触感用户接口输入设备.pdf

一种触觉/触感输入，其中机械用户接口输入的行为和/或出现被配置为适应于电子设备的功能和环境以向用户提供反馈和提示。在需要时使例如按钮、滑块、操纵杆和其它输入设备的机械输入出现在用户接口的表面上。

1.  一种装置，包括：
具有表面区的输入，配置用于根据电子设备的给定功能来更改它的表面拓扑形状特征，以便提供与所述给定功能对应的触觉操作输入。

2.  如权利要求1所述的装置，其中所述输入表面区布置于适当衬底的表面的可变形部分中。

3.  如权利要求2所述的装置，其中所述输入设备还被配置为使得所述输入表面区拓扑形状与所述衬底的所述表面齐平以指示不可用操作输入状态，而从所述衬底的所述表面突出以指示可用操作输入状态。

4.  如权利要求2所述的装置，其中所述衬底的所述可变形部分由适当弹性体材料制成。

5.  如权利要求4所述的装置，其中所述输入还被配置为以便形成和限定与致动机构一起布置的接触表面区，所述致动机构与所述接触表面区协作接合，以便使所述接触表面区从所述衬底表面突出从而触觉识别所述输入的存在，并使所述接触表面从所述衬底退回从而触觉识别所述输入的消失。

6.  如权利要求1所述的装置，还包括多个输入，其中根据所述电子设备的给定操作模式有选择地启用所述多个输入中的第一数量的输入，而根据所述电子设备的另一给定操作模式有选择地启用所述多个输入中的另外数量的输入。

7.  如权利要求1所述的装置，其中所述输入表面区还被配置用于提供压力可变的触觉操作输入，使得更大的按压力对应于报警从而对所述输入的所述给定功能的条件做出响应。

8.  一种输入模块，包括：
衬底，在所述衬底的可变形部分中具有至少一个限定接触表面，以及
致动器机构，适当地布置和配置用于更改所述衬底在所述至少一个限定接触表面区的表面拓扑形状。

9.  如权利要求8所述的输入模块，其中所述衬底的所述可变形部分是适当的弹性体材料。

10.  如权利要求8所述的输入模块，其中所述衬底在所述至少一个限定接触表面区的所述表面拓扑形状突出超出定义了输入键的所述衬底的表面拓扑形状。

11.  如权利要求8所述的输入模块，其中所述致动器机构还包括布置用于在所述至少一个限定接触表面区向所述衬底施加驱动力的压电电机。

12.  一种方法，包括：
衬底表面拓扑形状响应于从衬底表面形状更改机构施加的力在所述衬底的可变形部分中具有至少一个限定接触表面区，以及
接触表面区响应于从所述衬底表面拓扑形状更改机构施加的所述力从所述衬底的所述可变形部分突出以便提供触觉操作输入。

13.  一种设备，包括：
表面拓扑形状更改装置，用于改变衬底的拓扑形状，所述拓扑形状在所述衬底的可变形部分中具有至少一个限定接触表面区，以及
接触表面装置，用于响应于所述表面更改装置从所述衬底的所述表面拓扑形状突出以便提供触觉操作输入。

触感用户接口输入设备
技术领域
本发明总体涉及输入设备，并且具体地涉及触觉/触感输入设备，而且更具体地涉及用于电子设备的触觉/触感用户接口输入设备。
背景技术
对于创建具有可选多个功能的电子设备、特别是移动电话设备存在强烈需求，所有这些功能需要通常通过如下触觉/触感输入设备来提供的用户接口，该触觉/触感输入设备包括持久地存在于设备的用户接口表面上的按钮、滑块、操纵杆和接触单元。对设备的状态、可用性和功能一般可视地加以标识，例如利用由设备中的软件控制的发光体和标记来标识它们。输入设备持久地存在于用户接口的表面上并且在所有环境和条件下可用，这由于需要指示设备不可用或者执行过(数个可用命令中的)给定命令而造成用户的错误和困惑。视觉标识不适合于视障用户，这影响了设备供此类用户的可用性。通过设备中的机械变化、例如通过滑动、铰接或者扭转或者本体部分在某些模式中隐藏某些输入设备或者使某些输入设备不可见，这增添了设备的尺寸和成本。从用户的认知负担以及样式的观点来看需要使设备尽可能整齐有序。
发明内容
根据本发明的一个广义方面，呈现一种触觉/触感输入设备的新颖概念，其中机械用户接口输入的行为和/或出现被配置为通过软件部件来适应于电子设备的功能和环境以向用户提供反馈和提示。在需要时使用于实施本发明的机械输入例如按钮、滑块、操纵杆和其它输入设备出现在用户接口的表面上。
在又一方面中，该输入被配置用以基于例如以下环境来改变它的行为：按钮在功能不可用时在用户接口表面变得不可用，以及仅在对应功能可用时该按钮才在用户接口表面被调出并且变得可用；按钮在功能不可用时无法被按压或者操作并且它被冻结或者变得固定而无法移动；接触压力可变，随着关联参数的值为高或者迫近限制而使按钮更加抵抗移动。
在又一方面中，如例如给定键或者按钮这样的输入的表面或者接触表面区的拓扑形状根据电子设备的给定功能来更改它的接触表面特征，以便在该输入活跃时提供触觉/触感输入。实质上，该输入的表面区在输入不活跃时是平坦或者凹陷而在输入活跃时隆起。也可以使输入表面拓扑形状反复改变以引导用户(如视障用户)来吸引用户的注意、使用户注意显示屏上或者电子设备上的某一预期方向。也可以使输入设备表面拓扑形状通过受控有节奏的移动向用户提供模拟反馈以产生用户愉悦和/或支持活动对象的概念来执行辅助任务。
电子设备可以被例如配置用于作为移动终端、音乐播放器、个人助理、游戏单元或者其它此类电子设备来操作，并且包括比如相机功能性、GPS功能性这样的功能和特征以及消费公众所知的其它功能和特征。
附图说明
实施本发明的用户接口输入的附加特征和益处将从结合附图的以下描述中变得容易理解，在附图中：
图1是示出在不可用操作位置的实施本发明的输入设备的示意透视局部图；
图2是示出在可用操作位置的图1的输入设备的示意透视局部图；
图3是实施本发明的输入设备的电子设备的示意侧视图；
图4是图3中所示电子设备的顶视平面图；
图5是示出在不可用操作位置的实施本发明的输入设备的沿着图4中的线5-5获得的示意横截面图；
图6是示出在可用操作位置的本发明的输入设备的在图3中呈现的电子设备的示意侧视图；
图7是图6中所示电子设备的顶视平面图；
图8是示出在可用操作位置的实施本发明的输入设备的沿着图7中的线8-8获得的示意横截面图；
图9是从输入设备可以与之一起使用的电子设备的下侧观察的本发明的输入设备的一个实施方式的分解示意图；
图10是从输入设备可以与之一起使用的电子设备的上侧观察的本发明的输入设备的一个实施方式的分解示意图。
具体实施方式
现在参照附图并且进一步详细地考虑本发明，在图1和图2中图示了并且用10大体地表示实施本发明的输入设备的示意透视局部图，其中在图1中示出在不可用操作位置的输入设备10，而在图2中示出在可用操作位置的输入设备10。在本例中，电子设备如移动电话包括大体地表示为12的印刷电路板，该印刷电路板承载各种电子部件、存储器设备、控制器和为了实现电子设备的预定功能而必需的其它关联部件。为了举例说明的目的，印刷电路板12在印刷布线板12的表面16上包括弹片开关14，该弹片开关如本领域技术人员公知和理解的那样在弹片开关14被操作时用以实现电路路径。大体表示为18的用户接口或者小键盘被适当地定位并且由电子设备承载，并且在本例中由弹性体/刚性含两个部件的塑料部分制成，其中大体表示为20的弹性体部分可变形并且被配置用以在表面22之上伸展或者膨胀，使得表面拓扑形状接触区24在输入设备10活跃或者处于第一操作状态时限定键26、26，如图2中所示。
作为致动器机构，如例如大体表示为30的压电电机被适当地装配到印刷电路板12，并且包括沿着压电电机30的纵长方向轴向地延伸的轴32。大体地表示为34的片簧钢带具有附接到印刷电路板12的一端36和它的适当地附接到压电电机30的轴32的相对端，其中例如通过将该端38插入到轴32中形状和尺寸互补的凹陷40。片簧钢带34略成“C”形并且位于弹片开关14上方。片簧钢带34与限定键24的弹性体部分20的向下延伸底座42接触。当在朝着如方向箭头44所示印刷电路板12的表面的方向向下按压或者以别的方式推动键24时，底座42的底部46接触片簧钢带34，从而推动它与弹片开关14接触以操作开关14。当从键24撤除向下压力时，片簧钢带34返回到它的“C”形配置，从而向上推动底座42以使键24可用。
在键24不可用的情形中，例如当电子设备没有与可用于所选特定模式的键24关联的给定功能时，键24的表面区拓扑形状26与用户表面18的表面22齐平，这指示该键不可用。当压电电机30的轴32在如旋转箭头50所示顺时针方向旋转使得片簧钢带34的端部38随着轴32旋转、由此缩短片簧钢带34的长度、使带34变平和迫近印刷电路板12的表面16、撤除弹性体底座42上的向上偏置时，允许限定键24的弹性体部分返回到它的未伸展状态。如图1和图2中所示，轴32可以容纳多个片簧钢带34，各片簧钢带与键24关联，并且根据本发明的输入设备10与之一起使用的电子设备的要求来确定键24的数目。
可以与本发明的输入设备一起利用的压电电机例如在SquiggleMotor这一注册商标名下产自于New Scale Technologies公司用以提供上述键的所期望的致动以及出现和消失。本领域技术人员充分地理解这样的压电电机的操作，而读者可以参考通过援引结合于此的制造商文献以获取对压电电机及其操作的更具体描述。
现在参照图3-8，图中图示了并且用100大体地表示实施本发明的输入设备的电子设备如移动电话，其中出于说明的目的而仅图示了电子设备100的大体表示为102的盖部分。电子设备100包括在盖102中适当地布置和承载的印刷电路板104。在盖102的向外侧108上适当地布置和承载大体地表示为106的弹性体/刚性含两个部件的塑料部分小键盘。小键盘106包括其向外表面114与小键盘106的表面110基本上齐平的弹性体部分112。实施本发明的输入设备大体地表示为120，并且在小键盘106的弹性体部分112的区域中位于电子设备100的一端。弹性体部分112包括长度足以接触片簧钢带130的向下延伸底座118，该片簧钢带具有连接到印刷电路板104的一端132和如下的相对端134，该相对端适当地附接到装配于印刷电路板104上的大体地表示为138的压电电机或者其它适当致动器的轴136。片簧钢带130位于和布置于印刷电路板104上承载的弹片开关140上方和底座118之下，使得片簧钢带130位于底座118与弹片开关140之间。如图3-5中所示，由弹性体部分112限定的键不可取用也无法使用。
参照图6-8，图中图示了图3-5中所示电子设备100，其中激活实施本发明的触觉/触感输入设备，以通过使接触表面区152的拓扑形状在用户接口或者小键盘106的表面拓扑形状114之上膨胀或者凸出，来使键或者按钮150可供取用和使用。在这一情形中，使压电电机138的轴136沿如箭头154所示逆时针方向旋转，从而允许片簧钢带130增加它的长度使得允许它返回到它的“C”形状态，由此沿箭头156所示方向向上推动弹性体部分112的底座118，以使键150形成于用户表面的弹性体部分112的表面114中。
现在参照图9和图10，在图9中示出了从下侧观察的图3-8中所示电子设备100的分解示意图，而在图10中示出了从上侧观察的该分解示意图，其中相同的附图标记对应于相似部分。如图所示，可以将小键盘106的弹性体部分112模制或者成形为适应如盖102中的孔限定的特定电子设备的要求，从而与片簧钢带130和弹片开关140对准。也应当认识到弹片开关140不是必需的，并且可以通过片簧钢带130来产生电接触以实现由弹片开关进行的电路连接。
也应当认识到可以将小键盘106制作为具有刚性部分和弹性体部分的单个模制单元，或者可以是与片簧钢带接触的刚性活塞以在带和弹片开关上向下推动。
也应当认识到在小键盘118的弹性体部分112中形成的底座118可以连接到片簧钢带130以在小键盘106的表面拓扑形状中实现凹键。
下文描述实施本发明的触觉/触感输入设备的数个使用例子以便提供对本发明更完全的理解。
例1
在本例中，移动电话处于电话或者通信模式而用户接口表面平坦。当移动电话切换到相机模式时，相机触发按钮出现在用户接口的表面上。如果相机功能在移动电话中可用，但是在可以拍摄图像之前需要做一些事情，则可以将按钮暂时锁定到向上状态，以指示在校正或者留心需要关注的事物之前不能拍摄图像。例如，可以更改或者增加相机触发按钮上的按压力以提供用于图像的存储器不足的报警，这需要向按钮上施加更多按压力以拍摄图像。所需的增加按压力指示应当注意存储器的状态。
例2
在本例中，移动电话处于电话或者通信模式而用户接口表面拓扑形状平坦。当移动电话切换到媒体播放器模式时，与可用功能对应的媒体播放器按钮(如播放/下一个/前一个)在用户接口表面拓扑形状上出现和伸出。如果用户在第一音轨上，则前一个按钮不可用。也可以通过接通用于这一按钮接触表面区的背光来强调功能可用。
例3
在本例中，移动电话设备处于电话或者通信空闲模式而用户接口表面拓扑形状平坦。当移动电话接收来电呼叫时，应答按钮出现在用户接口表面上。由于应答功能需要用户的立即注意，所以可以使按钮通过部分地移动以引起用户的触感或者视觉注意来指示紧急。用户通过按压按钮来应答呼叫，而按钮然后从用户接口表面消失，并且用于结束呼叫的另一按钮出现在用户接口表面上。
在上述例子中，将认识到按钮在用户接口表面上的出现指示关联功能可用，而由于按钮仅在功能可用时才出现，所以避免用户在他/她并不打算操作按钮的情形中将意外地按压这一按钮。另外，避免按钮的机械伸出，并且在将移动电话设备插入或者滑动到口袋中时并不引起妨碍。
本领域技术人员应当认识到有其它机构和方法可以用来更改表面区形状以便提供实施本发明的触觉/触感输入。例如，可以在衬底表面与柔性材料涂层之外夹入可以利用电、磁或者温度来进行控制以改变粒子移动、柔性或者其它特征的粒子阵列。阵列形成可视的和触觉上可检测的诸如按钮、滑块等输入设备。可以通过多种技术来实现适应。
在一个例子中，可以改变在输入设备内某些部分之间磁场的极性，使得这些部分相斥以产生拓扑堆积(topological hill)即活跃键，或者使之相吸以使隆起变平即让键不活跃。
在另一例子中，可以直接适应于形成普通小键盘的弹片键的材料以更改弹片键的表面拓扑形状。
在又一例子中，按照温度计原理可以使用双金属材料以通过根据由设备产生和启动的温度变化使双金属材料部分伸直和卷曲，从而造成双金属材料使表面拓扑形状相应地改变来使键隆起或者突出。
在又一例子中，在衬底材料中适当地嵌入热活跃液体以通过加热物质以使它从固体变为液体来更改表面拓扑形状从而改变液体的体积，以及反之亦然。
将认识和理解在上述所有实施中膨胀的程度或者数量和对来自用户手指的压力的抵抗性可以自适应从而适应和实现所需操作特征。