-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Benutzers.
-
Stand der Technik
-
Die
DE 101 28 908 A1 beschreibt ein Bedienfeld für technische Einrichtungen, mit der Möglichkeit zur Generierung von Menüstrukturen durch Bereitstellung von Bedienelementen, die in Funktion, Größe, Form und Position variable programmierbar sind, wobei das Bedienfeld sich aus einzelnen Segmenten zusammensetzt, die durch eine entsprechende Ansteuerung unabhängig voneinander verschiedene Positionen über der Grundplatte einnehmen können, wobei die Segmente mit der Kraft eines menschlichen Fingers in Richtung Grundplatte niedergedrückt werden, wobei die Segmente dieser Bewegung eine auf den Finger gerichtete Kraft entgegensetzen können.
-
Die
DE 41 40 780 A1 beschreibt Bedienungseinrichtungen in Form von beweglichen Elementen für vielfältige Arten von Eingaben an elektronischen Geräten. Die zur Steuerung in der Regel notwendigen Systeminformationen werden bei den elektronischen und zumeist tragbaren Geräten normalerweise über visuelle Anzeigevorrichtungen ausgegeben.
-
Eine Eingabe von Informationen lässt sich durch eine Rückkopplung direkt am Eingabegerät vornehmen, wofür eine taktil wahrnehmbare Informationsausgabe genutzt werden kann.
-
Die dort beschriebene Eingabevorrichtung mit an der Berührungs- und/oder Betätigungsfläche angeordneten beweglichen Elementen umfasst Elemente als elektromechanische Wandler, die vom Steuersystem aktiviert werden, die miteinander gekoppelt sind und eine von der Bedienungsperson taktil wahrnehmbare Relativbewegung der Elemente zur Oberfläche bewirken.
-
Heutzutage werden taktile Displays genutzt, um Informationen elektronischer Kommunikationsgeräte wie Handys oder Smartphones an den Anwender zu übertragen.
-
Dabei wird die Information durch die Wahrnehmung von Reizen über Rezeptoren, die in der Haut liegen, transferiert. Speziell werden hierzu die sogenannte Mechanorezeptoren der Haut angesprochen, die es dem Menschen ermöglichen, Berührungen oder Vibrationen wahrzunehmen.
-
Diese Wahrnehmung von mechanischen Signalen ist auch unter der Bezeichnung der taktilen Wahrnehmung bekannt und gehört zum Tastsinn. Der taktilen Wahrnehmung übergeordnet ist die haptische Wahrnehmung, die zudem zum Beispiel auch die Temperaturwahrnehmung oder die Schmerzwahrnehmung in ihrer Begrifflichkeit umfasst.
-
Dazu dienen Methoden basierend auf einer Verwendung von mit verschiedenen Oberflächenstrukturen versehenen Bedienelementen oder von durch Vibrationen verursachten Stimulationen des Tastsinns, etwa ausgelöst durch kleine mikromechanische Antriebe.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung schafft eine Anordnung zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Benutzers mit: einer Sensoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine Position eines Tastorgans des Benutzers berührungslos zu erfassen und als Positionsdaten bereitzustellen; einer Auswerteeinrichtung, welche mit der Sensoreinrichtung gekoppelt ist und welche dazu ausgelegt ist, anhand der Positionsdaten ein Steuersignal bereitzustellen.
-
Ferner umfasst die Anordnung eine Aktoreinrichtung, welche mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist und welche dazu ausgelegt ist, basierend auf dem bereitgestellten Steuersignal mechanische Wellen, insbesondere Schall, auszusenden und dadurch die Tastsinnreizung an dem Tastorgan des Benutzers zu erzeugen.
-
Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Benutzers mit den Verfahrensschritten: Erfassen einer Position eines Tastorgans des Benutzers durch eine Sensoreinrichtung und Bereitstellen der erfassten Position als Positionsdaten. Als nächster Verfahrensschritt erfolgt ein Bereitstellen eines Steuersignal durch eine Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit der bereitgestellten Positionsdaten; und Aussenden von mechanischen Wellen durch eine Aktoreinrichtung basierend auf dem Steuersignal und Erzeugen einer Tastsinnreizung an dem Tastorgan des Benutzers.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die Idee der Erfindung liegt darin, eine Vermeidung von aktivem Berühren von Oberflächen zum Austausch von Informationen oder zum Ausführen von Befehlen und zur Bedienung von Geräten zu ermöglichen. Aktoren geben dem Benutzer ein berührungsloses, taktiles Feedback, das amplitudengesteuert und/oder ortsaufgelöst sein kann.
-
Die berührungslose Kommunikation mit Geräten ist komfortabel. Die Erfindung vermeidet beispielsweise die Verschmutzung von Oberflächen der zu bedienenden Geräte.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass Handlungen oder Aktionen virtuell simuliert werden können. Dazu gehören Handlungen wie etwa ein entlang streichen an strukturierten oder glatten Oberflächen, ein Drücken eines Bedienelementes, ein Anfassen eines Gerätes oder ein Ertasten von Umrissen und Konturen.
-
Im Bereich der Kommunikation und Informationstechnik ermöglicht die Erfindung, Bildschirme und Oberflächen schonend zu behandeln und eine erhöhte Verschmutzung und die Gefahr von Beschädigungen zu vermeiden.
-
Bei Verkehrssystemen ermöglicht die Erfindung dem Benutzer, auch mit schlecht platzierten oder schlecht einsehbaren Displays zu interagieren. Bedienungen können mit der Erfindung in unmittelbarer Fahrer-Armposition vorgenommen werden.
-
Im Bereich der Konsumer-Industrie und Computerspiele kann eine verbesserte räumliche Atmosphäre in den Produkten erzielt werden.
-
Im Bereich der Medizintechnik können mit der Erfindung bei Operationen mit optischen Systemen umständliche Bewegungen vermieden werden.
-
Die Erfindung kann diese vorzunehmenden Bedienungen leichter machen. Die Erfindung ermöglicht ferner ein Übertragungsrisiko von Krankheiten durch ein Verhindern eines direkten Berührens von Oberflächen zu vermeiden.
-
Weiterbildungen und Variationen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung als ein oder mehrere Bolometer, als eine oder mehrere Photodioden, als eine Videokamera oder als eine oder mehrere Lichtschranken ausgebildet ist. Dadurch kann die Positionserfassung des Benutzers auf eine genaue und einfache Art erfolgen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder als eine sonstige elektronische Schaltung in Form eines integrierten Schaltkreises ausgebildet ist. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Integration der Anordnung in Mobilfunkgeräte oder sonstigen tragbaren elektronischen Geräten.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktoreinrichtung als ein Lautsprecher oder als ein Ultraschall-Piezo-Lautsprecher oder als ein Mikrosystem-Lautsprecher ausgebildet ist. Dies erlaubt vorteilhaft die Integration der Anordnung auf kleinstem Raum.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktoreinrichtung als ein Array einer Mehrzahl von Lautsprechern oder oder einer Mehrzahl von Ultraschall-Piezo-Lautsprechern oder einer Mehrzahl von Mikrosystem-Lautsprechern ausgebildet ist. Mit dieser Ausführungsform kann sehr effektiv und sicher eine gewünschte Geometrie der Tastsinnreizung und damit des virtuell berührten Gegenstandes erzeugt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung ferner eine Stromversorgungseinrichtung aufweist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Anordnung in einfacher Weise mit Energie versorgt werden kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als die erzeugte Tastsinnreizung eine 2- oder 3-dimensional ausgedehnte Tastsinnreizung an dem Tastorgan des Benutzers durch das Aussenden der mechanischen Wellen erzeugt wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tastsinnreizung zum Erregen einer Aufmerksamkeit einer Person durch das Aussenden der mechanischen Wellen erzeugt wird. Dies ermöglicht vorteilhaft, die Wahrnehmung der Person beispielsweise auf die aktuelle Verkehrssituation zu lenken, um eine gefährdende Verkehrssituation zu vermeiden.
-
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren.
-
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung.
-
Zeichnungen
-
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
-
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Benutzers; und
-
2 eine grafische Darstellung eines Flussdiagrammes eines Verfahrens zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Benutzers.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile, Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
-
Es versteht sich ferner, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander wiedergegeben sind.
-
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Benutzers.
-
Eine Anordnung 50 zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Benutzers umfasst eine Sensoreinrichtung 10, eine Auswerteeinrichtung 20, eine Aktoreinrichtung 30 und eine Stromversorgungseinrichtung 40.
-
Die Sensoreinrichtung 10 ist beispielsweise dazu ausgelegt, eine Position einer Hand oder eines sonstiges Körperteils des Benutzers zu erfassen und als Positionsdaten bereitzustellen.
-
Die Auswerteeinrichtung 20 ist beispielsweise mit der Sensoreinrichtung 10 gekoppelt und dazu ausgelegt, anhand der Positionsdaten ein Steuersignal bereitzustellen.
-
Die Aktoreinrichtung 30 ist beispielsweise mit der Auswerteeinrichtung 20 gekoppelt und dazu ausgelegt, basierend auf dem bereitgestellten Steuersignal mechanische Wellen auszusenden und dadurch die Tastsinnreizung an der Hand oder an dem sonstigen Körperteil des Benutzers zu erzeugen.
-
Wird der Druck nun von extern den Rezeptoren in der Haut, wie etwa in der Hand H, zugeführt, etwa über die ausgesendeten mechanischen Wellen, so nimmt der Benutzer durch die Tastsinnreizung seines Tastorgans einen solchen Druck wahr, als würde er beispielsweise aktiv auf eine Oberfläche drücken. Die amplitudengesteuerte und ortsaufgelöst gesteuerte Aktoreinrichtung 30 gibt dem Benutzer ein berührungsloses, taktiles Feedback, das heißt der Benutzer empfindet durch die Tastsinnreizung eine Interaktion mit einer virtuellen Oberfläche VO eines virtuellen Gegenstandes mit dem jeweils gereizten Tastorgan.
-
Beispielsweise ist die Sensoreinrichtung 10 als ein oder mehrere Bolometer, als eine oder mehrere Photodioden, als eine Videokamera oder als eine oder mehrere Lichtschranken ausgebildet.
-
Ferner kann die Auswerteeinrichtung 20 als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, kurz ASIC, oder als eine sonstige elektronische Schaltung in Form eines integrierten Schaltkreises ausgebildet sein.
-
Die Aktoreinrichtung 30 ist beispielsweise als ein Lautsprecher oder als ein Ultraschall-Piezo-Lautsprecher oder als ein Mikrosystem-Lautsprecher ausgebildet.
-
Ferner kann die Aktoreinrichtung 30 als ein Array einer Mehrzahl von Lautsprechern oder einer Mehrzahl von Ultraschall-Piezo-Lautsprechern oder einer Mehrzahl von Mikrosystem-Lautsprechern ausgebildet sein.
-
Zur Ausstrahlung des Ultraschallimpulses ist es möglich, verschiedene kleinere MEMS-Lautsprecher aneinander sowie zueinander zu positionieren, so dass das virtuelle Berührungsfeld oder Zielfeld, in welches der Impuls gesendet werden soll, getroffen werden kann, Insbesondere ist es möglich einen Gesamtimpuls durch Zusammensetzen der Einzelimpulse zu generieren und in einem gewünschten Winkel zur MEMS-Lautsprecherarrayebene auszusenden.
-
Ebenso können auch durch Generierung mehrerer Gesamtimpulse 2- oder 3-dimensional ausgedehnte Tastsinnreizungen erzeugt werden, die an unterschiedlichen Stellen der Körperregionen, wie beispielsweise einer Hand H, auftreffen.
-
Damit ist auch eine variable Position und/oder Anordnung der Aktoren zur eigentlichen „Berührung", sprich dem Berührungsfeld oder Zielfeld, möglich.
-
Es ist aber auch möglich, einen einzelnen Gesamtimpuls durch die Aktoreinrichtung 30 auszusenden. Der Gesamtimpuls wird dann in einem gewünschten Winkel zur Berührungsebene ausgesendet werden, so dass grundsätzlich der Impuls im Zielfeld ankommt und von entsprechendem Körperteil, wie etwa einer Hand H, wahrgenommen wird.
-
Die Auswerteeinrichtung 20 ist beispielsweise als eine speicherprogrammierbare Steuerung oder als ein programmierbarer Digitalcomputer ausgeführt.
-
Die 2 zeigt eine grafische Darstellung eines Flussdiagrammes eines Verfahrens zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Benutzers.
-
In einem ersten Schritt erfolgt ein Erfassen S1 einer Position der Hand H oder eines sonstigen Körperteils des Benutzers durch eine Sensoreinrichtung 10 und ein Bereitstellen der erfassten Position als Positionsdaten.
-
In einem zweiten Schritt erfolgt ein Bereitstellen S2 eines Steuersignals durch eine Auswerteeinrichtung 20 in Abhängigkeit der bereitgestellten Positionsdaten.
-
In einem dritten Schritt mechanischen Wellen durch eine Aktoreinrichtung 30 basierend auf dem Steuersignal ausgesendet und es erfolgt ein Erzeugen einer Tastsinnreizung der Hand H oder eines sonstigen Körperteils des Benutzers.
-
Die erzeugte Tastsinnreizung kann als eine 2- oder 3-dimensional ausgedehnte Tastsinnreizung an dem Tastorgan des Benutzers durch das Aussenden der mechanischen Wellen erzeugt werden.
-
Beispielsweise wird als die 2-dimensional ausgedehnte Tastsinnreizung eine flächig ausdehnte Tastsinnreizung erzeugt und als die 3-dimensional ausgedehnte Tastsinnreizung eine im Volumen ausdehnte Tastsinnreizung erzeugt.
-
Beispielsweise wird die Tastsinnreizung zum Erregen einer Aufmerksamkeit einer Person durch das Aussenden der mechanischen Wellen erzeugt. Die Erregung der Aufmerksamkeit der Person kann die Wahrnehmung der Person beispielsweise auf die Verkehrssituation lenken, um eine gefährdende Verkehrssituation zu vermeiden. Die Person kann beispielsweise ein Fahrzeugs-, Schiffs-, oder Lok-Führer in einem entsprechenden Führerstand eines Schienen- oder Kraftfahrzeugs sein oder ein Pilot in einem Cockpit sein.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10128908 A1 [0002]
- DE 4140780 A1 [0003]
