CN110597407B - 用于触敏屏幕的薄膜、具有薄膜的屏幕和具有屏幕的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于触敏屏幕(105)的薄膜(100)。该薄膜(100)至少具有耦入区域(125)、耦出区域(135)和带有压力全息图(145)的压力区域(140)。耦入区域(125)被设计用于耦入辐射源(115)的光辐射(130)。耦出区域(135)被设计用于使光辐射(130)耦出。压力区域(140)包括压力全息图(145)，其布置在从耦入区域(125)通向耦出区域(135)的辐射路径(150)中。压力全息图(145)被设计为根据作用在压力区域(140)上的压力使辐射(130)的至少一部分沿着辐射路径(150)衍射和/或使辐射(130)的至少一部分从辐射路径(150)中耦出。

Description

用于触敏屏幕的薄膜、具有薄膜的屏幕和具有屏幕的设备

技术领域

本发明涉及用于触敏屏幕的薄膜、具有薄膜的屏幕和具有屏幕的设备，以及涉及通过使用这种薄膜来感测压力强度的方法。

背景技术

已知使用全息图作为用于化学或生物检测试剂的传感器。该传感器还对温度和压力敏感。

DE 695 31 733 T2说明了全息图作为传感器的这种用途。

此外还可行的是，结合全息图执行表面检测。

DE 10 2015 209 490 A1说明了这种表面检测方法。在此，全息图用来产生用于检测待检查表面的表面形状的不同光辐射。在此全息图不会因压力而变形。

发明内容

在此背景下，利用在此介绍的方案提出了一种薄膜、屏幕、设备(特别是移动设备)和方法。通过在本发明中列出的措施可有利地改进和改善上述说明的装置。

本发明涉及一种用于触敏屏幕的薄膜。该薄膜包括全息光学元件，其在下文中也称为全息图。全息图在压力变化时会变形，即，例如通过以手指轻敲的形式对配有薄膜的屏幕施加压力作用来操作屏幕。基于全息图的波长和/或角度选择性，在全息图变形时可回推出所施加的压力。借助于在此介绍的方法可识别出在屏幕上是否施加有压力。可选地，可附加地识别出实施屏幕操作触摸的压力强度。这是有利的，例如因为通过检测压力强度可实现操作输入的不同功能或附加功能。通过检测压力强度可有利地扩展屏幕的操作选项。

提出了一种用于触敏屏幕的薄膜。该薄膜具有至少一个用于耦入辐射源的光辐射的耦入区域、用于耦出光辐射的耦出区域和带有至少一个压力全息图的压力区域。压力全息图布置在从耦入区域通向耦出区域的辐射路径中。压力全息图被设计成根据作用在压力区域上的压力使至少一部分辐射沿辐射路径衍射。作为附加或替代，压力全息图被设计成将至少一部分辐射从辐射路径中耦出。

薄膜可理解为透明的膜片。薄膜例如可安装在触敏屏幕上。在此，薄膜可以很薄，使得其厚度仅构成屏幕厚度的很小一部分。薄膜可通过压力弹性变形并且可实施为光学压力传感器。触敏屏幕例如可为用于商业标准的智能手机或平板电脑或其他移动设备的屏幕，或用于计算机或电视的屏幕，或其他触敏屏幕，其例如呈显示元件的形式或呈形式为车辆系统的所谓触摸显示器的显示和操作元件的形式。触敏屏幕例如可实施为电容式或光学式触摸屏。耦入区域例如可表示薄膜与辐射源的界面，通过该界面可耦入光辐射。耦入区域可由表面的部分区段或由至少部分地位于薄膜内部的空间区域形成。光辐射例如可为来自可见区域的光。辐射源例如可以是作为屏幕一部分的照明装置，例如标准智能手机屏幕的背光或例如呈发光二极管或激光形式的附加光源。根据不同的实施例，辐射源被设计为发出一种波长的辐射或不同波长的辐射。辐射源可包括一个或多个照明装置。耦出区域例如可表示例如呈光形式的光辐射被耦出并且通过与探测器的界面被传导。耦出区域可由表面的部分区段或由至少部分地位于薄膜内部的空间区域形成。压力区域可至少部分地布置在薄膜内。压力区域在薄膜已安装的状态下例如可与屏幕的触敏元件或触敏区域对置，通过该区域可借助于触摸来读取指令输入。压力全息图例如可为全息光学组件，例如呈体积全息图的形式。压力全息图可实现为透射全息图或反射全息图。另外，压力全息图可用作全息换向器。作为压力全息图且对于在此使用的其他全息图也可使用更复杂的全息元件(HOE)来代替换向器。由此，例如当在辐射线的全反射下耦入时可考虑弯曲的显示器表面，例如通过HOE产生略微发散的效应，然后其又由显示器曲率聚焦。一般而言，在此提出的方法也可利用弯曲的薄膜实现，因为所有这些可在HOE摄影中得以考虑。辐射垫可被理解为根据一个实施方式在没有压力施加在薄膜的压力区域上的情况下辐射所采用的从耦入区域到耦出区域的辐射路径。根据一个替代的实施方式，辐射垫可被理解为在有压力施加在薄膜的压力区域上的情况下辐射所采用的从耦入区域到耦出区域的辐射路径。压力可为由人员施加在薄膜上的压力，例如由指尖或由人员所使用的触控笔施加的压力。由此，压力可为施加到薄膜表面的部分区段的压力。根据一个实施方式，压力全息图可被设计成在作用在压力区域上的压力的第一压力强度下耦出辐射的第一分量并且在作用在压力区域上的压力的第二压力强度下耦出辐射的第二分量。在此，第一分量可与第二分量不同。由此，在不同作用的压力下可从辐射路径耦出不同大小的辐射分量。因此，有利地可通过辐射路径中剩余的辐射分量特别简单地检测压力强度。在此，根据不同的实施方式，第一压力强度可小于第二压力强度或者第一压力强度可大于第二压力强度。

根据一个实施方式，在此介绍的薄膜还可成形为屏幕的保护膜。例如，在此可为商用标准的屏幕保护膜，其具有至少一个全息图。该薄膜还可实现为这种屏幕保护膜的附加层。由此，可有利地以对于用户特别方便的应用方式实施薄膜。

另外，根据一个实施方式，薄膜可具有小于500μm的厚度。薄膜可被认为是包含涂覆在载体上的全息材料的薄膜复合物。例如，全息材料具有小于10μm的厚度、例如6μm的厚度，并且载体具有小于200μm的厚度，例如100μm范围中的厚度。由此，压力全息图可集成到下面称为薄膜的薄膜复合物中。由此，有利地可实现薄膜的特别紧凑的结构。此外，该薄膜由此可用于许多领域，例如与具有触摸功能的所有屏幕类型结合使用。

可根据压力全息图实施下面列出的可选的其他全息图。

根据一个实施方式，薄膜可包括至少一个换向全息图。换向全息图可布置在压力全息图和耦出区域之间的辐射路径中。换向全息图可被设计为使由压力全息图沿着辐射路径衍射的至少一部分辐射沿着辐射路径衍射。作为附加或替代，换向全息图可被设计为使由压力全息图沿着辐射路径衍射的至少一部分辐射从辐射路径耦出。该薄膜也可具有多个换向全息图。例如，换向全息图可根据尺寸模拟拍摄或已按像素方式打印。可模拟拍摄或者可由一组按像素方式打印的全息图组成的换向全息图的距离和位置由厚度和所选择的换向角预先确定。像素尺寸本身可由全息打印机的结构来定义。有利地，可通过使用换向全息图使在通过压力全息图之后未被耦出的辐射分量、即沿着辐射路径继续传导的辐射分量换向。例如，可通过使用压力全息图和换向全息图使辐射级联地通过薄膜换向。借助于这种类型的全息波导可直接且非常精确地探测薄膜的表面结构处的变化，其例如由手指在屏幕上的薄膜上敲击所产生的压力引起。

另外，根据一个实施方式，薄膜具有在辐射路径中布置在换向全息图和耦出区域之间的至少一个偏转全息图。偏转全息图可被设计为使由换向全息图沿着辐射路径衍射的至少一部分辐射沿着辐射路径衍射。作为附加或替代，换向全息图可被设计为使由换向全息图沿着辐射路径衍射的至少一部分辐射从辐射路径耦出。偏转全息图可相应地例如起到全息偏转器的作用。借助于偏转全息图可有利地设置另一全息图，通过该另一全息图例如可检测直接作用于偏转全息图上的另一压力，或者通过将另一部分辐射从辐射路径耦出可使作用在压力区域上的压力对辐射的影响增强。偏转全息图可紧邻压力全息图布置，使得可在更大的区域上并且借助于至少两个全息图更精确地检测压力强度。

此外，根据一个实施方式，薄膜可包括布置在耦入区域中的耦入全息图。耦入全息图可被设计成将至少一部分辐射耦入到辐射路径中。作为附加或替代，薄膜可包括布置在耦出区域中的耦出全息图。耦出全息图可被设计成将至少一部分辐射从辐射路径耦出从而可选地从薄膜耦出。耦入全息图和/或耦出全息图可有利地用作薄膜的外部界面。借助于耦入全息图，至少一部分光辐射可有利地在限定的波长范围内耦入到薄膜中并且有针对性地被引导到压力全息图。光辐射可例如在压力全息图之后附加地通过换向全息图和偏转全息图被引导到耦出全息图。如果薄膜的形状例如由于压力而改变，则光辐射(例如光)不再能够或仅可部分地沿着辐射路径被引导。通过耦出区域或耦出全息图从薄膜耦出的剩余辐射可例如借助于探测器被检测，由此可特别精确地检测压力，特别是压力强度。由此，根据由探测器检测的辐射的强度可推断出压力。

根据有利的实施方式，耦入区域和耦入全息图可布置在薄膜的朝向屏幕的一侧。另外，压力区域和压力全息图可布置在薄膜的背离屏幕的一侧。换向全息图可布置在薄膜的朝向屏幕的一侧，并且偏转全息图可布置在薄膜的背离屏幕的一侧。此外，耦出区域和耦出全息图可布置在薄膜的朝向屏幕的一侧。借助于全息元件(例如呈耦入全息图、压力全息图、换向全息图、偏转全息图和耦出全息图的形式)的这种并置或限定布置的变形方案，可有利地使光辐射从限定的方向以限定的波长朝限定的方向衍射。这是有利的，以便也可立即探测到呈薄膜形式的衬底形状中的最小偏差，从而可推断出所施加的压力。也可设置多个换向全息图和偏转全息图，由此可延长辐射路径。

另外，至少压力全息图可实现为用于衍射光辐射的体积全息图。例如，呈偏转全息图和/或换向全息图和/或耦入全息图和/或耦出全息图形式的其他全息元件也可实现为体积全息图。体积全息图可例如包括呈光学衍射光栅形式的体光栅并且可通过压力作用、例如对压力区域的压力形式而变形。因此，结合体积全息图的波长和角度选择性，可基于体光栅的变形推断出所施加的压力，这有利地可精确检测压力。

另外，根据一个实施方式，至少压力全息图可包括通过使用曝光方法在薄膜中形成的光学衍射光栅。例如，其他全息元件也可包括通过使用曝光方法在薄膜中形成的光学衍射光栅。光学衍射光栅例如可为体积全息图的体光栅。在此，光学衍射光栅例如可形成多个布拉格光栅。布拉格光栅表示一种衍射光栅，其中多个衍射光栅可作为体积全息图存储在全息材料中。这样成形的全息元件通过入射角和出射角或衍射角的自由选择可有利地实现新的结构形式，例如以所介绍的薄膜的实施方式之一的形式。

根据一个实施方式，薄膜可包括用于耦入另一辐射的至少另一耦入区域和用于耦出另一辐射的至少另一耦出区域和具有至少另一压力全息图的至少另一压力区域。另一压力全息图可布置在从另一耦入区域通向另一耦出区域的另一辐射路径中并且被设计为根据作用在另一压力区域上的压力使另一辐射的至少一部分沿着另一辐射路径衍射。作为附加或替代，另一压力全息图可被设计成将另一辐射的至少一部分从另一辐射路径耦出。另一压力区域可与前述压力区域间隔地布置，但也可为前述压力区域的部分区段。根据这些实施方式，可有利地关于作用在薄膜上的压力或作用在薄膜上不同位置处的多个压力来监测不同的区域或更大的区域，例如也可监测由薄膜覆盖的屏幕区域的整个表面。

另外，根据一个实施方式提出了具有薄膜的屏幕。该屏幕至少具有薄膜、辐射源和探测器。辐射源被设计成提供可耦入到耦入区域中的光辐射。探测器被设计成通过使用可由耦出区域从薄膜耦出的辐射提供探测信号。由此，探测器可检测那些已沿着整个辐射路径被引导、即在其间没有从辐射路径耦出的辐射分量。探测信号表示作用在压力区域上的压力的存在并且可选附加地表示压力的压力强度。此外，探测器例如可探测被耦出的辐射的强度并且通过使用所探测的强度可确定作用在压力区域上的压力的压力强度。例如，可通过信号的电压强度或通过信号的另一特性来表示压力强度。

根据一个实施方式，屏幕的辐射源可被设计为提供来自可见区域的光或来自近红外区域的光作为光辐射。有利地，作为辐射源例如可使用已安装在商业上常用的触敏屏幕中的光源，例如屏幕的背光光源。这节省了成本并且可实现紧凑的结构形式。

利用该方法，还提出了根据一个实施方式的具有屏幕的设备。该设备例如可为移动设备，例如智能手机或平板电脑。

根据一个实施方式，还提出了一种通过使用薄膜感测压力强度的方法。该方法至少包括提供的步骤和探测的步骤。在提供的步骤中将提供可耦入到耦入区域中的光辐射。在探测的步骤中将探测从耦入区域可耦出的辐射，以便提供表示压力的压力强度的探测信号。

根据一个实施方式，提供和探测的步骤重复进行，其中在提供的步骤中将提供不同波长的辐射。

例如，可使用多个波长来提高压力分辨率或者创建不同尺寸的压力区域，从而不仅可识别压力强度而且可识别压力面积(大手指、小手指)。多个波长也可用于增大可探测的压力范围，其中例如可使用用于分辨第一压力的波长和用于分辨第二压力的波长。在此，第一压力例如可具有比第二压力低的强度。

附图说明

在此介绍的方案的实施例在附图中示出并且在以下说明中得以详细解释。其中：

图1示出了根据一个实施例的用于触敏屏幕的薄膜的示意图；

图2示出了根据一个实施例的压力全息图的示意图；

图3示出了根据一个实施例的用于触敏屏幕的薄膜的示意图；

图4示出了根据一个实施例用于触敏屏幕的薄膜的探测器的示意图；

图5示出了根据一个实施例的用于触敏屏幕的薄膜的示意图；

图6示出了根据一个实施例用于触敏屏幕的薄膜的探测器的示意图；并且

图7示出了根据一个实施例通过使用薄膜来感测压力强度的方法的流程图。

在以下对本发明的有利实施例的说明中，在各个附图中所示的且作用相似的元件使用相同或相似的附图标记，其中省去了对这些元件的重复说明。

具体实施方式

图1示出了根据一个实施例的用于触敏屏幕105的薄膜100的示意图。示出了薄膜100的剖视图。薄膜100设置在、例如粘合在移动设备110的屏幕105上。屏幕105具有辐射源115和多个探测器120。根据各种实施例，辐射源115可配置成提供来自可见区域或近红外区域的光。根据一个实施例，辐射源115由实施为显示器的屏幕105的背光实现，从而不需要独立的光源。以这种方式，在所示图示中压力传感器的照明不会被显示器的照明遮蔽。如果替代地使用独立的辐射源115，则用于此目的的额外光源将仅在屏幕105的边缘处覆盖较小的部分区域。由此，如图1所示，屏幕105无论如何都需要的背光的一部分可用作辐射源115。因此，辐射源115例如具有基本上相应于屏幕105的长度和宽度。在此示例性地示出了两个探测器120。为了降低信噪比，可将窄带滤波器应用于探测器120。

薄膜100具有耦入区域125以用于将辐射源115的光辐射130的一部分耦入到薄膜100中。此外，薄膜100具有耦出区域135以用于使从耦入区域125出来通过薄膜100传导的光辐射130的一部分耦出。另外，薄膜具有带有压力全息图145的压力区域140。压力全息图145布置在从耦入区域125通向耦出区域135的辐射路径150中以用于耦入到耦入区域125中的辐射130。压力全息图145被设计成根据作用在压力区域140上的压力使辐射130的至少一部分衍射到辐射路径150的在输出侧邻接压力全息图145的部分区段中。当压力全息图145变形时，如下所述，压力全息图145被配置为使辐射130的至少一部分从辐射路径150中耦出。

根据在此示出的实施例形成的薄膜100例如可实施为透明的薄膜100，其可涂覆在例如呈触摸显示器的形式的屏幕105上。然后，薄膜100与至少一个探测器120相结合提供至少借助于压力全息图145实现的光学压力传感器的功能。有利地，这样成形的薄膜100成本低廉且坚固，并且其可布置或加装在商业通用的屏幕105上。这样成形的薄膜100也可集成到用于屏幕100的商业通用的保护膜中。

在此示出的薄膜100的实施例具有用于耦入另一辐射130的另一耦入区域155和用于耦出另一辐射130的另一耦出区域160和具有另一压力全息图170的另一压力区域165。另一压力全息图170被布置在从另一耦入区域155通向另一耦出区域160的另一辐射路径175中并且被设计为根据作用在另一压力区域165上的压力使另一辐射130的至少一部分衍射到另一辐射路径175的在输出侧邻接另一压力全息图170的部分区段和/或使另一辐射的至少一部分从另一辐射路径175中耦出。根据一个实施例，压力全息图170被设计成不管所施加的压力如何都使另一辐射130的光始终朝另一耦出区域160的方向衍射。当施加压力时，衍射光的比例减少，这是因为在压力全息图170的体光栅处不再满足布拉格条件并且至少一部分光(不可避免地)被耦出。这导致在另一耦出区域160中的辐射强度与耦出区域135相比有所减小。

在图1的右侧示例性地示出了一种情况，其中没有压力作用在薄膜100(在此为压力区域140)上。耦入区域125将由辐射源115提供的光辐射130耦入进薄膜100中并且使辐射130沿着辐射路径150的第一区段朝压力全息图145的方向衍射。由于没有压力作用在压力区域140上，至少近乎整个部分的耦入辐射130由压力全息图145沿着辐射路径150的另一区段朝耦出区域135的方向衍射并且由耦出区域135从薄膜100中耦出。由此，压力全息图145被构造为在松弛状态下使从辐射路径150的输入侧区段入射的辐射130尽可能无损失地偏转到辐射路径150的输出侧区段中。屏幕105的对应于耦出区域135的探测器120被设计成通过使用从耦出区域135耦出的辐射130来提供探测信号180。探测信号180的特征取决于从耦出区域135中耦出的且由探测器120检测的辐射130的强度。由于可从耦出区域135耦出的辐射130的强度取决于至少一部分辐射130由于作用在压力区域140上的压力是否已从辐射路径150中耦出，因此探测信号180指示出是否有压力作用在压力区域140上。此外，探测信号180还可选地指示压力的压力强度。在该实施例中，探测信号180指示出没有压力作用在压力区域140上。

在图1的左侧示出了有压力作用在另一压力区域165上的情况。该压力例如通过食指185施加在另一压力区域165上从而施加在另一压力全息图170上。

另一耦入区域155使由辐射源115提供的另一光辐射130耦入到薄膜100中并且使辐射130沿着另一辐射路径175的第一区段朝另一压力全息图170的方向衍射。然后，一部分耦入辐射130由另一压力全息图170沿着辐射路径175的另一区段朝另一耦出区域160的方向衍射并且由另一耦出区域160从薄膜100中耦出。另一部分辐射130由于由作用在另一压力区域165上的压力引起的另一压力全息图170的变形而由另一压力全息图170从辐射路径175中耦出。由此，一部分辐射130在到达另一耦出区域160之前从辐射路径175中耦出，从而不可由对应于另一耦出区域160的探测器120探测到。因此，由该探测器120提供的探测信号具有可对应于在另一压力区域165上的压力作用的所示情况的特性。

基于从薄膜100中耦出的辐射130的比例，探测器120可间接地检测压力区域145、165中薄膜100的形状变化并且通过探测信号180显示出来。探测信号180例如可用于控制移动设备110的功能。为此，各个探测信号180可分别对应于关于产生相应探测信号180的探测器120的位置的信息以及关于通过使用相应探测信号180被监测的压力区域140、165的位置的信息。

根据一个实施例，压力全息图145、170被设计成在作用于相应压力区域140、165的压力有第一压力强度时使相应辐射130的第一分量耦出并且在作用于相应压力区域140、165的压力有第二压力强度时使相应辐射130的第二分量耦出。根据一个实施例，作用在相应的压力区域140、165上的压力越大，则使越多的辐射130从相应的辐射路径150、175中耦出。

该实施例特别是有利于智能手机制造商和智能手机用户，因为通过敏感的触摸显示器、即通过也可检测压力强度的触敏屏幕105可扩展操作选项，以便可因此根据压力强度例如提供不同的功能。在这里示出的实施例中，根据所作用的压力的压力强度示例性地通过左侧情况示出了辐射130的耦出，其中在另一压力区域165上通过食指185施加一定强度的压力，由此使辐射130的一部分从另一压力全息图170耦出。如果作用于另一压力区域165的压力增大，则通过另一压力全息图170从另一辐射路径175耦出的辐射130的比例也提高。由此降低了可由相关探测器120检测的剩余辐射强度。

根据一个实施例，薄膜100可形成为用于屏幕105的保护膜，这在此通过薄膜100在屏幕105上的布置方式来表示。根据一个实施例，薄膜100可具有小于500μm的厚度。

在图1和以下附图中说明了以下实施例，即其中通过压力使更多的辐射130耦出并且探测器120由此获得更少的信号。根据替代的实施例，该原理以其他方式被应用，即在没有压力的情况下没有辐射或几乎没有辐射130到达探测器120并且在有压力时探测器120总是接收到更多的辐射。在这种情况下，压力全息图145、170被设计成在松弛状态下、即在没有外部压力作用时使辐射130从辐射路径150、175中耦出并且在有外部压力作用时沿着辐射路径150、175衍射。在此，随着压力的上升，可沿着辐射路径150、175衍射更大比例的辐射130。

因此也可将实施例进行组合，使得例如压力全息图145被设计为在没有外部压力作用时使辐射130从辐射路径150耦出，并且另一压力全息图170被设计为在没有外部压力作用时使辐射130沿着辐射路径175衍射。在这两种情况下利用的是在有压力时所探测到的辐射会改变。

根据一个实施例，使用具有多个波长的辐射130。由此例如可提高压力分辨率，或者可创建不同尺寸的压力区域，从而不仅可识别压力强度而且可识别压力区域(大拇指185，小拇指185)。也可使用多个波长来增大可探测的压力范围，例如用于分辨较小压力的波长和用于较大压力的波长。由此，根据一个实施例，辐射源115被设计为提供至少第一波长的辐射130和第二波长的辐射130并且探测器120被设计为分别探测第一波长的辐射130和第二波长的辐射130并且在探测信号180中映射相应辐射130的强度。相应地，也可将探测器120中的一个设置用于第一波长的辐射130并且将探测器120中的另一个设置用于第二波长的辐射130。

根据不同的实施例，薄膜100和屏幕105实施为平面的或弯曲的。由此，压力全息图145、170也可布置在薄膜100的弯曲区域中。

图2示出了根据一个实施例的压力全息图145的示意图。压力全息图145例如可集成在薄膜中，如参考图1所述。根据在此所示的实施例，压力全息图145被实现为用于衍射辐射的体积全息图。在压力全息图上可局部地施加压力。这在此由箭头205示出。

根据一个实施例，通过使用曝光方法在薄膜中形成的光学衍射光栅来实现压力全息图145。在此，在形成压力全息图145的光学衍射光栅时，全息衍射光栅在薄膜中曝光并且在此形成布拉格光栅。薄膜例如可包括6μm至200μm的全息材料和厚度大于60μm的载体衬底。衍射光栅可为体积全息图的体光栅。在此，示例性地示出了在压力全息图145没有变形时形成压力全息图145的体光栅或衍射光栅的光栅线220。还示出了在压力全息图145变形时形成压力全息图145的体光栅或衍射光栅的其他光栅线225。

在这里所示的压力全息图145上可施加具有一定强度的压力，例如在由箭头205所示的区域上。压力全息图145可通过压力变形。在此示例性地示出了第一表面变形210和在较大压力下产生的第二表面变形215。可看出，光栅线220、225由于作用在压力全息图145上的压力而移位，由此使体光栅变形。对于示例性示出的第二表面变形215示出了光栅线225的位置。光栅线225在压力区域下方比在压力全息图145的所示边缘区域中更强烈地变形。

与传统光学器件相比，在实现为体积全息图的全息光学元件中，例如在这里所示的压力全息图145中，光学辐射的光束偏转不是通过折射而是通过体光栅处的衍射预先确定。全息光学元件可在透射和反射中被制造，并且通过入射角和出射角或衍射角的自由选择可实现新的结构形式。通过体积衍射，全息光学元件、例如在此所示的压力全息图145还可附加地被赋予特征波长和角度选择性或甚至滤波功能。根据拍摄条件、即光辐射的波长和角度，仅来自限定方向且具有限定波长的光辐射(例如光)在光栅的结构处衍射。诸如此处所示的体积全息图的角度选择性在很大程度上取决于薄膜的材料参数，例如全息层的厚度和折射率调制。对于较厚的体积全息图可实现1°或更小的角度选择性。材料参数同样也会影响波长选择性。

图3示出了根据一个实施例的用于触敏屏幕105的薄膜100的示意图。如已参考图1所述，屏幕105具有辐射源115和探测器120。辐射源115提供光辐射130，并且探测器120提供探测信号180。

薄膜100具有耦入区域125和耦出区域135。此外，根据在此示出的实施例，薄膜100还包括布置在耦入区域125中的耦入全息图305。耦入全息图305被设计成将辐射130的至少一部分耦入到薄膜100中从而耦入到辐射路径150中。作为附加或替代，薄膜100包括布置在耦出区域135中的耦出全息图310。耦出全息图310被设计成使辐射130的至少一部分从辐射路径150中耦出从而从薄膜100中耦出。

另外，薄膜包括具有压力全息图145的压力区域140。根据在此所示的实施例，当前没有压力作用在压力区域140上。由耦入全息图305耦入到辐射路径150中的辐射130由压力全息图145相应地沿着辐射路径150衍射；由压力全息图145没有辐射130从辐射路径150中耦出。

此外，根据在此所示的实施例，薄膜具有换向全息图315。换向全息图315布置在压力全息图145和耦出区域135之间的辐射路径150中。换向全息图315被设计为使由压力全息图145沿着辐射路径150衍射的辐射130的至少一部分朝辐射路径150的另一区段的方向衍射和/或从辐射路径150中耦出。由于在此没有压力施加在压力区域140上，因此由换向全息图315没有辐射130从辐射路径150中耦出。如果有压力施加到压力区域140上，则根据一个实施例辐射130的一部分将由换向全息图315从辐射路径150中耦出，例如由于由压力引起的换向全息图315的变形或者由于由压力全息图的变形引起的辐射130向换向全息图315中入射角的变化。

此外，根据在此所示的实施例，薄膜100具有偏转全息图320。偏转全息图320具有另一换向全息图的功能。偏转全息图320布置在换向全息图315和耦出区域135之间的辐射路径150中。偏转全息图320被设计为使由换向全息图315沿着辐射路径150衍射的辐射130的至少一部分沿着辐射路径150的另一区段衍射和/或从辐射路径150中耦出。由于在此没有压力施加在压力区域140上，因此由偏转全息图320没有辐射130从辐射路径150中耦出。如果有压力施加到压力区域140上，则根据一个实施例辐射130的一部分将由偏转全息图320从辐射路径150中耦出，例如由于由压力引起的偏转全息图320的变形或者由于由压力全息图或换向全息图315的变形引起的辐射130向偏转全息图320中入射角的变化。

根据在此示出的实施例，薄膜100实施为触摸显示器105的透明全息薄膜100，其具有体积全息图的特定布置，在此为用于压力测量的全息图145、305、310、315、320。由此，在此示出的呈耦入全息图305、压力全息图145、换向全息图315、偏转全息图320和耦出全息图310形式的全息光学元件实现为体积全息图。在体积全息图中存储有布拉格光栅，其使光辐射130从限定的方向以限定的波长朝限定的方向衍射，如在此由辐射路径150的路线所示。通过呈所述全息图145、305、310、315、320形式的这些全息元件的级联，可立即探测出在薄膜100的衬底形状中的微小偏差，从而例如可借助于探测器120推断出所施加的压力。这可实现屏幕105的附加操作选项，其中根据一个实施例如在商业通用的显示器105中一样进行所作用的压力的位置探测，例如通过使每个探测器120对应于屏幕105的特定区段。

根据一个实施例，全息图145、305、310、315、320在薄膜100中的布置方式根据其所施加的屏幕105来定义。根据在此所示的实施例，耦入区域125和耦入全息图305布置在薄膜100的朝向屏幕105的一侧。压力区域140和压力全息图145布置在薄膜100的背离屏幕105的一侧。换向全息图315布置在薄膜100的朝向屏幕的一侧，并且偏转全息图320布置在薄膜的背离屏幕的一侧。耦出区域135和耦出全息图310布置在薄膜的朝向屏幕的一侧。通过这种布置方式，压力全息图145、换向全息图315和偏转全息图320可在限定的位置处用作全息偏转器。由此，光辐射130的特定部分可在限定的波长范围内通过耦入全息图305耦入到薄膜100中并且通过压力全息图145、换向全息图315和偏转全息图320有针对性地被引导到耦出全息图310并且通过使用耦出全息图310被引导到探测器120。

全息图145、305、310、315、320可根据尺寸模拟地被拍摄或者逐个像素地被打印。因此，结合全息图145、305、310、315、320的角度和波长的选择性，呈光形式的光辐射130在特定的波长带内例如级联地通过薄膜100的结构被引导。这由辐射路径150的路线示出。利用如全息图145、305、310、315、320的这种类型的全息波导能够可靠地探测出在薄膜结构处的微小变化，其例如呈表面结构变形的形式。

图4示出了根据一个实施例用于触敏屏幕的薄膜的探测器120的示意图。例如示出了图3中的探测器120。在此示出的探测器120感测从薄膜中耦出的辐射。示出了六个点405。每个点405示例性地且纯粹示意性地示出了由探测器120探测到的辐射的一部分。根据前面图3中所示的实施例，没有压力作用在薄膜上，从而除了通常发生的损耗之外耦入到薄膜中的辐射部分沿着辐射路径也又从薄膜中耦出。这由探测器120探测。探测器120可通过被耦出的辐射检测所施加的压力的压力强度，并且以探测信号的形式提供所检测到的压力强度。通过薄膜的衍射光栅的变形，探测器120结合体积全息图的波长选择性和角度选择性可通过光栅的变形检测所施加的压力并且特别是检测所施加的压力的强度。

图5示出了根据一个实施例的用于触敏屏幕105的薄膜100的示意图。其可为参考图3所示的布置方式。屏幕具有辐射源115和探测器120。辐射源115提供光辐射130。薄膜100包括耦入区域125，其具有用于耦入光辐射130的耦入全息图305。光辐射130由耦入全息图305沿着辐射路径150引导到具有压力全息图145的压力区域140。通过食指145在压力区域140上施加压力。由此，压力全息图145与图3所示的情况相比具有变形，并且辐射130的一部分由压力全息图145耦出。所耦入的辐射130的剩余部分被衍射并且进一步沿着辐射路径150朝换向全息图315的方向被引导。通过所施加的压力还由换向全息图315使辐射130的一部分耦出。辐射路径150的辐射130的剩余部分被衍射并且进一步沿着辐射路径150朝偏转全息图320的方向被引导。偏转全息图320通过施加在压力区域140上的压力而变形并且使辐射130的一部分耦出。辐射路径150的现在仍然剩余的更小比例的辐射130被衍射并且进一步沿着辐射路径150朝具有偏转全息图310的偏转区域135的方向被引导。辐射130的入射到耦出全息图310中的剩余部分借助于耦出全息图310从薄膜100中被耦出并且由探测器120检测。探测器120被设计为提供探测信号180，其仅还表示耦入到耦入区域125中的辐射130的微小部分，从而表示作用在压力区域140上的压力和压力的压力强度。

因此，通过使用全息图145、305、310、315、320可使特定比例的光辐射130在限定的波长范围内耦入到薄膜100中并且有针对性地被引导到探测器120。如果薄膜100的形状现在由于通过食指185作用的压力而改变，则辐射130不再能够或不再能以与图3所示相同的方式通过薄膜100的结构被引导，和/或在探测器120处的测量效率与压力成比例地降低。现在，通过由所作用压力引起的全息图145、305、310、315、320或全息图145、305、310、315、320中的至少一个的位置变化和/或形状变化，可通过被耦出的辐射130的部分由探测器120检测压力强度。这在下面的图6中示出。

图6示出了根据一个实施例用于触敏屏幕的薄膜的探测器120的示意图。示出的是图5中的探测器120。在此所示的探测器120感测从薄膜中耦出的辐射。两个点405示例性地且纯粹示意性地示出了由探测器120探测到的耦出辐射的部分。根据前面图5中所示的实施例，压力作用在薄膜的压力区域上从而作用在薄膜的体积全息图上，特别是在压力全息图上。沿着辐射路径的用作全息偏转器的三个全息图，即压力全息图、换向全息图和偏转全息图不仅通过所作用的压力使辐射衍射，而且还相应地使辐射的一部分从辐射路径中耦出。因此，与图3所示的情况相比，更小比例的辐射由耦出全息图朝探测器120的方向被耦出。比耦入到薄膜中的辐射部分更少的该辐射部分由探测器120探测。探测器120可通过被耦出的辐射检测所作用压力的压力强度并且以探测信号的形式显示所检测的压力强度。

根据一个实施例，探测器120可基于薄膜的衍射光栅的变形结合体积全息图的波长选择性和角度选择性通过光栅的变形检测所施加的压力，特别是所施加的压力的强度。

图7示出了根据一个实施例通过使用薄膜用于感测压力强度的方法700的流程图。方法700至少包括提供的步骤701和探测的步骤703。在提供的步骤701中将提供可耦入到耦入区域中的光辐射。在探测的步骤703中将探测从耦出区域中可耦出的辐射，以便提供表示压力的压力强度的探测信号。

根据一个实施例将重复执行提供701和探测703的步骤，其中在不同时间执行的提供701的步骤中提供不同波长的辐射。例如，在第一提供701步骤中提供具有第一波长的辐射并且在第二提供701步骤中提供具有第二波长的辐射，其中第一和第二提供701步骤可交替重复进行。

根据一个实施例，在提供701的步骤中提供不同波长的辐射，并且在探测703的步骤中分别探测不同波长。例如，在提供701的步骤中提供具有第一波长的辐射和具有第二波长的辐射，并且在探测703的步骤中分别探测具有第一波长的辐射和具有第二波长的辐射。

如果一个实施例在第一特征和第二特征之间包括“和/或”连接词，则这可被解读为该实施例根据一个实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征，并且根据另一实施方式仅具有第一特征或者仅具有第二特征。

Claims (15)

1.一种用于触敏的屏幕(105)的薄膜(100)，其中所述薄膜(100)至少具有以下特征：

用于耦入辐射源(115)的光学的辐射(130)的耦入区域(125)；

用于使光学的辐射(130)耦出的耦出区域(135)；

具有至少一个压力全息图(145)的压力区域(140)，所述压力全息图布置在从所述耦入区域(125)通向所述耦出区域(135)的辐射路径(150)中，并且被设计为根据作用在所述压力区域(140)上的压力使所述辐射(130)的至少一部分沿着所述辐射路径(150)衍射，和/或使所述辐射(130)的至少一部分从所述辐射路径(150)中耦出；和

至少一个换向全息图(315)，所述换向全息图布置在所述压力全息图(145)和所述耦出区域(135)之间的所述辐射路径(150)中，并且被设计为使由所述压力全息图(145)沿着所述辐射路径(150)衍射的辐射(130)的至少一部分沿着所述辐射路径(150)衍射和/或从所述辐射路径(150)中耦出。

2.根据权利要求1所述的薄膜(100)，其中所述压力全息图(145)被设计为在作用在所述压力区域(140)上的压力具有第一压力强度时使所述辐射(130)的第一部分耦出，并且在作用在所述压力区域(140)上的压力具有第二压力强度时使所述辐射(130)的第二部分耦出。

3.根据权利要求1或2所述的薄膜(100)，其中所述薄膜(100)被构造为用于所述屏幕(105)的保护膜。

4.根据权利要求1或2所述的薄膜(100)，其中所述薄膜(100)具有小于500μm的厚度。

5.根据权利要求1或2所述的薄膜(100)，具有至少一个偏转全息图(320)，所述偏转全息图布置在所述换向全息图(315)和所述耦出区域(135)之间的所述辐射路径(150)中，并且被设计为使由所述换向全息图(315)沿着所述辐射路径(150)衍射的辐射(130)的至少一部分沿着所述辐射路径(150)衍射和/或从所述辐射路径(150)中耦出。

6.根据权利要求1或2所述的薄膜(100)，具有耦入全息图(305)，所述耦入全息图布置在所述耦入区域(125)中并且被设计为使所述辐射(130)的至少一部分耦入到所述辐射路径(150)中；和/或具有耦出全息图(310)，所述耦出全息图布置在所述耦出区域(135)中并且被设计为使所述辐射(130)的至少一部分从所述辐射路径(150)中耦出。

7.根据权利要求5所述的薄膜(100)，具有耦入全息图(305)，所述耦入全息图布置在所述耦入区域(125)中并且被设计为使所述辐射(130)的至少一部分耦入到所述辐射路径(150)中；和/或具有耦出全息图(310)，所述耦出全息图布置在所述耦出区域(135)中并且被设计为使所述辐射(130)的至少一部分从所述辐射路径(150)中耦出。

8.根据权利要求7所述的薄膜(100)，其中所述耦入区域(125)和所述耦入全息图(305)布置在所述薄膜(100)的朝向所述屏幕(105)的一侧，并且其中所述压力区域(140)和所述压力全息图(145)布置在所述薄膜(100)的背离所述屏幕(105)的一侧，并且其中所述换向全息图(315)布置在所述薄膜的朝向所述屏幕(105)的一侧，并且其中所述偏转全息图(320)布置在所述薄膜的背离所述屏幕(105)的一侧，并且其中所述耦出区域(135)和所述耦出全息图(310)布置在所述薄膜的朝向所述屏幕(105)的一侧。

9.根据权利要求1或2所述的薄膜(100)，其中至少所述压力全息图(145)实现为用于衍射所述辐射(130)的体积全息图。

10.根据权利要求1或2所述的薄膜(100)，其中至少所述压力全息图(145)包括通过使用曝光方法在所述薄膜(100)中形成的光学衍射光栅。

11.根据权利要求1或2所述的薄膜(100)，具有用于耦入另一辐射(130)的至少另一耦入区域(155)，并且具有用于使另一辐射(130)耦出的至少另一耦出区域(160)，并且具有带有至少另一压力全息图(170)的至少另一压力区域(165)，所述至少另一压力全息图布置在从所述另一耦入区域(155)通向所述另一耦出区域(160)的另一辐射路径(175)中并且被设计为根据作用在另一压力区域(165)上的压力使所述另一辐射(130)的至少一部分沿着所述另一辐射路径(175)衍射和/或使所述另一辐射(130)的至少一部分从所述另一辐射路径(175)中耦出。

12.一种屏幕(105)，具有至少以下特征：

根据权利要求1至11中任一项所述的薄膜(100)；

所述辐射源(115)，被设计为提供能耦入到所述耦入区域(125)中的光辐射(130)；和

探测器(120)，被设计为通过使用能从所述耦出区域(135)耦出的辐射(130)来提供探测信号(180)，其中所述探测信号(180)表示所述压力的压力强度。

13.根据权利要求12所述的屏幕(105)，其中所述辐射源(115)被设计为提供来自可见区域的光或来自近红外区域的光作为所述光辐射(130)。

14.一种电子设备(110)，具有根据权利要求12或13所述的屏幕(105)。

15.一种通过使用权利要求1至11中任一项所述的薄膜(100)来感测压力强度的方法(700)，其中所述方法(700)至少包括以下步骤：

提供(701)能耦入到所述耦入区域(125)中的光辐射(130)；并且

探测(703)能从所述耦出区域(135)中耦出的所述辐射(130)，以便提供表示所述压力的压力强度的探测信号(180)。

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