触觉设备的制作方法与工艺

触觉设备相关申请的交叉引用本专利合作条约专利申请要求2011年6月17日提交的美国专利申请号13/163,532、题为“HAPTICFEEDBACKDEVICE”的优先权，其也可以在美国专利商标局通过代理人案号P11064US1(P222052.US.01)来识别，其出于所有的目的通过引用而全文并入于此。技术领域本发明一般地涉及电子设备，更具体地涉及用于电子设备的触觉输出设备。

背景技术：
电子设备可以利用触觉反馈向用户提供对用户的特定输入的触觉响应或设备的输出。例如，一些移动电子设备可以包括机械按钮，其响应于用户的按压而物理下按。这些机械按钮可以包括叠层，叠层包括在实际按钮下方的机械圆顶开关。提供给用户的反馈则可以是圆顶开关的实际下按。然而，该叠层可能需要外壳具有特定的高度，以使得所述按钮可以向下和向上行进。类似地，其他触觉设备可以包括通过机械振动或直线地移动按钮的表面(在x、y或z方向上)而产生触感响应的致动器。就机械按钮来说，因为所述反馈需要设备在至少一个维度上运动，所以可能需要设备外壳的机械公差适应按钮在特定方向上的运动。此外，在x、y或z方向上的运动也可能使外壳无法被密封得不受例如灰尘或湿气影响。

技术实现要素：
本公开的一个例子可以采取被配置为向电子设备提供触感或触觉反馈的触觉设备的形式。所述触觉设备包括可操作地固定到所述电子设备以允许绕中心轴线转动的平台。激活构件可操作地与所述平台相关联，并被配置为选择性地使平台以第一方向转动，这可以是响应于用户输入的。此外，所述触觉设备包括恢复构件，其可操作地与所述平台相关联，并被配置为在所述平台已经转动了选择的时间段或者选择的距离中的至少一个之后选择性地使其返回到第一位置。本公开的另一个例子可以采取电子设备的形式。所述电子设备可以包括外壳、可操作地连接到所述外壳的处理器、以及触觉设备。所述触觉设备可以可操作地连接到所述外壳，以使得触觉设备的至少一部分可以通过外壳来访问。所述触觉设备可以包括可操作地与所述外壳相关联的平台或表面。此外，所述触觉设备可以包括与所述处理器通信并可操作地与所述平台相关联的激活构件，以及可操作地与所述平台相关联的恢复构件。所述激活构件被配置为沿着中心轴线转动所述平台。本公开的又一个例子可以采取用于提供触感反馈的方法的形式。所述方法可以包括检测用户输入，例如用户的触摸。接着，响应于该用户输入绕中心轴线转动设备。在所述设备已被转动后，在选择的时间或者选择的转动距离中的一个之后，将所述设备恢复到原始位置。附图说明图1A是包括触觉按钮的移动电子设备的等距视图。图1B是图1A的移动电子设备的示例性框图。图2是图1中的移动电子设备沿着线2-2的剖视图，其示出了触觉按钮的第一实施例。图3是图2的触觉按钮的放大的俯视图。图4是图1中的移动电子设备沿着线2-2的剖视图，其示出了触觉按钮的第二实施例。图5是图4的触觉按钮的放大的仰视图。具体实施方式概述在这里的一些实施例中，公开了用于电子设备的触觉设备。触觉设备要么响应于用户输入要么作为电子设备的输出而提供反馈。触觉设备可以被配置为提供直线或垂直的感觉反馈，尽管触觉设备可能不会沿着其x、y或z轴(水平或垂直方向)在直线方向上移动。相反，触觉设备绕中心轴线转动。当用户在触觉设备正在转动时接触该触觉设备，用户可以感觉到该运动是在直线方向上，也就是说沿着水平或垂直方向。这是因为所述转动可以是足够地充分快或小，以使得对用户呈现为该运动是垂直或水平的。因此，触觉设备对用户可以具有与垂直或水平地移位该触觉设备基本相同的感觉，但不需要在x、y或z方向上的明显的位移。触觉设备可以包括用于在触觉设备上维持致动力以转动该设备的致动器。此外，触觉设备可以包括将触觉设备返回到其激活之前的原始位置或转动之后的第二位置的恢复力。触觉设备可以沿着其外周或中心轴线的至少一部分被固定到所述电子设备，并且触觉设备被配置为绕其中心轴线转动。该转动向用户提供触感感觉，如同该运动是在垂直方向上。触觉设备还可以包括用于确定触觉设备何时已由用户触摸或以其他方式激活的传感器。在一个例子中，所述致动器可以包括可操作地连接到触觉设备的至少一部分或嵌入其中的电磁体和金属或磁性材料。电磁体可以在触觉设备附近被固定到电子设备的侧面，接着可以选择性地吸引和排斥可操作地连接到触觉设备的所述磁性或金属材料。在另一个例子中，所述致动器可以包括印刷的电活性聚合物材料。电活性聚合物材料可以定位在所述设备下方，并且可以在被施加特定的电压或电流时收缩或移动。从而，电活性聚合物可以当其在特定方向收缩或移动时转动所述设备。触觉设备还可以包括恢复构件。恢复构件可以有助于将触觉设备恢复到其原始、被激活前的位置。例如，恢复设备可以是在所述设备的平台上施加偏置力的弹簧。该偏置力可以由激活力克服，使得所述设备能够转动。然而，一旦激活力减小或消除，偏置力可以使触觉设备(或触觉设备的平台)返回到其原始位置。在另一个例子中，恢复力可以是可以围绕触觉设备的一部分或周边的凝胶或其他的顺应材料(compliantmaterial)。类似于弹簧，凝胶可以施加初始力(由于凝胶的粘着性或粘性)，该初始力可以由激活力来克服，但当激活力降低或消除时，则可以使触觉设备返回到其原始位置或其他的休止位置。详细说明触觉设备可以被包括在电子设备中以为设备提供反馈。图1A是包括触觉设备102的电子设备100的等距视图。电子设备100可以是可能需要触觉反馈的几乎任何类型的设备，诸如智能电话(例如苹果公司的iPhone)、数字音乐播放器(例如MP3播放器)、数码相机、视频游戏设备、笔记本电脑或平板电脑，等等。触觉设备102可以是按钮、开关或可操作地连接到电子设备100的外壳104的其他输入/输出构件。除了触觉设备102，电子设备100还可以包括外壳104。外壳104可以形成电子设备100的外表的一部分，并且可以至少部分地包围电子设备100的各种内部组件。电子设备100还可以包括显示屏105，其可以为电子设备100提供输出。显示屏105可以是液晶显示屏、等离子屏，等等。另外，在一些实施例中，显示屏105可以用作输入和输出设备两者。例如，显示屏105可以包括电容式输入传感器，以使得用户可以经由他或她的手指提供输入信号到电子设备100。触觉设备102可以用作输入设备以及反馈设备。在一个例子中，触觉设备102允许用户提供输入到移动计算设备100。当激活时，触觉设备102可以提供输入到电子设备100。例如，触觉设备102可以改变音量、返回到主屏幕(举例而言而且并非限制)。此外，触觉设备102可以是几乎任何大小、形状，并且可以位于电子设备100的任何区域。触觉设备102可以被定位在电子设备100的正面、背面或侧面上。在一个例子中，触觉设备102可以被定位在电子设备100的前面底部表面上。触觉设备102被配置为使得其可以被用户触摸、按压或以其他方式感受。在一个例子中，触觉设备102的一部分可以通过外壳104被访问，例如通过外壳104中的孔，或者触觉设备可以形成外壳104的一部分。触觉设备102可以通过外壳104访问，以使得用户可以充分地感觉到触觉设备104的运动。图1B是电子设备100的一个实施例的框图，其示出了选择的电组件。电子设备100可以包括处理器124、存储器120、网络/通信接口122和输入/输出接口118，它们全部通过系统总线128连接到一起。电子设备100可以包括未示出的额外和/或另选的组件；并且图1B仅仅旨在示例。网络/通信接口122可以接收和发送各种电信号。例如，网络/通信接口122可以用来从电子设备100拨打电话，可以用来从网络接收数据，或者可以用来经由无线或有线连接(例如因特网、WiFi、蓝牙或以太网)发送和发射电子信号。存储器120可以存储可以由电子设备100利用的电子数据。例如，存储器120可以存储电数据，包括但不限于对应于各种应用的音频文件、视频文件和文档文件。存储器120可以是例如非易失性存储装置、磁存储介质、光学存储介质、磁光存储介质、只读存储器、随机存取存储器、可擦除可编程存储器、或闪存。处理器116可以控制电子设备100及其各种组件的操作。处理器116可以与触觉设备102通信，并且可以根据需要或希望而激活触觉设备102和/或接收来自触觉设备102的输入。处理器116可以是能够处理、接收和/或发送指令的任何电子设备。例如，处理器116可以是微处理器或微计算机。输入/输出接口118促进电子设备100往来于各种设备/源的通信。例如，输入/输出接口118可以从用户或电子设备100上的控制按钮接收数据。本领域中公知的其他操作也可以由输入/输出接口来执行。此外，输入/输出接口118还可以向从/向外部驱动器(例如通用串行总线(USB)或其他视频/音频/数据输入)接收/发送数据。图2是图1A的电子设备的剖视图，其示出了触觉设备102的第一实施例。图3是图2的触觉设备102的俯视图。触觉设备102可以包括可以由恢复构件110可操作地连接到外壳104的按钮或平台112。传感器114可以可操作地连接到平台112。致动器构件108可以可操作地连接到平台112的一部分，并且相应的致动器106可以可操作地连接到外壳104，但其与平台112通信。平台112(其在至少一个实施例中可以是触摸表面)提供用于用户交互的表面。例如，为了提供到电子设备100的输入，或者为了感觉来自电子设备100的反馈，用户可以触摸平台112。在一个例子中，平台112可以由与外壳104类似的材料或者基本上任何其他类型的材料形成。平台112被配置为绕其中心轴线(如图2的线C所示)转动。在该例子中，平台112可以在其中心点处可操作地连接到外壳104，但能够绕其中心点转动。例如，平台112可包括固定的支承杆或构件，并且在平台112可以绕所述支承杆或构件(未示出)转动。在另一个例子中，平台112可以绕其中心点转动，但可以在其外周周围可操作地连接到外壳104，例如平台112的外直径可以将平台112固定到外壳104。继续参照图2和3，触觉设备102可以进一步包括绕平台112的一部分可操作地连接的恢复构件110。恢复构件110被配置为在平台112已由致动器106转动之后，将平台112恢复到第一或起始位置。此外，恢复构件110可以在平台112上施加初始力，以使得平台112可以部分刚性或被固定在非激活或起始位置。例如，恢复构件110可以利用力，诸如摩擦或偏置力，以当触觉设备102被去激活时将平台112保持在其休止位置，并且在平台112已被转动之后将平台112返回到休止位置。在一个例子中，恢复构件110可以是凝胶物质，包括但不限于基于硅的凝胶或α凝胶，其可以围绕平台112的侧面定位。在另一个配置中，凝胶物质可以完全围绕平台112的侧面和底部表面定位。换言之，平台112可以基本被支撑在恢复构件110的顶上。在使用凝胶物质的实施例中，凝胶可以包括可以提供施加在平台112上的初始力的粘着性。例如，平台112可以具有高摩擦系数，其可以阻止平台112经受特定的力(其可以由致动器106来克服)。在其他例子中，恢复构件110可以主动地对平台112施加力以将平台112转动回到初始位置。这可以允许恢复构件110为用户提供额外的触觉反馈，原因在于恢复力可以感觉起来像是用户对平台112施加力。例如，恢复构件110可以是电磁体或电活性聚合物，并且可以类似于下面参照图4更详细地描述的致动构件。在还有的其他例子中，恢复构件110可以是可操作地连接到平台112的弹簧。在该例子中，初始力可以是弹簧的偏置力，其可以由致动器106的力克服。类似地，恢复构件110可以是可以在致动构件108和/或平台112上施加初始力的垫圈或磁力。进一步地，恢复构件110可以被并入致动器106中。例如，如果致动器106是电磁体或可编程的磁体，则极性或场可以在可以将平台112保持在特定位置处的初始力与可以转动平台112的激活力之间交替。由恢复构件110施加的初始力可以被配置以使得由致动器106施加的转动力可以克服初始力。这使得平台112能够在被激活时进行转动，但在未被激活时保持位置基本固定。恢复构件110可以进一步地有助于平台112的触感感觉，以使得平台112在可操作地连接到外壳104时不会感觉起来不牢固或摇晃，尽管平台112可以沿着其中心轴线可操作地连接到外壳104。图3是恢复构件110的示例性说明，如图3所示，恢复构件110可以围绕平台112的外周而露出。然而，应当指出，在其他实施例中，外壳104可以延伸到平台112的外周，以基本上覆盖恢复构件110。换言之，外壳104可以在平台112的边缘处终止，以使得恢复构件110可以基本上不可见。在其他实施例中，恢复构件110可以围绕平台112的内周(未示出)定位。这样的实施例可能是期望的，例如在平台被配置为椭圆、圆环或者类似的形状的时候，恢复构件110可以向其内或外表面提供作用于平台112上的恢复力。触觉设备102还可以包括可操作地连接到平台112的传感器114。传感器114可以与平台112集成，或者可以是连接到其上的单独元件。另外，虽然如图2和4所示，传感器114被定位在平台112下方，但应当指出，传感器114可以被定位在设备100的基本上任何位置，只要其被定位成检测用户的选择。例如，传感器114可以被定位在平台的顶表面上，例如，电容性感测环可以被定位在平台的顶表面上。在另一个例子中，传感器114可以被定位在平台112的侧面或外壳104面向平台的侧面上。传感器114可以在用户选择、按压或以其他方式触摸平台112时进行确定。传感器114可以是可以检测用户触摸或选择的基本上任何类型的传感器。例如，传感器114可以感测电容、热、光、压力、湿度等等。传感器114可以与处理器124进行电通信。致动构件108可以可操作地连接到平台112的侧面或外表面。如图2和3所示，在一个例子中，可以有可操作地连接在平台112的相对的侧面的两个致动构件108。然而，实际上可以使用任何数目的致动构件108，而且实际上致动构件108可以定位在平台112的任何位置。致动构件108被配置为使得平台112通过与可操作地连接到外壳104的对应的致动器106通信而绕其中心轴线转动。致动构件108可以从单个侧面或多个侧面驱动平台112。换言之，可以有单个致动构件108或者可以有多个致动构件108。致动器106可以可操作地连接到外壳104并且可以与处理器116通信。致动器106被配置为选择性地激活致动构件108以转动平台112。致动器106可以被配置为使得平台112可以转动选择的时间、距离或其他变量。在一个例子中，致动构件108可以是金属或磁性表面，致动器106可以是电磁体。在该例子中，致动器106可以被选择性地磁化，这可以产生可以与致动构件108相互作用的磁力。该磁力可以使得致动构件108受力而离开或朝向致动器106。因为致动构件108可操作地连接到平台112，所以在致动构件108在特定方向受力时，平台112可以在该方向上移动。换言之，在致动器106被选择性地激活(充电/放电)时，平台112由于致动器106施加在致动构件108上的变化的力而可以转动。在另一个例子中，致动器106可以是可操作地连接到平台112并被配置为使得平台112选择性地转动的马达。例如，马达可以包括可操作地连接到平台112的中心点的驱动轴，以使得在驱动轴转动时平台112可以转动。在另一个例子中，一个或多个微马达可以可操作地连接到平台112的侧面，以转动平台112。参照图1A-3，在操作中，用户可以选择或按压触觉设备102。在用户触摸平台112和/或传感器114时，传感器114可以检测到用户已经选择了触觉设备102。接着，传感器104可以对处理器124通信，处理器124则可以激活致动器106。在致动器106被激活时，致动构件108可以经受力。该力可以施加到平台112的两侧，使得致动构件108受力而朝向(或离开)相应的致动器106。在致动构件108由致动器106拉(或推)时，致动构件108使得平台112沿着中心轴线转动。平台112从而转动，向用户提供了触感感觉。在平台112转动时，其可以基本上不垂直运动。这意味着平台112可以基本上不在z方向上运动。类似地，平台112可以基本上不在水平方向(x和y轴)上运动。然而，虽然平台112可以基本上不在水平方向或垂直方向上运动，但用户会体验到(心理上)平台112在沿着垂直或水平方向移位。这是因为在一些实施例中，平台112可以只转动小的距离(近似于100到200μm)或转动非常快，并且如用户所体验到的，该小的运动距离可以感觉起来像水平或垂直运动。进一步地，由于平台112在单个平面中转动，与需要运动以产生反馈的触觉设备相比，触觉设备102所需的高度可以减小。减小触觉设备102的高度可以允许外壳104的高度减小，并且/或者可以允许电子设备100的其他内部组件的尺寸增大。这可以进一步允许外壳104被配置为使得基本上密封电子设备100的内部腔体。这是可行的，原因在于需要考虑到的触觉设备102的运动或位移公差可以是很小的。不同于通过在水平或垂直方向上移位而提供反馈的触觉设备，触觉设备102可以不需要任何额外的运动空间，原因在于触觉设备102的运动可以不比其表面更宽或更高。这使得触觉设备102能够提供反馈而不需要在电子设备100中构建适应位移运动所需的公差。应当指出，在一些情况下，平台112可能能够以直线方向稍微行进。这可以协助传感器114来确定用户是否已经选择了触觉设备102。例如，传感器114可以被配置为测量用户施加到平台112上的力。在平台112可以被配置为行进小的距离(例如5-10μm)的情况下，传感器114可以感测平台112的位移以确定该力。类似地，在其他的例子中，平台112可以以直线方向稍微行进，以进一步提高用户感觉到的触觉反馈。例如，平台112可以与垂直运动相结合，以提高用户感觉到的“下按”。图4是触觉设备202的第二实施例的剖视图。图5是图4的触觉设备202的仰视图。触觉设备202可以基本上类似于图3的触觉设备102，但可以不包括致动构件。这是因为致动器206可以可操作地连接到平台112和外壳104，以使得致动器206可以被激活并独自转动平台121。在一个例子中，可以有第一致动器206a和第二致动器206b。然而，在其他实施例中，可以仅有单个致动器或有多个致动器。致动器206a和206b可以可操作地连接到平台112的底部表面(如图5所示)，并且可以可操作地连接到外壳104。第一致动器206a可以可操作地连接到平台112的第一侧，并且可以从平台112的中心点偏置。第二致动器206b可以在与第一致动器206a基本上相对的侧可操作地连接到平台112。另外，第二致动器206b可以从所述中心点偏置而被定位，但是与第一致动器206a在相反的方向上偏置。换言之，致动器206a和206b可以可操作地连接到平台112的相对的两半，并被定位在平台112的彼此相对的侧。致动器206a和206b被配置为基于选择的输入或电压而直线运动。在一个例子中，致动器206a和206b可以是可以响应于选择的电压而收缩或以其他方式改变形状或尺寸的电活性聚合物。在该例子中，致动器206a和206b的厚度可以近似为100μm。然而，也可以使用在被施加信号(诸如电压或电流)时改变形状或尺寸的其他材料。在图4和5所示的实施例中，在致动器206a和206b收缩时，其每个可以施加离开平台112的中心轴线并与之平行的力F。在操作中，致动器206a和206b可以在基本上相同的时间被激活，从而都对平台112施加激活力，但两个激活力在相反的方向。因此，由于每个致动器206a、206b可以在近似相同的时间施加基本上相似的力，所以平台112可以在方向R上转动。这是因为平台112在相反的方向上都经受力F，但平均力可以是每个相反的力的分量。例如，平台112被固定在其中心轴线或中心点处，因此，当平台112在相反的方向上经受每个力时，相比于这两个力，这两个力的分量可以是成角度的。该分力使平台112沿着其轴线转动。应当指出，平台112的转动距离可以很小，并且仍然向用户提供触觉反馈。在一个例子中，转动距离可以近似为100到200μm。应当指出，在其他实施例中，致动器206a和206b可以被配置为使得其可以在基本上相同的方向上施加力，以便使平台112转动。此外，致动器206a和206b可以提供彼此交替的力。例如，当被致动时，致动器206a可以“拉”平台112，而致动器206b可以“推”平台112。在该实施例中，致动器206a和206b可以在彼此不同的时间被致动。这可以允许一个致动器作为主动恢复力而另一个致动器协助平台112转动。此外，如果单个致动器206被使用，则可以只施加单个力以使平台112转动。触觉设备的应用触觉设备102可以作为虚拟按钮，因为其向用户提供可以感觉起来(对于用户而言)如同机械按钮正被按下或者水平或垂直地移动的触觉反馈。触觉设备102可以是虚拟的，因为其可以感觉起来是在特定方向上移位，而基本上不需要在垂直或水平方向上移动。触觉设备102可以作为按钮或开关，用于想要触感或其他触觉反馈的基本上任何类型的电子设备。例如，触觉设备102可以被集成为电脑键盘的键、笔记本电脑的跟踪板、其他输入/输出设备、电源按钮，等等。在一个例子中，键盘可以包括利用触觉设备102的键。平台112可以包括符号、字母或数字等的视觉指示符。从而，不同于按下每个键，用户可以简单地触摸平台112的外表面，其可以转动以提供相应的触觉反馈。这使得用户可以感觉起来如同键已被按下，尽管键可能仍保持在基本相同的垂直位置。在另一个例子中，触觉设备102可以作为用于电子设备100的指示器，诸如电池或功率计、音量开关，等等。在这些例子中，多个触觉设备102可以彼此相邻地对齐，用户可以在平台112之上移动他或她的手指以确定指示。例如，在用户触摸每个触觉设备102时，平台112可以转动或保持静止，以指示某个状态，例如，如果一个触觉设备102转动，则其可以指示正在保持某个功率水平，而如果两个触觉设备102转动，则其可以指示正在保持另一个功率水平。结论前面的描述具有广泛的应用。例如，尽管这里所公开的例子可能集中于电子设备，但是应当理解，这里所公开的概念可以等同地适用于利用触觉反馈的其他类型的设备。类似地，尽管触觉设备可以结合触觉反馈被讨论，但是这里所公开的设备和技术等同地适用于输入和输出机构。因此，讨论任何实施例的意图仅仅在于示例，而并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限制为这些实施例。所有的方向用语(例如近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、横向、纵向、前、后、顶、底、上方、下方、垂直、水平、径向、轴向、顺时针以及逆时针)仅用于识别的目的以帮助读者理解本公开，并不造成限制，特别是对本公开的位置、方向或使用的限制。连接用语(例如附接、耦合、连接和连结)将被宽泛地解释，并且可以包括一组元件之间的中间构件以及元件之间的相对运动，除非另有说明。这样，连接用语并不必然推断出两个元件直接连接以及彼此呈固定关系。示例性的附图仅仅作为说明用途，并且，这里所附附图中所反映的维度、位置、顺序和相对大小可能会有所不同。