CN116134411A - 用于产生触觉反馈的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在可通过手指运动被操作的显示区上产生触觉反馈的方法，其中，在该显示区(3)上的手指的位置被感测，并且在该手指与该显示区之间的摩擦系数依据该位置被调整。本发明方法的特征是：两根手指的搁置位置被确定，并且依据距同时触摸该表面的手指的搁置位置的距离变化来改变每根所述手指与该显示区之间的摩擦。

Description

用于产生触觉反馈的方法

技术领域

本发明涉及一种根据如权利要求1的前序部分所详细限定类型的用于在可通过手指运动来操作的显示区上产生触觉反馈的方法。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的具有显示和操作表面的装置。

背景技术

已从现有技术中公开了通过在通过手指运动可操作的显示区尤其触摸显示器上的振动实现触觉反馈。因此例如US 2014/0327839 A1描述一种相应接触面，其配设有用于产生振动的致动器。致动器在此被设计成压电膜。

还由US 2019/0345185 A1公开一种触摸操作式显示区，在此，通过分布在显示区侧周围的致动器、在此是压电致动器将表面置于超声波范围内的振动中。在此可通过改变频率来调整抵制手指运动的摩擦力。因此依据在操作表面上所感测到的手指位置可以调设在手指与表面之间的摩擦系数。

发明内容

本发明的任务是利用在手指与显示表面之间的摩擦的这种可调节性以优化在操控所示对象时的触觉反馈。

根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1中的特征的方法来完成。该方法的有利设计和改进方案来自其从属权利要求。此外，在权利要求11中指明一种具有显示和操作面的装置，该装置设立用于执行这种方法并且尤其可安置在车辆中。

根据本发明的用于在通过手指运动可操作的显示区上产生触觉反馈的方法规定，与前述现有技术所描述的内容相似地在手指与显示区之间的摩擦系数被调整，做法是例如通过至少一个致动器产生显示区的表面振动。本发明规定两根手指的搁置位置被确定，并且依据同时触摸该表面的手指距搁置位置的距离变化来改变在每根手指与显示区之间的摩擦。在此规定，摩擦增大或摩擦减小的决定着变化的梯度(以下称为摩擦梯度)可在一根手指与表面之间以及在另一手指与表面之间是彼此相同的，但也可以彼此不同。搁置位置是指如下位置，其先于手势如缩放手势、抓取手势或抹划手势地在显示区上被手指触摸且手指接着在未从显示区回撤的情况下作出相应手势。

在本发明的设计中，摩擦变化借助静电电荷的和/或由至少一个致动器施加到显示区的表面振动的改变来造成。尤其是两个系统的组合有利地允许大范围的摩擦调整。

在一个有利的实施方式中，摩擦随着手指距搁置位置的距离变化而至少局部增大。因此获得第一触觉反馈，因为现在也能无需对象操控的目视反馈地通过变化的摩擦来单纯凭触觉推断出该变化或实际对象尺寸。在手指与显示器表面之间的摩擦优选在手指搁置位置处于总曲线走向中的最小值。随着距搁置位置的距离的变化，即，随着相对于搁置位置的距离增大或距离缩小，摩擦按照与预定的摩擦梯度对应的方式增大。由于搁置位置在一定程度上表示摩擦谷值，故允许使用者简单地定位以找到手指的搁置位置。

在一个替代实施方式中，摩擦随着手指距搁置位置的距离变化而减小，使得手指在总曲线走向中在搁置位置处于最大值。手指的搁置位置因此以触觉方式又可被找到，因为它是最大摩擦区域、即摩擦峰顶。

在该方法的一个有利实施方式中，随着探测到手指接近可操作的显示区，事先通过改变表面振动的幅值和/或频率或静电电荷而将手指与显示区之间的摩擦阻力调节到初始摩擦值。显示区因此以有利的方式通过预设确定摩擦的参数来预先提供，从而随着手指触摸显示区而直接无延迟地在手指和显示区之间提供期望的摩擦阻力。

在一个优选实施方式中，当每根所述手指达到距搁置位置的预定距离变化时，摩擦梯度调设为与在达到距离变化之前都起效的梯度呈反向的摩擦梯度，即，具有反向斜率的梯度。据此，正摩擦梯度具有正斜率，负摩擦梯度具有负斜率。随着达到预定的距离变化，在达到预定的距离变化之前都为正的摩擦梯度情况下，摩擦梯度变为负，或者在达到预定的距离变化之前都为负的摩擦梯度下，摩擦梯度变为正。使用者随着扫过预定的距离变化点而获得显著反馈，其例如作为缩放过程的阶段或卡顿被感受到。与机械开关(力在其操作时首先增大以便随后又在一个卡顿位置降低)对应地，用摩擦升梯度和摩擦降梯度模仿卡顿位置。

在一个优选改进方案中，从高出预定的另一第二距离变化起，摩擦曲线重复直至第二距离变化。第一距离变化最好等于第二距离变化，从而多次重复例如导致相同的如波浪状或锯齿状摩擦曲线，其有利地让使用者感知缩放过程的接连阶段或卡顿。

在该方法的设计中，随着每次重复，摩擦升梯度和/或摩擦降梯度的斜率被增大或减小，即，梯度变得更陡或更缓。附加地或替代地，摩擦曲线的重复部分的最大值被改变。除了通过摩擦曲线重复的卡顿外，通过摩擦梯度和/或最大值的增大来总体提高摩擦水平，由此除了卡顿外还以触觉方式让使用者获知实际缩放级的程度。同样，可以通过在卡顿重复时的梯度减小、即平缓化和/或最大值减小来总体降低摩擦水平，由此以触觉方式向使用者例如显示距相关的缩放区的距离。

在一个有利实施方式中，同时触摸该表面的手指的相对于搁置位置的距离变化通过手指绕转动中心在显示区上的转动来造成。借助这种布置，例如可以在操作在显示装置上所显示的转动调节器时或在导航地图旋转时产生触觉反馈。随着因在显示装置上绕转动中心转动而使手指远离搁置位置，摩擦阻力增大，从而在搁置位置可以通过触觉感受到由摩擦谷值或摩擦最大值表示的零位。

在一个替代实施方式中，通过相互的手指距离变化来达成对象的缩放。与相对于搁置位置的距离变化对应地，显示区上的对象被放大或缩小。从搁置位置起，在手指与显示区之间的摩擦最好增大，视应用场合不同也可以减小。使用者在缩放过程期间感受到摩擦变化，因此他本身无需视线接触地关于其操作的有效性获得触觉反馈。

根据本发明方法的一个附加的或替代的改进方案，同时触摸该表面的手指的相对于搁置位置的距离变化通过径向完全相反的用于捏住对象的运动来造成，其中，在显示区与更靠近对象参考点例如面重心或几何形状中心放置的手指之间的摩擦梯度被调设为大于在显示区与另一手指之间的摩擦梯度。在显示区上所显示的对象被如此捏住，即，两根手指向对象运动。一旦对象与两根手指相接就位，对象视为被捏取并且可以借助手指在显示区上被操控，即，例如被移动。如果该搁置位置相对于对象参考点的距离是不同大小的，则如此调设摩擦梯度，即，更远离对象的几何形状中心搁置的手指更快速地、而更靠近的手指更缓慢地接近对象边界，使得对象被两根手指同时触摸。在从搁置位置起升高的摩擦梯度情况下，在显示区与更远离参考点的手指之间的摩擦梯度因此被选择得比在显示区与另一手指之间的摩擦梯度更平缓。理想地，如此相对于手指定中该对象，即，两根手指同时触摸并虚拟捏住对象边界。在从搁置位置降低的摩擦梯度的情况下，在显示区与更靠近对象参考点搁置的手指之间的摩擦梯度被调设为小于在显示区与另一手指之间的摩擦梯度。在改动方案中，可以对应于前述内容地给摩擦曲线叠加一条波浪状或锯齿状摩擦曲线。

根据本发明方法的一个极有利的设计，一旦对象被两根手指虚拟捏住，则呈显著的摩擦变化形式或呈由致动器对显示区产生的振动形式的信号施加冲击于操作表面。一旦对象的边框在两侧被手指触摸，则对象被虚拟捏住，该状态通过附加的触觉信号被发信表示给使用者。借助触觉信号，使用者获得“位于其两根手指之间的对象可被操控”的信息。触觉信号通过显著的摩擦变化、即例如突然的摩擦增大和/或致动器振动冲量来产生。

本发明的装置包括一个可操作的显示区，其设立用于执行前述方法。

附图说明

也在以下参照图所详细说明的实施例中找到本发明方法的以及用于实现该方法的最好可安置在车辆中的装置或设备的其它有利设计。所描述的和/或如图所示的特征可以单独地或在任何有意义的组合中形成发明主题，或许也独立于权利要求书，并且尤其也还能是一个或多个单独申请的主题。相同的、相似的和/或功能相同的零部件带有相同的附图标记，在此示出：

图1示出具有可操作的显示区的用于执行该方法的装置的示意图，

图2-13示出本发明的方法的实施方式。

具体实施方式

在图1的图示中示意性示出具有可操作的显示区3的装置1。此处未示出的人用两根手指4a、4b、一般是大拇指和食指在搁置位置7触摸显示区3，以便于是通过这两根手指4a、4b的同时抹划动作来操作一个对象5，即，例如沿箭头方向9a、9b放大。

显示区3现在配设有多个不同的致动器11，其中的几个致动器侧向围绕显示区3布置。致动器11可以如所示的那样在侧向上位于显示区3的上、下、左、右。它们也可以设计成条带状并且位于显示区3的侧旁或显示区3的下方。也可以想到致动器11在显示区3区域中的矩阵形布置或仅一侧或两侧的布置。致动器11适于在显示区3的表面上产生振动。它例如可以是压电致动器，但也可以是静电式和/或电容式电极或致动器。关于在手指4a、4b与显示区3之间在致动器11未受影响的情况下作用的基本摩擦，例如通过增大由压电致动器所产生的超声波振动的幅值和/或频率来减小该摩擦。在另一实施方式中设有用于改变显示区静电电荷的致动器，于是摩擦将因静电电荷增加而增大。

通过致动器11，显示区3现在例如被如此置于振动，即，在显示区3与操作的手指4a、4b之间的摩擦系数可改变。因此，在手指与显示区3之间的摩擦依据手指4a、4b的位置而相应变化。

图2示出第一变型，在此，手指4a、4b如图所示处于搁置位置7。关于坐标系的纵坐标13绘制摩擦大小，关于横坐标14绘制手指4a、4b沿箭头方向9a、9b在显示区3上所经过的位移。

位移-摩擦曲线通过曲线图15表示。在显示区3与手指4a、4b之间的摩擦在搁置位置7被调节到最小值，从搁置位置7起，摩擦在由箭头9a、9b表示的运动方向上呈正梯度增大。一旦手指9a、9b相互触摸、即具有小的相互距离，或者在显示区3上具有最大可能的相互距离，则出现摩擦最大值。使用者因此在对象放大和缩小时都获得关于缩放率的触觉反馈，同样地，他能通过由摩擦曲线15造成的触觉反馈容易地再找到搁置位置7、即初始位置。

图3示出一个变型，在此，从搁置位置7起，在摩擦增大至预定距离变化17之后，该摩擦又减小，即，在达到距离变化17之前，该摩擦梯度为正，随后为负。在此如此选择这些梯度，即，在运动方向上，正梯度比负梯度更陡。从另一预定距离19起，先前的摩擦曲线15被重复或多次重复。因此实现类似锯齿的摩擦曲线15，其例如在扩缩窗时或在缩放对象如地图时赋予使用者呈重复的卡顿形式的触觉反馈。在一个改动方案中，正梯度和负梯度可以具有彼此相同大小的斜率值。

图4示出与前图相比的用手指4a、4b相对于搁置位置例如已放大的窗的状态。手指4a、4b相比于图3在相反的箭头方向9a、9b上运动。由于在此运动方向上摩擦增大的梯度小于摩擦降低梯度，故比之根据图3放大时，朝着搁置位置7的摩擦阻力更小。不同的梯度利于找到初始点7的位置。

图5示出相对于搁置位置用手指4a、4b例如缩小的窗的状态。沿箭头方向9a、9b运动的手指4a、4b远离搁置位置7。摩擦曲线15又被如此塑造，即，在搁置之后，摩擦以第一梯度增大并以与第一梯度相比更平缓的梯度又降低。类似于图3，摩擦增减被周期性重复，从而在使用者手指处可感到卡顿。

相比于图5所示，手指4a、4b在图6中在相反的运动方向9a、9b上在显示区3上运动，即，窗例如在首先缩小之后又被放大。因为现在在运动方向9a、9b上升高的摩擦梯度比降低的摩擦梯度更缓，故手指可容易地运动向搁置位置7。在搁置位置7，在手指4a、4b继续运动时切换到根据图3的摩擦曲线15，从而在运动方向上摩擦升梯度比摩擦降梯度更陡。通过在搁置位置7的斜率变换，搁置位置以触觉方式被表明并可被使用者容易找到。

图7示出在显示区3上的手指4a、4b的运动，其中，手指相互距离未变。伴随这样的运动，例如一个对象或屏幕局部可被移位或翻动。从搁置位置7起，手指4a、4b沿箭头9a、9b方向并行运动。摩擦曲线15被如此设置，即，正和负摩擦梯度例如类似于图3地交替，从而使用者感到呈接连卡顿级形式的触觉印象。

图8示出包含符号或虚拟开关的转动的应用场合。手指4a、4b沿箭头方向9a、9b的运动在绕中心点25转动的开关件23的切向上进行。关于坐标系的横坐标14绘制转动角度，关于纵坐标13绘制摩擦系数。摩擦曲线15造成了：从搁置位置7起，随着虚拟开关件23转动，该摩擦增大并给使用者提供与被施以弹簧力的机械转动开关对应的触觉反馈。在相对于箭头方向9a、9b相反的转动方向上，摩擦从搁置位置7起也增大，从而在摩擦谷值处限定开关件23的零位。

图9和10示出图3和4所示的实施方式的一个改动方案。

相比于图3，在图9中在手指4a、4b与显示区3之间的摩擦最大值水平随每次重复而增大。摩擦曲线15从预定距离19起被重复，其中，与此同时，在摩擦曲线15的后续部分中的摩擦最大值的水平升高。在继续重复时，摩擦最大值被连续增大至实际上可行的最高值。

同时，作为附加补充，伴随每次重复可以增大升梯度和降梯度的斜率。为了分别达到下一卡顿级，在使用者手指处应该克服的最大力增大。

与图4对应地，图10示出离开搁置位置7的两根手指4a、4b，它们又沿箭头方向9a、9b朝着搁置位置7运动。摩擦最大值在摩擦曲线15的一部分每次重复时又被减小以方便找到搁置位置。

图11和12示出图5和6所示的实施方式的一个改动方案。

图11示出用手指4a、4b相对于搁置位置7例如缩小的窗的状态。沿箭头方向9a、9b运动的手指4a、4b更远离搁置位置7。摩擦曲线15又被如此设计，即，在搁置之后，该摩擦以第一梯度增大且以与第一梯度相比更缓的梯度又降低。类似于图3，周期性重复该摩擦增减，其中，在每次重复时增大该摩擦最大值。作为附加补充，可以伴随每次重复而增大升梯度和/或降梯度的斜率。

相比于图11，图12与图6相似地示出手指4a、4b回撤向搁置位置7。同样，摩擦曲线15的包含升梯度和降梯度的部分被重复，其中，该部分的摩擦最大值被连续减小。作为补充措施，摩擦曲线15的包含升梯度和降梯度的部分随着接近搁置位置7而变平缓。

图13示出用手指4a、4b虚拟捏住或抓住显示区3上的对象27的另一应用场合。手指4a、4b被搁在搁置位置7，随后沿箭头方向9a、9b运动向显示区3上的对象27。在此，手指4a比手指4b更远离对象27的重心29。从搁置位置7起，摩擦以预定梯度沿箭头方向9a、9b并且对应于图1地也在反方向上增大。在手指4a、4b与显示区3之间的摩擦曲线15的梯度被如此设计，即，在运动向重心29时，手指4b比较缓慢而手指4a比较快速。为此，摩擦梯度对应于距重心29的距离，即，在手指4a与显示区3之间的摩擦的增大小于在手指4b与显示区3之间的摩擦的增大。换言之，手指4a、4b距重心29的距离决定该摩擦梯度。由此获得对象27相对于手指4a、4b的自动对中，使得手指基本同时地触摸对象27的边框。该对象接触通过叠加呈显著摩擦变化形式或呈借助致动器产生的振动形式的信号29而被发信表示给使用者。叠加的信号29例如可以设计成阶跃31、脉冲33或阻尼振动35。

虽然通过优选实施例详细示出和解释了本发明，但本发明不受所公开的例子的限制，技术人员可从中推导出其它变化而没有脱离发明保护范围。因此清楚明白的是存在许多变化可能性。也清楚明白的是所例举的实施方式本质上只是例子，其绝不应被理解为比如对保护范围、应用可能性或发明配置的限制。相反，上述说明书和附图说明使技术人员能够具体实现示例性实施方式，其中，技术人员在知道了所公开的发明构思下可以完成例如关于在一个实施例中提到的各个零部件的功能或布置的各种各样的改变，而没有脱离由权利要求书及其合法等同比如说明书中详述限定的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于在能通过手指运动被操作的显示区(3)上产生触觉反馈的方法，其中，在该显示区(3)上的手指的位置被感测，并且在该手指与该显示区(3)之间的摩擦系数依据该位置被调整，

其特征是，

两根同时触摸该显示区(3)的手指(4a,4b)的搁置位置(7)被确定，并且依据距所述搁置位置(7)的距离变化来改变在每根所述手指(4a,4b)与该显示区(3)之间的摩擦。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在所述手指(4a,4b)与该显示区(3)之间的摩擦随着距所述搁置位置(7)的距离的增大而增大。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，随着探测到所述手指(4a,4b)接近该显示区(3)，事先将确定在每根所述手指(4a,4b)与该显示区(3)之间摩擦的参数调节到初始值。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征是，当每根所述手指(4a,4b)从所述搁置位置(7)达到预定的距离变化(17)时，该摩擦梯度被调节到与在达到该距离变化(17)之前都起效的斜率呈反向的斜率。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征是，从高出预定的另一第二距离变化(19)起，摩擦曲线(15)被重复，直至达到该第二距离变化(19)。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征是，伴随每次重复，升高的和/或降低的摩擦梯度的斜率变化，和/或伴随每次重复，该摩擦曲线(15)的重复部分的最大值变化。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征是，所述同时触摸该表面(3)的手指(4a,4b)的相对于所述搁置位置(7)的距离变化通过绕转动中心(25)转动来造成。

8.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征是，所述同时触摸该表面的手指(4a,4b)的相对于所述搁置位置(7)的距离变化通过沿径向完全反向的用于缩放对象的运动来造成。

9.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征是，所述同时触摸该表面的手指(4a,4b)的相对于所述搁置位置(7)的距离变化通过沿径向完全反向的用于捏住对象(27)的运动来造成，其中，在从所述搁置位置(7)上升的摩擦梯度下，在显示区(3)与距该对象(27)的参考点(29)更近地搁置的手指之间的摩擦梯度被调设成大于在该显示区与另一手指之间的摩擦梯度，使得更接近该参考点搁置的手指比另一手指更缓慢地接近该对象(27)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，一旦该对象(27)被这两根手指(4a,4b)虚拟捏住，呈显著摩擦变化形式的和/或呈由致动器产生的振动形式的信号(29)被施加到该操作表面(3)。

11.一种具有显示和操作面的车辆用装置，该装置设立用于执行根据权利要求1至10之一所述的方法。

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