静电触觉致动器以及具有静电触觉致动器的用户界面的制作方法

相关申请的引用

本申请要求于2015年1月30日提交的题为“electrostatichapticactuatoranduserinterfacewithanelectrostatichapticactuator(静电触觉致动器以及具有静电触觉致动器的用户界面)”的美国临时专利申请号62/110,299的优先权，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用结合在此。

本公开涉及一种静电致动器、以及一种具有静电触觉致动器的用户界面。

背景技术：

静电致动器根据库仑定律经由在将具有相反极性的电荷分离开一定距离时产生的吸引力进行操作。在跨分离开一定距离的两个电极来施加电压时，在电极上生成相反的电荷，由此产生了吸引力。吸引力与电极上的电荷量成正比并且与带电电极之间的距离的平方成反比。随着带电电极之间的距离减小，所述力增大。

在具有触摸屏显示器的用户界面实现方式中使用已知的静电致动器例如可能由于具有与触摸屏显示器相同的表面面积的静电致动器可能需要的触摸屏显示器的大质量(例如，600-800克)以及高电压(例如，＞3,000伏特)而在术语上或者向用户提供令人满意的触觉反馈时受到限制。

技术实现要素：

期望使用具有薄外形但在用户界面方面具有更高的功率密度和/或更低的总功耗的静电致动器以便向用户界面的用户提供触觉效果。

本公开的实施例包括静电触觉致动器以及具有静电触觉致动器的用户界面。在一个实施例中，本公开的设备可以包括静电触觉致动器。所述静电触觉致动器可以包括第一电极、第二电极、在所述第一电极与所述第二电极之间的第一绝缘层、以及在所述第一电极与所述第二电极之间的第一弹性材料。所述静电触觉致动器还可以包括第三电极、在所述第二电极与所述第三电极之间的第二绝缘层、以及在所述第二电极与所述第三电极之间的第二弹性材料。所述设备可以包括电源，所述电源操作性地连接至所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极以用于在所述第一和第三电极上生成第一极性并且在所述第二电极上生成与所述第一极性相反的第二极性。所述设备可以包括控制器，所述控制器与所述电源或与开关进行信号通信。所述控制器被配置用于使所述电源电连接至所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极以在所述第一电极和所述第二电极之间生成第一吸引力并且在所述第二电极与所述第三电极之间生成第二吸引力。

在另一个实施例中，本公开的静电触觉致动器可以包括第一电极、第二电极、在所述第一电极与所述第二电极之间的第一绝缘层、以及在所述第一电极与所述第二电极之间的第一弹性材料。所述静电触觉致动器还可以包括第三电极、在所述第二电极与所述第三电极之间的第二绝缘层、以及在所述第二电极与所述第三电极之间的第二弹性材料。所述第一电极和所述第三电极可以被配置用于从电源中接收电力并且响应性地生成第一极性。所述第二电极可以被配置用于从所述电源中接收电力并且响应性地生成与所述第一极性相反的第二极性。所述第一极性和所述第二极性可以在所述第一电极与所述第二电极之间生成第一吸引力并且在所述第二电极与所述第三电极之间生成第二吸引力。

在另一个实施例中，本公开的方法可以包括从触摸传感器接收与输入相关联的传感器信号。所述方法可以包括至少部分地基于所述传感器信号来确定触觉效果。所述方法可以包括使电源向静电触觉致动器传输电力。所述静电触觉致动器可以被配置用于接收所述电力并且输出所述触觉效果。所述静电触觉致动器可以包括第一电极、第二电极、在所述第一电极与所述第二电极之间的第一绝缘层、以及在所述第一电极与所述第二电极之间的第一弹性材料。所述静电触觉致动器还可以包括第三电极、在所述第二电极与所述第三电极之间的第二绝缘层、以及在所述第二电极与所述第三电极之间的第二弹性材料。又另一个实施例包括一种用于实现这种方法的计算机可读介质。

提及这些说明性实施例并不是为了限制本主题或限定对其的限制，而是为了提供示例来辅助对本主题的理解。在具体实施方式中讨论了说明性实施例，并在其中提供了进一步描述。可以通过检查本说明书和/或通过实践所要求保护的主题的一个或多个实施例来进一步理解由各种实施例提供的优点。

在参考附图考虑以下描述和所附权利要求书时，本主题的这些和其他方面、特征和特性、以及有关结构元件的操作方法和功能以及制造的零件和经济的组合将变得更加显而易见，所有附图形成本说明书的一部分。然而，将明确理解的是，附图仅出于展示和描述的目的，而不旨在作为对本主题的限制的限定。如在本说明书和权利要求书中所使用的，除非上下文中清楚地规定，否则单数形式的“一(a/an)”和“所述(the)”包括复数的指称对象。

附图说明

以下附图的部件被展示用于强调本公开的一般原理并且不一定按比例绘制。为了一致和清晰起见，指代相应部件的参考字符必要时贯穿附图重复。

图1示出了根据实施例的用户界面；

图2示出了图1的控制器的实施例；

图3示出了包括图1的用户界面的实施例的车辆的内部；

图4示出了可以作为图1和图3的用户界面的一部分的静电触觉致动器的实施例；

图5示出了静电触觉致动器的另一个实施例；以及

图6是根据实施例的用于执行一种用于提供静电触觉致动器以及具有静电触觉致动器的用户界面的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

现在将详细地参照各种说明性实施例和替代性说明性实施例以及附图。每个示例都是通过解释的方式而不是作为限制而提供的。对于本领域的技术人员将明显的是，可以做出修改和变化。例如，被展示或描述为一个实施例的一部分的特征可以在另一个实施例中用于产生仍进一步实施例。因此，本公开旨在包括如来自所附权利要求书及其等效物的范围内的修改和变化。

静电触觉致动器以及具有静电触觉致动器的用户界面的说明性示例

本公开的一个说明性实施例包括电子设备，比如智能电话。所述电子设备包括用户界面设备，比如触摸屏显示器。

所述电子设备包括触觉输出设备。所述触觉输出设备包括第一电极，所述第一电极基本上平行于第二电极被定位并且与其间隔开。所述触觉输出设备还包括第三电极，所述第三电极基本上平行于第二电极被定位并且与其间隔开。在说明性实施例中，第一弹性材料定位在第一电极与第二电极之间。第二弹性材料定位在第二电极与第三电极之间。另外，第一电介质/绝缘体层可以定位在第一电极与第二电极之间，并且第二电介质/绝缘体层可以定位在第二电极与第三电极之间。

在说明性实施例中，所述电子设备使电源向电极传输电力(例如，通过操作电源或与电源相关联的开关)以生成触觉效果。所述电源可以电耦合至第一电极和第三电极，从而使得传输到第一和第三电极的电力在第一和第三电极上生成正电荷。所述电源可以电耦合至第二电极，从而使得传输到第二电极的电力在第二电极上生成负电荷。电极上的电荷可以使第一和第三电极被吸引到第二电极。这种吸引可以使第一和第三电极向第二电极移动，压缩了布置在第一电极与第二电极之间的第一弹性材料以及布置在第二电极与第三电极之间的第二弹性材料。在实施例中，所述电子设备可以随后使电源停止向电极传输电力。这可以使电极之间的吸引力消散掉，从而允许对弹性材料进行解压缩。弹性材料的解压缩可以使电极移动回至其对应的初始静止位置和/或振荡。用户可以将电极的一个或多个移动理解为触觉效果。例如，电极的重复移动可生成用户通过电子设备的壳体可感知的振动。在实施例中，所述电子设备可以任何顺序向电极的任意组合传输电力并且从其中移除电力以生成一种或多种触觉效果。

在说明性实施例中，电子设备被配置用于使触觉输出设备响应于与用户界面设备的用户交互而输出触觉效果。例如，电子设备可以检测与触摸屏显示器上输出的虚拟对象(比如虚拟武器)交互的用户。所述虚拟对象可以作为在电子设备上执行的视频游戏的一部分被输出。在实施例中，电子设备被配置用于使触觉输出设备响应于用户交互而输出触觉效果(比如振动)。触觉效果可以模拟例如来自虚拟武器的炮火。

静电触觉致动器以及具有静电触觉致动器的用户界面的说明性系统

图1示出了根据实施例的用户界面100。用户界面100可以是任何电子设备(比如台式计算机、膝上计算机、电子工作簿、电子手持设备(比如移动电话、智能电话、游戏设备、个人数字助理(“pda”)、便携式电子邮件设备、便携式互联网访问设备、计算器等)、自助终端(比如自动柜员机、购票机等)、打印机、销售点设备、游戏控制器、可穿戴设备或其他电子设备(比如属于车辆的一部分(比如触摸屏、触摸板或按钮控制板)的电子设备))的一部分。

如所展示的，用户界面100包括输入/输出设备110、控制器120和存储器设备130。输入/输出设备110可以经由总线140互连至控制器120和/或存储器设备130，从而使得输入/输出设备110与控制器120进行信号通信。总线140可以包括控制器120与输入/输出设备110之间的有线通信链路、无线通信链路和/或其他通信链路。可以由输入/输出设备110将信号输出至控制器120并且可以由控制器120将信号输出至输入/输出设备110。

输入/输出设备110包括至少一个用户输入设备，所述至少一个用户输入设备被配置用于接收来自用户界面100的用户的输入。在实施例中，用户输入设备可以包括触摸传感器150，所述触摸传感器被配置用于感测(例如，检测)来自用户的输入。触摸传感器150可以被配置用于检测来自用户的手势(比如轻敲、滑动、摩擦或者按压触摸传感器150的表面)。若干技术(例如比如电容性或电阻性感测、力敏电阻器或者光学开关)可以用于例如此目的。在实施例中，触摸传感器150可以是触摸板的一部分。在实施例中，触摸传感器150可以是覆盖被配置用于输出并向用户显示信息的显示器160的触摸屏的一部分。在实施例中，触摸传感器150和显示器160可以组合成触摸屏设备。

输入/输出设备110可以包括被配置用于为用户提供音频反馈的音频输出设备(未示出)(比如扬声器)。在实施例中，输入/输出设备110可以包括其他类型的用户输入设备(比如可以由用户操纵的按钮、旋钮或操纵杆)以使得用户向用户界面100提供输入。按钮、旋钮和操纵杆可以用作例如各种车辆中的用户输入设备。

输入/输出设备110还包括触觉输出设备170，所述触觉输出设备被配置用于为用户提供触觉效果或触觉反馈以作为例如用户界面100接收到输入的确认。触觉输出设备170可以包括一个或多个致动器、驱动电路系统以及被配置用于生成(多个)致动器的驱动信号的触觉引擎。

可以利用产生触觉效果(比如振动、变形、动觉感觉、静电或超声摩擦等)的方法中的任何方法来产生由触觉输出设备170提供的触觉反馈。在实施例中，触觉输出设备170可以包括致动器，例如，电磁致动器(比如偏心质量块被电机移动的偏心旋转质量块(“erm”)、附接至弹簧的质量块被来回地驱动的线性谐振致动器(“lra”))或“智能材料”(比如压电材料、电活性聚合物(比如基于离子或电子的电活性聚合物)、形状构件聚合物、智能水凝胶或形状记忆合金)、大复合光纤致动器、静电致动器、电触觉致动器、纳米复合致动器、基于气动的致动器和/或提供物理反馈(比如振动触觉反馈)的另一种类型的致动器。触觉输出设备170可以包括非机械或非振动设备(比如使用静电摩擦(esf)、超声摩擦(usf)的那些设备、或者利用超声触觉换能器诱发声辐射压力的那些设备、或者使用触觉衬底和柔性或可变形表面的那些设备、或者提供热效应的那些设备、或者提供投影触觉输出(比如使用空气喷射的一股空气)的那些设备等等)。多个触觉输出设备170可以用于生成不同的触觉效果，如下文中进一步详细讨论的。在实施例中，触觉输出设备170为静电触觉致动器，如下文中进一步详细描述的。

在实施例中，触觉输出设备170可以与触摸传感器150集成或者与触摸传感器150分离开。在实施例中，触摸传感器150还可以被配置用于支持触觉输出设备170对触觉效果的渲染(比如对手指滑动触摸传感器170时的摩擦效果的调制)。在实施例中，多个触觉输出设备可以用于生成不同的触觉效果。

如在图1中所展示的，存储器设备130还可以经由总线140与控制器120互连并且互连至输入/输出设备110。存储器设备130可以包括一个或多个内部固定的存储单元、可移除存储单元和/或远程可访问存储单元。各种存储单元可以包括易失性存储器和非易失存储器的任意组合。存储单元可以被配置用于存储信息、数据、指令、软件代码等的任意组合。更具体地，存储单元可以包括触觉效果曲线、要如何驱动触觉输出设备170的指令或用于生成触觉效果的其他信息。

控制器120可以是用于管理或控制用户界面100的操作和功能的通用或专用处理器或微控制器。例如，控制器120可以具体被设计为专用集成电路(“asic”)以控制输出信号到显示器160从而提供视觉信息以及到触觉输出设备170从而提供触觉效果。控制器120可以被配置用于基于预定义因素来确定待生成的(多个)触觉效果的(多个)类型、生成触觉效果的顺序、以及触觉效果的振幅、频率、时长和/或其他参数。控制器120还可以被配置用于提供流命令，所述流命令可用于驱动触觉输出设备170以用于提供特定的触觉效果。在一些实施例中，控制器120实际上可以包括多个处理器，每个处理器被配置用于在用户界面100内执行某些功能。

图2示出了图1的控制器120的实施例。控制器120可以被配置用于执行一个或多个计算机程序模块。所述一个或多个计算机程序模块可以包括内容提供模块122、输入判定模块124、触觉效果确定模块126、触觉输出设备控制模块128和/或其他模块中的一项或多项。控制器120可以被配置用于由软件、硬件、固件、软件、硬件和/或固件的某种组合和/或用于对控制器120配置处理能力的其他机制来执行模块122、124、126和/或128。

应理解的是，虽然模块122、124、126和128在图2中展示为共同位于单个处理单元内，但是在控制器120包括多个处理单元的实施例中，模块122、124、126和/或128中的一个或多个模块可以定位成远离其他模块。由在下文中所描述的不同模块122、124、126和/或128提供的功能描述是出于说明性目的，并且不旨在是限制性的，因为模块122、124、126和/或128中的任何模块都可以提供比所描述的更多或更少的功能性。例如，可以消除模块122、124、126和/或128中的一个或多个模块，并且可以由模块122、124、126和/或128中的其他模块来提供其功能性中的部分或全部。作为另一个示例，控制器120可以被配置用于执行一个或多个附加模块，所述一个或多个附加模块可以执行在下文中归属于模块122、124、126和/或128之一的功能性中的部分或全部。

内容提供模块122被配置用于控制经由显示器160向用户界面100的用户提供内容。如果所述内容包括计算机生成的图像，则内容提供模块122被配置用于生成图像和/或视图以用于通过显示器160显示给用户。内容或者从中衍生出内容的信息可以由内容提供模块122从电子存储装置129中获得，所述电子存储装置可以是如在图2中所展示的控制器120的一部分，或者可以与控制器120(比如在图1中所展示的存储器设备130的一部分)分离开。

输入判定模块124被配置用于从触摸传感器150接收输入信号。输入信号在触摸传感器150检测到来自用户界面100的用户的输入时被生成。例如，触摸传感器150可响应于用户输入而向输入判定模块124传输输入信号。在实施例中，输入判定模块124可以被配置用于通过将输入信号的强度和与有意输入相对应的预定阈值强度进行比较来判定感测输入是有意输入还是仅仅是对触摸传感器150的无意触摸。

在实施例中，输入判定模块124还被配置用于判定在向触摸传感器150提供输入时用户的用意是什么。例如，用户可以触摸触摸传感器150的某个位置或者向触摸传感器150提供指示某个功能将由用户界面100来执行的具体手势。可以利用预定手势和/或触摸传感器150上的触摸位置的库来对输入判定模块124进行编程，从而使得在用户触摸触摸传感器150上的具体位置或者向触摸传感器150提供手势时，输入判定模块124可以确定相应的输出。例如，在用户界面100是智能电话的一部分的实施例中，用户可以用手指在触摸传感器150上绘制符号并且输入判定模块124可以确定所绘制的符号与具体命令(比如解锁智能电话，从而使得用户可以自由地与智能电话交互)相对应。

另外地或替代性地，输入判定模块124可以被配置用于从远程设备(比如定时器)接收信号，所述远程设备提供输入以指示有待生成触觉效果。在实施例中，输入判定模块124还被配置用于输出信号到触觉效果确定模块126和/或触觉输出设备控制模块128，从而使得可以向用户提供例如验证已检测到和/或接受输入的触觉效果。

触觉效果确定模块126被配置用于确定待由触觉输出设备170生成并且向用户界面100的用户输出的触觉效果或触觉感觉。确定触觉效果可以包括确定触觉效果的类型以及触觉效果的一个或多个参数(比如振幅、频率、时长等)。

触觉输出设备控制模块128被配置用于控制触觉输出设备170生成触觉效果确定模块126所确定的触觉效果。这包括将控制器120所生成的触觉输出信号传送至触觉输出设备170(例如，经由总线140)。在实施例中，归属于触觉输出设备控制模块128的功能性的至少一部分可以布置在触觉输出设备170所承载的处理器中。

图3示出了包括图1的用户界面100的实施例的车辆300的内部。如所展示的，车辆300包括从仪表板db延伸的方向盘sw、位于仪表板db上方的挡风玻璃ws、定位在挡风玻璃顶部和中心附近的后视镜rvm、在仪表板中心的中控面板cs、位于两个前排乘客座椅(未示出)之间的中央控制台cc、以及从中央控制台cc延伸的档位转换器gs。仪表盘310位于相对于驾驶员的位置在方向盘sw后面的仪表板db中。仪表盘310可以被配置用于显示关于车辆速度、里程表、车辆的引擎状况(比如冷却剂温度)、燃料液位、外部环境状况(比如温度)等的信息。仪表盘310可以包括电子仪表和/或模拟仪表。在实施例中，仪表盘310可以是电子地显示信息的显示器的形式。

如在图3中所展示的，用户界面320(比如在图1中所展示的并且在上文中所描述的用户界面100)可以位于中控面板cs中。用户界面320包括输入/输出设备322，所述输入/输出设备可以包括被配置用于显示图像(比如作为全球定位系统(“gps”)的一部分的地图)以及关于车辆中的立体声系统(未示出)的信息(比如听到的无线电台或者立体声系统当前播放的歌曲等)的显示器324。关于车辆的其他信息(比如车辆内部的温度设置等)也可以在中控面板cs中由显示器324显示。具有触摸传感器(比如在上文中所描述的触摸传感器150)的触摸屏可以覆盖显示器324或者可以是所述显示器的一部分。附加输入元件(比如按钮)也可以是用户界面320的输入/输出设备322的一部分。触觉输出设备326可以定位在显示器324下方，或者可以在触觉输出设备326是透明的或者基本上透明的从而使得可以通过触觉输出设备326查看显示器显示的图像的实施例中覆盖显示器324。虽然控制器330(其可以是在图1中所展示的并且在上文中所描述的控制器120)被展示为位于中控面板cs中，但是控制器330可以位于车辆300中的任何地方。所展示的实施例并非旨在以任何方式进行限制。

如同样在图3中所展示的，第二用户界面340位于档位转换器gs附近的中心控制台cc中。第二用户界面340可以位于在不必专心驾驶车辆300的情况下仍便于用户操纵的另一位置中。例如，第二用户界面340应位于在不必伸展的情况下驾驶员易于够到的位置处。在实施例中，第二用户界面340或用户界面340的一部分可以位于方向盘sw、仪表板db、中控面板cs、驾驶员的门、驾驶员座椅等上。所展示的实施例并非旨在以任何方式进行限制。

第二用户界面340包括输入/输出设备342，所述输入/输出设备可以包括还可以作为按钮被按压的旋钮346和/或可以由用户操纵以使得用户提供输入的操纵杆347。输入/输出设备342还包括可以包括在上文中所描述的触摸传感器150的触摸板344以及至少部分地定位在触摸板344下面的触觉输出设备348。

在实施例中，用户界面340的触觉输出设备348输出的触觉效果可以被提供作为对已接收到输入(例如，用户提供给输入/输出设备342的输入)和/或将由控制器330来实施相关联动作的确认。这种触觉效果可以包括作为一个或多个振动而被用户感受到的单个脉冲或一系列脉冲。

图4示出了可以用作图1和图3的用户界面100、320、340的一部分(例如，作为触觉输出设备170、326、348)的静电触觉致动器400的实施例。如所展示的，静电触觉致动器400包括：第一电极410；第二电极420，所述第二电极与第一电极410间隔开以在其之间形成间隙(例如，气隙)；以及第三电极430，所述第三电极如第一电极410那样在第二电极420的相反侧上与第二电极420间隔开以在其之间形成间隙。电极410、420、430可以是金属板的形式。在实施例中可以使用附加电极/板。例如，实施例可包括与第一电极410或第三电极430间隔开以在其之间形成间隙的第四电极。所展示的实施例并非旨在以任何方式进行限制。

如在图4中所展示的，弹性材料412定位在第一电极410与第二电极420之间的间隙中。虽然图4将弹性材料412示意性地描绘成间隔开的两个单独结构，但是在实施例中，弹性材料412可以部分地或完全填充第一电极410与第二电极420之间的间隙。在图4中所示出的弹性材料412、422的配置并非旨在以任何方式进行限制。电介质/绝缘体层414也定位在第一电极410与第二电极420之间。虽然电介质/绝缘体层414被展示成覆盖第二电极420，但是在实施例中，电介质层可以覆盖第一电极410的底侧，或者可以以另一种安排定位在第一电极410与第二电极420之间。

如在图4中所示出的，弹性材料422还定位在第二电极420与第三电极430之间的间隙中，并且电介质/绝缘体层424定位在第二电极420与第三电极430之间。在实施例中，弹性材料412可以是电介质/绝缘体层414的一部分和/或弹性材料422可以是电介质/绝缘体层424的一部分。在这种实施例中，仅一个材料层可以定位在第一电极410与第二电极420之间的间隙中，和/或仅一个材料层可以定位在第二电极420和/或第三电极430之间的间隙中。所展示的实施例并非旨在以任何方式进行限制。在实施例中，电极之间的(多个)材料层可以填充电极之间的任何间隙，从而使得电极410、420、430之间存在少量空气或不存在空气。

弹性材料412、422可以是在经受力时可变形并且在移除所述力之后返回至其初始形状的任何类型的结构。例如，在实施例中，弹性材料412、422可以包括一个或多个螺旋弹簧。在实施例中，弹性材料412、422可以包括织布，所述织布延伸穿过间隙的至少一部分并且可以在经受力时被压缩并在移除所述力之后扩展至其原始形状。在实施例中，弹性材料412、422可以具有相同的弹簧常数(k)。在实施例中，弹性材料412、422可以具有不同的弹簧常数。例如，弹性材料412可以具有第一弹簧常数(k1)并且弹性材料422可以具有大于或小于第一弹簧常数(k1)的第二弹簧常数(k2)。在实施例中，可以针对特定谐振频率来选择弹性材料412、422的弹簧常数。

电介质/绝缘体层414、424可以由还用作电极410、420、430之间的绝缘体的任何合适的电介质材料制成。在实施例中，可以使用单独的电介质层和绝缘层。例如，在实施例中，电介质/绝缘体层414包括一个电介质材料(并非绝缘材料)层，并且可以使用一个采用非电介质材料的绝缘材料的层。所展示的实施例并非旨在以任何方式进行限制。

第一电极410、第二电极420和第三电极430经由导线(比如铜线)连接至电源440。电源440与控制器450(比如在上文中所描述的控制器120)进行信号通信。控制器450可以向电源440提供指示电源440何时应该接通和断开的信号。控制器450可以另外地或替代性地与位于电源440与例如第一电极410以及第三电极430之间的开关460进行信号通信。控制器450可以向开关460提供信号，所述信号指示开关460何时应该从如在图4中所展示的打开状况移动到闭合位置以完成图4中所展示的电路。在实施例中，开关460可以定位在电源440与第二电极420之间。

在实施例中，控制器450操作电源440和/或开关460以操作静电触觉致动器400。例如，响应于控制器450向电源440提供接通的信号和/或向开关460提供从打开位置移动到闭合位置的信号，可以将电力传输至电极410、420和430。所述电力可以在第一电极410和第三电极430上生成正电荷并且在第二电极420上生成负电荷。电极上的电荷使第一电极410被吸引到第二电极420(并且/反之亦然)，并且使第二电极420被吸引到第三电极430(并且反之亦然)。此吸引可以产生将第一电极410和第二电极420朝向彼此移动和/或将第二电极420和第三电极朝向彼此移动的力。

电极410、420、430的移动也压缩了位于电极410、420、430的对应对之间的弹性材料412、422。响应于控制器450提供了被配置用于断开电源440和/或将开关460从闭合位置切换到打开位置的信号，电极失去其对应的电荷并且通过电极410、420、430的吸引生成的力消散掉。响应于通过电极410、420和430的吸引生成的力消散掉，第一电极410与第二电极420之间的弹性材料412以及第二电极420与第三电极430之间的弹性材料422解压缩电极410、420、430并将其移动回至其对应的初始静止位置。在实施例中，电极410、420、430可以在它们最终移动回至其对应的静止位置时振荡，这可能生成振动。在实施例中，控制器450可以以相同或不同的频率多次切换电源440的接通和断开，和/或在打开位置与闭合位置之间切换开关460，以生成不同的振动图案。

在实施例中，可以在一层或两层中使用不同的弹性材料，从而使得具有第一弹簧常数(k1)的弹性材料可以定位在第一电极410与第二电极420之间的一个区域中，并且具有第二弹簧常数(k2)的不同弹性材料可以定位在第一电极410与第二电极420之间的另一个区域中。在静电触觉致动器400被致动时，由于弹簧常数的不同，因此这种安排可以提供倾斜效应。可以在所述层中的每层中使用具有不同弹簧常数的弹性材料的任意组合。

在实施例中，控制器450可以传输被配置用于反转第二电极420的极性的信号，从而使得第二电极420具有与第一电极410和第三电极430相同的极性。这可以在第一电极410与第二电极420之间以及在第二电极420与第三电极430之间生成排斥力。在实施例中，所述排斥力可以将电极410、420、430返回到其初始静止位置。在实施例中，排斥力可以将电极410、420、430移动超过其初始静止位置，由此使弹性材料412、422扩展。弹性材料412、422可以被配置用于在控制器450使电力与电极410、420、430断开和/或使开关460移动至打开位置时将电极410、420、430返回到其初始静止位置。

虽然电源440、控制器450和开关460被展示为静电触觉致动器400的一部分，但是在实施例中，电源440、控制器450和/或开关460可以与静电触觉致动器400分离开。例如，电源440、控制器450和开关460可以与静电触觉致动器400分离开但包括在相关联用户界面内。所展示的实施例并非旨在以任何方式进行限制。

图5示出了静电触觉致动器500的另一个实施例。在图5中所示出的静电触觉致动器500包括与在图4中所展示的静电触觉致动器400相同的部件中的许多部件。但是，代替在电源440与第一电极410以及第三电极430之间有单个开关460，在图5中所展示的静电触觉致动器500包括位于电源440与第一电极410之间的第一开关462以及位于电源440与第三电极430之间的第二开关464。开关462、464可以被操作成串联或一致，这可以允许串联或一致地生成电极之间的吸引力。例如，控制器450可以向第一开关462发送信号以闭合第一开关462并且完成第一电极410与第二电极420之间的电路从而在第一电极410与第二电极420之间生成吸引力。在可以是非常短的延迟的延迟之后，控制器450然后可以向第二开关464发送信号以闭合第二开关464并且完成第三电极430与第二电极420之间的电路从而在第二电极420与第三电极430之间生成吸引力。在实施例中，控制器450可以同时向第一开关462和第二开关464发送信号，从而使得开关462、464同时闭合并且以与图4中所展示的单个开关460在闭合时完成电路相同的方式完成电路。控制器450可以以任何安排或配置来操作开关464、464以生成触觉效果。

在实施例中，在图3中所展示的用户界面320可以包括例如具有显示器324的8”光学键合触摸屏，并且触觉输出设备326可以是在图4中所展示的静电触觉致动器400。第一电极410、第二电极420和第三电极430可以具有与8”触摸屏相同或基本上相同的表面面积占用面积。在用户触摸触摸屏时，触摸传感器感测作为输入的触摸并且向控制器330发送信号。控制器330处理所述信号并且向电源440和/或开关460输出信号以接通电源440(如果电源440还未接通的话)并闭合开关460从而完成电路。如在上文中所描述的，第一电极410和第三电极430上的正电荷以及第二电极420上的负电荷在第一电极410与第二电极420之间以及在第二电极420与第三电极430之间产生吸引力，这使电极朝向彼此移动。然后，控制器330可以移除所述(多个)信号和/或向开关460发送另一个信号以便移动到打开位置(和/或到电源440以便断开)。作为响应，电极410、420、430之间的弹性材料412、422使电极410、420、430返回至其对应的初始“静止”位置。可以重复静电触觉致动器400的致动以产生期望的振动触觉效果。

静电触觉致动器以及具有静电触觉致动器的用户界面的说明性方法

图6是根据实施例的用于执行用于提供触觉使能的弯曲设备的方法的步骤的流程图。在一些实施例中，图6中的步骤可以在由处理器(例如，通用计算机、移动设备或服务器中的处理器)执行的程序代码中实现。在实施例中，这些步骤可以由一组处理器来实现。在实施例中，可以省略或以不同顺序执行在图6中所示出的一个或多个步骤。类似地，在一些实施例中，还可以执行在图6中未示出的附加步骤。参照关于图1和图2而在上文中描述的部件对下文中的步骤进行描述。

方法600在控制器120从输入/输出设备110中接收与输入(例如，用户输入)相关联的传感器信号时的步骤602处开始。例如，触摸传感器150可以检测接触相关联触敏表面(比如相关联触屏显示器)的物体，并且向控制器120传输传感器信号。在实施例中，控制器120可以使用输入判定模块124来接收传感器信号和/或基于传感器信号来确定用户想要的输入。

方法600在控制器120至少部分地基于传感器信号来确定触觉效果时的步骤604处继续。在实施例中，控制器120可以使用触觉效果确定模块126来确定触觉效果。在实施例中，控制器120可以至少部分地基于传感器信号来确定触觉效果。例如，控制器120可以确定与传感器信号相关联的输入。然后，控制器120可以使用查找表将输入映射到具体的触觉效果，和/或可以至少部分地使用算法来确定具体的触觉效果。

方法600在控制器120使电源向静电触觉致动器的第一电极、第二电极和/或第三电极传输电力(例如，以输出触觉效果)时的步骤606处继续。在实施例中，控制器120操作一个或多个开关以使电源向第一电极、第二电极和/或第三电极传输电力。

例如，控制器120可以操作电耦合在电源与第一电极之间的第一开关以使电力传输到第一电极。控制器120可通过向第一开关传输被配置用于在打开位置与闭合位置之间切换第一开关的第一信号来操作第一开关。作为另一示例，控制器120可以操作电耦合在电源与第三电极之间的第二开关以使电力传输到第三电极。控制器120可通过向第二开关传输被配置用于在打开位置与闭合位置之间切换第二开关的第二信号来操作第二开关。控制器120可向任何数量的开关传输将任何数量的信号以操作静电触觉致动器。

方法600在控制器120使电源与静电触觉致动器的第一电极、第二电极和/或第三电极断开电连接(例如，以输出触觉效果)时的步骤608处继续。例如，控制器120可以操作电耦合在电源与第一电极之间的第一开关以使电源与第一电极断开电连接。控制器120可通过向第一开关传输被配置用于将第一开关例如从打开位置切换到闭合位置的第一信号来操作第一开关。作为另一示例，控制器120可以操作电耦合在电源与第三电极之间的第二开关以使电源与第三电极断开电连接。控制器120可通过向第二开关传输被配置用于将第二开关例如从闭合位置切换到打开位置的第二信号来操作第二开关。

方法600在控制器120使第二电极的极性发生反转时的步骤608处继续。这可以在第一电极与第二电极之间和/或在第二电极与第三电极之间生成排斥力。所述排斥力可以使第一电极和/或第三电极移动远离第二电极。用户可以将移动理解为触觉效果的至少一部分。

在实施例中，控制器120操作电源以使第二电极的极性发生反转。例如，控制器120可向电源传输被配置用于使电源在第二电极处生成反转极性的信号。在另一个实施例中，控制器120向另一个电气部件(比如处理设备或集成电路(ic)部件)传输被配置用于使第二电极的极性发生反转的信号。例如，电气部件可电耦合在电源与第二电极之间。电气部件可以被配置用于从电源接收电力信号并且响应于来自控制器120的信号而反转电力信号或以其他方式修改电力信号以在第二电极处生成反转极性。

静电触觉致动器以及具有静电触觉致动器的用户界面的优点

实施例可以具有比其他触觉输出设备(例如，具有两个或更少电极的常规静电致动器)更大的总电极表面面积。例如由于增加的电极数量，因此相比于其他触觉输出设备，实施例还可以将电极隔开得更紧密些。结合电极之间更近的间隔，增大的总电极表面面积可以减小实现其他触觉输出设备输出的相同力所需要的封装大小和电压两者。因此，在使用更少电力并且占用更小空间时，实施例可以输出类似的力或比其他触觉输出设备更大的力。

例如，实施例可以提供相对薄的并且使用了比其他类型的触觉输出设备更少的电力的触觉输出设备，因为电力仅在对电极/板进行充电和放电时使用。相较于常规静电致动器，实施例可以提供提高的效率水平。例如，在电极的表面面积翻倍时，因为根据实施例的电极之间的间隙可以减半，因此根据实施例的具有三个电极/板的静电致动器可以生成是仅包括两个电极的常规静电致动器的高达八倍的力。

整体考虑

在上文中所讨论的方法、系统和设备是示例。各种配置可视情况省略、取代或增加各种程序或部件。例如，在替代性配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行所述方法，和/或可以添加、省略和/或组合各种阶段。而且，关于某些配置而描述的特征可以以各种其他配置进行组合。可以以类似的方式组合配置的不同方面和要素。而且，技术逐步发展，并且因此，要素中的许多要素是示例并且不限制本公开或权利要求书的范围。

在本说明书中给出了特定细节以便提供对示例配置(包括实施方式)的透彻理解。然而，可以在没有这些特定细节的情况下实践配置。例如，已经在没有不必要的细节的情况下示出了公知的电路、过程、算法、结构和技术以避免模糊配置。本说明书仅提供示例配置，而不限制权利要求书的范围、适用性或配置。相反，对配置的前述描述将为本领域的技术人员提供用于实施所描述的技术的使能描述。可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对要素的功能和安排进行各种改变。

而且，可以将配置描述为被描绘为流程图或框图的过程。虽然每个都可以将操作描述为顺序过程，但是可以并行地或同时地执行操作中的许多操作。另外，可以重新安排操作的顺序。过程可以具有图中未包括的附加步骤。此外，可由硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实施所述方法的示例。当在软件、固件、中间件或微代码中实施时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在非瞬态计算机可读介质(比如存储介质)中。处理器可以进行所描述的任务。

已经描述了若干示例配置，可以在不脱离本公开的精神的情况下使用各种修改、替代性构造和等效物。例如，以上要素可以是更大的系统的部件，其中，其他规则可以优先于或者以其他方式修改本发明的应用。而且，可以在考虑以上要素之前、期间或者之后采取多个步骤。因此，以上描述并不限制权利要求书的范围。

本文中对“被适配用于”或“被配置用于”的使用意在作为并不排除被适配成或被配置用于执行附加任务或步骤的设备的开放性和包括性语言。另外地，对“基于”的使用意味着是开放性且包括性的，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作可以在实践中基于在所述条件或值之外的附加条件或值。本文中所包括的标题、列表和编号仅为了便于解释并且不意在是限制性的。

可以在数字电子电路系统中、在计算机硬件、固件、软件或前述内容的组合中实施根据本主题的方面的实施例。在一个实施例中，计算机可以包括一个或多个处理器。处理器包括或者可以访问计算机可读介质(比如耦合至处理器的随机存取存储器(ram))。处理器执行存储在存储器中的计算机可执行程序指令，比如，执行一个或多个计算机程序(包括传感器采样例程、选择例程以及用于执行在上文中所描述的方法的其他例程)。

这类处理器可以包括微处理器、数字信号处理器(dsp)、应用专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)和状态机。这类处理器可以进一步包括可编程电子设备(比如plc)、可编程中断控制器(pic)、可编程逻辑设备(pld)、可编程只读存储器(prom)、电子可编程只读存储器(eprom或eeprom)或其他类似设备。

这类处理器可以包括介质(例如，有形计算机可读介质)或可以与其通信，所述介质可以存储指令，所述指令在由处理器执行时可以使处理器执行在本文中被描述为由处理器执行或辅助的步骤。计算机可读介质的实施例可以包括但不限于能够为处理器(比如，web服务器中的处理器)提供计算机可读指令的电子、光学、磁性或其他存储设备。介质的其他示例包括但是不限于软盘、cd-rom、磁盘、存储器芯片、rom、ram、asic、配置好的处理器、所有光学介质、所有磁带或其他磁性介质、或计算机处理器可以读取的任何其他介质。而且，各种其他设备可以包括计算机可读介质(比如路由器)、专用网络或公共网络或其他传输设备。所描述的处理器和处理可以处于一个或多个结构中，并且可以通过一个或多个结构来分散。处理器可以包括用于执行本文中所描述的方法(或方法的部分)中的一种或多种方法。

虽然本主题已经关于其特定实施例而详细地加以描述，但是将理解的是，本领域的技术人员在获得对前述内容的理解时可以容易地产生对这种实施例的变更、改变和等效物。因此，应当理解的是，已经出于示例而不是限制的目的呈现了本公开，并且如对本领域的普通技术人员而言将容易显而易见的那样，本公开不排除包括对本主题的这种修改、改变和/或添加。