專利名稱：多模觸覺反饋系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種實(shí)施方式涉及觸覺反饋系統(tǒng)。更具體地， 一種實(shí)施方式涉及
多模觸覺反饋系統(tǒng)(multiple mode haptic feedback system )。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備制造商們努力為客戶制造豐富的接口 。傳統(tǒng)的設(shè)備使用 視覺和聽覺提示為用戶提供反饋。在一些接口設(shè)備(interface device ) 里，運(yùn)動(dòng)反饋(例如主動(dòng)力和阻力反饋)和/或觸覺反饋(例如振動(dòng)、 質(zhì)地和熱)也提供給用戶，更一般地共同認(rèn)知為"觸覺反饋"。觸覺反 饋能提供提示以增強(qiáng)并簡化用戶接口。具體地，振動(dòng)效果、或振動(dòng)觸 覺的觸覺效果在提供提示給電子設(shè)備的用戶以警報(bào)用戶特定事件的情 況下是有用的，或提供真實(shí)的反饋以造成在模擬或虛擬環(huán)境里的更大 的感官沉浸(sensory immersion )。
觸覺反饋也被日益合并到便攜式電子設(shè)備，例如移動(dòng)電話、個(gè)人 數(shù)字助理(PDA)、便攜式游戲設(shè)備以及許多其它的便攜式電子設(shè)備。 例如一些便攜式游戲應(yīng)用能夠以與配置為提供觸覺反饋的大型游戲系 統(tǒng)共同使用的控制設(shè)備(比如，操縱桿等)相似的方式振動(dòng)。此外， 例如移動(dòng)電話和PDA的設(shè)備能夠通過振動(dòng)的方式給用戶提供各種警 報(bào)。例如，移動(dòng)電話能通過振動(dòng)來警報(bào)用戶來電了。類似地，PDA能 警報(bào)用戶所計(jì)劃的日歷項(xiàng)目，或向用戶提供對"要做(to do)"的列表 項(xiàng)目或日歷約會(huì)的提醒。
對于便攜式設(shè)備，成本是重要的驅(qū)動(dòng)因素。因此，為了產(chǎn)生觸覺 效果，通常使用單個(gè)低成本的致動(dòng)器，例如偏心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量("ERM") 電機(jī)或電磁電機(jī)。典型地，標(biāo)準(zhǔn)便攜式電子設(shè)備，例如PDA和移動(dòng)電 話輸出的振動(dòng)是施加到便攜式設(shè)備的殼體的簡單振動(dòng)，如通?；蜷_或關(guān)以發(fā)出警報(bào)的二元振動(dòng)器(binary vibrator)那樣運(yùn)行。也就是說， 這些設(shè)備的振動(dòng)能力通常被限制為全動(dòng)力振動(dòng)(full power vibration ) ("完全開啟"狀態(tài))或休息狀態(tài)("完全關(guān)閉")。因此， 一般來說， 這種設(shè)備所能提供的振動(dòng)的量級(jí)的變化很小。
逐漸地，便攜式設(shè)備正在放棄使用物理按鈕而采用只有觸摸屏的 接口。這種轉(zhuǎn)變允許增強(qiáng)靈活性、減少零件數(shù)量并減少對容易發(fā)生故 障的機(jī)械按鈕的依賴，以及符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的趨勢。當(dāng)使用觸摸 屏輸入設(shè)備時(shí)，可用觸覺來模擬有關(guān)按鈕壓下或其它用戶接口動(dòng)作的 才幾械確" 人(mechanical confirmation)。為了有效并4吏用戶高興，用 來模擬按鈕的觸覺應(yīng)典型地主要被應(yīng)用于觸摸屏而不是殼體。然而， 與便攜式設(shè)備典型地一同提供的單個(gè)致動(dòng)器通常不能產(chǎn)生觸覺效果來 產(chǎn)生殼體上的警報(bào)，并還產(chǎn)生其它觸覺效果，以比如在觸摸屏上模擬 觸摸屏按鈕。因此需要一個(gè)或更多個(gè)附加致動(dòng)器來產(chǎn)生所需要的多個(gè) 觸覺效果。不幸地是，這樣增加了便攜式設(shè)備的成本。
基于前述的，需要一種使用單個(gè)致動(dòng)器來產(chǎn)生多個(gè)觸覺效果的系 統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
一種實(shí)施方式是觸覺效果設(shè)備，其包括殼體和通過懸架 (suspension)耦聯(lián)到殼體的觸摸屏。致動(dòng)器耦聯(lián)到觸摸屏。懸架被 調(diào)整(tune)為以便當(dāng)致動(dòng)器以第一頻率產(chǎn)生第一振動(dòng)時(shí)，第一振動(dòng)
實(shí)質(zhì)上與殼體隔離并被應(yīng)用在觸摸屏上以模擬機(jī)械按鈕。進(jìn)一步，當(dāng) 致動(dòng)器以第二頻率產(chǎn)生第二振動(dòng)時(shí)，第二振動(dòng)實(shí)質(zhì)上被傳遞到殼體以 產(chǎn)生振動(dòng)警報(bào)。


圖l是依照一種實(shí)施方式的移動(dòng)電話的剖視圖。 圖2是加速度量值與驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的曲線圖，示出在依照一種實(shí) 施方式調(diào)整懸架后電話的頻率響應(yīng)。圖3是一種實(shí)施方式的對于點(diǎn)擊振動(dòng)頻率的加速度量值與時(shí)間的 曲線圖。
圖4是與圖3相同的實(shí)施方式的對于警報(bào)振動(dòng)頻率的加速度量值 與時(shí)間的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
一種實(shí)施方式是包括用懸架耦聯(lián)到設(shè)備殼體的觸摸屏的設(shè)備。單 個(gè)致動(dòng)器產(chǎn)生觸覺效果振動(dòng)，該觸覺效果振動(dòng)實(shí)質(zhì)上在一種模式中只 被施加到觸摸屏，而在另一種模式中被施加到殼體。
在手持便攜式觸摸屏設(shè)備上典型地提供的一種類型的觸覺效果 是被施加到設(shè)備殼體的"警報(bào)，，振動(dòng)。警報(bào)振動(dòng)當(dāng)在100Hz-200Hz頻率 范圍振動(dòng)時(shí)是有效的。警報(bào)是一種振動(dòng)的方法，用來通知用戶現(xiàn)在、 將來或過去的事件。這樣的警報(bào)可以是發(fā)信號(hào)以告知來電的鈴聲，這 里鈴聲已經(jīng)被變換到相當(dāng)于工作在手持設(shè)備上的振動(dòng)。警報(bào)可以用來 通知用戶因?yàn)檎疋?ringing)、忙和呼叫等待而未接的電話。警報(bào)的 其它例子包括操作提示，來指導(dǎo)用戶通過一個(gè)操作，例如對于每個(gè)菜 單有不同感覺的發(fā)送(Send) /好(OK)和用于向下滾動(dòng)屏幕的信息 導(dǎo)航，并感覺已讀信息和未讀信息之間的不同。進(jìn)一步，對于有GPS 跟蹤的移動(dòng)電話，確定相距指定地理位置的距離的接近感測應(yīng)用 (proximity sensing application )能產(chǎn)生警凈艮。
在手持便攜式觸摸屏設(shè)備上典型地提供的另一類型的觸覺效果 是被施加到觸摸屏上以模擬按鈕的壓下的"點(diǎn)擊"振動(dòng)效果。傳統(tǒng)的機(jī) 械按鈕的度量顯示令人高興和滿意的按鈕感覺是以大約^00Hz范圍 的短而干脆的振動(dòng)為特征的。為了最有效，觸覺振動(dòng)效果應(yīng)主要被應(yīng)
用于觸摸屏而不是殼體上。
圖1是依照一種實(shí)施方式的移動(dòng)電話10的剖^L圖。電話10包括 觸摸屏14，觸摸屏14顯示能被用戶通過觸摸或?qū)τ|摸屏14的其它接 觸來選擇的電話鍵和其他功能鍵。電話10進(jìn)一步包括包圍電話10的 內(nèi)部部件并支撐觸摸屏14的殼體或主體12。當(dāng)用戶使用電話10時(shí)，用戶典型地通過殼體12來在一只手里拿著電話10，而用另一只手接 觸觸摸屏14。其它實(shí)施方式不是移動(dòng)電話且沒有觸摸屏，而是有其它 類型的輸入接口的觸覺設(shè)備。除了觸摸屏的其它輸入接口可能是迷你 操縱桿、滾輪、方向鍵、鍵盤、觸摸敏感的表面等。與移動(dòng)電話一樣， 對于這些設(shè)備，期望有連接到輸入接口的點(diǎn)擊感覺和在整個(gè)設(shè)備上產(chǎn) 生的警報(bào)振動(dòng)。
觸摸屏14被圍繞觸摸屏14的懸架18柔性地懸掛/漂浮或安裝到 殼體12。在一種實(shí)施方式中，懸架18由例如PORON⑧的泡沫材料制 成的粘彈框密封墊(viscoelastic bezel seal gasket)構(gòu)成。在其它實(shí)施 方式中，任何其它類型的材料能被用于懸架18，只要它能按如下所公 開的方式進(jìn)行"調(diào)整"。
線性諧振致動(dòng)器("LRA")或其它類型的致動(dòng)器16 (比如，形 狀記憶合金、電活化聚合物、壓電的等)被剛性地耦聯(lián)到觸摸屏14。 LRA包括附接到彈簧的磁性質(zhì)量塊(magnetic mass)。磁性質(zhì)量塊 由電線圏供能并抵著彈簧在與觸摸屏14垂直的方向上被前后驅(qū)動(dòng)以 產(chǎn)生振動(dòng)。在一種實(shí)施方式中，致動(dòng)器16具有大約150Hz-190Hz的 諧振頻率。諧振頻率是加速度響應(yīng)在其峰值時(shí)的頻率范圍。為了產(chǎn)生 信號(hào)和動(dòng)力給致動(dòng)器16以造成期望的觸覺效果，控制器/處理器、存 儲(chǔ)器設(shè)備和其它必要的部件(未顯示)被耦聯(lián)到致動(dòng)器16。致動(dòng)器16 能以通過改變到致動(dòng)器16的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、振幅和定時(shí)的已知方式 產(chǎn)生不同的觸覺效果。振動(dòng)可與觸摸屏14垂直或在另外的方向(比如， 在平面內(nèi))。在一種實(shí)施方式中，沿著屏幕表面的振動(dòng)(X或Y振動(dòng)) 是有利的，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生等效的觸覺信息，并由于屏幕在這些方向的 固有硬度而也在整個(gè)觸摸屏上更加均勻地分布。
在一種實(shí)施方式中，懸架18被調(diào)整為使設(shè)備10的殼體12與被 施加到觸摸屏14上的以點(diǎn)擊頻率(>200Hz)的振動(dòng)隔離以模擬按鈕 壓下，但是在約等于致動(dòng)器16的諧振頻率的警報(bào)頻率(~150Hz)下 把振動(dòng)有效地傳遞到殼體12，以產(chǎn)生警報(bào)觸覺效果。調(diào)整懸架18能 通過例如，改變對材料的選擇以得到期望的屬性、改變總的截面面積、改變厚度等來實(shí)現(xiàn)。
圖2是加速度量值與驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的曲線圖，示出在依照一種實(shí) 施方式調(diào)整懸架18后電話10的頻率響應(yīng)。曲線20是在殼體12上測 量的頻率響應(yīng)，并指示在警報(bào)頻率( 150Hz)的諧振頻率(f》。曲 線30是在觸摸屏14上測量的頻率響應(yīng)，并指示在點(diǎn)擊頻率(>200Hz 或 500Hz)的諧振頻率(f2)。
在操作中，在按鍵壓下確認(rèn)(key-press confirmation )的情形下， 觸覺效果振動(dòng)能可選地被產(chǎn)生為只傳遞到觸摸屏14的點(diǎn)擊振動(dòng)，同時(shí) 實(shí)質(zhì)上通過懸架18而與殼體12隔離，這可通過在點(diǎn)擊頻率來產(chǎn)生該 效果。類似地，觸覺效果振動(dòng)能可選地被產(chǎn)生為警報(bào)振動(dòng)，振動(dòng)傳遞 到殼體12而實(shí)質(zhì)上沒有衰減，這可通過在警報(bào)頻率來產(chǎn)生該效果。
圖3是一種實(shí)施方式的對于點(diǎn)擊頻率(>200Hz)的加速度量值 與時(shí)間的曲線圖。在圖3的實(shí)施方式中，使用每邊一條的兩條PORON⑧ 懸掛觸摸屏14，而LRA帶有 155Hz的諧振頻率。跡線32使用曲線 圖左側(cè)上的刻度指示觸摸屏14上的加速度計(jì)讀數(shù)。跡線34使用曲線 圖右側(cè)上的刻度指示電話10的背面的殼體12上的加速度計(jì)讀數(shù)。
如顯示的，與被支撐手(supporting hand )通過殼體的感受相比， 振動(dòng)主要被按壓手指通過觸摸屏感受(5:1的加速度比(acceleration ratio))。此外，點(diǎn)擊振動(dòng)在驅(qū)動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)后 3ms迅速達(dá)到峰值，并 在減速開始后 5ms衰退。這對于產(chǎn)生干脆的機(jī)械按鈕感覺是理想的。
圖4是圖3的相同實(shí)施方式的對于警報(bào)振動(dòng)頻率( 150Hz)的加 速度量值與時(shí)間的曲線圖。跡線42使用曲線圖左側(cè)上的刻度指示觸摸 屏14上的加速度計(jì)讀數(shù)。跡線44使用曲線圖右側(cè)上的刻度指示電話 10的背面的殼體12上的加速度計(jì)讀數(shù)。雖然觸摸屏通過懸架18隔離， 警報(bào)振動(dòng)傳遞到殼體12并被支撐手感受而幾乎沒有衰減。這對于產(chǎn)生 有效警報(bào)是理想的。
在這里具體示出和/或描述了幾種實(shí)施方式。然而，將理解，本 發(fā)明的更改和變化被以上教授的內(nèi)容所覆蓋，并在隨附的權(quán)利要求的 范圍內(nèi)，而不背離本發(fā)明的精神和意旨的范圍。例如，以上公開的一些實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)為帶有觸摸屏的移動(dòng)電話， 其是能被用戶抓住、夾住或以其它方式物理接觸以及操作的物體。同 樣地，能在類似地由用戶操作并需要兩種觸覺效果的模式的其它觸覺
啟用的輸入(haptics enabled input)和/或輸出設(shè)備上使用本發(fā)明。這 樣的其它設(shè)備能包括其它觸摸屏設(shè)備(比如，車輛上的全球定位系統(tǒng) ("GPS")導(dǎo)航屏、自動(dòng)拒員機(jī)("ATM")顯示屏)、控制電子儀器 的遠(yuǎn)程(比如，音頻/視頻、車庫門、家庭安全等)和游戲控制器(比 如，操縱桿、鼠標(biāo)、游戲鍵盤專用控制器(gamepad specialized controller)等)。這種輸入和/或輸出設(shè)備的操作對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 是眾所周知的。
權(quán)利要求
1. 一種觸覺設(shè)備，包括殼體；通過懸架耦聯(lián)到所述殼體的輸入接口；以及耦聯(lián)到所述輸入接口的致動(dòng)器；其中所述懸架被配置為使得當(dāng)所述致動(dòng)器以第一頻率產(chǎn)生第一振動(dòng)時(shí)，所述第一振動(dòng)實(shí)質(zhì)上與所述殼體隔離，而當(dāng)所述致動(dòng)器以第二頻率產(chǎn)生第二振動(dòng)時(shí)，所述第二振動(dòng)實(shí)質(zhì)上被傳遞到所述殼體。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一頻率大于所述第二頻率。
3. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述第一頻率約〉200Hz。
4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二頻率大約是 100Hz-200Hz。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述致動(dòng)器是線性諧振致動(dòng)器。
6. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述懸架包括泡沫材料。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述泡沫材料包括PORON⑧。
8. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一振動(dòng)響應(yīng)于在所述 輸入接口上的接觸而實(shí)質(zhì)上被施加在所述輸入接口上。
9. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述笫一振動(dòng)模擬機(jī)械按鈕。
10. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述第二振動(dòng)提供警報(bào)。
11. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述輸入接口是觸摸屏。
12. —種操作包括殼體和輸入接口的設(shè)備的方法，所述方法包括 由致動(dòng)器以第一頻率產(chǎn)生第一振動(dòng)，其中所述第一振動(dòng)通過耦聯(lián)到所述輸入接口的懸架而與所述殼體實(shí)質(zhì)上隔離；和由所述致動(dòng)器以第二頻率產(chǎn)生第二振動(dòng)，其中所述第二振動(dòng)實(shí)質(zhì) 上被傳遞到所述殼體。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一頻率約>2001^。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二頻率大約是 100Hz誦200Hz。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中產(chǎn)生第一振動(dòng)是響應(yīng)于檢 測到所述輸入接口上的接觸而進(jìn)行的。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一振動(dòng)模擬機(jī)械按鈕。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中產(chǎn)生第二振動(dòng)是響應(yīng)于需 要提供警報(bào)而進(jìn)行的。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述輸入接口是觸摸屏。
19. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一振動(dòng)大于所述第二振動(dòng)o
20. —種手持設(shè)備，包括 殼體；耦聯(lián)到所述殼體的輸入接口 ； 耦聯(lián)到所述殼體的懸架； 耦聯(lián)到所述輸入接口的致動(dòng)器；以及耦聯(lián)到所述致動(dòng)器的控制器，被配置為以第一頻率產(chǎn)生第一振動(dòng) 和以第二頻率產(chǎn)生第二振動(dòng)；其中所述懸架適于使所述第一振動(dòng)實(shí)質(zhì)上與所述殼體隔離，并將 所述第二振動(dòng)實(shí)質(zhì)上施加在所述殼體上。
21. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述第一頻率約〉200Hz。
22. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述第二頻率大約是 100Hz-200Hz。
23. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述致動(dòng)器是線性諧振致動(dòng)器。
24. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述懸架包括泡沫材料。
25. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述泡沫材料包括 PORON 。
26. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述第一振動(dòng)響應(yīng)于在所述輸入接口上的接觸而實(shí)質(zhì)上被施加在所述輸入接口上。
27. 如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述第一振動(dòng)模擬機(jī)械按鈕。
28. 如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述第二振動(dòng)提供警報(bào)。
29. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述輸入接口是觸摸屏。
30. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述第一振動(dòng)大于所述第 二振動(dòng)。
31. —種手持設(shè)備，包括殼體；耦聯(lián)到所述殼體的輸入接口 ； 耦聯(lián)到所述殼體的懸架； 耦聯(lián)到所述輸入接口的致動(dòng)器；和用于由所述致動(dòng)器以第一頻率產(chǎn)生第一振動(dòng)的裝置，其中所述第 一振動(dòng)實(shí)質(zhì)上與所述殼體隔離；和用于由所述致動(dòng)器以第二頻率產(chǎn)生第二振動(dòng)的裝置，其中所述第 二振動(dòng)實(shí)質(zhì)上被傳遞到所述殼體。
全文摘要
一種觸覺效果設(shè)備包括殼體和通過懸架耦聯(lián)到殼體的觸摸屏。致動(dòng)器耦聯(lián)到觸摸屏。懸架被調(diào)整以當(dāng)致動(dòng)器以第一頻率產(chǎn)生第一振動(dòng)時(shí)，第一振動(dòng)實(shí)質(zhì)上與殼體隔離并被施加在觸摸屏上以模擬機(jī)械按鈕。進(jìn)一步，當(dāng)致動(dòng)器以第二頻率產(chǎn)生第二振動(dòng)時(shí)，第二振動(dòng)實(shí)質(zhì)上被傳遞到殼體以產(chǎn)生振動(dòng)警報(bào)。
文檔編號(hào)G06F3/01GK101523329SQ200780037012
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月5日
發(fā)明者D·A·格蘭特, J·M·克魯茲-埃爾南德斯, P·格雷戈里奧 申請人:英默森公司