专利名称：具有机械可选标号显示的触敏屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种被用作具有多种不同功能的装置的用户界面的显示和输入装置。
迄今诸如无线电话、便携式计算机之类的普通电子装置已被制作成分立的、独立专用装置。但随着当前技术的发展，在单个装置中包括多种功能的组合装置现在获得实际应用，将蜂窝电话和笔记本式计算机的功能合并在单个便携式装置中的AT&T/EO个人数字助手(PDA)就是它的一个实例。
随着电子装置在功能性方面的扩展，它们的体积却在缩小，需要操作这些装置的普通按钮或按键的数目增加，而在该装置中可用来安装这些按钮或按键的面积却在缩小。因此，按钮和按键在尺寸方面的缩小以适合可用的安装面积。但这些装置的用户手指的尺寸仍旧一样，由于这一最终结果，按键和按钮变得太小而不能有效地使用。
对这个问题已有一些解决办法。一种办法如在许多PDA(个人数字助手)中已经使用的那样使用笔输入代替键盘输入。另一种方法就是垫上一层具有显示触敏薄膜的接触区域的标号的显示屏的触敏薄膜以形成一个触敏屏。该触敏区是由该触敏薄膜所定义的驱动器，在任何时候，该触敏薄膜的接触区在程序控制下重新组合以便只与这时所要求的特定的控制和输入功能相对应，而且由显示屏所显示的标号同时也相应地改变。因此，在任何一个时间只有整组驱动器的子集提供给用户。这后一种方法的实例在美国专利号4896223中已作了说明。
但是，上述两种方法都有严重缺点。一方面，很难获得相同级别的控制精度，因而用笔如同用键盘一样也很难控制输入精度。这就是迄今基于笔的PDA市场中还较难接受的主要原因。另一方面，附有触感薄膜的显示屏十分昂贵，因为该显示屏通常必须是与该触敏薄膜一样大，并且，显示屏常常是比相同大小的触敏薄膜在价格上贵一个数量级。
本发明就是针对着解决这些和其他问题以及现有技术的缺点。根据本发明的说明，一种显示和输入装置提供了在显示屏下面附有触敏薄膜的功能，但以成本较低的合算方法放置触敏膜，从而部分或全部替换在现有技术中使用机械加垫显示屏的配置来对显示屏进行加垫。显示屏最好被保留以显示那些必须是动态地、自动地变化的接触区标号，并给用户提供输出信息。但这些功能通常要求相对于整个触敏薄膜区的尺寸较小的显示屏。该机械显示配置可以做得简单，因而在价格方面可能比同类尺寸的显示屏低得多。而机械显示配置可能不像利用可显示的不同图像数目的显示屏有那么多用途，但该机械显示配置依靠并利用这样的事实，即显示和输入装置的许多应用只需要有限的、小数目的固定组标号，因而不要求完全多功能的显示屏。
一般说来，根据本发明，一个多功能装置包括用来实现多功能的电路，每个功能具有与该功能相对应的不同显示图像；一种共同定义该显示图像的多个物理显示表面，至少有些表面是可动的以便使任何一个选择的图像对该装置的用户是可见的，而其它的图像对该用户是不透明的；一种可由用户操作的驱动器与这些表面联结以便使该驱动器的操作导致至少一些表面运动，该驱动器具有多个位置，每个位置与一个不同的功能相对应，在每个位置，与该功能相对应的、并且该位置也与该功能相对应的一个图像对用户是可见的，而其它的图像对用户则是不透明的，并且，该驱动器从一个位置转换到另一个位置时将导致在这一位置对用户是可见的图像变得不可见，进而导致在其它位置对用户是可见的图像，变成对用户是可见的；以及一个控制器，该控制器与该电路相连以便使该电路选择一个功能。
举例说明，一种多功能装置包括用来实现多功能的电路，每个功能具有与之相对应的不同的显示图像；多个物理显示表面，每个表面支持一个不同的图像，至少一些表面是可动的以便使任何一个选择表面对该装置的用户是可见的，而其它的表面对该用户是不可见的；一个可由用户操作的驱动器，与这些表面相连以便使该驱动器的操作导致至少一些表面运动，该驱动器具有多个位置，每个位置与一个不同的功能相对应，在每一个位置，一个支持与这个功能相对应的、并且该位置也与这个功能相对应的图像的表面对用户是可见的，而其他的表面对用户是不可见的，并且该驱动器从一个位置转换到另一个位置将导致在一个位置对用户是可见的表面变成对用户是不可见的，进而导致在其它位置对用户是可见的表面变成对用户是可见的；以及一个与该电路相连使该电路实现一个所选功能的控制器。
虽然该多功能装置是一种电气的或电子装置，但它仍然使用机械图象显示结构，通过由用户操作的驱动器进行控制来提供它的电气或电子功能以便获得由该机械配置提供的各种优点。这些优点不仅限于较低成本，而且包括无电能消耗、可靠性、耐久性以及在明亮光线中的能见度等。
最好，该控制器包括一个象电子开关这样的结构，它是驱动器的一部分，通过自动使该电路实现与一个位置相对应的功能来响应在这个位置的驱动器。因此该装置所显示的图象和所选择的功能通过用户对驱动器的操作自动同步。
该多功能装置最好还包括为多元功能定义接触区(例如驱动器)的触敏薄膜，并且每个图像包括由该触敏薄膜为一个不同的功能所定义的接触区的标号。因而该多能装置，例如一种组合的PDA和无线电话，将得益于具有上述特性的显示和输入装置。
本发明的这些以及其它的优点和特征将从本发明下面一个解释性的实施例的说明和附图中更清楚地了解。
图1是一个包含本发明的一个实例的多功能装置的方块图表示法的部件分解图；图2a～c是图1的装置的标号显示配置的第一实施例的结构图；图3a～c是图1的装置的标号显示配置的第二实施例的结构图；图4是一个当该装置作电话用时由图1的装置提供的一种图像的例子；图5是一个当该装置作PDA用时由图1的装置提供的一种图像的例子。
图1表示一个多功能装置20的方块图表示的分解视图。多功能设备20例如是常规的个人数字助手(PDA)，如个人计算机和电子笔记本功能等和无线电话的组合。因此，装置20包括一个包含常规PDA电路21和常规无线电话电路22的基本部分14。安装在基本部分14上的是一个显示和输入装置30，它是作为用户到装置20的输入和输出(I/O)的接口，并根据本发明的原理构成。装置30是一个触敏屏。它是将输出部分12垫在输入部分下面构成的。输入部分10是一块普通的触敏薄膜。输入部分12包括一块普通的液晶显示(LCD)屏11和一个机械标号显示装置15。触敏薄膜10是透明的，这样使得LCD屏面和标号显示设置透过薄膜都是可见的。按照普通方式，LCD屏面11为用户显示装置20的功能输出。LCD屏面11还与触敏薄膜10的部分16一起以常规方式显示由处理器23定义在触敏薄膜10的部分16中的接触区13’的标号18’。这种共同操作在例如美国专利号4896223中已有说明。标号显示设置15与触敏薄膜10的部分17一起在由处理器23在触敏薄膜10的部分1 7中定义的接触区13中显示多组可选的标号18。除标号显示设置15外，装置20的所有部分都是在处理器23的控制下工作的，处理器23全都按常规方式执行来自存储器24的控制程序。处理器23和存储器24也都包含在基本部分14中。
根据本发明，标号显示设置15主要是显示与触敏薄膜10的部分17的接触区13相对应的诸如字母一数字字符、单词或图标之类的标号18的机械装置。标号显示设置15也包括一个驱动器19，如一个杠杆/开关的组合件，通过该组合件用户手动选择该装置20的一种功能或其他功能(即，或者是PDA功能，或者是电话功能)并改变当前由设置15所显示的该组标号以便使所选的功能与装置20定义的接触区13相对应。驱动器19的开关部分按常规方式向已选择一个功能的处理器23发出电信号。在响应过程中，处理器23也按常规方式驱动相应的一组电路21或22，并重新配置触敏屏10以便与所选择的功能相对应。驱动器19的杠杆部分机械地改变由设置15所显示的该组标号。为了解这一操作是如何实现的，请参照图2和图3以及下面有关它们的附带说明。
图2和图3表示设置15的两种替换结构。图2的结构使用一种滑动机构，而图3使用一种转动机构；两种结构在本质上都是与电子结构相反的机构结构。两种结构都使用同一机械原理。在每个结构中，与每个不同的功能相应的该组标号是由不同物理表面(例如图2中的201或202，和图3中的311或312)所定义。每个显示表面由多个表面部分(例如图2中的203或204，和图3中的302或303)构成，至少其中一些表面部分是可动的。当这些表面部分彼此恰好对齐时(例如像在图2a或2c和图3a或3c中那样)，它们就形成一个显示表面。一种联动机构(例如图2中205，和图3中305和306)将驱动器19与至少某些表面部分连接起来，并将驱动器19的操作转换成使这些表面部分中的一部分产生运动，因而，在驱动器19多个预定位置的每一个(例如图2中的240和241和图3中的340和341)，构成一个不同的显示表面的表面部分彼此对齐，并且面对构成其他显示表面的表面部分的前面(相对于薄膜10)的触敏薄膜10。
图2的结构分析使用了具有二个显示表面或薄层，即201和202的表面部分，或平板203和204。二层平板203和204是交错放置的，并且每一薄层201/202的平板203/204稍微彼此重叠(搭接)，就像一行行房顶瓦块。由图2b看得最清楚。层201的平板203是固定的，而另一层202的板204通过联动机构205相对于层201的板203是可动的，而它们彼此之间是相对固定不动。换句话说，层202的板204是协调移动的。每一层201/202的板(片)203/204在它们的顶端表面上定义不同的一组接触区标号。例如，层201的板203含有装置20的PDA功能的标号，而层202的板204含有电话功能的标号当驱动器19是在第一位置240时，PDA功能被选择，并且板203和204的相对位置如图2a所示。在这一位置，层202的板203被层201的板203遮挡(隐藏在底下)，因此透过触敏薄膜10只可见到板203和它上面所具有的标号。当用户决定从PDA功能切换到电话功能时，该用户就将驱动器19从第一位置240滑到第二位置241。驱动器19通过一个联动机构例如一个杆205连接到层202的板204以便使驱动器19从位置240移到241的运动如图2b所示使板204从板203的底下滑到板203的上面。当驱动器19是在第二位置241时，电话功能被选择，板203和204的相对位置如图2c所示。在这一位置，层201的板203是隐在层202的板204下面，因此透过触敏薄膜10只可见到板204和在它上面的标号。图3的结构使用具有一种三角形模断面的可旋转部件301，使得每个部件301定义三个表面部分302～304。如图3b所示，在联动机构305和306的作用下，部件301绕它们的轴协调旋转。表面部分302，303和304至少有二组组成不同显示表面的表面部分，并定义不同组的接触区标号。例如，表面部分302载有装置20的PDA功能标号，而表面部分303载有电话功能标号。当驱动器19在第一位置240时，PDA功能被选择，并且部件301在如图3a所示的位置。在这一位置，表面部分302被对齐以便形成一个显示表面311。表面部分302面对着触敏薄膜10，因此，透过触敏薄膜10可以看见在它上面具有的该组标号，而表面部分303和304从该观察角度看是被隐藏起来。当用户决定从PDA功能切换到电话功能时，就将驱动器从第一位置340旋转到第二位置341。驱动器19通过在实例中的由滑轮306和传动带305组成的一种联动机构连接到部件301，以便驱动器19从位置340移动到位置341时如图3b所示能旋转该部件301。当驱动器19在第二位置341时，电话功能被选中，并且部件301的表面部分304都被对齐形成一个显示表面312。表面部分304面对着触敏薄膜10，因此透过触敏薄膜10可以看见它上面所包含的该组标号，而表面部分302和303如图3c所示被隐藏起来看不到。
图4和图5是表示如上所述由装置20所构成的可提供给用户的图像实例。图4是提供的电话功能的直观图像，而图5表示提供给PDA功能的直观图像。
当然，对上述实施例的各种变换和修改对于精通此技术的人将是显而易见的。例如，带有标号的显示表面的位置彼此相对固定，并由一种包含模锻透镜阵列(an array of stamped lenses)的可移动的显示表面覆盖。这些透镜根据其相对于该表面的位置只使所选的一组标号可见。或者，该显示表面可以包括由一种可移动的透明表面(例如一片薄膜)所覆盖的单个不透明表面，这二种表面都印有亮区和暗区图案示记。当不透明表面和透明表面彼此相对移动时，这些亮、暗区就相互对齐并组合以便在每个性质不同的驱动器位置显示出不同的图像。该触敏薄膜也不必是物理薄膜，也可以是，例如，由本技术可知，通过光发射器和传感器阵列来共同定义的虚膜。只要不脱离本发明的精神和范围以及不减少它的附带优点是可以进行这种变换和修改。因此，其目的是使这种变换和修改包含在下面的权利要求书中。
权利要求
1.一个装置包括用来实现多功能的电路，每个功能具有一个相应于该功能的不同的显示图像；多个共同定义该显示图像的物理显示表面，至少某些表面是可移动的，以便使任何一个选中的图像对用户是可见的，而其他图像对该用户是不可见的；一个由用户可操作的驱动器与所述表面连接，以便该驱动器的操作至少使某些表面产生移动，该驱动器具有多个位置，每个位置与在该位置的一个不同的功能相对应，在每个位置，相应于该功能的、该位置也与该功能相对应的一个图像对用户是可见的，而其他图像对用户是不可见的，并且该驱动器从一个位置转换到另一个位置将导致在一个位置对用户是可见的该图像，变成不可见的，进而导致在另一个位置对用户是可见的图像变成可见的；以及一个连接到该电路的控制器以便使该电路选择一个功能。
2.在权利要求1的装置中，该控制器包括响应在任何一个位置的驱动器，以便能自动地使该电路实现与该位置相对应的功能的装置。
3.在权利要求1中的装置还包括一个为多功能定义接触区的触敏薄膜，其中，每个图像包括由该触敏薄膜为一个不同的功能所定义的接触区标号。
4.在权利要求3的装置中，该触敏薄膜是透明的；以及该多个物理显示表面是在该触敏薄膜下面，这样使所述的一个选择图像透过该触敏薄膜对用户是可见的，而其他图像对用户是不可见的。
5.权利要求1的装置中，该多个物理显示表面的每一个表面支持一个不同的图像，并且该可移动的表面可以移动以使任何一个所选中的表面对用户是可见的，而其他的表面对用户是不可见的；以及在驱动器的每一个位置，支持与该功能相对应的、该位置也与该功能相对应的图像的一个表面对用户是可见的，而其他表面对用户是不可见的，并且该驱动器从一个位置转到另一个位置时将导致在一个位置对用户是可见的该表面，变成不可见的，进而导致在另一位置对用户可见的表面变成可见的。
6.如权利要求1的装置还包括，一个为用户显示功能输出的显示屏和一个用来接收用户输入的该功能的透明触敏薄膜，该触敏薄膜至少为每一个功能定义一个驱动器，对于一个功能的至少一个驱动器(a)具有不同于另一功能的而与这一功能相对应的标号，或者(b)是与用于另一功能的至少一个驱动器不同的驱动器；其中，多个物理显示表面构成在触敏薄膜下面的标号显示设置以便透过该触敏薄膜给用户显示该多功能驱动器的标号，该多个物理显示表面共同定义这些功能驱动器的标号，可动表面可以移动使得至少任何一个选中的功能的一个驱动器的标号透过该触敏薄膜对该装置的用户是可见的，而对于其他功能的驱动器的标号对用户是不可见的。多个驱动器位置的每一个也与相对于触敏薄膜表面的不同位置相对应，以便当驱动器在对应于所述功能的位置时，使该功能的至少一个驱动器的标号透过该触敏薄膜对用户是可见的，而其他功能的驱动器的标号对用户是不可见的，以及该控制器根据驱动器的每个位置对触敏薄膜进行配置以便定义使功能与驱动器位置相互对应的驱动器和用来使该电路实现与该驱动器位置相对应的功能。
7.如权利要求5和6的装置，其中，每个物理显示表面包括，当彼此对齐时形成该表面的多个表面部分；以及标号显示设置进一步包括，一种联动机构将该驱动器与至少某些表面部分连接起来，该联动机构将该驱动器的操作转换成使所述至少某些表面产生移动，从而在驱动器的每个位置，形成不同的表面的表面部分彼此对齐并相对于触敏薄膜在形成其他表面的表面部分的前面面对着该触敏薄膜。
8.如权利要求5和6的装置，其中每个物理显示表面包括，多个彼此相邻并共同构成该表面的表面部分，每个所述的表面部分在每一个其他表面的表面部分之中具有一个表面部分的对应物，并且这些表面部分对应物组成一组表面部分；以及标号显示设置进一步包括，一个联动机构将至少某些表面的表面部分与驱动器连接，该联动机构将驱动器的操作转换成使至少每组的某些表面部分彼此相对产生移动，以便在驱动器的每个位置，相对于该触敏薄膜除每组的一个不同的表面部分都被定位在(a)所述的一组中的一个表面部分后面或者(b)定位在另一组的一个表面部分后面，因此使所述的每组不同的一个表面部分透过该触敏薄膜是可见的，而所有的每组其他表面部分是不可见的。
9.如权利要求5或6的装置，其中，每个物理显示表面包括，当彼此相邻时构成该表面的多个表面部分；以及标号显示设置包括，多个可转动的部件，每一个部件包括每一个表面的多个表面部分的一个不同的表面部分，和一个联动机构，将该可转动的部件与驱动器连接起来，该联动机构将驱动器操作转换成使该可转动部件的移动，这样，在驱动器的每个位置，每个部件使该表面的一个不同的表面部分而对着该触敏薄膜，并使其他表面的表面部分背对着该薄膜。
10.在权利要求6的装置中，该多个物理显示表面包括，多个物理显示表面，每个表面支持用于一个不同功能的至少一个驱动器的标号，至少某些表面是可动的以便透过触敏薄膜给用户显示任何一个选中的表面，而其他的表面对用户是不可见的，以及驱动器包括，一个由用户可进行手工操作的驱动器，与这些表面相连接，以使驱动器的操作转换成使至少某些表面产生移动，该驱动器具有多个位置，每个位置与一个不同的功能相对应，并且多个位置的每一个相对于该触敏薄膜也与该表面的不同定位相对应，这样，当驱动器在与所述功能相应的位置时支持与某该功能相对应的标号的表面被定位以便透过触敏薄膜给用户显示它的标号，而其他表面所支持的标号对用户是不可见的。
全文摘要
多功能装置使用一种显示和输入装置，该装置包括一种下面垫有手工操作的机械标号显示设置的触敏薄膜以便显示相应于不同功能的不同组的接触区标号。显示屏固定不动用来显示变换的接触区标号以及输出信息。每一组标号通过不同的物理显示表面来定义，每一个显示表面又是由多个可移动被对齐的表面部分构成。联动机构将手动驱动器的操作转变成该表面部分的运动，使得在驱动器的每一个预定位置上，不同的表面的表面部分彼此对齐并在其他表面的表面部分的前面面对着该触敏薄膜。
文档编号G06F3/041GK1131761SQ9511775
公开日1996年9月25日 申请日期1995年10月9日 优先权日1994年10月11日
发明者格里格E·布朗德 申请人:美国电报电话公司