专利名称：控制系统输入设备和方法
技术领域：
本发明大体上涉及控制系统输入设备及其制造方法。更具体地说，本发明涉及将电子触摸开关或传感器与成形面板例如装饰板等结合在一起。
背景技术：
传统的电子控制面板通常包括一个或多个安装在具有基本上均匀厚度和/或横截面的平板上的机械或薄膜开关。一种已知类型的控制面板包括一个或多个安装在一平板上的机械开关，所述平板具有一个或多个用来容纳所述一个或多个机械开关的孔。这种控制面板普遍用在许多设备中，包括工业机器、汽车仪表板以及所有种类的消费品。另一种已知类型的控制面板包括一个或多个安装在基本上为平坦的面板上并且由薄柔性塑料透明片覆盖的薄膜开关。透明片帮助防止底下的开关和电路受潮。该透明片还可以在其上结合有装饰图案，例如开关布置模仿图案。这些控制面板通常用在训练设备(例如划船机和踏旋器)、气泵以及所有其它类型设备中。
在上述类型的控制面板中存在某些缺点。例如，机械开关面板所固有的孔为流体和污染物进入控制面板的后部提供了一条通道，从而提高了短路和对面板内的部件造成损坏的可能性。另外，机械开关自身通过是几个单独部件的组合体，它们容易受潮或者受到流体侵入。这样，机械开关面板用在恶劣环境并不理想，除非设有周围保护外壳。这些外壳成本高且难看，并且使得该开关面板不方便使用。
采用薄膜开关的开关面板通过柔性透明片为元件提供一些保护。但是，这些透明片通常不能完全阻挡水分和流体。还有，它们在正常使用和清洁中容易损坏。另外，它们尤其在用在恶劣环境中会随着老化而变脆。这些透明片会出现裂纹，从而导致不能防水。
机械开关通常是最适用于安装在平面或基板上的基本为刚性的器件。虽然在薄膜开关中的接触机构自身具有一些柔性，但是整个开关组件基本上为刚性的并且最适用于安装在平面或基板上。机械或薄膜开关都不是特别适用于除了平面之外的其它平板形状。虽然已经尝试过将这些普通开关用于成形面板例如弯曲面板上，但是这些方案通常都没有产生优美的结果。最好提供一种具有自由形态结构的开关面板，其轮廓并不限于平面。
发明概述本发明提供了一种新颖的控制系统输入设备以及通过将电子触摸开关和/或传感器(这些术语在这里是可替换使用的)与具有平面、弯曲或复杂表面的面板例如装饰和/或功能板结合来制造该设备的方法。在优选实施方案中，一个或多个触摸开关与用来接收来自这些触摸开关的控制系统输入信号的设备的功能和/或装饰面板的背面相配。相应的触摸表面形成在与这种触摸开关相对的面板的前表面上。为了促动其中一个触摸开关，用户只要在相应触摸表面附近简单地给出一刺激例如手指或手。
根据本发明的控制系统输入设备或控制面板可以几乎采用任意形式。例如，它可以具有任意数量的凸形或凹形表面，或者它可以是具有凸起部分或凹形表面即具有非均匀横断面或厚度的基本上为平面的面板，从而使得用户更容易找到具体的触摸开关。本发明非常适用于提供用于控制设备训练设备的控制面板，并且用于将控制面板结合进产品例如在快餐店、电影院灯中常见类型的自动贩卖机和饮料自动售货机的装饰板中。
根据本发明的控制面板优选装有采用了由美国专利No.5594222、No.631611和/或No.6320282所披露的技术的触摸开关或传感器，这些专利文献的全文在这里被引用作为参考。这些触摸开关可以从TouchSensor Technologies ofWheaton，Illionois中买到。根据前面参考文献的触摸开关可以构造在多种基板上。例如，这种触摸开关可以构造在柔性板上，也可以构造在刚性基板上。
附图的简要说明
图1为本发明的用于一种训练设备的用户界面的平面图；图2为根据本发明一优选实施方案的设备面板的剖视图；图3为根据本发明另一个优选实施方案的设备面板的剖视图；图4为装有根据本发明一优选实施方案的设备面板的电子开关面板的剖视图；图5为装有根据本发明另一个实施方案的设备面板的电子开关面板的剖视图；并且图6为装有根据本发明再一个优选实施方案的设备面板的电子开关面板的电子开关面板的剖视图。
优选实施方案的详细说明图1显示出实施了本发明的一种训练设备即踏旋器(未示出)的用户界面10。控制面板14是一基板，它包括多个触摸表面例如控制着这显示装置12的各种功能的显示控制触摸表面16、用于数字输入的触摸表面18、用于重新设定踏旋器的控制参数的触摸表面20、用于调节踏旋器运转表面的倾斜度的触摸表面22、用于起动该踏旋器的触摸表面24、用于调节该踏旋器的阻力的触摸表面26以及用于表示输入到该踏旋器控制系统中的数据的触摸表面28。
如在图1中所示的控制面板14大体上为平面。在其它实施方案中，控制面板14可以采取任意所要求的弯曲或倾斜形状。例如，控制面板14可以包括凸形、凹形和/或倾斜元件。
控制面板14的前表面30通常与控制面板14的轮廓一致。即，在图1的实施方案中，控制面板14大体上为平面并且其前表面30也大体上为平面。触摸表面18大体上与前表面30共面。但是，控制面板14的部分即触摸表面16、20、22、26和28从前表面30下凹。另一部分的控制面板14即触摸表面24从前表面30凸起。参照图2和3更容易看出的这些特征使得用户除了或代替视觉方法更容易通过触觉方法定位特定的触摸表面。另外，与凸起触摸表面例如触摸表面24相关的开关或传感器(在下面进行说明)更不容易受到污染物(尤其是液态污染物)的负面影响，因为即使可能的话污染物也难以郁积或沉积在凸起表面周围。
前表面30的凸起和凹入部分可以采用各种方法实现。例如，图2显示出其中控制面板14具有多种厚度的实施方案。在该实施方案中，控制面板14通常在前表面30和背面36(通常为平面)之间具有第一厚度34。控制面板14在与例如触摸表面20、22、26和28相对应的区域中具有第二较小的厚度32。控制面板14在与触摸表面24相对应的区域中还具有第三更大的厚度33。图3显示出一可选实施方案，其中控制面板14具有基本上均匀的厚度38，并且其中背面36通常与前表面30一致。其它实施方案可以采用上述技术或任意其它合适的技术的任意组合。
图4显示出连接在图2中所示的实施方案的控制面板14上的传感器面板50。传感器面板50包括形成到基板52上的触摸开关40、42、44、46和48。每个触摸开关40、42、41、46、48与控制系统、控制界面和控制逻辑电路(未示出)连接。基板52大体上为平面并且通常与控制面板14的背面36一致。在可选实施方案中，基板52可以是凸形的、凹形的和采取其它形状以便可以与背面36基本上一致。基板52相对于控制面板14设置，从而触摸开关40、42、44、46和48与相应的触摸表面20、22、24、26和28对准。在图4的实施方案中，采用适当的粘合剂将正确对准的基板52粘接在控制面板14的背面36上。在其它实施方案中，可以通过任意其它合适的方法例如机械紧固件将基板52连接在控制面板14的背面36上。但是，优选的是，该连接方法不需要对控制面板14进行打孔。
图5显示出连接在根据在图3中所示的实施方案的控制面板14上的传感器面板50。在该实施方案中，基板52大体上与靠近触摸表面20、22、26和28的部分背面36即背面36的“高点”一致。如在图4的实施方案中一样，基板相对于控制面板14设置，从而使触摸开关40、42、44、46和48与相应的触摸表面20、22、24、26和28对准。优选采用适当的粘合剂将正确对准的基板52粘接在控制面板14的背面36上。在其它实施方案中，可以通过任意其它合适的方法例如机械紧固件将基板52连接在控制面板14的背面36上。但是，优选的是，该连接方法不需要对控制面板14进行打孔。
图6显示出实施本发明的弯曲控制面板100的剖视图。控制面板100包括许多触摸表面102。采用适当的粘合剂将在基板108上包括多个触摸开关104的开关面板106粘接在控制面板100上。控制面板100通常具有第一厚度112，并且它在靠近触摸表面102的区域中具有第二较小的厚度114。或者，与一个或多个凸起触摸表面(未示出)相对于的控制面板100的一个或多个区域可以具有更大的厚度(未示出)。
在操作中，每个触摸开关例如触摸开关40在其附近产生一电场60。在电场附近施加刺激例如用户的手指(未示出)使得触摸开关40在功能上改变状态，并且向相应的控制系统、控制界面或控制逻辑电路(未示出)提供相应的输入信号。在这里所引用作为参考的前面美国专利中对该现象进行了更彻底地说明。
例如，如果用户起动其控制面板为在图1中所示地踏旋器的话，则用户可以触摸或者使他的/她的手指靠近触摸表面24。这个动作将干扰由相应触摸开关44所建立的电场。相应地，触摸开关44将向踏旋器的控制逻辑电路(未示出)提供输出信号，这反过来会引起踏旋器起动。
本发明使得电开关机构能够结合到现有的或者常规构成的功能和/或装饰面板中，而无需对该面板进行打孔，如采用普通机械和/或薄膜开关的情况一样。例如可以简单地通过将触摸表面形成在装饰面板正面上的任意所要求的位置处并且在装饰面板的背面上的相应位置处提供相关的触摸开关，从而将自动贩卖机或饮料自动售货机(未示出)地装饰前面板用作控制面板。这使得能够提供一种新颖而优美的方案，以所有类型的设备提供美观而符合人体工程学的输入装置。
因此已经对本发明的某些优选实施方案进行了说明。但是这些实施方案不应该被认为是对本发明进行限制，其范围应该由本发明要求保护范围进行限定。
权利要求
1.一种控制系统界面，它包括面板，其至少一部分具有基本上连续的前表面和基本上连续的背面；与所述面板的所述背面相关的第一触摸开关；与所述面板的所述前表面相关的第一触摸表面，所述第一触摸表面对应于所述第一触摸开关；其中所述第一触摸开关对在所述第一触摸表面附近出现的激励作出响应。
2.如权利要求1所述的控制系统界面，其特征在于，所述面板基本上是刚性的。
3.如权利要求1所述的控制系统界面，其特征在于，所述面板具有基本上不均匀的厚度。
4.如权利要求1所述的控制系统界面，其特征在于，所述面板具有基本上均匀的厚度。
5.如权利要求1所述的控制系统界面，其特征在于，所述面板的至少一部分具有非平面表面。
6.如权利要求1所述的控制系统界面，其特征在于，所述第一触摸开关安装在一基板上。
7.如权利要求6所述的控制系统界面，其特征在于，所述基板是刚性的。
8.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述基板是柔性的。
9.如权利要求6所述的控制系统界面，其特征在于，所述基板与所述面板成一体。
10.如权利要求6所述的控制系统界面，其特征在于，所述基板粘接在所述面板上。
11.如权利要求1所述的控制系统界面，其特征在于，所述面板包括至少一部分由所述第一触摸开关控制的设备。
12.一种向设备的控制系统提供控制输入信号的方法，该方法包括以下步骤在所述设备的面板的前表面上形成触摸表面；并且将一触摸开关连接在所述设备的相应背面上。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括在所述触摸开关和所述控制系统之间设置控制系统界面的步骤。
全文摘要
一种控制系统界面，它将电子开关或感应机构与现有的或常规构成的功能或装饰设备面板结合在一起。该电子开关或感应机构位于设备面板的背面上，并且相应的触摸表面形成在设备面板的前表面上。该电子开关或感测机构对在触摸表面附近的刺激作出相应，并且在它感测到这种刺激时向控制系统提供控制信号。
文档编号H03K17/96GK1593007SQ02811037
公开日2005年3月9日 申请日期2002年5月6日 优先权日2001年5月7日
发明者戴维·W·考德维尔 申请人:触摸传感器技术有限责任公司