CN111158506A - 具有剪切力反馈的触笔 - Google Patents

Abstract

本发明题为“具有剪切力反馈的触笔”。基于触摸的输入设备(诸如触笔)可以施加到用户的剪切力的形式提供反馈。触笔可产生作用于用户的剪切力，以提供独特的触感。例如，剪切设备可包括在触笔的抓握区域处，以在用户的手(例如，手指)处提供剪切感。剪切力可是未对准的力，其在一个方向上推动用户的手的一部分并且在相反的方向上推动用户的另一部分，或者倾向于将用户的手的另一部分保持在静止位置。

Description

具有剪切力反馈的触笔

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年7月30日提交的名称为“STYLUS WITH SHEAR FORCE FEEDBACK”的美国临时申请号62/712,100的权益，其全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本说明书整体涉及手持式设备，更具体地讲，涉及触笔。

背景技术

存在多种手持式设备以用于在使用期间检测来自用户的输入。例如，可利用触笔而通过接触电子设备的触摸面板来提供输入。触摸面板可包括触敏表面，该触敏表面响应于检测到触摸事件来生成可由电子设备的其他部件处理和利用的信号。电子设备的显示部件可显示表示可选择的虚拟按钮或图标的文本和/或图形显示元件，并且触敏表面可允许用户导航显示在显示屏上的内容。通常，用户可在触摸面板上以设备转化成输入命令的方式移动一个或多个输入设备诸如触笔。

附图说明

本主题技术的一些特征在所附权利要求书中被示出。然而，出于解释的目的，在以下附图中阐述了本主题技术的若干实施方案。

图1示出了根据本主题技术的一些实施方案的包括触笔和外部设备的***的视图。

图2示出了根据本主题技术的一些实施方案的图1的触笔的透视图。

图3示出了根据本主题技术的一些实施方案的图2的触笔的截面A-A的前视剖视图。

图4示出了根据本主题技术的一些实施方案的图2的触笔的截面B-B的侧面剖视图。

图5示出了根据本主题技术的一些实施方案的图1的触笔和外部设备的框图。

图6示出了根据本主题技术的一些实施方案的用于在使用期间向用户提供剪切力反馈的触笔的透视图。

图7示出了根据本主题技术的一些实施方案的图6的触笔的透视图。

图8示出了根据本主题技术的一些实施方案的触笔的透视图。

图9示出了根据本主题技术的一些实施方案的图8的触笔的截面C-C的侧面剖视图。

图10示出了根据本主题技术的一些实施方案的用于在使用期间向用户提供剪切力反馈的触笔的透视图。

图11示出了根据本主题技术的一些实施方案的图10的触笔的透视图。

具体实施方式

下面示出的具体实施方式旨在作为本主题技术的各种配置的描述并且不旨在表示本主题技术可被实践的唯一配置。附图被并入本文并且构成具体实施方式的一部分。具体实施方式包括具体的细节旨在提供对本主题技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将清楚和显而易见的是，本主题技术不限于本文示出的具体细节并且可在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本主题技术的概念模糊。

包括显示表面和/或触摸面板的一些电子设备从用户接收触觉输入，并且还向用户提供触觉反馈。例如，位于电子设备的触摸面板下面的一个或多个振动设备可在用户触摸触摸屏时以振动的方式向用户提供触觉反馈。这类振动可用于向用户输送多种不同信息，诸如关于用户已经提供的一个或多个触摸输入的信息、警报、电子设备或在其上执行的一个或多个应用程序的状态。

当利用触笔或其他基于触摸的输入设备时，通过具有显示表面和/或触摸面板的设备提供的触觉反馈可能不能向用户充分地输送信息。在这种情况下，用户可能不能直接触摸提供触觉反馈的设备的表面。这样，用户可能不能感知在表面上提供的触觉反馈。另外，一些现有的触笔可大体在整个设备(例如，触笔)上提供触觉反馈。此类构型可能受限于提供给用户的感觉类型，并且可能需要比更有针对性的反馈类型更大的功耗。

根据本文所公开的实施方案，改进的触针可产生作用于用户的剪切力，以提供独特的触感。例如，剪切设备可包括在触笔的抓握区域处，以在用户的手(例如，手指)处提供剪切感。剪切力可是未对准的力，其在一个方向上推动用户的手的一部分并且在相反的方向上推动用户的手的另一部分，或者倾向于将用户的手的另一部分保持在静止位置。感觉可直接针对用户的手，而不是通常跨越整个触笔。剪切力可与虚拟现实、增强现实或混合现实***一起使用，以模拟与物理对象交互的触觉，即使不存在这样的对象。

以下参考图1-图11来论述这些实施方案和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

根据本文所公开的实施方案的基于触摸的输入设备可包括由用户握持、穿戴或接触以用于提供输入和/或接收反馈的任何设备。基于触摸的输入设备可单独使用或与另一个设备结合使用。例如，图1示出根据本主题技术的一些实施方案的***1，该***1包括触笔100和具有表面50的外部设备90。触笔100可由用户10握持并且作为基于触摸的输入设备操作以便与外部设备90一起使用。

外部设备90的表面50可包括用于在由触笔100接触时与触笔100相互作用的显示表面和/或触摸面板。外部设备90利用显示器来渲染图像，以向用户输送信息。显示器可被配置成显示文本、颜色、线条、照片、动画、视频等。外部设备90的表面50可使用任何合适的技术来实现，包括但不限于使用液晶显示器技术、发光二极管技术、有机发光显示器技术、有机电致发光技术、电子墨水，或另一类型的显示技术或多种显示技术类型的组合的多点触摸和/或多点力感测触摸屏。

触笔100可包括用于接触表面50的尖端190。此类接触可由外部设备90和/或触笔100检测。例如，触笔100可包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器检测尖端190何时接触表面50并向表面50施加压力。此类传感器可包括一个或多个接触传感器、电容传感器、触摸传感器、相机、压电传感器、压力传感器、接近传感器、电场传感器、光电二极管和/或可操作为检测与表面50的接触的其他传感器。此类传感器可任选地与外部设备90协作地操作以检测与表面50的接触。

触笔100可支持由用户处理和操作。具体地讲，触笔100可接收在用户抓握位置处来自用户的输入。图2示出了根据本主题技术的一些实施方案的触笔100。根据一些实施方案，例如如图2所示，触笔100可包括外壳110，该外壳110沿触笔100的长度的至少一部分提供最外侧覆盖。用户能够在触笔100的使用期间在用户抓握区域104抓握触笔100。用户抓握区域104可位于自然抓握位置，使得用户可在触笔100正常使用期间在被抓住的相同位置处提供触觉(例如，剪切)反馈。例如，用户抓握区域104可以位于外壳110的外表面上。用户抓握区域104可靠近触笔100的尖端190。例如，用户抓握区域104的位置可以与尖端190相距一定距离，该距离小于触笔100的整个长度的一半、三分之一或四分之一。在用户抓握区域104处，触笔100的部件可被定位成向用户提供触觉(例如，基于剪切的)反馈。例如，用户抓握区域104可包括外壳110的一部分。如图2所示，触笔100可包括剪切设备150，剪切设备150位于或限定用户抓握区域104的至少一部分。剪切设备150可包括沿着用户抓握区域104内的触笔100的长度延伸的部件。

如本文所用，剪切力包括未对准的力，其在一个方向上推动用户的手的一部分(例如，手指)，并且在相反的方向上推动用户的手的另一部分。剪切力还包括在一个方向上推动用户的手的一部分(例如，手指)的力，而用户的另一部分的手保持在静止位置。因此，剪切力可能涉及相对运动，即使其中一个部件是静止的。剪切力可是横向的，诸如横跨或平行于接收力的表面的力，而不是垂直于表面的力。应当认识到，尽管给定的力可能在其他方向上具有贡献的分量，只有力的一个分量可跨越或平行于给定的表面。

现在参见图3和图4，剪切设备150可包括相对于彼此移动的部分，以向抓握触笔100的用户提供剪切力。

壳体110可包括围绕触笔100的纵向轴线分布的多个桥接段112。在周向相邻的桥接段对112之间，可提供一个或多个滑动元件120。如本文所用，“圆周”或“周向”的提及涉及对象横截面的周边，无论横截面是圆形还是其他形状。桥接段112和滑动元件120可一起限定触笔100的用户抓握区域104的外周边。这样，桥接段112和滑动元件120都可呈现面向外的表面，该表面可以被用户抓握。

如图3所示，桥接段112和滑动元件120可以交替模式围绕用户抓握区域104的周边(例如，圆周)布置。每个桥接段112可在其侧面上由一对滑动元件120围绕。每个滑动元件120可在其侧面上被一对桥接段112围绕。除此之外或另选地，多个滑动元件120可在周向上彼此相邻。周向相邻的滑动元件120可配置成沿相同方向或不同(例如，相反)方向移动，如本文进一步讨论的。

滑动元件120和桥接段112可限定触笔100的用户抓握区域104的面向外的外表面。如图3所示，用户抓握区域104的外周由桥接段112和滑动元件120限定。用户抓握区域104的总面积可在桥接段112和滑动元件120之间被划分。例如，滑动元件120可限定用户抓握区域104的总面积的10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％或90％。又如，桥接段112可限定用户抓握区域104的总面积的10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％或90％。每者的贡献可由滑动元件120和桥接段112的尺寸、分布和数量确定。例如，滑动元件120和桥接段112可以相同或不同的数量存在。滑动元件120和桥接段112可在一个或多个维度(例如，长度、宽度、弧长等)上具有相同或不同的尺寸。虽然图3和图4中示出了用户抓握区域104的一个实施例，可以理解，可提供变型。例如，可提供任何数量的桥接段112和滑动元件120。例如，用户抓握区域104可包括1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12或多于12个桥接段112和/或滑动元件120。

如图4所示，每个滑动元件120可定位在外壳110的开口114内。每个开口114可提供相应的滑动元件120可在其中移动的空间。例如，开口114可在至少一个维度(例如，平行于纵向轴线102)上比相应的滑动元件120更大。这允许滑动元件120可以在其中移动的空间，例如在平行于纵向轴线102的方向上。应当理解，滑动元件120可在相应的开口114允许的任何方向上移动。

滑动元件120的移动可通过致动器140(例如电动机)来促进。致动器140可配置成提供滑动元件120在相应的开口114内的移动。致动器140可连接到滑动元件120中的一者、一些和/或全部。因此，致动器140可单独地或一致地移动滑动元件120。可以提供另外的致动器140以独立地移动滑动元件120。除此之外或另选地，滑动元件120可以允许滑动元件120彼此不同地移动的方式连接到任何给定的致动器140。例如，至少一些滑动元件120可通过传动系部件(诸如，齿轮、离合器和/或变速器)连接到一个或多个致动器140，以有利于基于一个或多个致动器140的操作来独立或同时移动滑动元件120。因此，滑动元件120可以相对于桥接段112一起在一个方向上移动，使得滑动元件120的外表面横向滑过桥接段112的外表面。除此之外或另选地，滑动元件120可相对于彼此在不同方向上移动，使得滑动元件120的外表面横向滑过彼此。

滑动元件120中的一者或多者可包括基座部分122和突出部分124。基座部分122可与桥接段112的周向和/或纵向(例如，轴向)相邻部分或外壳110的另一部分齐平。当被用户接触时，当滑动元件120静止时，用户可能不会触觉地感测基座部分122和相邻桥接段112之间的差异。滑动元件120的突出部分124可突出基座部分122、相邻的桥接段112和/或外壳110的另一部分。突出部分124提供用于接合用户并在滑动元件120移动时提供触觉反馈的特征。突出部分124可以任何数量或布置提供。例如，突出部分124可沿着滑动元件120纵向分布，例如成排。多个突出部分124可沿着相应的滑动元件120分布在不同的行中。突出部分124可均匀或不均匀地分布。不同的滑动元件120可具有相同或不同的突出部分124的图案。突出部分124可具有相同或不同的尺寸(例如，宽度、高度)和/或形状。除此之外或另选地，应当理解，突出部分可设置在触笔100的桥接段112上。

用户抓握区域104的接合特征提供增加的摩擦系数(例如，相对于平坦或光滑的表面)。例如，滑动元件120和/或桥接段112可在移动时接合用户的手指，使得剪切力传递给用户而不是在用户的手指下滑动并越过用户的手指。

在用户中，用户抓住触笔100的用户抓握区域104。基于桥接段112和滑动元件120的尺寸、分布和数量，给定手指的部分将接触至少一个桥接段112和至少一个滑动元件120。当桥接段112和/或滑动元件120相对于彼此沿不同方向移动时，剪切力被传递给用户。具体地讲，用户抓握区域104的不同部分(例如，桥接段112和滑动元件120)接合给定手指的不同部分并在不同(例如，相反)方向上施加力。用户经历的感觉是施加到手指的剪切力。

如图3所示，滑动元件120中的桥接段112可围绕用户抓握区域104的周边均匀分布。例如，用户抓握区域104可呈现径向和/或双侧对称。

应当理解可在保持操作和/或用户体验的同时对上述设计进行各种改变。例如，触笔100的外壳110可具有各种横截面形状和尺寸中的一者。在图3中的外壳110的位置具有圆形的外部和内部横截面形状以提供大致圆柱形的形状，应当理解，触笔100的外壳110可具有多种形状中的一种或多种，诸如非圆形横截面形状和/或包括弯曲部分和平坦部分的横截面形状。此类平坦部分可用于使触笔100靠着其他表面保持稳定，其他表面诸如工作表面、电子设备和/或充电站。

如图5所示，触笔100可包括支持用户处理和操作的部件。输入可由用户在触笔100的一个或多个部件处提供，并且可向用户提供包括剪切力的反馈。

力传感器192可进行操作，以检测触笔100的尖端190处的用户输入。力传感器192可与尖端190和外壳110两者交互，以检测尖端190和外壳110的相对运动。例如，力传感器192可通过操作检测尖端190何时与表面(诸如外部设备90的表面)发生接触。检测可基于尖端190相对于外壳110的移动。因此，力传感器192可直接地或间接地连接到尖端190和外壳110两者以检测其间的相对运动。力传感器192可包括将尖端190的机械运动转换成电信号的部件。力传感器192可包括一个或多个接触传感器、电容传感器、触摸传感器、应变仪、相机、压电传感器、压力传感器、光电二极管和/或其他传感器。力传感器192可检测力的存在和幅值。

在使用中，用户可操纵触笔100并且向外部设备90的表面施加力。对应的反作用力可通过触笔100的尖端190传递，尖端190连接到机电耦接装置和触笔100的力传感器192。力传感器192或其一部分作为响应可变形，该变形可被测量并用于估计所施加的力。力传感器192可用于产生对应于所施加力的非二进制输出。例如，力传感器192可用于产生表示某个幅值的输出，该幅值根据所施加的大小可变的力而发生变化。

如图5中进一步所示，触笔100可包括加速度计170、陀螺仪172和/或罗盘174。在使用期间，加速度计170可跟踪和记录触笔100的加速度。可在三维(x，y和z)坐标系中测量加速度。例如，加速度计170可具有至少三个部件，每个部件测量三个相互正交的轴中的一者中的加速度。通过组合所有分量的测量结果，可确定三维坐标系中的加速度。加速度计170可被配置成在采样周期期间的几个时间点测量和记录加速度。例如，可以规则的时间间隔进行测量。触笔100的其他部件，诸如陀螺仪172和/或罗盘174，可用于测量触笔100的方向。可至少部分地基于加速度计170、陀螺仪172和/或罗盘174的测量结果来计算触笔(例如，尖端190)的移动(例如，平移运动和/或旋转运动)。触控笔100还可包括其他部件，诸如GPS接收器，其可用于测量或计算触笔100的位置、速度和/或加速度。

除此之外或另选地，触笔100可在与诸如外部设备90的另一设备一起操作的同时提供位置和方向检测。例如，触笔100可由外部设备90的测量部件观察。例如，测量部件可光学地或以其他方式观察触笔100以确定其相对于外部设备90在空间中的位置和/或取向。触笔100可包括一个或多个特征部，其允许外部设备90解释触笔100的位置、距离、方向和/或移动。

如图5中进一步所示，触笔100可包括用于向用户提供触觉反馈的触觉设备178。触觉设备178可与本文所述的剪切设备150分离。触觉设备178可向用户提供具有触觉的触觉反馈。触觉设备可被实施成被配置成提供力反馈、振动反馈、触觉感受等的任何适当的设备。例如，在一个实施方案中，触觉设备178可被实现为线性致动器，该线性致动器被配置成提供间断的触觉反馈，诸如轻击或敲击。触觉设备178可与剪切设备150提供的剪切力一起提供。

如图5进一步所示，触笔100可包括控制器160和非暂态存储介质162。非暂态存储介质162可包括例如磁存储介质、光学存储介质、磁光存储介质、只读存储器、随机存取存储器、可擦除可编程存储器、闪存存储器，或它们的组合。根据一些实施方案，控制器160可执行存储在非暂态存储介质162中的一个或多个指令，以执行一个或多个功能。

如图5进一步所示，触笔100可包括电源164诸如一个或多个电池和/或电源管理单元。触笔100可包括用于给电源164充电的部件。另选地或组合地，触笔100可包括用于对电源164充电的无线充电功能。根据一些实施方案，触笔100可包括用于将机械能转换成电能的部件。例如，触笔100可包括压电设备和/或线圈和磁性部件，用于在其机械运动时产生电能。

如图5进一步所示，触笔100可包括用于与外部设备90和/或其他设备通信的通信部件166。通信部件166可包括一个或多个有线或无线部件、WiFi部件、近场通信部件、蓝牙部件和/或其他通信部件。通信部件166可包括一个或多个传输元件，诸如一个或多个天线。另选地或组合地，通信部件166可包括用于与外部设备90和/或另一个设备进行有线连接的接口。

触笔100可包括其他部件，包括但不限于显示器、传感器、开关(例如，圆顶开关)、按钮、语音线圈和/或其他部件。触笔100可利用环境传感器(诸如环境光传感器、接近传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器等)检测触笔100的操作环境的环境条件和/或其他方面。触笔100可利用生物传感器检测操纵触笔的用户的生物学特征，该生物传感器检测皮肤温度、心率、呼吸速率、血氧水平、血容量估计、血压或它们的组合。触笔100可利用实用传感器(诸如磁场传感器、电场传感器、测光表、声学阻抗传感器、pH水平传感器、材料检测传感器等)来量化或估计在触笔100附近或以其他方式在触笔100外部的对象的特性。可以使用此类数据来调整或更新触笔100的操作，并且/或者可以将此类数据传送给外部设备90以调整或更新该外部设备的操作。

外部设备90还可包括有利于触笔100操作的部件。例如，外部设备90可包括以下中的一者或多者：处理器、存储器、电源、一个或多个传感器、一个或多个通信接口、一个或多个数据连接器、一个或多个电源连接器、一个或多个输入/输出设备诸如扬声器、旋转输入设备、麦克风、开/关按钮、静音按钮、生物计量传感器、相机、力和/或触敏触控板等。在一些实施方案中，外部设备90的通信接口有利于在外部设备90与触笔100之间进行电子通信。

现在参考图6和图7，触笔100可用于在自由空间中使用期间提供反馈。例如，触笔100可模拟对应于混合现实***中的用户体验的触感。向用户提供视觉显示或其他输出的混合现实***还可提供触笔100的剪切设备150的触觉反馈。反馈可以基于增强现实***、增强虚拟***和/或虚拟环境中的触笔100的操作。

如图6所示，触笔100可由用户10以使触笔100移动通过空间的方式操作。空间中的每个点对应于混合现实***的虚拟环境内的点。空间区域198可对应于虚拟环境的区域。例如，虚拟对象可在虚拟环境中渲染并显示或以其他方式输出以供用户参考。显示器可包括头戴式耳机、平视显示器和/或与触笔100通信的光学头戴式显示器(例如，直接地或通过中间设备)。虚拟对象的表面、体积、内部或其他部分可对应于区域198在空间中的位置。因此，当触笔100在空间中移动到区域198时，用户将其理解为位于虚拟环境中的虚拟对象。

当触笔100在自由空间中移动时，它不容易经受在与真实对象接触时将遇到的移动阻力。例如，如果触笔100在第一方向上相对于真实对象移动，则与第一方向相反的第二方向上的力将被传送到触笔并由用户感觉到。尽管缺少真实对象，但是触笔100可基于虚拟对象来模拟接触。例如，当触笔100移动到空间中的区域198时，对应于虚拟对象所在的虚拟环境的区域，剪切设备150可***作以提供剪切力。具体地讲，在触笔100沿第一方向朝向、抵靠和/或穿过区域198移动的情况下，剪切设备150的滑动元件120相对于桥接段112沿与第一方向相反的第二方向移动。用户的剪切力经验模拟了与真实对象接触将遇到的力(例如，阻力)。

可根据触笔100的移动来管理力。可基于触笔100的位置、速度、加速度和/或其他特征来执行滑动元件120的移动。滑动元件120的移动可基于触笔100相对于区域198和/或虚拟环境中的对象的位置、速度、加速度和/或其他特征。例如，当触笔100移动经过区域198时，滑动元件120可相应地继续移动并且增加施加到用户的剪切力的大小。通过进一步的实施例，当触笔100远离区域198反转时，滑动元件120可反转到初始位置的方向并且减轻施加到用户的剪切力。

现在参见图8和图9，触笔可包括剪切设备，该剪切设备提供本质上是旋转的剪切力。如图8所示，外壳110可包括沿着触笔100的纵向(例如，轴向)长度分布的多个桥接段212。在轴向相邻的一对桥接段212之间，可提供一个或多个滑动元件220。桥接段212和滑动元件220可一起限定触笔100的用户抓握区域104的外周边。这样，桥接段212和滑动元件220都可呈现面向外的表面，该表面可被用户抓握。

如图9所示，桥接段212和滑动元件220可沿着用户抓握区域104的长度以交替模式布置。每个桥接段212可在其侧面上被一对滑动元件220包围。每个滑动元件220可在其侧面上被一对桥接段212或外壳110的另一部分围绕。除此之外或另选地，多个滑动元件220可彼此轴向相邻。轴向相邻的滑动元件220可被配置成沿相同方向或不同(例如，相反)方向移动，如本文进一步讨论的。

滑动元件220和桥接段212可限定触笔100的用户抓握区域104的面向外的外表面。如图9所示，用户抓握区域104的外周边由桥接段212和滑动元件220限定。用户抓握区域104的总面积可在桥接段212和滑动元件220之间分开。例如，滑动元件220可限定用户抓握区域104的总面积的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。又如，桥接段212可限定用户抓握区域104的总面积的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。每者的贡献可由滑动元件220和桥接段212的尺寸、分布和数量确定。例如，滑动元件220和桥接段212可以相同或不同的数量存在。滑动元件220和桥接段212可在一个或多个维度(例如，长度、宽度、弧长等)上具有相同或不同的尺寸。虽然图9中示出了用户抓握区域104的一个实施例，可以理解，可提供变型。例如，可提供任何数量的桥接段212和滑动元件220。例如，用户抓握区域104可包括1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12或多于12个桥接段212和/或滑动元件220。

滑动元件220的移动可通过致动器240(例如电动机)来促进。致动器240可连接到滑动元件220中的一者、一些和/或全部。因此，致动器240可单独地或一致地旋转滑动元件220。可提供另外的致动器240以独立地移动滑动元件220。除此之外或另选地，滑动元件220可以允许滑动元件220彼此不同地移动的方式连接到任何给定的致动器240。因此，滑动元件220可相对于桥接段212一起在一个方向上移动，使得滑动元件220的外表面横向滑过桥接段212的外表面。除此之外或另选地，滑动元件220可相对于彼此在不同方向上移动，使得滑动元件220的外表面横向滑过彼此。

滑动元件220可中的一者或多者包括基座部分222和突出部分224。基座部分222可与桥接段212的纵向(例如，轴向)相邻部分或外壳110的另一部分齐平。当由用户接触时，在滑动元件220静止时，用户可能不会触觉地感测基座部分222和相邻的桥接段212之间的差异。滑动元件220的突出部分224可突出于基座部分222、相邻的桥接段212和/或外壳110的另一部分。突出部分224提供用于接合用户并在滑动元件220旋转时提供触觉反馈的特征。突出部分224可以任何数量或布置提供。例如，突出部分224可沿着滑动元件220周向分布，例如成排。多个突出部分224可沿相应的滑动元件220分布在不同的行中。突出部分224可均匀或不均匀地分布。不同的滑动元件220可具有相同或不同的突出部分224的图案。突出部分224可具有相同或不同的尺寸(例如，宽度、高度)和/或形状。除此之外或另选地，应当理解，突出部分可设置在触笔212的桥接段100上。

用户抓握区域104的接合特征提供增加的摩擦系数(例如，相对于平坦或光滑的表面)。例如，滑动元件220和/或桥接段212可在移动时接合用户的手指，使得剪切力传递给用户而不是在用户的手指下方滑动并越过用户的手指。

在用户中，用户抓住触笔100的用户抓握区域104。基于桥接段212和滑动元件220的尺寸、分布和数量，给定手指的部分将接触至少一个桥接段212和至少一个滑动元件220。当桥接段212和/或滑动元件220相对于彼此沿不同方向旋转时，剪切力被传递给用户。具体地讲，用户抓握区域104的不同部分(例如，桥接段212和滑动元件220)接合给定手指的不同部分并在不同(例如，相反)方向上施加力。用户体验的感觉是施加到手指的剪切力。

如图9所示，滑动元件220中的桥接段212可沿着用户抓握区域104的长度均匀分布。例如，用户抓握区域104可呈现径向和/或双侧对称。

现在参见图10和图11，触笔100可用于在自由空间中使用期间提供反馈。如图10所示，触笔100可由用户10以使触笔100旋转通过空间的方式操作。当触笔100在自由空间中旋转时，它不容易经受在旋转时遇到的移动阻力以将扭矩施加到真实对象上。例如，如果触笔100沿第一方向旋转以将扭矩施加到真实对象，则与第一方向相反的第二方向上的扭矩将被传递到触笔并由用户感觉到。尽管缺少真实对象，但触笔100可以模拟这种扭矩。例如，当触笔100旋转时，剪切设备250可***作以提供剪切力。具体地讲，在触笔100沿第一方向(例如，绕其轴线)旋转的情况下，剪切设备250的滑动元件220相对于桥接段212沿与第一方向相反的第二方向移动。用户体验的剪切力模拟了通过向真实对象施加扭矩而遇到的力(例如，阻力)。

可根据触笔100的旋转来管理剪切力。可基于触笔100的角位置、速度、加速度和/或其他特征来执行滑动元件220的旋转。例如，当触笔100旋转超过给定方向(例如，相对于虚拟对象)时，滑动元件220可相应地继续移动并增加施加给用户的剪切力的大小。又如，当触笔100反转旋转方向时，滑动元件220可反转到初始位置的方向并减轻施加给使用者的剪切力。

本文所述的剪切设备可为一个或多个其他目的提供剪切力。根据一些实施方案，剪切力可基于消息、警报或告警来通知用户。此类通知可伴有其他反馈，包括触笔100和/或外部设备上的触觉、听觉和/或视觉反馈。根据一些实施方案，剪切力可提供如下确认：用户选择(例如，利用触笔100作出)已经由外部设备90接收。根据一些实施方案，剪切力可通知用户关于外部设备90的状态或操作。

剪切设备可基于外部设备90的使用向用户提供剪切力。例如，触笔100的尖端190可用于接触外部设备90的表面50。当触笔100的尖端190处于相对于表面50的特定位置和/或取向时，剪切设备可提供剪切力以向用户指示对应于位置和/或取向的信息。

触笔100的剪切设备的操作可与触笔100的触觉设备178结合执行。例如，剪切力和触觉反馈可由触笔100同时和/或依次提供。附加地或另选地，触笔100的剪切设备的操作可与外部设备90的触觉反馈***结合执行。例如，剪切力可由触笔100提供，并且由外部设备90同时和/或依次提供触觉反馈。

如本文所述，改进的触笔可产生作用于用户的剪切力，以提供独特的触感。例如，剪切设备可包括在触笔的抓握区域处，以在用户的手(例如，手指)处提供剪切感。剪切力可是未对准的力，其在一个方向上推动用户的手的一部分并且在相反的方向上推动用户的另一部分，或者倾向于将用户的手的另一部分保持在静止位置。感觉可直接针对用户的手，而不是通常跨越整个触笔。剪切力可与虚拟现实、增强现实或混合现实***一起使用，以模拟与物理对象交互的触觉，即使不存在这样的对象。

虽然本文所公开的输入设备的一些实施方案涉及触笔，但应当理解，主题技术可涵盖并应用于其他输入设备。例如，根据本文所公开的实施方案的输入设备可包括电话、平板计算设备、移动计算设备、手表、膝上型计算设备、鼠标、游戏控制器、遥控器、数字媒体播放器和/或任何其他电子设备。此外，外部设备可以是与基于触摸的输入设备相互作用的任何设备。例如，根据本文所公开的实施方案的外部设备可包括平板电脑、电话、膝上型计算设备、台式计算设备、可穿戴设备、移动计算设备、平板计算设备、显示器、电视、电话、数字媒体播放器和/或任何其他电子设备。

上述的各种功能可在数字电子电路、计算机软件、固件或硬件中实现。该技术可使用一个或多个计算机程序产品实现。可编程处理器和计算机可包括在移动设备中或封装为移动设备。该过程和逻辑流程可由一个或多个可编程处理器和一个或多个可编程逻辑电路执行。通用和专用计算设备以及存储设备可通过通信网络互连。

一些具体实施包括将计算机程序指令存储在机器可读或计算机可读介质(或者称为计算机可读存储介质、机器可读介质或机器可读存储介质)中的电子部件，诸如微处理器、存储装置以及存储器。此类计算机可读介质的一些示例包括RAM、ROM、只读光盘(CD-ROM)、可刻录光盘(CD-R)、可重写光盘(CD-RW)、只读数字通用光盘(例如，DVD-ROM、双层DVD-ROM)、各种可刻录/可重写DVD(例如，DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW等)、闪存存储器(例如，SD卡、mini-SD卡、micro-SD卡等)、磁性和/或固态硬盘驱动器、超密度光盘、任何其他光学或磁性介质以及软盘。计算机可读介质可存储计算机程序，该计算机程序可由至少一个处理单元执行并且包括用于执行各种操作的指令集。计算机程序或者计算机代码的示例包括机器代码，诸如由编译器所产生的机器代码，以及包括可由计算机、电子部件或微处理器使用解译器来执行的更高级别代码的文件。

虽然上述论述主要涉及执行软件的微处理器或多核处理器，但一些具体实施由一个或多个集成电路诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)执行。在一些具体实施中，此类集成电路执行存储在电路自身上的指令。

如本说明书以及本专利申请的任何权利要求所使用的，术语“计算机”、“处理器”及“存储器”均是指电子或其他技术设备。这些术语排除人或者人的群组。出于本说明书的目的，术语“显示”或“正在显示”意指在电子设备上显示。如本说明书以及本专利申请的任何权利要求所使用的，术语“计算机可读介质”以及“计算机可读媒介”完全限于以可由计算机读取的形式存储信息的可触摸的有形物体。这些术语不包括任何无线信号、有线下载信号以及任何其他短暂信号。

为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题的具体实施可以在本文所述的具有用于向用户显示信息的显示设备以及诸如用户可用来向计算机提供输入的键盘和指向设备的计算机上实现。其他种类的设备也可用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，诸如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声学、语音或触觉输入。

上文所述的特征和应用中的许多可被实施为被指定为在计算机可读存储介质(还称为计算机可读介质)上记录的指令集的软件过程。当这些指令由一个或多个处理单元(例如，一个或多个处理器、处理器的内核或者其他处理单元)执行时，这些指令使该一个或多个处理单元执行指令中指示的动作。计算机可读介质的示例包括但不限于CD-ROM、闪存驱动器、RAM芯片、硬盘驱动器、EPROM等。计算机可读介质不包括无线地或通过有线连接传送的载波和电信号。

在本说明书中，术语“软件”意在包括驻留在只读存储器中的固件或者存储在磁性存储装置中的应用，这些固件或应用可被读取到存储器中以用于由处理器进行处理。同样，在一些具体实施中，在保留本主题公开的不同的软件方面时，本主题公开的多个软件方面可被实现为更大程序的子部分。在一些具体实施中，还可将多个软件方面实现为独立程序。最后，共同实现本文所述的软件方面的单独程序的任何组合均在本主题公开的范围内。在一些具体实施中，当被安装以在一个或多个电子***上运行时，软件程序定义执行和施行软件程序的操作的一个或多个特定机器具体实施。

计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言，并且其可以以任何形式部署，包括作为独立的程序或者作为适于在计算环境中使用的模块、部件、子例程、对象或其他单元。计算机程序可以但不必与文件***中的文件对应。程序可存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、在专用于论述中的该程序的单个文件中或在多个协调文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)。计算机程序可被部署为在一个计算机上或位于同一站点或分布于多个站点并且通过通信网络互连的多个计算机上执行。

应当理解，本发明所公开的过程中的框的特定顺序或分级结构为示例性方法的例示。基于设计优选要求，应当理解，过程中的框的特定顺序或者分级结构可被重新布置或者所有示出的框都被执行。这些框中的一些框可被同时执行。例如，在某些情况中，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施方案中各个***部件的划分不应被理解为在所有实施方式中都要求此类划分，并且应当理解，所述程序部件和***可一般性地一起整合在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。

先前的描述被提供以使得本领域的技术人员能够实践本文所述的各个方面。这些方面的各种修改对本领域的技术人员而言是显而易见的，并且本文所限定的通用原则可应用于其他方面。因此，本权利要求书并非旨在受限于本文所示的方面，而是旨在使得全部范围与语言权利要求书一致，其中对奇异值中的元素的引用并非旨在意味着“一个和仅一个”，而是指“一个或多个”，除非被具体指出。除非另外特别说明，否则术语“一些”是指一个或多个。男性的代名词(例如，他的)包括女性和中性(例如，她的和它的)，并且反之亦然。标题和子标题(如果有的话)仅为了方便起见而使用并且不限制本主题公开。

谓词字词“被配置成”、“可操作以”以及“被编程以”并不意味着对某一主题进行任何特定的有形或无形的修改而是旨在可互换使用。例如，部件或被配置成监视和控制操作的处理器也可能意味着处理器被编程以监视和控制操作或者处理器可操作为监视和控制操作。同样，被配置成执行代码的处理器可解释为被编程以执行代码或可操作以执行代码的处理器。

短语诸如“方面”不意味此方面对本主题技术是必需的或者此方面应用于本主题技术的所有配置。与一个方面相关的公开可应用于所有构型，或者一个或多个构型。短语诸如方面可指一个或多个方面，反之亦然。短语诸如“配置”不意味此配置是本主题技术必需的或者此配置应用于本主题技术的所有配置。与配置相关的公开可应用于所有配置或者一个或多个配置。短语诸如配置可指一个或多个配置并且反之亦然。

字词“示例”在本文用于意指“用作示例或者例示”。本文作为“示例”所述的任何方面或者设计不一定被理解为比其他方面或者设计优先或者有利。

本领域的普通技术人员已知或稍后悉知的贯穿本公开描述的各个方面的元素的所有结构和功能等同物通过引用明确地并入本文，并且旨在被权利要求书所涵盖。此外，本文所公开的任何内容并非旨在提供给公众，而与该公开是否明确地被陈述在权利要求中无关。根据35U.S.C.§112第六段的规定，不需要解释任何权利要求元素，除非使用短语“方法用以”明确陈述了该元素，或者就方法权利要求而言，使用短语“步骤用以”陈述了该元素。此外，术语“包括”、“具有”等在一定程度上用于说明书或权利要求中，这样的术语旨在以类似于术语“包括”当用作过渡字词用于权利要求中时“包括”被解释的方式包含在内。

Claims (20)

1.一种触笔，包括：

外壳，所述外壳包括沿周向彼此间隔开以限定延伸穿过所述外壳的开口的桥接段；

位于所述开口内的滑动元件，所述桥接段和所述滑动元件限定所述触笔的抓握区域的外周边；以及

致动器，所述致动器被配置成在所述开口内且相对于所述桥接段可控地移动所述滑动元件。

2.根据权利要求1所述的触笔，还包括：

尖端，所述尖端能够相对于所述外壳移动；

力传感器，所述力传感器用于检测何时向所述尖端施加力；以及

通信部件，所述通信部件被配置成基于施加到尖端的力向外部设备传递输出，并被配置成从所述外部设备接收用于用所述致动器控制所述滑动元件的移动的命令。

3.根据权利要求1所述的触笔，还包括用于测量所述触笔的运动的加速度计，其中，基于所述加速度计的测量结果，当所述触笔移动通过空间中与虚拟环境的区域相对应的区域时，所述滑动元件由所述致动器并相对于所述桥接段移动。

4.根据权利要求1所述的触笔，其中所述滑动元件中的每者包括：

基座部分，所述基座部分与所述桥接段的相邻对中的每者齐平；以及

突出部分，所述突出部分突出所述基座部分。

5.根据权利要求1所述的触笔，其中所述致动器被配置成沿平行于所述触笔的纵向轴线的方向移动所述滑动元件。

6.根据权利要求1所述的触笔，其中所述致动器是第一致动器，所述第一致动器被配置成移动所述滑动元件中的第一滑动元件，所述触笔还包括第二致动器，所述第二致动器被配置成独立于所述滑动元件中的所述第一滑动元件而移动所述滑动元件中的第二滑动元件。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的触笔，其中所述桥接段、所述开口和所述滑动元件平行于所述触笔的纵向轴线延伸。

8.一种触笔，包括：

外壳，所述外壳包括所述触笔的抓握区域处的开口；以及

滑动元件，所述滑动元件能够在所述开口内移动并且限定所述抓握区域的一部分；以及

致动器，所述致动器被配置成可控地在所述开口内移动所述滑动元件，其中，当所述触笔在第一方向移动时，所述致动器被配置成在与所述第一方向相反的第二方向上移动所述滑动元件，以将剪切力传递到抓握所述外壳和所述滑动元件的用户。

9.根据权利要求8所述的触笔，其中所述触笔在所述第一方向上的移动相对于空间中与向所述用户显示的虚拟环境的区域相对应的区域。

10.根据权利要求8所述的触笔，还包括用于测量所述触笔的加速度的加速度计，其中所述第一方向和所述第二方向是所述触笔的平移运动的方向。

11.根据权利要求10所述的触笔，其中所述触笔在所述第一方向上的移动与所述触笔相对于向所述用户显示的虚拟环境中的对象的移动相对应，并且所述滑动元件在所述第二方向上的移动模拟所述触笔移动通过所述对象的阻力。

12.根据权利要求8所述的触笔，还包括用于测量所述触笔的取向的陀螺仪，其中所述第一方向和所述第二方向是围绕所述触笔的轴线旋转的方向。

13.根据权利要求12所述的触笔，其中所述触笔在所述第一方向上的旋转与所述触笔相对于向所述用户显示的虚拟环境中的对象的旋转相对应，并且所述滑动元件在所述第二方向上的旋转模拟所述触笔相对于所述对象的旋转的阻力。

14.根据权利要求8所述的触笔，还包括被配置成在与所述触笔的纵向轴线平行的方向上移动所述滑动元件的致动器。

15.根据权利要求8-14中任一项所述的触笔，还包括被配置成围绕所述触笔的纵向轴线旋转所述滑动元件的致动器。

16.一种触笔，包括：

包括桥接段的外壳，所述桥接段围绕所述触笔的纵向轴线延伸并且彼此纵向间隔开以限定延伸穿过所述外壳的开口；

定位在所述开口内的滑动元件，所述桥接段和所述滑动元件限定所述触笔的抓握区域的外周边；以及

致动器，所述致动器被配置成围绕所述纵向轴线并且相对于所述桥接段旋转所述滑动元件。

17.根据权利要求16所述的触笔，还包括用于测量所述触笔的取向的陀螺仪，其中，基于所述陀螺仪的测量结果，所述致动器被配置成在所述触笔围绕所述纵向轴线旋转时旋转所述滑动元件。

18.根据权利要求16所述的触笔，还包括：

尖端，所述尖端能够相对于所述外壳移动；

力传感器，所述力传感器用于检测何时向所述尖端施加力；以及

通信部件，所述通信部件被配置成基于施加到尖端的力向外部设备传递输出并且被配置成接收来自所述外部设备的用于用所述致动器控制所述滑动元件的旋转的命令。

19.根据权利要求16所述的触笔，其中所述滑动元件中的每者包括：

基座部分，所述基座部分与所述桥接段的相邻对中的每者齐平；以及

突出部分，所述突出部分突出所述基座部分。

20.根据权利要求16-19中任一项所述的触笔，其中所述致动器是第一致动器，所述第一致动器被配置成移动所述滑动元件中的第一滑动元件，所述触笔还包括第二致动器，所述第二致动器被配置成独立于所述滑动元件中的所述第一滑动元件而移动所述滑动元件中的第二滑动元件。

Images