CN101572751A - 响应提供给电子设备输入信号创建反馈信号的系统和方法 - Google Patents

响应提供给电子设备输入信号创建反馈信号的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101572751A
CN101572751A CNA2009101419933A CN200910141993A CN101572751A CN 101572751 A CN101572751 A CN 101572751A CN A2009101419933 A CNA2009101419933 A CN A2009101419933A CN 200910141993 A CN200910141993 A CN 200910141993A CN 101572751 A CN101572751 A CN 101572751A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
equipment
display
signal
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2009101419933A
Other languages
English (en)
Inventor
佩里·艾伦·福贝尔
罗伯特·杰姆斯·洛莱斯
爱德华·胡伊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BlackBerry Ltd
Original Assignee
Research in Motion Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research in Motion Ltd filed Critical Research in Motion Ltd
Publication of CN101572751A publication Critical patent/CN101572751A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0445—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using two or more layers of sensing electrodes, e.g. using two layers of electrodes separated by a dielectric layer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0447—Position sensing using the local deformation of sensor cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/702—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive fibres

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)

Abstract

本公开涉及一种用于向提供给电子设备的输入信号提供反馈信号的系统。该系统包括：显示器；输入设备；输入模块，检测输入设备的激活；并且输入模块基于来自输入模块的信号而为电子设备产生反馈信号。在系统中，输入设备是换能器。换能器可以是压电元件，并且在从输入模块接收激活信号时，输入模块可以使换能器进行振动。

Description

响应提供给电子设备输入信号创建反馈信号的系统和方法
技术领域
本文公开总体上描述了一种针对提供给电子设备的输入信号来提供反馈信号的系统和方法。具体地，本公开涉及利用换能器来产生该信号。
背景技术
当前的无线手持移动通信设备执行各种功能以使移动用户在离开书桌的状态下仍然能够继续信息和通信，例如电子邮件，共同数据以及组织者信息。
当前的手持设备的理想状态是重量轻、紧凑，并具有可以延续数小时的电池寿命。电池寿命优选地尽可能长。显示器及其背光和通信模块是当前设备的电源(例如电池)电耗的重要源。一些显示器合并了触摸敏感区域以允许用户通过屏幕向设备提供输入。然而，这种系统没有向用户提供触觉反馈以指示这样触敏区域的激活。
需要一种立足于解决通常涉及这种设备的输入系统的现有技术中不足的系统和方法。
发明内容
接下来的说明及其所描述的实施方式以图解说明本发明所揭示的原理的具体实施例的方式来提供。提供这些示例的目的是解释而非限制那些原理和本公开。在以下说明中，贯穿整个说明书和附图类似部件被标记为相同的相应参考数字。
在实施例的第一方面，提供了一种为提供至电子设备的输入信号提供反馈信号的系统。该系统包括：输入设备；以及耦合至输入设备的输入模块，该输入模块被配置为检测施加于输入设备的压力，并且基于来自输入设备的信号而为电子设备产生反馈信号。在系统中，输入设备可以是换能器。
在该系统中，输入设备可以是一个压电元件，并且输入模块可以引起换能器在接收来自输入模块的激活信号时进行振动。
系统还可以包括显示器以及用于显示器的覆层。此外，该输入设备可以嵌入显示器上的基板中。也可以放置于该覆层下面。
在该系统中，输入设备可以是压电光纤。
在该系统中，输入设备还可以包括与压电元件相关联的电极，其中电极包括氧化锡铟。
在该系统中，第一组电极可以与沿着输入设备的第一区域相关联，并且第二组电极可以与沿着输入设备的第二区域相关联。
在该系统中，输入模块可以分析激活信号以确定所施加的力是否施加于第一或第二区域中的任意一个处，然后根据力所施加的位置，有选择地使输入设备在第一或第二区域中的任意一个周围振动。
在该系统中，输入设备可以被设置为，在接收到激活信号时通过输入模块以少于2牛顿的力来进行振动。
在该系统中，输入设备可以被设置为，在接收到激活信号时以100Hz至300Hz之间的频率来进行振动。
在该系统中，输入模块可以包括晶体管和用于驱动晶体管来选择性地激活输入设备的脉宽调制器电路。
在该系统中，输入模块可以将由输入设备产生的电压供给能量存储电路。能量存储电路可以向输入模块提供电压。在该系统中，能量存储电路可以包括电容器。
在该系统中，输入模块还可以包括能量恢复电路来对供给能量存储电路的电压进行整流。
在该系统中，输入模块可以选择性地将第一电压信号施加给输入设备以使其用作传感器，并且将第二电压信号施加给输入设备以使其用作致动器。
在该系统中，脉宽调制器电路可以产生信号以有选择地使输入模块产生所述第一和第二电压信号。
在该系统中，输入设备可以嵌入在显示器的基板中。
在该系统中，输入设备可以位于显示器中的按键之间。
在该系统中，输入设备在作为压电光纤提供时，可以放置于显示器之上的网格中。
在该系统中，光纤可以位于显示器中按键周围覆层上的隆起中。
在第三方面，可以提供诸如无线通信设备的电子设备。该设备可以包括显示器和输入设备。该设备也可以包括耦合至输入设备的输入模块。输入模块可以被配置为检测施加于输入设备的力。输入模块还可以被配置为基于检测的施加力作为激活信号而为输入设备产生反馈信号。输入设备可以嵌在显示器上的基板中。
在该设备中，输入设备可以是压电元件。
在其它方面，提供了上述方面的各种集合和子集。
简要地，实施例的特征可以提供一种在电子设备中为输入设备提供反馈信号的系统。反馈信号可以是运动或移动，但是它也可以是视觉或听觉信号。可以提供换能器、关联电路和软件给监视器以激活输入设备，并且为输入设备提供反馈信号。附加特征可以获得来自换能器的能量，该能量可以用于为设备提供电源。
附图说明
参照附图，仅以示例的方式描述本公开和相关实施例，在附图中：
图1是根据实施例的具有显示器、输入设备和输入模块的电子设备的示意图；
图2是图1所示的包括显示器、输入设备和输入模块在内的设备的内部组件的方框图；
图3A是提供给图2的输入设备的压电光纤的一个片段及其电极的示意性剖面图；
图3B是提供给图2的输入设备的压电光纤的另一个片段及其电极的示意性剖面图；
图4A是用于图2的输入设备的图3所示的压电光纤的一个示例布局的示意图；
图4B是用于图2的输入设备的图3所示的压电光纤的另一示例布局示意图；
图5是图2的显示器和输入设备的一部分的实施方式的顶视图；
图6是图2的显示器中的按键和输入设备的一部分的顶视截面分解图；
图7A是在第一、非激活位置的图2的显示器中的按键和输入设备的一部分的侧面代表性分解图；
图7B是在第二、按压位置的图2的显示器中的按键和输入设备的一部分的侧截面图；
图8是与图2的输入模块相关联的驱动电路的电路方框图；以及
图9是与图2的输入模块相关联的能量获得电路的电路方框图。
具体实施方式
首先，根据实施例的具体特征的细节，提供了对于电子设备的实施例中的元件的描述。
参照图1，根据本公开实施例的用于接收电子通信的电子设备通常用10表示。在本实施例中，电子设备10基于具有增强个人数字助理(例如蜂窝电话、电子邮件、照相和媒体播放特征)的示例功能的计算平台。然而应当理解，电子设备10可以基于其它电子设备(例如智能电话，桌上型电脑寻呼机或具有电话设备的膝上型电脑)的结构设计和功能。在本实施例中，电子设备10包括外壳12、显示器14(可以是液晶显示器或LCD)、扬声器16、发光二极管(LED)指示器18、轨迹球20、轨迹轮(未示出)、ESC(“escape”)按键22、按键24、包括耳塞25和话筒28的头戴电话耳机听筒。轨迹球20和ESC按键键22能够向内按压作为向设备10提供附加输入信号的装置。可以使用透明的或者彩色的覆层或者透镜(未示出)覆盖显示器14。上下文中使用的术语“透镜”可以或不可以向覆盖显示器14的一个或多个区域提供光学放大。
将理解外壳12能够使用本领域技术人员能够想到、并适于形成外壳的任何合适的材料来制造，并且能够支撑设备10的所有组件。
设备10可操作于使用诸如全球移动通信系统(“GSM”)、码分多址(“CDMA”)系统、蜂窝数字式分组数据(“CDPD”)系统和时分多址(“TDMA”)系统等任何公知的无线电话系统来进行无线电话呼叫。其它无线电话系统可以包括蓝牙和支持语音的802.11无线宽带的多种形式，例如802.11a，802.11b，802.11g等。其它实施方式包括能够模拟电路交换电话呼叫的IP电话(VoIP)型流数据通信。耳塞25能用来接听电话呼叫及其它声音消息，话筒28能用来向设备10讲话并输入声音消息。
显示器14可以分为两部分，显示器14A和显示器14B。在显示器14A中，提供来自设备上的各种应用操作的文本和图形可视输出，例如来自电子邮件、电话、日历和地址簿应用的输出。通过一系列图标26在显示器14A上提供图形用户界面(GUI)，所述图形用户界面(GUI)提供允许输入命令来激活这些应用的界面。示出了日历图标26A、电话图标26B、电子邮件图标26C和地址簿图标26D。显示器14B也可以生产可视输出，但是其进一步被配置为提供一组“按键”(或输入区域)。显示器14B中的附加“按键键”组在图1中以图形方式表示为圆。显示器14B中的每个键的值可以被丝印在显示器14B的表面上、可以具有安装于其上的分开的键帽、或者可以由显示器14B产生。因此，显示器14B可以用来在设备10上呈现虚拟按键布局。
按键24为设备10提供一个或多个有区别的、固定的输入键。典型地，它们可以包括字母数字字符组中的至少一部分按键。按键24和显示器14B中的按键提供与设备10中其它输入设备(例如轨迹球20和ESC按键22)一起的输入设备。
参照图2，提供了设备10的功能元件。功能元件通常是安装在外壳或机壳内的电子或机电设备。许多设备也安装在内部印制电路版(PCB)上。特别的，提供微处理器30以控制并接收与设备10相关的绝大部分数据、传送、、输入和输出。示意性示出了耦合至按键24、显示器14A和14B、以及其它内部设备的微处理器30。响应按键24和显示器14B上的按键键的激励，微处理器30控制显示器14的操作，以及设备10的总体操作。可用作微处理器30的示例处理器包括可同时从英特尔公司获得的Data950(商标)系列、6200系列和PXA900系列中的微处理器。
除了微处理器30以外，设备10的其它内部设备包括：通信子系统34；短距离通信子系统36；包括通过端口38的一组辅助I/O设备、串口40、扬声器16以及用于麦克风28的麦克风端口32在内的其它输入/输出设备；以及包括闪存42(提供对数据的持久存储)以及随机存取存储器(RAM)44在内的存储设备；持久性存储器74；时钟46和其它设备子系统(未示出)。持久性存储器74可以是与闪存42分离的存储系统，并且可以合并到设备10的组件(例如在微处理器30)中。附加地或者可选地，存储器74可以从设备10移除(例如是SD存储卡)，而闪存42可以永久地连接至设备10。优选地，设备10是具有声音和数据通信能力的双向射频(RF)通信设备。此外，设备10优选地能够经由互联网与其它计算机系统进行通信。
微处理器30执行的操作系统软件优选地存储于诸如闪存42地计算机可读介质中，但也可以存储在诸如只读存储器(ROM)或类似存储元件地其它类型的存储设备中(未示出)。此外，系统软件、特定设备应用，或其部分可以临时加载到易失性存储介质中，例如RAM44。由移动设备接收的通信信号也可以存储在RAM44中。
微处理器30，除了其操作系统功能之外，也能够执行设备10上的软件应用。在制造期间或者下载之后，一组控制诸如语音通信模块48A和数据通信模块48B的基础设备操作的软件应用48可以安装在设备10中。
包括数据和语音通信在内的通信功能通过通信子系统34和短距离通信子系统36来执行。子系统34和子系统36共同提供针对设备10所处理的所有通信技术的信号层接口。各种其它应用48提供操作控制以进一步处理和记录通信。通信子系统34包括接收机50、发射机52和一个或多个天线，举例说明为接收天线54和发射天线56。此外，通信子系统34也包括诸如数字信号处理器(DSP)58和本地振荡器(LO)60的处理模块。通信子系统34的具体设计和实现方式取决于设备10要在其中进行操作的通信网络。例如，设备10的通信子系统34可以被设计为与一个或多个Mobitex(商标)无线网络(“Mobitex”)和DataTAC(商标)无线网络(“DataTAC”)协同工作。用于蜂窝设备10的语音中心技术包括例如全球移动通信系统(GSM)和时分多址(TDMA)系统的个人通信系统(PCS)网络。特定网络提供多个系统。例如，双工模式无线网络包括码分多址(CDMA)网络、通用分组无线业务(GPRS)网络、和所谓的第三代(3G)网络，例如增强数据率全球服务(EDGE)和通用移动通信系统(UMTS)。其它可以采用的网络通信技术包括：例如，超移动宽带(UMB)、演化数据优化(EV-DO)、和高速分组接入(HSPA)等。
除了处理通信信号之外，DSP58提供对接收机50和发射机52的控制。例如，通过在DSP58中实现的自动增益控制算法，可以自适应地控制应用于接收机50和发射机52中的通信信号的增益。
在数据通信模式下，诸如文本消息或者下载网页的接收信号可以由通信子系统34处理，并且提供作为微处理器30的输入。然后接收信号进一步由能够向显示器14A或辅助I/O端口38产生输出的微处理器30来处理。用户也可以使用按键24、轨迹球20、或指轮(未示出)，和/或连接至端口38的一些其它辅助I/O设备(例如键盘、摇杆键、分离的指轮或者其它输入设备)来编辑数据项，例如电子邮件消息。所编辑的数据项然后经由通信子系统34在通信网络68上进行发送。
在声音通信模式下，除了将接收信号输出至扬声器16，并且由麦克风28产生用于发送的信号以外，设备10的总体操作都实质上类似于数据通信模式。诸如语音消息记录子系统的可选语音或音频I/O子系统也可以在设备10上实现。
短距离通信子系统36实现设备10和其它近似的系统或设备之间的通信，这些设备不必是类似的设备。例如，短距离通信子系统可以包括红外设备以及相关电路和组件，或者蓝牙(商标)通信模块，以提供与支持类似功能的系统和设备的通信。
移动手持通信设备的供电器件是电源62(图2中示为“电池”)。优选地，电源62包括一个或多个电池。更为优选地，电源62是单个电池组，尤其是可充电电池组。电源开关(未示出)为设备10提供“开/关”切换。在开启电源开关时，发起应用48以开启设备10。在关闭电源开关的状态下，发起应用48以关闭设备10。也可以通过其它设备和内部软件应用来控制设备10的电源。附加的辅助电源可以由设备10的附加电路(可以被称作模块)和组件来提供。
也可以向设备10提供触摸板(未示出)，触摸板提供了让用户在上面滑动手指的表面，以便提供输入信号来移动在图形用户界面(GUI)上产生的鼠标。
通常地，触摸板在网格中具有导体组，其中行导体组通过绝缘层与列导体组分离。将高频信号连续地施加在网格中的电容对之间，并且在节点间经过的电流与电容成比例。用户的手指在网格的点上提供了虚拟接地，导致该位置处的电容改变。可选地，提供电容分流电路以感测位于传感器对侧的发射器和接收器之间的电容的改变。当手指放在发射器和接收器之间时，产生可以降低本地电容的地，检测所述地作为触摸板中的位置。显示器14A具有背光系统64以辅助观看显示器14A，尤其是在低照度条件下。背光系统典型地存在于LCD中。典型的背光系统包括光源(例如一组LED或者置于显示器的LCD面板后的灯)，以及用于控制激活光源的控制器。灯可以是荧光、白炽、电致发光或者本领域技术人员公知的其它合适的光源。当点亮光源时，光源的光透过LCD面板照射为显示器提供背光。控制器通过选择性地激活所选择的光源数量(例如，一个，几个或所有LED)，或者通过选择性地控制已激活光源的激活工作周期(例如，可以使用0％至100％之间任一的占空比)来控制背光等级的亮度。
为了辅助调节背光等级的方法，在设备10上提供光传感器66。传感器66是感光设备，将检测到的光照等级转换为电信号，例如电压或电流。考虑到美学因素和传感器66的操作特性，传感器可以安装于设备10的任何位置。在一个实施例中，用于使传感器66接收光的开孔位于设备10的外壳的前覆层上，以减少妨碍开口的可能性。在另一个实施例中，可以提供多个传感器66，，并且软件对来自不同传感器66的信号提供不同的增强。设备10中的电路能够使用由传感器66提供的信号来确定设备10处于良好光照，昏暗光照或中等光照环境的时刻。此信息然后能够用于控制显示器14A的背光等级。将理解，传感器66能够识别出许多离散的环境光照等级。各等级之间的级数可以或者不可以由光强的恒定改变所分开。在一些实施例中，LED指示器18也可以用作光传感器。
设备10配备上述的输入设备和输入模块70。当在设备10上激活输入设备时，输入模块70为设备10提供物理运动以产生反馈感测。输入模块检测哪一个输入设备已被激活，并检测激活位置(如果需要)。输入模块海可以提供发起视觉信号(例如闪光)或者听觉信号(例如，来自扬声器的“蜂鸣”)  的信号。输入模块70的附加特征可以包括：在激活输入设备期间施加在设备10上的至少一部分物理能量的电路。模块将所利用的能量转换为可以用于设备10中的其它组件和模块的电压。提供输入模块70的一个实施例用作监控按键(例如显示器14B中的虚拟按键)的物理激活的电路。关于输入模块70的进一步细节在下面提供。
现在，提供关于在设备10中存储并执行的应用48的详细描述。之前提到过语音通信模块48A和数据通信模块48B。语音通信模块48A处理基于语音的通信，例如电话通信，而数据通信模块48B处理基于数据的通信，例如电子邮件。在一些实施例中，模块48A和48B之间可以共享一个或多个通信处理功能。附加应用包括跟踪约会和与用户及设备10有关的其它状态事件的日历48C。通过激活显示器14A上的日历图标26A来激活日历48C。日历48C提供用户输入的约会、会议和事件的日/周/月电子计划表。日历48C使用处理器18和内部时钟46跟踪设备10的时间和日期数据。计划表包括与用户当前可达性相关的数据。例如计划表可以指示出何时用户忙、不忙、可用或不可用。在使用中，日历48C在显示器14A上产生输入屏幕来提示用户输入计划事件。可选地，计划事件的通知可以在接收的通信中经由编码信号来接收，例如电子邮件，SMS消息或者语音邮件消息。一旦输入与事件相关的数据，日历48C存储与事件相关的处理信息；产生与事件相关的数据；并将数据存储在设备10的存储器中。
地址簿48D使设备10能够存储个人或组织的联系信息。通过激活显示器14A上地址簿图标26D来激活地址簿48D。对姓名、地址、电话号码、电子邮件地址、蜂窝电话号码和其它联系信息进行存储。数据可以通过按键24或者显示器14B上的按键来进行输入，并存储在非易失性存储器(例如持久性存储器72、闪存42或在设备10中提供的其它任何电子存储器)的可访问数据库中。
电子邮件应用48E提供模块以允许设备10的用户在设备10上产生电子邮件消息并发送给它们的地址。应用48E也提供GUI，GUI提供接收、起草、保存和发送的电子邮件的历史列表。可以通过显示器14B上的按键来输入电子邮件的文本。可以通过激活显示器14A上的电子邮件图标26C来激活电子邮件应用48E。
计算器应用48F提供模块以允许设备10的用户来创建和处理算术运算并通过GUI显示结果。
能量应用48G与输入模块70和显示器14B协同工作，来选择性地设置操作参数，例如充电参数，充电参数的目的地等，可以通过与设备10的硬件/固件元件结合使用的软件和变量来控制上述参数。
键控制应用48H提供一组模板，以根据设备10的操作环境的上下文使显示器14B中定义的一个或多个键能够具有不同的任务。例如，显示器14B上按键的一个布局是标准QWERTY键盘布局。QWERTY布局的一个变型是小写字母按键键布局，即“qwerty”字符。一个可选QWERTY布局是大写字母按键布局，即“QWERTY”字符。其它布局包括数字键布局，非英文语言字符设置布局(例如，日语、法语、韩语、丹麦语、以及其它语言)。
在一个实施例中，提供显示器14B作为胆甾型LCD。胆甾型液晶LCD是双稳态的，并能够被编程以设置其显示，而电源可以与显示器14B分离。因此，保持显示器14B按键的图像不需要电源或只需要非常少的电源。LCD 14B也可以是胆甾型反射显示器。胆甾型显示器的特征在于，其属于反射双稳态技术，同样允许被动矩阵来产生相对高的分辨率图像。胆甾型小键盘不是必需要彩色滤波器来显示彩色图像。进此外，胆甾型基板是柔软的并且可以弯曲的，因此允许按压显示器14B上所示的按键。
提供数据库72来存储应用48和其它模块及处理的数据和记录。在闪存42或者其它数据存储组件中提供数据库72。
基于上述设备10的一些特征，在实施方式的显著方面提供进一步细节。特别地，实施例提供了一种在激活输入设备之后或者在检测到激活输入设备的力之后能够向设备10提供反馈信号的系统和方法。除了提供反馈信号之外，当输入设备感测其正在被激活时，实施例可以获得供给设备10的外部能量中的一部分。所获得的能量可以视作随后用于设备10的一个或多个组件的反馈能量。
在一个实施例中，设备10上的输入设备(例如按键24或显示器14B上的按键)的激活，提供了可利用的物理力。获得的能量可用于为与输入设备相关联的电路或设备中的其它电路或模块提供电源。
实施例具有与用于输入设备的输入模块或系统相关的两个组件。两个组件中的任一个或者二者可以是耦合至输入设备的输入模块或系统的一部分。耦合可以是机械、物理和/或电感测的形式。第一组件是换能器，以感测输入设备的激活，并且当触发感测时提供移动或者运动信号来提供反馈。激活感测可以是对输入设备的施加的力或者按压的检测。反馈可以是设备上组件的运动或移动。可以产生辅助的视觉与听觉指示器。第二组件是利用传感器产生的能量并将其以一定形式提供给设备10的系统。下面依次讨论每个组件。
对于第一组件，实施例利用一个或多个换能器或将接收到的物理运动转化为电信号(例如电压或电流)的任何其它设备，来检测与按键相关联的输入力。当换能器被配置作为传感器进行操作时，换能器充当输入设备。
在一个实施例中，换能器同时用作输入设备和反馈设备。在其它实施例中，可以提供一组分离的换能器。换能器可以包含用来响应于力而产生电压的压电材料或晶体。在压电晶体中，内部的正和负电荷彼此分离，但是对称地分布于整个晶体中，因此晶体具有总体上电中性的电荷。当将机械压力施加于晶体时，电荷的对称被打破，所引起的晶体中的电荷费对称产生跨晶体的电压。所产生的电压可以很高。例如，当在1立方厘米石英上施加2kN(k牛顿)的力时，能够产生超过12,000V(以低电流)的电压。
对于第二组件，如上所述，当按压压电元件时产生电压。当压电元件用作传感器并且被按压时，能够产生用作信号的电压，该信息指示与该压电元件相关联的输入区域的激活。该电压可以很高。提供电路以接收由压电元件产生的电压，并提供该电压来为设备10中的其它元件充电或提供电源。为了利用该能量，将所产生的电压提供给整流器电路以将电压转化为直流量，然后存储该直流量并为其它电路根据需要使用。
提供关于压电元件的进一步细节。压电材料是换能器，并因此可以同时作为产生如上述电压的传感器以及致动器。作为致动器，换能器被用于提供反馈信号。具体地，当电压经过压电材料时，响应于该电压会产生相反的压电效果，其晶体发生变形。
压电晶体能够表现不同的电/变形效果，这取决于如何切割该压电晶体，包括横向的、纵向的、以及切割效果。在横向效果中，当沿着晶体的中性轴施加力时，压电材料沿着与力垂直的方向产生电压。在纵向和切割效果中，由于所施加的力的方向并不对电压产生影响，产生的电压量仅与所施加的力成比例。
示例压电材料包括晶体、陶瓷和聚合体。人造压电陶瓷包括：钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、锆钛酸铅(典型地只由首字母的缩写“PZT”表示)、硝酸钾(KNbO3)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、钨酸钠(NaxWO3)、聚偏二氟乙稀(PVDF)以及PVDF的共聚物P(VDF-TrFE)。也可以使用光透压电聚合体，有时被称作电活跃聚合体(EAP)。一些光透压电聚合体包括：锆钛酸铅镧(PLZT)和铌镁酸铅(PMN-PT)。
电学上，压电换能器具有非常高的直流电流(DC)输出阻抗并可以在电路图中示意性表示为电容或成比例电压源和滤波网络。电源的电压直接与所施加的力、按压或应变成比例。
压电换能器根据其使用方式，可以以多种形式提供。作为单压电晶片元件形式，使用单个压电元件，典型地包括陶瓷材料。作为双压电晶片元件形式，中心基板包括在基板的一个面上提供的第一压电元件，以及在基板的另一面上提供的第二压电元件。一个压电元件被配置作为致动器进行操作，另一压电元件被配置作为传感器进行操作。在另一种形式中，压电换能器可以以(易延展的)光纤形式来提供，可以根据本领域公知的悬浮瓷粉纺丝法(VSSP)通过从较大的成形块中旋转和拉伸出压电晶体材料的光纤而制成。典型地，这种光纤的直径在10微米至250微米或更大范围内。作为参考，人类头发的直径大约是100微米。在一种光纤形式中，压电换能器的系数值可以是D33，其中电压能够沿着它的长度产生。可选地，光纤可以通过将薄片的压电材料切割成具有正方形或椭圆形截面的直角线束而制成，截面的长度在100微米范围内。所产生的电压可以是高减幅交流AC电压。响应初始的激活力，已对300Vac(峰峰)范围内的电压进行测量。
参照图3A，示出了两根压电光纤300的截面。如上所述，光纤300的直径在约10微米至超过250微米的范围内。光纤300可以由陶瓷、压电的、电致伸缩和/或电活跃聚合体材料制成。光300纤可以是半透明的、不透明的或者透明的。透明电极的实现方式补充了透明的或半透明的换能器。电极在其组成中可以有氧化锡铟(ITO)。如果将透明换能器安放在显示器14可视区域的前边，那么为了电连接至换能器而使用诸如ITO的透明电极将补充该透明换能器的透明度。
每根光纤300可以以D33系数布置来实现，从而沿着其长度的形变(例如从施加的力迅速到达其中心，好像该中心被按压一样)将产生电压。
对于每根光纤300，提供一对电极302A和302B来感测形变以及感测并向附加导体传送由形变产生的电压。每个电极302包括轨(rail)304以及沿着彼此平行对称间隔的轨304的长度向外辐射的多个尖端。电极302可以以成对设置的形式来提供，并且可以嵌入基板或喷镀在基板上。每个电极302、轨304和尖端306可以通过喷镀银、在基板308中或上的ITO电极图案、和/或裸线(这种情况下线将减小换能器的宽度)而形成。电极可以是透明的。在压电光纤与轨之间可以提供绝缘体。
相反的电极302A(负极)和302B(正极)的尖端以交替的方式彼此之间交错。在“休息”(即不受按压)的位置，尖端306A和306B与光纤300的表面以及彼此之间隔开。
当光纤300因受到施加于尖端306的力而变形(即受按压)时，力使压电光纤变形，这可以在光纤中产生能够被电极检测到并接着被传送至能量存储设备(例如电容器)的电荷。通过整流器电路可以提供传送。电极可以与光纤接触并且当施加力的时候没有改变。其中，在电极中检测到光纤300中产生的电压。电极302B作为光纤300中产生的电压的正极，而另一个电极302A作为负极。与电极302的连接允许将所产生的电压传送给其它电路。一对相反电极302将限定沿着光纤300的感测区域。沿光纤300的长度可以提供一对或多对电极302。
参照图3B，在另一实施例中，电极302A和302B通过轨304沿着它们的长度与光纤300连接。尖端306从电极302辐射，然而不接触到光纤300的表面。附加地或者可选地，负电极可以跨过光纤300的一部分并沿着该部分延伸，多个分离的正电极302B”(图3B)提供沿着此部分的压力检测区域。对面图3A的每个喷镀电极提供类似的部分。电极的其它方向也是可能的。电极可以定向于光纤300的侧面、顶部或底部。相反的电极可以彼此平行地排列或者电极的部分可以会聚或分散。电极对300可以在光纤300周围。
参照图4A和4B，提供光纤300的示例性布。一旦定向，光纤300可以嵌入基板内，以允许将来自施加于基板的外部力的按压通过基板体传送至光纤300。沿着光纤300，提供如前所述的一组电极302。在图4A中，布局400A是按照一组行光纤位于一组列光纤之上(或之下)的布置由单独的、分离的光纤300所组成的网格。电极302B和302A可以与光纤的一个或多个段相关联并以“+”和“-”符号示出。如前所述，电极可以喷镀在光纤顶部上的层中和/或可以连接至光纤的一个或多个段。可以通过在所选的光纤300之间交替正极和负极电极302来布置电极。可选地或附加地，一些行和列光纤300可以与其它光纤缠绕。如上所述，光纤300的典型直径在约10微米至超过250微米之间。光纤300之间的间隔可以在约10微米至超过750微米之间。在布局400A的区域中间距可以改变。布局400A包括提供一组光纤段402的部分。每个光纤段402可以具有分离的电极。可以对来自段402的信号进行分析或与指定位置相关联，以确定施加按压或者产生本地反馈感测的区域。在图4B中，对于每个图案400B，将连续光纤编织成连接行的图案与连接列的图案交叠。可以看出，电极302可以有规则地放置或者沿着光纤300改变间隔，从而提供传感器的“网格”。提供沿着光纤300一组或多组电极302A和302B。如果合适，电极的极性可以沿着光纤300的长度而交换。在图4A和4B中，光纤300的布置可以定向或嵌入在基板和/或聚合体中，以使它们通常与设备10的主正面水平。一个实施例可以提供具有400A和400B图案特征的光纤组合。此外，光纤300的多个分离段可以被布置成每个段向设备10提供单独信号的图案(未示出)。
在其它实施例中，通过沿着一个方向(例如x或y方向)布置的平行光纤的带来定义区域。
将理解，提供光纤300的图案以及电极302的相应布置，以便于确定施加于设备10的按压点的位置。例如，在布局400A或400B的任一个中，当力施加于任意网格中时，其中的光纤会产生一组信号。可以对信号进行处理，以例如通过三角测量或行/列分析确定所施加力的大概位置。一旦确定位置，则可以提供本地反馈信号。光纤300的布置，其组成和它们相关的基板提供不同的灵敏度来检测力。基于分析来自电极的信号的需要，可以提供附加的调谐电路和软件滤波器。例如，响应于由于所施加的力沿着光纤的长度移动而导致的施加的力的改变，在光纤300中产生的电压信号的动力学发生改变，因此也有可能使用信号处理技术来确定力沿着光纤300的长度所施加的力的位置。这有利于减少建立位置信息所需的不同电极区域的数量。
在一些实施例中，当压电材料用作致动器时，其厚度或长度的任一个或二者在激活期间可以扩展。如果实现光纤300的一部分来提供扩展厚度，则对于导体需要物理上相反的传导层。这可以通过使用压电材料的D33模式来实现。如果光纤300的长度被设计为扩展，则光纤300可以实现为具有一个或两个传导层。如果使用一个传导层，优选地将一个层实现为交叉指型电极图案，并且可以利用压电材料的D33模式。如果使用两个传导层，则需要两个相反的传导层，并且可以利用压电材料的D31模式。在一些情况下期望二者的组合。
交叉指型电极图样也可以以任何角度与光纤300对准，从而其尖端不必与压电光纤成正确角度。当以一定角度定向电极时，致动器应用中将存在缠绕运动。
还应当注意，压电光纤可以与不同的交叉指型电极图案相关联。例如，一种图案可以定义传感器区域，另一图案可以定义致动器区域。
现在，关于在实施例中使用压电元件作为传感器，提供进一步细节。参照图5，显示器14B的一部分示为500。显示器14B的按键可以用键轮廓502标示出。轮廓可以丝印在显示器14B的表面上。可选地，可以提供键帽。当提供键帽时，键帽优选地由材料组成，并其尺寸实质上不会妨碍由显示器14B的感测电路所使用的电容性感测。显示器14B的按键可以通过物理障碍、隆起或者分隔而分成组，如隆起504所示。提供光纤300的布置，以使光纤300在按键502之间的空隙中、在显示器14B的“按键”之间延伸，和/或可以合并在显示区域14B之内和/或之外提供的隆起504中，和/或置于按键502之上或之下。隆起504可以定义显示器14B中任何感兴趣的区域，例如与一个或多个按键502相关的区域。隆起504可以从显示器14B的表面向上延伸，并且可以定义边界，以防止显示器14B被物体撞到而留下痕迹。
可以提供显示器14B作为胆甾型LCD。胆甾型LCD是双稳态的并能够被编程以设置它的显示，而电源可以与显示器14B分离。这样，保持显示器14B按键的图像不需要电源或需要非常小的电源。这种配置下，用于显示器14B的胆甾型基板提供了可以弯曲的柔软表面，因此当按压显示器14B的按键时，允许按压基板。根据材料组成，光纤300的布局(例如相邻光纤的间距)和尺寸(例如直径)，光纤300的布局可以是透明的或者半透明的，允许光纤缠绕、置于、或者另外位于显示器14B之上、之下或者甚至在其内的基板中，并且可以提供放置于其下面的、较小或者实质上的无视觉变形的元件。
关于实施例的换能器以及能量获取组件，提供进一步细节。参照图6，示出了包括显示器14B的按键下面的机电元件在内的组件的分解截面图。将理解，该实施例可以用于显示器14B中的单个按键、一组按键或所有按键。在实施例中，示出按键600。对于给出的按键600，透镜602覆盖显示器14B和光纤层604。透镜602可以由玻璃或聚碳酸酯组成，并且可以有足够的伸缩以允许将施加于其上的力提供给位于其下的组件。光纤层604包括按照移动图案布置的光纤300(未示出)和电极302(未示出)，例如，图4A和4B的图案400A和400B之一。光纤层604可以通过平台608悬浮在印制电路板(PCB)606之上。平台608从PCB606为显示器14B提供撑板。在一些例子中，可以不提供平台608或者其可以与显示器14B合并。在光纤层604底部和PCB606之间有间隙。光纤层604中的端子610提供与光纤层604中的光纤300的电极302A和302B的电接触。同样，当光纤300作为传感器时，终子610将由光纤300产生的任何输出电压信号传送给设备10中的附加电路、子电路或者模块。当光纤300作为致动器进行操作时，提供外部控制信号给端子610以控制对光纤300的一部分的激活。可以有多个端子610，每个端子610连接至光纤300的不同电极。在按键区域的上部提供键帽612，并用于提供实际物理特征来标记按键。同样，为了便于与显示器14B一同使用的电容性感测，键帽612可以具有各种形状、尺寸和组成。在其它实施例中，提供一个或多个光纤或光纤层604，以使一个或多个光纤和/或光纤层置于显示器以上或以下，和/或合并到围绕或嵌入显示器14或与显示器14相关联或布置其上的基板的、附加或现有层中。例如，光纤层可以放置在显示器14的覆层或透镜内和/或放置在显示器14下边的人造橡胶层内。
在形成的光纤层604中，可以包括若干子层。第一子层(由顶部开始)可以是喷镀在透镜602上形成透明电极层的ITO层。在电极层下面，光纤300的矩阵具有提供用于在层中悬浮光纤的聚合体、树脂或基板材料。在一些布置中，光纤可以始终与电极接触。最后，在光纤和聚合体下，第二ITO可以喷镀在透镜中(或光纤300下)以形成光纤300的补充电极。最后，(透明的)柔韧的聚合体放置在光纤300电极之下。附加地或可选地，第一ITO可以包括第二喷镀，以为光纤层604中的光纤提供补充的电极组。
在另一组成中，光纤300可以与显示器14B或与其关联的透镜或覆层结合。
将理解，在其它实施例中，除了其它输入设备之外，可以在设备10上提供光纤300或其它压电换能器。例如，布置提供具有某些机电开关机制的按键组，以当具有光纤300的按键被按下(或不被按下)时提供附加信号。更进一步地，可以在与显示器14A和显示器14B分离的设备10的一部分中提供具有换能器的按键。在那个实施例中，人造橡胶层和/或光纤层604直接放置在透镜602之下而没有显示器14B存在。附加地，还可以提供机电开关。
现在提供关于如何按压作为设备10的换能器时的光纤300的进一步细节。在图7A中，所示键帽612安装在作为按键的显示器14B中的区域上。键帽612通常是通过成型以符合常规按键的大小的聚碳酸酯的平、薄、坚硬的片。它可以是透明的，色彩的或不透明的。键帽612的一个功能是，当激活按键时，向基板604中的光纤传输由用户施加的向内的，向下的外部力。同样，键帽612帮助显示器14B的按键周围的暴露的外部的区域变坚硬。键帽612分别粘在或者焊接在显示器14B中的本地键区之上的按键区。可选地，键帽612可以安装在或者模铸在基板上，并且基板可以放置在显示器14B的覆层602的上面。此外，另一实施例可以不采用键帽。使用键帽612取决于它的存在如何去影响显示器14B的下面的检测电路的操作。
键帽612被示作针对具体按键的分离组件。另一实施例中，键帽612可以集成为覆层602中的元件。在这种覆层中，单独的键可以通过网或者其它材料来彼此连接。这种网可以是在厚度上比键帽612薄，和/或可以用一个(多个)柔软材料而制成，以便将键帽612的运动与相邻的键610分开。
参照图7A和7B，提供关于具有位于显示器14B之上的光纤和电极的光纤层604的进一步细节。在光纤层604中，提供它的换能器作为沿着相对显示器14B的水平方向定位的图案压电光纤。该光纤的具体形状、尺寸、定向和位置可以根据每种对键的物理和操作需求以及能量恢复系统而定制。在覆层底部和光纤层604的顶部之间可以有也可以没有间隙。光纤层604的底部与PCB表面的顶部之间的距离表示为距离“A”。平台608将显示器14B抬高到PCB606之上。同样，显示器14B的底部与PCB的顶部之间存在距离“B”的间隙。距离“B”小于距离“A”。在该实施例中，显示器14B具有足够的纵向刚性而能够悬置在平台608上，并且依旧能够检测施加于其上的外部力。在其它实施例中，显示器14B的两个或多个末端可以由其它的平台、支柱、撑板，有支座的扩脚或其它类似物支撑。此外，平台608可以安装在设备10的其它部分，例如安装在设备10的外壳上。
附加地或者可选地，提供了一种布置，其中，光纤层604可以以间隔的方式位于显示器14B的不同方向上，并且提供一种机械设备以将接收的运动传送至换能器的位置。例如，光纤层604通常垂直于PCB606上，并且可以提供杆、齿轮、弹簧等的组合以将由覆层602弯曲而引起的向下的运动转换为或传送至提供至光纤层604表面的水平运动。为了完成显示器14B中的按键的物理表现，键帽612可以提供并放置在覆层602所处的区域之上的显示器14B的顶部。
参照图7B，当在键帽612上施加向下的压力时，显示器14B向PCB606内部弯曲。这样，光纤层604也向下弯曲。键帽612通过键帽612边缘的表面均匀地向覆层602分布向下的按压力，光纤层604的弯曲区域表示为弯曲区域702。当向光纤层604施加向下的力时，该光纤层604向下弯曲并压缩，这样在光纤层604中会产生受影响光纤(或其部分)的压缩。光纤层604中的光纤300可以直接位于键帽612之下，或者也可以不直接位于键帽612之下。如果光纤足够靠近键帽612(例如如果光纤300的一部分与键帽612相邻)，则可以将在键帽612上传导的力传导给光纤将理解的是，弯曲和压缩的量取决于光纤层604、覆层602甚至键帽612的材料的组成。为了说明弯曲区域，以大比例示出了弯折702的程度。由于从弯曲区域702传导的压力，显示器14B在变形区域704中被变形。
如前所述当光纤层604压缩、弯曲和受其它的压力时，当其中的光纤300(未示出)内部电荷由于力的作用而变为不对称时，该光纤300产生由电极302(未示出)获得的电压。该电压经过电极302传给端子610，然后传给设备10中的其它组件和模块。电极的排列(例如如之前所述电极302配对或者多个正电极302B沿着负电极302A，)提供可以通过分析以识别施加力的位置的电信号。
此外，提供传感器两个典型模式：G33和G31模式，其中g表示机械到电的转换。用于传感器的G33和G31模式等同于用于致动器的D33和D31模式。同样，可以向外伸展或安装光纤作为两端固定的简单的梁支撑配置。当用户按在中部的时候，压电材料由于连接于响应于所施加力而弯曲的透镜而必须伸展。
此外，如果光纤300位于输入设备周围的其它位置，例如图5所示的环绕显示器14B，可以光纤300和光纤层604进行定制以适合它们所设计的位置。
在光纤层604的实施例中，至少当作为压电材料而实现时，为设备10同时提供感测和反馈功能。一个感测功能是感测显示器14B中相关按键的激活或命令。一个反馈功能是在特定触发条件下向设备10提供反馈信号。触发条件可以包括感测显示器14B中按键的激活。
通常，当被配置为作为传感器进行操作进行操作时，为了触发正的致动器条件，需要向压电换能器施加大约3到6N(牛顿)之间的力。当换能器被配置为作为按键输入时，当激活按键输入时，从用户界面的观点，通过设备10提供一些物理反馈信号是有用的。通常，提供近似0.7N的力，但是将理解的是，根据需要，可以提供多达3N或更大的反馈力。作为示例范围，可以提供多达2.0N的反馈信号。通过换能器可以提供反馈信号作为低频噪声信号(具有约150Hz左右的低频谐振)。可以提供诸如50Hz至2000Hz范围内的其它频率。信号的振幅取决于换能器。可以看到，从输入情况提供的力和反馈力之间的差是：
力的差      ＝输入力-反馈信号力
            ＝(3至6N)-0.7N
            ＝约2.3N至5.3N之间
                                    公式1
力可以是在“自由空间”中所感觉的力，可以是在设备中所感觉的力和/或也可以是脉冲力。响应信号的一个优选特征是在压电材料的电压方面具有相对的激增，并且有较少的急剧衰减。如果增长太快，则会产生比触觉更多的听觉噪声。如果增长太慢，则提供像橡胶一样的感觉。经过实验，指出300us的增长时间提供好的感觉。对衰减而言，如果提供太快的衰减，则存在第二个可听的单击声。这可能是希望的也可能是不希望的。如果衰减太慢就会使致动器不能为下一事件(下一触觉响应)做好准备。如果提供约150Hz至250Hz的频率信号，则可以将信号限制在一到五个周期内。
输入模块70可以获得所施加的力。设备10可以在其它电路或者子电路中使用输入模块70恢复的能量(电压)。示例使用包括对一个或多个电池进行再充电，以提供电路所要求的电压或者为电路替换电压源。沿着光纤300的长度的轻叩提供不同的波形输出。附加地或者可选地，对于图3所示的电极302的图案，能量应用48G(具有来自数字信号处理的附加处理)可以计算由电极提供的信号的相关性，以确定沿着电极长度的轻叩的位置。
现在将提供关于由实施例所提供的反馈机制的进一步细节。参照图8，作为输入模块70的一部分，电路800提供激励光纤层604中光纤所需的高电压，以便光纤300激励其中的运动。电路800可以在光纤布局中提供一根或多根光纤。一根或多根光纤或者其它换能器可以与类似于电路800的一个或多个电路相关联。在激活按键(例如小键盘14B中的键)时运动可以用作物理反馈信号。光纤300可以处于激活状态，其中该光纤以特定频率和振幅振动，在弯曲状态中，光纤300是弯曲的，以及在休息状态中，光纤300是平的，即没有被激活。可以用于激活光纤300的一个信号是脉冲信号。当驱动光纤300时，能够基于信号的极性在长度上收缩或延伸。在实施例中，当用户当前按压光纤300时，一个反应信号使光纤300延伸和收缩并在一位置上向外(向上)推动显示器/基板，因此向输入力提供局部反馈。
为了激励光纤300，向光纤300的端子302B施加正电压。由正沟道(P-ch)场效应晶体管(FET)802提供的信号部分地控制施加给正极端子302B的电压。通过激活负沟道(N-ch)FET804来激活(即，“打开”)FET802，负沟道(N-ch)FET804自身是被存在于它的栅极与源极的连接之间的充足的高电压激活的，这将达到2.5伏特。提供FET804以将FET802的栅极上的Vgs电压转变为逻辑电路可以使用以控制输出级的较低电压。通过N-ch FET806的栅极-源极连接上的逻辑电平电压直接将其打开。
操作中，提供对光纤300进行激励的示例，其中光纤300处于放电状态。光纤层604中的光纤300具有主要是电容性的阻抗。对于以60V至200V驱动的单一压电元件，电容大约在为60nF至200nF之间。对于多层压电元件，电容可以大约在1uF至5uF之间，具有较低的驱动电压，约为10V那么低。操作中，可以通过在设备10开启的所有时间内激活FET806来使光纤300接地，然而可以不始终提供接地。当光纤300放电时维持FET806处于激活状态的一个优点是，光纤300本身处于一个已知的状态(例如，在已知状态中它是“放松”的，即，没有延伸或者收缩)。可以通过将FET804的栅极处的Vgs电压驱动至低电压状态来将FET802设置为关闭。
为了激励光纤300，通过驱动FET804的栅极为逻辑低电压信号来关闭FET806，该逻辑低信号由在预定间隔或情况下提供一组脉冲的低电压驱动电路808提供。可以使用本领域中公知的电路来设计电路808的操作和元件。例如，可以通过电路808中的脉宽调制电路来产生脉冲。
一旦将FET806的栅极驱动为低，将轨814处的电压提供给光纤300。轨814处的电压正常在大约10V(或更低)至200V(或更多)之间。可以由储能设备(例如电池或电容器)或者活动电源(包括充电器电路或者二者的组合)来提供轨814的能量供给。在提供轨电压给光纤300中，实施例可以采用光纤300和驱动晶体管802和806之间的至少三种电路中的一种。第一，可以不提供串联二极管或电阻。在这种配置中，电路808提供用于控制光纤300的电容网络的充电和放电时间的信号。第二，可以提供一个串联电阻。当针对光纤300只需要单个充电放电脉冲信号时，可以使用这种配置。值为5kohm至10kohm的电阻可以于需要串联电阻的一些双压电晶片元件一同使用。第三，可以提供二极管816和电阻818的组合。如果使用单个放电和充电脉冲，二极管和晶体管的组合允许提供不同的充电和放电率。
返回至电路800的操作，关闭FET806之后可能需要加上50ns的延迟，从而在向FET804输出激活脉冲之前使FET806充分“关闭”。FET806关闭之后，通过驱动FET804的栅极处于逻辑高电平而将FET804开启。FET804开启之后，从包括电阻810和812的分压器产生的电压用于驱动FET802的基极电压比FET802的源极电压低大约5至30V。电阻810和812限制最大Vgs来遵照FET802的额定值并保持Vgs足够的大以提供适当的开启电压。电阻810和812越大，对FET802的栅极电容充电的时间就越长，这放慢了晶体管的开启。在为电路808提供的PWM控制系统中，可以使用更低值对电阻810和812。电路808可以产生周期性激活信号来为光纤300产生预定周期激活信号。例如，可以提供周期PWM信号使光纤300以指示反馈信号的预定频率进行振动。可选地，可以向换能器提供PWM创建的脉冲反馈信号来模仿按键单击声作为反馈。
当FET802开启时，利用斜坡信号将光纤300充电为供给轨814处的电压，该由电路808提供的PWM占空比或者上述在轨814与所述的光纤300之间提供的串联电阻管理该斜坡信息。当光纤300被如此充电时，它作为致动器进行操作、哼鸣和振动，提供与它的激活有关的反馈信号。例如，参照图3A，当光纤300的相关电极将光纤300的一部分置于激活状态时，光纤300的一部分可以沿着其一个(或多个)轴振动。
当光纤300返回至休息状态时，通过将FET804的栅极驱动为低来关闭FET802。这时，光纤300将被保持在其弯曲状态。为了将光纤300移回至其最初休息状态，通过将FET806的基极驱动为逻辑高电压信号来开启FET806。优选地，对电路800，根据关闭FET802的时刻和开启FET806的时刻，应该提供接近100ns延迟的延迟信号。这种延迟有助于避免“击穿”P和N沟道FET。可以调整该延迟适于所使用的晶体管的单独延迟。通过PWM占空比或者通过上述在轨814与光纤300之间提供的串联电阻来控制所需要的放电时间和曲线。
可以提供对电路的调整和变型来适于其它实现方式需要。一个可选驱动电路断开了FET802和806漏极之间的连接。在该备选中，如果FET802和806同时被开启，则包括二极管816和电阻618的电路会限制电流。(图8中，通过示出的电路，FET802和806的Rds限制了电流。)另一可选电路将用一电阻(未示出)代替FET 806。在可选电路中，FET802和FET806的两个漏极间所加入的晶体管将限制电流。如果不使用PWM，这样的电阻将控制上升时间，而如果使用PWM，可以移除或减少这样的电阻。其它备选可以使用将光纤302连接至电压轨814的单个电阻来代替FET802，FET804及其关联电阻中的任一个。该备选将控制充电的上升时间，然而FET806将依旧控制放电时间。可以提供与FET806串联在一起的电阻或者充足的PWM信号来控制放电时间。又一备选是通过电路808来控制轨电压814的上升时间。提供电路来调制创建轨电压814的切换模式电源的输出电压。其它实施例中，其它活动设备，例如除了或代替所示FET而使用的双极性晶体管。这种电路可以具有与这里所示的电路相似的布局或者不同的布局。
充电和放电时间的典型原则如下。对于充电，可以注意到大约300us的充电循环时间可以提供很好的单击感觉。如果充电时间过长，则单击感觉会更加“似橡胶的”并且不能连接以激活相关的按键区。如果斜坡越缓，则越感觉似橡胶，如果斜坡太快，则注意到光纤300能够创造更多的可听单击而取代“单击”，来模仿典型地在电子设备上使用的塑料键的单击或者缓和。
对于放电，可以提供反馈来模仿当用户释放电子设备上按下的按键键时所听到的单击声。然而，典型地不期望这样的反馈。同样，可以选择放电率足够慢以使光纤300在移回至初始位置时不发出响的单击声，然而也可以足够地快来为下一个充电周期做准备。可以注意到放电时间约为3ms，而多于1ms时满足这些参数。
可以通过一个或多个相关的电路和能量应用48G来控制和调整周期时间的值。
将理解，光纤300或者特种光纤300的一部分(取决于在设备10中提供的光纤300的布局)可以表示为提供本地反馈信号的光纤300的区域。该部分的位置应该足够地接近于施加作为有用的反馈信号的按压的位置。
现在提供关于与第二组件系统(即能量恢复系统)相关的实施例的进一步细节。具体地，如上所述，显示器14B中的光纤300(图7)可以用作传感器。同样，如前所述，当向光纤300施加力时，光纤300产生电压。可以利用该电压。
参照图9，作为输入模块70的另一部分，提供了电路900并示出了驱动和能量恢复以及储存电路，可以用于为光纤300提供轨电压814(图8)。一根或多根光纤或其它换能器可以与类似于电路900的电路相关联。电路902是在公知的电源电路布局中能够为轨814(图8)提供至少一部分电压的非对称推进转换器电路。提供节点904处的来自电路902的输出电压以对电容906进行充电。当触发时，可以将存储在电容906中的能量提供给电路800。例如，可以提供来自电容906的输出来供应轨电压814(图8)的至少一部分。能量恢复电路908提供全波形整流器电路910来对电容912进行充电以达到作为提供给电路908的最大电位。电路910的输入电压由光纤300和当其被激活时产生的电压来提供。二极管914允许电路902和908的输出同步地、没有争用地对电容906进行充电。齐纳二极管916防止电容906由于光纤300产生的电压而被过充。其它利用电路可以提供给设备10中的其它组件。能量恢复电路可以接受来自一根或多根光纤300的信号并且可以存储用于针对一个或多个光纤300的激活电路的能量。在一些电路中如果使用较低功率光纤，则不需要齐纳二极管916。
在其它实施例中，与输入模块相关的方面可以与设备10的其它输入设备相关联。
将理解与设备、模块、应用和系统相关的实施例可以以电子硬件、固件和软件的组合来实现。固件和软件可以作为提供这里描述的功能的一组处理和/或模块而实现。可以使用中断程序。数据可以存储在这里描述的易失性和非易失性设备中并且可以通过硬件、固件和/或软件进行更新。一些处理可以是分布式的。同样，具体地，将理解输入模块70及其两隔组件系统的特征可以在设备10的分离的模块或者应用中提供。
如这里所使用的，词“和/或”意指表示包括-或。即，“X和/或Y”意指表示X或Y或它们二者。
本公开由所附权利要求来限定，而之前的说明书仅仅是说明性的本公开的优选实施例。尽管在这里没有详细讨论，但是在不背离由所附的权利要求限定的本公开范围的前提下，那些普通技术人员可以设想到对上述实施例进行特定修改。

Claims (20)

1、一种用于向提供给电子设备的一个或多个输入信号提供一个或多个反馈信号的系统，包括：
输入设备；以及
输入模块，耦合至输入设备，并被配置为检测施加于所述输入设备的力，并且基于被检测为所述输入设备的激活信号的施加力，来为所述电子设备产生反馈信号。
2、根据权利要求1所述的系统，其中：
所述输入设备是压电元件；以及
所述输入模块被配置为，使所述输入设备在接收到所述激活信号时进行振动。
3、根据权利要求1或2所述的系统，还包括：
显示器；以及
所述显示器的覆层，其中，所述输入设备嵌入在所述显示器之上或之内的基板中。
4、根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3所述的系统，其中，所述压电元件是光纤。
5、根据从属于权利要求2的权利要求4所述的系统，其中，输入设备还包括与所述压电元件相关联的多个电极，所述多个电极包括氧化锡铟。
6、根据权利要求5所述的系统，其中，所述多个电极中的第一组与沿着所述光纤的第一区域相关联，并且所述多个电极中的第二组与沿着所述光纤的第二区域相关联。
7、根据权利要求6所述的系统，其中，所述输入模块被配置为对所述激活信号进行分析，以确定所述施加力是否被施加于沿着所述光纤的所述第一区域或所述第二区域，然后有选择地使所述光纤在所述第一区域或所述第二区域周围进行振动。
8、根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3至7中的任一项所述的系统，其中，所述输入设备被设置为，在接收到所述激活信号时通过所述输入模块以少于2牛顿的力进行振动。
9、根据权利要求8所述的系统，其中，所述输入设备被设置为，在接收到所述激活信号时以100Hz至300Hz之间的频率进行振动。
10、根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3至9中的任一项所述的系统，其中，所述输入模块包括：多个晶体管和脉宽调制器电路，所述脉宽调制器电路被配置为驱动所述多个晶体管来选择性地使所述压电元件进行振动。
11、根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述输入模块被配置为，根据从所述输入设备接收的信号，产生针对能量存储电路的电压。
12、根据权利要求11所述的系统，其中，所述能量存储电路包括电容器。
13、根据权利要求11或12所述的系统，其中，所述输入模块还包括能量恢复电路，以对针对所述能量存储电路的所述电压进行整流。
14、根据权利要求10至13中的任一项所述的系统，其中，所述输入模块被配置为，选择性地将第一电压信号施加到所述压电元件以使所述压电元件作为传感器进行操作，并且将第二电压信号施加到所述压电元件以使所述压电元件作为致动器进行操作。
15、根据权利要求14所述的系统，其中，所述脉宽调制器电路被配置为，产生信号以使所述输入模块有选择地产生所述第一电压信号和所述第二电压信号。
16、根据权利要求4或从属于权利要求4的权利要求5至15中的任一项所述的系统，其中，所述压电光纤以网格图案被布置在所述显示器上。
17、根据权利要求4或从属于权利要求4的权利要求5至15中的任一项所述的系统，其中，所述压电光纤位于所述显示器中的按键之间。
18、根据权利要求4或从属于权利要求4的权利要求5至15中的任一项所述的系统，其中，所述压电光纤位于所述显示器中按键布局周围所述覆层上的隆起上。
19、一种具有根据权利要求1至18中的任一项所述的系统的电子设备。
20、一种具有显示器和根据权利要求1至18中的任一项所述系统的无线通信设备，其中，输入设备嵌入在位于显示器上的基板中。
CNA2009101419933A 2008-04-24 2009-04-22 响应提供给电子设备输入信号创建反馈信号的系统和方法 Pending CN101572751A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08155144A EP2112576B1 (en) 2008-04-24 2008-04-24 System and method for generating a feedback signal in response to an input signal provided to an electronic device
EP08155144.2 2008-04-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101572751A true CN101572751A (zh) 2009-11-04

Family

ID=39756301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2009101419933A Pending CN101572751A (zh) 2008-04-24 2009-04-22 响应提供给电子设备输入信号创建反馈信号的系统和方法

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2112576B1 (zh)
CN (1) CN101572751A (zh)
AT (1) ATE499645T1 (zh)
CA (1) CA2663338C (zh)
DE (1) DE602008005110D1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102236463A (zh) * 2010-04-23 2011-11-09 英默森公司 透明复合压电组合的触摸传感器和触觉致动器
CN102402318A (zh) * 2010-09-09 2012-04-04 瑞声声学科技(深圳)有限公司 实现定位及力反馈的方法
CN102830829A (zh) * 2011-06-17 2012-12-19 汉王科技股份有限公司 触控装置及其控制方法
CN104363030A (zh) * 2014-11-27 2015-02-18 成都远为天胜科技有限公司 多媒体电子通信装置
CN107923811A (zh) * 2015-08-31 2018-04-17 皇家飞利浦有限公司 电活性聚合物传感器以及感测方法
CN110719555A (zh) * 2018-07-12 2020-01-21 悠声股份有限公司 用于压电扬声器的音频信号处理装置及其方法

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8730182B2 (en) 2009-07-30 2014-05-20 Immersion Corporation Systems and methods for piezo-based haptic feedback
FR2972819A1 (fr) * 2011-03-15 2012-09-21 France Telecom Dispositif de capture de donnees representatives d'une reaction d'un utilisateur face a une situation, dispositif de traitement et systeme de detection et de gestion associes
WO2013037425A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-21 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Apparatus for detecting a position of a force
US9733706B2 (en) * 2011-10-26 2017-08-15 Nokia Technologies Oy Apparatus and associated methods for touchscreen displays
US9495010B2 (en) 2011-10-26 2016-11-15 Nokia Technologies Oy Apparatus and associated methods
US9195350B2 (en) 2011-10-26 2015-11-24 Nokia Technologies Oy Apparatus and associated methods
WO2013149331A1 (en) 2012-04-07 2013-10-10 Cambridge Touch Technologies, Ltd. Pressure sensing display device
GB2533667B (en) 2014-12-23 2017-07-19 Cambridge Touch Tech Ltd Pressure-sensitive touch panel
KR102615384B1 (ko) 2014-12-23 2023-12-19 케임브리지 터치 테크놀로지스 리미티드 압력감지 방식 터치 패널
US10282046B2 (en) 2015-12-23 2019-05-07 Cambridge Touch Technologies Ltd. Pressure-sensitive touch panel
GB2544353B (en) 2015-12-23 2018-02-21 Cambridge Touch Tech Ltd Pressure-sensitive touch panel
GB2565305A (en) 2017-08-08 2019-02-13 Cambridge Touch Tech Ltd Device for processing signals from a pressure-sensing touch panel
US11093088B2 (en) 2017-08-08 2021-08-17 Cambridge Touch Technologies Ltd. Device for processing signals from a pressure-sensing touch panel

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5734373A (en) 1993-07-16 1998-03-31 Immersion Human Interface Corporation Method and apparatus for controlling force feedback interface systems utilizing a host computer
JP2000501033A (ja) 1995-11-30 2000-02-02 ヴァーチャル テクノロジーズ インコーポレイテッド 触覚をフィードバックする人間／機械インターフェース
US6822635B2 (en) 2000-01-19 2004-11-23 Immersion Corporation Haptic interface for laptop computers and other portable devices
US6809529B2 (en) * 2001-08-10 2004-10-26 Wacoh Corporation Force detector
DE10214984B4 (de) * 2002-04-04 2006-01-19 Eads Deutschland Gmbh Aktorik- und Sensoriksystem für Verbundstrukturen
US7342573B2 (en) 2004-07-07 2008-03-11 Nokia Corporation Electrostrictive polymer as a combined haptic-seal actuator

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102236463A (zh) * 2010-04-23 2011-11-09 英默森公司 透明复合压电组合的触摸传感器和触觉致动器
CN107422905A (zh) * 2010-04-23 2017-12-01 意美森公司 透明复合压电组合的触摸传感器和触觉致动器
CN102402318A (zh) * 2010-09-09 2012-04-04 瑞声声学科技(深圳)有限公司 实现定位及力反馈的方法
CN102830829A (zh) * 2011-06-17 2012-12-19 汉王科技股份有限公司 触控装置及其控制方法
CN102830829B (zh) * 2011-06-17 2016-03-23 汉王科技股份有限公司 触控装置及其控制方法
CN104363030A (zh) * 2014-11-27 2015-02-18 成都远为天胜科技有限公司 多媒体电子通信装置
CN107923811A (zh) * 2015-08-31 2018-04-17 皇家飞利浦有限公司 电活性聚合物传感器以及感测方法
CN107923811B (zh) * 2015-08-31 2020-10-30 皇家飞利浦有限公司 电活性聚合物传感器以及感测方法
CN110719555A (zh) * 2018-07-12 2020-01-21 悠声股份有限公司 用于压电扬声器的音频信号处理装置及其方法
CN110719555B (zh) * 2018-07-12 2023-04-07 悠声股份有限公司 用于压电扬声器的音频信号处理装置及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
ATE499645T1 (de) 2011-03-15
CA2663338A1 (en) 2009-10-24
EP2112576B1 (en) 2011-02-23
DE602008005110D1 (de) 2011-04-07
EP2112576A1 (en) 2009-10-28
CA2663338C (en) 2017-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101572751A (zh) 响应提供给电子设备输入信号创建反馈信号的系统和方法
US9274601B2 (en) System and method for generating a feedback signal in response to an input signal provided to an electronic device
US20090267892A1 (en) System and method for generating energy from activation of an input device in an electronic device
US7924143B2 (en) System and method for providing tactile feedback to a user of an electronic device
US10622538B2 (en) Techniques for providing a haptic output and sensing a haptic input using a piezoelectric body
CN104169846B (zh) 具有表面开关的触摸屏装置
CN112230791B (zh) 压电片、触摸面板、及输入输出装置
KR20160127282A (ko) 가요성 디스플레이의 햅틱 구동 방법 및 장치
EP3379388A1 (en) Systems and methods for in-cell haptics
KR20110088565A (ko) 압전 햅틱을 이용하는 디스플레이 모듈
KR20120011843A (ko) 촉각 피드백 장치를 위한 전기활성 폴리머 변환기
TW200307871A (en) Electronic device with display panel and user input function
CN102906673A (zh) 输入装置、显示装置及设备
CN103080874A (zh) 触感提供装置
CN107632750A (zh) 一种图标的操作方法及移动终端
CN103105983A (zh) 用于提高触摸屏面板的触摸灵敏度的方法和设备
CA2666026C (en) System and method for providing tactile feedback to a user of an electronic device
US10310607B2 (en) Touch display panel and display device
CN101997985B (zh) 使用按键切换电子设备工作状态的方法以及电子设备
CN102667694A (zh) 输入装置、显示装置及便携终端
KR20090112603A (ko) 전자 장치에 제공되는 입력 신호에 응답하여 피드백 신호를 생성하는 시스템 및 방법
CA2663329C (en) System and method for generating energy from activation of an input device in an electronic device
JP2014119887A (ja) 制御装置および電子機器
CN103403654A (zh) 输入装置、电子设备、以及便携式终端
KR20160069692A (ko) 터치입력장치용 센서-액츄에이터 및 이를 이용하는 단말장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20091104