CN117337217A - 用于显示器、窗户和透镜的透明扬声器 - Google Patents

用于显示器、窗户和透镜的透明扬声器 Download PDF

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Abstract

描述了一种换能器，该换能器包括：基板，该基板被配置为设置在固体物上；以及透明介质，该透明介质结合到该基板并且被配置为一旦接收到电激励或机械激励就以预选频率振荡，并提供第一声波。该换能器还包括致动器，该致动器被配置为接收电力，并向透明介质提供电激励或机械激励，其中，固体物的至少一部分是通过透明介质可视的，并且第一声波至少部分地传输通过该透明介质的界面。一种系统和非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质存储指令，这些指令使该系统执行使用换能器以在透明介质中产生声波的方法。

Description

用于显示器、窗户和透镜的透明扬声器
技术领域
本文所公开的实施例涉及用于光学部件和设备的透明声学换能器领域。更具体地说，本文所公开的实施例涉及用于显示器、窗户、透镜的透明声学换能器以用于在不透明的容器和盒上产生美学上令人愉悦的效果，以及涉及用于车辆的透明声学换能器。
背景
相关技术
一些应用使用透明膜来激活平面屏幕显示器中的声学模式，以产生伴随图像显示的音频信号。然而，产生足够大的音频信号所必需的平面屏幕的振荡幅度往往会干扰图像显示的质量，尤其是对于显示器上具有长驻波长的低声频。此外，对能够在高电压下，特别是在可听频谱的较高频率下(更不用说超声应用)操作的致动器的需求，阻碍了这种技术在紧凑设备(例如，智能框架和混合现实头戴式设备(headset))中的应用。
发明内容
在第一实施例中，描述了一种换能器，该换能器包括：基板，该基板被配置为设置在固体物上，以及透明介质，该透明介质结合到该基板，并且被配置为一旦接收到电激励或机械激励，就以预选频率振荡，并提供第一声波。该换能器还包括致动器，该致动器被配置为接收电力，并向该透明介质提供电激励或机械激励，其中，固体物的至少一部分是通过该透明介质可视的，并且第一声波至少部分地传输通过透明介质的界面。
在一些实施例中，该透明介质可以包括压电材料。
在一些实施例中，该预选频率可以处于人类可听频谱内，该人类可听频谱包括从20赫兹到20千赫的范围。
在一些实施例中，透明介质可以被配置为基于该透明介质的形状和该致动器的几何配置，一旦接收到该电激励或机械激励，就以预选振荡模式振荡。
在一些实施例中，该第一声波可以是具有在约20kHz到约1MHz之间的预选频率的超声脉冲，该超声脉冲被进一步配置为扫描接近该换能器的对象的形状和稳定性。
在一些实施例中，该换能器还可以被配置为提供第二声波，并通过将该第一声波和该第二声波组合来形成在选定方向上传播的声束。
在一些实施例中，该换能器还可以被配置为提供第二或更多声波，并用该第一声波和该第二或更多声波形成与固体物中的图像相辅的立体声。
在一些实施例中，该基板可以是如下中的任何一者的一部分：窗户、车窗、交通标志、计算机监视器、移动设备屏幕、镜片或增强现实设备的目镜。
在一些实施例中，该透明介质的界面可以是流体界面、固体界面或等离子体界面。
在第二实施例中，描述了一种设备，该设备包括：框架；显示器，该显示器安装在框架上，该显示器包括基板，该基板被配置为设置在固体物上；以及电源电路，该电源电路被配置为提供电力。该设备还包括：致动器，该致动器被配置为接收该电力，并提供电激励或机械激励；以及换能器。该换能器包括透明介质，该透明介质结合到该基板，并被配置为响应于该电激励或机械激励以预选频率振荡，以提供第一声波，其中，该固体物的至少一部分是通过该透明介质可视的，并且该第一声波至少部分地传输通过该透明介质的界面。
在一些实施例中，该设备还可以包括存储器和处理器电路，该存储器存储指令，该处理器电路被配置为执行这些指令以使致动器以该预选频率和预选相位提供该电激励或该机械激励。
在一些实施例中，该致动器可以被配置为以该预选频率和预选相位提供该电激励或该机械激励。
在一些实施例中，该设备还可以包括滤波器，该滤波器与电源电路耦接，以从电力中选择该预选频率。
在一些实施例中，该框架可以被配置为适配用户的身体特征，并且其中，该第一声波是超声脉冲，该超声脉冲被配置为执行对用户的身体特征的扫描，该设备还包括处理器电路，该处理器电路用于基于对用户的身体特征的扫描来确定该框架相对于用户的身体特征的位置。
在一些实施例中，该固体物可以包括显示器，该显示器被配置为向观众提供图像，该显示器还被配置为提供第二声波，并形成通过组合该第一声波和该第二声波而在选定方向上传播的声束。
在一些实施例中，该固体物可以包括显示器，该显示器被配置为向观众提供图像，该显示器还被配置为提供第二声波，并形成向观众发出的立体声，该立体声利用该第一声波和该第二声波与图像互辅。
在另一实施例中，一种非暂态计算机可读介质存储指令，这些指令在由处理器执行时使得计算机执行一种方法。该方法包括：对与换能器中透明介质耦接的电极的电力进行滤波，以选择用于该透明介质的电激励或机械激励的预定频率。该方法还包括：提供该电激励或该机械激励，以以预定频率从该透明介质的界面产生传播声波，在预选方向上引导该传播声波，以及在透明介质的界面中接收来自预选方向的传入传播声波。
在一些实施例中，在该方法中，引导该传播声波可以包括：组合来自该透明介质的第一声波和来自该透明介质的第二声波，该第一声波和该第二声波具有预定频率，并且由基于该第一声波的源点、该第二声波的源点和该预选方向选择的相位而分开。
在一些实施例中，在该方法中，引导该传播声波可以包括：扫描附近对象的表面，以识别该附近对象的距离、形状或稳定性。
在一些实施例中，在该方法中，接收该传入传播声波可以包括：当该传入传播声波指示该附近对象已移动到不安全位置时生成警告。
还描述了一种系统。该系统包括用于存储指令的装置和用于执行这些指令以使系统执行一种方法的装置。该方法包括：对与换能器中透明介质耦接的电极的电力进行滤波，以选择用于该透明介质的电激励或机械激励的预定频率。该方法还包括：提供该电激励或该机械激励，以以预定频率从该透明介质的界面产生传播声波，在预选方向引导该传播声波，以及在透明介质的界面中接收来自预选方向的传入传播声波。
应当理解的是，本文所描述的适合结合到本公开的一个或多个方面或实施例中的任何特征旨在在本公开的任何及所有方面和实施例中可通用。应当理解的是，根据以下详细描述，本主题技术的其它配置对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中通过图示的方式示出和描述了本主题技术的各种配置。如将认识到的，本主题技术能够进行其它且不同的配置，并且其若干细节能够在各种其它方面进行修改，所有这些都不脱离本主题技术的范围。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
应当理解的是，根据以下详细描述，本主题技术的其它配置对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中通过图示的方式示出和描述了本主题技术的各种配置。如将认识到的，本主题技术能够进行其它且不同的配置，并且其若干细节能够在各种其它方面进行修改，所有这些都不脱离本主题技术的范围。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
图1示出了根据一些实施例的混合现实设备，该混合现实设备包括镜片和透明扬声器。
图2示出了根据一些实施例的智能框架设备，该智能框架设备包括两个透明超声波发射器。
图3A和图3B示出了根据一些实施例的电视显示器，该电视显示器包括透明扬声器。
图4A和图4B示出了根据一些实施例的镜片，该镜片包括用于向镜片中的透明基板提供电激励或机械激励的电极。
图5示出了根据一些实施例的镜片中透明基板的不同振荡模式。
图6示出了根据一些实施例的商场内商店橱窗中的透明扬声器。
图7A和图7B示出了根据一些实施例的车窗中的透明扬声器和超声换能器。
图8是根据一些实施例的示出了如下方法中的步骤的流程图：该方法用于使用显示器、窗户或透镜中的透明基板来产生传播声波。
图9是示出了如下计算机系统的框图：该计算机系统被配置为执行本文所公开的方法中的至少一些步骤。
在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记表示具有相同描述的特征和元件。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体的细节，以提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些具体细节的情况下，对本公开的实施例进行实践。在其它实例中，没有详细示出众所周知的结构和技术，以免模糊本公开。
消费型设备、其它电子产品、公共广播系统和其它产品中的扬声器每年销量超过10亿台。透明扬声器将提供许多实现可能性，特别是在增强现实(augmented reality，AR)和虚拟现实(virtual reality，VR)头戴式设备和智能框架设备领域，因为足够响亮的扬声器可以以重量轻、质量和体积小的方式实现。更一般地，本文所公开的实施例涉及这样的透明声学换能器：这些透明声学换能器包括音频扬声器和传声器、超声波发射器和传感器等，实现了用于成像设备和视觉设备的光学基板。
此外，本文所公开的实施例包括在用于家用窗户、车窗和其它室内或室外建筑应用的光学基板上实现的透明声学换能器。建筑和其它窗户应用提供了以下的便利性：基本上具有自由形状要素，以为任何给定应用设计所需的强度和精度的声学换能器。此外本文所公开的实施例包括这样的软件应用：所述软件应用用于控制如上所述的透明换能器，并为一个或多个传播的声波提供感测、检测、测距和波束特征，以用于期望的目的。
本文所公开的用于声学换能器的透明介质可以包括膜或透明压电材料。在一些实施例中，该膜包括透明有机材料、透明无机材料或上述材料的任何组合。在一些实施例中，透明有机材料可以包括诸如聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene difluoride，PVDF)、超高分子量聚乙烯等聚合物。透明压电材料用于例如液体透镜中，以产生用于AR/VR设备的可变光学光焦度。在一些实施例中，透明压电材料可以包括诸如铌镁酸铅钛酸铅(PMN-PT)(四方、电致伸缩、交流极化)、镍酸镧(Lanthanum nickelate，LNO)、钛酸锂(Lithium titanate，LTO)等陶瓷，以及诸如氧化铟锡等透明导电层等。其它形式的可变透镜基于由边缘定位的压电或静电驱动的透明膜。在本文所公开的实施例中，由透明压电材料(或其它透明材料)制成的膜由边缘定位的致动器以在人类可听频谱内的频率范围驱动，该频率范围具有可变的频率和振幅，例如在10dB至140dB的声压级(sound pressure level，SPL)之间，以产生包含诸如音乐、声音、警报、提示信号等信息的声波。由于本文所公开的膜和压电层的透明性，因此本文所公开的声学换能器可以在窗户、监视器屏幕、电视、蜂窝电话、AR/VR设备、眼镜或其它产品中实现。它的能效由于压电或静电运动而很高，并且可以进行抗反射涂层以提高透明度。在一些实施例中，电源电路提供电压幅度(>50V)以产生具有足够振幅的声波，从而被选定距离处的人听到。
在本文所公开的实施例中，透明介质包括这样的材料：这些材料对在以下光谱中的光具有至少一些透射率(大于0％且高达100％)：可见光光谱(例如，从约400nm到约750nm)、红外光谱(大部分在900nm和25μm之间)、或可见光光谱和红外光谱中的任何部分、或它们的组合。
透明介质包括与环境的这样的界面：该界面振荡以产生通过环境(例如，大气、空气、其它气体、液体、等离子体或甚至固体材料)传播的声波。本文所公开的实施例提供了普遍存在的应用的优点，因为透明介质可以嵌入窗户(建筑、室内/室外、车辆)、显示器的屏幕或交通标志等中。
在一些实施例中，光学基板可以具有这样的专用形状或轮廓：该专用形状或轮廓(例如，透镜、棱镜、反射器、衍射光栅等的曲面)被配置为向头戴式设备、智能框架或任何其它光学设备的用户提供图像。本文所公开的实施例利用了在透明介质中实现快速声学振荡(通常远高于60Hz)的优点，使得透明介质的振荡对光学基板变形的任何影响可以被平衡掉，并且该影响对于用户来说是不可觉察的。
图1示出了根据一些实施例的混合现实设备10A，该混合现实设备包括镜片50-1和50-2(在下文中，统称为“镜片50”)以及透明扬声器100-1和100-2(在下文中，统称为“透明扬声器100”)。框架1支撑镜片50。混合现实设备10A可以包括增强现实(A/R)设备或虚拟现实(V/R)设备，该增强现实设备或虚拟现实设备具有安装在框架1上的显示器115。显示器115可以包括光学基板11，该光学基板被配置为(例如通过显示器115或镜片50)提供图像。在一些实施例中，显示器115的图像可以由处理器电路20执行存储在存储电路12中的指令而提供。电源电路15向致动器101提供电力。在一些实施例中，电源电路15由处理器电路20执行存储在存储电路12中的指令而控制。在一些实施例中，电源电路15可以包括高压光学变压器(high voltage optical transformer，HVOT)，该高压光学变压器是紧凑的且有成本效益的，以使得能够在VR/AR空间中实现更多的应用。致动器101接收电力并向透明扬声器100提供电激励或机械激励。
换能器100包括透明介质110，该透明介质结合到光学基板11并被配置为响应于电激励或机械激励，基于所接收的来自处理器和数字信号处理单元(digital signalprocessing，DSP)的信号的频率和振幅进行振荡。在一些实施例中，透明介质110包括透明膜或透明压电材料层。在一些实施例中，透明介质110可以包括这样的抗反射涂层：该抗反射涂层至少在可见光光谱的选定部分中用于提高光学透明度。由透明介质110的振荡产生的声波可以在可听频谱范围(例如，从约20Hz到约20kHz)内、或者超声波范围(>20kHz，高达数百千赫兹，或者甚至1兆赫，1MHz＝106Hz)内操作。更具体地，在一些实施例中，产生的声波的频率可以在1Hz到100kHz的范围内。在一些实施例中，声波的振幅在10dB到140dB声压级(SPL)的范围内。
通过致动器101将透明介质110移动位移dZ，以产生至少部分地传输通过透明介质110的界面的声波。在一些实施例中，图像的至少一部分传输通过透明介质110。在一些实施例中，位移dZ是这样的线性位移：该线性位移沿着基本上垂直于透明介质110的界面(例如，沿着镜片50的平面)的方向。
图2示出了根据一些实施例的包括两个透明超声波发射器200-1和200-2(在下文中，统称为“超声波发射器200”)的智能框架10B。存储电路12、电源电路15和处理器电路20如上参照混合现实设备10A所述。框架1和镜片50-1和50-2也如上所述，只是在这种情况下镜片50可以仅包括光学基板11而没有显示器。因此，智能框架设备10B可以作为用户40的常规眼镜片在光学上工作。在一些实施例中，处理器电路20可以执行指令以引导电源电路15经由致动器201向超声波发射器200提供电激励或机械激励。因为超声波发射器200包括透明介质(例如，膜或透明压电层)，所以本文所公开的实施例可以在两个镜片50中的一个镜片的界面上使用任意数量的超声波发射器，而不干扰智能框架10B的光学性能。
超声波发射器200产生声波210-1和210-2(在下文中，统称为“声波210”)，当这些声波具有预定的相对相位时，这些声波产生可以在用户40的面部上扫描的超声波束211。超声波束211可用于执行深度测量并获得用户40的面部的三维(three-dimensional，3D)表示。对超声波发射器200的数量、位置、面积和形状的选择可以被选定，以通过存储电路12中的指令、处理器电路20和致动器201来适应超声波束211期望的方向、强度和频率。在一些实施例中，超声波束211可以用于扫描用户40的眼睛，并通过检索眼睛表面的精确形状来确定眼睛瞳孔的位置或方向。
在一些实施例中，超声波束211可以更一般地用于个人的生物特征识别。因此，每个个人都有独特的面部、眼睛、鼻子的3D几何形状(非常像指纹)，以及它们的相对比例。因此，在一些实施例中，超声波束211可以收集这样的信息面部生物特征信息：该面部生物特征信息可以用于推断佩戴着该设备的人是否确实是该设备的所有者。因此，如果用户被正确识别，则可以解锁该设备。
图3A和图3B示出了根据一些实施例的包括透明扬声器300A、300B-1和300B-2(在下文中，统称为“透明扬声器300”)的电视(television，TV)显示器30A和30B(在下文中，统称为“TV显示器30”)。存储电路12、电源电路15和处理器电路20如上参照混合现实设备10A和智能框架10B所述。透明扬声器300包括透明介质310，该透明介质通过接收来自致动器301的电激励或机械激励而被诱发振荡，该致动器可以(与显示器315一起)安装在框架1上，并由电源电路15供电。与本公开一致，透明介质300可以包括透明膜(例如，该透明膜包括有机材料或无机材料)或压电材料的透明层。
透明介质300的所诱发的振荡产生通过显示器315的与空气接触的表面的传播声波。在一些实施例中，可以引导透明扬声器300B-1和300B-2产生这样的传播声波：这些传播声波具有被调整的相对相位以产生被引导到用户45的各个耳朵的两个声束310-1和310-2(在下文中，统称为“声束310”)。因此，显示器30B可以为用户45提供立体声体验。与本公开一致，处理器电路20一旦执行存储在存储电路12中的指令，就可以对由透明扬声器300B产生的声波之间的相对相位进行调整。尽管显示器30B包括两个透明扬声器300B，但是这并不限制可以在TV显示器30中使用的透明扬声器的数量、布置和大小。
通过处理器电路20对声束310的数字控制使得能够使用时序交替模式，其中，在提供给透明扬声器300B的一系列脉冲中，一些脉冲可以通过波束310-1被定向，而其它脉冲可以通过波束310-2被定向。可以按频率调整时序模式，使得用户45在“同步”体验中同时感知声束310。
图4A和图4B示出了根据一些实施例的镜片450A和450B(在下文中，统称为“镜片450”)，这些镜片包括用于向镜片450中的透明基板400A和400B(在下文中，统称为“透明基板400”)提供电激励或机械激励的致动器401A和401B(在下文中，统称为“致动器401”)。基板400A可以包括透明膜，而基板400B可以包括透明压电层。
通过致动器401移动基板400。在一些实施例中，致动器401是这样的边缘定位致动器：所述边缘定位致动器产生基本上垂直于基板400A与镜片450所嵌入的介质的界面的位移dZ。基板400的振荡位移产生了传播通过该介质的声波。声波传播通过的介质可以是空气、任何其它气体、液体或任何其它流体。
图5示出了根据一些实施例的镜片550中的透明基板500的不同振荡模式531A、531B和531C(在下文中，统称为“振荡模式531”)。示出了笛卡尔参考坐标系XYZ，以便于理解本公开，但是不旨在在所公开特征的取向、布置和构造的任何方面进行限制。因此，非限制地且仅出于说明目的，可以假设透明基板500位于笛卡尔参考坐标系的XY平面中。
可以通过配置由致动器501提供给透明基板500的激励来选择振荡模式531。多个振荡模式531中的各个振荡模式可以具有不同的频率响应和不同的响度曲线，可以通过电子地调整提供给致动器501的电力来利用这些频率响应和响度曲线对用户有利。例如，在一些实施例中，可以通过存储在存储电路中并由本文所公开的处理器电路执行的软件指令来控制到致动器501的一个或多个电信号的频率、相位和方向。
在一些实施例中，模式531A和531B可以由在透明基板500(例如，压电层)中引起的、与由致动器501施加的电场E(例如，沿着Z轴的E)垂直的(分别沿着X轴或Y轴的)位移产生。在模式531C中，压电层的振荡方向可以平行于电场(例如，沿着Z轴)。
图6示出了根据一些实施例的商场65内的商店橱窗615中的透明扬声器600A-1和600A-2(下文中，统称为“透明扬声器600A”)。在一些实施例中，商店橱窗615还可以包括透明超声换能器600B-1和600B-2(在下文中，统称为“超声换能器600B”)。存储电路12存储待由处理器电路20执行以使透明扬声器600A如本文所公开的那样操作的指令。此外，电源电路15向存储电路12、处理器电路20和透明扬声器600A提供电力。
两位购物者60A和60B(在下文中，统称为“购物者60”)在商店外在相对于商店橱窗615的不同方向上移动。可以通过透明超声换能器600B来检测购物者60的位移(例如，方向、距离和速度)。基于购物者60的位移，透明扬声器600A可以由处理器电路20执行的软件指令来配置，以将声束610-1引导到购物者60A，并将声束610-2引导到购物者60B。在一些实施例中，考虑到购物者60的不同动力，声束610可以指向不同的方向，并且还包括给购物者60A和60B的不同声音消息。例如，在注意到购物者60B正前往商场出口时，声束610-2可以包括告别和感谢消息。而注意到购物者60A正走向购物窗户615时，声束610-1可以包括有吸引力的消息。
图7A和图7B示出了根据一些实施例的车窗中的透明扬声器700A-1和700A-2(在下文中，统称为“透明扬声器700A”)和透明超声换能器700B-1、700B-2、700B-3、700B-4、700B-5、700B-6、700B-7、700B-8、700B-9、700B-10、700B-11和700B-12(在下文中，统称为“透明超声换能器700B”)。存储电路12存储待由处理器电路20执行以使透明扬声器700A和透明超声换能器700B如本文所公开的那样操作的指令。此外，电源电路15向存储电路12、处理器电路20、透明扬声器700A和透明超声换能器700B提供电力。
在大面积车窗内添加本文所公开的透明基板的能力提供了这样的机会：使用本文所公开的技术以便以期望的音量和附加的立体声特征处理给汽车75A的乘员的音频信号。此外，在车窗中使用本文所公开的透明基板可以进一步扩展超声波传感器的使用，以准确地确定汽车75B-1、75B-2和75B-3在行驶或静止状态下的相对位置。
图7A示出了汽车75A的驾驶员70，其中，挡风玻璃715包括透明扬声器700A。在一些实施例中，将两个透明扬声器700A组合以产生指向驾驶员70的各个耳朵的声束710-1和710-2(在下文中，统称为“声束710”)。因此，透明扬声器700A可以向驾驶员70提供立体声音频信号。此外，透明超声换能器700B-1和700B-2可以被配置为扫描驾驶员70的面部和眼睛，并确定驾驶员对前方道路的敏锐度和注意力。例如，在一些实施例中，一旦确定驾驶员70变得昏昏欲睡、睡着或只是没有注意前方道路，处理器电路20就可以指示透明扬声器700A向驾驶员70提供响亮的警报。
图7B示出了在一个或多个窗户中装备有如本文所公开的透明超声换能器700B的汽车75B-1、75B-2和75B-3(在下文中，统称为“汽车75B”)。使用透明超声换能器700B，汽车75B可以准确和快速地确定各汽车之间的相对位置720A、720B和720C(在下文中，统称为“相对位置720”)。使用本文所公开的透明基板使得能够实现多个大面积超声波传感器，这些传感器可以具有更长的到达距离和更高的精确度来精确确定相对位置720。在一些实施例中，汽车75B还可以包括汽车内的透明扬声器(例如，透明扬声器700A)，该透明扬声器可以由处理器电路20指示以向驾驶员告警以下项的任何危险的接近：另一辆汽车、行人或道路上的任何其它障碍物。
图8是示出了根据一些实施例的在显示器、窗户或透镜中使用透明基板来产生传播声波的方法800中的步骤的流程图。方法800可以至少部分地由处理器电路执行存储在混合现实设备、智能框架、显示器、窗户或透镜中的存储电路(如本文所公开的(参见存储电路12和处理器电路20、混合现实设备10A、智能框架设备10B、TV显示器30A、镜片450、商店橱窗615和挡风玻璃715))中的指令而执行。这些设备可以包括光学基板和形成透明换能器的透明介质，其被配置为以预定频率并在预选方向上提供或接收传播声波或声束(例如，透明扬声器100、300、400、600、700A和透明超声换能器200、700B)。与本公开一致的实施例可以包括如下的方法：这些方法具有800中的至少一个或多个步骤，该至少一个或多个步骤以不同顺序、同时、准同时或在时间上重叠执行。
步骤802包括，对与扬声器中的透明介质耦接的电极的电力进行滤波，以选择用于该透明介质的电激励或机械激励的预定频率。
步骤804包括，提供该电激励或机械激励，以以预定频率从该透明介质的界面产生传播声波。
步骤806包括，在预选方向上引导该传播声波。在一些实施例中，步骤806包括，扫描附近对象的表面，以识别附近对象的距离、形状或稳定性。在一些实施例中，步骤806包括，组合来自透明介质的第一声波和来自透明介质的第二声波，该第一声波和该第二声波具有预定频率并由基于第一声波的源点、第二声波的源点和预选方向选择的相位分开。
步骤808包括，在透明介质的界面中接收来自预选方向的传入传播声波。在一些实施例中，步骤808包括，当传入传播声波指示附近对象已移动到不安全位置时，生成警告。
硬件概述
图9是示出示例性计算机系统900的框图，利用该计算机系统可以实现图1至图6的设备(例如，混合现实设备、智能框架10A、10B、TV显示器30、商店橱窗600和车窗)、以及图8的方法。在某些方面，可以使用硬件、或软件和硬件的组合，要么在专用服务器中、要么集成到另一实体中、要么跨多个实体分布来实现计算机系统900。
计算机系统900包括总线908或用于传送信息的其它通信机制、以及与总线908耦合以用于处理信息的处理器902(例如，处理器电路20)。举例来说，计算机系统900可以用一个或多个处理器902实现。处理器902可以是通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)、控制器、状态机、门逻辑、分立的多个硬件部件、或可执行计算或其他信息操纵的任何其他合适的实体。
除了硬件之外，计算机系统900还可以包括创建所讨论的计算机程序的执行环境的代码，例如，构成存储在所包括的存储器904(例如，存储电路12)中的以下项的代码：处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、或它们中的一个或多个的组合，该存储器例如为随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、闪存、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、紧凑型光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或任何其它合适的存储设备，该存储器与总线908耦合以用于存储信息和待由处理器902执行的指令。处理器902和存储器904可由专用逻辑电路补充或被并入专用逻辑电路中。
指令可以存储在存储器904中，并且可以在一个或多个计算机程序产品中实现，该一个或多个计算机程序产品即为多个计算机程序指令的一个或多个模块，这些计算机程序指令被编码在计算机可读介质上、以供计算机系统900执行或控制该计算机系统900的操作，并且根据本领域技术人员所众所周知的任何方法，这些计算机程序指令包括但不限于诸如面向数据的语言(例如，SQL、dBase)、系统语言(例，如C、扩充C的面向对象编程语言(Objective-C)、C++、汇编)、结构性语言(例如，Java、.NET)以及应用程序语言(例如，PHP、Ruby、Perl、Python)等计算机语言。指令还可以以诸如阵列语言、面向方面语言、汇编语言、创作语言(authoring language)、命令行接口语言、编译语言、并发语言、波形括号语言(curly-bracket language)、数据流语言、数据结构化语言、声明性语言、深奥的语言(esoteric language)、扩展语言(extension language)、第四代语言、函数式语言、交互模式语言、解释型语言、交互式语言(iterative language)、基于列表的语言(list-basedlanguage)、小语言(little language)、基于逻辑的语言、机器语言、宏语言、元编程语言、多范式语言(multiparadigm language)、数值分析、非基于英语的语言(non-English-based language)、基于类的面向对象语言、基于原型的面向对象语言、越位规则语言(off-side rule language)、过程式语言、反射式语言(reflective language)、基于规则的语言、脚本语言、基于堆栈的语言、同步式语言、语法处理语言(syntax handling language)、视觉语言、Wirth语言和基于XML的语言等计算机语言实现。存储器904还可以用于在执行待由处理器902执行的指令期间，存储临时变量或其它中间信息。
如本文所讨论的计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存有其他程序或数据的文件的一部分(例如，存储在标记语言文档照片中的一个或多个脚本)中、专用于所论述的程序的单个文件中、或者多个协同文件(例如，存储有一个或多个模块、子程序、或部分代码的文件)中。计算机程序可以被部署为在一台计算机或多台计算机上执行，该多台计算机位于一个站点处或跨越多个站点分布且通过通信网络互连。本说明书中描述的过程和逻辑流可以由一个或多个可编程处理器执行一个或多个计算机程序来执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。
计算机系统900还包括诸如磁盘或光盘等数据存储设备906，该数据存储设备506与总线908耦接以用于存储信息和指令。计算机系统900可以通过输入/输出模块910耦接至各种设备。输入/输出模块910可以是任何输入/输出模块。示例性输入/输出模块910包括诸如USB端口等数据端口。该输入/输出模块910被配置为连接至通信模块912。示例性通信模块912包括网络接口卡，例如以太网卡和调制解调器。在某些方面，输入/输出模块910被配置为连接至多个设备，例如，输入设备914和/或输出设备916。示例性输入设备914包括键盘和定点设备(例如，鼠标或跟踪球)，用户可通过键盘和定点设备向计算机系统900提供输入。其它类型的输入设备914也可以用于提供与用户的交互，例如触觉输入设备、视觉输入设备、音频输入设备、或脑机接口设备。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以包括声音输入、语音输入、触觉输入或脑电波输入的任何形式来接收来自用户的输入。示例性输出设备916包括用于向用户显示信息的显示设备，例如液晶显示(liquid crystal display，LCD)监视器。
根据本公开的一方面，可以响应于处理器902执行存储器904中包含的一个或多个指令的一个或多个序列，使用计算机系统900来实现混合现实设备10A。可以将这些指令从另一机器可读介质(例如，数据存储设备906)读入到存储器904中。对包含在主存储器904中的指令序列的执行，使得处理器902执行本文所描述的过程步骤。还可以采用多处理配置中的一个或多个处理器来执行包含在存储器904中指令序列。在替代方面，可以使用硬连线电路来代替软件指令，或可以将硬连线电路与软件指令组合使用，以实现本公开的各种方面。因此，本公开各方面不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
本说明书中所描述的主题的各方面可以在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，作为数据服务器)、或包括中间软件部件(例如，应用服务器)、或者包括前端部件(例如，具有图形用户界面或网页浏览器的客户端计算机，用户可以通过该图形用户界面或网页浏览器与本说明书中描述的主题的实施方式进行交互)；或者包括一个或多个这种后端部件、一个或多个这种中间软件部件或一个或多个这种前端部件的任意组合。该系统的各部件可以通过数字数据通信的任何形式或媒介(例如，通信网络)互连。通信网络可以例如包括LAN、WAN、互联网等中的任何一种或多种。此外，例如，通信网络可以包括但不限于以下网络拓扑中的任何一种或多种，这些网络拓扑包括总线网络、星形网络、环形网络、网状网络、星形总线网络、树形或分层网络等。通信模块例如可以是调制解调器或以太网卡。
计算机系统900可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系是借助于运行在各自的计算机上且彼此之间具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生的。例如，计算机系统900可以是但不限于台式计算机、膝上型计算机或平板计算机。计算机系统900还可嵌入在另一设备中，该另一设备例如但不限于，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频播放器、全球定位系统(GPS)接收机、视频游戏控制台、和/或电视机顶盒。
如本文所使用的术语“机器可读存储介质”或“计算机可读介质”是指，参与向处理器902提供指令以用于执行的任何一个或多个介质。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于，非易失性介质、易失性介质和传输介质。例如，非易失性介质包括光盘或磁盘，例如数据存储设备906。易失性介质包括动态存储器，例如存储器904。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，上述同轴电缆、铜线和光纤包括包含总线908的线。例如，机器可读介质的常见形式包括软盘(floppy disk)、软盘(flexible disk)、硬盘、磁带、任何其它磁介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH EPROM、任何其它存储器芯片或卡带、或计算机可以读取的任何其它介质。机器可读存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基体(machine-readable storagesubstrate)、存储器设备、影响机器可读传播信号的物质的组合、或者它们中的一个或多个的组合。
如本文所使用的，在一系列项目之后的短语“中的至少一个”，与用于分隔这些项目中任何一个的术语“和”或“或”一起在整体上修饰列表，而不是修饰该列表的每个元素(例如，每个项目)。短语“中的至少一个”并不要求选择至少一个项目；而是，该短语的意思是包括这些项目中的任何一项中的至少一个，和/或这些项目的任何组合中的至少一个，和/或这些项目中的每项中的至少一个。作为示例，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”均指的是：仅A、仅B或仅C；A、B和C的任意组合；和/或，A、B和C的每项中的至少一个。
就在本说明书或权利要求中使用的术语“包含”或“具有”而言，这种术语旨在以类似于术语“包括”在其在权利要求中用作过渡词时被解释的方式是开放性的。在本文中，词语“示例性”用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例优选或有利。
除非特别说明，否则对单数形式的元素的提及并非旨在意味着“一个且仅有一个”，而是“一个或多个”。本领域普通技术人员已知或以后将知晓的、贯穿本公开所描述的各种配置的元素的所有结构和功能等同物均旨在通过引用明确地并入本文，并旨在被本主题技术所包含。此外，本文所公开的任何内容均不旨在奉献给公众，无论这种公开是否明确记载在以上描述中。
虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对可能被主张的内容的范围的限制，而应被解释为对该主题的特定实施方式的描述。在本说明书中在不同实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实现或以任何合适的子组合实现。此外，尽管特征可能在以上被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被要求为如此，但是在一些情况下，来自所主张的组合的一个或多个特征可以从该组合中去除，并且所主张的组合可以针对子组合或子组合的变型。
已经在特定方面描述了本说明书的主题，但其它方面可以被实现并且位于所附权利要求的范围内。例如，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应当被理解为要求以所示的特定顺序或以连续顺序执行这些操作，或者要求执行所有示出的操作以实现期望的结果。权利要求中所描述的动作可以以不同的顺序执行，并且仍然实现了期望的结果。作为一个示例，附图中所描绘的过程不一定要求所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。在某些情况下，多任务并行处理可能是有利的。此外，不应将上述多个方面中的各个系统部件的分开理解为要求在所有方面中都进行这样的分开，而应理解的是，所描述的程序组件和系统通常可以在一个软件产品中集成在一起或封装在多个软件产品中。其它变型在所附权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种换能器，包括：
基板，所述基板被配置为设置在固体物上；
透明介质，所述透明介质结合到所述基板，并且被配置为一旦接收到电激励或机械激励就以预选频率振荡，并提供第一声波；以及
致动器，所述致动器被配置为接收电力，并向所述透明介质提供所述电激励或所述机械激励，其中，所述固体物的至少一部分是通过所述透明介质可视的，并且所述第一声波至少部分地传输通过所述透明介质的界面。
2.根据权利要求1所述的换能器，其中，所述透明介质包括压电材料。
3.根据权利要求1或2所述的换能器，其中，所述预选频率处于人类可听频谱内，所述人类可听频谱包括从20赫兹到20千赫兹的范围。
4.根据权利要求1、2或3所述的换能器，其中，所述透明介质被配置为基于所述透明介质的形状和所述致动器的几何配置，一旦接收到所述电激励或所述机械激励就以预选振荡模式振荡。
5.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中，所述第一声波是具有在约20kHz到约1MHz之间的预选频率的超声脉冲，所述超声脉冲被进一步配置为扫描接近所述换能器的对象的形状和稳定性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，所述换能器还被配置为提供第二声波，并通过将所述第一声波与所述第二声波组合来形成在选定方向上传播的声束；和/或
所述换能器优选地还被配置为提供第二或更多声波，并用所述第一声波和所述第二或更多声波形成与所述固体物中的图像相辅的立体声。
7.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中，所述基板是如下中任何一者的一部分：窗户、车窗、交通标志、计算机监视器、移动设备屏幕、镜片或增强现实设备的目镜。
8.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中，所述透明介质的界面是流体界面、固体界面或等离子体界面。
9.一种设备，包括：
框架；
显示器，所述显示器安装在所述框架上，所述显示器包括基板，所述基板被配置为设置在固体物上；
电源电路，所述电源电路被配置为提供电力；
致动器，所述致动器被配置为接收所述电力，并提供电激励或机械激励；以及
换能器，所述换能器包括：
透明介质，所述透明介质结合到所述基板，并且被配置为响应于所述电激励或所述机械激励以预选频率振荡，以提供第一声波，其中，所述固体物的至少一部分是通过所述透明介质可视的，并且所述第一声波至少部分地传输通过所述透明介质的界面。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括存储器和处理器电路，所述存储器存储指令，所述处理器电路被配置为执行所述指令以使所述致动器以所述预选频率和预选相位提供所述电激励或所述机械激励。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其中，所述致动器被配置为以所述预选频率和预选相位提供所述电激励或所述机械激励；和/或
所述设备优选地还包括滤波器，所述滤波器与所述电源电路耦接，以从所述电力中选择所述预选频率。
12.根据权利要求9、10或11所述的设备，其中，所述框架被配置为适配用户的身体特征，并且其中，所述第一声波是超声脉冲，所述超声脉冲被配置为执行对所述用户的身体特征的扫描，所述设备还包括处理器电路，所述处理器电路用于基于对所述用户的身体特征的扫描来确定所述框架相对于所述用户的身体特征的位置。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的设备，其中，所述固体物包括显示器，所述显示器被配置为向观众提供图像，所述显示器还被配置为提供第二声波并形成以下各者中的一者或多者：
i.通过组合所述第一声波和所述第二声波而在选定方向上传播的声束；
ii.向观众发出的立体声，所述立体声利用所述第一声波和所述第二声波与所述图像互辅。
14.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得计算机执行方法，所述方法包括：
对与换能器中透明介质耦接的电极的电力进行滤波，以选择用于所述透明介质的电激励或机械激励的预定频率；
提供所述电激励或所述机械激励，以以所述预定频率从所述透明介质的界面产生传播声波；
在预选方向引导所述传播声波；以及
在所述透明介质的界面中接收来自所述预选方向的传入传播声波。
15.根据权利要求14所述的非暂态计算机可读介质，其中，在所述方法中：
i.引导所述传播声波包括：组合来自所述透明介质的第一声波和来自所述透明介质的第二声波，所述第一声波和所述第二声波具有所述预定频率，并由基于所述第一声波的源点、所述第二声波的源点和所述预选方向选择的相位而分开；和/或
ii.引导所述传播声波包括：扫描附近对象的表面，以识别所述附近对象的距离、形状或稳定性；和/或
iii.接收所述传入传播声波包括：当所述传入传播声波指示所述附近对象已移动到不安全位置时，生成警告。
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