提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用戶(hù)接口設(shè)備領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及提供靜電觸覺(jué)效果的表面 元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)愈發(fā)普及，人與這些系統(tǒng)進(jìn)行交互的接口的質(zhì)量也變得愈 發(fā)重要。由于其直觀性和交互特性而越來(lái)越流行的一個(gè)接口是觸摸屏顯示器。通過(guò)觸摸屏 顯示器，用戶(hù)可以通過(guò)用用戶(hù)的手指接觸觸摸屏的區(qū)域來(lái)執(zhí)行各種任務(wù)。為了產(chǎn)生更直觀 更增強(qiáng)的用戶(hù)體驗(yàn)，設(shè)計(jì)者經(jīng)常通過(guò)物理交互來(lái)利用用戶(hù)體驗(yàn)。這一般通過(guò)用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和 /或觸覺(jué)反饋來(lái)再現(xiàn)與物理世界交互的一些方面來(lái)完成。觸覺(jué)反饋通常采用機(jī)械振動(dòng)的形 式。需要額外的系統(tǒng)和方法來(lái)生成觸覺(jué)反饋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本公開(kāi)的實(shí)施例包含計(jì)算設(shè)備，所述計(jì)算設(shè)備的特點(diǎn)是提供靜電力觸覺(jué)效果的表 面元件。在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)的系統(tǒng)可以包括處理器，該處理器被配置為確定基于ESF 的觸覺(jué)效果，并傳送與基于ESF的觸覺(jué)效果相關(guān)聯(lián)的觸覺(jué)信號(hào)。該系統(tǒng)還包括與所述處理 器通信的ESF控制器，該ESF控制器被配置為接收所述觸覺(jué)信號(hào)，至少部分地基于觸覺(jué)信號(hào) 來(lái)確定ESF信號(hào)，并傳送該ESF信號(hào)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包含被配置為與用戶(hù)接觸的表面，以及 耦接至表面并與所述ESF控制器通信的ESF設(shè)備，該ESF設(shè)備被配置為接收ESF信號(hào)并在 表面上輸出基于ESF的觸覺(jué)效果。
[0004] 在另一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)的方法可以包含：確定基于ESF的觸覺(jué)效果，將與基于 ESF觸覺(jué)效果相關(guān)聯(lián)的觸覺(jué)信號(hào)傳送到ESF控制器，至少部分地基于觸覺(jué)信號(hào)確定ESF信 號(hào)，并將與基于ESF觸覺(jué)效果相關(guān)聯(lián)的ESF信號(hào)傳送到ESF設(shè)備，該ESF設(shè)備被配置為輸出 基于ESF的觸覺(jué)效果。所述方法可進(jìn)一步包含在配置為接觸用戶(hù)的表面上輸出基于ESF的 觸覺(jué)效果。而另一實(shí)施例包含用于實(shí)現(xiàn)此方法的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0005] 所提到的這些說(shuō)明性實(shí)施例不是限制或限定本發(fā)明主題，而是提供示例以幫助對(duì) 其的理解。在【具體實(shí)施方式】中討論說(shuō)明性實(shí)施例并提供進(jìn)一步說(shuō)明?？梢酝ㄟ^(guò)檢查本說(shuō)明 書(shū)和/或通過(guò)實(shí)踐所要求保護(hù)的主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，來(lái)進(jìn)一步理解各種實(shí)施例所提 供的優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 在說(shuō)明書(shū)的剩余部分更加具體地闡述全面且實(shí)現(xiàn)的公開(kāi)。該說(shuō)明書(shū)參考了下面的 附圖。
[0007]圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的系統(tǒng)的框圖；
[0008]圖2示出了提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0009]圖3A示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的系統(tǒng)；
[0010] 圖3B示出了圖3A所示出的系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的外視圖；
[0011] 圖4示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的系統(tǒng)的外視圖；
[0012] 圖5示出了提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的系統(tǒng)的外視圖的另一個(gè)實(shí)施例；
[0013]圖6示出了提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的系統(tǒng)的外視圖的另一個(gè)實(shí)施例；以及
[0014] 圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于執(zhí)行用于提供提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的方法 的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 現(xiàn)在將詳細(xì)地參考各種和替代的說(shuō)明性實(shí)施例和附圖。以解釋的方式來(lái)提供每個(gè) 示例，而不是作為限制。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，可以進(jìn)行修改和變化。例如， 說(shuō)明或描述為一個(gè)實(shí)施例一部分的特征可以用于另一個(gè)實(shí)施例從而產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因 此，本公開(kāi)旨在包括修改和變化，只要所述修改和變化落在所附權(quán)利要求及其等同物的范 圍內(nèi)。
[0016] 提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的說(shuō)明性示例
[0017] 本公開(kāi)的一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例包含游戲系統(tǒng)，該游戲系統(tǒng)與用于為用戶(hù)提供靜電 觸覺(jué)效果的表面元件（下文中為"ESF設(shè)備"）通信。該游戲系統(tǒng)包括與用戶(hù)接口設(shè)備通 信的游戲控制臺(tái)，諸如游戲控制器、智能電話、或平板電腦。這樣的游戲系統(tǒng)可以包括例 如通常作為品牌出售的MicrosoftX_b.〇x:?，Sony NintendoWii?，或者 SegaZonet'。該用戶(hù)接口設(shè)備可包含一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)輸入元件和/或與一個(gè)或多個(gè)用戶(hù) 輸入元件通信。這樣的元件可以包括例如按鈕、操縱桿、照相機(jī)、陀螺儀、加速度計(jì)、或觸摸 敏感表面，其中任一組件可以單獨(dú)或互相組合地檢測(cè)用戶(hù)輸入。
[0018] 在說(shuō)明性實(shí)施例中，該ESF設(shè)備被配置為向與用戶(hù)接觸的表面提供觸覺(jué)反饋，以 便控制該游戲系統(tǒng)。在該說(shuō)明性實(shí)施例中，該ESF設(shè)備包含耦接到絕緣體的電極，且被定位 成使得該絕緣體與用戶(hù)接觸。例如，該ESF設(shè)備可以耦接至操縱桿，使得該絕緣體被定位成 可以直接接觸用戶(hù)手。該ESF設(shè)備使用靜電吸引向操作游戲控制器的用戶(hù)輸出觸覺(jué)效果。 在這種系統(tǒng)中，該游戲系統(tǒng)使得例如諸如交流信號(hào)的電信號(hào)施加到電極上。該電信號(hào)在電 極上生成電荷，其可以電容性地耦合電極層與靠近或觸摸ESF設(shè)備的表面的對(duì)象（例如，用 戶(hù)的頭或手，或觸筆）。該電容耦合產(chǎn)生的觸覺(jué)效果包含例如模擬振動(dòng)、所感知的摩擦系數(shù) 的變化、或?qū)τ脩?hù)的模擬紋理。
[0019] 在該說(shuō)明性實(shí)施例中，所述ESF設(shè)備響應(yīng)于事件而輸出觸覺(jué)效果。例如，事件可 以包含用戶(hù)輸入、狀態(tài)通知、或游戲事件（例如，當(dāng)用戶(hù)的虛擬角色被另一個(gè)虛擬角色擊中 時(shí)）。
[0020] 以上說(shuō)明性實(shí)施例的描述僅被提供作為示例。在此描述的本發(fā)明的各種其它實(shí)施 例以及這些實(shí)施例的變化將是本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的?？梢酝ㄟ^(guò)研究本說(shuō)明書(shū)和/或通 過(guò)實(shí)踐所要求保護(hù)的主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步理解各種實(shí)施例所提供的優(yōu)勢(shì)。
[0021] 提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的說(shuō)明性系統(tǒng)
[0022] 圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例提供靜電觸覺(jué)效果的表面元件的系統(tǒng)100的框圖。在 所示出的實(shí)施例中，系統(tǒng)100包含計(jì)算設(shè)備110,該計(jì)算設(shè)備110具有經(jīng)由總線106與其它 硬件通信的處理器102。計(jì)算設(shè)備101可以包含例如智能電話、平板電腦、或便攜式游戲設(shè) 備。雖然圖1中將計(jì)算設(shè)備101示出為單臺(tái)設(shè)備，但是在其它實(shí)施例中，該計(jì)算設(shè)備可以包 括多臺(tái)設(shè)備，諸如游戲控制臺(tái)和一個(gè)或多個(gè)游戲控制器。
[0023] 存儲(chǔ)器104體現(xiàn)了配置計(jì)算設(shè)備101操作的程序組件，存儲(chǔ)器104可以包含任何 合適的有形的（并且非暫時(shí)性）計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，諸如RAM、ROM、EEPR0M等。在所示出的 實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備101還包括一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備110、輸入/輸出（10)接口組件 112、以及儲(chǔ)存器114。
[0024] 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備110可以代表有助于網(wǎng)絡(luò)連接的任何組件中的一個(gè)或多個(gè)。示例包括但 不限于，諸如以太網(wǎng)、USB、IEEE1394等的有線接口，和/或諸如IEEE802. 11、藍(lán)牙或用于訪 問(wèn)蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)（例如，收發(fā)機(jī)/用于接入CDMA、GSM、UMTS、或其它移動(dòng)通信系統(tǒng)的天線） 的無(wú)線電接口等的無(wú)線接口。
[0025] I/O組件112可用于促進(jìn)連接到設(shè)備的有線或無(wú)線連接，所述設(shè)備諸如一個(gè)或多 個(gè)顯示器、游戲控制器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、操縱桿、按鈕、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)和/或用于輸入數(shù)據(jù)或輸 出數(shù)據(jù)的其它硬件。儲(chǔ)存器114代表非易失性?xún)?chǔ)存器，諸如磁盤(pán)、光盤(pán)、或包括在設(shè)備101 內(nèi)或耦接至處理器102的其它存儲(chǔ)介質(zhì)。
[0026] 系統(tǒng)100還包括觸摸敏感表面116,在本示例中，觸摸敏感表面116集成進(jìn)計(jì)算設(shè) 備101中。觸摸敏感表面116代表配置成感測(cè)用戶(hù)的觸覺(jué)輸入的任何表面。一個(gè)或多個(gè)傳 感器108被配置成當(dāng)對(duì)象接觸到觸摸表面時(shí)檢測(cè)觸摸區(qū)域的觸摸，并提供合適的數(shù)據(jù)供處 理器102使用。可以使用任何合適數(shù)目、類(lèi)型或布置的傳感器。例如，電阻和/或電容傳感 器可以嵌套在觸摸敏感表面116中并用于確定觸摸的位置和諸如壓力的其它信息。作為另 一示例，具有觸摸敏感表面116的視圖的光學(xué)傳感器可以用于確定觸摸位置。
[0027] 在其它實(shí)施例中，該傳感器108可以包含LED檢測(cè)器。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，觸 摸敏感表面116可以包含安裝在顯示器側(cè)的LED手指檢測(cè)器。在一些實(shí)施例中，該處理器 102與單個(gè)傳感器108進(jìn)行通信，在其它實(shí)施例中，該處理器102與多個(gè)傳感器108進(jìn)行通 信，例如，第一觸摸屏和第二觸摸屏。該傳感器108被配置為檢測(cè)用戶(hù)交互，且基于該用戶(hù) 交互，向處理器102傳送信號(hào)。在一些實(shí)施例中，傳感器108可以被配置為檢測(cè)該用戶(hù)交互 的多個(gè)方面。例如，傳感器108可以檢測(cè)用戶(hù)交互的速度和壓力，并將該信息合并到所述接 口信號(hào)中。
[0028] 在所示出的實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備101包含一個(gè)或多個(gè)額外傳感器130。在一些實(shí)施 例中，該傳感器130可以包含陀螺儀、加速計(jì)、全球定位（GPS)單元、溫度傳感器、環(huán)境光傳 感器、和/或用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)、位置、和/或環(huán)境特性的其它傳感器。在一些實(shí)施例中，該處理 器102與單個(gè)傳感器130進(jìn)行通信，在其它實(shí)施例中，該處理器102與例如陀螺儀和加速計(jì) 的多個(gè)傳感器130進(jìn)行通信。該傳感器130被配置為向處理器102傳送傳感器130信號(hào)。
[0029] 觸摸敏感表面116可以包括或可以不包括（或以其它方式對(duì)應(yīng)于）顯示器，這取 決于系統(tǒng)110的特定配置。一些實(shí)施例包括觸摸啟用顯示器116,觸摸啟用顯示器116將觸 摸敏感表面116與該設(shè)備的顯示器相組合。該觸摸敏感表面116可以對(duì)應(yīng)于顯示器外部或 在實(shí)際顯示組件上方的一層或多層材料。在其它實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備101包含觸摸敏感表 面116,該觸摸敏感表面116可以映射到圖像用戶(hù)接口，在與計(jì)算設(shè)備101對(duì)接的系統(tǒng)100 中包括的顯示器中提供該圖像用戶(hù)接口。
[0030] 所示的實(shí)施例還包括ESF控制器120,ESF控制器120通信地耦合到計(jì)算設(shè)備101 且被配置為從處理器102接收觸覺(jué)信號(hào)，確定要輸出到觸覺(jué)輸出設(shè)備118的ESF信號(hào)，然后 傳送該ESF信號(hào)。ESF控制器120可以經(jīng)由有線接口和/或無(wú)線接口通信地耦合，有線接 口諸如以太網(wǎng)、USB、IEEE1394,無(wú)線接口諸如IEEE802. 11、藍(lán)牙或用于訪問(wèn)蜂窩電話網(wǎng)絡(luò) (例如，收發(fā)機(jī)/用于接入CDMA、GSM、UMTS、或其它移動(dòng)通信系統(tǒng)的天線）的無(wú)線電接口。
[0031] 該ESF信號(hào)可以包含信號(hào)，該信號(hào)被配置成使得該觸覺(jué)輸出設(shè)備118輸出與該觸 覺(jué)信號(hào)相關(guān)聯(lián)的觸覺(jué)效果。在一些實(shí)施例中，該ESF信號(hào)可以包含來(lái)自電源的交流電壓。在 一些實(shí)施例中，該ESF控制器120可以包含一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算放大器、晶體管、和/或用于放 大信號(hào)的其它數(shù)字或模擬組件。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，ESF控制器120可以包含高電壓放 大器。此外，在一些實(shí)施例中，該ESF控制器120可以包含處理器、微控制器、存儲(chǔ)器、多路 復(fù)用器、晶體管、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA)、觸發(fā)器、和/或其它數(shù)字或模擬電路。盡管在 圖1中所示觸覺(jué)輸出設(shè)備118和ESF控制器120對(duì)計(jì)算設(shè)備101而言是遠(yuǎn)程的，但是在其 它實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備101可以包括觸覺(jué)輸出設(shè)備118和ESF控制器120。
[0032] 觸覺(jué)輸出設(shè)備118被配置為輸出可被用戶(hù)感覺(jué)到的效果。在一些實(shí)施例中，觸覺(jué) 輸出設(shè)備118被配置為輸出觸覺(jué)效果，該觸覺(jué)效果包含模擬振動(dòng)、所感知的摩擦系數(shù)的改 變、模擬紋理、或響應(yīng)于ESF信號(hào)的敲擊感覺(jué)。在一個(gè)實(shí)施例中，觸覺(jué)輸出設(shè)備118使用靜 電吸引，例如通過(guò)使用ESF設(shè)備，來(lái)向用戶(hù)輸出觸覺(jué)效果。觸覺(jué)輸出設(shè)備118可以是剛性的 或柔性的。
[0033] 在一些實(shí)施例中，觸覺(jué)輸出設(shè)備118包含耦合到導(dǎo)體204的絕緣體，如圖2所示 出。該絕緣體202包含電絕緣體，例如玻璃、陶瓷、塑料、聚合物、玻璃纖