專利名稱：彈性波觸覺(jué)界面的制作方法
彈性波觸覺(jué)界面對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本發(fā)明與2009年3月3日遞交的題為“Dynamic Tactile Interface”(代理機(jī)構(gòu) 卷號(hào)C0W-007-1)的共同待審查的美國(guó)專利申請(qǐng)No._相關(guān)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及觸覺(jué)界面，更具體而言，涉及使用張緊的彈性材料的觸覺(jué)界面。觸覺(jué)界面隨著計(jì)算、通信、和游戲平臺(tái)的繁榮并且隨著它們的能力的提升變得日 益重要。開(kāi)發(fā)者持續(xù)地尋求傳遞信息的另外的方式，并且尋求創(chuàng)造性的不同的人機(jī)界面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種在可變形的材料上呈現(xiàn)三維觸覺(jué)特征的觸覺(jué)界面，包 括張緊的彈性材料；多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器，被安置在張緊的彈性材料的周界周圍，每個(gè) 驅(qū)動(dòng)器包括第一電極，第一電極的頂表面被耦合于張緊的彈性材料，第二電極，以及壓電 材料，壓電材料被放置于第二電極的頂表面與第一電極的底表面之間；以及驅(qū)動(dòng)器電路，被 耦合于多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的第一電極和第二電極，被配置成接收用于多個(gè)各自可控的 驅(qū)動(dòng)器中所選擇的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的控制信息，并且被配置成在與所述多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器 中所選擇的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的觸覺(jué)界面的區(qū)域中的張緊的彈性材料中產(chǎn)生波圖案。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種在觸覺(jué)界面上提供觸覺(jué)圖像的方法，其中觸覺(jué)界面 包括被安置在彈性材料的周界周圍的多個(gè)各自可控的壓電激活的驅(qū)動(dòng)器，各自可控的壓電 激活的驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器包括頂部電極、底部電極和壓電材料，該方法包括將時(shí)變電 勢(shì)差應(yīng)用于多個(gè)各自可控的壓電激活的驅(qū)動(dòng)器的頂部電極和底部電極兩端，以響應(yīng)于時(shí)變 電勢(shì)差至少在彈性材料的區(qū)域中形成駐波圖案，其中響應(yīng)于使用穩(wěn)態(tài)振蕩頻率和穩(wěn)態(tài)振蕩 頻率的諧波中的至少之一對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生駐波圖案；以及以與穩(wěn)態(tài)振蕩頻率和 穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的諧波不同的振蕩頻率對(duì)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的子集進(jìn)行調(diào)制，以形成觸覺(jué)圖像。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種用于與觸覺(jué)界面進(jìn)行接口的裝置，其中觸覺(jué)界面包 括被安置在張緊的彈性材料的周界周圍的多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器包括第一 電極，第一電極的頂表面被耦合于張緊的彈性材料；第二電極；以及壓電材料，壓電材料被 放置于第二電極的頂表面與第一電極的底表面之間。該裝置包括轉(zhuǎn)換引擎，被配置成確定 用于多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的控制信息需求；以及觸覺(jué)界面控制器，被耦 合于轉(zhuǎn)換引擎并且被配置成至少部分基于來(lái)自轉(zhuǎn)換引擎的控制信息需求來(lái)提供控制信息， 其中觸覺(jué)界面控制器還被設(shè)置成有選擇地將控制信息耦合于多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的子 集，以使得在與多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的子集相關(guān)聯(lián)的觸覺(jué)界面的區(qū)域中產(chǎn)生張緊的彈性 材料中的觸覺(jué)圖像。


結(jié)合所附權(quán)利要求、并結(jié)合附圖，將會(huì)更好地理解下面的詳細(xì)描述，其中示出了本
5公開(kāi)的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開(kāi)的各種實(shí)施例不 限于圖中所示出的確切的設(shè)置和手段。在圖中圖1是圖示彈性波觸覺(jué)界面的剖視圖；圖2A和圖2B是圖示圖1的彈性波觸覺(jué)界面的俯視圖；圖3A和圖3B是根據(jù)圖1的彈性波觸覺(jué)界面的示例駐波圖案的圖示；圖4是根據(jù)圖1的彈性波觸覺(jué)界面的示例觸覺(jué)圖像的圖示；圖5是圖示彈性波觸覺(jué)界面的可替選的實(shí)施例的剖視圖；圖6是圖示圖4的彈性波觸覺(jué)界面的可替選的驅(qū)動(dòng)器的側(cè)視圖；圖7是圖示圖4的彈性波觸覺(jué)界面的可替選的驅(qū)動(dòng)器的壓電電極結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖8是圖示用于彈性波觸覺(jué)界面的多個(gè)實(shí)施例的電子控制電路的框圖；圖9是圖示包括彈性波觸覺(jué)界面的實(shí)施例的電子設(shè)備的框圖；圖10是圖示用于為彈性波觸覺(jué)界面的實(shí)施例提供觸覺(jué)圖像的示例過(guò)程的流程 圖；并且圖11是圖示計(jì)算機(jī)和/或架構(gòu)的方框圖，全部根據(jù)本公開(kāi)被設(shè)置。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)描述中，參照形成詳細(xì)描述的一部分的附圖。在圖中，類似的標(biāo)記通 常標(biāo)識(shí)類似的部件，除非上下文另有規(guī)定。詳細(xì)描述、圖和權(quán)利要求中所描述的圖示性實(shí)施 例不意味著是限制性的。在不脫離此處所表達(dá)的主題內(nèi)容的精神或范圍的情況下，可以采 用其他實(shí)施例并且可以進(jìn)行其他改變。會(huì)很容易理解的是，如本文中總體上所描述的和圖 中所圖示的本公開(kāi)的特點(diǎn)能夠以許多各種不同的配置被設(shè)置、替換、組合和設(shè)計(jì)，其全部都 是明確地被預(yù)見(jiàn)的并作為本公開(kāi)的一部分。簡(jiǎn)言之，本公開(kāi)的多個(gè)實(shí)施例包括包括張緊的彈性材料的觸覺(jué)界面。在一些示例 中，多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器可以被安置在張緊的彈性材料的周界周圍，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器包括第 一電極，其中第一電極的頂表面被附著于張緊的彈性材料；第二電極；以及壓電材料，壓電 材料被放置于第二電極的頂表面與第一電極的底表面之間。驅(qū)動(dòng)器電路可以被設(shè)置成施加 用于多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的控制信息，以在張緊的彈性材料中產(chǎn)生至少 一個(gè)波圖案。還描述了在觸覺(jué)界面上提供觸覺(jué)圖像的方法，其中示例觸覺(jué)界面包括彈性材料和 多個(gè)各自可控的壓電激活的驅(qū)動(dòng)器，各自可控的壓電激活的驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器包括頂 部電極、底部電極和壓電材料，所述方法包括在被安置在張緊的彈性材料的周界周圍的多 個(gè)各自可控的壓電激活的驅(qū)動(dòng)器的頂部電極和底部電極兩端提供時(shí)變電勢(shì)差，以響應(yīng)于時(shí) 變電勢(shì)差在彈性材料中形成駐波圖案，其中可以根據(jù)使用穩(wěn)態(tài)振蕩頻率和穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的 諧波中的至少之一對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生駐波圖案。以與穩(wěn)態(tài)振蕩頻率和穩(wěn)態(tài)振蕩頻 率的諧波不同的振蕩頻率對(duì)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的子集進(jìn)行調(diào)制，以形成觸覺(jué)圖像。圖9是圖示包括本公開(kāi)的彈性波觸覺(jué)界面10的電子設(shè)備710的框圖。彈性波觸 覺(jué)界面10可以被配置成允許通過(guò)在彈性波觸覺(jué)界面10上形成觸覺(jué)圖像12，將視覺(jué)圖像14 或視覺(jué)圖像14內(nèi)的視覺(jué)特征16通過(guò)其觸感呈現(xiàn)給電子設(shè)備的用戶700。彈性波觸覺(jué)界面10通過(guò)在彈性波觸覺(jué)界面10的彈性材料的特定區(qū)域中使用駐波或行波來(lái)生成觸覺(jué)感知， 可以增進(jìn)用戶體驗(yàn)，其中觸覺(jué)反饋是有益的。彈性波觸覺(jué)界面10可以作為可視顯示器類型 的設(shè)備的一部分、或者作為沒(méi)有任何可視顯示器的設(shè)備被實(shí)施。在一些實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于視 覺(jué)圖像的觸覺(jué)圖像或觸覺(jué)圖像的一部分通過(guò)彈性波觸覺(jué)界面10被呈現(xiàn)。例如，為了改進(jìn)基 于手指的文本錄入的精確度，在需要觸覺(jué)反饋的、對(duì)應(yīng)于所顯示的圖像的區(qū)域的彈性波觸 覺(jué)界面10的某些區(qū)域中向用戶提供觸覺(jué)感知。在一些實(shí)施例中，彈性波觸覺(jué)界面10呈現(xiàn) 并非意在用于視覺(jué)顯示的信息，諸如僅僅通過(guò)觸覺(jué)界面呈現(xiàn)的布萊葉點(diǎn)字法或其他信息。在能夠被呈現(xiàn)以用于視覺(jué)顯示的圖像的情形中，圖像的一部分，如，風(fēng)景、背景、圖 像的組成部分(例如地板、地面)，可以通過(guò)觸覺(jué)界面被呈現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，用戶在對(duì)應(yīng) 于視覺(jué)圖像的信息(例如，視覺(jué)圖像中的表面或特定信息)通過(guò)彈性波觸覺(jué)界面10被呈現(xiàn) 的同時(shí)觀看圖像。與適當(dāng)?shù)能浖嘟M合的處理器可以被配置成確定視覺(jué)圖像的什么部分將 被譯碼或被選擇以用于通過(guò)彈性波觸覺(jué)界面10進(jìn)行觸覺(jué)顯示。在一些實(shí)施例中，所顯示的視覺(jué)圖像例如是用戶與電子設(shè)備之間的圖形用戶界 面。S卩，如圖7所圖示的，彈性波觸覺(jué)界面10可以被用來(lái)形成用戶700與電子設(shè)備710之 間的用戶界面(UI)20的至少一部分。在電子設(shè)備710的操作期間，響應(yīng)于對(duì)與動(dòng)態(tài)觸覺(jué)界 面的用戶交互的檢測(cè)，所顯示的視覺(jué)圖像14可以改變，從而生成提供機(jī)會(huì)用于觸覺(jué)反饋的 彈性波觸覺(jué)界面10的不同區(qū)域。例如，視覺(jué)圖像14可以是包括用于由用戶進(jìn)行選擇或“點(diǎn) 擊”的按鈕、鏈接或其他標(biāo)識(shí)16的網(wǎng)頁(yè)。視覺(jué)圖像14上的這些標(biāo)識(shí)16是彈性波觸覺(jué)界面 10上的觸覺(jué)反饋的區(qū)域，為此可以期望使用的簡(jiǎn)便或精確度的提高。彈性波觸覺(jué)界面10可以在具有或采用視覺(jué)或觸敏顯示器的任何電子設(shè)備710 (例 如計(jì)算機(jī)、膝上型電腦、視頻游戲屏或控制臺(tái)、個(gè)人數(shù)字助理、移動(dòng)電話、移動(dòng)媒體播放器、 其他觸摸屏界面等)中、在其上、或與其相結(jié)合來(lái)實(shí)施，以傳遞對(duì)應(yīng)于在電子設(shè)備710的顯 示器上所呈現(xiàn)的視覺(jué)信息的觸覺(jué)感知。在一些實(shí)施例中，彈性波觸覺(jué)界面10可以在移動(dòng)電 話的觸摸屏界面中或者作為其一部分被實(shí)施。在一些另外的實(shí)施例中，彈性波觸覺(jué)界面10 可以在觸覺(jué)鍵盤中被實(shí)施并且在鍵通常所位于的鍵盤的區(qū)域中提供觸覺(jué)反饋。在一些其他 實(shí)施例中，彈性波觸覺(jué)界面10可以在設(shè)備的不可見(jiàn)的部分中(諸如在膝上型電腦的觸摸板 中)被實(shí)施并提供觸覺(jué)反饋，例如在代表左和右鼠標(biāo)按鈕的觸摸板的區(qū)域中。圖1是圖示根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的彈性波觸覺(jué)界面的剖視圖，其中彈性材料100 在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器110之間保持高度張緊的狀態(tài)。彈性波觸覺(jué)界面10的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110包括 被設(shè)置成與底部電極108和頂部電極104有電聯(lián)系的壓電材料106。如圖1中所示出的，總 體上沿與彈性波觸覺(jué)界面10的表面正交的軸線120排列電極104、108以及壓電材料106 的幾何中心。彈性材料100以張緊的狀態(tài)被附著于頂部電極104。當(dāng)電勢(shì)差(即電壓)被 施加到頂部電極104和底部電極108兩端時(shí)，壓電材料106沿總體上與電極104、108的表 面垂直的軸線120變形。取決于壓電材料106的類型以及所施加的電壓的極性，變形可以 是壓電材料106在與軸線120平行的方向上(即垂直于電極的表面)的膨脹或收縮(未示 出)。當(dāng)電壓被去除時(shí)，壓電材料106舒張回到未變形的狀態(tài)。彈性材料100可以由任意數(shù)量的彈性材料形成，包括但不限于硅橡膠、天然橡膠、聚丁二烯、腈橡膠和其他不飽和橡膠和飽和橡膠，還有合成橡膠。彈性材料100被維持在高 度地張緊的狀態(tài)(在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述)，以實(shí)現(xiàn)生成適當(dāng)?shù)募y理和圖案的駐波圖案。
在彈性波觸覺(jué)界面10中所采用的壓電材料106包括壓電陶瓷、壓電晶體、或者其他任何展現(xiàn)出壓電屬性的材料，其中，壓電材料106以及它們對(duì)于所施加的電場(chǎng)(如此處所 描述的，例如由兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差所引起)的響應(yīng)是閱讀了本公開(kāi)的本領(lǐng)域技術(shù)人員 所理解的。在下文中被稱為對(duì)壓電材料106進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的、用于在電極104、108兩端施加電壓 的通和斷狀況之間的反復(fù)切換(即施加時(shí)變電勢(shì)差)，使得電極兩端的時(shí)變電勢(shì)差致使壓 電材料106反復(fù)變形和舒張(例如，當(dāng)電壓為“通”時(shí)壓電材料106變形，并且當(dāng)電壓為“斷” 時(shí)壓電材料106舒張)。驅(qū)動(dòng)器110的通/斷循環(huán)的速率被稱為驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率。當(dāng)在彈性材料中或在其邊緣或周界的周圍采用許多驅(qū)動(dòng)器時(shí)(例如見(jiàn)圖2A和圖 2B)，由電壓和/或振蕩所引起的驅(qū)動(dòng)器110的激勵(lì)可以被用來(lái)在彈性材料100中建立駐 波圖案，在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。再次參照?qǐng)D1，示出了彈性材料100中的示例駐波圖案 102。在駐波圖案102上分別用符號(hào)+和-標(biāo)注了若干波峰和波谷。圖1中的駐波圖案102 的波峰、波谷和波節(jié)(即零偏轉(zhuǎn)點(diǎn))僅僅是示范性的，并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制。圖2A是圖示圖1的彈性波觸覺(jué)界面10的二維俯視圖，其中根據(jù)本公開(kāi)彈性材料 100處于未被驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)中(即在整個(gè)表面上沒(méi)有偏轉(zhuǎn))。在此示例中，沿彈性材料100的 周界的全部四個(gè)邊A、B、C和D排列驅(qū)動(dòng)器110，以使得在A邊上的驅(qū)動(dòng)器110與C邊上的 驅(qū)動(dòng)器110成對(duì)，并且類似地，B邊上的驅(qū)動(dòng)器110與D邊上的驅(qū)動(dòng)器110成對(duì)。如圖2A中 所圖示的驅(qū)動(dòng)器110的數(shù)量、間距和位置是一個(gè)圖示性的示例，并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制。 例如，可以在彈性波觸覺(jué)界面10中使用額外的或更少的驅(qū)動(dòng)器110?？商孢x地，驅(qū)動(dòng)器110 可以按與圖2A中所圖示的不同的方式被安置或被排列，并且無(wú)需被安置得彼此直接相鄰， 以使得各驅(qū)動(dòng)器110可以沿彈性波觸覺(jué)界面10的給定邊緣相互間隔開(kāi)。在一些實(shí)施例中， 驅(qū)動(dòng)器110不均勻地分布在彈性材料100的周界或邊緣周圍。在圖2A中借助方形形狀對(duì) 彈性波觸覺(jué)界面10的描繪不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制。駐波觸覺(jué)界面10的周界可以是方形的、 矩形的、圓形的、或者與電子設(shè)備710(見(jiàn)圖7)相結(jié)合來(lái)使用的任何其他合理的形狀。通過(guò)以穩(wěn)態(tài)振蕩頻率或穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的諧波來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)器110的子集進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可 以在彈性材料100中生成駐波圖案。穩(wěn)態(tài)振蕩頻率或穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的諧波是在彈性材料 100中產(chǎn)生駐波圖案的驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率，分別對(duì)應(yīng)于基波模式和諧波模式。張緊的膜的基波 模式和諧波模式是本領(lǐng)域中通常所理解的，并且其詳細(xì)的描述僅為了方便起見(jiàn)在此處被略 去并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制。穩(wěn)態(tài)振蕩頻率取決于特定的彈性材料100的屬性和該材料的拉伸的量(即，穩(wěn)態(tài) 振蕩頻率隨彈性材料被張緊而改變)。因此，彈性材料100最初處于高度地張緊的狀態(tài)，如 以下?tīng)顩r所描述的對(duì)應(yīng)于彈性材料100的基波模式的穩(wěn)態(tài)振蕩頻率被包括在用于彈性波 觸覺(jué)界面10的驅(qū)動(dòng)器110的驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率的操作范圍中。如果彈性材料100中的張緊 度太低而使得穩(wěn)態(tài)振蕩頻率低于驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率的操作范圍的最低驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率，則驅(qū) 動(dòng)器110不能對(duì)彈性材料100進(jìn)行激勵(lì)以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于基波模式的駐波圖案102。類似地，如 果彈性材料100中的張緊度太高而使得穩(wěn)態(tài)振蕩頻率高于驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率的操作范圍的 最高驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率，則驅(qū)動(dòng)器110也不能夠?qū)椥圆牧?00進(jìn)行激勵(lì)以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于基波 模式的駐波圖案102。圖2B是圖示圖1的彈性波觸覺(jué)界面10的二維俯視圖，其中根據(jù)本公開(kāi)彈性材料100處于被驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)中。在該示例中，驅(qū)動(dòng)器110以穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的諧波同相地被驅(qū)動(dòng) (即，電壓對(duì)于所有的驅(qū)動(dòng)器同時(shí)通/斷)，以在彈性材料的整個(gè)表面上借助于駐波圖案102 在處于被驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)中的彈性波觸覺(jué)界面10的彈性材料100中產(chǎn)生表面圖形，其中在圖2B 中，“ + ”表示波峰而“_”表示波谷，與圖1中所使用的標(biāo)記相類似。與彈性材料100的表面接觸的觸覺(jué)傳感器(諸如人的手指)從在彈性材料100中 通過(guò)駐波圖案102所形成的彈性波觸覺(jué)界面10上的觸覺(jué)特征體驗(yàn)到觸覺(jué)感知。彈性材料 100的表面中的波峰和波谷的圖案所引起的觸覺(jué)特征可以更大、更小、或者幾乎與觸覺(jué)傳感 器同樣的尺寸。當(dāng)許多觸覺(jué)特征位于觸覺(jué)傳感器所接觸的區(qū)域內(nèi)(即，觸覺(jué)特征的尺寸和 間距的大小相比于觸覺(jué)傳感器的接觸區(qū)域而言小)時(shí)，在彈性波觸覺(jué)界面10的表面上所得 到的觸覺(jué)感知是紋理，諸如粗糙或光滑。相反地，如果觸覺(jué)特征的尺寸和/或間距相比于傳 感器的接觸區(qū)域而言大，則隨著觸覺(jué)傳感器在彈性波觸覺(jué)界面10的表面上移動(dòng)時(shí)該觸覺(jué) 傳感器對(duì)各特征進(jìn)行檢測(cè)，觸覺(jué)感知提供圖形圖案。通過(guò)變換驅(qū)動(dòng)器110的驅(qū)動(dòng)器振蕩頻 率(即，改變電壓關(guān)/開(kāi)周期的速率)，可以在彈性波觸覺(jué)界面10的表面上生成不同的紋理 或不同的圖案。例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率在驅(qū)動(dòng)器110上從穩(wěn)態(tài)震蕩頻率的較低階的諧波 增加到穩(wěn)態(tài)震蕩頻率的較高階的諧波時(shí)，駐波圖案的波峰與波峰的間距較小，實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng) 于對(duì)于人的手指或其他觸覺(jué)傳感器而言較光滑的表面。圖3A和圖3B是根據(jù)圖1的彈性波觸覺(jué)界面10的示例駐波圖案的圖示。參照?qǐng)D 3A，使用穩(wěn)態(tài)震蕩頻率的較低階的諧波來(lái)產(chǎn)生示例駐波圖案300。在圖3B中，使用穩(wěn)態(tài)震蕩 頻率的較高階的諧波來(lái)產(chǎn)生示例駐波圖案310。駐波圖案300、310不必須與彈性波觸覺(jué)界 面10的邊一致，而是可以如圖3A和圖3B中所圖示的，朝向相對(duì)于邊的斜向，或者是任何其 他朝向的。圖10是圖示根據(jù)本公開(kāi)設(shè)置的用于為彈性波觸覺(jué)界面的實(shí)施例提供觸覺(jué)圖像的 示例過(guò)程的流程圖。彈性波觸覺(jué)界面10的驅(qū)動(dòng)器110中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器是通過(guò)控制電路各 自可控的(在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述)，以使得可以以局部圖案(localized pattern)在彈 性材料100中形成觸覺(jué)圖像。如以上所描述的，時(shí)變電勢(shì)差被施加到驅(qū)動(dòng)器110的頂部電 極104和底部電極106兩端，以在彈性材料106中形成駐波圖案。通過(guò)使用與穩(wěn)態(tài)和/或 諧波頻率不同的驅(qū)動(dòng)頻率獨(dú)立地對(duì)驅(qū)動(dòng)器110中的一個(gè)或更多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(驅(qū)動(dòng)器110的子 集)的穩(wěn)態(tài)和/或諧波頻率進(jìn)行調(diào)制，在彈性波觸覺(jué)界面10的表面上的一個(gè)或更多個(gè)位置 處形成觸覺(jué)圖像。彈性波觸覺(jué)界面10可以作為可視顯示器類型的設(shè)備的一部分、或者作為 沒(méi)有任何可視顯示器的設(shè)備被實(shí)施。圖4是根據(jù)圖1的彈性波觸覺(jué)界面的示例觸覺(jué)圖像的圖示。如圖4所圖示的，可 以通過(guò)彈性材料100中波峰和波谷的分開(kāi)的、局部的區(qū)域來(lái)形成示例觸覺(jué)圖像320、330，而 周圍區(qū)域的表面可以總體上保持平坦。對(duì)驅(qū)動(dòng)器110的適當(dāng)?shù)淖蛹姆€(wěn)態(tài)和/或諧波頻率 的調(diào)制還可以在某些區(qū)域中產(chǎn)生駐波圖案的有效消除，而使其他區(qū)域中的駐波圖案不受影 響。在一些示例中，觸覺(jué)圖像被靜態(tài)地安置于彈性波觸覺(jué)界面10上，而在其他實(shí)施例中，觸 覺(jué)圖像可以被動(dòng)態(tài)地放置。被動(dòng)態(tài)地放置的觸覺(jué)圖像在彈性波觸覺(jué)界面10上不是靜止的，而是可以在彈性 波觸覺(jué)界面10的表面上改變位置。這些動(dòng)態(tài)的觸覺(jué)圖像是彈性材料100中的行波，將移動(dòng) 感傳遞給與彈性波觸覺(jué)界面10相接觸的觸覺(jué)傳感器。圖4是根據(jù)圖1的彈性波觸覺(jué)界面10的觸覺(jué)圖像的示例性圖示。再次參照?qǐng)D4，可以在第一時(shí)間、在第一位置(例如界面的特定部分)處形成觸覺(jué)圖像320，而可以在第二時(shí)間、在第二位置處形成觸覺(jué)圖像330。在此 示例中，觸覺(jué)圖像320、330這二者產(chǎn)生總體上相同的觸覺(jué)感知，只是在不同的時(shí)間、在彈性 波觸覺(jué)界面10上的不同位置處。在另外的一些實(shí)施例中，示例電子設(shè)備包括被疊加在視覺(jué)顯示器上的彈性波觸覺(jué) 界面10。所產(chǎn)生的觸覺(jué)圖像對(duì)應(yīng)于視覺(jué)顯示器上所產(chǎn)生的視覺(jué)圖像。在一個(gè)靜態(tài)的示例 中，輸入設(shè)備上的符號(hào)的視覺(jué)圖像(例如小鍵盤、鍵盤、方向鍵等)可以被呈現(xiàn)在視覺(jué)顯 示器上，而用于輸入設(shè)備的、輸入設(shè)備上的按鈕的構(gòu)造(例如鍵的輪廓、用于鍵的制動(dòng)器 (detent)或定位點(diǎn)(registration dot)等)可以被呈現(xiàn)在觸覺(jué)界面上。在動(dòng)態(tài)的示例中， 觸覺(jué)圖像與視覺(jué)圖像內(nèi)的移動(dòng)相一致地進(jìn)行改變。例如，可以對(duì)應(yīng)于視覺(jué)顯示器上的游標(biāo) 形成動(dòng)態(tài)觸覺(jué)圖像。隨著游標(biāo)在視覺(jué)顯示器周圍移動(dòng)，與游標(biāo)相關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)觸覺(jué)圖像同時(shí) 在彈性波觸覺(jué)界面10上移動(dòng)。作為另一示例，對(duì)于針對(duì)在水體(諸如湖或海)中傳播的波 的視覺(jué)移動(dòng)圖像在彈性波觸覺(jué)界面10上形成的動(dòng)態(tài)觸覺(jué)圖像，人的手指與彈性波觸覺(jué)界 面10的接觸為用戶700提供了對(duì)應(yīng)于移動(dòng)的視覺(jué)化的波的移動(dòng)的觸覺(jué)感知(例如，借助于 包括彈性波觸覺(jué)界面10的電子設(shè)備710，用戶700分別通過(guò)光和觸覺(jué)交互可以看見(jiàn)并且“感 覺(jué)到”波的移動(dòng))。圖5是圖示包括可替選的驅(qū)動(dòng)器408的彈性波觸覺(jué)界面10的可替選的實(shí)施例的 剖視圖。圖6是示例了圖5的彈性波觸覺(jué)界面10的可替選的驅(qū)動(dòng)器408的側(cè)視圖。參照 圖5和圖6，其中采用了懸臂式變形動(dòng)作的可替選的驅(qū)動(dòng)器408與針對(duì)圖1所描述的實(shí)施 例中所使用的軸線驅(qū)動(dòng)移動(dòng)是相反的。壓電材料106被設(shè)置成與頂部的圖案化的電極400 和底部的圖案化的電極405有電聯(lián)系，以形成壓電電極結(jié)構(gòu)412。示例可替選的驅(qū)動(dòng)器408 還包括用于支撐壓電電極結(jié)構(gòu)412的襯底。襯底可以使用任何對(duì)電和振動(dòng)絕緣的材料來(lái)形 成。在一些實(shí)施例中，支撐襯底410使用多于一種材料來(lái)形成，以提供壓電電極結(jié)構(gòu)412與 電子設(shè)備710的電和振動(dòng)的絕緣。壓電電極結(jié)構(gòu)412以懸臂的方式被耦合于襯底410，以使 得穿過(guò)襯底410的中心的軸線435與穿過(guò)壓電電極結(jié)構(gòu)412的中心的軸線440偏移，以允 許壓電電極結(jié)構(gòu)412的懸臂端414進(jìn)行振蕩。壓電電極結(jié)構(gòu)412中的壓電材料106的朝向 使得所施加的電場(chǎng)所產(chǎn)生的變形與頂部的圖案化的電極400的表面平行并且還與底部的 圖案化的電極405平行。通過(guò)使用頂部的圖案化的電極400在壓電材料106的頂表面上生 成膨脹應(yīng)力以及使用底部的圖案化的電極405在壓電材料106的相反(底)表面上生成收 縮應(yīng)力，產(chǎn)生懸臂動(dòng)作或移位420。圖7是圖示圖5的彈性波觸覺(jué)界面的可替選的驅(qū)動(dòng)器408的壓電電極結(jié)構(gòu)412的 側(cè)視圖。壓電電極結(jié)構(gòu)412包括壓電材料106以及頂部的和底部的圖案化的電極400、405。 頂部的和底部的圖案化的電極400、405中的每個(gè)電極包括被設(shè)置成產(chǎn)生局部電場(chǎng)的電極 元件403的圖案，使與各圖案化的電極400、405相接觸的表面附近的壓電材料106變形，以 使得壓電材料106的變形與頂部的和底部的圖案化的電極400、405平行。正位于頂部電極 400的下方的區(qū)域425由于壓電材料106中的膨脹應(yīng)力而伸長(zhǎng)，而正位于底部的圖案化的電 極400的上方的區(qū)域430由于壓電材料106中的收縮應(yīng)力而縮短。因?yàn)閴弘婋姌O結(jié)構(gòu)412 的一側(cè)被固定于襯底410，膨脹應(yīng)力和收縮應(yīng)力相組合的動(dòng)作致使壓電材料106的懸臂端 414向收縮應(yīng)力的表面彎曲，如圖5和圖6中的箭頭420所指示出的。通過(guò)以穩(wěn)態(tài)振蕩頻率或穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的諧波來(lái)對(duì)每個(gè)可替選的電極408進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在壓電材料106中生成駐波 圖案，如之前所描述的。通過(guò)經(jīng)由適當(dāng)?shù)男序?qū)動(dòng)器540或列驅(qū)動(dòng)器530來(lái)對(duì)每個(gè)可替選的 電極408進(jìn)行控制，可替選的電極408的振蕩頻率的調(diào)制被用于在彈性材料100中形成觸 覺(jué)圖像，如以上針對(duì)彈性波觸覺(jué)界面10所描述的。圖8是圖示用于本公開(kāi)的彈性波觸覺(jué)界面10的多個(gè)實(shí)施例的電子控制電路的框 圖。控制電路500可以包括行驅(qū)動(dòng)器540、列驅(qū)動(dòng)器530、觸覺(jué)界面控制器560、轉(zhuǎn)換引擎 600、觸覺(jué)圖像庫(kù)625和傳感模塊620。列驅(qū)動(dòng)器530被電耦合(612)于沿彈性觸覺(jué)駐波界 面10的底部邊緣的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110的頂部電極和底部電極104、108 (見(jiàn)圖1)。行驅(qū)動(dòng)器 540被電耦合(612)于沿彈性觸覺(jué)駐波界面10的左邊緣的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110的頂部電極和底 部電極104、108(見(jiàn)圖1)。類似的行驅(qū)動(dòng)器和列驅(qū)動(dòng)器(未示出)分別沿彈性波觸覺(jué)界面 10的頂部邊緣和右邊緣被使用。列驅(qū)動(dòng)器530和行驅(qū)動(dòng)器540的結(jié)構(gòu)和操作應(yīng)當(dāng)是閱讀了 本公開(kāi)的本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，并且其詳細(xì)的描述僅為了方便起見(jiàn)在此處被略去并且 不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制。每個(gè)列驅(qū)動(dòng)器530和行驅(qū)動(dòng)器540被耦合于觸覺(jué)界面控制器560。 觸覺(jué)界面控制器560提供用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110的控制信息，以使得對(duì)各列驅(qū)動(dòng)器和行驅(qū)動(dòng) 器530、540進(jìn)行控制以在彈性波觸覺(jué)界面10上動(dòng)態(tài)地形成駐波圖案和觸覺(jué)圖像?？刂菩?息可以包括一個(gè)或更多個(gè)驅(qū)動(dòng)器振蕩頻率、驅(qū)動(dòng)器相位和/或驅(qū)動(dòng)器電極電壓，全部這些 控制信息可以共同地影響壓電材料106 (見(jiàn)圖1)的變形量，以及在驅(qū)動(dòng)器110的附著點(diǎn)附 近的彈性材料100的邊緣處的最終的偏轉(zhuǎn)或偏差量。
觸覺(jué)界面控制器560可以被配置成從轉(zhuǎn)換引擎600接收所期望的控制信息。轉(zhuǎn)換 引擎600可以被設(shè)置成確定用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110的控制信息需求，以在彈性波觸覺(jué)界面10 上產(chǎn)生所期望的駐波圖案或觸覺(jué)圖像。在一些示例中，轉(zhuǎn)換引擎600可以采用存儲(chǔ)模塊、數(shù) 據(jù)庫(kù)或者其他存儲(chǔ)介質(zhì)中的觸覺(jué)圖像庫(kù)625中所存儲(chǔ)的控制信息。觸覺(jué)圖像庫(kù)625可以包 括用于頻繁被使用的駐波圖案或觸覺(jué)圖像(諸如，對(duì)應(yīng)于用于不同的遠(yuǎn)程控制的鍵盤或小 鍵盤上的諸如按鈕的執(zhí)行器的觸覺(jué)圖像)的控制信息，以及用于在彈性材料100中生成那 些觸覺(jué)圖像的相應(yīng)的控制信息。轉(zhuǎn)換引擎600還可以包括用于將觸覺(jué)圖像的表達(dá)或模型轉(zhuǎn) 換成彈性材料100中的實(shí)際觸覺(jué)圖像的本領(lǐng)域公知的算法和模型或可以對(duì)這些算法和模 型進(jìn)行訪問(wèn)。觸覺(jué)圖像的表達(dá)或模型可以是對(duì)觸覺(jué)圖像的物理和觸覺(jué)參數(shù)的描述，諸如物理尺 度(包括高度、紋理和粗糙度)。根據(jù)表達(dá)或模型，轉(zhuǎn)換引擎600確定用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110 的控制參數(shù)，以將那些參數(shù)提供給觸覺(jué)界面控制器560，致使在彈性波觸覺(jué)界面10上實(shí)現(xiàn) 表達(dá)。在一些實(shí)施例中，該表達(dá)是視覺(jué)表達(dá)，諸如包括一個(gè)或更多個(gè)觸敏執(zhí)行器的網(wǎng)頁(yè)。 轉(zhuǎn)換引擎600可以被配置成使用對(duì)網(wǎng)頁(yè)的視覺(jué)分析來(lái)確定觸敏執(zhí)行器的位置，以及將適當(dāng) 的控制信息提供給觸覺(jué)界面控制器560以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于觸敏執(zhí)行器的觸覺(jué)圖像。在一些 實(shí)施例中，用于對(duì)應(yīng)于觸敏執(zhí)行器的觸覺(jué)圖像的參數(shù)(諸如在網(wǎng)頁(yè)上的位置、尺寸、高度、 紋理)被包括在用于實(shí)施網(wǎng)頁(yè)的計(jì)算機(jī)代碼中。使用這些參數(shù)，轉(zhuǎn)換引擎600可以被設(shè)置 成確定用于再現(xiàn)觸覺(jué)圖像的控制信息需求?？刂齐娐?00可以包括傳感模塊620。根據(jù)對(duì)驅(qū)動(dòng)器110所消耗的功率的分析，對(duì) 人的手指(或者其他觸覺(jué)傳感器)在彈性波觸覺(jué)界面10上的位置和壓力進(jìn)行監(jiān)控。列驅(qū)動(dòng)器530和行驅(qū)動(dòng)器540可以包括本領(lǐng)域中所完全理解的、用于對(duì)流過(guò)每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110的 電流進(jìn)行監(jiān)控的電路，列驅(qū)動(dòng)器530和行驅(qū)動(dòng)器540維持對(duì)于驅(qū)動(dòng)器110的電連接612。當(dāng) 人的手指或者其他觸覺(jué)傳感器接觸彈性波觸覺(jué)界面10的表面時(shí)，一些驅(qū)動(dòng)器110會(huì)需要增 加流過(guò)該驅(qū)動(dòng)器110的電流以維持所期望的觸覺(jué)圖像。此外，接觸壓力的增加使得更高的 電流流向驅(qū)動(dòng)器110。傳感模塊620可以被配置成從列驅(qū)動(dòng)器530和行驅(qū)動(dòng)器540接收用 于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110的電流流動(dòng)信息，并且通過(guò)對(duì)電流流動(dòng)的改變進(jìn)行監(jiān)控檢測(cè)用于每個(gè)驅(qū) 動(dòng)器110的功率消耗。通過(guò)在整套驅(qū)動(dòng)器中對(duì)功率消耗進(jìn)行比較，可以根據(jù)那些顯示出增 加的功率消耗的驅(qū)動(dòng)器110來(lái)確定接觸點(diǎn)的位置。此外，可以通過(guò)將用于驅(qū)動(dòng)器110的功 率消耗與用于處于彈性材料100的未接觸狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)器110的基準(zhǔn)功率消耗值相比較來(lái)確 定接觸點(diǎn)處的壓力。在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)傳感器模塊620根據(jù)相鄰驅(qū)動(dòng)器110的功 率消耗在不同的時(shí)間的改變來(lái)確定人的手指或者其他觸覺(jué)傳感器的移動(dòng)?？梢圆捎梦恢谩?壓力和移動(dòng)信息以允許彈性波觸覺(jué)界面10被用作各種電子設(shè)備的觸摸屏。
圖11是示例了根據(jù)本公開(kāi)進(jìn)行設(shè)置的計(jì)算機(jī)架構(gòu)或系統(tǒng)1000的框圖。彈性波觸 覺(jué)界面10的示例實(shí)施例包括觸覺(jué)界面控制器560和轉(zhuǎn)換引擎600，其可以如圖11所圖示 地被實(shí)現(xiàn)和/或?qū)嵤?。系統(tǒng)總線1002在中央處理單元(CPU) 1004、RAM 1006、基本輸入輸 出系統(tǒng)(BI0S) 1008以及其他部件之間傳送數(shù)據(jù)。RAM 1006可以包括彈性波觸覺(jué)界面過(guò)程 1200。彈性波觸覺(jué)界面過(guò)程1200可以確定用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器110的控制信息需求，以產(chǎn)生以 上例如參照轉(zhuǎn)換引擎600和圖8進(jìn)行描述的所期望的駐波圖案或觸覺(jué)圖像。如圖11中所 示的RAM 1006僅僅是示例，并且無(wú)論是否存在如圖11的RAM 1006中所示出的彈性波觸覺(jué) 界面過(guò)程1200，都可以借助圖11的架構(gòu)實(shí)施本公開(kāi)的主題內(nèi)容的其他特點(diǎn)。CPU 1004可 以包括高速緩存存儲(chǔ)器部件1024。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1000可以包括用于對(duì)硬盤驅(qū)動(dòng)器、光存儲(chǔ) 驅(qū)動(dòng)器(例如CD-R0M、DVD-R0M、DVD-RW)、閃存、磁帶設(shè)備、或其他存儲(chǔ)設(shè)備(未示出)進(jìn)行 訪問(wèn)的一個(gè)或更多個(gè)外部存儲(chǔ)端口 1017。相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)外部存儲(chǔ)器端口 1017被耦 合，外部存儲(chǔ)器端口 1017經(jīng)由磁盤控制器1022被耦合于系統(tǒng)總線1002。鍵盤和指向設(shè)備 (例如鼠標(biāo)、觸摸板)(未示出)可以被耦合于鍵盤/鼠標(biāo)端口 1012，并且其他I/O設(shè)備可 以被耦合于額外的I/O端口 1013，這些端口通過(guò)I/O控制器1010被耦合于系統(tǒng)總線1002。 可以通過(guò)I/O控制器1010采用諸如串口、并口、火線適配器或者生物識(shí)別設(shè)備(未示出) 的額外的端口或設(shè)備。顯示設(shè)備(未示出可以被耦合于顯示設(shè)備端口 1014，顯示設(shè)備端 口 1014通過(guò)視頻控制器1015被耦合于系統(tǒng)總線1002。包括但不限于以太網(wǎng)設(shè)備或者其 他具有網(wǎng)絡(luò)能力的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(未示出)可以被耦合于網(wǎng)絡(luò)端口 1020，網(wǎng)絡(luò)端口 1020 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器1016被耦合于系統(tǒng)總線1002。無(wú)線控制器1026被耦合于系統(tǒng)總線1002， 使用被耦合于無(wú)線控制器1026的天線1028，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1000可以用無(wú)線的方式被耦合于 包括但不限于無(wú)線路由器的、被配置用于無(wú)線操作的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(未示出)，其中天線向/從 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸/接收信號(hào)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1000可以包括一個(gè)或更多個(gè)USB端口 1023。包括 但不限于打印機(jī)、掃描儀、鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)碼相機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、PDA、蜂窩電話、生物識(shí)別設(shè)備、 網(wǎng)絡(luò)相機(jī)(webcam)和I/O適配器的USB設(shè)備(未示出)可以被耦合于USB端口 1023，USB 端口 1023通過(guò)USB控制器1011被耦合于系統(tǒng)總線1002。諸如蜂窩電話、PDA和其他便攜 式設(shè)備的其他設(shè)備可以經(jīng)由無(wú)線I/O天線1032用無(wú)線的方式被耦合，無(wú)線I/O天線1032 被耦合于無(wú)線I/O控制器1030。無(wú)線I/O技術(shù)的示例包括但不限于藍(lán)牙、紅外線(IR)和射頻(RF)。諸如麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器或者耳機(jī)的音頻設(shè)備可以被耦合于聲音端口 1038，聲音端 口 1038被耦合于聲音控制器1034，聲音控制器1034被耦合于系統(tǒng)總線1002。擴(kuò)展槽1018 可以包括工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(ISA)槽、外設(shè)部件互連(PCI)擴(kuò)展槽、PCI高速擴(kuò)展槽、加速圖像 端口(AGP)槽或者本領(lǐng)域中公知的任何其他槽，以允許額外的卡被放置到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1000 中。這些槽可以被用來(lái)連接網(wǎng)卡、顯卡、聲卡、調(diào)制解調(diào)器以及通常用于計(jì)算機(jī)的任何其他 外圍設(shè)備。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1000還包括功率源(未示出)(包括但不限于被耦合于外部功率源 的電源)以及/或者內(nèi)部或外部電池。對(duì)這些設(shè)備的詳細(xì)描述僅為了方便起見(jiàn)被略去并且 不應(yīng)當(dāng)被解釋成限制?？梢越柚布蛙浖娜我饨M合實(shí)施本公開(kāi)的實(shí)施例。如果作為被計(jì)算機(jī)實(shí)施的 器件來(lái)實(shí)施，則使用用于執(zhí)行上述所有步驟和功能的手段來(lái)實(shí)施實(shí)施例。本公開(kāi)的實(shí)施例可以被包括在具有例如計(jì)算機(jī)可用媒介的制品(例如一個(gè)或更 多個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品)中。例如，該媒介具有被嵌入其中的、用于提供并利于本公開(kāi)的機(jī)制 的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼手段。該制品可以作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分被包括或者單獨(dú)被出售。在系統(tǒng)的特點(diǎn)的硬件實(shí)施與軟件實(shí)施之間幾乎沒(méi)有區(qū)別；使用硬件或軟件通常是 (而非總是，因?yàn)樵谀承┍尘跋略谟布c軟件之間的選擇會(huì)變得關(guān)鍵)表達(dá)對(duì)成本與效率 的權(quán)衡的設(shè)計(jì)選擇。存在通過(guò)其可以完成本文中所描述的過(guò)程和/或系統(tǒng)和/或其他技術(shù) 的各種工具(例如硬件、軟件和/或固件)，并且優(yōu)選的工具隨其中部署過(guò)程和/或系統(tǒng)和 /或其他技術(shù)的背景會(huì)變化。例如，如果實(shí)施者確定速度和精確度是最重要的，則實(shí)施者可 以選取主要是硬件和/或固件的工具；如果靈活性是最重要的，則實(shí)施者可以選取主要是 軟件的實(shí)施方案；或者，也是可替選地，實(shí)施者可以選取硬件、軟件和/或固件的一些組合。以上的詳細(xì)描述通過(guò)使用框圖、流程圖和/或示例闡述了設(shè)備和/或過(guò)程的各種 實(shí)施例。鑒于這些框圖、流程圖、和/或示例包含一個(gè)或更多個(gè)功能和/或操作，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將會(huì)理解的是，這些框圖、流程圖或示例內(nèi)的每個(gè)功能和/或操作可以通過(guò)范圍廣泛 的硬件、軟件、固件、或者其實(shí)質(zhì)上的任意組合，單獨(dú)地和/或共同地被實(shí)施。在一些實(shí)施例 中，可以通過(guò)特定用途集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 或者其他集成設(shè)計(jì)實(shí)施此處所描述的主題內(nèi)容的幾個(gè)部分。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn) 識(shí)到的是，作為在一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)程序(例如，作為在 一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一個(gè)或更多個(gè)程序)、作為在一個(gè)或更多個(gè)處理器上運(yùn) 行的一個(gè)或更多個(gè)程序(例如，作為在一個(gè)或更多個(gè)微處理器上運(yùn)行的一個(gè)或更多個(gè)程 序)、作為固件或者作為其實(shí)質(zhì)上的任意組合，可以在集成電路中整體或部分等效地實(shí)施此 處所公開(kāi)的實(shí)施例的一些特點(diǎn)，并且按照本公開(kāi)，為軟件和/或固件設(shè)計(jì)電路和/或編寫代 碼將會(huì)完全在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力內(nèi)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)知道的是，此處所描述 的主題內(nèi)容的機(jī)制能夠以各種形式作為程序產(chǎn)品被分發(fā)，并且無(wú)論被用于實(shí)際上進(jìn)行該分 發(fā)的信號(hào)承載介質(zhì)的具體類型如何，此處所描述的主題內(nèi)容的圖示性實(shí)施例均適用。信號(hào) 承載介質(zhì)的示例包括但不限于以下諸如軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)、壓縮光盤(CD)、數(shù)字視 頻光盤(DVD)、數(shù)字磁帶、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等的可記錄類型的介質(zhì)；以及諸如數(shù)字的和/或模 擬的通信介質(zhì)的傳輸類型的介質(zhì)(例如光纖線纜、波導(dǎo)、有線通信鏈路、無(wú)線通信鏈路等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，以此處所闡述的方式來(lái)對(duì)設(shè)備和/或過(guò)程進(jìn)行描述并隨后使用工程實(shí)踐將這些所描述的設(shè)備和/或過(guò)程整合到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中在本領(lǐng)域內(nèi)是常見(jiàn)的。即，至少此處所描述的設(shè)備和/或過(guò)程的一部分可以通過(guò)合理的實(shí)驗(yàn)量被 整合到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常包括 一個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)單元外殼、視頻顯示設(shè)備、諸如易失性和非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器、諸如 微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器的處理器、諸如操作系統(tǒng)的運(yùn)算實(shí)體、驅(qū)動(dòng)器、圖像用戶界面， 以及應(yīng)用程序、一個(gè)或更多個(gè)諸如觸摸板或觸摸屏的交互設(shè)備和/或包括反饋環(huán)路和控制 電機(jī)的控制系統(tǒng)(例如，用于感知位置和/或速度的反饋；用于移動(dòng)和/或調(diào)整部件和/或 數(shù)量的控制電機(jī))。可以采用任何合適的可商業(yè)購(gòu)買的部件(諸如典型地在數(shù)據(jù)運(yùn)算/通 信和/或網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算/通信系統(tǒng)中所找到的那些部件)實(shí)施典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。此處所描述的主題內(nèi)容有時(shí)圖示了被包含在不同的其他部件內(nèi)、或者與不同的其 他部件相結(jié)合的不同的部件。將會(huì)被理解的是，這些所闡明的架構(gòu)僅僅是示例性的，以及， 事實(shí)上可以實(shí)施用于實(shí)現(xiàn)同樣的功能性的許多其他架構(gòu)。從概念上來(lái)說(shuō)，任何實(shí)現(xiàn)同樣的 功能性的部件的設(shè)置均有效地“被關(guān)聯(lián)”以實(shí)現(xiàn)所期望的功能性。所以，此處任何兩個(gè)被組 合以實(shí)現(xiàn)特定功能性的部件均可以被看作彼此“相關(guān)聯(lián)”以獲取所期望的功能性，而無(wú)論架 構(gòu)或中間部件如何。同樣地，任何兩個(gè)如此被關(guān)聯(lián)的部件也可以被看作彼此“可操作地被連 接”或者“可操作地被耦合”以實(shí)現(xiàn)所期望的功能性，并且任何兩個(gè)能夠如此被關(guān)聯(lián)的部件 也可以被看作是彼此“可操作地可耦合的”以獲取所期望的功能性?？刹僮鞯乜神詈系奶?定示例包括但不限于物理上可搭配的和/或物理上進(jìn)行交互的部件、以及/或者無(wú)線地可 交互的和/或無(wú)線地進(jìn)行交互的部件、以及/或者邏輯上進(jìn)行交互的和/或邏輯上可交互 的部件。對(duì)于此處所使用的基本上任何復(fù)數(shù)的和/或單數(shù)的術(shù)語(yǔ)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以適 合于背景和/或應(yīng)用進(jìn)行從復(fù)數(shù)到單數(shù)和/或從單數(shù)到復(fù)數(shù)的詮釋。為了清楚起見(jiàn)，在此 處可以清晰地闡述各種單數(shù)/復(fù)數(shù)置換。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的是，通常，在此處，特別是所附權(quán)利要求(例如所附權(quán) 利要求的正文)中，所使用的術(shù)語(yǔ)通常意圖是作為“開(kāi)放式的”術(shù)語(yǔ)(例如，術(shù)語(yǔ)“包括”應(yīng) 當(dāng)被解釋成“包括但不限于”、術(shù)語(yǔ)“具有”應(yīng)當(dāng)被解釋成“至少具有”、術(shù)語(yǔ)“包含”應(yīng)當(dāng)被解 釋成“包含但不限于”等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)進(jìn)一步理解的是，如果意圖是特定數(shù)量的 所引入的權(quán)利要求限定，這種意圖將會(huì)被明確地表述在權(quán)利要求中，并且在沒(méi)有這種表述 的情況下，不存在這種意圖。例如，為了便于理解，隨后的所附權(quán)利要求可以使用引入性短 語(yǔ)“至少一個(gè)”和“一個(gè)或更多個(gè)”，以引入權(quán)利要求限定。然而，對(duì)這些短語(yǔ)的使用不應(yīng)當(dāng) 被解釋成暗示通過(guò)不定冠詞“一”或“一個(gè)”來(lái)引入權(quán)利要求限定，將任何包含這樣引入的 權(quán)利要求限定的特定的權(quán)利要求限制于僅包含一項(xiàng)這種限定的實(shí)施例，即使是權(quán)利要求包 括引入性短語(yǔ)“一個(gè)或更多個(gè)”或“至少一個(gè)”和諸如“一”、“一個(gè)”之類的不定冠詞的時(shí)候 (例如，“一”和/或“一個(gè)” 一般應(yīng)當(dāng)被闡釋成意思是“至少一個(gè)”或“一個(gè)或更多個(gè)”)；這 同樣適用于使用定冠詞來(lái)引入權(quán)利要求限定的情況。另外，即使在明確地限定了特定數(shù)量 的所引入的權(quán)利要求限定的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，該限定一般應(yīng)當(dāng)被 解釋成意思是至少是所表述的數(shù)量(例如，僅有“兩個(gè)限定”的表述在沒(méi)有其他修飾語(yǔ)的情 況下一般意思是至少兩個(gè)限定或者兩個(gè)或更多個(gè)限定)。此外，在使用類似于“A、B和C等 中的至少一個(gè)”的習(xí)慣用法的那些情形中，通常意圖是從本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解該習(xí)慣用法的角度進(jìn)行解釋(例如，“具有A、B和C中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將會(huì)包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、同時(shí)具有A和B、同時(shí)具有B和C、同時(shí)具有A和C、和/或同時(shí)具 有A、B和C等的系統(tǒng))。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)進(jìn)一步理解的是，實(shí)際上任何能提供兩個(gè)或 更多個(gè)可替選項(xiàng)的選言詞和/或短語(yǔ)(無(wú)論在說(shuō)明書、權(quán)利要求或附圖中)實(shí)質(zhì)上均應(yīng)當(dāng) 被理解成考慮了包括所述可替選項(xiàng)中的一個(gè)、所述可替選項(xiàng)中的任一個(gè)或者這兩個(gè)所述可 替選項(xiàng)的可能性。例如，短語(yǔ)“A或B”將會(huì)被理解成包括“A”或者“B”或者“A和B”的可 能性。 雖然此處公開(kāi)了各特點(diǎn)和實(shí)施例，但是其他特點(diǎn)和實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員也 會(huì)是明顯的。此處所公開(kāi)的各特點(diǎn)和實(shí)施例是用于闡示目的而非意在限制，真正的范圍和 精神由所附權(quán)利要求指明。
權(quán)利要求
一種在可變形的材料上呈現(xiàn)三維觸覺(jué)特征的觸覺(jué)界面，包括張緊的彈性材料；多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器，被安置在張緊的彈性材料的周界周圍，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器包括第一電極，第一電極的頂表面被耦合于張緊的彈性材料；第二電極；以及壓電材料，壓電材料被放置于第二電極的頂表面與第一電極的底表面之間；以及驅(qū)動(dòng)器電路，被耦合于多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的第一電極和第二電極，被配置成接收用于多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器中所選擇的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的控制信息，并且被配置成在與所述多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器中所選擇的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的觸覺(jué)界面的區(qū)域中的張緊的彈性材料中產(chǎn)生波圖案。
2.如權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)界面，進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換引擎，被配置成確定用于多個(gè)各自 可控的驅(qū)動(dòng)器的控制信息。
3.如權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)界面，其中驅(qū)動(dòng)器電路包括觸覺(jué)界面控制器、行驅(qū)動(dòng)器和 列驅(qū)動(dòng)器。
4.如權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)界面，其中驅(qū)動(dòng)器電路被配置成通過(guò)將時(shí)變電勢(shì)差施加到 多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的子集的第一電極和第二電極兩端來(lái)產(chǎn)生波圖案。
5.如權(quán)利要求4所述的觸覺(jué)界面，其中沿軸線排列多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)驅(qū) 動(dòng)器的第一電極、第二電極和壓電材料的幾何中心。
6.如權(quán)利要求5所述的觸覺(jué)界面，其中驅(qū)動(dòng)器電路被設(shè)置成在第一電極和第二電極兩 端產(chǎn)生時(shí)變電勢(shì)差，以使得壓電材料的相應(yīng)時(shí)變變形和舒張?jiān)谙鄬?duì)于壓電材料的表面總體 上垂直的方向上出現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求4所述的觸覺(jué)界面，其中第一電極、第二電極和壓電材料的幾何中心相 對(duì)于通過(guò)支撐襯底的中心、與第一電極的頂表面正交的軸線偏移，以使得在時(shí)變電勢(shì)差被 施加到第一電極和第二電極兩端時(shí)，響應(yīng)于壓電材料的相反表面上的膨脹應(yīng)力和收縮應(yīng)力 產(chǎn)生壓電材料的懸臂式偏轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的觸覺(jué)界面，其中驅(qū)動(dòng)器電路被設(shè)置成以與穩(wěn)態(tài)振蕩頻率和穩(wěn)態(tài) 振蕩頻率的諧波不同的頻率來(lái)對(duì)多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的子集進(jìn)行電調(diào)制，其中在提供局 部觸覺(jué)感知的彈性材料中形成觸覺(jué)圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的觸覺(jué)界面，其中觸覺(jué)圖像是對(duì)應(yīng)于彈性材料中的行波并且通過(guò) 彈性材料的表面?zhèn)鬟f移動(dòng)感的動(dòng)態(tài)圖像。
10.如權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)界面，其中驅(qū)動(dòng)器電路進(jìn)一步被配置成使用穩(wěn)態(tài)振蕩頻 率或穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的諧波來(lái)對(duì)多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的子集進(jìn)行電調(diào)制，以使得在彈性材 料中形成駐波圖案，該駐波圖案?jìng)鬟f觸覺(jué)感知。
11.如權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)界面，進(jìn)一步包括傳感模塊，被配置成對(duì)驅(qū)動(dòng)器的功率 消耗進(jìn)行監(jiān)控，其中通過(guò)去往每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的電流的改變來(lái)確定用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的功率消耗 的改變。
12.如權(quán)利要求11所述的觸覺(jué)界面，其中基于對(duì)用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器像素的功率消耗的改 變的分析來(lái)確定與觸覺(jué)界面的外部接觸的位置。
13.如權(quán)利要求11所述的觸覺(jué)界面，其中基于對(duì)用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器像素的功率消耗的改變的分析來(lái)確定與觸覺(jué)界面的外部接觸的壓力。
14.一種在觸覺(jué)界面上提供觸覺(jué)圖像的方法，其中觸覺(jué)界面包括被安置在彈性材料的 周界周圍的多個(gè)各自可控的壓電激活的驅(qū)動(dòng)器，各自可控的壓電激活的驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)驅(qū) 動(dòng)器包括頂部電極、底部電極和壓電材料，該方法包括將時(shí)變電勢(shì)差應(yīng)用于多個(gè)各自可控的壓電激活的驅(qū)動(dòng)器的頂部電極和底部電極兩端， 以響應(yīng)于時(shí)變電勢(shì)差至少在彈性材料的區(qū)域中形成駐波圖案，其中響應(yīng)于使用穩(wěn)態(tài)振蕩頻 率和穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的諧波中的至少之一對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生駐波圖案；以及以與穩(wěn)態(tài)振蕩頻率和穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的諧波不同的振蕩頻率對(duì)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的子集進(jìn)行 調(diào)制，以形成觸覺(jué)圖像。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中沿與頂部電極的頂表面正交的軸線排列頂部電 極、底部電極和壓電材料的中心，并且其中使用頂部電極和底部電極兩端的時(shí)變電勢(shì)差所 產(chǎn)生的壓電材料的周期性變形包括在與彈性材料的表面垂直的方向上的壓電材料的相應(yīng) 的時(shí)變膨脹和收縮。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中頂部電極、底部電極和壓電材料的中心相對(duì)于通 過(guò)支撐襯底的中心、與頂部電極的頂表面正交的軸線偏移，并且其中使用頂部電極和底部 電極之間的時(shí)變電勢(shì)差所產(chǎn)生的壓電材料的周期性的變形包括響應(yīng)于壓電材料的相反表 面上的膨脹應(yīng)力和收縮應(yīng)力的壓電材料的懸臂式偏轉(zhuǎn)。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中觸覺(jué)圖像對(duì)應(yīng)于在與觸覺(jué)界面一致的視覺(jué)顯示器 上所形成的視覺(jué)圖像。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中觸覺(jué)圖像響應(yīng)于視覺(jué)圖像中所描繪的移動(dòng)而改變。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中彈性材料處于高度張緊的狀態(tài)。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中與對(duì)壓電材料進(jìn)行驅(qū)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的電勢(shì)差的時(shí)間變 化的增快產(chǎn)生解析度更精細(xì)的觸覺(jué)圖像。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)流向每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的電流的量，對(duì)用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的功率消耗進(jìn)行監(jiān)控；以及根據(jù)對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的功率消耗的改變的分析，確定彈性材料的頂表面上的一個(gè)或更多 個(gè)接觸點(diǎn)的位置。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的功率消耗的改變的 分析，確定所述一個(gè)或更多個(gè)接觸點(diǎn)的位置處的接觸壓力。
23.一種用于與觸覺(jué)界面進(jìn)行接口的裝置，其中觸覺(jué)界面包括被安置在張緊的彈性材 料的周界周圍的多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器包括第一電極，第一電極的頂表面被 耦合于張緊的彈性材料；第二電極；以及壓電材料，壓電材料被放置于第二電極的頂表面 與第一電極的底表面之間，該裝置包括轉(zhuǎn)換引擎，被配置成確定用于多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的控制信息需 求；以及觸覺(jué)界面控制器，被耦合于轉(zhuǎn)換引擎并且被配置成至少部分基于來(lái)自轉(zhuǎn)換引擎的控制 信息需求來(lái)提供控制信息，其中觸覺(jué)界面控制器還被設(shè)置成有選擇地將控制信息耦合于多 個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的子集，以使得在與多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的子集相關(guān)聯(lián)的觸覺(jué)界面的區(qū)域中產(chǎn)生張緊的彈性材料中的觸覺(jué)圖像。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中轉(zhuǎn)換引擎被配置成對(duì)包括所存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)于觸覺(jué)圖 像的控制信息的觸覺(jué)圖像庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)。
25.如權(quán)利要求23所述的裝置，進(jìn)一步包括傳感模塊，被耦合于觸覺(jué)界面控制器并且 被配置成對(duì)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的功率消耗進(jìn)行監(jiān)控，其中通過(guò)去往每個(gè)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器的電 流的改變來(lái)確定用于每個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器的功率消耗的改變。
26.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中觸覺(jué)圖像是布萊葉點(diǎn)字法符號(hào)。
27.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中視覺(jué)圖像被用來(lái)代表小鍵盤中的執(zhí)行器。
全文摘要
一種觸覺(jué)界面，包括多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器，被安置在張緊的彈性材料的周界周圍。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器包括第一電極、第二電極和壓電材料。第一電極的頂表面被耦合于張緊的彈性材料。壓電材料被放置于第二電極的頂表面與第一電極的底表面之間。驅(qū)動(dòng)器電路可以將控制信息施加到多個(gè)各自可控的驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器以在張緊的彈性材料中產(chǎn)生波圖案。在觸覺(jué)界面上提供觸覺(jué)圖像的一些示例方法包括在驅(qū)動(dòng)器的頂部電極和底部電極兩端產(chǎn)生時(shí)變電勢(shì)差，以使得可以在彈性材料中生成駐波圖案?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的子集進(jìn)行調(diào)制來(lái)形成觸覺(jué)圖像。
文檔編號(hào)G06F3/041GK101825967SQ20101013170
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者查爾斯·A·埃爾迪林 申請(qǐng)人:斯凱佩布爾聯(lián)合有限責(zé)任公司