CN102193630A - 用于预触摸和真实触摸的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于预触摸和真实触摸的系统和方法。例如，一种所述的用于预触摸和真实触摸的系统，包括：触摸敏感界面，该触摸敏感界面被配置成检测用户交互且至少部分地基于该用户交互来传送第一界面信号。该系统还包括处理器，该处理器与触摸敏感界面通信，并且被配置成接收第一界面信号和至少部分地基于第一界面信号来确定触觉效果。该处理器进一步被配置成预加载与该触觉效果相关联的触觉信号。该系统还包括高速缓存，该高速缓存与处理器通信，并且被配置成将该预加载触觉信号存储一段时间，并且然后传送该触觉信号；以及触觉效果发生器，该触觉效果发生器与高速缓存通信，并且被配置成从高速缓存接收触觉信号，并且作为响应，至少部分地基于触觉信号来输出触觉效果。

Description

用于预触摸和真实触摸的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年3月16日提交的题为“Systems and Methods for Pre-Touch and True Touch”的美国临时专利申请No.61/314,337的优先权，其全部内容通过引用的方式合并于此。
技术领域
本发明通常涉及触觉反馈，并且更具体地涉及用于预触摸和真实触摸的系统和方法。
背景技术
近年来，各种类型的手持设备的使用以指数方式增长。这些设备被用作便携式组织器、电话、音乐播放器和游戏系统。很多现代手持设备现在都包含某种类型的触觉反馈。在一些手持设备中，触觉反馈没有如优选地快速输出。因此需要用于预触摸和真实触摸的系统和方法。
发明内容
本发明的实施例提供了用于预触摸和真实触摸的系统和方法。例如，在一个实施例中，一种用于预触摸和真实触摸的系统包括：触摸敏感界面，所述触摸敏感界面被配置成检测用户交互且至少部分地基于该用户交互来传送第一界面信号；处理器，该处理器与触摸敏感界面通信，并且被配置成接收第一界面信号且至少部分地基于第一界面信号来确定触觉效果，该处理器进一步被配置成预加载与该触觉效果相关联的触觉信号；高速缓存，该高速缓存与处理器通信，并且被配置成将预加载的触觉信号存储一段时间，然后传送该触觉信号；触觉效果发生器，该触觉效果发生器与高速缓存通信，并且被配置成接收来自高速缓存的触觉信号且至少部分地基于触觉信号来输出触觉效果。
提及的该说明性系统不限制或界定本发明，而是提供一个用来帮助理解本发明的示例。在具体实施方式中讨论了说明性系统和方法。通过阅读此说明书可以进一步理解由本发明的各种实施例提供的优点。
附图说明
当参考附图来阅读下面的具体实施方式时，更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的系统的框图；
图2是根据本发明的一个实施例的利用用于预触摸和真实触摸的系统的说明性设备；
图3A是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的系统的示例图；
图3B是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的系统的示例图；
图4是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的方法的流程图；
图5是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的系统的示例图。
具体实施方式
本发明的实施例提供了用于预触摸和真实触摸的系统。
预触摸和真实触摸的说明性实施例
本发明的一个说明性实施例包括手持设备，诸如移动电话。该说明性手持设备包括三星触摸式电话(SCH-W420)，该电话配备有Immersion公司的3000系统、
Figure BSA00000485959300032
4000系统、或5000振动触觉反馈系统，以前称为Immersion公司的
Figure BSA00000485959300034
振动触觉反馈系统。在其他实施例中，可以利用不同的手持设备和触觉反馈系统。
该说明性手持设备包括显示器、扬声器、网络接口、存储器、高速缓存和与这些元件中的每一个通信的处理器。该说明性手持设备还包括触摸敏感界面和触觉效果发生器，两者都与处理器通信。该触摸敏感界面被配置成感测与手持设备的用户交互，并且触觉效果发生器被配置成输出触觉效果。该说明性手持设备可以进一步包括诸如滚轮、键盘或按钮的操纵性客体特征(manipulandum)，其被配置成检测用户交互且将与该用户交互相关联的界面信号传送到处理器。
在该说明性手持设备中，显示器被配置成向用户显示用户图形界面。此用户图形界面可以包括虚拟对象，例如图标、按钮或虚拟键盘。该说明性手持设备进一步包括在显示器的上面安装的触摸敏感界面，诸如触摸屏。该触摸敏感界面允许用户与在用户图形界面上显示的虚拟对象进行交互。例如，用户图形界面可以包括虚拟键盘。在这样的实施例中，该触摸敏感界面允许用户触摸虚拟键盘上的键以按压该键。此功能可用来键入消息，或者另外与用户图形界面中的对象进行交互。
该说明性手持设备进一步包括被配置成接收触觉信号和输出触觉效果的触觉效果发生器。触觉效果可以包括本领域已知的若干触觉效果之一，例如，使手持设备振动、爆震、蜂鸣、晃动或旋转。在该说明性手持设备中，触觉效果可以作为对处理器已经从触摸敏感界面接收到与用户交互相关联的信号的确认。例如，图形用户界面可以包括按钮，并且触摸敏感界面可以检测与按压该按钮相关联的用户交互且将界面信号传送到处理器。作为响应，处理器可以确定触觉效果以确认它已经接收到该界面信号。然后，处理器将与该触觉效果相关联的触觉信号预加载到高速缓存。此高速缓存将该触觉信号存储一段时间，并且然后将该触觉信号传送到触觉效果发生器，该触觉效果发生器输出该触觉效果。
在该说明性手持设备中，触摸敏感界面或关联传感器能够检测在用户触摸触摸敏感界面的表面之前的用户交互。没有与触摸屏进行物理接触的用户交互在这里可以被称为预触摸。基于该预触摸，触摸屏将第一界面信号传送到处理器。在该说明性手持设备中，触摸屏还被配置成检测用户何时与触摸屏进行物理接触。与触摸屏进行物理接触的用户交互在这里可以被称为真实触摸。基于该真实触摸，触摸屏将第二界面信号传送到处理器。
在该说明性手持设备中，当处理器接收与预触摸相关联的第一界面信号时，处理器被配置成确定触觉效果。然后，处理器将与该触觉效果相关联的触觉信号传送到被配置成存储触觉信号的高速缓存。然后，当处理器接收与真实触摸相关联的第二界面信号时，处理器将信号传送到高速缓存，该信号使得高速缓存将触觉效果传送到触觉效果发生器。通过使用高速缓存来预加载基于预触摸的触觉效果，并且然后输出基于真实触摸的触觉效果，允许该说明性手持设备在非常接近用户与触摸屏进行物理接触的时刻输出该触觉效果。此功能减少了该说明性手持设备在用户不再触摸触摸屏之后将输出“迟发效果”的风险。相比于现有技术中的其它设备，这允许该说明性手持设备输出更多明显的触觉效果。
给出该说明性示例以向读者介绍这里讨论的一般主题。本发明不限于此示例。接下来的部分描述了用于预触摸和真实触摸的系统和方法的各种其他非限定性实施例和示例。
用于预触摸和真实触摸的说明性系统
现在参考附图，其中在全部这些附图中，相同的数字在指示相同的元件。图1是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的系统的框图。如图1所示，系统100包括手持设备102，例如移动电话、便携式数字助(PDA)、便携式媒体播放器、便携式计算机、消息发送设备或便携式游戏设备。在某个实施例中，手持设备102包括更大的设备，例如膝上型或桌上型计算机、电视机或监视器。手持设备102包括处理器110，处理器110与网络接口112、触摸敏感界面114、显示器116、触觉效果发生器118、扬声器120、存储器122、高速缓存124和传感器126通信。处理器110被配置成生成在显示器116上显示的用户图形界面。
处理器110被配置成执行在存储器122中存储的计算机可执行程序指令。例如，处理器110可以执行用于消息发送或用于生成触觉效果的一个或多个计算机程序。处理器110可以包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)或状态机。处理器110可以进一步包括可编程电子设备，诸如可编程逻辑控制器(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(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM或EEPROM)或其他类似设备。
存储器122包括存储指令的计算机可读介质，当处理器110执行指令时，使得处理器110执行各种步骤，诸如在此描述的那些步骤。计算机可读介质的实施例可以包括但不限于能够存储计算机可执行指令并向处理器110提供计算机可执行指令的电、光、磁或其它存储或传输设备。介质的其它示例包括但不限于软盘、CD-ROM、磁盘、存储器片、ROM、RAM、ASIC、已配置的处理器、所有光学介质、所有磁带或其它磁介质、或计算机处理器可从其读取的其他介质。另外，各种其他设备可以包括计算机可读介质，诸如路由器、专用或公共网络、或其他传输设备。处理器110和描述的处理可以在一个或多个结构中，并且可以遍及一个或多个结构中分散。
处理器110与网络接口112通信。网络接口112可以包括一种或多种移动通信方法，诸如红外网络通信、无线电网络通信、Wi-Fi网络通信或蜂窝网络通信。在其它变型中，网络接口112包括有线网络接口，诸如以太网。手持设备102可以被配置成在诸如蜂窝网络和/或因特网的网络上与其他设备(未示出)交换消息或虚拟消息对象。设备间交换的消息的实施例可以包括语音消息、文本消息、数据消息或其他形式的数字消息。
处理器110也可以与一个或多个触摸敏感界面114通信。触摸敏感界面114可以包括触摸输入设备(例如触摸屏、触摸板)或本领域已知的某种类型的物理设备接口。在一些实施例中，处理器与单个触摸敏感界面114通信。在其他实施例中，处理器与多个触摸敏感界面通信，例如，触摸屏和触摸板。触摸敏感界面114被配置成检测用户交互，并且基于该用户交互，将界面信号传送到处理器110。
在图1所示的实施例中，处理器110也与显示器116通信。处理器110可以被配置成生成要在显示器116上显示的用户界面的图形表示，并且然后将显示信号传送到显示器116。在其他实施例中，显示器116被配置成接收来自另一设备的显示信号。例如，在一些实施例中，显示器116可以包括外部显示器，诸如计算机监视器。显示器116被配置成接收显示信号，并且输出与此显示信号相关联的图像。在一些实施例中，显示信号可包括vga信号、hdmi信号、svga信号、视频信号、s-视频信号、或本领域已知的其他类型的显示信号。在一些实施例中，显示器116包括平面屏幕显示器，诸如液晶显示器(LCD)或等离子屏幕显示器。在其他实施例中，显示器116包括阴极射线管(CRT)或本领域已知的其他类型的显示器。在一些实施例中，显示器116可包括触摸敏感界面114。在这样的实施例中，触摸敏感界面114可以包括在显示器116的上面安装的触摸屏。在一些实施例中，触摸敏感界面114和显示器116可以包括单个集成组件，诸如触摸屏LCD。
在一些实施例中，从触摸敏感界面114接收到的信号可以与在显示器116上显示的用户图形界面的交互相关联。例如，在一个实施例中，触摸敏感界面114可以包括触摸屏，并且图形用户界面可以包括虚拟键盘。在这样的实施例中，当用户与覆盖键盘的一个键的触摸屏上的区域进行交互时，触摸屏将与该用户交互相对应的信号发送到处理器110。基于该信号，处理器110将确定用户已经按压了虚拟键盘上的一个键。在一些实施例中，该功能可用来键入消息，诸如文本消息和电子邮件。这样的实施例可进一步允许用户与显示器上的其他图标和虚拟对象进行交互。例如，在一些实施例中，用户可点击触摸屏以移动触摸屏上的虚拟球或转动触摸屏上的虚拟旋钮。在一些实施例中，图1中未示出，手持设备可以包括促进用户和图形用户界面之间的类似交互的附加的操纵性客体特征，诸如滚轮、滚球或按钮。
触摸敏感界面114被配置成检测两种类型的用户交互。第一触摸敏感界面114被配置成检测预触摸。预触摸可以包括在用户与触摸敏感界面114进行物理接触之前的用户交互。在一些实施例中，触摸敏感界面114可以检测当用户在距离其表面几厘米内的预触摸，例如3厘米内的任何交互。在其它实施例中，触摸敏感界面114可以检测当用户更靠近用户界面时的预触摸，例如1/2厘米内。在其他实施例中，当用户第一次接触触摸敏感界面，但没有向触摸敏感界面114施加压力时，触摸敏感界面114可检测预触摸。在其他实施例中，当用户已经接触用户界面114，但是接触触摸敏感界面114的皮肤面积小于阈值时，触摸敏感界面114可检测预触摸。例如，当用户已经接触触摸敏感界面114，但是接触触摸敏感界面114的皮肤小于0.2cm2时，触摸敏感界面114可检测预触摸。在还有其他实施例中，当用户已经与触摸敏感界面114进行接触，但是该接触没有持续阈值时间长度时，触摸敏感界面114可检测预触摸。例如，当用户已经接触触摸敏感界面，但是与触摸敏感界面114的接触没有持续0.02秒时。在一些实施例中，触摸敏感界面114可以通过检测电容变化来检测预触摸。例如，在这样的实施例中，触摸敏感界面114可以包括电容式触摸屏。在另一实施例中，触摸敏感界面114可以通过检测电阻变化来检测预触摸。例如，在这样的实施例中，触摸敏感界面114可以包括电阻式触摸屏。当触摸敏感界面114检测到预触摸时，它将第一界面信号传送到处理器110。
在一些实施例中，处理器110还与一个或多个传感器126通信。传感器126包括被配置成检测在触摸敏感界面114或显示器116的表面上的用户交互的传感器，诸如包括预触摸的用户交互。基于该用户交互，传感器126将相应的传感器信号发送到处理器110。传感器126可以包括，例如光传感器、红外传感器、运动传感器、或本领域已知的某种其他传感器。
触摸敏感界面114也被配置成检测真实触摸。真实触摸可以包括与触摸敏感界面进行物理接触的用户交互。例如，在一个实施例中，当用户将他或她的手指放在触摸敏感界面114的表面上时，真实触摸发生。在这样的实施例中，当与触摸敏感界面114接触的皮肤表面面积超过阈值时，例如当与触摸敏感界面114接触的皮肤大于0.2cm2时，触摸敏感界面114可检测真实触摸。在其他实施例中，当用户第一次接触用户界面114时，触摸敏感界面114可检测预触摸。在这样的实施例中，当用户向触摸敏感界面114施加特定量的力时，例如.2N，触摸敏感界面114可检测真实触摸。在这样的实施例中，触摸敏感界面114可进一步包括力传感器，诸如，机械压力传感器或气压传感器。例如，在这样的实施例中，触摸敏感界面114可以包括被配置成检测预触摸的电容式触摸屏，并且进一步包括被配置成检测真实触摸的压力传感器。在其他实施例中，触摸敏感界面114可以包括多个操纵性客体特征，例如按钮或开关和触摸屏。在这样的实施例中，按钮可以被配置成检测预触摸，并且触摸屏可以被配置成检测真实触摸。在其他实施例中，触摸屏可以被配置成检测预触摸，并且按钮可以被配置成检测真实触摸。当触摸敏感界面114检测真实触摸时，它将第二界面信号传送到处理器110。
如图1所示，处理器110还可与高速缓存124通信。高速缓存124被配置成接收来自处理器110的触觉信号，并且将该触觉信号存储或预加载一段时间。在一些实施例中，该时间段的长度是固定的，例如10ms的时间。在其他实施例中，该时间段的长度由预触摸与真实触摸之间的时间长度来定义。例如，在这样的实施例中，触摸敏感界面检测预触摸之后，处理器110将触觉信号传送到高速缓存124。然后，高速缓存124存储该触觉信号直到处理器110从触摸敏感界面114接收到与真实触摸相关联的界面信号。在一些实施例中，高速缓存可以包括存储器，诸如RAM、Flash、ROM、或本领域已知的某种其他存储器。在其他实施例中，高速缓存124可以包括用于存储机械能的装置，例如，飞轮或弹簧。在这样的实施例中，存储触觉效果包括旋转飞轮，并且输出触觉效果包括对飞轮施加制动。在还有其他实施例中，高速缓存和触觉效果发生器可以包括单个组件。在这样的实施例中，预加载触觉信号可以包括向触觉效果发生器提供动力到刚刚低于触觉效果发生器输出可感知的触觉效果的那个点的水平。例如，在这样的实施例中，预加载触觉信号可以包括向偏心旋转质量(eccentric rotating mass)致动器提供动力到刚刚低于打破制动器电机的静摩擦系数所必需的水平的点。此外，在这样的实施例中，传送触觉信号可以包括向致动器施加附加动力，从而使致动器输出触觉效果。在这样的实施例中，附加动力可以基本上包括触觉信号的全部动力。在一些实施例中，高速缓存124可以包括电容器。在这样的实施例中，预加载触觉信号可以包括利用可以用于助推起动(jumpstart)触觉效果发生器的动力来为电容器充电。在其他实施例中，电容器可以用于向已经运转的触觉效果发生器提供推进或“超速传动”的能量。
如图1所示，手持设备102包括一个或多个触觉效果发生器118。处理器110被配置成确定触觉效果，将与该触觉效果相对应的触觉信号预加载或传送到高速缓存124。高速缓存124被配置成将触觉信号存储一段时间，然后将触觉信号传送到触觉效果发生器118。触觉效果发生器118被配置成接收触觉信号和输出触觉效果。在一些实施例中，触觉效果发生器118进一步被配置成在释放高速缓存124之后输出触觉效果。例如，在一些实施例中，触觉效果发生器118可释放高速缓存，并且然后继续输出触觉效果直到从处理器110接收到用于停止输出触觉效果的信号。触觉效果发生器118可以是致动器，例如，压电致动器、电机、电磁致动器、音圈、线性谐振致动器、形状记忆合金，电活性聚合物、螺线管、偏心旋转质量电机(ERM)或线性谐振致动器(LRA)。在另一实施例中，触觉效果发生器118可包括被配置成生成触觉效果的静电发生器或静电显示器。例如，在这样的此实施例中，触觉效果发生器118可以使用一个或多个电容片薄膜来输出定期性静电电荷，该定期性静电电荷生成将用户的手指吸引到触觉效果发生器表面的力。例如，通过生成用户的手指与显示器表面或触摸敏感界面114表面之间的电荷差。在一些实施例中，该静电力可以被配置成控制用户的手指和触觉效果发生器之间的摩擦。此摩擦可在显示器的表面上模拟纹理，或某种其他触觉效果。
在一些实施例中，在检测到预触摸之后，触摸敏感界面114可能再不会检测到真实触摸。在这样的实施例中，处理器110可以被配置成等待预定的时间段，并且然后将指令发送到高速缓存124来缓慢释放触觉效果，使得设备100的用户没有感知到触觉效果。例如，处理器110可以被配置成缓慢释放电容器的内容、允许飞轮的速度降低、或删除在存储器中存储的触觉信号。在这样的实施例中，在没有输出触觉效果的情况下释放了高速缓存124。
如图1所示，处理器110也与扬声器120通信。扬声器120被配置成从处理器110接收音频信号，并且将它们输出到用户。在一些实施例中，音频信号可以与由触觉效果发生器118输出的触觉效果相关联，或与由显示器116输出的图像相关联。在其他实施例中，音频信号可以不与触觉效果或图像相对应。
图2是根据本发明的一个实施例的利用用于预触摸和真实触摸的系统的说明性手持设备。图2包括手持设备200，诸如移动电话、PDA、便携式媒体播放器、全球定位系统或便携式游戏设备。手持设备200被配置成在诸如蜂窝网络或因特网的网络上发送和接收信号，诸如语音邮件、文本消息和其他数据消息。手持设备200可以包括无线网络接口和/或有线网络接口(图2中未示出)。虽然设备200在图2中被图示为手持设备，但是其他实施例可包括不同的设备，诸如视频游戏系统和/或个人计算机。
如图2所示，手持设备200包括外壳202和显示器206。在一些实施例中，显示器206可以包括LCD显示器。在其他实施例中，显示器206可以包括等离子显示器，或本领域已知的其他类型的显示器。在图2所示的实施例中，显示器206是空白的。但是，显示器206被配置成从处理器接收显示信号并且将它们输出到用户。例如，在一些实施例中，这些信号可以包括图形用户界面。在这样的实施例中，显示器206被配置成接收包括图形用户界面的显示信号，并且输出包括此图形用户界面的图像。
还参照图2，手持设备200进一步包括操纵性客体特征214。在图2所示的实施例中，操纵性客体特征214包括滚球和按钮。手持设备200还包括触摸敏感界面204。在图2所示的实施例中，触摸敏感界面包括位于显示器206上面的触摸屏。在一些实施例中，显示器206和触摸屏可以包括单个集成组件，诸如触摸屏显示器。
操纵性客体特征214和触摸敏感界面204被配置成检测用户交互，并将与用户交互相对应的界面信号传送到处理器。在一些实施例中，用户交互与在显示器206上显示的用户图形界面相关联。在这样的实施例中，处理器接收界面信号，并且至少部分基于该界面信号来操纵用户图形界面。例如，用户可使用操纵性客体特征214或触摸敏感界面204来按压在图形用户界面上显示的虚拟按钮。在另一实施例中，用户可使用操纵性客体特征214或触摸敏感界面204来导航图形用户界面中的菜单集。
触摸敏感界面204被配置成检测两种类型的用户交互。第一触摸敏感界面204被配置成检测预触摸。预触摸可以包括在用户与触摸敏感界面204的表面进行物理接触之前的用户交互、与触摸敏感界面204接触的皮肤面积没有达到某一阈值的用户交互、或者没有持续阈值时间长度的用户交互。例如，触摸敏感界面204可检测在其表面上数毫米至数厘米范围内的用户交互，或检测当用户已经接触触摸敏感界面204，但是小于0.2cm2的皮肤与用户界面接触时的预触摸。当触摸敏感界面204检测到预触摸时，它将第一界面信号传送到处理器。触摸敏感界面204也被配置成检测真实触摸。真实触摸可以包括与触摸敏感界面的表面进行物理接触的用户交互。在其他实施例中，当与触摸敏感界面204接触的皮肤面积达到某一阈值时，触摸敏感界面204可检测真实触摸。例如，当用户将他们的手指放在触摸屏表面上时，或当触摸屏检测到与大于0.2cm2的皮肤接触时。当触摸敏感界面204检测到真实触摸时，它将第二界面信号传送到处理器。
在一些实施例中，预触摸和真实触摸可被解释为由触摸敏感界面204检测到的两个阈值。例如，在一个实施例中，触摸敏感界面204包括电容式触摸屏。在这样的实施例中，当触摸敏感界面204检测到第一电容值时，它可以检测预触摸。此外，在这样的实施例中，当触摸敏感界面204检测到大于或小于第一电容值的第二电容值时，它可以检测真实触摸。在另一实施例中，触摸敏感界面204可以包括电阻式触摸屏。在这样的实施例中，当触摸敏感界面204检测到第一电阻值时，它可以检测预触摸。此外，在这样的实施例中，当触摸敏感界面204检测到大于或小于第一电阻值的第二电阻值时，它可以检测真实触摸。在其它实施例中，阈值可以是不同的类型，例如电压、电流、磁、温度或基于数据的阈值。
当处理器接收到与预触摸相关联的第一界面信号时，处理器110确定触觉效果。然后，处理器将触觉信号传送到被配置成预加载触觉效果的高速缓存(图2中未示出)。然后，当处理器接收到与真实触摸相关联的第二界面信号时，它将信号传送到高速缓存。一旦接收到该信号，则高速缓存将触觉信号传送到被配置成输出触觉效果的触觉效果发生器(图2中未示出)。在其他实施例中，触摸敏感界面204直接与高速缓存通信。在这样的实施例中，触摸敏感界面204被配置成将与真实触摸相关联的信号直接传送到高速缓存。
在一些实施例中，在检测到预触摸之后，触摸敏感界面204可能再不会检测到真实触摸。在这样的实施例中，处理器可以被配置成等待预定的时间段，并且然后将指令发送到高速缓存以缓慢释放触觉效果。例如，缓慢释放电容器的内容、缓慢降低飞轮的速度、或删除在存储器中存储的触觉信号。在这样的实施例中，在没有输出触觉效果的情况下释放了高速缓存。
图3A是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的系统的示例图。图3A包括手持设备300，诸如移动电话、PDA、便携式媒体播放器、或便携式游戏设备。手持设备300被配置成在诸如蜂窝网络或因特网的网络上发送和接收信号，诸如语音邮件、文本消息和其他数据消息。手持设备300包括无线网络接口和/或有线网络接口(图3A中未示出)。虽然设备300在图3A中被图示为手持设备，但是其他实施例可包括不同的设备，诸如视频游戏系统和/或个人计算机。
如图3A所示，手持设备300包括外壳302和显示器316。在一些实施例中，显示器316可以包括LCD显示器。在其他实施例中，显示器316可以包括等离子显示器，或本领域已知的其他类型的显示器。显示器316被配置成从处理器接收显示信号并且将它们输出到用户。在图3A所示的实施例中，显示器316包括含有虚拟QWERTY键盘、心形和文本框的图形用户界面。
还参照图3A，手持设备300进一步包括触摸敏感界面314。在图3A所示的实施例中，触摸敏感界面314包括位于显示器316上面的触摸屏。触摸敏感界面314被配置成检测两种类型的用户交互，并且将与用户交互相对应的界面信号传送到处理器110。第一触摸敏感界面314被配置成检测预触摸。预触摸可以包括在用户与触摸敏感界面314的表面进行物理接触之前的用户交互。例如，如图3A所示，用户的手指304朝向触摸敏感界面314移动。在图3A所示的实施例中，触摸敏感界面314可检测在用户的手指304与触摸敏感界面314进行物理接触之前的用户交互。例如，在一些实施例中，当用户手指304仅在触摸敏感界面314的表面上数毫米时，例如5毫米内，触摸敏感界面314可检测到用户的手指304。在其他实施例中，当用户的手指304在触摸敏感界面314的表面上数厘米时，例如5厘米内，触摸敏感界面314将检测到用户手指304。在其他实施例中，当用户已经接触触摸敏感界面314时，但是当小于某一阈值面积的皮肤与触摸敏感界面314接触时，触摸敏感界面314可检测预触摸。在其他实施例中，当触摸敏感界面检测到用户交互小于阈值时间段时，例如小于0.02秒，触摸敏感界面可检测预触摸。当触摸敏感界面314检测到预触摸时，它将第一界面信号传送到处理器110。
当处理器110接收到与预触摸相关联的第一界面信号时，处理器110确定触觉效果。然后，处理器110将触觉信号传送到被配置成预加载触觉信号的高速缓存(图3A中未示出)。在一些实施例中，高速缓存可以包括存储器，诸如RAM、ROM、EEPROM或本领域已知的其他类型的存储器。在这样的实施例中，预加载触觉信号可以包括将触觉信号存储在存储器中。在其他实施例中，高速缓存可以包括电池、电容器、电感器、或某些其他能量存储装置。在这样的实施例中，预加载触觉信号可以包括存储生成触觉效果所必需的能量。在还有其他实施例中，高速缓存可以包括用于存储机械能的装置，例如，飞轮或弹簧。在这样的实施例中，预加载触觉信号可以包括旋转飞轮或预加载弹簧。在还有其他实施例中，高速缓存自身可以包括触觉效果发生器。在这样的实施例中，预加载触觉信号包括向触觉效果发生器提供动力达到低于用户能感受到触觉效果的那个点的点。例如，预加载触觉信号可以包括向触觉效果发生器提供动力，达到刚刚低于打破触觉效果发生器中的静摩擦系数的动力的那个点。在这样的实施例中，传送触觉信号可以包括向触觉效果发生器施加附加动力，从而使触觉效果发生器输出触觉效果。在这样的实施例中，附加动力可以基本上包括触觉信号的全部动力。
图3B是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的系统的示例图。图3B包括同样如图3A所示的手持设备300的侧面图。在图3B所示的实施例中，用户的手指304已经与触摸敏感界面314进行了物理接触。当用户的手指304与触摸敏感界面314进行物理接触时，它检测真实触摸。在其他实施例中，触摸敏感界面314可以不检测真实触摸，直到某个阈值的皮肤面积与触摸敏感界面314接触。例如，当大于.2cm2与触摸敏感界面314接触时。在其他实施例中，当用户已经与触摸敏感界面314接触大于阈值时间段时，例如大于.02秒，触摸敏感界面314可检测真实触摸。当触摸敏感界面检测到真实触摸时，它将第二界面信号传送到处理器110。
当处理器110接收到第二界面信号时，处理器110将信号传送到高速缓存，该高速缓存被配置成使高速缓存将触觉信号传送到触觉效果发生器，然后该触觉效果发生器输出触觉效果。在高速缓存包括存储器的实施例中，传送触觉信号包括将触觉信号传送到触觉效果发生器。在高速缓存包括例如电池、电感器或电容器的能量存储设备的实施例中，传送触觉信号包括将能量输出到触觉效果发生器。在高速缓存包括飞轮的实施例中，传送触觉信号包括将信号传送到被配置成减缓触觉效果发生器的速度的制动器，在手持设备上输出扭矩。在高速缓存包括触觉效果发生器的实施例中，将触觉信号传送到触觉效果发生器包括以生成触觉效果所必需的动力来激活触觉效果发生器。
在一些实施例中，在检测到预触摸之后，触摸敏感界面314可能再不会检测到真实触摸。在这样的实施例中，处理器110可被配置成等待预定的时间段，并且然后将指令发送到高速缓存以缓慢释放触觉效果。例如，缓慢释放电容器的内容、缓慢降低飞轮的速度、或删除在存储器中存储的触觉信号。在这样的实施例中，在没有输出触觉效果的情况下释放了高速缓存。
用于预触摸和真实触摸的说明性方法
图4是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的方法的流程图。将参照图1所示的系统来描述图4所示的方法400。在402，方法400当处理器110从触摸敏感界面114接收到界面信号时开始，触摸敏感界面114被配置成检测用户交互并且至少部分基于此用户交互来传送界面信号。在一些实施例中，触摸敏感界面114包括触摸板或触摸屏。在一些实施例中，触摸敏感界面安装在显示器的上面。触摸敏感界面114被配置成检测两种类型的用户交互，预触摸和真实触摸。预触摸可以包括没有与触摸敏感界面114的表面进行接触的触摸敏感界面114的表面上的用户交互。例如，在一个实施例中，用户可以使用触摸敏感界面来与虚拟键盘进行交互。在这样的实施例中，当用户的手指在触摸屏表面上数毫米时，例如5毫米或更小，触摸敏感界面114可以检测预触摸。在其他实施例中，触摸敏感界面114可检测离其表面更远的用户交互，例如，当用户交互在3厘米内或更远时。在还有其他实施例中，当触摸敏感界面114检测到还没有持续超过阈值时间段的用户接触时，例如小于0.02秒时，触摸敏感界面114可检测预触摸。在又一个实施例中，当触摸敏感界面114检测到用户接触，但是小于阈值的皮肤面积与触摸敏感界面114接触时，例如小于0.2cm2的皮肤，触摸敏感界面114可检测预触摸。
接下来，在404，触摸敏感界面114传送第二界面信号，并且处理器110接收该第二界面信号。触摸敏感界面114被配置成至少部分基于真实触摸将第二界面信号传送到处理器110。真实触摸可以包括导致在用户和触摸敏感界面的物理接触的用户交互，例如，当用户将手指放在触摸敏感界面的表面上时。在其他实施例中，触摸敏感界面114可以不检测真实触摸，直到某一阈值的皮肤面积与触摸敏感界面114接触。例如当大于0.2cm2与触摸敏感界面114接触时。在其他实施例中，当用户已经与触摸敏感界面114接触大于阈值时间段时，例如大于0.02秒，触摸敏感界面114可检测真实触摸。
然后，在406，处理器110至少部分地基于第一界面信号来确定触觉效果。例如，在一个实施例中，处理器100可执行一系列算法来确定合适的触觉效果。在另一个实施例中，处理器110可使用查找表来确定触觉效果。触觉效果可包括本领域已知的任何触觉效果中之一，例如，振动、旋转、爆震、点击、或被配置成生成纹理或摩擦的触觉效果。
接下来，在408，处理器110将与触觉效果相关联的触觉信号预加载到被配置成将触觉信号存储一段时间的高速缓存124。在一些实施例中，该时间段是固定的，例如10ms的时间。在其他实施例中，该时间段可以是长于或短于10ms的固定时间段。在还有其他实施例中，该时间段由预触摸与真实触摸之间的时间长度来定义。例如，在一些实施例中，在触摸敏感界面检测预触摸之后，处理器110将触觉信号传送到高速缓存124。然后，高速缓存124存储该触觉信号，直到处理器110从触摸敏感界面114接收到与真实触摸相关联的界面信号。在一些实施例中，高速缓存可以包括存储器，例如RAM、Flash、ROM、已配置的处理器、或本领域已知的某种其他存储器。在其他实施例中，高速缓存124可以包括用于存储机械能的装置，例如弹簧或飞轮。在这样的实施例中，存储触觉效果包括旋转飞轮，并且输出触觉效果包括向飞轮施加制动。在还有其他实施例中，高速缓存和触觉效果发生器可以包括单个组件。在这样的实施例中，预加载触觉信号可以包括向触觉效果发生器提供动力使其达到刚刚低于触觉效果发生器输出可感知触觉效果的那个点的水平。例如，在这样的实施例中，预加载触觉信号可以包括向触觉效果发生器提供动力使其达到刚刚低于打破触觉效果发生器的静摩擦系数所必需的水平的点。
最后，在410，高速缓存124将触觉信号传送到被配置成输出触觉效果的触觉效果发生器118。在一些实施例中，高速缓存124在从触摸敏感界面114接收到第二界面信号之后，将触觉信号传送到触觉效果发生器118。例如，在触摸敏感界面114检测到真实触摸之后。在一些实施例中，触觉效果发生器118可以是压电致动器、电机、电磁致动器、音圈、线性谐振致动器、形状记忆合金，电活性聚合物、螺线管、偏心旋转质量电机(ERM)或线性谐振致动器(LRA)。在一些实施例中，高速缓存可以从处理器110接收信号，并且基于此信号，将触觉信号传送到触觉效果发生器。在其他实施例中，高速缓存可与触摸敏感界面114通信。在这样的实施例中，触摸敏感界面可将与真实触摸相关联的第二界面信号传送到高速缓存。在这样的实施例中，当高速缓存接收到第二界面信号时，它将触觉信号传送到触觉效果发生器。
在高速缓存包括不同组件的实施例中，传送触觉信号可以包括不同的操作。例如，在高速缓存包括存储器的实施例中，传送触觉信号包括将触觉信号传送到触觉效果发生器。在高速缓存包括诸如电池、电感器或电容器的能量存储设备的实施例中，传送触觉信号包括将能量输出到触觉效果发生器。在高速缓存包括飞轮的实施例中，传送触觉信号包括向被配置成减缓触觉效果发生器的速度的制动器传送信号，在手持设备上输出扭矩。在高速缓存包括触觉效果发生器的实施例中，将触觉信号传送到触觉效果发生器包括以生成触觉效果所必需的动力来激活触觉效果发生器。
用于预触摸和真实触摸的系统的说明性实施例
图5是根据本发明的一个实施例的用于预触摸和真实触摸的系统的示例图。图5包括系统500，其被配置成安装在根据本发明的一个实施例的手持设备的外壳内部。系统500被配置成从处理器110接收触觉信号，并且作为响应输出触觉效果。系统500包括连接到轴502的致动器518，以及飞轮504。系统500进一步包括被配置成使飞轮停止的制动机构506和制动器508。
根据本发明的一个实施例，当处理器110接收到与预触摸相关联的第一界面信号时，处理器110将确定触觉效果。然后，处理器110将触觉信号预加载到被配置成存储触觉信号的高速缓存。在图5所示的实施例中，高速缓存包括飞轮504，并且预加载高速缓存包括旋转飞轮504。因此，当处理器110将触觉信号传送或预加载到高速缓存时，致动器518转动轴502，然后轴502转动飞轮504。为了防止手持设备接收到扭矩，致动器518可以被配置成缓慢加速飞轮504使之达到一定速度，从而防止在手持设备上明显的扭矩。
当处理器110从触摸敏感界面接收到与真实触摸相关联的第二界面信号时，处理器110将第二信号传送到制动机构506。作为响应，制动机构506针对飞轮504拉动制动器508，从而使飞轮504变慢。当飞轮504变慢时，它向安装了致动器518的外壳输出扭矩。扭矩的强度与飞轮504变慢的快慢相关联。因此，制动机构506可被配置成在飞轮504上施加变化的压力，以便提供变化的扭矩级别。例如，处理器110可以确定弱触觉效果。在这样的实施例中，制动机构可以只是稍微地使飞轮504变慢，从而输出最小扭矩。在其他实施例中，处理器110可以确定强触觉效果。在这样的实施例中，制动机构可以使飞轮504变慢到在小于一个旋转内完全停止，并由此输出很强的扭矩。
用于预触摸和真实触摸的系统的优点
用于预触摸和真实触摸的系统和方法提供了许多优点。例如，用于预触摸和真实触摸的系统和方法允许设备输出更明显的触觉效果，因为它们允许手持设备更快地输出触觉效果。这将减少当效果输出时用户已经将他们的手指移离设备的风险。此外，预触摸和真实触摸的系统和方法对触觉设备中组件的选择提供了更大灵活性。例如，可使用更慢的处理器，因为利用预触摸和真实触摸的系统和方法的系统在用户已经停止触摸系统之后将输出触觉效果，存在较少的风险。类似地，可能需要较弱动力的触觉效果发生器，因为预触摸和真实触摸的系统和方法需要来自触觉效果发生器的较少的加速度，以准时生成触觉效果。所有这些益处将令包括用于预触摸和真实触摸的系统和方法的设备具有更大的满意度和更快的使用性。
综合考虑
在此“适于”和“配置成”的使用意指开放式和包容性语言，其并不排斥适于或配置成执行其它的任务或步骤的设备。另外，“基于”的使用意指开放式和包容性，因为“基于”一个或多个上述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作实际上可基于其他没有描述的条件或值。在此包括的标题、列表或数字仅是为了便于解释，并且绝不意在是限制性的。
根据本主题各方面的实施例可以以数字电子电路、计算机硬件、固件、软件、或前述组合来实现。一个实施例中，计算机可包括一个或多个处理器。处理器包括或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)。处理器执行在存储器中存储的计算机可执行程序指令，例如，执行一个或多个计算机程序，该程序包括传感器采样例程、触觉效果选择例程及适当编程，以产生用于生成上述已选择的触觉效果的信号。
这样的处理器可包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或状态机。这样的处理器可以进一步包括可编程电子设备，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(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM或EEPROM)或其他类似设备。
这样的处理器可包括介质，或可以与介质通信，例如，可存储指令的有形计算机可读介质，当处理器执行上述指令时，可使得处理器实现执行这里所述的由处理器执行或辅助的步骤。计算机可读介质的实施例可包括但不限于电存储设备、光存储设备、磁存储设备、或能够向诸如网络服务器中的处理器的处理器提供计算机可读指令的其他存储设备。介质的其他示例包括但不限于软盘、CD-ROM、磁盘、存储器片、ROM、RAM、ASIC、已配置的处理器、所有光学介质、所有磁带或其他磁介质、或计算机处理器可从其读取的任何其他介质。而且，各种其他设备可以包括计算机可读介质，诸如路由器、专用或公共网络、或其他传输设备。上述处理器和处理可以在一个或多个结构中，并且可以遍及一个或多个结构而分散。处理器可包括用于执行这里所述一种或多种方法(或部分方法)的代码。
尽管已经针对其具体实施例详细描述了本主题，但是将理解，本领域技术人员在获得对前文的理解时可以很容易产生对这样的实施例的更改、变化和等同物。因此，应当理解，当前的公开是为了示例而不是限制目的进行呈现，并且不排除将对本领域技术人员而言是显而易见的那些针对本主题的修改、变化和/或添加包括进来。

Claims (23)

1.一种系统，包括：
触摸敏感界面，所述触摸敏感界面被配置成检测用户交互并且至少部分地基于所述用户交互来传送第一界面信号；
处理器，所述处理器与所述触摸敏感界面通信，并且被配置成接收所述第一界面信号并且至少部分地基于所述第一界面信号来确定触觉效果，所述处理器进一步被配置成预加载与所述触觉效果相关联的触觉信号；
高速缓存，所述高速缓存与所述处理器通信，并且被配置成将已预加载的触觉信号存储一段时间，然后传送所述触觉信号；以及
触觉效果发生器，所述触觉效果发生器与所述高速缓存通信，并且被配置成从所述高速缓存接收所述触觉信号并且至少部分地基于所述触觉信号来输出触觉效果。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述触摸敏感界面包括触摸屏。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述触摸敏感界面被配置成：
检测在物理接触之前的所述用户交互；以及
检测所述物理接触。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述触摸敏感界面被配置成至少部分地基于在所述物理接触之前的所述用户交互来传送所述第一界面信号，并且其中，所述触摸敏感界面被配置成至少部分地基于所述物理接触来传送第二界面信号。
5.如权利要求4所述的系统，其中：
所述处理器被配置成至少部分地基于所述第一界面信号来确定所述触觉效果；以及
所述高速缓存被配置成至少部分地基于所述第二界面信号来输出所述触觉信号。
6.如权利要求3所述的系统，其中，所述时间段是检测用户交互和检测所述物理接触之间的时间。
7.如权利要求3所述的系统，其中，在检测到所述物理接触之后，所述高速缓存将所述触觉信号传送到所述触觉效果发生器。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述时间段是预定义的。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述高速缓存包括存储器。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述高速缓存包括以下中的一个：电容器、电感器或电池。
11.如权利要求1所述的系统，其中：
所述高速缓存包括飞轮，以及
存储所述触觉信号包括旋转所述飞轮。
12.如权利要求11所述的系统，进一步包括飞轮制动器，并且其中输出所述触觉效果包括使所述飞轮变慢。
13.如权利要求1所述的系统，进一步包括传感器，所述传感器被配置成检测在所述触摸敏感界面的表面上的用户交互，并且将与所述用户交互相对应的传感器信号传送到所述处理器。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述传感器包括以下中的一个：光传感器、红外传感器或运动传感器。
15.如权利要求1所述的系统，进一步包括外壳，所述外壳被配置成容纳所述处理器、所述高速缓存、所述触觉效果发生器。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述外壳包括手持设备外壳。
17.如权利要求15所述的系统，其中，所述触觉效果发生器被配置成将所述触觉效果输出到所述外壳上。
18.一种用于生成触觉效果的方法，包括：
从触摸敏感界面接收第一界面信号，所述触摸敏感界面被配置成检测用户交互并且至少部分地基于所述用户交互来传送界面信号；
至少部分地基于所述第一界面信号来确定触觉效果；
将与所述触觉效果相关联的触觉信号预加载到高速缓存，所述高速缓存被配置成将所述触觉信号存储一段时间；以及
将所述触觉信号传送到触觉效果发生器，所述触觉效果发生器被配置成输出所述触觉效果。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述触摸敏感界面被配置成检测在物理接触之前的所述用户交互，并且检测所述物理接触。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述时间段是检测所述用户交互和检测物理接触之间的时段。
21.如权利要求19所述的方法，进一步包括从所述触摸敏感界面接收第二界面信号，并且其中所述触摸敏感界面被配置成至少部分地基于在所述物理接触之前的所述用户交互来传送所述第一界面信号，并且至少部分地基于所述物理接触来传送所述第二界面信号。
22.如权利要求21所述的方法，其中，在接收到所述第二界面信号之后，将所述触觉信号传送到所述触觉效果发生器。
23.一种用处理器可执行程序代码编码的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：
用于从触摸敏感界面接收界面信号的程序代码，所述触摸敏感界面被配置成检测用户交互，所述触摸敏感界面进一步被配置成至少部分地基于所述用户交互来传送界面信号；
用于至少部分地基于所述界面信号来确定触觉效果的程序代码；
用于将与所述触觉效果相关联的触觉信号预加载到高速缓存的程序代码，所述高速缓存被配置成将所述触觉信号存储一段时间；以及
用于将所存储的触觉信号传送到触觉效果发生器的程序代码，所述触觉效果发生器被配置成输出所述触觉效果。
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