CN108227917A - 用于触觉装置的压敏悬置系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例涉及一种具有压敏悬置系统的触觉装置。该触觉装置包括：外壳；触摸表面部件，安装于所述外壳，以能相对于所述外壳移动；以及触觉致动器，用于向所述触摸表面部件提供触觉反馈。至少一个悬置部件设置在所述触摸表面部件和所述外壳之间，所述悬置部件由弹性体形成并且包括整合到所述弹性体中的压力感测颗粒。所述压力感测颗粒配置成感测施加到所述触摸表面部件的压力。

Description

用于触觉装置的压敏悬置系统
技术领域
本发明总体上涉及向用户提供触觉反馈的部件和/或系统，更具体地，涉及向用户提供触觉反馈的触摸表面和触摸屏。
背景技术
人类在各种应用中与电子和机械装置进行交互并且需要更自然、易于使用和信息量大的交互一直是人们关心的问题。在该背景下，人类与用于各种应用的计算机装置进行交互。一种这样的应用是与诸如游戏、模拟和应用程序的计算机生成环境交互。常常使用诸如鼠标和轨迹球的计算机输入装置来控制图形环境内的光标并且在这些应用中提供输入。在一些接口装置中，还向用户提供力反馈或触觉反馈，这些反馈在本文中统称为“触觉反馈”。例如，操纵杆、鼠标、游戏手柄、方向盘或其他类型的装置的触觉形式可基于在图形环境内(诸如，在游戏或其他应用程序中)发生的事件或交互向用户输出力。
在诸如膝上型计算机的便携式计算机或电子装置中，鼠标可能不方便利用或者因太大而无法使用。结果，经常使用更紧凑的设备，例如触摸板，它是在计算机的键盘附近提供的小矩形平面垫。触摸板通过各种感测技术中的任一种(诸如，检测施加到触摸板的压力的电容传感器或压力传感器)来感测指向物体的位置。用户最常用指尖接触触摸板并且将他或她的手指在触摸板上移动，以移动图形环境中显示的光标。在其他实施例中，用户可通过按压触摸板上的触笔尖端并且移动触笔来结合触摸板操作触控笔。
通常统称为触觉反馈的力反馈或触觉反馈应用于触摸板是已知的。例如，转让给本公开的相同受让人并且其公开内容的全部内容以引用方式并入本文中的、授予Rosenberg等人的美国专利No.9,280,205公开了一种触摸板，该触摸板联接有至少一个致动器，致动器输出力以提供触觉感觉。Rosenberg等人再现的图1示出了与接地的压电致动器104直接联接的触摸板102，当电信号是致动器的输入时，触摸板102进行操作，以在触摸板上产生力。Rosenberg等人公开了触摸板可只与致动器联接或者可另外在使用诸如弹簧或泡沫(图1中未示出)的材料或元件进行兼容连接时在除了致动器之外的其他位置处与计算机装置的外壳106联接。兼容连接允许触摸板的一些部分响应于致动器的力而移动并且更有效地向用户传达触觉感觉。
处于触摸板和外壳之间的部件有显著的尺寸限制。在本领域中，需要用于触觉触摸板的改进和/或替代的兼容悬置系统。
发明内容
本发明的实施例涉及一种具有压敏悬置系统的触觉装置。该触觉装置包括：外壳，触摸表面部件，安装于所述外壳，以能相对于所述外壳移动；以及触觉致动器，用于向所述触摸表面部件提供触觉反馈。至少一个悬置部件设置在所述触摸表面部件和所述外壳之间，所述悬置部件由弹性体形成并且包括整合到所述弹性体中的压力感测颗粒。所述压力感测颗粒配置成感测施加到所述触摸表面部件的压力。
在本发明的另一个实施例中，触觉装置包括：外壳，触摸表面部件，安装于所述外壳，以能相对于所述外壳移动；以及触觉致动器，将所述触摸表面部件相对于所述外壳移动，由此向所述触摸表面部件提供触觉反馈。至少一个悬置部件将所述触摸表面部件和所述外壳联接在一起，使得所述触摸表面部件能相对于所述外壳移动。所述悬架部件由弹性体形成，配置成限制所述触摸表面部件和所述外壳之间的至少第一方向上的移动，同时还配置成允许所述触摸表面部件相对于所述外壳在第二方向上移动。所述悬置部件还包括整合到所述弹性体中的压力感测颗粒。所述压力感测颗粒配置成感测施加到所述触摸表面部件的压力。所述触觉装置还包括处理器，处理器配置成从所述压力感测颗粒接收压力信号，还配置成响应于所述压力信号而确定施加到所述触摸表面部件上的压力的位置并且还配置成响应于所述压力信号而向所述触觉致动器输出触觉控制信号。
在本发明的另一个实施例中，一种用于触觉装置的兼容悬置系统包括：第一主体；以及第二主体，安装到所述第一主体，以能相对于所述第一主体移动。至少一个悬置部件设置在所述第一主体和所述第二主体之间。所述悬置部件包括弹性体元件，所述弹性体元件整合有压力感测颗粒。所述压力感测颗粒配置成感测施加到所述触摸表面部件的压力。
附图说明
根据如附图中所示的实施例的以下描述，本发明的以上和其他特征和优点将变得显而易见。附图并入本文中并且形成说明书的部分，还用于说明本发明的原理并且使所属领域的技术人员能够完成并使用本发明。附图没有按比例绘制。
图1是现有技术的触觉触摸板的侧截面图。
图2是根据本发明的实施例的具有压敏悬置系统的膝上型计算机的立体图。
图3是图2的膝上型计算机的框图。
图4是图2的膝上型计算机的分解立体图。
图5是图2的膝上型计算机的压敏悬置系统的分解立体图。
图6是图2的膝上型计算机的压敏悬置系统的侧截面图，其中，用虚线示出其外壳。
图7是图6的压敏悬置系统的悬置部件的放大俯视图，其中，压力感测颗粒悬置在弹性体内，成为均质混合物。
图7A是沿着图7的线A-A截取的截面图。
图8是图2的触摸板的分解图，仅仅出于示例目的，从膝上型计算机去除了触摸板，其中，触摸板由包括平滑接触件或覆盖层、不透明层、压敏粘合剂层和硬化层的结构的层合堆叠形成。
图9是根据其另一个实施例的触摸板的分解图，仅仅出于示例目的，从膝上型计算机去除了触摸板，其中，触摸板由包括平滑接触件或覆盖层、不透明层、压敏粘合剂层、硬化层和用于检测触摸板上的触摸或接触活动性的位置传感器阵列的结构的层合堆叠形成。
图10是根据本发明的另一个实施例的压敏悬置系统的悬置组件的放大侧视图，其中，压力感测颗粒印刷到弹性体表面上。
图11是图10的悬置部件的俯视图。
图12示出了用于提供触觉反馈的移动触觉装置的各种部件的分解立体图，其中，移动触觉装置包括根据本发明的实施例的压敏悬置系统。
具体实施方式
现在，参照附图来描述本发明的具体实施例，其中，类似的附图标记指示相同的或功能上相似的元件。下面的详细描述在本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明或者本发明的应用和使用。虽然本发明的实施例的描述是在用于电子触摸板的悬置系统的背景下，但是本发明也可以用在被认为有用的任何其他应用中。此外，这并不旨在受之前技术领域、背景、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论限制。
本发明的实施例涉及具有在外壳内安装有触摸板、触摸屏和其他触摸表面的压敏悬置系统的触觉装置。下面将在计算机的触摸板的上下文中描述压敏悬置系统，其中显示屏不与触摸板位于同一位置。然而，应该理解，本发明不限于用于这些触摸板的悬置件，而是同样适用于任何触觉激励的触摸表面部件或触摸元件。例如，悬置系统可应用于悬挂触摸屏，其中显示器设置在触摸表面后方。显示器可以位于触摸表面后方或者位于与触摸元件分开的位置并且由主机进行跟新或者它可仅仅是具有指示相关联的触摸元件的触摸敏感区域的特征(例如，图形)的塑料表面。因此，当在下面的具体实施方式和权利要求书中使用术语“触摸表面部件”时，应该解释为涵盖可应用触觉效果的触摸板和触摸屏以及任何触摸表面或触摸元件和相关联的图形元件。
本文中描述的压敏悬置系统将压力感测功能组合到悬置系统中，成为触觉装置的单个集成部件。因此，压敏悬置系统的悬置元件是服务于两种不同功能或具有两种不同性质(即，允许触摸屏部件响应于用于提供触觉效果的触觉致动器而移动的悬置功能或性质，还有感测施加到触摸屏部件的压力或触摸)的单个部件。如将在本文中更详细描述的，压敏悬置系统的悬置元件设计成具有触觉悬置的物理性质，但是具有能够同时用作传感器的附加性质。有利地，通过将悬置和按压感测的功能集成到单个部件中，触觉装置的总体部件计数减少并且触觉装置的部件的空间顾虑或问题被最小化。
现在转到附图，将参考图2至图7更详细地描述根据本发明的实施例的压敏悬置系统。图2是根据本发明的实施例的包括压敏悬置系统220的计算机210的立体图。计算机210优选地是便携式或膝上型计算机，可由用户携带或以其他方式由用户运输并且除了其他更固定的电源之外，还可以由电池或其他便携式能源供电。计算机210优选地运行一个或更多个主机应用程序，用户借助外围装置与这些主机应用程序交互。计算机210包括：外壳216；显示器212，其用于向用户输出图形图像；键盘213，其用于提供字符或将用户的输入切换至计算机；以及触摸板214，其是可将用户手指的运动和位置转换成输出到显示器212的操作系统的相对位置的输入表面。通常认为外壳216是隔室或壳体，但是可以是任何类型的外壳部件。显示器212是膝上型计算机中常见的平板显示器或者可以是包括单独监视器的各种类型显示装置中的任一种。在实施例中，显示器212可基于正在运行的应用程序和/或操作系统(诸如，图形用户界面(GUI))来显示图形环境。图形环境可以包括例如光标211、背景、窗口、数据列表、诸如按钮的图标和GUI环境中众所周知的其他图形物体。用户通过触碰触摸板214的各个区域来激活、移动、翻转、推进或以其他方式操纵显示器212上显示的虚拟图形物体并由此向装置提供输入，从而与显示器212交互。
在计算机210上运行的应用程序和/或操作系统可以是各种各样的。例如，如将在本文中更详细说明的，主应用程序可以是文字处理器、电子表格、视频或计算机游戏、绘图程序、操作系统、图形用户界面、模拟、实现HTML或VRML指令的网页或浏览器、科学分析程序、虚拟现实训练程序或应用或利用来自触摸板214的输入并且将触觉反馈命令输出到触摸板214的其他应用程序。例如，许多游戏和其他应用程序包括触觉反馈功能并且可以使用可从Immersion公司(San Jose,Calif)商购得到的诸如I-或的标准协议/驱动器与触摸板214进行通信。
其他装置也可合并或联接到计算机210，诸如存储装置(硬盘驱动器、DVD-ROM驱动器等)、网络服务器或客户端、游戏控制器等。在替代实施例中，计算机210可采取各种各样的形式，包括搁置在桌面或其他表面上的计算装置、直立式街机游戏机、戴在人身上的、由用户单手握持或使用的其他便携式装置(一种或多种)以及其他计算装置。例如，计算机210可以是视频游戏控制台、个人计算机、工作站、电视“机顶盒”或“网络计算机”或其他计算或电子装置。
触摸板214包括平面的矩形光滑接触表面，其如所示出地可设置在键盘213下方的计算机210的外壳216的导线215(参见图4)内或者可设置在外壳的其他区域处。本文中，关于图9，更详细地描述触摸板214的分层结构。当用户操作计算机210时，用户可方便地将指尖或其他物体放置在触摸板214上并且移动指尖以对应地将光标211移动到显示器212上。除了使用手指接触触摸板之外，用户还可以保持直接接触触摸板的其他物体。触摸板214上输出的任何触觉感觉都可以通过所握持的物体传递给用户的手。例如，用户可以握住具有比手指更精确地接触触摸板214的尖端的触控笔(未示出)。
在本发明的另一个实施例中，触摸板214可设置在单独的外壳中，该外壳经由电缆或经由无线传输而连接到计算机210的端口并且从计算机210接收力信息并且将位置信息发送到计算机210。例如，通用串行总线(USB)、Firewire或标准串行总线可将此触摸板连接到计算机210。在此实施例中，计算机210可以是任何台式或固定式计算机或装置并且不需要是便携式装置。
图3是膝上型计算机210的框图并且图4是膝上型计算机210的分解立体图。如图3和图4中所示，压敏悬置系统220包括多个悬置部件224、触摸板214和触觉致动器222。每个悬置部件224将压力感测颗粒226组合在弹性体228中，成为单个部件。由于弹性体228，导致悬置部件224具有悬置功能或性质，以便将触摸板214安装或联接到外壳216，以使其能相对于外壳216移动。由于装配或整合到其中的压力感测颗粒226，导致悬置部件224还具有感测施加到触摸板214的压力或触摸的传感器功能或性质。为了允许用户感到触觉致动器222产生或输出的力，根据本发明的实施例的压敏悬置系统安装成允许触摸板214根据需要顺应触觉反馈并且在触觉致动器222输出的力的作用下移动。因此，根据本发明的实施例的压敏悬置系统配置成允许触摸板214相对于外壳216优先移动。
在图4的实施例中，压敏悬置系统220包括四个悬置元件224，悬置元件224定位或安装在触摸板214的四个拐角中的每个下方。悬架元件224是离散但相同的悬置部件，将触摸板214和外壳216联接在一起，但是本领域的普通技术人员将理解，可利用更多或更少的悬置部件。例如，在本发明的另一个实施例(未示出)中，触觉装置可以包括在触摸板214和外壳216之间的关键位置处延伸的多个离散悬置部件，这些位置诸如但不限于沿着触觉装置的一个或更多个边缘和/或在触摸板的全部或部分下方的分隔开的位置。在本发明的又一个实施例(未示出)中，只有一个悬置部件可以在触摸板的全部或部分下方连续地延伸。每个悬置组件224在触摸板214和外壳216之间延伸。悬置元件224不需要粘附或固定于触觉装置的任何其他部件，而是设置或夹在触摸板214和外壳216的一部分之间。在本发明的另一个实施例中，每个悬置元件224的一个表面可以粘附或固定于触觉装置的相邻部件。
本文中，将首先讨论悬置部件224的悬置功能，随后再讨论悬置部件224的传感器功能。图5是图2的膝上型计算机的压敏悬置系统的分解立体图。悬置元件224将触摸板214和外壳216联接在一起，使得触摸板可相对于外壳移动。在该实施例中，触觉致动器222产生或输出到触摸板214上的力是线性的且沿着与触摸板214的平面表面共面或平行的x轴和/或y轴。悬置元件224包括弹性体228，弹性体228配置成在至少第一方向(即，z方向)上限制触摸板214和外壳216之间的移动，同时还配置成允许触摸板214和外壳216在至少第二方向(即，x方向或y方向)上移动。弹性体228配置成借助选择材料、厚度和其他性质以这种方式进行操作。在本发明的实施例中，经测量，弹性体228大致为5毫米×5毫米，厚度为0.5毫米。弹性体228的示例性材料包括但不限于硅树脂、天然橡胶和热塑性弹性体(TPE)。弹性体228可包含乳化剂，以有助于将压力感测颗粒226分散在其中。
图6是压力敏感悬置系统220的侧视图，为了示例性目的，用虚线示出外壳216。由于弹性体228的材料和尺寸，悬置部件224允许触摸板214沿着x轴并且沿着y轴(即，与触摸板214的平面共面或平行)的横向或左右移动。另外，弹性体228具有足够的刚性，从而限制了触摸板214沿着z轴(即，与触摸板214的平面垂直或正交)的向上和向下的移动。因此，当用户在其操作期间将触摸板214向下压时，悬置部件224不允许触摸板214在z轴的方向上移动，因此用户感到好像触摸板214刚性地安装在计算机210的外壳216内。然而，当如将在本文中更详细描述地触觉致动器222输出沿着x轴和/或y轴的力时，悬置部件224通过引起平面内的运动沿着x轴和/或y轴是顺应的，剪切至弹性体228的厚度，因此允许触摸板214进行横向移动，以便向用户提供触觉效果。因此，悬置部件224允许用户感到由触觉致动器222产生的振动、摇晃和类似的触觉反馈，同时在其用户操作期间，向触摸板214提供稳定性。虽然悬架部件224配置成允许优先沿着x轴和/或y轴移动，但是悬置部件可另选地配置成允许基于各种因素，优先在其他致动方向上(诸如，沿着z轴)移动，这些因素包括致动器类型、在悬置部件上将引起怎样的移动和触摸板的质量。
现在，将参照图7和图7A来描述悬置部件224的压力感测功能。图7是悬置部件224的放大俯视图并且示出了压力感测颗粒226如何悬置在弹性体228内成为均质混合物。图7A是沿着图7的线A-A截取的截面图。为了形成具有压力感测能力的悬置部件224，悬置部件224通过在制造悬置部件224期间将压力感测颗粒226悬于或分散于弹性体228内来形成悬置部件224。例如，在本发明的实施例中，压力感测颗粒226是在其固化之前与诸如硅树脂的液体弹性体混合的导电墨水材料。随着固化处理进行，导电墨水材料以均匀方式悬于、分散于或以其他方式整合到弹性体中。除了响应于压力的导电墨水材料之外，压力感测颗粒226可以是包括铜、银、碳块、石墨烯或碳纳米管的导电材料的颗粒或者可以是压电材料的颗粒。用于本发明的实施例中的合适的导电墨水材料和导电材料颗粒可商购自PeratechLimited(Richmond,North Yorkshire,United Kingdom)。如在以下具体实施方式和权利要求书中使用的，“整合到”弹性体中的压力感测颗粒应该理解为涵盖悬置或分散在弹性体中的压力感测颗粒，弹性体在压力感测颗粒制造期间在没有使用粘合剂或其他联接机构的情况下一体形成为单个部件。另外，在以下具体实施方式和权利要求书中使用的，“整合到”弹性体中的压力感测颗粒还应该解释为涵盖压力感测颗粒，压力感测颗粒印刷到弹性体表面上，如相对于图10和图11的实施例在本文中描述的。
压力感测颗粒226配置成感测施加到触摸板214的压力。更具体地，当压力施加到触摸板214进而施加到悬置元件224时，其中整合了压力发送元件226的弹性体228测得或检测到的电阻减小，然后将该电阻传送或发送到计算机210的处理器218。更具体地，计算机210包括具有存储器219的处理器218(参见图3的框图)。处理器218配置成接收并处理来自悬置部件224的压力感测颗粒226的压力信号。可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理电路、微控制器、微处理器和其他电路来实现处理器218中的处理电路。诸如应用程序代码、操作系统指令和固件的软件可用于实现用于操作触摸板214的功能。在实施例中，可使用硬件和软件的组合来实现由处理器218执行的控制功能。
当用户向下按触摸板214时，悬置元件224压缩并且该偏转产生可测得的电阻变化，该变化用作正施加到触摸板214的力或压力的量的指示。换句话讲，悬置元件224在压缩时的电阻不同于未压缩时。当悬置元件224未压缩时，压力感测颗粒226彼此接触，形成第一或未压缩的电气或导电路径。供应输入电压，借助惠斯通(Wheatstone)电桥电路来测量具有第一或未压缩的电气或导电路径的压力感测颗粒226的电阻。在实施例中，输出可在测量之前放大，以获得更精确的电阻测量。当悬置元件224被压缩时(即，当用户对其施加压力时)，参与电气或导电路径的压力感测颗粒226的数量增加并且压力感测颗粒226形成第二或压缩的电气或导电路径，第二或压缩的电气或导电路径比第一或未压缩的电气或导电路径具有更大的导电性。换句话说，所施加的压力增加了由彼此接触进而彼此电连接的导电材料形成的压力感测颗粒226的数量。供应输入电压，借助惠斯通电桥电路来测量具有第二或压缩的电气或导电路径的压力感测颗粒226的电阻。在实施例中，输出可在测量之前被放大，以获得更精确的电阻测量。具有第一或未压缩的电气或导电路径的压力感测颗粒226和具有第二或压缩的电气或导电路径的压力感测颗粒226之间可测得的电阻改变用作正施加到触摸板214的力或压力的量的指示，因此来自悬置元件224的信号在本文中认为是压力信号。
为了使压力感测颗粒226如上所述进行操作，悬置元件224内的压力感测颗粒226的浓度接近但不大于渗滤阈值。渗滤阈值是首次发生无限连接或渗滤时浓度的临界值。渗滤阈值的值取决于各种因素，包括压力感测颗粒226的颗粒高宽比、基质粘度、分散度和压力感测颗粒226的几何形状。例如，与高宽高比颗粒的渗滤阈值相比，低宽高比颗粒具有高得多的渗滤阈值。取决于压力感测颗粒226的浓度与渗流阈值的接近程度，输出信号的趋势可以变化。例如，如果压力感测颗粒226的浓度非常接近渗滤阈值，则输出信号将快速饱和，从而导致高度敏感的触摸板214。另外，具有至少一个平坦表面的颗粒比球形颗粒更容易彼此连接或接触以形成电通路。在本发明的实施例中，压力感测颗粒226包括大体平面的颗粒，尽管不需要是这种几何形状。如本文中使用的，大体平面的颗粒包括具有至少一个平面或侧面的颗粒。在本发明的实施例中，压力感测颗粒226的所有面或表面是平面的。
每个悬置元件224进一步与处理器218电连接，以便将其对应的压力信号传送或发送到处理器218。在本发明的实施例中，处理器218可包括校准模块217，用于将源自压力感测颗粒226的信号校准成标准化的压力信号。例如，校准模块217可用于将压力感测颗粒226输出的电阻改变转换成对应的标准化压力信号。然后，处理器218在触摸板214上将压力信号转换成被施加压力(进而用户的手指或触控笔)的位置或处所。为了将来自悬置元件224的压力信号传送或发送到处理器218，在悬置元件224的至少一个表面上设置导电层或轨道(未示出)。在实施例中，导电层或轨道设置在悬置元件224的两个相对表面上。处理器218可以在触摸板214上输出被施加压力的位置/处所以及所施加压力的相对强度。由于存在多个悬置元件224(即，传感器元件设置在触摸板214的每个拐角下方)，因此每个悬置元件224可根据所施加压力的接近度来生成独立的压力信号。对于每个所施加的压力，来自悬置元件224的压力信号同时发送到处理器218并且由处理器218处理。接收到的压力信号组合(例如，数字地添加和/或平均)并且可将组合后的信号与阈值进行比较，以确定用户手指或触控笔的位置或处所。除了单个触摸或所施加的压力之外，可处理从悬置元件224接收的压力信号，以识别或确定与表面的不止一个接触点的存在，即，“多点触摸”施加的压力。
图10至图11示出了用于本发明的实施例中的悬置元件1024的另一个实施例。图10和图11分别是悬置元件1024的侧视图和俯视图。与悬置或分散于弹性体中不同，悬置元件1024包括通过印刷处理整合在弹性体1028中的压力感测导电墨水1026。在该实施例中，弹性体1028被固化，然后将压力感测导电墨水1026按图案1029印刷到弹性体1028的一个或更多个表面上。当将压力感测导电墨水1026印刷到弹性体1028上时，在不使用粘合剂或其他联接机构的情况下将压力感测导电墨水1026和弹性体1028一体地融合在一起。压力感测导电墨水1026和弹性体1028因此是在其制造期间整体形成的单个部件。另外，由于压力感测导电墨水1026印刷到弹性体1028上，因此它使弹性体1028增加的厚度最小，以便适合于与触摸板应用关联的尺寸限制。图案1029包括有意空隙或间隙，以提高由此输出的压力信号的一致性。图案1029的有意空隙或间隙不包括压力感测导电墨水1026并且可允许进行粘附。图案1029可配置成影响从其输出的压力信号的材料使用、一致性和线性。
来自悬置部件224的压力感测颗粒226的信号被发送到计算机210的处理器218，以便产生触觉反馈。这样的触觉反馈或效果(也被称为触觉反馈、触摸反馈和振动触觉反馈)允许计算机210的用户有更直观、引人入胜和自然的体验，因此通过触觉效果所提供的触觉反馈，使用户和触摸板210之间的交互大幅增强。更具体地，除了配置成接收和处理来自悬置部件224的压力感测颗粒226的压力信号之外，处理器218还配置成响应于压力信号而向触觉致动器222输出触觉控制信号。触觉致动器222包括从处理器218接收信号并因此配置成从处理器218接收触觉控制信号的电路。触觉致动器222还可包括将来自处理器218的触觉控制信号转换成适用于触觉致动器222的信号所需的任何电路。触觉致动器222通过将触摸板214相对于外壳216移动，根据触觉控制信号输出触感，以向触摸板214的用户提供触觉反馈。触觉致动器222与触摸板214的下侧表面联接，以提供触觉效果并且由于触摸板214与触觉致动器222直接联接，因此由触觉致动器产生的任何力直接施加到触摸板214。
根据需要，触觉致动器222可以是多种已知致动器类型中的任一种，包括但不限于由合适的电子器件驱动的压电致动器、音圈致动器、偏心质量致动器、E型芯致动器、螺线管、移动磁体致动器或其他类型的致动器。在本发明的实施例中，触觉致动器222是大纤维复合(MFC)致动器。本领域的普通技术人员应该理解，触觉致动器222的布置可与所示出的布置不同，并不限于图中所示的位置。在图4的实施例中，单个触觉致动器222定位在触摸板214的中心处或中心附近或者如果外壳的空间限制需要此位置，则触摸致动器222向一侧偏离。在其他实施例中，多个触觉致动器可以定位在触摸板的不同区域处。
如果用户正在接触触摸板，则触觉致动器222可以在触摸板214上向用户输出小脉冲、振动或纹理感觉。在本发明的实施例中，经由触觉致动器222施加到触摸板214的力造成触摸板214在其平面表面的平面内左右(例如，x-y)或横向运动。可以将多种触觉感觉输出都正在接触触摸板214的用户。例如，可输出颠簸、振动(变化的或恒定的振幅)和纹理。触摸板214上输出的力可至少部分地基于手指在触摸板214上的位置或计算机210的图形环境中的受控制物体的状态，和/或独立于手指位置或物体状态。由于处理器218或其他电子控制器正在使用电子信号来控制致动器的力输出的大小和/或方向，因此在触摸板214上输出的此力被认为是“受计算机控制的”。在实施例中，整个触摸板214作为单个一体构件被提供触觉感觉。在另一个实施例中，触摸板214的独立移动部分可各自设置有其自己的触觉反馈致动器和相关传输，使得可只针对特定部分提供触觉感觉。例如，一些实施例可包括具有不同部分的触摸板，这些部分可相对于触摸板214的其他部分弯曲或以其他方式移动。
由触觉致动器222输出的振动的频率可通过向触觉致动器222提供不同的触觉控制信号而改变。此外，可基于所施加的触觉控制信号来控制脉冲或振动的幅度。如果提供多个触觉致动器222，则可通过同时激活两个或更多个致动器而在触摸板上赋予更强的振动。此外，如果致动器设置在触摸板的最末端并且是唯一激活的致动器，则用户可在触摸板的具有致动器的一侧比在触摸板的相对侧经历更强烈的振动。通过激活一些而非全部致动器，可获得不同的幅度和局部的效果。由于正在触摸触摸板214的用户手指的尖端相当敏感，因此输出力的幅度不必是使触觉感觉有效且引人注目的高幅度。
在一些实施例中，可以针对触摸板214提供单独的本地处理器(未示出)，以进行将压力传感器数据报告给处理器218和/或执行从处理器218接收的触觉控制信号，这些命令包括例如触觉感觉类型和描述被命令的触觉感觉的参数。另选地，本地处理器可以仅仅将来自处理器218的流放数据传递到触觉致动器222。本地处理器可在通过控制触觉致动器222从处理器218接收到触觉控制信号之后独立地实现触觉感觉或者处理器218可通过更直接地控制触觉致动器222来维持对触觉感觉的更大程度的控制。可用于读取传感器信号并且针对装置提供触觉反馈的架构和控制方法在授予Rosenberg等人的美国专利No.5,734,373中有更详细的描述，该美国专利被转让给本公开的相同受让人并且其公开内容的全部内容以引用方式并入本文中。
如本领域中已知的，触摸板214由分层堆叠结构形成。参照图8，示出触摸板214的分解视图。触摸板214包括光滑的接触件或覆盖层230、不透明层232、压敏粘合剂层234和加强层236。覆盖层230可由玻璃、塑料、陶瓷或其他合适的材料形成，不透明层232由施加到覆盖层230的表面上的不透明墨水形成，仅出于美观目的以遮蔽内部结构。加强层236可由金属(例如，不锈钢、铝、钛等)、玻璃、陶瓷、碳纤维复合材料、塑料或其他合适的材料形成。加强层236确保触摸板214检测到触摸或接触活动，而不管用户按压覆盖层230的位置如何。在该实施例中，仅包括压力感测颗粒226的悬置部件224检测或感测触摸板214上的触摸或接触活动。
在图9中示出的另一个实施例中，除了包括压力感测颗粒226的悬置组件224之外，触摸板914还包括用于检测触摸板914上的触摸或接触活动的位置传感器或位置传感器阵列938。参照图9，示出触摸板914的分解视图。触摸板914包括平滑接触或覆盖层930、不透明层932、压敏粘合剂层934、位置传感器阵列938和加强层936。覆盖层930、不透明层932和加强层936类似于以上相对于图9描述的覆盖层230、不透明层232和加强层236。位置传感器阵列938包括位置传感器阵列，位置传感器阵列配置成测量用户手指或触控笔相对于触摸板214的X和Y横向尺寸的位置。可用于向触摸板214提供位置感测能力的位置传感器的示例包括电容式传感器、电阻式传感器、表面声波传感器、光学传感器(例如，通过测量外部物体产生的环境光阴影来检测位置的基于阴影的传感器的光传感器阵列)或其他合适的位置传感器。电容式位置传感器基于触摸板中的电容器和物体之间的电容耦合来感测触摸板表面的上面或附近的物体的位置。电容式位置传感器例如可以是其上形成有电极阵列的印刷电路板或其他基板。当所施加的压力造成触摸板214中的导电层、迹线、开关等电连接时，电阻式位置传感器对压力敏感并且检测手指、触控笔或其他物体对触摸板214的压力。除了处理来自悬置部件224的压力感测颗粒226的信号以确定触摸或接触事件的位置或处所之外，还可处理来自位置传感器阵列938的信号，以确定触摸板214上的触摸或接触事件的位置或处所，以便增强位置/处所确定的精确度，从而精确定位触摸或接触事件的位置/处所。
如前所述，虽然以上实施例描述了触摸板应用，但是压敏悬置系统也可用于任何包括固定和浮置元件的触觉触摸表面，固定和浮置元件诸如是计算机的触摸屏、用于移动装置的触摸屏、包括其中外围装置的隔离部分被提供触觉反馈的IsoVibe应用的游戏控制器或外围装置的触摸部件、汽车触摸屏和有触觉的按钮面板(诸如但不限于汽车和消费电子器件或家用电器)。例如，图12示出了用于提供触觉反馈的触摸屏的移动装置的各种部件的分解立体图，移动触觉装置包括根据本发明的实施例的压敏悬置系统。图12示出了用于向触摸屏1252提供触觉反馈的移动触觉装置1250，触摸屏1252利用与本文中所述的悬置元件1224类似并且包括悬置或分散于弹性体内的压力感测颗粒的多个悬置元件1224。除了触摸屏1252之外，移动触觉装置1250还包括载体1254、电机或触觉致动器1222、防尘密封件1256、LCD部件1258和主壳体1260。与之前实施例中描述的触摸板214类似，移动触觉装置1250向用户提供触觉反馈。与触摸屏1252的下侧联接的触觉致动器1222提供诸如脉冲、振动和纹理的触觉反馈。用户可通过手指或所握住的物体(诸如，正接触触摸屏1252的触控笔)来体验触觉反馈。悬置元件224将触摸屏1252和主外壳1260联接在一起，使得触摸屏可相对于主外壳移动，以在触觉反馈期间提供悬置功能并且还提供压力感测功能。移动触觉装置1250可以是具有触摸屏或触摸面板的多个装置中的任一个，诸如(例如)平板计算机、蜂窝电话、PDA、便携式游戏装置、媒体播放器、打印机、办公室电话等。在实施例中，例如，移动触觉装置1250可以是具有七英寸触摸屏显示器的医疗装置。
虽然以上已经描述了各种实施例，但是应该理解，它们仅仅作为本发明的示例和实例呈现，而非限制。可在不脱离本发明精神和范围的情况下，在本发明中进行形式和细节上的各种改变，这对于相关领域的技术人员是显而易见的。因此，本发明的广度和范围不应该受上述示例性实施例中的任一个限制，而是应该仅仅根据随附权利要求书及其等同物来限定。还将理解，本文中讨论的每个实施例以及本文中引用的每篇参考文献的每个特征可以与任何其他实施例的特征组合使用。本文中讨论的所有专利和出版物的全部内容都以引用方式并入本文。

Claims (20)

1.一种触觉装置，包括：
外壳；
触摸表面部件，安装于所述外壳，以能相对于所述外壳移动；
触觉致动器，用于向所述触摸表面部件提供触觉反馈；以及
至少一个悬置部件，设置在所述触摸表面部件和所述外壳之间，其中，所述悬置部件由弹性体形成并且包括整合到所述弹性体中的压力感测颗粒，所述压力感测颗粒配置成感测施加到所述触摸表面部件的压力。
2.根据权利要求1所述的触觉装置，其中，所述至少一个悬置部件将所述触摸表面部件和所述外壳联接在一起，使得所述触摸表面部件能相对于所述外壳移动并且所述触觉反馈包括使所述触摸表面部件相对于所述外壳移动。
3.根据权利要求1所述的触觉装置，其中，所述压力感测颗粒是导电墨水材料。
4.根据权利要求3所述的触觉装置，其中，所述导电墨水材料印刷到所述弹性体的表面上。
5.根据权利要求1所述的触觉装置，其中，所述压力感测颗粒悬置在所述弹性体内，成为均质混合物。
6.根据权利要求1所述的触觉装置，还包括：
处理器，其配置成从所述压力感测颗粒接收压力信号并且还配置成响应于所述压力信号而向所述触觉致动器输出触觉控制信号。
7.根据权利要求1所述的触觉装置，其中，所述触摸表面部件是触摸屏和触摸板中的一个。
8.根据权利要求1所述的触觉装置，其中，所述至少一个悬置部件配置成限制所述触摸表面部件和所述外壳之间的至少第一方向上的移动，同时还配置成允许所述触摸表面部件相对于所述外壳在第二方向上移动。
9.一种触觉装置，包括：
外壳；
触摸表面部件，安装于所述外壳，以能相对于所述外壳移动；
触觉致动器，将所述触摸表面部件相对于所述外壳移动，由此向所述触摸表面部件提供触觉反馈；
至少一个悬置部件，将所述触摸表面部件和所述外壳联接在一起，使得所述触摸表面部件能相对于所述外壳移动，其中，所述悬架部件由弹性体形成，所述弹性体配置成限制所述触摸表面部件和所述外壳之间的至少第一方向上的移动，同时还配置成允许所述触摸表面部件相对于所述外壳在第二方向上移动，其中，所述悬置部件还包括整合到所述弹性体中的压力感测颗粒，所述压力感测颗粒配置成感测施加到所述触摸表面部件的压力；以及
处理器，配置成从所述压力感测颗粒接收压力信号并且还配置成响应于所述压力信号而确定施加到所述触摸表面部件上的压力的位置并且还配置成响应于所述压力信号而向所述触觉致动器输出触觉控制信号。
10.根据权利要求9所述的触觉装置，其中，所述压力感测颗粒是导电墨水材料。
11.根据权利要求10所述的触觉装置，其中，所述导电墨水材料印刷到所述弹性体的表面上。
12.根据权利要求9所述的触觉装置，其中，所述压力感测颗粒悬置在所述弹性体内，成为均质混合物。
13.一种用于触觉装置的兼容悬置系统，包括：
第一主体；
第二主体，安装到所述第一主体，以能相对于所述第一主体移动；以及
至少一个悬置部件，设置在所述第一主体和所述第二主体之间，其中，所述悬置部件包括弹性体元件，所述弹性体元件整合有压力感测颗粒，所述压力感测颗粒配置成感测施加到所述触摸表面组件的压力。
14.根据权利要求13所述的兼容悬置系统，其中，所述压力感测颗粒是导电墨水材料。
15.根据权利要求14所述的兼容悬置系统，其中，所述导电墨水材料印刷到所述弹性体的表面上。
16.根据权利要求13所述的兼容悬置系统，其中，所述压力感测颗粒悬置在所述弹性体内，成为均质混合物。
17.根据权利要求13所述的兼容悬置系统，还包括：
触觉致动器，用于将所述第二主体相对于所述第一主体移动，由此向所述第二主体提供触觉反馈，其中，所述触觉致动器与所述第二主体联接。
18.根据权利要求17所述的兼容悬置系统，还包括：
处理器，配置成从压力感测颗粒接收压力信号并且还配置成响应于所述压力信号而向所述触觉致动器输出触觉控制信号。
19.根据权利要求13所述的兼容悬置系统，其中，所述第一主体是外壳并且所述第二主体是触摸屏和触摸板中的一个。
20.根据权利要求13所述的兼容悬置系统，其中，所述悬置部件配置成允许所述第一本体和所述第二本体之间的第一方向上的移动并且限制所述第一本体和所述第二本体之间的至少第二方向上的移动。
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