Berührungsempfindliche Oberfläche mit haptischen Elementen

Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliche Oberfläche, welche eine und/oder mehrere Auflagepositionen erkennt.

Stand der Technik

Eine solche berührungsempfindliche Oberfläche ist aus dem aktuellen Stand der Technik bekannt und wird speziell bei Touchscreens von Mobilfunkgeräten oder Tablets gerne eingesetzt. Häufig ist die Oberfläche eine plane Fläche, auf welcher verschiedene Bedienelemente angezeigt werden, die bei Berührung verschoben oder bewegt werden können bzw. eine Funktion auslösen.

Es gibt jedoch auch schon Oberflächen, welche dem Nutzer ein haptisches Feedback geben können. In der WO 2008 150600 Al wird beispielsweise eine flexible berührungssensitive Oberfläche beschrieben, die mit einem Aktor gekoppelt ist. Dieser kann bei Berührung ein haptisches Feedback erzeugen.

Wie in der US 2006 103634 Al beschrieben wird, kann auch ein EAP (elektroaktives Polymer) für eine Rückmeldung bei einer Berührung mit dem Finger verwendet werden. Abhängig von der visuellen Informationen an der berührten Stelle kann ein unterschiedliches haptisches Signal ausgegeben werden.

Offenbarung der Erfindung

Bei den bisher bekannten berührungsempfindlichen Oberflächen ist jedoch die grundsätzliche Anordnung der Bedienelemente vorab vorgegeben und muss vom Bediener visuell erfasst werden. Wenn es jedoch nicht möglich ist, das Bedienelement visuell auszuwählen, ist es praktisch, Bedienelemente über einen anderen Sinneskanal zu erfassen. Außerdem ist es von Vorteil, wenn das Bedienelement dort entsteht, wo es benötigt wird, und nicht gesucht werden muss.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Die berührungsempfindliche Oberfläche, welche eine und/oder mehrere Auflagepositionen erkennt, erzeugt mindestens ein multimodulares, ortsveränderliches Bedienelement auf der Oberfläche im Bereich der erkannten Auflageposition. Die Erfindung löst diese Aufgabe ferner mit einem Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch.

Erfindungsgemäß kann die berührungsempfindliche Oberfläche die Annäherung oder Berührung eines Körperteils, beispielsweise eines Fingers oder einer Hand, bzw. eines Gegenstandes, beispielsweise eines dafür gefertigten Stiftes oder Stabes, erkennen und diese Auflageposition registrieren. Im Bereich der erkannten Auflageposition kann dann das multimodulare, ortsveränderliche Bedienelement auf der Oberfläche erzeugt werden.

Dabei ist die Auflageposition der Bereich, in dem die Annäherung oder Berührung erkannt wird, was beispielsweise durch Druck oder durch ohmsche, kapazitive oder induktive Widerstände geschehen kann. Vorzugsweise können sowohl das ortsveränderliche Bedienelement als auch eine Gruppe von ortsveränderlichen Bedienelementen bei einer erkannten Auflageposition erzeugt werden, als auch mehrere Bedienelemente für mehrere Auflagepositionen. Besonders bevorzugt ist das ortsveränderliche Bedienelement sowohl optisch als auch haptisch erfahrbar, wobei auch nur eine optische Anzeige, beispielsweise auf der Oberfläche oder einem Display, oder eine haptische Anzeige, wie eine Erhebung der Oberfläche oder eine Vibration, bei der Erzeugung des ortsveränderlichen Bedienelements möglich sind. Eine solche Erzeugung der Bedienelemente auf Bedarf ist besonders ergonomisch, da die ortsveränderlichen Bedienelemente für verschiedene Nutzer unterschiedlich angeordnet und gestaltet sein können und somit an die natürliche Handstellung oder an bevorzugte Auflagepositionen der Nutzer angepasst werden können. Bei kleineren Händen können die Bedienelemente beispielsweise näher zusammen angeordnet werden, oder wenn jemand das Lenkrad weiter unten anfasst, wären die Bedienelemente bevorzugt nicht oberhalb der Mitte zu finden, sondern an den Auflageflächen der Fingerkuppen, also der erkannten Auflageposition. Vorzugsweise kann außerdem bei einer Bewegung der Auflageposition das ortsveränderliche Bedienelement mit bewegt werden. Dabei kann sowohl die absolute Position des ortsveränderlichen Bedienelements oder der Gruppe, beispielsweise auf einem Eingabegerät, variieren, als auch bei einer Gruppe die relative Position der Bedienelemente untereinander.

Da das ortsveränderliche Bedienelement nur bei Bedarf erzeugt wird, kann es auch an Stellen auf Eingabegeräten angebracht werden, die man häufig anfassen muss und bei denen eine permanente Erhebung oder ein berührungssensitives Bedienelement stören würde oder eine Verschmutzung an den Öffnungen von Tasten oder Knöpfen zu befürchten ist. Dies kann beispielsweise im Auto am Rand eines Lenkrads sein, da dort die Hände und Finger aufliegen und man diese dann zur Nutzung von Bedienelementen nicht extra in die Mitte bewegen muss, aber gleichzeitig permanente Erhebungen durch Tasten störend wären.

Vorzugsweise kann also statt eines Knopfes, einer Taste oder eines Schalters eine Erhebung in der Oberfläche, eine sogenannte „haptische Taste“, an der Auflageposition platziert werden. Diese kann bei einer Verschiebung der Auflageposition, beispielsweise durch die Bewegung der Hand oder des Stifts, durch welchen die Auflageposition erkannt wurde, mitbewegt werden. Dabei kann die Funktion der haptischen Taste beispielsweise durch deren Position auf einem Eingabegerät, durch deren Form, Höhe oder ein von der haptischen Taste gegebenes Feedback bekannt gegeben werden.

Das ortsveränderliche Bedienelement kann auf unterschiedliche Weisen Feedback geben, bekannt sind dabei schon akustische oder optische Varianten, wobei in der hier vorliegenden Erfindung auch das haptische Feedback dazu kommt. Besonders bevorzugt kann das Feedback sowohl beim Auffinden der ortsveränderlichen Bedienelemente, beim Auslösen einer Funktion, oder aber zur Informationsübertragung gegeben werden. Das haptische Feedback kann vorzugsweise aus einer Veränderung der Form oder Höhe, also einer mindestens partiellen Erhebung oder Senkung des ortsveränderlichen Bedienelements, bestehen, aus einer Vibration der Oberfläche selbst, einer Veränderung der Luftreibung auf der Oberfläche oder einer Kombination der vorgenannten Möglichkeiten. Dabei kann besonders bevorzugt je nach Stärke des auslösenden Signals, beziehungsweise des Drucks auf das ortsveränderliche Bedienelement, dieses ein unterschiedliches haptisches Feedback geben.

Auch beim Erstellen von ortsveränderlichen Bedienelementen mit unterschiedlichen Funktionen oder beim Auslösen unterschiedlicher Funktionen können diese durch unterschiedliches haptisches Feedback begleitet werden. Beispielsweise kann durch das Feedback angezeigt werden, ob ein ortsveränderliches Bedienelement entstanden ist oder ob eine und/oder welche Funktion ausgelöst wurde. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine beliebige Information in haptischer Form über das Bedienelement übertragen werden, welche unabhängig von der Bedienung des Elements ist, wie ein Parkabstand, den Abstand zum davor fahrenden Auto beziehungsweise zur Straßenbegrenzung oder Tempoüberschreitungen. Die Informationsübermittlung kann auch ohne Eingabewusch des Bedieners oder ohne direkte Anforderung stattfinden. Vorzugsweise kann das haptische Feedback durch einen Piezo, einen Aktor oder ein Polymer hervorgerufen werden, wobei besonders bevorzugt ein EAP, also ein elektroaktives Polymer, zum Einsatz kommt. Es kann jedoch auch ein EAP mit einem anderen Aktor, wie beispielsweise einem elektromagnetischen Aktor, kurz Magnetaktor, einer Exzentermasse und/oder einem Linearen Resonanz-Aktor, auch bekannt als Linear Resonant Aktor, kombiniert werden.

Bevorzugterweise besteht die berührungsempfindliche Oberfläche aus einem elektroaktiven Polymer (EAP) und ist vorteilhafterweise gekrümmt ausgebildet. Das EAP ist sehr biegsam und kann sich an unterschiedliche Formen des Eingabegeräts anpassen. Zudem kann das EAP als Kraftsensor nicht nur für die Erkennung der Auflageposition an der Oberfläche fungieren, sondern auch unterschiedliche Funktionen bei unterschiedlichem Druck auslösen. Beispielsweise kann die Berührung der Oberfläche die Entstehung eines ortsveränderlichen Bedienelements auslösen und ein sanfter Druck bzw. ein starker oder längerer Druck zwei unterschiedliche Funktionen ausführen. Dabei kann die Druckschwelle für die Entstehung des ortsveränderlichen Bedienelements und für das Auslösen der unterschiedlichen Funktionen beliebig festgelegt werden, indem beispielsweise gewisse Spannungswerte als Schwellen für die Regelung vorgegeben werden. Für das haptische Feedback könnte das EAP selbst der Aktor sein und je nach Bedarf flexibel seine Oberfläche verändern oder unterschiedliche Vibrationen als Rückmeldung geben. Vorzugsweise kann das EAP demnach eine Doppelfunktion erfüllen und sowohl als Sensor als auch als Aktor verwendet werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verfahren der Erkennung der Auflageposition, der Erzeugung des ortsveränderlichen Bedienelements und der Auslösung von Funktionen nach einer festen Reihenfolge erfolgen. Im ersten Schritt wird die Auflageposition auf der Oberfläche des Eingabegeräts detektiert und danach unterschieden, ob eine„große“ Auflagefläche, wie beispielsweise eine ganze Hand, oder eine „kleine“ Auflagefläche, zum Beispiel ein Finger erkannt wurden. Bei einer großen Auflagefläche wird davon ausgegangen, dass nur das Eingabegerät bewegt werden soll und keine weitere Bedienung gewünscht ist, weswegen keine ortsveränderlichen Bedienelemente erzeugt werden. Für den Fall einer detektieren kleinen Auflagefläche werden ortsveränderliche Bedienelemente an der Oberfläche erzeugt, im Falle eines EAP können beispielsweise durch Veränderung der Spannung haptische Tasten erzeugt werden. Der Nutzer kann sich nun an den ortsveränderlichen Bedienelementen orientieren, mindestens eines davon auswählen und durch einen höheren Druck dessen Funktion auslösen. Im letzten Schritt wird nun wieder unterschieden, ob der Druckschwellwert höher oder geringer als die Auslöseschwelle ist. Bei zu geringem Druck findet keine Auslösung der Funktion statt, das ortsveränderliche Bedienelement verblasst langsam durch kontinuierliches Zurücknehmen der Stellgröße, beispielsweise der Spannung beim EAP. Wird der Druckschwellwert überschritten, wird das Auslösen der Funktion des jeweiligen ortsveränderlichen Bedienelements detektiert und die Funktion wird ausgeführt.

Die berührungsempfindliche Oberfläche kann auf verschiedene Eingabegeräte aufgebracht werden, beispielsweise eine Computer- Maus, ein Lenkrad, die Mittelkonsole eines Fahrzeugs oder jegliche Art von Tablets oder Bildschirmen, welche dann durch die berührungsempfindliche Oberfläche gesteuert werden können. Die Eingabegeräte nehmen eine Bewegung auf oder vollführen diese parallel zur Betätigung der Knöpfe oder Tasten zur Bedienung. Diese Eingabegeräte können dann weiter in unterschiedlichen Anlagen verbaut werden, beispielsweise in Fahrzeugen oder in mobilen Arbeitsmaschinen, wie Joysticks, bei welchen eine an den Nutzer angepasste Bedienung vorteilhaft ist.

Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen in schematischen Ansichten beispielhaft erläutert.

Es zeigen schematisch:

Fig. 1: eine Oberfläche mit einem ortsveränderlichen, haptischen

Bedienelement,

Fig. 2: ein sich mitbewegendes haptisches Bedienelement mit haptischer Feedbackfunktion,

Fig. 3: ein Eingabegerät und ein mobiles Arbeitsgerät, welche ein ortsveränderliches Bedienelement enthalten, und

Fig. 4: ein Diagramm eines Verfahrens zur Erzeugung eines ortsveränderlichen Bedienelements und des Auslösens einer Funktion. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt eine Ansicht einer berührungsempfindlichen Oberfläche 100, welche in gekrümmtem Zustand dargestellt ist. Hierauf ist das ortsveränderliche Bedienelement 10 zu sehen, welches sich als eine Erhebung 11 von der berührungsempfindlichen Oberfläche 100 abhebt.

In Figur 2 erkennt die berührungsempfindliche Oberfläche 100 die Auflageposition 12 eines Fingers 13 und löst dadurch das ortsveränderliche Bedienelement 10 aus. Wird der Finger von der berührungsempfindlichen Oberfläche 100 genommen und auf einer anderen Stelle wieder abgesetzt, oder wird der Finger auf der berührungsempfindlichen Oberfläche 100 bewegt, dann sensiert die berührungsempfindliche Oberfläche 100 die neue Auflageposition 12a und generiert dort das ortsveränderliche Bedienelement 10. Nimmt die berührungsempfindliche Oberfläche 100 einen stärkeren Druck oder eine andere funktionsauslösende Bewegung des Fingers 13 war, so kann diese das Ausführen der Funktion mit einem haptischen Feedback 14, beispielsweise einer Vibration oder einer Änderung der Erhebung 11 anzeigen.

Die berührungsempfindliche Oberfläche 100 kann, wie in Figur 3 dargestellt, auch als Oberfläche eines Eingabegeräts 200 oder eines mobilen Arbeitsgeräts 300 ausgeprägt sein. Hierbei kann das Eingabegerät beispielsweise ein Lenkrad wie in Figur 3a sein und das mobile Arbeitsgerät ein Joystick wie in Figur 3b. In beiden Fällen sieht man, wie sich die ortsveränderlichen Bedienelemente 10 bei einer Bewegung der Hand und damit der erkannten Auflageposition 12 zur neuen Auflageposition 12a ebenfalls mitbewegen. Hier kann die Auflageposition an den Fingerspitzen, wie in Figur 3a, oder an der Handkante, wie in Figur 3b erkannt werden.

Figur 4 zeigt in einem schematischen Flussdiagramm einen Ablauf der Erzeugung der ortsveränderlichen Bedienelemente 10 und der Auslösung von deren Funktionen. Der erste Schritt 15 ist die Detektion der Auflageposition 12 an der berührungsempfindlichen Oberfläche 100 durch ein Körperteil oder einen Gegenstand. Im folgenden wird nach dem Auswahlkriterium 16 der Auflagefläche unterschieden, wie weiter verfahren wird. Im Falle einer„großen“ detektierten Auflagefläche, beispielsweise einer Handinnenfläche oder eines Armes, wird keine Erzeugung 17 von ortsveränderlichen Bedienelementen 10 veranlasst. Wenn eine„kleine“ Auflagefläche detektiert wird, beispielsweise ein Finger 13 oder die Spitze eines Stiftes, so werden haptische Elemente erzeugt 18. Dies kann beispielsweise durch das Verändern der Spannung am EAP oder einer anderen Stellgröße geschehen. Daraufhin kann der Nutzer sich an den haptischen Elementen orientieren und das entsprechende ortsveränderliche Bedienelement 10 auswählen. Mit dem Auslösen 19 des ortsveränderlichen Bedienelements 10, beispielsweise durch einen höheren Druck, wird geprüft, ob der Schwellwert überschritten wird und somit das Auswahlkriterium 20 für das Auslösen einer Funktion erfüllt ist. Ist ein bestimmter Schwellwert nicht erreicht, so wird das haptische Element zum Verschwinden 21 gebracht, beispielsweise durch langsames, aber kontinuierliches Zurücknehmen der Stellgröße, wie der Spannung beim EAP. Ist der Schwellwert für eine bestimmte Funktion überschritten, so wird diese ausgeführt 22. Im Anschluss daran kann ein haptisches Feedback gegeben werden, oder eine andere Bestätigung der

Auslösung der Funktion.