CN116107389A - 用于在电子设备处提供触觉输出的触觉结构 - Google Patents

Abstract

本公开提供用于在电子设备处提供触觉输出的触觉结构。实施方案涉及一种电子设备，该电子设备包括盖和定位在盖下方的触觉模块。触觉模块包括定位在盖下方并且偏离盖的基板，定位在基板与盖之间并且将基板耦接到盖的间隔件，以及定位在基板的表面上并偏离盖以限定压电元件与盖之间的间隙的压电元件。电子设备还可包括耦接到盖并且被配置为检测输入的传感器，以及能够操作地耦接到压电元件并且被配置为使压电元件响应于传感器检测到输入而偏转盖的处理单元。

Description

用于在电子设备处提供触觉输出的触觉结构

本申请为2021年11月9日提交的名称为“Haptic Structure for ProvidingHaptic Outputs at an Electronic Device”的美国临时专利申请第63/227,484号的非临时专利申请并要求该专利申请的权益，该专利申请的公开内容据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

所描述的实施方案整体涉及在电子设备处提供触觉输出。更具体地，本实施方案涉及用于在电子设备处提供触觉输出的压电结构。

背景技术

诸如膝上型计算机、平板电脑和智能电话之类的电子设备通常具有向用户通知发生的不同事件的不同方式。这可包括播放声音，提供触觉输出诸如振动，显示视觉通知等。触觉输出可由利用振动马达或摆动马达的致动器提供。然而，这些振动马达通常使整个电子设备振动并且不能提供局部触觉输出。此外，典型的振动马达往往是笨重的，并且可能期望具有可定位在较小空间中和/或占用较少地方的触觉结构。

发明内容

实施方案涉及一种电子设备，该电子设备包括盖和定位在盖下方的触觉模块。触觉模块可包括定位在盖下方的基板，定位在基板和盖之间并且将基板耦接到盖的间隔件，以及定位在基板上并偏离盖以限定压电元件和盖之间的间隙的压电元件。电子设备还可包括耦接到盖并且被配置为检测输入的传感器，以及能够操作地耦接到压电元件并且被配置为使压电元件响应于传感器检测到输入而偏转盖的处理单元。

实施方案还涉及一种电子设备，该电子设备包括壳体部件，耦接到壳体部件的盖，以及定位在盖下方的第一触觉模块和第二触觉模块。第一触觉模块和第二触觉模块中的每一者可包括致动条，该致动条包括基板和附接到基板的压电元件。第一触觉模块和第二触觉模块中的每一者还可包括定位在致动条和盖之间并且限定致动条和盖之间的间隙的间隔件。电子设备还可包括触摸传感器，该触摸传感器沿着盖定位并且被配置为确定到盖的触摸输入的位置；以及处理单元，该处理单元被配置为使第一触觉模块或第二触觉模块中的至少一者响应于触摸输入而致动。

实施方案进一步涉及一种电子设备，该电子设备包括具有显示器的上部部分以及耦接到上部部分的下部部分，其中下部部分限定键盘和触控板。电子设备可包括定位在触控板下方的触觉模块。触觉模块可包括间隔件，该间隔件附接到触控板的内表面；以及致动条，该致动条耦接到间隔件，由此限定致动条与触控板的内表面之间的间隙。致动条可包括基板和耦接到基板的压电元件。电子设备还可包括处理单元，该处理单元能够操作地耦接到触觉模块并且被配置为引起致动条的偏转以沿着触控板的外表面产生触觉输出。

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，其中类似的附图标号指代类似的结构元件，并且其中：

图1示出包括用于提供局部触觉输出的触觉结构的电子设备的示例；

图2示出图1所示的触觉结构的剖视图；

图3A至图3C示出图1所示的触觉结构的示例性中性状态和致动状态的剖视图；

图4A至图4C示出图1所示的触觉结构的示例性中性状态和致动状态的另一个剖视图；

图5A至图5B示出示例性触觉结构的透视图；

图6A至图6B示出示例性触觉结构的透视图；

图7示出包括触觉结构和力传感器的电子设备的一部分的顶视图；

图8A至图8B示出来自图7的示例性触觉结构的剖视图；

图9A示出包括触觉结构和力传感器的电子设备的一部分的顶视图；

图9B示出图9A所示的示例性触觉结构的剖视图；并且

图10是包括用于提供局部输出的触觉结构的电子设备的示例性框图。

应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中提供，以仅用于促进理解本文所述的各个实施方案，并因此可不必要地被呈现或示出以衡量并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。

具体实施方式

现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求书限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。

本文公开的实施方案涉及包括用于提供局部触觉输出的触觉模块的电子设备。触觉模块可耦接到电子设备的输入机构，该输入机构可包括触敏表面诸如触控板、触敏显示器和/或虚拟键盘、或其他外壳结构。触觉模块可直接耦接到输入机构并且通过致动压电元件引起输入机构的变形。在一些情况下，多个触觉模块可沿着输入机构定位，以产生由每个触觉模块引起的变形的组合所产生的统一输出。本文所述的触觉模块可包括结构，该结构包括薄层叠，同时减小压电元件上的应力。在一些情况下，本文所述的触觉模块的结构还可通过允许一系列安装取向和/或降低对准灵敏度来降低制造复杂性。触觉模块还可包括触摸传感器，该触摸传感器可确定对输入机构的触摸的位置和/或力。就这一点而言，可以致动触觉结构中的一个或多个触觉结构以在输入机构处提供协调和局部的触觉输出。

触觉模块可包括通过将压电元件偏离输入机构而减少压电元件上的应力的结构。触觉模块可包括通过间隔件耦接到输入机构的基板。间隔件可通过在基板和输入机构之间产生间隙来将基板偏离输入机构。压电元件可耦接到基板并且偏离输入机构。间隔件还可在压电元件和输入机构之间产生间隙。当压电元件被致动时，压电元件的运动可以通过基板和间隔件传递以使输入机构变形。附加地或另选地，当输入机构例如响应于触摸输入而变形时，输入表面的变形通过间隔件和基板传递到压电元件。就这一点而言，与直接耦接到输入机构的压电元件相比，间隔件和基板可用于减小压电元件上的应力。

在一些情况下，电子设备可包括壳，并且输入机构可耦接到壳。触觉模块可悬挂在输入机构的内表面上。壳可包括与触觉模块对准的开口。就这一点而言，触觉模块可以定位在开口内并且/或者当压电元件被致动时变形到开口中。触觉模块的结构可被称为“独立的”，其在此处用于指示触觉模块可使结构(诸如输入机构)变形，而不附接到辅助支撑结构，诸如外壳的另一部分。例如，触觉模块可以通过沿着一个或多个第一方向扩展和收缩来引起输入机构的变形，这引起输入表面在可基本上正交于一个或多个第一方向的一个或多个第二方向上的变形。触觉模块的致动可以引起输入机构中的屈曲型移动。就这一点而言，与其他类型的触觉致动器相比，触觉模块的独立结构可能对输入机构上的对准不太敏感并且/或者减小触觉模块的总厚度。

在一些情况下，本文描述的电子设备可包括触摸传感器。触摸传感器可包括定位在输入机构上并且随着输入机构移动的第一电极阵列。触摸传感器可包括相对于第一电极阵列的移动保持基本上固定的第二电极阵列。就这一点而言，触摸传感器可以输出指示第一电极阵列与第二电极阵列之间的距离变化的信号，并且电子设备可以基于触摸传感器信号确定触摸输入的位置和/或触摸输入的估计力。电子设备可致动一个或多个触觉模块以响应于触摸输入在输入机构处产生触觉输出。在一些情况下，触觉输出可以通过致动单个触觉模块来产生。在其他情况下，触觉输出可以是来自沿着输入机构定位的多个触觉模块的输出的组合。例如，每个触觉模块可以被独立地致动以产生由独立致动的触觉模块的组合产生的统一输出。

下面参考图1至图10来讨论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所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

图1示出包括用于提供触觉输出的触觉模块102的示例性电子设备100。如图1所示，电子设备100可以是膝上型计算设备。虽然膝上型电子设备在图中示出并且在下文中描述，但本文所述的触觉模块可与各种电子设备一起使用，这些电子设备包括但不限于平板电脑、移动电话、个人数字助理、计时设备、健康监测设备、可穿戴电子设备、输入设备(例如，触笔)、台式计算机、电子眼镜等。尽管提到了各种电子设备，但还可以结合其他产品并与各种材料组合来使用本公开的触觉模块102。

例如，触觉模块102可以在可穿戴电子设备的带、汽车的仪表板、汽车的方向盘、电子设备的外壳、键盘等上使用。使用本文所述的触觉模块102可替代常规旋转或线性致动器。结果，电子设备的轮廓可以更小和/或更薄。

电子设备100可包括外壳，该外壳包括壳体部件104和一个或多个输入机构106。在一些实施方案中，输入机构106可以是触敏输入设备，诸如触控板、键盘、触敏显示器等。电子设备100可包括可耦接到外壳的不同部分的一个或多个触觉模块102。例如，如图1所示，膝上型计算设备可包括上部部分105a和下部部分105b。上部部分105a可包括用作第一显示器并向用户提供视觉输出的第一输入机构106a。在一些情况下，第一输入机构106a可包括触敏显示器并从用户接收触摸输入。一个或多个触觉模块102可耦接到第一输入机构106a，并且被配置为沿着第一输入机构106a提供触觉输出。

膝上型计算机的下部部分105b可包括一个或多个附加输入机构。例如，下部部分可包括用作键盘的第二输入机构106b和用作触控板的第三输入机构106c。在一些情况下，第二输入机构106b和第三输入机构106c可以是不同的结构。例如，第二输入机构106b可以是键盘或用作键盘的触敏输入设备，并且第三输入机构106c可以是用作触控板的另一触敏输入设备。在该示例中，第二输入机构106b可包括键区域，该键区域可以虚拟地显示(例如，通过显示器)并且/或者是第二输入机制106b的物理特征(例如，物理键、印刷键名称等)。键区域可以以多种方式配置，诸如对应于QWERTY键盘布局。第二输入机构106b可包括对应于键区域中的一个或多个键区域的触觉模块102，例如，每个触觉模块可定位在指定键区域中的一个或多个指定键区域下方，并且被配置为在第二输入机构106b的区域中提供局部触觉输出。例如，定位在键区域下方的触觉模块可被配置为向键盘输入提供键触觉反馈，诸如点击型反馈，其对应于一个或多个键区域处的键击输入。附加地或另选地，第三输入机构106c可包括被配置为检测触摸输入的触敏表面，但可能不包括显示器。一个或多个触觉模块102还可以定位在第三输入机构106c下方，并且被配置为在第三输入机构106c的区域中提供局部触觉输出。

在其他情况下，下部部分105b可包括单个输入机构，诸如触敏显示器，其显示对应于不同输入结构的不同区域。例如，触敏显示器可以显示可作为虚拟键盘操作的键区域以及可作为虚拟触控板操作的触控板区域。在这些情况下，第一组触觉模块可包括触觉模块102，该触觉模块各自定位在一个或多个键区域下方并且被配置为向键盘输入提供局部触觉输出。第二组触觉模块可包括触觉模块102，该触觉模块定位在触控板区域下方并且被配置为向触控板区域提供局部触觉输出。

在一些实施方案中，输入机构106中的一者或多者可以是触敏显示器，并且被配置为确定在对应输入机构106的输入表面上的触摸的位置。因此，当触摸传感器检测到触摸的位置时，电子信号可以在检测到的位置处驱动一个或多个触觉模块102，从而在该位置处产生触觉输出。

触摸传感器可以是基于电容的触摸传感器，其相对于电子设备100的对应输入机构106或显示器堆叠而设置。尽管提供基于电容的触摸传感器作为一个示例，但是可以使用其他类型的传感器或感测装置。

电子设备100还可包括力感测元件，该力感测元件使用力传感器来检测和测量电子设备100的表面上的触摸的力的量值。表面可以是例如电子设备100的显示器、键盘区域、触控板或一些其他输入机构或表面。

如本文所述，触觉模块102可与触摸传感器或力传感器组合或以其他方式集成，并且可以提供输入能力和输出能力两者。例如，触觉模块102可以在任何检测到的触摸输入的位置处或附近提供触觉输出。触觉模块102还可以根据检测到的力的量来提供各种类型的触觉输出。另外，触觉模块102可用于检测所接收的力的量，诸如下文将描述的。

电子设备100可包括包封电子设备100的一个或多个部件的壳104。壳104还可耦接到一个或多个触觉模块102，或者可以以其他方式包含该一个或多个触觉模块。例如，一个或多个触觉模块102可耦接到电子设备100的壳104。

在一些情况下，本文公开的触觉模块102也可用于代替通常由于物理键或传统输入机构的机械连杆或部件而产生的反馈。例如，第二输入机构106b可包括触敏表面，该触敏表面包括限定虚拟键盘(例如，无机械键)的材料片，并且对应的触觉模块102可以提供模拟机械键的触感或触觉响应的触觉反馈，或者响应于触摸或按压而提供其他反馈。在其他情况下，第二输入机构106b可包括响应于用户输入(例如，键击)而致动或移动的机械键或键区域，并且对应触觉模块102可被配置为除了由键的移动提供的任何反馈之外提供触觉反馈。

在一个实施方案中，当在触觉模块102的位置处或附近接收力时，触觉模块102可以生成能够由电子设备100的电子部件测量的电信号(例如，脉冲或具有电压和/或电流的其他信号)。处理元件或传感器电路系统可响应于电信号并且可以将信号识别为输入。输入可以被视为二进制输入(例如，如果电荷或电流超过阈值，则被视为输入)或在连续统上变化的可变输入(例如，信号的不同特性对应于不同量的输入或不同输入)。

为了继续示例，由触觉模块102生成的电流或电压的量可以基于所接收的输入的类型而变化。例如，如果生成或检测到的电流的量高于第一阈值，则这可以指示接收到第一类型的触摸输入(例如，快速触摸或按压)。如果生成或检测到的电流的量高于第二阈值，则这可以指示接收到第二类型的触摸输入(例如，长触摸或按压)。

触觉模块102还可以与一个或多个力感测元件或者一个或多个力传感器结合工作，以确定施加到电子设备100的输入表面(或其他表面)的力的量。另外，触觉模块102可用于确定所接收的输入的位置，并且确定与所接收的输入相关联的一个或多个手势。例如，如果触觉结构或一系列触觉结构在电子设备100的表面上在一定时间段内并且在一定距离内检测到触摸输入，则可以检测到轻扫手势。

图2示出电子设备100的沿图1所示的剖面线A-A截取的剖视图。剖视图示出示例性输入机构106和耦接到输入机构106的示例性触觉模块102。输入机构106可以是触敏显示器的示例，并且包括定位在显示器204上方的透明盖202(其可以简称为“盖”)。盖202和壳104与其他部件一起可形成电子设备100的密封内部容积，该密封内部容积可容纳电子设备100的内部电子部件。在一些情况下，盖202基本上限定电子设备100的整个正面和/或前表面。盖202还可限定电子设备100的输入表面。例如，如本文所述，电子设备100可包括检测施加到盖202的输入的触摸传感器和/或力传感器。盖202可由玻璃、蓝宝石、聚合物、电介质或任何其他合适的材料形成或包括这些材料。

显示器204可定位在盖202下方并且至少部分地定位在壳104内。显示器204可限定显示图形输出的输出区域。图形输出可包括图形用户界面、用户界面元素(例如，按钮、滑块等)、文本、列表、照片、视频等。显示器204可包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)或任何其他合适的部件或显示技术。在一些情况下，显示器204可输出具有一个或多个图形对象的图形用户界面，该图形对象显示信息。

显示器204可以是触摸敏感和/或力敏感的，并且包括触摸传感器和/或力传感器或者与之相关联，这些触摸传感器和/或力传感器沿该显示器的输出区域延伸并且可使用任何合适的感测元件和/或感测技术。使用触摸传感器，电子设备100可检测施加到盖202的触摸输入，包括检测触摸输入的位置、触摸输入的运动(例如，施加到盖202的手势的速度、方向或其他参数)等。使用力传感器，电子设备100可检测与施加到盖202的触摸事件相关联的力的量或量值。触摸传感器和/或力传感器可检测各种类型的用户输入以控制或修改设备的操作，包括轻击、轻扫、多指输入、单指或多指触摸手势、按压等。触摸传感器和/或力传感器可与电子设备一起使用，如本文所述。

触觉模块102可包括基板206、间隔件208和压电元件210。基板206可以定位在盖202下方并且定位在电子设备100的内部中。间隔件208可例如使用粘合剂层212将基板206耦接到盖202，该粘合剂层可以是任何合适类型的粘合剂，诸如压敏粘合剂。在一些情况下，粘合剂层212可以将间隔件208耦接到输入机构106的底表面，诸如将间隔件208耦接到显示器204的底部表面。基板206可以偏离输入机构106，使得基板206与输入机构106之间存在间隙。就这一点而言，间隔件208可以是直接耦接到输入机构106的触觉模块102的唯一部件。基板206、压电元件210和柔性电路214可形成通过间隔件208耦接到输入机构106的致动条205。

压电元件210可定位在基板206上并且偏离输入机构106，使得压电元件210与输入机构106之间存在间隙。压电元件210可耦接到基板206并且被配置为在致动时使基板206变形。在一些情况下，压电元件210耦接到基板206的上表面(如图2所示)。附加地或另选地，压电元件210可耦接到基板206的其他表面，诸如基板206的底表面(未示出)。

压电元件210可以偏离输入机构106，使得其不直接耦接到输入机构106。当压电元件210被致动时，其可以使基板206变形，这导致压电元件210的移动经由间隔件208传递到输入机构106。就这一点而言，与直接耦接到输入机构106的压电材料(例如，被配置作为显示器堆叠内的层压层)相比，触觉模块可具有减少输入机构106与压电元件210之间的应力/应变的结构。例如，当输入机构106例如响应于触摸输入而变形时，压电元件210与输入机构106之间的偏移可以减少从输入机构106传递到压电元件210的应力的量。

触觉模块102还可包括柔性电路214，该柔性电路将压电元件210电耦接到电子设备的控制部件，诸如压电驱动器电路、电源、处理单元或向压电元件210提供输入并且/或者从该压电元件接收输出的其他电子部件。在一些情况下，柔性电路214定位在基板206与压电元件210之间并且包括电迹线和/或其他电子部件。在一些情况下，柔性电路214可包括聚合物基板，诸如聚酰亚胺(PI)基板，并且布线迹线可耦接到聚合物基板。在一些实施方案中，柔性电路214可从压电元件210延伸并且在间隔件208之外延伸。例如，柔性电路214可包括一个或多个电接口，诸如零插入力(ZIF)接口、热杆连接等，其定位在间隔件208外部，并且可用于将柔性电路214电耦接到电子设备100的其他电子部件。

基板206可由各种材料形成，包括金属和合金、聚合物、陶瓷或任何其他合适的材料或它们的组合。在一些情况下，基板206由钢材料形成，诸如不锈钢。间隔件208也可由各种材料形成，包括金属和合金、聚合物、陶瓷或任何其他合适的材料或它们的组合。在一些情况下，间隔件208由模制聚合物材料形成，诸如聚碳酸酯材料、聚乙烯材料、聚酰胺材料(尼龙)、苯乙烯材料、聚丙烯材料、聚酰亚胺材料、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)材料、橡胶(诸如硅橡胶)、它们的组合或任何其他合适的聚合物材料。在一些情况下，基板206和/或间隔件208可包括复合聚合物材料，诸如玻璃填充聚合物；碳、石墨或金属增强聚合物；或任何其他合适的复合材料。

压电元件210可包括任何合适的压电材料，包括无铅压电材料，诸如KKN压电材料、聚偏二氟乙烯(PVDF)或任何其他合适的无铅压电材料。在一些情况下，压电元件210可包括其他压电材料，诸如锆钛酸铅(PZT)。压电元件210可使用任何合适的技术(诸如使用粘合剂、直接粘结等)耦接到基板206。

触觉模块102的变形特性可以通过各种因素来控制和调整，这些因素包括基板206、间隔件208和压电元件210的大小(例如，厚度)、形状、材料特性。例如，触觉模块102的这些参数可被配置为在盖202处赋予期望量的变形以产生目标触觉输出。在一些情况下，触觉模块102可被配置为产生在5微米至30微米范围内的变形。在一些情况下，基板206的厚度可以在0.1毫米至1.0毫米的范围内，间隔件208的厚度可以在0.2毫米至1.5毫米的范围内，并且压电元件210的厚度可以在0.1毫米至1.0毫米的范围内。在一些情况下，压电元件210的厚度小于间隔件208的厚度，使得压电元件210偏离输入机构106。

在一些情况下，在致动条与输入机构之间形成的间隙可填充有材料。例如，这种材料可以是凝胶、封装剂或填充间隙的其他填料，例如以防止灰尘或碎屑的积聚。在一些情况下，这种填料材料可能不会显著影响致动条和/或输入机构106的弯曲特性。例如，填料材料可以比致动条205和/或输入机构106更具顺应性。

图3A至图3C示出沿图1所示的剖面线A-A截取的剖视图，图4A至图4C示出沿图1所示的触觉模块102的示例性中性状态和致动状态的剖面线B-B截取的剖视图。图3A和图4A示出在压电元件210处于非活动状态时处于中性状态的触觉模块102的示例。在非活动状态中，触觉模块102可以充当被动结构，并且可以响应于输入机构106变形而移动或以其他方式变形，例如响应于触摸输入。

图3B和图4B示出处于第一活动状态的触觉模块102的示例，并且图3C和图4C示出处于第二活动状态的触觉模块102的示例。例如，当将第一输入信号施加到压电元件210时，压电元件210可以使基板206具有凹形形状，该基板经由间隔件208使输入机构106也具有凹形形状，诸如图3B和图4B所示。在一些情况下，压电元件210的致动导致压电元件210弯曲或以其他方式使基板206变形，诸如以屈曲模式。基板206的弯曲或变形可导致间隔件208使输入机构106变形。在一些情况下，压电元件210可沿着第一方向(例如，压电元件210的长度和/或宽度)缩短或延长，这使输入机构106在基本上与第一方向正交的第二方向上移动。就这一点而言，间隔件208将压电元件210的运动传递到输入机构106。

当将第二输入信号施加到压电元件210时，压电元件210可以使基板206具有凸形形状，该基板经由间隔件208使输入机构106具有凸形形状，诸如图3C和图4C所示。每次压电元件210偏转时，可以提供触觉输出。

在一些实施方案中，压电元件210可被驱动以产生离散触觉输出，或者可被驱动以产生连续触觉输出。另外，压电元件210可在一系列频率下被驱动以产生不同类型和强度的触觉输出。例如，压电元件210可在1Hz直至1kHz或更高的频率下被驱动。

图5A和图5B示出示例性触觉模块500的透视图。触觉模块500可以是本文所述的触觉模块的示例。在图5A所示的示例中，触觉模块500a可包括基板502a、间隔件504a和压电元件506a。间隔件504a可以围绕压电元件506a延伸。间隔件504a可以将基板502a耦接到输入机构(未示出)，诸如输入机构106。就这一点而言，基板502a、间隔件504a和输入机构可以形成容纳压电元件506a的腔。压电元件506a可耦接到基板502a并且偏离输入机构，如本文所述。触觉模块500a可包括柔性电路508a，该柔性电路延伸经过基板502a的端部并且将触觉模块500a电耦接到电子设备，如本文所述。在其他情况下，柔性电路508a可延伸到基板502a的边缘，容纳在间隔件504a内，或者以其他合适的构型布置。

在图5B所示的示例中，触觉模块500b可包括多个间隔件元件504b，该多个间隔件元件定位在压电元件506b周围并且将基板502b耦接到输入机构(未示出)，诸如输入机构106。间隔件元件504b可以以多种方式配置，包括多个间隔件元件504b、长度、宽度和厚度，以在输入机构处引起期望的触觉响应。例如，多个离散间隔件元件504b可用于使输入机构以限定的图案变形。触觉模块500b可包括柔性电路508b，该柔性电路延伸经过基板502b的端部并且将触觉模块500b电耦接到电子设备，如本文所述。在其他情况下，柔性电路508b可延伸到基板502a的边缘，或者以其他合适的构型布置。

图6A和图6B示出包括集成基板和间隔件结构的示例性触觉模块600的透视图。触觉模块600可以是本文所述的触觉模块的示例。出于说明的目的，触觉模块600仅示出基板602和压电元件604，然而触觉模块600可包括其他部件，诸如柔性电路、耦接机构(例如，压敏粘合剂)等。触觉模块600可被配置为耦接到输入机构，如本文所述。

在图6A和图6B所示的示例中，触觉模块600可包括基板602，该基板包括一个或多个间隔件特征部603(为清楚起见仅标记一个)。基板602可以以多种方式形成，诸如通过金属片加工程序(例如，冲压、粘结等)形成；使用模制技术，诸如注塑成型；使用机加工技术；或任何其他合适的工艺。压电元件604可耦接到基板602，并且间隔件特征部603可以使压电元件604偏离输入机构，如本文所述。

图7示出包括触觉模块706和触摸传感器708的电子设备700的一部分的顶视图。电子设备700可为本文所述的电子设备的示例，诸如电子设备100。电子设备700可具有外壳，该外壳包括耦接到壳704的输入机构702。在一些情况下，输入机构702可通过密封件703耦接到壳704，该密封件可以是柔性密封件。一个或多个触觉模块706(为清楚起见标记其中一者)可耦接到输入机构702。一个或多个触摸传感器708(为清楚起见标记其中一者)也可耦接到输入机构702。

触摸传感器708可以以各种方式实现，包括基于电容的传感器、基于应变的传感器或其他合适的触摸和/或力感测技术。在一些情况下，触摸输入的位置可用于控制触觉模块706中的不同触觉模块处的输出。例如，触摸的位置可以用于确定到触觉模块706中的多个触觉模块的距离，并且由触觉模块706中的每个触觉模块生成的触觉输出可以与其距所确定的触摸位置的相应距离成比例地缩放。就这一点而言，触觉模块706可以各自以不同的方式被致动以在输入机构702处提供组合的触觉输出。在一些情况下，可以向每个触觉模块706供应不同的驱动信号以生成不同触觉输出。驱动信号的各种参数可以改变，诸如振幅、能量、脉冲、信号宽度、频率等，以在触觉模块706处产生不同的触觉效应。

图8A示出电子设备700的沿图7的剖面C-C截取的剖视图。图8A示出示例性触摸传感器708结构，其中壳704用作参考电极，并且电极710(为清楚起见标记其中一者)用作感测电极。电极710可耦接到输入机构702并且随着输入机构702移动。例如，输入机构702可响应于用户触摸而变形，并且这种变形可以改变电极710中的一者或多者与壳704之间的距离。每个触摸传感器708可以输出指示距离的这种变化的传感器信号，并且处理单元可被配置为基于传感器信号中的一个或多个传感器信号来确定触摸的位置。在一些情况下，传感器信号可用于估计触摸的力。例如，传感器信号可用于确定距离的变化，这可以用于基于一个或多个校准因子、查找表、输入机构702的机械特性或其他合适的因素或它们的组合来确定触摸的力。附加地或另选地，传感器信号可用于确定触摸的位置。例如，触摸传感器708中的多个触摸传感器的电响应的强度可用于内插或以其他方式确定触摸输入的位置。

在一些情况下，壳704可以限定开口705，并且触觉模块706可以对准和/或定位在开口705中。因此，当输入机构702变形时，触觉模块706可相对于壳704移动而不接触壳704或其他内部部件。在一些情况下，开口705可以帮助减少触觉模块706所需的空间的量并且帮助减小触觉模块706和/或输入机构702的总堆叠高度。

附加地或另选地，密封件703可被配置为用作可以检测对输入机构702的触摸的力传感器。在一些情况下，密封件703可被配置为基于电容的传感器、基于电阻的传感器或其他合适的传感器。例如，密封件703可包括将相对电极(未示出)分开的柔性部件。密封件703可响应于对输入机构702的触摸而变形，并且相对电极可以输出用于确定触摸的位置和/或估计触摸的力的信号。

图8B示出电子设备700的沿图7的剖面C-C截取的剖视图。图8B示出另一示例性触摸传感器712结构，其包括参考电极714和感测电极710(为清楚起见标记其中一者)。感测电极710可耦接到输入机构702并且随着输入机构702移动。参考电极714可耦接到壳704并且被配置为相对于输入机构702保持静止。例如，输入机构702可响应于用户触摸而变形，并且这种变形可以改变电极710中的一者或多者与参考电极714之间的距离。每个触摸传感器712可以输出指示距离的这种变化的传感器信号，并且处理单元可被配置为基于传感器信号中的一个或多个传感器信号来确定触摸的位置和/或力，如本文所述。

在一些情况下，参考电极714可通过密封件703耦接到壳704。壳704可以限定第一开口705，并且参考电极714和/或触觉模块706可以与第一开口705对准和/或定位在该第一开口内。附加地或另选地，参考电极714可以限定一个或多个第二开口707(为清楚起见示出其中一者)，并且触觉模块706可以与第二开口707对准和/或定位在该第二开口内。就这一点而言，当触觉模块706变形和/或致动时，通过允许该触觉模块在第一开口705和/或第二开口707内移动，第一开口705和/或第二开口707可以减小触觉模块706的总堆叠高度。

图9A示出包括触觉模块906和触摸传感器(在图9B中示出)的电子设备900的一部分的顶视图。电子设备900可为本文所述的电子设备的示例，诸如电子设备100。电子设备900可具有外壳，该外壳包括耦接到壳904的输入机构902。在一些情况下，输入机构902可通过密封件903耦接到壳904，该密封件可以是柔性密封件，如本文所述。一个或多个触觉模块906(为清楚起见标记其中一者)可耦接到输入机构902。触摸传感器和/或力传感器可以集成到输入机构902中，如图9B所示。

图9B示出电子设备900的沿图9A的剖面D-D截取的剖视图。输入机构902可以是本文所述的输入机构的示例，并且包括盖908、电极层909、顺应层910和第一基板912。触觉模块906可以耦接在输入机构902下方。触觉模块906可以是本文所述的触觉模块的示例，并且包括第二基板914、间隔件916和压电元件918。

输入机构902可被配置为基于顺应层910的厚度的变化来确定触摸的位置和/或估计触摸的力。例如，盖908上的触摸输入可以使顺应层910压缩。第一基板912可被配置为保持基本上未变形，并且电极层909可以随着顺应层910并且朝向第一基板变形。就这一点而言，输入机构902可被配置为输出指示电极层909与第一基板912之间的距离变化的一个或多个信号。在一些情况下，电极层909可包括各个电极的阵列，每个电极输出指示相应电极与第一基板912之间的距离变化的信号。

盖908可以是本文所述的盖的示例，并且由透明材料形成。输入机构902还可包括显示器911，该显示器可以是本文所述的显示器的示例。

在一些情况下，顺应层910包括定位在盖908和第一基板912之间的柔性结构阵列。例如，柔性结构可以是离散弹性体柱的阵列，诸如凝胶点阵列，其在不存在触摸输入时将盖908和第一基板912维持在分离距离处，并且响应于触摸输入而压缩以减小盖908和第一基板912之间的距离。第一基板912可由各种材料形成，包括金属和合金、聚合物、陶瓷或任何其他合适的材料或它们的组合。

触觉模块906可被配置为通过偏转输入机构902来引起盖908处的触觉输出。就这一点而言，触觉模块906可被配置为使第一基板912、显示器911、顺应层910、电极层909和盖908在压电元件918被致动时偏转。

图10是包括用于提供触觉输出的触觉结构的电子设备1000的示例性框图，该电子设备可采取如参考图1至图9描述的设备中的任一个设备的形式。电子设备1000可包括处理器1002、输入/输出(I/O)机构1004(例如，有线或无线通信接口)、显示器1006、存储器1008、传感器1010(例如，触摸和/或力传感器)以及电源1012(例如，可再充电电池)。处理器1002可控制电子设备1000的一些或所有操作。处理器1002可直接或间接地与电子设备1000的一些或所有部件通信。例如，系统总线或其他通信机构1014可提供处理器1002、I/O机构1004、存储器1008、传感器1010和电源1012之间的通信。

处理器1002可以实现为能够处理、接收或传输数据或指令的任何电子设备。例如，处理器1002可为微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或此类设备的组合。如本文所述，术语“处理器”意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或一个或多个其他合适的计算元件。

应当指出的是，电子设备1000的部件可由多个处理器控制。例如，电子设备1000的选择部件(例如，传感器1010)可由第一处理器和电子设备1000的其他部件控制并且电子设备1000的其他部件(例如，I/O 1004)可由第二处理器控制，其中第一处理器和第二处理器可以彼此通信或者不通信。

I/O设备1004可将数据传输到用户或另一个电子设备和/或从用户或另一个电子设备接收数据。I/O设备可经由通信网络诸如无线和/或有线网络连接传输电信号。无线和有线网络连接的示例包括但不限于蜂窝网络、Wi-Fi、蓝牙、IR和以太网连接。在一些情况下，I/O设备1004可与外部电子设备通信，诸如智能电话、智能手表或其他便携式电子设备，如本文所述。

电子设备可任选地包括显示器1006，诸如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、发光二极管(LED)显示器等。如果显示器1006为LCD，则显示器1006还可包括可受控以提供可变显示器亮度水平的背光部件。如果显示器1006为OLED或LED型显示器，则可通过修改被提供给显示元件的电信号来控制显示器1006的亮度。显示器1006可对应于本文所示或所述的显示器中的任一个显示器。

存储器1008可存储可由电子设备1000使用的电子数据。例如，存储器1008可以存储电数据或内容，诸如例如音频文件和视频文件、文档和应用程序、设备设置和用户偏好、定时信号、控制信号以及数据结构或数据库。存储器1008可被配置为任何类型的存储器。仅以举例的方式，存储器1008可以被实现为随机存取存储器、只读存储器、闪存存储器、可移动存储器、其他类型的存储元件或此类设备的组合。

电子设备1000还可包括定位在电子设备1000上的几乎任何位置处的一个或多个传感器1010。传感器1010可被配置为感测一个或多个类型的参数，诸如但不限于压力数据、光数据、触摸数据、热数据、移动数据、相对运动数据、生物计量数据(例如，生物参数)等。例如，传感器1010可包括热传感器、位置传感器、光或光学传感器、加速度计、压力换能器、陀螺仪、磁力仪、健康监测传感器等。此外，一个或多个传感器1010可利用任何合适的感测技术，包括但不限于电容、超声波、电阻、光学、超声、压电和热感测技术。

电源1012可用能够向电子设备1000提供能量的任何设备来实现。例如，电源1012可为一个或多个电池或可再充电电池。附加地或另选地，电源1012可为将电子设备1000连接到另一电源诸如壁装电源插座的电源连接器或电源线。

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，出于例示和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。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行的。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：

盖；

触觉模块，所述触觉模块定位在所述盖下方并且包括：

基板，所述基板定位在所述盖下方；

间隔件，所述间隔件定位在所述基板与所述盖之间并且将所述基板耦接到所述盖；以及

压电元件，所述压电元件定位在所述基板上并且偏离所述盖以限定所述压电元件与所述盖之间的间隙；

传感器，所述传感器耦接到所述盖并且被配置为检测输入；以及

处理单元，所述处理单元能够操作地耦接到所述压电元件并且被配置为响应于所述传感器检测到所述输入而使所述压电元件偏转所述盖。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中：

所述传感器包括第一电极和与所述第一电极分开一定距离的第二电极；

所述输入引起所述第一电极与所述第二电极之间的所述距离的变化；并且

所述传感器被配置为响应于所述第一电极与所述第二电极之间的所述距离的所述变化而估计所述输入的力。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述传感器被配置为响应于所述输入的所估计的力超过阈值而检测所述输入的位置。

4.根据权利要求2所述的电子设备，还包括壳体部件，其中：

所述盖耦接到所述壳体部件；并且

所述壳体部件的部分形成所述第二电极。

5.根据权利要求2所述的电子设备，其中：

所述第一电极和所述第二电极是输出第一力信号的第一力传感器的部分；

所述电子设备还包括输出第二力信号的第二力传感器；并且

所述处理单元被配置为基于所述第一力信号和所述第二力信号确定所述输入的位置。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其中：

所述第一力传感器沿着所述触觉模块的第一侧定位；并且

所述第二力传感器沿着所述触觉模块的第二侧定位。

7.根据权利要求1所述的电子设备，还包括壳体部件，其中：

所述壳体部件包括在所述盖下方延伸的平台；

所述平台限定开口；并且

所述触觉模块至少部分地定位在所述开口内。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其中：

所述盖限定虚拟键盘，所述虚拟键盘包括一个或多个键区域；并且

所述电子设备包括定位在所述虚拟键盘下方并且被配置为沿着所述一个或多个键区域提供触觉输出的多个触觉模块。

9.一种电子设备，包括：

壳体部件；

盖，所述盖耦接到所述壳体部件；

第一触觉模块和第二触觉模块，所述第一触觉模块和所述第二触觉模块定位在所述盖下方并且所述第一触觉模块和所述第二触觉模块中的每一者包括：

致动条，所述致动条包括：

基板；和

压电元件，所述压电元件附接到所述基板；以及

间隔件，所述间隔件定位在所述致动条与所述盖之间并且限定所述致动条与所述盖之间的间隙；

触摸传感器，所述触摸传感器沿着所述盖定位并且被配置为确定在所述盖处接收的触摸输入的位置；以及

处理单元，所述处理单元被配置为使所述第一触觉模块或所述第二触觉模块中的至少一者响应于所述触摸输入而致动。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其中：

所述触摸传感器包括：

定位在所述盖下方的第一电极阵列；以及

偏离所述第一电极阵列的第二电极阵列；

所述第一电极阵列中的至少一个电极被配置为响应于所述触摸输入而偏转；并且

所述处理单元被配置为基于所述至少一个电极的偏转来确定所述触摸输入的所述位置。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其中，所述处理单元被配置为基于所述至少一个电极的所述偏转来估计所述触摸输入的力。

12.根据权利要求9所述的电子设备，其中，所述处理单元被配置为：

基于所述触摸输入的所确定的位置，用第一信号致动所述第一触觉模块；

基于所述触摸输入的所确定的位置，用不同于所述第一信号的第二信号致动所述第二触觉模块；以及

所述第一触觉模块和所述第二触觉模块的致动在沿着所述盖的所确定的位置处提供触觉输出。

13.根据权利要求9所述的电子设备，其中：

所述第一触觉模块包括具有在第一方向上延伸的长度的压电材料条；

致动所述第一触觉模块引起所述压电元件的长度的变化；并且

响应于所述压电元件的所述长度的变化，所述盖在横向于所述第一方向的第二方向上偏转。

14.根据权利要求9所述的电子设备，其中：

所述盖包括玻璃片和定位在所述玻璃片下方的显示层；并且

所述第一触觉模块和所述第二触觉模块定位在所述显示层下方。

15.根据权利要求9所述的电子设备，还包括定位在所述盖与所述壳体部件之间的柔性密封件，其中：

所述盖通过所述柔性密封件耦接到所述壳体部件；并且

所述柔性密封件包括力传感器，所述力传感器被配置为估计所述触摸输入的力。

16.一种电子设备，包括：

上部部分，所述上部部分包括显示器；

下部部分，所述下部部分耦接到所述上部部分并且限定：

键盘；和

触控板；

触觉模块，所述触觉模块定位在所述触控板下方并且包括：

间隔件，所述间隔件附接到所述触控板的内表面；以及

致动条，所述致动条耦接到所述间隔件，由此限定所述致动条与所述触控板的所述内表面之间的间隙，所述致动条包括：

基板；以及

压电元件，所述压电元件耦接到所述基板；以及

处理单元，所述处理单元能够操作地耦接到所述触觉模块并且被配置为引起所述致动条的偏转以沿着所述触控板的外表面产生触觉输出。

17.根据权利要求16所述的电子设备，还包括：

第一组电极；

第二组电极，所述第二组电极与所述第一组电极分开一定距离；和

柔性结构阵列，所述柔性结构阵列定位在所述第一组电极与所述第二组电极之间。

18.根据权利要求17所述的电子设备，其中：

所述柔性结构阵列被配置为响应于在所述触控板处接收的触摸输入而变形并且引起所述第一组电极中的第一电极与所述第二组电极中的第二电极之间的距离的变化；并且

所述处理单元被配置为基于所述第一电极与所述第二电极之间的所述距离的所述变化来确定所述触摸输入的位置。

19.根据权利要求18所述的电子设备，其中，所述处理单元被配置为：

基于所述第一组电极与所述第二组电极之间的距离的变化来估计所述触摸输入的力；以及

基于所述触摸输入的所确定的位置、所述触摸输入的所估计的力或它们的组合来控制所述触觉模块的偏转的量。

20.根据权利要求18所述的电子设备，其中：

所述触觉模块是第一触觉模块；

所述电子设备还包括第二触觉模块；并且

所述处理单元被配置为：

基于所述触摸输入的所述位置致动所述第一触觉模块以引起第一量的偏转；以及

基于所述触摸输入的所述位置致动所述第二触觉模块以引起与所述第一量的偏转不同的第二量的偏转。

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