專利名稱：帶有單向驅(qū)動的振動致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個實施方式涉及致動器。更具體地，本發(fā)明的一個實
施方式涉及一種用于在觸覺啟動的裝置(haptic enabled device )上產(chǎn) 生振動的致動器。
背景信息
電子裝置制造商致力于為用戶生產(chǎn)豐富的界面(interface)。常 規(guī)裝置使用視覺和聽覺提示(cue)來對用戶提供反饋。在一些界面 裝置(interface device)中，動覺反饋(kinesthetic feedback)(比 如主動力反饋和阻力反饋)和/或觸覺反饋(比如振動、質(zhì)地(texture) 和熱量)也被提供給用戶，更一般地被共同地稱為"觸覺反饋"。觸覺 反饋可以提供改進(jìn)和簡化用戶界面的提示。具體地，振動效應(yīng)或振動 觸覺效應(yīng)可以用于對電子裝置的用戶提供提示以使用戶警惕特定事 件，或者提供現(xiàn)實的反饋(realistic feedback)以在模擬或虛擬環(huán)境 中產(chǎn)生更強(qiáng)的感官沉浸。
觸覺反饋也已經(jīng)被越來越多地并入在便攜式電子裝置中，例如移 動電話、個人數(shù)據(jù)助理(PDA)、便攜式游戲機(jī)以及多種其它便攜式 電子裝置。例如， 一些便攜式游戲應(yīng)用能夠以類似于用于設(shè)置成提供 觸覺反饋的較大規(guī)模的游戲系統(tǒng)的控制裝置(例如操縱桿等)的方式 進(jìn)行振動。另外，諸如移動電話和PDA的裝置能夠通過振動方式來 對用戶提供多種警告。例如，移動電話可以通過振動警告用戶有電話 打進(jìn)。類似地，PDA可以警告用戶排定的日歷項目，或提醒用戶注意 "要做的事"清單項目或曰歷約會(appointment)。
在很多裝置中，致動器被用于產(chǎn)生包括一些觸覺效應(yīng)的振動。經(jīng) 常用于便攜式電子裝置的一種類型的致動器是線性諧振致動器
4("LRA，，)。 一般地，LRA要求雙向信號(即，交替的正電壓和負(fù)電壓 信號)以便產(chǎn)生想要的振動。然而，大多數(shù)便攜式電子裝置只產(chǎn)生直 流電流，從而需要特殊驅(qū)動電路來產(chǎn)生雙向信號。典型的電路包括 H-橋，該H-橋為包括四個開關(guān)的電路。然而，對于便攜式裝置，成 本是重要的驅(qū)動因素，而四個開關(guān)的成本比例可能相對高于便攜式裝 置的其余部分。
基于前文，存在對用于產(chǎn)生觸覺效應(yīng)的更便宜的致動器和驅(qū)動電 路的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施方式是包括線性諧振致動器以及驅(qū)動電路的 觸覺反饋生成系統(tǒng)。該驅(qū)動電路適合于輸出將被施加到線性諧振致動 器的單向信號。作為響應(yīng)，該線性諧振致動器產(chǎn)生觸覺振動。


圖1為依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的移動電話的框圖。 圖2為依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的耦合到驅(qū)動電路的致動器 的橫截面圖。
圖3為依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的驅(qū)動電路的電路圖。
圖4為驅(qū)動信號對時間的曲線圖，其例示了由依據(jù)本發(fā)明的一個
實施方式的電路產(chǎn)生的單向信號和現(xiàn)有技術(shù)的雙向信號的對比。
圖5a和5b示出了由單向信號驅(qū)動的LRA的浮標(biāo)組件(floater
assembly)的運(yùn)動范圍。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個實施方式是帶有單向驅(qū)動電路的致動器。該驅(qū)動電 路只需要一個開關(guān)，這與用于產(chǎn)生觸覺效應(yīng)的已知致動器和驅(qū)動電路 相比，降低了成本。
圖1為依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的移動電話10的框圖。電話
510包括屏幕11和鍵13。在一個實施方式中，鍵13為機(jī)械型鍵。在另 一個實施方式中，鍵13可以由觸摸屏幕實現(xiàn)以便鍵13為觸摸屏幕鍵，或者可以使用任何方法實施。電話10的內(nèi)部是在電話10上產(chǎn)生振動的觸覺反饋系統(tǒng)。在一個實施方式中，在整個電話10上產(chǎn)生振動。在其它實施方式中，電話10的特定部分可以被觸覺反饋系統(tǒng)、包括鍵13的單個鍵觸覺地啟動，而無論鍵是機(jī)械定向的、觸摸屏幕的還是其它一些類型的實現(xiàn)方式。
觸覺反饋系統(tǒng)包括處理器12。耦合到處理器12的是存儲器20以及耦合到振動致動器18的致動器驅(qū)動電路16。雖然圖l的實施方式為移動電話，但是本發(fā)明的實施方式可以用任何類型的手持通話器(handset)或移動/便攜式裝置或者任何使用致動器產(chǎn)生振動的裝置來實施。
處理器12可以為任何類型的通用處理器，或者可以為具體設(shè)計成提供觸覺效應(yīng)的處理器，例如專用集成電路("ASIC")。處理器12可以是操作整個電話10的相同的處理器，或者可以是分離的處理器。處理器12可以決定將產(chǎn)生(play)何種觸覺效應(yīng)，并基于高級參數(shù)決定效應(yīng)被產(chǎn)生的順序?？傊x具體的觸覺效應(yīng)的高級參數(shù)包括幅度、頻率和延續(xù)時間。
處理器12向驅(qū)動電路16輸出控制信號，該驅(qū)動電路16包括電子元件和電路系統(tǒng)(circuitry),以用于為致動器18提供要求的電氣電流和電壓以引起所期望的觸覺效應(yīng)。振動致動器18是在電話10上產(chǎn)生振動的觸覺裝置。致動器18可以包括一個或多個力施加機(jī)構(gòu)，該力施加機(jī)構(gòu)能夠(例如經(jīng)過電話10的外殼)對電話IO的用戶施加振動觸覺的力。存儲器裝置20可以為任何類型的存儲裝置，例如隨機(jī)存取存儲器("RAM")或只讀存儲器("ROM")。存儲器裝置20儲存由處理器12執(zhí)行的指令。存儲器裝置20也可以位于處理器12的內(nèi)部，或者是內(nèi)部和外部存儲器的任何組合。
圖2為依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的耦合到驅(qū)動電路16的致動器18的橫截面圖。致動器18為線性諧振致動器("LRA，，)，并且包
6括環(huán)形磁性線圏36以及環(huán)形浮標(biāo)組件32。組件32包括磁體(丸形或 圓盤形(puck-shaped))、磁通量返回路徑元件(例如軟鐵杯)以 及包括例如鵠的環(huán)形塊元件(annular mass element)。組件32凈皮耦 合到彈簧31，該彈簧31被耦合到殼體(case) 38。在操作中，線圈 36被驅(qū)動電路16激發(fā)，這引起組件32頂著彈簧31在箭頭方向向上 和向下移動。這種向上和向下動作引起殼體38振動。
如以下將更詳細(xì)公開的，在本發(fā)明的實施方式中，驅(qū)動電路16 向致動器18輸出單向(即，總是正電壓)信號。因此，驅(qū)動電路16 可以使用單獨(dú)的開關(guān)產(chǎn)生單向信號，與現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動電路形成對 照，其中現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動電路產(chǎn)生雙向信號并因此要求H-橋或類似的 復(fù)雜電路系統(tǒng)以產(chǎn)生正電壓和負(fù)電壓。在一個實施方式中，該單向信 號為正弦波或矩形波。
圖3為依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的驅(qū)動電路16的電路圖。來 自處理器12的輸出觸覺信號被輸入到電阻器41，該電阻器41被耦合 到NPN晶體管43的基極。該晶體管43的基極通過電阻器42進(jìn)一步 耦合到地。晶體管43的發(fā)射極耦合到地，并且晶體管43的集電極耦 合到肖特基二極管(Schottky diode ) 44的陽極。二極管44的陰極耦 合到電壓。二極管44的陽極和陰極耦合到致動器18的每個終端。
圖4為驅(qū)動信號對時間的曲線圖，其例示了由依據(jù)本發(fā)明的實施 方式的電路16產(chǎn)生的單向信號和現(xiàn)有技術(shù)的雙向信號的對比。信號 50為現(xiàn)有技術(shù)的雙向信號，并且其在1到-1伏特之間波動。信號60 為依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的單向信號，并且其在0到2伏特之間 波動。在其它實施方式中，信號50可以是在負(fù)和正之間變化的任何 電壓，并且信號60可以是總為正的任何電壓。
單向信號60在一個方向施加所有的驅(qū)動力。在秋千上推孩子的 模擬可以被用于將單向信號60和雙向信號50進(jìn)行比較。雙向信號50 等于在周期的兩邊推秋千。相比之下，單向信號60等于在秋千周期 的一邊同樣用力地推兩次。
在一個實施方式中，使用單向信號60驅(qū)動已知的LRA可引起圖
72的浮標(biāo)組件32的移動被偏移。這可能由于在殼體38中的受限制的運(yùn)動范圍而引起問題。圖5a例示了依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式由單向信號驅(qū)動的LRA的浮標(biāo)組件71的運(yùn)動范圍(橢圓72)。如圖所示，運(yùn)動范圍被偏移了。
與此相反，在圖5b中示出的本發(fā)明的一個實施方式中，LRA的彈簧83被偏移，使得處于平衡中的浮標(biāo)組件81離LRA的殼體的頂部更遠(yuǎn)。因此，運(yùn)動范圍(橢圓82)甚至在應(yīng)用單向信號時是對稱的。在其它實施方式中，可以使用非線性彈簧以限制塊在一個方向的運(yùn)動范圍。
本文具體地例示和/或描述了本發(fā)明的若千個實施方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的修改和變化被上述教示所覆蓋，并且在附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)，而不背離于本發(fā)明的精神和預(yù)期的范圍。
例如，上面公開的一些實施方式是在移動電話中實施的，該移動電話為可以被抓住、緊握或以其它形式被用戶物理地接觸和操縱的物體。同樣，本發(fā)明可以被應(yīng)用在可以被用戶類似地操縱的其它觸覺啟動的輸入和/或輸出裝置上。這些其它裝置可以包括觸摸屏幕(汽車上的全球定位系統(tǒng)("GPS")導(dǎo)航器屏幕、自動柜員機(jī)("ATM")顯示屏幕)、用于控制電子設(shè)備(音頻/視頻、車庫門、家用防盜器等等)的遙控器以及游戲控制器(操縱桿、鼠標(biāo)、專用控制器等等)。這種輸入和/或輸出裝置的操作對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是眾所周知的。
權(quán)利要求
1.一種觸覺反饋發(fā)生系統(tǒng)，其包括線性諧振致動器；以及驅(qū)動電路，其耦合到所述線性諧振致動器，所述驅(qū)動電路適合于輸出單向信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述線性諧振致動器適合于接收單向信號并產(chǎn)生振動作為響應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，所述驅(qū)動電路由開關(guān)組成。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述線性諧振致動器包括彈簧、磁性線圏以及浮標(biāo)組件。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述彈簧被偏移。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述彈簧為非線性的。
7.
8. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述浮標(biāo)組件包括磁體。
9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述信號包括振動的幅度、 頻率和延續(xù)時間。
10. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動電路組成由晶體管、耦合到所述晶體管的二極管以及耦合到所述晶體管的第 一和第二電阻多且成。
11. 一種產(chǎn)生觸覺效應(yīng)的方法，其包括產(chǎn)生單向信號；將所述單向信號施加到線性諧振致動器；以及基于所述單向信號，在所述線性諧振致動器產(chǎn)生振動。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述單向信號由大于或等于零的電壓組成。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述單向信號包括振動的幅度、頻率和延續(xù)時間。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述單向信號包括正弦波。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述單向信號包括方波。
16. —種便攜式裝置，其包括 線性諧振致動器；驅(qū)動電路，其耦合到所述線性諧振致動器，所述驅(qū)動電路適合于 輸出單向信號；以及處理器，其耦合到所述線性諧振致動器。
17. 如權(quán)利要求16所述的便攜式裝置，其中，所述線性諧振致 動器適合于接收所述單向信號并產(chǎn)生振動作為響應(yīng)。
18. 如權(quán)利要求16所述的便攜式裝置，所述驅(qū)動電路由開關(guān)組成。
19. 如權(quán)利要求16所述的便攜式裝置，所述線性諧振致動器包 括彈簧、磁性線圏以及浮標(biāo)組件。
20. 如權(quán)利要求19所述的便攜式裝置，其中，所述彈簧被偏移。
21. 如權(quán)利要求19所述的便攜式裝置，其中，所述彈簧為非線性的。
22. 如權(quán)利要求19所述的便攜式裝置，其中，所述浮標(biāo)組件包 括磁體。
23. 如權(quán)利要求16所述的便攜式裝置，其中，所述信號包括振 動的幅度、頻率和延續(xù)時間。
24. 如權(quán)利要求16所述的便攜式裝置，其中，所述處理器被編 程，以便基于高級觸覺參數(shù)產(chǎn)生輸入到所述驅(qū)動電路的控制信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有單向驅(qū)動的振動致動器。其中公開了一種觸覺反饋發(fā)生系統(tǒng)，其包括線性諧振致動器和驅(qū)動電路。該驅(qū)動電路適合于輸出將被施加到線性諧振致動器的單向信號。作為響應(yīng)，該線性諧振致動器產(chǎn)生觸覺振動。
文檔編號B06B1/02GK101663104SQ200880010775
公開日2010年3月3日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者D·A·格蘭特, J·M·格魯茨-赫納德茨, P·格雷戈里奧 申請人:英默森公司