专利名称：局部触觉反馈的制作方法
技术领域：
本发明的一个实施方案涉及触觉反馈。更具体地说，本发明的一个实施方案涉及使触觉反馈局限到特定的区域。
背景技术：
在许多应用中，人类通过界面与电子设备和机械设备交互连接，且对更自然的、易于使用的和提供信息的界面的需求持续受到关注。在汽车环境中，占主导的界面仍是机械 按钮或拨号盘。此类界面受到欢迎的一个原因是机动车驾驶员通常必须操纵按钮或拨号盘，同时仍要观察道路。机械设备使驾驶员感触到机械按钮或拨号盘。然而，使用机械按钮和拨号盘存在诸多不足。第一，任何类型的机械界面都会遭受磨损和退化。第二，机动车仪表板上的按钮和拨号盘包括聚积污垢的狭缝和缝隙，因此变得不好看和不卫生。最后，许多机动车制造商都试图生产具有非常领先且光滑的外观的仪表板，而机械按钮可能会降低这种外观的美感。已知结合触摸板或触控“按钮”来利用力的反馈或触觉型反馈(本文中，统称为“触觉反馈”)以便淘汰机械按钮。然而，已知的触觉反馈设备往往不能将反馈(即，振动)隔离在特定“按钮”的边界内。在许多环境中，这可能不是个大问题。然而，在机动车环境和使用者不看被“按压”的按钮时的其他环境中，更重要的是将触觉反馈只隔离在目标区域内。基于前述内容，需要一种系统和方法，其中将触觉反馈施用于触控件，使得反馈被隔离在目标区域。
发明内容
本发明的一个实施方案是产生触觉反馈的表面。表面包括具有第一刚度水平的第一区域和具有小于第一刚度水平的第二刚度水平的第二区域。第二区域界定了变形区域，触觉反馈大体上被局限在此变形区域内。
图I是根据本发明一个实施方案的机动车仪表板的前侧的平面视图。图2是根据本发明一个实施方案的表面的后侧和致动器的剖面图。图3是根据本发明一个实施方案的表面的后侧的一部分的平面视图。图4是根据本发明一个实施方案的表面的后侧的一部分的平面视图。
具体实施例方式本发明的一个实施方案是具有刚度减小的区域和连接到该区域的致动器的表面。致动器在此刚度减小的区域内产生隔离的触觉反馈效果。图I是根据本发明一个实施方案的机动车仪表板10的前侧的平面视图。仪表板10由连续表面或板12形成。多个按钮20形成在表面12上。转向轮14连接到仪表板10。通常存在于仪表板上的其他部件，如计量器、刻度盘等并未显示在图I中。在一个实施方案中，每一个按钮20在仪表板10的前侧上都被表示为按钮地理位置的图形符号或其他标识。另外，按钮20的区域内的表面12在前侧上是连续的且平滑的，并且不包括可能不好看和保留污垢的狭缝或缝隙。在一个实施方案中，表面12由层压到金属层的木质层形成。木质层在表面12的前侧上。在其他实施方案中，表面12可以由其他材料形成，诸如由玻璃、塑料、诸如碳纤维的复合材料以及石头形成。在一个实施方案中，在大体位于每一个按钮20的位置后面的每一个区域内，从表面12的后侧除去金属层和木质层的一部分以形成更薄的区域，该更薄的区域的刚度水平低于表面12的没有被改变或变薄的区域。 一般而言，此处公开的“刚度”，即挠曲刚度或弯曲刚度，与材料的被施加的法向力所产生的变形量有关。该变形量是截面积(厚度)、施加力的位置以及所使用材料的材料特性的函数。当定义刚度时，通常应用杨氏模数和力矩的概念，即变形=EI =弹力的挠曲模数(力X长度2) X惯性力矩(长度4)。然而，通常使用“Timoshenko”公式计算EI，该公式假设截面积恒定，端部处为刚性支撑，以及材料同质。在本发明的实施方案中，截面积的变化产生刚度，以便将力引导至诸如设置了按钮和致动器的位置。在一个实施方案中，在诸如层压件或其他形式的复合材料中使用超过一种的材料。例如，就层压件而言，一种或多种材料的截面积可以是变化的，或者具有不同模数的不同材料可以用在可变形区域内，而可变形区域可以改变或可以不改变总的截面积，并且这两方面都有助于指定的刚度。在一个实施方案中，诸如环或其他局部特征的特征可以有利于所选的刚度以响应使用者。这样，可以通过设计来改变有效的或所得到的刚度。因此，由施加在给定位置处的力所得到的刚度值可以由经验确定或通过有限元分析确定。所公开的实施方案仅仅是改变刚度的一些方法，这并不意味着可利用的方法是有限的或穷尽的。具有较低刚度水平的区域形成了可变形区域，该区域大体与按钮20的形状和位置相一致。致动器连接到此可变形区域以产生基本上被隔离并集中在可变形区域内的触觉反馈。因此，可变形区域是通过与致动器接触来移动的近似区域。图2是根据本发明一个实施方案的表面12的后侧和致动器50的剖面图。表面12包括可变形区域40，通过从表面12的后侧除去材料就形成了该可变形区域40。在一个实施方案中，在还没有除去材料的区域内的表面12具有约4. 5mm的厚度，而可变形区域40具有约I. 5mm的厚度。致动器50连接到在可变形区域40之外的区域内的表面12的背侧。致动器50包括固定电磁体34、浮动电磁体32和铜线圈36。轴30连接到柱塞38，且被嵌在浮动电磁体32内。在不通电的条件下，柱塞38抵靠着可变形区域40的背侧(非可见面)放置或固定。如果未将柱塞38紧固到表面，那么低的弹簧力就会使柱塞38抵靠着表面挤压，以防止其在通常的环境条件的过程中，例如在颠簸地驾驶汽车时，发出卡嗒卡嗒声。当向铜线圈36供电时，电磁体32和34相互吸引，从而产生相当大的力。此力抵抗回位弹簧(未显示)，并推动柱塞38 (如果未连接到表面)或拉动柱塞38 (如果连接到表面)，以在可变形区域40处移动表面，由此使表面变形而产生振动或触觉效果。在一个实施方案中，表面本身可以作为回位弹簧。虽然致动器50是电磁型致动器，但是可以使用能够将触觉效果或力施用至可变形区域40处的表面12的任何类型的致动器。例如，致动器50可以是诸如压电聚合物、电活性聚合物或形状记忆合金的“智能材料”。虽然在图2中，致动器50在区域40的内部和外部都连接到表面12，但是在另一个实施方案中，致动器50可以只连接到区域40。在此实施方案中，致动器50可以是偏心转动块(“ERM”)或线性谐振致动器(“LRA”)，在偏心转动块中，偏心块靠马达移动，在线性谐振致动器中，连接到弹簧的块被往复地驱动。在另一个实施方案中，致动器50可以连接到区域40内的表面12，并连接到单独的接地元件，如框架构件或结构构件。而且，将控制器和其他必要的部件连接到致动器50，以便向致动器50产生信号和电而产生触觉效果。 图3是根据本发明一个实施方案的表面12的后侧的一部分的平面视图。区域64是从表面12除去材料而形成了刚度减小的区域的区域。图3所示的表面12的其余部分(区域62)还没有除去任何材料。在图3所示的实施方案中，区域64与表面12的可变形区域大体相一致，且由连接到区域64的致动器施用的触觉效果将会基本上被隔离在区域64内。在另一个实施方案中，区域64具有逐渐变薄的表面厚度，从而形成了刚度逐渐减小的区域，而不是恒定的表面厚度。通常以“V”的形状从区域64的中心比从边缘除去更多的材料来变薄。这在区域64的中心处产生了更强的触觉效果，且会带来将区域64的边缘上的使用者手指引导至区域64的中心的益处。因而，如机动车的驾驶员可以通过触觉反馈将他们的手指引导至按钮，而不用必须看按钮。图4是根据本发明一个实施方案的表面12的后侧的一部分的平面视图。区域74是从表面12除去材料而形成了刚度减小的区域的区域。图4所示的表面12的其余部分(区域72和76)还没有除去任何材料。在图4所示的实施方案中，表面12的可变形区域大体上被厚度减小的区域74围绕，区域76与厚度减小的区域74相结合。因而，表面12的一部分，区域76是可变形区域的一部分，即使该区域76还没有被除去材料来形成刚度减小的区域。在图4的实施方案中，由连接到区域76的致动器施加的触觉效果将会基本上被隔离在区域74和76内。在一个实施方案中，通过在按钮20的位置处添加电致发光层并将发光二极管(“LED”)施加在表面12的后侧上来增强图I中的每一个按钮20在表面12的前侧上的外观和状态。发光层产生了光亮，因而允许按钮的符号在夜晚是可见的，从而赋予了背光外观。当按压按钮20以向使用者提供进一步的反馈时，可以打开或关闭LED以指示受按钮控制的设备的状态，如被加热座位的热水平。虽然以上公开的实施方案是机动车的仪表板，但是本发明可以实施在期望隔离的触觉效果的其他任何类型的设备的表面上。其他实施方案可以包括航空器按钮、诸如冰箱的电器上的按钮，以及在医疗器械上的具有清洁度关注规定的平滑按钮表面的按钮。在另一个实施方案中，按钮是未标记的，而不是在按钮上有符号或其他指示。此实施方案用于形成隐藏的壁开关，在此壁开关中，除非当按压按钮且产生隔离的触觉效果时，否则不会检测到此按钮。此外，可以将除按钮外的特征设计成具有这些局部化的触觉效果。这种其他特征可以是，如以线性滑块、弯曲滑块或圆形滑块表示的能产生触觉的表面(hapticallyenabled surface)0滑块将允许使用者沿着能产生触觉的表面移动手指，如从表中选择或
设定音量。如上所述，本发明的各实施方案产生隔离的触觉效果，该效果会带来诸多优势。因为触觉效果是被隔离的，所以效果变强了，且因而可以更容易通过如驾驶手套感触到。而且，可以同时按压图I的多个按钮20，而不会使一个按钮产生的触觉效果干扰其他按钮的，且使用者可以分别辨别每一个按钮。本发明的各实施方案允许更自由地设计开关位置和提高的美感以及所需的使用者触觉反馈。而且，本发明的各实施方案允许在按压按钮时包括有背景(context)，这是因为可得到的触觉效果不同而导致按钮并不总是感受相同的触觉效果。例如，如果在试图按压时，按钮功能不允许，那么就会发出错误的嗡嗡声效果，而不是标准的触觉效果。而且，通过使作用局限于小的区域来隔离触觉效果减少了电需求，以及降低了可能产生的声音噪音。虽然在上面公开的各实施方案中，通过从表面的后侧除去材料来形成厚度减小的 区域，但是其他方法也可以用于形成厚度减小的区域。例如，与除去材料相反，可以在除厚度减小的区域之外的区域内向表面增加材料。在另一个实施方案中，表面12可以由非一致的材料形成。例如，较软的塑性区域可以被模制入较硬的塑性底座中。本文具体阐释和/或描述了本发明的若干实施方案。然而，将会理解，对本发明的修改和变化由上述教导内容所覆盖且在所附权利要求的范围内，而并不偏离本发明的主旨和期望的范围。
权利要求
1.一种产生触觉反馈的表面，所述表面包括 第一区域，其具有第一刚度水平；以及 第二区域，其具有第二刚度水平； 其中所述第二区域界定了变形区域，并且致动器连接到所述变形区域之外的区域，所述致动器产生触觉反馈，所述触觉反馈被大体局限在所述变形区域内； 其中所述第二刚度水平小于所述第一刚度水平； 所述第一区域具有第一厚度，所述第二区域具有第二厚度，所述第二厚度比所述第一厚度薄。
2.如权利要求I所述的表面，其特征在于，所述变形区域是与所述第二区域大体相同的区域。
3.如权利要求I所述的表面，其特征在于，所述变形区域大体上被所述第二区域围绕。
4.如权利要求I所述的表面，其特征在于，所述变形区域通过接触致动器而移动来产生触觉反馈。
5.如权利要求I所述的表面，其特征在于，所述触觉反馈包括所述变形区域的振动。
6.如权利要求I所述的表面，其特征在于，所述第二厚度是逐渐变薄的。
7.一种用于将反馈提供给用户输入端的系统，所述系统包括 表面，其包括具有第一刚度水平的第一区域；具有第二刚度水平的第二区域，所述第二区域界定了变形区域；以及 致动器，其连接到所述变形区域之外的区域； 其中所述第二刚度水平低于所述第一刚度水平； 所述第一区域具有第一厚度，所述第二区域具有第二厚度，所述第二厚度比所述第一厚度薄。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述致动器适于产生被大体局限在所述变形区域内的触觉效果。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述变形区域是与所述第二区域基本上相同的区域。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述变形区域大体上被所述第二区域围绕。
11.一种在具有前侧和后侧的连续表面上向能产生触觉的位置提供反馈的方法，其包括 通过使具有第一刚度水平的第一区域与具有第二刚度水平的第二区域相交来在表面上界定变形区域，所述第二刚度水平低于所述第一刚度水平，所述第一区域具有第一厚度，所述第二区域具有第二厚度，所述第二厚度比所述第一厚度薄； 接收所述能产生触觉的位置被按压的指示；以及 当按压所述能产生触觉的位置时，通过连接到所述变形区域之外的区域的致动器在所述变形区域上产生触觉效果。
12.如权利要求11所述的方法，其还包括当按压所述能产生触觉的位置时，在所述能产生触觉的位置处产生照明。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述触觉效果表明已经识别出能产生触觉的位置的按压事件。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述触觉效果表明所述能产生触觉的位置被错误地按压。
15.如权利要求11所述的方法，其还包括提供所述能产生触觉的位置的指示器，该指示器在所述前侧上可看见，其中所述变形区域邻近所述指示器。
全文摘要
一种产生触觉反馈的表面，所述表面包括第一区域，其具有第一刚度水平；以及第二区域，其具有第二刚度水平；其中所述第二区域界定了变形区域，并且致动器连接到所述变形区域之外的区域，所述致动器产生触觉反馈，所述触觉反馈被大体局限在所述变形区域内；其中所述第二刚度水平小于所述第一刚度水平；所述第一区域具有第一厚度，所述第二区域具有第二厚度，所述第二厚度比所述第一厚度薄。
文档编号G06F3/01GK102880293SQ20121033880
公开日2013年1月16日 申请日期2007年9月6日 优先权日2006年9月14日
发明者N·T·奥利恩, D·A·格兰特, D·H·戈麦斯 申请人:英默森公司