CN116194864A - 触觉再现设备、方法、显示装置和控制器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种触觉再现设备、方法、显示装置和控制器。该触觉再现设备包括：基板；第一驱动器，设置在基板上，被配置为在接收到第一驱动信号后振动并带动基板振动；振动传感器，设置在基板上，被配置为在基板振动的情况下，根据第一驱动器与基板一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号；以及控制器，被配置为向第一驱动器输出第一驱动信号，以及接收第一检测电压信号，并根据第一检测电压信号调整第一驱动信号。
Description
本公开涉及触觉再现技术领域，特别涉及一种触觉再现设备、方法、显示装置和控制器。
人类感测系统的主要方式包括视觉、听觉和触觉等。目前对于视觉、听觉进行感测和呈现手段都相对比较成熟。例如，通过摄像机、照相机模拟人类对图像的采集，利用显示屏及其他显示器件实现图像的呈现，采用硅麦克风、驻极体麦克风、压电麦克风等器件模拟人对于环境中声音信号的采集，使用静电、动圈、压电等各种原理的耳机、音响为人类呈现各种美妙的声音。
对于触觉系统，由于其机理上相对比较复杂，涉及到人体对于环境中机械、温度、化学、湿度等多种物理信号的感知。研究及产业化相对较晚。随着从早期的电阻触摸屏到目前的电容触摸屏的大规模应用以及虚拟现实等应用场景的需求，人们对于触觉感知和触觉再现存在迫切的需求。相关技术中的触觉再现方式主要为振动反馈，其通过接触面的振动实现对人体的激励。而表面触觉再现通过在接触面上模拟物体特性，使得人体实现更真实的触摸感觉，可在多媒体终端实现高效自然的交互效果。
发明内容
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种触觉再现设备，包括：基板；第一驱动器，设置在所述基板上，被配置为在接收到第一驱动信号后振动并带动所述基板振动；振动传感器，设置在所述基板上，被配置为在所述基板振动的情况下，根据所述第一驱动器与所述基板一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号；以及控制器，被配置为向所述第一驱动器输出第一驱动信号，以及接收所述第一检测电压信号，并根据所述第一检测电压信号调整所述第一驱动信号。
在一些实施例中，所述控制器被配置为在所述第一检测电压信号大于阈值的情况下，减小所述第一驱动信号的幅度或占空比，或者在所述第一检测电压信号小于所述阈值的情况下，增大所述第一驱动信号的幅度或占空比。
在一些实施例中，所述振动传感器包括：加速度计、速度传感器或位移传感器。
在一些实施例中，所述加速度计包括压电式加速度计、电容梳齿式加速度计、体硅电容式加速度计和压阻式加速度计中的至少一个。
在一些实施例中，所述压电式加速度计包括：在所述基板上的第一底电极；在所述第一底电极下方的所述基板的第一部分，其中，所述第一部分包括在远离所述第一底电极一侧的凹陷和被所述凹陷包围的质量块，其中，所述第一部分在所述凹陷底部的部分在垂直于所述基板的方向上的厚度小于所述质量块在垂直于所述基板的方向上的厚度；在所述第一底电极的远离所述基板一侧的第一压电薄膜层；以及在所述第一压电薄膜层的远离所述基板一侧的第一顶电极；其中，所述第一底电极和所述第一顶电极电连接至所述控制器，所述凹陷在所述基板上的正投影与所述第一压电薄膜层在所述基板上的正投影至少部分重叠。
在一些实施例中，所述压电式加速度计还包括：与所述第一底电极电连接的第一引出电极；和与所述第一顶电极电连接的第二引出电极；其中，所述第一底电极通过所述第一引出电极电连接至所述控制器，所述第一顶电极通过所述第二引出电极电连接至所述控制器。
在一些实施例中，从垂直于所述基板的角度看，所述凹陷的形状包括圆形环形、正方形环形或六边形环形。
在一些实施例中，所述第一底电极包括多个第一子底电极，所述多个第一子底电极互相电连接；所述凹陷包括多个子凹陷，所述质量块包括多个子质量块，其中所述多个子质量块被所述多个子凹陷一一对应地包围，所述多个子凹陷一一对应地位于所述多个第一子底电极的下方；所述第一压电薄膜层包括多个第一子压电薄膜层，所述多个第一子压电薄膜层一一对应地位于所述多个第一子底电极远离所述基板的一侧；所述第一顶电极包括多个第一子顶电极，所述多个第一子顶电极一一对应地位于所述多个第一子压电薄膜层远离所述基板的一侧。
在一些实施例中，所述第一驱动器包括：在所述基板上的第二底电极；在所述第二底电极下方的所述基板的第二部分；在所述第二底电极的远离所述基板一侧的第二压电薄膜层；以及在所述第二压电薄膜层的远离所述基板一侧的第二顶电极；其中，所述第二底电极和所述第二顶电极电连接至所述控制器。
在一些实施例中，所述第一驱动器还包括：与所述第二底电极电连接的第三引出电极；和与所述第二顶电极电连接的第四引出电极；其中，所述第二底电极通过所述第三引出电极电连接至所述控制器，所述第二顶电极通过所述第四引出电极电连接至 所述控制器。
在一些实施例中，所述第一底电极的材料与所述第二底电极的材料相同；所述第一压电薄膜层的材料与所述第二压电薄膜层的材料相同；所述第一顶电极的材料与所述第二顶电极的材料相同。
在一些实施例中，所述第二压电薄膜层包括多个第二子压电薄膜层，所述多个第二子压电薄膜层互相间隔开，且沿着所述第二底电极的延伸方向排列。
在一些实施例中，所述第一驱动器包括多个第一驱动器，所述多个第一驱动器沿着第一方向排列在所述基板上；所述振动传感器包括多个振动传感器，所述多个振动传感器沿着第二方向排列在所述基板上；其中，所述第一方向与所述第二方向相垂直。
在一些实施例中，所述触觉再现设备还包括：压电变压器，设置在所述基板上，电连接在所述控制器与所述第一驱动器之间，被配置为从所述控制器接收所述第一驱动信号，并对所述第一驱动信号进行放大处理，将放大后的第一驱动信号输出到所述第一驱动器，以驱动所述第一驱动器振动。
在一些实施例中，所述触觉再现设备还包括：第二驱动器，设置在所述基板上，被配置为在接收到第二驱动信号后振动并带动所述基板振动，其中，所述第二驱动器的振动频率低于所述第一驱动器的振动频率；其中，所述振动传感器还被配置为在所述基板振动的情况下，根据所述第二驱动器与所述基板一起振动的幅度或频率生成第二检测电压信号；所述控制器还被配置为向所述第二驱动器输出第二驱动信号，以及接收所述第二检测电压信号，并根据所述第二检测电压信号调整所述第二驱动信号。
根据本公开实施例的另一个方面，提供了一种显示装置，包括：如前所述的触觉再现设备。
根据本公开实施例的另一个方面，提供了一种触觉再现方法，包括：向设置在基板上的第一驱动器输出第一驱动信号，以使得所述第一驱动器振动并带动所述基板振动；在所述基板振动的情况下，利用设置在所述基板上的振动传感器根据所述第一驱动器与所述基板一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号；以及根据所述第一检测电压信号调整所述第一驱动信号。
在一些实施例中，根据所述第一检测电压信号调整所述第一驱动信号的步骤包括：在所述第一检测电压信号大于阈值的情况下，减小所述第一驱动信号的幅度或占空比；或者在所述第一检测电压信号小于所述阈值的情况下，增大所述第一驱动信号的幅度或占空比。
根据本公开实施例的另一个方面，提供了一种控制器，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如前所述的方法。
根据本公开实施例的另一个方面，提供了一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被处理器执行时实现如前所述的方法。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是示出根据本公开一个实施例的触觉再现设备的结构示意图；
图2是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图；
图3是示出根据本公开一个实施例的振动传感器的截面示意图；
图4是示出根据本公开一个实施例的第一驱动器的截面示意图；
图5是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图；
图6是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图；
图7是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图；
图8是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图；
图9是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图；
图10是示出根据本公开一个实施例的触觉再现方法的流程图；
图11是示出根据本公开一个实施例的控制器的结构示意图；
图12是示出根据本公开一个实施例的压电式加速度计在静态加载加速度载荷时的加速度与输出电压值的关系曲线图。
应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不必须按照实际的比例关系绘制。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述 仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
图1是示出根据本公开一个实施例的触觉再现设备的结构示意图。
如图1所示，该触觉再现设备包括基板11。例如，该基板11为玻璃基板。
该触觉再现设备还包括第一驱动器20。该第一驱动器20设置在基板11上。该第一驱动器20被配置为在接收到第一驱动信号后振动并带动基板11振动。
该触觉再现设备还包括振动传感器30。该振动传感器30设置在基板11上。该振动传感器30被配置为在基板11振动的情况下，根据第一驱动器20与基板11一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号。
在一些实施例中，振动传感器包括：加速度计、速度传感器或位移传感器。
例如，加速度计包括压电式加速度计、电容梳齿式加速度计、体硅电容式加速度计和压阻式加速度计中的至少一个。例如，速度传感器包括激光式速度传感器和线性 速度式速度传感器中的至少一个。例如，位移传感器包括电容式位移传感器和涡电流式位移传感器中的至少一个。
该触觉再现设备还包括控制器40。该控制器40被配置为向第一驱动器20输出第一驱动信号，以及接收第一检测电压信号，并根据该第一检测电压信号调整第一驱动信号。
至此，提供了根据本公开一些实施例的触觉再现设备。该触觉再现设备包括：基板；第一驱动器，设置在基板上，被配置为在接收到第一驱动信号后振动并带动基板振动；振动传感器，设置在基板上，被配置为在基板振动的情况下，根据第一驱动器与基板一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号；以及控制器，被配置为向第一驱动器输出第一驱动信号，以及接收第一检测电压信号，并根据第一检测电压信号调整第一驱动信号。这样可以优化第一驱动信号，使得第一驱动信号在使得第一驱动器带来基板振动时，能够使得第一驱动器-基板共振体工作在稳定状态，从而给用户带来稳定触觉体验。
例如，该控制器20被配置为在第一检测电压信号大于阈值(可以称为第一阈值)的情况下，减小第一驱动信号的幅度或占空比，或者在第一检测电压信号小于阈值的情况下，增大第一驱动信号的幅度或占空比。这样可以优化第一驱动信号，使得第一驱动信号在使得第一驱动器带来基板振动时，能够使得第一驱动器-基板共振体工作在稳定状态，从而给用户带来稳定触觉体验。
需要说明的是，上述阈值可以根据实际需要或实际情况来预先设置。例如，可以根据不同的器件结构、不同的屏幕(基板所在的屏幕)、或者屏幕所显示的不同的物体的表面情况来预先设置，以及可以利用训练的方式来设置该阈值。
图2是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图。
如图2所示，触觉再现设备包括基站11、第一驱动器20、振动传感30和控制器40(图2中未示出)。
在一些实施例中，如图2所示，第一驱动器20包括多个第一驱动器21和22。该多个第一驱动器21和22沿着第一方向排列在基板11上。在一些实施例中，如图2所示，振动传感器30包括多个振动传感器31和32。该多个振动传感器31和32沿着第二方向排列在基板11上。第一方向与第二方向相垂直。例如，第一方向为基板的横向方向，第二方向为基板的纵向方向。
第一驱动器20和振动传感器30分别位于靠近基板的不同的边缘的位置。例如， 如图2所示，一个第一驱动器21靠近基板的左边缘，另一个第一驱动器22靠近基板的右边缘，一个振动传感器31靠近基板的下边缘，另一个振动传感器32靠近基板的上边缘。将第一驱动器20和振动传感器30设置在靠近基板边缘的位置，可以不影响基板中间部分的其他功能器件(例如具有显示功能的器件)的设置。
需要说明的是，虽然图2中示出了两排的第一驱动器，但是，本公开实施例的范围并不仅限于此。例如，可以在基板上设置一排或多于两排的第一驱动器。另外，多排的第一驱动器可以呈二维分布。再者，在基板上也可以设置一个或更多个振动传感器。
图3是示出根据本公开一个实施例的振动传感器的截面示意图。该振动传感器为压电式加速度计。下面结合图2和图3详细描述根据本公开一些实施例的压电式加速度计的结构。
如图2和3所示，该压电式加速度计包括在基板11上的第一底电极301。
如图2和3所示，该压电式加速度计还包括在第一底电极下方的基板11的第一部分111。这里，基板的第一部分111也作为压电式加速度计的一部分。第一部分111包括在远离第一底电极301一侧的凹陷101和被凹陷101包围的质量块102。第一部分111在凹陷101底部的部分在垂直于基板的方向上的厚度H1小于质量块102在垂直于基板的方向上的厚度H2。该凹陷使得基板在凹陷底部的部分呈薄膜状。可以通过对基板的背面进行局部腐蚀的工艺形成该凹陷。
从垂直于基板的角度看，该凹陷101的形状为圆形环形。当然，本公开实施例的范围并不仅限于此，从垂直于基板的角度看，凹陷的形状还可以是其他形状，例如正方形环形或六边形环形等，后面将结合其他附图6和7详细描述。
如图2和3所示，该压电式加速度计还包括在第一底电极301的远离基板一侧的第一压电薄膜层302。例如，该第一压电薄膜层的材料包括PZT(lead zirconate titanate piezoelectric ceramics，锆钛酸铅压电陶瓷)等。
如图2和3所示，该压电式加速度计还包括在第一压电薄膜层302的远离基板11一侧的第一顶电极303。
第一底电极301和第一顶电极303电连接至控制器。凹陷101在基板11上的正投影与第一压电薄膜层302在基板11上的正投影至少部分重叠。
该压电式加速度计利用压电材料的正压电效应，即压电材料在机械作用情况下产生电信号(作为第一检测电压信号)并输出该电信号至控制器。该压电式加速度计用 于检测在玻璃基板振动时的振动加速度值。
需要说明的是，虽然这里采用了压电式加速度计，但是本领域技术人员能够理解，也可以采用其他原理的加速度计。
在一些实施例中，压电式加速度计的谐振频率为20Hz至100kHz。例如，从图12可以看出，在10000Hz的谐振频率的情况下，在0～100g(g表示重力加速度)的静态加载加速度载荷下，输出电压值与加载加速度呈线性相关。因此，可以利用压电式加速度计获得检测电压信号。
在一些实施例中，如图2所示，该压电式加速度计(即振动传感器30)还包括与第一底电极301电连接的第一引出电极304和与第一顶电极303电连接的第二引出电极305。第一底电极301通过第一引出电极304电连接至控制器(图2中未示出)，第一顶电极303通过第二引出电极305电连接至控制器。这样实现了压电式加速度计与控制器的电连接。
图4是示出根据本公开一个实施例的第一驱动器的截面示意图。例如，该第一驱动器为压电薄膜驱动器。
如图2和图4所示，第一驱动器包括在基板11上的第二底电极201。第一驱动器还包括在第二底电极201下方的基板11的第二部分112。这里，基板的第二部分112也作为压电式加速度计的一部分。第一驱动器还包括在第二底电极201的远离基板一侧的第二压电薄膜层202。例如，该第二压电薄膜层的材料包括PZT等。第一驱动器还包括在第二压电薄膜层202的远离基板一侧的第二顶电极203。第二底电极201和第二顶电极203电连接至控制器(图2和图4中未示出)。
第一驱动器利用压电材料的逆压电效应，即压电材料在电信号作用下产生机械作用。该第一驱动器用于在电信号驱动的情况下带动基板振动，产生触觉反馈效果。
在一些实施例中，第一底电极301的材料与第二底电极201的材料相同，第一压电薄膜层302的材料与第二压电薄膜层202的材料相同，第一顶电极303的材料与第二顶电极203的材料相同。这样在方便制造触觉再现设备。
例如，可以在基板上形成底电极材料层(作为种子层)，然后对底电极材料层执行图案化工艺以形成第一底电极301和第二底电极201；接下来，在第一底电极301、第二底电极201和基板上形成压电薄膜层，然后对压电薄膜层执行图案化工艺以形成第一压电薄膜层302和第二压电薄膜层202；接下来，在第一压电薄膜层302、第二压电薄膜层202和基板上形成顶电极材料层，然后，对顶电极材料层执行图案化工艺 以形成第一顶电极303与第二顶电极203；接下来，对第一底电极301下方的基板的背面进行刻蚀处理以形成凹陷，该凹陷使得质量块与周边的基板区域隔离开。这样形成了第一驱动器和压电式加速度计。该制造工艺可以实现压电式加速度计与压电薄膜驱动器的工艺兼容。
在上面的描述中，第一驱动器采用了压电薄膜层，但是，本领域技术人员能够理解，第一驱动器也可以采用其他结构层，例如压电陶瓷片等。
在一些实施例中，如图2所示，第二压电薄膜层202包括多个第二子压电薄膜层2021、2022和2023。该多个第二子压电薄膜层2021、2022和2023互相间隔开，且沿着第二底电极201的延伸方向排列。例如，如图2所示，多个第二子压电薄膜层2021、2022和2023沿着第二方向(例如，基板的纵向方向)排列。将第二压电薄膜层设置为多个第二子压电薄膜层，这样在第一驱动器振动时，可以提供更加精细的振动方式，从而方便实现触觉再现功能。
在一些实施例中，如图2所示，第一驱动器20还包括：与第二底电极201电连接的第三引出电极204，和与第二顶电极203电连接的第四引出电极205。第二底电极201通过第三引出电极204电连接至控制器，第二顶电极203通过第四引出电极205电连接至控制器。这样实现了第一驱动器与控制器的电连接。
在前面所述实施例的触觉再现设备中，振动传感器包括多个振动传感器，但是，本公开实施例的范围并限于此。例如，如图5所示，该振动传感器包括一个振动传感器，即，在基板上设置一个振动传感器。
图6是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图。如图6所示，从垂直于基板11的角度看，压电式加速度计(作为振动传感器)33的凹陷121的形状为正方形环形，质量块122的形状也为正方形。
图7是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图。如图7所示，从垂直于基板11的角度看，压电式加速度计(作为振动传感器)34的凹陷131的形状为六边形环形，质量块132的形状也为六边形。
当然，上述凹陷和质量块的形状仅是示例性的，本公开实施例的范围并不仅限于此。
图8是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图。
如图8所示，在基板11的边缘设置了多个(例如，两个)压电式加速度计，该多个压电式加速度计被设计在一起以提高检测灵敏度。
如图8所示，第一底电极301包括多个第一子底电极3011和3012。该多个第一子底电极3011和3012互相电连接。
如图8所示，在该压电式加速度计中，凹陷141包括多个子凹陷1411和1412。质量块142包括多个子质量块1421和1422。该多个子质量块1421和1422被该多个子凹陷1411和1412一一对应地包围。例如，子质量块1421被子凹陷1411包围，子质量块1422被子凹陷1412包围。该多个子凹陷1411和1412一一对应地位于该多个第一子底电极3011和3012的下方。例如，子凹陷1411位于第一子底电极3011的下方，子凹陷1412位于第一子底电极3012的下方。
如图8所示，第一压电薄膜层302包括多个第一子压电薄膜层3021和3022。该多个第一子压电薄膜层3021和3022一一对应地位于该多个第一子底电极3011和3012远离基板11的一侧。例如，第一子压电薄膜层3021位于第一子底电极3011远离基板11的一侧，第一子压电薄膜层3022位于第一子底电极3012远离基板11的一侧。
如图8所示，第一顶电极303包括多个第一子顶电极3031和3032。该多个第一子顶电极3031和3032一一对应地位于该多个第一子压电薄膜层3021和3022远离基板11的一侧。例如，第一子顶电极3031位于第一子压电薄膜层3021远离基板11的一侧，第一子顶电极3032位于第一子压电薄膜层3022远离基板11的一侧。
在上述实施例中，将2个压电式加速度计集成在一起，但是，本领域技术人员能够理解，为了提高检测灵敏度，可以将更多个压电式加速度计集成在一起，因此，本公开实施例的范围并不仅限于此。
在本公开的实施例中，在触觉再现设备上集成了振动传感器，利用振动传感器测得第一驱动器-基板共振体的振幅或频率，控制器通过第一驱动器-基板共振体的振幅或频率调整驱动信号，从而控制第一驱动器-基板共振体工作在稳定状态，给用户带来稳定触觉体验。
图9是示出根据本公开另一个实施例的触觉再现设备的结构示意图。
如图9所示，触觉再现设备除了包括基板11、第一驱动器20、振动传感器30和控制器40之外，还包括第二驱动器50。
第二驱动器50设置在基板11上。第二驱动器50被配置为在接收到第二驱动信号后振动并带动基板振动。这里，第二驱动器50的振动频率低于第一驱动器20的振动频率。例如，该第二驱动器50可以包括偏心转子和/或线性马达等。
振动传感器30还被配置为在基板振动的情况下，根据第二驱动器50与基板11 一起振动的幅度或频率生成第二检测电压信号。
控制器40还被配置为向第二驱动器50输出第二驱动信号，以及接收第二检测电压信号，并根据第二检测电压信号调整第二驱动信号。例如，该控制器20还被配置为在第二检测电压信号大于第二阈值的情况下，减小第二驱动信号的幅度或占空比，或者在第二检测电压信号小于第二阈值的情况下，增大第二驱动信号的幅度或占空比。
在上述实施例的触觉再现设备中，在基板上还设置了振动频率比较高的第一驱动器和振动频率比较低的第二驱动器，这样，利用第一驱动器在高频振动的压膜效应产生触摸边界效果，利用第二驱动器的低频振动产生按压、敲击、警告等效果，从而提高触觉体验。
在另一些实施例中，也可以不设置该第二驱动器，而是通过在第一驱动器上加载低频信号来产生低频振动触觉反馈效果。
在一些实施例中，如图9所示，该触觉再现设备还包括压电变压器60。该压电变压器60设置在基板11上。该压电变压器60电连接在控制器40与第一驱动器20之间。该压电变压器60被配置为从控制器40接收第一驱动信号，并对该第一驱动信号进行放大处理，将放大后的第一驱动信号输出到第一驱动器20，以驱动第一驱动器振动。当然，本领域技术人员能够理解，该压电变压器也可以集成到控制器中。
本公开的实施例中，上述触觉再现设备可以应用于消费电子产品(例如，笔记本虚拟按键、触控板)、汽车中控系统、室内外广告展示、医院，等等。
在本公开的一些实施例中，还提供了一种显示装置，该显示装置包括如前所述的触觉再现设备。例如，该显示装置可以为手机、笔记本电脑、平板电脑、汽车中控显示屏、室内外广告展示屏，等等。这样的显示装置在实现显示功能的同时还可以实现触觉再现功能。
图10是示出根据本公开一个实施例的触觉再现方法的流程图。如图10所示，该触觉再现方法包括步骤S1002至S1006。
在步骤S1002，向设置在基板上的第一驱动器输出第一驱动信号，以使得第一驱动器振动并带动基板振动。
在步骤S1004，在基板振动的情况下，利用设置在基板上的振动传感器根据第一驱动器与基板一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号。
在步骤S1006，根据第一检测电压信号调整第一驱动信号。
在一些实施例中，该步骤S1006包括：在第一检测电压信号大于阈值的情况下， 减小第一驱动信号的幅度或占空比；或者在第一检测电压信号小于阈值的情况下，增大第一驱动信号的幅度或占空比。
至此，提供了本公开一些实施例的触觉再现方法。该触觉再现方法包括：向第一驱动器输出第一驱动信号，以使得第一驱动器振动并带动基板振动；在基板振动的情况下，利用振动传感器根据第一驱动器与基板一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号；以及根据第一检测电压信号调整第一驱动信号。这样可以优化第一驱动信号，使得第一驱动信号在使得第一驱动器带来基板振动时，能够使得第一驱动器-基板共振体工作在稳定状态，从而给用户带来稳定触觉体验。
图11是示出根据本公开一个实施例的控制器的结构示意图。控制器包括存储器410和处理器420。其中：
存储器410可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储图10所对应实施例中的指令。
处理器420耦接至存储器410，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器420用于执行存储器中存储的指令，使得第一驱动器-基板共振体工作在稳定状态，从而给用户带来稳定触觉体验。
在另一个实施例中，本公开还提供了一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图10所对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特 定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (20)
- 一种触觉再现设备，包括：基板；第一驱动器，设置在所述基板上，被配置为在接收到第一驱动信号后振动并带动所述基板振动；振动传感器，设置在所述基板上，被配置为在所述基板振动的情况下，根据所述第一驱动器与所述基板一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号；以及控制器，被配置为向所述第一驱动器输出第一驱动信号，以及接收所述第一检测电压信号，并根据所述第一检测电压信号调整所述第一驱动信号。
- 根据权利要求1所述的触觉再现设备，其中，所述控制器被配置为在所述第一检测电压信号大于阈值的情况下，减小所述第一驱动信号的幅度或占空比，或者在所述第一检测电压信号小于所述阈值的情况下，增大所述第一驱动信号的幅度或占空比。
- 根据权利要求1所述的触觉再现设备，其中，所述振动传感器包括：加速度计、速度传感器或位移传感器。
- 根据权利要求3所述的触觉再现设备，其中，所述加速度计包括压电式加速度计、电容梳齿式加速度计、体硅电容式加速度计和压阻式加速度计中的至少一个。
- 根据权利要求4所述的触觉再现设备，其中，所述压电式加速度计包括：在所述基板上的第一底电极；在所述第一底电极下方的所述基板的第一部分，其中，所述第一部分包括在远离所述第一底电极一侧的凹陷和被所述凹陷包围的质量块，其中，所述第一部分在所述凹陷底部的部分在垂直于所述基板的方向上的厚度小于所述质量块在垂直于所述基板的方向上的厚度；在所述第一底电极的远离所述基板一侧的第一压电薄膜层；以及在所述第一压电薄膜层的远离所述基板一侧的第一顶电极；其中，所述第一底电极和所述第一顶电极电连接至所述控制器，所述凹陷在所述基板上的正投影与所述第一压电薄膜层在所述基板上的正投影至少部分重叠。
- 根据权利要求5所述的触觉再现设备，其中，所述压电式加速度计还包括：与所述第一底电极电连接的第一引出电极；和与所述第一顶电极电连接的第二引出电极；其中，所述第一底电极通过所述第一引出电极电连接至所述控制器，所述第一顶电极通过所述第二引出电极电连接至所述控制器。
- 根据权利要求5所述的触觉再现设备，其中，从垂直于所述基板的角度看，所述凹陷的形状包括圆形环形、正方形环形或六边形环形。
- 根据权利要求5所述的触觉再现设备，其中，所述第一底电极包括多个第一子底电极，所述多个第一子底电极互相电连接；所述凹陷包括多个子凹陷，所述质量块包括多个子质量块，其中，所述多个子质量块被所述多个子凹陷一一对应地包围，所述多个子凹陷一一对应地位于所述多个第一子底电极的下方；所述第一压电薄膜层包括多个第一子压电薄膜层，所述多个第一子压电薄膜层一一对应地位于所述多个第一子底电极远离所述基板的一侧；所述第一顶电极包括多个第一子顶电极，所述多个第一子顶电极一一对应地位于所述多个第一子压电薄膜层远离所述基板的一侧。
- 根据权利要求5所述的触觉再现设备，其中，所述第一驱动器包括：在所述基板上的第二底电极；在所述第二底电极下方的所述基板的第二部分；在所述第二底电极的远离所述基板一侧的第二压电薄膜层；以及在所述第二压电薄膜层的远离所述基板一侧的第二顶电极；其中，所述第二底电极和所述第二顶电极电连接至所述控制器。
- 根据权利要求9所述的触觉再现设备，其中，所述第一驱动器还包括：与所述第二底电极电连接的第三引出电极；和与所述第二顶电极电连接的第四引出电极；其中，所述第二底电极通过所述第三引出电极电连接至所述控制器，所述第二顶电极通过所述第四引出电极电连接至所述控制器。
- 根据权利要求9所述的触觉再现设备，其中，所述第一底电极的材料与所述第二底电极的材料相同；所述第一压电薄膜层的材料与所述第二压电薄膜层的材料相同；所述第一顶电极的材料与所述第二顶电极的材料相同。
- 根据权利要求9所述的触觉再现设备，其中，所述第二压电薄膜层包括多个第二子压电薄膜层，所述多个第二子压电薄膜层互相间隔开，且沿着所述第二底电极的延伸方向排列。
- 根据权利要求1所述的触觉再现设备，其中，所述第一驱动器包括多个第一驱动器，所述多个第一驱动器沿着第一方向排列在所述基板上；所述振动传感器包括多个振动传感器，所述多个振动传感器沿着第二方向排列在所述基板上；其中，所述第一方向与所述第二方向相垂直。
- 根据权利要求1所述的触觉再现设备，还包括：压电变压器，设置在所述基板上，电连接在所述控制器与所述第一驱动器之间，被配置为从所述控制器接收所述第一驱动信号，并对所述第一驱动信号进行放大处理，将放大后的第一驱动信号输出到所述第一驱动器，以驱动所述第一驱动器振动。
- 根据权利要求1所述的触觉再现设备，还包括：第二驱动器，设置在所述基板上，被配置为在接收到第二驱动信号后振动并带动所述基板振动，其中，所述第二驱动器的振动频率低于所述第一驱动器的振动频率；其中，所述振动传感器还被配置为在所述基板振动的情况下，根据所述第二驱动器与所述基板一起振动的幅度或频率生成第二检测电压信号；所述控制器还被配置为向所述第二驱动器输出第二驱动信号，以及接收所述第二检测电压信号，并根据所述第二检测电压信号调整所述第二驱动信号。
- 一种显示装置，包括：如权利要求1至15任意一项所述的触觉再现设备。
- 一种触觉再现方法，包括：向设置在基板上的第一驱动器输出第一驱动信号，以使得所述第一驱动器振动并带动所述基板振动；在所述基板振动的情况下，利用设置在所述基板上的振动传感器根据所述第一驱动器与所述基板一起振动的幅度或频率生成第一检测电压信号；以及根据所述第一检测电压信号调整所述第一驱动信号。
- 根据权利要求17所述的触觉再现方法，其中，根据所述第一检测电压信号调整所述第一驱动信号的步骤包括：在所述第一检测电压信号大于阈值的情况下，减小所述第一驱动信号的幅度或占空比；或者在所述第一检测电压信号小于所述阈值的情况下，增大所述第一驱动信号的幅度或占空比。
- 一种控制器，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求17或18所述的方法。
- 一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求17或18所述的方法。
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