CN103034382A - 具有电容式触摸屏的数字装置的防水壳体及其致动机构 - Google Patents

Abstract

一种致动机构，该致动机构用于致动防水壳体内的数字装置的电容式触摸屏。该致动机构包含延伸穿过壳体上形成的开口的致动轴、与轴的外端连接的按钮、与轴的内端连接的探头、以及适用于驱使探头远离触摸屏的偏置构件；这样，按动按钮来对抗偏置构件的偏置力将使探头朝向触摸屏移动并接触触摸屏。还公开了具有致动机构的防水壳体。

Description

具有电容式触摸屏的数字装置的防水壳体及其致动机构

技术领域

本发明涉及具有电容式触摸屏的数字装置的防水壳体，所述数字装置例如智能手机（例如苹果手机）、平板电脑（例如苹果平板电脑）和数码相机。本发明还涉及致动机构，其用于致动防水壳体内容纳的数字装置的电容式触摸屏。

背景技术

诸如智能手机（例如苹果手机）、平板电脑（例如苹果平板电脑）和数码相机的许多手持数字装置都是由触摸屏输入装置来操作的。一般而言，触摸屏是可识别显示区域内触碰的发生和位置的显示屏。这个词“触碰”通常指的是用户的手指或身体部分的触碰。其与屏幕上所显示的东西进行交互，而不是其他以间接方式交互的输入装置，例如键盘、鼠标或触摸板，与屏幕上所显示的东西进行交互。现如今存在许多不同类型的可用的触摸屏。诸如智能手机、平板电脑和数码相机的手持装置中最常使用的类型是电阻式触摸屏和电容式触摸屏。

电阻式触摸屏包含涂有薄传导层和金属层的玻璃板。这两层被一垫片分离开。当用户接触触摸屏时，这两层在相同位置相互触碰。此时将识别到电流的变化，并计算得到触摸屏显示器上的一组坐标。电阻式触摸屏可由手指或许多类型的物体来操作，只要其可以在触摸屏上提供针点型压缩。

另一类型的触摸屏是电容式触摸屏。电容式触摸屏包含视觉上透明的薄传导层，例如铟锡氧化物。该传导层储存电荷，并位于显示器的玻璃层之上。当用户接触触摸屏时、通常用裸露的手指接触，小量的电荷传递到用户手指或从用户手指传递出来。触摸屏上指定位置处的电荷的量减少会增加。此时将检测到这一电荷的变化，并计算得到显示器上的一组坐标。手指与电容式触摸屏通常工作良好。人体是良好的电荷转让体和电荷受让体，这是由于人体周围始终有电磁场的缘故。由具有良好电荷电导率的兼容材料组成的装置可执行该功能。但是，在电阻式触摸屏可行的铅笔或触针在电容式触摸屏上则不可行。

如前所述，这些触摸屏可用于许多手持数字装置。这些数字装置可能不是防水的，因此不可在潮湿环境或水下环境中使用。如果用户想要在上述环境下操作那些装置，则必须使用防水外壳或防水壳体来封装那些数字装置，从而避免水进入数字装置和损坏内部的电子组件、机械组件或光学组件。这些类型的防水外壳可以是软的或硬的。其通常具有允许用户将数字装置载入防水外壳内的开口。其通常具有锁紧和密封防水外壳的锁紧机构。

对软的防水外壳而言，用户可通过手指从软外壳的外部控制数字装置的一些特征，例如按钮、摇臂开关或摇杆。这一类型的软外壳还可用于具有电阻式触摸屏的装置。一些软外壳与具有电容式触摸屏的装置兼容。在某些环境和条件下，这种类型的软外壳可在人体和电容式触摸屏之间来回转移电荷。在一些情形下，例如，当含数字装置的防水外壳浸在水中至一定水深时，由于外壳内的空气不足或者外壳内的空气受水压压缩，软防水外壳的内表面与电容式触摸屏紧密接触。

除了软防水外壳以外，还存在用于手持数字装置的硬防水壳体。硬防水壳体可为数字装置对抗冲击提供更好的保护，而且与软防水外壳相比，由于硬防水壳体能在不压缩防水外壳内的空气的情况下经受一定深度的水压，其在水中可以去到更深。由于其“硬”属性，在没有任何机构的情况下仅采用用户的手指或身体部分想从壳体的外部使用壳体内的数字装置是不可能的。

因此，需要提供特别设计的致动机构来致动防水壳体内的数字装置的电容式触摸屏。

提供上述背景描述在于辅助理解防水壳体及其致动机构，并不是允许来描述或组成本申请中所公开的防水壳体及其致动机构的相关现有技术，或者也不是允许来考虑将任何引用的文本作为本申请的权利要求的可专利性的材料。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种具有电容式触摸屏的数字装置的防水壳体。该防水壳体可包含其内用于容纳数字装置的壳体主体、延伸穿过壳体主体上形成的开口的致动轴、与轴的外端连接的按钮、与轴的内端连接的探头和适用于驱使（urge）探头远离触摸屏的偏置构件；这样，按动按钮来对抗偏置构件的偏置力将使探头朝向触摸屏移动并接触触摸屏。按钮、轴和探头可由能够传导电荷的材料制成。

根据一个实施例，探头可包含由橡胶制成的、与触摸屏直接接触的探针垫。探头可包含安装在轴的内端上的套管，探针垫可安装在套管增大的自由端。

防水壳体还可包含具有第一端和第二端的适配器，所述第一端与轴的内端连接，所述第二端与探头连接；相对于轴所限定的中心轴线该探头位于偏离中心的位置。适配器可包含其内用于接收轴的内端的通孔。适配器的通孔和其内接收的轴的内端可能具有非圆形的横截面，这样该适配器可围绕轴的中心轴线旋转，且探头在触摸屏上可沿圆形路径移动，从而在触摸屏上执行“触-划（touch-swipe）”动作或“触-圈（touch-circle）”动作。

防水壳体还可包含固定在轴的内端的扣环，所述扣环用于将适配器保持在紧靠壳体主体的内表面的位置处。按钮、轴、适配器和探头可由金属制成。

在一个实施例中，偏置构件是盘绕在轴的外端周围、位于按钮和垫圈之间的螺旋弹簧，所述垫圈安装在壳体主体的外表面上形成的圆形凹槽的底座上。在壳体主体的开口处，防水壳体可进一步包含安装在轴上的、用于密封轴和开口间间隙的O-圈。

根据本发明的另一方面，提供一种致动机构，所述致动机构用于致动防水壳体内容纳的数字装置的电容式触摸屏。该致动机构可包含延伸穿过壳体上形成的开口的致动轴、与轴的外端连接的按钮、与轴的内端连接的探头、以及适用于驱使探头远离触摸屏的偏置构件；这样，按动按钮来对抗偏置构件的偏置力将使探头朝向触摸屏移动并接触触摸屏。按钮、轴和探头可由能够传导电荷的材料制成。

在一个实施例中，探头可包含由橡胶制成的、与触摸屏直接接触的探针垫。探头可包含安装在轴的内端上的套管，探针垫可安装在套管增大的自由端。

致动机构还可包含具有第一端和第二端的适配器，所述第一端与轴的内端连接，所述第二端与探头连接；相对于轴所限定的中心轴线该探头位于偏离中心的位置。适配器可包含其内用于接收轴的内端的通孔。适配器的通孔和其内接收的轴的内端可能具有非圆形的横截面，这样该适配器可围绕轴的中心轴线旋转，且探头在触摸屏上可沿圆形路径移动，从而在触摸屏上执行“触-划”动作或“触-圈”动作。

致动机构还可包含固定在轴的内端的扣环，所述扣环用于将适配器保持在紧靠壳体内表面的位置处。按钮、轴、适配器和探头可由金属制成。

在一个实施例中，偏置构件是盘绕在轴的外端周围、位于按钮和垫圈之间的螺旋弹簧，所述垫圈安装在壳体的外表面上形成的圆形凹槽的底座上。在壳体的开口处，致动机构可进一步包含安装在轴上的、用于密封轴和开口间间隙的O-圈。

虽然结合某些实施例来示出和描述了本发明所公开的防水壳体及其致动机构，但显而易见的是，本领域技术人员在阅读和理解了说明书后将想到等同替换和调整。本申请包含所有的这些等同替换和调整，且仅受限于权利要求的范围。

附图说明

现在将结合附图且通过示例来描述本申请所公开的防水壳体及其致动机构的特定实施例。其中：

图1是根据本发明实施例的防水壳体的前透视图，其中该防水壳体内用于容纳智能手机；

图2是根据本发明实施例的防水壳体的后透视图（示出致动机构），其中该防水壳体内用于容纳智能手机；

图3是位于静止位置的致动机构的示意图；

图4是当按动按钮时处于致动位置的致动机构的示意图；

图5是根据本发明第一实施例的致动机构的截面图；

图6是图5中的致动机构的分解图；

图7a是根据本发明第二实施例的致动机构的截面图；

图7b是图7a中的致动机构向下运动的示意图；

图8是图7a中的致动机构的分解图；

图9a是根据本发明第三实施例的致动机构的截面图；

图9b是图9a中的致动机构向下运动/划动运动（swiping movement）的示意图；以及

图10是图9a中的致动机构的分解图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明所公开的防水壳体及其致动机构的优选实施例，以下描述中也将提供该优选实施例的各示例。对本领域技术人员而言显而易见的是，虽然为简明起见未示出对理解防水壳体及其致动机构而言不是特别重要的一些特征，但仍详细描述本发明所公开的防水壳体及其致动机构的示范性实施例。

此外应该理解的是，本发明所公开的防水壳体及其致动机构并不受限于以下描述的精确实施例，在没有背离所附权利要求的精神或保护范围的情况下，本领域技术人员可对本发明做出各种改变和调整。例如，在这一公开和所附权利要求的范围内，不同示例性实施例的元件和/或特征可相互组合和/或相互替代。

应该注意，在这里的说明书和权利要求中自始至终存在的是，当描述一个元件与另一元件“耦合”或“连接”时，这未必表示一个元件固定到、紧固到或另外依附到另一元件上。相反，术语“耦合”或“连接”意味着一个元件与另一元件直接连接或间接连接，或者其与另一元件机械连通或电连通。

图1是根据本发明实施例的防水壳体10的前透视图，该防水壳体内用于容纳智能手机。当智能手机容纳于防水壳体10内时，智能手机的照相机的镜头位于透明玻璃8的后面。该照相机因此可在水下拍照或拍摄视频。图2是根据本发明实施例的防水壳体10的后透视图，该防水壳体内用于容纳智能手机。在这一实施例中，致动机构12设在防水壳体10的后部，且能够致动防水壳体10内的智能手机的电容式触摸屏。因此可通过致动机构12控制照相机。

如图3-10中将描述的，致动机构12、12’、12”可设置在壳体10上面向电容式触摸屏的一侧。致动机构12、12’、12”适用于致动壳体10内的电容式触摸屏。稍后将详细描述致动机构12、12’、12”。应该理解的是，可按规定尺码制作防水壳体10，并使其内成型为容纳不同形状和模型的不同数字装置（例如智能手机、平板电脑、数码相机等）。防水壳体10可由透明材料制成，以便用户可从壳体10外观察致动机构12、12’、12”的运动和观察触摸屏。

图3是静止位置的致动机构12的示意图。致动机构12可包含致动轴14、按钮16和探头18。在这一静止位置，探头18没有触碰到电容式触摸屏20。

图4是当用户手指向下/向内按动按钮16、且探头18触碰到电容式触摸屏20时处于致动位置的致动机构12的示意图。在这一致动位置，如各箭头所示，电荷E可经由按钮16、致动轴14和探头18在用户手指与电容式触摸屏20间转移。

图5和6是根据本申请第一实施例的致动机构12的示意图。致动机构12的致动轴14可延伸穿过壳体10的主体上形成的开口22并限定中心轴线X。致动轴14的直径可能比开口22的直径略小，以便致动轴14可通过该开口22平稳地移进或移出。致动轴14可具有一外端和一内端。致动轴14可能足够长，从而允许致动轴14的外端从壳体10向外延伸出去，并允许致动轴14的内端向内延伸到壳体10内。致动轴14可由金属制成、金属化材料制成或能够传导电荷的材料制成。

按钮16可与致动轴14的外端连接。按钮16可以是致动机构12的顶部部分。按钮16可能呈蘑菇形或平头形，这样用户用手指或手按压时是较舒适的。按钮16可由金属、金属化材料或能够传导电荷的材料制成。另外可使用非金属镀层的薄层。这一类型的表面精加工可产生与用户的手指或手的良好接触，从而允许数字装置的触摸屏20上的电荷转移到用户的手上或从用户的手上转移出来。

偏置构件40可用于驱使探头18远离触摸屏20。当按动按钮16来对抗偏置力时，可使探头18朝向触摸屏20移动并与触摸屏20接触。

根据所阐述的实施例，偏置构件40为盘绕在致动轴14周围、且位于按钮16和垫圈42之间的螺旋弹簧，所述垫圈安装在壳体10的外表面上形成的圆形凹槽44的底座上。偏置构件24提供一偏置力来驱使按钮16达到其最高位置，该最高位置是用户未按压按钮16时的初始位置。偏置构件40也可驱使和支承圆形凹槽44内的垫圈42。垫圈42可由金属或塑料制成。

虽然显示了螺旋弹簧，但本领域技术人员应该理解的是，可使用其他合适类型的偏置构件，例如弹簧片。

在防水壳体10的开口22处，O-环50可安装在致动轴14上，并用于密封致动轴14与开口22间的间隙。O-环50可设置在垫圈42下方，并在圆形凹槽52内安装在底座上。O-环50可由弹性材料制成，例如橡胶或合成橡胶。O-环50的内径可能比致动轴14的直径略小，从而O-环50可紧密配备（fit）在致动轴14周围。此外，圆形凹槽5的直径可能略小于O-环50的外径，这样O-环50可紧密配备在圆形凹槽52内。由于O-环50的应用，致动轴14可向外和向内移动，并同时将壳体10维持在紧密密封的状态。另外，在O-环50、圆形凹槽52与致动轴14之间可使用水封化合物，从而在润滑致动轴14以使其运动平稳和使O-环50产生的摩擦最小的同时增强水封性能。

根据图5和6中所阐述的实施例，探头18可包含套筒28形式的适配器和用于与触摸屏20直接接触的探针垫30。套筒28可安装在致动轴14的内端，探针垫30可安装在套筒28增大的自由端。套筒28可能形成有内螺纹，其用于与致动轴14的内端上形成的互补的外螺纹螺纹接合。

探针垫30可由诸如橡胶的柔软材料制成。可在橡胶内加入添加剂来增强其电荷转移性能。使用柔软材料是因为其可使触摸屏20上的可能的刮擦或损坏最小化。

图7a、7b和8是防水壳体10的致动机构12的第二实施例的示意图。根据这一实施例，致动机构12’可包含适配器28’。适配器28’可形成有通孔58’，调整过的致动轴14’的内端可通过该通孔。通孔58’的直径可能与致动轴14’的内端的直径相同，从而使致动轴14’的内端可紧密配备在通孔58’内。

适配器28’可能为具有第一端和第二端的臂的形式，所述第一端与致动轴14’的内端连接，所述第二端与探头18’连接，其中该探头设置在远离致动轴14’的中心轴线X的偏离中心的位置。探针垫30可安装在探头18’上。固位C-环或固位E-环60或其他类型的紧固件可用于将适配器28’保持在紧靠壳体10内表面的位置。

适配器28’可由金属、金属化材料或能够传导电荷的材料制成。适配器28’可能具有相对较大的平坦表面或蘑菇形状的头端，从而改善至触摸屏20的电荷转移或来自触摸屏20的电荷转移。

如图3所示，在初始状态下，当释放按钮16并由偏置构件40向上驱使按钮16时，按钮16处于其最高的位置。偏置构件40向下挤垫圈42，从而将O-环50支承在防水壳体10上形成的圆形凹槽52内。由于按钮16处于其最高位置，与轴连接的探头18也处于其最高位置。因此，探头18没有触碰到防水壳体10内数字装置的电容式触摸屏20。电容式触摸屏20上的电荷E没有变化。

当用户的手指或身体部分开始触碰到按钮16并向下按压时，用户的手指或身体部分亲密接触按钮16，且与按钮16接触的面积增加。由于按钮16是金属制的或金属化的，用户的手指或身体部分连接有电荷。

当用户的手指或身体部分持续向下按压时，按钮16与用户的手指或身体部分间的电荷电导率进一步增强。按钮16和致动轴14一起开始向下移动。支撑按钮16的偏置构件40因此受压缩。由于O-环50是安装在具有水封化合物的致动轴14上，其可防止防水壳体10、10外的水进入到防水壳体10、10内，并防止防水壳体10外的水损坏其内容纳的数字装置。致动轴14驱使的探头18开始触碰到触摸屏20。当探针垫30被进一步按压到触摸屏20上后，探针垫30开始变形，并与触摸屏20间形成更大的接触面积（如图4所示），因而增强电荷电导率。凭借按钮16较大的平坦表面或蘑菇型表面，凭借致动轴14和探头18，其开始向人体转移电荷或接收来自人体的电荷。这导致触摸屏20上电荷的变化。数字装置随后可计算得到触摸屏显示器上的一组坐标。

当释放按钮16时，偏置构件40接着向上推动按钮16。致动轴14和探头18也向上移动，进而使探头18与触摸屏20分离开，并停止与触摸屏20的交互。随后完成致动机构12的操作。

在按钮16指定的位置由于设计局限的原因而与触摸屏20的感测位置不匹配的一些情况下，随后需要将探头18安装在偏离中心的位置，所述偏离中心的位置远离致动轴14的中心轴线X。因此，需要与前述实施例相比略有调整的另一实施例。

图7a、7b和8是根据本发明另一实施例的致动机构12’的示意图。在这一实施例中，致动机构12可包含延伸臂28’形式的适配器。延伸臂28’可由金属材料或其他电荷传导材料制成。延伸臂28’的一个端可通过E-环60或其他合适的固定技术附在调整后的致动轴14’上。E-环60可用于将延伸臂28’保持在紧靠防水壳体10的内表面的位置处。在延伸臂28’的另一端可设有与之前的实施例设计类似的探头18’。

可沿延伸臂28’的侧边设置一个或多个柱状物或导引物（未显示），从而防止延伸臂28’围绕致动轴14摆动或旋转而导致的探头18在触摸屏20上错误的位置进行探测。如图7b所示，这使得探头18’仅垂直地上或下移动。按钮16、致动轴14’、延伸臂28’和探头18’形成完整的电荷传导通路。当用户按压按钮16时，探头18’与按钮16、致动轴14’和延伸臂28’一起向下移动。探头18’随后与触摸屏20相接触。这导致触摸屏20上电荷的变化。随后，数字装置能够检测到触碰的发生、并计算得到触摸屏显示器上的一组坐标。

在数字装置的触摸屏20需要“触-划”动作或“触-圈”动作、而非仅仅的“触碰”动作的一些情况下，探头18’在触碰到触摸屏20之后可能需要以划动动作的方式或圆形动作的方式移动。这就需要与前述实施例相比略有调整的其他实施例。

图9a、9b和10是根据本发明另一实施例的致动机构12”的示意图。在这一实施例中，致动轴14”的内端形成为非圆形形状，例如矩形形状。其采用相同形状的通孔58”与致动轴14”匹配。适配器28”具有的一个端与致动轴14”连接、具有的另一端与探头18”合并。类似的是，诸如E-环60或其他固定技术的扣环可用于将适配器28”保持在紧靠防水壳体10的内表面的位置处。按钮16、致动轴14”、适配器28”和探头18”形成完整的电荷传导通路。

当用户按压按钮16时，探头18”与按钮16、致动轴14”和适配器28”一起向下移动。探头18”向上移动并与触摸屏20相接触。这导致了触摸屏20上电荷的变化。数字装置随后能够检测到触碰的发生，并计算得到触摸屏显示器上的一组坐标。当用户在按压按钮16的同时转动按钮16时，致动轴14”围绕致动轴14”的中心轴线X旋转。如图9b所述，适配器28”的探头18”可围绕致动轴14”沿圆形路径移动，同时探头18”触碰到触摸屏20。随后，触摸屏20可检测到电荷沿该路径发生变化，触摸屏20可计算得到触摸屏显示器上的一组新坐标。因此，本实施例的制动机构12”可执行“触-划”动作或“触-圈”动作，从而在触摸屏20上激活某一功能。

虽然结合本申请的许多实施例示出和描述了本申请所公开的防水壳体及其致动机构，但应该注意的是，在没有背离所附权利要求的范围的情况下可做出各种其他的变化和调整。

Claims (10)

1.一种具有电容式触摸屏的数字装置的防水壳体，其特征在于，所述防水壳体包含：

（a）其内用于容纳所述数字装置的壳体主体；

（b）延伸穿过所述壳体主体上形成的开口的致动轴；

（c）与所述轴的外端连接的按钮；

（d）与所述轴的内端连接的探头；以及

（e）适用于驱使所述探头远离所述触摸屏的偏置构件；其中，按动所述按钮来对抗所述偏置构件的偏置力将使所述探头朝向所述触摸屏移动并接触所述触摸屏；其中所述按钮、轴和探头由能够传导电荷的材料制成。

2.根据权利要求1所述的防水壳体，其特征在于，所述探头包含由橡胶制成的、与所述触摸屏直接接触的探针垫；所述探头包含安装在所述轴的内端上的套管，所述探针垫安装在所述套管增大的自由端上。

3.根据权利要求1所述的防水壳体，其特征在于，所述防水壳体还包含具有第一端和第二端的适配器，所述第一端与所述轴的内端连接，所述第二端与所述探头连接；所述探头相对于轴所限定的中心轴线位于偏离中心的位置；所述适配器包含其内用于接收所述轴的内端的通孔。

4.根据权利要求3所述的防水壳体，其特征在于，所述适配器的通孔和其内接收的所述轴的内端具有非圆形的横截面，这样所述适配器围绕所述轴的中心轴线旋转，且所述探头在所述触摸屏上沿圆形路径移动，从而在所述触摸屏上执行“触-划”运动或“触-圈”运动。

5.根据权利要求3所述的防水壳体，其特征在于，所述防水壳体还包含固定在所述轴的内端的扣环，所述扣环用于将所述适配器保持在紧靠所述壳体主体的内表面的位置处。

6.根据权利要求1所述的防水壳体，其特征在于，所述偏置构件是盘绕在所述轴的外端周围、位于所述按钮和垫圈之间的螺旋弹簧，所述垫圈安装在所述壳体主体的外表面上形成的圆形凹槽的底座上。

7.根据权利要求1所述的防水壳体，其特征在于，在所述壳体主体的开口处，所述防水壳体还包含安装在所述轴上的、用于密封所述轴和开口间间隙的O-圈。

8.一种致动机构，用于致动防水壳体内容纳的数字装置的电容式触摸屏，其特征在于，所述致动机构包含：

（a）延伸穿过所述壳体上形成的开口的致动轴；

（b）与所述轴的外端连接的按钮；

（c）与所述轴的内端连接的探头；以及

（d）适用于驱使所述探头远离所述触摸屏的偏置构件；这样，按动所述按钮来对抗所述偏置构件的偏置力将使所述探头朝向所述触摸屏移动并接触所述触摸屏；其中所述按钮、轴和探头由能够传导电荷的材料制成。

9.根据权利要求8所述的致动机构，其特征在于，所述探头包含由橡胶制成的、与所述触摸屏直接接触的探针垫；所述探头包含安装在所述轴的内端上的套管，所述探针垫安装在所述套管增大的自由端上。

10.根据权利要求8所述的致动机构，其特征在于，所述致动机构还包含具有第一端和第二端的适配器，所述第一端与所述轴的内端连接，所述第二端与所述探头连接；所述探头相对于轴所限定的中心轴线位于偏离中心的位置；所述适配器包含其内用于接收所述轴的内端的通孔；所述适配器的通孔和其内接收的所述轴的内端具有非圆形的横截面，这样所述适配器围绕所述轴的中心轴线旋转，且所述探头在所述触摸屏上可沿圆形路径移动，从而在所述触摸屏上执行“触-划”运动或“触-圈”运动；所述致动机构还包含固定在所述轴的内端的扣环，所述扣环用于将所述适配器保持在紧靠所述壳体的内表面的位置处；所述按钮、轴、适配器和探头由金属制成；所述偏置构件是盘绕在所述轴的外端周围、位于所述按钮和垫圈之间的螺旋弹簧，所述垫圈安装在所述壳体的外表面上形成的圆形凹槽的底座上。

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