PiezoHapt™执行器

应用注释 ICT领域的触觉设备

ICT领域的触觉设备最近开始在工业用、车载用显示器和洗衣机等白色家电的显示器上导入的触觉设备,实际上也可以导入到手机、笔记本电脑等ICT产品中。
作为这种触觉设备,TDK正在准备利用压电效应的产品。

人类的触觉

表1

人类的五感(视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉)是由各自发挥作用的传感器所支撑的。其中,触觉是通过皮肤感受到的感觉,覆盖身体的皮肤整体作为传感器工作,是五感中最大的感觉器官。
皮肤深处的环层小体是负责感应触觉的传感器之一。左边的图表显示了这种环层小体的灵敏度。(正弦波阈值越小,灵敏度越高)
由此,可以知道人类通过触觉能够感知到大约50Hz到500Hz频率的振动,并且200Hz左右的灵敏度非常高。

为什么利用压电效应的产品(压电元件)作为触觉设备非常优异?

目前作为触觉设备广泛使用的产品有偏心电机(ERM: 偏心旋转质量 )、LRA(线性谐振传动器)。
ERM只能以特定频率的正弦波振动。LRA频率和振幅都可以进行一定程度的调整,但产品自身的谐振频率在150-300Hz之间,因此很难进行细致的触觉控制。
然而,压电元件的谐振频率在几乎不涉及触觉的数十kHz处,因此在对触觉有很大贡献的50-500Hz之间可以自由控制振动,可以再现更接近真实触感的振动。(下图为本公司产品的输入输出响应示例)

表2

因为不能显示触感的差异,所以我们将之前的说明换成视觉进行说明。

表3

对于ERM产生的振动,可以知道“有”什么,但没有更多信息,是像左边那样模糊的感觉。LRA能辨别出什么形状,但还不知道详细情况,是稍稍有点模糊的感觉。如果使用了压电元件,可以清楚地识别细节。而且,压电元件可以做得比ERM、LRA小、薄,在非常要求小型薄型的ICT领域也能发挥其真正价值。

压电元件的其他应用示例
以上就触觉(触感)进行了说明,如上所述,压电元件拥有非常高的谐振频率(数十kHz)。 换句话说,这意味着可以在非常宽的频率范围内使之振动,也就是可以在人能听到的范围的频率(一般是20-20kHz)使之振动,这也可以作为扬声器使用。 压电元件这种产品不仅可以用于触觉,也可以用于听觉。

ICT领域的使用示例

在这里介绍压电元件可能用于ICT领域产品的哪些地方。

表4 智能手机

接收机/扬声器
将本公司PiezoListen™压电扬声器贴在外壳或显示器上,就不需要传统技术所需要的音孔了。

侧键
除了作为传动器的作用以外,压电元件还具有传感器(将压力转换成电信号)的功能。使用这种功能,在外壳下配置PowerHap™执行器,可以省去开关孔。如果使用适当的驱动IC,还可以将PowerHap™执行器作为按钮(按压检测)、传动器使用,并且可以通过施加到传动器上的电信号来传递各种触感。

触觉引擎
适当的配置PiezoHapt™执行器PowerHap™执行器后,也可以作为触觉引擎使用,再现各种各样的触感。根据不同用途,也可以使用PiezoListen™压电扬声器

表5 笔记本电脑

电源/音量开关
与智能手机的侧键相同,安装PowerHap™执行器,替代开关孔,有望提高设计性和耐水性。

扬声器
与智能手机相同,不再设音孔,而在显示屏上安装PiezoListen™压电扬声器,这样听到的声音是从与图像相同的位置传出来的,可以更好地享受影像信息。

键盘、触控板
利用压电元件的特性,可以实现更薄、更高功能的键盘、触控板。

表6 触控笔

PowerHap™执行器放进触控笔内,可以再现笔感。(例:铅笔、圆珠笔、钢笔等笔记用具)(或:纸、石头、木头等)

可穿戴设备等的触觉反馈用等