TWI846465B - 具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置，包括：資料庫單元，儲存紋理數據；演算單元，與資料庫單元訊號連接，演算單元預存演算法，演算單元自資料庫單元接收紋理數據，演算單元透過演算法將紋理數據轉換為驅動訊號；電路控制單元與演算單元訊號連接，電路控制單元接收驅動訊號，比對資料庫預存比對資料；致動器與電路控制單元控制連接，致動器驅動單元依據驅動訊號驅動致動器震動，致動器裝設於顯示裝置；壓力感測裝置，裝設於顯示裝置，壓力感測裝置接收壓力數據，壓力感測裝置與電路控制單元訊號連接，壓力感測裝置將壓力數據傳送至電路控制單元；電路控制單元接收壓力數據，電路控制單元依據壓力數據與比對資料進行比對，以自演算單元取得對應之驅動訊號，並依據該驅動訊號控制致動器震動。

Description

具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置

本發明係關於一種觸覺回饋系統，特別係關於一種具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置。

本發明另關於一種具有指向性震動緩衝裝置之顯示器模組。

隨著科技的進步，人機介面已普遍的應用於日常生活每個角落，例如、行動裝置、車用主機等，為提升使用者操作觸控螢幕的感受度、互動性，便需要增進使用者接觸面板時的反饋效果。

此外，目前人機介面的使用多倚賴視覺進行操作，在觸覺反饋的輔助之下，更能夠對於控制應用時的確定性及提升使用感官上的娛樂性或互動性。在操作重要儀器或視覺無法移動、需持續注視之顯示器產品時提供明確的回饋力量或是輔助訊號讓操作者可以感受到正確的碰觸位置或是正常的操作各項裝置，如此一來，可以避免操作上失誤與可能發生誤碰觸的危害，例如工業應用、醫療設備、車載領域或其他輔助控制的應用，皆可透過該技術發展其觸覺附加效果。

再請參照中華民國專利公開號TW202244676A公開本，該案揭示一種觸覺模擬系統，其主要包括周邊裝置及處理中心，周邊裝置包括震動單 元，周邊裝置用以產生移動訊號，處理中心連接周邊裝置並提供包含物件的顯示畫面資料，處理中心在顯示畫面資料建立對應周邊裝置的游標，並根據移動訊號決定游標和物件之間的重疊路徑，且根據重疊路徑和物件的特性資料控制振動單元於振動期間產生振動波形變化，藉此可知，此先前技術可根據游標和物件之間的重疊路徑和物件的特性資料控制周邊裝置的震動單元震動，以模擬物件的觸感。

然而，上述習知技術僅揭露根據游標和物件之間的重疊路徑和物件的特性資料控制周邊裝置的震動單元震動，然而，其未明確揭示如何依據重疊路徑和物件的特性資料控制震動單元震動，按一般手持式裝置，其震動單元係設置於手持裝置本體上，因此震動時為整體震動的模式，是以，當只有手指觸碰顯示幕時，並非手指直接感受震動，螢幕反饋的觸感仍屬平面光滑感，無法確知手指落點是否正確，是以仍難以有效的達成模擬物件的觸感之技術效果。

本發明提供一種具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置，其主要係用以增加使用者互動並可依據使用者不同操作模式提供不同的反饋效果且落於顯示裝置不同的位置有不同的反饋，以達到操作者可確實以觸感得知手指落於該對應的操作位置上，進而確實成為視覺以外的操作輔助功能。

為達成前述目的，本發明具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置，包括：一資料庫單元，供以儲存至少一紋理數據，該紋理數據可為粗表面、細表面、推鈕、旋鈕、開關等摸擬數據； 一演算單元，與該資料庫單元訊號連接，該演算單元預存一演算法，該演算單元具有對應不同操作情境而設定的各項操作條件，如第一操作條件的速度、第二操作條件的壓力或其他第三操作條件等變化，該演算單元供以自該資料庫單元接收該紋理數據，該演算單元透過該演算法將該紋理數據轉換為一驅動訊號；一電路控制單元，具有一微控制晶片、一致動器驅動單元及一比對資料庫，該電路控制單元與該演算單元訊號連接，該電路控制單元供以接收該驅動訊號，該比對資料庫預存一比對資料，該比對資料為一壓力數據與該驅動訊號之對應關係；一致動器，與該電路控制單元控制連接，該致動器驅動單元供以依據該驅動訊號驅動該致動器震動，該致動器供以提供震動之動能；一顯示裝置，該致動器裝設於該顯示裝置，該顯示裝置設定不同的操作區，各操作區對應該資料單元的不同的該紋理數據；一壓力感測裝置，裝設於該顯示裝置，該壓力感測裝置供以接收使用者接觸或按壓該顯示裝置並進行符合該操作條件的動作形成一壓力數據，該壓力感測裝置與該電路控制單元訊號連接，該壓力感測裝置供以將該壓力數據傳送至該電路控制單元；以及該電路控制單元供以接收該壓力數據，該電路控制單元之該微控制晶片依據該壓力數據與該比對資料進行比對，以自該演算單元取得對應之驅動訊號，並依據該驅動訊號控制該致動器震動。

藉此，當操作者以手指接觸某一操作區時且進行該操作區對應的該操作條件時，該壓力感測裝置取得對應之該壓力數據後，該壓力感測裝置 將該壓力數據傳送至該電路控制單元，該電路控制單元並依據該壓力數據取得對應之該驅動訊號，以驅使該致動器提供對應震動頻率、震幅、波形之震波，進而可模擬相對的反饋效果，而當手指移往不同的該操作區時，若經過非操作區時，非操作區並無法送出對應的訊號及數據，該顯示裝置並無任何動作，而當手指移入不同的操作區且進行該不同操作區的對應操作條件時，該壓力感測裝置即會產生該對應的壓力數據進而提供該致動器不同的震動頻率、震幅及不同的波形的震波反饋形態，操作者即可立即於指尖感受到不同的反饋模式，可確認接觸到該顯示裝置不同的操作區，以達到不同視覺感官即可確知手指按壓於顯示裝置的位置，達到輔助視覺感官的目的。

本發明另提供一種具有指向性震動緩衝裝置之顯示器模組，包括：一顯示裝置，具有相反之一前側面及一後側面，該前側面供以顯示畫面；一第一支撐件，結合於該顯示裝置之該後側面，該第一支撐件具有一第一固定部；一致動器，裝設於該後側面或該第一支撐件；一第二支撐件，具有一第二固定部；以及一緩衝裝置，具有一第一鎖設部及一第二鎖設部，該第一鎖設部與該第一固定部結合，該第二鎖設部該第二固定部結合，該緩衝裝置固定於該第一支撐件、該第二支撐件之間。

藉由前述可知，本發明主要係透過使該致動器直接裝設於該顯示裝置之該後側面或該第一支撐件進而可直接使震動傳遞至顯示裝置的前側 面，而可有效避免震動動能分散至顯示器模組的其他機構，以大幅提升反饋效果，讓使用者可以充分感受到觸覺回饋感受。

此外，本發明另藉由使該顯示裝置裝設於該第一支撐件，該第二支撐件與該第一支撐件之間僅透過該緩衝裝置連接，進而可透過該緩衝裝置具有彈性的特性，達成震動、復位的效果，將顯示器模組與外部結構由指向性震動之緩衝裝置進行阻絕，以避免震動力外溢到產品機殼。

A:紋理提取單元

A1:多軸加速度裝置

A2:第二壓力感測器

B:資料庫單元

B10:紋理數據

B11:第一紋理數據

B12:第二紋理數據

B13:第三紋理數據

C:演算單元

C10:操作條件

C11:第一操作條件

C12:第二操作條件

C13:第三操作條件

C14:第四操作條件

C15:第五操作條件

D:電路控制單元

D1:微控制晶片

D2:致動器驅動單元

D3:比對資料庫

G:壓力感測裝置

G1:壓力感測器

G2:多軸加速裝置

10:顯示裝置

11:前側面

12:後側面

20:致動器

30:第一支撐件

30A:第一側

30B:第二側

31:第一固定部

311:第一對應穿孔

40:第二支撐件

40A:第一結合側

40B:第二結合側

41:第二固定部

411:第二對應穿孔

50:緩衝裝置

51:第一鎖設部

511:第一穿孔

52:第二鎖設部

521:第二穿孔

61:第一栓

62:第二栓

70:外蓋

S:緩衝空間

圖1 為本發明具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置之示意圖。

圖2 為本發明具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置之示意圖。

圖3 為本發明具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置較佳實施例之示意圖。

圖4 為本發明具有指向性震動緩衝裝置之顯示器模組之示意圖。

圖5 為本發明紋理數據之示意圖。

圖6 為本發明操作條件之示意圖。

圖7 為本發明顯示器模組之螢幕區隔不同操作區以及顯示區與非操作區實施例示意圖。

圖8 為本發明具有減震緩衝裝置之顯示器模組之示意圖。

圖9 為本發明具有減震緩衝裝置之顯示器模組之立體圖。

圖10 為本發明具有減震緩衝裝置之顯示器模組之爆炸圖。

圖11 為本發明具有減震緩衝裝置之顯示器模組之剖視圖。

圖12 為本發明具有減震緩衝裝置之顯示器模組之剖視圖。

本發明提供一種具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置，請參照圖1-12，包括：一資料庫單元B，供以儲存至少一紋理數據B10，舉例而言，該資料庫單元B可儲存複數紋理數據B10，較佳的，該紋理數據B10包含一壓力值及一多軸數據，包括：震動頻率、震動之震幅強度、震動波形等，使該紋理數據B10可有各種不同的形態，如推鈕形態的第一紋理數據B11、旋鈕形態的第二紋理數據B12、粗草皮地形的第二紋理數據B13或其他形態的紋理數據；一演算單元C，可透過有線或無線的方式與該資料庫單元B訊號連接，該演算單元C預存一演算法，該演算單元C內另含有具有至少一操作條件C10，以供演算法進行運算配合將前述資料庫單元B內之各該紋理數據B10轉換為一驅動訊號，較佳的，該演算單元C透過該演算法將該紋理數據之多軸數據轉換為單軸數據，並整合該單軸數據與該壓力值轉換為該驅動訊號；一電路控制單元D，具有一微控制晶片D1、一致動器驅動單元D2及一比對資料庫D3，該電路控制單元D與該演算單元C訊號連接，該電路控制單元D供以接收該驅動訊號，該致動器驅動單元D2供以驅動一致動器20震動，該比對資料庫D3預存一比對資料，該比對資料為一壓力數據與該驅動訊號之對應關係，較佳的，該電路控制單元D另具有一升壓電路；該致動器20，與該電路控制單元D控制連接，該致動器20供以提供震動之動能，該電路控制單元D藉由該驅動訊號控制該致動器20震動；一顯示裝置10，該致動器20裝設於該顯示裝置10；一壓力感測裝置G，具有一壓力感測器G1及一多軸加速裝置G2，該壓力感測裝置G裝設於該顯示裝置10下方，該壓力感測器G1供以接收使用者 接觸或按壓顯示裝置10時產生之一壓力強度數據，該多軸加速裝置G2供以接收使用者接觸或按壓顯示裝置10時產生之一位移量數據及一座標數據，該壓力強度數據為使用者按壓顯示裝置10之壓力值，該位移量數據為使用者之手指於顯示裝置10上的位移量，該座標數據為使用者手指於顯示裝置10上停留或移動之座標，定義該位移量數據、該壓力強度數據或該座標數據上述任一數據或多種數據之組合為一壓力數據，該壓力感測裝置G可透過有線或無線的方式與該電路控制單元D訊號連接，該壓力感測裝置G供以將該壓力數據傳送至該電路控制單元D； 該電路控制單元D供以接收該壓力數據，該電路控制單元D之該微控制晶片D1依據該壓力數據與該比對資料進行比對，以自該演算單元C取得與該壓力數據對應之驅動訊號，並依據該驅動訊號控制該致動器20震動，該致動器20提供不同震動頻率、不同震幅、不同波形之震波，進而讓使用者感受到不同紋理呈現之觸覺。

於較佳實施例中，請參照圖3-4，另具有一紋理提取單元A，可透過有線或無線的方式與該資料庫單元B訊號連接，該紋理提取單元A具有一多軸加速度裝置A1及一第二壓力感測器A2，該第二壓力感測器A2供以接觸待偵測之一材料，以取得該壓力值，該多軸加速度裝置A1供以取得該多軸數據，該多軸數據為各軸別的加速度值，例如X、Y、Z軸之加速值，定義該壓力值及該多軸數據為該紋理數據； 藉此，當該壓力感測裝置G取得不同之該壓力數據後，該壓力感測裝置G將該壓力數據傳送至該電路控制單元D，該電路控制單元D並依據該壓 力數據取得對應之該驅動訊號，以驅使該致動器20提供不同震動頻率、不同震幅、不同波形之震波。

本發明另提供一種具有指向性震動緩衝裝置之顯示器模組，於第一實施例中，請參照圖5所示，包括： 一顯示裝置10，具有相反之一前側面11及一後側面12，該前側面11供以顯示畫面； 一第一支撐件30，結合於該顯示裝置10之該後側面12，該第一支撐件30具有一第一固定部31； 一致動器20，裝設於該後側面12或該第一支撐件30；一第二支撐件40，具有一第二固定部41； 一緩衝裝置50，具有一第一鎖設部51及一第二鎖設部52，該第一鎖設部51與該第一固定部31結合，該第二鎖設部52該第二固定部41結合，使該緩衝裝置50固定於該第一支撐件30、該第二支撐件40之間，於本實施例中，該第一鎖設部51與該第一固定部31對齊並相互靠抵，該第二鎖設部52與該第二固定部41對齊並相互靠抵，該緩衝裝置50且具有機構支撐結構，該緩衝裝置50由彈性之材質製成，例如橡膠、金屬、高分子聚合物等，具體舉例，該緩衝裝置50可採用墊圈、金屬板簧、高分子聚合物，但不限於此。

本發明具有指向性震動緩衝裝置之顯示器模組，於第二實施例中，請參照圖8-11所示，包括： 一顯示裝置10，具有相反之一前側面11及一後側面12，該前側面11供以顯示畫面； 一第一支撐件30，具有相反之一第一側30A及一第二側30B，該第一側30A結合於該顯示裝置10之該後側面12，該第一支撐件30具有一第一固定部31，該第一固定部31位於該第二側30B，於本實施例中，該第一固定部31具有一第一對應穿孔311； 一致動器20，裝設於該後側面12或該第一支撐件30； 一第二支撐件40，具有相反之一第一結合側40A及一第二結合側40B，該第二支撐件40具有一第二固定部41；該第二固定部41位於該第一結合側40A，於本實施例中，該第二固定部41具有一第二對應穿孔411； 一緩衝裝置50，具有一第一鎖設部51及一第二鎖設部52，該第一鎖設部51與該第一固定部31結合，該第二鎖設部52與該第二固定部41結合，使該緩衝裝置50固定於該第一支撐件30、該第二支撐件40之間，於本實施例中，該第一鎖設部51具有一第一穿孔511，該第二鎖設部52具有一第二穿孔521，該第一鎖設部51與該第一固定部31對齊並相互靠抵，另具有一第一栓61，該第一栓61穿設於該第一穿孔511及該第一對應穿孔311，該第二鎖設部52與該第二固定部41對齊並相互靠抵，另具有一第二栓62，該第二栓62穿設於該第二穿孔521及該第二對應穿孔411，該緩衝裝置50為片狀體，該緩衝裝置50由具有彈性之材質製成，例如橡膠、金屬、高分子聚合物等，具體舉例，該緩衝裝置50可採用墊圈、金屬片體、高分子聚合物製成之片體，但不限於此。

於本實施例中，該第二鎖設部52之數量為複數，該第一鎖設部51之數量為一，該等第二鎖設部52位於該第一鎖設部51周圍。

較佳的，另具有一外蓋70，該第二支撐件40之該第二結合側40B鎖設結合於該外蓋70，該外蓋70與該顯示裝置10之間具有一緩衝空間S，該外蓋70與該顯示裝置10之間僅藉由該緩衝裝置50連接。

藉由前述可知，本發明主要係透過使該致動器20直接裝設於該顯示裝置10之該後側面12或該第一支撐件30進而可直接使震動傳遞至顯示裝置10的前側面11，而可有效避免震動動能分散至顯示器模組的其他機構，以大幅提升反饋效果，讓使用者可以充分感受到觸覺回饋感受。

此外，本發明另藉由使該顯示裝置10裝設於該第一支撐件30，該第二支撐件40與該第一支撐件30之間僅透過該緩衝裝置50連接，進而可透過該緩衝裝置50具有彈性的特性，達成震動、復位的效果，將顯示器模組與外部結構由指向性震動之緩衝裝置50進行阻絕，以避免震動力外溢到產品機殼。

另請參閱圖1及5-7所示，本發明的顯示裝置10表面具有一螢幕100，該螢幕100為一觸控式螢幕，並於不同的區域預先設定為不同的操作區101，並於該操作區101外設置為不動作的非操作區102，而於操作者視覺觀及處另設有一顯示區103，其中，以本圖例所示，該操作區101為三個部份，包括：形成推鈕形態的第一操作區1011、旋鈕形態的第二操作區1012以及粗草地形態的第三操作區1013，各操作區101的畫面可依該操作區101的特性繪製，而該紋理數據B10則可為推鈕形態的第一紋理數據B11、旋鈕形態的第二紋理數據B12以及粗草地形態的第三紋理數據B13，而當操作者手指壓於該第一操作區1011時，稍用力下壓並推移該第一操作區1011內的推鈕位置上下移動且有位移時，符合演算單元C中的第一操作條件C11(速度)、第二操作條件C12(壓力)及第三操作條件C13(垂直方向)時，該演算單元C即將資料庫單元B中的第一紋理數據B11 調入一併演算法演算並送出對應的訊號經電路控制單元D至顯示裝置10的致動器20產生對應的震動模式，操作者的手指即可感受到震動，如手指壓移一推鈕一般；而當手指移至非操作區102時，無任何預先預定的紋理數據B10以及操作條件C10，故無任何的動作；而當手指移至第二操作區1012時，並進行類似旋鈕的弧形繞動時，符合演算單元C中的第一操作條件C11(速度)、第二操作條件C12(壓力)以及第四操作條件C14(弧形軌跡)時，該演算單元C即將資料庫單元B中的第二紋理數據B12調入一併演算法的演算並送出對應的訊號經電路控制單元D至顯示裝置10的致動器20產生對應的震動模式，操作者的手指即可感受到震動，如手指壓移一旋鈕一般；而當手指移至第三操作區1013並按箭頭左右移動時，符合演算單元C中的第一操作條件C11(速度)、第二操作條件C12(壓力)以及第五操作條件C15時，該演算單元C即將資料庫單元B中的第三紋理數據B13調入一併演算並送出對應的訊號經電路控制單元D至顯示裝置10的致動器20產生對應的震動模式，操作者的手指即可感受到震動，如手指觸摸草地橫向移動的感覺；達到操作者可確實於不同的該操作區101進行操作動作時，可確實感受到不同的觸感反饋，而達到可在燈光昏暗或無需視覺的狀態下，直接以觸覺的模式完成相對應的操作或控制。

B:資料庫單元

C:演算單元

D:電路控制單元

G:壓力感測裝置

10:顯示裝置

20:致動器

Claims (4)

1. 一種具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置，包括：一資料庫單元，供以儲存至少一紋理數據；一演算單元，與該資料庫單元訊號連接，該演算單元預存一演算法，該演算單元內建有複數操作條件，供以配合該資料庫單元之該紋理數據，該演算單元透過該演算法將該紋理數據轉換為一驅動訊號；一電路控制單元，具有一微控制晶片、一致動器驅動單元及一比對資料庫，該電路控制單元與該演算單元訊號連接，該電路控制單元供以接收該驅動訊號，該比對資料庫預存一比對資料，該比對資料為一壓力數據與該驅動訊號之對應關係；一致動器，與該電路控制單元控制連接，該致動器驅動單元供以依據該驅動訊號驅動該致動器震動，該致動器供以提供震動之動能；一顯示裝置，該致動器裝設於該顯示裝置，該顯示裝置具有一螢幕，該螢幕上設有至少一操作區，各該操作區對應各該紋理數據以及各該操作條件；一壓力感測裝置，裝設於該顯示裝置，該壓力感測裝置供以接收使用者接觸或按壓該顯示裝置之一壓力數據，該壓力感測裝置與該電路控制單元訊號連接，該壓力感測裝置供以將該壓力數據傳送至該電路控制單元；以及該電路控制單元供於一操作者以其手指於該操作區內以符合該操作區的該操作條件進行操作同時接收該壓力數據，該電路控制單元之該微控制晶片依據該壓力數據與該比對資料進行比對，以透過該演算單元經資料庫單元的對應該紋理數據以演算法取得對應之驅動訊號，並依據該驅動訊號控制該致動器震動。
2. 如請求項1所述之具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置，其中，該紋理數據包含一壓力值及一多軸數據，該演算單元透過該演算法將該紋理數據之多軸數據轉換為單軸數據，並整合該單軸數據與該壓力值以得出該驅動訊號。
3. 如請求項1所述之具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置，其中，該壓力感測裝置具有一壓力感測器及一多軸加速裝置，該壓力感測器供以接收使用者接觸或按壓該顯示裝置時產生之一壓力強度數據，該多軸加速裝置供以接收使用者接觸或按壓該顯示裝置時產生之一位移量數據及一座標數據，定義該位移量數據、該壓力強度數據或該座標數據上述任一數據或多種數據之組合為該壓力數據。
4. 如請求項3所述之具有表面觸覺回饋系統之顯示裝置，其中，該壓力強度數據為使用者按壓該顯示裝置之壓力值，該位移量數據為使用者之手指於該顯示裝置上的位移量，該座標數據為使用者手指於該顯示裝置上停留或移動之座標。