本發(fā)明涉及觸覺反饋技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電子設(shè)備及其觸覺反饋裝置。

背景技術(shù)：

目前，一般的電子設(shè)備提供的觸覺反饋主要是通過一些促動器使設(shè)備表面或者設(shè)備整體發(fā)聲振動，從而提供觸感輸出。這些提供振動的促動器包括偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量傳動器、線性共振傳動器、壓電式傳動器等。通過這些促動器的方式目前還難以提供不同界面輸出時的觸控紋理，如設(shè)備顯示不同材料時，并不能提供不同紋理的材料表面的界面輸出。

電觸覺反饋技術(shù)是一種給人體皮膚提供電感刺激的觸覺反饋技術(shù)。其向使用者如人手皮膚周圍形成一個震蕩靜電場，從而人手皮膚內(nèi)的環(huán)層小體觸覺感受器產(chǎn)生脈動庫侖力，最終人體通過環(huán)層小體獲得一個觸感。通過電觸覺反饋技術(shù)，使用者可以獲得不同的觸摸紋理，如設(shè)備的蓋板能夠模擬木質(zhì)的粗糙紋理，以及金屬的光滑紋理。

但是，不管是促動器式的觸覺反饋，還是電觸覺反饋式的觸覺反饋，最佳的效果只能使蓋板模擬不同材質(zhì)由于粗糙度不同以及粗糙方式不一樣帶來的感受。當(dāng)兩種材質(zhì)的粗糙度和粗糙方式相似時，其難以區(qū)分。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種可以有效區(qū)分兩種粗糙度及粗糙方式相似的材質(zhì)的電子設(shè)備及其觸覺反饋裝置。

一種觸覺反饋裝置，包括：

觸控面板，包括蓋板及觸控傳感器，所述蓋板包括相對設(shè)置的第一表面以及第二表面，所述觸控傳感器設(shè)置于所述第二表面的一側(cè)；

觸感輸出模塊，包括電感刺激生成器及溫度控制器，所述電感刺激生成器設(shè)置于所述蓋板的第二表面的一側(cè)，用于生成電感刺激，所述溫度控制器設(shè)置于所述第二表面上，用于生成溫度刺激；

顯示模組，設(shè)置于所述觸控傳感器遠(yuǎn)離所述蓋板的一側(cè)；及

觸覺反饋控制模塊，包括數(shù)據(jù)處理器以及控制器，所述數(shù)據(jù)處理器用于處理由所述觸控傳感器與所述顯示模組傳輸?shù)妮斎胄畔?，并產(chǎn)生輸入信號；所述控制器用于根據(jù)所述輸入信號以及預(yù)設(shè)的輸入信號與控制信號的關(guān)系，輸出相應(yīng)的控制信號；

其中，所述控制信號包括電感刺激信號和溫度刺激信號中的至少一種，所述電感刺激生成器接收所述電感刺激信號后生成器生成電感刺激，所述溫度控制器接收所述溫度刺激信號后生成溫度刺激。

在其中一個實施例中，所述觸控傳感器為電容式觸控傳感器和壓力觸控傳感器中的至少一種；或

所述觸控傳感器為電阻式觸控傳感器和壓力觸控傳感器中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述溫度控制器包括半導(dǎo)體制冷片，所述半導(dǎo)體制冷片用于加熱或者制冷所述蓋板。

在其中一個實施例中，還包括散熱裝置，所述散熱裝置直接或間接連接所述半導(dǎo)體制冷片。

在其中一個實施例中，所述溫度控制器為多個，多個所述溫度控制器分為兩組，分別為第一組溫度控制器與第二組溫度控制器；所述第一組溫度控制器用于加熱所述蓋板，所述第二組溫度控制器用于制冷所述蓋板。

在其中一個實施例中，還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器用于檢測所述蓋板的溫度信息，并將所述溫度信息反饋至所述觸覺反饋控制模塊，所述數(shù)據(jù)處理器處理所述溫度信息，并產(chǎn)生溫度輸入信號，所述控制器根據(jù)所述溫度輸入信號以及預(yù)設(shè)的溫度輸入信號與控制信號的關(guān)系，輸出相應(yīng)的溫度刺激信號。

在其中一個實施例中，還包括半導(dǎo)體鍍層，所述半導(dǎo)體鍍層設(shè)置于所述第一表面上。

在其中一個實施例中，所述電感刺激生成器包括電感刺激電極，所述觸控傳感器包括觸控電極，所述電感刺激電極與所述觸控電極全部共用或者部分共用；或者所述電感刺激電極與所述觸控電極相互獨立但位于同一導(dǎo)電層。

一種電子設(shè)備，包括：

如上述任意一項所述的觸覺反饋裝置。

上述電子設(shè)備及其觸覺反饋裝置至少具有以下優(yōu)點：

觸控傳感器可以獲得蓋板上的觸摸位置信息，顯示模組根據(jù)觸摸位置信息輸出該觸摸位置的材質(zhì)信息與溫度信息。數(shù)據(jù)處理器處理由觸控傳感器傳輸?shù)挠|摸位置信息及由顯示模組傳輸?shù)脑撚|摸位置的材質(zhì)信息與溫度信息，并產(chǎn)生輸入信號?？刂破鞲鶕?jù)輸入信號以及預(yù)設(shè)的輸入信號與控制信號的關(guān)系，輸出相應(yīng)的控制信號。電感刺激生成器根據(jù)接收的電感刺激信號在身體部位表面形成震蕩靜電場，身體部位皮膚內(nèi)的環(huán)層小體觸覺感受器產(chǎn)生脈動庫侖力，最終人手通過環(huán)層小體獲得一個觸感，從而使觸覺反饋裝置能夠模擬材質(zhì)的紋理。溫度控制器根據(jù)接收的溫度刺激信號控制蓋板的溫度形成不同時間或空間的溫度刺激。由于不同材料導(dǎo)熱系數(shù)或者導(dǎo)熱速度不同，導(dǎo)致材料的溫度不同，從而能夠區(qū)分粗糙度和粗糙方式相似的兩種材料，進(jìn)一步提高觸覺反饋效果。

附圖說明

圖1為一實施方式中電子設(shè)備的界面示意圖；

圖2為一實施方式中沿圖1中A-A線的剖視圖；

圖3為一實施方式中觸控傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為另一實施方式中沿圖1中A-A線的剖視圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認(rèn)為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

如圖1所示，為一實施方式中電子設(shè)備的界面示意圖。電子設(shè)備例如可以為圖1所示的平板電腦，或者手機(jī)等等。圖1中所示的電子設(shè)備的界面中顯示一木質(zhì)桌子20，該木質(zhì)桌子20上放置有一杯子30，杯子30中裝有冰塊40。

如圖2所示，為一實施方式中沿圖1中A-A線的剖視圖。圖2中所示的電子設(shè)備包括觸覺反饋裝置10。觸覺反饋裝置10包括蓋板100、觸控傳感器200、電感刺激生成器300、溫度控制器400、顯示模組500、觸覺反饋控制模塊600以及電源700。

觸控面板包括蓋板100以及觸控傳感器200。蓋板100包括相對設(shè)置的第一表面110和第二表面120，蓋板100的第一表面110用于被觸摸或者接近，可以是身體部位如人手的觸摸或者靠近，也可以是其他可以傳導(dǎo)電感刺激以及溫度的裝置的觸摸或者靠近，如一種能夠傳感電感刺激和溫度的電子筆。觸控傳感器200設(shè)置于蓋板100的第二表面120的一側(cè)。

觸控傳感器200用于檢測用戶身體部位如人手的觸摸或靠近。觸控傳感器200可以是電容式觸控傳感器和壓力觸控傳感器中的至少一種，也可以是電阻式觸控傳感器與壓力觸控傳感器中的至少一種。其中，電容式觸控傳感器包括電容屏中常見的自容式觸控傳感器和互容式觸控傳感器，如GFF、GF、GF2等。

觸控傳感器200能夠檢測身體部位如人手在蓋板100的第一表面110上的位置信息，或者由位置信息衍生的其他信息，如觸摸運動方向以及觸摸運動速度等。當(dāng)觸控傳感器200包括有壓力觸控傳感器時，能夠檢測身體部位在蓋板100的第一表面110上的壓力信息，或者由壓力信息衍生的其他信息，如壓力變化等。

具體到本實施方式中，如圖3所示，為本實施方式的觸控傳感器200的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中所示的觸控傳感器200為單層的互容式觸控傳感器，觸控傳感器200包括觸控電極210與觸控電極引線220，觸控電極210包括觸控驅(qū)動電極212與觸控感應(yīng)電極214，觸控電極引線220包括觸控驅(qū)動電極引線222與觸控感應(yīng)電極引線224。

觸控感應(yīng)電極214與觸控驅(qū)動電極212位于同一層，多個觸控感應(yīng)電極214對應(yīng)一個觸控驅(qū)動電極212，且觸控驅(qū)動電極212與觸控感應(yīng)電極214之間間隔平行設(shè)置，從而構(gòu)成互電容。觸控驅(qū)動電極引線222的一端與觸控驅(qū)動電極212相連接，另一端與電路板(未圖示)相連接，觸控感應(yīng)電極引線224的一端與觸控感應(yīng)電極214相連接，另一端與電路板相連接。

具體到本實施方式中，觸控傳感器200的觸控電極210與電感刺激生成器300的電感刺激電極全部共用，也就是觸控傳感器200與電感刺激生成器300實質(zhì)上是同一個結(jié)構(gòu)。

觸感輸出模塊包括電感刺激生成器300以及溫度控制器400。電感刺激生成器300用于生成電感刺激，電感刺激生成器300可以使觸覺反饋裝置10模擬不同材質(zhì)的紋理，包括粗糙和細(xì)膩的紋理。如圖1中所示杯子30的光滑表面或者較粗糙的木質(zhì)桌子20紋理。

電感刺激生成器300的技術(shù)原理是電振式觸覺反饋，一種給人體皮膚提供電感刺激的觸覺反饋技術(shù)。其通過向電感刺激生成器300中的一個或多個電感刺激電極提供一定頻率的交流電壓，由于使用者人手與電極之間的電容耦合，人手皮膚內(nèi)的環(huán)層小體觸覺感受器會產(chǎn)生脈動庫侖力，最后通過環(huán)層小體獲得觸摸不同材質(zhì)紋理的觸感。

本實施方式中，觸控傳感器200的觸控電極210與電感刺激生成器300的電感刺激電極采用全部共用的方式，能夠從整體上減少整個觸覺反饋裝置10的厚度。共用的導(dǎo)電電極采用分時工作的方式，即在需要檢測觸摸輸入時，共用的導(dǎo)電電極作為觸控傳感器200的觸控電極210；需要提供電感刺激時，共用的導(dǎo)電電極作為電感刺激生成器300的電感刺激電極。

可以理解的是，在其他實施方式中，觸控傳感器200的觸控電極210與電感刺激生成器300的電感刺激電極可以處于不同的導(dǎo)電層，電感刺激生成器300設(shè)置于蓋板100的第二表面120的一側(cè)。

如圖4所示，為另一實施方式的沿圖1中A-A線的剖視圖。圖4中所示的觸覺反饋裝置10，觸控傳感器200的觸控電極210與電感刺激生成器300的電感刺激電極處于不同的導(dǎo)電層。并且，電感刺激生成器300設(shè)置于觸控傳感器200遠(yuǎn)離蓋板100的一側(cè)，觸控傳感器200位于蓋板100與電感刺激生成器300之間，也就是觸控電極210位于電感刺激電極的上方，以避免電感刺激生成器300的電感刺激電極懸置時對觸控傳感器200產(chǎn)生影響。

本實施方式中，電感刺激生成器300的結(jié)構(gòu)與觸控傳感器200的結(jié)構(gòu)相同，在此不再詳述。可以理解的是，電感刺激生成器300的結(jié)構(gòu)可以與觸控傳感器200的結(jié)構(gòu)不同，只要能實現(xiàn)電感刺激即可。

此外，觸控傳感器200的觸控電極210與電感刺激生成器300的電感刺激電極可以位于同一導(dǎo)電層，但不共用電極或者共用部分電極。即，觸控電極210和電感刺激電極可以位于同一導(dǎo)電層，但兩者之間相互獨立。

溫度控制器400設(shè)置于蓋板100的第二表面120上。溫度控制器400接收溫度刺激信號后，通過控制蓋板100的溫度以形成不同時間或空間的溫度。用戶身體部位如人手觸摸或者靠近蓋板100的第一表面110時，獲得第一表面110不同的溫度感覺或溫度變化感覺，如體驗到圖1杯子中冰塊40的冰冷感，或者體驗到火焰的高溫的感覺。

溫度控制器400包括半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片用于加熱或者制冷蓋板100。半導(dǎo)體制冷片也叫熱電制冷片，是一種熱泵。半導(dǎo)體制冷片沒有滑動部件，可以應(yīng)用于一些空間受到限制，可靠性高，無制冷劑污染的場合。半導(dǎo)體制冷片的原理為半導(dǎo)體材料的珀耳帖效應(yīng)，當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現(xiàn)制冷的目的，是一種產(chǎn)生負(fù)熱阻的制冷技術(shù)。

溫度控制器400的數(shù)量可以根據(jù)需要而具體設(shè)置，如為了增強(qiáng)觸覺反饋裝置10的溫度刺激效果，可以在蓋板100的第二表面120上多設(shè)置幾個溫度控制器400。多個溫度控制器400可以分為兩組，分別為第一組溫度控制器與第二組溫度控制器，第一組溫度控制器專門用于加熱蓋板100，第二組溫度控制器專門用于制冷蓋板100。為了增強(qiáng)溫度控制器400的制冷和制熱效果，觸覺反饋裝置10中還可以設(shè)置一散熱裝置(圖未示)，散熱裝置直接或者間接連接于溫度控制器400中的半導(dǎo)體制冷片。

為了增強(qiáng)和更為準(zhǔn)確的提供觸覺反饋裝置10的溫度刺激效果，可以在觸覺反饋裝置10中增設(shè)一個或者多個溫度傳感器(圖未示)。溫度傳感器用于檢測蓋板100的溫度信息，并將溫度信息反饋至觸覺反饋控制模塊600中的數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器處理該溫度信息，并產(chǎn)生輸入信號，觸覺反饋控制模塊600中的控制器根據(jù)溫度輸入信號以及預(yù)設(shè)的溫度輸入信號與控制信號的關(guān)系，輸出相應(yīng)的溫度刺激信號，控制溫度控制器400生成溫度刺激。

顯示模組500設(shè)置于觸控傳感器200遠(yuǎn)離蓋板100的一側(cè)，用于顯示畫面?？梢岳斫獾氖牵@示畫面中包含畫面各個位置的材質(zhì)信息以及各個位置的溫度信息。

觸覺反饋控制模塊600分別連接溫度控制器400以及電源700，電源700連接電感刺激生成器300，從而觸覺反饋控制模塊600能夠控制電感刺激生成器300以及溫度控制器400。

觸覺反饋控制模塊600包括數(shù)據(jù)處理器(圖未示)及其控制器(圖未示)。其中，數(shù)據(jù)處理器用于處理觸控傳感器200以及顯示模組500傳輸?shù)男畔ⅲa(chǎn)生輸入信號。控制器接收輸入信號，并根據(jù)輸入信號以及預(yù)設(shè)的輸入信號與控制信號的關(guān)系，輸出相應(yīng)的控制信號。預(yù)設(shè)的輸入信號與控制信號的關(guān)系，即預(yù)先設(shè)置輸入信號與控制信號的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)函數(shù)關(guān)系以及輸入信號，即可輸出相應(yīng)的控制信號。控制信號包括電感刺激信號和溫度刺激信號中的至少一種，即控制信號可以單獨是電感刺激信號或者溫度刺激信號，也可以同時包括電感刺激信號與溫度刺激信號。電感刺激生成器300根據(jù)接收的電感刺激信號生成電感刺激，溫度控制器400根據(jù)接收的溫度刺激信號生成溫度刺激。

電源600的輸出電壓為50-1000V，結(jié)合電感刺激效果和觸覺反饋裝置10的安全性以及其他器件的匹配性，電源600的輸出電壓可以為50-400V。其中，為模擬不同觸摸紋理的觸覺效果，電感刺激信號的交流電壓的頻率為10-1000Hz，也即人手環(huán)層小體所能感覺到的振動的頻率。

為了提高電感刺激的效果，以及減少蓋板100的第一表面110濕度或臟污對電感刺激的影響，可以將電感刺激信號加載到高頻信號中，其中高頻信號的交流電壓的頻率為20-500kHz。為了增強(qiáng)觸覺反饋裝置10的電感刺激效果，還可以在蓋板100的第一表面110上增加一層半導(dǎo)體鍍層，且不局限于該鍍層。

上述電子設(shè)備及其觸覺反饋裝置10的工作原理為：

當(dāng)身體部位如人手在觸摸蓋板100時，觸控傳感器200可以獲得人手在蓋板100上的觸摸位置信息，并且，此時根據(jù)顯示模組500顯示的畫面信息，可以獲得該位置的材質(zhì)信息和溫度信息。觸覺反饋控制模塊600中的數(shù)據(jù)處理器接收觸控傳感器120傳輸?shù)挠|摸位置信息，以及顯示模組傳輸?shù)脑撐恢玫牟馁|(zhì)信息和溫度信息進(jìn)行處理，并產(chǎn)生輸入信號。控制器根據(jù)輸入信號以及預(yù)設(shè)的輸入信號與控制信號的關(guān)系，輸出相應(yīng)的控制信號。觸控信號包括電感刺激信號和溫度刺激信號中的至少一種，電感刺激信號控制電源700輸出的交流電壓的頻率，電感刺激生成器300根據(jù)電感刺激信號，最終在在人手表面形成震蕩靜電場，從而人手皮膚內(nèi)的環(huán)層小體觸覺感受器產(chǎn)生脈動庫侖力，最終人手通過環(huán)層小體獲得一個觸感，由于電感刺激信號的交流電壓的頻率不同，因此能夠模擬出不同粗糙度的紋理。溫度控制器400接受溫度刺激信號后通過溫度控制器400中的半導(dǎo)體制冷片可以加熱或者制冷蓋板100，從而人手能夠感受到蓋板100的溫度和溫度變化。

上述電子設(shè)備及其觸覺反饋裝置10至少具有以下優(yōu)點：

觸控傳感器200可以獲得蓋板100上的觸摸位置信息，顯示模組500根據(jù)觸摸位置信息輸出該觸摸位置的材質(zhì)信息與溫度信息。數(shù)據(jù)處理器處理由觸控傳感器200傳輸?shù)奈恢眯畔?，由顯示模組500傳輸?shù)脑撚|摸位置的材質(zhì)信息與溫度信息，并產(chǎn)生輸入信號。控制器根據(jù)輸入信號以及預(yù)設(shè)的輸入信號與控制信號的關(guān)系，輸出相應(yīng)的控制信號。電感刺激生成器300根據(jù)接收的電感刺激信號在身體部位表面形成震蕩靜電場，身體部位皮膚內(nèi)的環(huán)層小體觸覺感受器產(chǎn)生脈動庫侖力，最終身體部位通過環(huán)層小體獲得一個觸感，從而使觸覺反饋裝置10能夠模擬材質(zhì)的紋理。溫度控制器400根據(jù)接收的溫度刺激信號控制蓋板的溫度形成不同時間或空間的溫度刺激。由于不同材料導(dǎo)熱系數(shù)或者導(dǎo)熱速度不同，導(dǎo)致材料的溫度不同，從而能夠區(qū)分粗糙度和粗糙方式相似的兩種材料，進(jìn)一步提高觸覺反饋效果。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。