向用户操作的开关提供触觉反馈

申请号 CN200980108949.0 申请日 2009-01-13 公开(公告)号 CN101971277A 公开(公告)日 2011-02-09
申请人 英默森公司; 发明人 C·J·尤尔里奇; S·金斯勒-琼斯; M·莱文;
摘要 此处公开了用于给由用户切换的机电 开关 生成 触觉反馈 、可触知反馈或 力 反馈的系统和方法。在许多可能的 实施例 中的一个特定例子中,公开了一种开关反馈系统。该开关反馈系统包括用户操作的开关,该用户操作的开关可操作以便在断开状态和闭合状态之一间切换。该开关反馈系统还包括与用户操作的开关电气通信的 电路 ,其中所述电路配置为对用户操作的开关的状态改变做出反应。该系统还包括与用户操作的开关电气通信并与用户操作的开关物理通信的触觉反馈设备。该触觉反馈设备配置为检测用户操作的开关的状态改变,并且响应于检测到的状态改变向用户操作的开关提供触觉反馈。
权利要求

1.一种开关反馈系统,包括:
配置为在至少两种状态之间转换的用户操作的开关;
与所述用户操作的开关电气通信的电路,该电路配置为对所述用户操作的开关的状态改变做出反应;和
与所述用户操作的开关电气通信并且与所述用户操作的开关机械通信的触觉反馈设备;
其中所述触觉反馈设备配置为检测所述用户操作的开关的状态改变,并且响应于检测到的状态改变,向所述用户操作的开关提供触觉反馈。
2.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述用户操作的开关和所述触觉反馈设备彼此物理地分离。
3.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述用户操作的开关是配置为在多个状态之间转换的多状态开关。
4.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述电路和所述触觉反馈设备彼此电气并联。
5.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述用户操作的开关包括第一接触机构和第二接触机构,所述第一接触机构和第二接触机构彼此电绝缘,所述第一接触机构与所述电路电气通信,并且所述第二接触机构与所述触觉反馈设备电气通信。
6.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述用户操作的开关是机械开关。
7.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述用户操作的开关是膜片开关。
8.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述用户操作的开关是触摸屏设备的一部分。
9.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述用户操作的开关是瞬态开关。
10.如权利要求1所述的开关反馈系统,其中所述触觉反馈设备与多个用户操作的开关电气通信,并且与所述多个用户操作的开关机械通信,并且其中所述触觉反馈设备配置为响应于检测到所述多个用户操作的开关中的一个用户操作的开关的状态改变,向所述多个用户操作的开关提供触觉反馈。
11.一种触觉反馈设备,包括:
配置为与开关电气通信的电气接口,所述电气接口包括用于检测所述开关的传导状态的装置;和
配置为与所述电气接口电气通信并且与所述开关机械通信的机械接口,所述机械接口包括用于与所述开关机械耦合的装置,以及用于执行机械耦合装置的运动的装置;
其中所述机械接口配置为基于所述开关的传导状态,向所述开关的至少一部分施加
12.如权利要求11所述的触觉反馈设备,其中所述用于检测所述开关的传导状态的装置确定传导状态何时从导电状态改变为不导电状态,或从不导电状态改变为导电状态。
13.如权利要求11所述的触觉反馈设备,其中所述开关是常开开关,并且所述用于检测所述开关的传导状态的装置确定所述常开开关何时闭合。
14.如权利要求11所述的触觉反馈设备,其中所述电气接口还包括用于处理与所述开关的传导状态有关的信息的装置。
15.如权利要求11所述的触觉反馈设备,其中执行装置提供震动触觉效果。
16.如权利要求11所述的触觉反馈设备,其中所述用于机械耦合的装置包括印刷电路板
17.如权利要求16所述的触觉反馈设备,其中所述开关和执行装置安装在所述印刷电路板上。
18.一种方法,包括:
检测机电开关的状态;
确定所述机电开关的状态改变;和
经由机械耦合给所述机电开关施加物理力。
19.如权利要求18所述的方法,其中施加所述物理力还包括:
当发生状态改变时创建触觉反馈信号;和
响应于所述触觉反馈信号施加触觉反馈。
20.如权利要求18所述的方法,其中所述机电开关是常开开关,并且其中检测所述机电开关的状态和确定所述机电开关的状态改变包括:
确定所述常开开关何时闭合。
21.如权利要求18所述的方法,其中所述物理力足以被与所述机电开关的一部分相接触的用户感知到。
22.如权利要求18所述的方法,其中以从确定状态改变时的时刻起30ms或更短的延迟施加所述物理力。
23.如权利要求22所述的方法,其中所述延迟约为10ms。

说明书全文

向用户操作的开关提供触觉反馈

技术领域

[0001] 本公开一般地涉及可以在断开状态和闭合状态之间手动切换的开关。更具体地,本公开涉及用于向这种开关提供触觉反馈的系统和方法。

背景技术

[0002] 机电开关常见于电路中,以便使得用户能够控制电路的某些方面。一般地,机电开关包括由用户操作的机械组件。该机械组件通常被配置为移动可以在两个金属触点之间形成电连接或断开电连接的电气组件。机电开关的一些例子包括切换开关、条形开关、按钮开关、摇杆开关、键盘开关等。在日常生活中可以遇到这些和其它类型的开关,并且可以在安装在墙壁上的灯开关、电梯按钮、照明开关、电话按钮等中发现它们的应用。
[0003] 随着近年来许多电子设备的设计已被微型化,已经开发了较新类型的开关。例如,手持电子设备,诸如视频游戏设备、智能电话、个人数字助理(PDA)等,通常包括小按钮开关的阵列,以便允许用户输入。在许多应用中,使用揿按(snap)圆顶开关,以便当按钮被按压时向用户提供能够触知的“揿按”感觉。这种感觉给予用户输入已被接受的一种类型的确认。然而,在诸如触摸屏的其它应用中,并且在某些手持设备中,屏幕或按钮可能被设计为不提供用户可触知的感觉。不幸的是,用户可能难以知道何时输入被实际接收,并且可能必须反复按压或触摸屏幕,以便成功地进行输入。发明内容
[0004] 本公开描述了用于向用户操作的开关提供触觉反馈的系统和方法。在此处公开的几种可能实施例中的一个实施例中,开关反馈系统包括用户操作的开关,该开关可操作用以在断开状态和闭合状态之一间切换。该系统还包括与用户操作的开关进行电气通信的电路。该电路被配置为对用户操作的开关的状态改变做出反应。该系统还包括与用户操作的开关电气通信并且与用户操作的开关物理通信的触觉反馈设备。该触觉反馈设备被配置为检测用户操作的开关的状态的改变,并且响应于检测到的状态改变,向用户操作的开关提供触觉反馈。
[0005] 在审阅下面的详细描述和附图之后,本领域的普通技术人员将明了此处未明确公开的本公开的其它特征、优点和实现。本公开的这些隐含实现旨在被包含在此。

附图说明

[0006] 下列附图中的组件不必是按比例绘制的。而是,重点在于清楚地示出本公开的一般原理。出于一致性和清楚起见,在必要时在所有附图中重复指示相应组件的参考字符。
[0007] 图1是示出了根据一个实施例的开关反馈系统的方框图
[0008] 图2是示出了根据一个实施例的图1所示的触觉反馈设备的方框图;
[0009] 图3是示出了根据一个实施例,开关和执行器之间的机械耦合的例子的图示;和[0010] 图4是示出了根据一个实施例,用于向开关提供触觉反馈感觉的方法的流程图

具体实施方式

[0011] 虽然各种电子设备通常包括允许用户输入信息的不同类型的按钮和/或开关,但是许多按钮和开关不是特别用户友好的。对于数据输入,某些电子设备包括触摸屏,触摸屏包括可以显示可由用户选择的若干选项的显示设备。这些触摸屏对施加在屏幕上的按压敏感,所述按压作为对一个选项的选择而被接收。然而,由于用户可能不知道屏幕的触摸灵敏性,输入信息的尝试可能未被记录。
[0012] 在其它应用中,手持设备通常包括具有小外型因子的按钮和/或开关的阵列。许多这些设备被设计为不具有与通常在较大尺寸比例上遇到的按钮或开关相同的机械感觉。机电开关通常包括机械组件,这些组件具有点击停止、机械阻或用于向用户证实输入已被接收的其它感觉。由于在不知道开关对触摸的灵敏性时使用这些开关和按钮的困难,用户可能必须多于一次地按压按钮才能输入所希望的输入。
[0013] 本申请公开了用于通过向用户正在操作的开关提供触觉反馈,克服这些缺陷的系统和方法。当用户手动改变开关的状态时,可以使用触觉提供反馈。触觉还可被用于指示开关何时是有效的或无效的。在其它应用中,可以使用触觉传达一个值或功能何时在最小和最大界限内被改变。
[0014] 不可避免地,将在开关的实际转换和开关状态改变被处理以便创建触觉反馈的时刻之间体验到延迟。然而,本公开描述了可以具有短的延迟,从而用户可以在用户仍然触摸按钮或开关时感觉到反馈感觉的系统。在非常短的延迟内诸如大约25-30ms左右提供的反馈通常被察觉为与切换开关的实际物理动作同时发生。在这样短的延迟内,用户通常仍然与开关物理接触,从而能够感觉到该反馈。下面的描述包括用于向用户操作的开关提供触觉反馈的可操作实施例和实现。
[0015] 图1是示出了开关反馈系统10的实施例的方框图,开关反馈系统10被配置为向开关提供触觉或可触知的感觉。在这个实施例中,开关反馈系统10包括用户操作的开关12、电路14和触觉反馈设备16。用户操作的开关12例如可以是机械开关、电气开关、机电开关或其它适合类型的开关。机械开关的一些例子包括可按压按钮、键盘或小键盘上的按键、瞬态(常开或常闭)开关、切换开关等。在其它实施例中,用户操作的开关12可以是膜片开关.用户操作的开关12的其它例子可以包括作为触摸屏设备,或具有与触摸响应输入机制相结合的输出显示器的其它交互式显示设备的一部分的设备。
[0016] 用户通过诸如以手指接触用户操作的开关12的机械部分来操作该用户操作的开关12。用户的接触可以是诸如通常用于按钮或按键按压力,或诸如通常用于切换开关的横向力的形式。另外,用户操作的开关12可以包括用于基于用户手指与传感器的接触,感测电阻或电容的改变的传感器。另外,可由开关感测来自用户手指的热的测量。用户操作的开关12可以包括用于感测用户何时接通或关闭开关的这些或其它适合的特征。
[0017] 作为用户激活的结果,用户操作的开关12可以改变状态。例如,用户操作的开关12可以处于“断开”状态,其相应于不导电状态。另一方面,用户操作的开关12可以处于“闭合”状态,其相应于导电状态。在某些实施例中,用户操作的开关12可被配置为瞬态开关。在这种情况下,用户临时改变开关的状态,直到用户释放对开关的按压,此时开关返回其正常状态。在其它实现中,用户操作的开关12可以是能够有一种或几种可能配置的多状态开关。
[0018] 在一种典型方式中,用户操作的开关12控制电流到电路14的流动。电路14可以代表任意适合的电子设备或电路,其中一个或多个开关可被手动的从一个状态切换到另一个状态,或被瞬态转换到另一个状态。对此而言,电路14可以是任意常规或标准电路。用户操作的开关12的状态的改变以二进制方式,即导电或不导电方式来控制电路14。
[0019] 除了图1的实施例的常规组件之外,开关反馈系统10还包括与用户操作的开关12连接的触觉反馈设备16。例如,触觉反馈设备16可与电路14并联。在其它实施例中,触觉反馈设备16可被连接到用户操作的开关12的不同部分,以便检测开关何时相对于电路14改变状态。触觉反馈设备16还可被连接到电路14的上游,并且可以根据电路14或其它相关电路内的某些系统状态、网络事件等做出响应。
[0020] 响应于检测用户操作的开关12何时改变状态,触觉反馈设备16向用户操作的开关12提供触觉或可触知的感觉。因此,触摸用户操作的开关12的用户可以感觉到由触觉反馈设备16产生的感觉。另外,可以相对于用户操作的开关12改变状态的时刻以非常小的延迟提供触觉感觉,以便用户可以在接触用户操作的开关12的同时感觉到该感觉。具体地,触觉反馈设备16能够自用户改变用户操作的开关12的状态的时刻起在少至大约10ms内提供触觉感觉。
[0021] 图2是参考用户操作的开关12的至少一部分,示出了图1所示的触觉反馈设备16的实施例的方框图。在这个实施例中,触觉反馈设备16一般地包括电气接口20和机械接口22。电气接口20可以包括例如开关状态检测设备24和处理设备26。在其它实施例中,可以使用能够感测开关何时改变状态的组件的不同组合,并且向用于为任意类型的开关设备提供触觉感觉的机构提供控制信号,由此来配置电气接口20。这个实施例中的机械接口22包括执行器28和机械耦合30。虽然机械耦合30在图2中被以幻影(phantom)示出,但是应当理解,机械耦合30可以包括用于把来自执行器执行器28的物理力转移到用户操作的开关12主体的一部分上的任意适合的物理结构。具体地,机械耦合30可以向整个用户操作的开关12或者代替地集中于开关的一部分来提供力。
[0022] 如图2所示,用户操作的开关12被示意地表示。然而,应当理解,用户操作的开关12可以包括其它开关机构或电路,诸如基于晶体管的组件,它们可被使用其它示意符号表示。另外,如图所示,用户操作的开关12的这一部分可以包括本身不包括电气形成或断开电流的实际开关机构的一部分。另外,机械耦合30可以从执行器28向用户操作的开关12的任意适合部分施加力,并且机械耦合30不必包括用于检测开关状态的部分。
[0023] 开关状态检测设备24实质上检测用户操作的开关12的状态何时从一种状态改变到另一种状态,即,从断开到闭合,或从闭合到断开。开关状态检测设备24可以包括用于检测这种状态变迁的任意适合的电气或逻辑感测组件。响应于检测到的状态改变,开关状态检测设备24向处理设备26发送指示信号,指出开关状态已被改变,或开关当前的断开或闭合状态。
[0024] 处理设备26配置为处理来自开关状态检测设备24的指示信号。根据使用的用户操作的开关12的类型,处理设备26确定是否激活执行器28,以便向开关提供触觉感觉。处理设备26还确定执行器28应当给开关施加何种类型的触觉感觉。例如,基于关于切换开关状态的某些预定因素,处理设备26可以指示执行器28提供任意数目的不同类型的感觉。例如,通过指示振荡频率或幅值,处理设备26可以模拟出不同感觉。在某些实施例中,处理设备26可以包括对某些开关状态状况的预设响应。在其它实施例中,处理设备26可以被编程以便创建开关状态和触觉响应之间的唯一关联。
[0025] 执行器28可被配置为被关联于能够接收一个或多个电信号并产生任意类型机械运动的任意适合类型的设备,诸如例如,线性谐振执行器(LRA)、压电执行器、电致动聚合物、形状记忆合金等。执行器28可以提供振荡、振动、震动触感等,以便提供物理力。在某些实施例中,执行器28可以包括可绕着一个轴旋转的具有重力偏心的旋转组件。
[0026] 由执行器28产生的力被通过机械耦合30转移到用户操作的开关12。在某些实施例中,执行器28可被机械地耦合到多个开关,并且在其它实施例中,多于一个执行器28可被机械地耦合到一个开关。机械耦合30可以包括任意类型或组合的印刷电路板支撑件、臂、旋转件、齿轮或其它适合的力传递设备,以便有效地向用户操作的开关12提供力。
[0027] 处理设备26可以是通用或专用处理器或微控制器,并且可以执行存储在可访问存储器上的软件,所述存储器包括用于存储信息、数据和/或指令的内部固定存储装置和/或可移除存储介质。存储器组件内的存储装置可以包括用于存储软件程序的易失存储器和/或非易失存储器的任意组合,所述软件程序使得处理设备26能够执行将某些开关状态与适合的触觉反馈响应相匹配的程序步骤(procedure)。这些程序步骤或可执行逻辑指令可被包含在任意适合的计算机可读介质内,以便由处理设备26执行。如此处描述的,计算机可读介质可以包括可以在可测量时间长度内存储程序或软件代码的任意物理介质。
[0028] 各种逻辑指令可被包括在处理设备26或相关存储器内。部分或全部处理设备26可被以硬件、软件、固件或其组合实现。当被以硬件实现时,可以使用例如离散逻辑电路专用集成电路(ASIC)、可编程阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)等或其任意组合实现逻辑指令。
[0029] 图3是示出了被机械耦合到执行器的开关的实施例的图。在这个例子中,第一印刷电路板36支撑开关38,并且第二印刷电路板40支撑执行器42。图3还示出了操作开关38的用户44的手指。用户44接触开关38,并且给开关38的一部分施加压力,使得开关38改变状态。在某些实施例中,开关38可以是常开开关,诸如揿按圆顶开关,当揿按圆顶的金属部分向相反方向变形时,其被揿按到闭合或导电状态。当金属部分被压缩超过其稳定阈值级别时,用户44可以感知到这种开关的揿按感觉。当压力释放时,金属部分弹回其通常的形状,从而断开开关38,并且创建不导电状态。
[0030] 在用户44按压开关38时,可以检测开关状态的改变。响应检测状态的改变,向执行器42发送信号,提示执行器42向开关38自身提供触觉感觉。执行器42的运动或振荡的机械力通过第二印刷电路板40被传递到第一印刷电路板36。由于开关38安装在第一印刷电路板36上,开关38体验到施加到第一印刷电路板36上的力。自然,从开关38的状态改变的时间到开关38体验到机械力的时间存在一个延迟。这种延迟可被保持为最小,从而用户44能够在按压开关38的同时感知到开关38的物理运动。另外,通过减少这种延迟,执行器42可以向用户44提供这样一种感觉,该感觉更清楚地传达该感觉与开关38的按压有关。例如,当两个事件间隔间隔至少35ms时,人们通常不会认为这两个事件之间有关联。本公开的实施例可以在大约10-30ms内提供一种感觉,从而允许用户44感知到开关38的按压和该触觉感觉是相关的。
[0031] 在某些实施例中,第一印刷电路板36和第二印刷电路板40是被以任意适合的机械耦合连接的分离的板。在其它实施例中,第一印刷电路板36和第二印刷电路板40是相同的板。
[0032] 图4是示出了向操作开关的用户提供触觉感觉的方法的一个实施例的流程图。在方框50,检测开关的状态,即,断开或闭合。在判断框52,确定开关的状态是否已被改变。如果未检测到改变,方法循环回到方框50,以便检测开关状态,直到改变发生为止。当在方框52中确定状态改变时,方法进入方框54,方框54指示创建触觉反馈信号。触觉反馈信号的创建可以直接依赖于在方框50和52中确定的开关状态改变的情况。触觉反馈信号被提供给适合的设备,并且如方框56所示,触觉反馈经由机械耦合施加到该开关上。
[0033] 图4的方法包括与被用于电气设备中的开关的两类主要交互。第一交互是对开关的导电状态的电气检测。在导电状态,开关被称为处于闭合情况或状态。在不导电状态,开关被称为处于断开情况或状态。与开关的第二交互涉及开关借助物理运动的机械运动。基于开关状态的改变,此处描述的力反馈系统给开关提供接触开关的用户可以感知到的力。由于处理的低延迟,力反馈系统可以在用户仍然接触开关时提供力,并且因此用户可以感知到该机械力。
[0034] 应当理解,此处描述的步骤、处理或操作可以代表能够被以软件或固件实现的任意模或代码序列。对此而言,这些模块和代码序列可以包括用于执行物理组件内的特定逻辑步骤、处理或操作的命令或指令。还应当理解,此处描述的一个或多个步骤、处理和/或操作可被大体同时地,或如本领域普通技术人员将会理解的,被以不同于明确描述的顺序执行。
[0035] 此处描述的实施例仅表示实现的例子,并且不旨在将本公开局限于任意特定的实施例。而是,如本领域普通技术人员将会理解的,可以对这些实施例进行各种修改。任意这些修改旨在被包括在本公开的精神和范围内,并且受到下面的权利要求的保护。
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