CN108628530B - 输入界面和制造输入界面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输入界面(1a；1b)和一种用于制造输入界面(1a、1b)的方法。所述输入界面具有：触摸面(2a；2b)，所述触摸面包括具有至少一种电活性聚合物的第一致动机构(20)，其中所述第一致动机构(20)被构造成产生振动；第二致动机构(3a；3b)，所述第二致动机构被构造成将表面波耦合到触摸面(2a；2b)中；以及传感机构(4a；4b)，所述传感机构被构造成检测在通过所述触摸面(2a；2b)之后的所述表面波。

Description

输入界面和制造输入界面的方法
技术领域
本发明涉及输入界面及制造输入界面的方法。本发明尤其涉及用于作为触摸显示器或作为触摸板使用的输入界面。
背景技术
触摸板或触摸显示器用于检测用户的输入并且将该输入转换为相应的电信号。为此，有必要准确地识别触摸板或触摸显示器上的手指或输入设备(例如输入笔)的位置。用于确定触摸该触摸显示器的准确位置的基础方法在1987年关于超声波、铁电和频率控制的美国电气电子工程师学会软件工程汇刊的UFFC-34卷，R.Adler和P.Desmares的公开文件“An Economical Touch Panel Using SAW Absorption”中可以被找到。在该参考文献中，提出了通过相应的致动器将声表面波耦合到基体中。在基体中另外布置有反射器，反射器以45度的角度部分反射表面波，并且将该表面波转向到一个阵列的对置的反射器。这个反射器第二阵列又将表面波再次以45度角度向着检测波的接收器的方向转向。分别根据反射表面波的反射器对，表面波的传播时间不同。
如果用户的手指或输入设备处于表面波的路径中，则表面波的强度衰减，使得接收器感知到具有降低强度的信号。借助于表面波的传播时间的辅助，可以推导出手指的位置。
发明内容
本发明涉及一种输入界面，特别是用于触摸面板或触摸板的输入界面，以及一种用于制造输入界面的方法。
根据第一方面，本发明涉及一种输入界面，输入界面具有触摸面，触摸面包括具有至少一种电活性聚合物的第一致动机构。第一致动机构被构造成产生振动。输入界面还包括第二致动机构，第二致动机构被构造成将表面波耦合到触摸面中。输入界面另外包括传感机构，传感机构被构造成检测在通过触摸面之后的表面波。
根据第二方面，本发明涉及用于制造输入界面的方法。构造具有第一致动机构的触摸面，其中第一致动机构包括至少一种电活性聚合物。构造第二致动机构，其被设计成将表面波耦合到触摸面中。此外构造传感机构，传感机构被设计成检测在通过触摸面之后的表面波。
本发明的优点
本发明提供了一种输入界面，输入界面被构造成既确定用户的手指或输入设备的准确位置，又为用户提供触觉反馈。第一致动机构可以优选地构造成激励整个输入界面以进行振动。然而，第一致动机构也可以被设计成仅使得局部区域振动，特别是使得触摸面的区段或部分区域振动，从而产生位置分辨的振动。
根据本发明的输入界面特别成本低廉并且易于制造。特别地，对于第一致动机构、第二致动机构和传感机构优选地使用相同或相似的材料类别，从而可以使用相同或相似的结构化工艺和制造工艺。由此得到了协同效应，因为输入界面的元件或部件可以优选同时被制造或至少在较少的工作步骤中被制造。
优选地，第二致动机构和/或传感机构包括至少一种电活性聚合物。优选地，第一致动机构的电活性聚合物和第二致动机构或传感机构的电活性聚合物都可以在单个工作步骤中被沉积或制造。从而加速制造并且降低成本。
根据另一个实施方式，第二致动机构和/或传感机构包括压电陶瓷致动器。
根据一个改型方案，第一致动机构、第二致动机构和传感机构印刷在输入界面的公共基体上。印刷过程允许部件的快速沉积，这些部件可以相对于彼此尤其以高精度相互定位。由此，触摸面的触摸位置的检测精度可以更快和更准确。
根据输入界面的一个改型方案，第一致动机构、第二致动机构和传感机构基本共面构造。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的输入界面的示意性俯视图；
图2是沿图1中的X-X轴的输入界面的示意性横截面图；
图3是根据本发明的第二实施方式的输入界面的示意性俯视图；并且
图4是根据本发明的一个实施方式的用于阐释用于制造输入界面的方法的流程图。
在所有的附图中，相同的或者说功能相同的元件和装置设有同样的附图标记。方法步骤的编号是为了清楚起见，并且通常不应该暗示特定的时间顺序。尤其，也能够同时执行多个方法步骤。如果有意义的话，不同的实施方式可以任意相互结合。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方式的输入界面1a的示意性俯视图。输入界面1a可以构造用于触摸板或触摸显示器，例如用于笔记本电脑或用于诸如智能电话的手持设备。
输入界面1包括触摸面2a，触摸面优选构造为矩形。用户可以触摸触摸面2a，例如用手指或输入笔，从而控制与输入界面1连接的设备。
在图2中更详细地示出触摸面2a，图2示出了沿着图1中的轴线X-X的输入界面1a的示意性横截面图。
根据这种实施方式，触摸面2a包括第一致动机构20，第一致动机构具有多个彼此叠置的层。第一层201与输入界面1的基体5的表面连接并且优选印刷到基体5上。基体5在这里可以由透明材料组成，例如玻璃、PC、PET、PI或聚酯。基体5也可以由不透明材料组成，例如被填充的PA、PBT或ABS。在第一层201上构造第二层202，在第二层上构造第三层203，在第三层上构造第四层204，并且在第四层上构造第五层205。
第二层202和第四层204包括至少一种电活性聚合物，优选是PVDF三元共聚物和/或具有压电或电致伸缩特性的共聚物。第一层201、第三层203和第五层205由金属材料构造并且用作电极。通过在第一层201和第三层203之间施加电压，或在第三层203和第五层205之间施加电压，产生在作为电极起作用的层201、203、205之间的吸引力或排斥力。由此使得位于其间的电活性聚合物在第二层202或第四层204中变形，从而减小电极之间的距离。通过施加可变电压，由此可以产生振动。
根据另外的实施方式，作为电极起作用的层可以被进一步结构化并且例如包括大量彼此分离的金属区段，这些金属区段大致阵列状布置并且分别作为电极起作用。由此能够激励触摸面2a的空间局部区域以进行振动。
输入界面1还包括第二致动机构3a和传感机构4a，第二致动机构被构造成将表面波耦合到触摸面2a中，传感机构被构造成检测在通过触摸面2a之后的表面波。
第二致动机构3a包括第一致动元件31和第二致动元件32，第一致动元件沿着触摸面2的第一棱边布置在基体5上，第二致动元件沿着触摸面2的第二棱边布置在基体5上。
传感机构4a包括第一传感元件41和第二传感元件42，第一传感元件沿着触摸面2的相对于第一棱边的第三棱边布置在基体5上，第二传感元件沿着触摸面2的相对于第二棱边的第四棱边布置在基体5上。
第一致动元件31和第二致动元件32均包括多个可单独操控的致动单元31i、32i，致动单元沿着触摸面2a的第一棱边或第二棱边布置。第一传感元件41和第二传感元件42包括相应的可以单独接触的传感单元41i、42i，所述传感单元相对于各个致动单元31i、32i布置。
如图2所示，致动单元31i、32i分别包括多个层，其中第一层311、第三层313以及第五层315由金属材料制成，并且作为电极以用于位于其间的第二层312和第四层314。第二层312和第四层314包括至少一种电活性聚合物，特别是由上述提到的材料之一形成。通过在第一层311和第三层313之间或第三层313和第五层315之间施加电压，致动单元31i、32i可以将表面波耦合到触摸面2a中。
传感单元41i、42i被构造成接收由相应相对的致动单元31i、32i发射的、在通过触摸面2a之后的表面波，并且输出相应的电信号。为此，传感单元41i、42i同样具有层结构，其中第一层411、第三层413和第五层415由金属材料构造，并且作为电极以用于位于其间的包括电活性聚合物的第二层412和第四层414。
表面波在传感单元41i、42i的层中产生相应的振动，振动导致传感单元41i、42i的电极层之间的距离改变。通过测量电极之间的电位差，可以检测在通过触摸面2a之后的表面波。此外，还可以检测包括电活性聚合物的第二层412和第四层414的变化。因此，可以检测电活性聚合物的结晶区域的极化。例如借助于电活性聚合物的电容测量、阻抗测量、电荷测量、电流测量、电压测量和/或电势测量可以检测该变化。
如果手指或输入设备位于触摸面2a的点P处，则表面波的振幅减小，这可以基于所检测到的表面波来确定。第一致动元件31和第一传感元件41因此被设计成沿着竖直y轴确定接触位置P，而第二致动元件32和第二传感元件42被设计成沿着水平x轴确定接触位置P。
第一致动机构20、第二致动机构3a和传感机构4a的层的数量和层厚不限于所示的实施方式，而是可以被任意选择。另外，本发明不限于所示的电极配置。因此，取代图2中所示的堆叠几何形状，也可以使用叉指型的电极配置。因此，第一致动机构20、第二致动机构3a和/或传感机构4a的电极也可以构造为叉指换能器(IDT)。
输入界面1可以优选地进一步包括评估机构，该评估机构被构造成借助于由传感机构4a检测到的表面波来确定触摸面2a被触摸的位置。
取代被分为致动单元31i、32i的致动元件31、32和被分为传感单元41i、42i的传感元件41、42，也可以仅设置单个致动单元和单个传感单元，其中传感单元检测表面波并且评估机构被构造成识别是否存在触摸面2a的触摸。
此外，取代聚合物层，也可以对于第一致动机构20、第二致动机构3a和/或传感机构4a使用压电陶瓷致动器。
在图3中示出了根据另一个实施方式的输入界面1。布置在基体5上的触摸面2b基本对应于在上述实施方式中所描述的触摸面2a。然而附加地，触摸面包括布置在触摸面2的第一致动机构20之上、之内或之下的多个反射器61、62、71、72。
输入界面1b包括第二致动机构3b和传感机构4b，传感机构相邻于触摸面2b的棱边布置，其中第二致动机构3b布置在棱边的上端处并且传感机构4b布置在棱边的下端处。第二致动机构3b被设计成将表面波耦合到触摸面2b中。为此，致动机构3b可以具有上述的层结构。
反射器61、62沿着表面波的传播方向布置，使得表面波以45度的角度碰触到反射器61上并且被部分地反射。表面波的另一分量穿过反射器61并且碰触到另一个反射器62上，在那里它又被部分反射和部分透射。因此，在反射器61、62处出现部分反射。
在第一反射之后，表面波碰触到布置在触摸面的相对侧上的相应的反射器元件71、72，又偏转45度并且向着传感机构4b的方向反射。
传感机构4b被构造成检测在通过触摸面2b之后的表面波。分别根据由哪个反射器对反射了表面波，传播时间不同。所绘出的第一表面波W1由反射器61、71反射，反射器更靠近第二致动机构3b和传感机构4b，从而表面波W1比由更远的反射器62、72反射的第二表面波W2具有更少的传播时间。
如果在位置P处接触触摸面2b，则表面波W1的强度减小，这可以通过分析所检测到的表面波被确定。由于传播时间不同，可以借助于所检测到的表面波进一步确定位置P沿水平x轴的坐标。优选地，对应的第二致动机构和传感机构可以偏移90度进行布置，并且附加地可以设置偏移了90度的相应的反射器，从而也可以确定沿着水平y轴的位置。尤其由此也可以检测用于例如侦测多指触摸的多个接触点。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的用于阐释用于制造输入界面的方法的流程图。
在方法步骤S1中，在基体5上构造具有第一致动机构的触摸面。第一致动机构20包括至少一种电活性聚合物。基体5可以由透明材料组成，例如玻璃、PC、PET、PI或聚酯。基体5也可以由不透明材料组成，例如被填充的PA、PBT或ABS。
在方法步骤S2中，构造第二致动机构，其被设计成将表面波耦合到触摸面中。
此外在方法步骤S3中构造传感机构，传感机构被设计成检测在通过触摸面之后的表面波。优选地，第二致动机构和传感机构同样包括至少一种电活性聚合物。第一致动机构、第二致动机构和传感机构的单个层可以优选分别在同一工作步骤中被施加。因此，可以交替地沉积用于电极的层和由电活性聚合物构成的层。
优选地，借助印刷方法形成层。优选使用丝网印刷方法、狭缝涂布方法(隙缝式喷嘴涂布)、喷墨印刷方法或柔版印刷方法。第一致动机构、第二致动机构和传感机构可以基本共面构造。
第一致动机构、第二致动机构和传感机构的各电极层和由电活性聚合物层构成的层的数量和层厚可以相同，当然也可以不同。

Claims (10)

1.一种输入界面，具有：
触摸面，所述触摸面包括具有至少一种电活性聚合物的第一致动机构，其中所述第一致动机构被构造成产生振动；
第二致动机构，所述第二致动机构被构造成将表面波耦合到所述触摸面中；和
传感机构，所述传感机构被构造成检测在通过所述触摸面之后的所述表面波；
其中所述触摸面包括布置在所述触摸面的相对两侧的第一组反射器和第二组反射器，
其中所述第一组反射器被布置成沿着由所述第二致动机构耦合的所述表面波的传播方向，使得所述表面波以45度的角度碰触到所述第一组反射器，并且使得所述表面波被部分反射并且部分透射，
其中所述第二组反射器被布置成使得被所述第一组反射器部分反射的表面波偏转45度并且反射到所述传感机构，并且
其中所述传感机构被构造成根据表面波的强度和传播时间来确定在所述触摸面上的接触位置。
2.根据权利要求1所述的输入界面，其中，所述第二致动机构和/或所述传感机构包括至少一种电活性聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的输入界面，其中，所述第二致动机构和/或所述传感机构包括压电陶瓷致动器。
4.根据权利要求1或2所述的输入界面，其中，所述第一致动机构、所述第二致动机构和所述传感机构被印刷到所述输入界面的公共基体上。
5.根据权利要求1或2所述的输入界面，其中，所述第一致动机构、所述第二致动机构和所述传感机构基本共面构造。
6.一种用于制造输入界面的方法，具有以下步骤：
构造触摸面，所述触摸面具有包括至少一种电活性聚合物的第一致动机构；
构造第二致动机构，所述第二致动机构被构造成将表面波耦合到所述触摸面中；并且
构造传感机构，所述传感机构被构造成检测在通过所述触摸面之后的所述表面波；
其中所述触摸面包括布置在所述触摸面的相对两侧的第一组反射器和第二组反射器，
其中所述第一组反射器被布置成沿着由所述第二致动机构耦合的所述表面波的传播方向，使得所述表面波以45度的角度碰触到所述第一组反射器，并且使得所述表面波被部分反射并且部分透射，
其中所述第二组反射器被布置成使得被所述第一组反射器部分反射的表面波偏转45度并且反射到所述传感机构，并且
其中所述传感机构被构造成根据表面波的强度和传播时间来确定在所述触摸面上的接触位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，借助于印刷方法构造所述触摸面和/或所述第二致动机构和/或所述传感机构。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述印刷方法包括：丝网印刷方法、狭缝涂布方法、喷墨印刷方法或柔版印刷方法。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，所述第二致动机构和/或所述传感机构包括至少一种电活性聚合物。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，所述第一致动机构、所述第二致动机构和所述传感机构基本共面构造。
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