專利名稱：電活性聚合物致動(dòng)器觸覺(jué)握持組件的制作方法
電活性聚合物致動(dòng)器觸覺(jué)握持組件
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求題為“Haptic Grip Case”的2010年2月3日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?61/301，177的優(yōu)先權(quán)，其被整體地通過(guò)引用結(jié)合到本文中。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是針對(duì)使用電活性聚合物換能器來(lái)提供改善的觸覺(jué)響應(yīng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在所使用的很多種設(shè)備依賴于一個(gè)或另一種類的致動(dòng)器來(lái)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。相反，許多發(fā)電應(yīng)用通過(guò)將機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)換成電能來(lái)操作。被用來(lái)以這種方式收獲機(jī)械能，可以將相同類型的設(shè)備稱為發(fā)生器。同樣地，當(dāng)出于測(cè)量目的采用該結(jié)構(gòu)來(lái)將諸如振動(dòng)或壓力的物理刺激轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，可以將其表征為傳感器。然而，術(shù)語(yǔ)“換能器”可以用來(lái)一般地指示任何設(shè)備。
許多設(shè)計(jì)考慮支持高級(jí)電介質(zhì)彈性體材料(也稱為“電活性聚合物”(EAP))的選擇和使用以用于換能器的制造。這些考慮包括勢(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、占空因數(shù)、服務(wù)要求、環(huán)境影響等。同樣地，在許多應(yīng)用中，EAP技術(shù)提供用于諸如電動(dòng)機(jī)和螺線管的壓電、記形合金(SMA)和電磁設(shè)備的理想替換。
在美國(guó)專利號(hào)7，394，282 ;7，378，783 ;7，368，862 ;7，362，032 ;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 中；以及在美國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)?zhí)?2009/0001855 ；2009/0154053 ； 2008/0180875 ；2008/015763 I ； 2008/0 116764 ； 2008/0022517 ； 2007/0230222 ； 2007/0200468 ； 2007/0200467 ； 2007/0200466 ； 2007/0200457 ； 2007/0200454 ； 2007/0200453 ；2007/0170822 ；2006/0238079 ；2006/0208610 ；2006/0208609 ；和 2005/0157893以及在2009年I月22日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/358，142 ；PCT申請(qǐng)?zhí)?PCT/US09 /63307;以及WO 2009 /067708中描述了 EAP設(shè)備的示例及其應(yīng)用，所述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容被通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
EAP換能器包括具有可變形特性且被薄彈性體電介質(zhì)材料分離的兩個(gè)電極。當(dāng)向電極施加電壓差時(shí)，相反帶電的電極相互吸引，從而在其之間壓縮聚合物電介質(zhì)層。隨著電極被更緊密地拉在一起，電介質(zhì)聚合物膜隨著其沿著平面方向(沿著X和I軸)擴(kuò)展而變薄 (z軸向量收縮)，即膜的位移在平面內(nèi)。還可以將EAP膜配置為沿著與膜結(jié)構(gòu)正交的方向 (沿著z軸)產(chǎn)生移動(dòng)，即膜的位移在平面外。美國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)?zhí)?005/0157893公開(kāi)了 EAP膜構(gòu)造，其提供此類平面外位移一也稱為表面變形或厚度模偏轉(zhuǎn)。
可以改變并控制EAP膜的材料和物理性質(zhì)以對(duì)換能器所經(jīng)歷的變形進(jìn)行自定義。更具體地，可以控制并改變諸如聚合物膜與電極材料之間的相對(duì)彈性、聚合物膜與電極材料之間的相對(duì)厚度和/或聚合物膜和/或電極材料的變化厚度、聚合物膜和/或電極材料的物理圖案(用以提供局部化活性和非活性區(qū)域)、總體地置于EAP膜上的張力或預(yù)應(yīng)變以及施加于膜的電壓或在膜上引發(fā)的電容的量的因素以對(duì)處于活性模式時(shí)的膜的特征進(jìn)行自定義。
存在許多基于換能器的應(yīng)用，其將受益于由此類EAP膜提供的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)此類應(yīng)用包括使用EAP膜來(lái)在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺(jué)反饋(通過(guò)施加于用戶身體的力向用戶傳送信息)。存在許多已知用戶接口設(shè)備，其采用通常響應(yīng)于由用戶發(fā)起的力的觸覺(jué)反饋?？梢圆捎糜|覺(jué)反饋的用戶接口設(shè)備的示例包括鍵盤、鍵區(qū)、游戲控制器、遙控器、觸摸屏、計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、軌跡球、觸控筆、操縱桿等。用戶接口表面可以包括用戶操作、占用和/或觀察關(guān)于來(lái)自設(shè)備的反饋或信息的任何表面。此類接口表面的示例包括但不限于鍵(例如鍵盤上的鍵)、游戲墊或按鈕、顯示屏等。
由這些類型的接口設(shè)備提供的觸覺(jué)反饋采取物理感覺(jué)的形式，諸如振動(dòng)、脈沖、彈簧力等，其被用戶直接地(例如經(jīng)由屏幕的觸摸)、間接地(例如經(jīng)由振動(dòng)效果，諸如當(dāng)蜂窩電話在錢包或口袋中振動(dòng)時(shí))感測(cè)或被以其它方式感測(cè)(例如經(jīng)由產(chǎn)生壓力擾動(dòng)但在傳統(tǒng)意義上不生成音頻信號(hào)的移動(dòng)體的動(dòng)作)。
此外，諸如智能電話、個(gè)人媒體播放器、便攜式計(jì)算設(shè)備、便攜式游戲系統(tǒng)、電子閱讀器等電子媒 體設(shè)備的激增可能產(chǎn)生其中客戶的一小部分可能受益于或期望電子媒體設(shè)備中的改善的觸覺(jué)效果。然而，由于設(shè)備的增加的成本和增加的輪廓，在電子媒體設(shè)備的每個(gè)型號(hào)中增加觸覺(jué)能力可能未被證明是正確的。此外，某些電子媒體設(shè)備的客戶可能期望針對(duì)某些活動(dòng)臨時(shí)地改善電子媒體設(shè)備的觸覺(jué)能力。
已知觸覺(jué)反饋能力改善用戶生產(chǎn)率和效率，特別是在數(shù)據(jù)輸入的背景下。本發(fā)明人相信對(duì)被傳送到用戶的觸覺(jué)感覺(jué)的性質(zhì)和質(zhì)量的進(jìn)一步改善可以進(jìn)一步增加此類生產(chǎn)率和效率。另外，如果此類改善是由制造起來(lái)容易且具有成本效益的感覺(jué)反饋機(jī)制提供的且不增加且優(yōu)選地減小已知觸覺(jué)反饋設(shè)備的空間、尺寸和/或質(zhì)量要求，則將是有益的。
雖然基于EAP換能器的結(jié)合能夠改善此類用戶接口設(shè)備上的觸覺(jué)交互，但仍需要在不增加實(shí)際電子媒體設(shè)備的輪廓的情況下臨時(shí)地采用此類EAP換能器。此外，還需要臨時(shí)地或永久地改善全功能獨(dú)立電子媒體設(shè)備的觸覺(jué)能力，從而使得用戶能夠判定是否改善獨(dú)立電子媒體設(shè)備的觸覺(jué)能力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括涉及用于觸覺(jué)或傳感應(yīng)用的電活性聚合物換能器的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。在一個(gè)變體中，該設(shè)備包括能夠與電子媒體設(shè)備進(jìn)行可去除耦合的外殼組件。電子媒體設(shè)備可以向輸出端口傳送輸出信號(hào)，在那里，外殼組件響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸覺(jué)效果。在本文中公開(kāi)的設(shè)備和方法的替換變體可以代替電活性聚合物或與之相組合地使用換能器或致動(dòng)器。此類換能器或致動(dòng)器可以包括壓電換能器、振動(dòng)電機(jī)等。
本文所述的設(shè)備和方法的一個(gè)益處包括對(duì)電子媒體設(shè)備進(jìn)行改裝或自定義以便每當(dāng)輸入被軟件或由設(shè)備或關(guān)聯(lián)部件生成的另一信號(hào)觸發(fā)時(shí)為用戶提供改善的觸覺(jué)反饋的能力。
能夠用于這些設(shè)計(jì)的電活性聚合物人工肌肉(“EPAM”)換能器包括但不限于在本文中引用的共同轉(zhuǎn)讓專利和申請(qǐng)中描述的平面、隔膜、厚度模式以及無(wú)源耦合設(shè)備(混合式)以及任何類型的EPAM設(shè)備。
用于與電子媒體設(shè)備可去除地耦合的外殼組件的一個(gè)變體包括殼體，其適合于嵌套電子媒體設(shè)備的至少一部分，該外殼包括適合于被可拆卸地耦合到電子媒體設(shè)備的輸出端口的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器；至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器，其具有被配置成響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)而產(chǎn)生移動(dòng)的活性部分；主體質(zhì)量，其位于所述殼體內(nèi)并被耦合到電活性聚合物致動(dòng)器，其中，電活性聚合物致動(dòng)器的觸覺(jué)效果包括所述主體質(zhì)量的慣性移動(dòng)；以及至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電子組件，其被配置成將電活性聚合物致動(dòng)器電子地耦合到媒體設(shè)備連接器，從而使得驅(qū)動(dòng)電子組件能夠響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而生成觸發(fā)信號(hào)。此類設(shè)備的變體可以包括任何類型的換能器，其包括非電活性聚合物換能器。
在許多情況下，所述電子媒體設(shè)備包括在從外殼組件拆卸時(shí)保持可操作的獨(dú)立設(shè)備。然而，變體包括使用除非被耦合到外殼組件否則不可操作的媒體設(shè)備。外殼組件的附加變體包括不具有單獨(dú)電池或電源的組件。替代地，可以由外部源或由媒體設(shè)備來(lái)對(duì)電活性聚合物致動(dòng)器進(jìn)行供電。
在某些變體中，電活性聚合物致動(dòng)器包括至少一個(gè)電活性聚合物盒,其中，電活性聚合物盒包含包括電介質(zhì)彈性體層的電活性聚合物膜，其中，電介質(zhì)彈性體層的一部分在第一和第二電極之間，其中，電極的重疊部分定義包括活性部分的活性區(qū)域，在其上面的觸發(fā)信號(hào)·到電極的施加引起活性區(qū)域的移動(dòng)以產(chǎn)生觸覺(jué)效果。
電活性聚合物致動(dòng)器可以包括被耦合在一起的多個(gè)離散電活性聚合物盒，其中， 電活性聚合物致動(dòng)器包括增加的活性部分，其包括每個(gè)電活性聚合物盒的每個(gè)活性區(qū)域。
在某些變體中，可以將主體質(zhì)量定位于殼體內(nèi)并耦合到電活性聚合物致動(dòng)器,其中，電活性聚合物致動(dòng)器的觸覺(jué)效果包括由電活性聚合物致動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)的主體質(zhì)量的慣性移動(dòng)。雖然主體質(zhì)量可以是單獨(dú)的慣性質(zhì)量，但其還可以包括電池、電子電路板或其它功能部件。在替換變體中，電活性致動(dòng)器被耦合到媒體設(shè)備，從而使得在媒體設(shè)備上可辨別觸覺(jué)效果。
在某些情況下，外殼包括位于殼體的內(nèi)部?jī)?nèi)的袋(pocket)，其中，主體質(zhì)量位于該袋內(nèi)?？梢詫⒋某叽绱_定為限制主體質(zhì)量的移動(dòng)以限制電活性聚合物致動(dòng)器的移動(dòng)。通過(guò)限制電活性聚合物致動(dòng)器的移動(dòng)，該袋降低了電活性聚合物將通過(guò)過(guò)度延伸而被損壞的可能性。
可以使用電源作為慣性質(zhì)量且可以將其耦合到電活性聚合物致動(dòng)器，從而使得活性區(qū)域的移動(dòng)引起電源的慣性移動(dòng)以產(chǎn)生觸覺(jué)效果。
外殼組件可以可選地包括至少一個(gè)音頻揚(yáng)聲器，其中，電子驅(qū)動(dòng)組件被配置成使電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)傳遞至音頻揚(yáng)聲器。
該外殼組件可以包括任何數(shù)目的部分。在其中組件殼體包括不止一塊的那些情況下，可以將所述塊配置成被可去除地耦合在一起以嵌套電子媒體組件。
本發(fā)明還包括加強(qiáng)電子媒體設(shè)備以產(chǎn)生改善的觸覺(jué)效果的方法。在一個(gè)變體中， 所述方法包括提供包括適合于耦合到電子媒體設(shè)備的輸出端口的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器的外殼，該外殼還包括具有活性部分的至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器；將電子媒體設(shè)備的輸出端口耦合到設(shè)備連接器；響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；以及通過(guò)向電活性聚合物致動(dòng)器傳送觸發(fā)信號(hào)以引起活性部分的移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生改善的觸覺(jué)效果。
在某些變體中，所述方法包括通過(guò)向電活性聚合物致動(dòng)器傳送觸發(fā)信號(hào)以引起活性部分的移動(dòng)、引起殼體內(nèi)的主體質(zhì)量的慣性移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生改善的觸覺(jué)效果?？蛇x地，所述主體質(zhì)量可以包括諸如電源或其它部件的外殼組件的一部分。
在另一變體中，所述方法包括使用電源對(duì)電活性聚合物致動(dòng)器進(jìn)行供電，所述電源被與電子媒體設(shè)備電隔尚。
所述方法的另一變體包括通過(guò)向被耦合到殼體的至少一個(gè)外部揚(yáng)聲器傳送輸出信號(hào)而響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)來(lái)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。
本文所述的方法可以包括評(píng)估輸出信號(hào)并根據(jù)該輸出信號(hào)從多個(gè)輸出模式中選擇電活性致動(dòng)器的輸出模式。
本文所述的本發(fā)明還包括產(chǎn)生外殼組件以在電子媒體設(shè)備被與之耦合時(shí)加強(qiáng)其觸覺(jué)效果的方法。例如，該方法可以包括將具有活性部分的至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器定位于外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)，該外殼結(jié)構(gòu)包括允許電子媒體設(shè)備到外殼結(jié)構(gòu)的可拆卸結(jié)合的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器；將慣性質(zhì)量耦合到活性部分，從而使得活性部分的移動(dòng)通過(guò)慣性質(zhì)量的慣性移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生觸覺(jué)效果，其中，當(dāng)外殼組件或電子媒體設(shè)備被與之耦合時(shí)在其中感覺(jué)到觸覺(jué)效果；以及在外殼內(nèi)提供電子驅(qū)動(dòng)電路以將媒體設(shè)備連接器電氣地耦合到電活性聚合物致動(dòng)器并在從電子媒體設(shè)備接收到輸出信號(hào)時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)，其中，電子驅(qū)動(dòng)電路被配置成向電活性聚合物致動(dòng)器傳送觸發(fā)信號(hào)以弓丨起活性部分的移動(dòng)。
產(chǎn)生外殼組件以在電子媒體設(shè)備被與之耦合時(shí)加強(qiáng)其觸覺(jué)效果的方法還可以包括通過(guò)耦合多個(gè)電活性聚合物盒來(lái)增加活性部分的總表面面積，每個(gè)所述電活性聚合物盒具有包括電介質(zhì)彈性體層的電活性聚合物膜，其中，電介質(zhì)彈性體層的一部分在第一和第二電極之間，其中，電極的重疊部分定義活性區(qū)域；其中，活性部分包括所述多個(gè)活性區(qū)域的總面積。
在另一變體中，所述方法可以包括將電子驅(qū)動(dòng)電路配置成評(píng)估輸出信號(hào)并根據(jù)該輸出信號(hào)從多個(gè)輸出模式中選擇電活性致動(dòng)器的輸出模式。
關(guān)于本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)，在相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員的水平內(nèi)可以采用材料和替換相關(guān)配置。依據(jù)作為一般地或在邏輯上被采用的附加動(dòng)作，相對(duì)于本發(fā)明的基于方法的各方面同樣可以適用。另外，雖然已參考多個(gè)示例描述了本發(fā)明，可選地結(jié)合了各種特征，但如相對(duì)于本發(fā)明的每個(gè)變體所設(shè)想的，本發(fā)明不限于所描述或所指示的內(nèi)容?？梢詫?duì)所述的本發(fā)明進(jìn)行各種變化，并且在不脫離本發(fā)明的真正精神和范圍的情況下可以用等價(jià)物代替 (無(wú)論在本文中已敘述或?yàn)榱艘欢ǖ暮?jiǎn)潔起見(jiàn)未被包括)。在其設(shè)計(jì)中可以集成任何數(shù)目的所示的單獨(dú)部分或子組件?？梢杂捎糜诮M件的設(shè)計(jì)原理來(lái)執(zhí)行或指導(dǎo)此類變化等。
在閱讀下文更全面地描述的本發(fā)明的細(xì)節(jié)時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的這些及其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。另外，本文所述的方法和設(shè)備的變體包括實(shí)施例或?qū)嵤├姆矫娴慕M合，在可能的情況下其在本公開(kāi)的范圍內(nèi)，即使那些組合未被明確地被示出或討論。


在結(jié)合附圖閱讀時(shí)，根據(jù)以下詳細(xì)描述可最好地理解本發(fā)明。為了幫助理解，已使用相同的附圖標(biāo)記(在實(shí)用的情況下)來(lái)指定各圖所共有的類似元件。包括在圖中的是以下各項(xiàng)圖IA和IB圖示出依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的施加電壓之前和之后的換能器的頂視透視圖；圖2A圖示出示例性電活性聚合物盒；圖2B圖示出電活性聚合物致動(dòng)器、慣性質(zhì)量和致動(dòng)器外殼的分解視圖；圖2C圖示出致動(dòng)器部件外殼的部分橫截面圖；圖2D圖示出致動(dòng)器隔離物的平面圖；圖2E和2F圖不出具有隔尚物的慣性質(zhì)量的底視圖和側(cè)視圖；圖3A至3C圖示出二相換能器的另一變體；圖3D圖示出用于圖3A至3C的二相換能器的位移對(duì)比時(shí)間的圖表；圖4A和4B分別以圖形方式圖示出在單相模式下操作時(shí)的致動(dòng)器的力-行程關(guān)系和電壓響應(yīng)曲線；圖4C和4D分別以圖形方式圖示出在二相模式下操作時(shí)的圖3A-3C的致動(dòng)器的力-行程關(guān)系和電壓響應(yīng)曲線；圖5是用于操作感覺(jué)反饋設(shè)備的包括電源和控制電子裝置的電子電路的方框圖；圖6A至6C圖示出用于可去除地耦合到電子媒體設(shè)備的外殼組件的一個(gè)示例；圖6D示出沿著圖6C中的線6D-6D截取的視圖的表示；圖7A至7C示出了用于可去除地耦合到電子媒體設(shè)備的游戲外殼組件的另一變體；圖7D示出沿著圖7A中的線7C-7C截取的剖視圖；圖8A示出了外殼組件的另一變體；圖SB示出了圖8A的組件的部分剖視截面；圖9A圖示出用以將音頻信號(hào)調(diào)諧為在用于電活性聚合物致動(dòng)器的最佳觸覺(jué)頻率內(nèi)工作的電路的一個(gè)示例；圖9B圖示出被圖9A的電路濾波的已修改觸覺(jué)信號(hào)的示例；圖9C和9D圖不出用于產(chǎn)生用于單相和雙相電活性換能器的信號(hào)的附加電路；圖10圖示出用以使用觸發(fā)信號(hào)(諸如音頻信號(hào))來(lái)驅(qū)動(dòng)電活性聚合物換能器以遞送用于產(chǎn)生期望觸覺(jué)效果的所存儲(chǔ)的波形的電路的示例；圖IlA和IlB圖示出用于通過(guò)用單個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)提供兩階段激活而驅(qū)動(dòng)電活性聚合物換能器的另一變體；圖12A圖示出用來(lái)基于輸入信號(hào)來(lái)確定致動(dòng)器模式的流程圖的一個(gè)變體；圖12B圖示出觸發(fā)電路的一個(gè)可能示例；圖12C提供被用于外殼組件和電活性聚合物致動(dòng)器的變體的控制架構(gòu)的示例；圖13A和13B圖示出根據(jù)音頻信號(hào)使用零點(diǎn)交叉配置來(lái)驅(qū)動(dòng)觸覺(jué)信號(hào)的示例；圖14A圖示出用于閃光燈控制器的電源的示例；圖14B圖示出包括具有閉環(huán)反饋的推挽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) 陣列的第二示例性電路；以及圖14C圖示出用于用以驅(qū)動(dòng)被耦合到電子媒體設(shè)備的觸覺(jué)組件的電路設(shè)計(jì)的示意圖的一個(gè)示例。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參考附圖來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
應(yīng)注意的是本文所討論的圖示意性地圖示出采用電活性聚合物(“ΕΑΡ”)膜或具有此類EAP膜的換能器的設(shè)備的示例性配置。許多變體在本公開(kāi)的范圍內(nèi)，例如，在設(shè)備的變體中，可以將EAP換能器實(shí)現(xiàn)為移動(dòng)質(zhì)量以產(chǎn)生慣性觸覺(jué)感覺(jué)。替換地，EAP換能器可以在被耦合到本文所述的組件時(shí)在電子媒體設(shè)備中產(chǎn)生移動(dòng)。
在任何應(yīng)用中，由EAP換能器產(chǎn)生的反饋位移可以專有地在平面內(nèi)，其被感測(cè)為橫向移動(dòng)，或者可以在平面外(其被感測(cè)為垂直位移)。替換地，可以將EAP換能器材料分段以提供可獨(dú)立尋址/可移動(dòng)部分，從而提供外殼或電子媒體設(shè)備的角位移或其它類型位移的組合。另外，在本文所述的用戶接口設(shè)備中可以結(jié)合任何數(shù)目的EAP換能器或膜(如在本文所列的申請(qǐng)和專利中所公開(kāi)的)。
可以將EAP換能器配置為移位至施加電壓，其促進(jìn)用于主題觸覺(jué)反饋設(shè)備的控制系統(tǒng)的編程。由于許多原因，EAP換能器對(duì)于此類應(yīng)用而言是理想的。例如，由于其輕重量和最小的部件，EAP換能器提供非常低的輪廓，并且同樣地對(duì)于在感覺(jué)/觸覺(jué)反饋應(yīng)用中使用是理想的。
圖IA和IB圖示出EAP膜或薄膜10結(jié)構(gòu)的示例。薄彈性體電介質(zhì)膜或?qū)?2被夾在柔順或可拉伸電極板或?qū)?4和16之間，從而形成電容性結(jié)構(gòu)或膜。電介質(zhì)層以及復(fù)合結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度“I”和寬度“w”比其厚度“t”大得多。通常，電介質(zhì)層具有在從約IOMffl至約 IOOMm范圍內(nèi)的厚度，其中結(jié)構(gòu)的總厚度在從約15Mm至約IOcm范圍內(nèi)。另外，期望的是選擇電極14、16的彈性模量、厚度和/或幾何結(jié)構(gòu)，從而使得其貢獻(xiàn)給致動(dòng)器的附加剛性一般地小于電介質(zhì)層12的剛性，電介質(zhì)層12具有相對(duì)低的彈性模量，即小于約100 MPa且更典型地小于約10 MPa，但是可能比每個(gè)電極厚。適合于用于這些柔順電容性結(jié)構(gòu)的電極是能夠在沒(méi)有由于機(jī)械疲勞而引起的故障的情況下耐受大于約1%的循環(huán)應(yīng)變的那些。
如在圖IB中看到的，當(dāng)跨電極施加電壓時(shí)，兩個(gè)電極14、16中的不同電荷被相互吸引，并且這些靜電吸引力壓縮電介質(zhì)膜12 (沿著Z軸)。從而促使電介質(zhì)膜12隨著電場(chǎng)的變化而偏轉(zhuǎn)。由于電極14、16是柔順的，所以其隨著電介質(zhì)層12而改變形狀。一般而言， 偏轉(zhuǎn)指的是電介質(zhì)膜12的一部分的任何移位、擴(kuò)展、收縮、扭轉(zhuǎn)、線性或區(qū)域應(yīng)變或任何其它變形。根據(jù)架構(gòu)，例如其中采用電容性結(jié)構(gòu)10的框架(共同地稱為“換能器”)，此偏轉(zhuǎn)可以用來(lái)產(chǎn)生機(jī)械功。在上文標(biāo)識(shí)的專利參考文獻(xiàn)中公開(kāi)并描述了各種不同的換能器架構(gòu)。
在施加電壓的情況下，換能器膜10繼續(xù)偏轉(zhuǎn)直至機(jī)械力平衡了驅(qū)動(dòng)偏轉(zhuǎn)的靜電力。機(jī)械力包括電介質(zhì)層12的彈性恢復(fù)力，電極14、16的柔順性或伸展和由被耦合到換能器10的設(shè)備和/或負(fù)載提供的任何外部阻力。作為施加電壓的結(jié)果的換能器10的結(jié)果偏轉(zhuǎn)還可以取決于許多其它因素，諸如彈性體材料的介電常數(shù)及其尺寸和剛度。電壓差和感生電荷的去除引起反向效果。
在某些情況下，電極14和16可以相對(duì)于膜的總面積覆蓋電介質(zhì)膜12的有限部分。可以完成這一點(diǎn)以防止電介質(zhì)的邊緣周圍的電擊穿或在其某些部分中實(shí)現(xiàn)自定義偏轉(zhuǎn)。可以促使在活性區(qū)域外的電介質(zhì)材料(前者是具有足以使得能夠?qū)崿F(xiàn)該部分的偏轉(zhuǎn)的靜電力的電介質(zhì)材料的一部分)在偏轉(zhuǎn)期間充當(dāng)活性區(qū)域上的外部彈簧力。更具體地，在活性區(qū)域外的材料可以通過(guò)其收縮或擴(kuò)展來(lái)抵抗或增強(qiáng)活性區(qū)域偏轉(zhuǎn)。
可以使電介質(zhì)膜12預(yù)應(yīng)變。該預(yù)應(yīng)變改善電和機(jī)械能量之間的轉(zhuǎn)換，即預(yù)應(yīng)變?cè)试S電介質(zhì)膜12更多地偏轉(zhuǎn)并提供更大的機(jī)械功。可以將膜的預(yù)應(yīng)變描述為相對(duì)于預(yù)應(yīng)變之前沿一個(gè)方向的尺寸而言在預(yù)應(yīng)變之后沿該方向的尺寸變化。該預(yù)應(yīng)變可以包括電介質(zhì)膜的彈性變形，并且例如是通過(guò)使膜張緊地拉伸并在被拉伸的同時(shí)固定邊緣中的一個(gè)或多個(gè)而形成的?？梢栽谀さ倪吔缣幓蜥槍?duì)膜的僅一部分施加該預(yù)應(yīng)變，并且可以通過(guò)使用剛性框架或通過(guò)使膜的一部分硬化來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在本文公開(kāi)的許多參考專利和公開(kāi)中更全面地描述了圖IA和IB的換能器結(jié)構(gòu)及其它類似柔順結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造細(xì)節(jié)。
圖2A圖示出具有被放置在剛性框架8之間的EAP換能器膜26的示例性EAP聚合物盒12，其中，EAP膜26在框架8的空缺中被暴露。膜26的暴露部分在盒12的任一側(cè)上包括兩個(gè)工作對(duì)的薄彈性電極32，其中，電極32將膜26的暴露部分夾在中間或?qū)⑵鋰@。 EAP膜26可以具有任何數(shù)目的配置。然而，在一個(gè)示例中，EAP膜26包括薄層的彈性體電介質(zhì)聚合物(例如，由丙烯酸酯、硅樹(shù)脂、聚氨酯、熱塑性彈性體、碳?xì)浠衔锵鹉z、氟橡膠、 共聚物彈性體等制成)。當(dāng)跨每個(gè)工作對(duì)的相反地帶電的電極32 (即跨在膜26的任一側(cè)上的成對(duì)電極)施加電壓差時(shí)，相對(duì)電極相互吸引，從而壓縮在其之間的電介質(zhì)聚合物層26。 在相對(duì)電極之間的區(qū)域被視為活性區(qū)域。隨著電極被更近地拉在一起，電介質(zhì)聚合物26隨著其沿著平面方向擴(kuò)展(即X和I軸向量擴(kuò)展)而變薄(即z軸向量收縮)(關(guān)于軸參考，參見(jiàn)圖1B)。此外，在其中電極包含導(dǎo)電顆粒的變體中，跨每個(gè)電極分布的相同電荷可以促使被嵌入該電極內(nèi)的導(dǎo)電顆粒相互排斥，從而對(duì)彈性電極和電介質(zhì)膜的擴(kuò)展有所貢獻(xiàn)。在替換變體中，電極不包含導(dǎo)電顆粒(例如有紋理的濺射金屬膜)。從而促使電介質(zhì)層26隨著電場(chǎng)變化而偏轉(zhuǎn)。由于電極材料也是柔順的，所以電極層與電介質(zhì)層26 —起改變形狀。一般而言，偏轉(zhuǎn)指的是電介質(zhì)層26的一部分的任何移位、擴(kuò)展、收縮、扭轉(zhuǎn)、線性或區(qū)域應(yīng)變或任何其它變形。此偏轉(zhuǎn)可以用來(lái)產(chǎn)生機(jī)械功。如所示，電介質(zhì)層26還可以包括一個(gè)或多個(gè)機(jī)械輸出桿34。桿34可以可選地提供用于慣性質(zhì)量(如下所述)或用于到電子媒體設(shè)備的直接耦合的附著點(diǎn)。
在制造換能器時(shí)，可以使彈性膜26伸展并由剛性框架8保持在預(yù)應(yīng)變條件。在采用4面框架的那些變體中，該膜可以被雙軸地拉伸。已經(jīng)觀察到預(yù)應(yīng)變改善了聚合物層 26的介電強(qiáng)度，從而改善了電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換，即預(yù)應(yīng)變?cè)试S膜更多地偏轉(zhuǎn)并提供更大的機(jī)械功。通常，在使聚合物層預(yù)應(yīng)變之后施加電極材料，但是可以預(yù)先施加?？梢詫⒃趯?6的同一側(cè)提供的兩個(gè)電極(在本文中稱為同側(cè)電極對(duì))、即在電介質(zhì)層26的頂側(cè)上的電極和在電介質(zhì)層26的底側(cè)上的電極相互電隔離。在聚合物層的相對(duì)側(cè)上的相對(duì)電極形成兩組工作電極對(duì)，即被EAP膜26間隔開(kāi)的電極形成一個(gè)工作電極對(duì)且圍繞相鄰的暴露 EAP膜26的電極形成另一工作電極對(duì)。每個(gè)同側(cè)電極對(duì)可以具有相同的極性，同時(shí)，每個(gè)工作電極對(duì)的電極的極性是彼此相反的。每個(gè)電極具有被配置成用于到電壓源的電連接的電接觸部分。
在此變體中，電極32經(jīng)由具有引線22、24的彎曲連接器30被連接到電壓源，引線22、24能夠被連接到電壓源的相對(duì)極。盒12還包括導(dǎo)電過(guò)孔18、20。導(dǎo)電過(guò)孔18、20可以提供用以根據(jù)電極的極性將電極8與各引線22或24電氣地耦合的手段。
在圖2A中圖示出的盒12示出了三桿致動(dòng)器配置。然而，本文所述的設(shè)備和方法不限于任何特定配置，除非具體地要求保護(hù)。通常，桿34的數(shù)目取決于預(yù)定應(yīng)用所期望的活性區(qū)域。活性區(qū)域的總量、例如電極之間的區(qū)域的總量可以根據(jù)致動(dòng)器嘗試移動(dòng)的質(zhì)量和期望的移動(dòng)頻率而變化。在一個(gè)示例中，可以通過(guò)首先評(píng)估要移動(dòng)的對(duì)象的尺寸并隨后確定對(duì)象的質(zhì)量來(lái)確定桿的數(shù)目的選擇。然后通過(guò)配置將以期望的頻率范圍來(lái)移動(dòng)該對(duì)象的設(shè)計(jì)來(lái)獲得致動(dòng)器設(shè)計(jì)。很明顯，任何數(shù)目的致動(dòng)器設(shè)計(jì)都在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。
然后可以以許多不同的方式來(lái)形成供在本文所述的方法和設(shè)備中使用的電活性聚合物致動(dòng)器。例如，可以通過(guò)將許多盒12堆疊在一起來(lái)形成電活性聚合物，具有帶有多個(gè)層的單個(gè)盒或具有帶有多個(gè)層的多個(gè)盒。通常，制造和產(chǎn)量考慮支持將單個(gè)盒堆疊在一起以形成電活性聚合物致動(dòng)器。在這樣做時(shí)，可以通過(guò)將過(guò)孔18、20電氣地耦合在一起、從而使得相鄰的盒被耦合到同一電壓源或電源來(lái)保持盒之間的電連接性。
圖2A中所示的盒12包括被單個(gè)電介質(zhì)層26分離的三對(duì)電極32。在一個(gè)變體中， 如圖2B中所示，將兩個(gè)或更多個(gè)盒12堆疊在一起以形成被耦合到慣性質(zhì)量50的電活性致動(dòng)器14。替換地，可以通過(guò)臨時(shí)附接板或框架將電活性致動(dòng)器14直接耦合到電子媒體設(shè)備。如下文所討論的，可以將電活性致動(dòng)器14放置在腔體52內(nèi)，其允許根據(jù)期望的致動(dòng)器移動(dòng)?？梢灾苯釉谟|覺(jué)殼體的外殼中形成袋52。替換地，可以在位于設(shè)備的外殼內(nèi)的單獨(dú)殼體56中形成袋52。如果是后者，則可以基于致動(dòng)器14的需要來(lái)選擇單獨(dú)殼體56的材料性質(zhì)。例如，如果觸覺(jué)外殼組件的主體是柔性的，則可以使得單獨(dú)殼體56為剛性的以向電活性致動(dòng)器和/或質(zhì)量50提供保護(hù)。在任何情況下，本文所述的設(shè)備和方法的變體包括具有足以允許致動(dòng)器14和/或質(zhì)量50移動(dòng)的余隙但足夠緊密的公差的腔體52的尺寸，從而使得腔體52障礙物(例如觸覺(jué)外殼或單獨(dú)的殼體56)充當(dāng)用以防止電活性致動(dòng)器14的過(guò)度移動(dòng)的限制。此類特征防止致動(dòng)器14的活性區(qū)域進(jìn)行過(guò)度移位，其可能縮短致動(dòng)器的壽命或以其它方式損壞致動(dòng)器。
圖2C圖示出包括位于腔體52內(nèi)的電活性致動(dòng)器14的致動(dòng)器部件外殼16的部分橫截面圖。在該示例中，電活性致動(dòng)器14包括兩個(gè)堆疊的盒12。致動(dòng)器14可以包括一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器隔離物58和一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量隔離物54。隔離區(qū)54和58可以具有凹陷或凸起表面，其旨在促進(jìn)設(shè)備或殼體56內(nèi)的致動(dòng)器14的活性區(qū)域的無(wú)阻礙移動(dòng)。例如，可以將慣性質(zhì)量50耦合到換能器14的致動(dòng)器桿34，同時(shí)與致動(dòng)器14的其余非移動(dòng)部分分離。此外，圖2C圖示出慣性質(zhì)量50與單獨(dú)殼體56的壁之間的余隙C，其允許內(nèi)部腔體52的周界充當(dāng)用于致動(dòng)器和/或質(zhì)量的障礙物或硬止動(dòng)塊或緩沖器。
圖2D圖示出致動(dòng)器隔離物58的平面圖。在本變體中，致動(dòng)器隔離物58包括一系列的凹口或切口 60。這些切口 60與致動(dòng)器的可移動(dòng)部分對(duì)準(zhǔn)(即被輸出桿34圍繞的電介質(zhì))，從而允許致動(dòng)器的活性部分的無(wú)阻礙移動(dòng)。
圖2E和2F圖示出慣性質(zhì)量50的底視圖和側(cè)視圖。如所示,慣性質(zhì)量58可以包括許多隔離物54?？梢詫⒏綦x物54耦合到致動(dòng)器的輸出桿34，從而使得質(zhì)量50的移動(dòng)表面不會(huì)嚙合致動(dòng)器14的非移動(dòng)表面。此外，質(zhì)量隔離物54可以將慣性質(zhì)量50耦合到致動(dòng)器14的輸出桿34。
圖3A至3C圖示出二相電活性聚合物換能器的另一變體。在此變體中，換能器10包括圍繞電介質(zhì)膜96的第一對(duì)電極90和圍繞電介質(zhì)膜96的第二對(duì)電極92,其中,兩對(duì)電極90和92在桿或機(jī)械構(gòu)件34的相對(duì)側(cè)，其促進(jìn)到另一結(jié)構(gòu)的耦合以傳遞移動(dòng)。如圖3A 中所示，兩個(gè)電極90和92處于相同電壓下(例如，兩個(gè)都處于零電壓)。在第一相中，如圖 3B中所圖示出的，一對(duì)電極92被激勵(lì)以使膜擴(kuò)展并使桿94移動(dòng)距離D。第二對(duì)電極90通過(guò)被連接到膜的性質(zhì)而被壓縮，但處于零電壓。圖3C示出其中在向被激勵(lì)的第二對(duì)電極90 施加電壓的同時(shí)減小或關(guān)斷第一對(duì)電極92的電壓的第二相。此第二相與第一相同步，從而使得位移是大于D (差不多D的2倍)。圖3D圖示出圖3A至3C的換能器10隨時(shí)間推移的位移。如所示，當(dāng)針對(duì)相I激勵(lì)第一電極92時(shí)，相I隨著桿34以量D移位而發(fā)生。在時(shí)間 Tl，發(fā)生相2的開(kāi)始，并且相對(duì)電極90被與第一電極92的電壓減小同步地激勵(lì)。越過(guò)兩個(gè)相的桿34的凈位移是2XD。
根據(jù)電極配置，電活性致動(dòng)器14可以能夠在單相或雙相模式(也稱為二相模式)下運(yùn)行。當(dāng)作為單模致動(dòng)器進(jìn)行操作時(shí)，在任一時(shí)刻將只有致動(dòng)器14的一組工作對(duì)電極將被激活。在包括活性電極的多個(gè)區(qū)域的配置中(類似于圖2A中所示的那些)，每組電極被同時(shí)地激活以引起沿同一方向的輸出桿的移動(dòng)。可以使用單個(gè)高電壓電源來(lái)控制致動(dòng)器14的單相操作。隨著施加于單組工作電極對(duì)的電壓的增加，換能器膜的激活部分(一半)將擴(kuò)展， 從而使輸出構(gòu)件34在換能器膜的非活性部分的方向上在平面內(nèi)移動(dòng)。圖4A圖示出在雙相模式下交替地激活兩個(gè)工作電極對(duì)時(shí)的致動(dòng)器30的感覺(jué)反饋信號(hào)(即輸出構(gòu)件位移)相對(duì)于中性位置的力-行程關(guān)系。如所圖示出的，輸出桿的各自的力和位移彼此相等，但是沿著相反的方向(例如一對(duì)電極使聚合物膜擴(kuò)展，而另一對(duì)使該膜收縮)。
圖4B圖示出在此雙相模式下操作時(shí)的施加電壓與致動(dòng)器的輸出位移的結(jié)果得到的非線性關(guān)系。兩個(gè)電極對(duì)借助于共享電介質(zhì)膜的“機(jī)械”耦合可以使得輸出盤沿相反的方向移動(dòng)。因此，當(dāng)操作兩個(gè)電極對(duì)時(shí)，雖然是相互獨(dú)立的，但向第一工作電極對(duì)(相I)施加電壓將使輸出盤20沿一個(gè)方向移動(dòng),并且向第二工作電極對(duì)(相2)施加電壓將使輸出盤 20沿相反方向移動(dòng)。如圖4C的各種圖所反映的，隨著電壓被線性地改變，致動(dòng)器的位移是非線性的。還可以通過(guò)兩個(gè)相的同步操作來(lái)控制輸出盤在移位期間的加速度以增強(qiáng)觸覺(jué)反饋效果。還可以將致動(dòng)器分割成超過(guò)兩個(gè)相，其能夠被獨(dú)立地激活以使得能夠?qū)崿F(xiàn)輸出盤的更復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。二相模式允許輸出桿34的更大位移和更快加速度，并因此向用戶提供更大的感覺(jué)反饋信號(hào)。二相模式允許同時(shí)地激活致動(dòng)器的兩個(gè)部分。圖4C圖示出致動(dòng)器在二相模式下操作時(shí)的輸出盤的感覺(jué)反饋信號(hào)的力-行程關(guān)系。如所圖示出的，在此模式下的致動(dòng)器的兩個(gè)部分90、92的力和行程都沿著相同的方向產(chǎn)生輸出桿34的移動(dòng)，并且具有是在單相模式下操作時(shí)的致動(dòng)器的力和行程的兩倍的量值。圖4D圖示出在此二相模式下操作時(shí)的施加電壓與致動(dòng)器的輸出位移的結(jié)果得到的線性關(guān)系。
通過(guò)將致動(dòng)器的機(jī)械耦合部分90、92串聯(lián)地電連接并控制其公共節(jié)點(diǎn)155，諸如以圖5的方框圖140中所圖示出的方式，公共節(jié)點(diǎn)155的電壓與輸出構(gòu)件(無(wú)論處于什么配置)的位移(或被阻擋力)之間的關(guān)系接近于線性相關(guān)。在此操作模式下，致動(dòng)器的兩個(gè)部分90、92的非線性電壓響應(yīng)有效地相互抵消以產(chǎn)生線性電壓響應(yīng)。借助于控制電路144和開(kāi)關(guān)組件146、148，致動(dòng)器的每個(gè)部分的一個(gè)，此線性關(guān)系允許通過(guò)使用由控制電路施加于開(kāi)關(guān)組件的變化類型的波形來(lái)對(duì)致動(dòng)器的性能進(jìn)行微調(diào)和調(diào)制。使用電路140的另一優(yōu)點(diǎn)是減少操作感覺(jué)反饋設(shè)備所需的開(kāi)關(guān)電路和電源的數(shù)目的能力。在不使用電路140的情況下，將需要兩個(gè)獨(dú)立電源和四個(gè)開(kāi)關(guān)組件。因此，在改善了控制電壓與致動(dòng)器位移之間的關(guān)系、即使得其更加線性的同時(shí)，降低了電路的復(fù)雜性和成本。另一優(yōu)點(diǎn)是在二相操作期間， 致動(dòng)器獲得同步性，其消除了可能降低性能的延遲。
圖6A圖示出用于與被配置成向輸出端口輸送輸出信號(hào)的電子媒體設(shè)備可去除地耦合的外殼組件100的一個(gè)示例。該外殼組件響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)產(chǎn)生觸覺(jué)效果。很明顯，可以將外殼組件100用于諸如智能電話、個(gè)人媒體播放器、便攜式計(jì)算設(shè)備、便攜式游戲系統(tǒng)、電子閱讀器等任何電子媒體設(shè)備。此外，術(shù)語(yǔ)電子媒體設(shè)備可以包括諸如遙控器、GPS單元、掃描儀、個(gè)人數(shù)字助理、診斷設(shè)備、電子外圍設(shè)備(例如，鼠標(biāo)、游戲控制器等)或能夠在給定來(lái)自設(shè)備的輸出信號(hào)的情況下受益于改善的觸覺(jué)響應(yīng)的任何此類電子設(shè)備的部件。此類設(shè)備常常是手持式的，雖然除非具體地要求保護(hù)，否則該應(yīng)用不限于此類手持式設(shè)備。在某些變體中，可以將本文所述的組件連同方法和系統(tǒng)一起耦合到在獨(dú)立模式下完全運(yùn)行的設(shè)備200。在這種情況下，外殼組件100僅用于改善或加強(qiáng)來(lái)自設(shè)備200的觸覺(jué)或其它輸出。
在所圖不出的變體中，夕卜殼組件100包括適合于嵌套電子媒體設(shè)備(如圖6C中所示的200)的至少一部分的外殼或殼體102。外殼可以包括適合于可拆卸地耦合到電子媒體設(shè)備200的輸出端口或揚(yáng)聲器插口的一個(gè)或不止一個(gè)媒體設(shè)備連接器104。在大多數(shù)情況下，媒體設(shè)備200的輸出端口包括USB端口、塢端口或允許到媒體設(shè)備200的輸入和來(lái)自媒體設(shè)備200的輸出的其它連接器。在某些情況下，經(jīng)由僅從媒體設(shè)備200提供輸出的揚(yáng)聲器輸出來(lái)耦合組件100。在任何情況下，術(shù)語(yǔ)輸出端口意圖包括允許輸入和輸出或單獨(dú)地輸出的端口。
殼體102可以包括柔性或有紋理套筒以向媒體設(shè)備提供改善的手柄和耐用性。替換地，殼體102可以包括剛性材料以向設(shè)備提供附加的保護(hù)。媒體設(shè)備200嵌套在袋或腔體 106內(nèi)。為了適應(yīng)放置，媒體設(shè)備連接器104能夠回轉(zhuǎn)或鉸接以允許容易地將媒體設(shè)備200 耦合到殼體102。圖6A還圖示出用于外殼組件100的可選部件。例如，外殼組件可以包括一個(gè)或多個(gè)把手108以幫助在不覆蓋屏幕或設(shè)備200的其它部分的情況下操縱設(shè)備200。 此外，外殼組件100可以包括一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器110。在此類情況下，可以將設(shè)備200的輸出信號(hào)在控制電活性聚合物致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電路與外殼組件100的揚(yáng)聲器110之間分離。雖然未示出，但電活性聚合物致動(dòng)器可以存在于腔體106的表面下面。
圖6B圖示出圖6A的外殼組件100的底部透視圖。如所示，把手108可以包括扁平表面或其它特征以幫助組件100和設(shè)備200的搬運(yùn)或放置。外殼還可以可選地包括一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出插口 112。例如，此類輸入/輸出插口可以適應(yīng)USB連接器的任何變化以允許被耦合到致動(dòng)器的電源的充電。替換地或組合地，插口 112能夠提供到媒體設(shè)備200 的通過(guò)，從而使得媒體設(shè)備200能夠被充電或允許進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而不需要將其從外殼組件 100中去除。圖6B還圖示出了外殼組件100可以包括任何數(shù)目的控制裝置114、116，從而使得操作員能夠調(diào)整音頻、觸覺(jué)或設(shè)備200和/或組件100的其它特征。圖6A還圖示出了殼體102可以包括特征118，從而使得能夠在不必將設(shè)備200從殼體102去除的情況下調(diào)整媒體設(shè)備200上的控制裝置。在本示例中，特征118包括凹口，從而使得能夠在媒體設(shè)備 200上操縱電源撥動(dòng)開(kāi)關(guān)。在許多情況下，將針對(duì)媒體設(shè)備200的特定構(gòu)造和型號(hào)對(duì)殼體 102以及腔體106的形狀進(jìn)行自定義。因此，在被耦合到殼體102的同時(shí)允許媒體設(shè)備200的控制的任何數(shù)目的此類特征118被視為在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。
圖6C圖示出被可去除地與外殼組件100耦合的電子媒體設(shè)備200 (在本示例中， IPOD TOUCH)，其能夠?qū)?lái)自iPod的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠在殼體102、把手110和/或設(shè)備 200處被用戶感覺(jué)到的增加的觸覺(jué)效果。
圖6D示出沿著圖6C中的線6D-6D截取的視圖的表示。如上文所討論的，外殼組件100包括至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器14，其具有被配置成響應(yīng)于來(lái)自電子媒體設(shè)備 200的觸發(fā)信號(hào)而產(chǎn)生移動(dòng)的活性部分。該活性部分的移動(dòng)在外殼組件100上或在外殼組件100處(可選地包括在設(shè)備200本身處)產(chǎn)生可辨別的觸覺(jué)效果。觸發(fā)信號(hào)可以是媒體設(shè)備200的普通輸出，或者可以包括被結(jié)合到媒體設(shè)備中的自定義軟件。設(shè)備200可以可選地對(duì)電活性聚合物致動(dòng)器14進(jìn)行供電。替換地,外殼組件100可以包括對(duì)電活性致動(dòng)器14 進(jìn)行供電的單獨(dú)電源。可選地，外殼組件100包括被致動(dòng)器14驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生觸覺(jué)效果的慣性質(zhì)量50。在某些變體中，可以使用單獨(dú)的電源作為慣性質(zhì)量50。在替換變體中，外殼組件 100包括單獨(dú)電源和離散慣性質(zhì)量?jī)烧摺?br> 圖6D還圖示出外殼100，其包括被配置成將電活性聚合物致動(dòng)器14 (通常經(jīng)由連接器30)電子地耦合到媒體設(shè)備連接器104，從而使得驅(qū)動(dòng)電子裝置能夠響應(yīng)于電子媒體設(shè)備200的輸出信號(hào)而生成觸發(fā)信號(hào)的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電子組件118。如上文所討論的，圖 6D還圖示出被包含在致動(dòng)器殼體56內(nèi)的致動(dòng)器14和慣性質(zhì)量50。再次地，可以將致動(dòng)器殼體56設(shè)計(jì)成作為用于致動(dòng)器14的保護(hù)外殼來(lái)提供。在一個(gè)實(shí)施例中，兩塊組件允許將同一致動(dòng)器殼體56插入不同的外殼100中以適應(yīng)不同的設(shè)備形狀因數(shù)。因此，組件的塊體 (包含在56中的所有部分)能夠保持相同，而外面把手被改變以配合許多設(shè)備型號(hào)/形狀因數(shù)。替換地，外殼56的使用能夠允許用戶去除包含致動(dòng)器14和慣性質(zhì)量50的致動(dòng)器外殼 56并用替換致動(dòng)器外殼56將其替換。替換致動(dòng)器外殼可以提供帶有具有不同特性的電活性聚合物致動(dòng)器的設(shè)備，或者可以提供具有完全不同的功能的設(shè)備。
圖7A至7C表示能夠與電子媒體設(shè)備可去除地耦合的外殼組件100的另一變體的頂視圖、側(cè)視圖和右視圖。在此變體中，外殼組件100的殼體102包括一對(duì)對(duì)稱的手柄108， 其將電子媒體設(shè)備200的形狀轉(zhuǎn)換成更常規(guī)的游戲設(shè)備。手柄108形成把手以允許在肖像模式下使用設(shè)備200并允許在不需要使設(shè)備200的觀看區(qū)域模糊的情況下操縱組件100和設(shè)備200。
圖7D示出沿著圖7A中的線7C-7C截取的剖視圖。在此變體中，致動(dòng)器14和慣性質(zhì)量50直接地耦合到殼體102中的安裝板58而不是使用致動(dòng)器外殼。應(yīng)注意的是設(shè)備的替換變體包括省略慣性質(zhì)量50以允許致動(dòng)器14直接地驅(qū)動(dòng)媒體設(shè)備200。雖然在圖7C中未圖示出驅(qū)動(dòng)電子裝置，但可以將該電路定位于手柄108內(nèi)。
圖8A示出了供媒體設(shè)備200使用的外殼組件100或觸覺(jué)握持組件的另一變體。圖 8B示出組件100的部分剖面。在此變體中，組件100包括與慣性質(zhì)量50分離的電池60。如上文所討論的，慣性質(zhì)量50被耦合到位于殼體102內(nèi)的電活性聚合物致動(dòng)器14。如上文所不出的變體一樣，外殼100可以可選地將電池60或電源與媒體設(shè)備200隔離,從而使得電源60僅對(duì)觸覺(jué)換能器組件14以及任何驅(qū)動(dòng)電子裝置118供電，任何驅(qū)動(dòng)電子裝置118將來(lái)自媒體設(shè)備200的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制致動(dòng)器14的移動(dòng)和結(jié)果得到的觸覺(jué)效果的觸發(fā)信號(hào)。
用于電活性聚合物觸覺(jué)的濾波的聲音驅(qū)動(dòng)波形本文所述的方法和設(shè)備能夠用由媒體設(shè)備提供的聲音信號(hào)來(lái)產(chǎn)生觸覺(jué)效果。此類配置消除了對(duì)用以生成波形以產(chǎn)生不同類型的觸感的單獨(dú)處理器的需要。替代地，觸覺(jué)設(shè)備可以采用一個(gè)或多個(gè)電路以將現(xiàn)有音頻信號(hào)修改成已修改觸覺(jué)信號(hào)，例如對(duì)頻譜的不同部分進(jìn)行濾波或放大。因此，已修改觸覺(jué)信號(hào)然后驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器。在一個(gè)示例中，已修改觸覺(jué)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電源以觸發(fā)致動(dòng)器而實(shí)現(xiàn)不同的感覺(jué)效果。這種方法具有自動(dòng)地與任何音頻信號(hào)相關(guān)并且同步的優(yōu)點(diǎn)，所述任何音頻信號(hào)能夠加強(qiáng)來(lái)自諸如游戲控制器或手持式游戲操縱器的觸覺(jué)設(shè)備中的音樂(lè)或聲響效果的反饋。
圖9A圖示出用以將音頻信號(hào)調(diào)諧為在用于電活性聚合物致動(dòng)器的最佳觸覺(jué)頻率內(nèi)工作的電路的一個(gè)示例。所圖示出的電路通過(guò)振幅截止、DC偏移調(diào)整以及AC波形峰峰值量值調(diào)整來(lái)修改音頻信號(hào)以產(chǎn)生與在圖9B中所示出的類似的信號(hào)。在某些變體中，電活性聚合物致動(dòng)器包括二相電活性聚合物致動(dòng)器，并且改變音頻信號(hào)包括對(duì)音頻信號(hào)的音頻波形的正部分進(jìn)行濾波以驅(qū)動(dòng)電活性聚合物換能器的第一相，并使音頻信號(hào)的音頻波形的負(fù)部分倒置以驅(qū)動(dòng)電活性聚合物換能器的第二相以改善電活性聚合物換能器的性能。在另一變體中，可以將正弦波形式的源音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波(例如經(jīng)由鉗位)，從而使得觸覺(jué)信號(hào)是產(chǎn)生最大致動(dòng)器力輸出的方波。
在另一示例中，電路可以包括一個(gè)或多個(gè)整流器以對(duì)音頻信號(hào)的頻率進(jìn)行濾波以使用音頻信號(hào)的音頻波形的全部或一部分來(lái)驅(qū)動(dòng)觸覺(jué)效果。圖9C圖示出被設(shè)計(jì)為對(duì)音頻信號(hào)的音頻波形的正部分進(jìn)行濾波的電路的一個(gè)變體。在另一變體中，可以將此電路與圖 9D中所示出的電路結(jié)合以用于具有二相的致動(dòng)器。如所示，圖9C的電路能夠?qū)σ纛l波形的正部分進(jìn)行濾波以驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的一相，同時(shí)圖9D中所示出的電路能夠使音頻波形的負(fù)部分倒置以驅(qū)動(dòng)二相觸覺(jué)致動(dòng)器的另一相。結(jié)果是二相致動(dòng)器將具有更大的致動(dòng)器性能。
在另一實(shí)施方式中，可以使用音頻信號(hào)中的閾值來(lái)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的次級(jí)電路的操作。該閾值可以由音頻信號(hào)中的振幅、頻率或特定模式來(lái)定義。次級(jí)電路可以具有固定響應(yīng)，諸如被設(shè)置為輸出特定頻率的振蕩器電路，或者可以具有基于多個(gè)定義的觸發(fā)的多個(gè)響應(yīng)。在某些變體中，可以基于特定觸發(fā)來(lái)預(yù)先確定響應(yīng)。在這種情況下，可以在有特定觸發(fā)時(shí)提供所存儲(chǔ)的響應(yīng)信號(hào)。以這種方式，作為修改源信號(hào)的替代，電路根據(jù)源信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特性來(lái)觸發(fā)預(yù)定響應(yīng)。次級(jí)電路還可以包括定時(shí)器以輸出有限持續(xù)時(shí)間的響應(yīng)。
許多系統(tǒng)可以受益于具有用于聲音的能力的觸覺(jué)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)(例如計(jì)算機(jī)、智能電話、PDA、電子游戲)。在本變體中，已濾波的聲音充當(dāng)用于電活性聚合物觸覺(jué)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)波形?？梢詫?duì)正常地在這些系統(tǒng)中使用的聲音文件進(jìn)行濾波以僅包括用于觸覺(jué)反饋致動(dòng)器設(shè)計(jì)的最佳頻率范圍。
當(dāng)前系統(tǒng)在<200Hz的最佳頻率下操作。可以對(duì)聲波形、諸如獵槍爆炸的聲音或門關(guān)閉的聲音進(jìn)行低通濾波以允許只有〈200 Hz的來(lái)自這些聲音的頻率將被使用。然后將此已濾波波形作為輸入波形供應(yīng)給驅(qū)動(dòng)觸覺(jué)反饋致動(dòng)器的EPAM電源。如果在游戲控制器中使用這些示例，則獵槍爆炸和關(guān)門的聲音將與觸覺(jué)反饋致動(dòng)器同步，向游戲玩家提供豐富的體驗(yàn)。
在一個(gè)變體中現(xiàn)有聲音信號(hào)的使用能夠允許有一種與由單獨(dú)生成的音頻信號(hào)產(chǎn)生的聲音同時(shí)地在用戶接口設(shè)備中產(chǎn)生觸覺(jué)效果的方法。例如，該方法可以包括將音頻信號(hào)路由到濾波電路；通過(guò)對(duì)在預(yù)定頻率以下的一定范圍的頻率濾波來(lái)改變音頻信號(hào)以產(chǎn)生觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及向被耦合到電活性聚合物換能器的電源提供觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而使得電源對(duì)電活性聚合物換能器進(jìn)行致動(dòng)以與由音頻信號(hào)產(chǎn)生的聲音同時(shí)地驅(qū)動(dòng)觸覺(jué)效果。
用于驅(qū)動(dòng)電活性聚合物換能器的另一變體包括給定閾值輸入信號(hào)的存儲(chǔ)波形的使用。輸入信號(hào)可以包括音頻或其它觸發(fā)信號(hào)。例如，圖10中所示出的電路圖示出充當(dāng)用于存儲(chǔ)波形的觸發(fā)的音頻信號(hào)。再次地，系統(tǒng)可以使用觸發(fā)或其它信號(hào)來(lái)代替音頻信號(hào)。 這種方法用一個(gè)或多個(gè)預(yù)定波形而不是使用簡(jiǎn)單地直接從音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)電活性聚合物換能器。驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的這種模式的一個(gè)益處是存儲(chǔ)波形的使用使得能夠以最小的存儲(chǔ)器和復(fù)雜性來(lái)產(chǎn)生復(fù)雜波形和致動(dòng)器性能。可以通過(guò)使用針對(duì)致動(dòng)器被最優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)脈沖(例如在優(yōu)選電壓或脈寬下運(yùn)行或處于諧振)而不是使用模擬音頻信號(hào)來(lái)增強(qiáng)致動(dòng)器性能。致動(dòng)器響應(yīng)可以是與輸入信號(hào)同步的或可以被延遲。在一個(gè)示例中，可以使用O.25V觸發(fā)閾值作為觸發(fā)。此低水平信號(hào)然后可以生成一個(gè)或多個(gè)脈沖波形。在另一變體中，此驅(qū)動(dòng)技術(shù)能夠潛在地允許使用相同的輸入或觸發(fā)信號(hào)以基于任何數(shù)目的條件(例如， 諸如用戶接口設(shè)備的位置、用戶接口設(shè)備的狀態(tài)、正在設(shè)備上運(yùn)行的程序等)具有不同的輸出信號(hào)。
圖IIA和IlB圖示出用于通過(guò)用單個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)提供二相激活而驅(qū)動(dòng)電活性聚合物換能器的另外一個(gè)變體。如所示，在二相換能器中的三個(gè)電力線中，各相中的一個(gè)上的一個(gè)引線在高壓下保持恒定，另一相上的一個(gè)引線被接地，并且兩個(gè)相共用的第三引線被驅(qū)動(dòng)而從接地至高壓在電壓方面改變。這使得一個(gè)相的激活能夠與第2相的去激活同時(shí)地發(fā)生以增強(qiáng)二相致動(dòng)器的突跳性能。
可以控制在本公開(kāi)中使用的電活性聚合物致動(dòng)器根據(jù)由媒體設(shè)備輸出的信號(hào)的頻率而在脈沖模式與重低音揚(yáng)聲器(subwoofer)模式之間操作。此類特征可用于區(qū)別可重復(fù)效果(諸如鍵盤上的鍵入)和由各種其它媒體在游戲等期間產(chǎn)生的效果。圖12A圖示出用來(lái)基于輸入信號(hào)來(lái)確定致動(dòng)器模式的流程圖的一個(gè)變體。圖12B圖示出觸發(fā)電路的一個(gè)可能示例。圖12C提供被用于如上所述的外殼組件和電活性聚合物致動(dòng)器的變體的控制架構(gòu)的一個(gè)示例。
驅(qū)動(dòng)方案在許多情況下，系統(tǒng)可以使用在所吸引的電流過(guò)高、例如處于較高頻率時(shí)切斷或減小電壓的電路來(lái)限制功率消耗。在第一示例中，第二級(jí)不能運(yùn)行，除非轉(zhuǎn)換器的輸入級(jí)在給定電壓之上。當(dāng)?shù)诙?jí)初始化時(shí)，電路促使第一級(jí)上的電壓下降且隨后在輸入功率受限的情況下下降至第二級(jí)之外。在低頻率下，觸覺(jué)響應(yīng)遵循輸入信號(hào)。然而，由于高頻率要求更多的功率，所以響應(yīng)根據(jù)輸入功率變得被鉗位。功率消耗是使子組件和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)最優(yōu)化所需的度量之一。以這種方式對(duì)響應(yīng)進(jìn)行鉗位節(jié)省功率。
在另一變體中，驅(qū)動(dòng)方案能夠采用調(diào)幅。例如，可以在諧振頻率下驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器電壓，其中，基于輸入信號(hào)振幅來(lái)按比例縮放信號(hào)振幅。此水平是由輸入信號(hào)確定的，并且頻率是由致動(dòng)器設(shè)計(jì)確定的。
在另一變體中，可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)方案的選擇來(lái)修整觸覺(jué)響應(yīng)或效果，例如可以使用模擬(如在音頻信號(hào)的情況下)或數(shù)字突發(fā)或者濾波器或放大器的組合來(lái)增強(qiáng)導(dǎo)致致動(dòng)器的最高性能的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的頻率。這允許由用戶的觸覺(jué)響應(yīng)方面的增加的靈敏度和/或加強(qiáng)用戶期望的效果。例如，可以將子組件/系統(tǒng)頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)為與被用作驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)的聲響效果的所取的快速傅立葉變換匹配/重疊。
用于產(chǎn)生觸覺(jué)效果的另一變體涉及滾降濾波器的使用。此類濾波器允許要求高功率吸取的高頻率的衰減。為了補(bǔ)償此衰減，可以將子組件設(shè)計(jì)為使其諧振處于較高頻率下。 可以例如通過(guò)改變致動(dòng)器的剛度(例如通過(guò)改變電介質(zhì)材料、改變電介質(zhì)膜的厚度、改變電極材料的類型或厚度、改變致動(dòng)器的尺寸)、改變致動(dòng)器堆中的盒的數(shù)目、改變致動(dòng)器上的負(fù)荷或慣性質(zhì)量來(lái)調(diào)整子組件的諧振頻率。移動(dòng)至更薄的膜或更軟的材料能夠移動(dòng)滿足到更高頻率的電流/功率限制所需的截止頻率。很明顯，諧振頻率的調(diào)整能夠以任何數(shù)目的方式發(fā)生。還可以通過(guò)使用致動(dòng)器類型的混合物來(lái)修整頻率響應(yīng)。
作為使用簡(jiǎn)單跟隨器電路的替代，可以在輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)中使用閾值來(lái)觸發(fā)具有要求較少功率的任意波形的突發(fā)。此波形可以處于較低頻率下和/或能夠被相對(duì)于系統(tǒng)一子組件&外殼一的諧振頻率被最優(yōu)化以增強(qiáng)響應(yīng)。另外，還可以使用觸發(fā)之間的時(shí)間延遲的使用來(lái)控制功率負(fù)載。
零點(diǎn)交叉功率控制在另一變體中，控制電路能夠監(jiān)視輸入音頻波形并提供用于高壓電路的控制。在這種情況下，如圖13A中所示，針對(duì)通過(guò)零點(diǎn)電壓值512的每個(gè)轉(zhuǎn)移監(jiān)視音頻波形510。用這些零點(diǎn)交叉512，控制電路能夠指示交叉時(shí)間值和電壓條件。
此控制電路基于零點(diǎn)交叉時(shí)間和電壓擺動(dòng)方向來(lái)改變高壓。如圖13B中所示，針對(duì)零點(diǎn)交叉正擺動(dòng)，高壓驅(qū)動(dòng)在514處從零伏變成IkV (高壓軌值)。針對(duì)零點(diǎn)交叉負(fù)擺動(dòng)，高壓驅(qū)動(dòng)在516處從IkV變成零伏(低壓軌值)。
此類控制電路允許致動(dòng)事件與音頻信號(hào)510的頻率一致。另外，控制電路能夠允許濾波以消除較高頻致動(dòng)器事件以保持40 200Hz致動(dòng)器響應(yīng)范圍。方波為慣性驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供最高致動(dòng)響應(yīng)并能夠根據(jù)電源部件的極限來(lái)設(shè)定。可以調(diào)整充電時(shí)間以限制電源要求。為了對(duì)致動(dòng)力進(jìn)行歸一化，可以用三角波來(lái)充電機(jī)械諧振頻率，同時(shí)能夠用方波來(lái)激勵(lì)偏諧振頻率。
可以將用來(lái)驅(qū)動(dòng)觸覺(jué)電子裝置的電路技術(shù)選擇為使電路的覆蓋區(qū)最優(yōu)化(即減小電路的尺寸)，增加觸覺(jué)致動(dòng)器的效率，并潛在地降低成本。以下各圖識(shí)別此類電路圖的示例。圖14A圖示出包括用于閃光燈控制器的電源的一個(gè)示例。圖14B圖示出包括具有閉環(huán)反饋的推挽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)陣列的第二示例性電路。另外，圖 14C圖示出用于用以驅(qū)動(dòng)被耦合到電子媒體設(shè)備的觸覺(jué)組件的電路設(shè)計(jì)的示意圖的一個(gè)示例。
關(guān)于本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)，在相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員的水平內(nèi)可以采用材料和替換相關(guān)配置。在一般地或在邏輯上采用的附加動(dòng)作方面，同樣也可以適用于相對(duì)于本發(fā)明的基于方法的方面。另外，雖然已參考多個(gè)示例描述了本發(fā)明，可選地結(jié)合了各種特征，但如相對(duì)于本發(fā)明的每個(gè)變體所設(shè)想的，本發(fā)明將不限于所描述或所指示的內(nèi)容?？梢詫?duì)所述的本發(fā)明進(jìn)行各種變化，并且在不脫離本發(fā)明的真正精神和范圍的情況下可以用等價(jià)物代替 (無(wú)論在本文中已敘述或?yàn)榱艘欢ǖ暮?jiǎn)潔起見(jiàn)未被包括)。在其設(shè)計(jì)中可以集成任何數(shù)目的所示的單獨(dú)部分或子組件。可以由用于組件的設(shè)計(jì)原理來(lái)執(zhí)行或指導(dǎo)此類變化等。
同樣，可以預(yù)期可以獨(dú)立地闡述所述的發(fā)明變體的任何可選特征并要求保護(hù)，或者以與本文所述特征中的任何一個(gè)或多個(gè)的組合的方式。對(duì)單數(shù)項(xiàng)目的參考包括存在多個(gè)相同項(xiàng)目存在的可能性。更具體地，在本文中和在所附權(quán)利要求中所使用的單數(shù)形式“一”、 “一個(gè)”、“所述”和“該”包括多個(gè)指示物，除非另外具體地說(shuō)明。換言之，在以上說(shuō)明書以及以下權(quán)利要求中，冠詞的使用允許用于主題項(xiàng)目中的“至少一個(gè)”。還應(yīng)注意的是可以將權(quán)利要求草擬為排出任何可選元件。同樣地，本說(shuō)明意圖充當(dāng)供諸如“唯一地”、“僅僅”等排他性術(shù)語(yǔ)與類似權(quán)利要求要素的敘述相結(jié)合的使用或“否定”限制的使用的前提基礎(chǔ)。在不使用此類排他性術(shù)語(yǔ)的情況下，權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)〃包括〃應(yīng)考慮任何附加要素的包括_無(wú)論在權(quán)利要求中是否列舉了給定數(shù)目的要素，或者可以將特征的添加視為對(duì)在權(quán)利要求中闡述的要素的性質(zhì)的變換。換言之，除非在本文中具體地定義，本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)在保持權(quán)利要求有效性的同時(shí)被給定盡可能寬的一般理解意義。
權(quán)利要求
1.一種用于與被配置成向輸出端口輸送輸出信號(hào)的電子媒體設(shè)備可去除地I禹合的外殼組件，其中，該外殼組件響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸覺(jué)效果，該外殼組件包括殼體，其適合于嵌套電子媒體設(shè)備的至少一部分，該外殼包括適合于可拆卸地耦合到電子媒體設(shè)備的輸出端口的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器；至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器，其具有被配置成響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)而產(chǎn)生移動(dòng)的活性部分；主體質(zhì)量，其位于所述殼體內(nèi)并被耦合到電活性聚合物致動(dòng)器，其中，電活性聚合物致動(dòng)器的觸覺(jué)效果包括主體質(zhì)量的慣性移動(dòng)；以及至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電子組件，其被配置成將電活性聚合物致動(dòng)器電子地耦合到媒體設(shè)備連接器，從而使得驅(qū)動(dòng)電子組件能夠響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而生成觸發(fā)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中，所述電活性聚合物包括至少一個(gè)電活性聚合物盒，其中，電活性聚合物盒包含包括電介質(zhì)彈性體層的電活性聚合物膜，其中，所述電介質(zhì)彈性體層的一部分在第一和第二電極之間，其中，所述電極的重疊部分限定包括活性部分的活性區(qū)域，在其上面向電極施加觸發(fā)信號(hào)引起活性區(qū)域的移動(dòng)以產(chǎn)生觸覺(jué)效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述電活性聚合物致動(dòng)器包括被耦合在一起的多個(gè)離散電活性聚合物盒，其中，所述電活性聚合物致動(dòng)器包括增加的活性部分，其包括每個(gè)電活性聚合物盒的每個(gè)活性區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件,還包括位于殼體內(nèi)部的袋,其中,所述主體質(zhì)量位于該袋內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其中，所述袋尺寸被確定為限制主體質(zhì)量的移動(dòng)以限制電活性聚合物致動(dòng)器的移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件,位于所述殼體內(nèi)的電源,其中，所述電源包括主體質(zhì)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組件，其中，所述電源被耦合到所述電活性聚合物致動(dòng)器，從而使得活性區(qū)域的移動(dòng)引起電源的慣性移動(dòng)以產(chǎn)生觸覺(jué)效果。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中，所述電活性致動(dòng)器被耦合到媒體設(shè)備，從而使得在媒體設(shè)備上觸覺(jué)效果是可辨別的。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中，所述殼體包括在電子媒體設(shè)備被與之耦合時(shí)關(guān)于電子媒體設(shè)備對(duì)稱的主體形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中，所述殼體還包括至少一個(gè)音頻揚(yáng)聲器，并且其中，所述電子驅(qū)動(dòng)組件被配置成將電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)傳遞至音頻揚(yáng)聲器。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中，所述殼體包括能夠被可去除地耦合在一起以嵌套電子媒體組件的多個(gè)部件。
12.—種加強(qiáng)獨(dú)立電子媒體設(shè)備以產(chǎn)生改善的觸覺(jué)效果的方法，該方法包括提供包括適合于耦合到電子媒體設(shè)備的輸出端口的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器的外殼， 該外殼還包括具有活性部分的至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器；將電子媒體設(shè)備的輸出端口耦合到設(shè)備連接器；響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；以及通過(guò)將觸發(fā)信號(hào)傳送到電活性聚合物致動(dòng)器來(lái)生成改善的觸覺(jué)效果以引起活性部分的移動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，通過(guò)向電活性聚合物致動(dòng)器傳送觸發(fā)信號(hào)以弓I起活性部分的移動(dòng)、弓I起殼體內(nèi)的主體質(zhì)量的慣性移動(dòng)來(lái)生成改善的觸覺(jué)效果。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述主體質(zhì)量包括被電氣地耦合到所述電活性聚合物致動(dòng)器的電源。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括位于外殼內(nèi)的電源，其中，所述至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器被所述電源供電并與電子媒體設(shè)備分離。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其中，響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)還包括將輸出信號(hào)傳送到被耦合到所述殼體的所述至少一個(gè)外部揚(yáng)聲器。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其中，響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)包括評(píng)估輸出信號(hào)并根據(jù)該輸出信號(hào)從多個(gè)輸出模式中選擇電活性致動(dòng)器的輸出模式。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述輸出信號(hào)包括音頻信號(hào)。
19.一種產(chǎn)生外殼組件以在獨(dú)立電子媒體設(shè)備被與之耦合時(shí)加強(qiáng)其觸覺(jué)效果的方法， 該方法包括將具有活性部分的至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器定位于外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)，該外殼結(jié)構(gòu)包括允許電子媒體設(shè)備到外殼結(jié)構(gòu)的可拆卸結(jié)合的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器；將慣性質(zhì)量耦合到活性部分，從而使得該活性部分的移動(dòng)通過(guò)慣性質(zhì)量的慣性移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生觸覺(jué)效果，其中，所述觸覺(jué)效果是在外殼組件或被與之耦合時(shí)的電子媒體設(shè)備中感覺(jué)到的；以及在所述外殼內(nèi)提供電子驅(qū)動(dòng)電路以將媒體設(shè)備連接器電氣地耦合到電活性聚合物致動(dòng)器并在從電子媒體設(shè)備接收到輸出信號(hào)時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)，其中，所述電子驅(qū)動(dòng)電路被配置成將觸發(fā)信號(hào)傳送到電活性聚合物致動(dòng)器以引起活性部分的移動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括通過(guò)耦合多個(gè)電活性聚合物盒來(lái)增加活性部分的總表面面積，每個(gè)電活性聚合物盒具有包括電介質(zhì)彈性體層的電活性聚合物膜，其中， 電介質(zhì)彈性體層的一部分在第一和第二電極之間，其中，電極的重疊部分限定活性區(qū)域；其中，該活性部分包括所述多個(gè)活性區(qū)域的總面積。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括將電子驅(qū)動(dòng)電路配置成評(píng)估輸出信號(hào)并根據(jù)該輸出信號(hào)從多個(gè)輸出模式中選擇電活性致動(dòng)器的輸出模式。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，將所述慣性質(zhì)量耦合到所述活性部分包括將所述電源耦合到所述活性部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括將所述電源與電子媒體設(shè)備電隔離，因此，所述電源向所述驅(qū)動(dòng)電路和電活性聚合物致動(dòng)器供應(yīng)能量。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，將慣性質(zhì)量耦合到所述活性部分包括將所述慣性質(zhì)量耦合到所述活性部分的輸出構(gòu)件。
25.—種用于與被配置成向輸出端口輸送輸出信號(hào)的電子媒體設(shè)備可去除地I禹合的外殼組件，其中，該外殼組件響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸覺(jué)效果，該外殼組件包括殼體，其適合于嵌套電子媒體設(shè)備的至少一部分，該外殼包括適合于可拆卸地耦合到電子媒體設(shè)備的輸出端口的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器；至少一個(gè)致動(dòng)器，其具有被配置成響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)而產(chǎn)生移動(dòng)的活性部分；主體質(zhì)量，其位于所述殼體內(nèi)并被耦合到所述致動(dòng)器，其中，所述致動(dòng)器的觸覺(jué)效果包括主體質(zhì)量的慣性移動(dòng)；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電子組件，其被配置成將所述致動(dòng)器電子地耦合到媒體設(shè)備連接器，從而使得驅(qū)動(dòng)電子組件能夠響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而生成觸發(fā)信號(hào)。
26.—種加強(qiáng)獨(dú)立電子媒體設(shè)備以產(chǎn)生改善的觸覺(jué)效果的方法，該方法包括提供包括適合于耦合到電子媒體設(shè)備的輸出端口的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器的外殼， 該外殼還包括具有活性部分的至少一個(gè)電活性聚合物致動(dòng)器；將電子媒體設(shè)備的輸出端口耦合到設(shè)備連接器；響應(yīng)于所述電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；以及通過(guò)將所述觸發(fā)信號(hào)傳送到所述致動(dòng)器來(lái)生成改善的觸覺(jué)效果以引起活性部分的移動(dòng)。
27.—種用于與被配置成向輸出端口輸送輸出信號(hào)的電子媒體設(shè)備可去除地I禹合的外殼組件，其中，該外殼組件響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸覺(jué)效果，該外殼組件包括殼體，其適合于嵌套電子媒體設(shè)備的至少一部分，該外殼包括適合于可拆卸地耦合到電子媒體設(shè)備的輸出端口的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器；至少一個(gè)致動(dòng)器，其具有被配置成響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)而產(chǎn)生移動(dòng)的活性部分，其中，所述活性部分的移動(dòng)產(chǎn)生在外殼組件上或在外殼組件處可辨別的觸覺(jué)效果；位于所述殼體內(nèi)的電源，其中，所述電源被電氣地耦合到致動(dòng)器；以及至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電子組件，其被配置成將所述致動(dòng)器電子地耦合到媒體設(shè)備連接器，從而使得驅(qū)動(dòng)電子組件能夠響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而生成觸發(fā)信號(hào)。
28.—種用于與被配置成向輸出端口輸送輸出信號(hào)的電子媒體設(shè)備可去除地I禹合的外殼組件，其中，該外殼組件響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而產(chǎn)生觸覺(jué)效果，該外殼組件包括殼體，其適合于嵌套電子媒體設(shè)備的至少一部分，該外殼包括適合于可拆卸地耦合到電子媒體設(shè)備的輸出端口的至少一個(gè)媒體設(shè)備連接器；至少一個(gè)致動(dòng)器，其具有被配置成響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)而產(chǎn)生移動(dòng)的活性部分，其中，所述活性部分的移動(dòng)產(chǎn)生在電子媒體設(shè)備的表面上或在電子媒體設(shè)備的表面處可辨別的觸覺(jué)效果;至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電子組件，其被配置成將所述致動(dòng)器電子地耦合到媒體設(shè)備連接器，從而使得驅(qū)動(dòng)電子組件能夠響應(yīng)于電子媒體設(shè)備的輸出信號(hào)而生成觸發(fā)信號(hào)。全文摘要
本發(fā)明提供了一種用以允許電活性聚合物換能器與電子媒體設(shè)備的可去除耦合的外殼，其中，該外殼在電子媒體設(shè)備中產(chǎn)生改善的觸覺(jué)效果。
文檔編號(hào)H01L41/08GK102939570SQ201180016701
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者I.波利亞科夫, A.扎拉比, R.希齊科克, 關(guān)淑文, C.A.維亞伯 申請(qǐng)人:拜耳知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司