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)明涉及電活性聚合物用于提供感覺反饋的使用。
背景技術(shù)：
：如今使用的大量設(shè)備依賴于這種或那種的致動器以將電能轉(zhuǎn)換為機械能。相反地，很多發(fā)電應用是通過將機械作用轉(zhuǎn)換為電能來操作的。用于通過這種方式獲得機械能，相同類型的致動器可以稱作發(fā)生器。同樣地，當該結(jié)構(gòu)被用于將諸如振動或壓力等物理刺激轉(zhuǎn)換為電信號以用于測量的目的時，可以將其稱作傳感器。甚至，術(shù)語“換能器”可以用于通常指代這些設(shè)備中的任意一個。大量設(shè)計考慮喜歡選擇并使用還稱作“電活性聚合物”(EAP)的高級的電介質(zhì)彈性材料以用于制造換能器。這些考慮包括電位力、功率密度、功率變換/消耗、大小、重量、成本、響應時間、占空比、服務需求、環(huán)境影響等。同樣地，在很多應用中，EAP技術(shù)給壓電形狀記憶合金(SMA)和諸如電動機和螺線管等的電磁設(shè)備提供了理想的替換。在第7，394，282號、第7，378，783號、第7，368，862號、第7，362，032號、第7，320，457號、第7，259，503號、第7，233，097號、第7，224，106號、第7，211，937號、第7，199，501號、第7，166，953號、第7，064，472號、第7，062，055號、第7，052，594號、第7，049，732號、第7，034，432號、第6，940，221號、第6，911，764號、第6，891，317號、第6，882，086號、第6，876，135號、第6，812，624號、第6，809，462號、第6，806，621號、第6，781，284號、第6，768，246號、第6，707，236號、第6，664，718號、第6，628，040號、第6，586，859號、第6，583，533號、第6，545，384號、第6，543，110號、第6，376，971號和第6，343,129號美國專利中、在公開號為2009/0001855號、第2009/0154053號、第2008/0180875號、第2008/0157631號、第2008/0116764號、第2008/0022517號、第2007/0230222號、第2007/0200468號、第2007/0200467號、第2007/0200466號、第2007/0200457號、第2007/0200454號、第2007/0200453號、第2007/0170822號、第2006/0238079號、第2006/0208610號、第2006/0208609號和第2005/0157893號美國專利申請中、以及在于2009年1月22日提交的第12/358，142號美國專利申請中、第PCT/US09/63307號PCT申請中、以及第WO2009/067708號PCT公開中公開了EAP設(shè)備及其應用的實施例，并且上述完整內(nèi)容通過弓I用的方式被完整地并入本文。EAP換能器包括兩個電極，這兩個電極具有可變形的特征并且由較薄的彈性電介質(zhì)材料分離。當將電壓差應用于電極時，反向充電的電極彼此吸引，從而壓縮其間的聚合物電介質(zhì)層。當電極被一起拉得更近時，電介質(zhì)聚合物薄膜變得更薄(ζ軸分量收縮)，這是因為其(沿著χ軸和y軸)在平面方向上擴展，即，薄膜的位移是平面內(nèi)的。EAP薄膜也可以被配置為(沿著ζ軸)在垂直于薄膜結(jié)構(gòu)的方向上產(chǎn)生移動，即，薄膜的位移是平面外的。第2005/0157893號美國專利申請公開了EAP薄膜結(jié)構(gòu)，其提供了這種平面外的位移-也稱作表面變形或厚度模式偏斜?？梢詫AP薄膜的材料和物理特征進行改變和控制以定制換能器遭受的表面變形。更具體地說，可以對諸如聚合物薄膜與電極材料之間的相對彈力、聚合物薄膜與電極材料之間的相對厚度和/或聚合物薄膜和/或電極材料的變化厚度、聚合物薄膜和/或電極材料的物理圖案(以提供局部的活性區(qū)域和無活性區(qū)域)、總體上施加于EAP薄膜的張力或預應變力、施加于薄膜的電壓量或在薄膜上感應的電容量等因素進行控制和改變，以定制當薄膜處于活性模式時薄膜的表面特征。存在大量基于換能器的應用，這將受益于由這些EAP薄膜提供的優(yōu)點。一種此類應用包括在用戶接口設(shè)備中使用EAP薄膜來產(chǎn)生觸覺反饋(通過應用于用戶身體的力來向用戶發(fā)送信息)。存在很多已知的用戶接口設(shè)備，這些設(shè)備通常響應于由用戶發(fā)起的力來使用觸覺反饋?？梢允褂糜|覺反饋的用戶接口設(shè)備的實施例包括鍵盤、鍵區(qū)、游戲控制器、遙控器、觸摸屏、計算機鼠標、軌跡球、手寫筆和操縱桿等。用戶接口表面可以包括用戶操縱、嚙合和/或觀察關(guān)于來自設(shè)備的反饋或信息的任何表面。這些接口表面的實施例包括但不限于鍵(例如，鍵盤上的鍵)、游戲手柄(gamepad)或按鈕、顯示屏等。由這些類型的接口設(shè)備提供的觸覺反饋是物理感覺的形式，例如，振動、脈沖、彈簧力等，其是由用戶直接地(例如，通過觸摸屏幕)、間接地(例如，通過當蜂窩電話在錢包或包中振動時的振動效果)或以其它方式(例如，通過移動身體的動作，這在傳統(tǒng)的意義上創(chuàng)建了壓力干擾但是未生成音頻信號)感測的。通常，具有觸覺反饋的用戶接口設(shè)備可以是“接收”由用戶發(fā)起的動作的輸入設(shè)備以及提供指示該動作被發(fā)起的觸覺反饋的輸出設(shè)備。實際上，通過由用戶應用的力來在至少一個自由度上改變用戶接口設(shè)備的諸如按鈕等的一些接觸或觸摸的部分或表面的位置，其中，應用的力必須達到某一最小閾值，以便使接觸部分改變位置并且影響觸覺反饋。對接觸部分的位置的改變的完成或記錄導致響應力(例如，反沖、振動、脈沖)，其也被施加于通過用戶作用的設(shè)備的接觸部分上，該力通過用戶的觸覺被發(fā)送到用戶。使用反沖、“雙穩(wěn)態(tài)”或“雙相”類型的觸覺反饋的用戶接口設(shè)備的一個共同的實施例是鼠標、鍵盤、觸摸屏或其它接口設(shè)備上的按鈕。直到應用的力達到某一閾值，才移動用戶接口表面，在該閾值處，按鈕相對輕松地向下移動并且然后停止-其總體感覺被定義為“點擊”按鈕?？蛇x擇地，表面隨著阻力的增大而移動，直到達到力輪廓改變(例如，減小)的某一閾值為止。用戶應用的力實質(zhì)上是沿著垂直于按鈕表面的軸，如同用戶感覺的響應(但是相反的)力一樣。然而，變化包括用戶施加的力橫向地或在平面內(nèi)應用于按鈕表面。在另一實施例中，當用戶將輸入輸入到觸摸屏上時，屏幕通常在沒有聽覺提示的情況下通過屏幕上的圖形改變來確認輸入。觸摸屏通過諸如顏色和形狀改變的屏幕上的視覺提示的方式來提供圖形反饋。觸摸板通過屏幕上的光標的方式提供視覺反饋。雖然上面的提示確實提供了反饋，但是來自手指致動的輸入設(shè)備的最直觀且有效的反饋是諸如鍵盤按鍵的制動器或鼠標輪的制動器等的觸覺反饋。因此，可期望在觸摸屏上并入觸覺反饋。觸覺反饋能力是眾所周知的，以改善用戶生產(chǎn)率和效率，特別是在數(shù)據(jù)輸入的環(huán)境下。發(fā)明人就此相信，對發(fā)送到用戶的觸感的特征和質(zhì)量的進一步改進可以進一步提高這種生產(chǎn)率和效率。如果由容易制造并且成本較低的感覺反饋機構(gòu)提供這些改進，而不給已知的觸覺反饋設(shè)備增加并且優(yōu)選地減小空間、大小和/或質(zhì)量要求，則這將是另外有益的。雖然基于EAP的換能器的并入可以改進這些用戶接口設(shè)備上的觸覺互動，但是仍然存在對在不增加用戶接口設(shè)備的輪廓的情況下使用這些EAP換能器的需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明包括具有用于感覺應用的電活性換能器的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。在一個變形中，提供了具有感覺反饋的用戶接口設(shè)備。本發(fā)明的一個益處是給用戶提供具有觸覺反饋的用戶接口設(shè)備，而不論輸入何時由軟件或通過所述設(shè)備或相關(guān)聯(lián)的部件生成的另一信號觸發(fā)。本文描述的方法和設(shè)備試圖改進基于EAP的換能器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。本發(fā)明討論了用于各種應用的定制的換能器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供了大量設(shè)備和方法，用于驅(qū)動EAP換能器以及用于機械致動、發(fā)電和/或感測的基于EAP換能器的設(shè)備和系統(tǒng)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，當閱讀了下面更充分地描述的本發(fā)明的細節(jié)以后，本發(fā)明的這些和其它特征、目標和優(yōu)點將變得明顯?？梢杂蛇@些設(shè)計使用的EPAM暗盒包括但不限于平面的控光裝置(diaparagm)、厚度模式和無源耦合設(shè)備(混合)。在包括電活性聚合物換能器的用戶接口設(shè)備的一個變形中，該設(shè)備包括底盤；用戶接口表面；第一電源；與用戶接口表面相鄰的至少一個電活性聚合物換能器，該電活性聚合物換能器還包括導電表面，其中，所述用戶接口表面的一部分和所述導電表面形成了具有第一電源的電路，以使在正常狀態(tài)下，所述導電表面與所述用戶接口表面的所述部分電隔離，以打開所述電路，從而使所述電活性聚合物換能器保持在未通電的狀態(tài)；以及其中，所述用戶接口表面柔性地耦合到所述底盤，以使所述用戶接口表面偏斜到所述電活性聚合物換能器使所述電路閉合，從而給所述電活性聚合物換能器通電，以使提供給所述電活性聚合物換能器的信號在所述用戶接口表面處產(chǎn)生觸感。上述用戶接口的另外變體可以包括多個電活性聚合物換能器，每個電活性聚合物換能器與所述用戶接口表面相鄰，并且每個電活性聚合物換能器具有各自的導電表面，以使一個用戶接口表面偏斜到導電表面使所述各自的電活性聚合物換能器和所述導電表面形成閉合電路，并且其中，剩余的電活性聚合物換能器保持在未通電的狀態(tài)。在另一變形中，用戶接口設(shè)備包括耦合到開關(guān)的低壓電源和高壓電源，以使所述電活性聚合物換能器和導電表面的偏斜關(guān)閉所述開關(guān)，從而允許所述高壓電源給所述電活性聚合物致動器通電。用戶接口設(shè)備的另一變形包括與上面所描述的用戶接口設(shè)備相似的設(shè)備，其中，至少一個電活性聚合物換能器被耦合到用戶接口表面，電活性聚合物換能器還包括導電表面，導電表面形成具有第一電源的電路，以使在正常狀態(tài)下，所述導電表面與所述電路電隔離，以打開所述電路，從而使所述電活性聚合物換能器保持在未通電的狀態(tài)；以及其中，所述電活性聚合物換能器柔性地耦合到所述底盤，以便所述用戶接口表面的偏斜使所述電活性聚合物偏斜以與所述第一電源的所述電路接觸，從而閉合所述電路，并且給所述電活性聚合物致動器通電，以便提供給所述電活性聚合物換能器的信號在所述用戶接口表面處產(chǎn)生觸感。在另一變形中，用戶接口設(shè)備包括多個電活性聚合物換能器，每個電活性聚合物換能器與所述用戶接口表面相鄰，并且每個電活性聚合物換能器具有各自的導電表面，以便一個用戶接口表面偏斜到導電表面使所述各自的電活性聚合物換能器和所述導電表面形成閉合電路，并且其中，剩余的電活性聚合物換能器保持在所述未通電的狀態(tài)。下面的公開內(nèi)容還包括一種在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺效果的方法，其中，所述觸覺效果模仿雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)效果。在一個實施例中，該方法包括提供用戶接口表面，所述用戶接口表面具有耦合到其的電活性聚合物換能器，其中，所述電活性聚合物換能器包括至少一個電活性聚合物薄膜；將所述用戶接口表面移動一位移量，以同樣地移動所述電活性聚合物薄膜并增加由所述的電活性聚合物薄膜應用于所述用戶接口表面的阻力；在所述電活性聚合物薄膜的位移期間延遲所述電活性聚合物換能器的激活；激活所述電活性聚合物換能器以在不減小所述位移量的情況下改變所述阻力，從而創(chuàng)建模仿所述雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)效果的所述觸覺效果。所述電活性聚合物的延遲激活可以在預定時間之后發(fā)生的?？蛇x擇地，延遲所述電活性聚合物的激活是在所述電活性聚合物薄膜的預定位移之后發(fā)生的。在下面的公開內(nèi)容中的方法的另一變形包括在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生預定的觸覺效果。該方法可以包括提供波形電路，所述波形電路被配置為產(chǎn)生至少一個預定的觸覺波形信號；將信號路由到所述波形電路，以便當所述信號等于觸發(fā)值時，所述波形電路生成所述觸覺波形信號；以及向電源提供所述觸覺波形信號，所述電源被耦合到電活性聚合物換能器以便所述電源致動所述電活性聚合物換能器，以產(chǎn)生由所述觸覺波形信號控制的復雜的觸覺效果。本公開還包括一種在具有用戶接口表面的用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺反饋感覺的方法，該方法包括，將來自驅(qū)動電路的輸入信號發(fā)送到電活性聚合物換能器，其中，所述輸入信號致動所述電活性聚合物換能器，并且在所述用戶接口表面處提供所述觸覺反饋感覺；以及在期望的觸覺反饋感覺以后，發(fā)送阻尼信號以減小所述用戶接口表面的機械位移。這種方法可以用于產(chǎn)生包括雙穩(wěn)態(tài)擊鍵效果(bi-stablekey-clickeffect)的觸覺效果感覺。本文公開的另一種方法包括在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺反饋的方法，該方法包括，給所述用戶接口設(shè)備提供電活性聚合物換能器，所述電活性聚合物換能器具有第一相位并且具有第二相位，其中，所述電活性聚合物換能器包括所述第一相位共用的第一引線、所述第二相位共用的第二引線、以及所述第一相位和所述第二相位共用的第三引線；使所述第一引線保持在高壓，同時使所述第二引線保持接地；以及驅(qū)動所述第三引線，以從所述接地改變?yōu)樗龈邏海瑥亩诟髯缘钠渌辔坏娜ゼせ顣r實現(xiàn)所述第一相位和所述第二相位的激活。本發(fā)明可以在任意一種用戶接口設(shè)備中使用，該用戶接口設(shè)備包括但不限于用于計算機、電話、PDA、視頻游戲機、GPS系統(tǒng)、公用電話亭等的觸摸板、觸摸屏或鍵區(qū)等。至于本發(fā)明的其它細節(jié)，材料或可替換的相關(guān)配置可以在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員的水平范圍內(nèi)使用。在一般或邏輯使用的額外動作方面，這些對于本發(fā)明的基于方法的方面可以是成立的。此外，雖然已經(jīng)參照可選擇地并入各種特性的幾個實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明不限于所描述的或指出的關(guān)于本發(fā)明的每個變形所設(shè)想的實施例。在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的情況下，可以對所描述的發(fā)明進行各種改變，并且可以對等價形式(無論是否在本文中被引用或者為了某種簡潔而未被包含在本文中)進行替換。可以將所示的任意數(shù)量的單獨部分或子組件集成到其設(shè)計中。可以針對該組件通過設(shè)計原則來進行或指導這些改變或其它改變。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在閱讀了下面更充分地描述的本發(fā)明的細節(jié)以后，本發(fā)明的這些和其它特征、目標和優(yōu)點將變得明顯。附圖簡述通過下面詳細描述，當結(jié)合附圖閱讀時，將最佳地理解本發(fā)明。為了便于理解，已經(jīng)(在適用的情況下)使用相同的參考編號來指示附圖共用的相似的元件。附圖包含以下內(nèi)容圖IA和圖IB示出了可以在EAP換能器被耦合到設(shè)備的顯示屏或傳感器以及主體時使用觸覺反饋的用戶接口的一些實施例。圖2A和圖2B示出了包括具有對用戶的輸入反應出觸覺反饋的表面的顯示屏的用戶接口設(shè)備的橫截面圖。圖3A和圖:3B示出了具有由具有形成于活性墊圈中的活性EAP的柔性隔膜所覆蓋的顯示屏的用戶接口設(shè)備的另一變形的橫截面圖。圖4示出了具有位于顯示屏的邊緣附近的彈簧偏置的EAP隔膜的用戶接口設(shè)備的另外變形的橫截面圖。圖5示出了用戶接口的橫截面圖，其中，使用大量適應的墊圈將顯示屏耦合到框架，并且用于顯示的驅(qū)動力是大量EAP致動器控光裝置。圖6A和圖6B示出了具有耦合到顯示器的波紋EAP隔膜或薄膜的用戶接口230的橫截面圖。圖7A和圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式在應用電壓之前和之后的換能器的頂部透視圖。圖8A和圖8B分別示出了在用戶接口設(shè)備中使用的感覺反饋設(shè)備的分解頂部和底部透視圖。圖9A是本發(fā)明的裝配電活性聚合物致動器的頂部平面圖；圖9B和圖9C分別是圖8A的致動器的薄膜部分的頂部平面圖和底部平面圖，并且具體地說，示出了致動器的雙相配置。圖9D和圖9E示出了用于放置在與設(shè)備的框架分離的顯示屏的表面上的電活性聚合物換能器陣列的實施例。圖9F和圖9G分別是在本文公開的用戶接口設(shè)備中使用的致動器陣列的分解圖和裝配圖。圖10示出了使用操作地與設(shè)備的接觸面接觸的人體手指的用戶接口設(shè)備的側(cè)視圖。圖IlA和圖IlB分別用圖表的形式示出了當在單相模式中操作時圖9A至圖9C的致動器的力沖程關(guān)系和電壓響應曲線。圖IlC和圖IlD分別用圖表的形式示出了當在雙相模式中操作時圖9A至圖9C的致動器的力沖程關(guān)系和電壓響應曲線。圖12A至圖12C示出了雙相換能器的另一變形。圖12D示出了圖12A至圖12C的雙相換能器的位移與時間關(guān)系的圖示。圖13是包括用于操作感覺反饋設(shè)備的電源和控制電子設(shè)備的電路的框圖。圖14A和圖14B示出了耦合到用戶輸入設(shè)備的EAP致動器的平面陣列的實施例的部分橫截面圖。圖15A和圖15B示意性地示出了用作使用聚合物表面特征來在換能器被激活時提供工作輸出的致動器的表面變形EAP換能器；圖16A和圖16B是本發(fā)明的致動器的示例性結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖17A至圖17D示出了用于在主題換能器中進行電連接以耦合到印刷電路板(PCB)或花線連接器的過程的各個步驟；圖18A至圖18D示出了用于在主題換能器中進行電連接以耦合到電線的過程的各個步驟；圖19是具有穿刺類型的電連接的主題換能器的橫截面圖；圖20A和圖20B分別是用于按鈕類型致動器中的應用的厚度模式換能器和電極圖案的頂視圖；圖21示出了使用圖6A和圖6B的按鈕型致動器陣列的鍵區(qū)的頂部剖面圖；圖22示出了以人手的形式在新穎的致動器中使用的厚度模式換能器的頂視圖；圖23示出了連續(xù)帶配置中的厚度模式變換器的頂視圖；圖M示出了用于墊圈型致動器的應用的厚度模式換能器的頂視圖；圖25A至圖25D是使用各種類型的墊圈型致動器的觸摸屏的橫截面圖；圖26A和圖26B是本發(fā)明的厚度模式換能器的另一實施方式的橫截面圖，其中，換能器的有源區(qū)域和無源區(qū)域的相對位置與上面的實施方式是相反的。圖27A至圖27D示出了電活性慣性換能器的實施例。圖28A示出了對音頻信號進行調(diào)諧以在電活性聚合物致動器的最佳觸摸頻率內(nèi)工作的電路的一個實施例。圖^B示出了由圖28A的電路濾波的經(jīng)修改的觸覺信號的實施例。圖28C和圖28F示出了用于為單相和雙相電活性換能器產(chǎn)生信號的另外的電路。圖^E和圖^F示出了具有設(shè)備主體內(nèi)的、并且被耦合到慣性塊(inertialmass)的一個或多個電活性聚合物致動器的設(shè)備的實施例。圖29A至圖四(示出了當在用戶接口設(shè)備中使用時的電活性聚合物換能器的實施例，其中，換能器和/或用戶接口表面的一部分完成開關(guān)以給換能器提供功率。圖30A至圖30B示出了被配置為形成用于給換能器供電的兩個開關(guān)的電活性聚合物換能器的另一實施例。圖31A至圖31B示出了延遲電活性聚合物換能器的激活以產(chǎn)生模仿機械開關(guān)效果的觸摸效果的各種示意圖。圖32示出了用于使用觸發(fā)信號(例如，音頻信號)來驅(qū)動電活性聚合物換能器從而傳送存儲波形以產(chǎn)生期望的觸摸效果的電路的實施例。圖33A和圖3示出了通過以單個驅(qū)動電路提供雙相激活來驅(qū)動電活性聚合物換能器的另一變形。圖34A示出了顯示由圖34B的信號觸發(fā)觸覺效果以后的殘留移動的位移曲線的實施例。圖34C示出了使用電子阻尼來減小所示的殘留移動效果的位移曲線的實施例，其中，觸覺效果和阻尼信號如圖34D所示。圖35示出了用于給電活性聚合物換能器供電的能量獲取電路的實施例。通過附圖所示的本發(fā)明來設(shè)想本發(fā)明的變形。本發(fā)明的詳細描述現(xiàn)在參照附圖來詳細描述本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。如上所述，可以通過使用在設(shè)備的用戶屏幕上的觸覺反饋來對需要用戶接口的設(shè)備進行改進。圖IA和圖IB示出了這種設(shè)備190的簡單的實施例。每個設(shè)備包括用戶輸入或觀察其數(shù)據(jù)的顯示屏232。顯示屏被耦合到設(shè)備的主體或框架234。明顯地，任意數(shù)量的設(shè)備被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，而不論是便攜的(例如，蜂窩電話、計算機、制造裝配等)還是固定于其它非便攜的結(jié)構(gòu)(例如，信息顯示板的屏幕、自動對話屏等)。為了本發(fā)明的目的，顯示屏還可以包括觸摸板型的設(shè)備，其中，用戶輸入或相互作用發(fā)生在與實際的觸摸板(例如，膝上型計算機的觸摸板)遠離的位置或監(jiān)控器上。大量設(shè)計考慮喜歡選擇并使用還稱作“電活性聚合物”(EAP)的高級的電介質(zhì)彈性材料，以尤其在尋找顯示屏232的觸覺反饋時制造換能器。這些考慮包括電位力、功率密度、功率變換/消耗、大小、重力、成本、響應時間、占空比、服務需求、環(huán)境影響等。同樣地，在很多應用中，EAP技術(shù)給壓電形狀記憶合金(SMA)和諸如電動機和螺線管等的電磁設(shè)備提供了理想的代替物。EAP換能器包括兩個較薄的薄膜電極，這兩個電極具有彈性特征并且由較薄的彈性電介質(zhì)材料分離。在一些變形中，EAP換能器可以包括無彈性的電介質(zhì)材料。在任何情況下，當將電壓差應用于電極時，反向充電的電極彼此吸引，從而壓縮其間的聚合物電介質(zhì)層。當電極被一起拉得更近時，電介質(zhì)聚合物薄膜變得更薄(ζ軸分量收縮)，這是因為其在平面方向上擴展(χ軸和y軸分量擴展)。圖2A至圖2B示出了包括具有用戶響應于顯示屏上的信息、控制或刺激來物理觸摸的表面的顯示屏232的用戶接口設(shè)備230的一部分。顯示屏234可以是任意類型的觸摸板或屏幕面板，例如，液晶顯示器0XD)、有機發(fā)光二極管(OLED)等。此外，接口設(shè)備230的變形可以包括顯示屏232，例如，“虛擬的”屏幕，其中，圖像被移位(transposed)到屏幕(例如，投影機或圖形覆蓋物)上。該屏幕可以包括傳統(tǒng)的監(jiān)控器或者甚至具有諸如公共符號或顯示等的固定的信息的屏幕。在任意一種情況下，顯示屏232包括框架234(通過直接連接或一個或多個接地元件將屏幕機械連接到設(shè)備的外殼或任何其它結(jié)構(gòu))和將屏幕232耦合到框架或外殼234的電活性聚合物(EAP)換能器236。如本文所述，EAP換能器可以沿著屏幕232的邊緣，或者EAP換能器陣列可以被放置為與遠離框架或外殼234的屏幕232的一部分接觸。圖2A和圖2B示出了基本的用戶接口設(shè)備，其中，封裝的EAP換能器236形成了活性墊圈。任意數(shù)量的活性墊圈EAP236可以耦合到觸摸屏232與框架234之間。通常，提供足夠的活性墊圈EAP236以產(chǎn)生期望的觸感。然而，數(shù)量通常將隨著特定的應用而改變。在設(shè)備的變形中，觸摸屏232可以包括顯示屏或者傳感器板(其中，顯示屏將在傳感器板之后)。附圖示出了用戶接口設(shè)備230，該用戶接口設(shè)備230在無活性狀態(tài)和活性狀態(tài)之間循環(huán)觸摸屏232。圖2A示出了用戶接口設(shè)備230，其中，觸摸屏232處于無活性狀態(tài)。在這種情況下，未對EAP換能器236應用場，從而允許換能器處于休眠狀態(tài)。圖2B示出了某個用戶輸入觸發(fā)EAP換能器236進入活性狀態(tài)之后的用戶接口設(shè)備230，其中，換能器236使顯示屏232在箭頭238所示的方向上移動?？蛇x擇地，一個或多個EAP換能器236的位移可以改變，以產(chǎn)生顯示屏232的定向移動(例如，而不是均勻地移動屏幕232的一個區(qū)域的整個顯示屏232可以比另一個區(qū)域移動更大的程度)。明顯地，耦合到用戶接口設(shè)備230的控制系統(tǒng)可以被配置為以期望的頻率循環(huán)EAP236和/或改變EAP236的偏斜量。圖3A和圖;3B示出了具有由用于保護顯示屏232的柔性隔膜240覆蓋的顯示屏232的用戶接口設(shè)備230的另一變形。再次，設(shè)備可以包括大量活性墊圈EAP236，這些活性墊圈EAP將顯示屏232耦合到基底或框架234。響應于用戶輸入，當將電場應用于EAP236從而引起位移時，沿著隔膜MO的屏幕232移動，以使設(shè)備230進入活性狀態(tài)。圖4示出了具有位于顯示屏232的邊緣附近的彈簧偏置的EAP隔膜244的用戶接口設(shè)備230的另外變形。EAP隔膜244可以被大概放置在屏幕的邊緣、或者僅被放置在允許屏幕產(chǎn)生對用戶的觸覺反饋的那些位置中。在此變形中，無源適應的墊圈或彈簧244在屏幕232上施加力，從而使EAP隔膜242處于張力狀態(tài)。當向隔膜提供電場242時(再次，當用戶輸入生成信號時)，EAP隔膜242松弛以引起屏幕232的移動。如箭頭246所示，用戶輸入設(shè)備230可以被配置為在相對于由墊圈244提供的偏置的任何方向上產(chǎn)生屏幕232的移動。此外，少于全部EAP隔膜M2的致動產(chǎn)生屏幕232的非均勻移動。圖5示出了用戶接口設(shè)備230的又一變形。在該實施例中，使用大量順從性的墊圈244來將顯示屏232耦合到框架234，并且用于顯示屏232的驅(qū)動力是大量EAP致動器的控光裝置對8。EAP致動器的控光裝置248是彈簧偏置的，并且當應用電場時，可以驅(qū)動顯示屏。如圖所示，EAP致動器的控光裝置248在彈簧的任意一側(cè)上具有相對的EAP隔膜。在這種配置中，激活EAP致動器的控光裝置248的相對側(cè)面形成了在中心點處剛性的裝配。EAP致動器的控光裝置248像控制人體手臂的移動的相對的二頭肌和三頭肌一樣操作。雖然未示出，但是如第11/085，798號和第11/085，804號美國專利申請所討論的，致動器的控光裝置248可以被堆疊以提供雙相輸出操作和/或?qū)敵鲞M行放大以在更魯棒的應用中使用。圖6A和圖6B示出了具有在大量點或接地元件252處被耦合到顯示器232和框架242之間以在EAP薄膜M2中容納波紋或折疊的EAP隔膜或薄膜M2的用戶接口230的另一變形。如圖6B所示，將電場應用于EAP薄膜M2引起波紋方向上的位移并且使顯示屏232相對于框架234偏斜。用戶接口232可以可選擇地包括還耦合到顯示屏232與框架234之間的偏置彈簧250和/或覆蓋顯示屏232的一部分(或全部)的柔性的保護隔膜M0。應當注意的是，上面討論的附圖示意性地示出了使用EAP薄膜或換能器的此類觸覺反饋設(shè)備的示例性配置。很多變形屬于本公開的范圍內(nèi)，例如，在設(shè)備的變形中，EAP換能器可以被實現(xiàn)為僅移動傳感器板或元件(例如，當用戶輸入時被觸發(fā)并且向EAP換能器提供信號的傳感器板或元件)而不是整個屏幕或板裝配。在任意應用中，通過EAP元件進行的顯示屏或傳感器板的反饋移動可以專門地是平面內(nèi)的(其被感測為橫向移動)或者可以是平面外的(其被感測為垂直移動)?？蛇x擇地，可以對EAP換能器的材料進行分割以獨立地提供可設(shè)定可尋址/可移動的部分，從而提供面板元件的角移動或其它類型的移動的組合。此外，可以將任意數(shù)量的EAP換能器或薄膜(如本申請和上面列出的專利中所公開的)并入本文所描述的用戶接口設(shè)備中。本文所描述的設(shè)備的變形允許設(shè)備的整個傳感器面板(或顯示屏)用作觸覺反饋元件。這考慮到廣泛的多功能性。例如，屏幕可以響應于虛擬鍵的敲擊來跳動一次，或者，屏幕可以響應于屏幕上的諸如滾動條等滾動單元來輸出連續(xù)的跳動，從而高效地刺激滾輪的機械制動。由于使用了控制系統(tǒng)，因此可以通過讀取用戶手指在屏幕上的精確位置并且相應地移動屏幕面板以刺激3D結(jié)構(gòu)，來對三維輪廓進行合成?？紤]到足夠的屏幕位移和較大的屏幕質(zhì)量，屏幕的反復擺動甚至可以替代移動電話的振動功能。可以將這種功能性應用到文本的瀏覽，其中，(垂直地)滾動文本的一行是通過觸覺“碰撞”來表示的，從而刺激制動器。在視頻游戲的情況下，本發(fā)明提供了提高的互動和對現(xiàn)有的視頻游戲系統(tǒng)中使用的擺動振動馬達的更精細的運動控制。在觸摸板的情況下，可以通過提供物理提示來改進用戶互動和可接近性，特別是用于視覺障礙人群。EAP換能器可以被配置為轉(zhuǎn)移到應用電壓，這有助于對由主題觸覺反饋設(shè)備使用的控制系統(tǒng)進行編程。例如，軟件算法可以將像素灰度級轉(zhuǎn)換為EAP換能器位移，由此屏幕光標的尖端下的像素灰度級的值被連續(xù)地測量并通過EAP換能器轉(zhuǎn)化為成比例的位移。通過在觸摸板上移動手指，用戶可以感覺或感測到大致的3D結(jié)構(gòu)?？梢栽诰W(wǎng)頁上應用類似的算法，其中，當在圖標上移動手指時，將圖標的邊界作為頁面結(jié)構(gòu)或蜂鳴按鈕中的凸起反饋回用戶。對于普通用戶而言，這將提供網(wǎng)上沖浪時的全新的感覺體驗，對于視覺損壞的人群而言，這將增加不可缺少的反饋。由于許多原因，因此對于這些應用而言，EAP換能器是理想的。例如，由于EAP換能器的較輕的重量和最小的部件，因此EAP換能器提供了非常不引人注意的輪廓，并且同樣地，對于在感覺/觸覺反饋應用中的使用而言是理想的。圖7A和圖7B示出了EAP薄膜或隔膜10的結(jié)構(gòu)的實施例。較薄的電活性絕緣薄膜或?qū)?2被夾入順從性的或可伸展的電極面板或?qū)?4和16之間，從而形成電容結(jié)構(gòu)或薄膜。電介質(zhì)層的長度“1”和寬度“W”以及復合結(jié)構(gòu)的長度和寬度遠大于其厚度“t”。通常，絕緣層具有范圍在約10μm至約100μm的范圍中的厚度，其中，該結(jié)構(gòu)的總厚度在從約15μm至約IOcm的范圍內(nèi)。此外，期望選擇電極14、16的彈性模數(shù)、厚度和/或微觀幾何形態(tài)，以使其貢獻給致動器的額外的硬度通常小于電介質(zhì)層12的硬度，但是可能比這些電極中的每個電極要厚，所述電介質(zhì)層12具有相對低的彈性模數(shù)，S卩，小于約lOOMPa，并且更典型地小于約lOMPa。適于由這些順從性的電容性結(jié)構(gòu)使用的電極是能夠抵擋大于約的循環(huán)應力而不會由于機械疲勞而失效的電極。如圖7B所示，當將電壓應用于電極上時，兩個電極14、16中的不同的電荷彼此吸引，并且這些靜電吸引力(沿著Z軸)壓縮電介質(zhì)薄膜12。從而使電介質(zhì)薄膜12在電場改變的情況下偏斜。因為電極14、16是順從性的，因此它們與電介質(zhì)層12—起改變形狀。一般而言，偏斜是指電介質(zhì)薄膜12的一部分的任何移動、膨脹、收縮、扭轉(zhuǎn)、線性或區(qū)域應力、或者任何其它變形。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，例如，使用電容性結(jié)構(gòu)10的框架(統(tǒng)稱為“換能器”)，該偏斜可以用于產(chǎn)生機械功。上面確定的專利文獻中公開并描述了各種不同的換能器結(jié)構(gòu)。由于應用的電壓，因此換能器薄膜10繼續(xù)偏斜，直到機械力對驅(qū)動偏斜的電活性力進行平衡為止。機械力包括電介質(zhì)層12的彈性恢復力、電極14、16的適應或伸展、以及由耦合到換能器10的設(shè)備和/或負載提供的任何外部電阻。由于應用的電壓而引起的換能器10的由此產(chǎn)生的偏斜也取決于大量其它因素，例如，電活性材料的介電常量及其大小和硬度。感應電荷和電壓差的移除引起相反的效果。在一些情況下，電極14和16可以相對于電介質(zhì)薄膜12的整個區(qū)域而覆蓋薄膜的有限部分。這可以被完成以防止電介質(zhì)的邊緣周圍的電擊穿或者在其某些部分中實現(xiàn)定制的偏斜。可以使活性區(qū)域外的電介質(zhì)材料(活性區(qū)域是具有足夠的電活性力來實現(xiàn)該部分的偏斜的電介質(zhì)材料的一部分)在偏斜期間用作活性區(qū)域上的外部彈性力。更具體地說，活性區(qū)域外的材料可以通過其收縮或膨脹來抵抗或增強活性區(qū)域偏斜。電介質(zhì)薄膜12可以被預先拉緊。預先拉緊改善了電能與機械能之間的轉(zhuǎn)換，即，預先拉緊允許電介質(zhì)薄膜12偏斜更多并且提供更大的機械功。薄膜的預先拉緊可以被描述為在預先拉緊之后在一個方向上的大小相對于在預先拉緊之前在該方向上大小的改變。預先拉緊可以包括電介質(zhì)薄膜的彈性變形，并且是例如通過在拉伸時拉伸薄膜并且在拉伸時固定邊緣中的一個或多個來形成的。可以將預先拉緊施加于薄膜的邊緣，或者僅針對薄膜的一部分，并且可以通過使用剛架或者通過使薄膜的一部分變硬來實現(xiàn)預先拉緊。在本文公開的引用專利和公開物中的很多專利和公開物中，更充分地描述了圖7A和圖7B的換能器結(jié)構(gòu)及其它類似的適合結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造的細節(jié)。除了上面所描述的EAP薄膜以外，感覺或觸覺反饋用戶接口設(shè)備可以包括被設(shè)計為產(chǎn)生橫向移動的EAP換能器。例如，如圖8A和圖8B中所示，各個部件自上而下包括具有彈性薄膜形式的電活性聚合物(EAP)換能器10的致動器30，該換能器將電能轉(zhuǎn)換為機械能(如上所述)。由此產(chǎn)生的機械能是輸出元件的物理“位移”的形式，此處是圓盤觀的形式。參照圖9A至圖9C，EAP換能器薄膜10包括兩個工作的較薄的彈性電極對32a、32b以及34a、34b，其中，每個工作對由一薄層(例如，由丙烯酸脂、硅酮、聚氨酯、熱塑性彈性體、碳氫化合物橡膠、含氟彈性體等制成的)電活性電介質(zhì)聚合物26分隔。當將電壓差應用于每個工作對的反向充電的電極上(即，應用于電極32a、32b以及電極34a、34b上)時，相對的電極彼此吸引從而壓縮其間的電介質(zhì)聚合物層26。當電極被一起拉得更近時，電介質(zhì)聚合物26變得更薄(即，ζ軸分量收縮)，這是因為其在平面方向上擴展(即，χ軸和y軸分量擴展)(參照圖9B和9C以進行軸參考)。此外，分布在每個電極上的相似的電荷使嵌入到該電極中的導電粒子相互排斥，從而有助于彈性電極和電介質(zhì)薄膜的膨脹。因而使電介質(zhì)層26在電場改變的情況下偏斜。由于電極材料也是順從性的，因此電極層隨著電介質(zhì)層沈改變形狀。一般而言，偏斜是指電介質(zhì)層沈的一部分的任何移動、膨脹、收縮、扭轉(zhuǎn)、線性或區(qū)域應力，或者任何其它變形。該偏斜可以用于產(chǎn)生機械功。在制造換能器20時，通過兩個或更多個相對的剛架側(cè)面8a、8b來將彈性薄膜伸展并保持在預先拉伸的情況下。在這些使用4邊的框架的變形中，雙軸地伸展薄膜。已經(jīng)觀察到，預先拉伸改進了聚合物層26的電介質(zhì)強度，從而改進了電能與機械能的轉(zhuǎn)化，即，預先拉伸允許薄膜偏斜更多并且提供更大的機械功。通常，電極材料是在預先拉伸聚合物層之后被應用的，但是可以預先應用。提供在層沈的同側(cè)的、在本文稱作同側(cè)電極對的兩個電極，即，電極層26頂面26a上的電極3和34a(參見圖9B)以及電極層沈的底面26b上的電極32b和34b(參見圖9C)是通過無活性的區(qū)域或間隙25彼此電隔離的。來自兩組工作電極對的聚合物層的相對面上的相對電極，即，用于一個工作電極對的電極3和32b以及用于另一個工作電極對的電極3和34b。每個同側(cè)的電極對優(yōu)選地具有相同的極性，而每個工作電極對的電極的極性彼此相反，即，電極3和32b被反向充電，而電極3和34b被反向充電。每個電極具有電接觸部分35，其被配置為與電源進行電連接(未示出)。在所示的實施方式中，電極中的每一個具有半圓的配置，其中，同側(cè)的電極對定義實質(zhì)上圓形的圖案，以將位于中心處的堅硬的輸出圓盤20a、20b容納在電介質(zhì)層沈的每個側(cè)面上。其功能在下文中討論的圓盤20a、20b被固定于聚合物層沈的中心暴露的外表面^5aJ6b，從而將層沈夾入到其中。圓盤與薄膜之間的耦合可以是機械的或者可以通過粘結(jié)結(jié)合來提供。通常，圓盤20a、20b將相對于換能器的框架22a、22b被安排大小。更具體地說，圓盤直徑與框架的內(nèi)環(huán)直徑的比率將使得對應用于換能器的薄膜10的應力進行充分地分配。圓盤直徑與框架直徑的比率越大，反饋信號或移動的力越大，但是圓盤的線性位移越低?？商鎿Q地，比率越低，輸出力越低，線性位移越大。根據(jù)電極的配置，換能器10能夠在單相模式或雙相模式下操作。通過所配置的方式，輸出部件，即上面所描述的主題感覺反饋設(shè)備的兩個耦合的圓盤20a和20b的橫向機械位移大于垂直機械位移。換言之，本發(fā)明的感覺/觸覺反饋設(shè)備的感測的反饋或輸出力(由圖10中的雙頭箭頭60b指定)在與顯示表面232平行且與輸入力60a垂直的方向上，代替感覺反饋信號是處于與用戶接口的顯示表面232垂直且與由用戶的手指38(但是在相對或向上的方向上)施加的輸入力(由圖10中的箭頭60a指定)平行的方向上。根據(jù)電極對關(guān)于與換能器10的平面垂直的軸且相對于操作換能器的顯示表面232模式(即，單相或雙相)的位置的旋轉(zhuǎn)對準，該橫向移動可以在360°內(nèi)的任意方向上。例如，橫向反饋運動相對于用戶手指(或者手掌或把手等)的正向可以是從一側(cè)到另一側(cè)或者從上至下(都是雙相致動)。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到提供與觸覺反饋設(shè)備的接觸面橫切或垂直的反饋位移的某些其它致動器配置，但是如此配置的設(shè)備的整個輪廓可以大于上述設(shè)計。圖9D至圖9G示出了可以被放置在設(shè)備的顯示屏上的電活性聚合物陣列的實施例。在該實施例中，在EAP致動器陣列中使用的EAP薄膜陣列200(參見圖9F)的電壓側(cè)200a和接地側(cè)200b分別在本發(fā)明的觸覺反饋設(shè)備中使用。薄膜陣列200包括在基質(zhì)配置中提供以增加空間和功率效率并簡化控制電路的電極陣列。EAP薄膜的高壓側(cè)200a提供了在電介質(zhì)薄膜208材料上(根據(jù)圖9D中所示的觀察點)垂直地運行的電極圖案202。每個圖案202包括一對高壓線20h、202b。EAP薄膜陣列的對側(cè)或接地側(cè)200b提供了在相對于高壓電極橫向地即水平地運行的電極圖案206。每個圖案206包括一對接地線206a、206b。每對相反的高壓線和接地線O02a、206a以及202b、206b)提供了獨立激活的電極對，以使相反的電極對的激活在箭頭212所示的方向上提供雙相輸出運動。裝配的EAP薄膜陣列200(示出了電介質(zhì)薄膜208的頂面和底面上的電極的交叉圖案)被提供在EAP換能器222的陣列204的分解圖內(nèi)的圖9F中，EAP換能器222的陣列204在圖9G中以其裝配的形式被示出。EAP薄膜陣列200被夾入到相反的框架陣列214a、214b之間，其中，每個單獨的框架段216處于由開放區(qū)域中的位于中心處的輸出圓盤218所定義的兩個陣列中的每一個陣列中?？蚣?圓盤段216和電極配置的每個組合形成了EAP換能器222。根據(jù)期望的致動器的應用和類型，可以將部件的額外層添加到換能器陣列204?？梢詫Q能器陣列220完整地并入到諸如顯示屏、傳感器表面或觸摸板等的用戶接口陣列中。當以單相模式操作感覺/觸覺反饋設(shè)備2時，在任何一個時刻將僅激活致動器30的一個工作電極對。可以使用單個高壓電源來對致動器30的單相操作進行控制。當應用于所選擇的單個工作電極對的電壓增加時，換能器薄膜的激活部分(一半)將膨脹，從而在換能器薄膜的無活性部分的方向上共面地移動輸出圓盤20。圖IlA示出了當可選擇地以單相模式致動兩個工作電極對時，致動器30的感覺反饋信號(即，輸出圓盤位移)相對于中心位置的力-沖程關(guān)系。如圖所示，輸出圓盤的各自的力和位移彼此相等，但是處于相反的方向上。圖IlB示出了當在該單相模式下操作時所應用的電壓與致動器的輸出位移的由此產(chǎn)生的非線性關(guān)系。通過共用的電介質(zhì)薄膜的方式使兩個電極對“機械”耦合可以使輸出圓盤在相反的方向上移動。因此，當操作兩個電極對時，雖然這兩個電極對相互獨立，但是向第一工作電極對施加電壓(相位1)將使輸出圓盤20在一個方向上移動，而向第二工作電極對施加電壓(相位幻將使輸出圓盤20在相反的方向上移動。如圖IlB的各個圖形所反應的，當電壓是線性地變化時，致動器的位移是非線性的。還可以通過兩個相位的同步運行來對輸出圓盤在移動期間的加速度進行控制，從而提高觸覺反饋效果。還可以將致動器劃分為兩個以上的相位，這些相位可以被獨立地激活以實現(xiàn)輸出圓盤的更復雜的運動。為了實現(xiàn)輸出元件或部件的更大的位移，并且因此向用戶提供更大的感覺反饋信號，在雙相模式下操作致動器30，S卩，同時激活致動器的兩個部分。圖IlC示出了當在雙相模式下操作致動器時輸出圓盤的感覺反饋信號的力-沖程關(guān)系。如圖所示，在該模式下致動器的兩個部分32、34的力和沖程都處于相同的方向上，并且具有當在單相模式下操作時的致動器的力和沖程的幅度的兩倍。圖IlD示出了施加的電壓與當在該雙相模式下操作時的致動器的輸出位移之間的由此產(chǎn)生的線性關(guān)系。通過例如以圖13的框圖40中所示的方式將致動器的機械耦合的部分32、34進行串聯(lián)地電連接并且控制其共用節(jié)點55，共用節(jié)點陽的電壓與(無論在什么配置中的)輸出元件的位移(或阻塞力)之間的關(guān)系達到線性相關(guān)。在該操作模式下，致動器30的兩個部分32、34的非線性電壓響應高效地彼此抵消，以產(chǎn)生線性電壓響應。由于使用了控制電路44和開關(guān)裝配46a、46b(致動器的每一個部分對應于一個)，該線性關(guān)系允許通過使用通過控制電路供應給開關(guān)裝配的不同類型的波形，來精細調(diào)整并調(diào)節(jié)致動器的性能。使用電路40的另一個優(yōu)點是能夠減小操作感覺反饋設(shè)備所需的開關(guān)電路和電源的數(shù)量。在沒有使用電路40的情況下，將需要兩個獨立的電源和四個開關(guān)裝配。因此，減小了電路的復雜性和成本，同時改進了控制電壓與致動器位移之間的關(guān)系，即，使得該關(guān)系更加線性。另一個優(yōu)點是在雙相操作期間，致動器獲得同步性，這消除了可能降低性能的延遲。圖12A至圖12C示出了雙相電活性聚合物換能器的另一變形。在該變形中，換能器10包括與電介質(zhì)薄膜96有關(guān)的第一電極對90和與電介質(zhì)薄膜96有關(guān)的第二電極對92，其中，兩個電極對90和92處于棒或機械元件94的對面上，這促進了與另一結(jié)構(gòu)的耦合從而傳遞移動。如圖12A所示，電極90和92都處于相同的電壓(例如，都處于0電壓)。在第一相位中，如圖12B所示，對一個電極對92通電以使薄膜膨脹并且將棒94移動距離D。第二電極對90是通過連接到薄膜但是處于0電壓的屬性來壓縮的。圖12C示出了第二相位，在該第二相位中，第一電極92對的電壓被減小或斷開同時應用于第二電極對90的電壓被通電。該第二相位與第一相位同步，以使位移是D的兩倍。圖12D示出了隨著時間的推移圖12A至圖12C的換能器10的位移。如圖所示，當在相位1期間對第一電極92通電時，相位1因?qū)?4移動量D而出現(xiàn)。在時刻Tl時，相位2開始出現(xiàn)，并且與減小第一電極92的電壓同步地給相反的電極90通電。棒94在兩個相位期間的凈位移是2XD。各種類型的機構(gòu)可以用于發(fā)送來自用戶的輸入力60a，以實現(xiàn)期望的感覺反饋60b(參見圖10)。例如，電容性或電阻性傳感器50(參見圖13)可以被容納在用戶接口墊4中，以感測由用戶輸入的、施加于用戶接觸面上的機械力。將來自傳感器50的電輸出52供應給控制電路44，該控制電路44相應地觸發(fā)開關(guān)裝配46a、46b，以根據(jù)由控制電路提供的模式和波形將來自電源42的電壓施加到感覺反饋設(shè)備的各自的換能器部分32、34。本發(fā)明的另一變形包括對EAP致動器進行密封以使可能發(fā)生在EAP薄膜上的濕度或濕氣凝結(jié)度的任何作用最小化。對于下面所描述的各個實施方式而言，實質(zhì)上與觸覺反饋設(shè)備的其它部件分離地將EAP致動器密封在阻擋薄膜中。阻擋薄膜或包裝可以由例如箔制成，該箔優(yōu)選地被熱密封等以使泄露到密封的薄膜中的濕氣最小化。阻擋薄膜或包裝的一部分可以是由順從性的材料制成，以允許包裝內(nèi)的致動器與包裝外的點的改進的機械耦合。這些設(shè)備實施方式中的每一個實現(xiàn)了致動器的輸出元件的反饋運動與諸如鍵盤等的用戶輸入表面的接觸面的耦合，同時使密封的致動器組件中的任何折衷最小化。還提供了用于將致動器的運動耦合到用戶接口的接觸面的各種示例性的方式。關(guān)于方法，主題方法可以包括與所描述的設(shè)備的使用相關(guān)聯(lián)的機械和/或活動中的任意一個。同樣地，隱式地使用所描述的設(shè)備的方法形成了本發(fā)明的一部分。其它方法可以集中在這些設(shè)備的制造。圖14A示出了耦合到用戶輸入設(shè)備190的EAP致動器的平面陣列204的實施例。如圖所示，EAP致動器的陣列204覆蓋屏幕232的一部分，并且通過托腳256被耦合到設(shè)備190的框架234。在該變形中，托腳256允許清除致動器204和屏幕232的移動。在設(shè)備190的一個變形中，致動器的陣列204可以是用戶接口表面或屏幕232之后的多個離散的致動器或者致動器陣列，這取決于期望的應用。圖14B示出了圖14A的設(shè)備190的底視圖。如箭頭2M所示，EAP致動器204可以考慮作為在垂直于屏幕232的方向上的移動的替換或者與該移動相結(jié)合，沿著軸移動屏幕232。迄今所描述的換能器/致動器的實施方式具有耦合到EAP換能器薄膜的活性區(qū)域(即，包括覆蓋電極的區(qū)域)和無活性區(qū)域的無源層。在換能器/致動器也已經(jīng)使用堅硬的輸出結(jié)構(gòu)的情況下，該結(jié)構(gòu)已經(jīng)被放置在位于活性區(qū)域上的無源層的區(qū)域上。此外，這些實施方式的活性/可激活的區(qū)域已經(jīng)被放置在無活性區(qū)域的中心處。本發(fā)明還包括其它換能器/致動器配置。例如，無源層可以僅覆蓋活性區(qū)域或者僅覆蓋無活性區(qū)域。此外，EAP薄膜的無活性區(qū)域可以位于活性區(qū)域的中心處。參照圖15A和圖15B，提供了用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式將電能轉(zhuǎn)換為機械能的表面變形EAP致動器10的示意表示。致動器10包括EAP換能器12，該EAP換能器12具有較薄的彈性電介質(zhì)聚合物層14和分別附加到電介質(zhì)14的頂表面和底表面的一部分上的電介質(zhì)14的頂部電極16a和底部電極16b。包括電介質(zhì)和至少兩個電極的換能器12的一部分在本文中被稱作活性區(qū)域。本發(fā)明的換能器中的任何一個換能器可以具有一個或多個活性區(qū)域。當將電壓差施加到重疊和反向充電的電極16a、16b(活性區(qū)域)上時，相反的電極相互吸引，從而壓縮其間的電介質(zhì)聚合物層14的這部分。當電極16a、16b(沿著ζ軸)被一起拉得更近時，它們之間的電介質(zhì)層14的這部分變得更薄，這是因為其在平面方向上(沿著χ軸和y軸)擴展。對于不能壓縮的聚合物，即在壓力下具有基本上恒定的體積的聚合物而言，或者對于在框架等中的以其它方式可壓縮的聚合物而言，該操作使順從性的電介質(zhì)材料位于活性區(qū)域(即，由電極覆蓋的區(qū)域)外部，特別在活性區(qū)域的邊緣的周邊，即，緊鄰活性區(qū)域的邊緣的周邊，從而在(垂直于由換能器薄膜定義的平面的)厚度方向上異面地移動或凸出。該凸出產(chǎn)生電介質(zhì)表面特征Ma-d。雖然示出了活性區(qū)域相對局部的異面表面特征M，但是異面平面并不總是位于如圖所示的位置處。在一些情況下，如果聚合物被預先拉伸，則在電介質(zhì)材料的無活性部分的表面區(qū)域上分配表面特征Ma-b。為了放大主題換能器的表面特征的垂直輪廓和/或可見度，可以將可選擇的無源層添加到換能器薄膜結(jié)構(gòu)的一面或兩面，其中，無源層覆蓋EAP薄膜表面區(qū)域的全部或一部分。在圖15A和圖15B的致動器實施方式中，分別將頂部無源層18a和底部無源層18b附加到EAP薄膜12的頂面和底面上。通過無源層18a、18b的增加的厚度，來將致動器的激活和電介質(zhì)層12的由此產(chǎn)生的表面特征17a-d進行放大，如由圖15B中的參考編號所標記的。除了提高的聚合物/無源層表面特征^a-d以外，EAP薄膜12可以被配置為使一個或兩個電極16a、16b被減小到電介質(zhì)層的厚度以下。同樣地，當致動EAP薄膜12和電介質(zhì)材料14的由此產(chǎn)生的偏斜時，被減小的電極或其一部分提供電極表面特征。電極16a、16c可以被組成圖案或設(shè)計為產(chǎn)生定制的換能器薄膜表面特征，該換能器薄膜表面特征可以包括聚合物表面特征、電極表面特征和/或無源層表面特征。在圖15A和圖15B的致動器實施方式10中，提供一個或多個結(jié)構(gòu)20a、20b以促進順從性的無源板層與堅硬的機械結(jié)構(gòu)之間的功的耦合，并且指導致動器的功輸出。此處，頂部結(jié)構(gòu)20a(其可以是平臺、棒、杠桿、桿等的形式)用作輸出元件，同時底部結(jié)構(gòu)20b用于將致動器10耦合到諸如地面等的固定的或堅硬的結(jié)構(gòu)22。這些輸出結(jié)構(gòu)不需要是離散的部件，而是可以與致動器期望驅(qū)動的結(jié)構(gòu)集成或形成整體。結(jié)構(gòu)20a、20b還用于定義由無源層18a、18b形成的表面特征^a-d的邊緣或形狀。在所示的實施方式中，當集合的致動器堆棧產(chǎn)生致動器的無活性部分的厚度的增加時，如圖15B所示，由致動器在致動時所經(jīng)歷的高度的凈變化Ah是負的。本發(fā)明的EAP換能器可以具有適合的結(jié)構(gòu)來提供期望的厚度模式致動。例如，一個以上的EAP薄膜層可以用于制造在更復雜的應用中使用的換能器，例如，具有集成感測能力的鍵盤鍵，其中，額外的EAP薄膜層可以用作電容性傳感器。圖16A示出了這種根據(jù)本發(fā)明使用具有雙EAP薄膜層34的堆疊的換能器32的致動器30。雙層包括兩個電介質(zhì)彈性體薄膜，其具有被分別夾入到頂部電極34b和底部電極3之間的頂部薄膜34a以及被分別夾入到頂部電極36b與底部電極36c之間的底部薄膜36a。提供了傳導軌跡或?qū)訉?統(tǒng)稱為“總線”)，以將電極耦合到電源的高壓側(cè)和接地側(cè)(電源未示出)。將總線條放置在各自的EAP薄膜的“無活性”部分上(S卩，頂部電極和底部電極未重疊的部分)。分別將頂部總線條4和底部總線條42b放置在電介質(zhì)層34a的頂面和底面上，并且分別將頂部總線條4和底部總線條44b放置在電介質(zhì)層36a的頂面和底面上。通過傳導彈性體通路(via)68a(如圖16B所示)，通過總線條4和44a的互耦，使電介質(zhì)層Ma的頂部電極34b和電介質(zhì)36a的底部電極36c，即兩個面向外的電極共同偏振，下面將參照圖17A至17D來詳細描述其形成。還通過傳導彈性體通路68b(如圖16B所示)，通過總線條42b和44b的互耦，使電介質(zhì)34a的底部電極3和電介質(zhì)36a的頂部電極36b，即兩個面向內(nèi)的電極共同偏振。陶瓷材料66a、66b被用于對通路68a、68b進行密封。當操作致動器時，每個電極對的相反的電極在電壓被施加時被拉在一起。為了安全的目的，可以將接地電極放置在堆棧的外部，以在其達到高壓電極之前將任何穿刺目標接地，從而消除電擊危險。兩個EAP薄膜層可以通過膜與膜的粘貼40b被粘貼在一起。粘貼層可以可選擇地包括無源層或板層以提高性能。頂部無源層或板層50a和底部無源層52b通過粘貼層40a和粘貼層40c被粘貼到換能器結(jié)構(gòu)?？梢苑謩e通過粘貼層48a、48b來分別將輸出棒46a、46b耦合到頂部無源層和底部無源層。本發(fā)明的致動器可以使用任意適當數(shù)量的換能器層，其中，層的數(shù)量可以是偶數(shù)或奇數(shù)。在換能器層的構(gòu)造中，可以使用一個或多個共用接地電極和總線條。此外，在安全不是問題的情況下，可以將高壓電極放置在換能器堆棧的外部，以更好地適應特殊的應用。為了可操作，致動器30必須被電耦合到電源和控制電子設(shè)備(均未示出)。這可以通過致動器或PCB上的電子跡線或電線或者將高壓和接地通路68a、68b耦合到電源或中間連接的花線連接器62來完成。可以用保護屏障材料來封裝致動器30，以對其進行密封從而遠離潮濕和環(huán)境污染物。此處，保護屏障包括頂蓋60和底蓋64，其被優(yōu)選地密封在PCB/花線連接器62的周圍，以保護致動器遠離外力和應力和/或環(huán)境暴露。在一些實施方式中，保護屏障可以是不能滲透的，以提供密封。這些覆蓋物可以具有略微堅硬的形式以保護致動器30以防止有形損壞，或者可以是順從性的，以給致動器30的致動位移留出空間。在一個特定的實施方式中，頂蓋60是由成形的箔制成，而底蓋64是由順從性的箔制成，反之亦然，其中，兩個覆蓋物然后被熱密封到板/連接器62。還可以使用諸如金屬化的聚合物薄膜、PVDC、Aclar、苯乙烯或烯烴共聚物、聚酯和聚烯烴等的很多其它包裝材料。順從性的材料用于覆蓋轉(zhuǎn)化致動器輸出的輸出結(jié)構(gòu)，此處，棒46b。諸如剛剛描述的致動器30等的本發(fā)明的堆疊的致動器/換能器結(jié)構(gòu)的傳導部件/層通常是經(jīng)由通過堆棧結(jié)構(gòu)形成的電子通路(圖16B中的68a和68b)來耦合的。圖17a至圖19示出了用于形成通路的本發(fā)明的各種方法。參照圖17A至圖17D描述了在圖16B的致動器30中使用的類型的傳導通路的形成。在將致動器70(此處，是通過單個薄膜換能器構(gòu)造的，其中直徑地定位的總線條76a、76b被置于電子層74的無活性部分的相對側(cè)上，其被共同夾入無源層78a、78b之間)層壓到PCB/花線連接器72之前或之后，堆疊的換能器/致動器結(jié)構(gòu)70通過其整個厚度被激光鉆孔80到PCB72，以形成通孔82a、82b，如圖17B所示。還可以使用用于創(chuàng)建通孔的其它方法，例如，機械鉆孔、沖孔、成型、穿刺和取芯。然后，通過任何適合的分配方法，例如，通過噴射，使用諸如硅酮中的碳粒子等傳導材料來填充這些通孔，如圖17C所示。然后，如圖17D所示，使用諸如硅酮等任何順從性的非傳導材料來可選擇地封裝86a、86b傳導填充通路84a、84b，以對通路的暴露端進行電隔離?？蛇x擇地，非傳導帶可以被放置在暴露的通路上?？梢允褂脴藴实碾姎獠季€來代替PCB或花線連接器，以將致動器耦合到電源和電子設(shè)備。圖18A至圖18D示出了使用這些實施方式來形成電子通路和到電源的電氣連接的各個步驟，其中，與圖17A至圖17D的部件和步驟相似的部件和步驟具有相同的參考編號。此處，如圖18A所示，只需要對通孔82a、82b進行鉆孔以達到觸及總線84a、84b的程度的致動器厚度內(nèi)的深度。然后，使用如圖18B所示的傳導材料來對通孔進行填充，此后，如圖18C所示，將引線88a、88b插入到沉淀的傳導材料中。然后，如圖18D所示，可以對傳導填充通路和引線進行封裝。圖19示出了在本發(fā)明的換能器中提供傳導通路的另一種方式。換能器100具有絕緣薄膜，該絕緣薄膜包括具有夾在電極106a、106b之間的部分的電介質(zhì)層104，電極106a、106b相應地被夾在無源聚合物層110a、IlOb之間。傳導總線條108被提供在EAP薄膜的無活性區(qū)域上。手動地或者通過使換能器的一側(cè)達到穿透總線條材料108的深度，來驅(qū)動具有穿刺配置的傳導接觸114。傳導軌跡116沿著PCB/花線連接器112從穿刺接觸114的暴露端開始延伸。這種形成通路的方法特別有效，這是因為其消除了對通孔進行鉆取、對通孔進行填充、將傳導電線放置在通孔中以及封裝通孔的步驟。本發(fā)明的EAP換能器在具有任何適合的構(gòu)造和表面特征表示的各種致動器應用中是可用的。圖20A至圖M示出了示例性的厚度模式換能器/致動器應用。圖20A示出了具有圓形構(gòu)造的厚度模式換能器120，該圓形構(gòu)造對于在感覺或觸覺反饋應用中使用的按鈕致動器是理想的，在所述應用中，用戶物理地接觸諸如鍵盤、觸摸屏、電話等設(shè)備。換能器120是由較薄的彈性電介質(zhì)聚合物層122以及頂部電極圖案12和底部電極圖案lMb(底部電極圖案被顯示在幻影(phantom)中)形成，最佳地如圖20B中的單獨的圖中所示。電極圖案124中的每一個提供了干(stem)部分125，該干部分具有形成同心圖案的多個相對延伸的指狀物部分127。兩個電極的干被相互作為直徑定位在圓形電介質(zhì)層122的相對面上，其中，電極各自的指狀物部分彼此同位格對準，以產(chǎn)生圖20A中所示的圖案。雖然在該實施方式中的相對的電極圖案彼此相同并且對稱，但是可以設(shè)想其它的實施方式，在這些實施方式中，相對的電極圖案在形狀和/或其所占用的表面積的量上是不對稱的。兩個電極材料在其中未重疊的換能器材料的部分定義了換能器的無活性部分128a、U8b。將電接觸126a、126b提供在兩個電極的干部分中的每一個的底部處，以用于將換能器電耦合到電源和控制電子設(shè)備(均未示出)。當換能器被激活時，相對的電極指狀物被拉在一起，從而使用換能器凸起的無活性部分U8a、128b來壓縮其間的電介質(zhì)材料122，以根據(jù)需要在按鈕的周邊附近和/或按鈕的內(nèi)部形成表面特征。按鈕致動器可以具有單輸入或接觸面的形式，或者可以以具有多個接觸面的陣列形式來提供按鈕致動器。當以陣列的形式來構(gòu)造時，圖20A的按鈕換能器對于在用于各種用戶接口設(shè)備諸如計算機鍵盤、電話、計算器等的如圖21所示的鍵盤致動器130中使用是理想的。換能器陣列132包括具有互聯(lián)的電極圖案的頂部陣列136a和電極圖案的底部陣列136b(如幻影所示)，其中，兩個陣列彼此相對以使用所描述的活性部分和無活性部分來產(chǎn)生圖20A的同心換能器圖案。鍵盤結(jié)構(gòu)可以在換能器陣列132的頂部上具有無源層134的形式。無源層134可以具有其自己的表面特征，例如，鍵盤邊緣138，在無源狀態(tài)下，該表面特征凸起，以使用戶能夠?qū)⑺?她的手指與單獨的鍵區(qū)觸覺地對準，和/或在激活時進一步放大各自的按鈕的邊緣的凸起。當鍵被按下時，鍵所處的各自的換能器被激活，從而引起上面所描述的厚度模式凸起，以將觸感提供回用戶?？梢酝ㄟ^這種方式來提供任意數(shù)量的換能器，并且這些任意數(shù)量的換能器被分隔以適應正在使用的鍵盤134的類型和大小。于2008年6月27日提交的、題為“ELECTROACTIVEPOLYMERTRANSDUCERSFORSENSORYFEEDBACKAPPLICATIONS”的美國專利申請中公開了用于這些換能器陣列的制造技術(shù)的實施例，該專利申請通過引用的方式被完整地并入本文。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，本發(fā)明的厚度模式換能器無需是對稱的，并且可以呈現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)和形狀?？梢栽谥T如圖22中所示的新穎的手動設(shè)備140等任何可想象的新穎應用中使用主題換能器。提供了人手形式的電介質(zhì)材料142，其具有類似的手形的頂部電極圖案14和底部電極圖案144b(在幻影中示出了下側(cè)圖案)。電極圖案中的每一個被分別電耦合到總線146a、146b，總線146a、146b相應地被電耦合到電源和控制電子設(shè)備(均未示出)。此處，相對的電極圖案彼此對準或者位于彼此之上而不是彼此插入，從而創(chuàng)建交替的活性區(qū)域和無活性區(qū)域。同樣地，在整個手輪廓上即在無活性區(qū)域上提供凸起表面特征，而不是僅在圖案的內(nèi)部邊緣和外部邊緣上創(chuàng)建凸起表面特征作為總體。應當注意的是，該示例性的應用中的這些表面特征可以提供視覺反饋而不是觸覺反饋。可以預期的是，可以通過色彩、反光材料等來提高視覺反饋。可以通過常用的基于網(wǎng)絡(luò)的制造技術(shù)來高效地大量生產(chǎn)本發(fā)明的換能器薄膜，特別是在換能器的電極圖案是均勻的或重復的情況下。如圖23所示，可以以連續(xù)帶的形式來提供換能器薄膜150，其具有被沉淀或形成在電介質(zhì)材料152的帶上的連續(xù)的頂部電氣總線156a和底部電氣總線156b。最通常地，通過由電耦合到各自的總線156a、156b的頂部電極圖案15、底部電極圖案154b所形成的離散的(即，非連續(xù)的)但重復的活性區(qū)域158來定義厚度模式特征；其大小、長度、形狀和圖案可以被定制以用于特定的應用。然而，可以設(shè)想的是，可以以連續(xù)的圖案來提供活性區(qū)域?？梢酝ㄟ^已知的基于網(wǎng)絡(luò)的制造技術(shù)，來形成電極和總線圖案，然后還可以通過諸如沿著選擇的單切封裝線巧5來切割帶150等已知的技術(shù)，來對單獨的換能器進行單切封裝。應當注意的是，在沿著帶連續(xù)地提供活性區(qū)域的情況下，需要以高度的精確度來對帶進行切割，以避免使電極短路。這些電極的切割端可能需要封裝或以其它方式被深腐蝕以避免跟蹤問題。然后，將總線156a、156b的切割終端耦合到電源/控制源以實現(xiàn)對由此產(chǎn)生的致動器的致動。在單切之前或之后，該帶或單切的帶部分堆滿了任意數(shù)量的其它換能器薄膜帶/帶部分，以提供多層結(jié)構(gòu)。然后，如果希望，則可以將堆疊的結(jié)構(gòu)層壓或機械耦合到致動器的堅硬的機械部件，例如，輸出棒等。圖M示出了主題換能器的另一個變形，在該主題換能器中，換能器160是由一條電介質(zhì)材料162制成，其具有以矩形圖案排列的帶的相對面上的頂部電極16和底部電極164b，從而構(gòu)造開口區(qū)域165。電極中的每一個分別終止于電氣總線166a、166b，其具有用于耦合到電源和控制電子設(shè)備(均未示出)的電氣接觸點168a、168b。延伸到有界區(qū)域165上的無源層(未示出)可以在換能器薄膜的任意一面上使用，從而形成墊圈配置，用于對輸出棒(也未示出)進行環(huán)境保護和機械耦合。如所配置的，換能器的激活沿著換能器帶的內(nèi)邊緣和外邊緣169產(chǎn)生表面特征和活性區(qū)域164a、164b的厚度的減小。應當注意的是，墊圈致動器不需要是連續(xù)的單個致動器。一個或多個離散的致動器也可以用于將可以可選擇地使用無活性的順從性的墊圈材料來密封的區(qū)域的邊緣形成直線。在上面引用的第12/163,5號美國專利申請中公開了其它墊圈型的致動器。這些類型的致動器適合用于在手持式多媒體設(shè)備、醫(yī)療儀器、公用電話亭或自動儀表板、玩具和其它新穎的產(chǎn)品等中應用的例如具有觸摸傳感器板、觸摸板和觸摸屏的感覺(例如，觸覺或振動)反饋應用。圖25A至圖25D是使用本發(fā)明的厚度模式致動器的變形的觸摸屏的橫截面圖，其中，在四個附圖中，相同的參考編號是指相同的部件。參照圖25A，觸摸屏設(shè)備170可以包括通常由玻璃或塑料材料制成的觸摸傳感器板174以及可選擇地液晶顯示器(LCD)172。這兩個設(shè)備被堆疊在一起，并且由在其間定義了開放空間176的EAP厚度模式致動器180分隔開。集合的堆疊結(jié)構(gòu)是由框架178結(jié)合在一起的。致動器180包括換能器薄膜，其是由通過電極對184a、184b被夾入到中心處的電介質(zhì)薄膜層182形成。換能器薄膜相應地被夾入到頂部無源層186a和底部無源層186b之間，并且進一步被保持在一對輸出結(jié)構(gòu)188a、188b之間，其中，這對輸出結(jié)構(gòu)188a、188b被分別機械地耦合到觸摸板174和IXD172。圖25A的右側(cè)示出了當致動器是無活性的時LCD和觸摸板的相對位置，而圖25A的左側(cè)示出了當致動器是活性的時，即當用戶在箭頭175的方向上按壓觸摸板174時，這些部件的相對位置。從附圖的左側(cè)顯而易見的是，當致動器180是被激活時，電極184a、184b被拉在一起，從而壓縮其間的電子薄膜182的一部分，同時在活性區(qū)域的外部的電介質(zhì)材料和無源層186a、186b中創(chuàng)建表面特征，這些表面特征通過由輸出塊188a、188b引起的壓縮力被進一步提高。同樣地，表面特征在與箭頭175相反的方向上在觸摸板174上提供微小的力，這響應于按壓觸摸板，給用戶提供了觸感。圖25B的觸摸屏設(shè)備190具有與圖25A的觸摸屏設(shè)備相似的結(jié)構(gòu)，其差別在于LCD172全部位于由矩形(或者正方形等)形狀的厚度模式致動器180構(gòu)造的內(nèi)部區(qū)域中。同樣地，當設(shè)備處于無活性狀態(tài)時，LCD172和觸摸板174之間的間隔176(如附圖的右側(cè)所示)明顯小于圖25A的實施方式中的間隔，從而提供不引人注意的輪廓設(shè)計。此外，致動器的底部輸出結(jié)構(gòu)188b直接位于框架178的后壁178'。不論兩個實施方式之間的結(jié)構(gòu)差別如何，設(shè)備190與設(shè)備170類似地作用，其原因在于，響應于按壓觸摸板，致動器的表面特征在與箭頭185相反的方向上提供了微小的觸覺力。剛剛描述的兩個觸摸屏設(shè)備是單相設(shè)備，這是因為它們在單個方向上起作用。主題墊圈型致動器中的兩個(或更多個)可以協(xié)力地被使用，以產(chǎn)生如圖25C所示的雙相(雙向)觸摸屏設(shè)備200。設(shè)備200的結(jié)構(gòu)與圖25B的設(shè)備的結(jié)構(gòu)相似，但是外加了位于觸摸板174的頂上的第二厚度的模式致動器180'。通過具有額外的向內(nèi)延伸的頂部側(cè)翼178"的框架178，來使兩個致動器和觸摸板174保持堆疊關(guān)系。同樣地，觸摸板174被分別直接夾入到致動器180、180'的最里面的輸出塊188a、188b'之間，同時致動器180'的最外面的輸出塊188b、188a'分別支持框架元件178'和178"。該封閉墊圈排列使灰塵和碎片保持在空間176內(nèi)的光學路徑的范圍外。此處，附圖的左側(cè)示出了活性狀態(tài)下的底部致動器180和無活性狀態(tài)下的頂部致動器180'，其中，使傳感器板174在箭頭195的方向上朝LCD172移動。相反地，附圖的右側(cè)示出了無源狀態(tài)下的底部致動器180和有源狀態(tài)下的頂部致動器180'，其中，使傳感器板174在箭頭195'的方向上遠離IXD172移動。圖25D示出了另一雙相觸摸傳感器設(shè)備210，但是具有面向垂直于觸摸傳感器板的電極的一對厚度模式帶致動器180。此處，觸摸板174的雙相或雙向移動如箭頭205所示是共面的。為了實現(xiàn)這種共面的運動，將致動器180定位為使其EAP薄膜的平面與LCD172和觸摸板174的那些平面垂直。為了維持該位置，致動器180保持在框架178的側(cè)壁202與觸摸板174所處的內(nèi)部框架元件206之間。雖然內(nèi)部框架元件206被固定于致動器180的輸出塊188a，但是其和觸摸板174相對于外部框架178是“浮動的”，以允許共面或橫向運動。該結(jié)構(gòu)提供了相對緊湊的不引人注意的輪廓設(shè)計，這是因為其消除了額外的清除，這對于通過觸摸板174進行的雙相異面運動是必要的。對于雙相運動而言，兩個致動器相反地工作。板174和支架206的組合裝配使致動器帶180相對于框架178的側(cè)壁202保持微小的壓縮。當一個致動器是活性的時，其壓縮或者進一步變薄，同時由于所存儲的壓縮力，另一個致動器膨脹。這將板裝配向活性致動器移動。該板通過去激活第一致動器并且激活第二致動器來在相反的方向上移動。圖26A和圖26B示出了換能器的無活性區(qū)域位于活性區(qū)域的內(nèi)部或中心處(即EAP薄膜的中心部分缺乏重疊電極)的變形。厚度模式致動器360包括EAP換能器薄膜，該EAP換能器薄膜包括夾入到電極層36^、354b之間的電介質(zhì)層362，其中，薄膜的中心部分365是無源的并且缺乏電極材料。通過頂部框架元件366a、底部框架元件366b中的至少一個，使EAP薄膜保持在拉緊或伸張狀態(tài)下，以共同地提供暗盒配置。覆蓋薄膜的無源部分365的頂面和底面中的至少一個的是分別具有可選擇的堅硬約束的無源層368a、368b或者安裝于其上的輸出元件370a、370b。在EAP薄膜被暗盒框架366約束在邊緣處的情況下，當被激活時(參見圖^)，EAP薄膜的壓縮使得薄膜材料如箭頭367a、367b所示向內(nèi)收縮，而不是如同前面所描述的致動器實施方式一樣向外。壓縮的EAP薄膜緊密結(jié)合在無源材料368a、368b上，從而使其直徑減小并使其高度增加。配置中的這種改變分別向輸出元件370a、370b施加向外的力。如同前面所描述的致動器實施方式一樣，可以以堆疊或平面的關(guān)系成倍地提供無源耦合的薄膜致動器，以提供多相致動器和/或增加致動器的輸出力和/或沖程?？梢酝ㄟ^對電介質(zhì)薄膜和/或無源材料進行預應變，來提高性能。致動器可以用作鍵或按鈕設(shè)備，并且可以與諸如隔膜開關(guān)等傳感器設(shè)備堆疊或集成在一起。底部輸出元件或底部電極可以用于向隔膜開關(guān)提供足夠的壓力，以完成電路，或者如果底部輸出元件具有傳導層則可以直接完成電路?？梢栽谟糜谥T如鍵區(qū)或鍵盤等應用的陣列中使用多個致動器。在第2005/0157893號美國專利申請公開中公開的各種電介質(zhì)彈性體材料和電極材料適合于由本發(fā)明的厚度模式換能器使用。通常，電介質(zhì)彈性體包括任何實質(zhì)上絕緣的順從性的聚合物，例如，硅橡膠和丙烯酸，其響應于靜電力而變形或者其變形導致電場的改變。在設(shè)計或選擇順從性的聚合物時，技術(shù)人員可以考慮最佳的材料、物理特性和化學特性。這些特性可以通過明智地選擇單體(其包括任何支鏈)、添加劑、橫向耦合的程度、結(jié)晶度、分子量等來調(diào)整。本文描述的且適合于使用的電極包括構(gòu)造的電極，這些電極包括金屬跡線和電荷分布層、紋理填充電極、諸如碳油脂或銀油脂等傳導油脂、膠狀懸浮體、諸如傳導的黑煙末、碳纖維、碳納米管、石墨和金屬納米線等高縱橫比傳導材料以及離子傳導材料的混合物。電極可以是由諸如包括碳粒子或其它傳導粒子的彈性體基質(zhì)等的順從性的材料制成。本發(fā)明還可以使用金屬和半僵硬的電極。例如，用于主題換能器的示例性的無源層材料包括但不限于硅酮、苯乙烯或烯族共聚物、聚氨酯、丙烯酸酯、橡膠、柔軟的聚合物、柔軟的彈性體(凝膠)、柔軟的聚合物泡沫或者聚合物/凝膠混合物。無源層和電介質(zhì)層的相對彈力和厚度被選擇為實現(xiàn)期望的輸出(例如，期望的表面特征的凈厚度或薄度)，其中，輸出響應可以被設(shè)計為是線性的(例如，將無源層的厚度按比例放大為當被激活時的電介質(zhì)層的厚度)或非線性的(例如，無源層和電介質(zhì)層以變化的速率變得更薄或更厚)。關(guān)于方法，主題方法可以包括與所描述的設(shè)備的使用相關(guān)聯(lián)的機械和/或活動中的每一個。同樣地，隱式地使用所描述的設(shè)備的方法形成了本發(fā)明的一部分。其它方法可以集中于這些設(shè)備的制造。至于本發(fā)明的其它細節(jié)，材料和可替換的相關(guān)配置可以在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員的水平范圍內(nèi)使用。在一般或邏輯使用的額外操作方面，這些對于本發(fā)明的基于方法的方面可以是成立的。此外，雖然已經(jīng)參照可選擇地并入各種特性的幾個實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明不限于所描述的或指出的關(guān)于本發(fā)明的每個變形所設(shè)想的實施例。在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的情況下，可以對所描述的發(fā)明進行各種改變，并且可以對等同形式(無論在本文中被引用或者為了一些簡潔而未被包含在本文中)進行替換?？梢詫⑺镜娜我鈹?shù)量的單獨部分或子組件集成到其設(shè)計中?？梢葬槍υ摻M件通過設(shè)計原則來進行或指導這些改變或其它改變。在另一變形中，暗盒裝配或致動器360可以適用于在振動按鈕、鍵、觸摸板、鼠標或其它接口中提供觸覺響應。在該實施例中，對致動器360進行耦合使用不可壓縮的輸出幾何結(jié)構(gòu)。該變形通過使用被鑄造成輸出幾何結(jié)構(gòu)的不可壓縮的材料，來提供沒有電活性聚合物控光裝置暗盒的接合的中心約束的替代。在沒有中心圓盤的電活性聚合物致動器中，致動在電極幾何結(jié)構(gòu)的中心處改變了無源薄膜的狀態(tài)，從而減小應力和應變(力和位移)二者。該減小在薄膜的平面的所有方向上而不僅在單個方向上發(fā)生。當對電活性聚合物進行放電時，無源薄膜然后返回至原始應力和應變能量狀態(tài)。可以使用不可壓縮的材料(在應力下具有基本上恒定的體積的材料)來構(gòu)造電活性聚合物致動器。致動器360被裝配有不可壓縮的輸出板368a、368b，這些輸出板在無活性區(qū)域365中的致動器360的中心處被接合到無源薄膜區(qū)域，從而替代中心圓盤。該配置可以用于通過在其具有無源部分365的接口處壓縮輸出板來傳遞能量。這使輸出板368a和368b膨脹，以在垂直于扁平薄膜的方向上創(chuàng)建致動?？梢酝ㄟ^給各個表面添加約束以控制其在致動期間改變的方向，來進一步增強不可壓縮的幾何結(jié)構(gòu)。對于上面的實施例而言，添加非順從性的增強板來限制輸出板的頂表面防止了該表面改變其大小，從而將幾何結(jié)構(gòu)的改變集中于輸出板的期望大小。上面所描述的變形還可以允許在致動時電活性聚合物電介質(zhì)彈性體的二軸應力和應變狀態(tài)改變的耦合；垂直于致動方向的傳輸致動；不可壓縮的幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計以優(yōu)化性能。上面所描述的變形可以包括各種換能器平臺，其包括控光裝置、平面的慣性驅(qū)動、厚度模式、混合體(在所附的公開內(nèi)容中描述的平面和厚度模式的組合)以及甚至對于任何觸覺反饋(鼠標、控制器、屏幕、板、按鈕、鍵盤等)的滾動。這些變形可能移動諸如觸摸屏、鍵區(qū)、按鈕或鍵帽等用戶接觸面的特定部分，或者移動整個設(shè)備。不同的設(shè)備實現(xiàn)可能需要不同的EAP平臺。例如，在一個實施例中，厚度模式致動器的帶可能給觸摸屏、混合物或平面致動器提供異面運動，以給鍵盤上的按鈕提供擊鍵感覺，或者提供慣性致動設(shè)備以在鼠標和控制器中提供振動(rumbler)反饋。圖27A示出了用于給各個用戶接口設(shè)備提供觸覺反饋的換能器的另一個變形。在該變形中，塊或重量262被耦合到電活性聚合物致動器30。雖然所示的聚合物致動器包括薄膜暗盒致動器，但是設(shè)備的可替換的變形可以使用如在上面公開的EAP專利和應用中所描述的彈簧偏置的致動器。圖27B示出了圖27A的換能器裝配的分解圖。如圖所示，慣性換能器裝配260包括夾入到兩個致動器30之間的塊沈2。然而，設(shè)備的變形包括一個或多個致動器，這取決于塊的任意一面上的期望的應用。如圖所示，致動器被耦合到慣性塊262并且經(jīng)由底座或凸緣被固定。致動器30的致動使塊相對于致動器在x-y方向上移動。在額外的變形中，致動器可以被配置為給塊262提供垂直或ζ軸移動。圖27C示出了圖27A的慣性換能器裝配沈0的側(cè)視圖。在該示意圖中，所示的裝配具有包圍致動器30和慣性塊沈2的中心外殼266和頂部外殼沈8。此外，所示的裝配260具有固定裝置或緊固件270，其通過開口或孔M在外殼和致動器內(nèi)延伸?？譓可以提供多個功能。例如，孔可以僅用于安裝的目的?？蛇x擇地或結(jié)合地，孔可以將致動器電耦合到電路板、花線電路或機械地面。圖27D示出了圖27C的慣性換能器裝配260的透視圖，其中，慣性塊(未示出)位于外殼裝配沈4、266和沈8內(nèi)。外殼裝配的部分可以提供多個功能。例如，除了提供機械支撐和安裝以及附件特征以外，它們可以包括用作機械硬止動裝置(stop)以防止可能損壞致動器暗盒的慣性塊在x、y和/或ζ方向上的過多移動的特征。例如，外殼可以包括凸出的表面以限制慣性塊的過多移動。在所示的實施例中，凸起的表面可以包括包含孔M的外殼的一部分?？商鎿Q地，孔M可以可選擇地被放置為使位于其間的任何緊固件270用作用于限制慣性塊的移動的高效止動裝置。也可以使用集成的邊緣或延長物來設(shè)計外殼裝配264和沈6，其中集成的邊緣或延長物覆蓋致動器的邊緣以防止在操作時的電震。這些部分的任何或全部部分也可以作為諸如消費電子設(shè)備的外殼等更大的裝配的外殼的一部分被集成。例如，雖然所示的外殼被顯示為是將被安裝在用戶接口設(shè)備內(nèi)的獨立的部件，但是換能器的可替換的變形包括作為實際的用戶接口設(shè)備的外殼的組成部分或一部分的外殼裝配。例如，計算機鼠標的主體可以被配置為用作慣性換能器裝配的外殼。慣性塊262還可以提供多個功能。雖然在圖27A和圖27B中示為圓形，但是可以將慣性塊的變形制造為具有更復雜的形狀，以使其具有組合的特征，該特征用作對其在x、y和/或ζ方向上的運動進行限制的機械硬止動裝置。例如，圖27E示出了包括具有與外殼264的止動裝置或其它特征嚙合的成形表面沈3的慣性塊沈2的慣性換能器裝配的變形。在所示的變形中，慣性塊262的表面263與緊固件270嚙合。因此，慣性塊沈2的位移被限制于成形表面263與止動裝置或緊固件270之間的間隙。砝碼的質(zhì)量可以被選擇為調(diào)節(jié)整個裝配的諧振頻率，并且構(gòu)造的材料可以是任何密致材料，但是優(yōu)選地被選擇為使所需的體積和成本最小化。適合的材料包括金屬和金屬合金，例如，銅、鋼、鎢、鋁、鎳、鉻和黃銅，并且可以使用聚合物/金屬復合材料、樹脂、液體、凝膠或者其它材料。用于電活性聚合物觸覺的濾波器聲音驅(qū)動波形本文所描述的發(fā)明的方法和設(shè)備的另一個變形包括以改進反饋的方式來對致動器進行驅(qū)動。在一個此類實施例中，觸覺致動器是由聲音信號驅(qū)動的。這種配置消除了對用于生成波形以產(chǎn)生不同類型的觸感的單獨的處理器的需要。相反，觸覺設(shè)備可以使用一個或多個電路來將現(xiàn)有的音頻信號修改為經(jīng)修改的觸覺信號，例如，對頻譜的不同部分進行濾波或放大。因此，然后，經(jīng)修改的觸覺信號對致動器進行驅(qū)動。在一個實施例中，經(jīng)修改的觸覺信號對電源進行驅(qū)動，以觸發(fā)致動器來實現(xiàn)不同的感覺效果。該方法的優(yōu)點是，能夠自動地與可以對反饋進行增強的任何音頻信號進行相關(guān)或同步，所述反饋來自諸如游戲控制器或手持式游戲機等的觸覺設(shè)備中的音樂或聲音效果。圖28A示出了用于對音頻信號進行調(diào)諧以在電活性聚合物致動器的最佳觸覺頻率內(nèi)工作的電路的一個實施例。所示的電路通過幅度截止、DC偏移調(diào)節(jié)和AC波形峰間值幅度調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)音頻信號，以產(chǎn)生與圖28B中所示的信號類似的信號。在某些變形中，電活性聚合物致動器包括兩個相位電活性聚合物致動器，并且，其中，改變音頻信號的步驟包括對音頻信號的音頻波形的正部分進行濾波，以驅(qū)動電活性聚合物換能器的第一相位，以及轉(zhuǎn)化音頻信號的音頻波形的負部分，以驅(qū)動電活性聚合物換能器的第二相位，從而改進電活性聚合物換能器的性能。例如，可以將正弦波形形式的源音頻信號轉(zhuǎn)化為方波波形(例如，經(jīng)由限幅)，以使觸覺信號成為產(chǎn)生最大致動器的力輸出的方波波形。在另一實施例中，電路可以包括用于對音頻信號的頻率進行濾波的一個或多個整流器，以使用音頻信號的音頻波形的全部或一部分來致動觸覺效果。圖28C示出了被設(shè)計為對音頻信號的音頻波形的正部分進行濾波的電路的一個變形。在另一個變形中，該電路可以與圖^D中所示的用于具有兩個相位的致動器的電路相結(jié)合。如圖所示，圖^C的電路可以對音頻波形的正部分進行濾波，以對致動器的一個相位進行驅(qū)動，同時圖^D中所示的電路可以轉(zhuǎn)化音頻波形的負部分以驅(qū)動雙相觸覺致動器的另一相位。其結(jié)果是，雙相致動器將具有更好的致動器性能。在另一實現(xiàn)中，音頻信號中的閾值可以用于觸發(fā)對致動器進行驅(qū)動的輔電路的操作。該閾值可以由音頻信號中的幅度、頻率或特定的模式來定義。輔電路可以具有固定的響應，例如，被設(shè)置為輸出特定的頻率的振蕩器電路，或者可以具有基于多個定義的觸發(fā)器的多個響應。在一些變形中，這些響應可以基于特定的觸發(fā)器被預先確定。在這種情況下，可以在特定的觸發(fā)器上提供存儲的響應信號。通過這種方式，電路根據(jù)源信號的一個或多個特征來觸發(fā)預定的響應，而不是調(diào)節(jié)源信號。輔電路還可以包括用于輸出有限的持續(xù)時間的響應的定時器。很多系統(tǒng)可以受益于具有對聲音的接受力(capability)的觸覺的實現(xiàn)(例如，計算機、智能電話、PDA、電子游戲)。在該變形中，濾波的聲音用作電活性聚合物觸覺的驅(qū)動波形?？梢詫νǔＴ谶@些系統(tǒng)中使用的聲音文件進行濾波，以僅包括對于觸覺反饋致動器設(shè)計的最佳的頻率范圍。圖28E和圖28F示出了設(shè)備400的一個此類實施例，在該情況下，計算機鼠標在鼠標主體400中具有一個或多個電活性聚合物致動器402，并且被耦合到慣性塊404。當前的系統(tǒng)在<200Hz的最佳頻率處工作?？梢詫χT如獵槍射擊的聲音或者關(guān)門的聲音等的聲音波形進行低通濾波，以僅允許使用來自這些聲音的<200Hz的頻率。然后，將經(jīng)濾波的波形作為輸入波形提供給對觸覺反饋致動器進行驅(qū)動的EPAM電源。如果在游戲控制器中使用這些實施例，則獵槍射擊的聲音和關(guān)門的聲音與觸覺反饋致動器將是同時的，從而給游戲玩家提供豐富的體驗。在一個變形中，使用現(xiàn)有的聲音信號可以考慮在由單獨生成的音頻信號生成聲音的同時在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺效果的方法。例如，該方法可以包括將音頻信號路由到濾波電路；改變音頻信號以通過對低于預定頻率的頻率范圍進行濾波來產(chǎn)生觸覺驅(qū)動信號；以及向耦合到電活性聚合物換能器的電源提供觸覺驅(qū)動信號，以使電源對電活性聚合物換能器進行致動，從而在由音頻信號生成聲音的同時驅(qū)動觸覺效果。該方法還可以包括驅(qū)動電活性聚合物換能器，以同時生成聲音效果和觸覺響應。圖29A至圖30B示出了另一變形，S卩，通過使用換能器的用于對換能器進行供電的結(jié)構(gòu)來對一個或多個換能器進行驅(qū)動，以使換能器在正常(預先激活)狀態(tài)下保持未通電。可以將下面的描述并入到本文所描述的任何設(shè)計中。用于驅(qū)動換能器的設(shè)備和方法在試圖減小用戶接口設(shè)備的主體或底盤的輪廓時特別有用。在第一實施例中，用戶接口設(shè)備400包括一個或多個電活性聚合物換能器或致動器360，其可以被驅(qū)動以在無需復雜的切換機構(gòu)的情況下在用戶接口表面402處產(chǎn)生觸覺效果。相反，多個換能器可以由一個或多個電源380來供電。在所示的實施例中，換能器360是上面以及前面通過引用的方式并入本文的申請中所描述的厚度模式換能器。然而，該變形呈現(xiàn)的概念可以應用于大量不同的換能器設(shè)計。如圖所示，致動器360可以被堆疊在包括開路的層中，該開路包括高壓電源380，高壓電源380具有用作到每個換能器360的連接的一個或多個接地總線382。然熱，設(shè)備400被配置為使得在備用狀態(tài)下，每個致動器360保持未通電，這是因為形成電源380的電路保持為打開。圖29B示出了單個用戶接口表面420，其具有圖^A中所示的換能器360。為了完成總線382與電源380之間的完全連接，用戶接口表面402包括一個或多個導電表面404。在該變形中，導電表面404包括用戶接口402的底表面。換能器360還將包括輸出元件370或換能器360的其它部分上的導電表面。為了致動換能器360，如圖29C所示，當用戶接口表面402向換能器360偏斜時，兩個傳導部分被電氣耦合以閉合電路。該操作完成電源380的電路。此外，按壓用戶接口表面402不僅關(guān)閉了與換能器360的縫隙，而且還可以用于關(guān)閉設(shè)備400的開關(guān)以使設(shè)備400認識到表面402被致動。該配置的一個益處是未對所有換能器360進行供電。相反，只給在其中各自的用戶接口表面完成電路的那些換能器供電。該配置使功耗最小化，并且可以消除陣列中的致動器360之間的串擾。該構(gòu)造考慮非常薄的鍵區(qū)和鍵盤，這是因為這消除了對通常用于這些設(shè)備的金屬或彈性的圓頂類型開關(guān)的需要。圖30A和圖30B示出了具有被配置為嵌入的開關(guān)的電活性聚合物換能器360的用戶接口設(shè)備400的另一變形。在圖30A中所示的變形中，在換能器360與用戶接口表面402之間存在第一間隙406，在換能器360與底盤404之間存在第二間隙408。在該變形中，如圖30B所示按壓用戶接口表面402來關(guān)閉第一開關(guān)，或者在用戶接口表面402與換能器360之間建立閉合電路。閉合該電路允許將功率從高壓電源路由到電活性聚合物換能器360(圖30A中未示出)。對用戶接口表面402的持續(xù)按壓驅(qū)動換能器360，以與位于設(shè)備400的底盤404上的額外開關(guān)進行接觸。后一種連接實現(xiàn)了對設(shè)備400的輸入，從而使高壓電源能夠致動換能器360以在用戶接口表面402處產(chǎn)生觸感或觸覺反饋。當釋放時，換能器350與底盤404之間的連接打開(建立間隙408)。該操作切斷了去往設(shè)備400的信號，從而高效地關(guān)閉了高壓電源并且防止致動器產(chǎn)生任何觸覺效果。對用戶接口表面402的持續(xù)釋放使用戶接口表面402與換能器360分離，從而建立間隙406。打開后一種開關(guān)將換能器360與電源高效地斷開。在上面所描述的變形中，用戶接口表面可以包括鍵盤(例如，QWERTY鍵盤或其它類型的輸入鍵盤或鍵區(qū))的一個或多個鍵。對EPAM的致動提供了按控觸覺反饋，其替代了當前的圓頂鍵的鍵下壓。然而，該配置可以在任何用戶接口設(shè)備中使用，所述用戶接口設(shè)備包括但不限于鍵盤、觸摸屏、計算機鼠標、軌跡球、手寫筆、控制面板或?qū)⑹芤嬗谟|覺反饋感覺的任何其它設(shè)備。在上述配置的另一種變形中，對一個或多個間隙的關(guān)閉可以閉合開路的低壓電路。然后，低壓電路將觸發(fā)開關(guān)以向高壓電路提供功率。通過這種方式，高壓電源被提供在高壓電路上，并且僅當換能器用于完成該電路時被提供給換能器。只要低壓電路保持開路，則高壓電源保持解耦合，并且換能器保持未通電。暗盒的使用可以允許將電氣開關(guān)嵌入到用戶接口表面的整個設(shè)計中，并且可以消除對使用傳統(tǒng)的圓頂開關(guān)來激活接口設(shè)備的輸入信號(即，因此設(shè)備識別鍵的輸入)以及激活鍵的觸覺信號(即，生成與鍵的選擇相關(guān)聯(lián)的觸感)的需要?？梢酝ㄟ^每個鍵的按壓來關(guān)閉任意數(shù)量的開關(guān)，其中，在設(shè)計的約束的范圍內(nèi)，這種配置是可定制的。嵌入的致動器開關(guān)可以通過配置鍵來路由每個觸覺事件，以使每次按壓使用給致動器供電的電源來完成電路。該配置簡化了對鍵盤的電子需求?？梢酝ㄟ^整個鍵盤的單個高壓電源來供應驅(qū)動每個鍵的觸覺所需的高壓功率。然而，可以將任意數(shù)量的電源并入該設(shè)計中?？梢杂蛇@些設(shè)計使用的EPAM暗盒包括平面的控光裝置、厚度模式和無源耦合設(shè)備(混合體)。在另一種變形中，嵌入的開關(guān)設(shè)計也允許模仿雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)，例如，傳統(tǒng)的圓頂型開關(guān)(例如，橡膠的圓頂或金屬彎曲開關(guān))。在一個變形中，用戶接口表面如上所述偏斜電活性聚合物換能器。然而，延遲對電活性聚合物換能器的激活。因此，對電活性聚合物換能器的持續(xù)偏斜增加了用戶在用戶接口表面處感覺到的阻力。該阻力是由換能器中的電活性聚合物薄膜的變形引起的。然后，在預定的偏斜之后或者在換能器被偏斜之后的持續(xù)時間，電活性聚合物換能器被激活以使用戶在用戶接口表面處感覺到的阻力被改變(通常被減小)。然而，用戶接口表面的移動可以繼續(xù)。在激活電活性聚合物換能器的過程中的這種延遲模仿雙穩(wěn)態(tài)性能的傳統(tǒng)圓頂或彎曲開關(guān)。圖31A示出了延遲激活電活性聚合物換能器以產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)效果的圖形。如圖所示，線101示出了電活性聚合物換能器當被偏斜時但是在換能器的激活被延遲的情況下的無源硬度曲線。線102示出了電活性聚合物換能器一旦被激活時的有源硬度曲線。線103示出了電活性聚合物換能器隨著其沿著無源硬度曲線移動然后當被致動時硬度下降到有源硬度曲線102時的力輪廓。在一個示例中，電活性聚合物換能器在敲擊中間的某處被激活。線103的輪廓非常接近于跟蹤橡膠圓頂或金屬彎曲雙穩(wěn)態(tài)機構(gòu)的硬度的類似的輪廓。如圖所示，EAP致動器適合于模仿橡膠圓頂?shù)牧喞?。無源曲線和有源曲線之間的差別將是感覺的主要貢獻，這意味著間隙越高，機會越高，并且感覺越強。曲線的形狀和實現(xiàn)期望的曲線或響應的機構(gòu)可以獨立于致動器的類型。此外，可以對任意類型的致動器(例如，控光裝置致動器、厚度模式、混合物等)的激活響應進行延遲以提高期望的觸覺效果。在該情況下，電活性聚合物換能器用作通過施加電壓來改變輸出反應力的可變彈簧。圖31B示出了基于上面所描述的致動器在激活電活性聚合物換能器的過程中使用延遲的變形的額外圖形。用于驅(qū)動電活性聚合物換能器的另一變形包括給定閾值輸入信號的情況下使用存儲的波形。輸入信號可以包括音頻或其它觸發(fā)信號。例如，圖32中所述的電路示出了用作對存儲的波形的觸發(fā)的音頻信號。此外，系統(tǒng)可以使用觸發(fā)或其它信號來替換音頻信號。該方法使用一個或多個預定的波形來驅(qū)動電活性聚合物換能器，而不是通過音頻信號來直接對致動器進行簡單地驅(qū)動。對該致動器進行驅(qū)動的這種模式的一個益處是使用存儲的波形使得在最小內(nèi)存和復雜度的情況下產(chǎn)生復雜的波形和致動器性能。可以通過使用針對致動器優(yōu)化的驅(qū)動脈沖而不是使用模擬音頻信號來提高致動器的性能(例如，以優(yōu)選的電壓或脈沖寬度或諧振來運行)?？梢詫⒅聞悠鞯捻憫c輸入信號同步，或者可以延遲致動器的響應。在一個示例中，0.25v的觸發(fā)閾值可以用作觸發(fā)。然后，該低電平信號可以產(chǎn)生一個或多個脈沖波形。在另一變形中，該驅(qū)動技術(shù)可能允許根據(jù)任何數(shù)量的條件(例如，用戶接口設(shè)備的位置、用戶接口設(shè)備的狀態(tài)、在設(shè)備上運行的程序等)來使用相同的輸入或觸發(fā)信號以具有不同的輸出信號。圖33A和圖3示出了用于通過使用單個驅(qū)動電路來提供雙相激活以驅(qū)動電活性聚合物換能器的又一變形。如圖所示，在雙相換能器中的三個電源線中，這些相位中的一個相位上的一個引線在高壓處保持恒定，另一相位上的一個引線接地，兩個相位共用的第三引線被驅(qū)動以使電壓從接地變?yōu)楦邏?。這使一個相位的激活與第二相位的去激活同時發(fā)生，以提高雙相致動器的突彈跳變(snap-through)性能。在另一變形中，本文所描述的對用戶接口表面的觸覺效果可以通過調(diào)節(jié)用戶接口表面的機械行為來改善。例如，在電活性聚合物換能器驅(qū)動觸摸屏的那些變形中，觸覺信號可以消除在觸覺效果之后用戶接口表面的不期望的移動。當設(shè)備包括觸摸屏時，通常，屏幕(即，用戶接口表面)的移動發(fā)生在觸摸屏的平面中或在平面之外(例如，ζ軸)。在任意一種情況下，電活性聚合物換能器是由脈沖502驅(qū)動的，以產(chǎn)生如圖34B示意性地示出的觸覺響應。然而，在由此產(chǎn)生的移動之后可以是滯后機械振鈴或振動500，如圖34A的圖形所示，其中，圖34A示出了用戶接口表面(例如，觸摸屏)的移動。為了改進觸覺效果，驅(qū)動觸覺效果的方法可以包括使用復雜的波形來提供電子阻尼，從而產(chǎn)生逼真的觸覺效果。這種波形包括觸覺驅(qū)動部分502以及阻尼部分504。在觸覺效果包括上面所描述的“擊鍵”的情況下，電子阻尼波形可以消除或減小滯后效果以產(chǎn)生更逼真的感覺。例如，圖34A和34C的位移曲線示出了當試圖模仿?lián)翩I時的位移曲線。然而，可以使用感覺的電子阻尼來改進任意數(shù)量的觸感。圖35示出了用于給電活性聚合物換能器供電的供電電路的實施例。很多電活性聚合物換能器需要高壓電子設(shè)備來產(chǎn)生電流。需要提供功能和保護的簡單的高壓電子設(shè)備?；镜膿Q能器電路是由低壓引發(fā)電源、連接二極管、電活性聚合物換能器、第二連接二29極管和高壓集電極電源組成。然而，這種電路在根據(jù)需要針對每個循環(huán)捕獲盡量多的能量時可能不是高效的，并且需要相對更高的電壓引發(fā)電源。圖35示出了簡單的發(fā)電電路設(shè)計。該電路的一個優(yōu)點是設(shè)計的簡單性。對于獲得發(fā)電機會(假設(shè)正在施加機械力)而言，只需要很小的起始電壓(近似9V)。對于控制高壓輸入并輸出電活性聚合物換能器而言，不需要控制電平電子設(shè)備。通過電路的輸出端上的齊納二極管，實現(xiàn)了無源電壓調(diào)整。該電路能夠產(chǎn)生高壓DC功率，并且可以在0.04-0.06焦耳每克附近的能量密度水平處操作電活性聚合物換能器。該電路適合于產(chǎn)生適度的功率并且證明了電活性聚合物換能器的可行性。所示的電路使用電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)來使電活性聚合物換能器的針對每個機械循環(huán)的能量傳遞最大化，同時仍然保持簡單性。額外的益處包括允許使用極低的電壓(例如，9V)進行自身引發(fā)；可變的頻率和可變的沖程操作二者；使用簡化的電子設(shè)備(即，不需要控制序列的電子設(shè)備)使針對每個循環(huán)的能量傳遞最大化；在可變的頻率和可變的沖程應用中進行操作；以及向換能器提供過壓保護。至于本發(fā)明的其它細節(jié)，在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員的水平范圍內(nèi)，可以使用材料和可替換的相關(guān)配置。根據(jù)通常或邏輯使用的另外的操作，這也可適用于本發(fā)明的基于方法的方面。此外，雖然已經(jīng)參照可選擇地并入各個特征的幾個實施例來對本發(fā)明進行描述，但是本發(fā)明不限于所描述或指示的、參照本發(fā)明的每個變形所設(shè)想的那些實施例。可以對所描述的本發(fā)明進行各種改變，并且在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的情況下，可以替換等價形式(無論在本文中被引用或者為了一些簡潔而未被包含在本文中)。所示的任意數(shù)量的單個部分或子裝配可以集成到其設(shè)計中。可以通過裝配的設(shè)計的原則來進行或指導這些改變或其它改變。此外，設(shè)想所描述的發(fā)明的變形的任何可選的特征可以被單獨地或與本文所描述的特征中的任意一個或多個相結(jié)合地闡述或要求保護。對單數(shù)項的引用包括存在復數(shù)的相同的項的可能性。更具體地說，除非另外專門聲明，否則本文和所附權(quán)利要求中所使用的單數(shù)形式“一個(a)”、“一個(an)”、“所述”和“這個(the)”包括復數(shù)的所指事物。換言之，在上面的描述和下面的權(quán)利要求中，冠詞的使用允許主題項的“至少一個”。還應當注意的是，可以撰寫權(quán)利要求以排除任何可選的要素。同樣地，該陳述旨在用作與權(quán)利要求的要素的記載或“否定”限制的使用有關(guān)的諸如“唯一”、“只有”等的這些排他性的詞語的使用的先行基礎(chǔ)。在沒有使用這些排他性詞語的情況下，權(quán)利要求中的詞語“包括”將允許包括任何額外的要素-而不論給定數(shù)量的要素是被列舉在權(quán)利要求中還是可以認為特征的添加是對權(quán)利要求中闡述的要素的屬性的轉(zhuǎn)換。另外需要說明的是，除非本文中專門定義，否則將認為本文所使用的所有技術(shù)的和科學的術(shù)語盡可能是寬泛的公知的意思，同時保持權(quán)利要求的有效性。權(quán)利要求1.一種用戶接口設(shè)備，包括底盤；用戶接口表面；第一電源；與所述用戶接口表面相鄰的至少一個電活性聚合物換能器，所述電活性聚合物換能器還包括導電表面；其中，所述用戶接口表面的一部分和所述導電表面與所述第一電源形成一電路，以便在正常狀態(tài)下，所述導電表面與所述用戶接口表面的所述部分電隔離，以打開所述電路，使所述電活性聚合物換能器保持在未通電的狀態(tài)；以及其中，所述用戶接口表面柔性地耦合到所述底盤，以便所述用戶接口表面偏斜到所述電活性聚合物換能器使所述電路閉合，從而給所述電活性聚合物換能器通電，以便提供給所述電活性聚合物換能器的信號在所述用戶接口表面產(chǎn)生觸感。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述第一電源包括高壓電源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述至少一個電活性聚合物換能器包括多個電活性聚合物換能器，每個電活性聚合物換能器與一用戶接口表面相鄰，并且每個電活性聚合物換能器具有各自的導電表面，以便一個用戶接口表面偏斜到導電表面使各自的電活性聚合物換能器和導電表面形成閉合電路，并且其中，剩余的電活性聚合物換能器保持在所述未通電的狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述用戶接口設(shè)備包括從由以下各項組成的組中選擇的設(shè)備鍵盤、鍵區(qū)、游戲控制器、遙控器、觸摸屏、計算機鼠標、軌跡球、手寫筆、控制面板和操縱桿。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述用戶接口表面包括按鈕、鍵、游戲手柄和顯示屏。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述第一電源包括低壓電源，并且其中，所述用戶接口設(shè)備還包括高壓電源，所述高壓電源被耦合到開關(guān)，以便所述電活性聚合物換能器和所述導電表面的偏斜閉合所述開關(guān)，允許所述高壓電源給所述電活性聚合物致動器通電。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述用戶接口表面的所述偏斜發(fā)生在所述用戶接口表面的法線方向上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述用戶接口表面的所述偏斜發(fā)生在與所述用戶接口表面同平面的方向上。9.一種用戶接口設(shè)備，包括底盤；第一電源；用戶接口表面；耦合到所述用戶接口表面的至少一個電活性聚合物換能器，所述電活性聚合物換能器還包括導電表面，所述導電表面與所述第一電源形成一電路，以便在正常狀態(tài)下，所述導電表面與所述電路電隔離，以打開所述電路，從而使所述電活性聚合物換能器保持在未通電的狀態(tài)；以及其中，所述電活性聚合物換能器柔性地耦合到所述底盤，以便所述用戶接口表面的偏斜使所述電活性聚合物換能器偏斜以與所述第一電源的所述電路接觸，以閉合所述電路，并且給所述電活性聚合物致動器通電，從而使提供給所述電活性聚合物換能器的信號在所述用戶接口表面產(chǎn)生觸感。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述第一電源包括高壓電源。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述至少一個電活性聚合物換能器包括多個電活性聚合物換能器，每個電活性聚合物換能器與一用戶接口表面相鄰，并且每個電活性聚合物換能器具有各自的導電表面，以便一個用戶接口表面偏斜到所述導電表面使各自的電活性聚合物換能器和導電表面形成閉合電路，并且其中，剩余的電活性聚合物換能器保持在所述未通電的狀態(tài)。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述用戶接口設(shè)備包括從由以下各項組成的組中選擇的設(shè)備鍵盤、觸摸屏、計算機鼠標、軌跡球、手寫筆、控制面板和操縱桿。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述用戶接口表面的所述偏斜發(fā)生在所述用戶接口表面的法線方向上。14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用戶接口設(shè)備，其中，所述用戶接口表面的所述偏斜發(fā)生在與所述用戶接口表面同平面的方向上。15.一種在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺效果的方法，其中，所述觸覺效果模仿雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)效果，所述方法包括提供用戶接口表面，所述用戶接口表面具有耦合到其的電活性聚合物換能器，其中，所述電活性聚合物換能器包括至少一個電活性聚合物薄膜；將所述用戶接口表面位移一位移量，以同樣地位移所述電活性聚合物薄膜并增加由所述電活性聚合物薄膜施加于所述用戶接口表面的阻力；在所述電活性聚合物薄膜的位移期間延遲所述電活性聚合物換能器的激活；激活所述電活性聚合物換能器以在不減小所述位移量的情況下改變所述阻力，從而創(chuàng)建模仿所述雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)效果的所述觸覺效果。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，延遲所述電活性聚合物的所述激活是在一預定時間之后發(fā)生的。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，延遲所述電活性聚合物的所述激活是在所述電活性聚合物薄膜的預定位移之后發(fā)生的。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述用戶接口設(shè)備不包括圓頂致動機構(gòu)。19.一種在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生預定的觸覺效果的方法，所述方法包括提供波形電路，所述波形電路被配置為產(chǎn)生至少一個預定的觸覺波形信號；將信號路由到所述波形電路，以便當所述信號等于觸發(fā)值時，所述波形電路生成所述觸覺波形信號；以及向被耦合到電活性聚合物換能器的電源提供所述觸覺波形信號，以便所述電源驅(qū)動所述電活性聚合物換能器，從而產(chǎn)生由所述觸覺波形信號控制的復雜的觸覺效果。20.一種在具有用戶接口表面的用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺反饋感覺的方法，所述方法包括將來自驅(qū)動電路的輸入信號發(fā)送到電活性聚合物換能器，其中，所述輸入信號致動所述電活性聚合物換能器，并且在所述用戶接口表面處提供所述觸覺反饋感覺；以及在期望的觸覺反饋感覺以后，發(fā)送阻尼信號以減小所述用戶接口表面的機械位移。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述觸覺效果感覺模仿雙穩(wěn)態(tài)擊鍵效果。22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述用戶接口設(shè)備包括從由以下各項組成的組中選擇的設(shè)備鍵盤、鍵區(qū)、游戲控制器、遙控器、觸摸屏、計算機鼠標、軌跡球、手寫筆、控制面板和操縱桿。23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述用戶接口表面包括按鈕、鍵、游戲手柄和顯示屏。24.一種在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺反饋的方法，所述方法包括給所述用戶接口設(shè)備提供電活性聚合物換能器，所述電活性聚合物換能器具有第一相位并且具有第二相位，其中，所述電活性聚合物換能器包括所述第一相位共用的第一引線、所述第二相位共用的第二引線以及所述第一相位和所述第二相位共用的第三引線；使所述第一引線保持在高壓，同時使所述第二引線保持接地；以及驅(qū)動所述第三引線，以從接地改變?yōu)樗龈邏?，從而在各自的其它相位的去激活時實現(xiàn)所述第一相位或所述第二相位的激活。全文摘要公開了與在單獨生成的音頻信號生成聲音的同時在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺效果的電活性換能器和方法、以及用于用戶接口設(shè)備中的感覺反饋應用的電活性聚合物換能器。文檔編號G06F3/041GK102334089SQ201080009684公開日2012年1月25日申請日期2010年1月21日優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日發(fā)明者克里斯·A·韋伯,羅杰·希契科克,阿里瑞扎·扎爾拉比申請人:拜耳材料科技公司