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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen
U.S. Patentanmeldung Nr. 16/038,544 , eingereicht am 18. Juli 2018, und der provisorischen Patentanmeldung Nr. 62/551,725, eingereicht am 29. August 2017, die hiermit durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
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TECHNISCHES GEBIET
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Dies betrifft allgemein elektronische Vorrichtungen und insbesondere Eingabe-Ausgabe-Komponenten für elektronische Vorrichtungen.
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HINTERGRUND
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Elektronische Geräte schließen manchmal berührungsempfindliche Komponenten zum Erfassen von Benutzereingaben ein. Zum Beispiel schließen Tablet-Computer und Mobiltelefone berührungsempfindliche Anzeigen ein, die dazu verwenden werden können, auswählbare Menüoptionen und virtuelle Tastaturen anzuzeigen. Mit dieser Art von Eingabeanordnung können die Finger eines Benutzers verwendet werden, um eine Eingabe für eine Vorrichtung bereitzustellen.
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Die Oberflächen der berührungsempfindlichen Anzeigen sind im Wesentlichen starr. Als ein Ergebnis wird die Fingerbewegung eines Benutzers bei Kontakt mit einer Anzeigeoberfläche abrupt angehalten. Wenn keine Sorgfalt angewendet wird, können die Fingertreffer ruckartig und ermüdend sein.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Benutzer kann eine Fingerdruckeingabe auf einer berührungsempfindlichen Eingabeoberfläche oder einer anderen Eingabeoberfläche bereitstellen. Die Eingabeoberfläche kann aus einem zweidimensionalen Berührungssensor gebildet sein, der eine Anzeige einer elektronischen Vorrichtung überlappt. Die elektronische Vorrichtung und die zugeordnete Ausrüstung, wie zum Beispiel eine am Finger angebrachte Vorrichtung, können ein System zum Sammeln der Fingerdruckeingaben des Benutzers bilden.
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Ein Sensor wie ein optischer Näherungssensor oder ein kapazitiver Näherungssensors kann zur Überwachung dienen, wenn die am Finger angebrachte Vorrichtung und der Finger eines Benutzers in der Vorrichtung sich der Eingabeoberfläche der elektronischen Vorrichtung nähern. In Reaktion auf das Erfassen der Bewegung des Fingers auf der Eingabeoberfläche können Aktoren in der am Finger angebrachten Vorrichtung den Finger nach innen drücken. Dies bewirkt, dass ein Fingerkuppenabschnitt des Fingers nach außen in Richtung der Eingabefläche hervorsteht, wodurch ein Aufprall zwischen dem Finger und der Eingabefläche abgefedert wird.
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Die elektronische Vorrichtung kann auch eine Anordnung von Komponenten aufweisen, welche die am Finger angebrachte Vorrichtung bzw. den Finger in Reaktion auf die Erfassung der Bewegung des Fingers auf der Eingabeoberfläche abstoßen. Diese Komponenten können eine abstoßende Kraft unter Verwendung von Elektrostatik, magnetischer Abstoßung oder Anziehung, Ultraschallausgabe und mechanischer Ausgabe erzeugen. Die Komponenten können als ein Beispiel eine Anordnung von elektromagnetischen, die Eingabeoberfläche überlappenden Elementen einschließen, welche magnetisch eine Komponente wie beispielsweise einen Permanentmagneten in der am Finger angebrachten Vorrichtung abstoßen.
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Figurenliste
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- Die 1, 2 und 3 sind Diagramme, die zeigen, wie ein Finger auf einer berührungsempfindlichen Oberfläche einer konventionellen elektronischen Vorrichtung auftreffen kann.
- Die 4, 5 und 6 sind Diagramme, wie ein Finger eine Eingabeoberfläche wie eine berührungsempfindliche Eingabeoberfläche in einer elektronischen Vorrichtung in einem System gemäß einer Ausführungsform kontaktieren kann.
- 7 ist ein Graph, der zeigt, wie die von einem Finger eines Benutzers erfahrene Kraft während eines Fingerdruckereignisses in einem System gemäß einer Ausführungsform gesteuert werden kann.
- 8 ist eine schematische Darstellung eines veranschaulichenden Systems gemäß einer Ausführungsform.
- Die 9, 10 und 11 sind Diagramme von veranschaulichenden, am Finger angebrachten Vorrichtungen für ein System gemäß einer Ausführungsform.
- 12 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden, am Finger angebrachten Vorrichtung mit lokal verstellbaren Aktoren gemäß einer Ausführungsform.
- 13 ist eine Seitenansicht einer veranschaulichenden, am Finger angebrachten Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
- 14 ist ein Diagramm des Fingers eines Benutzers mit einer optionalen, am Finger angebrachten Vorrichtung und einer zugeordneten elektronischen Vorrichtung in einem System gemäß einer Ausführungsform.
- 15 ist eine Seitenansicht des Fingers eines Benutzers während den Interaktionen mit einer Eingabeoberfläche einer elektronischen Vorrichtung in einem System gemäß einer Ausführungsform.
- 16 ist ein Graph der zeigt, wie der Finger eines Benutzer aus 15 vertikal verschoben werden kann, während sich der Fingers des Benutzers seitlich über die Eingabeoberfläche der elektronischen Vorrichtung aus 15 gemäß einer Ausführungsform bewegt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Elektronische Ausrüstung wie Mobiltelefone, Tablet-Computer, eingebettete Systeme und andere Einrichtungen können berührungsempfindliche Eingabevorrichtungen einschließen. Zum Beispiel können elektronische Vorrichtungen berührungsempfindliche Anzeigen einschließen. Ein Benutzer kann eine Benutzereingabe unter Verwendung eines oder mehrerer Finger an eine berührungsempfindliche Anzeige vornehmen. In einigen Situationen können Wischbewegungen eines Fingers und andere Gesten als Eingaben bereitgestellt werden. In anderen Situationen können die Finger eines Benutzers auf die Oberfläche einer berührungsempfindlichen Anzeige in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche auftreffen. Diese Art von Fingerdruckeingabe (manchmal als Fingerdruckeingabe, Tastatureingabe, virtuelle Tastatureingabe oder virtuelle Tasteneingabe bezeichnet) kann beispielsweise verwendet werden, wenn ein Benutzer auf einer virtuellen Tastatur tippt. Virtuelle Tastaturen können auf berührungsempfindlichen Anzeigen durch Anzeigen von Tastensymbolen auf der Anzeige und Erfassen einer entsprechenden Berührungssensoreingabe gebildet werden.
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Falls gewünscht, können Eingabeoberflächen, wie etwa virtuelle Tastaturen, auf anderen Strukturen (z. B. Tischplatten, Fahrzeugarmaturenbrettern, Kühlschränken usw.) gebildet werden. Zum Beispiel kann eine Fingerdruckeingabe über eine Eingabeoberfläche erfasst werden, auf die Tastensymbole unter Verwendung eines Projektors projiziert wurden, bzw. die Fingerdruckeingabe kann von einer Eingabeoberfläche ohne sichtbare Tastensymbole erfasst werden. Konfigurationen, bei denen Fingerdruckeingaben unter Verwendung von zweidimensionalen Berührungssensoren erfasst werden, die Anzeigen überlappen, werden hierin manchmal als Beispiele beschrieben.
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Um Ermüdung zu verringern und die Benutzererfahrung bei der Fingerdruckeingabe zu verbessern, können die Kräfte, die auf den Finger eines Benutzers einwirken, während der Benutzer eine Eingabe an eine elektronische Vorrichtung vornimmt, mithilfe von Komponenten modifiziert werden, die mit dem Finger eines Benutzers gekoppelt werden bzw. mit Komponenten in der elektronischen Vorrichtung. Als ein Beispiel können Komponenten in einer am Finger angebrachten Vorrichtung und/oder in einer Vorrichtung mit einer berührungsempfindlichen Eingabeoberfläche verwendet werden, um den Aufprall zwischen dem Finger eines Benutzers und der Eingabeoberfläche abzufedern.
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Ein unmodifiziertes Fingeraufprallereignis kann durch ein abruptes Kraft-Verschiebungs-Profil (z. B. schnell ansteigende Kraft auf den Finger eines Benutzers bei einer Bewegung über eine relativ kurze Strecke in Richtung einer Eingabeoberfläche) gekennzeichnet sein. Durch das Modifizieren dieser Kräfte kann ein Benutzer mit weicheren Finger-Eingabeoberflächen-Interaktionen ausgestattet werden, mit Fingergefuhlen, welche die Aktion eines Klickens auf eine physische Taste bzw. ein anderes Fingergefühl nachahmt.
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Die Art und Weise, wie der Finger eines Benutzers mit einer konventionellen Eingabeoberfläche interagiert, wird in Verbindung mit den 1, 2, und 3 veranschaulicht. Wie in der 1 gezeigt, schließt der Finger eines Benutzers 10 Fingerknochen 12 ein. Der Fingernagel 18 liegt auf der Oberseite des Fingers 10. Der gegenüberliegende untere Teil des Fingers 10 weist Fingergewebe 14 auf. Das Fingergewebe 14 befindet sich zwischen dem Knochen 12 und der Fingerkuppe 16 auf der unteren Oberfläche des Fingers 10.
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In dem Szenario von 1 bewegt sich der Finger 10 auf die Eingabeoberfläche 24 zu, aber die Fingerkuppe 16 ist noch nicht in Kontakt mit der Eingabeoberfläche 24. Infolgedessen wird keine Kraft auf die Fingerkuppe 16 aufgebracht und der Benutzer verspürt kein Kontaktgefühl mit der Oberfläche 24. Wenn der Benutzer den Finger 10 in die +Z Richtung zur Oberfläche 24 bewegt, kommt die Fingerkuppe 16 in Kontakt mit der Oberfläche 24, wie in 2 gezeigt. Sobald die Fingerkuppe 16 die Oberfläche 24 berührt, führt eine weitere Bewegung des Fingers 10 in der +Z Richtung zur Erzeugung einer Widerstandskraft F gegen die Oberfläche 16 in die -Z Richtung durch Kompression des Fingergewebes 14 zwischen dem Knochen 12 und der Fingerkuppe 16.
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Wenn die Fingerkuppe 16 zuerst in Kontakt mit der Oberfläche 24 kommt, befindet sich der Knochen 12 in einem Abstand D1 von der Oberfläche 24. Wenn der Finger 10 weiter in die +Z Richtung zur Oberfläche 24 bewegt wird, wird das Fingergewebe 14 zusammengedrückt und flacht ab, während es sich seitlich ausdehnt (im vorliegenden Beispiel nach links und rechts). Wenn das Fingergewebe 14 vollständig zusammengedrückt ist, liegt der Finger 10 an der Oberfläche 24 an und eine weitere Bewegung des Fingers 10 in die +Z Richtung wird verhindert. Wie in der 3 gezeigt, wird der Knochen 12 durch einen Abstand D2 getrennt, der kleiner ist als D 1, wenn das Fingergewebe 14 vollständig zusammengedrückt wurde.
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Der Prozess des Anhaltens der Abwärtsbewegung des Fingers 10 in dieser Art und Weise kann abrupt sein. Zur Verringerung der Abruptheit, mit der der Finger auf eine Eingabeoberfläche auftrifft, kann der Finger eines Benutzers bzw. eine elektronische Vorrichtung, die der Eingabeoberfläche 24 zugeordnet ist, mit Komponenten ausgestattet sein, die dabei helfen, den Aufprall des Fingers eines Benutzers mit der Oberfläche 24 abzufedern, bzw. die Fingerbewegung eines Benutzers und das Fingergefühl des Benutzers bei Fingerdruckereignissen steuern.
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Betrachten Sie als ein Beispiel, die Systemanordnung der 4, 5 und 6. In dieser Anordnung wird der Finger 10 verwendet, um eine Benutzereingabe an das System 28 bereitzustellen. Das System 28 schließt eine am Finger angebrachte Vorrichtung 26 A und die elektronische Vorrichtung 26 B ein. Die elektronische Vorrichtung 26 B kann ein Touchscreen, ein Touchpad, oder eine andere Eingabevorrichtung(en) aufweisen, die die Eingabeoberfläche 24 bilden. Ein Benutzer des Systems 28 kann eine Fingerdruckeingabe durch Drücken des Fingers 10 gegen ein oder mehrere Bereiche der Eingabeoberfläche 24 der Vorrichtung 26B bereitstellen (z. B. einen oder mehrere Bereiche, die Berührungssensoren auf einer berührungsempfindlichen Anzeige in der Vorrichtung 26B oder anderen Sensoren in der Vorrichtung 26) zugeordnet sind. In diesem Beispiel wird die Fingerdruckeingabe von der Vorrichtung e 26B erfasst. Wenn gewünscht, kann die Fingerdruckeingabe für das System 28 durch Erkennen eines Fingerdruckereignisses unter Verwendung eines Beschleunigungsmessers oder eines anderen Sensors in der Vorrichtung 26A (z. B. eines Sensors zur Erfassung des Fingerdruckereignisses aufgrund der abrupten Änderungen der Beschleunigung, eines Sensors zur Erfassung von Fingerdruckereignissen über die Kompression eines Domschalters, ein Touchpad oder einen Kraftsensor, usw.) erfasst werden.
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Mit der Anordnung der 4, 5 und 6 kann die am Finger angebrachte Vorrichtung 26A mit dem Finger 10 interagieren, um die Kraft F während des Fingerdrucks zu steuern. Die Vorrichtung 26A kann einen Körper (Gehäuse) aufweisen, der aus Metall, Kunststoff, Glas, Keramik, bzw. anderen Materialien gebildet und zum Tragen an der Fingerspitze des Fingers 10 ausgelegt ist. Die Vorrichtung 26A kann einen Sensor in dem Körper einschließen, der bestimmt, wann sich die Vorrichtung 26A der Eingabeoberfläche 24 der Vorrichtung 26B nähert, und Aktoren, die Seitenabschnitte 26A' nach innen in Richtung 30 bewegen, während sich der Finger 10 der Eingabeoberfläche 24 nähert, wie in der 4 gezeigt. Hierdurch werden Seitenabschnitte des Fingergewebes 14 von links und rechts nach innen gedrückt und zwingt die verbleibenden Abschnitte des Fingergewebes 14 zur Ausdehnung nach unten. Infolgedessen wird die Fingerkuppe 16 nach unten in die +Z Richtung (z. B. von ihrer Ausgangsposition an der Position 16') gezwungen, wodurch sich der Abstand zwischen der Fingerkuppe 16 und dem Knochen 12 ausdehnt und den Abstand zwischen der Fingerkuppe 16 und der Oberfläche 24 verkürzt.
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Aufgrund des nach innen gerichteten Drucks auf den Finger 10 und die Verlängerung der Fingerkuppe 16 kommt die Fingerkuppe 16 früher in Kontakt mit der Oberfläche 24 der Vorrichtung 26B, als wenn der Finger 10 nicht gedrückt worden wäre. Wie beispielsweise in 5 gezeigt, kommt die Fingerkuppe 16 früher in Kontakt mit der Oberfläche 24, als wenn sich die Fingerkuppe 16 in ihrer ursprünglichen Position 16' befinden würde. Die Kraft F auf den Finger 10 kann daher früher in einer Fingerbewegung des Benutzers nach unten erzeugt werden, als wenn die Abschnitte 26A' das Fingergewebe 14 nicht nach innen gedrückt hätten. Dies hilft dabei, schrittweise die Bewegung des Fingers 10 nach unten (+Z) Richtung zu verringern, bevor der Knochen 12 das Fingergewebe 14 (6) vollständig zusammendrückt und dadurch das potentiell ermüdende harte Auftreffen der Finger auf die Oberfläche 24 reduziert.
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In den Beispielen der 4, 5 und 6 wird die Kraft F dadurch verändert, dass das Fingergewebe 14 zusammengedrückt wird und die Fingerkuppe 16 dazu veranlasst, sich nach außen vom Finger 10 weg zu bewegen, bevor die Fingerkuppe 16 die Eingabeoberfläche 12 kontaktiert. Wenn gewünscht, kann die Kraft F durch den Einbau von Komponenten in die Vorrichtung 26A bzw. 26B gesteuert werden, die eine langsame Bewegung des Fingers 10 in Richtung +Z fördern. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 26A bzw. 26B Komponenten einschließen, die eine abstoßende Kraft zwischen der Vorrichtung 26A (und dem Finger 10) und der Vorrichtung 26B erzeugen. Es können auch anziehende Kräfte erzeugt werden. Die abstoßende (bzw. anziehende) Kraft kann mechanisch, elektrostatisch, durch Ultraschall, magnetisch, usw. erzeugt werden. Die Menge der Abstoßung bzw. Anziehung zwischen den Vorrichtungen 26A und 26B kann dynamisch angepasst werden. In einigen Konfigurationen kann der Betrag der Kraft F so variiert werden, um eine lokale Spitze und eine Senke zu zeigen und dadurch ein Tasten-Klick-Gefühl zu erzeugen.
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7 ist ein Graph, in dem die Fingerrückstellkraft (nach oben gerichtete Kraft F, die die Bewegung des Fingers 10 in die Abwärtsrichtung +Z verlangsamt) als eine Funktion der Fingerverschiebung Z in Richtung der Eingabeoberfläche 24 geplottet wurde. Unterschiedliche Fingerrückstellkraftkurven sind unterschiedlichen Systemanordnungen zugeordnet.
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In einer ersten beispielhaften Anordnung (siehe z. B. die 1, 2 und 3), ist keine am Finger angebrachte Vorrichtung auf dem Finger 10 vorhanden. In dieser Anordnung, die gekennzeichnet ist durch eine Kraftreaktionskurve 32 kommt die Fingerkuppe 16 in Kontakt mit der Eingabeoberfläche 24, wenn sich der Knochen 12 in einem Abstand ZI an seinem Anfangspunkt befindet. Die Kraft F steigt gleichmäßig an, wobei das Fingergewebe 14 vollständig gegen die Oberfläche 24 durch den Knochen 12 gedrückt wird. An diesem Punkt befindet sich der Knochen 12 in einem Abstand ZC entlang der Z-Achse und die Rückstellkraft F steigt stark an (effektiv unendlich), wodurch eine weitere Bewegung des Fingers 10 verhindert wird. Die Bewegung des Fingers 10 wird mit dieser Anordnung schnell gestoppt, sodass ein Finger eines Benutzers ein hartes Gefühl erfährt.
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In einer zweiten veranschaulichenden Anordnung (siehe, z. B. die 4, 5 und 6), wird das Fingergewebe 14 gedrückt, während der Finger 10 sich der Oberfläche 24 nähert. Da das Fingergewebe 14 gequetscht wird, dehnt sich die Fingerkuppe 16 nach unten in Richtung der Oberfläche 24 vom Fingernagel 18 aus und kommt früher in Kontakt mit der Oberfläche 24 (z. B. an Position ZE, anstatt an Position ZI). Der frühere Kontakt zwischen der Fingerkuppe 16 und der Oberfläche 24 erweitert den Abstand und die Zeit, über die die Rückstellkraft F auf den Finger 10 aufgebracht wird, und wird daher die Bewegung des Fingers 10 allmählich verlangsamen.
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Eine dritte veranschaulichende Anordnung ist der Kurve 36 zugeordnet. Bei dieser veranschaulichenden Anordnung wird die nach innen gerichtete Kraft von den Aktoren in den Bereichen 26A' der Vorrichtung 20A dynamisch moduliert, sodass die Kurve 32 durch eine relativ frühe Anfangssteigung (an der Position ZE), eine lokale Spitze (an der Position ZP) und ein lokales Tal (an der Position ZV) gekennzeichnet ist, bevor sie stark an einer Position mit vollständig komprimiertem Fingergewebe ZC stark ansteigt. Der rasche Anstieg in der Kraft F zwischen der Position ZE und ZP relativ zur Kurve 34 kann erreicht werden, indem das Drücken des Fingergewebes 14 nach innen während der Bewegung des Fingers 10 von der Position ZE zur Position ZP erreicht wird. Die schnelle Abnahme der Kraft F zwischen der Position ZP und der Position ZV relativ zu der Kurve 34 kann erreicht werden, indem eine Verringerung des nach innen gerichteten Drückens des Fingergewebes 14 zwischen der Position ZP und der Position ZV (z. B. indem Aktoren in den Abschnitten 26' nach außen bewegt werden) erreicht wird. Die Kraft F kann wieder erhöht werden kann (nach dem Erreichen eines lokalen Minimums an der Position ZV) durch Erhöhung der nach innen gerichteten Druckkraft unter Verwendung von Aktoren in den Abschnitten 26', während sich der Finger 10 von der Position ZV in Richtung der Position ZC bewegt.
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Die Verwendung eines Kraftprofils der in Kurve 34 gezeigten Art kann helfen, Ermüdungen zu verringern, während ein Benutzer tippt oder anderweitig eine Berührungseingabe an der Eingabeoberfläche 24 mit den Fingern wie dem Finger 10 vornimmt. Die Verwendung eines Kraftprofils der Art, die durch die Kurve 36 gezeigt ist, kann dabei helfen, dem Benutzer haptische Rückmeldung zu liefern, während eine Benutzereingabe bereitgestellt wird. Beispielsweise kann die Kurve 36 mit einem Klickgefühl verbunden sein, wie es ein Benutzer beim Drücken einer physischen Taste erfahren kann. Andere Kraftprofile können, falls erwünscht, auf den Finger 10 angewendet werden. Die Beispiele von 7 sind lediglich veranschaulichend.
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8 ist ein schematisches Diagramm eines veranschaulichenden Systems, in dem ein Benutzer die Benutzereingabe mit einem oder mehreren Fingern 10 vornehmen kann. Wie in der 8 gezeigt, kann das System 28 die elektronischen Vorrichtungen 26A und 26B einschließen. Im Allgemeinen kann das System 28 (z. B. die Vorrichtungen 26A bzw. 26B) jede geeignete elektronische Vorrichtung einschließen. Zum Beispiel kann das System 28 eine oder mehrere Vorrichtungen wie einen Laptop-Computer, einen Computermonitor mit einem eingebetteten Rechner, einen Tablet-Computer, ein Mobiltelefon, einen Mediaplayer oder andere handgehaltene oder tragbare elektronische Vorrichtungen, eine kleinere Vorrichtung wie eine Armbanduhr, einen Kettenanhänger, einen Kopfhörer- oder eine Hörvorrichtung, eine in eine Brille oder andere Vorrichtungen eingebettete Vorrichtung sein, die zum Tragen am Kopf des Benutzers verwendet werden, oder eine andere tragbare oder miniaturisierte Vorrichtung, einen Fernseher, eine Computeranzeige, die keinen eingebetteten Rechner enthält, eine Spielvorrichtung, eine Fernbedienung, eine Navigationsvorrichtung, ein eingebettetes System, wie zum Beispiel ein System, in dem die Geräte in einem Automaten, in einem Kraftfahrzeug, Flugzeug, oder einem anderen Fahrzeug eingebaut sind, ein abnehmbares externes Gehäuse für elektronische Geräte, ein Band, ein Handgelenkband oder Kopfband, eine abnehmbare Abdeckung für eine Vorrichtung, ein Koffer oder eine Tasche mit Gurten oder anderen Strukturen zur Aufnahme und dem Tragen elektronischer und anderer Gegenstände, eine Halskette oder ein Armband, eine Brieftasche, Hülse, Tasche, oder eine andere Struktur, in die elektronische Einrichtungen oder andere Elemente eingesetzt werden können, ein Teil eines Stuhls, Sofas, oder anderen Sitzes (z. B. Kissen oder andere Sitzstrukturen), Teil eines Kleidungsstückes oder anderen tragbaren Gegenständen (z. B. Hut, Gürtel, Handgelenkband, Kopfband, Socke, Handschuh, Shirt, Hose, usw.), oder Einrichtungen, die die Funktion von zwei oder mehr von diesen Vorrichtungen umsetzt.
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Mit einer veranschaulichenden Konfiguration, welche manchmal hierin als ein Beispiel beschrieben wird, ist die Vorrichtung 26A eine am Finger angebrachte Vorrichtung (z. B. ein am Finger angebrachtes Pad, ein am Finger angebrachtes Gehäuse mit einem U-förmigen Körpers, das den Finger eines Benutzers erfasst, eine am Finger angebrachte Vorrichtung mit anderen Formen, usw.) und die Vorrichtung 26B ist ein Mobiltelefon, ein Tablet-Computer, ein Laptop-Computer, eine Armbanduhr oder eine andere Vorrichtung mit einer berührungsempfindlichen Eingabeoberfläche, Vorrichtungsgehäuse angebracht ist oder eine Pixelanordnung in einer Anzeige überlappt. In einigen Konfigurationen wird nur die Vorrichtung 26A oder nur die Vorrichtung 26B zur Modifizierung der Fingerkräfte verwendet. In anderen Konfigurationen arbeiten Komponenten in den Vorrichtungen 26A und 26B zusammen, um die Fingerkräfte zu modifizieren.
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Die Vorrichtungen 26A und 26B können die Steuerschaltungen 40A und 40B einschließen. Die Steuerschaltungen 40A und 40B können Speicher- und Verarbeitungsschaltungen zur Unterstützung des Betriebs des Systems 28 einschließen. Die Speicher- und Verarbeitungsschaltung kann einen Speicher wie einen nichtflüchtigen Speicher (z. B. einen Flash-Speicher oder einen anderen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher, der so gestaltet ist, dass er ein Halbleiterlaufwerk bildet), einen flüchtigen Speicher (z. B. statischen oder dynamischen Direktzugriffsspeicher/RAM) usw. einschließen. Die Verarbeitungsschaltung in den Steuerschaltungen 40A und 40B können verwendet werden, um Eingaben von Sensoren oder anderen Eingabevorrichtungen zu erfassen oder kann verwendet werden, um Ausgabevorrichtungen zu steuern. Die Verarbeitungsschaltung kann auf einem oder mehreren Mikroprozessoren, Mikrocontrollern, digitalen Signalprozessoren, Basisbandprozessoren und anderen drahtlosen Schaltungen, Leistungsverwaltungseinheiten, Audiochips, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, usw. basieren. Um die Kommunikation zwischen den Vorrichtungen 26A und 26B zu unterstützen bzw. die Kommunikation zwischen Vorrichtungen in dem System 28 und einer externen elektronischen Einrichtung zu unterstützen, können die Steuerschaltungen 40A bzw. 40B Antennen, Hochfrequenz-Transceiver, und andere drahtlose Kommunikationsschaltungen bzw. verdrahtete Kommunikationsschaltungen einschließen. Die Steuerschaltungen 40A bzw. 40B können beispielsweise bidirektionale drahtlose Kommunikation zwischen den Vorrichtungen 26A und 26B über eine drahtlose lokale Netzwerkverbindung, eine Nahfeldkommunikationsverbindung oder eine andere geeignete drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung (z. B. eine Bluetooth®-Verbindung, eine WiFi®-Verbindung, eine 60 GHz-Verbindung, usw.) unterstützen.
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Die Vorrichtungen 26A bzw. 26B können die Sensoren 44A bzw. 44B einschließen. Die Sensoren 44A bzw. 44B können Kraftsensoren, Tastsensoren wie kapazitive Tastsensoren, kapazitive Näherungssensoren, optische Sensoren (z. B. Umgebungslichtsensoren zur Erfassung von Licht bzw. optische Näherungssensoren, die Licht emittieren und reflektiertes Licht erfassen), Bildsensoren, Sensoren zur Erfassung der Position, Orientierung, bzw. Bewegung (z. B. Beschleunigungsmesser, magnetische Sensoren wie Kompaßsensoren, Gyroskope, inertiale Messeinheiten, die einige oder alle von diesen Sensoren enthalten), Muskelaktivitätssensoren (EMG) zur Erfassung der Fingeraktionen, bzw. andere Sensoren einschließen. In einigen Anordnungen können die Vorrichtungen 26A bzw. 26B die Sensoren 44A bzw. 44B bzw. andere Vorrichtungen verwenden, um Benutzereingaben zu erfassen (z. B. können Tasten verwendet werden, um Tastendruckeingaben zu erfassen, Berührungssensoren, die Anzeigen überlappen, können zum Erfassen einer Berührungseingabe verwendet werden, Touchpads können zum Erfassen von Berührungseingaben verwendet werden, Mikrofone können zur Erfassung von Audioeingaben verwendet werden, Beschleunigungsmesser in der Vorrichtung 26A bzw. 26B können zur Überwachung verwendet werden, wenn ein Finger eine Eingabeoberfläche berührt und können daher zur Erfassung von Fingerdruckeingaben verwendet werden usw.).
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Die Vorrichtungen 26A bzw. 26B können Ausgabevorrichtungen wie die Aktoren 46A bzw. 46B einschließen. Die Aktoren 46A bzw. 46B können elektromagnetische Aktoren, Motoren, piezoelektrische Aktoren, elektroaktive Polymeraktoren, Vibratoren, lineare Aktoren, rotatorische Aktoren, Aktoren, die biegsame Elemente biegen einschließen, und können Ausgabevorrichtungen einschließen, die abstoßende bzw. anziehende Kräfte zwischen den Vorrichtungen 26A bzw. 26B erzeugen oder steuern (z. B. Komponenten zur Erzeugung der elektrostatischen Abstoßung bzw. Anziehung wie Elektroden, Komponenten zur Erzeugung von Ultraschallausgaben wie beispielsweise Ultraschallwandler, Komponenten zur Herstellung von magnetischen Wechselwirkungen wie Elektromagneten zur Erzeugung von Gleichstrom- bzw. Wechselstrommagnetfeldern, Permanentmagnete, magnetische Materialien wie Eisen oder Ferrit, bzw. andere Schaltungen zur Erzeugung von Abstoßungs- bzw. Anziehungskräften zwischen den Vorrichtungen 26A bzw. 26B). In einigen Situationen können die Aktoren 46A bzw. 46B oder andere Vorrichtungen zur Erzeugung von Kräften in den Vorrichtungen 26A bzw. 26N verwendet werden beim Zusammenpressen des Fingers 10 bzw. anderweitig beim direkten Interagieren mit dem Fingergewebe 12. In anderen Situationen können diese Komponenten zum Interagieren miteinander (z. B. indem eine dynamisch einstellbare elektromagnetische Abstoßungs- bzw. Anziehungskraft zwischen der Vorrichtung 26A und 26B unter Verwendung von Elektromagneten in der Vorrichtung 26A bzw. 26B erzeugt wird). Konfigurationen für das System 28 können auch verwendet werden, bei denen die Aktuatoren zum Zusammendrücken von Fingergewebe in Verbindung mit Komponenten verwendet werden, die Abstoßungs- bzw. Anziehungskräfte mit dem Finger 10 bzw. Vorrichtungen 26A bzw. 26B erzeugen (z. B. basierend auf elektrostatischen Effekten, Ultraschalleinwirkung, magnetischen Effekten, bzw. anderer Effekte).
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Die 9, 10 und 11 zeigen veranschaulichende am Finger angebrachte Vorrichtungen. Wie in 9 veranschaulicht, kann die Vorrichtung 26A Komponenten wie Aktoren 46A zum Zusammendrücken des Fingers 10, zur Interaktion mit den entsprechenden Komponenten in der Vorrichtung 46B einschließen, um Abstoßungs- bzw. Anziehungskräfte zu erzeugen usw. In dem Beispiel von 9 verfügt die Vorrichtung 26A über ein U-förmiges Gehäuse, das über die Oberseite eines Fingers eines Benutzers passt. In dem Beispiel von 10 verfügt die Vorrichtung 26A über ein rohrförmiges Gehäuse, das über die Spitze eines Fingers eines Benutzers 10 empfangen wird und die Fingerauflage 16 berührt. 11 zeigt, wie die Vorrichtung 26A ein Gehäuse aufweisen kann, das dazu ausgelegt ist, einen Luftspalt wie einen Luftspalt 48 zwischen der Fingerauflage 16 und dem unteren Abschnitt 50 des Gehäuses zu erzeugen. Domschalter, Tastsensoren, Beschleunigungsmesser bzw. andere Sensoren und Eingabekomponenten können an einem unteren Abschnitt des Gehäuses der Vorrichtung 26A (z. B. unter einer Fingerkuppe 16) bzw. an anderer Stelle in der Vorrichtung 26A angebracht sein.
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Falls gewünscht können Aktoren 46A entlang der Seiten der Vorrichtung 26A bzw. in anderen Teilen der Vorrichtung 26A individuell eingestellt werden. Wie in 12 gezeigt, kann zum Beispiel der Seitenabschnitt 52 der Vorrichtung 26A mehrere individuell einstellbare Klappenaktoren 46A aufweisen, um selektiv eine Kraft auf verschiedene Seitenflächen des Fingers 10 entlang der Länge des Fingers 10 aufzubringen.
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13 zeigt, wie das Gehäuse der Vorrichtung 26A sich unter die Fingerspitze 10 wickeln kann, während der Fingernagel 18 frei bleibt. Handschuhe, Sätze von an der Fingerspitze angebrachten Vorrichtungen, die durch flexible Befestigungsstrukturen (z. B. Drähte, flexible gedruckte Schaltungen, Gewebe usw.) verbunden sind, bzw. andere Vorrichtungen, die an oder angrenzend an die Finger eines Benutzers oder anderen Körperteilen getragen werden können, können ebenfalls beim Bilden der Vorrichtung(en), wie der Vorrichtung 26, verwendet werden.
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Falls gewünscht, können die Vorrichtungen 26A bzw. 26B Signale erzeugen, die Anziehung- bzw. Abstoßung zwischen der Vorrichtung 26A (und dem Finger 10) und der Vorrichtung 26B erzeugen. Wie in 14 gezeigt, kann die Vorrichtung 26B eine Anordnung von kraftmodifizierenden Komponenten, wie den Komponenten 52B aufweisen, und die Vorrichtung 26A kann eine oder mehrere kraftmodifizierende Komponenten, wie die Komponente 52A, aufweisen. Die Steuerschaltung 40A kann den Betrieb der Komponente 52A steuern und die Steuerschaltung 40B kann den Betrieb der Komponenten 52B steuern (z. B. unter Verwendung eines Steuersignalpfads 54). In einigen Anordnungen, kann der Betrieb der Steuerschaltung 40A und der Betrieb der Steuerschaltung 40B abgestimmt werden (z. B. unter Verwendung von drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationen).
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Mit einer veranschaulichenden Konfiguration können die Komponenten 52A und 52B Anziehungs- oder Abstoßungskräfte durch elektrostatische Anziehung oder Abstoßung erzeugen. Zum Beispiel können die Komponenten 52B Elektroden einschließen, die mit elektrostatischer Ladung mithilfe von Pfaden 54 bestückt werden. Wenn der Finger 10 sich der Eingabeoberfläche 24 nähert, kann die elektrostatische Abstoßung des Fingers 10 erhöht werden, um den Aufprall zwischen dem Finger 10 und der Oberfläche 24 abzumildern. Elektrostatische Abstoßung kann auch verwendet werden, um eine Abstoßung zwischen der Komponente 52B und der Komponente 52A und dadurch indirekt eine abstoßende Kraft auf den Finger 10 aufzubringen. Die elektrostatischen Abstoßungselektroden (bzw. Anziehungselektroden) der Komponenten 52B können, falls gewünscht, Indiumzinnoxidelektroden oder andere transparente leitfähige Elektroden sein, die auch als kapazitive Elektroden in einem zweidimensionalen kapazitiven Berührungssensorfeld dienen, das eine Anzeige überlappt.
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In einer anderen beispielhaften Konfiguration sind die Komponenten 52A bzw. 52B Ultraschallwandler zur Erzeugung von Ultraschall bzw. Ultraschallschwingungen der Vorrichtung 26A bzw. der Oberfläche 24, wodurch die Wahrnehmung des Kontakts zwischen der Fingerkuppe 16 und der Oberfläche 24 angepasst wird.
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In einigen Konfigurationen sind die Komponenten 52A bzw. 52B Elektromagnete (z. B. Spulen) die Gleichstrommagnetfelder erzeugen. Ein Gleichstrommagnetfeld kann zum Beispiel einen Permanentmagnet abstoßen (z. B. wenn die Komponente 52A ein Permanentmagnet ist) oder kann ein magnetisches Material wie etwa Eisen anziehen (z. B. wenn die Komponente 52A aus einem magnetischen Material besteht). Elektromagnetische Wechselstromfelder können durch die Komponenten 52B erzeugt werden (z. B. wenn die Komponenten 52B Spulen bzw. Antennen einschließen) und können Wirbelströme in der Komponente 52A induzieren (z. B. wenn die Komponente 52A eine leitende Metallplatte ist). Diese Wirbelströme können mit den angelegten elektromagnetischen Feldern interagieren und können eine Abstoßungskraft zwischen den Komponenten 52B und 52A erzeugen.
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Andere Anordnungen können sich auf andere Kräfte stützen (z. B. mechanische Kräfte wie eine haptische, durch die Aktoren 46A bzw. 46B erzeugte Ausgabe, um ein Anziehungsgefühl zu erzeugen bzw. ein Abstoßungsgefühl zwischen den Vorrichtungen 26A und 26A, seitliche Quetschkräfte von den Aktoren 46A, die die Fingerkuppe 16 strecken und dabei die Kraft F modifizieren usw.) und können zum Modifizieren des Fingergefühls verwendet werden, während ein Benutzer Tastendruckeingaben mit einem oder mehreren Fingern wie dem Finger 10 bereitstellt.
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Die Steuerschaltung 40A bzw. 40B kann diese Kraft erzeugenden Komponenten auf Basis der Sensoreingabe der Sensoren 44A bzw. 44B anpassen. Zum Beispiel können Abstoßungskräfte zwischen den Vorrichtungen 26A und 26B erzeugt werden in Reaktion auf die Erfassung mit den Sensoren 44A bzw. 44B (z. B. einen Näherungssensor usw.) dass die Vorrichtungen 26A und 26B weniger als einen vorbestimmten Abstand voneinander entfernt sind. In Reaktion auf das Erkennen, dass die Vorrichtung 26A sich innerhalb eines vorgegebenen Abstands von der Eingabeoberfläche 24 bewegt hat, kann beispielsweise die Vorrichtung 26B eine elektromagnetische Abstoßungskraft, eine Ultraschallkraft, eine elektrostatische Kraft, usw. erzeugen, und/oder die Vorrichtung 26A kann einen oder mehrere Aktoren 46A dazu verwenden, den Finger 10 zu drücken und dabei die Kuppe 16 weg von dem Nagel 18 zu strecken. Der Sensor, der die Nähe zwischen den Vorrichtungen 26A (und dem Finger 10) und der Vorrichtung 26B erfasst, kann sich in der Vorrichtung 26A bzw. in der Vorrichtung 26B befinden. In Situationen, in denen die Abstoßungskraft durch eine andere Vorrichtung als die den Sensor enthaltene Vorrichtung erzeugt wird, kann drahtlose Kommunikationen verwendet werden, um der nicht den Sensor enthaltenden Vorrichtung zu signalisieren, dass sie ihre Komponenten verwenden soll, um die Abstoßungskraft zu erzeugen.
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Das Fingergefühl kann auch während der seitlichen Bewegung des Fingers 10 modifiziert werden. Betrachten Sie beispielsweise das Szenario aus 15, in welchem ein Benutzer seinen Finger 10 seitlich in die Richtung 60 bewegt, während die Komponenten 52B (z. B. die Aktoren 46B) sich in die Richtungen 62 parallel zu der Oberfläche der Normalen n der Eingabeoberfläche 24 bewegen. Durch Einstellen der Verschiebung von jeder der Komponenten 52B in der normalen Richtung n, während der Finger 10 in Richtung 60 bewegt wird, kann die Höhe H der Fingerauflage 16 eingestellt werden wie in 16 gezeigt (z. B. um ein Gefühl von Textur, Unregelmäßigkeiten der Oberflächenhöhe, usw. zu erzeugen). Zum Beispiel kann ein Benutzer spüren, dass sich der Finger 10 über einen Grat oder andere dynamisch erzeugte Oberflächenstrukturmerkmale auf der Oberfläche 24 bewegt. Falls gewünscht, kann die Vorrichtung 26A am Finger 10 getragen werden, um Kräfte und Verschiebungen senkrecht zur Oberfläche 24 zu bekräftigen oder zu erzeugen bzw. anderweitig die seitlichen bzw. Normalkräfte, die auf den Finger 10 durch die Vorrichtung 26B einwirken.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine am Finger angebrachte Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie an einem Finger eines Benutzers getragen wird, während der Finger auf eine Oberfläche zu bewegt wird, wobei der Finger eine Fingerspitze mit einem Fingernagel und einer Fingerauflage aufweist, bereitgestellt, wobei die am Finger angebrachte Vorrichtung einen Körper einschließt, der dazu ausgelegt ist, mit dem Finger gekoppelt zu werden, eine Steuerschaltung und einen mit dem Körper gekoppelten Aktor, der dazu ausgelegt ist, den Finger zusammenzudrücken und zu bewirken, dass sich die Fingerkuppe als Reaktion auf Steuersignale von der Steuerschaltung vom Fingernagel weg bewegt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die am Finger angebrachte Vorrichtung einen Näherungssensor ein, der zum Erfassen der Nähe des Fingers zu der Oberfläche ausgelegt ist, wobei der Aktor in einer nach innen gerichteten Richtung beweglich ist, um gegen den Finger zu drücken, und in einer entgegengesetzten Richtung nach außen, und die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, um den Aktor in die nach innen gerichtete Richtung zu bewegen, um den Finger als Reaktion auf ein Signal vom Näherungssensor zusammenzudrücken, und während der Bewegung des Fingers hin zu der Oberfläche nachdem die Aktoren sich in die nach innen gerichtete Richtung bewegen, den Aktor in die nach außen gerichtete Richtung zu bewegen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Körper dazu ausgelegt, mit der Fingerspitze gekoppelt zu werden, wobei der Fingernagel dieser Fingerspitze abgedeckt wird und die Fingerkuppe dieser Fingerspitze frei liegt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Oberfläche eine Eingabeoberfläche mit einem Berührungssensor ein, der eine Anzeige in einer elektronischen Vorrichtung überlappt und in welcher der Näherungssensor einen Lichtemitter einschließt, der dazu ausgelegt ist, Licht zu emittieren, und einen Lichtdetektor, der das Licht erfasst.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Oberfläche eine Eingabeoberfläche mit einem Berührungssensor ein, der eine Anzeige in einer elektronischen Vorrichtung überlappt und der Näherungssensor einen kapazitiven Näherungssensor einschließt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Vorrichtung vorgesehen, die einen Berührungssensor einschließt, der eine Eingabeoberfläche bildet, die zum Sammeln von Fingerdruckeingaben von dem Finger eines Benutzers ausgelegt ist, einen Sensor, der zur Erfassung des Fingers ausgelegt ist, eine Steuerschaltung, die zur Erzeugung eines Steuersignals in Reaktion auf eine Ausgabe von dem Sensor ausgelegt ist, und eine Komponente, die dazu ausgelegt ist, eine Kraft in Reaktion auf das Steuersignal zu erzeugen, das zu einer Interaktion mit dem Finger ausgelegt ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Kraft eine Abstoßungskraft, die zur Abstoßung des Fingers von der Eingabeoberfläche ausgelegt ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Kraft eine Anziehungskraft, die zum Anziehen der Finger zur Eingabeoberfläche ausgelegt ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Kraft eine Kraft, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer elektrostatischen Kraft und einer magnetischen Kraft und die Steuerschaltung ist zum Erzeugen der Kraft durch Anlegen des Steuersignals an die Komponente ausgelegt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Komponente einen Elektromagneten ein, und der Finger ist mit einer am Finger angebrachten Vorrichtung mit einem Permanentmagneten gekoppelt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Komponente einen Ultraschallwandler ein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Vorrichtung eine Reihe von Aktoren ein, die die Eingabeoberfläche überlappen, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, die Aktorenanordnung dazu zu verwenden, um dynamisch einstellbare Oberflächenhöhenvariationen auf der Eingabeoberfläche zu erzeugen, während der Finger seitlich über die Eingabeoberfläche bewegt wird.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine am Finger angebrachte Vorrichtung am Finger auf, wobei die am Finger angebrachte Vorrichtung und die Steuerschaltung dazu ausgelegt sind, drahtlos zu kommunizieren.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung, die mit einer am Finger angebrachten Vorrichtung, die am Finger eines Benutzers getragen wird, bereitgestellt, wobei diese eine Anzeige, einen zweidimensionalen Berührungssensor, der die Anzeige überlappt und eine berührungsempfindliche Eingabeoberfläche einschließt, die dazu ausgelegt ist, Fingerdruckeingaben von dem Finger zu sammeln, eine Anordnung von elektrischen Komponenten in Überlappung mit der Anzeige und eine Steuerschaltung, die dazu ausgelegt ist, die Anordnung der elektrischen Komponenten zur Erzeugung einer Kraft zu verwenden, um eine Kraft zu erzeugen, die mit der am Finger angebrachten Vorrichtung interagiert.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung einen Näherungssensor ein und die Steuerschaltung ist zum Einstellen der Kraft ausgelegt, die unter Verwendung der Anordnung von elektrischen Komponenten in Reaktion auf die Ausgabe des Näherungssensors mit der am Finger angebrachten Vorrichtung interagiert.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Anordnung der elektrischen Komponenten eine Anordnung von Elektromagneten ein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Anordnung der elektrischen Komponenten eine Anordnung von Elektroden ein und die Steuerschaltung ist dazu ausgelegt, die Elektroden mit Signalen zu versorgen, die eine elektrostatische Kraft zwischen der Anordnung der Elektroden und der am Finger angebrachten Vorrichtung erzeugen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die am Finger angebrachte Vorrichtung Metall ein und die Anordnung von elektrischen Komponenten ist dazu ausgelegt, Wirbelströme in dem Metall zu induzieren, die eine Kraft zwischen dem Metall und der Anordnung von elektrischen Komponenten erzeugen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die am Finger angebrachte Vorrichtung einen Permanentmagneten ein und die Anordnung von elektrischen Komponenten schließt eine Anordnung ein, die zur Erzeugung von Magnetfeldern ausgelegt sind, die mit dem Permanentmagneten interagieren.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform verfügt der Finger über eine Fingerspitze mit einem Fingernagel und einer Fingerkuppe und die am Finger angebrachte Vorrichtung schließt einen Körper ein, der mit der Fingerspitze gekoppelt ist, den Fingernagel dieser Fingerspitze abdeckt und die Fingerkuppe dieser Fingerspitze freigelegt lässt, wobei der Körper eine Komponente einschließt und die Steuerschaltung zur Verwendung der Anordnung der elektrischen Komponenten zur Erzeugung einer Kraft ausgelegt ist, die mit der Komponente interagiert.
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Das Vorstehende ist lediglich veranschaulichend, wobei an den beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Die vorstehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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