CN110597380A - 用于向显示屏提供局部触觉效果的设备和方法 - Google Patents

用于向显示屏提供局部触觉效果的设备和方法 Download PDF

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J·M·克鲁兹赫尔南德斯
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Abstract

提供了用于向显示屏提供局部触觉效果的设备和方法。这些设备包括支持触觉的显示设备，该显示设备具有一个或多个触觉致动器。一个或多个触觉致动器位于支持触觉的显示设备的显示屏的非观看区域中并在显示屏的观看区域中引起局部触觉效果。支持触觉的显示设备包括处理器，该处理器被配置为确定用于激活触觉致动器的触觉控制信号。触觉控制信号激活一个或多个触觉致动器以在观看区域中远离一个或多个触觉致动器的非观看区域位置的目标位置处提供局部触觉效果。

Description

用于向显示屏提供局部触觉效果的设备和方法
技术领域
本文实施例涉及用于向显示屏提供局部触觉效果的设备和方法。具体而言，本文实施例包括支持触觉的显示设备，该显示设备具有位于显示屏的观看区域之外并且被配置为在显示屏的观看区域内提供局部触觉效果的触觉致动器。
背景技术
传统显示屏通常包括用于向设备的用户提供触觉反馈的设备。显示屏中的触觉反馈可以由触觉致动器提供，触觉致动器使得整个显示屏振动和/或颤动。致动整个显示屏会造成困难，尤其是当显示屏的尺寸变大时。当用户仅在一个或两个地方触摸显示屏时，在整个显示屏上提供触觉效果是低效的。此外，在整个显示屏上提供触觉效果不允许选择性地传递触觉效果。触摸显示屏的每个身体部分都将会体验相同的触觉效果，而不管触觉效果是否针对每个身体部分。
传统的支持触觉的显示设备会存在这些以及其他缺点。这里描述的发明解决了这些缺点。
发明内容
本发明的实施例包括被配置用于提供局部触觉效果的支持触觉的显示设备。根据本发明实施例的支持触觉的显示设备具有位于支持触觉的显示设备的显示屏的观看区域之外的一个或多个触觉致动器。当以根据显示设备的特性确定的特定振幅和频率激活时，触觉致动器可以在显示设备的观看区域内的特定目标位置处提供局部触觉效果。因此，通过仅在特定位置处提供触觉效果，触觉致动器可以比传统技术更高效地操作。此外，位于观看区域之外的触觉致动器不会遮挡显示设备所提供的图像的任何部分。此外，触觉致动器还可以选择性地传递触觉效果并且将触觉效果仅传递到显示设备的期望触觉效果体验的区域。
在实施例中，提供了支持触觉的显示设备。支持触觉的显示设备包括具有观看区域和非观看区域的显示屏，显示屏包括被配置用于在观看区域中提供视觉显示的多个显示组件。支持触觉的显示设备还包括多个触觉致动器和至少一个处理器，所述触觉致动器在非观看区域中被固定到显示屏。所述至少一个处理器被配置为从多个触觉致动器中选择至少一个触觉致动器，确定触觉控制信号，触觉控制信号被配置为激活所述至少一个触觉致动器并由此在显示屏的观看区域中的目标位置处引起局部触觉效果，以及将触觉控制信号传输到所述至少一个触觉致动器以在目标位置处引起局部触觉效果。
在另一个实施例中，提供了一种将触觉效果传递到具有观看区域和非观看区域的显示屏的方法。显示屏包括被配置用于在观看区域中提供视觉显示的多个显示组件。该方法包括：由至少一个处理器从在非观看区域中被固定到显示屏的多个触觉致动器中选择至少一个触觉致动器；由该至少一个处理器确定触觉控制信号，该触觉控制信号被配置为激活该至少一个触觉致动器以便在显示屏的观看区域中的目标位置处引起局部触觉效果；将触觉控制信号传输到该至少一个触觉致动器；以及由该至少一个触觉致动器在目标位置处引起局部触觉效果。
附图说明
本发明的前述和其他特征和优点将从下面对如附图所示的实施例的描述中变得显而易见。结合于此并构成说明书一部分的附图进一步用于解释本发明的原理，并使相关领域的技术人员能够实施和使用本发明。这些图形并没有按比例绘制。
图1示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备。
图2是示出图1的支持触觉的显示设备的各方面的示意图。
图3A和图3B示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备的结构方面。
图4A至图4C示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备的振动模式。
图5A至图5C示出了根据本文实施例的显示屏上触觉效果的目标位置。
图6示出了根据本文实施例的具有固定目标位置的支持触觉的显示设备。
图7示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备，该显示设备具有位于显示屏的显示区域内的触觉致动器。
图8A和图8B示出了根据本文的支持触觉的显示设备的替代实施例。
图9A和图9B示出了根据本文的支持触觉的显示设备的替代实施例。
图10示出了根据本文的支持触觉的显示设备的替代实施例。
图11是示出根据本文实施例的提供局部触觉效果的处理的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来描述本发明的具体实施例。以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，无意受前面的技术领域、背景技术或下面详细描述中提出的任何已表达出的或暗指的理论的约束。
本发明的实施例涉及被配置为提供局部触觉效果的支持触觉的显示设备。根据本文描述的实施例的支持触觉的显示设备包括触觉致动器，这些触觉致动器布置在支持触觉的显示设备的显示器或显示屏的观看区域之外，并且被配置为在观看区域内引起局部触觉效果。触觉致动器可以围绕显示屏的观看区域的外围布置，并且根据其实施例，可以布置在显示屏的与观看区域相对的一侧。与支持触觉的显示设备相关联的处理器激活一个或多个触觉致动器，以在观看区域建立驻波干涉图样，从而在观看区域的目标位置中引起局部触觉效果，同时在目标位置之外的区域仅引起基本察觉不到的触觉效果。因此，位于显示屏的非观看区域中的触觉致动器在显示屏的观看区域中提供局部触觉效果。
例如，根据本文实施例的支持触觉的显示设备可以包括汽车中的仪表板内显示屏。触觉致动器可以位于仪表板内显示屏的非观看区域中，从而提供尽可能大的观看区域。当用户与仪表板内显示屏交互时，他们可以通过触摸来做到这一点，同时使眼睛盯着道路。仪表板内显示屏可以被配置为向用户正在触摸的仪表板内显示屏的屏幕上的目标位置提供局部触觉效果，从而即使用户没有在观看屏幕也向用户提供信息和反馈。
在另一个示例中，交互式地铁地图可以包括大的数字显示屏。触觉致动整个显示屏或者包括足够多的安装到显示屏的特定部分的致动器以致动特定部分可能是不切实际或昂贵的。根据本文实施例的触觉致动器可以被包括在显示屏的非观看区域中，以在用户与其交互时向显示屏的特定位置提供局部触觉效果。
在又一示例中，用户的平板电脑、智能手机、平板手机或其他个人设备可以包括根据其实施例的触觉致动器，触觉致动器包括在显示屏的非观看区域中。通过将致动器置于非观看区域中，显示屏的任何部分都不会被遮挡。此外，通过基于用户的交互仅激活显示屏的一部分，可以消耗较少的功率，节省电池电量。此外，该系统还可以提供独特的触觉体验。例如，系统可以提供多个局部触觉效果，以对应于用户与设备触摸屏的多触点触摸。多个局部触觉效果可以不同，例如，用户可以通过接触触摸屏的每个手指感受到更强或不同的触觉效果。多个局部触觉效果可以用来以通过激活整个设备触摸屏不可能实现的方式高效地将触觉反馈传递给用户。
前述示例和其他示例与下面讨论的实施例一致。
这里描述的实施例涉及包括支持触觉的显示设备的设备和系统，其中显示设备具有计算机系统和显示屏。符合本发明的计算机系统可以被配置作为游戏控制台、手持游戏设备、个人计算机(例如台式计算机、膝上型计算机等)、智能手机、平板计算设备、电视机、交互式指示牌和/或可被编程为提供触觉控制信号的其他设备。计算机系统可以包括一个或多个处理器(为了方便起见，这里也可互换地称为处理器)、一个或多个存储器单元、音频输出、用户输入元件、一个或多个通信单元和/或其他组件。计算机系统处理器可以由一个或多个计算机程序指令编程，以执行这里描述的方法。符合本发明的通信单元可以包括任何有线或无线连接设备，其可以进行传输或与外围设备进行通信。
在替代实施例中，根据本文的支持触觉的显示设备可以与被配置为向支持触觉的显示设备提供触觉控制信号的计算机系统分开提供。这种计算机系统可以包括一个或多个处理器、一个或多个存储器单元、音频输出、用户输入元件、一个或多个触觉通信单元和/或其他组件。这种计算机系统处理器可以由一个或多个计算机程序指令编程，以通过经由触觉通信单元传输到支持触觉的显示设备的触觉控制信号来执行这里描述的方法。符合本发明的触觉通信单元可以包括任何有线或无线连接设备，连接设备可以将触觉控制信号从处理器传输或传送到与支持触觉的显示设备相关联的触觉致动器。在本文的实施例中，触觉通信单元可以是专用单元，其被配置为仅用于传递触觉控制信号。在进一步的实施例中，触觉通信单元可以进一步用于将无数有线或无线的其他通信传送到外部设备。
支持触觉的显示设备包括具有一个或多个触觉致动器的设备，触觉致动器用于向支持触觉的显示设备的显示屏传递触觉效果。在本文的实施例中，支持触觉的显示设备可以是包括一个或多个触觉致动器的设备，触觉致动器直接从例如支持触觉的显示设备的处理器接收触觉控制信号，以便进行致动。在另外的实施例中，支持触觉的显示设备可以进一步包括一个或多个处理器，这些处理器可以在将触觉控制信号传递给一个或多个触觉致动器之前处理或解释从远程设备接收到的触觉输出信号。在进一步的实施例中，支持触觉的显示设备还可以包括用户输入元件，例如控制元件，例如触发器、按钮、操纵杆、手柄等，以允许用户与计算机系统进行交互。支持触觉的显示设备可以包括支持触觉的外围设备，外围设备是被设计成用作中央设备的附件或外围单元的设备，中央设备例如是符合本文实施例的计算机系统。
图1示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备100。支持触觉的显示设备100包括显示屏106和外壳101。显示屏106包括观看区域111和非观看区域110。支持触觉的显示设备100还包括多个触觉致动器105，触觉致动器在非观看区域110中固定到显示屏106上。外壳101和显示屏106可以是柔性的或刚性的。
显示屏106包括被配置为在观看区域111中提供图像进行视觉显示的多个显示组件(未示出)。显示屏106可以是本领域已知的任何类型的显示屏，包括例如发光二极管(LED)显示器、液晶显示器(LCD)、发光二极管背光液晶显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器、等离子显示器等。例如，有机发光二极管(OLED)显示器包括有机发光二极管作为显示组件，而液晶显示器包括液晶作为显示组件。其他显示器类型可以包括其他类型的显示组件。多个显示组件被布置成在显示屏106的观看区域111中提供视觉显示，使得在显示屏106的非观看区域110中不提供视觉显示。根据本文的实施例，观看区域111可以位于显示屏106的具有显示组件的区域上方，非观看区域110可以位于显示屏106的没有显示组件的区域上方。
在图1中，非观看区域110围绕观看区域111的外围，并形成围绕观看区域111的边界。这种布置仅是示例性的。观看区域111和非观看区域110不需要形成如图1所示的规则形状，并且可以是散置的。例如，观看区域111可以包括进入非观看区域110中的不规则突出部。根据本文的实施例，非观看区域110可以仅在观看区域111的一侧、两侧或三侧，而不是图1所示的四侧，与观看区域111邻接。在不脱离本发明范围的情况下，可以采用观看区域111和非观看区域110的替代布置。根据本发明的实施例，观看区域111可以延伸到显示屏106的不包括触觉致动器105的所有部分。
在其他实施例中，支持触觉的显示设备100可以包括没有外壳101的显示屏106。不带外壳的支持触觉的显示设备100的显示屏106可以包括这里描述的任何或所有其他组件。因此，具有不带外壳101的显示屏106的支持触觉的显示设备100可以被配置为安装或安置到外部提供的或定制的外壳。根据本文的实施例，支持触觉的显示设备100可以包括没有外壳101的显示屏106，这种显示屏106适于在没有任何种类的外壳的情况下使用。例如，显示屏106可以包括柔性有机发光二极管(OLED)显示器或电子纸显示器。在这样的实施例中，如上所述，非观看区域110和观看区域111可以布置在显示屏106的同一侧上，或者可以布置在显示屏106的相对侧上。根据本文的实施例，第一非观看区域110可以位于显示屏106的与观看区域111相对的一侧上，如图8A、8B、9A和9B所示和参考这些图形所描述的，或者第二非观看区域110可以位于显示屏的与观看区域111相同的一侧上。
支持触觉的显示设备100包括固定到显示屏106的多个触觉致动器105。触觉致动器105可以包括本领域已知的任何合适的致动器。例如，触觉致动器105可以包括薄膜致动器，例如宏纤维复合材料(MFC)致动器、压电材料致动器、智能材料致动器、电聚合物致动器等。触觉致动器105还可以包括惯性或动觉触觉致动器、偏心旋转块(“ERM”)触觉致动器(其中偏心块由马达移动)、线性谐振触觉致动器(“LRA”)(其中附连到弹簧的块被来回驱动)、振动触觉致动器、形状记忆合金和/或上述触觉致动器的任意组合。
图1中所示的触觉致动器105在支持触觉的显示设备100的所有四个侧面的布置仅作为示例，而非限制。在本发明的不同实施例中可以使用替代布置。例如，可以使用更多或更少的触觉致动器105，并且触觉致动器105可以以任意数量布置在观看区域111的仅一侧、两侧或三侧。根据本发明的实施例，较大的触觉致动器105可用于减少提供局部触觉效果所需的数量，其中每个较大的触觉致动器105都沿着观看区域111的整个长度在其一侧或多侧延伸。根据本文的实施例，可以使用单个连续触觉致动器105，如下面参考图10所述。
根据本文的实施例，显示屏106可以刚性地固定到外壳101。由于触觉致动器105提供局部触觉效果不依赖于常规的对整个显示屏的致动，因此，显示屏106可以在没有悬挂元件的情况下固定到外壳上。然而，显示屏106与外壳101的刚性连接是可选的，并且不是本发明所必需的。在进一步的实施例中，显示屏106可以通过悬挂元件安装到外壳101上。
图2是示出图1的支持触觉的显示设备100的各方面的示意图。在图2所示的实施例中，支持触觉的显示设备100包括至少一个处理器108、至少一个存储器单元120、一个或多个触觉致动器105、显示屏106、外壳101、音频输出109、用户输入元件110和通信单元112。
支持触觉的显示设备100可以包括一个或多个处理器108、一个或多个存储器单元120和/或其他组件。处理器108可以由存储在存储器单元120中的一个或多个计算机程序指令编程。如本文所述，处理器108的功能可由存储在存储器单元120或另一计算机可读或有形介质中的并由处理器108执行的软件来实现。如这里所使用的，为了方便，各种指令可以被描述为当事实上各种指令对处理器108进行编程以执行操作时执行操作。在其他实施例中，处理器的功能可以由硬件来执行(例如，通过使用专用集成电路(“ASIC”)、可编程门阵列(“PGA”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等)，或者通过硬件和软件的任意组合来执行。
这里描述的各种指令可以存储在存储器单元120中，存储器单元120可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存和/或任何其他适于存储软件指令的存储器。存储器单元120可以存储要由处理器108执行的计算机程序指令(例如，前述指令)以及可以由处理器108操纵的数据。
用户输入元件110可以包括适于接受用户输入的任何元件。这些元件可以包括按钮、开关、刻度盘、控制杆、触摸屏等。用户输入元件110还可以包括外围连接的设备，例如鼠标、操纵杆、游戏控制器、键盘等。
通信单元112包括被配置用于外部通信的一个或多个设备或组件。通信单元可以包括有线通信端口，例如USB端口、端口、音频/视频端口、光缆端口以及被配置成以有线方式接收或发送信息的任何其他组件或设备。通信单元还可以包括无线通信设备，例如天线、天线、蜂窝天线、红外传感器、光学传感器以及被配置为以无线方式接收和/或发送信息的任何其他设备。
尽管在图2中示为位于外壳101内，但是在替代实施例中，处理器108可以位于支持触觉的显示设备100的外壳101的外部。如上所述，支持触觉的显示设备100的一些实施例可以不包括外壳101，因此处理器108可以位于远处。在另外的实施例中，处理器108可以包括多个互连的处理器，其中一些处理器可以位于外壳101内，一些处理器可以位于外壳101外部。在又一些实施例中，处理器108可以包括云处理器，其被配置为向支持触觉的显示设备100提供触觉控制信号。
图3A和3B示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备100的显示屏106的结构。图3A是支持触觉的显示设备100的平面图，图3B是沿着图3A的线A-A截取的截面图。在图3A和3B的实施例中，显示屏106由透明层301和基板302构成。多个显示组件303位于基板302上。显示组件303布置在基板302上，以限定基板302的显示部分311。基板302的与显示部分311邻接的非显示部分310没有显示组件303。透明层301可以包括玻璃、塑料和/或任何其他透明材料，覆盖在基板302上，在显示部分311和非显示部分310二者上延伸。显示屏106可以固定到外壳101，外壳101可以是刚性或柔性外壳。在图示的实施例中，外壳101是刚性外壳。支持触觉的显示设备100还包括在外壳101内的组件空间320。组件空间320被配置为包含支持触觉的显示设备所需的附加组件，包括例如处理器108和存储器120，以及其他组件。
图3A和3B中示出的支持触觉的显示设备100的结构可以与发光二极管(LED)屏幕、液晶(LCD)显示屏、有机发光二极管(OLED)屏幕、等离子屏幕、无机电致发光二极管(AMOLED)屏幕以及包括覆盖在用于产生视觉显示的部件上的透明材料(例如玻璃或塑料)的其他类型的平板显示器的结构一致。基板302和显示组件303代表不同的依赖于技术的安装结构和用于产生视觉显示的显示产生元件。尽管所讨论的各种平板技术在基板302和显示组件303的确切细节上存在差异，但是在图3A和3B的实施例中，触觉致动器105仍然位于透明层301和基板302之间。
在各实施例中，显示屏106可以不需要覆盖在基板302和显示组件303上的透明层301。在这样的实施例中，显示屏106的显示组件303可以被配置为与用户直接接触。
图3A和3B示出了显示屏106的各种组件(包括透明层301、基板302、显示部分311和非显示部分310)相对于观看区域111和非观看区域110的定位。还示出了触觉致动器105相对于显示屏106的各种组件的相对定位。基板302的显示部分311，如显示组件303的布置所限定的，对应于显示屏106的观看区域111，如图3A所示。显示组件303的布置在显示部分311提供视觉显示，视觉显示可以通过透明层301观看。基板302的显示部分311限定了显示屏106的观看区域111，因此具有基本相同的尺寸。基板302的非显示部分310限定了非观看区域110，因此具有基本相同的尺寸。非观看区域110和非显示部分310可以围绕观看区域111和显示部分311的周边定位。触觉致动器105位于显示屏106的非观看区域110中，因此观看区域111的任何部分或由显示组件303在显示部分311中产生的视觉显示的任何部分都不会被触觉致动器105遮挡或妨碍。
如图3A和3B所示，非观看区域110和非显示部分310可以在四个侧面包围观看区域111和显示部分311，形成完整的外围或框架。在替代实施例中，非观看区域110和非显示部分310可以部分地包围观看区域111和显示部分311。在另外的实施例中，非观看区域110和非显示部分310可以位于观看区域111和显示部分311的仅一侧、两侧或三侧，允许观看区域延伸到显示屏106的边缘。在进一步的实施例中，非观看区域110和非显示部分310可以在观看区域111和显示部分311的一侧、两侧、三侧和/或四侧中的任何一侧不连续，从而允许观看区域111具有延伸到显示屏106边缘的横向段。
在图3A和3B的实施例中，触觉致动器105在透明层301和基板302之间被固定到透明层301。触觉致动器105可以是薄膜触觉致动器。如图3B所示，触觉致动器105位于基板302的非显示部分310中，对应于显示屏106的非观看区域110。图3B示出了具有切口或凹陷345的基板302，以适应触觉致动器105的厚度。在替代实施例中，没有提供切口或凹陷345，触觉致动器105夹在基板302和透明层301之间。在其他实施例中，触觉致动器105不与基板302接触，并且被固定到透明层301，在基板302和触觉致动器105之间带有间隙。在进一步的实施例中，触觉致动器105通过粘合剂固定到透明层301。
图3A和3B所示的实施例仅是支持触觉的显示设备100和显示屏106的示例。支持触觉的显示设备100和显示屏106可以按照与这里公开的附加实施例一致的替代方式来构造。虽然一些描述直接引用该实施例的组件和方面，但是本领域技术人员将理解，本发明的原理可以应用于替代实施例，其中一些实施例将在下面进一步描述。
现在参考图2、图4A-图4C和图5A-图5C，来解释支持触觉的显示设备100的操作。处理器108确定触觉控制信号，触觉控制信号被配置为激活一个或多个触觉致动器105，以根据显示屏106的振动模式在观看区域111的一个或多个目标位置处引起局部触觉效果。图4A-图4C示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备100的振动模式的原理，图5A-图5C示出了根据本文实施例的触觉效果的目标位置400。
像所有结构一样，取决于屏幕特性(例如，大小、厚度、刚度等)及其安装方式，支持触觉的显示设备100的显示屏106具有多种振动模式。系统的振动模式或正常(normal)模式描述了一种振荡或振动的运动模式，其中系统的各部分以相同的频率和彼此同相地正弦振荡。系统的每种振动模式都对应于特定的固定频率，即固有频率或共振频率。系统具有不同频率的多种振动模式，并且可以根据多种振动模式中的两种或多种的叠加来振动。显示屏106的振动模式取决于其构造的材料、大小、形状、厚度、安装结构和其他方面。当显示屏106经受与振动模式的固有频率相等的特定频率下的振动时，例如，通过触觉致动器105的激活，显示屏106的频率响应包括驻波，驻波根据相应的振动模式建立驻波图。通过以特定的频率和振幅激活一个或多个触觉致动器，处理器108可以引起多个驻波，这些驻波一起形成驻波干涉图样。驻波干涉图样可以由处理器108成形，以在特定目标位置400处引起局部触觉效果。
图4A-图4C沿结构500的长度在一个维度上示出了该原理。图4A示出了延伸穿过结构500的第一驻波521A。在第一驻波521A中，节点522A具有最小位移振幅，波腹523A具有最大位移振幅。因此，当触觉致动器以适当的频率被激活以在结构500中生成第一驻波521A时，触觉效果可以在波腹523A的位置处被最强烈地感觉到，而在节点522A的位置处被最小程度地感觉到或者根本感觉不到。图4B示出了添加了具有节点522B和波腹523B的第二驻波521B。第二驻波521B以虚线示出。为了清楚起见，在图4B中没有标出节点522A和波腹523A。为了清楚起见，在图4B中，只标出了九个波腹523B中的三个。第二驻波521B是第一驻波521A的频率的两倍。第二驻波521B可以由第二触觉致动器引起，或者由引起第一驻波521A的同一触觉致动器引起。每个触觉致动器都可以在多个叠加频率下被激励，引起多个驻波。当结构500容纳多个驻波时，第一驻波521A和第二驻波521B的振幅的叠加会创建干涉图样。第一驻波521A和第二驻波521B的叠加创建了干涉驻波521C，如图4C所示。干涉驻波521C包括振幅最大位置525和振幅最小位置526。从图4C可以看出，第一驻波521A和第二驻波521B可以相长干涉以形成增大的位移振幅，并且可以相消干涉以形成减小或抵消的位移振幅。振幅最大位置525代表位移处于最大振幅的位置。振幅最小位置526代表位移处于最小振幅的位置。触觉效果在振幅最大位置525处或附近感觉最强烈，而在振幅最小位置526处或附近感觉最弱。图4C示出了两个驻波521A和521B的简单叠加，这种叠加创建干涉驻波521C。该原理可以扩展到使用三个或更多不同频率和振幅的驻波，选择这些驻波以创建具有振幅最大位置和振幅最小位置的期望图样的干涉驻波，从而在沿着结构500的特定离散区域处产生触觉效果。
为了便于理解，图4A-图4C以一维示出了驻波的原理。所示的示例以单个维度示出了仅极少数可能的驻波图。这些示例示出了驻波图的原理，这些驻波图在二维显示屏106上以更高的复杂性实现，以提供这里讨论的局部触觉效果。取决于支持触觉的显示设备100的动力学，包括各种部件的质量、阻尼和刚度，以及触觉致动器105的放置和驱动频率，更多驻波图是可能的。现在参考图5A-图5C，在支持触觉的显示设备100中，这些原理在显示屏106的表面上以二维方式应用。
图5A-图5C示出了根据本文实施例的显示屏106上触觉效果的目标位置400。图5A-图5C中的每一个都示出了显示屏106，显示屏106具有位于显示屏106的非观看区域110中的多个触觉致动器105，以及位于相应的观看区域111中的目标位置400。处理器108被配置为激活一个或多个触觉致动器105，以在显示屏106的观看区域111中的目标位置400处引起局部触觉效果。图5A示出了触觉致动器105跨大的目标位置400提供局部触觉效果。图5B示出了触觉致动器105跨较小、较集中的目标位置400提供局部触觉效果。图5C示出了触觉致动器105在两个目标位置400处提供局部触觉效果。处理器108通过以不同的频率和振幅模式激活触觉致动器105来操纵目标位置的大小、形状和数量。
通过以对应于显示屏106的振动模式的频率来激活触觉致动器105中的一个，在显示屏106中建立具有振幅最大位置和振幅最小位置的二维驻波图，如上文在一维情况中所讨论的。由触觉致动器105之一导致的驻波图取决于触觉致动器的位置、显示屏106的振动模式和激活频率。不同的激活频率导致不同的驻波图。通过改变触觉致动器105的激活振幅，改变驻波图的振幅。
处理器108被配置为通过激活一个或多个触觉致动器105来在显示屏106中引起多个驻波图，从而在目标位置400处引起局部触觉效果。当被叠加时，多个驻波图形成驻波干涉图样，其在目标位置400处导致局部触觉效果。多个驻波图可以通过以一个或多个频率激活多个触觉致动器105、以多个频率激活单个触觉致动器105、或者多个触觉致动器105的组合(每个触觉致动器都以多个频率被激活)而引起。
处理器108确定用于激活一个或多个触觉致动器105的一个触觉控制信号或多个触觉控制信号的特性。当被触觉控制信号激活时，触觉致动器在观看区域111内的一个或多个目标位置400处引起局部触觉效果。触觉效果是局部的，仅出现在显示屏106的分离部分，即目标位置400内，而在目标位置400之外仅出现基本察觉不到的触觉效果。基本无法通过触觉感知的触觉效果包括对于用户来说是难以或不可能在触觉上检测到的振动或屏幕运动，以及没有振动或屏幕运动。尽管用触觉致动器105引起局部触觉效果可能会导致非目标位置振动，但是这些振动通过驻波叠加被最小化，从而对用户来说是微弱的或者下降到用户触觉感知阈值之下，并且因此是触觉上无法感知的。因此，基本无法通过触觉感知的触觉效果可以包括最小或微弱的触觉效果，不可察觉的触觉效果和/或零触觉效果。在显示屏106的发生基本无法通过触觉感知的触觉效果的部分中，确实发生的显示屏106的任何振动或运动小到足以低于用户的触觉感知阈值或小到足以仅微弱地检测到。在各实施例中，在目标位置400之外发生的任何效果都处于或低于基本无法通过触觉感知的触觉效果的水平。因此，用户可以容易地感觉到在目标位置400内发生的触觉效果，而用户难以或不可能感觉到目标位置400外部的基本无法通过触觉感知的触觉效果。在各实施例中，最小可感知的触觉效果具有大约0.5g的峰值到峰值加速度。因此，基本无法通过触觉感知的触觉效果具有小于约0.5g的峰值到峰值加速度。
在各实施例中，在目标位置400内发生的触觉效果可以比在目标位置400外发生的最小可感知的触觉效果或基本无法通过触觉感知的触觉效果强得多，即为5倍、10倍、100倍、500倍或更多倍。
在确定触觉控制信号时，处理器108被配置为从多个触觉致动器105中选择一个或多个触觉致动器105，以便进行激活。处理器108可以仅选择一个触觉致动器105和/或可以选择任何数量的可用触觉致动器105。在选择一个或多个触觉致动器105之后，处理器被配置为将触觉控制信号输出到触觉致动器105，以在目标位置105处引起局部触觉效果。
处理器108激活所选择的触觉致动器105以产生驻波干涉图样，其被配置为在一个或多个目标位置400处提供局部触觉效果。处理器108确定一个或多个触觉控制信号，以在根据显示屏106的振动模式选择的频率和振幅下激活对应的触觉致动器105，并将一个或多个触觉控制信号发送到对应的触觉致动器105。因此，处理器108选择触觉致动器105和触觉控制信号以在显示屏中建立一个或多个驻波图。当被叠加时，一个或多个驻波图创建具有一个或多个振幅最大位置的干涉驻波图。选择触觉控制信号以便创建具有与目标位置400相对应的振幅最大位置的干涉驻波图，从而在那些位置中产生局部触觉效果。干涉驻波图还被配置为在目标位置400外部产生触觉上基本无法感知的，即最小可感知或者不可感知的触觉效果。
在本文的各实施例中，一个或多个目标位置400可以包括两个或更多个目标位置400，如图5C所示。也就是说，处理器108可以确定触觉控制信号以激活触觉致动器106，以在第一和第二目标位置处引起第一和第二局部触觉效果。第一和第二局部触觉效果可以具有彼此重叠或可以彼此分离的不同目标位置400。重叠的目标位置400可以与这样的两个不同的振幅最大位置一致，即这两个不同的振幅最大位置充分靠近在一起使得它们之间不存在基本无法通过触觉感知的触觉效果的区域。振幅最大位置之间的区域仍具有触觉可感知的触觉效果，尽管它们远离振幅最大位置而减小。彼此分离的目标位置400在它们之间具有基本无法通过触觉感知的触觉效果的区域。
处理器108还被配置为确定触觉控制信号以激活触觉致动器105，以提供具有特定特性的局部触觉效果。特定特性可以包括局部触觉效果的振幅、频率和大小。局部触觉效果的特定特性可以进一步包括斜升和斜降曲线。在在两个或更多个目标位置400处提供两个或更多个局部触觉效果的情况下，两个或更多个触觉效果之间的特定特性可能不同。例如，用户可以在两个位置触摸显示屏106，并且局部触觉效果可以在对应于两个位置中的每一个位置的目标位置400处传递给用户。两个局部触觉效果中的每一个可以具有不同的特定特性。
处理器108还被配置为确定触觉控制信号以激活触觉致动器105以移动目标位置400。处理器108可以动态地调整触觉控制信号以使目标位置400跨显示屏106移动。例如，可以移动目标位置400以在显示屏106上引导用户的手指或其他身体部位，使其到达显示屏106上的新位置。
根据本文的各实施例，目标位置400可以远离被激活以引起与每个目标位置400相关联的局部触觉效果的多个触觉致动器105中的每一个触觉致动器。如图5A-图5C所示，每个目标位置400都远离多个触觉致动器105。目标位置400被定位成使得它们不处于在目标位置400内引起局部触觉效果的多个触觉致动器105中的任何一个的正上方。此外，在触觉致动器105位置和目标位置400之间存在基本无法通过触觉感知的或零触觉效果的区域。目标位置400可以包括观看区域的一部分。处理器108被配置为确定或选择一个或多个触觉控制信号，以便在目标位置400外部的观看区域中引起基本无法通过触觉感知的或零触觉效果。
在替代实施例中，目标位置400可以不位于远离生成局部触觉效果的触觉致动器105的位置。触觉致动器105可以在与触觉致动器105的位置一致的目标位置400中生成局部触觉效果。在这样的实施例中，通过使用干涉驻波图，可以允许这种触觉效果是局部性的，并且不会跨显示屏106的非目标位置延伸。
根据本文的进一步实施例，处理器108激活所选择的触觉致动器105以产生驻波干涉图样，驻波干涉图样被配置为在一个或多个目标位置400处以及在非目标位置处提供局部触觉效果。处理器108激活所选择的触觉致动器105以在特定目标位置400处产生局部触觉效果。如上所述，可以选择目标位置400，例如以在显示屏106上的用户正在触摸显示屏106的特定点处向用户提供触觉感觉。在一些示例中，处理器108可以激活触觉致动器105以产生驻波干涉图样，其在目标位置400之外产生额外的触觉效果。因为用户仅在目标位置处接触屏幕，所以用户可能不会注意到这种额外的触觉效果。
根据本文的各实施例，触觉致动器105还可以被配置为接收用户输入。一些类型的触觉致动器，例如压电陶瓷致动器，能够将机械输入转换成电输出以及将电输入转换成机械输出。因此，这些致动器既可以用于提供触觉效果，也可以用于接收用户输入。用户向屏幕的输入，即在特定位置按压或敲击屏幕，导致机械振动，这种机械振动跨屏幕延伸到远离用户初始接触的区域。触觉致动器105可以接收这些机械振动，并且作为响应将振动转换成电输出。处理器108可以被配置为解释一个或多个触觉致动器105的电输出，以确定用户输入在显示屏106上的位置。因此，可以由位于显示屏幕的非观看区域110中的触觉致动器105检测和识别在显示屏106的观看区域111中的用户输入。
图6示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备的另一实施例。图6的支持触觉的显示设备550包括外壳101和显示屏506，具有位于显示屏506的非观看区域110的多个触觉致动器105，以及位于观看区域111中的多个固定目标位置520。支持触觉的显示设备550还可以包括针对支持触觉的显示设备100描述的任何或所有特征。固定的目标位置520是显示屏506上的固定位置。处理器108被配置为激活触觉致动器105以在固定目标位置520中的一个或多个位置处引起局部触觉效果。固定目标位置520可以对应于显示屏506上的位置，这些位置代表用户交互点、分离的软按钮和/或用户经常访问的屏幕上的其他点，诸如用户界面中的“菜单”、“主页”和“返回”软按钮。在各实施例中，存储器单元120可以存储预编程的触觉控制信号的库。每个预编程的触觉控制信号都可以被配置为激活触觉致动器105以引起驻波干涉图样，用于在固定目标位置520处引起一个或多个触觉效果。因此，处理器108可以从多个预编程的触觉控制信号中选择，以在已知的固定目标位置520处引起局部触觉效果。可以通过测试预编程的触觉控制信号在固定目标位置520处引起的触觉效果来优化它们。
图7示出了包括支持触觉的显示设备570的实施例，该显示设备包括外壳101和显示屏507，具有位于显示屏507的观看区域111中的多个触觉致动器705。支持触觉的显示设备550还可以包括针对支持触觉的显示设备100描述的任何或所有特征。多个触觉致动器705是透明的，因此不会干扰对屏幕的观看。在一些实施例中，观看区域111可以包围整个显示屏幕507，延伸到支持触觉的显示设备570的边缘，完全消除任何非观看区域110。支持触觉的显示设备570的功能类似于支持触觉的显示设备100，并且包括处理器108，该处理器被配置为引起触觉致动器705的激活以在显示屏507上的一个或多个目标位置400处引起局部触觉效果。在各实施例中，一个或多个目标位置400是固定的目标位置，如参考图6所描述的。
图8A和图8B示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备的替换实施例。图8A和图8B的支持触觉的显示设备600包括位于显示屏106后部的非观看区域110中的多个触觉致动器105，它们位于显示屏106的与观看区域111相对的一侧。图8A示出了显示屏106的第一面或正面113，其具有延伸到显示屏106边缘的观看区域111，而图8B示出了显示屏106的具有非观看区域110的第二面或背面115。在其他方面，支持触觉的显示设备600可以类似于如图1所示的支持触觉的显示设备100，并且可以包括如上所述的支持触觉的显示设备100的任何或所有组件。支持触觉的显示设备600的设计(其中触觉致动器105位于显示屏106的背面上的非观看区域110中)允许观看区域110从显示屏106的一个边缘延伸到另一个边缘。这样的形状因子对于移动设备应用(诸如平板电脑、智能电话、平板手机和游戏设备)以及固定应用(诸如大型显示屏、信息亭屏幕)等都是合乎期望的。
触觉致动器105位于显示屏106的背面，不在视野范围内，并且不会遮挡显示屏106正面上的图像。在这样的实施例中，触觉致动器105可以放置在显示屏106的除外围以外的位置中。这里描述的用于在远离触觉致动器105的目标位置处生成局部触觉效果的原理和技术在本实施例中是有利的，因为少数触觉致动器105能够在显示屏106上的任何位置处提供触觉效果。
图9A和图9B示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备700的替换实施例。图9A和图9B的支持触觉的显示设备700包括柔性显示屏706，其中多个触觉致动器105位于图9B所示的显示屏106的背面115上的非观看区域110中，显示屏106的与图9A所示的观看区域111相对的一侧。在其他方面，支持触觉的显示设备700可以类似于如图1所示的支持触觉的显示设备100，并且可以包括如上所述的支持触觉的显示设备100的任何或所有组件。位于显示屏106的背面115的触觉致动器105不在视野范围内，并且不会遮挡显示屏106的正面113上的图像。在这样的实施例中，触觉致动器105可以放置在显示屏106的除外围以外的位置中。这里描述的用于在远离触觉致动器105的目标位置处生成局部触觉效果的原理和技术在本实施例中是有利的，因为少数触觉致动器105能够在显示屏106上的任何位置处提供触觉效果。
图10示出了根据本文实施例的支持触觉的显示设备800的替换实施例。图10的支持触觉的显示设备800包括显示屏106和外壳101，其中单个连续的触觉致动器805位于围绕观看区域111的非观看区域110中。如图10所示，连续触觉致动器805是固定到显示屏106的薄膜致动器，其形成围绕观看区域111的完整环或框架。在替代实施例中，连续触觉致动器可包括本领域已知的其他类型的致动器，并且可包括形成围绕观看区域111的连续环或框架的致动器外壳。在替代实施例中，连续触觉致动器805可以在观看区域111的两侧、三侧或四侧延伸，而不形成完整的环。在其他方面，支持触觉的显示设备800可以类似于如图1所示的支持触觉的显示设备100，并且可以包括如上所述的支持触觉的显示设备100的任何或所有组件。本实施例中还采用了本文所述的用于在远离触觉致动器805的目标位置处生成局部触觉效果的原理和技术，并且触觉致动器805能够在显示屏106上的任何位置处提供触觉效果。因此，连续触觉致动器805从处理器108接收包括变化振幅的一个或多个频率的触觉控制信号。当一个或多个频率对应于显示屏106的振动模式时，引起对应于每个频率的驻波图。多个驻波图可以组合以形成驻波干涉图样，其在目标位置处具有振幅最大位置，以提供局部触觉效果。
图11是示出用于生成局部触觉效果的系统的流程图。图11的以下描述涉及图1和2的支持触觉的显示设备100，但是同样可以使用支持触觉的显示设备600、700、800和/或本文呈现的支持触觉的显示设备的任何变型来执行。在各实施例中，图11的流程图的功能可以由存储在存储器单元120中的并且由支持触觉的显示设备100的处理器108执行的软件和/或固件来实现。在各实施例中，图11的流程图的功能可以由与远程计算机系统和支持触觉的显示设备100两者相关联的处理器执行。本领域普通技术人员将理解，图11的功能可以由与支持触觉的显示设备100、支持触觉的显示设备600、支持触觉的显示设备700、支持触觉的显示设备800一致的设备和系统来执行，和/或由具有与本文一致的另一配置的支持触觉的显示设备或计算机系统来执行。
图11示出了向显示屏的观看区域传递触觉效果的处理900。处理900包括将局部触觉效果传递到显示屏的观看区域的目标位置，而在目标位置之外的观看区域中仅出现触觉上基本察觉不到的触觉效果。如下所述，处理900可以使用以上描述的支持触觉的显示设备及其变体来实现。
在操作902中，处理900包括由处理器从在非观看区域中固定到显示屏的多个触觉致动器中选择一个或多个触觉致动器。为了建立用于引起局部触觉效果的驻波干涉图样，处理器可以首先选择要激活的触觉致动器。由于各种触觉致动器的不同位置，与每个触觉致动器相关联的驻波图可以变化。处理器被配置为选择建立驻波图所必需的触觉致动器，以引起一个或多个局部触觉效果。
在操作904中，处理900包括由处理器确定触觉控制信号，触觉控制信号被配置为激活一个或多个触觉致动器，以在显示屏的观看区域中的一个或多个目标位置处引起一个或多个局部触觉效果。可以确定触觉控制信号，从而根据显示屏的振动模式以一个或多个频率激活一个或多个触觉致动器。通过以对应于显示屏的固有振动模式的频率激活触觉致动器之一，来建立驻波图。通过多个驻波图的叠加，可创建驻波干涉图样，该驻波干涉图样提供局部触觉效果。在各实施例中，一个或多个被激活的触觉致动器可以以多个频率被激活。也就是说，单个致动器可以接收触觉控制信号，该信号使得触觉致动器根据不同频率和振幅的两个或多个信号的叠加来激活。触觉控制信号可以包括多个触觉控制信号，每个触觉控制信号都被配置为以至少一个频率激活多个触觉致动器中的相应的触觉致动器。触觉控制信号还可以被配置为在观看区域内的目标位置之外的位置处引起基本察觉不到的触觉效果。
在操作906中，处理900包括将触觉控制信号传输到一个或多个触觉致动器。触觉控制信号可以由处理器传输到所选择的触觉致动器，以引起所选择的触觉致动器的激活。
在操作908中，处理900包括通过一个或多个触觉致动器在目标位置处引起局部触觉效果。当触觉致动器接收到触觉控制信号时，它们被激活。通过以触觉控制信号指定的频率和振幅激活触觉致动器，可在显示屏中建立驻波干涉图样。如上所述，处理器配置触觉控制信号，使得驻波干涉图样的振幅最大位置对应于目标位置，以在目标位置处产生局部触觉效果。
因此，如本文所述，处理900利用支持触觉的显示设备来在支持触觉的显示设备的显示屏的观看区域中产生局部触觉效果。
因此，提供了向显示屏提供局部触觉效果的系统、设备和方法。尽管以上描述了根据本发明的各种实施例，但应该理解到，仅是为了说明和示例才呈现这些实施例，并不有限制意义。对相关领域的技术人员来说明晰的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本发明的宽度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来定义。还应当理解，这里讨论的每个实施例的每个特征以及这里引用的每个参考文献的每个特征都可以与任何其他实施例的特征结合使用。呈现触觉效果的上述方法的各方面可以与本文描述的其他方法的任意组合使用，或者这些方法可以单独使用。本文所讨论的所有专利和出版物在此全部引入作为参考。

Claims (20)

1.一种支持触觉的显示设备，包括：
具有观看区域和非观看区域的显示屏，所述显示屏包括被配置用于在所述观看区域中提供视觉显示的多个显示组件；
多个触觉致动器，所述多个触觉致动器在所述非观看区域中被固定到所述显示屏；以及
至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：
从所述多个触觉致动器中选择至少一个触觉致动器，
确定触觉控制信号，所述触觉控制信号被配置为激活所述至少一个触觉致动器并由此在所述显示屏的所述观看区域的目标位置处引起局部触觉效果，以及
将所述触觉控制信号传输到所述至少一个触觉致动器以在所述目标位置处引起所述局部触觉效果。
2.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述非观看区域被配置为没有显示组件。
3.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述显示屏还包括透明层和基板，所述基板具有显示部分和非显示部分，所述显示部分包括所述多个显示组件以限定所述观看区域，所述非显示部分限定所述非观看区域，其中，所述透明层覆盖所述基板并在所述显示部分和所述非显示部分上方延伸。
4.根据权利要求3所述的支持触觉的显示设备，其中，所述多个触觉致动器在所述透明层和所述基板之间被固定到所述透明层。
5.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述处理器被配置为确定所述触觉控制信号，从而根据所述显示屏的振动模式以至少一个频率激活所述至少一个触觉致动器。
6.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述至少一个触觉致动器包括所述多个触觉致动器中的两个或更多个触觉致动器，并且所述触觉控制信号包括两个或更多个触觉控制信号，所述两个或更多个触觉控制信号中的每一个都被确定为根据所述显示屏的振动模式以至少一个频率激活所述两个或更多个触觉致动器中的相应触觉致动器。
7.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述目标位置是第一目标位置，并且所述处理器还被配置为确定所述触觉控制信号以激活所述多个触觉致动器中的至少一个触觉致动器，从而在所述显示屏的所述观看区域中不同于所述第一目标位置的第二目标位置处引起第二局部触觉效果。
8.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述显示屏被固定到刚性外壳。
9.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述非观看区域位于所述显示屏的与所述观看区域相对的一侧。
10.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述非观看区域位于所述观看区域的外围。
11.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述显示屏是柔性的。
12.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述目标位置远离所述多个触觉致动器中的每一个。
13.根据权利要求1所述的支持触觉的显示设备，其中，所述目标位置包括所述观看区域的一部分，并且所述处理器被配置为确定所述触觉控制信号以在所述观看区域中所述目标位置之外的位置处仅引起触觉上基本察觉不到的触觉效果。
14.一种向显示屏传递触觉效果的方法，所述显示屏具有观看区域和非观看区域，所述显示屏包括被配置用于在所述观看区域中提供视觉显示的多个显示组件，所述方法包括：
由至少一个处理器从在所述非观看区域中被固定到所述显示屏的多个触觉致动器中选择至少一个触觉致动器；
由所述至少一个处理器确定触觉控制信号，所述触觉控制信号被配置为激活所述至少一个触觉致动器以在所述显示屏的所述观看区域中的目标位置处引起局部触觉效果；
将所述触觉控制信号传输到所述至少一个触觉致动器；以及
由所述至少一个触觉致动器在所述目标位置处引起所述局部触觉效果。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括确定所述触觉控制信号，从而根据所述显示屏的振动模式以至少一个频率激活所述至少一个触觉致动器。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个触觉致动器包括多个触觉致动器，并且所述触觉控制信号包括多个触觉控制信号，所述方法还包括确定所述多个触觉控制信号中的每一个，从而根据所述显示屏的振动模式以至少一个频率激活所述多个触觉致动器中的相应触觉致动器。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括确定所述多个触觉控制信号以建立所述显示器中的振动干涉图样，所述振动干涉图样被配置为在所述目标位置处提供所述局部触觉效果。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述目标位置是第一目标位置，所述方法还包括确定所述触觉控制信号以激活所述多个触觉致动器中的至少一个触觉致动器，从而在所述显示屏的所述观看区域中不同于所述第一目标位置的第二目标位置处引起第二局部触觉效果。
19.根据权利要求14所述的方法，还包括确定所述触觉控制信号以在远离所述至少一个触觉致动器的所述目标位置处引起所述局部触觉效果。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述目标位置包括所述观看区域的一部分，所述方法还包括确定所述触觉控制信号以便在所述观看区域中所述目标位置之外的位置处引起仅触觉上基本察觉不到的触觉效果。
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