本发明专利技术涉及一种触觉反馈装置(1；10)，包括支撑件(4)，其能够振动并且其第一面涂覆有至少一个层(2、3)，该层结合有用于检测用户的手指的位置的检测装置，所述装置(1；10)包括机电致动器(12)，其沿着支撑件(4)或层(2、3)的边缘对齐并且能够使所述支撑件(4)和所述层(2,3)以超声波谐振频率振动，其特征在于，所述支撑件(4)在其第二面上包括一组加强件(5)，该组加强件分布在整个该第二面上并被构造为使支撑件(4)沿着垂直于加强件(5)的轴线的弯曲更难，加强件(5)被设置成获得支撑件(4)的轴向且均匀的振动模式，该振动模式的所有波腹都具有基本相等的振幅。本相等的振幅。本相等的振幅。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设置有加强件的触觉反馈装置
[0001]本专利技术涉及基于超声波润滑原理的触觉反馈表面。
技术介绍
[0002]已经知晓这种触觉反馈装置：其中振动传播介质是能够振动的薄板。当与其他两个维度相比以及与所考虑的振动波的波长相比板具有小厚度时，该板被称为“薄”。
[0003]以已知的方式，该板可以是单片的或多层的并且呈矩形形状。机电致动器设置在板上以激励轴向振动模式，也即，其振动节点沿平行于板的其中一个棱边的线彼此对齐。
[0004]在其厚度不超过由致动器产生的振动的波长两倍的板中，会产生称为λ波 A0(或在厚度不对称多层板的情况下为准λ波)的弯曲波，并在平行于致动器的对齐线的两个边界上反射。
[0005]当正确调整致动频率时，会激励稳态模式，该模式将通过谐振效应充当放大器。因此以超声波频率获得的大位移幅度导致在用户手指的指腹下产生压缩空气垫(英语术语的所谓“挤压膜”效应)。手指被表面推开，摩擦系数降低且在手指运动时获得触觉反馈效果。称之为超声波润滑。
[0006]然而，这种方法有一个缺点。实际上，为了在表面的所有点处获得均匀的触觉反馈效果，板的振动尽可能均匀是至关重要的。然而，例如当待致动表面的纵横比(长对宽)接近1时，则存在基本在相同的谐振频率下的两种模式的叠加，一种模式沿轴线X，另一模式沿轴线Y，这通过产生干涉而扰乱模态形变。由于致动器的位置和模态形变的变化之间的不相容性，这种现象劣化了致动器的线性分支(antenne)的致动效率。致动器不能再由单个信号致动，因为这些致动器不再同相振动。
[0007]除方形支撑件以外，其他形状的支撑件也会遇到这种劣化：事实上，当试图通过矩形支撑件以外的不同支撑件(例如结合弯曲边缘以及直线边缘或非平行边缘的复杂几何形状)上的一排致动器获得轴向谐振模式时，这就会发生。
[0008]其他问题可能会被添加到干扰问题上，例如波的聚焦的问题，这会导致局部过载电流，且因此导致支撑件的振动幅度的可变性，例如在出现凹面的支撑件上，以及在当支撑件呈圆盘形状时的极端情况下。
[0009]从文献EP 3 287 880 A1已知一种触觉装置，其设置有通过压电致动器以超声波频率振动的板，并且其下面在某些特定位置处具有凹槽或局部厚度减小的周期性结构。这种周期性结构起到布拉格反射器的作用，从而允许将驻波限制在致动器周围限定的区域，特别是响应于用户手指的接触而应该选择性地振动的板的区域。由于只有位于由用户触摸的区域附近的致动器才会振动，因此这种结构追求的目标是限制能量消耗。
[0010]因此，该文献中描述的周期性结构产生与本专利技术所追求相反的效果，本专利技术追求的是在超声波润滑类型的整个触觉反馈支撑件上以令人满意的振幅强烈激励特殊轴向模式(沿X或Y的单向)，而无论该支撑件的形状如何，无论是矩形、方形、圆盘形，甚至任何形状。
技术实现思路
[0011]专利技术目的本专利技术的总体目的在于提出一种用于克服现有技术的限制的技术方案，尤其是用于在整个支撑件上获得表现出非常均匀的单向振动的轴向模式，而无论待致动表面的几何形状和尺寸如何，以保证由一排致动器在整个支撑件上实现最佳致动。
[0012]专利技术概述本专利技术的原理在于改变待致动的支撑件表面的结构，以便在支撑件的整个表面上获得均匀振动。支撑件初始是各向同性的，也就是说，无论方向如何，超声波都以相同速度传播。其涉及使支撑件变成正交各向异性，以无论支撑件的几何形状如何(例如方形、矩形，甚至圆盘或任何形状)均在支撑件的特定方向上强制施加轴向谐振效应。
[0013]待致动表面的这种特定各向异性或正交各向异性是通过设置分布在支撑件的整个表面上、彼此平行的一维加强件而获得的，且不管支撑件的几何形状如何。然后，致动器将沿着平行或垂直于这些加强件的线进行设置。因此，在支撑件的面上获得凹槽，其不会将振动限制在如上述文献中所提出的支撑件的区域，而是产生振动波的有效传播速度，该速度根据波是平行于还是垂直于这些凹槽进行传播而不同。
[0014]致动器沿着优选地平行于加强件的线设置，但该线也可垂直于加强件。
[0015]经验表明，无论表面的形状如何，这种方法都是有效的，尽管其实际应用将更多地涉及方形或矩形表面。
[0016]因此，本专利技术的目的是一种触觉反馈装置，其包括支撑件，该支撑件能够振动并且其第一面涂覆有至少一个层，该至少一个层结合有用于检测用户的手指的位置的检测装置。所述装置包括机电致动器，其沿着支撑件或所述层的边缘对齐，并且能够使所述支撑件和所述层以超声波谐振频率振动，其特征在于，所述支撑件在其第二面上包括一组加强件，所述一组加强件分布在整个第二面上，并且被构造为使支撑件沿着垂直于加强件的轴线的屈曲更难，加强件设置成获得支撑件的轴向且均匀的振动模式，该振动模式的所有波腹的振幅基本相等。
[0017]根据一个实施例，加强件被构造为获得轴向振动模式，该轴向振动模式的节点线平行于机电致动器的对齐线。
[0018]根据另一实施例，加强件被构造为获得轴向振动模式，该轴向振动模式的节点线垂直于机电致动器的对齐线。
[0019]根据一个实施例，机电致动器沿着平行于或垂直于加强件的线设置。
[0020]根据一个实施例，支撑件由金属、玻璃、陶瓷或处于玻璃相的塑料材料制成。
[0021]根据一个实施例，所述支撑件的所述第一面由表现出足够低的粘弹性损失的材料(木材、塑料材料)的薄层覆盖，以不损害所述支撑件的超声波谐振。
[0022]根据一个有利的实施例，设置在支撑件上方的至少一个层集成显示装置，特别是OLED屏幕，其所有层彼此连成一体并且能够以超声波频率传输振动。
[0023]根据不同的实施例，机电致动器，例如压电陶瓷机电致动器的致动频率是介于20kHz和200kHz之间的超声波频率。
[0024]加强件形成设置在支撑件上的平行直线凹槽。从工业的角度来看，其可以通过各种方式获得。因此，其尤其可以直接在支撑件中机加工，或附接并粘合在该同一支撑件上。
然而，支撑件及其加强件也可以通过注射以单次操作实现。
[0025]加强件，顾名思义，使板沿垂直于加强件的轴线的屈曲更难。由于弯曲波将沿垂直于加强件的轴线传播得更慢，因此这表现为在板的超声波振动的情况下弯曲波的传播速度不同。因此，由于加强件促进了特定轴向模式的出现，所以加强件允许避免或最小化由板的致动导致的弯曲波之间的破坏性干扰的形成。
[0026]根据针对20kHz板的谐振频率优化的一个实施例，板具有2mm的厚度，并且加强件具有1mm的厚度和5mm的宽度并且以5mm的距离间隔开。
[0027]根据针对200kHz板的谐振频率优化的一个实施例，板具有2mm的厚度，并且加强件具有1mm的厚度和1.2mm的宽度并且以1.8mm的距离间隔开。
附图说明
[0028]将借助附图更详细地描述本专利技术，其中：
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图1示出了由纯弹性材料制成的矩形板在固有频率下的模态形变；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种触觉反馈装置(1；10)，其包括支撑件(4)，所述支撑件能够振动并且其第一面涂覆有至少一个层(2，3)，所述至少一个层结合有用于检测用户的手指的位置的检测装置，所述装置(1；10)包括机电致动器(12)，所述机电致动器沿着所述支撑件(4)或层(2，3)的边缘对齐，并且能够使所述支撑件(4)和所述层(2，3)以超声波谐振频率振动，其特征在于，所述支撑件(4)在其第二面上包括一组加强件(5)，所述一组加强件分布在整个该第二面上，并且被构造为使所述支撑件(4)沿垂直于所述加强件(5)的轴线的屈曲更难，所述加强件(5)被设置成获得所述支撑件(4)的轴向且均匀的振动模式，所述振动模式的所有波腹都具有基本相等的振幅。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加强件(5)被构造为获得轴向振动模式，所述轴向振动模式的节点线平行于所述机电致动器(12)的对齐线。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加强件(5)被构造为获得轴向振动模式，所述轴向振动模式的节点线垂直于所述机电致动器(12)的对齐线。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述机电致动器(12)沿与所述加强件(5)平行或垂直的线设置。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述支撑件(4)由金属、玻璃、陶瓷或处于玻璃相的塑料材料制成。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述支撑件(4)的所述第一面由具有足够低的粘弹性损失的材料(木材、塑料)的薄层覆盖，以不损害所述支撑件(4)的所述超声波谐振。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：哈图优公司，
类型：发明
国别省市：
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