CN1183479C

CN1183479C - 直接构筑在阴极射线管上的声音触摸屏

Info

Publication number: CN1183479C
Application number: CNB008056099A
Authority: CN
Inventors: D��B��ķ˹��¡; D·B·阿姆斯特隆; J·肯特; J·罗尼
Original assignee: Elo Touch Systems Inc
Current assignee: Elo Touch Systems Inc
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: MXPA01009538A; AU3630900A; EP1166224A1; WO2000058906A1; AU769684B2; CA2356443A1; TW470917B; BR0009328A; IL145594A0; US6225985B1; CN1345428A; JP2002540535A; IL145594A; KR20010110688A

Abstract

直接构筑在阴极射线管(CRT)(15)玻璃表面上的触摸屏。为了解决CRT的挡板和正面区域〔16〕之间空间不足的问题，以使传感器〔20〕适应触摸屏，传感器(20)被从正面区域(16)移到CRT(15)的高度弯曲的肩形区域(17)。为了保证声音信号的强度，利用声波在非-欧几里得表面上沿短程路径(31)传输，选择传感器(20)的定位。也对CRT(15)的角区域(26)的声音透镜和棱镜效应进行了修正，可以放置传感器(20)。

Description

直接构筑在阴极射线管上的声音触摸屏

技术领域

本发明涉及直接构筑在阴极射线管上的声音触摸屏、及其方法。

背景技术

声音触摸屏带有一块触摸-敏感区域，在那里，触摸事件和触摸位置通过触摸对声波传输的作用被感觉到。声音触摸屏的一个通用类型是瑞利波(这里使用的一个术语，包含准-瑞利波)。有关瑞利波触摸屏的公开的例子包括：Adler，US 4,642,423(1987)；US4,645,870(1987)；US 4,700,176(1987)；US 4,746,914(1988)(在下文称为“Adler‘914”)；US 4,791,416(1988)和Re 33,151(1990)；Adler等人，US 4,825,212(1989)；US 4,859,996(1989)；和US 4,880,665(1989)；Brenner等人，US 4,644,100(1987)；Davis-Cannon等人，US5,739,479(1998)；和Kent，US 5,708,461(1998)和US 5,854,450(1998)。同样已知，声音触摸屏使用其它类型的声波，例如拉姆波或切变波，或不同类型的声波的组合(包括包含瑞利波的组合)，公开的例子包括：Kent，US 5,591,945(1997)和US 5,854,450(1998)；Knowles，US 5,072,427(1991)；US 5,162,618(1992)；5,177,327(1993)；US 5,243,148(1993)；US 5,329,070(1994)；和US 5,573,077；和Knowles等人，US 5,260,521(1993)。这段引述的文档通过引用并入。

图1图解说明了一个典型的声音触摸屏1的操作，带有一个活跃的，或触摸-敏感区域2。一个第一传送传感器3a被放在触摸-敏感区域2的外边，声音耦合至触摸屏1的表面，并且以声波11a的形式发送一个声音信号，平行传播到触摸屏1的顶边缘，并通常在触摸屏1的平面上。在声波11a的传输通道上排列的是一列排成直线的部分声音反射元件4a，每一个都部分地反射(约为90)并且部分地传输声音信号，产生大量的声波(示范地5a、5b和5c)垂直传播(和Y轴平行)穿过触摸-敏感区域2。(反射元件4a的间隔是可变的，以补偿声音信号随着与第一发送器3a之间的距离增大而造成的衰减)。声波5a、5b和5c，当到达触摸屏1的下边缘，又被另一列排成直线的部分声音反射元件4b以约为90的角度(箭头11b)反射，朝向一个第一接收传感器6a，在那里，为了数据处理，它们被检测和转变成电信号。沿着触摸屏1的左边缘和右边缘，阵列相似。第二传送传感器3b沿着左边缘产生一个声波12a，并且一列排成直线的部分声音反射元件4c从那里产生大量的声波(示范地7a、7b和7c)，声波水平传播(和X轴平行)穿过触摸-敏感区域2。声波7a、7b和7c被又一列排成直线的部分声音反射元件4d转向(箭头12b)，朝向接收传感器6b，在那里，它们同样被检测和转变成电信号。

如果触摸-敏感区域2在位置8处被物体触摸，例如手指或指示笔，声波5b和7a的一些能量就被触摸的物体吸收了。随之发生的衰减被接收传感器6a和6b作为声音信号的干扰接收到。通过微处理器(没有显示)所作的数据分析使位置8的坐标得到确定。

本领域的技术人员可以理解，不一定需要两套传送/接收传感器来制作触摸屏。图1的设备，去掉一套传感器，还可以作为触摸屏工作，检测触摸的发生，并且提供有限的位置信息(其中一个坐标)。或者，通过使用一个通用的传送/接收传感器方案，触摸屏可以被设计成只有两个传感器，如Adler‘914中公开的(图8)。

在外壳9的通常用法中，典型地制作一个铸模聚合体，和触摸屏1相结合。外壳9包含一个覆盖在触摸屏1上的挡板10，隐藏传送和接收传感器、反射元件和其它部件，但暴露触摸-敏感区域2。这种方案防止隐藏的部件被污染和/或损坏，呈现了一个从审美角度说更令人喜爱的外观，并且为用户定义了触摸-敏感区域。

触摸屏可以包含一个独立的面板(典型地由玻璃制成，但也可以用其它的坚固的基底)，覆盖在一个显示面板上，例如一个阴极射线管(CRT)、一个液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光、或其它类型的显示器。可选地，有人建议将触摸屏直接构筑在CRT的玻璃表面上，这样CRT表面就是触摸-敏感表面。Adler‘914中公开了这样的构造。一个直接在CRT上的触摸屏构造是可取的，因为它除去了取景器和CRT之间的一片玻璃，增加了感觉到的显示亮度。同样，除掉覆盖的玻璃、不用修改CRT来为覆盖的玻璃留出空间也带来经济上的利益。

图2a展现了一个传统的CRT 15，触摸屏可以构筑其上。CRT 15包括两个玻璃部分，在后面的圆锥形的部分指的是漏斗28，在它前面的，是面板27。依次地，面板27包括一个实心矩形正面区域16、在它上面显示了一个图像，并且，如果安装了触摸屏，也作为触摸-敏感区域2。附加的特性包括：装配耳18，用于和外壳相连(没显示)、和一个保护性的钢制防爆带23。

典型地，正面区域16不是真正平坦的，而是从CRT到CRT弯曲一定程度，随着CRT的价钱越贵，弯曲得越小。但是，为了通常的目的，并且同样为了本发明的目的，正面区域16可以被认为充分平坦，并且定义一个平面。面板27还包括：在观察区域(如果安装了触摸屏，则还有触摸-敏感区域)外、并且在正面区域16之下的一个肩形区域17，在那里，玻璃向下弯曲并离开正面区域16的平面。肩形区域17包括角区域26，在正面区域16的角和肩形区域17的汇合处，有复杂的非-欧几里得外形。在肩形区域17(包括角26)处的CRT 15的玻璃表面的弯曲度和正面区域16的相比可能相当高。正面区域16的曲率半径可能大约为50厘米或更多，而肩形区域17的曲率半径可能小的多，大约几厘米。因此，从正面区域16到肩形区域17的过渡29可以被定义为：发生在玻璃表面的曲率半径有明显的中断(减小)时。如果正面区域16被认为足够平坦，则和CRT轴垂直并且和这个中断相交的平面可以认为在它的平面上。

在建立直接在CRT上的触摸屏时，通常触摸屏制造商不制作CRT本身。相反地，制造商使用由监视器制造商(或，当监视器和计算机的CPU底板相集成时，例如苹果机的iMac，由计算机制造商)提供的CRT。因为，通常对于触摸屏制造商来说，用新的外壳更换提供的外壳是不切实际的，制造商必须知道要在提供的外壳和CRT之间留出多大的有效空间，以融合例如传送、接收传感器(笼统地说指传感器)的触摸屏元件和反射元件。即使触摸屏制造商在挡板上设计了控制，传感器的机械干扰通常迫使挡板的口径尺寸减小，这会妨碍对CRT的整个有效显示区域的使用。

传统地，触摸屏部件被放在正面区域处。图2b是图2a的CRT 15的前视图，有传送、接收传感器3a、3b、6a、6b和一组反射元件4a、4b、4c、4d装在正面区域16上。(一个相似的Adler′914的装置被在图1中展示。)

通常地，当反射元件的侧面低时，总是为其留有足够的间隔。然而，传感器的安装是一个更复杂的事情，因为它们的侧面高。这个问题在图3中说明。(虚线13代表正面区域16的平面。)当外壳9被装配在CRT 15上(即，沿箭头A所示的方向移动)，挡板10和传感器4之间有一个机械干扰。这个干扰可能妨碍传感器4的正常功能，或者，更糟的，损坏传感器4或挡板10。有时可以通过将挡板材料的一小部分切除来产生足够的空间，但这样的解决方法通常不适用，并且由于各种各样的原因，它是不受欢迎的和/或不切实际的。切除是一个缓慢、劳动强度大的操作；在以后的使用中，挡板可能变的脆弱、敏感而易损坏；并且切除区域可能被看到，特别是外壳是由半透明或透明的材料制成时。

还要参考Davis-Cannon等人，US 5,739,479(1998)，它公开了一种声音触摸屏，包括传感器，传感器凹陷在触摸屏的斜面部分。然而，这个发明不适于制造商将触摸屏直接安装在CRT表面上，因为传统的CRT没有这样的斜面。再参考一下Kambara等人，WO98/29853(1998)，它公开了声音触摸屏的光栅传感器。然而，光栅传感器的压电元件必须被放在触摸屏的下面，这对(触摸屏)直接在CRT上的结构不可用。

因此，就需要开发一种直接在CRT上的触摸屏结构，该结构允许CRT和它的挡板之间间隔紧密，并且适于与由CRT-监视器提供者处得到的CRT和外壳一起使用、或者允许定制的挡板设计使CRT的显示区域最大化。

发明内容

因此，提供了一种直接构筑在CRT上的声音触摸屏，包括：

(a)一个CRT，包括：

(i)一个带有4个角的基本上是矩形的正面区域，和

(ii)在正面区域的一个肩形区域，还包括在肩形区域与正面区域的角的汇合处有4个角；

(b)与CRT表面声音耦合的第一声音传感器，并且能够在它上面产生一个声音信号；

(c)与第一传感器结合的部分声音反射元件的第一线性阵列，第一线性阵列被放在正面区域上，可以使声音信号偏转穿过正面区域，并且有一个纵向阵列的轴；

(d)与CRT表面声音耦合的第二声音传感器，并且能够在声音信号穿过正面区域后检测到该声音信号，还有触摸正面区域产生的干扰；和

(e)与第二传感器结合的部分声音反射元件的第二线性阵列，第二线性阵列被放在正面区域上，并在声音信号穿过正面区域后，可以将声音信号偏转到第二传感器上，并且有一个纵向阵列的轴；

第一和第二传感器被放在肩形区域上，分别放置在由各自相关的线性阵列的纵向阵列轴定义的短程线上并且沿该短程线瞄准。

在本发明的另一个实施方案中，还提供了一种直接构筑在CRT上的声音触摸屏，包括：

(a)一个CRT包括：

(i)一个带有4个角的基本上是矩形的正面区域，和

(ii)在正面区域下的肩形区域，在肩形区域与正面区域的角的汇合处包含4个角区域；

(b)第一和第二传感器，每一个声音耦合至CRT表面，并且能够在CRT表面上产生各自的第一和第二声音信号；

(c)分别与第一、第二传感器结合的部分声音反射元件的第一、第二线性阵列，用于分别偏转第一、第二声音信号，穿过正面区域；第一、第二线性阵列有各自纵向阵列轴；第一线性阵列被沿正面区域的第一边缘放置、第二线性阵列被沿正面区域的第二边缘放置，和第一边缘正交；

(d)第三和第四传感器，每一个声音耦合至CRT表面；在第一声音信号穿过正面区域后，第三传感器可以检测第一声音信号，以及触摸正面区域产生的干扰；在第二声音信号穿过正面区域后，第四传感器可以检测第二声音信号，以及触摸正面区域产生的干扰；和

(e)分别和第三、第四传感器结合的部分声音反射元件的第三、第四线性阵列，用于在第一、第二声音信号穿过正面区域后，分别朝向第三、第四传感器偏转第一、第二声音信号；第三、第四线性阵列有各自纵向阵列的轴；第三线性阵列被沿正面区域的第三边缘放置、和第一边缘相对，并且第四线性阵列被沿正面区域的第四边缘放置，和第二边缘相对；

第一、第二、第三和第四传感器被放置在肩形区域，放置由各自相关的线性阵列的纵向阵列轴定义的短程线上并且沿该短程线瞄准。

在本发明的第三个实施方案中，又提供了一种直接构筑在CRT上的声音触摸屏，包括如下步骤：

(a)提供了一个CRT，包括：

(i)一个带有4个角的基本上是矩形的正面区域，和

(b)提供了多个传感器；

(c)在正面区域上形成与多个传感器中的一个结合的部分声音反射元件的线性阵列，每一个线性阵列有各自纵向阵列的轴；

(d)为每一个线性阵列确定各自的纵向阵列轴的短程线；和

(e)对于每一个确定的短程线，在肩形区域将分别相关的传感器和CRT表面声音耦合起来，放置在该短程线上并沿该短程线瞄准。

在本发明的第四个实施方案中，提供了一种为直接构筑在CRT上的声音触摸屏设置传感器的方法，包括如下步骤：

(a)提供了一个CRT，包括：

(i)一个带有4个角的基本上是矩形的正面区域，和

CRT进一步在其上形成部分声音反射元件的线性阵列，线性阵列有纵向阵列轴；

(b)用纵向阵列轴确定短程线；

(c)提供一个传感器；

(d)将放置该短程线上并且沿该短程线瞄准的传感器放置在肩形区域的CRT表面；并且

(e)将传感器和CRT表面声音耦合，按照前面所述的步骤放置和瞄准。

附图说明

图1展示了传统的声音触摸屏。

图2a用透视图展示了，一个可以安装触摸屏的传统的CRT。图2b用前视图展示了图2a中的CRT，声音触摸屏部件用传统方式装载其上。

图3是成曲形的CRT正面区域和挡板的示意性剖面图，在正面区域上有一个传感器。

图4展示了一个典型地应用于声音触摸屏中的契形传感器。

图5展示了一个根据本发明的装有触摸屏部件的CRT。

图6是根据本发明而展示的传感器的放置的示意性剖面图。

图7a是直接在CRT上的结构的部分顶视图，展示了沿短程线的传感器的放置。图7b是相应的部分侧视图。

图8a、8b、8c和8d是CRT玻璃表面的构型理论结构，用于解释我们发现的透镜效应。

图9a、9b、9c和9d示意性地展示了角区域是怎样成为声音透镜的，和其对声波的作用。

图10展示了一个带有弯曲底表面的契形传感器，用以装配在不平的玻璃表面上。

在说明书中，各附图中相同的标号表示相同或对等的元件。

具体实施方式

典型地应用于声音触摸屏的传感器是契形传感器，例如在Davis-Cannon等人，US 5,739,479(1998)中公开的，在这里通过引用并入。因此，本说明特别地参考了契形传感器，尽管我们的发明不仅限于契形传感器。还可以使用其它的传感器，例如Kent，US5,708,461(1998)的交叉指形传感器，如图4所示，在这里通过引用并入。图4在这里展示了一个装在触摸屏1表面的契形传感器20的剖面图，并且带有一个作为组成部分的压电元件21、一个耦合契形22，由塑料制成，例如多(甲基丙烯酸酯)(PMMA)。契形22被黏合剂粘连到触摸屏1的表面，例如通过UV可凝固黏合剂，因此听觉上一个和另一个连接。压电元件21被装在耦合契形22的后部，并且通过电极和电子控制器电相连〔没显示〕。响应一个电信号，压电元件21振动以产生一个压力波24，压力波24传送过契形22，并且依次通过契形22-触摸屏1表面转换成准-瑞利声波14、通常沿着触摸屏1的平面传播。然后波14可以通过反射元件4a产生部分偏转。

因此，传统的明智之举是传感器20应该放在触摸屏的平面上，或至多相对适度地倾斜。但由于上面解释的原因，这样的定位可能对直接在CRT上不可行。为了解决这个问题，我们发现这是可能的，(即，)不把传感器放在正面区域，而是放在CRT的肩形区域-即或多或少地在CRT的侧面-我们发现的假设的位置参数如下。

图5中展示根据本发明的直接在CRT上的结构。本发明的一个特点是将传送、接收传感器3a、3b、6a和6b定位在肩形区域17，与正面区域16相对。因为肩形区域17倾斜，有时是陡峭的，而远离正面区域16，传感器被放在正面区域16的平面之下，并且在挡板放到CRT 15上时，机械上不干扰挡板〔图中没展示〕。图6是一个剖面图，示意性地展示了这样的摆放是怎样避免传感器4和挡板10之间的机械干扰的。

仅仅将一个传感器放在一个肩形区域是不够的。考虑到一个传送传感器已经放在那儿了。最初产生的声波将在玻璃表面的局部平面内瞄准附带传感器(的地方)。和传感器安装在触摸屏平面(例如，图2b)或安装在触摸屏的斜面部分(例如，Davis-Cannon等人，US5,739,479(1998))不同，这个最初的平面(用图6中的线25指示)与正面区域16(图6中的线13)有很大的倾斜。因为高的声音能量丢失，没有一些有效的将传送传感器和正面区域上的线性阵列声音连接的方法，触摸屏就没有作用或作用极小。

可以利用如下事实建立有效的声音连接，即、当声波在非欧几里得表面上，例如CRT玻璃表面上时，是沿短程线(例如，在球形表面是一个大圆)传播的。见例如，Kent，US 5,854,450(1998)的图20，在这里通过引用并入。通过将传感器摆放在利用这个事实计算出的位置，我们就能够在正面区域平面下移动该传感器，而保持声音效率-即，有可接受的、由传送传感器产生、通过接收传感器感觉到的声音能量，而不是让这些能量散失。这个位置如图7a所示。传感器20沿由纵向阵列的轴33定义的短程线31放置。因为正面区域16是一个准-平面，在正面区域16短程线31充分地沿着轴33的轨迹。但是，当短程线31穿过过渡29并且到达肩形区域17的高曲率表面，它弯曲并偏离轴33。传感器20应沿着短程线31，被放在肩形区域17。和先有技术不同，传感器20对准短程线31，而不是沿着纵向轴33(对比图7a和图1、图2b)。即，传感器向轴33倾斜。传感器20的目标〔由它产生的声音信号的传播方向〕与传感器20的压电元件的宽垂直。因为我们在这里讨论的是一根无限细的理论线(短程线31)和一个非常小的部分(传感器20)，很难以绝对精度摆放，如果传感器20的任意部分在短程线31上，我们就说传感器20在短程线31上。这样，传感器20在结构中的放置不是很完美，而是有些偏离中心，因此，比如，在本发明的范围中，只有一个上(或下)角会截断短程线31。类似地，如果传感器20通常瞄准这样的方向，则认为它是瞄准短程线31的，不需要数学上精确地瞄准。

图7b为对应图7a的部分侧视图，正面区域充分平坦，曲率半径至少为50cm。

一个实际的为短程线31定位的方法是使用一段柔软材料，例如一条布带或纸或细绳。柔软材料在玻璃表面沿轴33延伸，并且当它到达过渡29时，允许沿表面的曲率前进，离开正面区域16并进入肩形区域17。由该材料描绘出的路径代表短程线31。然后，传感器20就可以被接到肩形区域17的玻璃表面并瞄准短程线31。(可能需要当将传感器20轻轻前后移动时，用适当的测试设备测量信号强度，以对位置进行一些反复试验的微调。)

遵循这种技术，传感器被放置在CRT的肩形区域。健壮的信号被观测到，它们在商业触摸屏控制器中范围广阔，例如，EloTouchSystems(Fremont，California)控制模型no.E281-2310。不观测无用的附加信号。

一旦特殊模式的CRT的传感器所需要的位置被确定，就可以为同样类型的其他CRT制作模板或指南，以容易地放置传感器。当传感器被连接到玻璃上时，可以使用一个模具使之固定。

我们还发现肩形区域17有很强的透镜(lensing)效应，即，为带有很短焦距的透镜。但是我们不希望被理论所束缚，我们相信我们所观察到的透镜和棱镜可以有如下解释。图8a展示了角区域26/肩形区域17，近似带有平面35，代表充分平的正面区域表面。肩形区域17近似地有圆角边缘36，半径为r，连接平面35和平面37，平面35和平面37正交。在角区域26，平面37被半径为R的圆柱横截面38所替代(或更精确地，R+r)。用λ表示一束在CRT玻璃表面上传播的声波的波长，λ典型的值为大约1/2mm。图8b是进一步简单化的近似，在限制的情况下，满足如下不等式：

R＞＞r＞＞λ

那么，圆角边缘36就可以被尖角边缘39替代。如图8a、8b中穿过圆角边缘的具代表性的声路程所显示的，当从表面35到表面37或38时，相对于边缘的声路程角并不改变。

图8c示例了表面35上的两条平行的声路程，在半径为R的角和圆角相交。代表性地、相对于半径为R的圆弧的中心，平行路程和圆角边缘以角Φ和(Φ+δΦ)相交。相交点之间的距离为RδΦ。然后，当这对声路程继续前进(欧几里得)到表面38时，它们保持角Φ和(Φ+δΦ)；见图8d，注意在横穿角边缘之前，原来平行的声路程不再平行，而是以角δΦ彼此相交。它们以几何和数学(方式)正直向前，以确定此前平行的路径在距离f处相交，由以下等式给出：

f＝R*cos(Φ)

距离f从短程线穿过边缘39的点开始测量。因此弯曲的圆角边缘形成了焦距为R*cos(Φ)的透镜。在厘米的范围内给出典型的R的值，这是一个非常小的焦距。即，它是一个强的声音透镜。实际上，这个焦距对于沿短程线31的传感器到圆角边缘的距离是具有相当可比性的。

尽管限制条件R＞＞r特别符合数学分析，它对于强的透镜效应并不是必要条件。在另一个极端，即，R≈r，角区域近似为半径为R的球体的一部分。半径为R的球体也是一个强的透镜。它的焦距为弧长，为(π/2)R。可以将此想象成一束平行光线与地球赤道相交，并向正北走。这些最初平行的大地线(大圆)在北极点相交。不论R＞＞r或R≈r，我们得到的焦距为R。即，角区域为强焦距透镜，而不依赖于它的几何精确细节。

参考图9a、9b，可以看出，通常，角区域26的透镜效应是不被期望的。在图9a中，传感器20按照直线阵列的部分声音反射元件4的方向，产生一束平行声波40。如果，如图9b所示，一个短焦距声学透镜41-即，一个角区域26-介于传感器20和反射元件4之间，产生散焦效应，导致声音能量的散失。根据本发明的声音触摸屏的上下文中，意味着没有必要有声路程-短程线-横穿角区域26。重新参考图7a，可以看到，如果直线阵列的部分声音反射元件4摆放在靠近正面区域的边缘，轴33和短程线31的投影都横穿角区域26。原则上，通过将反射元件4沿箭头B的方向移动到离正面区域16的中心的更远处，可以避免这种情况。但是，这样的移动会减小正面区域26可作为触摸-敏感区域的面积，并且因此无商业吸引力。

也许可以接受的是，从实际的立场，很难避免短程线31横穿角区域，我们已经发现抵销这样的横穿的不利影响的方法了。一个这样的方法是使用一个发散传感器。考虑到图9c的情况，其中使用了一个发散传感器20’，用来将一束波瞄准直线阵列的部分声音反射元件4，并且和图9a的情况相对比。图9c中的发散传感器的声音效率比图9a中的平行-束传感器小，传递给反射元件4的声音能量更少。因为这个原因，通常，在声音触摸屏中不使用发散传感器。

但是，现在假定一个短焦距透镜41，放在和透镜41的焦距相等距离(图9d)的发散传感器20’和反射元件4之间。透镜41作用于由传感器20’产生的发散声波40上，并将它变成一束平行波。实际上，两个不需要的特性-透镜41的散焦效应和传感器20’的发散波，可以使之互相抵销。在实践中，这表示如果在本发明的触摸屏中使用了发散传感器，不受欢迎的短程线横穿角区域26的影响就被抵销了。

图9d图示说明了这样的情形，透镜41的负面影响被发散传感器20’完全取消了。本发明的范围还包括局部补偿的情形。即使发散传感器20’不能完全取消透镜41分散的波束，发散传感器20’也能帮助提高触摸屏信号的振幅。

在另一方面，完成一个发散传感器的方法事实上是有益的。因为肩形区域的玻璃表面是弯曲的，可能需要传感器的底部表面互补弯曲，以提供和弯曲玻璃表面紧密配合的关系，提供机械上的、声学上的更优质的耦合。图10展示了一个契形传感器20，耦合契形22的底表面30沿着它的长轴凹陷。这样的凹度可以通过制作带有凹度的传感器得到，或者，在我们制造的产品模型中，用一个带有圆柱截面的金属锉将原始的平坦的底表面的材料刮掉。可是，耦合契形22的凹陷圆柱表面有散焦效应。如果契形和玻璃都是平的，推进的声波前端是平的；但是，如果契形是凹陷的，在声波中间有一个不想要的超前的段-并且因此在声音束中产生发散。这样，使用有弯曲底部的传感器提供了双重好处：和CRT的弯曲表面更好配合，并且提供了一个发散传感器，以抵销角区域的散焦效应。

如果图10的圆柱表面30的曲率半径为Rc，则发散束的虚拟焦点的距离为

R_c*tanθ

其中θ为契形角，即，压电元件平面和表面30中心的水平切线之间的夹角。在一个模型中，R_c为16mm，θ为64°。因此，发散焦距为32mm。

发散传感器另一种类型为，简单地说，一个更小的传感器。由于衍射效应，从宽度很窄的传感器出来的一束声波会趋于发散。象在光学和其它波结构的领域中众所周知的那样，从宽度为w的孔来的衍射模式的第一个节点角度为θ＝λ/w，其中λ为波长。例如，w＝6mm，λ＝1/2mm，则这个角为θ＝1/12度。通常，这样的传感器波束发散被认为是不想要的。经过一个长为30cm的列，这个1/12度的波束分散成30cm*(1/12)＝2.5cm束宽，即，比列宽多了。然而，在本发明的上下文中，这样的发散对角区域问题的抵消是有益的。这样，就本发明的实践，优选实施方案包括使用契形传感器，其中压电元件的宽度不超过6mm，优选地不超过4mm。

更小的传感器提供了另一个优点：它更容易连接到高度弯曲的玻璃表面，因为，当观察充分小的点状区域，其表面可被认为是准-平面。对于同样弯曲的表面，比起一个12mm宽的契形传感器，设计一个3mm宽的契形传感器要容易的多。

还有另外一种挽回由于肩形区域的散焦效应造成损失声音强度的方法是，选择一个正面区域玻璃为声学低-损耗玻璃的CRT，例如，硼硅酸盐玻璃或含钡玻璃，如Kent，US 5,708,461(1998)中描述的，在这里通过引用并入。低-损耗玻璃的使用意味着更少的声音信号被玻璃吸收，因此，需要从更少的声音能量开始。

本领域的技术人员可以理解，同样的传感器可被当成传送或接收传感器。一个传感器既适用于将电信号转换成声波(即，作为传送传感器)也可以将声波转换成电信号(即，以相反模式工作，作为接收传感器)。和物理学应用的原则一样。“传送”和“接收”传感器的基本区别是它们是怎样连接到控制电子设备上的：一次，我们其中的一个偶然地在声音触摸屏上将传送和接收线接反了，并观察到触摸屏还在动作。因此，为了方便，本说明书的讨论中将焦点集中于“传送”传感器，但它们同样适用于“接收”传感器。

本领域的技术人员可以理解，契形传感器中的压电元件和它所连接的表面之间的夹角影响了在触摸屏表面产生声波的效果。对于直接在CRT上的结构，我们让契形传感器连接的夹角为64°。如果发生错误并且传感器连接的夹角和前述偏离的太多，会导致声波丢失。优选地，偏差应在64°的±8°之间。

对于CRT的声音耦合传感器，优选地，我们使用UV可凝固黏合剂。当传感器的底表面不是非常匹配CRT玻璃表面的曲线时，黏合剂也可以起到填充缝隙的功能。通常，需要黏合剂有很好的粘结玻璃和PMMA(假设传感器的耦合契形是用PMMA制造的)的特性。我们使用Dymax628-T UV可凝固黏合剂。

优选地，部分声音反射元件8是由有机基质制成的，如Rinde等人的US 5,883,457(1999)所公开的，在这里通过引用并入。有机基质可以包含聚合物，该聚合物包括从环氧树脂、氰酸盐酯树脂、聚酯树脂、酚树脂，双马来酰亚胺和它们的化合物群中选出的可医治成分。有机基质可以包括密集填充物，优选地，每一个有超过4.0g/cm³的密度。合适的密集填充物的例子包括粉状钨、三氧化钨、碳化钨、碳酸钙、氧化铅、氧化锌、硫酸钡、硫化锌、二氧化硅和它们的聚合物。Rinde专利中公开的材料特别适用于直接在CRT上的声音反射元件，因为，和其他例如玻璃粉的声音反射材料相比，在制造过程中不需要高温加热步骤。不想要高温步骤是因为它会产生损坏CRT的精密电子部件的威胁。

上述关于本发明的详细描述包括，涉及到本发明的特殊的部分或方面的主要的或独有的段落。要知道，为了清晰和方便，相关的特性可能比公开出来的段落要多，并且，这里的公开包括从不同段落中找出的所有适合信息的组合。同样地，尽管这里的不同的图和描述与本发明的特殊实施方案相关，要知道，当特殊的特征在特别的图或实施方案的上下文中被公开时，这样的特征也可以在另一幅图或实施方案中、和其他特征一起、或通常在发明中的适当的方面被使用。

还有，虽然本发明在某些优选实施方案中被特别地描述了，但本发明不限于这样的实施方案。更恰当地，本发明的范围在附加的权利要求书中定义了。

Claims

1.一种直接构筑在CRT上的声音触摸屏，包括：

(a)CRT，CRT进一步包括：

(i)一个基本上是矩形正面区域，它有四个角，和

(ii)在正面区域下方的一个肩形区域，还包括在肩形区域和正面区域的角的交汇处的四个角区域；

(b)与CRT表面声音耦合的第一传感器，并且在其上产生声音信号；

(c)与第一传感器相联系的部分声音反射元件的第一线性阵列，第一线性阵列放在正面区域上，可以使声音信号偏转穿过正面区域，并且有一个纵向阵列的轴；

(d)与CRT表面声音耦合的第二传感器，并且在声音信号穿过正面区域后，可以检测到该声音信号，以及触摸正面区域产生的干扰；和

(e)与第二传感器相联系的部分声音反射元件的第二线性阵列，第二线性阵列被放在正面区域上，并在声音信号穿过正面区域后，可以将声音信号偏转到第二传感器上，并且有一个纵向阵列的轴；

第一和第二传感器被放在肩形区域上，每一个放置在由各自相关的线性阵列的纵向阵列轴定义的短程线上并且沿该短程线瞄准。

2.根据权利要求1的声音触摸屏，其中，至少有一条短程线穿过一个角区域。

3.根据权利要求2的声音触摸屏，其中，放置在穿过一个角区域的至少一条短程线上并且沿该至少一条短程线瞄准的传感器为发散传感器。

4.根据权利要求2的声音触摸屏，其中，放置穿过一个角区域的至少一条短程线上并且沿该至少一条短程线瞄准的传感器有一个底表面，该底表面弯曲以匹配CRT表面在该传感器声音耦合CRT表面的位置处的弯曲部分。

5.根据权利要求1的声音触摸屏，其中，CRT的正面区域基本上是平面的。

6.根据权利要求1的声音触摸屏，其中，声音反射元件包含聚合物，包括从由粉状钨、三氧化钨、碳化钨、碳酸钙、氧化铅、氧化锌、硫酸钡、硫化锌、二氧化硅和它们的组合构成的组中选出的密集填充物。

7.一种直接构筑在CRT上的声音触摸屏的方法，包括如下步骤：

(a)提供一个CRT，包括：

(i)一个带有4个角的基本上是矩形的正面区域，和

(ii)在正面区域下方的肩形区域，在肩形区域与正面区域的角的汇合处包含4个角区域；

(b)提供多个传感器；

(c)在正面区域上形成部分声音反射元件的多个线性阵列，每一个线性阵列分别与多个传感器中的一个相关联，每一个线性阵列有各自纵向阵列的轴；

(d)为每一个线性阵列确定由各自的纵向阵列轴定义的短程线；并且

(e)对于每一个确定的短程线，将分别相关联的传感器和肩形区域的CRT表面声音耦合起来，放置在短程线上并且沿该短程线瞄准。

8.根据权利要求7的方法，其中，步骤(d)确定的短程线中的至少一条是由在CRT的表面上沿着纵向阵列的轴拉伸柔软材料的长度并且随着从正面区域到肩形区域的表面曲度而确定的。