CN106708262A - 电子设备及其触觉反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子设备及其触觉反馈装置，触觉反馈装置包括触摸输入模块、触感输出模块、触觉反馈控制模块以及显示模组，其中，触感输出模块包括电感刺激生成器和温度控制器。电感刺激生成器能够生成电感刺激，使触觉反馈装置能够模拟材质的纹理；温度控制器能够生成温度刺激，使触觉反馈装置能够模拟不同材质的导热系数或者导热速度。并且，由于不同材料导热系数或者导热速度不同，导致材料的温度不同，从而能够区分粗糙度和粗糙方式相似的两种材料，进一步提高触觉反馈效果。

Description

电子设备及其触觉反馈装置

技术领域

本发明涉及触觉反馈技术领域，特别是涉及一种电子设备及其触觉反馈装置。

背景技术

目前，一般的电子设备提供的触觉反馈主要是通过一些促动器使设备表面或者设备整体发声振动，从而提供触感输出。这些提供振动的促动器包括偏心旋转质量传动器、线性共振传动器、压电式传动器等。通过这些促动器的方式目前还难以提供不同界面输出时的触控纹理，如设备显示不同材料时，并不能提供不同纹理的材料表面的界面输出。

电触觉反馈技术是一种给人体皮肤提供电感刺激的触觉反馈技术。其向使用者如人手皮肤周围形成一个震荡静电场，从而人手皮肤内的环层小体触觉感受器产生脉动库仑力，最终人体通过环层小体获得一个触感。通过电触觉反馈技术，使用者可以获得不同的触摸纹理，如设备的盖板能够模拟木质的粗糙纹理，以及金属的光滑纹理。

但是，不管是促动器式的触觉反馈，还是电触觉反馈式的触觉反馈，最佳的效果只能使盖板模拟不同材质由于粗糙度不同以及粗糙方式不一样带来的感受。当两种材质的粗糙度和粗糙方式相似时，其难以区分。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以有效区分两种粗糙度及粗糙方式相似的材质的电子设备及其触觉反馈装置。

一种触觉反馈装置，包括：

触控面板，包括盖板及触控传感器，所述盖板包括相对设置的第一表面以及第二表面，所述触控传感器设置于所述第二表面的一侧；

触感输出模块，包括电感刺激生成器及温度控制器，所述电感刺激生成器设置于所述盖板的第二表面的一侧，用于生成电感刺激，所述温度控制器设置于所述第二表面上，用于生成温度刺激；

显示模组，设置于所述触控传感器远离所述盖板的一侧；及

触觉反馈控制模块，包括数据处理器以及控制器，所述数据处理器用于处理由所述触控传感器与所述显示模组传输的输入信息，并产生输入信号；所述控制器用于根据所述输入信号以及预设的输入信号与控制信号的关系，输出相应的控制信号；

其中，所述控制信号包括电感刺激信号和温度刺激信号中的至少一种，所述电感刺激生成器接收所述电感刺激信号后生成器生成电感刺激，所述温度控制器接收所述温度刺激信号后生成温度刺激。

在其中一个实施例中，所述触控传感器为电容式触控传感器和压力触控传感器中的至少一种；或

所述触控传感器为电阻式触控传感器和压力触控传感器中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述温度控制器包括半导体制冷片，所述半导体制冷片用于加热或者制冷所述盖板。

在其中一个实施例中，还包括散热装置，所述散热装置直接或间接连接所述半导体制冷片。

在其中一个实施例中，所述温度控制器为多个，多个所述温度控制器分为两组，分别为第一组温度控制器与第二组温度控制器；所述第一组温度控制器用于加热所述盖板，所述第二组温度控制器用于制冷所述盖板。

在其中一个实施例中，还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述盖板的温度信息，并将所述温度信息反馈至所述触觉反馈控制模块，所述数据处理器处理所述温度信息，并产生温度输入信号，所述控制器根据所述温度输入信号以及预设的温度输入信号与控制信号的关系，输出相应的温度刺激信号。

在其中一个实施例中，还包括半导体镀层，所述半导体镀层设置于所述第一表面上。

在其中一个实施例中，所述电感刺激生成器包括电感刺激电极，所述触控传感器包括触控电极，所述电感刺激电极与所述触控电极全部共用或者部分共用；或者所述电感刺激电极与所述触控电极相互独立但位于同一导电层。

一种电子设备，包括：

如上述任意一项所述的触觉反馈装置。

上述电子设备及其触觉反馈装置至少具有以下优点：

触控传感器可以获得盖板上的触摸位置信息，显示模组根据触摸位置信息输出该触摸位置的材质信息与温度信息。数据处理器处理由触控传感器传输的触摸位置信息及由显示模组传输的该触摸位置的材质信息与温度信息，并产生输入信号。控制器根据输入信号以及预设的输入信号与控制信号的关系，输出相应的控制信号。电感刺激生成器根据接收的电感刺激信号在身体部位表面形成震荡静电场，身体部位皮肤内的环层小体触觉感受器产生脉动库仑力，最终人手通过环层小体获得一个触感，从而使触觉反馈装置能够模拟材质的纹理。温度控制器根据接收的温度刺激信号控制盖板的温度形成不同时间或空间的温度刺激。由于不同材料导热系数或者导热速度不同，导致材料的温度不同，从而能够区分粗糙度和粗糙方式相似的两种材料，进一步提高触觉反馈效果。

附图说明

图1为一实施方式中电子设备的界面示意图；

图2为一实施方式中沿图1中A-A线的剖视图；

图3为一实施方式中触控传感器的结构示意图；

图4为另一实施方式中沿图1中A-A线的剖视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

如图1所示，为一实施方式中电子设备的界面示意图。电子设备例如可以为图1所示的平板电脑，或者手机等等。图1中所示的电子设备的界面中显示一木质桌子20，该木质桌子20上放置有一杯子30，杯子30中装有冰块40。

如图2所示，为一实施方式中沿图1中A-A线的剖视图。图2中所示的电子设备包括触觉反馈装置10。触觉反馈装置10包括盖板100、触控传感器200、电感刺激生成器300、温度控制器400、显示模组500、触觉反馈控制模块600以及电源700。

触控面板包括盖板100以及触控传感器200。盖板100包括相对设置的第一表面110和第二表面120，盖板100的第一表面110用于被触摸或者接近，可以是身体部位如人手的触摸或者靠近，也可以是其他可以传导电感刺激以及温度的装置的触摸或者靠近，如一种能够传感电感刺激和温度的电子笔。触控传感器200设置于盖板100的第二表面120的一侧。

触控传感器200用于检测用户身体部位如人手的触摸或靠近。触控传感器200可以是电容式触控传感器和压力触控传感器中的至少一种，也可以是电阻式触控传感器与压力触控传感器中的至少一种。其中，电容式触控传感器包括电容屏中常见的自容式触控传感器和互容式触控传感器，如GFF、GF、GF2等。

触控传感器200能够检测身体部位如人手在盖板100的第一表面110上的位置信息，或者由位置信息衍生的其他信息，如触摸运动方向以及触摸运动速度等。当触控传感器200包括有压力触控传感器时，能够检测身体部位在盖板100的第一表面110上的压力信息，或者由压力信息衍生的其他信息，如压力变化等。

具体到本实施方式中，如图3所示，为本实施方式的触控传感器200的结构示意图。图2中所示的触控传感器200为单层的互容式触控传感器，触控传感器200包括触控电极210与触控电极引线220，触控电极210包括触控驱动电极212与触控感应电极214，触控电极引线220包括触控驱动电极引线222与触控感应电极引线224。

触控感应电极214与触控驱动电极212位于同一层，多个触控感应电极214对应一个触控驱动电极212，且触控驱动电极212与触控感应电极214之间间隔平行设置，从而构成互电容。触控驱动电极引线222的一端与触控驱动电极212相连接，另一端与电路板(未图示)相连接，触控感应电极引线224的一端与触控感应电极214相连接，另一端与电路板相连接。

具体到本实施方式中，触控传感器200的触控电极210与电感刺激生成器300的电感刺激电极全部共用，也就是触控传感器200与电感刺激生成器300实质上是同一个结构。

触感输出模块包括电感刺激生成器300以及温度控制器400。电感刺激生成器300用于生成电感刺激，电感刺激生成器300可以使触觉反馈装置10模拟不同材质的纹理，包括粗糙和细腻的纹理。如图1中所示杯子30的光滑表面或者较粗糙的木质桌子20纹理。

电感刺激生成器300的技术原理是电振式触觉反馈，一种给人体皮肤提供电感刺激的触觉反馈技术。其通过向电感刺激生成器300中的一个或多个电感刺激电极提供一定频率的交流电压，由于使用者人手与电极之间的电容耦合，人手皮肤内的环层小体触觉感受器会产生脉动库仑力，最后通过环层小体获得触摸不同材质纹理的触感。

本实施方式中，触控传感器200的触控电极210与电感刺激生成器300的电感刺激电极采用全部共用的方式，能够从整体上减少整个触觉反馈装置10的厚度。共用的导电电极采用分时工作的方式，即在需要检测触摸输入时，共用的导电电极作为触控传感器200的触控电极210；需要提供电感刺激时，共用的导电电极作为电感刺激生成器300的电感刺激电极。

可以理解的是，在其他实施方式中，触控传感器200的触控电极210与电感刺激生成器300的电感刺激电极可以处于不同的导电层，电感刺激生成器300设置于盖板100的第二表面120的一侧。

如图4所示，为另一实施方式的沿图1中A-A线的剖视图。图4中所示的触觉反馈装置10，触控传感器200的触控电极210与电感刺激生成器300的电感刺激电极处于不同的导电层。并且，电感刺激生成器300设置于触控传感器200远离盖板100的一侧，触控传感器200位于盖板100与电感刺激生成器300之间，也就是触控电极210位于电感刺激电极的上方，以避免电感刺激生成器300的电感刺激电极悬置时对触控传感器200产生影响。

本实施方式中，电感刺激生成器300的结构与触控传感器200的结构相同，在此不再详述。可以理解的是，电感刺激生成器300的结构可以与触控传感器200的结构不同，只要能实现电感刺激即可。

此外，触控传感器200的触控电极210与电感刺激生成器300的电感刺激电极可以位于同一导电层，但不共用电极或者共用部分电极。即，触控电极210和电感刺激电极可以位于同一导电层，但两者之间相互独立。

温度控制器400设置于盖板100的第二表面120上。温度控制器400接收温度刺激信号后，通过控制盖板100的温度以形成不同时间或空间的温度。用户身体部位如人手触摸或者靠近盖板100的第一表面110时，获得第一表面110不同的温度感觉或温度变化感觉，如体验到图1杯子中冰块40的冰冷感，或者体验到火焰的高温的感觉。

温度控制器400包括半导体制冷片，半导体制冷片用于加热或者制冷盖板100。半导体制冷片也叫热电制冷片，是一种热泵。半导体制冷片没有滑动部件，可以应用于一些空间受到限制，可靠性高，无制冷剂污染的场合。半导体制冷片的原理为半导体材料的珀耳帖效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的，是一种产生负热阻的制冷技术。

温度控制器400的数量可以根据需要而具体设置，如为了增强触觉反馈装置10的温度刺激效果，可以在盖板100的第二表面120上多设置几个温度控制器400。多个温度控制器400可以分为两组，分别为第一组温度控制器与第二组温度控制器，第一组温度控制器专门用于加热盖板100，第二组温度控制器专门用于制冷盖板100。为了增强温度控制器400的制冷和制热效果，触觉反馈装置10中还可以设置一散热装置(图未示)，散热装置直接或者间接连接于温度控制器400中的半导体制冷片。

为了增强和更为准确的提供触觉反馈装置10的温度刺激效果，可以在触觉反馈装置10中增设一个或者多个温度传感器(图未示)。温度传感器用于检测盖板100的温度信息，并将温度信息反馈至触觉反馈控制模块600中的数据处理器，数据处理器处理该温度信息，并产生输入信号，触觉反馈控制模块600中的控制器根据温度输入信号以及预设的温度输入信号与控制信号的关系，输出相应的温度刺激信号，控制温度控制器400生成温度刺激。

显示模组500设置于触控传感器200远离盖板100的一侧，用于显示画面。可以理解的是，显示画面中包含画面各个位置的材质信息以及各个位置的温度信息。

触觉反馈控制模块600分别连接温度控制器400以及电源700，电源700连接电感刺激生成器300，从而触觉反馈控制模块600能够控制电感刺激生成器300以及温度控制器400。

触觉反馈控制模块600包括数据处理器(图未示)及其控制器(图未示)。其中，数据处理器用于处理触控传感器200以及显示模组500传输的信息，并产生输入信号。控制器接收输入信号，并根据输入信号以及预设的输入信号与控制信号的关系，输出相应的控制信号。预设的输入信号与控制信号的关系，即预先设置输入信号与控制信号的函数关系，根据函数关系以及输入信号，即可输出相应的控制信号。控制信号包括电感刺激信号和温度刺激信号中的至少一种，即控制信号可以单独是电感刺激信号或者温度刺激信号，也可以同时包括电感刺激信号与温度刺激信号。电感刺激生成器300根据接收的电感刺激信号生成电感刺激，温度控制器400根据接收的温度刺激信号生成温度刺激。

电源600的输出电压为50-1000V，结合电感刺激效果和触觉反馈装置10的安全性以及其他器件的匹配性，电源600的输出电压可以为50-400V。其中，为模拟不同触摸纹理的触觉效果，电感刺激信号的交流电压的频率为10-1000Hz，也即人手环层小体所能感觉到的振动的频率。

为了提高电感刺激的效果，以及减少盖板100的第一表面110湿度或脏污对电感刺激的影响，可以将电感刺激信号加载到高频信号中，其中高频信号的交流电压的频率为20-500kHz。为了增强触觉反馈装置10的电感刺激效果，还可以在盖板100的第一表面110上增加一层半导体镀层，且不局限于该镀层。

上述电子设备及其触觉反馈装置10的工作原理为：

当身体部位如人手在触摸盖板100时，触控传感器200可以获得人手在盖板100上的触摸位置信息，并且，此时根据显示模组500显示的画面信息，可以获得该位置的材质信息和温度信息。触觉反馈控制模块600中的数据处理器接收触控传感器120传输的触摸位置信息，以及显示模组传输的该位置的材质信息和温度信息进行处理，并产生输入信号。控制器根据输入信号以及预设的输入信号与控制信号的关系，输出相应的控制信号。触控信号包括电感刺激信号和温度刺激信号中的至少一种，电感刺激信号控制电源700输出的交流电压的频率，电感刺激生成器300根据电感刺激信号，最终在在人手表面形成震荡静电场，从而人手皮肤内的环层小体触觉感受器产生脉动库仑力，最终人手通过环层小体获得一个触感，由于电感刺激信号的交流电压的频率不同，因此能够模拟出不同粗糙度的纹理。温度控制器400接受温度刺激信号后通过温度控制器400中的半导体制冷片可以加热或者制冷盖板100，从而人手能够感受到盖板100的温度和温度变化。

上述电子设备及其触觉反馈装置10至少具有以下优点：

触控传感器200可以获得盖板100上的触摸位置信息，显示模组500根据触摸位置信息输出该触摸位置的材质信息与温度信息。数据处理器处理由触控传感器200传输的位置信息，由显示模组500传输的该触摸位置的材质信息与温度信息，并产生输入信号。控制器根据输入信号以及预设的输入信号与控制信号的关系，输出相应的控制信号。电感刺激生成器300根据接收的电感刺激信号在身体部位表面形成震荡静电场，身体部位皮肤内的环层小体触觉感受器产生脉动库仑力，最终身体部位通过环层小体获得一个触感，从而使触觉反馈装置10能够模拟材质的纹理。温度控制器400根据接收的温度刺激信号控制盖板的温度形成不同时间或空间的温度刺激。由于不同材料导热系数或者导热速度不同，导致材料的温度不同，从而能够区分粗糙度和粗糙方式相似的两种材料，进一步提高触觉反馈效果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种触觉反馈装置，其特征在于，包括：

触控面板，包括盖板及触控传感器，所述盖板包括相对设置的第一表面及第二表面，所述触控传感器设置于所述第二表面的一侧；

触感输出模块，包括电感刺激生成器及温度控制器，所述电感刺激生成器设置于所述盖板的第二表面的一侧，用于生成电感刺激，所述温度控制器设置于所述第二表面上，用于生成温度刺激；

显示模组，设置于所述触控传感器远离所述盖板的一侧；及

触觉反馈控制模块，包括数据处理器以及控制器，所述数据处理器用于处理由所述触控传感器与所述显示模组传输的输入信息，并产生输入信号，所述控制器用于根据所述输入信号以及预设的输入信号与控制信号的关系，输出相应的控制信号；

其中，所述控制信号包括电感刺激信号和温度刺激信号中的至少一种，所述电感刺激生成器接收所述电感刺激信号后生成电感刺激，所述温度控制器接收所述温度刺激信号后生成温度刺激。

2.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述触控传感器为电容式触控传感器和压力触控传感器中的至少一种；或

所述触控传感器为电阻式触控传感器和压力触控传感器中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述温度控制器包括半导体制冷片，所述半导体制冷片用于加热或者制冷所述盖板。

4.根据权利要求3所述的触觉反馈装置，其特征在于，还包括散热装置，所述散热装置直接或间接连接所述半导体制冷片。

5.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述温度控制器为多个，多个所述温度控制器分为两组，分别为第一组温度控制器与第二组温度控制器；所述第一组温度控制器用于加热所述盖板，所述第二组温度控制器用于制冷所述盖板。

6.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述盖板的温度信息，并将所述温度信息反馈至所述触觉反馈控制模块，所述数据处理器处理所述温度信息，并产生温度输入信号，所述控制器根据所述温度输入信号以及预设的温度输入信号与控制信号的关系，输出相应的温度刺激信号。

7.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，还包括半导体镀层，所述半导体镀层设置于所述第一表面上。

8.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述电感刺激生成器包括电感刺激电极，所述触控传感器包括触控电极，所述电感刺激电极与所述触控电极全部共用或者部分共用；或者所述电感刺激电极与所述触控电极相互独立但位于同一导电层。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任意一项所述的触觉反馈装置。