TWI832654B - 觸覺回饋裝置及產生觸覺回饋的方法 - Google Patents

Abstract

一種觸覺回饋裝置，包含光學成像模組、供氣模組、感測模組以及訊號處理模組。光學成像模組用以生成第一浮空影像。供氣模組用以在第一浮空影像之輪廓範圍及/或周圍形成氣流場。感測模組用以感測受測體對氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量以對應為位置資訊。訊號處理模組與光學成像模組、供氣模組以及感測模組連接，用以在根據變化量判斷位置資訊位於第一浮空影像之輪廓範圍的預設觸發範圍內時，產生至少一反饋指令，其中至少一反饋指令被傳至光學成像模組，以使光學成像模組生成與第一浮空影像不同的第二浮空影像。

Description

觸覺回饋裝置及產生觸覺回饋的方法

本發明係關於一種觸覺回饋裝置，特別關於一種適用於非接觸式感測器的觸覺回饋裝置。

非接觸式感測器採用無磨損技術，感測器在運動部件上沒有摩擦，降低了磨損和機械故障的可能性。近年來，對非接觸式感測器的需求日益增加，主要是由於對部件有更長使用壽命的要求以及在要求苛刻的環境中進行測量的應用領域，使用非接觸式感測器更加適合。

現有的非接觸式感測以聲音或顏色來呈現，使用者的使用真實感低，導致使用者不易明確瞭解感測位置，且應用場域較為侷限。

本發明提供一種觸覺回饋裝置及產生觸覺回饋的方法。

依據本發明一實施例的觸覺回饋裝置，包含光學成像模組、供氣模組、感測模組以及訊號處理模組。光學成像模組用以生成一第一浮空影像。供氣模組用以在第一浮空影像之輪廓範圍及/或周圍形成氣流場。感測模組用以感測受測體對氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量以對應為位置資訊。訊號處理模組與光學成像模組、供氣模組以及感測模組電性連接，用以在根據變化量判斷位置資訊位於第一浮空影 像之輪廓範圍的預設觸發範圍內時，產生至少一反饋指令，其中至少一反饋指令被傳至光學成像模組，以使光學成像模組生成與第一浮空影像不同的第二浮空影像。

依據本發明一實施例的產生觸覺回饋的方法，包含以光學成像模組生成第一浮空影像；以供氣模組在第一浮空影像之輪廓範圍及/或周圍形成氣流場；以感測模組感測受測體對氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量以對應為位置資訊；以及當位置資訊位於第一浮空影像之輪廓範圍的預設觸發範圍內時，以訊號處理模組產生至少一反饋指令，其中至少一反饋指令被傳至光學成像模組，以使光學成像模組生成與第一浮空影像不同的第二浮空影像。

本發明一或多個實施例的觸覺回饋裝置及產生觸覺回饋的方法可於浮空影像輪廓範圍及/或周圍形成氣流場，並基於氣流場的變化，改變第一浮空影像為第二浮空影像，藉此提供使用者觸覺回饋以及視覺上的變化。

以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

1,2,3,4,5,6,7,8,9:觸覺回饋裝置

11,21,31,41,51,61,71,81,91:光學成像模組

12,22,32,42,52,62,72,82,92:供氣模組

13,23,33,43,53,63,73,83,93:感測模組

25,35,45,55:外殼

65:管道

731,831:氣體流量/氣壓感測器

14,24,34,44,54,64,74,84,94:訊號處理模組

531:氣壓感測器

532:深度感測器

FI,FI1,FI2:浮空影像

AF,AF1,AF2,AF3,AF4:氣流

721:供氣孔

圖1係依據本發明一實施例所繪示的觸覺回饋裝置的功能方塊圖。

圖2係依據本發明一第一實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖3係依據本發明一第二實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖4係依據本發明一第三實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖5係依據本發明一第四實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖6係依據本發明一第五實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖7A及7B係依據本發明一第六實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖8A及8B係依據本發明一第七實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖9係依據本發明一第八實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖10係依據本發明一實施例所繪示的產生觸覺回饋方法的流程圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參考圖1，圖1係依據本發明一實施例所繪示的觸覺回饋裝置的功能方塊圖。

如圖1所示，觸覺回饋裝置1可包含光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，其中光學成像模組11、供氣模組12以及感測模組13各自可藉由無線、有線或電性地分別連接於訊號處理模組14。

光學成像模組11用以生成第一浮空影像。舉例來說，光學成像模組可包含光源、光篩選器以及光學調變器。光源所產生的光線依序通過光篩選器與光調變器，光學調變器用以接收通過光篩選器的光線，將通過光篩選器的光線聚焦，生成浮空影像。當由光源所產生的光線通過光篩選器與光調變器時，可藉由重建原物體的全光函數，還原進入使用者眼睛的反射光強度與行進方向，在空間中重建出虛擬物體在真實空間的立體影像，讓使用者在四面八方觀看時，都可以產生與觀察真實物體相似的視覺效果。在另一實施例中，光學成像模組可包含顯示器以及光學調變器，由顯示器顯示的影像光線通過光學調變器形成浮空影像，此光學成像模組的顯示器可視為整合光源以及光篩選器的功能。於又一實施例中，光學成像模組11可用中華民國專利申請號第110114269號中的光學成像模組實現。

供氣模組12用以在第一浮空影像之輪廓範圍及/或周圍形成氣流場。進一步來說，供氣模組12可以透過管線連接至裝置外部的氣體供應源或者本身具有氣體供應源，可以具有供氣結構(例如供氣管路、供氣孔等)，且可搭配一或多個幫浦以使氣體朝供氣管路的出口或/及供氣孔噴射。

感測模組13用以感測受測體對氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量以在後續處理中用於對應位置資訊。舉例來說，感測模組13包含氣體流量感測器、氣壓感測器及氣體流速感測器的至少一者。

訊號處理模組14用以在根據氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量判斷位置資訊位於第一浮空影像之輪廓範圍的預設觸發 範圍內時，產生至少一反饋指令，其中至少一反饋指令被傳至光學成像模組11，以使光學成像模組11生成與第一浮空影像不同的第二浮空影像。進一步來說，氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量為預設值可以作為產生所述至少一反饋指令的觸發條件。也就是說，訊號處理模組14可以在判斷氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量為預設值時產生至少一反饋指令。舉例來說，訊號處理模組14包含中央處理器、微控制器、可程式化邏輯控制器、偵測器或/及其他具有訊號處理功能之電子元件的電路，其中偵測器可為氣體感測器或氣體取樣系統。另外，前述之第二浮空影像可以具有與第一浮空影像不同的形狀、顏色、影像圖案、高度、尺寸大小或亮度等。

請參考圖2，圖2係依據本發明一第一實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖2中所示的觸覺回饋裝置2包含光學成像模組21、供氣模組22、感測模組23以及訊號處理模組24，其中光學成像模組21、供氣模組22、感測模組23、訊號處理模組24之間的連接關係以及實現各模組的元件或組件大致同於前述圖1之光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，相同之處便不再贅述。

於此實施例中，觸覺回饋裝置2可設置有訊號處理模組24的基座及外殼25，基座與外殼25形成一容置空間，且外殼25具有開口，開口使容置空間可連通外殼25外部的空間。光學成像模組21可設置於包含訊號處理模組24的基座之上及所述容置空間內。光學成像模組21朝開口方向提供浮空影像FI。供氣模組22設置於外殼25周邊，並在光學成像 模組21與浮空影像FI之間的範圍提供氣流AF，以在有物體(例如使用者的手指)進入所述範圍時提供即時的觸覺回饋。感測模組23設置於外殼25周邊可感測供氣模組22所發出的氣流AF且相對於供氣模組22的位置。

具體地說，當觸覺回饋裝置2啟動時，光學成像模組21產生浮空影像FI且供氣模組22會供應氣流AF以在光學成像模組21與浮空影像FI之間的範圍形成氣流場。感測模組23此時會感測氣流AF的流量且訊號處理模組24可記錄流量。當有物體進入氣流場，也就是，靠近浮空影像FI範圍時，便可以感受到供氣模組22所形成的觸覺回饋，且感測模組23所偵測的流量會發生改變。訊號處理模組24可根據氣流AF的流量變化是否達到流量預設值以判定是否觸發反饋指令。若判斷為是，則產生反饋指令使浮空影像FI可顯示不同的形狀、顏色、影像圖案、高度、尺寸大小、亮度及/或搭配聲音訊號等，讓使用者具有觸覺、視覺及/或聽覺上的回饋。更具體來說，反饋指令可包含發光反饋指令及/或聲音反饋指令，其中發光反饋指令用於被提供至光學成像模組21以改變浮空影像的形狀、顏色、圖案、高度、尺寸等等，而聲音反饋指令可用於觸發聲音模組(例如喇叭)使聲音模組發出聲音，其中所述聲音模組可以設置於觸覺回饋裝置2內部或為外接模組。若判斷為否，則不會產生反饋指令，可再次判斷流量變化是否達到流量預設值。其中，流量預設值可例如設為氣流AF原流量的50%至小於100%。

請參考圖3，圖3係依據本發明一第二實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖3中所示觸覺回饋裝置3包含光學成像模組31、供氣模 組32、感測模組33以及訊號處理模組34，其中光學成像模組31、供氣模組32、感測模組33以及訊號處理模組34之間的連接關係以及實現各模組的元件或組件大致同於前述圖1之光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，相同之處便不再贅述。

於此實施例中，觸覺回饋裝置3可設置有訊號處理模組34的基座及外殼35，基座與外殼35形成一容置空間，且外殼25具有開口，開口使容置空間可連通外殼35外部的空間。光學成像模組31可設置於包含訊號處理模組34的基座之上及所述容置空間內。光學成像模組31朝開口方向提供浮空影像FI。供氣模組32設置於外殼35周邊，並在光學成像模組31與浮空影像FI之間的範圍提供多道氣流例如氣流AF1、氣流AF2以及氣流AF3，以在有物體(例如使用者的手指)進入所述範圍時提供即時的觸覺回饋，其中氣流AF1~AF3可分別形成多個氣流層，具體而言，供氣模組32可以利用沿著浮空影像FI投射方向排列的多個供氣孔輸出多個氣流AF1~AF3，其中氣流AF1~AF3的噴射方向可與供氣孔的排列方向例如是大致垂直、水平或斜對角。感測模組33設置於外殼35周邊可感測供氣模組32所發出的氣流AF1、氣流AF2以及氣流AF3且相對於供氣模組22的位置。

觸覺回饋裝置3可利用氣流分割結構使供氣模組32形成的氣流場中包括多個氣流層，且多個氣流層分布於不同的深度。

具體而言，當物體進入觸覺回饋裝置3的氣流場中時，感測模組33依序感測氣流AF1、氣流AF2以及氣流AF3的氣流流量，訊號處理模組34利用對不同氣流層的感測結果以及流量預設值判斷物體是否進 入設定的深度，若判斷為是，則觸發反饋指令。若判斷為否，則不產生反饋指令。當感測到物體進入不同的深度時，浮空影像FI可根據不同的深度顯示不同的形狀、顏色、尺寸、影像圖案、高度或亮度等，讓使用者可辨明目前的觸發情況。判斷物體是否進入設定深度的條件的流量預設值，例如，可根據氣流AF1、氣流AF2以及氣流AF3的變化量大於原氣流流量的30%時，則判定物體進入相對的氣流的深度。

更具體而言，上述的第一氣流AF1、第二氣流AF2以及第三氣流AF3更可分別為相同或是不同強度、流量、流速等的氣流層，並藉由此結構建立誤觸系統感知。當氣流AF1、氣流AF2以及氣流AF3為相同強度的氣流時，反饋指令觸發的方式可為使用單一感測器感測整體氣流改變至流量預設值的程度或是由多個感測器測量各個氣流分別改變至流量預設值。舉例而言，當氣流AF1、氣流AF2以及氣流AF3為強弱不同的氣流時，反饋指令觸發的方式可為由多個感測器測量各個氣流各自下降至多個不同的流量預設值。

請參考圖4，圖4係依據本發明一第三實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

由圖4所示的觸覺回饋裝置4包含光學成像模組41、供氣模組42、感測模組43以及訊號處理模組44，其中光學成像模組41、供氣模組42、感測模組43、訊號處理模組44之間的連接關係以及實現各模組的元件或組件大致同於前述圖1之光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，相同之處便不再贅述。

於此實施例中，觸覺回饋裝置4可設置有訊號處理模組44 的基座及外殼45，基座與外殼45形成一容置空間，且外殼45具有開口，開口使容置空間可連通外殼45外部的空間。光學成像模組41可設置於包含訊號處理模組44的基座之上及所述容置空間內。光學成像模組41朝開口方向提供浮空影像FI。供氣模組42設置於外殼45周邊，並在光學成像模組41與浮空影像FI之間的範圍提供多個氣流例如氣流AF1、氣流AF2、氣流AF3以及氣流AF4，以在有物體(例如使用者的手指)進入所述範圍時提供即時的觸覺回饋，其中氣流AF1~AF4可分別形成多個氣流層，具體而言，供氣模組42可以利用沿著浮空影像FI投影方向排列的多個供氣孔輸出氣流AF1~AF4，其中氣流AF1~AF4的噴射方向可與供氣孔的排列方向例如是大致垂直、水平或斜對角。感測模組43設置於外殼45周邊可感測供氣模組42所發出的氣流AF1、氣流AF2、氣流AF3以及氣流AF4且相對於供氣模組42的位置。

圖4中的觸覺回饋裝置4具有由供氣模組42產生例如四個氣流AF1、AF2、AF3以及AF4，其中四個氣流AF1~AF4中至少兩層具有相同的氣流強度。具體而言，四個氣流AF1~AF4可以強弱交替，例如氣流AF1及AF3具有第一強度，而氣流AF2及AF4具有不同於第一強度的第二強度，以營造類似粗糙的觸感。

具體而言，當使用者將待測物(例如手指)伸入觸覺回饋裝置4中時，待測物首先會接觸到弱氣流AF1及強氣流AF2，此時待測物會感受到由強弱氣流交替產生的粗糙觸感，使得待測物得知即將觸發觸覺回饋裝置4。當待測物進一步伸入觸覺回饋裝置4時，感測模組43依序感測弱氣流AF3、強氣流AF4的流量，並且訊號處理模組44根據弱氣流AF3、 強氣流AF4的流量感測結果以及流量預設值判斷是否觸發反饋指令。若判斷結果為是，則產生反饋指令，以使浮空影像FI發生高度、顏色或形狀等等的改變以提醒使用者；若判斷結果為否，則不產生反饋指令，其中流量預設值可設定為弱氣流AF3及強氣流AF4原氣流的50%至小於100%，且強氣流AF4的流量與弱氣流AF3的流量比值可以大於1.5。

請參考圖5，圖5係依據本發明一第四實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖5中所示的觸覺回饋裝置5包含光學成像模組51、供氣模組52、感測模組53以及訊號處理模組54，其中光學成像模組51、供氣模組52、感測模組53、訊號處理模組54之間的連接關係以及實現各模組的元件或組件大致同於前述圖1之光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，相同之處便不再贅述。

於本實施例中，觸覺回饋裝置5可設置有訊號處理模組54的基座及外殼55，基座與外殼55形成一容置空間，且外殼55具有開口，開口使容置空間可連通外殼55外部的空間。光學成像模組51可設置於包含訊號處理模組54的基座之上及所述容置空間內。光學成像模組51朝開口方向提供浮空影像FI。供氣模組52設置於外殼55周邊，並在光學成像模組51與浮空影像FI之間的範圍提供多個氣流例如氣流AF1、氣流AF2、氣流AF3以及氣流AF4，以在有物體(例如使用者的手指)進入所述範圍時提供即時的觸覺回饋，具體而言，供氣模組52可以利用沿著浮空影像FI投影方向排列的多個供氣孔輸出多個氣流AF1~AF4，其中氣流AF1~AF4的噴射方向可例如是與供氣孔的排列方向大致垂直、水平或斜對角。感測 模組53可包含氣壓感測器531及深度感測器532，其中氣壓感測器531或可為氣體流量感測器、氣體流量感測器及氣壓感測器之集成。氣壓感測器531設置於外殼55周邊，可感測供氣模組52所發出的氣流AF1、氣流AF2、氣流AF3以及氣流AF4且相對於供氣模組52的位置。深度感測器532可設置於外殼55周邊，用以偵測受測體在供氣模組52產生的氣流場內的深度資訊。

深度感測器532可例如是多個紅外線發射器以及多個紅外線感測器沿容置空間的深度方向被設置，其中紅外線發射器與紅外線感測器可為一對一的關係。當受測體(例如，使用者的手指)進入紅外線的範圍中時，根據被影響的紅外線數量便可得知受測體所在的深度。訊號處理模組54可以深度資訊符合預設的條件作為產生至少一反饋指令的觸發條件。

具體而言，觸覺回饋裝置5可利用深度感測器532取得的深度感知資訊作為觸發反饋指令的條件之一。例如，當訊號處理模組54判斷由深度感測器532的紅外線發射器所發射之紅外線中有超過特定量的紅外線無法由紅外線感測器接收時，產生反饋指令。

上述實施例雖然以紅外線發射器及感測器作為深度感測器，然而本揭露並不限至於此，而其他類型的深度感測器也可被使用。

請參考圖6，圖6係依據本發明一第五實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖6中所示的觸覺回饋裝置6包含光學成像模組61、供氣模組62、感測模組63、訊號處理模組64以及管道65，其中光學成像模組61、供氣模組62、感測模組63、訊號處理模組64之間的連接關係以及實 現各模組的元件或組件大致同於前述圖1之光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，相同之處便不再贅述。

於本實施例中，觸覺回饋裝置6可設置有訊號處理模組64的基座及兩個管道65，基座與兩個管道65相連，且兩管道65之間具有開口。光學成像模組61可設置於包含訊號處理模組64的基座之上，且朝開口方向提供浮空影像FI1。供氣模組62設置於基座邊緣上且至少一部份在管道65中以在管道65內提供氣流AF，氣流AF通過兩管道65以在浮空影像FI1的輪廓範圍形成氣流場，可在有物體(例如使用者的手指)進入所述範圍時提供即時的觸覺回饋。感測模組63設置於相對供氣模組62所在的另一個基座邊緣上且至少一部份位於管道65中，可感測供氣模組62所發出的氣流AF。

具體而言，當觸覺回饋裝置6啟動時，供氣模組62可透過管道65形成氣流漩渦營造出浮空影像FI1輪廓範圍以及/或周圍的空氣牆，當使用者靠近到浮空影像FI1範圍時便會阻斷至少一部份的氣流，此時訊號處理模組64根據感測模組63偵測到的氣壓變化觸發至少一反饋指令，光學成像模組61根據來自訊號處理模組64的反饋指令關閉浮空影像FI1並產生例如高度相異的浮空影像FI2。浮空影像FI2與FI1亦可具有形狀、顏色、尺寸、影像圖案、亮度等變化的差別。

於此要別說明的是，本揭露所述的所有透過反饋指令所致的浮空影像的變化可以包含形狀、顏色、尺寸、高度、影像圖案、亮度中的至少一者，不受限於圖式所繪製的浮空影像。

觸覺回饋裝置6的另一具體實施方式為供氣模組62在管道 65與光學成像模組61之間的範圍內形成氣旋渦流的空氣牆，並且當物體進入氣體渦流時，感測模組63將會對空間內的氣壓改變進行測量，並且訊號處理模組64根據判斷結果觸發反饋指令。透過如此的方式，使用者向下觸碰空氣牆時會感到阻力，讓使用者可感受到觸覺回饋。

請參考圖7A及7B，圖7A係依據本發明一第六實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖，圖7B為圖7A中所示觸覺回饋裝置沿著虛線A-A’的截面圖。

圖7A及7B中所示的觸覺回饋裝置7包含光學成像模組71、供氣模組72、感測模組73以及訊號處理模組74，其中光學成像模組71、供氣模組72、感測模組73、訊號處理模組74之間的連接關係以及實現各模組的元件或組件大致同於前述圖1之光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，相同之處便不再贅述。於本實施例中，感測模組中包含多個氣體流量/氣壓感測器731。

觸覺回饋裝置7具有設置有訊號處理模組74的基座，供氣模組72設置於基座之上且可具有類似凹型結構形成的容置空間，光學成像模組71設置於供氣模組72上。光學成像模組71朝上方提供浮空影像FI，且供氣模組72在光學成像模組71附近形成氣流AF，以在有物體(例如使用者的手指)進入類似凹型結構所形成的容置空間時提供即時的觸覺回饋。多個氣體流量/氣壓感測器731可例如設置於供氣模組72的凹型結構的周邊，且各個氣體流量/氣壓感測器731之間可具有相同的間隔，但不以此為限。

觸覺回饋裝置7透過供氣模組72的供氣孔721在光學成像 模組71周圍形成環型氣流營造出旋鈕式的回饋模式。具體來說，供氣孔721可朝一供氣方向提供氣流，以形成在光學成像模組71以及供氣模組72的凹型結構之間的空間中可移動的環形氣流。所述供氣方向可以不同於浮空影像FI的投射方向，例如是垂直於浮空影像FI的投射方向。當使用者將手指放入環繞氣流中執行像是旋轉等動作時，感測模組73可感測到環繞氣流的變化，訊號處理模組74根據感測模組73測得的流量變化及流量預設值產生至少一反饋指令，用以控制光學成像模組71改變浮空影像FI。

具體而言，當觸覺回饋裝置7啟動時，供氣模組72透過供氣孔721提供環型氣流。光學成像模組71產生浮空影像FI。當物體靠近環型氣流中，感測模組73感測氣壓/氣流變化且訊號處理模組74根據氣壓/氣流的改變及氣壓/流量預設值判斷是否觸發反饋命令。其中，訊號處理模組74可根據感測模組73的感測順序(例如氣流變化方式)判斷當前物體在氣流中的移動方向(例如，順時針或逆時針)並且提供相對應的功能，例如，浮空影像FI顏色由深到淺、尺寸由大到小、圖像由高到低等功能以回饋使用者目前的使用狀態。

請參考圖8A及8B，圖8A係依據本發明一第七實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖，圖8B為圖8A沿著虛線B-B’所繪示截面圖。

圖8A及8B中所示觸覺回饋裝置8包含光學成像模組81、供氣模組82、感測模組83以及訊號處理模組84，其中光學成像模組81、供氣模組82、感測模組83、訊號處理模組84之間的連接關係以及實現各模組的元件或組件大致同於前述圖1之光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，相同之處便不再贅述。於本實施例中， 感測模組中包含多個氣體流量/氣壓感測器831。

觸覺回饋裝置8具有設置有訊號處理模組84的基座，供氣模組82設置於基座之上且可具有類似凹型結構形成的容置空間，且容置空間內有一個凸起構件，凸起構件可例如是圓柱體，且具有沿圓周設置的多個供氣孔。供氣模組82藉由所述多個供氣孔提供多個放射狀氣流，其中各個方向的氣流大小可由供氣模組82中內部流道的設計決定。光學成像模組81可設置於凸起構件上。光學成像模組81朝上方提供浮空影像FI，供氣模組82在光學成像模組81下方輸出多個氣流，以在有物體(例如使用者的手指)進入凹型結構範圍時提供即時的觸覺回饋。多個氣體流量/氣壓感測器831設置於供氣模組82的凹型結構的周邊且各個氣體流量/氣壓感測器831之間可具有相同的間隔，但不以此為限。

具體而言，觸覺回饋裝置8可更包含判定氣流規則的功能，例如，訊號處理模組84可根據感測模組83的感測結果判斷是否在設定規則內，並判定是否觸發反饋指令。例如，若設定規則為受測體需順時針進行旋轉，當受測體在氣流中逆時針旋轉時，訊號處理模組84可根據感測模組83的感測結果判斷此時受測體並非順時針旋轉，並且不產生反饋指令。反之，若訊號處理模組84根據感測模組83的感測結果判斷此時受測體為順時針旋轉，則會產生反饋指令。然而本揭露的設定規則不限於上述，受測體的旋轉速度、氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量等等都可作為設定規則。

請參考圖9，圖9為根據本揭露一第八實施例所繪示的觸覺回饋裝置的示意圖。

圖9中所示的觸覺回饋裝置9包含多個光學成像模組91、供氣模組92、多個感測模組93以及訊號處理模組94，其中光學成像模組91、供氣模組92、多個感測模組93、訊號處理模組94之間的連接關係以及實現各模組的元件或組件大致同於前述圖1之光學成像模組11、供氣模組12、感測模組13以及訊號處理模組14，相同之處便不再贅述。

於本實施例中，觸覺回饋裝置9具有設置有訊號處理模組94的基座，供氣模組92設置於基座之上且具有類似半球型結構，類似半球形結構上具有多個出氣口，多個出氣口附近可設有至少一個光學成像模組91以及搭配至少一個感測模組93。光學成像模組91例如朝上方提供浮空影像FI，且供氣模組92在浮空影像FI周圍提供氣流，感測模組93可感測受測體觸碰氣流時產生的氣流變化。

供氣模組92透過氣體噴射模組從其上的多個孔同時輸出多個氣流AF，每一個氣流AF周圍可分別設置例如一個光學成像模組91以及感測模組93。訊號處理模組94可依照感測模組93感測的使用者動作的不同，而增加或減少多個供氣模組92產生的氣流以提供不同的觸覺回饋給使用者。

具體而言，觸覺回饋裝置9可為多個觸覺回饋裝置的整合，其中的每一個觸覺回饋裝置啟動後由供氣模組92產生氣流AF，由光學成像模組91產生浮空影像FI。當物體接近時。訊號處理模組94可根據感測模組93感測的氣壓改變發出至少一反饋指令。其中浮空影像FI可依據流量的改變調整圖示的變化，透過影像圖案、顏色、大小等方式來進行視覺回饋，讓使用者知道目前的狀態。

上述所有實施例中的觸覺回饋裝置各可作為非接觸式按鍵，且訊號處理模組根據感測模組之感測值所產生的反饋指令更可包含用於觸發按鍵功能之反饋指令。

請參考圖10，圖10係依據本發明一實施例所繪示的產生觸覺回饋方法的流程圖。其中圖10所述的多個步驟可以由上述圖1至圖9中的任一實施例來執行。

如圖10所示的產生觸覺回饋的方法包含步驟S1：生成第一浮空影像；步驟S2：在第一浮空影像的輪廓及/或周圍形成氣流場；步驟S3：感測受測體於對氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量以對應為位置資訊；步驟S4：判斷位置資訊是否位於第一浮空影像之輪廓範圍的預設觸發範圍；當步驟S4的判斷結果為否時，執行步驟S5：不產生反饋指令；而當步驟S4的判斷結果為是時，執行步驟S6：產生至少一反饋指令，其中至少一反饋指令被傳送至光學成像模組，以使光學成像模組生成與第一浮空影像不同的第二浮空影像。

具體以圖1之觸覺回饋裝置1來說明，步驟S1可以由光學成像模組11實施，步驟S2可以由供氣模組12實施，步驟S3可以由感測模組13實施，且步驟S4至S6可以由訊號處理模組14實施。另外，步驟S5亦可替換為連接至步驟S4前。也就是說，當訊號處理模組14判斷位置資訊非位於預設觸發範圍內時，可以再次判斷感測模組13當前感測到的氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量所對應的位置資訊是否位於預設觸發範圍。

本發明一或多個實施例的觸覺回饋裝置及其方法可於浮 空影像輪廓範圍及/或周圍形成氣流場，並基於氣流場的變化，改變第一浮空影像為第二浮空影像，藉此提供使用者觸覺回饋以及視覺上的變化。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍及其均等範圍所界定者為準。

1:觸覺回饋裝置

11:光學成像模組

12:供氣模組

13:感測模組

14:訊號處理模組

Claims (20)

1. 一種觸覺回饋裝置，包括： 一光學成像模組，用以生成一第一浮空影像； 一供氣模組，用以在該第一浮空影像之輪廓範圍及/或周圍形成一氣流場； 一感測模組，用以感測一受測體對該氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量對應為一位置資訊；以及 一訊號處理模組，與該光學成像模組、該供氣模組以及該感測模組連接，用以在根據該變化量判斷該位置資訊位於該第一浮空影像之該輪廓範圍的一預設觸發範圍內時，產生至少一反饋指令，其中該至少一反饋指令被傳至該光學成像模組，以使該光學成像模組生成與該第一浮空影像不同的一第二浮空影像。
2. 如請求項1所述的觸覺回饋裝置，其中該第二浮空影像具有與該第一浮空影像不同的形狀、顏色、影像圖案、高度、尺寸大小或亮度。
3. 如請求項1所述的觸覺回饋裝置，其中該氣流量、該氣壓或該氣體流速的該變化量為一預設值，用以作為產生該至少一反饋指令的觸發條件。
4. 如請求項1所述的觸覺回饋裝置，其中該供氣模組具有沿著該第一浮空影像投射方向排列的多個供氣孔，該些供氣孔分別提供多個氣流層以形成該氣流場，該些氣流層分布於不同深度。
5. 如請求項4所述的觸覺回饋裝置，其中該些氣流層分別具有不同氣流強度。
6. 如請求項4所述的觸覺回饋裝置，其中該些氣流層中至少兩層具有相同氣流強度。
7. 如請求項1所述的觸覺回饋裝置，其中該供氣模組具有一供氣孔，該供氣孔朝一供氣方向提供一環形氣流，該供氣方向不同於該第一浮空影像的投射方向。
8. 如請求項1所述的觸覺回饋裝置，其中該供氣模組具有沿一圓周設置的多個供氣孔，該些供氣孔分別提供多個放射狀氣流以形成該氣流場。
9. 如請求項1所述的觸覺回饋裝置，其中該感測模組更包括一深度感測器，該深度感測器用以偵測該受測體在該氣流場內的一深度資訊，且該訊號處理模組以該深度資訊符合一預設條件作為產生該至少一反饋指令的觸發條件。
10. 如請求項1所述的觸覺回饋裝置，其中所述的該至少一反饋指令包含一發光反饋指令及一聲音反饋指令，該發光反饋指令用於使該光學成像模組生成該第二浮空影像，且該聲音反饋指令用於觸發聲音訊號。
11. 一種產生觸覺回饋的方法，適用於具有光學成像模組、供氣模組、感測模組以及訊號處理模組的觸覺回饋裝置，其中該產生觸覺回饋的方法包括： 以該光學成像模組生成一第一浮空影像； 以該供氣模組在該第一浮空影像之輪廓範圍及/或周圍形成一氣流場； 以該感測模組感測一受測體對該氣流場中的氣流量、氣壓或氣體流速的變化量以對應為一位置資訊；以及 當該位置資訊位於該第一浮空影像之該輪廓範圍的一預設觸發範圍內時，以該訊號處理模組產生至少一反饋指令，其中該至少一反饋指令被傳至該光學成像模組，以使該光學成像模組生成與該第一浮空影像不同的一第二浮空影像。
12. 如請求項11所述的產生觸覺回饋的方法，其中該第二浮空影像具有與該第一浮空影像不同的形狀、顏色、影像圖案、高度、尺寸大小或亮度。
13. 如請求項11所述的產生觸覺回饋的方法，其中該氣流量、該氣壓或該氣體流速的該變化量為一預設值，用以作為產生該至少一反饋指令的觸發條件。
14. 如請求項11所述的產生觸覺回饋的方法，其中該氣流場中包括多個氣流層，該些氣流層分布於不同深度。
15. 如請求項14所述的產生觸覺回饋的方法，其中該些氣流層分別具有不同氣流強度。
16. 如請求項14所述的產生觸覺回饋的方法，其中該些氣流層中至少兩層具有相同氣流強度。
17. 如請求項11所述的產生觸覺回饋的方法，其中該氣流場包含一環形氣流。
18. 如請求項11所述的產生觸覺回饋的方法，其中該氣流場包含多個放射狀氣流。
19. 如請求項11所述的產生觸覺回饋的方法，更包含以一深度感測器偵測該受測體在該氣流場內的一深度資訊，且以該訊號處理模組以該深度資訊符合一預設條件作為產生該至少一反饋指令的觸發條件。
20. 如請求項11所述的產生觸覺回饋的方法，其中所述的該至少一反饋指令包含一發光反饋指令及一聲音反饋指令，該發光反饋指令用於使該光學成像模組生成該第二浮空影像，且該聲音反饋指令用於觸發聲音訊號。

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