CN108628443A - 使用高带宽薄致动系统的触觉效果 - Google Patents

使用高带宽薄致动系统的触觉效果 Download PDF

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R·拉克罗伊克斯
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N·奥利恩
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Abstract

本公开涉及使用高带宽薄致动系统的触觉效果。通过在触觉使能的装置上呈现触觉效果来提供触觉反馈，触觉使能的装置包括前屏幕、耦合到前屏幕的后盖、以及附接到前屏幕或后盖或者在前屏幕或后盖中形成的触觉输出装置。触觉输出装置被配置用于呈现高清晰度(HD)振动触觉效果、低频振动触觉效果、以及变形触觉效果。

Description

使用高带宽薄致动系统的触觉效果
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月23日递交的美国临时专利申请第62/475,544号的优先权权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
实施例涉及使用致动系统(actuation system)提供触觉反馈，更具体地涉及通过使用高带宽薄致动系统呈现触觉效果来提供触觉反馈。
背景技术
诸如移动电话、智能电话、平板电脑、游戏控制器、个人数字助理(PDA)等的便携式/移动电子装置典型地包括输出机构，以向用户提醒关于所述装置发生的某些事件。例如，蜂窝电话通常包括用于可听见地向用户通知呼入的电话呼叫事件的扬声器。可听信号可以包括特定的铃声、音乐小曲、声音效果等。此外，蜂窝电话可以包括可用于可视化地向用户通知呼入的电话呼叫的显示屏。
在一些移动装置中，还向用户提供动觉反馈(诸如主动力反馈和阻力反馈)和/或触感(tactile)反馈(诸如振动、纹理和热)，更一般地已知统称为“触觉反馈”或“触觉效果”。触觉反馈可以提供增强和简化用户接口的提示。具体地，振动效果或振动触感触觉效果可以在向电子装置的用户提供提示以向用户提醒特定事件中是有用的，或者提供真实反馈以在模拟的或虚拟的环境中创建更强的感官沉浸感。
发明内容
一个实施例涉及一种触觉使能的(haptically-enabled)装置，其包括前屏幕(front screen)以及耦合到触觉使能的装置的前屏幕的后盖(back cover)。该装置还包括致动器，所述致动器附接到所述后盖或所述前屏幕或者在所述后盖或所述前屏幕内形成。该触觉输出装置被配置用于呈现高清晰度(high definition,HD)振动触觉效果、低频振动触觉效果、以及变形触觉效果。
附图说明
从下面的详细描述中结合附图将更清楚地理解实施例。图1-13、14A、14B、15A、15B、16A、16B、17和18表示在此描述的非限定性示例实施例。
图1是用于实现一个实施例的触觉使能的移动装置/系统的框图；
图2示出了根据一个实施例的移动装置的拆解图；
图3示出了根据一个实施例的移动装置的分解图；
图4示出了根据一个实施例的移动装置的侧面轮廓视图；
图5是根据一个实施例的移动装置的外表面的顶侧上的所测量的峰-峰加速度(peak to peak acceleration)的图示；
图6是根据一个实施例的移动装置的外表面的底侧上的所测量的峰-峰加速度的图示；
图7示出了根据实施例的用于图8和9中的测量的前屏幕上的基准点；
图8是根据一个实施例的触觉使能的装置的前屏幕上的不同基准点处频率vs所测量的峰-峰加速度的图示；
图9是根据一个实施例的触觉使能的装置的前屏幕上的不同基准点处频率vs所测量的输出频率的图示；
图10和11示出了根据实施例的车辆仪表板中的触摸输入系统；
图12示出了根据一个实施例的触摸表面上的用户触摸/轻拍；
图13是根据一个实施例的触摸屏上的宏纤维复合材料(Macro FabricComposite，MFC)致动器所产生的电压vs时间的图示；
图14A示出了根据一个实施例的MFC致动器和基板的单悬臂构造；
图14B是具有不同杨氏模量的基板的厚度vs总位移的图示；
图15A和16A示出了根据实施例的触摸表面的内表面/底面；
图15B和16B示出了根据实施例的触摸表面的外表面/外面；
图17是根据一个实施例的在触觉使能的装置上提供触觉反馈的流程图；
图18是根据一个实施例的触觉使能的装置中的触觉系统的框图。
具体实施方式
实施例涉及使用致动系统提供触觉反馈，更具体地涉及通过使用高带宽薄致动系统呈现触觉效果来提供触觉反馈。
触觉是对于使用个人的触摸感觉的个人产生触觉反馈效果(也称为“触觉反馈”或“触觉效果”)的触感和/或动觉反馈技术，触觉反馈效果诸如力、振动和动作。触觉使能的装置可以包括被配置用于施加触觉效果的嵌入式硬件(例如致动系统或其它输出机构)。嵌入式硬件一般被编程用于施加(或回放)特定集合的触觉效果。当通过触摸使能的装置的处理器产生或接收到指定要播放哪个(哪些)触觉效果的信号时，触觉使能的装置的嵌入式硬件呈现所指定的触觉效果。例如，当个人旨在体验触觉事件时，触觉使能的装置的嵌入式硬件通过控制电路接收播放命令。嵌入式硬件接着施加适当的触觉效果。
一个实施例使用薄的致动系统，诸如附接到智能电话或其它移动装置的后盖的内表面(或内侧)的宏纤维复合材料(MFC)致动器，以在移动装置的后盖上提供变形触觉效果、低频振动触觉效果、和/或高清晰度振动触觉效果。在一个实施例中，可以通过诸如环氧树脂或悬浊液(suspension)之类的粘合剂来附接致动系统。在其它实施例中，后盖自身用作薄的致动系统，以通过使致动系统和后盖共同成型(co-molding)来提供触觉效果。
图1是用于实现一个实施例的触觉使能的移动装置/系统的框图。
参照图1，触觉使能的移动装置/系统10包括安装在壳体15内的触摸敏感表面11或其它类型的用户接口，并且可以包括机械或“软性(soft)”按键/按钮13。壳体15可以包括两个或更多个单独的部分/部件，包括前盖或前屏幕、以及后盖(未示出)。在系统10内部是薄的触觉反馈系统，该薄的触觉反馈系统在系统10上产生触觉效果。在一个实施例中，在系统10的后盖上产生触觉效果。然而，实施例不限于此，因此可以在系统10的任何其它部件上产生触觉效果。
触觉反馈系统包括处理器或控制器12。存储器20和驱动电路16耦合到处理器12，驱动电路16耦合到薄的触觉输出装置18。处理器12可以是任何类型的通用处理器，或者可以是专门设计用于提供触觉效果的处理器，例如专用集成电路(ASIC)。处理器12可以是操作整个系统10的同一处理器，或者可以是单独的处理器。处理器12可以基于高级参数来判定要播放什么触觉效果以及效果被播放的顺序。一般地，定义特定的触觉效果的高级参数包括幅度、频率和持续时间。诸如流式电机命令(streaming motor command)之类的低级参数也可以用于确定特定的触觉效果。如果触觉效果包括当产生触觉效果时这些参数的一些变化、或基于用户交互的这些参数的变化，则触觉效果可以被认为是“动态的”。
处理器12向驱动电路16输出控制信号，致动电路16包括用于向薄的触觉输出装置18施加所需要的电流和电压(即“电机信号”)以使得产生期望的触觉效果的电子部件和电路。系统10可以包括多于一个的触觉输出装置18，并且每个触觉输出装置18可以包括单独的驱动电路16且均耦合到共用的处理器12。存储器20可以是任何类型的存储装置或计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或固态存储器。存储器20存储由处理器12执行的指令，诸如操作系统指令。在这些指令当中，存储器20包括触觉效果产生模块14，触觉效果产生模块14是当被处理器12执行时结合需要产生触觉效果的应用(例如响应于在系统10上执行的应用所产生的任何类型的事件)而产生触觉效果的指令。存储器20也可以位于处理器12内部，或者是内部和外部存储器的任意组合。
在具有触摸表面11的实施例中，触摸屏识别触摸，并且还可以识别表面上的触摸的位置和幅度。与触摸相对应的数据被发送到处理器12或系统10内的另一处理器，并且处理器12解释该触摸并且作为响应产生触摸效果信号。触摸表面11可以使用任何感测技术来感测触摸，感测技术包括电容式感测、电阻式感测、表面声波感测、压力感测、光学感测等。触摸表面11可以感测多点触摸接触，并且可以能够区分同时发生的多个触摸。触摸表面11可以是产生并显示图像(诸如按键、按钮、拨号盘等)以供用户交互的触摸屏，或者可以是具有最小的图像或无图像的触摸板。
系统10可以是手持式装置或移动装置，诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、智能电话、计算机平板电脑、游戏控制器等，或者可以是提供用户接口并包括触觉效果系统的任何其它类型的装置，该触觉效果系统包括一个或多个触觉输出装置。用户接口可以是触摸感应表面，或者可以是任何其它类型的用户接口，诸如物理按钮、鼠标、触摸板、微型控制手柄、滚轮、轨迹球、门手柄、游戏手柄或游戏控制器等。系统10可以是在被物理地操作时产生触觉效果的柔性的/可弯曲的装置，在此情况下“用户接口”是装置自身的柔性的/可弯曲的部分。
下面更详细地公开的薄触觉输出装置18相对于系统10的侧面轮廓是“薄的”，并且能够产生或呈现变形类型的触觉效果(例如使移动装置10的后盖变形)和/或振动类型的触觉效果(例如除了移动装置10的其它部分之外还使后盖振动)。具体地，实施例可以产生具有强的低频内容(例如约10Hz至150Hz)的振动触感触觉效果以及变形触觉效果(例如约10Hz或更少，或2Hz至10Hz)。实施例中的强的低频振动触觉效果的振动频率约为10Hz至150Hz。变形触觉效果可以被认为是振动触觉效果的低频(较慢的)版本，或者可以被认为是向外扩展/移动并随后返回的单个周期。实施例中的变形触觉效果的频率约为10Hz或更少。此外，实施例可以产生“高清晰度”(HD)触觉效果，该触觉效果利用触觉信号控制薄触觉输出装置18，所述触觉信号对于典型地以8kHz提供的高清晰度触觉信号的每个采样根据用+/-127的值编码的信号来改变触觉效果的强度。实施例中的HD振动触觉效果的振动频率约为150Hz至800Hz。在一个实施例中，产生窄(narrow)HD振动触觉效果。窄HD振动触觉效果的振动频率约为200Hz。
在一个实施例中，薄的触觉输出装置18可以被配置用于产生强的低频振动触觉效果和HD振动触觉效果。在一个实施例中，薄的触觉输出装置18可以被配置用于产生变形触觉效果和强的低频振动触觉效果。在一个实施例中，薄的触觉输出装置18可以被配置用于产生变形触觉效果、强的低频振动触觉效果和HD振动触觉效果。
一些已知的用于产生触觉效果的致动器一般不可以提供上面公开的范围的触觉效果。例如，线性谐振致动器(Linear Resonant Actuator，LRA)或电磁谐振致动器(Solenoid Resonant Actuator，SRA)一般具有约200Hz的窄HD效果以及1G的峰-峰(pp)加速度。此外，LRA一般不可以提供低频内容和变形触觉。此外，LRA的厚度约为3mm(即，不“薄”)，并且LRA不是柔性的。相似地，偏心旋转质量(Eccentric Rotating Mass，EPM)振动电机一般不可以提供HD触觉效果内容，并且EPM条的厚度也约为3mm。
根据实施例，处理器12、存储器20、驱动电路16和触觉输出装置18都可以包含在壳体15内。
图2示出了根据一个实施例的移动装置的拆解图。
参照图2，移动装置200包括前屏幕/面板26和后盖/面板或背面框22。后盖22是平坦的或大体上平坦的表面。用作薄致动系统的宏纤维复合材料致动器21附接到后盖22的内表面(即，基板)。在一个实施例中，MFC致动器21可以使用诸如环氧树脂或粘合剂之类的化学物或使用诸如焊接、钎焊、电焊之类的处理而接合到后盖22的内表面。在一个实施例中，MFC致动器21可以使用诸如紧固件或磁体之类的机械装置附接到后盖22的内表面。MFC致动器21可以固定地附接到或可移除地附接到后盖22。
在一个实施例中，在后盖22的内侧上的约0.050”的凹部切口(pocket cut)23允许MFC致动器21位于基本上与后盖22的内侧相齐平，并允许装置10的整个外壳紧紧地适配在一起。凹部切口23还改变了后盖22的厚度。此外，凹部切口23可以允许触觉效果在后盖上整体上与凹部切口使其成为必需的较薄的部分相隔离。系统10的装置驱动器和/或处理器电耦合到MFC致动器21。
在一个实施例中，MFC致动器21为来自Smart Material公司的MFC M5628P1。MFC致动器一般由夹在粘合剂层、电极层和聚酰亚胺膜层之间的矩形的压电陶瓷棒形成。这些电极以交叉指型模式附接到所述膜，所述膜向带状的(ribbon shaped)棒或从带状的棒直接传送所施加的电压。在一个实施例中，MFC致动器21的厚度约为0.5mm。然而，实施例不限定于此，并且MFC致动器21的厚度可以小于0.5mm，诸如10μm至100μm，约10μm或约100μm。在其它实施例中，MFC致动器21的厚度可以为约2至3mm、约1至2mm、或小于1mm。
在其它实施例中，可以使用作为对MFC致动器21的替代的薄的智能材料，以作为致动系统。
图3示出了根据一个实施例的移动装置的分解图。
参照图3，示出了致动系统31(例如一个或多个MFC致动器)相对于移动装置300的前屏幕36和背板32之间的电池34和其它部件的定位。
如图2所示，在一个实施例中，MFC致动器21接合到移动装置200的后盖22。在该实施例中，后盖22用作基板，以产生如前所述的三种类型的触觉效果：(1)宽带HD；(2)低频；以及(3)变形。在其它实施例中，作为对MFC致动器的替代，图3所示的致动系统31可以是多层电活性聚合物(EAP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或介电弹性体(dielectric elastomer)。在一个实施例中，前屏幕26可以由EAP、PVDF或介电弹性体形成，因为它们是柔性的。例如，当触觉使能的装置的弯曲半径大于50mm时，MFC致动器21可以用作致动系统31。当触觉使能的装置的弯曲半径小于50mm时，可以使用EAP、PVDF和介电弹性体作为致动系统31。被测量至内曲率的弯曲半径为触觉使能的装置可以被弯曲而不扭折、损伤或断裂的最小半径。在其它实施例中，致动系统31可以由智能凝胶或材料(诸如磁流变体(magnetorheological fluid，MRF))形成，或由响应于光或温度的光敏材料形成。
图4示出了根据一个实施例的移动装置的侧面轮廓视图。
如图4所示，即使添加了薄致动器系统，移动装置400的后盖42和前屏幕46仍耦合在一起而不需要任何额外的空间。图4进一步示出了移动装置400的“z轴”，其从前屏幕表面和后盖表面垂直地延伸。
图5是根据一个实施例的移动装置的外表面的顶侧上的所测量的峰-峰加速度的图示。
在图5中，施加了用于3个周期的1500V的输入电压的扫频。MFC致动器需要电场以被致动。取决于MFC致动器的类型，在一个实施例中施加-60至360V，在另一实施例中，施加-500至1500V。在一个实施例中，由于方波产生相当高的可听噪声，因此施加正弦波以取代方波。然而，如果可听噪声不是问题，则方波可以产生较强的力或加速度。此外，任意信号可以被发送到MFC致动器或其它类型的薄致动器，诸如以包含具有多个频率的信号(例如声音信号，但具有低于1000Hz或500Hz的频率)的波形。其它的波形为三角形、斜坡上/下、频率有限的噪声、白噪声、粉红噪声等。前述的信号或其它信号也可以被组合或叠加以创建可以驱动MFC致动器的新的信号。该信号也可以通过多种多样的算法来产生，例如通过粒度合成(granular synthesis)。
如所示出的，加速度(高于0.5G峰-峰(pp))从30Hz开始并持续甚至到800Hz之后。在低于30Hz，用户可以感觉到变形触觉效果，直至约2Hz。用于装置10的前侧的最大加速度为约12G pp。
图6是根据一个实施例的用于获得图5所示的数据的移动装置的外表面的底侧上的所测量的峰-峰加速度的图示。
在图6中，与图5相类似地，施加用于3个周期的1500V的输入电压的扫频。如所示出的，加速度(高于0.5G pp)从5Hz开始并持续甚至到800Hz之后。底盖上的最大加速度为约40G pp。基于图5和6，由于1500V处的加速度可以被认为是对于产生可接受的触觉效果而言过于强，因此输入电压可以跌落到500V。变形效果可以在低于5Hz、10Hz等的频率处。后盖的位移是以毫米的级别，1mm、2mm、3mm或4mm。
图5和6展示了使用附接到移动装置的盖的MFC致动器与其它类型的致动器和/或其它构造的致动器相比的益处和可行性。
在另一实施例中，作为对接合在后盖内部的取代或附加，透明的MFC致动器被接合在移动装置10的前屏幕的下方。
图7示出了根据实施例的用于图8和9中的测量的前屏幕上的基准点。
图8是根据一个实施例的触觉使能的装置的前屏幕上的不同基准点处的所测量的峰-峰加速度vs频率的图示。
在图8中，加速度(高于0.5G pp)从5Hz开始，持续到甚至到500Hz之后。最大加速度(约10G pp)在前屏幕的中心附近。
图9是根据一个实施例的触觉使能的装置的前屏幕上的不同基准点处的所测量的输出频率vs频率的图示。
如图9所示，对于前屏幕上的所有指示的基准点，输出频率与触觉效果的频率成比例，除了前屏幕的中心附近之外，在前屏幕的中心附近处，对于具有约230Hz或更大的频率的触觉效果，输出频率保持相当恒定。
在另一实施例中，多个MFC致动器(见图16A和16B)在多个位置处接合到移动装置200。例如，MFC致动器接合在后盖内、另一个MFC致动器接合在屏幕下方、以及第三个MFC致动器接合在移动装置200的边缘上。在一个实施例中，MFC致动器被放置在移动装置200的中性轴的不同侧上，如图16A和16B所示。在其它实施例中，所有的MFC致动器被放置在中性轴的同一侧上，如图15A和15B中所示。当移动装置200是对称的、各向同性的、且在弯曲发生之前非弯曲时，所述中性轴是移动装置200的几何中心。对于移动装置，在一个实施例中，MFC致动器放置在该装置的侧面上或该装置的背面上。
在另一实施例中，作为对使用接合到前屏幕26或后盖22的惰性塑料的MFC致动器或其它单独的薄致动系统的替代，可以在后盖22或前屏幕26内形成致动系统，使得当能量被施加到后盖22时，后盖22或前屏幕26振动和/或变形。例如，通过对致动系统和后盖22共同成型，可以与后盖22或前屏幕26一起整体地形成致动系统。在一个实施例中，后盖22或前屏幕26由通过使用惰性和活性的材料共同成型而形成的复合材料形成。在一个实施例中，后盖22或前屏幕26自身可以具有内置的或嵌入的致动能力。后盖22或前屏幕26可以是用可扩展/收缩的纤维或薄的材料片充满(impregnate)的复合材料，以通过后盖22导致振动和变形。在另一实施例中，后盖22或前屏幕26可以由共同成型的织物形成，该织物包括某一方向上的线状物。当被施加能量时(例如通过施加电压)扩展或收缩的任何其它物质可以在实施例中用作后盖22或前屏幕26。
在另一实施例中，MFC致动器21或类似的致动器附接到容纳移动装置200的加装(add-on)盖。在一个实施例中，MFC致动器21被添加到加装盖的侧面和背面。
可以使用悬浊液将加装盖附接到移动装置200，以对整个系统所提供的触觉反馈的动态行为进行调节。悬浊液可以是肥皂、凝胶、或智能材料，诸如MRF。附接悬浊液可以帮助将最高自然频率从450Hz减少到300Hz，如图5所示。
如同所讨论的，实施例使用接合到移动装置的盖的高带宽薄致动器来产生多个类型的触觉效果。使用盖自身作为基板允许高的带宽。
在其它实施例中，需要与较大的显示器结构(例如比典型的移动装置上的大)相结合地产生触觉效果。这些显示器可能需要符合它们所附接到的基板。例如，在车辆仪表板中，显示器可能是弯曲的，并且可能适配在可用作基板的弯曲的仪表板内。一种已知的向这种类型的显示器提供触觉效果的方式是使用大的质量摇动/振动整个显示器系统，这不是非常高效的。
图10示出了根据一个实施例的车辆仪表板中的触摸输入系统。
在图10中，触摸输入系统1000可以是车内用户接口系统的一部分，该车内用户接口系统诸如用于提供各种功能的用户交互的中央控制系统和/或车辆仪表板系统，所述各种功能诸如观看和/或控制车辆状态、舱体温度、导航、无线电、呼叫和文本、或其它功能。在实施例中，触摸输入系统1000可以包括触摸输入装置1011。触摸输入装置1011可以具有作为被配置用于接收触摸输入的触摸表面的前侧。在实施例中，触摸输入装置1011可以包括显示屏，并且该屏幕的表面为触摸表面。该显示屏可以具有内部触摸传感器，诸如被布置在显示屏的前侧附近的电容触摸传感器，其将显示屏配置为触摸屏，或者该显示屏可以不具有这种内部传感器。在实施例中，触摸输入装置1011可以不具有显示屏或其它显示功能，并且可以用作触摸板。
相对照地，实施例使用设计的薄致动器(具有小的宽度和长的长度)，诸如MFC致动器，其直接接合到与用户相接触的基板以提供强的触觉反馈。
图11示出了根据一个实施例的在车辆仪表板中的触摸输入系统。
参照图11，触摸输入系统1100包括可以作为车辆仪表板的一部分的触摸屏1101和周围的基板1102。如图11所示，触摸屏1101和基板1102均为弯曲的。在一个实施例中，系统1100包括由MFC致动器形成的一个或多个薄的致动系统(未示出)。
参照图3和图11，在一个实施例中，所设计的薄的致动器(具有小的宽度和长的长度)，诸如MFC致动器，被直接接合到基板(诸如图11中的基板1102或图3中的背板32)，其与用户相接触并提供强的触觉反馈。在其它实施例中，薄的致动器被接合在显示器(诸如图3中的前屏幕36或LCD或者图11中的触摸屏1101)的背面。然而，最终的触觉反馈或感知的加速度/力可能由于LCD的多层结构而被衰减。另选地，在一个实施例中，仅使显示结构的与用户相接触的最近的元件致动，其可以是玻璃(LCD或OLED)或塑料(OLED)，而不摇动/振动显示器的其它元件。取决于触觉反馈的需求以及基板的刚度，致动器可以覆盖整个区域，或者可以仅位于一些位置中。在其它实施例中，一个或多个致动器可以位于特定位置，以提供相应区域中的局部化的触觉效果。
根据实施例的直接在触摸屏的前盖或背板上的MFC致动器可以用作致动器和压力传感器这两者。MFC致动器产生电压作为被变形的结果。所产生的电压可以用于感测施加到前盖或背板的压力，以实现3D触觉效果。
图12示出了根据一个实施例的触摸表面上的用户触摸/轻拍。
图13是根据一个实施例的触摸屏上MFC致动器所产生的电压vs时间的图示。
如图13所示，根据一个实施例，利用MFC致动器当用户向触摸屏施加压力时产生电压。
为了优化根据实施例的使用具有MFC致动器的前屏幕或背板产生的触觉反馈，当确定前屏幕或后盖的设计和刚度分布时，应当考虑将通过触觉效果呈现的放大力(例如来自振动触觉效果)或变形力(例如来自变形触觉效果)。如果放大力是重要的，则前屏幕或背板应当相对薄，并由诸如玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料之类的具有高杨氏模量的材料形成。
图14A示出了根据一个实施例的MFC致动器和基板的单悬臂(single-cantilever)构造。
图14B是总位移vs具有不同杨氏模量的基板的厚度的图示。
参照图14B，对于具有最低杨氏模量的基板(A)观察到最小的总位移(小于0.2mm)。对于具有最高杨氏模量的基板(E)观察到最大的总位移(2.8mm)。
图15A示出了根据一个示例实施例的触摸表面的内表面/下侧。
图15B示出了根据一个示例实施例的触摸表面的外表面/外侧。
参照图15A，根据一个示例实施例的触摸表面1500包括在车辆仪表板中实现的弯曲的LCD或OLED触摸屏1501、以及玻璃或塑料基板1502。两个薄的致动器/贴片(例如MFC致动器)1510、1511接合到基板1502。致动器/贴片1510、1511可以在触摸表面1500的中性轴的同一侧，如所示出的。
另选地，或者作为致动器/贴片1510、1511的附加，两个附加的薄致动器(例如MFC致动器)1530、1531可以位于触摸表面1500的外表面上，如图15B所示。
图16A示出了根据一个实施例的触摸表面的内表面/下侧。
图16B示出了根据一个实施例的触摸表面的外表面/外侧。
参照图16A，根据一个实施例的触摸表面1600的内表面/下侧包括在车辆仪表板中实现的弯曲的触摸屏1601和基板1602。四个薄的致动器(例如MFC致动器)1610-1613接合到基板1602。MFC致动器1610、1611、1612和1613比图15A所示的MFC致动器1510、1511小。MFC致动器1610和1611可以在触摸表面1600的中性轴的第一侧上，MFC致动器1612和1613可以在触摸表面1600的中性轴的第二侧上。
另选地，或者作为致动器1610、1611、1612和1613的附加，四个附加的薄致动器(例如MFC致动器)1630、1631、1632和1633可以位于触摸表面1600的外表面上，如图16B所示。
图17是根据一个实施例的在触觉使能的装置上提供触觉反馈的流程图。
参照图17，在步骤1710，根据一个实施例的在触觉使能的装置上提供触觉反馈包括向触觉输出装置施加触觉信号。触觉输出装置附接到触觉使能装置的前屏幕或后盖，或在触觉使能装置的前屏幕或后盖内形成。前屏幕耦合到后盖。
在步骤1720，使用触觉输出装置呈现高清晰度(HD)振动触觉效果、低频振动触觉效果或变形触觉效果。
在一个实施例中，该方法还包括在施加触觉信号之前使用耦合到触觉输出装置的处理器来产生触觉信号。触觉输出装置附接到后盖的内表面，或在后盖的内表面中形成。触觉信号被施加到触觉输出装置，以使高清晰度(HD)振动触觉效果、低频振动触觉效果或变形触觉效果被呈现在后盖的外表面上。
在一个实施例中，低频振动触觉效果的频率为约10Hz至150Hz，并且HD振动触觉效果的频率为150Hz至800Hz。
在一个实施例中，变形触觉效果的频率为10Hz或更少。
在一个实施例中，触觉输出装置可以是宏纤维复合材料致动器。然而，如上文所讨论的，实施例不限定于此。
在一个实施例中，触觉效果的呈现包括使用直接接合到后盖的内表面的多个致动器。所述多个致动器的第一集合可以在后盖的中性轴的第一侧，所述多个致动器的第二集合可以在后盖的中性轴的第二侧。
该方法可以可选地包括在步骤1730处，在触觉输出装置处使用从用户接触产生的电压来感测施加到前屏幕或后盖的压力，以产生压力信息。压力信息可以用于将高清晰度(HD)振动触觉效果、低频振动触觉效果、和/或变形触觉效果呈现为3D触觉效果。
图18是根据一个实施例的触觉使能的装置中的触觉系统的框图。
参照图18，根据示例实施例的触觉使能的装置中的系统1800提供该装置的触觉功能。
尽管被示出为单个系统，但是系统1800的功能可被实现为分布式系统。系统1800包括总线1804或其它用于传递信息的通信机构、以及耦合到总线1804以用于处理信息的处理器1814。处理器1814可以是任何类型的通用或专用的处理器。系统1800还包括用于存储信息和要被处理器1814运行的指令的存储器1802。存储器1802可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、固态存储器、诸如磁盘或光盘之类的静态存储器、或任何其它类型的非瞬时性计算机可读介质的任何组合。
非瞬时性计算机可读介质可以是可以被处理器1814访问的任何可用的介质，并且可以包括易失性和非易失性介质、可移除和不可移除介质、以及存储介质。存储介质可以包括RAM、闪存、ROM、固态存储器、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移除盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、或本领域中已知的任何其它形式的存储介质。
根据示例实施例，存储器1802存储软件模块，该软件模块在被处理器1814执行时提供功能。软件模块包括提供用于系统1800的操作系统功能的操作系统1806以及触觉使能的装置的其余部分。软件模块还可以包括提供(上述的)触觉功能的触觉系统1805。然而，示例实施例不限定于此。例如，触觉系统1805可以在触觉使能的装置的外部，例如在与触觉使能的装置相通信的中央游戏控制台中。软件模块还包括其它应用1808，诸如视频到触觉转换算法。
系统1800还可以包括提供用于红外、无线电、Wi-Fi、或蜂窝网络通信的无线网络通信的通信装置1812(例如网络接口卡)。另选地，通信装置1812可以提供有线网络连接(例如电缆/以太网/光纤连接，或调制解调器)。
处理器1804还经由总线1804耦合到视觉显示器1820，以用于向终端用户显示图形表示或用户接口。视觉显示器1820可以是被配置用于发送和接收来自处理器1814的信号的触摸敏感输入装置(即，触摸屏)，并且可以是多点触摸(multi-touch)触摸屏。
系统1800还包括触觉输出装置1835。处理器1814可以将与触觉效果相关联的触觉信号发送到触觉输出装置1835，触觉输出装置1835再输出触觉效果(例如振动触觉效果和/或变形触觉效果)。
虽然已经描述了车辆仪表板和移动装置中的示例实施例，但是触觉使能的装置不限定于此。例如，触觉使能的装置可以是在虚拟现实(VR)或增强现实(AR)系统中使用、或者在诸如计算机、游戏手柄或平板电脑之类的游戏系统中使用的装置。
根据示例实施例，示例实施例使用接合到触觉使能的装置的盖的高带宽薄致动器，以产生多种类型的触觉效果。使用该装置自身作为基板允许这种高带宽。
在此具体示出和/或描述了若干实施例。然而，应当认识到，所公开的实施例的变型和变化被上述的教导所涵盖，并在权利要求的范围之内而不背离本发明的精神和所旨在的范围。

Claims (20)

1.一种触觉使能的装置，包括：
前屏幕；
后盖，所述后盖耦合到所述前屏幕；以及
触觉输出装置，所述触觉输出装置附接到所述前屏幕或所述后盖或者在所述前屏幕或所述后盖内形成，所述触觉输出装置被配置用于呈现高清晰度振动触觉效果、低频振动触觉效果、以及变形触觉效果。
2.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中所述触觉输出装置为宏纤维复合材料致动器。
3.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，还包括：
处理器，耦合到所述触觉输出装置，其中：
所述触觉输出装置附接到所述后盖的内表面，以及
所述处理器被配置用于产生触觉信号，所述触觉信号被施加于所述触觉输出装置以使得所述高清晰度振动触觉效果、所述低频振动触觉效果、或所述变形触觉效果被呈现在所述后盖的外表面上。
4.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中：
所述低频振动触觉效果的频率为约10Hz至150Hz，
所述高清晰度振动触觉效果的频率为约150Hz至800Hz，或者所述变形触觉效果的频率为约10Hz或更少。
5.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中：
所述高清晰度振动触觉效果为窄高清晰度振动触觉效果，以及
所述窄高清晰度振动触觉效果的频率为约200Hz。
6.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中所述触觉输出装置附接到所述前屏幕。
7.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中：
凹部切口位于所述后盖的内表面上，以及
所述触觉输出装置直接接合在所述凹部切口内。
8.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中所述后盖包括中性轴，以及
所述触觉使能的装置还包括：
多个致动器，所述多个致动器直接接合到所述后盖的内表面，
其中所述多个致动器当中的致动器的第一集合被布置在所述中性轴的第一侧，并且所述多个致动器当中的致动器的第二集合被布置在所述中性轴的第二侧，以及
其中所述触觉输出装置为所述多个致动器之一。
9.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中所述触觉输出装置与所述前屏幕或所述后盖一起整体地形成，或者被内置在所述前屏幕或所述后盖中。
10.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中：
所述触觉输出装置为纤维、薄片或线状物，
当施加电压时，所述触觉输出装置扩展或收缩，以及
所述后盖由复合材料构成，所述复合材料包括所述纤维、薄片或线状物。
11.根据权利要求1所述的触觉使能的装置，其中所述触觉输出装置还被配置用于：
使用从用户与所述前屏幕或所述后盖的接触产生的电压来感测施加到所述前屏幕或所述后盖的压力，以产生压力信息；以及
使用所述压力信息将所述高清晰度振动触觉效果、所述低频振动触觉效果、或所述变形触觉效果呈现为3D触觉效果。
12.一种在触觉使能的装置上提供触觉反馈的方法，包括：
向触觉输出装置施加触觉信号，所述触觉输出装置被配置用于呈现高清晰度振动触觉效果、低频振动触觉效果、以及变形触觉效果，所述触觉输出装置附接到所述触觉使能的装置的前屏幕或后盖或者在所述前屏幕或所述后盖内形成，并且所述前屏幕耦合到所述后盖；以及
使用所述触觉输出装置呈现所述高清晰度振动触觉效果、所述低频振动触觉效果、或所述变形触觉效果。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述触觉输出装置为宏纤维复合材料致动器。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在施加触觉信号之前，使用耦合到所述触觉输出装置的处理器来产生所述触觉信号，
其中所述触觉信号被施加到所述触觉输出装置，以使得所述高清晰度振动触觉效果、所述低频振动触觉效果、或所述变形触觉效果呈现在所述后盖的外表面上，以及
其中所述触觉输出装置附接到所述后盖的内表面。
15.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述低频振动触觉效果的频率为约10Hz至150Hz，
所述高清晰度振动触觉效果的频率为约150Hz至800Hz，或者所述变形触觉效果的频率为约10Hz或更少。
16.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述触觉效果的呈现包括使用直接接合到所述后盖的内表面的多个致动器，
所述后盖包括中性轴，所述多个致动器中的致动器的第一集合被布置在所述中性轴的第一侧，所述多个致动器中的致动器的第二集合被布置在所述中性轴的第二侧，以及
所述触觉输出装置为所述多个致动器之一。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在所述触觉输出装置处使用从用户与所述前屏幕或所述后盖的接触产生的电压来感测施加到所述前屏幕或所述后盖的压力，以产生压力信息，
其中使用所述压力信息将所述高清晰度振动触觉效果、所述低频振动触觉效果或所述变形触觉效果呈现为3D触觉效果。
18.一种在其上存储有指令的非瞬时性计算机可读介质，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行操作，所述操作包括：
向触觉输出装置施加触觉信号，所述触觉输出装置被配置用于呈现高清晰度振动触觉效果、低频振动触觉效果、以及变形触觉效果，所述触觉输出装置附接到触觉使能的装置的前屏幕或后盖或者在所述前屏幕或所述后盖内形成，并且所述前屏幕耦合到所述后盖；以及
使用所述触觉输出装置呈现所述高清晰度振动触觉效果、所述低频振动触觉效果、或所述变形触觉效果。
19.根据权利要求18所述的非瞬时性计算机可读介质，其中：
所述触觉输出装置为宏纤维复合材料致动器，
所述触觉输出装置附接到所述后盖的内表面，以及
所述高清晰度振动触觉效果、所述低频振动触觉效果或所述变形触觉效果被呈现在所述后盖的外表面上。
20.根据权利要求18所述的非瞬时性计算机可读介质，其中所述操作还包括：
在所述触觉输出装置处使用从用户与所述前屏幕或所述后盖的接触产生的电压来感测施加到所述前屏幕或所述后盖的压力，以产生压力信息，
其中使用所述压力信息将所述高清晰度振动触觉效果、所述低频振动触觉效果或所述变形触觉效果呈现为3D触觉效果。
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