專利名稱：用于檢測(cè)用戶輸入的方法和設(shè)備的制作方法
用于檢測(cè)用戶輸入的方法和設(shè)備對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是在2009年12月2日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/629，658的部分繼續(xù)申請(qǐng)。本申請(qǐng)要求美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/629,658以及在2009年12月2日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/629, 629的優(yōu)先權(quán)。這些申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用，包含于此。
背景技術(shù)：
用戶接口接收用戶輸入，并處理用戶輸入以提供用戶與機(jī)器之間的交互。在某些用戶接口上，輸入機(jī)構(gòu)給用戶提供直接的機(jī)械反饋。例如，需要特定大小的力來(lái)按下機(jī)械按鈕。在松開時(shí)，按鈕還會(huì)以特定大小的力彈回，并且用戶能夠感覺(jué)到回彈力。在其他用戶接口(例如，觸摸屏)上，輸入機(jī)構(gòu)不提供直接的機(jī)械反饋。在典型的觸摸屏中，輸入機(jī)構(gòu)是硬玻璃或塑料表面，所述輸入結(jié)構(gòu)不屈從于與觸摸輸入有關(guān)的壓力。因此，可以提供獨(dú)立的機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)。 除了提供機(jī)械反饋外，用戶接口通常還提供視覺(jué)或聽覺(jué)反饋。例如，在觸摸屏上，顯示器可以顯示輸入確認(rèn)圖像，例如，高亮的菜單選項(xiàng)。傳統(tǒng)的用戶接口通常無(wú)法向用戶提供最優(yōu)的反饋?lái)憫?yīng)。如果反饋機(jī)制對(duì)不同輸入產(chǎn)生統(tǒng)一的響應(yīng)，例如，每當(dāng)按鈕被按壓時(shí)都以相同的方式振動(dòng)，則因?yàn)樵擁憫?yīng)并不足夠具體，用戶無(wú)法單獨(dú)依靠反饋機(jī)制來(lái)將輸入?yún)^(qū)分開。當(dāng)反饋耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)以致未達(dá)到用戶(即反饋延遲)時(shí)，還可能發(fā)生失效。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的裝置的框圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的另一種裝置的框圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的方法的流程圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于分析用戶輸入的方法的流程圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的裝置的電路示意圖。圖6是在圖5的裝置中的一組設(shè)備構(gòu)件的電路示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的設(shè)備的截面圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的設(shè)備的頂視圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的另一種設(shè)備的頂視圖。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，一種用于檢測(cè)來(lái)自用戶的力產(chǎn)生的輸入(force-producing input)的方法包括以下步驟在用戶接口的輸入裝置處接收輸入,其中所述輸入裝置具有用于檢測(cè)來(lái)自人或其他操作方的力產(chǎn)生的輸入的至少一個(gè)壓電傳感器；并且經(jīng)由該壓電傳感器或附加的壓電元件響應(yīng)于該輸入在操作方的特定點(diǎn)產(chǎn)生力或力矩。該方法還包括處理電信號(hào)，以確定輸入的存在；并且響應(yīng)于該處理而在用戶接口的輸出裝置處產(chǎn)生輸出。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，用于檢測(cè)來(lái)自用戶的力產(chǎn)生的輸入的設(shè)備包括用戶接口和控制模塊。用戶接口包括具有被配置為響應(yīng)于輸入而產(chǎn)生電信號(hào)的至少一個(gè)壓電傳感器的輸入裝置，以及輸出裝置?？刂颇K接收電信號(hào)，并且被配置為處理電信號(hào)，由此確定輸入的存在。輸出裝置被配置為響應(yīng)于處理而產(chǎn)生輸出。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，用于檢測(cè)來(lái)自用戶的力產(chǎn)生的輸入的設(shè)備包括用戶接口和控制模塊。用戶接口包括具有被配置為響應(yīng)于輸入而產(chǎn)生電信號(hào)的至少一個(gè)壓電元件的輸入/輸出裝置?？刂颇K接收電信號(hào)并且被配置為處理該電信號(hào)，由此確定輸入的存在。該至少一個(gè)壓電元件被配置為響應(yīng)于處理而產(chǎn)生輸出。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，控制模塊被配置為通過(guò)執(zhí)行下列操作來(lái)檢測(cè)來(lái)自用戶的力產(chǎn)生的輸入接收來(lái)自位于用戶接口的輸入裝置的至少一個(gè)壓電傳感器的電信號(hào)，其中該電信號(hào)是響應(yīng)于輸入而產(chǎn)生的；處理電信號(hào)以確定輸入的存在；并且控制用戶接口的輸出裝置以響應(yīng)于處理而產(chǎn)生輸出。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及用于檢測(cè)用戶輸入的方法和設(shè)備。在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，用于檢測(cè)用戶輸入的設(shè)備包括用于接收用戶輸入并響應(yīng)于用戶輸入而產(chǎn)生輸出的觸摸屏顯示器。但是，本發(fā)明可以用其他類型的用戶接口(例如，機(jī)械鍵盤和鍵板)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的裝置100。裝置100可以位于諸如手機(jī)、膝上型電腦或多媒體播放器之類的便攜式用戶設(shè)備上。作為選擇，裝置100可以位于諸如自動(dòng)柜員機(jī)(automated teller machine)、辦公室復(fù)印機(jī)或公共資訊站(public kiosk)的非便攜式用戶設(shè)備上。裝置100可以包括主控制模塊10、輸入處理模塊
12、顯示控制模塊18和用戶接口 20。在示例實(shí)施例中，裝置100是硬件實(shí)現(xiàn)的，但是同樣可以包括軟件實(shí)現(xiàn)的構(gòu)件。例如，主控制模塊10可以使用硬件和軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，而輸入處理模塊12可以是完全硬件實(shí)現(xiàn)的。其他硬件-軟件組合也是可能的。主控制模塊10可以耦接于輸入處理模塊12和顯示控制模塊18，并且可以包括處理器，所述處理器執(zhí)行諸如用于控制裝置100位于其上的設(shè)備的操作的操作系統(tǒng)指令之類的指令。例如，指令可以引導(dǎo)處理器在用戶接口 20上提供交互式菜單?；谠摬藛危脩艨梢蕴峁┯脩糨斎?，例如，通過(guò)按壓虛擬按鈕來(lái)選擇菜單項(xiàng)。用戶接口 20可以包括壓電輸入裝置22、觸覺(jué)輸出裝置24和顯示裝置26。壓電輸入裝置22包括至少一個(gè)壓電傳感器，所述壓電傳感器響應(yīng)于機(jī)械力(例如，由用戶輸入產(chǎn)生的力)施加于壓電傳感器的表面上而產(chǎn)生電壓。響應(yīng)于力的電壓的產(chǎn)生被稱為壓電效應(yīng)。在一種另選實(shí)施例中，本發(fā)明的方法和設(shè)備可以針對(duì)利用力-電阻式傳感器(force-resistive sensor)的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行修改。但是,壓電傳感器會(huì)是優(yōu)選的，因?yàn)閭鞲胁⒉恍枰?qū)動(dòng)電壓，然而力-電阻式傳感器典型地需要驅(qū)動(dòng)電壓。觸覺(jué)輸出裝置24可以被配置為對(duì)用戶輸入提供響應(yīng)。觸覺(jué)輸出可以包括許多物理響應(yīng)，例如，振動(dòng)、材料變形、溫度變化等。因此，觸覺(jué)輸出裝置24可以包括用于產(chǎn)生觸覺(jué)輸出的致動(dòng)器。例如，該致動(dòng)器可以是電磁式步進(jìn)電機(jī)、偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量、線性諧振致動(dòng)器、音圈電機(jī)、揚(yáng)聲器、加熱器等。在一種實(shí)施例中，致動(dòng)器可以是壓電的，即，經(jīng)由逆壓電效應(yīng)激活的電路元件，該逆壓電效應(yīng)在將電壓施加于壓電元件時(shí)發(fā)生。當(dāng)被施加電壓時(shí)，壓電元件進(jìn)行機(jī)械變形，例如，收縮或膨脹。然后可以通過(guò)例如將壓電變形耦合到觸摸屏或電話機(jī)身而使用變形來(lái)產(chǎn)生觸覺(jué)輸出，該觸覺(jué)輸出進(jìn)而可作為對(duì)來(lái)自操作方的輸入的觸覺(jué)響應(yīng)由用戶(例如，操作人)檢測(cè)到。顯示裝置26可以使用眾多傳統(tǒng)的顯示技術(shù)中的一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，顯示裝置26可以包括液晶顯示器、等離子體顯示器、電泳顯示器等。在主控制模塊10被配置為提供交互菜單的示例實(shí)施例中，菜單可以顯示于顯示裝置26上，該顯示裝置26還可以顯示由主控制模塊10指示的附加的圖像或信息。顯示控制模塊18可以與主控制模塊10耦接，以接收與待顯示于顯示裝置26上的圖像相關(guān)的指令和/或數(shù)據(jù)。在顯示控制模塊18與顯示裝置26之間的耦接可以允許來(lái)自主控制模塊10的指令/數(shù)據(jù)傳遞到顯示裝置26，例如，作為一組顯示控制信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示控制模塊18可以通過(guò)將像素信息(例如，RGB或CMYK值)轉(zhuǎn)換成適于驅(qū)動(dòng)顯示裝置26的格式而產(chǎn)生顯示控制信號(hào)。輸入處理模塊12可以包括輸入控制電路14和輸出控制電路16。輸入控制電路14可以與壓電輸入裝置22耦接。輸出控制電路可以與觸覺(jué)輸出裝置24耦接。控制電路14/16可以彼此直接通信，即，直接耦接。輸入控制電路14可以包括用于處理壓電輸入裝置22的輸出的硬件。基于該處理，輸入控制電路14可以給輸出控制電路16提供用于在觸覺(jué)輸出裝置24處產(chǎn)生觸覺(jué)輸出的指令和/或數(shù)據(jù)。盡管輸入控制電路14和輸出控制電路16被示出為獨(dú)立的構(gòu)件，但是應(yīng)當(dāng)理解，這 種分開完全是概念上的，所以輸入控制電路14和輸出控制電路16可以實(shí)現(xiàn)為單個(gè)設(shè)備。例如，電路14/16兩者可以形成硬件實(shí)現(xiàn)的邏輯單元，例如，集成電路、可編程的處理器等。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的裝置110的框圖。類似于裝置100，裝置110可以包括主控制模塊10、顯示控制模塊18和顯示裝置26。裝置110還可以包括輸入處理模塊32。與輸入處理模塊12不同,輸入處理模塊32的輸入控制電路34和輸出控制電路36可以耦接至同一個(gè)用戶接口構(gòu)件，例如，用戶接口 30的壓電輸入/輸出(I/O)裝置28。I/O裝置28可以包括一組配置為除了產(chǎn)生觸覺(jué)輸出外還接收用戶輸入的壓電元件。也就是說(shuō)，壓電元件可以加倍，作為傳感器和致動(dòng)器。當(dāng)壓電元件作為傳感器來(lái)操作時(shí)，可以利用正常的壓電效應(yīng)。當(dāng)壓電元件作為致動(dòng)器來(lái)操作時(shí)，可以利用逆壓電效應(yīng)。以此方式，則不需要包含獨(dú)立的輸出裝置，例如，圖I的觸覺(jué)輸出裝置24?，F(xiàn)在將討論用于促進(jìn)國(guó)際安全交易的方法的示例性實(shí)施例。本文所描述的各種方法都可以各自單獨(dú)地或者以各種組合實(shí)現(xiàn)。在示例實(shí)施例中，方法可以使用專用的硬件(例如，輸入處理模塊12/32)來(lái)執(zhí)行。方法還可以通過(guò)給計(jì)算機(jī)的非專用處理器(例如，用于執(zhí)行來(lái)自多個(gè)軟件應(yīng)用的指令的主微處理器)供應(yīng)指令來(lái)執(zhí)行。但是，由于性能原因，專用硬件是優(yōu)選的。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的方法300的流程圖。在步驟310中，可以在壓電輸入裝置(例如，輸入裝置22/28)處接收用戶輸入。用戶輸入可以是導(dǎo)致輸入裝置的至少一個(gè)壓電傳感器變形的任意力產(chǎn)生的輸入。例如，用戶輸入可以是按壓與輸入裝置機(jī)械耦接的觸摸屏。在步驟312中，電壓可以由該至少一個(gè)壓電傳感器響應(yīng)于用戶輸入而產(chǎn)生?？梢詾檩斎胙b置的每個(gè)單獨(dú)的傳感器產(chǎn)生獨(dú)立的電壓。如果使用多個(gè)壓電傳感器，則電壓將根據(jù)相對(duì)于用戶輸入的位置每個(gè)傳感器的布置而改變。與位于較遠(yuǎn)位置的傳感器相比，較接近于用戶輸入的傳感器可以產(chǎn)生較高的電壓。在步驟314中，對(duì)用戶輸入的壓電響應(yīng)可以被輸入控制電路14/34處理。該處理可以指示用戶輸入的位置，以及用戶輸入的力的大小。處理的結(jié)果可以基本上實(shí)時(shí)地(即，以正常的電路延遲)提供給輸出裝置24/28。該處理可以包括分析電特性，例如，壓電響應(yīng)的電壓。在步驟316中，觸覺(jué)輸出可以由輸出裝置24/28響應(yīng)于處理而產(chǎn)生。觸覺(jué)輸出的特性可以由輸出控制電路16/36確定，輸出控制電路16/36可以基于處理確定觸覺(jué)輸出的持續(xù)時(shí)間、位置、大小或脈沖圖形。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于分析用戶輸入的方法400的流程圖。方法400從步驟410開始，該步驟410對(duì)應(yīng)于方法300的步驟314。在步驟410中，壓電響應(yīng)的電壓特性可以在輸入控制電路14/34的處理之后由輸出控制電路16/36確定。例如， 輸入控制電路14/34可以執(zhí)行信號(hào)處理，包括但不限于對(duì)電壓濾波，將電壓與參考電壓進(jìn)行比較并且根據(jù)比較產(chǎn)生放大信號(hào)。在示例實(shí)施例中，電壓特性可以包括電壓的大小和電壓的符號(hào)，即，正或負(fù)。在步驟412中，電壓特性可以與先前產(chǎn)生的電壓的特性進(jìn)行比較，例如，計(jì)算電壓差，以及電壓變化率AV/At可以作為比較的結(jié)果而產(chǎn)生。先前產(chǎn)生的電壓可以在先前的分析期間已經(jīng)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)，例如，在輸入控制器13/34處。作為選擇，先前產(chǎn)生的電壓可以是結(jié)合當(dāng)前進(jìn)行中的分析單獨(dú)地采樣和使用的一組電壓的一部分。在步驟414中，電壓差和/或AV/At可以在輸入控制電路14/34處分析。電壓差的大小可以映射成對(duì)應(yīng)的觸覺(jué)輸出特性。在示例實(shí)施例中，電壓差可以與觸覺(jué)輸出的大小成正比，例如，與電壓差成比例地增大振動(dòng)的振幅。特別地，電壓差可以與和變化的觸覺(jué)輸出大小相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)閾值電壓進(jìn)行比較?？梢詫⑤敵龃笮【幗M成段，第一組電壓映射成第一段，第二組電壓映射成較高的第二段等。每個(gè)段可以具有單一的輸出大小。AV/At還可以映射為對(duì)應(yīng)的觸覺(jué)輸出特性。例如，觸覺(jué)輸出的頻率可以與AV/At匹配。根據(jù)傳統(tǒng)的控制技術(shù)，其他映射同樣是可能的。在步驟416中，可以基于分析，例如，根據(jù)以上所述的電壓差和AV/At映射來(lái)產(chǎn)生觸覺(jué)輸出。觸覺(jué)輸出可以由在輸出裝置24/28處的壓電電機(jī)或者其他輸出設(shè)備響應(yīng)于來(lái)自輸出控制電路16/36的控制信號(hào)而產(chǎn)生。圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的裝置130的電路示意圖。裝置130是圖2所示的裝置110的具體的、基于硬件的實(shí)現(xiàn)方式，并且包括主控制模塊40、輸入處理模塊132和包括多個(gè)壓電元件42的用戶接口。主控制模塊40與電源電壓VDD連接，并且向輸入處理模塊132供應(yīng)一組控制信號(hào)。例如，XSHUTD0WN信號(hào)可以在用戶設(shè)備被置為休眠模式時(shí)禁用輸入處理模塊132。STROBE信號(hào)可以選擇性地啟用數(shù)字邏輯電路80的輸出，以使各種觸覺(jué)輸出開啟和關(guān)閉?？梢葬槍?duì)主控制模塊40和輸入處理模塊132之間的雙向通信提供與信號(hào)SCL和SDA對(duì)應(yīng)的總線線路?？刂菩盘?hào)可以是由主控制模塊40驅(qū)動(dòng)的數(shù)字邏輯信號(hào)。取決于控制信號(hào)的默認(rèn)狀態(tài)是否是邏輯高電平，在主控制模塊40的輸出與輸入處理模塊132之間的連接通路可以可選地連接至VDD，例如，經(jīng)由電阻器25或27。壓電元件42作為雙傳感器-致動(dòng)器來(lái)操作，以便除了提供觸覺(jué)輸出之外還接收用戶輸入。單個(gè)壓電元件42可以與輸出驅(qū)動(dòng)器電路或設(shè)備(例如，壓電驅(qū)動(dòng)器)連接。作為選擇，可以提供多個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器，從而允許對(duì)多個(gè)壓電元件42的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，如圖5所示。輸入處理模塊132包括數(shù)字邏輯電路80、低壓降調(diào)節(jié)器(LD0)46、升壓調(diào)節(jié)器44、振蕩器48、噪聲消減器(NR) 50、圖形生成器52、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 54、多路復(fù)用器(MUX)56和I/O電路60。在圖6中更詳細(xì)地示出了 MUX 56和I/O電路60。MUX 56的輸出與ADC 54連接，該ADC 54與數(shù)字邏輯電路80連接。MUX 56的輸入與I/O電路60連接。特別地，如圖6所示，MUX的輸入被編組成對(duì)，每個(gè)輸入對(duì)與位于I/O電路60內(nèi)的相應(yīng)的I/O單元61連接。每個(gè)I/O單元61包括具有包含與NMOS晶體管64組合的PMOS晶體管62的第一晶體管對(duì)的全橋電路，以及包含與NMOS晶體管68組合的PMOS晶體管66的第二晶體管對(duì)。第一和第二晶體管對(duì)共同地形成D類放大器。另選的實(shí)施例可以以其他類型的放大器(例 如，A類、B類或AB類放大器)為特征。晶體管62/64/66/68的柵極經(jīng)由圖形生成器52與數(shù)字邏輯電路80連接。PMOS晶體管62/66的漏極端子與電源電壓DRPWR連接，而NMOS晶體管64/68的源極端子與地電壓DRGND連接。每個(gè)NMOS晶體管64/68的漏極端子與對(duì)應(yīng)的PMOS晶體管62/66的源極端子連接。這些源極-漏極連接中的每一個(gè)與壓電元件42的相應(yīng)端子連接。源極-漏極連接還被連接作為MUX 56的輸入。特別地，晶體管62/64的源極-漏極連接被連接作為輸入對(duì)的第一輸入，而晶體管66/68的源極-漏極連接被連接作為輸入對(duì)的另一個(gè)輸入。如下文所說(shuō)明的，除了針對(duì)觸覺(jué)輸出提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)之外，源極-漏極連接可以用于將由壓電元件42產(chǎn)生的電壓傳遞到MUX 56。此外，雖然I/O單元61以全橋電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是同樣可以使用其他類型的放大器電路，例如半橋電路。在另選的實(shí)施例中，半橋電路可以驅(qū)動(dòng)壓電元件42的單個(gè)端子，以產(chǎn)生觸覺(jué)輸出。數(shù)字邏輯電路80通過(guò)與LDO 46的連接來(lái)供電，該LDO 46又通過(guò)電源電壓VBattery供電并且經(jīng)由DC阻斷電容器11與地電壓連接。數(shù)字邏輯電路80的輸入與ADC54的輸出連接。數(shù)字邏輯電路80的輸出經(jīng)由NR 50以及經(jīng)由圖形生成器52與I/O電路60連接。其他連接可以存在于數(shù)字邏輯電路80和I/O電路60之間，例如，在總線上用于控制I/O電路60的邏輯狀態(tài)的寫信號(hào)。但是，同樣可以使用其他輸出驅(qū)動(dòng)器類型來(lái)驅(qū)動(dòng)I/O電路60，以致動(dòng)壓電元件42或其他輸出設(shè)備。因而，在另選的實(shí)施例中，在數(shù)字邏輯電路80和I/O電路60之間的接口不需要是總線，但是能夠替代地包括用于啟用觸覺(jué)輸出的簡(jiǎn)單的圖形進(jìn)和圖形出接口。NR 50是用于選擇性地降低由壓電元件42響應(yīng)于用戶輸入而產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲的等級(jí)。振蕩器48的輸出與升壓調(diào)節(jié)器44連接，該升壓調(diào)節(jié)器44經(jīng)由DC阻斷電容器21與地電壓連接。升壓調(diào)節(jié)器44還與電感器15的兩個(gè)端子連接。電感器15的第一端子與VBattery連接，而另一個(gè)電感器端子與二極管17連接。升壓調(diào)節(jié)器44操作為增加由VBattery供應(yīng)的電壓，將升高的電壓作為電源電壓輸出到PMOS晶體管62/66。升高的電壓可以是足以驅(qū)動(dòng)壓電元件42的任意電壓。在升壓轉(zhuǎn)換器44的輸出與PMOS晶體管62/66之間的連接同樣可以經(jīng)由DC阻斷電容器23與地電壓連接。應(yīng)當(dāng)理解，圖5所示的電源配置僅僅是說(shuō)明性的，并且可以根據(jù)特定實(shí)現(xiàn)方式的功率要求而變化。例如，在其他實(shí)施例中，壓電元件42的電壓要求可以使得升壓調(diào)節(jié)器是不必要的。參照?qǐng)D5和6，裝置130如下操作。用戶輸入使得一個(gè)或多個(gè)壓電元件42跨其端子產(chǎn)生電壓。該電壓經(jīng)由晶體管對(duì)62/64和66/68的源極-漏極連接直接輸入到MUX 56，其中MUX 56的輸入對(duì)與晶體管對(duì)62/64和66/68連接。MUX 56接收作為輸入的電壓，然后根據(jù)該電壓向ADC 54輸出模擬信號(hào),該電壓與由人或其他操作方施加的力成比例。模擬信號(hào)被ADC 54轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)被供應(yīng)給數(shù)字邏輯電路80。數(shù)字信號(hào)被處理，例如，根據(jù)方法400來(lái)分析，并且數(shù)字邏輯電路80控制圖形生成器52以產(chǎn)生具有數(shù)字圖形的控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)被供應(yīng)給晶體管62/64/66/68的柵極輸入，跨源極-漏極連接產(chǎn)生電壓，該電壓導(dǎo)致在一個(gè)或多個(gè)壓電元件42上施加逆壓電效應(yīng)。輸出設(shè)備被壓電元件42致動(dòng)，以產(chǎn)生與用戶輸入對(duì)應(yīng)的觸覺(jué)輸出。在上述不例實(shí)施例中，壓電兀件42經(jīng)由用于將用戶輸入作為電壓傳輸?shù)組UX 56以及用于接收驅(qū)動(dòng)電壓以產(chǎn)出觸覺(jué)輸出的一對(duì)連接與I/O單元61連接。在另選實(shí)施例中， 壓電元件42可以具有四個(gè)連接；兩個(gè)用于傳輸用戶輸入(例如，直接到MUX)，以及兩個(gè)用于接收驅(qū)動(dòng)電壓(例如，來(lái)自D類放大器)。在另一種另選實(shí)施例中，連接的數(shù)量可以與先前所描述的相同，即，兩個(gè)連接，但只有一個(gè)連接可以用來(lái)例如經(jīng)由半橋電路來(lái)傳輸用戶輸入，而另一個(gè)連接被用來(lái)接收驅(qū)動(dòng)電壓。在又一種實(shí)施例中，可以使用單個(gè)連接來(lái)經(jīng)由半橋電路驅(qū)動(dòng)壓電元件42，以及經(jīng)由源極-漏極連接來(lái)傳輸用戶輸入，如參照?qǐng)D6的全橋電路所描述的。在使用單個(gè)連接的情況下，壓電元件42的另一個(gè)端子可以與地電壓連接。因而，與壓電元件42的連接的數(shù)量可以變化。圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的設(shè)備的截面圖。該設(shè)備可以包括顯示層70、絕緣層72和電路層76。顯示層70可以是用于接收用戶輸入的玻璃或塑料表面。顯示層70可以包括顯示元件,例如,液晶或發(fā)光二極管。顯示元件經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)連接78與電路層76連接。壓電元件42可以位于顯示層70之下，并且與顯示層70機(jī)械耦接以接收用戶輸入。壓電元件42可以嵌入絕緣層72內(nèi)，并且經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)連接74與電路層76電耦接。例如，連接74可以代表圖6所示的配置，在該配置中每個(gè)壓電元件42具有兩個(gè)到I/O單元61的連接。壓電元件42還可以與輸出設(shè)備(例如，電機(jī)45)連接。壓電元件42可以與單個(gè)輸出設(shè)備連接，如圖所示。作為選擇，可以提供多個(gè)輸出設(shè)備，每個(gè)輸出設(shè)備與壓電元件42選擇性地連接，以便產(chǎn)生局部觸覺(jué)輸出。例如，壓電元件45可以包含于設(shè)備的四個(gè)角中的每個(gè)角內(nèi)。電路層76可以包括用于控制在顯示層70的圖像顯示的電路，以及用于控制用戶輸入的接收以及作為響應(yīng)的觸覺(jué)輸出的產(chǎn)生的電路。例如，圖I和2的裝置100/110可以位于電路層76內(nèi)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的設(shè)備80的頂視圖。如圖所示，壓電元件42位于設(shè)備80的四個(gè)角中的每個(gè)角內(nèi)。在該配置中，由壓電元件42產(chǎn)生的電壓可以被用來(lái)確定用戶輸入位于何處。例如，電壓可以與用戶輸入和壓電元件42之間的距離成反比，從而用戶輸入的位置能夠使用兩個(gè)或更多個(gè)電壓來(lái)計(jì)算。觸覺(jué)輸出然后可以響應(yīng)于用戶輸入而產(chǎn)生。例如，如果在四個(gè)角中的每個(gè)角處提供電機(jī)，則可以激活最接近于用戶輸入的電機(jī)。圖9是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于檢測(cè)用戶輸入的設(shè)備90的頂視圖。與設(shè)備80不同，設(shè)備90僅包括單個(gè)壓電元件42。壓電元件42可以基于靈敏度來(lái)選擇，從而取決于使用設(shè)備90的應(yīng)用的類型，壓電元件42可以具有相對(duì)小的檢測(cè)范圍，例如，在設(shè)備90的中心區(qū)附近，或者大的檢測(cè)范圍，例如，在設(shè)備90的整個(gè)表面上。壓電元件42還可以與一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備連接，以產(chǎn)生觸覺(jué)輸出。圖8和9所示的壓電元件42的裝置是說(shuō)明性的，而不是排他性的。雖然所述的實(shí)施例以一個(gè)或四個(gè)壓電元件42的裝置為特征，但是元件的總數(shù)量可以根據(jù)用戶設(shè)備的和/或運(yùn)行于用戶設(shè)備上的軟件應(yīng)用的要求而變化。因而，在另選實(shí)施例中，在輸入裝置22/28中使用的壓電元件42的數(shù)量可以根據(jù)用戶接口中的按鍵或按鈕的數(shù)量而變化。例如，每個(gè)按鍵/按鈕可以有一個(gè)壓電元件42。作為選擇，例如，在每個(gè)按鍵的表面積大到足以容納多個(gè)元件42時(shí)，對(duì)于每個(gè)按鍵/按鈕可以有多個(gè)壓電元件42。
與傳統(tǒng)的用戶接口技術(shù)(例如，電容式、電阻式或者混合電容-電阻式觸摸屏)相t匕，本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供改進(jìn)的反饋?lái)憫?yīng)。在傳統(tǒng)的用戶接口中，在能夠確定用戶輸入的特性之前，用戶輸入通常需要通過(guò)例如軟件組進(jìn)行相當(dāng)大量的處理。識(shí)別出用戶輸入的存在(例如，屏幕位置)可能需要相當(dāng)大量的時(shí)間。確定用戶輸入的力的大小可能需要甚至更大量的時(shí)間。因此，在接收到用戶輸入的時(shí)刻與激活輸出設(shè)備的時(shí)刻之間的延遲通常超過(guò)100毫秒。從用戶的角度來(lái)看，這是導(dǎo)致在例如用戶接口的觸摸感覺(jué)與響應(yīng)輸出的感覺(jué)之間的感覺(jué)脫節(jié)的不可接受的延遲。在極端的情況下，可能不會(huì)產(chǎn)生觸覺(jué)輸出，直到輸入源(例如，用戶的手指)不再與觸摸屏接觸，在這種情況下，用戶可能接收不到任何觸覺(jué)反饋。相反，本發(fā)明將延遲降低至更優(yōu)的水平，例如，在10毫秒的量級(jí)上。因?yàn)橛脩糨斎朐诎l(fā)送輸出之前沒(méi)有通過(guò)軟件組處理，所以響應(yīng)時(shí)間得以提高。壓電元件42使觸覺(jué)輸出能夠作為電壓的直接結(jié)果產(chǎn)生于壓電元件42處。使用該電壓，觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)器(例如，輸入處理模塊132)可以確定發(fā)生觸摸事件以及確定在觸摸期間所施加的力的大小。該力可以與硬連線的或編程的基準(zhǔn)(例如，電壓基準(zhǔn))比較，并且可以將適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)輸出到壓電元件42，或者到獨(dú)立的致動(dòng)器。由本發(fā)明提供的改進(jìn)的響應(yīng)時(shí)間可以促進(jìn)觸摸輸入的新施加以及相應(yīng)的響應(yīng)。在一種示例應(yīng)用中，用戶可以通過(guò)在特定位置按照特定的定時(shí)間隔輸入特定的序列來(lái)編寫觸摸密碼。觸摸密碼可以被用來(lái)鎖定或解鎖用戶設(shè)備。在另一種示例應(yīng)用中，用戶可以通過(guò)記錄觸摸的力和定時(shí)來(lái)定制觸覺(jué)的或其他響應(yīng)，然后選擇在后續(xù)施加相同的輸入時(shí)產(chǎn)生的適當(dāng)?shù)妮敵?。因此，可以選擇響應(yīng)以實(shí)現(xiàn)一定程度的特異性，例如，位置、圖形、圖像、定時(shí)等，從而足以使用戶能夠?qū)⒃撦斎肱c其他輸入?yún)^(qū)分開。因而，輕微的觸摸可以產(chǎn)生與猛烈的觸摸不同的響應(yīng)。響應(yīng)還可以是情景特定的，使得相同的輸入可以根據(jù)情景產(chǎn)生不同的響應(yīng)，例如在不同的軟件應(yīng)用之間改變響應(yīng)。以上描述意圖是說(shuō)明性的，而非限制性的。根據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠意識(shí)到，本發(fā)明可以通過(guò)多種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且不同的實(shí)施例可以單獨(dú)地或組合地實(shí)現(xiàn)。因此，雖然本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)結(jié)合其特定的實(shí)例進(jìn)行了描述，但是因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員在研究附圖、說(shuō)明書和附錄后將會(huì)清楚其他的變型，因此本發(fā)明的實(shí)施例和/或方法的真正范圍不應(yīng)當(dāng)限定于此 。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)來(lái)自用戶的力產(chǎn)生的輸入的方法，包括 在用戶接口的輸入裝置處接收所述輸入，其中所述輸入裝置具有至少一個(gè)壓電傳感器； 響應(yīng)于所述輸入在所述至少一個(gè)壓電傳感器處產(chǎn)生電信號(hào)； 處理所述電信號(hào)以確定所述輸入的存在；并且 響應(yīng)于所述處理在所述用戶接口的輸出裝置處產(chǎn)生輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述處理確定所述力的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述處理包括分析所述電信號(hào)的電壓特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述處理包括分析所述電信號(hào)隨時(shí)間的變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸出是觸覺(jué)輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述觸覺(jué)輸出使用與所述輸入裝置的任意壓電傳感器分離的壓電致動(dòng)器來(lái)產(chǎn)生。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述觸覺(jué)輸出使用所述至少一個(gè)壓電傳感器來(lái)產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸入裝置包括多個(gè)映射位置，并且所述處理確定所述多個(gè)映射位置中的哪個(gè)對(duì)應(yīng)于所述輸入的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸出是聽覺(jué)輸出和視覺(jué)輸出之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸入裝置具有四個(gè)壓電傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中(i)對(duì)于設(shè)置在所述用戶接口內(nèi)的每個(gè)按鍵；以及(ii)對(duì)于設(shè)置在所述用戶接口內(nèi)的每個(gè)按鈕，在所述輸入裝置內(nèi)包含一個(gè)壓電傳感器。
12.一種用于檢測(cè)來(lái)自用戶的力產(chǎn)生的輸入的設(shè)備，包括 用戶接口，包括 具有被配置為響應(yīng)于所述輸入而產(chǎn)生電信號(hào)的至少一個(gè)壓電傳感器的輸入裝置，和 輸出裝置；以及 用于接收所述電信號(hào)的控制模塊，所述控制模塊被配置為處理所述電信號(hào)，由此確定所述輸入的存在， 其中所述輸出裝置被配置為響應(yīng)于所述處理而產(chǎn)生輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述處理確定所述力的大小。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述處理包括分析所述電信號(hào)的電壓特性。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述處理包括分析所述電信號(hào)隨時(shí)間的變化。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述輸出是觸覺(jué)輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述觸覺(jué)輸出使用與所述輸入裝置的任意壓電傳感器分離的壓電致動(dòng)器來(lái)產(chǎn)生。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述觸覺(jué)輸出通過(guò)用所述至少一個(gè)壓電傳感器來(lái)產(chǎn)生。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述輸入裝置包括多個(gè)映射位置，并且所述處理確定所述多個(gè)映射位置中的哪個(gè)對(duì)應(yīng)于所述輸入的位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述輸出裝置被配置為提供聽覺(jué)輸出和視覺(jué)輸出之一作為輸出。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述輸入裝置具有四個(gè)壓電傳感器。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中(i)對(duì)于設(shè)置在所述用戶接口內(nèi)的每個(gè)按鍵；以及(ii)對(duì)于設(shè)置在所述用戶接口內(nèi)的每個(gè)按鈕，在所述輸入裝置內(nèi)包含一個(gè)壓電傳感器。
23.一種用于檢測(cè)來(lái)自用戶的力產(chǎn)生的輸入的設(shè)備，包括 用戶接口，包括具有被配置為響應(yīng)于所述輸入而產(chǎn)生電信號(hào)的至少一個(gè)壓電元件的輸入/輸出裝置；以及 用于接收所述電信號(hào)的控制模塊，所述控制模塊被配置為處理所述電信號(hào)，由此確定所述輸入的存在， 其中所述至少一個(gè)壓電元件被配置為響應(yīng)于所述處理而產(chǎn)生輸出。
24.一種控制模塊，被配置為通過(guò)執(zhí)行下列操作檢測(cè)來(lái)自用戶的力產(chǎn)生的輸入 接收來(lái)自位于用戶接口的輸入裝置處的至少一個(gè)壓電傳感器的電信號(hào)，所述電信號(hào)是響應(yīng)于所述輸入而產(chǎn)生的； 處理所述電信號(hào)以確定所述輸入的存在；并且 控制所述用戶接口的輸出裝置以響應(yīng)于所述處理而產(chǎn)生輸出。
全文摘要
一種用于檢測(cè)用輸入的方法和設(shè)備包括在用戶接口的輸入裝置處接收用戶輸入。該輸入裝置具有響應(yīng)于輸入而產(chǎn)生電信號(hào)的至少一個(gè)壓電傳感器。該電信號(hào)被處理以確定輸入的存在。除了輸入的位置之外，該處理還可以指示輸入的力的大小。用戶接口的輸出裝置響應(yīng)于該處理而產(chǎn)生輸出。輸出可以是觸覺(jué)的、聽覺(jué)的或視覺(jué)的輸出。
文檔編號(hào)G06F3/041GK102822775SQ201180016033
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者M·J·莫菲, E·E·英格利士, E·莫洛尼, M·康威, G·卡塞, K·巴利奇 申請(qǐng)人:美國(guó)亞德諾半導(dǎo)體公司