用于薄用戶(hù)界面的觸覺(jué)反饋的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，并公開(kāi)了采用壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的有觸覺(jué)能力的設(shè)備。壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例包括非行進(jìn)可變形層、將該可變形層分區(qū)成一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域的支持(backer)結(jié)構(gòu)、一組能夠檢測(cè)與基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域中的至少一個(gè)的用戶(hù)交互的用戶(hù)傳感器。在另一個(gè)實(shí)施例中，該有觸覺(jué)能力的設(shè)備包括觸敏表面，其包括可變形層以及一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域。所述有觸覺(jué)能力的設(shè)備能夠向用戶(hù)正與其交互的隔離的觸覺(jué)區(qū)域發(fā)送控制信號(hào)。該組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域可影響該設(shè)備用戶(hù)的大量特殊觸覺(jué)體驗(yàn)。這樣的特殊觸覺(jué)體驗(yàn)包括單手(左和/或右)觸覺(jué)事件、單用戶(hù)手指觸覺(jué)事件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于薄用戶(hù)界面的觸覺(jué)反饋
[0001 ]
[0002]隨著消費(fèi)者設(shè)備變得越來(lái)越薄以滿足工業(yè)設(shè)計(jì)及可用性目標(biāo)，諸如可移動(dòng)的鍵以及圓頂開(kāi)關(guān)之類(lèi)的傳統(tǒng)機(jī)械用戶(hù)輸入設(shè)備正被超扁平設(shè)備取代。這樣的超扁平設(shè)備可采用不同的技術(shù)，例如，諸如電容傳感器以及諸如FSR(力敏電阻器)和壓電性或壓阻式力傳感器之類(lèi)的力敏技術(shù)。一個(gè)示例可包括超扁平觸摸蓋鍵盤(pán)。這些設(shè)備通常以提供很小的觸覺(jué)反饋或不提供觸覺(jué)反饋(無(wú)論是被動(dòng)的(例如紋理或固定的起伏)還是主動(dòng)的(響應(yīng)于用戶(hù)激活))的鍵和按鈕為特征。其結(jié)果往往是妥協(xié)的用戶(hù)體驗(yàn):向用戶(hù)提供很小的觸覺(jué)反饋或不提供觸覺(jué)反饋的鍵和按鈕，由此降低了用戶(hù)信心、效率、以及愉悅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]以下提供了本創(chuàng)新的簡(jiǎn)單概述，以提供對(duì)本文本所述的某些方面的基本理解。該概述不是權(quán)利要求主題的廣泛概覽。既不是要指出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵性元素，也不是要詳細(xì)描述本發(fā)明的范圍。唯一的目的是以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)所要求保護(hù)的主題的某些概念，作為稍后呈現(xiàn)的比較詳細(xì)的描述的前奏。
[0004]公開(kāi)了壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，以及采用壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的有觸覺(jué)能力的設(shè)備。壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例包括非行進(jìn)可變形層，將可變形層分區(qū)成一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域的支持(backer)結(jié)構(gòu)，一組能夠檢測(cè)出與基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域中的至少一個(gè)的用戶(hù)交互的用戶(hù)傳感器。在另一個(gè)實(shí)施例中，有觸覺(jué)能力的設(shè)備包括觸敏表面，其包括可變形層以及一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域。有觸覺(jué)能力的設(shè)備能夠向用戶(hù)正與其交互的隔離的觸覺(jué)區(qū)域發(fā)送控制信號(hào)。該一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域可影響該設(shè)備的用戶(hù)的大量特殊觸覺(jué)體驗(yàn)。這樣的特殊觸覺(jué)體驗(yàn)包括單手(左和/或右)觸覺(jué)事件、單用戶(hù)手指觸覺(jué)事件。此外，觸覺(jué)體驗(yàn)/事件/響應(yīng)可包括振動(dòng)觸覺(jué)感覺(jué)以及音頻感覺(jué)的組合。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括:非行進(jìn)的可變形層;壓電層，所述壓電層機(jī)械地匹配到所述可變形層;支持結(jié)構(gòu)，所述支持結(jié)構(gòu)機(jī)械地匹配到所述可變形層以及進(jìn)一步其中所述一組用戶(hù)傳感器；以及進(jìn)一步其中所述壓電層能夠響應(yīng)于所述一組用戶(hù)傳感器感測(cè)到的用戶(hù)交互而向所述可變形層傳送觸覺(jué)響應(yīng)。
[0006]在另一實(shí)施例中，一種用于致動(dòng)壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的方法，所述壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)包括非行進(jìn)的可變形層、匹配到所述可變形層并在所述可形變層上形成一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域的支持結(jié)構(gòu)、匹配到所述可形變層以及被置于所述基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域組內(nèi)的一組壓電元件、一組用戶(hù)傳感器以及用于接收來(lái)自所述一組用戶(hù)傳感器的信號(hào)以及響應(yīng)于所述信號(hào)向所述壓電元件組發(fā)送控制信號(hào)的控制器，所述方法包括:響應(yīng)于用戶(hù)交互從所述一組用戶(hù)傳感器接收第一信號(hào)；確定所述用戶(hù)正在與哪個(gè)隔離的觸覺(jué)區(qū)域交互；以及向所述隔離的觸覺(jué)區(qū)域內(nèi)所述用戶(hù)正在與其進(jìn)行交互的至少一個(gè)壓電元件發(fā)送致動(dòng)信號(hào)。
[0007]在又一個(gè)實(shí)施例中，一種有觸覺(jué)能力的設(shè)備包括:觸敏表面，所述觸敏表面進(jìn)一步包括可變形層;支持結(jié)構(gòu)，所述支持結(jié)構(gòu)將所述可變形層分區(qū)成一組隔離的觸覺(jué)區(qū)域;一組壓電元件，所述壓電元件組與所述可變形層機(jī)械通信并且被置于所述一組隔離的觸覺(jué)區(qū)域內(nèi)；一組用戶(hù)傳感器，所述一組用戶(hù)傳感器能夠感測(cè)與所述觸敏表面的用戶(hù)交互;控制器，所述控制器能夠接收來(lái)自所述一組用戶(hù)傳感器的信號(hào)并響應(yīng)于從所述一組用戶(hù)傳感器接收信號(hào)而發(fā)送控制信號(hào)；以及壓電致動(dòng)電路，所述壓電致動(dòng)電路能夠從所述控制器接收控制信號(hào)并且向所述壓電元件組發(fā)送壓電致動(dòng)信號(hào)。
[0008]當(dāng)與本申請(qǐng)中呈現(xiàn)的附圖結(jié)合閱讀時(shí)，在下面的詳細(xì)描述中呈現(xiàn)了本系統(tǒng)的其它特征和方面。
[0009]附圖簡(jiǎn)述
[0010]示例性實(shí)施例被例示在所參考的附圖中。意圖是本文所揭示的實(shí)施例和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的。
[0011]圖1是根據(jù)本申請(qǐng)的原理作出的包括壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的示例性設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。
[0012]圖2和3描繪了用于如圖1中示出的設(shè)備的示例性鍵盤(pán)。
[0013]圖4描繪了根據(jù)本申請(qǐng)的原理作出的有觸覺(jué)能力的設(shè)備以及合適的壓電結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
[0014]圖5A和5B分別示出了在靜止和致動(dòng)狀態(tài)下，匹配到所述薄可變形表面的一個(gè)壓電結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0015]圖6A、6B和6C分別描繪了匹配到PCB板下側(cè)的一組壓電盤(pán)，以及匹配這樣的壓電盤(pán)的一種可能方式的實(shí)施例。
[0016]圖7描繪了根據(jù)本申請(qǐng)的原理作出的一個(gè)示例性有觸覺(jué)能力的設(shè)備的各層的截面圖。
[0017]圖8是包括被固定在襯背結(jié)構(gòu)上的一組壓電盤(pán)的有觸覺(jué)能力的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。
[0018]圖9A、9B和9C描繪了根據(jù)本申請(qǐng)的原理作出的趨向于為設(shè)備的用戶(hù)產(chǎn)生期望觸覺(jué)體驗(yàn)的若干可能的波形的實(shí)施例。
[0019]圖10是根據(jù)本申請(qǐng)的原理作出的有觸覺(jué)能力的設(shè)備以及其電路的示意圖。
[0020]圖11是趨向于影響圖9A、9B和9C中波形的電路的一個(gè)實(shí)施例。
[0021]圖12是根據(jù)本申請(qǐng)的原理作出的用于合適壓電結(jié)構(gòu)的壓電驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)實(shí)施例。
[0022]圖13是與壓電驅(qū)動(dòng)電路和壓電元件通信的壓電控制器的一個(gè)實(shí)施例。
[0023 ]圖14A、14B和14C是可適合于本申請(qǐng)的系統(tǒng)和技術(shù)的替換壓電結(jié)構(gòu)。
[0024]圖15A和15B是被分區(qū)成基本上彼此隔離的各觸覺(jué)區(qū)域的有觸覺(jué)能力的設(shè)備的兩個(gè)示例性實(shí)施例。
[0025]詳細(xì)描述
[0026]如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)“組件”、“系統(tǒng)”、“界面”等旨在指計(jì)算機(jī)相關(guān)實(shí)體，或者是硬件、軟件(例如在執(zhí)行中的)，和/或是固件。例如，組件可以是在處理器上運(yùn)行的進(jìn)程、處理器、對(duì)象、可執(zhí)行程序、程序和/或計(jì)算機(jī)。作為說(shuō)明，在服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用和該服務(wù)器兩者都可以是組件。一個(gè)或多個(gè)組件可留駐在進(jìn)程中，并且組件可位于一個(gè)計(jì)算機(jī)上和/或分布在兩個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)之間。
[0027]參照附圖描述所要求保護(hù)的主題，其中相同的附圖標(biāo)記貫穿全文地用來(lái)指代相同的元素。在下面的描述中，出于解釋的目的，闡述了眾多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本創(chuàng)新的透徹理解。但是顯而易見(jiàn)的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐所要求保護(hù)的主題。在其它實(shí)例中，以框圖形式示出公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以便于描述本創(chuàng)新。
[0028]引言
[0029]一般而言，觸覺(jué)反饋已被應(yīng)用于多個(gè)不同的平臺(tái)一一例如移動(dòng)設(shè)備、智能電話等。例如偏心旋轉(zhuǎn)塊振動(dòng)馬達(dá)(ERMs)和線性諧振致動(dòng)器振動(dòng)馬達(dá)(LRAs)之類(lèi)的電磁馬達(dá)/滾筒(rumbler)是公知的，其為某些設(shè)備(例如尋呼機(jī)和蜂窩電話振動(dòng)器)提供整體的振動(dòng)或者偶爾提供更局部化的振動(dòng)(例如微軟的Arc Touch Mouse、Explorer Touch Mouse、SculptTouch Mouse)。壓電LRA也在本領(lǐng)域中公知，但這些設(shè)備只被用于提供整體的振動(dòng)，盡管在感覺(jué)上比那些由電磁設(shè)備提供的振動(dòng)更明顯。
[0030]在本申請(qǐng)的許多實(shí)施例中，描述了幾種形狀因素的架構(gòu)(例如超平坦)和/或這樣的形狀因素的架構(gòu)的明顯的類(lèi)似按鍵的感覺(jué)。在許多其它實(shí)施例中，這些形狀因素架構(gòu)可應(yīng)用于許多不同的使用領(lǐng)域一一例如在鍵盤(pán)中，或向按鍵或者向軌跡板中的壓力感測(cè)虛擬按鈕提供觸覺(jué)反饋。這樣的鍵盤(pán)和/或軌跡板可屬于“非行進(jìn)”的類(lèi)型。在該上下文中，“非行進(jìn)”意指觸摸表面不明顯移動(dòng)來(lái)致動(dòng)機(jī)械開(kāi)關(guān)。
[0031]在許多實(shí)施例中，有公開(kāi)的各種應(yīng)用，諸如:平坦非行進(jìn)鍵盤(pán)和非行進(jìn)軌跡板和類(lèi)似的用戶(hù)界面中的擊鍵觸覺(jué)反饋(觸覺(jué))。許多這樣的實(shí)施例包括一組可被直接安裝于觸摸傳感器PCB的下側(cè)或支持結(jié)構(gòu)上以通過(guò)分別直接扭曲(warp)所述PCB或所述支持結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的平坦壓電盤(pán)。在其它實(shí)施例中，這些平坦壓電盤(pán)可作為板或板的集合被定向?yàn)檎駝?dòng)PCB。在其它實(shí)施例中，公開(kāi)了要實(shí)現(xiàn)的影響期望觸覺(jué)用戶(hù)體驗(yàn)的一組壓電結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)波形描述以及的示例電路拓?fù)?。合適的壓電材料可包括壓電陶瓷材料、PZT、電活性聚合物以及機(jī)電聚合物等等。一個(gè)示例性環(huán)境
[0032]為了理解本申請(qǐng)的各種技術(shù)的適用性，現(xiàn)在注意力將被吸引到一個(gè)示例性環(huán)境，這些技術(shù)以及本文所描述的觸覺(jué)實(shí)施例的使用可駐留在其中。圖1是示例實(shí)現(xiàn)中的可用于采用本文描述的技術(shù)的環(huán)境100的圖示。所示環(huán)境100包括經(jīng)由可彎曲鉸鏈106物理地且通信地耦合到輸入設(shè)備104的計(jì)算設(shè)備102的示例。計(jì)算設(shè)備102可以按各種方式來(lái)配置。例如，計(jì)算設(shè)備102可被配置用于移動(dòng)使用，諸如移動(dòng)電話、如所示的平板計(jì)算機(jī)、等等，其配置用于由用戶(hù)的一只或多只手持有。由此，計(jì)算設(shè)備102的范圍可以從具有大量存儲(chǔ)器和處理器資源的全資源設(shè)備到具有有限存儲(chǔ)器和/或處理資源的低資源設(shè)備。計(jì)算設(shè)備102還可與致使計(jì)算設(shè)備102執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)操作的軟件相關(guān)。
[0033]例如，計(jì)算設(shè)備102被示為包括輸入/輸出模塊108。輸入/輸出模塊108表示與處理計(jì)算設(shè)備102的輸入以及呈現(xiàn)計(jì)算設(shè)備102的輸出相關(guān)的功能。輸入/輸出模塊108可處理各種不同的輸入，諸如涉及與輸入設(shè)備104的鍵相對(duì)應(yīng)的功能的輸入、涉及與顯示設(shè)備110所顯示的虛擬鍵盤(pán)的鍵相對(duì)應(yīng)的、標(biāo)識(shí)姿勢(shì)并導(dǎo)致與通過(guò)輸入設(shè)備104和/或顯示設(shè)備110的觸摸屏功能可識(shí)別的姿勢(shì)相對(duì)應(yīng)的操作被執(zhí)行的功能的輸入等等。由此，輸入/輸出模塊108可通過(guò)識(shí)別并利用包括鍵壓、姿勢(shì)等在內(nèi)的各種類(lèi)型的輸入之間的區(qū)分來(lái)支持各種不同的輸入技術(shù)。
[0034]在所示的示例中，輸入設(shè)備104被配置成具有輸入部分，該輸入部分包括具有QWERTY鍵排列的鍵盤(pán)和軌跡板，但也構(gòu)想了其它鍵排列。此外，還構(gòu)想了其它非常規(guī)配置，如游戲控制器、模仿樂(lè)器的配置等等。由此，輸入設(shè)備104以及輸入設(shè)備104所包含的鍵可采用各種不同的配置來(lái)支持各種不同的功能。
[0035]如先前所描述的，在該示例中，輸入設(shè)備104通過(guò)使用可彎曲鉸鏈106物理地且通信地耦合到計(jì)算設(shè)備102?？蓮澢q鏈106是可彎曲的，因?yàn)樵撱q鏈所支承的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)是通過(guò)形成該鉸鏈的材料的彎曲(例如，折彎)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這與如銷(xiāo)所支持的機(jī)械旋轉(zhuǎn)相對(duì)(雖然也構(gòu)想了該實(shí)施例)。此外，該可彎曲旋轉(zhuǎn)可被配置成支承一個(gè)或多個(gè)方向上的(例如，在該圖中為垂直地)移動(dòng)，而限制其它方向上的移動(dòng)，諸如輸入設(shè)備104相對(duì)于計(jì)算設(shè)備102的橫向移動(dòng)。這可用于支持輸入設(shè)備104相對(duì)于計(jì)算設(shè)備102的一致對(duì)齊，諸如以將用于改變電源狀態(tài)、應(yīng)用狀態(tài)等的傳感器對(duì)齊。
[0036]可彎曲鉸鏈106例如可使用一層或多層織物形成并包括被形成為可彎曲跡線的導(dǎo)體，以將輸入設(shè)備104通信地耦合到計(jì)算設(shè)備102并反之亦然。該通信例如可用于將鍵壓的結(jié)果傳達(dá)至計(jì)算設(shè)備102、從計(jì)算設(shè)備接收功率、執(zhí)行認(rèn)證、向計(jì)算設(shè)備102提供補(bǔ)充功率等等。
[0037]圖2描繪更詳細(xì)地示出了可彎曲鉸鏈106的圖1的輸入設(shè)備104的示例實(shí)現(xiàn)200。在該示例中，示出了配置成提供輸入設(shè)備104與計(jì)算設(shè)備102之間的通信和物理連接的輸入設(shè)備的連接部分202。所示出的連接部分202具有配置成被容納在計(jì)算設(shè)備102的外殼中的通道中的高度和橫截面，但這一安排也可反轉(zhuǎn)而不背離其精神和范圍。
[0038]連接部分202通過(guò)使用可彎曲鉸鏈106可彎曲地連接到輸入設(shè)備104的包括各個(gè)鍵的部分。因而，在連接部分202物理上連接到計(jì)算設(shè)備102時(shí)，連接部分202與可彎曲鉸鏈106的組合支承輸入設(shè)備104相對(duì)于計(jì)算設(shè)備102的移動(dòng)，這類(lèi)似于書(shū)脊。
[0039]通過(guò)這一旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，可以支承輸入設(shè)備104相對(duì)于計(jì)算設(shè)備102的各種不同定向。例如，旋轉(zhuǎn)移動(dòng)可由可彎曲鉸鏈106支承，使得輸入設(shè)備104可抵靠計(jì)算設(shè)備102的顯示設(shè)備110放置并由此用作蓋板。因而，輸入設(shè)備104可用來(lái)保護(hù)計(jì)算設(shè)備102的顯示設(shè)備110免于損傷。
[0040]連接部分202可以以多種方式被固定到計(jì)算設(shè)備，其一個(gè)示例被示為包括磁耦合設(shè)備204、206(例如，通量源頭)，機(jī)械耦合凸起208、210，以及多個(gè)通信觸點(diǎn)212。磁耦合設(shè)備204、206被配置成通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)磁體來(lái)磁耦合到計(jì)算設(shè)備102的互補(bǔ)磁耦合設(shè)備。以此方式，可通過(guò)使用磁吸引力將輸入設(shè)備104物理地緊固到計(jì)算設(shè)備102。
[0041]連接部分202還包括形成輸入設(shè)備104與計(jì)算設(shè)備102之間的機(jī)械物理連接的機(jī)械耦合凸起208、210。機(jī)械耦合凸起208、210被相關(guān)于圖3更詳細(xì)地示出，這將在下文討論。
[0042]圖3描繪了示出包括機(jī)械耦合凸起208、210和多個(gè)通信觸點(diǎn)212的圖2的連接部分202的透視圖的示例實(shí)現(xiàn)300。如圖所示，機(jī)械耦合凸起208、210被配置成延伸離開(kāi)連接部分202的表面，在這種情況下，這是垂直的，但還構(gòu)想了其它角度。
[0043]機(jī)械耦合凸起208、210被配置成容納在計(jì)算設(shè)備102的通道內(nèi)的互補(bǔ)腔內(nèi)。在如此容納時(shí)，在施加不與被限定為對(duì)應(yīng)于凸起的高度和腔的深度的軸相對(duì)齊的力時(shí)，機(jī)械耦合凸起208、210促成設(shè)備之間的機(jī)械綁定。
[0044]連接部分202還被示為包括多個(gè)通信觸點(diǎn)212。多個(gè)通信觸點(diǎn)212被配置成接觸計(jì)算設(shè)備102的相應(yīng)通信觸點(diǎn)以形成如所示的這些設(shè)備之間的通信耦合。連接部分202可以各種其它方式被配置，包括旋轉(zhuǎn)鉸鏈、機(jī)械固定裝置等的使用。以下，描述了擴(kuò)展塢裝置的示例，并在對(duì)應(yīng)的圖中示出。
[0045]將理解，盡管圖1至3表示針對(duì)這些觸覺(jué)技術(shù)的一個(gè)可能的環(huán)境，這些技術(shù)在其它環(huán)境中找到應(yīng)用并且本申請(qǐng)的范圍不應(yīng)當(dāng)受限于此示例性環(huán)境。
[0046]應(yīng)用壓電盤(pán)的實(shí)施例
[0047]在本申請(qǐng)的許多實(shí)施例中，應(yīng)用可振動(dòng)觸摸表面的一組壓電盤(pán)(例如音頻盤(pán))。這樣的振動(dòng)可被用于創(chuàng)建響應(yīng)于用戶(hù)的交互的“點(diǎn)擊”感覺(jué)?？捎美萌魏慰捎玫氖侄魏?或技術(shù)(例如電容感測(cè)，或通過(guò)壓力感測(cè))一個(gè)或若干個(gè)用戶(hù)傳感器來(lái)感測(cè)這樣的用戶(hù)的交互一一。在壓力感測(cè)的情況下，觸覺(jué)反饋可給出逼真的按鈕感，因?yàn)樗山?jīng)由壓力與用戶(hù)交互。
[0048]圖4示出了示例性觸敏表面印刷電路板(PCB)402的截面圖400。在一個(gè)實(shí)施例中，PCB表面402可包括匹配(或以其它方式附連^IjPCB 402的向用戶(hù)的手指408遞送觸覺(jué)和/或點(diǎn)擊感覺(jué)的一組壓電元件404。如本文將進(jìn)一步描述的，該組壓電元件404可以以任何可能的模式被置于表面402上。所述表面可任選地包括一組例如被置于壓電元件404之間的支持結(jié)構(gòu)406，以向用戶(hù)提供一定程度的觸覺(jué)感覺(jué)的隔離。如本文進(jìn)一步描述的，這樣的隔離可提供合乎需要的用戶(hù)體驗(yàn)一一例如如果所述表面在功能上是一個(gè)鍵盤(pán)，并且用戶(hù)期望感覺(jué)到基本上仿真于機(jī)械鍵盤(pán)的觸覺(jué)反饋。
[0049]在另一個(gè)實(shí)施例中，印刷電路板部件(PCBA)可附加地包括觸摸界面的一組感測(cè)元件一一例如電容感測(cè)(電容感測(cè))電極或壓力感測(cè)系統(tǒng)的PCB跡線。為了提供觸覺(jué)反饋，壓電盤(pán)可以以任何可能的方式(例如焊接或膠合等等)被固定到PCB的下側(cè)。壓電元件可包括諸如用于音頻盤(pán)的壓電盤(pán)。這樣的壓電盤(pán)可以沒(méi)有典型音頻壓電構(gòu)造的金屬襯背。通過(guò)比較，獨(dú)立的音頻盤(pán)通常需要金屬襯背來(lái)將壓電中的橫向形變轉(zhuǎn)換為振動(dòng)膜移動(dòng)。然而，在本申請(qǐng)的許多實(shí)施例中，有可能使用PCB材料的橫向剛性來(lái)提供實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換所需的形變。
[0050]圖5A和5B分別描繪了PCB表面402以及壓電元件/結(jié)構(gòu)404，其中所述壓電結(jié)構(gòu)最初沒(méi)有被致動(dòng)，然后被致動(dòng)了。在靜止時(shí)(如圖5A中)，該部件基本上是平坦的。然而，如圖5B中，當(dāng)壓電元件被用施加的電壓通電時(shí)，所述壓電元件收縮，并且PCB的橫向剛性使得所述部件像振動(dòng)膜一樣在中心處彎曲。PCB表面的這樣的彎曲(或以其它方式扭曲、移位和/或變形)可足夠使用戶(hù)感覺(jué)到這樣的運(yùn)動(dòng)一一正如觸覺(jué)體驗(yàn)所希望的。
[0051 ]在不同的實(shí)施例中，改變PCB的厚度是可能的。對(duì)于特定實(shí)施例，較薄的板可彎曲更多，但可傾向于產(chǎn)生更多的局部振動(dòng)。在其它實(shí)施例中，較厚的板可彎曲更少，但在較大面積上傳播振動(dòng)。在許多實(shí)施例中，0.2mm-l.0mm可足以作為有效的PCB厚度的典型范圍。
[0052]如將在本文中進(jìn)一步公開(kāi)的，當(dāng)特定波形施加于壓電結(jié)構(gòu)時(shí)，可使得觸覺(jué)體驗(yàn)?zāi)M機(jī)械“點(diǎn)擊”感覺(jué)，如可通過(guò)物理鍵盤(pán)的鍵擊的機(jī)械動(dòng)作所產(chǎn)生的感覺(jué)。
[0053]圖6A描繪出了包括被固定到PCBA的下側(cè)的一對(duì)壓電盤(pán)606的PCBA 602的一個(gè)實(shí)施例。PCBA 602可進(jìn)一步包括電子電路604，可能夠響應(yīng)于感測(cè)到的條件向壓電盤(pán)606提供通電信號(hào)(經(jīng)由導(dǎo)電墊608)。圖6B描繪出了將壓電盤(pán)固定到PCBA的一種方式。如可見(jiàn)的，焊膏612可施加到PCBA的安裝墊610。在圖6C中，壓電盤(pán)606可被置于安裝墊610的頂部并且可施加期望的熱量以促使焊膏流動(dòng)并由此將壓電盤(pán)匹配到PCBA。此后，可將傳導(dǎo)條614固定到壓電盤(pán)和導(dǎo)電板608，以便實(shí)現(xiàn)壓電盤(pán)到電路604的電連接。
[0054]支持板實(shí)施例
[0055]作為將壓電結(jié)構(gòu)固定到PCBA上的替換實(shí)施例，有可能將這樣的壓電結(jié)構(gòu)固定到各種組件(例如鍵盤(pán)等等)的襯背結(jié)構(gòu)上。
[0056]圖7描繪了顯示圖1的鍵盤(pán)104的橫截面的示例實(shí)現(xiàn)700。外層702被配置來(lái)提供輸入設(shè)備104的外表面，用戶(hù)通過(guò)它可觸摸并交互。外層702可以各種各樣的方式，諸如從織物材料中，形成，例如，帶有用于鍵形成的熱浮雕的背光兼容聚亞安酯，使用激光來(lái)形成輸入指不等。
[0057]在外層之下是平滑層704。平滑層704可被配置來(lái)支持各種不同功能。這可包括用作減少外層702的起皺的支撐，諸如通過(guò)形成為薄塑料片(例如，約0.125毫米的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET))，外層702通過(guò)使用粘合劑與其固定。平滑層704還可被配置來(lái)包括遮掩功能以減少甚至消除不想要的光傳輸，例如光通過(guò)平滑層704和通過(guò)織物外層702的“滲漏”。平滑層還在外層下面提供連續(xù)表面，使得其隱藏了內(nèi)層之間的任何不連續(xù)性或過(guò)渡。
[0058]光導(dǎo)706也被不出，其可作為背光機(jī)制的一部分被包括以支持輸入設(shè)備104的輸入的指示(例如，圖例)的背光照明。這可包括鍵盤(pán)的鍵、游戲控件、手勢(shì)指示等的照明。光導(dǎo)706可以以各種方式，諸如從250微米厚的塑料片，例如帶經(jīng)蝕刻的紋理的透明聚碳酸酯材料，來(lái)被形成?？稍诮Y(jié)合圖5的開(kāi)始找到光導(dǎo)706的附加的討論。
[0059]還描繪了傳感器組件708。因此，如所示，光導(dǎo)706和平滑層704設(shè)置在外層702和傳感器組件708之間。傳感器組件708被配置來(lái)檢測(cè)對(duì)象的鄰近度以發(fā)起輸入。所檢測(cè)到的輸入可接著(例如，通過(guò)連接部分202)被傳送到計(jì)算設(shè)備102，以發(fā)起計(jì)算設(shè)備102的一個(gè)或多個(gè)操作。傳感器組件708可以各種方式被配置，諸如電容傳感器陣列、多個(gè)壓力敏感傳感器節(jié)點(diǎn)(例如，使用壓力敏感墨水的薄膜開(kāi)關(guān))、機(jī)械開(kāi)關(guān)，及其組合等，以檢測(cè)輸入的鄰近度。
[0060]結(jié)構(gòu)組件710也被示出。結(jié)構(gòu)組件710可以各種方式被配置，諸如配置用于向輸入設(shè)備104提供剛性(例如，對(duì)折彎和彎曲的抵抗力)的跡線板和支持物。還示出襯背層712以向輸入設(shè)備104提供后表面。襯背層712，例如，可從類(lèi)似于外層702的織物來(lái)形成(省略外層702的一個(gè)或多個(gè)子層)，例如聚亞安酯的濕和干層制成的0.38毫米厚的織物。盡管描述了各層的示例，已經(jīng)很明顯還構(gòu)想了各種其它實(shí)現(xiàn)，包括一個(gè)或多個(gè)層的移除、其它層(例如，專(zhuān)用力集中器層、機(jī)械開(kāi)關(guān)層)的附加，等等。因此，各層的示例的以下討論不限于將那些層結(jié)合在這個(gè)示例實(shí)現(xiàn)700中，且反之亦然。
[0061]圖8描繪了一個(gè)實(shí)施例，其中壓電盤(pán)802(或其它壓電結(jié)構(gòu)和/或元件)可以被應(yīng)用于襯背板804，而不是被固定到PCBA的下側(cè)。出于本申請(qǐng)的目的，壓電結(jié)構(gòu)可以包括盤(pán)、條、帶或任何其它所需的形狀。襯背板804可進(jìn)而被應(yīng)用于PCBA的下側(cè)在許多鍵盤(pán)實(shí)施例中，根據(jù)期望的觸覺(jué)體驗(yàn)，壓電盤(pán)直徑可在15mm到30mm之間變化。此外，將理解，壓電盤(pán)/結(jié)構(gòu)在PCBA或支持板上的放置和布置可根據(jù)向組件的用戶(hù)提供的期望觸覺(jué)體驗(yàn)而變化。
[0062]特殊觸覺(jué)體驗(yàn)實(shí)施例
[0063]如先前所述，非行進(jìn)用戶(hù)接口組件(例如鍵盤(pán)、軌跡板等等)向用戶(hù)提供特殊觸覺(jué)體驗(yàn)(如類(lèi)似點(diǎn)擊的觸覺(jué)反饋，就像諸如機(jī)械鍵盤(pán)之類(lèi)的機(jī)械組件上的機(jī)械致動(dòng)器和/或開(kāi)關(guān)可提供的觸覺(jué)反饋)是合乎需要的。
[0064]為了實(shí)現(xiàn)壓電致動(dòng)器的明顯的按鍵點(diǎn)擊的感覺(jué)，從壓電結(jié)構(gòu)的高速偏轉(zhuǎn)中創(chuàng)造這一感覺(jué)是可能的。用于創(chuàng)造該感覺(jué)的實(shí)施例可通過(guò)使用壓電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的快速斜升來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0065]圖9A，9B和9C是這樣的針對(duì)合適的壓電結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的三個(gè)可能實(shí)施例。在圖9A中，波形900a被描繪為包括用于充電/通電壓電結(jié)構(gòu)的兩個(gè)斜坡(ramp)--第一個(gè)相對(duì)較慢(例如在5ms到1ms的范圍內(nèi))速度充電斜坡902a(高達(dá)第一充電電平——例如基本上在200V的范圍內(nèi))，隨后為快速放電斜坡904a(例如在0.5ms到I.5ms的范圍內(nèi))。在此實(shí)施例中，點(diǎn)擊感覺(jué)往往最后在波形的高速部分904a期間出現(xiàn)。用戶(hù)的手指往往在充電斜坡期間什么也感覺(jué)不到(或具有少得多的感覺(jué))。如圖9A所示，給出了示例性附圖一一例如從OV到200V的1ms上升斜坡以及從200V到OV的Ims下降斜坡。將理解，這些附圖是示例性的并且本申請(qǐng)的范圍不應(yīng)當(dāng)被限于這些數(shù)字。
[0066]或者，在圖9B中，有可能具有波形900b，該波形900b包括快速(例如在0.5ms到
1.5ms的范圍內(nèi))充電/通電斜坡902b(高達(dá)第一充電電平——例如基本上在200V的范圍內(nèi))，隨后為較慢衰減斜坡904b。通過(guò)到壓電結(jié)構(gòu)的這種類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，點(diǎn)擊感覺(jué)在波形的高速部分902b期間出現(xiàn)。在較慢衰減部分904b期間，手指可能往往什么也感覺(jué)不到或具有少得多的感覺(jué)。如以上圖9A，還提供了非限制性的示例性附圖。
[0067]在圖9C中，第三波形900c包括第一快速(例如在0.5ms到1.5ms的范圍內(nèi))斜坡902c，隨后是穩(wěn)定期903c，以及接著是第二快速(例如在0.5ms到1.5ms的范圍內(nèi))下降斜坡904c。與圖9A和9B相類(lèi)似地，還提供了非限制性的示例性附圖。
[0068]在圖9B和9C的實(shí)施例中，以上波形900b或900c表示包括快速(例如0.5-1.5ms)正向躍迀的波形，導(dǎo)致觸摸表面向用戶(hù)的手指突然向上(UP)，而不是向下(DOWN)。已經(jīng)觀察至IJ，用UP波形賦予手指的感覺(jué)可往往是更加直接的、局部化的感覺(jué)一一而非由DOWN波形創(chuàng)建的更加動(dòng)覺(jué)的(kinesthetic)在手中的感覺(jué)。然而，應(yīng)該理解，在許多應(yīng)用中DOWN觸覺(jué)感覺(jué)可被認(rèn)為足夠了。
[0069]壓電致動(dòng)電路實(shí)施例
[0070]圖10是可使用本申請(qǐng)的系統(tǒng)和技術(shù)的智能和/或移動(dòng)設(shè)備架構(gòu)1000的一個(gè)示例性實(shí)施例。如圖所示，系統(tǒng)1000包括一組觸摸和/或壓力傳感器1002。傳感器1002饋源信號(hào)，其能夠檢測(cè)與系統(tǒng)1000的用戶(hù)交互并且將它們輸入到處理器和/或計(jì)算機(jī)1004。計(jì)算機(jī)1004可進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)，其上可存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)該計(jì)算機(jī)可讀指令被處理器讀取時(shí)，可導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和/或處理器向HV電路1006發(fā)送控制信號(hào)。HV電路1006可進(jìn)而生成驅(qū)動(dòng)觸覺(jué)致動(dòng)器1008(例如本文中描述的壓電盤(pán)、結(jié)構(gòu)和/或元件)的各種波形。
[0071]將理解，可以存在可利用本申請(qǐng)的系統(tǒng)和技術(shù)的其它架構(gòu)，即本申請(qǐng)的范圍并不限于該示例性架構(gòu)。
[0072]然而可構(gòu)建采用觸覺(jué)致動(dòng)器的系統(tǒng)(例如如圖10或以其它方式)，但仍然需要具有附加電路在壓電元件上實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)目刂?，并讓它們以適當(dāng)?shù)姆绞巾憫?yīng)于所討論的各種波形進(jìn)行反應(yīng)。
[0073]僅僅作為一個(gè)示例，圖11描繪了可實(shí)現(xiàn)對(duì)圖9A、9B和9C的波形的適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)的電路1100的一個(gè)可能的實(shí)施例。
[0074]在圖9B和9C的快速UP波形情況下，UP波形驅(qū)動(dòng)電路可需要大的涌入電流，因而在電池操作的設(shè)備中或在具有限制性電流容量的連接器的設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)可能是不切實(shí)際的。在圖11的實(shí)施例中，電路1100可包括至少一個(gè)可被慢慢地充電并然后被快速地放電到壓電中的電容器1106。響應(yīng)于由HV電路1102接收的控制信號(hào)，可生成合適的波形并通過(guò)二極管1104傳遞給壓電盤(pán)組，結(jié)構(gòu)和/或元件(如在圖11中描繪的1108a和1108b)。應(yīng)當(dāng)理解——雖然只有兩個(gè)壓電結(jié)構(gòu)被圖11示出一一更多的壓電結(jié)構(gòu)可被這個(gè)電路驅(qū)動(dòng)，將有足夠的數(shù)量的壓電結(jié)構(gòu)用于向該設(shè)備的用戶(hù)提供合適的觸覺(jué)體驗(yàn)。
[0075]還是如圖11所示，開(kāi)關(guān)A、B和C可以合適的序列被應(yīng)用一一在HV斜坡上升的之后或是期間。如本文將討論的，這些開(kāi)關(guān)的應(yīng)用(例如，通過(guò)由計(jì)算機(jī)或控制器(未示出)發(fā)送的控制信號(hào))可影響所需的跨壓電的波形。此外，應(yīng)當(dāng)注意，開(kāi)關(guān)A和B也可用脈沖寬度調(diào)制(PffM)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，從而提供針對(duì)波形斜率的控制一一其可足夠用于調(diào)節(jié)觸覺(jué)感覺(jué)和聲音。
[0076]僅僅作為一個(gè)示例，可在限流系統(tǒng)中通過(guò)保持所有開(kāi)關(guān)打開(kāi)并且首先對(duì)電容器充電，然后關(guān)閉A來(lái)實(shí)施壓電A上的快速UP信號(hào)。然而，在特定的高度限制應(yīng)用中，可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)例如0.1uF或更多的適當(dāng)電容的高電壓電容器。
[0077]在這樣的情況下，可能使用其它壓電組中的一個(gè)作為電荷存儲(chǔ)元件。例如，如果電路1100可關(guān)閉開(kāi)關(guān)B，緩慢地充電壓電B，然后關(guān)閉開(kāi)關(guān)A，同時(shí)快速地放電B并充電A。開(kāi)關(guān)C則可隨后提供兩個(gè)壓電的快速放電。在緩慢充電壓電B隨后再快速放電電壓B可導(dǎo)致針對(duì)用戶(hù)的DOWN觸覺(jué)體驗(yàn)的情況下，在不鄰近于用戶(hù)身體的壓電組中選擇一壓電B是可能的(從而不會(huì)給用戶(hù)引起疏忽的觸覺(jué)體驗(yàn))。此外，圍繞壓電B提供聲音阻尼材料和/或裝置，以防止(或成形)虛假的音頻效果可能是可取的。
[0078]采用PMW方案的替換實(shí)施例
[0079]對(duì)于其它替換實(shí)施例，設(shè)計(jì)用以驅(qū)動(dòng)充電循環(huán)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)方案，以及用以驅(qū)動(dòng)放電循環(huán)的單獨(dú)PWM是可能的。改變高度、改變充電和放電時(shí)間以及改變驅(qū)動(dòng)切換器的PffM的脈寬調(diào)度全都是用以實(shí)現(xiàn)不同感覺(jué)的可能變體。將理解，生成所期望的任何波形將是有可能的--例如，包括上述特征的任意組合。
[0080]在一個(gè)實(shí)施例中，在點(diǎn)擊事件期間，壓電首先可通過(guò)生成驅(qū)動(dòng)單個(gè)FET/電感器/二極管升壓電路的PWM來(lái)充電m “打開(kāi)”時(shí)間可以匹配到分立組件的特性一例如它可以是在電感器中建立最大電流所需的時(shí)間。將FET保留導(dǎo)通任意更長(zhǎng)往往可能由于比合時(shí)更長(zhǎng)地將電流分流到GND而浪費(fèi)功率?？偝潆姇r(shí)間可通過(guò)改變HVM時(shí)段來(lái)控制?？煽刂瞥潆姇r(shí)間以限制從例如系統(tǒng)的電池中取得的最大電流尖峰。
[0081]在一個(gè)實(shí)施例中，充電循環(huán)可以開(kāi)環(huán)運(yùn)行一即，pmi可以運(yùn)行固定數(shù)目的循環(huán)(可能啟發(fā)式地確定或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定)以將壓電充電至所需電壓。然而，最終壓電電壓與PWM循環(huán)數(shù)之間的關(guān)系可取決于系統(tǒng)中的許多變量，包括實(shí)際壓電電容、驅(qū)動(dòng)器源電壓、FET、二極管和電感器特性等。
[0082]一旦壓電已經(jīng)被充電至60V，它就可以被快速放電回到驅(qū)動(dòng)器空閑電壓(例如，約5V)。該放電可通過(guò)生成驅(qū)動(dòng)放電FET/電阻器的另一 PWM來(lái)執(zhí)行。電阻器可提供對(duì)放電率的限制(例如，約600uS)—因此對(duì)于最大放電率，PWM可能非所需且可能僅僅敞開(kāi)運(yùn)行(100%占空比)。較慢的放電率然后可通過(guò)調(diào)整PWM占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0083]如同充電，放電循環(huán)也可以開(kāi)環(huán)運(yùn)行，即使壓電放電固定數(shù)目的循環(huán)是可能的。然而，可能需要具有合適數(shù)目的循環(huán)。否則，在壓電上可能存在某一殘留電壓，這可構(gòu)建過(guò)多重復(fù)的致動(dòng)并且可干擾準(zhǔn)確的壓力感測(cè)。
[0084]在本文描述的許多實(shí)施例中，能夠感測(cè)用戶(hù)交互的性質(zhì)以創(chuàng)建期望的觸覺(jué)體驗(yàn)一一例如，用戶(hù)觸摸設(shè)備的哪里等等。在這樣的情況下，可能采用壓電結(jié)構(gòu)作為傳感器?？赡苄枰哂锌蓽y(cè)量跨壓電的電壓的附加電路。在一個(gè)實(shí)施例中，可能需要閉合充電和/或放電循環(huán)上的環(huán)。由于用于驅(qū)動(dòng)壓電的高電壓以及由壓電在用作傳感器時(shí)產(chǎn)生的低電壓，可能期望在測(cè)量電路中具有多種增益模式。在增益模式之間切換可以是為了確保在諸如FET放大器和/或ADC輸入等敏感組件上不超出電壓限制。例如，在放電期間，可能需要將測(cè)量電路從低增益模式切換至高增益模式。然而，可能不需要太早地這樣做一因?yàn)楦唠妷嚎善茐臏y(cè)量電路中的組件。因此，可能需要首先在低增益模式中放電直到達(dá)到壓電電壓，當(dāng)切換至高增益模式時(shí)，該壓電電壓仍舊可以在測(cè)量電路的操作范圍內(nèi)。然后繼續(xù)在高增益模式中放電直到達(dá)到所需驅(qū)動(dòng)器空閑電壓是可能的。
[0085]取決于FET的特性，低增益模式中的最低可測(cè)量電壓仍然可能高于高增益模式中的最高可測(cè)量電壓。在這種情況下，可能需要在切換至高增益模式之前開(kāi)環(huán)運(yùn)行放電達(dá)若干附加PWM循環(huán)。
[0086]然而，閉合壓電放電上的環(huán)的一個(gè)問(wèn)題可能是相比于總壓電放電時(shí)間，測(cè)量電路的時(shí)間常量可能并非是不顯著的。因此，當(dāng)系統(tǒng)感測(cè)到壓電電壓是如所需的時(shí)候，壓電電壓可能已經(jīng)被放電超過(guò)該點(diǎn)。
[0087]由此，可能需要預(yù)期到該狀況并且在所感測(cè)的電壓稍微在所需目標(biāo)以上時(shí)終止放電循環(huán)。例如，該電壓偏移可被設(shè)計(jì)成使得可以在壓電上留有稍許殘余電壓。這往往會(huì)通過(guò)在放電期間導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)器二極管來(lái)避免浪費(fèi)功率。該偏移可以不在重復(fù)致動(dòng)上累積，因?yàn)橄到y(tǒng)可以在每一致動(dòng)后放電至基本上相同的電壓。殘余電壓可以緩慢地放電至驅(qū)動(dòng)器空閑電壓(例如，經(jīng)由測(cè)量電路和壓電中的漏泄)在一個(gè)實(shí)施例中，壓力感測(cè)算法可被設(shè)計(jì)成允許基線隨著壓電電壓向下漂移而向下跟蹤。
[0088]在另一實(shí)施例中，閉環(huán)放電可以在放電后在機(jī)械系統(tǒng)的長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)間(settlingtime)內(nèi)起作用。由此，甚至在系統(tǒng)已經(jīng)停止放電后，壓電電壓也可以在機(jī)械系統(tǒng)(壓電、粘結(jié)、玻璃、手指等)穩(wěn)定到其最終穩(wěn)定狀況時(shí)繼續(xù)改變。在一個(gè)實(shí)施例中，與總放電時(shí)間(〈Ims)相比，該機(jī)械系統(tǒng)的時(shí)間常量(30-50ms)可能較長(zhǎng)。通常，壓電電壓可以在停止放電后提升。如果系統(tǒng)在放電循環(huán)結(jié)束后立即嘗試?yán)^續(xù)感測(cè)壓電壓力，則該系統(tǒng)可看到壓電電壓上升得足夠快且足夠遠(yuǎn)以指示壓電上的增加的手指壓力。
[0089]由此，可能需要在每一觸覺(jué)事件(充電以及之后的放電)后，控制器可進(jìn)入特殊觸覺(jué)恢復(fù)模式。在該模式中，壓力感測(cè)可被掛起并且壓電電壓約每1ms放電一次直到所指定的穩(wěn)定時(shí)間(35ms)期滿。在該穩(wěn)定時(shí)間結(jié)束時(shí)，可以是機(jī)械系統(tǒng)足夠穩(wěn)定并且壓力感測(cè)被恢復(fù)的情況。
[0090]壓電驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例
[0091]如本文所公開(kāi)的，圖12是用于合適壓電結(jié)構(gòu)的壓電驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)可能的實(shí)施例。如可以看到，Vl是電壓源(例如，電池電壓)<X4存儲(chǔ)電荷，由此限制電流尖峰的大小。電感器L1/L2、二極管Dl和FET Ml形成切換組件。V2表示可能是在經(jīng)過(guò)電平移位器以將電壓驟升至所需電平(例如，5V)以便更難地導(dǎo)通FET之后來(lái)自壓電控制器的用于充電循環(huán)的PffM輸出。V3表示來(lái)自壓電控制器的用于放電循環(huán)的PWM輸出。FET M2執(zhí)行放電。將理解，雖然圖12包括在其中的若干個(gè)組件的示例性值，本申請(qǐng)的范圍不應(yīng)當(dāng)受限于這些示例性值。其它的電路和值是可能的，并且本申請(qǐng)包含它們的范圍。
[0092]圖13是與壓電驅(qū)動(dòng)電路1302和壓電元件1304通信的壓電控制器1306的一個(gè)實(shí)施例(1300)。壓電控制器1306可以向壓電電路802提供驅(qū)動(dòng)和/或控制信號(hào)(1308)(例如，壓電充電PWM信號(hào)、壓電放電PffM信號(hào)、用于電平移位器的啟用線(如果需要))?？蛇x地，壓電驅(qū)動(dòng)電路可以在需要時(shí)發(fā)回ADC信號(hào)的壓電電壓(未示出)。
[0093]替換開(kāi)關(guān)實(shí)施例
[0094]對(duì)于第一替換實(shí)施例，有可能使用如圖14A、14B和14C所描繪的壓電結(jié)構(gòu)。壓電結(jié)構(gòu)1400可包括例如為模擬物理開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)提供基本剛性結(jié)構(gòu)的殼體1402通過(guò)殼體1402，如在圖14A中靜止的浮動(dòng)層1404可能通過(guò)推條1406靜止于壓電層1408之上而浮動(dòng)于層1408之上。浮動(dòng)條1404可以是許多可能的結(jié)構(gòu)一一例如，二維板，其向觸摸該板的用戶(hù)的(多個(gè))手指提供耦合觸覺(jué)位移的觸摸表面。在其它實(shí)施例中，浮動(dòng)條1404可以是條或盤(pán)結(jié)構(gòu)，或其它所需要的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，推條1406可以是可將壓電結(jié)構(gòu)1408的偏轉(zhuǎn)傳送給1404的(圓柱形或其它合適的形狀的)活塞。
[0095]在圖14B中，一個(gè)力(例如，通過(guò)用戶(hù)的手指、指示筆或其它I/O設(shè)備按壓所提供的)可促使浮動(dòng)條1404使壓電結(jié)構(gòu)1408變形;并從而發(fā)送合適的信號(hào)作為響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，腔可位于壓電結(jié)構(gòu)1408下方，其可允許結(jié)構(gòu)1408的中心例如垂直地和自由地偏轉(zhuǎn)——同時(shí)結(jié)構(gòu)1408可被其輪廓邊緣支承。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)性阻斷1410可以是環(huán)結(jié)構(gòu)——或在其它實(shí)施例中是某個(gè)其它合適的結(jié)構(gòu)。阻斷1410可被放置用于防止特定的位移。如果強(qiáng)推可能不破壞壓電，例如，如果最大偏轉(zhuǎn)受限于所設(shè)計(jì)的活塞和壓電結(jié)構(gòu)的尺寸，則這些阻斷可以是可選的。
[0096]在圖14C中，可以看到，偏心的輕觸摸(如1430描述的)可導(dǎo)致浮動(dòng)條1404萬(wàn)向至殼體的一側(cè)以及浮動(dòng)條1432的一部分(1432)與殼體頂部接觸——例如形成懸臂。這可往往使得被壓電盤(pán)創(chuàng)建的偏轉(zhuǎn)的有效耦合被耦合至觸摸手指(1430)。在一些情況下，觸摸點(diǎn)越遠(yuǎn)離中心，手指可往往接收越多的垂直運(yùn)動(dòng)，高達(dá)中心處的位移的2倍。然而，垂直位移可以是數(shù)十微米級(jí)別，典型的用戶(hù)可能不會(huì)注意到差異。
[0097]對(duì)于這和其它開(kāi)關(guān)的實(shí)施例，壓電結(jié)構(gòu)可通過(guò)以下任何一個(gè)匹配于可變形層:粘結(jié)、推壓件結(jié)構(gòu)、支承結(jié)構(gòu)和安裝結(jié)構(gòu)。
[0098]包含隔離的觸覺(jué)區(qū)域的替換實(shí)施例
[0099]現(xiàn)在，將描述具有觸覺(jué)反饋的各種實(shí)施例設(shè)備，其可包含區(qū)域、分區(qū)和/或基本上隔離的觸覺(jué)用戶(hù)體驗(yàn)區(qū)。在許多這些實(shí)施例中，可能存在通過(guò)壓電盤(pán)的適當(dāng)放置形成的區(qū)域，這些區(qū)域即為意在向設(shè)備的用戶(hù)提供期望的觸覺(jué)體驗(yàn)的結(jié)構(gòu)和/或元件。這些區(qū)域可一一例如，通過(guò)可阻擋觸覺(jué)感覺(jué)從一區(qū)域到另一區(qū)域的支持結(jié)構(gòu)(和/或其它振動(dòng)阻尼材料)的適當(dāng)放置來(lái)隔離。
[0100]圖15A僅僅是鍵盤(pán)1500的一個(gè)示例性實(shí)施例，該鍵盤(pán)1500可構(gòu)造有兩個(gè)基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域一一即鍵盤(pán)的左手區(qū)域1502以及右手區(qū)域1504。在該實(shí)施例中，右手和左手的觸覺(jué)體驗(yàn)往往基本上彼此隔離——因此，給予用戶(hù)更好的觸覺(jué)體驗(yàn)。
[0101]圖15B是鍵盤(pán)1500的另一示例性實(shí)施例，鍵盤(pán)1500例如針對(duì)右手被劃分或以其它方式分區(qū)成基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域1502、1504、1506、1508和1510。這種分區(qū)可以是有用的，以便趨向于隔離用戶(hù)的右手手指的觸覺(jué)體驗(yàn)。類(lèi)似分區(qū)對(duì)用戶(hù)的左手手指可以是可能的。
[0102]將理解，存在合適和/或需要在啟用觸摸/觸覺(jué)設(shè)備的表面上實(shí)現(xiàn)的各種各樣的分區(qū)。它可足以用于本申請(qǐng)的目的，即該設(shè)備的基本上隔離的區(qū)域向用戶(hù)提供改進(jìn)的觸覺(jué)體驗(yàn)。在分開(kāi)的區(qū)域中激發(fā)觸覺(jué)往往加強(qiáng)局部致動(dòng)感知。
[0103]在操作中，對(duì)于像軌跡板、鍵盤(pán)和屏幕的多區(qū)域用戶(hù)界面，觸覺(jué)可跨整個(gè)表面被激發(fā)(例如使用單個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器)?；蛘?，可使用單個(gè)或成組的致動(dòng)器在區(qū)域內(nèi)激發(fā)觸覺(jué)。應(yīng)當(dāng)注意，觸覺(jué)可仍舊需要同時(shí)激發(fā)多個(gè)區(qū)域，例如，以產(chǎn)生音頻效果或一些其它有意義的全局觸覺(jué)效果。
[0104]在許多這些實(shí)施例中，由于電負(fù)載可減小，可影響在不同區(qū)域中的激發(fā)的設(shè)備可幫助減少電子器件的成本以及功率要求。例如，對(duì)于電路(如圖13所示)，可能有驅(qū)動(dòng)控制器1306所控制的各個(gè)區(qū)域的多個(gè)HV電路(例如1302)。
[0105]在鍵盤(pán)的一個(gè)示例性實(shí)施例中，可能希望構(gòu)造按鍵組觸覺(jué)反饋，使得存在單一觸覺(jué)事件和/或?qū)︽I擊下行運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)(*點(diǎn)擊*)，并可能沒(méi)有釋放的觸覺(jué)響應(yīng)。針對(duì)軌跡板按鈕反饋，可能需要應(yīng)用觸覺(jué)事件/對(duì)下行運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)(*點(diǎn)擊*)，并隨著用戶(hù)的手指開(kāi)始釋放應(yīng)用另一上行運(yùn)動(dòng)觸覺(jué)事件/響應(yīng)。以這種方式，該設(shè)備可模擬圓頂開(kāi)關(guān)感覺(jué)。
[0106]在這些各種實(shí)施例中，用于產(chǎn)生這些波形的電路可被本領(lǐng)域已知的各種各樣的技術(shù)創(chuàng)建?？尚枰苊飧哳l振鈴，因?yàn)檫@樣的振鈴可創(chuàng)建不希望的聽(tīng)覺(jué)效果。
[0107]在一些實(shí)施例中，可需要在激發(fā)觸覺(jué)時(shí)暫時(shí)拖延電容感測(cè)和/或壓力感測(cè)系統(tǒng)，以避免噪聲耦合。
[0108]音頻觸覺(jué)實(shí)施例
[0109]在許多常規(guī)有觸覺(jué)能力的設(shè)備中，在本質(zhì)上觸覺(jué)一般可聽(tīng)一一以及可以被配置作為，例如，揚(yáng)聲器。在許多本文公開(kāi)的實(shí)施例中，可需要在一些交互中將觸覺(jué)配置作觸覺(jué)反饋，并在其它交互中將其配置為音頻反饋。僅僅作為一個(gè)例子，有可能構(gòu)造一個(gè)鍵盤(pán)(例如104)一一使得在軌跡板中有針對(duì)按鈕點(diǎn)擊的觸覺(jué)反饋，但當(dāng)用戶(hù)在敲擊按鍵組中的鍵時(shí)，其可被重新配置用于產(chǎn)生音頻反饋。在這樣的實(shí)施例中，有可能會(huì)發(fā)出不同的波形一一例如，一個(gè)被定制用于聲音，而另一個(gè)用于感覺(jué)。
[0110]顯示器中的觸覺(jué)的實(shí)施例
[0111]在許多實(shí)施例中，有可能構(gòu)造具有足夠強(qiáng)度的壓電以用于彎曲(warp)玻璃并產(chǎn)生觸覺(jué)效果。然而，壓電往往是不透明的。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，壓電體可被放置于顯示器的發(fā)射和反射元件的后面。
[0112]在許多實(shí)施例中，有可能用可與這樣的部件兼容的各種平板技術(shù)來(lái)構(gòu)造顯示器:例如OLED或其它厚膜LED顯示器，其中發(fā)射元件被鋪設(shè)、絲網(wǎng)印刷、模式化、或以其它方式被形成在玻璃。在許多實(shí)施例中，壓電組件可被安裝于這些發(fā)射元件之后。
[0113]上文所描述的包括本創(chuàng)新的示例。當(dāng)然，不可能出于描述所要求保護(hù)的主題的目的而描述組件或方法的每個(gè)可能的組合，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，本創(chuàng)新的許多進(jìn)一步的組合和置換都是可能的。因此，所要求保護(hù)的主題旨在包含落在所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)的所有這樣的更改、修改和變化。
[0114]具體來(lái)說(shuō)且對(duì)于由上述組件、設(shè)備、電路、系統(tǒng)等等執(zhí)行的各種功能，除非另外指明，否則用于描述這些組件的術(shù)語(yǔ)(包括對(duì)“裝置”的引用)旨在對(duì)應(yīng)于執(zhí)行所描述的執(zhí)行此處在所要求保護(hù)的主題的所例示的示例性方面中的功能的組件的指定功能(例如，功能上等效)的任何組件，即使這些組件在結(jié)構(gòu)上不等效于所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)。關(guān)于這一點(diǎn)，還應(yīng)認(rèn)識(shí)至IJ，本創(chuàng)新包括具有用于執(zhí)行所要求保護(hù)的主題的各種方法的動(dòng)作和/或事件的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0115]另外，盡管可能已經(jīng)相對(duì)于若干實(shí)現(xiàn)中的僅一個(gè)實(shí)現(xiàn)公開(kāi)了本創(chuàng)新的一個(gè)特定特征，但是這一特征可以如可對(duì)任何給定或特定應(yīng)用所希望且有利的那樣與其它實(shí)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)其它特征相組合。此外，就在說(shuō)明書(shū)或權(quán)利要求書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包括”和“含有”及其變體而言，這些術(shù)語(yǔ)旨在以與術(shù)語(yǔ)“包含”相似的方式為包含性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括: 非行進(jìn)可變形層； 壓電層，所述壓電層機(jī)械地匹配到所述可變形層； 支持結(jié)構(gòu)，所述支持結(jié)構(gòu)機(jī)械的匹配到所述可變形層，其中所述支持結(jié)構(gòu)形成所述一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域，以及進(jìn)一步其中所述 一組用戶(hù)傳感器；以及 進(jìn)一步其中所述壓電層能夠響應(yīng)于所述一組用戶(hù)傳感器感測(cè)到用戶(hù)交互而向所述可變形層傳送觸覺(jué)響應(yīng)。2.如權(quán)利要求1所述的壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括: 推壓件結(jié)構(gòu)，所述推壓件結(jié)構(gòu)機(jī)械地匹配到所述可變形層，并且所述推壓件結(jié)構(gòu)還能夠機(jī)械地提供所述可變形層與所述壓電層之間的通信；以及 支承結(jié)構(gòu)，所述支承結(jié)構(gòu)機(jī)械地匹配到所述壓電結(jié)構(gòu)并且還能夠支承所述壓電層。3.如權(quán)利要求1所述的壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域在所述壓電層被致動(dòng)時(shí)包括一組期望觸覺(jué)用戶(hù)體驗(yàn)。4.如權(quán)利要求3所述的壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述期望觸覺(jué)用戶(hù)體驗(yàn)組包括一群組，所述群組包括:單手觸覺(jué)體驗(yàn)、右手觸覺(jué)體驗(yàn)、左手觸覺(jué)體驗(yàn)、用戶(hù)手指觸覺(jué)體驗(yàn)以及與音頻響應(yīng)結(jié)合的觸覺(jué)響應(yīng)。5.如權(quán)利要求4所述的壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述觸覺(jué)響應(yīng)包括一群組中的一個(gè)響應(yīng)，所述群組包括:點(diǎn)擊響應(yīng)、圓頂開(kāi)關(guān)響應(yīng)、下行運(yùn)動(dòng)觸覺(jué)響應(yīng)、以及音頻響應(yīng)和上行運(yùn)動(dòng)觸覺(jué)響應(yīng)。6.如權(quán)利要求5所述的壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壓電層能夠通過(guò)第一電波形來(lái)激活;并且 其中所述第一電波形包括一群組中的一個(gè)，所述群組包括:第一快速充電部分和第二緩慢放電部分，第一緩慢充電部分和第二快速放電部分，第一快速充電部分和穩(wěn)定期和第二快速放電部分。7.—種用于致動(dòng)壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的方法，所述壓電致動(dòng)結(jié)構(gòu)包括非行進(jìn)可變形層、匹配到所述可變形層并在所述可形變層上形成一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域的支持結(jié)構(gòu)、匹配到所述可形變層并被置于所述一組基本上隔離的觸覺(jué)區(qū)域內(nèi)的一組壓電元件、一組用戶(hù)傳感器以及用于接收來(lái)自所述一組用戶(hù)傳感器的信號(hào)以及響應(yīng)于所述信號(hào)向所述一組壓電元件發(fā)送控制信號(hào)的控制器，所述方法包括: 響應(yīng)于用戶(hù)交互從所述一組用戶(hù)傳感器接收第一信號(hào)； 確定所述用戶(hù)正與哪個(gè)隔離的觸覺(jué)區(qū)域交互；以及 向所述隔離的觸摸區(qū)域內(nèi)所述用戶(hù)正與其進(jìn)行交互的至少一個(gè)壓電元件發(fā)送致動(dòng)信號(hào)。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，發(fā)送致動(dòng)波形進(jìn)一步包括群組中的一個(gè)，所述群組包括:第一快速充電部分和第二緩慢放電部分、第一緩慢充電部分和第二快速放電部分、第一1決速充電部分和穩(wěn)定期和第二快速放電部分。9.一種有觸覺(jué)能力的設(shè)備，包括: 觸敏表面，所述觸敏表面進(jìn)一步包括可變形層； 支持結(jié)構(gòu)，所述支持結(jié)構(gòu)將所述可變形層分區(qū)成一組隔離的觸覺(jué)區(qū)域。 一組壓電元件，所述壓電元件組與所述可變形層進(jìn)行機(jī)械通信并且被置于所述一組隔離的觸覺(jué)區(qū)域內(nèi)； 一組用戶(hù)傳感器，所述一組用戶(hù)傳感器能夠感測(cè)與所述觸敏表面的用戶(hù)交互； 控制器，所述控制器能夠接收來(lái)自所述一組用戶(hù)傳感器的信號(hào)并響應(yīng)于從所述一組用戶(hù)傳感器接收信號(hào)而發(fā)送控制信號(hào)；以及 壓電致動(dòng)電路，所述壓電致動(dòng)電路能夠從所述控制器接收控制信號(hào)并向所述一組壓電元件發(fā)送壓電致動(dòng)信號(hào)。10.如權(quán)利要求9所述的有觸覺(jué)能力的設(shè)備，其特征在于，所述一組壓電元件能夠響應(yīng)于用戶(hù)在所述隔離的觸覺(jué)區(qū)域之一與所述設(shè)備交互而向用戶(hù)提供一組隔離的觸覺(jué)事件。
【文檔編號(hào)】G06F3/041GK105874407SQ201480071909
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月5日
【發(fā)明人】C·E·皮喬托, G·G·金, L·K·E·吉恩, R·J·牛頓
【申請(qǐng)人】微軟技術(shù)許可有限責(zé)任公司