柔性触觉界面制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性触觉界面(1)，其包括：触觉结构(2)，该触觉结构限定用户可触摸的触摸表面(S)，该触觉结构包括：由柔性载体(4)承载的多个刚性触摸像素(3)，和至少一个致动器(5)，所述致动器与每个像素(3)接触并且被布置为向像素(3)传输导致用户可触觉感知的效果的机械激发。的机械激发。的机械激发。

【技术实现步骤摘要】
柔性触觉界面


[0001]本专利技术涉及人机界面，更具体地涉及产生触觉效果的人机界面。

技术介绍

[0002]触觉界面允许用户通过他的触觉与他的环境进行交互。目前，触觉效果越来越多地用于许多应用中，例如用在智能手机中，智能手机在屏幕上显示的按键被按下时会产生轻微的振动，以模拟按在按钮上的印象。触觉应用也存在于虚拟或增强现实设备中，特别是为了更好地沉浸在视频游戏中。当用户与触摸表面接触时在触摸表面上产生触觉效果的诸如触摸面板之类的触觉界面尤其可以集成到诸如台式计算机或膝上型计算机、平板计算机和/或智能手机之类的许多技术中。
[0003]已知借助发射在刚性触摸表面上传播的超声波的超声波换能器在刚性触摸表面上产生各种相对复杂的触觉效果。
[0004]随着诸如可折叠智能手机或者甚至可卷曲电视机等柔性商业产品在市场上的出现，希望提供能够集成到此类产品中的柔性触觉界面。
[0005]然而，由于超声波换能器发射的波被柔性材料部分吸收，因此使用承载超声波换能器的简单的柔性载体受到限制；所产生的触觉效果则难以让用户用他的手指或他的手在这种载体上施加压力来感知。
[0006]此外，已知使用气动致动器在柔性结构上产生触觉效果。专利US10240688B2公开了一种柔性触觉界面，其包括允许产生拓扑效应的气动致动器。
[0007]Yu等人的文章“用于虚拟和增强现实的皮肤集成的无线触觉界面(Skin
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integrated wireless haptic interfaces for virtual and augmented reality)”(Nature，2019年)公开了一种柔性触觉界面，其包括允许产生各种触觉效果的磁致动器。然而，使用这种界面获得的触觉效果的空间分辨率相对较低，并且使用磁致动器会导致高功耗。
[0008]最后，非牛顿流体已被用于产生简单的触觉效果，例如按钮效果和浮雕效果。Lochtefeld的文章“Towards real organic user interfaces
‑
using non
‑
Newtonian fluids for self
‑
actuated displays”(CHI13研讨会，2013年)描述了一种触觉设备，该设备使用夹在位于扬声器的固定阵列上的两个柔性片材之间的剪切增稠非牛顿流体。当声波在流体中传播并局部硬化时，就会产生手指可感知的拓扑结构。
[0009]Poncet等人的文章“Static and dynamic studies of electro
‑
active polymer actuators and integration in a demonstrator”(Actuators Journal(致动器杂志)，2017年)描述了一种包含压电电活性聚合物致动器的设备，这些致动器被布置以获得基于柔性膜的振动触觉按钮。这些按钮由刚性载体支撑。

技术实现思路

[0010]需要进一步改进柔性触觉界面，特别是为了提供一种能够产生各种触觉效果并具
有良好空间分辨率的触摸界面。
[0011]本专利技术旨在满足该需求，并且根据其第一方面，本专利技术通过包括限定用户可触摸的触摸表面的触觉结构的柔性触觉界面来满足这一需求，该触觉结构包括：
[0012]由柔性载体承载的多个刚性触摸像素，
[0013]至少一个致动器，其与每个像素接触并且被布置为向像素传输导致用户可触觉感知的效果的机械激发。
[0014]通过本专利技术，触觉结构具有一定的柔韧性，同时仍然可以产生令人满意的触觉效果，具有适用于许多应用的空间分辨率和可靠性。
[0015]该界面可以包括任何控制电路，该控制电路被配置为调制发送到致动器的信号，以便机械地引起像素的振动并在触摸表面上产生相应的触觉感觉。
[0016]触摸像素
[0017]本专利技术不限于具有特定形状的触摸像素。然而，某些形状可能有助于制造。因此，至少某些像素，更好地是所有像素，可以具有多面体、并且优选地为平行六面体的总体形状。像素尤其可以采用矩形平板的形式。
[0018]至少某些像素，更好地是所有像素，优选地由相对硬且普通的材料制成，例如玻璃，并且优选地是硼硅酸盐玻璃。
[0019]至少某些像素，更好地是所有像素，优选地具有基本恒定的厚度，厚度优选地在50微米至5mm之间，并且更好地在200微米至700微米之间。
[0020]所有像素可以相同。作为变型，可以在同一界面内组合不同大小的触摸像素，例如取决于它们相对于触摸表面的位置，或取决于应用。
[0021]触摸像素的载体与集成
[0022]“载体”是指确保触摸像素在触觉结构内保持就位以及触摸像素在触觉结构内的内聚的任何单层或多层结构。
[0023]载体优选地由一种或多种聚合物材料形成，这可能有助于制造和获得触觉结构所寻求的柔韧性。
[0024]像素有利地由比载体的材料更硬的材料制成。每个触摸像素的杨氏模量与载体的杨氏模量的比率例如大于或等于8，更好地是大于或等于20，甚至更好地是大于或等于50，更优选地在80到90之间，尤其是等于约85。
[0025]载体厚度的选择可取决于其柔韧性：载体越软，其厚度可能越大，同时允许保持所寻求的柔韧性。
[0026]取决于载体的结构，触摸像素可以以各种方式集成到载体中。
[0027]载体尤其可以包括承载层和用于补偿像素厚度的补偿层。该补偿层位于像素之间，位于承载层之上。
[0028]承载层还可以起到保护层的作用，保护触摸像素和/或触摸像素配备的致动器。
[0029]优选地，承载层具有基本恒定的厚度，优选地在50nm至500微米之间，并且更好地在25微米至80微米之间，例如50微米。
[0030]承载层可以单独确保触摸像素在触觉结构内保持就位。厚度补偿层也可以与承载层一起发挥这个作用。
[0031]触摸像素可以全部位于承载层的同一侧，补偿层包括在像素之间延伸的柔性段，
也称为“柔性桥”或“柔性铰链”。
[0032]补偿层优选地具有基本恒定的厚度，优选地在100μm至5cm之间，并且优选地在500μm至5mm之间，例如1mm。
[0033]至少一些触摸像素，并且优选地所有触摸像素，可以具有出现在触摸表面上的外表面。
[0034]触摸像素的这个外表面可以与补偿层的外表面齐平，像素的外表面和补偿层的外表面然后限定可以用作界面的触摸表面的基本上光滑的表面。
[0035]然后，当用户将手指与触摸表面接触时，用户直接接触触摸像素。
[0036]作为变型，触摸像素和补偿层可以覆盖有保护层，该保护层可以与载体的承载层相同或不同。该保护层的厚度比较小，以免过度影响对触摸效果的感知。
[0037]载体可以包括触摸像素至少部分位于其中的外壳，触摸像素例如被限定触摸表面的柔性片材连续覆盖。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性触觉界面(1)，包括：触觉结构(2)，所述触觉结构(2)限定用户可触摸的触摸表面(S)，所述触觉结构包括：由柔性载体(4)承载的多个刚性触摸像素(3)，至少一个致动器(5)，所述至少一个致动器与每个像素(3)接触并且被布置为向所述像素(3)传输导致所述用户可触觉感知的效果的机械激发。2.根据权利要求1所述的界面，包括控制电路(6)，所述控制电路(6)被配置为调制发送到所述致动器的信号，以便机械地引起所述像素(3)的振动并在所述触摸表面上产生触觉感觉。3.根据权利要求1所述的界面，其中，至少某些像素(3)、更好地是所有像素，具有基本恒定的厚度，所述厚度优选地在50微米至5mm之间，并且更好地在200微米至700微米之间。4.根据权利要求1所述的界面，其中，所述载体(4)由聚合物材料形成。5.根据权利要求1所述的界面，其中，至少一些像素(3)具有出现在所述触摸表面(S)上的外表面(3a)。6.根据权利要求1所述的界面，其中，所述载体(4)包括承载层(41)和用于补偿所述像素(3)的厚度的补偿层(40)，所述像素(3)都位于所述承载层(41)的同一侧，所述补偿层(40)包括在所述像素(3)之间延伸的柔性段(400)，所述补偿层(40)具有基本恒定的厚度(h
E
)，所述厚度(h
E
)优选地在100微米至5厘米之间，优选在500微米至5毫米之间，尤其是1毫米。7.根据权利要求6所述的界面，其中，所述像素(3)具有与所述补偿层(40)的外表面(40a)齐平的外表面(3a)，所述像素的外表面和所述补偿层的外表面限定所述触摸表面(S)。8.根据权利要求1所述的界面，其中，所述载体(4)形成外壳(420)，所述像素(3)至少部分地位于所述外壳(420)中，所述像素被限定所述触摸表面的柔性片材(43)连续覆盖。9.根据权利要求1所述的界面，其中，两个相邻像素(3)之间的间距(d)在10微米至5毫米之间，更好地在1毫米至2毫米之间。10.根据权利要求1所述的界面，其中，至少一些像素(3)排列成行和/或列，特别是当所述界面是平坦的时，排列在同一平面内，并且优选地排列成规则网格。11.根据权利要求1所述的界面，其中，每个像素(3)配备有在所述像素的至少一个面(3b)上延伸的多个致动器(5)。12.根据权利要求11所述的界面，其中，所述致动器(5)被放置在所述像素(3)的中间平面的任一侧，优选地在振...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：