CN110941330B - 用于音频再现、触觉反馈和力感测的振动驱动的外壳部件 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于音频再现、触觉反馈和力感测的振动驱动的外壳部件”。本公开描述了一种便携式电子设备。该便携式电子设备可采取多种形式，包括例如智能手表、智能电话或平板计算设备。该便携式电子设备可以包括设备外壳部件；和耦接到该设备外壳部件的显示器组件。该显示器组件包括保护显示器部件免受损坏的保护层。该便携式电子设备还包括被配置为将振动输入施加到该显示器组件的致动器。在一些实施方案中，该致动器接触设备外壳部件和显示器组件的保护层两者。在一些实施方案中，该致动器仅被固定到显示器部件的面向内部的表面。

Description

用于音频再现、触觉反馈和力感测的振动驱动的外壳部件
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2018年9月25日提交的美国临时专利申请62/736,095的优先权，该专利申请的公开全文以引用方式并入本文并用于所有目的。
技术领域
本文所述的实施方案整体涉及驱动外壳部件以生成音频波或触觉反馈。具体地讲，外壳部件为显示器组件。
背景技术
诸如智能手表的可穿戴电子设备可具有非常小的外形，这可能限制扬声器的尺寸。因此，音频输出有时完全受限于耳机或与具有较大扬声器的其他设备的无线连接。包括扬声器的可穿戴设备通常不能覆盖所需的频率范围。出于这一原因，一般而言期望改善可穿戴设备甚至便携式电子设备的音频输出的方式。
发明内容
本公开描述了通过振动便携式电子设备的显示器组件来生成音频波或触觉反馈的各种方式。
本发明公开了一种便携式电子设备，该便携式电子设备包括以下部分：设备外壳部件，该设备外壳部件具有限定正面开口的边缘；显示器组件，该显示器组件覆盖正面开口并与设备外壳部件配合以限定内部体积，该显示器组件包括：保护层，保护层具有中央区域和外围区域；和显示器，该显示器耦接到中央区域；和压电致动器，该压电致动器耦接到外围区域和设备外壳部件的边缘，该压电致动器被配置为将振动输入施加到保护层。
本发明公开了一种便携式电子设备，该便携式电子设备包括以下部分：设备外壳部件；显示器组件，该显示器组件耦接到设备外壳部件，该显示器组件具有保护层；和致动器，该致动器被配置为将振动输入施加到显示器组件，该致动器接触设备外壳部件和显示器组件的保护层两者。
本发明公开了另一种便携式电子设备，该便携式电子设备包括以下部分：设备外壳部件；显示器组件，该显示器组件耦接到设备外壳部件，该显示器组件包括保护层；和压电致动器阵列，该压电致动器阵列耦接到显示器组件的面向内部表面并被配置为将振动输入施加到显示器组件。
根据结合以举例的方式示出所述实施方案的原理的附图而进行的以下详细描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的参考标号指代类似的结构元件，并且其中：
图1示出了适用于与所述实施方案一起使用的可穿戴电子设备的透视图；
图2A示出了图1中所示的可穿戴电子设备的显示器组件的面向内部的表面；
图2B示出了根据图2A的截面线A-A的显示器组件的横截面侧视图；
图2C示出了压电致动器可如何被定位在设备外壳部件104的边缘上并且在显示器组件102的保护层204和设备外壳部件104的边缘之间被压缩；
图3示出了可穿戴电子设备的横截面侧视图以及可如何配置音圈以引起可穿戴电子设备的显示器组件的振动；
图4示出了具有压电致动器的显示器组件的横截面视图，该压电致动器以压电元件的形式附接到显示器组件的面向内部的表面；
图5A示出了适合与所述实施方案一起使用的示例性平板设备的透视图；
图5B示出了图5A中所示的示例性平板设备的显示器组件的面向内部的表面；以及
图6示出了例示用于感测由便携式电子设备的图形用户界面接收的力的量的方法的框图。
具体实施方式
在该部分描述了根据本申请的方法与装置的代表性应用。提供这些实施例仅为了添加上下文并有助于理解所描述的实施方案。因此，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所述实施方案。在其他情况下，为了避免不必要地模糊所述实施方案，未详细描述熟知的处理步骤。其他应用是可能的，使得以下实施例不应被当作是限制性的。
在以下详细描述中，参考了形成说明书的一部分的附图，并且在附图中以例示的方式示出了根据所述实施方案的具体实施方案。虽然这些实施方案被描述得足够详细，以使本领域的技术人员能够实践所述实施方案，但是应当理解，这些示例不是限制性的；使得可以使用其他实施方案，并且可以在不脱离所述实施方案的实质和范围的情况下作出修改。
小型便携式电子设备可能难以输出具有所需音量和频谱的音频波。音频输出质量往往受到扬声器尺寸的限制，这可能在诸如可穿戴设备的小型便携式电子设备中受到高度限制。当设备被用于语音应用或音乐播放时，这可能会有问题。该问题的一个解决方案是将振动运动施加到设备外壳部件以产生音频波或增强由低功率专用音频换能器产生的音频波。与安装在小型便携式电子设备的设备外壳内的小得多的扬声器组件相比，将振动运动施加到具有较大且相对平坦的外表面的外壳部件诸如显示器组件，可导致生成具有增加的体积和/或质量的音频波。
显示器组件的振动可以通过多种方式实现，包括通过一个或多个压电致动器。压电致动器可以围绕显示器组件的周边布置或者直接附接到显示器组件的面向内部的表面。向压电致动器施加电流导致压电致动器的膨胀和收缩。压电致动器的膨胀和收缩产生由显示器部件接收的振动输入。除了生成声音输出之外，压电致动器还可以用作力传感器。当用户向显示器组件施加力时，该力的一部分然后被传输到压电致动器。由压电致动器接收的力被转换成电压，然后可以将其用作传感器输入以表征从用户输入接收的力的量。
音圈电动机也可用于在显示器组件中引起振动。例如，导电线圈可以耦接到显示器组件，并且永磁体可以被定位在小型设备内。向电磁线圈施加变化的电流生成磁场，该磁场与由永磁体发射的磁场相互作用以引起显示器组件的运动。在一些实施方案中，电磁线圈可以采用沿显示器组件的周边延伸的环的形式。
以下参考图1-图6来论述这些实施方案和其他实施方案；然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图的所给出的详细描述仅出于说明性目的并且不应理解为限制性的。
图1示出了适用于与所述实施方案一起使用的可穿戴电子设备100的透视图。可穿戴设备100包括触敏显示器组件102，其被配置为向可穿戴设备100的用户显示图形用户界面。可穿戴设备100还包括外壳部件104。外壳部件104可由高强度材料形成，诸如不锈钢、陶瓷或铝。外壳部件104与显示器组件102配合，以便沿着传感器、印刷电路板、处理器等线包封多个电子部件。可穿戴电子设备100还包括更常规的用户界面部件，诸如冠部106，其有助于促进由显示器组件102呈现的图形用户界面上的列表的滚动。在一些实施方案中，可穿戴电子设备100还可以包括由设备外壳部件104限定的扬声器通气孔108，设置在可穿戴电子设备100内的专用扬声器组件通过该扬声器通气孔108投射音频波。虽然本文未示出，但是设备外壳部件104还可以包括用于将可穿戴电子设备100附接到带子的凸耳，用于将可穿戴电子设备100固定到用户的手腕。
图2A示出了显示器组件102的面向内部的表面。应注意，为了清楚起见，已经从显示器组件的中心区域移除了显示器部件及其他支撑电缆和电路。图2A示出了压电致动器202可如何围绕保护层204的周边分布，保护层204可以由诸如玻璃或蓝宝石材料的光学透明材料形成。压电致动器202响应于接收电能而纵向伸展。这允许由压电致动器202传输快速的力脉冲。虽然描绘了总共八个压电致动器202，但应当理解，更多或更少数量的压电致动器是可能的。
图2B示出了根据截面线A-A的显示器组件102的横截面侧视图。特别地，示出了压电致动器202-1和压电致动器202-2的可能几何形状。如图所示定位压电致动器允许压电致动器202-1和压电致动器202-2在保护层204上施加垂直和水平力。然而，由于使用相反的取向，当施加使压电致动器202-1和压电致动器202-2均延长或缩短的电压时，水平力彼此抵消，从而允许保护层204仅垂直振动。该第一配置的力将很好地用于音频输出。类似地，施加使压电致动器202-1收缩并且压电致动器202-2延长的电压，导致垂直力抵消并且水平力都被施加到右侧。应注意，由于压电致动器202-1和压电致动器202-2之间的水平偏移，这也将导致产生少量旋转。该力的第二配置对于产生如触觉振动的更容易引起注意的波是优选的。还应注意，压电致动器202被电耦接到柔性电路205，其提供可沿其传输电流的电磁路径。本领域的普通技术人员将认识到将压电致动器202电耦接到便携式电子设备100内的其他部件的其他方法。
图2C示出了压电致动器202可如何被定位在设备外壳部件104的边缘上并且在显示器组件102的保护层204和设备外壳部件104的边缘之间被压缩。图2C还示出了显示器部件206可如何直接被定位在保护层204下方。在一些实施方案中，压电致动器208的厚度208可为约0.5mm；然而，厚度可以在0.25mm和1mm之间。
图3示出了可穿戴电子设备300的横截面侧视图以及音圈如何能够被配置为引起显示器组件102的振动。具体地讲，音圈的电磁线圈302被示出沿着显示器组件102的周边被定位并且被附接到显示器组件102的周边。由电磁线圈302产生的磁场可以被配置为与由永磁体304产生的磁场相互作用以产生显示器组件102的振荡。永磁体304可以包括分流器306，该分流器306被配置为最小化由与印刷电路板308相互作用的磁场产生的电磁干扰量。可穿戴电子设备300内的其他电子部件包括用于为电子设备300供电的电池310、用于向可穿戴电子设备300的用户提供振动反馈的触觉引擎312以及用于测量佩戴用户的一个或多个生物特征参数的传感器组件314。可穿戴电子设备316可以包括传感器窗口，光学和/或射频(RF)信号可以通过该窗口。该系统还可以被配置为执行力感测。例如，当在显示器组件102上检测到触摸且电磁线圈未用于产生音频波时，由于电磁线圈302相对于永磁体304的移动而在电磁线圈302中产生的任何电流可被测量并用于确定施加到显示器组件102的力的量。
图4示出了具有压电致动器的显示器组件102的横截面图，该压电致动器以压电元件402的形式附接到显示器组件102的面向内部的表面上。当力404被施加到显示器组件102并弯曲显示器组件102时，这形成了可用于记录施加到显示器组件102的力的量的感应电压。对于较大的玻璃片，这种配置往往能更好地工作，因为较大的玻璃片更容易弯曲，而较小的玻璃片可能不会弯曲到足以区分施加的力404的量。类似地，将交替的正电压或负电压406施加到压电元件402可通过将剪切力施加到显示器组件102而引起显示器组件102下面的局部振动。在一些实施方案中，压电元件402可采用压电片或膜的形式。
图5A示出了示例性平板设备500的透视图。平板设备500包括显示器组件502和设备外壳部件504，该显示器组件502可以包括触敏用户界面，且显示器组件502可以具有大约7-12英寸对角屏幕尺寸，允许由玻璃组成的保护层的显示器组件502进行大幅弯曲以响应用户输入。
图5B示出了显示器组件502的面向内部的表面。显示器组件502的面向内部的表面可以包括分布在整个面向内部的表面的规则间隔处的压电元件阵列，并被配置为测量力输入并在整个显示器组件102上提供定位触觉反馈或音频输出。触摸传感器允许测量每个用户输入的位置，并且压电元件阵列允许表征在显示器组件502上经历的弯曲的量。在一些实施方案中，平均电压可用于确定所施加的力；然而，通过认识到沿显示器组件502的周边施加的力往往会低于施加到显示器组件的中心区域的相同量的力，可使用该力的位置来规格化所施加的力。
图6示出了例示用于感测由显示图形用户界面的便携式电子设备的显示器组件接收大量力的方法的框图。在602处，在显示器组件处接收大量的力。在604处，所接收的力的量导致显示器组件的保护层的移动，其在耦接到保护层的致动部件中感应出电压或电流。致动部件可采取包括音圈电动机和一个或多个压电致动器的多种形式。在606处，便携式电子设备的处理器可以通过参考由保护层的移动产生的电压或电流来确定所接收的力的量。在一些实施方案中，可以通过将电流或电压参考通过向显示器组件施加已知量的力而产生的查找表来进行确定。
可单独地或以任何组合使用所述实施方案的各个方面、实施方案、具体实施或特征。可由软件、硬件或硬件与软件的组合来实施所述实施方案的各个方面。所描述的实施方案还可被实施为计算机可读介质上的用于控制生产操作的计算机可读代码，或者被实施为计算机可读介质上的用于控制生产线的计算机可读代码。计算机可读介质为可存储数据的任何数据存储装置，该数据之后可由计算机系统读取。计算机可读介质的示例包括只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、HDD、DVD、磁带和光学数据存储设备。计算机可读介质也可分布在网络耦接的计算机系统中，使得计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。
为了说明的目的，前述描述使用具体命名以提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，不需要具体细节，以便实践所述实施方案。因此，具体实施方案的前述描述被呈现用于例示和描述的目的。前述描述不旨在为穷举性的或将所述的实施方案限制为所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可能的。
如上所述，本发明技术的一个方面在于采集和使用得自特定和合法来源的数据，以改进向用户递送其可能感兴趣的启发内容或任何其他内容。本公开设想，在一些实例中，该所采集的数据可包括唯一地识别或可用于识别特定人员的个人信息数据。此类个人信息数据可包括人口统计数据、基于位置的数据、在线标识符、电话号码、电子邮件地址、家庭地址、与用户的健康或健身等级相关的数据或记录(例如，生命信号测量、药物信息、锻炼信息)、出生日期或任何其他个人信息。
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Claims (20)

1.一种便携式电子设备，所述便携式电子设备包括：
设备外壳部件，所述设备外壳部件具有限定正面开口的边缘，所述边缘具有围绕所述正面开口的周边延伸的连续和平坦表面；
显示器组件，所述显示器组件覆盖所述正面开口并与所述设备外壳部件配合以限定内部体积，所述显示器组件包括：
保护层，所述保护层具有中央区域和外围区域；和
显示器，所述显示器耦接到所述中央区域；和
压电致动器，所述压电致动器被定位在所述设备外壳部件的所述边缘的所述表面上，并且在所述保护层的所述外围区域和所述设备外壳部件的所述边缘的所述表面之间被压缩，所述压电致动器被配置为将振动输入施加到所述保护层。
2.根据权利要求1所述的便携式电子设备，还包括多个压电致动器。
3.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述压电致动器被配置为测量由用户输入施加到所述显示器组件的力的量。
4.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述保护层由选自玻璃和蓝宝石的材料形成。
5.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述振动输入被施加在正交于所述保护层的面向内部的表面的方向上。
6.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述便携式电子设备为智能手表。
7.一种便携式电子设备，所述便携式电子设备包括：
设备外壳部件，所述设备外壳部件具有限定正面开口的边缘，所述边缘具有围绕所述正面开口的周边延伸的连续和平坦表面；
显示器组件，所述显示器组件耦接到所述设备外壳部件，所述显示器组件包括保护层；和
致动器，所述致动器被配置为将振动输入施加到所述显示器组件，所述致动器被定位在所述设备外壳部件的所述边缘的所述表面上，并且在所述边缘的所述表面和所述显示器组件的所述保护层之间被压缩。
8.根据权利要求7所述的便携式电子设备，其中所述致动器包括多个压电致动器。
9.根据权利要求8所述的便携式电子设备，其中所述多个压电致动器围绕所述边缘分布。
10.根据权利要求9所述的便携式电子设备，其中所述多个压电致动器的第一压电致动器被配置为在第一方向上产生力，并且所述多个压电致动器的第二压电致动器被配置为在与所述第一方向相反的第二方向上产生力。
11.根据权利要求7所述的便携式电子设备，其中所述致动器为包括永磁体和电磁线圈的音圈电动机。
12.根据权利要求11所述的便携式电子设备，其中所述电磁线圈耦接到所述保护层的外围。
13.一种便携式电子设备，所述便携式电子设备包括：
设备外壳部件，所述设备外壳部件具有限定正面开口的边缘，所述边缘具有围绕所述正面开口的周边延伸的连续和平坦表面；
显示器组件，所述显示器组件耦接到所述设备外壳部件，所述显示器组件包括保护层，以及直接耦接在所述保护层的中央区域下方的显示器；和
压电致动器阵列，所述压电致动器阵列被定位在所述设备外壳部件的所述边缘的所述表面上，在所述边缘的所述表面和所述显示器组件的面向内部的表面之间被压缩，并且被配置为将振动输入施加到所述显示器组件。
14.根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述压电致动器阵列被配置为利用所述阵列的所述压电致动器的子集或压电致动器将所述振动输入施加到所述显示器组件。
15.根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述压电致动器阵列的第一压电致动器被配置为将所述振动输入施加到所述显示器组件，并且所述压电致动器阵列的第二压电致动器被配置为测量在所述显示器组件处接收的由用户施加的力的量。
16.根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述压电致动器阵列的每个压电致动器被配置为施加振动输入，所述振动输入具有相对于所述保护层的面向内部的表面的竖直分量和水平分量。
17.根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述振动输入再现人声。
18.根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述压电致动器阵列沿着所述显示器组件的所述面向内部的表面布置成网格。
19.根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述振动输入被施加在沿与所述保护层的内部表面水平的方向上。
20.根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述便携式电子设备被配置为利用所述压电致动器阵列来确定由用户输入施加到所述显示器组件的力的量。
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