CN102713793B - 用于增加电子设备中的触觉带宽的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于增加电子设备的触觉带宽的系统和方法。系统的一个公开的实施例是装置，该装置具有：第一致动器；第二致动器；以及耦接到第一和第二致动器的处理器，该处理器被配置成将第一命令信号应用到第一致动器来输出从第一开始时间到第一停止时间的第一触觉效果，该处理器被配置成将第二命令信号应用到第二致动器来输出从第二开始时间到第二停止时间的第二触觉效果。

Description

用于增加电子设备中的触觉带宽的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年11月17日提交的、题为“System and Methodfor Increasing Haptic Bandwidth in an Electronic Device”的美国临时专利申请No.61/262,041的优先权，其全部内容通过引用的方式被合并到本文中。
技术领域
本公开总体上涉及用于增加电子设备中的触觉带宽的系统和方法。
背景技术
随着手持式设备，尤其具有触敏表面（即，触摸屏）的移动电话，的受欢迎度的增加，传统上由机械按钮提供的物理触感在该新一代设备的范围中不再应用。可触确认一般通过典型地使用诸如振动电机的单个致动器，来解决或最起码替代对可编程机械咔嗒声效果的使用。这样的常规触觉效果包括用来指示进入的呼叫或文本消息、或用来指示错误状况的振动。
发明内容
本发明的实施例提供了用于增加电子设备中的触觉带宽的系统和方法。例如，在一个实施例中，一个系统包括装置，该装置具有：第一致动器；第二致动器；以及耦接到第一致动器和第二致动器的处理器，该处理器被配置成将第一命令信号应用到第一致动器来输出从第一开始时间到第一停止时间的第一触觉效果，该处理器被配置成将第二命令信号应用到第二致动器来输出从第二开始时间到第二停止时间的第二触觉效果。
在方法的一个实施例中，该方法包括：在处理器处接收在图形环境内发生的交互的交互信号，该交互对应于触觉效果；将第一输入信号应用到第一致动器来输出第一触觉效果，其中第一致动器输出在第一时间开始并且在第二时间终止的第一触觉效果；以及将第二输入信号应用到第二致动器来输出第二触觉效果，其中第二致动器输出在第三时间开始的第二触觉效果，其中第三时间在第二时间之后发生。在另一个实施例中，计算机可读介质包括用于促使处理器执行这样的方法的程序代码。
提及这些说明性实施例并不是为了限制或限定本发明，而是提供示例以帮助对本发明的理解。在提供了对本发明的进一步描述的具体实施方式中论述了说明性实施例。可以通过研究本说明书来进一步理解由本发明的各种实施例提供的优点。
附图说明
被合并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了实施例的一个或多个示例，并且与示例实施例的描述一起用来解释实施例的原理和实现。
图1示出根据本发明的实施例的用于增加电子设备中的触觉带宽的系统；
图2和3分别图示致动器对在5和10Hz的频率的脉冲信号的响应；
图4图示按照本发明的实施例的电子设备的框图；
图5图示按照本发明的实施例的具有触觉区域的QWERTY键盘；
图6图示按照本发明的实施例的响应于图5中的QWERTY键盘的交互而对多个致动器的调度激活；
图7图示按照本发明的实施例的针对输出触觉效果来增加电子设备中的触觉带宽的方法的流程图；以及
图8图示按照实施例的针对输出触觉效果来增加电子设备中的触觉带宽的方法的流程图。
具体实施方式
在本文中，在用于增加电子设备中的触觉带宽的系统和方法的情景下，描述了示例实施例。本领域普通技术人员将认识到，下面的描述仅是说明性的，并且并不意在是以任何方式限制的。从本公开获益的这样的技术人员脑中将容易地想到其他实施例。现将详细参考如在附图中图示的示例实施例的实现。相同的参考指示符将在整个附图和下面的描述中被用来表示相同或相似的项。
为了清晰起见，并没有示出和描述在此描述的实现的所有常规特征。当然，将理解的是，在对任何这样的实际实现的开发中，必须作出多个特定于实现的决定，以便实现开发者的具体目标，诸如符合应用和业务相关的限制，以及这些具体目标将因实现的不同以及因开发者的不同而变化。
用于增加电子设备中的触觉带宽的说明性系统
现参考图1，图1示出根据本发明的一个说明性实施例的用于增加电子设备中的触觉带宽的系统50。在图1中所示的实施例中，蜂窝电话60包括触摸屏66和用于向蜂窝电话60输出各种触觉效果的数个致动器70-76。在该说明性实施例中，致动器中的两个70、72是压电式致动器，以及另两个致动器74、76是具有偏心旋转质量（通常被称为“ERM”）的旋转电机。除这些组件外，蜂窝电话60还包括处理器62、存储器64、传感器68。
在平常操作期间，处理器62执行存储在存储器64中的软件，并且在触摸屏66上显示图形用户界面（GUI）元素。用户通过触摸触摸屏66选择一个或多个GUI元素或通过在触摸屏66上做出手势来与蜂窝电话60进行交互。传感器68检测与触摸屏66的各种接触，并且向处理器62提供传感器信号，处理器62基于在触摸屏66上显示的GUI元素的位置和任何检测到的手势来解释所述信号。
在操作期间的某些时间，处理器62可以基于用户输入或基于GUI或由处理器62执行的诸如文本消息收发软件的其他应用内发生的事件，来确定一个或多个触觉效果是否要被输出到蜂窝电话60。在确定一个或多个触觉效果要被输出之后，处理器62选择一个或多个致动器70-76以使用来输出触觉效果。在图1中所示的实施例中，存储器64存储关于致动器中的每一个的参数信息，包括频率范围、谐振频率、启动和停止时间、电力消耗、或物理耦接信息，诸如致动器是否耦接到蜂窝电话60的外壳、触摸屏66或蜂窝电话60的其他部分，诸如物理键或按钮（未示出）。基于致动器信息，处理器62为触觉效果生成致动器信号、选择一个或多个致动器来输出触觉效果、并且在适当的时间将致动器信号传送给致动器以生成期望的触觉效果。
例如，如果用户正在触摸屏66上显示的虚拟键盘上打字，则由用户“按压的”每一个键可以导致触觉效果。在该实施例中，处理器62确定对于每一个按压，需要尖锐、高频触觉效果。然后，处理器62确定应当使用ERM致动器74、76来输出触觉效果。例如，处理器62基于用于致动器70-76中的每一个的已存储的致动器简档来确定ERM致动器74、76能够生成高幅度力并且耦接到蜂窝电话60的外壳。进一步，处理器62确定由于键按压可以接连不断地发生，所以ERM致动器74、76两者都应当被使用，并且应当被交替，因为在下一触觉效果要被输出之前，ERM致动器74、76的启动和停止特性可能花费很长时间来完全停止触觉效果，即，单个ERM致动器74、76可能没有足够带宽来支持如键击般迅速发生的触觉效果。
定义振动电机致动器的带宽的一种方法是在致动器输出的脉冲开始感知为模糊的、连续振动之前可以在之间从该致动器获取的最大频率。例如，如图2中所示，脉冲10由单个振动致动器响应于非连续或脉冲信号20而生成，由此脉冲信号20近似在5Hz。对于5Hz脉冲信号，致动器所输出的响应或减速是这样的：致动器能够在其被指令再次加速之前振动一些时间，并且达到几乎完全停止（点A）。图3图示同一致动器，其中脉冲信号在10Hz的频率。如在图3中所看到的，在脉冲信号40指令致动器再次开始加速（参见图3中的点B）之前，由致动器输出的脉冲振动30的幅度不能接近零值。换句话说，在致动器再次开始朝着最大幅度加速之前，致动器不能减速到其中不能感知到触觉效果的幅度的幅度。这会导致“模糊”触觉效果，其中每一个效果倾向于很难与下一效果区分，这倾向于降低用户的体验。因此，为了增加触觉带宽，图1中的说明性系统采用多个致动器和使那些致动器致动的新颖性的方法。
在确定键盘按压应当由ERM致动器74、76生成之后，处理器可以确定需要另外的触觉效果。例如，当用户按压“发送”按钮时，处理器62确定应当输出触觉效果来指示发送按钮被按压。在该说明性实施例中，处理器62确定除振动效果外，应当输出纹理触觉效果。在这样的实施例中，如将在下面更详细描述的，处理器62通过交替地向一个ERM致动器74以及然后另一个ERM致动器76发送信号来生成振动效果。
另外，处理器62生成带有高频率（例如，>20KHz）的致动器信号，并且确定ERM致动器已在使用中、ERM致动器不适于生成这样的高频率、以及压电式致动器70、72能够生成必需的频率。进一步，处理器62基于已存储的致动器参数信息来确定每一个压电式致动器70、72被配置成仅在一个维度输出触觉效果，以及两个压电式致动器70、72沿着正交轴被定向。因此，在该实施例中，处理器62确定压电式致动器70、72中的每一个应当被致动来生成纹理效果。因此，处理器62将高频致动器信号传送给压电式致动器70、72中的每一个以生成触觉效果来模拟触摸屏66上的纹理表面。
通过基于存储在蜂窝电话的存储器64内的致动器的性能特性来选择性地使致动器70-76致动，这样的说明性实施例提供了增加的触觉带宽。进一步，由于提供了多个不同的致动器，所以多个效果可以被同时输出（或进行）、或可以以高保真输出，尽管对于要被输出的触觉效果，存在致动器70-76中的一个或多个的不足性能特性。例如，通过在两个ERM致动器74、76之间交替地输出振动，可以以大于ERM致动器74、76中的一个的峰值带宽的速率来输出高幅度精确振动。
给出该说明性示例来向读者介绍在本文中论述的一般主题。本发明并不限于该示例。下面部分描述了用于增加电子设备中的触觉带宽的系统和方法的各种另外的非限制实施例和示例。
现参考图4，图4图示按照实施例的电子设备的框图。特别地，图4图示电子设备100，电子设备100具有主体或外壳102、在主体102内并且耦接到存储器106的处理器104。处理器104能够将信息存储到存储器106以及从存储器106检索信息。这样的信息可以包括但不限于致动器简档、触觉效果简档、触觉效果输出序列、用来发送给致动器的编程电压、游戏数据、软件数据等。
电子设备100被示出有耦接到处理器104的一个或多个可选触摸屏、触摸板或其他触摸敏感组件108。应当注意的是，本发明的一些实施例可以不包括触摸敏感组件108。例如，可以将本发明的一些实施例应用到其他类型的设备，诸如操纵杆、可旋转旋钮、独立信息亭、计算机鼠标、虚拟现实模拟、计算机外设、智能电话、手持式计算机、游戏外设等。然而，为了解释的目的，将使用触摸敏感组件108来描述用于增加电子设备中的触觉带宽的系统和方法的实施例。
例如，如图4中所示，设备100包括耦接到触摸屏108和处理器104的传感器110，由此传感器110监视用户的手指、尖笔或其他输入装置在与触摸敏感组件108交互期间的位置、压力和/或移动。传感器110向处理器104提供传感器信号以指示用户的输入的压力、位置和/或移动，由此运行软件程序的处理器104响应于此而更新通过触摸敏感组件108示出的显示。在实施例中，触摸敏感组件108将传感器110合并在其中作为集成组件，并且因此，传感器110不是单独组件。然而，为了论述目的，传感器110在本文中被称为单独组件。
另外，电子设备100将多个致动器112、114、116包括在主体内。应当注意的是，尽管在图4中示出了三个致动器，然而，只有两个致动器是预期的或多于三个致动器也是预期的。在一个实施例中，致动器112、114、116均被安装到设备100的主体102以向其传递触觉效果。在一个实施例中，致动器中的一个或多个被安装到触摸敏感组件108或其他相应用户输入设备以向其传递局部性触觉效果。预期的是，致动器中的一个或多个可以被安装到触摸敏感组件108或其他相应用户输入设备，而剩余致动器被安装到主体102或一个或多个物理按钮（未示出）。在一个实施例中，至少一个致动器被悬挂在主体102内，并且可以被配置成向触摸敏感组件和/或主体102传递触觉效果。致动器可以被设计成利用柔性或弹性材料来放大从其产生的触觉效果。在一个实施例中，一个或多个致动器是在外部安装到主体102以向其输出触觉效果的外部设备或外设的一部分。
在所示的实施例中，致动器112-116被配置成：一旦从处理器104接收到输入命令信号，则输出一个或多个触觉效果。输入命令信号可以来自可能在用户和在由软件程序运行的图形环境内的图形对象之间发生的交互，由此该软件程序可以被运行于本地处理器或与电子设备分离的主计算机上。交互还可以是独立于用户的，其中用户的动作没有引起该交互（例如，文本消息被接收、在游戏中小行星撞击用户的车辆）。然而，交互可以促使触觉事件发生或可以是用户选择触觉区域的产物，将在下面更详细论述这两者。
上述致动器可以是各种类型的，包括但不限于：偏心旋转质量（ERM）致动器、线性谐振致动器（LRA）、压电式致动器、音圈致动器、电活性聚合物（EAP）致动器、形状记忆合金、寻呼机或DC电机、AC电机、动磁式致动器、E芯致动器、智能凝胶、静电致动器、电触致动器等。
如上所述，致动器112-116响应于在图形环境中发生的一个或多个触觉事件而输出其相应的触觉效果。触觉事件在本文中被称为在设备的操作期间发生、能够潜在地使触觉效果与其相关联、然后以触觉效果形式向用户输出的任何交互、动作、碰撞或其他事件。
例如，当在游戏玩耍期间，用户正控制的图形车辆遭受风湍流时，触觉事件可以发生，由此，与该触觉事件相关联的示例触觉效果可以是振动。另一个示例是当在游戏中，飞弹与用户的角色相撞时，触觉事件可以发生，由此，与该触觉事件相关联的示例触觉效果是摇动或脉冲。触觉事件可以不与游戏玩耍相关联，但是仍然在用户正在玩游戏时向用户提供重要的设备信息（例如，接收文本消息、完成歌曲下载、电池电量低等）。
还如上所述，交互可以与用户在显示屏上与之进行交互的图形环境的图形对象相关。例如，触觉效果可以由系统响应于交互而输出，其中用户在图形环境中选择指定的区域，特此被称为显示的触觉启用区域或仅仅“触觉区域”。在一个示例中，如图5中所示，可以为键盘的显示的键的边界每一个指定触觉区域。在图5中，可以为“shift（切换）”键的左边界202、右边界204、底部边界206和顶部边界208的每一个指定触觉区域，由此，当传感器110指示用户的手指或尖笔正在显示的边界中的一个或多个上移动时，处理器104指令致动器输出相应的触觉效果。还预期的是，可以为在“shift”键内的边界202-208之间的区域指定触觉区域。在一些实施例中，当开发要在设备100上运行的软件时，就指定触觉区域。然而，在一些实施例中，用户可以能够诸如经由偏好或选项菜单来定制现有触觉区域或开发/指定新的触觉区域。
现再次参考图4，本系统和方法利用多个致动器来以连续顺序操作达一持续时间，在这期间交互发生。多个致动器的交错输出将以更快的间隔来增加致动器的输出带宽，并且产生对用户来说可辨别的不同、分离的触觉效果。在一个实施例中，当触觉事件发生（或触觉区域被选择）时，处理器104在开始时间将带有指定电压和电流的输入命令信号应用到致动器112，以促使致动器112加速到最大指定幅度来输出对应的触觉效果。此后，处理器104（诸如基于存储在存储器中的触觉效果的编程参数）在停止时间终止输入命令信号，在这时致动器112从最大幅度减速到停止。处理器104然后在相应开始时间将指定电压和电流应用到第二致动器114，以促使致动器114加速到最大指定幅度来输出对应的触觉效果。一旦到达用于第二致动器114的输入命令信号的停止时间，则处理器104终止到致动器114的脉冲信号，以允许第二致动器114从其最大幅度减速到停止。处理器104然后再次将输入命令信号发送给第一致动器112以开始输出触觉效果，等等。
在该实施例中，在致动器112、114之间重复该过程，以因此促使致动器112、114交替并接连地输出其相应的触觉效果。在一些实施例中，在由另一个致动器输出的触觉效果至少在不能被用户可辨别地感知的幅度和/或频率之前，特定致动器不会开始操作。然而，在一些实施例中，在由另一个致动器输出的触觉效果在零幅度和/或频率之前，特定致动器不会开始操作。
在一个实施例中，针对致动器中的每一个的输入命令信号的开始和停止时间的调度被预定并存储在存储器中。这允许处理器在触觉效果要被输出时快速检索调度数据，并因此使计算重负减轻。已存储的信息调度的形式可以是其中与其他致动器有关的、用于每一个致动器的开始和停止时间已被建立的查找表或其他已存储的配置，其中处理器104仅仅处理已存储的信息，并因此基于所指定的调度指令来激活致动器。调度指令可以基于所使用的致动器的类型（例如，ERM、LRA、压电式等）、要由致动器输出的期望的最大和最小幅度、致动器将以其操作的电压和频率、要输出的触觉效果的类型（例如，振动、砰声、咔嗒声等）、以及致动器的总体操作特性（例如，重型或轻型致动器等）。
在一个实施例中，致动器112的特定操作特性将为处理器104所已知，其中向处理器104提供关于以下的信息：致动器112基于所应用的电压和电流从停止位置加速到期望的幅度和频率所花费的时间。进一步，存储器106可以存储与致动器112从其最大操作幅度和频率减速回停止位置所花费的时间有关的信息。在一个实施例中，这是由于基于电流的类型（即，AC相对DC），致动器112的加速和减速时间已经是已知的并且被存储在存储器106中作为要由处理器读取并因此提供给致动器的数据或指令。例如，在一个实施例中，存储器106包括与致动器112-116相关联的一个或多个致动器简档。在一个实施例中，致动器简档包括与致动器相关联的多个参数，诸如启动时间、停止时间、最小和最大频率、最大幅度、谐振频率、触觉效果类型、操作轴或电力消耗。处理器104然后可以访问致动器简档以确定采用哪些致动器以及多少个致动器来生成一个或多个触觉效果。
图6图示了图示按照实施例的由系统中的两个致动器输出的已调度触觉效果的图。如图6中所示，顶部图300图示由第一致动器112输出的脉冲触觉效果，以及底部图400图示由第二致动器114输出的脉冲触觉效果，其中两个图共享共同时间线。如图6中所示，一旦触觉事件发生或触觉区域被确定，则处理器104在致动器112开始其操作的时间t0将其命令信号发送给致动器112。如该实施例中所示，输入命令信号是方波信号，其中处理器104在时间tA1终止其命令信号，由此时间tA1在t1之前发生。在该实施例中，处理器基于存储在存储器中的致动器参数来确定时间tA1。例如，在一个实施例中，处理器104确定用于致动器112、114的停止时间的百分比，以确定在致动器信号已被终止之后、在新的信号可能被开始之前等待的最小时间量。
在一个实施例中，处理器104确定在致动器信号已被终止之后、在开始相同类型的触觉效果之前等待的时间量。例如，在一个实施例中，设备可以包括多个不同类型的致动器，诸如ERM致动器、DC电机、压电式致动器、LRA等。在这样的实施例中，处理器可以同时使多个致动器致动来输出不同类型的效果，诸如纹理、振动和扭转。在这样的实施例中，处理器可以促使纹理效果被输出，而与振动效果或扭转效果的状态无关。在这样的实施例中，处理器104可以确定不需要等待时间，因为第一触觉效果可以与第二触觉效果几乎同时被输出，而不会干扰这两个效果。
在时间tA1左右，致动器112减速到使得没有可辨别的触觉效果被用户感知的幅度。在一个实施例中，致动器112在时间tA1左右减速到零幅度。在一些实施例中，除方波外，可以采用不同的输入命令信号或致动器信号。例如，可以生成致动器信号来使致动器加速或减速以提供高保真触觉效果，诸如在2005年11月30日提交的、题为“Systemsand Methods for Controlling a Resonant Device for GeneratingVibrotactile Haptic Effects”的美国专利No.7,639,232中所公开的，其全部内容通过引用的方式被合并到本文中。
在时间t1，处理器104将输入命令信号发送给致动器114，其中致动器114开始其操作并且加速到最大幅度。如在该实施例中所示的，命令信号是方波信号，其中处理器104在时间tB1终止其命令信号，由此时间tB1在t2之前发生。在时间tB1左右，致动器114已充分减速，使得处理器104确定下一致动器可能被致动。例如，在该实施例中，处理器104确定被存储在存储器中作为用于致动器114的参数的停止时间的一部分。在一个实施例中，致动器114在时间tB1左右达到或将近完全停止。在一些实施例中，处理器104在使下一致动器112致动之前延迟固定时间量。此后，处理器104然后指令致动器112在时间t2开始操作，等等。来自多个致动器的这个交替模式的输出可以生成分离的触觉效果，其在被用户感知时是不同且可辨别的，因为致动器被调度来以交错方式操作，以向用户提供以下感觉：来自在先触觉效果的脉冲在随后脉冲被感知之前已充分衰退。考虑的是，在一些实施例中，单个致动器在大约或大于10Hz的频率可能不能实现该结果，多个致动器的调度能够实现像这样高的频率的这样的结果。
在另一个示例中，QWERTY键盘具有近似6毫米宽的键，其中处理器104在传感器110指示用户的手指（或尖笔）被放置在特定键的一个边界上时指令单个致动器输出触觉效果。在另一个示例中，用户的手指以每秒7键的速率跨一系列键（特别地，键“z”至“m”）移动。以每秒7键的速率，要求致动器按照大约每70ms 1键边界的量级输出触觉效果，其被转换成近似每秒14键边界（或每边界71.4毫秒）。被委派任务为触觉区域中的每一个输出振动的单个致动器可以生成连续或几乎连续的振动，并且因此用户在键边界之间可能没有感知到任何不同。这是由于单个致动器在下一脉冲已在被输出之前没有时间完全停止。
为了确保在键边界处对触觉效果以及清晰、不同且可辨别的触觉效果的恰当触发，可以采用多个致动器来接连输出触觉效果来提供该可触信息。当传感器110在“shift”键的左边界202（参见图5）上检测到用户的输入时，处理器104将第一命令信号应用到致动器112。当传感器110在“shift”键的右边界204上检测到用户的输入时，处理器104将第二命令信号应用到致动器114。相应地，当传感器110在键“z”的左边界上检测到用户的输入时，处理器104将第三命令信号应用到致动器112。在多个致动器112、114之间的这个交替模式产生了能够被用户辨别的明确且不同的触觉效果。
应当注意的是，当在触发触觉事件和/或触觉区域之间的时间量长于致动器达到完全停止或至少减速到对用户来说不能感知的幅度所需的时间量时，可以使用单个致动器（诸如致动器112）来输出多个触觉效果。然而，在一些实施例中，当在触发触觉事件和/或触觉区域之间的时间量少于致动器达到完全停止或至少减速到对用户来说不能感知的幅度所需的时间量时，处理器104接连激活多个致动器（例如，2、3或更多）。所需的时间量基于所使用的致动器的操作参数和类型以及应用到致动器的电流和电压量。
能够由致动器产生的触觉效果随电流、电压、频率以及开始和停止时间而变化。这样的触觉效果包括但不限于振动、脉冲、砰声、咔嗒声、阻尼特性以及变化的纹理。在一个实施例中，可以利用多个致动器来为不同的应用生成不同的触觉效果。例如，如上所述，两个致动器被配置成在用户的手指或尖笔在图形对象（例如，键盘键）的边界上通过时提供振动或砰声。另外，耦接到触摸敏感组件的一个或多个致动器当用户被检测到在边界内时被激活来生成纹理类触觉效果。
在一个实施例中，致动器是使用连续DC电压来驱动的偏心旋转质量（ERM）致动器，由此ERM致动器由处理器104脉动来输出触觉效果，并且还以较低频率实现相对短的开始和停止时间。然而，当以较高频率（即，>50Hz）操作时，ERM致动器的响应、尤其足够快速地加速和减速到期望的幅度的能力，可能比产生上述不同的触觉效果所需的更慢。这是由于，对于给定的恒定DC驱动电压，致动器的响应将处于预定的幅度和频率。换句话说，增加DC驱动电压的幅度将成比例地导致具有更高幅度和更高加速度的加速响应。同样地，减少DC驱动电压的幅度将成比例地导致具有更低幅度和更低减速度的减速响应。
例如，一旦处理器仅将DC电压应用到致动器，则ERM致动器可能不能生成清晰且不同以及在120Hz具有0.4Gpp的幅度的振动。不是仅以DC模式驱动致动器，处理器104将AC信号应用到致动器，由此，致动器用具有与输入信号相同的频率内容的加速度分布图对该驱动信号作出响应。这导致具有比典型DC驱动的ERM致动器高得多的加速响应的ERM致动器。以AC（双极）模式过度驱动致动器的这个技术在频域中显著地提高了致动器的带宽。致动器因此能够通过使AC和DC输入信号叠加，来以特定幅度和加速度生成不同的振动效果。
以AC模式使用多个致动器的主要优点是，总体系统能够实现叠加原理。将两个不同的输入信号应用到致动器，其中每一个输入信号具有不同的频率和幅度参数，将导致具有那些频率和成比例的幅度的振动效果。单个致动器不能生成该叠加效果，因为其起初并不意在具有如当以AC模式对其进行驱动时所获取的这样的高带宽。当生成高保真振动反馈（同时，纹理、砰声和振动）时，该叠加原理是重要的。
尽管上述致动器是ERM致动器，但是致动器还可以是线性谐振致动器（LRA）。LRA致动器是带有谐振质量弹簧系统的DC电机，其中质量在一个维度方向上线性来回致动。该设备能够以特定频率，例如175Hz，生成较高加速响应。然而，在其他频率，对于相同输入幅度，加速度接近于0。然而，如果输入信号的幅度在响应很弱的其他区域中被增加，则作为结果的加速度强得足以那些特定频率和用取决于驱动信号的幅度的幅度来提供良好振动效果。在一些实施例中，可以采用其他类型的致动器。例如，可以采用智能凝胶致动器来在触摸屏上提供与触摸屏所示的诸如键盘上的键的对象相对应的纹理或物理边界。
如前所述，本发明的一些实施例可以包括多个不同类型的致动器。例如，在一个实施例中，致动器112-116可以包括ERM或LRA致动器和压电式致动器。如前所述，压电式致动器可以提供与ERM或LRA致动器不同类型的触觉效果。例如，压电式致动器可以提供低幅度效果，但是可以具有可以输出效果的宽频率范围。在一些实施例中，压电式致动器对于将触觉效果应用到触摸屏可以是非常适合的。
在一个实施例中，存储器106可以包括与致动器112-116中的每一个相关联的参数。在这样的实施例中，存储器106包括关于致动器中的每一个的参数信息，诸如最小和最大操作频率、最小和最大操作幅度、启动和停止时间以及操作轴。例如，在该实施例中，ERM致动器具有分别近似100和300Hz的最小和最大操作频率，而压电式致动器具有从100至25,000Hz的最小和最大操作频率。
在该实施例中，处理器104确定要以近似200Hz输出振动触觉效果，并且生成第一致动器信号，该第一致动器信号被配置成促使以200Hz的振动。至少部分基于致动器参数信息，处理器选择ERM致动器中的一个。处理器然后将第一致动器信号传送给所选择的ERM致动器。处理器还确定要以近似25,000Hz输出纹理触觉效果，并且生成第二致动器信号，该第二致动器信号被配置成促使以25,000Hz的振动。至少部分基于致动器参数信息，处理器选择压电式致动器中的一个。处理器然后将第二致动器信号传送给所选择的压电式致动器。在该实施例中，可以以近似相同的时间输出这两个触觉效果。因此，不必履行上述致动器先后顺序。然而，根据本发明的实施例，如果要接连不断地输出多个触觉效果，则处理器104可以将第一致动器信号交替地输出给这两个ERM致动器。
虽然在前实施例公开了ERM和压电式致动器的组合，但是也可以使用致动器的其他组合。例如，在一个实施例中，可以使用ERM和LRA致动器的组合。例如，不同大小的多个ERM或LRA致动器可以被包括来提供一系列振动频率，其可以被分别或同时致动。在这样的实施例中，存储器106包括与每一个致动器相关联的参数，包括最小和最大操作频率、最小和最大操作幅度、启动和停止时间以及操作轴。参数还进一步包括与每一个致动器相关联的谐振频率，如果相应致动器具有这样的特性。因此，处理器104可以选择适当的一个或多个致动器来生成期望的触觉效果。
如参考具有压电式和ERM致动器的组合的实施例所论述的，处理器104基于要输出的触觉效果和描述致动器中的每一个的参数来选择适当的一个或多个致动器。在一些实施例中，处理器104可以进一步基于致动器的操作状态，诸如致动器在使用中还是仍停止，来选择致动器。
现参考图7，图7图示针对输出触觉效果来增加电子设备中的致动器的触觉带宽的方法的流程图。详细地，在502中，向处理器提供关于触觉事件是否发生（例如，视频游戏中的碰撞）和/或触觉区域是否已被选择（例如，用户的手指或尖笔在所显示的键的边界上移动）的信息。可以从传感器110和/或从由处理器或单独主机计算机运行的软件来提供该信息。一旦向处理器104通知要输出触觉效果，则如在504中，处理器104在预定的开始和停止时间将输入命令信号应用到第一致动器。此后，如在506中，处理器在预定的开始和停止时间将输入命令信号应用到第二致动器，由此，在到第一致动器的输入命令信号的停止时间之后，第二致动器的开始时间才发生。在一些实施例中，如在506中，在第一和第二致动器112、114之间重复该过程达预定的持续时间。
如在508中，当预定的持续时间已期满时，处理器104确认触觉事件和/或触觉区域仍被激活，或换句话说，交互仍在发生。如果当持续时间期满时正促使触觉效果的交互仍在发生，则如在504中，处理器104继续在致动器之间进行交替。另一方面，如果当持续时间结束时交互结束，则510，处理器104终止到致动器的输入命令信号。预期的是，如果交互在持续时间期满之前停止，则通知处理器104，由此，处理器104将提早终止到致动器的输入命令信号来结束所输出的触觉效果。
现参考图8，图8图示针对输出触觉效果来增加电子设备中的致动器的触觉带宽的方法的另一个流程图。应当注意的是，可以完全或部分组合图7和8中的方法，并且所述方法并不相互排斥。如图7中所示，如602所示，作为要求触觉效果的动作的结果，处理器确定是否要输出两个或更多不同的触觉效果。如果确定要产生少于两个不同的触觉效果，则如图8中的604中，处理器104仅指令单个致动器来输出触觉效果。再次，该确定可以基于传感器信息和/或软件指令以及用于特定动作的所分配的触觉效果。例如，碰撞可以在显示器上发生，其中用于该碰撞的指定触觉效果是单个振动，由此，处理器104将仅指令一个致动器来输出该振动。应当注意的是，604是可选的，因为处理器可以替代地选择以使多于一个致动器同时或顺序地输出触觉效果。
然而，如果基于触觉事件/触觉区域，确定要产生多于两个不同的触觉效果，则确定多个致动器是否将以以下频率和幅度操作：使得如果仅采用单个致动器，则触觉效果对用户来说将不是不同且独立可辨别的，如图8中的606所示，或确定两个（或更多）触觉效果是否是不同类型的，使得应当使用不同类型的致动器（例如，ERM和压电式）。例如，基于输入命令信号的频率和幅度，如果ERM致动器在其被要求再次加速到最大幅度之前，将不能减速到可忽略幅度，或达到如存储在存储器114内的致动器简档中的其停止时间的充足百分比，则作为结果的触觉效果可以感知到模糊和不清楚，如上所述。因此，在这样的情况下，如在608中，处理器104然后将输入命令信号发送给多个致动器，由此，诸如根据图7中所示的实施例，命令信号将以交替方式选择性地激活致动器来从致动器输出清晰、不同且可辨别的触觉效果。相比之下，如果基于描述致动器的参数和触觉效果的特性，确定多个触觉效果可以由单个致动器输出，则处理器104基于触觉效果来生成输入命令信号，并且将该输入命令信号应用到仅仅一个致动器来输出触觉效果。在一些实施例中，处理器104实时地进行这些确定。然而，在一些实施例中，所分配的触觉效果中的每一个连同致动器的频率、幅度、开始和停止时间数据、其他参数以及关于要输出单个还是多个致动器的指令被存储在存储器106中，使得处理器104能够容易地处理指令，并且相应地指令激活哪些致动器。再次，这个确定可以基于传感器信息、存储在存储器106中的致动器参数和/或软件指令以及用于特定动作的所分配的触觉效果。例如，碰撞可以在显示器上发生，其中用于该碰撞的指定触觉效果是单个振动，由此，处理器104将指令仅仅一个致动器来输出该振动。
在另一个实施例中，处理器104基于要输出的触觉效果的类型来确定要由多个致动器输出多个触觉效果。例如，在步骤600，处理器104基于用户接触虚拟键盘上的键的边缘来确定要输出振动触觉效果，并且确定应当输出纹理触觉效果来模拟键盘的感觉。在这样的实施例中，在步骤602，处理器104确定要输出多个触觉效果，并且该方法前进到步骤606。
在步骤606中，处理器通过确定哪些致动器能够输出触觉效果来确定哪些效果要由哪些致动器输出。例如，在一个实施例中，纹理效果可以通过以下来输出：以大于近似20kHz的频率输出振动并且调整该振动的幅度，诸如通过将振动的幅度设置为最大幅度的百分比或通过根据诸如正弦波或其他周期或非周期波形的第二信号来调制幅度。例如，在一个实施例中，振动的幅度可以被设置为0%，在触觉区外，以及被设置为50%或100%，以在触觉区内接触。在一个实施例中，第二或调制频率可以具有10Hz的频率，使得20kHz振动的幅度以10Hz的速率从0至100%变化。在一些实施例中，可以使用更高的调制频率，诸如100Hz、500Hz或1000Hz、或其他适当的频率。处理器104对存储在存储器106中、与每一个致动器相关联的参数进行分析。基于参数，处理器104确定ERM致动器不能产生这样的效果。因此，处理器104确定应当选择压电式致动器来输出纹理效果。
类似地，指示在虚拟键盘上的键的边缘的振动可以具有在近似100-300Hz之间的高幅度振动频率，诸如200Hz。在这样的情况下，处理器104选择ERM致动器来输出触觉效果。处理器104诸如通过采用上述技术，可以进一步确定要输出多个振动效果以及应当采用多个ERM致动器。在确定哪些致动器与每一个触觉效果相关联之后，该方法前进到步骤608。
在步骤608中，处理器生成第一致动器信号，该第一致动器信号被配置成促使以大于近似20kHz的频率的振动来生成纹理触觉效果。处理器还生成第二致动器信号，该第二致动器信号被配置成促使以200Hz的振动。处理器然后将第一致动器信号传送给压电式致动器，并且将第二致动器信号传送给ERM致动器。在一个实施例中，如上所述，处理器104可以将第二致动器信号交替地传送给多个ERM致动器。
虽然根据在各种机器上执行的软件，描述了在本文中的方法和系统，但是所述方法和系统还可以被实现为特定配置的硬件，特定地执行各种方法的这样的现场可编程门阵列（FPGA）。例如，再次参考图1和2，可以以数字电子电路或以计算机硬件、固件、软件、或其组合来实现实施例。在一个实施例中，计算机可以包括一个或多个处理器。处理器包括计算机可读介质，诸如被耦接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，诸如执行用于编辑图像的一个或多个计算机程序。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）以及状态机。这样的处理器可以进一步包括可编程电子器件，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）、或其他类似器件。
这样的处理器可以包括例如计算机可读介质的介质或可以与所述介质通信，所述介质可以存储指令，所述指令在被处理器执行时能够促使处理器执行在本文中被描述为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为诸如web服务器中的处理器的处理器提供计算机可读指令的电子、光学、磁性、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、已配置的处理器、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中进行读取的任何其他介质。所述处理器和处理可以处于一个或多个结构中，并且可以散布于一个或多个结构。处理器可以包括用于执行本文所述的方法（或方法的部分）中的一个或多个的代码。
仅仅出于说明和描述的目的，提供了本发明的一些实施例的前述描述，并且其并不意在是穷尽的或将本发明局限于所公开的精确形式。在不背离本发明的精神和范围的情况下，其许多修改和调整对本领域技术人员来说将是显而易见的。
在本文中对“一个实施例”或“实施例”的引用意为结合该实施例描述的特定特征、结构、操作或其他特性可以被包括在本发明的至少一个实现中。本发明并不限制于被描述为如此的特定实施例。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在本说明书中各种地方的出现不一定是指相同的实施例。可以将在本说明书中关于“一个实施例”描述的任何特定特征、结构、操作或其他特性与关于任何其他实施例描述的其他特征、结构、操作或其他特性相组合。

Claims (27)

1.一种用于增加电子设备中的触觉带宽的装置，包括：
第一致动器；
第二致动器；
存储器，所述存储器被配置为存储与时间段t1有关的信息，其中，t1等于所述第一致动器从其最大操作频率减速回停止位置所需要的时间；
耦接到所述存储器以及所述第一致动器和第二致动器的处理器，所述处理器被配置成将第一命令信号应用到所述第一致动器来输出从第一开始时间到第一停止时间的第一触觉效果，其中AC电压被应用到所述第一命令信号的至少一部分以实现所述第一致动器的速度上的期望改变；以及
将第二命令信号应用到所述第二致动器来输出从第二开始时间到第二停止时间的第二触觉效果，其中所述第二开始时间在所述第一停止时间之后至少时间t1发生。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一触觉效果和所述第二触觉效果是振动。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一致动器是偏心旋转质量。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二致动器是偏心旋转质量。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一致动器是线性谐振致动器。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二致动器是线性谐振致动器。
7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
耦接到所述处理器的触摸敏感组件，所述触摸敏感组件被配置成在其上显示图形对象；以及
耦接到所述触摸敏感组件和所述处理器的传感器，所述传感器被配置成检测用户输入在所述触摸敏感组件上的位置，其中所述处理器被配置成：一旦所述传感器指示所述用户在所述图形对象中的触觉启用区域上的输入，则激活所述第一致动器和第二致动器。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器被配置成：一旦软件程序指示触觉事件已发生，则激活所述第一致动器和第二致动器。
9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：耦接到所述处理器的第三致动器，其中所述第三致动器输出与所述第一触觉效果和第二触觉效果不同的第三触觉效果。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第三致动器耦接到触摸敏感组件，其中所述第三触觉效果是应用到所述触摸敏感组件来提供纹理效果或减少在所述触摸敏感组件和用户的输入之间的摩擦力的高频振动。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器将AC电压应用到所述第一命令信号的至少一部分，以实现对于来自所述第一致动器的速度的期望改变。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器将AC电压应用到所述第二命令信号的至少一部分，以实现对于来自所述第二致动器的速度的期望改变。
13.一种用于增加电子设备中的触觉带宽的方法，包括：
在处理器处接收在图形环境内发生的交互的交互信号，所述交互对应于触觉效果；
将第一输入信号应用到第一致动器来输出第一触觉效果，其中所述第一致动器输出在第一时间开始并且在第二时间终止的所述第一触觉效果，其中AC电压被应用到所述第一输入信号的至少一部分以实现所述第一致动器的速度上的期望改变；
接收与时间t1有关的信息，其中，t1等于所述第一致动器从其最大操作频率减速回停止位置所需要的时间；以及
将第二输入信号应用到第二致动器来输出第二触觉效果，其中所述第二致动器输出在第三时间开始的所述第二触觉效果，其中所述第三时间在所述第二时间之后至少时间t1发生。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二触觉效果在第四时间终止，所述方法进一步包括：将所述第一输入信号应用到所述第一致动器来输出在第五时间开始的所述第一触觉效果，其中所述第五时间在所述第四时间之后发生。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
经由耦接到所述处理器的触摸敏感组件来显示所述图形环境；
检测对所述图形环境中的触觉区域的选择；以及
将与对所述触觉区域的所述选择相对应的所述交互信号发送给所述处理器。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：一旦从所述处理器接收到对应的输入命令信号，则经由第三致动器输出第三触觉效果，其中所述第三触觉效果不同于所述第一触觉效果和第二触觉效果。
17.一种电子设备，包括：
主体；
在所述主体内的处理器；以及
在所述主体内并且耦接到所述处理器的多个致动器，每一个致动器被配置成：一旦从所述处理器接收到相应的输入信号，则输出对应的触觉效果，
其中所述处理器被配置成：
接收指示交互的交互信号，所述交互对应于触觉效果；
将第一输入信号应用到所述多个致动器中的第一致动器来输出第一触觉效果，其中所述第一致动器输出在第一时间开始并且在第二时间终止的所述第一触觉效果，其中AC电压被应用到所述第一输入信号的至少一部分以实现所述第一致动器的速度上的期望改变；
接收与时间t1有关的信息，其中，t1等于所述第一致动器从其最大操作频率减速回停止位置所需要的时间；以及
将第二输入信号应用到所述多个致动器中的第二致动器来输出第二触觉效果，其中所述第二致动器输出在第三时间开始的所述第二触觉效果，其中所述第三时间在所述第二时间之后至少时间t1发生。
18.根据权利要求17所述的电子设备，进一步包括：
耦接到所述处理器和所述主体的触摸敏感组件，所述触摸敏感组件被配置成在其上显示图形对象；以及
耦接到所述触摸敏感组件和所述处理器的传感器，所述传感器被配置成检测用户输入在所述触摸敏感组件上的位置，其中所述处理器被配置成：一旦所述传感器指示所述用户在所述图形对象中的触觉启用区域上的输入，则激活至少所述第一致动器和第二致动器。
19.根据权利要求17所述的电子设备，其中所述处理器被配置成：一旦软件程序指示触觉事件已发生，则激活所述第一致动器和第二致动器。
20.根据权利要求17所述的电子设备，进一步包括：耦接到所述处理器的第三致动器，其中所述第三致动器输出与所述第一触觉效果和第二触觉效果不同的第三触觉效果。
21.一种用于增加电子设备中的触觉带宽的系统，包括：
第一致动器，所述第一致动器是压电式致动器；
第二致动器；
存储器，所述存储器被配置为存储与时间段t1有关的信息，其中，t1等于所述第一致动器从其最大操作频率减速回停止位置所需要的时间；以及
与所述第一致动器和所述第二致动器进行通信的处理器，所述处理器被配置成：
生成第一致动器信号，所述第一致动器信号被配置成促使从第一开始时间至第一停止时间以大于20kHz的频率的振动，其中AC电压被应用到所述第一致动器信号的至少一部分以实现所述第一致动器的速度上的期望改变；以及
生成第二致动器信号，所述第二致动器信号被配置成促使从第二开始时间至第二停止时间在100-300Hz之间的振动；
将所述第一致动器信号传送给所述压电式致动器；
将所述第二致动器信号传送给所述第二致动器，其中所述第二开始时间在所述第一停止时间之后至少时间t1发生。
22.根据权利要求21所述的系统，进一步包括：计算机可读介质，所述计算机可读介质被配置成存储第一致动器信息和第二致动器信息，所述第一致动器信息包括描述所述第一致动器的特性的至少一个参数，以及所述第二致动器信息包括描述所述第二致动器的特性的至少一个参数。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述处理器被配置成：
接收命令；
基于所述命令来确定触觉效果；
至少部分基于所述触觉效果、所述第一致动器信息和所述第二致动器信息来选择所述压电式致动器或所述第二致动器中的一个；
如果选择了所述压电式致动器，则生成所述第一致动器信号并且将所述第一致动器信号传送给所述压电式致动器，
如果选择了所述第二致动器，则生成所述第二致动器信号并且将所述第二致动器信号传送给所述第二致动器。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述处理器进一步被配置成：
接收命令，
至少部分基于所述命令来确定触觉效果，
如果所述触觉效果包括摩擦触觉效果，则将所述第一致动器信号传送给所述压电式致动器，以及
如果所述触觉效果包括振动触觉效果，则将所述第二致动器信号传送给所述第二致动器。
25.根据权利要求21所述的系统，进一步包括：触摸敏感输入设备，以及其中所述压电式致动器被耦接到所述触摸敏感输入设备。
26.根据权利要求21所述的系统，其中所述第二致动器包括偏心旋转质量、线性谐振致动器或压电式致动器中的一个。
27.根据权利要求21所述的系统，进一步包括：第三致动器，所述第三致动器包括第二压电式致动器，
其中所述压电式致动器是第一压电式致动器，并且被配置成在第一方向上输出触觉效果，以及
其中所述第二压电式致动器被配置成在第二方向上输出触觉效果，所述第二方向与所述第一方向不同。
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