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] 隨著基于計算機的系統(tǒng)愈發(fā)普及，人與這些系統(tǒng)進行交互的接口的質(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 更增強的用戶體驗，設(shè)計者經(jīng)常通過物理交互來利用用戶體驗。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] 本公開的實施例包含計算設(shè)備，所述計算設(shè)備的特點是提供靜電力觸覺效果的表 面元件。在一個實施例中，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] 在另一個實施例中，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。而另一實施例包含用于實現(xiàn)此方法的計算機可讀介質(zhì)。
[0005] 所提到的這些說明性實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【具體實施方式】中討論說明性實施例并提供進一步說明。可以通過檢查本說明 書和/或通過實踐所要求保護的主題的一個或多個實施例，來進一步理解各種實施例所提 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)一個實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)的實施例；
[0009]圖3A示出了根據(jù)另一個實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)的另一個實施例的外視圖；
[0011] 圖4示出了根據(jù)另一個實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)的外視圖的另一個實施例；
[0013]圖6示出了提供靜電觸覺效果的表面元件的系統(tǒng)的外視圖的另一個實施例；以及
[0014] 圖7是根據(jù)一個實施例用于執(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。
【具體實施方式】
[0015] 現(xiàn)在將詳細(xì)地參考各種和替代的說明性實施例和附圖。以解釋的方式來提供每個 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，可以進行修改和變化。例如， 說明或描述為一個實施例一部分的特征可以用于另一個實施例從而產(chǎn)生又一個實施例。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] 本公開的一個說明性實施例包含游戲系統(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)備可包含一個或多個用戶輸入元件和/或與一個或多個用戶 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、陀螺儀、加速度計、或觸摸 敏感表面，其中任一組件可以單獨或互相組合地檢測用戶輸入。
[0018] 在說明性實施例中，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虛擬角色擊中 時）。
[0020] 以上說明性實施例的描述僅被提供作為示例。在此描述的本發(fā)明的各種其它實施 例以及這些實施例的變化將是本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。可以通過研究本說明書和/或通 過實踐所要求保護的主題的一個或多個實施例來進一步理解各種實施例所提供的優(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)一個實施例提供靜電觸覺效果的表面元件的系統(tǒng)100的框圖。在 所示出的實施例中，系統(tǒng)100包含計算設(shè)備110,該計算設(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中將計算設(shè)備101示出為單臺設(shè)備，但是在其它實施例中，該計算設(shè)備可以包 括多臺設(shè)備，諸如游戲控制臺和一個或多個游戲控制器。
[0023] 存儲器104體現(xiàn)了配置計算設(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（并且非暫時性）計算機可讀介質(zhì)，諸如RAM、ROM、EEPR0M等。在所示出的 實施例中，計算設(shè)備101還包括一個或多個網(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或多個。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/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可用于促進連接到設(shè)備的有線或無線連接，所述設(shè)備諸如一個或多 個顯示器、游戲控制器、鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、按鈕、揚聲器、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集成進計算設(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。一個或多個傳 感器108被配置成當(dāng)對象接觸到觸摸表面時檢測觸摸區(qū)域的觸摸，并提供合適的數(shù)據(jù)供處 理器102使用?？梢允褂萌魏魏线m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] 在其它實施例中，該傳感器108可以包含LED檢測器。例如，在一個實施例中，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。在一些實施例中，該處理器 102與單個傳感器108進行通信，在其它實施例中，該處理器102與多個傳感器108進行通 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。在一些實施例中，傳感器108可以被配置為檢測該用戶交互 的多個方面。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] 在所示出的實施例中，計算設(shè)備101包含一個或多個額外傳感器130。在一些實施 例中，該傳感器130可以包含陀螺儀、加速計、全球定位（GPS)單元、溫度傳感器、環(huán)境光傳 感器、和/或用于檢測運動、位置、和/或環(huán)境特性的其它傳感器。在一些實施例中，該處理 器102與單個傳感器130進行通信，在其它實施例中，該處理器102與例如陀螺儀和加速計 的多個傳感器130進行通信。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 在實際顯示組件上方的一層或多層材料。在其它實施例中，計算設(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] 所示的實施例還包括ESF控制器120,ESF控制器120通信地耦合到計算設(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/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。在一些實施例中，該ESF信號可以包含來自電源的交流電壓。在 一些實施例中，該ESF控制器120可以包含一個或多個運算放大器、晶體管、和/或用于放 大信號的其它數(shù)字或模擬組件。例如，在一個實施例中，ESF控制器120可以包含高電壓放 大器。此外，在一些實施例中，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對計算設(shè)備101而言是遠(yuǎn)程的，但是在其 它實施例中，計算設(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。在一個實施例中，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