[发明专利]一种用于向触摸屏提供触觉效果的具有集成压电材料的悬挂元件

说明书

柔性悬挂元件被公开用于安装电子触摸屏或触摸表面。至少一个柔性悬挂元件将触摸屏和壳体部件耦接在一起，从而使得触摸屏部件相对于壳体部件是可移动的。压电材料片段被耦接至至少一个悬挂元件的相反表面，用于产生使触摸屏部件相对于壳体部件移动的力，并且由此为触摸屏部件的用户提供触觉效果。响应于由压电材料片段产生的力，至少一个悬挂元件被配置为容许触摸屏部件相对于壳体部件以第一方向移动，同时还被配置为限制触摸屏部件和壳体部件之间在至少第二方向上的移动。

技术领域

本发明大致涉及触摸屏和其他触摸表面，尤其涉及向用户提供触感反馈的触摸屏和触摸表面。

背景技术

新一代的消费设备越来越多地依赖于触摸屏输入，例如通过触摸屏上显示的虚拟按钮和滚动条来代替物理输入。用户几乎完全使用一个或多个手指通过触摸和/或以其它方式操作屏上的虚拟按钮、滚动条、滚轮等来使用这些设备。响应于这些操作，在屏幕上显示图形以提供可视化反馈。在更多当前的触摸屏设备中，还可提供力反馈或触感反馈(统称为触觉反馈)，当用户用手指触摸触摸屏上的虚拟控件时，也可将其提供给用户。这一般由一个与屏幕耦接的触觉致动器通过移动或者震动屏幕来实现。

为了容许触觉触摸屏响应触觉致动器而移动，并且由此将触觉效果与屏幕隔开，柔性地把触觉触摸屏悬挂(suspend)在其所在的电子装置内部。然而，重要的是，即使当触觉致动器被激活时屏必须能移动，但是当用户触摸时被悬挂的屏必须让用户感觉它好像是被刚性安装的。其他人曾提出过不使用悬挂装置来解决该问题，但如果不使用悬挂装置会限制系统的可以具有触觉效果的质量。

利用用于将触摸屏和触摸表面安装在壳体内的柔性垫圈柔性垫圈(compliantgrommet)的悬挂是已知的，如在Olien等在2011年3月16日提交的美国专利申请号13/049,265中所描述的，其整体通过参考而并入本文中。尤其，从Olien等的专利中复制的图1示出用于为在触摸屏102提供触觉反馈的电子触摸屏系统100的各种部件的分解视图，该系统在柔性悬挂系统中采用了多个垫圈悬挂元件104。除了触摸屏102之外，触摸屏系统100包括承载部件106、马达或触觉致动器108、防尘密封件110、LCD部件112、以及主壳体部件114。垫圈悬挂元件104被配置为容许触摸屏102优先以某一方向(例如x方向)移动，同时限制其他方向(例如y方向和z方向)移动。

触觉致动器108可以是多个已知致动器类型中的任意一种，包括而不限于压电致动器、音圈致动器、质量偏心致动器、电子芯式致动器、螺线管、移动磁铁致动器、或者期望的其它类型致动器。当机械压力被施加在其上时，压电致动器具有产生电荷的性质。压电致动器208被显示在图2中，其是可以从商业制造商获得的。如图2A的分解视图中最佳所示，压电致动器208包括平面的中间基板209以及两个压电材料片段207，其被粘合或以其他方式被联接至基板209的两侧。当机械压力被施加到压电材料片段207上时，压电致动器208产生电荷并弯曲(如图2B所示)。对基于输入电子信号的输出力的压电致动器的操作对于本领域技术人员是熟知的。为了将压电致动器208连接至触觉系统，包括基板209和片段207的整个致动器单元或者组件被夹紧固定在系统上。用于将致动器联接至系统的夹具(未显示)可以被设计为在系统部件中或与系统部件成为整体，或者可以是一个独立的夹具部件。

除了柔性垫圈部件，其他悬挂早已提出用于触摸屏应用，如Rosenberg等的美国专利申请公开号2008/0111788Al(其整体通过参考而并入本文中)和Olien等的美国专利申请公开号2010/0245254Al(其整体通过参考而并入本文中)中所描述的。从Rosenberg等的专利复制的图3示出一种触摸屏系统300，其具有一个或多个弹簧元件304，其被联接在触摸板或触摸屏302与主壳体部件314之间。弹簧元件304被显示为螺旋或线圈元件，但可能是柔性材料(例如橡胶、泡沫或者弯曲材料)。弹簧元件304将触摸屏302联接至系统300的刚性壳体314，并且容许触摸屏302沿z轴被移动。在图3的实施例中，一个或多个压电致动器308被联接至触摸屏302的外部，并且将小的脉冲、振动或纹理感触输出至触摸屏302上且如果用户正在接触触摸屏则向用户输出。