TWI661290B - 藉由壓電陣列實現觸摸回饋及聲音輸出之電子裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電子裝置，包括觸控式螢幕和壓電陣列單元。所述觸 控式螢幕被劃分為多個區域。所述壓電陣列單元包括多個壓電模組，所述多個壓電模組排列於所述觸控式螢幕下方並和所述觸控式螢幕之多個區域一一對應。所述電子裝置確定觸控式螢幕上觸摸信號在觸控式螢幕中所處區域，確定所述觸摸信號在所述觸控式螢幕中所處區域對應之壓電模組，並控制所述壓電模組按預設之頻率振動以提供振動回饋；獲取需要播放之聲音信號；以及控制所述壓電模組根據所述聲音信號振動以播放所述聲音信號。

Description

藉由壓電陣列實現觸摸回饋及聲音輸出之電子裝置

本發明涉及人機交互技術領域，特別涉及一種藉由壓電陣列單元實現觸摸振動回饋及聲音輸出之電子裝置。

手機等電子產品一般藉由馬達實現振動，而馬達之數量一般只有一個且安裝在電子裝置中之固定位置。當使用者在電子裝置之觸控式螢幕上進行觸摸操作時，無論用戶觸摸位置在哪裡，藉由所述馬達實現之振動回饋都在同一個位置，不能針對使用者之觸摸位置提供真實之觸摸回饋，體驗性較差。另一方面，手機上都設置有揚聲器，所述揚聲器結構需要佔用手機內部空間，在手機尺寸日益追求極致之趨勢下，如何節省手機內部空間是一個重要問題。此外，揚聲器需要在外殼上設置對應之開孔，而手機上開孔越多相應之防水問題就越難以克服。

有鑑於此，有必要提出一種藉由壓電陣列實現觸摸回饋及聲音輸出之電子裝置，以解決上述問題。

一方面，本發明提供一種電子裝置，包括觸控式螢幕和壓電陣列單元。所述觸控式螢幕被劃分為多個區域。所述壓電陣列單元包括多個壓電模 組，所述多個壓電模組排列於所述觸控式螢幕之下方，所述多個壓電模組和所述觸控式螢幕之多個區域一一對應。所述電子裝置確定觸控式螢幕上觸摸信號在觸控式螢幕中所處區域，確定所述觸摸信號在所述觸控式螢幕中所處區域對應之壓電模組，並控制所述壓電模組按預設之頻率振動以提供振動回饋；獲取需要播放之聲音信號；以及控制所述壓電模組根據所述聲音信號振動以播放所述聲音信號。

優選地，所述觸控式螢幕對應一個二維座標系，所述觸控式螢幕根據所述二維座標系中之座標值被劃分為所述多個區域，每個區域對應一個座標範圍，所述每個壓電模組對應唯一之標識資訊，所述記憶體中存儲有所述觸控式螢幕中各個區域之座標範圍與各個壓電模組之標識資訊之對應關係，所述對應關係用於確定所述觸摸信號在觸控式螢幕中所處區域對應之壓電模組。

優選地，當獲取到所述需要播放之聲音信號中包括不同聲道之聲音信號時，每個壓電模組用於播放所述需要播放之聲音信號中之一個聲道。

優選地，所述聲音信號包括多個不同頻段，每個壓電模組用於播放所述聲音信號中之一個頻段。

優選地，所述多個程式模組由所述處理器運行還用於執行如下步驟：獲取使用者設置之所述電子裝置之音量值，根據所述音量值確定輸出所述聲音信號時需要發生振動之壓電模組之數量，其中，發生振動之壓電模組之數量與所述音量值成正比。

優選地，所述電子裝置還包括用於接收語音信號輸入之輸入單元，所述輸入單元包括音訊轉碼器，所述音訊轉碼器用於去除所述輸入單元接收到之聲音信號中之噪音及由所述壓電模組產生之回音。

本發明中之電子裝置在觸控式螢幕下方設置壓電陣列單元，所述壓電陣列單元中之多個壓電模組與所述觸控式螢幕中之多個區域一一對應，當 使用者觸摸所述觸控式螢幕上之一個區域時，與該觸摸區域對應之壓電模組產生振動，從而在用戶觸摸位置實現觸摸回饋，使得用戶之感受更加真實，提高用戶體驗。此外，所述壓電陣列單元還用於藉由振動播放聲音信號，從而可以取代傳統電子裝置中之聽筒以及揚聲器，不但能夠節省電子裝置內部空間，還減少了電子裝置殼體上之開口，增加殼體外觀美感之同時，也進一步提高了電子裝置之防水性能。

100‧‧‧電子裝置

10‧‧‧觸控式螢幕

101‧‧‧觸控面板

102‧‧‧顯示面板

20‧‧‧壓電陣列單元

201‧‧‧壓電模組

30‧‧‧記憶體

40‧‧‧處理器

50‧‧‧無線通訊單元

60‧‧‧A/V輸入單元

601‧‧‧音訊轉碼器

70‧‧‧介面單元

80‧‧‧壓電控制系統

801‧‧‧觸摸輸入偵測模組

802‧‧‧振動回饋控制模組

803‧‧‧聲音信號獲取模組

804‧‧‧聲音輸出控制模組

圖1係本發明一實施方式中電子裝置之功能模組示意圖。

圖2係本發明一實施方式中電子裝置之觸控式螢幕及壓電陣列單元之分解示意圖。

圖3係本發明第一實施方式中觸控式螢幕模組與壓電陣列之對應關係示意圖。

圖4係本發明一實施方式中壓電陣列控制系統之功能模組示意圖。

為了能夠更清楚地理解本發明之上述目之、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。需要說明之是，在不衝突之情況下，本申請之實施例及實施例中之特徵可以相互組合。在下面之描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，所描述之實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部之實施例。基於本發明中之實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得之所有其他實施例，都屬於本發明保護之範圍。

請參閱圖1，為本發明一較佳實施方式中電子裝置100之功能模組示意圖。在本實施方式中，所述電子裝置100包括觸控式螢幕10、壓電陣列單元20、記憶體30、處理器40、無線通訊單元50、A/V輸入單元60以及介面單元70。可以理解，所述電子裝置100還包括其他各種元器件，由於不是本發明重點故並未予以示出。所述觸控式螢幕10被劃分為多個區域，所述壓電陣列單元20設置於觸控式螢幕10下方，所述壓電陣列單元20包括多個壓電模組，所述多個壓電模組與所述觸控式螢幕10之多個區域一一對應。當所述觸控式螢幕10接收到用戶之觸摸輸入後，所述電子裝置100確定所述觸摸輸入位置所在之區域，確定所述觸摸輸入所在區域對應之壓電模組，並控制與所述觸摸輸入所在區域對應之壓電模組振動，所述壓電模組之振動藉由所述觸控式螢幕10及電子裝置100之外殼等介質擴散，從而在用戶之觸摸位置形成觸摸回饋。所述電子裝置100還在需要輸出聲音信號時，根據需要輸出之聲音信號控制所述壓電陣列單元20中之壓電模組振動，所述壓電模組之振動藉由所述觸控式螢幕10及電子裝置100之外殼等介質擴散，形成用戶能夠聽到之聲音，從而將所述需要輸出之聲音信號輸出給使用者。

下面將對所述電子裝置100中之部件及功能做進一步之描述。

所述觸控式螢幕10用於接收用戶之觸摸輸入並向使用者顯示資訊，例如顯示文字、圖片、視頻等資訊。在本實施方式中，所述觸控式螢幕10可以是，但並不限於，電阻式觸控式螢幕、電容式觸控式螢幕、紅外線式觸控式螢幕或表面聲波式觸控式螢幕等。如圖2所示，在本實施方式中，所述觸控式螢幕10可以包括觸控面板101和顯示面板102。所述觸控面板101用於接收使用者輸入之觸摸信號。

所述壓電陣列單元20包括多個壓電模組201，所述多個壓電模組201排列於所述觸控式螢幕10之下方。在本實施方式中，所述多個壓電模組201分佈 於整個觸控式螢幕10之下方。所述觸控面板101可依照任意方式劃分為多個區域，所述多個壓電模組201和所述觸控面板101之多個區域一一對應。每個壓電模組201設置在所述觸控面板101之對應區域之下方。例如圖3所示，在一個實施例中，所述壓電陣列單元20包括四個壓電模組201，所述四個壓電模組201以2×2矩陣之方式分佈在所述觸控式螢幕10下方。所述觸控面板101也劃分為四個區域，所述觸控面板101之四個區域與所述四個壓電模組201之位置一一對應。在本實施方式中，所述觸控面板101對應一個二維座標系，所述觸控面板101根據所述二維座標系中之座標值被劃分為所述多個區域，例如在圖3中，所述觸控面板101對應之二維座標系包括x軸和y軸，所述觸控面板101之座標範圍為(0-x1,0-y1)，當所述觸控面板101被劃分為與四個壓電模組201對應之四個區域時，所述四個區域之座標範圍分別為：第一區域座標範圍(0-x1/2,0-y1/2)，第二區域座標範圍(x1/2-x1,0-y1/2)，第三區域座標範圍(0-x1/2,y1/2-y1)，第四區域之座標範圍(x1/2-x1，y1/2-y1)。在本實施方式中，所述每個壓電模組201對應唯一之標識資訊，所述唯一之標識資訊可以藉由座標值進行表示，也可以是壓電模組之序號，還可以是用戶設定之預設序號值。所述觸控面板101各個區域之座標範圍與所述多個壓電模組201之標識資訊對應存儲。

在本實施方式中，所述壓電模組201可以包括壓電陶瓷片和金屬基片。

所述記憶體30用於存儲所述觸控面板101中劃分之各個區域之座標範圍與各個壓電模組201之標識資訊之對應關係，例如，所述對應關係中包括：觸控面板101中座標為(0-x1/2,0-y1/2)之第一區域對應第一壓電模組201之標識資訊I，座標為(x1/2-x1,0-y1/2)之第二區域對應第二壓電模組201之標識資訊II,座標為(0-x1/2,y1/2-y1)之第三區域對應第三壓電模組201之標識資訊III，座標範圍(x1/2-x1，y1/2-y1)之第四區域對應第四壓電模組201之標識資訊V。所述 記憶體30還用於存儲與所述電子裝置100相關之各種其他資料，例如電話簿、音/視頻資料、圖像資料以及程式碼等。

在其他實施方式中，所述觸控面板101可依照其他方式劃分為多個區域，例如以蜂巢一般之六角格方式劃分為多個區域。

在本實施方式中，所述記憶體30可以包括但不限於唯讀記憶體(Read-Only Memory，ROM)、隨機記憶體(Random Access Memory，RAM)、可程式設計唯讀記憶體(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可程式設計唯讀記憶體(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、一次可程式設計唯讀記憶體(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、電子擦除式可複寫唯讀記憶體(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、唯讀光碟(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光碟記憶體、磁碟記憶體、磁帶記憶體、或者能夠用於攜帶或存儲資料之電腦可讀之任何其他介質。

所述處理器40與所述觸控式螢幕10、所述壓電陣列單元20、所述記憶體30相連。在本實施方式中，所述處理器40可以由積體電路組成，例如可以由單個封裝之積體電路所組成，也可以是由多個相同功能或不同功能封裝之積體電路所組成，例如可以包括一個或者多個中央處理器(Central Processing unit，CPU)、微處理器、數文書處理晶片或圖形處理器，或以上各種積體電路之組合等。在本實施方式中，所述處理器40可以包括觸控式螢幕控制器(Touch IC)、壓電控制器、中央處理器等。

所述無線通訊單元50用於將所述電子裝置100與無線通訊系統中其他裝置建立無線通訊連接，將所述電子裝置100中之資料藉由所述無線通訊連接發送至其他裝置，並接收其他裝置發送之資料。例如，所述無線通訊單元50可以包括，但不限於，廣播接收模組、移動通信模組、局域網通信模組、無線網 際網路模組等。所述廣播接收模組可以藉由廣播頻道從外部廣播管理伺服器接收廣播信號。所述移動通信模組用於與移動通信網路中之基站、其他終端裝置、伺服器等進行資料交換，其中交換之資料可以是語音通話信號、視頻電話通話信號等。局域網通信模組可以包括藍牙®、ZigBee®等。所述無線網際網路模組可以包括WIFI、Wimax等。

所述A/V輸入單元60用於供使用者輸入音訊信號和/或視訊訊號。在本實施方式中，所述A/V輸入單元60可以包括攝像頭和麥克風。所述攝像頭用於拍攝圖像也可以在使用者進行視頻通話時拍攝圖像並藉由所述無線通訊單元50發送至外部裝置。所述麥克風在通話、錄音及語音辨識等模式中接收外部音訊信號。在本實施方式中，所述A/V輸入單元60還包括一音訊轉碼器(Audio Codec)601，用於在藉由麥克風接收聲音信號時(例如使用者使用該電子裝置100打電話或進行錄音時)，去除所述聲音信號中之噪音和由所述壓電模組201產生之回音。

所述介面單元70用於將外部裝置連接至所述電子裝置100。在本實施方式中，所述介面單元70可以包括耳機介面、USB介面等，用於與耳機、充電器等外部裝置連接。

請參閱圖4，所述電子裝置100中還運行有一壓電控制系統80。所述壓電控制系統80包括一個或多個程式形式之電腦指令，該一個或多個程式形式之電腦指令儲存於所述記憶體30中，並由所述處理器40執行。如圖4所示，所述壓電控制系統80可以包括觸摸輸入偵測模組801、振動回饋控制模組802、聲音信號獲取模組803以及聲音輸出控制模組804。

所述觸摸輸入偵測模組801用於獲取所述觸控式螢幕10接收到之觸摸信號，確定所述觸摸信號之位置座標，並根據所述觸摸信號之位置座標確定所述觸摸信號在觸控面板101中所處區域。例如，當用戶之觸摸位置座標為(x1/4, y1/4)時，所述觸摸輸入偵測模組801確定所述觸摸位置位於所述觸控面板101中之第一區域。

所述振動回饋控制模組802用於確定所述觸摸位置在觸控面板101中所處區域對應之壓電模組201，並控制所述壓電模組201按預設之頻率振動。在本實施方式中，所述振動回饋控制模組802根據所述記憶體30中存儲之所述觸控面板101中各個區域之座標範圍與壓電模組201之對應關係確定所述觸摸位置對應之壓電模組201，例如，當用戶之觸摸位置座標處於所述第一區域座標範圍時，所述振動回饋控制模組802根據所述記憶體30中存儲之對應關係確定所述觸摸位置對應第一壓電模組201。在本實施方式中，所述振動回饋控制模組802控制所述壓電模組201振動頻率F1之範圍為：0<F1<250赫茲。所述振動回饋控制模組802控制所述壓電模組201以所述預定頻率振動後，所述壓電模組201之振動藉由所述觸控式螢幕10等介質擴散，從而在用戶之觸摸位置形成用戶可以感受到之振動回饋。

所述聲音信號獲取模組803用於獲取所述電子裝置100中需要輸出之聲音信號。在本實施方式中，所述聲音信號可以包括但不限於使用者藉由所述電子裝置100與其他電子裝置之使用者進行語音通話時對方之語音信號、與其他電子裝置使用者進行視頻通話時對方之語音信號、所述電子裝置100播放所述記憶體30中存儲之本地音樂和視頻檔時音樂和視頻檔中之聲音信號、所述電子裝置100播放藉由所述無線通訊單元50由網路中獲取之網路音樂檔或視頻檔中之聲音信號等。

所述聲音輸出控制模組804用於根據所述需要輸出之聲音信號控制所述壓電陣列單元20中之壓電模組201振動從而輸出所述聲音信號。所述壓電模組201之振動藉由所述電子裝置100中之觸控式螢幕10以及殼體等介質之擴散，從而變為使用者可以聽見之聲音信號。

在本實施方式中，每個壓電模組201播放所述聲音信號中之一部分。

例如所述聲音輸出控制模組804可以在獲取到需要輸出之聲音信號中包括不同聲道之聲音信號時，控制所述每個壓電模組201播放所述聲音信號中之一個聲道。例如，聲音信號中同時包括左聲道中之語音信號和右聲道中之音樂信號時，所述聲音輸出控制模組804控制一部分壓電模組201播放所述語音信號，控制另一部分壓電模組201播放所述音樂信號，從而實現不同聲道之播放效果。

或者，所述聲音輸出控制模組804可以控制每個壓電模組201用於播放聲音信號中之一個頻段。例如，音訊信號之頻率範圍可以包括：低頻段(30-150Hz)、中低頻段(150-500Hz)、中高頻段(500-5000Hz)、高頻段(5000-20kHz)。所述聲音輸出控制模組804根據需要播放之音訊信號控制每個壓電模組201播放聲音信號其中之一個頻段。

在本實施方式中，發生振動之壓電模組201之數量與所述聲音信號之音量值成正比，即發出之聲音信號之音量值越大，發生振動之壓電模組201之數量越多。反之，發生之聲音信號之音量值越小，發生振動之壓電模組201之數量越少。所述聲音輸出控制模組804還用於獲取使用者設置之音量值，並根據所述使用者設置之音量值確定輸出所述聲音信號時振動之壓電模組201之數量。在實施方式中，所述記憶體30中存儲有音量值與發生振動之壓電模組201數量之對應關係。當所述聲音輸出控制模組804獲取到需要輸出之聲音信號後，獲取所述使用者設置之音量值並根據所述音量值與發生振動之壓電模組201數量之對應關係確定需要發生振動之壓電模組201之數量。例如，所述聲音輸出控制模組804根據預設音量值確定需要發生振動之壓電模組201之數量為5個時，所述聲音輸出控制模組804控制5個壓電模組201進行振動來播放所述聲音信號。

在本發明一實施方式中，所述聲音輸出控制模組804在確定需要發生振動之壓電模組201之數量後，隨機選擇所述數量之壓電模組201並控制所述被選擇之壓電模組201進行振動以播放所述聲音信號。在本發明另一些實施方式中，所述聲音輸出控制模組804還可以根據需要發生振動之壓電模組201之數量按照預定規則控制所述數量之壓電模組201進行振動以播放所述聲音信號。其中，所述預定規則可以是但不限於使用者自訂之規則、也可以是根據輸出聲音信號之類型控制預定區域中所述數量之壓電模組201進行振動發聲，例如，當需要輸出之聲音信號為語音通話信號時，所述聲音輸出控制模組804根據預設音量值確定需要發生振動之壓電模組201之數量為5個時，所述聲音輸出控制模組804控制位於電子裝置100上部之5個壓電模組201進行振動以播放所述語音通話信號，如此，使用者在手持所述電子裝置100進行語音通話時，所述播放所述語音通話信號之壓電模組201之位置更靠近用戶耳朵之位置，從而實現電子裝置中聽筒之功能。又例如，當需要輸出聲音信號為音樂等音訊信號時，所述聲音輸出控制模組804控制位於所述電子裝置100中部之所述與音量值對應之數量之壓電模組201進行振動以播放所述音訊信號，從而實現電子裝置100之揚聲器功能。可以理解之是，以上所列舉之情況是僅僅是為了更好之說明本發明，但並不對本發明構成限制。

在本實施方式中，所述聲音輸出控制模組804還用於檢測所述介面單元70中是否有耳機插入，當確定所述介面單元70中有耳機插入時，控制所述聲音信號藉由所述耳機進行播放。

本發明中之電子裝置100在觸控式螢幕10下方設置壓電陣列單元20，所述壓電陣列單元20中之多個壓電模組201與所述觸控式螢幕10中之多個區域一一對應，當使用者觸摸所述觸控式螢幕10上之一個區域時，與該觸摸區域對應之壓電模組201產生振動，從而在用戶觸摸位置實現觸摸回饋，使得用戶之 感受更加真實，提高用戶體驗。此外，所述壓電陣列單元20還用於根據需要播放之聲音信號控制壓電模組振動以播放所述聲音信號，從而藉由所述壓電陣列單元取代傳統電子裝置中之聽筒以及揚聲器，不但能夠節省電子裝置內部空間，還減少了電子裝置殼體上之開口，增加殼體外觀美感之同時，也進一步提高了電子裝置之防水性能。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例之細節，而且在不背離本發明之精神或基本特徵之情況下，能夠以其他之具體形式實現本發明。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或，單數不排除複數。系統權利要求中陳述之多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置藉由軟體或者硬體來實現。第一，第二等詞語用來表示名稱，而並不表示任何特定之順序。

最後應說明之是，以上實施例僅用以說明本發明之技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域之普通技術人員應當理解，可以對本發明之技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案之精神和範圍。

Claims (10)

1. 一種電子裝置，包括：觸控式螢幕，用於接收觸摸輸入，所述觸控式螢幕被劃分為多個區域；壓電陣列單元，包括多個壓電模組，所述多個壓電模組排列於所述觸控式螢幕之下方，所述多個壓電模組和所述觸控式螢幕之多個區域一一對應；處理器；以及記憶體，所述記憶體中存儲有多個程式模組，所述多個程式模組由所述處理器運行並執行如下步驟：獲取所述觸控式螢幕接收到之觸摸信號，確定所述觸摸信號在所述觸控式螢幕中所處區域；確定所述觸摸信號在所述觸控式螢幕中所處區域對應之壓電模組，並控制與所述觸摸信號在所述觸控式螢幕中所處區域對應之所述壓電模組按預設之頻率振動以提供振動回饋；獲取需要播放之聲音信號；以及控制所述壓電模組根據所述聲音信號振動以播放所述聲音信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，所述觸控式螢幕對應一個二維座標系，所述觸控式螢幕根據所述二維座標系中之座標值被劃分為所述多個區域，每個區域對應一個座標範圍，所述每個壓電模組對應唯一之標識資訊，所述記憶體中存儲有所述觸控式螢幕中各個區域之座標範圍與各個壓電模組之標識資訊之對應關係，所述對應關係用於確定所述觸摸信號在觸控式螢幕中所處區域對應之壓電模組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，當獲取到所述需要播放之聲音信號中包括不同聲道之聲音信號時，每個壓電模組用於播放所述需要播放之聲音信號中之一個聲道。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，所述聲音信號包括多個不同頻段，每個壓電模組用於播放所述聲音信號中之一個頻段。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，所述多個程式模組由所述處理器運行還用於執行如下步驟：獲取使用者設置之所述電子裝置之音量值，根據所述音量值確定輸出所述聲音信號時需要發生振動之壓電模組之數量，其中，發生振動之壓電模組之數量與所述音量值成正比。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，其中，所述多個程式模組由所述處理器運行還用於執行如下步驟：根據所述音量值確定出需要發生振動之壓電模組之數量後，隨機選擇所述數量之壓電模組進行振動以播放所述聲音信號。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，其中，所述多個程式模組由所述處理器運行還用於執行如下步驟：根據所述音量值確定出需要發生振動之壓電模組之數量後，按照預定規則控制所述數量之壓電模組進行振動以播放所述聲音信號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中，所述預定規則為根據所述聲音信號之類型控制預定區域中所述數量之壓電模組進行振動以播放所述聲音信號。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，所述電子裝置還包括用於連接耳機之介面單元，所述多個程式模組由所述處理器運行還執行如下步驟：檢測所述介面單元中是否有耳機插入，當確定所述介面單元中有耳機插入時，控制所述聲音信號藉由所述耳機進行播放。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，所述電子裝置還包括用於接收聲音信號輸入之輸入單元，所述輸入單元包括音訊轉碼器，所述音訊轉碼器用於去除所述輸入單元接收到之聲音信號中之噪音及由所述壓電模組產生之回音。