本发明克服了上述局限性，提供了一种智能搁板系统，该智能 搁板系统通过将接触式传感器技术集成到动力操作搁板系统设计中 而可以有效地利用空间。根据本发明的搁板系统可以包括动力操作搁 板调节并可以包含溢出检测、自适应及智能操作者/设备接口和其它 特征，如下面进一步描述并要求保护的。
尽管根据本发明可以使用许多种类型的开关器件来作为控制输 入，但本发明的优选实施例使用接触输入器件，其响应于用户的接触 或接近来作为控制输入。这种接触输入器件可以包括例如电容式开 关、红外线接触式传感器和场效应传感器。接触输入器件可以使与机 械开关有关的许多问题最小化，并且通常是更可靠的、更符合人体工 程学和更美观。而且，单个的接触输入器件可以更容易地被配置成选 择性地控制几种不同的功能。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施例，其包括带有接触式传感器控制 的可调节搁板和自适应及智能接口的电冰箱。
图2A示出了本发明的一个实施例，其包括带有用于普通应用的 接触式传感器输入的可调节搁板。
图2B示出了本发明的一个实施例，其包括带有自适应及智能输 入和输出接口的可调节搁板，其中接口包括包含在搁板内的接触式传 感器和溢出传感器。
图3A-C示出了包括接触式传感器结构的图2B所示的搁板的各 个方面。
图4示出了图2B和3A-3C所示的搁板以及其溢出传感器元件的 另一试图。
图5示出了本发明的一个实施例，其包括功能工作表面和储存搁 板。
图6示出了本发明的一个实施例，其包括带有接触开关控制的搁 板的葡萄酒贮存和冷藏系统。
图7示出了本发明的一个实施例，其包括带有接触开关控制的不 可接近的搁板和外部控制接口的显示搁板系统。
图8示出了本发明的一个实施例，其包括带有接触开关控制的搁 板的消费品显示和储存搁板系统。

尽管为了说明的目的附图中通常描述的是电容式和电场式接触 开关，但本领域中的技术人员可以看到本发明的原理适用于任何一种 方式的接触开关器件，这些接触开关期间包括，但并不限于电容式接 触开关、红外线接触开关、电场式接触开关、声接触开关和电磁接触 开关。具体的例子包括在发明人都是David W.Caldwell的美国专利 No.5,594,222、No.5,856,646、No.6,310,611和No.6,320,282中所描 述的接触开关。因此上述美国专利公开的内容都作为参考包含在本文 中。名称为Molded/Integrated Touch Switch/Control Panel Assembly and Method for Making Same的序列号为No.10/272,219的美国专利申请、 名称为Touch Switch with Integrated Control Circuit的序列号为No. 10/272,377的美国专利申请、名称为Touch Sensor with Integrated Decoration的序列号为No.10/272,047的美国专利申请，和名称为 Integrated Touch Sensor and Light Apparatus的序列号为No. 10/271,438的美国专利申请中所公开的内容也都作为参考包含在本 文中，上述申请都是在2002年10月15日提交的，发明人都是David W.Caldwell。
本发明优选的实施例利用接触式传感器作为控制输入器件。接触 式传感器是固态器件，其响应于用户的接触或接近。接触式传感器通 常包括安装在基底上的电极和电子元件。这种基底可能具有一个用户 可接近的操作接触表面。优选地，这个接触表面是在基底的与承载有 接触式传感器的电极和电子元件的表面相对的表面上。在替换的实施 例中，操作接触表面可以在另一个基底上，该另一个基底连接到或与 承载有接触式传感器元件的基底相关联。在上述任何一个实施例中， 都提供一个信号给电极，这样在操作接触表面周围产生一个电场。当 由于用户的接触或接近而破坏了该电场时，接触式传感器电路就会产 生一个控制信号，该控制信号可以用来控制灯、电机或其它终端设备 的操作。
接触式传感器克服了机械开关固有的许多不足。例如，因为接触 式传感器的操作接触表面可以是无穿孔的平面基底，所以该接触式传 感器更不容易受到由于液体和其他外界物质所造成的损害的影响。因 为接触式传感器没有移动部分，所以它更不容易用坏。因为接触式传 感器和它的基底可以基本上是(但不需要一定是)平的，所以由于机 械开关较大的外形而造成的问题就可以避免了，这样，相对较大外形 的机械开关对搁板系统和类似部件的设计所带来的设计局限性就能 被消除了。
与机械开关有关的许多问题，包括污染和空间因素的影响问题， 在搁板环境中是特别麻烦的，在搁板环境中，存在相对较大程度的湿 气和污染物，并且最好将空间保存起来。例如在电冰箱中就会存在这 种情况，在电冰箱中，湿气可能凝结在表面上，并很可能溢出，食物 颗粒可能沉积到表面上，实现最大的搁板空间是一个设计目标，而整 个搁板系统的尺寸受到了限制。
在电冰箱中使用动力操作的搁板是很有利的，因为电冰箱的搁板 可能承载众多的、尺寸各不相同的，并且经常是很笨重的物品。因此 搁板调节有时是必须的，但是在不移走所有或大部分搁板上所放置的 物品的情况下，很难实现手动调节。使用接触开关控制的动力操作搁 板是特别有利的，因为接触开关组件具有很小的外形，并且如上面所 讨论的，接触开关组件可以防止由与在该应用中不使用接触开关组件 时将要使用的机械开关有关的湿气和污染物所引起的故障。由于污染 物而造成的机械开关潜在的故障在该应用中被加重了，因为电冰箱搁 板经常要放置可能会在冷冻时向搁板上滴落的物品，或者包含有可能 要溢出到搁板上的液体的物品。通过使用具有无穿孔的接触表面基底 的接触式传感器可以防止这种故障，这种无穿孔的接触表面基底可以 防止液体到达接触式传感器的电子元件。
图1-4示出了本发明的一个实施例，其包括具有由接触式传感器 所控制的动力操作搁板的电冰箱。图1示出了电冰箱100，其包括安 装在可移动支架40上的三个动力操作搁板10、11和12，这三个搁 板依次连接到适合的驱动机构(未示出)上。可以使用任意适合类型 的动力或驱动机构，如，电的、液压的或气动的。该驱动机构可以传 送支架40，并随意地依次传送搁板10、11和12垂直向上或向下， 还可以将搁板10、11和12支撑在一静止位置。
根据本发明，搁板可以根据特定应用的需要以任意数量的结构 进行可移动地安装。所期望的搁板负载和尺寸及成本考虑，以及电冰 箱100自身的结构规定了哪一安装结构或驱动机械是最有利的。根据 本发明的搁板系统除了一个或多个动力操作搁板外还可以包括传统 的固定或手动可调节搁板，如图1中所示。
在图示的实施例中，搁板10、11、12每个都包括两个“硬键(hard key)”30。在其它的实施例中，可以使用更多或更少的硬键。优选地， 每个硬键30都包括操作接触表面，该表面可以通过用户的接触以启 动位于下面的接触式传感器。在被用户的输入触发后，位于硬键30 下面的接触式传感器产生一控制信号，该控制信号以预定的方式控制 特定的装置。例如，硬键30可以用来将一个灯打开和关闭。可选择 地，第一硬键30可以用来使搁板升高，而另一个硬键可以用来使升 高的搁板降下。
在图示的实施例中，搁板11还包括“软键(soft key)”31，每 个软键也都包括具有位于下面的接触式传感器的操作接触表面。与硬 键30不同的是，软键31不一定以预定的方式控制特定的装置。作为 代替，软键31可以用来执行各种控制功能，例如，由输入/输出显示 器233上所提示的信息所识别的功能。显示器233可以显示任意与可 以应用到特定系统上的功能相对应的信息提示。想要执行与显示器 233上显示的信息相对应的功能的用户可以仅通过接触适当的软键 31来执行同样的功能。
例如，软键31可以作为确认键，该确认键可以用来在可能需要 确认先前选择的输入时执行与信息提示相对应的功能。例如，如果用 户试图调节搁板超出其预定的限制，如相对另一隔板超过最大高度或 小于最小间距，则一安全机构可能会中断执行该输入。在这些情况下， 输入/输出显示器233可能会提示“继续升高此搁板”或仅提示“继 续”。用户应该接触软键31以继续升高该搁板。这样，软键可重新配 置，并可以控制依赖于系统状态和输入/输出显示器233的对应提示 的功能。
图2A中，搁板13包括框架22和负载表面20。负载表面20可 以由玻璃、塑料或其它任意一种适合用于具体应用的材料制成。搁板 13也包括具有硬键30、33和34的控制板21。典型地，框架22和负 载表面20被制成单独部件，然后将它们机械地连接在一起，或利用 粘合剂将它们连接在一起。可选择地，框架22也可以利用或不利用 粘合剂模制到或形成在负载表面20上。此外，控制板21可以是框架 22或负载表面20的集成部分，或者可以是单独的子配件。在任意一 种情况下，根据美国临时专利申请序列号No.60/341,550所公开的内 容，位于硬键30、33和34下面的接触式传感器可以集成到控制板 21中，上述美国专利申请提出了将接触式传感器和接触开关组件集 成到其它部件，例如电冰箱的搁板、电冰箱门或其它电冰箱部件。接 触式传感器也可以用传统的方式应用到控制板21中。
输入至图2A的硬键的用户输入可以触发搁板13的垂直移动或 引起其它的一些反应。例如，输入至硬键33的用户输入可以触发搁 板13的向上移动，而输入至硬键34的用户输入可以触发搁板13的 向下移动。输入至硬键30的用户输入可以触发有利于特定应用的其 它任意的反应。例如，如上面提到的，输入至硬键30的用户输入可 以触发灯，例如发光管，该发光管可以照亮搁板13的负载表面20， 以便于搁板13上物品的放置。在一个实施例中，负载表面20本身可 以是一个发光管或其它照明装置。输入至硬键30的用户输入还可以 触发锁定/解锁响应，该锁定/解锁响应可以允许或禁止搁板13的移 动，直到用户接触了硬键30为止。这样可以防止由例如用户或储存 在搁板13上的物品触发位于硬键33和34下面的接触式传感器所导 致的不希望的搁板移动。图3A中，锁定键35起到锁定功能，其允 许硬键30起到其它的一些功能，如将灯打开或关闭。
图2B和3A-3C更详细地示出了图1的搁板11。图2B中，所示 出的搁板11包括布置在基板132上的线束234，其可以将电能提供 给输入/输出显示器233的显示板133，并可以将信号传送至位于硬键 和软键30和31下面的接触式传感器以及传送来自这些接触式传感器 的信号。在接触式传感器不包括接近它们的电极的集成控制电路的应 用中，线束234也可以传送由显示板133的接触式传感器输出的响应。 线束234可以直接模制到框架22内。线束234也可以通过沿着负载 表面20的边缘提供导体(未示出)来形成。可以利用各种不同的方 法提供导体，如基于银或铜的玻璃料或环氧树脂的丝网印刷法、电镀 法或通过其它任意一种适合的方法。一旦将导体提供到负载表面20 的边缘，就可以构成搁板11，使得框架22保护导体不受电冰箱的环 境的影响。在搁板是由电池提供电能的情况下，可以完全取消线束 234，而且接触开关控制的装置可以经由射频收发机系统接收接触式 传感器的输入。与搁板的接触式传感器有关的无线电发射机也可以转 发重要的系统信息，如关于系统中搁板的相对位置的信息。
其它种类的信息、状态或输出装置也可以安装在根据本发明的 搁板的控制板21上，也可以与接触开关组件的操作有关地进行使用。 例如，安装在操作接触表面的旁边或下面的灯可以指示操作接触表面 的存在或告知用户，输入已经登记在接触式传感器所连接的电路内 了。灯可以是LED(发光二极管)、OLED、LEP、发光管、场致发光 背光、标准白炽灯泡或其它任意一种适合的照明装置，并且例如可以 根据美国临时专利申请序列号No.60/341,551所公开的内容构成。输 入/输出显示器233也可以配置成用以将装置信息提供给用户，或者 仅简单地作为信息，如温度或湿度等级，或者作为请求响应的信息提 示的一部分。
输入/输出显示器233及其子部件的一个实施例详细地示出在图 3A-B中。显示器板133安装在显示器板基底132上，而显示器板基 底132又利用粘合层134固定到控制板21上。显示器板133向用户 显示消息和其它信息。根据应用的需要显示器板133可以是任意一种 适合的结构。例如，显示器板133可以是真空荧光的、液晶的、场致 发光的、电泳的、聚合物、二极管或其它任意类型的显示器。
接触开关的电子部件设置在接触式传感器基底36上，该接触式 传感器基底36也限定出了操作接触表面38。基底36是足够透明的 以允许用户看到显示器板133上的消息。在这个实施例中，接触开关 的电子部件包括电极31、集成控制电路32和电路轨迹39。优选地， 电极31是透明的以允许显示器板133的消息提示显示给用户。其它 的接触式传感器结构和类型也适合用于本发明。例如，控制电路32 可以设置在远离透明电极31的地方。适合用于本发明的其它类型的 接触式传感器包括，但并不限于，电场式、电容式、红外线、差动接 触式传感器或根据美国临时专利申请序列号No.60/334,040的公开内 容的接触式传感器和接触式开关组件。
接触式传感器基底36可以用装饰物136进行装饰。例如可以利 用美国临时专利申请序列号No.60/341,551中所公开的内容来施加装 饰物136，并且装饰物136可以是透明的，并由玻璃、塑料或其它适 合的材料制成。图3A中，搁板12的控制板21包括硬键30、33和 34以及锁定键35。显示器233可以是包括壳体或其它结构的独立的 组件，或者可以如图3A-3B中所示与搁板12的控制板21集成在一 起。显示器板133的元件和接触式传感器或接触开关组件的元件根据 实际应用的需要可以是刚性的或是柔性的。
与操作接触表面38相应的任何接触开关可以作为硬键或是软键 构成。例如，标记为“1”-“3”的接触式传感器和操作接触表面可 以作为软键构成，这些软键可以用来在任意给定时间实现由软键所代 表的任何功能的控制。典型地，这种功能会表现在位于特定软键下面 的显示器板133部分上。例如，位于图3A中标记为“1”-“3”的接 触表面38下面的显示板133的部分分别作为“Y”、“N”和“？”， 而显示器板133的另一部分提示用户是否执行特定动作。例如，显示 器板133可能提示“RAISE SHELF？(升高搁板吗？)”。作为响应， 用户可以选择标记为“Y”的接触表面38，以使系统执行所提示的动 作(在这个例子中，是升高搁板)，用户也可以选择标记为“N”的 接触表面38以取消提示的动作，或选择标记为“？”的接触表面， 以在显示器板133上显示信息消息。
输入/输出显示器233也可以包括硬键接触式传感器，根据特定 的设计或应用的需要，这些硬键接触式传感器可以构成为引发搁板 12的垂直运动，或其它任意所希望的响应。如图3A所示，并不是显 示器233的全部表面都需要包括操作接触表面。但是，在其它实施例 中，可能优选的是，显示器233的全部表面都包括操作接触表面。所 示出的锁定键35的接触式传感器包括电极130、集成控制电路32和 设置在接触式传感器基底332上的电路轨迹39，上述接触式传感器 基底332集成在控制板21内。由于所示的锁定键35嵌入在控制板 21的材料内，所以电极130不需要是透明电极31。硬键30可以例如， 根据美国临时专利申请序列号No.60/341,550中公开的内容或按照其 它一些方式，具有类似的接触式传感器结构，并可以与控制板21的 表面相一致。优选地，承载有电极130的接触式传感器基底332是柔 性的，以使得可容易地与硬键30的曲率相一致，硬键30的曲率是由 控制板21对应部分的曲率限定的。显示器233和搁板12的控制板 21的特定结构是设计选择时要考虑的因素。参考图3A-3C描述的本 发明的实施例仅是说明性的。
在其它的实施例中，接触式传感器和显示器板可以位于搁板系 统的搁板以外的地方。但是，将传感器和面板定位在搁板上可以有利 地防止可能伴随远距离的控制板一起发生，并可能避免将特定接触表 面作为属于特定搁板进行不需要的标记的混乱，同时给用户提供了能 够独立于系统中其它的搁板来控制每个搁板的移动或状态的灵活性。
示出了图2A-3B中搁板的另一视图的图4说明了溢出传感器37。 溢出传感器37可以是电场式传感器，其结构上与如这里所示的位于 硬键下面的接触式传感器相似。希望用于溢出传感器37的接触式传 感器可以设计成特别的敏感，并且不需要免受由污染物和类似物产生 的刺激的影响。优选地，溢出传感器37位于它不容易被接触刺激到 的位置，例如，沿着搁板12凸缘的内边缘。通过显示器233，溢出 传感器37可以有利地警告用户在搁板表面20上有液体溢出。溢出传 感器37可以通过搁板12引发特定的响应，或者可以在显示器233 上提示消息，或者可以激活系统内的另一个装置，如灯或无线电发射 机，它们可以警告用户在特定的搁板上有溢出。
如图4所示，溢出传感器37通过连接器137连接到显示器233。 连接器137可以是普通的电线或电缆，或者是根据美国临时专利申请 序列号No.60/341,550公开的内容的柔性连接器，其是承载有显示器 233的键的接触式传感器的柔性基底的连接部分但不是集成部分。
在搁板系统中其它的接触式传感器的使用也是很有利的。例如， 接触或接近传感器在构成如下所述的搁板系统时是很有用的，即减小 了两个动力操作搁板彼此靠得太近或者当下层搁板升高时在下层搁 板上的物品碰撞到系统内上一层搁板的底面的风险的隔板系统。为了 防止出现这种情况，可以在搁板上安装设置在其下面的接触式传感 器。这种接触式传感器可以检测到另一个搁板或由另一个搁板承载的 物品的侵入，并向正在移动的搁板发出信号以停止和/或倒转方向。 这些接触式传感器可以具有与已经示出的位于硬键下面的接触式传 感器相似的结构。与传统的接触式传感器相比，这样的接触式传感器 可以有利地设计用于更长范围的刺激，或者也可以通过与动力操作搁 板连接的探针(未示出)进行刺激，以便在搁板本身侵入得太近之前 就刺激接触式传感器。
本发明其它的实施例包括如图5所示的办公室工作空间的动力 操作接触开关控制的搁板系统。在图5中，承载有键盘59的搁板50 包括硬键55和56，其可以分别控制搁板50向上和向下移动。搁板 51还包括硬键53和54，它们可以分别控制搁板51向上和向下移动。 搁板51还包括硬键57，其可以打开灯58或执行其它的功能。尽管 在本实施例中示出了硬键，但根据应用的需要或者更具体地根据在本 实施例中的工作空间的复杂性，也可以使用软键。
图6说明了本发明的一个实施例，该实施例包含用于酒瓶或其 它物品的储存的围起来的范围空间。搁板60的调节使系统将系统内 空间的使用最大化，其不仅可以减小系统自身的尺寸，也可以更有效 地控制最大量物品的范围空间。在图6中，每个搁板60可以都安装 有硬键61和62，它们可以分别控制搁板60向上和向下移动。在图6 中，根据搁板移动的方向，一个搁板60的移动还可以有利地引起位 于该搁板60的上面或下面的多个搁板60的反应，以避免反复的用户 的输入，由此更有效地重新调整系统以使储存空间最大化。
与机械开关有关的问题在开关要不断重复使用并经常粗心或野 蛮使用的动力操作可调节搁板系统中是特别麻烦的，例如，商店的陈 列不加区分地吸引了大量的顾客，而或许他们好奇的孩子将触发用来 控制搁板和搁板上所承载的物品移动的开关。这种情况下，除非使用 可以使机械磨损最小华的接触开关组件，否则由于重复使用开关而导 致的机械磨损将是一个问题。因此，在这些和其它搁板系统中使用接 触开关组件可以减轻现有技术中存在的问题。
图8示出了本发明的一个实施例，该实施例包含与参考图6所 述的实施例相似的方便的物品陈列柜，还可以包括可控制的环境。图 8的方便的物品陈列柜面临着如上所述重复使用的问题，因此特别适 用于应用本发明的原理。在图8中，键81和82可以分别控制搁板 80向上和向下移动，以允许预期的购买者够到想要的物品。
有时搁板系统必须陈列的物品要求不能直接接近搁板。这样的 情况存在于例如，所陈列的物品必须满足环境的要求而进行控制，或 者物品是特别贵重的或易碎的。图7中所示的本发明的实施例演示了 这种情况。图7示出了带有动力操作接触开关控制搁板70的珠宝陈 列柜。在这个实施例中，显示器71包括位于玻璃板75下面的接触式 传感器72。接触式传感器72有效地连接到搁板70，并可以通过显示 器71的接口响应用户的输入。本发明的这个实施例可以包括图1-3 的显示器233，并因此也可以包括与硬键或软键相对应的接触式传感 器72。
图3A-3B中示出的显示器233还可以起到图7-8中所示的种类 的消费品显示的作用。在消费品显示系统中，以及仓库贮存和其它储 存或显示搁板系统中，在搁板和由这些搁板所承载的物品之间经常存 在自然的关系。也就是说，有时搁板系统可以有利地设计成特定的搁 板承载特定类型的物品，如汤品罐头、冰激凌、衣服或木料。这样的 搁板经常包括搁板所承载的物品的纸面上的说明，这些说明包括UPC 条形码、产品识别名称以及号码和定价信息，以帮助用户找到想要的 物品或比较来自系统内的不同搁板上的物品。根据本发明，通过与显 示器233的接口相似的接口可以将这个和其它的信息提供给用户，该 接口可以构成以允许用户卷动观察在其上面的与搁板或物品有关的 信息，并对所提供的信息进行选择或比较。在这些应用中，为了保存 空间并使显示器233的尺寸最小化，有利地，显示器233可以包含接 触式传感器，如电容式、电场式、红外线或其它适合的接触式传感器， 如上面所述的，但是另外，也可以包含包括有机械或薄膜开关的标准 输入开关。
根据本发明的搁板系统可以包含各种其它的特征。例如，显示 器可以用于提供与储存在搁板上的物品的一个或多个特征有关的信 息，如物品的说明、它们的大小和价格、储存在搁板上的物品的数量 等。在一个实施例中，如本领域的技术人员所公知的，这种信息可以 由从与储存的物品联系在一起的如RFID标签(未示出)的装置传送 到与搁板系统联系在一起的接收器的数据而得出。为了保存能量，显 示器可以通过响应于消费者的靠近的接近传感器或根据一些其它的 输入来激活。例如，当潜在的消费者接近搁板系统或提供输入给与搁 板系统联系在一起的一个或多个接触式传感器时，这些传感器可以使 显示器被激活，或者使其在其上显示特定的信息。这一特性，即显示 器选择性地激活在本发明其它的实施例中也可以证明是有利的。例 如，单个的搁板或它们的显示器可以是接近式激活，或可以包括激活 键以在接触时接通显示器。在所有的实施例中，要显示的信息可以来 自于远离系统的位置或可以由接近或集成到系统的传感器或其它装 置提供。
前述附图和描述是为了说明，而不是限定也不是穷举本发明的 原理。对上述实施例所作的各种改变都与本发明的精神相一致，并且 本领域的技术人员都会将它们理解为所要求的本发明的一部分。
相关申请的交叉引用
本申请要求2001年11月20日提交的序列号为No.60/334,040 的美国临时专利申请；2001年12月18日提交的序列号为No. 60/341,350、No.60/341,550、和No.60/341,551的美国临时专利申请； 以及2002年6月13日提交的序列号为No.60/388,245的美国临时专 利申请的优先权。因此前述所有申请公开的内容都作为参考包含在本 文中。