，并且通过分析来自触摸的波扰动的时间方面确定触摸表面坐标。对于每个轴，各自的外围表面的一个换能器生成表面声波脉冲，其沿着设置第一反射光栅或阵列的垂直外围表面传播通过基板。第一反射阵列适于将沿着多个平行路径垂直穿过基板的表面声波的一部分反射到设置在相对外围表面的第二反射阵列上。第二反射阵列将沿着外围表面的表面声波反射至第二换能器，在第二换能器接收声波进行处理。与X轴相关联的反射阵列垂直于与Y轴相关联的反射阵列，以便于提供网格图形，从而能够确定基板上触摸的二维坐标。在一点触摸基板表面导致穿过触摸点的表面声波能量损耗。这表现为表面声波的衰减，并且由接收换能器检测为表面声波信号的扰动。数据的时间延迟分析用于确定基板上触摸的表面坐标。

声触控传感器可以具有大量的设置在和沿着基板的正外围表面布置的操作元件（多个换能器或换能器和反射阵列的组合）。为了防止由于暴露于环境或外部物体造成的损害，这些传感器或集成传感器的设备的外壳可以包括用于触摸基板的前外围表面的隐藏和保护这些外围操作元件的边框，使得只有基板的正面上的有效触摸区域被暴露用于可能的触摸输入。对于无边框的声触控传感器来说，外围操作元件可以位于基板的后外围表面（在这种情况下，表面声波在基板边缘周围、正面上、和在相对的基板边缘周围传播，到达接收元件）。宽度较细的边框或无边框的声触控传感器的每个均试图最大化有效触摸区域，这对于尺寸较小的集成设备来说是非常有利的，像智能手机、平板电脑、电子书阅读器、或其他移动计算设备。

随着有效触摸区域扩大，在有效触摸区域可以提供更多的设备特征和触摸功能。然而，在某些情况下，这些额外的特征和功能会干扰表面声波在触摸基板上的传播。例如，在许多具有美学考虑的无边框的系统中，基板的背面的外围可以具有一般声学上良性层（“边界层（borderlayer）”），其可以是应用于表面的边界区域的漆或墨的不透明层，同时将外围操作元件连接或印刷在“边界层”的顶部上使得通过典型的透明基板无法看到这些元件。

在某些应用中，期望在边界区域上的边界层中设置无漆或墨的区域，以便为集成的摄像机提供摄像窗口或声孔（即，来自设置在基板后、通过基板到设备外部的摄像机镜头的无障碍光学路径），这是最期望的设备特征之一。然而，在摄像机孔的位置可以观察到接收换能器的表面声波信号的衰减或骤降。进一步，沿着通过以摄像机孔为中心的基板的有效触摸区域的窄带可观察到无触摸响应。

通过本发明的具体实施方式解决了前述问题。

发明内容

根据具体实施方式，本发明提供了一种声触控装置，包括：具有第一表面和第二表面的基板，第一表面和第二表面能够传播表面声波，第二表面包括触摸区域，第一表面和第二表面通过圆形连接面连接；第一表面上的至少一个声波换能器；以及第一表面上的至少一个声波换能器，该换能器能够将表面声波发送至反射阵列或从反射阵列接收表面声波。基板和反射阵列能够从声学上耦合表面声波，以在基板的第一表面和第二表面之间传播，以及基板在第一表面上具有边界区域，该边界区域适于通过基板使反射阵列和换能器无法看到，以及防止表面声波在通过边界区域的窗口传播时出现失真。根据特定的实施方式，边界区域包括在第一表面上的边界层并且包括抵消表面声波传播通过窗口的相移的声透镜，其中窗口是在边界层中的无涂层区域。根据可选的特定实施方式，基板可以包括透明玻璃材料，边界区域除了在窗口之外可以包括有色玻璃材料。

根据另一个特定的实施方式，本发明还提供具有通过声触控装置的基板的边界区域上或边界区域中的边界层的窗口的声触控装置的方法，其中边界层是隔声阻尼层（acousticcoating，声覆盖层）。该方法包括提供用于抵消经过窗口传播的表面声波的相移的校正透镜，其中窗口是边界层中的无涂层区域；确定校正透镜的高度；以及指定物理上接近窗口并且具有相对于窗口的对称轮廓的校正透镜的形状。

为了更好地理解本发明，现在参考下面的示例性实施方式的说明和附图。

附图说明

图1是声触控传感器的简化剖视图；

图2（a）和图2（b）分别是图1的声触控传感器的基板的前俯视图和后俯视图；

图3是在基板上具有设备特征和标识/图标的声触控传感器的基板的后俯视图；

图4是根据本发明的特定实施方式构造的图3的基板的后俯视图；

图5是模拟系列中声触控传感器的基板的基本布局；

图6是用于基线模拟的图5的基板上的表面声波振幅图；

图7是用于图6的基线模拟的在换能器发送和接收的信号的图；

图8是用于第一模拟的具有更高声速的圆形区域的图5的基板上的表面声波振幅图；

图9是用于图8的第一模拟的在换能器发送和接收的信号的图；

图10是用于第二模拟的具有更高声速的圆形区域和校正透镜的图5的基板上的表面声波振幅图；

图11是用于图10的第二模拟的在换能器发送和接收的信号的图；

图12是用于第三模拟的具有更高声速的矩形区域的图5的基板上的表面声波振幅图；

图13是用于图12的第三模拟的在换能器发送和接收的信号的图；

图14是用于第四模拟的具有更高声速的矩形区域和校正透镜的图5的基板上的表面声波振幅图；

图15是用于图14的第四模拟的在换能器发送和接收的信号的图；

图16是用于设计根据本发明的具体实施方式执行的校正透镜的方法的流程图；

图17是根据本发明的具体实施方式的参照X-Y坐标轴的沿着摄像孔的校正透镜的图示；

图18是根据本发明的具体实施方式的具有双面弯月面形状的校正透镜图示；

图19是根据本发明的可选实施方式构造的声触控传感器的简化剖视图；以及

图20是根据本发明的另一个可选实施方式构造的声触控传感器的简化剖视图。

具体实施方式

图1示出了不需要边框的触摸系统的声触控传感器1的简化剖视图。触摸传感器1包括基板5，基板5具有正面10、背面15和连接正面10的外围区域14与背面15的外围区域14的连接面20。连接面20不需要是如图所示的圆形或弯曲的，但是在具有边框的触摸系统中可以是笔直的垂直边缘。基板5通常是由某些形式的玻璃制造的，其位于计算机显示器或计算设备显示器25中，像液晶显示器（LCD）、阴极射线管（CRT）、等离子体显示器等。在有边框的表面声波触摸传感器中，正面10的外围区域14被由触摸传感器1或集成传感器1的设备的壳体提供的边框遮盖，因为换能器和反射阵列均在基板5的正面10上。在无边框的表面声波触摸传感器中，如附图中所示，正面10的外围区域14仅仅是正面10的外部/外围部分。在美国专利申请13/012,513中更详细地描述了无边框的表面声波触摸传感器，该专利申请通过引用结合于此。对象30在图1中被看作是手指，但是认识到，表面声波检测的触摸可以包括通过盖板或抗反射涂层直接或间接朝着正面10挤压的铁笔，具体取决于触摸传感器1的应用。声换能器35和反射元件阵列40被设置在背面15的外围区域14中的漆或墨的边界层27（在下面进一步讨论）上。换能器35可操作地耦接到控制器或控制系统29（在某些实施方式中其可以包括诸如专用触摸系统处理器或系统处理器的多个处理器），控制器或控制系统29又可操作地耦接到显示器25。控制器或控制系统29驱动换能器35的操作并测量来自换能器的信号从而确定触摸坐标，然后将触摸坐标提供给操作系统和软件应用程序以为显示器25提供所需用户界面。

图2（a）和2（b）分别是图1所示触摸基板5的前视图和后视图。在作为正面10的俯视图的图2（a）中，以虚线示出声能换能器35a、35b、35c、和35d，从而提供相对于图2（b）的参照系，其中图2（b）是背面15的俯视图，其中以实线示出换能器35a、35b、35c、和35d。而且，在图2（a）和2（b）中以虚线示出外围区域14。为了提供额外的参照系，在图2（a）和2（b）中示出X-Y坐标轴。

正面10具有在图2（a）中的虚线内示出的内部13和在内部13之外的外部/外围部分14。内部13和外部14形成标称触摸区域，对象30在标称触摸区域上产生接触以根据布置在背面15后并且通过透明基板5可见的显示器25（图1中所示）上所示的图形用户接口提供输入。在某些无边框的声触控传感器中，标称触摸区域也可以包括弯曲的连接面20或其部分。对于有边框的表面声波触摸传感器，未被边框覆盖的内部13形成触摸区域。

触摸传感器1具有分别位于背面15的外围区域14中的两对X轴和Y轴换能器35。这两对换能器35以直角布置以定义二维坐标系统。特别地，第一发送换能器35a放置在Y-轴发送区域，第二发送换能器35b放置在X-轴发送区域。第一接收换能器35c放置在与Y-轴发送区域相对的Y-轴接收区域中。第二接收换能器35d放置在与X-轴发送区域相对的X-轴接收区域中。第一发送换能器35a和第一接收换能器35c用于测量正面基板10上触摸位置的Y坐标，第二发送换能器35b和第二接收换能器35d用于测量正面基板10上触摸位置的X坐标。每个换能器35可对称地发送或接收表面声波。触摸传感器1还包括一对Y-轴反射阵列40a、40b和一对X-轴反射阵列40c、40d，这些反射阵列均位于各自的发送区域和接收区域中的背面15的外围区域14中。如下所述，反射阵列40朝着期望方向反射表面声波。

如上所述，触摸传感器1操作地与相关联的计算机或集成传感器1的计算设备的控制系统29（如图1中所示）。控制系统29生成激励发送换能器35a、35b产生各自的表面声波（或波脉冲）的电子信号。控制系统29还接收来自接收的表面声波的由接收换能器35c、35d换能的各自的电信号。如本文中所使用的，控制系统29是指通常包括具有固件和电子器件的微处理器的电子器件，以产生激励信号以及从触摸传感器1接收回应信号和分析信号。

在操作中，第一发送换能器35a生成沿着背面15的外围区域14的负Y-轴方向传播的表面声波，其中第一Y-轴反射阵列40a位于背面15的外围区域14上。第一Y-轴反射阵列40a的元件每个发送部分表面声波给阵列40a的邻近元件。而且，如图2（a）和2（b）中表示声波传播路径的实线箭头所示，第一Y-轴反射阵列40a的元件每个均耦合或反射部分表面声波，以a）从第一Y-轴反射阵列40a向外沿着负X-轴方向朝着并且围绕近似弯曲的连接面20传播；b）沿着正（+）X-轴方向跨正面10朝着并围绕相对的弯曲连接面20传播；以及c）在背面15上沿着负（-）X-轴方向向第二Y-轴反射阵列40b传播。第二Y-轴反射阵列40b的元件每个都将接收的表面声波发送至阵列40b的邻近元件，使得声波继续沿着第二Y-轴反射阵列40b沿着正Y-轴方向向第一接收换能器35c传播。

相似地，第二发送换能器35b生成沿着第一X-轴反射阵列40c位于的背面15上的外围区域14的负X-轴方向传播的表面声波。第一X-轴反射阵列40c的元件每个都将部分表面声波发送至阵列40c的邻近元件。而且，如图2（a）和2（b）中表示声波传播路径的实线箭头所示，第一X-轴反射阵列40c的元件每个都耦合或反射部分表面声波，以a）从第一X-轴反射阵列40c向外沿着负（-）Y-轴方向朝着和围绕近似弯曲的连接面20传播；b）沿着正（+）Y-轴方向跨正面10朝着和围绕相对的弯曲连接面20传播；以及c）在背面15上沿着负（-）Y-轴方向向第二X-轴反射阵列40d传播。第二X-轴反射阵列40d的元件每个都将接收的表面声波发送至阵列40d的邻近元件，使得声波继续沿着第二X-轴反射阵列40d沿着正（+）X-轴方向向第二接收换能器35d传播。

诸如手指或铁笔的对象30对标称触摸区域13的触摸吸收跨正面10传播的表面声波的部分能量，使得穿过触摸点的声波衰减。产生的衰减由接收换能器35c、35d检测为声信号中的扰动。控制系统处理和分析由接收换能器35c、35d换能的电信号，包括那些涉及波形扰动的信号以检测触摸坐标和位置信息。进一步，控制系统将触摸坐标和位置信息映射为一般放置在背面15后的显示器25中所示的用户界面的适当控制行为。因此声触控传感器1提供XY坐标输入设备系统。

图3是具有在基板105上设置的示例性设备特征和标识/图标的声触控传感器101的基板105的背面115的俯视图。如上所述，对于具有某些美学考虑的无边框的声触控传感器101而言，诸如不透明漆或墨（图1中所示）的声学上的良性层（“边界层”）27可以应用于（例如，印刷、涂、喷洒或铺的显示屏）背面115的外围区域114或边缘。边界层27一般是声学良性的，即，其无快速衰减地传播表面声波，优选地，尽管材料厚度小量改变，对表面声波的传播速度仅产生小的改变，容易控制波速。边界层27可以是由烤瓷熔块或搪瓷类型的材料制造的无机黑漆。外围功能元件，即，换能器135和反射阵列140，被印刷在边界层27的顶部，使得通过通常透明的基板105无法看到这些元件。其他外围元件也位于边界层27的顶部而无法看到，例如，双面泡棉胶带152、密封泡沫154。边界层27能够与基板105键合在一起并用作其上形成换能器135和反射阵列140的充分处理表面。注意到，为了不模糊结构在图3、图4、和图5中未示出边界层127，但是边界层27覆盖外围区域114，并且可以至少从背面115的边缘延伸至刚刚超过双面泡棉胶带152的用于粘合触摸传感器和显示器的最内边缘。

外围或边界区域114可以包括无边界层的区域（即，无漆或无墨区域）以形成窗口或孔156，如图所示窗口或孔156设置在第二X-轴反射阵列140d和密封泡沫154之间且与垂直于阵列140d的背面115的中心线大致对齐。如上所讨论的，摄像孔156不是基板105中的实际孔。相反，摄像孔156形成从位于背面115后、通过摄像孔156、背面115的摄像机镜头（未示出）；边界层27和透明基板105，以及通过面对触摸传感器101外部的环境的正面110延伸的光学窗口或无障碍的光学路径的一部分。摄像机镜头可以是摄像机的可操作部分，其是相关联的计算机或集成传感器101和用户界面显示器25的计算设备的部分（也位于背面115后）。

在所示位置，从正面110传播的表面声波在由第二X-轴反射阵列140d定向到第二接收换能器135d之前穿过背面115上层27中的摄像孔156。如上所述，我们认为，摄像孔156的透镜效应使得穿过无边界层区域的表面声波失真，导致在接收换能器接收的表面声波信号骤降（dip），然后导致触摸区域的某些区域的触摸灵敏度受损。

为了抵消失真效果，补偿或校正声透镜160（图4中所示）布置在边界层27内的背面115的外围区域114。具体地，校正声透镜160邻近摄像孔156形成，并且示为图4中的弯月形或凹凸透镜形的元件。图4是根据本发明的具体实施方式构造的基板105的背面115的俯视图。通常，当边界层27涂上诸如基板105的玻璃表面时，实际工程感兴趣的边界层材料的机械特性降低了表面声波（SAW）的传播速度。这导致在基板105无涂层或裸露的情况下摄像孔156内的SAW速度相对更快。校正声透镜160是用声学材料（例如，玻璃熔块）制造的，当涂有边界层玻璃基板105时，相对于在“裸露玻璃”摄像孔156内SAW的传播速度和相对于在涂有边界层的玻璃基板105内SAW的传播速度进一步降低了SAW传播速度。校正透镜160优选地在边界层27的顶部形成，使得通过基板105无法看到该元件，以及根据具体的实施方式透镜160被定位在与阵列140d相对的窗口侧上，从而避免损害阵列140d的功能。可以利用相同的声学材料以与反射器阵列140相同的操作形成或印刷校正透镜160。或者，可以使用相同的材料以与标识/图标（附图中所示）相同的操作形成或印刷校正透镜160。注意，尽管本文中关于降低SAW速度的边界层27的常见情况描述了本发明，但是本发明可以应用于边界层27增加SAW速度的情况中。

参考图5到图15描述和概括了摄像孔356和校正透镜360的效果的一系列计算机模拟，其标示了模拟的表面声波传播和信号响应。应当注意，为了简洁起见，图7、图9、图11、图13和图15中所示的模拟信号响应表示信号包络信息（而不是示出包络内的详细信号）。这些模拟是利用发送X-轴换能器335b和接收X-轴换能器335d与第一X-轴反射阵列340c和第二X-轴反射阵列340d；用于采集在换能器335的信号的控制系统程序；以及摄像孔356的两个不同模型进行的，其中一个模型具有校正透镜360另一个模型无校正透镜360。此外，扩大含有对应于摄像孔356的波扰动的背面315的区域，从而允许建模校正透镜360。

图5示出模拟系列中的基板305（即，SchottB270^TM玻璃）的表面315的基本网格布局。摄像孔356和校正透镜360的模型刚好定位在第二X-轴反射阵列340d的中点上方。尽管未示出，但是我们理解，边界层27位于表面315上，位于X-轴反射阵列340和校正透镜360下方，并且包围摄像孔356。边界层和摄像孔356模型的传播速度值分别设定为3010m/s和3048m/s，表示轻度波扰动。注意，发送X-轴换能器335b生成的表面声波由第一X-轴反射阵列340c向下反射，然后由第二X-轴反射阵列340d反射至接收X-轴换能器335d。比较图5与图3和图4，很明显看出，为了使模拟计算更加容易控制已经进行许多简化操作。图5中所示的反射器阵列未被构造为使得SAW信号不围绕无边框触摸传感器（如图1中所示）的基板305的边缘传播，而是被构造为跨表面315传播。然而，图5的模拟模型足以验证校正透镜360和本发明的关键原理。

图6示出了基线模拟的网格振幅，即，不使用摄像孔356和校正透镜360。随着入射脉冲从发送换能器335b通过第一反射阵列340c传播（从左向右），部分能量向下反射——这是标准反射阵列行为。反射脉冲具有表明未受干扰的传播模式的均匀模式的波峰。在快照时间，向下的反射表面声波已经大约部分穿过第二反射阵列340d，可以看到接收的声信号（由第二反射阵列340d反射的）正在传播至基板305左下角的接收换能器335d。图7示出在用于图6的基线模拟的换能器335的发送电信号（在0微秒和10微秒之间）和接收电信号（在20微秒和80微秒之间）。该图中的接收信号用作摄像孔356的两个不同模型的效果比较，其中一个模型具有校正透镜360，另一个模型不具有校正透镜360。注意到，图的X-轴表示以微秒测量的时间，图的Y-轴表示以任意的线性单元测量的信号振幅。

图8示出了包括无校正透镜360的圆形摄像孔356的模拟的网格振幅。与图6的图相比较，图8的图示出传播通过摄像孔356正下方的第二反射阵列340d的波峰的明显相移。注意到，相移实际上被用于生成模拟图像（例如，对于直径为6.4mm的摄像孔356而言，穿过摄像孔356中心的表面声波的时间相移是大约57度）的步骤扩大。具体地，振幅图像中每7个网格点采样模拟网格。这导致Moire-类型地扩大波峰内的周期模式。然而，该图有助于可视化波峰由于摄像孔356的干扰的SAW传播速度的移动。由于摄像孔356内增快的SAW传播速度，波峰的移动沿传播方向。图9示出用于图8的模拟的发送信号和接收信号（包括无校正透镜360的圆形摄像孔356）。与图7相比较，图9的图示出了由摄像孔356生成的接收信号中的结果骤降。

图10示出了包括沿着摄像孔356具有弯月面形状的校正透镜360的圆形摄像孔356的模拟的网格振幅。透镜360定位在相对阵列340d的孔356的侧面，从而避免危及阵列340d的功能。与图8的图相比较，图10的图示出消除了摄像孔356下方的波峰的相移。图11示出了图10的模拟（包括圆形摄像孔356和沿着摄像孔356的弯月面形的校正透镜360）的发送信号和接收信号。与图9的图相比较，图11的图示出消除了接收信号的骤降。

图12示出了包括无校正透镜360的矩形摄像孔356的模拟的网格振幅（注意到，矩形摄像孔通常是正方形）。与图6的图相比较，图12的图示出穿过摄像孔356正下方的第二反射阵列340d的波峰的明显相移。图13示出了用于图12的模拟的发送信号和接收信号（包括无校正透镜360的矩形摄像孔356）。与图7的图相比较，图13的图示出了由矩形摄像孔356生成的接收信号的明确骤降。

图14示出了包括具有矩形校正透镜360的矩形摄像孔356的模拟的网格振幅（然而，注意到，在摄像孔356是正方形的情况下校正透镜360不需要是正方形的）。与图12的图相比较，消除了摄像孔356下方的波峰的相移。图15示出了用于图14的模拟的发送信号和接收信号（包括矩形摄像孔356和矩形校正透镜360）。与图13的图相比较，图15的图示出消除了接收信号的骤降。

根据以上的系列计算机模拟可以得出几个结论。首先，模拟证明了摄像孔356可以引起接收信号中的骤降，至少对于速度干扰的模拟振幅。另外，相对于根据特定实施方式的本发明提供的接收信号骤降的原因和分辨率而言，摄像孔356的形状似乎是中性因素。另外，一些不同的波传播行为可以导致接收信号出现骤降。对于模拟的相对小速度干扰而言，在传播通过摄像孔356之后的表面声波阵面可以观察到相移。因此，相移似乎是接收信号骤降之后的主要机制之一。相移是折射效应和很多衍射效应的基本物理基础。更一般地，可以说折射效应和衍射效应导致信号改变。而且，由摄像孔356产生的干扰波阵面可以与反射阵列340的波导特征进行交互。在该情况中，在第二反射阵列340d内可以潜在地生成复杂的传播模式。最后，校正透镜360可以降低和/或消除由摄像孔356引起的接收信号骤降。注意到，在其他附随模拟中，已经进一步观察到，表面声波传播的效应强度取决于边界层速度与裸露玻璃速度的假设比率的大小。

利用基于取消所有光线路径的相移的简化方法400可以设计用于以上模拟的每个校正透镜360。图16示出了用于设计根据本发明的特定实施方式执行的校正透镜360的方法400的流程图，图17示出了根据特定实施方式的参考X-Y坐标轴的沿着摄像孔356的校正透镜360。一般理解，任何校正透镜的形状一般取决于干扰透镜的形状和透镜材料的相速度比率（折射率）。然而，这本身不会建议用于设计用于摄像孔356的校正透镜360的方法。因为由于校正透镜360和边界层特别小（最多几个百分比）导致的表面声波传播速度出现移动，所以应用弱透镜近似（在弱透镜近似中，源自相移的波传播方向改变是非常弱的，以至于在含有摄像孔356和校正透镜360的较小区域中可以忽略横向波位移）。这建议使用近似方法设计校正透镜360。一般地，方法400假设跨基板305的表面315的所有表面声波路径均是直的，并且调整透镜360的高度以删除沿着通过摄像孔和透镜系统的所有路径的总相移。

具体地，方法400首先确定校正透镜360的高度（步骤410）。在方法400中，表面声波的传播速度定义为以下：

V₀＝摄像孔356中的表面声波相速度（即，裸露基板/玻璃）；

V₁=边界层上的表面声波相速度；以及

V₂=印刷在边界层上的校正透镜360的表面声波相速度。

在无涂层玻璃上，表面声波是非色散的，并且在相速度和群速度之间没有差异。然而，对于有涂层玻璃而言表面声波稍微变得色散，所以注意到本文中的V₁和V₂是指相速度而不是群速度。

方法400还假设，例如，表面声波正在通过摄像孔356沿Y-轴方向传播，其中如图17所示摄像孔356具有沿着Y-轴的尺寸y（x）（或高度）和沿着X-轴的尺寸x（或宽度）。波传播的方向确定用于分析的方向，在该情况下是Y-轴方向，因为摄像孔356接近基板205的顶部中心。如果摄像孔356放置在/接近基板105的右侧中心，那么用于分析的方向将是X-轴方向。注意，假设摄像孔356的形状和其位置是已知的（例如，由具有具体摄像机和记住摄像机镜头尺寸的用户具体指定）。而且，关于该分析，为了简洁起见，可以自由地选择X轴的原点，例如，在摄像孔356的中心。相似地，方法400假设校正透镜360具有要解答的沿着X-坐标的未知高度y’(x)。

通过摄像孔356进行传播产生的表面声波相移可以记为

相移_camerahole=(k₀-k₁)·y(x)=2πf[(1/V₀)-(1/V₁)]·y(x)（3）

其中在固定频率f的情况下，定义波数k₀＝2π/λ₀＝2πfN₀；k₁＝2π/λ₁＝2πf/V₁；以及k₂＝2π/λ₂＝2πf/V₂。同样地，通过校正透镜360进行传播产生的表面声波相移可以记为

相移_lens=(k₂-k₁)·y’(x)＝2πf[(1/V₂)-(1/V₁)]·y’(x)（4）

以便于透镜360消除摄像孔356的相移，

相移_lens=-相移_camerahole（5）

将等式3和等式4插入等式5中，并且消去共同因素2πf可以得到以下：

[(1/V₂)-(1/V₁)]·y’(x)＝·[(1/V₀)-(1/V₁)]·y(x)（6）

为了便于阅读，可以重新排列等式式6

y’(x)＝Ycorr·y(x)（7）

其中，Y_corr是常量，仅取决于以上定义的表面声波传播速度：

Ycorr＝(V₂/V₀)·[(V₀-V₁)/(V₁-V₂)]（8)

等式7和等式8指定校正透镜360的高度而不是整体形状。为此方法400使用两个一般方针。首先，校正透镜360应当保持尽可能地在物理上接近摄像孔356（步骤420）。这将最小化光线散射（折射）效应。第二，校正透镜360的轮廓应当尽可能的对称（步骤430）。这也可以有助于最小化折射效应。同时遵循这两个方针的圆形摄像孔356的校正透镜360的实例是如图18中所示的双面弯月形透镜。这导致由摄像孔356和校正透镜360引起的速度偏移大小（相对于周围的边界层）近似相等、符号相反。然而，由于不同原因，不可能同时遵循这两个方针。在这种情况下，可以调整方针适合特定的环境（步骤440）。例如，如果在背面315的外围上没有空间将校正透镜360印刷在摄像孔356的特定面，那么可以使用单面透镜（如图10、图14以及图17中所示）。这近似于取消摄像孔356的相移。

结合图19和图20讨论的解决由摄像孔引起的声学问题的本发明的可选具体实施方式。注意到，不再描述出现在和类似于图1中的元件的图19和图20中的元件。图19和图20是声触控传感器1的简化剖视图，其中未使用图1的边界层而是修改玻璃基板5的光学特性，使得基板5的边缘区域14’从透明改变为不透光的或有色的，从而提供基板5的“经修改的边缘区域14”。在某些实施方式中，染色或着色边缘区域14’中的玻璃（但是不在摄像孔区域，未示出）可以为经修改的边缘区域14’提供期望的不透明性，从而隐藏换能器35和阵列40。例如，这种玻璃着色可以利用离子交换着色玻璃或其他玻璃着色技术进行。在另一个实例中，玻璃的电子束射将玻璃由透明改变为不同的褐色阴影。足够深的棕色被感知为黑色，其是通常期望的边缘颜色。利用从大约3Mrads到8Mrads的低剂量电子束射，可以修改普通钙钠玻璃使得其具有比相似的电子束射的硅酸硼玻璃更深的颜色，很可能是由于源自氧空穴接近玻璃中的碱离子捕获的电子的可见频带。可以选择基板5的玻璃材料，从而最大化或最优化给定电子束射剂量或染色曝光的颜色改变。

图19示出了从背面15到正面10出现的经修改的边界区域14’中的玻璃基板5（除了摄像孔区域或窗口之外）的退色，假设在背面15上执行电子束射或着色。尽管图19示出了完全通过玻璃基板5的厚度的退色（比着色更真实的电子束射的结果），但是朝着背面15的退色可以比朝着正面10的退色更深。为了提供锐利边界定义的摄像孔，可以期望更浅的退色区域。图20示出了仅部分通过玻璃基板5和集中在背面15的经修改的边界区域14’（除了摄像孔区域之外）中的玻璃基板5的退色，再次假设电子束射或着色在背面15上执行。

优选地，以对于基板5的机械特性产生可忽略影响的方式修改基板5的光学特性，因此对表面声波的传播不产生显著影响，包括使得SAW相速度基本保持不变。因此，摄像孔不需要校正声透镜，因为SAW相速度不改变，没有相移需要校正。用这种方式，在防止摄像孔引起的信号变化的过程中经修改的边界区域14’获得与校正透镜相似的结果。

在本发明的保护范围内可以进行其他改进。例如，尽管已经按照特定顺序描述了方法400的步骤，但是可以部分地或完全地重新排序步骤的顺序，可以按照合适的需求修改、补充或省略步骤。而且，方法400可以使用不同的众所周知的算法和软件应用程序实施步骤和子步骤。进一步，可以通过多个算法和软件应用程序中实施方法400。进一步，可以通过额外的步骤或技术补充方法400。

Claims

1.一种声触控装置，包括：

基板，具有第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面能够传播表面声波，所述第二表面包括触摸区域，所述第一表面和所述第二表面通过圆形连接表面连接；

所述第一表面上的至少一个声波换能器；以及

所述第一表面上的至少一个反射阵列，所述换能器能够向和从所述反射阵列发送或接收表面声波，所述基板和所述反射阵列能够从声学上耦合表面声波以在所述第一表面和所述第二表面之间传播，以及所述基板在所述第一表面上具有边界区域，所述边界区域适于通过所述基板使所述换能器和所述反射阵列无法看到，以及通过包括抵消传播通过所述边界区域中的窗口的表面声波的相移的声透镜防止表面声波在传播通过所述窗口时出现失真，

其中，所述边界区域包括所述第一表面上的边界层，所述窗口是所述边界层中的无涂层区域。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述声透镜包括从所述第一表面通过所述基板的边界区域上的边界层延伸至所述第二表面的无障碍光学路径，所述声透镜和所述窗口彼此邻近地设置在所述第一表面上。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述声透镜由相对于传播通过所述窗口的表面声波减小表面声波传播速度的材料构成。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述声透镜具有抵消沿着通过所述窗口的所有传播路径的表面声波的相移的高度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述窗口是所述第一表面上的所述边界层中的无涂层边界区域。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述声透镜具有抵消沿着通过所述窗口的所有传播路径的表面声波的相移的高度。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述声透镜被设置在所述边界层的物理上接近所述窗口的位置，并具有相对于所述窗口的对称轮廓。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述声透镜的高度由下式确定：

y′(x)＝Ycorr·y(x)，

其中，y’(x)是沿着垂直于所述表面声波的传播方向的所述声透镜的X-坐标的高度；y(x)是沿着所述X-坐标的已知高度；以及Y_corr是常量，仅取决于所述表面声波传播速度，定义如下：

Ycorr＝(V₂/V₀)·[(V₀-V₁)/(V₁-V₂)]，

其中，V₀是所述窗口中的表面声波相速度；V₁是所述边界层上除了所述窗口之外的表面声波相速度；以及V₂是所述边界层上的所述声透镜的表面声波相速度。

9.根据权利要求5所述的装置，其中，所述声透镜是至少部分限定所述窗口的双面弯月形透镜。

10.根据权利要求5所述的装置，其中，所述声透镜是至少部分限定所述窗口的单面弯月形透镜。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板和所述窗口包括透明玻璃材料，除所述窗口外的所述边界区域包括有色玻璃材料。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述有色玻璃材料通过玻璃着色而染色。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述有色玻璃材料通过离子交换着色而染色。

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述有色玻璃材料利用电子束射而染色。

15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述有色玻璃材料至少部分地通过所述基板的厚度而染色。

16.根据权利要求11所述的装置，其中，除所述窗口外的所述边界区域具有与所述第二表面的所述触摸区域相同的声学特性和不同的光学特性，所述相同的声学特性包括传播表面声波，所述不同的光学特性包括有色玻璃材料。