CN104169846B - 具有表面开关的触摸屏装置 - Google Patents
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Abstract
一种便携式电子装置(100)包括用户接口(101，103)的外部表面(105)、耦合到所述外部表面的压电换能器(219)，以及控制器(203)。所述压电换能器(219)响应于在所述外部表面(105)处施加的机械致动而产生在所述压电换能器处发起的电输出。所述控制器(203)响应于所述压电换能器(219)产生所述电输出而执行所述便携式电子装置(100)的电子功能。
Description
技术领域
本发明大体涉及用于触摸屏装置的开关的领域，且更明确地说，涉及具有不需要由电路主动监视的触摸屏显示器及表面开关的便携式电子装置。
背景技术
具有例如上覆显示器的触敏表面等触摸屏的便携式电子装置在此项技术中是熟知的。触摸屏装置的实例包含智能电话、平板计算机、媒体播放器及便携式游戏装置。触摸屏装置利用触摸屏作为其用户接口或其用户接口中的一者。所述装置可提供通过用户与装置的触摸屏的交互而激活或管理的一或多个功能。此些功能的实例包含媒体(例如图像、视频、音频，及多媒体)的输入及输出、消息接发、网络浏览及无线通信。
触摸屏具有可检测用户在显示器处的“触摸”的传感器。术语“触摸”是指用用户的肢体或手在显示器的表面处或附近接触。触摸屏通常需要触摸屏传感器的主动监视以检测接触。为了确保检测，触摸屏装置通常提供连续或周期性地向传感器提供一定水平的电力，因此引起大量电力消耗。举例来说，电阻式触摸屏具有由薄空间分开的电阻层，其中至少一个层被连续或周期性地提供电流。当用户按压触摸屏时，电阻层接触且控制器基于对所检测电压的分析而确定接触的位置。作为另一实例，电容式触摸屏具有涂布有导体的绝缘体，其中提供电流以产生静电场。当用户触摸电容式触摸屏的表面时，用户充当电导体，从而导致触摸屏的静电场的畸变。
触摸屏装置通常利用与触摸屏分开的开关用于通电或唤醒装置。开关使电流中断或转向，且典型开关为具有连接到外部电路的电触点的机电组件。开关可控制电力从电源到另一组件的流动。对于典型触摸屏装置，可通过按压并保持与触摸屏分开的电力按钮达某一时间周期而手动地激活所述开关。类似地，装置可通过简单地按压电力按钮而从休眠模式醒来。开关的操作比要求主动监视的触摸屏的操作消耗较少电力。
附图说明
图1是根据本发明的便携式电子装置的实施例的透视图。
图2是根据本发明的图1的实施例的实例内部组件的框图。
图3是根据本发明的便携式电子装置的电路的实施例的电路图。
图4是根据本发明的便携式电子装置的电路的另一实施例的电路图。
图5是根据本发明的便携式电子装置的电路的又一实施例的电路图。
图6是根据本发明的便携式电子装置的电路的又一实施例的电路图。
图7是根据本发明的便携式电子装置的电路的又一实施例的电路图。
图8是根据本发明的便携式电子装置的电路的另一实施例的电路图。
图9是根据本发明的便携式电子装置的实施例的横截面图。
图10是根据本发明的便携式电子装置的另一实施例的横截面图。
图11是根据本发明的便携式电子装置的又一实施例的横截面图。
图12是根据本发明的便携式电子装置的又一实施例的横截面图。
图13是根据本发明的便携式电子装置的部分实施例的透视图。
图14是根据本发明的便携式电子装置的详细实施例的电路图。
具体实施方式
揭示一种便携式电子装置，其具有响应于在其外部结构的表面处施加的致动或应力(即变形或平移)而激活的电子功能。为了提供用于激活所述装置的应用(例如通电或唤醒所述装置电子器件的一或多个组件)的简单且美观的机构，所述装置可检测所述通电或唤醒事件而不维持触摸屏控制器达延长的时间周期。所述触摸屏控制器可在各种时间去活以最小化断电模式或待用模式中的电力消耗。
换能器可响应于施加到传感器的致动或应力(即变形)而产生电输出。举例来说，压电换能器可系结到将电压改变传递到装置的其它组件的半导体组件。响应于由用户在换能器处提供的接触或压力而发生的由换能器直接或间接地提供的输出可唤醒或通电便携式电子装置。当不激活系结到换能器的组件时，如所描述的此电路可从装置电源汲取最少的电力，因此延长装置的电源的寿命。便携式电子装置还可从换能器的结构或音频能力受益。因此，利用换能器可实现优于已知类型开关的改进设计。
本发明的方面为一种便携式电子装置，其包括用户接口的外部表面、耦合到所述外部表面的压电换能器，以及控制器。所述压电换能器响应于在所述外部表面处施加的机械致动而产生在所述压电换能器处发起的电输出。所述控制器经配置以响应于所述压电换能器产生所述电输出而执行所述便携式电子装置的电子功能。
参考图1，提供根据本发明的便携式电子装置100的实施例的透视图。便携式电子装置100可为具有一或多个压电换能器及一或多个用户接口的任何类型的装置。用户接口可包含一或多个输出组件及/或一或多个输入组件。对于一些实施例，便携式电子装置100可包含一或多个压电换能器、(除所述压电换能器之外)一或多个输出组件，及一或多个输入组件。举例来说，图1中展示的实施例，便携式电子装置100包含显示器101、与所述显示器相关联的触摸传感器103，及能够响应于施加到换能器的机械致动或应力(即，变形或平移)而产生电输出的压电换能器(未展示)。对于如图1中所展示的实施例的一些实施例，便携式电子装置100可包含触摸屏，所述触摸屏归因于其包含显示器101及上覆所述显示器的触摸传感器103而充当输出组件及输入组件两者。对于其它实施例，便携式电子装置100可包含一或多个压电换能器及一或多个输出组件。举例来说，便携式电子装置100可包含触摸板而无显示器。对于又其它实施例，便携式电子装置100可包含一或多个压电换能器，且除所述压电换能器之外还包含一或多个输入组件。举例来说，便携式电子装置100可包含显示器而无上覆所述显示器的触摸传感器。对于所有实施例，便携式电子装置100在一或多个压电换能器处检测用户输入以通电、唤醒或以其它方式激活装置的一或多个组件的功能。
便携式电子装置100的实例包含但不限于计算装置、平板装置、手持式装置、手腕佩戴式装置、生产率装置、媒体播放器、媒体读取器、通信装置(无线或有线)、遥控器、扫描仪、网络浏览器、电子商务装置、测量装置，等等。便携式电子装置100可具有多种不同形式因数中的一者，包含但不限于平板、糖果棒、翻盖/蛤壳、纵向滑块、横向滑块、旋转体、腕表形式因数等等。对于图1中展示的实施例，装置100具有前表面105及与所述前表面实质上成角的多个侧表面107。
如上所述，便携式电子装置100的一些实施例可包含至少一个输出组件及至少一个输入组件。举例来说，触摸屏101、103可包含具有上覆显示器的至少一部分的触摸传感器(电容式、电阻式、温度，等等)的显示器(例如LCD、OLED、LED，等等)。触摸屏101、103的表面可暴露在装置100的前表面105处、实质上平行于装置100的前表面105。便携式电子装置100的用户可通过用用户的身体部分及/或由用户控制的对象(未展示)接触触摸屏的表面而与触摸屏101、103交互。用户可用用户的手指或其它肢体接触触摸屏101、103，但用户还可或替代地使用手写笔、控制器、手套或类似对象接触触摸屏。
对于一个实施例，便携式电子装置100可为在装置的前表面105及/或侧表面107处包含用于耳机109及送话器111的孔隙的通信装置。举例来说，如图1中所示，可经由触摸屏的前表面提供耳机孔隙109及送话器孔隙111。便携式电子装置还可包含可结合触摸屏装置的其它部分(例如暴露于外部的按钮113及/或传感器115)工作的其它组件。
参考图2，展示表示可用于根据本发明的实施例的实例组件200的框图。实例实施例可包含一或多个无线收发器201、一或多个处理器203、一或多个存储器205、一或多个输出组件207，及一或多个输入组件209。每一实施例包含包括一或多个输出组件207及/或一或多个输入组件209的用户接口。每一无线收发器201可利用例如但不限于蜂窝式通信的无线技术用于通信，例如模拟通信(使用AMPS)、数字通信(使用CDMA、TDMA、GSM、iDEN、GPRS或EDGE)，及下一代通信(使用UMTS、WCDMA、LTE、LTE-A或IEEE 802.16)及其变体，如由蜂窝式收发器211表示。每一无线收发器201还可利用例如但不限于以下各者的无线技术用于通信：点对点或特用通信，例如HomeRF、蓝牙及IEEE 802.11(a、b、g或n)、无线HDMI；无线USB，及其它形式的无线通信，例如红外技术，如由WLAN收发器213所表示。而且，每一收发器201可为接收器、发射器或两者。
内部组件200可包含装置接口215以提供到辅助组件或附件的直接连接以获得额外或增强的功能性。此外，内部组件200优选包含例如便携式电池组等电源217，用于提供电力到其它内部组件且允许便携式电子装置100的便携性。
处理器203可基于从一或多个输入组件209接收的信息产生命令。处理器203可单独地或与例如存储在存储器205中的信息等其它数据组合地处理所接收信息。因此，内部组件200的存储器205可由处理器203用以存储及检索数据。可由存储器205存储的数据包含但并不限于操作系统、应用程序，及数据。每一操作系统包含控制便携式电子装置100的基本功能(例如内部组件200的组件之间的交互、经由每一收发器201及/或装置接口(见下文)与外部装置的通信，及将应用程序及数据存储到存储器205及从存储器205检索应用程序及数据)的可执行代码。每一应用程序包含利用操作系统提供便携式电子装置的更特定功能性的可执行代码。数据为可由操作系统或应用程序参考及/或操纵以用于执行便携式电子装置100的功能的非可执行代码或信息。
内部组件200可进一步包含输入组件209以响应于用户输入而产生电输出。输入组件209包含但不限于触摸屏的压电换能器219及触摸传感器221。压电换能器219可为能够响应于施加到换能器的机械致动或应力(即，换能器的变形)而产生电输出的任何类型的组件。压电换能器可系结到将电压改变传递到装置的其它组件的半导体组件。举例来说，压电换能器可系结到场效应晶体管(“FET”)，更明确地说，在按压以唤醒或通电电子装置(此时将致动或应力施加到换能器)之后即刻传递电压改变的FET的栅极。此电路在开关未被激活时汲取最少的电力，因此延长装置的电源的寿命。
此外，输入组件209可包含一或多个额外组件，例如视频输入组件(例如光学传感器(例如，相机))、音频输入组件(例如麦克风)及机械输入组件或激活器(例如按钮或密钥选择传感器、触摸板传感器、另一触敏式传感器、电容式传感器、运动传感器，及开关)。同样，内部组件200的输出组件207可包含一或多个视频、音频及/或机械输出。举例来说，输出组件207可包含触摸屏107的可见显示器。其它输出组件207可包含视频输出组件，例如阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器、白炽灯、荧光灯、正面投影或背面投影显示器，及发光二极管指示器。输出组件207的其它实例包含例如扬声器、报警器及/或蜂鸣器等音频输出组件，及/或例如基于振动或运动的机构的机械输出组件。
应理解，提供图2仅用于说明性目的且用于说明根据本发明的便携式电子装置100的组件，且并不希望是便携式电子装置所需要的各种组件的完整示意图。因此，便携式电子装置可包含图2中未展示的各种其它组件，或可包含两个或两个以上组件的组合或将特定组件划分成两个或两个以上单独的组件而仍在本发明的范围内。
参考图3，展示根据本发明的便携式电子装置100的电路的实施例300。在图3的电路中，当由用户肢体或对象303推动或以其它方式致动压电换能器301的表面时，换能器产生电输出，例如输出电压。应理解，贯穿本发明(包含所有图)对压电换能器(219、301等)的表面的参考可或可不包含耦合到换能器的相关联组件的表面，且并不仅限于换能器自身的表面。当由耦合到FET 307的栅极305的压电换能器301产生的输出电压超过阈值时，其接通FET开关，从而允许电流在晶体管的源极与漏极之间流过FET。将便携式电子装置的另一电路或组件311(例如电力管理芯片)在FET电阻器结313处连接到所述电路的线309引起Vcc315，其在指定时间周期之后为装置通电。对于一个实施例，如图3中所示，压电换能器301并不单独系结到所述另一组件311，因为由于压电换能器的变形而产生的电压可归因于电路中的阻抗及压电换能器内的内部阻抗而快速耗散。图3中展示的包含FET 307的配置允许Vcc 315、317的恒定输出电压，直到压电换能器301被释放而使元件的电位返回到接地或电压耗散到低于阈值的电平。此配置可与需要接脚以取决于功能而上拉电压或上拉到某电压达某一时间周期的其它组件或电力管理芯片一起起作用。
参考图4，展示根据本发明的便携式电子装置100的电路的另一实施例400。在图4的电路中，当由用户肢体或对象403推动或以其它方式致动压电换能器401的表面时，换能器产生电输出，例如输出电压。当由耦合到FET407的栅极405的压电换能器401产生的输出电压超过阈值时，其接通FET开关，从而允许电流在晶体管的源极与漏极之间流过FET。此实施例类似于图3的实施例，但将便携式电子装置的另一电路或组件411(例如电力管理芯片)在FET电阻器结413处连接到所述电路的线409通常处于Vcc415，且在压电换能器401的电压变高时引到接地417，其在指定时间周期之后为装置通电。此P-FET开关配置允许输出电压为接地，直到压电换能器401被释放而使元件的电位返回到接地或电压耗散到低于阈值的电平。当压电换能器401的电压回到接地时，输出回到正电压。此配置可与需要接脚以取决于功能而下拉电压或下拉电压达特定时间周期的其它组件或电力管理芯片一起起作用。
参考图5，展示根据本发明的便携式电子装置100的电路的又一实施例500。在图5的电路中，当由用户肢体或对象503推动或以其它方式致动压电换能器501的表面时，换能器产生电输出，例如输出电压。当由耦合到FET507的栅极505的压电换能器501产生的输出电压超过阈值时，其接通FET开关，从而允许电流在晶体管的源极与漏极之间流过FET。此实施例类似于图3及4的实施例，但在压电换能器501处不存在电压时，便携式电子装置的另一电路或组件511(例如电力管理芯片)的两个接脚系结到FET507的源极及漏极513、515且彼此隔离。当压电换能器501归因于变形而产生电压时，所述另一组件511的接脚短路。当压电换能器501电压的电压归因于表面上的压力或应力的释放而回到接地或耗散足够时间时，所述另一组件的接脚之间的连接被断开。此配置可与取决于功能而需要两个接脚短路在一起或短路达特定时间周期的其它组件或电力管理芯片一起起作用。
参考图6，展示根据本发明的便携式电子装置100的电路的又一实施例600。在图6的电路中，当由用户肢体或对象603推动或以其它方式致动压电换能器601的表面时，换能器产生电输出，例如输出电压。当由耦合到FET607的栅极605的压电换能器601产生的输出电压超过阈值时，其接通FET开关，从而允许电流在晶体管的源极与漏极之间流过FET。此实施例类似于图3到5的实施例，但提供第二FET609，且需要离散时序的另一组件或电力管理芯片替代电路611，在接触压电换能器601的表面之后，即刻将电力供应到装置中的一或多个其它电路611达由电阻器R1 615及/或电容器C1 613确定的预定时间量，以允许装置的时控操作。电阻器R1 615及电容器C1 613形成RC时间常数，其维持晶体管609处的栅极电压达电路611对于其操作所需的指定时间量。
参考图7，展示根据本发明的便携式电子装置100的电路的又一实施例700。当与缺乏所需计时器、额外计时器或功能上适当的计时器的集成电路一起使用时，此实施例尤其有用。在图7的电路中，当由用户肢体或对象703推动或以其它方式致动压电换能器701的表面时，换能器产生电输出，例如输出电压。当由耦合到FET 707的栅极705的压电换能器701产生的输出电压超过阈值时，其接通FET开关，从而允许电流在晶体管的源极与漏极之间流过FET。此实施例类似于图6的实施例，但包含添加到所述电路的电感器713。进入另一电路或组件711的所得线715将转而振荡。此振荡可用作时钟信号来驱动所述另一电路或组件(例如，集成电路IC)711达给定数目的循环。如果恰当地写入IC固件，则这些少数循环可足以使所述另一电路或组件711执行非常基本的任务，可能开始IC通电，告知当前时间，等。如果信号引入标准10接脚，则谐振频率可用以设定挂起的持续时间。因此，将不需要所述另一电路或组件的内部计时器。
RC时控操作的更详细实例是经由FET所驱动的单发式(单稳态)级来实现。单发基于所使用的单稳态拓扑(升高触发器、降低触发器、升高/降低触发器、可重触发及非可重触发电路)而改变输出状态达预定义持续时间。
参考图8，展示根据本发明的便携式电子装置100的电路的另一实施例800。当由用户肢体或对象803推动或以其它方式致动压电换能器801的表面时，换能器产生电输出，例如输出电压。当由耦合到FET 807、808的栅极805、806的压电换能器801产生的输出电压超过对应阈值时，其接通FET开关，从而允许对应电流在晶体管的对应源极与漏极之间流过FET。此实施例受益于使用一或多个压电换能器来控制换能器所经受的水平压力、应力或变形。此实施例能够实现分层控制，即不同压力激活不同功能性。举例来说，压电换能器的轻按压可唤醒显示器，而压电换能器的较重按压可激活不同功能。对于图8中展示的实施例，例如所展示的两级FET等晶体管级具有不同增益/电阻器。对于其它实施例，电晶体可具有不同接通阈值。处理器811基于所传递的数字信号确定压力量及所需功能性。又一实施例可使用模/数转换器且评估按压、应力或变形水平。
参考图9到12，便携式电子装置的结构用根据本发明的压电换能器设计实施。压电换能器可直接安装到透镜表面，安装到层压的透镜及显示器堆叠，或安装到附接到装置上的透镜及机械接地点的柔性结构。压电换能器可配置成多个配置中的一者。对于一个实施例，压电换能器可为可压缩堆叠。对于可压缩堆叠配置，压电换能器可直接安装到一侧上的透镜或透镜/显示器堆叠且直接安装到另一侧上的机械接地。对于另一实施例，压电换能器可充当弯曲件或悬臂。应理解，图9到12说明便携式电子装置的特定组件(明确地说，一或多个压电换能器)的大概位置，但已省略装置的其它组件及其间的连接以清楚地说明实施例的某些方面。应进一步理解，图9到12大体表示触摸屏，且本发明的实施例不希望限于由这些图表示的触摸屏配置及/或技术。
特定地参考图9，展示便携式电子装置100的可压缩堆叠配置900。此实施例可包含外壳901、由外壳901支撑的电路板903、触摸屏电路905，及触摸屏透镜907。更重要地，由图9表示的实施例包含以可压缩堆叠配置900展示的压电换能器909。对于此实施例，压电换能器909定位于外壳901的至少一部分与触摸屏透镜907之间。举例来说，如图9中所示，一或多个压电换能器909可定位于触摸屏透镜907的邻近或最接近于外壳901的一或多个部分处，例如在触摸屏透镜的边缘911附近。对于一个实施例，外壳901可包含偏移区域913以接收压电换能器909及触摸屏透镜907以使得外壳的一部分可实质上与透镜的前表面对准。定位为此可压缩堆叠配置900，一或多个压电换能器909堆叠安装在触摸屏透镜907的与可由便携式电子装置100的用户接近的侧917相对的侧915上。此外，压电换能器909定位在触摸屏透镜907后方(即，不暴露于在装置外部的区域)，因此实现装置的外部部分的美观的外观。当用户推动或以其它方式接触触摸屏透镜907时，压电换能器被压缩、加应力且变形，从而对于上文描述的电路产生电压增加。
参考图10，展示透镜弯曲件配置1000，其中压电弯曲件安装到触摸屏透镜。此实施例可包含外壳1001、由外壳支撑的电路板1003、触摸屏电路1005，及触摸屏透镜1007。所述实施例进一步包含以透镜弯曲件配置1000展示的压电换能器1009。对于此实施例，压电换能器1009安装或以其它方式定位在触摸屏透镜1007的与可由便携式电子装置100的用户接近的侧1013相对的侧1011上。此外，压电换能器1009定位在触摸屏透镜1007后方(即，不暴露于在装置外部的区域)，因此实现装置的外部部分的美观的外观。当用户推动或以其它方式接触触摸屏透镜1007时，透镜及压电换能器1009弯曲、加应力或变形。压电换能器1009的此弯曲、应力或变形对于上文描述的电路产生电压增加。应注意，图9的可压缩堆叠配置900及图10的压电透镜弯曲件配置1000两者皆需要在触摸屏透镜907、1007与触摸屏电路905、1005之间的气隙919、1015以允许如由用户所促使的透镜移动。
参考图11，展示透镜-电路弯曲件配置1100，其中压电弯曲件安装到触摸屏电路及触摸屏透镜。此实施例可包含外壳1101、由外壳支撑的电路板1103、包含触摸屏电路1105及触摸屏透镜1107的触摸屏，以及以透镜-电路弯曲件配置1100展示的压电换能器1109。对于此实施例，压电换能器1109安装或以其它方式定位在触摸屏1105、1107的与可由便携式电子装置100的用户接近的侧1113相对的侧1111上。此外，压电换能器1109定位在触摸屏透镜1107后方(即，不暴露于在装置外部的区域)，因此实现装置的外部部分的美观的外观。当用户推动或以其它方式接触触摸屏透镜1107时，触摸屏及压电换能器1109弯曲、加应力或变形。压电换能器1109的此弯曲、应力或变形对于上文描述的电路产生电压增加。应注意，图11的透镜-电路弯曲件配置1100可在触摸屏1105、1107与电路板1103之间具有气隙1115，但气隙1115并非必要要求。还应注意，图9的可压缩堆叠配置900可与层压的透镜及显示器一起使用，从而允许气隙919在透镜后方移动以改进光学性能或机械强度。
参考图12及13，展示柔性结构配置1200，其中压电弯曲件安装到耦合到便携式电子装置100的触摸屏透镜的柔性结构。此可包含外壳1201、触摸屏电路1205及触摸屏透镜1207，以及以柔性结构配置1200展示的压电换能器1209。类似于上文描述的其它配置900、1000、1100，所述柔性结构配置可或可不包含与触摸屏电路分开的电路板。对于此实施例，压电换能器1209安装或以其它方式定位在直接或间接地耦合到便携式电子装置100的触摸屏透镜1207及机械接地(例如外壳1201)的柔性结构1211上。举例来说，所述柔性结构可包含末端件1213以将所述柔性结构的末端耦合到触摸屏透镜1207。当用户推动、加应力或以其它方式接触触摸屏透镜1207时，透镜移位，且又使柔性结构1211弯曲，且使压电换能器弯曲、加应力或变形。压电换能器1209的此弯曲、应力或变形对于如上所述的电路产生电压增加。此柔性结构1211允许“按钮行进”，从而为用户提供更自然的按钮感觉。此还允许所述结构归因于压电换能器1209的结构及放置而用于音频及触觉。用于音频及触觉的压电换能器的实例由2010年12月14日申请的美国专利申请案12/967,208描述。此实施方案在触摸屏电路1205与触摸屏透镜1207之间需要第一气隙1215以允许透镜移动以实现按钮功能性、音频功能性及/或触觉功能性。此实施方案还在柔性结构1211与外壳1201之间需要第二气隙1217以允许柔性结构的移动以实现按钮功能性、音频功能性及/或触觉功能性。举例来说，外壳可包含从内壁的突起1219，以使得柔性结构1211的至少一部分(明确地说，直接或间接地耦合到触摸屏透镜的部分)可从外壳的内部偏移。
柔性结构配置1200还通过取决于表面何处凹陷而产生正或负电压摆幅而允许方向性切换。对于一个实施例，各自可包含FET的多个电路可耦合到单个压电元件1209或至少比电路的数目少的压电元件。举例来说，在透镜一侧上的用户接触将在对应于所述侧的方向上在压电换能器上产生正电压摆幅。在另一侧上的接触将在相同压电换能器上产生负电压摆幅。图13中展示的具有多个压电换能器的结构在表面未被按压时可解决用最少电力汲取进行分层方向性切换。
上文描述的实施例可用以对装置通电以及其它功能。其可用以替代电子装置上的任何按钮功能，例如唤醒、呼叫接听、使警报静音或任何其它确认，而无需用户将许多注意力指向装置。
或者，柔性结构配置1200还通过取决于表面何处凹陷而对于独立压电元件产生正电压摆幅而允许方向性切换。对于一个实施例，各自可包含FET的多个电路可每电路耦合到单个压电元件1209。图13中展示的配置具有四个压电元件，每一轴两个。举例来说，在透镜一侧(例如右侧)上的用户接触将在右侧压电换能器上产生正电压摆幅。在另一侧(在此情况下为左侧)上的接触将在左侧压电换能器上产生正电压摆幅。图13中展示的具有多个压电换能器的结构在表面未被按压时可解决用最少电力汲取进行分层方向性切换。
参考图14，展示根据本发明的便携式电子装置100的电路的实施例1400的电路图。本发明的一方面是一种便携式电子装置，其包括用户接口的表面、耦合到所述表面的第一及第二压电换能器，耦合到所述第一及第二压电换能器的第一及第二差分组件，及控制电路。所述第一压电换能器响应于施加在所述表面处的机械致动而产生第一压电输出，且所述第二压电换能器响应于施加在所述表面处的机械致动而产生第二压电输出。所述第一差分组件基于所述第一压电输出与所述第二压电输出之间的第一差而产生第一差分输出，且所述第二差分组件基于所述第一压电输出与所述第二压电输出之间的第二差而产生第二差分输出。所述控制电路经配置以响应于所述第一及第二差分组件分别产生所述第一及第二差分输出而确定导览方向。
对于此实施例，激活一组压电换能器1401以确定被用户压下的显示器部分。差分放大器1403可结合例如FET开关等晶体管1405系列使用以确定用于导览的多个方向。差分过程允许分开透镜的集中平移(归因于任何按压)与和方向性按压相关联的透镜倾斜。用于导览的方向的实例包含但不限于上、下、左、右、拐角或中心按压。此实施方案中的拐角按压是通过对于右上拐角按压产生上及右两者的输出电压、对于左下拐角按压产生下及左两者的输出电压等而确定。差分放大器的输出可能超过二极管压降/分压器电压以便确定在特定方向上的触摸。此电路的输出可发送到如所附示意图中展示的个别GPIO线1407，或可经串行化且经由数字接口传递。下文表示展示对于每一相异触摸可如何将线切换为高的实例的表，即表A。
表A
| 用户动作 | 数字输出 |
| 无按压 | 00000 |
| 中心按压 | 00001 |
| 右按压 | 01001 |
| 左按压 | 10001 |
| 上按压 | 00101 |
| 下按压 | 00011 |
| 左上拐角按压 | 10101 |
| 右上拐角按压 | 01101 |
| 左下拐角按压 | 10011 |
| 右下拐角按压 | 01011 |
图13及14描绘其中支架/透镜支撑结构附接到透镜1207的侧边缘的实施例。此导致上表中展示的数字逻辑输出。然而，支架/透镜支撑结构还可附接到透镜1207的拐角(未绘示)。此将导致开关位置从侧部附接情况旋转45度。开关组的输出由此将表示用于左上、右上、左下及右下按压的离散开关。为了实施此种实施例，上表(即，表A)的逻辑值将必须改变为下表(即，表B)的逻辑值。
表B
| 用户动作 | 数字输出 |
| 无按压 | 00000 |
| 中心按压 | 00001 |
| 右上拐角按压 | 01001 |
| 左上拐角按压 | 10001 |
| 右下拐角按压 | 00101 |
| 左下拐角按压 | 00011 |
| 上按压 | 11001 |
| 右按压 | 01101 |
| 下按压 | 00111 |
| 左按压 | 10011 |
尽管已说明及描述本发明的优选实施例，但应理解，本发明不限于此。众多修改、改变、变化、替换及等效物将由所属领域的技术人员设想出而不脱离如由所附权利要求书所界定的本发明的精神及范围。
Claims (18)
1.一种便携式电子装置，其包括：
用户接口的外部表面；
耦合到所述外部表面的多个压电换能器，所述压电换能器响应于在所述外部表面处施加的机械致动而产生在所述压电换能器处发起的电输出；以及
控制器，其经配置以响应于所述多个压电换能器中至少两个压电换能器的所述电输出的差而执行所述便携式电子装置的电子功能，其中
所述电输出的差是基于与所述外部表面上方向性按压相关联的导览方向而产生的；以及
所述便携式电子装置的所述电子功能包含所述便携式电子装置的电力管理功能。
2.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其中所述用户接口包含输入组件或输出组件中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其中所述用户接口包含显示器。
4.根据权利要求3所述的便携式电子装置，其中：
所述用户接口包含覆盖所述显示器的透镜；且
所述外部表面为所述透镜的表面。
5.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其中所述用户接口包含触摸传感器。
6.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其进一步包括接收所述压电换能器的所述电输出的晶体管，所述晶体管允许从电源接收的电压电平通过且响应于所述压电换能器的所述电输出而产生晶体管输出。
7.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其进一步包括所述便携式电子装置的外壳，其中所述压电换能器定位于所述外部表面的至少一部分与所述外壳之间。
8.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其中：
所述压电换能器定位在所述外部表面的与可由所述便携式电子装置的用户接近的侧相对的侧上；且
所述压电换能器在将致动施加到所述外部表面时产生所述电输出。
9.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其中：
所述用户接口为触摸屏；
所述压电换能器定位在所述触摸屏的与可由所述便携式电子装置的用户接近的侧相对的侧上；且
所述压电换能器在将致动施加到所述外部表面时产生所述电输出。
10.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其中所述压电换能器定位在直接或间接地耦合到所述外部表面的柔性结构上。
11.根据权利要求10所述的便携式电子装置，其中：
所述柔性结构支撑且悬置所述外部表面；且
所述柔性结构将所述压电换能器耦合到所述外部表面。
12.根据权利要求6所述的便携式电子装置，其中：
所述晶体管包含耦合到所述压电换能器的栅极；且
所述晶体管包含耦合到所述控制器的单独接脚的源极及漏极，其中所述接脚响应于所述压电换能器的所述电输出而短路。
13.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其进一步包括在所述压电换能器与所述控制器之间的RC时控电路，所述RC时控电路设定触发器及输出信号时序。
14.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其进一步包括在所述压电换能器与所述控制器之间的低通滤波，所述低通滤波拒绝因所述压电换能器的致动而产生的波动。
15.根据权利要求1所述的便携式电子装置，其中：
所述压电换能器与可变晶体管增益级介接；且
所述可变晶体管增益级的每一级响应于所述电输出而基于特定增益或特定切换阈值而产生控制信号。
16.一种便携式电子装置，其包括：
用户接口的表面；
耦合到所述表面的第一压电换能器，所述第一压电换能器响应于在所述表面处施加的机械致动而产生第一压电输出；
耦合到所述表面的第二压电换能器，所述第二压电换能器响应于在所述表面处施加的所述机械致动而产生第二压电输出；
耦合到所述第一及第二压电换能器的第一差分组件，所述第一差分组件基于所述第一压电输出与所述第二压电输出之间的第一差而产生第一差分输出；
耦合到所述第一及第二压电换能器的第二差分组件，所述第二差分组件基于所述第一压电输出与所述第二压电输出之间的第二差而产生第二差分输出；以及
控制电路，其经配置以响应于所述第一及第二差分组件分别产生所述第一及第二差分输出而确定导览方向，并经配置以响应于所述第一差分组件和所述第二差分组件产生所述第一差分输出和所述第二差分输出而执行所述便携式电子装置的电力管理功能。
17.根据权利要求16所述的便携式电子装置，其进一步包括：
耦合到所述表面的第三压电换能器，所述第三压电换能器响应于在所述表面处施加的所述机械致动而产生第三压电输出；
耦合到所述表面的第四压电换能器，所述第四压电换能器响应于在所述表面处施加的所述机械致动而产生第四压电输出；
耦合到所述第三及第四压电换能器的第三差分组件，所述第三差分组件基于所述第三压电输出与所述第四压电输出之间的第三差而产生第三差分输出；以及
耦合到所述第三及第四压电换能器的第四差分组件，所述第四差分组件基于所述第三压电输出与所述第四压电输出之间的第四差而产生第四差分输出，
其中所述控制电路经配置以至少部分地基于所述第一、第二、第三及第四差分输出而确定所述导览方向。
18.根据权利要求17所述的便携式电子装置，其中所述控制电路经配置以基于所述第一、第二、第三及第四差分输出的组合而确定压电换能器位置之间的触摸位置。
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