TWI441447B - 觸覺回饋模組 - Google Patents

Description

觸覺回饋模組

  本發明係有關一種致動器，特別是關於一種螢幕觸覺回饋模組。

  致動器（actuator）為一種能量轉換元件，例如將電能轉換為機械能，再進一步產生聲波或觸覺回饋（haptic feedback）。致動器可以智能材料（smart material）來設計實現，常見之智能材料如壓電材料（piezoelectric material）、電活性聚合物（Electro-Active Polymer, EAP）、形狀記憶合金（Shape Memory Alloy, SMA）、磁致伸縮材料（Magnetostrictive Material）、電致伸縮材料（Electrostrictive Material）等等。

  傳統觸覺回饋模組的致動器一般係設置於振板（例如觸控螢幕）的下表面。當致動器受到驅動時，該致動器可將電能轉換為機械能，使機械能作動該觸控螢幕產生振動，由振動產生觸覺回饋。然而，傳統觸覺回饋模組僅能產生垂直於振板的單向振動，因此無法擴大觸覺回饋模組的應用層面。

  因此，亟需提出一種新穎的觸覺回饋模組，用以改善上述缺點。

  有鑑於上述發明背景中，傳統觸覺回饋模組的缺點與限制，本發明實施例的目的之一在於提出一種多方向的觸覺回饋模組，使得振板可產生橫向、縱向、斜向、旋轉或垂直向的偏移或振動之觸覺回饋，因而可擴大觸覺回饋的應用多元性。

  根據本發明實施例之一，觸覺回饋模組包含一振板，及至少一第一致動器，設置於振板的週緣之一橫向側面。根據本發明另一實施例，觸覺回饋模組更包含至少一第二致動器，設置於振板的週緣之一縱向側面。根據本發明又一實施例，觸覺回饋模組更包含至少一第三致動器，設置於振板的底面。

  第一圖顯示本發明第一實施例之包含觸覺回饋（haptic feedback）模組的行動電子裝置100之組件分解圖，圖中僅繪出與觸覺回饋模組相關之組件，而電子裝置100可以是行動電話（mobile phone）、智慧型手機（smart phone）、個人數位助理（personal digital assistant; PDA）、平板電腦（tablet；slate）、電子書（E-Reader）、數位相框（digital photo frame）或數位相機（digital camera）、多媒體裝置等。在本實施例中，由上而下依序包含上板件11、振板12、第一致動器13、托架14、框架15及下殼體16。其中，上板件11可以是保護玻璃(cover lens)、完整之觸控感應模組或防刮層，常見之觸控感應模組包含電阻式（resistive type）、投射電容式（projected capacitive type）、紅外線（infrared）、表面聲波式（surface acoustic wave；SAW）、表面電容式（surface capacitive type）等。以高階智慧型手機或平板電腦而言，為求觸控操作之流暢性及支援多點觸控，該類之行動電子裝置常使用投射電容式觸控技術。以往投射電容式觸控之解決方案為DITO（Double-sided ITO），然因其結構較為複雜且成本昂貴，近期有愈來愈多廠商投入開發One-Glass solution，亦即直接在保護玻璃的背面形成電容感應陣列。在本發明中，上板件11和振板12係黏結在一起，因此當第一致動器13推動振板12時，振板12的振動能傳遞至上板件11而讓操作者感受到觸覺回饋。為使得行動電子裝置100也能產生側面的觸覺回饋效果，至少一第一致動器13直接或間接設置於振板12的週緣之任何一側面，如第二A圖所例示。換句話說，第一致動器13可實體接觸於振板12的側面，或者鄰近於振板12的側面。第二B圖例示二第一致動器13分別設置於振板12的週緣之二對側。藉此，當進行電子裝置100操作時，第一致動器13受驅動，將電能轉換為機械能，該機械能對振板12施以橫向（如圖示的方向X）作用力，使得振板12產生橫向偏移或振動之觸覺回饋，例如使用電子裝置進行遊戲時，隨著遊戲畫面或聲音，觸覺回饋模組便提供相對應之觸覺回饋等。若欲在某側面方向(如圖示的方向X或方向Y)上增加觸覺回饋之力道，可於垂直於該側面方向之振板12的ㄧ側面或兩側面，設置複數個第一致動器13。第一致動器13與振板12的連結關係可為抵觸、黏貼、嵌設、鑲固、螺固或一體成型，但不限定於此。

  於本實施例中，還選擇性使用托架14，用以承托振板12，使得第一致動器13被夾持於托架14與振板12之間。托架14主要包含底部14A，以及自底部14A垂直延伸的側定位件14B。其中側定位件14B的長度可視第一致動器13的數目而定，其亦可呈多區塊不連續狀，只要可以固定第一致動器13即可。且拖架14之兩側定位件14B的結構不必然完全相同，可視第一致動器13之佈設或電子裝置100之內部結構優化而定。第三A圖顯示觸覺回饋模組的組合剖面圖，第三B圖顯示其透視圖。第一致動器13與托架14的連結關係可為抵觸、黏貼、嵌設、鑲固、螺固或一體成型，但不限定於此。

  於本實施例中，振板12可為液晶顯示模組、電子紙或其他顯示介面。第一致動器13的材質可為壓電（piezoelectric）材料（例如鋯鈦酸鉛（lead zirconate titanate，PZT））、電活性聚合物（electroactive polymer，EAP）、形狀記憶合金（shape memory alloy, SMA）、磁性收縮材料（magnetostrictive material）、音圈馬達(voice coil motor)或線性共振致動器(linear resonance actuator，LRA)，但不限定於此。

  本實施例的第一致動器13之數目及其相對位置可視實際應用與電子裝置100之內部結構優化而定，如第四圖所示第一致動器13與托架14的組合透視圖，於振板12（未顯示於圖示中）的二側面分別設置了二第一致動器13。

  第五A圖顯示本發明第二實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖（未顯示出上板件11、框架15及下殼體16），第五B圖顯示其組合透視圖。在本實施例中，除了於振板12的週緣之橫向（例如方向X）側面設置有第一致動器13外，更於振板12的週緣之縱向（例如方向Y）側面直接或間接設置有至少一第二致動器17。藉此，當第二致動器17受驅動時，將電能轉換為機械能，該機械能對振板12施以縱向（如圖示的方向Y）作用力，使得振板12產生縱向偏移或振動之觸覺回饋。第二致動器17的材質、第二致動器17與振板12的連結關係、第二致動器17與托架14的連結關係同於第一實施例，因此不予贅述。本說明書所稱的橫向與縱向係指平行於振板12的方向。

  本實施例的第二致動器17數目可視實際應用作調整，如第六A圖所示之觸覺回饋模組的組成分解圖，於振板12的二縱向側面分別設置了二第二致動器17。第六B圖顯示另一種觸覺回饋模組的組合透視圖，於振板12（未顯示於圖式中）的二縱向側面分別設置了一第二致動器17。於本實施例中，視所需之觸覺回饋力道大小，可選擇於縱向或橫向的單邊或雙邊設置第一致動器13及第二致動器17。拖架14的結構外型視第一致動器13及第二致動器17的數目、大小、相對位置或電子裝置之內部結構優化而定，並不限於第六A圖或第六B圖之形狀。由以上之實施例說明得知，藉由組合第一致動器13及第二致動器17之驅動，我們可以得到和振板12之平面平行的兩個自由度觸覺回饋。

  第七A圖顯示本發明第三實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖（未顯示出上板件11、框架15及下殼體16），第七B圖顯示其組合透視圖（未顯示振板12）。在本實施例中，除了於振板12的週緣之側面（例如橫向側面）設置有第一致動器13外，更於振板12的底面直接或間接設置有至少一第三致動器18。藉此，當第三致動器18受驅動時，將電能轉換為機械能，該機械能對振板12施以垂直向（如圖示的方向Z，其正交於方向X與方向Y）作用力，使得振板12產生垂直向偏移或振動之觸覺回饋。第三致動器18的材質、第三致動器18與振板12的連結關係、第三致動器18與托架14的連結關係同於第一實施例，因此不予贅述。本說明書所稱的垂直向係指垂直於振板12的方向。藉由組合第一致動器13及第三致動器18之驅動，我們可以得到和振板12之平面一邊平行及與該平面垂直的兩個自由度觸覺回饋。

  本實施例的第三致動器18數目可視實際應用作調整，如第八A圖所示之觸覺回饋模組的組合透視圖，於振板12的底面共設置了四第三致動器18。第八B圖顯示另一種觸覺回饋模組的組合透視圖，其第三致動器18設置於托架14的底面（例如托架14的底面中心處）。

  於前述實施例（第七A/B圖與第八A圖）所示的觸覺回饋模組中，第三致動器18係穿過托架14的開孔而固定設置於托架14；然而，也可採用其他方式。第八C圖顯示另一種觸覺回饋模組的組合透視圖，其中第三致動器18係嵌設於托架14的溝槽內。第八D圖顯示又一種觸覺回饋模組的組合透視圖，其中第三致動器18係藉由托架14的夾持部14C而鑲固於托架14上。上述雖例示說明第八C圖所揭露之托架14溝槽，以及第八D圖所揭露之托架14支持部14C如何嵌設或鑲固第三致動器18，然而，這些機構也可適用於第一致動器13或第二致動器17的固定。

  第八E圖顯示再一種觸覺回饋模組的組合透視圖，其中第一致動器13與第二致動器17係嵌設於托架14的溝槽內。上述雖例示說明第八E圖所揭露之托架14溝槽如何嵌設第一致動器13與第二致動器17，然而，這些機構也可適用於第三致動器18的固定。

  於本實施例中，藉由組合第一致動器13、第二致動器17、及第三致動器18之驅動，我們可以得到三個自由度之觸覺回饋模組。

  第九圖顯示本發明第四實施例之包含觸覺回饋模組的行動電子裝置100之組件分解圖。與前述實施例不同的地方在於，本實施例的振板14容置於框架15內，而非承托於托架14上。在本實施例中，框架15具有一開口。詳而言之，框架15包含有外框15A，以及自外框15A底部向內延伸的延伸部15B，用以承載振板14以及第一/第二致動器13/17。換句話說，延伸部15B之間具有一開口。第一/第二致動器13/17與框架15的連結關係可為抵觸、黏貼、嵌設、鑲固、螺固或一體成型，但不限定於此。

  如第十A圖所示框架15的局部上透視圖及第十B圖所示的下透視圖，本實施例的框架15還可包含托槽15C，設於框架15的延伸部15B，用以嵌設第三致動器18。此外，於該托槽15C上還可包含一頂抵件15D，除了用以固定第三致動器18，還可提供一振動空間。若欲增加觸覺回饋之力道，亦可於第三致動器18的左右兩端設置慣性質量塊（inertial mass）。

  第十一圖顯示本發明第五實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖。與第四實施例（第九圖）不同的地方在於，本實施例的框架15為閉合的，不具有開口。換句話說，本實施例之框架15的延伸部15B不具有開口。

  如第十二A圖所示框架15的局部上透視圖及第十二B圖所示的下透視圖，本實施例的框架15還可包含托槽15C，設於框架15的延伸部15B，用以嵌設第三致動器18。此外，於該托槽15C上還可包含一頂抵件15D，除了用以固定第三致動器18，還可提供一振動空間。

  對於第四實施例（第十A/B圖）或第五實施例（第十二A/B圖）的第三致動器18，還可選擇性的於第三致動器18的下表面額外設置慣性質量塊19，用以加強振動效能，如第十三圖所示的下透視圖。

  第十四圖顯示本發明第六實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖，其為第一實施例的變化型。在本實施例中，於振板12的週緣之橫向（例如方向Y）之一側面的一端設有第一致動器13，另端設有彈性阻尼器20，且於橫向另一側面之一端設有第一致動器13，另端設有彈性阻尼器20，並使一側面的第一致動器13相對於另一側面的彈性阻尼器20，且每ㄧ個第一致動器13靠近振板12的角落。上述彈性阻尼器20除了可以彈性固持振板12，還可提供振板12彈性振動區間。彈性阻尼器20的材質可為含矽化合物，例如矽膠或矽橡膠，但不以此為限。當驅動該二個第一致動器13時，會分別產生正X軸向及負X軸向的振動慣性力(如箭頭或F所示)，分別使得振板12兩側之彈性阻尼器20受壓，讓振板12兩側分別產生正X軸向及負X軸向的位移，因此，使振板12產生其繞Z軸向旋轉位移。

  第十五圖顯示本發明第七實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖，其為第二實施例的變化型。在本實施例中，於振板12的週緣之一橫向側面的一端設有第一致動器13，且於縱向側面的相鄰一端設有第二致動器17。此外，與上述第一致動器13、第二致動器17相對的橫向及縱向側面的二相鄰端分別設有彈性阻尼器20。上述彈性阻尼器20除了可以彈性固持振板12，還可提供振板12彈性振動區間。當驅動該第一致動器13、第二致動器17時，會分別產生負X軸向及正Y軸向的振動慣性力給振板12，使彈性阻尼器20受壓，此二振動慣性力會形成一合力(如箭頭或ΣF所示)，其指向該二彈性阻尼器20，使振板12產生斜向的位移。

  上述關於彈性阻尼器20的配置，係以第六實施例及第七實施例來分別例示如何將彈性阻尼器20使用於第一實施例及第二實施例的觸覺回饋模組中。然而，彈性阻尼器20也可配置於其他實施例，亦即第三實施例至第五實施例的觸覺回饋模組。

  以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

11．．．上板件

12．．．振板

13．．．第一致動器

14．．．托架

14A．．．底部

14B．．．側定位件

14C．．．夾持部

15．．．框架

15A．．．外框

15B．．．延伸部

15C．．．托槽

15D．．．頂抵件

16．．．下殼體

17．．．第二致動器

18．．．第三致動器

19．．．慣性質量塊

20．．．彈性阻尼器

100．．．行動電子裝置

第一圖顯示本發明第一實施例之包含觸覺回饋模組的行動電子裝置之組件分解圖。
第二A圖及第二B圖顯示第一實施例的透視圖。
第三A圖顯示第一實施例的組合剖面圖。
第三B圖顯示第一實施例的組合透視圖。
第四圖顯示第一實施例的組合透視圖。
第五A圖顯示本發明第二實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖。
第五B圖顯示第二實施例的組合透視圖。
第六A圖顯示第二實施例的組成分解圖。
第六B圖顯示第二實施例的組合透視圖。
第七A圖顯示本發明第三實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖。
第七B圖顯示第三實施例的組合透視圖。
第八A圖至第八E圖顯示第三實施例的組合透視圖。
第九圖顯示本發明第四實施例之包含觸覺回饋模組的行動電子裝置之組件分解圖。
第十A圖顯示第四實施例的上透視圖。
第十B圖顯示第四實施例的下透視圖。
第十一圖顯示本發明第五實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖。
第十二A圖顯示第五實施例的上透視圖。
第十二B圖顯示第五實施例的下透視圖。
第十三圖顯示第三致動器與慣性質量塊的下透視圖。
第十四圖顯示本發明第六實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖。
第十五圖顯示本發明第七實施例之觸覺回饋模組的組件分解圖

11．．．上板件

12．．．振板

13．．．第一致動器

14．．．托架

14A．．．底部

14B．．．側定位件

15．．．框架

16．．．下殼體

100．．．行動電子裝置

Claims (16)

1. 一種觸覺回饋模組，包含：
   　　 一振板；及
   　　 至少一第一致動器，設置於該振板的週緣之一橫向側面；
   其中，該振板接觸於一上板件，當該第一致動器推動該振板時，該振板的振動能傳遞至該上板件以產生觸覺回饋。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸覺回饋模組，更包含至少一第二致動器，設置於該振板的週緣之一縱向側面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸覺回饋模組，更包含至少一第三致動器，設置於該振板的底面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之觸覺回饋模組，更包含至少一慣性質量塊，設於該第三致動器的下表面。
5. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之觸覺回饋模組，其中該第一致動器、該第二致動器或該第三致動器與該振板的連結關係可為抵觸、黏貼、嵌設、鑲固、螺固或一體成型。
6. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之觸覺回饋模組，更包含一托架，用以承托該振板，其中該托架包含一底部，以及自該底部垂直延伸的一側定位件。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸覺回饋模組，其中該第一致動器、該第二致動器或該第三致動器與該托架的連結關係可為抵觸、黏貼、嵌設、鑲固、螺固或一體成型。
8. 如申請專利範圍第6項所述之觸覺回饋模組，其中該托架具有一開孔，用以讓該第三致動器穿過。
9. 如申請專利範圍第6項所述之觸覺回饋模組，其中該托架具有一溝槽，用以嵌設第一致動器、該第二致動器或該第三致動器。
10. 如申請專利範圍第6項所述之觸覺回饋模組，其中該托架更包含一夾持部，用以鑲固該第三致動器於該托架上。
11. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之觸覺回饋模組，更包含一框架，用以容置該振板，前中該框架包含一外框，以及自該外框底部向內延伸的一延伸部。
12. 如申請專利範圍第11項所述之觸覺回饋模組，其中該第一致動器、該第二致動器或該第三致動器與該框架的連結關係可為抵觸、黏貼、嵌設、鑲固、螺固或一體成型。
13. 如申請專利範圍第11項所述之觸覺回饋模組，更包含一托槽，設於該框架的延伸部，用以嵌設該第三致動器。
14. 如申請專利範圍第13項所述之觸覺回饋模組，更包含一頂抵件，設於該托槽上，用以固定該第三致動器並提供一振動空間。
15. 如申請專利範圍第1項所述之觸覺回饋模組，更包含至少一彈性阻尼器，設置於該振板的週緣之橫向、縱向側面或底部。
16. 如申請專利範圍第15項所述之觸覺回饋模組，其中該彈性阻尼器包含矽化合物。