CN102906669B - 用于用户接口的装置以及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于电子设备的用户接口的装置，该装置包括具有预定粗糙度的纹理表面（101），所述纹理表面（101）被配置以在与用户皮肤的物理相互作用时在该装置的用户皮肤上产生第一预定义振动，其中所述纹理表面（101）的粗糙度被配置以使得由物理相互作用所产生的第一预定义振动具有能够被用户皮肤的特定机械感受器检测到的频率和/或幅度。

Description

用于用户接口的装置以及相关方法
技术领域
本发明涉及到触觉反馈（tactile feedback）领域，相关的装置、方法以及计算机程序，并且具体地，一些实施方式涉及用于将触觉反馈调谐到特定的人类机械感受器（human mechanical receptor）的可检测频率范围的装置和方法。某些公开的方面/实施方式涉及便携式电子设备，特别地，涉及使用时可手持的所谓的手持便携式电子设备（尽管在使用时可将他们放在支架上）。这种手持便携式电子设备包括所谓的个人数字助理（PDA）。
根据一个或多个公开的方面/实施方式的便携式电子设备/装置可提供一个或多个音频/文本/视频通信功能（例如电话通信、视频通信和/或文本传输、短消息服务（SMS）/多媒体消息服务（MMS）/电子邮件功能、交互式/非交互式观看功能（例如web浏览、导航、电视/节目观看功能）、音乐录音/播放功能（例如MP3或者其它格式和/或（FM/AM）无线电广播录音/播放）、数据功能的下载/发送、图像获取功能（例如使用数字摄像机（例如内置的））以及游戏功能。
背景技术
触感（haptic）技术是一种触觉反馈技术，其利用用户的触摸感觉，采用施加到用户的压力、振动和/或运动来传递信息。此前，触觉反馈已经被用于协助虚拟物体的产生和控制（即，仅存在于计算机仿真中的物体），以及用于加强对远端机器和设备的控制。
然而，最近以来，触感技术已经被应用到便携式电子设备中以补充视觉内容。例如，有些设备利用触感技术以响应于触摸来产生振动。这可与触摸敏感屏幕相结合，其中可利用所述振动来确认用户对屏幕上的内容的选择。在其它设备中，振动已被用于引导用户到特定屏幕上特征，并且甚至创建图像的触觉呈现以能够利用降低的认知（congnitive）工作实现对显示内容的感知（如在WO2009/097866A1中所描述的）。
人类皮肤使用四种不同的机械感受器（mechanoreceptors）来检测压力、振动和纹理（texture）。这些包括触觉小体（meissner corpuscle）、触盘（merkel disc）、环层小体（pacinian corpuscle）以及鲁菲尼神经末梢（ruffini ending）。已知的触感设备通常使用以下内容中的一个或多个来刺激这些感受器：气动（pneumatic）刺激（压缩空气的喷射）、振动触觉刺激（振动驱动器）、电触觉刺激（电场）以及功能性神经肌肉刺激（电流）。
表面纹理的感知（perception）通过皮肤中的振动来进行调节，其被触盘、触觉小体以及环层小体编码。通常，不同的纹理引发不同频率的振动。环层小体可检测频率在70至1000Hz之间的振动，其中对200-400Hz范围内的振动特别敏感（对应于当手指以0.1米/秒的速度移动时，由包括小于200微米特征的纹理在指尖上生成的频率）。另一方面，当传感（sensing）频率在10-50Hz之间的振动（对应于手指速度为0.1米/秒时2到10毫米大小的特征）时，触觉小体具有更高的敏感性。类似地，触盘可检测5-15Hz的振动频率（对应于大约6-20毫米的长度范围）。
为了能够实现表面纹理的精确检测，如果触感设备可促使皮肤以特定机械感受器最能检测到的频率进行振动，则将非常有利。然而，很多已知的触感系统都没有选择性地或精确地刺激机械感受器，并且作为结果，在向用户传递触觉信息时效率较低。
此处所公开的装置和相关的方法会或不会解决上述问题。
之前公开的文档的列表或论述或者在本说明书中的任何背景技术都不应当被视为承认该文档或背景技术是现有技术的一部分或公知常识。本公开内容的一个或多个方面/实施方式可能或者可能不解决背景技术中的一个或多个问题。
发明内容
根据第一方面，提供了一种用于电子设备的用户接口的装置，所述装置包括具有预定粗糙度（roughness）的纹理表面，所述纹理表面被配置为在所述装置与用户皮肤进行物理相互作用时在用户皮肤中产生第一预定义振动，其中对纹理表面的粗糙度进行配置，使得由所述物理相互作用所产生的所述第一预定义振动具有用户皮肤中的特定物理感受器能够检测的频率和/或幅度。
所述频率和/或幅度可对应于以下类型的物理感受器中的一种或多种：触盘、触觉小体、环层小体。所述纹理表面可包括多个驱动元件。每个驱动元件可被配置以使得所述驱动元件的高度能够独立于其它驱动元件来进行变化，进而使得所述纹理表面的粗糙度能够被修改。每个驱动元件可被配置以使得所述驱动元件的高度能够独立于其它驱动元件而变化，以允许所述纹理表面中横波的生成。可配置所述横波与用户皮肤的相互作用以产生所述第一预定义振动。
所述纹理表面可包括两个或多个区域。所述纹理表面可被配置以使得一个区域的粗糙度不同于另一个区域的粗糙度。所述纹理表面可包括一个或多个下述结构配置：行、列、同心圆（concentric circle）、指纹漩涡（fingerprint swirl）和网格。所述纹理表面可包括涂层（coating）。所述涂层可具有一个或多个下述特性：疏水（hydrophobic）、疏油（oleophobic）的和防刮。
所述装置可包括电容元件。所述电容元件可以被配置以允许在所述装置的用户和电容元件和之间建立可变强度的电场。电场强度的变化可被配置为与所述用户皮肤进行相互作用，以独立于所述纹理表面在用户皮肤上产生第二预定义振动。
所述装置可被配置以使得所述纹理表面的预定粗糙度，向由电场强度变化所产生的所述第二预定义振动的频率和/或幅度提供预定的修改。所述频率和幅度可独立于彼此来进行修改。所述预定的修改可在电容元件被激活时在用户皮肤上产生第三预定义振动，其具有特定机械感受器能够检测的频率和/或幅度。
所述电容元件可包括电导体、电绝缘体和电源。所述电源可被配置以向所述电导体充电。所述电绝缘体可被配置以防止当用户接近所述电容元件时从电力充电的导电层到用户皮肤的电流。所述电源被可配置以改变电导体上的充电幅度（通过改变所施加的电压），以促使电场强度的变化。
所述电容元件可包括多个分段。每个分段可被配置以独立于其它分段来在该分段和用户之间建立变化强度的电场。电场强度的变化可被配置与用户皮肤进行相互作用，以独立地在用户皮肤中产生第二预定义振动。
根据另一个方面，提供了一种包括此处描述的任何装置的电子显示器。所述电子显示器包括触摸敏感（sensitive）组件。该触摸敏感组件可被配置以允许所述装置的用户能够通过触摸所述电子显示器，与所述电子显示器上示出的内容进行直接交互。
根据另一个方面，提供了一种用于电子设备的模块，该电子设备包括此处描述的任何装置。
根据另一个方面，提供了一种包括此处描述的任何装置的电子设备。所述电子设备可为便携式电子设备。所述便携式电子设备可为便携式电信电子设备。
根据另一个方面，提供了一种用于电子设备的用户接口的装置，该装置包括电容元件和纹理表面，电容元件和纹理表面都被配置为在该装置的用户的皮肤中独立地产生预定义的振动；
所述纹理表面具有预定义的粗糙度，以在与用户皮肤的独立物理相互作用时产生第一预定义振动；
所述电容元件被配置以允许在该电容元件和用户之间建立变化强度的电场，电场强度的变化被配置为与用户皮肤进行独立地交互作用以产生第二预定义振动；
并且其中，所述装置被配置以使得所述纹理表面的预定粗糙度，向通过电场强度的变化而产生的第二预定义振动提供预定的修改，从而在所述电容元件被激活时产生第三预定义振动。
所述装置可被配置以使得所述纹理表面的预定粗糙度，向由通过电场强度的变化而产生的所述第二预定义振动的频率和/或幅度提供预定的修改。当所述电容元件被激活时，所述预定的修改可产生第三预定义振动，其具有用户皮肤中的特定机械感受器能够检测的频率和/或幅度。
根据另一个方面，提供了一种在装置的用户皮肤中产生预定义振动的方法，包括：
使用装置，所述装置包括具有预定粗糙度的纹理表面，所述纹理表面被配置为在与用户皮肤进行物理相互作用时在装置的用户皮肤中产生第一预定义振动，其中所述纹理表面的粗糙度被配置以使得由所述物理相互作用所产生的第一预定义振动具有所述用户皮肤中的特定机械感受器能够检测的频率；
促使所述纹理表面和用户皮肤之间的物理相互作用，以产生用户皮肤中的特定物理感受器能够检测的第一预定振动。
根据另一个方面，提供了一种方法，该方法包括：
当电容元件被激活时，通过使用该装置在用户皮肤上产生第三预定义振动，基于纹理表面和用户皮肤之间的物理相互作用在装置的用户皮肤上提供对预定义振动的产生，所述装置包括电容元件和纹理表面，所述电容元件和纹理表面都被配置以在该装置的用户皮肤中独立地产生预定义振动；
所述纹理表面具有预定义的粗糙度，以在与用户皮肤的独立物理相互作用时产生第一预定义振动；
所述电容元件被配置以允许在所述电容元件和用户之间建立变化强度的电场，电场强度的变化被配置为与用户皮肤进行独立地交互作用以产生第二预定义振动；
并且其中，所述装置被配置以使得所述纹理表面的预定粗糙度，向由所述电场强度的变化而产生的第二预定义振动提供预定的修改，从而在所述电容元件被激活时产生所述第三预定义振动。
根据另一个方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括代码，该代码被配置为控制驱动器的高度来定义纹理表面的粗糙度，从而在与装置的用户皮肤的物理相互作用时产生第一预定义振动，所述装置包括具有预定粗糙度的纹理表面，所述纹理表面被配置以在与用户皮肤的物理相互作用时在所述装置的用户皮肤中产生第一预定义振动，其中所述纹理表面的粗糙度被配置以使得由所述物理相互作用所产生的所述第一预定义振动具有所述用户皮肤中的特定机械感受器能够检测的频率和/或幅度，并且其中所述纹理表面包括多个驱动元件，每个驱动元件被配置以使得该驱动元件的高度可独立于其它驱动元件进行变化，以使得所述纹理表面的粗糙度能够被修改。
根据另一个方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括代码，该代码被配置以使用装置来控制电场强度的变化，从而独立于纹理装置在用户皮肤中产生第二预定义振动，所述装置包括电容元件和纹理表面，所述电容元件和纹理表面都被配置以在该装置的用户皮肤中独立地产生预定义振动；
所述纹理表面具有预定义的粗糙度，以在与用户皮肤的独立物理相互作用时产生第一预定义振动；
所述电容元件被配置以允许在所述电容元件和用户之间建立变化强度的电场，电场强度的变化被配置以与用户皮肤进行独立地相互作用来产生第二预定义振动；
并且其中，所述装置被配置以使得所述纹理表面的预定粗糙度，向由所述电场强度的变化而产生的第二预定义振动提供预定的修改，从而在所述电容元件被激活时产生第三预定义振动。
当前所公开的内容包括了一个或多个独立的或者以各种不同方式组合的相应的方面、实施方式或特性，无论其是否在所述组合中或者独立存在时进行特别声明（包括所要求保护的）。用于执行此处所讨论的一个或多个功能的相应模块也属于当前披露内容的范围。
用于执行所披露的一个或多个方法的计算机程序也属于当前披公开的范围，并且包含在所描述的一个或多个实施方式中。
以上的发明内容仅仅是示例性的，而并不是用于限定。
附图说明
现在将参考附图来仅以实例的方式进行描述，其中：
图1a示例性地示出了具有任意粗糙度的表面；
图1b示例性地示出了具有被调整以用于通过触觉小体来检测的粗糙度的表面；
图1c示例性地示出了具有被调整以用于通过环层小体来检测的粗糙度的表面；
图2a示例性地示出了包含许多列的纹理表面；
图2b示例性地示出了包含许多行的纹理表面；
图2c示例性地示出了包含网格的纹理表面；
图2d示例性地示出了包含许多同心圆的纹理表面；
图3a示例性地示出了包含多个驱动器的纹理表面的俯视图；
图3b示例性地示出了包含多个驱动器的纹理表面的侧视图；
图4示例性地示出了图3中的纹理表面中横波的生成；
图5示例性地示出了包含4个可选择的菜单选项的电子显示器；
图6示例性地示出了使用图3的纹理表面对触觉图像的生成；
图7a示例性地示出了包含位于电子显示器前面的纹理表面的设备；
图7b示例性地示出了包含位于电子显示器后面的纹理表面的设备；
图8示例性地示出了包含此处描述的装置的设备；
图9示例性地示出了在装置的用户皮肤中产生预定义振动的方法；以及
图10示例性地示出了提供程序的计算机可读媒介。
具体实施方式
图1a示例性地示出了具有任意粗糙度的纹理表面101（用于便携式电子设备的触摸用户接口）。当手指102在纹理表面上掠过时，所述表面的粗糙度在皮肤中引起振动，其中由触盘、触觉小体和环层小体来检测所述振动。当表面101具有任意的粗糙度时，所述振动具有较宽的频率范围。如同在背景技术部分所讨论的，触盘对5-15Hz范围内的频率最为敏感，触觉小体对10-50Hz范围内的频率最为敏感，而环层小体对200-400Hz范围内的频率最为敏感。因此，在这些范围内的振动频率相比于其它振动频率来说更加强烈（即，更主要地）被检测。此外，研究已经显示，有些人无法检测到某些表面，其原因目前尚不清楚，但其中一种假设是，与这些表面所生成的振动的频率相对应的感受器被损坏或者缺少足够的敏感性。
通过引起具有落入特定机械感受器的最优范围内的频率的皮肤振动，可能提高触觉反馈的有效性。图1b示例性地示出了具有预定（周期性）粗糙度的表面101。在该情况下，选择所述粗糙度的波长（表示为“λM”），以在皮肤中产生预定义的振动，该振动具有能够专门被触觉小体检测到的频率。达到这个目标的所需的波长取决于手指102的速度。例如，在手指速度为0.1米/秒时，为了使得触觉小体能够精确检测振动，所述波长应该在2到10毫米之间。也可以检测具有这个范围以外的粗糙度波长的闻纹理，但信号将会更弱。类似地，对于手指速度为0.1米/秒并且利用环层小体来检测振动时，最优波长在0.25到0.5毫米之间，尽管还可以检测低至0.1毫米的粗糙度长度级别。此外，手指速度为0.1米/秒时的触盘的刺激需要粗糙度波长在6到20毫米之间。图1c示出了专门地选择以刺激环层小体的波长（表示为“λP”）的表面101。
对于给定波长的粗糙度，振动频率随着手指102的速度而改变。尽管理论上可以通过使用手指速度的改变来调整针对特定感受器的振动频率，但这种方式通常并不实用。
和粗糙度的波长一样，粗糙度的幅度也是重要的考虑因素。为了表面纹理的精确检测，对给定的振动频率，振动幅度必须大于特定的门限。在给出每个感受器的操作频率的情况下，用于环层小体、触觉小体以及触盘的相应幅度门限分别为1-100微米、～100微米以及100-200微米。因此，为了刺激这些感受器，每个特征的高度应当大于相应的幅度门限。在图1b中，粗糙度的幅度“AM”被调整以适合触觉小体，且在图1c中，粗糙度的幅度“AP”被调整以适合环层小体。
所述纹理表面的表面图案（或者结构配置）也是重要的。图2a示出了包含具有预定粗糙度的纹理表面201的装置。在这个例子中，纹理表面201包含许多列203，选择所述列的间隔，以在手指（或者其它身体部分）沿x轴在表面201上移动时，产生具有特定机械感受器能够检测到的频率的皮肤振动。图2b示出了另一种配置，其中纹理表面201许多行204。在这个例子中，需要手指在表面上沿y轴移动来引起皮肤振动。图2c示出了类似于网格的结构。与图2a和图2b的纹理表面不同，网格205的使用允许在x和y轴上对纹理的精确检测，而不是仅在一个轴或另一个轴上检测。图2d中示出了进一步的配置。在这种配置中，纹理表面201包括许多同心圆206，配置圆间距以在皮肤中产生振动，所述振动刺激特定机械感受器。这种表面图案的优势在于其在任意径向方向上都能引起振动。可用于产生类似效果的另一中可能是将圆206替代为类似人类指纹上发现的那些的漩涡。
以上描述的各种表面图案可通过制作固定结构来包含装置中。这可以使用例如标准平版印刷（lithographic）、印刷或者自组装方法来实现。材料本身可能是刚性的或者弹性的，并且可通过金属或塑料材料来制作。此外，假定在皮肤和纹理表面201之间需要物理接触，表面可包括涂层，所述涂层被配置以对抗污垢、皮肤、灰尘、潮湿或者油渍。已经研发了各种具有自我清洁属性并且可适用于所述目的的纳米技术（nano）涂层。所述涂层可为疏水、疏油和/或防刮的。例如，涂层可包括能够通过光催化（photocatalytic）分解来防止污垢累积的自我清洁玻璃。自我清洁玻璃可包括二氧化钛。商业上可获得的自我清洁玻璃的实例（其可适用于当前装置）包括：Pilkington的Pilkington ActivTM、PPG工业的SunClearTM、Gardinal Glass工业的Neat GlassTM、Saint-Gobain的SGG Aq uacleanTM、以及Saint-Gobain的BiocleanTM。可以适合用于本装置的商业上可得的涂层的另一个例子是Diamond Fusion International（钻石融合国际）公司的DFITM。
此外，纹理表面201可包括两个或多个区域，其中一些区域具有不同于其它区域的粗糙度。在该实施方式中，每个区域处表面特征的波长和/或幅度可以不相同。例如，一个区域可包含波长为0.5毫米且幅度为50微米的粗糙度，而另一个区域可包含波长为5毫米且幅度为150微米的粗糙度。还可以在不同区域中包含不同的表面图案。例如，一个区域可包含许多平行列203，而另一个区域可包含许多同心圆206。
尽管固定结构对于某些应用来说是足够的，如稍后更为详细地介绍的，而其它应用可能需要可以被修改的表面结构。这种特征可能是有用的，例如，如果一个装置具有多个用户，并且这些用户中一个或多个由于特定的感受器损坏而不能检测到特定的纹理。在这种情况下，纹理表面201可被配置以具有能够由一种类型的感受器（例如，触觉小体）检测的第一预定粗糙度，并且然后被重新配置为具有能够被另一种类型的感受器（例如，环层小体）检测的第二预定粗糙度。通过这种方式，每个用户都可在一定程度上体验到触觉反馈。
这可通过使用包含多个驱动元件307的纹理表面301来实现。图3a中示出了这种类型的表面301的俯视图，并且图3b示出了侧视图。在该图中，驱动元件307被安排为规则的二维阵列（尽管实际中其可能不需要这样）。每个驱动元件307可被配置使得其高度“h”可独立于其它驱动元件307而进行变化（尽管在另一个实施方式中，一个或多个驱动元件307可被配置以一起运动，使得他们相对于另一个保持同样的高度）。这使得所述纹理表面301的粗糙度（包括频率和幅度两者）被改变。所述驱动元件307可以是气动的（pneumatic）、液压的（hydraulic）、电动的（electric）、磁性的（magnetic）或者压电的驱动器，并且可被配置为将电信号转换成线性运动。此外，所述驱动元件307可具有纳米级别（nm）、微米级别（μm）或者宏观级别（mm或cm）的尺寸。
在上述例子的每个中，在与纹理表面401的物理接触过程中，需要手指（或其它身体部位）的移动以引起皮肤振动。然而，驱动元件407的使用，允许表面401运动的替代。该特征使得无需手指移动就能对表面纹理进行检测，并且可通过改变驱动元件407的高度以在纹理表面401上输出横波408来实现上述特性，如图4所示。当所述波408沿着表面401传播时，所述波408的波峰409可与用户的手指402相互作用并且在皮肤中产生振动。在这种配置下，每个驱动元件407都周期性的上下移动，但是与相邻驱动元件407并非同步，进而创建粗糙度相对于皮肤切向移动（trangential movement）。所述波408的平滑性取决于驱动元件407的数量。驱动元件407的数量越大，所产生的波408越平滑。所述粗糙度的波长（表示为“λW”）还可以变化。具有更多数量的驱动元件407的进一步优势在于，其为变化粗糙度的波长提供更大的范围，进而使得对于给定的手指速度，振动的频率可被调节到特定感受器。
调整振动频率的另一个方式是改变所述波408的速度，表示为“VW”。通过增加驱动元件407的速度410，波408的速度可被增加，导致更大的振动频率。利用驱动元件407，所述波的幅度（表示为“AW”）也可以通过改变驱动件407的高度来调整到特定的感受器。
该技术的一种可能应用是在包括显示屏屏幕的便携式电子设备中。如前所述，触感技术有时会与触摸敏感显示器结合使用，以确认屏幕上的按键按压或者引导用户到特定内容。在其它设备中，触感技术用于创建触觉图像以补充视觉信息。此处所描述的装置和方法可用于增强这种触觉反馈的有效性。
图5示出了包括纹理表面的触摸敏感电子显示器510，所述纹理表面位于所述电子显示器的显示屏幕的前面。电子显示器510可为有机LED、无机LED、电致变色（electrochromic）、电泳（electrophoretic）、电润湿（electrowetting）显示器。在该实例中，向用户呈现了四个可能的菜单选项511（但也可为任何其它的屏幕可选内容）。当用户决定了特定菜单选项511时，他/她必须在电子显示器510上触摸菜单选项511以选择它。
使用传统的触摸敏感电子显示器510，用户必须单独依靠视力引导他的手指到所选的菜单选项511上进行选择。然而，当所述电子显示器510包含了纹理表面501时，通过为菜单区域提供与非菜单区域不同的粗糙度和/或通过为每个或者相邻菜单选项提供不同的粗糙度，还可使用纹理（粗糙度）来引导用户到正确的选项511。对于有视觉缺陷（例如，低视力）的有些人来说这是特别有用的，其中触觉信息可以用于替代视觉信息，或与视觉信息一起使用。然而，补充的触觉信息对于具有良好视力的人来说也是有用的。例如，菜单选项511在电子显示器510上位于彼此非常邻近的情况下，需要更多的用户注意力来选择正确的选项511。通过提供附加的触觉信息，可通过降低的感知工作来执行内容选择。
为了提供有用的触觉信息，纹理表面501可包括多个区域，每个区域具有不同的粗糙度。纹理表面上的不同区域可对应于电子显示器510上显示的不同的菜单选项511。基于每个区域的粗糙度，用户可在不同的菜单选项511之间进行区分并且利用减少的视觉压力和用户注意力来做出正确的选择。在这个方案中，纹理表面501上围绕菜单选项511的区域512可相对于各种菜单选项511（例如粗糙度）所对应的区域具有不同的纹理（例如，光滑度）。该实施方式中的纹理表面501需要使用驱动元件（而不是固定结构）以根据屏幕内容来修改粗糙度。这很重要，因为从一个屏幕到下一个时可选择内容的位置可能有所变化。因此，无论可选择的内容在屏幕上的位置如何，所述纹理表面501都能够提供相应的触觉信息。
当纹理表面501与触摸敏感电子显示器501结合使用时，所述纹理表面510应当是基本上光学透明的，以使得用户能够看见显示的视觉内容511。此外，纹理表面501不应当影响电子显示器510的触摸传感能力。在一个实施方式中，所述纹理表面501（固定结构或驱动元件）可包括触摸敏感组件。每个单独的驱动元件还可作为触摸敏感组件。在另一个实施方式中，电子显示器510可包括触摸敏感组件，该组件可通过纹理表面501被间接地激活。在这些实施方式中，触摸敏感组件可使用电阻、表面声波（surface acoustic wave）、力板（force panel）、光学成像、色散信号、声学脉冲识别或者双向屏幕技术。
除了有助于引导用户到特定的屏幕上的内容，纹理表面501还可用于提供触觉反馈以确认按键的按压。这可结合触摸屏幕按键（即，触摸敏感显示器）或者传统按键（即键盘）一起使用，并且对于有视觉缺陷的用户可能非常有利。使用传统的触摸敏感显示器510，用户通常通过屏幕内容上的视觉改变来获知成功的按键按压。当前的特征允许通过触觉信息来补充该视觉信息。
该特征的实现需要使用驱动元件而不是固定结构。使用上面的例子，当用户在电子显示器510上选择特定的菜单选项511时，所述驱动元件可生成一个横波（如前所述）以刺激用户（静止的）手上的特定感受器。横波可覆盖整个纹理表面501，或者简单地覆盖纹理表面501上对应于所述菜单选项511的区域。
在另一个实施方式中，设备的背面（即电子显示器510的显示屏幕的相对侧）可包括纹理表面501（驱动元件而不是固定结构）。在该实施方式中，通过使用屏幕按键或者传统按键选择屏幕上的内容来促使纹理表面501上的驱动元件生成横波。当设备是手持式设备时，通常在设备的正常使用期间，用户的手一般会物理接触设备的背面。因此，纹理表面501的横波能够与用户皮肤进行相互作用以产生可检测的振动。
在包含键盘上传统按键的设备中，一个或多个按键可包含纹理表面501。在这种方案中，每个按键的纹理可以足够清楚以允许用户单独通过触摸就能够在按键之间进行区分。所述纹理表面还可用于提供对内容选择的确认。如果用于区分的目的，每个按键的纹理表面501可包括固定结构或可变结构。然而，如果被用于提供对内容选择的确认，则将需使用驱动元件（即可变结构）。此外，当选择了屏幕上的内容时，驱动元件可生成沿整个键盘传播的横向波，或者可生成被限制在所按压的按键的表面的横波。
图6示例性地示出了采用纹理表面601的设备上触觉图像613的生成，所述纹理表面包括驱动元件607的阵列。在该实施方式中，设备还包括电子显示器。当所述电子显示器向用户呈现图像时，所述纹理表面601可用于产生该图像的触觉呈现613。通过这种方式，用户能够既看到又感觉到屏幕上的内容。触觉图像613的这种使用对视觉障碍用户尤其有利。存在两种可能的配置。在第一种配置中，纹理表面601位于在设备的前面（即，电子显示器的显示屏幕的前面），并且在第二种配置中，纹理表面601位于设备的背面。在第一种配置中，纹理表面601应当基本上光学透明以允许用户看见电子显示器。在第二种配置中则不需要考虑该问题。第一种配置在用户能够将触觉内容更为容易地关联到视觉内容方面具有优势，这是因为两者都是在显示器上的相同区域上生成的。然而，其缺点是用户的手指可能挡住他/她的视线。根据第二种配置，视觉和触觉图像间的联系更为难以识别，这是因为从相对于视觉图像的所述设备的不同部分生成触觉图像613，但是用户的视线不会被他/她的手指阻挡。
除了所述纹理表面701，此处描述的装置可包括电容元件（如附图7a和7b所示），以独立于所述纹理表面701在用户的皮肤中生成第二预定义振动。电容元件包括电导体714、电绝缘体715以及电源716，所述电绝缘体715位于用户和电导体714之间。电源716被配置以向电导体714充电，并且电绝缘体715被配置为防止当用户接近所述电容元件时从充电的电导体714到用户皮肤的电流。
如图7a和7b所示，电容元件的电导体714和电绝缘体715位于电子显示器710的之后。纹理表面701可位于所述设备的前面（图7a中，在所述电子显示器的表面上），或者位于所述设备的背面（图7b）。所述装置可包括此前描述的触摸敏感组件717。
当纹理表面701、电子显示器710以及触摸敏感组件717中的一个或多个是电绝缘性时，图7a的配置中电绝缘体715可为非必要的。在这种情况下，绝缘材料可能足够防止从充电的电导体714到用户的皮肤的电流，因而可以取消对电绝缘体715的需求。类似地，当纹理表面701是电绝缘性时，电绝缘体715可从图7b的配置中移除。
电容元件被配置以允许在其自身与用户之间建立电场。为了达到该目的，电源716向电导体714供电，并且当用户的身体的一部分接近电导体714时，所述电导体714上的电荷引起所述用户皮肤中产生相反极性的电荷。电导体714和用户上电荷的积聚（build up）形成了电场。这可被视为电容，其中所述电导体714为第一电极，并且所述用户为第二电极，所述第一和第二电极通过电绝缘体715隔开。由电导体714上的电荷所生成的静电力吸引用户上的促使用户皮肤的移动的电荷。
为了在用户的皮肤中生成振动，电源716周期性地改变电导体714上电荷的幅度（和/或极性）。电荷的变化促使电场强度（和/或方向）的变化，进而促使皮肤中的振动。通过控制电场强度，有可能将皮肤振动的频率和幅度调整到特定的感受器。
纹理表面701和电容元件能够相对于另一方独立地在用户皮肤中产生振动。纹理表面701需要与用户物理接触以产生振动，而所述电容元件则不需要。
当纹理表面701和电容元件同时与用户皮肤进行相互作用时，纹理表面701的粗糙度可被控制以对由电容元件所产生的振动的频率（和/或幅度）提供预定的修改。因此，纹理表面701和电容元件的结合提供了对皮肤振动的附加控制。
可将电容元件形成为单个单元（如此前所描述的），或者电容元件可包括多个分段。在后一种配置中，每个分段被配置以独立于其它分段的方式来建立其自身与用户之间的电场。通过这种方式，每个分段可被用于在用户的皮肤上产生不同的振动。这种特性可被用于与纹理表面701相结合，以提供对纹理表面701的不同区域处的感知的纹理的更多控制。这么做的原因可参见图5和6所描述的内容。
图8示例性地示出了包含此处所描述的纹理表面801的电子设备818。所述设备还包括处理器819和存储介质820，其可通过数据总线821相互电连接。设备818可为便携式电子设备，例如便携式电信设备。
纹理表面801被配置以向用户提供被调整到特定机械感受器的触摸反馈，并且包含多个驱动元件807。还可使用容性元件以结合所述纹理表面801来提供触觉反馈。
如参照图10介绍的，存储介质820被配置以存储用于操作装置所需要的计算机代码。存储介质820可为暂时性存储介质，例如易失性随机存取存储器，或者永久性存储介质，例如硬盘驱动器、闪存或非易失性随机存取存储器。
处理器819被配置用于设备818通过向其它设备组件提供信令和接收来自其它设备组件的信令来管理这些组件的操作的的常规操作。特别地，处理器819被配置以通过分别向所述驱动元件807和电导体提供信令来控制驱动元件807的高度和动作，并且控制所述电场的变化。
图9中示出了使用此处所描述的装置来在用户的皮肤中产生预定义振动的方法的关键步骤。
图10示例性地示出了用于根据一个实施方式提供计算机程序的计算机/处理器可读介质1021。在这个例子中，计算机/处理器可读媒质1021是光盘，例如数字多功能光盘（DVD）或者致密光盘（CD）。在其它实施方式中，计算机/处理器可读介质1021可以是按照执行本发明功能的这种方式来编程的任何介质。计算机/处理器可读介质1021可为可移动存储设备，例如记忆棒或者存储卡（SD、迷你SD或微型SD）。
计算机程序可包括代码，其被配置为控制驱动器的高度以定义纹理表面的粗糙度，从而在与装置的用户的皮肤进行物理相互作用时产生第一预定义振动，所述装置包括具有预定粗糙度的纹理表面，所述纹理表面被配置以在与用户皮肤进行物理相互作用时在装置的用户的皮肤上产生第一预定义振动，其中所述纹理表面的粗糙度被配置为使得由所述物理相互作用所产生的第一预定义振动具有所述用户的皮肤的特定机械感受器能够检测到的频率和/或幅度，并且其中所述纹理表面包括多个驱动元件，每个驱动元件被配置以使得所述驱动元件的高度可独立于其它驱动元件进行变化，从而使所述纹理表面的粗糙度能够被修改。
计算机程序可包括其它代码，该代码被配置为控制电场强度的变化，从而使用装置独立于纹理表面在用户的皮肤上产生第二预定义振动，所述装置包括电容元件和纹理表面，所述电容元件和所述纹理表面都被配置为在装置的用户的皮肤中独立地产生预定义振动，具有预定义粗糙度的纹理表面与所述用户的皮肤进行独立的物理相互作用时产生第一预定义振动，所述电容元件被配置以允许在电容元件和用户之间建立变化强度的电场，电场强度的变化被配置为与用户皮肤进行独立地相互作用以产生第二预定义振动，并且其中所述装置被配置以使得所述纹理表面的预定粗糙度向由电场强度的变化所产生的第二预定义振动来提供预定的修改，从而在电容元件被激活时产生第三预定义振动。
在附图中描述的其它实施方式提供了对应于此前所描述的实施方式中的类似特征的参考编号。例如，特征编号1还可对应于编号101、201、301等。这些编号的特征可出现在附图中，但其并不一定直接在这些特定实施方式的描述中被涉及。这些仍然被提供在附图中以帮助理解另外的实施方式，特别是涉及到此前描述的类似实施方式的特征时。
本领域的读者应当理解的是，任意涉及的装置、设备、服务器或者传感器和/或特定涉及的装置、设备、服务器或者传感器的其它特性可由所安排的装置来提供，使得他们能够被配置以仅当被使能时，例如打开或类似操作时，能够执行所期望的操作。在这种情况下，在非使能状态下（例如关闭状态），他们可能不需要将将合适的软件加载到激活存储器中，并且仅在使能状态下（例如打开状态）加载合适的软件。所述装置可包括硬件电路和/或固件。所述装置可包括被加载到存储器的软件。这些软件/计算机程序可被记录在相同的存储器/处理器/功能单元和/或一个或多个存储器/处理器/功能单元中。
在一些实施方式中，特殊涉及的装置、设备、服务器或者传感器可通过适当的软件进行预编程以执行所期望的操作，并且其中，所述适当的软件可通过用户下载“密钥”来使能，例如，来解锁/使能所述软件及其相关功能。与这些实施方式相关的优势可包括当所述设备需要进一步的功能时减少下载数据的需求，并且在获知设备具有足够的空间来存储用于可能未被用户使能的功能的这种预编程软件的实例中，这将很有用处。
应当理解，任何涉及的装置、电路、元件、处理器或传感器除了所涉及的功能外，还可具有其它功能，并且这些功能可被相同的装置、电路、元件、处理器或传感器执行。所公开的一个或多个方面可包括适当的载体（例如存储器、信号）上记录的相关联计算机程序和计算机程序（其可为源/传输编码）的电子分布。
应当理解，此处描述的任何“计算机”可包括一个或多个可能或可能不位于同一电路板上或者电路板上的相同区域/位置或者甚至在同一设备中的单独的处理器/处理元件的集合。在一些实施方式中，一个或多个任意所涉及的处理器可分布在多个设备上。相同的或不同的处理器/处理元件可执行一个或多个此处所描述的功能。
应当理解，术语“信号”或“信令”可涉及作为许多的发送和/或接收信号来发送的一个或多个信号。所述许多信号可包括一个、两个、三个、四个或者更多的单独的信号分量或者不同信号来组成所述信令。这些单独的信号的部分或全部可同时地、按顺序地和/或使得他们暂时彼此重叠地被发送和/接收。
参照对任何涉及的计算机和/或处理器和存储器（例如包括ROM、CD-ROM等）的任何讨论，其可包括计算机处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）和/或其它按这种方式被编程以执行本发明功能的硬件组件。
申请人由此孤立地公开了此处所描述的每个单独的特性以及两个或更多这种特征的任意组合，其达到这样的程度，即这些特性或其组合能够基于当前说明书的描述而作为一个整体被执行，还参照了本领域技术人员的普通常规知识，而无论这些特征或特征的组合是否解决了此处公开的任何问题，并且不对权利要求书的范围构成限制。申请人指出，所公开的方面/实施方式可包括任何这种单独的特性或特性的组合。参照此前的描述，本领域技术人员应当明了，在所公开的范围内可进行各种不同的修改。
虽然已经示出了并且描述和指出了重要的新颖特特征可应用于不同的实施方式，但是应当理解的是，在不脱离本发明精神的情况下，本领域技术人员能够对所描述的设备和方法的形式和细节进行各种的省略、替代以及改变。例如，明确地旨在，用于按照实质上相同的方式来执行实质上相同的功能以达到相同结果的那些元件和/或方法步骤的所有组合都处于本发明的范围之内。另外，应当了解的是，可将结合任何公开的形式或实施方式来示出和/或描述的结构和/或元素和/或方法步骤合并到任意其他的公开或描述或建议的形式或实施方式，以作为设计选择的一般事项。进一步的，权利要求书中模块加功能的条款试图将此处所描述的结构覆盖为执行所陈述的功能并且不仅包括结构等价物、还包括等价的结构。因此，尽管在钉子通过圆柱形表面来将木制部件紧固在一起而螺钉是通过螺旋表面的这个方面，钉子和螺钉不是结构性等价物，然而，在紧固木制部件这个方面，钉子和螺钉却是等价结构。

Claims (12)

1.一种用于电子设备的用户接口的装置，所述装置包括在电子设备的显示屏幕上的纹理表面，所述纹理表面具有预定粗糙度，其中所述纹理表面包括指纹漩涡的结构配置，并且所述纹理表面包括涂层，所述涂层具有以下属性中的一个或多个：疏水或疏油；所述纹理表面包括多个驱动元件，每个驱动元件被配置以使得所述驱动元件的高度能够独立于其它驱动元件进行变化，使所述纹理表面的粗糙度能够被修改；
所述纹理表面被配置为在用户皮肤接触纹理表面的物理相互作用时在所述装置的用户皮肤上产生第一预定义振动，其中配置所述纹理表面的粗糙度，使得由所述物理相互作用所产生的所述第一预定义振动具有所述用户皮肤中的特定机械感受器能够检测的频率和/或幅度；其中所述频率和/或幅度对应于以下类型的机械感受器：触盘；
所述装置进一步包括：电容元件，所述电容元件被配置为允许所述装置的用户和电容元件之间变化强度的电场的建立，电场强度的变化被配置为与所述用户皮肤进行相互作用，以独立于所述纹理表面在用户皮肤上产生第二预定义振动；
其中配置所述装置，使得所述纹理表面的预定粗糙度向所述第二预定义振动的频率和/或幅度提供预定的修改，其中由电场强度的变化产生所述第二预定义振动，从而在所述电容元件被激活时在用户皮肤上产生具有特定机械感受器能够检测的频率和/或幅度的第三预定义振动。
2.权利要求1所述的装置，其中所述纹理表面包括多个驱动元件，每个驱动元件被配置以使得所述驱动元件的高度能够独立于其它驱动元件进行变化，以允许所述纹理表面中横波的生成，所述横波与用户皮肤的相互作用被配置为产生所述第一预定义振动。
3.权利要求1所述的装置，其中所述纹理表面包括两个或多个区域，所述纹理表面被配置以使得一个区域的粗糙度不同于另一个区域的粗糙度。
4.权利要求1所述的装置，其中所述电容元件包括电导体、电绝缘体和电源，所述电源被配置为向所述电导体充电，所述电绝缘体被配置为防止当用户接近所述电容元件时从充电的电导体到用户皮肤的电流。
5.权利要求4所述的装置，其中所述电源被配置为改变电导体上的充电幅度，以促使电场强度的变化。
6.权利要求1所述的装置，其中所述电容元件包括多个分段，每个分段被配置为独立于其它分段在分段和用户之间建立变化强度的电场，电场强度的变化被配置为与用户皮肤进行相互作用以独立地在用户皮肤上产生第二预定义振动。
7.一种电子显示器，包括权利要求1所述的装置。
8.权利要求7所述的电子显示器，其中所述电子显示器包括触摸敏感组件，该触摸敏感组件被配置为允许所述显示器的用户通过触摸所述电子显示器来与所述电子显示器上显示的内容进行直接交互。
9.一种用于电子设备的用户接口的装置，该装置包括电容元件和在电子设备的显示屏幕上的纹理表面，所述电容元件和纹理表面都被配置为在该装置的用户皮肤上独立地产生预定义振动；
所述纹理表面具有预定义粗糙度，其中所述纹理表面包括指纹漩涡的结构配置，并且所述纹理表面包括涂层，所述涂层具有以下属性中的一个或多个：疏水或疏油；以在用户皮肤接触纹理表面并且在纹理表面上移动的独立物理相互作用时产生第一预定义振动；
所述电容元件被配置为允许在该电容元件和用户之间建立变化强度的电场，电场强度的变化被配置为与用户皮肤独立地相互作用以产生第二预定义振动；
以及其中，所述装置被配置，使得所述纹理表面的预定粗糙度向所述第二预定义振动提供预定的修改，其中由电场强度的变化产生所述第二预定义振动，以在所述电容元件被激活时产生第三预定义振动。
10.权利要求9所述的装置，其中所述装置被配置，使得所述纹理表面的预定粗糙度向通过电场强度的变化所产生的所述第二预定义振动的频率和/或幅度提供预定的改动，以在所述电容元件被激活时产生具有用户皮肤中的特定机械感受器能够检测的频率和/或幅度的第三预定义振动。
11.一种方法，该方法包括：
基于纹理表面和用户皮肤之间的物理接触，通过使用装置来产生用户皮肤中的特定机械感受器能够检测的第一预定义振动，在包括电子设备的所述装置的用户皮肤上提供对预定义振动的产生，所述装置包括具有预定粗糙度的纹理表面，其中所述纹理表面包括指纹漩涡的结构配置，并且所述纹理表面包括涂层，所述涂层具有以下属性中的一个或多个：疏水或疏油；在电子设备的显示屏幕上将所述纹理表面进行配置以在与用户皮肤的物理接触时在所述装置的用户皮肤上产生第一预定义振动，其中所述纹理表面的粗糙度被配置以使得由所述物理接触所产生的所述第一预定义振动具有所述用户皮肤中的特定机械感受器能够检测的频率和/或幅度；
所述装置进一步包括电容元件，电容元件被配置为允许所述装置的用户和电容元件之间变化强度的电场的建立，电场强度的变化被配置为与所述用户皮肤进行相互作用，以独立于所述纹理表面在用户皮肤上产生第二预定义振动；
其中配置所述装置，使得所述纹理表面的预定粗糙度向所述第二预定义振动的频率和/或幅度提供预定的修改，其中由电场强度的变化产生所述第二预定义振动，从而在所述电容元件被激活时在用户皮肤上产生具有特定机械感受器能够检测的频率和/或幅度的第三预定义振动。
12.一种方法，该方法包括：
基于纹理表面和用户皮肤之间的物理接触在装置的用户皮肤上提供对预定义振动的产生，当电容元件被激活时，通过使用该装置在用户皮肤上产生第三预定义振动，该装置包括电容元件和在电子设备的显示屏幕上的纹理表面，所述电容元件和纹理表面都被配置为在该装置的用户皮肤上独立地产生预定义振动；
所述纹理表面具有预定义粗糙度，其中所述纹理表面包括指纹漩涡的结构配置，并且所述纹理表面包括涂层，所述涂层具有以下属性中的一个或多个：疏水或疏油；以在与用户皮肤进行独立物理相互作用时产生第一预定义振动；
所述电容元件被配置为允许在该电容元件和用户之间建立变化强度的电场，电场强度的变化被配置为与用户皮肤独立地相互作用以产生第二预定义振动；
以及其中，所述装置被配置，使得所述纹理表面的预定粗糙度向所述第二预定义振动提供预定的修改，其中由电场强度的变化产生所述第二预定义振动，以在所述电容元件被激活时产生所述第三预定义振动。
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