提供直线力输出的致动器和触觉触摸设备制造技术

一种向计算机提供输入的触觉反馈的触摸控制件。一种触摸输入设备，包括一个平面的触摸表面，该表面根据用户接触的部位向计算机提供位置信息。所述计算机能够至少部分地根据所述位置信息在显示的图形环境中对光标定位，或者执行一种不同的功能。至少一个致动器（３３６）也联接到所述触摸输入设备，并输出一个力，以向用户提供触觉感知。致动器（３３６）能够横向移动触摸板（３３２），或者促动一个单独的表面部件。可以用Ｅ芯（Ｅ－ｃｏｒｅ）致动器、压电致动器或者其它类型的致动器来提供力。所述触摸输入设备能够包括多个不同区域以控制不同计算机功能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及用户与计算机和机械设备的接口，更具体地说涉及一种用于与计算机系统和电子设备的接口并向用户提供触觉反馈的设备。
技术介绍
人在各种应用中与电子和机械设备进行接口交互，并且对更加自然、易用和富函信息的接口的需求，总是备受关注。在本专利技术中，人为各种应用程序与计算机设备进行接口交互。这种应用程序之一是与诸如游戏、仿真程序和应用程序的计算机生成环境交互。诸如鼠标和轨迹球的计算机输入设备常用于在图形环境中控制光标并在这些应用程序中提供输入。在一些接口设备中，力反馈或者触觉反馈，这里统一称为“触觉反馈”，被提供给用户。例如，触觉型的游戏杆、鼠标、游戏板、方向盘或者其它能根据事件或诸如游戏和应用程序的图形环境中发生的交互向用户输出力的设备。在诸如笔记本电脑的便携计算机或电子设备中，鼠标的工作空间通常太大而不实用。结果，更多地使用诸如轨迹球的紧凑设备。目前，便携计算机中更常见的设备是“触摸板”，即设在计算机键盘附近的小矩形的平板。触摸板利用诸如电容传感或压力传感的各种传感技术检测施加到触摸板上的压力，从而感知指向物的位置。用户通常用指尖接触触摸板并在其上移动手指，从而移动显示在图形环境中的光标。在其它实施例中，用户在触摸板上使用指示笔，将笔尖压在触摸板上并移动。触摸屏是类似的设备，用于在铺在显示屏上的传感板上输入信息，用在诸如个人数字助理(PDA)和其它便携电子设备的设备中。现有触摸板和屏的一个问题是没有触觉反馈提供给用户。触摸板的用户不能体验到触觉感知，而触觉感知能帮助和告知用户在图形环境中的目标寻找和其它控制任务。
技术实现思路
本专利技术针对用于向计算机系统提供触觉反馈的平面触摸控制件。该控制件可以是设在便携计算机上的触摸板，或者是各种设备上的触摸屏。触摸控制件上的触觉感知输出在显示的图形环境中或在控制电子设备的时候提高交互性和操控性。更具体地，本专利技术涉及一种触觉反馈的触摸控制件，用于向计算机输入信号以及向该触摸控制件的用户输出力。所述控制件包括一个触摸输入设备，其包含一个近似平面的触摸表面，用于根据用户在触摸表面上的接触部位向所述计算机的处理器输入位置信号。一个或多个致动器联接到所述触摸输入设备，能输出力以使触摸输入设备近似平行于其表面地横向移动，从而向接触它的用户提供触觉感知。计算机能根据所述位置信号在显示于显示设备上的图形环境中定位光标。该触摸输入设备可以是单独的触摸板或是被包含的触摸屏。在另一实施例中，触觉反馈的触摸控制件包括一个触摸输入设备，其包含一个近似平面的触摸表面，其向计算机处理器输入位置信号；一个表面部件，位于触摸输入设备附近，其中用户在按压触摸输入设备的时候能够接触该表面；以及一个致动器，联接到所述表面部件。该致动器在所述表面部件上输出一个力以向用户提供触觉感知。该表面部件可以近似平行于所述触摸输入设备的表面地横向平移；例如，表面部件可以位于触摸输入设备之上并与该设备的表面一同伸展，或者该表面部件可以位于触摸输入设备一侧，使得用户一个手指触摸所述触摸输入设备而另一手指或手掌触摸所述表面部件。例如，表面部件可以位于邻近所述触摸输入设备的一个物理按钮之上。接触和惯性力可以输入在所述表面部件上。在本专利技术的另一方面，一种致动器提供一个直线力输出，其包括一个铁磁件，该铁磁件在两个侧磁极之间包括一个中心磁极；一个线圈，绕在所述中心磁极上；一个磁体，靠近所述中心磁极和侧磁极；以及一个联接到所述磁体的衬背板，其中衬背板和磁体在电流流过线圈的时候相对于铁磁件移动。铁磁件和衬背板之间可以放置辊子使得可以运动。一个挠曲件(flexure)可以减少衬背板和铁磁件之间沿不良方向的运动并提供弹性对中力。在另一方面，触觉触摸设备包括一个压电传感器，该传感器落地并包括一个金属隔膜，金属隔膜联接到一个陶瓷元件，以及一个平面传感元件，诸如触摸板。压电传感器和平面传感元件之间设有一个衬垫。一个弹性元件向所述平面传感元件提供弹性恢复力。在本专利技术的另一方面，一种用于向触摸输入设备提供触觉反馈的方法，包括从所述触摸输入设备接收一个指示所述用户在一个表面上的所按压的接触部位的位置信号，以及确定所述接触部位位于所述表面上的多个区域中的哪一个之中。一个输出力与在所述触摸输入设备的表面移动物体的用户相关联。接触部位所在区域可以关联一个功能，诸如值的速率控制或移动一个显示的光标。该力可以在用户从触摸输入设备的一个不同区域移动物体跨过所接触区域的边界时输出。本专利技术有利地向计算机的平面触摸控制件设备，诸如触摸板或触摸屏，提供了触觉反馈。触觉反馈能帮助和告知用户在图形用户界面或其它环境中的交互和事件，并使光标目标寻找更轻松。而且，本专利技术使得便携计算机设备具有这种触摸控制件以利用现有具备触觉反馈能力的软件。在此披露的触觉触摸设备便宜、紧凑和耗电少，能够容易地结合到各种便携的、桌面的计算机和电子设备中。通过阅读下面的说明及附图，本专利技术的这些及其它优点将对本领域技术人员更为明显。附图简述附图说明图1是包括本专利技术的触觉触摸板的笔记本电脑设备的透视图；图2是包括本专利技术的触摸板的远程控制设备的透视图；图3是本专利技术实施例的触觉触摸屏的俯视平面图；图4是适用于本专利技术中的触觉系统的框图；图5是适用于本专利技术的惯性实施例中的致动器组件的一个实施例的透视图；图6是联接到一个触摸板的图5中的致动器组件的透视图；图7是靠近触摸板的提供惯性触觉感知的单独手掌表面透视图；图8a是适用于在本专利技术中提供惯性感知的压电传感器的透视图；图8b是适用于用触摸设备提供触觉感知的压电传感器和本专利技术的结构的侧立面图；图9是旋转致动器驱动的平移表面部件的一个实施例的透视图；图10是旋转致动器驱动的平移表面部件的另一个实施例的俯视平面图；图11是音圈致动器驱动的平移表面部件的另一个实施例的透视图；图12是靠近触摸板的平移表面的实施例的透视图；图13是被旋转致动器驱动在一个方向上平移的触摸板的实施例的透视图；图14是被旋转致动器驱动在两个方向上平移的触摸板的实施例的透视图； 图15a和15b是适用于平移触摸板或单独表面的本专利技术的扁平E芯(E-core)致动器第一实施例的透视图；图15c是图15a-15b的致动器的侧视图；图15d是联接到触摸板的图15a-15b的致动器的透视图；图16a和16b是本专利技术的扁平E芯致动器的另一实施例的俯视和仰视透视图；图17a-17b是表面安装的本专利技术的E芯致动器的透视和俯视图；图17c-17g是图17a-17b中的E芯致动器的透视和侧视图；以及图18是具有不同控制区域的本专利技术的触觉触摸板的一个例子的俯视平面图。优选实施例图1是包括本专利技术的触觉触摸板的便携计算机10的透视图。计算机10可以是便携式或者“膝上”计算机，能够由用户携带，除固定的电源外由电池或其它电源供电。计算机10优选地运行一个或多个用户要经外设进行交互的主机应用程序。计算机10可以包括如图所示的各种输入输出设备，包括显示设备12，用于向用户输出图形图象；键盘14，用于用户向计算机提供字符或开关输入；以及本专利技术的触摸板16。显示设备12可以是各种类型的显示设备之一；便携计算机中最常见的是平板显示器。显示设备12能根据运行于计算机10的CPU上的应用程序和/或操作系统显示图形环境18，诸如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提供直线力输出的致动器，该致动器包括：一个落地的铁磁件，该铁磁件在两个侧磁极之间包括一个中心磁极；一个线圈，绕在所述中心磁极上；一个磁体，靠近所述中心磁极和侧磁极，其中所述磁体和所述铁磁件之间设有空隙；以及　 　一个联接到所述磁体的衬背板，其中所述衬背板和所述磁体在电流流过所述线圈的时候相对于铁磁件移动。

【技术特征摘要】
US 2001-3-9 60/274,444;US 2001-7-26 09/917,2631.一种提供直线力输出的致动器，该致动器包括一个落地的铁磁件，该铁磁件在两个侧磁极之间包括一个中心磁极；一个线圈，绕在所述中心磁极上；一个磁体，靠近所述中心磁极和侧磁极，其中所述磁体和所述铁磁件之间设有空隙；以及一个联接到所述磁体的衬背板，其中所述衬背板和所述磁体在电流流过所述线圈的时候相对于铁磁件移动。2.如权利要求1的致动器，还包括置于所述铁磁件和所述衬背板之间的辊子，以允许所述铁磁件和所述衬背板之间的相对运动。3.如权利要求2的致动器，其特征在于，所述辊子被一个盒子部件约束。4.如权利要求1的致动器，还包括一个联接在所述铁磁件和所述衬背板之间的挠曲件，所述挠曲件减少所述衬背板和所述铁磁件之...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克J沙霍依安，布鲁斯M斯凯纳，路易斯B罗森伯格，
申请(专利权)人：伊梅森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]