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CN108279770A - 用于基于接近的触觉反馈的系统和方法 - Google Patents

用于基于接近的触觉反馈的系统和方法 Download PDF

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CN108279770A
CN108279770A CN201711322141.5A CN201711322141A CN108279770A CN 108279770 A CN108279770 A CN 108279770A CN 201711322141 A CN201711322141 A CN 201711322141A CN 108279770 A CN108279770 A CN 108279770A
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sensor
touch
processor
haptic
sensor signal
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CN201711322141.5A
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瓦希德·柯侯斯卡瓦
阿卜戴尔瓦哈布·哈马姆
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Immersion Corp
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Abstract

本公开提供了用于基于接近的触觉反馈的系统和方法。本文公开的一个说明性设备包括能够检测与触敏设备的非接触交互并输出第一传感器信号的接近传感器。该设备还包括用于检测触敏设备上的触摸并输出第二传感器信号的触摸传感器。所公开的设备还包括处理器，该处理器被配置为：接收第一和第二传感器信号、至少部分地基于第一和第二传感器信号来生成触觉输出信号、将触觉输出信号发送到触觉输出设备。所公开的设备中的触觉输出设备然后输出触觉效果。

Description

用于基于接近的触觉反馈的系统和方法
技术领域
本公开总体涉及用户界面设备。更具体地，但不通过限制的方式，本公开涉及用于基于接近的触觉反馈的系统和方法。
背景技术
许多现代设备包括可以由用户用来与设备进行交互的触敏输入设备。然而，这类设备可能难以操作。此外，在一些情况下，这类设备可能用于其中用户在使用期间不能或不愿意查看设备的情况。这类设备可能受益于存在触觉反馈。
发明内容
本公开的各个实施例提供了用于基于接近的触觉反馈的系统和方法。
在一个实施例中，本公开的设备可以包括能够检测与触敏设备的非接触交互并且输出第一传感器信号的接近传感器。该设备还包括能够检测触摸并且输出第二传感器信号的触摸传感器。一个这类设备还包括处理器，该处理器被配置为：接收第一和第二传感器信号、至少部分地基于第一和第二传感器信号来生成触觉输出信号、以及将触觉输出信号发送到触觉输出设备，该触觉输出设备然后输出触觉效果。
在另一实施例中，本公开的方法可以包括通过接近传感器检测与触敏设备的非接触交互，并且向处理器发送与非接触交互相关联的第一传感器信号。该方法还包括通过触摸传感器检测触敏表面上的触摸，并且向处理器发送与触摸相关联的第二传感器信号。该方法还可以包括：由处理器接收第一和第二传感器信号、由处理器至少部分地基于第一和第二传感器信号来生成触觉输出信号、以及由处理器将触觉输出信号发送到触觉输出设备。该方法还可以包括响应于触觉输出信号由触觉输出设备输出触觉效果。又一实施例包括用于实现这样的方法的计算机可读介质。
提及这些说明性实施例不是为了限制本主题或定义本主题的限制，而是为了提供示例以辅助对其的理解。在具体实施方式中讨论了说明性示例，并且在其中提供了进一步的描述。可以通过检查本说明书和/或通过实施所要求保护的主题的一个或多个实施例来进一步理解各个示例所提供的优势。
附图说明
在本说明书的其余部分更具体地阐述了完整和可以实现的公开。本说明书参考以下附图。
图1是示出根据一个实施例的用于基于接近的触觉反馈的系统的框图。
图2A和图2B示出了根据一个实施例的双接近传感器和触觉执行器设备的实施例。
图3示出了根据另一实施例的双接近传感器和触觉执行器设备的实施例。
图4是用于执行用于提供基于接近的触觉反馈的方法的步骤的流程图。
图5是用于执行用于提供基于接近的触觉反馈的另一方法的步骤的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考各个示例和替代的说明性示例和附图。每个实例通过解释的方式被提供，并且不作为限制。对于本领域技术人员明显的是，可以做出修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分而被示出或描述的特征可用于另一实施例中以产生又一实施例。因此，本公开旨在包括落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。
说明性基于接近的触觉反馈
本公开的一个说明性实施例包括诸如智能电话或智能手表之类的计算设备。该计算设备包括传感器、存储器、触觉输出设备、以及与这些元件中的每一个进行通信的处理器。
在说明性实施例中，传感器可以包括双模传感器。例如，传感器能够检测用户的手指接近但不接触触敏表面，并且还能够检测用户的手指何时接触触敏表面。传感器还能够以接触或非接触模式来检测手指相对于触敏表面的大致位置。一个这类传感器利用电容来进行感测。
在说明性实施例中，传感器检测当手指或其他对象靠近传感器时电容的变化。例如，用户的皮肤是绝缘体，并且皮肤下面的液体是导电层。当用户的手指靠近传感器时，传感器的电容在触敏表面上的特定点附近改变。电容的改变可以在用户的手指接触表面之前发生。因此，传感器能够在用户的手指或其他对象靠近但尚未接触表面时检测到用户的手指或其他对象。
响应于检测到存在用户的手指，传感器生成传感器信号并将其发送到设备的处理器。传感器信号包括与用户的手指的位置相关联的三维信息。例如，与用户的手指的位置相关联的信息可以包括反映手指距触敏设备的表面的距离、和/或手指施加在触敏服务上的压力的数据(例如，手指的位置的Z分量)。该信息还可以包括反映手指与表面接触的位置或(若手指不接触)手指曾经与表面接触的位置的数据(例如，手指的位置的X和Y分量)。
处理器接收传感器信号并确定手指的位置。在说明性实施例中，处理器还可以确定例如在触敏界面上显示的用户界面的元素的位置。给定两条信息，处理器然后可以确定手指应该在哪个方向移动以便与用户界面元件接触。
在说明性实施例中，一旦处理器已经确定了手指应该以何种方式移动，则处理器生成适当的触觉效果以向用户提供信息。例如，可以使用效果的幅值和频率来传达方向。处理器然后可以将触觉输出信号发送到触觉输出设备。触觉输出设备接收信号并基于该信号将触觉效果输出到用户。在一个这样的实施例中，电容传感器还用作触觉输出设备。
说明性实施例可以用于任何数目的应用。例如，用户可能正在操作汽车，并且希望通过例如使无线电设备静音而不将其视线离开道路来与收音机交互。无线电设备可以包括本文描述的说明性触敏界面和传感器。当用户的手指靠近在表面上显示的无线电控制上的静音按钮时，传感器检测到用户的手指。处理器确定手指正在靠近表面的何处，并且还确定静音按钮在表面上被显示在何处。处理器然后确定手指必须在哪个方向移动以与按钮进行交互。处理器生成适当的触觉输出信号并将其传输到传感器，在该实施例中，该传感器也用作触觉输出设备。传感器将触觉信号输出到用户，并且她能够移动她的手指以便手指在按钮的位置处接触表面。
给出这些说明性示例以向读者介绍本文讨论的一般主题，并且不旨在要限制所公开的概念的范围。以下部分参考附图描述了各种另外的特征和示例，在附图中，相同的标号指示相同的元件，并且使用方向性描述来描述说明性示例，但如同说明性示例，不应该用来限制本公开。
用于针对机会显示的触觉反馈的说明性系统
图1是示出根据一个实施例的用于触觉反馈显示的系统100的框图。在图1所示的实施例中，系统100包括计算设备101。尽管图1所示的系统100在该实施例中包括单个集成计算设备101。在其他实施例中，系统100可以包括彼此通信的多个独立设备。
图1所示的计算设备101包括经由总线106与其他硬件元件进行通信的处理器102。计算设备101可以包括：例如，移动设备(例如，智能电话)、平板计算机、电子阅读器、智能手表、头戴式显示器、眼镜、可穿戴设备、汽车仪表板、电器上的触敏屏、或任意其他适当的设备。
图1所示的实施例还包括存储器104。存储器104可以包括任意适当的有形(和非暂态)计算机可读介质(例如，RAM、ROM、EEPROM等)，并且体现配置计算设备101的操作的程序组件。在所示的实施例中，计算设备101还包括一个或多个网络接口设备110、输入/输出(I/O)接口组件112和存储装置114。
网络接口设备110可以表示有助于网络连接的任意组件中的一个或多个。示例包括但不限于有线接口(例如，以太网、USB、IEEE 1394)和/或无线接口(例如，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)。
I/O组件112可用于促进到设备的有线或无线连接，例如，一个或多个显示器134、游戏控制器、键盘、鼠标、操纵杆、照相机，按钮、扬声器、麦克风、和/或用于输入或输出数据的其他硬件。存储装置114表示非易失性存储器，例如，包括在计算设备101中的或耦合到处理器102的固态、磁、光、或其他存储介质。
计算设备101还包括触敏表面116或者与触敏表面116进行通信。触敏表面116表示被配置为感测用户的触觉输入的任意表面。一个或多个触摸传感器108被配置为检测触摸区域中的触摸(例如，当对象接触触敏表面116时)，并且向处理器102发送与触摸相关联的信号。
触摸传感器108可以另外地或替代地包括其他类型的传感器。例如，可以使用具有触敏表面116的视图的光学传感器来确定触摸位置。作为另一示例，触摸传感器108可以包括安装在显示器的侧面上的发光二极管(LED)指状检测器。在一些实施例中，触摸传感器108可以被配置为检测用户交互的多个方面。例如，触摸传感器108可以检测用户交互的速度、压力和方向，并且将该信息合并到发送给处理器102的信号中。
在另一实施例中，传感器包括在半柔性绝缘体内的线圈形状的导电纳米颗粒。线圈形状允许纳米颗粒的更多柔性、可拉伸性和自感特性。这类材料的例子包括卷绕的碳纳米管、纳米金属(铜、银等)或导电聚合物(共轭聚合物)，不包括绝缘体材料。当用户以非接触模式与这样的传感器进行交互时，用户的手指与制造的传感器之间的互感和/或互电容发生变化。
在一些实施例中，计算设备101包括组合计算设备101的触敏表面116和显示器134的触摸使能显示器。触敏表面116可以对应于显示器134外部，或显示器134的组件之上的一层或多层材料。在其他实施例中，计算设备101包括触敏表面116，该触敏表面116可被映射到包括在与设备101相接口的系统11所包括的显示器134中提供的图形用户界面。
在一些实施例中，计算设备101包括一个或多个接近传感器132。在一些实施例中，传感器132可以包括基于电容的传感器。例如，在一个这样的实施例中，传感器132包括智能材料。在其他实施例中，接近传感器可以包括光学传感器，其中，光的散射或反射是检测用户的手指的基础。这样的实施例可以具有较长范围的检测。这类传感器可以包括例如红外、激光和其他光源。这类传感器可以包括基于光电阻器的系统，其中，用户的手指在靠近表面时阻挡光线，使得系统可以检测到用户的手指。
在一些实施例中，处理器102可以与单个传感器132进行通信，并且在其他实施例中，处理器102可以与多个传感器132进行通信。传感器132被配置为向处理器102发送传感器信号。
在图1所示的实施例中，系统100还包括与处理器102进行通信的触觉输出设备118。触觉输出设备118被配置为响应于触觉信号来输出触觉效果。例如，触觉输出设备118可以响应于来自处理器102的触觉信号来输出触觉效果。在一些实施例中，触觉输出设备118被配置为输出包括下列项的触觉效果：例如，振动、挤压、刺、感知摩擦系数的改变、模拟纹理、击打感觉、电触觉效果、表面变形(例如，与计算装置101相关联的表面的变形)、基于超声或激光的效果、和/或固体、液体或气体的抽吸。此外，一些触觉效果可以顺序和/或同时使用相同或不同类型的多个触觉输出设备118。尽管图1示出了单个触觉输出设备118，但一些实施例可以使用相同或不同类型的多个触觉输出设备118来产生触觉效果。
在一些实施例中，触觉输出设备118与处理器102进行通信并且在计算设备101内部。在其他实施例中，触觉输出设备118在计算设备101外部并且与计算设备101进行通信(例如，经由有线接口(例如，以太网、USB、IEEE 1394)和/或无线接口(例如，IEEE 802.11、蓝牙或无线电接口))。例如，触觉输出设备118可以与可穿戴设备(例如，腕带、手镯、帽子、头带等)相关联(例如，耦合到)，并且可被配置为接收来自处理器102的触觉信号。
在一些实施例中，触觉输出设备118被配置为输出包括振动的触觉效果。触觉输出设备118可以包括例如下列项中的一项或多项：压电执行器、诸如电动机之类的电磁执行器、偏心旋转质量电机(ERM)、音圈、螺线管、形状记忆合金或聚合物、基于热的执行器、激光、电粘附执行器、平行板执行器、微流体系统、电活性聚合物、或线性谐振执行器(LRA)。
在一些实施例中，触觉输出设备118被配置为输出调制与触觉输出设备118相关联的表面的感知的摩擦系数的触觉效果。在一个实施例中，触觉输出设备118包括超声执行器。超声执行器可以以超声频率(例如，20kHz)振动，增加或减少与触觉输出设备118相关联的表面的感知摩擦系数。在一些实施例中，超声执行器可以包括压电材料。
在一些实施例中，触觉输出设备118使用静电吸引力(例如，通过使用静电执行器)来输出触觉效果。触觉效果可以包括与计算设备101相关联的表面(例如，触敏表面116)上的模拟纹理、模拟振动、击打感觉、或感知摩擦系数变化。在一些实施例中，静电执行器可以包括导电层和绝缘层。导电层可以是任意半导体或其他导电材料，例如，铜、铝、金或银。绝缘层可以是玻璃、塑料、聚合物或任意其他绝缘材料。此外，处理器102可以通过对导电层施加电信号(例如，AC信号)来操作静电执行器。在一些实施例中，高压放大器可以生成AC信号。电信号可以在导电层和靠近或触摸触敏表面116的对象(例如，用户的手指或其他身体部位、或触笔)之间产生电容耦合。改变对象和导电层之间的吸引水平可以改变用户所感知的触觉效果。
在一些实施例中，触觉输出设备118包括被配置为输出变形触觉效果的变形设备。变形触觉效果可以包括升高或降低与计算设备101相关联的表面的部分。例如，变形触觉效果可以包括升高触敏表面116的部分。在一些实施例中，变形触觉效果可以包括弯曲、折叠、滚动、扭曲、挤压、折曲、改变形状、或以其他方式变形与计算设备101相关联的表面。例如，变形触觉效果可以在计算设备101或与计算设备101相关联的表面(例如，触敏表面116)上施加力，以使其弯曲、折叠、滚动、扭曲、挤压、折曲、改变形状、或以其他方式变形。
在一些实施例中，触觉输出设备118包括被配置用于输出变形触觉效果(例如，用于弯曲或变形与计算设备101相关联的表面)的流体。例如，流体可以包括智能凝胶。智能凝胶包括流体，该流体具有响应于一个或多个刺激(例如，电场、磁场、温度、紫外光、摇动或pH变化)而改变的机械或结构特性。例如，响应于刺激，智能凝胶可以改变刚度、体积、透明度和/或颜色。在一些实施例中，刚度可以包括与计算设备101相关联的表面(例如，触敏表面116)抵抗变形的阻力。在一些实施例中，一个或多个线缆可被嵌入或耦合到智能凝胶。当电流流过线缆时，散发热量，使得智能凝胶扩展或收缩，这可以使得计算设备101或与计算设备101相关联的表面变形。
作为另一示例，流体可以包括流变(例如，磁流变或电流变)流体。流变流体包括悬浮在流体(例如，油或水)中的金属颗粒(例如，铁颗粒)。响应于电场或磁场，流体中分子的顺序可以重新排列，改变了流体的总体阻尼和/或粘度。这可以使得计算设备101或与计算设备101相关联的表面变形。
在利用基于变形的触觉效果的其他实施例中，触觉输出设备118包括机械变形设备。例如，在一些实施例中，触觉输出设备118可以包括耦合到旋转变形组件的臂的执行器。变形组件可以包括例如椭圆形、星形或波纹形状。变形组件可以被配置为以一些旋转角度而非其他角度来移动与计算设备101相关联的表面。执行器可以包括压电执行器、旋转/线性执行器、螺线管、电活性聚合物执行器、大纤维复合(MFC)执行器、形状记忆合金(SMA)执行器、和/或其他执行器。当执行器旋转变形组件时，变形组件可以移动表面，使其变形。在这样的实施例中，变形组件可以开始于表面平坦的位置。响应于从处理器102接收到信号，执行器可以旋转变形组件。旋转变形组件可以使得表面的一个或多个部分升高或降低。在一些实施例中，变形组件可以保持在该旋转状态，直到处理器102发信号通知执行器将变形组件旋转回到其原始位置。
此外，可以使用其他技术或方法来使与计算设备101相关联的表面变形。例如，触觉输出设备118可以包括柔性表面层，该柔性表面层被配置为基于来自表面可重构触觉衬底(包括但不限于：例如，纤维、纳米管、电活性聚合物、压电元件、形状记忆合金或聚合物、或智能凝胶)的接触来使其表面变形或改变其纹理。在一些实施例中，触觉输出设备118例如利用变形机构(例如，耦合到线缆的电机)、空气或流体袋、材料的局部变形、谐振机械元件、压电材料、微机电系统(“MEMS”)元件或泵、热流体袋、可变孔隙率膜、或层流调节来进行变形。
尽管在图1所示的实施例中，接近传感器132和触摸传感器108被示出为分离的元件，但在一些实施例中，它们可以被组合为计算设备101的单个组件。例如，在一些实施例，触摸传感器108包括用于感测与触敏表面的接触和非接触交互二者的双接近和触摸传感器。在又一实施例中，触摸传感器108、接近传感器132和触觉输出设备118被组合成单个组件，该单个组件能够检测与设备的接触和非接触交互，并且在接触和非接触交互期间向用户提供触觉效果。
转到存储器104，描绘了模块124、126和128以示出在一些实施例中可以如何配置设备以提供触觉效果。在该示例中，检测模块124配置处理器102来经由触摸传感器108监测触敏表面116以确定触摸的位置。例如，检测模块124可以对触摸传感器108进行采样以便跟踪对象(例如，用户的手指)存在或不存在，并且若存在对象，则随时间跟踪对象的位置、路径、速度、加速度、压力、和/或其他特性中的一项或多项。
在一些实施例中，触觉效果确定模块126表示分析数据以选择要生成的触觉效果的程序组件。触觉效果确定模块126可以包括使用一个或多个算法或查找表来选择要输出的一个或多个触觉效果的代码。在一些实施例中，触觉效果确定模块126包括可以由处理器102用于确定触觉效果的一个或多个算法或查找表。
具体地，在一些实施例中，触觉效果确定模块126可以至少部分地基于从触摸传感器108和/或接近传感器132接收到的传感器信号来确定触觉效果。例如，处理器102可以接收来自接近传感器132的传感器信号，并且确定用户的手指靠近触敏表面116。触觉效果确定模块126然后可以至少部分地基于来自接近传感器的传感器信号来确定触觉效果。例如，在一个这样的实施例中，触觉效果确定模块126可以确定第一触觉效果，该第一触觉效果被输出到与计算设备101相关联的用户，以向用户指示用户在手指靠近触敏表面116时应该以某种方式移动手指。
在一些实施例中，计算设备101可以包括一个或多个触觉输出设备118，其用于提供与相对于计算设备101的触敏表面116的接近和位置相关联的各种输出效果。在一些实施例中，触觉效果确定模块126可以包括基于手指接近的位置、或基于触敏表面116上的触摸来确定要输出的触觉效果的代码，以及选择要提供的一个或多个触觉效果以便模拟效果的代码。例如，可以基于触摸的位置来选择不同的触觉效果，以便在显示器134上模拟虚拟对象(例如，虚拟按钮、拨号盘或控制杆)的存在。
在一些实施例中，触觉效果确定模块126包括基于事件来确定触觉效果的代码。如本文使用的，事件是在计算设备101的操作期间发生的任意交互、动作、冲突或其他事件，其可能潜在地包括相关联的触觉效果。例如，在一些实施例中，事件可以包括用户输入(例如，按钮按压、操纵操纵杆、或以其他方式与触敏表面116进行交互)、系统状态(例如，低电量、低存储器、或系统通知(例如，基于系统接收消息、来电、通知或更新而生成的通知))、发送数据、接收数据、或程序事件(例如，若程序是游戏，则程序事件可包括爆炸、枪声、碰撞，游戏角色之间的交互、前进到新的水平、或在颠簸地形上驾驶)。
在一些实施例中，触觉效果生成模块128表示使得处理器102生成触觉信号并将其发送到触觉输出设备118以生成所选择的触觉效果的编程。在一些示例中，触觉效果生成模块128使得触觉输出设备118生成由触觉效果确定模块126确定的触觉效果。例如，触觉效果生成模块128可以访问所存储的波形或命令以发送到触觉输出设备118来创建所选择的触觉效果。在一些实施例中，触觉效果生成模块128可以包括用于确定触觉信号的算法。触觉效果生成模块128可以包括用于确定触觉效果的目标坐标(例如，计算设备101上(例如，在触敏表面116上输出触觉效果)的位置的坐标)的算法。
说明性双接近和压力传感器实施例
图2A和图2B是根据本公开的一个实施例的双接近和压力传感器的图示。在所示的附图中，基于非接触电容和接触压力的传感器被集成在智能材料触觉执行器202中。这样的传感器/执行器组合在本文中可被称为集成传感器。
在图2A所示的实施例中，用户的手部200(并且具体地，用户的手指)正在靠近执行器202的表面。执行器202包括三层。第一层是薄绝缘体204。
在图2A和图2B所示的实施例中，第二层204是电活性聚合物(EAP)，例如，PVDF、压电或介电弹性体。在该层的一侧上施加均匀的电极图案。在一侧上施加图案允许创建位置触觉执行。在其他实施例中，EAP的两侧都可以施加这样的电极的阵列。然而，在所示的实施例中，在电活性聚合物的另一侧上施加电极的网络阵列。因此，如图所示，第二层206包括一侧具有均匀的电极图案并且另一侧具有网络图案的电活性聚合物。
第三层208是弹性体(例如，橡胶)层，其被放置在施加电极的网络阵列的第二层206的表面之下。最后，将电极的网络阵列放置在第三层208的与第二层206相对的一侧上，以完成传感器。软材料用作其中电极分散在图案中的电容的绝缘体。以这种方式，电极可用于触发智能材料执行器。
这样的实施例提供了接触模式和非接触模式。在非接触模式中，用户手指200向系统(串联)增加另一电容，从而传感器/执行器可以基于总电容的改变来识别手指。
在这样的实施例中，用户还可以如图2B所示进行按压(接触模式)，从而压缩绝缘体材料208(弹性体层)，电容改变并且传感器能够测量压力水平(压力越大，绝缘体材料的厚度越低)。
关于图2所描述的实施例的各种修改和替代是可能的。例如，在一些实施例中，相同类型的材料可以用作执行器和传感器。例如，在一些实施例中，弹性体(例如，橡胶)可以用作传感器和执行器二者。EAP可以包括例如介电弹性体(DEA)、PVDF、或表现出压电响应的任意其它材料、或电致伸缩材料。在一些实施例中，EAP可以用作传感器和执行器二者。在一些这类实施例中，例如，当结合显示器使用时，各个层被配置为透明的以使得可以通过传感器/执行器来查看显示器。
所示实施例中的顶层202是绝缘体，以避免当用户接触表面时可能电击设备的用户。在其他实施例中，可以去除顶层，但与用户接触的第二层206的电极然后被接地。
图2A和图2B中所示的双接近传感器和触觉执行器可以用于提供各种触觉效果。例如，执行器202可以用于提供静态静电摩擦感觉。尽管图2A和图2B所示的双接近传感器和触觉执行器被示出为包括三个层的单个设备，但可以以任何数目的方式来构建传感器/执行器。例如，设备200可被实现为图2A和图2B所示的多个设备202，其被布置为形成表面，例如，通过将十六个设备202布置为传感器/执行器设备202的四乘四的网格。
图3示出了根据实施例的双接近传感器和触觉执行器设备的一个实施例。在图3所示的实施例中，示出了底层208的一个表面。在所示的实施例中，电极被布置为包括七个列302和四个行304的网络阵列。其他实施例可以包括以任意适当的方式布置的任意适当数目的电极。
用于提供触觉反馈的说明性方法
图4是根据一个实施例的用于执行用于提供针对机会显示的触觉反馈的方法400的步骤的流程图。在一些实施例中，图4中的步骤可以在可由处理器(例如，通用计算机、移动设备或服务器中的处理器)执行的程序代码中实现。在一些实施例中，这些步骤可以由一组处理器来实现。在一些实施例中，图4所示的一个或多个步骤可以被省略、或可以以不同的顺序来执行。类似地，在一些实施例中，还可以执行图4未示出的另外的步骤。下面的步骤参考上面关于图1所示的设备所描述的组件来进行描述。
当计算设备101的接近传感器132检测到接近触敏表面116的用户的手指时，方法400在步骤402处开始。例如，接近传感器132可以是当用户的手指靠近传感器时感测电容的变化的电容传感器。接近传感器132接下来向处理器102发送接近传感器信号。
该方法在步骤404处继续，其中，接近传感器向处理器102发送接近传感器信号，然后当处理器102接收到接近传感器信号时，在步骤406处继续。当处理器102至少部分地基于接近传感器信号确定触觉效果时，方法400在步骤408处继续。例如，处理器102可以被配置为指导用户和在触敏表面116上显示的用户界面要素的交互。因此，处理器102确定将使得用户沿适当方向移动她的手指的触觉效果。在一些实施例中，触觉效果可以包括一个或多个触觉效果。例如，触觉效果可以包括基于对用户界面要素的指导的触觉效果和基于从用户的手指到控件的距离的触觉效果，例如，对应于较远距离的较大幅值和频率以及朝向触敏表面的顶部的方向。
当处理器102向触觉输出设备118发送与触觉效果相关联的触觉信号时，该方法在步骤410处继续。在一些实施例中，处理器102可以向触觉输出设备118发送一个或多个触觉信号。在一些实施例中，触觉效果生成模块128使得处理器102生成触觉信号并将其发送到触觉输出设备118。
当触觉输出设备118输出触觉效果时，方法400在步骤412处继续。在一些实施例中，触觉效果包括振动、表面变形、挤压、刺、和/或固体、液体或气体的抽吸。在其他实施例中，触觉效果可以包括对设备的摩擦系数的改变。在又一实施例中，触觉效果可以包括振动。
图5是用于执行用于提供基于接近的触觉反馈的另一方法的步骤的流程图。与图4所示的方法类似，在一些实施例中，图5中的步骤可以在可由处理器(例如，通用计算机、移动设备或服务器中的处理器)执行的程序代码中实现。在一些实施例中，这些步骤可以由一组处理器来实现。在一些实施例中，图5所示的一个或多个步骤可以被省略、或可以以不同的顺序来执行。类似地，在一些实施例中，还可以执行图5未示出的另外的步骤。下面的步骤参考上面关于图1所示的设备所描述的组件来进行描述。
当计算设备101的触摸传感器108检测到接触触敏表面116的用户的手指时，方法500在步骤502处开始。例如，触摸传感器108可以是当用户的手指触摸传感器108时感测电容变化的电容传感器。触摸传感器108可以与接近传感器132和/或与触觉输出设备118相集成。触摸传感器108接下来向处理器102发送触摸传感器信号。
该方法在步骤504处继续，其中，触摸传感器108生成信号并将该信号发送到处理器102。在步骤506处，处理器102接收触摸传感器信号。当处理器102至少部分地基于触摸传感器信号和接近信号来确定触觉效果时，方法500在步骤508处继续。例如，处理器102可以被配置为输出与在触敏表面116上显示的用户界面要素上的特定控件相关联的特定触觉效果。还可以基于接近传感器信号来修改这样的触觉效果、或将这样的触觉效果与另一触觉效果相组合。在一些实施例中，触觉效果可以包括一个或多个触觉效果。例如，触觉效果可以包括旨在确认“推”虚拟按钮的触觉效果。
当处理器102向触觉输出设备118发送与触觉效果相关联的触觉信号时，该方法在步骤510处继续。在一些实施例中，处理器102可以向触觉输出设备118发送一个或多个触觉信号。在一些实施例中，触觉效果生成模块128使得处理器102生成触觉信号并将其发送到触觉输出设备118。
当触觉输出设备118基于显示设备136的可用性和位置来输出触觉效果时，方法500在步骤512处继续。在一些实施例中，触觉效果包括振动、表面变形、挤压、刺、和/或固体、液体或气体的抽吸。在其他实施例中，触觉效果可以包括对设备的摩擦系数的改变。在又一实施例中，触觉效果可以包括振动。
基于接近的触觉反馈的优势
本公开的实施例在各种实现方式中提供优势。例如，如上所述，结合汽车中的用户界面、或其中用户可能希望与用户界面进行交互并同时集中于车辆外部的实施例，提供了允许操作员集中于道路或任意外部元素并同时与用户界面进行交互的益处。例如，重型设备操作员可以继续观看设备上的工具，并同时与车辆上的用户界面进行交互。本公开的实施例在小屏幕设备中也可以是有利的。例如，结合基于邻近的触觉反馈的手表可以允许用户在小屏幕上更精确地选择控制。
其他实施例当在移动设备(例如，电话)中实现时可能是有利的。这样的实现方式可以允许用户在不看屏幕的情况下导航用户界面。例如，若用户正在跑步并用手握住电话，则用户可以在不看屏幕的情况下导航用户界面。另一类似的实施例将包括游戏控制器。利用这样的实施例，用户能够集中于屏幕并同时与用户界面进行交互，而无需大量地查看在游戏控制器上显示的用户界面。
总体考虑
上面讨论的方法、系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略、替代、或添加各种程序或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行方法，和/或可以添加、省略、和/或组合各个阶段。此外，相对于一些配置所描述的特征在各种其他配置中可被组合。可以以类似的方式来组合配置的不同方面和要素。此外，技术在发展，因此许多要素是示例并且不限制本公开或权利要求的范围。
在描述中给出具体细节以提供对示例配置(包括实现方式)的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施配置。例如，公知的电路、过程、算法、结构和技术已经在没有不必要的细节的情况下被示出，以便避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围、适用性或配置。相反，配置的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
此外，配置可以被描述为被描绘为流程图或框图的过程。尽管各自可以将操作描述为顺序过程，但许多操作可以并行或同时执行。此外，可以重新排列操作的顺序。过程可以具有未包括在附图中的另外的步骤。此外，方法的示例可以通过硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言、或其任意组合来实现。当在软件、固件、中间件或微码实现时，执行必要任务的程序代码或代码段可被存储在诸如存储介质之类的非暂态计算机可读介质中。处理器可以执行所描述的任务。
已经描述了若干示例配置，在不脱离本公开的精神的情况下，可以使用各种修改、替代构造和等同物。例如，以上要素可以是更大系统的组件，其中，其他规则可以优先于或以其他方式修改本发明的应用。此外，可以在考虑以上要素之前、期间或之后进行多个步骤。因此，以上描述不限制权利要求的范围。
本文对“适用于”或“配置为”的使用表示开放性和包容性的语言，不排除设备适用于或配置为执行另外的任务或步骤。此外，对“基于”的使用旨在是开放性和包容性的，“基于”一个或多个所叙述的条件或值的过程、步骤、计算、或其他动作在实践中可以基于除了所叙述之外的另外的条件或值。本文包括的小标题、列表、以及编号仅是为了便于解释，并且不意味着限制。
根据本主题的各方面的实施例可以在数字电子电路中、在计算机硬件、固件、软件、或前述的组合中实现。在一个实施例中，计算机可以包括一个或多个处理器。处理器包括或可以访问计算机可读介质，例如，耦合到处理器的随机存取存储器(RAM)。处理器执行存储在存储器中的计算机可执行程序指令，例如，执行包括传感器采样例程、选择例程和其他例程的一个或多个计算机程序以执行上述方法。
这类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。这类处理器还可以包括可编程电子设备，例如，PLC、可编程中断控制器(PIC)、可编程逻辑设备(PLD)、可编程只读存储器(PROM)、电子可编程只读存储器(EPROM或EEPROM)、或其他类似设备。
这类处理器可以包括介质或可以与介质进行通信，例如，有形计算机可读介质，其可以存储指令，当由处理器执行时，这些指令可以使得处理器执行本文描述的如由处理器执行或辅助的步骤。计算机可读介质的实施例可以包括但不限于能够提供具有计算机可读指令的处理器(例如，网络服务器中的处理器)的电子、光、磁、或其他存储设备。介质的其他示例包括但不限于：软盘、CD-ROM、磁盘、存储器芯片、ROM、RAM、ASIC、配置的处理器、所有光学介质、所有磁带或其他磁介质、或计算机处理器可以从其进行读取的任意其他介质。此外，各种其他设备可以包括计算机可读介质，例如，路由器、专用或公共网络、或其他传输设备。所描述的处理器和处理可以在一个或多个结构中，并且可以通过一个或多个结构来分散。处理器可以包括用于执行本文描述的方法(或方法的部分)中的一个或多个的代码。
尽管本主题已经相对于其中的具体实施例进行了详细描述，但将理解的是，本领域技术人员在获得对上述内容的理解之后可以容易地产生对这些实施例的更改、变化和等同物。因此，应理解的是，本公开为了示例而非限制的目的被呈现，并且不排除包括如对于本领域普通技术人员将显而易见的对本主题的这类修改、变化和/或添加。

Claims (19)

1.一种设备，包括：
接近传感器，所述接近传感器能够检测与触敏设备的非接触交互并输出第一传感器信号；
触摸传感器，所述触摸传感器能够检测与触敏输入设备的触摸并输出第二传感器信号；
触觉输出设备，所述触觉输出设备被配置为接收触觉输出信号并响应于所述触觉输出信号输出触觉效果；以及
处理器，所述处理器被配置为：
接收所述第一传感器信号和所述第二传感器信号；
至少部分地基于所述第一传感器信号和所述第二传感器信号来生成触觉输出信号；以及
将所述触觉输出信号发送到所述触觉输出设备。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接近传感器被集成到所述触敏输入设备中。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接近传感器包括电容式传感器或光学传感器中的一者。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述触觉输出信号被设计为指导用户在特定位置处接触所述触敏设备。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，集成传感器包括所述接近传感器和所述触摸传感器。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述集成传感器还包括所述触觉输出设备。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述集成传感器包括电活性聚合物。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述电活性聚合物包括第一侧和第二侧，其中所述第一侧具有固定于其上的均匀电极图案层，并且所述第二侧具有固定于其上的网络电极图案层。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括弹性体层，所述弹性体层具有第一侧和第二侧，其中所述第一侧具有固定于其上的网络图案电极层，并且所述第二侧被配置为与所述电活性聚合物的第二侧相邻。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括绝缘体层，所述绝缘体层与所述电活性聚合物的第一侧相邻。
11.根据权利要求3所述的设备，其中，所述光学传感器包括激光器、红外发射器、或光电阻器中的一个。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述触觉输出设备包括静电摩擦执行器。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述触觉输出设备包括空气抽吸执行器。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述触摸传感器能够检测压力，并且其中所述触觉输出信号至少部分地基于检测到的压力。
15.一种方法，包括：
通过接近传感器检测与触敏设备的非接触交互；
通过触摸传感器检测触敏输入设备上的触摸；向处理器发送与所述非接触交互相关联的第一传感器信号；
向处理器发送与所述触摸相关联的第二传感器信号；
由所述处理器接收所述第一传感器信号和所述第二传感器信号；
由所述处理器至少部分地基于所述第一传感器信号和所述第二传感器信号来生成触觉输出信号；
由所述处理器将所述触觉输出信号发送到触觉输出设备；以及
由所述触觉输出设备响应于所述触觉输出信号来输出触觉效果。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述触觉输出信号被设计为指导用户在特定位置处接触所述触敏设备。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，输出触觉效果包括通过静电摩擦执行器来输出静电摩擦触觉效果。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，输出触觉效果包括通过空气抽吸执行器来输出空气抽吸触觉效果。
19.一种编码有可执行程序代码的计算机可读非暂态介质，所述计算机可读介质包括：
用于通过接近传感器检测与触敏设备的非接触交互的程序代码；
用于通过触摸传感器检测触敏输入设备上的触摸的程序代码；
用于向处理器发送与所述非接触交互相关联的第一传感器信号的程序代码；
用于向处理器发送与所述触摸相关联的第二传感器信号的程序代码；
用于由所述处理器接收所述第一传感器信号和所述第二传感器信号的程序代码；
用于由所述处理器至少部分地基于所述第一传感器信号和所述第二传感器信号来生成触觉输出信号的程序代码；以及
用于将所述触觉输出信号发送到触觉输出设备的程序代码。
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