專利名稱：觸感用戶接口輸入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及輸入設(shè)備，并且具體地涉及觸覺/觸感輸入設(shè)備， 而且更具體地涉及用于電子設(shè)備的觸覺/觸感用戶接口輸入設(shè)備。
背景技術(shù)：
對于創(chuàng)建具有可選多個(gè)功能的電子設(shè)備、特別是移動電話設(shè)備 存在強(qiáng)烈需求，所有這些功能需要通常通過如下觸覺/觸感輸入設(shè)備
來提供的用戶接口 ，該觸覺/觸感輸入設(shè)備包括持久地存在于設(shè)備的 用戶接口表面上的按鈕、滑塊、操縱桿和接觸單元。對設(shè)備的狀態(tài)、
可用性和功能一般可視地加以標(biāo)識，例如利用由設(shè)備中的軟件控制 的發(fā)光體和標(biāo)記來標(biāo)識它們。輸入設(shè)備持久地存在于用戶接口的表 面上并且在所有環(huán)境和條件下可用，這由于需要指示設(shè)備不可用或 者執(zhí)行過(數(shù)個(gè)可用命令中的)給定命令而造成用戶的錯(cuò)誤和困惑。 視覺標(biāo)識不適合于視障用戶，這影響了設(shè)備供此類用戶的可用性。 通過設(shè)備中的機(jī)械變化、例如通過滑動、鉸接或者扭轉(zhuǎn)或者本體部 分在某些模式中隱藏某些輸入設(shè)備或者使某些輸入設(shè)備不可見，這 增添了設(shè)備的尺寸和成本。從用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)以及樣式的觀點(diǎn)來看 需要使設(shè)備盡可能整齊有序。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)廣義方面，呈現(xiàn)一種觸覺/觸感輸入設(shè)備的新 穎概念，其中機(jī)械用戶接口輸入的行為和/或出現(xiàn)被配置為通過軟件 部件來適應(yīng)于電子設(shè)備的功能和環(huán)境以向用戶提供反饋和提示。在 需要時(shí)使用于實(shí)施本發(fā)明的機(jī)械輸入例如按鈕、滑塊、操縱桿和其 它輸入設(shè)備出現(xiàn)在用戶接口的表面上。在又一方面中，該輸入#:配置用以基于例如以下環(huán)境來改變它
的行為按鈕在功能不可用時(shí)在用戶接口表面變得不可用，以及僅 在對應(yīng)功能可用時(shí)該按鈕才在用戶接口表面被調(diào)出并且變得可用； 按鈕在功能不可用時(shí)無法被按壓或者操作并且它被凍結(jié)或者變得固 定而無法移動；接觸壓力可變，隨著關(guān)聯(lián)參數(shù)的值為高或者迫近限 制而使按鈕更加抵抗移動。
在又一方面中，如例如給定4建或者4姿鈕這樣的輸入的表面或者 接觸表面區(qū)的拓樸形狀根據(jù)電子設(shè)備的給定功能來更改它的接觸表 面特征，以便在該輸入活躍時(shí)提供觸覺/觸感輸入。實(shí)質(zhì)上，該輸入 的表面區(qū)在輸入不活躍時(shí)是平坦或者凹陷而在輸入活躍時(shí)隆起。也 可以使輸入表面拓樸形狀反復(fù)改變以引導(dǎo)用戶(如視障用戶)來吸 引用戶的注意、使用戶注意顯示屏上或者電子設(shè)備上的某一預(yù)期方 向。也可以使輸入設(shè)備表面拓樸形狀通過受控有節(jié)奏的移動向用戶 提供模擬反饋以產(chǎn)生用戶愉悅和/或支持活動對象的概念來執(zhí)行輔助 任務(wù)。
電子設(shè)備可以被例如配置用于作為移動終端、音樂播放器、個(gè) 人助理、游戲單元或者其它此類電子設(shè)備來操作，并且包括比如相 機(jī)功能性、GPS功能性這樣的功能和特征以及消費(fèi)公眾所知的其它 功能和特征。


實(shí)施本發(fā)明的用戶接口輸入的附加特征和益處將從結(jié)合附圖的 以下描述中變得容易理解，在附圖中
圖1是示出在不可用操作位置的實(shí)施本發(fā)明的輸入設(shè)備的示意 透一見局部圖2是示出在可用操作位置的圖1的輸入設(shè)備的示意透視局部
圖3是實(shí)施本發(fā)明的輸入設(shè)備的電子設(shè)備的示意側(cè)視圖； 圖4是圖3中所示電子設(shè)備的頂視平面圖；圖5是示出在不可用操作位置的實(shí)施本發(fā)明的輸入設(shè)備的沿著
圖4中的線5-5獲得的示意橫截面圖6是示出在可用操作位置的本發(fā)明的輸入設(shè)備的在圖3中呈 現(xiàn)的電子設(shè)備的示意側(cè)視圖7是圖6中所示電子設(shè)備的頂視平面圖8是示出在可用操作位置的實(shí)施本發(fā)明的輸入設(shè)備的沿著圖 7中的線8-8獲得的示意橫截面圖9是從輸入設(shè)備可以與之一起使用的電子設(shè)備的下側(cè)觀察的 本發(fā)明的輸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式的分解示意圖10是從輸入設(shè)備可以與之一起使用的電子設(shè)備的上側(cè)觀察的 本發(fā)明的輸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式的分解示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖并且進(jìn)一步詳細(xì)地考慮本發(fā)明，在圖1和圖2中 圖示了并且用10大體地表示實(shí)施本發(fā)明的輸入設(shè)備的示意透視局部 圖，其中在圖1中示出在不可用操作位置的輸入設(shè)備10，而在圖2 中示出在可用操作位置的輸入設(shè)備10。在本例中，電子設(shè)備如移動 電話包括大體地表示為12的印刷電路板，該印刷電路板承載各種電 子部件、存儲器設(shè)備、控制器和為了實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的預(yù)定功能而必 需的其它關(guān)聯(lián)部件。為了舉例說明的目的，印刷電路板12在印刷布 線板12的表面16上包括彈片開關(guān)14,該彈片開關(guān)如本領(lǐng)域技術(shù)人 員公知和理解的那樣在彈片開關(guān)14被操作時(shí)用以實(shí)現(xiàn)電路路徑。大 體表示為18的用戶接口或者小鍵盤被適當(dāng)?shù)囟ㄎ徊⑶矣呻娮釉O(shè)備承 載，并且在本例中由彈性體/剛性含兩個(gè)部件的塑料部分制成，其中 大體表示為20的彈性體部分可變形并且被配置用以在表面22之上 伸展或者膨脹，使得表面拓樸形狀接觸區(qū)24在輸入設(shè)備10活躍或 者處于第一操作狀態(tài)時(shí)限定鍵26、 26，如圖2中所示。
作為致動器機(jī)構(gòu)，如例如大體表示為30的壓電電機(jī)被適當(dāng)?shù)匮b 配到印刷電路板12,并且包括沿著壓電電機(jī)30的縱長方向軸向地延伸的軸32。大體地表示為34的片簧鋼帶具有附接到印刷電路板12 的一端36和它的適當(dāng)?shù)馗浇拥綁弘婋姍C(jī)30的軸32的相對端，其中 例如通過將該端38插入到軸32中形狀和尺寸互補(bǔ)的凹陷40。片簧 鋼帶34略成"C"形并且位于彈片開關(guān)14上方。片簧鋼帶34與限定 鍵24的彈性體部分20的向下延伸底座42接觸。當(dāng)在朝著如方向箭 頭44所示印刷電路板12的表面的方向向下按壓或者以別的方式推 動鍵24時(shí)，底座42的底部46接觸片簧鋼帶34，從而推動它與彈片 開關(guān)14接觸以操作開關(guān)14。當(dāng)從鍵24撤除向下壓力時(shí)，片簧鋼帶 34返回到它的"C"形配置，從而向上推動底座42以使鍵24可用。
在鍵24不可用的情形中，例如當(dāng)電子設(shè)備沒有與可用于所選特 定模式的鍵24關(guān)聯(lián)的給定功能時(shí)，鍵24的表面區(qū)拓樸形狀26與用 戶表面18的表面22齊平，這指示該鍵不可用。當(dāng)壓電電機(jī)30的軸 32在如旋轉(zhuǎn)箭頭50所示順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)使得片簧鋼帶34的端部38 隨著軸32旋轉(zhuǎn)、由此縮短片簧鋼帶34的長度、使帶34變平和迫近 印刷電路板12的表面16、撤除彈性體底座42上的向上偏置時(shí)，允 許限定鍵24的彈性體部分返回到它的未伸展?fàn)顟B(tài)。如圖1和圖2中 所示，軸32可以容納多個(gè)片簧鋼帶34，各片簧鋼帶與鍵24關(guān)聯(lián)， 并且根據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備10與之一起使用的電子設(shè)備的要求來確 定鍵24的數(shù)目。
可以與本發(fā)明的輸入設(shè)備一起利用的壓電電才幾例如在Squiggle Motor這一注冊商標(biāo)名下產(chǎn)自于New Scale Technologies公司用以提 供上述鍵的所期望的致動以及出現(xiàn)和消失。本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地 理解這樣的壓電電機(jī)的操作，而讀者可以參考通過援引結(jié)合于此的
制造商文獻(xiàn)以獲取對壓電電機(jī)及其操作的更具體描述。
現(xiàn)在參照圖3-8,圖中圖示了并且用100大體地表示實(shí)施本發(fā)明 的輸入設(shè)備的電子設(shè)備如移動電話，其中出于說明的目的而僅圖示 了電子設(shè)備100的大體表示為102的蓋部分。電子設(shè)備100包括在 蓋102中適當(dāng)?shù)夭贾煤统休d的印刷電路板104。在蓋102的向外側(cè) 108上適當(dāng)?shù)夭贾煤统休d大體地表示為106的彈性體/剛性含兩個(gè)部
7件的塑料部分小鍵盤。小鍵盤106包括其向外表面114與小鍵盤106 的表面110基本上齊平的彈性體部分112。實(shí)施本發(fā)明的輸入設(shè)備大 體地表示為120，并且在小4建盤106的彈性體部分112的區(qū)域中位于 電子設(shè)備100的一端。彈性體部分112包括長度足以接觸片簧鋼帶 130的向下延伸底座118，該片簧鋼帶具有連接到印刷電路板104的 一端132和如下的相對端134，該相對端適當(dāng)?shù)馗浇拥窖b配于印刷電 路板104上的大體地表示為138的壓電電機(jī)或者其它適當(dāng)致動器的 軸136。片簧鋼帶130位于和布置于印刷電路板104上承載的彈片開 關(guān)140上方和底座118之下，使得片簧鋼帶130位于底座118與彈 片開關(guān)140之間。如圖3-5中所示，由彈性體部分112限定的4建不可 取用也無法使用。
參照圖6-8，圖中圖示了圖3-5中所示電子設(shè)備100，其中激活 實(shí)施本發(fā)明的觸覺/觸感輸入設(shè)備，以通過使接觸表面區(qū)152的拓樸 形狀在用戶接口或者小鍵盤106的表面拓樸形狀114之上膨脹或者 凸出，來使鍵或者按鈕150可供取用和使用。在這一情形中，使壓 電電機(jī)138的軸136沿如箭頭154所示逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，從而允許 片簧鋼帶130增加它的長度使得允許它返回到它的"C"形狀態(tài)，由此 沿箭頭156所示方向向上推動彈性體部分112的底座118,以使鍵 150形成于用戶表面的彈性體部分112的表面114中。
現(xiàn)在參照圖9和圖10，在圖9中示出了從下側(cè)觀察的圖3-8中 所示電子設(shè)備100的分解示意圖，而在圖10中示出了從上側(cè)觀察的 該分解示意圖，其中相同的附圖標(biāo)記對應(yīng)于相似部分。如圖所示， 可以將小鍵盤106的彈性體部分112模制或者成形為適應(yīng)如蓋102 中的孔限定的特定電子設(shè)備的要求，從而與片簧鋼帶130和彈片開 關(guān)140對準(zhǔn)。也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到彈片開關(guān)140不是必需的，并且可以通 過片簧鋼帶130來產(chǎn)生電接觸以實(shí)現(xiàn)由彈片開關(guān)進(jìn)行的電路連接。
也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到可以將小鍵盤106制作為具有剛性部分和彈性體 部分的單個(gè)模制單元，或者可以是與片簧鋼帶接觸的剛性活塞以在 帶和彈片開關(guān)上向下推動。
8也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在小鍵盤118的彈性體部分112中形成的底座118 可以連接到片簧鋼帶130以在小鍵盤106的表面拓樸形狀中實(shí)現(xiàn)凹鍵。
下文描述實(shí)施本發(fā)明的觸覺/觸感輸入設(shè)備的數(shù)個(gè)使用例子以便 提供對本發(fā)明更完全的理解。
例1
在本例中，移動電話處于電話或者通信模式而用戶接口表面平 坦。當(dāng)移動電話切換到相機(jī)模式時(shí)，相機(jī)觸發(fā)按鈕出現(xiàn)在用戶接口 的表面上。如果相機(jī)功能在移動電話中可用，但是在可以拍攝圖像 之前需要做一些事情，則可以將按鈕暫時(shí)鎖定到向上狀態(tài)，以指示 在校正或者留心需要關(guān)注的事物之前不能拍攝圖像。例如，可以更 改或者增加相機(jī)觸發(fā)按鈕上的按壓力以提供用于圖像的存儲器不足 的報(bào)警，這需要向按鈕上施加更多按壓力以拍攝圖像。所需的增加 按壓力指示應(yīng)當(dāng)注意存儲器的狀態(tài)。
例2
在本例中，移動電話處于電話或者通信模式而用戶接口表面拓
樸形狀平坦。當(dāng)移動電話切換到媒體播放器模式時(shí)，與可用功能對 應(yīng)的媒體播放器按鈕(如播放/下一個(gè)/前一個(gè))在用戶接口表面拓樸
形狀上出現(xiàn)和伸出。如果用戶在第一音軌上，則前一個(gè)按鈕不可用。 也可以通過接通用于這 一 按鈕接觸表面區(qū)的背光來強(qiáng)調(diào)功能可用。
例3
在本例中，移動電話設(shè)備處于電話或者通信空閑模式而用戶接 口表面拓樸形狀平坦。當(dāng)移動電話接收來電呼叫時(shí)，應(yīng)答按鈕出現(xiàn) 在用戶接口表面上。由于應(yīng)答功能需要用戶的立即注意，所以可以 使按鈕通過部分地移動以引起用戶的觸感或者視覺注意來指示緊 急。用戶通過按壓按鈕來應(yīng)答呼叫，而按鈕然后從用戶接口表面消失，并且用于結(jié)束呼叫的另一按鈕出現(xiàn)在用戶接口表面上。
在上述例子中，將認(rèn)識到按鈕在用戶接口表面上的出現(xiàn)指示關(guān) 聯(lián)功能可用，而由于按鈕僅在功能可用時(shí)才出現(xiàn)，所以避免用戶在 他/她并不打算操作按鈕的情形中將意外地按壓這一按鈕。另外，避 免按鈕的機(jī)械伸出，并且在將移動電話設(shè)備插入或者滑動到口袋中 時(shí)并不引起妨礙。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到有其它機(jī)構(gòu)和方法可以用來更改表 面區(qū)形狀以便提供實(shí)施本發(fā)明的觸覺/觸感輸入。例如，可以在襯底 表面與柔性材料涂層之外夾入可以利用電、磁或者溫度來進(jìn)行控制 以改變粒子移動、柔性或者其它特征的粒子陣列。陣列形成可視的 和觸覺上可檢測的諸如按鈕、滑塊等輸入設(shè)備?？梢酝ㄟ^多種技術(shù) 來實(shí)現(xiàn)適應(yīng)。
在 一 個(gè)例子中，可以改變在輸入設(shè)備內(nèi)某些部分之間磁場的極
性，使得這些部分相斥以產(chǎn)生拓樸堆積(topological hill)即活躍鍵， 或者使之相吸以使隆起變平即讓鍵不活躍。
在另 一例子中，可以直接適應(yīng)于形成普通小鍵盤的彈片鍵的材 料以更改彈片鍵的表面拓樸形狀。
在又一例子中，按照溫度計(jì)原理可以使用雙金屬材料以通過根 據(jù)由設(shè)備產(chǎn)生和啟動的溫度變化使雙金屬材料部分伸直和巻曲，從 而造成雙金屬材料使表面拓樸形狀相應(yīng)地改變來使鍵隆起或者突 出。
在又一例子中， 熱物質(zhì)以 體積，以及反之亦然。
將認(rèn)識和理解在上述所有實(shí)施中膨脹的程度或者數(shù)量和對來自 用戶手指的壓力的抵抗性可以自適應(yīng)從而適應(yīng)和實(shí)現(xiàn)所需操作特 征。
權(quán)利要求
1. 一種裝置，包括具有表面區(qū)的輸入，配置用于根據(jù)電子設(shè)備的給定功能來更改它的表面拓?fù)湫螤钐卣?，以便提供與所述給定功能對應(yīng)的觸覺操作輸入。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述輸入表面區(qū)布置于適當(dāng)襯底的表面的可變形部分中。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述輸入設(shè)備還被配置為使得所述輸入表面區(qū)拓樸形狀與所述襯底的所述表面齊平以指示不可用操作輸入狀態(tài)，而從所述襯底的所述表面突出以指示可用操作輸入狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述襯底的所述可變形部分由適當(dāng)彈性體材料制成。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述輸入還被配置為以便形成和限定與致動機(jī)構(gòu)一起布置的接觸表面區(qū)，所述致動機(jī)構(gòu)與所述接觸表面區(qū)協(xié)作接合，以便使所述接觸表面區(qū)從所述襯底表面突出從而觸覺識別所述輸入的存在，并使所述接觸表面從所述襯底退回乂人而觸覺識別所述輸入的；肖失。
6. 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括多個(gè)輸入，其中根據(jù)所述電子設(shè)備的給定操作模式有選擇地啟用所述多個(gè)輸入中的第 一數(shù)量的輸入，而根據(jù)所述電子設(shè)備的另一給定操作模式有選擇地啟用所述多個(gè)輸入中的另外數(shù)量的輸入。
7. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述輸入表面區(qū)還被配置用于提供壓力可變的觸覺操作輸入，使得更大的按壓力對應(yīng)于報(bào)警從而對所述輸入的所述給定功能的條件做出響應(yīng)。
8. —種輸入模塊，包括襯底，在所述襯底的可變形部分中具有至少一個(gè)限定接觸表面，以及致動器機(jī)構(gòu)，適當(dāng)?shù)夭贾煤团渲糜糜诟乃鲆r底在所述至少 一個(gè)限定接觸表面區(qū)的表面拓樸形狀。
9. 如權(quán)利要求8所述的輸入模塊，其中所述襯底的所述可變形 部分是適當(dāng)?shù)膹椥泽w材料。
10. 如權(quán)利要求8所述的輸入模塊，其中所述襯底在所述至少所述襯底的表面拓樸形狀。
11. 如權(quán)利要求8所述的輸入模塊，其中所述致動器機(jī)構(gòu)還包 括布置用于在所述至少一個(gè)限定接觸表面區(qū)向所述襯底施加驅(qū)動力 的壓電電才幾。
12. —種方法，包括襯底表面拓樸形狀響應(yīng)于從襯底表面形狀更改機(jī)構(gòu)施加的力在 所述襯底的可變形部分中具有至少一個(gè)限定接觸表面區(qū)，以及接觸表面區(qū)響應(yīng)于從所述襯底表面拓樸形狀更改機(jī)構(gòu)施加的所 述力從所述襯底的所述可變形部分突出以便提供觸覺操作輸入。
13. —種設(shè)備，包括表面拓樸形狀更改裝置，用于改變襯底的拓樸形狀，所述拓樸 形狀在所述襯底的可變形部分中具有至少一個(gè)限定接觸表面區(qū)，以 及接觸表面裝置，用于響應(yīng)于所述表面更改裝置從所述襯底的所 述表面拓樸形狀突出以便提供觸覺操作輸入。
全文摘要
一種觸覺/觸感輸入，其中機(jī)械用戶接口輸入的行為和/或出現(xiàn)被配置為適應(yīng)于電子設(shè)備的功能和環(huán)境以向用戶提供反饋和提示。在需要時(shí)使例如按鈕、滑塊、操縱桿和其它輸入設(shè)備的機(jī)械輸入出現(xiàn)在用戶接口的表面上。
文檔編號H04M1/23GK101480024SQ200780024388
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者J·S·宇西塔洛, K·馬克拉 申請人:諾基亞公司