[发明专利]触觉交互设备

说明书

技术领域

本发明领域涉及一种具有触感表面的交互设备，以及更特别地涉及具有至少10英寸对角线的显示设备。

背景技术

该触感显示设备包括显示数据的屏幕以及被直接布置在屏幕前方，在观察者和屏幕之间的有源层。有源层包括由用户的手指或手或任何其他激励装置激活的触感表面，以及通过显示在屏幕上的图形界面使对设备或系统的项目控制成为可能。存在大量的可能用途。特别地，存在航空应用，其中飞行员可以因此监测和控制由该飞机的航空电子系统显示的所有功能。

这样的界面必须向用户提供反馈，例如按钮状态的改变，以便操作者可以看到从非激活到激活的过渡，并且因此确认其交互。这种与用户交互的触感表面模式不是非常具有协作性并且会产生错误，所述错误与涉及命令的激活或非激活的疑问相关，例如在盲命令的情况下飞行员必须通过向外观察首先执行他的主要任务。对于此，该显示设备可能通过产生声音提供反馈以影响用户的听觉。然而，在嘈杂的环境，特别是飞机驾驶舱，察觉该反馈并不总是容易的。

还已知具备力反馈使提高交互实现成为可能的触觉系统，通过提供有关于被激活对象状态的生理反馈来实现。根据普遍了解的现有技术状态，该反馈仅仅在激活装置存在的条件下被触发，激活装置一般为手指。在现实中，当一系统的控制元件被激活，比如举例来说，一个按钮或一个电位计，后者对按下的行为做出反应，因为它有反应功能，这可以是它的硬度，它的行程，它的粘性，它的阈值。例如，按钮具有预行程(pre-travel)，其压力规律取决于其硬度以及激活装置施加的力。然而，超过一定值，按钮的反应力突然降低，且正是在激活发生的精确时刻(并且只当力达到其阈值)。当按钮被释放时此规律是可逆的。该特性被称为触觉反应功能。该功能涉及到物理触摸，也被称为动觉(kinesthesics)，这就是说，与操作者的神经和肌肉系统有关。同样地，表面状态，纹理，其特征可以是触觉反应功能，并且在这种情况下，涉及位于皮肤神经末梢终端的感受器，被称为环层小感受器(pacinian receptor)。

有许多触觉系统使用通过激励器设置在震动模式的触感表面。激励器是一种能够将电能转化为机械能的机电系统，该转化比不以机械零件运动形式的转化更频繁。它通常由与电脑连接的控制器驱动。

这些激励器是不同类型：

-偏心凸轮转子堆(ERM)：这是一种产生径向惯性力的偏心堆。整个系统震动，并且因此，该设备只应用于漫游仪器。在实践中，对于被固定在刚性支架上的仪器项目，其效果将是零，或者更糟，如果支架是弹性的，它可能进入共振。

-地震共振堆(LRM)：该堆由通过电磁或静电设备设置成共振的弹簧悬挂。此原理具有与第一个同样的缺点。

-电磁：激励器包括可被线圈核心的位移扭曲的框架。产生的横向位移凭借转子的作用被重新发送至屏幕。这样的设备是，例如在专利WO2006124873A1中所描述的。

-压电双晶片：两种类型的激励器被使用：振动板(“压电束”)以及吸塑盘(“压电盘”)。这些激励器使用由覆盖在激励器一个或两个表面上的压电陶瓷引起的剪切力。这样设备的一个范例在专利US2008122315A1中给出。

-静电：由电容效应产生，两个覆盖在屏幕上的平行层被拉在一起或推开以模拟交互对象。

-利用形状记忆：一些材料当受到一定温度时还原为特殊的形状。

这些概论将通过参考“Tactile-Feedback Solution for an EnhancedUser Experience，M.Levin and A.Woo，Information Display October 2009Vol.25No.10”(“增强用户体验的触觉反馈解决方案，M.Levin和A.Woo，信息显示，2009年10月第25卷第10号”)被更好地理解。

不是所有这些系统都适合复制动觉效应，并且尤其在大屏幕上，在动态应力下产生显著的惯性力。例如，在专利申请US2007080951A1中，压电双晶片激励器被直接排列在支撑框架与触感表面之间的触感表面后面，但是它们只传送牛顿量级的力，这是不足以抵抗操作者的力的。除此之外，大的触感表面，也就是说，具有一个至少等于15英寸的对角线的表面，具有低共振频率，使得对于处在150到250赫兹量级的频带范围之内的环层小感受器敏感的频率难以产生振冲触觉效应。除此之外，被引用和目前使用的激励器产生对于屏幕正常的非常低的力，远低于操作者可以产生的力。这将有可能考虑倍增激励器的数量，但是这将增加该系统的价格、消耗、体积和重量。