TWI530818B - 具有觸覺回饋之電子裝置及提供觸覺回饋之方法 - Google Patents

Description

具有觸覺回饋之電子裝置及提供觸覺回饋之方法

本案是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種具有觸覺回饋的手持裝置。

手持裝置如智慧型手機、個人數位助理、多媒體播放器大都提供了多樣化的功能以滿足使用者的需求。對於使用者而言，這些手持裝置之產品能否提供操作簡易的使用者界面，以及讓使用者產生良好的使用者經驗，大大的影響到使用此產品的意願。

具有單點以至多點觸控的圖形使用者界面的手持裝置，已成為目前主流的使用者界面，能讓手持裝置更易於使用。但對於使用者而言，觸控功能的手持裝置仍未能滿足對於人機互動的需求，故已有廠商開發出觸覺回饋(haptic feedback)於電子產品之上，提供簡單的振動功能。而觸覺回饋技術仍然有待技術上的改進，以增進使用者經驗。

實施例係有關於一種具有觸覺回饋之電子裝置及提供觸覺回饋之方法。實施例之電子裝置之觸覺回饋功能具有動態範圍壓縮的機制，使電子裝置所產生的觸覺回饋，能產生增進使用者經驗的振動效果。如此，電子裝置能模擬出細緻及層次分明的觸覺回饋效果，而且觸覺命令在某些情況下，如多個不同的觸覺命令疊加之結果，能避免因超出動態範圍而失真的情況。

根據本案之第一方面，提出一種提供觸覺回饋之方法。此方法包括以下步驟。提供一振動單元以產生觸覺回饋。回應至少一個觸覺命令，動態地產生一控制值以控制振動單元產生觸覺回饋，其中藉由應用動態範圍壓縮處理以動態產生該控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內。

根據本案之第二方面，提出一種具有觸覺回饋之電子裝置。此電子裝置包括一振動單元以及一控制單元。振動單元用以產生觸覺回饋。控制單元，與振動單元耦接，回應至少一觸覺命令，用以動態地產生一控制值以控制振動單元產生觸覺回饋，其中控制單元應用動態範圍壓縮處理以動態地產生該控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內。

根據本案之第三方面，提出一種具有觸覺回饋之電子裝置。電子裝置包括一振動單元、一控制單元、以及一動態範圍壓縮單元。振動單元用以產生觸覺回饋。動態範圍壓縮單元，與控制單元及振動單元耦接，回應至少一觸覺命令，用以動態地產生一控制訊號以控制振動單元產生觸覺回饋，其中動態範圍壓縮單元應用動態範圍壓縮處理以動態地產生控制訊號，以控制觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內。

為了對本案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖繪示依據一實施例之具有觸覺回饋之電子裝置之示意圖。在第1圖中，電子裝置100例如是一行動運算裝置如行動電話、多媒體播放機、數位助理器或電子書、平板電腦、甚至是數位相機及其他手持裝置，電子裝置100藉由控制振動單元120以提供觸覺回饋功能。此電子裝置100提供的觸覺回饋功能更具有動態範圍壓縮的機制，能避免因實現觸覺回饋功能的電路因類比上或數位上的訊號輸出限制而產生失真。此失真往往會產生不舒服的觸覺回饋，產生惱人的使用者經驗。如下實施例所示，電子裝置100透過動態範圍壓縮的機制，可以降低此失真，增進使用者經驗。

為了清楚起見，在以下說明中，振動單元120所產生的觸覺回饋是為使用者可以感知的振動，如第2A圖所示之波型W代表可以為人或檢測元件所能感知的觸覺回饋之一例子，其中觸覺回饋之包絡線C0在一振動範圍內變化，如包絡線C0小於或等於振幅的最大值MAX。振動單元例如可以為一個或多個裝置在電子裝置100內的振動元件，令機身之全部或部分，如觸控面板上或外殼能產生使用者可以感知的振動。而觸覺命令例如代表或包括控制觸覺回饋之大小的命令。為了方便討論，以下討論觸覺回饋時將以對應的包絡線作為代表。

在舉例說明電子裝置100應用動態範圍壓縮處理之前，首先在此舉例說明一般電子裝置可能遭遇的觸覺回饋失真的幾種情況。舉例而言，如第1圖中電子裝置100之顯示器110上提供的使用者界面115中，如物件B3的數字輸入鍵，有的時候會在同時間點有兩個以上觸覺回饋產生的情況(如兩個以上的碰撞發生)。此時，兩個觸覺命令所對應到的觸覺回饋會疊加起來，而疊加的結果所對應的觸覺回饋理論上可能會超過觸覺回饋功能的電路因類比上或數位上的訊號輸出限制或振動單元120所能產生的觸覺回饋的限制而產生失真。而實務上，上述情況之一般處理方式為利用強迫限制或截波(hard clipping)，也就是簡單地將超過上限的部分用上限值取代，或超過下限的部分用下限值取。這種一般的作法會產生能被感知的非線性失真，往往產生令人不舒服的觸覺回饋。

又例如使用者界面115中物件B1及B2例如分別代表著一爆炸及一手槍在射擊的事件發生。電子裝置100執行中的程式如遊戲程式相對於兩個物件B1及B2之對應事件，產生兩個觸覺命令，並據以驅動振動單元120以讓使用者感受如同兩個物件B1及B2所呈現的場境的觸覺感知。如第2B圖所示，假設兩個觸覺命令個別所對應的波動(即觸覺回饋)之包絡線C1及C2皆處於最大值MAX之下。假設將兩包絡線相加時，由於在時間t₁及t₂之間對應到物件B2所代表的手槍射擊發生(對應到C2)，包絡線C3在此段時間理論上會超過最大值MAX而到達K。但如上述般電路上或數位處理上的限制，實際上在時間t₁及t₂之間的觸覺回饋只能到達如201所指示的最大達MAX。若上述的手槍射擊的事件發生在時間t₁到0之間，則上述的強迫限制做法將令物件B1及B2對應之觸覺回饋效果重疊後變得難以分辨，使用者可能感受不到後者的存在。又若再加上有更多手槍射擊事件或其他事件發生在時間t₁至t₂之間或之後，多個觸覺命令對應的觸覺回饋重疊後的效果就會加更模糊，難以為使用者所能感知。如此，使用者會認為如此的電子裝置100的觸覺回饋效果不良或缺乏逼真感的使用經驗。

此外，亦有可能只有一個觸覺命令對應的觸覺回饋在某一區間會超過門檻值的情形。例如第2C圖之包絡線C4代表一個觸覺命令對應的觸覺回饋，包絡線C4的大小在門檻值MAX內，並且對應到某一事件，例如是遊戲程式中的一事件發生而且距離使用者如10m以外。此事件發生可因距離的變化而令觸覺回饋的大小變化。例如此事件在離使用者較近距離如5m以內發生，所對應的觸覺回饋會被放大，例如第2C圖中的包絡線C5，在一段時間內超過門檻值MAX。若用上述的強迫限制做法會產生能被感知的非線性失真，往往產生令人不舒服的觸覺回饋。

而本實施列的電子裝置100則具有動態範圍壓縮的機制，能避免因實現觸覺回饋功能的電路因類比上或數位上的訊號輸出限制而產生失真。請參考第3A圖之依據一實施列之一提供觸覺回饋之系統的示意圖。觸覺回饋之系統300例如是由上述的電子裝置100來實現，觸覺回饋之系統300包括了一控制單元310和一振動單元340。控制單元310例如是微處理器。在第3A圖中，舉例如控制單元310執行之一應用程式311產生觸覺命令HC，而控制單元310亦執行命令-控制值轉換及動態範圍壓縮(dynamic range compression，DRC)處理313。命令-控制值轉換及DRC處理313回應至少一個觸覺命令HC(即一觸覺命令或複數個觸覺命令之運算之組合)，動態地產生一控制值CV，其中藉由應用動態範圍壓縮處理以動態地產生此控制值CV，以控制該觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內。控制值CV代表上述至少一觸覺命令對應的觸覺回饋之波形之振幅值，如第2A圖之波形W的振幅之數值如一系列的數值，其中實作上例如是波形W之振幅的離散數列。又控制值CV可代表一個或多個與控制觸覺回饋之大小相關的參數，對應到觸覺回饋之大小(如強度、振幅)或是控制觸覺回饋的其他參數。控制值CV是用以控制振動單元340產生觸覺回饋的大小。命令-控制值轉換及DRC處理313例如可實作為一個或多個由控制單元310執行的程式模組如驅動程式或系統程式模組或是提供給應用程使用的應用程式界面。

觸覺命令HC的產生的方式，除了上述由應用程式311產生，又例如：電子裝置100的硬體元件或靭體產生，或由其他軟體產生，其中軟體如電子裝置100執行的作業系統或應用程式或驅動程式，如遊戲程式、辦公室程式或是任何圖形使用者界面。觸覺命令HC例如對應到第1圖所示電子裝置100之使用者界面115所顯示的物件或互動的事件。觸覺命令又可對應到電子裝置100之使用者界面所接收的至少一觸控輸入。或應用或系統程式執行上的需要，可以產生一個及多個觸覺命令，以讓使用者感受或作為人機界面互動的方式。又可模擬令使用者手握電子裝置100時，手部H感受到如同使用者界面115具有真實物件的觸覺，如物件B2掉落或與物件B1碰撞之情形。

另外，觸覺命令HC可以有不同的實施態樣。例如，觸覺命令包括：指示觸覺回饋的大小的振幅、頻率、持續時間之資訊。又例如，觸覺命令包括：一索引值(index)以代表多個觸覺回饋型態(pattern)之一，如方波、弦波或閃動或爆炸或打擊之振動型態，如表示為play effect1以示意產生某一種觸覺回饋的型態。在此例中，被執行之命令-控制值轉換及DRC處理313，依據觸覺命令代表之觸覺回饋型態，在一段時間內或持續地輸出對應此型態的控制值以控制觸覺回饋的大小的振幅、頻率大小。觸覺命令又例如包括其他參數，例如上述第2C圖之例子，有關事件發生之距離的參數。而觸覺命令的實施方式並不以上述為限，但無論實施方式為何，一觸覺命令或多個觸覺命令的組合，需要經過命令-控制值轉換及DRC處理313，將命令轉化或表示為控制值以控制振動單元120提供觸覺回饋。

控制值CV可用數位或類比的控制訊號呈現，以輸出至數位或類比式的振動單元340。如第3A圖所示，控制值CV藉由轉換單元350以轉換為振動單元340所能接收的控制訊號SD。轉換單元350執行控制值-控制訊號的轉換處理351。在另一例子中，若振動單元340能接收控制值CV，則可不必使用轉換單元350。在另一例子中，振動單元340接收其他形式的控制訊號如電壓訊號或脈寬調變訊號則轉換單元350可依據上述控制訊號的形式作相對應的轉換，故此，控制值CV或控制訊號的實作方式並不以此為限。

另外，提出一種提供觸覺回饋之方法之一實施例，其步驟如下：(a)提供一振動單元以產生觸覺回饋，如第1圖之電子裝置100的振動單元120。(b)回應至少一觸覺命令，如第1圖之電子裝置100，動態地產生一控制值以控制此振動單元產生觸覺回饋，其中藉由應用動態範圍壓縮處理以動態地產生此控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內。第3B圖為依據上述提供觸覺回饋之方法之一實施例的流程圖。請參考第3B圖，步驟S310代表接收一觸覺命令，其中此例子中亦可接收多個觸覺命令，而且可能是同時接收或有先後接收之情況，如由控制單元310接收。步驟S320-S340則實現上述提供觸覺回饋之方法之步驟(b)。如步驟S320所示，回應至少一個觸覺命令，動態地產生一控制值以控制振動單元產生控制觸覺回饋。如步驟S330所示，隨時間動態地檢查至少一觸覺指令對應的原始對應值是否會大於一門檻值。當至少一觸覺命令表示一個觸覺命令時，原始對應值即可視為觸覺命令例如依照某一觸覺回饋型態的振幅的數值，或是相關於振動的一個或多個參數值。舉例而言，第2A圖中的包絡線C0及第2C圖中的包絡線C4及C5各對應到一觸覺命令之在一段時間中之原始對應值。而至少一觸覺命令表示多個觸覺命令時，至少一觸覺命令之原始對應值即依據各個觸覺命令對應到的原始對應值經過運算或組合之結果，例如是各原始對應值經一函數運算之結果，如加權總和或線性組合。例如，如第2B圖中，包絡線C1及C2所對應到兩個觸覺命令之原始對應值，包絡線C3所對應則對為兩觸覺命令重疊後之原始對應值，例如是相加之結果。在步驟S330中，若至少一觸覺命令對應之一原始對應值實質上大於一門檻值時，則執行步驟S340，進行動態範圍壓縮處理以調整此原始對應值，以控制觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內，如門檻值MAX之下。若步驟S330的檢查結果為否，則此方法例如回到步驟S320。又於步驟S340之後，此方法例如可回到步驟S320。

而在步驟S340中進行動態範圍壓縮處理，例如包括依據此至少一觸覺命令、此原始對應值和一增益以調整此原始對應值以產生控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於振動範圍內。此外，在調整此原始對應值以產生控制值的過程中，增益值亦可變化，以實現不同動態範圍壓縮的機制：例如開始(attack)、釋放(release)、輸入預見(input look ahead)或是軟性截波(soft clipping)。又或者上述各種機制之組合，如使用開始及釋放機制，如使用輸入預見及釋放機制，又如在上述各種例子之中，更使用軟性截波。

以下藉由第4A-4D圖的例子，說明在步驟S340中動態範圍壓縮處理方式，其中假設觸覺命令所對應的控制值與觸覺回饋的強度成正比，故可將包絡線代表觸覺命令之控制值隨時間之變化曲線。在其他觸覺命令實施的態樣下之情況，可如此類推。

第4A圖繪示藉由軟性截止之動態範圍壓縮處理的一例子。如第4A圖所示，依據上述例子依步驟S330，隨時間檢查出在時間t₁至t₂時此至少一觸覺命令之原始對應值大於一門檻值MAX，並對應到包絡線C40。故依步驟S340，進行動態範圍壓縮處理，使用例如是第9圖所示的軟性限制或截波(soft clipping)，並據以產生控制值。如此，使用軟性截波調整此至少一觸覺命令之原始對應值在時間t₁至t₂之時段實際的變化，使超出門檻值時的波形及降回門檻值時的波形變得較為圓滑些並且在門檻值MAX之內，如波形W1所示，而對應的包絡線為C41。此外，進行動態範圍壓縮處理之步驟使用軟性截波且可使用硬性轉折(hard knee)或是軟性轉折(soft knee)方式，據以產生控制值。以下為便於說明起見，不再繪示波形並以包絡線來作示意說明。

第4B圖為使用釋放之動態範圍壓縮處理的一例子。此例子於進行動態範圍壓縮處理中，在處理後之至少一觸覺命令所對應的原始對應值小於此門檻值時，釋放增益以使此增益在一段時間內逐漸變大。如第4B圖所示，依據上述例子依步驟S330，隨時間檢查出在時間t₁至t₂時此至少一觸覺命令之原始對應值大於一門檻值MAX，故依步驟S340，進行動態範圍壓縮處理，藉由依據此至少一觸覺命令及其原始對應值及一增益值如1/(K/MAX)以產生控制值，例如將此至少一觸覺命令之原始對應值乘以1/(K/MAX)，則所得之結果(如包絡線C42在時間t₁至t₂之間所指示者)落入門檻值MAX之內，故可據以產生此至少一觸覺命令之控制值。在時間t₂後，此至少一觸覺命令之原始對應值少於門檻值MAX，故此例子更採用釋放機制，在一段時間內，將增益值逐漸增加，使包絡線C42逐漸趨近包絡線C40直至時間t₃為止。如此，由次使用了釋放機制，使包絡線C42在時間t₂至t₃之間的變化與時間t₂之前的大小有較大的差距，而不是在時間t₂至t₃之時與包絡線C40相同的大小。故此，此至少一觸覺命令是為多個觸覺命令之時，對應的觸覺回饋重疊後的效果就較易為使用者所能感知。如此，使用者能獲得較佳觸覺回饋效果的使用經驗。

第4C圖繪示藉由起始及釋放之動態範圍壓縮處理的一例子。相似地，在時間t₁，此至少一觸覺命令之原始對應值大於門檻值MAX。故進行動態範圍壓縮處理，首先在時間t₁使用了開始(attack)機制，而在時間t₂後使用了釋放機制。開始機制使用時，增益係在一段時間內逐漸變小，直到處理後之至少一觸覺命令所對應的原始對應值小於此門檻值。由於使用開始機制之實現方式有多種，故以下取類比及數位的處理情況的例子來作說明，但實現時並不以此為限。就類比處理方式而論，若振動單元允許時，可控制振動單元在一時間間隔內如時間t₁至t_A之間使控制值超出門檻值MAX並逐漸降回至門檻值MAX之水平，如包絡線C43於時間t₁至t_A之間的部分所示。另一方面，由於以數位處理的方式不允許控制值超過門檻值，故對應於上述之類比之處理方式，包絡線C44所示在時間t₁至t_A之間保留在門檻值MAX或接近門檻值MAX之數值。接著，在時間t_A至t₂之間，包絡線C44代表此至少一觸覺命令之原始對應值係乘以一小於一的增益值以產生控制值，其中此至少一觸覺命令之原始對應值仍然大於門檻值MAX。在時間t₂之後，此至少一觸覺命令之原始對應值小於門檻值MAX，此例子亦更採用釋放機制，在一段時間內，將增益值逐漸增加，使包絡線C44逐漸趨近包絡線C40直至時間t₃為止。

第4D圖繪示藉由輸入預見之動態範圍壓縮處理的一例子。此例子是使用輸入預見(input look ahead)之方式，以暫存或延遲的方式故能模擬預見此至少一觸覺命令之原始對應值之變化而動態產生控制值。對應步驟S330而言，有隨時間動態檢查至少一觸覺命令之原始對應值之變化或藉由檢查同時發生的觸覺命令之變化情況之兩種情形。不管使用哪一種情形，輸入預見之動態範圍壓縮處理包括：(i)回應至少一個觸覺命令，產生對應的原始對應值並暫存此原始對應值。(j)隨時間動態地檢查目前之一原始對應值以及暫存之原始對應值是否會大於一門檻值。(k)若目前之原始對應值超過該門檻值時，針對目前之原始對應值以及暫存之原始對應值，進行動態範圍壓縮處理以產生控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於振動範圍內。

例如，電子裝置100本身允許觸覺命令有一延緩時間(如100ms)來處理。如此，加上利用延遲緩衝器(delay buffer)，對於接收之此至少一觸覺命令所對應的原始對應值暫存於延遲緩衝器中並延遲輸出原始對應值至振動單元，並且在執行步驟S330時，除了檢查此至少一觸覺命令之目前的原始對應值以外，更檢查延遲緩衝器中的延遲之原始對應值。如此，可以預先知悉下一個要處理的情況從而在步驟S340中應針對延遲之控制值作何種動態範圍壓縮處理。亦即，若目前之原始對應值(如對應到時間t1)超過門檻值時，針對目前之原始對應值以及延遲之原始對應值(如對應到時間t₁前某一時間點t_L)，進行動態範圍壓縮處理以產生控制值(如包絡線C45於時間t_L至t₁所示之部分)，以控制觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。

請參考第4D圖在實施步驟S330之時可利用輸入預見的特點，在處理時間t₁之前一段時間之原始對應值時，因為能知悉在時間t₁時至少一觸覺命令之原始對應值將會超過門檻值MAX，故此在時間t_L之時就開始調整至少一觸覺命令之原始對應值以產生控制值，如乘以一逐漸減少的數值或增益值G，如從時間t_L至t₁令G從1趨近於MAX/K，則包絡線C45於時間t₁時之結果能限制在門檻值MAX之內。如此，從時間t_L至t₁之間包絡線C45與C40之比較可知，當包絡線C40在時間t₁超越門檻值MAX之前後，對應到包絡線C45之控制值已能產生明顯的差異變化，如此，使用者能感受到層次分明之觸覺回饋之效果。

此外，在時間t₂之後，包絡線C40已小於門檻值。但由於至少一觸覺命令之原始對應值仍乘以一小於1係數，因此觸覺回饋訊號將會過小。此時，可採用釋放機制，將乘上的係數(即增益)之值逐漸增加，如G由MAX/K逐漸增加以趨近於1。由於此例子的釋放機制與第4B圖之做法相似，故此不再贅述。

另外，對於兩個同時發生的觸覺命令，若是表兩個預設的觸覺回饋的型態，如第2B圖之對應到包絡線C1及C2之觸覺命令，藉由檢查同時發生的觸覺命令之變化情況之兩種情形，亦可得出輸入預見的效果。在實作時，亦可依據上述使用延遲之緩衝器之例子，其中使延遲時間改為一時間間隔，而延遲之緩衝器改用緩衝器，檢查兩觸覺命令之組合所產生的觸覺回饋型態於一時間間隔之視窗之間是否已超出門檻值MAX。如此，再進而在產生控制值時，作出如上述輸入預見的方式調整包絡線C3對應的原始對應值，以達相似於第4D圖所示於時間t_L至t₁之效果。故此，上述隨時間動態地檢查目前之原始對應值以及暫存之原始對應值是否會大於門檻值之步驟(k)，亦可視為藉由檢查同時發生的觸覺命令之變化情況之情形。如此所產生的觸覺回饋之大小，可以加強上述物件B2所對應的射擊發生時的觸覺回饋效果與物件B1所對應的爆炸事件的觸覺回饋效果之落差。如此，使用者能感受到層次分明之多重的觸覺回饋之效果。

由上述第4A-4D圖及說明的例子，可知上述實施例之提供觸覺回饋之方法能有效減少降低失真，增進使用的觸覺經驗。

接著，第5A及5B圖為具有觸覺回饋之電子裝置之方塊圖之實施例。如第5A圖所示，具有觸覺回饋功能之電子裝置100如包括一控制單元510A、一動態範圍壓縮模組520、一放大器530及一振動單元540。控制單元510A例如為電子裝置100之微處理器，接收觸覺命令，其中觸覺命令之產生及實現方式如上述各種不同的實現方式。動態範圍壓縮模組520與控制單元510A及振動單元540耦接。動態範圍壓縮單元520回應至少一觸覺命令，用以動態地產生一控制訊號以控制振動單元540產生觸覺回饋，其中動態範圍壓縮單元520應用動態範圍壓縮處理以動態地產生此控制訊號，以控制觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內。動態範圍壓縮單元520例如為一微控制器，可用以實現如第3B圖之步驟S320至S340之部分或全部的功能，以回應所接收的觸覺命令，並據以動態產生控制值，其中控制值可以如上述之不同的實現方式如用數位或類比的控制訊號來呈現。動態範圍壓縮模組520如基於8051之微控制器係能輸出控制訊號，並藉由放大器530以產生能驅動振動單元540的驅動訊號。另外，動態範圍壓縮模組520及放大器530又可以結合為一模組或晶片成為一動態範圍壓縮單元550。而動態範圍壓縮模組520亦可以用編程的方式實現上述步驟S320至S340之功能。

此外，亦可將控制單元510A與動態範圍壓縮模組520改以一控制單元如微處理器或微控制器來實現。

第5B圖所示為具有觸覺回饋之電子裝置之另一實施例。在此實施例中，電子裝置100如包括一控制單元510B、一放大器530及一振動單元540，其中放大器530耦接於控制單元510B及振動單元540之間。例如，控制單元510B，回應至少一個觸覺命令，動態地產生一控制值以控制振動單元540產生觸覺回饋，其中藉由應用動態範圍壓縮處理以隨時間動態產生控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內。在一實施例中，控制單元510B例如為一微處理器，故有關動態範圍壓縮處理或依據第3B圖之方法可實施例為一軟體模組如第5B圖所示意的動態範圍壓縮處理模組(DRC)515，以達成上述動態範圍壓縮處理之功能。此外，若至少一觸覺命令對應的原始對應值大於一門檻值時，控制單元510B，進行動態範圍壓縮處理以動態調整原始對應值以產生控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於振動範圍內，如第4A-4D圖所示。

再者，在第5A或5B圖中，若振動單元540能直接收控制值，則可不必使用放大器530。又另一例子中，控制單元510B使用數位的通訊界面如I²C以輸出控制值，而振動單元540接收電壓訊號，則可在放大器530之前加入一數位轉類比電路，如脈寬調變電路或藉由一具有脈寬調變的微控制器以產生脈寬調變訊號，並藉由放大器530轉換為適當的電壓訊號。如第3A圖所示意，控制值及其實現方式並不以此為限。

第6圖所示之實施例更一步繪示依據第5B圖的例子與電子裝置的電路600結合之一例子，電路600即包括了微處理器610、記憶單元620、顯示單元630及音訊單元640，其中微處理器610用以實現控制單元510B且各單元之耦接方式可依需求而改變，故並不以此為限。如此，電子裝置能將使用者界面包括音訊、視訊與觸覺回饋功能結合與使用者作互動。而振動單元540，可以包括一個至多個振動裝置(actuator)，如設置在電子裝置100內，令電子裝置100之整體產生振動，或設置令顯示單元630之顯示器振動，如顯示器110振動。顯示器110又可以一觸控面板，如此可提供前述使用者界面115之同時，作觸控輸入並可提供觸覺回饋的功能，例如以模擬按鍵的事情或多種界面的操作事件作出觸覺回饋。振動裝置列如是馬達、壓電元件(piezoelectric element)或其他可能產生振動的材料或裝置，其中壓電元件可提供較快速的回應時間。在一實施例中，電子裝置100內不同位置都設置了一個或多個振動裝置，並對應的使用多個放大器530，以依據觸覺驅動訊號來產生振動。此外，控制單元又可實施例為針對多個振動裝置，產生對應的觸覺驅動訊號來產生不同的效果。

此外，如動態範圍壓縮模組520、動態範圍壓縮單元550、控制單元510B或是其他實現方式，皆可用以實現上述提供觸覺回饋之方法以及其實施例如第3B圖所示。而且在這些硬體單元或模組在進行動態範圍壓縮處理時，依據至少一觸覺命令、原始對應值和一增益以調整此原始對應值以產生控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於振動範圍內。此外，在調整此原始對應值以產生控制值的過程中，增益值亦可變化，如上述第4A-4D圖所示，以實現不同機制：例如開始、釋放、輸入預見或是軟性截波。又或者上述各種機制之組合，如使用開始及釋放機制，如使用輸入預見及釋放機制，又如在上述各種例子之中，更使用軟性截波。

此外，第7圖繪示如上述實施例中控制單元510B或動態範圍壓縮模組520使用起始及釋放之進行動態範圍壓縮之一實施例。此實施例係對於所接收的觸覺命令，一個或多個觸覺命令之組合(如總和)，藉由動態範圍的處理，隨時間動態地檢查並調整原始對應值，以使該觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內，如此可避免失真的情況發生。如步驟S701，先設定增益值為如1。接著，S710步驟判是否有觸覺命令，若是則進行步驟S720，取得觸覺命令所對應的振幅(即原始對應值)的最大值，作為振幅AMP。接著，如步驟S730所示，檢查AMP是否大於一門檻值MAX。若是，則如步驟S750所示減少增益值。若否，則進入步驟S735以判斷AMP是否等於門檻值MAX。若AMP等於門檻值則回到步驟S710。若步驟S735的判斷結果為否的話，則進入步驟S740以判斷增益值是否小於1值。若步驟S740的判斷結果為是，則執行步驟S760以增加增益值。如上述例子，控制單元可藉由動態改變增益值來調整觸覺命令所對應的觸覺回饋的大小(或以控制值代表)，以達到動態範圍壓縮的效果。

再者，在進行動態範圍壓縮，如上述第7圖之方法中，在步驟S750或步驟S760時，可加入如第8圖中所示的起始增益及釋放增益的方式，令超出範圍的輸出逐漸的到達欲達的水平。在第8圖中，曲線801代表原始欲輸出的觸覺回饋之波形，而經過如第7圖之方法進行動態範圍壓縮之後之結果如曲線802，在起始及釋放時間，分別以不同增益值逐漸減少及增加，此可藉由調整起始及釋放時間(如1至100ms之間)與起始及釋放增益(如-12至12dB)，以改善輸出的觸覺效果。

而另一方面，如第9圖所示為進行動態範圍壓縮時，利用壓限器(compressor)之原理，輸入的觸覺命令之控制值與門檻值TH1比較後，可利用硬性轉折(hard knee)或是軟性轉折(soft knee)方式，以對輸入的觸覺命令之控制值加以調整，以使大於門檻值TH1之輸入所對應的值落於L2及L1之範圍內。

此外，在其他實施例中，上述控制單元之實現方式以及有關動態範圍壓縮處理，如壓縮器的實現，可以採用多個方式來設計。如前饋(feed-forward)的方式，即如上述一些實施例以輸入的觸覺命令來加以分析及處理，以控制要輸出結果。如回授(feedback)的方式，即以輸出的結果作為據以控制目前的輸出結果。或是前饋結合回授(feed-forward-and-backward)的方式，即結合前饋及回授之方式，來控制要輸出的結果。

再者，其他實施例更揭露一種電腦或運算裝置可讀式資訊儲存媒體，其上儲存有程式碼或一個或多個程式模組，此程式碼之執行能實現上述實施例如第3B、4A至4D、7、8或9圖之提供觸覺回饋之方法。這些實施例的可讀式資訊儲存媒體比如但不受限於：光學式資訊儲存媒體，磁式資訊儲存媒體或記憶體，如記憶卡、靭體或ROM或RAM或可程式化之微控制器之內建記憶體。另外，上述之方法可以實施為一驅動程式或是一提供應用程式界面(application programming interface)的程式庫。

此外，如上述第4A至4D圖及對應的敘述所示的動態範圍壓縮處理中，起始、釋放或輸入預見之增益值，當可採用其他適當的數值。而且上述的觸覺回饋的型態及波形亦只作為舉例而已，並不以此為限。此外，在其他實施例中，更可以用多個觸覺命令各自對應之原始對應值作加權總和或其他函數的處理以產生控制值，而其中各個權重可以採用相同或不同的係數，這些係數的數值變化可參照上述起始、釋放或輸入預見之增益值的作法而作出改變。

上述實施例之電子裝置之觸覺回饋功能具有動態範圍壓縮的機制，使電子裝置所產生的觸覺回饋，能產生增進使用者經驗的振動效果。在一些實施例中，電子裝置能模擬出細緻及層次分的觸覺回饋效果，而且觸覺命令在某些情況下，如多個不同的觸覺命令疊加之結果或一觸覺命令所對應的控制值逐漸增加之情況，能避免因超出動態範圍而失真的情況。在一些實施例中，使用者能感受到迫真的觸覺回饋效果，使用者的觸覺加上使用者界面與手持裝置作更緊密的互動，帶來電子裝置許多新的應用功能以及更佳的使用經驗。

綜上所述，雖然本案已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本案之實施方式。故本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．電子裝置

110．．．顯示器

120．．．振動單元

115．．．使用者界面

201．．．最大值

300．．．觸覺回饋之系統

310．．．控制單元

311．．．應用程式

313．．．命令-控制值轉換及動態範圍壓縮處理

340．．．振動單元

350．．．轉換單元

351．．．控制值-控制訊號的轉換處理

510A．．．控制單元

510B．．．控制單元

520．．．動態範圍壓縮模組

530．．．放大器

540．．．振動單元

550．．．動態範圍壓縮單元

600．．．電路

610．．．微處理器

620．．．記憶單元

630．．．顯示單元

640．．．音訊單元

801、802、901、902．．．曲線

B1、B2、B3．．．物件

H．．．手部

C1-C4、C40-C45．．．包絡線

HC．．．觸覺命令

CV．．．控制值

SD．．．控制訊號

W、W1．．．波形

第1圖繪示依據一實施例之具有觸覺回饋之電子裝置之示意圖。

第2A圖繪示一觸覺命令所對應的觸覺回饋的例子。

第2B圖繪示兩種觸覺命令重疊所對應的觸覺回饋之例子。

第2C圖繪示一觸覺命令及其經過放大後所對應的觸覺回饋的例子。

第3A圖繪示依據一實施例的提供觸覺回饋之系統的示意圖。

第3B圖繪示使用於第1圖之電子裝置之依據一實施例之提供觸覺回饋之方法之一流程圖。

第4A圖為使用軟性截止之動態範圍壓縮處理的一例子。

第4B圖為使用釋放之動態範圍壓縮處理的一例子。

第4C圖為使用起始及釋放之動態範圍壓縮處理的一例子。

第4D圖為使用輸入預見之動態範圍壓縮處理的一例子。

第5A及5B圖繪示具有觸覺回饋之電子裝置之實施例的方塊圖。

第6圖為具有觸覺回饋之電子裝置之另一實施例。

第7圖繪示對觸覺命令之原始對應值藉由起始及釋放以進行動態範圍壓縮之一實施例的流程圖。

第8圖繪示對觸覺命令之原始對應值藉由起始及釋放以進行動態範圍壓縮之一示意圖。

第9圖繪示對觸覺命令之原始對應值藉由軟性限制以進行動態範圍壓縮時輸入及輸出特徵圖。

S310-S340．．．步驟

Claims (32)

1. 一種提供觸覺回饋之方法，包括：提供一振動單元以產生觸覺回饋；回應至少一個觸覺命令，動態地產生一控制值以控制該振動單元產生觸覺回饋，其中藉由應用動態範圍壓縮處理以動態地產生該控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內；提供兩個包絡線，且該兩個包絡線分別對應至兩個同時發生的觸覺命令之兩個原始對應值，藉由疊加該兩個包絡線以產生一結果包絡線，對於該結果包絡線進行動態範圍壓縮處理，以動態地產生該控制值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之提供觸覺回饋之方法，其中該動態地產生一控制值以控制該振動單元產生觸覺回饋的步驟包括：若該至少一觸覺命令對應之一原始對應值實質上大於一門檻值時，進行動態範圍壓縮處理以調整該原始對應值以產生該控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
3. 如申請專利範圍第2項所述之提供觸覺回饋之方法，其中在該進行動態範圍壓縮處理之步驟中，進行動態範圍壓縮處理包括：依據該至少一觸覺命令、該原始對應值和一增益以調整該原始對應值以產生該控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之提供觸覺回饋之方法，其中該增益係在一段時間內逐漸變小，直到處理後之 該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值小於該門檻值。
5. 如申請專利範圍第3項所述之提供觸覺回饋之方法，更包含對該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值超過該門檻值的部份使用軟性截波，並據以產生該控制值。
6. 如申請專利範圍第5項所述之提供觸覺回饋之方法，其中進行一動態範圍壓縮處理之步驟使用軟性截波且使用硬性轉折(hard knee)或是軟性轉折(soft knee)方式，據以產生該控制值。
7. 如申請專利範圍第3至6項之任一項所述之提供觸覺回饋之方法，其中進行動態範圍壓縮處理更包括：在處理後之該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值小於該門檻值時，釋放增益以使該增益在一段時間內逐漸變大。
8. 如申請專利範圍第1項所述之提供觸覺回饋之方法，其中進行動態範圍壓縮處理之步驟中，進行動態範圍壓縮處理包括：回應該至少一個觸覺命令，產生對應的該原始對應值並暫存該原始對應值；隨時間動態地檢查目前之一原始對應值以及暫存之該原始對應值是否會大於一門檻值；以及若目前之該原始對應值超過該門檻值時，針對目前之該原始對應值以及暫存之該原始對應值，進行動態範圍壓縮處理以產生該控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
9. 如申請專利範圍第1項所述之提供觸覺回饋之方 法，其中該些觸覺命令對應到一電子裝置之使用者界面所顯示的複數個物件。
10. 如申請專利範圍第1項所述之提供觸覺回饋之方法，其中該些觸覺命令至少一者對應到一電子裝置之使用者界面所接收的至少一觸控輸入。
11. 一種具有觸覺回饋之電子裝置，包括：一振動單元，用以產生觸覺回饋；以及一控制單元，與該振動單元耦接，回應至少一觸覺命令，用以動態地產生一控制值以控制該振動單元產生觸覺回饋，其中該控制單元應用動態範圍壓縮處理以動態地產生該控制值，以控制觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內；其中該控制單元疊加兩個包絡線以產生一結果包絡線，該兩個包絡線分別對應至兩個同時發生的觸覺命令之兩個原始對應值，該控制單元對於該結果包絡線進行動態範圍壓縮處理以動態地產生該控制值。
12. 如申請專利範圍第11項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中：若該至少一觸覺命令對應之一原始對應值大於一門檻值時，該控制單元進行動態範圍壓縮處理以調整該原始對應值以產生該控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
13. 如申請專利範圍第12項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該控制單元更依據該至少一觸覺命令、該原始對應值和一增益以調整該原始對應值以產生該控制 值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
14. 如申請專利範圍第13項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該控制單元令該增益係在一段時間內逐漸變小，直到處理後之該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值小於該門檻值。
15. 如申請專利範圍第13項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該控制單元對該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值超過該門檻值的部份使用軟性截波，並據以產生該控制值。
16. 如申請專利範圍第15項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該控制單元進行動態範圍壓縮處理時使用軟性截波且使用硬性轉折(hard knee)或是軟性轉折(soft knee)方式，據以產生該控制值。
17. 如申請專利範圍第13至16項之任一項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該控制單元更在處理後之該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值小於該門檻值時，釋放增益以使該增益在一段時間內逐漸變大。
18. 如申請專利範圍第11項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該控制單元進行動態範圍壓縮處理時，該控制單元更用以：回應該至少一個觸覺命令，產生對應的該原始對應值並暫存該原始對應值；隨時間動態地檢查目前之一原始對應值以及暫存之該原始對應值是否會大於一門檻值；以及若目前之該原始對應值超過該門檻值時，針對目前之 該原始對應值以及暫存之該原始對應值，進行動態範圍壓縮處理以產生該控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
19. 如申請專利範圍第11項所述之具有觸覺回饋之電子裝置，更包括：一放大器，該放大器耦接於該控制單元及該振動單元之間。
20. 如申請專利範圍第11項所述之具有觸覺回饋之電子裝置，其中該電子裝置更包括：一顯示裝置，該顯示裝置顯示至少一物件對應到該至少一觸覺命令。
21. 如申請專利範圍第11項所述之具有觸覺回饋之電子裝置，其中該電子裝置更包括：一觸控顯示裝置，該觸控顯示裝置所接收的至少一觸控輸入對應到該至少一觸覺命令之一。
22. 一種具有觸覺回饋之電子裝置，包括：一振動單元，用以產生觸覺回饋；一控制單元；以及一動態範圍壓縮單元，與該控制單元及該振動單元耦接，回應至少一觸覺命令，用以動態地產生一控制訊號以控制該振動單元產生觸覺回饋，其中該動態範圍壓縮單元應用動態範圍壓縮處理以動態地產生該控制訊號，以控制該觸覺回饋之大小實質上於一振動範圍內；其中該控制單元疊加兩個包絡線以產生一結果包絡線，該兩個包絡線分別對應至兩個同時發生的觸覺命令之兩個原始對應值，該動態範圍壓縮單元對於該結果包絡線 進行動態範圍壓縮處理以動態地產生該控制訊號。
23. 如申請專利範圍第22項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中：若該至少一觸覺命令對應之一原始對應值大於一門檻值時，該動態範圍壓縮單元進行動態範圍壓縮處理以調整該原始對應值以產生該控制訊號所呈現的一控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
24. 如申請專利範圍第23項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該動態範圍壓縮單元更依據該至少一觸覺命令、該原始對應值和一增益以調整該原始對應值以產生該控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
25. 如申請專利範圍第24項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該動態範圍壓縮單元令該增益係在一段時間內逐漸變小，直到處理後之該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值小於該門檻值。
26. 如申請專利範圍第24項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該動態範圍壓縮單元對該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值超過該門檻值的部份使用軟性截波，並據以產生該控制值。
27. 如申請專利範圍第26項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該動態範圍壓縮單元進行動態範圍壓縮處理時使用軟性截波且使用硬性轉折(hard knee)或是軟性轉折(soft knee)方式，據以產生該控制值。
28. 如申請專利範圍第24至27項之任一項所述之提 供觸覺回饋之電子裝置，其中該動態範圍壓縮單元更在處理後之該至少一觸覺命令所對應的該原始對應值小於該門檻值時，釋放增益以使該增益在一段時間內逐漸變大。
29. 如申請專利範圍第22項所述之提供觸覺回饋之電子裝置，其中該動態範圍壓縮單元進行動態範圍壓縮處理時，該動態範圍壓縮單元更用以：回應該至少一個觸覺命令，產生對應的該原始對應值並暫存該原始對應值；隨時間動態地檢查目前之一原始對應值以及暫存之該原始對應值是否會大於一門檻值；以及若目前之該原始對應值超過該門檻值時，針對目前之該原始對應值以及暫存之該原始對應值，進行動態範圍壓縮處理以產生該控制值，以控制該觸覺回饋之大小實質上於該振動範圍內。
30. 如申請專利範圍第22項所述之具有觸覺回饋之電子裝置，其中該動態範圍壓縮單元包括一微控制器。
31. 如申請專利範圍第30項所述之具有觸覺回饋之電子裝置，其中該動態範圍壓縮單元更包括一放大器。
32. 如申請專利範圍第22項所述之具有觸覺回饋之電子裝置，更包括：一放大器，該放大器耦接於該動態範圍壓縮單元及該振動單元之間。