CN111971642A - 用于产生触觉反馈的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于产生触觉反馈的装置(1)，其具有：带有接触敏感的表面(3)的接口(2)；压电的促动器(11)；和机械的放大元件(13a)，其中，机械的放大元件(13a)固定在压电的促动器(11)处，其中，机械的放大元件(13a)直接地或间接地固定在接口(2)处，其中，机械的放大元件(13a)被构造和布置成由于压电的促动器(11)的在第一方向(R1)上的延展的变化而变形成使得机械的放大元件(13a)的子区域(17a)相对于压电的促动器(11)在垂直于第一方向(R1)的第二方向(R2)上移动，由此对接口(2)施加力，其中，接口(2)通过施加到其上的力在侧向于接触敏感的表面(3)的方向(RL)上移动，或者其中，接口(2)通过施加到其上的力在垂直于接触敏感的表面(3)的方向上移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生触觉反馈的装置。
背景技术
在机动车中用于操作设备的常规的按键和开关日益增长地由纯电子器件尤其由接触敏感的屏幕代替。在此特别有利的是接触敏感的屏幕的高度多方面性。利用一个唯一的接口就能比如控制空调设备、导航设备、汽车音响和照明机构。为了该目的往往在汽车中安装大且重的屏幕。
然而，在车辆中使用接触敏感的屏幕的主要缺点在于，车辆驾驶员可能被迫主动地看屏幕，以便能够识别成功地按压了按键或者已正确地触发了所希望的功能。这在机动车中恰恰会是一种安全性风险，因为驾驶员以这种方式分心了一定的时间。
为了回避该缺点，接触敏感的屏幕和其它接口常常设有用于产生触觉反馈的装置。例如可以在操纵虚拟按键之后将接口置于振动中，以便通过这种方式向使用者回报该按键的正确操作。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于产生触觉反馈的改进的装置。该目的通过当前的权利要求1的主题来实现。
提出一种用于产生触觉反馈的装置，其具有带有接触敏感的表面的接口、压电的促动器和机械的放大元件(Verstaerkungselement)。机械的放大元件固定在压电的促动器(Aktuator)处。机械的放大元件直接地或间接地固定在接口处。机械的放大元件被构造和布置成由于压电的促动器的在第一方向上的延展变化而变形成使得机械的放大元件的子区域相对于压电的促动器在垂直于第一方向的第二方向上移动。由此对接口施加力，该力使得接口在侧向于接触敏感的表面的方向上移动。备选地，由此可以对接口施加力，该力使得接口在垂直于接触敏感的表面的方向上移动。
使用压电的促动器来产生触觉反馈提供了响应时间短的优点。压电的促动器可以在识别出操纵了接触敏感的表面之后在数毫秒内产生触觉反馈。由此，相比于其它用于产生触觉反馈的器件比如线性谐振器，压电的促动器提供了明显更短的响应时间。
机械的放大元件可以被构造成把压电的促动器在第一方向上的延展的变化转变成子区域的在第二方向上的移动，其中，在第二方向上的移动的幅度明显大于促动器的延展的变化。与此相应地，机械的放大元件可以实现利用压电的促动器来使大且重的接口移动。如果接口仅移动一段距离，这段距离的长度相应于促动器的延展变化，则对于人的触感来说仅可较难地察觉如此产生的移动。但接口可以移动一段距离，这段距离的长度等于子区域的在第二方向上的移动幅度，从而产生接口的对于人的触感来说可良好察觉到的更大的移动。
第二方向尤其可以垂直于第一方向。第二方向可以相应于侧向方向，接口在该侧向方向上移动用于产生触觉反馈。
促动器和放大元件布置成使得接口在侧向于其接触敏感的表面的方向上移动。对于使用者来说，这种移动无法与接口的垂直于其接触敏感的表面的移动区分开。在垂直于接触敏感的表面移动(下面也称为在平行方向上的移动)时，接口会由于相对于在平行方向上的移动的弯曲刚度小而处于并非所愿的自振中。这种自振引起使用者在表面上的不同位置处不同程度地察觉触觉反馈。相反，如果接口在侧向方向上移动，则接口不发生自振，并且使用者在接口的每个位置处相同程度地感知触觉反馈。由此对于使用者产生了更令人舒适的使用体验。
在有些应用中，希望接口在垂直于接触敏感的表面的方向上移动。
促动器可以与多于一个的机械的放大元件连接。优选地，促动器具有两个机械的放大元件，其中一个机械的放大元件布置在促动器的面对接口的顶面上，而一个机械的放大元件布置在促动器的背对接口的底面上。在备选的实施形式中，可以放弃布置在底面上的放大元件。
接口优选可以是带有接触敏感的表面的屏幕。这种屏幕通常大且重，且在沿平行的方向移动时具有较小的弯曲刚度。与此相应地，尤其在这种接口中沿侧向方向的移动有利于产生触觉的反馈。
在备选的设计方案中，接口也可以是简单的按键或者其他输入设备。
机械的放大元件的子区域可以固定在接口的垂直于接触敏感的表面的侧面处。通过把子区域布置在该侧面处，可以产生简单的结构，在其中压电的促动器和机械的放大单元被设计成使接口沿侧向方向移动。通过把机械的放大元件布置在所述侧面处，由促动器产生的力可以按简单的方式且无显著损失地传递到接口上。
此外，装置可以具有基板，其中，压电的促动器被布置和构造成使接口相对于基板移动，用于产生触觉的反馈。尤其地，可以通过使得接口相对于基板的相对移动来产生触觉反馈。基板尤其可以被设计成可实现将装置安装到任意设备例如车辆或移动电话中。为此，基板可以被设计成机械地固定在任意设备处。
压电的促动器可以被布置和设计成使得接口以角度α相对于基板移动，用于产生触觉反馈，其中，0°≤α≤180°。如果角度α=0°，则存在接口平行于基板的移动。如果α=90°，则存在接口垂直于基板的移动。也可实现接口在任意其它的方向上相对于基板的移动。在这种情况下，接口尤其可相对于基板倾斜地移动。
如果角度α在90°<α≤180°的范围内，则接口可相对于基板悬垂(ueberhangend)地布置。例如当接口是头顶显示器(英文：Overhead 头顶显示器)时，可以选择如此布置接口。抬头-屏幕例如可以在车辆中使用。
接口可以与基板经由柔性的连接部而连接。在此，柔性的连接部可设计成使得能实现接口相对于基板的相对移动。通过柔性的连接部可以确保接口不会移动离开基板超过最大距离，且同时始终都可以相对于基板移动，用于产生触觉反馈。柔性的连接部可以具有一个或多个弹簧。备选地或补充地，弹性的连接部可以具有柔软的材料，例如橡胶。
柔性的连接部可以将接口在侧向方向上固定在基板上。备选地或补充地，柔性的连接部可以使得接口在垂直于接触敏感的表面的方向上固定在基板处。
柔性的连接部可以具有弹簧、阻尼器、泡沫材料元件或橡胶缓冲件。
柔性的连接部可以被设计成能实现接口相对于基板的移动，并产生预紧，为了使接口相对于基板移动须克服这种预紧。
接口可以松动地安放在基板上。
接口可以相对于基板自由悬浮。在这种情况下，接口可以仅机械地固定在压电的促动器处。
机械的放大元件可以与接口通过粘接、拧紧、焊接、夹紧、压紧或钎焊而连接。机械的放大元件可以与接口直接连接，或者间接地通过至少一个其它的元件而连接。在这种情况下，机械的放大元件与接口的连接可以设计成使得至少放大元件的子区域不会相对于接口移动。与此相应地，该连接可以被设计成使得接口跟随机械的放大元件的子区域的移动。
压电的促动器可以与基板通过粘接、拧紧、焊接或夹紧直接连接，或者间接地经由至少一个其它的元件而连接。该其它的元件例如可以是一个或多个机械的放大元件。
机械的放大元件可以被构造和布置成使得子区域的在第二方向上的移动相比于压电的促动器在第一方向上的延展变化具有更大的幅度。与此相应地，放大元件可以形成传动件(Uebersetzung)，其使得促动器的在第一方向上的移动转向至第二方向，并且在这种情况下增大移动的幅度。在此，在第二方向上的移动幅度比促动器的延展变化大至少五倍，优选该幅度至少大十倍。
子区域可以与压电促动器的表面间隔开地布置，其中，机械的放大元件具有两个端部区域，这些端部区域固定在压电促动器的表面处，其中，两个端部区域直接联接到子区域，其中，两个端部区域布置在子区域的相对而置的侧面处。通过压电促动器的在第一方向上的延展变化，这些端部区域彼此靠拢地移动，或者彼此离开地移动。由此可以使子区域沿第二方向移动。
机械的放大元件可以为弓形。
该装置还可以具有控制单元，该控制单元被设计成当识别出操纵了接触敏感的表面时对压电促动器施加电压脉冲。控制单元可以集成到接口中。电压脉冲例如可以是一个单独的正弦形的、矩形的或锯齿形的电压脉冲。备选地，其也可以是两个或更多个正弦形的、矩形的或锯齿形的电压脉冲。
控制单元可以被设计成对压电促动器施加电压脉冲，该电压脉冲引起机械的放大元件变形成使得相对于顶压到接触敏感的表面上的物体产生触觉反馈，该触觉反馈模仿力突变。通过力突变，对于使用者可以模仿感受操纵机械按键的感觉。力突变的特征在于，向使用者传递如下印象：在超过开关点之后，表面的机械阻力急剧减小。
该装置还可以具有固定在压电的促动器处的第二机械的放大元件。促动器可以布置在两个放大元件之间，其中，第二机械的放大元件被构造和布置成由于压电促动器在第一方向上的延展变化而变形成使得第二机械的放大元件的子区域相对于压电的促动器在与第一方向垂直的第二方向上移动。第二放大元件可以上与第一放大元件结构相同。
附图说明
下面借助附图更详细地阐述本发明。
图1、2和3相应示出一种带有两个放大元件的压电的促动器；
图4示意性地示出触觉反馈的产生；
图5a和5b示出用于产生触觉反馈的装置的第一实施例；
图6a和6b示出用于产生触觉反馈的装置的第二实施例；
图7至14示出用于产生触觉反馈的装置的第三至第十实施例；
图15a和15b示出用于产生触觉反馈的装置的第十一实施例；
图16至18示出用于产生触觉反馈的装置的第十二至第十四实施例；
图19以时间曲线示出了电压脉冲和由此引起的促动器偏移，该电压脉冲可以由控制单元施加在压电的促动器处，用于产生触觉反馈。
具体实施方式
图1、2和3示出一种带有两个放大元件13a、13b的压电的促动器11。该压电的促动器11可以在根据本发明的用于产生触觉反馈的装置中使用。
压电的促动器11是一种经烧结的结构元件，其带有多个压电层22和内电极21。压电的促动器11尤其具有多个压电的或激活的层22，这些层上下地布置成堆叠。在这些压电层22之间布置着内电极21。在此，不同极性的内电极21交替地布置。
压电层22可以是铅-锆酸盐-钛酸盐-陶瓷(PZT-陶瓷)。PZT-陶瓷还可以附加地含有Nd和Ni。备选地，PZT-陶瓷还可以附加地具有Nd、K和必要时Cu。备选地，压电层可以具有含有Pb(ZrxTi1-x)O3+yPb(Mn1/3Nb2/3)O3的组分。
压电层22具有堆叠方向S。堆叠方向S沿着促动器11的端面或侧面24延伸。尤其地，压电层22沿着促动器11的竖直的延展或厚度堆叠。
促动器11具有两个绝缘区域12。相应的绝缘区域12构造在促动器11的端部区域中。尤其地，相应的绝缘区域12构造在促动器11的端面24的区域中。
在绝缘区域12中，仅一个极性的内电极21延伸至促动器11的端面24。绝缘区域12可以被应用于接触促动器11。例如，相应的绝缘区域12可以设有用于电气接触的外电极23。
促动器11设计成使得在施加电压时，促动器1发生变形。其是促动器11在第一方向R1上的延展变化。尤其地，压电层22极化成使得在内电极21之间施加电压导致促动器11的横向收缩，其中，促动器11的垂直于堆叠方向S的长度发生变化。结果，促动器1的横向于极化方向和电场的延展发生变化(d31效应)。
为了进一步增强在堆叠方向S上的长度变化效应，该装置具有两个放大元件13a、13b。如果对促动器11施加电压，则放大元件13a、13b因促动器11的延展变化而至少部分地变形，如之后详述的那样。
促动器11布置在放大元件13a、13b之间。放大元件13a、13b至少部分地安放在促动器11的顶面25或底面26上。相应的放大元件13a、13b优选具有相应于促动器11的宽度的宽度。同样地优选适用于放大元件13a、13b的长度。
相应的放大元件13a、13b一件式地构造。相应的放大元件13a、13b具有矩形形状。相应的放大元件13a、13b条形地构造。相应的放大元件13a、13b弯曲地或者拱曲地构造。例如，相应的放大元件具有金属板条。该金属板条是弯曲的，如下面详述的那样。
一件式的放大元件13a、13b中的每个都划分成多个区域或区段。因而，相应的放大元件13a、13b具有子区域或第一区域17a、17b。子区域17a、17b相应具有第一区段或中间区域19a、19b。
子区域17a、17b此外相应具有两个第二区段或连接区域20a、20b。相应的放大元件13a、13b的两个连接区域20a、20b直接联接到相应的放大元件13a、13b的中间区域19a、19b。换句话说，相应的放大元件13a、13b的中间区域19a、19b由两个连接区域20a、20b朝两侧包围。
相应的放大元件13a、13b还具有两个端部区域18a、18b。端部区域18a、18b直接联接到相应的放大元件13a、13b的连接区域20a、20b。换句话说，连接区域20a、20b相应地使放大元件13a、13b的端部区域18a、18b与中间区域19a、19b连接。
相应的放大元件的两个端部区域18a、18b直接安放在促动器11的顶面上。因而，第一放大元件13a的第一和第二端部区域18a安放在促动器11的顶面25的子区域上。此外，第二放大元件13b的第一和第二端部区域18b安放在促动器11的底面26的子区域上。
端部区域18a、18b优选不可松开地与促动器11的表面连接。尤其地，端部区域18a、18b与促动器11的表面通过粘接连接部15连接。
相应的子区域17a、17b与促动器11的表面间隔开。尤其地，相应的子区域17a、17b与促动器11的底面26或顶面25之间存在空留区域(Freibereich)16。该空留区域16具有高度h。最大高度h，并且由此促动器11与子区域17a、17b之间的最大距离，优选小于或等于3mm，优选2.5mm。
空留区域16的高度h沿着相应的子区域17a、17b变化。相应的子区域17a、17b的中间区域19a、19b因而设计成使得其平行于促动器11的表面伸延。由此，空留区域16的高度h在中间区域19a、19b的区域中最大。相反，相应的连接区域20a、20b相对于促动器11的表面倾斜地伸延。换句话说，相应的连接区域20a、20b与促动器11的顶面25或底面26围成一个角度。该角度优选小于或等于45°。由此，空留区域16的高度h在从相应的放大元件13a、13b的中间区域19a、19b朝向端部区域18a、18b的方向上变小。因此，相应的放大元件13a、13b具有弯曲的形状。
相应的放大元件13a、13b还具有至少一个变薄部(Asuduennung)14，优选多个变薄部14。在图1至3中，相应的放大元件13a、13b具有四个变薄部14。在此可以将变薄部14视为如下区域：在该区域中，相应的放大元件13a、13b变薄，即相比于在其余区域中具有更小的竖直延展或厚度。变薄部14设置成，放大元件13a、13b在促动器偏转时可以在变薄部14的位置处拱曲。优选地，变薄部14构造在相应的放大元件13a、13b的过渡区域中。在此，变薄部14相应构造在连接区域20a、20b与端部区域18a、18b之间的过渡区域中。此外，变薄部14相应位于中间区域19a、19b与连接区域20a、20b之间的过渡区域中。在这些过渡区域中，当促动器11变形时，放大元件13a、13b须拱曲。变薄部14确保放大元件13a、13b的所需要的柔性。
现在如果对促动器11施加电压，则相应的放大元件13a、13b的子区域17a、17b相对于促动器11沿第二方向R2移动。该第二方向R2垂直于第一方向R1。第二方向R2沿着堆叠方向S伸延。
尤其地，中间区域19a、19b沿第二方向R2移动。在此，相应的放大元件13a、13b在变薄部14的位置处在中间区域19a、19b与连接区域20a、20b之间以及在连接区域20a、20b与端部区域18a、18b之间弯曲。
相反，通过与促动器11的粘接连接部15，防止端部区域18a、18b沿第二方向R2移动。更确切地说，端部区域18a、18b利用促动器11沿第一方向R1移动。由此在端部区域18a、18b与子区域17a、17b之间发生相对移动。
图1至3中所示的压电促动器11应用在用于产生触觉反馈的装置1中。图4示意性地示出触觉反馈的产生。
装置1具有接口2，该接口带有接触敏感的表面3。其优选是接触敏感的屏幕。为了操纵接口2，对接触敏感的表面3施加压力。如果识别出这种操纵，触发接口2的振动。为此，接口2沿侧向方向RL移动。侧向方向RL垂直于对接触敏感的表面3施加压力的方向。侧向方向RL平行于接触敏感的表面3。
对于装置1的使用者来说，接口2沿侧向方向RL的移动无法与接口2沿垂直于侧向方向RL的平行方向的移动区分开。如果接口2是大且重的屏幕，则沿侧向方向RL的移动相对于沿平行方向的移动提供了显著的优点。由于屏幕的弯曲刚度更小，在沿平行方向移动时激发并非所愿的自振。这导致使用者在屏幕的不同位置处不同程度地察觉触觉反馈。但这个问题在沿侧向方向RL移动时不出现。
接口2沿侧向方向RL的移动可以由压电促动器11来引起。借助图5和6阐述示出用于将促动器11固定在接口2处的可行方案的实施例。
下面把布置在压电促动器11的顶面25处的机械的放大元件13a称为第一机械的放大元件13a，其中，压电促动器11的顶面25是面对接口2的侧面。下面把布置在压电促动器11的底面26处的机械的放大元件13b称为第二机械的放大元件13b，其中，压电促动器11的底面26与顶面25相对而置。第二机械的放大元件13b是可选的结构元件。根据备选的实施形式，装置1只有布置在促动器11的顶面25处的第一放大元件13a，而没有第二放大元件13b。
图5a和5b示出用于产生触觉反馈的装置1的第一实施例。图5a示出俯视图，并且图5b示出侧向的横剖视图。
装置1具有基板4。基板4可以是底板或后壁。触觉反馈通过接口2相对于基板4的相对移动而产生。在相对移动时，基板4基本上保持不动，而接口2沿侧向方向RL移动。基板4为此可以固定在另一设备例如车辆处。相比于接口2，基板4具有显著更大的质量，例如为接口2的质量的至少十倍大。
基板4可以形成框架。该框架具有开口或凹口，其形状基本上相应于接口2的形状。因而基板可以把接口2框起来。
装置1还具有结合图1至3描述的压电促动器11。第一放大元件13a固定在接口2的侧面2a处，该侧面垂直于接口2的接触敏感的表面3。尤其地，子区域17a的中间区域19a固定在侧面2a处。在此，中间区域19a在侧面2a处固定成使得接口2不会相对于中间区域19a移动，并且因此跟随中间区域19a的任何移动。子区域17a可以通过不可松开的连接例如粘接连接或焊接，或者通过可松开的连接例如拧紧而固定在接口2的侧面2a处。压电促动器11在接口2处固定成使得第二方向R2相应于侧向方向RL，子区域17a由于促动器11在第一方向R1上的延展变化而可以在该第二方向上移动。
如果对促动器11施加电压脉冲，第一放大元件13a的子区域17a就沿第二方向R2移动。由于接口2固定地与子区域17a连接，所以通过使得子区域17a沿第二方向R2移动使接口2沿侧向方向RL移动。以这种方式产生触觉反馈。
第二放大元件13b还固定在基板4处。在此，第二放大元件13b的子区域17b与基板4固定地连接，从而子区域17b的中间区域19b不会相对于基板4移动。第二放大元件13b的子区域17b例如可以粘接到基板4处、与基板4拧紧或者与基板4焊接。由于基板4具有比接口2大很多的质量或者固定在另一设备例如车辆处，所以基板4不由于促动器11的延展变化而移动。
在第一实施例中，接口2仅经由两个放大元件13a、13b和压电促动器11与基板4连接。装置1不具有在接口2与基板4之间的其它的机械连接部。与此相应地，接口2可以相对于基板4移动。接口2松动地安放在基板4上。在产生触觉信号时，接口2在基板4上滑动。
基板4平行于接口的接触敏感的表面地布置。
因此产生了简单的结构，该结构能实现接口2沿侧向方向RL相对于基板4的移动。
图6a和6b示出装置1的第二实施例。图6a示出俯视图，并且图6b示出横剖视图。
根据第二实施例，接口2经由柔性的连接部5与基板4连接。柔性的连接部5在此可以构造在接口2的侧面2b处，该侧面与和第一放大元件13a连接的侧面2a相对而置。备选地，柔性的连接部5也可以构造在接口2的另一侧面处，或者构造在接口2的多个侧面处。
在图6a和6b所示出的第二实施例中，柔性的连接部5具有弹簧27，该弹簧使得接口2与基板4连接。柔性的连接部5也可以具有两个或多个弹簧27，这些弹簧相应使得接口2与基板4连接。备选于或者补充于弹簧27，柔性的连接部5可以具有有弹性的材料，例如软橡胶。
柔性的连接部5允许接口2相对于基板4的相对移动。但相对移动的幅度可以通过柔性的连接部5来限制。柔性的连接部5可以引起接口2相对于基板4的预紧，为了使得接口2相对于基板4移动须克服该预紧。
柔性的连接部5的弹簧27使接口2在侧向方向上(也就是说在与接口2的接触敏感的表面3垂直的方向上)与基板4连接。
在第二实施例中，接口2通过压电的促动器11和柔性的连接部5在基板4处固定成使得接口2悬挂在基板之上。接口2并不贴靠在基板4处。
如结合第一实施例已述，第一放大元件13a的子区域17a与接口2的侧面2a连接。与此相应地，通过使子区域17a沿第二方向R2移动，可以产生触觉反馈，其中，接口2沿侧向方向RL移动。
在此与第一实施例相反，压电的促动器11不必牢固地与由基板4形成的框架连接。附加于结合第一实施例提到的第二放大元件13b的子区域17b与基板4的粘接、焊接或拧紧的连接可行方案，在第二实施例中存在把促动器11夹紧在接口2与由基板4形成的框架之间的可行方案。在此，该夹紧可以通过在基板4与接口2之间的柔性的连接部5引起。在此，在图6a和6b所示的静止状态下，柔性的连接部5可以预紧，在所述静止状态下在促动器11处不存在电压。此外也可行的是，第一放大元件13a的子区域17a仅仅通过夹紧与接口2连接。
如果对压电的促动器11施加电压，则该电压导致由于放大元件13a、13b沿第二方向R2移动而使得接口2在侧向方向RL上相对于基板4移动，如结合第一实施例已述。
图7示出装置1的第三实施例。图7示出横剖视图。
根据第三实施例，带有两个放大元件13a、13b的压电的促动器11布置在接口2的第一侧面2a处。尤其地，第一放大元件13a直接与第一侧面2a连接。第二放大元件13b直接与基板4连接。
接口2经由柔性的连接部5与基板4连接。柔性的连接部5布置在接口2的面对基板4的底面处。与此相应地，柔性的连接部5构造成垂直于侧向方向RL，接口2在产生触觉信号时沿着该侧向方向移动。在该侧向方向上，接口2仅在侧面2a上经由压电的促动器11和两个放大元件13a、13b与基板4连接。
与侧面2a相对而置的侧面2b未与基板4连接。与之相应地，根据第三实施例的装置具有接口2与基板4的在垂直方向上的柔性的连接部5，而没有接口2与基板4的在侧向方向RL上的柔性的连接部5。
柔性的连接部5具有两个橡胶缓冲件28。橡胶缓冲件28具有弹性，这种弹性能实现接口2相对于基板4的侧向移动。柔性的连接部5引起接口2与基板4之间的预紧。这种预紧须被克服，以便使得接口2相对于基板4移动。
柔性的连接部5能实现稳定接口2和限制移动半径(在产生触觉信号时接口2围绕该移动半径移动)，而在这种情况下完全不会妨碍接口2相对于基板4的移动。
图8示出该装置的第四实施例。
根据第四实施例的装置与根据第三实施例的装置的区别在于接口2与基板4之间的柔性的连接部5的设计。根据第四实施例，柔性的连接部5具有弹簧27。这些弹簧27使接口2在垂直方向上与基板4连接。弹簧27能实现接口2相对于基板4的侧向移动。弹簧27引起接口2相对于基板4的预紧，这种预紧须被克服，以便接口2能够相对于基板4移动。除了代替橡胶缓冲件28而使用弹簧27之外，第四实施例与第三实施例并无区别。
图9示出装置的第五实施例。
根据第五实施例的装置与根据第三实施例的装置的区别在于接口2与基板4之间的柔性的连接部5的设计。根据第五实施例，柔性的连接部5具有扁平的泡沫材料元件29，该泡沫材料元件固定在接口2的底面处且固定在基板4处。泡沫材料元件29能实现、接口2相对于基板4的侧向移动。泡沫材料元件29引起接口2相对于基板4的预紧，这种预紧须被克服，以便接口2能够相对于基板4移动。备选于泡沫材料元件29，可以使用扁平的橡胶元件。
图10示出装置的第六实施例。图10所示为侧向的横剖视图。
根据第六实施例的装置具有在接口的侧面2b与基板4之间的柔性的连接部5。该柔性的连接部具有泡沫材料元件29。柔性的连接部构造在侧向方向RL上。未设置接口2与基板4之间的在垂直方向上的柔性的连接部。也如同在第二实施例中那样，在侧向方向RL上的柔性的连接部5能实现接口2在侧向方向RL上相对于基板4的移动，其中，由柔性的连接部5产生的预紧须被克服。
图11示出装置的第七实施例。根据第七实施例，接口2自由浮动地布置在基板4之上。接口2在侧面2a处经由压电的促动器11和放大元件13a、13b固定在基板处。未设置接口2与基板4的附加的柔性的连接部。第七实施例尤其适合于轻的接口2，例如小屏幕。第一放大元件13a可以与接口拧紧。第二放大元件13b可以与基板4拧紧。
图12示出装置的第八实施例。
在根据第八实施例的装置中，压电的促动器11不是布置在接口2的旁侧，而是布置在接口2的下面。尤其地，压电的促动器11布置在接口2的底面与基板之间。在这种情况下，压电的促动器11布置成使得其能激发接口2在侧向方向RL上移动。
第二放大元件13b直接固定在基板4处。第一放大元件13a固定在第一连接元件30处。第一放大元件13a与第一连接元件30拧紧。第一连接元件30固定在接口2的底面处。如果由压电的促动器11使得第一连接元件30在侧向方向RL上移动，则由于第一连接元件30与接口2连接，接口2跟随这种移动。
根据第八实施例，接口2自由悬浮地布置在基板3之上。接口2仅经由由第一连接元件30、压电的促动器11和两个放大元件13a、13b形成的连接部与基板4连接。未设置附加的柔性的连接部。
在对压电的促动器11施加交流电压时，产生触觉信号。促动器11的变形通过放大元件13a、13b转变为在侧向方向RL上的具有增大的运动幅度的运动。由于第一放大元件13a固定在第一连接元件30处，且第一连接元件30固定在接口2处，所以接口2在侧向方向上相对于基板4移动。由此产生触觉信号。
图13示出装置的第九实施例。
相比于第八实施例，在根据第九实施例的装置中设置有第二连接元件31。第二放大元件13b不是直接固定在基板4处，而是固定在第二连接元件31处，该第二连接元件又固定在基板4处。
图14示出装置的第十实施例。
第十实施例基于第九实施例，其中，附加地设置接口2与基板4的两个柔性的连接部5。接口2的侧面2a和2b相应经由柔性的连接部5在侧向方向RL上与基板4连接。柔性的连接部5相应具有弹簧27。柔性的连接部5引起在接口2与基板4之间的预紧，这种预紧须被克服，以便接口2可以相对于基板4在侧向方向RL上移动，用于产生触觉信号。
图15a和图15b示出装置的第十一实施例。根据第十一实施例，接口2不是平行于基板4地布置。更确切地说，接口2与基板4围成角度α。压电的促动器11布置在接口的第一侧面2a处。压电的促动器11设计成使接口2在侧向方向RL上平行于接触敏感的表面移动。该方向与基板围成角度α。在图15a和图15b所示的实施例中，角度α大于0°且小于90°。0°的角度α在接口2平行于基板4移动时产生，如第一至第十实施例中所示。
图16示出第十二实施例，其与第十一实施例的区别在于不同地设计的基板4。
图17示出第十三实施例。在该第十三实施例中，接口2同样相对于基板4以0°<α<90°角度移动。压电的促动器11和放大元件13a、13b布置在接口2的第一侧面2a处。在接口2的第二侧面2b处布置有具有弹簧27的柔性的连接部5。弹簧27使第二侧壁2b与基板4连接。
图18示出装置的第十四实施例。压电的促动器11和放大元件13a、13b布置在接口2的远离于接触敏感的表面3指向的底面与基板4之间。促动器11设计成使接口2在垂直于接触敏感的表面3的方向上移动。在此，移动方向与基板4围成90°的角度α。附加地，在接口2的底面与基板之间构造有具有橡胶缓冲件18的柔性的连接部5。柔性的连接部5引起接口2与基板4之间的预紧，这种预紧为了使接口2移动须被克服。柔性的连接部5设计成使得其允许接口2相对于基板4移动。
图19示出电压脉冲，该电压脉冲可以由控制单元施加到压电的促动器11处，用于产生触觉反馈。
在此，曲线K1表示所施加的电压的时间曲线。在此施加一个单独的半正弦形的脉冲，其带有3.3ms的脉冲宽度，这相应于300Hz的频率。
曲线K2表示压电的促动器11由于施加脉冲而朝向第一方向偏移的时间曲线。最大的偏移在大约5ms之后已经达到。与此相应地，响应时间很短。作为比较，参照线性谐振器，其通常在施加电压之后大约100ms才达到最大偏移。
在最大的偏移之后，压电的促动器11表现出一种短暂的衰减行为，其中偏移的幅度快速减小。
可以由控制单元如此对促动器11施加脉冲，使得对使用者来说形成力突变的印象。该力突变可以模仿机械按键的行为，并且因此将点击感觉传递给使用者。
附图标记清单：
1 装置
2 接口
2a 接口的侧面
2b 接口的侧面
3 接触敏感的表面
4 基板
5 有弹性的连接部
11 压电的促动器
12 绝缘区域
13a 第一放大元件
13b 第二放大元件
14 变薄部
15 粘接连接部
16 空留区域
17a、17b 子区域
18a、18b 端部区域
19a、19b 子区域的第一区段/中间区域
20a、20b 子区域的第二区段/连接区域
21 内电极
22 压电层
23 外电极
24 端面
25 顶面
26 底面
27 弹簧
28 橡胶缓冲件
29 泡沫材料元件
30 连接元件
31 连接元件
h 高度
R1 第一方向
R2 第二方向
RL 侧向方向
S 堆叠方向
α 角度。
Claims (19)
1.用于产生触觉反馈的装置(1)，具有：
- 带有接触敏感的表面(3)的接口(2)；
- 压电的促动器(11)；和
- 机械的放大元件(13a)，其中，所述机械的放大元件(13a)固定在所述压电的促动器(11)处，其中，所述机械的放大元件(13a)直接地或间接地固定在所述接口(2)处，其中，所述机械的放大元件(13a)被构造和布置成由于所述压电的促动器(11)的在第一方向(R1)上的延展的变化而变形成使得所述机械的放大元件(13a)的子区域(17a)相对于所述压电的促动器(11)在垂直于所述第一方向(R1)的第二方向(R2)上移动，并且由此对所述接口(2)施加力，其中，所述接口(2)通过施加到其上的力在侧向于所述接触敏感的表面(3)的方向(RL)上移动，或者其中，所述接口(2)通过施加到其上的力在垂直于所述接触敏感的表面(3)的方向上移动。
2.根据前述权利要求所述的装置(1)，其中，所述接口(2)是带有接触敏感的表面(3)的屏幕。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述机械的放大元件(13a)的子区域(17a)固定在所述接口(2)的垂直于所述接触敏感的表面(3)的侧面(2a)处。
4.根据前述权利要求所述的装置(1)，还具有基板(4)，其中，所述压电的促动器(11)被布置和设计成使所述接口(2)相对于所述基板(4)移动，用于产生触觉的反馈。
5.根据前述权利要求所述的装置(1)，其中，所述压电的促动器(11)被布置和设计成使所述接口(2)相对于所述基板(4)以角度α移动，用于产生触觉反馈，其中，0°≤α≤180°。
6.根据前述权利要求所述的装置(1)，其中，所述接口(2)与所述基板(4)经由柔性的连接部(5)连接。
7.根据前述权利要求所述的装置(1)，其中，所述柔性的连接部将所述接口在侧向方向上固定在所述基板处，并且/或者，其中，所述柔性的连接部将所述接口在垂直于所述接触敏感的表面的方向上固定在所述基板处。
8.根据权利要求6或7所述的装置(1)，其中，所述柔性的连接部具有弹簧、阻尼器、泡沫材料元件或橡胶缓冲件。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置(1)，其中，所述柔性的连接部设计成能实现所述接口相对于所述基板的移动并且产生预紧，为了所述接口相对于所述基板的移动须克服所述预紧。
10.根据权利要求4或5所述的装置(1)，其中，所述接口(2)松动地安放在所述基板(4)上。
11.根据权利要求4或5所述的装置(1)，其中，所述接口(2)相对于所述基板(4)自由悬浮。
12.根据权利要求4至11中任一项所述的装置(1)，其中，所述压电的促动器(11)与所述基板(4)通过粘接、拧紧、焊接或夹紧直接连接，或者间接地经由至少一个其它的元件而连接。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述机械的放大元件(13a)与所述接口(2)通过粘接、拧紧、焊接、夹紧、压紧或钎焊直接连接，或者间接地经由至少一个其它的元件而连接。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述机械的放大元件(13a)被构造和布置成使得所述子区域(17a)在所述第二方向(R2)上具有大于所述压电的促动器(11)在所述第一方向(R1)上的延展变化的移动幅度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述子区域(17a)与所述压电的促动器(11)的表面间隔开地布置，其中，所述机械的放大元件(13a)具有两个端部区域(18a)，其固定在所述压电的促动器(11)的表面处，其中，所述机械的放大元件(13a)的两个端部区域(18a)直接联接到所述机械的放大元件(13a)的子区域(17a)处，并且其中，所述两个端部区域(18a)布置在所述机械的放大元件(13a)的子区域(17a)的相对而置的侧面处。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述机械的放大元件(13a)为弓形。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，还具有控制单元，该控制单元被设计成当识别出操纵所述接触敏感的表面(3)时对所述压电的促动器(11)施加电压脉冲。
18.根据前述权利要求所述的装置(1)，其中，所述控制单元设计成对所述压电的促动器(11)施加这种电压脉冲，使得所述机械的放大元件(13a)变形成使得相对于顶压到所述接触敏感的表面(3)上的物体产生触觉反馈，所述触觉反馈模仿力突变。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，还具有固定在所述压电的促动器(11)处的第二机械的放大元件(13b)，其中，所述压电的促动器(11)布置在两个所述机械的放大元件(13a、13b)之间，其中，所述第二机械的放大元件(13b)被构造和布置成由于所述压电的促动器(11)在所述第一方向(R1)上的延展变化而变形成使得所述第二机械的放大元件(13b)的子区域(17b)相对于所述压电的促动器(11)在与所述第一方向(R1)垂直的第二方向(R2)上移动。
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