[发明专利]用于提供触摸反馈的触觉显示器

说明书

背景技术

用于电信和计算机化设备的用户接口传统上已集中于视觉和听觉人类感觉。许多电视、计算机和游戏站具有高分辨率视觉显示器和用于立体或多声道音频输出的能力。然而，其他人类感觉被大大地忽视且未在用户接口中利用。特别地，作为人们如何体验世界的关键部分的触觉在用户接口设计中通常被忽视。在以相对粗糙的方式向用户接口添加“触摸”方面已存在一些有限努力。例如，为了增强计算机游戏的真实性，一些游戏控制器将电动机与使玩游戏者的手震动以指示碰撞或爆炸的旋转不平衡载荷相结合。并且，已证明的是玻璃板的超声波振动能够改变由于由超声波振动所引起的空气夹带（entrainment of air）所致的手指与玻璃表面之间的摩擦力。已经进行了使用此类摩擦力改变的时间变化来模拟通过触摸来感受对象的纹理的感觉的尝试。

附图说明

关于以下附图以示例的方式来描述本发明的一些实施例：

图1是用于向用户的手提供触摸反馈的根据本发明的实施例构造的触觉显示器（tactile display）的示意图；

图2是图1的触觉显示器的接触表面的像素的示意性顶视图； 

图3是触觉显示器的一个实施例中的像素的振动元件的示意性横截面图； 

图4是触觉显示器的另一实施例中的像素的振动元件的示意性横截面图； 

图5是触觉显示器的另一实施例中的像素的振动元件的示意性横截面图； 

图6是触觉显示器的又另一实施例中的像素的振动元件的示意性横截面图； 

图7是将触觉显示器与视觉显示器集成的用户接口设备的示意性横截面图；以及 

图8是被用来提供所显示对象的视觉和触觉信息两者的图7的用户接口设备的图示。

具体实施方式

图1示出用于通过触摸向用户提供触觉信息的依照本发明的触觉显示设备100的实施例。如本文所使用的词语“显示器”概括地用来意指呈现用于由用户感知的信息的输出设备，并且此类信息是视觉、触觉或听觉的。如下文更详细地描述的，触觉显示器100具有触觉接触表面102，其能够向触摸该表面的用户的手110提供在空间和时间上变化的触摸感觉。由接触表面102提供的触觉信息的空间变化不仅允许用户的不同手指接收不同触觉反馈，而且允许每个手指与接触表面102的接触区域的不同部分产生各种触摸感觉，非常像人类手指通过触摸来感觉真实对象的表面的方式。

由接触表面102提供的触觉反馈使得在用户接口中集成触摸感觉以用于各种应用的许多新方式能够丰富用户体验。例如，当用户在互联网上购买衣服时，关于用来制造衣服的织物的信息可以被传送到用户的计算机，其操作触觉显示器100的接触表面102，使得用户能够触摸织物的表面并感受其纹理。作为另一示例，针对太空或深海探索，可以将由机器人设备收集的远程对象的视觉和触觉信息传送给观察者以允许观察者不仅看到对象，而且通过使用触觉显示器100来触摸对象。

图2示出图1的触觉设备100的实施方式。如图2所示，可以大体上为平面的触觉接触表面102被划分成多个像素120。如本文所使用的词语“像素”用来意指接触表面的触觉显示元件。如下文更详细地描述的，每个像素120具有振动元件，其能够实现变化频率和振幅的时变位移，并且振动元件的顶面的位移能够在平面内移动以提供剪切位移或正交于显示表面移动以提供正交位移。可以与其他像素的振动分开地调制每个像素的振动。为此，可以使用与在对视觉显示器诸如LCD显示器的像素进行寻址中所使用的类似的矩阵寻址来对像素120的阵列进行寻址。如图2所示，可以将像素120布置成二维阵列并用寻址线或电极的行和列来连接。通过选择被连接到该像素的行寻址线126和列寻址线128来对每个像素进行寻址。在有源矩阵配置中，可以在振动元件下面制造晶体管和用于激励像素120的振动元件的驱动电路132的其他部分。在无源矩阵配置中，用于激励像素的振动元件的电路可以远离像素设置，并且经由像素的行和列寻址线126和128向像素提供用于对像素的振动元件进行致动的能量。