CN116368449A - 使用电容感测的操作反馈 - Google Patents

Abstract

所公开的设备可以包括膜、第一电极、第二电极、电容传感器、和控制器，该第一电极由膜支承，该电容传感器被配置为确定第一电极与第二电极之间的电容测量结果，该控制器被配置为控制施加在电极和第二电极之间的电位。控制器可以被配置为基于电容测量结果来改变电位。示例设备可以包括一个或多个柔性膜，该一个或多个柔性膜可以至少部分地限定围合空间，该围合空间至少部分地填充有电介质流体。示例还包括相关联的方法和系统。

Description

使用电容感测的操作反馈

背景技术

设备可以用于向用户提供触觉信号，并且还可以接收来自用户的触摸信号。一示例设备可以用作致动器和/或传感器，并且可以包括可变形元件，例如膜。可以通过调整一对电极之间的电位来改变膜形状，该对电极中的一个电极可以位于膜上。可以通过改变电位来调整膜的一部分的位移，这可以用于向用户提供可感知的触觉信号(例如，可感知的触觉知觉(tactile sensation))。然而，实际位移可能受到其他因素影响，例如由用户施加到膜上的力。因此，确定膜的实际位移和/或来自用户的接触压力，并根据所确定的位移和/或接触压力来改变电位可能是非常有用的。

发明内容

本公开总体上针对多个设备，这些设备例如为转换器、致动器和/或传感器。如以下更详细地解释的，本公开可以包括一种设备，该设备例如为致动器和/或触摸传感器，该设备包括电容传感器。示例设备可以包括静电式触觉致动器或压电式触觉致动器。电容传感器可以与该设备集成在一起，以提供实时反馈并允许对设备的动态控制。

示例设备可以包括膜、第一电极、第二电极、电容传感器、以及控制器，该第一电极由膜支承，该电容传感器被配置为确定第一电极和第二电极之间的电容测量结果，该控制器被配置为控制施加在第一电极和第二电极之间的电位。控制器可以被配置为基于电容测量结果来改变电位。示例设备可以包括一个或多个柔性膜，该一个或多个柔性膜可以至少部分地限定围合空间，该围合空间至少部分地填充有电介质流体。示例还包括相关联的方法和系统。

根据本公开的第一方面，提供了一种设备，该设备包括：膜；第一电极，该第一电极由膜支承；第二电极；传感器，该传感器被配置为测量第一电极和第二电极之间的电容；以及控制器，该控制器被配置为基于由传感器测量的电容来控制施加在第一电极和第二电极之间的电位。

在一些实施例中，电位引起第一电极朝向第二电极的移动。

在一些实施例中，该设备还包括围合空间(enclosure)，该围合空间至少部分地填充有电介质流体，其中第一电极朝向所述第二电极的移动将电介质流体的一部分从第一电极与第二电极之间排除(exclude)。

在一些实施例中，电容对该设备的如下区域作出响应：在该区域中，电介质流体的部分从第一电极与第二电极之间转移。

在一些实施例中，该设备包括致动器，并且电位引起致动器的至少一部分的位移。

在一些实施例中，控制器被配置为基于电容来确定位移。

在一些实施例中，该设备是可穿戴设备。

在一些实施例中，该设备是待由用户佩戴的触觉设备；并且该设备被配置为当该设备被用户佩戴时，响应于该电位而向用户提供可感知的触觉知觉。

在一些实施例中，该设备包括腕带或手套。

在一些实施例中，第一电极具有内表面，该内表面面向第二电极；并且该设备还包括弱导电层，该弱导电层设置在第一电极的内表面上。

在一些实施例中，弱导电层的电阻率在10¹⁰ohm.cm(欧姆.厘米)和10¹²ohm.cm之间。

在一些实施例中，电位在弱导电层中引起电极化。

在一些实施例中，电极化在弱导电层与第二电极或第二电极上的层之间引起静电吸引。

在一些实施例中，该设备还包括第二弱导电层，该第二弱导电层设置在所述第二电极上；电极化引起弱导电层与第二弱导电层之间的静电吸引。

在一些实施例中，控制器还被配置为基于电容确定施加在膜上的外部施加力。

在一些实施例中，控制器还被配置为：基于外部施加力确定设备上的预载；以及基于该预载来改变电位。

根据本公开的第二方面，提供了一种方法，该方法包括：在包括膜的设备的第一电极和第二电极之间施加电位，以引起该膜的位移，其中，第一电极设置在膜上；测量第一电极和第二电极之间的电容，以确定膜的位移；以及基于电容来改变电位。

在一些实施例中，该设备是致动器，并且该致动器被配置为提供触觉信号。

根据本公开的第三方面，提供了一种方法，该方法包括：在由电介质流体隔开的电极之间施加电位，以在电极之间引起静电吸引，并形成拉上(zipped)状态，在该拉上状态中，电介质流体从电极之间排除；测量电极之间的电容以确定拉上状态的面积；以及改变电位以调整拉上状态的面积。

在一些实施例中，该方法包括控制致动器，该致动器包括膜，该膜具有基于拉上状态的面积的位移。

附图说明

附图示出了多个示例性公开，并且是说明书的一部分。这些附图与以下描述一起说明和解释本公开的各种原理。

图1示出了根据一些公开的包括电容传感器的致动器的简化示意图。

图2A和图2B示出了根据一些公开的示例致动器配置，该示例致动器配置包括支承电极的至少一个膜。

图3示出了根据一些公开的用作触觉设备或传感器的示例致动器。

图4示出了可用于一些公开的两个低电导率(electrical conductivity)层之间的静电附着。

图5示出了可用于一些公开的电极与低电导率层之间的静电附着。

图6A至图6C示出了根据一些公开的示例手指式剪切致动器。

图7A和图7B示出了根据一些公开的可以位于指关节附近的示例设备。

图8A和图8B示出了根据一些公开的示例设备，该示例设备包括带，例如腕带。

图9示出了一种可能的力-位移关系。

图10A和图10B进一步示出了根据一些公开的致动器层之间的静电吸引。

图11A和图11B示出了根据一些公开的另一示例致动器。

图12示出了根据一些公开的另一示例致动器。

图13A和图13B、以及图14A和图14B示出了根据一些公开的另一些致动器的示例。

图15示出了操作致动器的示例方法。

图16示出了操作致动器的另一示例方法。

图17示出了制造致动器的示例方法。

图18是可以结合本公开使用的示例性增强现实(augmented-reality)眼镜的图示。

图19是可以结合本公开使用的示例性虚拟现实(virtual-reality)头戴式设备(headset)的图示。

图20是可以结合本公开使用的示例性触觉设备的图示。

图21是根据本公开的示例性虚拟现实环境的图示。

图22是根据本公开的示例性增强现实环境的图示。

在所有附图中，相同的附图标记和描述指代类似但不一定相同的元件。尽管本文所描述的各示例性实施例很容易作出各种修改和替代形式，但仍以示例的方式在这些附图中示出多个特定实施例，并且即将在本文中对这些特定实施例进行详细描述。然而，本文所描述的示例性实施例不旨在被限制为所公开的特定形式。而是，本公开涵盖了落入所附权利要求书的范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

设备可以用于向用户提供触觉信号，并且还可以接收来自用户的触摸信号。一示例设备可以用作致动器和/或传感器，并且可以包括可变形元件，例如膜。可以通过调整一对电极之间的电位来改变膜形状，该对电极中的一个电极可以位于膜上。可以通过改变电位来调整膜的一部分的位移，这可以用于向用户提供可感知的触觉信号(例如，可感知的触觉知觉)。然而，实际位移可能受其他因素影响，例如由用户施加到膜上的力。因此，确定膜的实际位移和/或来自用户的接触压力，并根据所确定的位移和/或接触压力来改变电位可能是非常有用的。

本公开总体上针对多个设备，这些设备例如为转换器、致动器和/或传感器。如以下更详细地解释的，本公开可以包括一种设备(例如，致动器和/或触摸传感器)，该设备包括电容传感器。示例设备可以包括静电式触觉致动器或压电式触觉致动器。电容传感器可以与该设备集成在一起，以提供实时反馈并允许对该设备的动态控制。

示例设备可以包括膜、第一电极、第二电极、电容传感器和控制器，该第一电极由膜支承，该电容传感器被配置为确定第一电极与第二电极之间的电容测量结果，该控制器被配置为控制施加在第一电极与第二电极之间的电位。控制器可以被配置为基于电容测量结果来改变电位。示例设备可以包括一个或多个柔性膜，该一个或多个柔性膜可以至少部分地限定围合空间(enclosure)，该围合空间至少部分地填充有电介质流体。示例还包括相关联的方法和系统。

以下参考图1至图22提供了致动器配置、和相关联的方法及应用的详细描述。图1是致动器的简化示意图，该致动器可以包括基于电容的控制。图2A、图2B和图3示出了示例致动器配置。图4和图5示出了包括约翰逊-拉贝克效应(Johnsen-Rahbek effect)的静电附着。图6A至图6C、图7A和图7B、以及图8A和图8B示出了可在可穿戴设备中实现的示例设备配置。图9示出了一种可能的力-位移关系。图10A和图10B进一步示出了多个致动器层之间的静电吸引，该静电吸引可能存在于拉上状态下。图11A和图11B、图12、图13A和图13B、以及图14A和图14B示出了进一步的示例设备配置。图15至图17示出了示例方法。图18至图22示出了能够结合本文所描述的各种公开内容(或结合本文所描述的各种公开内容使用)的示例增强现实(Augmented-Reality，AR)设备和虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备。

在一些示例中，致动器可以包括一对相对的电极和一个或多个可变形膜，该一个或多个可变形膜例如为柔性膜。该一个或多个膜可以部分地限定一围合空间，该围合空间可以至少部分地包围电介质流体。两个电极可以由一个或多个层隔开，该一个或多个层例如为一个或多个膜中的部分、电介质流体或一个或多个弱导电层。在一些示例中，示例设备可以是致动器(例如，触觉致动器)，并且可以被配置为通过调整施加在该对相对的电极之间的电位，来向用户提供可感知的触觉知觉。

在一些示例中，致动器可以具有可测量的电容，该可测量的电容可以根据致动器的致动程度而变化。可以基于所确定的致动程度(例如，位移)来调整对致动器的控制。致动程度可以通过膜的至少一部分相对于设备的参考状态的位移来表征。接触压力也可以改变拉上面积，并因此改变电容。所测量的电容可以用于确定位移和/或作用于设备上的外力(例如，用户接触压力)。参考状态可以是两个电极最接近的状态；例如拉上状态。在一些示例中，致动器可以处于至少部分拉上的状态。在这种情况下拉上状态可以是如下的状态：在该状态下，相对的膜可以静电粘附到彼此，或者相对的膜可以基本上相邻，使得相对的电极比在其他拉开状态下更靠近彼此。以下将更详细地论述拉上状态。

在一些示例中，设备可以包括支承柔性电极的柔性膜、以及大体上相对的电极，该大体上相对的电极可以位于第二膜上或位于衬底上。该设备可以具有拉上状态，在该拉上状态下，两个电极被静电吸引在一起。在拉上状态下，电介质流体可以从两个电极的至少一部分之间转移(例如，基本上或大体上被排除)。拉上状态可以与如下状态相对应：电极在由任何中间层(例如，一个或多个膜、一个或多个层、或它们中的部分)物理上允许的情况下而尽可能靠近在一起。该设备可以具有拉上面积，该拉上面积可以与该设备实现拉上状态的面积相对应。对于给定的电极，与该电极相对应的拉上面积可以在零拉上状态(例如，在该状态时，电极足够远离相对的电极，使得可感知的电介质流体可以进入所述电极之间的区域)、部分拉上状态(例如，在该状态时，电介质流体从电极的一部分和相对的电极的对应部分之间转移)和完全拉上状态(在该状态时，电介质流体大体上从电极和相对的电极之间被排除)之间变化。在拉上状态下，电介质流体可以通过电极之间的静电吸引、或形成于电极上的一个或多个层之间的静电吸引而从电极之间转移(例如，通常被挤出)。

在一些示例中，相对的电极之间的电容可以大体上和与电极相关联的拉上面积(zipped area)成比例。例如，由于较大的电极间隔，与拉上面积的电容相比，非拉上面积(non-zipped area)的电容可能相对较小。在一些示例中，拉上面积可以与设备的位移输出(例如，转换器的位移)相关。例如，电介质流体通常可以被排除在拉上区域之外，从而增加致动器的另一部分的位移。这在以下进一步论述。

在一些示例中，拉上面积可以与用户施加到一个或多个可变形膜的力相关。例如，由用户施加的力可以迫使相对的电极之间的电介质流体克服电极之间的任何静电吸引，并且减小电极之间的测量电容。

在一些示例中，所测量的电容结合已知的驱动电压可以用于确定可变形膜的位移(例如，相对于参考构造)。在一些示例中，外力(有时称为接触压力)可以根据电容、以及位移来确定。可以将位移值和/或接触压力结合到反馈信号中，该反馈信号可用于控制位移和输出压力，从而期望地影响用户与包括致动器的系统的交互。

在一些示例中，可以在电极之间施加电位(例如，交流电压和/或直流电压)以提高电容测量结果的动态范围。例如，可以在电极之间施加电位，以将设备保持在拉上状态或部分拉上状态。这可以响应于小的所施加的力的变化而产生相对大的电容变化。这也可以响应于小的电位变化而产生相对大的位移。这种配置还可以有利地提高使用基于电容的反馈的力检测和/或电控致动的信噪比。

根据一些公开内容，可以根据Johnsen-Rahbek效应，通过以下方式来降低用于驱动触觉致动器的所需电压：使用弱导电膜(例如，体电阻率(r_体)为大约10^10～12ohm.cm)来替换至少一部分的电介质膜(例如，可变形膜)，或者将弱导电层包括在电极和电介质流体(和/或相对的电极，或形成在该相对的电极上的任何层)之间。弱导电层(例如，膜的一部分)可以位于电极的内表面和电介质流体之间。

除了使用电容测量结果来调整对设备(例如，触觉致动器)的控制以外，或者代替使用电容测量结果来调整对设备(例如，触觉致动器)的控制，电容测量结果可以用于帮助生成或改变力-位移曲线，以便为用户输入设备(例如，增强现实环境或虚拟现实环境内的用户输入设备)提供任何期望的触觉感觉(tactile feel)。例如，可以通过根据致动程度、用户输入力、位移(例如，膜的一部分的位移)、或其他参数中的一者或多者，改变电极之间的静电吸引，来模拟任何设备的力-位移曲线。示例设备可以被配置为提供对机械键盘的感觉的触觉模拟，该触觉模拟为用户提供在虚拟现实环境或增强现实环境中打字的感官体验。例如，控制器可以使用查找表，来根据接收到的电容测量结果改变施加在电极之间的电位。

在一些示例中，膜的至少一部分可以包括弱导电膜。在这种情况下，弱导电膜的体电阻率可以在大约10¹⁰ohm.cm至10¹²ohm.cm的范围内。相对的膜的接近部分之间的静电吸引(例如，Johnsen-Rahbek效应)可以用于改变设备的特性，并且在一些示例中，可以允许降低驱动致动器所需的电压。在一些示例中，弱导电层可以覆盖电极的内表面的至少一部分。在这种情况下，电极的内部部分可以面向电介质流体(如果存在的话)和/或相对的电极。弱导电层(例如，包括弱导电高电介质常数材料)可以允许静电荷消散，使得静电荷不会积累在弱导电层内。这可以提高致动器响应，并且可以允许更高频率的致动。在一些示例中，静电吸引(例如，使用Johnsen-Rahbek效应)允许控制信号使用直流电压而不是交流电压，这可以允许简化驱动电子器件。

根据本文所描述的一般原理，本文所描述的任何公开内容的特征可以彼此结合使用。在结合附图和权利要求书阅读详细描述时，将更全面地理解这些和其他公开内容、这些和其他特征、以及这些和其他优点。

图1示出了根据一些公开的示例设备的简化示意图，该示例设备例如为包括电容传感器的致动器。概括地以100示出的设备包括一对电极(102和104)，该一对电极由电介质106隔开。在该简化示意图中，没有示出可选地支承膜和边缘密封件。控制器120向电极提供控制信号，例如电位，该控制信号可以调整致动器，如以下更详细描述的。电容传感器110可以被配置为测量电极之间的电容。该电容可以根据致动程度而变化，并且电容传感器可以向控制器提供电容和/或致动程度数据。可以将根据电容测量结果确定的实际致动程度与对应于控制信号的预期致动程度进行比较。电容测量结果可以用于调整提供给致动器的控制信号，如以下进一步描述的。在一些示例中，实际致动程度与预期致动程度之间的比较可以允许对控制信号的改变，并且在一些示例中，可以用于确定作用在设备上的外力，例如用户施加的力或预载力(preload force)。

图2A和图2B示出了示例致动器配置，该致动器配置可以包括一对膜，每个膜支承一个或多个电极。

图2A示出了致动器200，该致动器包括电介质流体205、第一膜210、第二膜220、以及电极230、240、250和260。在一些示例中，第一膜210可以是相对软的膜，而第二膜220可以是相对硬的膜。膜210和220的不同部分可以由不同材料制成，并且膜的不同部分可以表现出不同的抗挠性。这一方面将在以下进一步论述。电极230、240、250和260可以嵌入在膜材料中。图2A示出了处于拉开(unzipped)状态的致动器。在此配置中，拉上(zipped)状态的面积A₀大约为零。

在一些示例中，膜210和220可以是大体上均匀的，并且在一些示例中可以是大体上相似的。然而，在一些示例中，不同的膜可以包括不同的材料，并且可以具有不同的性质。在一些示例中，特定的膜(例如，膜210和/或220)的不同部分可以根据需要包括不同的材料，或者可以根据需要具有不同的性质。例如，膜的一部分(例如，中心部分或外围部分)可以具有降低的抗挠性，例如，具有更大的弹性。

图2B示出了处于另一配置的致动器200。在电极之间施加控制电压，从而使电极彼此靠近。电极之间的静电吸引可以驱动电介质流体205从电极之间流出并进入到中心部分，从而使相应的膜部分270和280向外变形。在各种示例中，电极可以位于膜的内表面或外表面上，或者可以嵌入在膜内。

电极之间的电容可以使用以下的方程式1来确定：

对于设备的拉开部分(在该部分，电极未被压在一起)，两个电极之间的有效距离d可以足够大，使得可以忽略来自拉开部分的电容贡献。即使拉开部分不近似于平行板形电容器，这种近似也是合理的。

拉链式致动器(zipper actuator)的电容可以近似确定为：

其中，t₁和t₂是位于电极之间的层的厚度。

图3示出了根据一些公开的示例设备，该示例设备可以具有转换器配置，该转换器配置可以用作致动器(例如，触觉设备)和/或传感器。设备300可以具有与图2B中的设备类似的配置，并且可以包括电介质流体305、第一膜310、第二膜320、以及电极330、340、350和360。作为致动器操作，可以在相对的电极之间(例如，在电极330和340之间、以及在电极350和360之间)施加电压，从而在电极之间引起静电吸引，并因此将第一膜310和第二膜320的相应部分推压在一起，并将膜的相应部分之间的任何电介质流体305转移到设备的中心部分380中。电介质流体的转移可以用于将第一膜310的中心部分推向用户的身体部位，例如手指370。第一膜远离第二膜的这种变形可以用作触觉设备，并且还可以被描述为形成设备的流体填充气泡或膨胀部分。第一膜310的中心部分的位移可以取决于施加在电极之间的电压，并且还可以取决于由身体部位(例如，手指)施加在膜上的接触压力。电极之间的电容测量结果可以用于确定位移和/或接触压力。

在一些示例中，图3中的设备可以用作传感器，并且身体部位(例如，手指)可以用于向转换器的中心部分380施加力(由F表示的箭头所示出的)。该力可以使电介质流体从中心部分380转移到电极之间，从而减小电极之间的测量电容。相对的电极之间的测量电容可以用于估计位移(例如，在致动器模式下)或力(例如，在传感器模式下)。示例设备可以用作致动器(例如，触觉设备)和/或传感器(例如，力传感器)。在一些示例中，输入力和/或输出力、或位移可以包括剪切力和/或剪切位移。

设备的拉上面积(zipped area)可由一个或多个因素确定，该一个或多个因素例如为向两个或更多个电极施加电位、外力(例如，由用户施加到设备上的力)、膜的机械性质、电介质流体的内部压力、或其他因素。

随着拉上面积变得更大，更多的电介质流体可以从电极之间挤出并进入到设备的一部分(例如，可膨胀部分，例如没有位于电极之间的中心部分)中。在触觉设备中，通过增加电极之间的静电吸引，可以产生更大的位移(例如，朝向用户的皮肤)。在传感器配置中，由用户的身体部位(例如，手指)施加到设备的一部分(例如，可拉上部分，例如不具有电极的中心部分)的较大触觉压力可以倾向于将电介质流体推入电极之间的形成体积(emerging volume)中，从而明显减小拉上面积。拉上面积的减小可以使用电容测量结果来检测。

转换器的拉上面积和/或输出位移可以由施加到电极的电压和施加在设备上的任何触觉压力来确定。电容和电压测量结果可以用于确定转换器的位移(例如，对于致动器)或施加在设备上的外部压力(例如，作为传感器)。电容测量结果还可以用于确定位移、和/或外部压力或力(例如，该设备可以用作致动器、位移传感器和/或力传感器)。

电容测量结果可以用于确定由致动器提供的输出压力和/或位移。电容测量结果还可用于确定施加到传感器的输入压力或输入位移。示例设备可以用作致动器、传感器，或者可以在致动器运行模式和传感器运行模式这两者中运行。运行模式可以由控制器来选择。

在一些示例中，设备可能受到预载力。预载力可以在没有施加电压的情况下通过电容测量结果来确定。

在一些示例中，电容测量结果可以用作反馈信号，以允许对设备的主动控制，例如对压力和/或位移的主动控制。可以调整设备的控制参数(例如，所施加的电压)以获得期望的力和/或位移输出，从而使用电容测量结果来调整所施加的电压来获得期望的设备输出。这可以在使用设备之前作为校准步骤来执行，或者在设备运行期间的间隔处执行。

在一些示例中，设备可以包括转换器，例如致动器和/或传感器，该转换器可以包括可膨胀部分(例如，中心部分和/或外围部分)，并且可以包括允许将控制信号施加到设备的电极，并且在一些示例中还可以允许电容测量，该电容测量提供与设备的可膨胀部分的位移相关的数据和/或与施加到设备的外力相关的数据。在一些示例中，可以在设备的相对的电极对之间施加直流电压，以调整电容测量结果的动态范围。

例如，在力感测模式中，可以向设备的相对的电极施加直流电压，以将设备维持在接近拉上状态的状态。直流电压可以用于减少电极间隔。然后，该设备可以响应于小的外部施加力(例如，用户的触摸)的变化而表现出相对大的电容变化。外部施加力可以表示到设备的预期用户输入，并且对预期用户输入的识别可以提高增强现实系统或虚拟现实系统(其可以包括如本文所述的设备，该设备例如可以用作触觉设备和/或用户输入传感器)的响应能力。这可以允许电容测量的更高信噪比测量结果，并且因此感测到力的变化。类似地，在致动器配置中，可以向电极施加直流电压，使得致动器相对接近拉上状态(与未施加电压的情况相比)。然后，致动器可以对相对小的所施加的信号电压的变化做出响应。还可以通过施加直流电压将设备配置调整到例如几乎拉上的配置、刚拉开的配置、或部分拉上的配置，来明显减少致动器或传感器的响应时间。

在一些示例中，可以每隔一段时间以一采样率确定电容，或者可以连续地测量电容(例如，使用模拟电容测量结果)。采样率可以基于一个或多个因素来确定，该一个或多个因素例如为，控制系统需要多长时间反馈一次、或存在于该系统的噪声。采样率可以是固定速率，或者在一些示例中，采样率可以基于实时要求而动态地调整。在一些示例中，采样率可以基于所测量的电容的变化的速率。如果在多次测量之间检测到大于阈值的电容变化，则可以增加采样率，同时减小电容测量之间的时间周期。如果电容测量结果的变化指示动态变化和/或存在噪声，则可以调整(例如，增加)采样率。可以调整积分时间(例如，电容传感器测量采样时间)或采样率(其也可以被称为采样频率)。例如，可以改变采样率以减少窄带噪声源的影响(例如，使用跳频方法)。电容测量可以包括对测量结果求平均(例如，对样本求数字平均值)，并且可以使用可变积分时间来提供对多个值的有效平均。电容测量可以包括数据滤波，例如，有限脉冲响应(Finite Impulse Response，FIR)或无限脉冲响应(Infinite Impulse Response，IIR)数字滤波、或非线性(例如，中值)滤波中的一者或多者。可以以被选择为避免测量噪声的速率，要么实时要么以设计的时间，对设备进行离散采样或者连续采样，并且可以对所得到的测量结果进行滤波或者平均，以进一步减轻噪声源的影响。

图4示出了设备的一部分内的静电附着，该设备包括第一电极400、第二电极450、以及层410和440，层410和440分别设置在第一电极和第二电极的内表面上。层410和440可以是弱导电层，所述弱导电层与第一电极和第二电极的电导率相比具有相对低的电导率。此处由电池符号460表示的外部控制器可以用于通过电连接(例如，电连接465)在电极之间施加电位差。

图4示出了向第一电极400(其在此处可以称为负电极)施加负电位、并且向第二电极450(其在此处可以称为正电极)施加正电位。在该示例中，所施加的电位使弱导电层410和440极化。例如，正电荷415可以被吸引到负电极，而负电荷445可以被吸引到正电极。由于这些电位引起电荷移动，层表面412和442可以积累与在每个相应层的电极附近感应的电荷相反的电荷。这些电荷在420和430处示出，并且可以在层表面412和442之间引起明显的静电附着。层表面412和442可以有效地接触，以便从电极之间排除电介质流体。

层表面被示出为光滑的，但是层表面的局部部分的更近的视图可以表明层表面粗糙度。然而，层表面粗糙度可能不会极大地影响设备的运行。电极可以由分开的膜支承，这在图4中未示出。在一些示例中，诸如410和440等弱导电层可以形成膜的一部分。

图5示出了电极和低电导率层之间的静电附着，该静电附着可以发生在示例设备的至少一部分内。设备500的所示出部分可以包括第一电极505、第二电极510、膜520和弱导电层540(厚度为d)。在电极之间施加电位(例如，使用电压源550，该电压源可以由控制器提供)，使得第一电极带负电，并且第二电极带正电(如图所示)。可以相对于共用地电位(545)来施加电压，或者使用任何合适的连接方案来施加电压。电极之间的电位可以引起弱导电层540的电极化，使得可以沿着弱导电层540的靠近第一(负)电极505的表面形成带正电的层535。第一电极和弱导电层540之间的静电吸引可以产生拉上状态，在该拉上状态下，使间隙530(具有表示为g的间隙厚度)有效地最小化。电介质流体可以基本上从弱导电层540和第一电极505之间排除，并因此电介质流体可以基本上从第一电极和第二电极之间排除。

图6A至图6C示出了根据一些公开的示例腕带，该腕带包括手指式剪切致动器(finger shear actuator)。可以向用户的手指(或其他身体部位)施加触觉信号，例如径向向内(例如，朝向手指的中心)施加的力、跨越手指施加的力、或沿其他方向施加的力。示例设备可以包括围绕一身体部位(例如，手指)的带。当该设备的一侧膨胀时，带可以被拉向膨胀侧，使得向该身体部位施加剪切力。

图6A示出了可穿戴设备600。可穿戴设备600可以包括手指式剪切致动器和围绕手指的带，并且当致动器的一侧凸出时，该带的至少一部分可以朝向致动器的膨胀部分移动，并且向手指施加剪切力。在一些示例中，可以由可穿戴设备的一部分(例如，手套)提供带的功能。在一些示例中，可穿戴设备600可以被配置为向手指的一部分(例如，指尖)施加剪切力。可穿戴设备600包括转换器，该转换器包括第一膜(610)和第二膜(620)，该第一膜和第二膜包围电介质流体630。第一膜和第二膜分别支承相对的电极640和650，并且还可以支承在670和675处的第二对相对的电极。可以使用带660将该设备支承在用户的手指周围。在一些示例中，设备可以被配置为使用合适尺寸的带和一个或多个致动器向任何合适的身体部位施加剪切力。在一些示例中，带660可以包括手指带、腕带、胸带、头带、或其他被配置为环绕身体部位的元件。在一些示例中，可穿戴设备可以是手套，并且致动器可以位于手套的一部分内(例如，靠近指尖)。

在图6A的配置中，施加在电极640和650之间的电位可能不足以在电极之间引起静电吸引，并且电介质流体可以分布在中心部分635(该中心部分可能没有电极)内和两对相对的电极之间。在该配置中拉上的电极的面积可以被指定为A₀，并且在该示例中，A₀近似为零。外围区域625(其可以包括边缘密封件(未示出))可近似为拉上状态，但可以是可忽略的程度(或面积)。

图6B示出了可穿戴设备600，该可穿戴设备具有施加在电极640和650之间的电位(电压)。电极之间的静电吸引引起电介质流体从电极之间向外移动，并进入到可穿戴设备600的中心部分635中，该中心部分可以是可膨胀部分。这可以引起一个或两个膜的位移，特别是在中央部分635内的位移。流体也可以进入设备的其他部分，例如第二对电极(670和675)之间的空间。在该示例设备配置中，致动器的左部分向外凸出，并且向左拉动带(如图所示)，并且该带向用户的手指(例如，向指尖)施加指向左边的剪切力。在其他配置中，设备的右部分可以膨胀并施加指向右边的剪切力。在该配置中，拉上的电极680的面积可以被指定为A₁，并且在该示例中，A₁大于零。可穿戴设备600可以处于部分拉上状态，在该部分拉上状态下，电极没有完全静电吸引到彼此，并且基本上彼此相邻。在一些示例中，电介质流体的移动和转换器的外部轮廓的任何相应变化(例如，膜位移)可以为用户提供可感知的触觉(例如，触觉或信号)，该可感知的触觉例如为剪切力。在一些示例中，施加到中心部分635的力可以促使电介质流体进入相对的电极(640和650)的至少一部分之间，从而减小拉上的电极的面积，并且在这些电极之间引起可测量的电容变化。可以使用一对或多对电极之间的电容测量结果，来确定中心部分的力和/或位移。

图6C示出了类似的配置，在该配置中，电极640和650之间的电位已经增加，直到电极640和650之间的电介质流体基本上被排除。在这种情况下，电极640和650的拉上面积达到最大值，实际上等于该对电极的重叠面积。随着拉上面积的增加，转换器的中心部分可以进一步向外延伸。在一些示例中，左下电极可以进一步朝向右下电极延伸，并且可以在面积上大于左上电极。在一些示例中，两个下电极(如图所示的690和650)可以组合成更大的单个电极。由于拉上面积可以由一对电极的重叠面积确定，并因此可以由一对相对电极的较小电极的面积来有效地确定，因此通过使用由一个膜支承的单个较大电极，拉上电极680的面积可以近似不变。

在一些示例中，可以断开一个电极对，并且可以同时(或近似同时)接通另一个电极对。存储在一对电极(例如，左电极对)上的电荷可以被转移到另一对电极(例如，右电极对)。电容电荷可以从一对电极转移到另一对电极，例如，从设备的一个部分转移到另一部分。在该示例中，电容电荷可以从设备的一半转移到另一半，并且随后可以被转移回来。可以使电荷转移方向以一定的间隔交替。这种设备的不同部分的同时(或接近同时)的致动和解除致动允许致动器的能量密度加倍。在这种情况下，致动可以指在一对电极之间施加控制信号。此外，这可以允许更快速的触觉动作，因为流体可以被主动地从设备的一半驱动到另一半(例如，从左半边到右半边，或反之亦然)。这种设备的操作模式可被称为“推拉式”触觉设备操作，并且对于特定的围合空间的数量(例如，密封的流体填充室的数量)，可以允许增加触觉密度(例如，提高触觉信号的空间分辨率)。还可以使用第一对电极与第二对电极之间的电荷转移，来实现更高时间频率的触觉信号。

在一些示例中，设备可以包括多对电极。多对电极对可以围绕致动器的外围布置，或者以其他方式定位。电极对的数量可以是适于实现期望的触觉信号的任何数量。例如，四个电极对可以围绕填充有流体的围合空间布置，并且用于提供沿着四个方向(例如，正交的方向)定向的触觉剪切信号。在一些示例中，剪切力的方向可以被用户感知为转动。在一些示例中，多对电极可以沿着特定方向(例如，线性或非线性路径)布置，并且用于生成沿着特定方向的运动感知(例如，爬行感知、滑动感知、刷动感知、刮擦感知、或其他运动感知)。

设备可以包括一个或多个膜，该一个或多个膜可以具有相似或不同的性质(例如，刚度、厚度、透明度、弹性、或其他性质)。例如，在图6A中，第二膜620可以比第一膜610更刚硬(例如，弹性更小)。对于较小刚度(例如，较大弹性)的膜，位移可以更大。因此，在一些示例中，设备包括限定围合空间的一对膜，该对膜具有不同的刚度，并且较小刚度的膜(例如，较大弹性的膜)可以用于提供触觉信号、其他位移输出、和/或接收来自用户的触摸输入。该膜内的抗挠性也可以不同，因为该膜直接覆盖电极的部分可能更硬，而没有电极的部分可能更可拉伸。在一些示例中，膜可以包括多层结构，该多层结构可以包括具有不同抗挠性、不同厚度、不同电导率、不同的不透明度、不同颜色、不同气体扩散系数、或其他参数的部件。在一些示例中，膜可以包括一个或多个相对弹性的部分(与膜的其他部分相比)。例如，膜的一部分可以包括比另一部分更高的弹性体部件，和/或可以是更有弹性的部分。

图7A和图7B示出了根据一些公开的示例设备，该示例设备可以位于指关节附近。

图7A示出了包括一对转换器(700和702)的设备，每个转换器可以类似于以上关于图2A所论述的设备。转换器700包括第一膜710和第二膜720，该第一膜和第二膜分别至少部分地包围电介质流体705。转换器包括两对相对的电极，第一对电极730和740、以及第二对电极750和760。转换器702可以大体上类似于转换器700。两个转换器可以是绝缘的(例如，通过绝缘层(例如，电介质薄膜)，为了说明清楚而未示出)，以保护用户免受电击和/或避免不同电极之间的直接接触。这两个转换器可以位于手指706中的指关节708的不同侧。

图7B示出了在每个转换器的外侧电极对之间施加电压，其中外侧对包括位于离指关节708最远的电极。由于电极之间的电位差，每个转换器现在呈现出拉上区域(分别为780和790)，在该拉上区域中，电极静电吸引到彼此，并且电介质流体从外侧电极之间排出到每个转换器的中心部分(分别为782和792)。电介质流体也可以流入未通电的内部电极(更靠近关节的电极)之间(例如，转换器700的电极750和760之间)的体积中。

在一些示例中，示例设备(例如，图7A和图7B中所示的示例设备)可以被配置作为触觉设备，并且可以在指关节708的内侧施加压力，该压力趋向于打开指关节(例如，以增加相邻手指部分之间的关节角，其中180度的最大关节角值与竖直的手指相对应)。在一些示例中，示例设备(例如，图7A和图7B中所示的示例设备)可以用作指关节角度传感器。当一个人向内弯曲手指、减小关节角度时，电介质流体可以从中心部分被挤出并位于之前被拉上的电极之间。这可以减小所测量的电极之间的电容，并且该测量的电容可以用于确定指关节角度。

可穿戴设备(例如，手套)可以包括诸如本文所述的一个或多个设备。例如，手套的每个手指可以包括至少一个设备，例如被配置为充当触觉设备和/或传感器(例如，关节角度传感器)的转换器。

图8A和图8B示出了示例可穿戴设备800，该示例可穿戴设备包括带806，例如腕带。图8A示出了可穿戴设备800，该可穿戴设备包括通过带806互连的七个转换器(例如，转换器802)和控制器808，该带可以包括柔性带，并且该带可以是弹性的。转换器的数量不受该示例所限制，并且可以是任何数量，例如大于或小于7。转换器的数量例如可以在1和20之间，例如在1和10之间。带806可以包括布线或其他电导体，这些布线或其他电导体被配置为将控制器连接到多个转换器。控制器外壳可以包括电源、或连接到电源，该电源例如为电池(为了清楚起见而未示出)。可穿戴设备800在使用时可以环绕用户的身体部位850，例如手腕。可穿戴设备800与身体部位850之间的间隙804可以是可忽略的，或者可以由附加的带元件、间隔件或层限定。

每个转换器(例如，转换器802)可以分别包括第一膜810和第二膜820，该第一膜和第二膜包围电介质流体805，并且支承一对相对的电极，该对相对的电极包括电极840和850。图8A示出了处于如下配置的可穿戴设备：该配置可以与没有在每个转换器的相对电极之间施加电位相对应。

图8B示出了在每个转换器的相对电极之间施加电位(电压)，其中该电压足以在电极之间引起静电吸引。电介质流体可以从电极之间的体积排出而进入转换器的部分870中。该部分870可以是相对不可拉伸的(例如，与其他部分相比具有较小的弹性)，因为不可拉伸的部分可以产生更大的力和更强的触觉信号。这可以为可穿戴设备的用户提供触觉信号。相对电极830和840可以处于拉上状态(在860处指示)，在该拉上状态下，电极之间的静电吸引、或位于电极之间的一个或多个层之间的静电吸引引起电极极为贴近。电极之间的区域845可以基本上排除电介质流体。在一些示例中，区域845可以包括一个或多个弱导电层，该一个或多个弱导电层被配置为在这些层与其他层或电极之间引起更强的静电吸引。

在一些示例中，设备可以被配置为位于用户附近或与用户接触。用户可以施加力，该力可以被称为预载，该预载改变设备的状态(例如，改变致动器的致动程度)。该预载可以将一个或多个附加因素添加到基于所施加的电压对位移或力的确定中。对一对相对的电极之间的电容的测量可以提供附加信息，该附加信息允许精确确定预载、位移和/或力。

在一些示例中，感测和反馈系统可以包括电容传感器和致动器控制器，该电容传感器被配置为确定一对电极之间的电容，该致动器控制器被配置为在一对电极之间施加电压。同一对电极可以用于测量电容和施加电压，尽管在一些示例中，一个或多个附加电极可以用于电容测量和/或电压施加。在一些示例中，一个或多个电容测量结果可以用于确定设备上的预载。在一些示例中，电容测量结果可以用于提供反馈，该反馈随后用于调整施加到设备的电压，以获得期望的位移和/或力。在一些示例中，电容测量结果可以用于响应于所施加的电压来改变设备的性能；例如，以获得非线性力-位移曲线。在一些示例中，设备可以被配置为获得非线性力-位移曲线，该非线性力-位移曲线可以类似用于打字输入的机械键盘的触觉版本，如以下进一步描述的。

图9示出了示例设备的一种可能的力-位移关系。该示例可以与手指按压触觉拉链式致动器时的力-位移关系相对应。该力最初随着更大的压力(更小的位移)而增加，然后随着致动器的拉上部分的拉开而突然下降到一低值。也可以使用诸如以上所描述的电容式力感测和反馈机构来控制力-位移曲线。这种形式的力反馈可以为机械键盘提供逼真的触觉呈现。

在一些示例中，对于高达阈值力的接触压力，控制信号最初可以处于较高的值(例如，较高的电压)，然后随着接触压力的值增加到高于阈值力，控制信号减小到较低的值(例如，改变到较低的电压)。

图10A和图10B进一步示出了设备的电极之间的静电吸引，该设备例如为转换器(例如，致动器)。图10A示出了与以上关于图2A所论述的设备类似的设备。该设备包括第一膜1010、第二膜1020、电介质流体1005、以及电极1030、1040、1050和1060，该电介质流体位于至少部分由第一膜和第二膜限定的围合空间内。每个电极具有设置在电极的内表面上(例如，在该配置中，在电极和电介质流体之间)的弱导电层，例如弱导电层1065。

图10B示出了具有两个拉上部分的配置中的设备，两个拉上部分由1070和1080示出。弱导电层的表面之间的静电吸引驱使电介质流体离开拉上部分并进入设备的中心部分1090，该中心部分可以由于一个或多个膜的弹性而是可膨胀的。例如，由于膜在中心部分1090内的位移，这种电介质流体的运动可以提供可感知的触觉信号，例如用户可感知的触觉知觉。两对电极由弱导电材料隔开，并且一对静电吸引的(且基本上相邻的)弱导电层可以位于每对电极之间。弱导电层可以具有在大约10¹⁰ohm.cm和大约10¹²ohm.cm之间的电阻率。

图11A和图11B示出了根据一些公开的另一示例致动器的横截面。图11A示出了设备1100，该设备包括第一膜1110、第二膜1120、衬底1130、以及电极1140和1150。电极1140和1150可以根据需要更长。第一膜和第二膜可以限定围合空间1102，该围合空间可以包括在1105和1108处的电介质流体。围合空间的其余部分可以填充有气体，例如空气。在一些示例中，电介质流体可以充满围合空间。在中心部分的另一侧(例如，靠近电介质流体1108)可以存在第二对电极(为了说明简单而未示出)，使得设备性能可以关于初始中心部分1160大致对称。在一些示例中，可以省略第二对电极。

图11B示出了具有拉上部分1180的设备处于拉上状态(未按比例绘制)，在该拉上部分中，电极1140和1150彼此静电吸引。电介质流体可以从电极1140和1150之间排出到拉上状态中心部分1170中。在该示例中，当设备处于拉上状态时，设备的中心部分可被拉向衬底。这可以通过允许初始中心部分1160内的空气逸出(例如，进入气体储器或通过膜扩散)来促进。在一些示例中，围合空间未被密封，并且当设备处于拉上状态时，电介质流体可以流出围合空间。

在一些示例中，图11A和图11B可以表示穿过导管或穿过控制设备(例如，用于控制流入、流出或穿过导管的流动的控制设备)的横截面。在拉开状态下，流体(例如，气体或液体)可以流过设备的围合空间1102(如图11A所示)。当设备处于图11B所示的拉上状态时，流体流可能被阻挡或以其他方式被阻止。示例设备可以包括流体控制设备、和流体阀等。

图12示出了根据一些公开的另一示例设备。设备1200(其可以是致动器)包括第一膜1210、第二膜1220、衬底1230、第一电极1240和第二电极1250。衬底1230被示出为具有可选的下衬底涂层1235。在一些示例中，电极1250可以是柔性的，并且可以完全符合第二膜1220的任何曲率。在一些示例中，电极可以赋予第二膜1220附加的刚度，并且局部地减小第二膜的曲率。该图示出了在电极1240和1250之间没有施加电位的示例设备配置。在一些示例中，如图所示，在设备的左手侧的大致对称的位置可以具有第二对电极。

在示例设备中，电极可以被电介质材料所覆盖，并且可以位于膜层之间。在一些示例中，电极可以被电介质层覆盖。在一些示例中，设备可以包括比图12所示的电极延伸更大或更小范围的电极。

在一些示例中，可以将负电位和正电位施加到第一电极和第二电极(分别地，或反之亦然)，从而在电极之间引起静电吸引。在一些示例中，这可以用于驱动例如触觉设备的致动。电极之间的静电吸引可以用于驱动电介质流体(在围合空间1205内)从电极1240和1250之间进入到设备的在膜部分1260和1270之间的中心区域。

在一些示例中，类似于图12的设备可以用作可调整的流体透镜。膜之间的围合空间1205可以填充有流体，例如高折射率液体。在这种情况下，对于类似的环境条件和波长，高折射率液体的折射率可以大于水的折射率。在一些示例中，围合空间可以仅部分地填充有电介质流体，例如以上关于图11A所论述的。

图12可以表示穿过通道或穿过大致圆形设备的横截面。在一些示例中，可以使用类似的方法来控制流体流动。图12可以表示穿过流体通道的横截面，其中局部通道横截面由围合空间1205的区域表示。电极之间的静电吸引可以用于减小围合空间1205的横截面积，并且这可以用于使流体通道变窄并且减小通过通道的流体流速。从水平方向(在膜部分1260和1270内)的最大膜垂直位移可以由一个或多个参数确定，该一个或多个参数例如为，围合空间内的流体的内部压力、膜的刚度、和电极之间的静电吸引。

图13A至图13D示出了根据一些公开的设备的另一示例。图13A示出了设备1300，该设备包括第一膜1310、第二膜1320、衬底1330、以及电极1340和1350。膜和衬底可以共同限定围合空间1305，在一些示例中，该围合空间可以包围电介质流体。衬底1330可以具有中心孔1312。在一些示例中，电极1340可以具有环形形式，使得电极环绕衬底内的中心孔1312。电极1350可以在第二膜1320上延伸。该图可以表示穿过大致圆形设备的横截面。

如图13A至图13D所示，所配置的示例设备可以包括可电控触觉设备、可电控光学设备、或具有可电控流体流动的可调整导管设备。在一些示例中，膜1310和1320可以具有弯曲的轮廓，使得该设备可以用作光学元件，例如透镜(在所示示例中为双凹透镜)。在其他示例中，设备可以是平凹的(例如，仅具有一个柔性膜)，或者可以具有一个或多个凹面。衬底、膜、和/或电极中的一者或多者通常可以是透明的(例如，至少在可见波长或红外(infrared，IR)波长的范围内是透明的)。

图13B示出了电极之间的静电吸引可以产生拉上状态(例如，如1360和1365所示)。在电极之间或者在一电极和与另一电极相关联的电介质层之间存在静电吸引的情况下，可以出现拉上状态。在一些示例中，膜1320可以包括弱导电材料。随着电极之间的静电吸引增加，拉上状态可以在设备的电极最靠近的外围部分内开始，然后随着电极之间的电压增加而向内传播。拉上状态边界1368(在拉上状态和拉开状态之间)的位置可以使用电极之间的静电吸引程度来控制。随着电极之间的静电吸引增加，拉上状态边界1368可以向设备的中心移动，从而使电介质流体向设备的中心移动，并使膜中心1370向外延伸。在透镜配置中，这可以增加透镜的光功率。在触觉设备配置中，1370处的膜的位移可以被所使用的设备感知。

图14A和图14B示出了与图13A和图13B类似的设备配置。在该示例中，设备1400包括衬底1480，该衬底具有向内逐渐变窄的部分1482，该向内逐渐变窄的部分的厚度随着朝向设备中心(由竖直虚线表示)的距离缩小而减小。该设备包括第一膜1484、第二膜1486、以及电极1488和1490。衬底和膜至少部分地共同限定围合空间1489。第一膜1484可以具有初始的非平面形式。在该示例中，第一膜1484可以被模制或以其他方式预成形为具有脊形轮廓。包括一个或多个脊或具有可变曲率的膜轮廓可以用于提供不同的可感知的触觉知觉。

图14B示出了包括拉上配置的设备，在该拉上配置中，电极之间存在静电吸引。拉上部分在1496和1498处示出。在1492处，电介质流体可以从拉上的电极之间排出，从而使第一膜远离衬底而向外膨胀。在围合空间1489内的增加的压力可能倾向于从膜1484的轮廓去除脊。这可以产生膜的不同感知纹理，该不同感知纹理可以用于向用户提供触觉反馈。

根据一些公开，示例致动器可以包括膜和电极。膜和电极可以共同限定围合空间。该围合空间可以至少部分地填充有流体电介质，例如液体电介质。当电极彼此静电吸引时，液体电介质可以开始填充电极之间的空间，并且随后可以从电极之间排出而进入到围合空间的中心部分。膜和/或电极可以包括柔性材料。

在一些示例中，可以省略示例设备的一个或两个膜，并且膜的功能可以由柔性电极提供。

在一些示例中，电极可以是透明的、在一个或多个波长下光学吸收的、反射的、或衍射的(例如，用于视觉上有趣的外观)。电极可以包括一种或多种导电材料，该一种或多种导电材料例如为以下中的一种或多种：金属、导电金属氧化物(例如，氧化铟锡、氧化锡、和其他导电氧化物)、导电聚合物(例如，具有明显电子离域(electron delocalization)的聚合物、离子聚合物、掺杂聚合物、以及它们的混合物或衍生物)、或其他导电材料。在一些示例中，电极可以厚度在1微米与2毫米(mm)之间的薄膜，例如在10微米与1mm之间的薄膜。

在一些示例中，膜可以是弹性膜。膜可以包括一种或多种聚合物。在一些示例中，膜可以包括以下中的一种或多种：硅氧烷聚合物(例如，聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS))、氨基甲酸酯聚合物(例如，热塑性聚氨酯(thermoplasticpolyurethane，TPU))、聚乙烯、聚丁烯、聚丙烯、丙烯酸酯聚合物(例如，甲基丙烯酸酯聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯))、凝胶(例如，水凝胶)、含氟聚合物、或导电聚合物。

在一些示例中，弱导电层可以包括以下中的一种或多种：聚合物、半导体聚合物、无机半导体层、掺杂材料(例如，如下的掺杂半导体或聚合物：该掺杂半导体或聚合物具有相对低的掺杂剂浓度以避免高电导率)、或具有期望电导率的其他材料。在一些示例中，弱导电层可以是多孔的，和/或可以包括纳米颗粒、纳米纤维、或其他内部结构的网络或其他排列。

在一些示例中，电介质流体可以包括极性液体，该极性液体例如为以下中的一种或多种：偶极分子(例如，卤代烷烃或其他卤代或其他含偶极基团的分子)、含硅液体(例如，硅油)、或如本领域已知的其他流体(例如，电介质液体)。

设备内的一对相对电极之间的电容可以称为设备电容。取决于电极的数量和布置，对于设备或其中的转换器，可以存在一个或多个可测量的设备电容。在一些示例中，电容传感器可以包括生成交流信号的信号源，从而允许针对已知信号频率确定由电极形成的电容器的阻抗，并因此确定设备电容。电容传感器还可以包括定时电路，该定时电路使用设备电容来影响所测量的时间周期或频率，或者可以包括桥接电路(例如，包括已知的电容)，从而允许确定设备电容。在一些示例中，弱导电层对所确定的设备电容的影响可以忽略不计。

示例还包括操作设备(例如，致动器和/或传感器)的方法，该设备可以包括至少一个膜，例如薄柔性膜。在一些示例中，方法可以包括：使用控制器来调整施加在一对电极之间的电位，以获得位移和/或接触压力(例如，设备的至少一部分的位移和/或接触压力，例如膜的至少一部分的位移和/或接触压力)，并确定该对电极之间的电容，以确定位移和/或接触压力。在一些示例中，电位可以基于电容测量结果来调整。在一些示例中，基于电容测量结果确定的位移可以与期望的位移进行比较，并且可以对控制器进行改变以减小所确定的变形与期望的变形之间的差异。在一些示例中，致动程度可以由电位和作用在设备上的外力(例如，推压膜)来确定。由于电位可以是已知的(由控制器控制)，并且位移可以基于电容测量结果来确定，因此控制器可以被配置为基于电位和电容测量结果(和/或从电容测量结果得出的其他参数)来确定作用于设备上的外力。

在一些示例中，控制器可以被配置为调整施加在一对电极之间的电位，并且该电位可以包括直流分量和/或交流分量。在一些示例中，可以调整直接分量，以改变致动器或传感器(例如，改变膜或其一部分的位移)。在一些示例中，不同的信号频率可以用于电容测量和设备控制。

在一些示例中，方法可以包括：基于位移(例如，基于电容测量结果而确定的膜的位移)改变电位。例如，控制器可以动态地改变设备的力-位移特性。例如，对于小于预定阈值位移的位移(例如，对于近似为零或相对小的位移)，设备的膜可以提供对外力的初始阻力，并且对于大于预定阈值的位移，设备的膜可以提供对外力的后续阻力。可以使用电位(例如，通过在超过阈值位移之后降低电位)来调整阻力(例如，阻止膜位移的力)。

图15示出了操作设备(例如，致动器和/或传感器)的示例方法。方法1500包括：在一对电极之间施加电位(1510)，以引起设备的变形；测量该对电极之间的电容，以确定设备的变形和/或接触压力(1520)；以及基于电容测量结果改变电位，以获得期望的变形(1530)。

在一些示例中，身体部位(例如，手指)可以向设备施加接触压力，一对电极之间的电容可以被测量，并且变形和接触压力都可以根据电容测量结果确定。基于电容测量值结果，可以使用各种控制策略，例如力反馈驱动致动。在一些示例中，当接触压力超过特定阈值力时，致动器可以被快速地关闭以模拟按钮点击。一人可以用增加的接触压力来推动膜，并且变形阻力会在接触压力变得大于阈值之后减小。例如，当接触压力超过阈值时，电极之间的电压可以减小到零、近似为零或其他减小的值。

在一些示例中，变形可以包括对设备的拉上区域的改变。拉上区域可以与如下区域相对应：在该区域中，电极彼此静电吸引，以便从电极之间排出电介质流体。

图16示出了操作设备(例如，致动器和/或传感器)的另一示例方法1600。该方法包括：在一对电极之间施加电位，以引起电极之间(例如，在电极的至少一部分内)的静电吸引(1610)；测量该对电极之间的电容以确定拉上面积(1620)，在该面积上电极处于静电吸引状态；以及改变电位(例如，基于电容测量结果)以调整拉上面积(1630)。静电吸引状态(其也可以称为拉上状态)可以包括由一个或多个弱导电层分开的电极对的至少一部分。示例设备可以具有围合空间，该围合空间包括电介质流体，并且当电极处于拉上状态时，电介质流体可以被驱出围合空间的位于电极之间的部分。

图15和图16可以表示示例性计算机实现的方法。可以基于来自控制器的信号进行电压控制和电容测量。图15和图16中所示的步骤可以由任何合适的计算机可执行代码和/或计算系统来执行。在一些示例中，一个或多个方法步骤可以表示如下算法：该算法的结构包括多个子步骤和/或由多个子步骤表示。在一些示例中，设备可以包括控制器和物理存储器，控制器包括至少一个物理处理器，物理存储器包括计算机可执行指令，这些指令在被物理处理器执行时，使得物理处理器执行诸如本文所描述的方法。在一些示例中，非暂态计算机可读介质可以包括一个或多个计算机可执行指令，该一个或多个计算机可执行指令在被计算设备的至少一个处理器执行时，使得计算设备执行诸如本文所描述的方法。

图17示出了制造致动器的示例方法(1700)。该方法包括：在膜上形成电极(1710)(例如，由膜支承)；在电极上形成弱导电层(1720)；以及制造包括电极、膜、弱导电层(1730)和可选的第二电极的设备，由此可以在电极和第二电极之间施加电位，以引起膜的变形、和/或弱导电层和第二电极(或形成在第二电极上的层)之间的静电吸引。在一些示例中，弱导电层可以具有高电介质常数。在这种情况下，在相关频率下(例如，在施加于电极之间的信号的频率下，高电介质常数可以明显大于1，例如大于2。弱导电层可以形成在一对电极中的一个或两个电极的内表面上。

在一些示例中，本文所描述的电容感测方法可以用于其他设备，这些其他设备包括光学设备，例如液体透镜。在示例光学设备中，电容传感器可以用于监测光学设备的光学特性(例如，光功率)，并且传感器信号可以用于调整对光学设备的控制。控制器可以被配置为基于一对电极之间的电容，来确定液体透镜的光功率，该一对电极例如是由柔性膜支承的一个电极、和由相对刚性的衬底支承的另一个电极。在一些示例中，可调整液体透镜可以包括对透镜的光功率作出响应的电容传感器。在示例液体透镜中，电极结构可以包括平行板配置和共面配置中的一种或两种。例如，衬底可以包括一对电极，并且由于位于电极之间的电介质的范围的变化，电极之间的电容可以随着光功率而变化。

在一些示例中，膜可以至少部分地包括弱导电材料。弱导电材料的体电阻率可以在大约10¹⁰ohm.cm和大约10¹²ohm.cm之间。在一些示例中，施加在电极之间的电位可以在位于电极之间的一个或多个层内(例如，在膜的一部分内和/或在弱导电层内)引起电极化。引起的电极化可以产生Johnsen-Rahbek效应，例如一个或多个电极之间和/或设置在其间的层之间的静电吸引。静电吸引力(例如，由Johnsen-Rahbek效应引起的静电力)可以允许设备在较低的电压下运行，或者为特定的电压提供增加的压力。在一些示例中，由于一对电极之间和/或一个或多个任何中间层之间的静电吸引，设备可以在无需更高的电压的情况下、具有增加的膜厚度(例如，为了提高鲁棒性)。在一些示例中，直流电压控制信号可以用作交流电压控制信号的替代(或补充)。对使用了直流电压的控制信号的使用可以允许控制电路简化，和/或可以促进在使用交流电压的电容测量期间施加控制信号。控制器可以基于控制信号(其可以包括直流分量和/或交流分量)的均方根(rms)电压值来确定控制信号的电压。在一些示例中，弱导电膜可以至少覆盖一个或多个电极的内表面。电极的内表面可以面向膜(和/或电极)之间的围合空间，并且可以面向电介质液体。

在一些示例中，电容传感器可以与设备(例如，静电式触觉致动器或压电式触觉致动器)集成在一起，以提供对设备的实时反馈和动态控制。示例设备可以包括一对由电介质流体分开的相对的电极，其中一个或多个电极由可变形膜支承。例如，在拉链式触觉致动器中，可测量电容可以与电极之间的拉上面积成比例，其中，可以通过电极之间的静电吸引排除电介质流体。可以通过调整一对电极(该对电极中的一个电极可以位于膜上)之间的电位来改变膜的形状，例如膜的至少一部分的曲率和/或位移。所测量的电容可以用于确定膜的形状(例如，设备的位移输出)和/或由用户施加到膜上的力。

致动程度可以是(或包括)膜的至少一部分的位移。在一些示例中，对所测量的致动程度与预期的致动程度的比较可以允许对控制器进行调整，使得针对特定控制电压而获得的实际致动程度(例如，膜位移或接触压力)更接近预期的致动程度。例如，可以通过改变查找表来调整控制器。

在一些示例中，设备可以包括支承第一电极的第一膜、以及大体上相对的第二电极，该第二电极可以由第二膜支承，或者在一些示例中，该第二电极在刚性衬底上。该设备可以具有拉上状态，在该拉上状态中，电极被静电吸引在一起，并且电介质流体可以基本上从位于电极之间的围合空间体积中排除。该围合空间可以至少部分地由一个或多个膜和/或衬底限定，并且围合空间体积可以是固定的，使得电极之间的拉上状态可以将电介质流体推入设备的可膨胀部分。拉上状态可以与在正常操作条件下尽可能物理地靠近在一起的电极相对应。多个电极可以由一个或多个中间层(例如，一个或多个膜或其部分、或一个或多个弱导电层)隔开。该设备可以具有拉上面积，该拉上面积可以与该设备的如下区域相对应：在该区域中，实现拉上状态并且电极被静电吸引在一起。特定电极的拉上面积可以通过改变电位和通过改变设备上的外部压力来调整，并且可以通过一个或多个电容测量结果(例如，一对或多对电极之间的一个或多个电容测量结果)来确定。

在一些方面中，所测量到的电容结合已知的驱动电压可以用于计算可变形膜的净位移值和/或接触压力。可以将位移值结合到反馈信号中，该反馈信号可用于控制位移、以及输出压力，从而期望地影响用户与包括致动器的系统的交互。在一些公开中，可以将直流(DC)电压施加到多个电极中的一个电极，以调谐电容测量结果的动态范围。例如，在力感测模式中，可以施加DC电压以将拉链式致动器保持在拉上状态或基本拉上状态，以便产生大电容，其中外部施加力的小变化可以引起电容的大变化。这种配置可以有利地提高反馈回路中的信噪比。

在一些示例中，可以根据Johnsen-Rahbek效应，通过使用弱导电膜(例如，体电阻率在大约10¹⁰ohm.cm与大约10¹²ohm.cm之间的范围内)替换至少一部分的电介质膜(例如，可变形膜)，来降低用于驱动触觉致动器的所需的电压。增加的导电性还可以提供消散静电荷的益处。弱导电层(例如，膜或该膜的一部分)可以位于电极的内表面和电介质流体之间。除了能够控制触觉致动器的感测/反馈之外，或者代替该感测/反馈，电容反馈可以用于生成力-位移曲线，以支持另一些设备的实现，例如机械键盘的触觉版本，该机械键盘的触觉版本为用户提供打字的感官体验。

电容感测可以用在各种设备示例中，这些设备示例包括光学设备，该光学设备例如为液体透镜，在该液体透镜中电容反馈可以用于监测和控制透镜的光功率。在示例液体透镜中，电极布置可以包括平行板配置和共面配置(例如，电极位于在同一衬底或膜上)。因此，电容感测可以用于监测和调整各种设备的操作，这些设备例如为转换器，该转换器例如为致动器和/或传感器。

在一些示例中，设备可以包括膜(例如，柔性膜)、由膜支承的电极、第二电极、被配置为确定第一电极和第二电极之间的电容测量结果的电容传感器、以及被配置为控制第一电极和第二电极之间施加的电位的控制器。控制器可以被配置为基于电容测量结果来改变电位。示例设备可以包括一个或多个柔性膜，该一个或多个柔性膜可以至少部分地限定围合空间，该围合空间至少部分地填充有电介质流体。设备可以具有拉上状态，在该拉上状态下，电极被静电吸引在一起，并且中间的电介质流体被从电极之间基本上排除。示例还包括相关联的方法和系统。

示例公开

示例1：一种示例设备可以包括膜、第一电极、第二电极、传感器、以及控制器，该第一电极由膜支承，该传感器被配置为测量第一电极和第二电极之间的电容，该控制器被配置为基于由传感器测量的电容来控制施加在第一电极和第二电极之间的电位。

示例2：根据示例1所述的设备，其中，电位引起第一电极朝向第二电极的移动。

示例3：根据示例1或2所述的设备，该设备还包括围合空间，该围合空间至少部分地填充有电介质流体，其中，第一电极朝向第二电极的移动将电介质流体的一部分从第一电极和第二电极之间排除。

示例4：根据示例1至3中任一示例所述的设备，其中，电容对该设备的如下区域作出响应：在该区域中，电介质流体的一部分从第一电极与第二电极之间转移。

示例5：根据示例1至4中任一示例所述的设备，其中，该设备包括致动器，并且电位引起该致动器的至少一部分的位移。

示例6：根据示例5所述的设备，其中，控制器被配置为基于电容来确定该位移。

示例7：根据示例1至6中任一示例所述的设备，其中，该设备是可穿戴设备。

示例8：根据示例1至7中任一示例所述的设备，其中，该设备是由用户佩戴的触觉设备，并且该设备被配置为当该设备由用户佩戴时，响应于电位而向用户提供可感知的触觉知觉。

示例9：根据示例7中任一示例所述的设备，其中，该设备包括腕带或手套。

示例10：根据示例1至9中任一示例所述的设备，其中，第一电极具有内表面，该内表面面向第二电极，并且该设备还包括弱导电层，该弱导电层设置在第一电极的内表面上。

示例11：根据示例10所述的设备，其中，弱导电层的电阻率在10¹⁰ohm.cm和10¹²ohm.cm之间。

示例12：根据示例10或11所述的设备，其中，电位在弱导电层中引起电极化。

示例13：根据示例12所述的设备，其中，电极化在弱导电层与第二电极或第二电极上的层之间引起静电吸引。

示例14：根据示例12或13所述的设备，其中，该设备还包括第二弱导电层，第二弱导电层设置在第二电极上，并且电极化在弱导电层与第二弱导电层之间引起静电吸引。

示例15：根据示例1至14中任一示例所述的设备，其中，控制器还被配置为基于电容来确定施加在膜上的外部施加力。

示例16：根据示例1至15中任一示例所述的设备，其中，控制器还被配置为基于外部施加力来确定该设备上的预载，并且基于该预载来改变电位。

示例17：一种示例方法可以包括：在包括膜的设备的第一电极和第二电极之间施加电位，以引起膜的位移，其中，第一电极设置在膜上；测量第一电极和第二电极之间的电容以确定膜的位移；以及基于电容改变电位。

示例18：根据示例17所述的方法，其中，该设备是致动器，并且该致动器被配置为提供触觉信号。

示例19：一种示例方法可以包括：在由电介质流体隔开的电极之间施加电位，以在这些电极之间引起静电吸引并形成拉上状态，在该拉上状态中，电介质流体从电极之间排除，测量电极之间的电容，以确定拉上状态的面积，以及改变电位以调整拉上状态的面积。

示例20：根据示例19所述的方法，其中，该方法包括控制致动器，该致动器包括膜，该膜具有基于拉上状态的面积的位移。

本公开可以包括各种类型的人工现实系统，或者可以结合各种类型的人工现实系统来实现。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，该人工现实例如可以包括虚拟现实(virtual reality)、增强现实(augmented reality)、混合现实(mixed reality)、混合现实(hybrid reality)、或它们的某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全的计算机生成内容或与采集的(例如，真实世界)内容相结合的计算机生成内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或它们的某种组合，以上中的任何一种可以在单个通道或多个通道(例如，向观看者产生三维(three-dimensional，3D)效果的立体视频)中呈现。另外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务、或它们的某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务、或它们的某种组合例如用于在人工现实中创建内容和/或以其他方式用于人工现实中(例如，在人工现实中执行动作)。

人工现实系统可以以各种不同的形状要素和配置来实现。一些人工现实系统可以被设计为在没有近眼显示器(near-eye display，NED)的情况下工作。其他人工现实系统可以包括NED，该NED还提供对现实世界的可见性(例如，图18中的增强现实系统1800)或者使用户在视觉上沉浸于人工现实中(例如，图19中的虚拟现实系统1900)。尽管一些人工现实设备可以是独立的系统，但其他人工现实设备可以与外部设备通信和/或配合，以向用户提供人工现实体验。这种外部设备的示例包括手持控制器、移动设备、台式计算机、由用户穿戴的设备、由一个或多个其他用户穿戴的设备、和/或任何其他合适的外部系统。

转到图18，增强现实系统1800可以包括具有框架1810的眼镜设备1802，该框架被配置为将左显示设备1815(A)和右显示设备1815(B)保持在用户眼睛的前方。显示设备1815(A)和显示设备1815(B)可以一起或独立地动作，以向用户呈现图像或系列图像。尽管增强现实系统1800包括两个显示器，但本公开可以在具有单个NED或多于两个NED的增强现实系统中实现。

在一些公开中，增强现实系统1800可以包括一个或多个传感器，例如传感器1840。传感器1840可以响应于增强现实系统1800的运动而生成测量信号，且可以大体上位于框架1810的任何部分上。传感器1840可以表示各种不同传感机构中的一种或多种，例如位置传感器、惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)、深度摄像头组件、结构光发射器和/或检测器、或它们的任意组合。在一些公开中，增强现实系统1800可以包括或不包括传感器1840，或者可以包括多于一个的传感器。在传感器1840包括IMU的一些公开中，该IMU可以基于来自传感器1840的测量信号，生成校准数据。传感器1840的示例可以包括但不限于，加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于IMU的误差校正的传感器、或它们的某种组合。

在一些示例中，增强现实系统1800还可以包括传声器阵列，该传声器阵列具有多个声学转换器1820(A)至1820(J)，该多个声学转换器被统称为声学转换器1820。声学转换器1820可以表示检测由声波引起的气压变化的转换器。每个声学转换器1820可以被配置为检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(例如，模拟格式或数字格式)。图18中的传声器阵列例如可以包括十个声学转换器：可被设计成置于用户的相应耳朵内的1820(A)和1820(B)，可被定位在框架1810上的各个位置处的声学转换器1820(C)、1820(D)、1820(E)、1820(F)、1820(G)和1820(H)，和/或可被定位在对应的颈带1805上的声学转换器1820(I)和1820(J)。

在一些公开中，声学转换器1820(A)至1820(J)中的一个或多个可以用作输出转换器(例如，扬声器)。例如，声学转换器1820(A)和/或1820(B)可以是耳塞、或任何其他合适类型的耳机或扬声器。

传声器阵列中的各声学转换器1820的配置可以改变。尽管增强现实系统1800在图18中被显示为具有十个声学转换器1820，但声学转换器1820的数量可以多于或少于十个。在一些公开中，使用更多数量的声学转换器1820可以增加收集到的音频信息的量和/或提高音频信息的灵敏度和准确度。相比之下，使用更少数量的声学转换器1820可以降低相关联的控制器1850处理收集到的音频信息所需的计算能力。另外，传声器阵列中的各声学转换器1820的位置可以改变。例如，声学转换器1820的位置可以包括用户身上的限定位置、框架1810上的限定坐标、与每个声学转换器1820相关联的方位、或它们的某种组合。

声学转换器1820(A)和1820(B)可以被定位在用户耳朵的不同部位上，例如耳廓(pinna)后面、耳屏后面、和/或耳廓(auricle)或耳窝内。或者，除了耳道内的声学转换器1820之外，在耳朵上或耳朵周围还可以存在附加的声学转换器1820。将声学转换器1820定位在用户的耳道附近可以使传声器阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将多个声学转换器1820中的至少两个定位在用户头部的两侧上(例如，作为双耳传声器)，增强现实设备1800可以模拟双耳听觉并且采集用户头部周围的3D立体声场。在一些公开中，声学转换器1820(A)和1820(B)可以经由有线连接1830而连接到增强现实系统500，而在其他实施例中，声学转换器1820(A)和1820(B)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)而连接到增强现实系统1800。在另一些公开中，声学转换器1820(A)和1820(B)可以完全不与增强现实系统1800结合使用。

框架1810上的多个声学转换器1820可以以各种不同的方式而被定位，这些不同的方式包括沿着眼镜腿(temple)的长度、跨过鼻梁架、在显示设备1815(A)和显示设备1815(B)的上方或下方、或它们的某种组合。多个声学转换器1820还可以被定向为使得传声器阵列能够检测正佩戴着增强现实系统1800的用户周围的宽方向范围内的声音。在一些公开中，可以在增强现实系统1800的制作期间执行优化过程，以确定各个声学转换器1820在传声器阵列中的相对定位。

在一些示例中，增强现实系统1800可以包括或连接到外部设备(例如，配对设备)，例如，颈带1805。颈带1805概括地表示任何类型或形式的配对设备。因此，以下对颈带1805的论述也可以应用于各种其他配对设备，例如充电盒、智能手表、智能手机、腕带、其他可穿戴设备、手持控制器、平板计算机、膝上型计算机、其他外部计算设备等。

如图所示，颈带1805可以经由一个或多个连接器而耦接到眼镜设备1802。这些连接器可以是有线的或无线的，并且可以包括电子部件和/或非电子部件(例如，结构部件)。在一些情况下，眼镜设备1802和颈带1805可以在它们之间没有任何有线连接或无线连接的情况下独立地运行。尽管图18示出了眼镜设备1802和颈带1805中的多个部件位于眼镜设备1802和颈带1805上的示例位置处，但是这些部件可以位于眼镜设备1802和/或颈带1805上的其他位置和/或以不同的方式分布在眼镜设备1802和/或颈带1805上。在一些公开中，眼镜设备1802和颈带1805中的多个部件可以位于一个或多个附加的外围设备上，该一个或多个附加的外围设备与眼镜设备1802、颈带1805、或它们的某种组合配对。

将外部设备(例如，颈带1805)与增强现实眼镜设备配对可以使眼镜设备能够实现一副眼镜的形状要素，同时仍然为扩展后的功能提供足够的电池电量和计算能力。增强现实系统1800的电池电量、计算资源和/或附加特征中的一些或全部可以由配对设备来提供，或者在配对设备与眼镜设备之间共享，从而总体上降低眼镜设备的重量、热量分布和形状要素，同时仍然保留所期望的功能。例如，颈带1805可以允许即将以其他方式被包括在眼镜设备上的多个部件包括在颈带1805中，因为与用户在其头部上承受的相比，他们可以在其肩部上承受更重的重量负荷。颈带1805还可以具有较大的表面积，以通过该较大的表面积将热量扩散和散发到周围环境。因此，与在独立眼镜设备上以其他方式可行的电池电量和计算能力相比，颈带1805可以允许更大的电池电量和更强的计算能力。由于颈带1805中携载的重量可比眼镜设备1802中携载的重量对用户的侵害小，因此，与用户忍受佩戴重的独立眼镜设备相比，用户可以忍受更长时间佩戴较轻眼镜设备且携带或佩戴配对设备，从而使用户能够将人工现实环境更充分地融入到他们的日常活动中。

颈带1805可以与眼镜设备502通信耦接，和/或通信耦接至多个其他设备。这些其他设备可以向增强现实系统500提供某些功能(例如，追踪、定位、深度图构建(depthmapping)、处理、存储等)。在图18的公开中，颈带1805可以包括两个声学转换器(例如，1820(I)和1820(J))，该两个声学转换器是传声器阵列的一部分(或者潜在地形成它们自己的传声器子阵列)。颈带1805还可以包括控制器1825和电源1835。

颈带1805中的声学转换器1820(I)和1820(J)可以被配置为检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(模拟或数字)。在图18的公开中，声学转换器1820(I)和1820(J)可以被定位在颈带1805上，从而增加颈带的声学转换器1820(I)和1820(J)与被定位在眼镜设备1802上的其他声学转换器1820之间的距离。在一些情况下，增加传声器阵列中的多个声学转换器1820之间的距离可以提高经由该传声器阵列执行的波束成形的准确性。例如，如果声学转换器1820(C)和1820(D)检测到声音，且声学转换器1820(C)和1820(D)之间的距离例如大于声学转换器1820(D)和1820(E)之间的距离，则所确定的检测到的声音的源位置可以比当该声音被声学转换器1820(D)和1820(E)检测到时更准确。

颈带1805中的控制器1825可以对由颈带1805和/或增强现实系统1800上的多个传感器生成的信息进行处理。例如，控制器1825可以对来自传声器阵列的、描述该传声器阵列检测到的声音的信息进行处理。对于每个检测到的声音，控制器1825可以执行波达方向(direction-of-arrival，DOA)估计，以估计检测到的声音从哪个方向到达传声器阵列。当传声器阵列检测到声音时，控制器1825可以用该信息填充音频数据集。在增强现实系统1800包括惯性测量单元的公开中，控制器1825可以计算来自位于眼镜设备1802上的IMU的所有惯性计算和空间计算。连接器可以在增强现实系统1800和颈带1805之间、以及在增强现实系统1800和控制器1825之间传送信息。该信息可以是光学数据形式、电子数据形式、无线数据形式、或任何其他可传输的数据形式。将对由增强现实系统1800所生成的信息的处理移动到颈带1805可以减少眼镜设备1802的重量和热量，使得该眼镜设备对用户而言更舒适。

颈带1805中的电源1835可以向眼镜设备1802和/或颈带1805供电。电源1835可以包括但不限于，锂离子电池、锂-聚合物电池、一次性锂电池、碱性电池、或任何其他形式的电力存储器。在一些情况下，电源1835可以是有线电源。将电源1835包括在颈带1805上而不是眼镜设备1802上可以有助于更好地分散由电源1835产生的重量和热量。

如所提到的，一些人工现实系统可以使用虚拟体验来大体上代替用户对真实世界的多个感官知觉中的一个或多个感官知觉，而不是将人工现实与真实现实混合。这种类型的系统的一个示例是大部分或完全覆盖用户的视场的头戴式显示系统，例如图19中的虚拟现实系统1900。虚拟现实系统1900可以包括前部刚性体1902和被成形为适合围绕用户头部的带1904。虚拟现实系统1900还可以包括输出音频转换器1906(A)和1906(B)。此外，尽管图19中未示出，但前部刚性体1902可以包括一个或多个电子元件，该一个或多个电子元件包括一个或多个电子显示器、一个或多个惯性测量单元(IMU)、一个或多个追踪发射器或检测器、和/或用于生成人工现实体验的任何其他合适的设备或系统。

人工现实系统可以包括各种类型的视觉反馈机构。例如，增强现实系统1800中和/或虚拟现实系统1900中的显示设备可以包括一个或多个液晶显示器(liquid crystaldisplay，LCD)、一个或多个发光二极管(light emitting diode，LED)显示器、一个或多个微型LED(microLED)显示器、一个或多个有机LED(organic LED，OLED)显示器、一个或多个数字光投影(digital light project，DLP)微型显示器、一个或多个硅基液晶(liquidcrystal on silicon，LCoS)微型显示器、和/或任何其他合适类型的显示屏。这些人工现实系统可以包括用于两只眼睛的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供一个显示屏，这可以为变焦调整或为校正用户的屈光不正而提供额外的灵活性。这些人工现实系统中的一些人工现实系统还可以包括多个光学子系统，这些光学子系统具有一个或多个透镜(例如，常规的凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调整的液体透镜等)，用户可以透过该一个或多个透镜观看显示屏。这些光学子系统可以用于各种目的，这些目的包括准直(例如，使对象显现在比其物理距离更远的距离处)、放大(例如，使对象显现得比其实际尺寸更大)、和/或传递(例如，传递到观看者的眼睛)光。这些光学子系统可以用于直视型结构(non-pupil-forming architecture)(例如，直接对光进行准直但会产生所谓的枕形失真的单透镜配置)和/或非直视型结构(pupil-forming architecture)(例如，产生所谓的桶形失真以消除枕形失真的多透镜配置)。

除了使用显示屏之外，或代替使用显示屏，本文所描述的多个人工现实系统中的一些人工现实系统可以包括一个或多个投影系统。例如，增强现实系统1800中和/或虚拟现实系统1900中的显示设备可以包括微型LED投影仪，该微型LED投影仪将光投射(例如，使用波导投射)到显示设备中，该显示设备例如为允许环境光通过的透明组合透镜。显示设备可以折射所投射的光朝向用户的瞳孔，并且可以使用户能够同时观看人工现实内容和真实世界这两者。显示设备可以使用各种不同光学部件中的任何光学部件来实现该目的，这些不同光学部件包括波导部件(例如，全息元件、平面元件、衍射元件、偏振元件、和/或反射波导元件)、光操纵表面和元件(例如，衍射元件和光栅、反射元件和光栅、以及折射元件和光栅)、耦合元件等。人工现实系统还可以配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统，例如用于虚拟视网膜显示器的视网膜投影仪。

本文所描述的人工现实系统还可以包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统1800和/或虚拟现实系统1900可以包括一个或多个光学传感器，例如二维(two-dimensional，2D)摄像头或三维(3D)摄像头、结构光发射器和检测器、飞行时间深度传感器、单波束测距仪或扫描激光测距仪、3D激光雷达(LiDAR)传感器、和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以对来自这些传感器中的一个或多个传感器的数据进行处理，以识别用户的位置、绘制真实世界的地图、向用户提供与真实世界周围环境有关的背景、和/或执行各种其他功能。

本文所描述的人工现实系统还可以包括一个或多个输入和/或输出音频转换器。输出音频转换器可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电式扬声器、压电式扬声器、骨传导转换器、软骨传导转换器、耳屏振动转换器、和/或任何其他合适类型或形式的音频转换器。类似地，输入音频转换器可以包括电容式传声器、动态传声器、带式传声器、和/或任何其他类型或形式的输入转换器。在一些公开中，对于音频输入和音频输出这两者，可以使用单个转换器。

在一些公开中，本文所描述的人工现实系统还可以包括触觉(tactile)(即，触觉(haptic))反馈系统，该触觉反馈系统可以结合到头饰、手套、服装、手持控制器、环境设备(例如，椅子、地板垫等)、和/或任何其他类型的设备或系统中。触觉反馈系统可以提供各种类型的皮肤反馈，这些类型的皮肤反馈包括振动、推力、牵拉、质地和/或温度。触觉反馈系统还可以提供各种类型的动觉反馈，例如运动和顺应性。可以使用电机、压电式致动器、流体系统、和/或各种其他类型的反馈机构实现触觉反馈。触觉反馈系统可以独立于其他人工现实设备而实现，在其他人工现实设备内实现，和/或结合其他人工现实设备实现。

通过提供触觉知觉、听觉内容和/或视觉内容，人工现实系统可以在各种背景和环境中创建完整的虚拟体验或增强用户的真实世界体验。例如，人工现实系统可以辅助或扩展用户在特定环境内的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与真实世界中的其他人的交互，或者可以实现与虚拟世界中的其他人的更沉浸式的交互。人工现实系统也可以用于教育目的(例如，用于学校、医院、政府机构、军事机构、企业等中的教学或训练)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)、和/或用于可接入性目的(例如，用作助听器、视觉辅助器等)。本文所公开的公开内容可以在这些背景和环境中的一个或多个背景和环境中、和/或在其他背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。

如所提到的，人工现实系统1800和1900可以与各种其他类型的设备一起使用，以提供更引人入盛的人工现实体验。这些设备可以是具有多个转换器的触觉接口，这些触觉接口提供触觉反馈和/或收集用户与环境的交互有关的触觉信息。本文所公开的人工现实系统可以包括各种类型的触觉接口，这些类型的触觉接口检测或传送各种类型的触觉信息，这些类型的触觉信息包括触觉反馈(例如，用户经由皮肤中的神经而觉察到的反馈，该反馈也可以被称为皮肤反馈)和/或动觉反馈(例如，用户经由位于肌肉、关节和/或肌腱中的感受器而觉察到的反馈)。

触觉反馈可以通过定位在用户环境内的接口(例如，椅子、桌子、地板等)和/或用户可以佩戴或携带的物品(例如，手套、腕带等)上的接口来提供。作为一示例，图20示出了可穿戴手套(触觉设备2010)和腕带(触觉设备2020)形式的振动触觉系统2000。触觉设备2010和触觉设备2020被示出为可穿戴设备的示例，可穿戴设备包括柔性的可穿戴纺织材料2030，这两个柔性的可穿戴纺织材料被成形和配置为分别抵靠用户的手和手腕而定位。本公开也包括可以被成形和配置为抵靠其他人体部位(例如，手指、手臂、头部、躯干、足部、或腿)而定位的振动触觉系统。作为示例而非限制，根据本公开的振动触觉系统也可以是手套、头带、臂带、袖子、头罩、袜子、衬衫、或裤子等其他可能的形式。在一些示例中，术语“纺织”可以包括任何柔性的可穿戴的材料，包括纺织织物、非纺织织物、皮革、布、柔性聚合物材料、复合材料等。

一个或多个振动触觉设备2040可以被定位成至少部分地位于形成在振动触觉系统2000的纺织材料2030中的一个或多个对应的口袋内。振动触觉设备2040可以被定位在向振动触觉系统2000的用户提供振动知觉(例如，触觉反馈)的位置处。例如，振动触觉设备2040可以定位成抵靠用户的一个或多个手指(finger)、拇指或手腕，如图20所示。在一些示例中，振动触觉设备2040可以是足够柔性的，以顺应用户的一个或多个相应身体部位，或随着用户的一个或多个相应身体部位弯曲。

用于向多个振动触觉设备2040施加电压以用于激活这些振动触觉设备的电源2050(例如，电池)可以电耦接到(例如，经由导线2052电耦接到)这些振动触觉设备2040。在一些示例中，多个振动触觉设备2040中的每个振动触觉设备可以独立地电耦接到电源2050以用于单独激活。在一些公开中，处理器2060可以可操作地耦接到电源2050，并且被配置(例如，被编程)为控制对多个振动触觉设备2040的激活。

振动触觉系统2000可以以各种方式实现。在一些示例中，振动触觉系统2000可以是具有多个集成子系统和多个部件以独立于其他设备和系统运行的独立系统。作为另一个示例，振动触觉系统2000可以被配置为与另一设备或系统2070交互。例如，在一些示例中，振动触觉系统2000可以包括用于接收信号和/或向该另一设备或系统2070发送信号的通信接口2080。该另一设备或系统2070可以是移动设备、游戏控制台、人工现实(例如，虚拟现实、增强现实、混合现实)设备、个人计算机、平板计算机、网络设备(例如，调制解调器、路由器等)、手持控制器等。通信接口2080可以经由无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、蜂窝、无线电等)链路或有线链路实现振动触觉系统2000与该另一设备或系统2070之间的通信。如果存在通信接口2080，则该通信接口可以与处理器2060通信，例如以向处理器2060提供信号来激活或去激活多个振动触觉设备2040中的一个或多个振动触觉设备。

振动触觉系统2000可以可选地包括其他子系统和部件，例如多个触摸感应垫2090、多个压力传感器、多个运动传感器、多个位置传感器、多个照明元件、和/或多个用户接口元件(例如，开/关按钮、振动控制元件等)。在使用期间，振动触觉设备2040可以被配置为出于各种不同的原因而被激活，例如响应于用户与用户接口元件的交互、来自运动传感器或位置传感器的信号、来自触摸感应垫2090的信号、来自压力传感器的信号、来自该另一设备或系统2070的信号等而被激活。

尽管电源2050、处理器2060和通信接口2080在图20中被示出为被定位在触觉设备2020中，但本公开不限于此。例如，电源2050、处理器2060或通信接口2080中的一者或多者可以被定位在触觉设备2010内或另一个可穿戴织物内。

触觉可穿戴物(例如，在图20中示出和结合图20所描述的那些)可以在各种类型的人工现实系统和环境中实现。图21显示了示例人工现实环境2100，该人工现实环境包括一个头戴式虚拟现实显示器和两个触觉设备(即，手套)，并且在其他公开中，任何数量的这些部件和其他部件、和/或这些部件和其他部件的任何组合可以被包括在人工现实系统中。例如，在一些公开中，可以存在多个头戴式显示器，每个头戴式显示器具有相关联的触觉设备，每个头戴式显示器和每个触觉设备与同一控制台、同一便携式计算设备、或同一其他计算系统通信。

头戴式显示器2102概括地表示任何类型或形式的虚拟现实系统，例如图19中的虚拟现实系统1900。触觉设备2104概括地表示由人工现实系统的用户穿戴的任何类型或形式的可穿戴设备，该可穿戴设备向用户提供触觉反馈，以给予用户他或她正与虚拟对象物理接触的感知。在一些公开中，触觉设备2104可以通过向用户施加振动、运动和/或推力来提供触觉反馈。例如，触觉设备2104可以限制或增强用户的动作。给出一特定示例，触觉设备2104可以限制用户的手向前移动，使得用户感知到他或她的手已经与虚拟壁物理接触。在该特定示例中，触觉设备内的一个或多个致动器可以通过将流体泵入触觉设备的可膨胀气囊中来实现物理移动限制。在一些示例中，用户还可以使用触觉设备2104来向控制台发送动作请求。动作请求的示例包括但不限于，启动应用程序和/或结束应用程序的请求、和/或执行应用程序内的特定动作的请求。

尽管触觉接口可以与虚拟现实系统一起使用，如图21所示，但触觉接口也可与增强现实系统一起使用，如图22所示。图22是用户2210与增强现实系统2200交互的立体图。在该示例中，用户2210可以佩戴一副增强现实眼镜2220，该副增强现实眼镜可以具有一个或多个显示器2222并且与触觉设备2230配对。在该示例中，触觉设备2230可以是腕带，该腕带包括多个带元件2232和将这些带元件2232彼此连接的拉伸机构2234。示例设备和系统可以包括诸如本文所公开的致动器等致动器。

该多个带元件2232中的一个或多个带元件可以包括适于提供触觉反馈的任何类型或形式的致动器。例如，该多个带元件2232中的一个或多个带元件可以被配置为提供各种类型的皮肤反馈中的一种或多种类型的皮肤反馈，这些类型的皮肤反馈包括振动、推力、牵拉、质地和/或温度。为了提供这种反馈，多个带元件2232可以包括各种类型的致动器中的一种或多种类型的致动器。在一个示例中，多个带元件2232中的每个带元件可以包括振动触觉器(vibrotactor)(例如，振动触觉致动器)，该振动触觉器被配置为联合地或独立地振动以向用户提供各种类型的触觉知觉中的一种或多种类型的触觉知觉。替代地，仅单个带元件或多个带元件的子集可以包括振动触觉器。

触觉设备2010、2020、2104和2230可以包括任何合适数量和/或类型的触觉转换器、传感器和/或反馈机构。例如，触觉设备2010、2020、2104和2230可以包括一个或多个机械式转换器、一个或多个压电式转换器、和/或一个或多个流体转换器。触觉设备2010、2020、2104和2230也可以包括一起或独立工作以增强用户的人工现实体验的、不同类型和形式的转换器的各种组合。在一个示例中，触觉设备2230的多个带元件2232中的每个带元件可以包括振动触觉器(例如，振动触觉致动器)，该振动触觉器被配置为联合地或独立地振动以向用户提供各种类型的触觉知觉中的一种或多种触觉知觉。

如以上所详述的，本文所描述和/或所示出的计算设备和系统广泛地表示能够执行计算机可读指令(例如包含在本文中所描述的多个模块内的那些计算机可读指令)的任何类型或形式的计算设备或系统。在其最基本的配置中，一个或多个这些计算设备可以各自包括至少一个存储设备和至少一个物理处理器。

在一些示例中，术语“存储设备”概括地指能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器设备可以存储、加载和/或维护本文所描述的多个模块中的一个或多个模块。存储设备的示例包括但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、闪存、硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、固态驱动器(Solid-State Drive，SSD)、光盘驱动器、高速缓冲存储器、以上中的一个或多个的变型或组合、或任何其他合适的存储器。

在一些示例中，术语“物理处理器”概括地指能够解释和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实现的处理单元。在一个示例中，物理处理器可以访问和/或修改存储在上述存储器设备中的一个或多个模块。物理处理器的示例包括但不限于，微处理器、微控制器、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、实现软核处理器的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、专用集成电路(Application-SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、以上中的一个或多个中的部分、以上中的一个或多个的变型或组合、或者任何其他合适的物理处理器。

尽管本文所描述和/或所示出的多个模块被示为单独的元件，但是这些模块可以表示单个模块中的部分或应用程序中的部分。另外，在某些公开中，这些模块中的一个或多个模块可以表示一个或多个软件应用程序或程序，该一个或多个软件应用程序或程序在被计算设备执行时，可以使计算设备执行一个或多个任务。例如，本文所描述和/或所示出的多个模块中的一个或多个模块可以表示如下这些模块：所述模块存储在本文所描述和/或所示出的多个计算设备或系统中的一个或多个上，且被配置为在本文所描述和/或所示出的多个计算设备或系统中的一个或多个上运行。这些模块中的一个或多个还可以表示被配置为执行一个或多个任务的一个或多个专用计算机的全部或部分。

另外，本文所描述的多个模块中的一个或多个模块可以将数据、物理设备和/或物理设备的表示从一种形式转换为另一种形式。例如，本文所陈述的多个模块中的一个或多个模块可以接收待转换的数据(例如，电容数据、电压数据、位移数据等)，转换该数据，输出转换结果以执行功能(例如，以控制设备，以改变控制器、所施加的电压或其他控制参数)，使用转换结果来执行功能，和/或存储转换结果以执行功能。附加地或替代地，本文中所陈述的多个模块中的一个或多个模块可以通过在计算设备上执行、在计算设备上存储数据、和/或以其他方式与计算设备交互，来将处理器、易失性存储器、非易失性存储器、和/或物理计算设备的任何其他部分从一种形式变换成另一种形式。

在一些公开中，术语“计算机可读介质”概括地指能够存储或承载计算机可读指令的任何形式的设备、载体或介质。计算机可读介质的示例包括但不限于，传输型介质和非暂态型介质，该传输型介质例如为载波，非暂态型介质例如为，磁存储介质(例如，硬盘驱动器、磁带驱动器和软盘)、光存储介质(例如，光盘(Compact Disk，CD)、数字视频盘(DigitalVideo Disk，DVD)和蓝光光盘(BLU-RAY disk))、电子存储介质(例如，固态驱动器和闪存介质)、以及其他分发系统。

本文所描述和/或所示出的过程参数和步骤顺序仅以示例的方式给出，并且可以根据需要而改变。例如，尽管本文所示出和/或所描述的步骤可以以特定顺序示出或论述，但这些步骤不一定需要以所示出的或所论述的顺序来执行。本文所描述和/或所示出的各种示例性方法也可以省略本文所描述或所示出的多个步骤中的一个或多个步骤，或者可以包括除所公开的那些步骤之外的附加步骤。

已经提供了前面描述来使本领域其他技术人员能够最优地利用本文所公开的示例性公开的各个方面。该示例性描述不旨在是详尽的或被限制为所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变型是可能的。本文所公开的公开内容在所有方面都应被认为是说明性的而不是限制性的。在确定本公开的范围时，应当参考所附的任何权利要求及其等同物。

除非另有说明，否则如本说明书和/或权利要求书中所使用的术语“连接到”和“耦接到”(以及他们的派生词)将被解释为允许直接连接和间接连接(即，经由其他元件或部件)这两者。此外，如本说明书和/或权利要求书中所使用的术语“一(a)”或“一(an)”将被解释为表示“中的至少一个”。最后，为了便于使用，如本说明书和/或权利要求书中所使用的术语“包括(including)”和“具有”(以及他们的派生词)与词语“包括(comprising)”是可互换的，并且具有与词语“包括(comprising)”相同的含义。

Claims (15)

1.一种设备，包括：

膜；

第一电极，所述第一电极由所述膜支承；

第二电极；

传感器，所述传感器被配置为测量所述第一电极与所述第二电极之间的电容；以及

控制器，所述控制器被配置为，基于由所述传感器测量的所述电容，控制施加在所述第一电极与所述第二电极之间的电位。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电位引起所述第一电极朝向所述第二电极的移动。

3.根据权利要求1或2所述的设备，还包括围合空间，所述围合空间至少部分地填充有电介质流体，其中，所述第一电极朝向所述第二电极的所述移动使所述电介质流体的一部分从所述第一电极与所述第二电极之间排除。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述电容对所述设备的如下区域作出响应：在所述区域中，所述电介质流体的所述部分从所述第一电极与所述第二电极之间转移。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备包括致动器，并且所述电位引起所述致动器的至少一部分的位移。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为基于所述电容确定所述位移。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备是可穿戴设备；和/或优选地，所述设备是待由用户佩戴的触觉设备；并且所述设备被配置为当所述设备被所述用户佩戴时，响应于所述电位而向所述用户提供可感知的触觉知觉；和/或优选地，所述设备包括腕带或手套。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：

所述第一电极具有内表面，所述内表面面向所述第二电极；并且

所述设备还包括弱导电层，所述弱导电层设置在所述第一电极的所述内表面上；和/或优选地，所述弱导电层的电阻率在10¹⁰ohm.cm和10¹²ohm.cm之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述电位在所述弱导电层中引起电极化；和/或优选地，所述电极化在所述弱导电层与所述第二电极或所述第二电极上的层之间引起静电吸引。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：

所述设备还包括第二弱导电层，所述第二弱导电层设置在所述第二电极上；并且

所述电极化在所述弱导电层和所述第二弱导电层之间引起静电吸引。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制器还被配置为基于所述电容，确定施加在所述膜上的外部施加力；和/或优选地，所述控制器还被配置为：基于所述外部施加力，确定所述设备上的预载；以及基于所述预载改变所述电位。

12.一种方法，包括：

在包括膜的设备的第一电极和第二电极之间施加电位，以引起所述膜的位移，其中，所述第一电极设置在所述膜上；

测量所述第一电极和所述第二电极之间的电容，以确定所述膜的所述位移；以及

基于所述电容，改变所述电位。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述设备是致动器，并且所述致动器被配置为提供触觉信号。

14.一种方法，包括：

在由电介质流体隔开的电极之间施加电位，以在所述电极之间引起静电吸引，并形成拉上状态，在所述拉上状态中，所述电介质流体从所述电极之间排除；

测量所述电极之间的电容，以确定所述拉上状态的面积；以及

改变所述电位，以调整所述拉上状态的面积。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法包括控制致动器，所述致动器包括膜，所述膜具有基于所述拉上状态的面积的位移。

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