用触觉方式表示传感器输入的系统的制作方法

用触觉方式表示传感器输入的系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用触觉方式表示传感器输入的系统。本发明提供了一种触觉表示系统，该触觉表示系统响应于传感器输入来产生触觉效果。传感器输入被映射成触觉信号。触觉信号被发送到被构造用于接收触觉信号的致动器。致动器利用触觉信号产生触觉效果。
【专利说明】用触觉方式表示传感器输入的系统
【技术领域】
[0001]一个实施方式总体上涉及装置，更具体地讲，涉及产生触觉效果的装置。
【背景技术】
[0002]触觉学是一种触觉和力反馈技术，它通过向用户施加触觉反馈效果(S卩，“触觉效果”)诸如力、震动和变形来利用用户的触觉。为了为用户提供更逼真的体验，诸如移动装置、触摸屏装置和个人计算机的装置可以被构造用于产生触觉效果。例如，当用户使用(例如)按钮、触摸屏、操纵杆、控制杆、控制轮或某种其它控件与装置互动时，可以产生触觉信号，其中，触觉信号致使装置产生适当的触觉效果。用户可以体验到触觉效果，并且可以增强用户与装置的互动。

【发明内容】

[0003]—个实施方式是一种产生触觉效果的触觉表不系统。该系统从传感器接收输入。该系统将接收到的输入映射成触觉信号。该系统还将触觉信号发送到致动器，以产生触觉效果。
【专利附图】

【附图说明】
[0004]从下面结合附图的对优选实施方式的详细描述中，其它的实施方式、细节、优点和修改形式将变得清楚。
[0005]图1示出根据本发明的一个实施方式的触觉表示系统的框图。
[0006]图2示出根据本发明的一个实施方式的具有传感器输入和触觉输出的装置的例子。
[0007]图3示出根据本发明的一个实施方式的能够提供震觉效果和/或动觉效果的装置的框图。
[0008]图4示出根据本发明的一个实施方式的当在输出装置上发挥作用时产生输出效果的传感器输入到输出信号的示例映射的示图。
[0009]图5示出根据本发明的一个实施方式的触觉表示模块的功能的流程图。
[0010]图6示出根据本发明的一个实施方式的能够产生触觉效果以增强感官知觉的装置的框图。
[0011]图7示出根据本发明的一个实施方式的能够产生触觉效果以增强显示屏内显示的可视信息的装置的框图。
[0012]图8示出根据本发明的一个实施方式的当在致动器上发挥作用时产生力触觉效果的传感器输入到力触觉信号的示例映射的示图。
[0013]图9示出根据本发明的一个实施方式的当在致动器上发挥作用时产生变形触觉效果的传感器输入到变形触觉信号的示例映射的示图。
[0014]图10示出根据本发明的一个实施方式的当在致动器上发挥作用时产生阻碍触觉效果的传感器输入到阻碍触觉信号的示例映射的示图。
[0015]图11示出根据本发明的另一个实施方式的触觉表示模块的功能的流程图。【具体实施方式】
[0016]一个实施方式是可以产生触觉效果的触觉表示系统，该触觉效果代表由传感器产生并且由触觉表示系统接收的输入。在某些实施方式中，接收到的输入包括超感官信息，其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息，诸如，电磁场、红外光、紫外光、辐射或温度的细微变化。在一些实施方式中，触觉效果是由变形致动器产生的变形触觉效果，其中，变形触觉效果包括与变形致动器可操作地连接的组件的形状和/或尺寸的更改。在某些实施方式中，基于传感器产生的接收到的输入中包括的超感官信息，产生由变形致动器产生的变形触觉效果。
[0017]如以下更详细描述的，“震动效果”或“震动触觉效果”是产生震动的效果。“震动致动器”是被构造用于产生震动触觉效果的致动器。“力效果”或“力触觉效果”是产生力的效果。“力致动器”是被构造用于产生力触觉效果的致动器。“变形效果”或“变形触觉效果”是使结构或形状变形的效果。“变形致动器”是被构造用于产生变形触觉效果的致动器。“阻碍效果”或“阻碍触觉效果”是对于施加的力产生阻力或对抗的效果。“阻碍致动器”是被构造用于产生阻碍触觉效果的致动器。
[0018]图1不出根据本发明的一个实施方式的触觉表不系统10的框图。在一个实施方式中，系统10是装置(诸如图2中示出的装置200，其中，以下将更详细地描述装置200)的一部分，并且系统10提供装置的触觉表示功能。尽管被图示为单个系统，但系统10的功能可以被实现为分布式系统。系统10包括总线12或用于传达信息的其它通信机制以及与总线12连接用于处理信息的处理器22。处理器22可以是任何类型的通用或专用处理器。系统10还包括存储器14，存储器14用于存储将由处理器22执行的信息和指令。存储器14可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、静态存储器诸如磁盘或光盘、或任何其它类型的计算机可读介质的任何组合。
[0019]计算机可读介质可以是处理器22可以访问的任何可用介质并且可以既包括易失性介质和非易失性介质、可移除和不可移除介质、通信介质和存储介质。通信介质可以包括计算机可读指令、数据结构、程序模块、或者经调制数据信号诸如载波或其它传输机制中的其它数据，并且可以包括本领域已知的任何其它形式的信息传递介质。存储介质可以包括RAM、闪存、ROM、可擦除可编程只读存储器(EPR0M)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM),寄存器、硬盘、可移除盘、光盘只读存储器(CD-ROM)或本领域已知的任何其它形式的存储介质。
[0020]在一个实施方式中，存储器14存储软件模块，当由处理器22执行软件模块时提供功能。这些模块包括为系统10提供操作系统功能的操作系统15以及一个实施方式中的装置的剩余部分。这些模块还包括触觉表示模块16，触觉表示模块16产生表示接收到的输入的触觉效果，如以下更详细公开的。在某些实施方式中，触觉表示模块16可以包括多个模块，其中，每个个体模块提供用于产生表示接收到的输入的触觉效果的各个特定功能。系统10将通常包括用于包括额外功能的一个或多个额外应用模块18，诸如，Immersion公司的Integrator?触觉开发平台。[0021]在发送和/或接收来自远程源的数据的实施方式中，系统10还包括通信装置20诸如网络接口卡，以提供移动无线网络通信诸如红外、无线电、W1-Fi或蜂窝网络通信。在其它实施方式中，通信装置20提供有线网络连接诸如以太网连接或调制解调器。
[0022]处理器22还借助总线12连接到显示器24诸如液晶显示器(IXD)，显示器24用于向用户显示图形表示或用户界面。显示器24可以是被构造用于发送和接收来自处理器22的信号的触摸敏感输入装置诸如触摸屏，并且可以是多触点触摸屏。
[0023]在一个实施方式中，系统10还包括致动器26。处理器22可以将与所产生的触觉效果关联的触觉信号发送到致动器26，致动器26继而输出触觉效果，诸如震动触觉效果和变形触觉效果。致动器26包括致动器驱动电路。致动器26可以是(例如)电动机、电磁致动器、音圈、形状记忆合金、电活性聚合物、螺线管、偏心旋转质量电机(ERM)、线性谐振致动器(LRA)、压电致动器、高带宽致动器、电活性聚合物(EAP)致动器、静电摩擦显示器或超声震动发生器。在可供选择的实施方式中，除了致动器26 (图1中未示出)之外，系统10还可以包括一个或多个额外的致动器。在其它实施方式中，与系统10分离的装置包括产生触觉效果的致动器，并且系统10通过通信装置20将所产生的触觉效果信号发送到该装置。
[0024]在一个实施方式中，系统10还包括传感器28。传感器28可以被构造用于检测能量形式或其它物理性质，诸如(但不限于)加速度、生物信号、距离、流动、力/压力/应力/弯曲、湿度、线性位置、方位/倾斜度、射频、旋转位置、旋转速率、开关的操纵、温度、震动或可见光强度。传感器28还可以被构造用于将检测到的能量或其它物理性质转换成电信号或表示实际传感器信息的任何信号。传感器28可以是任何装置，诸如(但不限于)加速度计、心电图描记器、脑电图仪、肌电图描记器、眼电图描记器、电腭动描记器、电流皮肤响应传感器、电容式传感器、霍尔效应传感器、红外传感器、超声传感器、压力传感器、光纤传感器、曲率传感器(或弯曲传感器)、力敏感电阻器、测压元件、LuSense CPS2155、小型压力传感器、压电传感器、应力计、湿度计、线性位置触摸传感器、线性电位计(或滑动器)、线性可变差动变压器、指南针、倾角计、磁性标签(或射频识别标签)、旋转式编码器、旋转式电位计、陀螺仪、导通-截止开关、温度传感器(诸如温度计、热偶、电阻温度检测器、电热调节器或温度传感集成电路)、麦克风、光度计、测高计、生物检测器或光敏电阻。
[0025]图2示出根据本发明的一个实施方式的具有传感器输入和触觉输出的装置的例子。如之前描述的，在一个实施方式中，装置200可以包括可以将传感器输入表不为触觉输出的触觉表示系统(诸如，图1中示出的触觉表示系统10)。根据实施方式，装置200是可以在用户手中携带的移动装置。装置200可以包括传感器(诸如，图1的传感器28)、延伸部210和220和显示器230，其中，在图2中未示出传感器。传感器可以被构造用于检测感官信息和超感官信息，其中，感官信息是正常可以被人类感知的信息，并且其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息。传感器还可以被构造用于基于检测到的信息来产生传感器输入。延伸部210和220均可以连接到致动器(图2中未示出)。致动器可以是震动致动器或变形致动器。震动致动器可以基于传感器产生的传感器输入，致使延伸部210和220震动。变形致动器可以基于传感器产生的传感器输入，致使延伸部210和220变形。进一步更详细地描述震动致动器和变形致动器的细节。显示器230可以基于传感器产生的传感器输入，显示可视信息。
[0026]图3示出根据本发明的一个实施方式的能够提供震觉效果(也被称为“震动触觉效果”)和/或动觉效果(也被称为“变形触觉效果”)的装置的框图。装置300包括壳体302、显示器304、键盘306和延伸部308-0和308-1。在另一个实施方式中，键盘306是触摸屏显示器304的一部分。在一个实施方式中，装置300是能够提供无线音频/视频通信、移动数据通信、远程游戏控制台等的无线便携式系统。例如，装置300可以是手机、PDA、智能电话、膝上型计算机、游戏控制台和/或能够处理信息以及提供触觉反馈的手持电子装置。
[0027]为了按照操作模式向用户的手提供触觉反馈，装置300能够响应于应用的性质而宏观改变其外罩或壳体302 (包括延伸部308)。根据应用，延伸部308可以膨胀或收缩(如图3中的箭头所指示的)，由此宏观改变壳体302的形状和/或尺寸。在一个实施方式中，如果形状发生改变达到用户借助(例如)目视或感觉可以检测到的程度，则形状是“宏观”改变的。例如，能够改变其外罩形状的手机或智能电话装置(“形状改变装置”)可以用于仿真两个用户之间的握手。为了传送握手，第一用户(例如)可以挤压其第一形状改变装置以造成第二用户的第二形状改变装置的跳动或挤压，其中，第一用户和第二用户借助第一形状改变装置和与第一形状改变装置的第二形状改变装置参与通信，诸如电话呼叫。换句话讲，形状输入或形状信号被从第一形状改变装置发送到第二形状改变装置，这表明第二装置应该激活其触觉机制以改变的形状用于仿真握手。在其它实施方式中，装置300的除了壳体200之外的额外部分诸如显示器34或输入元件诸如键盘306也可以改变形状。
[0028]系统诸如装置300可以采用震觉效果(也被称为震动触觉效果)和/或动觉效果(也被称为变形触觉效果)来仿真形状改变效果。例如，震觉效果可以用于借助手持装置将触觉反馈与用户合并到一起。这种触觉反馈效果可以用相对高的频率(例如，大约160-220HZ)和相对小位移(例如，大约50-500微米)的震动来表征。另外，还可以传送不同类型的触觉信息诸如按钮点击的确认和警报。另一方面，动觉效果的特征可以用相对大的位移(例如，大约1-1Omm)和相对低的频率(例如，大约0-40HZ)的运动来表征。可以使用可变形或柔性的表面来有效仿真动觉效果，诸如根据应用或被激活的特征来宏观改变表面特性。
[0029]可以使用可变形触觉表面来有效仿真动觉效果。例如，动觉效果可以允许手持装置被用作方向导航工具。在这个例子中，在手持装置上的不同位置处的可变形表面的激活可以被用作方向信息的触觉显示。在另一个例子中，动觉效果提供特定效果(例如，脉动、心跳等)的性能，这对于虚拟临场感和/或社交网络应用是有价值的。在一个例子中，一个人的心跳可以通过使通过电话呼叫连接的另一个人的手机各面上的可变形板膨胀和收缩来仿真。在另一个例子中，呼叫一端的手机的挤压可以被仿真为呼叫另一端的另一个手机的握手感觉。
[0030]可以使用各种类型的输入信号仿真力触觉效果或“力效果”，以驱动触觉致动器诸如(但不限于)ERM。可以使用某些类型的输入信号提供各种冲击力效果或“急动感觉”，这些感觉与更恒定的力效果(例如，推动或拉动的力效果)形成对照。在一个例子中，这种冲击力效果可以模拟正被手指戳。在一个例子中，这种冲击力效果可以模拟高尔夫球棒撞击高尔夫球的打击。在一个例子中，这种冲击力效果可以模拟球拍撞击网球。可以使用冲击力效果模拟其它游戏环境。
[0031]在一个实施方式中，装置300能够基于操作模式(例如，应用，被激活的特征等)改变形状，这与仅仅由用户进行操纵形成对照。可以在触觉机制中使用各种触觉材料和/或致动器来致使装置300的柔性表面中的形状不同。例如，可以使用EAP形成触觉机制中的一个或多个致动器，致动器用于基于控制信号的激活来改变形状。在其它实施方式中，可以使用压电元件、可编程凝胶或形状记忆合金(SMA)的纤维作为致动器。
[0032]在一个实施方式中，装置操作模式(诸如，被激活的特征和应用)的指示可以激活触觉机制的预定图案。然后，可以使用变形机制将这种图案应用到装置300的柔性表面。可以将包括多个致动器的触觉基板应用到用于规定或形成图案的表面。例如，可以采用EAP来形成触觉机制中的一个或多个致动器，使得触觉机制接收到的激活信号可以传送柔性表面形状。触觉基板可以由微机电系统(MEMS)元件、热流体袋、MEMS泵、谐振装置、可变孔隙率膜、层流流动调制器等形成。
[0033]延伸部308就位移以及任何脉动或其它合适效果和/或图案而言可以是可控的。例如，一个用户可以挤压第一装置，并且通过呼叫与第一装置连接的第二装置可以在第二用户的手中产生脉冲或挤压，以传送物理握手。因此，信号可以被从第一装置发送到第二装置，以指示第二装置应该改变形状来仿真握手(例如，低频的力或压力，像手的挤压一样)。以这种方式，可以采用基本的触觉机制、基板和/或致动器控制可支持的任何预定的形状改变特性或图案。
[0034]在以引用方式并入本文的2010年5月7日提交的美国专利申请N0.12/766，121中描述了能够产生形状改变或变形触觉效果的装置的其它细节。
[0035]图4示出根据本发明的一个实施方式的当在输出装置上发挥作用时产生输出效果的传感器输入到输出信号的示例映射的示图。更具体地讲，图4示出传感器400。传感器400可以与图1的传感器28相同。传感器400可以是被构造用于检测信息的传感器。在某些实施方式中，传感器400可以是被构造用于检测超感官信息的传感器，其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息。例如，在一个实施方式中，传感器400可以是被构造用于检测电磁场的磁力计。在另一个实施方式中，传感器400可以是光传感器，被构造用于检测超出人眼范围的光频率诸如红外光频率。在另一个实施方式中，传感器400可以是温度传感器，被构造用于检测温度变化，即使在温度变化正常不可能被人类检测到时。基于检测到的超感官信息，传感器可以产生传感器输入，其中，传感器输入表示检测到的超感官信息。在其它实施方式中，传感器400可以是被构造用于检测感官信息的传感器，其中，感官Ih息是正常可以被人类感知的彳目息。
[0036]图4还示出表示模块410。当由处理器(图4中未示出)执行时，表示模块410可以从传感器400接收传感器输入，将传感器输入映射成输出信号，并且将输出信号发送到输出装置420。根据实施方式，表示模块410可以包括将传感器输入映射成输出信号的算法，其中，输出信号被构造用于当在输出装置420上发挥作用时产生输出效果。因此，在某些实施方式中，表示模块410可以将传感器400检测到的(并且正常不可以被人类感知的)超感官信息表示为输出效果，该输出效果可以在输出装置420上发挥作用(进而可以被人类感知)。以此方式，表示模块410可以允许人类感知传感器400检测到正常不可以被感知的超感官信息。在其它实施方式中，表示模块410还可以将传感器400检测到的感官信息表示为可以在输出装置420上发挥作用的输出效果。以此方式，表示模块410可以增强传感器400检测到的人类对感官信息的正常感知。
[0037]在某些实施方式中，表示模块410可以是触觉表示模块，诸如图1的触觉表示模块。在这些实施方式中，当由处理器执行时，表示模块410可以从传感器400接收传感器输入，将传感器输入映射成触觉信号，并且将触觉信号发送到输出装置420，其中，输出装置420是致动器诸如图1的致动器26。根据实施方式，表示模块410可以包括将传感器输入映射成触觉信号的算法，其中，触觉信号被构造用于当在输出装置420上发挥作用时产生触觉效果。因此，表示模块410可以将传感器400检测到的(并且正常不可以被人类感知的)超感官信息表示为触觉效果，该触觉效果可以在输出装置420上发挥作用(进而可以被人类感知)。
[0038]例如，在传感器400是磁力计的实施方式中，表示模块410可以将来自磁力计的输入映射成用于致动器的变形触觉信号或震动触觉信号。变形触觉信号可以在致动器上发挥作用，以产生变形触觉效果。震动触觉信号可以在致动器上发挥作用，以产生震动触觉效果。作为另一个例子，在传感器400是光传感器的实施方式中，表示模块410可以将来自光传感器的输入映射成可以在显示屏上显示的视频信号或者可以在扬声器上播放的音频信号。作为又一个例子，在传感器400是福射传感器的实施方式中，表不模块410可以将来自辐射传感器的输入映射成用于致动器的变形触觉信号或震动触觉信号。
[0039]在某些实施方式中，传感器400可以是表示模块410的本地传感器(S卩，传感器400和表示模块410可以位于单个装置内)。在其它实施方式中，传感器400可以位于与表示模块410分离的装置上，并且传感器输入经由网络被发送到表示模块410。
[0040]在某些实施方式中，表示模块410中执行的映射包括判定接收到的传感器输入是否超过指定的阈值(即，“指定值”)。如果接收到的传感器输入超过指定值，则产生对应的输出信号(诸如，触觉信号)，并且接收到的传感器输入被映射成所产生的输出信号。如果接收到的传感器输入没有超过指定值，则不产生输出信号。
[0041]在替代实施方式中，在表示模块410中执行的映射包括将接收到的传感器输入用数学方式转换成对应的输出信号(诸如，触觉信号)。这可以在接收到传感器输入时连续地进行，因此对应的输出信号可以被连续地调制。当输出信号被连续调制时，产生的对应输出效果(诸如，触觉效果)也可以被连续地调制。
[0042]图4还示出输出装置420。输出装置420可以接收表示模块410发送的输出信号，并且可以基于输出信号产生输出效果。在某些实施方式中，输出装置420可以是致动器，诸如图1的致动器26。在这些实施方式中的一些中，输出装置420可以是被构造用于产生震动触觉效果的震动致动器。在其它实施方式中，输出装置420可以是被构造用于产生变形触觉效果的变形致动器。在这些实施方式中，输出装置420可以接收表示模块410发送的触觉信号，并且可以基于输出信号产生触觉效果。在触觉信号是震动触觉信号的实施方式中，输出装置420可以产生震动触觉效果。在触觉信号是变形触觉信号的实施方式中，输出装置420可以产生变形触觉效果。在其它实施方式中，输出装置420可以是被构造用于产生视频效果的输出装置诸如显示屏、或被构造用于产生音频效果的输出装置诸如扬声器。
[0043]例如，在传感器400是磁力计的实施方式并且输出装置420是致动器(诸如，震动致动器或变形致动器)的实施方式中，输出装置420可以根据电磁场的存在、电磁场的强度或电磁场的其它属性来变形和/或震动。更具体地讲，传感器400可以检测电磁场并且基于电磁场的一个或多个属性来产生传感器输入。表示模块410可以将传感器400产生的传感器输入映射成震动触觉信号、变形触觉信号或其组合。基于震动触觉信号、变形触觉信号或其组合，输出装置420可以产生震动触觉效果(通过震动)、变形触觉效果(通过变形)或其组合。
[0044]作为另一个例子，在传感器400是光传感器并且输出装置420是显示屏的实施方式中，输出装置420可以基于检测到红外光(或紫外光)来显示可视表示。更具体地讲，传感器400可以检测红外光(或紫外光)并且基于红外光(或紫外光)的一个或多个属性来产生传感器输入。表不模块410可以将传感器400产生的传感器输入映射成视频信号。基于视频信号，输出装置420可以产生视频效果(例如，检测到的光的可视表示)。在替代实施方式中，输出装置420可以是不同于显示屏的致动器。在这个实施方式中，表示模块410可以将传感器400产生的传感器输入映射成震动触觉信号或变形触觉信号。基于震动触觉信号或变形触觉信号，输出装置可以产生表示检测到的光的震动触觉效果或变形触觉效果。例如，如果传感器400检测到大量的红外光，则输出装置420可以变形反映检测到的红外光的量的量。
[0045]因此，根据某些实施方式，可以增强用户的感觉，因为用户可以感知正常将难以感知或不可能感知的环境的属性。
[0046]图5示出根据本发明的一个实施方式的触觉表示模块(诸如，图1的触觉表示模块16)的功能的流程图。在一个实施方式中，图5的功能以及以下更详细描述的图11的功能用存储器或其它计算机可读或有形介质中存储的软件来实现，并且由处理器来执行。在其它实施方式中，该功能可以用硬件(例如，通过使用专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)等)或硬件和软件的任何组合来执行。另外，在替代实施方式中，可以使用类似组件通过硬件执行该功能。
[0047]流程开始并且前进至510。在510中，从传感器接收输入。该输入可以包括超感官信息，其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息。在某些实施方式中，该输入包括一个或多个互动参数，其中，每个互动参数可以包括值。在某些实施方式中，传感器可以是磁力计，被构造用于基于磁力计检测到的电磁场来产生输入。在其它实施方式中，传感器可以是光传感器，被构造用于基于光传感器检测到的能量来产生输入。能量可以包括紫外光。可供选择地，能量可以包括红外光。在其它实施方式中，传感器可以是辐射传感器，被构造用于基于辐射传感器检测到的辐射来产生输入。流程前进至520。
[0048]在520中，将接收到的输入映射成触觉信号。在某些实施方式中，将接收到的输入映射成触觉信号的步骤包括当至少一个互动参数的值超过指定值时产生触觉信号。在其它实施方式中，将接收到的输入映射成触觉信号的步骤包括基于至少一个互动参数的值的连续更新来连续地调制触觉信号。流程前进至530。
[0049]在530中，将触觉信号发送到致动器，以产生触觉效果。在某些实施方式中，致动器是震动致动器，并且震动致动器产生的触觉效果是震动触觉效果。在其它实施方式中，致动器是变形致动器，并且变形致动器产生的触觉效果是变形触觉效果。然后，流程结束。
[0050]在某些实施方式中，触觉装置可以基于传感器输入，输出各种类型的信息。例子包括:基于来自磁力计的输入，输出触觉效果；在装置的显示器上输出变形触觉效果，以产生“地理围栏(geofence)” ；通过输出变形触觉效果，增强感官知觉；通过输出变形触觉效果，增强正常感官知觉；以及基于用户的情绪、环境知觉或生物反馈，输出触觉效果。
[0051]此外，在某些实施方式中，触觉装置的变形致动器可以使用多种互动模式中的一种输出变形触觉效果。互动模式的例子包括:向用户的身体施压压力；改变形状(其中，形状改变可以包括触觉装置宏观形状的改变和触觉装置质地的改变)；以及输出阻碍触觉效果(其中，触觉装置评估用户输入并且基于用户输入来输出一个或多个触觉效果)。
[0052]图6示出根据本发明的一个实施方式的能够产生触觉效果以增强感官知觉的装置600的框图。装置600可以包括传感器610。传感器610可以与图1的传感器28相同。传感器610可以是被构造用于检测信息的传感器。基于检测到的信息，传感器可以产生传感器输入，其中，传感器输入表不检测到的信息。在某些实施方式中，传感器610可以是被构造用于检测超感官信息的传感器，其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息。
[0053]装置600还可以包括壳体620。壳体620 (也被称为装置600的外罩)可以可操作地连接到致动器630。壳体620还可以包括覆盖壳体的至少一部分的触觉表面。在某些实施方式中，触觉表面可以被构造用于响应于致动器630产生的力触觉效果来施加力。在这些实施方式中，致动器630可以是可以被构造用于产生力触觉效果的力致动器。在其它某些实施方式中，触觉表面可以被构造用于响应于致动器630产生的变形触觉效果，宏观地更改其物理形状。在这些实施方式中，致动器630可以是可以被构造用于产生变形触觉效果的变形致动器。在其它某些实施方式中，触觉表面可以被构造用于响应于致动器630产生的阻碍触觉效果，产生机械阻碍。在这些实施方式中，致动器630可以是可以被构造用于产生阻碍触觉效果的阻碍致动器。因此，在某些实施方式中，致动器630可以致使装置600的壳体620反映传感器610检测到的信息，包括传感器610检测到的超感官信息。
[0054]在一个实施方式中，传感器610可以是被构造用于检测气压的传感器，并且致动器630可以致使壳体620基于检测到的气压，施加用于变形或者用于产生机械阻碍的力。因此，在这个实施方式中，装置600可以指示由于检测到的气压增大或减小而导致天气图案可能即将发生的变化。在另一个实施方式中，传感器610可以是被构造用于检测电磁场的磁力计，并且致动器630可以致使壳体620基于检测到的电磁场的一种或多种性质诸如电磁场的存在、电磁场的强度或电磁场的周期性，施加用于变形或者产生机械阻碍的力。例如，用户可以将装置600保持在电线附近，以响应于在电线周围存在交变电磁场时装置600的壳体620施加力、施加变形或产生机械阻碍，判定电线是否连接到电源。
[0055]在另一个实施方式中，传感器610可以是被构造用于检测辐射的辐射传感器，并且致动器630可以致使壳体620基于检测到的辐射来施加力、变形或产生机械阻碍。例如，装置600可以使用传感器610检测环境中的环境辐射水平，并且致动器630可以致使壳体620基于检测到的环境辐射水平施加力、变形或产生机械阻碍。在其它实施方式中，传感器610可以是被构造用于检测全球定位系统(GPS)发送的信号的传感器，其中，该信号可以表示装置600的位置，并且致动器630可以致使壳体620基于检测到的信号(即，检测到的装置600的位置)施加力、变形或产生机械阻碍。因此，装置600可以产生地理围栏(B卩，真实世界地理区域的虚拟周界)。
[0056]在另一个实施方式中，传感器610可以是被构造用于检测用户皮肤的电导的电流皮肤响应传感器，并且致动器630可以致使壳体620基于从检测到的用户皮肤的电导识别的用户特征诸如情绪、环境知觉和生物反馈，施加力、变形或产生机械阻碍。因此，为了反映所识别的用户状态，装置600可以施加力、变形或产生机械阻碍。
[0057]图7示出根据本发明的一个实施方式的能够产生触觉效果以增强显示屏内显示的可视信息的装置700的框图。装置700可以包括传感器710。传感器710可以与图1的传感器28相同。传感器710可以是被构造用于检测信息的传感器。基于检测到的信息，传感器可以产生传感器输入，其中，传感器输入表不检测到的信息。在某些实施方式中，传感器710可以是被构造用于检测超感官信息的传感器，其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息。装置700还可以包括显示器720。显示器720可以被构造用于显示可视图像。显示器720可以可操作地连接到致动器730。显示器720可以被构造用于响应于致动器730产生的变形触觉输出效果，宏观更改其物理形状。在某些实施方式中，致动器730可以是可以被构造用于产生变形触觉效果的变形致动器。因此，在这些实施方式中，装置700可以被构造用于用显示器720的至少一部分屏幕的变形覆盖显示器720内显示的可视图像，其中，所述变形是由致动器730基于传感器710检测到的信息来产生的。例如，显示器720可以显示场景，并且还可以将场景的不可视特征显示为显示器720内的屏幕表面特征/变形。因此，显示器720内显示的可视场景通常不改变它实际上看上去的样子。
[0058]在一个实施方式中，传感器710可以是被构造用于检测光频率的光传感器，所述光频率包括在人眼范围内的光频率并且还包括超出人眼范围的光频率，并且传感器710可以被构造用于拍摄场景的全谱照片。根据该实施方式，可以在显示器720内显示表示人眼范围内的光频率的可视图像，并且可以产生表示超出人眼范围的光频率的显示器720的至少一部分屏幕的变形，其中，所述变形是由致动器730基于传感器710检测到的信息来产生的。因此，保留了显示器720内显示的可视图像，但是用户可以感知到传感器710检测到的超出人眼范围的光频率。
[0059]图8示出根据本发明的一个实施方式的当在致动器上发挥作用时产生力触觉效果的传感器输入到力触觉信号的示例映射的示图。更具体地讲，图8示出传感器800。传感器800可以与图1的传感器28相同。传感器800可以是被构造用于检测信息的传感器。在某些实施方式中，传感器800可以是被构造用于检测超感官信息的传感器，其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息。在其它实施方式中，传感器800可以是被构造用于检测感官信息的传感器，其中，感官信息是正常可以被人类感知的信息。
[0060]图8还示出触觉表示模块810。当由处理器(图8中未示出)执行时，触觉表示模块810可以从传感器800接收传感器输入，将传感器输入映射成力触觉信号，并且将力触觉信号发送到致动器820。根据实施方式，触觉表示模块810可以包括将传感器输入映射成力触觉信号的算法，其中，力触觉信号被构造用于当在致动器820上发挥作用时产生力触觉效果。因此，在某些实施方式中，触觉表示模块810可以将传感器800检测到的信息(可以包括感官信息或超感官信息)表示为可以在致动器820上发挥作用的力触觉效果。
[0061]在某些实施方式中，传感器800可以是触觉表示模块810的本地传感器(即，传感器800和触觉表示模块810可以位于单个装置内)。在其它实施方式中，传感器800可以位于与触觉表示模块810分离的装置上，并且传感器输入经由网络被发送到触觉表示模块810。
[0062]在某些实施方式中，触觉表示模块810中执行的映射包括判定接收到的传感器输入是否超过指定的阈值(即，“指定值”)。如果接收到的传感器输入超过指定值，则产生对应的力触觉信号，并且接收到的传感器输入被映射成所产生的力触觉信号。如果接收到的传感器输入没有超过指定值，则不产生力触觉信号。[0063]在替代实施方式中，在触觉表示模块810中执行的映射包括将接收到的传感器输入用数学方式转换成对应的力触觉信号。这可以在接收到传感器输入时连续地进行，因此对应的力触觉信号可以被连续地调制。当力触觉信号被连续调制时，产生的对应力触觉效果也可以被连续地调制。
[0064]图8还示出致动器820。致动器820可以与图1的致动器26相同。致动器820可以接收触觉表示模块810发送的力触觉信号，并且可以基于力触觉信号来产生力触觉效果。在一些实施方式中，致动器820可以是被构造用于产生力触觉效果的力致动器。
[0065]因此，在某些实施方式中，致动器820可以致使装置向装置的用户施加静力(诸如，压力)。例如，在用户抓握装置时，装置可以向用户施加静力。作为另一个例子，在装置在用户口袋中时，装置可以向用户施加静力。静力可以达到足够程度，使得静力致使装置变形或改变形状。用户可以依据装置与用户身体某部分的静态接触来感觉装置变形。在一些实施方式中，装置可以施加静力，使得装置只变形达到可以感觉到但看不到变形的程度。在其它实施方式中，装置可以施加静力，使得装置变形达到足够程度，使得用户也可以视觉上评估变形状态。在某些实施方式中，致动器820可以致使装置向装置的用户施加动态力(诸如，压力)，其中，装置在一段时间内以循环或周期性方式连续施加力。
[0066]图9示出根据本发明的一个实施方式的当在致动器上发挥作用时产生变形触觉效果的传感器输入到变形触觉信号的示例映射的示图。更具体地讲，图9示出传感器900。传感器900可以与图1的传感器28相同。传感器900可以是被构造用于检测信息的传感器。在某些实施方式中，传感器900可以是被构造用于检测超感官信息的传感器，其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息。在其它实施方式中，传感器900可以是被构造用于检测感官信息的传感器，其中，感官信息是正常可以被人类感知的信息。
[0067]图9还示出触觉表示模块910。当由处理器(图9中未示出)执行时，触觉表示模块910可以从传感器900接收传感器输入，将传感器输入映射成变形触觉信号，并且将变形触觉信号发送到致动器920。根据实施方式，触觉表示模块910可以包括将传感器输入映射成变形触觉信号的算法，其中，变形触觉信号被构造用于当在致动器920上发挥作用时产生变形触觉效果。因此，在某些实施方式中，触觉表示模块910可以将传感器900检测到的信息(可以包括感官信息或超感官信息)表示为可以在致动器820上发挥作用的变形触觉效果O
[0068]在某些实施方式中，传感器900可以是触觉表示模块910的本地传感器(即，传感器900和触觉表示模块910可以位于单个装置内)。在其它实施方式中，传感器900可以位于与触觉表示模块910分离的装置上，并且传感器输入经由网络被发送到触觉表示模块910。
[0069]在某些实施方式中，触觉表示模块910中执行的映射包括判定接收到的传感器输入是否超过指定的阈值(即，“指定值”)。如果接收到的传感器输入超过指定值，则产生对应的变形触觉信号，并且接收到的传感器输入被映射成所产生的变形触觉信号。如果接收到的传感器输入没有超过指定值，则不产生变形触觉信号。
[0070]在替代实施方式中，在触觉表示模块910中执行的映射包括将接收到的传感器输入用数学方式转换成对应的变形触觉信号。这可以在接收到传感器输入时连续地进行，因此对应的变形触觉信号可以被连续地调制。当变形触觉信号被连续调制时，产生的对应变形触觉效果也可以被连续地调制。
[0071]图9还示出致动器920。致动器920可以与图1的致动器26相同。致动器920可以接收触觉表示模块910发送的变形触觉信号，并且可以基于变形触觉信号来产生变形触觉效果。在一些实施方式中，致动器920可以是被构造用于产生变形触觉效果的变形致动器。
[0072]因此，在某些实施方式中，致动器920可以致使装置变形或改变形状。在一些实施方式中，装置可以只变形达到可以感觉到但看不到变形的程度。例如，如果装置在用户的口袋中，则用户可以把手伸进他的口袋，感觉装置并且评估装置的形状。在一个例子中，如果装置的壳体是平坦的，则用户还没有接收到任何语音邮件消息。然而，如果装置的壳体延伸(即，致动器920已致使装置壳体变形和伸长)，则用户已接收到语音消息。在其它实施方式中，装置可以变形达到足够程度，使得用户也可以视觉上评估变形的状态。在某些实施方式中，致动器920可以致使装置在一段时间内以循环或周期性方式连续变形。例如，装置的各面可以以模拟呼吸模式的方式脉动。在这个例子中，装置还可以根据“呼吸”有多用力或者多快来显示关于其内部状态的信息。作为另一个例子，装置的变形可以模拟心跳，并且装置可以根据它“跳动”有多用力或者多快来显示关于其内部状态的信息。此外，装置可以将一个或多个变形重叠在彼此顶部。作为例子，装置可以以模拟呼吸模式的方式变形，并且同时以模拟心跳模式的方式变形，但是用户将能够区分同时进行的模式。
[0073]图10示出根据本发明的一个实施方式的当在致动器上发挥作用时产生阻碍触觉效果的传感器输入到阻碍触觉信号的示例映射的示图。更具体地讲，图10示出传感器1000。传感器1000可以与图1的传感器28相同。传感器1000可以是被构造用于检测信息(诸如，用户施加给装置的压力)的传感器。
[0074]图10还示出触觉表示模块1010。当由处理器(图10中未示出)执行时，触觉表示模块1010可以从传感器1000接收传感器输入，将传感器输入映射成阻碍触觉信号，并且将阻碍触觉信号发送到致动器1020。根据实施方式，触觉表示模块1010可以包括将传感器输入映射成阻碍触觉信号的算法，其中，阻碍触觉信号被构造用于当在致动器1020上发挥作用时产生阻碍触觉效果。因此，在某些实施方式中，触觉表示模块1010可以将传感器1000检测到的信息(可以包括感官信息或超感官信息)表示为可以在致动器1020上发挥作用的变形触觉效果。
[0075]在某些实施方式中，传感器1000可以是触觉表示模块1010的本地传感器(即，传感器1000和触觉表示模块1010可以位于单个装置内)。在其它实施方式中，传感器1000可以位于与触觉表示模块1010分离的装置上，并且传感器输入经由网络被发送到触觉表示模块1010。
[0076]在某些实施方式中，触觉表示模块1010中执行的映射包括判定接收到的传感器输入是否超过指定的阈值(即，“指定值”)。如果接收到的传感器输入超过指定值，则产生对应的阻碍触觉信号，并且接收到的传感器输入被映射成所产生的阻碍触觉信号。如果接收到的传感器输入没有超过指定值，则不产生阻碍触觉信号。
[0077]图10还示出致动器1020。致动器1020可以与图1的致动器26相同。致动器1020可以接收触觉表示模块1010发送的阻碍触觉信号，并且可以基于阻碍触觉信号来产生阻碍触觉效果。在一些实施方式中，致动器1020可以是被构造用于产生阻碍触觉效果的阻碍致动器。
[0078]因此，在某些实施方式中，致动器1020可以致使装置响应于用户输入(诸如，用户施加给装置的压力)产生阻碍触觉效果。例如，用户可以通过用手或手指利用触觉探寻装置的轮廓来“询问”装置以发现装置的形状。在另一个例子中，用户挤压装置来感觉阻碍或变形。以此方式，致动器1020可以致使装置的壳体向用户显示信息，其采用的不是变形形式，而是机械阻碍的形式。例如，用户可以挤压装置，并且如果感到装置“软”，则用户没有任何紧急的语音邮件消息。然而，用户也可以挤压装置，并且如果感到装置“硬”，则用户确实有紧急的语音邮件消息。因此，通过向装置施加压力并且确定感到的机械阻碍量，用户可以以简易、直观的方式询问信息。
[0079]虽然上述实施方式涉及各个力触觉效果、变形触觉效果或阻碍触觉效果，但在替代实施方式中，致动器可以致使装置产生力触觉效果、变形效果和阻碍触觉效果以及震觉效果或任何其它触觉效果的各种组合。
[0080]图11示出根据本发明的一个实施方式的触觉表示模块(诸如，图1的触觉表示模块16)的功能的流程图。流程开始并且前进至1110。在1110中，从传感器接收输入。输入可以包括超感官信息，其中，超感官信息是正常不可以被人类感知的信息。在某些实施方式中，输入可以包括一个或多个互动参数，其中，每个互动参数可以包括值。
[0081]另外，在某些实施方式中，传感器可以是被构造用于检测气压的传感器。在其它实施方式中，传感器可以是被构造用于检测电磁场的磁力计。在其它实施方式中，传感器可以是被构造用于检测辐射的辐射传感器。在其它实施方式中，传感器可以是被构造用于GPS发送的信号的传感器，其中，信号可以表示装置的位置。在其它实施方式中，传感器可以是被构造用于检测用户皮肤的电导的电流皮肤响应传感器。在其它实施方式中，传感器可以是被构造用于检测光频率的光传感器，所述光频率包括在人眼范围内的光频率并且还包括超出人眼范围的光频率。流程前进至1120。
[0082]在1120中，接收到的输入被映射成触觉信号。在某些实施方式中，将接收到的输入映射成触觉信号的步骤包括当至少一个互动参数的值超过指定值时产生触觉信号。在其它实施方式中，将接收到的输入映射成触觉信号的步骤包括基于至少一个互动参数的值的连续更新来连续调制触觉信号。触觉信号可以是力触觉信号。触觉信号可以是变形触觉信号。触觉信号可以是阻碍触觉信号。触觉信号可以是力触觉信号、变形触觉信号或阻碍触觉信号的任意组合。流程前进至1130。
[0083]在1130中，触觉信号被发送到致动器，以产生触觉效果。在触觉信号是力触觉信号的实施方式中，触觉效果是力触觉效果。在触觉信号是变形触觉信号的实施方式中，触觉效果是变形触觉效果。在触觉信号是阻碍触觉信号的实施方式中，触觉效果是阻碍触觉效果。在触觉效果是力触觉效果的一些实施方式中，力触觉效果可以致使装置向用户施加静态力。在触觉效果是力触觉效果的实施方式中，力触觉效果可以致使装置向用户施加动态力。在触觉效果是力触觉效果的某些实施方式中，力触觉效果可以致使装置向用户身体施加压力。在触觉效果是变形触觉效果的某些实施方式中，变形触觉效果可以致使装置变形。在触觉效果是变形触觉效果的其它实施方式中，变形触觉效果可以致使装置在一段时间内连续地变形。在触觉效果是变形触觉效果的其它实施方式中，变形触觉效果可以致使装置修改装置的宏观形状或装置的质地中的至少一个，并且装置的变形可以包括可视变形、触觉变形、准静态变形或动态变形中的至少一个。在触觉效果是阻碍触觉效果的实施方式中，阻碍触觉效果可以致使装置响应于用户输入来产生机械阻碍。在触觉效果是阻碍触觉效果的某些实施方式中，阻碍触觉效果可以致使装置响应于用户施加给装置的压力变硬。
[0084]在传感器是被构造用于检测气压的传感器的实施方式中，致动器产生的触觉效果可以致使装置基于检测到的气压来变形。在传感器是被构造用于检测电磁场的磁力计的实施方式中，致动器产生的触觉效果可以致使装置基于检测到的电磁场的一种或多种性质来变形。在传感器是被构造用于检测辐射的辐射传感器的实施方式中，致动器产生的触觉效果可以致使装置基于检测到的辐射来变形。在传感器是被构造用于检测GPS发送的信号的传感器、信号表示装置位置的实施方式中，致动器产生的触觉效果可以致使装置基于检测到的信号来变形。在传感器是被构造用于检测用户皮肤的电导的电流皮肤响应传感器的实施方式中，致动器产生的触觉效果可以致使装置基于根据检测到的用户皮肤的电导识别的用户的一个或多个特征来变形。在传感器是被构造用于检测光频率(包括在人眼范围内的光频率并且还包括超出人眼范围的光频率)的光传感器的实施方式中，致动器产生的触觉效果可以致使装置的显示器基于检测到的超出人眼范围的光频率来变形。然后，流程结束。
[0085]因此，提供了一种触觉表示系统，该触觉表示系统将传感器输入辨识为一个或多个触觉效果。该触觉表示系统可以使用户能够具有更丰富、更有益且更互动的体验。该触觉表示系统具有广泛的用例，诸如军事、医疗、汽车和移动领域。
[0086]在一个或多个实施方式中，可以以任何合适方式组合本说明书描述的本发明的特征、结构或特性。例如，在本说明书中使用“一个实施方式”、“一些实施方式”、“某个实施方式”、“某些实施方式”或其它类似语言是指在结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中的事实。因此，在本说明书中出现短语“一个实施方式”、“ 一些实施方式”、“某个实施方式”、“某些实施方式”或其它类似语言不一定都是指实施方式的相同组合，并且可以在一个或多个实施方式中以任何合适方式组合所描述的特征、结构或特性。
[0087]本领域的普通技术人员应当容易理解，如上讨论的本发明可以用不同次序的步骤来实践，和/或用具有与所公开构造不同的构造的元件来实践。因此，尽管已经基于这些优选实施方式描述了本发明，但本领域的技术人员将清楚，某些修改形式、变形形式和替代构造将是清楚的，同时保持在本发明的精神和范围内。因此，为了确定本发明的界限，应该参考所附的权利要求书。
【权利要求】
1.一种用于产生触觉效果的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法包括: 从传感器接收输入，其中所述输入包括超感官信息； 将接收到的所述输入映射成触觉信号；以及 将所述触觉信号发送到致动器，以产生所述触觉效果。
2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中接收到的所述输入包括一个或多个互动参数，其中每个互动参数包括值； 将接收到的所述输入映射成所述触觉信号的步骤还包括当至少一个互动参数的值超过指定值时产生所述触觉信号。
3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中接收到的所述输入包括一个或多个互动参数，其中每个互动参数包括值； 将接收到的所述输入映射成所述触觉信号的步骤还包括基于至少一个互动参数的值的连续更新，连续地调制所述触觉信号。
4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述致动器包括震动致动器，并且其中所述震动致动器产生的触觉效果包括震动触觉效果。
5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述致动器包括变形致动器，并且其中所述变形致动器产生的触觉效果包括变形触觉效果。
6.一种触觉表不系统,所述触觉表不系统包括: 存储器，其被构造用于存储触觉表示模块； 处理器，其被构造用于执行所述存储器上存储的所述触觉表示模块；以及 致动器，其被构造用于输出一个或多个触觉效果； 其中所述触觉表示模块被构造用于从传感器接收输入，其中所述输入包括超感官信息； 其中所述触觉表示模块还被构造用于将接收到的所述输入映射成触觉信号；以及 其中所述触觉表示模块还被构造用于将所述触觉信号发送到致动器，以产生所述触觉效果。
7.根据权利要求6所述的触觉表示系统，其中接收到的所述输入包括一个或多个互动参数，其中每个互动参数包括值； 其中所述触觉表示模块还被构造用于当至少一个互动参数的值超过指定值时产生所述触觉信号。
8.根据权利要求6所述的触觉表示系统，其中接收到的所述输入包括一个或多个互动参数，其中每个互动参数包括值； 其中所述触觉表示模块还被构造用于基于至少一个互动参数的值的连续更新，连续地调制所述触觉信号。
9.根据权利要求6所述的触觉表示系统，其中所述致动器包括震动致动器，并且其中所述震动致动器产生的触觉效果包括震动触觉效果。
10.根据权利要求6所述的触觉表示系统，其中所述致动器包括变形致动器，并且其中所述变形致动器产生的触觉效果包括变形触觉效果。
11.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有指令，所述指令当被处理器执行时致使所述处理器产生触觉效果，产生所述触觉效果的步骤包括:从传感器接收输入，其中所述输入包括超感官信息； 将接收到的所述输入映射成触觉信号；以及 将所述触觉信号发送到致动器，以产生所述触觉效果。
12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中接收到的所述输入包括一个或多个互动参数，其中每个互动参数包括值； 将接收到的所述输入映射成所述触觉信号的步骤还包括当至少一个互动参数的值超过指定值时产生所述触觉信号。
13.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中接收到的所述输入包括一个或多个互动参数，其中每个互动参数包括值； 将接收到的所述输入映射成所述触觉信号的步骤还包括基于至少一个互动参数的值的连续更新，连续地调制所述触觉信号。
14.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述致动器包括震动致动器，并且其中所述震动致动器产生的触觉效果包括震动触觉效果。
15.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述致动器包括变形致动器，并且其中所述变形致动器产生的触 觉效果包括变形触觉效果。
【文档编号】G06F3/01GK103677250SQ201310360319
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2012年8月29日
【发明者】D·伯恩鲍姆, C·J·尤尔里奇, D·格兰特, A·莫达里斯, J·M·克鲁兹-埃尔南德斯 申请人:英默森公司