专利名称：用于在摩擦显示器中提供特征的系统和方法
用于在摩擦显示器中提供特征的系统和方法对于相关申请的交叉引用本专利申请要求在2009年3月12日提交的、题目为“Locating Features Using a Friction Display”的美国临时专利申请No. 61/159，482的优先权，其通过引用被整体包含在此。本专利申请要求在2009年11月17日提交的、题目为“System and Method for Increasing Haptic Bandwidth in an Electronic Device，，白勺美|S|l^；时专禾串i青 No. 61/262, 041的优先权，其通过引用被整体包含在此。本专利申请要求在2009年11月17日提交的、题目为“Friction Rotary Device for Haptic Feedback”的美国临时专利申请No. 61Λ62，038的优先权，其通过引用被整体包含在此。本专利申请要求在2010年1月四日提交的、题目为“Systems And Methods For Providing Features In A Friction Display” 的美国实用新型专利申请 No. 12/696，893 的优先权，其通过引用被整体包含在此。本专利申请要求在2010年1月四日提交的、题目为“Systems And Methods For Friction Displays And Additional Haptic Effects” 的美国实用新型专利申请 No. 12/696, 900的优先权，其通过引用被整体包含在此。本专利申请要求在2010年1月四日提交的、题目为“Systems And Methods For Interfaces Featuring Surface-Based Haptic Effects” 的美国实用新型专利申请 No. 12/696, 908的优先权，其通过引用被整体包含在此。本专利申请要求在2010年1月四日提交的、题目为“Systems And Methods For A Texture Engine”的美国实用新型专利申请No. 12/697，010的优先权，其通过引用被整体包含在此。本专利申请要求在2010年1月四日提交的、题目为“Systems And Methods For Using Textures In Graphical User Interface Widgets” 的美国实用新型专利申请 No. 12/697,037的优先权，其通过引用被整体包含在此。本专利申请要求在2010年1月四日提交的、题目为“Systems And Methods For Using Multiple Actuators To Realize Textures” 的美国实用新型专利申请 No. 12/697, 042的优先权，其通过引用被整体包含在此。
背景技术：
触摸使能(touch-enabled)的装置已经越来越普遍。例如，移动和其他装置可以被配置触敏显示器，使得用户可以通过触摸触敏显示器的部分来提供输入。又如，可以使用与显示器分离的触摸使能表面来用于输入，诸如，跟踪板、鼠标或其他装置。例如，用户可以触摸被映射到在屏图形用户界面的显示器或表面的一部分，诸如按钮或控件。又如，可以提供手势，诸如一个或多个触摸的序列、在表面上的拖动或由装置感测的其他可识别的模式。虽然触摸使能的显示器和其他基于触摸的界面已经大大地增强了装置功能，但是缺陷仍然存在。例如，即使在屏幕上显示键盘，习惯于物理键盘的用户在使用触摸使能的装置时也可能没有相同的体验。
发明内容
本发明的实施例包括具有模拟在触摸区域中的一个或多个特征的基于表面的触觉效果的装置。特征可以包括但是不限于在纹理上的改变和/或在可以通过使用与表面接触的物体感知到的在触摸表面中的边界、障碍物或其他不连续部分的模拟。包括基于表面的触觉效果的装置可以更用户友好，并且可以提供更激发兴趣的用户体验。在一个实施例中，一种系统包括传感器，其被配置来当物体接触触摸表面时检测在触摸区域中的触摸；致动器；以及，一个或多个处理器。所述触摸区域可以对应于显示区域和/或另一个表面，用户经由诸如手指或钢笔的物体来与所述显示区域和/或另一个表面交互。所述处理器可以被配置来基于来自所述传感器的数据来确定所述触摸的位置，并且至少部分地基于所述位置来选择要产生的触觉效果，所述触觉效果被选择来模拟在或接近所述确定的位置处的特征的存在。而且，所述处理器可以发送触觉信号以使用所述致动器来产生所述识别的触觉效果。所述致动器可以耦合到所述触摸表面，并且可以被配置来接收由所述处理器产生的触觉信号，并且作为响应输出触觉效果。在一些实施例中，选择所述触觉效果包括确定在模拟在或接近所述确定的位置处的所述特征的存在的摩擦系数上的变化。这些说明性实施例被描述来不是限制或限定本主题的局限，而是提供有助于其理解的示例。在具体实施方式
中描述了说明性实施例，并且，在其中通过了进一步的描述。通过查看本说明书和/或通过实践所要求保护的主题的一个或多个实施例，可以进一步了解由各个实施例提供的优点。
在说明书的剩余部分中更具体地给出了全面和能够实现的公开。说明书参考下面的附图。图IA示出用于提供基于表面的触觉效果的说明性系统。图IB示出在图IA中所示的系统的一个实施例的外部视图。图IC图示在图IA中所示的系统的另一个实施例的外部视图。图2A-2B图示使用基于表面的触觉效果来模拟特征的示例。图3A-;3B描述了用于改变表面的摩擦系数的一种说明性硬件架构。图4A-4B描述了用于改变表面的摩擦系数的另一种说明性硬件架构。图5是示出通过使用基于表面的触觉效果来提供模拟的特征的示例性方法的流程图。图6A-6D每一个描述了说明性模拟特征。图7是示出通过使用参考文件来提供模拟的特征的示例性方法的流程图。图8是包括用于模拟触摸表面的特征的数据的参考文件的示例。
具体实施方式
现在详细说明不同和替代的说明性实施例和附图。作为说明而不是作为限制来提供每一个示例。对于本领域内的技术人员显然，可以进行修改和改变。例如，被图示或描述为一个实施例的一部分的特征可以用在另一个实施例上，以产生又一个实施例。因此，意欲本公开包括在所附的权利要求及其等同内容的范围内的修改和改变。使用可变摩擦界面的装置的说明性示例本发明的一个说明性实施例包括计算系统，诸如iPod 便携音乐装置或 iPhone 移动装置，两者都可以从加利福尼亚的Cupertino的苹果公司获得；或，可以从华盛顿的Redmond的微软公司获得的^me (R)便携装置。该计算系统可以包括一个或多个传感器和/或可以与一个或多个传感器进行通信，该一个或多个传感器例如是加速计以及用于确定相对于显示区域的触摸的位置的传感器(例如，光学的、电阻的或电容的)，该显示区域在这个示例中对应于装置的屏幕。当用户与装置交互时，一个或多个致动器用于提供触觉效果。例如，当用户在装置上移动手指时，屏幕的摩擦系数可以基于手指的位置、速度和/或加速度改变。根据摩擦如何改变，用户可以感知到在触摸表面中的特征，如果表面摩擦不改变， 则不能以相同的方式(或根本不能)感知到该特征。作为具体示例，该摩擦可以改变使得用户感知到与在屏按钮的边缘对应的隆起、边界或其他障碍物。如在下面更详细地描述，可以以任何数量的方式来使用改变摩擦系数，以向用户提供信息。另外，补充或取代改变摩擦系数，可以使用特效模拟在触摸表面中的特征的存在。通过提供基于表面的触觉效果来模拟特征的说明性系统图IA示出用于提供基于表面的触觉效果的说明性系统100。具体地说，在这个示例中，系统100包括计算装置101，计算装置101具有经由总线106与其他硬件连接的处理器102。内存104可以包括任何适当的有形(和非暂时)计算机可读介质，诸如RAM、R0M或 EEPROM等，内存104包含配置计算装置的操作的程序组件。在这个示例中，计算装置101进一步包括一个或多个网络接口装置110、输入/输出(I/O)接口部件112和另外的存储器 114。网络装置110可以表示便利网络连接的任何部件。示例包括但是不限于有线接口，诸如以太网、USB、IEEE 1394 ；以及/或者，无线接口，诸如IEEE 802. 11、蓝牙或用于接入蜂窝电话网络的无线电接口(例如，用于接入CDMA、GSM、UMTS或其他移动通信网络的收发器/天线)。可以使用I/O部件112以利于到诸如一个或多个显示器、键盘、鼠标、扬声器、麦克风和/或用于输入数据或输出数据的其他硬件的连接。存储器114表示在装置101中包括的非易失性存储器，诸如磁、光或其他存储介质。系统100进一步包括触摸表面116，触摸表面116在这个示例中被集成到装置101 中。触摸表面116表示被配置来感测用户的触摸输入的任何表面。一个或多个传感器108 被配置来当物体接触触摸表面时检测在触摸区域中的触摸，并且提供用于由处理器102使用的适当数据。可以使用任何适当数量、类型或布置的传感器。例如，电阻和/或电容型传感器可以被嵌入在触摸表面116中，并且用于确定触摸的位置和其他信息，诸如压力。又如，具有触摸表面的视图的光学传感器可以用于确定触摸位置。在这个示例中，与处理器102进行通信的致动器118耦合到触摸表面116。在一些实施例中，致动器118被配置来输出触觉效果，该触觉效果响应于触觉信号来改变触摸表面的摩擦系数。作为补充或替代，致动器118可以提供振动触觉的触觉效果，其以受控的方式移动触摸表面。一些触觉效果可以使用耦合到装置的外壳的致动器，并且一些触觉效果可以依序和/或一起地使用多个致动器。例如，可以通过在不同的频率振动表面来改变摩擦系数。可以使用变化的不同组合/序列来模拟纹理的感觉。虽然在此示出单个致动器118，但是实施例可以使用相同或不同类型的多个致动器来改变触摸表面的摩擦系数。例如，在一些实施例中使用压电致动器来例如通过在一些实施例中使用以大于20kHz的频率移动的致动器以超声波频率垂直地和/或水平地移位触摸表面116的一些部分或全部。在一些实施例中，可以单独或一起地使用诸如偏心旋转质量电机或线性谐振致动器的多个致动器来提供不同的纹理和其他触觉效果。转向内存104，描述了示例性程序组件124、126和128，以描述在一些实施例中如何配置装置来提供可变摩擦显示器。在这个示例中，检测模块1 配置处理器102以经由传感器108监控触摸表面116，以确定触摸的位置。例如，模块1 可以采样传感器108，以便跟踪触摸的存在与否，并且如果触摸存在，则跟踪随着时间的触摸的位置、路径、速度、加速度、压力和/或其他特性。触觉效果确定模块1 表示分析关于触摸特性的数据以选择要产生的触觉效果的程序组件。具体地说，模块126包括基于触摸的位置来确定要产生的触摸表面的模拟特征的代码；以及，选择要提供来模拟特征的一个或多个触觉效果的代码。例如，触摸表面 116的区域的一部分或全部可以被映射到图形用户界面。可以基于触摸的位置来选择不同的触觉效果，以便通过改变触摸表面116的摩擦来模拟特征的存在，使得当在界面中看到特征的对应表示时感觉到该特征。然而，可以经由触摸表面116来提供触觉效果，即使对应的元件未被显示在界面中(例如，如果通过在界面中的边界，则可以提供触觉效果，即使未显示该边界)。触觉效果产生模块1 表示使得处理器102产生和向致动器118发送触觉信号的程序以至少当接触出现时产生所选择的触觉效果。例如，产生模块1 可以访问要向致动器118发送的所存储的模型或命令。又如，触觉效果产生模块1 可以接收期望的摩擦系数并使用信号处理算法生成将发送到致动器118的合适的信号。又如，可以与用于纹理的目标坐标和被发送到一个或多个致动器的适当波形一起指示期望的纹理，以产生表面(和 /或其他装置部件)的适当移位以提供纹理。可以至少通过改变触摸表面116的摩擦系数来模拟特征。一些实施例可以一起地使用多个致动器来模拟特征。例如，可以使用在摩擦上的变化来模拟通过在模拟的钢琴按键之间的边界，而振动触觉效果模拟当按下每一个按键时的每一个按键的响应。根据计算系统的具体配置，触摸表面可以或可以不覆盖(或对应于)显示器。在图IB中，示出计算系统100B的外部视图。计算装置101包括触摸使能的显示器116，触摸使能的显示器116组合装置的触摸表面和显示器。触摸表面可以对应于显示器外部或在实际显示部件之上的材料的一个或多个层。图IC图示其中触摸表面不覆盖显示器的触摸使能的计算系统100C的另一个示例。在这个示例中，计算装置101具有触摸表面116，该触摸表面116可以被映射到在对接到装置101的计算系统120中包括的显示器122中提供的图形用户界面。例如，计算装置101可以包括鼠标、跟踪板或其他装置，而系统120可以包括台式或膝上型计算机、机顶盒 (例如，DVD播放机、DVR、有线电视盒)或另一个计算系统。又如，触摸表面116和显示器 122可以被包括在同一装置中，诸如在具有显示器122的膝上型计算机中的触摸使能的跟踪板中。无论是否与显示器等集成，在在此的示例中的平面触摸表面的描述不意味着是限定性的。其他实施例包括弯曲或不规则的触摸使能的表面，它们被进一步配置来提供基于表面的触觉效果。图2A-2B图示使用基于表面的触觉效果来模拟特征的示例。图2A是图示系统200 的外视图的图，系统200包括具有触摸使能的显示器202的计算装置201。图2B示出装置 201的横截面视图。装置201可以与图IA的装置101类似地被配置，虽然为了清楚，在这个视图中未示出诸如处理器、内存和传感器等的部件。可以在图2B中看到，装置201具有多个致动器218和附加的致动器222。致动器 218-1可以包括被配置来向显示器202施加垂直力的致动器，而218-2可以横向地移动显示器202。在这个示例中，致动器直接地耦合到显示器，但是应当明白，致动器可以耦合到另一个触摸表面，诸如在显示器202的顶部上的材料的层。附加致动器222可以耦合到包含装置201的部件的外壳。在图2A-2B的示例中，显示器202的区域对应于触摸区域，但是该原理可以被应用到完全与显示器分离的触摸表面。在一个实施例中，致动器218每一个包括压电致动器，而附加致动器222包括偏心旋转质量电机、线性谐振致动器或另一个压电致动器。致动器222可以被配置来响应于来自处理器的触觉信号来提供振动触觉触觉效果。可以与基于表面的触觉效果和/或用于其他目的协同使用振动触觉的触觉效果。在一些实施例中，致动器218-1和218-2的任何一个或两者可以包括除了压电致动器之外的致动器。致动器的任何一个可以例如包括压电致动器、电磁致动器、电活性聚合物、形状记忆合金、柔性复合压电致动器(例如，包括柔性材料的致动器)、静电和/或超磁致伸缩致动器。另外，示出了单个致动器222，虽然多个其他致动器可以耦合到装置202的外壳，并且/或，其他致动器222可以耦合到别处。装置201也可以具有在不同位置耦合到触摸表面的多个致动器218-1/218-2。转回图2A，如在220处所示，手指移动遇到模拟的特征230。在这个示例中，基于由手指226向位置228的移动表示的触摸位置来选择触觉效果以输出。具体地说，如在图 4B中可以看到，致动器218-1、218-2和/或222被提供适当的触觉信号，以提供如在232、 234和236指示的基于表面的触觉反馈。不同的交叉影线意欲表示由于致动器导致的触摸表面的不同“感觉”。例如，232、234和236可以表示在产生期望的触觉效果的触摸表面的纹理或摩擦系数上的变化。在一个实施例中，通过使得较高摩擦的第一区域232之后跟随较低摩擦的第二区域234和较高摩擦的第三区域236，可以模拟长方形的感觉。图3A-;3B描述了用于改变表面的摩擦系数的说明性硬件架构。在这个示例中，触摸表面包括玻璃板302，虽然可以使用另一种透明(或不透明)材料。例如，而不使用玻璃， 可以使用触摸板(即，触敏装置)。一对压电弯曲元件318-1和318-2粘结到玻璃。玻璃或另一种透明材料与在压电弯曲元件之间的自由空间一起的使用可以允许在玻璃下使用显示器(未示出)。在一些实施例中，可以命令压电弯曲元件将玻璃302的静摩擦系数减小 42%。一些实施例使用在MkHz的双极脉宽调制信号，并且改变的幅值用于改变摩擦系数。作为示例，电压可以在大于20kHz的频率下在-80和+80伏特之间改变，并且摩擦根据电压幅值(或用于产生电压幅值的PWM幅值)从0至60%改变。这些示例电压、频率和变化范围仅用于示例的目的，并且不意欲是限制性的。图4A-4B描述了用于改变表面的摩擦系数的另一种说明性硬件架构400。在这个示例中，压电蜂鸣器提供了作为计算装置401的一部分的压电表面402。例如，一个实施例包括具有25mm直径的0. 6mm厚的蜂鸣器。可以在图4B中看到，该蜂鸣器包括压电陶瓷材料402A和金属盘402B的层；在这个实施例中，两者都是0. 3mm厚。当未激活蜂鸣器时，静摩擦系数可以被从原始摩擦值减小多达88 %。在这个示例中，表面被示出为圆形的，但是该原理可以被应用到其他形状/表面。用于通过提供基于表面的触觉效果来模拟特征的说明性方法图5是示出用于提供具有基于表面的触觉效果的界面的说明性方法500的流程图。块502表示确定在触摸区域中的触摸的位置。例如，处理器可以利用在触摸使能的显示器或表面中嵌入或观看触摸使能的显示器或表面的一个或多个传感器来跟踪在表面上的触摸的位置。基于触摸的当前和/或过去的位置，可以确定当前位置或预测位置。作为示例，可以在用于触摸区域的像素坐标或另一个坐标系中提供触摸位置。如果确定了速度/ 加速度，则触摸位置可以与和触摸的位置和移动相关的向量或其他信息相关联。块504表示确定要模拟的一个或多个期望的特征。在一些实施例中，计算系统可以仅确定触摸是否在要驱动致动器的位置处出现，并且实时地确定期望的特征和触觉信号。然而，在另外的实施例中，可以将基于触摸的速度的触摸的当前像素位置和/或投影的像素位置与用于指定各个像素位置的期望的触觉效果的位图作比较。基于期望的触觉效果，可以访问/产生适当的触觉信号以提供在位图中指定的输出。又如，可以将触摸膜的当前或投影位置与用于标识图形用户界面(GUI)特征的位置的数据作比较，该特征例如是控件、纹理内容和边界等。然后，如果在该位置识别GUI特征，则可以访问将一个或多个触觉效果与该特征相关联的数据。例如，处理器可以跟踪触摸的位置，并且确定触摸在或接近被映射到被图形用户界面中的特定控件(例如，按钮)的在触摸区域中的位置。处理器可以然后查阅界面元件的列表，以确定与按钮相关联的触觉效果(例如，纹理、摩擦变化)，并且基于该触觉效果，采取进一步的行为来产生该触觉效果。又如，该特征可以包括与当前或投影位置相关联的纹理。例如，可以将触摸区域的一部分识别为具有特定的纹理，诸如“皮毛”。当触摸被确定为在所述部分处时，计算装置可以确定期望“皮毛”特征。块506表示访问或产生一个或多个触觉信号以产生所选择的触觉效果。例如，处理器可以访问在内存中存储并且与特定的触觉效果相关联的驱动信号。又如，可以通过访问所存储的算法并且输入与效果相关联的参数来产生信号。例如，算法可以输出数据以用于基于幅度和频率参数来产生驱动信号。又如，触觉信号可以包括被发送到致动器以被致动器解码的数据。例如，致动器可以本身响应于用于指定诸如幅度和频率的参数的命令。块508表示向致动器发送触觉信号以产生期望的效果。例如，如果要提供模拟驱动信号，则处理器可以使用机载数模转换器来建立该信号。如果向致动器提供数字命令，则可以通过处理器的I/O总线来产生适当的消息，并且致动器本身包括用于提供期望的输出的足够的处理能力。可以在触摸点和/或别处感觉到触觉效果。
在一些实施例中，即使在没有所选择的触觉效果的情况下，也可以向致动器发送基准的触觉信号以产生周围的触觉效果，以便增强装置可以产生的可能效果的范围。因此， 发送触觉信号可以包括向致动器发送停止、命令、零或最小信号，或向致动器发送另一个适当的信号以减小强度，以便致动器的效果，并且因此增加摩擦，诸如提高到接近或处于当静态时的触摸表面的摩擦系数的水平。作为示例，诸如压电致动器的特定致动器的使用可以允许减小触摸表面的摩擦系数，而不是增大摩擦系数。为了提供一系列选择，可以提供基准信号，使得触摸表面的“普通”摩擦水平小于触摸表面当静态时具有的摩擦系数。因此，可以相对于基准值而不是静态值来限定触觉效果。如果期望最大的摩擦，则可以向压电致动器发送“零”信号，以停止表面的移动。图6A-6D每一个描述了说明性模拟特征。图6A示出简化示例，其中，白色区域表示将例如通过使用非零电压PWM信号来激活压电或其他致动器的区域。例如，该白色区域可以对应于在触摸板的中间位置的虚拟按钮，其中，用户的手指(或与表面接触的另一个物体)遇到较低的摩擦值。图6B表示相反的情况——手指/物体可以自由地在白色区域中移动，但是可能在高摩擦(黑色)区域处变慢或停止。这可以例如允许用户更容易地定位在触摸区域中的按钮或其他位置。图6C图示包括多个凹槽的模拟特征。当用户的手指或另一个物体水平地移动通过带时，该手指/物体遇到作为一系列凹槽感知到的增加或减小的摩擦。如上所述，包括被配置来提供基于表面的触觉效果的触摸表面的计算系统可以实时地确定效果和信号。例如，对于图6A-6D的任何一个，系统可以首先确定是否触摸位置在圆圈内，并且如果如此，则提供适当的输出值(图6A)或停止输出(图6B)。类似地，系统可以通过确定是否在具有期望的高摩擦的区域中出现触摸来提供图6C的特征，并且如果如此，则驱动致动器。图6D提供了更复杂的图案。例如，在图6D中的图案可以对应于与按键的阵列、模拟的键盘或其他控件相关联的期望特征，该按键阵列例如是移动电话按键的阵列。虽然实时提供可以用于图6A-6D的任何一个，则可以需要更复杂的逻辑来提供在图案中的每一个特定圆圈/按钮。这些和甚至更任意的图案可以增加编程和计算时间的复杂度。因此，在一些实施例中，可以预先确定基于表面的触觉效果，并且将其存储在文件中。在运行时间， 可以基于触摸位置来访问文件，以允许适当的触觉信号的更快确定和产生。对于图6D，当触摸位置被映射到圆圈时，这样的文件可以包括用于驱动致动器以提供第一触觉效果(例如，高摩擦)的数据，并且当触摸位置被映射到在圆圈之外的位置时，文件可以包括用于驱动致动器来提供第二效果(例如，低摩擦)的数据。图7是示出用于通过建立和使用参考文件来提供模拟特征的示例性方法700的流程图。图8示出包括像素阵列的参考文件的示例。块702和704表示预处理——在使用参考文件来确定触觉效果之前出现的行为。在这个示例中，使用单个参考文件来确定摩擦值。 实际上，参考文件可以提供其它数据，所述其它数据用于补充或取代产生在摩擦中的变化产生触觉效果。另外，“参考文件”可以包括一起使用的多个文件。块702表示建立位置的布局，并且块704表示存储在图像文件中的布局，诸如在位图或其他图像文件中的像素的阵列。例如，可以“绘制”任意的形状以便指定期望的摩擦值。在图8中，示出白色像素以指示意欲没有摩擦调整的地方，而阴影像素指示期望的摩擦系数的值或甚至可用于驱动致动器的值(例如，期望的PMW电压电平、频率等)。替代地，白色像素可以指示最大驱动，而各种阴影程度指示较低的驱动值，黑色表示零驱动。在一个实施例中，仅使用白色像素和黑色像素，颜色对应于装置的致动器的接通/关断状态。在这个示例中，通过交叉阴影来表示不同的阴影程度。实际上，每一个像素可以包括多个值(例如，每一个像素可以具有RGB值)，多个值提供不同的数据，诸如不同致动器的驱动电平等。另外，参考文件可以包括多个层，用于指定每一个像素位置的各种参数。这个示例示出较小数量的像素；实际上，阵列可以包括以千或百万计的像素。形状802包括实线圆。形状804也包括圆圈，但是被提供来指示可以使用图像文件来指定多个摩擦水平(或其他触觉效果)。例如，可以通过使用不同的阴影来提供在低和高(或高和低)摩擦之间的过渡区域，诸如从低阴影806向中等的阴影808并且最后到全阴影810的过渡。该过渡可以对应于当接近圆圈804的中心时增加的摩擦水平(或减小的摩擦水平)。在一些实施例中，当建立布局文件时，可以指定过渡。在一些情况下，可以使用过渡来提供摩擦值相对于可视布局的偏移。例如，暂时地返回图6B，可以在图形用户界面中提供诸如图6B的圆圈的实线形状。对应的摩擦图像可以更接近地类似图8的圆圈804的缩放版本，提供了“模糊”边缘以表示过渡效果。一种用于产生这样的图像的方法可以包括 使用界面的图像，并且应用模糊或其他过滤器，在模糊后调整像素水平以当用于产生/选择触觉信号时提供期望的响应。返回图7和方法700，一旦建立了参考文件，则可以将其安装到内存中并且如在块 706所示读取以确定摩擦值。例如，可以将像素阵列的一些或全部保存在执行位置检测和特征模拟例程的处理器的工作内存中。在一个实施例中，像素阵列被分布在图形用户界面的对应的图像旁边。在另外的实施例中，像素阵列是图形用户界面的层或构成部分，并且在其他实施例中，该阵列是不与图形用户界面相关联的独立的文件。块708表示确定触摸的位置。例如，传感器可以提供用于确定在被映射到触摸区域的像素的阵列中的触摸的像素位置的数据。非像素坐标可以用于识别触摸的位置，在下面的映射步骤期间使用适当的变换。块710表示将触摸位置映射到在图像文件中的项目。例如，触摸区域可以被直接地映射，使得在像素(x，y) = (10,12)处的触摸导致访问在图像(x，y) = (10,12)处的图像中的一个或多个像素值。然而，可以使用更复杂的映射。例如，可以使用触摸位置和速度来将在触摸区域中的像素值映射到在图像文件中的不同像素值。例如，触摸区域的大小和显示阵列的大小可以不同，并且使用比例因子来将触摸位置映射到像素值。块712表示激活一个或多个致动器以至少部分地基于来自图像文件的数据来提供基于表面的触觉效果。例如，在图像文件中的像素值可以被映射到期望的摩擦系数。执行方法700的装置可以基于像素位置和期望的摩擦系数来确定要向一个或多个致动器发送以产生期望的摩擦系数的一个或多个适当的信号。又如，像素值可以更直接地指示驱动信号，诸如用于要发送到压电致动器的PWM信号的电压/幅度/频率值或偏移。该阵列的数据也可以被配置来用于产生用于另一种致动器的驱动信号。作为更复杂的示例，每一个像素地址可以与三个强度值(即，RGB)相关联。在一些实施例中，三个强度值的每一个可以与用于对应的致动器的信号强度/频率相关联。又如，一些值可以指定强度，并且其他值指定用于同一致动器的操作的持续时间。又如，可以将不同的像素强度值与不同的期望纹理或用于驱动致动器以模拟单个纹理的部件相关。方法700可以确定被映射到在图像文件中的多个像素的触摸位置。例如，大触摸可以对应于在图像文件中的一系列像素地址。可以一起考虑来自像素地址范围的摩擦或其它值，或者，可以进行分析来“准确描述”触摸位置，并且使用来自对应的单个像素地址的值。在一些实施例中，带有具有基于表面的触觉效果的触摸表面的计算装置可以基于输入的序列来输出不同的基于表面的触觉效果。因此，触摸表面的模拟特征可以基于与表面相关联的装置的状态来改变。在一些实施例中，可以使用具有多个层的参考文件来实现这一点；每一个层可以对应于特定状态。可以例如基于各种输入条件来改变状态。例如，触摸表面可以被配置来作为例如在移动装置上的小键盘。该小键盘可以具有与数字1-9对应的三行按键和具有“0”、“*”和“#”按键的第四行。对于初始状态，触摸表面可以被配置来提供中心特征，诸如比在布局的剩余部分中更高的在“5”按键处的摩擦水平。该计算装置可以被配置来基于跟踪相对于触摸区域的输入响应于用户输入来改变触摸表面的状态。例如，一旦系统已经例如通过检测触摸、盘旋或用于指示已经定位(但是不必然被选择)了按键的其他行为来确定用户已经找到了 “5”按键，则可以基于不同的状态来提供基于表面的效果。如果使用多层参考文件，则例如可以将不同的层安装到内存中。在第二状态中，例如，在按键之间的边界可以被提供使得用户以从中心前进到期望的按键，而不需要可视的反馈(虽然当然可以与本主体的任何实施例一起提供可视的、可听的或其他的反馈)。模拟的特征的其他说明性实施例基于表面的触觉效果可以采用任何适当的形式，包括但是不限于基于改变触摸表面的摩擦系数的效果。又如，可以使用振动触觉效果，诸如振动或系列振动。可以使用在摩擦中的振动触觉效果和/或变化来模拟诸如边界或障碍物的不同的特征的感觉。例如，可以通过在摩擦上的增加来模拟边界或边缘，并且如果如上所述通过边界(在一些情况下)， 则摩擦减小。使用触摸表面模拟的特征可以包括任何不连续，包括但是不限于模拟的间隙、突出物和障碍物等。作为补充或替代，模拟的特征可以包括具有改变的摩擦系数的区域。例如，一些触觉效果可以包括在触摸表面的摩擦上的改变——可以使得一些部分比其他部分 “光滑”或“粗糙”。在一些实施例中，模拟的特征包括通过以受控的方式改变表面的摩擦系数而模拟的纹理。可以分别在上面引用的下文中找到关于纹理的产生和使用的另外的细节美国专利申请 No. 12/697，010、12/697，042 和 12/697，037，其题目为 “Systems and Methods for a Texture Engine”(律师档案 IMM354(51851-383720))、“^stems and Methods for Using Multiple Actuators to Realize Textures，，(律师档案 IMM355 (51851-383719))和 “Systems and Methods for Using Textures in Graphical User Interface Widgets，，(律师档案IMM356 (51851-383718))。例如，不同摩擦的模式或振动的模式可以被提供来模仿纹理的感觉，该纹理例如是砖块、岩石、沙子、草地、皮毛、各种织物类型、水、糖浆和其他流体、皮革、木、冰、蜥蜴皮、金属和其他纹理图案。当期望“危险”纹理时，也可以使用与真实世界不类似的其他纹理，诸如高幅度振动触觉或其他反馈。基于表面的触觉效果的信息内容或含义可以在不同的实施例中不同。例如，可以使用效果来识别被映射到在图形用户界面中的区域的触摸表面的特定部分、模拟按键或其他控件，或可以被提供来用于美学或娱乐目的(例如，作为设计的一部分和/或在游戏中)。 也可以提供用于通信目的的效果。例如，可以便利布莱叶或其他基于触觉的通信方法。一般考虑在此的“被适配来”或“被配置来”的使用表示开放和包含性的语言，其不排除被适配来或被配置来执行另外的任务或步骤的装置。另外，“基于”的使用表示在下述方面是开放和包含性的基于一个或多个叙述的条件或值的处理、步骤、计算或其他行为可以实际上基于在那些所述条件之外的附加条件或值。在此包括的标题、列表和编号仅用于说明的容易，并且不意味着是限制性的。可以在数字电子电路、在计算机硬件、固件、软件或其前述的组合中实现根据本主题的方面的实施例。在一个实施例中，计算机可以包括一个或多个处理器。该处理器包括或必须访问计算机可读介质，诸如耦合到处理器的随机存取存储器(RAM)。处理器执行在内存中存储的计算机可执行程序指令，诸如执行一个或多个计算机程序，包括传感器采样例程、 触觉效果选择例程和用于产生信号的适当的程序，以产生如上所述的所选择的触觉效果。这样的处理器可以包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、 现场可编程门阵列(FPGA)和状态机。这样的处理器可以进一步包括可编程电子装置，诸如 PLC、可编程中断控制器(PIC)、可编程逻辑器件(PLD)、可编程只读存储器(PR0M)、电子可编程只读存储器(EPR0M或EEPR0M)或其他类似的装置。这样的处理器可以包括介质或可以与其进行通信，所述介质例如是有形计算机可读介质，其可以存储指令，该指令当被处理器执行时可以使得处理器执行由处理器执行或辅助的在此所述的步骤。计算机可读介质的实施例可以包括但是不限于所有的电子、光学、 磁性或其他存储装置，它们能够向诸如在网络服务器中的处理器的处理器提供计算机可读指令。介质的其他示例包括但是不限于软盘、CD-ROM、磁盘、内存芯片、R0M、RAM、ASIC、配置的处理器、所有光学介质、所有磁带或其他磁性介质或计算机处理器可以从其读取的任何其他介质。而且，各种其他装置可以包括计算机可读介质，诸如路由器，专用或公共网络或其他传输装置。所述的处理器和处理可以在一个或多个结构中，或可以通过一个或多个结构分布。处理器可以包括用于执行在此所述的方法的一个或多个(或方法的部分)的代码。虽然已经相对于本发明的特定实施例详细描述了本主题，但是可以明白，本领域内的技术人员在获得上述内容的理解时可以容易地提出这样的实施例的替代、改变和等同内容。因此，应当明白本公开已经被提供了用于示例的目的，而不是限制的目的，并且不排除向本主体包含对于本领域内的普通技术人员容易清楚的这样的修改、改变和/或增加。
权利要求
1.一种系统，包括传感器，其被配置来当物体接触触摸表面时检测在触摸区域中的触摸； 致动器，其与所述处理器进行通信，并且耦合到所述触摸表面，所述致动器被配置来接收触觉信号，并且输出触觉效果；以及处理器，其与所述致动器和传感器进行通信，所述处理器被配置来 基于来自所述传感器的数据来确定所述触摸的位置，至少部分地基于所述位置来选择要产生的触觉效果，所述触觉效果被选择来模拟在或接近所述确定的位置处的在所述触摸表面中的特征的存在，以及发送触觉信号以使用所述致动器来产生所述识别的触觉效果。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，选择所述触觉效果包括确定模拟在或接近所述确定的位置处的所述特征的存在的在摩擦系数上的变化。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述特征包括在或接近所述确定的位置处的纹理。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述特征包括在所述显示区域中显示的图形用户界面中的第一区域和第二区域之间的边界。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述边界包括在键盘的两个模拟按键之间的边界。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，确定所述触觉效果包括 确定所述触摸的位置；访问映射文件，所述映射文件将多个位置的每一个映射到相应的触觉效果；以及识别被映射到所选择的位置的触觉效果，基于所述触摸的所述确定的位置来选择所述选择的位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述选择的位置对应于所述触摸的所述位置。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，基于所述触摸的所述位置和所述触摸的速度来确定所述选择的位置。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器被配置来以超声波频率垂直地、横向地或垂直且横向地移位所述触摸表面。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述致动器包括下述部分的至少一个 压电致动器；电磁致动器； 电活性聚合物； 形状记忆合金；或复合物。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器进一步被配置来基于来自所述传感器的数据来确定所述触摸的压力，其中，至少部分地基于所述触摸的所述压力来选择所述触觉效果。
12.一种方法，包括响应于在物体和触摸表面之间的接触来检测在触摸区域中的触摸； 确定所述触摸的位置；至少部分地基于所述位置来选择要产生的触觉效果，所述触觉效果被选择来模拟在或接近所述确定的位置处的在所述触摸表面中的特征的存在；以及通过向耦合到所述触摸表面的至少一个致动器提供触觉信号来产生所述触觉效果。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，选择触觉效果包括确定模拟在或接近所述确定的位置处的所述特征的存在的在所述摩擦系数上的变化。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述特征包括在或接近所述确定的位置处的纹理。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述特征包括在显示区域中显示的第一区域和在所述显示区域中的第二区域之间的边界，所述显示区域被映射到所述触摸区域。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述边界包括在所述显示区域中描述的键盘的两个按键之间的边界。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，选择触觉效果包括 确定所述触摸的位置；访问映射文件，所述映射文件将多个位置的每一个映射到相应的触觉效果；以及识别被映射到所选择的位置的触觉效果，基于所述触摸的所述确定的像素位置来选择所述选择的位置。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述选择的位置对应于所述触摸的所述位置， 或基于所述触摸的所述像素位置和所述触摸的速度来确定所述选择的位置。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动器被配置来以超声波频率垂直地、横向地或垂直且横向地移位所述触摸表面。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述致动器包括下述部分的至少一个 压电致动器；电磁致动器； 电活性聚合物； 形状记忆合金；或复合物。
21.一种有形计算机可读介质，包含程序代码，所述程序代码能够被计算系统执行，所述程序代码包括用于使得所述计算系统跟踪在触摸表面上的触摸的位置的程序代码； 用于使得所述计算系统基于所述触摸的所述位置来识别要产生的所述触摸表面的模拟特征的程序代码；用于使得所述计算系统选择触觉效果来产生所述模拟的特征的程序代码；以及用于使得所述计算系统向至少一个致动器发送触觉信号以通过改变所述触摸表面的摩擦系数来产生所述模拟的特征的程序代码。
全文摘要
一种触摸使能的装置可以模拟在触摸区域中的一个或多个特征。特征可以包括但是不限于在纹理上的改变和/或在可以通过使用与触摸表面接触的物体来感知的在触摸表面上的边界、障碍物或其他不连续部分的模拟。系统包括传感器，其被配置来检测当物体接触触摸表面时在触摸区域中的触摸；致动器；以及，一个或多个处理器。该处理器可以使用该传感器确定该触摸的位置，并且至少部分地基于该位置来选择要产生的触觉效果，该触觉效果被选择来模拟在或接近该确定的位置处的特征的存在。该处理器可以发送触觉信号以使用致动器来产生所识别的触觉效果。通过改变触摸表面的摩擦系数来模拟一些特征。
文档编号G06F3/041GK102349039SQ201080011744
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月11日 优先权日2009年3月12日
发明者丹尼·A·格兰特, 君·曼扭尔·克鲁斯-赫南德斯 申请人:伊梅森公司