用于显示设备的触觉装置的制作方法

本发明涉及一种用于显示设备的触觉装置，所述装置包括触觉信号生成元件和致动器。

背景技术：

1、随着计算机变得越来越小，越来越多的功能预计将被并入越来越小的封装中。移动电子消费品，如智能手机和可穿戴设备、智能服装及其配件，通常可以包括用于产生触觉反馈的振动器，触觉反馈如传统(警告)和条件线索(方向、数字、节奏等)。例如，智能手机和手腕可穿戴设备(如智能手表和跟踪器)具有嵌入式振动器，用于在与用户接触时产生触觉反馈信号。

2、为了在二维和三维触觉空间中(包括在智能手机中)实现高保真成像，提出了许多方法和技术。例如，目前正在努力确定能够响应接触区域的特定信号和参数在局部增强触觉感知的材料和/或生产材料的方法。然而，提高触觉灵敏度通常会导致信噪比降低。噪声可以掩盖对弱刺激的感知和对强刺激的感知。

3、此外，基于闭环控制的已知实验触觉技术用于高保真信号定位，在小型电子设备中实现时有很大困难和局限性。

4、此外，已知的高保真触觉成像还不够精确，无法满足用户的需求。技术问题包括振动通过刚性非平面多层介质传递到手时产生的信号耗散和失真、不适当的干扰以及与环境噪声重叠。其它因素与人类感知有关，人类感知可能会影响指尖感觉、信号检测和可区分性。

5、例如，已经提出了一种触觉显示设备，其中，振动被施加到用户手指的指甲侧，而不是被施加到用户手指的垫侧，使得虚拟的起伏感觉可以叠加到在手指的扫描动作期间获得的真实感觉上。所述设备是基于这样的现象，即当手指扫描物体时施加振动时，会产生波动的感觉而不是振动的感觉。这种诱导触觉刺激的方法能够修改手指垫侧产生的压力，但需要主动扫描操作，以感知由实际表面上的局部手指压力指定的修改原始参数的动态。所述方法还需要一个附加到指甲上的小工具。

6、此外，已经存在关于使用压电致动器产生白噪声振动的感觉运动增强器的实验，白噪声振动被传递到用户指髓周围的触觉受体。低通滤波白噪声振动的截止频率为300hz。然而，致动器附件的结构特征以及环境振动损害了指尖的透射率和随机共振信号的频谱。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于显示设备的改进的触觉装置。上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。根据从属权利要求、说明书以及附图，其它实现方式是显而易见的。

2、根据第一方面，提供了一种用于显示设备的触觉装置，其中，所述装置包括：在主平面中延伸的结构，所述结构包括：触觉信号生成元件；叠加在触觉反馈元件上的调制信号生成元件；至少一个第一致动器，用于通过产生至少第一横向波，沿着垂直于所述主平面的致动轴移动所述结构，其中，所述第一横向波从所述第一致动器沿着所述主平面中的主传播轴传播；至少一个第二致动器，用于通过产生切向波，在垂直于所述主传播轴的致动平面中移动所述结构，其中，所述切向波在与所述第一横向波切线延伸的辅助传播方向上从所述第二致动器传播。所述切向波叠加到所述第一横向波上，使得所述切向波调制所述第一横向波的频率和幅度中的至少一个。

3、通过将切向波叠加到所述横向波上，用户的触觉感知得到增强。通过叠加调制信号，可以增强构造波干扰振动信号的局部感知。这有助于在二维和三维触觉空间中实现高保真成像，而无需对信号、传播介质和可用触觉致动器技术进行不必要的收缩要求。通过将所述致动与所述触觉刺激分离，使用所述触觉信号生成元件和调制信号生成元件作为振动信号(即横向波和切向波)到用户皮肤接触点的传播介质，并使用信号的建设性干扰，实现高清多点触觉反馈，同时最小化致动器的数量，允许额外的自由空间且减少能耗，增加信号控制，提高触觉信号传输效率。

4、在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述结构被分层，使得所述触觉信号生成元件和所述调制信号生成元件平行于邻接层设置，有助于所述触觉信号生成元件和所述调制信号生成元件集成，并且所述调制信号生成元件由所述触觉信号生成元件支撑和承载。

5、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，与所述触觉信号生成元件相比，所述调制信号生成元件具有增加的表面摩擦。这有助于进一步增强用户对叠加波的触觉感知。这种触觉刺激是通过调节表面摩擦来实现的，即在特定点增强触觉对比度(触觉信噪比)。

6、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述调制信号生成元件具有纹理表面，不需要有源或可转换元件。

7、第在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一横向波的传播可以包括所述第一横向波的局部干扰最大值沿着所述主传播轴分步移动。所述局部干扰最大值将用户的注意力集中在皮肤接触的特定区域，并且由于存在使周围材料形成的叠加切向波，用户可以更准确地区分穿过接触区域移动的局部干扰最大值的相对轨迹，即正常微位移，即电子设备或附件覆盖物的调制信号生成元件刺激皮肤。

8、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述调制信号生成元件包括聚合物材料或印刷品，便于耐用且薄的调制信号生成元件。

9、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述调制信号生成元件包括网格图案，所述网格图案的步长符合由所述第二致动器产生的位移频率。通过在所述网格图案中提供这种符合实际位移频率的预定步长，可以使触觉增强的影响最大。

10、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，位移以允许基于人类敏感度产生有效振动的频率产生。

11、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一致动器是一维致动器，优选为电磁致动器或压电致动器。由于所述致动器的运动范围仅限于沿一个轴线，因此所述致动器不仅在空间上高效，而且可靠。

12、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第二致动器是二维致动器，有助于在至少一个平面中位移，从而产生切向波。

13、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第二致动器至少部分地设置在触觉信号生成元件附近，有助于所述第二致动器的致动直接传输到所述触觉信号生成元件。

14、根据第二方面，提供了一种显示设备，包括根据上述的触觉装置，其中，所述显示设备的至少一个外表面包括所述装置的结构，所述结构的调制信号生成元件用于与所述显示设备的用户触觉接触。这种装置有助于用户的触觉感知显著增强，因为该装置至少部分地与用户直接接触。

15、在所述第二方面的一种可能的实现方式中，所述显示设备为触觉显示设备。

16、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述外表面包括在所述显示设备的外壳或盖的侧面部分和/或背面部分中，使得所述显示设备的电子显示器不受振动的影响。

17、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述装置的所述第二致动器包括所述显示设备的功能组件，例如电池。通过将其它现有的部件用于致动过程，不需要单独的致动器占用空间，并要求设备被配置成容纳所有此类部件，包括它们可能的运动。

18、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述装置包括多个第一致动器，所述多个第一致动器用于通过产生至少一个横向波，沿着所述致动轴移动所述结构，其中，所述至少一个横向波沿着所述结构的所述主平面的所述主传播轴传播。通过使用多个致动器，可以在设备的不同区域产生横向波，这取决于致动器是否被致动。

19、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述多个第一致动器成对设置并共用主传播轴，所述一对第一致动器中的一个致动器产生沿着所述主传播轴在第一主传播方向上传播的第一横向波，所述一对第一致动器中的另一个致动器产生沿着所述主传播轴在第二主传播方向上传播的第二横向波，使得所述第一横向波和所述第二横向波沿着所述主传播轴建设性地干扰。这有助于由一对致动器产生的横向波建设性地干扰，以便提供更强烈的振动信号。

20、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述多个第一致动器中的每个第一致动器用于以相对于所述多个第一致动器中的其它第一致动器的致动的预定延迟致动，其中，所述延迟用于在所述第一横向波和所述第二横向波之间产生建设性波干扰。

21、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述显示设备包括两对第一致动器，设置成使得每个第一致动器设置成在所述显示设备的角落附近，每对致动器的所述第一致动器设置在相对的角落处，使得一对致动器的主传播轴与另一对致动器的主传播轴相交。

22、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述第一致动器固定到所述显示设备的固定元件，例如内部底盘。这有助于所述致动器被牢固地固定，并且位移被限制在所述触觉装置的部件上。

23、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述显示设备为vr触觉耳机、可穿戴设备、智能手机、平板电脑或笔记本电脑中的一种。

24、在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述触觉装置设置在用于电子设备的外壳、触觉服装或方向盘覆盖物。

25、这一方面和其它方面在下文描述的实施例中是显而易见的。