[发明专利]用于提供触感反馈的电子设备和电路

说明书

相关共同未决申请

本申请涉及在2006年10月30日提交的题为“Electronic Device Providing Tactile Feedback”，发明人为Dai等人的代理案卷号 CML03907CR，序列号11/590,494的共同未决申请，该申请为本受让 人所共有。

技术领域

本发明总体上涉及电子设备，并且更具体地，涉及具有触感反馈 的便携式通信设备。

背景技术

变体用户接口将是关于下一代便携式电子设备的重要的设计考 虑。“变体用户接口”是外观随设备的用途改变(例如，从电话变为 相机、从相机变为音乐播放器、从音乐播放器变为电话灯)而改变的 接口。由于在任何给定的时间仅显示与上下文相关的功能，与当前上 下文无关的接口元素是不活跃的和隐藏的，因此该输入接口使用起来 是更简单和更直观的。变体用户接口的概念还优选地包括，当用户接 触在当前用户接口上下文中是隐藏的和不活跃的用户接口元素时，完 全没有对用户的反馈。

传统上，已使用机械圆顶开关来在用户按压键时提供触觉(触感) 反馈。然而，圆顶开关不能与变体图形用户接口一起良好地工作；因 此，触觉或活跃反馈变为关键的启动者。回转或线性振动马达可以通 过最优化的驱动算法提供各种各样的触感反馈，但是它们的类似蜂鸣 的振动形态与圆顶开关的锐利的机械喀哒声极为不同。另一方面，压 电致动器可以产生更逼真的喀哒声感觉，提供用户按压真实的物理键 的感受。该逼真的喀哒声可应用于单独的表面，产生与震动整个设备 的振动马达的“全局的”响应相反的更加“局部的”响应(如圆顶开 关)。

可替选地可被称为“局部化触觉”的该局部化触感反馈借助于手 持设备的一部分或者其部分表面的移动向用户发送触感反馈。局部致 动的触摸屏和导航键是局部化触觉的两个示例。在蜂窝电话的情况中， 反馈可以限于电话的导航键、触摸屏或者握持表面上的按钮，例如， 侧带。

在美国专利6,710,518中描述了一种类型的触觉反馈。电机械换能 器产生机械能量脉冲，该机械能量脉冲通过装配凸缘传播到整个设备。 该机构适用于提供使整个设备振动的“呼叫警报”，但是不允许针对 单独输入位置(键、按钮、箭头等)的选择性反馈。

美国专利公布2006/0050059和2006/0052143提出了另一类型的触 觉反馈。一个或多个压电致动器被典型地安放在需要被致动的输入设 备(例如，键盘或触敏显示器)下面的角处。在施加电压时，压电致 动器变形，在给定方向中推动或拉动整个输入设备。作为该移动的结 果，设备对在输入设备处操作的用户的手或手指给出触感响应。用于 该目的的最广泛使用的压电致动器是单晶片或双晶片致动器(还被称 为“弯曲器(bender)”)。单晶片致动器由与金属垫片接合的单个压 电陶瓷元件制成，而双晶片致动器包括接合在两个压电陶瓷元件之间 的金属垫片。单晶片致动器的弯曲运动来自在施加的电场下与来自金 属垫片的机械约束相对的压电陶瓷元件的面内收缩或扩张的趋势。在 双晶片致动器的情况中，两个压电陶瓷元件被驱动为，在它们各自的 平面内，一个压电陶瓷元件在另一个压电陶瓷元件扩张时收缩，引起 弯曲运动。弯曲器被典型地安放为将圆形弯曲器的边缘或者带状弯曲 器的两端锚定在基部结构上。如美国专利公布2006/0050059和 2006/0052143中说明的，具有最大移位的圆形弯曲器的中心或者带状 弯曲器的中央通常用于驱动机械负载。值得注意的是，单独的压电陶 瓷不能生成这些相对高的移位；相反地，压电陶瓷元件(多个)和金 属垫片的接合结构使得该高的移位成为可能。

使用于手持设备的压电致动器驱动电路最优化面临挑战。该电路 必须能够使用低的供电电压(例如，3V～5V)以受控的电压的上升和 下降以及时间将相当大的电容负载(例如，100纳法)驱动到100伏或 更高的峰值电压。