用于触觉致动的差分光学位置感测的系统和方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910515572.6 (22)申请日 2019.06.14 (30)优先权数据 16/010,258 2018.06.15 US (71)申请人 意美森公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 道格比林顿梵H特兰 卡尼亚拉沙哈 丹尼A格兰特 胡安曼纽尔克鲁兹-赫尔南德 斯 (74)专利代理机构 北京东方亿思知识产权代理 有限责任公司 11258 代理人 林强 (51)Int.Cl. G06F 3/01(2006.01) G06F 3/0354(2013.01) G06

2、F 3/041(2006.01) (54)发明名称 用于触觉致动的差分光学位置感测的系统 和方法 (57)摘要 公开了用于触觉致动的差分光学位置感测 的系统和方法。 在一个实施例中， 一种系统包括： 致动器， 被配置为接收驱动信号并移动物体以输 出触觉效果； 第一传感器， 被配置为监视物体的 位置并输出第一位置信号； 第二传感器， 被配置 为监视物体的位置并输出与第一位置信号不同 的第二位置信号； 电路， 被配置为接收第一位置 信号和第二位置信号并输出差信号； 处理器， 被 配置为接收差信号并基于差信号向致动器输出 控制信号。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 110609614

3、A 2019.12.24 CN 110609614 A 1.一种系统， 包括： 致动器， 被配置为接收驱动信号并移动物体以输出触觉效果； 第一传感器， 被配置为监视所述物体的位置并输出第一位置信号； 第二传感器， 被配置为监视所述物体的位置并输出与所述第一位置信号不同的第二位 置信号； 电路， 被配置为接收所述第一位置信号和所述第二位置信号并输出差信号； 以及 处理器， 被配置为接收所述差信号并基于所述差信号向所述致动器输出控制信号。 2.根据权利要求1所述的系统， 其中， 所述处理器还被配置为部分地基于期望的触觉效 果来确定所述驱动信号。 3.根据权利要求2所述的系统， 其中， 所述控制信号

4、包括对所述驱动信号的修改。 4.根据权利要求3所述的系统， 其中， 所述控制信号包括以下项之一： 被配置为使所述 致动器减速的信号或被配置为使所述致动器加速的信号。 5.根据权利要求4所述的系统， 其中， 所述控制信号包括与所述驱动信号相位相差180 度的信号。 6.根据权利要求1所述的系统， 其中， 所述第一传感器和所述第二传感器包括光学传感 器。 7.根据权利要求6所述的系统， 其中， 所述第一传感器和所述第二传感器与单个光源相 关联。 8.根据权利要求7所述的系统， 其中， 所述第一传感器和所述第二传感器位于所述物体 的同一侧。 9.根据权利要求8所述的系统， 其中， 所述第一传感器和所

5、述第二传感器被定位在距所 述物体不同的距离处。 10.根据权利要求9所述的系统， 其中， 所述第一传感器和所述第二传感器被定位为使 得当所述物体移近所述第一传感器和所述第二传感器时， 落在所述第一传感器上的第一反 射光锥的强度增大， 而落在所述第二传感器上的第二反射光锥强度减小。 11.一种方法， 包括： 向致动器输出驱动信号， 所述致动器被耦合到物体并且被配置为移动所述物体以输出 触觉效果； 从第一传感器接收第一位置信号， 所述第一传感器被配置为监视所述物体的位置； 从第二传感器接收第二位置信号， 所述第二传感器被配置为监视所述物体的位置， 所 述第二位置信号与所述第一位置信号不同； 输出差

6、信号； 以及 基于所述差信号来确定针对所述致动器的控制信号。 12.根据权利要求11所述的方法， 还包括： 部分地基于期望的触觉效果来确定所述驱动 信号。 13.根据权利要求12所述的方法， 其中， 所述控制信号包括对所述驱动信号的修改。 14.根据权利要求13所述的方法， 其中， 所述控制信号包括以下项之一： 被配置为使所 述致动器减速的信号或被配置为使所述致动器加速的信号。 15.根据权利要求14所述的方法， 其中， 所述控制信号包括与所述驱动信号相位相差 权利要求书 1/2 页 2 CN 110609614 A 2 180度的信号。 16.根据权利要求11所述的方法， 其中， 所述第一传

7、感器和所述第二传感器包括光学传 感器。 17.根据权利要求16所述的方法， 其中， 所述第一传感器和所述第二传感器与单个光源 相关联。 18.根据权利要求17所述的方法， 其中， 所述第一传感器和所述第二传感器被定位在距 所述物体不同的距离处。 19.根据权利要求18所述的方法， 其中， 所述第一传感器和所述第二传感器被定位为使 得当所述物体移近所述第一传感器和所述第二传感器时， 落在所述第一传感器上的第一反 射光锥的强度增大， 而落在所述第二传感器上的第二反射光锥强度减小。 20.一种非暂时性计算机可读介质， 包括程序代码， 所述程序代码在由处理器执行时被 配置为使得处理器用于： 向致动器输

8、出驱动信号， 所述致动器被耦合到物体并且被配置为移动所述物体以输出 触觉效果； 从差电路接收差信号， 所述差电路被配置为： 从第一传感器接收第一位置信号， 所述第一传感器被配置为监视所述物体的位置； 从第二传感器接收第二位置信号， 所述第二传感器被配置为监视所述物体的位置， 所 述第二位置信号与所述第一位置信号不同； 以及 基于所述差信号向所述致动器输出控制信号。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110609614 A 3 用于触觉致动的差分光学位置感测的系统和方法 技术领域 0001 本发明总体上涉及触觉反馈， 具体而言， 涉及用于触觉致动器的差分光学位置感 测的系统和方法。 背景技术 0

9、002 支持触觉的设备已经变得越来越流行， 支持触觉的环境也同样如此。 例如， 移动设 备和其他设备可以配置有触敏表面， 使得用户可以通过触摸触敏显示器的各部分来提供输 入。 随着使用更多支持触觉的环境， 出现了对急剧的触觉反馈的期望。 然而， 为了实现这种 急剧的触觉反馈， 必须使用昂贵的致动器和附加控制系统。 因此需要更便宜和更有效的致 动器系统来提供急剧的触觉反馈。 发明内容 0003 在一个实施例中， 本公开内容的系统可以包括： 致动器， 被配置为接收驱动信号并 移动物体以输出触觉效果； 第一传感器， 被配置为监视物体的位置并输出第一位置信号； 第 二传感器， 被配置为监视物体的位置并

10、输出与第一位置信号不同的第二位置信号； 电路， 被 配置为接收第一位置信号和第二位置信号并输出差信号； 以及处理器， 被配置为接收差信 号并基于差信号向致动器输出控制信号。 0004 本公开内容的另一个实施例可以包括： 向致动器输出驱动信号， 所述致动器到耦 合到物体， 并且被配置为移动物体以输出触觉效果； 从第一传感器接收第一位置信号， 所述 第一传感器被配置为监视物体的位置； 从第二传感器接收第二位置信号， 所述第二传感器 被配置为监视物体的位置， 第二位置信号与第一位置信号不同； 输出差信号； 以及基于差信 号确定针对致动器的控制信号。 0005 在又一个实施例中， 非暂时性计算机可读介

11、质可以包括程序代码， 该程序代码在 由处理器执行时被配置为使得处理器用于： 向致动器输出驱动信号， 所述致动器到耦合到 物体， 并且被配置为移动物体以输出触觉效果； 从差电路接收差信号， 所述差电路被配置 为： 从第一传感器接收第一位置信号， 所述第一传感器被配置为监视物体的位置； 从第二传 感器接收第二位置信号， 所述第二传感器被配置为监视物体的位置， 第二位置信号与第一 位置信号不同； 以及基于差信号向致动器输出控制信号。 附图说明 0006 在说明书的其余部分中更具体地阐述了完整且可行的公开内容。 说明书参考以下 附图。 0007 图1示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感

12、测的说明性系 统。 0008 图2示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测的另一说明性 系统。 说明书 1/10 页 4 CN 110609614 A 4 0009 图3A示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测的另一说明 性系统。 0010 图3B示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测的另一说明 性系统。 0011 图3C示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测的另一说明 性系统。 0012 图4是根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测的操作的流程图。 具体实施方式 0013 现在将详细参考各种和可替换的说明性实施例以及附图

13、。 每个示例是以解释的方 式而不是作为限制提供的。 对于本领域技术人员易于理解的是， 可以进行修改和变化。 例 如， 作为一个实施例的一部分示出或描述的特性可以用在另一个实施例中以产生又一个实 施例。 因此， 本公开内容旨在包括落入所附权利要求及其等同变换的范围内的修改和变化。 0014 用于触觉致动器的差分光学位置感测的说明性示例 0015 本公开内容的一个说明性实施例包括计算系统， 例如平板电脑、 电子阅读器、 移动 电话、 诸如笔记本电脑或台式计算机之类的计算机、 可穿戴设备或用于虚拟现实(VR)或增 强现实(AR)的接口。 计算系统可以包括一个或多个传感器(例如加速度计)以及传感器(例

14、 如， 光学、 电阻或电容)和/或与之通信， 传感器用于确定触摸相对于在该示例中对应于设备 的屏幕的显示区域的位置。 0016 该说明性设备包括处理器， 该处理器被配置为确定触觉效果， 例如， 用户通过触摸 可检测的振动或表面运动。 处理器将与这些触觉效果相关联的信号传送到被配置为输出触 觉效果的触觉输出设备。 在一些实施例中， 这些触觉效果可以包括由致动器输出的基于振 动的效果， 该致动器被配置为移动物体以生成振动。 用户可以体验诸如爆裂、 咔嗒声、 纹理 或摩擦的变化或其他基于触摸的效果的振动。 0017 触觉致动器可以被设计成以特定频率谐振。 在一些实施例中， 这些触觉致动器可 在移除驱

15、动电压并且致动器减速之后 “振铃(ring)” 。 在一些实施例中， 处理器可以输出制 动脉冲以通过使致动器更快地停止以消除振铃来产生更加 “清晰” 的触觉效果， 该触觉效果 的开始和结束没有长的斜升和斜降时段。 在一些实施例中， 振铃是致动器谐振频率的函数。 本公开内容的说明性实施例通过使用闭环设计解决了该问题。 0018 本公开内容的实施例使用光学传感器来监视物体的位置， 该物体由致动器移动以 输出触觉效果。 然后， 这些传感器将一个或多个传感器信号输出到处理器， 以使处理器能够 修改输出到致动器的驱动信号， 以增强触觉效果(例如， 过驱动致动器或输出制动脉冲)， 从 而产生更清晰的触觉效

16、果。 0019 本公开内容的说明性实施例克服了与传感器相关联的噪声的问题(例如， 光学传 感器可以检测环境光， 例如由荧光灯输出的红外光)。 说明性实施例使用两个光学传感器， 每个光学传感器监视由致动器移动的物体的位置。 在说明性实施例中， 第一光学传感器输 出第一位置信号， 第二光学传感器输出与第一位置信号不同的第二位置信号(例如， 第二位 置信号被反转， 与第一位置信号相位相差180度， 和/或一个位置信号正在增大而另一个正 在减小)。 说明书 2/10 页 5 CN 110609614 A 5 0020 然后将两个位置信号输入到差分电路(例如， 差分运算放大器电路)。 任何环境噪 声都会

17、到达两个传感器， 从而被差分电路抵消。 差分电路向处理器输出差信号， 然后处理器 可以使用该差信号来确定物体的位置并相应地控制致动器以改善触觉效果。 例如， 在说明 性实施例中， 处理器可以基于检测到的物体的位置来修改驱动信号的电压、 电流、 频率、 占 空比或相位中的一个或多个， 以改善触觉效果。 例如， 处理器可以反转驱动信号或输出与原 始驱动信号相位相差180度的驱动信号。 0021 给出该说明性示例以向读者介绍本文所讨论的一般主题， 并且本公开内容不限于 该示例。 以下部分描述了本公开内容的各种另外的非限制性示例。 0022 用于触觉致动器的差分光学位置感测的说明性系统 0023 图1

18、示出了用于控制致动器驱动以改善瞬态响应特性的说明性系统100。 特别地， 在该示例中， 系统100包括移动设备101， 其具有经由总线106与其他硬件连接的处理器102。 存储器104可包括任何合适的实体(和非暂时性)计算机可读介质， 诸如RAM、 ROM、 EEPROM等， 其体现了配置移动设备101的操作的程序部件。 在该示例中， 移动设备101还包括一个或多 个网络接口设备110、 输入/输出(I/O)接口部件112和附加储存器114。 0024 网络设备110可以表示有助于网络连接的任何部件中的一个或多个。 示例包括但 不限于诸如以太网、 USB、 IEEE 1394之类的有线接口，

19、和/或诸如IEEE 802.11、 蓝牙之类的 无线接口， 或用于接入蜂窝电话网络的无线电接口(例如， 用于接入CDMA、 GSM、 UMTS或其他 移动通信网络的收发机/天线)。 0025 I/O部件112可用于促进到诸如一个或多个显示器、 包括显示器的头戴式耳机、 曲 面显示器(例如， 显示器包括延伸到可以在其上显示图像的移动设备101的一个或多个侧面 上的成角度表面)、 键盘、 鼠标、 扬声器、 麦克风、 相机(例如， 移动设备上的前置和/或后置相 机)和/或用于输入数据或输出数据的其他硬件之类的设备的连接。 储存器114表示非易失 性储存器， 诸如移动设备101中包括的磁性、 光学或其

20、他储存介质。 0026 (一个或多个)音频/视觉输出设备122包括一个或多个设备， 其被配置为从(一个 或多个)处理器102接收信号并向用户提供音频或视觉输出。 例如， 在一些实施例中， (一个 或多个)音频/视觉输出设备122可以包括显示器， 诸如触摸屏显示器、 LCD显示器、 等离子显 示器、 CRT显示器、 投影显示器、 包括用于每只眼睛的显示器的头戴式耳机(例如， 用于混合 现实或虚拟现实)， 或本领域已知的某个其他显示器。 此外， 音频/视觉输出设备可以包括被 配置为向用户输出音频的一个或多个扬声器。 0027 系统100还包括触摸表面116， 在该示例中， 触摸表面116集成到移动

21、设备101中。 触 摸表面116表示被配置为感测用户的触摸输入的任何表面。 在一些实施例中， 触摸表面116 可以被配置为检测与触摸输入相关联的附加信息， 例如， 压力、 移动速度、 移动加速度、 用户 皮肤的温度， 或者与触摸输入相关联的一些其他信息。 一个或多个传感器108可以被配置为 当物体接触触摸表面时检测触摸区域中的触摸并提供适当的数据以供处理器102使用。 可 以使用任何合适数量、 类型或布置的传感器。 例如， 电阻和/或电容传感器可以被嵌入到触 摸表面116中并用于确定触摸的位置和其他信息， 例如压力。 作为另一示例， 具有触摸表面 视图的光学传感器可用于确定触摸位置。 0028

22、 此外， 在一些实施例中， 触摸表面116和/或(一个或多个)传感器108可以包括在不 依赖于触摸传感器的情况下检测用户交互的传感器。 例如， 在一个实施例中， 传感器可以包 说明书 3/10 页 6 CN 110609614 A 6 括被配置为使用肌电图(EMG)信号来检测用户在表面上施加的压力的传感器。 此外， 在一些 实施例中， 传感器可包括RGB或热相机， 并使用由这些相机捕获的图像来估计用户施加在表 面上的压力量。 0029 在一些实施例中， 传感器108和触摸表面116可包括触摸屏显示器或触摸板。 例如， 在一些实施例中， 触摸表面116和传感器108可以包括安装在显示器上方的触摸

23、屏， 该显示 器被配置为接收显示信号并将图像输出给用户。 在其他实施例中， 传感器108可包括LED检 测器。 例如， 在一个实施例中， 触摸表面116可以包括安装在显示器侧面的LED手指检测器。 在一些实施例中， 处理器与单个传感器108通信， 在其他实施例中， 处理器与多个传感器108 通信， 例如， 第一触摸屏和第二触摸屏。 0030 在一些实施例中， (一个或多个)传感器108还包括一个或多个传感器， 其被配置为 检测移动设备的移动(例如， 加速度计、 陀螺仪、 照相机、 GPS或其他传感器)。 这些传感器可 以被配置为检测在X、 Y或Z平面中移动设备的用户交互。 传感器108被配置为

24、检测用户交互， 并且基于用户交互， 将信号传送到处理器102。 在一些实施例中， 传感器108可以被配置为检 测用户交互的多个方面。 例如， 传感器108可以检测用户交互的速度和压力， 并将该信息合 并到接口信号中。 此外， 在一些实施例中， 用户交互包括远离设备的多维用户交互。 例如， 在 一些实施例中， 与设备相关联的相机可以被配置为检测用户移动， 例如手、 手指、 身体、 头 部、 眼睛或脚的运动或与另一个人或物体的交互。 0031 在该示例中， 与处理器102通信的触觉输出设备118被耦合到触摸表面116。 在一些 实施例中， 触觉输出设备118被配置为响应于触觉信号输出与触摸表面11

25、6相关联的触觉效 果。 另外或可替换地， 触觉输出设备118可以提供以受控方式移动触摸表面的振动触觉的触 觉效果。 一些触觉效果可以利用耦合到设备的外壳的致动器， 并且一些触觉效果可以依次 和/或一齐使用多个致动器。 例如， 在一些实施例中， 可以通过以不同频率振动表面来模拟 表面纹理。 在这样的实施例中， 触觉输出设备118可以包括例如线性谐振致动器(LRA)、 压电 致动器、 偏心旋转质量电机(ERM)、 电动机、 电磁致动器、 音圈、 形状记忆合金、 电活性聚合 物、 或螺线管中的一个或多个。 在一些实施例中， 触觉输出设备118可包括多个致动器， 例如 ERM和LRA。 0032 在一

26、些实施例中， 可以基于关于用户交互的其他感测信息来调制触觉效果， 例如， 手在虚拟环境中的相对位置、 VR/AR环境中的对象位置、 对象变形、 GUI、 UI、 AR、 VR等中的相 对对象交互。 在其他实施例中， 用于创建触觉效果的方法包括短持续时间的效果的变化， 其 中效果的大小根据感测的信号值(例如， 与用户交互相关联的信号值)而变化。 在一些实施 例中， 当可以改变效果的频率时， 可以选择固定感知大小， 并且可以根据感测的信号值改变 效果的频率。 0033 尽管此处示出了单个触觉输出设备118， 但是实施例可以使用相同或不同类型的 多个触觉输出设备来输出触觉效果。 例如， 在一个实施例

27、中， 压电致动器可用于以超声频率 垂直和/或水平地移位触摸表面116中的一些或全部， 例如在一些实施例中通过使用以大于 20-25kHz的频率移动的致动器。 在一些实施例中， 诸如偏心旋转质量电机和线性谐振致动 器之类的多个致动器可单独使用或一齐使用以提供不同的纹理和其他触觉效果。 0034 移动设备101还可以包括传感器120中的一个或多个。 传感器120可以被耦合到处 理器102并用于监视触觉输出设备118的位置或由触觉输出设备118移动的质量(mass)以输 说明书 4/10 页 7 CN 110609614 A 7 出触觉效果。 在一些实施例中， 传感器120可以包括光学传感器、 磁场

28、传感器、 基于音频的传 感器或配置为检测多普勒频移的传感器。 在一些实施例中， 两个传感器120可以检测触觉输 出设备118的位置或由触觉输出设备118移动的质量。 例如， 第一传感器输出第一位置信号， 第二传感器输出第二位置信号。 在一些实施例中， 第二位置信号与第一位置信号不同(例 如， 第二位置信号被反转， 与第一位置信号相位相差180度， 和/或一个位置信号正在增大而 另一个位置信号正在减小)。 0035 然后将两个位置信号输入到差分电路(例如， 差分运算放大器电路)。 环境噪声影 响(例如， 外部光源)两个传感器， 从而被差分电路抵消。 差分电路也可以消除其他类型的噪 声， 例如来自

29、电源的噪声或来自附近电子设备的RF噪声。 差分电路向处理器102输出差信 号， 然后处理器102可以使用该差信号来确定物体的位置并相应地控制触觉输出设备118以 改善触觉效果。 例如， 在说明性实施例中， 处理器102可以基于检测到的物体的位置来修改 输出到触觉输出设备118的驱动信号的电压、 电流、 频率、 占空比或相位中的一个或多个， 以 改善触觉效果。 0036 转到存储器104， 示出了示例性程序部件124、 126和128以示出设备可被如何配置 以确定和输出触觉效果。 在该示例中， 检测模块124配置处理器102以经由传感器108监视触 摸表面116以确定触摸的位置。 例如， 模块1

30、24可以对传感器108进行采样以跟踪触摸的存在 与否， 并且如果存在触摸， 则随时间的推移跟踪触摸的位置、 路径、 速度、 加速度、 压力和/或 其他特性中的一个或多个。 0037 触觉效果确定模块126表示程序部件， 其分析关于触摸特性的数据以选择要生成 的触觉效果。 具体地， 模块126包括基于触摸的位置确定要在触摸表面上生成的模拟特征的 代码。 模块126还可以包括选择一个或多个触觉效果来提供以便模拟该特征的代码。 例如， 触摸表面116的一些或全部区域可以被映射到图形用户界面。 可以基于触摸的位置来选择 不同的触觉效果， 以便通过在触摸表面116的表面上模拟纹理来模拟特征的存在， 使得

31、当在 界面中看到特征的相应表示时感觉到该特征。 然而， 即使在界面中没有显示相应的元素， 也 可以经由触摸表面116提供触觉效果(例如， 如果跨过界面中的边界， 则可以提供触觉效果， 即使没有显示边界亦如此)。 0038 触觉效果生成模块128表示使得处理器102生成驱动信号并将驱动信号传送到触 觉输出设备118的编程， 这使得触觉输出设备118生成所选触觉效果。 例如， 触觉效果生成模 块128可以访问存储的波形或命令以发送到触觉输出设备118。 作为另一个示例， 触觉效果 生成模块128可以接收期望类型的触觉效果并利用信号处理算法来生成适当的信号以发送 到触觉输出设备118。 作为另一示例

32、， 可以指示期望的触觉效果连同发送到一个或多个致动 器的期望触觉效果的目标坐标和适当波形， 以生成表面(和/或其他设备部件)的适当位移 从而提供触觉效果。 一些实施例可以一齐利用多个触觉输出设备来模拟特征。 例如， 纹理的 变化可以用于模拟跨过界面上的按钮之间的边界， 而振动触觉效果模拟按钮被按下时的响 应。 0039 系统100还可以实现触觉效果的闭环控制。 例如， 在一个实施例中， 处理器102可以 将对应于期望触觉效果的触觉信号输出到触觉输出设备118。 处理器102还可以接收参考信 号。 参考信号可以表示如果触觉输出设备准确地创建触觉效果则将生成的传感器信号。 同 时， 处理器102可

33、以从传感器120接收与当前输出的触觉效果相对应的传感器信号。 说明书 5/10 页 8 CN 110609614 A 8 0040 处理器102可以确定参考信号和从传感器120接收的信号之间的误差。 基于该误 差， 处理器102可以确定如何修改触觉信号以实现更能代表参考信号的效果。 例如， 处理器 102可以增加触觉信号的增益以产生更强烈的效果。 可替换地， 处理器102可以使用不同类 型的控制器， 例如比例或比例积分控制器来修改触觉信号。 此外， 处理器102可以实现改变 用于修改触觉信号的增益和控制器的类型的组合。 0041 现在转到图2， 其示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学

34、位置感测 的说明性系统200。 系统200可以包括计算系统， 例如平板电脑、 电子阅读器、 移动电话、 诸如 笔记本电脑或台式计算机之类的计算机、 可穿戴设备或用于虚拟现实(VR)或增强现实(AR) 的接口。 可替换地， 系统200可以包括用于输出触觉效果的单独组件， 其安装在其他计算设 备中以提供触觉功能。 0042 如图2所示， 系统200包括致动器202、 物体204、 两个传感器206和208、 差分放大器 210和处理器212。 如图2所示， 致动器包括电子设备， 电子设备被配置为从处理器212接收触 觉信号并通过移动物体204输出触觉效果。 例如， 致动器202可包括LRA、 ER

35、M、 压电致动器、 电 动机、 电磁致动器、 音圈、 形状记忆合金、 电活性聚合物或螺线管中的一个或多个。 致动器 202被配置为移动物体204以输出触觉效果。 在一些实施例中， 物体204可包括致动器202的 部件。 0043 系统200还包括两个传感器206、 208， 其被配置为监视物体204的位置并传送与物 体204的位置相关联的位置信号。 传感器206、 208可包括光学传感器、 磁场传感器、 基于音频 的传感器， 或配置为检测多普勒频移的传感器中的一个或多个。 此外， 为了消除环境噪声 (例如， 音频、 RF、 电源或基于光的噪声)， 两个传感器输出被反转的位置信号。 例如， 传感

36、器1 (206)输出第一位置信号， 传感器2(208)输出与第一位置信号不同的第二位置信号(例如， 第二位置信号被反转， 与第一位置信号相位相差180度， 和/或一个位置信号正在增大， 而另 一个正在减小)。 0044 然后将这两个位置信号输出到差分电路210， 差分电路210比较两个信号以输出差 信号。 差分电路210可以包括差分运算放大器电路(例如减法器或加法器电路(被配置为将 负信号加到正信号)或者本领域中已知的其他模拟电路中的一个或多个。 0045 差分电路210被配置为向处理器212输出差信号。 处理器212接收差信号并确定物 体204的位置。 处理器212被配置为控制到致动器202

37、的驱动信号以修改和改善触觉效果。 例 如， 处理器212可以基于检测到的物体204的位置来修改驱动信号的电压、 电流、 频率、 占空 比或相位中的一个或多个。 这些修改可以被配置为加速或减速物体204的移动以提供期望 的触觉效果， 同时减小由致动器202的较慢加速/减速引起的非预期效果。 0046 现在转到图3A， 其示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测 的说明性系统300。 系统300包括致动器302和物体304(类似于上述致动器202和物体204)。 如图3A所示， 致动器302被配置为在Y平面中移动物体304。 0047 系统300还包括发射器306和两个接收器308、

38、 310。 系统300中所示的实施例使得两 个光学接收器306能够仅使用一个光学发射器306来检测物体304的位置。 如图3A所示， 光学 发射器包括光源， 例如发光二极管(LED)、 红外光源、 激光器、 激光LED或本领域已知的某个 其他类型的光源。 光学接收器308、 310各自包括接收器， 其被配置为接收从物体304反射的 光并传送与反射光相关联的信号。 说明书 6/10 页 9 CN 110609614 A 9 0048 如图3A所示， 光学接收器1(308)被定位为相对远离物体304并且相对靠近光学发 射器306。 类似地， 光学接收器2(310)被定位为相对靠近物体并且相对远离光

39、学发射器306。 在一个实施例中， 由于这种定位， 在物体304朝向接收器308和310移动时， 落在光学接收器1 (310)上的反射光锥增大， 而落在光学接收器2(308)上反射光锥减小。 类似地， 当物体304移 开时， 落在光学接收器2(310)上的反射光锥增大， 而落在光学接收器1(308)上的反射光锥 减小。 在另一个实施例中， 当移动物体304接近两个接收器时， 接收器1(308)将输出强度较 高的信号， 而接收器2(310)将输出强度较低的信号。 在这样的实施例中， 当移动物体304从 传感器移开时， 接收器1(308)将输出强度较低的信号， 接收器2(310)将输出强度较高的信

40、 号。 0049 在图3A所示的实施例中， 两个光学接收器能够准确地检测物体304的位置， 同时仅 使用一个光学发射器306， 从而降低了设计的成本、 复杂性和能量使用。 图3A中所示的实施 例是示例， 不同的配置和定位是可能的。 0050 现在转到图3B， 其示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测 的另一说明性系统。 图3B包括侧视图， 示出了两个接收器(接收器1(308)和接收器2(310)、 移动物体(304)和发射器(发射器1(306)。 发射器1(306)包括光源， 例如诸如LED、 红外光 源、 激光器、 激光LED之类的窄光源或本领域已知的某个其他类型的光源。 两

41、个接收器(308、 310)包括如下接收器， 其被配置为检测由发射器1(306)生成并从移动物体(304)反射的光。 反射光在本文中称为 “光锥(cone of light)” ， 并且每个接收器(308、 310)接收单独的反射 光锥。 0051 在图3B所示的实施例中， 接收器1(308)和接收器2(310)各自定位在X平面中距发 射器1(306)的不同距离处以及Y平面中距移动物体的不同距离处。 两个接收器(308、 310)的 定位使得当移动物体(304)移动时， 反射光锥在一个接收器(308、 310)上的强度将增大(由 于光路缩短)并在另一个接收器上的重叠区域中减小。 可替换地， 当

42、物体(304)沿另一个方 向移动时， 反射光锥在一个接收器(308、 310)上的强度将减小(由于光路加长)并在另一个 接收器上的重叠区域中增大。 以这种方式， 当物体(304)在其感测工作空间各处移动时， 从 接收器1(308)和接收器2(310)导出差分信号。 0052 图3B中的顶视图示出了光锥相对于接收器1(308)和接收器2(310)的位置。 如图3B 所示， 光锥基本上在接收器1(308)的顶部。 此外， 接收器1(308)被配置为输出与光锥行进的 路径成比例的信号。 因此， 移动物体(304)越移近接收器1(308)， 接收器1(308)将生成的信 号的强度就越大。 并且当移动物

43、体远离接收器1(308)移动时， 接收器1(308)生成的信号的 强度将下降。 0053 类似地， 如图3B所示， 从移动物体(304)反射的光锥与传感器2部分重叠。 接收器2 (310)被配置为输出与反射光锥和接收器2(310)之间的重叠量成比例的信号。 因此， 当光锥 和接收器2(310)之间存在更大的重叠时， 接收器2(310)输出的信号强度将上升， 并且当重 叠量下降时， 接收器2(310)输出的信号强度将下降。 此外， 在一些实施例中， 接收器(308、 310)和发射器(306)的位置的几何形状导致光锥和接收器区域在物体移近传感器时具有较 少的重叠， 因此信号强度较低。 在这样的实

44、施例中， 当移动物体从接收器2(310)移开时， 将 存在更多重叠， 因此接收器2(310)将输出强度更高的信号。 0054 现在转到图3C， 其示出了根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测 说明书 7/10 页 10 CN 110609614 A 10 的另一说明性系统。 图3C中的侧视图示出了与图3B相同的实施例， 但是移动物体(304)已经 移动得更靠近接收器(308、 310)和发射器(306)， 如虚线示出了移动物体的先前位置。 如图 3C所示， 接收器1(308)将输出强度更高的信号， 因为移动物体现在更靠近接收器1(308)。 类 似地， 接收器2(310)将输出较低强

45、度的信号， 因为反射光锥与接收器2的区域之间的重叠较 少(310)。 0055 与落在每个接收器(308、 310)上的光锥相关联的信号可以由处理器用于确定与移 动物体(304)的移动相关联的数据。 例如， 从接收器1(308)和接收器2(310)接收的信号可以 由差分电路使用， 如上面关于图2所述， 以输出差信号。 处理器可以使用该差信号来确定移 动物体的绝对位置、 相对位置、 移动速度或加速度中的一个或多个。 0056 用于触觉致动器的差分光学位置感测的说明性方法 0057 图4是根据一个实施例的用于触觉致动器的差分光学位置感测的操作的流程图。 在一些实施例中， 步骤可以用处理器执行的程序

46、代码实现， 处理器例如是通用计算机、 移动 设备或服务器中的处理器。 在一些实施例中， 这些步骤可以由一组处理器实现。 在一些实施 例中， 可以以不同的顺序执行这些步骤。 可替换地， 在一些实施例中， 可以跳过一个或多个 步骤， 或者可以执行未示出的附加步骤。 参考上面关于图2中所示的系统200描述的部件来 描述以下步骤。 0058 方法400开始于步骤402， 此时处理器212确定驱动信号。 处理器确定驱动信号以输 出期望的触觉效果。 处理器212向致动器202输出驱动信号， 致动器202接收驱动信号并移动 物体204以输出触觉效果。 0059 在步骤404处， 差分电路210从传感器1(2

47、06)接收第一位置信号。 传感器1(206)包 括被配置为测量物体204的位置并将第一传感器信号输出到差分电路210的传感器。 0060 在步骤406处， 差分电路210从传感器2(208)接收第二位置信号。 传感器2(208)包 括被配置为测量物体204的位置并将第二传感器信号输出到差分电路210的传感器。 第二传 感器信号与第一传感器信号不同(例如， 第二传感器信号被反转， 与第一位置信号相位相差 180度， 和/或一个位置信号正在增大而另一个位置信号正在减小)。 0061 在步骤408处， 差分电路确定差信号。 差信号包括第一传感器信号和第二传感器信 号之间的差。 因为第一传感器信号和第

48、二传感器信号被反转， 所以差分电路将抵消由两个 传感器接收的任何环境噪声。 0062 在步骤410处， 处理器212确定控制信号。 处理器212可以确定物体204的位置并使 用该信息来控制致动器202。 例如， 处理器可以修改致动器202的加速或减速以提供更清晰 的触觉效果。 在一些实施例中， 处理器212可以被配置为基于检测到的物体的位置来修改输 出到触觉输出设备118的驱动信号的电压、 电流、 频率、 占空比或相位中的一个或多个， 以改 善触觉效果。 0063 用于触觉致动器的差分光学位置感测的优势 0064 对于触觉致动器， 差分光学位置感测具有许多优点。 本文公开的实施例可以通过 允许

49、致动器的更快地加速和减速来提供 “更清晰” 的触觉效果。 该功能可以允许较低成本的 硬件部件提供更高分辨率的触觉效果， 在降低成本的同时提高用户满意度。 此外， 本文公开 的实施例可以仅使用单个源(例如， 单个光源)执行位置感测， 因此在不影响测量的准确性 的情况下进一步降低了成本。 说明书 8/10 页 11 CN 110609614 A 11 0065 一般考虑因素 0066 以上讨论的方法、 系统和设备是示例。 各种配置可以适当地省略、 替换或添加各种 过程或部件。 例如， 在替代配置中， 可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法， 和/或可以 添加、 省略和/或组合各种阶段。 而且， 关

50、于某些配置描述的特性可以以各种其他配置组合。 可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。 此外， 技术发展， 因此， 许多元素是示例， 并 不限制本公开内容或权利要求的范围。 0067 在说明书中给出了具体细节以提供对示例性配置(包括实施方式)的透彻理解。 然 而， 可以在没有这些具体细节的情况下实践配置。 例如， 在没有不必要的细节的情况下示出 了众所周知的电路、 过程、 算法、 结构和技术， 以避免使配置难以理解。 该说明仅提供示例性 配置， 并且不限制权利要求的范围、 适用性或配置。 相反， 前面对配置的说明将为本领域技 术人员提供用于实现所描述的技术的可行说明。 在不脱离本公开内容的精