提供触觉反馈的三维触摸界面制造技术

一种旨在控制设备(20)的触摸界面(1)，所述界面旨在由外部主体(9)触摸，并且包括：板(10)；至少一个换能器(12)，其被配置向所述板施加可变的幅度压力以使所述板(10)振动；

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】提供触觉反馈的三维触摸界面


[0001]本专利技术是一种具有触觉反馈的触摸界面，其包括三维控制构件，所述控制构件能够被外部主体(例如用户的手指或被用户操纵的手写笔)触摸。

技术介绍

[0002]用于工业设备或用于面向普通大众设备的传统界面通常使用按钮(例如按压按钮、控制轮或滑块)之类的控制构件。这种类型的部件使得可以对经由界面控制的设备的运行参数进行选择和/或设置。控制构件通常是从某一表面开始延伸的三维部件。该组件形成控制区域。控制构件可以采用各种形式。它们通常包括移动部件和电气互连。这导致制造成本很高，并且在使用一定时间后会磨损。
[0003]随着触摸屏的发展，特别是电容效应触摸屏的发展，出现了这种界面的替代方案。这些触摸屏界面能够交互式且高度直观地操作。如今，它们不仅用于普通设备(例如移动电话或汽车仪表板)，还用于更专业的工业应用。但是，触摸屏通常是没有任何纹理的平坦表面。
[0004]人们已经开发了部分设备，使得当用户的手指施加到平面屏幕上时能够感受到纹理感觉。例如，这种纹理化的原理在Biet M等人的出版物“Squeeze film effect for the design of an ultrasonic tactile plate”,IEEE Transactions on Ultrasonic,Ferroelectrics and Frequency Control,IEEE,2007,54(12),pp.2678
–
2688或专利申请EP1956466以及Vezzoli等人的出版物“Couplage vibration ultrasonique et
é
lectro
‑
vibration pour la stimulation tactile”[Ultrasonic vibration and electrovibration coupling for tactile stimulation],Electrical Engineering Symposium SGE 2014中进行描述。在后者中，对两种触觉刺激技术进行了比较，这两种触觉刺激技术包括使用所谓的超声波振动效应的技术。这些文档描述了一种包括光滑板的触摸界面，从而形成被手指触摸的接触表面。该板由位于板下方的、与板接触的多个压电换能器振动。这些换能器与板形成谐振器，有利于形成兰姆波型驻波。当接触表面的谐振频率在超声波范围内(例如为10kHz至200kHz)并且振动的幅度很小(通常为几微米)时，当用户的手指沿着所述表面滑动时，用户可能会感受到接触表面的纹理效果。这种效果是已知的，通常用术语“挤压膜”(或超压膜)来表示。板的振动在手指与板之间产生空气垫，从而减少手指在板上的摩擦力。这也被称为超声波润滑。通过调节振动，手指在板上的摩擦力被改变。因此，用户可以感知纹理化的印象，其形式是粗糙感或一定的抗滑动性，同时接触表面仍然保持光滑。这种效果被应用于透明或非透明的接触表面，从而形成触觉界面。这种类型的界面可以与触摸屏结合。
[0005]然而，在界面中存在三维控制构件具有某些好处：更好的处理，即操作可以更直观。三维部件也适用于用户可见性降低或无法将全部注意力集中在界面上的应用。例如，当用户是汽车驾驶员时，汽车中设备的控制界面必须尽可能直观，从而需要驾驶员最少的注意力，以便所述驾驶员能够专注于驾驶。
[0006]文献JP6739692描述了一种配备有三维控制按钮的触觉界面。该三维控制按钮能够在板上转动移动。在控制按钮的转动作用下，触觉界面生成触觉反馈，包括调制控制按钮与板之间的摩擦力。这允许用户感知控制按钮在板上的滑动调节。
[0007]专利技术人已经设计了一种结合了触摸屏和传统三维部件的优点的设备界面。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一主题是旨在控制设备的触摸界面，该界面旨在由外部主体触摸，并且包括：
[0009]‑
板；
[0010]‑
至少一个换能器，其被配置为使板振动，优选在超声波频率下振动；
[0011]该界面的特征在于其包括：
[0012]‑
控制构件，其从板延伸、位于靠着板的近端与位于距板一定距离处的远端之间，该控制构件旨在与外部主体接触；
[0013]‑
传感器，其被配置为发出状态信号，所述状态信号代表控制构件上外部主体的接触；
[0014]‑
控制单元，其连接到所述传感器并被配置为根据状态信号向至少一个换能器发送激活信号，以使所述板和控制构件振动。
[0015]振动由此带来由触摸板或控制构件的外部主体感受到的纹理化的印象。然后，振动构成来自界面的触觉反馈，从而导致触摸感觉被修改。该振动优选为超声波振动。超声波振动是指频率大于或等于20kHz的振动。该振动频率优选小于200kHz。
[0016]状态信号可以代表由外部主体施加在控制构件上的压力和/或外部主体在控制构件上的位置。
[0017]控制单元可以被配置为根据状态信号向设备发送控制信号。
[0018]控制构件可以靠着板固定。它也可以是可拆卸的。
[0019]根据第一实施例：
[0020]‑
传感器包括压力传感器，所述压力传感器被配置为特别是在外部主体的作用下由控制构件施加在板上的压力，状态信号包括取决于所施加的压力的压力分量；
[0021]‑
控制单元被配置为根据所施加的压力向换能器发送激活信号，特别是当压力超过预定阈值或压力发生变化时。
[0022]该压力传感器可以包括：
[0023]‑
测距仪，其面向板布置并且被配置为测量将其与板分隔开的距离，测距仪被配置为确定板在施加在板上的压力的作用下的变形；
[0024]‑
或应变计，其被设计为在施加在板上的压力的作用下在板的变形的作用下变形；
[0025]‑
或测力计，其被布置为与板接触，并被配置为检测板在施加在板上的压力的作用下的移动；
[0026]‑
或换能器，其被配置为测量板的振动的变化，所述变化由施加在板上的压力引起。
[0027]根据压力传感器所测量的压力分量，控制单元可以被配置为发送采用激活序列的形式的激活信号。该激活序列被参数化，使得外部主体感觉到点击效果，该点击形成来自界
面的触觉反馈。
[0028]可以根据以下建立激活信号：
[0029]‑
周期性载波，该载波在每个周期内以一定幅度延伸；
[0030]‑
调制函数，根据位置传感器所测量的压力分量而变化；
[0031]使得激活信号的幅度由调制函数对载波的调制产生。
[0032]根据第二实施例：
[0033]‑
传感器包括电容式位置传感器，该位置传感器连接到优选地平行于板延伸的导电轨道的网络；
[0034]‑
控制构件由电绝缘材料形成，并且包括彼此电绝缘的导电元件，所述导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种旨在控制设备(20)的触摸界面(1)，所述界面旨在由外部主体(9)触摸，并且包括：
‑
板(10)；
‑
至少一个换能器(12)，其被配置为使所述板(10)在超声波振动频率下振动；所述界面的特征在于其包括：
‑
控制构件(2)，其从所述板延伸、位于靠着所述板的近端(2
p
)与位于距所述板一定距离处的远端(2
d
)之间，所述控制构件旨在与所述外部主体接触，所述控制构件被配置为当其被所述外部主体致动时相对于所述板静止；
‑
传感器(14)，其被配置为发出状态信号(S(t))，所述状态信号(S(t))代表所述外部主体与控制构件的接触；
‑
控制单元(15)，其连接到所述传感器(14)并被配置为根据所述状态信号向至少一个换能器发送激活信号(Act(t))，以使所述板和所述控制构件振动，使得在所述控制构件的超声波振动的作用下，改变所述外部主体相对于控制构件的摩擦力，从而导致来自所述界面的触觉反馈。2.根据权利要求1所述的界面，其中，所述控制单元(15)被配置为根据所述状态信号(S(t))向所述设备(20)发送控制信号(Com(t))。3.根据权利要求1和2中任一项所述的界面，其中，所述控制构件(2)靠着所述板(10)固定。4.根据前述权利要求中任一项所述的界面，其中：
‑
所述传感器(14)包括压力传感器(14
b
)，所述压力传感器(14
b
)被配置为测量由所述控制构件(2)施加在所述板(10)上的压力，所述状态信号包括取决于所施加的压力的压力分量(S
b
(t))；
‑
所述控制单元(15)被配置为当所述压力超过预定阈值(P1、P'1、P2)时或者基于压力的变化向换能器发送激活信号(Act(t))。5.根据权利要求4所述的界面，其中，所述压力传感器包括：
‑
测距仪，其面向所述板布置并且被配置为测量将其与所述板分隔开的距离(d)，所述测距仪被配置为确定所述板在施加在板上的压力的作用下的变形；
‑
或应变计，其被设计为在施加在板上的压力的作用下在板的变形的作用下变形；
‑
或测力计，其被布置为与所述板接触，并且被配置为检测所述板在施加在板上的压力的作用下的移动；
‑
或换能器，其被配置为测量所述板的振动的变化，所述变化由施加在板上的压力引起。6.根据权利要求4和5中任一项所述的界面，其中，根据所述压力传感器(14
b
)所测量的压力分量，所述控制单元(15)被配置为发送采用激活序列的形式的激活信号，所述激活序列被参数化，使得所述外部主体感觉到点击效果，该点击形成来自所述界面的触觉反馈。7.根据前述权利要求中任一项所述的界面，其中：
‑
所述传感器(14)包括电容式位置传感器(14
a
)，所述电容式位置传感器(14
a
)连接到平行于所述板延伸的导电轨道(13)的网络；
‑
所述控制构件(2)由电绝缘材料形成，并且包括彼此电绝缘的导电元件(3)，所述导电
元件(3)在所述近端(2
p
)与远端(2
d
)之间延伸；
‑
至少一个导电轨道(13)被布置为与所述控制构件的至少一个导电元件(3)电容接触，以便允许借助所述导电元件在所述外部主体(9)和所述导电轨道之间通过电容效应进行电荷转移；使得所述状态信号(S(t))包括位置分量(S
a
(t))，所述位置分量(S
a
(t))取决于所述外部主体和控制构件之间的接触位置。8.根据权利要求7所述的界面，其中，所述控制单元(15)被配置为当所述位置分量经历代表所述外部主体与控制构件之间的接触位置的变化的变化时向所述换能器发送激活信号(Act(t))。9.根据权利要求7和8中任一项所述的界面，其中，根据所述位置传感器(14
a
)所测量的位置分量，所述激活信号(Act(t))被参数化，使得所述外部主体感觉到切口效果，所述切口效果形成来自所述界面的触觉反馈，所述切口效果对应于所述外部主体在所述控制构件上感觉到至少一个虚拟切口。10.根据权利要求9所述的界面，其中，根据以下建立所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆，
申请(专利权)人：HAP二U公司，
类型：发明
国别省市：