公开了一种与单独生成的音频信号产生的声音同时地在用户接口设备中产生触觉效果的电活性换能器和方法，以及用于用户接口设备中的感触反馈应用的电活性聚合物换能器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电活性聚合物换能器的使用以提供感触反馈。
技术介绍
如今使用的庞多种类的设备依赖一种或另一种致动器来将电能量转化为机械能。 相反地，很多发电应用通过将机械动作转化为电能量来工作。用来以这种方式产生机械能的同一类型的致动器可以称作发电机。类似地，当该结构被用来将诸如振动或压力的物理激励转化为电信号用于测量目的的时侯，其可以被特性化为传感器。另外，术语“换能器”可以用来通用地指代这些设备中的任一个。对于换能器的制造，大量设计考虑因素支持高级的介电弹性体材料——也称作 “电活性聚合物”(EAP)——的选择和使用。这些考虑因素包括潜在的有势力、功率密度、功率转换/消耗、尺寸、重量、成本、响应时间、占空比、服务要求、环境影响等。因此，在很多应用中，EAP技术提供了对压电的、形状记忆合金(SMA)和诸如马达和螺线管的电磁设备的理想替代OEPA设备及其应用的示例在美国专利No丨· 7，394，282、7，378，783,/1, 368;,862、7，362，032,7，320，457,7,259，503,7，233，097,7，224，106,7,211，937,7，199，501、7，166，953,7，064，472,7，062，055,7，052，594,7,049，732,7，034，432,6，940，221、6，911，764,6,891，317,6,882，086,6，876，135,6,812，624,6，809，462,6，806，621、6，781，284,6，768，246,6，707，236,6，664，718,6,628，040,6，586，859,6，583，533、6，545，384,6, 543，110,6, 376，971 和 6，343，129 ；美国专利申请公开 2008/0157631、 2008/0116764,2008/0022517,2007/0230222,2007/0200468,2007/0200467, 2007/0200466,2007/0200457,2007/0200454,2007/0200453,2007/0170822, 2006/0238079、2006/0208610、2006/0208609 和 2005/0157893 ；2009 年 1 月 22 日提交的美国专利申请No. 12/358，142以及PCT公开No. W02009/067708中进行了描述，在此将上述文献的全部通过参引的方式全部并入。 EAP换能器包括两个电极，这两个电极具有可变形特性并且被薄的弹性体介电材料分开。当电压差施加到电极时，带相反电荷的电极相互吸引，从而压缩它们之间的聚合物介电层。随着电极被拉的更靠近在一起，介电聚合物膜由于其在平面方向(沿χ和y轴)上膨胀而变得更薄，即膜的位移在平面内(ζ轴分量收缩)。EAP膜也可构造成产生在正交于膜结构的方向上(沿ζ轴)的移动，即膜的位移在平面外。序列号为2005/0157893的美国专利申请公开了提供这种平面外位移的EAP膜构造——也称作表面变形或厚度模式偏转。可以变化和控制EAP膜的材料和物理属性，以定制换能器经历的表面变形。更具体地，可以控制和改变诸如在聚合物膜和电极材料之间的相对弹性、在聚合物膜和电极材料之间的相对厚度和/或聚合物膜和/或电极材料的变化厚度、聚合物膜和/或电极材料的物理图案(以提供局部的有源(active)和非有源(inactive)区域)、设置在EAP膜整体上的张力或预应变、以及施加到膜上的电压或在膜上感应的电容的大小的因素，以在处于有源模式时定制膜的表面特征。存在大量基于换能器的应用，这些应用会受益于这些表面变形EAP膜提供的优点。一个这种应用包括使用EAP膜以在用户接口设备中产生触觉反馈(通过施加于用户身体的力将信息传递给用户)。存在很多已知的使用触觉反馈的用户接口设备，其一般响应于用户发起的力。可能使用触觉反馈的用户接口设备的示例包括键盘、触摸屏、计算机鼠标、 轨迹球、触笔、操纵杆等。这些类型的接口设备所提供的触觉反馈是诸如振动、脉冲、弹簧力等的物理感觉的形式，其由用户直接地(例如，通过触摸屏幕)、间接地(例如，通过诸如当蜂窝电话在钱包或袋中振动时的振动效应)或者以其他方式感测(例如，通过产生压力干扰但是不产生传统意义上的音频信号的移动身体的动作)。通常，具有触觉反馈的用户接口设备可以是这样的输入设备其“接收”由用户以及输出设备发起的动作，所述输出设备提供指示动作已激活的触觉反馈。在实际中，用户接口设备的某个接触或触摸部分或表面(例如，按钮)的位置通过用户施加的力而沿着至少一个自由度改变，其中施加的力必须达到某一最小阈值，以使接触部分改变位置并实现触觉反馈。接触部分的位置改变的实现或对齐导致响应力(例如，回弹、振动、脉冲)，该响应力也施加在用户作用的设备的接触部分上，该力通过他或她的触感传递给用户。使用回弹或“双相”型的触觉反馈的用户接口设备的一个常见的示例是鼠标上的按钮。按钮一直到所施加的力达到一定阈值时才移动，在该阈值点，按钮相对比较容易地向下移动，然后停止一将这些动作的总的感觉定义为“点击”按钮。用户施加的力基本上沿着垂直于按钮表面的轴，和用户感觉到的响应力(但是反向)一样。在另一示例中，当用户在触摸屏上输入输入时，屏幕一般通过伴随有或者不伴随有听觉提示的屏幕上的图形变化来确认输入。触摸屏通过屏幕上的视觉提示如颜色或形状变化来提供图形反馈。触摸板通过屏幕上的光标来提供视觉反馈。尽管上面的提示确实提供反馈，但来自手指致动的输入设备的最直觉和有效的反馈是触觉反馈，如键盘按键的制动(detent)或鼠标滚轮的制动。因此，在触摸屏上结合触觉反馈是理想的。触觉反馈能力已知用来改进用户的产生率和效率，尤其是在数据输入的背景下。 本专利技术的专利技术人认为，对传递给用户的触觉感觉的特性和质量的进一步改进可以进一步提高这种生产率和效率。如果这些改进是由制造起来容易且节约成本的感触反馈机构提供的，并且没有增加、且优选地还减少了已知触觉反馈设备的空间、尺寸和/或质量要求，则是额外有益的。
技术实现思路
本专利技术包括涉及用于感触应用的电活性换能器的设备、系统和方法。在一个变型中，提供了具有感触反馈的用户接口设备。本专利技术的一个益处是在无论何时由软件或者由用户接口设备或相关部件产生的另一信号触发输入时向用户接口设备的用户提供触觉反馈。在一个示例中，致动器可以通过由所述设备单独产生的音频信号来驱动。因此，本公开包括与单独产生的音频信号所产生的声音同时地在用户接口设备中产生触觉效应的方法。该方法的一个变型包括将音频信号发送到滤波电路；通过滤波预定频率以下的频率范围来改变音频信号以产生触觉驱动信号；以及提供触觉驱动信号给耦合于电活性聚合物换能器的电源，使得电源致动电活性聚合物换能器，以与音频信号产生的声音同时地驱动触觉效应。所述方法可以包括电活性聚合物换能器以利用滤波的信号产生声音效果。一般地，所述预定频率包括电活性聚合物致动器的最优频率。对于一些EPAM设备，该预定频率包括200赫兹。在另一个变型中，所述方法包括滤波音频信号的音频波形的正部分，以产生用于单相致动器的触觉信号。在另一个变型中，所述方法包括使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种与单独生成的音频信号产生的声音同时地在用户接口设备中产生触觉效果的方法，所述方法包括：将所述音频信号发送到滤波电路；通过滤波预定频率以下的频率范围来改变所述音频信号以产生触觉驱动信号；以及提供所述触觉驱动信号给耦合于电活性聚合物换能器的电源，使得所述电源致动所述电活性聚合物换能器以与所述音频信号生成的声音同时地驱动触觉效果。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·扎拉比，
申请(专利权)人：拜尔材料科学股份公司，
类型：发明
国别省市：DE
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