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Die
Erfindung betrifft ein Bediensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Patentanspruchs 11.
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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Erfassung von Nutzereingaben über
ein Bediensystem in einem Kraftfahrzeug, welches haptische Eingaben erfassen
kann, über eine Erfassungsvorrichtung, welche eine berührungsempfindliche,
flächig ausgebildete Positionserfassungseinheit umfasst.
Als haptische Eingaben werden solche Eingaben angesehen, bei denen
eine berührende Betätigungshandlung ausgeführt
wird, die mittels der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
erfasst wird. Anhand der erfassten Berührpositionen wird
die Nutzereingabe ermittelt. Um dem Nutzer eine Rückmeldung
zu geben, wird an den Nutzer über das Betätigungselement,
welches die haptische Nutzereingabe vornimmt, während der
Betätigungshandlung ein haptischer Reiz übermittelt.
Dies bietet den Vorteil, dass Bedienhandlungen möglich
werden und dem Nutzer eine erfolgreich ausgeführte Nutzereingabe über
das haptische Bedienfeedback vermittelt werden kann, das beispielsweise
anzeigt, dass eine Nutzereingabe erfolgreich ausgeführt
wurde. Die erfolgreiche Ausführung kann der Nutzer erfassen,
ohne seine akustischen und/oder optischen Sinnesorgane hierfür
nutzen zu müssen. Ist die berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit beispielsweise mit einer Anzeigevorrichtung
gekoppelt, beispielsweise integral mit einer solchen als Touchscreen
ausgebildet, so wird eine Bedienung und eine Rückmeldung
an den Nutzer über eine beispielsweise erfolgreich ausgeführte
Bedienung möglich, ohne dass der Nutzer, welcher beispielsweise
ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ist, seine Augen vom Verkehrsgeschehen abwenden
muss. Somit wird durch ein solches Bediensystem einerseits eine
Betriebssicherheit beim Führen des Kraftfahrzeugs erhöht
und andererseits ein Bedienkomfort dadurch gesteigert, dass eine Rückmeldung
an den Nutzer übermittelt wird, wie dieser es aus dem Bereich
mechanischer Bedienelemente gewohnt ist.
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Aus
der
EP 1 560 102 A2 ist
ein berührungsempfindliche Eingabevorrichtung mit haptischer Rückkopplung
bekannt, die eine berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit
zum Erfassen von berührenden Nutzereingaben und einen Aktor
umfasst, der die Positionserfassungseinheit in zumindest einer Richtung
relativ zu einem Referenzkörper, beispielsweise einer Anzeigevorrichtung
zur Vermittlung eines haptischen Feedbacks bewegt.
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Aus
der
DE 10 2005 048 230 ist
eine Eingabevorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt,
die einen Touchscreen und eine Aktoreinheit zum Vermitteln eines
haptischen Feedbacks umfasst.
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Aus
dem Stand der Technik sind lediglich einfache Bediensysteme bekannt, über
die eine Rückmeldung, d. h. ein Bedienfeedback, für
komplexe Nutzereingabe nicht adäquat möglich ist.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Bediensystem und
ein Verfahren zum Erfassen von Nutzereingaben zu schaffen, mit denen eine
bessere und komfortablere Nutzereingabe insbesondere im Hinblick
auf eine Vermittlung eines haptischen Bedienfeedbacks möglich
ist, um u. a. eine Betriebssicherheit in einem Fahrzeug zu steigern,
wenn die Nutzereingabe eines Fahrzeugführers erfasst wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Geschaffen
wird ein berührungsempfindliches Bediensystem mit einem
haptischen Feedback, welches umfasst: mindestens eine Erfassungsvorrichtung
zum Erfassen von mittels mindestens eines Betätigungselements
vorgenommenen haptischen Nutzereingaben, wobei die mindestens eine
Erfassungsvorrichtung eine berührungsempfindliche, flächig
ausgebildete Positionserfassungseinheit umfasst, eine mit der mindestens
einen Erfassungsvorrichtung gekoppelte Steuereinrichtung zum Auswerfen
der erfassten Nutzereingaben und mindestens eine mit der Steuereinrichtung
und der Erfassungsvorrichtung gekoppelte Aktorvorrichtung, die gesteuert
durch die Steuereinrichtung über die mindestens eine Erfassungsvorrichtung
mindestens einen für das mindestens eine Betätigungselement
haptisch wahrnehmbaren Reiz ausgibt. Hierbei ist vorgesehen, dass
der mindestens eine für das mindestens eine Betätigungselement
wahrnehmbare haptische Reiz abhängig von der erfassten
Nutzereingabe variiert wird, um dem Nutzer ein Feedback zu vermitteln. Hierüber
wird es möglich, dem Nutzer während der Nutzereingabe
ein Bedienfeedback zu vermitteln, so dass eine Bedienung ohne eine
Blickzuwendung allein durch ein Betätigungselement, welches
vorzugsweise ein Körperteil, insbesondere ein Finger, des Nutzers
ist, erleichtert wird. Ein erfindungsgemäßes Verfahren
sieht somit die Schritte vor: Erfassen einer haptischen Nutzereingabe
mittels einer berührungsempfindlichen, flächig
ausgebildeten Positionserfassungseinheit einer Erfassungsvorrichtung,
in dem eine Berührposition mindestens eines Betätigungselements
eines Nutzers ermittelt wird, Auswerten einer Position zum Erkennen
der Nutzereingabe mittels einer Steuereinrichtung und Ansteuern
einer mit der Erfassungsvorrichtung gekoppelten Aktorvorrichtung,
so dass die mindestens eine Erfassungsvorrichtung mindestens ein
für das mindestens eine Betätigungselement haptisch
wahrnehmbaren Reiz ausgegeben wird. Dabei ist vorgesehen, dass der mindestens
eine für das mindestens eine Betätigungselement
wahrnehmbare haptische Reiz abhängig von der erfassten
Nutzereingabe variiert wird, um dem Nutzer ein Bedienfeedback zu
vermitteln.
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Eine
haptische Nutzereingabe umfasst eine Betätigung der Erfassungsvorrichtung,
bei der das Betätigungselement des Nutzers die Erfassungsvorrichtung
berührt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Steuereinrichtung
und die Aktorvorrichtung ausgebildet, während der Nutzereingabe
einen Reizparameter, der den haptischen Reiz parametrisiert, kontinuierlich
zu variieren, um über den Reizparameter einen Wert einer
kontinuierliche Zustandsvariable des Bediensystems an den Nutzer
zu vermitteln. Eine Zustandsvariable ist eine Variable, die einen
Zustand des Bediensystems oder einen Zustand eines durch das Bediensystem
bedienten Fahrzeugsystems und/oder einer Fahrzeugfunktion angibt.
Eine kontinuierliche Zustandsvariable ist eine Zustandvariable, die
Werte aus einem fortlaufenden Wertebereich annehmen kann. Eine Rotationsgeschwindigkeit
eines dargestellten drehenden Objekts auf einer Anzeigefläche
des Bediensystems stellt beispielsweise eine kontinuierliche variable
dar. Eine eingestellte Temperatur, eine Lüfterleitung oder Ähnliches
stellen ebenfalls kontinuierliche Variablen dar.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinrichtung
ausgebildet, einen oder mehrere Betätigungsparameter einer
Betätigungshandlung des mindestens einen Betätigungselements
und gegebenenfalls eines weiteren Betätigungselements für
die haptische Nutzereingabe zu ermitteln und der mindestens eine
für das mindestens eine Betätigungselement wahrnehmbare
Reiz angepasst an den ermittelten Betätigungsparameter oder
die mehreren ermittelten Betätigungsparameter zu variieren
um den ermittelten Wert des Betätigungsparameters oder
die Werte der ermittelten Betätigungsparameter an den Nutzer
zu vermitteln. Betätigungsparameter können beispielsweise
eine Berührdauer, ein Abstand zwischen zwei Berührpositionen
oder eine Geschwindigkeit einer wischend ausgeführten berührenden
Betätigung der Erfassungsvorrichtung sein. Der mindestens
eine Betätigungsparameter kann beispielsweise eine Bewegungsgeschwindigkeit
einer gleitenden Bewegung des mindestens einen Betätigungselements über
die flächig ausgebildete berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit sein.
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Besonders
bevorzugt wird der mindestens eine Reiz in Abhängigkeit
einer von der Steuereinrichtung ausgewerteten Nutzerschnittstellenlogik
variiert, so dass bei einer erfassten und erkannten Betätigungshandlung,
die eine gemäß der Schnittstellenlogik nicht vorgesehene
Bedienhandlung darstellt und/oder auf eine solche hinweist, ein
eine Warnung vermittelnder Reiz ausgegeben wird bzw. ausgebbar ist.
Wird in dem oben angegebenen Beispiel durch den Nutzer versucht,
das Objekt an eine Rasterposition zu bewegen, an der bereits ein
anderes Objekt angeordnet ist, so kann beispielsweise eine Frequenz
der an das Betätigungselement übertragenen Vibration
verändert werden, beispielsweise erhöht werden.
In diesem Fall ist eine Warnung mit einem hochfrequenten Vibrationssignal
verknüpft. Es versteht sich für den Fachmann,
dass andere Zuordnungen möglich sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform werden beim Variieren
des mindestens einen haptisch wahrnehmbaren Reizes einer oder zwei
Reizparameter, die den mindestens einen wahrnehmbaren Reiz charakterisieren,
verändert. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen
ist vorgesehen, dass der haptisch wahrnehmbare Reiz zwei unterschiedliche,
getrennte wahrnehmbare und getrennt steuerbare Reizparameter an
den Nutzer übermittelt. Ein Reizparameter kann beispielsweise
die Art des Reizes charakterisieren. Ein anderer Reizparameter kann
beispielsweise die Intensität des jeweiligen Reizes charakterisieren.
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Bei
einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens
eine Aktorvorrichtung mindestens ein als Vibrationseinheit ausgebildetes
Aktorelement umfasst. Der mindestens eine haptisch wahrnehmbare
Reiz ist somit eine über die Erfassungsvorrichtung auf
das mindestens eine Betätigungselement übertragene
Vibration. Ist der Reiz eine Vibration, so kann ein erster Reizparameter
beispielsweise die Frequenz sein. Ein zweiter Reizparameter kann die
Intensität, d. h. Amplitude der Vibration, sein, die zu
dem Betätigungselement übertragen wird. Diese beiden
Reizparameter können unabhängig voneinander variiert
werden. Bei einer Ausführungsform sind die Steuereinrichtung
und die Aktorvorrichtung ausgebildet, mindestens zwei Reizparameter
des Reizes unabhängig voneinander zu variieren, um einen
Informationsgehalt, der dem Nutzer vermittelt wird, zu steigern.
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Bei
einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Aktorvorrichtung
ausgebildet, eine Viskosität mindestens einer Schicht der
Erfassungsvorrichtung zu steuern, um als haptischen Reiz eine Nachgiebigkeit
der Erfassungsvorrichtung bei Druckbeanspruchung zu variieren. Besonders
bevorzugt ist die Aktorvorrichtung ausgebildet, die Variation der Viskosität
lokal zu steuern. Hierzu können Elektroden relativ zu der
Viskosenschicht angeordnet werden, über die lokal elektrische
Felder in der Viskosenschicht erzeugt werden können, die
eine Änderung der Viskosität bewirken.
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Bei
wieder einer anderen Ausführungsform umfasst die Aktorvorrichtung
Aktorelemente, über die lokal eine Höhe entlang
der lokalen Oberflächennormale der Positionserfassungseinheit
variierbar ist. Beispielsweise können die Aktorelemente
als Piezokristalle ausgebildet sein, die lokal eine Höhe
der Oberfläche der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
variieren.
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Es
versteht sich für den Fachmann, dass die unterschiedliche
Reize auslösenden Aktorelemente und Ausgestaltungen der
Aktorvorrichtung nahezu beliebig miteinander kombiniert werden können.
So können beispielsweise Piezokristalle, die zum einen eine
lokale Erhöhung der Oberfläche der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit bewirken, ebenso verwendet werden, um
zusätzlich ein Vibration an das Betätigungselement
zu übertragen.
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Der
mindestens einen berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
ist vorzugsweise eine flächig ausgebildete, freiprogrammierbare
Anzeigevorrichtung zugeordnet, wobei eine Positionszuordnung zwischen
Punkten zumindest eines Flächenbereichs der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit und Positionen eines flächigen Anzeigenbereichs
der Anzeigevorrichtung existiert. Hierüber lässt
sich eine Benutzerschnittstelle ausbilden, bei der Berührpunkte
der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
Darstellungspositionen auf der Anzeigefläche zugeordnet
sind. Vorzugsweise ist die Positionserfassungseinheit benachbart
zu der Anzeigefläche integral mit der Anzeigevorrichtung
als Touchscreen ausgebildet.
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Die
Steuereinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, auf der Anzeigevorrichtung
Objekte darzustellen, die über eine ziehende Bewegung des
Betätigungselements in Berührung mit der Erfassungsvorrichtung
verschiebbar sind und nur an vorgegebenen Positionen oder in vorgegebenen
Bereichen ablegbar sind, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist,
ein Verlassen und/oder Erreichen einer vorgegebenen Position und/oder
eines vorgegebenen Bereichs über eine abrupte Änderung
des übertragenen wahrnehmbaren Reizes auszugeben. Können
beispielsweise einzelne grafisch dargestellte Objekte an bestimmten
Rastpositionen auf der Anzeigefläche angeordnet werden,
so ist es üblich, um diese Rastpositionen Bereiche zu definieren,
welche häufig als Snapbereiche bzw. Einrastbereiche bezeichnet
werden. Wird das Objekt in diesem Snapbereich bewegt, so wird es
an der entsprechenden Rasterposition angeordnet. Hierüber
wird es dem Nutzer erleichtert, das Objekt auf die entsprechende
Rasterposition zu bewegen. Um ein Objekt auf der Anzeigefläche
von einer Rasterposition zu einer anderen Rasterposition zu bewegen,
berührt der Nutzer das zu bewegende Objekt in dem Bereich,
in dem es grafisch dargestellt ist. Durch eine anschließende
gleitende Bewegung über die berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit kann das Objekt bewegt werden. Um dem
Nutzer zu vermitteln, dass er ein Objekt gegriffen hat, wird beispielsweise
ein Reiz an den Nutzer übertragen. Beispielsweise wird
eine Vibration vorgegebener Frequenz und niedriger Intensität
an den Nutzer ausgegeben. Sobald die Berührposition des Betätigungselements,
die von der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
ermittelt wird, den Einrastbereich der ursprünglichen Rasterposition
verlässt, wird dies dem Nutzer dadurch vermittelt, dass
beispielsweise die Intensität der übertragenen Vibration
abrupt gesteigert wird. Bewegt der Nutzer das Betätigungsobjekt
in einen Rastbereich einer nicht belegten Rasterposition, so wird
erneut eine abrupte Änderung des Reizes vorgenommen, beispielsweise
eine abrupte Reduzierung oder einer erneuten abrupten Steigerung
der Intensität der Vibration. Hierüber wird dem
Nutzer vermittelt, dass er das Objekt loslassen kann, indem er das
Betätigungselement von der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit abhebt, so dass das bewegte Objekt an
die neue Rasterposition bewegt und dort dargestellt wird.
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Es
ergibt sich für den Fachmann, dass vielfältige
andere Ausgestaltungen möglich sind.
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Allgemein
ist es von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung ausgebildet ist, über
das haptische Bedienfeedback codierte Zusatzinformationen des Bediensystems
an den Nutzer auszugeben. Beispielsweise ist bei einer Ausführungsform
vorgesehen, dass während des Erfassens der Nutzereingabe
mindestens einer der Reizparameter kontinuierlich mit der Dauer
der erfassten und erkannten Betätigungshandlung variiert
wird, sofern von einer Dauer der Fortführung dieser Betätigungshandlung
eine Erkennung einer Nutzereingabe und/oder eine Unterscheidung
zweier Nutzereingaben abhängig ist. Werden beispielsweise
eine kurze Berührung und eine lang andauernde Berührung
als unterschiedliche Nutzereingaben erfasst, so ist es vorteilhaft,
bei einem Reiz, der in Form einer Vibration übertragen
wird, beispielsweise eine Frequenz kontinuierlich zu erhöhen, während
das Betätigungselement mit der Positionserfassungseinheit
in Kontakt ist. Hierüber wird dem Nutzer vermittelt, dass
bei einer Fortführung der Betätigungshandlung,
der Berührung der Positionserfassungseinheit durch das
Betätigungselement, eine von der bisher erfassten Nutzereingabe
abweichende Nutzereingabe bewirkt werden kann.
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Eine
andere übermittelbare Zustandsinformation des Bediensystems
wird bei einer Ausführungsform an den Nutzer übertragen,
bei der während des Erfassens der Nutzereingabe über
eine abrupte Änderung des mindestens einen wahrnehmbaren
Reizes eine Überschreitung einer Schaltschwelle bei der
erfassten und/oder erkannten Nutzereingabe ausgebbar ist.
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Um
eine möglichst einfache und vielfältige Bedienung
durch das Bediensystem zu ermöglichen, ist die Positionserfassungseinheit
vorzugsweise so ausgebildet, dass sie zeitgleich mehrere Berührpositionen
erfassen und bestimmen kann. Hierdurch wird es möglich,
die Betätigungshandlungen zu erfassen, bei denen mehrere
Betätigungselemente oder unterschiedliche Teile eines Betätigungselements
gleichzeitig die Positionserfassungseinheit berühren.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die
Aktorvorrichtung mehrere Aktorelemente, über die an unterschiedlichen
Stellen der flächig ausgebildeten berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
zeitgleich unterschiedliche haptische Reize übertragbar
sind. So ist es möglich, Berührungsgesten auszunutzen,
die ein Nutzer mittels mehrerer Finger auf der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit ausführt, und unterschiedliche
Reize an die beiden Betätigungselemente auszugeben.
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Bei
einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der
eine oder die mehreren Reize, die für das mindestens eine
Betätigungselement wahrnehmbar sind, in Abhängigkeit
einer Anzahl der erfassten und erkannten zeitgleichen Berührungen durch
das mindestens eine Betätigungselement und weitere Betätigungselemente
variierbar ist.
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Die
Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrensweisen
dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale des erfindungsgemäßen
Bediensystems auf.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Bediensystems;
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2 eine
weitere Ausführungsform eines Bediensystems;
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3 noch
eine weitere Ausführungsform eines Bediensystems;
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4 eine
schematische Ansicht eines Bediensystems zur Erläuterung
eines haptischen Feedbacks in Abhängigkeit von unterschiedlichen
erkannten Nutzereingaben;
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5 eine
weitere schematische Darstellung eines Bediensystems und
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6 eine
schematische Ansicht eines Bediensystems, auf dem eine Navigationskarte über Nutzereingaben
manipuliert werden kann.
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In 1 ist
schematisch ein Bediensystem 1 mit einem haptischen Feedback
dargestellt. Das Bediensystem 1 umfasst eine Erfassungsvorrichtung 2 zum
Erfassen von haptischen Nutzereingaben, die über ein oder
mehrere Betätigungselemente 3, 4 vorgenommen
werden. Bei den Betätigungselementen handelt es sich vorzugsweise
um Finger einer Hand eines Nutzers eines Kraftfahrzeugs.
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Die
Erfassungsvorrichtung 2 umfasst eine berührungsempfindliche,
flächig ausgebildete Positionserfassungseinheit 5.
Diese ist in der Lage, mindestens eine Berührposition eines
Betätigungselements auf der Positionserfassungseinheit 5 zu
ermitteln.
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Die
Positionserfassungseinheit ist mit einer Steuereinrichtung 6 gekoppelt,
die Positionsinformationen der Positionserfassungseinheit 5 empfängt und
auswertet, um hieraus Nutzereingaben zu erkennen. Eine jeweils erkannte
Nutzereingabe kann beispielsweise von der absoluten Berührposition
eines der Betätigungselemente 3, 4 auf
der Positionserfassungseinheit 5, einer Berührdauer,
einer Abfolge von Berührpositionen, einer Geschwindigkeit,
mit der eine wischende Berührung ausgeführt wird,
abhängig sein, d. h. einer Geschwindigkeit, mit der eine durch
Berührpositionen festgelegte Bahnkurve durchlaufen wird.
Die Steuereinrichtung 6 ist mit einer Aktorvorrichtung 7 gekoppelt,
die durch die Steuereinrichtung 6 ansteuerbar ist. Die
Aktorvorrichtung 7 ist mit der Positionserfassungseinheit 5 in
der Weise gekoppelt, dass die Aktorvorrichtung 7, gesteuert durch
die Steuereinrichtung 6, einen für das mindestens
eine Bedienelement 3, 4 haptisch wahrnehmbaren
Reiz ausgeben kann. Der haptische Reiz wird abhängig von
der erkannten Nutzereingabe variiert. Wird beispielsweise eine Berührung
der Positionserfassungseinheit 5 durch das Betätigungselement 3 an
einer Position erfasst, der eine bestimmte Funktion und/oder Aktion
zugeordnet ist, so wird beispielsweise bei einer Ausführungsform über
die Aktorvorrichtung 7 eine Vibration der Positionserfassungseinheit 5 bewirkt,
die mit einer ersten Frequenz und ersten Amplitudenstärke
ausgeführt wird. Dieses vermittelt dem Nutzer die Rückkopplung
(Feedback), dass er die Positionserfassungseinheit 5 an
einer Stelle berührt hat, an der eine Nutzereingabe als
Betätigung der entsprechenden Funktion und/oder Aktion ausgelöst
hat. Berührt der Nutzer hingegen beispielsweise die Positionserfassungseinheit 5 mit
dem Betätigungselement 3 an einer Position, der
keine Aktion und/oder Funktion zugeordnet ist, so wird seitens der
Steuereinrichtung 6 eine unkorrekte Nutzereingabe erfasst,
die auch eine Betätigungs- bzw. Nutzereingabe als solches
darstellt, und als Feedback an den Nutzer eine Vibration ausgegeben,
die eine sehr viel höhere Frequenz als jene Frequenz aufweist,
mit der die Aktorvorrichtung 7 die Positionserfassungseinheit 5 in
Vibration versetzt, wenn eine erfolgreiche Aktivierung einer Aktion/Funktion
durch die Betätigungshandlung bewirkt wurde.
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Es
versteht sich für den Fachmann, dass es eine Vielzahl unterschiedlicher
Möglichkeiten gibt, ein haptisches Feedback auszugestalten.
Bei der soeben beschriebenen Ausführungsform kann die Aktorvorrichtung 7 beispielsweise
als Vibrationseinheit ausgebildet sein. Eine Zuordnung von Aktionen/Funktionen,
die ein Nutzer auslösen kann, zu Positionen der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit 5 kann beispielsweise über
eine Anzeigevorrichtung 8 erfolgen. Ist die berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit 5 beispielsweise transparent
ausgestaltet, so kann die Anzeigevorrichtung 8 hinter der
Positionserfassungseinheit 5 angeordnet sein. Eine solche
Anordnung, bei der transparente Positionserfassungseinheit vor einer
Anzeigefläche angeordnet ist, wird häufig auch
als Touchscreen bezeichnet.
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Bei
anderen Ausführungsformen, bei denen die Anzeigevorrichtung
beabstandet von der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
angeordnet ist und eine virtuelle, flächige Zuordnung der
Fläche der Positionserfassungseinheit zu der Fläche
der Anzeigevorrichtung vorliegt und der Nutzer beispielsweise auf
der Anzeigefläche grafisch dargestellte Bedienelemente
selbst gedanklich bestimmten Flächenbereichen der Positionserfassungseinheit
zuordnen muss, wird die berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit
häufig als Touchpad bezeichnet.
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In 2 ist
eine weitere Ausführungsform eines Bediensystems 1 schematisch
dargestellt. Gleiche technische Merkmale weisen in allen Figuren dieselben
Bezugszeichen auf. Bei dieser Ausführungsform ist die berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit 5 über einer flächig
ausgebildeten Aktorvorrichtung 7 angeordnet. Die Aktorvorrichtung 7 umfasst
eine Vielzahl von Aktorelementen 9. Diese sind beispielsweise
als Piezokristalle ausgebildet. Hierüber ist es möglich,
als Feedback an unterschiedlichen Positionen der Positionserfassungseinheit 5 unterschiedliche
haptische Feedbacks zu erzeugen. Hierüber ist es möglich,
unterschiedlich erkannten Nutzereingaben unterschiedliche haptische Feedbacks
zu geben. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn mehrere
Nutzer zeitgleich Nutzereingaben über dasselbe Bediensystem
vornehmen. Ist beispielsweise eine erkannte Nutzereingabe nicht nur
von der absoluten Position der Berührung durch eines der
Betätigungselemente abhängig, sondern zusätzlich
davon, wie lange die berührende Betätigung andauert,
so ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen,
dass ein Parameter eines erzeugten haptischen Reizes, der als Feedback
an das Betätigungselement ausgegeben wird, zeitlich variiert
wird, vorzugsweise kontinuierlich mit der Zeit variiert wird. Beispielsweise
wird eine Vibration mit kontinuierlich ansteigender Frequenz aber
konstanter Vibrationsamplitude an den Nutzer als Feedback einer Betätigung
ausgegeben, wenn an dieser Position durch eine länger anhaltende
Berührung die erkannte Nutzereingabe kurze Betätigung
noch in eine andere Betätigungshandlung/Nutzereingabe ”lange
Berührbetätigung” verändert
werden kann. Wird eine Berührdauer überschritten,
ab der die Betätigungshandlung als eine lange Berührungshandlung
erkannt wird, so wird vorzugsweise das haptische Feedback abrupt
geändert. Beispielsweise wird die Vibrationsamplitude sprungartig
erhöht. Alternativ könnte auch die Frequenz noch
einmal sprunghaft erhöht werden oder beide Parameter des
haptischen Reizes, das heißt sowohl die Vibrationsfrequenz,
als auch die Vibrationsamplitude zeitgleich sprunghaft erhöht
werden. Umfasst die Aktorvorrichtung eine Vielzahl von Aktorelemente,
so können solche haptischen Rückkopplungen an
unterschiedliche Benutzer zeitgleich ausgegeben werden, jeweils
ohne das haptische Feedback für die anderen Nutzer zu beeinflussen.
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Bei
einer Ausführungsform nach 2, bei der
eine Vielzahl von Aktorelementen 9 vorgesehen ist, kann
als haptisches Feedback auch eine lokale Erhöhung bzw.
Erniedrigung relativ zu der Ebene der Positionserfassungseinheit
als lokales haptisches Feedback genutzt werden.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Bediensystem 1 schematisch.
Bei dieser Ausführungsform sind zwischen der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit 5, die hier im Schnitt dargestellt
ist, und der Anzeigevorrichtung 8 segmentierte Elektroden 10 sowie
zwischen eine elektroviskose Substanz 11 angeordnet. Über
ein Anlegen von Spannungen zwischen den segmentierten Elektroden 10 kann
eine Viskosität der elektroviskosen Substanz 11 in
Abhängigkeit des elektrischen Felds in der elektroviskosen
Substanz variiert werden. Als haptisches Feedback wird somit die
Viskosität der Erfassungsvorrichtung 2 genutzt.
Hierbei wird vorausgesetzt, dass die berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit, sowie die segmentierten Elektroden,
welche beispielsweise aus Indiumzinnoxid (ITO) gebildet sind, elastische
Schichten darstellen.
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In 4 ist
eine Draufsicht auf ein als Touchscreen ausgebildetes Bediensystem 1 schematisch dargestellt.
Auf der sichtbaren Anzeigefläche 12 sind Objekte 13 in
Form eines virtuellen Karussells 14 angeordnet. Die Objekte 13 können
beispielsweise die unterschiedlichen Titel einer Playlist, einer
CD oder Ähnlichem darstellen. Wird die über der
Anzeigefläche 12 der Anzeigevorrichtung angeordnete
berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit 5 durch
ein Betätigungselement 3, welches als Zeigefinger
ausgebildet ist, berührt, so dreht sich das Karussell 14 um
eine Position, wie dies mittels eines Pfeils 15 angedeutet
ist. Als haptisches Feedback wird dem Betätigungselement 3 beispielsweise
eine Vibration mit einer ersten Frequenz und einer ersten Amplitudenstärke übermittel.
Berührt der Nutzer die berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit zusätzlich mit einem zweiten
Betätigungselement 4, so wird diese Nutzereingabe
als kontinuierliches Drehen des Karussells erkannt. Solange die
Berührung der beiden Betätigungselemente 3, 4,
der beiden Finger, andauert, wird das Karussell 14, kontinuierlich gedreht.
Als haptisches Feedback wird eine Vibration mit derselben Frequenz,
jedoch einer deutlich erhöhten Amplitudenstärke
ausgegeben. Über eine Variation eines Abstands 16 zwischen
den Berührpositionen 17, 18 der Betätigungselemente 3, 4 auf
der Positionserfassungseinheit 5 kann eine Drehgeschwindigkeit
des Karussells 14 verändert werden. Wird der Abstand
vergrößert, so wird beispielsweise die Rotationsgeschwindigkeit
des virtuellen Karussells 14 erhöht; als haptisches
Feedback wird die Vibration mit einer höheren Frequenz
ausgegeben. Ein Verringern des Abstands 16 führt
somit zu einer Verlangsamung der Rotationsgeschwindigkeit, welches über
eine geringere Vibrationsfrequenz als haptisches Feedback an den
Nutzer zurückgemeldet wird.
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Bei
einer anderen Ausführungsform wird die Drehgeschwindigkeit über
ein einzelnes Betätigungselement festgelegt. Ein Abstand
einer Berührposition von einem Mittelpunkt des virtuellen
Karussells und gegebenenfalls zusätzlich eine Berührdauer
legen die Drehgeschwindigkeit fest. Wird das eine Betätigungselement
nur für eine begrenzte Zeitspanne auf die berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit aufgesetzt, so wird das Karussell um
eine Position gedreht. Als haptisches Feedback wird beispielsweise
eine Vibration mit einer ersten Frequenz und Vibrationsamplitude
erzeugt. Um anzudeuten, dass bei einer länger dauernden
Betätigung eine hiervon abweichende Nutzereingabe erkannt
wird, wird beispielsweise die Vibrationsfrequenz kontinuierlich
mit der Zeit erhöht. Dauert die Berührung länger
als eine vorgegebene Zeitdauer an, so beginnt eine kontinuierliche
Drehung des Karussells. Als haptisches Feedback wird die Vibrationsamplitude
erhöht. Wird nun, ohne die Berührung der Positionserfassungseinheit
zu unterbrechen, der Abstand der Berührposition zu dem
Mittelpunkt des Karussells verändert, so ändert
sich die Drehgeschwindigkeit. Analog wird die Vibrationsfrequenz
des haptischen Feedbacks erhöht bzw. erniedrigt. Der Nutzer
kann ohne eine optische Kontrolle die Geschwindigkeit der Drehung
erfühlen und kontrollieren.
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In 5 ist
eine weitere Ausführungsform eines Bediensystems schematisch
dargestellt. Dieses umfasst wiederum eine als Touchscreen ausgebildete
Erfassungsvorrichtung 2. Auf der Anzeigefläche sind
zwei Bedienelemente 21, 22 dargestellt. Diese virtuellen
Bedienelemente 21, 22 können durch den Nutzer
an unterschiedlichen Positionen auf der Anzeigefläche positioniert
werden. Dies ist beispielsweise von Vorteil, wenn im Hintergrund,
hinter den virtuellen Bedienelementen 21, 22 beispielsweise
eine Navigationskarte (nicht dargestellt) gezeigt wird. Auf diese
Weise kann der Nutzer Gebiete der Navigationskarte betrachten, die
ansonsten durch eines der Bedienelemente 21, 22 verdeckt
wären. Bei der dargestellten Ausführungsform existiert
relativ zu der Anzeigefläche ein virtuelles Raster 24,
welches durch senkrechte Linien 25 und waagerechte Linien 26 schematisch
dargestellt ist. An den Schnittpunkten der senkrechten und waagerechten
Linien 25, 26 können die virtuellen Bedienelemente 21, 22 angeordnet
werden. Berührt der Benutzer das virtuelle Bedienelement 21 mit
einem als Zeigefinger ausgebildeten Betätigungselement 3,
so wird an diesem über eine als Vibrationsvorrichtung ausgebildete
Aktorvorrichtung ein haptisches Feedback in Form einer Vibration
bei einer vorgegebenen Frequenz und Amplitudenstärke ausgegeben.
Beginnt der Nutzer das Bedienelement 21 nun über
die Anzeigefläche 12 entlang einer X-Richtung,
die mittels eines Pfeils 27 angedeutet ist, zu bewegen,
so ändert sich die Frequenz und Amplitude, wie dies entsprechend
in den unter der Anzeigefläche 12 dargestellten
Graphen 31 und 32 dargestellt ist. Ein oberer
Graph 31 stellt beispielsweise eine Vibrationsamplitude
als ersten Parameter des als Feedback ausgegebenen Reizes aufgetragen
gegen die X-Richtung dar. Der zweite Graph 32 stellt einen
zweiten Parameter des Reizes, beispielsweise die Vibrationsfrequenz
aufgetragen gegen die X-Richtung dar. Wird das Bedienelement von
einer Rasterposition R1 wegbewegt, so sinkt zunächst die
Vibrationsamplitude ab. Die Vibrationsfrequenz bleibt dann konstant.
Sobald sich das Vibrationselement in einen so genannten Fangbereich
einer Rasterposition R2 bewegt, steigt die Vibrationsamplitude drastisch
an, um zu signalisieren, dass das Bedienelement 21 an diese
Rasterposition R2 verschoben werden kann. Wird der Fangbereich 28 überstrichen
ohne die Berührung der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit 5 zu unterbrechen, so sinkt
die Vibrationsamplitude erneut ab. Sobald das Bedienelement 21 über
das andere Bedienelement 22 gelegt wird, steigen sowohl
die Vibrationsamplitude als auch die Vibrationsfrequenz sprunghaft
an. Hierdurch wird ein haptisches Feedback vermittelt, dass hier
zwar eine Rasterposition 3 erreicht ist, diese jedoch belegt
ist. Die Tatsache, dass die Rasterposition belegt ist und ein Ablegen des
Bedienelementes 21 an dieser Rasterposition 3 nicht
möglich ist, wird durch die erhöhte Vibrationsfrequenz
als Feedback an den Nutzer übermittelt. Sobald das Bedienelement 21 wieder
von dem Bedienelement 22 wegbewegt ist, sinken die Vibrationsamplitude
und die Vibrationsfrequenz wieder ab. Die Vibrationsamplitude steigt
erneut, wenn ein weiterer Fangbereich einer Rasterposition R4 erreicht
ist, an die das Bedienelement 21 ebenfalls verschoben werden
kann, indem die Berührung in dem weiteren Fangbereich 29 beendet
wird.
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In 6 ist
eine weitere Ausführungsform eines Bediensystems schematisch
dargestellt. Auf der Anzeigefläche 12 ist schematisch
eine Navigationskarte 41 dargestellt. Über eine
wischende Bedienhandlung, bei der das eine Betätigungselement 3 auf die
berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit 5 aufgesetzt
und dann in Kontakt mit dieser über die Positionserfassungseinheit 5 wischend
bewegt wird, kann die Navigationskarte 41 virtuell verschoben
werden. Eine Frequenz einer Vibration, die als haptisches Feedback
ausgegeben wird, wird beispielsweise angepasst an die jeweilige
Geschwindigkeit ausgeben, die der Navigationskarte durch die Wischbewegung
verliehen wird. Sobald die Berührhandlung endet, bremst
die Verschiebbewegung schnell ab. Wird hingegen die Wischbewegung
mit zwei Betätigungselementen, beispielsweise zwei Fingern,
zeitgleich ausgeführt, so wird die Karte mit einer höheren
Geschwindigkeit bewegt, was beispielsweise über eine höhere
Vibrationsfrequenz des haptischen Feedbacks an den Nutzer zurückgemeldet wird.
Nach einem Ende der Berührhandlung wird die Karte vorzugsweise
langsamer abgebremst. Hierdurch kann eine intuitivere Bedienung
angepasst an eine reale Verschiebung einer Landkarte auf einem Tisch
realisiert werden.
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Es
ist eine Vielzahl weiterer Bedienmöglichkeiten, die mit
einem haptischen Feedback gekoppelt sind, möglich. Beispielsweise
kann ein Zoomen einer Navigationskarte in Abhängigkeit
von einer Spreizbewegung von zwei Betätigungselementen
auf der Positionserfassungseinheit ausgeführt werden. Je
weiter die Berührpositionen auseinandergespreizt werden,
desto stärker wird in die Karte hineingezoomt. Die Größe
der Darstellung wird beispielsweise über die Vibrationsamplitude
an den Nutzer als Feedback zurückgemeldet. Wird ein Abstand
zwischen den Berührpositionen nach deren Aufsetzen verringert,
so wird ein Herauszoomen aus der Karte bewirkt, welches über
ein Absinken der Vibrationsamplitude als Feedback zurückgemeldet
wird.
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Bei
anderen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass beispielsweise über
eine spreizende Fingerbewegung in einem unteren Randbereich der
Anzeigefläche ein Neigungswinkel der Karte in einem 3D-Darstellungsmodus
verändert werden kann.
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Es
versteht sich für den Fachmann, dass lediglich beispielhafte
Ausführungsformen für unterschiedliche erfassbare
Gesten, die mittels ein oder mehreren Betätigungselementen
auf der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
ausführbar sind, so wie die unterschiedlichen haptischen Feedbacks,
die mit den erkannten Nutzereingaben verknüpft sind, beschrieben
sind. Insbesondere die Möglichkeit, einzelne Parameter
des an den Nutzer ausgegebenen Reizes dynamisch während
der Betätigungshandlung zu ändern, bietet die
Möglichkeit, den Nutzer einerseits darauf aufmerksam zu
machen, dass durch die entsprechende Betätigungshandlung
bei einer Fortsetzung entlang einer bestimmten Richtung oder über
eine fortdauernde Berührung noch eine Abänderung/Fortsetzung
der bereits erkannten Nutzereingabe bewirkt werden kann. Hierdurch
kann der Nutzer animiert werden, beispielsweise sein Betätigungselement
rechtzeitig von einem Bedienelement abzuheben, welches unterschiedliche
Funktionen über eine kurze Betätigung und eine
lange Betätigung zugewiesen sind. Ebenso wird in einer
solchen Situation der Nutzer dazu animiert, sein Betätigungselement
lange genug auf dem Bedienelement berührend ruhen zu lassen,
bis die Nutzereingabe als lang andauernde Nutzerbetätigung
des Bedienelements erkannt ist. Während dieser Zeitspanne
wird ein Reizparameter, vorzugsweise beispielsweise eine Vibrationsamplitude
oder eine Vibrationsfrequenz kontinuierlich erhöht, bis
die Nutzereingabe beispielsweise als lange Berührhandlung erkannt
ist. Um dieses kenntlich zu machen, werden ein oder mehrere Reizparameter
abrupt geändert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bediensystem
- 2
- Erfassungsvorrichtung
- 3
- Betätigungselement
- 4
- Betätigungselement
- 5
- Positionserfassungseinheit
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Aktorvorrichtung
- 8
- Anzeigevorrichtung
- 9
- Aktorelement
- 10
- segmentierte
Elektroden
- 11
- elektroviskose
Substanz
- 12
- Anzeigefläche
- 13
- Objekte
- 14
- (virtuelles)
Karussell
- 15
- Pfeil
- 16
- Abstand
- 17,
18
- Berührpositionen
- 21
- Bedienelement
- 24
- Raster
- 25
- senkrechte
Linien
- 26
- waagerechte
Linien
- 27
- Pfeil
- 28
- Fangbereich
- 29
- weiterer
Fangbereich
- Ri
- Rasterposition
i, i = 1, 2, ...
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1560102
A2 [0003]
- - DE 102005048230 [0004]
