[发明专利]具有同时感测和致动的触觉显示器

说明书

本公开涉及具有同时感测和致动的触觉显示器。本发明公开了利用同时感测和致动产生多点触觉的触摸接口设备和方法。在一种配置中，连接到基板的前表面的一个或多个电极以图案布置并连接到电子控制器，其中电子控制器被配置为通过向电极施加一个或多个电压产生触觉效果，并且通过向电极施加一个或多个电压测量一个或多个触摸点的位置。在另一种配置中，电子控制器被配置为通过向电极施加正电压和/或负电压产生触觉效果，并且通过向电极施加正电压和/或负电压测量一个或多个触摸点的位置。还公开了利用触摸接口的基板上的单组电极同时在基板上产生触觉效果和测量相对于基板的手指位置的方法。

本申请是申请日是2015年2月20日、申请号是201580009388.4、发明名称为“具有同时感测和致动的触觉显示器”的发明专利申请的分案申请。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年2月21日提交的美国临时专利申请序列No.61/942,983的权益和优先权，其全部公开内容通过引用被结合于此。

本发明的合同起源

本发明是依据由美国国家科学基金会给予的在资助号为IIS-0964075和IIP-1330966下利用政府支持作出的。政府对本发明具有一定的权利。

技术领域

本发明一般而言涉及用于表面触觉设备(surface haptic device，SHD)的触摸接口，并且更具体而言涉及可以提供多点触觉的具有同时感测和致动的触摸接口，它包括提供由用户的单独手指经历的独立触觉效果。

背景技术

触摸接口可以在膝上型电脑、游戏设备、汽车仪表盘、信息亭、手术室、工厂、自动柜员机以及诸如相机和电话的便携式设备的主机中找到。触摸接口提供离散机械控制无法提供的灵活交互可能性。但当今的触摸接口牺牲了人类体验的重要部分：触觉。“触觉”是指与触摸关联的感知系统。触觉给予我们触摸类型、在黑暗中发现灯的开关、挥舞刀叉、享受抚摸狗或握住我们配偶的手。触觉不只是移动一个人的手，而是关于感觉事物、识别物体(甚至不用看它们)，以及控制我们与世界交互的方式。

振动形式的触觉是诸如寻呼机、手机和智能电话的电子产品的熟悉特征。虽然振动早已被用作无声振铃或告警，但它越来越多地被用来在使用触摸表面(诸如触摸屏)时向人的手(尤其是指尖)提供触觉反馈。现有技术，诸如标题为“Haptic Feedback forTouchpads and Other Touch Controls”的美国专利6,429,846，描述了用于基于振动的触觉反馈的多种硬件和软件解决方案。该技术比在寻呼机中传统使用的技术明显地更先进。使用压电致动器启用高带宽的振动谱(vibration profile)控制增强了使用体验。然而，振动方法有一定的缺点。例如，整个设备振动，使得任何效果都在握着该设备的手以及触摸触摸表面或屏幕的指尖感觉到。此外，它不支持多点触觉：因为整个设备振动，所以触摸屏幕的每个指尖经历相同的效果。

最近，静电致动已经作为生成局部化到指尖的振动的手段而被探索。现有技术，诸如美国专利7,924,144，利用静电力来造成指尖的振动，这使得人能够检测触摸表面上的各种纹理。这种技术的优点是它除了在皮肤表面上之外不生成机械振动。虽然该技术还具有通过简单地使用屏幕的同一表面上的多个电极来支持多点触觉的潜力，但实际上这是难以做到的。一个原因是难以产生到不在透明屏幕的边缘附近的电极的低电阻电连接。因此，在多个电极中，那些不在边缘附近的电极充电慢。另一个原因是触觉必须与感测指尖位置的一些手段共存。对于多触摸感测的最常见技术是也使用静电荷的“投射电容”感测。为了最小化静电触觉和投射电容感测之间的相互作用，现有技术对触觉使用单个电极，尺寸为整个触摸屏。

多点触觉