提供靜電觸覺效果的表面元件的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用戶接口設(shè)備領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及提供靜電觸覺效果的表面 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越流行的一個(gè)接口是觸摸屏顯示器。通過觸摸屏 顯示器，用戶可以通過用用戶的手指接觸觸摸屏的區(qū)域來執(zhí)行各種任務(wù)。為了產(chǎn)生更直觀 更增強(qiáng)的用戶體驗(yàn)，設(shè)計(jì)者經(jīng)常通過物理交互來利用用戶體驗(yàn)。這一般通過用視覺、聽覺和 /或觸覺反饋來再現(xiàn)與物理世界交互的一些方面來完成。觸覺反饋通常采用機(jī)械振動的形 式。需要額外的系統(tǒng)和方法來生成觸覺反饋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本公開的實(shí)施例包含計(jì)算設(shè)備，所述計(jì)算設(shè)備的特點(diǎn)是提供靜電力觸覺效果的表 面元件。在一個(gè)實(shí)施例中，本公開的系統(tǒng)可以包括處理器，該處理器被配置為確定基于ESF 的觸覺效果，并傳送與基于ESF的觸覺效果相關(guān)聯(lián)的觸覺信號。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信號，至少部分地基于觸覺信號 來確定ESF信號，并傳送該ESF信號。該系統(tǒng)進(jìn)一步包含被配置為與用戶接觸的表面，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信號并在 表面上輸出基于ESF的觸覺效果。
[0004] 在另一個(gè)實(shí)施例中，本公開的方法可以包含：確定基于ESF的觸覺效果，將與基于 ESF觸覺效果相關(guān)聯(lián)的觸覺信號傳送到ESF控制器，至少部分地基于觸覺信號確定ESF信 號，并將與基于ESF觸覺效果相關(guān)聯(lián)的ESF信號傳送到ESF設(shè)備，該ESF設(shè)備被配置為輸出 基于ESF的觸覺效果。所述方法可進(jìn)一步包含在配置為接觸用戶的表面上輸出基于ESF的 觸覺效果。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 其的理解。在【具體實(shí)施方式】中討論說明性實(shí)施例并提供進(jìn)一步說明?？梢酝ㄟ^檢查本說明 書和/或通過實(shí)踐所要求保護(hù)的主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，來進(jìn)一步理解各種實(shí)施例所提 供的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0006] 在說明書的剩余部分更加具體地闡述全面且實(shí)現(xiàn)的公開。該說明書參考了下面的 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明性實(shí)施例和附圖。以解釋的方式來提供每個(gè) 示例，而不是作為限制。對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以進(jìn)行修改和變化。例如， 說明或描述為一個(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] 提供靜電觸覺效果的表面元件的說明性示例
[0017] 本公開的一個(gè)說明性實(shí)施例包含游戲系統(tǒng)，該游戲系統(tǒng)與用于為用戶提供靜電 觸覺效果的表面元件（下文中為"ESF設(shè)備"）通信。該游戲系統(tǒng)包括與用戶接口設(shè)備通 信的游戲控制臺，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'。該用戶接口設(shè)備可包含一個(gè)或多個(gè)用戶輸入元件和/或與一個(gè)或多個(gè)用戶 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)或互相組合地檢測用戶輸入。
[0018] 在說明性實(shí)施例中，該ESF設(shè)備被配置為向與用戶接觸的表面提供觸覺反饋，以 便控制該游戲系統(tǒng)。在該說明性實(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 可以直接接觸用戶手。該ESF設(shè)備使用靜電吸引向操作游戲控制器的用戶輸出觸覺效果。 在這種系統(tǒng)中，該游戲系統(tǒng)使得例如諸如交流信號的電信號施加到電極上。該電信號在電 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)備的表面的對象（例如，用 戶的頭或手，或觸筆）。該電容耦合產(chǎn)生的觸覺效果包含例如模擬振動、所感知的摩擦系數(shù) 的變化、或?qū)τ脩舻哪M紋理。
[0019] 在該說明性實(shí)施例中，所述ESF設(shè)備響應(yīng)于事件而輸出觸覺效果。例如，事件可 以包含用戶輸入、狀態(tài)通知、或游戲事件（例如，當(dāng)用戶的虛擬角色被另一個(gè)虛擬角色擊中 時(shí)）。
[0020] 以上說明性實(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^研究本說明書和/或通 過實(shí)踐所要求保護(hù)的主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例來進(jìn)一步理解各種實(shí)施例所提供的優(yōu)勢。
[0021] 提供靜電觸覺效果的表面元件的說明性系統(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 括多臺設(shè)備，諸如游戲控制臺和一個(gè)或多個(gè)游戲控制器。
[0023] 存儲器104體現(xiàn)了配置計(jì)算設(shè)備101操作的程序組件，存儲器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、或其它移動通信系統(tǒng)的天線） 的無線電接口等的無線接口。
[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、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。儲存器114代表非易失性儲存器，諸如磁盤、光盤、或包括在設(shè)備101 內(nèi)或耦接至處理器102的其它存儲介質(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代表配置成感測用戶的觸覺輸入的任何表面。一個(gè)或多個(gè)傳 感器108被配置成當(dāng)對象接觸到觸摸表面時(shí)檢測觸摸區(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被配置為檢測用戶交互，且基于該用戶 交互，向處理器102傳送信號。在一些實(shí)施例中，傳感器108可以被配置為檢測該用戶交互 的多個(gè)方面。例如，傳感器108可以檢測用戶交互的速度和壓力，并將該信息合并到所述接 口信號中。
[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/或用于檢測運(yùn)動、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。
[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接口，在與計(jì)算設(shè)備101對接的系統(tǒng)100 中包括的顯示器中提供該圖像用戶接口。
[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接收觸覺信號，確定要輸出到觸覺輸出設(shè)備118的ESF信號，然后 傳送該ESF信號。ESF控制器120可以經(jīng)由有線接口和/或無線接口通信地耦合，有線接 口諸如以太網(wǎng)、USB、IEEE1394,無線接口諸如IEEE802. 11、藍(lán)牙或用于訪問蜂窩電話網(wǎng)絡(luò) (例如，收發(fā)機(jī)/用于接入CDMA、GSM、UMTS、或其它移動通信系統(tǒng)的天線）的無線電接口。
[0031] 該ESF信號可以包含信號，該信號被配置成使得該觸覺輸出設(shè)備118輸出與該觸 覺信號相關(guān)聯(lián)的觸覺效果。在一些實(shí)施例中，該ESF信號可以包含來自電源的交流電壓。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、存儲器、多路 復(fù)用器、晶體管、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)、觸發(fā)器、和/或其它數(shù)字或模擬電路。盡管在 圖1中所示觸覺輸出設(shè)備118和ESF控制器120對計(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可以包括觸覺輸出設(shè)備118和ESF控制器120。
[0032] 觸覺輸出設(shè)備118被配置為輸出可被用戶感覺到的效果。在一些實(shí)施例中，觸覺 輸出設(shè)備118被配置為輸出觸覺效果，該觸覺效果包含模擬振動、所感知的摩擦系數(shù)的改 變、模擬紋理、或響應(yīng)于ESF信號的敲擊感覺。在一個(gè)實(shí)施例中，觸覺輸出設(shè)備118使用靜 電吸引，例如通過使用ESF設(shè)備，來向用戶輸出觸覺效果。觸覺輸出設(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