CN109885175A - 触觉反馈装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触觉反馈装置、系统及方法，涉及触觉反馈技术领域，主要目的是通过多个触觉反馈单元，将触摸位置对应的触觉信号在触摸位置处单独反馈，避免全屏进行触觉信号反馈导致功耗大的问题，且可以实现针对多个触摸位置分别进行触觉再现。本发明的主要技术方案为：一种触觉反馈装置，包括：触摸显示屏，用于显示图像和获取触摸位置；触觉反馈组件，包括多个均匀分布于触摸显示屏上不同位置处的相互独立的触觉反馈单元，用于将触摸位置处图像信息相对应的触觉信号反馈于触摸位置。本发明主要用于显示和触觉反馈。

Description

触觉反馈装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及触觉反馈技术领域，尤其涉及一种触觉反馈装置、系统及方法。

背景技术

随着科技的发展和生活水平的提高，各种触控显示屏层出不穷，其中，具有触觉体验的触控显示屏的出现，满足了用户在通过触控显示屏进行操作的同时，还能有针对显示对象的触觉体验，使得用户对显示对象有全方位的体验。

然而，现有的具有触觉体验的触控显示屏，通常设置铺设于显示屏表面且独立于显示屏的一体化触感产生装置，在用户触摸显示屏某一位置时，将该位置对应触感信号反馈于整个触感产生装置，无法单独对触摸位置进行触觉再现，导致触感产生装置功耗较大，且无法同时对两个触摸位置单独进行触觉再现。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种触觉反馈装置、系统及方法，主要目的是通过设置铺设于触摸感应组件上的多个触觉反馈单元，将触摸位置对应的触觉信号在触摸位置处单独反馈，避免全屏进行触觉信号反馈导致功耗大的问题，且可以实现针对多个触摸位置分别进行触觉再现。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种触觉反馈装置，包括：

触摸显示屏，用于显示图像和获取触摸位置；

触觉反馈组件，包括多个均匀分布于触摸显示屏上不同位置处的相互独立的触觉反馈单元，用于将触摸位置处图像信息相对应的触觉信号反馈于触摸位置。

可选的，任一触觉反馈单元通过产生磁力反馈触觉信号。

可选的，触摸显示屏包括层叠设置的显示屏本体和触摸感应组件，显示屏本体用于显示图像，触摸感应组件用于获取触摸位置，任一触觉反馈单元为与触摸感应组件电连接的磁力发生线圈。

可选的，触摸感应组件为电容式触摸感应组件，包括第一电导层；

多个触觉反馈单元设置于第一电导层相对于显示屏本体一侧，且与第一电导层电连接。

可选的，触摸感应组件为电阻式触摸感应组件，包括依次层叠于显示屏本体上的第二电导层和第三电导层；

多个触觉反馈单元设置于第二电导层相对于显示屏本体一侧或者第三电导层相背于显示屏本体一侧，且与第二电导层和第三电导层电连接。

可选的，磁力发生线圈为蛇形盘绕或圆形盘绕的透明导电材料。

另一方面，本发明实施例还提供了一种触觉反馈系统，该系统包括：

如上述任一项的触觉反馈装置；

以及，处理单元、触摸屏控制单元以及触觉反馈驱动单元，触摸屏控制单元连接于触摸显示屏，触觉反馈驱动单元连接于多个触觉反馈单元，处理单元连接于触摸屏控制单元和触觉反馈驱动单元；

其中，处理单元用于通过触摸屏控制单元向显示屏本体发送图像信息以及接收触摸位置；根据图像信息和触摸位置生成触觉信号；通过触觉反馈驱动单元将触觉信号发送给触摸位置对应的触觉反馈单元。

可选的，触觉反馈驱动单元包括模数转换器和放大器，模数转换器一端连接于处理单元，模数转换器一端连接于放大器一端，放大器另一端连接于多个触觉反馈单元。

可选的，还包括：切换单元，触摸屏控制单元通过切换单元连接于触摸显示屏，触觉反馈驱动单元通过切换单元连接于多个触觉反馈单元，处理单元还连接于切换单元；

处理单元还用于通过切换单元，在显示和获取触摸位置阶段，控制触摸屏控制单元与触摸显示屏连通，在触觉反馈阶段，控制触觉反馈驱动单元与多个触觉反馈单元连通。

再一方面，本发明实施例还提供了一种触觉反馈方法，用于上述任一项的触觉反馈系统，该方法包括：

向显示屏本体发送图像信息并接收触摸位置；

根据图像信息和触摸位置生成触觉信号，将触觉信号发送给与触摸位置对应的触觉反馈单元。

本发明实施例提出的一种触觉反馈装置、系统及方法，通过设置铺设于触摸感应组件上的多个触觉反馈单元，将触摸位置对应的触觉信号在触摸位置处单独反馈，避免全屏进行触觉信号反馈导致功耗大的问题，且可以实现针对多个触摸位置分别进行触觉再现。而现有技术中，具有触觉体验的触控显示屏，通常设置铺设于显示屏表面且独立于显示屏的一体化的触感产生装置，在用户触摸显示屏某一位置时，将该位置对应触感信号反馈于整个触感产生装置，无法单独对触摸位置进行触觉再现，导致触感产生装置功耗较大，且无法同时对两个触摸位置单独进行触觉再现。与现有技术相比，本申请文件中，通过在触摸感应组件上设置多个均匀分布于触摸感应组件上不同位置处的相互独立的触觉反馈单元，在获取到用户触摸显示屏的位置后，将触摸位置处图像信息相对应的触觉信号发送给触摸位置对应的触觉反馈单元，仅该触觉反馈单元进行触觉信号反馈，而其他反馈单元不工作，进而实现在触摸位置处单独进行触觉反馈，避免整屏反馈导致的功耗大的问题，且可以通过分别向不同位置触觉反馈单元发送不同触觉信号，实现不同触觉的同时反馈。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种触觉反馈装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种触摸显示屏的显示示意图；

图3为本发明实施例提供的一种用于触觉反馈装置的电容笔的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种用于触觉反馈装置的手套的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种触摸显示屏的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种触摸显示屏的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种触觉反馈单元的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种触觉反馈单元的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的再一种触觉反馈单元的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种触觉反馈系统的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种触觉反馈驱动单元的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一种触觉反馈方法的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种触觉反馈方法的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的触觉反馈装置、系统及方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1、图2所示，一方面，本发明实施例提供了一种触觉反馈装置1，该触觉反馈装置1包括：

触摸显示屏2，用于显示图像和获取触摸位置；

触觉反馈组件3，包括多个均匀分布于触摸显示屏2上不同位置处的相互独立的触觉反馈单元31，用于将触摸位置处图像信息相对应的触觉信号反馈于触摸位置。

其中，触摸显示屏2用于显示预设图像，图像可以是静态图像，也可以是动态变化的图像，以下以如图2所示的开关按钮为例，触摸显示屏2显示画面中包括墙壁4和位于画面中间固定于墙壁的开关按钮5，实际的开关按钮在按压时，会产生向上的反作用力，触觉反馈装置1可以模拟这种触觉感知，在用户按压屏幕上与开关按钮5对应的位置处，触觉反馈组件3将触觉信号在画面上开关按钮5的位置处反馈，使手指感受到反馈力，进而模拟这种实际开关按钮的反作用力，实现触觉反馈。具体的，如图1所示，触摸显示屏2由虚线分割为多个区域，每一个区域中设置一个触觉反馈单元31，图中为简洁仅画出部分触觉反馈单元31。通过设置多个均匀分布于触摸显示屏2上不同位置处的相互独立的触觉反馈单元31，在按压屏幕上的开关按钮5时，在屏幕上开关按钮5位置处对应的触觉反馈单元31工作，将开关按钮5的反作用力在该触摸位置处反馈，实现在触摸位置处进行单独的触摸反馈。同时，用户也可以触摸画面中的墙壁4，实际的墙壁没有明显的反作用力，但是有一定粗糙度，触觉反馈装置1也可以对粗糙度进行模拟，在用户连续触摸画面中的墙壁4时，实时获取触摸位置，分析用户手指滑动方向，在触摸位置对应的触觉反馈单元31中产生相背于手指滑动方向的作用力，以实现墙壁4阻力的模拟。在手指同时按压图像中开关按钮5和触摸墙壁4时，开关按钮5和墙壁4对应位置的触觉反馈单元31可以分别工作，以产生相应触觉反馈，实现同一画面中触觉反馈的多样化。触觉反馈单元31的实现形式可以为多种，旨在为触摸位置产生单独的触摸反馈，具体形式将在后文进行详细说明。

本发明实施例提出的一种触觉反馈装置，通过设置铺设于触摸感应组件上的多个触觉反馈单元，将触摸位置对应的触觉信号在触摸位置处单独反馈，避免全屏进行触觉信号反馈导致功耗大的问题，且可以实现针对多个触摸位置分别进行触觉再现。而现有技术中，具有触觉体验的触控显示屏，通常设置铺设于显示屏表面且独立于显示屏的一体化的触感产生装置，在用户触摸显示屏某一位置时，将该位置对应触感信号反馈于整个触感产生装置，无法单独对触摸位置进行触觉再现，导致触感产生装置功耗较大，且无法同时对两个触摸位置单独进行触觉再现。与现有技术相比，本申请文件中，通过在触摸感应组件上设置多个均匀分布于触摸感应组件上不同位置处的相互独立的触觉反馈单元，在获取到用户触摸显示屏的位置后，将触摸位置处图像信息相对应的触觉信号发送给触摸位置对应的触觉反馈单元，仅该触觉反馈单元进行触觉信号反馈，而其他反馈单元不工作，进而实现在触摸位置处单独进行触觉反馈，避免整屏反馈导致的功耗大的问题，且可以通过分别向不同位置触觉反馈单元发送不同触觉信号，实现不同触觉的同时反馈。

触觉反馈单元31的形式可以是多种，此处以触觉反馈单元31通过产生磁力反馈触觉信号为例。任一触觉反馈单元31可通电产生磁力，磁力的大小和方向可调，用户持如图3所示电容笔或带有如图4所示的具有感应磁铁6的手套，以电容笔为例，电容笔的笔头带有感应磁铁6，用户可通过手持电容笔点击屏幕上的开关按钮5，开关按钮5位置对应的触觉反馈单元31根据触觉信号产生预设大小和方向的磁力，电容笔的感应磁铁6与磁力相互作用，产生反作用力，使得持笔用户得到触觉反馈。带有手套的触觉反馈过程与上述电容笔类似，具有感应磁铁6的手套进一步还可以是专门为残疾人准备的触感手套，手套中的磁铁6连接部义肢上的感应组件，手臂部分感受磁力反馈，实现残疾人触觉再现。磁力反馈的方式，与电力反馈相比，安全性更佳，且相邻触觉反馈单元31磁场可以相互叠加，在触觉反馈单元31数量一定的前提下，保证触觉反馈的密集性和精准性。

具体的，如图1、图5、图6所示，触摸显示屏2包括层叠设置的显示屏本体21和触摸感应组件，显示屏本体21用于显示图像，触摸感应组件用于获取触摸位置，任一触觉反馈单元31为与触摸感应组件电连接的磁力发生线圈。触摸感应组件包括导电层，具体的，如图5所示，触摸感应组件为电容式触摸感应组件，包括第一电导层221，多个触觉反馈单元31设置于第一电导层221相对于显示屏本体21一侧，且与第一电导层221电连接。第一电导层221具体为基板表面涂有透明电导层ITO，包括多个横纵相交的COM电极，COM电极为如图1所示的横向电极TX₁至TX_m，以及纵向电极RX₁至RX_n，电压连接到四角，微小直流电散部在透明电导层ITO，形成均匀之电场，用手触摸显示屏时，人体作为耦合电容一极，电流从屏四角汇集形成耦合电容另一极，通过控制器计算电流传到碰触位置的相对距离得到触摸的坐标。为保证耦合电容的有效性，在第一电导层221相背显示屏本体21的一侧具有电场屏蔽，将多个触觉反馈单元31设置于第一电导层221相对于显示屏本体21一侧，保证其供电。任一触觉反馈单元31为磁力发生线圈，磁力发生线圈通电产生磁力反馈，将磁力发生线圈与触摸感应组件22电连接，具体的磁力发生线圈两端可分别连接于第一电导层221中横向电极TX₁至TX_m中的一个以及纵向电极RX₁至RX_n上中的一个上，使得具有触摸反馈的显示屏除增加了触觉反馈单元31外，没有增加新的供电基板，大大减小了触摸反馈组件3的加入对显示屏结构的影响，保证显示屏的轻薄化，避免结构过于复杂产生短路的风险。上述连接方式使得横向电极TX₁至TX_m以及纵向电极RX₁至RX_n除肩负获取触摸位置，还要反馈触感信息，可采取分时控制的方式，在一帧画面显示时间段内，分成显示阶段、获取触摸位置阶段和触觉反馈阶段，在显示和获取触摸位置阶段，横向电极TX₁至TX_m以及纵向电极RX₁至RX_n用于感知触摸位置，在触觉反馈阶段，横向电极TX₁至TX_m以及纵向电极RX₁至RX_n用于向触觉反馈单元31传送触觉信号。

触摸感应组件除了可以是电容式触摸感应组件以外，还可以是电阻式触摸感应组件，如图6所示，包括依次层叠于显示屏本体上21的第二电导层222和第三电导层223，即触摸感应组件包括两层透明电导层ITO，第二电导层222和第三电导层223分别对应X，Y轴，之间用细微透明绝缘颗粒绝缘，当触摸时产生的压力使两导电层接通，由于电阻值的变化而得到触摸的X，Y坐标。具体的，第二电导层222上设置有横向电极TX₁至TX_m，第三电导层223上设置有纵向电极RX₁至RX_n，多个触觉反馈单元31设置于第二电导层222相对于显示屏本体21一侧(如图6)或者第三电导层223相背于显示屏本体21一侧，且与第二电导层222和第三电导层电连接223。电阻式触摸感应组件中电导层与触觉反馈单元31的连接及优点与电容式触摸感应组件类似，此处不再赘述。

磁力发生线圈可以为多种形状，旨在集中产生磁场，如图7所示，磁力发生线圈采用ITO(氧化铟，弱导电体，特性是当厚度降到1800个埃以下时会变透明)，多个ITO小导电点相连接且圆形盘绕，磁力发生线圈也可以是如图8所示，一整块圆形盘绕状的ITO电极，或如图9所示，磁力发生线圈为多个ITO小导电点相连接且蛇形盘绕，当然，磁力发生线圈还可以有其他多种设置方式。磁力发生线圈通过电流时，在线圈周围的空间将产生圆形磁场，磁力发生线圈中流过的电流越大，产生的磁场越强。磁场成圆形，围绕磁力发生线圈周围。改变磁力发生线圈中电流方向，即可改变其周围磁感线方向，结合磁铁相互作用，达到产生不同触感的效果。

以上为触觉反馈装置1的硬件结构，触觉反馈装置1的运转需要相应的控制部分，因此，另一方面，如图10所述，本发明实施例还提供了一种触觉反馈系统，该系统包括：

如上述任一项的触觉反馈装置1；

以及，处理单元、触摸屏控制单元以及触觉反馈驱动单元，触摸屏控制单元连接于显示屏本体21和触摸感应组件，触觉反馈驱动单元连接于多个触觉反馈单元31，处理单元连接于触摸屏控制单元和触觉反馈驱动单元；

其中，处理单元用于通过触摸屏控制单元向显示屏本体发送图像信息以及接收触摸位置；根据图像信息和触摸位置生成触觉信号；通过触觉反馈驱动单元将触觉信号发送给触摸位置对应的任一触觉反馈单元。

触摸屏控制单元具体连接于触摸感应组件的导电层的横向电极TX₁至TX_m以及纵向电极RX₁至RX_n上。在一帧画面的时间内，处理单元将时间分为三个阶段，在第一阶段，处理单元将存储的预设图像发送给触摸屏控制单元，触摸屏控制单元将图像发送给显示屏本体21进行显示；在第二阶段，触摸屏控制单元停止画面传送，改为接受横向电极TX₁至TX_m以及纵向电极RX₁至RX_n发送的电信号，进而确定触摸位置，将触摸位置发送给处理单元，处理单元整合这一帧图像在触摸位置处对应的触觉信号；在第三阶段，触摸屏控制单元停止接收触摸电信号，处理单元将触觉信号发送给触觉反馈驱动单元，触觉反馈驱动单元将处理后的触觉信号发送给与位置对应的一个或多个触觉反馈单元31，至此一帧控制过程结束，下一帧画面循环上述过程。由于触觉反馈单元31与横向电极TX₁至TX_m以及纵向电极RX₁至RX_n连接，因此，触觉反馈驱动单元连接于横向电极TX₁至TX_m以及纵向电极RX₁至RX_n。

触觉反馈驱动单元用于信号转换和放大，如图11所示，为与横向电极TX₁至TX_m相连接的触觉反馈驱动单元具体组成，包括模数转换器和放大器7，模数转换器一端连接于处理单元，模数转换器另一端连接于放大器7一端，放大器7另一端连接于多个触觉反馈单元。处理单元发来的触觉信号由离散的模拟量转化为数字量，经放大后传送给横向电极TX₁至TX_m，进而驱动磁力发生线圈产生不同大小和方向的磁场。

进一步的，如图10所示，由于触摸屏控制单元和触觉反馈驱动单元均连接于横向电极TX₁至TX_m以及纵向电极RX₁至RX_n，为保证控制的准确性，设置切换单元8，触摸屏控制单元通过切换单元8连接于显示屏本体21和触摸感应组件，触觉反馈驱动单元通过切换单元8连接于多个触觉反馈单元31，处理单元还连接于切换单元8。具体的，切换单元8包括两个子切换单元8，任一子切换单元8一端连接横向电极TX₁至TX_m或纵向电极RX₁至RX_n，另一端设置有切换开关81，切换开关81，处理单元连接于切换开关81，在显示和获取触摸位置阶段，将切换开关81调整到控制触摸屏控制单元与显示屏本体以及横向电极TX₁至TX_m或纵向电极RX₁至RX_n连接，在触觉反馈阶段，将切换开关81调整到触觉反馈驱动单元与横向电极TX₁至TX_m或纵向电极RX₁至RX_n连接。实现在在触觉反馈阶段，没有触摸信号进入处理单元，保证数据处理效率和准确性。

再一方面，如图12所示，本发明实施例还提供了一种触觉反馈方法，用于上述任一项的触觉反馈系统，该方法包括：

S1，向显示屏本体发送图像信息并接收触摸位置；

S2，根据图像信息和触摸位置生成触觉信号，将触觉信号发送给与触摸位置对应的任一触觉反馈单元。

如图13所示，本发明实施例还提供了另一种触觉反馈方法，该方法包括：

S11，控制触摸屏控制单元与显示屏本体以及触摸感应组件连接；

S12，向显示屏本体发送图像信息；

S13，停止发送图像信息，接收触摸位置；

S21，控制触觉反馈驱动单元与触觉反馈组件连接；

S22，根据图像信息和触摸位置生成触觉信号；

S21，将触觉信号发送给与触摸位置对应的触觉反馈单元。

上述控制方法有与触觉反馈装置和系统同样的技术效果，此处不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种触觉反馈装置，其特征在于，包括：

触摸显示屏，所述触摸显示屏用于显示图像和获取触摸位置；

触觉反馈组件，包括多个均匀分布于所述触摸显示屏上不同位置处的相互独立的触觉反馈单元，用于将所述触摸位置处图像信息相对应的触觉信号反馈于所述触摸位置。

2.根据权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，

任一所述触觉反馈单元通过产生磁力反馈所述触觉信号。

3.根据权利要求2所述的触觉反馈装置，其特征在于，

所述触摸显示屏包括层叠设置的显示屏本体和触摸感应组件，所述显示屏本体用于显示所述图像，所述触摸感应组件用于获取所述触摸位置，任一所述触觉反馈单元为与所述触摸感应组件电连接的磁力发生线圈。

4.根据权利要求3所述的触觉反馈装置，其特征在于，

所述触摸感应组件为电容式触摸感应组件，包括第一电导层；

多个所述触觉反馈单元设置于所述第一电导层相对于所述显示屏本体一侧，且与所述第一电导层电连接。

5.根据权利要求3所述的触觉反馈装置，其特征在于，

所述触摸感应组件为电阻式触摸感应组件，包括依次层叠于所述显示屏本体上的第二电导层和第三电导层；

多个所述触觉反馈单元设置于所述第二电导层相对于所述显示屏本体一侧或者所述第三电导层相背于所述显示屏本体一侧，且与所述第二电导层和所述第三电导层电连接。

6.根据权利要求3所述的触觉反馈装置，其特征在于，

所述磁力发生线圈为蛇形盘绕或圆形盘绕的透明导电材料。

7.一种触觉反馈系统，其特征在于，包括：

如上述权利要求1至6中任一项所述的触觉反馈装置；

以及，处理单元、触摸屏控制单元以及触觉反馈驱动单元，所述触摸屏控制单元连接于所述触摸显示屏，所述触觉反馈驱动单元连接于多个所述触觉反馈单元，所述处理单元连接于所述触摸屏控制单元和所述触觉反馈驱动单元；

其中，所述处理单元用于通过所述触摸屏控制单元向所述触摸显示屏发送图像信息以及接收所述触摸位置；根据所述图像信息和所述触摸位置生成所述触觉信号；通过所述触觉反馈驱动单元将所述触觉信号发送给与所述触摸位置对应的所述触觉反馈单元。

8.根据权利要求7所述的触觉反馈系统，其特征在于，

所述触觉反馈驱动单元包括模数转换器和放大器，所述模数转换器一端连接于所述处理单元，所述模数转换器另一端连接于所述放大器一端，所述放大器另一端连接于多个所述触觉反馈单元。

9.根据权利要求7所述的触觉反馈系统，其特征在于，还包括：

切换单元，所述触摸屏控制单元通过所述切换单元连接于所述触摸显示屏，所述触觉反馈驱动单元通过所述切换单元连接于多个所述触觉反馈单元，所述处理单元还连接于所述切换单元；

所述处理单元还用于通过所述切换单元，在显示和获取触摸位置阶段，控制所述触摸屏控制单元与所述触摸显示屏连通，在触觉反馈阶段，控制所述触觉反馈驱动单元与多个所述触觉反馈单元连通。

10.一种触觉反馈方法，用于如权利要求7至9中任一项所述的触觉反馈系统，其特征在于，包括：

向所述触摸显示屏发送图像信息并接收所述触摸位置；

根据所述图像信息和所述触摸位置生成所述触觉信号，将所述触觉信号发送给与所述触摸位置对应的所述触觉反馈单元。