CN109690455B - 具有传感器和触觉部件的指戴式装置 - Google Patents

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Abstract

指戴式装置可包括指戴式单元。指戴式单元可各自具有主体，该主体用作部件诸如力传感器、加速度计和其他传感器以及触觉输出装置的支撑结构。主体可具有侧壁部分，该侧壁部分由位于用户的指甲附近的部分联接。主体可由可变形材料诸如金属形成，或者可由可调节结构诸如滑动主体部分形成，所述滑动主体部分利用磁性吸引、弹簧或其他结构彼此联接。每个指戴式单元的主体可具有U形横截面轮廓，该U形横截面轮廓在当主体联接到用户的手指的指尖时使每个手指的指垫暴露。控制电路可使用传感器来采集手指按压输入、侧向手指移动输入和手指轻击输入，并且可使用触觉输出装置来提供触觉输出。

Description

具有传感器和触觉部件的指戴式装置
本专利申请要求于2018年6月21日提交的美国专利申请No.16/015,043以及于2017年6月29日提交的美国临时专利申请No.62/526,792的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及电子装置，并且更具体地，涉及可穿戴电子装置。
背景技术
电子设备诸如计算机和头戴式显示系统有时使用输入输出装置诸如手套来控制。手套可具有检测用户手部运动的传感器。用户手部运动可用于控制电子设备。
使用可穿戴装置来采集用于控制电子设备的输入可带来挑战。如果不小心，诸如手套之类的装置可影响用户感觉用户周围的物体的能力，使用起来可能不舒服，或者可无法采集来自用户的合适输入。
发明内容
指戴式装置可包括联接到控制电路的指戴式单元。控制电路可将使用指戴式单元采集的信息无线传输至外部装置以控制外部装置。控制电路还可使用指戴式单元以向用户的手指提供反馈，诸如触觉反馈。例如，控制电路可基于来自外部装置的无线接收的信息将触觉输出提供至用户的手指。触觉输出可对应于虚拟现实或增强现实触觉输出。
指戴式单元可各自具有主体。主体用作部件诸如力传感器、加速度计和其他传感器以及触觉输出装置的支撑结构。在操作期间，用户可在与外部对象交互时将指戴式单元穿戴在用户手指的尖端上。
每个指戴式单元的主体可具有侧壁部分，该侧壁部分由位于用户的指甲附近的部分联接。用户的指尖可被接收在侧壁部分之间。主体可由可变形材料诸如金属形成，或者可由可调节结构诸如滑动主体部分形成，所述滑动主体部分利用磁性吸引、弹簧或其他结构彼此联接。这允许调整指戴式单元的主体以适应不同的手指尺寸。
每个指戴式单元的主体可具有U形横截面轮廓，该U形横截面轮廓在当主体联接到用户的手指的指尖时使每个手指的指垫暴露。控制电路可使用传感器来采集手指按压输入、侧向手指移动输入和手指轻击输入，并且可使用触觉输出装置来提供触觉输出。
附图说明
图1为根据实施方案的例示性装置诸如指戴式装置的示意图。
图2是根据实施方案的用户的手部和位于用户手部的指尖上的例示性指戴式装置部件的顶视图。
图3为根据实施方案的位于用户手部的手指上的例示性指戴式装置的剖视图。
图4为根据实施方案的例示性指戴式装置的透视图。
图5、图6和图7为根据实施方案的在使用指戴式装置期间用户手指的尖端的例示性视图。
图8为根据实施方案的例示性指戴式装置的剖视图。
图9为根据实施方案的例示性指戴式装置的侧视图。
图10为根据实施方案的例示性指戴式装置的顶视图。
图11为根据实施方案的例示性压电梁装置的横截面侧视图。
图12为根据实施方案的例示性压电盘装置的横截面侧视图。
图13为根据实施方案的例示性电容式力传感器的横截面侧视图。
图14、图15和图16为示出了根据实施方案的指戴式装置的例示性安装布置的视图。
图17为根据实施方案的可提供给指戴式装置中的触觉输出装置的例示性触觉输出驱动信号的曲线图。
图18为根据实施方案的例示性指戴式单元的透视图，该例示性指戴式单元具有形成跨越该单元的宽度的细长框架结构的线材。
图19为根据实施方案的具有气动致动的手指夹持器的例示性指戴式单元的视图。
图20为根据实施方案的具有内衬有可压缩材料诸如泡沫或弹性体聚合物的主体构件的例示性指戴式装置的视图。
图21为根据实施方案的具有可调节螺杆的例示性指戴式装置的视图，该可调节螺杆控制指戴式装置的主体的宽度。
图22为根据实施方案的具有滑动主体构件的例示性指戴式装置的视图，所述滑动主体构件通过磁性吸引彼此联接。
图23为根据实施方案的具有弹簧的例示性指戴式装置的视图，该弹簧用于调节装置的主体的宽度。
图24为根据实施方案的具有可变形主体的例示性指戴式装置的视图。
图25为根据实施方案的用于指戴式装置的例示性聚合物涂覆的可变形金属主体构件的横截面侧视图。
图26为根据实施方案的穿戴在手指上非手指尖端的位置处的例示性指戴式装置的侧视图。
图27为根据实施方案的具有用于从用户手指的上表面采集触摸输入的光学传感器的例示性指戴式装置的侧视图。
图28为示出了根据实施方案的可如何将标记用于校准其中使用指戴式装置的系统的示意图。
图29为示出了根据实施方案的穿戴指戴式装置的用户可如何操作视觉元素的示意图。
图30为根据实施方案的其中用户在使用指戴式装置的列表中选择项目的示意图。
图31为根据实施方案的具有视觉标记的例示性指戴式装置的透视图。
图32为根据实施方案的具有薄化中央区域的例示性指戴式装置的剖视图。
图33是根据实施方案的用于将指戴式装置固定至用户手指的具有电动可调节柔韧性的例示性层。
具体实施方式
可穿戴电子装置可用于采集来自用户的输入，并且可用于向用户提供触觉输出或其他输出。例如，可穿戴装置诸如指戴式装置可用于在用户与用户环境中的表面交互时从用户的手指采集输入，并且可用于在这些交互期间提供点击和其他触觉输出。以此方式采集的输入可包括关于用户按压对象的用力程度(手指按压输入)、与用户手指对表面的轻击相关的手指轻击输入、侧向手指移动信息诸如指示用户在表面上向侧面按压手指的用力程度的剪切力信息和其他用户输入。触觉输出可被提供给用户以向用户确认轻击输入已被识别或以其他方式向用户提供反馈。触觉反馈可为用户提供在物理键盘或具有活动按钮构件的其他输入装置上轻击的感觉，即使当用户在硬质平坦表面诸如桌面上轻击时也是如此。使用可穿戴电子装置提供给用户的触觉输出可为虚拟现实触觉输出或增强现实触觉输出，该输出在用户穿戴头戴式显示器或为用户创建虚拟现实或增强现实环境的其他装置时提供。
为了允许用户准确地感觉到真实世界对象，指戴式装置可具有允许用户的指尖的下侧部分暴露于环境中的U形横截面轮廓或其他形状。用于指戴式装置的传感器部件可由力传感器、光学传感器和其他传感器形成。触觉输出装置可包括压电致动器和提供触觉输出的其他部件。在一些构型中，压电装置或其他部件可同时用于提供触觉输出(当用输出信号驱动时)并且用于采集力传感器输入。
指戴式装置可用于控制虚拟现实或增强现实系统，可在用户正在桌表面(例如，使用头戴式显示器与桌表面对齐显示的虚拟键盘表面)上轻击手指时为用户提供在物理键盘上交互的感觉，可允许用户仅使用用户指尖的侧向移动来提供操作杆类型的输入，可采集用于控制其他装置的力传感器测量(用户手指按压力测量)，和/或可用于在其他系统环境中采集输入并向用户提供触觉输出。
图1为包括可穿戴装置诸如指戴式装置的例示性系统的示意图。如图1所示，系统12可包括指戴式装置，诸如与电子设备诸如电子装置20交互的装置10。指戴式装置10可包括传感器，诸如力传感器16、触觉输出装置18和控制电路14。诸如这些的部件可使用外壳结构(有时称为主体结构或主体构件)安装在用户的主体部位上(例如，在用户的指尖上)。可针对外壳结构形成装置10的位于一个或多个手指上的部分。例如，装置10可包括单独的主体构件和用户的多个不同手指中的每一个的相关联的部件。外壳结构可由金属、聚合物、织物、玻璃、陶瓷、其他材料或这些材料的组合形成。在一些构型中，无线链路或有线链路可用于将信号路由到指尖部件或从指尖部件路由到装置10的其他部分(例如，位于用户手部的背部上的装置10的一部分等)。
如果需要，装置10可包括除力传感器14之外的输入输出装置。例如，装置10可包括光学传感器(例如，检测光的传感器或发射光和检测反射光的传感器)、图像传感器、、状态指示器灯和显示器(例如，基于光的部件诸如发射一个或多个区域的光的发光二极管、用于显示图像、文本和图形等的像素阵列)，可包括按钮(例如电源按钮和其它控制按钮)、音频部件(例如麦克风、扬声器、音频发生器等)、触摸传感器、用于检测位置、取向和/或运动(例如，加速度计、磁性传感器诸如罗盘传感器、陀螺仪、包含这些传感器中的一些或全部传感器的惯性测量单元)、用于检测手指动作的肌肉活动传感器(EMG)，和/或用于采集输入的其他电路。
触觉输出装置18可为电磁致动器(例如，振动器、线性螺线管等)，可为压电装置(例如，与装置10中的力感测压电装置分开的压电装置和/或用作触觉输出装置和力传感器的压电装置)，可为使用热诱导的物理变化(例如通过加热形状记忆合金)产生触觉输出的部件，可为电活性聚合物部件，或可为产生触觉输出的其他合适的部件。
控制电路14可包括用于支持装置10的操作的存储和处理电路。存储和处理电路可包括存储装置，诸如非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其它电子可编程的只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等等。控制电路14中的处理电路可用于从传感器和其他输入装置采集输入并可用于控制输出装置诸如触觉输出装置18。处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器和其他无线通信电路、电源管理单元、音频芯片、专用集成电路等。
控制电路14可包括天线、射频收发器电路和其他无线通信电路和/或有线通信电路以支持与外部设备诸如电子装置20的通信。控制电路14可例如支持通过无线局域网链路、蜂窝电话链路或其他合适的有线或无线通信链路(例如，
Figure GDA0003358167720000051
链路、
Figure GDA0003358167720000052
链路，60GHz链路等)与装置20的双向通信。装置20可例如为平板电脑、台式计算机、蜂窝电话、头戴式装置诸如头戴式显示器、可穿戴设备、腕表装置、机顶盒、游戏单元、电视机、联接到台式计算机或其他电子设备的显示器、语音控制的扬声器、家庭自动化设备、附件(例如耳塞、用于便携式设备的可移除壳体等)，或其他电子设备。装置20可包括输入输出电路诸如传感器、按钮、相机、显示器和其他输入输出装置，并且可包括用于控制装置20的操作的控制电路(例如控制电路诸如控制电路14)。控制电路14可包括无线电源电路(例如，用于从具有带线圈的对应无线电源传输电路的无线电源传输装置接收无线传输电源的线圈和整流器)。在无线电源传输操作(例如，感应电源传输)期间，可将无线电源提供至装置20并分配到装置20中的负载电路(例如，电路14、装置18、传感器16等)。电路14可包括用于存储来自有线电源装置和/或无线电源传输装置的电源的储能电路(例如，电池和/或电容器)。
装置20可联接到系统12中的一个或多个附加装置。例如，具有显示器的头戴式装置可用于向用户显示视觉内容(虚拟现实内容和/或增强现实内容)。该头戴式装置可联接到电子装置诸如蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机或使用有线和/或无线通信链路的其他设备。装置20可与装置10通信以采集输入(例如，用户手指位置信息)并(例如，使用装置中的触觉输出部件)提供输出。
在操作期间，装置10的控制电路14可使用通信电路以向装置20传输用户输入诸如力传感器信息和来自其他传感器的信息以用于控制装置20。来自装置10中的传感器和其他输入装置的信息和/或来自装置20的信息可由控制电路14用于确定使用触觉输出装置18提供给用户的触觉输出的强度和持续时间。
图2是用户的手部和例示性指戴式装置的顶视图。如图2所示，装置10可由安装在用户的手指32上的一个或多个指戴式单元22形成。单元22可例如安装在手指32的尖端(例如，与指甲34重叠)上。控制电路14中的一些或全部可被包含在单元22中，或者可被安装在单独的外壳结构中(例如，腕带、手套、部分手套诸如无指手套或其中部分已在用户的指尖垫下移除的手套等)。信号路径诸如信号路径24可用于互连单元22的电路和/或附加电路，诸如位于单元22之外的控制电路14。
信号路径24可包括有线链路或无线链路。例如可使用印刷电路诸如柔性印刷电路上的金属迹线，使用电线，使用机织织物、针织织物或编织织物中的导电股线(例如电线或金属涂覆的聚合物股线)，和/或其他导电信号线。在其中控制电路14中的一些或全部控制电路位于单元22之外的构型中，信号路径诸如信号路径24可横跨用户手部30中的一些或全部，以将单元22的电路联接至该控制电路。如果需要，也可使用其中控制电路10位于一个或多个单元22中以及这些单元22通过有线或无线路径24互连的构型。
当单元22位于用户的指尖上时，单元22中的部件可感测用户的指尖和外部表面之间的接触。在一些构型中，用户的指尖(例如，用户指尖的垫)可接触表面，并且当指尖与表面接触时，用户可在侧向方向诸如，图2的侧向方向28和26上侧向移动指尖。在指尖的垫与表面接触时指尖的侧向移动(例如，指尖在平行于所接触表面的平面的维度上的移动)可产生可由一个或多个单元22的部件检测到的剪切力。这允许用户自己的指尖用作可控制装置诸如图1的装置20中的屏幕上光标或其他可调节系统特征的指向装置(例如，用作操纵杆)。在一些构型中，22单元可被穿戴在手部30的除手指32指尖的部分上。例如，单元22可沿手指32的长度被穿戴在别处，如图2的例示性单元22’所示。如果需要，单元22和22’可在装置10中一起使用(例如，以从多个手指位置采集信息)。其中单元22安装在手指32的尖端处的例示性构型有时可在本文中被描述为示例。
单位22可部分地或完全地围绕手指32的尖端。图3为例示性指戴式装置(单元22)以其中单元22的主体围绕手指32(例如，其中单元22具有手指32的顶部、侧面和下部指垫部分中的部分)的布置方式位于用户手指32上的剖视图。图3的单元22可例如由柔软的弹性体材料、织物或允许用户通过单元22感觉表面的其它柔性材料形成。如果需要，传感器、触觉装置，和/或其他部件可在诸如位置36之类的位置处安装在手指32的垫下面。
如果需要，单元22可具有U形横截面轮廓，使得单元22仅覆盖用户手指的顶部和/或侧面，而用户指尖的垫被暴露并且不被装置10的任何部分覆盖。具有此类构型的单元22可允许用户使用用户自己的皮肤触摸表面，从而增强用户对正在使用装置10的环境的敏感度。例如，仅覆盖用户的指尖的顶部和侧面的单元22可允许用户的手指的垫检测触摸表面上的小的表面缺陷、表面纹理的轻微不规则以及在用户手指的垫被覆盖的构型中可能被隐藏的其他细节。
图4为用于指戴式装置10的例示性单元22的透视图，其中单元22的主体38被配置为仅部分地围绕用户的指尖。如图4所示，主体38可包括侧部诸如侧壁部分40(例如，接触用户手指的侧面的部分)和诸如联接部分42(例如，覆盖用户指尖的顶部或在一些构型中覆盖位于用户指尖的底部的用户指尖垫的略微弯曲的部分)之类的部分。部分42可支持邻近用户手指的相对的左侧和右侧的侧壁部分40。可在主体38中形成开口诸如任选的开口44，以有利于金属构件或其他结构形成主体38的弯曲。主体38可为渐缩的，以有利于将主体38安装在用户的指尖上(例如，主体38可具有为宽度W1的较宽部分和具有小于W1的宽度W2的用户手指的最外尖端的较窄部分)。
图5为例示性单元诸如图5的处于其中用户的手指(例如，手指32的尖端底部的指垫48)轻轻地搁置在外表面诸如表面46上的构型的单元22的端视图。如图5中所示，单元22的主体38可具有U形横截面轮廓，该U形横截面轮廓通过摩擦配合将主体38保持到手指32。利用该构型，U形主体38的开口侧可面朝下以暴露指垫48。
如图6所示当用户在方向50上侧向移动手指32时，产生剪切力。力传感器(例如，在侧壁40中)可检测到该剪切力并且可使用所检测到的剪切力来测量用户的侧向手指运动。
图7示出了可如何测量对表面46的手指按压输入力。当用户抵靠表面46沿方向52向下按压手指32时，手指32的部分将沿方向54被迫向外(例如，对称地)。单元22的主体38的侧壁部分40中的力传感器可检测这些向外的力，并且可使用该信息来量化在方向52上施加的向下力的大小。
图8为例示性指戴式单元的剖视图，其示出了电气部件的例示性安装位置。如图8所示，部件56可安装在主体38的内表面和/或外表面上(例如，在主体38的侧壁部分40和/或上部部分42上)。例如，可在侧壁部分40上安装力传感器以检测手指力，如结合图6和7所述。又如，触觉输出装置18可安装在侧壁部分40上(例如，在外表面上，面向位于相对内侧壁表面上的相对的力传感器的内表面上，在主体38的部分42的上表面或下表面上等)。部件56可包括检测手指32的运动、取向和/或位置的加速度计或其他传感器。例如，加速度计可位于部分42的上表面上或单元22中的其他位置。当用户轻击表面46(图7)以为装置10提供手指轻击输入时，加速度计可检测到与轻击对应的单元22速度的突然变化(例如所测量的加速度的峰值)。当力传感器和加速度计均存在于装置10中时，装置10可测量手指按压输入(向下的力)、侧向手指运动输入(剪切力)和手指轻击输入(加速度计输出信号峰值)。
可由主体38支撑的其他部件56包括用于有线和/或无线通信电路和/或其他电路14(例如，由主体部分42支撑的电路)的部件、电池、光学传感器(例如，部分42上的光发射和光检测部件)、应变仪(例如在部分42的一部分或整个宽度上延伸以及可任选地安装在部分42的上表面上以测量由侧壁部分40相对于部分42的运动和由部分42的弯曲形状的对应扁平化所得的应力的应变仪)，和/或位于部分42的顶部或位于主体38中的其他地方的发光装置诸如发光二极管或无源标记结构，以有利于对单元22的位置和/或取向的基于相机的位置监视(例如使用装置20中的图像传感器或其他外部设备的位置监视)。
图9为图8的例示性指戴式单元的侧视图。如图9所示，传感器或其他部件56可沿着单元22的主体侧壁部分40的侧面分段。如果需要，由主体38支撑的传感器或其他部件56可具有多个子部件，诸如部件56'。例如，图9的侧壁40上的力传感器和/或触觉装置可具有多个部件56'，该多个部件各自产生单独的相应力传感器测量和/或各自产生单独的相应触觉输出。这允许对操作期间产生的力进行更详细的测量(例如，通过比较用户的手指的不同部分在图7的方向52上向外按压的位置来帮助准确地获取关于手指按压在用户手指的尖端内的位置的信息)并且允许向用户提供更详细的触觉反馈。如果需要，可将多个传感器诸如力传感器和/或多个触觉输出装置或其他部件56'放置在主体38的上部部分42上，如图10所示。
压电部件可用于形成力传感器(通过将所施加的力转换成电信号以用于由控制电路14处理)和触觉输出装置(通过将电信号从控制电路14转换成施加到用户的手部的力)。在图11中示出了例示性压电装置。图11的压电装置60具有支撑结构，诸如具有横梁形部分诸如部分66的支撑结构68。压电层62和64可形成在横梁部分66的相对表面上。在力传感器中，由于施加的力而使横梁66弯曲将引发层62中的压缩应力和层64中的拉伸应力，这可使用电路14进行测量和评估以产生力读数。在触觉输出装置中，可通过控制电路14向层62和64施加电压，该电压使层62收缩并且使得层64膨胀，从而使横梁部分66偏转，如图12所示。如果需要，压电部件诸如部件60可具有其他形状，诸如图12的例示性盘形状。在具有该类型布置的力传感器中，沿轴线70施加到部件60的力可在层62和64中产生可由控制电路14测量的压缩应力和拉伸应力。在具有该类型的布置方式的触觉输出装置中，施加至层62和64的电信号可用于沿轴线70向上或向下偏转部件60。
电容感测技术可用于测量力。例如，考虑图13的电容式力传感器。电容式力传感器73具有基板诸如基板75(例如，柔性或刚性印刷电路等)。一个或多个电容式力传感器元件83可形成在基板75上。例如，力传感器元件83的一维或二维阵列可形成于基板75上，该力传感器元件使用由位于基板75上的金属迹线形成的信号线联接到控制电路14中的电容测量电路。。每个电容式力传感器元件83可具有由可压缩材料79(例如，聚合物泡沫、弹性体材料诸如硅氧烷等)分隔的电容式力感测电极，诸如电极77和80。控制电路14可测量每个元件83中的一对电极。响应于给定元件83上所施加的力，该元件中的可压缩材料79将变得更薄并且电极间距将减小，从而导致控制电路14可测量的电容增大，以确定所施加的力的大小。
除了使用压电部件进行力感测和/或提供触觉输出之外或替代地，除了使用用于力感测的电容式力传感器布置之外或替代地，装置10可使用其他力感测和/或触觉输出装置。例如，可使用软压电聚合物、微机电系统(MEM)力传感器、应变仪(例如，安装到部分42的表面的平面应变仪)、电阻式力传感器、测量由于压力变化引起的皮肤颜色变化的光学传感器和/或其他力感测部件来感测力。触觉输出装置可基于电磁致动器，诸如线性螺线管、旋转非对称块的马达、电活性聚合物、基于形状记忆合金的致动器、气动致动器和/或其他触觉输出部件。
如图14所示，能够以如下构型穿戴单元22：部分42邻近指甲34并且指垫48被暴露。当期望最大化用户在用户环境中感觉对象的能力时，可以该方式穿戴单元22。图15示出了单元22可如何以倒装构型来穿戴，其中单元22与图14的取向相比较而言为倒置的并且其中部分42邻近指垫48。可以该方式穿戴单元22以增强主体38上的一个或多个触觉输出部件与指垫48之间的触觉耦合(例如，当装置10正在虚拟现实系统中使用并且在不存在用户实际触摸外部表面的情况下向用户提供触觉输出时)。图16示出了单元22的侧壁部分可如何具有可旋转的翼片诸如翼片40P或40P'。翼片可旋转到位置40F(例如，触觉输出装置或其他部件56与指垫48相邻的位置)。
触觉输出可在单元22的一个或多个触觉输出装置的位移中以一个或多个脉冲的形式提供。图17是可用于控制单元22中的触觉输出装置的类型的例示性驱动信号DR的曲线图。在图17的示例中，驱动信号包括一对间隔很小的脉冲85(例如，以约100-300Hz、至少150Hz、小于250Hz或其他合适的频率发生的两个脉冲85)。在图17的脉冲组(组86)中有两个脉冲，但如果需要，可在驱动信号DR中包括更少的脉冲或更多脉冲。人类手指在1-1000Hz下通常表现出对信号的灵敏度，并且对至1-300Hz范围内的信号特别敏感。然而，如果需要，可使用其他频率下的驱动信号DR。每个脉冲85可具有截短正弦波、高斯形状或其他合适的形状。
图18为例示性的指戴式装置布置的透视图，其中单元22具有有助于支撑主体38的其他部分的框架构件88。框架构件88可为细长结构，诸如与可变形结构诸如塑料层或金属片重叠的可变形金属线材。框架构件88的存在可有助于用户可控地使主体38变形，以使主体38在用户的手指32的尖端上产生令人满意的摩擦配合。
在图19的示例中，气动部件90已形成在主体38的侧壁部分40的内表面上。当充气时，气动部件90(例如，球囊)膨胀到位置90'，从而有助于将单元22保持在用户的手指上。
图20为单元22的例示性构型的视图，其中泡沫或其它可压缩材料(例如，硅氧烷或其他弹性体材料)层(层92)已被放置在主体38的侧壁部分40和部分42的内表面上。当将单元22放置在用户的手指上时，可压缩层92可适形于用户手指的形状以帮助将单元22保持在用户的手指上。
图21示出了螺纹紧固件诸如螺母93可如何用于调节主体38的宽度以帮助将主体38保持在用户的手指上。螺母93可被接收在主体部分42的部分98上的螺纹上。当螺母93围绕轴线94沿方向96旋转时，主体部分42的部分98将根据螺母93的旋转方向被拉到一起或被按压分开。当将部分98朝彼此牵拉时，主体侧壁部分40将沿方向100向内偏置，从而减小主体侧壁部分40和用户手指上的固定单元22之间的分离距离。
在图22的示例中，单元22具有相对于彼此滑动的部分。具体地，主体部分42可具有第一部分诸如部分42-1，该第一部分相对于第二部分诸如部分42-2滑动以调节单元22的宽度，并且因此调节侧壁部分40的分离距离至舒适尺寸。部分42-1和42-2的区域102可表现出将部分42-1和42-2保持在一起并帮助将单元22以所需构型固定在用户手指上的磁性吸引。
图23示出了偏置结构诸如弹簧104如何能够在方向100上将部分42-1和42-2朝彼此牵拉，以将单元22固定在用户的手指上。
图24为处于例示性构型的单元22的横截面侧视图，其中主体38由可变形结构诸如一个或多个可变形金属层形成。利用该类型的布置，当需要将单元22固定在用户的手指上时，壁部分40可在方向100上向内弯曲至位置诸如位置40’。在该类型的布置中的主体38可包括涂覆有弹性体材料的金属层。如图25所示，例如，主体38可包括中央金属层38M和聚合物涂层38P。
图26为位于手指32上但不与手指32的尖端处的指甲34重叠的位置中的例示性指戴式单元(单元22')的侧视图。装置10可具有一个或多个指戴式单元，并且这些单元一般可位于用户的指尖处，位于用户的手指32上的其他位置处，等等。
图27示出了部件56可如何包括可从用户手指32的背面上的区域诸如区域32T采集触摸输入的光学传感器。光学传感器可包括发光二极管、激光器或其他发光部件(例如，红外发光二极管)，并且可包括光检测部件，诸如固态光检测器(例如，光电二极管、光电晶体等)。发光部件可沿路径110发射光，并且光检测部件可由于存在与这些路径110中的一者相交的用户指尖或其他外部对象而沿路径110检测反射光。路径110可彼此平行和/或可包括成角度的路径(例如，以有利于三角测量)。通过处理来自该类型的布置中的光学传感器的光学传感器信号，控制电路14可测量对象在区域32T中的位置(例如，在一个或两个维度中)。这允许区域32T用作微型便携式跟踪垫。
如图28所示，外部装置诸如系统12中的电子装置20可包含传感器，诸如一个或多个相机71(例如，可见光相机、红外相机等)。电子装置20可例如为头戴式装置，诸如增强现实(混合现实)或虚拟现实眼镜(或眼镜、头盔或其他头戴式支撑结构)。视觉标记72可被放置在用户的工作环境中。标记72可为例如无源视觉标记诸如条形码、十字形符号或其它视觉上可识别的图案，并且可被应用到桌面或其他工作表面上。如果需要，标记72可形成为工作表面垫诸如垫74。标记也可被放置在一个或多个指戴式装置10上(参见例如图28的单元22)。
如果需要，标记72可包括使用相机检测到的发光部件(例如，使用可识别调制代码调制的可见光发光二极管和/或红外发光二极管)。当用户正在与系统12中的计算机或其他设备进行交互时，标记72可帮助通知系统10用户的虚拟工作表面和用户手指中的一个或多个手指的位置。
单元22上的视觉标记72和/或单元22中的惯性测量单元(例如加速度计、罗盘和/或陀螺仪)可用于跟踪相对于用户工作区上的标记72的用户的手指位置(例如，指戴式单元22的位置)。同时，系统10可为用户显示相关联的视觉内容。用户可通过提供力输入、运动输入(例如，空中手势)、轻击、剪切力输入以及由单元22中的惯性测量单元和/或一个或多个装置10中的力传感器和其他传感器从单元22采集的其他输入来与所显示的视觉内容进行交互。
例如，关于指戴式单元22相对于标记72的位置的信息可由装置20中的控制电路或系统10中的其他电子设备(例如，计算机、蜂窝电话或联接至装置20的其他电子装置)在系统10的操作期间采集，同时监视单元22以用于力输入、手势输入(例如，轻击、三维空中手势等)，其指示用户已选择(例如，加亮)、移动或以其他方式操纵所显示的视觉元素和/或向系统12提供命令。例如，用户可作出空中手势诸如左手挥动以将视觉内容向左移动。系统10可使用单元22中的惯性测量单元以检测左手挥动手势，并且可响应于左手挥动手势而移动正使用装置20中的显示器呈现给用户的视觉元素。又如，用户可通过轻击该元素来选择用户视野中的视觉元素。
通过这种方式，装置20中的控制电路和/或系统10中的控制电路可允许用户操纵正由用户查看的视觉元素(例如正使用头戴式装置诸如增强现实眼镜或具有显示器的其他装置20呈现的虚拟现实内容或其他视觉内容)。如果需要，相机诸如相机71可面对用户的眼睛(例如，相机71或其他视觉跟踪设备可形成注视跟踪系统的一部分)。注视跟踪系统的相机和/或其他电路可监视用户观看真实世界对象和视觉内容的方向。例如，当用户正在与由装置20呈现的虚拟内容进行交互并且当用户正在与现实内容进行交互时，相机可用于监视用户眼睛的注视点(注视方向)。装置20、单元22或其他电子设备中的控制电路可测量用户的注视停留在特定位置的时间量，并且可在确定何时选择虚拟对象时使用该注视信息点。当确定用户正在查看特定对象(例如，通过分析注视点信息)并且确定用户已进行语音命令、手指输入、按钮按压输入或其他用户输入以选择正被查看的特定对象时，也可选择虚拟对象。注视点信息也可在拖放操作期间使用(例如用于根据注视点从场景中的一个位置移动到另一个位置来移动虚拟对象)。
图29为示出了将指戴式装置22穿戴在手指32上的用户可如何操作视觉元素的示意图。可使用装置20中的显示器来显示视觉元素诸如例示性元素76(例如，表示桌面应用程序、文件夹、媒体文件或其他文件或其他信息的图标)。如果需要，工作区74可具有标记72。用户可使用轻击、力输入、持续触摸输入、空中手势和/或使用一个或多个单元22和/或系统12中的其他设备诸如装置20中的相机检测到的其他用户输入来选择可视项目。
可视项目诸如例示性元件76可被选择(例如，启动应用程序、突出显示项目等)、移动、删除、标记和/或可以其他方式由用户使用手势(例如，拖放手势等)和其他用户输入来操纵。例如，用户可使用手指32的尖端作为输入装置来将视觉元素76拖放到工作区74上的位置78(同时使用单元22监视手指32的尖端的位置)。手指32上的单元22可提供触觉输出(例如，当用户将元素76拖动超过预定边界时产生虚拟制动的反馈)。该反馈可伴随有视觉反馈(例如，颜色的变化和与触觉反馈同步的元素76的外观的其他方面)。如果需要，装置20可在虚拟工作区中显示视觉元素，该虚拟工作区在用户的前面(并且如果需要，向用户的左侧和右侧和/或后面)向上延伸，如由虚拟工作区74'所示。用户可将视觉元素76拖放到虚拟工作区74'中的位置(例如，以将元素76放置在位置80中)。可使用空中手势或其他输入(例如，语音输入等)来操纵工作区74'中的项目。例如，用户可使用向右轻扫将工作区74'中的项目向右移动。
当用户使用单元22与虚拟内容进行交互时，用户可使桌子表面或其他表面与手指32的表面接触。例如，位于手指32的尖端底部的指垫48的指腹可接触桌子表面并且可被手指32赋予的力压缩。为了在提供手指按压输入时减轻疲劳并改善用户体验，用户向电子装置提供输入时施加在用户手指上的力可使用联接到用户手指和/或电子装置中的部件的部件来修改。例如，指戴式装置诸如单元22中的部件可用于帮助弱化用户手指与输入表面(例如，与工作区74相关联的表面)之间的碰撞。
未修改的手指碰撞事件的特征可在于陡峭的力对位移的曲线(例如，当向输入表面行进相对较短的距离时，用户手指上的力快速上升)。通过修改这些力，可为用户提供更温和的手指到输入表面的相互作用，其中具有模拟单击物理按钮的动作的手指感觉和/或其他手指感觉。在一个例示性构型中，单元22中的致动器(例如，压电致动器、机电致动器等)可恰好在指尖触摸表面之前挤压(或不挤压)用户的指尖，从而在指尖接触表面时选择性地修改用户的体验。例如如果位于单元22的左侧和右侧的致动器恰好在指垫48触摸表面46之前向内挤压手指32以及由此造成手指32的指腹在接触之前朝向表面46突起，用户可体验到与致动器未向内挤压手指相比较而言与表面46的较温和的碰撞。诸如这些之类的修改可在用户与虚拟内容交互时动态进行。
图30示出了视觉元素76可如何为包含多个项目的列表。列表中所需的项目可通过使手指32在所需的项目上悬停(闪烁)超过预先确定的时间量(如通过例示性的所选择的项目76H所示)来选择。由系统10采集的手指位置信息(例如，单元22中的惯性测量、在单元22上测量标记的相机等)可用于确定待选择的、待突出显示等的列表项目。可使用手势滚动通过项目。
如果需要，系统10(例如，装置20中的相机等)可使用光学感测来检测单元22的位置。如图31所示，单元22可包括视觉标记72(例如，无源标记、可见光或红外发光二极管等)。标记72可被放置在装置10中的单元22的部分上，诸如部分42和40。标记72能够以可识别的非对称图案被布置以有助于避免产生模糊的位置数据。
图32是处于例示性构型的单元22的横截面侧视图，其中上部部分42具有已容纳部件56的较厚部分42N和用于有利于弯曲的较薄部分诸如较薄部分42T。较薄部分42T可由柔性材料诸如金属、聚合物和/或其它材料形成，并且可插置在部分42N之间。
如果需要，较薄部分42T和/或单元22的其他部分可由具有可调节柔韧性的部件形成。具有可调节柔韧性的例示性部件如图33所示。如图33所示，部件80(例如，具有电动可调节柔韧性的层)可具有与电极84交错的多个电活性聚合物层82。当较小信号或没有信号施加至电极84时，层82可相对于彼此滑动，并且部件80可挠曲。当较大信号施加至电极84时，层82将锁定在适当位置，并且部件80将不是柔性的。部件80可位于图32的单元22的部分42T中。当未施加电压时，部分42T可弯曲，从而允许单元22被放置在用户的手指上。在将单元22放置在用户的手指上之后，可通过将控制信号施加到电极84来将单元22锁定在手指上的适当位置。
根据实施方案，提供了一种被配置为穿戴在用户的手指上的指戴式装置，该手指包括在一个表面上具有指甲以及在相背对表面上具有指垫的指尖，该指戴式装置包括被构造成联接到指尖的主体，覆盖该指尖的指甲并使该指尖的指垫暴露，联接到主体的触觉输出装置和被配置为使用触觉输出装置向用户的手指提供触觉输出的控制电路。
根据另一个实施方案，控制电路被配置为利用加速度计来采集手指轻击输入。
根据另一个实施方案，指戴式装置包括力传感器，该控制电路包括无线通信电路，该无线通信电路被配置为无线地传输来自力传感器的手指轻击信息和力信息，所述力传感器与用手指施加到表面的手指压力相关联。
根据另一个实施方案，指戴式装置包括联接到主体的光学传感器。
根据另一个实施方案，指戴式装置包括联接到主体的发光二极管。
根据另一个实施方案，主体包括被配置为相对于彼此移动的第一主体部分和第二主体部分，指戴式装置包括联接在所述第一主体部分和第二主体部分之间的偏置结构，所述偏置结构被配置为将所述第一主体部分和第二主体部分牵拉到一起。
根据另一个实施方案，主体包括涂覆有聚合物的可变形金属层。
根据另一个实施方案，主体包括被配置为相对于彼此移动的第一主体部分和第二主体部分，并且包括将所述第一主体部分和第二主体部分联接到一起的磁性部分。
根据另一个实施方案，指戴式装置包括在身体的内表面上的可压缩层。
根据另一个实施方案，指戴式装置包括联接到主体的力传感器，该控制电路被配置为使用力传感器采集与手指所施加的压力相关联的力测量。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为基于力测量提供触觉输出。
根据另一个实施方案，主体具有侧壁部分和将所述侧壁部分彼此联接的部分，所述力传感器被安装到所述侧壁部分中的一个，并且所述触觉输出装置被安装到所述侧壁部分中的一个。
根据另一个实施方案，力传感器包括压电力传感器。
根据另一个实施方案，力传感器包括电容式力传感器。
根据另一个实施方案，触觉输出装置包括压电触觉输出装置。
根据另一个实施方案，触觉输出装置被配置为采集用于控制电路的力传感器输入。
根据另一个实施方案，指戴式电子装置包括力传感器和加速度计，控制电路被配置为响应于检测到来自力传感器和加速度计中所选择的一者的输出而使用1-300Hz频率的脉冲来驱动所述触觉输出装置。
根据另一个实施方案，触觉输出装置被配置为向控制电路提供力传感器测量。
根据另一个实施方案，触觉输出包括选自由虚拟现实触觉输出和增强现实触觉输出构成的组的触觉输出。
根据实施方案，提供了一种指戴式装置，其包括力传感器、触觉输出装置、加速度计、具有支撑结构的指尖单元、联接到力传感器、触觉输出装置和加速度计的支撑结构，以及被配置为采集来自力传感器和加速度计的信息并配置为向触觉输出装置提供驱动信号的控制电路。
根据另一个实施方案，控制电路包括无线电路，控制电路使用该无线电路无线地传输来自力传感器和加速度计的信息。
根据另一个实施方案，支撑结构具有U形横截面轮廓，其被配置成联接到用户的指尖，同时使指尖的指垫部分暴露。
根据实施方案，提供了包括具有U形横截面轮廓的指戴式支撑结构的设备，该U形横截面轮廓具有形成由第三部分联接的侧壁的第一部分和第二部分，位于第一部分上的力传感器、位于第三部分上的加速度计和联接到指戴式支撑结构的触觉输出装置。
根据另一个实施方案，指戴式支撑结构具有被配置为变形以调节第一部分和第二部分之间的分离距离的可变形金属层。
根据另一个实施方案，第三部分具有相对于彼此滑动以调节第一部分和第二部分之间的分离距离的部分。
根据另一个实施方案，第三部分包括具有电动可调节柔韧性的部件。
根据另一个实施方案，设备包括具有相机的电子装置，该相机跟踪指戴式支撑结构的移动并且被配置为显示视觉元素。
根据另一个实施方案，电子装置包括具有显示视觉元素的显示器的头戴式装置，并且头戴式装置被配置为基于来自加速度计的信息移动显示器上所显示的视觉元素。
根据另一个实施方案，电子装置包括具有显示视觉元素的显示器的头戴式装置，并且头戴式装置被配置为基于来自力传感器的信息移动显示器上所显示的视觉元素，同时使用触觉输出装置提供触觉输出作为反馈。
根据另一个实施方案，设备包括使用相机跟踪的视觉标记。
根据另一个实施方案，视觉标记包括在指戴式支撑结构上的红外发光二极管。
前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种被配置为穿戴在用户的手指上的指戴式装置，所述手指具有指尖，所述指尖在一个表面上具有指甲并且在相背对的表面上具有指垫，所述指戴式装置包括：
主体，所述主体被配置为联接到所述指尖，其中所述主体具有覆盖所述指尖的所述指甲的第一部分、沿着所述指尖的第一侧部向下延伸的第二部分、以及沿着所述指尖的第二侧部向下延伸的第三部分，其中所述主体使所述指尖的所述指垫暴露；
所述主体的所述第二部分中的力传感器；
触觉输出装置，所述触觉输出装置联接到所述主体；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
使用所述力传感器采集手指输入；
基于所述手指输入，使用所述触觉输出装置向所述用户的手指提供触觉输出；以及
基于所述手指输入向外部电子装置发送控制信号。
2.根据权利要求1所述的指戴式装置，还包括：
加速度计，所述加速度计联接到所述主体，其中所述控制电路被配置为使用所述加速度计采集手指轻击输入，并且其中所述控制电路包括无线通信电路，所述无线通信电路被配置为无线地传输手指轻击信息和来自所述力传感器的与使用所述手指施加至表面的手指压力相关联的力信息。
3.根据权利要求1所述的指戴式装置，还包括：
光学传感器，所述光学传感器联接到所述主体；和
发光二极管，所述发光二极管联接到所述主体。
4.根据权利要求1所述的指戴式装置，还包括联接在所述第二部分和所述第三部分之间的偏置结构，所述偏置结构被配置为将所述第二部分和所述第三部分牵拉到一起。
5.根据权利要求1所述的指戴式装置，其中所述主体包括涂覆有聚合物的可变形金属层。
6.根据权利要求1所述的指戴式装置，其中所述主体包括将所述第二部分和所述第三部分联接到一起的磁性部分。
7.根据权利要求1所述的指戴式装置，还包括在所述主体的内表面上的可压缩层。
8.根据权利要求1所述的指戴式装置，其中所述控制电路被配置为使用所述力传感器采集力测量，所述力测量与由所述手指施加的压力相关联。
9.根据权利要求8所述的指戴式装置，其中所述控制电路被配置为基于所述力测量提供所述触觉输出，其中所述主体的所述第二部分和所述第三部分分别形成第一侧壁部分和第二侧壁部分，其中所述第一部分将所述第一侧壁部分和所述第二侧壁部分彼此联接，并且其中所述触觉输出装置被安装到所述第一侧壁部分和所述第二侧壁部分中的一个。
10.根据权利要求8所述的指戴式装置，其中所述力传感器选自由以下项构成的组：压电力传感器和电容式力传感器。
11.根据权利要求1所述的指戴式装置，其中所述触觉输出装置包括压电触觉输出装置。
12.根据权利要求1所述的指戴式装置，还包括：
加速度计，其中所述控制电路被配置为响应于检测到来自所述力传感器和所述加速度计中所选择的一者的输出而使用1-300Hz频率的脉冲来驱动所述触觉输出装置。
13.根据权利要求1所述的指戴式装置，其中所述触觉输出装置被配置为向所述控制电路提供力传感器测量，并且其中所述触觉输出包括选自由以下项构成的组的触觉输出：虚拟现实触觉输出和增强现实触觉输出。
14.一种指戴式装置，被配置为穿戴在用户的指尖上，所述指戴式装置包括：
力传感器；
触觉输出装置；
加速度计；
指尖单元，所述指尖单元具有支撑结构，所述支撑结构具有覆盖所述指尖的指甲的顶部、和沿着所述指尖的第一和第二相对侧面向下延伸并使所述指尖的指垫暴露的两个侧部，其中所述支撑结构的所述两个侧部中的一个侧部联接到所述力传感器，并且其中所述支撑结构联接到所述触觉输出装置和所述加速度计；和
控制电路，所述控制电路被配置为采集来自所述力传感器和所述加速度计的手指输入并且被配置为向所述触觉输出装置提供驱动信号，其中所述控制电路包括无线电路，所述控制电路基于所述手指输入，使用所述无线电路无线地将控制信号传输到外部电子装置。
15.一种电子设备，包括：
指戴式支撑结构，所述指戴式支撑结构具有U形横截面轮廓，所述U形横截面轮廓具有第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分形成由第三部分联接的侧壁；
力传感器，所述力传感器位于所述第一部分上；
加速度计，所述加速度计位于所述第三部分上；
触觉输出装置，所述触觉输出装置联接到所述指戴式支撑结构；和
控制电路，所述控制电路采集来自所述力传感器和所述加速度计的手指输入，并且基于所述手指输入向外部电子装置发送控制信号。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述指戴式支撑结构具有可变形金属层，所述可变形金属层被配置为变形以调节所述第一部分和所述第二部分之间的分离距离。
17.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述第三部分具有相对于彼此滑动以调节所述第一部分和所述第二部分之间的分离距离的部分。
18.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述第三部分包括具有电动可调节柔韧性的部件。
19.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述外部电子装置具有跟踪所述指戴式支撑结构的移动的相机并且被配置为显示视觉元素，其中所述外部电子装置包括头戴式装置，所述头戴式装置具有显示所述视觉元素的显示器，并且其中所述头戴式装置被配置为基于来自所述加速度计的信息移动所述显示器上的所显示的视觉元素。
20.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述外部电子装置具有跟踪所述指戴式支撑结构的移动的相机并且被配置为显示视觉元素，其中
所述外部电子装置包括头戴式装置，所述头戴式装置具有显示所述视觉元素的显示器，并且其中所述头戴式装置被配置为基于来自所述力传感器的信息移动所述显示器上的所显示的视觉元素，同时使用所述触觉输出装置提供所述触觉输出作为反馈；和
可视标记，所述可视标记被使用所述相机来跟踪，其中所述视觉标记包括在所述指戴式支撑结构上的红外发光二极管。
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