触觉反馈装置的制作方法

本发明涉及一种触觉反馈装置，包括包围传播介质的腔室，所述腔室的壁由弹性膜形成，所述弹性膜用于响应于剪切波在传播介质中的传播向用户提供触觉反馈。

背景技术：

1、触觉或触摸反馈被广泛用于电子设备中，甚至在用于创建模拟或虚拟环境的设备中，用于提供提醒用户特定事件的提示或提供现实的反馈感觉以创造更出色的感官体验。为了产生这种触觉效果，可以利用不同类型的致动器来刺激与设备相互作用表面接触的特定位置的皮肤。致动器用于通过特定形状的表面振荡、信号的模式或多个信号的干扰以特定方式产生触觉效果，以有效地将它们集成在特定接触位置，或动态地取消相互作用表面某些区域的触觉反馈。

2、对于普通的消费级电子设备，可以通过映射振动信号在触觉频谱的给定范围内的传播来实现多信号干扰。然而，当忽略机械能传播的影响时，从致动器到特定感受器的触觉信号的大小会衰减，从而导致触觉信号弱，信息量低于预期。

3、此外，当压力施加在接触表面上时，指尖处的皮肤经历了非线性的刚度增加，直到最大皮肤压痕约为3毫米。因此，当指尖接触触摸屏等平坦的刚性表面时，温和而复杂的触觉信号是无用的。由上可知，通过刚性显示屏在宽频率范围内传输机械信号，即使不是不可能，也很难对皮肤感受器提供有效的刺激。

4、因此，设计者试图改善刺激向皮肤感受器传播的机械能条件，并为相互作用表面开发弹性皮肤兼容覆盖物，作为触觉信号的中介。例如，设计了可变形的透明显示覆盖层，以检测用户指尖在其它刚性显示屏上的压力和位置。

5、其它方案包括充满液体的储液器。储液器的至少一侧包括柔性膜，触觉输出设备还包括与储液器物理接触并用于向液体施加压力波的致动器。压力波与柔性膜相互作用，以向用户提供触觉效果。

6、液体介质，如凝胶、油或合成流体，当在界面内使用时，由于液体介质中更容易产生地震剪切波，会引发触觉信号失真的问题。液体介质，如电流变流体和磁流变流体，至少在理论上被认为是有用的，用于动态调整流体的性质以控制波的传播。然而，这是一个耗电的方案，还没有准备好应用于智能手机、平板电脑或可穿戴设备等便携式设备。

7、因此，需要提供适用于便携式电子设备的改进的触觉反馈装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种改进的触觉反馈装置。上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

2、根据第一方面，提供了一种触觉反馈装置，包括：包围两相传播介质的腔室，其中所述传播介质包括分散在第二流体相中的多个第一相包裹体，所述传播介质的第一相和第二相用于允许至少一个剪切波在所述腔室中沿着第一轴线传播，所述腔室的壁由弹性膜形成，所述弹性膜用于响应于剪切波的传播向用户提供触觉反馈；可操作地连接到所述腔室的第一致动器，用于在传播介质中产生第一剪切波；限制元件，设置在腔内，并用于控制第一相包裹体的微位移和/或振荡；可操作地连接到所述限制元件的第二致动器。第二致动器用于沿着第二轴线将限制元件从第一位置移动到第二位置，第二轴线垂直于第一轴线延伸。限制元件用于，当处于第一位置时，允许第一相包裹体在第二相内在平行于第二轴线的方向和/或平行于第一轴线的方向上的微位移和/或振荡，从而允许一个或多个剪切波沿着第一轴传播。限制元件还用于，当处于第二位置时，至少部分地防止第一相包裹体在第二相内的微位移和/或振荡，从而减少一个或多个剪切波沿第一轴线的传播。因此，限制元件在第一位置和第二位置之间的移动控制了提供给用户的触觉反馈。

3、这样的方案允许衰减不希望的地震信号，同时为用户提供更准确和适应性更强的触觉刺激，增强人类皮肤对振动刺激的响应。该方案在功耗方面响应迅速、高效。

4、在第一方面的一种可能的实现方式中，对第一相包裹体的微位移和/或振荡的控制包括限制元件物理地接合和脱离第一相包裹体，从而提供了控制一个或多个地震波传播的简单、可靠和适应性强的方式。

5、在第一方面的另一种可能的实现方式中，第一轴线、弹性膜的主平面和限制元件的主平面平行延伸，便于实现尽可能薄的装置。

6、在第一方面的另一种可能的实现方式中，弹性膜形成腔室的第一主屏障表面，并且当限制元件处于第一位置时，所述限制元件设置在第二主屏障表面附近，所述第二主屏障表面平行于所述第一主屏障表面延伸，便于实现尽可能薄的装置。

7、在第一方面的另一种可能的实现方式中，弹性膜通过与用户触觉接触来提供触觉反馈，便于向用户皮肤提供简单有效的刺激方式。

8、在第一方面的另一种可能的实现方式中，触觉反馈装置还包括第三致动器，所述第三致动器可操作地连接到腔室并用于在传播介质中产生第二剪切波，第一致动器和第三致动器可操作地连接到腔室的相对端，第一剪切波和第二剪切波沿着第一轴线在相反方向传播。提供两个致动器使得能够沿腔室长度产生建设性的波干扰。

9、在第一方面的另一种可能的实现方式中，第三致动器用于独立于第一剪切波的产生而产生第二剪切波或在第一剪切波产生的同时来产生第二剪切波，为所述装置提供最大的灵活性。

10、在第一方面的另一种可能的实现方式中，第一剪切波和第二剪切波在同时产生时具有建设性的干扰，从而增强了装置的有效性。

11、在第一方面的另一种可能的实现方式中，当限制元件处于第二位置时，第一相至少部分地在弹性膜和限制元件之间互锁，从而为控制第一相包裹体的微位移和/或振荡，以及由此产生的一个或多个地震波传播提供了简单可靠的方案。

12、在第一方面的另一种可能的实现方式中，第一相用于当限制元件处于第一位置时在第二相内自由振荡，从而实现剪切波在传播介质中的自由传播。

13、在第一方面的另一种可能的实现方式中，第一相具有低于第二相的密度的密度，使得第一相包裹体自然聚集在更靠近弹性膜的地方，从而提高装置的响应性。

14、在第一方面的另一种可能的实现方式中，当限制元件由于密度较低而处于第一位置时，相比腔室的第二主屏障表面，第一相更接近腔室的第一主屏障表面。

15、在第一方面的另一种可能的实现方式中，第一相包括多个固体颗粒，第二相包括流体，有助于剪切波的最大传播以及实现简单的立即停止传播。

16、在第一方面的另一种可能的实现方式中，流体是不可压缩的，并且在第一致动器的压力范围内具有线性应力应变响应，便于地震波的充分传输。

17、在第一方面的另一种可能的实现方式中，流体是液体、凝胶或油。

18、在第一方面的另一种可能的实现方式中，流体是静电流体。

19、在第一方面的另一种可能的实现方式中，每个包裹体包括至少一个曲面，使得包裹体在可自由位移时对地震剪切波传播产生最小的影响，同时产生湍流，从而在防止位移时衰减地震剪切波。

20、在第一方面的另一种可能的实现方式中，包裹体具有相同的形状，所述形状优选为球形、圆柱形、圆锥形、椭圆形或自由形式中的一种，便于剪切波的传播和衰减。

21、在第一方面的另一种可能的实现方式中，圆柱形包裹体或圆锥形包裹体的中心轴线平行于第二轴线延伸，便于实现尽可能薄的装置。

22、在第一方面的另一种可能的实现方式中，包裹体设置在平行于弹性膜和限制元件延伸的至少一层中。

23、在第一方面的另一种可能的实现方式中，限制元件是实心板、网格元件和膜中的一种。

24、在第一方面的另一种可能的实现方式中，限制元件比弹性膜的弹性小，便于包裹体的安全互锁。

25、在第一方面的另一种可能的实现方式中，限制元件用于将腔室划分为第一子体积和第二子体积，传播介质的第一相仅设置在所述第一子体积中，传播介质的第二相至少设置在所述第一子体积中，当限制元件处于第一位置时，所述第一子体积具有第一尺寸，当限制元件处于第二位置时，所述第一子体积具有第二尺寸，所述第二尺寸小于所述第一尺寸。

26、在第一方面的另一种可能的实现方式中，限制元件包括多个凹槽，每个凹槽用于当所述限制元件处于第二位置时接合一个包裹体，所述接合限制或防止所述包裹体沿着第一轴线和/或第二轴线的微位移或/和振荡。这有助于增加包裹体微位移的范围和精度。

27、在第一方面的另一种可能的实现方式中，预定义的包裹体接合预定义的凹槽，提供了包裹体的附加和/或可适应的互锁。

28、在第一方面的另一种可能的实现方式中，触觉反馈装置还包括用于驱动第一致动器的第一驱动器、用于驱动第二致动器的第二驱动器以及可选地用于驱动第三致动器的第三驱动器。

29、在第一方面的另一种可能的实现方式中，第一致动器、第二致动器以及可选的第三致动器是压电致动器、超声波致动器、静电致动器、电磁致动器、热致动器和气动致动器中的一种。

30、在第一方面的另一种可能的实现方式中，限制元件、传播介质的第一相和传播介质的第二相中的至少一个包括电活性材料、光活性材料、温度活性材料和磁活性材料。

31、在第一方面的另一种可能的实现方式中，限制元件、传播介质的第一相和传播介质的第二相中的至少一个包括磁活性材料，并且第二致动器是音圈致动器，允许在不需要机械联动的情况下操作装置。

32、在第一方面的另一种可能的实现方式中，第一致动器和可选的第三致动器是用于沿着第一轴线致动的线性致动器，第二致动器是用于沿着第二轴线致动的线性致动器。

33、在第一方面的另一种可能的实现方式中，触觉反馈装置还包括至少一个传感器元件，所述传感器元件用于响应于一个或多个剪切波的传播，检测由弹性膜提供给用户的触觉反馈，从而提高装置的响应性。

34、根据第二方面，提供了一种触觉装置，包括根据上述内容的触觉反馈装置，所述触觉反馈装置的弹性膜形成触觉界面，用于与用户直接物理接触。该方案允许向用户提供更准确和适应性更强的刺激，增强人类皮肤对振动刺激的反应。该方案在功耗方面响应迅速、高效。

35、在第二方面的一种可能的实现方式中，触觉反馈装置是所述装置的显示面板的一部分和应用于所述装置的显示面板上的覆盖层中的一种，因此减少了最终组装时所需的组件的数量。

36、这些和其它方面从下面描述的一个或多个实施例中是显而易见的。