CN103124946B - 用户接口系统及方法 - Google Patents

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Abstract

用户接口系统的一种实施方式包括：触觉层，其限定由用户可触摸的触觉表面和多个可变形区域，可变形区域在收缩状态和扩展状态之间是可操作的，在收缩状态下，可变形区域与触觉层的不可变形区域齐平；且在扩展状态下，可变形区域高出不可变形区域。基板被接合到不可变形区域并限定每个可变形区域的流体端口和流体通道。移位装置移位流体通过流体通道和流体端口，以使可变形区域从收缩状态转变到扩展状态。第一和第二压力传感器检测由施加到特定的可变形区域的力引起的流体内的流体压力中的变化。处理器基于检测到的流体压力变化将特定的可变形区域确定为输入力的位置。

Description

用户接口系统及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年10月20日提交的美国临时申请第61/405,149号的权益，其通过引入被全部并入。
本申请与2008年1月4日提交且题为“SystemandMethodforRaisedTouchScreens”的美国申请第11/969,848号、2009年1月5日提交且题为“UserInterfaceSystem”的美国申请第12/319,334号、2009年7月3日提交且题为“UserInterfaceSystem”的美国申请第12/497,622号、以及2011年10月20日提交且题为“UserInterfaceSystem”的美国申请第13/278,125号相关，其全部都通过本引用被整体并入。
技术领域
本发明大体上涉及触敏用户接口，且更具体地涉及用于选择性地升高（raise）触敏显示器的部分的新的和有用的系统及方法。
背景
触敏显示器（例如，触摸屏）允许用户将命令和数据直接输入到显示器中，这在各种应用中是特别有用的。这样的触摸屏应用包括各种消费者产品，包括移动电话和用于工业过程控制的用户接口。根据特定的应用，这些触敏显示器通常被用在装置中，该装置范围从小型手持式PDA到中等大小的平板电脑到大型工业器具。
对于用户通常方便的是在同一显示器上输入和读取数据。与专用的输入装置例如具有分离的且触觉上可区分的键的键盘不同，大多数触敏显示器通常限定平坦且连续的输入表面，该表面为用户提供显著的触觉引导。相反，触敏显示器依赖于视觉提示（例如，所显示的图像）来引导用户输入。
因此，触敏显示器的一个严重的缺点是当试图准确地输入数据时用户面临的固有困难，因为相邻的按钮是不能通过感觉区分的。不正确的击键是常见的，其通常迫使用户既集中在键盘上（以正确地输入下一次击键）又集中在文字输入行（以检查错误）；一般，用户被迫将他或她的眼睛关注于显示器上，以便使输入错误最小化。在Apple公司的iPhone和RIM公司的BlackBerry88oo之间的竞争中，触觉引导的重要性是显而易见的。触敏显示器和物理硬按钮各自都有优点和缺点，而且数字装置通常并入一个这样的组件或另一组件，但一些装置确实包括两个迥然不同的组件，由于尺寸限制，这两个迥然不同的组件往往产生或笨重的装置或具有更小的操作功率的装置。
与许多触敏显示器一样，几乎显示器表面上的任何触摸被登记为输入；这当产生正确的输入（例如打字）时大体上阻止了用户将手指或手掌停留在触摸表面上。此外，一些触敏显示器依赖于由于手指在触摸表面上的某个位置处的存在引起的电容变化，以指示用户输入的存在，而且当用户的手指和触摸表面之间存在阻碍物时，例如当用户戴着手套时，这些装置不感测用户输入。
因此，在基于触摸的接口领域中，存在创建新的且有用的接口的需要，该接口并入用于一个或多个控制按钮的触觉引导和/或并入替代物以感测用户输入。本发明提供了这样的接口和相关联的方法。
附图简述
图1包括本发明的一种优选实施方式中的用户接口系统的横截面正视图和俯视图；
图2是示出了根据所述优选实施方式的按钮阵列的操作的横截面正视图；
图3是所述优选实施方式中的触觉层、基板、第一压力传感器、第二压力传感器、移位装置、处理器和显示器的横截面视图；
图4是在收缩状态下所述优选实施方式中的可变形区域的横截面正视图；
图5是在扩展状态下所述优选实施方式中的可变形区域的横截面正视图；
图6是在用户输入状态下所述优选实施方式中的可变形区域的横截面正视图；
图7是可变形区域在扩展状态下时所述优选实施方式中的流体通道的一种变体形式的正视图；
图8是所述优选实施方式中的流体通道、阀以及第一和第二压力传感器的一种变体形式的俯视图；
图9、10、11和12分别是优选实施方式的可变形区域中的按钮变形、滑块变形、滑块环变形、导向件变形和指向杆变形的可变形区域的俯视图及正视图；
图13是本发明的优选实施方式的用户接口系统的一个变体形式的俯视图；以及
图14是优选实施方式的方法的步骤的流程图。
优选实施方式描述
本发明的优选实施方式的以下描述不旨在将本发明限制于这些优选实施方式，而是旨在使本领域中的任何技术人员都能够制造和使用本发明。
1．用户接口系统
如图1所示，优选实施方式中的用户接口系统100包括：一定体积的流体110；触觉层120；基板130；移位装置140；第一压力传感器150；第二压力传感器160；和处理器170。触觉层120限定由用户可触摸的外部触觉表面122和与触觉表面122相对的后表面124；触觉层120包括不可变形区域128和多个可变形区域126，其中，可变形区域126在如下状态之间是可操作的：收缩状态（在图4中示出），其中，可变形区域126与不可变形区域128大体上是齐平的；和扩展状态（在图5中示出），其中，可变形区域126实质上高出不可变形区域128。基板130被接合到不可变形区域128的后表面124并限定每个可变形区域126至少一个流体端口134以及限定流体通道132，其中，流体端口134在流体通道132和可变形区域126的后表面124之间传递流体110。移位装置140通过流体通道132和流体端口134移位流体110的一部分，以使可变形区域126从收缩状态转变到扩展状态。第一和第二压力传感器150、160检测流体110的一部分内的由于施加到特定的可变形区域126处的触觉表面122上的输入力引起的流体压力中的变化，（如在图6所示的用户输入状态下）。处理器170基于由第一和第二压力传感器150、160检测的流体压力中的变化的比较将所述特定的可变形区域126确定为输入位置。处理器170还可基于流体压力变化率、流体压力大小或流体压力中的与时间有关的变化将在触觉表面122处接收的输入力的特点描述为各种输入类型。基板130还可限定支撑表面138，支撑表面138为触觉层120的可变形区域126提供硬停止件，使得用户可以不使可变形区域126向内变形超过一定的深度，例如与不可变形区域128齐平，如图6所示。此外，附着点136可将触觉层120接合到基板130并限定可变形区域126和不可变形区域128之间的边界。
用户接口系统100还可包括下列中的一个或多个：阀180；触摸传感器190；以及显示器200。阀180可以隔离单一的流体端口和可变形区域对内的、多个流体端口和可变形区域对内的、或流体通道132的一部分内的流体。阀180优选保留在至少一个可变形区域126的后表面124处的流体110的一部分，以将可变形区域126维持在扩展状态或收缩状态中。触摸传感器190优选地检测触觉表面122上的用户触摸129，例如在不可变形区域128处检测用户触摸。显示器200优选地将被传输的图像透过基板130和触觉层120输出给用户。
用户接口系统100起作用来通过扩展和收缩可变形区域126为用户提供触觉引导，以在触觉层120的触摸表面122上形成可区分的输入区域，如在题为“UserInterfacesystem”的美国专利申请第12/497,622号中所描述的，该申请通过引入被全部并入。处理器170及第一和第二压力传感器150、160协作以确定施加到触觉表面122的输入力129的位置。具体地，压力传感器和处理器170协作以从多个可变形区域126中选择输入力129被施加到的特定的变形区域126。用户接口系统100优选被并入电子装置210中，电子装置210包括数字显示器，例如汽车仪表盘、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、电视机、收音机、台式电话、移动电话、PDA、个人导航装置、个人媒体播放器、摄像机、游戏控制台或控制器、遥控器或手表的显示器。这样的电子装置通常并入了触摸传感器和/或触摸显示器，该触摸传感器和/或触摸显示器并入了电容、光学或电阻式触摸感测技术，或可能地其它触摸感测方法。然而，在依靠这样的技术来检测这样的电子装置的可变形的触觉表面上的用户输入时可能存在缺点。因此，通过感测被用于使可变形区域126变形的流体110内的压力变化而检测可变形区域126处的用户输入，可以是比当前的触摸传感器技术更可靠和/或有效的。通过将每个流体端口134和相关联的可变形区域126联接到中央流体通道132，分离输入力的位置所需要的压力传感器的数量可被显著减少。在布置在电子装置210的显示器200上的用户接口装置的实例中，其中，包括二十六个字母的小键盘被呈现在显示器200上，触觉层120包括一个二十六个可变形区域126的阵列，每一个的单独的输入区域与不同字母的图像对准；可变形区域126通过流体端口134被联接到单一的流体通道132，并且移位装置140同时扩展所有可变形区域126，使得用户可以触觉地区分任何两个输入区域（可变形区域126）。与其实现二十六个单独的压力传感器（即每个输入区域一个传感器），不如实质上更少（例如，两个）的压力传感器检测流体通道132内的流体压力变化，并且处理器170解译来自压力传感器的信号以分离（即确定）输入力129被用户施加到的特定的可变形区域126。触觉层120和基板130优选大体上是透明的，使得显示器200上的图像可以由用户查看。但是，用户接口系统100可以任何方式并入任何装置，以减少传感器的数量和/或捕捉可变形的触觉表面122上的用户输入所需要的传感器的复杂度。
2．一定体积的流体
优选实施方式中所述一定体积的流体110作为介质起作用，压力通过流体110被转移到可变形区域126，以扩展或收缩可变形区域126，而且施加到触觉表面122的力通过流体110被转移到压力传感器150、160。流体110优选是大体上不可压缩的流体，但可选地可以是可压缩的流体或在用户接口系统100的操作期间保持压力变化的任何其它合适的流体。流体110优选是液体（例如水、甘油或乙二醇），但可选地可以是气体（如空气、氮气或氩气）或扩展可变形区域126并使触觉表面122变形的任何其它物质（如凝胶或气凝胶）。流体110优选大体上填充流体端口134和流体通道132，并且大体上与可以是在用户接口系统100（或用户接口系统100被附装到的电子装置210）的外部的其它流体隔离，这可以降低空气其它潜在的污染物进入和/或在流体110内产生气泡的可能性，其可能扰乱图像通过用户接口系统100的传输。然而，可以使用任何其它合适的类型的流体110。
所述一定体积的流体优选是大体上透明的，使得由显示器200生成的图像可通过流体110传输。所述一定体积的流体110也优选具有大体上与基板130的折射率类似的折射率，使得通过填充有流体110的流体通道132（和/或流体端口134）的光（例如，图像）不被流体与流体之间的通道的连接点光学扭曲。然而，所述一定体积的流体110可具有任何其它属性。
3．触觉层和可变形区域
优选实施方式中的触觉层120起作用以限定可变形区域126，可变形区域126充当提供触觉指导的输入区域并接收指示用户输入的输入力。触觉层120优选限定连续的触觉表面122，使得当手指划过触觉表面122时，用户不会察觉到触觉层120内的中断或接缝。具体地，不可变形区域128和可变形区域126优选包括由没有在区域之间触觉地可区分的特征的材料制成的单一的连续片材220。可选地，触觉表面122可包括区分一个区域与另一区域的特征，例如通过不同的质地、硬度、凹坑或其它触觉地可区分的特征。触觉表面122也优选是平面的；触觉表面122在形式上可以是天然地平面的或可被布置在大体上是平面的基板130的表面上。当流体110的一部分通过流体通道132和流体端口134移位到可变形区域126处的触觉区域的后表面124时，触觉层变形；触觉层120还优选当流体110的所述一部分收缩时“松弛”或“反变形”回到正常的平面形式，不管主动地通过逆转移位装置140的流动方向（如图8所示）还是被动地通过允许触觉表面122的弹性迫使流体反向通过流体端口134。在一个变体形式中，触觉层120包含弹性的可变形区域126以及相对较低弹性的不可变形区域128。在另一变体形式中，触觉层120一般在整个至少一个横截面上是均匀弹性的。在又一变体形式中，触觉层120包括或由智能材料组成，例如镍钛（“镍钛诺”），其具有选择性的和/或可变的弹性。触觉层120可以是均匀的厚度或变化的厚度的；例如，触觉层120在可变形区域可以比在不可变形区域更薄，使得可变形区域比不可变形区域更易弯曲。
触觉层120优选是光学透明的，但可选地可以是半透明或不透明的。此外，触觉层120优选具有以下特性中的一个或多个：在流体110的存在下的高透光性、低模糊、宽视角、最小内部背反射率、耐擦伤性、耐化学性、耐污染性、光滑度（例如，低摩擦系数）、最小排气、化学惰性，和/或当暴露于紫外光时相对低的降解速率。触觉层120优选包括合适弹性的材料，其包括聚合物和硅基弹性体，例如聚二甲基硅氧烷（PDMS）或RTV硅（例如，RTV硅615）。在上述触觉层120包括不同的弹性和相对无弹性的部分的变体形式中，非弹性部分优选由聚合物或玻璃，如：弹性体；硅基有机聚合物，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）；热固性塑料，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）；光固化性耐溶剂性弹性体，如全氟聚醚；聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）；或任何其它合适的材料制成。但是，触觉层120可包括任何其它合适的材料。
触觉层120的多个可变形区域中的每个可变形区域126在至少两个状态之间是可操作的，所述至少两个状态包括：收缩状态，其中可变形区域126与不可变形区域128大体上齐平；以及扩展状态，其中可变形区域126实质上高出不可变形区域128。然而，可变形区域126可以是在任何其它状态下可操作的，例如凹进状态，其中可变形区域126大体上凹进而低于不可变形区128。在扩展状态下可变形区域126可作为：（1）按钮，当被用户按压时，其暗示单一的输入位置（在图9中示出）；（2）滑块，当被按压时，其暗示沿变形区域126的多个输入处的输入位置（在图10中示出）；和/或（3）指向杆，其暗示定向的输入（在图11中示出）。然而，可变形区域126的变形可提供任何其它合适的输入类型，其中，可变形区域126处的用户接触以由压力传感器中的至少一个可检测的方式影响流体的一部分中的流体压力。
可变形区域126（其是按钮）优选具有圆顶状外形，如图9所示，但可选地可具有圆柱状外形（具有平的顶面）、金字塔状外形、立方体状外形（具有平的顶部）或任何其它合适的按钮外形。压力传感器150、160优选将施加到按钮上的用户触摸129识别为用户输入。
为滑块的可变形区域126优选具有脊状外形，如图10所示，但可选地可具有环状外形，如图11所示；然而，十字状外形或任何其它合适的滑块外形也是可能的。压力传感器150、160优选识别沿滑块的不同位置处的用户触摸129并区别这些用户触摸作为不同的用户输入，例如对于在第一方向上沿滑块的划动的第一输入类型和对于在相反方向上的划动的第二输入类型。在一个变体形式中，滑块是环状外形的，且像“点击轮”一样动作，在形式和功能上与第二代AppleiPod类似，如图11所示。
为指向杆的变形区域126，与按钮一样，优选具有圆顶状外形，如图12所示，但可选地可具有圆柱状外形（具有平的顶表面）、金字塔状外形、立方体状外形（具有平的顶部）或任何其它合适的按钮外形。压力传感器150、160优选识别在不同方向上和/或在沿指向杆的不同位置处的用户触摸129以及将这些用户触摸区分为不同的用户输入。优选地，扩展的可变形区域126（其是指向杆）的凹陷暗示与相对于指向杆的几何形状的该凹陷的位置相关的用户输入类型。例如，在可变形区域126是具有圆顶状外形的指向杆的变体形式中，可变形区域126在右上象限中的凹陷被与其在右下象限中的凹陷不同地解释。此外，用户可以按压可变形区域126，其是在划动移动中的指向杆，例如，从可变形区域126的右上方象限到右下象限的“划动”。这可被解释为动态的输入，如在第二代AppleiPod中的“点击轮”上识别到的那些。在另一实例中，可变形区域126（其是指向杆）上的输入可以与被IBM公司注册商标为TRACKPOINT以及被Synaptics注册商标为TOUCHSTYK的指向杆（它们都被非正式地称为“突起”）类似的方式执行。
4．基板
优选实施方式中的基板130起作用以支撑触觉层120，使得通过流体通道132和流体端口134被传递的流体110使可变形区域126向外变形。触觉层120的后表面124优选通过附着点136（在图1和图5中示出）被附着到基板130，附着点136至少部分地限定不可变形区域128的大小和/或形状；附着点136起作用以限定触觉层120的可变形区域126和不可变形区域128之间的边界。附着点136可以是限定边缘或界限的一系列连续的点，但可选地可以是一系列不连续的点；系统可选地可以包括一系列附着点。附着点136可以通过粘合剂、化学制剂粘合、焊接、扩散接合或任何其它合适的附着材料和/或方法形成。用来形成附着点136的方法和/或材料优选产生与触觉层120和/或基板130类似的光学特性，但可选地可以产生任何其它光学特性。触觉层120的其它不可变形区域可以或可以不使用类似或相同的材料和/或方法被粘合到基板130。然而，可以使用任何其它合适的布置、材料和/或制造方法以将基板130接合到触觉层120。因此，基板和触觉层组件可以至少包括含有提供表面上例如电子装置210的显示器上的触觉引导所必需的无源元件的片材220。
基板130优选包括大体上刚性的材料，使得施加在触觉表面122上并通过基板130传输的力大体上不使流体端口134或流体通道132中的任一个变形。通过大体上维持流体通道132和/或流体端口134的横截面，流体仍然优选被传递贯穿流体通道132、流体端口134、可变形区域126的后表面124和压力传感器150、160，使得压力传感器和处理器170可以可靠地产生和解译流体压力信号，以确定触觉表面122上的用户输入的位置。基板130还优选限定与可变形区域126相邻的大体上刚性的支撑表面138。基板130的支撑表面138优选抵抗可变形区域126向内超出与不可变形区域128齐平的变形，如图6所示。这为触觉层120提供了支撑，以当力被施加在可变形区域126上时大体上防止触觉层120变形到流体端口134中。支撑表面138还优选提供硬停止件，可变形区域126在收缩状态停留在该硬停止件上，如图4所示，例如在流体的一部分从流体通道132主动撤回之后，以收缩可变形区域126。基板130优选在厚度上是均匀的，尽管只有基板130的与触觉层120相邻的一侧可以是平面的。支撑表面138也优选是平面的，但支撑表面138也可以限定凹形的几何形状，在第三、凹进状态下，可变形层变形成所述凹形的几何形状。然而，基板130可以是任何其它几何形状的，其保持不可变形区域128并许可可变形区域126扩展到扩展状态以及收缩到收缩状态。
基板130还起作用以限定流体通道132和流体端口134。在第一变体形式中，基板130包括接合到第二子层的第一子层，其中，第一子层包括长形的空穴（pocket），而第二子层包括多个通孔。在这种变体形式中，流体通道132被第一子层的长形的空穴和第二子层的与第一子层相邻的表面限定；第二子层的通孔限定流体端口134，且流体端口134优选与流体通道132对准，使得流体是在流体端口134和流体通道132之间可传递的。在该第一变体形式中，空穴优选被机械加工到第二子层中，例如通过激光烧蚀、体微机械加工或传统的机械加工（例如，使用键槽铣刀或立铣刀），但也可以在第一子层中被蚀刻、形成、模制或以其它方式创建在第一子层中。流体通道132优选横截面足够大以按由移位装置140所产生的压力增加给定的合适的流动速率将流体传递到流体端口134；然而，流体通道132优选横截面大体上足够小，使得对于用户而言大体上难以视觉地察觉到流体通道132；然而，流体110可以具有大体上与基板130的折射率匹配的折射率，使得对于用户而言大体上难以看到流体通道132，而不管流体通道132的大小。通孔优选被机械加工到第二子层中，例如通过激光烧蚀、体微机械加工或常规的打孔，但也可被形成、蚀刻、模制或以其它方式创建在第二子层中。孔（流体端口134）优选横截面是大体上小的，使得当通过触觉层120看时或者当手指划过触觉表面122时，用户不会视觉地或者触觉地检测到通过触觉层120的流体端口134。例如，流体端口134的横截面可以是圆形的且直径小于500um，但流体端口134的直径优选小于100um。在第二变体形式中，基板130包括接合到第二子层的第一子层，其中，第一子层限定具有边界的凹部，该凹部大体上围绕可变形区域126的周边，且第二子层大体上类似于在第一变体形式中所描述的第二子层。在该第二变体形式中，第一和第二子层接合以包围所述凹部并形成基板130内的大体上长且宽的腔体，其中，所述腔体将流体的一部分传递到流体端口134。在上述的第一和第二变体形式中或在任何其它变体形式中，第一和第二子层可以通过任何可接受的方式被接合，例如通过上面所描述的材料和/或方法，以将触觉层120接合到基板130。在第三变体形式中，流体端口134是材料的一种特性；例如，基板130可以包括多孔材料，其包括允许流体110流过基板130到达可变形区域126的后表面124的一系列互连的腔体。然而，基板130可以包括任何其它材料或包含由任何工艺形成的任何数量的特征的任何数量的子层，并且该子层可以任何其它方式被接合（如果适用的话）。此外，基板130可以每个可变形区域126限定任何数量的任何形状或大小的流体端口134。
在限定了与触觉层120的后表面124相邻的大体上平面的表面的基板130的变体形式中，流体通道132优选在大体上平行于基板130的所述平面的方向上传递流体110的一部分。流体通道132优选是长形的并且优选穿过基板130的相当一部分。此外，流体端口134优选在大体上垂直于基板130的平面的表面的方向上传递流体110。然而，流体110可以在任何其它方向上穿过流体端口134和流体通道132，例如在包括一系列层叠的流体通道和流体端口的网络的用户接口系统100的变体形式中。
基板130优选具有大体上与触觉层120的光学特性类似的光学特性，例如光学透明性、低的内部反射率和低模糊特性。基板130还优选具有与触觉层120的那些化学特性类似的化学特性，例如在流体110的存在下的最小排气和化学惰性。
如图1所示，流体通道132将移位装置140联接到可变形区域126的后表面124。流体通道132允许流体110进入流体端口134，以扩展可变形区域126。流体还可以被移位远离可变形区域126通过流体通道132，以收缩可变形区域126。如图3和13所示，在第一变体形式中，可变形区域126被布置在流体通道132旁边。在第二变体形式中，如图7所示，可变形区域126被布置在流体通道132的顶部；在该第二变体形式中，流体通道132的横截面面积可以大体上类似于流体端口134的横截面面积，但可选地可以是更大的（在图7中示出）、更小的（在图2中示出）或任何其它合适的大小的。流体通道132的布置的第二变体形式可以降低多个可变形区域126的实施上的复杂度。例如，在第一变体形式中，流体通道132可能需要延伸的流体端口134，其将可变形区域126联接到流体通道132，如图13所示；但是，在第二变体形式中，流体端口134可以是短的且直接与流体通道132相邻，如在图1、图7和图8所示。然而，流体通道132可以是任何合适形式的单一的主通道，例如曲折形（图8）、蜿蜒形（图1）、环路、直通道、一组平行通道和一组平行且垂直相交的通道、一组任何形式的层叠且非相交的通道。
流体通道132优选包括第一端部和第二端部。在第一变体形式中，第一端部是流体入口和流体出口。在该第一变体形式中，第二端部优选被关闭或“封闭的”，使得流体可以既不进入也不退出第二端部处的流体通道132，如图1所示。在第二变体形式中，第一端部作为流体入口起作用，且第二端部作为流体出口起作用，如图8所示。在该变体形式中：流体通道132可以限定用户接口系统100内的流体循环；而且/或者第一和第二端部可以可交换地作为流体入口和流体出口起作用。然而，可以使用任何其它适合的布置的流体通道132。
5．移位装置
优选实施方式中的移位装置140起作用以使流体通道132和流体端口134内的流体110的一部分移位，以使可变形区域126从收缩状态扩展到扩展状态。移位装置140优选是机械泵（例如来自德国的Zweibrucken的ThinXXSMicrotechnologyAG公司的微型泵＃MDP2205或来自德国多特蒙德市的BartelsMikrotechnikGmbH公司的微泵＃mp5）。然而，移位装置140可选地可以是如图1所示的活塞类型的装置、通过加热流体使流体110的一部分膨胀的加热元件或借助电渗流将流体的一部分移位通过流体端口134的一系列电极。然而，移位装置140可以可选地以任何其它适当的方式影响流体110的体积，例如，如在题为“UserInterfaceSystem”的美国专利申请第12/497,622号中或在题为“UserInterfaceSystem”的美国专利申请第13/278,125号中所描述的，这两者特此都通过本引用被整体并入。移位装置140优选被联接到流体通道132的第一端部，如图1所示，但可被耦合到流体通道132的任何其它部分。当被实现在移动装置，例如蜂窝电话或平板电脑中时，移位装置140优选将基板130和每个可变形区域126处的触觉层120的后表面124之间的流体110的体积增加0.003ml至0.1ml；该体积优选适合于将具有2mm至10mm之间的直径的圆形的可变形区域126扩展到由用户触觉地可区分的程度。然而，当被实现在本应用或任何其它应用中时，被移位的流体的体积可以是任何其它合适的量。
6．第一和第二压力传感器
优选实施方式中的第一和第二压力传感器150、160起作用以检测流体110的一部分内的流体压力中的变化，其中，所述压力变化是由于被施加的输入力129引起的并将使特定的可变形区域126向内变形。流体110的一部分内的流体压力中的变化优选通过流体通道132的一部分、流体端口134的一部分或用户接口系统100内的任何其它流体管道、借助纵向压力波（例如，P-波）被传递到压力传感器150、160；然而，所述压力变化可以借助横向波或纵向波和横向波的组合被传递。流体通道132、流体端口134或用户接口系统100中的任何其它流体管道内的压力波反射也优选被压力传感器150、160捕捉，使得压力波的起源（例如，输入力）可以由处理器170通过分析压力波数据被查出。
第一和第二压力传感器150、160优选被联接到流体通道132，其中，第一压力传感器150在第一位置处检测流体通道132中的流体压力变化，而第二压力传感器160在不同于第一位置的第二位置处检测流体通道132中的流体压力变化，如图1所示。压力传感器150、160优选检测在扩展状态下被施加在可变形区域126上的输入力129，但还可以或者可以可选地检测在收缩或凹进状态下被施加在可变形区域126上的输入力129。例如，在基板130限定凹形的支撑表面138的变体形式中，用户可将力129施加到触觉表面122，力129使特定的可变形区域126向内变形超出与不可变形区域128平齐的程度。当用户将输入力129施加到触觉表面122时，优选防止流体110逸出流体通道132（例如，从流体通道132的任一端），例如通过关闭流体通道132和移位装置140之间的阀180或通过锁定移位装置140的位置。因此，使特定的可变形区域126向内变形的输入力129还增加该特定的变形区域126的后表面124处的流体压力；流体压力的增加通过相关联的流体端口134（或多个端口）被传递通过流体通道132并到达压力传感器150、160。
压力传感器150、160可被定位成与可变形区域126的后表面124相邻、被定位在流体端口134内和/或被定位在流体通道132中。或压力传感器150或160的一部分可以被布置在基板130内或者可以物理上与基板130共同延伸。例如，第一压力传感器150可以包括膜片，其物理上与基板130共同延伸并形成流体通道132的壁的一部分，使得流体通道132内的流体压力变化使该膜片变形（如图8所示）；该变形优选导致来自第一压力传感器150的输出。在这个实例中，膜片可被直接形成（例如，通过机械加工、蚀刻或模制）到基板130中。或压力传感器150或160的一部分还可以或可选地被布置在触觉层120上或在触觉层120内。例如，第一压力传感器150可包括应变计，应变计被安装在可变形区域126处的触觉层120的后表面124上；在扩展状态下施加到可变形区域126的力从第一压力传感器150产生一个输出，该输出指示可变形区域126处的应变力。此外，包括应变仪的压力传感器的变体形式可以通过捕捉触觉层120和/或可渗透层140的任何部分中的应变力间接地检测流体110内的压力变化。由压力传感器捕捉到的应变力优选指示流体110的一部分内的压力中的变化（例如，指示可变形区域126上的用户触摸），但这样的应变力也可以指示触觉层120上其它地方的用户触摸；处理器170优选比较由多个应变仪压力传感器捕获的应变力，以确定这样的用户触摸的特定位置。但是，压力传感器可被布置在用户接口系统100内的其它任何地方，可以任何其它方式与任何其它元件连接，并且可以是直接或间接地指示流体110内的压力中的变化的任何其它类型的传感器。
在流体端口134在多个可变形区域126和流体通道132之间传递流体的一部分的变体形式中，压力传感器优选被联接到流体通道132。例如，第一压力传感器150可与流体通道132的第一端部大体上相邻地被布置，且第二压力传感器160可与流体通道132的第二端部大体上相邻地被布置。第三压力传感器还可以被联接到流体通道132并被布置在第一和第二压力传感器150、160之间。在包括布置在流体端口134和流体通道132之间并关闭以防止流体流出流体端口134以及防止流体流进流体通道132的阀180的变体形式中，第一或第二压力传感器150或160中的任一个优选位于流体端口134内或与可变形区域126的后表面124相邻。每个压力传感器150、160的一部分优选与流体通道132或流体端口134中的任何内的或可变形区域126的后表面124处的流体110的一部分直接接触；但是，压力传感器150、160可以大体上远离流体通道132和流体端口134，使得流体110（以及因此的流体压力和/或压力波）通过流体管道被传递到压力传感器；这样的流体管道的横截面面积优选小于流体通道132和流体端口134中的任一个。但是，压力传感器150、160可被布置在任何其它位置，且流体压力可通过任何其它方法、功能或元件传递到压力传感器150、160。
压力传感器150、160优选是绝对压力传感器，但可替代地可以是差分压力传感器，在差分压力传感器中，压力传感器比较流体的一部分内的压力与参考压力，例如临近用户接口系统100的周围空气压力。在第一压力传感器150（其是差分压力传感器）将周围空气压力作为参考压力的变体形式中，移位装置140和第一压力传感器150之间的反馈控制回路可被实现为使得流体通道132内的流体压力大体上被维持在周围空气压力；在收缩状态下，这优选维持可变形区域126与不可变形区域128大体上平齐。当用户接口系统100被带到更高的高度，这可以是特别有用的：随着高度增加，周围空气压力降低，且可变形区域126的后表面124处的压力优选通过控制回路被修改，以补偿周围空气压力中的变化。压力传感器150、160可以是任何类型的，例如，电容式、压阻式应变仪、电容、电磁、压电、光学、电位、谐振或热压力传感器。压力传感器150、160还可包括或者由流量计替换，其中，流量计检测用户接口系统100（例如，流体通道132和/或流体端口134）内的流体流动，且处理器170分析流量计的输出以确定触觉层120上的输入力的位置。然而，任何其它合适的布置或类型的检测流体压力中的变化的压力传感器可被使用，并且第一和第二压力传感器150、160不必是相同的类型或形式或以类似的方式布置在用户接口内系统100内。然而，处理器170可以分析仅仅单一的压力传感器（例如，第一压力传感器150）的输出，以确定触觉层上的输入力的位置，例如，通过与在斯坦福大学DeborahBerebichez博士于2005年发表的“TIME-REVERSALFORTEMPORALCOMPRESSIONANDSPATIALFOCUSINGOFACOUSTICWAVESINENCLOSURES”中所描述的类似的方法，其通过本引用被整体并入。
7．阀
用户接口系统100还可包括在打开状态和关闭状态之间可操作的阀180，在打开状态下，移位装置140将流体的一部分移位通过阀180以将可变形区域126从收缩状态转变到扩展状态，如图8所示；在关闭状态下，阀180大体上保留可变形区域126的后表面124处的流体的一部分。阀180优选与移位装置140协作以朝可变形区域126的后表面124导引流体的一部分，以扩展可变形区域126。在第一实例中，如果第一可变形区域126将被扩展，而且第二可变形区域126将保持被收缩，则布置在第一可变形区域126和流体通道132之间（例如，沿相关联的流体端口134）的第一阀180打开以允许流体的一部分到达第一可变形区域126的后表面124，同时布置在第二可变形区域126和流体通道132之间的第二阀保持关闭以防止第二可变形区域126的状态中的变化。在第二实例中，如果第一可变形区域126A的状态与第二可变形区域126B无关，则阀180可以被布置在流体通道132内以及与第一可变形区域126A相关联的流体端口和与第二可变形区域126B相关联的流体端口之间，使得所述阀隔离第一可变形区域126A与第二可变形区域126B。为了使可变形区域126保持在扩展状态中，布置在扩展的可变形区域126和流体通道132之间的阀180可以关闭以防止流体流动远离可变形区域126的后表面124。阀180可位于：流体通道132内，以便隔离第一组可变形区域126与第二组可变形区域126（如图13所示）；流体通道132的第一端部处，以隔离控制在流体通道132和移位装置140之间的流体的流动（如图8所示）；流体端口134内，以隔离单一的可变形区域126与多个可变形区域126；或任何其它位置处。
阀180可以是任何合适类型的阀180，例如球阀、蝶阀、止回阀（即：单向阀）、隔膜阀、刀阀、针阀、夹管阀、旋塞阀、簧片阀或滑阀，或任何其它类型的阀。阀180也可以与移位装置140集成在一起，例如活塞型移位装置，其依靠一系列阀来控制通过它的流体流动。阀180可以是任意大小的，但优选限定与流体通道132、流体端口134或阀180被联接到的其它元件的横截面面积大体上类似的横截面面积的流体门。阀180还优选是电致动的，例如通过诱导阀180的两个输入引线两端的电压差以打开和/或关闭阀180。阀180优选通常是在关闭状态下，但也可以通常是在打开状态下或在任何其它状态下。阀180优选许可双向流动，但可选地可以是单向（例如，止回）阀。在阀180是通常许可从第一侧流动到第二侧的单向阀的变体形式中，只在假设第二侧处的流体压力大体上大于第一侧处的流体压力（或第二侧处的流体压力大于给定的阈值压力）时，阀180可以许可反向流体流动。在这种变体形式中，实质上大的力的用户输入可将流体110的一部分内的压力增加到大于某一水平，该水平不利于用户接口系统100（或用户接口系统100在其中被实现的电子装置210）的安全性或寿命；在返回阈值压力的情况下，由于这样高的流体压力这样的阀180可以打开以减少通道内的流体压力并延长用户接口系统100（或电子装置210）的寿命；假设触觉表面122中的合适的输入，这样的阀还可以或可选地为用户提供“点击”的感觉。这种相同的功能可被实现，而无需这样的单向阀，例如假设由或压力传感器150或160检测到的流体压力大于预设的流体压力阈值，通过主动打开机电阀来实现。然而，任何其它类型的阀180、任何数量的阀或阀的布置可被实现在用户接口系统100中。
8．显示器
用户接口系统100还可包括产生通过触觉层120传输的图像的显示器200。该图像优选与多个可变形区域中的至少一个可变形区域126对准。该图像优选为用户提供视觉引导，例如通过指示与施加到特定的可变形区域126的输入力129相关联的输入类型。显示器200优选被联接到与触觉表面122相对的基板130。显示器200可以通过将触觉层120接合到基板130的上述方法或元件中的任何方法或元件被接合到基板130；然而，显示器200还可以被夹紧、吸入或静态粘合到基板130，或通过任何其它装置或方法被接合到其上。显示器200优选是数字显示器，例如电子墨水、LED、LCD、OLED或等离子显示器。显示器200还可以远离用户接口系统100，其中，图像被投影到触觉表面120上和/或通过触觉表面120。然而，显示器200可以是任何其它类型的显示器，其呈现可以通过基板130和触敏层120传输给用户的图像。
9．触摸传感器
用户接口系统100还可包括检测触觉层120的触觉表面122上的用户触摸的触摸传感器190。触摸传感器190可以是在题为“UserInterfaceSystem”的美国专利申请第13/278,125号中所描述的任何形式或功能的。触摸传感器190优选是电容式触摸传感器190，但也可以是光学或电阻式触摸传感器190或借助任何其它技术的功能。触摸传感器190优选与显示器200物理上共同延伸，但也可被置于显示器200和基板130之间或基板130和触觉层120之间，或者可以物理上与任何其它单元全部或部分地共同延伸。触摸传感器190还可相邻于与基板130相对的触觉层120被布置，例如在触摸传感器190是光学触摸传感器的变体形式中。触摸传感器190优选对压力传感器150、160进行补充：触摸传感器190优选检测不可变形区域128处的触觉表面122上的用户触摸129，而压力传感器150、160检测可变形区域126处的用户触摸。然而，触摸传感器190可以作为用于可变形区域126上的触摸129的主检测方法，且压力传感器150、160在用户输入检测中可用作备份或确认作用；但是，相反的也可被实现。然而，触摸传感器190可以是任何其它类型的、被布置在任何其它位置中并以任何其它方式被用于检测触觉表面122上的用户输入129。
10．处理器
优选实施方式中的处理器170起作用以将用户输入129的位置确定为特定的可变形区域126。处理器170从压力传感器接收指示检测到的在流体通道132、流体端口134中和/或在一个或多个可变形区域126处的触觉层120的后表面124处的流体压力中的变化的信号。因此，处理器170与压力传感器150、160协作以检测触觉表面122上的力的存在并解译该力以确定输入位置；处理器170还可以检测输入大小、输入速度和/或输入方向。处理器170优选基于检测到的压力变化、压力传感器150、160的已知位置、可变形区域126的已知位置，呈现在显示器200上并与可变形区域126对准的图像的已知位置和/或任何其它合适的信息解译该力。处理器170还可与额外的传感器例如触摸传感器190或第三压力传感器通信，以确定用户输入的位置。
在第一变体形式中，压力传感器150、160检测流体压力变化，且处理器170根据该压力变化解译用户输入129的存在。处理器170优选比较检测到的压力变化与压力变化阈值，以确定检测到的压力变化是否指示用户输入。通过比较检测到的压力变化与压力变化阈值，正确的输入优选与不正确的输入区分开来，例如用户将手指或手掌停留在触觉表面122上的情况，其与不旨在成为正确的输入的动作一样。在第一实例中，用户的手指或手掌无意地轻碰了特定的可变形区域126，导致流体通道132内大体上小的压力变化；该压力变化被压力传感器150、160检测到，但仍小于阈值压力变化，所以处理器170不将该压力变化确定为指示正确的用户输入。在第二实例中，用户的手指停留在特定的可变形区域126的顶部上，而不打算提供输入（这可以与传统键盘的用户相比，其将手指停留在键上，而实质上不按压该键以产生输入）；尽管这导致了流体通道132内的压力中的变化，但再次地，当与阈值输入压力相比时，检测到的压力变化未被确定为指示正确的输入。然而，如果检测到的压力变化大于压力变化阈值，则处理器170优选确定正确为用户输入事件。这提供了胜过典型的触敏显示器（例如利用电容感测方法的那些）的好处，典型的触敏显示器往往不能区分变化的力的用户触摸（例如，在正确输入和用户的手指停留在显示器200上之间）。因此，处理器170优选能够辨别由手指停留在特定的可变形区域126上和手指给出导致了是正确输入的压力变化的力导致的压力变化。处理器170还可以调整压力变化阈值，例如用于改变初始的流体压力（例如，在扩展状态下，通过调整流体通道132中的初始流体压力，可变形区域126被升高以改变初始高度）。然而，处理器170可以比较绝对检测流体压力与绝对压力阈值，而不比较流体压力变化（例如，流体压力变化的大小、流体压力变化的变化率）；处理器170还可以修改该绝对压力阈值。
第一变体形式中的处理器170可以比较检测到的压力变化（或绝对检测压力）大于压力变化（或绝对压力）阈值的时间的长度与时间阈值（或时间和压力变化阈值的组合）。在一个实例中，用户通过用手指触摸特定的可变形区域126来开始用户输入，但用户改变了主意并迅速将手指从特定的可变形区域126缩回；这有效地“取消”了该输入。因此，如果检测到增加的压力的时间的长度小于阈值时间，则处理器170优选确定正确的输入未被提供并且输入129被忽略。如果检测到增加的压力的时间的长度大于阈值时间，则处理器170优选确定正确的用户输入的存在。然而，处理器170和压力传感器150、160可以协作以使用任何其它合适的方式和/或方法确定用户输入的存在。
在第二变体形式中，压力传感器150、160和处理器170协作以确定用户输入的类型。在第一实例中，压力传感器150、160检测流体通道132中的流体压力的变化率，其与触觉表面122上的所施加的力的速率成正比。处理器170基于检测到的流体压力变化率确定用户输入的类型；例如，第一流体压力变化率指示第一输入类型，且小于第一流体压力变化率的第二流体压力变化率指示第二输入类型。在使用情况下，输入指示用户滚动贯穿文档的要求：压力变化率越高要求的滚动速率越快，且压力变化率越低要求的滚动速率越慢（虽然该功能也可以通过分析流体压力的大小或流体压力中的变化的大小而不是流体压力变化率而实现）。（该使用情况还可以被应用以改变显示器200的亮度或对比度或电子装置的音量或处理速度）。在第二实例中，压力传感器150、160检测流体压力的大小，且处理器170基于该流体压力的大小确定所施加的力的大小，该流体压力的大小与所施加的力的大小成正比。因此，压力传感器150或160可充当电子装置210的模拟输入，其中，施加到可变形区域126的变化的力导致可变的命令，例如扬声器的音量或电脑游戏中的枪的发射率。与第一实例类似，第一流体压力变化的大小可以指示第一输入类型，且第二流体压力变化的大小可以指示第二输入类型。在第三实例中，所确定的施加的力的第一时间长度可以指示第一输入类型，而施加的力的第二时间长度可以指示第二输入类型。在这种使用情况下，电子装置210是具有自动对焦功能的照相机；在扩展状态下，用户“半按下”快门按钮（其是可变形区域126），以启动自动对焦；然而，因为“半按下”该按钮所需要的力是相对小的，所以检测到的力不一定指示用户启动自动对焦的要求。在该使用情况下，如果在特定的时间期间内检测到力（例如，流体压力中的变化），则处理器170确定该启动自动对焦的要求；在该使用情况下，处理器170还可以检测所施加的力的大小（如第二实例中所描述的）来区分用户启动自动对焦功能的要求（第一输入类型）和用户拍照的要求（第二输入类型）。在第四实例中，压力传感器150、160检测在扩展状态下用户使特定的可变形区域126向内变形的距离。用户通过其使特定的可变形区域126向内变形的所述距离可通过测量由扩展的特定的可变形区域126的向内变形导致的压力和/或压力变化来检测；具体地，处理器170可以确定特定的压力和/或压力变化与用户通过其使特定的可变形区域126向内变形的特定的距离相关。然而，处理器170和压力传感器150、160可以协作以通过任何其它合适的方法和/或方式确定用户输入的类型。
在第三变体形式中，压力传感器150、160和处理器170协作以确定用户输入的位置。第三变体形式大体上依赖本领域中已知的流体属性，其中在流体容器（例如，流体通道132或流体端口134）中的特定点处流体压力中的增加随时间在整个流体容器中移动。第一压力传感器150和第二压力传感器160优选以距彼此可察觉到的距离被联接到流体通道132（或用户接口系统100中的其它流体容器），如图1和8所示（虽然该系统可以仅包括单一的压力传感器）。流体压力中的变化（或绝对流体压力）在第一和第二压力传感器150、160二者处被检测作为时间的函数；第一和第二压力传感器150、160的输出优选是压力变化（或绝对压力）相对于时间的大小，并且这两个输出的比较优选导致被用户施加到触觉表面122的力129的位置的确定。在第一变体形式中，第一和第二压力传感器150、160位于由流体端口134和相关联的特定的可变形区域126的后表面124所限定的腔体内的不同位置处；因此，两个压力传感器150、160和处理器170协作以确定沿特定的可变形区域126的用户输入的位置。在图2所示的第二变体形式中，压力传感器150、160位于流体通道132内的不同位置处，使得压力传感器150、160和处理器170协作以确定在通过多个流体端口134联接到流体通道132的可变形区域126之中的用户输入的位置。在第一实例中，因为在特定的可变形区域126处的压力中的增加需要更多的时间以传播到第一和第二压力传感器150、160中的更远的一个，所以处理器170将用户输入的位置确定为更靠近在最少量的时间内检测一定大小的压力变化的压力传感器；在该实例中，处理器170优选确定输入力129被施加到其上的具体的可变形区域126。在第二实例中，因为流体压力在越靠近压力增加的来源的位置处变化越迅速，所以处理器170确定用户输入129的位置更靠近检测到更高的压力变化率的压力传感器。在第三实例中，因为流体中的流体压力以更快的速率增加并达到更靠近压力增加的起点的更高的最大流体压力，所以处理器170将用户输入的位置确定为更邻近在第一检测到的流体压力中的变化（例如，输入力的施加）之后的特定时间之后检测到更高的流体压力的传感器。
在第四变体形式中，压力传感器150、160位于流体通道132内并检测其中的流体压力变化，如图2和图7所示。流体通道132优选是横截面大体上均匀的并且是已知长度的。此外，在图7所示的流体通道132和图1所示的通道布置的变体形式中，流体端口134内的流体110的体积优选相对于包含在流体通道132内的流体110的体积是小的；因此，通过流体通道132的流体110的流动可以大体上不受通过流体端口134中的任何流体端口的流体流动影响。此外，包括压力传感器150、160的位置和流体通道132的长度的数据优选是处理器170可利用的，使得标准管内流体流动动力学可用于确定提供在可变形区域126上的用户输入129的位置。例如，当由于被用户施加的力129而导致流体110的一部分被移位通过流体通道132时，在压力传感器150、160处检测压力中的变化的发生时间，且该时间可用于确定流体通道132内的流体压力在何处首先增加。更具体地，对于移动通过已知横截面的管的已知粘度的流体，在当压力中的变化由第一压力传感器150检测到时和当压力中的变化由第二压力传感器160检测到时之间的时间差可被处理器170用来精确定位流体通道132内的初始压力增加例如相对于第一和第二压力传感器150、160的位置；该位置优选与流体端口134的位置和/或与流体端口134相关联的特定的可变形区域126相关联。
在上述变体形式中，处理器170优选在特定时间解译由第一和第二压力传感器150、160提供的数据；处理器170可以通过比较由第一和第二压力传感器150、160收集的数据确定用户触摸的位置。通常，处理器170可以比较压力变化的大小（在第一变体形式中）、变化率的大小（在第二变体形式中）、检测到的压力变化的时间（在第三和第四变体形式中），或由第一和第二压力传感器150、160检测到并与确定用户输入129的位置有关的任何其它合适的数据。可选地，处理器170可以通过将由第一和第二压力传感器150、160收集的数据与一数据集进行比较确定用户触摸129的位置。例如，该数据集可以是与压力相关的读数的表格或库，其在给出来自第一和/或第二压力传感器150、160的特定的输出时，指示压力增加的位置；这优选指示输入力129被施加到的特定的变形区域。在图2所示的示例布置中，可变形区域126C处的用户输入优选导致第一和第二传感器150、160处的压力读数的比较，该压力读数的比较不同于由可变形区域126B处的用户输入引起的压力读数比较；处理器170基于这些比较确定输入。这种确定用户输入的位置的方法还可以有助于确定同时提供在触觉表面122上的用户输入的位置。例如，在图2所示的布置中，提供在可变形区域126A和可变形区域126B处的同时的用户输入优选导致压力读数的比较（在第一和第二压力传感器150、160处），该压力读数的比较不同于由提供在可变形区域126B和可变形区域126C处的同时的用户输入引起的压力读数比较；两个这样的压力读数比较优选不同于由提供在可变形区域126A处的单一的用户输入引起的压力读数比较。优选地，每个可变形区域126具有不同的输入特性，例如不同的时间周期，在该时间周期内，施加在可变形区域126上输入力作为流体压力变化以时间差的形式从可变形区域126被传输到压力传感器150或160。这优选许可确定归因于在多个可变形区域126处的多个同时的输入力的多个输入位置；具体地，这优选允许处理器170通过查看每个传感器150、160处的压力信号的组合一次解析出多个输入位置。此外，当确定更近期的输入位置时，处理器170可以考虑一个或多个先前的输入力位置和或先前的输入力的相关定时。压力传感器和可变形区域的数量优选被选择以确保每个可变形区域具有这样的独特特点。
在可变形区域126作为滑块或指向杆起作用的变体形式中，当用户改变沿滑块的用户输入的位置或在指向杆上的输入的方向时，由第一和第二压力传感器150、160检测到的压力可与包括对于这样的被施加的输入所期望的压力读数的数据集比较。然而，该数据集可以包括任何合适类型的数据，对照该数据集，处理器170可以：比较从压力传感器150、160收集到的数据；以及确定用户输入129（或多个同时的用户输入）的位置。该方法在可变形区域上的用户输入的具体位置必须被预测的装置中是特别有用的；在这样的装置中，压力传感器150、160可以是检测用户输入129的相关细节（例如，位置和大小）所必需的唯一的传感器，且这优选减小该装置中的传感器的数量和复杂度。然而，任何数量的压力传感器可被并入用户接口系统100中，而且可以使用用于确定用户输入129的位置的任何其它合适的方法。处理器还可以比较用户接口系统100内的任何数量和/或组合的压力传感器的输出。
压力传感器150、160和处理器170还可以增强用户接口系统100或用户接口系统100被实现在其中的电子装置210的性能。例如，处理器170可以确定所检测的流体通道132内的压力小于预定阈值（例如持续超过阈值时间周期），并且可以致动移位装置140以将额外的流体移位到流体通道132中。可选地，压力传感器150、160可以检测周围空气温度；反过来，处理器170可以确定周围温度已经减小并因此致动移位装置140以将流体移出流体通道132，以减小流体通道132内的流体压力，以便保护用户接口系统100免受例如由过高的内部压力引起的损害。然而，压力传感器150、160和处理器170可选地可以协作以执行任何其它合适的功能。
11．方法
如图14所示，优选实施方式中的方法S100起作用以确定用户接口系统100的触觉表面上的输入位置。该步骤包括：移位流体通过流体通道和一系列流体端口以使触觉层的多个可变形区域向外变形S110；检测流体通道内的第一位置处的由施加到特定的可变形区域处的触觉表面的输入力引起的流体压力中的变化S120；检测流体通道内的第二位置处的由施加到触觉表面的输入力引起的流体压力中的变化S130；以及基于在流体通道内的第一和第二位置处检测到的流体压力中的变化的比较从多个可变形区域中选择特定的可变形区域作为输入位置S140。移位流体通过流体通道的步骤S110优选由移位装置执行，如上所述。检测流体通道内的第一和第二位置处的流体压力变化的步骤S120、S130优选由上面所描述的第一和第二压力传感器执行。选择特定的可变形区域的步骤S140优选由处理器借助上面所描述的方法执行。
正如从之前的详细描述和从附图以及权利要求书中本领域技术人员将认识到的，可以对本发明的优选实施方式做出修改和改变，而不脱离如在下面的权利要求中所限定的本发明的范围。

Claims (35)

1.一种用户接口系统，包括：
·基板，其限定包括第一端部和第二端部的流体通道，所述流体通道流体联接到所述第一端部和所述第二端部之间的一组腔体；
·触觉层，其包括触觉表面、联接到所述基板的外围区域以及相邻于所述外围区域的一组可变形区域，所述一组可变形区域中的每个可变形区域与所述基板协作以限定所述一组腔体中的相应的腔体；
·移位装置，其移位流体通过所述流体通道并进入所述一组腔体中，以使所述一组可变形区域从收缩设定转变到扩展设定，在所述收缩设定中，所述一组可变形区域与所述外围区域大体上齐平，且在所述扩展设定中，所述一组可变形区域触觉上可区分于所述外围区域；
·第一压力传感器，其流体联接到所述流体通道、邻近所述第一端部；
·第二压力传感器，其流体联接到所述流体通道、邻近所述第二端部，所述第二压力传感器与所述第一压力传感器分离；以及
·处理器，其被配置为基于来自所述第一压力传感器的第一信号和来自所述第二压力传感器的第二信号的比较，确定在所述扩展设定中所述一组可变形区域中的特定的可变形区域的选择。
2.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测所述流体的一部分内的压力波，且所述处理器分析所检测到的压力波以确定与施加到特定的可变形区域处的触觉表面的输入力相关联的脉冲的起源。
3.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测所述流体通道内的流体压力变化率，且所述处理器将由所述第一压力传感器相对于所述第二压力传感器检测到的流体压力变化率表征为所述特定的可变形区域的位置处的用户输入。
4.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述第一压力传感器检测所述流体通道内的流体压力变化率，且所述处理器将小于阈值变化率的流体压力变化率表征为第一输入类型并将大于所述阈值变化率的流体压力变化率表征为第二输入类型。
5.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述第一压力传感器检测所述流体通道内的流体压力的大小，且所述处理器将小于阈值压力的流体压力表征为第一输入类型并将大于所述阈值压力的流体压力表征为第二输入类型。
6.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述第一压力传感器检测所述流体通道内的流体压力的大小，且所述处理器将被维持了第一时间期间的流体压力表征为第一输入类型并将被维持了第二时间期间的流体压力表征为第二输入类型。
7.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述第一压力传感器在第一位置处检测所述流体通道中的流体压力变化，且所述第二压力传感器在不同于所述第一位置的第二位置处检测所述流体通道中的流体压力变化。
8.如权利要求1所述的用户接口系统，还包括布置在所述流体通道内并在如下状态之间可操作的阀：
○打开状态，其中所述移位装置移位所述流体的一部分通过所述阀，以使可变形区域从收缩状态转变到扩展状态，在所述收缩状态中，所述可变形区域与不可变形区域大体上齐平，所述触觉表面包括所述不可变形区域，在所述扩展状态中，所述可变形区域大体上高出所述不可变形区域；和
○关闭状态，其中所述阀隔离所述可变形区域与第二可变形区域，以维持所述可变形区域的状态与所述第二可变形区域无关。
9.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述流体通道包括第一端部和第二端部，其中所述移位装置移位所述流体的一部分通过所述第一端部，并且其中所述第一压力传感器被布置为邻近所述第一端部，且所述第二压力传感器被布置为邻近所述第二端部。
10.如权利要求9所述的用户接口系统，还包括置于所述流体通道和所述移位装置之间的可操作在打开状态和关闭状态的阀，其中，在所述关闭状态下，所述阀将所述流体的一部分保留在所述流体通道内。
11.如权利要求10所述的用户接口系统，其中所述流体通道的所述第二端部是封闭的。
12.如权利要求9所述的用户接口系统，还包括在所述第一压力传感器和所述第二压力传感器之间联接到所述流体通道的第三压力传感器。
13.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述基板限定与所述触觉层的后表面相邻的平面的表面，并且其中所述流体通道在大体上平行于所述基板的平面的方向上传递所述流体通过所述基板。
14.如权利要求13所述的用户接口系统，其中所述流体通道是蜿蜒的通道。
15.如权利要求13所述的用户接口系统，所述基板限定每个可变形区域的流体端口，其中流体端口在所述流体通道和所述可变形区域的后表面之间传递流体，其中所述流体端口在大体上垂直于所述基板的所述平面的表面的方向上传递所述流体。
16.如权利要求15所述的用户接口系统，其中所述基板包括接合到第二子层的第一子层，其中所述第一子层包括长形的空穴，所述空穴限定所述流体通道的一部分，并且其中所述第二子层包括限定所述流体端口的多个通孔。
17.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述第一压力传感器的一部分被接合到可变形区域处的所述触觉层的后表面。
18.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述第一压力传感器的一部分被布置在所述基板内。
19.如权利要求8所述的用户接口系统，其中，在所述收缩状态下，通过最小化所述流体通道内的流体压力和周围空气压力之间的差，所述移位装置维持所述可变形区域与所述不可变形区域大体上齐平。
20.如权利要求1所述的用户接口系统，还包括联接到所述基板并检测所述触觉表面上的用户触摸的触摸传感器。
21.如权利要求20所述的用户接口系统，其中所述触摸传感器检测不可变形区域处的所述触觉表面上的用户触摸的位置，且所述压力传感器和所述处理器检测所述可变形区域处的所述触觉表面上的用户触摸的位置，所述触觉表面包括所述不可变形区域。
22.如权利要求1所述的用户接口系统，还包括显示器，所述显示器与所述触觉层相对地联接到所述基板，并透过所述触觉层为用户输出图像。
23.如权利要求22所述的用户接口系统，其中所述图像与可变形区域大体上对准。
24.如权利要求22所述的用户接口系统，其中所述流体、所述基板和所述触觉层是大体上透明的。
25.如权利要求22所述的用户接口系统，其中所述显示器输出包括字母表的所有字母的键盘的图像，其中，每个字母与不同的可变形区域对准，并且每个可变形区域限定与唯一的字母相关联的输入区域。
26.如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述基板限定支撑表面，所述支撑表面限制可变形区域向内朝所述基板的变形。
27.如权利要求26所述的用户接口系统，其中所述支撑表面抵抗所述可变形区域向内超出与不可变形区域齐平的变形，所述触觉表面包括所述不可变形区域。
28.如权利要求1所述的用户接口系统，还包括附着点，所述附着点将所述触觉层的后表面的一部分接合到所述基板并限定不可变形区域和可变形区域之间的边界，所述触觉表面包括所述不可变形区域，其中所述触觉层的所述不可变形区域和所述可变形区域是相邻的并形成所述触觉表面的大体上连续的部分。
29.一种电子装置，其并入了如权利要求1所述的用户接口系统，其中所述电子装置从包括汽车仪表盘、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、电视机、收音机、台式电话、手机、PDA、个人导航装置、个人媒体播放器、摄像机、游戏控制台和控制器、遥控器和手表的组中选择。
30.一种确定用户接口系统的触觉层的触觉表面上的输入位置的方法，所述方法包括以下步骤：
○移位流体进入流体通道中，以使触觉层的一组可变形区域从收缩设定转变到扩展设定，所述一组可变形区域中的每个可变形区域在所述收缩设定中与外围区域大体上齐平且在所述扩展设定中触觉上可区分于所述外围区域，并且所述一组可变形区域中的每个可变形区域与基板协作以限定一组腔体中的相应的腔体，所述一组腔体中的每个腔体流体联接到所述流体通道的第一端部和所述流体通道的第二端部之间的流体通道，且所述触觉层限定相邻于所述一组可变形区域并联接到所述基板的所述外围区域；
○使用第一压力传感器检测由施加到特定的可变形区域处的所述触觉表面的输入力引起的所述流体通道内邻近所述流体通道的所述第一端部的流体压力中的第一变化；
○使用与所述第一压力传感器分离的第二压力传感器检测所述流体通道内邻近所述流体通道的所述第二端部的流体压力中的第二变化；
○基于流体压力中的所述第一变化和流体压力中的所述第二变化的比较来估计所述流体通道内压力变化的起源；以及
○使所述流体通道内所述压力变化的起源与在所述扩展设定中所述一组可变形区域中的特定的可变形区域上的输入相关联。
31.如权利要求30所述的方法，还包括以下步骤：
○如果流体压力变化的大小小于阈值压力，则将所述输入力表征为第一类型；以及
○如果所述流体压力变化的大小大于所述阈值压力，则将所述输入力表征为第二类型。
32.如权利要求30所述的方法，还包括以下步骤：
○如果流体压力变化率小于阈值变化率，则将所述输入力表征为第一类型；以及
○如果所述流体压力变化率大于所述阈值变化率，则将所述输入力表征为第二类型。
33.如权利要求30所述的方法，还包括基于在所述流体通道内的第一位置和第二位置处所检测到的流体压力的变化的比较从多个可变形区域中选择特定的可变形区域作为输入力的位置，其中所述触觉层联接到一系列流体端口，以使触觉层的所述多个可变形区域向外变形，其中从所述多个可变形区域中选择所述特定的可变形区域包括将在所述流体通道内的所述第一位置检测到的流体压力变化率与在所述第二位置处检测到的流体压力变化率进行比较。
34.如权利要求30所述的方法，还包括透过所述触觉层将图像传输给用户的步骤。
35.如权利要求30所述的方法，所述基板限定每个可变形区域的流体端口，其中所述流体端口在所述流体通道和所述可变形区域的后表面之间传递流体，所述方法还包括关闭阀以保持所述流体通道和所述流体端口内的流体的步骤。
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