动态触觉界面的制作方法
动态触觉界面的制作方法
【专利说明】动态触觉界面
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年08月28日提交的美国临时申请号61/871081的权益，其通过引用以其全部内容并入。
[0003]本申请涉及于2008年01月04日提交的美国专利申请号11/969848、于2009年01月05日提交的美国专利申请号12/319334、于2009年01月03日提交的美国专利申请号12/497622、于2010年01月05日提交的美国专利申请号12/652704、于2010年07月05日提交的美国专利申请号12/830430和于2013年09月24日提交的美国专利申请号14/035851，其通过引用以其全部内容并入。
技术领域
[0004]本发明总体上涉及触觉灵敏显示屏领域，以及更具体地涉及用于触觉灵敏显示屏的动态触觉界面。
[0005]附图简述
[0006]图1A和1B是本发明的一个实施例的动态触觉界面的示意图；
[0007]图2A-2D是动态触觉界面的变型的示意图；
[0008]图3是动态触觉界面的一种变型的图示；
[0009]图4是动态触觉界面的一种变型的示意图；
[0010]图5是动态触觉界面的一种变型的示意图；
[0011 ]图6是动态触觉界面的一种变型的示意图；以及
[0012]图7是动态触觉界面的一种变型的示意图。
[0013]优选实施例的描述
[0014]本发明的优选实施例的以下描述不旨在将本发明限制于这些优选实施例，而是以使本领域的任何技术人员能够制造并且使用本发明。
[0015]1.动态触觉界面
[0016]如在图4中所示，动态触觉界面100包括:限定外围区域111和邻近外围区域111的可变形区域112的触觉层110;包括表现出第一光学色散特性的透明基体材料的基板120，其在外围区域111处被耦合到触觉层110，限定邻近外围区域111的流体导管126，并且限定被流体地耦合到流体导管126的流体通道125;包含在流体通道125和流体导管126内的一定体积的透明流体130，该一定体积的透明流体130表现出与第一光学色散特性不同的第二光学色散特性;包含在基板120的透明基体材料内并且在流体导管126周围偏置的一定体积的微粒140，一定体积的微粒140表现出与第一光学色散特性不同的第三光学色散特性；以及将流体转移到流体通道125中以将可变形区域112从收缩设置(在图1B中示出)转变为膨胀设置(在图1A中示出)的转移设备150，处于膨胀设置的可变形区域112限定与外围区域111在触觉上可区分的形态。
[0017]如在图5中所示，动态触觉界面100的一种变型包括:限定外围区域111和邻近外围区域111的可变形区域112的触觉层110;包括表现出第一热膨胀系数的透明材料的基板，其在外围区域111处被耦合到触觉层110，限定邻近外围区域111的流体导管，并且限定被流体地耦合到流体导管126的流体通道;包含在流体通道125和流体导管126内的一定体积的透明流体130，一定体积的透明流体130表现出大于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数;被与一定体积的透明流体130混合并且表现出小于第二热膨胀系数的第三热膨胀系数的一定体积的微粒；以及将流体转移到流体通道125中以将可变形区域112从收缩设置转变为膨胀设置的转移设备150，处于膨胀设置的可变形区域112限定与外围区域111在触觉上可区分的形态。
[0018]如在图6中所示，动态触觉界面100的一种变型包括:限定外围区域111和邻近外围区域111的可变形区域112的触觉层110，触觉层110包括表现出第一折射率的第一透明材料;包括第一子层121和第二子层的基板，第一子层121在外围区域111处被耦合到触觉层110，邻近第一子层121的第二子层相对触觉层110并且包括具有第二折射率的第二透明材料，基板120限定邻近外围区域111的流体导管和被流体地耦合到流体导管126的流体通道；被布置在第一子层121内的一定体积的微粒140，该一定体积的微粒140和第一子层121相配合以表现出在用于在可见光谱中的光的特定波长的第一折射率和第二折射率之间的整体折射率;包含在流体通道125和流体导管126内的一定体积的透明流体130;以及将流体转移到流体通道125中以将可变形区域112从收缩设置转变为膨胀设置的转移设备150，处于膨胀设置的可变形区域112限定与外围区域111在触觉上可区分的形态。
[0019]动态触觉界面100还可以包括相对触觉层110被耦合到基板120并且显示与可变形区域112大体上对准的键的图像的显示屏和/或被耦合到基板120并且输出相应于邻近可变形区域112的触觉层110的触觉表面115上的输入的信号的触摸传感器160。动态触觉界面100还可以包括壳体180，其瞬时接合移动计算设备并且将基板120瞬时保持在移动计算设备的数字显示屏170的上方。
[0020]2.应用
[0021]总体上，动态触觉界面100可以在计算设备内被实现或结合计算设备来实现，以向用户提供通过计算设备的触摸屏或其它被照亮的表面进入输入选择的触觉指导。特别是，动态触觉界面100限定可以被选择性地膨胀以及收缩以间歇性地向用户提供与计算设备交互的触觉指导的触觉层110的一个或多个可变形区域。在一种实现中，动态触觉界面100被整合到诸如智能手机或平板电脑之类的移动计算设备的触摸屏或被应用在诸如智能手机或平板电脑之类的移动计算设备的触摸屏的上方。例如，动态触觉界面100可以包括一组圆形或矩形的可变形区域，其中，每个可变形区域112被基本上与被呈现在被集成到移动计算设备中的显示屏上的虚拟键盘的虚拟键对准，并且其中，当处于膨胀设置时在该组中的每个可变形区域112模仿物理硬键。然而，在本示例中，当虚拟键盘没有被呈现在移动计算设备的显示屏170上时，动态触觉界面100可以收缩该组可变形区域以产生基本上均匀(例如，同高)的触觉表面115，产生被呈现在显示屏170上的图像的减少的光学失真。在另一示例中，动态触觉界面100可以包括与被呈现在显示屏170上的虚拟的“滑动以解锁”输入区域对准的细长的可变形区域112，使得当处于膨胀设置时，细长的可变形区域112为用户提供使解锁手势进入到移动计算设备中的触觉指导。一旦移动计算设备响应于与虚拟输入区域适当地对准的滑动手势而被解锁，动态触觉界面100可以将细长的可变形区域112转变回到收缩设置，以在显示屏170的上方产生均匀的表面。
[0022]动态触觉界面100可以可替代地实施将触觉功能添加到现有的计算设备的零件市场设备。例如，动态触觉界面100可以包括壳体180 (在图7中示出)，其瞬时接合现有的(移动)计算设备并且将基板120瞬时保持在计算设备的数字显示屏170的上方。从而动态触觉界面100的转移设备150可以被手动地或自动地致动，以将触觉层110的(多个)可变形区域112在膨胀和收缩设置之间转变。
[0023]诸如基板120和触觉层110的动态触觉界面100的元件可以是基本上透明的，以使能从显示屏170到用户的光传输，诸如在于2008年01月04日提交的美国专利申请号11/969848、于2009年01月05日提交的美国专利申请号12/319334、于2009年01月03日提交的美国专利申请号12/497622和于2010年01月05日提交的美国专利申请号12/652704，以及于2012年10月12日提交的美国临时申请号61/713396和于2013年06月28日提交的美国临时申请号61/841176中所描述的，这些文献通过引用以其全部内容并入。
[0024]然而，基板120和(一定体积的透明)流体可以是不同的材料，并且因此可以在可见光谱内的光的不同波长(?390至?700nm)下表现出不同的折射率。例如，基板120可以包括丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、有机硅、玻璃(例如，碱金属铝硅酸盐玻璃)或其它透明材料的基体材料，并且流体可以是水、乙醇、油或空气。如下所述，基板120限定流体通过其在可变形区域112处被连通到触觉层110的背表面以将可变形区域112转变为膨胀设置的流体通道和流体导管，并且因此流体通道125和流体导管126可以包含贯穿在动态触觉界面100的各种(例如，全部)操作周期的流体。折射率、光学色散或其它光学性质中的急剧变化因此可能出现于在流体130和基板120的完全不同的材料之间的交界处(或“接口诸如在流体通道125的壁处或在流体导管126的壁处-使得光从在基板120的下方(S卩，相对触觉层110邻近基板120)的显示屏输出以朝向显示屏170在内部反射回，从而降低显示屏170的所感知的亮度并且减小通过基板120和触觉层110的显示屏170的离轴可见的最大角度。类似地，这个在完全不同的材料之间的交界处可以引起从显示屏170输出的各种波长的光通过该交界处以不同的角度(即，根据波长)折射(即，“弯曲”)，由此产生从邻近该交界处的显示屏170输出的图像的一部分的局部色散。
[0025]在一个示例中，流体130和基板120在可见光谱的中心附近的特定波长下(例如，在绿色光谱中的大约550nm下)是折射率匹配的，但在进一步远离在可见光谱中的这个特定波长的波长下表现出日益不同的折射率。在这个示例中，在基板材料和流体130的在?400nm(紫色光)和?750nm(红色光)的频率的光学色散特性的显著变化因而可能导致紫色线和红色线沿着流体通道125的边缘和/或沿着流体导管126的边缘显现(给用户)。
[0026]在另一个示例中，流体130和基板120在可见光谱的较低波长端附近如在400nm附近是折射率匹配的，但在光的较高波长下表现出日益不同的折射率。在本实施例中，流体130和基板120之间的交界处可能引起沿着流体通道125和/或沿着流体导管126的平行的黄色、橙色和红色线显现给通过基板120和触觉层110观看数字显示屏170的用户。因此，尽管流体130和基板120的基体材料可以在光的一个波长下或在可见光谱的整个有限范围具有相似的透明性、光学透明度和/或折射率，用户仍然可以感知以接近于在动态触觉界面100的诸如沿着流体通道125和/或沿着流体导管126的完全不同的材料之间的交界处的光的波长依赖性折射(即，色散)的形式的-被呈现在邻近的数字显示屏170上的-图像的光学失真。
[0027]因此，微粒可以在基板120的基体材料的区域中被局部地浸渍或悬浮-诸如流体通道125和/或流体导管126周围-以修改基板120的局部光学色散特性(例如，折射率根据波长的变化)以更好地接近包含在流体通道125和流体导管126内的流体130的光学色散特性。特别是，微粒可以被优先浸渍或悬浮在流体通道125和/或流体导管126周围的基板120中，使得基板120的该部分的整体光学色散特性更 好地匹配相邻流体的光学色散特性，产生通过基板120、一定体积的流体130和触觉层110的折射率的相对平滑的转变。例如并且如下文所述，如果流体130的特征在于小于基板120的阿贝数的阿贝数，微粒140可以是具有表现出比基板120的基体材料更低的阿贝数(V-数，倒色散系数)的金属氧化物(例如，氧化铟锡(ITO)、氧化钛(Ti02)或氧化铝(AL02))，使得微粒140和基板120的基体材料的组合产生更好地匹配流体130的阿贝数的有效(即整体)的阿贝数。因此，当被混入、被浸渍到或以其它方式被添加到基板120的基体材料时，该微粒可以局部地修改基板120的整体色散特性，由此平滑在流体130和基板120之间的交界处的该色散特性的转变并且产生从数字显示屏170发射并且入射到该交界处的光的较少的色散和内部反射。
[0028]总体上，材料的阿贝数定量地描述材料折射率根据波长的变化。修改材料的整体(例如，有效)阿贝数，诸如本文中所描述的，可以从而表明材料折射率根据波长的(相对的)改变。特别是，与对于由基本上不同的阿贝数所表征的一对相邻材料相比，由基本上类似的阿贝数为特征的邻近材料可以表现出通过那里传递的光的更少的色散。因此，通过添加微粒到基板120来修改基板120的有效阿贝数-以及更具体地，基板120根据波长的有效折射率-在基板120和流体130之间的交界处可能产生入射到其上的光的较少的色散，从而产生这种光的较少的感知的光学失真。本文中因此描述基体材料的阿贝数和基体材料和微粒组合的组合的整体阿贝数，来表示基体材料或材料组合的波长依赖性折射率。
[0029]此外，在动态触觉界面100内和围绕动态触觉界面100的在不同材料的元件之间-以及因此不同的光学性质-的横向交界处也可以产生通过那些所发射的光的内部反射和折射。例如，在基板120和触觉层110之间的、在基板120的相邻子层之间的、在触觉层110的相邻子层之间的、在触觉层110和周围空气之间的和/或在基板120和显示屏、触摸传感器160或触摸屏等之间的交界处由于在跨这些交界处的材料的离散变化可以产生的光学像差和降低的图像亮度。因此微粒可以被混合、被浸渍或以其它方式被添加到动态触觉界面100的元件的各种层和/或子层来平滑跨在这些层和子层之间的交界处的光学性质的变化。特别是，微粒可以以在通过各层和各子层的恒定深度的基本上均匀的密度和依赖于深度的不同密度被掺入动态触觉界面100的各种层和/或子层中，以产生动态触觉界面100的整个厚度的折射率、色散和/或其它光学性质的基本上平滑的转变。
[0030]微粒也可以被掺入(例如，被混合进入、被溶解进入、被悬浮于)一定体积的流体130中，以产生更好地匹配基板120的整体光学性质的流体130/微粒140组合的整体光学性质。例如微粒可以被混合进入一定体积的流体130，以更好地将流体130/微粒140组合的整体热膨胀系数与周边基板的热膨胀系数进行匹配。因此，由于折射率可以取决于温度，流体130/微粒140组合的折射率随温度的变化可以更好地跟踪用于动态触觉界面100的给定温度的基板120的折射率的变化。
[0031]前述的变型中的一个或多个可以在动态触觉界面100内被实现，以提高光学清晰度并且减少在动态触觉界面100内的光学像差(例如，内部反射、折射、衍射等)。例如，多个一定体积的相似或不相似的微粒可以被掺入基板120 (例如，在图6中示出为微粒140 )、触觉层110(例如，在图6中示出为微粒140B和微粒HOC)、触摸传感器160的片材(例如，在图6中示出为微粒140D)和/或一定体积的流体130(例如，诸如在图5中的微粒140)等，以减少跨横向材料交界处的波长色散、减小跨水平区交界处(即，在层和子层之间)的折射和内部反射，并且减少动态触觉界面100的光学性能随着周围和/或操作温度的变化的变化。
[0032]3.微粒
[0033]—定体积的微粒140表现出与包含该一定体积的微粒140的动态触觉界面100的基体材料的光学性质不同的光学性质，并且该一定体积的微粒140与包含它的基体材料相配合以表现出不同的、受控的整体光学性质。特别是，该一定体积的微粒140发挥作用，以在局部地或全局地修改包含它的基体材料的整体光学性质，以产生在动态触觉界面100的相邻材料之间一诸如在流体-基板交界处之间、在基板-触觉层110的交界处之间等一的光学性质(例如，折射率、色散、阿贝数等)的更平滑的转变。
[0034]在一种实现中，基板120的透明基体材料表现出第一光学色散特性;一定体积的流体130表现出第二光学色散特性；以及一定体积的微粒140表现出与第一光学色散特性不同的第三光学色散特性，被包含在透明基体材料内，并且与基体材料相配合以表现出比单独的基板120的基体材料更靠近(S卩，更好地接近)一定体积的流体130的第二光学色散特性的整体光学色散特性。在本实现中，微粒可以在流体导管126周围偏置(例如，优选浸渍)，如下所述，以局部修改在流体通道125和/或流体导管126周围的基板120的整体光学色散特性并且产生回到在基板120的剩余体积中的第一光学色散特性的基本上平滑的转变。例如，基板120的透明基体材料可以由第一倒色散系数值来表征;一定体积的透明流体130可以由小于第一倒色散系数值的第二倒色散系数值来表征；以及在一定体积的微粒140中的微粒可以由小于第二倒色散系数值的第三倒色散系数值来表征。在本示例中，邻近流体导管126的表面的、基板120的一部分和被浸渍到基板120中的一定体积的微粒140的一部分从而相配合以表现出接近流体130的第二倒色散系数值的第四倒色散系数值。
[0035]此外，在上述实现中，被添加到基板材料(例如，在悬浮液中)的微粒的数量的可以被设置，以实现用于光的特定波长的基板120的目标整体折射率，诸如模仿在光的特定波长下流体130的折射率。同样，被添加到基板材料的微粒的数量可以被选择，以实现表征基板120的折射率-波长曲线的目标转变来更好地匹配表征流体130的折射率-波长曲线。因此，在此实现中，微粒可以被优先掺入基板120中，以平滑在接近在各种基体材料之间的交界处的一个或多个光学性质的横向转变。
[0036]在一种变型中，触觉层110表现出第一折射率;基板120包括相配合以限定并且封闭流体通道125的第一子层121和第二子层122;第一子层121在外围区域111处被耦合到触觉层110;以及第二子层122与触觉层110相对地邻近第一子层121并且包括具有第二折射率的第二透明材料，如在图6中所示。在该变型中，一定体积的微粒140被穿插在整个第一子层121并且与第一子层121相配合以表现出在第一折射率和第二折射率之间的整体折射率。在该变型中，一定体积的微粒140可以以随着通过第一子层121的深度变化的密度(或浓度)被浸渍在第一子层121中(在图2C中示出)，并且邻近触觉层110的一定体积的微粒140的第一部分和第一子层121从而可以相配合，以表现出接近触觉层110的第一折射率的整体折射率。邻近第二子层122的一定体积的微粒140的第二部分和第一子层121从而可以相配合，以表现出接近基板120的第二子层122的第二折射率的整体折射率。因此，在该变型中，微粒可以被掺入到基板120(和/或触觉层110等)中，以平滑在接近通过动态触觉界面100的深度的各种基体材料之间的交界处的一个或多个光学性质的转变。
[0037]如前面的实现和变型中，一定体积的微粒140可以包括氧化铟锡(ΙΤ0)微粒、氧化钛(Ti02)微粒、氧化铝(A102)微粒、高度多孔二氧化硅或基本上透明或半透明的任何其它材料(例如，金属氧化物)的微粒。一定体积的微粒140可以包括纳米微粒(即，尺寸在一纳米和一百纳米之间的微粒)并且可以包括任何适当的尺寸范围的微粒，诸如2_80nm或51-55nm。然而，微粒可以是任何其它适当的材料、尺寸、尺寸范围等等！
[0038]在又另一种变型中，基板120表现出第一热膨胀系数；(包含在基板120内的流体通道125和流体导管126内的)一定体积的透明流体130表现出大于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数;并且一定体积的(非附聚的)微粒被与一定体积的透明流体130混合并且表现出小于第二热膨胀系数的第三热膨胀系数。在这个变型中，微粒可以表现出负的热膨胀系数，使得一定体积的流体130(在其中混合或溶解有微粒)的整体热膨胀系数更好地接近相邻基板的热膨胀系数。因此，当动态触觉界面100的温度上升时，基板120和流体130可以以类似的速度膨胀，使得流体130的光学性质的相应变化更好地跟踪基板120的光学性质的变化。例如，一定体积的微粒140可以包括被与在流体通道125和流体导管126内的一定体积的流体130混合的立方钨酸锆的纳米微粒。在这个示例中，过滤器可以被布置在流体通道125和转移设备150之间，以基本上防止微粒离开基板120并且返回到转移设备150和/或所连接的贮存器。
[0039]可替代地，一定体积的微粒140可以表现出基本上高的热膨胀系数，并且可以被穿插在整个基板120，使得基板120和一定体积的微粒140的整体热膨胀系数更好地接近(例如逼近)一定体积的流体130的热膨胀系数。动态触觉界面还可以包括第一离散体积的微粒和第二离散体积的微粒，第一离散体积的微粒被穿插在整个流体以减小一定体积的流体130的整体热膨胀系数，并且第二离散体积的微粒被穿插在整个基板以增大基板120的整体热膨胀系数基本上高达一定体积的流体130的整体热膨胀系数。
[0040]动态触觉界面100因此可以包括相同或不同的材料的一个或多个离散的体积的微粒。例如，动态触觉界面100可以包括:以第一密度被穿插在触觉层110的整个第二子层114来平滑在触觉层110和环境空气之间的折射率的转变的第一体积的铟锡氧化物纳米微粒；以第二密度被穿插在触觉层110的整个第一子层113来平滑在下面的基板120和触觉层110之间的折射率的转变的第二体积的铟锡氧化物纳米微粒;被优先浸渍到流体通道125和流体管道126周围的基板120中来平滑在基板120和流体130之间的折射率的转变的第三体积的铟锡氧化物纳米微粒;和/或被混合在流体通道125和流体导管126内的一定体积的流体130内来将流体130的热膨胀系数更好地匹配基板120的热膨胀系数的第四体积的立方钨酸错纳米微粒。
[0041]在一个示例实现中，触觉层110包括聚碳酸酯基体材料的外部子层(倒色散系数Vd=?28，折射率n =?1.56)和有机娃基体材料的内部子层(Vd =?18，n=?1.4);基板120包括PMMA基体材料(Vd =?52.6，n =?1.5)的两个子层；(以下所描述的)触摸传感器160-相对触觉层110被親合到基板120-包括恪融二氧化娃基体材料的片材(Vd =?67，n =?1.45);(以下所描述的)显示器的覆盖层-相对基板120被耦合到触摸传感器160-包括PMMA基体材料(Vd =?52.6，η =?1. 5)层；以及流体130是基于水的(Vd =?73，n =?1.35)。在此示例实现中，前述组件的基体材料是用各种体积的(相同或不同的)微粒选择性地被浸渍、挤出或模制等来产生表现出通过堆叠的深度和宽度的整体(即，“有效”)光学性质(例如，阿贝数折射率、倒色散系数、色散等)的平滑转变的堆叠的动态触觉界面100。例如，均匀浓度的微粒可以被掺入基板120中，诸如通过用如下所述的悬浮中的微粒对基板120进行共模制，从而产生贯穿它的宽度和深度的基本上均匀的阿贝数-接近于流体130的阿贝数(例如，Vd =?73)-的基板。触摸传感器160的基体材料和显示器170的覆盖层也可以用(相同或不同类型的)微粒被浸渍，使得触摸传感器160表现出阿贝数根据深度的从Vd =?67至Vd =?73的范围并且使得显示器170的覆盖层同样也表现出阿贝数根据深度的从Vd =?56.6至Vd=?67的范围。触觉层110的子层的基体材料可以被类似地用微粒浸渍，以产生从基板-触觉层110交界处至触觉层110-周围空气交界处的阿贝数的基本上平滑的(或相对平滑的)转变，如在图3中所示。
[0042]类似的方法或技术可以被应用到具有充满油(例如，硅油)或其它流体的流体通道、流体端口等的堆叠。但是，在动态触觉界面100“堆叠”内的组件可以是任何其它材料的，并且一个或多个体积的微粒可以被添加到、混合于、悬浮在、浸渍到或以其它方式掺入到动态触觉界面100的组件的基体材料，以平滑在动态触觉界面100的整个宽度和厚度的一个或多个光学性质的转变，诸如接近在动态触觉界面100内的材料界面。
[0043]此外，由于微粒可以是相当小的平均尺寸的，微粒可以是在正常的观看距离处(例如，距从触觉层110的触觉表面11512英寸的观看距离处)的用户肉眼基本上不可察觉到的，并且因此由于整个动态触觉界面100的微粒阻塞(和/或衍射，散射)，相对于不包括这样的微粒的类似的动态触觉界面100，微粒可以产生在光学失真上的基本上最少的增长。
[0044]然而，动态触觉界面100可以包括任何其它体积的任何其它材料和尺寸的微粒，并且微粒可以以任何其它适当的方式并且以任何其它的数量或密度被布置在或掺入到动态触觉界面100的任何元件中。
[0045]4.基板
[0046]动态触觉界面100的基板120在外围区域111处被耦合到触觉层110，限定邻近外围区域111的流体导管126，并且限定被流体地耦合到流体导管126的流体通道125。总体上，基板120发挥作用以限定流体通道125和流体导管126，使得流体可以在转移设备150和触觉层110的可变形区域112之间被传送，以将可变形区域112在收缩和膨胀设置之间进行转变。特别是，基板120与转移设备150和触觉层110相配合，以限定流体回路，流体通过其可以被转移，以将可变形区域112在膨胀设置和收缩设置之间选择性进行转变，以间歇性地形成在触觉层110的触觉表面115上的触觉特征。
[0047]如以上和在美国专利申请号14/035851中所描述的，基板120可以包括被粘合(或以其它方式紧固)在一起以封闭流体通道125并且限定流体导管126的多个子层。例如，基板120的一个子层可以限定开口通道和通孔，并且基板120的第二子层122可以被粘合到第一子层121的背面以关闭开口通道并且因此限定流体通道125。然而，基板120可以包括被组装以限定流体通道125和/或流体导管126的单个层或任何其它数量的子层。
[0048]基板120包括诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、玻璃、聚氨酯或有机硅之类的透明基体材料的一个或多个(子)层。微粒因此可以被添加、被混合、被浸渍或被悬浮等进入基板120的基体材料，以修改基板120的整体光学性质或特性。例如，一旦被掺入基板120，一定体积的微粒140可以发挥作用以提高基板120 (例如，近550nm处)的平均折射率，同时将在光的较低的波长和较高的波长下的折射率改变为更靠近跨可见光谱的流体130的相应折射率。在本实施例中，基板120的基体材料可以通过第一折射率-波长曲线来表征，并且流体130可以通过在特定波长下与第一折射率-波长曲线相交的第二折射率-波长曲线来表征；在基板120的基体材料中的微粒的内容物因此可以将基板120的第一折射率-波长曲线改变为更靠近流体130的第二折射率-波长曲线。
[0049]在一种实现中，非附聚的微粒(例如，被悬浮在溶剂中)被混合于带有未固化的聚合物(例如，PMMA，有机硅)的溶液中，其随后被挤出(或铸造)，以形成具有在其整个体积的基本上均匀的浓度的微粒的片材，如在图2A和2B中示出。然后片材可以被切成一定尺寸并且被机械加工、被蚀刻、被冲压、被有线EDM或被激光烧蚀等，以在与(相同或相似的材料结构的)另一片材一起装配以形成基板120之前，创建流体通道125和/或流体导管。在类似的实现中，在其中微粒是能够承受高温的陶瓷，微粒可以类似地被悬浮于熔融玻璃(例如，碱金属铝硅酸盐玻璃)中，然后其被形成片材(例如，在水银池上)并且被冷却以创建具有基本均匀分布的硅酸盐的玻璃板。非附聚的微粒可以可替代地被混合于带有未固化的聚合物的溶液，该聚合物然后在子层模具中被铸造。模腔可以包括负流体通道特征和/或流体导管特征，使得在被固化并且被从模具中取出时，该铸造基板包括流体通道和/或流体导管特征并且可以被连接到另一铸造子层以形成基板120。
[0050]可替代地，微粒可以被浸渍在基板120的基体材料中，诸如一旦具有流体通道、流体导管等的各种内部特征的基板120被完全形成。在一种实现中，例如通过溅射或化学气相沉积，基板120的基体材料被用微粒轰击。在该实现的一个示例中，基板120包括第一子层121和第二子层122，其中，第一子层121限定外表面和内表面，包括在内表面中的开口通道特征，并且包括与开口通道对准并且通过第一子层121到外表面的流体导管，并且其中，第二子层122是包括匹配表面的平面片材。在第一子层121的内表面至第二子层122的匹配表面的装配之前，第一子层121的内表面和第二子层122的匹配表面通过轰击过程用微粒被浸渍，如在图2A和2C中示出。
[0051]在上述实现中，通过轰击的微粒浸渍可以产生在子层内的微粒的非均匀分布，诸如出现在最靠近特定目标板(包含用于浸渍到基板120的基体材料内的微粒的板)的表面处的微粒的最高浓度。因此，在上述的示例中，基板120可以在第一子层121的内表面、流体通道125和流体导管的(多个)表面和第二子层122的匹配表面处设有最高浓度的微粒，并且微粒的浓度可以随着距基板-流体界面的距离而线性、以指数方式或二次地等减小，如在图2D中示出的。特别是，在本示例中，微粒的浓度可以是最大的最靠近基板-流体界面，但随着距基板-流体界面的距离减小，并且在基板-流体界面处的微粒的浓度因此可以被选择以基本上匹配流体130的总的折射率-波长曲线。然而，因为微粒可以增大(或减小)基板材料的平均折射率，在来自基板-流体界面的微粒的浓度中的逐渐减少可能产生到上面的触觉层110的较低的平均折射率的基本上平滑的(而不是阶梯式)转变。在基板120内的平均折射率的这种逐渐减少可以产生比在基板120内或跨基板120和触觉层110的折射率的大阶梯式变化更少的内部反射和更少的折射，从而使能与给定基本上不同的平均折射率的触觉层110的通过基板120的微粒的均匀分布相比的显示器170的更大视角和更大的屏幕亮度。
[0052]在类似的示例中，微粒可以被选择性地浸渍到基板120内，诸如通过选择性地浸渍靠近和围绕流体通道125和流体导管126的基板120，如在图2A和2D中示出。在一个示例中，基板120的第一子层121的内表面被掩蔽，使流体通道125、流体导管和围绕流体通道125的区(例如，在流体通道125的每一面上的2_)被暴露。第一子层121的被暴露的区然后被用微粒浸渍(例如，通过溅射沉积)，并且掩模然后被除去并且第一子层121被装配在第二子层122的上方。在本示例中，邻近第一子层121的微粒浸渍区域的第二子层122的区域也可以被选择性地浸渍，诸如通过类似的方法在流体通道125周围，从而平滑从第二子层122通过第一子层121的折射率的梯度。
[0053 ]在另一种实现中，一定体积的微粒14 0被充分混合到一定体积的未固化的基体材料中，并且基板120然后从微粒-基体材料混合物中被浇铸。随着铸造微粒-基体材料混合物固化，它被暴露于热，从而导致微粒“开花”或上升到铸件的表面，并且从而产生随着通过基板的深度而变化的在基板120内的微粒的密度。例如，在本实现中，一定体积的微粒140可以包括聚偏二氟乙烯(PVFD)纳米微粒，并且基板可以是聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。然而，微粒浓度的梯度可以以任何其它适当的方式在基板120中(和/或在触觉层110中)被实现。
[0054]5.—定体积的流体
[0055]—定体积的透明流体130被包含在流体通道125和流体导管126内。总体上，一定体积的透明物是由转移设备150可操作的，以选择性地将可变形区域112在膨胀设置和收缩设置之间进行转变。例如，转移设备150可以将流体栗入在基板120内的流体通道125中，以膨胀可变形区域112，从而将可变形区域112从收缩设置转变到膨胀设置，并且转移设备150可以将流体栗送出流体通道125，以收缩可变形区域112，从而将可变形区域112从膨胀设置转变回到收缩设置。
[0056]—定体积的流体130可以表现出与基板120和/或触觉层110的光学色散特性不同的光学色散特性。例如，触觉层110可以表现出(例如，被表征为)在特定波长下(在特定的工作温度下)的第一折射率，基板120可以表现出在特定波长下(并且在特定的工作温度下)的与第一折射率不同的第二折射率，并且一定体积的流体130可以表现出在特定波长下(并且在特定的工作温度下)的与第一和第二折射率不同的第三折射率。在另一示例中，触觉层110可以由第一阿贝数表征，基板120可以由与第一阿贝数不同的第二阿贝数表征，并且一定体积的流体130可以由与第一和第二阿贝数不同的第三阿贝数表征。微粒因此可以被添加到触觉层110、基板120和/或一定体积的流体130，以更好地匹配在动态触觉界面100内的材料的特定波长的整体折射率、阿贝数、倒色散系数值、光学色散特性等。
[0057]在一种实现中，微粒被分散到流体130中，以修改流体130的整体阿贝数以更好地匹配限定流体130的界限的基板120和/或触觉层110的阿贝数。例如，适当的小尺寸和接近流体130的密度的密度的微粒可以被添加到并且被基本上均匀地混合到流体130中，使得微粒不会与流体130分离。微粒与流体的比例可以被选择，以实现在流体130中的目标整体阿贝数，诸如以上所描述的。
[0058]此外，如上所述，一定体积的流体130、基板120和/或触觉层110的光学特性可以随着动态触觉界面100的工作温度变化。特别是， 一定体积的流体130、基板120和触觉层110的密度(或浓度)可以随着温度变化，并且材料的折射率、阿贝数收敛值、色散和/或其它特性或性质可以随着密度变化。因此，微粒可以被掺入到动态触觉界面100的一个或多个基体材料中，以更好地匹配在动态触觉界面100的相邻基体材料之间的热膨胀系数。
[0059]总体上，流体通常表现出比固体更大的正的热膨胀系数。因此，表现出负的热膨胀系数(或小于基板120的热膨胀系数的热膨胀系数)的微粒因此可以被添加到(例如，被混合以)一定体积的流体130，使得流体130/微粒140的整体热膨胀系数更好地接近基板120的热膨胀系数。在该实现中，微粒可以表现出在有限的温度范围内的负的热膨胀，诸如在动态触觉层110和/或被耦合到动态触觉界面100的计算设备的工作温度范围(例如，0°至35°C(32°至95°F))。可替代地，表现出超过一定体积的流体130的(整体)热膨胀系数的正的热膨胀系数的微粒因此可以被掺入到基板120中，使得基板120/微粒的整体热膨胀系数更好地接近一定体积的流体130的热膨胀系数。
[0060]然而，任何其它类型和/或数量的微粒可以被添加到或以其它方式被掺入到一定体积的流体130中，以更好地匹配在一定的波长范围内和/或在一定的温度范围内的特定的波长和特定的温度下的一定体积的流体130和动态触觉界面100的相邻材料的光学性质。[0061 ] 6.触觉层
[0062]触觉层110限定外围区域111和邻近外围区域111的可变形区域112。如在美国申请号14/035851中所描述的，触觉层110在外围区域111处被附着到基板120并且与邻近流体导管126的基板120断开，使得通过流体管道126朝向触觉层110被转移的流体使触觉层110的可变形区域112向外变形，从而将可变形区域112从收缩设置(在图1A中示出)转变为膨胀设置(在图1B中示出)，以产生在触觉表面115处的在触觉上可区分的形态。由处于膨胀设置的可变形区域112所限定的在触觉上可区分的形态可以是圆顶形、脊形、环形或任何其它适当的外形或几何形状。当流体(主动或被动地)从触觉层110的可变形区域112后面被释放时，可变形区域112转变回到收缩设置(在图1A中示出)。
[0063]在收缩设置中，可变形区域112可以与外围区域111齐平。例如，基板120可以限定跨附着表面的基本上平面的表面和面向触觉层110的支撑表面，附着表面保持触觉层110的外围区域111，并且支撑表面与附着表面邻近并且基本上与附着表面连续，并且支撑可变形区域112以防止大幅度向内变形(例如，由于在可变形区域112处被应用到触觉表面115的输入)。在本示例中，基板120可以限定通过支撑表面的流体导管，并且附着表面可以以基本上平面的形式保持外围区域111。可变形区域112在收缩设置中可以被以平面形式搁置于支撑表面上和/或被支撑于支撑表面，并且处于膨胀设置的可变形区域112可以被升高离开支撑表面。支撑表面从而可以支撑触觉层110的可变形区域112以避免向内变形通过附着表面的平面。
[0064]触觉层110可以是单一的材料的，诸如有机硅或聚氨酯弹性体、PMMA或聚碳酸酯。如上所述，触觉层110可以可替代地包括类似或不类似的材料的子层。例如，触觉层110可以包括邻近基板120的有机硅弹性体子层和被连接到有机硅弹性体子层并且限定触觉表面115的聚碳酸酯子层。如上所述，触觉层110的光学性质可以通过浸渍、挤出、模制或以其它方式掺入微粒(例如，金属氧化物纳米微粒)到触觉层110的层和/或一个或多个子层来进行修改。
[0065]触觉层110也可以被挤出、模制或用微粒浸渍，以产生不同的整体光学性质(例如，倒色散系数值、阿贝数等)，例如以更好地匹配相邻基板、体积流体和周围空气的(整体)光学特性。例如，触觉层110可以包括第一子层113和第二子层114，第一子层113被耦合到基板120并且表现出第一折射率，并且第二子层114被耦合(例如，被粘接)到第一子层113并且暴露于周围空气，如在图3和6中示出的。在这个示例中，一定体积的微粒140可以被布置在第二子层114内并且与第二子层114相配合以表现出在触觉层110的第一子层113的第一折射率和周围空气的折射率之间的整体折射率，诸如针对在计算设备的工作温度范围内的温度下在可见光谱中的光的特定波长。在这个示例中，一定体积的微粒140还可以与第二子层114相配合以表现出在触觉层110的第一子层113的(整体)阿贝数和周围空气的阿贝数之间的整体阿贝数，诸如针对在计算设备的工作温度范围内的特定温度，如下所述。
[0066]然而，触觉层110可以是任何其它适当的材料的，并且可以以任何其它的方式发挥作用以在触觉表面115处产生在触觉上可区分的形态。
[0067]7.转移设备
[0068]动态触觉界面100的转移设备150将流体转移到流体通道125中以将可变形区域112从收缩设置转变为膨胀设置，处于膨胀设置的可变形区域112限定与外围区域111在触觉上可区分的形态。总体上，转移设备150发挥作用，以分别将流体转移进入和离开流体通道125，以将可变形区域112在膨胀设置和收缩设置之间进行转变。如上所述，在收缩设置，可变形区域112可以与外围区域111基本上齐平，并且在膨胀设置中，可变形区域可以被偏移为高于外围区域111。因此，转移设备150可以操纵在流体通道125和流体导管126内的一定体积的流体130(例如，通过栗送流体进入和离开流体通道125和流体导管126)，以调整可变形区域112高出外围区域111的垂直位置、可变形区域112的硬度和/或可变形区域112的形状等。
[0069]在一种变型中，触觉层110还限定邻近外围区域111的第二可变形区域112;基板120限定邻近第二外围区域111并且被流体地耦合到流体通道125的第二流体导管;一定体积的透明流体130还被包含在第二流体导管内；并且转移设备150将流体转移进入流体通道125以基本上同时将可变形区域112和第二可变形区域112从收缩设置转变为膨胀设置。例如，在本变型中，(第一)和第二可变形区域可以作为对应于被呈现在被耦合到动态触觉界面100的显示器上的虚拟键盘的离散的虚拟键的瞬态硬键而发挥作用，并且转移设备150可以将流体转移进入和离开流体通道125以基本上同时转变对应于虚拟键盘的(第一)、第二和其它可变形区域。
[0070]转移设备150可以包括机电致动栗、电渗栗、手动致动栗或适于主动将流体转移进入和/或离开基板120的任何其它适当的栗或机构。然而，转移设备150可以包括以任何其它的方式发挥作用以将(多个)可变形区域112在膨胀和收缩设置之间进行转换的任何其它适当类型的设备。
[0071]8.显示器
[0072]如在图1A中所示，动态触觉界面100的一种变型还包括相对触觉层110被耦合到基板120并且被配置成显示与可变形区域112基本上对准的键的图像的显示器。总体上，显示器170发挥作用，以将光以图像的形式发射通过基板120和触觉层110。例如，显示器170可以呈现与可变形区域112对准的键盘的字母数字输入键的图像，由此表明与可变形区域112相关联的输入端。在本示例中，当可变形区域112处于膨胀设置并且显示器170输出字母数字字符“a”的图像时，由触摸传感器160感测到的可变形区域112的选择可以与字符“a”的选择相关，并且包括动态触觉界面100的移动计算设备可以通过将在文本字段(例如，用在移动计算设备上执行的SMS文本消息应用)中添加字符“a”来对输入做出响应。然而，显示器170可以以任何其它的方式发挥作用以显示任何其它类型的图像。
[0073]在一种实现中，动态触觉界面100的显示器170相对触觉层110被耦合(例如，被加入、被粘接、被装配)到基板120。在本实现中，显示器170的覆盖层可以由与基板120的第二(整体)阿贝数特性(或第二整体折射率)不同的第一阿贝数(或第一折射率)来表征。在该实现中，微粒可以被模制、被浸渍或以其它方式被掺入显示器170的覆盖层和/或跨基板120的背表面，使得覆盖层的(整体)阿贝数更好地接近跨在覆盖层和基板120之间的交界处的基板120的(整体)阿贝数，如在图3中示出。例如，在上述实现中，在其中基板120用悬浮微粒被浇铸在聚合物中，显示器170的覆盖层可以用微粒被浸渍在其整个外表面，以达到接近跨基板120的相邻表面的(整体)阿贝数的整体阿贝数。特别是，通过用微粒浸渍覆盖层，覆盖层和基板120可以相配合以表现出从覆盖玻璃的(整体)阿贝数到基板120的(整体)阿贝数的相对平滑的转变。另外，一定体积的相同的或不相似的微粒可以被以恒定或变化的密度浸渍在基板120的整个剩余部分、在整个触觉层110(和子层)、在一定体积的流体130内和/或围绕流体通道125和流体导管等，以达到从显示器170通过触觉层110贯穿动态触觉界面100的深度(如在图3中所示)并且横向穿过动态触觉界面100的宽度的阿贝数(S卩，根据波长的折射率)的基本上平滑的梯度。
[0074]9.传感器
[0075]如在图1A中所示，动态触觉界面100的一种变型还包括被耦合到基板120并且输出相应于在邻近可变形区域112的触觉表面115上的输入的信号的触摸传感器160。总体上，触摸传感器160发挥作用，以输出对应于诸如在外围和/或可变形区域112上的触觉表面115上的输入的信号。
[0076]在一种实现中，触摸传感器160包括被布置(S卩，被插入)在显示器170和基板120之间的电容、电阻、光学或其它适当类型的触摸传感器160。在该实现中，类似于显示器170和/或基板120，触摸传感器160可以用微粒浸渍，以产生穿过在触摸传感器160和基板120之间的交界处以及穿过在触摸传感器160和显示器170之间的交界处的基本上平滑的阿贝数梯度(或基本上平滑的任何其它光学性质或特性的梯度)。同样，触摸传感器160可以包括表现出与基板120的相邻子层的基体材料的第二折射率不同的第一折射率的透明材料的片材；并且第二体积的微粒可以被布置在(例如，浸渍进入)基板120的相邻子层内，并且可以与相邻子层相配合，以表现出接近触摸传感器160的片材的第一折射率的整体折射率(例如，针对在可见光谱中的光的特定波长)。
[0077]在本变型中，显示器170可以相对基板120被耦合到触摸传感器160。可替换地，触摸传感器160可以被集成到显示器170中，以形成触摸屏。例如，显示器170可以呈现与处于膨胀设置的可变形区域112基本上对准的虚拟输入键的图像，并且触摸传感器160可以输出对应于在邻近可变形区域112的触觉表面115上的输入的信号。然而，触摸传感器160与动态触觉界面100可以被布置在任何其它的深度且/或可以被合并(例如，物理上与之共同延伸)到动态触觉界面100的任何其它组件内。
[0078]10.壳体
[0079]如在图 7中所示，动态触觉界面100的一种变型还包括壳体180，其瞬时接合移动计算设备并且将基板120瞬时保持在移动计算设备的数字显示屏170的上方。总体上，在这种变型中，壳体180发挥作用以将动态触觉界面100瞬时耦合在离散(移动)计算设备的显示器(例如，触摸屏)的上方，诸如在美国专利申请号12/830430中所描述的。例如，动态触觉界面100可以限定零件市场设备，其可以被安装到移动计算设备(例如，智能电话、平板电脑)上，以对移动计算设备的功能进行更新以包括在移动计算设备的触摸屏的上方的物理导向件或按钮的瞬态描绘。在本示例中，基板120和触觉层110可以被安装在移动计算设备的触摸屏的上方，手动致动转移设备150可以沿移动计算设备的侧面被布置，并且壳体180可以将基板120和触觉层110限制在触摸屏的上方并且可以支撑转移设备150。然而，壳体180可以是任何其它形式的并且以任何其它方式发挥作用以将动态触觉界面100瞬时耦合到离散计算设备。
[0080]如本领域技术人员将从以前的详细描述以及从附图和权利要求中认识的，可以对本发明的优选实施例做出修改和变化，而不脱离如以下的权利要求中所限定的本发明的范围。
【主权项】
1.一种用于计算设备的动态触觉界面，包括: ?触觉层，其限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域； ?基板，其包括表现出第一光学色散特性的透明基体材料，所述基板在所述外围区域处被耦合到所述触觉层，限定邻近所述外围区域的流体导管，并且限定被流体地耦合到所述流体导管的流体通道； ?一定体积的透明流体，其包含在所述流体通道和所述流体导管内，所述一定体积的透明流体表现出与所述第一光学色散特性不同的第二光学色散特性； ?一定体积的微粒，其包含在所述基板的所述透明基体材料内并且在所述流体导管周围偏置，所述一定体积的微粒表现出与所述第一光学色散特性不同的第三光学色散特性；以及 ?转移设备，其将流体转移至所述流体通道中以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置，在所述膨胀设置中，所述可变形区域限定与所述外围区域在触觉上可区分的形??τ ο2.根据权利要求1所述的动态触觉界面，还包括显示屏，所述显示屏被与所述触觉层相对地耦合到所述基板，并且显示与所述可变形区域基本上对准的键的图像。3.根据权利要求1所述的动态触觉界面，还包括触摸传感器，所述触摸传感器被耦合到所述基板，并且输出相应于在所述触觉层的邻近所述可变形区域的触觉表面上的输入的信号。4.根据权利要求1所述的动态触觉界面，其中，接近所述流体导管的所述基板内的所述一定体积的微粒的一部分与所述基板的所述透明基体材料相配合以接近于邻近所述流体导管的所述一定体积的透明流体的所述第二光学色散特性。5.根据权利要求4所述的动态触觉界面，其中，所述透明基体材料的特征在于第一倒色散系数值，其中，所述一定体积的透明流体的特征在于小于所述第一倒色散系数值的第二倒色散系数值，其中，在所述一定体积的微粒中的微粒的特征在于小于所述第二倒色散系数值的第三倒色散系数值，以及其中，接近所述流体导管的表面的所述基板的一部分和所述一定体积的微粒的一部分相配合以表现出接近所述第二倒色散系数值的第四倒色散系数值。6.根据权利要求1所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒包括表现出小于100纳米的最大尺寸的一定体积的金属氧化物微粒。7.根据权利要求6所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒包括氧化铟锡微粒。8.根据权利要求1所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒被优先地浸渍到所述流体通道和所述流体导管周围的所述基板的所述透明基体材料中。9.根据权利要求1所述的动态触觉界面，其中，在所述收缩设置中，所述可变形区域与所述外围区域基本上齐平，而在所述膨胀设置中，所述可变形区域被偏移为高于所述外围区域。10.—种用于计算设备的动态触觉界面，包括: ?触觉层，其限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域； ?基板，其包括表现出第一热膨胀系数的透明材料，所述基板在所述外围区域处被耦合到所述触觉层，限定邻近所述外围区域的流体导管，并且限定被流体地耦合到所述流体导管的流体通道； ?一定体积的透明流体，其包含在所述流体通道和所述流体导管内，所述一定体积的透明流体表现出大于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数； ?一定体积的微粒，其被与所述一定体积的透明流体混合并且表现出小于所述第二热膨胀系数的第三热膨胀系数；以及 ?转移设备，其将流体转移到所述流体通道以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置，在所述膨胀设置中，所述可变形区域限定与所述外围区域在触觉上可区分的形态。11.根据权利要求10所述的动态触觉界面，其中，所述基板的所述透明材料表现出第一折射率，并且其中，所述一定体积的透明流体和所述一定体积的微粒相配合以在所述计算设备的表面的工作温度范围内的特定温度下、对可见光谱中的光的特定波长表现出近似于所述第一折射率的整体折射率。12.根据权利要求10所述的动态触觉界面，其中，在所述一定体积的微粒中的微粒在所述计算设备的表面的工作温度范围内表现出负热膨胀系数，并且其中，所述一定体积的微粒的密度接近于所述一定体积的流体的密度。13.根据权利要求10所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的透明流体和所述一定体积的微粒相配合，以表现出接近所述基板的所述透明材料的所述第一热膨胀系数的整体热膨胀系数。14.根据权利要求10所述的动态触觉界面，还包括瞬时接合移动计算设备的壳体，所述壳体将所述基板瞬时保持在所述移动计算设备的数字显示屏的上方。15.根据权利要求10所述的动态触觉界面，其中 ?所述触觉层限定邻近所述外围区域的第二可变形区域； ?所述基板限定邻近所述第二外围区域并且被流体地耦合到所述流体通道的第二流体导管； ?所述一定体积的透明流体还被包含在所述第二流体导管内；以及 ?所述转移设备将流体转移到所述流体通道中，以将所述可变形区域和所述第二可变形区域基本上同时从所述收缩设置转变为所述膨胀设置。16.—种用于计算设备的动态触觉界面，包括: ?触觉层，其限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域，所述触觉层包括表现出第一折射率的第一透明材料； ?基板，其包括第一子层和第二子层，所述第一子层在所述外围区域处被耦合到所述触觉层，邻近所述第一子层的所述第二子层与所述触觉层相对并且包括具有第二折射率的第二透明材料，所述基板限定邻近所述外围区域的流体导管和被流体地耦合到所述流体导管的流体通道； ?一定体积的微粒，其被布置在所述第一子层内，所述一定体积的微粒和所述第一子层相配合以对于可见光谱中的光的特定波长表现出在所述第一折射率和所述第二折射率之间的整体折射率； ?一定体积的透明流体，其包含在所述流体通道和所述流体导管内；以及 ?转移设备，其将流体转移至所述流体通道中以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置，在所述膨胀设置中，所述可变形区域限定与所述外围区域在触觉上可区分的形??τ ο17.根据权利要求16所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒以随通过所述第一子层的深度而变化的密度被浸渍在所述第一子层中，邻近所述触觉层的所述一定体积的微粒的第一部分和所述第一子层相配合以表现出接近于所述第一折射率的整体折射率，并且邻近所述第二子层的所述一定体积的微粒的第二部分和所述第一子层相配合以表现出接近于所述第二折射率的整体折射率。18.根据权利要求17所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的流体表现出第三折射率，并且其中，邻近所述流体通道的所述一定体积的微粒的第三部分和所述第一子层相配合以对于在可见光谱中的光的特定波长表现出接近于所述第三折射率的整体折射率。19.根据权利要求16所述的动态触觉界面，还包括触摸传感器，所述触摸传感器与所述第一子层相对地耦合到所述基板的所述第二子层，并且输出相应于邻近所述可变形区域的所述触觉表面上的输入的信号，并且所述动态触觉界面还包括显示屏，所述显示屏与所述基板相对地耦合到所述触摸传感器，并且显示与所述可变形区域基本上对准的键的图像。20.根据权利要求19所述的动态触觉界面，其中，所述触摸传感器包括表现出第三折射率的透明材料片材，所述动态触觉界面还包括被布置在所述第二子层内的第二体积的微粒，接近所述片材的所述第二体积的微粒的一部分和所述第二子层相配合以对于在可见光谱中的光的特定波长表现出接近于所述第三折射率的整体折射率。21.根据权利要求16所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒包括最大尺寸小于100纳米的氧化铟锡微粒。22.根据权利要求16所述的动态触觉界面，其中，所述触觉层包括第三子层和第四子层，所述第三子层邻近所述基板的第一层并且表现出所述第一折射率，并且所述第四子层被耦合到所述第三子层并且被暴露于周围空气，并且所述动态触觉界面还包括被布置在所述第四子层内的第二体积的微粒，所述第二体积的微粒和所述第四子层相配合以在所述计算设备的工作温度范围内的温度下、对于在可见光谱中的光的特定波长表现出在所述第一折射率和环境空气折射率之间的整体折射率。23.—种用于计算设备的动态触觉界面，包括: ?触觉层，其限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域，所述触觉层包括第一子层和第二子层，透明材料的所述第一子层表现出第一折射率； ?基板，其与所述第一子层相对地耦合到所述第二子层，所述基板限定邻近所述外围区域的流体导管和被流体地耦合到所述流体导管的流体通道，并且包括表现出第二折射率的透明材料； ?一定体积的微粒，其被布置在所述第二子层内，所述一定体积的微粒和所述第二子层相配合以对在可见光谱中的光的特定波长表现出在所述第一折射率和所述第二折射率之间的整体折射率； ?一定体积的透明流体，其包含在所述流体通道和所述流体导管内；以及?转移设备，其将流体转移至所述流体通道中以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置，在所述膨胀设置中，所述可变形区域限定与所述外围区域在触觉上可区分的形??τ ο
【专利摘要】用于计算设备的动态触觉界面的一种变型包括：限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域的触觉层；包括表现出第一光学色散特性的透明基体材料的基板，其在所述外围区域处被耦合到所述触觉层，限定邻近所述外围区域的流体导管和被流体地耦合到所述流体导管的流体通道；包含在所述流体通道和所述流体导管内并且表现出与所述第一光学色散特性不同的第二光学色散特性的一定体积的透明流体；包含在所述基板的所述透明基体材料内的一定体积的微粒，其在所述流体导管周围偏置，并且表现出与所述第一光学色散特性不同的第三光学色散特性；以及将流体转移到所述流体通道中以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置的转移设备。
【IPC分类】G06F3/041
【公开号】CN105493009
【申请号】CN201480047146
【发明人】迈卡·亚里, 克里斯多佛·迪尔米特, 迈克尔·哈默斯利
【申请人】泰克图斯科技公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月28日
【公告号】WO2015031629A1
【专利说明】动态触觉界面
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年08月28日提交的美国临时申请号61/871081的权益，其通过引用以其全部内容并入。
[0003]本申请涉及于2008年01月04日提交的美国专利申请号11/969848、于2009年01月05日提交的美国专利申请号12/319334、于2009年01月03日提交的美国专利申请号12/497622、于2010年01月05日提交的美国专利申请号12/652704、于2010年07月05日提交的美国专利申请号12/830430和于2013年09月24日提交的美国专利申请号14/035851，其通过引用以其全部内容并入。
技术领域
[0004]本发明总体上涉及触觉灵敏显示屏领域，以及更具体地涉及用于触觉灵敏显示屏的动态触觉界面。
[0005]附图简述
[0006]图1A和1B是本发明的一个实施例的动态触觉界面的示意图；
[0007]图2A-2D是动态触觉界面的变型的示意图；
[0008]图3是动态触觉界面的一种变型的图示；
[0009]图4是动态触觉界面的一种变型的示意图；
[0010]图5是动态触觉界面的一种变型的示意图；
[0011 ]图6是动态触觉界面的一种变型的示意图；以及
[0012]图7是动态触觉界面的一种变型的示意图。
[0013]优选实施例的描述
[0014]本发明的优选实施例的以下描述不旨在将本发明限制于这些优选实施例，而是以使本领域的任何技术人员能够制造并且使用本发明。
[0015]1.动态触觉界面
[0016]如在图4中所示，动态触觉界面100包括:限定外围区域111和邻近外围区域111的可变形区域112的触觉层110;包括表现出第一光学色散特性的透明基体材料的基板120，其在外围区域111处被耦合到触觉层110，限定邻近外围区域111的流体导管126，并且限定被流体地耦合到流体导管126的流体通道125;包含在流体通道125和流体导管126内的一定体积的透明流体130，该一定体积的透明流体130表现出与第一光学色散特性不同的第二光学色散特性;包含在基板120的透明基体材料内并且在流体导管126周围偏置的一定体积的微粒140，一定体积的微粒140表现出与第一光学色散特性不同的第三光学色散特性；以及将流体转移到流体通道125中以将可变形区域112从收缩设置(在图1B中示出)转变为膨胀设置(在图1A中示出)的转移设备150，处于膨胀设置的可变形区域112限定与外围区域111在触觉上可区分的形态。
[0017]如在图5中所示，动态触觉界面100的一种变型包括:限定外围区域111和邻近外围区域111的可变形区域112的触觉层110;包括表现出第一热膨胀系数的透明材料的基板，其在外围区域111处被耦合到触觉层110，限定邻近外围区域111的流体导管，并且限定被流体地耦合到流体导管126的流体通道;包含在流体通道125和流体导管126内的一定体积的透明流体130，一定体积的透明流体130表现出大于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数;被与一定体积的透明流体130混合并且表现出小于第二热膨胀系数的第三热膨胀系数的一定体积的微粒；以及将流体转移到流体通道125中以将可变形区域112从收缩设置转变为膨胀设置的转移设备150，处于膨胀设置的可变形区域112限定与外围区域111在触觉上可区分的形态。
[0018]如在图6中所示，动态触觉界面100的一种变型包括:限定外围区域111和邻近外围区域111的可变形区域112的触觉层110，触觉层110包括表现出第一折射率的第一透明材料;包括第一子层121和第二子层的基板，第一子层121在外围区域111处被耦合到触觉层110，邻近第一子层121的第二子层相对触觉层110并且包括具有第二折射率的第二透明材料，基板120限定邻近外围区域111的流体导管和被流体地耦合到流体导管126的流体通道；被布置在第一子层121内的一定体积的微粒140，该一定体积的微粒140和第一子层121相配合以表现出在用于在可见光谱中的光的特定波长的第一折射率和第二折射率之间的整体折射率;包含在流体通道125和流体导管126内的一定体积的透明流体130;以及将流体转移到流体通道125中以将可变形区域112从收缩设置转变为膨胀设置的转移设备150，处于膨胀设置的可变形区域112限定与外围区域111在触觉上可区分的形态。
[0019]动态触觉界面100还可以包括相对触觉层110被耦合到基板120并且显示与可变形区域112大体上对准的键的图像的显示屏和/或被耦合到基板120并且输出相应于邻近可变形区域112的触觉层110的触觉表面115上的输入的信号的触摸传感器160。动态触觉界面100还可以包括壳体180，其瞬时接合移动计算设备并且将基板120瞬时保持在移动计算设备的数字显示屏170的上方。
[0020]2.应用
[0021]总体上，动态触觉界面100可以在计算设备内被实现或结合计算设备来实现，以向用户提供通过计算设备的触摸屏或其它被照亮的表面进入输入选择的触觉指导。特别是，动态触觉界面100限定可以被选择性地膨胀以及收缩以间歇性地向用户提供与计算设备交互的触觉指导的触觉层110的一个或多个可变形区域。在一种实现中，动态触觉界面100被整合到诸如智能手机或平板电脑之类的移动计算设备的触摸屏或被应用在诸如智能手机或平板电脑之类的移动计算设备的触摸屏的上方。例如，动态触觉界面100可以包括一组圆形或矩形的可变形区域，其中，每个可变形区域112被基本上与被呈现在被集成到移动计算设备中的显示屏上的虚拟键盘的虚拟键对准，并且其中，当处于膨胀设置时在该组中的每个可变形区域112模仿物理硬键。然而，在本示例中，当虚拟键盘没有被呈现在移动计算设备的显示屏170上时，动态触觉界面100可以收缩该组可变形区域以产生基本上均匀(例如，同高)的触觉表面115，产生被呈现在显示屏170上的图像的减少的光学失真。在另一示例中，动态触觉界面100可以包括与被呈现在显示屏170上的虚拟的“滑动以解锁”输入区域对准的细长的可变形区域112，使得当处于膨胀设置时，细长的可变形区域112为用户提供使解锁手势进入到移动计算设备中的触觉指导。一旦移动计算设备响应于与虚拟输入区域适当地对准的滑动手势而被解锁，动态触觉界面100可以将细长的可变形区域112转变回到收缩设置，以在显示屏170的上方产生均匀的表面。
[0022]动态触觉界面100可以可替代地实施将触觉功能添加到现有的计算设备的零件市场设备。例如，动态触觉界面100可以包括壳体180 (在图7中示出)，其瞬时接合现有的(移动)计算设备并且将基板120瞬时保持在计算设备的数字显示屏170的上方。从而动态触觉界面100的转移设备150可以被手动地或自动地致动，以将触觉层110的(多个)可变形区域112在膨胀和收缩设置之间转变。
[0023]诸如基板120和触觉层110的动态触觉界面100的元件可以是基本上透明的，以使能从显示屏170到用户的光传输，诸如在于2008年01月04日提交的美国专利申请号11/969848、于2009年01月05日提交的美国专利申请号12/319334、于2009年01月03日提交的美国专利申请号12/497622和于2010年01月05日提交的美国专利申请号12/652704，以及于2012年10月12日提交的美国临时申请号61/713396和于2013年06月28日提交的美国临时申请号61/841176中所描述的，这些文献通过引用以其全部内容并入。
[0024]然而，基板120和(一定体积的透明)流体可以是不同的材料，并且因此可以在可见光谱内的光的不同波长(?390至?700nm)下表现出不同的折射率。例如，基板120可以包括丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、有机硅、玻璃(例如，碱金属铝硅酸盐玻璃)或其它透明材料的基体材料，并且流体可以是水、乙醇、油或空气。如下所述，基板120限定流体通过其在可变形区域112处被连通到触觉层110的背表面以将可变形区域112转变为膨胀设置的流体通道和流体导管，并且因此流体通道125和流体导管126可以包含贯穿在动态触觉界面100的各种(例如，全部)操作周期的流体。折射率、光学色散或其它光学性质中的急剧变化因此可能出现于在流体130和基板120的完全不同的材料之间的交界处(或“接口诸如在流体通道125的壁处或在流体导管126的壁处-使得光从在基板120的下方(S卩，相对触觉层110邻近基板120)的显示屏输出以朝向显示屏170在内部反射回，从而降低显示屏170的所感知的亮度并且减小通过基板120和触觉层110的显示屏170的离轴可见的最大角度。类似地，这个在完全不同的材料之间的交界处可以引起从显示屏170输出的各种波长的光通过该交界处以不同的角度(即，根据波长)折射(即，“弯曲”)，由此产生从邻近该交界处的显示屏170输出的图像的一部分的局部色散。
[0025]在一个示例中，流体130和基板120在可见光谱的中心附近的特定波长下(例如，在绿色光谱中的大约550nm下)是折射率匹配的，但在进一步远离在可见光谱中的这个特定波长的波长下表现出日益不同的折射率。在这个示例中，在基板材料和流体130的在?400nm(紫色光)和?750nm(红色光)的频率的光学色散特性的显著变化因而可能导致紫色线和红色线沿着流体通道125的边缘和/或沿着流体导管126的边缘显现(给用户)。
[0026]在另一个示例中，流体130和基板120在可见光谱的较低波长端附近如在400nm附近是折射率匹配的，但在光的较高波长下表现出日益不同的折射率。在本实施例中，流体130和基板120之间的交界处可能引起沿着流体通道125和/或沿着流体导管126的平行的黄色、橙色和红色线显现给通过基板120和触觉层110观看数字显示屏170的用户。因此，尽管流体130和基板120的基体材料可以在光的一个波长下或在可见光谱的整个有限范围具有相似的透明性、光学透明度和/或折射率，用户仍然可以感知以接近于在动态触觉界面100的诸如沿着流体通道125和/或沿着流体导管126的完全不同的材料之间的交界处的光的波长依赖性折射(即，色散)的形式的-被呈现在邻近的数字显示屏170上的-图像的光学失真。
[0027]因此，微粒可以在基板120的基体材料的区域中被局部地浸渍或悬浮-诸如流体通道125和/或流体导管126周围-以修改基板120的局部光学色散特性(例如，折射率根据波长的变化)以更好地接近包含在流体通道125和流体导管126内的流体130的光学色散特性。特别是，微粒可以被优先浸渍或悬浮在流体通道125和/或流体导管126周围的基板120中，使得基板120的该部分的整体光学色散特性更 好地匹配相邻流体的光学色散特性，产生通过基板120、一定体积的流体130和触觉层110的折射率的相对平滑的转变。例如并且如下文所述，如果流体130的特征在于小于基板120的阿贝数的阿贝数，微粒140可以是具有表现出比基板120的基体材料更低的阿贝数(V-数，倒色散系数)的金属氧化物(例如，氧化铟锡(ITO)、氧化钛(Ti02)或氧化铝(AL02))，使得微粒140和基板120的基体材料的组合产生更好地匹配流体130的阿贝数的有效(即整体)的阿贝数。因此，当被混入、被浸渍到或以其它方式被添加到基板120的基体材料时，该微粒可以局部地修改基板120的整体色散特性，由此平滑在流体130和基板120之间的交界处的该色散特性的转变并且产生从数字显示屏170发射并且入射到该交界处的光的较少的色散和内部反射。
[0028]总体上，材料的阿贝数定量地描述材料折射率根据波长的变化。修改材料的整体(例如，有效)阿贝数，诸如本文中所描述的，可以从而表明材料折射率根据波长的(相对的)改变。特别是，与对于由基本上不同的阿贝数所表征的一对相邻材料相比，由基本上类似的阿贝数为特征的邻近材料可以表现出通过那里传递的光的更少的色散。因此，通过添加微粒到基板120来修改基板120的有效阿贝数-以及更具体地，基板120根据波长的有效折射率-在基板120和流体130之间的交界处可能产生入射到其上的光的较少的色散，从而产生这种光的较少的感知的光学失真。本文中因此描述基体材料的阿贝数和基体材料和微粒组合的组合的整体阿贝数，来表示基体材料或材料组合的波长依赖性折射率。
[0029]此外，在动态触觉界面100内和围绕动态触觉界面100的在不同材料的元件之间-以及因此不同的光学性质-的横向交界处也可以产生通过那些所发射的光的内部反射和折射。例如，在基板120和触觉层110之间的、在基板120的相邻子层之间的、在触觉层110的相邻子层之间的、在触觉层110和周围空气之间的和/或在基板120和显示屏、触摸传感器160或触摸屏等之间的交界处由于在跨这些交界处的材料的离散变化可以产生的光学像差和降低的图像亮度。因此微粒可以被混合、被浸渍或以其它方式被添加到动态触觉界面100的元件的各种层和/或子层来平滑跨在这些层和子层之间的交界处的光学性质的变化。特别是，微粒可以以在通过各层和各子层的恒定深度的基本上均匀的密度和依赖于深度的不同密度被掺入动态触觉界面100的各种层和/或子层中，以产生动态触觉界面100的整个厚度的折射率、色散和/或其它光学性质的基本上平滑的转变。
[0030]微粒也可以被掺入(例如，被混合进入、被溶解进入、被悬浮于)一定体积的流体130中，以产生更好地匹配基板120的整体光学性质的流体130/微粒140组合的整体光学性质。例如微粒可以被混合进入一定体积的流体130，以更好地将流体130/微粒140组合的整体热膨胀系数与周边基板的热膨胀系数进行匹配。因此，由于折射率可以取决于温度，流体130/微粒140组合的折射率随温度的变化可以更好地跟踪用于动态触觉界面100的给定温度的基板120的折射率的变化。
[0031]前述的变型中的一个或多个可以在动态触觉界面100内被实现，以提高光学清晰度并且减少在动态触觉界面100内的光学像差(例如，内部反射、折射、衍射等)。例如，多个一定体积的相似或不相似的微粒可以被掺入基板120 (例如，在图6中示出为微粒140 )、触觉层110(例如，在图6中示出为微粒140B和微粒HOC)、触摸传感器160的片材(例如，在图6中示出为微粒140D)和/或一定体积的流体130(例如，诸如在图5中的微粒140)等，以减少跨横向材料交界处的波长色散、减小跨水平区交界处(即，在层和子层之间)的折射和内部反射，并且减少动态触觉界面100的光学性能随着周围和/或操作温度的变化的变化。
[0032]3.微粒
[0033]—定体积的微粒140表现出与包含该一定体积的微粒140的动态触觉界面100的基体材料的光学性质不同的光学性质，并且该一定体积的微粒140与包含它的基体材料相配合以表现出不同的、受控的整体光学性质。特别是，该一定体积的微粒140发挥作用，以在局部地或全局地修改包含它的基体材料的整体光学性质，以产生在动态触觉界面100的相邻材料之间一诸如在流体-基板交界处之间、在基板-触觉层110的交界处之间等一的光学性质(例如，折射率、色散、阿贝数等)的更平滑的转变。
[0034]在一种实现中，基板120的透明基体材料表现出第一光学色散特性;一定体积的流体130表现出第二光学色散特性；以及一定体积的微粒140表现出与第一光学色散特性不同的第三光学色散特性，被包含在透明基体材料内，并且与基体材料相配合以表现出比单独的基板120的基体材料更靠近(S卩，更好地接近)一定体积的流体130的第二光学色散特性的整体光学色散特性。在本实现中，微粒可以在流体导管126周围偏置(例如，优选浸渍)，如下所述，以局部修改在流体通道125和/或流体导管126周围的基板120的整体光学色散特性并且产生回到在基板120的剩余体积中的第一光学色散特性的基本上平滑的转变。例如，基板120的透明基体材料可以由第一倒色散系数值来表征;一定体积的透明流体130可以由小于第一倒色散系数值的第二倒色散系数值来表征；以及在一定体积的微粒140中的微粒可以由小于第二倒色散系数值的第三倒色散系数值来表征。在本示例中，邻近流体导管126的表面的、基板120的一部分和被浸渍到基板120中的一定体积的微粒140的一部分从而相配合以表现出接近流体130的第二倒色散系数值的第四倒色散系数值。
[0035]此外，在上述实现中，被添加到基板材料(例如，在悬浮液中)的微粒的数量的可以被设置，以实现用于光的特定波长的基板120的目标整体折射率，诸如模仿在光的特定波长下流体130的折射率。同样，被添加到基板材料的微粒的数量可以被选择，以实现表征基板120的折射率-波长曲线的目标转变来更好地匹配表征流体130的折射率-波长曲线。因此，在此实现中，微粒可以被优先掺入基板120中，以平滑在接近在各种基体材料之间的交界处的一个或多个光学性质的横向转变。
[0036]在一种变型中，触觉层110表现出第一折射率;基板120包括相配合以限定并且封闭流体通道125的第一子层121和第二子层122;第一子层121在外围区域111处被耦合到触觉层110;以及第二子层122与触觉层110相对地邻近第一子层121并且包括具有第二折射率的第二透明材料，如在图6中所示。在该变型中，一定体积的微粒140被穿插在整个第一子层121并且与第一子层121相配合以表现出在第一折射率和第二折射率之间的整体折射率。在该变型中，一定体积的微粒140可以以随着通过第一子层121的深度变化的密度(或浓度)被浸渍在第一子层121中(在图2C中示出)，并且邻近触觉层110的一定体积的微粒140的第一部分和第一子层121从而可以相配合，以表现出接近触觉层110的第一折射率的整体折射率。邻近第二子层122的一定体积的微粒140的第二部分和第一子层121从而可以相配合，以表现出接近基板120的第二子层122的第二折射率的整体折射率。因此，在该变型中，微粒可以被掺入到基板120(和/或触觉层110等)中，以平滑在接近通过动态触觉界面100的深度的各种基体材料之间的交界处的一个或多个光学性质的转变。
[0037]如前面的实现和变型中，一定体积的微粒140可以包括氧化铟锡(ΙΤ0)微粒、氧化钛(Ti02)微粒、氧化铝(A102)微粒、高度多孔二氧化硅或基本上透明或半透明的任何其它材料(例如，金属氧化物)的微粒。一定体积的微粒140可以包括纳米微粒(即，尺寸在一纳米和一百纳米之间的微粒)并且可以包括任何适当的尺寸范围的微粒，诸如2_80nm或51-55nm。然而，微粒可以是任何其它适当的材料、尺寸、尺寸范围等等！
[0038]在又另一种变型中，基板120表现出第一热膨胀系数；(包含在基板120内的流体通道125和流体导管126内的)一定体积的透明流体130表现出大于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数;并且一定体积的(非附聚的)微粒被与一定体积的透明流体130混合并且表现出小于第二热膨胀系数的第三热膨胀系数。在这个变型中，微粒可以表现出负的热膨胀系数，使得一定体积的流体130(在其中混合或溶解有微粒)的整体热膨胀系数更好地接近相邻基板的热膨胀系数。因此，当动态触觉界面100的温度上升时，基板120和流体130可以以类似的速度膨胀，使得流体130的光学性质的相应变化更好地跟踪基板120的光学性质的变化。例如，一定体积的微粒140可以包括被与在流体通道125和流体导管126内的一定体积的流体130混合的立方钨酸锆的纳米微粒。在这个示例中，过滤器可以被布置在流体通道125和转移设备150之间，以基本上防止微粒离开基板120并且返回到转移设备150和/或所连接的贮存器。
[0039]可替代地，一定体积的微粒140可以表现出基本上高的热膨胀系数，并且可以被穿插在整个基板120，使得基板120和一定体积的微粒140的整体热膨胀系数更好地接近(例如逼近)一定体积的流体130的热膨胀系数。动态触觉界面还可以包括第一离散体积的微粒和第二离散体积的微粒，第一离散体积的微粒被穿插在整个流体以减小一定体积的流体130的整体热膨胀系数，并且第二离散体积的微粒被穿插在整个基板以增大基板120的整体热膨胀系数基本上高达一定体积的流体130的整体热膨胀系数。
[0040]动态触觉界面100因此可以包括相同或不同的材料的一个或多个离散的体积的微粒。例如，动态触觉界面100可以包括:以第一密度被穿插在触觉层110的整个第二子层114来平滑在触觉层110和环境空气之间的折射率的转变的第一体积的铟锡氧化物纳米微粒；以第二密度被穿插在触觉层110的整个第一子层113来平滑在下面的基板120和触觉层110之间的折射率的转变的第二体积的铟锡氧化物纳米微粒;被优先浸渍到流体通道125和流体管道126周围的基板120中来平滑在基板120和流体130之间的折射率的转变的第三体积的铟锡氧化物纳米微粒;和/或被混合在流体通道125和流体导管126内的一定体积的流体130内来将流体130的热膨胀系数更好地匹配基板120的热膨胀系数的第四体积的立方钨酸错纳米微粒。
[0041]在一个示例实现中，触觉层110包括聚碳酸酯基体材料的外部子层(倒色散系数Vd=?28，折射率n =?1.56)和有机娃基体材料的内部子层(Vd =?18，n=?1.4);基板120包括PMMA基体材料(Vd =?52.6，n =?1.5)的两个子层；(以下所描述的)触摸传感器160-相对触觉层110被親合到基板120-包括恪融二氧化娃基体材料的片材(Vd =?67，n =?1.45);(以下所描述的)显示器的覆盖层-相对基板120被耦合到触摸传感器160-包括PMMA基体材料(Vd =?52.6，η =?1. 5)层；以及流体130是基于水的(Vd =?73，n =?1.35)。在此示例实现中，前述组件的基体材料是用各种体积的(相同或不同的)微粒选择性地被浸渍、挤出或模制等来产生表现出通过堆叠的深度和宽度的整体(即，“有效”)光学性质(例如，阿贝数折射率、倒色散系数、色散等)的平滑转变的堆叠的动态触觉界面100。例如，均匀浓度的微粒可以被掺入基板120中，诸如通过用如下所述的悬浮中的微粒对基板120进行共模制，从而产生贯穿它的宽度和深度的基本上均匀的阿贝数-接近于流体130的阿贝数(例如，Vd =?73)-的基板。触摸传感器160的基体材料和显示器170的覆盖层也可以用(相同或不同类型的)微粒被浸渍，使得触摸传感器160表现出阿贝数根据深度的从Vd =?67至Vd =?73的范围并且使得显示器170的覆盖层同样也表现出阿贝数根据深度的从Vd =?56.6至Vd=?67的范围。触觉层110的子层的基体材料可以被类似地用微粒浸渍，以产生从基板-触觉层110交界处至触觉层110-周围空气交界处的阿贝数的基本上平滑的(或相对平滑的)转变，如在图3中所示。
[0042]类似的方法或技术可以被应用到具有充满油(例如，硅油)或其它流体的流体通道、流体端口等的堆叠。但是，在动态触觉界面100“堆叠”内的组件可以是任何其它材料的，并且一个或多个体积的微粒可以被添加到、混合于、悬浮在、浸渍到或以其它方式掺入到动态触觉界面100的组件的基体材料，以平滑在动态触觉界面100的整个宽度和厚度的一个或多个光学性质的转变，诸如接近在动态触觉界面100内的材料界面。
[0043]此外，由于微粒可以是相当小的平均尺寸的，微粒可以是在正常的观看距离处(例如，距从触觉层110的触觉表面11512英寸的观看距离处)的用户肉眼基本上不可察觉到的，并且因此由于整个动态触觉界面100的微粒阻塞(和/或衍射，散射)，相对于不包括这样的微粒的类似的动态触觉界面100，微粒可以产生在光学失真上的基本上最少的增长。
[0044]然而，动态触觉界面100可以包括任何其它体积的任何其它材料和尺寸的微粒，并且微粒可以以任何其它适当的方式并且以任何其它的数量或密度被布置在或掺入到动态触觉界面100的任何元件中。
[0045]4.基板
[0046]动态触觉界面100的基板120在外围区域111处被耦合到触觉层110，限定邻近外围区域111的流体导管126，并且限定被流体地耦合到流体导管126的流体通道125。总体上，基板120发挥作用以限定流体通道125和流体导管126，使得流体可以在转移设备150和触觉层110的可变形区域112之间被传送，以将可变形区域112在收缩和膨胀设置之间进行转变。特别是，基板120与转移设备150和触觉层110相配合，以限定流体回路，流体通过其可以被转移，以将可变形区域112在膨胀设置和收缩设置之间选择性进行转变，以间歇性地形成在触觉层110的触觉表面115上的触觉特征。
[0047]如以上和在美国专利申请号14/035851中所描述的，基板120可以包括被粘合(或以其它方式紧固)在一起以封闭流体通道125并且限定流体导管126的多个子层。例如，基板120的一个子层可以限定开口通道和通孔，并且基板120的第二子层122可以被粘合到第一子层121的背面以关闭开口通道并且因此限定流体通道125。然而，基板120可以包括被组装以限定流体通道125和/或流体导管126的单个层或任何其它数量的子层。
[0048]基板120包括诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、玻璃、聚氨酯或有机硅之类的透明基体材料的一个或多个(子)层。微粒因此可以被添加、被混合、被浸渍或被悬浮等进入基板120的基体材料，以修改基板120的整体光学性质或特性。例如，一旦被掺入基板120，一定体积的微粒140可以发挥作用以提高基板120 (例如，近550nm处)的平均折射率，同时将在光的较低的波长和较高的波长下的折射率改变为更靠近跨可见光谱的流体130的相应折射率。在本实施例中，基板120的基体材料可以通过第一折射率-波长曲线来表征，并且流体130可以通过在特定波长下与第一折射率-波长曲线相交的第二折射率-波长曲线来表征；在基板120的基体材料中的微粒的内容物因此可以将基板120的第一折射率-波长曲线改变为更靠近流体130的第二折射率-波长曲线。
[0049]在一种实现中，非附聚的微粒(例如，被悬浮在溶剂中)被混合于带有未固化的聚合物(例如，PMMA，有机硅)的溶液中，其随后被挤出(或铸造)，以形成具有在其整个体积的基本上均匀的浓度的微粒的片材，如在图2A和2B中示出。然后片材可以被切成一定尺寸并且被机械加工、被蚀刻、被冲压、被有线EDM或被激光烧蚀等，以在与(相同或相似的材料结构的)另一片材一起装配以形成基板120之前，创建流体通道125和/或流体导管。在类似的实现中，在其中微粒是能够承受高温的陶瓷，微粒可以类似地被悬浮于熔融玻璃(例如，碱金属铝硅酸盐玻璃)中，然后其被形成片材(例如，在水银池上)并且被冷却以创建具有基本均匀分布的硅酸盐的玻璃板。非附聚的微粒可以可替代地被混合于带有未固化的聚合物的溶液，该聚合物然后在子层模具中被铸造。模腔可以包括负流体通道特征和/或流体导管特征，使得在被固化并且被从模具中取出时，该铸造基板包括流体通道和/或流体导管特征并且可以被连接到另一铸造子层以形成基板120。
[0050]可替代地，微粒可以被浸渍在基板120的基体材料中，诸如一旦具有流体通道、流体导管等的各种内部特征的基板120被完全形成。在一种实现中，例如通过溅射或化学气相沉积，基板120的基体材料被用微粒轰击。在该实现的一个示例中，基板120包括第一子层121和第二子层122，其中，第一子层121限定外表面和内表面，包括在内表面中的开口通道特征，并且包括与开口通道对准并且通过第一子层121到外表面的流体导管，并且其中，第二子层122是包括匹配表面的平面片材。在第一子层121的内表面至第二子层122的匹配表面的装配之前，第一子层121的内表面和第二子层122的匹配表面通过轰击过程用微粒被浸渍，如在图2A和2C中示出。
[0051]在上述实现中，通过轰击的微粒浸渍可以产生在子层内的微粒的非均匀分布，诸如出现在最靠近特定目标板(包含用于浸渍到基板120的基体材料内的微粒的板)的表面处的微粒的最高浓度。因此，在上述的示例中，基板120可以在第一子层121的内表面、流体通道125和流体导管的(多个)表面和第二子层122的匹配表面处设有最高浓度的微粒，并且微粒的浓度可以随着距基板-流体界面的距离而线性、以指数方式或二次地等减小，如在图2D中示出的。特别是，在本示例中，微粒的浓度可以是最大的最靠近基板-流体界面，但随着距基板-流体界面的距离减小，并且在基板-流体界面处的微粒的浓度因此可以被选择以基本上匹配流体130的总的折射率-波长曲线。然而，因为微粒可以增大(或减小)基板材料的平均折射率，在来自基板-流体界面的微粒的浓度中的逐渐减少可能产生到上面的触觉层110的较低的平均折射率的基本上平滑的(而不是阶梯式)转变。在基板120内的平均折射率的这种逐渐减少可以产生比在基板120内或跨基板120和触觉层110的折射率的大阶梯式变化更少的内部反射和更少的折射，从而使能与给定基本上不同的平均折射率的触觉层110的通过基板120的微粒的均匀分布相比的显示器170的更大视角和更大的屏幕亮度。
[0052]在类似的示例中，微粒可以被选择性地浸渍到基板120内，诸如通过选择性地浸渍靠近和围绕流体通道125和流体导管126的基板120，如在图2A和2D中示出。在一个示例中，基板120的第一子层121的内表面被掩蔽，使流体通道125、流体导管和围绕流体通道125的区(例如，在流体通道125的每一面上的2_)被暴露。第一子层121的被暴露的区然后被用微粒浸渍(例如，通过溅射沉积)，并且掩模然后被除去并且第一子层121被装配在第二子层122的上方。在本示例中，邻近第一子层121的微粒浸渍区域的第二子层122的区域也可以被选择性地浸渍，诸如通过类似的方法在流体通道125周围，从而平滑从第二子层122通过第一子层121的折射率的梯度。
[0053 ]在另一种实现中，一定体积的微粒14 0被充分混合到一定体积的未固化的基体材料中，并且基板120然后从微粒-基体材料混合物中被浇铸。随着铸造微粒-基体材料混合物固化，它被暴露于热，从而导致微粒“开花”或上升到铸件的表面，并且从而产生随着通过基板的深度而变化的在基板120内的微粒的密度。例如，在本实现中，一定体积的微粒140可以包括聚偏二氟乙烯(PVFD)纳米微粒，并且基板可以是聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。然而，微粒浓度的梯度可以以任何其它适当的方式在基板120中(和/或在触觉层110中)被实现。
[0054]5.—定体积的流体
[0055]—定体积的透明流体130被包含在流体通道125和流体导管126内。总体上，一定体积的透明物是由转移设备150可操作的，以选择性地将可变形区域112在膨胀设置和收缩设置之间进行转变。例如，转移设备150可以将流体栗入在基板120内的流体通道125中，以膨胀可变形区域112，从而将可变形区域112从收缩设置转变到膨胀设置，并且转移设备150可以将流体栗送出流体通道125，以收缩可变形区域112，从而将可变形区域112从膨胀设置转变回到收缩设置。
[0056]—定体积的流体130可以表现出与基板120和/或触觉层110的光学色散特性不同的光学色散特性。例如，触觉层110可以表现出(例如，被表征为)在特定波长下(在特定的工作温度下)的第一折射率，基板120可以表现出在特定波长下(并且在特定的工作温度下)的与第一折射率不同的第二折射率，并且一定体积的流体130可以表现出在特定波长下(并且在特定的工作温度下)的与第一和第二折射率不同的第三折射率。在另一示例中，触觉层110可以由第一阿贝数表征，基板120可以由与第一阿贝数不同的第二阿贝数表征，并且一定体积的流体130可以由与第一和第二阿贝数不同的第三阿贝数表征。微粒因此可以被添加到触觉层110、基板120和/或一定体积的流体130，以更好地匹配在动态触觉界面100内的材料的特定波长的整体折射率、阿贝数、倒色散系数值、光学色散特性等。
[0057]在一种实现中，微粒被分散到流体130中，以修改流体130的整体阿贝数以更好地匹配限定流体130的界限的基板120和/或触觉层110的阿贝数。例如，适当的小尺寸和接近流体130的密度的密度的微粒可以被添加到并且被基本上均匀地混合到流体130中，使得微粒不会与流体130分离。微粒与流体的比例可以被选择，以实现在流体130中的目标整体阿贝数，诸如以上所描述的。
[0058]此外，如上所述，一定体积的流体130、基板120和/或触觉层110的光学特性可以随着动态触觉界面100的工作温度变化。特别是， 一定体积的流体130、基板120和触觉层110的密度(或浓度)可以随着温度变化，并且材料的折射率、阿贝数收敛值、色散和/或其它特性或性质可以随着密度变化。因此，微粒可以被掺入到动态触觉界面100的一个或多个基体材料中，以更好地匹配在动态触觉界面100的相邻基体材料之间的热膨胀系数。
[0059]总体上，流体通常表现出比固体更大的正的热膨胀系数。因此，表现出负的热膨胀系数(或小于基板120的热膨胀系数的热膨胀系数)的微粒因此可以被添加到(例如，被混合以)一定体积的流体130，使得流体130/微粒140的整体热膨胀系数更好地接近基板120的热膨胀系数。在该实现中，微粒可以表现出在有限的温度范围内的负的热膨胀，诸如在动态触觉层110和/或被耦合到动态触觉界面100的计算设备的工作温度范围(例如，0°至35°C(32°至95°F))。可替代地，表现出超过一定体积的流体130的(整体)热膨胀系数的正的热膨胀系数的微粒因此可以被掺入到基板120中，使得基板120/微粒的整体热膨胀系数更好地接近一定体积的流体130的热膨胀系数。
[0060]然而，任何其它类型和/或数量的微粒可以被添加到或以其它方式被掺入到一定体积的流体130中，以更好地匹配在一定的波长范围内和/或在一定的温度范围内的特定的波长和特定的温度下的一定体积的流体130和动态触觉界面100的相邻材料的光学性质。[0061 ] 6.触觉层
[0062]触觉层110限定外围区域111和邻近外围区域111的可变形区域112。如在美国申请号14/035851中所描述的，触觉层110在外围区域111处被附着到基板120并且与邻近流体导管126的基板120断开，使得通过流体管道126朝向触觉层110被转移的流体使触觉层110的可变形区域112向外变形，从而将可变形区域112从收缩设置(在图1A中示出)转变为膨胀设置(在图1B中示出)，以产生在触觉表面115处的在触觉上可区分的形态。由处于膨胀设置的可变形区域112所限定的在触觉上可区分的形态可以是圆顶形、脊形、环形或任何其它适当的外形或几何形状。当流体(主动或被动地)从触觉层110的可变形区域112后面被释放时，可变形区域112转变回到收缩设置(在图1A中示出)。
[0063]在收缩设置中，可变形区域112可以与外围区域111齐平。例如，基板120可以限定跨附着表面的基本上平面的表面和面向触觉层110的支撑表面，附着表面保持触觉层110的外围区域111，并且支撑表面与附着表面邻近并且基本上与附着表面连续，并且支撑可变形区域112以防止大幅度向内变形(例如，由于在可变形区域112处被应用到触觉表面115的输入)。在本示例中，基板120可以限定通过支撑表面的流体导管，并且附着表面可以以基本上平面的形式保持外围区域111。可变形区域112在收缩设置中可以被以平面形式搁置于支撑表面上和/或被支撑于支撑表面，并且处于膨胀设置的可变形区域112可以被升高离开支撑表面。支撑表面从而可以支撑触觉层110的可变形区域112以避免向内变形通过附着表面的平面。
[0064]触觉层110可以是单一的材料的，诸如有机硅或聚氨酯弹性体、PMMA或聚碳酸酯。如上所述，触觉层110可以可替代地包括类似或不类似的材料的子层。例如，触觉层110可以包括邻近基板120的有机硅弹性体子层和被连接到有机硅弹性体子层并且限定触觉表面115的聚碳酸酯子层。如上所述，触觉层110的光学性质可以通过浸渍、挤出、模制或以其它方式掺入微粒(例如，金属氧化物纳米微粒)到触觉层110的层和/或一个或多个子层来进行修改。
[0065]触觉层110也可以被挤出、模制或用微粒浸渍，以产生不同的整体光学性质(例如，倒色散系数值、阿贝数等)，例如以更好地匹配相邻基板、体积流体和周围空气的(整体)光学特性。例如，触觉层110可以包括第一子层113和第二子层114，第一子层113被耦合到基板120并且表现出第一折射率，并且第二子层114被耦合(例如，被粘接)到第一子层113并且暴露于周围空气，如在图3和6中示出的。在这个示例中，一定体积的微粒140可以被布置在第二子层114内并且与第二子层114相配合以表现出在触觉层110的第一子层113的第一折射率和周围空气的折射率之间的整体折射率，诸如针对在计算设备的工作温度范围内的温度下在可见光谱中的光的特定波长。在这个示例中，一定体积的微粒140还可以与第二子层114相配合以表现出在触觉层110的第一子层113的(整体)阿贝数和周围空气的阿贝数之间的整体阿贝数，诸如针对在计算设备的工作温度范围内的特定温度，如下所述。
[0066]然而，触觉层110可以是任何其它适当的材料的，并且可以以任何其它的方式发挥作用以在触觉表面115处产生在触觉上可区分的形态。
[0067]7.转移设备
[0068]动态触觉界面100的转移设备150将流体转移到流体通道125中以将可变形区域112从收缩设置转变为膨胀设置，处于膨胀设置的可变形区域112限定与外围区域111在触觉上可区分的形态。总体上，转移设备150发挥作用，以分别将流体转移进入和离开流体通道125，以将可变形区域112在膨胀设置和收缩设置之间进行转变。如上所述，在收缩设置，可变形区域112可以与外围区域111基本上齐平，并且在膨胀设置中，可变形区域可以被偏移为高于外围区域111。因此，转移设备150可以操纵在流体通道125和流体导管126内的一定体积的流体130(例如，通过栗送流体进入和离开流体通道125和流体导管126)，以调整可变形区域112高出外围区域111的垂直位置、可变形区域112的硬度和/或可变形区域112的形状等。
[0069]在一种变型中，触觉层110还限定邻近外围区域111的第二可变形区域112;基板120限定邻近第二外围区域111并且被流体地耦合到流体通道125的第二流体导管;一定体积的透明流体130还被包含在第二流体导管内；并且转移设备150将流体转移进入流体通道125以基本上同时将可变形区域112和第二可变形区域112从收缩设置转变为膨胀设置。例如，在本变型中，(第一)和第二可变形区域可以作为对应于被呈现在被耦合到动态触觉界面100的显示器上的虚拟键盘的离散的虚拟键的瞬态硬键而发挥作用，并且转移设备150可以将流体转移进入和离开流体通道125以基本上同时转变对应于虚拟键盘的(第一)、第二和其它可变形区域。
[0070]转移设备150可以包括机电致动栗、电渗栗、手动致动栗或适于主动将流体转移进入和/或离开基板120的任何其它适当的栗或机构。然而，转移设备150可以包括以任何其它的方式发挥作用以将(多个)可变形区域112在膨胀和收缩设置之间进行转换的任何其它适当类型的设备。
[0071]8.显示器
[0072]如在图1A中所示，动态触觉界面100的一种变型还包括相对触觉层110被耦合到基板120并且被配置成显示与可变形区域112基本上对准的键的图像的显示器。总体上，显示器170发挥作用，以将光以图像的形式发射通过基板120和触觉层110。例如，显示器170可以呈现与可变形区域112对准的键盘的字母数字输入键的图像，由此表明与可变形区域112相关联的输入端。在本示例中，当可变形区域112处于膨胀设置并且显示器170输出字母数字字符“a”的图像时，由触摸传感器160感测到的可变形区域112的选择可以与字符“a”的选择相关，并且包括动态触觉界面100的移动计算设备可以通过将在文本字段(例如，用在移动计算设备上执行的SMS文本消息应用)中添加字符“a”来对输入做出响应。然而，显示器170可以以任何其它的方式发挥作用以显示任何其它类型的图像。
[0073]在一种实现中，动态触觉界面100的显示器170相对触觉层110被耦合(例如，被加入、被粘接、被装配)到基板120。在本实现中，显示器170的覆盖层可以由与基板120的第二(整体)阿贝数特性(或第二整体折射率)不同的第一阿贝数(或第一折射率)来表征。在该实现中，微粒可以被模制、被浸渍或以其它方式被掺入显示器170的覆盖层和/或跨基板120的背表面，使得覆盖层的(整体)阿贝数更好地接近跨在覆盖层和基板120之间的交界处的基板120的(整体)阿贝数，如在图3中示出。例如，在上述实现中，在其中基板120用悬浮微粒被浇铸在聚合物中，显示器170的覆盖层可以用微粒被浸渍在其整个外表面，以达到接近跨基板120的相邻表面的(整体)阿贝数的整体阿贝数。特别是，通过用微粒浸渍覆盖层，覆盖层和基板120可以相配合以表现出从覆盖玻璃的(整体)阿贝数到基板120的(整体)阿贝数的相对平滑的转变。另外，一定体积的相同的或不相似的微粒可以被以恒定或变化的密度浸渍在基板120的整个剩余部分、在整个触觉层110(和子层)、在一定体积的流体130内和/或围绕流体通道125和流体导管等，以达到从显示器170通过触觉层110贯穿动态触觉界面100的深度(如在图3中所示)并且横向穿过动态触觉界面100的宽度的阿贝数(S卩，根据波长的折射率)的基本上平滑的梯度。
[0074]9.传感器
[0075]如在图1A中所示，动态触觉界面100的一种变型还包括被耦合到基板120并且输出相应于在邻近可变形区域112的触觉表面115上的输入的信号的触摸传感器160。总体上，触摸传感器160发挥作用，以输出对应于诸如在外围和/或可变形区域112上的触觉表面115上的输入的信号。
[0076]在一种实现中，触摸传感器160包括被布置(S卩，被插入)在显示器170和基板120之间的电容、电阻、光学或其它适当类型的触摸传感器160。在该实现中，类似于显示器170和/或基板120，触摸传感器160可以用微粒浸渍，以产生穿过在触摸传感器160和基板120之间的交界处以及穿过在触摸传感器160和显示器170之间的交界处的基本上平滑的阿贝数梯度(或基本上平滑的任何其它光学性质或特性的梯度)。同样，触摸传感器160可以包括表现出与基板120的相邻子层的基体材料的第二折射率不同的第一折射率的透明材料的片材；并且第二体积的微粒可以被布置在(例如，浸渍进入)基板120的相邻子层内，并且可以与相邻子层相配合，以表现出接近触摸传感器160的片材的第一折射率的整体折射率(例如，针对在可见光谱中的光的特定波长)。
[0077]在本变型中，显示器170可以相对基板120被耦合到触摸传感器160。可替换地，触摸传感器160可以被集成到显示器170中，以形成触摸屏。例如，显示器170可以呈现与处于膨胀设置的可变形区域112基本上对准的虚拟输入键的图像，并且触摸传感器160可以输出对应于在邻近可变形区域112的触觉表面115上的输入的信号。然而，触摸传感器160与动态触觉界面100可以被布置在任何其它的深度且/或可以被合并(例如，物理上与之共同延伸)到动态触觉界面100的任何其它组件内。
[0078]10.壳体
[0079]如在图 7中所示，动态触觉界面100的一种变型还包括壳体180，其瞬时接合移动计算设备并且将基板120瞬时保持在移动计算设备的数字显示屏170的上方。总体上，在这种变型中，壳体180发挥作用以将动态触觉界面100瞬时耦合在离散(移动)计算设备的显示器(例如，触摸屏)的上方，诸如在美国专利申请号12/830430中所描述的。例如，动态触觉界面100可以限定零件市场设备，其可以被安装到移动计算设备(例如，智能电话、平板电脑)上，以对移动计算设备的功能进行更新以包括在移动计算设备的触摸屏的上方的物理导向件或按钮的瞬态描绘。在本示例中，基板120和触觉层110可以被安装在移动计算设备的触摸屏的上方，手动致动转移设备150可以沿移动计算设备的侧面被布置，并且壳体180可以将基板120和触觉层110限制在触摸屏的上方并且可以支撑转移设备150。然而，壳体180可以是任何其它形式的并且以任何其它方式发挥作用以将动态触觉界面100瞬时耦合到离散计算设备。
[0080]如本领域技术人员将从以前的详细描述以及从附图和权利要求中认识的，可以对本发明的优选实施例做出修改和变化，而不脱离如以下的权利要求中所限定的本发明的范围。
【主权项】
1.一种用于计算设备的动态触觉界面，包括: ?触觉层，其限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域； ?基板，其包括表现出第一光学色散特性的透明基体材料，所述基板在所述外围区域处被耦合到所述触觉层，限定邻近所述外围区域的流体导管，并且限定被流体地耦合到所述流体导管的流体通道； ?一定体积的透明流体，其包含在所述流体通道和所述流体导管内，所述一定体积的透明流体表现出与所述第一光学色散特性不同的第二光学色散特性； ?一定体积的微粒，其包含在所述基板的所述透明基体材料内并且在所述流体导管周围偏置，所述一定体积的微粒表现出与所述第一光学色散特性不同的第三光学色散特性；以及 ?转移设备，其将流体转移至所述流体通道中以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置，在所述膨胀设置中，所述可变形区域限定与所述外围区域在触觉上可区分的形??τ ο2.根据权利要求1所述的动态触觉界面，还包括显示屏，所述显示屏被与所述触觉层相对地耦合到所述基板，并且显示与所述可变形区域基本上对准的键的图像。3.根据权利要求1所述的动态触觉界面，还包括触摸传感器，所述触摸传感器被耦合到所述基板，并且输出相应于在所述触觉层的邻近所述可变形区域的触觉表面上的输入的信号。4.根据权利要求1所述的动态触觉界面，其中，接近所述流体导管的所述基板内的所述一定体积的微粒的一部分与所述基板的所述透明基体材料相配合以接近于邻近所述流体导管的所述一定体积的透明流体的所述第二光学色散特性。5.根据权利要求4所述的动态触觉界面，其中，所述透明基体材料的特征在于第一倒色散系数值，其中，所述一定体积的透明流体的特征在于小于所述第一倒色散系数值的第二倒色散系数值，其中，在所述一定体积的微粒中的微粒的特征在于小于所述第二倒色散系数值的第三倒色散系数值，以及其中，接近所述流体导管的表面的所述基板的一部分和所述一定体积的微粒的一部分相配合以表现出接近所述第二倒色散系数值的第四倒色散系数值。6.根据权利要求1所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒包括表现出小于100纳米的最大尺寸的一定体积的金属氧化物微粒。7.根据权利要求6所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒包括氧化铟锡微粒。8.根据权利要求1所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒被优先地浸渍到所述流体通道和所述流体导管周围的所述基板的所述透明基体材料中。9.根据权利要求1所述的动态触觉界面，其中，在所述收缩设置中，所述可变形区域与所述外围区域基本上齐平，而在所述膨胀设置中，所述可变形区域被偏移为高于所述外围区域。10.—种用于计算设备的动态触觉界面，包括: ?触觉层，其限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域； ?基板，其包括表现出第一热膨胀系数的透明材料，所述基板在所述外围区域处被耦合到所述触觉层，限定邻近所述外围区域的流体导管，并且限定被流体地耦合到所述流体导管的流体通道； ?一定体积的透明流体，其包含在所述流体通道和所述流体导管内，所述一定体积的透明流体表现出大于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数； ?一定体积的微粒，其被与所述一定体积的透明流体混合并且表现出小于所述第二热膨胀系数的第三热膨胀系数；以及 ?转移设备，其将流体转移到所述流体通道以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置，在所述膨胀设置中，所述可变形区域限定与所述外围区域在触觉上可区分的形态。11.根据权利要求10所述的动态触觉界面，其中，所述基板的所述透明材料表现出第一折射率，并且其中，所述一定体积的透明流体和所述一定体积的微粒相配合以在所述计算设备的表面的工作温度范围内的特定温度下、对可见光谱中的光的特定波长表现出近似于所述第一折射率的整体折射率。12.根据权利要求10所述的动态触觉界面，其中，在所述一定体积的微粒中的微粒在所述计算设备的表面的工作温度范围内表现出负热膨胀系数，并且其中，所述一定体积的微粒的密度接近于所述一定体积的流体的密度。13.根据权利要求10所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的透明流体和所述一定体积的微粒相配合，以表现出接近所述基板的所述透明材料的所述第一热膨胀系数的整体热膨胀系数。14.根据权利要求10所述的动态触觉界面，还包括瞬时接合移动计算设备的壳体，所述壳体将所述基板瞬时保持在所述移动计算设备的数字显示屏的上方。15.根据权利要求10所述的动态触觉界面，其中 ?所述触觉层限定邻近所述外围区域的第二可变形区域； ?所述基板限定邻近所述第二外围区域并且被流体地耦合到所述流体通道的第二流体导管； ?所述一定体积的透明流体还被包含在所述第二流体导管内；以及 ?所述转移设备将流体转移到所述流体通道中，以将所述可变形区域和所述第二可变形区域基本上同时从所述收缩设置转变为所述膨胀设置。16.—种用于计算设备的动态触觉界面，包括: ?触觉层，其限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域，所述触觉层包括表现出第一折射率的第一透明材料； ?基板，其包括第一子层和第二子层，所述第一子层在所述外围区域处被耦合到所述触觉层，邻近所述第一子层的所述第二子层与所述触觉层相对并且包括具有第二折射率的第二透明材料，所述基板限定邻近所述外围区域的流体导管和被流体地耦合到所述流体导管的流体通道； ?一定体积的微粒，其被布置在所述第一子层内，所述一定体积的微粒和所述第一子层相配合以对于可见光谱中的光的特定波长表现出在所述第一折射率和所述第二折射率之间的整体折射率； ?一定体积的透明流体，其包含在所述流体通道和所述流体导管内；以及 ?转移设备，其将流体转移至所述流体通道中以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置，在所述膨胀设置中，所述可变形区域限定与所述外围区域在触觉上可区分的形??τ ο17.根据权利要求16所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒以随通过所述第一子层的深度而变化的密度被浸渍在所述第一子层中，邻近所述触觉层的所述一定体积的微粒的第一部分和所述第一子层相配合以表现出接近于所述第一折射率的整体折射率，并且邻近所述第二子层的所述一定体积的微粒的第二部分和所述第一子层相配合以表现出接近于所述第二折射率的整体折射率。18.根据权利要求17所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的流体表现出第三折射率，并且其中，邻近所述流体通道的所述一定体积的微粒的第三部分和所述第一子层相配合以对于在可见光谱中的光的特定波长表现出接近于所述第三折射率的整体折射率。19.根据权利要求16所述的动态触觉界面，还包括触摸传感器，所述触摸传感器与所述第一子层相对地耦合到所述基板的所述第二子层，并且输出相应于邻近所述可变形区域的所述触觉表面上的输入的信号，并且所述动态触觉界面还包括显示屏，所述显示屏与所述基板相对地耦合到所述触摸传感器，并且显示与所述可变形区域基本上对准的键的图像。20.根据权利要求19所述的动态触觉界面，其中，所述触摸传感器包括表现出第三折射率的透明材料片材，所述动态触觉界面还包括被布置在所述第二子层内的第二体积的微粒，接近所述片材的所述第二体积的微粒的一部分和所述第二子层相配合以对于在可见光谱中的光的特定波长表现出接近于所述第三折射率的整体折射率。21.根据权利要求16所述的动态触觉界面，其中，所述一定体积的微粒包括最大尺寸小于100纳米的氧化铟锡微粒。22.根据权利要求16所述的动态触觉界面，其中，所述触觉层包括第三子层和第四子层，所述第三子层邻近所述基板的第一层并且表现出所述第一折射率，并且所述第四子层被耦合到所述第三子层并且被暴露于周围空气，并且所述动态触觉界面还包括被布置在所述第四子层内的第二体积的微粒，所述第二体积的微粒和所述第四子层相配合以在所述计算设备的工作温度范围内的温度下、对于在可见光谱中的光的特定波长表现出在所述第一折射率和环境空气折射率之间的整体折射率。23.—种用于计算设备的动态触觉界面，包括: ?触觉层，其限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域，所述触觉层包括第一子层和第二子层，透明材料的所述第一子层表现出第一折射率； ?基板，其与所述第一子层相对地耦合到所述第二子层，所述基板限定邻近所述外围区域的流体导管和被流体地耦合到所述流体导管的流体通道，并且包括表现出第二折射率的透明材料； ?一定体积的微粒，其被布置在所述第二子层内，所述一定体积的微粒和所述第二子层相配合以对在可见光谱中的光的特定波长表现出在所述第一折射率和所述第二折射率之间的整体折射率； ?一定体积的透明流体，其包含在所述流体通道和所述流体导管内；以及?转移设备，其将流体转移至所述流体通道中以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置，在所述膨胀设置中，所述可变形区域限定与所述外围区域在触觉上可区分的形??τ ο
【专利摘要】用于计算设备的动态触觉界面的一种变型包括：限定外围区域和邻近所述外围区域的可变形区域的触觉层；包括表现出第一光学色散特性的透明基体材料的基板，其在所述外围区域处被耦合到所述触觉层，限定邻近所述外围区域的流体导管和被流体地耦合到所述流体导管的流体通道；包含在所述流体通道和所述流体导管内并且表现出与所述第一光学色散特性不同的第二光学色散特性的一定体积的透明流体；包含在所述基板的所述透明基体材料内的一定体积的微粒，其在所述流体导管周围偏置，并且表现出与所述第一光学色散特性不同的第三光学色散特性；以及将流体转移到所述流体通道中以将所述可变形区域从收缩设置转变为膨胀设置的转移设备。
【IPC分类】G06F3/041
【公开号】CN105493009
【申请号】CN201480047146
【发明人】迈卡·亚里, 克里斯多佛·迪尔米特, 迈克尔·哈默斯利
【申请人】泰克图斯科技公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月28日
【公告号】WO2015031629A1
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