CN108415557A - 具有触觉反馈的输入和输出设备 - Google Patents

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Abstract

一种输入和输出设备包括扬声器振动膜片和承载在扬声器振动膜片上的触摸传感器。输入和输出设备还可以包括定向为透过扬声器振动膜片和触摸传感器来显示图像的显示器。此外，输入和输出设备包括控制模块，其配置为当触摸传感器感测到触摸时，通过扬声器振动膜片提供扬声器振动膜片、触摸传感器、和显示器的集成操作以及触觉和音频反馈。

Description

具有触觉反馈的输入和输出设备
技术领域
本文件大体涉及机动车辆设备领域，并且更具体地，涉及通过扬声 器振动膜片提供音频、视觉、和触觉信息和反馈的输入和输出设备。
背景技术
所有机动车辆应用的封装空间都是有限的。额外的组件数量会导致 额外的成本和复杂性。在多个模块需要共享有限空间的机动车辆的中控 台中尤其如此。因为只有这么多的表面区域可用，有限的可用空间也显 著地限制了总体造型的选择。
图1示出了现有技术的当前状态。图1示出了中控台C、用于显示 图像I的独立显示屏D、用于提供音频输出的独立扬声器S、和用于允许 由机动车辆操作者或机动车辆中的其他人员进行设备输入的独立按钮B。 从图1中可以看出，独立显示屏D、扬声器S、和按钮B消耗了中控台C 的大部分表面区域，有效地限制了显示屏的尺寸和可以在中控台表面上 布置独立部件的方式。
本文件涉及一种新的和改进的输入和输出设备，其在单个组件中提 供集成的音频和视觉输出、操作员输入、和针对操作员输入的触觉反馈。 新的和改进的输入和输出设备通过消除对独立扬声器S和独立输入按钮 B的需求，而减少了中控台C上的无序性并且保留了表面区域。由于中 控台C上保留了容纳显示屏的更大的空间，因此新的和改进的输入和输 出设备可以根据需要而制造得更大。这增强了显示屏的可视性，使得机 动车辆的驾驶员或其他乘员可以更容易和更有效地观看。
另外，新的和改进的输入和输出设备以需要更少部件和更少复杂性 的方式集成，以装配和安装在机动车辆中。触摸输入还可以提供立即确 认用户输入的音频和触觉或触感反馈二者，从而提高客户的操作信任度 和满意度。另外，紧凑的集成输入和输出设备增加了机动车辆内部(特 别是包括中控台)的封装和造型的选项余地。
发明内容
根据本文描述的目的和益处，提供了一种新的改进的输入和输出设 备。该输入和输出设备包括扬声器振动膜片和承载于扬声器振动膜片上 的触摸传感器。
输入和输出设备还包括驱动扬声器振动膜片的致动器。扬声器振动 膜片可以由第一光学明晰或透明材料制成，并且触摸传感器可以由第二 光学明晰或透明材料制成。第一和第二材料可以是相似的材料或不同的 材料。
输入和输出设备还可以包括被定向为通过扬声器振动膜片和触摸传 感器来显示图像的显示器。触摸传感器可以被印刷为在扬声器振动膜片 上的触摸传感器层，并且被封装在扬声器振动膜片和显示器之间。
输入和输出设备还可以包括控制模块。该控制模块可以配置为当触 摸传感器感测到触摸时，通过扬声器振动膜片提供触觉和音频反馈二者。 此外应该理解，控制模块可以配置为提供扬声器振动膜片、触摸传感器、 和显示器的集成操作。
根据又一方面，提供了一种浮动控制和扬声器装置(floating control andspeaker apparatus)。该浮动控制和扬声器装置包括扬声器振动膜片和 印刷在扬声器振动膜片上的触摸传感器层。浮动控制和扬声器装置还可 以包括可视显示器，例如印刷在扬声器振动膜片上的至少一个发光二极 管(light emitting diode，LED)。此外，浮动控制和扬声器装置还可以包 括印刷在扬声器振动膜片上的萘嵌苯(rylene)染料层。另外，浮动控制 和扬声器装置还可以包括用于驱动扬声器振动膜片以产生所需声音的致 动器。此外，浮动控制和扬声器装置可以包括仅沿一个侧面接合扬声器 振动膜片的支撑基座。在该实施例中，扬声器振动膜片的三个侧面是自 由浮动的。这允许浮动控制和扬声器装置安装在中控台的顶部，并且甚 至可以根据需要而在机动车辆的仪表板和挡风玻璃之间突出。
根据又一个方面，提供了一种用于将集成的音频和触觉反馈结合到 输入和输出设备中的方法。该方法可被描述为包括以下步骤：(a)通过 扬声器振动膜片覆盖触摸传感器；(b)通过所述触摸传感器检测对触摸 传感器上方的扬声器振动膜片的触摸；和(c)响应于触摸而通过致动器 振动扬声器振动膜片。
该方法还可以包括以下步骤：将显示器封装在扬声器振动膜片和触 摸传感器后方。此外，该方法可以包括透过触摸传感器和扬声器振动膜 片在显示器上显示图像。为此应该理解，该方法可以包括步骤：为扬声 器振动膜片和触摸传感器层而使用光学透明材料。
另外，该方法可以包括步骤：通过扬声器振动膜片提供音频、视觉、 和触觉信息和反馈。此外，该方法可以包括将触摸传感器作为触摸传感 器层印刷在扬声器振动膜片的表面上。另外，该方法可以包括步骤：配 置控制模块以提供扬声器振动膜片、触摸传感器层、和显示器的集成操 作。
在下面的描述中，示出和描述了输入和输出设备、浮动控制和扬声 器装置、以及为输入和输出设备提供集成的音频和触觉反馈的方法的几 个优选实施例。应当理解，输入和输出设备、浮动控制和扬声器装置、 以及相关方法能够具有其他不同的实施例，并且其几个细节能够在各种 显而易见的方面进行修改，而不脱离在所附权利要求中阐述和描述的输 入和输出设备、浮动控制和扬声器装置、和方法。因此，附图和描述应 被认为在本质上是说明性的而不是限制性的。
附图说明
结合本文并形成说明书一部分的附图说明了输入和输出设备、浮动 控制和扬声器装置、和方法的几个方面，并与具体实施方式一起用于解 释其某些原理。
图1是结合包括独立扬声器、显示屏幕、和输入按钮的现有技术的 机动车辆的中控台的示意图；
图2是类似于图1的视图，但是示出了配备有新的和改进的输入和 输出设备的相同的中控台，新的和改进的输入和输出设备通过单个扬声 器振动膜片提供音频、视觉、和触觉信息以及反馈；
图3是图2中示出的新的改进的输入和输出装置的示意性侧视图；
图4是用于图2和3中示出的输入和输出设备的集成操作的控制模 块的示意性框图；
图5a-5c分别是浮动控制和扬声器装置的前视图、侧视图、和示意图。
现在将详细参考所公开的输入和输出设备和浮动控制和扬声器装置 的当前优选实施例，其示例在附图中示出。
具体实施方式
现在参考图2，图2示出了机动车辆的中控台C中的新的和改进的 输入和输出设备10。输入和输出设备10配置为通过输入和输出设备的扬 声器振动膜片12提供音频、视觉、和触觉信息以及反馈。因此，正如通 过比较图1和图2应当理解的，新的和改进的输入和输出设备10消除了 在中控台C上容纳分离的扬声器S和分离的输入按钮B的需要，从而释 放表面区域用于造型和设计、或更大的图像显示屏，这些将在下文中更 详细地描述。
如图3所示意性地示出的，输入和输出设备10包括扬声器振动膜片 12和触摸传感器14。在所示的实施例中，触摸传感器14包括触摸传感 器层，触摸传感器层可以使用本领域已知类型的透明粘合剂粘合到扬声 器振动膜片12的表面16。显示器18可以设置在扬声器振动膜片12后方， 并且定向为透过扬声器振动膜片和触摸传感器14显示图像I(也参见图2)。 显示器18可以是本领域已知的类型，例如液晶显示器。
为了适应通过扬声器振动膜片12和触摸传感器层14显示图像，扬 声器振动膜片12和触摸传感器层14二者都由光学明晰或透明材料制成。
在一个可能的实施例中，扬声器振动膜片12由光学透明的丙烯酸树 脂材料或玻璃片制成，并且触摸传感器14由光学透明的导电迹线层制成， 该导电迹线层是在本领域中已知、并且在当前的触摸屏技术中使用的类 型。通常应当认识到，扬声器振动膜片12可以由第一光学透明材料制成， 而触摸传感器14可以由第二光学透明材料制成。第一光学透明材料与第 二光学透明材料可以相似或不同。如观察图3还将理解的，印刷在扬声 器振动膜片12上的触摸传感器层14可以封装在扬声器振动膜片和显示 器18之间。为了适应扬声器振动膜片的运动，在扬声器振动膜片12和 印刷的触摸传感器14的一侧、与显示器18的另一侧之间设置空气间隙 20。
设置致动器22以驱动扬声器振动膜片12产生所需声音。致动器22 可以是适于刺激扬声器振动膜片12，以便产生用于产生所需声音的必要 振动和运动的压电致动器。
如图3中还示出的，输入和输出设备10还包括控制模块24。控制模 块24配置为当触摸传感器14感测到通过设备操作员通过扬声器振动膜 片触摸时，通过扬声器振动膜片12提供触觉和音频二者的反馈。为此， 控制模块24包括连接到触摸传感器14的第一引线26和连接到致动器22 的第二引线28。
控制模块24包括以计算设备(例如根据来自适当控制软件的指令操 作的专用微处理器或电子控制单元)形式的控制器30。因此如图4所示， 控制器30可以包括彼此通过通信总线38通信的一个或多个处理器32、 一个或多个存储器34、和一个或多个网络接口36。
控制器30可以通过通信区域网络(communication area network，或 CAN)与机动车辆的车身控制模块(未示出)连接。
如应当从该描述中理解的，包括控制器30的控制模块24配置为提 供扬声器振动膜片12、触摸传感器14、和显示器18的集成操作。
现在参考示出浮动控制和扬声器装置或设备40的图5a-5c。如图5c 所最佳示出的，浮动控制和扬声器装置40包括基座42，基座42保持由 致动器46驱动以产生所需声音的光学透明的扬声器振动膜片44。可以在 扬声器振动膜片44的周边设置不透明的遮蔽涂料48。利用本领域已知类 型的透明粘合剂，将透明触摸传感器层50粘合到不透明的遮蔽周边涂料 48内部的扬声器振动膜片44的内表面。
扬声器振动膜片44也可以印刷有任何所需性质的可视显示器，例如 机动车辆系统控制图标。在所示的实施例中，在触摸传感器层50后方和 印刷的LED层56前方提供萘嵌苯染料等的光致发光层54。在使用中， 激活印刷的LED层56并发出激发萘嵌苯染料层54以点亮显示屏的光， 以通过各种符号60(见图5a)在扬声器振动膜片44上示出各种控制的 位置。在所示的实施例中，可以触摸“+”和“-”符号62以升高或降低 由机动车辆的暖通空调(Heating,Ventilation,and Air-Conditioning，HVAC) 系统维持的温度。人也可以通过在扬声器振动膜片44上移动手指划过梯 度符号64来控制HVAC系统的风扇的速度。此外在所示的实施例中，人 可以通过触摸扬声器振动膜片上的倒带、快进、和播放/暂停符号66、68、70来控制机动车辆的CD播放器的操作。如同前述的输入和输出设备10 的实施例，浮动控制和扬声器装置40在个人操作员触摸其中一个符号60 上方扬声器振动膜片44时提供音频和触觉反馈。该反馈的形式可以是温 和的触觉振动和音频嗡嗡声，以向操作员立即确认操作员对浮动控制和 扬声器装置40的控制输入。
如观察图5a和图5b应当理解的，基座42沿一个侧面保持扬声器振 动膜片44，使得三个侧面暴露或自由。这使得浮动控制和扬声器装置40 能够安装在易于观看和访问的例如仪表板的顶部。如图5c所示，浮动控 制和扬声器装置40还可以最佳地包括背衬58，以保护层48、50、54、 56免受物理和电损伤。
与以上描述一致，提供了一种为输入和输出设备10提供集成的音频 和触觉反馈的方法。该方法可以被描述为包括以下步骤：通过扬声器振 动膜片12覆盖触摸传感器14，通过触摸传感器检测在触摸传感器上方的 扬声器振动膜片上，并且响应于触摸而通过致动器22振动扬声器振动膜 片。
如图3所最佳地示出的，该方法可以包括将显示器18封装在扬声器 振动膜片12和触摸传感器14后方。此外，如图2和图3所最佳地示出 的，该方法可以包括透过触摸传感器14和扬声器振动膜片12在显示器 18上显示图像I，扬声器振动膜片12形成输入和输出设备10的正面或面 向操作者的元件。
如上面所清楚描述的，输入和输出设备通过单个表面(扬声器振动 膜片12)有效地提供音频和视觉输出、触摸输入、和触觉信息以及反馈。 为此，控制模块24配置为提供扬声器振动膜片12、触摸传感器层14、 和显示器18的集成操作以及通过扬声器振动膜片12的单点操作。
出于说明和描述的目的提出了前述内容。不意图穷举或将实施例限 制为所公开的精确形式。根据上述教导可以做出明显的修改和变化。例 如，输入和输出设备10以及浮动控制和扬声器装置40的上述实施例的 触摸传感器或触摸传感器层14和50是电容式的。应当理解，在此描述 的输入和输出设备10和浮动控制和扬声器装置40中可以使用其他类型 的触摸传感器。当根据所附权利要求公正、合法、合理地享有的广度来 解释时，所有这些修改和变化都在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种输入和输出设备，包括：
扬声器振动膜片；和
在所述扬声器振动膜片上承载的触摸传感器。
2.根据权利要求1所述的输入和输出设备，还包括驱动所述扬声器振动膜片的致动器。
3.根据权利要求2所述的输入和输出设备，其中所述扬声器振动膜片由第一光学透明材料制成。
4.根据权利要求3所述的输入和输出设备，其中所述触摸传感器由第二光学透明材料制成。
5.根据权利要求4所述的输入和输出设备，还包括定向为透过所述扬声器振动膜片和所述触摸传感器来显示图像的显示器。
6.根据权利要求5所述的输入和输出设备，其中所述触摸传感器被印刷为所述扬声器振动膜片上的触摸传感器层，并且被封装在所述扬声器振动膜片和所述显示器之间。
7.根据权利要求6所述的输入和输出设备，还包括控制模块，所述控制模块配置为当所述触摸传感器感测到触摸时，透过所述扬声器振动膜片提供触觉和音频反馈。
8.根据权利要求7所述的输入和输出设备，其中所述控制模块配置为提供所述扬声器振动膜片、所述触摸传感器、和所述显示器的集成操作。
9.一种浮动控制和扬声器装置，包括：
扬声器振动膜片；和
印刷在所述扬声器振动膜片上的触摸传感器层。
10.根据权利要求9所述的浮动控制和扬声器装置，还包括印刷在所述扬声器振动膜片上的可视显示器。
11.根据权利要求10所述的浮动控制和扬声器装置，还包括作为所述可视显示器的至少一个LED和印刷在所述扬声器振动膜片上的萘嵌苯染料层。
12.根据权利要求11所述的浮动控制和扬声器装置，还包括驱动所述扬声器振动膜片的致动器。
13.根据权利要求12所述的浮动控制和扬声器装置，还包括仅沿一侧接合所述扬声器振动膜片的支撑基座。
14.一种为输入和输出设备提供集成的音频和触觉反馈的方法，包括：
通过扬声器振动膜片覆盖触摸传感器；
通过所述触摸传感器检测在所述触摸传感器上方的所述扬声器振动膜片上的触摸；和
响应于所述触摸而通过致动器振动所述扬声器振动膜片。
15.根据权利要求14所述的方法，包括将显示器封装在所述扬声器振动膜片和所述触摸传感器后方。
16.根据权利要求15所述的方法，包括透过所述触摸传感器和所述扬声器振动膜片在所述显示器上显示图像。
17.根据权利要求16所述的方法，包括通过所述扬声器振动膜片提供音频、视觉、和触觉信息和反馈。
18.根据权利要求17所述的方法，包括将所述触摸传感器印刷为在所述扬声器振动膜片的表面上的触摸传感器层。
19.根据权利要求18所述的方法，包括配置控制模块以提供所述扬声器振动膜片、所述触摸传感器层、和所述显示器的集成操作。
20.根据权利要求19所述的方法，包括为所述扬声器振动膜片和所述触摸传感器层使用光学透明材料。
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