CN109769395B - 电容式触摸屏反射镜设备及制造方法 - Google Patents

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Abstract

触摸屏反射镜设备(100)包括触摸屏面板(10)和镜面(20)。所述触摸屏面板(10)包括电容传感器(12)的网格，所述电容传感器用于检测诸如指尖等输入物体(F)在所述触摸屏面板(10)附近的位置。所述镜面(20)被配置为在所述镜面(20)的前侧至少部分地反射镜像(M)。所述镜面(20)包括反射金属层(21)，所述反射金属层被分成通过单个邻接间隙(G)而彼此电隔离的分离的金属岛(21a、21b)，以允许所述电容传感器(12)检测所述输入物体通过所述镜面(20)的位置。

Description

电容式触摸屏反射镜设备及制造方法
技术领域
本发明涉及具有集成触摸屏面板的反射镜，特别是具有电容式触摸屏面板的反射镜。本发明还涉及制造这种电容式触摸屏反射镜设备的方法。
背景技术
在个人护理(例如，剃须和梳理)领域内，所谓的“魔镜”构成了一个相对较新的概念。例如，利用这种魔镜，可以在镜面后面或镜面上显示信息以增强标准反射镜的体验。在特定实施方式中，魔镜可以使用相机图像在叠加有增强元素的屏幕上显示镜像。然而，使用电脑屏幕很难复制镜像体验(例如，深度)。在另一实施方式中，魔镜使用在双向(半透明)镜后面的显示屏。在该实施方式中，例如，反射镜将照亮的显示图像从镜面后侧透射通过镜面而到达镜面前侧，同时在镜面前侧反射用户的镜像。
为了向反射镜设备添加另外的功能，期望为镜面上的触摸输入界面提供便利。为此目的，现有的反射镜设备例如包括触摸技术，例如，光学、电阻或导电垫或压敏垫。然而，这些触摸技术易受到相对较大的干扰且不易操作。因此，优选使用电容式触摸屏，电容式触摸屏通常更具响应性并且也可用于诸如智能手机和平板电脑等其他显示设备。
一种创建常规镜面的方法是使用金属反射层。例如，透明基板上的薄的铝或银的沉积层能够用作镜面。然而，这些金属层也是导电的，因此被认为不适于与被布置在镜面后面的电容传感器进行组合。特别地，这种导电层的存在可能会使电容传感器的功能失效。
现有技术US 8835789 B2描述了用于使用具有导电表面的电容式触摸控制器的装置和方法。该已知装置包括具有反射层的反射镜，该反射层是导电的并且反射光。在反射层中形成沟槽以限定反射层的触摸区，该触摸区与反射层的其余部分相隔离。导电拾音器被安装在反射镜后侧的触摸区上方，并且导电拾音器电连接到电容式触摸控制器，使得当用户触摸反射镜前侧的触摸区时，触摸控制器会对触摸做出响应。应当注意，在现有技术中，当预期存在多个触摸区时，已知装置可能会遭受串扰。现有技术公开了通过增加沟槽宽度来使触摸垫之间的串扰最小化。现有技术还公开了提供背光源以使沟槽在表面前侧可见。然而，这可能会降低镜面的视觉效果并且仅允许静态触摸控制。
因此，仍然期望改进使用电容式触摸控制器结合导电镜面的装置和方法。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种包括电容式触摸屏面板的触摸屏反射镜设备。所述面板包括电容传感器网格，所述电容传感器网格适合于以电容方式检测在触摸屏面板处或附近的导电和/或电容输入物体(例如，指尖)的存在或位置。镜面在所述触摸屏面板的前侧覆盖所述触摸屏面板，所述触摸屏面板的前侧面向所述反射镜设备的前侧，即，面向所述反射镜设备的用户的一侧。所述镜面被配置为在所述镜面的前侧至少部分地反射所述用户的镜像。所述镜面包括反射金属层，所述反射金属层在所述镜面上被分成彼此电隔离的分离的金属岛。不同传感器位置处的电容传感器可以与它们的相应的最近金属岛相关联，通常该岛与在该位置处的传感器具有最强的电容耦合。有利地，针对相邻岛的对，提供相邻电容传感器中的至少一对相邻电容传感器，其中，所述传感器的对中的一对传感器中的每个传感器与所述相邻金属岛的对中的相应的一个相邻金属岛相关联。特别地，所述相邻金属岛通过单个邻接的非导电间隙彼此电隔离，在所述相邻金属岛之间没有金属或其他导电层。换句话说，金属岛和对应的传感器被布置为使得所有相关联的金属岛都利用相邻的传感器对将相关联的岛分离。
通过电隔离所述金属岛(即，使金属层的层部分或层区分离)，使得电容传感器能够通过镜面来检测输入物体(例如，指尖)的存在或位置。不受理论束缚，应当注意，金属层的分隔可以减轻电荷和电场耗散或扩散通过整个金属层的问题。因此，可以例如通过电容传感器与指尖之间的电容耦合来引发局部电荷和电场，这在金属层中产生较少的耗散。这可以提高电容传感器的灵敏度和/或准确度(分辨率)。有利地，金属层通常对于宽范围的光波长和宽范围的光学入射角具有良好的反射质量。此外，金属层易于制造任何所需的透明度，例如通过适当选择层厚度和/或金属类型来完成此任务。
如本文所述，到相邻传感器的对的相关联的(最近)金属岛本身是具有一个邻接的非导电间隙的相邻金属岛，在所述相邻金属岛之间没有金属层。本文使用的表述“相邻”是指最近邻居。例如，“相邻金属岛”是彼此直接毗邻且之间没有任何其他岛的岛。类似地，“相邻传感器”是在传感器网格的位置序列中彼此紧挨着且之间没有任何其他传感器的传感器。提供这样的实例(其中，相邻金属岛的对具有相关联的电容传感器的对)可以允许跨多个传感器记录单个触摸事件，即，在不同传感器位置的扩展区上记录触摸事件。例如，可能发生与两个(或更多个)相邻金属岛的手指触摸和/或电容耦合，并且该触摸由至少两个不同传感器记录，每个传感器提供电容耦合的度量。在多个传感器上记录触摸事件可以使得能够更准确地测量发生触摸事件的位置，例如通过对多个测量值进行平滑和/或内插来更准确地测量发生触摸事件的位置。通过提高准确度，可能区分紧密间隔的触摸事件并且使得能够对触摸显示器进行灵活且动态的控制。这可以与现有技术形成对比，在现有技术中，由具有相关联的相邻传感器的金属岛提供静态控制，所述金属岛由中间导电结构分离而没有相关联的传感器。这种中间导电结构防止岛之间的串扰，其中，串扰实际上可能有益于传感器网格的位置准确度。因此，获得了一种改进的电容式触摸屏反射镜设备。
金属岛和传感器的相对密度可以根据反射镜设备所需的分辨率和外观而变化。例如，在低密度金属岛中，每个金属岛可以与多个传感器相关联，即，测量多个传感器之间的电容耦合。在这种情况下，当触摸两个相邻金属岛时，这可以由多个传感器的两个集合来记录，其中，(与第一岛相关联的)第一集合中的至少一个传感器是(与相邻第二岛相关联的)另一集合中的另一传感器的邻居。替代地，通过使金属岛小于传感器区，对准或直接分配对灵敏度的影响可能不大。例如，每个传感器可以与多个金属岛相关联。而且，在这种情况下，相邻金属岛的至少一些对可以与相应的相邻传感器的对相关联(电容耦合)。替代地，当然，岛也可以以与传感器网格相同的分辨率进行分布，即，其中，每个金属岛与其耦合最多的一个(最近)传感器相关联。在这种情况下，所有相邻金属岛都与相邻传感器相关联，反之亦然。
有利地，所述触摸屏面板可以通过测量隔着所述邻接的非导电间隙的两个或更多个相邻金属岛与在相应的传感器位置处的、关联于所述两个或更多个相邻金属岛的相应的电容传感器之间相对电容耦合来记录所述输入物体(例如，手指)与相应的两个、三个或更多个相邻金属岛之间的同时耦合。参数(例如，平行于镜面的方向上的金属岛的最大尺寸、金属岛之间的非导电间隙，以及金属岛与其相关联的电容传感器的距离)可以被配置为允许经由多个金属岛与所述多个金属岛的相关联的电容传感器之间的第二电容耦合来传递手指与所述多个金属岛之间的第一电容耦合。
另外，由于在用于电容感测的分离的金属岛之间可能预期到的典型电压差相对较低(毫伏或更小的数量级)，因此金属层的分离的金属岛之间的分离距离能够相对较小，但仍能提供足够的电隔离。例如，分离的金属岛之间的分离距离或间隙的范围优选地在10微米至200微米之间，更优选在30微米至100微米之间，例如，50微米。有利地，这可以允许岛之间和/或一个手指与多个岛之间的跨间隙电容耦合。另外，所述分离距离或间隙能够很小，使得在正常使用期间，分离的金属岛之间的分离线在镜像中变得几乎不可见。例如，发现普通用户在离镜面25厘米的距离处难以区分薄于0.1-0.3毫米的分离线。
当传感器与其相关联的岛之间的距离相对较小(例如在50微米至5毫米之间，优选在100微米至3毫米之间)时，通常可以实现传感器与其相关联的岛之间的充分耦合。当电容传感器网格被填充有金属岛的区覆盖时，优选地，该区中的所有金属岛都被单个邻接的非导电间隙分离开，例如，互连的线网格。例如，在(与传感器相关联的)岛周围没有可防止串扰的中间导电环。
在一些实施例中，所述触摸屏面板可以被配置为根据在所述传感器位置网格上的位置来提供可变的电容耦合量的位置映射。虽然当分离的金属岛具有与传感器位置之间的间隔相当或比其更小的尺寸时传感器网格的准确度可能是最优的，但这不是严格必需的条件。例如，通过对在传感器位置的网格上测量的可变的电容耦合量进行内插和/或平滑来计算位置映射。位置映射可以提供比相邻金属岛之间的中心间距离更准确的分辨率。因此，反射镜设备可以基于位置映射来准确地计算输入物体的位置。
在一些情况下，一旦在顶部应用了金属岛，就可以通过(重新)校准传感器阵列来进一步改善位置准确度。例如，可以提供校准电路以校正输入物体的计算位置与实际位置之间的任何偏移。可以通过将金属岛与下面的电容传感器对准(例如使岛之间的间隙在下面的相关联的传感器之间的间隙的正上方)来实现准确度的进一步提高。
为了进一步降低存在于反射金属层的分离的金属岛之间的分离线的可见性，能够有利地根据不规则图案(例如，(半)随机图案)布置分离线的延伸网格。应当注意，与规则图案或周期性图案相比，人眼通常更难区分不规则图案。例如，代替标准周期性线网格(例如，正方形或矩形线网格)，分离线优选地被布置为图案，其中，分离线在多个(例如，三个或更多个)不同方向上延伸。替代地或额外地，在图案中，分离线具有直线部分或线段，其具有有限的最大长度，例如，五毫米或更小的最大长度。替代地或额外地，能够使用弯曲的分离线。这些特征和其他特征可以以半随机图案或非周期性图案组合以使在镜像中的分离线的可见性最小。
反射镜设备可以包括任选的显示器以用于提供(照亮的)显示图像，所述显示图像与电容传感器至少部分地叠加。例如，电容传感器能够被设置在显示器与半透明(双向)反射镜之间，其中，显示图像透射通过镜面。应当理解，显示器、反射镜和触摸屏面板的组合能够提供协同优势和应用。有利地，显示器能够被集成在触摸屏面板中。替代地或额外地，还可以从反射镜设备前侧投射显示图像，例如通过外部显示源来投射显示图像。替代地或额外地，可以在镜面上或镜面后面提供(静态)图形表示，例如指示触摸控制输入字段或区。有利地，显示器与当前启用的位置测量的组合可以允许灵活和/或动态控制。
大规模制造的电容式触摸屏面板通常用于人类手指操作。因此，这些电容式触摸屏面板被设计为感测人类手指大小的物体并确定手指的存在或触摸位置。例如，将位置分解为显示元件的大小，即，以显示触摸面板组件的屏幕像素坐标的形式表示位置。应当注意，电容传感器可以以比电容感测区本身更精细的分辨率来确定位置，例如通过对用相邻电容感测区感测手指的“权重”进行内插来确定位置。
发明人已经发现，当所提出的反射金属层的分离的金属岛或分隔部分等于或小于电容感测区时，感测能力损失很小或没有损失。在实践中，对于人类手指操作，这意味着分离的金属岛优选等于或小于人类指尖而使得触摸屏面板没有发生功能损失或劣化。因此，在实施例中，在平行于镜面的方向上看，分离的金属岛或分隔部分具有12毫米或更小(例如，1厘米)的最大尺寸。分离的金属岛的这种最大尺寸使得能够可靠地检测人类指尖在镜面上的位置。替代地，当电容传感器包括电容传感器网格时，所述最大尺寸也可以与电容传感器网格的电容感测元件的分辨率相关。例如。分离的金属岛的最大尺寸可以是电容传感器网格的分辨率的两倍，优选地，最大尺寸等于或小于电容传感器网格的分辨率。例如，电容传感器网格的分辨率可以小于1厘米。另一方面，反射金属层的分离的金属岛优选足够大，以提供例如与分离线的总表面积相比足够大的镜面总反射表面积。因此，在平行于镜面的方向上看，分离的金属岛的最小尺寸优选为至少1毫米，例如，超过0.5厘米。例如，分离的金属岛或分隔部分的典型表面积能够为大约12毫米乘12毫米。
为了创建足够的镜面外观，发现镜面的金属层优选具有至少40％，优选至少50％的反射率(即，对于可见光波长范围内的垂直入射光)。其他范围也是可能的，例如，触摸反射镜设备可以具有高达100％的反射率和极小或零透射。例如，能够省略显示设备。同时，金属层的反射率也能够影响来自被布置在镜面后面的显示器的透射光的量。因此，优选地，镜面的金属层的反射率不超过80％(例如具有50％至70％的值)以避免透射通过镜面的显示光的过度损失。例如，金属层的层厚度可以为微米0.1至50微米，优选为1微米至10微米。
镜面能够被提供在光学透明的基板上，即，具有分隔的金属层，所述分隔的金属层包括被提供在基板上的分离的金属岛。例如，玻璃或PMMA基板能够被提供有铝或银涂层，所述铝或银涂层被分成或分隔成分离的金属岛。鉴于改善的透明度和相对低的成本，优选玻璃基板与铝层的组合。此外，这种组合还可以提供改善的光学反射镜性能，例如关于具有低失真度和缺陷的图像保真度(换句话说，高调制传递函数)。基板能够被单独制造并被安装在现有的触摸屏面板显示器上。替代地，可以将金属层直接应用于触摸屏面板显示器的前侧。优选地，在设备的外表面上施加透明保护层以保护金属层免受损坏。保护层也能够由其上施加有金属层的基板形成，例如通过在(玻璃)基板与触摸屏面板之间布置金属层来形成。触摸屏面板还可以具有其自己的保护(非导电)层。
电容传感器可以例如包括电容传感器网格或电路。更具体地，例如，导线能够用于检测由于诸如手指等导电和/或电容物体定位在线附近而引起的电容变化。通用或专用触摸处理器能够用于接收来自传感器的触摸输入并且例如根据镜面上的坐标并且/或者相对于显示器的投影图像来计算指尖的位置。
触摸屏面板和显示器能够是集成的或分离的设备层。能够使用分离的或集成的显示控制器来控制所显示的图像的外观。例如，显示器可以包括被控制为形成图像的多个像素。优选地，照亮图像以使其通过反射镜设备前面的镜面的金属层可见。例如，显示器包括背光液晶显示器(LCD)或有机发光设备(OLED)。应当注意，显示器和/或触摸屏面板的区能够是反射镜设备的整个前表面的子区，例如在不需要在反射镜设备的整个前表面上提供所显示的图像时就是如此。例如，镜面的面积能够比触摸屏面板的面积大两倍以上。以这种方式，相对较小且便宜的触摸屏面板能够与相对较大的镜面相组合。
本公开内容的另一方面或另外的方面提供了一种制造触摸屏反射镜设备的方法。根据该方法，在制造期间，提供触摸屏面板并在所述触摸屏面板的前侧覆盖如本文所述的镜面，所述触摸屏面板的前侧面向反射镜设备的前侧。例如能够通过在透明基板上提供薄金属层并通过在所述金属层中提供(例如通过蚀刻或其他光刻技术来产生)间隙线来制造所述镜面。为了大规模生产分隔的金属层，在蚀刻工艺中使用掩模图案能够是有利的。替代地或额外地，能够使用移动激光束来产生间隙线，所述移动激光束在金属表面层上烧蚀线图案。
附图说明
根据以下描述、权利要求和附图将会更好地理解根据本发明的触摸屏反射镜设备及其制造方法的这些和其他特征、方面和优点，其中：
图1示意性地图示了根据本发明的触摸屏反射镜设备的部分的横截面视图；
图2A-2C示意性地图示了输入物体与反射镜设备的不同实施例发生相互作用的横截面视图；
图3A-3C示意性地图示了金属岛对测量的传感器信号的影响；
图4A示意性地图示了根据本发明的触摸屏反射镜设备的部件的分解视图；
图4B示意性地图示了根据本发明的触摸屏反射镜设备的另外的部件的分解视图；并且
图5A和图5B示意性地图示了用于将反射镜设备的镜面的金属层分成分离的金属岛的图案。
具体实施方式
本发明涉及提供额外的用户界面功能的反射镜设备。特别地，描述了将金属镜面与电容式触摸屏功能相结合的方法。反射镜设备包括常规的薄金属层(例如，铝或银)以提供反射镜功能。反射镜设备还包括触摸屏以提供用户界面功能。触摸屏可以具有本领域已知的额外的显示功能。
通常，触摸屏显示器能够包括电容传感器网格，所述电容传感器网格确定靠近传感器网格的诸如手指等物体的存在或位置。由电容传感器网格感测的信号可以随着指尖相对于传感器网格的存在和位置而改变。例如，电容传感器网格可以包括电极的行和列的矩阵，所述电极检测由附近物体(通常在1厘米距离内)的存在引起的电容耦合的变化。例如，能够通过分析传感器网格的电信号来确定反射镜上的指尖位置的表面坐标。应当理解，在没有额外措施的情况下，在这种布置中，电容式触摸屏将不起作用，因为金属层将会防止触摸屏的电容传感器感测到在金属层的相对侧处的手指的存在。
本发明使得能够使用被布置在反射镜设备的金属反射镜层后面的常规低成本电容式触摸屏。为此目的，本发明提出将镜面的导电金属反射镜层细分为相对于彼此电隔离的分离的金属岛。以这种方式，金属层不再充当防止触摸屏的电容传感器感测镜面前方的手指或其他物体的电屏蔽。因此，金属层不再在整个触摸屏面板上扩散和分布电容变化。
为了使金属反射镜层与包括电容传感器元件阵列的触摸屏具有最优功能，优选地，通过单个邻接的非导电区(例如，线)网格将隔离岛相互分离，即，围绕隔离岛的非导电区应相互连接。这可以允许相邻隔离岛之间发生所谓的串扰，使得物体的存在不仅电容性影响最靠近物体的传感器元件，而且还影响相邻传感器元件。这种串扰可能会导致接近的物体对下面的传感器阵列的电容冲击极度类似于当反射镜层不存在时发生的冲击。这可以允许传感器阵列测量由物体引起的相邻传感器元件上的电容性失真的分布，借助于已知的内插技术能够根据该分布来确定物体的位置，其分辨率显著高于传感器阵列的分辨率。
此外，金属层的分离的金属岛的大小优选至多等于输入物体的大小(即，接触反射镜设备的手指顶部的大小)。分离的金属岛的实际大小范围从几平方毫米到不大于12×12平方毫米。在实践中，感测元件的中心间分布可以处于相似的范围内，例如处于6毫米至12毫米的分布范围内。由于相邻金属岛之间的电压差仅为毫伏或更小的量级，因此镜面的金属岛之间的空间间隔或间隙可以很小，例如，0.05毫米。这种小间隙不会影响用户对镜像的感知。
优选地，下面的电容式触摸面板是投射电容型的。这是消费类设备中最常用的触摸屏类型。这些面板具有电容感测线或焊盘的阵列以在一定距离处感测每条线的距离上的电容失真。它们通常是透明的(铟锡氧化物，ITO)并被粘合到显示面板的基板玻璃上。该阵列能够包括驱动线和感测线或直接感测线，手指的存在会影响驱动线对感测线的作用或者被感测为改变双元件电容器的值。然后测量这种影响。然后做出在两个正交方向上测量的线阵列的失真图。将该图处理为手指存在的图形二维表示，可以执行诸如平滑和内插等图形算法。这样，能够利用比实际检测电容阵列的分辨率更精细的坐标来检测一个或超过一个手指的存在。实际检测阵列能够被实施为堆叠线、条纹的形式，或者实际上被实施为正交的驱动拼片和感测拼片或者感测拼片的更为复杂的交织图案。
无论触摸面板感测元件的实际图案和密度如何，阵列都优选被设计为感测人类手指的触摸并以屏幕坐标报告位置。此外，阵列可以被优化以检测大致十毫米大小的指尖触摸。阵列可以以像素坐标报告触摸位置，因此对于1280×800的屏幕面板，阵列可以报告该范围内的坐标。因此，隔离区大小优选与人类手指的数量级相同或比其更小。然后，分段显示的影响被减小到检测“正方形手指”的下面的触摸面板。即，感测系统可以测量在各个面板上均匀分布的手指触摸。在正方形面板的情况下，这意味着手指被翻译成正方形拼片(或拼片集合)。例如在图2中图示了这种“手指像素化”，并且在下文中进一步详细讨论了这种“手指像素化”。
由于触摸事件可能并不总是直接作用在一个隔离的岛区上且并不总是限于一个隔离的岛区，因此系统优选允许在超过一个隔离岛上传递手指触摸。同样，在单个岛触摸手指的情况下，下面的现成的触摸面板可以期望对一系列感测元件产生的电容冲击，以实现电容失真梯度的图形表示。为了能够透明，期望不妨碍从一个隔离区到另一隔离区的串扰。隔离间隙(即，围绕隔离区的“槽”或线)优选全部互连。例如，在图3中图示了这种情况，在下文中进一步详细讨论了这种情况。
为了提高透明度并减少对处理软件输入的触摸面板产生显著影响，能够提高切分的分辨率。当导电反射镜显示器以下面的显示面板的分辨率被分割成岛时，有效地消除了手指的“像素化”的影响。这实际上意味着岛的尺寸为0.1毫米的量级。缺点可能是隔离线所需的相对表面积变大。这降低了可用的整体反射镜质量。
当已知下面的触摸面板的实际图案时，隔离岛的最优布置可以遵循相同的图案。然而，这需要了解部件中的实际图案以及反射镜与面板的准确对准。在存在不匹配(即，岛的边缘超过相邻传感器垫，即使超过例如0.2毫米也是如此)的情况下，前面提到的“手指像素化”影响可能对触摸面板的感测质量具有显著的负面影响。
在一个实施方式中，为了创建反射镜设备，在触摸屏面板的顶部上应用双向或半镜面。可用的低成本触摸屏面板是与显示面板集成的那些触摸屏面板，例如，与片上系统(SoC)计算机(例如，ROKchipARM系统)集成的触摸屏面板。
下面参考附图来更全面地描述本发明。在说明书和附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。相对术语(例如，水平、垂直)及其派生词应被解释为指代如所描述的或如所讨论的附图中所示的取向。应当理解，当描述结构或部件之间的连接时，除非另有说明，否则可以直接或通过中间结构或部件来建立这种连接。
图1示意性地图示了触摸屏反射镜设备100的部分的横截面视图。反射镜100包括触摸屏面板10和覆盖触摸屏面板10的镜面20。
在一个实施例中，触摸屏面板10包括电容传感器12以用于以电容方式检测输入物体“F”(例如，触摸屏面板10附近的指尖)的位置“X”。例如，电容传感器12限定传感器位置网格Sxy以用于检测反射镜设备100的表面上的位置“X”。优选地，传感器位置可单独读取/寻址。
在另外的实施例中，触摸屏反射镜设备100包括任选的显示器11(例如，显示器11)以用于控制叠加电容传感器网格12的照亮的显示图像“D”。在另一或另外的实施例中，电容传感器网格12包括导电线12w的网格，导电线12w被配置为检测因导电物体(例如，手指“F”)定位在导电线12w附近而引起的电容“C”的变化。也可以使用其他类型的电容传感器或电路。在一个实施例中，设备100包括触摸处理器(未示出)。例如，触摸处理器被配置为从电容传感器网格12接收触摸输入并且通过镜面20计算在触摸屏面板10附近的物体“F”的位置“X”。
在一个实施例中，镜面20形成双向或半透明反射镜，其被配置为将照亮的显示图像“D”从镜面20后侧至少部分地透射通过镜面20并且在镜面20前侧至少部分地反射镜像“M”。有利地，镜面20包括被分成金属岛21a、21b等的反射金属层21。金属岛21a、21b彼此电隔离以允许电容传感器网格12通过镜面20来检测输入物体(例如，手指“F”或手写笔)的位置“X”。
在一些实施例中，处于不同传感器位置(Sa或Sb)处的电容传感器12可以与它们相应的最近金属岛21a、21b相关联，例如，相应的金属岛对与相应传感器电容耦合敏感。优选地，与金属岛相关联的传感器具有传感器(区)，当从显示设备的前表面以垂直角度观看时，该传感器(区)至少部分地位于金属岛下方。此外，为了充分记录电容耦合，金属岛优选相对靠近其相关联的传感器，例如在3毫米的距离内，该距离优选小于1毫米，例如，0.9毫米或甚至更小(例如，半毫米)。然后发现，有利的是，对于至少一些相邻金属岛的对21a、21b，存在相应的相邻电容传感器的对12a、12b。这些对可以包括与第一相邻金属岛21a相关联的第一电容传感器12a和与第二相邻金属岛21b相关联的第二电容传感器12b。有利地，相邻金属岛21a、21b通过一个邻接的非导电间隙G彼此电隔离，在相邻金属岛21a、21b之间没有金属层。换句话说，金属层21优选在与相邻传感器位置12a、12b相关联的第一岛21a与第二岛21b之间没有任何导电岛。
例如，在所示实施例中，第一金属岛21a被配置为电容耦合(Ca)到电容传感器12中最靠近第一金属岛21a的第一传感器位置Sa附近的一个或多个电容传感器(例如，12a)。此外，第二金属岛21b被配置为电容耦合(Cb)到电容传感器12中最靠近第二金属岛21b的第二传感器位置Sb附近的一个或多个电容传感器。如图所示，第二传感器位置Sb以传感器位置网格的顺序跟随第一传感器位置Sa。此外，如图所示，第一金属岛21a和第二金属岛21b与单个非导电间隙直接相邻，在第一金属岛21a与第二金属岛21b之间没有金属层。例如，反射金属层21的金属岛通过宽度在10微米至100微米之间的间隙“G”彼此分离。例如，能够通过气隙或隔离材料来实现电隔离。
在一个实施例中，镜面20的金属层21被配置为反射50％至70％的可见光，所述可见光例如是以法向或垂直(90度)的光学入射角测量的。例如，金属层21的层厚度Z在0.1微米至10微米之间。其他厚度也可以实现所需的反射程度。作为金属层21的厚度的替代方案或补充方案，覆盖百分比也能够在确定半程反射镜的特性(例如，反射率)方面起作用。例如，通过气相沉积在分离的或集成的基板上构建金属层。也可以使用其他方法来构建金属层。在所示实施例中，镜面20包括具有分隔的金属层的基板22。例如，镜面20包括具有分隔的铝层的玻璃基板22。在一个实施例中，镜面20包括在反射镜设备的外表面上的透明保护层23以保护金属层21。保护层的额外益处是可以防止手指与两个岛导电性耦合。例如，当指尖覆盖两个金属岛(桥接间隙)时，实际接触金属的手指可以与这两个岛导电性耦合并给予这两个岛相同的电容效应(创建一个更大的“岛”)。当受到保护时，两个被覆盖的岛可以纯粹作用于手指的电容效应，这可以向传感器阵列提供更准确(更清洁)的信号。
在一个实施例中，分离的金属岛21a、21b中的每个在平行于镜面20的方向上的最小尺寸L至少为1毫米。在另一或另外的实施例中，分离的金属岛21a、21b中的每个在平行于镜面20的方向上的最大尺寸L至多为12毫米。在另一或另外的实施例中，分离的金属岛21a、21b中的每个的最大表面积至多为1.5平方厘米。在一个实施例中，分离的金属岛21a、21b中的每个的最大尺寸L至多是传感器网格12的分辨率的两倍。例如，电容传感器网格12具有小于1厘米的分辨率。
在一个实施例中，显示器11包括被配置为形成显示图像D的像素11p。在另一或另外的实施例中，反射镜设备100包括显示控制器，所述显示控制器被配置为控制显示图像D，例如通过控制像素11p来控制显示图像D。在另一或另外的实施例中，显示器11包括背光液晶显示器LCD。替代地，显示器11包括有机发光设备OLED。代替像素，也能够使用其他类型的显示器，例如，其中，图像由反射镜后面的照亮的形状形成。例如，形状可以具有输入控件的形式。通常，在通常的显示面板后面集成了背光层。例如，这能够是完全发光层(OLED或其他电致发光层)，或者是被构造成光源从其(例如，侧面)发光的用于均匀漫射和扩散的层。例如，在面向显示器的箔中具有受控出射图案的全内反射层。
图2A-2C示意性地图示了横截面视图，其中，输入物体“F”(更具体地是手指)与反射镜设备100的不同实施例发生相互作用。这些实施例的不同之处在于它们的金属岛21和电容传感器12的分布具有不同的相对密度。
图2A示出了其中金属岛21的密度大于传感器12的密度的实施例。因此，多个传感器可以与一个金属岛相关联。图2A图示了在这种情况下由非导电间隙G分离的相邻金属岛21a、21b的对可以与相邻传感器12a、12b的对相关联。在这些岛之间的边缘处，也可能发生一个传感器与两个岛相关联的情况，这种关联可能具有不同的耦合强度。
图2B示出了其中金属岛21的密度与传感器12的密度相同的实施例。因此，每个金属岛具有一个相关联的传感器。同样，在这种情况下，由非导电间隙G分离的相邻金属岛21a、21b的对可以与相邻传感器12a、12b的对相关联。还可能存在另外的微小耦合(未示出)，例如，一个传感器与相邻金属岛之间的微小耦合或金属岛之间的微小耦合。
图2B示出了其中金属岛21的密度小于传感器12的密度的实施例。因此，多个岛可以与一个传感器相关联。同样，在这种情况下，由非导电间隙G分离的相邻金属岛21a、21b的对可以与相邻传感器12a、12b的对相关联。而且，对于传感器之间的一些岛来说，可能发生岛与多个传感器之间的耦合。
因此，每个实施例都图示了相应的电容传感器12a、12b与附近相应的金属岛21a、21b相关联，即，使得电容传感器12a、12b被配置为测量与其相关联的金属岛21a、21b的电容耦合Ca、Cb。此外，在每个实施例中，金属岛的至少子集包括相邻金属岛21a、21b的对，其具有各自的相关联的相邻电容传感器12a、12b的对。特别地，这些相应的对包括与第一金属岛21a相关联的第一电容传感器12a和与相邻第二金属岛21b相关联的相邻第二电容传感器12b。此外，相邻金属岛21a、21b通过邻接的非导电间隙G彼此电隔离，在相邻金属岛21a、21b之间没有金属层。应当理解，在这些实施例中的每个实施例中，都避免了因中间金属岛而形成电容隔离屏障而没有与相邻传感器相关联的金属岛之间的相关联的传感器。这种屏障可能会干扰岛之间的串扰，在这种情况下，岛之间的串扰是为了提高定位准确度。换句话说，手指在相邻金属岛上的触摸事件能够由两个或更多个传感器来记录。
图3A-3C示意性地图示了金属岛对测量的传感器信号的影响。
图3A示意性地图示了具有进一步细节的反射镜设备100的实施例的横截面视图。尽管该图示出了类似于图2A的实施例的反射镜设备，但是应当理解，实施例的以下描述同样可以应用于其他实施例，特别是具有不同的金属岛密度的实施例，例如根据图2A、图2B或图2C中的任一个的实施例。
在一个实施例中，例如如图所示，触摸屏面板被配置为通过测量隔着邻接的非导电间隙“G”的两个或更多个相邻金属岛21a、21b与在相应的传感器位置处的、关联于两个或更多个相邻金属岛的相应的电容传感器12a、12b之间的相对电容耦合(由Ca和Cb表示的箭头)来记录输入物体“F”与相应的两个或更多个相邻金属岛21a、21b之间的同时耦合(由Cf表示的箭头)。
在另一或另外的实施例中，金属岛在平行于镜面的方向上的最大尺寸“L”、金属岛之间的非导电间隙“G”以及金属岛到其相关联的电容传感器的距离被配置为允许经由多个金属岛21a、21b与其相关联的电容传感器12a、12b之间的第二电容耦合(Ca、Cb)来传递手指F与多个金属岛21a、21b之间的第一电容耦合(Cf)。
此外，在一些实施例中，相邻金属岛21a、21b被配置为具有跨间隙“G”(其在相邻金属岛21a、21b之间)的电容耦合Cab，即，在相邻岛与相关联的传感器之间存在串扰。在一个实施例中，相应的电容传感器12a、12b与关联于它们相应的最近金属岛21a、21b分离一定距离d，所述距离d在0.05毫米至5毫米之间，优选在0.1毫米至3毫米之间，例如，0.5毫米。在一些实施例中，相邻金属岛的尺寸“L”与相邻传感器位置之间的间隔(传感器分辨率)相当或比其更小。
图3B示意性地图示了触摸事件的正常电容效应(由平滑曲线Cf表示)如何引起受到金属岛的粒度或像素化影响的金属岛处的电容效应C21a、C21b。
图3C示意性地图示了输入物体“F”的触摸事件如何因此可以通过金属岛21a、21b被记录为电容传感器12中的测量结果C12a、C12b。应当理解，通过对测量结果C12a、C12b进行平滑和/或内插，可以获得对应的曲线Cxy，根据该曲线能够计算出接近“实际”位置X的位置X'(即，根据曲线Cf来测量没有金属岛的位置)。
因此，在一个实施例中，触摸屏面板被配置为根据传感器位置网格Sxy上的位置X，Y来提供可变的电容耦合量C12a、C12b的位置映射Cxy。例如，通过对在传感器位置网格Sxy上测量的可变的电容耦合量C12a、C12b进行内插和/或平滑来计算位置映射Cxy。本文描述的计算可以在硬件电路和/或软件中执行，例如在专用或通用控制器或处理器中执行。在一些实施例中，位置映射具有比相邻金属岛21a、21b之间的中心间距离更准确的分辨率。例如，反射镜设备被配置为基于位置映射Cxy来计算输入物体“F”的位置X'。
为了提高准确度，使金属岛与下面的电容传感器12(这里未示出)对准可以是有益的。替代地或额外地，一些实施例可以包括校准电路(硬件和/或软件)，所述校准电路被配置为校准输入物体“F”的计算位置X'与输入物体“F”的实际位置“X”之间的偏移，其中，偏移可以是由金属岛21a、21b相对于电容传感器12的下面的网格的粒度和/或发生移位的位置引起的。
图4A示意性地图示了用于制造反射镜设备100的实施例的部件的分解视图。尽管镜面20以“分解视图”被示为在距触摸屏面板10一定距离处，但是为了良好的观看条件，镜面20被应用为靠近显示器和触摸屏面板，这在技术上是可行的或实用的。如图所示，触摸屏面板10处的电容传感器网格被填充有金属岛(21a、21b等)的区覆盖，其中，该区中的所有金属岛被单个邻接的非导电间隙“G”分离开，例如，互连的线网格。
根据一个方面，该图图示了一种制造方法，其中，提供了触摸屏面板10。例如，面板10具有电容传感器网格(未示出)以用于以电容方式检测输入物体(未示出)(例如，触摸屏面板10附近的指尖“F”)的位置X，Y。面板10还可以具有集成的或分离的可控显示器(这里未明确示出)。该方法可以包括用双向镜面20覆盖触摸屏面板10，双面镜面20包括在在镜面20上被分成分离的金属岛21a、21b的反射金属层。金属岛21a、21b彼此电隔离以允许电容传感器网格12通过镜面20检测输入物体的位置X，Y。
在一个实施例中，通过在基板上提供金属层并将间隙线蚀刻到金属层中以形成彼此电隔离的分离的金属岛21a、21b来形成镜面20。在另一或另外的实施例中，使用掩模图案(未示出)将间隙线图案蚀刻到金属层21中。替代地或额外地，使用激光束来蚀刻图案。还能够使用用于制造分隔的金属层的其他技术。
图4B示意性地图示了反射镜设备100的特定实施例中的另外的部件的分解视图。例如，反射镜设备100包括前框31和背板32以用于将触摸屏面板10和镜面20保持在前框31与背板32之间。例如，能够在背板32中提供额外的电路。背板32可以任选地配备有支架33以将反射镜设备100定位在桌面上。替代地或额外地，能够提供用于将反射镜设备100悬挂在墙壁上的单元。在所示实施例中，镜面20的面积大于触摸屏面板10的面积。这可以节省成本，其中，例如，触摸屏面板10包括常规的平板芯。替代地，也能够使用更大的面板10，例如，与镜面20相同大小的面板。
图5A和图5B示意性地图示了用于分割镜面的金属层的不规则图案的示例。在一个实施例中，反射金属层21的金属岛21a、21b之间的分离线S形成不规则图案。例如，不规则图案包括金属岛之间的在三个或更多个不同方向上延伸的分离线S。例如，分离线S具有直线部分，该直线部分的最大长度小于5毫米，优选小于2毫米。例如，不规则图案包括曲线。组合也是可能的。代替金属岛的不规则图案，替代地，能够使用正方形或矩形金属岛。这种规则图案在可制造性方面可以具有优势。
出于清楚和简明描述的目的，本文已经将特征描述为相同或单独实施例的部分，然而，应当理解，本发明的范围可以包括具有所描述的特征中的全部特征或一些特征的组合的实施例。例如，虽然实施例被示为具有触摸屏面板、显示器和镜面的反射镜设备的装置，但是本领域技术人员受益于本公开内容也可以设想到用于实现类似功能和结果的替代方法。例如，能够省略显示器，或者由与触摸屏反射镜设备分离的外部显示源来提供显示器。例如，电学部件和结构可以被组合或者被分成一个或多个替代部件。所讨论和示出的实施例的各种元件提供某些优点，例如提供易于制造且允许电容感测能力的高质量反射表面。当然，应当理解，上述实施例或过程中的任一个可以与一个或多个其他实施例或过程进行组合，以在寻找和匹配设计和优点方面提供更进一步的改进。应当理解，本公开内容为美容和智能个人护理器具提供了特别的优点，并且通常能够应用于需要通过反射层进行传感器输入的任何应用。
在解读权利要求时，应当理解：词语“包括”不排除在给定的权利要求中列出的元件或动作之外的其他元件或动作；元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件；权利要求中的任何附图标记不限制其范围；若干“单元”可以由(一个或多个)相同或不同的项目或实施结构或功能来表示；除非另外特别说明，否则任何所公开的设备或其部分可以被组合在一起或者被分成另外的部分。

Claims (18)

1.一种触摸屏反射镜设备，包括：
触摸屏面板，其具有用于限定传感器位置网格的电容传感器，所述电容传感器用于检测输入物体在所述反射镜设备的表面上的位置；以及
镜面，其在所述触摸屏面板的前侧覆盖所述触摸屏面板，所述触摸屏面板的前侧面向所述反射镜设备的前侧，并且所述镜面被配置为在所述镜面的前侧至少部分地反射镜像；
其中，所述镜面包括反射金属层，所述反射金属层被分成彼此电隔离的分离的金属岛；其中，相应的电容传感器与附近相应的金属岛相关联，其中，所述电容传感器被配置为测量与其相关联的金属岛的电容耦合；
其中，所述金属岛的至少子集包括相邻金属岛的对，所述相邻金属岛的对具有相应的相关联的相邻电容传感器的对，所述相邻电容传感器的对包括与第一金属岛相关联的第一电容传感器和与相邻第二金属岛相关联的相邻第二电容传感器；
其中，所述相邻金属岛通过一个邻接的非导电间隙彼此电隔离，所述邻接的非导电间隙的宽度在10微米至200微米之间，在所述相邻金属岛之间没有金属层，其中，所述触摸屏面板被配置为通过测量隔着所述邻接的非导电间隙的两个或更多个相邻金属岛与在相应的传感器位置处的、关联于所述两个或更多个相邻金属岛的相应的电容传感器之间的相对电容耦合来记录所述输入物体与相应的两个或更多个相邻金属岛之间的同时耦合，其中，通过对在所述传感器位置网格上测量的可变的电容耦合量进行内插和/或平滑来计算位置映射。
2.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，其中，所述输入物体是指尖。
3.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，其中，所述触摸屏面板被配置为根据在所述传感器位置网格上的位置来提供可变的电容耦合量的位置映射。
4.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，其中，相应的电容传感器与关联于所述相应的电容传感器的相应的最近金属岛分离一定距离，所述距离在0.05毫米至5毫米之间。
5.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，其中，相应的电容传感器与关联于所述相应的电容传感器的相应的最近金属岛分离一定距离，所述距离在0.1毫米至3毫米之间。
6.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，其中，所述反射金属层的所述分离的金属岛通过间隙彼此分离，所述间隙的宽度在10微米至100微米之间。
7.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，其中，分离线存在于所述反射金属层的所述分离的金属岛之间，并且其中，所述分离线形成不规则图案，其中，所述分离的金属岛之间的所述分离线在三个或更多个不同方向上延伸并且/或者所述分离线具有最大长度小于5毫米的直线部分。
8.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，其中，所述分离的金属岛在平行于所述镜面的方向上的最大尺寸为至多12毫米。
9.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，其中，所述相邻金属岛的尺寸与所述相邻电容传感器之间的间隔相当或者比所述相邻电容传感器之间的间隔更小。
10.根据权利要求1所述的触摸屏反射镜设备，包括用于提供照亮的显示图像的可控显示器，其中，所述镜面被配置为将所述照亮的显示图像从所述镜面后侧透射通过所述镜面而到达所述镜面前侧。
11.根据权利要求10所述的触摸屏反射镜设备，其中，所述显示器包括被配置为形成所述显示图像的像素。
12.根据权利要求11所述的触摸屏反射镜设备，其中，所述反射镜设备包括被配置为通过控制所述像素来控制所述显示图像的显示控制器。
13.一种制造触摸屏反射镜设备的方法，包括：
提供具有限定传感器位置网格的电容传感器的触摸屏面板，所述电容传感器用于检测输入物体在所述反射镜设备的表面上的位置；
在所述触摸屏面板的前侧用镜面覆盖所述触摸屏面板，所述触摸屏面板的前侧面向所述反射镜设备的前侧，所述镜面包括反射金属层，所述反射金属层被配置为在所述镜面的前侧至少部分地反射镜像；以及
将所述反射金属层分成彼此电隔离的分离的金属岛；其中，相应的电容传感器与附近相应的金属岛相关联，其中，所述电容传感器被配置为测量与其相关联的金属岛的电容耦合；
其中，所述金属岛的至少子集包括相邻金属岛的对，所述相邻金属岛的对具有相应的相关联的相邻电容传感器的对，所述相邻电容传感器的对包括与第一金属岛相关联的第一电容传感器和与相邻第二金属岛相关联的相邻第二电容传感器；
其中，所述相邻金属岛通过一个邻接的非导电间隙彼此电隔离，所述邻接的非导电间隙的宽度在10微米至200微米之间，在所述相邻金属岛之间没有金属层，其中，所述触摸屏面板被配置为通过测量隔着所述邻接的非导电间隙的两个或更多个相邻金属岛与在相应的传感器位置处的、关联于所述两个或更多个相邻金属岛的相应的电容传感器之间的相对电容耦合来记录所述输入物体与相应的两个或更多个相邻金属岛之间的同时耦合，其中，通过对在所述传感器位置网格上测量的可变的电容耦合量进行内插和/或平滑来计算位置映射。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述输入物体是指尖。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，通过在基板上提供所述金属层并通过将间隙线蚀刻到所述金属层中以形成彼此电隔离的所述分离的金属岛来形成所述镜面。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，使用掩模图案将间隙线的图案蚀刻到所述金属层中。
17.根据权利要求13所述的方法，包括经由多个金属岛与关联于所述多个金属岛的相应的电容传感器之间的第二电容耦合来传递手指与所述多个金属岛之间的第一电容耦合。
18.根据权利要求17所述的方法，包括建立相邻金属岛之间的电容耦合，所述相邻金属岛之间隔着所述非导电间隙。
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