DE102018209305A1

DE102018209305A1 - Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm, Bildschirm mit Folie, Gerät, insbesondere mobiles Gerät, mit Bildschirm und Verfahren zum Sensieren einer Druckintensität unter Verwendung einer Folie

Info

Publication number: DE102018209305A1
Application number: DE102018209305.9A
Authority: DE
Inventors: Stefanie Hartmann; Annette Frederiksen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2019-12-12
Also published as: CN110597407A; CN110597407B; FR3082335B1; FR3082335A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Folie (100) für einen berührungsempfindlichen Bildschirm (105). Die Folie (100) weist zumindest einen Einkoppelbereich (125), einen Auskoppelbereich (135) und einen Druckbereich (140) mit einem Druckhologramm (145) auf. Der Einkoppelbereich (125) ist dazu ausgebildet, optische Strahlung (130) einer Strahlungsquelle (115) einzukoppeln. Der Auskoppelbereich (135) ist dazu ausgebildet, optische Strahlung (130) auszukoppeln. Der Druckbereich (140) umfasst das Druckhologramm (145), das in einem von dem Einkoppelbereich (125) zu dem Auskoppelbereich (135) führenden Strahlungspfad (150) angeordnet ist. Das Druckhologramm (145) ist dazu ausgebildet, um abhängig von einem auf den Druckbereich (140) wirkenden Druck zumindest einen Anteil der Strahlung (130) entlang des Strahlungspfads (150) zu beugen und/oder zumindest einen Anteil der Strahlung (130) aus dem Strahlungspfad (150) auszukoppeln.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Die Verwendung eines Hologramms als Sensor zum chemischen oder biologischem Nachweis von Reagenzien ist bekannt. Dieser Sensor ist auch gegen Temperatur und Druck empfindlich.
Die DE 695 31 733 T2 beschreibt eine solche Verwendung eines Hologramms als Sensor.
Es ist zudem möglich, eine Oberflächenerfassung in Verbindung mit einem Hologramm auszuführen.
Die DE 10 2015 209 490 A1 beschreibt einen solchen Ansatz zur Oberflächenerfassung. Hierbei dient das Hologramm der Erzeugung von unterschiedlichen optischen Strahlen, die zur Erfassung der Oberflächenform der zu untersuchenden Oberfläche verwendet werden. Das Hologramm wird dabei nicht durch Druck verformt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Folie, ein Bildschirm, ein Gerät, insbesondere ein mobiles Gerät, und ein Verfahren gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Gegenstand der Erfindung ist eine Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm. Die Folie umfasst ein holografisch-optisches Bauelement, das im Folgenden auch als Hologramm bezeichnet wird. Das Hologramm verformt sich bei einer Druckänderung, also beispielsweise durch eine Druckeinwirkung in Form eines leichten Tippens eines Fingers auf den mit der Folie ausgerüsteten Bildschirm, um den Bildschirm zu bedienen. Aufgrund einer Wellenlängen- und/oder Winkelselektivität des Hologramms können bei einer Verformung des Hologramms Rückschlüsse auf den ausgeübten Druck gezogen werden. Mithilfe des hier vorgestellten Ansatzes kann erkannt werden, ob Druck auf den Bildschirm ausgeübt wird. Optional kann zusätzlich erkannt werden mit welcher Druckintensität eine Bedienberührung des Bildschirms ausgeführt wird. Dies ist beispielsweise von Vorteil, da durch das Erfassen der Druckintensität eine unterschiedliche bzw. zusätzliche Funktionalität der Bedieneingabe realisiert werden kann. Durch das Erfassen der Druckintensität können vorteilhafterweise die Bedienmöglichkeiten des Bildschirms erweitert werden.
Es wird eine Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm vorgestellt. Die Folie weist zumindest einen Einkoppelbereich zum Einkoppeln von optischer Strahlung einer Strahlungsquelle, einen Auskoppelbereich zum Auskoppeln von optischer Strahlung und einen Druckbereich mit zumindest einem Druckhologramm auf. Das Druckhologramm ist in einem von dem Einkoppelbereich zu dem Auskoppelbereich führenden Strahlungspfad angeordnet. Das Druckhologramm ist dazu ausgebildet, um abhängig von einem auf den Druckbereich wirkenden Druck zumindest einen Anteil der Strahlung entlang des Strahlungspfads zu beugen. Zusätzlich oder alternativ ist das Druckhologramm dazu ausgebildet, zumindest einen Anteil der Strahlung aus dem Strahlungspfad auszukoppeln.
Unter der Folie kann eine transparente Folie verstanden werden. Die Folie kann beispielsweise auf einen berührungsempfindlichen Bildschirm angebracht werden. Die Folie kann dabei so dünn sein, dass ihre Dicke nur einen sehr geringen Anteil der Dicke des Bildschirms darstellt. Die Folie kann durch Druck elastisch verformbar sein, und als optischer Drucksensor ausgeführt sein. Bei dem berührungsempfindlichen Bildschirm kann es sich beispielsweise um den Bildschirm für ein handelsübliches Smartphone oder einen Tablet-PC oder ein anderes Mobilgerät handeln, oder um den Bildschirm für einen Computer oder Fernseher, oder um einen anderen berührungsempfindlichen Bildschirm, beispielsweise in Form eines Anzeigeelements bzw. eines Anzeige- und Bedienelements in Form eines sogenannten Touch-Displays eines Fahrzeugsystems. Der berührungsempfindliche Bildschirm kann beispielsweise als kapazitiver oder als optischer Touchscreen ausgeführt sein. Der Einkoppelbereich kann beispielsweise eine Schnittstelle der Folie zu der Strahlungsquelle repräsentieren, über die optische Strahlung eingekoppelt werden kann. Der Einkoppelbereich kann durch einen Abschnitt einer Oberfläche oder durch einen sich zumindest abschnittsweise im Inneren der Folie befindlichen räumlichen Bereich gebildet sein. Bei der optischen Strahlung kann es sich beispielsweise um Licht aus dem sichtbaren Bereich handeln. Bei der Strahlungsquelle kann es sich beispielsweise um eine Leuchteinrichtung, die Teil des Bildschirms ist, handeln, beispielsweise um die Hinterleuchtung eines handelsüblichen Smartphone-Bildschirms oder um eine zusätzliche Lichtquelle, beispielsweise in Form einer Leuchtdiode oder eines Lasers. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist die Strahlungsquelle ausgebildet um Strahlung einer Wellenlänge oder Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen auszusenden. Die Strahlungsquelle kann eine oder mehrere Leuchteinrichtungen umfassen. Der Auskoppelbereich kann beispielsweise eine Schnittstelle zu einem Detektor repräsentieren, wobei die optische Strahlung, beispielsweise in Form von Licht, ausgekoppelt und über die Schnittstelle zu dem Detektor geleitet wird. Der Auskoppelbereich kann durch einen Abschnitt einer Oberfläche oder durch einen sich zumindest abschnittsweise im Inneren der Folie befindlichen räumlichen Bereich gebildet sein. Der Druckbereich kann zumindest abschnittsweise im Inneren der Folie angeordnet sein. Der Druckbereich kann im montierten Zustand der Folie beispielsweise gegenüberliegend zu einem berührungsempfindlichen Element oder Bereich des Bildschirms angeordnet sein, über den mittels Berührung eine Befehlseingabe eingelesen werden kann. Bei dem Druckhologramm kann es sich beispielsweise um ein holographischoptisches Bauelement handeln, beispielsweise in Form eines Volumenhologramms. Das Druckhologramm kann als Transmissionshologramm oder als Reflexionshologramm realisiert sein. Zudem kann das Druckhologramm als holografischer Umlenker genutzt werden. Als Druckhologramm und für die weiteren hier verwendeten Hologramme kann anstelle eines Umlenkers auch ein komplexeres holographisches Element (HOE) verwendet werden. Damit können, z.B. wenn unter Totalreflexion für die Strahlungsleitung einkoppelt wird, gekrümmte Displayoberflächen berücksichtigen werden, indem z.B. das HOE eine leicht divergente Wirkung macht, welche dann von der Displaykrümmung wieder fokussiert wird. Generell kann die hier vorgeschlagene Methode auch mit gekrümmten Folien umgesetzt werden, weil das alles bei der HOE-Aufnahme berücksichtigt werden kann. Unter dem Strahlungspad kann ein Weg der Strahlung von dem Einkoppelbereich zu dem Auskoppelbereich verstanden werden, den die Strahlung gemäß einer Ausführungsform für den Fall nimmt, dass kein Druck auf den Druckbereich der Folie ausgeübt wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann unter dem Strahlungspad ein Weg der Strahlung von dem Einkoppelbereich zu dem Auskoppelbereich verstanden werden, den die Strahlung für den Fall nimmt, dass Druck auf den Druckbereich der Folie ausgeübt wird. Bei dem Druck kann es sich um einen durch eine Person ausgeübten Druck auf die Folie handeln, beispielsweise ausgeübt durch eine Fingerkuppe oder durch einen von der Person verwendeten Bedienstift. Bei dem Druck kann es sich somit um einen auf einen Teilabschnitt der Oberfläche der Folie ausgeübten Druck handeln. Das Druckhologramm kann gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, bei einer ersten Druckintensität des auf den Druckbereich wirkenden Drucks einen ersten Anteil der Strahlung auszukoppeln und bei einer zweiten Druckintensität des auf den Druckbereich wirkenden Drucks einen zweiten Anteil der Strahlung auszukoppeln. Der erste Anteil kann sich dabei von dem zweiten Anteil unterscheiden. Somit können bei unterschiedlichen einwirkenden Drücken unterschiedlich große Anteile der Strahlung aus dem Strahlungspfad ausgekoppelt werden. Vorteilhafterweise kann so über den Anteil der im Strahlungspfad verbleibenden Strahlung die Druckintensität besonders einfach erfasst werden. Gemäß den unterschiedlichen Ausführungsformen kann dabei die erste Druckintensität kleiner als die zweite Druckintensität sein oder es kann die erste Druckintensität größer als die zweite Druckintensität sein.
Die hier vorgestellte Folie kann gemäß einer Ausführungsform auch als Schutzfolie für den Bildschirm ausgeformt sein. Beispielsweise kann es sich dabei um eine handelsübliche Displayschutzfolie handeln, die mit zumindest einem Hologramm versehen ist. Die Folie kann auch als zusätzliche Schicht einer solchen Displayschutzfolie realisiert sein. Vorteilhafterweise ist es somit möglich, die Folie in einer für einen Bediener besonders komfortablen Anwendungsform auszuführen.
Zudem kann die Folie gemäß einer Ausführungsform eine Dicke von unter 500 µm aufweisen. Die Folie kann als ein Folienverbund aufgefasst werden, der ein holographisches Material umfasst, der auf einen Träger aufgetragen ist. Beispielsweise weist das holographische Material eine Dicke von weniger als 10 µm, beispielsweise eine Dicke von 6 µm und der Träger eine Dicke von weniger als 200 µm, beispielsweise eine Dicke im Bereich von 100 µm auf. Das Druckhologramm kann somit in den im Folgenden als Folie bezeichneten Folienverbund integriert sein. Vorteilhafterweise ist somit eine besonders kompakte Bauweise der Folie möglich. Zudem ist die Folie somit in vielen Bereichen einsetzbar, beispielsweise in Verbindung mit allen Bildschirmarten mit Touch- Funktionalität.
Weitere nachfolgend aufgeführte optionale Hologramme können entsprechend dem Druckhologramm ausgeführt sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Folie zumindest ein Umlenkhologramm umfassen. Das Umlenkhologramm kann in dem Strahlungspfad zwischen dem Druckhologramm und dem Auskoppelbereich angeordnet sein. Das Umlenkhologramm kann dazu ausgebildet sein, um zumindest einen Anteil der von dem Druckhologramm entlang des Strahlungspfads gebeugten Strahlung entlang des Strahlungspfads zu beugen. Zusätzlich oder alternativ kann das Umlenkhologramm dazu ausgebildet sein, um zumindest einen Anteil der von dem Druckhologramm entlang des Strahlungspfads gebeugten Strahlung aus dem Strahlungspfad auszukoppeln. Die Folie kann auch eine Mehrzahl an Umlenkhologrammen aufweisen. Das Umlenkhologramm kann beispielsweise je nach Größe analog aufgenommen oder pixelweise gedruckt worden sein. Der Abstand und die Position des Umlenkhologrammes, das analog aufgenommen sein kann oder aus einer Gruppe pixelweise gedruckter Hologramme bestehen kann, werden durch die Dicke und den gewählte Umlenkwinkel vorgegeben. Die Pixelgröße an sich kann durch den Aufbau des holographischen Druckers definiert sein. Vorteilhafterweise kann der nach Passieren des Druckhologramms nicht ausgekoppelte Anteil der Strahlung, also der entlang des Strahlungspfads weitergeleitete Anteil der Strahlung, unter Verwendung des Umlenkhologramms umgelenkt werden. Beispielsweise kann die Strahlung unter Verwendung des Druckhologramms und des Umlenkhologramms kaskadenartig durch die Folie gelenkt werden. Mittels dieser Art eines holographischen Wellenleiters kann eine Änderungen an der Oberflächenstruktur der Folie, beispielsweise hervorgerufen durch einen Druck durch ein Tippen mit einem Finger auf die Folie auf dem Bildschirm, unmittelbar und sehr präzise detektiert werden.
Zudem kann die Folie gemäß einer Ausführungsform zumindest ein Auslenkhologramm aufweisen, das in dem Strahlungspfad zwischen dem Umlenkhologramm und dem Auskoppelbereich angeordnet ist. Das Auslenkhologramm kann dazu ausgebildet sein, um zumindest einen Anteil der von dem Umlenkhologramm entlang des Strahlungspfads gebeugten Strahlung entlang des Strahlungspfads zu beugen. Zusätzlich oder alternativ kann das Umlenkhologramm dazu ausgebildet sein, um zumindest einen Anteil der von dem Umlenkhologramm entlang des Strahlungspfads gebeugten Strahlung aus dem Strahlungspfad auszukoppeln. Das Auslenkhologramm kann entsprechend beispielsweise wie ein holografischer Umlenker funktionieren. Mittels des Auslenkhologramms kann vorteilhafterweise ein weiteres Hologramm vorgesehen sein, durch das beispielsweise ein weiterer direkt auf das Auslenkhologramm einwirkender Druck erfasst werden kann, oder eine Auswirkung des auf den Druckbereich einwirkenden Drucks auf die Strahlung verstärkt werden kann, indem ein weiterer Anteil der Strahlung aus dem Strahlungspfad ausgekoppelt wird. Das Auslenkhologramm kann neben dem Druckhologramm angeordnet sein, sodass die Druckintensität über einen größeren Bereich und mittels zumindest zweier Hologramme noch präziser erfasst werden kann.
Vorteilhafterweise kann die Folie gemäß einer Ausführungsform zudem ein Einkoppelhologramm umfassen, das in dem Einkoppelbereich angeordnet ist. Das Einkoppelhologramm kann dazu ausgebildet sein, zumindest einen Anteil der Strahlung in den Strahlungspfad einzukoppeln. Zusätzlich oder alternativ kann die Folie ein Auskoppelhologramm umfassen, das in dem Auskoppelbereich angeordnet ist. Das Auskoppelhologramm kann dazu ausgebildet sein, zumindest einen Anteil der Strahlung aus dem Strahlungspfad und damit optional aus der Folie auszukoppeln. Vorteilhafterweise können das Einkoppelhologramm und/oder das Auskoppelhologramm als äußere Schnittstelle der Folie dienen. Mittels des Einkoppelhologramms kann zumindest ein Anteil der optischen Strahlung vorteilhafterweise innerhalb eines definierten Wellenlängenbereichs in die Folie eingekoppelt und gezielt zu dem Druckhologramm geleitet werden. Die optische Strahlung kann beispielsweise nach dem Druckhologramm zusätzlich über das Umlenkhologramm und das Auslenkhologramm zu dem Auskoppelhologramm gelenkt werden. Ändert sich beispielsweise durch Druck die Form der Folie, kann die optische Strahlung, beispielsweise Licht, nicht mehr oder nur noch zum Teil entlang des Strahlungspfads gelenkt werden. Die verbleibende durch den Auskoppelbreich oder das Auskoppelhologramm aus der Folie ausgekoppelte Strahlung kann beispielsweise mittels eines Detektors erfasst werden, wodurch eine besonders präzise Erfassung des Drucks, insbesondere der Druckintensität, möglich ist. Abhängig von einer Intensität der mittels des Detektors erfassten Strahlung kann somit auf den Druck geschlossen werden.
Der Einkoppelbereich und das Einkoppelhologramm können gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform an einer dem Bildschirm zugewandten Seite der Folie angeordnet sein. Zusätzlich können der Druckbereich und das Druckhologramm an einer dem Bildschirm abgewandten Seite der Folie angeordnet sein. Das Umlenkhologramm kann an der dem Bildschirm zugewandten Seite der Folie angeordnet sein, und das Auslenkhologramm kann an der dem Bildschirm abgewandten Seite der Folie angeordnet sein. Zusätzlich können der Auskoppelbereich und das Auskoppelhologramm an der dem Bildschirm zugewandten Seite der Folie angeordnet sein. Mittels einer Variante dieser Aneinanderreihung oder definierten Anordnung der holografischen Elemente (beispielsweise in Form des Einkoppelhologramms, des Druckhologramms, des Umlenkhologramms, des Auslenkhologramm und des Auskoppelhologramms) ist es vorteilhafterweise möglich, optische Strahlung aus einer definierten Richtung mit einer definierten Wellenlänge in eine definierte Richtung zu beugen. Dies ist von Vorteil, um auch minimale Abweichungen in der Form des Substrats in Form der Folie sofort detektieren zu können werden und somit Rückschlüsse auf den ausgeübten Druck ziehen zu können. Es können auch mehrere Umlenkhologramme und Auslenkhologramme vorgesehen sein, wodurch der Strahlungspfad verlängert werden kann.
Zudem kann zumindest das Druckhologramm als Volumenhologramm zum Beugen der optischen Strahlung realisiert sein. Beispielsweise können auch die anderen holografischen Elemente in Form des Auslenkhologramms und/oder des Umlenkhologramms und/oder das Einkoppelhologramms und/oder des Auskoppelhologramms als Volumenhologramm realisiert sein. Das Volumenhologramm kann beispielsweise ein Volumengitter in Form eines optischen Beugungsgitters umfassen und durch eine Druckeinwirkung, beispielsweise in Form des Drucks auf den Druckbereich verformbar sein. In Kombination mit der Wellenlängen- und Winkelselektivität von Volumenhologrammen können so anhand einer Verformung des Volumengitters Rückschlüsse auf den ausgeübten Druck gemacht werden, was vorteilhafterweise eine präzise Erfassung des Drucks ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform kann zudem zumindest das Druckhologramm ein unter Verwendung eines Belichtungsverfahrens in der Folie ausgeformtes optisches Beugungsgitter umfassen. Auch die anderen holografischen Elemente können beispielsweise ein unter Verwendung eines Belichtungsverfahrens in der Folie ausgeformtes optisches Beugungsgitter umfassen. Das optische Beugungsgitter kann beispielsweise das Volumengitter eines Volumenhologramms sein. Das optische Beugungsgitter kann dabei beispielsweise eine Mehrzahl an Bragg-Gittern ausbilden. Ein Bragg-Gitter stellt ein Beugungsgitter dar, wobei mehrere Beugungsgitter in einem holographischen Material als Volumenhologramm gespeichert sein können. Vorteilhafterweise ermöglicht ein derart ausgeformtes holografisches Element durch die freie Wahl von Einfalls- und Ausfalls- bzw. Beugungswinkel neue Bauformen, beispielsweise in Form einer der vorgestellten Ausführungsformen der Folie.
Die Folie kann gemäß einer Ausführungsform zumindest einen weiteren Einkoppelbereich zum Einkoppeln von weiterer Strahlung und zumindest einen weiteren Auskoppelbereich zum Auskoppeln von weiterer Strahlung und mindestens einen weiteren Druckbereich mit mindestens einem weiteren Druckhologramm umfassen. Das weitere Druckhologramm kann in einem von dem weiteren Einkoppelbereich zu dem weiteren Auskoppelbereich führenden weiteren Strahlungspfad angeordnet sein und dazu ausgebildet sein, um abhängig von einem auf einen weiteren Druckbereich wirkenden Druck zumindest einen Anteil der weiteren Strahlung entlang des weiteren Strahlungspfads zu beugen. Zusätzlich oder alternativ kann das weitere Druckhologramm dazu ausgebildet sein, zumindest einen Anteil der weiteren Strahlung aus dem weiteren Strahlungspfad auszukoppeln. Der weitere Druckbereich kann beabstandet zu dem zuvor genannten Druckbereich angeordnet sein aber auch ein Abschnitt des zuvor genannten Druckbereichs sein. Vorteilhafterweise ist es gemäß diesen Ausführungsformen möglich, unterschiedliche Bereiche oder einen größeren Bereich, beispielsweise auch die ganze Oberfläche des durch die Folie bedeckten Bereichs des Bildschirms, hinsichtlich eines auf die Folie einwirkenden Drucks oder mehrerer an unterschiedlichen Positionen auf die Folie einwirkenden Drücken zu überwachen.
Zudem wird ein Bildschirm mit einer Folie gemäß einer Ausführungsform vorgestellt. Der Bildschirm weist zumindest die Folie, die Strahlungsquelle und einen Detektor auf. Die Strahlungsquelle ist dazu ausgebildet, um die in den Einkoppelbereich einkoppelbare optische Strahlung bereitzustellen. Der Detektor ist dazu ausgebildet, um unter Verwendung der aus dem Auskoppelbereich aus der Folie auskoppelbaren Strahlung ein Detektionssignal bereitzustellen. Der Detektor kann somit denjenigen Anteil der Strahlung erfassen, der entlang des gesamten Strahlungspfads geführt wurde, also nicht zwischendrin aus dem Strahlungspfad ausgekoppelt wurde. Das Detektionssignal repräsentiert ein Vorhandensein eines auf den Druckbereich einwirkenden Druck und optional zusätzlich eine Druckintensität des Drucks. Der Detektor kann dazu beispielsweise die Intensität der ausgekoppelten Strahlung detektieren und unter Verwendung der detektierten Intensität die Druckintensität des auf den Druckbereich wirkenden Drucks ermitteln. Die Druckintensität kann beispielsweise durch die Spannungsintensität des Signals repräsentiert werden, oder durch eine andere Charakteristik des Signals.
Die Strahlungsquelle des Bildschirms kann gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, um Licht aus dem sichtbaren Bereich oder Licht aus dem nahen Infrarotbereich als die optische Strahlung bereitzustellen. Vorteilhafterweise kann als Strahlungsquelle beispielsweise eine Lichtquelle verwendet werden, die in einem handelsüblichen berührungsempfindlichen Bildschirm bereits verbaut ist, beispielsweise die Lichtquelle der Hinterleuchtung des Bildschirms. Dies ist kostensparend und ermöglicht eine kompakte Bauweise.
Mit diesem Ansatz wird ferner ein Gerät mit dem Bildschirm gemäß einer Ausführungsform geschaffen. Bei diesem Gerät kann es sich beispielsweise um ein mobiles Gerät, beispielsweise ein Smartphone oder um einen Tablet-PC handeln.
Es wird zudem ein Verfahren zum Sensieren einer Druckintensität unter Verwendung einer Folie gemäß einer Ausführungsform vorgestellt. Das Verfahren weist zumindest einen Schritt des Bereitstellens und einen Schritt des Detektierens auf. Im Schritt des Bereitstellens wird die in den Einkoppelbereich einkoppelbare optische Strahlung bereitgestellt. Im Schritt des Detektierens wird die aus dem Auskoppelbereich auskoppelbare Strahlung detektiert, um ein eine Druckintensität des Drucks repräsentierendes Detektionssignal bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Schritte des Bereitstellens und Detektierens wiederholt ausgeführt, wobei in den Schritten des Bereitstellens Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen bereitgestellt wird.
Mehrere Wellenlängen können verwendet werden, um z.B. die Druckauflösung zu erhöhen, oder um verschieden große Druckbereiche zu erstellen, so dass nicht nur die Druckstärke sondern auch die Druckfläche (großer Finger, kleiner Finger) erkannt werden kann. Auch können die mehreren Wellenlängen verwendet werden, um den detektierbaren Druckbereich zu vergrößern, wobei z.B. eine Wellenlänge zum Auflösen erster Drücke und eine Wellenlänge zum Auflösen zweiter Drücke eingesetzt werden kann. Dabei können die ersten Drücke beispielsweise eine geringere Intensität als die zweiten Drücke aufweisen.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Druckhologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung einer Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines Detektors für eine Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung einer Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung eines Detektors für eine Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Sensieren einer Druckintensität unter Verwendung einer Folie gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Folie 100 für einen berührungsempfindlichen Bildschirm 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine Querschnittansicht der Folie 100. Die Folie 100 ist auf dem Bildschirm 105 eines mobilen Geräts 110 angeordnet, beispielsweise aufgeklebt. Der Bildschirm 105 weist eine Strahlungsquelle 115 und mehrere Detektoren 120 auf. Die Strahlungsquelle 115 kann gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele dazu ausgebildet sein, um Licht aus dem sichtbaren Bereich oder Licht aus dem nahen Infrarotbereich bereitzustellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsquelle 115 durch das Backlight des als Display ausgeführten Bildschirms 105 realisiert, sodass keine separate Lichtquelle erforderlich ist. Auf diese Weise wird in der gezeigten Darstellung die Beleuchtung des Drucksensors nicht durch die Beleuchtung des Displays abgeschattet. Wird stattdessen eine separate Strahlungsquelle 115 eingesetzt, so wird die dazu verwendete extra Lichtquelle nur am Rand des Bildschirms 105 einen kleinen Teilbereich abdecken. Wie in 1 gezeigt, kann somit als Strahlungsquelle 115 ein Teil der ohnehin für den Bildschirm 105 benötigten Hinterleuchtung genutzt werden. Die Strahlungsquelle 115 hat entsprechend beispielhaft eine dem Bildschirm 105 im Wesentlichen entsprechende Länge und Breite. Beispielhaft sind hier zwei Detektoren 120 gezeigt. Um das Signal-zu-Rausch Verhältnis zu reduzieren kann ein schmalbandiger Filter auf den Detektoren 120 aufgebracht sein.
Die Folie 100 weist einen Einkoppelbereich 125 zum Einkoppeln eines Teils der optischen Strahlung 130 der Strahlungsquelle 115 in die Folie 100 auf. Ferner weist die Folie 100 einen Auskoppelbereich 135 zum Auskoppeln eines ausgehend von dem Einkoppelbereich 125 durch die Folie 100 geleiteten Anteils der optischen Strahlung 130 auf. Zudem weist die Folie einen Druckbereich 140 mit einem Druckhologramm 145 auf. Das Druckhologramm 145 ist in einem von dem Einkoppelbereich 125 zu dem Auskoppelbereich 135 führenden Strahlungspfad 150 für die in den Einkoppelbereich 125 eingekoppelte Strahlung 130 angeordnet. Das Druckhologramm 145 ist dazu ausgebildet, um abhängig von einem auf den Druckbereich 140 wirkenden Druck zumindest einen Anteil der Strahlung 130 in einen ausgangsseitig an das Druckhologramm 145 anschließenden Abschnitt des Strahlungspfads 150 zu beugen. Wenn das Druckhologramm 145 verformt ist, wie es nachfolgende beschrieben ist, ist das Druckhologramm 145 dazu ausgebildet, zumindest einen Anteil der Strahlung 130 aus dem Strahlungspfad 150 auszukoppeln.
Eine gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ausgeformte Folie 100 kann beispielsweise als transparente Folie 100 ausgeführt sein, die auf den Bildschirm 105, beispielsweise in Form eines Touch Displays, aufgetragen werden kann. Die Folie 100 stellt dann in Verbindung mit zumindest einem Detektor 120 eine mittels zumindest des Druckhologramms 145 realisierte Funktionalität eines optischen Drucksensors bereit. Vorteilhafterweise ist eine so ausgeformte Folie 100 preisgünstig und robust, und sie kann auf einem handelsüblichen Bildschirm 105 angeordnet oder nachgerüstet werden. Eine so ausgeformte Folie 100 ist auch in eine handelsübliche Schutzfolie für den Bildschirm 100 integrierbar.
Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel der Folie 100 weist einen weiteren Einkoppelbereich 155 zum Einkoppeln von weiterer Strahlung 130 und einen weiteren Auskoppelbereich 160 zum Auskoppeln von weiterer Strahlung 130 und einen weiteren Druckbereich 165 mit einem weiteren Druckhologramm 170 auf. Das weitere Druckhologramm 170 ist in einem von dem weiteren Einkoppelbereich 155 zu dem weiteren Auskoppelbereich 160 führenden weiteren Strahlungspfad 175 angeordnet und dazu ausgebildet, um abhängig von einem auf einen weiteren Druckbereich 165 wirkenden Druck zumindest einen Anteil der weiteren Strahlung 130 in einen ausgangsseitig an das weitere Druckhologramm 170 anschließenden Abschnitt des weiteren Strahlungspfads 175 zu beugen und/oder zumindest einen Anteil der weiteren Strahlung aus dem weiteren Strahlungspfad 175 auszukoppeln. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Druckhologramm 170 ausgebildet, um unabhängig von dem ausgeübten Druck immer Licht der weiteren Strahlung 130 in Richtung des weiteren Auskoppelbereichs 160 zu beugen. Wenn Druck ausgeübt wird, reduziert sich der Anteil des gebeugten Lichts, da die Bragg-Bedingung am Volumengitter des Druckhologramms 170 nicht mehr erfüllt ist und das zumindest ein Anteil des Lichts wird (zwangsläufig) ausgekoppelt. Dies führt dazu, dass die Strahlungsintensität in dem weiteren Auskoppelbereich 160 im Vergleich zu dem Auskoppelbereich 135 reduziert ist.
In der rechten Seite der 1 ist beispielhaft eine Situation gezeigt, in der kein Druck auf die Folie 100, hier den Druckbereich 140, wirkt. Der Einkoppelkoppelbereich 125 koppelt von der Strahlungsquelle 115 bereitgestellte optische Strahlung 130 in die Folie 100 ein und beugt die Strahlung 130 entlang eines ersten Abschnitt des Strahlungspfads 150 in Richtung des Druckhologramms 145. Da kein Druck auf den Druckbereich 140 einwirkt, wird zumindest annähernd der gesamte Anteil der eingekoppelten Strahlung 130 von dem Druckhologramm 145 entlang eines weiteren Abschnitts des Strahlungspfads 150 in Richtung des Auskoppelbereichs 135 gebeugt, und vom Auskoppelbereich 135 aus der Folie 100 ausgekoppelt. Somit ist das Druckhologramm 145 ausgeformt, um im entspannten Zustand die aus dem eingangsseitigen Abschnitt des Strahlungspfads 150 einfallende Strahlung 130 möglichst verlustfrei in den ausgangsseitigen Abschnitt des Strahlungspfads 150 umzulenken. Der dem Auskoppelbereich 135 zugeordnete Detektor 120 des Bildschirms 105 ist dazu ausgebildet, um unter Verwendung der aus dem Auskoppelbereich 135 auskoppelten Strahlung 130 ein Detektionssignal 180 bereitzustellen. Eine Charakteristik des Detektionssignal 180 ist abhängig von einer Intensität der aus dem Auskoppelbereich 135 auskoppelten und von dem Detektor 120 erfassten Strahlung 130. Da die Intensität der aus dem Auskoppelbereich 135 auskoppelbaren Strahlung 130 davon abhängt, ob zumindest ein Anteil der Strahlung 130 aufgrund eines auf den Druckbereich 140 einwirkenden Drucks aus dem Strahlungspfad 150 ausgekoppelt wurde oder nicht, zeigt das Detektionssignal 180 an, ob ein Druck auf den Druckbereich 140 einwirkt oder nicht. Optional zeigt das Detektionssignal 180 ferner eine Druckintensität des Drucks an. In diesem Ausführungsbeispiel zeigt das Detektionssignal 180 an, dass kein Druck auf den Druckbereich 140 einwirkt.
In der linken Seite der 1 ist eine Situation gezeigt, in der ein Druck auf den weiteren Druckbereich 165 wirkt. Der Druck wird beispielhaft durch einen Zeigefinger 185 auf den weiteren Druckbereich 165 und damit auf das weitere Druckhologramm 170 ausgeübt.
Der weitere Einkoppelkoppelbereich 155 koppelt die weitere von der Strahlungsquelle 115 bereitgestellte optische Strahlung 130 in die Folie 100 ein und beugt die Strahlung 130 entlang eines ersten Abschnitts des weiteren Strahlungspfads 175 in Richtung des weiteren Druckhologramms 170. Ein Anteil der eingekoppelten Strahlung 130 wird dann vom weiteren Druckhologramm 170 entlang eines weiteren Abschnitts des Strahlungspfads 175 in Richtung des weiteren Auskoppelbereichs 160 gebeugt, und vom weiteren Auskoppelbereich 160 aus der Folie 100 ausgekoppelt. Ein anderer Anteil der Strahlung 130 wird aufgrund einer durch den auf den weiteren Druckbereich 165 einwirkenden Druck hervorgerufenen Verformung des weiteren Druckhologramms 170 vom weiteren Druckhologramm 170 aus dem Strahlungspfad 175 ausgekoppelt. Somit wird ein Anteil der Strahlung 130 vor Erreichen des weiteren Auskoppelbereichs 160 aus dem weiteren Strahlungspfad 175 ausgekoppelt und kann somit nicht von demjenigen Detektor 120 detektiert werden, der dem weiteren Auskoppelbereich 160 zugeordnet ist. Das von diesem Detektor 120 bereitgestellte Detektionssignal weist daher eine Charakteristik auf, die der gezeigten Situation einer Druckeinwirkung auf den weiteren Druckbereich 165 zuordenbar ist.
Anhand der Anteile der aus der Folie 100 ausgekoppelten Strahlung 130 können die Detektoren 120 Formänderungen der Folie 100 in den Druckbereichen 145, 165 indirekt erfassen und über die Detektionssignale 180 anzeigen. Die Detektionssignale 180 können beispielsweise zur Steuerung einer Funktionalität des mobilen Geräts 110 verwendet werden. Dazu kann den einzelnen Detektionssignalen 180 jeweils ein Information über eine Position des ein jeweiliges Detektionssignal 180 erzeugenden Detektors 120 und somit eine Position des unter Verwendung des jeweiligen Detektionssignals 180 überwachten Druckbereichs 140, 165 zugeordnet sein oder werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Druckhologramme 145, 170 dazu ausgebildet, bei einer ersten Druckintensität eines auf den jeweiligen Druckbereich 140, 165 wirkenden Drucks einen ersten Anteil der jeweiligen Strahlung 130 auszukoppeln und bei einer zweiten Druckintensität des auf den jeweiligen Druckbereich 140, 165 wirkenden Drucks einen zweiten Anteil der jeweiligen Strahlung 130 auszukoppeln. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird umso mehr Strahlung 130 aus dem jeweiligen Strahlungspfad 150, 175 ausgekoppelt, umso größer der auf den jeweiligen Druckbereich 140, 165 einwirkende Druck ist.
Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders für Smartphone-Hersteller und Smartphone-Anwender vorteilhaft, da durch ein sensitives Touch Display, also durch einen berührungsempfindlichen Bildschirm 105, der auch die Druckintensität erfassen kann, die Bedienmöglichkeiten erweitert werden können, um so beispielsweise unterschiedliche Funktionalitäten abhängig von der Druckintensität bereitstellen zu können. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Auskoppeln der Strahlung 130 abhängig von der Druckintensität eines einwirkenden Drucks beispielhaft durch die linke Situation gezeigt, in der auf den weiteren Druckbereich 165 mittels des Zeigefingers 185 ein Druck in einer bestimmten Intensität ausgeübt wird, wodurch ein Anteil der Strahlung 130 vom weiteren Druckhologramm 170 ausgekoppelt wird. Wird der auf den weiteren Druckbereich 165 einwirkende Druck erhöht, so erhöht sich auch der durch das weitere Druckhologramm 170 aus dem weiteren Strahlungspfad 175 ausgekoppelte Anteil der Strahlung 130. Dadurch verringert sich die von dem zugeordneten Detektor 120 erfassbare Reststrahlungsintensität.
Die Folie 100 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel als Schutzfolie für den Bildschirm 105 ausgeformt sein, dies ist hier andeutungsweise durch die Anordnung der Folie 100 auf dem Bildschirm 105 gezeigt. Die Folie 100 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Dicke von unter 500 µm aufweisen.
In 1 und den Folgenden Figuren werden Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen durch Druck mehr Strahlung 130 ausgekoppelt wird und der Detektor 120 dadurch weniger Signal bekommt. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen wird das Prinzip andersrum angewendet, also dass ohne Druck keine oder annähernd keine Strahlung 130 beim Detektor 120 ankommt und mit Druck der Detektor 120 immer mehr sieht. In diesem Fall sind die Druckhologramme 145, 170 ausgebildet, um im entspannten Zustand, also ohne Einwirkung äußeren Drucks, die Strahlung 130 aus den Strahlungspfaden 150, 175 auszukoppeln und bei Einwirkung äußeren Drucks entlang der Strahlungspfade 150, 175 zu beugen. Dabei kann mit ansteigendem Druck ein ansteigender Teil der Strahlung 130 entlang der Strahlungspfade 150, 175 gebeugt werden.
Entsprechend können die Ausführungsbeispiele auch kombiniert werden, sodass beispielsweise das Druckhologramm 145 ausgebildet, um die Strahlung 130 ohne Einwirkung äußeren Drucks aus dem Strahlungspfad 150 auszukoppeln und das weitere Druckhologramm 170 ausgebildet ist, um die Strahlung 130 ohne Einwirkung äußeren Drucks entlang dem Strahlungspfad 175 zu beugen. In beiden Fällen wird ausgenutzt, dass sich bei Druck die detektierte Strahlung ändert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird Strahlung 130 mit mehreren Wellenlängen verwendet. Dadurch kann z.B. die Druckauflösung erhöht werden, oder es können verschieden große Druckbereiche erstellt werden, so dass nicht nur die Druckstärke sondern auch die Druckfläche (großer Finger 185, kleiner Finger 185) erkannt werden kann. Auch können mehrere Wellenlängen verwendet werden, um den detektierbaren Druckbereich zu vergrößern, z.B. eine Wellenlänge zum Auflösen kleiner Drücke und eine Wellenlänge für große Drücke. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsquelle 115 somit ausgebildet, um Strahlung 130 zumindest einer ersten Wellenlänge und Strahlung 130 einer zweiten Wellenlänge bereitzustellen und die Detektoren 120 sind ausgebildet, um die Strahlung 130 der ersten Wellenlänge und die Strahlung 130 der zweiten Wellenlänge separat zu detektieren und die Intensitäten der jeweiligen Strahlung 130 in den Detektionssignalen 180 abzubilden. Entsprechend kann auch einer der Detektoren 120 für Strahlung 130 der ersten Wellenlänge und der anderer der Detektoren 120 für die Strahlung 130 der zweiten Wellenlänge vorgesehen sein.
Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiel sind die Folie 100 und der Bildschirm 105 plan oder gekrümmt ausgeführt. Somit können die Druckhologramme 145, 170 auch in einem gekrümmten Bereich der Folie 100 angeordnet sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckhologramms 145 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Druckhologramm 145 kann beispielsweise in eine Folie integriert sein, wie es anhand von 1 beschrieben ist. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Druckhologramm 145 als Volumenhologramm zum Beugen der Strahlung realisiert. Auf das Druckhologramm kann lokal Druck ausgeübt werden. Dies ist hier durch den Pfeil 205 gezeigt.
Das Druckhologramm 145 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel durch ein unter Verwendung eines Belichtungsverfahrens in einer Folie ausgeformtes optisches Beugungsgitter realisiert. Bei der Ausformung des optischen Beugungsgitters des Druckhologramms 145 wird das holographische Beugungsgitter dabei in der dünnen Folie belichtet und bildet dort Bragg-Gitter aus. Die Folie kann beispielswiese 6 µm bis 200 µm holographisches Material und ein Trägersubstrat mit einer Dicke von mehr als 60 µm umfassen. Das Beugungsgitter kann das Volumengitter des Volumenhologramms sein. Beispielhaft sind hier die Gitterlinien 220 gezeigt, die das Volumengitter oder Beugungsgitter des Druckhologramms 145 bilden, wenn das Druckhologramm 145 nicht verformt ist. Es sind weitere Gitterlinien 225 dargestellt, die das Volumengitter oder Beugungsgitter des Druckhologramms 145 bilden, wenn das Druckhologramm 145 verformt ist.
Auf das hier gezeigte Druckhologramm 145 kann ein Druck mit einer bestimmten Intensität ausgeübt werden, beispielsweise auf den durch den Pfeil 205 angedeuteten Bereich. Das Druckhologramm 145 kann sich durch den Druck verformen. Beispielhaft ist hier eine erste Oberflächenverformung 210 gezeigt, und eine zweite, bei größerem Druck entstehende Oberflächenverformung 215. Es ist ersichtlich, dass sich die Gitterlinien 220, 225 durch den auf das Druckhologramm 145 einwirkenden Druck verschieben, wodurch das Volumengitter verformt wird. Für die zweite beispielhaft gezeigte Oberflächenverformung 215 ist die Lage der Gitterlinien 225 gezeigt. Die Gitterlinien 225 sind unterhalb des Druckbereichs stärker verformt als in den gezeigten Randbereichen des Druckhologramms 145.
Im Gegensatz zu konventionellen Optiken wird bei holographisch optischen Elementen, die als Volumenhologramme realisiert werden, wie dem hier gezeigten Druckhologramm 145, die Strahlumlenkung optischer Strahlung nicht durch Brechung vorgegeben, sondern durch Beugung am Volumengitter. Die holographisch optischen Elemente können sowohl in Transmission als auch in Reflexion gefertigt werde, und durch die freie Wahl von Einfalls- und Ausfalls- bzw. Beugungswinkel ermöglichen sie neue Bauformen. Durch die Volumenbeugung kann den holographisch optischen Elementen, wie dem hier gezeigten Druckhologramm 145, zusätzlich noch eine charakteristische Wellenlängen- und Winkelselektivität oder auch Filterfunktion zugeordnet werden. Abhängig von der Aufnahmebedingung, also der Wellenlänge und dem Winkel der optischen Strahlung, wird nur optische Strahlung, beispielsweise Licht, aus definierten Richtungen und mit definierten Wellenlängen an der Struktur des Gitters gebeugt. Die Winkelselektivität eines Volumenhologramms wie dem hier gezeigten hängt stark von den Materialparametern, beispielsweise der Dicke der holographischen Schicht und der Brechungsindexmodulation, der Folie ab. Bei dicken Volumenhologrammen können Winkelselektivitäten von bis zu 1° oder kleiner erzielt werden. Die Materialparameter haben ebenso einen Einfluss auf die Wellenlängenselektivität.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Folie 100 für einen berührungsempfindlichen Bildschirm 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Bildschirm 105 weist wie bereits anhand von 1 beschrieben eine Strahlungsquelle 115 und einen Detektor 120 auf. Die Strahlungsquelle 115 stellt die optische Strahlung 130 bereit, und der Detektor 120 stellt das Detektionssignal 180 bereit.
Die Folie 100 weist den Einkoppelbereich 125 und den Auskoppelbereich 135 auf. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Folie 100 zudem ein Einkoppelhologramm 305, das im Einkoppelbereich 125 angeordnet ist. Das Einkoppelhologramm 305 ist dazu ausgebildet, zumindest einen Anteil der Strahlung 130 in die Folie 100 und damit in den Strahlungspfad 150 einzukoppeln. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Folie 100 ein Auskoppelhologramm 310, das im Auskoppelbereich 135 angeordnet ist. Das Auskoppelhologramm 310 ist dazu ausgebildet, zumindest einen Anteil der Strahlung 130 aus dem Strahlungspfad 150 und damit aus der Folie 100 auszukoppeln.
Zudem umfasst die Folie den Druckbereich 140 mit dem Druckhologramm 145. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt auf den Druckbereich 140 aktuell kein Druck ein. Die von dem Einkoppelhologramm 305 in den Strahlungpfad 150 eingekoppelte Strahlung 130 wird vom Druckhologramm 145 entsprechend entlang des Strahlungspfads 150 gebeugt, es wird vom Druckhologramm 145 keine Strahlung 130 aus dem Strahlungspfad 150 ausgekoppelt.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Folie zudem ein Umlenkhologramm 315 auf. Das Umlenkhologramm 315 ist in dem Strahlungspfad 150 zwischen dem Druckhologramm 145 und dem Auskoppelbereich 135 angeordnet. Das Umlenkhologramm 315 ist ausgebildet, um zumindest einen Anteil der von dem Druckhologramm 145 entlang des Strahlungspfads 150 gebeugten Strahlung 130 in Richtung eines weiteren Abschnitts des Strahlungspfads 150 zu beugen und/oder aus dem Strahlungspfad 150 auszukoppeln. Da auf den Druckbereich 140 hier kein Druck ausgeübt wird, wird vom Umlenkhologramm 315 keine Strahlung 130 aus dem Strahlungspfad 150 ausgekoppelt. Würde auf den Druckbereich 140 Druck ausgeübt werden, so würde gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Anteil der Strahlung 130 von dem Umlenkhologramm 315 aus dem Strahlungspfad 150 ausgekoppelt werden, beispielsweise aufgrund einer durch den Druck hervorgerufenen Verformung des Umlenkhologramms 315 oder aufgrund eines durch eine Verformung des Druckhologramms bewirkten veränderten Einfallswinkels der Strahlung 130 in das Umlenkhologramm 315.
Außerdem weist die Folie 100 gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Auslenkhologramm 320 auf. Das Auslenkhologramm 320 weist die Funktionalität eines weiteren Umlenkhologramms auf. Das Auslenkhologramm 320 ist in dem Strahlungspfad 150 zwischen dem Umlenkhologramm 315 und dem Auskoppelbereich 135 angeordnet ist. Das Auslenkhologramm 320 ist ausgebildet, um zumindest einen Anteil der von dem Umlenkhologramm 315 entlang des Strahlungspfads 150 gebeugten Strahlung 130 entlang eines weiteren Abschnitts des Strahlungspfads 150 zu beugen und/oder aus dem Strahlungspfad 150 auszukoppeln. Da auf den Druckbereich 140 hier kein Druck ausgeübt wird, wird vom Auslenkhologramm 320 keine Strahlung 130 aus dem Strahlungspfad 150 ausgekoppelt. Würde auf den Druckbereich 140 Druck ausgeübt werden, so würde gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Anteil der Strahlung 130 von dem Auslenkhologramm 320 aus dem Strahlungspfad 150 ausgekoppelt werden, beispielsweise aufgrund einer durch den Druck hervorgerufenen Verformung des Auslenkhologramms 320 oder aufgrund eines durch eine Verformung des Druckhologramms oder des Umlenkhologramms 315 bewirkten veränderten Einfallwinkels der Strahlung 130 in das Auslenkhologramm 320.
Die Folie 100 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als transparente holografische Folie 100 des Touch-Displays 105 mit einer bestimmten Anordnung von Volumenhologrammen, hier den Hologrammen 145, 305, 310, 315, 320 zur Druckmessung ausgeführt. Die hier gezeigten holografisch optischen Elemente in Form des Einkoppelhologramms 305, des Druckhologramms 145, des Umlenkhologramms 315, des Auslenkhologramms 320 und des Auskoppelhologramms 310 sind somit als Volumenhologramme realisiert. In den Volumenhologrammen sind Bragg-Gitter gespeichert, die optische Strahlung 130 aus einer definierten Richtung mit einer definierten Wellenlänge in eine definierte Richtung beugen, wie hier durch den Verlauf des Strahlungspfads 150 gezeigt. Durch die Aneinanderreihung dieser holographischen Elemente in Form der genannten Hologramme 145, 305, 310, 315, 320 können kleine Abweichungen in der Form des Substrats der Folie 100 sofort detektiert werden und somit können beispielsweise mittels des Detektors 120 Rückschlüsse auf den ausgeübten Druck gezogen werden. Dies ermöglicht eine zusätzliche Bedienoption des Bildschirms 105, wobei die Ortsdetektion des einwirkenden Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel wie bei einem handelsüblichen Display 105 erfolgt, beispielsweise dadurch, dass jedem Detektor 120 ein bestimmter Abschnitt des Bildschirms 105 zugeordnet ist.
Die Anordnung der Hologramme 145, 305, 310, 315, 320 in der Folie 100 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit des Bildschirms 105, auf den sie aufgebracht wird, definiert. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Einkoppelbereich 125 und das Einkoppelhologramm 305 an einer dem Bildschirm 105 zugewandten Seite der Folie 100 angeordnet. Der Druckbereich 140 und das Druckhologramm 145 sind an einer dem Bildschirm 105 abgewandten Seite der Folie 100 angeordnet. Das Umlenkhologramm 315 ist an der dem Bildschirm zugewandten Seite der Folie 100 angeordnet, und das Auslenkhologramm 320 ist an der dem Bildschirm abgewandten Seite der Folie angeordnet. Der Auskoppelbereich 135 und das Auskoppelhologramm 310 sind an der dem Bildschirm zugewandten Seite der Folie angeordnet. Durch diese Anordnung können das Druckhologramm 145, das Umlenkhologramm 315 und das Auslenkhologramm 320 an den definierten Positionen als holographische Umlenker verwendet werden. So kann ein bestimmter Teil der optischen Strahlung 130 innerhalb eines definierten Wellenlängenbereichs über das Einkoppelhologramm 305 in die Folie 100 eingekoppelt werden und über das Druckhologramm 145, das Umlenkhologramm 315 und das Auslenkhologramm 320 gezielt zu dem Auskoppelhologramm 310 und unter Verwendung des Auskoppelhologramms 310 zu dem Detektor 120 gelenkt werden.
Die Hologramme145, 305, 310, 315, 320 können je nach Größe analog aufgenommen werden oder pixelweise gedruckt werden. Kombiniert mit der Selektivität in Winkel und Wellenlänge der Hologramme 145, 305, 310, 315, 320, wird so die optische Strahlung 130, in Form von Licht, innerhalb eines spezifizierten Wellenlängenbandes beispielsweise kaskadenartig durch die Struktur der Folie 100 gelenkt. Dies ist durch den Verlauf des Strahlungspfads 150 gezeigt. Mit dieser Art von holographischen Wellenleitern wie den Hologrammen 145, 305, 310, 315, 320 können kleine Änderungen an der Struktur der Folie, beispielsweise in Form einer Verformung der Oberflächenstruktur, sicher detektiert werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Detektors 120 für eine Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist beispielsweise der Detektor 120 aus der 3. Der hier gezeigte Detektor 120 sensiert die aus der Folie ausgekoppelte Strahlung. Gezeigt sind sechs Punkte 405. Jeder Punkt 405 zeigt beispielhaft und rein schematisch einen Anteil der von dem Detektor 120 detektierten Strahlung. Gemäß dem in der vorhergehenden 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt kein Druck auf die Folie, sodass der Anteil der Strahlung, der in die Folie eingekoppelt wird, abgesehen von typischerweise auftretenden Verlusten entlang des Strahlungspfads auch wieder aus der Folie ausgekoppelt wird. Dies wird von dem Detektor 120 detektiert. Der Detektor 120 kann über die ausgekoppelte Strahlung die Druckintensität eines einwirkenden Drucks erfassen, und die erfasste Druckintensität in Form des Detektionssignals bereitstellen. Durch die Verformung des Beugungsgitters der Folie kann der Detektor 120 in Kombination mit der Wellenlängen- und Winkelselektivität der Volumenhologramme über die Verformung des Gitters den ausgeübten Druck und insbesondere die Intensität des ausgeübten Drucks erfassen.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Folie 100 für einen berührungsempfindlichen Bildschirm 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 3 gezeigte Anordnung handeln. Der Bildschirm weist die Strahlungsquelle 115 und den Detektor 120 auf. Die Strahlungsquelle 115 stellt die optische Strahlung 130 bereit. Die Folie 100 umfasst den Einkoppelbereich 125 mit dem Einkoppelhologramm 305 zum Einkoppeln der optischen Strahlung 130. Die optische Strahlung 130 wird vom Einkoppelhologramm 305 entlang des Strahlungspfads 150 zum Druckbereich 140 mit dem Druckhologramm 145 gelenkt. Auf den Druckbereich 140 wird mittels des Zeigefingers 145 Druck ausgeübt. Dadurch weist das Druckhologramm 145 im Vergleich zu der in 3 gezeigten Situation eine Verformung auf, und es wird ein Anteil der Strahlung 130 von dem Druckhologramm 145 ausgekoppelt. Der verbleibende Anteil der eingekoppelten Strahlung 130 wird gebeugt und weiter entlang des Strahlungspfads 150 in Richtung des Umlenkhologramms 315 gelenkt. Durch den ausgeübten Druck wird auch vom Umlenkhologramm 315 ein Anteil der Strahlung 130 ausgekoppelt. Der verbleibende Anteil der Strahlung 130 des Strahlungspfads 150 wird gebeugt und weiter entlang des Strahlungspfads 150 in Richtung des Auslenkhologramms 320 gelenkt. Durch den auf den Druckbereich 140 ausgeübten Druck verformt sich auch das Auslenkhologramm 320 und koppelt einen Anteil der Strahlung 130 aus. Der nun noch verbleibende geringere Anteil der Strahlung 130 des Strahlungspfads 150 wird gebeugt und weiter entlang des Strahlungspfads 150 in Richtung des Auslenkbereichs 135 mit dem Auskoppelhologramm 310 gelenkt. Der in das Auskoppelhologramm 310 einfallende verbliebende Anteil der Strahlung 130 wird mittels des Auskoppelhologramms 310 aus der Folie 100 ausgekoppelt, und vom Detektor 120 erfasst. Der Detektor 120 ist ausgebildet, um das Detektionssignal 180 bereitzustellen, das nur noch einen geringen Anteil der in den Einkoppelbereich 125 eingekoppelten Strahlung 130 repräsentiert und somit den auf den Druckbereich 140 einwirkenden Druck und eine Druckintensität des Drucks repräsentiert.
Unter Verwendung der Hologramme 145, 305, 310, 315, 320 kann also ein bestimmter Anteil der optischen Strahlung 130 innerhalb des definierten Wellenlängenbereichs in die Folie 100 eingekoppelt und gezielt zu dem Detektor 120 gelenkt werden. Ändert sich nun durch den mittels des Zeigefingers 185 einwirkenden Druck die Form der Folie 100, kann die Strahlung 130 nicht mehr oder nicht mehr in der gleichen Weise, wie in 3 gezeigt, durch die Struktur der Folie 100 gelenkt werden, und/oder die gemessene Effizienz am Detektor 120 nimmt proportional zum Druck ab. Durch eine Positionsänderung und/oder Formänderung der Hologramme 145, 305, 310, 315, 320 oder zumindest eines der Hologramme 145, 305, 310, 315, 320 durch den einwirkenden Druck kann nun die Druckintensität vom Detektor 120 erfasst werden, über den Anteil der ausgekoppelten Strahlung 130. Dies ist in der folgenden 6 gezeigt.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Detektors 120 für eine Folie für einen berührungsempfindlichen Bildschirm gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist der Detektor 120 aus der 5. Der hier gezeigte Detektor 120 sensiert die aus der Folie ausgekoppelte Strahlung. Die beiden Punkte 405 zeigen beispielhaft und rein schematisch den Anteil der ausgekoppelten Strahlung, die vom Detektor 120 detektiert wird. Gemäß dem in der vorhergehenden 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt ein Druck auf den Druckbereich der Folie und damit auf die Volumenhologramme der Folie, insbesondere auf das Druckhologramm. Die drei Hologramme entlang des Strahlungspfads, die als holografische Umlenker verwendet werden, das Druckhologramm, das Umlenkhologramm und das Auslenkhologramm, beugen durch den einwirkenden Druck die Strahlung nicht nur, sondern koppeln auch jeweils einen Anteil der Strahlung aus dem Strahlungspfad aus. Entsprechend wird ein im Vergleich zu der in 3 dargestellten Situation ein geringerer Anteil der Strahlung vom Auskoppelhologramm in Richtung des Detektors 120 ausgekoppelt. Dieser Anteil der Strahlung, der geringer ist als der in die Folie eingekoppelte Anteil der Strahlung, wird von dem Detektor 120 detektiert. Der Detektor 120 kann über die ausgekoppelte Strahlung die Druckintensität des einwirkenden Drucks erfassen, und die erfasste Druckintensität in Form des Detektionssignals anzeigen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Detektor 120 aufgrund der Verformung des Beugungsgitters der Folie in Kombination mit der Wellenlängen- und Winkelselektivität der Volumenhologramme über die Verformung des Gitters den ausgeübten Druck und insbesondere die Intensität des ausgeübten Drucks erfassen.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Sensieren einer Druckintensität unter Verwendung einer Folie gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 umfasst zumindest einen Schritt 701 des Bereitstellens und einen Schritt 703 des Detektierens. Im Schritt 701 des Bereitstellens wird die in den Einkoppelbereich einkoppelbare optische Strahlung bereitgestellt. Im Schritt 703 des Detektierens wird die aus dem Auskoppelbereich auskoppelbare Strahlung detektiert, um das eine Druckintensität des Drucks repräsentierendes Detektionssignal bereitzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte des Bereitstellens 701 und Detektierens 703 wiederholt ausgeführt, wobei in zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführten Schritten des Bereitstellens 701 Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen bereitgestellt wird. Beispielsweise wird in einem ersten Schritt des Bereitstellens 701 Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und in einem zweiten Schritt des Bereitstellens 701 Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge bereitgestellt, wobei der erste und zweite Schritt des Bereitstellens 701 alternierend wiederholt werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Bereitstellens 701 Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen bereitgestellt und im Schritt des Detektierens 703 werden die unterschiedlichen Wellenlängen separat detektiert. Beispielsweise wird im Schritt des Bereitstellens 701 Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge bereitgestellt und im Schritt des Detektierens 703 die Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge separat detektiert.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69531733 T2 [0003]
DE 102015209490 A1 [0005]

Claims

Folie (100) für einen berührungsempfindlichen Bildschirm (105), wobei die Folie (100) zumindest die folgenden Merkmale aufweist: einen Einkoppelbereich (125) zum Einkoppeln von optischer Strahlung (130) einer Strahlungsquelle (115); einen Auskoppelbereich (135) zum Auskoppeln von optischer Strahlung (130); und einen Druckbereich (140) mit zumindest einem Druckhologramm (145), das in einem von dem Einkoppelbereich (125) zu dem Auskoppelbereich (135) führenden Strahlungspfad (150) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, um abhängig von einem auf den Druckbereich (140) wirkenden Druck zumindest einen Anteil der Strahlung (130) entlang des Strahlungspfads (150) zu beugen und/oder zumindest einen Anteil der Strahlung (130) aus dem Strahlungspfad (150) auszukoppeln.
Folie (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Druckhologramm (145) dazu ausgebildet ist, bei einer ersten Druckintensität des auf den Druckbereich (140) wirkenden Drucks einen ersten Anteil der Strahlung (130) auszukoppeln und bei einer zweiten Druckintensität des auf den Druckbereich (140) wirkenden Drucks einen zweiten Anteil der Strahlung (130) auszukoppeln.
Folie (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Folie (100) als Schutzfolie für den Bildschirm (105) ausgeformt ist.
Folie (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Folie (100) eine Dicke von unter 500 µm aufweist.
Folie (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem Umlenkhologramm (315), das in dem Strahlungspfad (150) zwischen dem Druckhologramm (145) und dem Auskoppelbereich (135) angeordnet ist, und das dazu ausgebildet ist, um zumindest einen Anteil der von dem Druckhologramm (145) entlang des Strahlungspfads (150) gebeugten Strahlung (130) entlang des Strahlungspfads (150) zu beugen und/oder aus dem Strahlungspfad (150) auszukoppeln.
Folie (100) gemäß Anspruch 5, mit zumindest einem Auslenkhologramm (320), das in dem Strahlungspfad (150) zwischen dem Umlenkhologramm (315) und dem Auskoppelbereich (135) angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, um zumindest einen Anteil der von dem Umlenkhologramm (315) entlang des Strahlungspfads (150) gebeugten Strahlung (130) entlang des Strahlungspfads (150) zu beugen und/oder aus dem Strahlungspfad (150) auszukoppeln.
Folie (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Einkoppelhologramm (305), das in dem Einkoppelbereich (125) angeordnet ist, und das dazu ausgebildet ist, zumindest einen Anteil der Strahlung (130) in den Strahlungspfad (150) einzukoppeln, und/oder mit einem Auskoppelhologramm (310), das in dem Auskoppelbereich (135) angeordnet ist, und das dazu ausgebildet ist, zumindest einen Anteil der Strahlung (130) aus dem Strahlungspfad (150) auszukoppeln.
Folie (100) gemäß den Ansprüchen 5 bis 7, wobei der Einkoppelbereich (125) und das Einkoppelhologramm (305) an einer dem Bildschirm (105) zugewandten Seite der Folie (100) angeordnet sind, und wobei der Druckbereich (140) und das Druckhologramm (145) an einer dem Bildschirm (105) abgewandten Seite der Folie (100) angeordnet sind, und wobei das Umlenkhologramm (315) an der dem Bildschirm (105) zugewandten Seite der Folie (100) angeordnet ist, und wobei das Auslenkhologramm (320) an der dem Bildschirm (105) abgewandten Seite der Folie (100) angeordnet ist, und wobei der Auskoppelbereich (135) und das Auskoppelhologramm (310) an der dem Bildschirm (105) zugewandten Seite der Folie (100) angeordnet sind.
Folie (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zumindest das Druckhologramm (145) als Volumenhologramm zum Beugen der Strahlung (130) realisiert ist.
Folie (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zumindest das Druckhologramm (145) ein unter Verwendung eines Belichtungsverfahrens in der Folie (100) ausgeformtes optisches Beugungsgitter umfasst.
Folie (100) gemäß einem der vorangegangenem Ansprüche, mit zumindest einem weiteren Einkoppelbereich (155) zum Einkoppeln von weiterer Strahlung (130) und mit zumindest einem weiteren Auskoppelbereich (160) zum Auskoppeln von weiterer Strahlung (130) und mit mindestens einem weiteren Druckbereich (165) mit mindestens einem weiteren Druckhologramm (170), das in einem von dem weiteren Einkoppelbereich (155) zu dem weiteren Auskoppelbereich (160) führenden weiteren Strahlungspfad (175) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, um abhängig von einem auf einen weiteren Druckbereich (165) wirkenden Druck zumindest einen Anteil der weiteren Strahlung (130) entlang des weiteren Strahlungspfads (175) zu beugen und/oder zumindest einen Anteil der weiteren Strahlung (130) aus dem weiteren Strahlungspfad (175) auszukoppeln.
Bildschirm (105) mit zumindest den folgenden Merkmalen: einer Folie (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche; der Strahlungsquelle (115), die ausgebildet ist, um die in den Einkoppelbereich (125) einkoppelbare optische Strahlung (130) bereitzustellen; und einem Detektor (120), der dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der aus dem Auskoppelbereich (135) auskoppelbaren Strahlung (130) ein Detektionssignal (180) bereitzustellen, wobei das Detektionssignal (180) eine Druckintensität des Drucks repräsentiert.
Bildschirm (105) gemäß Anspruch 12, wobei die Strahlungsquelle (115) ausgebildet ist, um Licht aus dem sichtbaren Bereich oder Licht aus dem nahen Infrarotbereich als die optische Strahlung (130) bereitzustellen.
Gerät (110), insbesondere mobiles Gerät, mit einem Bildschirm (105) gemäß Anspruch 12 oder 13.
Verfahren (700) zum Sensieren einer Druckintensität unter Verwendung einer Folie (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (700) zumindest folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (701) der in den Einkoppelbereich (125) einkoppelbaren optischen Strahlung (130); und Detektieren (703) der aus dem Auskoppelbereich (135) auskoppelbaren Strahlung (130), um ein eine Druckintensität des Drucks repräsentierendes Detektionssignal (180) bereitzustellen.