專利名稱：用于觸覺反饋設(shè)備的電活性聚合物換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對(duì)使用電活性聚合物換能器以提供感覺反饋。背景由許多已知的用戶界面設(shè)備都利用了觸覺反饋(通過施加在用戶身上的力來與 用戶交流信息)，典型地，該觸覺反饋是響應(yīng)由用戶發(fā)出的力。利用觸覺反饋的用戶界面設(shè) 備的例子是可以包括鍵盤、觸摸屏、計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、軌跡球、手寫桿、操縱桿，等等。由這些類型 的界面設(shè)備提供的觸覺反饋是以物理感覺的形式諸如振動(dòng)、脈動(dòng)、彈簧力等等的，其可由用 戶直接地感覺(例如，經(jīng)由觸摸屏幕)、間接地感覺(例如，當(dāng)錢包或手袋中的手機(jī)振動(dòng)時(shí)， 經(jīng)由這種振動(dòng)的效果)、或者以其他方式感覺(例如，經(jīng)由引起了壓力擾動(dòng)，而不產(chǎn)生傳統(tǒng) 意義上的音頻信號(hào)的運(yùn)動(dòng)物體的活動(dòng))。通常，帶有觸覺反饋的用戶界面設(shè)備可以是“接收了”由用戶所發(fā)出活動(dòng)的輸入設(shè) 備，和提供了指示已發(fā)出活動(dòng)的觸覺反饋的輸出設(shè)備。實(shí)際上，一些用戶界面設(shè)備被接觸 或觸摸的部分或表面，例如按鍵的位置，就是通過由用戶所施加的力沿著而至少一個(gè)自由 度改變的，其中所施加的力必須達(dá)到某個(gè)最小臨界值，以便使接觸部分改變位置并產(chǎn)生觸 覺反饋。接觸部分位置變化的實(shí)現(xiàn)或?qū)?zhǔn)導(dǎo)致了響應(yīng)力(例如，反彈、振動(dòng)、脈動(dòng))，其也被 施加到在設(shè)備中承受了用戶動(dòng)作的接觸部分上，這種力通過他或她的觸摸感覺被傳達(dá)給用 戶。用戶界面設(shè)備的一個(gè)普通例子是鼠標(biāo)上的按鈕，其利用了反彈或“兩相”式的觸覺 反饋。即直到所施加的力達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)按鈕才移動(dòng)，此時(shí)按鈕相對(duì)容易地向下移動(dòng)，并 隨后停止_該動(dòng)作的總體感覺被定義為“點(diǎn)擊”按鈕。用戶所施加的力實(shí)質(zhì)上是沿著垂直 于按鈕表面的軸線，正如由用戶所感受到的響應(yīng)(但相反)力一樣。在另一個(gè)例子中，當(dāng)用戶在觸摸屏上進(jìn)行輸入時(shí)，典型地，屏幕通過屏幕上的圖形 改變來確認(rèn)輸入，所述圖形改變是與/不與聽覺提示一起發(fā)生的。觸摸屏提供圖形反饋，這 通過在屏幕上的視覺提示，諸如改變色彩或形狀的方式來實(shí)現(xiàn)。觸摸板則通過在屏幕上的 光標(biāo)來提供視覺反饋。雖然上面的提示提供了反饋，但來自手指致動(dòng)的輸入設(shè)備的最直觀 且有效的反饋卻是觸覺反饋，諸如鍵盤鍵的制動(dòng)(detent)或者鼠標(biāo)滾輪的制動(dòng)。因此，在 觸摸屏上并入觸覺反饋是值得期待的。已知觸覺反饋能力改進(jìn)了用戶的生產(chǎn)力和效率，尤其是在數(shù)據(jù)輸入方面的生產(chǎn)力 和效率。由此發(fā)明人相信，進(jìn)一步改進(jìn)被傳達(dá)給用戶的觸覺感覺的特性與質(zhì)量可以進(jìn)一步 增加這種生產(chǎn)力和效率。如果提供這種改進(jìn)所通過的感覺反饋機(jī)制被容易且有成本效益地 制造，并且不會(huì)增加且優(yōu)選地是減少已知觸覺反饋設(shè)備的空間、尺寸和/或質(zhì)量要求的話， 則將會(huì)有額外的益處。
發(fā)明概述本發(fā)明包括的設(shè)備、系統(tǒng)和方法涉及用于感覺應(yīng)用的電活性換能器。在一個(gè)變化 中，提供了具有感覺反饋的用戶界面設(shè)備。本發(fā)明的一個(gè)益處是，每當(dāng)觸發(fā)了傳感器板上的 輸入，或者通過軟件觸發(fā)了致動(dòng)器，則為裝備了觸摸屏或觸摸板的電子設(shè)備的用戶提供觸 覺反饋手段。觸摸屏可以是剛性或柔性的，這取決于要用到所述用戶界面設(shè)備的所需應(yīng)用。在一個(gè)變化中，此處描述的系統(tǒng)包括用于向用戶顯示信息的用戶界面設(shè)備，所述 用戶界面包括屏幕，其具有被配置成用于由用戶觸覺接觸的用戶界面表面和傳感器板，該 屏幕被配置成顯示信息；框架，其在所述屏幕的至少一部分的周圍；以及電活性聚合物材 料，其耦合在屏幕與框架之間，其中由用戶生成的輸入信號(hào)導(dǎo)致電場(chǎng)被施加到電活性聚合 物材料上，從而導(dǎo)致電活性聚合物材料以產(chǎn)生足以被用戶觸覺察覺到的力的方式來位移屏 幕和傳感器面板中的至少一個(gè)。此處描述的用戶界面設(shè)備可以配置成供用戶觸覺接觸，并且其中用戶的觸覺接觸 引起了輸入信號(hào)的產(chǎn)生?？晒┻x擇地或另外地，用戶界面設(shè)備能夠被配置成接受用戶的輸 入，并用于生成輸入信號(hào)。此處描述的系統(tǒng)通常還將包括控制系統(tǒng)，其用來響應(yīng)于對(duì)屏幕的觸發(fā)力而控制電 活性聚合物換能器的位移量。屏幕的運(yùn)動(dòng)能夠在任何數(shù)量的方向上。例如，相對(duì)于框架為 橫向，相對(duì)于框架為軸向，或二者兼有。在一些變化中，電活性聚合物材料被封裝以形成墊圈，并且其中將該墊圈機(jī)械地 耦合在框架與屏幕之間。電活性聚合物材料能夠以任何數(shù)量的配置耦合在框架與屏幕之間。耦合件可以包 括位于框架與屏幕之間的至少一個(gè)彈簧構(gòu)件。在一些設(shè)備的變化中，電活性聚合物材料至少包括電活性換能器，其具有至少一 個(gè)彈簧構(gòu)件。在另外的變化中，電活性聚合物材料包括多個(gè)褶皺或折疊。在用戶界面設(shè)備的另一個(gè)變化中。所述設(shè)備包括屏幕，其具有被配置成用于由用 戶進(jìn)行觸覺接觸的傳感器表面和傳感器板，所述屏幕被配置成顯示信息；框架，其在所述屏 幕的至少一部分周圍；以及電活性聚合物材料，其耦合在傳感器表面與框架之間，其中由用 戶生成的輸入信號(hào)導(dǎo)致電場(chǎng)被施加到電活性聚合物材料，從而導(dǎo)致電活性聚合物材料以產(chǎn) 生足以被用戶觸覺察覺到的力的方式來位移屏幕和傳感器面板中的至少一個(gè)。本設(shè)備和系統(tǒng)提供了更大的通用性，這是因?yàn)樗鼈兡軌蚶迷谠S多類型的輸入設(shè) 備中，并且提供了來自多個(gè)輸入元件的反饋。由于其不會(huì)在實(shí)質(zhì)上增加設(shè)備的機(jī)械復(fù)雜性 或設(shè)備的質(zhì)量和重量，所以該系統(tǒng)也是有優(yōu)勢(shì)的。所述系統(tǒng)還無需任何機(jī)械的滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn) 元件來實(shí)現(xiàn)其功能，從而使系統(tǒng)耐用、裝配簡(jiǎn)單且易于制造。本發(fā)明可以利用在任何類型的用戶界面設(shè)備中，包括但不限于用于計(jì)算機(jī)、電 話、PDA、視頻游戲機(jī)、GPS系統(tǒng)、自助服務(wù)機(jī)(kiosk)應(yīng)用，等等的觸摸板、觸摸屏或鍵盤或 其他類似物。關(guān)于本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)，材料和可供選擇的相關(guān)配置同樣可以在有相關(guān)領(lǐng)域中技 術(shù)的人員的水平內(nèi)被利用。關(guān)于本發(fā)明基于方法的方面，同樣的材料和可供選擇的相關(guān)配 置可適用在額外的行動(dòng)方面，所述行動(dòng)可被普通地或邏輯地利用。另外，雖然本發(fā)明關(guān)于若干例子進(jìn)行了描述，可選擇地并入了各種特征，但本發(fā)明不限于被描述或指明為預(yù)期與本 發(fā)明的每個(gè)變化有關(guān)。所述發(fā)明可以做出各種改變，并且其等價(jià)物(無論此處是否詳述或 者為了簡(jiǎn)潔起見而未被包括)可以被代替而不偏離本發(fā)明的真正精神和范圍?？梢栽谒鼈?的設(shè)計(jì)中集成任何數(shù)量的所示單獨(dú)部分或子組件。這種改變和其他改變可以由關(guān)于組件的 設(shè)計(jì)原理來著手和指導(dǎo)。一旦閱讀了如下面被更全面地描述的本發(fā)明的細(xì)節(jié)，則對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員 而言，本發(fā)明的這些和其他的特性、目的和優(yōu)勢(shì)將會(huì)變得明顯。附圖簡(jiǎn)述當(dāng)連同所附原理圖一起閱讀時(shí)，從下面的詳述中將最好地理解本發(fā)明。為便于理 解，已使用了相同的參考編號(hào)(這在實(shí)際上)標(biāo)明附圖中通用的相似元件。附圖中所包括 的內(nèi)容如下圖IA和IB示出用戶界面的一些例子，當(dāng)EAP換能器連接到顯示屏幕或傳感器以 及設(shè)備的主體時(shí)，所述用戶界面能夠利用觸覺反饋。圖2A和2B，顯示了包括顯示屏幕的用戶界面設(shè)備的截面圖，該顯示屏幕具有一表 面，其可用觸覺反饋對(duì)用戶的輸入進(jìn)行反應(yīng)。圖3A和3B示出具有顯示屏幕的用戶界面設(shè)備的另一個(gè)變化的截面圖，該顯示屏 幕由柔性膜所覆蓋，且在作用墊圈內(nèi)形成的作用ΕΑΡ。圖4示出用戶界面設(shè)備的另外變化的截面圖，所述用戶界面設(shè)備具有彈簧偏置的 EAP膜，其位于顯示屏幕邊緣的周圍。圖5顯示用戶界面設(shè)備的截面圖，其中顯示屏幕使用一些柔性墊圈連接到框架， 并且用于顯示裝置的驅(qū)動(dòng)力是一些EAP致動(dòng)器隔膜。圖6Α和6Β顯示用戶界面230的截面圖，所述用戶界面230具有連接在顯示裝置 之間的褶皺EAP膜或薄膜。圖7Α和7Β示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電壓應(yīng)用前后的換能器的頂部透視 圖。圖8Α和8Β分別顯示了供用戶界面設(shè)備中使用的感覺反饋設(shè)備的分解的頂部和底 部透視圖。圖9Α是本發(fā)明中裝配好的電活性聚合物致動(dòng)器的頂部平面視圖；圖9Β和9C分別 為圖8Α中致動(dòng)器薄膜部分的頂部和底部平面視圖，以及特別示出了所述致動(dòng)器的兩相配置。圖9D和9Ε示出電活性聚合物換能器的陣列的例子，其用于放置在從設(shè)備的框架 間隔開的顯示屏幕表面上。圖9F和9G分別為供此處所公開的用戶界面設(shè)備使用的致動(dòng)器陣列的分解視圖和 裝配視圖。

圖10示出用戶界面設(shè)備的側(cè)視圖，人類手指與設(shè)備接觸表面操作地接觸。圖IlA和IlB分別以圖形示出圖9A-9C的致動(dòng)器以單相模式操作時(shí)的力-行程關(guān) 系和電壓響應(yīng)曲線。圖12Α和12Β分別以圖形示出圖9A-9C的致動(dòng)器以兩相模式操作時(shí)的力-行程關(guān) 系和電壓響應(yīng)曲線。
圖13是用于操作感覺反饋設(shè)備的電子電路的框圖，所述電子電路包括電源和電 子控制設(shè)備。 圖14A和14B顯示EAP致動(dòng)器平面陣列的例子的部分橫截面視圖，所述EAP致動(dòng) 器平面陣列連接到用戶輸入設(shè)備。預(yù)期了從圖中所示發(fā)明的變化。詳述現(xiàn)在，關(guān)于附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。正如所指出的那樣，需要用戶界面的設(shè)備能夠被改進(jìn)，這通過使用設(shè)備的用戶屏 幕上的觸覺反饋。圖IA和IB示出這種設(shè)備190的簡(jiǎn)單例子。每個(gè)設(shè)備包括顯示屏幕232 用于讓用戶輸入或查看數(shù)據(jù)。顯示屏幕連接到設(shè)備的主體或框架234。毫無疑問地，任何 數(shù)量的設(shè)備被包括入本公開的范圍內(nèi)，無論是否為便攜式(例如，手機(jī)、計(jì)算機(jī)、制造設(shè)備， 等等)或者是固定到其他非便攜式結(jié)構(gòu)(例如，信息顯示面板的屏幕、自動(dòng)取款機(jī)屏幕，等 等)上。對(duì)本公開來說，顯示屏幕還能夠包括觸摸板類型設(shè)備，這里用戶的輸入或互動(dòng)發(fā)生 在監(jiān)視器上，或者在遠(yuǎn)離真實(shí)觸摸板(例如，便攜計(jì)算機(jī)觸摸板)的位置上。許多設(shè)計(jì)考慮偏愛選擇和使用先進(jìn)的介電彈性體材料，也被稱為“電活性聚合 物”(EAP)，用于制造換能器，特別是當(dāng)需要顯示屏幕232的觸覺反饋時(shí)。這些考慮包括有勢(shì) 力、功率密度、功率轉(zhuǎn)換/消耗、尺寸、重量、成本、響應(yīng)時(shí)間、占空比、服務(wù)要求、環(huán)境影響， 等等。因此，在許多應(yīng)用中，EAP技術(shù)提供用于對(duì)壓電材料、形狀記憶合金(SMA)和電磁設(shè) 備，諸如馬達(dá)和螺線管的理想替代。EAP換能器包括兩個(gè)薄膜電極，這兩個(gè)薄膜電極具有彈性特性，并通過薄彈性體介 電材料分離。當(dāng)電壓差被施加到電極上時(shí)，電性相反的電極相互吸引，由此壓縮在其之間的 聚合物介電層。因?yàn)殡姌O被拉近到一起，介電聚合物薄膜變得更薄(ζ軸分量收縮)，同時(shí)， 其在平面方向上膨脹(χ和y軸分量膨脹)。圖2A-2B顯示帶有顯示屏幕232的用戶界面設(shè)備230的一部分，所述顯示屏幕的 表面由用戶響應(yīng)于顯示屏幕上的信息、控制或刺激而物理地觸摸。顯示屏幕234能夠是任 何類型的觸摸板或屏幕面板諸如液晶顯示裝置(LCD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)或形似物。 另外，各種界面設(shè)備230能夠包括諸如“虛擬”屏幕的顯示屏幕232，諸如其中屏幕上的圖像 是換位的(例如，投影儀或圖形覆蓋)，所述屏幕能夠包括常規(guī)監(jiān)視器乃至帶有固定信息諸 如普通標(biāo)志或顯示的屏幕。在任何情況下，顯示屏幕232包括框架234 (或外殼，或經(jīng)由直接連接或者一個(gè)或 多個(gè)接地元件將所述屏幕機(jī)械連接到該設(shè)備的任何其他結(jié)構(gòu))，和將屏幕232連接到框架 或外殼234的電活性聚合物(EAP)換能器236。如此處標(biāo)注的，EAP換能器能夠沿著屏幕 232的邊緣，或者EAP換能器陣列能夠被放置為與屏幕232的一部分接觸，該部分與框架或 外殼234間隔開。圖2A和2B示出基礎(chǔ)用戶界面設(shè)備，這里被封裝的EAP換能器236形成作用墊圈。 任何數(shù)量的作用墊圈EAP 236能夠被連接在觸摸屏232與框架234之間。典型地，提供足 夠的作用墊圈EAP 236以產(chǎn)生所需觸覺感覺。然而依賴于具體應(yīng)用，作用墊圈的數(shù)量常常 是變化的。在設(shè)備的一種變化形式中，觸摸屏232可包括顯示屏幕或傳感器板(這里顯示 屏幕將會(huì)在傳感器板后面)。
圖上顯示了觸摸屏232在非作用和作用狀態(tài)之間循環(huán)變化的用戶界面設(shè)備230。 圖2A顯示了觸摸屏232在非作用狀態(tài)中的用戶界面設(shè)備230。在這種情況下，沒有給EAP 換能器236施加場(chǎng)，允許換能器處于休眠狀態(tài)。圖2B顯示了一些用戶輸入觸發(fā)EAP換能器 236進(jìn)入作用狀態(tài)之后的用戶界面設(shè)備230，這里換能器236導(dǎo)致顯示屏幕232在以箭頭 238顯示的方向上移動(dòng)?？晒┻x擇地，能夠變化一個(gè)或多個(gè)EAP換能器236的位移以產(chǎn)生顯 示屏幕232的定向運(yùn)動(dòng)(例如，整個(gè)顯示屏幕232不是一致地移動(dòng)，而是使屏幕232的一個(gè) 范圍與其他范圍相比更大程度地移動(dòng))。顯然，連接到用戶界面設(shè)備230的控制系統(tǒng)能夠被 配置成以所需頻率循環(huán)變化EAP236，和/或變化EAP 236的撓曲量。圖3A和3B示出用戶界面設(shè)備230的另一個(gè)變化，所述用戶界面設(shè)備230所具有 的顯示屏幕232由對(duì)顯示屏幕232起保護(hù)作用的柔性膜240覆蓋。再者，所述設(shè)備能夠包 括一些作用墊圈EAP 236，它們將顯示屏幕232連接到底座或框架234。響應(yīng)于用戶輸入， 當(dāng)向EAP 236施加電場(chǎng)而引起位移時(shí)，屏幕232連同膜240 —起位移以便使設(shè)備230進(jìn)入 作用狀態(tài)。圖4示出用戶界面設(shè)備230的另外變化，所述用戶界面設(shè)備230具有彈簧偏置的 EAP膜240，該EAP膜240位于顯示屏幕232的邊緣周圍。EAP膜240能夠被放置在屏幕周 界的周圍，或者僅在那些許可屏幕為用戶產(chǎn)生觸覺反饋的位置上。在這種變化中，被動(dòng)柔性 墊圈244提供對(duì)屏幕232的力，從而將EAP膜242置于拉伸狀態(tài)中。一旦向膜242提供了 電場(chǎng)(同樣，根據(jù)由用戶輸入所產(chǎn)生的信號(hào))，放松EAP膜242以導(dǎo)致屏幕232的位移。如 通過箭頭246標(biāo)注的，用戶輸入設(shè)備230能夠被配置成產(chǎn)生屏幕232在相對(duì)于由墊圈244 所提供偏置的任何方向上的運(yùn)動(dòng)。另外，對(duì)非所有EAP膜242的促動(dòng)產(chǎn)生了屏幕232的非 一致運(yùn)動(dòng)。圖5還示出用戶界面設(shè)備230的另一個(gè)變化。在這個(gè)例子中，顯示屏幕232使用 一些柔性墊圈244連接到框架234，并且對(duì)屏幕232的驅(qū)動(dòng)力是一些EAP致動(dòng)器隔膜248。 EAP致動(dòng)器隔膜248是彈簧偏置的，并且能根據(jù)電場(chǎng)的應(yīng)用而驅(qū)動(dòng)顯示屏幕。如所示，EAP 致動(dòng)器隔膜248具有在彈簧兩側(cè)的相對(duì)的EAP膜。在這種配置中，促動(dòng)EAP致動(dòng)器隔膜248 的相對(duì)面使裝置在中性點(diǎn)處是剛性的。EAP致動(dòng)器隔膜248的行動(dòng)像控制人類手臂運(yùn)動(dòng)的 相反二頭肌和三頭肌。雖然未顯示，但正如序列號(hào)為11/085，798和11/085,804的美國(guó)專 利申請(qǐng)中所討論的，能夠堆疊致動(dòng)器隔膜248以提供兩相輸出活動(dòng)，和/或?qū)敵鲞M(jìn)行放大 以用于更具魯棒性的應(yīng)用。圖6A和6B顯示用戶界面230的另一個(gè)變化，所述用戶界面230具有EAP膜或薄 膜242，其在一些點(diǎn)或接地元件252上處連接在顯示裝置232與框架234之間，以便調(diào)節(jié)EAP 薄膜242中的褶皺或折疊。如圖6B中所示，對(duì)EAP薄膜242應(yīng)用電場(chǎng)導(dǎo)致在褶皺方向上位 移，并且相對(duì)于框架240使顯示屏幕232撓曲。用戶界面232能夠可選地包括也被連接在 顯示裝置232與框架234之間的偏置彈簧250，和/或覆蓋了顯示屏幕232的一部分(或全 部)的柔性保護(hù)膜240。要注意的是，上面討論的圖以圖形示出了這種觸覺反饋設(shè)備的示例性配置，所述 觸覺反饋設(shè)備利用了 EAP薄膜或換能器。可以在本公開的范圍內(nèi)做出許多變化，例如，在設(shè) 備的一些變化中，EAP換能器能夠被實(shí)現(xiàn)來僅移動(dòng)一個(gè)傳感器板或元件(例如，根據(jù)用戶輸 入被觸發(fā)并且為EAP換能器提供信號(hào)的一個(gè)傳感器板或元件)而不是整個(gè)屏幕或板裝置。
在任何應(yīng)用中，通過EAP構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的對(duì)顯示屏幕或傳感器板的反饋位移能夠全部 在平面內(nèi)，這被感覺為橫向運(yùn)動(dòng)，或者能夠在平面外(其被感覺為縱向位移)?？晒┻x擇地， EAP換能器材料能夠被分割以提供可獨(dú)立地確定位置/移動(dòng)的部分，以便提供板元件的角 位移。另外，任何數(shù)量的EAP換能器或薄膜(如在上面列出的應(yīng)用和專利中所公開的)能 夠被并入此處描述的用戶界面設(shè)備中。此處描述設(shè)備的變化允許設(shè)備的整個(gè)傳感器板(或顯示屏幕)充當(dāng)觸覺反饋元 件。這樣做是考慮到廣泛的通用性。例如，屏幕能夠響應(yīng)虛擬擊鍵而彈起一次，或者其能夠 響應(yīng)滾動(dòng)元件諸如屏幕上的滑桿而輸出連續(xù)彈起，這有效地模擬了對(duì)滾輪的機(jī)械制動(dòng)。借 助使用控制系統(tǒng)，能夠通過讀取用戶手指在屏幕上的準(zhǔn)確位置，并且相應(yīng)地移動(dòng)屏幕面板 來綜合整理出一個(gè)三維輪廓以模擬3維結(jié)構(gòu)。給定足夠的屏幕位移和屏幕的有效質(zhì)量，則 屏幕的反復(fù)震蕩甚至能夠代替移動(dòng)電話的振動(dòng)功能。這種功能可以應(yīng)用于文本瀏覽，這里 一行文本的(縱向)滾動(dòng)由觸覺“突起”來代表，由此模擬了制動(dòng)。在視頻游戲方面，本發(fā) 明提供了增加的互動(dòng)性，以及對(duì)現(xiàn)有視頻游戲系統(tǒng)中所利用的震蕩振動(dòng)馬達(dá)更出色的手指 運(yùn)動(dòng)控制。在觸摸板情況下，可以來改進(jìn)用戶互動(dòng)性與可及性，尤其是對(duì)于有視力障礙的用 戶，通過提供身體提示進(jìn)行改進(jìn)。EAP換能器可以被配置成與所施加的電壓成比例地位移，這便于對(duì)使用了主體觸 覺反饋設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。例如，軟件算法可以將像素灰度轉(zhuǎn)化為EAP換能器位移， 憑借這種算法，在屏幕光標(biāo)尖端以下像素的灰度值被連續(xù)測(cè)量，并通過EAP換能器轉(zhuǎn)換為 成比例的位移。通過在觸摸板上移動(dòng)手指，一個(gè)人能夠感受或感覺到一個(gè)大略的3維結(jié)構(gòu)。 相類似的算法可以應(yīng)用到網(wǎng)頁(yè)上，這里圖標(biāo)的邊緣可以作為頁(yè)面結(jié)構(gòu)中的突起，或者作為 當(dāng)手指在圖標(biāo)上移動(dòng)時(shí)發(fā)出的按鍵蜂鳴聲的按鈕，來反饋給用戶。對(duì)于普通用戶，這將在網(wǎng) 上沖浪的同時(shí)提供全新的感覺體驗(yàn)，而對(duì)于有視覺障礙的用戶，這將增加絕對(duì)必要的反饋。出于多種原因，EAP換能器非常適合用于這種應(yīng)用。例如，由于他們的輕重量 和極小組件，EAP換能器提供非常低的輪廓，因此，非常適合供感覺/觸覺反饋應(yīng)用來使 用。EAP換能器的例子與它們的構(gòu)造在第7，368，862 ；7, 362，031 ；7, 320，457 ；7, 259，503 ； 7，233，097 ；7，224，106 ；7，211，937 ；7，199，501 ；7，166，953 ；7，064，472 ；7，062，055 ； 7，052，594 ；7，049，732 ；7，034，432 ；6，940，221 ；6，911，764 ；6，891，317 ；6，882，086 ； 6，876，135 ；6，812，624 ；6，809，462 ；6，806，621 ；6，781，284 ；6，768，246 ；6，707，236 ； 6，664，718 ；6，628，040 ；6，586，859 ；6，583，533 ；6，545，384 ；6，543，110 ；6，376，971 和 6，343，129 號(hào)美國(guó)專利；以及第 2006/0208610 ；2008/0022517 ；2007/0222344 ； 2007/0200468 ；2007/0200467 ；2007/0200466 ；2007/0200457 ；2007/0200454 ； 2007/0200453 ；2007/0170822 ；2006/0238079 ；2006/0208610 ；2006/0208609 ；禾口 2005/0157893號(hào)已公布美國(guó)專利申請(qǐng)中都有描述，此處通過引用并入它們的全部?jī)?nèi)容。圖7A和7B示出EAP薄膜或膜10結(jié)構(gòu)的例子。薄彈性體介電薄膜或?qū)?2被夾在 柔性的或可伸縮的電極板或?qū)?4與16之間，由此形成了電容性結(jié)構(gòu)或薄膜。介電層的長(zhǎng) 度“1”和寬度“《”，以及復(fù)合結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度和寬度，都遠(yuǎn)大于其厚度“t”。典型地，介電層所具 有的厚度在從大約10 μ m到大約100 μ m的范圍內(nèi)，而該結(jié)構(gòu)的總厚度在從大約25 μ m到大 約IOcm的范圍內(nèi)。另外，需要選擇電極14、16的彈性模量、厚度、和/或微幾何形狀，使得 它們貢獻(xiàn)給致動(dòng)器的額外剛度總體小于介電層12的剛度，所述介電層12具有相對(duì)低的彈性模量，即，小于大約IOOMpa并且更典型地為小于大約lOMPa，其有可能厚于電極中的每一 個(gè)。適合于和這些柔性電容性結(jié)構(gòu)一起使用的電極是那些能夠承受大于大約的周期應(yīng) 變而不會(huì)由于機(jī)械疲勞而故障的電極。如圖7B中所見，當(dāng)跨越電極施加電壓時(shí)，兩個(gè)電極14、16中的不同電荷相互吸引， 并且這些靜電吸引力會(huì)壓縮介電薄膜12(沿Z軸)。由此導(dǎo)致介電薄膜12隨著電場(chǎng)中的改 變而撓曲。因?yàn)殡姌O14、16是柔性的，它們會(huì)隨著介電層12改變形狀。一般來說，撓曲是指 介電薄膜12中一部分的任何位移、膨脹、收縮、扭轉(zhuǎn)、線性或區(qū)域應(yīng)變、或者任何其他形變。 依賴于形狀適合結(jié)構(gòu)，例如其中利用了電容性結(jié)構(gòu)10(總體稱為“換能器”)的框架，這種撓 曲可以用來產(chǎn)生機(jī)械功。在上面指出的專利引用中公開和描述了各種不同換能器。因?yàn)槭┘恿穗妷海瑩Q能器薄膜10持續(xù)撓曲，直到機(jī)械力平衡了驅(qū)動(dòng)所述撓曲的靜 電力為止。所述機(jī)械力包括介電層12的彈性恢復(fù)力，電極14、16的柔量或伸展，以及由連 接到換能器10的設(shè)備和/或負(fù)載所提供的任何外部阻力。作為施加電壓的結(jié)果，換能器10 產(chǎn)生的撓曲還可能依賴于大量其他因素，諸如彈性體材料的介電常數(shù)及其尺寸和剛度。而 電壓差和感應(yīng)電荷的移除則導(dǎo)致相反效果。在一些情況下，相對(duì)于薄膜12的總面積，電極14和16可覆蓋介電薄膜12的有限 部分?？蛇@樣做以防止電介質(zhì)邊緣附近的電擊穿，或者在其某些部分中實(shí)現(xiàn)定制的撓曲。在 撓曲期間，可使作用區(qū)域以外的介電材料(所述作用區(qū)域是介電材料中的一部分，其具有 足夠使該部分能撓曲的靜電力)充當(dāng)在作用區(qū)域上的外部彈簧力。更特別地，作用區(qū)域以 外的材料可通過其收縮或膨脹抵抗或增強(qiáng)作用區(qū)域的撓曲。介電薄膜12可被預(yù)應(yīng)變。這種預(yù)應(yīng)變改進(jìn)了電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化，即預(yù)應(yīng)變 允許介電薄膜12更多地?fù)锨⑻峁└蟮臋C(jī)械功。薄膜的預(yù)應(yīng)變可以被描述為預(yù)應(yīng)變之 后在一個(gè)方向上的尺寸相對(duì)于預(yù)應(yīng)變之前在該方向上的尺寸的改變。預(yù)應(yīng)變可以包括介電 薄膜的彈性形變，并且通過例如延伸處于拉伸狀態(tài)的薄膜，和在延伸的同時(shí)固定其邊緣中 的一個(gè)或多個(gè)來形成。預(yù)應(yīng)變可以被強(qiáng)加在薄膜的邊界上或僅用于薄膜的一部分，并且可 通過使用剛性框架或通過硬化薄膜的一部分來形成。圖7A和7B的換能器結(jié)構(gòu)，以及其他類似的柔性結(jié)構(gòu)和它們結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)在許多此 處所公開的被引用的專利和公布中更加全面地進(jìn)行了描述。另外對(duì)于上面所描述的EAP薄膜，感覺或觸覺反饋用戶界面設(shè)備能夠包括被設(shè)計(jì) 成產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)的EAP換能器。例如，包括了如在圖8A和8B中從頂?shù)降姿境龅母鞣N組 件，正如所指出的那樣，具有以彈性薄膜形式的電活性聚合物(EAP)換能器10的致動(dòng)器30 將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。所得機(jī)械能是以輸出構(gòu)件的物理“位移”的形式，這里的輸出構(gòu)件是 以盤狀物28的形式。參考圖9A-9C，EAP換能器薄膜10包括兩對(duì)工作的薄彈性電極32a、32b和34a、 34b，這里每對(duì)工作電極通過彈性體介電聚合物26 (例如，由丙烯酸酯、硅酮、氨基甲酸乙 酯、熱塑性彈性體、烴類橡膠、碳氟化合物的合成橡膠，或者類似物制成的)的薄層分離。當(dāng) 在每對(duì)工作電極中電性相反的電極(即，在電極32a與32b，以及在電極34a與34b)之間施 加電壓差時(shí)，相對(duì)的電極互相吸引，由此壓縮其之間的介電聚合物層26。因?yàn)殡姌O被拉近到 一起，介電聚合物26變得更薄(即，ζ軸分量收縮)，同樣地其在平面方向上膨脹(即，χ和 y軸分量膨脹)(關(guān)于參考軸見圖9B和9C)。此外，每個(gè)電極上分布的同極性電荷導(dǎo)致蘊(yùn)藏在電極內(nèi)的導(dǎo)電粒子互相排斥，并由此有助于彈性電極和介電薄膜的膨脹。由此導(dǎo)致介電 層26隨著電場(chǎng)中的改變而撓曲。因?yàn)殡姌O材料也是柔性的，則電極層跟著介電層26 —起 改變形狀。一般來說，撓曲是介電層26中一部分的任何位移、膨脹、收縮、扭轉(zhuǎn)、線性或區(qū)域 應(yīng)變、或者任何其他形變。這種撓曲可以用來產(chǎn)生機(jī)械功。制造換能器20時(shí)，彈性薄膜被延伸并通過兩個(gè)相對(duì)的剛性框架面8a、8b固定在預(yù) 應(yīng)變位置上。已觀察到的是，預(yù)應(yīng)變改進(jìn)了聚合物層26的介電強(qiáng)度，由此改進(jìn)了電與機(jī)械 能之間的轉(zhuǎn)化，即預(yù)應(yīng)變?cè)试S薄膜更大撓曲并且提供更多機(jī)械功。典型地，在聚合物層的 預(yù)應(yīng)變之后應(yīng)用電極材料，但也可以事先應(yīng)用。設(shè)置在層26同一面上的兩個(gè)電極，此處被 稱為同面電極對(duì)，即介電層26頂面26a上的電極32a和34a(見圖9B)以及介電層26底面 26b上的電極32b和34b(見圖9C)通過非作用區(qū)域或縫隙25被相互電絕緣。聚合物層兩 側(cè)的相對(duì)電極形成兩組工作電極對(duì)，即，電極32a與32b為一個(gè)工作電極對(duì)，以及電極34a 與34b為另一個(gè)工作電極對(duì)。每個(gè)同面電極對(duì)優(yōu)選地具有相同的極性，而每個(gè)工作電極對(duì) 中電極的極性是互相相反的，即電極32a與32b有相反電性以及電極34a與34b有相反電 性。每個(gè)電極具有被配置成用于到電源(未顯示)的電連接的電接觸部分35。在示出的實(shí)施方式中，電極中的每一個(gè)都具有半圓形配置，這里同面電極對(duì)限定 了實(shí)質(zhì)上圓形的圖案，用于容納在介電層26中每一面上被中心排布的、剛性輸出盤狀物 20a、20b。盤狀物20a、20b (下面將討論其功能)固定在聚合物層26的中心暴露的外表面 26a、26b，并由此將層26夾其之間。在盤狀物與薄膜之間的連接可以是機(jī)械的，或者是通過 粘結(jié)劑提供的。一般地，盤狀物20a、20b將相對(duì)于換能器框架22a、22b確定大小。更具體 地說，盤狀物直徑與框架的內(nèi)環(huán)直徑之比將以這種方式確定，即充分分布施加到換能器薄 膜10的應(yīng)力。盤狀物直徑與框架直徑之比越大，則反饋信號(hào)或運(yùn)動(dòng)的力就越大，且盤狀物 的線性位移越低?？晒┻x擇地，盤狀物直徑與框架直徑之比越小，輸出力越低并且線性位移 越大。取決于電極配置，換能器10可能夠以單相或兩相模式工作。以被配置的方式，上 面所描述的主體感覺反饋設(shè)備的輸出組件，即兩個(gè)連接的盤狀物20a與20b的機(jī)械位移為 橫向而非縱向。換句話說，感覺反饋信號(hào)的力并非垂直于用戶界面的顯示裝置表面232，也 非平行于由用戶手指38(但在相反、朝上的方向上)所施加的輸入力(在圖10中以箭頭 60a示出)，本發(fā)明的感覺/觸覺反饋設(shè)備的感覺反饋或輸出力(由圖10中的雙向箭頭60b 標(biāo)明)的所在方向平行于顯示裝置表面232且垂直于輸入力60a。依賴電極對(duì)關(guān)于與換能 器10平面垂直的軸的旋轉(zhuǎn)調(diào)準(zhǔn)，且相對(duì)于顯示裝置表面232的位置以及換能器操作的模 式(即，單相或兩相)，這種橫向運(yùn)動(dòng)可以是360°以內(nèi)的任一方向。例如，相對(duì)于用戶手指 (或手掌或手柄，等等)的前進(jìn)方向，橫向反饋運(yùn)動(dòng)可以是左右或者上下(兩種都是以兩相 致動(dòng))。盡管本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到某些其他致動(dòng)器配置提供了橫切或垂直于觸 覺反饋設(shè)備接觸表面的反饋位移，但是，被如此配置的設(shè)備的總體輪廓可能大于上述設(shè)計(jì)。圖9D-9G示出電活性聚合物陣列的例子，其能夠放置在設(shè)備的顯示屏幕上。在這 個(gè)例子中，供EAP致動(dòng)器陣列使用的EAP薄膜陣列200 (見圖9F)的電壓和接地的面分別為 200a和200b，所述EAP致動(dòng)器則供本發(fā)明的觸覺反饋設(shè)備使用。薄膜陣列200包括以矩陣 配置提供的電極陣列以增加空間和功率效率。EAP薄膜陣列的高電壓面200a提供電極圖案 202，其(根據(jù)圖9D示出的視點(diǎn))在介電薄膜材料208上縱向分布。每個(gè)圖案202包括一對(duì)高電壓線202a、202b。EAP薄膜陣列相反或接地的面200b提供電極圖案206，其相對(duì)于高 電壓電極橫向，即水平分布。每個(gè)圖案206包括一對(duì)接地線206a、206b。每對(duì)相對(duì)的高電壓 線和接地線(202a、206a以及202b、206b)提供可分離地可激活的電極對(duì)，使得對(duì)相對(duì)的電 極對(duì)的激活在箭頭212示出的方向上提供兩相輸出活動(dòng)。圖9F中以EAP換能器222的陣 列204的分解圖提供了被裝配的EAP薄膜陣列200 (示出了介電薄膜208頂面和底面上電 極的交叉圖案)，在圖9G中以裝配好的形式示出了 EAP換能器。EAP薄膜陣列200被夾在 相對(duì)的框架陣列214a、214b之間，這兩個(gè)陣列中的每個(gè)陣列中每個(gè)單獨(dú)的框架部分216由 位于開放區(qū)域內(nèi)被中央定位的輸出盤狀物218所限定?？蚣?盤狀物部分216與電極配置 的每個(gè)組合都形了一 EAP換能器222。依賴于所需致動(dòng)器的應(yīng)用和類型，可為換能器陣列 204添加額外的組件層。例如，換能器陣列220可以被整個(gè)地并入用戶界面陣列，諸如顯示 屏幕、傳感器表面或觸摸板。當(dāng)以單相模式操作感覺/觸覺反饋設(shè)備2時(shí)，在任一時(shí)刻，將僅有致動(dòng)器30的一 對(duì)工作電極活動(dòng)。致動(dòng)器30的單相操作可使用單個(gè)高壓電源控制。當(dāng)施加到被單個(gè)選擇的 工作電極對(duì)的電壓增加時(shí)，換能器薄膜的被激活部分(一半)將膨脹，由此在換能器薄膜非 作用部分方向上、在平面內(nèi)移動(dòng)輸出盤狀物20。圖IlA示出當(dāng)兩個(gè)工作的電極對(duì)以單相模 式交替激活時(shí)致動(dòng)器30的感覺反饋信號(hào)(即，輸出盤狀物位移)相對(duì)于中性位置的力-行 程關(guān)系。如所示出的，輸出盤狀物相應(yīng)的力和位移互相等大但反向。圖IlB示出當(dāng)以這種單 相模式操作時(shí)所產(chǎn)生的施加電壓與致動(dòng)器輸出位移之間的非線性關(guān)系。兩個(gè)電極對(duì)通過共 享介電薄膜的方式形成的“機(jī)械”連接可以讓輸出盤狀物以相反方向移動(dòng)。因此，當(dāng)操作兩 個(gè)電極對(duì)時(shí)，即便它們相互獨(dú)立，在第一工作電極對(duì)上施加的電壓(相1)將在一方向上移 動(dòng)輸出盤狀物20，而在第二工作電極對(duì)上施加的電壓(相2)將在相反方向上移動(dòng)輸出盤狀 物20。如圖IlB中的各種曲線所反映的，當(dāng)電壓線性變化時(shí)致動(dòng)器的位移是非線性的。輸 出盤狀物在位移期間的加速度也能夠通過兩相同步操作來控制，以增強(qiáng)觸覺反饋效果。也 能將致動(dòng)器分成多于兩個(gè)的、可獨(dú)立地激活的相，使得輸出盤狀物的活動(dòng)更加復(fù)雜。為了使輸出構(gòu)件或組件產(chǎn)生更大的位移，并由此為用戶提供更大感覺反饋信號(hào)， 致動(dòng)器30以兩相模式操作，即致動(dòng)器兩部分同時(shí)激活。圖12A示出當(dāng)以兩相模式操作致動(dòng) 器時(shí)輸出盤狀物的感覺反饋信號(hào)的力-行程關(guān)系。如所示出的，以這種模式，致動(dòng)器中兩個(gè) 部分32、34的力和行程這兩者是在相同方向上，并且與單相模式操作的致動(dòng)器相比，其具 有雙倍幅度的力和行程。圖12B示出了當(dāng)以這種兩相模式操作時(shí)由此產(chǎn)生的施加電壓與致 動(dòng)器輸出位移的線性關(guān)系。通過將致動(dòng)器中被機(jī)械連接的部分32、34串聯(lián)電連接，并且控 制它們的公共節(jié)點(diǎn)55，諸如以圖13中框圖40所示出的方式，則公共節(jié)點(diǎn)55的電壓與(以 任何配置的)輸出構(gòu)件的位移(或阻力)之間的關(guān)系接近線性相關(guān)。以這種操作模式，有效 地相互抵消了致動(dòng)器30的兩個(gè)部分32、34的非線性電壓響應(yīng)以產(chǎn)生線性電壓響應(yīng)。借助 使用控制電路44和開關(guān)裝置46a、46b (為致動(dòng)器的每部分使用一個(gè)開關(guān)裝置)，這種線性關(guān) 系允許致動(dòng)器的性能被微調(diào)和調(diào)制，這通過使用由控制電路提供給開關(guān)裝置的各種類型的 波形來實(shí)現(xiàn)。使用電路40的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠減少操作感覺反饋設(shè)備所需的開關(guān)電路和 電源的數(shù)量。若不使用電路40，則將需要兩個(gè)獨(dú)立的電源和四個(gè)開關(guān)設(shè)備。因此，在控制電 壓與致動(dòng)器位移之間的關(guān)系被改善，即令其更加線性的同時(shí)，減少了電路的復(fù)雜性和成本?？梢岳酶鞣N類型的機(jī)制傳達(dá)來自用戶的輸入力60a以產(chǎn)生所需的感覺反饋60b (見圖10)。例如，電容性或電阻性傳感器50 (見圖13)可以被封裝在用戶界面板4內(nèi)， 以感測(cè)由用戶輸入在用戶接觸表面上施加的機(jī)械力。來自傳感器50的電輸出52被提供到 控制電路44，其接下來根據(jù)由控制電路所提供的模式和波形觸發(fā)開關(guān)設(shè)備46a、46b，將來 自電源42的電壓施加到感覺反饋設(shè)備中的相應(yīng)換能器部分32、34上。本發(fā)明的另一個(gè)變化涉及EAP致動(dòng)器的氣密封以最小化可能發(fā)生在EAP薄膜上的 濕度或水分冷凝的任何影響。對(duì)于下面所描述的各種實(shí)施方式，EAP致動(dòng)器被密封在阻擋 膜中，從而與觸覺反饋設(shè)備的其他組件實(shí)質(zhì)上分離的。阻擋膜或罩可以由諸如箔片組成，其 優(yōu)選地是被熱密封或以類似方法密封以最小化水分滲入密封薄膜內(nèi)的可能性。阻擋膜或罩 的一些部分可以由柔性材料制成，以允許將罩里的致動(dòng)器改進(jìn)地機(jī)械連接到罩外部的一點(diǎn) 上。這些設(shè)備實(shí)施方式中的每一個(gè)使致動(dòng)器輸出構(gòu)件的反饋運(yùn)動(dòng)能夠耦合到用戶輸入表面 的接觸表面，例如鍵盤，同時(shí)最小化對(duì)密封的致動(dòng)器封裝的任何危害。還提供了用于將致動(dòng) 器的運(yùn)動(dòng)耦合到用戶界面的接觸表面的各種示范性裝置。就其方法而言，本主題方法可以 包括與所描述設(shè)備的使用相關(guān)的機(jī)械和/或活動(dòng)方法中的每一個(gè)。因此，隱含使用所描述 設(shè)備的方法形成了本發(fā)明的一部分。其他方法則可集中在這種設(shè)備的制造上。圖14A顯示了連接到用戶輸入設(shè)備190的平面陣列的EAP致動(dòng)器204的例子。如 所示，EAP致動(dòng)器204的陣列覆蓋屏幕232的一部分，并且經(jīng)由支座256連接到設(shè)備190的 框架234。在這種變化中，支座256容許為致動(dòng)器204和屏幕232的運(yùn)動(dòng)留有間隙。在設(shè) 備190的一個(gè)變化中，致動(dòng)器204的陣列能夠?yàn)槎鄠€(gè)分立的致動(dòng)器或者致動(dòng)器陣列，取決于 所需應(yīng)用其可位于用戶界面表面或屏幕232后面。圖14B顯示了圖14A的設(shè)備190的底部 視圖。如通過箭頭254所示，無論是作為對(duì)與屏幕232正交方向上運(yùn)動(dòng)的替代，還是與屏幕 232正交方向上運(yùn)動(dòng)的組合，EAP致動(dòng)器204能允許屏幕232沿著一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)。關(guān)于本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)，材料和可供選擇的相關(guān)配置同樣可以在有相關(guān)領(lǐng)域中技 術(shù)的人員的水平內(nèi)被利用。關(guān)于本發(fā)明基于方法的方面，同樣的材料和可供選擇的相關(guān)配 置可適用在額外的行動(dòng)方面，所述行動(dòng)可被普通地或邏輯地利用。另外，雖然本發(fā)明關(guān)于若 干例子進(jìn)行了描述，并可選擇地并入了各種特征，但本發(fā)明不限于被描述或指明為預(yù)期與 本發(fā)明的每個(gè)變化有關(guān)。所述發(fā)明可以做出各種改變，并且其等價(jià)物(無論此處是否詳述 或者為了簡(jiǎn)潔起見而未被包括)可以被代替而不偏離本發(fā)明的真正精神和范圍?？梢栽谒?們的設(shè)計(jì)中集成任何數(shù)量的所示單獨(dú)部分或子組件。這種改變和其他改變可以由關(guān)于組件 的設(shè)計(jì)原理來著手和指導(dǎo)。另外可預(yù)期的是，所描述發(fā)明性變化的任何可選擇特征可被獨(dú)立地，或者與此處 所描述的任何一個(gè)或多個(gè)特征的組合來闡明和要求。關(guān)于單數(shù)術(shù)語(yǔ)，包括了有多個(gè)相同術(shù) 語(yǔ)出現(xiàn)的可能性。更具體地說，如此處和附加權(quán)利要求中所使用的，除非另有說明，單數(shù)形 式“一(a)”、“一(an)”、“所述(said)”以及“該(the) ”包括了復(fù)數(shù)個(gè)所指物。換句話說， 可允許對(duì)以上描述和以下權(quán)利要求中的主題項(xiàng)目的“至少一個(gè)”使用冠詞。還要注意的是， 權(quán)利要求可被描述為排除任何可選擇的元件。就這點(diǎn)而論，這種陳述旨在充當(dāng)前置基礎(chǔ)，供 這種排他性用辭如“單獨(dú)地”、“僅僅地”以及與權(quán)利要求成份有關(guān)的相似詞匯使用，或者供 “否定”限制使用。在不使用這種排他性用辭時(shí)，在權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)“包括”應(yīng)允許包括任 何額外成份_不論是否在權(quán)利要求中列舉了給定數(shù)量的成份，還是附加特征能夠被視為權(quán) 利要求所闡明成份的性質(zhì)的變形。除非此處有具體規(guī)定，以其他方式指明的、此處使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)給出在通常理解的意義上盡可能廣泛的范圍，同時(shí)維持權(quán)利要求的有效 性。 總之，本發(fā)明的廣泛性不由所提供的例子限制。
權(quán)利要求
一種用于向用戶顯示信息的用戶界面設(shè)備，所述用戶界面包括屏幕，其具有傳感器板和被配置成用于由用戶觸覺接觸的用戶界面表面，所述屏幕被配置成顯示信息；框架，其在所述屏幕的至少一部分的周圍；以及電活性聚合物材料，其耦合在所述屏幕與所述框架之間，其中由用戶生成的輸入信號(hào)導(dǎo)致電場(chǎng)被施加到所述電活性聚合物材料上，從而導(dǎo)致所述電活性聚合物材料以產(chǎn)生足以被用戶觸覺察覺到的力的方式來使所述屏幕和傳感器面板中的至少一個(gè)發(fā)生位移。
2.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述屏幕被配置成供用戶觸覺接觸，并且 其中用戶的觸覺接觸引起所述輸入信號(hào)的產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中數(shù)據(jù)輸入表面被配置成用于接收用戶輸入 和用于生成所述輸入信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，還包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于響應(yīng)于對(duì)所 述屏幕的觸發(fā)力而控制所述電活性聚合物換能器的位移量。
5.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述屏幕的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于所述框架為橫向的。
6.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述輸出構(gòu)件機(jī)械耦合到所述用戶接觸表
7.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料被封裝以形成墊 圈，并且其中所述墊圈機(jī)械耦合在所述框架與所述屏幕之間。
8.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料直接耦合在所述框 架與所述屏幕之間。
9.如權(quán)利要求8所述的用戶界面設(shè)備，還包括位于所述框架與所述屏幕之間的至少一 個(gè)彈簧構(gòu)件。
10.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，還包括柔性層，該柔性層覆蓋所述屏幕的至少 一部分。
11.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料至少包括電活性 換能器，該電活性換能器具有至少一個(gè)彈簧構(gòu)件。
12.如權(quán)利要求11所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性換能器至少包括一對(duì)相對(duì)的 電活性聚合物薄膜。
13.如權(quán)利要求11所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性換能器還包括負(fù)彈簧剛度偏置。
14.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料在多個(gè)位置上耦 合到所述顯示屏幕。
15.如權(quán)利要求14所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料包括多個(gè)褶皺或折疊。
16.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料包括電活性聚合 物材料的陣列，所述電活性聚合物材料的陣列靠近與所述框架間隔開的所述屏幕的至少一 部分。
17.如權(quán)利要求1所述的用戶界面設(shè)備，其中所述屏幕包括觸摸板。
18.一種用于向用戶顯示信息的用戶界面設(shè)備，所述用戶界面包括屏幕，其具有傳感器板和被配置成用于由用戶觸覺接觸的傳感器表面，所述屏幕被配 置成顯示信息；框架，其在所述屏幕的至少一部分的周圍；以及電活性聚合物材料，其耦合在所述傳感器表面與所述框架之間，其中由用戶生成的輸 入信號(hào)導(dǎo)致電場(chǎng)被施加到所述電活性聚合物材料上，從而導(dǎo)致所述電活性聚合物材料以產(chǎn) 生足以被用戶觸覺察覺到的力的方式來使所述屏幕和傳感器表面中的至少一個(gè)發(fā)生位移。
19.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述傳感器表面被配置成供用戶觸覺接 觸，并且其中用戶的觸覺接觸引起所述輸入信號(hào)的產(chǎn)生。
20.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中數(shù)據(jù)輸入表面被配置成用于接收用戶輸 入和用于生成所述輸入信號(hào)。
21.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，還包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于響應(yīng)于對(duì) 所述傳感器板的觸發(fā)力而控制所述電活性聚合物換能器的位移量。
22.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述傳感器板的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于所述框架為 橫向的。
23.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述輸出構(gòu)件機(jī)械耦合到所述用戶接觸表面。
24.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料被封裝以形成墊 圈，并且其中所述墊圈機(jī)械耦合在所述框架與所述傳感器表面之間。
25.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料直接耦合在所述 框架與所述傳感器表面之間。
26.如權(quán)利要求25所述的用戶界面設(shè)備，還包括位于所述框架與所述傳感器表面之間 的至少一個(gè)彈簧構(gòu)件。
27.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，還包括柔性層，該柔性層覆蓋所述屏幕的至 少一部分。
28.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料至少包括電活性 換能器，該電活性換能器具有至少一個(gè)彈簧構(gòu)件。
29.如權(quán)利要求28所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性換能器至少包括一對(duì)相對(duì)的 電活性聚合物薄膜。
30.如權(quán)利要求28所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性換能器還包括負(fù)彈簧剛度偏置。
31.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料在多個(gè)位置上耦 合到所述顯示屏幕。
32.如權(quán)利要求31所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料包括多個(gè)褶皺或折疊。
33.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中密封材料形成在所述用戶接觸表面與換 能器之間的墊圈。
34.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述密封材料包住所述換能器。
35.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料能夠以兩相激活。
36.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述電活性聚合物材料包括電活性聚合 物材料的陣列，所述電活性聚合物材料的陣列靠近與所述框架間隔開的所述傳感器表面的 至少一部分。
37.如權(quán)利要求18所述的用戶界面設(shè)備，其中所述屏幕包括觸摸板。
全文摘要
公開了用于用戶界面設(shè)備中的感覺反饋應(yīng)用的電活性聚合物換能器。
文檔編號(hào)G06F3/01GK101918909SQ200880117278
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者喬納森·R·海姆, 伊利亞·波利亞科夫 申請(qǐng)人:人工肌肉有限公司