CN101868770B - 输入设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于用户接口的输入设备(1，25)，包括：通过映射和记录用户皮肤的变形来监视用户的移动的装置。输入设备(1，25)包括用于设置在用户皮肤上的一致性/可逆地可拉伸的材料。多个传感器(30)安装在可拉伸材料上或嵌入于其中，并且被设置为经受，和跟踪与下面皮肤的拉伸和弯曲相应的面内和面外变形。然后，基于根据检测的变形而检测的用户的移动、手势或定位来生成用于控制另一设备(26)的信号。在可佩戴电子应用中，其他设备可安装在相同的可拉伸材料上。传感器(30)可被设置为通过选择性地向用户皮肤施加振动或压力来提供主动反馈。

Description

输入设备
技术领域
本发明涉及用于用户接口的输入设备。具体地，本发明涉及被设置为通过映射和记录用户皮肤的变形而监视用户的移动的输入设备。 
背景技术
传统的用户接口通常包括位于要被控制的电子设备(例如膝上型计算机上的文本键盘、移动电话上的数字键板等)上的一组机电开关。然而，这个方法可能需要大量专用开关，以提供足够灵活的用户交互。便携式设备(例如手持游戏设备、膝上型计算机、近眼式便携式显示器(NED)、移动电话、个人多媒体播放器、个人数字助理等)受制于尺寸限制和/或最大化其他用户接口组件(例如显示屏)的尺寸的需求。提供专用开关的需求可能与这种设备的小型化冲突。例如，在近眼式显示器的情况下，由于空间限制和整个系统的脆弱性，在可提供的用户交互方案类型方面存在限制，即当用户触摸时可能被扰乱。 
一种备选方法是提供单独的输入设备，例如鼠标或远程控制器。近来，可由用户佩戴并且可通过移动或手势控制的单独输入设备的提供受到更多关注。例如，某些现有技术的输入设备采用手套的形式，其配备有各种离散传感器，用于监视用户的手的位置、姿势和/或动作。具体地，多个设备配置有应变仪，用于监视用户的手指关节的弯曲。这种输入设备的使用可允许在用户和设备之间更多自然和直观的交互。这种考虑在游戏、虚拟现实或可佩戴的电子应用中特别重要。 
发明内容
根据本发明，一种装置，包括：一致性材料，被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与皮肤的变形相一致的变形；以及多个传感器，被设置为响应于所述一致性材料的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出。 
术语“一致性材料”旨在指示一种弹性材料，其能够经受一定程度的拉伸和收缩，该程度足以检测在下面的用户皮肤的变形。 
在一致性材料上或其中，传感器可以阵列设置。例如，传感器可以在二维上延伸的布局设置。 
所述传感器可包括传感材料，其被配置为通过生成电荷来响应变形，以及所述控制器可通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视由所述传感材料生成的电荷。 
所述传感器可包括传感材料，其通过改变其电属性(例如电阻或电容)来响应变形，以及该装置包括控制器，其通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视所述电属性的改变。 
所述导体可具有非线性形状。 
所述导体可包括：第一组导体，连接在所述传感器的传感材料的各个第一表面；以及第二组导体，连接在所述传感材料的各个第二表面，以及所述控制器被设置为使用所选的所述第一组导体和所述第二组导体之一来寻址所述传感器的每个。 
所述一致性材料可包括一致性基底，所述传感材料安装在所述基底上，以及所述导体连接至所述传感器的传感材料的其各个第一表面处。备选地，所述传感材料可嵌入在所述基底中，以及所述导体连接至所述传感器的传感材料的其各个第一表面处。 
在某些实施例中，所述传感器中的至少一个包括所述传感材料的层，所述控制器通过四个所述导体连接至所述至少一个传感器，所述导体中的第一个和第二个连接至所述层的第一表面，所述导体中的第三个和第四个连接至所述层的与所述第一表面相对的第二表面，所述控制器被设置为从所述层的所述传感器相对表面获取读数，以及被设置为通过使用从所述第一个、第二个、第三个和第四个导体选择的多个导体对进行读取来执行所述监视。 
所述装置可包括：主动反馈元件，其被设置为响应于所述输出或外部无线输入在所述皮肤上施加压力。所述传感器自身用作所述主动反馈元件。可以按振动的形式重复地施加所述压力。 
所述装置可包括：处理器，其被设置为根据所述输出生成控制设备的信号。所述信号可基于所述输出的一个或多个时间导数。备选地，所述装置可被设置为向所述设备直接发送所述输出。 
通过与用户皮肤的变形相一致或跟踪用户皮肤的变形，该装置可提供多功能和精确的用户接口，其可使用大量手势和/或四肢或手指的精巧移动来控制。如果需要，该装置可被设置为生成根据关节的弯曲和/或皮肤的拉伸程度，和/或根据做出手势的速度而改变的输出信号，从而便于设备的精细控制。 
所述装置可被设置为通过关节(例如用户腕关节、指关节、脖子、膝部、肘部、脚趾或踝关节)的移动提供设备(例如电话、多媒体设备或游戏设备)的控制，或跟踪用户的四肢或手指的移动。 
这种装置可特别地适用于游戏和虚拟现实应用、轻量级可佩戴的电子设备、近眼式显示器或安装在输入设备或与其集成的小型化功能电子单元。这种设备可通过高度直观的方式提供远程指导、在外部屏幕上操纵鼠标指针、在外部设备处浏览数字内容等，而无需用户部分的高度认知能力。一致性材料的使用可使得该装置的使用舒适和/或适于佩戴。 
该装置可被设置为接收在控制信号和预定的一组输出之间的关联的指示，以及通过生成关联的控制信号来响应满足所述预定组的需求的传感器输出。备选地，该装置可被设置为接收在控制信号和所述输出的预定的一组时间导数之间的关联的指示，以及通过生成关联的控制信号来响应满足所述预定组的需求的传感器输出的时间导数。在这些方式中的任一个的情况下，可允许用户定制响应于特定移动或手势所生成的控制信号。 
这个方面还提供一种系统，包括所述装置中的至少一个以及由此控制 的设备。 
在这种系统中，该设备可被设置为根据所述输出确定用户的移动的重建，根据所述传感器的输出跟踪用户的身体的一部分的移动，以及如果需要，复制所述移动。 
所述设备可被设置为显示内容，所述装置可被设置为控制所述内容的浏览。 
所述设备可被设置为显示图像。如果需要，所述设备可被设置为周期性更新所述图像，以相应于所述输出，和/或将所述输出的指示符重叠在所述图像上。 
所述设备可以是计算机、近眼式显示器、移动电话、电话耳机。 
所述设备可自身设置在所述装置的一致性材料上。例如，所述设备可安装在一致性材料上，或嵌入于其中。所述设备可以是个人音频播放器、手表、GPS监视器等。 
这个方面还提供一种方法，包括：提供在一致性材料上集成的多个传感器，所述传感器被设置为提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出；以及使用所述传感器监视所述一致性材料的变形，所述变形与用户的皮肤的变形相一致，所述一致性材料在用户的皮肤附近。 
所述方法可包括：将所述一致性材料设置在用户的皮肤上。例如，所述材料可位于用户的关节上。 
根据本发明的第二方面，一种系统包括：近眼式显示器，被设置为显示图像；以及输入设备，包括一致性材料，其被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与皮肤的变形相一致的变形；以及多个传感器，被设置为响应于所述一致性材料的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出；处理器，被设置为根据所述输出生成信号以控制由所述近眼式显示器进行的图像的显示；以及发送器，被设置为向所述近眼式显示器发送所述信号。 
所述图像可包括光标，以及所述处理器可被设置为生成所述信号以控制所述光标在所述图像中的位置。 
所述图像可包括视觉内容，以及所述输入设备可被设置为控制所述内容的浏览。 
根据本发明的第三方面，一种系统包括：计算设备，被设置为生成用于显示的图像；以及至少一个输入设备，包括一致性材料，其被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与皮肤的变形相一致的变形；多个传感器，被设置为响应于所述一致性材料的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出；处理器，被设置为根据所述输出生成控制所述图像的显示的信号；以及发送器，被设置为向所述计算设备传送所述信号。 
所述图像可包括光标，以及所述处理器可被设置为生成所述信号以控制所述光标在所述图像中的位置。 
所述图像可包括视觉内容，以及所述输入设备可被设置为控制所述内容的浏览。 
根据本发明的第四方面，一种系统包括：移动电话；以及输入设备，包括一致性材料，其被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与皮肤的变形相一致的变形；多个传感器，被设置为响应于所述一致性材料的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出；处理器，被设置为根据所述输出生成控制所述移动电话的信号；以及发送器，被设置为向所述近眼式显示器发送所述信号。 
所述输入设备可被配置为根据所述输出生成接受和拒绝进入电话呼叫的信号。 
附图说明
现在将通过实例，参照附图描述本发明的实施例，其中： 
图1a示出当控制外部设备时，根据在第一位置的本发明第一实施例的输入设备； 
图1b示出在第二位置的图1a的输入设备； 
图2是图1a的输入设备中的传感器的网络的平面图； 
图3是图1a的输入设备的传感器网络和读出架构的透视图； 
图4是图1a的输入设备的一部分的截面图； 
图5是图1a的输入设备的框图； 
图6、7和8是根据本发明的第二、第三和第四实施例的输入设备的截面图； 
图9示出图1的输入设备与根据控制计算机的本发明第五实施例的另一输入设备的使用； 
图10示出根据本发明第六实施例的包括集成设备的输入设备； 
图11a示出当在第一位置时被设置为控制近眼式显示器装置的根据本发明第七实施例的输入设备； 
图11b示出当输入设备在第一位置时由图11a的近眼式显示器装置显示的图像； 
图12a示出当在第二位置时的图11a的输入设备； 
图12b示出当输入设备在第二位置时由图11a的近眼式显示器装置显示的图像； 
图13a示出当在第三位置时的图11a的输入设备； 
图13b示出当输入设备在第三位置时由图11a的近眼式显示器装置显示的图像； 
图14a示出当在第四位置时的图11a的输入设备； 
图14b示出当输入设备在第四位置时由图11a的近眼式显示器装置显示的图像； 
图15a示出当在第五位置时的图11a的输入设备； 
图15b示出当输入设备在第五位置时由图11a的近眼式显示器装置显示的图像；以及 
图16示出当在机器人应用中使用时的图11a的输入设备。 
具体实施方式
图1a和1b示出根据用于控制外部设备2的本发明第一实施例的输入设备1。在该特定实例中，外部设备2是个人数字助理或平板PC型设备。 
输入设备1包括管套3，其被配置为安装在用户食指5的关节4上。 
管套3被设置为与用户的皮肤一致，并且根据用户皮肤的拉伸和放松经历弹性变形。在这个特定实例中，管套3由柔软的、一致性材料构成，例如天然橡胶、硅胶、或封装输入设备1的电组件的其他弹性体或类似弹性体材料。在本发明的某些实施例中，管套3可由掺杂有导电粒子、压电粒子或类似粒子的传感合成橡胶或弹性体构成。 
图1a示出当手指5在第一个未弯曲位置时的输入设备1。经由无线通信链路6从输入设备1向外部设备2发送与手指位置相应的输出信号。 
适当无线通信链路的实例包括蓝牙(Bluetooth(RTM))连接、超低功耗蓝牙无线技术(Wibree)链路等。 
图1b示出当手指5在第二个弯曲位置时的图1a的输入设备，并且经由无线通信链路6从输入设备1向外部设备2传输相应输出信号。 
如图2、3和4所示，输入设备1包括：沿着第一方向延伸的多个弹性导体7a-7c；和沿着第二方向延伸的多个弹性导体8a-8c。导体7a-7c、8a-8c形成在管套3上或嵌入于其中，并连接多个传感器或检测模块9a-9i，以提供用于检测模块的网络的读出架构。 
在这个特定实施例中，导体7a-7c、8a-8c沿着直线延伸，以连接输入设备1的传感和处理元件。然而，在本发明的其他实施例中，导体7a-7c、8a-8c可采用其他形式。例如，导体7a-7c、8a-8c可按螺旋形方式或例如类似弹簧方式弯曲，或具有人字(zig-zag)方式以适应传感和处理元件的布局和符合整体系统的期望敏感度。导体7a-7c、8a-8c可以是金、银或铜的薄金属膜，即，具有亚微米厚度的膜。如果需要，这种膜可包括微裂缝，以增加他们的弹性。备选地，导体7a-7c、8a-8c可以是导电组合弹性层，其中的导电粒子嵌入有弹性聚合物基体。嵌入的粒子可具有微尺寸的金属粒子、纳米尺寸的碳富勒烯(fullerence，“巴基球”)、碳纳米纤维、或微观金属纤维或金属覆盖的纤维网。弹性体的这种弹性合成物或薄膜可同时地在二维上可逆地延长50％，同时保持导电性。可逆拉伸性的这种程度允许感测用户的皮肤的变形。 
在这种特定实例中，输入设备1包括3×3阵列形式的9个检测模块9a-9i。然而，在本发明的其他实施例中，可按其他方式提供和设置更多或更少检测模块9a-9i。导体7a-7c、8a-8c连接至控制器10，并用于使用开关11a-11f寻址和从各个检测模块9a-9i读出。 
每个检测模块9a-9i包括传感材料的传感元件12-12i，其中例如电荷生成、电阻或电容的电属性响应于面内和面外变形，即，当拉伸/或弯曲时而改变。根据所采用的传感元件12a-12i的类型，检测模块9a-9i可例如通过监视一个或多个局部电荷(即，由传感元件12a-12i响应于拉伸和/或弯曲、电阻改变所生成的电压)来检测弯曲和/或二维拉伸、或两者组合，其中传感元件12a-12i由灵活传感压电、电伸缩、铁电或类似材料构成，或是简单的延长传感电阻，以及其中传感元件12a-12i被配置为响应于传感元件12a-12i的拉伸和/或弯曲、局部电荷改变而改变他们的电容。这些传感技术可被使用，并且如果需要可组合，以监视三维的复合皮肤变形，并且如果需要以提供其高分辨率映射。 
用于形成传感元件12a-12i的适当材料包括薄金属电极、或压电陶瓷材料，例如，具有适当传感属性的锆钛酸铅(PZT)、聚偏氟乙烯(PVDF)、弹性体和弹性合成物和适当纳米结构的无机材料，例如高度排列的氧化锌(ZnO)纳米材料。检测模块9a-9i、导体7a-7c、8a-8c和可选地控制器10被形成管套3的弹性封装材料13覆盖。 
在管套3的封装材料13是掺杂合成橡胶或弹性体的实施例中，某些或所有传感元件12a-12i可以是管套3的一部分，而并非单独元件。 
由于用户手指5围绕关节4弯曲，则检测模块9a-9i的传感元件12a-12i经过可被监视和映射的相应复杂变形。在这个特定实例中，控制器10被设置为监视由传感元件12a-12i生成的电荷。控制器10以某个采样频率通过导体7a-7c、8a-8c获得所需局部电压的读数。导体7a-7c、8a-8c用于定位和获得从检测模块9a-9i的各个模块的读数。例如，控制器10可通过测量导体7a和8a之间的电压，通过相应地操作开关11a至11f来获得由传感元件12a生成的电荷的读数，通过可通过测量导体7a和8a之间的电压来 确定由传感元件12b生成的电荷，等等。 
根据所需的映射和监视精度来选择采样频率。根据输入设备1的特定应用，采样速率可以是相对低频率，例如25Hz，或相对高频率，例如5kHz。 
观察的局部变量(在这种情况下，由控制器10检测的生成电荷)可用于确定数据矩阵Mij，其反映应用于整体设备1和其中的传感元件12a-12i的网络的复合变形。连续读取可提供一系列矩阵Mij(t)，由此可使用局部变形来重建手指5的动作或手势的特征。 
此外，输入设备1可通过用户按压管套2的特定部分来控制。例如，如果用户使用另一个手的手指按压在管套2的一侧上，则这将引起周围传感元件12a-12i的拉伸和压缩的不同模式。 
如图5所示，输入设备1还包括信号处理器14，用于根据从传感元件12a-12i获得的读数生成输出信号。 
在这个特定实例中，微处理器15被配置为用作控制器10和信号处理器14。微处理器15还设置为执行与无线通信链路6的建立相关的功能。 
输入设备1还包括收发器16和天线17，用于经由无线通信链路6发送和接收信号。 
在本发明某些实施例中，输入设备1可被设置为通过向用户的皮肤施加压力或振动来向用户提供主动反馈。在这种情况下，控制器10可生成控制信号，或天线17和收发器16(在配置时)可被设置为从外部设备2接收控制信号。然后，控制器10可引起压力的运用，或在重复施加压力时，引起根据控制信号的振动。这种主动反馈可响应于控制器10或外部设备2生成的警报被施加，或简单地通过输入设备1提供命令输入的确收。 
在传感元件12a-12i包括例如PZT或PVDF的材料的实施例中，传感元件12a-12i可用于提供主动反馈。换句话说，传感元件12a-12i可被设置为在两个模式下运行。在第一模式下，传感元件12a在暴露于机械变形时用作检测弯曲变形的传感器。同时，在第二模式下，传感元件12a用作根据经由导体7a-7c、8a-8c从控制器10提供的信号生成机械振动的致动器。 
输入设备1可被设置为从检测模块9a-9i向外部设备2发送输出信号。 在这种情况下，外部设备2将被设置为执行软件，以基于接收的输出信号生成命令信号和/或重建用户的动作。备选地，微处理器5可被设置为处理在输出信号的传输之前的输出信号，降低输入设备1和外部设备2之间的数据量。在任一情况下，在微处理器15或外部设备2中执行的软件可被设置为生成整体地或部分地取决于皮肤变形程度、变形类型、发生变形和/或用户移动重建的速度的信号。可根据从各个检测模块9a-9i连续读取的比较获得的检测变形的时间导数来确定发生变形和/或移动重建的速度。连续读取的使用可提高可靠性和稳定性，由此输入设备1的输出信号相应于用户的移动。 
外部设备2的软件可被配置为允许用户对于输入设备1的各个手势和/或动作分配命令，以根据他们自己的偏好定制输入设备1的使用。 
在这个特定实例中，输入设备通过电池18供电，后者可使用充电电路19来再充电。 
检测模块9a-9i的密度可取决于输入设备1的应用所需的精度。在需要高精度的设置中，图2、3和4的网格型设置特别地有利，并因此对于检测模块的高密度也有利。然而，可代替网格使用其他类型的设置。 
图6、7和8中示出备选的传感设置的截面图。 
在本发明的第二实施例中，与图5的框图相应的输入设备可配置有检测模块的备选设置。如图6所示，输入设备包括设置在基底21上以传感元件20的形式的检测模块。图6中示出一个这样的传感元件20。传感元件20直接沉积或安装在基底21上，其中嵌入有弹性导体22a、22b。导体22a、22b在其表面之一的相对面连接至传感元件20。 
如先前实施例，传感元件20被设置为通过生成电荷或改变电属性(例如电阻或电容)来响应拉伸和/或弯曲。弹性导体22a、22b在传感元件20的同一侧上从相对边连接。输入设备的电组件被覆盖在封装材料13中，以形成管套。 
关于第一实施例的输入设备1的传感元件12a-12i、导体7a-7c、8a-8c和封装材料13在上文讨论了用于形成传感元件20、导体22a、22b和封装 材料13的适当材料。如上所述，传感元件20可以是形成管套的封装材料13的一部分。基底21可由例如弹性体、硅胶、丙烯酸、或聚亚安酯的弹性材料构成。 
图7示出根据本发明第三实施例的输入设备的一部分，其通过传感元件20的集成而区别于图6的输入设备。在图7的输入设备中，传感元件20嵌入在基底21中，从而弹性导体22a、22b叠加于传感元件20a、20b。 
图8示出根据本发明第四实施例的输入设备，其还包括另一备选传感器设置。除此之外，第四实施例的输入设备相应于图5的框图。 
在图8的输入设备中，传感元件23以传感材料的层的多个段的形式设置。然而，在本发明另一实施例中，传感元件可被设置为在连续层中透过管套延伸。 
弹性导体24a-24d设置在传感元件23的任一侧上。传感元件23和导体24a-24d被封装材料13覆盖。关于第一实施例的输入设备1的传感元件12a-12i、导体7a-7c、8a-8c和封装材料13在上文讨论了用于形成传感元件23、导体24a、24b和封装材料13的适当材料。 
图8的设置允许通过基于导体24a-24d的不同对组合读取来监视拉伸和弯曲。例如，可使用导体24a-24c和/或24b-24d的对来测量面内拉伸。同时，可使用交叉的导体对(例如对24a&24d和/或24b&24c)来测量面外变形，即，弯曲。可使用与图3所示类似的读出架构来获得读取，同时基于不同的导体对适当地提供多个测量。 
在图2至4、6、7和8中所示的每个实施例中，导体22a、22b被配置为，当拉伸受限、最小或甚至可忽略时改变他们的电阻。这确保了输入设备1的稳定操作。此外，当整个设备被拉伸和/或弯曲时，传感元件20、23不被遮挡。 
尽管关于用以监视在食指5的关节4周围的皮肤变形的输入设备描述了第一至第四实施例，但是可设计出其他实施例，其中将输入设备配置为位于另一关节附近，代替或除了食指5的关节4。这些关节包括食指的其他关节、其他手指的关节、腕关节、膝部、脚趾和肘部。 
如果需要，一种系统被配置为，外部设备2从多于一个输入设备接收信号，并使用软件组合所接收的信号，由此生成命令或控制信号。例如，图9示出一种设置，其中将图1的输入设备与输入设备25结合使用，以控制膝上型计算机26。图9的输入设备25类似于图1a的输入设备1，并且可通过第一至第四实施例的任一传感器设置或适当备选传感器设置来配置。然而，管套28具有允许其安装在用户腕关节周围的尺度。此外，在这个特定实例中，输入设备25配置有相比于图1a的输入设备更大数目的检测模块30。 
输入设备1与安装在腕关节的输入设备25的组合允许跟踪通常用于操作鼠标的动作。然后，用户可移动他们的腕关节，使得光标29围绕膝上型计算机26的屏幕30移动，例如用于浏览所显示的内容31，以及移动他们的手指4以选择或执行在计算机屏幕30上显示的项目，而无需在膝上型计算机26上提供鼠标或触摸键板。 
这样，根据本发明实施例的输入设备1、25可提高设备(例如膝上型计算机、PDA等)的可携带性。这种输入设备还可通过提供舒适直观地使用的用户接口来提高近眼式显示器(NED)的实用性，从而可允许在不破坏用户私密性的情况下浏览信息。 
此外，输入设备1、25中的一个或两者可被设置为关于膝上型计算机26和其中的数字内容服务的主动警报设备。例如，可从膝上型计算机26无线地通过一个或两个输入设备1、25接收警报信号，并通过上述方式启动围绕用户腕关节的设备32的挤压，或对皮肤施加压力或振动。这种警报可用于向用户通知处理的状态、经由SMS的新消息的到达或电子邮件的到达。输入设备1、25的挤压或压力/振动的施加可通过不同频率和通过与特定数字业务关联的预定脉冲结构来执行。挤压、压力或振动的频率和强度可与新到达消息的重要性关联。 
图10和11a示出了位于用户腕关节周围的其他实施例的实例。图10和11a的输入设备32、33的每个可配置有根据图2至4、6、7或8中任一个的传感器设置或适当备选传感器设置。 
在用户腕关节上的输入设备25、32、33的定位允许用户在另一设备上进行控制，而不必限制他们的手或手指的移动。此外，这个位置可能对于用户不是很舒适，因为他们可能习惯于在他们腕关节周围佩戴手表。 
与先前所述的实施例不同，图10的输入设备32被设置为控制嵌入在相同管套34中的第二设备33。第二设备22可与输入设备32的电子组件集成。在该实例中，经由有线连接执行输入设备32和第二设备33之间的通信，然而可在无线通信链路36上进行第二设备33和另一设备35之间的通信。在这种情况下，设备33可配置有发送器和/或接收器，或配置有收发器。其他设备35可以是例如移动电话、电话耳机等的设备。第二设备33可包括个人音频播放器、FM无线电接收器、GPS接收器或嵌入管套34中的数字手表，其具有用于与在适当时提供的另一设备35进行通信的组件。通过执行预定移动，用户可控制设备33以根据第二设备33的功能执行如下功能，例如接受/拒绝进入电话呼叫，通过接收的消息浏览，打开或关闭第二设备33，调节音量，改变歌曲，调谐到无线电站等。 
如上文关于图9所述，输入设备32可被设置为用作相应于从外部设备35接收的警报信号的主动警报设备。在中第二设备33包括GPS接收器并且外部设备35处理和/或确定与从第二设备33获得的用户相关的位置信息时，可使用这个警报机构向用户通知他们邻近于预定位置(例如商店或地标)。 
图11的输入设备37类似于图9的输入设备。然而，在这个特定实施例中，管套38被配置为在用户的手39的一部分上延伸。在该实例中，提供孔40用于用户的拇指穿过，以协助将输入设备37的位置保持在用户腕关节上。 
在图11a中，所示的输入设备37控制在NED 43上图像的显示。NED43配置有接收器33，用于从例如计算机45接收TV信号或其他音频视觉数据信号。备选地或额外地，NED 43可包括处理器46，用于根据接收的数据信号生成图像。例如，NED 43被设置为基于从计算机45直接地或经由因特网47接收的网页数据显示图像，以提供网页浏览器应用，访问电子 邮件和/或访问远程数据存储器。输入设备37可被设置为经由有线或无线连接48与NED 43中的处理器46直接通信。 
图11a示出当用户的手49在休息位置时的输入设备37，而图11b示出当确定用户的手39在该位置时由NED 43显示的图像49的实例。在图像49上叠加与用户的手39的动作、位置或手势相应的指示器50。指示器50可采用用户的手39的虚拟投影、图标、指针等的形式。在该特定实例中，指示器50是半透明图标，从而不掩盖在下面的图像49。由于在用户视觉领域中显示图像49和指示器50，所以对于用户相对容易地使用专用的手移动来指导、导航和浏览数字内容，而无需用户接触，或物理地与NED43物理交互。由于图像49和其他内容可使用NED 43来有效地显示和浏览，所以用户可甚至在公共场所(例如在使用公共交通时，在公共建筑中或街道中)私密地浏览数据。 
图12a、13a、14a和15a示出输入设备37分别向左、向右、向上和向下移动，以使得检测模块30拉伸和/或弯曲。在这个特定实例中，NED 43正在显示图像。图11b、12b、13b、14b和15b示出图像49、49’、49”、49”’、49”’和指示器50，他们当用户分别按照做出图11a、12a、13a、14a和15a所示的手势浏览NED 43时由用户观察到。在这个特定实例中，用户可通过由此移动他们的手39在各个方向上平移图像。以类似的方式，可使用输入设备37来控制指针，以浏览内容和/或从NED 43上显示的菜单浏览项目。 
图12a、13a、14a和15a示出输入设备27可用以使用大量手势(例如向左、向右、向上或向下移动手)生成命令信号。备选地或额外地，安装在腕关节的输入设备可被设置为基于其他手势(例如在各个方向翻转手和/或顺时针或逆时针旋转手)生成控制信号。 
尽管上述实施例的输入设备1、25、32、37包括弹性管套3、28、34、38，但是根据本发明的其他实施例的输入设备可代替地设置在可伸缩贴纸上，用于临时粘贴在用户的皮肤，作为“电子贴”或在绷带上，以提供“智能绷带”。这种设置可适用于监视肢体部分的变形，以用于医学或兽医的 目的，例如患者恢复监视。 
在上述特定实施例中，输入设备1、25、37提供用于PDA或平板PC2、膝上型计算机26或NED 43的接口，同时图10的输入设备32被描述为用于在管套33上安装的、或与输入设备32集成的多个电子设备的接口。然而，根据本发明实施例的输入设备可用于控制其他外部设备，包括移动电话、音频视觉设备等，或上面安装其他设备的输入设备、或与输入设备集成例如练习监视器、通过公共信息布告版浏览的设备等。 
此外，在某些系统中，可代替地使用这种输入设备来跟踪用户移动。例如，在应用中，通过机器人装置复制用户的手的移动来提供远程指导和控制。图16示出当用在这种应用中时的图11a的输入设备37。 
在图16中所示的实例中，输入设备37基于先前所述的用户的手39的移动生成信号。在这个特定实例中，经由无线链路52将来自传感器30的输出发送至计算机51。计算机51被设置为基于所述输出重建用户的手39的移动。然后，计算机51生成相应控制信号，用于经由网络54传输至被设置为复制用户的移动的设备53。在用户的皮肤变形时，由此用户的手39的移动可以按高精度由输入设备37映射和监视，这种系统可特别地适用于在需要精细移动的应用中的设备53的遥控。 

Claims (41)

1.一种用于用户接口的输入装置，包括：
一致性材料，被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与所述皮肤的变形相一致的变形；以及
多个传感器，被设置为响应于所述皮肤的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出，其中所述传感器包括传感材料，其被配置为通过生成电荷来响应变形，以及包括控制器，其通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视由所述传感材料生成的电荷，以及其中所述传感器中的至少一个包括所述传感材料的层，所述控制器通过四个所述导体连接至所述至少一个传感器，所述导体中的第一个和第二个连接至所述层的第一表面，所述导体中的第三个和第四个连接至所述层的与所述第一表面相对的第二表面，所述控制器被设置为从所述层的所述传感器相对表面获取读数，以及被设置为通过使用从所述第一个、第二个、第三个和第四个导体选择的多个导体进行读取来执行所述监视。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述传感器能够按二维阵列来设置。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述传感器包括传感材料，其通过改变其电属性来响应变形，以及该装置包括控制器，其通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视所述电属性的改变。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述电属性是电阻。
5.如权利要求3所述的装置，其中所述电属性是电容。
6.如权利要求1，2，4和5中任一所述的装置，其中所述导体具有非线性形状。
7.如权利要求1，2，4和5中任一所述的装置，其中所述一致性材料包括一致性基底，所述传感材料安装在所述基底上，以及所述导体连接至所述传感器的传感材料的其各个第一表面处。
8.如权利要求1，2，4和5中任一所述的装置，其中所述一致性材料包括一致性基底，所述传感材料嵌入在所述基底中，以及所述导体连接至所述传感器的传感材料的其各个第一表面处。
9.如权利要求1，2，4和5中任一所述的装置，包括：主动反馈元件，其被设置为响应于所述输出或外部无线输入在所述皮肤上施加压力。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述传感器包括所述主动反馈元件。
11.如权利要求1，2，4和5中任一所述的装置，包括：处理器，其被设置为根据所述输出生成控制设备的信号。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述处理器被设置为根据所述输出的一个或多个时间导数生成所述信号。
13.如权利要求12所述的装置，被设置为向所述设备发送所述信号。
14.如权利要求1，2，4，5，10，12和13中任一所述的装置，被设置为向设备发送所述输出。
15.如权利要求11所述的装置，被设置为接收与预定的一组输出关联的控制信号的指示，以及通过生成所述关联的控制信号来响应满足所述输出的预定组的需求的传感器输出。
16.如权利要求12所述的装置，被设置为接收与所述输出的预定的一组时间导数关联的控制信号的指示，以及通过生成所述关联的控制信号来响应满足所述预定组的需求的传感器输出的时间导数。
17.如权利要求15或16所述的装置，被设置为从所述设备接收所述指示。
18.一种用于用户接口的输入装置，包括：
一致性材料，被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与所述皮肤的变形相一致的变形；以及
多个传感器，被设置为响应于所述皮肤的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出，其中所述传感器包括传感材料，其被配置为通过生成电荷来响应变形，以及包括控制器，其通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视由所述传感材料生成的电荷，以及其中所述传感器中的至少一个包括所述传感材料的层，所述导体包括：第一组导体，连接在所述传感器的传感材料的各个第一表面；以及第二组导体，连接在所述传感材料的各个第二表面，以及所述控制器被设置为使用所选的所述第一组导体和所述第二组导体之一来寻址所述多个传感器的每个。
19.一种用于用户接口的输入方法，包括：
提供在一致性材料上集成的多个传感器，所述传感器被设置为提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出；以及
使用所述传感器监视所述一致性材料的变形，所述变形与用户的皮肤的变形相一致，所述一致性材料在用户的皮肤附近，其中所述传感器包括传感材料，其被配置为通过生成电荷来响应变形，以及包括控制器，其通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视由所述传感材料生成的电荷，以及其中所述传感器中的至少一个包括所述传感材料的层，所述控制器通过四个所述导体连接至所述至少一个传感器，所述导体中的第一个和第二个连接至所述层的第一表面，所述导体中的第三个和第四个连接至所述层的与所述第一表面相对的第二表面，以及其中监视所述一致性材料的变形的步骤进一步包括从所述层的所述传感器相对表面获取读数，以及通过使用从所述第一个、第二个、第三个和第四个导体选择的多个导体进行读取来执行所述监视。
20.如权利要求19所述的方法，包括：将所述一致性材料设置在用户的皮肤上。
21.如权利要求19或20所述的方法，其中将所述传感器以二维阵列设置。
22.如权利要求19或20所述的方法，其中所述监视包括沿着多个方向监视所述传感器的至少一个中的传感材料的变形。
23.如权利要求19或20所述的方法，包括：根据所述输出生成控制设备的信号。
24.如权利要求23所述的方法，其中根据所述输出的一个或多个时间导数生成所述信号。
25.如权利要求24所述的方法，包括：向所述设备发送所述信号。
26.如权利要求23所述的方法，包括：向设备发送所述输出。
27.如权利要求19，20，24，25和26中任一所述的方法，包括：响应于来自所述传感器的输出或接收的警报信号向皮肤施加主动反馈。
28.如权利要求19，20，24，25和26中任一所述的方法，包括：接收与预定的一组输出关联的控制信号的指示，以及通过生成所述关联的控制信号来响应满足所述输出的预定组的需求的输出。
29.如权利要求19，20，24，25和26中任意所述的方法，包括：
提供第二装置，包括安装在一致性材料上的多个第二传感器，所述第二传感器被设置为提供与所述第二传感器彼此相对移动相应的各个输出；
使用所述第二传感器监视所述一致性材料的变形，所述变形与用户的皮肤的变形相一致；以及
向设备发送与所述输出相应的第二信号。
30.如权利要求19，20，24，25和26中任一所述的方法，包括：根据所述传感器的输出确定用户的身体的一部分的移动的重建。
31.如权利要求30所述的方法，包括：通过设备跟踪用户的身体的所述部分的移动。
32.如权利要求30所述的方法，包括：通过设备复制用户的身体的所述部分的移动。
33.如权利要求19，20，24，25，26，31和32中任一所述的方法，包括：
显示图像。
34.如权利要求33所述的方法，包括：
根据所述输出周期性更新所述图像。
35.如权利要求34所述的方法，包括：
显示在所述图像上重叠的所述输出的指示符。
36.一种用于用户接口的输入系统，包括：
近眼式显示器，被设置为显示图像；以及
输入设备，包括一致性材料，其被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与皮肤的变形相一致的变形；多个传感器，被设置为响应于所述皮肤的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出；以及发送器，被设置为向所述近眼式显示器发送由处理器根据所述输出生成的信号以控制由所述近眼式显示器进行的图像的显示，其中所述传感器包括传感材料，其被配置为通过生成电荷来响应变形，以及包括控制器，其通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视由所述传感材料生成的电荷，以及其中所述传感器中的至少一个包括所述传感材料的层，所述控制器通过四个所述导体连接至所述至少一个传感器，所述导体中的第一个和第二个连接至所述层的第一表面，所述导体中的第三个和第四个连接至所述层的与所述第一表面相对的第二表面，所述控制器被设置为从所述层的所述传感器相对表面获取读数，以及被设置为通过使用从所述第一个、第二个、第三个和第四个导体选择的多个导体进行读取来执行所述监视。
37.一种用于用户接口的输入系统，包括：
计算设备，被设置为生成用于显示的图像；以及
至少一个输入设备，包括一致性材料，其被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与皮肤的变形相一致的变形；多个传感器，被设置为响应于皮肤的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出；以及发送器，被设置为向所述计算设备传送由处理器根据所述输出生成的信号以控制由近眼式显示器进行的图像的显示，其中所述传感器包括传感材料，其被配置为通过生成电荷来响应变形，以及包括控制器，其通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视由所述传感材料生成的电荷，以及其中所述传感器中的至少一个包括所述传感材料的层，所述控制器通过四个所述导体连接至所述至少一个传感器，所述导体中的第一个和第二个连接至所述层的第一表面，所述导体中的第三个和第四个连接至所述层的与所述第一表面相对的第二表面，所述控制器被设置为从所述层的所述传感器相对表面获取读数，以及被设置为通过使用从所述第一个、第二个、第三个和第四个导体选择的多个导体进行读取来执行所述监视。
38.如权利要求36或37所述的系统，其中所述图像包括光标处理器，被设置为生成所述信号以控制所述光标在所述图像中的位置。
39.如权利要求36或37所述的系统，其中所述图像包括视觉内容，以及所述输入设备被设置为控制所述内容的浏览。
40.一种用于用户接口的输入系统，包括：
移动电话；以及
输入设备，包括一致性材料，其被设置为在位于用户的皮肤附近时经受与皮肤的变形相一致的变形；多个传感器，被设置为响应于皮肤的所述变形提供与所述传感器彼此相对移动相应的各个输出；以及发送器，被设置为向近眼式显示器发送由处理器根据所述输出生成的信号以控制由所述近眼式显示器进行的图像的显示，其中所述传感器包括传感材料，其被配置为通过生成电荷来响应变形，以及包括控制器，其通过导体被连接至所述传感器并被设置为监视由所述传感材料生成的电荷，以及其中所述传感器中的至少一个包括所述传感材料的层，所述控制器通过四个所述导体连接至所述至少一个传感器，所述导体中的第一个和第二个连接至所述层的第一表面，所述导体中的第三个和第四个连接至所述层的与所述第一表面相对的第二表面，所述控制器被设置为从所述层的所述传感器相对表面获取读数，以及被设置为通过使用从所述第一个、第二个、第三个和第四个导体选择的多个导体进行读取来执行所述监视。
41.如权利要求40所述的系统，其中所述输入设备被配置为生成接受和拒绝进入电话呼叫的信号。
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