CN113557160B - 具有主动触觉反馈和背光显示区域的输入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输入装置(1)，其具有：支撑件(9)；沿至少一个运动方向(B)借助可摆动的支承结构(13)支承在所述支撑件(9)上的输入部件(2)；和至少一个光源(5)；其中所述输入部件(2)具有至少一个输入层(15)，所述输入层具有用于供操作者(14)触摸的输入面(3)，其中所述输入面(3)包含背光的显示区域(8)，并且所述输入装置(1)还具有光导(7)，以便将所述光源(5)的光导向所述显示区域(8)以从背后照亮所述显示区域，且其中所述光导(7)布置在所述输入部件(2)的背离所述输入面(3)的一侧上，并且所述输入装置(1)还具有用于检测所述操作者(8)对所述输入面(3)的触摸的触摸检测装置(12)和/或用于检测所述操作者(8)对所述输入部件(2)的操纵的操纵检测装置(5)以及用于借助电控制信号激励所述输入部件(2)沿所述运动方向(B)的运动的致动器(4)，以便产生触觉反馈，其中所述致动器(4)具有施加所述电控制信号并产生磁场且布置在所述支撑件(9)上的电磁体(4a)以及支撑或固定在所述输入部件(2)的衔铁(4b)，并且所述磁场与所述衔铁(4b)沿基本上指向运动方向(B)的作用方向(W)相互作用，其中所述光导(7)布置在所述输入部件(2)与所述衔铁(4b)之间。

Description

具有主动触觉反馈和背光显示区域的输入装置
技术领域
本发明总体上涉及一种具有主动触觉反馈的输入装置。同类型的输入装置具有支撑件以及沿至少一个运动方向借助可摆动的支承结构支承在所述支撑件上的输入部件。其中，所述输入部件具有用于供操作者触摸的输入面以及用于检测操作者对所述输入面的触摸的触摸检测装置和/或用于检测对所述输入部件的操纵的操纵检测装置。此外，设有用于借助电控制信号激励所述输入部件沿所述运动方向的运动的致动器，以便在操作者处产生触觉反馈。在例如超出预定的最短触摸持续时间或在触摸期间所施加的最小操纵力的情况下，通常会触发触觉反馈，即通过触摸输入面和/或操纵输入部件对致动器施加电控制信号。此外，就这些输入部件而言，还通常设有背光的显示区域或显示面，其借助一个或多个光导而被从背后照亮。所述显示区域通常布置在所述输入面的中心处。为了尽可能激励输入部件的平移运动，通常需要致动器的布置使得重心布置在致动器的作用方向上或者至少靠近所述致动器的作用方向。因此，问题在于，尤其是在输入面的中心处且特别是在采用相对较平的输入部件的情况下，纯粹的平移激励和均匀的背光在结构方面相互矛盾。
发明内容
因此，发明人设定的任务是提供一种满足这些在结构方面相矛盾的要求的输入装置并且特别是提供一种节省空间的解决方案。本发明用以达成上述目的的解决方案在于根据权利要求1所述的输入装置。有利的技术方案分别是从属权利要求的主题。一种同样有利的用途是用途独立权利要求的主题。
根据本发明的操作装置指的是产生触觉反馈的触敏输入装置。这种通过致动器而产生的触觉反馈也被称为主动触觉反馈。根据本发明的输入装置具有支撑件。支撑件例如用于将输入装置固定在车辆、特别是汽车的护板或车身上。所述支撑件可以采用单部件或多部件配置。
此外，根据本发明的输入装置具有沿至少一个运动方向可摆动地支承在所述支撑件上的输入部件。所述输入部件具有输入层，所述输入层具有用于供操作者触摸的输入面。根据本发明，设有用于检测操作者对输入面的触摸的触摸检测装置或用于检测对输入部件的操纵的操纵检测装置，或者设有二者。
触摸检测装置可以采用不同设计，其例如可以是这种仅检测触摸本身(即非空间分辨地对触摸进行检测)的触摸检测装置，如具有触摸检测的按钮。但是，根据本发明，应包括空间分辨地进行检测的装置，例如所谓的触摸板或所谓的触摸屏，其中除了触摸检测结果之外，还输出与触摸位置有关的信息。这类触摸检测装置例如具有用于产生一系列测量电容的电极结构，通过用手指进行触摸来检测这些测量电容的影响，进而提供触摸位置信息。
根据本发明的输入部件具有输入面，所述输入面包含背光的显示区域。显示区域例如是几乎完全填满输入面的电子像素矩阵显示器(例如在用于触摸屏时正是如此)，或者是由透明或半透明材料、优选漫射染色材料构成的显示面，其轮廓表示一个符号或图标。
此外，根据本发明，还设有至少一个光源和一个用于借助所述光源的光从背后照亮所述显示区域的光导。根据本发明，所述光导布置在所述输入部件的背离所述输入面的一侧上，优选布置在朝向所述致动器的一侧上。所述光导由半透明或透明材料构成。
在一种技术方案中，所述输入部件由层结构构成，其中所述输入层形成外层，定义朝向操作者的输入面。例如，输入层为构建在半透明或透明PMMA基底层上的透明或半透明漆层。
可摆动的支承结构指的是将输入部件支承在支撑件上，其中输入部件可以克服复位力平行于运动方向地从静止位置移开，所述复位力的作用使输入部件复位至静止位置。也就是说，基于预设的复位构件，如位于支撑件与输入部件之间的过渡区域中的弹簧或可弹性变形的区段，引起输入部件离开和回到静止位置的运动。例如，运动方向为平行于输入面，优选地，运动方向正交于输入面。
根据本发明，还设有用于借助电控制信号激励所述输入部件沿所述运动方向的运动的致动器，以便在操作员进行触摸和/或操纵时在操作员处产生触觉反馈，，操作者能够通过触觉感知输入部件的运动。在此情况下，光导布置为沿通过致动器的运动的激励的作用方向。
致动器优选地为电磁转换器，也就是说，致动器包括电磁体，电控制信号施加至所述电磁体并产生磁场且其布置在支撑件上，且可选地具有铁芯，以及衔铁，其与磁场相互作用并固定至输入部件。其中，衔铁与磁场相互作用的作用方向基本上与运动方向重合或与其平行。衔铁例如由铁磁材料制成。衔铁优选地为柱塞衔铁。柱塞衔铁指的是至少部分地容置在被电磁体的线圈包围的中空体积中的衔铁。在另一技术方案中，所述衔铁由永磁材料制成并且所述致动器配置为使得在对电磁体施加控制信号时，出现排斥的相互作用，因此，光导与衔铁之间的连接不会受到张力。作用方向优选地正交于输入面；更优选地，输入部件的重心处于致动器的作用方向上。
根据本发明设置的用于检测对输入面的触摸或对输入部件的操纵的触摸和/或操纵检测装置用于例如触发触觉反馈。如前所述，其例如是空间分辨或非空间分辨的触摸检测装置。例如以电容、电阻或电感的方式检测触摸。优选地设有操纵检测装置，其具有电容或光学地进行检测的力传感器，用于测量在触摸时作用于输入面的操纵力。例如，触觉反馈根据所测得的操纵力触发。
根据本发明，所述光导布置在所述衔铁与定义所述输入面的输入层之间，其中所述衔铁和光导例如直接彼此邻接或者优选地通过粘接层彼此连接。
通过将光导布置在输入层与衔铁之间，尽管致动器大多居中布置或靠近中心而布置，也能实现均匀背光的显示区域，或者尽管通过致动器进行控制，也能将显示区域放置在输入面的中心处。衔铁优选地完全或部分嵌入光导中。实现嵌入的具体方式例如在于，借助形成光导的热塑性材料对衔铁进行挤出成型。
所述光导优选地由弹性模量在1至1000N/mm2范围内、优选在10至100N/mm2范围内的材料构成。借此实现致动器的机械阻尼和声阻尼，进而实现输入装置的机械阻尼和声阻尼。可以对其他情况下衔铁对电磁体或相关的铁芯上的在声音上较为明显且机械上可能的碰撞进行阻尼，使得其在采用根据本发明的解决方案的情况下在声音上较为不明显。
形成光导的材料优选为热塑性弹性体，例如基于氨基甲酸酯的热塑性弹性体或聚有机硅氧烷，也俗称为硅树脂。
所述至少一个光源优选地固定在所述支撑件上，所述光源的光用于从背后照亮所述显示面。光源例如布置在固定在支撑件上的印制电路板上。光源例如与光导的光入射面相对布置，光入射面平行于输入面而布置。在另一技术方案中，光入射面正交于输入面，因此，在运动方向正交于输入面的情况下，在产生触觉反馈的过程中，光导与光源之间的距离变化最小或根本不发生变化。
根据一种优选的技术方案，光导配置为以罩形的方式跨接所述致动器。例如，光导形成环绕式边缘，朝支撑件的方向突出，其端面至少部分用于光耦合。
根据一种优选的技术方案，在衔铁与电磁体之间布置有预紧的弹簧，所述弹簧将所述衔铁和所述光导相对所述输入部件而预紧，这样就能省去衔铁与光导之间的粘接。
根据一种优选的技术方案，所述输入部件具有围绕所述输入面、特别是所述显示区域的受限部，例如形成输入部件的层结构的一个或多个层的层厚度的减小，以便以可摆动且弹性屈服的方式对这个输入部件进行支承。在形成输入部件的层结构的前述基底层中例如设有层厚度的减小。所述输入装置优选地具有围绕所述输入部件且与支撑件相关联的面板，且面板和输入部件具有至少一个以一体成型的方式从面板过渡至输入部件的共用组件，例如基底层。受限部例如嵌入基底层中。
此外，本发明还涉及将上述实施例中任一个中的输入装置用于汽车中的用途。
附图说明
以下图式补充性地对本发明进行了说明。图中所示的实施方式仅是示例性的并且仅表示一种优选的实施例。其中：
图1为根据本发明的输入装置1的实施例的剖面示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的输入装置1的一种实施方式。输入装置具有支撑件9，输入部件2以可沿运动方向B移动以及弹性复位至静止位置的方式借助支承结构13支承在支撑件9上。输入部件2具有由多个层构成的层结构S。层结构S的朝向操作者的外侧输入层15定义输入面3，输入面3适于供操作者14触摸和操纵。输入层15为施加到透明PMMA基底层16上的透明漆层。基底层16不仅是输入部件2的组件，而且还是与支撑件9相关联的面板21的组件，即基底层15以一体成型的方式从输入部件2过渡为面板21，并且围绕输入面3设有基底层15的材料弱化部分或受限部分，其能够实现输入部件2在输入部件2与面板21之间的过渡区域中的可摆动的支承结构13。
输入部件2具有由不透明的漆制成的掩蔽物17，漆通过激光烧蚀被部分去除，以便允许光透照位于输入面3内的显示区域8，这些显示区域的轮廓分别相当于一个符号或图标。在层结构S中，沿背离操作者14的方向，其后设有透明漆层18、漫射层19以及具有形成电极结构的涂层12的薄膜20。后者用于电容性地检测操作者对输入面3的触摸。与输入部件2的层结构S相关联的薄膜12邻接地布置有圆筒形光导7。光导7由透明的热塑性弹性体材料构成并且用于将固定在支撑件9上的多个光源6的光导引至背光的显示区域8。光源6的光经由光导7的圆筒形边缘的端面入射至前者中。光源6为具有SMD设计的LED，其布置在印制电路板10上，印制电路板卡接、螺接或类似方式连接至与支撑件9相关联的后盖11。
此外，印制电路板10还用于与电磁致动器4电接触。电磁致动器具有电磁体4a和配置为柱塞衔铁的衔铁4b，其抵靠在光导7上；因此，光导7布置在衔铁4b与输入部件2、特别是其薄膜20之间。作用方向W基本上是沿运动方向B或平行于运动方向B。衔铁4a朝输入部件2的方向被弹簧4c预紧。此外，除了形式为具有电极结构12的薄膜的触摸检测装置20之外，还设有光学力传感器作为操纵检测装置5。触摸和/或达到通过操纵检测装置5测得的预定操纵力触发形式为通过致动器5而引起的输入部件2沿运动方向B的运动的触觉反馈的启动。

Claims (14)

1.一种输入装置（1），其具有：支撑件（9），沿至少一个运动方向（B）借助能够摆动的支承结构（13）支承在所述支撑件（9）上的输入部件（2），以及至少一个光源（5），其中所述输入部件（2）具有至少一个输入层（15），所述输入层具有用于供操作者（14）触摸的输入面（3），其中所述输入面（3）包含从背光照亮的显示区域（8），并且所述输入装置（1）还具有光导（7），用于将所述光源（5）的光导向所述显示区域（8）以从背后照亮所述显示区域，且其中所述光导（7）布置在所述输入部件（2）的背离所述输入面（3）的一侧，并且所述输入装置（1）还具有用于检测所述操作者（8）对所述输入面（3）的触摸的触摸检测装置（12）和/或用于检测所述操作者（8）对所述输入部件（2）的操纵的操纵检测装置（5）以及用于借助电控制信号激励所述输入部件（2）沿所述运动方向（B）的运动的致动器（4），以便产生触觉反馈，其中，所述光导在此情况下沿通过所述致动器的运动的激励的作用方向布置，
其中所述光导（7）由弹性模量在1至1000 N/mm2范围内的材料构成，
其中所述输入部件（2）具有围绕所述输入面（3）的受限部，以便以能够摆动的方式对所述输入部件（2）进行支承。
2.根据权利要求1所述的输入装置（1），其中所述致动器（4）为电磁致动器，所述电磁致动器具有电磁体（4a），所述电控制信号施加至所述电磁体（4a）且其产生磁场且布置在所述支撑件（9）上，以及衔铁（4b），其支撑或固定至所述输入部件（2），并且所述磁场与所述衔铁（4b）沿指向运动方向（B）的作用方向（W）相互作用，其中所述光导（7）布置在所述输入部件（2）与所述衔铁（4b）之间。
3. 根据权利要求1所述的输入装置（1），其中所述光导（7）由弹性模量在10至100 N/mm2范围内的材料构成。
4.根据权利要求1所述的输入装置（1），其中所述光导（7）的材料为热塑性弹性体。
5.根据权利要求1所述的输入装置（1），其中所述光导（7）的材料为基于氨基甲酸酯的热塑性弹性体或聚有机硅氧烷。
6.根据权利要求2所述的输入装置（1），其中所述衔铁（4b）和光导（7）直接彼此邻接地布置或者通过粘接层彼此连接。
7.根据权利要求2所述的输入装置（1），其中所述作用方向（W）垂直于所述输入面（3）。
8.根据权利要求2所述的输入装置（1），其中所述输入部件（2）的重心布置在所述致动器（4）的作用方向（W）上。
9.根据权利要求2所述的输入装置（1），其中在所述衔铁（4b）与电磁体（4a）之间布置有预紧的弹簧（4c），所述弹簧（4c）将所述衔铁（4b）和所述光导（7）相对所述输入部件（2）而预紧。
10.根据权利要求1所述的输入装置（1），其中所述至少一个光源（5）固定至所述支撑件（9）。
11.根据权利要求1所述的输入装置（1），其中所述光导（7）配置为以罩形的方式跨接所述致动器（4）。
12.根据权利要求2所述的输入装置（1），其中所述衔铁（4b）至少部分嵌入所述光导（7）中。
13.根据权利要求1所述的输入装置（1），其中所述操纵检测装置（5）具有电容或光学地进行检测的力传感器，用于测量在触摸时作用于所述输入面（3）的操纵力。
14.一种将根据权利要求1-13中任一项所述的输入装置（1）用于汽车中的用途。
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