CN102236463A - 透明复合压电组合的触摸传感器和触觉致动器 - Google Patents

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Abstract

一种触觉设备，包括基本透明的复合压电单元，其被配置为测量所述单元的表面的形变并且作为所述形变的结果提供触觉反馈效果。

Description

透明复合压电组合的触摸传感器和触觉致动器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年4月23日提交的美国临时专利申请No.61/327,625的优先权，该临时专利申请的内容通过引用全文结合在此。
技术领域
本发明涉及包括透明复合压电组合的触摸传感器和触觉致动器(transparent composite piezoelectric combined touch sensor andhaptic actuator)的触觉设备。
背景技术
电子设备制造商致力于为用户生成丰富的界面。常规的电子设备通常提供视觉和/或听觉反馈用以向用户传递信息。在某些情况下，还向用户提供动觉反馈(诸如，主动力和阻力反馈)和/或触知反馈(诸如，振动、质地和热)。一般而言，动觉反馈和触知反馈被统称为“触觉反馈”或“触觉效果”。触觉反馈在提供线索以警报用户特定事件或提供逼真的反馈知觉以创建更强的感官体验的情况下是有用的。触觉反馈可用于普通电子设备，更可用于创建模拟或虚拟环境的设备。
在过去，已使用各种触觉致动技术来为诸如触摸屏的触摸敏感设备提供振动触知的触觉反馈。已知的触觉反馈设备使用电气致动器，诸如线性谐振致动器(“LRA”)设备和偏心转动惯量(“ERM”)设备。然而，这些致动器通常不可伸缩，而且并非总能在触觉应用中充分表现。这些设备通常很笨重并且难以符合某些空间的限制。
用于触摸敏感设备的另一种常规触觉反馈技术是电活性聚合物(“EAP”)设备。然而，该技术的一大缺点是基于EAP的致动器通常需要几千伏的电力才能提供适于触觉应用的效果。
随着触觉反馈结构的发展，已经能够制造更小、更紧致的设备。因此，用于在触摸敏感设备中提供触觉反馈的另一线的技术是单片压电陶瓷。由这类陶瓷制成的致动器被称为单片压电致动器，并且因为其的尺寸可伸缩性和快速动力学性而为触觉反馈提供了令人满意的解决方案。然而，将这些致动器机械结合并安装到消费产品内却通常是麻烦的。此外，单片压电陶瓷通常非常易碎并且会由于并入该陶瓷的电子设备摔落或承受其他类似的力或应力而破裂。将单片压电陶瓷结合到商业产品通常会是困难的。
对于这些触觉反馈设备而言，使用分离的触摸传感器感测是否应该起动触觉反馈效果。
发明内容
根据本发明的一个方面，使用透明复合压电技术创建可用于诸如触摸屏的触觉设备内的透明复合压电组合的触摸传感器和触觉致动器。
根据本发明的一个实施例，提供一种触觉设备，所述触觉设备包括基底以及覆盖在所述基底上的基本透明的复合压电单元。所述压电单元包括：传感器压电层，其被配置为在所述传感器压电层形变时生成第一信号，以及致动器压电层，其被配置为在接收到基于第一信号的第二信号时提供触觉效果。
根据本发明的一个实施例，提供一种触觉设备，所述触觉设备包括基本透明的复合压电单元，其被配置为测量所述单元的表面的形变并且作为所述形变的结果提供触觉效果。所述单元包括第一电极，第二电极，以及在所述第一电极和所述第二电极之间的多个压电陶瓷材料。当在所述第一电极和所述第二电极之间创建电场时，压电陶瓷材料致动以提供所述触觉效果。
根据本发明的一个实施例，提供一种触觉设备，所述触觉设备包括含有传感器单元的阵列的基本透明的压电传感器层，含有可独立致动的致动器单元的阵列的基本透明的压电致动器层；以及被配置为显示透过所述基本透明的压电传感器层和所述基本透明的压电致动器层可见的图像的显示器。
根据本发明的一个实施例，可以使用矩形或圆形(或其他几何形状)单元形式的多个组合的触摸传感器和触觉致动器单元，由此创建能够同时提供隔离的局部触觉反馈的触摸屏/触摸板设备。
传感器和致动器的功能性可由单个模块实现，由此相比于传统替换方案，可以获得结合方法更简单的更薄、更紧致的解决方案。复合压电传感器/致动器可由各种形式的因素(可伸缩性)制成，从而使其适用于不同的应用。复合压电材料可以被优化以实现针对每个应用加以调整的特定机电属性。根据本发明实施例的触摸传感器可以不仅用于检测触摸，还可用于测量输入压力的大小。此外，由于复合压电材料的快速动力学和优越的致动性能，使得本发明的实施例能够实现宽范围的丰富触觉效果，诸如振动触知或动觉效果和/或静态或动态形变。
本公开中描述的各实施例可以包括无需在本文明确公开但对阅读了其后详细描述和附图的本领域普通技术人员而言显见的各种特征和优点。这些特征和优点旨在被包括在本公开的范围内。
附图说明
例示了附图的各个部件以强调本公开的普遍原理，并且各部件没有必要按比例绘制。出于一致性和清楚的考虑，在附图中尽量重复指代相应部件的参考编号。
图1是示出了根据本发明实施例的电子设备的常规示意图的框图；
图2A是例示了根据本发明实施例的触觉设备的横截面视图的示意图；
图2B是例示了根据本发明实施例的触觉设备的横截面视图的示意图；
图2C是例示了根据本发明实施例的触觉设备的横截面视图的示意图；
图3是例示了根据本发明实施例的触觉设备的一部分的透视图的示意图；
图4是图3触觉设备的一部分的更详细视图；
图5是例示了根据本发明实施例的复合压电结构的一部分的透视图的示意图；
图6是根据本发明实施例的触觉设备的示意图；
图7A是根据本发明实施例的触觉设备的分解示意图；以及
图7B是根据本发明实施例的触觉设备的分解示意图。
具体实施方式
本公开描述了包括触觉反馈致动器的触觉设备的实施例，其中所述触觉反馈致动器经由用户界面、人机接口、或者所述致动器位于其上或其内的用户设备的其他部分，向用户施与触觉效果。更具体地，本文描述的触觉设备的实施例可被配置为向用户设备的触摸敏感表面施加触觉效果。在某些实施例中，触摸敏感表面是可以包括视觉输出机构和触摸敏感输入机构两者的显示器设备的一部分。于是，触觉反馈可被应用于诸如电子手持设备的用户设备，从而为用户提供丰富的感官体验。
相比于使用单片压电致动器，本公开描述了使用“复合压电材料”提供触觉反馈。触觉反馈还可被称为触知效果、触知反馈、触觉效果、力反馈、或者振动触知反馈。复合压电材料可用于实现触觉反馈设备的特定性质。例如，可以优化机械强度、硬度、阻尼系数、粗糙度、柔性、位移长度比、功耗、致动力等，以符合特定应用的具体机电目标。此外，因为复合压电材料的柔性性质，触觉反馈致动器可用作放置在触觉反馈致动器上的触摸屏的粘弹性悬架(viscoelasticsuspension)。通过调谐粘弹性特性，可以调整触摸屏结构的谐振频率。
虽然在此描述的许多示例有关触摸屏设备，但是应该理解本公开同样涵盖涉及触摸敏感结构的其他类型的人机接口。此外，本领域普通技术人员在阅读并理解了本公开的普遍原理之后将显见其他特征和优点。这些其他特征和优点同样旨在被包括在本公开内。
图1是根据本发明一个实施方式的电子设备10的框图。更具体地，电子设备10包括经由总线18互联的处理设备12、存储器设备14、以及输入/输出设备16。此外，输入/输出设备16包括触摸屏设备20或者其他人机接口设备。
触摸屏设备20可被配置为任何合适的人机接口或触摸/接触表面组件。触摸屏设备20可以是任何触摸屏、触摸板、触摸敏感结构、计算机监视器、膝上型显示设备、工作簿显示设备、信息站屏幕、便携式电子设备屏幕、或者其他合适的触摸敏感设备。触摸屏设备20可被配置为与用户控制的设备(诸如，输入笔、手指等)物理交互。在某些实施例中，触摸屏设备20可以包括至少一个输出设备和至少一个输入设备。例如，触摸屏设备20可以包括视觉显示器以及叠加其上的用于接收来自用户手指输入的触摸敏感屏幕。
在各实施例中，触摸屏设备20将触摸反馈提供给电子设备10的至少一部分，由此能被传达给与电子设备10接触的用户。具体地，触摸屏设备20能够提供向其触摸屏本身提供触觉反馈，以在用户与该屏幕接触时施加触觉效果。触觉效果可用于增强用户体验，尤其可以向用户提供该用户已与要被触摸屏设备20检测的屏幕进行充分接触的确认。
电子设备10可以是任何设备，诸如台式计算机、膝上型计算机、电子工作簿、电子手持设备(诸如，移动电话、游戏设备、个人数字助理(“PDA”)、便携式电子邮件设备、便携式因特网接入设备、计算器等)、信息站(诸如，自动售货机、购票机等)、打印机、销售点设备、游戏控制器、或其他电子设备。
处理设备12可以是用于管理或控制电子设备10的操作和功能的通用或专用处理器或微处理器。例如，处理设备12可被特别设计作为专用集成电路(“ASIC”)以控制送至输入/输出设备16的驱动器从而提供触觉效果的输出信号。处理设备12可被配置为基于预定义因数来确定要运行什么样的触觉效果，运行触觉效果的次序、以及幅度、频率、持续时间、和/或触觉效果的其他参数。处理设备12还可被配置为提供可以被用于驱动触觉致动器以提供具体的触觉效果的流式电机命令。在某些实施例中，处理设备12实际上可以包括多个处理器，每个处理器被配置用于执行电子设备10中的某些功能。
存储器设备14可以包括一个或多个内部固定的存储单元、可移除存储单元、和/或可远程访问存储单元。各种存储单元可以包括易失性存储器和非易失性存储器的任意组合。存储单元可被配置为存储信息、数据、指令、软件代码等的任意组合。更具体地，存储设备可以包括触觉效果简档、如何驱动输入/输出设备16的触觉致动设备的指令、或者用于生成触觉效果的其他信息。
除了触摸屏设备20之外，输入/输出设备16还可以包括特定的输入机构和输出机构。例如，输入机构可以包括诸如键盘、小键盘、光标控制设备(例如，计算机鼠标)或者其他数据输入设备的设备。输出机制可以包括计算机监视器、虚拟现实显示器设备、音频输出设备、打印机、或其他外围设备。输入/输出设备16可以包括被设计用于不仅接收来自用户的输入还向用户提供反馈(诸如触摸屏设备的许多示例)的机构。触摸屏设备20和其他输入/输出设备16可以包括按钮、小键盘、光标控制设备、触摸屏组件、输入笔接收部件或者其他数据输入部件的任何合适的组合和配置。触摸屏设备20还可以包括计算机监视器、显示屏幕、触摸屏显示器、触觉或触知致动器、触觉效果设备、或用于向用户提供输出的其他通知设备的任何合适的组合。
图2A例示了触觉设备30的实施例的横截面，其中该触觉设备30可以是诸如图1例示的触摸屏设备20的触摸屏设备。如图所示，触觉设备包括基底32，如下将进一步详细讨论的，该基底32可以是触摸屏玻璃板，或是柔性结构。基本透明(即，至少40％透明度)的复合压电单元34覆盖基底32或位于基底32顶部之上，从而在用户触摸时，用户看上去像是触摸所述触摸屏，但其实触摸的是复合压电单元34。
如图2A所示，复合压电单元34包括具有不同机电性质的层，包括可以是在被触摸时在微尺度形变的宽层并由此用作传感器的顶部复合层36、以及用作致动器的底部复合层38。顶层36的柔性使得在底层38生成的触觉效果能够被转移到正与设备交互的人手。相互交错(interdigitated)的电极系统可用于使用直接压电效应检测顶层36上的触摸，并且随后使用由检测到的触摸生产的信号，从而提供该信号以致动底层38。在一个实施例中，顶部复合层36可以用作致动器，而底部复合层38则可用作传感器。
可以使用各种连接模式用以将顶层36附连至底层38，从而优化系统的机电属性。例如，可以选择在用作传感器的层提供相对柔性(可形变)介质的模式，从而允许更好的触摸检测功能，同时具有相对刚性结构的核心层则可作为被用作致动器的层。
图2B例示了包括基底132(类似于图2A的基底32)和基本透明的复合压电单元134的触觉设备130的实施例，其中基本透明的复合压电单元134覆盖基底132或位于基底132顶部之上，从而在用户触摸触觉设备130的顶表面时，用户触摸的是复合压电单元134。在一个实施例中，基底132可以是被配置为透过压电单元134显示图像的显示器，并且由于压电单元134是透明的，因此用户可能会认为显示器本身正被触摸。如图2B所示，基本透明的复合压电单元134包括覆盖在基底132上的第一层136、覆盖在第一层136上的第二层138、覆盖在第二层138上的第三层140、以及覆盖在第三层140上的第四层142。例示的实施例并不旨在进行任何形式的限制，并且可以使用多于或少于例示的四层的层，例如3层、5层、6层等。
在一个实施例中，四层中的一层(诸如第四层142)可被配置为用作传感器，而剩余各层(即，第一层136、第二层138、和第三层140)可被配置为用作致动器。相互交错的电极系统可用于使用直接压电效应检测用作传感器的层上的触摸，并且随后使用由检测到的触摸生成的信号，从而提供各独立的信号以致动用作致动器的各层，从而生成期望的触觉效果。例如，如果期望的话，在一个实施例中，所述信号被基本同时地提供给所有三个层，以相比于由用作致动器的单层产生触觉效果来强化所述效果。
图2C例示了其中类似于图2A和2B例示的触觉设备30和130包括基底232和基本透明的复合压电单元234的触觉设备230是柔性的实施例。柔性意味着相对于在当前触摸屏内发生的轻微挠曲，使得设备能够在大范围内发生形变。柔性的基本透明的压电单元234和基底232例如可以是可弯曲的，可折叠的，或是可卷起的(rollable)。可卷起的结构是其中可弯曲的结构能够弯曲回其本身以形成一个卷的结构。
如图3和图4所例示，被配置为用作传感器的层和被配置为用作致动器的层可以复合压电致动器/传感器单元的形式组合到单个模块中。图3和图4例示了带有其关联电极42的复合压电致动器/传感器单元40的横截面。复合压电单元40包括结构性粘合剂46(诸如环氧树脂材料)中的压电陶瓷纤维44，所述压电陶瓷纤维44的实施例的示意图如图5所例示。在一个实施例中，作为例示的圆形的替代，纤维可以具有矩形的横截面。如图所示，示出电极42的每一个可用于发送一个单独的控制信号，使得嵌入在两个连续电极42间示出的结构性粘合剂46内的每片纤维44能够被致动，由此在相应的位置创建局部的触觉效果。箭头48指示极化的压电陶瓷材料响应于施加的电场如何膨胀或收缩，并且箭头50指示由电极42创建的压电陶瓷极化。
类似地，如果在用户与设备40交互的同时监视并测量每个电极42两端的电压，则可以基于在嵌入设备40的每片压电纤维44上发生的压电效应来确定所述交互(触摸)的位置。例如，可以使用多路复用器命令各独立的控制信号并且测量感觉信号。
在一个实施例中，设备40可被制造为带有柔性机械结构，由此允许设备40符合工业应用中的各种不规则表面。如上所述，柔性意味着相对于在当前触摸屏内发生的轻微弯曲，使得设备能够在大范围内发生形变。柔性机械结构和基底例如可以是可弯曲的，可折叠的，或是可卷起的。
图6例示了包括矩形复合压电单元62的栅格的触觉设备60的实施例，其中所述复合压电单元62被配置为起到触摸传感器的作用并且在同时提供隔离的局部触觉反馈。虽然在例示的实施例示出了以4×4矩阵布置的矩形单元62的栅格，但是也可以使用更多或更少的单元62以及其他非矩形的几何结构。例示的实施例并不旨在以任意形式进行限制。例如，单元62的例示矩阵可以是起到例如手持设备的触摸屏或触摸板的作用的更大单元栅格的一部分。在图6中的例示的每个单元62都是取决于安装配置可以在侧向或法向方向(相对于由箭头72表示的触摸设备平面)上提供触觉效果的透明复合压电材料的矩形条带。
如图6例示，电极层64和66位于所示栅格的顶部和底部，并且提供电极路径68以使得每个单元62可以独立于其他单元62被致动。局部隔离的触觉效果可以通过向每个单独的单元62发送控制驱动信号来实现。电极层64和66是基本透明的。在一个实施例中，电极层64和66可以具有嵌入在各层内的复合压电材料。
如图6所示，触觉设备60包括在相邻单元62之间内的振动隔离器70。在一个实施例中，振动隔离器50包括嵌入在单元62之间以防止振动在各单元62之间转移的基于透明聚合物的结构。在一个实施例中，振动隔离器70具有在相邻单元62之间的间隙的形式。
通过利用复合压电材料的传感器功能，每个单元62可以作为压力传感器以及致动器，并且能够检测其面积边界内的触摸。假设例示的触觉设备60用作触摸传感器，则感测功能的分辨率可被限制为每个单元62的尺寸。相对于传统触摸屏技术，不需要为复合压电单元62传感器功能提供工作的外部电压。相反地，当向每个单元62顶部施加形变/压力时，与该单元62相关联的复合压电材料在其相应的电极64和66两端产生电压差，所述电压差可用作带有高分辨率的施加压力的幅度的测度。
可以使用各种连接模式用于复合压电单元62，从而优化设备60的机电属性。例如，可以实现相对柔性(可形变)但机械鲁棒且坚固耐用的触摸传感器/致动器，从而可以允许更好的结合和改善的使用寿命。这些解决方案潜在地用于其中期望所述设备60符合不平坦几何结构表面的情况。使用特定的沉积、涂层和烧结技术，上述触觉设备60可被制成任何形状，因此有变得极薄的可能性。
虽然可能难以使得透明压电片大于几厘米长并且可以例如覆盖典型的手持设备的表面，但是通过提供具有带透明单晶体小纤维的复合压电材料或嵌入聚合物矩阵的陶瓷压电材料的单元62的阵列覆盖典型的手持设备的表面，可以创建更大的复合压电传感器/致动器系统。在一个实施例中，压电材料可以是例如由总部在佛罗里达州萨拉索塔市的Smart Material Corporation制造并供应的宏纤维复合物。
图7A例示了包括多个基本透明的压电层的触觉设备80的实施例，所述压电层各自包括基本透明的压电单元阵列。例如，第一层82可以包括单元82a-i的3×3阵列，第二层84可以包括单元84a-i的3×3阵列，并且第三层86可以包括单元86a-i的3×3阵列。虽然例示了三层，但是可以仅包括两层，或者可以包括附加的层。
单元82a-i、84a-i和86a-i可以彼此基本对齐。类似于图2B例示的实施例，各层中的一层(诸如，第一层82)可被配置作为传感器，而且其他层(即，第二层84和第三层86)可被配置为用作致动器。在一个实施例中，每一层以及每一层内的每个单元可以彼此独立的操作，使得可以响应于感测的触摸生成期望的触觉效果。例如，被配置为传感器的层可以使用直接压电效应感知触摸并向相互交错的电极系统生成信号，并在随后使用由检测到的接触生成的信号，提供信号以致动被配置为要被致动的各层的一部分的任意单元，或者单元的任意组合。更具体地，在一个非限制性示例中，用户可以触摸大体对应于可被配置为用作传感器的第一层82的单元82a的区域，并且作为响应，可以由单元84a或者单元84a和86a的组合生成期望的触觉效果，或者可由单元84i或者单元84i和86e的组合生成期望的触觉效果。基本透明的压电层82、84和86可由基底88支持，基底88可以是被配置为显示透过基本透明的压电层82、84和86可见的图像的显示器。
图7B例示了包括多个基本透明的压电层的触觉设备90，所述压电层各自包括基本透明的压电单元阵列。例如，第一层92可以包括单元的8×8阵列，第二层94可以包括单元的3×3阵列，而第三层96则可以包括单元的3×3阵列。基本透明的压电层92、94和96可由基底98支持，基底98可以是被配置为显示透过基本透明的压电层92、94和96可见的图像的显示器。虽然例示了三个层，但是触觉设备90可以仅包括两个层，或者触觉设备90可以包括多于三个层。例示的实施例并不旨在以任意形式进行限制。同样地，每个层可以在阵列中具有不同数量的单元。例如，在一个实施例中，如果需要，第三层可以包括单元的2×2阵列，来代替单元的3×3阵列。
在一个实施例中，第一层92可被配置为用作传感器，并且附加的(更小的)单元可被用作增加传感器的分辨率。类似地，在一个实施例中，第二层94和第三层96可以包括更少的(更大的)单元以增加可由每个单元提供的触觉效果。可以设想多种组合并且例示的实施例并不旨在以任何方式进行限制。
在一个实施例中，本文公开的被配置为用作传感器的各层，即传感器层，可被配置为识别对触觉设备的触摸，以及触觉设备上触摸的位置和幅度。例如，传感器层可被配置为在各层被触摸时测量各层的位移，所述位移可被用于得出施加给各层的压力。对应于接触(即，位移和/或压力)的信号可被发送给处理设备(诸如以上讨论的处理设备12)，并且处理设备可以解释接触并且作为响应生成期望的触觉效果。通过传感器层和处理设备，触觉设备可被配置为感测多触摸接触并且区别基本同时发生的多个触摸。
根据本发明各实施例的触觉设备可被配置为显示可以透过基本透明的压电单元被看见的用于与用户交互的图像，诸如键、表盘、菜单列表等，或者可被配置为例如带有极少图像或没有图像的触摸板。在一个实施例中，触觉设备可被配置为基本同时地感测对设备的两个分离的触摸。在一个实施例中，可以基于与两个分离的接触相关联的多个可能因素生成动态触觉效果。例如，所述触觉效果可被至少部分基于两个接触之间的距离，两个接触的运动方向，接触的数量(例如，是否存在两个以上接触)，接触的位置，由接触起动的功能，以及经由每次接触所施加的压力的量。
在一个实施例中，可由处理设备基于接触的位置和数量，并且基于诸如上述因素的任何数量的其他因素(例如，接触间的距离，接触运动的方向等)，计算动态触觉效果。在诸如幅度、振动、频率等的一个或多个参数随时间变化时可以认为触觉效果是动态的。触觉效果的动态特性相比于静态触觉效果向用户提供附加信息。提供附加信息的需要随着在多触摸设备上感测到两个或更多基本同时的接触而增加。在一个实施例中，可以计算多个动态触觉效果，每个动态触觉效果用于一个触摸，使得每个接触对象(例如，每个手指)可以经历不同的触觉效果，而不是向整个触觉设备施加单个动态触觉效果。在已由处理设备计算所述动态触觉效果之后，可以向被配置用作致动器的基本透明的复合压电单元的(诸)层输出动态触觉效果，从而实现所述动态触觉效果。
在操作中，可以响应于多触摸接触生成动态触摸效果，以增强触觉设备的功能性和可用性。例如，当多触摸接触是两个或多个手指时，用户能够在触摸触觉设备的同时移动手指分开以对显示的图像进行放大。作为响应，可以生成幅度或频率增加的动态触觉效果，以传达虚拟窗口或对象尺寸和/或体积增长或增大的感觉。将手指放回一起的动作可以导致幅度或频率的相等和相反的减小，以传达虚拟窗口或对象尺寸和/或体积缩小或减小的感觉。
在另一个示例中，可以出于移动通过显示的联系人列表、文本、或菜单项的目的将两个或多个手指分开，并且作为响应可以生成基于手指尖之间的距离的增加的幅度或频率的动态触觉效果。用户手指分开的越远，触觉效果的幅度或频率越大，由此传达通过联系人列表或菜单项的速度或移动增加的感觉。将手指收回一起的动作可以导致幅度或频率的相等和相反的减小，以传达通过联系人列表或菜单项的速度或移动降低的感觉。
此外，两个或更多个手指可以做出等同于打开触摸屏上显示的虚拟球形把手的旋转手势。作为响应，可以随着虚拟球形把手被打开生成动态触觉效果，以模拟打开机械球形把手中感知到的那些感觉，诸如制动和障碍感。也可以生成并不与旋转球形把手典型相关联的其他动态效果，用于提供诸如滚屏速度控制、列表结束/列表顶部通知等消息。
在另一个实施例中，两个或更多个手指可以设置边界框(选择区域)，以允许用户与边界框内包含的所有虚拟可选项(grasped items)交互。在滑动边界框的同时，动态触觉效果可以生成滑动感受并且可以依赖于拖动的速度以及该框被拖动到多远而变化。此外，通过增加或减小两个手指之间的距离重新调整项目大小的交互可以生成幅度或频率增加或降低的等效动态触觉效果，或者传递对象大小相对增大或减小的动作的信息的恒定幅度和频率的触觉效果。此外，通过顺时针或逆时针旋转手指来旋转被选择项目的交互可以生成触觉幅度或频率增大或减小的等效动态触觉效果，或者传递旋转(诸)对象远离其初始开始位置或虚拟设置的动作的信息的恒定幅度和频率的触觉效果。此外，通过在屏幕上移动手指以拖动项目的交互可以生成触觉幅度或频率增加或降低的等效动态触觉效果，或者传递物理拖动(诸)对象远离其初始开始位置或虚拟设置的动作的信息的恒定幅度和频率的触觉效果。
在另一个实施例中，多个用户可以向触觉设备施加多触摸接触，并且每个用户可能基于他们在任何给定时刻正进行的特定应用或交互需要不同的触觉效果。此外，单人多手用户可能基于每只手在任何给定时刻正进行的特定动作需要针对每只手的不同触觉效果。例如，一只手可以使用两个手指抓住或捏住一个虚拟对象，同时另一只手可以使用两个手指操纵该虚拟对象或者放大/缩小甚至是滚屏通过一个分离的菜单列表。这两个动作可以在同一表面同时发生，并且受益于在每只手处生成的不同的动态触觉效果。
可以使用本发明的实施例作为致动单元来使能各类电子设备中的触觉效果，所述电子设备诸如触摸屏手持设备(移动设备、PDA和导航系统)、机动车应用、游戏控制台等。
本文描述的各个实施例代表了多个可能的实现和示例，并且并不旨在将本公开必然限制到任何特定实施例。相反地，本领域普通技术人员可以理解能够对这些实施例做出各种修改。所有这些修改旨在被包括在由所附权利要求保护的本公开的精神和范围内。

Claims (23)

1.一种触觉设备，包括：
基底；以及
覆盖所述基底的基本透明的复合压电单元，所述压电单元包括：
传感器压电层，其被配置为在所述传感器压电层形变时生成第一信号，以及
致动器压电层，其被配置为在接收到基于第一信号的第二信号时提供触觉效果。
2.根据权利要求1所述的触觉设备，其中所述传感器压电层覆盖所述致动器压电层。
3.根据权利要求1所述的触觉设备，其中所述致动器压电层覆盖所述传感器压电层。
4.根据权利要求1所述的触觉设备，其中所述基底被配置为显示图像，并且其中所述图像透过所述基本透明的复合压电单元可见。
5.根据权利要求1所述的触觉设备，还包括覆盖在所述基底上的多个基本透明的复合压电单元。
6.根据权利要求5所述的触觉设备，还包括位于相邻压电单元之间并且被配置为将一个压电单元中的振动与其他压电单元隔离的振动隔离器。
7.根据权利要求6的触觉设备，其中所述振动隔离器包括聚合物。
8.根据权利要求6的触觉设备，其中所述振动隔离器包括各单元之间的间隙。
9.根据权利要求1所述的触觉设备，其中所述基底和所述基本透明的复合压电单元是柔性的并且被配置用于大范围形变。
10.一种触觉设备，包括：
基本透明的复合压电单元，其被配置为测量所述单元的表面的形变并且作为所述形变的结果提供触觉效果，所述单元包括
第一电极，
第二电极，以及
在所述第一电极和所述第二电极之间的多个压电陶瓷材料，
其中当在所述第一电极和所述第二电极之间创建电场时，压电陶瓷材料致动以提供所述触觉效果。
11.根据权利要求10所述的触觉设备，还包括被配置为显示图像的显示器，其中所述基本透明的复合压电单元覆盖所述显示器，使得所述图像透过所述基本透明的复合压电单元可见。
12.根据权利要求10所述的触觉设备，还包括多个基本透明的复合压电单元。
13.根据权利要求12所述的触觉设备，还包括位于相邻压电单元之间并且被配置为将一个压电单元中的振动与其他压电单元隔离的振动隔离器。
14.根据权利要求13的触觉设备，其中所述振动隔离器包括聚合物。
15.根据权利要求14的触觉设备，其中所述振动隔离器包括各单元之间的间隙。
16.根据权利要求10所述的触觉设备，其中所述基本透明的复合压电单元是柔性的并且被配置用于大范围形变。
17.一种触觉设备，包括：
包括传感器单元的阵列的基本透明的压电传感器层，
包括可独立致动的致动器单元的阵列的基本透明的压电致动器层；以及
被配置为显示透过所述基本透明的压电传感器层和所述基本透明的压电致动器层可见的图像的显示器。
18.根据权利要求17所述的触觉设备，其中所述传感器单元的阵列比所述致动器单元的阵列包括更多的单元。
19.根据权利要求17所述的触觉设备，还包括第二基本透明的压电致动器层，所述第二基本透明的压电致动器层包括可独立致动的致动器单元的第二阵列。
20.根据权利要求19所述的触觉设备，其中所述传感器单元的阵列比所述致动器单元的第二阵列包括更多的单元。
21.根据权利要求17所述的触觉设备，其中所述显示器、所述基本透明的压电传感器层、以及所述基本透明的压电致动器层是柔性的并被配置用于大范围形变。
22.根据权利要求17所述的触觉设备，其中所述基本透明的压电致动器层覆盖所述显示器，并且所述基本透明的压电传感器层覆盖所述基本透明的压电致动器层。
23.根据权利要求17所述的触觉设备，其中所述基本透明的压电传感器层覆盖所述显示器，并且所述基本透明的压电致动器层覆盖所述基本透明的压电传感器层。
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