CN104932822A - 人机交互装置及用于制造其的方法、输入设备和输出设备 - Google Patents

Abstract

一种人机交互装置，包括形变部件和激励部件，可以应用于输入设备或输出设备。当应用于输入设备时，可以在按键区域通过形变部件从液态(第一形态)变成固态(第二形态)使得按键区域形成固态的按键，而非按键区域(包括按键和按键之间的区域)的形变部件则依然呈现液态，使得用户在触摸按键区域时能够获取到触觉上的感觉，提升了输入方便度、输入速度和输入准确度。当应用于输出设备时，可以在输出区域通过形变部件从液态变成固态使得输出区域相应位置形成固态的字体(例如盲文)或图案提供盲人阅读。还提供一种用于制作人机交互装置的方法。

Description

人机交互装置及用于制造其的方法、输入设备和输出设备

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，特别涉及一种人机交互装置及用于制造其的方法、输入设备和输出设备。

背景技术

传统的人机交互设备，例如输入设备，通常会包括有用户输入的区域，例如键盘区域。随着触摸屏技术的发展，一些触摸屏人机交互设备的键盘区域也相应发展成虚拟键盘。这种虚拟键盘，通常都是在触摸区域划出一个显示有键盘图案的区域，使用者触碰键盘图案就相当于使用者触按键盘。然而，对于使用者而言，这种虚拟键盘至少有以下缺点：虚拟键盘无法给使用者一种在触觉上的按键感官，各个按键之间没有在触觉上的区分开来。当使用者在触按键盘时，由于缺乏这种触觉上的感官，使用者在输入时通常需要借助视觉去注意各个按键的位置；而且由于各个按键之间没有在触觉上的区分开来，使用者在输入时通常会误触按键。传统的输入设备的这种缺点使得使用者在输入方便度、输入速度和输入准确度上都表现不佳。

传统的人机交互设备，例如输出设备，通常没有盲人阅读功能的输出设备。

发明内容

基于此，有必要提供一种人机交互装置，该人机交互装置能解决输入方便度、输入速度、输入准确度不佳、没有盲人阅读功能其中至少一种技术问题。此外，还提供一种应用该人机交互装置的输入设备和输出设备，以及一种用于制作人机交互装置的方法。

一种人机交互装置，包括：

形变部件，所述形变部件包括有形态响应于电场和磁场中一种场强的形变材料；所述形变材料在未施加所述场强的情况下呈现第一形态，在施加所述场强的情况下呈现第二形态；及

激励部件，用于对所述形变部件施加所述场强，以使得所述形变部件的至少一部分位置的形变材料从所述第一形态变为所述第二形态。

在其中一个实施例中，所述第一形态为液态，所述第二形态为固态。

在其中一个实施例中，所述形变材料为电流变液。

在其中一个实施例中，所述形变部件包括层结构的至少一层的形变层，所述激励部件包括层结构的至少两层的激励层，所述形变层夹在激励层之间。

在其中一个实施例中，所述形变部件包括多于一层的形变层，所述激励部件包括多于两层的激励层，所述形变层与所述激励层相互交叠设置。

在其中一个实施例中，所述至少两层的激励层中的奇数层连接第一电位，所述激励层中的偶数层连接第二电位。

在其中一个实施例中，还包括以第一方向排布的第一电位线和以第二方向排布的第二电位线，所述第一电位线提供所述第一电位，所述第二电位线提供所述第二电位，所述第一电位线和第二电位线在激励层的叠层方向相互交错设置。

在其中一个实施例中，所述激励层包括具有石墨烯材料的石墨烯层。

在其中一个实施例中，还包括触摸屏部件，所述触摸屏部件设置于所述形变部件和激励部件之下。

在其中一个实施例中，所述触摸屏部件包括具有压电材料的压电式触摸屏。

在其中一个实施例中，还包括显示屏部件，所述显示屏部件设置于所述形变部件和激励部件之下。

一种输入设备，包括上述的人机交互装置。

在其中一个实施例中，所述输入设备包括按键区域，所述按键区域设置有所述人机交互装置；所述按键区域包括有至少一个按键，所述人机交互装置中的形变部件的所述至少一部分位置包括所述按键所处于的区域。

一种输出设备，包括上述的人机交互装置。

一种用于制作人机交互装置的方法，包括步骤：

形成第一激励层；

在所述第一激励层上形成中间层，所述中间层包括至少一层形变层；所述形变层包括有形态响应于电场和磁场中一种场强的形变材料，所述形变材料在未施加所述场强的情况下呈现第一形态，在施加所述场强的情况下呈现第二形态；

在所述中间层上形成第二激励层；所述第一激励层和第二激励层用于对所述形变层施加所述场强，以使得所述形变层的至少一部分位置的形变材料从所述第一形态变为所述第二形态。

上述人机交互装置，包括形变部件和激励部件，可以应用于输入设备或输出设备。当应用于输入设备时，可以在按键区域通过形变部件从液态(第一形态)变成固态(第二形态)使得按键区域形成固态的按键，而非按键区域(包括按键和按键之间的区域)的形变部件则依然呈现液态，使得用户在触摸按键区域时能够获取到触觉上的感觉，提升了输入方便度、输入速度和输入准确度。当应用于输出设备时，可以在输出区域通过形变部件从液态变成固态使得输出区域相应位置形成固态的字体(例如盲文)或图案提供盲人阅读。

上述用于制作人机交互装置的方法，可以制作出包括形变层和激励层人机交互装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为一个实施例人机交互装置的结构示意图；

图2为第二实施例人机交互装置的结构示意图；

图3为第三实施例人机交互装置的结构示意图；

图4为第三实施例人机交互装置中的第一电位线和第二电位线竖向排布示意图；

图5为第三实施例人机交互装置中的第一电位线和第二电位线平面排布示意图；

图6为第四实施例人机交互装置结构示意图；

图7为人机交互装置应用在输入设备或输出设备的设备结构示意图；

图8为一实施例用于制作人机交互装置的方法流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

图1为一个实施例人机交互装置的结构示意图。

一种人机交互装置，包括：形变部件10和激励部件20。

形变部件10包括有形态响应于电场和磁场中一种场强的形变材料。形变材料在未施加场强的情况下呈现第一形态，在施加场强的情况下呈现第二形态。在本实施例中第一形态可以为液态，第二形态可以为固态。在其他实施例中，不排除其他的形态，例如第一形态可以为气态，第二形态可以为固态。

激励部件20用于对形变部件10施加场强，以使得形变部件10的至少一部分位置的形变材料从第一形态变为第二形态。例如，如果人机交互装置应用于输入设备，例如键盘，可以在按键位置的形变部件10施加场强，使按键区域变为易于触觉辨认的第二形态，例如固态；而其他非按键区域，例如按键与按键之间的空域，依然为第一形态，例如液态。从而，当用户触碰键盘时，便可以从软质的非按键区域辨认出硬质的固态按键来，易于触觉识别各个按键。

形变材料在本实施例中可以为形态响应于电场的材料，例如可以为电流变液。当然，在其他实施例中，还可以是形态响应于磁场的材料，或者响应于电场、磁场的材料。值得注意的是，形变材料为形态响应于场强的材料，其体积或形状并不一定响应于场强。因而在对该形变部件10的形变材料施加场强时，可能并不会导致形变部件10的体积或形状发生变化。例如形变部件10为平坦的液态层状，当仅在一些位置施加场强后，该位置的形变材料变为固态而其他没有施加场强的位置依然为液态，但形变部件10依然呈现为平坦的层状。当用户触碰键盘时，便可以从软质的液态区域辨认出硬质的固态区域，主要是通过软质和硬质感觉来区分，并不一定是通过形状大小或高度高低区分。

电流变液在通常条件下是一种悬浮液，它在电场的作用下可发生液体和固体之间的转变.当外加电场强度大大低于某个临界值时，电流变液呈液态；当电场强度大大高于这个临界值时，电流变液就变成固态。电流变液一般是由半导体固体颗粒与绝缘液体(基础液)混合而成的悬浮液。当在不受电场作用时，组成电流变液的固体颗粒在基础液中呈无规则分布。受到外电场作用后，悬浮在基础液中的固体颗粒因极化而相互吸引，沿电场方向形成横跨两电极的链状及柱状结构，因而受到外电场作用后的电流变液将会变成透过率更高的固体。

因而，当形变材料为电流变液时，激励部件20应当对形变部件10提供电场。通常提供电场需要两个不同电位的电极，因而激励部件20至少要包括两部分部件，例如两个电极。因此，可以将形变部件10夹置于激励部件20之中。以下详细描述其中一个实施例，图2为第二实施例人机交互装置的结构示意图。

在该实施例中，形变部件10包括层结构的至少一层的形变层100，激励部件20包括层结构的至少两层的激励层200，形变层100夹在激励层200之间。

例如，形变部件10为一层形变层100，激励部件20为两层激励层200，形变层100夹在两层激励层200之间。两层激励层200从下到上分别为第一激励层200和第二激励层200，可以将第一激励层200连接第一电位(例如较高电位)，将第二激励层200连接第二电位(例如较低电位)。

可以通过排线来提供第一电位和第二电位，例如人机交互装置可以还包括以第一方向排布的第一电位线和以第二方向排布的第二电位线，第一电位线提供第一电位，第二电位线提供第二电位。为了便于排线的排布，第一电位线和第二电位线可以在激励层200的叠层方向相互交错设置。并且第一电位线和第二电位线相互的交叉夹角可以是90度，相当于第一方向可以是横向(或纵向)，第二方向可以是纵向(或横向)。当然，交叉夹角还可以是其他角度，甚至可以是相互平行。

在另外一个实施例中，图3为第三实施例人机交互装置的结构示意图。形变部件10包括多于一层的形变层100，激励部件20包括多于两层的激励层200，形变层100与激励层200相互交叠设置。在这个实施例中，形变层100为两层甚至是多层，激励层200为三层甚至多层，形变层100和激励层200相互交叠，形成三文治式的叠层结构。这是因为为了保证一定触觉感受，各个形变层100的总厚度要达到一定值，例如可以是2mm的厚度。场强以1KV/mm计算，为降低工艺成本，每层形变层100厚度定为2um，单层激励层200的厚度为10um，一层形变层100所需要外加电压为1KV/mm*2um＝2V。因此，从电压供给角度来看，多层设置的三文治式的叠层结构可以降低电场供给电压。

从下到上算起，激励层200中的奇数层连接第一电位V1，激励层200中的偶数层连接第二电位V2。与上述实施例一样，可以通过排线来提供第一电位和第二电位，例如人机交互装置可以还包括以第一方向排布的第一电位线S1和以第二方向排布的第二电位线S2，第一电位线S1提供第一电位V1，第二电位线S2提供第二电位V2。为了便于排线的排布，第一电位线S1和第二电位线S2可以在激励层200的叠层方向相互交错设置。并且第一电位线S1和第二电位线S2相互的交叉夹角可以是90度，相当于第一方向可以是横向(或纵向)，第二方向可以是纵向(或横向)。当然，交叉夹角还可以是其他角度，甚至可以是相互平行。图4为第三实施例人机交互装置中的第一电位线和第二电位线竖向排布示意图，图5为第三实施例人机交互装置中的第一电位线和第二电位线平面排布示意图。第一电位线和第二电位线的宽度为微米级，从而可以保证光的透过率。

激励层200可以包括电极、导体、线圈等可以产生电场或磁场的部件。如果是产生电场，则激励层200可以是包括具有石墨烯材料的石墨烯层作为电极。激励层200可以刻成多个十分细小的单元小块，提高分辨率。单元小块的电位线之间相互错开，以确保每个独立单元小块单独控制。在每个独立单元小块内，激励层200中的奇数层之间并联，激励层200中的偶数层之间并联，可以用2V电压控制。

在其他实施例中，人机交互装置还可以包括触摸屏部件30和/或显示屏部件40，触摸屏部件30和/或显示屏部件40设置于形变部件10和激励部件20之下。通常来说，人机交互装置在应用于输入设备时，例如触摸屏设备，可以包括触摸屏部件30；人机交互装置在应用于输出设备时，例如显示屏设备，可以包括显示屏部件40。在更多的应用场合，例如触摸式电子设备(手机、平板电脑、导航仪，ATM等等)，该人机交互装置包括触摸屏部件30和显示屏部件40。图6为第四实施例人机交互装置结构示意图。

这种情况下，通常触摸屏部件30设置在显示屏部件40之上。触摸屏部件30可以包括电容式、电阻式或压电式触摸屏，在本实施例中为具有压电材料的压电式触摸屏，方便用户不需要手指直接接触便可以操作。在压电式触摸屏中，压电材料P可以设置在金属电极M1和金属电极M2之间形成触摸感应结构，当压力传导到压电材料P时，压电材料P变形并产生相应的电信号。

上述各个实施例中的人机交互装置，可以应用于输入设备或输出设备。图7为人机交互装置应用在输入设备或输出设备的设备结构示意图。

应用于输入设备时，输入设备可以包括按键区域52，按键区域52设置有人机交互装置。按键区域52包括有至少一个按键521，可以是虚拟的键盘区(例如屏幕区域的键盘区，如图7中的方形按键521)，也可以是实际的键盘区(例如非屏幕区域的实际键盘区，如图7中的圆形按键521)。可以在按键区域52的形变部件施加场强，使按键区域52变为易于触觉辨认的第二形态，例如固态；而其他非按键区域523，例如按键与按键之间的空域，依然为第一形态，例如液态。从而，当用户触碰按键区域52时，便可以从软质的非按键区域523辨认出硬质的固态按键521来，易于触觉识别各个按键521。这种设备可以应用于触摸屏电子产品之中，例如手机、平板电脑、导航仪，ATM等等。可以用聚酰亚胺(Polyimide，PI)材料封装，保证透过率的同时，又有一定柔韧度，在人机交互装置应用于输入设备时从而便于键盘的操作。

应用于输出设备时，输出设备可以包括一个输出区域54，例如显示区域。当输出区域54显示字体或图案时，可以在显示的字体或图案相应位置的形变部件施加场强，使字体或图案位置变为易于触觉辨认的第二形态，例如固态；而其他非字体或图案位置依然为第一形态，例如液态。从而，当用户触碰输出区域54时，便可以从软质的平面环境中辨认出硬质的字体或图案来，使得用户可以通过触觉感应字体或图案，这种设备可以应用于盲人阅读的设备之中。

通常，输入设备和输出设备可以集成在一个设备50之中，例如手机、平板电脑等。在这种情况下，输入设备相当于应用于键盘区，输出设备相当于应用于显示区。例如可以在键盘区的按键位置施加场强，使得键盘区各个按键能够使用户获取到触觉上的感觉，提升了输入方便度、输入速度和输入准确度；而在显示区则全区域施加场强，使得显示区呈现固态，保证较佳的透过率，使得显示效果更清晰。

以下描述一种用于制作人机交互装置的方法，图8为一实施例用于制作人机交互装置的方法流程图。该方法包括步骤：

步骤S100：形成第一激励层。以包含石墨烯材料的激励层为例，可以在液体环境中沉积一层石墨烯并固化，然后采用刻蚀工艺(例如H等离子体干法刻蚀)将石墨烯层刻成多个单元小块。

步骤S200：在第一激励层上形成中间层，中间层包括至少一层形变层；形变层包括有形态响应于电场和磁场中一种场强的形变材料，形变材料在未施加场强的情况下呈现第一形态，在施加场强的情况下呈现第二形态。

中间层在此相当于上述描述的三文治式的叠层结构的中间部分，可能只有一层的形变层，也可能包括多层的形变层和多层的激励层。中间层包括多层的形变层和多层的激励层时，形成中间层的步骤包括：形成至少两层形变层和形成至少一层激励层，并且形变层与激励层相互交叠设置。

形成形变层时，可以将形变材料采用液晶滴下工艺(ODF，ONE DROPFILLING)先形成液态层，对液态层施加场强以使液态层从液态变成固态。为形成目标厚度，可以在一层激励层上滴下适量的电流变液，通过旋转、烘烤工艺让电流变液扩散均匀，然后施加场强让电流变液固化。

接着便可以在固化的形变层上继续形成激励层。可以不断重复形成形变层和激励层，以形成三文治式的叠层结构。形变层厚度可以为2微米左右，激励层厚度可以为10微米左右。

步骤S300：在中间层上形成第二激励层；第一激励层和第二激励层用于对形变层施加场强，以使得形变层的至少一部分位置的形变材料从第一形态变为第二形态。

最后，可以用聚酰亚胺(Polyimide，PI)材料封装，保证透过率的同时，又有一定柔韧度，在人机交互装置应用于输入设备时从而便于键盘的操作。

上述人机交互装置，包括形变部件和激励部件，可以应用于输入设备或输出设备。当应用于输入设备时，可以在按键区域通过形变部件从液态(第一形态)变成固态(第二形态)使得按键区域形成固态的按键，而非按键区域(包括按键和按键之间的区域)的形变部件则依然呈现液态，使得用户在触摸按键区域时能够获取到触觉上的感觉，提升了输入方便度、输入速度和输入准确度。当应用于输出设备时，可以在输出区域通过形变部件从液态变成固态使得输出区域相应位置形成固态的字体(例如盲文)或图案提供盲人阅读。

上述用于制作人机交互装置的方法，可以制作出包括形变层和激励层人机交互装置。

可以理解，图1～图7中的图示是对人机交互装置、输入设备、输出设备的一些主要结构的简单示例，并不代表人机交互装置、输入设备、输出设备的全部结构。

应该理解的是，虽然图8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图8中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种人机交互装置，其特征在于，包括：

形变部件，所述形变部件包括有形态响应于电场和磁场中一种场强的形变材料；所述形变材料在未施加所述场强的情况下呈现第一形态，在施加所述场强的情况下呈现第二形态；及

激励部件，用于对所述形变部件施加所述场强，以使得所述形变部件的至少一部分位置的形变材料从所述第一形态变为所述第二形态。

2.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于，所述第一形态为液态，所述第二形态为固态。

3.根据权利要求2所述的人机交互装置，其特征在于，所述形变材料为电流变液。

4.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于，所述形变部件包括层结构的至少一层的形变层，所述激励部件包括层结构的至少两层的激励层，所述形变层夹在激励层之间。

5.根据权利要求4所述的人机交互装置，其特征在于，所述形变部件包括多于一层的形变层，所述激励部件包括多于两层的激励层，所述形变层与所述激励层相互交叠设置。

6.根据权利要求4所述的人机交互装置，其特征在于，所述至少两层的激励层中的奇数层连接第一电位，所述激励层中的偶数层连接第二电位。

7.根据权利要求6所述的人机交互装置，其特征在于，还包括以第一方向排布的第一电位线和以第二方向排布的第二电位线，所述第一电位线提供所述第一电位，所述第二电位线提供所述第二电位，所述第一电位线和第二电位线在激励层的叠层方向相互交错设置。

8.根据权利要求4所述的人机交互装置，其特征在于，所述激励层包括具有石墨烯材料的石墨烯层。

9.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于，还包括触摸屏部件，所述触摸屏部件设置于所述形变部件和激励部件之下。

10.根据权利要求9所述的人机交互装置，其特征在于，所述触摸屏部件包括具有压电材料的压电式触摸屏。

11.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于，还包括显示屏部件，所述显示屏部件设置于所述形变部件和激励部件之下。

12.一种输入设备，其特征在于，包括权利要求1～11任一项所述的人机交互装置。

13.根据权利要求12所述的输入设备，其特征在于，所述输入设备包括按键区域，所述按键区域设置有所述人机交互装置；所述按键区域包括有至少一个按键，所述人机交互装置中的形变部件的所述至少一部分位置包括所述按键所处于的区域。

14.一种输出设备，其特征在于，包括权利要求1～11任一项所述的人机交互装置。

15.一种用于制作如权利要求1所述的人机交互装置的方法，其特征在于，包括步骤：

形成第一激励层；

在所述第一激励层上形成中间层，所述中间层包括至少一层形变层；所述形变层包括有形态响应于电场和磁场中一种场强的形变材料，所述形变材料在未施加所述场强的情况下呈现第一形态，在施加所述场强的情况下呈现第二形态；

在所述中间层上形成第二激励层；所述第一激励层和第二激励层用于对所述形变层施加所述场强，以使得所述形变层的至少一部分位置的形变材料从所述第一形态变为所述第二形态。