专利名称：具有电流模拟触感反馈的按键开关以及触敏显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子控制及显示领域，更具体地涉及一种具有电流模拟触感反馈的按键开关和触敏显示器。
背景技术：
众所周知，在电子控制及显示领域中广泛地使用各种按键开关以及触敏显示器来实现人与相关设备的人机交互。例如，传统的计算机的鼠标和键盘、手机操作按键以及触摸屏等等都可以用于人机交互，以实现对相关设备的指令输入或者从相关设备取得反馈信肩、ο现有技术中，针对这种按键开关或者触敏显示器的操作反馈多数为按键开关或触敏显示器的表面本身受到按压后产生的机械运动反馈，同时可能伴随有相应的音频输出或者视频显示以进行反馈。然而，通过这些方式，反馈的信息是较为单一的。例如，在专利文献 201020281858. 7公开了一种气压式按键，其采用气体压力的方式改善了传统按键的触感， 但仍然无法在按键开关与操作者之间实现丰富多样的触感反馈信息。此外，音频输出反馈容易受到嘈杂的外界环境的干扰，视频显示反馈也同样依赖于外界环境。例如，直射或者反射的日光或者灯光可能造成操作者无法看清楚触敏显示器上显示的视频内容。对此，专利文献US4，885，565公开了一种触敏监视器，其中通过使用者触摸进行的输入来触发触感的反馈，由微处理器触发机械冲击的方式操纵振荡线圈，该机械冲击导致监视器壳体发生振动，从而在附加的音响反馈之外，使用者还可以感受到机械振动。然而，这种方案的缺点在于，即使通过触摸进行不同的输入，也出现相同的触感反馈，只有与原先的音响反馈相联系才能更准确地加以区分。为此，需要扩展按键开关和触敏显示器的操作反馈能力，使得在操作按键开关或者触敏显示器的同时可以获得丰富的触感反馈信息。
发明内容
针对现有技术中按键开关和触敏显示器进行操作反馈时存在的上述缺点，本发明采用电流模拟触感技术来实现对按键开关或者触敏显示器的触感反馈，以扩展传统的按键开关或触敏显示器的操作反馈能力。具体而言，电流模拟触感技术通过大约几百伏的电压与非常微弱的电流激发人类手指表面的触感神经，从而调制出不同的触感。在本质上，电流模拟触感技术类似于触电，但通过微弱电流引起的感觉却是千变万化的，从而可以模拟出振动、压力、热等多种感觉，并且强弱可控。因此，本发明将电流模拟触感技术应用在按键开关和触敏显示器中，进而丰富操作者的触感反馈。根据本发明的一方面，提供了一种具有电流模拟触感反馈的按键开关，该按键开关包括至少一个传感器，检测操作者对按键开关表面的操作，并且产生第一信号；至少一个放电电极，在所述按键开关表面的至少一个区域中逐点地产生电位差，并且输出可控的电流；控制单元，与所述至少一个传感器、所述至少一个放电电极连接，基于第一信号产生第二信号来控制放电电极。根据本发明的另一方面，提供了一种具有电流模拟触感反馈的触敏显示器，该触敏显示器包括至少一个传感器，检测对操作者对触敏显示器表面的操作，并且产生第一信号；至少一个放电电极，在触敏显示器表面的至少一个区域中逐点地产生电位差，并且输出可控的电流；显示介质；控制单元，与所述至少一个传感器、所述至少一个放电电极以及所述显示介质连接，基于第一信号产生第二信号以控制放电电极。根据本发明的具有电流触感反馈的按键开关和触敏显示器，可以使得操作者在操作按键开关或者触敏显示器时获得丰富的触感反馈信息，并且抑制或消除外界环境对信息反馈的干扰。
下面借助于附图来例示本发明的优选实施例。在附图中图1为图示根据本发明的一个实施例的具有电流模拟触感反馈的按键开关的结构示意图；图2为图示根据本发明的另一实施例的具有电流模拟触感反馈的按键开关的结构示意图；图3为图示根据本发明的一个实施例的具有电流模拟触感反馈的触敏显示器的结构示意图；以及图4为图示根据本发明的另一实施例的具有电流模拟触感反馈的触敏显示器的结构示意图。
具体实施例方式首先，如图1所示，图示了根据本发明的一个实施例的具有电流模拟触感反馈的按键开关。如图1所示，该按键开关包括传感器部分Si，其中设置至少一个传感器；放电电极部分S2，具有多个放电电极E1, E2, .... ;以及控制单元VP，其与传感器部分Sl中的传感器和放电电极部分S2中的各放电电极EnE2，. . . . &连接。在此，为了简化对本发明的发明构思的描述，在附图中仅仅示意性地示出了实现本发明构思的最主要的部分，而省略了对其它部分的描述。例如，以传统的键盘所采用的电容式传感器为例，传感器部分Sl的完整结构还应包含辅助传感器实现按键功能的相应的机械结构，如键盘的外壳、按键帽，或者在传统的鼠标的情况下，还包括鼠标的外壳等等。传感器检测操作者对按键开关表面的操作并且至少产生第一信号，基于所述第一信号至少能够确定操作者对按键开关的操作状态(例如，笛卡尔坐标)。在传感器部分Sl上方布置放电电极部分S2，放电电极部分S2包含多个放电电极 E2, ... . Em,并且包含相应的平面覆盖机体、绝缘体以及与控制单元连接的导线、机械结构等或者控制单元的一部分。放电电极可以由各种常用的导电材料制成。例如，在此实施例中， 放电电极采用导电橡胶制成。作为变型，还可以采用“ΙΤ0薄膜”或者“柔性导电材料”等材料来制成放电电极。两个部分Si、S2的布置方式使得放电电极E1. . . &可在按键开关的上表面产生电位差，同时与操作者的接触部分之间输出可控的电流。电流的变化可以构成不同“操作反馈信息”甚至“电流图案”，使得传统按键开关上的反馈信息被极大地扩展，而不局限于传统按键开关上的定义的导航键、数字/字符键等。例如，通过对放电电极的控制，使得操作者在与放电电极接触时感受到所操作的按键开关产生的响应，即，放电电极产生的可控的电流， 而且这一感觉可以通过针对放电电极的不同控制而发生改变。特别当在用于视觉障碍患者的终端中应用这样的按键开关时，能够使视觉障碍患者直接感受到操作的按键开关的状态以及响应。另一方面，通过适当的控制可以使这种按键开关产生虚拟的键的复位和锁定从而接近于真实对象的操作感，并且甚至还可以准确调节放电电极输出电流的大小，在按键开关的表面模拟真实触感的输出，显示电流构成的图形，以及通过电流感觉到画面中虚拟对象的温度、质感、硬度等等的物理属性。这种直观的反馈保证操作者与按键开关的交互具有更高的可靠性，抑制或者消除由于外界干扰噪音或者照明状况对交互的不利影响。根据本发明的一个实施例，按键开关可以是一种划分为两层结构的按键开关。其中第一层中设置有至少一个传感器，以检测对按键开关的操作并且产生第一信号，第一信号至少确定对按键开关的操作状态。在第一层的上方安放第二层，第二层中设置有至少一个放电电极，并且包含相应的平面覆盖机体、绝缘体以及与控制单元连接的导线、机械结构等或者控制单元的一部分，所述放电电极在按键开关表面的至少一个区域中逐点地产生电位差，并且输出可控的电流；第一层和第二层与控制单元连接，控制单元基于第一信号产生第二信号来控制放电电极。作为一种替代方式，可以在相同的层上交替地排列放电电极和传感器，以节省空间。同时，在放电电极输出电压/电流的同时，控制单元可以通过输出的电压/电流的关系分析操作者对按键开关的操作，在一定程度上辅助传感器的功能，进一步简化结构。如上所述，根据本发明的按键开关通过放电电极与操作者的接触部分输出可控的电流来实现电流模拟触感反馈，因此对按键开关的传感器部分中包含的传感器的类型并无特殊要求。例如，可以采用基于“电场变化”、“磁场变化”、“温度变化”、“湿度变化”、“湿度变化”、“电容变化”、“电阻变化”、声波原理、光学原理、机械运动等原理来实现本发明的传感器。在本发明的实施例中，控制单元VP基于传感器输出的第一信号而产生第二信号来控制放电电极实现触感反馈信息。在本发明的至少一个实施例中，在还没有对按键开关进行操作的初始状态下，控制单元VP通过产生第二信号来控制放电电极以实现初始状态下的触感反馈信息。
此外，本发明按键开关中使用的传感器可以是接触式传感器或者非接触式传感器。例如，本发明的至少一个实施例中，可以采用声波/光波传感器之类的非接触式传感器来检测操作者对按键开关的操作。例如，可以使用CCD摄像头构成的光学传感装置和/或采用基于表面声波技术的传感装置来检测对按键开关的操作。这样，传感器部分Sl不一定必须放置在放电电极部分S2之下。相反，传感器部分可以安装在按键开关的上方，如附图2 的图示。此时，通过检测按键开关表面声波/光学信号的变化从而检测按键开关的操作状态，可以把检测的坐标以及相关的操作状态传送给控制单元VP作为第一信号。由此，可以简化按键开关的内部结构，同时减少了放电电极部分的机械运动以便于可以采用硬质材料来制作放电电极，有助于延长其使用寿命。可见，在根据本发明的按键开关中，传感器和放电电极的相对位置是灵活多样的， 这依赖于所采用的传感器的类型和工作原理。此外，根据本发明的实施例，可以将传感器辅助的机械结构作为传感器的一部分来共同实现触控传感的功能，还可以将放电电极辅助的机械结构作为放电电极的一部分来共同实现放电电极的功能。在本发明的实施例中，控制单元VP还与安装所述按键开关的电子设备连接，或者与之构成单元模块。根据本发明的一个实施例，控制单元VP控制放电电极输出的电压/电流，并且分析不同放电电极之间的电容、电阻和电位变化。根据本发明的另一实施例，控制单元VP可以将按键开关的外壳的一部分作为放电电极进行控制。根据本发明的一实施例，其中放电电极可以垂直于按键开关的表面进行运动。此外，可以将本发明的按键开关实现为本领域已知的任何形式，诸如采用电容式传感器的键盘按键、采用簧片的鼠标按键、以及手机界面中的多传感器构成的导航键等等， 包括但不限于本领域目前已知的和将来开发的各种按键、开关、导航键、扳机等各种实现形式。因此，在本申请说明书和权利要求书中列举的方式仅仅是示例性的而不是限制性的。现在，参见图3来例示根据本发明实施例的触敏显示器。如图3所示，触敏显示器包括传感器部分Si，具有至少一个传感器；放电电极部分S2，具有至少一个放电电极E1, E2, . . . Em ；显示介质S3 ；以及控制单元VP，控制单元VP与传感器部分Si、放电电极部分S2 中的各放电电极以及显示介质S3相连接。作为示例，传感器部分Sl被形成为透明的挠性传感器垫(以电阻或电容式为例)。传感器检测操作者对触敏显示器表面的触摸，并且至少产生一个第一信号，该第一信号至少确定触摸的位置(笛卡尔坐标)。可根据各种常用的显示器技术来构建显示介质，在此实施例中采用LCD技术构建。作为变形，可以利用“有机电致发光膜”、“微囊电泳显示”、“CRT”、“LED”，或者“等离子显示”来实现本发明中的显示介质。根据本发明的触摸显示器通过放电电极与操作者的接触部分输出可控的电流来实现电流模拟触感反馈的效果，因此对显示介质是否是柔性或非柔性并无特定要求。在传感器部分之上安放有放电电极部分，放电电极部分包含可导电的放电电极 E1... &、以及相应的平面覆盖机体，此外还包含绝缘物质以及与控制器相连的导线、或控制器的部分。放电电极E1. . . &可在触敏显示器的最上层表面产生电位差，同时与操作者的接触部分之间输出可控的电流。电流的变化以及构成的不同“电流图案”将会模拟产生对物体的触感，同时可模拟出物体的其它物理特性。根据本发明的一个实施例，把放电电极构成对应于密集排布的显示器的像素，使之能够通过不同放电电极间的电位差与操作者的接触部分之间产生可精确控制的电流， 从而适合模拟真实触感的输出，例如输出盲文、所显示对象的温度、质感、硬度、其它物理特性，等等。因为这些特性都可以通过人体神经内部的传导电流而被人体所感知，从而丰富操作者的触感反馈，并且不像传统显示装置受外界环境的影响。根据本发明的一个实施例，触敏显示器可以是一种被划分为三层结构的触敏显示器。其中第一层中设置有至少一个传感器，以检测对触敏显示器表面的操作并且产生第一信号，第一信号至少确定对触敏显示器表面的操作状态。在第一层的上方安放第二层，第二层中设置有至少一个放电电极，并且包含相应的平面覆盖机体、绝缘体以及与控制单元连接的导线、机械结构等或者控制单元的一部分，所述放电电极在触敏显示器的表面的至少一个区域中逐点地产生电位差，并且输出可控的电流；在第一层的下方安放第三层，第三层由显示介质构成，第一层、第二层及第三层与控制单元连接，控制单元基于第一信号产生第二信号来控制放电电极。作为一种替代方式，可以在相同的层上交替地排列放电电极和传感器，以节省空间。现在，参见图4来例示根据本发明另一实施例的触敏显示器。与图3的主要区别在于，采用声波/光学传感器之类的非接触式传感器来替代传感器垫。例如，使用CCD摄像头构成的光学触感装置或者采用表面声波技术构成的传感器来检测对触敏显示器表面的操作。其中，传感器被安装在放电电极部分的上方，通过检测触敏显示器表面的声波/光学信号的变化从而确定操作者与触敏显示器的接触状态。可以把测出的坐标以及相关的接触状态传导到控制单元VP上作为第一信号。根据本发明的一个实施例，触敏显示器中的传感器部分Sl可以被实现为层状结构，即，作为其中设置了至少一个传感器的传感器层，而放电电极部分S2也可以被实现为层状结构，即作为其中设置了至少一个放电电极的放电电极层。类似地，显示介质可以被实现为柔性/非柔性的显示介质层。控制单元VP基于第一信号产生第二信号从而控制放电电极在触敏显示器的表面的至少一个区域逐点地产生电位差，同时与操作者的接触部分之间输出可控的电流，从而形成对显示介质上显示的对象的电流模拟触感反馈。根据本发明的一个实施例的触敏显示器，其中，放电电极由透明的导电材料制成。根据本发明的另一实施例的触敏显示器，其中，放电电极由多孔的导电材料制成。根据本发明的一实施例的触敏显示器，其中控制单元将触敏显示器的外壳的一部分作为放电电极进行控制。根据本发明的一实施例的触敏显示器，其中放电电极可以垂直于触敏显示器的表面进行运动。虽然结合上述实施例对本发明进行了说明，但是可以理解本发明并不局限于公开
8的实施例。而且，在本发明的原理和范围之内，可以对本发明进行修改以引入本说明书未说明的任何改变、替换或者等效组件而不脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种具有电流模拟触感反馈的按键开关，包括至少一个传感器，检测操作者对按键开关表面的操作，并且产生第一信号；至少一个放电电极，在所述按键开关表面的至少一个区域中逐点地产生电位差，并且输出可控的电流；控制单元，与所述至少一个传感器、所述至少一个放电电极连接，基于第一信号产生第二信号来控制放电电极。
2.根据权利要求1所述的按键开关，其中放电电极在与操作者的接触部分之间输出可控的电流以形成电流模拟触感反馈。
3.根据权利要求1所述的按键开关，其中，所述控制单元控制放电电极输出的电压和电流，并且分析不同放电电极之间的电容、电阻和电位变化。
4.根据权利要求1-3任一项所述的按键开关，其中在同一层交替地排列放电电极和传感器。
5.根据权利要求1-3任一项所述的按键开关，其中在不同层排列放电电极和传感器。
6.根据权利要求1所述的按键开关，其中所述传感器是接触式传感器或者非接触式传感器。
7.根据权利要求6所述的按键开关，其中所述传感器基于电场变化、磁场变化、温度变化、湿度变化、压力变化、电容变化、电阻变化、声波原理或者光学原理中的一种或者其组合来检测操作者对按键开关表面的操作。
8.根据权利要求1所述的按键开关，其中控制单元将按键开关的外壳的一部分作为放电电极进行控制。
9.一种具有电流模拟触感反馈的触敏显示器，包括至少一个传感器，检测对操作者对触敏显示器表面的操作，并且产生第一信号；至少一个放电电极，在触敏显示器表面的至少一个区域中逐点地产生电位差，并且输出可控的电流；显示介质；控制单元，与所述至少一个传感器、所述至少一个放电电极以及所述显示介质连接，基于第一信号产生第二信号以控制放电电极。
10.根据权利要求9所述的触敏显示器，其中，放电电极在与操作者的接触部分之间输出可控的电流以形成对显示介质上显示的对象的电流模拟触感反馈。
11.根据权利要求9所述的触敏显示器，其中，所述控制单元控制放电电极输出的电压和电流，并且分析不同放电电极之间的电容、电阻和电位变化。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的触敏显示器，其中在同一层交替地排列放电电极和传感器。
13.根据权利要求9-11中任一项所述的触敏显示器，其中在不同层排列放电电极和传感器。
14.根据权利要求9-11中任一项所述的触敏显示器，其中，放电电极由透明的导电材料制成。
15.根据权利要求9-11中任一项所述的触敏显示器，其中，放电电极由多孔的导电材料制成。
16.根据权利要求9所述的触敏显示器，其中所述传感器是接触式传感器或者非接触式传感器。
17.根据权利要求16所述的触敏显示器，其中所述传感器基于电场变化、磁场变化、温度变化、湿度变化、压力变化、电容变化、电阻变化、声波原理或者光学原理中的一种或者其组合来检测对所述至少一个区域的触控操作。
18.根据权利要求9所述的触敏显示器，其中控制单元将触敏显示器的外壳的一部分作为放电电极进行控制。
全文摘要
本发明涉及一种具有电流模拟触感反馈的按键开关和触敏显示器。所述按键开关包括至少一个传感器，检测操作者对按键开关表面的操作，并且产生第一信号；至少一个放电电极，在所述按键开关表面的至少一个区域中逐点地产生电位差，并且输出可控的电流；控制单元，与所述至少一个传感器、所述至少一个放电电极连接，基于第一信号产生第二信号来控制放电电极。所述触敏显示器包括至少一个传感器；至少一个放电电极，在触敏显示器表面的至少一个区域中逐点地产生电位差，并且输出可控的电流；显示介质；控制单元，基于第一信号产生第二信号以控制放电电极。本发明的按键开关和触敏显示器可以实现电流触感反馈，扩展了操作反馈能力。
文档编号G06F3/041GK102427354SQ20111023192
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者张贵新, 李克强, 鲍臻 申请人:鲍臻