TWI488094B - 聲波觸控裝置 - Google Patents

Description

聲波觸控裝置

本發明大體上係關於聲波觸控感測器，且更特定而言，係關於表面聲波(SAW)觸控式螢幕。

諸如觸控式螢幕或觸控式監視器之觸控感測器系統可充當用於各種應用之互動式電腦系統的輸入器件，該等應用例如資訊站、訂單登錄系統、視訊顯示器、行動通信等。此等系統可整合至計算器件中，因此提供具有互動式觸控能力之計算器件，包括電腦、電子書閱讀器或行動通信器件。

大體上，觸控感測器系統使得能夠經由使用者對基板之表面之觸摸來判定該表面上的位置。觸控基板通常由上覆電腦或計算器件顯示器(類似液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、電漿顯示器等)的某一形式之玻璃製成。觸控感測器系統操作地連接至器件顯示器，以便使得能夠判定器件顯示器上之位置，且此外，使得能夠判定諸如展示於顯示器上之使用者介面的適當控制動作。

觸控感測器系統可使用不同技術來實施。諸如使用表面聲波之超音波觸控感測器的聲波觸控感測器當前為主要觸控感測器技術中的一者，且現存在不同類型之聲波觸控感測器。舉例而言，「艾德勒型(Adler-type)」聲波觸控感測器使用每座標軸僅兩個轉換器來在空間上散佈所傳輸之表面聲波信號，且藉由分析來自觸摸之波擾動之時間態樣來 判定觸摸表面座標。對於每一軸線，各別周邊表面處之一轉換器產生沿著垂直周邊表面傳播穿過基板的表面聲波脈衝，第一反射格柵或陣列沿著該垂直周邊表面安置。第一反射陣列經調適以將表面聲波之多個部分沿著複數個平行路徑垂直地跨越基板反射至安置於相反周邊表面上之第二反射陣列。第二反射陣列將表面聲波沿著周邊表面反射至接收波以進行處理的第二轉換器。與X軸相關聯之反射陣列垂直於與Y軸相關聯之反射陣列，以便提供柵格圖案以使得能夠判定基板上之觸摸的二維座標。在一點處觸摸基板表面由於表面聲波通過該觸摸點而引起能量損失。此情形經清楚地表示為表面聲波之衰減，且由接收轉換器偵測為表面聲波信號之擾動。資料之時間延遲分析用以判定基板上之觸摸的表面座標。

聲波觸控感測器可具有在基板之周邊前表面上或沿著基板之周邊前表面安置的大量操作性元件(多個轉換器，或轉換器與反射陣列的組合)。為了防止歸因於曝露於環境或外部物件而產生之損害，用於此等感測器或用於整合有感測器之器件的外殼可包括用於觸控基板之周邊前表面的帶槽框，該帶槽框隱藏並保護此等周邊操作性元件，使得僅基板之前表面上的作用中觸摸區曝露以用於可能的觸摸輸入。對於無帶槽框之聲波觸控感測器，周邊操作性元件可位於基板之周邊背表面上(在此狀況下，表面聲波圍繞基板邊緣、跨越前表面且圍繞相反基板邊緣傳播以到達接收元件)。薄寬度帶槽框及無帶槽框之聲波觸控感測器各 自設法使作用中觸摸區最大化，此情形對於類似智慧型電話、平板電腦、電子書閱讀器或其他行動計算器件的小尺寸整合器件可為有益的。

隨著作用中觸摸區擴大，更多器件特徵及觸摸功能可提供於作用中觸摸區中。然而，在一些狀況下，此等額外特徵及功能可干擾觸控基板上之表面聲波的傳播。舉例而言，在具有特定美感考慮之許多無帶槽框系統中，基板之背表面的周邊可具有聲學上大體良好之層(「邊界層」)，該層可為塗覆於表面之邊界區上的不透明之塗料或墨水層，其中周邊操作性元件結合或印刷於「邊界層」之頂部上，使得元件得以隱藏而無法透過通常透明之基板看見。

在一些應用中，可能需要在邊界區上之邊界層中提供一無塗料或墨水之區域以便提供整合式相機的相機窗口或聲波孔(亦即，自安置於基板之後的相機透鏡穿過基板至器件外部的無阻礙光學路徑)，該特徵為多數所要器件特徵中的一者。然而，可在相機孔之位置處觀測到表面聲波信號在接收轉換器處之衰減或下降。另外，沿著以相機孔為中心的跨越基板之作用中觸摸區的窄帶可能觀測不到觸摸回應。

根據特定實施例藉由本發明來解決前述問題。

根據特定實施例，本發明提供一種聲波觸控裝置，其包含：具有一第一表面及一第二表面之一基板，該第一表面及該第二表面能夠傳播表面聲波，該第二表面包含一觸摸 區，且該第一表面及該第二表面經由一修圓連接表面而耦接；該第一表面上之至少一聲波轉換器；及該第一表面上之至少一反射陣列，該轉換器能夠將表面聲波傳輸至該反射陣列或自該反射陣列接收表面聲波。該基板及該反射陣列能夠在聲學上耦合表面聲波以在該基板之該第一表面與該第二表面之間傳播，且該基板在該第一表面上具有一邊界區，該邊界區經調適以使得該轉換器及該反射陣列得以隱藏而無法透過該基板看見且排除經由該邊界區中之一窗口傳播的表面聲波之失真。根據一特定實施例，該邊界區包含該第一表面上之一邊界層，且包括抵消經由該窗口傳播之表面聲波之一相移的一聲波透鏡，該窗口為該邊界層中的一未經塗佈區。根據一替代性特定實施例，該基板可包含透明玻璃材料，且該邊界區除該窗口處以外可包含著色玻璃材料。

根據另一特定實施例，本發明亦提供一種提供一聲波觸控裝置之方法，該聲波觸控裝置具有穿過一邊界層之一窗口，該邊界層在該聲波觸控裝置之一基板之一邊界區上及邊界區中，該邊界層為一聲波塗層。該方法包括提供一校正透鏡以抵消經由該窗口傳播之表面聲波之一相移，該窗口為該邊界層中的一未經塗佈區域；判定該校正透鏡之一高度；及指定該校正透鏡之一形狀，該校正透鏡實體地接近該窗口且具有相對於該窗口之一對稱輪廓。

為了更好地理解本發明，參看本發明之例示性實施例的以下描述且參看隨附圖式。

圖1展示並不需要帶槽框之觸控系統之聲波觸控感測器1的簡化截面圖。觸控感測器1包含基板5，基板5具有前表面10、背表面15，及接合前表面10與背表面15之周邊區14的連接表面20。連接表面20不需要如圖所展示般修圓或彎曲，但在具有帶槽框之觸控系統中可為筆直垂直邊緣。基板5通常由上覆電腦顯示器或計算器件顯示器25(類似液晶顯示器(LCD)、陰極射線管(CRT)、電漿等)的某一形式之玻璃製成。在加有帶槽框之表面聲波觸控感測器中，前表面10之周邊區14由藉由觸控感測器1或整合有感測器1之器件的外殼提供之帶槽框覆蓋，此係由於轉換器及反射陣列係在基板5之前表面10上之故。在諸圖中所展示之無帶槽框之表面聲波觸控感測器中，前表面10之周邊區14僅為前表面10之外部/周邊部分。無帶槽框之表面聲波觸控感測器更詳細地描述於美國專利申請案13/012,513中，該申請案以引用之方式併入本文中。物件30在圖1中被視為手指，但應認識到，取決於觸控感測器1之應用，藉由表面聲波感測之觸摸可包括觸控筆直接地或經由覆蓋片或抗反射塗層間接地相抵前表面10按壓。聲波轉換器35及反射元件陣列40提供於背表面15之周邊區14中的塗料或墨水(下文進一步論述)之邊界層27上。轉換器35操作地耦接至控制器或控制系統29(在一些實施例中，其可包含諸如專用觸控系統處理器及系統處理器之多個處理器)，控制器或控制系統29亦操作地耦接至顯示器25。控制器或控制系統 29驅動轉換器35之操作，且量測來自此等轉換器之信號以判定觸摸座標，接著將所判定觸摸座標提供至作業系統及軟體應用程式以藉由顯示器25提供所需使用者介面。

圖2(a)及圖2(b)分別為圖1中所展示之觸控基板5的正視圖及後視圖。在為前表面10之平面圖的圖2(a)中，聲波轉換器35a、35b、35c、35d以點線來展示，以提供關於為背表面15之平面圖的圖2(b)的參考圖框，在圖2(b)中，轉換器35a、35b、35c、35d以實線來定位及展示。又，周邊區14在圖2(a)及圖2(b)中以點線來展示。為了提供另一參考圖框，在圖2(a)及圖2(b)中展示X-Y座標軸。

前表面10具有展示於圖2(a)中之點線內的內部部分13，及內部部分13外部的外部/周邊部分14。內部部分13及外部部分14形成標稱觸摸區，物件30在該標稱觸摸區上產生接觸以根據展示於顯示器25(圖1中所展示)上之圖形使用者介面提供輸入，顯示器25安置於背表面15之後且可透過透明基板5看見。在一些無帶槽框之聲波觸控感測器中，標稱觸摸區亦可包含彎曲連接表面20或其部分。對於加有帶槽框之表面聲波觸控感測器，並未由帶槽框覆蓋之內部部分13形成觸摸區。

觸控感測器1具有位於背表面15之周邊區14中的分別針對X軸及Y軸的兩對轉換器35。該兩對轉換器35成直角地安置以界定二維座標系統。詳言之，第一傳輸轉換器35a置放於Y軸傳輸區域中，且第二傳輸轉換器35b置放於X軸傳輸區域中。第一接收轉換器35c置放於與Y軸傳輸區域相 反的Y軸接收區域中。第二接收轉換器35d置放於與X軸傳輸區域相反的X軸接收區域中。第一傳輸轉換器35a及第一接收轉換器35c用以量測前基板10上之觸摸位置的Y座標，且第二傳輸轉換器35b及第二接收轉換器35d用以量測前基板10上之觸摸位置的X座標。每一轉換器35可對稱地傳輸或接收表面聲波。觸控感測器1亦包括一對Y軸反射陣列40a、40b及一對X軸反射陣列40c、40d，該等陣列位於各別傳輸區域及接收區域中之背表面15的周邊區14中。如下文所描述，反射陣列40在所要方向上反射表面聲波。

如上文所註解，觸控感測器1與整合有感測器1之相關聯電腦或計算器件之控制系統29(圖1中所展示)操作地連接。控制系統29產生激勵傳輸轉換器35a、35b產生各別表面聲波(或波脈衝)的電子信號。控制系統29亦接收由接收轉換器35c、35d自所接收表面聲波轉換的各別電信號。如本文中所使用，控制系統29意謂通常包括微處理器與韌體之電子器件及產生激勵信號並自觸控感測器1接收回傳信號並對信號進行分析之電子器件。

在操作中，第一傳輸轉換器35a產生沿著背表面15之周邊區14之負(-)Y軸方向行進的表面聲波，第一Y軸反射陣列40a位於背表面15上。第一Y軸反射陣列40a中之元件各自將表面聲波之部分傳輸至陣列40a的鄰近元件。又，如藉由圖2(a)及圖2(b)中指示波傳播路徑之實線箭頭所見，第一Y軸反射陣列40a中之元件各自耦接或反射表面聲波之部分以：a)自第一Y軸反射陣列40a沿著負(-)X軸方向朝向 最接近彎曲連接表面20及圍繞最接近彎曲連接表面20向外行進；b)沿著正(+)X軸方向跨越前表面10朝向相對彎曲連接表面20及圍繞相對彎曲連接表面20行進；及接著c)沿著負(-)X軸方向行進至背表面15上之第二Y軸反射陣列40b。第二Y軸反射陣列40b中之元件各自將所接收表面聲波傳輸至陣列40b之鄰近元件，使得波沿著第二Y軸反射陣列40b沿著正(+)Y軸方向繼續行進至第一接收轉換器35c。

類似地，第二傳輸轉換器35b產生沿著背表面15之周邊區14之負(-)X軸方向行進的表面聲波，第一X軸反射陣列40c位於背表面15上。第一X軸反射陣列40c中之元件各自將表面聲波之部分傳輸至陣列40c的鄰近元件。又，如藉由圖2(a)及圖2(b)中指示波傳播路徑之實線箭頭所見，第一X軸反射陣列40c中之元件各自耦接或反射表面聲波之部分以：a)自第一X軸反射陣列40c沿著負(-)Y軸方向朝向最接近彎曲連接表面20及圍繞最接近彎曲連接表面20向外行進；b)沿著正(+)Y軸方向跨越前表面10朝向相對彎曲連接表面20及圍繞相對彎曲連接表面20行進；及接著c)沿著負(-)Y軸方向行進至背表面15上之第二X軸反射陣列40d。第二X軸反射陣列40d中之元件各自將所接收表面聲波傳輸至陣列40d之鄰近元件，使得波沿著第二X軸反射陣列40d沿著正(+)X軸方向繼續行進至第二接收轉換器35d。

諸如手指或觸控筆之物件30對標稱觸摸區13、14之觸摸吸收跨越前表面10傳播之表面聲波之能量的一部分，且引起通過觸摸點之波的衰減。所得衰減由接收轉換器35c、 35d偵測為聲波信號中的擾動。控制系統處理並分析由接收轉換器35c、35d轉換的電信號，包括關於波形擾動之彼等電信號，以偵測觸摸座標及位置資訊。另外，控制系統將觸摸座標及位置資訊映射至顯示器25中所展示之使用者介面的適當控制動作，顯示器25大體上置放於背表面15之後。聲波觸控感測器1因此提供XY座標輸入器件系統。

圖3為聲波觸控感測器101之基板105之背表面115的平面圖，聲波觸控感測器101具有提供於基板105上的例示性器件特徵及標誌/圖示。如上文所註解，對於具有特定美感考慮之無帶槽框之聲波觸控感測器101，可將諸如不透明塗料或墨水之聲學上良好之層(「邊界層」)27(圖1中所展示)塗覆(例如，絲網印刷、塗漆、濺鍍或以其他方式塗覆)於背表面115之周邊區114或邊界上。邊界層27大體上聲學上良好，亦即，邊界層27傳播表面聲波而無快速衰減，較佳地僅導致對表面聲波之傳播速度的小改變，從而使得關於波之速度的製造控制更容易，而不管材料厚度的分率(factional)改變。邊界層27可為由陶瓷燒結料或搪瓷型材料製成的無機黑塗料。周邊功能元件(亦即，轉換器135及反射陣列140)印刷於邊界層27之頂部上，使得元件得以隱藏而無法透過通常為透明之基板105看見。其他周邊元件亦放置於邊界層27之頂部上以得以隱藏而無法看見，例如，黏著膠帶152、密封發泡體154。邊界層27能夠既與基板105結合又充當形成於邊界層27上之轉換器135及反射陣列140的恰當處理表面。請注意，邊界層27並未展示於圖 3、圖4及圖5中，以便不使結構混淆，但邊界層27覆蓋周邊區114，且可至少自背表面115之邊緣延伸至剛好超出用以將觸控感測器黏附至顯示器的黏著膠帶152之最內邊緣。

周邊或邊界區114可包括無邊界層之區域(亦即，無塗料或無墨水區域)以形成窗口或孔156，窗口或孔156經展示為安置於第二X軸反射陣列140d與密封發泡體154之間，且實質上與背表面115之垂直於陣列140d的中心線對準。如上文所論述，相機孔156並非基板105中的實際孔。確切而言，相機孔156形成無阻礙光學路徑之光學窗或部分，該無阻礙光學路徑自位於背表面115之後的相機透鏡(未圖示)延伸、穿過相機孔156、背表面115、邊界層27及透明基板105且穿過面向觸控感測器101外部之環境的前表面110。相機透鏡可為相機之可操作地部分，該部分為整合感測器101及使用者介面顯示器25(亦位於背表面115之後)之相關聯電腦或計算器件的部分。

在所展示位置中，自前表面110傳播之表面聲波在藉由第二X軸反射陣列140d而導引至第二接收轉換器135d之前，越過背表面115上之層27中之相機孔156傳遞。如上文所註解，咸信，相機孔156之透鏡化(lensing)效應使越過無邊界層區域傳遞之表面聲波失真，從而導致接收轉換器處的所接收表面聲波信號上的下降且，又導致觸摸區之一些區域中之觸摸敏感度的損失。

為了抵消失真效應，將校正聲波透鏡160(圖4中所展示) 在邊界層27內安置於背表面115之周邊區114中。具體而言，校正聲波透鏡160鄰近於相機孔156而形成，且在圖4中經展示為新月狀或凹凸狀元件。圖4為根據本發明之特定實施例建構之基板105的背表面115之平面圖。通常，實務工程上所關注之邊界層材料的機械性質在邊界層27塗佈類似基板105之玻璃表面時減小表面聲波(SAW)的傳播速度。此情形導致在基板105未經塗佈或裸露之相機孔156內的相對較快速之SAW速度。校正聲波透鏡160由聲波材料(例如，玻璃燒結料)製成，在塗佈塗佈有邊界層之玻璃基板105時，該聲波材料相對於「裸玻璃」相機孔156內之SAW傳播速度且相對於塗佈有邊界層之玻璃基板105內之SAW傳播速度進一步減小SAW傳播速度。校正聲波透鏡160較佳形成於邊界層27之頂部上，使得元件得以隱藏而無法透過基板105看見，且根據特定實施例，校正聲波透鏡160定位於窗口之與陣列140d相反之側上，以便避免損害陣列140d的功能。可使用相同聲波材料在與反射器陣列140相同的操作中形成或印刷校正聲波透鏡160。或者，可使用相同材料在與標誌/圖示(圖中所展示)相同之操作中印刷校正聲波透鏡160。另外，可使用不同材料在單獨操作中印刷校正聲波透鏡160。請注意，儘管在本文中關於邊界層27減小SAW速度之共同狀況描述本發明，但本發明可適用於邊界層27增加SAW速度的狀況。

參看圖5至圖15描述並概述相機孔356及校正透鏡360對表面聲波傳播之影響的一系列電腦模擬，該等圖繪製模擬 之表面聲波傳播及對表面聲波傳播的信號回應。應注意，為了簡單起見，圖7、圖9、圖11、圖13及圖15中所展示之模擬信號回應的曲線圖表示信號包絡資訊(而非展示包絡內之詳細信號)。使用以下各者來進行模擬：傳輸X軸轉換器335b及接收X軸轉換器335d以及第一X軸反射陣列340c及第二X軸反射陣列340d；在轉換器335處收集信號的控制系統常式；及各自具有及無校正透鏡360的相機孔356之兩個不同模型。另外，擴大了含有對應於相機孔356之波擾動的背表面315之區域以允許使校正透鏡360模型化。

圖5說明模擬系列中的基板305(亦即，Schott B270^TM 玻璃)之表面315的基本柵格佈局。相機孔356及校正透鏡360之模型定位於第二X軸反射陣列340d的中點之正上方。儘管未圖示，但邊界層27應被理解為在表面315上以下伏於X軸反射陣列340及校正透鏡360並環繞相機孔356。分別將邊界層及相機孔356之模型的傳播速度設定為3010m/s及3048m/s之值，從而表示適度波擾動。請注意，由傳輸X軸轉換器335b產生之表面聲波由第一X軸反射陣列340c反射而向下，且接著由第二X軸反射陣列340d反射至接收X軸轉換器335d。比較圖5與圖3及圖4，以下情形為明顯的：已進行了若干簡化以使得模擬計算更易於管理。圖5中所展示之反射器陣列未經組態以使得SAW信號並不圍繞無帶槽框之觸控感測器(諸如圖1中所展示)之基板305的邊緣行進，而是經組態以跨越表面315傳播。然而，圖5之模擬模型足以論證校正透鏡360及本發明之關鍵原理。

圖6繪製基線模擬(亦即，不使用相機孔356及校正透鏡360)之柵格振幅。隨著入射脈衝自傳輸轉換器335b傳播(自左至右)穿過第一反射陣列340c，能量之一部分被反射而向下-此為標準反射陣列行為。反射之脈衝具有波峰之均勻圖案，該圖案指示未經擾動之傳播圖案。在此時間快照，向下反射之表面聲波已約略一半傳遞通過第二反射陣列340d，且可看見所接收聲波信號(由第二反射陣列340d反射)傳播至基板305之左下角中的接收轉換器335d。圖7繪製針對圖6之基線模擬的在轉換器335處之所傳輸電信號(在0與10微秒之間)及所接收電信號(在20微秒與80微秒之間)。此曲線圖中之所接收信號充當針對各自具有及無校正透鏡360的相機孔356之兩個不同模型之效應的基線比較。請注意，曲線圖之X軸表示以微秒為單位量測之時間，且曲線圖之Y軸表示以任意線性單位量測的信號振幅。

圖8繪製包括圓形相機孔356(無校正透鏡360)之模擬的柵格振幅。與圖6之曲線圖相比較，波峰之視在相移傳播穿過在相機孔356正下方之第二反射陣列340d。請注意，實際上藉由用以產生模擬影像之步驟誇示了相移(例如，對於直徑為6.4mm之相機孔356，對於通過相機孔356之中心的表面聲波，時間相移為大約57度)。詳言之，在振幅影像中每隔七個柵格點對模擬柵格進行取樣。此情形導致波峰內之週期性圖案的疊紋型誇示。然而，曲線圖輔助使歸因於擾亂之SAW傳播速度(歸因於相機孔356)產生的波 峰之移位視覺化。歸因於相機孔356內之增加之SAW傳播速度，波峰之移位係在傳播方向上。圖9繪製針對圖8之模擬的所傳輸信號及所接收信號(包括圓形相機孔356(無校正透鏡360))。與圖7之曲線圖相比較，圖9之曲線圖展示由相機孔356產生的所接收信號之所得下降。

圖10繪製包括圓形相機孔356及與相機孔356並排之凹凸狀校正透鏡360之模擬的柵格振幅。校正透鏡360定位於相機孔356之與陣列340d相反之側上，以便避免損害陣列340d的功能。與圖8之曲線圖相比較，圖10之曲線圖展示：消除了在相機孔356下方之波峰之相移。圖11繪製針對圖10之模擬的所傳輸信號及所接收信號(包括圓形相機孔356及與相機孔356並排之凹凸狀校正透鏡360)。與圖9之曲線圖相比較，圖11之曲線圖展示：消除了所接收信號之下降。

圖12繪製包括矩形相機孔356(無校正透鏡360)之模擬的柵格振幅(請注意，矩形相機孔通常為正方形)。與圖6之曲線圖相比較，圖12之曲線圖展示傳播穿過在相機孔356正下方之第二反射陣列340d之波峰的視在相移。圖13繪製針對圖12之模擬的所傳輸信號及所接收信號(包括矩形相機孔356(無校正透鏡360))。與圖7之曲線圖相比較，圖13之曲線圖展示由矩形相機孔356產生的所接收信號之明確下降。

圖14繪製包括矩形相機孔356及矩形校正透鏡360之模擬的柵格振幅(然而，請注意，在相機孔356為正方形之狀況下，校正透鏡360不需要為正方形)。與圖12之曲線圖相比 較，消除了在相機孔356下方之波峰之相移。圖15繪製針對圖14之模擬的所傳輸信號及所接收信號(包括矩形相機孔356及矩形校正透鏡360)。與圖13之曲線圖相比較，圖15之曲線圖展示：消除了所接收信號之下降。

可自以上系列之電腦模擬得出若干結論。首先，模擬確認：至少對於速度擾動之模擬量值而言，相機孔356可引起所接收信號的下降。又，相對於所接收信號下降之原因與根據特定實施例由本發明提供之解析度兩者而言，相機孔356之形狀看似為中性因素。又，若干不同波傳播行為可有助於產生所接收信號下降。對於模擬之相對較小速度擾動，在傳播穿過相機孔356之後的表面聲波波前中觀測到相移。因此，相移看似為所接收信號下降所隱藏的主要機制中之一者。相移為折射效應以及許多繞射效應之根本性物理基礎。更大體上，據說折射及繞射效應有助於信號變化。此外，由相機孔356產生之擾動波前可與反射陣列340之波導特性相互作用。在此狀況下，複合傳播圖案可潛在地產生於第二反射陣列340d內。最終，校正透鏡360可減小及/或消除由相機孔356引起之所接收信號下降。請注意，在其他隨附模擬中，已進一步觀測到：對表面聲波傳播之影響的強度取決於邊界層速度與裸玻璃速度之假定比率的量值。

用於上述模擬之每一校正透鏡360可使用簡化途徑400基於所有射線路徑之相移的消除來設計。圖16展示根據本發明之特定實施例執行的設計校正透鏡360之方法400的流程 圖，且圖17為參看X-Y座標軸的根據特定實施例之與相機孔356並排之校正透鏡360的說明。大體上應理解，任何校正透鏡之形狀通常取決於擾動透鏡之形狀且取決於透鏡材料之相位速度(折射率)的比率。然而，此情形單獨地並不暗示待用以設計相機孔356之校正透鏡360的方法或途徑。因為歸因於校正透鏡360及邊界層產生的表面聲波傳播速度之移位如此小(至多幾個百分比)，所以應用弱透鏡近似(在弱透鏡近似中，由相移產生之波傳播方向的改變足夠弱，以致在含有相機孔356及校正透鏡360之小區中可忽略橫向波位移)。此情形暗示設計校正透鏡360之近似方法。大體而言，方法400假定：跨越基板305之表面315的所有表面聲波路徑為筆直的，並調整校正透鏡360之高度以消除沿著穿過相機孔及透鏡系統之所有路徑的總相移。

詳言之，方法400首先判定校正透鏡360之高度(步驟410)。依據方法400，定義表面聲波之傳播速度如下：V ₀ =相機孔356(亦即，裸基板/玻璃)中之表面聲波相位速度；V ₁ =邊界層上之表面聲波相位速度；及V ₂ =印刷於邊界層上之校正透鏡360的表面聲波相位速度。

在未經塗佈之玻璃上，表面聲波為非頻散的，且在相位與群組速度之間無區別。然而，表面聲波對於經塗佈玻璃變為稍微頻散的，因此請注意，V ₁ 及V ₂ 在本文中指代相位速度而非群組速度。

如圖17中所展示，作為實例，方法400亦假定：表面聲波正在Y軸方向上傳播穿過相機孔356，相機孔356具有沿著Y軸之尺寸y(x)(或高度)及沿著X軸之尺寸x(或寬度)。波傳播之方向判定用於分析之方向，在此狀況下，分析之方向為Y軸方向，此係由於相機孔356接近基板205之頂部中心之故。若相機孔356置放於基板105之右側之中心處或接近基板105之右側之中心，則用於分析之方向將為X軸方向。請注意，假定相機孔356之形狀及其位置為已知的(例如，如由具有特定相機及所考慮之相機透鏡大小之消費者所指定)。又，對於此分析，為了便利之目的，可自由地選擇X軸之源點，例如，在相機孔356之中心處。類似地，方法400假定：校正透鏡360具有沿著待求解之每一X座標的未知高度y'(x)。

由於傳播穿過相機孔356產生之表面聲波相移可寫為： Phase Shift _{camera hole} =(k ₀ -k ₁ )．y(x) =2 π f[(1/V ₀ )-(1/V ₁ )]．y(x) (3)

其中在固定頻率f 下定義波數k ₀ =2π/λ ₀ =2 π f/V ₀ ；k ₁ =2 π/λ ₁ =2 π f/V ₁ ；及k ₂ =2 π/λ _{2 =} 2 π f/V ₂ 。同樣，由於傳播穿過校正透鏡360產生之表面聲波相移可寫為如下： Phase Shift _lens =(k ₂ -k ₁ )．y'(x) =2 π f[(1/V ₂ )-(1/V ₁ )]．y'(x) (4)為了使校正透鏡360消除相機孔356之相移， Phase Shift _lens =-Phase Shift _{camera hole} (5)

將等式3及等式4插入至等式5中，且消除公因子2πf ，獲得下式： [(1/V ₂ )-(1/V ₁ )]．y'(x) =-[(1/V ₀ )-(1/V ₁ )]．y(x) (6)

可將等式6重排以讀作y'(x) =Ycorr．y(x) (7)

其中僅取決於上文所定義之表面聲波傳播速度，Ycorr 為常數： Ycorr = (V ₂ /V ₀ )．[(V ₀ -V ₁ )/(V ₁ -V ₂ )] (8)

等式7及等式8指定校正透鏡360之高度而非整體形狀。方法400針對此目的使用兩個通用準則。第一，校正透鏡360應保持為實體上儘可能接近於相機孔356(步驟420)。此情形將使射線散射(折射)效應最小化。第二，校正透鏡360之輪廓應儘可能為對稱的(步驟430)。此情形亦可有助於使折射效應最小化。遵循此等兩個準則的圓形相機孔356之校正透鏡360之實例為圖18中所展示之雙面凹凸透鏡。結果為：由相機孔356及校正透鏡360引起之速度移位(相對於周圍邊界層)的量值大約相等且正負號相反。然而，由於各種原因，可能不可能遵循兩個準則。在此狀況下，可調整準則以適宜於特定情況(步驟440)。舉例而言，若在背表面315之周邊上不存在將校正透鏡360印刷於相機孔356之特定側上的空間，則可使用單面透鏡(如圖10、圖14及圖17中所展示)。此情形近似消除相機孔356之相移。

結合圖19及圖20來論述解決由於相機孔引入之聲波問題的本發明之替代性特定實施例。請注意，呈現於圖1中且類似於圖1中之彼等元件的圖19及圖20中之元件不再加以描述。圖19及圖20為聲波觸控感測器1之簡化截面圖，其中並未使用圖1之邊界層27，而是改為使玻璃基板5之光學 性質改質，使得基板5之邊界區14自透明的改變為不透明的或著色的，以提供基板5之「改質之邊界區14'」。在一些實施例中，使邊界區14'中之玻璃著色或染色(但並非在相機孔區域中，未圖示)可為改質之邊界區14'提供所要不透明度，以便隱藏轉換器35及陣列40。舉例而言，此玻璃染色可能有可能使用玻璃之離子交換著色或其他玻璃染色技術。在另一實例中，玻璃之電子束輻射可顯著地將玻璃自透明的改變為不同的褐色陰影。足夠深之褐色被感知為黑色，其為時常需要之邊界色彩。使用自約3 Mrad至8 Mrad之低劑量電子束輻射，類似地歸因於由於玻璃中相鄰鹼離子之氧空位所截獲的電子引起之可見頻帶，可使常見鹼石灰玻璃改質以相較於經類似電子束輻射之硼矽酸玻璃而言具有較深色彩。可選擇基板5之玻璃材料以針對給定電子束輻射劑量或染色曝露而使色彩改變最大化或最佳化。

圖19展示玻璃基板5在改質之邊界區14'(除相機孔區域或窗口外)中之變色已自背表面15發生至前表面10(假定對背表面15執行電子束輻射或染色)。儘管圖19展示完全穿過玻璃基板5之厚度的變色(相較於染色而言，電子束輻射之似乎更可信結果)，變色可能相較於朝向前表面10而言朝向背表面15更深。為了提供相機孔之尖銳邊界界定，可能需要較淺之變色區。圖20展示玻璃基板5在改質之邊界區14'(除相機孔區域外)中的僅部分穿過玻璃基板5且集中於背表面15處的變色(再次假定對背表面15執行電子束輻射 或染色)。

較佳地，以對基板5之機械性質具有可忽略影響的方式使基板5之光學性質改質，且因此對表面聲波之傳播無顯著影響，包括使SAW相位速度本質上不變。因此，對於相機孔將不需要校正聲波透鏡，此係由於在無SAW相位速度改變之情況下，不存在待校正之相移。以此方式，改質之邊界區14'在防止由於相機孔引起之信號變化上獲得與校正透鏡類似之結果。

在本發明之範疇內之其他修改為可能的。舉例而言，儘管已以特定序列描述了方法400之步驟，但可部分地或整體上將步驟之次序重新排序，且可在適當時修改、補充或省略該等步驟。又，方法400可使用實施步驟及子步驟的各種熟知演算法及軟體應用程式。另外，方法400可以多種演算法及軟體應用程式來實施。另外，方法400可由額外步驟或技術來補充。

1‧‧‧聲波觸控感測器

5‧‧‧基板

10‧‧‧前表面

13‧‧‧內部部分

14‧‧‧周邊區/外部/周邊部分

14'‧‧‧改質之邊界區

15‧‧‧背表面

20‧‧‧連接表面

25‧‧‧顯示器

27‧‧‧邊界層

29‧‧‧控制器/控制系統

30‧‧‧物件

35‧‧‧聲波轉換器

35a‧‧‧第一傳輸轉換器

35b‧‧‧第二傳輸轉換器

35c‧‧‧第一接收轉換器

35d‧‧‧第二接收轉換器

40‧‧‧反射元件陣列

40a‧‧‧Y軸反射陣列

40b‧‧‧Y軸反射陣列

40c‧‧‧X軸反射陣列

40d‧‧‧X軸反射陣列

101‧‧‧聲波觸控感測器

105‧‧‧基板

110‧‧‧前表面

114‧‧‧周邊區

115‧‧‧背表面

135‧‧‧轉換器

135d‧‧‧第二接收轉換器

140‧‧‧反射陣列

140d‧‧‧第二X軸反射陣列

152‧‧‧黏著膠帶

154‧‧‧密封發泡體

156‧‧‧相機孔

160‧‧‧校正聲波透鏡

305‧‧‧基板

315‧‧‧表面

335b‧‧‧傳輸X軸轉換器

335d‧‧‧接收X軸轉換器

340c‧‧‧第一X軸反射陣列

340d‧‧‧第二X軸反射陣列

356‧‧‧相機孔

360‧‧‧校正透鏡

圖1為聲波觸控感測器之簡化截面圖；圖2(a)及圖2(b)分別為圖1之聲波觸控感測器之基板的正視平面圖及後視平面圖；圖3為聲波觸控感測器之基板的後視平面圖，其中基板上具有器件特徵及標誌/圖示；圖4為根據本發明之特定實施例建構的圖3之基板的後視平面圖；圖5為在模擬系列中的聲波觸控感測器之基板之基本佈 局；圖6為針對基線模擬的圖5之基板上之表面聲波振幅的曲線圖；圖7為針對圖6之基線模擬的轉換器處之所傳輸信號及所接收信號之曲線圖；圖8為針對第一模擬的具有較高聲波速度之圓形區域的圖5之基板上之表面聲波振幅的曲線圖；圖9為針對圖8之第一模擬的轉換器處之所傳輸信號及所接收信號之曲線圖；圖10為針對第二模擬的具有較高聲波速度之圓形區域及校正透鏡的圖5之基板上之表面聲波振幅的曲線圖；圖11為針對圖10之第二模擬的轉換器處之所傳輸信號及所接收信號之曲線圖；圖12為針對第三模擬的具有較高聲波速度之矩形區域的圖5之基板上之表面聲波振幅的曲線圖；圖13為針對圖12之第三模擬的轉換器處之所傳輸信號及所接收信號之曲線圖；圖14為針對第四模擬的具有較高聲波速度之矩形區域及校正透鏡的圖5之基板上之表面聲波振幅的曲線圖；圖15為針對圖14之第四模擬的轉換器處之所傳輸信號及所接收信號之曲線圖；圖16為根據本發明之特定實施例執行的用於設計校正透鏡之方法的流程圖；圖17為根據本發明之特定實施例的參看X-Y座標軸的與 相機孔並排之校正透鏡的說明；圖18為根據本發明之特定實施例的具有雙面凹凸形狀之校正透鏡的說明；圖19為根據本發明之替代性實施例建構之聲波觸控感測器的簡化截面圖；及圖20為根據本發明之另一替代性實施例建構之聲波觸控感測器的簡化截面圖。

1‧‧‧聲波觸控感測器

5‧‧‧基板

10‧‧‧前表面

14‧‧‧周邊區/外部/周邊部分

15‧‧‧背表面

20‧‧‧連接表面

25‧‧‧顯示器

27‧‧‧邊界層

29‧‧‧控制器/控制系統

30‧‧‧物件

35‧‧‧聲波轉換器

40‧‧‧反射元件陣列

Claims (23)

1. 一種聲波觸控裝置，其包含：具有一第一表面及一第二表面之一基板，該第一表面及該第二表面能夠傳播表面聲波，該第二表面包含一觸摸區，且該第一表面及該第二表面經由一修圓連接表面而耦接；該第一表面上之至少一聲波轉換器；及該第一表面上之至少一反射陣列，該轉換器能夠將表面聲波傳輸至該反射陣列或自該反射陣列接收表面聲波，該基板及該反射陣列能夠在聲學上耦合表面聲波以在該第一表面與該第二表面之間傳播，且該基板在該第一表面上具有一邊界區，該邊界區經調適以使得該轉換器及該反射陣列得以隱藏而無法透過該基板看見且排除經由該邊界區中之一窗口傳播的表面聲波之失真。
2. 如請求項1之裝置，其中該邊界區包含該第一表面上之一邊界層，且包括抵消經由該窗口傳播之表面聲波之一相移的一校正聲波透鏡，該窗口為該邊界層中的一未經塗佈區域。
3. 如請求項2之裝置，其中該校正聲波透鏡包含一無阻礙光學路徑，該光學路徑自該第一表面延伸穿過該基板之該邊界區上之一邊界層至該第二表面，該校正聲波透鏡及該窗口鄰近於彼此而安置於該第一表面上。
4. 如請求項3之裝置，其中該校正聲波透鏡由一材料組成，該材料相對於傳播穿過該窗口之表面聲波減小表面 聲波的傳播速度。
5. 如請求項3之裝置，其中該校正聲波透鏡具有一高度，該高度抵消沿著穿過該窗口之所有傳播路徑的表面聲波之該相移。
6. 如請求項2之裝置，其中該窗口為該第一表面上之該邊界層中的一未經塗佈邊界區。
7. 如請求項6之裝置，其中該校正聲波透鏡具有一高度，該高度抵消沿著穿過該窗口之所有傳播路徑的表面聲波之該相移。
8. 如請求項6之裝置，其中該校正聲波透鏡安置於該邊界層上以實體地接近於該窗口且具有相對於該窗口之一對稱輪廓。
9. 如請求項6之裝置，其中該校正聲波透鏡之一高度藉由下式來指定：y'(x) =Ycorr．y(x) 其中y'(x)為沿著垂直於該等表面聲波之傳播方向的該校正聲波透鏡之一X座標之高度；y(x)為沿著該X座標的已知高度；且Ycorr 為一常數，其僅取決於該等表面聲波傳播速度，該Ycorr 經定義如下：Ycorr =(V ₂ /V ₀ )．[(V ₀ -V ₁ )/(V ₁ -V ₂ )] 其中V ₀ 為該窗口中之該表面聲波相位速度；V ₁ 為除該窗口外之該邊界層上之該表面聲波相位速度；且V ₂ 為該邊界層上之該校正聲波透鏡的該表面聲波相位速度。
10. 如請求項6之裝置，其中該校正聲波透鏡為至少部分外 接該窗口之一雙面凹凸狀透鏡。
11. 如請求項6之裝置，其中該校正聲波透鏡為至少部分外接該窗口之一單面凹凸狀透鏡。
12. 如請求項1之裝置，其中該基板及該窗口包含透明玻璃材料，且排除該窗口之該邊界區包含著色玻璃材料。
13. 如請求項12之裝置，其中該著色玻璃材料已藉由一玻璃染色而著色。
14. 如請求項12之裝置，其中該著色玻璃材料已藉由一離子交換著色而著色。
15. 如請求項12之裝置，其中該著色玻璃材料已藉由使用電子束輻射而著色。
16. 如請求項12之裝置，其中該著色玻璃材料至少部分穿過該基板之一厚度而著色。
17. 如請求項12之裝置，其中邊界區具有與該第二表面上之該觸摸區相同的聲波性質，及與該第二表面上之該觸摸區不同的光學性質。
18. 一種提供一聲波觸控裝置之方法，該聲波觸控裝置具有穿過一邊界層之一窗口，該邊界層在該聲波觸控裝置之一基板之一邊界區上及邊界區中，該邊界層為一聲波塗層，該方法包含：提供一校正透鏡以抵消經由該窗口傳播之表面聲波之一相移，該窗口為該邊界層中的一未經塗佈區域；判定該校正透鏡之一高度；及指定該校正透鏡之一形狀，該校正透鏡實體地接近於 該窗口且具有相對於該窗口之一對稱輪廓。
19. 如請求項18之方法，其中該判定步驟包含調整該校正透鏡之該高度以消除沿著穿過該窗口之所有路徑的表面聲波之一相移。
20. 如請求項18之方法，其中該校正透鏡之該高度藉由下式來指定：y'(x) =Ycorr．y(x) 其中y'(x)為沿著垂直於該等表面聲波之傳播方向的該校正透鏡之一X座標之未知高度；y(x)為沿著該X座標的已知高度；且Ycorr 為一常數，其僅取決於表面聲波傳播速度，該Ycorr 經定義如下：Ycorr =(V ₂ /V ₀ )．[(V ₀ -V ₁ )/(V ₁ -V ₂ )] 其中V ₀ 為該窗口中之該表面聲波相位速度；V ₁ 為該邊界層上之該表面聲波相位速度；且V ₂ 為該邊界層上之該校正透鏡的該表面聲波相位速度。
21. 如請求項18之方法，其中該校正透鏡為至少部分外接該窗口之一雙面凹凸狀透鏡。
22. 如請求項18之方法，其中該校正透鏡為至少部分外接該窗口之一單面凹凸狀透鏡。
23. 如請求項18之方法，其中該校正透鏡係藉由一聲波材料而製成，該聲波材料具有相較於穿過該窗口之傳播速度而言較低的一傳播速度。