TWI789317B

TWI789317B - 具有觸覺反饋的觸控輸入裝置

Info

Publication number: TWI789317B
Application number: TW111123412A
Authority: TW
Inventors: 黃瑞益
Original assignee: 達方電子股份有限公司
Priority date: 2021-07-22
Filing date: 2021-07-22
Publication date: 2023-01-01
Also published as: TW202305554A

Abstract

一種具有觸覺反饋的觸控輸入裝置包含一觸碰輸入接收器及複數個振動器，該觸碰輸入接收器具有複數個按壓感應單元。該複數個按壓感應單元及該複數個振動器分散設置於該觸碰輸入接收器的觸碰操作面下方。於一實施例中，該觸控輸入裝置具有一控制器。當該控制器判斷該複數個按壓感應單元其中一個按壓感應單元感應到於該觸碰操作面上之一按壓時，該控制器控制對應該被判斷出的按壓感應單元之多個振動器振動。於另一實施例中，該按壓感應單元包含對應設置的開關接點，對應每一個按壓感應單元的開關接點設置一向外突出的突部。

Description

具有觸覺反饋的觸控輸入裝置

本發明關於一種輸入裝置，尤指一種具有觸覺反饋的觸控輸入裝置。

觸控輸入裝置，例如觸控板，已廣泛使用於輸入裝置(例如筆記型電腦)，其透過追蹤觸碰軌跡、接收點擊等觸碰操作，以提供一般滑鼠大部分的功能，例如移動游標、點選圖示等。一般觸控板的觸控表面採單片結構、固定設置的設計。觸控板原則上無法提供使用者如按壓滑鼠按鍵般的觸覺反饋，使得使用者難以判斷點擊是否成功，造成輸入操作的困擾。

鑑於先前技術中的問題，本發明之一目的在於提供一種具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，具有分散設置的按壓感應單元及振動器，使得使用者不同的按壓位置可被區隔，進而據以選擇性地控制至少一個振動器振動，以作為使用者按壓的觸覺反饋。

根據本發明之一實施例，該具有觸覺反饋的觸控輸入裝置包含一觸碰輸入接收器、複數個振動器及一控制器。該觸碰輸入接收器具有一觸碰操作面及複數個按壓感應單元，該複數個按壓感應單元分散設置於該觸碰操作面下方。該複數個振動器分散設置於該觸碰操作面下方。該控制器與該觸碰輸入接收器及該複數個振動器電連接。其中，每一個按壓感應單元對應多個振動器，每一個振動器對應多個按壓感應單元。當該控制器判斷該複數個按壓感應單元其中一個按壓感應單元感應到於該觸碰操作面上之一按壓時，該控制器控制對應該被判斷出的按壓感應單元之至少一個振動器振動。藉此，該觸控輸入裝置透過該複數個按壓感應單元區隔使用者在觸碰操作面上不同位置的按壓，並據以控制對應的振動器振動，以作為使用者按壓的觸覺反饋。

根據本發明之另一實施例，該具有觸覺反饋的觸控輸入裝置包含一觸碰輸入接收器及複數個振動器。該觸碰輸入接收器具有一觸碰操作面且包含一按壓感應層及疊置於該按壓感應層上方之一觸碰感應層，該按壓感應層形成複數個按壓感應單元，分散設置於該觸碰操作面下方，該按壓感應單元包含對應設置的開關接點，該按壓感應層對應每一個按壓感應單元的開關接點包含一向外突出的突部。該複數個振動器分散設置於該觸碰操作面下方。每一個振動器對應多個按壓感應單元，每一個按壓感應單元對應多個振動器。藉此，該突部可提高該按壓感應單元的靈敏度，進而使該觸控輸入裝置能有效地提供觸覺反饋。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱第1至4圖。根據第一實施例之一具有觸覺反饋的觸控輸入裝置1包含一觸碰輸入接收器12、複數個振動器14及一控制器16 (以一方塊示意於第1圖中)。觸碰輸入接收器12具有一觸碰操作面12a且包含一按壓感應層122及疊置於按壓感應層122上方之一觸碰感應層124。按壓感應層122形成複數個按壓感應單元1222 (以帶影線的圓圈表示於第3圖中)，分散設置於觸碰操作面12a下方。該複數個振動器14分散設置於觸碰操作面12a下方。控制器16 (例如以電路板模組實作，其可包含一印刷電路板及設置於印刷電路板上之處理/控制晶片、連接介面及所需電子元件等)與按壓感應層122及振動器14電連接。觸碰操作面12a即作為使用者對觸控輸入裝置1進行輸入操作之介面。觸碰輸入接收器12利用觸碰感應層124能感應到使用者在觸碰操作面12a上的移動、輕敲等觸碰操作；並利用按壓感應層122能感應到使用者在觸碰操作面12a上的按壓操作。每一個按壓感應單元1222對應至少一個振動器14。當控制器16判斷該複數個按壓感應單元1222其中一個按壓感應單元1222感應到於觸碰操作面12a上之一按壓時，控制器16控制對應該被判斷出的按壓感應單元1222之至少一個振動器14振動。因此，控制器16能接收來自按壓感應層122的按壓訊號，並據以選擇性控制振動器14振動，以作為使用者按壓的觸覺反饋。

於第一實施例中，按壓感應層122可由薄膜電路板實作並經由連接尾端122a與控制器16連接器。薄膜電路板包含兩層相對的上、下載板1224、1226及夾置其間的間隔片1228，於上、下載板1224、1226相對的表面上設置開關電路以形成對應設置的開關接點1222a、1222b，作為按壓感應單元1222 (如第4圖所示)。間隔片1228對應每一個按壓感應單元具有一開口1228a，開關接點1222a、1222b對應該對應的開口1228a設置。為簡化圖式，按壓感應層122於第1、3圖中仍以單一結構件表現於圖中。其中，於第一實施例中，開關接點1222a、1222b相對設置於上、下載板1224、1226上，透過直接接觸而觸發按壓感應單元1222。但實作上亦可將開關接點1222a、1222b一同設置於上載板1224或下載板1226上，並相對於開關接點1222a、1222b於下載板1226或上載板1224上設置一導通接點，透過此導通接點同時接觸開關接點1222a、1222b而觸發按壓感應單元1222。此外，於實作上，按壓感應單元1222亦得以其他結構實現。例如，於單一電路板(例如軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit，FPC))上設置多個開關，以作為按壓感應單元1222。此外，於第一實施例中，振動器14以壓電材料製作並經由FPC 15 (的連接尾端15a)與控制器16連接器。振動器14包含一金屬基板142 (例如但不限於黃銅板)及貼附於金屬基板142上的壓電片144，金屬基板142及壓電片144上分別有電極墊142a、144a，用以連接至FPC 15。控制器16可經由FPC 15對個別的振動器14施加控制信號(例如電壓)，以實現局部振動的效果。於實作上，振動器14亦得以其他能產生振動的裝置實現，例如偏心馬達、固定線圈搭配活動的磁鐵之結構配置等。

此外，於第一實施例中，觸碰感應層124可由帶有電極陣列之薄電路板實作，其厚度及材質可設計為容許電路板產生彈性變形以使按壓感應單元1222能被觸發。於實作上，使用者按壓觸碰操作面12a以觸發按壓感應單元1222之按壓行程明顯大於使用者輕敲觸碰操作面12a可能產生的垂直位移；進一步來說，使用者輕敲觸碰操作面12a可能產生的垂直位移可視為零。因此，使用者按壓(或謂重敲，相對於輕敲而言)觸碰操作面12a與輕敲觸碰操作面12a會感受到不同的操作觸覺，而能識別出兩種不同的操作。於實際應用中，按壓觸碰操作面12a可模擬實體按鍵操作。此外，於第一實施例中，觸碰感應層124之連接埠位於其下表面，故其下方各構件(例如按壓感應層122、FPC 15等)均具有開孔，以露出該連接埠。該連接埠可經由一連接線(未繪示於圖中)連接至控制器16。控制器16再連接至外部裝置(例如經由USB介面連接至個人電腦)。另外，於實作上，觸碰感應層124上可覆蓋一保護層126，此時保護層126的上表面即為使用者直接接觸的觸碰操作面12a。

請亦參閱圖4，其中按壓感應單元1222以粗線小圓表示，振動器14以大圓表示。於第一實施例中，該複數個按壓感應單元1222大致上均勻分佈，其中部分的按壓感應單元1222可能因避免結構干涉而偏移設置。該複數個振動器14亦是大致上均勻分佈。振動器14與按壓感應單元1222間有對應關係，使得當其中一個按壓感應單元1222被觸發時，控制器16將控制其對應的振動器14振動。例如，於第一實施例中，該複數個按壓感應單元1222的設置位置為位置A1~2、B1~3、C1~2、D1~4、E1~4、F1~3、G1~5、H1，該複數個振動器14的設置位置為位置P1~8。當使用者按壓觸碰操作面12a致使位於位置A1或A2的按壓感應單元1222被觸發時(亦即位於位置A1或A2的按壓感應單元1222感測到使用者於觸碰操作面12a上之按壓；原則上，此按壓相對其他按壓感應單元1222較為靠近位於位置A1或A2的按壓感應單元1222)，控制器16控制位於位置P1、P4、P6的振動器14振動。換言之，位於位置A1的按壓感應單元1222對應位於位置P1、P4、P6的振動器14，位於位置A2的按壓感應單元1222亦對應位於位置P1、P4、P6的振動器14。其中，位於位置A1、A2的按壓感應單元1222於一垂直方向Dv (以雙頭箭頭表示於第4、5圖中)上之投影(即第5圖中對應的粗線小圓)中心落於位於位置P1、P4、P6對應的多個振動器14振動中心的連線形成的區域Pa (以虛線三角形表示於第5圖中)內(包含區域的內側及邊界)。藉此，觸控輸入裝置1透過分散設置的按壓感應單元1222可區隔使用者於觸碰操作面12a上不同位置的按壓，並透過分散設置的振動器14可提供使用者局部的觸覺反饋，此可幫助使用者辨識出此觸覺反饋是針對那一個手指的按壓。此局部的振動效果亦有助於有效使用電力，避免所有振動器14一起驅動而造成負載太高、振動器14振幅縮小、導致觸覺反饋不佳的情形。此外，於第一實施例中，該複數個按壓感應單元1222以分為多組(即A、B、…H)為例，但於實作上不以為限。又，前述按壓感應單元1222及振動器14的分佈及對應關係僅為適例；於實作上，振動器14與按壓感應單元1222的分佈及對應關係可依設計、試驗而決定，不以上述為限，不另贅述。

此外，於第一實施例中，按壓感應層122對應每一個按壓感應單元1222的開關接點1222a、1222b包含一向外突出的突部1230，突部1230自上載片1224 (向上)突出並可由但不限於一小片Mylar (聚酯膜片)實作。突部1230對齊開關接點1222a、1222b設置可使開關接點1222a、1222b即使於使用者未對準開關接點1222a、1222b按壓時仍能有效接觸，進而增加按壓感應單元1222的靈敏度。另外，於實作上，突部1230亦可改設置於下載片1226並自下載片1226 (向下)突出，同樣能產生前述進而增加按壓感應單元1222靈敏度的效果。

此外，請參閱第5、6圖。其中，第6圖顯示按壓感應單元1222的電路邏輯之方塊圖，同一組的按壓感應單元1222以同一個方塊表示。例如，帶有標示「A」的方塊表示位於位置A1、A2的按壓感應單元1222；同理，帶有標示「B」的方塊表示位於位置B1、B2、B3的按壓感應單元1222。其餘以此類推。每一個按壓感應單元1222開關接點1222a、1222b (未顯示於第5、6圖中)的其中一個連接至一共同的供電端Vin；該複數個按壓感應單元的供電端相互電連接。每一個按壓感應單元1222開關接點1222a、1222b的其中另一個連接至對應的檢測端pin1~8。檢測端pin1~8可延伸至按壓感應層122的連接尾端122a，藉此控制器16可直接檢測各組按壓感應單元1222的觸發狀況。

另外，請回到第1、3、4圖。於第一實施例中，觸控輸入裝置1還包含一結構框架18、一絕緣片20及一裝置底板22。結構框架18設置於該複數個振動器14下方且位於裝置底板22上方。振動器14的金屬基板142直接抵靠結構框架18。結構框架18可提供該複數個振動器14結構支撐，有助於振動器14的振動傳遞，亦有益於觸控輸入裝置1整體結構強度。絕緣片20 (例如但不限於Mylar片)夾置於結構框架18，當結構框架18及裝置底板22為金屬材質(例如但不限於黃銅、不銹鋼)時，絕緣片20可提供絕緣，避免影響振動器14的運作。

如前述說明，於觸控輸入裝置1中，按壓感應層122位於振動器14上方，故按壓感應層122可提供不錯的按壓感測靈敏度，但實作上不以此為限。請參閱第7、8圖。根據第二實施例之一具有觸覺反饋的觸控輸入裝置4與前述觸控輸入裝置1相似，故觸控輸入裝置4原則上沿用觸控輸入裝置1之元件符號。關於觸控輸入裝置4之其他說明，請參閱觸控輸入裝置1各構件及其變化例之相關說明，不另贅述。觸控輸入裝置1、4主要差異在於按壓感應層122與振動器14於垂直方向Dv上的相對位置不同。於觸控輸入裝置4中，其觸碰輸入接收器的按壓感應層122及觸碰感應層124非相鄰設置，振動器14設置於按壓感應層122與觸碰感應層124之間。同樣的，控制器16能接收來自按壓感應層122的按壓訊號，並據以選擇性控制振動器14振動，以作為使用者按壓的觸覺反饋。由於振動器14較靠近觸碰操作面12a，故振動器14可提供不錯強度的觸覺反饋。

此外，於第二實施例中，結構框架18設置於該複數個振動器14與按壓感應層122之間。絕緣片20設置於結構框架18與按壓感應層122之間。按壓感應層122的突部1230'是設置於下載片1226並自下載片1226 (向下)突出；同樣的，突部1230'亦可改設置於上載片1224並自上載片1224 (向上)突出。兩者均能產生前述進而增加按壓感應單元1222靈敏度的效果。此外，用於控制振動器14的FPC 15與觸碰感應層124經由一黏著層24結合。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1,4:觸控輸入裝置 12:觸碰輸入接收器 12a:觸碰操作面 122:按壓感應層 122a:連接尾端 1222:按壓感應單元 1222a,1222b:開關接點 1224:上載板 1226:下載板 1228:間隔片 1228a:開口 1230:突部 124:觸碰感應層 126:保護層 14:振動器 142:金屬基板 142a:電極墊 144:壓電片 144a:電極墊 15:FPC 15a:連接尾端 16:控制器 18:結構框架 20:絕緣片 22:裝置底板 24:黏著層 3:電腦 A1~2,B1~3,C1~2,D1~4,E1~4,F1~3,G1~5,H1,P1~8:位置 Dv:垂直方向 Pa:區域 Vin:供電端 pin1~8:檢測端

第1圖為根據第一實施例之一具有觸覺反饋的觸控輸入裝置之示意圖。第2圖為第1圖中觸控輸入裝置之功能方塊圖。第3圖為第1圖中觸控輸入裝置除去控制器之爆炸圖。第4圖為第1圖中觸控輸入裝置沿線X-X之剖面圖。第5圖為第1圖中觸控輸入裝置的按壓感應單元及振動器分佈之示意圖。第6圖為第5圖中按壓感應單元的電路邏輯之方塊圖。第7圖為根據第二實施例之一具有觸覺反饋的觸控輸入裝置之爆炸圖。第8圖為第7圖中觸控輸入裝置之剖面圖，其切面位置相當於第1圖中線X-X。

1:觸控輸入裝置

12a:觸碰操作面

122:按壓感應層

122a:連接尾端

1222:按壓感應單元

1230:突部

124:觸碰感應層

126:保護層

14:振動器

142:金屬基板

142a:電極墊

144:壓電片

144a:電極墊

15:FPC

15a:連接尾端

18:結構框架

20:絕緣片

22:裝置底板

Claims

一種具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，包含：一觸碰輸入接收器，具有一觸碰操作面及複數個按壓感應單元，該複數個按壓感應單元分散設置於該觸碰操作面下方；複數個振動器，分散設置於該觸碰操作面下方；以及一控制器，與該觸碰輸入接收器及該複數個振動器電連接；其中，每一個按壓感應單元對應多個振動器，每一個振動器對應多個按壓感應單元，當該控制器判斷該複數個按壓感應單元其中一個按壓感應單元感應到於該觸碰操作面上之一按壓時，該控制器控制對應該被判斷出的按壓感應單元之至少一個振動器振動。
如請求項1所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中該觸碰輸入接收器包含一按壓感應層及疊置於該按壓感應層上之一觸碰感應層，該按壓感應層形成該複數個按壓感應單元。
如請求項2所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中每一個按壓感應單元包含對應設置的開關接點。
如請求項3所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中該按壓感應層對應每一個按壓感應單元的開關接點包含一向外突出的突部。
如請求項3所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中該按壓感應層包含一上載片、相對於該上載片之一下載片、及夾置於該上載片與該下載片間之一間隔片，該間隔片對應每一個按壓感應單元具有一開口，該開關接點對應該對應的開口設置，該按壓感應層對應每一個按壓感應單元的開關接點包含一突部，向外突出於該上載片或該下載片。
如請求項3所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中該開關接點中其中一個連接至一共同的供電端，另一個連接至對應的檢測端。
如請求項2所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中該複數個振動器設置於該按壓感應層與該觸碰感應層之間。
如請求項7所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，更包含一結構框架，設置於該複數個振動器與該按壓感應層之間。
如請求項1所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中每一個振動器包含一壓電材料。
如請求項1所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中每一個按壓感應單元於一垂直方向上之投影中心落於該對應的多個振動器振動中心的連線形成的區域內。
一種具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，包含：一觸碰輸入接收器，具有一觸碰操作面且包含一按壓感應層及疊置於該按壓感應層上方之一觸碰感應層，該按壓感應層形成複數個按壓感應單元，分散設置於該觸碰操作面下方，每一個按壓感應單元包含對應設置的開關接點，該按壓感應層對應每一個按壓感應單元的開關接點包含一向外突出的突部；以及複數個振動器，分散設置於該觸碰操作面下方，每一個振動器對應多個按壓感應單元，每一個按壓感應單元對應多個振動器。
如請求項11所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中該按壓感應層包含一上載片、相對於該上載片之一下載片、及夾置於該上載片與該下載片間之一間隔片，該間隔片對應每一個按壓感應單元具有一開口，該開關接點對應該對應的開口設置，該突部向外突出於該上載片或該下載片。
如請求項11所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中該複數個振動器設置於該按壓感應層與該觸碰感應層之間。
如請求項13所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，更包含一結構框架，設置於該複數個振動器與該按壓感應層之間。
如請求項11所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中每一個振動器包含一壓電材料。
如請求項11所述之具有觸覺反饋的觸控輸入裝置，其中每一個按壓感應單元於垂直方向之投影中心落於該對應的多個振動器振動中心的連線形成的區域內。