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CN118819285A - 触觉反馈方法及装置 - Google Patents

触觉反馈方法及装置 Download PDF

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CN118819285A
CN118819285A CN202310436463.1A CN202310436463A CN118819285A CN 118819285 A CN118819285 A CN 118819285A CN 202310436463 A CN202310436463 A CN 202310436463A CN 118819285 A CN118819285 A CN 118819285A
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CN
China
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excitation signal
signal
frequency
tactile feedback
waveform generator
Prior art date
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Pending
Application number
CN202310436463.1A
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English (en)
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陶永春
陈右儒
王迎姿
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BOE Technology Group Co Ltd
Beijing BOE Technology Development Co Ltd
Original Assignee
BOE Technology Group Co Ltd
Beijing BOE Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by BOE Technology Group Co Ltd, Beijing BOE Technology Development Co Ltd filed Critical BOE Technology Group Co Ltd
Priority to CN202310436463.1A priority Critical patent/CN118819285A/zh
Priority to PCT/CN2024/082178 priority patent/WO2024217204A1/zh
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Abstract

一种触觉反馈方法及装置，触觉反馈装置包括控制器、波形处理器、压电驱动器及触控面板，所述触觉反馈装置还包括虚拟功能区，其中，所述控制器包括波形产生器，所述触控面板，被配置为检测用户交互的触控位置信息，并将所述触控位置信息输出至所述控制器；所述控制器，被配置为判断所述触控位置信息是否在所述虚拟功能区，若在所述虚拟功能区，则控制所述波形产生器产生激励信号并输出至所述波形处理器；所述波形处理器，被配置为对所述激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至所述压电驱动器；所述压电驱动器，被配置为接收所述处理后的信号并产生变形，从而驱动所述触控面板振动。

Description

触觉反馈方法及装置
技术领域
本公开实施例涉及但不限于触控技术领域，尤其涉及一种触觉反馈方法及装置。
背景技术
视觉、听觉和触觉多模融合对增强操作安全性和有效性、丰富用户体验感，具有重要的意义和价值。当前的视觉和听觉呈现技术已比较成熟和丰富，但是触觉反馈仍不够丰富逼真。
目前，手机、可穿戴设备等电子产品主要通过偏心旋转质量(Eccentric rotatingmass，ERM)(通常称作振动电机)、线性谐振执行器(Linear Resonance Actuator，LRA)的低频振动产生振动反馈，效果相对简单单一，远不能满足用户的期望。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本公开实施例提供了一种触觉反馈装置，包括控制器、波形处理器、压电驱动器及触控面板，所述触觉反馈装置还包括虚拟功能区，其中，所述控制器包括波形产生器；
所述触控面板，被配置为检测用户交互的触控位置信息，并将所述触控位置信息输出至所述控制器；
所述控制器，被配置为判断所述触控位置信息是否在所述虚拟功能区，若在所述虚拟功能区，则控制所述波形产生器产生激励信号并输出至所述波形处理器；
所述波形处理器，被配置为对所述激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至所述压电驱动器；
所述压电驱动器，被配置为接收所述处理后的信号并产生变形，从而驱动所述触控面板振动。
本公开实施例还提供了一种触觉反馈方法，用于触觉反馈装置，所述触觉反馈装置包括控制器、波形处理器、压电驱动器和触控面板，所述触觉反馈装置还包括虚拟功能区，所述控制器包括波形产生器，所述触觉反馈方法包括：
通过所述触控面板检测用户交互的触控位置信息，并将所述触控位置信息输出至所述控制器；
通过所述控制器判断所述触控位置信息是否在所述虚拟功能区，若在所述虚拟功能区，则通过所述控制器控制所述波形产生器产生激励信号并输出至所述波形处理器；
通过所述波形处理器对所述激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至所述压电驱动器；
所述压电驱动器接收所述处理后的信号并产生变形，从而驱动所述触控面板振动。
在阅读理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
附图用来提供对本公开技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开的技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本公开内容。
图1为本公开示例性实施例提供的一种触觉反馈装置的结构示意图；
图2A至图2C示出本公开实施例的一种激励信号的调制方法示意图；
图3A至图3C为本公开示例性实施例提供的另三种触觉反馈装置的结构示意图；
图4A为本公开示例性实施例提供的一种第一驱动信号的波形示意图；
图4B为本公开示例性实施例提供的一种第二驱动信号的波形示意图；
图5A为本公开示例性实施例提供的几种虚拟功能图案示意图；
图5B为本公开示例性实施例提供的一种倍频电路示意图；
图6A至图6C为本公开示例性实施例提供的三种应用场景示意图；
图7为本公开示例性实施例提供的一种触觉反馈方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本公开的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
除非另外定义，本公开实施例公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
如图1所示，本公开实施例提供了一种触觉反馈装置，该触觉反馈装置包括控制器101、波形处理器102、压电驱动器103和触控面板104，触觉反馈装置还包括虚拟功能区(图中未示出)，其中，控制器101包括波形产生器1011；
触控面板104，被配置为检测用户交互的触控位置信息，并将触控位置信息输出至控制器101；
控制器101，被配置为判断触控位置信息是否在虚拟功能区，若在虚拟功能区，则控制波形产生器1011产生激励信号并输出至波形处理器102；
波形处理器102，被配置为对激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至压电驱动器103；
压电驱动器103，被配置为接收处理后的信号并产生变形，从而驱动触控面板104振动。
本公开实施例提供的触觉反馈装置，通过控制器101控制波形产生器1011产生激励信号并输出至波形处理器102，通过波形处理器102对激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至压电驱动器103，通过压电驱动器103接收处理后的信号并产生变形，从而驱动触控面板104振动，可以为用户提供多种触觉反馈，并可以增强操作安全性和有效性，丰富用户体验感，满足不同用户的需求。
在一些示例性实施方式中，控制器101可以包括开发板或电脑主板，控制器101上安装有Windows、Android、Linux等操作系统。控制器可以包括：中央处理器(包括但不限于Intel CPU、AMD处理器以及基于ARM内核的不同厂商不同系列的处理器)、运行内存、存储单元(如碟式硬盘、SSD硬盘、闪存等)、显示驱动卡、有线/无线网络适配器以及波形产生器等。
在一些示例性实施方式中，波形产生器1011可以包括：音频芯片，音频芯片被配置为输出激励信号，激励信号可以为经过包络调制的载波信号。
在一些示例性实施方式中，激励信号可以由控制器101控制音频芯片播放音频文件产生。
如图2A至图2C所示，图2A所示的信号为调制信号，图2B所示的信号为载波信号，图2C所示的信号为经过包络调制的载波信号，也称调幅波信号(使载波信号(被调制信号)的振幅按照调制信号改变)。经过包络调制的载波信号保持着高频载波的频率特性，但包络线的形状则和调制信号波形相似，其振幅大小由调制信号的强度决定。
本公开实施例中，载波信号的频率根据压电驱动器103与触控面板104的谐振频率来设置，载波信号的频率可以等于或接近于压电驱动器103与触控面板104的谐振频率，也可以不工作在压电驱动器103与触控面板104的谐振频率附近。示例性的，当用户选择需要较强触感且较大振动声音时，载波信号的频率可以设置为压电驱动器103与触控面板104的谐振频率点或者设置在压电驱动器103与触控面板104的谐振频率点附近；当用户选择需要较低触感且较小振动声音时，载波信号的频率可以设置为相对远离谐振频率点的频率。
本公开实施例中，调制信号的形状、频率及幅值根据人机交互事件的特征进行选择，示例性的，调制信号的幅值较大，则触感较明显；调制信号的频率较高，则振动触感较密集，效果较为短促，调制信号的形状陡直(例如方波或三角波比正弦波抖直)，则触感区分度较高。
在另一些示例性实施方式中，波形产生器也可以由单片机、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)等产生，本公开实施例对此不作限制。
在一些示例性实施方式中，波形产生器1011产生的激励信号可以包括：第一激励信号和/或第二激励信号，波形产生器1011产生的激励信号的波长在音频波段内。本公开实施例通过波形产生器1011产生的激励信号产生听觉提醒。
信号是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。声信号是由发声体振动产生的，传播需要介质，可以在固体、液体和气体中传播，在真空中不能传播。人能听到的声波的频率范围：20Hz至20000Hz，低于20Hz的声波属于次声波，高于20000Hz的声波属于超声波。波形产生器1011可以根据用户需要的触觉反馈类型产生第一激励信号和/或第二激励信号，当用户需要振动触觉反馈(和/或听觉反馈)时，波形产生器1011产生第一激励信号；当用户需要表面触觉反馈时，波形产生器1011产生第二激励信号；当用户需要振动触觉反馈和表面触觉反馈(和/或听觉反馈)时，波形产生器1011分时产生第一激励信号和第二激励信号。
在一些示例性实施方式中，如图3A至图3C所示，波形处理器102包括：幅度放大电路1021；幅度放大电路1021设置在波形产生器1011和压电驱动器103之间，且被配置为将第一激励信号(此处的第一激励信号可以为波形产生器1011产生的第一激励信号和/或频率放大电路1022输出的第一激励信号)的幅度进行放大处理后输出驱动信号，并将驱动信号输出至压电驱动器103。
在一些示例性实施方式中，驱动信号包括：第一驱动信号，第一驱动信号为幅度放大电路1021将波形产生器1011产生的第一激励信号的幅度进行放大处理后输出的驱动信号。
本公开实施例中，波形产生器1011产生的第一激励信号和第一驱动信号可以均为声音波段信号，波形产生器1011产生的第一激励信号的频率和第一驱动信号的频率相同。波形产生器1011产生的第一激励信号用于产生听觉提醒，第一驱动信号用于激励压电驱动器103产生振动触觉提醒。
本公开实施例中，第一驱动信号为电压信号，相比于波形产生器1011产生的第一激励信号，第一驱动信号只是放大了幅度，如从3V放大到100V，频率较低，因此，第一驱动信号用于产生惯性振动的触觉反馈。
在一些示例性实施方式中，波形产生器1011产生的第一激励信号的频率和第一驱动信号的频率在50Hz到500Hz之间。
在一些示例性实施方式中，第一驱动信号相比波形产生器1011产生的第一激励信号的幅度放大倍数在2倍至30倍之间。
在一些示例性实施方式中，如图3A所示，波形处理器102可以包括：幅度放大电路1021，波形产生器1011产生的激励信号可以包括：第一激励信号，幅度放大电路1021，被配置为对波形产生器1011产生的第一激励信号的幅度进行放大处理，得到第一驱动信号并将第一驱动信号输出至压电驱动器103。本实施例中，波形产生器1011产生的第一激励信号用于产生听觉提醒，第一驱动信号用于激励压电驱动器103产生振动触觉提醒。
本公开实施例中，在图3A所示的触觉反馈装置中，波形产生器1011产生第一激励信号，幅度放大电路1021将波形产生器1011产生的第一激励信号的幅度进行放大处理后输出第一驱动信号，并将第一驱动信号输出至压电驱动器103。
在一些示例性实施方式中，如图3B或图3C所示，波形处理器102还可以包括：频率放大电路1022；频率放大电路1022连接波形产生器1011和幅度放大电路1021，频率放大电路1022被配置为将波形产生器1011产生的第二激励信号的频率进行放大处理后输出第一激励信号，并将第一激励信号输出至幅度放大电路1021。
在一些示例性实施方式中，如图3B所示，波形处理器102可以包括：频率放大电路1022和幅度放大电路1021，波形产生器1011产生的激励信号可以包括：第二激励信号，其中，频率放大电路1022，被配置为对波形产生器1011产生的第二激励信号的频率进行放大处理，得到第一激励信号并将第一激励信号输出至幅度放大电路1021；幅度放大电路1021，被配置为对频率放大电路1022输出的第一激励信号的幅度进行放大处理，得到第二驱动信号并将第二驱动信号输出至压电驱动器103。
本实施例中，驱动信号包括：第二驱动信号，第二驱动信号为幅度放大电路1021将频率放大电路1022输出的第一激励信号的幅度进行放大处理后输出的驱动信号。
在一些示例性实施方式中，频率放大电路1022输出的第一激励信号的频率为第二激励信号的频率的m倍，其中，m为2至10中的任意值。
本实施例中，第二驱动信号为超声波段信号，第二驱动信号的频率与频率放大电路1022输出的第一激励信号的频率相同，即频率放大电路1022输出的第一激励信号也为超声波段信号。第二驱动信号用于激励压电驱动器产生表面触觉提醒。
在一些示例性实施方式中，第二驱动信号的幅度为频率放大电路1022输出的第一激励信号的幅度的n倍，其中，n为2至30中的任意值，第二驱动信号用于激励压电驱动器103产生表面触觉提醒。
在一些示例性实施方式中，频率放大电路1022输出的第一激励信号的频率和第二驱动信号的频率大于20kHz。
在图3B所示的触觉反馈装置中，波形产生器1011产生第二激励信号，频率放大电路1022将波形产生器1011产生的第二激励信号的频率进行放大处理后输出第一激励信号(频率放大电路1022输出的第一激励信号可以称为中间处理信号，注意频率放大电路1022输出的第一激励信号的波形与波形产生器1011产生的第一激励信号的波形不同，频率放大电路1022输出的第一激励信号为超声波段信号，波形产生器1011产生的第一激励信号为声音波段信号)，幅度放大电路1021将频率放大电路1022输出的第一激励信号的幅度进行放大处理后输出第二驱动信号，并将第二驱动信号输出至压电驱动器103。
在一些示例性实施方式中，如图3C所示，波形处理器102可以包括：频率放大电路1022和幅度放大电路1021，波形产生器1011产生的激励信号可以包括：第一激励信号和第二激励信号，其中，
控制器101控制波形产生器1011产生激励信号，包括：在第一时段，控制波形产生器1011产生第一激励信号；在第二时段，控制波形产生器1011产生第二激励信号；
幅度放大电路1021，被配置为在第一时段，对波形产生器1011产生的第一激励信号的幅度进行放大处理，得到第一驱动信号并将第一驱动信号输出至压电驱动器103；
频率放大电路1022，被配置为在第二时段，对波形产生器1011产生的第二激励信号的频率进行放大处理，得到第一激励信号并将第一激励信号输出至幅度放大电路1021(频率放大电路1022输出的第一激励信号可以称为中间处理信号，注意频率放大电路1022输出的第一激励信号的波形与波形产生器产生的第一激励信号的波形不同，频率放大电路1022输出的第一激励信号为超声波段信号，波形产生器1011产生的第一激励信号为声音波段信号)；
幅度放大电路1021，还被配置为在第二时段，对频率放大电路1022输出的第一激励信号的幅度进行放大处理，得到第二驱动信号并将第二驱动信号输出至压电驱动器103，第一时段和第二时段不交叉。
在图3C所示的触觉反馈装置中，波形产生器1011分时产生第一激励信号和第二激励信号，幅度放大电路1021将波形产生器1011产生的第一激励信号的幅度进行放大处理后输出第一驱动信号，并将第一驱动信号输出至压电驱动器103；频率放大电路1022将波形产生器1011产生的第二激励信号的频率进行放大处理后输出第一激励信号(频率放大电路1022输出的第一激励信号可以称为中间处理信号，注意频率放大电路1022输出的第一激励信号的波形与波形产生器1011产生的第一激励信号的波形不同，频率放大电路1022输出的第一激励信号为超声波段信号，波形产生器1011产生的第一激励信号为声音波段信号)，幅度放大电路1021将频率放大电路1022输出的第一激励信号的幅度进行放大处理后输出第二驱动信号，并将第二驱动信号输出至压电驱动器103。
在一些示例性实施方式中，波形产生器1011产生的第二激励信号的频率可以大于波形产生器1011产生的第一激励信号的频率。
在一些示例性实施方式中，控制器101控制波形产生器1011产生激励信号包括：
在第一时段，控制器101控制波形产生器1011产生第一激励信号；
在第二时段，控制器101控制波形产生器1011产生第二激励信号，第一时段和第二时段不交叉。
本实施例中，在第一时段，使用波形处理器102对波形产生器1011产生的第一激励信号的幅度进行放大处理，产生第一驱动信号，通过第一驱动信号激励压电驱动器103产生低频振动提醒；在第二时段，使用波形处理器102对波形产生器1011产生的第二激励信号的频率和幅度均进行放大处理，产生第二驱动信号，通过第二驱动信号激励压电驱动器103产生表面触觉提醒。由于超声波段的激励信号作用在压电驱动器103会产生压膜效应，从而改变表面摩擦系数，通过波形调制产生类似于纹理、卡顿等的虚拟表面触觉反馈效果，将第二激励信号的频率设置的较大，易于波形处理器102快速将第二激励信号的频率设置到所需的超声波段范围。
在一些示例性实施方式中，第一时段和第二时段可以多次循环，然而，本公开实施例对此不作限制。示例性的，假设循环次数为2次，第一时段包括0～t1时段和t2～t3时段，第二时段包括t1～t2时段和t3～t4时段，0<t1＜t2＜t3＜t4。
在另一些示例性实施例中，波形产生器1011产生的激励信号可以只包括第一激励信号，此时，使用波形处理器102对波形产生器1011产生的第一激励信号的幅度进行放大处理，产生第一驱动信号，通过第一驱动信号激励压电驱动器103产生低频振动提醒；或者，波形产生器1011产生的激励信号可以只包括第二激励信号，此时，使用波形处理器102对波形产生器1011产生的第二激励信号的频率和幅度均进行放大处理，产生第二驱动信号，通过第二驱动信号激励压电驱动器103产生表面触觉提醒。
本公开实施例中，第二驱动信号为对波形产生器1011产生的第二激励信号的频率和幅度均进行放大处理后得到的驱动信号，第二驱动信号的频率在20kHz以上，第二驱动信号属于超声波段的信号，频率较高，用于在表面产生摩擦纹理的表面触觉效果。
本公开实施例中，波形产生器1011产生的第一激励信号和第一驱动信号的波长均在音频波段内，波形产生器1011产生的第一激励信号的频率和第一驱动信号的频率相同，波形产生器1011产生的第一激励信号用于产生听觉提醒，第一驱动信号用于激励压电驱动器产生振动触觉提醒。
在一些示例性实施方式中，第二驱动信号为超声波段信号，频率放大电路1022输出的第一激励信号的频率为第二激励信号的频率的m倍，其中，m为2至10中的任意值。
在一些示例性实施方式中，第二驱动信号的幅度为频率放大电路1022输出的第一激励信号的幅度的n倍，其中，n为2至30中的任意值。
在一些示例性实施方式中，第二激励信号的频率在2kHz到15kHz之间。
在一些示例性实施方式中，频率放大电路1022输出的第一激励信号的频率和第二驱动信号的频率相同，频率放大电路1022输出的第一激励信号的频率和第二驱动信号的频率大于或等于20kHz。
本公开实施例中，通过第一驱动信号作用于压电驱动器103产生振动触觉提醒，一种示例性的第一驱动信号如图4A所示。在一些示例性实施方式中，第一驱动信号为对波形产生器1011产生的第一激励信号进行幅度放大后的信号，因此，第一驱动信号的频率与波形产生器1011产生的第一激励信号的频率相同。随着第一驱动信号的频率的增加，产生触感的波形周期个数也在增加。不同频率和不同周期个数主要影响触感的类型，而不同驱动电压主要影响触感的强度。
本公开实施例中，通过第二驱动信号作用于压电驱动器103产生表面触觉提醒，一种示例性的第二驱动信号如图4B所示。在一些示例性实施例中，第二驱动信号的频率根据压电驱动器103与触控面板104的谐振频率进行选择，不同的第二驱动信号的频率对应不同的表面触感类型，当用户选择需要较强表面触感时，第二驱动信号的频率可以设置在压电驱动器103与触控面板104的谐振频率点附近；当用户选择需要较低表面触感时，第二驱动信号的频率可以设置为相对远离谐振频率点的频率。
示例性的，考虑到驱动电路成本和功耗，第二驱动信号的频率可以设置在20kHz至100kHz之间。
本公开实施例中，实际上，无论是第一驱动信号(声音波段信号)还是第二驱动信号(超声波段信号)，都会使得压电驱动器103带动触控面板104振动。只是超声波段信号产生的振动会产生压膜效应，改变表面摩擦系数，产生表面触觉反馈效果；而声音波段信号产生的振动产生低频振动触觉反馈效果(即振动触觉反馈)。
相对于ERM和LRA，压电驱动器103响应时间快、频带范围宽、更为适合虚拟触觉的需求。本公开实施例利用压电驱动器103，可以在人机交互时，通过声音激励信号作用产生听觉提醒(示例性的，听觉提醒可以为哒哒哒或嗡嗡嗡的音效)；采用低频振动信号作用产生振动触觉反馈效果(示例性的，振动触觉反馈效果可以为按键按压的敲击感、物体碰撞的撞击感等)；超声波段的激励信号作用产生压膜效应从而改变表面摩擦系数，并通过波形调制产生类似于纹理、卡顿等的虚拟表面触觉反馈效果(示例性的，虚拟表面触觉反馈效果可以为不同疏密度的纹理，进度条的渐变感以及旋钮的卡顿感等)。
在一些示例性实施方式中，触控面板104可以包括面板基材以及设置在面板基材上的由多个触控驱动电极和多个触控感应电极构成的电极阵列，触控面板104可以被划分成n个触控区域，n为大于或等于2的整数，每个触控区域包括至少一个触控驱动电极和至少一个触控感应电极，多个触控驱动电极和多个触控感应电极被布置成使得在触控扫描期间，能够单独地向每个触控区域内的触控驱动电极提供触控扫描信号，且能够单独地从每个触控区域内的触控感应电极接收由在触控面板104上的触控动作引起的感测信号，以确定该触控动作在触控面板104上的触控位置信息。
在一些示例性实施方式中，触控面板104可以包括光学传感器，光学传感器被配置为检测用户交互的触控位置信息和/或触控动作，并将检测到的触控位置信息和/或触控动作输出至控制器101。示例性的，触控动作可以包括单击、双击、滑动等。
在一些示例性实施方式中，触控面板104可以包括压力传感器，压力传感器被配置为检测触控面板104被触控时的按压力度信息，并将检测到的按压力度信息输出至控制器101。
在一些示例性实施方式中，控制器101还被配置为：根据以下至少之一：按压力度信息、用户选择的触感强弱信息和/或触控动作，选择相应的激励信号、频率放大倍数以及幅度放大倍数。
示例性的，本公开实施例中，控制器101可以根据压力传感器检测出的按压力度大小选择相应幅度的激励信号。例如，假设用户手指在触摸虚拟功能区的虚拟按键，当用户轻点虚拟按键时，压力传感器检测到的按压力度值较小，这时，控制器101可以控制波形产生器1011产生一个幅度较小的激励信号；当用户轻按按键时，压力传感器检测到的按压力度值适中，这时，控制器101可以控制波形产生器1011产生一个幅度适中的激励信号；当用户重按按键时，压力传感器检测到的按压力度值较大，这时，控制器101可以控制波形产生器1011产生一个幅度较大的激励信号。
示例性的，本公开实施例中，控制器101可以根据用户选择的触感强弱选择相应幅度的激励信号和/或幅度放大倍数。例如，当用户选择需要较强触感时，控制器101可以控制波形产生器1011产生一个幅度较大的激励信号，和/或，控制波形处理器102选择一个较大的幅度放大倍数对激励信号进行放大，以使得产生的第一驱动信号和/或第二驱动信号的幅度达到产生较强触感所需的激励信号幅值要求。
示例性的，本公开实施例中，控制器101可以根据用户选择的触感强弱选择相应频率的激励信号和/或频率放大倍数。例如，当用户选择需要较强触感时，控制器101可以控制波形产生器1011产生一个载波信号的频率靠近谐振频率点的激励信号，和/或，控制波形处理器102选择一个能使频率放大后的第二驱动信号的频率靠近谐振频率点的频率放大倍数对激励信号进行放大。
示例性的，本公开实施例中，触觉反馈装置可以预先存储不同的触控动作对应的触感类型以及不同触感类型对应的信号频率和周期数。当检测到用户的触控动作时，控制器101可以根据检测到的触控动作对应的信号频率和周期数，选择相应的激励信号和/或频率放大倍数。
在实际使用时，可以通过仿真获得不同的激励信号、频率放大倍数以及幅度放大倍数对应的触感类型、触感强度等，并将获得的信息存储在触觉反馈装置中，用户可以根据自己的喜好选择每种触控动作以及触感强度对应的激励信号、频率放大倍数以及幅度放大倍数。
在一些示例性实施方式中，触觉反馈装置可以包括：基底、设置在基底上的显示面板、设置在显示面板远离基底一侧的触控面板104以及设置在触控面板104远离显示面板一侧的盖板。
在另一些示例性实施方式中，触觉反馈装置可以包括：基底、设置在基底上的触控面板104以及设置在触控面板104远离基底一侧的盖板。本公开实施例中，触觉反馈装置可以设置显示面板，也可以不设置显示面板，本公开实施例对此不作限制。
在一些示例性实施方式中，压电驱动器103设置在盖板上。示例性的，压电驱动器103可以设置在盖板的边缘位置。示例性的，压电驱动器103可以设置在盖板靠近基底的一侧或者设置在盖板远离基底的一侧。
在一些示例性实施方式中，虚拟功能区可以为设置在盖板上的虚拟功能图案区，虚拟功能图案区设置有一个或多个虚拟功能图案，虚拟功能图案可以包括以下至少一种图案：按键、进度条和拨盘，如图5A所示。
示例性的，虚拟功能图案可以通过图案化工艺印制(丝网印刷、喷漆、粘胶贴片等各种图案化工艺)在盖板上，或者，可以通过在盖板的目标位置投射虚拟功能图案等，本公开实施例对此不作限制。
在一些示例性实施方式中，触觉反馈装置还包括显示模块，显示模块包括显示面板，显示面板可以显示包含虚拟功能区的人机交互界面。
在一些示例性实施方式中，盖板可以为单独设置的玻璃、金属或塑料等各种材质相对较硬的材料，或者，可以为触控面板中的面板基材，本公开实施例对此不作限制。
在一些示例性实施方式中，显示面板可以为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示面板、液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)面板等，本公开实施例对此不作限制。
本公开实施例中，幅度放大电路1021可以使用现有的信号放大电路实现，示例性的，幅度放大电路1021可以为三极管放大电路。由于波形产生器1011产生的激励信号的信号幅度较小，通过幅度放大电路1021对信号的幅度进行放大，可以激励压电驱动器产生幅度较大的振动，产生振动触觉反馈和/或表面触觉反馈。
在一些示例性实施方式中，频率放大电路1022可以包括：倍频电路。
在一些示例性实施方式中，如图5B所示，倍频电路可以包括：乘法器电路。示例性的，X＝Y＝Acsin(ωt)。则输出信号频率变成原输入信号的2倍。实际使用时，倍频电路可以根据需要设置多个乘法器电路级联，以使得中间处理信号的频率放大到所需的倍数值。
在一些示例性实施方式中，倍频电路的频率放大倍数可以在2倍到10倍之间，然而，本公开实施例对此不作限制。
在一些示例性实施方式中，幅度放大电路1021的幅度放大倍数可以在2倍到30倍之间，然而，本公开实施例对此不作限制。
本公开实施例提供了一种触觉反馈装置，包括控制器101、波形处理器102、压电驱动器103及触控面板104，控制器101包括音频芯片，控制器101(示例性的，控制器可以为主控制板)控制音频芯片输出激励信号至波形处理器102，波形处理器102对激励信号进行放大处理后输出至压电驱动器103，激励压电驱动器103带动触控面板104振动产生触觉反馈效果和声音效果。本公开实施例中，触觉反馈效果可以包括振动触觉反馈和/或表面触觉反馈效果。本公开实施例提供的触觉反馈装置，实现了一种满足听觉反馈、振动触觉反馈和表面触觉反馈多种交互功能体验的低成本、结构简单的驱动方案。
图6A为本公开的触觉反馈装置应用于OLED显示面板的工作示意图，其中，压电驱动器贴敷于OLED显示面板的背面。下面结合图6A，对本公开的技术方案进行说明。
主控制板上的中央处理器(即控制器)通过显示驱动卡控制在OLED显示面板上显示人机交互界面。操作者在人机交互界面进行交互时，通过触控面板和设置在触控面板上的传感器(如压力传感器、光学传感器等)检测用户手指交互位置、动作、按压力度等信息，并反馈至中央处理器，中央处理器控制人机交互界面根据交互信息进行切换。
与之同时，中央处理器控制音频芯片产生声音波段(20～20kHz)的激励信号，在一个时段中，激励信号直接经幅度放大电路放大后转换成第一驱动信号，第一驱动信号激励压电驱动器带动OLED显示面板振动，产生听觉反馈(哒哒哒或嗡嗡嗡的音效)和振动触觉反馈(按键按压的敲击感、物体碰撞的撞击感等)。在另一个时段中，激励信号经过倍频电路进行倍频处理后频率转换为原来的多倍(如2倍)，得到超声波段(>20kHz)的中间处理信号，中间处理信号经幅度放大电路放大后转换成第二驱动信号，第二驱动信号作用到压电驱动器上，带动OLED显示面板产生超声波段的振动，在人机交互时产生压膜效应并改变表面摩擦系数，通过对激励信号的不同调制，可以产生不同疏密度的纹理，进度条的渐变感以及旋钮的卡顿感。
图6A中，主控制板可以为安装有Windows、Android、Linux等不同操作系统的开发板或电脑主板；主控制板上有中央处理器(包括但不限于Intel CPU、AMD处理器，以及基于ARM内核的不同厂商不同系列的处理器)、运行内存、存储单元(如碟式硬盘、SSD硬盘、闪存等)、显示驱动卡、有线/无线网络适配器以及音频芯片等。
激励信号可以由主控制板控制音频芯片播放音频文件产生，音频文件可以是wav(波形声音文件)、wmv(Windows Media Video)、mp3(一种播放器)等不同格式，可以通过Audacity(一种音频处理软件)或Matlab(一种商用数学软件)等各类软件编程实现。激励信号通常为经过包络调制的载波信号。载波信号的频率取决于压电驱动器与OLED显示面板的谐振频率，载波信号的频率可以等于或接近于压电驱动器与OLED显示面板的谐振频率，也可以不工作在压电驱动器与OLED显示面板的谐振频率附近。包络调制的形状、频率及幅值则对应于人机交互事件的特征，如幅值越大，则触感越明显；频率高，则振动触感较密集，效果较为短促。包络形状陡直，则触感区分度较高。
倍频电路可以通过乘法器电路来实现。倍频电路与幅度放大电路可以是分离的，也可以设计制作在同一块线路板上。
图6B为本公开的触觉反馈装置应用于LCD显示面板的工作示意图，其中，压电驱动器可以贴敷于盖板或触控面板的背面，压电驱动器与触控面板/盖板形成振动联合体。下面结合图6B，对本公开的技术方案进行说明。
主控制板上的中央处理器通过显示驱动卡控制在振动联合体下方的LCD显示面板显示人机交互界面。操作者在人机交互界面的表面进行交互时，中央处理器通过显示驱动卡根据需要控制LCD显示面板上的人机交互界面切换。操作者在人机交互界面进行交互时，通过触控面板和设置在触控面板上的传感器(如压力传感器、光学传感器等)检测用户手指交互位置、动作、按压力度等信息，并反馈至中央处理器，人机交互界面会根据交互信息进行切换。
与之同时，中央处理器控制音频芯片产生声音波段(20～20kHz)的激励信号，在一个时段中，激励信号直接经频率放大电路放大后转换成第一驱动信号，第一驱动信号激励压电驱动器带动触感面板/盖板振动，产生听觉反馈(哒哒哒或嗡嗡嗡的音效)和振动触觉反馈(按键按压的敲击感、物体碰撞的撞击感等)。在另一个时段中，激励信号经过倍频电路进行倍频处理后频率转换为原来的多倍(如2倍)，得到超声波段(>20kHz)的中间处理信号，中间处理信号经幅度放大电路放大后转换成第二驱动信号，第二驱动信号作用到压电驱动器上，带动触控面板/盖板产生超声波段的振动，在人机交互时产生压膜效应并改变表面摩擦系数，通过对激励信号的不同调制，可以产生不同疏密度的纹理，进度条的渐变感以及旋钮的卡顿感。
图6C为本公开的触觉反馈装置应用于触控面板/盖板的工作示意图，其中，压电驱动器可以贴敷于盖板或触控面板的背面，压电驱动器与触控面板/盖板形成振动联合体。下面结合图6C，对本公开的技术方案进行说明。
示例性的，压电驱动器贴敷于盖板的背面，盖板可以为玻璃、金属或塑料等各种材质相对较硬的材料。盖板上印制(丝网印刷、喷漆、粘胶贴片等各种图案化工艺)有响应图示的按键、进度条、拨盘等图案。操作者在盖板表面进行交互时，通过触控面板和设置在触控面板上的传感器(如压力传感器、光学传感器等)检测用户手指交互位置、动作、按压力度等信息，并反馈至中央处理器，中央处理器控制音频芯片播放音频文件，当需要听觉反馈或振动触觉反馈时，播放音频文件产生的第一激励信号通过幅度放大电路放大后得到第一驱动信号，通过第一驱动信号激励压电驱动器带动触控面板/盖板振动，产生听觉反馈和振动触觉反馈。当需要产生表面触觉反馈时，播放音频文件产生的第二激励信号输入至倍频电路将第二激励信号的载波频率调制成原来的2倍或更高倍数，从而成为超声波段的中间处理信号，再通过幅度放大电路放大后得到第二驱动信号，通过第二驱动信号激励压电驱动器带动触控面板/盖板联合体振动从而产生压膜效应，在人机交互时改变表面摩擦系数，通过波形调制产生纹理疏密之感，实现表面触觉反馈之效果。
如图7所示，本公开实施例还提供了一种触觉反馈方法，用于触觉反馈装置，该触觉反馈装置包括控制器、波形处理器、压电驱动器和触控面板，触觉反馈装置还包括虚拟功能区，控制器包括波形产生器，该触觉反馈方法包括：
步骤701、通过触控面板检测用户交互的触控位置信息，并将触控位置信息输出至控制器；
步骤702、通过控制器判断触控位置信息是否在虚拟功能区，若在虚拟功能区，则通过控制器控制波形产生器产生激励信号并输出至波形处理器；
步骤703、通过波形处理器对激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至压电驱动器；
步骤704、压电驱动器接收处理后的信号产生变形，从而驱动触控面板振动。
在一些示例性实施方式中，波形产生器产生的激励信号可以包括：第一激励信号和/或第二激励信号，波形产生器产生的激励信号的波长在音频波段内。本公开实施例通过波形产生器产生的激励信号产生听觉提醒。
在一些示例性实施方式中，通过控制器控制波形产生器产生激励信号包括：
在第一时段，通过控制器控制波形产生器产生第一激励信号；
在第二时段，通过控制器控制波形产生器产生第二激励信号，第二激励信号的频率大于第一激励信号的频率。
在一些示例性实施方式中，处理后的信号可以包括第一驱动信号和/或第二驱动信号，通过第一驱动信号作用于压电驱动器产生振动触觉提醒，通过第二驱动信号作用于压电驱动器产生表面触觉提醒。
在一些示例性实施方式中，波形处理器包括：幅度放大电路，幅度放大电路设置在波形产生器和压电驱动器之间；通过波形处理器对激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至压电驱动器，包括：
通过幅度放大电路对第一激励信号的幅度进行放大处理，得到第一驱动信号并将第一驱动信号输出至压电驱动器。
本实施例中，波形产生器产生的第一激励信号和第一驱动信号均为声音波段信号，波形产生器产生的第一激励信号的频率和第一驱动信号的频率相同，波形产生器产生的第一激励信号用于产生听觉提醒，第一驱动信号用于激励压电驱动器产生振动触觉提醒。
在一些示例性实施方式中，波形产生器产生的第一激励信号的频率和第一驱动信号的频率均在50Hz到500Hz之间。
在一些示例性实施方式中，波形处理器包括：频率放大电路和幅度放大电路，波形产生器产生的激励信号包括：第二激励信号；通过波形处理器对激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至压电驱动器，包括：
通过频率放大电路对第二激励信号的频率进行放大处理，得到第一激励信号并将第一激励信号输出至幅度放大电路(频率放大电路输出的第一激励信号可以称为中间处理信号，注意频率放大电路输出的第一激励信号的波形与波形产生器产生的第一激励信号的波形不同，频率放大电路输出的第一激励信号为超声波段信号，波形产生器产生的第一激励信号为声音波段信号)；
通过幅度放大电路对第一激励信号的幅度进行放大处理，得到第二驱动信号并将第二驱动信号输出至压电驱动器。
在一些示例性实施方式中，第二激励信号为声音波段信号，第二驱动信号为超声波段信号，第二驱动信号的频率为第二激励信号的频率的m倍，其中，m在2至10之间，第二驱动信号的幅度为第二激励信号的幅度的n倍，其中，n在2至30之间，第二激励信号用于产生听觉提醒，第二驱动信号用于激励压电驱动器产生表面触觉提醒。
在一些示例性实施方式中，第二激励信号的频率在2kHz到15kHz之间，第二驱动信号的频率大于或等于20kHz。
在一些示例性实施方式中，波形处理器包括：频率放大电路和幅度放大电路，波形产生器产生的激励信号可以包括：第一激励信号和第二激励信号；通过波形处理器对激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至压电驱动器，包括：
在第一时段，通过幅度放大电路对波形产生器产生的第一激励信号的幅度进行放大处理，得到第一驱动信号并将第一驱动信号输出至压电驱动器；
在第二时段，通过频率放大电路对波形产生器产生的第二激励信号的频率进行放大处理，得到第一激励信号并将第一激励信号输出至幅度放大电路(频率放大电路输出的第一激励信号可以称为中间处理信号，注意频率放大电路输出的第一激励信号的波形与波形产生器产生的第一激励信号的波形不同，频率放大电路输出的第一激励信号为超声波段信号，波形产生器产生的第一激励信号为声音波段信号)；通过幅度放大电路对中间处理信号的幅度进行放大处理，得到第二驱动信号并将第二驱动信号输出至压电驱动器，第一时段和第二时段不交叉。
在一些示例性实施方式中，第一时段和第二时段可以多次循环，然而，本公开实施例对此不作限制。示例性的，假设循环次数为2次，第一时段包括0～t1时段和t2～t3时段，第二时段包括t1～t2时段和t3～t4时段，0<t1＜t2＜t3＜t4。
在一些示例性实施方式中，频率放大电路包括：倍频电路；倍频电路包括：乘法器电路。
在一些示例性实施方式中，波形产生器包括：音频芯片。
通过控制器控制波形产生器产生激励信号，包括：
通过控制器控制音频芯片产生激励信号，激励信号为经过包络调制的载波信号。
在一些示例性实施方式中，倍频电路的频率放大倍数可以在2倍到10倍之间，然而，本公开实施例对此不作限制。
在一些示例性实施方式中，幅度放大电路的幅度放大倍数可以在2倍到30倍之间，然而，本公开实施例对此不作限制。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
虽然本公开所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何所属领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (18)

1.一种触觉反馈装置，其特征在于，所述触觉反馈装置包括控制器、波形处理器、压电驱动器及触控面板，所述触觉反馈装置还包括虚拟功能区，其中，所述控制器包括波形产生器；
所述触控面板，被配置为检测用户交互的触控位置信息，并将所述触控位置信息输出至所述控制器；
所述控制器，被配置为判断所述触控位置信息是否在所述虚拟功能区，若在所述虚拟功能区，则控制所述波形产生器产生激励信号并输出至所述波形处理器；
所述波形处理器，被配置为对所述激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至所述压电驱动器；
所述压电驱动器，被配置为接收所述处理后的信号并产生变形，从而驱动所述触控面板振动。
2.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述波形产生器产生的激励信号包括：第一激励信号和/或第二激励信号，所述波形产生器产生的激励信号的波长在音频波段内。
3.根据权利要求2所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述波形处理器包括：幅度放大电路；
所述幅度放大电路设置在所述波形产生器和所述压电驱动器之间，且被配置为将所述第一激励信号的幅度进行放大处理后输出驱动信号，并将所述驱动信号输出至所述压电驱动器。
4.根据权利要求3所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述驱动信号包括：第一驱动信号，所述第一驱动信号相比所述波形产生器产生的所述第一激励信号的幅度放大倍数在2倍至30倍之间。
5.根据权利要求3所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述驱动信号包括：第一驱动信号，所述波形产生器产生的所述第一激励信号的频率和所述第一驱动信号的频率在50Hz到500Hz之间，且所述波形产生器产生的所述第一激励信号的频率和所述第一驱动信号的频率相同。
6.根据权利要求3所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述波形处理器还包括：频率放大电路；
所述频率放大电路连接所述波形产生器和所述幅度放大电路，所述频率放大电路被配置为将所述波形产生器产生的所述第二激励信号的频率进行放大处理后输出所述第一激励信号，并将所述第一激励信号输出至所述幅度放大电路。
7.根据权利要求6所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述频率放大电路输出的所述第一激励信号的频率为所述第二激励信号的频率的m倍，其中，m为2至10中的任意值。
8.根据权利要求6或7所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述驱动信号包括：第二驱动信号，所述第二驱动信号的幅度为所述频率放大电路输出的所述第一激励信号的幅度的n倍，其中，n为2至30中的任意值。
9.根据权利要求8所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述频率放大电路输出的所述第一激励信号和所述第二驱动信号的频率大于20kHz。
10.根据权利要求5所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述频率放大电路包括：倍频电路；
所述倍频电路包括：乘法器电路。
11.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述波形产生器包括：音频芯片，其中：
所述音频芯片被配置为输出所述激励信号，所述激励信号为经过包络调制的载波信号。
12.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述触觉反馈装置包括盖板，所述压电驱动器设置在所述盖板上。
13.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述虚拟功能区包括：设置在盖板上的虚拟功能图案区，所述虚拟功能图案区设置有一个或多个虚拟功能图案，所述虚拟功能图案包括以下至少一种图案：按键、进度条和拨盘。
14.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述触觉反馈装置还包括显示模块，所述显示模块包括显示面板，所述显示面板用于显示包含所述虚拟功能区的人机交互界面。
15.一种触觉反馈方法，其特征在于，用于触觉反馈装置，所述触觉反馈装置包括控制器、波形处理器、压电驱动器和触控面板，所述触觉反馈装置还包括虚拟功能区，所述控制器包括波形产生器，所述触觉反馈方法包括：
通过所述触控面板检测用户交互的触控位置信息，并将所述触控位置信息输出至所述控制器；
通过所述控制器判断所述触控位置信息是否在所述虚拟功能区，若在所述虚拟功能区，则通过所述控制器控制所述波形产生器产生激励信号并输出至所述波形处理器；
通过所述波形处理器对所述激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至所述压电驱动器；
所述压电驱动器接收所述处理后的信号并产生变形，从而驱动所述触控面板振动。
16.根据权利要求15所述的触觉反馈方法，其特征在于，所述波形产生器产生的激励信号包括：第一激励信号和/或第二激励信号，所述波形产生器产生的激励信号的波长在音频波段内。
17.根据权利要求16所述的触觉反馈方法，其特征在于，所述波形处理器包括：幅度放大电路，所述幅度放大电路设置在所述波形产生器和所述压电驱动器之间；通过所述波形处理器对所述激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至所述压电驱动器，包括：
通过所述幅度放大电路将所述第一激励信号的幅度进行放大处理后输出驱动信号，并将所述驱动信号输出至所述压电驱动器。
18.根据权利要求17所述的触觉反馈方法，其特征在于，所述波形处理器还包括：频率放大电路，所述频率放大电路连接所述波形产生器和所述幅度放大电路；通过所述波形处理器对所述激励信号进行放大处理并将处理后的信号输出至所述压电驱动器，还包括：
通过所述频率放大电路对所述波形产生器产生的所述第二激励信号的频率进行放大处理后输出所述第一激励信号，并将所述第一激励信号输出至所述幅度放大电路。
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