專利名稱：具有機械可選標號顯示的觸敏屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被用作具有多種不同功能的裝置的用戶界面的顯示和輸入裝置。
迄今諸如無線電話、便攜式計算機之類的普通電子裝置已被制作成分立的、獨立專用裝置。但隨著當前技術(shù)的發(fā)展，在單個裝置中包括多種功能的組合裝置現(xiàn)在獲得實際應用，將蜂窩電話和筆記本式計算機的功能合并在單個便攜式裝置中的AT&T/EO個人數(shù)字助手(PDA)就是它的一個實例。
隨著電子裝置在功能性方面的擴展，它們的體積卻在縮小，需要操作這些裝置的普通按鈕或按鍵的數(shù)目增加，而在該裝置中可用來安裝這些按鈕或按鍵的面積卻在縮小。因此，按鈕和按鍵在尺寸方面的縮小以適合可用的安裝面積。但這些裝置的用戶手指的尺寸仍舊一樣，由于這一最終結(jié)果，按鍵和按鈕變得太小而不能有效地使用。
對這個問題已有一些解決辦法。一種辦法如在許多PDA(個人數(shù)字助手)中已經(jīng)使用的那樣使用筆輸入代替鍵盤輸入。另一種方法就是墊上一層具有顯示觸敏薄膜的接觸區(qū)域的標號的顯示屏的觸敏薄膜以形成一個觸敏屏。該觸敏區(qū)是由該觸敏薄膜所定義的驅(qū)動器，在任何時候，該觸敏薄膜的接觸區(qū)在程序控制下重新組合以便只與這時所要求的特定的控制和輸入功能相對應，而且由顯示屏所顯示的標號同時也相應地改變。因此，在任何一個時間只有整組驅(qū)動器的子集提供給用戶。這后一種方法的實例在美國專利號4896223中已作了說明。
但是，上述兩種方法都有嚴重缺點。一方面，很難獲得相同級別的控制精度，因而用筆如同用鍵盤一樣也很難控制輸入精度。這就是迄今基于筆的PDA市場中還較難接受的主要原因。另一方面，附有觸感薄膜的顯示屏十分昂貴，因為該顯示屏通常必須是與該觸敏薄膜一樣大，并且，顯示屏常常是比相同大小的觸敏薄膜在價格上貴一個數(shù)量級。
本發(fā)明就是針對著解決這些和其他問題以及現(xiàn)有技術(shù)的缺點。根據(jù)本發(fā)明的說明，一種顯示和輸入裝置提供了在顯示屏下面附有觸敏薄膜的功能，但以成本較低的合算方法放置觸敏膜，從而部分或全部替換在現(xiàn)有技術(shù)中使用機械加墊顯示屏的配置來對顯示屏進行加墊。顯示屏最好被保留以顯示那些必須是動態(tài)地、自動地變化的接觸區(qū)標號，并給用戶提供輸出信息。但這些功能通常要求相對于整個觸敏薄膜區(qū)的尺寸較小的顯示屏。該機械顯示配置可以做得簡單，因而在價格方面可能比同類尺寸的顯示屏低得多。而機械顯示配置可能不像利用可顯示的不同圖像數(shù)目的顯示屏有那么多用途，但該機械顯示配置依靠并利用這樣的事實，即顯示和輸入裝置的許多應用只需要有限的、小數(shù)目的固定組標號，因而不要求完全多功能的顯示屏。
一般說來，根據(jù)本發(fā)明，一個多功能裝置包括用來實現(xiàn)多功能的電路，每個功能具有與該功能相對應的不同顯示圖像；一種共同定義該顯示圖像的多個物理顯示表面，至少有些表面是可動的以便使任何一個選擇的圖像對該裝置的用戶是可見的，而其它的圖像對該用戶是不透明的；一種可由用戶操作的驅(qū)動器與這些表面聯(lián)結(jié)以便使該驅(qū)動器的操作導致至少一些表面運動，該驅(qū)動器具有多個位置，每個位置與一個不同的功能相對應，在每個位置，與該功能相對應的、并且該位置也與該功能相對應的一個圖像對用戶是可見的，而其它的圖像對用戶則是不透明的，并且，該驅(qū)動器從一個位置轉(zhuǎn)換到另一個位置時將導致在這一位置對用戶是可見的圖像變得不可見，進而導致在其它位置對用戶是可見的圖像，變成對用戶是可見的；以及一個控制器，該控制器與該電路相連以便使該電路選擇一個功能。
舉例說明，一種多功能裝置包括用來實現(xiàn)多功能的電路，每個功能具有與之相對應的不同的顯示圖像；多個物理顯示表面，每個表面支持一個不同的圖像，至少一些表面是可動的以便使任何一個選擇表面對該裝置的用戶是可見的，而其它的表面對該用戶是不可見的；一個可由用戶操作的驅(qū)動器，與這些表面相連以便使該驅(qū)動器的操作導致至少一些表面運動，該驅(qū)動器具有多個位置，每個位置與一個不同的功能相對應，在每一個位置，一個支持與這個功能相對應的、并且該位置也與這個功能相對應的圖像的表面對用戶是可見的，而其他的表面對用戶是不可見的，并且該驅(qū)動器從一個位置轉(zhuǎn)換到另一個位置將導致在一個位置對用戶是可見的表面變成對用戶是不可見的，進而導致在其它位置對用戶是可見的表面變成對用戶是可見的；以及一個與該電路相連使該電路實現(xiàn)一個所選功能的控制器。
雖然該多功能裝置是一種電氣的或電子裝置，但它仍然使用機械圖象顯示結(jié)構(gòu)，通過由用戶操作的驅(qū)動器進行控制來提供它的電氣或電子功能以便獲得由該機械配置提供的各種優(yōu)點。這些優(yōu)點不僅限于較低成本，而且包括無電能消耗、可靠性、耐久性以及在明亮光線中的能見度等。
最好，該控制器包括一個象電子開關(guān)這樣的結(jié)構(gòu)，它是驅(qū)動器的一部分，通過自動使該電路實現(xiàn)與一個位置相對應的功能來響應在這個位置的驅(qū)動器。因此該裝置所顯示的圖象和所選擇的功能通過用戶對驅(qū)動器的操作自動同步。
該多功能裝置最好還包括為多元功能定義接觸區(qū)(例如驅(qū)動器)的觸敏薄膜，并且每個圖像包括由該觸敏薄膜為一個不同的功能所定義的接觸區(qū)的標號。因而該多能裝置，例如一種組合的PDA和無線電話，將得益于具有上述特性的顯示和輸入裝置。
本發(fā)明的這些以及其它的優(yōu)點和特征將從本發(fā)明下面一個解釋性的實施例的說明和附圖中更清楚地了解。


圖1是一個包含本發(fā)明的一個實例的多功能裝置的方塊圖表示法的部件分解圖；圖2a～c是圖1的裝置的標號顯示配置的第一實施例的結(jié)構(gòu)圖；圖3a～c是圖1的裝置的標號顯示配置的第二實施例的結(jié)構(gòu)圖；圖4是一個當該裝置作電話用時由圖1的裝置提供的一種圖像的例子；圖5是一個當該裝置作PDA用時由圖1的裝置提供的一種圖像的例子。
圖1表示一個多功能裝置20的方塊圖表示的分解視圖。多功能設備20例如是常規(guī)的個人數(shù)字助手(PDA)，如個人計算機和電子筆記本功能等和無線電話的組合。因此，裝置20包括一個包含常規(guī)PDA電路21和常規(guī)無線電話電路22的基本部分14。安裝在基本部分14上的是一個顯示和輸入裝置30，它是作為用戶到裝置20的輸入和輸出(I/O)的接口，并根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)成。裝置30是一個觸敏屏。它是將輸出部分12墊在輸入部分下面構(gòu)成的。輸入部分10是一塊普通的觸敏薄膜。輸入部分12包括一塊普通的液晶顯示(LCD)屏11和一個機械標號顯示裝置15。觸敏薄膜10是透明的，這樣使得LCD屏面和標號顯示設置透過薄膜都是可見的。按照普通方式，LCD屏面11為用戶顯示裝置20的功能輸出。LCD屏面11還與觸敏薄膜10的部分16一起以常規(guī)方式顯示由處理器23定義在觸敏薄膜10的部分16中的接觸區(qū)13’的標號18’。這種共同操作在例如美國專利號4896223中已有說明。標號顯示設置15與觸敏薄膜10的部分17一起在由處理器23在觸敏薄膜10的部分1 7中定義的接觸區(qū)13中顯示多組可選的標號18。除標號顯示設置15外，裝置20的所有部分都是在處理器23的控制下工作的，處理器23全都按常規(guī)方式執(zhí)行來自存儲器24的控制程序。處理器23和存儲器24也都包含在基本部分14中。
根據(jù)本發(fā)明，標號顯示設置15主要是顯示與觸敏薄膜10的部分17的接觸區(qū)13相對應的諸如字母一數(shù)字字符、單詞或圖標之類的標號18的機械裝置。標號顯示設置15也包括一個驅(qū)動器19，如一個杠桿/開關(guān)的組合件，通過該組合件用戶手動選擇該裝置20的一種功能或其他功能(即，或者是PDA功能，或者是電話功能)并改變當前由設置15所顯示的該組標號以便使所選的功能與裝置20定義的接觸區(qū)13相對應。驅(qū)動器19的開關(guān)部分按常規(guī)方式向已選擇一個功能的處理器23發(fā)出電信號。在響應過程中，處理器23也按常規(guī)方式驅(qū)動相應的一組電路21或22，并重新配置觸敏屏10以便與所選擇的功能相對應。驅(qū)動器19的杠桿部分機械地改變由設置15所顯示的該組標號。為了解這一操作是如何實現(xiàn)的，請參照圖2和圖3以及下面有關(guān)它們的附帶說明。
圖2和圖3表示設置15的兩種替換結(jié)構(gòu)。圖2的結(jié)構(gòu)使用一種滑動機構(gòu)，而圖3使用一種轉(zhuǎn)動機構(gòu)；兩種結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上都是與電子結(jié)構(gòu)相反的機構(gòu)結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)都使用同一機械原理。在每個結(jié)構(gòu)中，與每個不同的功能相應的該組標號是由不同物理表面(例如圖2中的201或202，和圖3中的311或312)所定義。每個顯示表面由多個表面部分(例如圖2中的203或204，和圖3中的302或303)構(gòu)成，至少其中一些表面部分是可動的。當這些表面部分彼此恰好對齊時(例如像在圖2a或2c和圖3a或3c中那樣)，它們就形成一個顯示表面。一種聯(lián)動機構(gòu)(例如圖2中205，和圖3中305和306)將驅(qū)動器19與至少某些表面部分連接起來，并將驅(qū)動器19的操作轉(zhuǎn)換成使這些表面部分中的一部分產(chǎn)生運動，因而，在驅(qū)動器19多個預定位置的每一個(例如圖2中的240和241和圖3中的340和341)，構(gòu)成一個不同的顯示表面的表面部分彼此對齊，并且面對構(gòu)成其他顯示表面的表面部分的前面(相對于薄膜10)的觸敏薄膜10。
圖2的結(jié)構(gòu)分析使用了具有二個顯示表面或薄層，即201和202的表面部分，或平板203和204。二層平板203和204是交錯放置的，并且每一薄層201/202的平板203/204稍微彼此重疊(搭接)，就像一行行房頂瓦塊。由圖2b看得最清楚。層201的平板203是固定的，而另一層202的板204通過聯(lián)動機構(gòu)205相對于層201的板203是可動的，而它們彼此之間是相對固定不動。換句話說，層202的板204是協(xié)調(diào)移動的。每一層201/202的板(片)203/204在它們的頂端表面上定義不同的一組接觸區(qū)標號。例如，層201的板203含有裝置20的PDA功能的標號，而層202的板204含有電話功能的標號當驅(qū)動器19是在第一位置240時，PDA功能被選擇，并且板203和204的相對位置如圖2a所示。在這一位置，層202的板203被層201的板203遮擋(隱藏在底下)，因此透過觸敏薄膜10只可見到板203和它上面所具有的標號。當用戶決定從PDA功能切換到電話功能時，該用戶就將驅(qū)動器19從第一位置240滑到第二位置241。驅(qū)動器19通過一個聯(lián)動機構(gòu)例如一個桿205連接到層202的板204以便使驅(qū)動器19從位置240移到241的運動如圖2b所示使板204從板203的底下滑到板203的上面。當驅(qū)動器19是在第二位置241時，電話功能被選擇，板203和204的相對位置如圖2c所示。在這一位置，層201的板203是隱在層202的板204下面，因此透過觸敏薄膜10只可見到板204和在它上面的標號。圖3的結(jié)構(gòu)使用具有一種三角形模斷面的可旋轉(zhuǎn)部件301，使得每個部件301定義三個表面部分302～304。如圖3b所示，在聯(lián)動機構(gòu)305和306的作用下，部件301繞它們的軸協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)。表面部分302，303和304至少有二組組成不同顯示表面的表面部分，并定義不同組的接觸區(qū)標號。例如，表面部分302載有裝置20的PDA功能標號，而表面部分303載有電話功能標號。當驅(qū)動器19在第一位置240時，PDA功能被選擇，并且部件301在如圖3a所示的位置。在這一位置，表面部分302被對齊以便形成一個顯示表面311。表面部分302面對著觸敏薄膜10，因此，透過觸敏薄膜10可以看見在它上面具有的該組標號，而表面部分303和304從該觀察角度看是被隱藏起來。當用戶決定從PDA功能切換到電話功能時，就將驅(qū)動器從第一位置340旋轉(zhuǎn)到第二位置341。驅(qū)動器19通過在實例中的由滑輪306和傳動帶305組成的一種聯(lián)動機構(gòu)連接到部件301，以便驅(qū)動器19從位置340移動到位置341時如圖3b所示能旋轉(zhuǎn)該部件301。當驅(qū)動器19在第二位置341時，電話功能被選中，并且部件301的表面部分304都被對齊形成一個顯示表面312。表面部分304面對著觸敏薄膜10，因此透過觸敏薄膜10可以看見它上面所包含的該組標號，而表面部分302和303如圖3c所示被隱藏起來看不到。
圖4和圖5是表示如上所述由裝置20所構(gòu)成的可提供給用戶的圖像實例。圖4是提供的電話功能的直觀圖像，而圖5表示提供給PDA功能的直觀圖像。
當然，對上述實施例的各種變換和修改對于精通此技術(shù)的人將是顯而易見的。例如，帶有標號的顯示表面的位置彼此相對固定，并由一種包含模鍛透鏡陣列(an array of stamped lenses)的可移動的顯示表面覆蓋。這些透鏡根據(jù)其相對于該表面的位置只使所選的一組標號可見?；蛘撸擄@示表面可以包括由一種可移動的透明表面(例如一片薄膜)所覆蓋的單個不透明表面，這二種表面都印有亮區(qū)和暗區(qū)圖案示記。當不透明表面和透明表面彼此相對移動時，這些亮、暗區(qū)就相互對齊并組合以便在每個性質(zhì)不同的驅(qū)動器位置顯示出不同的圖像。該觸敏薄膜也不必是物理薄膜，也可以是，例如，由本技術(shù)可知，通過光發(fā)射器和傳感器陣列來共同定義的虛膜。只要不脫離本發(fā)明的精神和范圍以及不減少它的附帶優(yōu)點是可以進行這種變換和修改。因此，其目的是使這種變換和修改包含在下面的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一個裝置包括用來實現(xiàn)多功能的電路，每個功能具有一個相應于該功能的不同的顯示圖像；多個共同定義該顯示圖像的物理顯示表面，至少某些表面是可移動的，以便使任何一個選中的圖像對用戶是可見的，而其他圖像對該用戶是不可見的；一個由用戶可操作的驅(qū)動器與所述表面連接，以便該驅(qū)動器的操作至少使某些表面產(chǎn)生移動，該驅(qū)動器具有多個位置，每個位置與在該位置的一個不同的功能相對應，在每個位置，相應于該功能的、該位置也與該功能相對應的一個圖像對用戶是可見的，而其他圖像對用戶是不可見的，并且該驅(qū)動器從一個位置轉(zhuǎn)換到另一個位置將導致在一個位置對用戶是可見的該圖像，變成不可見的，進而導致在另一個位置對用戶是可見的圖像變成可見的；以及一個連接到該電路的控制器以便使該電路選擇一個功能。
2.在權(quán)利要求1的裝置中，該控制器包括響應在任何一個位置的驅(qū)動器，以便能自動地使該電路實現(xiàn)與該位置相對應的功能的裝置。
3.在權(quán)利要求1中的裝置還包括一個為多功能定義接觸區(qū)的觸敏薄膜，其中，每個圖像包括由該觸敏薄膜為一個不同的功能所定義的接觸區(qū)標號。
4.在權(quán)利要求3的裝置中，該觸敏薄膜是透明的；以及該多個物理顯示表面是在該觸敏薄膜下面，這樣使所述的一個選擇圖像透過該觸敏薄膜對用戶是可見的，而其他圖像對用戶是不可見的。
5.權(quán)利要求1的裝置中，該多個物理顯示表面的每一個表面支持一個不同的圖像，并且該可移動的表面可以移動以使任何一個所選中的表面對用戶是可見的，而其他的表面對用戶是不可見的；以及在驅(qū)動器的每一個位置，支持與該功能相對應的、該位置也與該功能相對應的圖像的一個表面對用戶是可見的，而其他表面對用戶是不可見的，并且該驅(qū)動器從一個位置轉(zhuǎn)到另一個位置時將導致在一個位置對用戶是可見的該表面，變成不可見的，進而導致在另一位置對用戶可見的表面變成可見的。
6.如權(quán)利要求1的裝置還包括，一個為用戶顯示功能輸出的顯示屏和一個用來接收用戶輸入的該功能的透明觸敏薄膜，該觸敏薄膜至少為每一個功能定義一個驅(qū)動器，對于一個功能的至少一個驅(qū)動器(a)具有不同于另一功能的而與這一功能相對應的標號，或者(b)是與用于另一功能的至少一個驅(qū)動器不同的驅(qū)動器；其中，多個物理顯示表面構(gòu)成在觸敏薄膜下面的標號顯示設置以便透過該觸敏薄膜給用戶顯示該多功能驅(qū)動器的標號，該多個物理顯示表面共同定義這些功能驅(qū)動器的標號，可動表面可以移動使得至少任何一個選中的功能的一個驅(qū)動器的標號透過該觸敏薄膜對該裝置的用戶是可見的，而對于其他功能的驅(qū)動器的標號對用戶是不可見的。多個驅(qū)動器位置的每一個也與相對于觸敏薄膜表面的不同位置相對應，以便當驅(qū)動器在對應于所述功能的位置時，使該功能的至少一個驅(qū)動器的標號透過該觸敏薄膜對用戶是可見的，而其他功能的驅(qū)動器的標號對用戶是不可見的，以及該控制器根據(jù)驅(qū)動器的每個位置對觸敏薄膜進行配置以便定義使功能與驅(qū)動器位置相互對應的驅(qū)動器和用來使該電路實現(xiàn)與該驅(qū)動器位置相對應的功能。
7.如權(quán)利要求5和6的裝置，其中，每個物理顯示表面包括，當彼此對齊時形成該表面的多個表面部分；以及標號顯示設置進一步包括，一種聯(lián)動機構(gòu)將該驅(qū)動器與至少某些表面部分連接起來，該聯(lián)動機構(gòu)將該驅(qū)動器的操作轉(zhuǎn)換成使所述至少某些表面產(chǎn)生移動，從而在驅(qū)動器的每個位置，形成不同的表面的表面部分彼此對齊并相對于觸敏薄膜在形成其他表面的表面部分的前面面對著該觸敏薄膜。
8.如權(quán)利要求5和6的裝置，其中每個物理顯示表面包括，多個彼此相鄰并共同構(gòu)成該表面的表面部分，每個所述的表面部分在每一個其他表面的表面部分之中具有一個表面部分的對應物，并且這些表面部分對應物組成一組表面部分；以及標號顯示設置進一步包括，一個聯(lián)動機構(gòu)將至少某些表面的表面部分與驅(qū)動器連接，該聯(lián)動機構(gòu)將驅(qū)動器的操作轉(zhuǎn)換成使至少每組的某些表面部分彼此相對產(chǎn)生移動，以便在驅(qū)動器的每個位置，相對于該觸敏薄膜除每組的一個不同的表面部分都被定位在(a)所述的一組中的一個表面部分后面或者(b)定位在另一組的一個表面部分后面，因此使所述的每組不同的一個表面部分透過該觸敏薄膜是可見的，而所有的每組其他表面部分是不可見的。
9.如權(quán)利要求5或6的裝置，其中，每個物理顯示表面包括，當彼此相鄰時構(gòu)成該表面的多個表面部分；以及標號顯示設置包括，多個可轉(zhuǎn)動的部件，每一個部件包括每一個表面的多個表面部分的一個不同的表面部分，和一個聯(lián)動機構(gòu)，將該可轉(zhuǎn)動的部件與驅(qū)動器連接起來，該聯(lián)動機構(gòu)將驅(qū)動器操作轉(zhuǎn)換成使該可轉(zhuǎn)動部件的移動，這樣，在驅(qū)動器的每個位置，每個部件使該表面的一個不同的表面部分而對著該觸敏薄膜，并使其他表面的表面部分背對著該薄膜。
10.在權(quán)利要求6的裝置中，該多個物理顯示表面包括，多個物理顯示表面，每個表面支持用于一個不同功能的至少一個驅(qū)動器的標號，至少某些表面是可動的以便透過觸敏薄膜給用戶顯示任何一個選中的表面，而其他的表面對用戶是不可見的，以及驅(qū)動器包括，一個由用戶可進行手工操作的驅(qū)動器，與這些表面相連接，以使驅(qū)動器的操作轉(zhuǎn)換成使至少某些表面產(chǎn)生移動，該驅(qū)動器具有多個位置，每個位置與一個不同的功能相對應，并且多個位置的每一個相對于該觸敏薄膜也與該表面的不同定位相對應，這樣，當驅(qū)動器在與所述功能相應的位置時支持與某該功能相對應的標號的表面被定位以便透過觸敏薄膜給用戶顯示它的標號，而其他表面所支持的標號對用戶是不可見的。
全文摘要
多功能裝置使用一種顯示和輸入裝置，該裝置包括一種下面墊有手工操作的機械標號顯示設置的觸敏薄膜以便顯示相應于不同功能的不同組的接觸區(qū)標號。顯示屏固定不動用來顯示變換的接觸區(qū)標號以及輸出信息。每一組標號通過不同的物理顯示表面來定義，每一個顯示表面又是由多個可移動被對齊的表面部分構(gòu)成。聯(lián)動機構(gòu)將手動驅(qū)動器的操作轉(zhuǎn)變成該表面部分的運動，使得在驅(qū)動器的每一個預定位置上，不同的表面的表面部分彼此對齊并在其他表面的表面部分的前面面對著該觸敏薄膜。
文檔編號G06F3/041GK1131761SQ9511775
公開日1996年9月25日 申請日期1995年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月11日
發(fā)明者格里格E·布朗德 申請人:美國電報電話公司