触觉反馈控制组件制造技术

控制组件向诸如智能电话的设备的用户提供触觉反馈。按钮包括形状记忆合金致动器，其相对于手指按压横向移动按钮。致动器可以被编程和控制以提供各种触觉波形。控制组件可以与电容式传感器组合使用，电容式传感器提供触感反馈，否则电容式控件不会呈现触感反馈。与机械控制组合使用的控制组件提供了机械控制无法实现的一系列触觉波形。控制组件可以用于智能电话、可穿戴设备、键盘和其他便携式电子设备。

Tactile feedback control module

Control components provide tactile feedback to users of devices such as smart phones. The button includes a shape memory alloy actuator, which press the lateral movement button relative to the finger. Actuators can be programmed and controlled to provide various tactile waveforms. The control component can be combined with the capacitive sensor. The capacitive sensor provides tactile feedback, otherwise the capacitive control will not present tactile feedback. The control components used in combination with mechanical control provide a series of tactile waveforms that mechanical control cannot achieve. Control components can be used in smart phones, wearable devices, keyboards and other portable electronic devices.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】触觉反馈控制组件本专利技术涉及一种用于电气和电子产品的用户操作的控制组件。具体地，本专利技术涉及一种当被操作时向用户提供触觉反馈的用户操作的控制组件。电子产品上用户操作的控件(control)有多种形式，例如按钮、开关、键(如键盘上的键)或触摸屏上突出显示的区域。这些控件用于向电子电路提供输入或与电子电路交互，通常作为开关来接通或断开电路或以其他方式影响这种电路。在本文中，术语“智能控件”被认为是指除了输入或切换功能之外还提供触觉效果的任何这种用户操作的控制组件。消费电子设备采用不同的控件设计来给予用户它们已经成功地在按钮内部建立了电接触的反馈。在计算机键盘和智能电话控件的情况下，最流行的设计是“圆顶(dome)开关”和“板簧(leafspring)”。在操作期间精确的力分布(profile)本身可以在设计中进行调节，以满足目标用户的偏好，但是需要注意的是，不同用户的偏好可能会有很大差异。有大量按钮设计和变体的选择，以满足用户的不同偏好。然而，给定的按钮设计只能提供单个响应。因此，这意味着给定的按钮选择将满足一定数量的用户，但是会令偏好不同体验的很大一部分客户不满意。计算机键盘按钮通常只按下一次以选择特定的字符。然而，在智能电话按钮的情况下，按钮可以被快速按压或者被按住保持一段持续的时间以访问不同的功能。例如，在“电源”按钮的情况下，可以快速按压该按钮以使显示器断电，或者按住该按钮更长时间以使整个手机断电。由于智能电话按钮采用与计算机键盘按钮类似的衍生设计，尽管希望执行完全不同的操作，但是持续按压的触觉反馈与快速操作的触觉反馈是相同的。这是违反直觉的(counterintuitive)，并且因此容易引起用户的烦恼和误解。许多智能电话正面上的常用机械按钮(例如圆顶开关和板簧开关)已经被电容式按钮代替。在该技术中，按钮不需要从设备突出，并且对建立电接触的力要求为零。这允许智能电话表壳(casework)的平滑机械设计，并防止用户如果在短时间内多次按压按钮的疲劳。然而，与机械设计不同，这些产品完全是机械被动的(passive)，并且因此本身不提供任何机械触觉反馈。希望的是，解决上述问题，或者至少提供当前使用的设备的替代方案。根据本专利技术，提供了一种控制组件，其包括：悬置在表壳中的按钮；以及致动器，该致动器被布置成通过相对于表壳移动按钮来传递触觉反馈。因此，通过在控制组件中包括用于移动按钮的致动器来解决机械按钮和电容式按钮的当前限制，从而形成了“智能”控件。致动器对按钮的移动将触觉(haptic)(触感(tactile))反馈传递给用户，这是用户通过触摸感知的效果。这种触觉反馈可以例如，增强标准机械按钮的机械响应分布，或者向电容式按钮添加触觉效果。随着电子设备小型化，这种致动器需要具有非常小的尺寸。例如，典型的智能电话按钮有空间封套，既在电话外部作为典型按钮，也在电话内部具有相关联的固定件、电子器件和连接，典型的封套尺寸约为15×4×1mm。此外，致动器需要能够传递快速移动。在2ms到10ms的时间内，移动要求预计通常在50um至300um之间。此外，致动器需要能够传递足够的力以便容易被用户感测。所需的力将取决于智能控件的尺寸和用例场景，但预计在200mN和几牛顿之间。虽然标准电磁致动器(EM马达或VCM)可用且被用于许多应用中，包括在智能电话中的应用，但它们无法实现最小的尺寸或足够的力。有利地，致动器是形状记忆合金(SMA)致动器，优选地是包括至少一根SMA线的SMA致动器。现在将通过非限制性示例的方式参考附图来描述本专利技术的实施例，其中：图1是按钮组件的横截面侧视图；图2至图4是按钮组件中的SMA致动器的可选布置的侧视图；图5是按钮组件的修改的形式的剖视图；图6和图7是按钮组件的修改的形式的侧视图；图8是按钮组件的修改的形式的透视图；以及图9至图12是按钮组件的修改的形式的侧视图。作为控制组件示例的按钮组件1在图1中示出并布置如下。在本文中，对按钮组件1的不同的修改也被描述并且可以以任何组合的方式应用于按钮组件1。按钮组件1包括悬置在诸如手机的电子设备的表壳3中的按钮2，按钮2包括接触表面4，接触表面4通过表壳3呈现给用户以由用户的手指在按压方向P进行按压。按钮组件1包括壳体5，壳体5通过固定件6或者可选地通过任何其它合适的装置来刚性地附接到表壳2。按钮2在壳体5中悬置在移动固定装置7上，移动固定装置7向后突出并支撑在壳体5上，因此用作悬置系统。移动固定装置7用作滑动轴承(尽管可以可选地使用其它轴承)，并且从而允许按钮2相对于表壳3横向移动，即在横向于按压方向P的横向方向L上。在该示例中，横向方向L垂直于按压方向P，即平行于接触表面4，但这不是必需的，并且通常横向方向L可以相对于该按压方向有角度地偏移。尽管在该示例中，用作滑动轴承的移动固定装置7形成悬置，但更一般地，它可以由允许按钮2以期望的方式相对于表壳3移动的任何悬置系统来代替，例如至少一个滑动轴承(plainbearing)；至少一个滚珠轴承；或至少一个挠曲件(flexure)。在按钮2下方，按钮组件1包括SMA线8，SMA线8形成SMA致动器。使用直径小于100μm的SMA线8可以获得良好的性能。SMA线8通过在一端处(图1中的右手端)连接到移动固定装置7并且在另一端处(图1中的左手端)连接到在壳体5上形成的静止的固定装置9而被连接在按钮2和壳体5之间。因此，SMA线8的收缩驱动按钮2相对于表壳3的相对移动。弹簧12通过在一端处(图1中的右手端)连接到与SMA线8被连接到的那个移动固定装置相对的移动固定装置7并且在另一端处(图1中的左手端)连接到壳体8而也被连接在按钮2和壳体5之间。弹簧12处于压缩状态，并且因此用作抵靠SMA线8的弹性偏置元件，弹簧12使SMA线8延伸并提供按钮2在与SMA线8相反的方向上的移动。弹簧12可以由提供类似效果的任何其它弹性偏置元件代替，例如拉伸的弹簧、弹性构件或挠曲件。按钮组件1包括电连接到SMA线8的驱动器集成电路(IC)10。驱动器IC10向SMA线8提供电信号，该电信号导致SMA线8加热并收缩，从而导致按钮2在第一感觉上在横向方向L上移动(在图1中朝向左侧)。当加热后电信号的功率降低或终止时，SMA线8冷却并被弹簧12拉伸，在相反的感觉上移动按钮2(在图1中向右)。通过这种方式，在驱动器IC9的控制下，SMA线8横向地前后移动按钮2。电信号被选择成使得按钮2的移动传递触觉反馈，该触觉反馈对于触摸按钮2的用户是可感知的。令人惊讶的是，按钮2的横向移动给用户带来触感，这可以被感知为抵抗按钮3的按压的阻力的改变，即使按钮的向下移动是极小的。出于美观的原因，可能期望按钮2的接触表面4与表壳3齐平，或者从表壳突出。由于按钮3需要横向移动，因此在按钮2和表壳3之间需要间隙。这很小并且被密封得相当好，但是能够被认为是难看的以及允许灰尘和/或水进入，因此是不希望的。作为可选特征，按钮组件1可以包括在按钮2和表壳3之间的密封膜15。密封膜15可以填充或覆盖在按钮2和表壳3之间的间隙。密封膜15可以由任何合适的柔性材料形成，例如诸如硅树脂的弹性体。密封膜15可以是迷宫(labyrinth)膜以提供完全密封，同时允许完全移动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制组件，包括：按钮，所述按钮被悬置在表壳中；以及致动器，所述致动器被布置成通过相对于所述表壳移动所述按钮来传递触觉反馈。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.08 GB 1615276.1;2016.10.10 GB 1617152.2;201.一种控制组件，包括：按钮，所述按钮被悬置在表壳中；以及致动器，所述致动器被布置成通过相对于所述表壳移动所述按钮来传递触觉反馈。2.根据权利要求1所述的控制组件，其中，所述致动器是形状记忆合金致动器。3.根据权利要求2所述的控制组件，其中，所述形状记忆合金致动器包括至少一根形状记忆合金线。4.根据权利要求3所述的控制组件，其中，所述形状记忆合金线的直径小于100微米。5.根据权利要求3或4所述的控制组件，其中，所述形状记忆合金线被布置成V形。6.根据权利要求5所述的控制组件，其中，所述V形的形状记忆合金线位于相对于所述按钮的接触表面倾斜的平面中。7.根据权利要求6所述的控制组件，其中，所述至少一根形状记忆合金线包括相对于所述按钮的接触表面倾斜的两根形状记忆合金线。8.根据权利要求3至7中任一项所述的控制组件，其中，所述至少一根SMA线包括跨越所述按钮和所述表壳之间的间隙的多个数量的SMA线的段。9.根据权利要求8所述的控制组件，其中，所述多个数量是偶数。10.根据权利要求8或9所述的控制组件，还包括驱动器集成电路，所述驱动器集成电路被布置成向所述致动器提供电信号以使所述按钮移动，其中，所述形状记忆合金线的数量、长度和直径使设备电阻与所述驱动器集成电路的规格相匹配。11.根据权利要求1至10中任一项所述的控制组件，还包括驱动器集成电路，所述驱动器集成电路被布置成向所述致动器提供电信号以使所述按钮移动。12.根据权利要求10或11所述的控制组件，其中，驱动器集成电路被布置成根据随环境温度变化的测量结果来改变所述电信号。13.根据权利要求10至12中任一项所述的控制组件，其中，多个触觉波形被存储在所述控制组件中，并且所述驱动器集成电路被布置成提供电信号，所述电信号根据所存储的触觉波形之一来传递触觉反馈，所存储的触觉波形之一是可由用户选择的。14.根据权利要求10至11中任一项所述的控制组件，其中，所述驱动器集成电路被布置成使用电阻反馈控制来提供所述电信号，以控制被传递的触觉波形。15.根据权利要求14所述的控制组件，其中，所述电阻反馈控制还将所述SMA材料保持在安全的机械和温度操作极限内。16.根据前述权利要求中任一项所述的控制组件，其中，所述致动器被布置成传递具有可变触觉波形的触觉反馈。17.根据权利要求16所述的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：多米尼克·乔治·韦伯，安德鲁·本杰明·大卫·布朗，詹姆斯·豪沃思，托马斯·詹姆斯·鲍威尔，丹尼尔·约翰·伯布里奇，斯蒂芬·马修·邦廷，尤金·佑·任·何，乔纳森·摩根，
申请(专利权)人：剑桥机电有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB