Устройство тактильного отклика для электронного устройства
Изобретение относится к портативному электронному устройству, имеющему пользовательский интерфейс. Технический результат заключается в обеспечении активной тактильной обратной связи для пользователя. Такой результат достигается за счет того, что устройство пользовательского ввода для электронного устройства включает в себя слой тактильной обратной связи и сенсорный пользовательский интерфейс, при этом слой тактильной обратной связи включает в себя каркас и множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок, исходящих из него, дополнительно разделенных подкрепляющей балкой и простирающихся, по меньшей мере, через часть слоя тактильной обратной связи, один или несколько пьезоэлектрических приводов связаны с этими консольными балками и управляются контроллером, при детектировании контроллером активации пользователем сенсорного пользовательского интерфейса контроллер вызывает активацию, по меньшей мере, одного из пьезоэлектрических приводов в соответствии с сигналом активации. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА ПРИОРИТЕТНЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка заявляет приоритет и преимущество под действием 35 U.S.С. § 119(е) предварительной заявки на патент США №61/016111, зарегистрированной 21 декабря 2007 года, которая включена в качестве ссылки для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится, в общем, к портативным электронным устройствам и, в частности, к портативному электронному устройству, имеющему пользовательский интерфейс, который обеспечивает активную тактильную обратную связь для пользователя в качестве реакции на сопряжение пользователя с мишенью включения на этом пользовательском интерфейсе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Портативные электронные устройства, такие как мобильные телефоны, электронные секретари и медиа-плейеры становятся все более сложными. Разработчики таких устройств включают все больше свойств и приложений в каждое новое поколение этих продуктов. Сегодня не является необычным, например, обнаружить мобильный телефон, который включает в себя встроенный фотоаппарат для видео и изображений, музыкальное приложение для воспроизведения песен, приложение календаря для хранения напоминаний и адресную книгу, способную хранить сотни контактов.
Поскольку приложения, связанные с этими устройствами, становятся все более усовершенствованными, такими же также становятся и пользовательские интерфейсы. В то время как многие мобильные устройства имеют пользовательские интерфейсы, которые включают в себя некоторый массив кнопок в «колебательном» стиле, все больше и больше устройств снабжаются сенсорными экранами. С сенсорным пользовательским интерфейсом пользователь просто касается твердого участка пластика или стекла вместо нажатия кнопки. Емкостные, резистивные и другие датчики детектируют присутствие пальца или пера пользователя.
Одна проблема, связанная с этими устройствами, состоит в том, что иногда для пользователя сложно узнать, действительно ли он нажал ту «виртуальную кнопку», которую он намеревался нажать. С клавиатурой в «колебательном» стиле пользователь легко знает, была ли нажата некоторая кнопка, так как он может ощущать отклик этой кнопки типа «щелчка», идущий внутрь и наружу пользовательского интерфейса. Далее, он может слышать звук «щелчка», который производится колебанием. При использовании сенсорного интерфейса, однако, невозможно ощутить физическую деформацию. Пользователь просто помещает палец или перо на некоторый участок стекла. Далее, обычно нет звука, когда палец касается участка стекла. Следовательно, пользователь может быть не уверен, была ли виртуальная кнопка действительно приведена в действие.
Некоторые производители устройств пытались исправить эту проблему путем добавления фальшивого звука колебания. Когда емкостной или другой датчик детектирует, что некоторая виртуальная кнопка была приведена в действие, устройство программируется для передачи звука «щелчка» из встроенного громкоговорителя. Это решение, однако, не является идеальным, так как существует множество окружений, в которых звуки либо не разрешены, либо являются раздражающими. На собраниях, в театрах и других подобных местах пользователь может не желать того, чтобы громкоговоритель щелкал каждый раз, когда пользователь касается сенсорного интерфейса.
Таким образом, существует необходимость в усовершенствованной обратной связи пользователя в электронном устройстве, использующем сенсорный или подобный пользовательский интерфейс.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопутствующие чертежи, где подобные ссылочные позиции ссылаются на идентичные или функционально подобные элементы по всем отдельным видам и которые вместе с подробным описанием ниже включены в данную спецификацию и образуют его часть, служат для дополнительной иллюстрации различных вариантов осуществления и объяснения различных принципов и преимуществ, которые все находятся в соответствии с данным изобретением.
Фиг.1 иллюстрирует один вариант осуществления платформы тактильной (сенсорной) обратной связи в соответствии с изобретением.
Фиг.2 иллюстрирует покомпонентное изображение одного варианта осуществления сенсорного пользовательского интерфейса, подходящего для использования с платформой тактильной обратной связи в соответствии с изобретением.
Фиг.3 иллюстрирует прозрачный вид тактильно включаемого пользовательского интерфейса в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Фиг.4 иллюстрирует покомпонентное изображение электронного устройства, использующего систему тактильного отклика в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Фиг.5 иллюстрирует одно другое тактильное устройство в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Фиг.6 иллюстрирует прозрачный вид другого тактильно включаемого пользовательского интерфейса в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Фиг.7 иллюстрирует одно другое тактильное устройство в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Фиг.8 иллюстрирует одно другое тактильное устройство в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Фиг.9 является графиком, иллюстрирующим один отклик пьезоэлектрического привода в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Квалифицированным специалистам будет ясно, что элементы на чертежах показаны для простоты и ясности и необязательно были приведены к масштабу. Например, размеры некоторых элементов на чертежах могут быть преувеличены относительно других элементов для улучшения понимания вариантов осуществления данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления изобретения теперь описываются подробно. Со ссылкой на чертежи, подобные номера указывают подобные части по всем изображениям. При использовании в описании здесь и по всей формуле изобретения следующие термины принимают значения, явно связанные здесь, если контекст не диктует явно иное: значение «некоторый», «один» и «этот» включает в себя множественную ссылку, значение «в» включает в себя «в» и «на». Относительные термины, такие как первый и второй, верхний и нижний и т.п. могут использоваться исключительно для отличия одного объекта или действия от другого объекта или действия без обязательного требования или подразумевания какой-либо действительной такой связи или порядка между такими объектами или действиями. Далее, предполагается, что специалист обычной квалификации, не выдерживающий, возможно, значительных усилий и многих конструктивных выборов, мотивированный, например, доступным временем, современной технологией и соображениями экономии, руководствуясь концепциями и принципами, описанными здесь, будет легко способен сгенерировать один или несколько вариантов осуществления изобретения с минимальным экспериментированием. Также, ссылочные обозначения, показанные здесь в скобках, указывают компоненты, показанные на некотором чертеже, отличном от обсуждаемого. Например, упоминание устройства (10) при обсуждении фигуры А относилось бы к некоторому элементу, 10, показанному на фигуре, отличной от фигуры А.
Варианты осуществления данного изобретения используют систему тактильного отклика в электронных устройствах, имеющих сенсорные дисплеи. В качестве примера, находящаяся в процессе одновременного рассмотрения, обычным образом переуступленная заявка на патент США №11/684454, с названием "Multimodal Adaptive User Interface for a Portable Electronic Device", которая включена здесь в качестве ссылки, описывает трансформационный пользовательский интерфейс, который выполнен с возможностью динамического представления основанного на режимах множества пользовательских мишеней включения на пользовательском интерфейсе. Каждая из этих пользовательских мишеней включения является «виртуальной клавишей», в которой никакая кнопка колебательного стиля не соответствует пользовательской мишени включения. Напротив, пользовательский интерфейс является гладким, обычно твердым элементом полоски, который использует слой емкостного датчика для детектирования контакта пальца или пера с пользовательским интерфейсом. В заявке '454, поскольку нет физических кнопок, был обеспечен тактильный слой из одного или нескольких пьезоэлектрических преобразователей (датчиков) на металлической пластине. Хотя такая конфигурация на практике работает хорошо, варианты осуществления данного изобретения обеспечивают другую компоновку тактильных слоев, которая обеспечивает более общий тактильный отклик на всем пользовательском интерфейсе.
Варианты осуществления данного изобретения включают в себя каркас, имеющий множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок в сопряжении с полосковыми пьезоэлектрическими датчиками для обеспечения однородного, гладкого тактильного отклика через поверхность пользовательского интерфейса. Далее, в некоторых вариантах осуществления данного изобретения эти консольные балки могут быть приведены в действие в синхронных или асинхронных группах для обеспечения тактильного отклика, который специально разработан для конкретного приложения.
При использовании пьезоэлектрических полосок или элементов для обеспечения тактильного отклика иногда возникают вызовы, касающиеся структурной опоры и демпфирования. Разработчики иногда желают иметь тактильный отклик, который является сильным и однородным по пользовательскому интерфейсу. В таких случаях вопросы, касающиеся того, как минимизировать структурное демпфирование, могут взывать к разрешению. Варианты осуществления данного изобретения работают для разрешения этих вопросов для обеспечения гладкого и однородного тактильного отклика.
Если конкретный тактильный отклик в электронном устройстве является слишком слабым для восприятия пользователем или если тактильный отклик не обладает требуемой однородностью для согласования с конкретным приложением, то тактильная обратная связь может стать плохой или спорной. Такие низшие системы тактильного отклика могут даже деградировать работу системы, так как они неэффективно тратят мощность обработки и энергию. Варианты осуществления данного изобретения работают для обеспечения твердого, однородного тактильного отклика, который обеспечивает пользователя четким тактильным ощущением без затрачивания этих ресурсов, которые могут быть столь ценными в портативных электронных устройствах.
Варианты осуществления изобретения включают в себя чередующуюся пьезоэлектрическую структуру, имеющую дополнительные, противоположно направленные, чередующиеся, отдельные консольные балки, исходящие с противоположных направлений. Эти балки - работающие с пьезоэлектрическими датчиками, связанными с ними, - создают сбалансированный отклик управления для пользователя. В одном варианте осуществления эти балки разделены поперечным элементом, который может быть образован для включения арки или другой опорной формы. Эти поперечные элементы обеспечивают жесткость системы. Они также функционируют для изоляции консольных балок от внешнего демпфирования и внешнего влияния. Каркас поперечных элементов также позволяет всей структуре оставаться по существу жесткой и сопротивляться эффективной нагрузке (такой как палец или перо, нажимающих на пользовательский интерфейс) и в то же время защищает эту нагрузку от демпфирования характеристического отклика пьезоэлементов. Далее, эта структура препятствует консольным балкам подвергаться ограничению от других слоев системы, включая зажим или связывание.
В пределах этой геометрической структуры корпуса на этих балках смонтирован массив из полосковых пьезоэлектрических элементов. Эта структура и пьезоэлектрические элементы работают дополнительным образом, ведущим к однородному или усредненному отклику по активной области структуры.
Обращаясь теперь к Фиг.1, на ней показан один вариант осуществления слоя 100 тактильной обратной связи в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Слой 100 тактильной обратной связи является подходящим для установки под сенсорным пользовательским интерфейсом, как будет описано относительно Фиг.2.
Слой 100 тактильной обратной связи включает в себя каркас 101. Каркас 101, который, возможно, изготовлен из тонкой, пружинной стали или других подобных металлов или пластиков, имеет плоский элемент 102, который определяет периметр 103 корпуса 101. Плоский элемент 102 обеспечивает внешнюю опорную структуру для каркаса 101. Каркас 101, в одном варианте осуществления, также включает в себя возможный соединительный элемент 104 для связывания слоя 100 тактильной обратной связи с корпусом или другими структурами в пределах электронного устройства.
Слой 100 тактильной обратной связи включает в себя множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок. Балка 105 и балка 106 служат как иллюстративные балки для Фиг.1. Хотя и другие балки оказываются на Фиг.1, балки 105, 106 будут использоваться для обсуждения для иллюстрации свойств и характеристик, проявляемых каждой из этих балок. Далее, специалистам обычной квалификации в данной области техники, имеющим преимущество данного описания, будет ясно, что в соответствии с данным изобретением может использоваться любое количество балок.
Балки 105, 106 исходят из периметра 103 каркаса 101 и простираются по меньшей мере через часть слоя 100 тактильной обратной связи. В примерном варианте осуществления Фиг.1 множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 простираются по существу через весь слой тактильной обратной связи. Каждая консольная балка, например консольная балка 105, чередуется с противоположно направленной консольной балкой, например консольной балкой 106. Это множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 может быть сгруппировано в множества. Например, в примерном варианте осуществления Фиг.1, множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 сгруппировано в пары, например в пару 107, и простирается горизонтально через слой 100 тактильной обратной связи. Там, где слой 100 тактильной обратной связи расположен под сенсорным пользовательским интерфейсом, множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 может быть выполнено с возможностью простираться через сенсорный пользовательский интерфейс.
В одном варианте осуществления каркас 101 слоя 100 тактильной обратной связи дополнительно содержит одну или несколько подкрепляющих балок, например подкрепляющих балок 113, которые простирают каркас 101. Хотя и другие подкрепляющие балки оказываются на Фиг.1, подкрепляющая балка 113 будет использоваться для обсуждения для иллюстрации свойств и характеристик, проявляемых каждой из подкрепляющих балок. Далее, специалистам обычной квалификации в данной области техники, имеющим преимущество данного описания, будет ясно, что любое количество подкрепляющих балок может использоваться в соответствии с данным изобретением.
Как отмечалось выше, одна или несколько подкрепляющих балок 113 обеспечивают структурную целостность для каркаса, а также обеспечивают свободу движения для множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106. В примерном варианте осуществления Фиг.1, так как множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 сгруппированы в пары, например в пару 107, каждая пара из противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 разделена подкрепляющей балкой. В качестве примера, пара 107 консольных балок 105, 106 разделена подкрепляющей балкой 113.
В одном варианте осуществления каждая из одной или нескольких подкрепляющих балок 113 может включать в себя структурную форму поперечного сечения. В примерном варианте осуществления Фиг.1 каждая из одной или нескольких подкрепляющих балок 113 включает в себя арку, например арку 108, которая охватывает по меньшей мере часть своего поперечного сечения. В дополнение к обеспечению дополнительной структурной целостности, в варианте осуществления Фиг.1 арка 108 образована таким образом, чтобы иметь около удвоенной толщины пьезоэлектрического датчика, который будет связан с окружающими консольными балками. Эта высота помогает гарантировать, что множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 будут иметь свободу для работы, когда другие слои расположены на верху слоя 100 тактильной обратной связи. Отметим, что в примерном варианте осуществления Фиг.1 арки 108 простираются приблизительно на половину ширины одной или нескольких подкрепляющих балок 113.
Один или несколько пьезоэлектрических приводов, например пьезоэлектрический привод 119, связаны с множеством противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106. Отметим, что хотя и другие пьезоэлектрические приводы оказываются на Фиг.1, пьезоэлектрический привод 119 будет использоваться для обсуждения для иллюстрации свойств и характеристик, проявляемых каждым из пьезоэлектрических приводов. Далее, специалистам обычной квалификации в данной области техники, имеющим преимущество данного описания, будет ясно, что в соответствии с данным изобретением может использоваться один или несколько пьезоэлектрических приводов.
В примерном варианте осуществления Фиг.1 пьезоэлектрические приводы 119 связаны с множеством противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 на взаимно-однозначной основе. Однако каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 может включать в себя более чем один пьезоэлектрический привод.
В одном варианте осуществления один или несколько пьезоэлектрических приводов 119 расположены на множестве противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 и связаны с ним. Примеры способов связывания включают в себя адгезив, адгезивную ленту, эпоксидные полимеры и клей. Это прямое помещение обеспечивает «натягивающее изгибом» изгибающее перемещение каждой из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106. Далее, это помещение помогает облегчить истинную подобную «щелчку» тактильную обратную связь для пользователя, так как каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 включает в себя низкое смещение около 10-30 микрометров. Далее, адгезивное связывание обеспечивает надежное механическое соединение, которое является как низкостоимостной, так и простой в изготовлении.
Один или несколько пьезоэлектрических приводов 119 обычно индивидуально способны доставлять быстрый, например 1,0-10,0 миллисекунд, отклик высокого ускорения, например 1-100 g, необходимый для имитации откликов щелчков клавиш. Пьезоэлектрические приводы также способны обеспечить широкополосное перемещение (1-2000 Гц) в противоположность отклику фиксированной частоты электромагнитных вибрационных двигателей.
Один или несколько пьезоэлектрических приводов 119 сжимаются или расширяются в поперечном направлении при воздействии электрического поля, вызывая усиленное перпендикулярное перемещение в его центре с тем ограничением, что они связаны с твердой поверхностью, такой как множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106. Один или несколько пьезоэлектрических приводов, следовательно, генерируют подобные щелчку кривую ускорения и ощущение при возбуждении волной с огибающей в форме последовательности прямоугольных импульсов. Под действием синусоидального напряжения возбуждения эти приводы могут генерировать смещение, которое попадает в комфортную зону для вибротактильной обратной связи. Пьезоэлектрические приводы могут также работать в широком частотном диапазоне, позволяя осуществить широкополосные тактильные отклики. Потребляемая мощность пьезоэлектрических приводов обычно сравнима с потребляемой мощностью вращательных двигателей постоянного тока или меньше нее. Время задержки приводов (время, необходимое для линейного нарастания до полной скорости) является достаточно малым для того, чтобы позволить пользователям иметь почти мгновенный отклик в интерактивных приложениях.
В одном варианте осуществления каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 включает в себя предварительно образованную выемку 127. Такая предварительно образованная выемка 127 может быть образована посредством вытравливания некоторого материала из каждой из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106. Альтернативно, предварительно образованная выемка 127 может быть образована посредством штамповки, формования или изгиба каждой из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106. Предварительно образованная выемка 127 обеспечивает «сиденье», в которое садится один или несколько пьезоэлектрических приводов 119. В одном варианте осуществления предварительно образованная выемка 127 приблизительно равна по глубине высоте каждого из пьезоэлектрических приводов. Однако могут использоваться и меньшие глубины. При использовании предварительно образованной выемки 127 каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 105, 106 имеет большую свободу движения, так как один или несколько пьезоэлектрических приводов 119 садится в свою соответствующую консольную балку, тем самым уменьшая общую высоту каждой балки.
Обращаясь теперь к Фиг.2, на ней показано покомпонентное изображение одного варианта осуществления сенсорного пользовательского интерфейса 200 для электронного устройства, которое является подходящим для использования с вариантами осуществления слоя 100 тактильной обратной связи данного изобретения. Примерный сенсорный пользовательский интерфейс 200, показанный на Фиг.2, является «трансформационным» пользовательским интерфейсом в том, что он выполнен с возможностью динамического представления одного из множества основанных на режимах множеств пользовательских мишеней включения для пользователя. Трансформационный сенсорный пользовательский интерфейс 200 хорошо подходит для вариантов осуществления изобретения, так как этот пользовательский интерфейс 200 является «сенсорным» пользовательским интерфейсом и может быть усовершенствован посредством тактильной обратной связи, предлагаемой слоем 100 тактильной обратной связи. Сенсорный пользовательский интерфейс 200 является «сенсорным» в том, что слой 203 емкостных датчиков детектирует присутствие пальца или пера пользователя.
Этот сенсорный пользовательский интерфейс 200 является только иллюстративным в том, что для специалистов обычной квалификации в данной области техники, имеющих преимущество данного описания, будет ясно, что любое количество различных пользовательских интерфейсов могло бы быть подставлено и использовано в сопряжении с различными вариантами осуществления слоя 100 тактильной обратной связи, описанного здесь. Например, со слоем 100 тактильной обратной связи мог бы в действительности использоваться и более традиционный пользовательский интерфейс, такой как пользовательский интерфейс, который включает в себя кнопки колебательного стиля, так как слой 100 тактильной обратной связи мог бы быть выполнен с возможностью обеспечения активного, неслышимого предупреждения, такого как предупредительный сигнал общей вибрации или другого глобального тактильного отклика.
Начиная с верхнего слоя этого примерного сенсорного пользовательского интерфейса 200, слой 202 крышки служит в качестве непрерывной полосы и функционирует как защитная поверхность. Сенсорный пользовательский интерфейс 200 может дополнительно включать в себя другие элементы или слои, такие как слой 203 емкостных датчиков, сегментированное электролюминесцентное устройство 205, слой 206 резистивных переключателей, слой 207 подложки и возможные материалы 210 заполнителя.
Слой 202 крышки, в одном варианте осуществления, является листом тонкой пленки, который служит в качестве унитарного полоскового элемента для сенсорного пользовательского интерфейса 200. Подходящие материалы для изготовления слоя 202 крышки включают в себя прозрачную или полупрозрачную пластиковую пленку, такую как 0,4-миллиметровая прозрачная поликарбонатная пленка. В другом варианте осуществления слой 202 крышки изготовлен из тонкого листа усиленного стекла. Слой 202 крышки может включать в себя печать или графику.
Слой 203 емкостных датчиков расположен ниже слоя 202 крышки. Слой 203 емкостных датчиков, который в одном варианте осуществления образован посредством нанесения малых емкостных пластинчатых электродов на подложку, выполнен с возможностью детектирования присутствия некоторого объекта, такого как палец или перо пользователя, около или касающегося сенсорного пользовательского интерфейса 200. Контроллер 201, который связан со слоем 203 емкостных датчиков, детектирует некоторое изменение в емкости конкретной комбинации пластин на слое 203 емкостных датчиков. Слой 203 емкостных датчиков может использоваться в общем режиме, например, для детектирования общего ближайшего положения некоторого объекта. Альтернативно, слой 203 емкостных датчиков может также использоваться в специфическом режиме, когда конкретная пара пластин конденсатора может использоваться для детектирования местоположения некоторого объекта вдоль длины и ширины сенсорного пользовательского интерфейса 200.
Затем следует сегментированная оптическая заслонка 204. Сегментированная оптическая заслонка 204, которая в одном варианте осуществления является изогнутым нематическим жидкокристаллическим дисплеем, используется для представления одной из множества конфигураций вспомогательной клавиатуры для пользователя посредством открытия и закрытия окон или сегментов. К сегментированной оптической заслонке 204 приложены электрические поля, тем самым изменяются оптические свойства сегментов оптической заслонки прятать и открывать различные пользовательские мишени включения. Кроме того, дисплей высокого разрешения может быть спрятан от пользователя, когда устройство выключено, и все же открыт, когда устройство включено. Приложение электрического поля вызывает вращение полярности света, проходящего через оптическую заслонку, тем самым открываются и закрываются сегменты или окна.
Сегментированное электролюминесцентное устройство 205 включает в себя сегменты, которые работают как индивидуально управляемые световые элементы. Эти сегменты сегментированного электролюминесцентного устройства 205 могут быть включены для обеспечения функции тылового освещения. В одном варианте осуществления сегментированное электролюминесцентное устройство 205 включает в себя слой материала тылового освещения, лежащий между слоями прозрачной подложки, несущими прозрачные электроды сверху и снизу.
Возможный слой 206 резистивных переключателей служит как массив силовых переключателей, выполненный с возможностью детектирования контакта с любой одной из областей динамической клавиатуры заслонки или любой из множества мишеней включения. При осуществлении контакта с сенсорным пользовательским интерфейсом 200 могут быть детектированы изменения импеданса какого-либо переключателя. Этим массивом переключателей могут быть любые считывающие сопротивление переключатели, мембранные переключатели, считывающие усилие переключатели, такие как пьезоэлектрические переключатели, или другие эквивалентные типы технологии.
Слой 207 подложки может быть обеспечен для несения различных схем управления и драйверов для слоев дисплея или для электрического связывания различных слоев с другими схемами, такими как контроллер 201. Слой 207 подложки, который может быть либо твердым слоем, таким как печатная плата FR4, либо гибким слоем, таким как медные межсоединения, напечатанные на гибком материале, таком как Kapton®, может включать в себя электрические компоненты, интегральные схемы, процессоры и связанные схемы для управления работой дисплея.
Для обеспечения тактильной обратной связи, в варианте осуществления Фиг.2, слой 100 тактильной обратной связи расположен под сенсорным пользовательским интерфейсом 200. Слой 100 тактильной обратной связи, в одном варианте осуществления, связан с контроллером 201. Контроллер 201, который может быть микропроцессором, программируемой логической схемой, интегральной схемой прикладной ориентации или другим подобным устройством, обеспечивает электрический сигнал к слою 100 тактильной обратной связи.
При детектировании контроллером 201 контакта пользователя с сенсорным пользовательским интерфейсом 200, либо через слой 203 емкостных датчиков, работающий в специфическом режиме, через слой 206 резистивных переключателей, либо другими средствами, контроллер 201 вызывает активацию по меньшей мере одного из одного или нескольких пьезоэлектрических приводов (119), тем самым обеспечивая тактильную обратную связь. В одном варианте осуществления контроллер 201 вызывает попарную активацию одного или нескольких пьезоэлектрических приводов (119). В другом варианте осуществления контроллер 201 активирует один или несколько пьезоэлектрических приводов (119) таким образом, что консольные балки, исходящие из первой стороны 211 каркаса 101, активируются не в фазе с консольными балками, исходящими из второй стороны 212 каркаса 101. В другом варианте осуществления контроллер 201 активирует один или несколько пьезоэлектрических приводов (119) асинхронно таким образом, чтобы обеспечить заданную волну тактильного отклика, такую как вибрацию устройства или другой заданный физический отклик.
Обращаясь теперь к Фиг.3, на ней показан слой 100 тактильной обратной связи, связанный с сенсорным пользовательским интерфейсом 200 для формирования пользовательского ввода для электронного устройства. Сенсорный пользовательский интерфейс показан в прозрачной форме таким образом, что внизу может быть виден слой 100 тактильной обратной связи. В такой конфигурации сенсорный пользовательский интерфейс содержит слой (203) емкостных датчиков, слой (202) крышки, слой 100 тактильной обратной связи и электронные схемы, такие как контроллер (201), который связывает слой (203) емкостных датчиков и слой 100 тактильной обратной связи. Эти электронные схемы выполнены, в одном варианте осуществления, с возможностью возбуждения пьезоэлектрических приводов слоя тактильной обратной связи в качестве реакции на контактирование некоторого объекта с сенсорным пользовательским интерфейсом (200), считываемое слоем (203) емкостных датчиков. Когда сенсорный пользовательский интерфейс (200) является трансформационным пользовательским интерфейсом, может быть также включена сегментированная оптическая заслонка (204), выполненная с возможностью представления одной из множества конфигураций клавиатуры для пользователя посредством перевода сегментов сегментированной оптической заслонки (204) из непрозрачных состояний в прозрачные состояния.
Отметим, что сенсорный пользовательский интерфейс 200, будучи трансформационным или нет, будет представлять пользовательской мишени 301 включения, подлежащие использованию в качестве устройств пользовательского ввода. В одном варианте осуществления, для обеспечения большей структурной целостности, по меньшей мере некоторые из подкрепляющих балок могут быть помещены под мишенями включения. Например, подкрепляющая балка 113 и ее соответствующая арка помещается под пользовательской мишенью 301 включения в примерном варианте осуществления Фиг.3. Такие подкрепляющие балки могут быть помещены либо под столбцами, либо под рядами пользовательских мишеней включения, в зависимости от конфигурации. Как таковая, подкрепляющая балка 113 между консольными балками (105), (106) может служить в качестве «точки ограничения», особенно относительно резистивных к усилиям материалов.
Обращаясь теперь к Фиг.4, на ней показан сенсорный пользовательский интерфейс 200 - имеющий связанный с ним слой (100) тактильной обратной связи - связанный с корпусом 401 электронного устройства для образования электронного устройства 400. В этом примерном варианте осуществления электрический соединитель 402 входит в розетку 403 корпуса 401 электронного устройства, тем самым позволяя осуществить электрическое соединение между сенсорным пользовательским интерфейсом 200 и другими компонентами и схемами портативного электронного устройства 400.
Обращаясь теперь к Фиг.5, на ней показан другой вариант осуществления слоя 500 тактильной обратной связи в соответствии с изобретением. Слой 500 тактильной обратной связи Фиг.5 подобен слою тактильной обратной связи Фиг.1. Однако, на Фиг.5, множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 501, 502, а также подкрепляющих балок 506 ориентированы вертикально через слой тактильной обратной связи. Фиг.6 иллюстрирует такой слой 500 тактильной обратной связи, расположенный под сенсорным пользовательским интерфейсом 200. В этой конфигурации множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 501, 502 простираются вертикально через сенсорный пользовательский интерфейс 200, с одной или несколькими подкрепляющими балками, например подкрепляющей балкой 506, проходящей либо под пользовательской мишенью (301) включения, либо под столбцом пользовательских мишеней включения. Подкрепляющая балка 506 между консольными балками 501, 502 может служить как «точка ограничения», особенно относительно резистивных к усилиям материалов.
Обращаясь теперь к Фиг.7, на ней показан другой вариант осуществления слоя 700 тактильной обратной связи в соответствии с изобретением. Слой 700 тактильной обратной связи Фиг.7 подобен слою тактильной обратной связи Фиг.5. Однако каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 701, 702 исходит из каркаса 706 в первом конце и связана с этим каркасом в дальнем конце посредством связующего элемента, например связующего элемента 707. Связующий элемент 707 может помогать в связи с демпфированием в некоторых приложениях. Далее, связующий элемент 707 облегчает увеличенное «удержание ровности» консольных балок во время процесса изготовления каркаса. В примерном варианте осуществления Фиг.7 связующий элемент имеет ширину 708, которая короче, чем ширина 709 консольной балки. Эта конфигурация называется «псевдоограниченной» конфигурацией в том, что балки связаны в двух точках с каркасом 706.
Обращаясь теперь к Фиг.8, на ней показан еще один вариант осуществления слоя 800 тактильной обратной связи в соответствии с изобретением. Как и с другими вариантами осуществления, слой 800 тактильной обратной связи включает в себя множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок 801, 802. Как и с вариантом осуществления Фиг.7, каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 801, 802 связана с каркасом 806 связующим элементом, например связующим элементом 807. Однако, в варианте осуществления Фиг.8, связующий элемент 807 содержит прорезь 808 в форме «U». Такая прорезь 808 может быть сформована для настройки и изменения консольного действия каждой из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок 801, 802.
Обращаясь теперь к Фиг.9, на ней показан примерный управляющий сигнал для возбуждения пьезоэлектрических приводов таким образом, чтобы обеспечить обратную связь ощущения колебательной кнопки. Характерным для профиля 901 ускорения является ускорение высокого максимума, 1~100 g, в относительно короткий период времени (<10 мс). Высокочастотная компонента в кривой ускорения связана со звуком, сопутствующим тактильному ощущению щелчка.
Варианты осуществления изобретения, описанные здесь, обеспечивают систему пользовательского интерфейса, которая формирует интенсивный тактильный отклик, который по существу является однородным по его выходной области. Множество консольных балок работает для «усреднения» пьезоэлектрического импульса, индуцированного в пределах каркаса, посредством его комбинирования с подобным пьезоэлектрическим импульсом с противоположного направления. Подкрепляющие балки, когда они используются, могут обеспечить дополнительную силу и жесткость для всей системы для скромных нагрузок без демпфирования эффектов смещения консольных балок. Кроме того, использование противоположных консольных балок обеспечивает степень резервирования системы в случае, если один из пьезоэлектрических приводов становится поврежденным.
В вышеприведенной спецификации были описаны конкретные варианты осуществления данного изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет ясно, что различные модификации и изменения могут быть сделаны, не выходя за рамки объема данного изобретения, изложенного в формуле изобретения ниже. Таким образом, хотя были показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, ясно, что изобретение не ограничено ими. Специалистам в данной области техники придут на ум многочисленные модификации, изменения, вариации, замены и эквиваленты, не выходящие за рамки сущности и объема данного изобретения, заданного следующей формулой изобретения. Соответственно, эта спецификация и чертежи должны рассматриваться в иллюстративном, а не ограничительном смысле, и все такие модификации предназначены для включения в объем данного изобретения. Выгоды, преимущества, решения проблем и любой элемент (элементы), которые могут вызвать наличие какой-либо выгоды, преимущества или решения или стать более значительными, не должны толковаться как критические, необходимые или существенные особенности или элементы какого-либо пункта или всех пунктов формулы изобретения.
1. Устройство пользовательского ввода для электронного устройства, содержащее:
сенсорный пользовательский интерфейс, имеющий непрерывную полоску и один или несколько подслоев;
контроллер, связанный с этим сенсорным пользовательским интерфейсом и выполненный с возможностью детектирования контакта пользователя с сенсорным пользовательским интерфейсом;
слой тактильной обратной связи, связанный с этим контроллером и расположенный под сенсорным пользовательским интерфейсом, причем этот слой тактильной обратной связи содержит:
каркас, задающий периметр слоя тактильной обратной связи;
множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок, исходящих из этого каркаса и простирающихся, по меньшей мере, через часть слоя тактильной обратной связи; и один или несколько пьезоэлектрических приводов, управляемых контроллером и связанных с множеством противоположно направленных, чередующихся консольных балок;
где при детектировании контроллером пользовательского контакта контроллер вызывает активацию, по меньшей мере, одного из одного или нескольких пьезоэлектрических приводов.
2. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок простирается горизонтально через сенсорный пользовательский интерфейс.
3. Устройство пользовательского ввода по п.1, где множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок простирается вертикально через сенсорный пользовательский интерфейс.
4. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором каркас дополнительно содержит одну или несколько подкрепляющих балок, простирающих каркас, где множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок сгруппировано в пары балок таким образом, что каждая пара балок разделена одной из одной или нескольких подкрепляющих балок.
5. Устройство пользовательского ввода по п.4, в котором каждая из одной или нескольких подкрепляющих балок содержит усиливающую форму, по меньшей мере, через часть ее поперечного сечения.
6. Устройство пользовательского ввода по п.5, в котором усиливающая форма содержит арку, где арка поднимается, по меньшей мере, на удвоенную высоту одного из одного или нескольких пьезоэлектрических приводов.
7. Устройство пользовательского ввода по п.5, в котором сенсорный пользовательский интерфейс содержит множество пользовательских мишеней включения, где усиливающая форма расположена ниже одного из ряда или столбца из множества пользовательских мишеней включения.
8. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок исходит из каркаса в первом конце, где дополнительно каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок связана с каркасом на дальнем конце посредством связующего элемента.
9. Устройство пользовательского ввода по п.8, в котором каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок имеет некоторую ширину балки, где дополнительно каждый связующий элемент имеет некоторую ширину элемента, где эта ширина элемента является меньшей, чем ширина балки.
10. Устройство пользовательского ввода по п.8, в котором каждый связующий элемент содержит прорезь в форме «U».
11. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором каждая из множества противоположно направленных, чередующихся консольных балок содержит предварительно образованную выемку, где один из одного или нескольких пьезоэлектрических приводов расположен в этой предварительно образованной выемке.
12. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором контроллер вызывает попарную активацию одного или нескольких пьезоэлектрических приводов.
13. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором сенсорный пользовательский интерфейс содержит трансформационный пользовательский интерфейс.
14. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором контроллер вызывает активацию одного или нескольких пьезоэлектрических приводов в соответствии с сигналом активации, сконфигурированным с возможностью обеспечения тактильной обратной связи с ощущением колебательной кнопки.
15. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором первое множество консольных балок, исходящих от первой стороны каркаса, активирует не в фазе со вторым множеством консольных балок, исходящих от второй стороны каркаса.
16. Устройство пользовательского ввода по п.1, в котором при детектировании контроллером контакта пользователя контроллер вызывает асинхронную активацию одного или нескольких пьезоэлектрических приводов таким образом, чтобы обеспечить заданную волну тактильного отклика.
17. Портативное электронное устройство связи, имеющее пользовательский интерфейс, содержащее:
емкостной сенсорный датчик;
слой тактильной обратной связи, расположенный под емкостным сенсорным датчиком, причем этот слой тактильной обратной связи содержит:
каркас, задающий периметр слоя тактильной обратной связи;
множество противоположно направленных, чередующихся консольных балок, исходящих из каркаса и простирающихся, по меньшей мере, через часть слоя тактильной обратной связи; и
один или несколько пьезоэлектрических приводов, связанных с множеством противоположно направленных, чередующихся консольных балок;
электронные схемы, связывающие емкостной сенсорный датчик и слой тактильной обратной связи, причем эти электронные схемы выполнены с возможностью возбуждения одного или нескольких пьезоэлектрических приводов в качестве реакции на контакт некоторого объекта с пользовательским интерфейсом.
18. Портативное электронное устройство связи по п.17, в котором пользовательский интерфейс дополнительно содержит непрерывную полосу и сегментированную оптическую заслонку, выполненную с возможностью представления одной из множества конфигураций клавиатуры посредством перевода сегментов сегментированной оптической заслонки из непрозрачных состояний в прозрачные состояния.
19. Портативное электронное устройство связи по п.18, в котором каждая из множества конфигураций клавиатуры содержит множество мишеней включения, где при детектировании емкостным сенсорным датчиком контакта с некоторой конкретной мишенью включения электронные схемы выполнены с возможностью возбуждения некоторой пары пьезоэлектрических приводов, расположенных под этой конкретной мишенью включения.
20. Портативное электронное устройство связи по п.17, в котором каркас дополнительно содержит одну или несколько подкрепляющих балок, простирающихся через каркас, где каждая пара противоположно направленных, чередующихся консольных балок разделена одной из одной или нескольких подкрепляющих балок.
