Устройство, содержащее оптически прозрачный лист, и связанные с ним способы
Изобретение относится к средствам для обеспечения тактильной обратной связи для пользователей дисплея с сенсорным экраном. Техническим результатом является обеспечение тактильной обратной связи пользователю посредством устройства электровибрации, выполненного прозрачным, позволяющим видеть через него изображения, отображаемые на панели дисплея, а также простоты конструкции, снижения энергопотребления за счет отсутствия движущихся частей. Устройство электровибрации для предоставления тактильной обратной связи пользователю содержит оптически прозрачный лист с электропроводным слоем, электродный элемент и схемы электровибрации, сконфигурированные для подачи сигнала переменного напряжения между упомянутыми электропроводным слоем и электродным элементом для обеспечения восприятия пользователем электровибрации в первой части тела пользователя при ее перемещении по внешней поверхности упомянутого оптически прозрачного листа, в то время как вторая часть тела пользователя касается упомянутого электродного элемента. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.
[0001] Область техники
[0002] Настоящее изобретение относится к устройствам, содержащим оптически прозрачный лист, который включает электропроводный слой.
[0003] Предпосылки создания изобретения
[0004] Известны способы обеспечения тактильной обратной связи для пользователей дисплеев с сенсорным экраном. Способы обеспечения тактильной обратной связи включают вибрацию устройства, в котором расположен дисплей с сенсорным экраном. Вибрация может обеспечиваться, например, пьезоэлектрическими или механическими приводами.
[0005] Сущность изобретения
[0006] Предлагается устройство, содержащее оптически прозрачный лист, включающий электропроводный слой, электродный элемент и схемы электровибрации, сконфигурированные для подачи сигнала переменного напряжения между упомянутыми электропроводным слоем и электродным элементом так, чтобы обеспечивать восприятие пользователем электровибрации в первой части тела пользователя при ее перемещении по внешней поверхности оптически прозрачного листа, в то время как вторая часть тела пользователя касается упомянутого электродного элемента.
[0007] Также предлагается устройство, содержащее оптически прозрачный лист, включающий электропроводный слой, электродный элемент, датчик, сконфигурированный для обнаружения пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе путем обнаружения тока в упомянутом электропроводном слое, и схемы электровибрации, сконфигурированные для подачи сигнала переменного напряжения между электропроводным слоем и электродным элементом в ответ на обнаружение сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе.
[0008] Также предлагается способ, включающий обнаружение пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе путем обнаружения электрического тока в упомянутом электропроводном слое, который составляет часть оптически прозрачного листа, и, в ответ на обнаружение пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе, подачу сигнала переменного напряжения между упомянутыми электропроводным слоем и электродным элементом.
[0009] Краткое описание чертежей
[00010] На фиг.1 представлен вид в разрезе одного из примеров осуществления устройства для предоставления тактильной обратной связи пользователю портативного электронного устройства.
[00011] На фиг.2 схематично представлен вид в разрезе одной из частей устройства, показанного на фиг.1, для иллюстрации явления электровибрации.
[00012] На фиг.3А представлен вид одной из частей устройства, показанного на фиг.1.
[00013] На фиг.3В представлена блок-схема, иллюстрирующая работу устройства, показанного на фиг.1.
[00014] На фиг.4 представлено увеличенное схематическое изображение гидрофильного слоя в устройстве электровибрации, показанном на фиг.1.
[00015] На фиг.5 представлен вид в перспективе другого примера осуществления устройства для предоставления тактильной обратной связи пользователю портативного электронного устройства.
[00016] На фиг.6 представлен вид в разрезе другого примера осуществления устройства для предоставления тактильной обратной связи пользователю портативного электронного устройства.
[00017] На фиг.7 представлен вид мобильного устройства связи, включающего один из альтернативных вариантов осуществления устройства, показанного на фиг.1.
[00018] Подробное описание вариантов осуществления изобретения
[00019] На фиг.1 представлен вид в разрезе одного из примеров осуществления устройства 1 электровибрации для предоставления тактильной обратной связи пользователю электронного устройства. Устройство 1 электровибрации содержит прозрачную электровибрационную пленку 10, которая пригодна для покрытия панели 12 дисплея, например, панели жидкокристаллического дисплея электронного устройства (полностью не показано на фиг.1). Прозрачность электровибрационной пленки 10 позволяет пользователю четко видеть через нее изображения, отображаемые на панели 12 дисплея.
[00020] Устройство 1 электровибрации содержит также задний электрод 14 и схему 16 обратной связи. Схема 16 обратной связи электрически соединена с прозрачной электровибрационной пленкой 10 и задним электродом 14. Функциональность и работа схемы 16 обратной связи будут более подробно описаны далее. Схема 16 обратной связи сконфигурирована для приема питания от источника 18 питания, например, от аккумулятора мобильного телефона. Как будет более подробно описано далее, схема 16 обратной связи может принимать сигналы данных от процессора 20, управляющего экраном дисплея, например, от процессора мобильного телефона. Задний электрод 14 электрически связан с прозрачной электровибрационной пленкой 10. Задний электрод может быть выполнен из любого подходящего проводящего материала, например, из пленки серебра, золота, никеля, меди, алюминия, углерода или полимеров с металлическим покрытием.
[00021] Прозрачная электровибрационная пленка 10 включает слой 102 подложки. При покрытии электровибрационной пленкой 10 панели 12 дисплея, слой подложки прилегает к дисплею или к верхней поверхности 122 панели 12 дисплея. Однако следует понимать, что между слоем 102 подложки и поверхностью 122 панели 12 дисплея могут быть помещены дополнительные прозрачные слои (не показаны). Подобные промежуточные слои могут включать склеивающий слой (не показан) для склеивания прозрачной электровибрационной пленки 10 и поверхности 122 панели 12 дисплея. Упомянутый слой 102 подложки может включать, например, полимерную пленку или стеклянный или плексигласовый лист. Слой 102 подложки может иметь толщину в диапазоне, например, от 10 нм до 100 мкм. Альтернативно, слой 102 подложки может иметь толщину в диапазоне, например, от 1 мкм до 100 мкм. Слой подложки может быть гибким.
[00022] Прозрачная электровибрационная пленка 10 включает также проводящий электродный слой 104. Проводящий электродный слой 104 помещен поверх слоя 102 подложки. То есть проводящий электродный слой 104 помещен в непосредственной близости от поверхности слоя 102 подложки, то есть в наибольшей близости от панели 12 дисплея, при этом прозрачная электровибрационная пленка 100 расположена поверх панели 12 дисплея. Проводящий электродный слой 104 включает прозрачный электровибрационный электрод 1040 и множество контактных электродов 1042.
[00023] Прозрачный электровибрационный электрод 1040 включает слой из прозрачного электропроводного материала. Прозрачный электровибрационный электрод 1040 может быть выполнен над всей поверхностью слоя 102 подложки. Альтернативно, прозрачный электровибрационный электрод 1040 может быть выполнен поверх лишь части поверхности слоя 102 подложки. Например, прозрачный электровибрационный электрод 1040 может быть выполнен поверх центральной области (не показано) поверхности слоя 102 подложки и при этом может отсутствовать по периметру (не показано) поверхности слоя 102 подложки. Прозрачный электровибрационный электрод 1040 включает слой оксида индия-титана (Indium Titanium Oxide, ITO). Толщина прозрачного электровибрационного электрода 1040 может находиться в диапазоне, например, нескольких сотен нанометров, например, от 100 нм до 1 мкм. Следует понимать, что прозрачный электровибрационный электрод может альтернативно включать, например, сеть углеродных нанотрубок (carbon nanotube, CNT), тонкий слой толщиной, например, 10 нм, золота, серебра или алюминия или любого другого подходящего прозрачного проводника.
[00024] Упомянутые множество контактных электродов 1042 распределены по периметру прозрачного электровибрационного электрода 1040. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, включая вариант, показанный на фиг.5, множество электродов размещены в углах прозрачного электровибрационного электрода 1040. В подобных вариантах осуществления настоящего изобретения количество контактных электродов зависит от формы прозрачного электровибрационного электрода 1040. В вариантах осуществления настоящего изобретения, аналогичных вариантам, показанным на фиг.3А и фиг.5, в которых прозрачный электровибрационный электрод 1040 (а также сама прозрачная электровибрационная пленка 10) имеет прямоугольную форму, имеются четыре контактных электрода 1042-1 - 1042-4 (см. фиг.3). По одному контактному электроду 1042 размещено в каждом углу прозрачного электровибрационного электрода 1040. Наличие контактных электродов 1042 позволяет подавать электрический сигнал, посредством контактных электродов 1042, в прозрачный электровибрационный электрод 1040. Также, в соответствии с дальнейшим более подробным описанием, наличие контактных электродов обеспечивает возможность использования прозрачной электровибрационной пленки 10 и возможность определения места сенсорного ввода данных. Множество контактных электродов может включать, например, микроколичество серебра, золота, алюминия или меди.
[00025] Прозрачная электровибрационная пленка 100 включает также диэлектрический слой 106, размещенный поверх проводящего электродного слоя 104. То есть диэлектрический слой 106 покрывает проводящий электродный слой. Таким образом, проводящий электродный слой расположен между слоем 102 подложки и диэлектрическим слоем 106. Диэлектрический слой 106 включает прозрачный материал. Диэлектрический слой 106 включает диэлектрический материал с высокой диэлектрической проницаемостью. Упомянутый диэлектрический материал с высокой диэлектрической проницаемостью может включать, не ограничиваясь этим, оксид гафния, оксид алюминия или диоксид титана. Диэлектрический слой может иметь толщину в диапазоне, например, от 100 нм до 1 мкм. Диэлектрический слой 106 исключает прямой гальванический контакт между проводящим электродным слоем 104 и пальцем пользователя при его прикосновении к внешней поверхности прозрачной электровибрационной пленки 10.
[00026] Поверх диэлектрического слоя 106 расположен защитный слой 108. Защитный слой 108 защищает нижние слои, такие как диэлектрический слой 106 и проводящий электродный слой 104, от негативных внешних воздействий, включая влагу или загрязняющие вещества. Защитный слой 108 имеет также свойства устойчивости к царапинам и/или антибликовые свойства. Защитный слой 108 может включать, например, алмазную дугу, углеродное покрытие, сходное с алмазным, или твердый полимер. Защитный слой 108 может иметь толщину в диапазоне, например, от 1 нм до 100 нм. Альтернативно, защитный слой 108 может иметь толщину в диапазоне, например, от 10 нм до 50 нм.
[00027] Вблизи или поверх защитного слоя расположен гидрофильный слой 110. Гидрофильный слой 110 образует внешнюю поверхность прозрачной электровибрационной пленки 10. Гидрофильный слой 110, конструкция и работа которого будут более подробно описаны далее со ссылкой на фиг.4, удаляет влагу с пальца пользователя. Как будет описано далее, это повышает эффективность прозрачной электровибрационной пленки 10 при обеспечении электровибрации для пользователя.
[00028] Явление электровибрации и способ работы устройства 1 электровибрации для предоставления электровибрации пользователю будут описаны далее со ссылкой на фиг.2. На фиг.2 схематично представлен вид в разрезе фрагмента устройства электровибрации, показанного на фиг.1. Для иллюстрации диэлектрический, защитный и гидрофильный слои 106, 108, 110 показаны как композитный диэлектрический слой.
[00029] Электровибрация представляет собой эффект, возникающий при перемещении первой части тела пользователя, например, подушечки пальца по проводящей поверхности и при электрической связи (включающей контакт через "землю") второй части тела пользователя, например, ладони, со вторым проводящим элементом, в то время как между проводящей поверхностью и вторым проводящим элементом приложен изменяющийся во времени потенциал.
[00030] Кожа человека состоит из множества различных слоев, из которых внешним является роговой слой (stratum corneum). Роговой слой обладает высоким электрическим сопротивлением, по сравнению с более глубокими относительно проводящими слоями кожи. Таким образом, когда подушечка пальца касается проводящей поверхности, роговой слой следует считать диэлектриком конденсатора, пластинами которого являются упомянутая проводящая поверхность и упомянутые относительно проводящие более глубокие слои кожи. Когда к двум пластинам конденсатора, способным перемещаться друг относительно друга, приложен потенциал, на диэлектрик между пластинами действует сжимающая сила, возникающая вследствие электростатического притяжения между двумя пластинами. Следовательно, если потенциал приложен между проводящей поверхностью и вторым проводящим элементом, который электрически связан с относительно проводящим слоем кожи подушечки пальца через вторую часть тела и само тело, то роговой слой слегка сжимается. В роговом слое нет нервных окончаний, поэтому такое сжатие не воспринимается.
[00031] Рассмотрим упомянутую сжимающую силу со ссылкой на фиг.2. На фиг.2 первая часть тела, например, первый палец 20, который включает роговой слой 202 и более глубокие относительно проводящие слои 204 кожи, касается поверхности прозрачной электровибрационной пленки 10, а вторая часть 22 тела, например, второй палец или ладонь, касается заднего электрода 14. С помощью схемы 16 обратной связи подают изменяющийся во времени сигнал 24 между проводящим электродным слоем 104 прозрачной электровибрационной пленки 10 и задним электродом 14. Первая и вторая части 20, 22 тела электрически связаны с телом 26 пользователя. Если для упомянутого изменяющегося во времени потенциала используют сигнал переменного тока, то электрическую цепь, образованную первой и второй частями 20, 22 тела, телом 26 пользователя, схемой 16 обратной связи, прозрачной электровибрационной пленкой 100 и задним электродом, можно рассматривать как замкнутую электрическую цепь переменного тока.
[00032] В некоторый момент времени изменяющийся во времени потенциал вызывает электростатическое притяжение между более глубокими относительно проводящими слоями 204 кожи и проводящим электродным слоем 104. То есть на роговой слой 202 воздействует сжимающая сила fe(t). Сжимающая сила fe(t) зависит от амплитуды изменяющегося во времени потенциала, диэлектрических постоянных рогового слоя 202 и композитного диэлектрического слоя 106, 108, 110. Как отмечалось выше, упомянутое сжатие не может быть воспринято пользователем.
[00033] Рассмотрим, что происходит, когда первый палец скользит по поверхности прозрачной электровибрационной пленки 10. Сила ff(t) трения на подушечке пальца определяется выражением:
[00034] ff(t)=[Fu+fe(t)],
[00035] где µ - коэффициент трения движения, a Fu - нормальная
сила, прикладываемая пользователем.
[00036] Сила ff(t) трения вызывает силу смещения, которая деформирует кожу и воспринимается нервными окончаниями в коже. Поскольку сжимающая сила fe(t), испытываемая роговым слоем 202, изменяется вместе с изменяющимся во времени потенциалом, то так же изменяется и сила ff(t) смещения. То есть одновременно с колебаниями определенной частоты изменяющегося во времени потенциала, подаваемого схемой 16 обратной связи, сила смещения также испытывает колебания. Колебания силы смещения воспринимаются как вибрация подушечки пальца, которая может быть определена как электровибрация.
[00037] Электровибрация может быть обнаружена пользователем в приблизительном диапазоне частот от 0,5 Гц до 5000 Гц. Было определено, что амплитудный (от нуля до пикового значения) порог восприятия изменяющегося во времени потенциала составляет 12 В (на частоте 50 Гц).
[00038] Вернемся к устройству 1 электровибрации, показанному на фиг.1. Схема обратной связи выполнена с возможностью подачи изменяющегося во времени потенциала между проводящим электродным слоем 104 и задним электродом. Воспринимаемая амплитуда сигнала электровибрации может регулироваться пользователем устройства 1 электровибрации. Например, пользователь может иметь возможность выбора напряжения сигнала электровибрации в диапазоне от 10 В до 200 В. Таким образом, пользователь может установить наиболее подходящий ему уровень обратной связи. Схема обратной связи может включать схему ограничения заряда (не показана), что допускает относительно высокое напряжение сигнала обратной связи за счет ограничения общего заряда каждого импульса и, следовательно, тока до безопасного уровня. Заряд каждого импульса ограничивают до уровня ниже порога электрической тактильной нервной стимуляции, например, до заряда, эквивалентного току в 1 мА. Электрическая тактильная нервная стимуляция представляет собой непосредственную стимуляцию нервов в коже вследствие прохождения через нее электрического тока.
[00039] Устройство 1 электровибрации может быть выполнено с возможностью определения наличия и места сенсорного ввода данных. В системе с замкнутой цепью, например, показанной на фиг.1 и 2, имеется возможность измерения сопротивления пути на прозрачном электровибрационном электроде 1040 между пальцем 20, касающимся прозрачной электровибрационной пленки 10, и любым из контактных электродов. Путем определения сопротивлений путей от пальца 20 до каждого из контактных электродов 1042 можно определить место пальца. Подобный метод определения места сенсорного ввода данных может быть назван методом измерений 4-R.
[00040] Пример работы устройства электровибрации для предоставления тактильной обратной связи пользователю портативного дисплейного устройства, которое включает устройство 1 электровибрации, будет более подробно описано со ссылкой на фиг.3А и 3В.
[00041] На фиг.3А представлен вид сверху прозрачной электровибрационной пленки 10 устройства 1 электровибрации, покрывающей экран 12 дисплея. Каждый из контактных электродов 1042-1 - 1042-4 электрически соединен со схемой 16 обратной связи. Таким образом, схема 16 обратной связи выполнена с возможностью определения сопротивлений путей между местом 30 прикосновения и каждым из четырех контактных электродов 1042. Таким образом, схема 16 обратной связи определяет место (ХT, YT) прикосновения 30.
[00042] Схема 16 обратной связи осуществляет обмен данными с процессором 20, который управляет панелью 12 дисплея. Схема 16 обратной связи выполнена с возможностью приема от процессора 20 данных, идентифицирующих на панели 12 дисплея места объектов, отображаемых панелью 12 дисплея. На фиг.3 панель дисплея отображает четыре объекта, Значок А 32, Значок В 34, Значок С 36 и Значок D 38. Значки A-D расположены в точках (ХA, YA), (ХB, YB), (ХC, YC) и (XD, YD), соответственно. Таким образом, данные, идентифицирующие эти места, принимаются схемой 16 обратной связи от процессора 20 дисплея.
[00043] Блок-схема, показанная на фиг.3В, иллюстрирует пример работы схемы 16 обратной связи для предоставления обратной связи пользователю. На шаге S3-1 схема 16 обратной связи определяет, обнаружен ли сенсорный ввод данных на прозрачной электровибрационной пленке 10. Это определение основано на обнаружении схемой 16 обратной связи того, что цепь, включающая прозрачную электровибрационную пленку 10, задний электрод 14 и тело 26 пользователя, замкнута.
[00044] Если сенсорный ввод данных не обнаружен, процедура возвращается к шагу S3-1 и ожидает обнаружения сенсорного ввода данных. Если ввод был обнаружен, процедура переходит к шагу S3-2 и определяет место (ХT, YT) ввода. Его определяют с использованием способа измерений 4-R, описанного выше. После определения места (ХT, YT) сенсорного ввода данных процедура переходит к шагу S3-3.
[00045] На шаге S3-3 процедура определяет, совпадает ли место (ХT, YT) сенсорного ввода данных с местом (ХA, YA), (ХB, YB), (ХC, YC), (XD, YD), какого-либо из значков 32, 34, 36, 38, отображаемых на панели 12 дисплея. Если место (ХT, YT) сенсорного ввода данных не совпадает с местом ни одного из значков 32, 34, 36, 38, процедура возвращается к шагу S3-1. Однако если схема обратной связи определяет, что место (ХT, YT) сенсорного ввода данных совпадает с местом одного из упомянутых значков, то процедура переходит к шагу S3-4.
[00046] На шаге S3-4, который следует за положительным определением того, что место (ХT, YT) сенсорного ввода данных совпадает с местом одного из упомянутых значков, схема обратной связи активирует сигнал электровибрации, который подают между проводящим электродным слоем 104 и задним электродом 14. Упомянутый сигнал может включать, например, изменяющийся во времени потенциал с частотой в диапазоне, например, от 5 Гц до 500 Гц и амплитудой (от нуля до пикового значения) равной, например, 12 В. Подходящей формой импульса для упомянутого сигнала электровибрации является, например, импульс с очень коротким временем нарастания, к примеру, 1-2 мс, и относительно малой длительностью, например, 10 мс. Подобные импульсы могут повторяться с базовой частотой (5-500 Гц). Применение подобной импульсной формы сигнала ограничивает общий заряд, передаваемый через кожу. Таким образом, поскольку пользователь проводит пальцем по области прозрачной электровибрационной пленки 10, соответствующей отображаемому значку, будет восприниматься электровибрация.
[00047] После шага S3-4 процедура переходит к шагу S3-5. На шаге S3-5 схема обратной связи определяет, обнаруживается ли по-прежнему сенсорный ввод данных. В случае отрицательного результата определения процедура переходит к шагу S3-6. На шаге S3-6 схема 16 обратной связи выключает сигнал электровибрации. Таким образом, если пользовательский ввод больше не обнаружен, то сигнал электровибрации выключают.
[00048] Если на шаге S3-5 определено, что сенсорный ввод данных по-прежнему имеет место, то сигнал электровибрации остается включенным, и процедура переходит к шагу S3-7. На шаге S3-7 схема 16 обратной связи определяет место сенсорного ввода данных. Вслед за этим, на шаге S3-8, схема 16 обратной связи определяет, совпадает ли место (XT, YT) сенсорного ввода данных с местом одного из упомянутых значков. После положительного определения, сигнал электровибрации остается включенным, и процедура переходит к шагу S3-5. Если на шаге S3-8 определено, что место (ХT, YT) сенсорного ввода данных не совпадает с местом ни одного из упомянутых значков, процедура переходит к шагу S3-6, на котором схема обратной связи выключает сигнал электровибрации. Таким образом, пользователь больше не будет воспринимать электровибрацию.
[00049] После шага S3-6 процедура возвращается к шагу S3-1 и ожидает обнаружения сенсорного ввода данных.
[00050] В описанной выше процедуре места сенсорного ввода данных и упомянутых значков были обозначены как единая координата (X, Y). Однако следует понимать, что на практике, в зависимости от разрешения прозрачной электровибрационной пленки 10 и дисплея, сенсорный ввод данных и значки могут, вместо этого, иметь диапазон ассоциированных с ними координат. Таким образом, вместо этого на шагах S3-3 и S3-8 схема 16 обратной связи может определять, попадает ли одна из координат, обозначающих сенсорный ввод данных, в один из диапазонов, идентифицирующих значки. Таким образом, сигнал электровибрации может включаться, когда пользователь пересекает границу (не показана), задающую значок, в направлении снаружи вовнутрь, и может выключаться, когда пользователь пересекает эту границу в направлении изнутри наружу.
[00051] В дополнение к местам значков, процессор 20 дисплея может также предоставлять обратную связь с другой информацией о каждом значке. Подобная информация может включать, например, частоту использования. В соответствии с этим схема 16 обратной связи может подавать различные сигналы электровибрации, например, сигналы с различными частотами или потенциалом, для значков, выбираемых более часто, и для значков, выбираемых реже.
[00052] Отображаемые значки могут иметь различные цвета. Указание цвета может передаваться от процессора 20 дисплея в схему 16 обратной связи. Соответственно, схема 16 обратной связи может подавать различные сигналы электровибрации, например, с различными частотами, в зависимости от цвета значка. Таким образом, сигнал электровибрации, связанный с красным значком, может иметь более низкую частоту, например, 100 Гц, чем сигнал, связанный с синим значком, имеющий частоту, например, 250 Гц.
[00053] В дополнение к определению места сенсорного ввода данных для предоставления электровибрации пользователю, схема 16 обратной связи может использоваться также для обнаружения команд ввода, например, выбора одного из значков, отображаемых на дисплее. Таким образом, если схема 16 обратной связи определяет, что место сенсорного ввода данных соответствует месту одного из значков 32, 34, 36, 38, то схема 16 обратной связи может передавать в процессор 20 портативного устройства сигнал, указывающий на прием ввода, относящегося к одному из значков. После приема этого сигнала процессор 20 может выполнять операцию, связанную с выбранным значком.
[00054] Как было описано выше, явление электровибрации происходит в результате вынужденных изменений силы трения между пальцем пользователя и поверхностью прозрачной электровибрационной пленки 10. В соответствии с этим, путем изменения потенциала и частоты сигнала электровибрации можно имитировать для пользователя тактильное восприятие различных текстур поверхности. Например, при повышении потенциала с 20 В до 30 В, изменения силы трения будут больше, и, соответственно, пользователь будет воспринимать более выраженный эффект, который может восприниматься как более грубая поверхность (то есть воспринимаемые выступы будут казаться более высокими). Аналогично, при использовании сигнала с более высокой частотой, например, 700 Гц вместо 300 Гц, пользователь будет воспринимать текстуры с большим количеством выступов на единицу расстояния. Также может имитироваться восприятие пальцем ступеньки поверхности. Это может быть достигнуто, например, путем включения сигнала лишь на короткий промежуток времени при перемещении пользователем пальца над небольшой областью прозрачной электровибрационной пленки 10. В соответствии с этим пользователь будет воспринимать нормальный уровень трения, за которым на короткое время последует повышенный уровень трения, что имитирует ступеньку, и затем вновь следует нормальный уровень трения. Таким образом, можно имитировать, например, выступающие кнопки и т.п.
[00055] Следует понимать, что за счет изменения частоты и потенциала сигнала электровибрации, а также периода времени, в течение которого его подают, устройство электровибрации является полностью программируемым. Соответственно, может имитироваться огромное количество различных текстур или профилей поверхности.
[00056] На фиг.4 схематически представлен крупным планом вид гидрофильного слоя 110 прозрачной электровибрационной пленки 10. Гидрофильный слой 110 включает решетку, или сетку, гидрофильных полос 30, выполненных непосредственно поверх защитного слоя 108. Гидрофильные полосы могут включать, например полосы из наночастиц диоксида титана (ТiO2). Гидрофильные свойства наночастиц TiO2 могут быть активированы с помощью фотокаталитического процесса. Альтернативно, упомянутые полосы могут, вместо этого, включать другой подходящий гидрофильный материал, например, диоксид кремния, гидрофильный силикон, силоксаны, силаны и другие металлические органические вещества, обладающие свойствами предотвращать запотевание.
[00057] Влага на коже приводит к значительному уменьшению воспринимаемой амплитуды электровибрации или даже устраняет ее полностью. Гидрофильные полосы 30 притягивают и захватывают влагу с кожи пользователя при перемещении пальца (или другой подходящей части тела) по поверхности прозрачной электровибрационной пленки 10. В соответствии с этим поверхность пальца пользователя осушается гидрофильными полосами при его перемещении по поверхности прозрачной электровибрационной пленки 10. Увеличенный вид 32 гидрофильного слоя 110 демонстрирует капельки 322 влаги, например, капельки пота, захваченные гидрофильными полосами 30.
[00058] Гидрофильные полосы 30 могут составлять около 20-50 мкм в ширину и быть расположены с шагом около 0,5-1 мм. Следует понимать, что в отличие от фиг.4, гидрофильные полосы 30 могут не находиться на равном расстоянии и/или могут не образовывать прямоугольную решетку. Например, сетка гидрофильных линий/полос может быть расположена в виде узора, аналогичного узору отпечатка пальца человека. Это позволяет повысить чувствительность пользователя к электровибрации.
[00059] В соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения гидрофильные полосы 30 могут быть выполнены на подложке, например, включающей твердый прозрачный полимер, которую наносят поверх защитного слоя 108.
[00060] Устройство 1 электровибрации и, в частности, прозрачная электровибрационная пленка 10 имеют очень простую конструкцию и не включают движущихся частей. Соответственно, устройство является довольно простым в изготовлении и имеет относительно невысокую себестоимость.
[00061] Кроме того, свойства материалов, используемых для прозрачной электровибрационной пленки 10, и ее размеры позволяют пленке быть гибкой. Соответственно, устройство электровибрации может быть интегрировано с гибкими наладонными дисплейными устройствами.
[00062] Устройство электровибрации также обладает очень низким энергопотреблением. Это достигается за счет того, что устройство не включает подвижных частей, и при этом большая часть энергии, необходимая для обеспечения имитации электровибрации, обеспечивается пользователем при перемещении им пальца по поверхности прозрачной электровибрационной пленки 10. Например, электровибрационная пленка размером 10 см×10 см имеет общее энергопотребление около 20 мкВт. Энергия, необходимая для обеспечения обратной связи пользователю дисплея с сенсорным экраном посредством устройства 1 электровибрации, на несколько порядков ниже по амплитуде, чем энергия, необходимая для обеспечения обратной связи с использованием механических или пьезоэлектрических приводов. Это преимущество особенно значительно для портативных устройств с питанием от аккумулятора, в которых важное значение имеет энергосбережение. Это особенно нужно в современных наладонных устройствах, например смартфонах и т.п., которые создают для выполнения постоянно растущего количества сложных функций и операций, и, соответственно, нагрузка на аккумуляторы которых постоянно увеличивается.
[00063] Устройство 1 электровибрации предоставляет также преимущество пользователям с нарушениями зрения, поскольку оно обеспечивает пользователю возможность тактильно ощущать, что отображается на дисплее, даже если пользователь не может это четко видеть. Кроме того, в зависимости от характеристик устройства и при частотах сигнала электровибрации выше 600 Гц, устройство электровибрации, при обеспечении пользователю электровибрации, создает звук. Частота звука изменяется с частотой сигнала электровибрации. Этот шум также может быть использован для обеспечения указания на то, что отображается на экране дисплея. Например, значок, обозначающий музыкальный проигрыватель или видеопроигрыватель, может иметь связанный с ним сигнал электровибрации с частотой, превышающей порог формирования звука. Таким образом, если пользователь проводит пальцем над значком видеопроигрывателя / музыкального проигрывателя, будет сформирован шум, и это может обеспечивать дополнительное указание пользователю для идентификации значка.
[00064] На фиг.5 показан первый пример интеграции устройства 1 электровибрации в наладонное устройство 50. Наладонное устройство 50 может представлять собой, например, мобильный телефон, PDA, GPS-приемник и т.п. Устройство 1 электровибрации может быть пригодным для использования с любым устройством, включающим дисплей и, опционально, требующим пользовательский ввод.
[00065] На фиг.5 устройство 1 электровибрации интегрировано в наладонное устройство 50. Устройство 1 электровибрации может быть съемным для наладонного устройства. Прозрачная электровибрационная пленка 10 размещена поверх части дисплея (не показана) устройства 50. Прозрачная электровибрационная пленка 10 может быть закреплена на упомянутой части дисплея устройства посредством склеивающего слоя (не показан) на задней поверхности прозрачной электровибрационной пленки 10. Альтернативно, прозрачная электровибрационная пленка 100 может быть закреплена на упомянутой части дисплея другим подходящим образом, например, с помощью зажимного механизма.
[00066] Устройство 1 электрически соединено с наладонным устройством 50 посредством вилочного соединителя 52, который соединяется с соответствующей розеточной частью (не показана) устройства 50. Упомянутое соединение может быть любым соединением, посредством которого возможна передача питания и данных, включая, но не ограничиваясь этим, соединение микро- или мини-USB или аудиосоединение (например, гнездо для подключения наушников).
[00067] Прозрачная электровибрационная пленка 100 подключена к вилочному соединителю 52 посредством провода 54 и соединительного узла 56, который физически касается прозрачной электровибрационной пленки 10. Соединительный узел 56 соединен с контактными электродами 1042 проводящего электродного слоя 104 любым подходящим способом. Таким образом, соединительный узел 56 может принимать сигналы от контактных электродов 1042 и передавать сигналы в контактные электроды 1042. Задний электрод 14 соединен с вилочным соединителем 52 посредством второго провода 58. Таким образом, задний электрод может принимать сигналы от вилочного соединителя 52 и/или соединительного узла 56. Задний электрод 14 закреплен на задней стороне устройства 50 любым подходящим образом, например, с использованием клея, зажимов и т.п.
[00068] Размещение заднего электрода 14 на задней стороне устройства 50 позволяет пользователю держать устройство естественным образом, например, располагая пальцы/ладони на задней стороне устройства и обеспечивая при этом ввод данных с помощью большого пальца. Следует понимать, что задний электрод 14 может быть расположен в любом месте устройства, при условии, что он касается тела пользователя при касании им прозрачной электровибрационной пленки 10.
[00069] Процессор 16 обратной связи может быть расположен в любом подходящем месте, например, в корпусе вилочного разъема 52 или соединительном узле 56. Процессор 16 обратной связи принимает данные о дисплее через соединение с устройством.
[00070] Реализация устройства 1 электровибрации, показанного на фиг.5, позволяет снять его с портативного устройства, если оно не нужно пользователю. Она позволяет также интегрировать устройство 1 электровибрации в существующие устройства.
[00071] На фиг.6 показана альтернативная интеграция устройства электровибрации в наладонное устройство 60. На фиг.6 устройство 1 жестко интегрировано в устройство 60, например, во время изготовления устройства 60.
[00072] На фиг.6 представлен вид в разрезе устройства 50. Электрические соединения изображены схематично и показаны с помощью штриховых линий.
[00073] Прозрачная электровибрационная пленка 10 упомянутого устройства выполнена поверх панели 12 дисплея. Задний электрод 14 расположен на обратной стороне устройства 60. Следует понимать, что задний электрод 14 может быть выполнен в другом месте устройства 60. Также задний электрод 14 может формировать корпус 62 устройства или его часть. Схема 16 обратной связи выполнена с возможностью приема питания от аккумулятора 18 наладонного устройства 50. В устройстве, показанном на фиг.7, схема 16 обратной связи интегрирована в процессор, управляющий панелью 12 дисплея, в виде единого процессора. Им может являться, например, основной микропроцессор, управляющий устройством 60. Альтернативно, схема 16 обратной связи может быть выполнена в виде отдельной схемы и может принимать данные от процессора, управляющего дисплеем.
[00074] В соответствии с альтернативными вариантами осуществления устройства 1 электровибрации, гидрофильный слой 110 может отсутствовать на поверхности прозрачной электровибрационной пленки 10. Альтернативно, как показано на фиг.7, на одной из сторон области 72 дисплея и, соответственно, также прозрачной электровибрационной пленки 10 может быть выполнена гидрофильная полоса 70, имеющая аналогичную гидрофильному слою 110 конструкцию. Она предоставляет пользователю возможность высушить палец посредством упомянутой гидрофильной полосы перед прикосновением к прозрачной электровибрационной пленке 10.
[00075] Несмотря на то, что устройство 1 электровибрации было описано в связи с портативными электронными устройствами, специалистам понятно, что оно имеет также множество других приложений. Например, оно может быть использовано для динамического представления шрифта Брайля для людей с нарушениями зрения. Оно может быть также использовано для предоставления "слепого управления" пользователям электронных устройств. То есть исходя из наличия/отсутствия электровибрации, пользователь устройства может определять, не глядя на дисплей, находится ли его палец в нужном месте дисплея. Аналогично, устройство электровибрации может быть использовано для указания пользователю на то, что его палец корректно расположен, например, на сканере отпечатков пальцев. Устройство электровибрации может также применяться в компьютерных играх, в которых в настоящее время уделяют внимание настоящим человеческим жестам. Они могут быть усовершенствованы с помощью многозадачной согласованной тактильной поверхности, обеспечиваемой, например, упомянутым устройством электровибрации. Кроме того, благодаря малой толщине прозрачной электровибрационной пленки 10, она может встраиваться в малые объекты для предоставления информации в эти объекты и получения от них информации. Примерами подобных объектов являются электронные банковские карты и USB-накопители. Например, электровибрация может быть использована для иллюстрации пользователю остатка денежных средств на банковской карте или количества файлов, хранимых на USB-накопителе. Кроме того, данное устройство может применяться для формирования трехмерных тактильных изображений, которые могут быть, в частности, полезны для картографических приложений и т.п.
[00076] В описанных выше вариантах осуществления настоящего изобретения прозрачная электровибрационная пленка включает множество различных слоев. Однако следует понимать, что в соответствии с другими примерами осуществления настоящего изобретения прозрачная электровибрационная пленка 10 может не включать одно или более из следующих слоев: гидрофильный слой 110, защитный слой, диэлектрический слой 108 или слой 102 подложки.
[00077] В соответствии с настоящим описанием термин "схема" относится к следующему:
[00078] только аппаратные схемные реализации (например, реализации исключительно в виде аналоговых и/или цифровых схем),
[00079] комбинации схем и программного обеспечения (и/или встроенного программного обеспечения), например: (i) комбинация процессора (или процессоров) или (ii) фрагменты процессора (или процессоров) / программного обеспечения (включая цифровой сигнальный процессор (или процессоры), программное обеспечение, запоминающее устройство (или устройства), которые совместно функционируют для обеспечения выполнения устройством различных функций) и
[00080] схемы, например, микропроцессор (или микропроцессоры), или фрагмент микропроцессора (или микропроцессоров), для работы которых необходимо программное или встроенное программное обеспечение, даже если упомянутое программное или встроенное программное обеспечение не представлено физически.
[00081] Это определение "схема" используется везде в данном описании, включая формулу изобретения. В качестве другого примера использования в данном описании этого термина в применении к конкретному контексту, термин "схема" также охватывает реализацию просто процессора (или множества процессоров) и сопровождающего его (или их) программного или встроенного программного обеспечения. Термин "схема" охватывает также в применении к конкретному контексту, например, интегральную схему основной полосы частот или интегральную схему процессора приложений в мобильном телефоне или аналогичную интегральную схему в устройстве сотовой сети связи или других сетевых устройствах.
[00082] Следует понимать, что описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения не ограничивают изобретение. Специалистам могут быть очевидны другие изменения или модификации изобретения. Предполагается, что описание настоящего изобретения включает любые новые технические признаки или новые комбинации технических признаков, описанных в настоящем документе явно или неявно, или любое их обобщение, при этом во время рассмотрения настоящей заявки или любой производной от нее заявки могут быть сформулированы новые пункты формулы изобретения для охвата любых таких технических признаков и/или комбинаций технических признаков.
1. Устройство электровибрации для предоставления тактильной обратной связи пользователю, содержащее:
оптически прозрачный лист, включающий электропроводный слой,
электродный элемент и
схемы электровибрации, сконфигурированные для подачи сигнала переменного напряжения между упомянутыми электропроводным слоем и электродным элементом так, чтобы обеспечивать восприятие пользователем электровибрации в первой части тела пользователя при ее перемещении по внешней поверхности оптически прозрачного листа, в то время как вторая часть тела пользователя касается упомянутого электродного элемента.
2. Устройство по п.1, содержащее датчик, сконфигурированный для обнаружения прикосновения упомянутой первой части тела к внешней поверхности упомянутого оптически прозрачного листа путем обнаружения тока в упомянутом электропроводном слое.
3. Устройство по п.2, в котором упомянутые схемы электровибрации сконфигурированы для подачи сигнала переменного электрического напряжения между электропроводным слоем и электродным элементом в ответ на обнаружение упомянутым датчиком прикосновения упомянутой первой части тела к внешней поверхности оптически прозрачного листа.
4. Устройство по п.1, также содержащее датчик места прикосновения, сконфигурированный для определения места прикосновения первой части тела к внешней поверхности упомянутого оптически прозрачного листа путем измерения параметров, относящихся к упомянутому электропроводному слою.
5. Устройство по п.4, в котором схемы электровибрации сконфигурированы для подачи сигнала переменного электрического напряжения между электропроводным слоем и электродным элементом, если место прикосновения упомянутой первой части тела к внешней поверхности упомянутого оптически прозрачного листа совпадает с заранее заданным местом.
6. Устройство по п.1, также содержащее гидрофильный элемент для удаления влаги с упомянутой первой части тела.
7. Устройство по п.6, в котором упомянутый гидрофильный элемент включает систему гидрофильных полос.
8. Устройство по п.6, в котором упомянутый гидрофильный элемент составляет по меньшей мере часть внешней поверхности упомянутого оптически прозрачного листа.
9. Устройство по п.1, в котором упомянутый оптически прозрачный лист включает также слой из диэлектрического материала, помещенный между упомянутым электропроводным слоем и внешней поверхностью упомянутого оптически прозрачного листа.
10. Устройство по п.1, в котором упомянутый оптически прозрачный лист включает также слой из устойчивого к царапинам материала между упомянутым электропроводным слоем и внешней поверхностью упомянутого оптически прозрачного листа.
11. Портативное дисплейное устройство для предоставления тактильной обратной связи пользователю, содержащее:
оптически прозрачный лист, включающий электропроводный слой;
электродный элемент;
схемы электровибрации, сконфигурированные для подачи сигнала переменного электрического напряжения между электропроводным слоем и электродным элементом так, чтобы обеспечивать восприятие пользователем электровибрации в первой части тела пользователя при ее перемещении по внешней поверхности оптически прозрачного листа, в то время как вторая часть тела пользователя касается упомянутого электродного элемента, и
панель дисплея, имеющую поверхность дисплея, при этом упомянутая панель дисплея сконфигурирована для отображения пользователю изображений посредством упомянутой поверхности дисплея, причем упомянутый оптически прозрачный лист размещен таким образом, чтобы покрывать по меньшей мере часть упомянутой поверхности дисплея.
12. Портативное дисплейное устройство по п.11, в котором упомянутый электродный элемент установлен на корпусе упомянутого портативного дисплейного устройства.
13. Портативное дисплейное устройство по п.12, в котором упомянутая поверхность дисплея образует часть передней внешней поверхности устройства, а упомянутый электродный элемент расположен на задней внешней поверхности устройства.
14. Устройство электровибрации для предоставления тактильной обратной связи пользователю, содержащее:
оптически прозрачный лист, включающий электропроводный слой;
электродный элемент;
датчик, сконфигурированный для обнаружения пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе путем обнаружения тока в упомянутом электропроводном слое, и
схемы электровибрации, сконфигурированные для подачи сигнала переменного напряжения между упомянутыми электропроводным слоем и электродным элементом в ответ на обнаружение пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе.
15. Устройство по п.14, содержащее датчик, сконфигурированный для определения места сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе путем измерения параметров, относящихся к упомянутому электропроводному слою.
16. Устройство по п.15, в котором схемы электровибрации сконфигурированы для подачи сигнала переменного электрического напряжения между упомянутыми электропроводным слоем и электродным элементом, если место пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе совпадает с заранее заданным местом.
17. Устройство по п.16, содержащее панель дисплея, имеющую поверхность дисплея, при этом упомянутая панель дисплея сконфигурирована для отображения пользователю изображений посредством упомянутой поверхности дисплея, причем упомянутый оптически прозрачный лист размещен таким образом, чтобы покрывать по меньшей мере часть упомянутой поверхности дисплея, а заранее заданное место относится к месту объекта, отображаемого на упомянутой поверхности дисплея.
18. Способ предоставления тактильной обратной связи пользователю, включающий:
обнаружение сенсорного ввода данных на оптически прозрачном листе путем обнаружения электрического тока в электропроводном слое, при этом упомянутый электропроводный слой составляет часть упомянутого оптически прозрачного листа, и,
в ответ на обнаружение пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе, подачу сигнала переменного напряжения между упомянутым электропроводным слоем и электродным элементом так, чтобы обеспечивать восприятие пользователем электровибрации в первой части тела пользователя при ее перемещении по внешней поверхности оптически прозрачного листа, в то время как вторая часть тела пользователя касается упомянутого электродного элемента.
19. Способ по п.18, включающий:
определение места пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе путем измерения параметров, относящихся к упомянутому электропроводному слою;
сравнение места пользовательского сенсорного ввода данных на упомянутом оптически прозрачном листе с одним или более заранее заданными местами;
подачу сигнала переменного напряжения между упомянутыми электропроводным слоем и электродным элементом в ответ на определение того, что упомянутое определяемое место пользовательского сенсорного ввода данных совпадает с одним из упомянутых одного или более заранее заданных мест.
20. Машиночитаемый носитель, содержащий исполняемый компьютерный код, который при исполнении вычислительным устройством обеспечивает выполнение этим вычислительным устройством способа по п.18 или 19.
