[发明专利]时间反演触觉激励界面

说明书

技术领域

本发明涉及一种时间反演触觉激励界面，该时间反演触觉激励界面使得形状和大小可变的触觉激励能够得到展示。

背景技术

触觉激励界面适用于提供诸如纹理、起伏、或粗糙度之类的随时间和/或空间变化的触觉信息。

此类界面例如用于人机交互界面领域。该界面还可以用于光学、声学、化学和自动化制造领域。

为了生产此类可以显示触觉模式的触觉界面，通常使用致动器矩阵，每个致动器直接在皮肤表面上施加法向或切向的静态或动态运动。此类界面的分辨率受到致动器大小的限制。而且，这些界面体积较大并且需要与所探测的触觉表面成正比的大量致动器，每个致动器对应于一个触觉像素。最终，这些存在于待探测表面下方的致动器致使界面无法透光，这使得无法将界面叠加到屏幕上。此类界面例如在Benali-khoudja，M.Hafez，J.M.Alexandre和A.Kheddar在2004年的国际机器人研讨会会议记录的文献“Tactile interfaces:a state of the art survey”(触觉界面：现有技术概览)中进行了描述。

在其它界面中，待探测的表面根据接触位置相对于图案切向振动。随之可以通过根据手指在表面上的位置调节剪切力以给出边界和纹理的幻觉。整个板块具有相同的运动，并且无法以不同方式激励多个手指：探测表面的两个手指将接收相同的激励。

M.R.Bai和Y.K.Tsai在2011年美国声学学会期刊，129(3)，1297-1305的文献“Impact localization combined with haptic feedback for touch panel applications based on the time-reversal approach”(基于时间反演方法的用于触摸面板应用的结合有触摸反馈的冲击定位)中说明了一种界面，该界面使用时间反演方法来在玻璃片中传播声波并且产生触觉激励界面。

时间反演方法在于将声能集中在给定位置。该方法被用于例如肿瘤切除或者诸如地雷之类爆炸设备的摧毁。

在厚度例如大于1mm的厚玻璃片中传播声波的触觉激励界面具有众多缺点。玻璃中的波速很高，大约为1500m/s。因此，为了获得厘米量级的焦点，则需要大约150kHz的频率。为了获得足以感知的运动，则需要非常大的功率。最终，2mm的玻璃片的抗挠刚度过高而无法获得足够用于触觉应用的运动。例如，该文献提到了对于3cm宽的焦点的2μm的运动。

文献US2010/0225596说明了一种触觉界面，该触觉界面包括在具有压电致动器的框架上延展的弹性体薄膜并在该薄膜中产生驻波。该界面使得无法生成在时间和空间上定位的激励。

发明内容

因而，本发明的一个目标是提供一种触觉激励界面，该触觉激励界面具有良好的空间分辨率和良好的时间分辨率，并且提供能够由触觉检测的大幅运动。

本发明的一个额外目标是提供一种触觉界面，该触觉界面使得可以生成诸如图像轮廓之类的具有复杂形状的图案。

上述目标通过一种实施时间反演方法的触觉激励界面来实现，所述界面包括至少一个面适用于传递触觉激励的元件、能够发射信号以使声波在界面元件中传播的致动器，所述元件由柔性表面形成，施加到表面上的信号通过时间反演方法确定。

因为传播声波的元件是柔性的，声波在该元件中的传播慢得足以在较低频率下获得足够短的波长，从而提高在与触觉激励相容的分辨率下的聚焦。柔性表面使得可以获得较小曲率半径并因而以短波长获得较大运动。

在支承触觉表面的框架上的致动器可以是分立的。由声波生成的激励独立于手指的位置，这使得多个手指能够探测表面。激励可以例如以大约100Hz的频率随时间并以幅度调制方式重复。这些激励可能位于表面的任意位置，聚焦于一点或者描绘出某一形状的轮廓。

因为致动器可以位于界面元件的边缘，该元件可以是透明的并且被用在屏幕上。

触觉表面例如由聚合物材料膜、复合材料膜、厚度大约为100μm的薄玻璃板形成，或者是柔性屏幕。

换句话说，本发明涉及一种激励器，该激励器能够在表面内建立可修改变形，从而对能够触觉感知并能够随时间改变的起伏或者局部振动进行显示。激励器具有由一个或更多致动器激活的表面。这些致动器在所述表面上施加根据时间反演方法计算的力。该方法使得声波能够聚焦于表面的一个或更多点或者直线处，引起在小范围的时间和空间上的可感知的幅度峰值。该动态触觉激励器使得手的多个手指或诸如手掌之类的部分能够对表面进行探测。