用于触觉反馈设备的电活性聚合物换能器制造技术

公开了用于用户界面设备中的感觉反馈应用的电活性聚合物换能器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术针对使用电活性聚合物换能器以提供感觉反馈。背景由许多已知的用户界面设备都利用了触觉反馈(通过施加在用户身上的力来与 用户交流信息)，典型地，该触觉反馈是响应由用户发出的力。利用触觉反馈的用户界面设 备的例子是可以包括键盘、触摸屏、计算机鼠标、轨迹球、手写杆、操纵杆，等等。由这些类型 的界面设备提供的触觉反馈是以物理感觉的形式诸如振动、脉动、弹簧力等等的，其可由用 户直接地感觉(例如，经由触摸屏幕)、间接地感觉(例如，当钱包或手袋中的手机振动时， 经由这种振动的效果)、或者以其他方式感觉(例如，经由引起了压力扰动，而不产生传统 意义上的音频信号的运动物体的活动)。通常，带有触觉反馈的用户界面设备可以是“接收了”由用户所发出活动的输入设 备，和提供了指示已发出活动的触觉反馈的输出设备。实际上，一些用户界面设备被接触 或触摸的部分或表面，例如按键的位置，就是通过由用户所施加的力沿着而至少一个自由 度改变的，其中所施加的力必须达到某个最小临界值，以便使接触部分改变位置并产生触 觉反馈。接触部分位置变化的实现或对准导致了响应力(例如，反弹、振动、脉动)，其也被 施加到在设备中承受了用户动作的接触部分上，这种力通过他或她的触摸感觉被传达给用 户。用户界面设备的一个普通例子是鼠标上的按钮，其利用了反弹或“两相”式的触觉 反馈。即直到所施加的力达到某个临界值时按钮才移动，此时按钮相对容易地向下移动，并 随后停止_该动作的总体感觉被定义为“点击”按钮。用户所施加的力实质上是沿着垂直 于按钮表面的轴线，正如由用户所感受到的响应(但相反)力一样。在另一个例子中，当用户在触摸屏上进行输入时，典型地，屏幕通过屏幕上的图形 改变来确认输入，所述图形改变是与/不与听觉提示一起发生的。触摸屏提供图形反馈，这 通过在屏幕上的视觉提示，诸如改变色彩或形状的方式来实现。触摸板则通过在屏幕上的 光标来提供视觉反馈。虽然上面的提示提供了反馈，但来自手指致动的输入设备的最直观 且有效的反馈却是触觉反馈，诸如键盘键的制动(detent)或者鼠标滚轮的制动。因此，在 触摸屏上并入触觉反馈是值得期待的。已知触觉反馈能力改进了用户的生产力和效率，尤其是在数据输入方面的生产力 和效率。由此专利技术人相信，进一步改进被传达给用户的触觉感觉的特性与质量可以进一步 增加这种生产力和效率。如果提供这种改进所通过的感觉反馈机制被容易且有成本效益地 制造，并且不会增加且优选地是减少已知触觉反馈设备的空间、尺寸和/或质量要求的话， 则将会有额外的益处。专利技术概述本专利技术包括的设备、系统和方法涉及用于感觉应用的电活性换能器。在一个变化 中，提供了具有感觉反馈的用户界面设备。本专利技术的一个益处是，每当触发了传感器板上的 输入，或者通过软件触发了致动器，则为装备了触摸屏或触摸板的电子设备的用户提供触 觉反馈手段。触摸屏可以是刚性或柔性的，这取决于要用到所述用户界面设备的所需应用。在一个变化中，此处描述的系统包括用于向用户显示信息的用户界面设备，所述 用户界面包括屏幕，其具有被配置成用于由用户触觉接触的用户界面表面和传感器板，该 屏幕被配置成显示信息；框架，其在所述屏幕的至少一部分的周围；以及电活性聚合物材 料，其耦合在屏幕与框架之间，其中由用户生成的输入信号导致电场被施加到电活性聚合 物材料上，从而导致电活性聚合物材料以产生足以被用户触觉察觉到的力的方式来位移屏 幕和传感器面板中的至少一个。此处描述的用户界面设备可以配置成供用户触觉接触，并且其中用户的触觉接触 引起了输入信号的产生。可供选择地或另外地，用户界面设备能够被配置成接受用户的输 入，并用于生成输入信号。此处描述的系统通常还将包括控制系统，其用来响应于对屏幕的触发力而控制电 活性聚合物换能器的位移量。屏幕的运动能够在任何数量的方向上。例如，相对于框架为 横向，相对于框架为轴向，或二者兼有。在一些变化中，电活性聚合物材料被封装以形成垫圈，并且其中将该垫圈机械地 耦合在框架与屏幕之间。电活性聚合物材料能够以任何数量的配置耦合在框架与屏幕之间。耦合件可以包 括位于框架与屏幕之间的至少一个弹簧构件。在一些设备的变化中，电活性聚合物材料至少包括电活性换能器，其具有至少一 个弹簧构件。在另外的变化中，电活性聚合物材料包括多个褶皱或折叠。在用户界面设备的另一个变化中。所述设备包括屏幕，其具有被配置成用于由用 户进行触觉接触的传感器表面和传感器板，所述屏幕被配置成显示信息；框架，其在所述屏 幕的至少一部分周围；以及电活性聚合物材料，其耦合在传感器表面与框架之间，其中由用 户生成的输入信号导致电场被施加到电活性聚合物材料，从而导致电活性聚合物材料以产 生足以被用户触觉察觉到的力的方式来位移屏幕和传感器面板中的至少一个。本设备和系统提供了更大的通用性，这是因为它们能够利用在许多类型的输入设 备中，并且提供了来自多个输入元件的反馈。由于其不会在实质上增加设备的机械复杂性 或设备的质量和重量，所以该系统也是有优势的。所述系统还无需任何机械的滑动或旋转 元件来实现其功能，从而使系统耐用、装配简单且易于制造。本专利技术可以利用在任何类型的用户界面设备中，包括但不限于用于计算机、电 话、PDA、视频游戏机、GPS系统、自助服务机(kiosk)应用，等等的触摸板、触摸屏或键盘或 其他类似物。关于本专利技术的其他细节，材料和可供选择的相关配置同样可以在有相关领域中技 术的人员的水平内被利用。关于本专利技术基于方法的方面，同样的材料和可供选择的相关配 置可适用在额外的行动方面，所述行动可被普通地或逻辑地利用。另外，虽然本专利技术关于若干例子进行了描述，可选择地并入了各种特征，但本专利技术不限于被描述或指明为预期与本 专利技术的每个变化有关。所述专利技术可以做出各种改变，并且其等价物(无论此处是否详述或 者为了简洁起见而未被包括)可以被代替而不偏离本专利技术的真正精神和范围。可以在它们 的设计中集成任何数量的所示单独部分或子组件。这种改变和其他改变可以由关于组件的 设计原理来着手和指导。一旦阅读了如下面被更全面地描述的本专利技术的细节，则对于本领域中的技术人员 而言，本专利技术的这些和其他的特性、目的和优势将会变得明显。附图简述当连同所附原理图一起阅读时，从下面的详述中将最好地理解本专利技术。为便于理 解，已使用了相同的参考编号(这在实际上)标明附图中通用的相似元件。附图中所包括 的内容如下图IA和IB示出用户界面的一些例子，当EAP换能器连接到显示屏幕或传感器以 及设备的主体时，所述用户界面能够利用触觉反馈。图2A和2B，显示了包括显示屏幕的用户界面设备的截面图，该显示屏幕具有一表 面，其可用触觉反馈对用户的输入进行反应。图3A和3B示出具有显示屏幕的用户界面设备的另一个变化的截面图，该显示屏 幕由柔性膜所覆盖，且在作用垫圈内形成的作用ΕΑΡ。图4示出用户界面设备的另外变化的截面图，所述用户界面设备具有弹簧偏置的 EAP膜，其位于显示屏幕边缘的周围。图5显示用户界面设备的截面图，其中显示屏幕使用一些柔性垫圈连接到框架， 并且用于显示装置的驱动力是一些EAP致动器隔膜。图6Α和6Β显示用户界面230的截面图，所述用户界面230具有连接在显示装置 之间的褶皱EAP膜或薄膜。图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向用户显示信息的用户界面设备，所述用户界面包括：屏幕，其具有传感器板和被配置成用于由用户触觉接触的用户界面表面，所述屏幕被配置成显示信息；框架，其在所述屏幕的至少一部分的周围；以及电活性聚合物材料，其耦合在所述屏幕与所述框架之间，其中由用户生成的输入信号导致电场被施加到所述电活性聚合物材料上，从而导致所述电活性聚合物材料以产生足以被用户触觉察觉到的力的方式来使所述屏幕和传感器面板中的至少一个发生位移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-21 60/989,695一种用于向用户显示信息的用户界面设备，所述用户界面包括屏幕，其具有传感器板和被配置成用于由用户触觉接触的用户界面表面，所述屏幕被配置成显示信息；框架，其在所述屏幕的至少一部分的周围；以及电活性聚合物材料，其耦合在所述屏幕与所述框架之间，其中由用户生成的输入信号导致电场被施加到所述电活性聚合物材料上，从而导致所述电活性聚合物材料以产生足以被用户触觉察觉到的力的方式来使所述屏幕和传感器面板中的至少一个发生位移。2.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述屏幕被配置成供用户触觉接触，并且 其中用户的触觉接触引起所述输入信号的产生。3.如权利要求1所述的用户界面设备，其中数据输入表面被配置成用于接收用户输入 和用于生成所述输入信号。4.如权利要求1所述的用户界面设备，还包括控制系统，该控制系统用于响应于对所 述屏幕的触发力而控制所述电活性聚合物换能器的位移量。5.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述屏幕的运动相对于所述框架为横向的。6.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述输出构件机械耦合到所述用户接触表7.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述电活性聚合物材料被封装以形成垫 圈，并且其中所述垫圈机械耦合在所述框架与所述屏幕之间。8.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述电活性聚合物材料直接耦合在所述框 架与所述屏幕之间。9.如权利要求8所述的用户界面设备，还包括位于所述框架与所述屏幕之间的至少一 个弹簧构件。10.如权利要求1所述的用户界面设备，还包括柔性层，该柔性层覆盖所述屏幕的至少 一部分。11.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述电活性聚合物材料至少包括电活性 换能器，该电活性换能器具有至少一个弹簧构件。12.如权利要求11所述的用户界面设备，其中所述电活性换能器至少包括一对相对的 电活性聚合物薄膜。13.如权利要求11所述的用户界面设备，其中所述电活性换能器还包括负弹簧刚度偏置。14.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述电活性聚合物材料在多个位置上耦 合到所述显示屏幕。15.如权利要求14所述的用户界面设备，其中所述电活性聚合物材料包括多个褶皱或折叠。16.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述电活性聚合物材料包括电活性聚合 物材料的阵列，所述电活性聚合物材料的阵列靠近与所述框架间隔开的所述屏幕的至少一 部分。17.如权利要求1所述的用户界面设备，其中所述屏幕包括触摸板。18.一种用于向用户显示信息的用户界面设备，所述用户界面包括屏幕，其具有传感器板和被配置成用于由用户触觉接触的传感器表面，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊利亚波利亚科夫，乔纳森R海姆，
申请(专利权)人：人工肌肉有限公司，
类型：发明
国别省市：US