[发明专利]使用复合压电致动器的触觉反馈

说明书

技术领域

本公开的实施例一般涉及在人机界面中提供触觉反馈，并尤其涉及采用复合压电致动器的触觉反馈结构。

背景技术

电子设备制造商致力于为用户生产丰富的界面。传统的电子设备通常提供视觉和/或听觉反馈以向用户传达信息。在某些情况下，动觉反馈(如作用(active)力和阻力反馈)和/或触知反馈(如振动、质地和热)也可以提供给用户来提高用户体验。一般来说，动觉反馈和触知反馈统称为“触觉反馈”或“触觉效应”。触觉反馈对提供提示来提醒用户特定事件或提供真实的反馈感觉来创建更好的感官体验是有用的。触觉反馈可用于常用的电子设备，甚至可用于创建模拟或虚拟环境的设备。

为了产生触觉效应，可以利用某些类型的触觉致动器。已知的触觉致动器的例子包括电磁致动器，例如其中由电机带动的偏心质量的偏心转动惯量(“ERM”)，其中附加到弹簧上的质量被来回驱动的线性谐振致动器(“LRA”)，“智能材料”诸如压电材料、电活性聚合物或形状记忆合金等。许多这些交互的致动器和设备通常有内在或动态确定的共振频率。驱动信号可以被应用到致动器来有效地和高效地产生触觉效应。

发明内容

本公开描述了提供触觉反馈给用户的系统、电子设备和输入/输出设备的实施例。在一些实施例中，人机界面包括显示设备和触敏设备。显示设备被配置成视觉显示图像给用户，并且触敏设备被配置成感测用户的接触。此外，人机界面包含位于显示设备和触敏设备之间的复合压电层。复合压电层被配置成提供触觉反馈给用户。

本公开中描述的实施例可包括各种特征和优点，这里可能没必要明确公开，但是对本领域技术人员在查看接下来的详细描述和伴随的附图后是明显的。意图在于这些特征和优点包括在本公开中。

附图说明

接下来的附图的组件被例示以强调本公开的一般原理，但不一定按比例绘制。为了一致性和清晰性，必要时在所有附图中重复使用指示对应组件的附图标记。

图1是示出根据本发明的不同实施例的电子设备大体示意图的方块图。

图2A是根据本发明的不同实施例的例示人机界面分解视图的图。

图2B是根据本发明的不同实施例的例示图2A的人机界面的组装视图的图。

图3是根据本发明的不同实施例的例示触摸表面设备的实施例以及例示该触摸表面设备的层压结构的侧视图的图。

图4是根据不同发明实施例的例示复合压电结构的截面的透视图的图。

具体实施方式

本公开描述了通过用户设备的用户接口、人机界面或其它部分上强加触觉效应到用户的触觉反馈致动器的实施例，在用户设备上或内部放置该致动器。特别地，这里描述的触觉反馈致动器的实施例可被配置成应用触觉效应至用户设备的触敏表面。在一些实施例中，该触敏表面可以是包括视觉输出机构和触敏输入机构的显示设备的部分。因此，触觉反馈能够应用于诸如电子手持设备的用户设备中以便为用户提供丰富的感官体验。

过去各种触觉致动技术已被用于提供振动触知的触觉反馈给触敏设备，如触摸屏。已知的触觉反馈设备使用电动致动器，如线性谐振致动器(“LRA”)设备和偏心转动惯量(“ERM”)设备。然而，这些致动器一般是不可扩展的，并且在触觉应用方面总是表现不充分。这些设备往往是非常庞大，在满足一定的空间局限性会有困难。此外，这些类型的设备通常消耗大量的电能。

在触敏设备中另一种传统的触觉反馈技术是电活性聚合物(“EAP”)设备。然而，该技术的一个缺点是基于EAP的致动器通常需要几千伏特的电来提供适合触觉应用的效应。

触觉反馈结构的发展趋向于更小、更紧凑的设备。因此，在触敏设备中提供触觉反馈的另一条技术线是单片压电陶瓷。由这些陶瓷制成的致动器，称为单片压电致动器，由于它们的可扩展性和快速动态性而为触觉反馈提供了令人满意的解决方案。然而，安装这种致动器到消费者产品的机械集成和通常是麻烦的。而且，单片压电陶瓷也通常十分脆弱易碎并且如果结合陶瓷的电子设备跌落或者经历其它相似的力和应力会断裂。时常很难将单片压电陶瓷集成为商业化产品。

与单片压电致动器的使用相反，本公开描述了使用“复合压电致动器”来提供触觉反馈。复合压电材料可被用来获得触觉反馈设备的特殊特性。例如，机械强度、硬度、阻尼系数、韧性、弹性、位移长度比、电力消耗、作用力等可被优化来满足针对特定应用的特殊的机电目标。此外，由于复合压电材料的弹性特性，触觉反馈致动器可充当可放置在触觉反馈致动器上的触摸屏的粘弹性的悬浮物。通过调整粘弹性的特性，可调节触摸屏结构的共振频率。