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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Aufgabenbereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein robustes und kompaktes haptisches Rückmeldungssystem und insbesondere ein haptisches System, das mechanische Tasten mit herkömmlicher Haptik in einem mikroprozessorgesteuerten haptischen Rückmeldungssystem umfasst.
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In der
US 2008/0163051 A1 wird das Lokalisieren einer haptischen Rückkoppelung zu einem spezifischen Bereich beschrieben.
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In der
DE 10 2005 038 161 A1 wird eine Eingabevorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, beschrieben, mit einem Touchscreen zur Eingabe von Befehlen durch Berühren einer Bedienfläche des Touchscreens oder durch Drücken auf die Bedienfläche.
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In der
DE 38 04 308 A1 wird eine Vorrichtung an elektronischen Tastaturen zur Quittierung von Tastenbetätigungen beschrieben.
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In der
EP 1 764 675 B1 werden ein Eingabegerät für ein tragbares elektronisches Gerät und ein Verfahren zur Eingabe mittels derselben beschrieben.
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Außerdem wird in der
FR 2 629 227 A1 ein Kommunikationsterminal mit tastbarem Effekt beschrieben.
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2. Diskussion
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Zur Verbesserung und Verstärkung der Fähigkeit von Benutzern beim Umgang mit verschiedenen elektronischen Geräten haben viele Hersteller verschiedenen Geräten haptische Rückmeldungssysteme beigefügt. Im Allgemeinen wird die Schnittstelle zwischen haptischen Rückmeldungssystemen und einem Benutzer über den Tastsinn durch Aufbringen von Kräften, Schwingungen beziehungsweise Bewegungen an den Benutzer hergestellt. Während haptische Rückmeldungssysteme in verschiedenen Geräten benutzt werden können, ist die haptische Rückmeldung in einem bestimmten Bereich nützlich, nämlich die Tastfläche, wie zum Beispiel eine dekorierte Oberfläche oder eine leere Oberfläche zum Betrachten eines Anzeigebildes und insbesondere Berührungsbildschirme. Ein besonderer Bereich, in dem haptische Rückmeldung nützlich ist, sind Berührungsbildschirm-Schnittstellen oder kompakte Schnittstellen mit mechanischen Tasten, wo die Möglichkeit des visuellen Interagierens begrenzt oder reduziert ist. Bediener von Fahrzeugen und kleineren Geräten, bei denen dem Größenproblem Bedeutung beigemessen wird, wie zum Beispiel Eingaben in Handys und andere tragbare elektronische Geräte ziehen zum Beispiel Nutzen aus der Beifügung von haptischen Rückmeldungssystemen. Insbesondere sind haptische Rückmeldungssysteme sehr hilfreich dabei, dem Benutzer ohne dessen visuelle Bestätigung Feedback zu geben, oder dort, wo das Eingabemittel zu klein ist, um leicht gesehen zu werden, wie zum Beispiel eine berührungsempfindliche Oberflächentastatur eines Handys. Die haptische Rückmeldung ist in Situationen sehr nützlich, in denen die Fähigkeit des Benutzers, Betätigungen visuell zu bestätigen, schwierig sein kann, wie zum Beispiel ein Bediener eines fahrenden Fahrzeugs beim Versuch, im Fahrzeug etwas einzugeben oder Einstellungen zu ändern, was die Klimaanlage, GPS-Systeme und Unterhaltungssysteme einschließt. Insbesondere dienen haptische Rückmeldungssysteme dem Benutzer beim Fahren im Fahrzeug bei der Minimierung der Ablenkung und geben ihm eine Tasten-Rückmeldung, mit der der Benutzer bestätigen kann, dass die gewünschte Eingabe erfolgt ist oder vom Fahrzeug empfangen wurde, während der Benutzer visuell so konzentriert bleibt, wie es beim Fahren im Fahrzeug notwendig ist.
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Aus Gründen des Designs und ästhetischer Betrachtungen sowie der Fortschritte der Technologie sind jetzt in vielen elektronischen Geräten Tastoberflächen als Schnittstellen vorhanden. Diese Tastoberflächen haben flache Flächen mit Tasten-Rückmeldung oder klare Anzeigen mit elektronischen oder digitalen Sichttasten und geben haptische Rückmeldung, wenn die Tastoberfläche oder die digital geschaffene Taste gedrückt wird. Im Allgemeinen wird die haptische Rückmeldung durch Bewegung der gesamten Oberflächenschnittstelle gegeben. Ein potenzieller Wunsch der Verbraucher besteht darin, für einige Eingaben mechanische Tasten zur Verfügung zu haben und diese in einer Tastflächen-Schnittstelle eingeschlossen vorzufinden. Solche mechanische Tasten bewegen sich jedoch normalerweise nicht mit der Tastflächen-Schnittstelle und erfordern daher große Lücken zwischen der Taste und der Schnittstelle, oder wenn die Lücken klein sind, belasten sie die Bewegung für die haptische Rückmeldung der Tastflächen-Schnittstelle. Große Lücken sind normalerweise beim Benutzer unerwünscht, und sie werfen auch Probleme auf, da sie Staub, Schmutzstoffen und Flüssigkeiten Zugang zur Elektronik hinter der Tastflächen-Schnittstelle geben.
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Daher besteht der potenzielle Wunsch nach einem System, das eine große Tastflächen-Schnittstelle einschließt, die mechanische Tasten mit herkömmlicher haptischer Rückmeldung hat, die nicht mit der mikroprozessorgesteuerten Haptik verbunden ist, die in der Tastflächen-Schnittstelle integriert ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein robustes und kompaktes haptisches Rückmeldungssystem und insbesondere ein haptisches System, das mechanische Tasten mit herkömmlicher Haptik in einem mikroprozessorgesteuerten haptischen Rückmeldungssystem umfasst.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass die Kombination der typischen mechanischen Tasten und haptischen Oberflächen so ausgelegt werden kann, dass sie in einer einzigen Flächenbaugruppe kombiniert werden können, insbesondere Mikroprozessoren oder gesteuerte haptische Oberflächen. Durch die Trennung der elektrischen Betätigung der Taste von der mechanischen Haptik der mechanischen Taste wird die zum haptischen System zu übertragende Masse reduziert, und somit kann das haptische System mit verbesserter Effizienz arbeiten. Dies ist möglich, da die entkoppelte elektronische Leiterplatte bewegt werden kann, wenn die Haptik vom Träger entkoppelt ist, im Gegensatz zur mit Haptik aktivierten Oberfläche.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich werden. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines Beispiels für ein haptisches System mit mechanischen Tasten als Beispiel;
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2 eine vergrößerte Perspektivansicht der mechanischen Taste der 1;
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3 eine Vorderansicht mit dem Beispiel einer haptischen Oberfläche einschließlich mechanischer Tasten;
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4 eine schematische Ansicht einer mechanischen Taste einschließlich eines mechanischen Trennglieds;
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5 eine schematische Ansicht einer mechanischen Taste mit Luftlücke;
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6 eine schematische Ansicht einer elektronisch angeschlossenen mechanischen Taste.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein haptisches Rückmeldungssystem wie das in 1 als Beispiel dargestellte haptische System 10. Das haptische System 10 kann allgemein in beliebiger Größe, Form oder Konfiguration ausgebildet und in jedem gewünschten Gerät oder jeder Konfiguration in einem Gerät ausgeführt sein. Das haptische System 10 kann insbesondere in Geräten eingebaut werden, die große Tastflächen-Schnittstellen für die Eingabe einschließlich mehrerer mechanischer Tasten 72 oder zumindest eine mechanische Taste in einer elektronischen Schnittstelle haben, wie zum Beispiel eine Tastoberfläche 60. Das haptische System 10 umfasst im Allgemeinen eine starre Basis 12, die an eine haptische Schnittstellen-Oberfläche 20 gekoppelt ist, wie gezeigt wird, mit einem Führungssystem 30 dazwischen. Das Führungssystem 30 ist konfiguriert, um sich eine einzige Achse entlang zu bewegen, um die gewünschte haptische Rückmeldung an einen Benutzer zuzulassen. Insbesondere bewegt ein Treiber für haptische Rückmeldung 50 die haptische Schnittstelle 20 relativ zur starren Basis 12 und sorgt somit für die haptische Rückmeldung entlang einer einzigen Bewegungsachse, und das Führungssystem 30 zwingt aufgebrachte Kräfte und Bewegung der Schnittstellen-Oberfläche auf die einzige Bewegungsachse.
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Die Größe, Form und die Konfiguration des haptischen Rückmeldungssystems 10 kann sehr unterschiedlich sein je nach den gewünschten Funktionen, Arten und Schnittstellen und Konfigurationen sowie nach Art des Geräts, in das das haptische Rückmeldungssystem 10 eingebaut wird. Die starre Basis 12 kann hinsichtlich Größe, Form und Konfiguration unterschiedlich sein und von der Art des Geräts abhängen, in das das haptische Rückmeldungssystem 10 eingebaut wird. Zum Beispiel kann die starre Basis 12 getrennt ausgebildet sein, wie in 1 gezeigt wird, oder sie kann Teil des Rahmens oder des Gehäuses des (nicht abgebildeten) Geräts sein. Ebenso können die Leiterplatten 14 jede beliebige Größe, Form und Konfiguration haben, und anstelle der einzigen Leiterplatte wie in 1 gezeigt, können es mehrere Leiterplatten sein, oder bei manchen Ausführungsformen können sich die zugehörigen Leiterplatten von der haptischen Schnittstelle 20 entfernt befinden.
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Der Treiber für haptische Rückmeldung 50 ist an die starre Basis 12 oder ein anderes befestigtes Objekt gekoppelt, und der Treiber für haptische Rückmeldung 50 kann unter verschiedenen Vorrichtungen gewählt werden, die Rückmeldung geben können. Die allgemeine Form des Treibers 50 wird in 1 als Elektromagnet dargestellt. Wie ferner in 1 abgebildet, umfasst der Treiber für haptische Rückmeldung 50 ein Beispiel der starren Befestigung 52, die den Treiber 50 an der Basis 12 befestigt. Wie ferner in 1 abgebildet,, erstreckt sich eine Welle 58 vom Treiber 50 und wird an eine Schnittstellenbefestigung 54 gekoppelt oder befestigt, die mit der haptischen Schnittstelle 20 verbunden oder gekoppelt ist. Natürlich kann jegliches bekannte Verfahren für den Anschluss des Treibers für haptische Rückmeldung zwischen der Basis 12 und der haptischen Schnittstelle 20 eingesetzt werden, damit sich die haptische Schnittstelle 20 entlang einer Bewegungsachse relativ zur Basis 12 bewegt.
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Die haptische Schnittstelle 20 kann in verschiedenen Arten und Konfigurationen ausgebildet sein. Die haptische Schnittstelle 20, wie sie in den 1 und 3 als duale Eingabefläche dargestellt ist, hat sowohl eine Tastoberfläche 60, als auch eine mechanische Schnittstelle 70.
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Wie ferner in 1 und 3 abgebildet, umfasst die haptische Schnittstelle 20 eine mechanische Schnittstelle 70. Bei der allgemeinen Bezugnahme in diesem Dokument besteht die mechanische Schnittstelle 70 aus mechanischen oder elektronischen Tasten 72. Insbesondere sind die mechanischen Tasten 72 keine digital dargestellten Tasten wie diejenigen, die normalerweise durch eine Tastflächen-Schnittstelle dargestellt werden, und die so konfiguriert werden können, dass sie verschiedene Formen, Größen und Arten haben können oder auf der Berührungsbildschirm-Schnittstelle 60 hin- und her bewegt werden können. Zum Beispiel können die mechanischen Tasten 72 so programmiert werden, dass sie verschiedene Funktionen ausführen und verschiedene Eingaben wählen, jedoch bleiben die Form, die Art, die Größe und die Position sowie die dimensionale Konfiguration der mechanischen Tasten 72 gleichartig und insbesondere physisch gleichartig. Normalerweise besteht der einzige verfügbare Stilwechsel in unterschiedlichen Stärken und Gestaltungen der Beleuchtung. Die mechanischen Tasten 72 können herkömmliche mechanische Tasten sein, die nach innen gedrückt werden, wie in den 1 und 2 dargestellt, oder es können auch Variationen davon sein, wie in den 4 und 5 gezeigt. Die mechanischen Tasten 72 können ferner konfiguriert sein, dass sie tastempfindlich sind, und in einigen Ausführungsformen bewegen sie sich nicht außer mit der haptischen Bewegung 22.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt, kann die Taste 72 als ein zweiteiliges System konfiguriert sein. Die Details zum Tastenhaltesystem und Führungssystem sind auf den Figuren nicht eingezeichnet. Es können beliebig viele Führungs- und Haltesysteme eingesetzt werden. Das erste Teil 71 ist an der Basis 12 befestigt und schließt so viel wie möglich vom Gewicht und von den Steuerungen ein. Das zweite Teil 73 ist so konfiguriert, dass es so leicht wie möglich ist, und es ist an die haptische Oberfläche 20 gekoppelt. Zwischen dem ersten 71 und dem zweiten Teil 73 befindet sich eine gleitende Schnittstelle 75. Natürlich können andere Schnittstellen eingesetzt werden, die haptische Bewegungen zwischen der Basis und der Tastschnittstelle zulassen. Durch die gleitende Schnittstelle 75 kann sich das zweite Teil 73 relativ zum ersten Teil 71 mit so wenig Reibung wie möglich bewegen, jedoch die Tastenbewegung 76 in eine Eingabe vom zweiten Teil 73 an den ersten Teil 71 umsetzen. Die als Beispiel in den 1 und 2 dargestellte Taste umfasst einen kegelförmigen oder gewölbten Abschnitt 77 auf einem des ersten oder zweiten Abschnitts, 71 oder 73, und eine flache Oberfläche 79 auf dem jeweils anderen des ersten oder zweiten Abschnitts, 71 oder 73. Die Schnittstelle 75 könnte natürlich in verschiedenen anderen Konfigurationen ausgebildet sein, die eine relative Bewegung zueinander mit minimaler Reibung zulassen und doch die Eingabebewegung den Pfeil 76 entlang zum Boden 72 erlauben.
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Wie in 4 dargestellt ist, wird anstelle der in 2 dargestellten gleitenden Schnittstelle 75 ein Trennglied (oder ein Opferverschleißmaterial) 81 zwischen dem ersten und dem zweiten Teil, 71 und 73, platziert. Das Trennglied 81 lässt die Bewegung des ersten und zweiten Teils, 71 und 73, relativ zueinander zu. Das Trennglied 81 kann aus jeglichem Material bestehen, das die haptische Bewegung nicht hemmt, wie vom Pfeil 22 gezeigt wird, und starr genug ist, um die Schalterschließung zu gewährleisten, ohne unbeabsichtigtes Schließen des mechanischen Teils zu verursachen. Ein Beispiel hierfür wäre eine hochdichte Polyethylenfolie mit festgelegten Freiheitsgraden mit Ausnahme in der Richtung einer Schalterbetätigung und Ausrichtung des kegelförmigen oder gewölbten Abschnitts 77 mit der flachen Oberfläche 79 auf dem jeweils anderen des ersten oder zweiten Teils 71 und 73.
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Wie in 5 dargestellt ist, können die mechanischen Tasten durch eine Luftlücke 83 getrennt sein, wobei das erste Teil 71 wieder verbunden wird, wenn sich das zweite Teil 73 annähert, während es gedrückt wird. Bei dieser Auslegung kann die haptische Schnittstelle 20 natürlich die Taste 72 halten und sie relativ zu den anderen Komponenten der Taste 72 bewegen, so dass das flexible Glied nicht benutzt werden muss, und dass die Taste funktioniert, wenn sich die Oberfläche bewegt. Diese Konfiguration minimiert die Reibung, erfordert aber höhere Toleranz um die Ausrichtung des ersten Teils 71 zum zweiten Teil 73 herum.
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Wie auf der 6 dargestellt ist, ist die herkömmliche Taste vollständig in die haptische Oberfläche 20 integriert. Ein feiner Draht oder ein elastischer Schaltkreis 85 würde den ersten und den zweiten Teil, 71 und 73, verbinden. Bei dieser Konfiguration kann es aus verschiedenen Gründen notwendig sein, Abschnitte herkömmlicher Tasten in die haptische Oberfläche zu integrieren. Die Taste kann oberflächenbündig sein oder in einem beliebigen Winkel zur Oberfläche stehen, wie auf 6 gezeigt.
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Wie bei allen dargestellten Beispielen und den weiter oben besprochenen Beispieltasten bleibt die haptische Oberfläche 20 relativ zur Basis 12 frei beweglich, und das Reibungspotenzial ist minimiert. Die Tasten sind auch so konfiguriert, dass sichtbare Lücken in der haptischen Oberfläche 20 minimiert werden. Daher können nicht digital angelegte Tasten in große haptische Oberflächen integriert werden, wie zum Beispiel Berührungsbildschirm-Displays.
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Die Tastflächen-Schnittstelle 60 kann auch so benutzt werden, wie in den 1 und 3 dargestellt. Die Tastflächen-Schnittstelle 60 kann nach Wunsch verschiedene Konfigurationen, Displays und konfigurierbare Optionen umfassen. Natürlich kann die Tastflächen-Schnittstelle 60 auch Tastflächen-Tasten 62 aufnehmen, wie zum Beispiel virtuelle Tasten, die am Bildschirm gezeigt werden, so dass bei Berührung haptische Rückmeldungsbewegung der Schnittstellenoberfläche 60 gegeben wird. Die Tastflächen-Schnittstelle 60 kann auch mit der Leiterplatte 14 und verschiedenen anderen Controllern oder Prozessoren 66 über den flexiblen Schaltkreis 64 verbunden werden, wie in 2 dargestellt ist.
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Die haptische Schnittstelle 20 ist im Allgemeinen in einer beweglichen Anordnung an die Basis 12 gekoppelt, wie zum Beispiel das dargestellte Führungssystem 30. Es können verschiedene Führungssysteme 30 je nach den Größen- und Auslegungsanforderungen der haptischen Schnittstelle 20 eingesetzt werden. Wie in 1 dargestellt, wird die haptische Schnittstelle 20 an die starre Basis 12 gekoppelt gezeigt, und dies mit zwei Mechanismen 30, die in dieser Ansicht gezeigt werden. Die tatsächliche Anzahl und Auslegung kann je nach den gewünschten spezifischen Merkmalen variieren.
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Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
