DE102018120760B4 - Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät und Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals - Google Patents

Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät und Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals Download PDF

Info

Publication number
DE102018120760B4
DE102018120760B4 DE102018120760.3A DE102018120760A DE102018120760B4 DE 102018120760 B4 DE102018120760 B4 DE 102018120760B4 DE 102018120760 A DE102018120760 A DE 102018120760A DE 102018120760 B4 DE102018120760 B4 DE 102018120760B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pen
output device
piezoelectric actuator
shaped input
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102018120760.3A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102018120760A1 (de
Inventor
Georg Kügerl
Harald Kastl
Günter Aflenzer
Roman Puchleitner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Priority to KR1020207037895A priority Critical patent/KR102469052B1/ko
Priority to EP19740486.6A priority patent/EP3821326A1/de
Priority to US17/258,643 priority patent/US11755112B2/en
Priority to CN201980046609.3A priority patent/CN112424559B/zh
Priority to JP2021500404A priority patent/JP7260627B2/ja
Priority to PCT/EP2019/066841 priority patent/WO2020011526A1/de
Priority to TW108124295A priority patent/TWI780346B/zh
Publication of DE102018120760A1 publication Critical patent/DE102018120760A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102018120760B4 publication Critical patent/DE102018120760B4/de
Priority to US18/364,706 priority patent/US20230384865A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/20—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16576—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing DC or AC voltage with one threshold
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/017—Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0346—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of the device orientation or free movement in a 3D space, e.g. 3D mice, 6-DOF [six degrees of freedom] pointers using gyroscopes, accelerometers or tilt-sensors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03545—Pens or stylus
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • G06F3/0383—Signal control means within the pointing device
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality

Abstract

Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1), aufweisend eine Aktoreinheit, die einen piezoelektrischen Aktuator (11) aufweist, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) dazu ausgestaltet ist, in einem Wiedergabemodus betrieben zu werden, in dem der piezoelektrische Aktuator (11) verwendet wird, um ein haptisches Signal zu erzeugen, wobei der piezoelektrische Aktuator zeitgleich als Sensor betrieben wird, indem eine an dem piezoelektrischen Aktuator (11) anliegende Spannung überwacht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals.
  • In dem Bereich der Virtual Reality-Anwendungen und der Augmented Reality-Anwendungen kommen zunehmend Stifte zum Einsatz, mit denen eine Oberfläche abgetastet werden kann. Einem Nutzer soll dabei der Eindruck vermittelt werden, der Stift würde über eine zuvor abgespeicherte Fläche bewegt werden. Um das Profil der Oberfläche realitätsnah wiederzugeben, ist ein Aktuator mit einer schnellen Reaktionszeit vorteilhaft.
  • Ein derartiger Stift ist beispielsweise aus US 8 988 445 B2 bekannt. Der Stift weist einen Linearaktuator mit Schwingspulen auf. Ein derartiger Aktuator hat eine lange Ansprechzeit und eine lange Abklingzeit. Dadurch kann ein Oberflächenprofil nicht in allen Details haptisch erfahrbar gemacht werden. Darüber hinaus ist bei dem in US 8 988 445 B2 beschriebenen Stift eine Vielzahl von Sensoren erforderlich.
  • US 2016 / 0 282 970 A1 zeigt einen Stylus, der einen Aktuator aufweist, der eine Kraft auf ein Gehäuse des Stylus ausüben kann, wobei es sich bei dem Aktuator beispielsweise um einen piezoelektrischen Aktuator handeln kann.
  • US 2017 / 0 364 167 A1 zeigt eine Stylus, der durch Vibrationen ein taktiles Feedback an eine Nutzer übermitteln kann, wobei eine Geschwindigkeit, mit der der Stylus bewegt wird, verwendet werden kann, um ein haptisches Feedback zu erzeugen, das einer Textur entspricht.
  • US 2008 / 0 143 693 A1 beschreibt eine Interface Vorrichtung, bei der es sich beispielsweise um einen Stylus handeln kann und die zumindest einen Aktuator aufweist, der dazu ausgestaltet ist, eine Kraft auf die Vorrichtung auszuüben und so ein haptisches Signal für einen Nutzer zu erzeugen.
  • US 6 324 920 B1 zeigt ein Sensor und Aktuator System, das dazu ausgestaltet ist, Kräfte zu erkennen und zu erzeugen, was im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen kann.
  • US 9 804 692 B2 zeigt einen Stylus mit einem haptischen Feedbacksystem, das einen piezoelektrischen Aktuator aufweist, wobei der Stylus ferner einen Roller als Tastspitze aufweist, wobei der Aktuator eine variable Kraft auf den Roller aufbringen kann, um so eine Reibung zu variieren und auf diese Weise ein haptisches Signal zu erzeugen.
  • DE 10 2005 040 120 A1 beschreibt einen Mischbetrieb eines piezoelektrischen Aktuators als Aktuator und als Sensor.
  • WO 2014 / 164 018 A1 und WO 2016 / 067 831 A1 zeigen jeweils einen piezoelektrischen Aktuator mit einem mechanischen Verstärkungselement.
  • US 5 548 092 A zeigt einen Stylus mit einem Neigungssensor.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vorteilhaftes stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät anzugeben. Eine weitere Aufgabe ist es, ein vorteilhaftes Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals mit einem solchen Eingabe- und/oder Ausgabegerät anzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch gelöst.
  • Es wird ein stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät vorgeschlagen, das eine Aktoreinheit aufweist, die einen piezoelektrischen Aktuator aufweist. Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann in einer Ausführungsform weitere piezoelektrische Aktuatoren aufweisen.
  • Ein piezoelektrischer Aktuator kann in unterschiedlichen Geometrien gefertigt werden. Dementsprechend kann die geometrische Ausgestaltung des piezoelektrischen Aktuators an die Geometrie des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts angepasst werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines piezoelektrischen Aktuators besteht in einem schnellen Ansprech- und Abklingverhalten des piezoelektrischen Aktuators. Nur durch ein schnelles Ansprechen und Abklingen der von dem piezoelektrischen Aktuator erzeugten Vibrationen kann ein realitätsnahes haptisches Signal erzeugt werden.
  • Der piezoelektrische Aktuator kann mit Frequenzen aus einem breiten Frequenzspektrum zu Vibrationen angeregt werden. Beispielsweise kann eine an den piezoelektrischen Aktuator angelegte Eingangsspannung eine Frequenz zwischen 5 Hz und 10 KHz aufweisen. Dadurch, dass derartig verschiedene Frequenzen verwendet werden können, kann der piezoelektrische Aktuator zu Vibrationen in einem breiten Frequenzbereich angeregt werden. Dadurch können unterschiedliche haptische Eindrücke erzeugt werden, die die unterschiedlichen Texturen einer Oberfläche nachbilden.
  • Ein an den piezoelektrischen Aktuator angelegtes Signal kann eine beliebige Signalform aufweisen. Der piezoelektrische Aktuator ist beispielsweise nicht auf sinusförmige Eingangssignale beschränkt.
  • Als piezoelektrischer Aktuator kann entweder ein einlagiger Aktuator verwendet werden oder ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement, bei dem Innenelektroden und dazwischen angeordnete piezoelektrische Schichten abwechselnd übereinandergestapelt sind.
  • Der piezoelektrische Aktuator kann es ermöglichen unterschiedliche haptische Signale zu erzeugen. Sowohl eine Amplitude als auch eine Frequenz einer Vibration des piezoelektrischen Aktuators können verändert werden. Dadurch können beispielsweise unterschiedliche Texturen von Oberflächen realitätsnah haptisch erfahrbar gemacht werden.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann sowohl als Eingabegerät als auch als Ausgabegerät in einer Anwendung, beispielsweise einer Virtual Reality-Anwendung oder einer Augmented Reality-Anwendung, eingesetzt werden. Bei der Verwendung als Eingabegerät kann eine Eingabe dadurch vorgenommen werden, dass ein Nutzer das stiftförmige Gerät an eine bestimmte Position bewegt. Auf diese Weise kann der Nutzer der Anwendung beispielsweise einen Steuerbefehl übermitteln. Bei der Verwendung als Ausgabegerät wird eine Ausgabe von dem stiftförmigen Gerät dadurch vorgenommen, dass durch eine Vibration der Aktoreinheit ein haptisches Signal an einen Nutzer übermittelt wird. Das stiftförmige Gerät kann nur als Eingabegerät oder nur als Ausgabegerät oder als kombiniertes Eingabe- und Ausgabegerät betrieben werden.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann eine Ansteuereinheit aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, eine Spannung an den piezoelektrischen Aktuator anzulegen. Durch die an den piezoelektrischen Aktuator angelegte Spannung kann der piezoelektrische Aktuator zu Vibrationen angeregt werden. Die Vibrationen können für einen Nutzer, der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät greift oder festhält, ein haptisches Signal darstellen. Abhängig von der Frequenz und der Amplitude der Vibration des piezoelektrischen Aktuators kann ein unterschiedlicher haptischer Eindruck bei dem Nutzer erzeugt werden.
  • In der Ansteuereinheit kann ein Profil hinterlegt sein, wobei die Ansteuereinheit dazu ausgestaltet sein kann, den piezoelektrischen Aktuator derart anzusteuern, dass das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät ein Signal erzeugt, das einen haptischen Eindruck des hinterlegten Profils erzeugt. Bei dem Profil kann es sich insbesondere um das Profil einer Oberfläche handeln. Das Profil der Oberfläche kann eine Textur der Oberfläche wiedergeben. Beispielsweise kann das haptische Signal abhängig von einer Rauigkeit einer Oberfläche, die durch das haptische Signal wiedergegeben werden soll, verändert werden.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann dazu ausgestaltet sein, den piezoelektrischen Aktuator als Sensor zu verwenden, wobei an dem piezoelektrischen Aktuator infolge einer Betätigung des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts eine Spannung erzeugt werden kann, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät eine Auswerteeinheit aufweisen kann, die dazu ausgestaltet ist, die am piezoelektrischen Aktuator erzeugte Spannung zu erkennen und einen für die erzeugte Spannung charakteristischen Wert abzuspeichern. Das Eingabe- und Ausgabegerät kann in einem Einlesemodus betrieben werden, in dem das Gerät entlang einer oder mehrerer Oberflächen geführt wird und dabei ein Profil der Oberflächen abspeichert.
  • Das stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät ist dazu ausgestaltet, den piezoelektrischen Aktuator zeitgleich als Sensor und zur Erzeugung einer Vibration zu verwenden. Beispielsweise kann es im Einlesemodus, in dem der piezoelektrische Aktuator als Sensor zum Einlesen eines Profils einer Oberfläche verwendet wird, möglich sein, mit Hilfe des Aktuators eine Vibration zu erzeugen. Wird beispielsweise während des Einlesevorgangs erkannt, dass eine Kraft auf den piezoelektrischen Aktuator ausgeübt wird, die über einem definierten Schwellwert liegt, kann der Aktuator in Folge dessen von einer Ansteuerelektronik zu einer Vibration angeregt werden. Die Vibration kann dem Nutzer beispielsweise einen Wechsel des Betriebsmodus signalisieren. Alternativ kann die Vibration dem Nutzer signalisieren, dass das Gerät in den Standby-Modus schaltet, um eine Beschädigung zu verhindern.
  • Auch in einem Wiedergabemodus, in dem der piezoelektrische Aktuator verwendet wird, um ein haptisches Signal zu erzeugen, wird der piezoelektrische Aktuator zeitgleich als Sensor betrieben. Dabei wird eine an dem piezoelektrischen Aktuator anliegende Spannung überwacht. Auf diese Weise können Steuersignale, die beispielsweise durch ein Klopfen mit dem Gerät gegen eine Oberfläche gegeben werden, erkannt werden. Alternativ oder ergänzend kann auf diese Weise erkannt werden, falls das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät mit einer zu starken Kraft gegen eine Oberfläche gedrückt wird. In diesem Fall kann das Gerät automatisch abgeschaltet oder in den Standby-Modus versetzt werden, um eine Beschädigung zu vermeiden.
  • Die Ansteuereinheit kann dazu ausgestaltet sein, den piezoelektrischen Aktuator auf Basis der von der Auswerteeinheit abgespeicherten Werte anzusteuern. Dementsprechend kann die Ansteuereinheit entweder auf Basis von einem vorab hinterlegten Profil oder auf Basis eines durch das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät im Einlesemodus eingelesenen Profils den piezoelektrischen Aktuator ansteuern.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann ferner ein Tastelement aufweisen, das mit der Aktoreinheit verbunden ist. Das Tastelement kann bei der stiftförmigen Form des Geräts an dem schreibenden Ende des Stifts angeordnet sein und dementsprechend dazu ausgebildet sein, über eine tatsächliche oder virtuelle Oberfläche geführt zu werden. Das Tastelement kann spitz zulaufend sein. Insbesondere kann das Tastelement eine Tastspitze aufweisen. Das Tastelement kann beweglich zu einem Grundkörper des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerätes angeordnet sein. Dementsprechend kann das Tastelement bei Berühren einer Oberfläche bewegt werden. Das Tastelement kann dazu ausgestaltet sein, von dem piezoelektrischen Aktuator in Vibration versetzt zu werden, wobei durch die Vibration des Tastelements das haptische Signal erzeugt werden kann.
  • Die Aktoreinheit kann ein mechanisches Verstärkungselement aufweisen, das an dem piezoelektrischen Aktuator befestigt ist. Das mechanische Verstärkungselement kann dazu ausgebildet und angeordnet sein, sich infolge einer Änderung einer Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators in eine erste Richtung derart zu verformen, dass ein Teilbereich des mechanische Verstärkungselements relativ zu dem piezoelektrischen Aktuator in eine zweite Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ist, bewegt wird.
  • Das mechanische Verstärkungselement kann dazu ausgebildet sein, eine Bewegung des Aktuators in eine Bewegung in die zweite Richtung mit einer größeren Amplitude zu überführen. Durch die Vergrößerung der Amplitude kann das haptische Signal verstärkt werden.
  • Der piezoelektrische Aktuator kann dazu ausgestaltet und angeordnet sein, durch eine Längenänderung unter Nutzung des d31-Effekts oder des d33-Effekts eine Vibration zu erzeugen.
  • Alternativ oder ergänzend kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät einen Neigungssensor aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät einen Abstandssensor aufweisen. Alternativ und/oder ergänzend kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät einen Geschwindigkeitssensor aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät einen Beschleunigungssensor aufweisen. Alternativ und/oder ergänzend kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät weitere Sensoren aufweisen. Jeder der hier genannten Sensoren kann als MEMS-Bauteil ausgeführt sein. Jeder der hier genannten Sensoren kann ein separater Sensor sein. Alternativ können zwei oder mehrere der hier genannten Sensoren durch ein einziges Bauelement, das dazu ausgestaltet ist, mehrere Messgrößen zu bestimmen, ausgebildet sein.
  • Die hier genannten Sensoren können es ermöglichen, Messgrößen, beispielsweise einen Neigungswinkel, eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung oder einen Abstand zu bestimmen, wobei diese Messgrößen sowohl bei der Erzeugung eines haptischen Signals durch die Aktoreinheit als auch bei dem Einlesen eines Oberflächenprofils berücksichtigt werden können. Dadurch kann eine Genauigkeit des eingelesenen Oberflächenprofils erhöht werden und/oder eine realitätsgetreuere Wiedergabe des haptischen Signals ermöglicht werden. Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät ist jedoch auch ohne die hier genannten Sensoren oder mit nur einigen der hier genannten Sensoren voll funktionsfähig. Die Sensoren dienen somit lediglich einer Erhöhung der Genauigkeit, sind jedoch für die prinzipielle Funktionsweise des Geräts nicht zwingend erforderlich.
  • Der piezoelektrische Aktuator wird als Sensor verwendet und kann beispielsweise eine Beschleunigung messen. Dabei kann von einer an dem piezoelektrischen Aktuator erzeugten Spannung auf die Beschleunigung rückgeschlossen werden. Dementsprechend kann der piezoelektrische Aktuator als Beschleunigungssensor verwendet werden und es kann in einem Ausführungsbeispiel auf einen separaten Beschleunigungssensor verzichtet werden. Eine mit dem piezoelektrischen Aktuator verbundene Auswerteeinheit kann dabei dazu ausgestaltet sein, zu unterscheiden zwischen einer Spannung, die dadurch erzeugt wird, dass das Gerät über eine einzulesende Oberfläche bewegt wird und die Oberfläche dabei auf den piezoelektrischen Aktuator eine Kraft ausübt, und einer Spannung, die dadurch erzeugt wird, dass das Gerät eine Beschleunigung erfährt und dabei eine Kraft auf den Aktuator wirkt. Beide Arten von Spannungen können charakteristische Muster aufweisen, die von der Auswerteeinheit erkannt werden können.
  • Eine Beschleunigung, die von dem als Beschleunigungssensor verwendeten piezoelektrischen Aktuator, erkannt wird, kann beispielsweise durch ein Klopfen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts auf eine Oberfläche verursacht werden. Auch andere von einem Nutzer ausgeführte Bewegungen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts, die einen Steuerbefehl darstellen, können mit Beschleunigungen verbunden sein, die von dem als Beschleunigungssensor verwendeten piezoelektrischen Aktuator erkannt werden.
  • Eine Beschleunigung kann nicht nur dadurch auf das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät ausgeübt werden, dass eine Geschwindigkeit, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät über eine Oberfläche bewegt wird, verändert wird, sondern auch durch jegliche Bewegungen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts, durch die eine Kraft auf den piezoelektrischen Aktuator ausgeübt wird. Eine mit dem piezoelektrischen Aktuator verbundene Auswerteeinheit kann dazu ausgestaltet sein, das Abtastsignal, das aus der Bewegung über eine Oberfläche erzeugt wird, von anderen Bewegungen, die eine Beschleunigung auf das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät ausüben, zu unterscheiden. Ein von dem Neigungssensor erfasster Winkel kann bei einer Ansteuerung der Aktoreinheit und/oder bei einer Auswertung einer an der Aktoreinheit erzeugten Spannung berücksichtigt werden. Eine von dem Geschwindigkeitssensor erfasste Geschwindigkeit kann bei einer Ansteuerung der Aktoreinheit und/oder bei einer Auswertung einer an der Aktoreinheit erzeugten Spannung berücksichtigt werden. Eine von dem Beschleunigungssensor erfasste Beschleunigung kann bei einer Ansteuerung der Aktoreinheit und/oder bei einer Auswertung einer an der Aktoreinheit erzeugten Spannung berücksichtigt werden.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann dazu ausgestaltet sein, ein Steuersignal zu erkennen. Das Steuersignal kann dabei nicht über ein Bedienelement, wie etwa einen Knopf oder einen berührungsempfindlichen Bildschirm, gegeben werden, sondern durch eine bestimmte Bewegung des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts. Insbesondere kann das Steuersignal aufgrund von Sensorinformationen durch geeignete Algorithmen erkannt werden. In bevorzugten Ausführungsbeispielen weist das stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät kein Bedienelement auf, über das ein Nutzer durch Betätigung des Bedienelements ein Steuersignal gibt.
  • Beispielsweise könnten Steuersignale gegeben werden, indem mit dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät einfach oder mehrfach auf eine Oberfläche geklopft wird, und/oder indem das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät über einen bestimmten Zeitraum auf die Oberfläche gedrückt wird und/oder indem das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät in einer bestimmten Weise bewegt wird, wodurch ein charakteristisches Beschleunigungsmuster ausgeübt wird. Beispiele für eine Bewegung des Geräts, die ein Steuersignal darstellen kann, sind ein Schütteln des Geräts oder ein kreisförmiges Bewegen des Geräts. Weiter könnte ein Steuersignal auch durch ein In-die-Handnehmen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts gegeben werden. Die oben genannten Beispiele für Steuersignale führen stets dazu, dass eine Kraft auf den piezoelektrischen Aktuator ausgeübt wird. Beim Klopfen oder Drücken des Geräts auf eine Oberfläche kann ein Tastelement des Geräts auf den piezoelektrischen Aktuator wirken und diesen verformen, so dass in Folge dazu eine Spannung an dem Aktuator entsteht. Wird das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabengerät in einer bestimmten Weise bewegt, wird ein für diese Bewegung charakteristisches Beschleunigungsmuster auf das Gerät ausgeübt. In Folge der Beschleunigung wird der piezoelektrische Aktuator ebenfalls verformt und eine Spannung an ihm erzeugt. Eine mit dem piezoelektrischen Aktuator verbundene Schaltung kann dazu ausgestaltet sein, die Steuersignale auf Basis der an dem piezoelektrischen Aktuator erzeugten Spannung erkennen.
  • Beispielsweise kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät dazu ausgestaltet sein, ein Startsignal zu erkennen, wobei die Aktoreinheit nur nach Erkennung des Startsignals aktiviert wird. Dadurch kann ein stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät konstruiert werden, das einen energiesparenden Betrieb ermöglicht. Unbeabsichtigte Aktivierungen könnten vermieden werden, so dass eine Energiequelle des Geräts, beispielsweise eine Batterie, nicht unnötig belastet wird.
  • Das Startsignal ist ein Beispiel für die oben genannten Steuersignale. Weitere denkbare Steuersignale können Steuersignale zum Wechseln des Betriebsmodus oder eine Ausschaltsignal sein, das das Gerät ausschaltet oder in einem Standby-Modus wechselt.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann zusätzlich zu dem piezoelektrischen Aktuator keinen weiteren Sensor aufweisen. Für die Verwendung des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts im Wiedergabemodus sind keine Sensoren erforderlich. Für die Verwendung im Einlesemodus ist der piezoelektrische Aktuator ausreichend, da dieser als Sensor verwendet werden kann und auf Basis der an den piezoelektrischen Aktuator erzeugten Spannung auf ein Profil einer einzulesenden Oberfläche rückgeschlossen werden kann.
  • Durch den Verzicht auf weitere Sensoren kann ein einfaches und kostengünstiges stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät konstruiert werden. Ferner kann der Verzicht auf Sensoren zu einer Miniaturisierung des Gerätes beitragen.
  • Alternativ kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel das Gerät neben dem piezoelektrischen Aktuator höchstens zwei weitere Sensoren aufweisen. Bei den zwei weiteren Sensoren kann es sich beispielsweise um zwei der folgenden Sensoren handeln: Neigungssensor, Geschwindigkeitssensor, Abstandssensor und Beschleunigungssensor. Durch die Verwendung der weiteren Sensoren kann die Genauigkeit bei der Erzeugung des haptischen Signals und bei dem Einlesen des Oberflächenprofils erhöht werden. In weiteren alternativen Ausführungsbeispielen kann das Gerät auch mehr als zwei Sensoren aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals mit einem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät, das eine Aktoreinheit mit einem piezoelektrischen Aktuator aufweist. Bei dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann es sich um das vorher beschriebene stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät handeln. Alle strukturellen und funktionellen Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Gerät offenbart wurden, können auch auf das Verfahren zutreffen. Alle strukturellen und funktionellen Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Verfahren offenbart wurden, können auch auf das Gerät zutreffen.
  • Bei dem Verfahren wird von einer Ansteuereinheit eine Spannung an den piezoelektrischen Aktuator angelegt und der piezoelektrische Aktuator wird dadurch zu Vibrationen angeregt, durch die das haptische Signal erzeugt wird. Das Verfahren bietet somit die Vorteile, die sich aus der Verwendung des piezoelektrischen Aktuators in der Aktoreinheit ergeben. Hierzu gehören kurze Ansprechzeiten und kurze Abklingzeiten, die die Erzeugung eines realitätsnahen haptischen Signals ermöglichen. Eine hohe Anpassungsfähigkeit in der geometrischen Ausgestaltung des piezoelektrischen Aktuators, die den Einsatz in verschiedenen stiftförmigen Eingabe- und Ausgabegeräten ermöglicht. Ferner kann ein haptisches Signal über eine hohe Frequenzbandbreite erzeugt werden.
  • Von der Ansteuereinheit kann eine Spannung derart an den piezoelektrischen Aktuator angelegt werden, dass durch die Vibration des piezoelektrischen Aktuators ein Signal erzeugt wird, das einen haptischen Eindruck einer Oberfläche erzeugt. Unterschiedliche Oberflächen können dabei durch eine Variation in der Frequenz und/oder in der Amplitude des an den piezoelektrischen Aktuator angelegten Signals nachempfunden werden.
  • In einem ersten Schritt kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät entlang einer Oberfläche bewegt werden, wobei die Oberfläche auf ein mit der Aktoreinheit verbundenes Element wirkt und dadurch von dem piezoelektrischen Aktuator eine Spannung erzeugt wird, die von einer Auswerteeinheit erkannt wird und wobei die Auswerteeinheit einen für die erzeugte Spannung charakteristischen Wert abspeichert und dadurch ein Profil der Oberfläche abspeichert. Dementsprechend kann der piezoelektrische Aktuator als Sensor genutzt werden. Bei dem mit der Aktoreinheit verbundenen Element kann es sich um ein Tastelement handeln.
  • In einem zweiten Schritt kann die Ansteuereinheit den piezoelektrischen Aktuator auf Basis des abgespeicherten Profils ansteuern.
  • Während des ersten Schritts kann ein Winkel zwischen dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät und der Oberfläche erfasst werden, wobei der Winkel von der Auswerteeinheit bei der Erstellung des Profils der Oberfläche berücksichtigt wird. Bei dem Winkel kann es sich um einen Neigungswinkel handeln. Alternativ oder ergänzend kann während des ersten Schritts eine Geschwindigkeit, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät über die Oberfläche bewegt wird, erfasst werden, wobei die Geschwindigkeit von der Auswerteeinheit bei der Erstellung des Profils der Oberfläche berücksichtigt wird. Alternativ oder ergänzend kann eine Beschleunigung, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät über die Oberfläche bewegt wird, erfasst werden, wobei die Beschleunigung von der Auswerteeinheit bei der Erstellung des Profils der Oberfläche berücksichtigt werde. Der Winkel, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung können jeweils von entsprechenden Sensoren bestimmt werden.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann in einer Virtual Reality Anwendung oder einer Augmented Reality Anwendung verwendet werden.
  • Ein Neigungswinkel des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts kann erfasst werden, wobei eine Höhe der von der Ansteuereinheit an den piezoelektrischen Aktuator angelegten Spannung unter Berücksichtigung des Neigungswinkels angepasst werden kann. Eine Geschwindigkeit, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät bewegt wird, kann erfasst werden, wobei eine Höhe der von der Ansteuereinheit an den piezoelektrischen Aktuator angelegten Spannung unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit angepasst werden kann. Eine Beschleunigung, die das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät erfährt, kann erfasst werden, wobei eine Höhe und eine Frequenz der von der Ansteuereinheit an den piezoelektrischen Aktuator angelegten Spannung unter Berücksichtigung der Beschleunigung angepasst werden kann.
  • Ein Abstand von dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät zu einer Oberfläche kann von dem Gerät erkannt werden. Beispielsweise durch Verwendung eines Abstandssensors, der beispielsweise auf Ultraschall oder einer optischen Messung basiert.
  • Ein Steuersignal kann durch das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät erkannt werden. Das Steuersignal kann insbesondere aufgrund von Sensorinformationen durch geeignete Algorithmen erkannt werden. Das Steuersignal kann dadurch erkannt werden, dass eine an dem piezoelektrischen Aktuator gemessene Spannung einen vordefinierten Schwellwert überschreitet. Das Überschreiten des Schwellwerts kann auf ein Klopfen des Geräts auf eine Oberfläche zurückgeführt werden.
  • Verschiedene Steuersignale können dadurch erkannt werden, wie oft die an dem piezoelektrischen Aktuator gemessene Spannung innerhalb eines Zeitintervalls den vordefinierten Schwellwert überschreitet. Dadurch kann zwischen einem einfachen und einem mehrfachen Klopfen unterschieden werden. Ein einfaches und ein mehrfaches Klopfen können mit unterschiedlichen Steuersignalen assoziiert werden.
  • Verschiedene Steuersignale können durch die Dauer erkannt werden, in der die an dem piezoelektrischen Aktuator gemessene Spannung den vordefinierten Schwellwert überschreitet. Durch ein längeres Überschreiten des Schwellwertes kann beispielsweise auf ein dauerhaftes Drücken des Geräts auf eine Oberfläche geschlossen werden.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann dazu ausgestaltet sein, ein Startsignal zu erkennen, wobei die Aktoreinheit nach Erkennung des Startsignals aktiviert wird. Das Startsignal kann durch ein in die Hand nehmen des Geräts gegeben werden, durch ein Annähern des Geräts an eine Oberfläche oder durch ein Klopfen des Geräts gegen die Oberfläche.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät kann dazu ausgestaltet sein, auf Basis einer von dem piezoelektrischen Aktuator aufgezeichneten Spannung eine Beschleunigung zu bestimmen. Dementsprechend kann der piezoelektrischen Akuator als Beschleunigungssensor verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät einen separaten Beschleunigungssensor aufweisen. Das Gerät kann dazu ausgestaltet sein, charakteristische Beschleunigungsmuster zu erkennen, die es ermöglichen definierte Bewegungen zu detektieren. Auf diese Weise können Steuersignale, die durch bestimmte Bewegungen des Geräts gegeben werden erkannt werden. Beispielsweise könnte durch ein Schütteln oder ein Kreisen des Geräts ein bestimmtes Steuersignal gegeben werden.
  • Der piezoelektrische Aktuator wird zeitgleich als Sensor und zur Erzeugung einer Vibration verwendet.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren erläutert.
    • 1 zeigt einen Querschnitt durch ein stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
    • 2 zeigt das in 1 gezeigte stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät in einer perspektivischen Ansicht.
    • 3 zeigt einen Teil eines Eingabe- und/oder Ausgabegerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
    • 4 zeigt einen piezoelektrischen Aktuator mit zwei mechanischen Verstärkungselementen.
    • 5 zeigt ein stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch ein stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1. 2 zeigt das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 in einer perspektivischen Ansicht.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 kann in einer Virtual Reality Anwendung oder einer Augmented Reality Anwendung verwendet werden, um einem Nutzer ein haptisches Signal zu übermitteln. Dadurch kann bei dem Nutzer ein haptischer Eindruck erzeugt werden. Beispielsweise kann bei dem Nutzer der Eindruck erzeugt werden, dass stiftförmige Eingabe- und/oder oder Ausgabegerät 1 würde über eine Oberfläche bewegt werden. Dazu weist das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 eine Aktoreinheit auf, die dazu ausgestaltet ist, Vibrationen zu erzeugen, durch die dem Nutzer der haptische Eindruck einer Bewegung des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 über die Oberfläche vermittelt wird.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 kann in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi verwendet werden. Der erste Betriebsmodus wird auch als „Wiedergabemodus“ bezeichnet. Dabei wird die Aktoreinheit zur Erzeugung einer Vibration verwendet, die einem Nutzer einen haptischen Eindruck vermittelt. Der zweite Betriebsmodus wird auch als „Einlesemodus“ bezeichnet. Dabei wird das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 entlang einer Oberfläche geführt. Die von der Oberfläche dabei auf das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 ausgeübte Kraft wird von dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 erkannt und ein daraus berechnetes Oberflächenprofil wird abgespeichert. Im „Wiedergabemodus“ kann ein haptisches Signal erzeugt werden, das beispielsweise das im „Einlesemodus“ abgespeicherte Oberflächenprofil wiedergibt.
  • Die Aktoreinheit weist einen piezoelektrischen Aktuator 11 auf. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem piezoelektrischen Aktuator 11 um ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement, das unter Nutzung des d31-Effekts eine Vibration erzeugt. Folglich erfolgt eine Änderung der Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators 11 quer zur Polarisationsrichtung und zum elektrischen Feld. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der piezoelektrische Aktuator 11 als Longitudinalaktor betrieben werden. Dabei wird unter Nutzung des d33-Effekts eine Vibration zu erzeugen. In Longitudinalaktoren wird das elektrische Feld in einer piezoelektrischen Schicht 22 parallel zur Richtung der Polarisation angelegt. Dadurch wird eine Dehnung oder Auslenkung in Richtung der Polarisation induziert.
  • Bei dem in 1 und 2 gezeigten piezoelektrischen Aktor 11 handelt es sich um ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement. Das piezoelektrische Vielschichtbauelement weist eine Vielzahl von Innenelektroden 21 und piezoelektrischen Schichten 22 auf, die abwechselnd übereinander gestapelt sind. Alternativ könnte es sich bei dem piezoelektrischen Aktuator 11 um einen einlagigen Aktuator handeln, der eine einzige piezoelektrische Schicht und zwei Außenelektroden aufweist.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 weist einen Grundkörper 2 auf. Der Grundkörper 2 ist rohrförmig. Der piezoelektrische Aktuator 11 sowie weitere Elemente des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 sind in dem Grundkörper 2 angeordnet. Der Grundkörper 2 kann einen Kunststoff oder ein Metall aufweisen.
  • Der Grundkörper 2 definiert durch seine Form die stiftförmige Ausgestaltung des Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1. Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 weist ein erstes Ende 3, das dem schreibenden Ende eines Stifts nachgebildet ist, und ein zweites Ende 4 auf. Das zweite Ende 4 liegt dem ersten Ende 3 gegenüber und bildet das Ende aus, das von einem Nutzer des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 üblicherweise gehalten wird.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 weist ferner ein Tastelement 5 auf. Das Tastelement 5 ist mit dem piezoelektrischen Aktuator 11 verbunden. Insbesondere ist ein erstes Ende 6 des piezoelektrischen Aktuators 11, das zu dem ersten Ende 3 des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 weist, an dem Tastelement 5 befestigt, beispielsweise durch eine Klebeverbindung. In einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte das Tastelement 5 über eine gefederte Verbindung mit dem piezoelektrischen Aktuator verbunden sein.
  • Das Tastelement 5 weist eine auf der vom piezoelektrischen Aktuator 11 wegweisenden Seite spitz zulaufende Form auf. Die spitz zulaufende Form bildet in dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 das schreibende Ende eines Stiftes nach. Das Tastelement 5 bildet eine Tastspitze 8. Durch das haptische Signal kann einem Nutzer der Eindruck vermittelt werden, das Tastelement 5, insbesondere die Tastspitze 8, würde über eine Oberfläche bewegt werden. Die Tastspitze 8 kann spitz oder abgerundet sein.
  • Wird der piezoelektrische Aktuator 11 in Vibrationen versetzt, werden die Vibrationen auf das Tastelement 5 übertragen. Dadurch wird das Tastelement 5 zu Vibrationen angeregt, die den haptischen Eindruck einer Bewegung des Tastelements 5 über eine Oberfläche erzeugen.
  • Das Tastelement 5 ist in dem Grundkörper 2 angeordnet, wobei die Tastspitze 8, die durch das spitz zulaufende Ende gebildet wird, aus dem Grundkörper 2 herausragt. Das Tastelement 5 ist relativ zu dem Grundkörper 2 beweglich. Die Tastspitze 8 kann sich insbesondere bei einer Vibration des Tastelements 5 relativ zu dem Grundkörper 2 bewegen.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 weist ferner ein Halteelement 9 auf. An dem Halteelement 9 ist ein zweites Ende 7 des piezoelektrischen Aktuators 11, das dem ersten Ende 6 des piezoelektrischen Aktuators 11 gegenüberliegt, befestigt. Das zweite Ende 7 des piezoelektrischen Aktuators 11 ist dabei derart an dem Halteelement 9 befestigt, dass eine Vibration des piezoelektrischen Aktuators 11 nicht auf das Halteelement 9 übertragen wird. Das Halteelement 9 kann beispielsweise ein Spritzgussteil sein. Alternativ kann das Halteelement 9 eine Leiterplatte sein, auf der eine Ansteuereinheit 10 und/oder eine Auswerteeinheit 12 ausgebildet sind.
  • Das Halteelement 9 ist innerhalb des Grundkörpers 2 angeordnet. Dabei ist das Halteelement 9 fest mit dem Grundkörper 9 verbunden. Die Vibrationen des piezoelektrischen Aktuators 11 werden nicht auf den Grundkörper 2 übertragen. Das Halteelement 9 und der Grundkörper 2 können eine träge Masse ausbilden, die zu schwer ist, um von dem piezoelektrischen Aktuator 11 zu Vibrationen angeregt zu werden. Alternativ kann durch eine Dämpfung verhindert werden, dass eine Vibration des piezoelektrischen Aktuators 11 auf den Grundkörper 2 übertragen wird. Der Grundkörper 2 ist somit von dem piezoelektrischen Aktuator 11 mechanisch entkoppelt.
  • Ferner weist das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 die oben genannte Ansteuereinheit 10 auf. Bei der Ansteuereinheit 10 handelt es sich um eine Elektronik, die mit dem piezoelektrischen Aktuator 11 verbunden werden kann. Die Ansteuereinheit 10 ist in 1 schematisch angedeutet. Die Ansteuereinheit 10 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel an dem Halteelement 9 ausgebildet sein. Der piezoelektrische Aktuators 11 ist mit der Ansteuereinheit 10 verbunden.
  • Die Ansteuereinheit 10 ist dazu ausgestaltet, eine Spannung, insbesondere eine Wechselspannung, an den piezoelektrischen Aktuator 11 anzulegen. Dadurch kann der piezoelektrische Aktuator 11 zu Vibrationen angeregt werden. Die von der Ansteuereinheit 10 an den piezoelektrischen Aktuator 11 angelegte Wechselspannung kann eine Frequenz aus einem breiten Frequenzspektrum aufweisen. Die Ansteuereinheit 10 kann beispielsweise dazu ausgestaltet sein, eine Wechselspannung mit einer Frequenz aus einem Frequenzspektrum zwischen 1 Hz und 10 kHz an den piezoelektrischen Aktuator 11 anzulegen. Abhängig von der Frequenz der angelegten Wechselspannung verändert sich die Vibration des piezoelektrischen Aktuators 11 und damit der haptische Eindruck, der bei einem Nutzer des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerätes 1 erzeugt wird. Durch das Anlegen verschiedener Frequenzen können die haptischen Eindrücke verschiedener Texturen unterschiedlicher Oberflächen erzeugt werden.
  • Der piezoelektrische Aktuator 11 kann zusätzlich in dem Betriebsmodus „Einlesemodus“ als Sensor eingesetzt werden. Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 kann die Auswerteeinheit 12 aufweisen. Die Auswerteeinheit 12 ist in 1 schematisch angedeutet. Beispielsweise kann die Elektronik, die die Ansteuereinheit 10 ausbildet, auch die Auswerteeinheit 12 bilden.
  • Wird das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 über eine Oberfläche bewegt, so wirkt die Oberfläche auf das Tastelement 8 und übt über das Tastelement 8 eine Kraft auf den piezoelektrischen Aktuator 11 aus. Durch die auf den piezoelektrischen Aktuator 11 ausgeübte Kraft, wird infolge des piezoelektrischen Effektes in dem piezoelektrischen Aktuator 11 eine Spannung erzeugt. Die Auswerteeinheit 12 ist mit dem piezoelektrischen Aktuator 11 verbunden und erkennt die erzeugte Spannung. Das von der Auswerteeinheit 12 erkannte Signal wird von der Auswerteeinheit 12 aufbereitet und die Auswerteeinheit 12 speichert einen Wert ab, der für die an dem piezoelektrischen Aktuator 11 erfasste Spannung charakteristisch ist. Auf diese Weise kann die Auswerteeinheit 12 ein Profil der Oberfläche erstellen. Das erstellte Profil der Oberfläche wird von der Auswerteeinheit 12 abgespeichert.
  • Zu einem späteren Zeitpunkt kann das von der Auswerteeinheit 12 abgespeicherte Profil von der Ansteuereinheit 10 verwendet werden, um eine entsprechende Spannung an den piezoelektrischen Aktuator 11 anzulegen und diesen zu Vibrationen zu veranlassen. Dadurch kann der haptische Eindruck erzeugt werden, das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 würde über die vorher abgespeicherte Oberfläche geführt werden. 3 zeigt einen Teil eines stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 weist ebenfalls eine Aktoreinheit mit einem piezoelektrischen Aktuator 11 auf. Der piezoelektrische Aktuator ist hier plättchenförmig. Die Aktuatoreinheit weist ferner ein mechanisches Verstärkungselement 13a auf. Das mechanische Verstärkungselement 13a ist an dem piezoelektrischen Aktuator 11 befestigt und dazu ausgestaltet eine Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators 11 zu verstärken. Das mechanische Verstärkungselement 13a ist in 3 nicht zu erkennen und wird im Zusammenhang mit 4 erläutert.
  • Ferner weist das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 ebenfalls ein Tastelement 5 und ein Halteelement 9 auf. Das Tastelement 5 entspricht im Wesentlichen dem in den 1 und 2 gezeigten Tastelement 5. Das Tastelement 5 ist dazu ausgestaltet, von dem piezoelektrischen Aktuator 11 in Vibrationen versetzt zu werden. Das Tastelement 5 ist frei beweglich zu dem Halteelement 9 und zu einem in 3 nicht gezeigten Grundkörper 2.
  • Das Halteelement 9 ist fest mit dem piezoelektrischen Aktuator 11 verbunden. Dabei ist der piezoelektrische Aktuator 11 von dem Grundkörper 2 mechanisch entkoppelt, so dass eine Vibration des piezoelektrischen Aktuators 11 nicht auf den Grundkörper 2 übertragen wird.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist ferner eine Ansteuereinheit 10 auf. Der piezoelektrische Aktuator 11 kann auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel als Sensor zum Einlesen eines Oberflächenprofils verwendet werden. Dabei kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät eine Auswerteeinheit 12 aufweisen, die der im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Auswerteeinheit 12 entspricht.
  • Die 4, 5 und 6 zeigen einen piezoelektrischen Aktuator 11 mit zwei mechanischen Verstärkungselementen 13a, 13b, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden kann. Der piezoelektrische Aktuator 11 kann in einem erfindungsgemäßen stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät zur Erzeugung eines haptischen Signals eingesetzt werden. Alternativ könnte der Aktuator auch ohne die mechanischen Verstärkungselemente 13a, 13b oder mit nur einem mechanischen Verstärkungselement 13a, das zwischen dem piezoelektrischen Aktuator und dem Tastelement angeordnet ist, eingesetzt werden.
  • Der piezoelektrische Aktuator 11 stellt ein gesintertes Bauelement mit einer Vielzahl von piezoelektrischen Schichten 22 und Innenelektroden 21 dar. Der piezoelektrische Aktuator 11 weist insbesondere eine Vielzahl von piezoelektrischen oder aktiven Schichten 22 auf, die übereinander zu einem Stapel angeordnet sind. Zwischen den piezoelektrischen Schichten 22 sind die Innenelektroden 21 angeordnet. Dabei sind Innenelektroden 21 unterschiedlicher Polarität alternierend angeordnet.
  • Die piezoelektrischen Schichten 22 weisen eine Stapelrichtung S auf. Die Stapelrichtung S erstreckt sich entlang von Stirn- bzw. Seitenflächen 24 des Aktuators 11. Insbesondere sind die piezoelektrischen Schichten 22 entlang einer vertikalen Ausdehnung bzw. Dicke des Aktuators 11 gestapelt. Im Bereich einer Stirnfläche 24 des Aktuators 11 reichen nur Innenelektroden 21 einer Polarität bis an die jeweilige Stirnfläche 24 des Aktuators 11. Der Bereich kann zur Kontaktierung des Aktuators 11 verwendet werden. Beispielsweise kann die jeweilige Stirnfläche 24 mit Außenelektroden 23 zur elektrischen Kontaktierung versehen werden.
  • Der Aktuator 11 ist so ausgestaltet, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine Verformung des Aktuators 1 stattfindet. Dabei handelt es sich um eine Änderung der Ausdehnung des Aktuators 11 in eine erste Richtung R1. Insbesondere sind die piezoelektrischen Schichten 22 derart polarisiert, dass das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Innenelektroden 21 zu einer Querkontraktion des Aktuators 11 führt, bei der sich die Länge des Aktuators 11 senkrecht zur Stapelrichtung S verändert. Folglich erfolgt eine Änderung der Ausdehnung des Aktuators 1 quer zur Polarisationsrichtung und zum elektrischen Feld (d31 Effekt).
  • Um den Effekt der Längenänderung in Stapelrichtung S weiter zu verstärken weist die Vorrichtung die zwei mechanischen Verstärkungselemente 13a, 13b auf. Wird an den Aktuator 11 Spannung angelegt, so verformen sich die mechanischen Verstärkungselemente 13a, 13b zumindest teilweise in Folge der Änderung der Ausdehnung des Aktuators 11, wie später im Detail beschrieben wird.
  • Der Aktuator 11 ist zwischen den mechanischen Verstärkungselementen 13a, 13b angeordnet. Die mechanischen Verstärkungselemente 13a, 13b liegen zumindest teilweise auf einer Oberseite 25 bzw. einer Unterseite 26 des Aktuators 11 auf. Das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b weist vorzugsweise eine Breite auf, welche der Breite des Aktuators 11 entspricht. Gleiches gilt vorzugsweise für die Länge der mechanischen Verstärkungselemente 13a, 13b.
  • Das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b ist einstückig ausgebildet. Das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b weist eine rechteckige Form auf. Das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b ist streifenförmig ausgebildet. Das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b ist gekrümmt bzw. verbogen ausgebildet. Beispielsweise weist das jeweilige mechanische Verstärkungselement einen Blechstreifen auf. Der Blechstreifen ist gebogen, wie im Folgenden im Detail erläutert wird.
  • Jedes der einstückigen mechanischen Verstärkungselemente 13a, 13b ist in mehrere Bereiche oder Abschnitte untergliedert. So weist das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b einen mittleren Bereich 17a, 17b auf.
  • Das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b weist ferner jeweils zwei Verbindungsbereiche 20a, 20b auf. Die beiden Verbindungsbereiche 20a, 20b des jeweiligen mechanischen Verstärkungselements 13a, 13b schließen sich unmittelbar an den mittleren Bereich 17a, 17b des jeweiligen mechanischen Verstärkungselements 13a, 13b an. Der mittlere Bereich 17a, 17b des jeweiligen mechanischen Verstärkungselements 13a, 13b ist mit anderen Worten von den beiden Verbindungsbereichen 20a, 20b zu beiden Seiten hin umgeben.
  • Das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b weist ferner zwei Endbereiche 18a, 18b auf. Die Endbereiche 18a, 18b schließen sich unmittelbar an die Verbindungsbereiche 20a, 20b des jeweiligen Verstärkungselements 13a, 13b an. Mit andere Worten verbindet jeweils ein Verbindungsbereich 20a, 20b einen Endbereich 18a, 18b mit dem mittleren Bereich 17a, 17b eines Verstärkungselements 13a, 13b.
  • Die beiden Endbereiche 18a, 18b des jeweiligen mechanischen Verstärkungselements liegen unmittelbar auf einer Oberfläche des Aktuators 11 auf. So liegen der erste und der zweite Endbereich 18a des ersten mechanischen Verstärkungselements 13a auf einem Teilbereich der Oberseite 25 des Aktuators 11 auf. Weiterhin liegen der erste und der zweite Endbereich 18b des zweiten mechanischen Verstärkungselements 13b auf einem Teilbereich der Unterseite 26 des Aktuators 11 auf.
  • Die Endbereiche 18a, 18b sind vorzugsweise unlösbar mit der Oberfläche des Aktuators 11 verbunden. Insbesondere sind die Endbereiche 18a, 18b mit der Oberfläche des Aktuators 11 durch eine Klebeverbindung verbunden.
  • Zwischen den mittleren Bereich 17a, 17b und den Verbindungsbereichen 20a, 20b sowie der Unterseite 26 bzw. der Oberseite 25 des Aktuators 11 befindet sich ein Freibereich. Die Höhe des Freibereichs 16 variiert entlang des Freibereichs 16. So ist der mittlere Bereich 17a, 17b so ausgebildet, dass er parallel zu der Oberfläche des Aktuators 11 verläuft. Damit ist die Höhe des Freibereichs 16 im Bereich des mittleren Bereichs 17a, 17b maximal. Der jeweilige Verbindungsbereich 20a, 20b verläuft hingegen schräg zur Oberfläche des Aktuators 11. Mit anderen Worten der jeweilige Verbindungsbereich 20a, 20b schließt einen Winkel mit der Oberseite 25 bzw. der Unterseite 26 des Aktuators 11 ein. Der Winkel ist vorzugsweise kleiner oder gleich 45°. Damit verkleinert sich die Höhe des Freibereichs 16 in Richtung von mittleren Bereich 17a, 17b hin zum Endbereich 18a, 18b des jeweiligen mechanischen Verstärkungselements 13a, 13b. Folglich weist das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b eine gebogene Form auf.
  • Das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b weist ferner wenigstes eine Ausdünnung 14, vorzugsweise mehrere Ausdünnungen 14, auf, die ein nötige Flexibilität des mechanischen Verstärkungselements 13a, 13b sicherstellen können.
  • Wird nun an den Aktuator 11 eine Spannung angelegt, so bewegen sich die mittlerer Bereich 17a, 17b und die Verbindungsbereich 20a, 20b des jeweiligen Verstärkungselements 13a, 13b relativ zum Aktuator 11 in eine zweite Richtung R2. Die zweite Richtung R2 ist senkrecht zur ersten Richtung R1. Die zweite Richtung R2 verläuft entlang der Stapelrichtung S. Die mittlerer Bereich 17a, 17b und die Verbindungsbereich 20a, 20b bilden somit einen Teilbereich des mechanischen Verstärkungselements 13a, 13b, der relativ zum Aktuator 11 in die zweite Richtung R2 bewegt wird, wenn die Ausdehnung des Aktuators 11 in die erste Richtung R1 verändert wird.
  • Insbesondere bewegen sich die mittleren Bereiche 17a, 17b in die zweite Richtung R2. Dabei biegt sich das jeweilige mechanische Verstärkungselement 13a, 13b an Stelle der Ausdünnungen 14 zwischen mittlerem Bereich 17a, 17b Verbindungsbereichen 20a, 20b sowie zwischen Verbindungsbereichen 20a, 20b und Endbereichen 18a, 18b.
  • Hingegen wird eine Bewegung der Endbereiche 18a, 18b in die zweite Richtung R2 durch die Klebeverbindung mit dem Aktuator 11 verhindert. Vielmehr bewegen sich die Endbereiche 18a, 18b mit dem Aktuator 11 in die erste Richtung R1. Es findet damit eine Relativbewegung zwischen den Endbereichen 18a, 18b und den Teilbereichen 17a, 17b statt.
  • Es sind auch andere Ausgestaltungen des mechanischen Verstärkungselements möglich.5 zeigt ein stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 weist Sensoren auf, die die Genauigkeit des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 beim Einlesen eines Oberflächenprofils erhöhen können. Ferner können von den Sensoren ermittelte Messdaten es ermöglichen, mit dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 ein realitätsnahes haptisches Signal einer Oberfläche zu erzeugen.
  • Einer der oben genannten Sensoren ist ein Neigungssensor 27. Der Neigungssensor 27 ist dazu ausgestaltet, einen Neigungswinkel des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 zu erkennen. Bei dem Neigungswinkel kann es sich insbesondere um einen Winkel zwischen einer Längsachse des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 und einer realen Oberfläche oder einer virtuellen Oberfläche handeln. Alternativ kann eine Neigung des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 bezüglich einer Richtung zum Erdboden bestimmt werden.
  • Der von dem Neigungssensor 27 ermittelte Neigungswinkel kann von der Ansteuereinheit 10 bei der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktuators 11 berücksichtigt werden. Ein haptischer Eindruck, der bei dem Führen eines Stiftes über eine Oberfläche entsteht, ist unterschiedlich, abhängig davon, ob der Stift senkrecht auf der Oberfläche steht oder in einem flachen Neigungswinkel zu der Oberfläche angeordnet ist. Durch das Erkennen des Neigungswinkels zwischen dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 und einer realen oder einer virtuellen Oberfläche und das Berücksichtigen dieses Winkels bei der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktuators 11 kann ein realistischerer haptischer Eindruck erzeugt werden, der auch die Neigung des Geräts zu der Oberfläche berücksichtigt und haptisch erfahrbar wiedergibt. Insbesondere kann sich das haptische Signal abhängig von dem Neigungswinkel verändern. Dabei wird im Betriebsmodus „Wiedergabemodus“, in dem die Aktoreinheit zur Erzeugung einer Vibration verwendet wird, die einem Nutzer einen haptischen Eindruck vermittelt, die vom piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugte Vibration in Abhängigkeit von dem vom Neigungssensor 27 ermittelten Neigungswinkel verändert.
  • Die von dem Neigungssensor aufgezeichneten Daten bezüglich des Neigungswinkels können auch in dem Betriebsmodus „Einlesemodus“, in dem der piezoelektrische Aktuator 11 als Sensor verwendet wird, berücksichtigt werden. Wird der piezoelektrische Aktuator 11 als Sensor verwendet, um das Profil einer Oberfläche einzulesen, kann gleichzeitig der jeweils zwischen dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 und der jeweiligen Oberfläche vorliegenden Neigungswinkel von dem Neigungssensor 27 erfasst werden und bei dem Anlegen des Profils berücksichtigt werden. Dadurch können Profile unabhängig davon aufgezeichnet werden, in welchem Winkel das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 zu der eingelesenen Oberfläche angeordnet ist.
  • Durch den Neigungssensor 27 wird es beispielsweise möglich, eine Oberfläche einzulesen und dabei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 in einem ersten Neigungswinkel relativ zu der Oberfläche zu halten. Beim Abspeichern des Profils wird der Neigungswinkel mit berücksichtigt und es wird das Profil derart abgespeichert, dass es nicht von dem Neigungswinkel beim Einlesen abhängt. Wird das abgespeicherte Profil später im Betriebsmodus „Wiedergabemodus“ verwendet, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 in einem zweiten Winkel, der vom ersten Winkel verschieden ist, auf einer Oberfläche angeordnet ist, so kann ein realistischer haptischer Eindruck für die Anordnung des Geräts im zweiten Winkel erzeugt werden, obwohl die Oberfläche nicht mit diesem Winkel eingelesen wurde.
  • Wird während des Einlesens einer Oberfläche der Neigungswinkel zwischen der Oberfläche und dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 verändert, weil beispielsweise ein Nutzer seinen Griff an das Gerät verändert, erkennt der Neigungssensor 27 diese Veränderung und die Veränderung des Neigungswinkels kann bei der Erstellung des Profils der Oberfläche berücksichtigt werden.
  • Ein weiterer der oben genannten Sensoren ist ein Geschwindigkeitssensor 28. Insbesondere kann der Geschwindigkeitssensor 28 eine Geschwindigkeit ermitteln, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 über eine Oberfläche bewegt wird.
    Die Geschwindigkeitsinformation, die von dem Geschwindigkeitssensor 28 ermittelt wird, kann in beiden Betriebsmodi des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 verwendet werden. Im „Wiedergabemodus“ kann das erzeugte haptische Signal unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 bewegt wird, angepasst werden. Dementsprechend kann eine Veränderung eines haptischen Signals, die sich ergibt, wenn ein Stift langsam oder schnell über eine Oberfläche bewegt wird, realitätsnah wiedergegeben werden.
  • Wird das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 im „Einlesemodus“ verwendet, wird die Geschwindigkeit, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 über die einzulesende Oberfläche bewegt wird, mitberücksichtigt, so dass das Oberflächenprofil unabhängig davon, mit welcher Geschwindigkeit das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 über die Oberfläche bewegt wurde, eingelesen werden kann. Wird dieses Profil später als Vorlage zur Erzeugung eines haptischen Eindrucks verwendet, ist der haptische Eindruck nicht abhängig davon, mit welcher Geschwindigkeit das Profil eingelesen wurde.
  • Der Geschwindigkeitssensor 28 und der Neigungssensor 27 können durch ein und denselben Sensor ausgebildet sein. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um zwei getrennte Sensoren.
  • Ein weiterer der oben genannten Sensoren ist ein Beschleunigungssensor 29, der eine Beschleunigung des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 misst. Die Beschleunigungsinformation kann sowohl bei Verwendung des Geräts zum Erzeugen eines haptischen Eindrucks als auch beim Verwenden des Geräts zum Einlesen eines Oberflächenprofils mitberücksichtigt werden. Im Wiedergabemodus kann das erzeugte haptische Signal in Abhängigkeit von einer Beschleunigung, die das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 erfährt, verändert werden. Im Einlesemodus kann die Beschleunigung beim Einlesen eines Profils derart mitberücksichtigt werden, dass das Profil in einer Weise abgespeichert wird, das es unabhängig von einer Beschleunigung ist, die das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 während des Einlesens erfahren hat.
  • Ferner kann ein Steuerbefehl, beispielsweise für einen Wechsel des Betriebsmodus des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1, dadurch von einem Nutzer erteilt werden, dass das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 geschüttelt wird oder dass der Nutzer mit dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 einmalig oder mehrmalig gegen eine Oberfläche klopft. All diese Bewegungen weisen charakteristische Beschleunigungsmuster auf, die von dem Beschleunigungssensor 29 erkannt werden können. Somit kann der Beschleunigungssensor 29 für das Erkennen von Steuerbefehlen eingesetzt werden.
  • In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Beschleunigungssensor 29 ein separater Sensor. Alternativ oder ergänzend zu einem separaten Beschleunigungssensor 29 kann auch der piezoelektrische Aktuator 11 der Aktoreinheit als Beschleunigungssensor verwendet werden.
  • Erfährt das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät eine Beschleunigung wird dadurch eine Kraft auf den piezoelektrischen Aktuator 11 ausgeübt und es entsteht eine Spannung am piezoelektrischen Aktuator 11. Dementsprechend kann aus der von dem piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugten Spannung die Beschleunigung bestimmt werden. Der piezoelektrische Aktuator 11 kann somit als Beschleunigungssensor betrieben werden. Im Betriebsmodus „Einlesemodus“ wird die am piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugte Spannung laufend bestimmt. Die mit dem piezoelektrischen Aktuator 11 verbundene Auswerteeinheit 12 kann Spannungen, die durch das Führen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 entlang einer Oberfläche erzeugt werden, von Spannungen, die durch die für die oben beschriebenen Bewegungen charakteristischen Beschleunigungen erzeugt werden, unterscheiden. Auch im „Wiedergabemodus“ kann die am piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugt Spannung laufend überwacht werden, um so die Beschleunigung zu bestimmen, die das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 erfährt.
  • Der Neigungssensor 27, der Geschwindigkeitssensor 28 und der Beschleunigungssensor 29 können jeweils ein MEMS-Bauteile sein.
  • Durch die Verwendung der hier genannten Sensoren 27, 28, 29 kann eine Genauigkeit beim Einlesen eines Oberflächenprofils und bei der realitätsnahen Erzeugung eines haptischen Signals erhöht werden. Das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 ist jedoch auch ohne die hier genannten Sensoren 27, 28, 29 voll funktionsfähig. Allein auf Basis einer an dem piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugten Spannung können genügend Informationen gesammelt werden, um ein Profil einer einzulesenden Oberfläche zu erstellen.
  • Die Ansteuereinheit 10 und/oder die Auswerteeinheit 12 des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 sind dazu ausgestaltet, ein Steuersignal, beispielsweise ein Startsignal oder andere Steuersignale, zu erkennen.
  • Eine Aktivierung der Aktoreinheit, z.B. durch ein Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Aktuator 11, kann erst nach Erkennen des Startsignals freigegeben werden. Das Startsignal kann auf unterschiedliche Weise erkannt werden. Beispielsweise kann die Ansteuereinheit 10 erkennen, wenn ein Nutzer das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 in die Hand nimmt. Das In-die-Handnehmen wird dabei als Startsignal interpretiert. Erst nach Erkennen des Startsignals kann die Aktoreinheit durch das Anlegen einer Spannung an dem piezoelektrischen Aktuator 11 aktiviert werden.
  • Das In-die-Handnehmen kann beispielsweise auf Basis der Messwerte eines oder mehrerer der oben beschriebenen Sensoren 27, 28, 29 bestimmt werden. Beispielsweise ist ein In-die-Handnehmen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 mit einer charakteristischen Bewegung und somit einem charakteristischen Beschleunigungsmuster verbunden. Dieses Beschleunigungsmuster kann auf Basis einer Messung des Beschleunigungssensors und/oder der am piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugten Spannung erkannt werden. Dazu kann eine an dem piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugte Spannung auch in einem Standby Modus des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 überwacht werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 einen Abstandssensor 30 aufweisen. Ein Startsignal kann durch den Abstandssensor 30 erkannt werden, der einen Abstand zwischen dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 und einer realen oder virtuellen Oberfläche bestimmt. Erst wenn der Abstand unter einen vorgegebenen Mindestabstand fällt, wird diese Annäherung an die Oberfläche als Startsignal interpretiert und das Anlegen einer Spannung an die Aktuatoreinheit freigegeben.
  • Bei dem Abstandssensor 30 kann es sich um ein MEMS-Bauteil handeln. Der Abstandssensor 30 kann einen Abstand beispielsweise auf Basis einer optischen Messung oder auf Basis einer Ultraschallmessung bestimmen. Ein Abstand zu einer virtuellen Oberfläche kann durch eine entsprechende Software bestimmt werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann eine Berührung des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 mit der Oberfläche als Startsignal interpretiert werden. Die Berührung der Oberfläche kann dadurch erkannt werden, dass eine Spannung an dem piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugt wird. Alternativ kann die Berührung der Oberfläche dadurch erkannt werden, dass der Abstandssensor 30 einen Abstand von Null angibt.
  • Alternativ oder ergänzend kann ein Startsignal dadurch gegeben werden, dass mit dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 auf eine Oberfläche geklopft wird. Dabei erfährt der piezoelektrische Aktuator 11 einen Schlag, der zur Erzeugung eines kurzen Spannungsimpulses mit einer hohen Spannung führt. Überschreitet die Spannung eine vorgegeben Schwellwert, so wird der Schlag als Steuersignal erkannt und das Gerät in einen aktiven Modus versetzt.
  • Steuersignale können ebenfalls durch ein Klopfen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerätes 1 auf die Oberfläche gegeben werden. Dabei können abhängig von der Anzahl der Klopfvorgänge unterschiedliche Steuersignale erteilt werden. Ähnlich wie bei einem Doppelklick bei einer Computermaus kann die Ansteuereinheit 10 zwischen einem einmaligen Klopfen oder einem zweimaligen Klopfen unterscheiden. Dazu wird bestimmt, wie oft innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne ein Schwellwert für die an dem piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugte Spannung überschritten wird. Beispielsweise kann ein einmaliges Überschreiten des Schwellwertes mit einem einmaligen Klopfen gleichgesetzt werden. Durch das einmalige Klopfen kann das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 in einen ersten Betriebsmodus, z.B. den Wiedergabemodus oder den Einlesemodus, versetzt werden. Ein zweimaliges Überschreiten des Schwellwertes kann mit einem doppelten Klopfen gleichgesetzt werden. Das zweimalige Klopfen wird als Steuersignal für die Auswahl eines zweiten Betriebsmodus aufgefasst wird, z.B. des Einlesemodus oder des Wiedergabemodus.
  • Weitere Steuersignale könnten beispielsweise durch ein längeres Drücken des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts 1 gegen die Oberfläche erteilt werden. Dabei kann der Zeitraum, über den die an dem piezoelektrischen Aktuator 11 erzeugte Spannung oberhalb des Schwellwertes liegt, erfasst werden. Wird beispielsweise das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 über einen vordefinierten Zeitraum, beispielsweise einige Sekunden, gegen eine Oberfläche gedrückt, so wird dieses von der Ansteuereinheit 10 als Steuersignal aufgefasst. Beispielsweise kann ein solches längeres Drücken das Gerät von seinem aktiven Modus in den Standby-Modus versetzen.
  • Wie bereits erläutert kann das Eingabe- und/oder Ausgabegerät 1 in dem Einlesemodus betrieben werden, in dem das Gerät entlang einer oder mehrere Oberflächen geführt wird und dabei ein Profil der Oberflächen abspeichert. In diesem Modus wird der piezoelektrische Aktuator 11 als Sensor zum Erkennen einer Spannung verwendet.
  • Auch in dem Einlesemodus kann über den piezoelektrischen Aktuator 11 eine Vibration erzeugt werden. Beispielsweise kann der piezoelektrische Aktuator 11 auch im Einlesemodus dann eine Vibration erzeugen, wenn erkannt wird, dass ein Nutzer das Gerät zu fest auf die einzulesende Oberfläche drückt und die Gefahr einer Beschädigung des Gerätes besteht. In diesem Fall kann der Aktuator 11 in eine kurze starke Vibration versetzt werden, um den Nutzer zu warnen und möglicherweise um den Nutzer darauf hinzuweisen, dass das Gerät in den Standby-Modus geschaltet wird, um eine Beschädigung zu vermeiden.
  • Ferner kann das Gerät auch in dem Wiedergabemodus verwendet werden, in dem die Aktoreinheit eine Vibration erzeugt und dem Nutzer auf diese Weise einen haptischen Eindruck vermittelt. werden. Auch im Wiedergabemodus kann der piezoelektrische Aktuator 11 als Sensor verwendet. Insbesondere kann der Aktuator 11 als Sensor zum Erkennen eines zu starken Drucks auf das Gerät verwendet werden. Ein festes Drücken oder ein charakteristisches Beschleunigungsmuster, das als Steuersignal genutzt wird, kann von dem Aktuator 11 im Wiedergabemodus erkannt werden. Dementsprechend kann der piezoelektrische Aktuator 11 zeitgleich als Sensor und als Aktuator zur Erzeugung einer Vibration eingesetzt werden.
  • In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstandssensor 30 an dem Tastelement 5 angeordnet. In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Neigungssensor 27, der Geschwindigkeitssensor 28 und der Beschleunigungssensor 29 jeweils an dem Halteelement 9 angeordnet. Jeder der Sensoren 27, 28, 29 und 30 kann auch an einem beliebigen anderen Ort des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabeelements angeordnet sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät
    2
    Grundkörper
    3
    erstes Ende des Eingabe- und/oder Ausgabegeräts
    4
    zweites Ende des Eingabe- und/oder Ausgabegeräts
    5
    Tastelement
    6
    erstes Ende des piezoelektrischen Aktuators
    7
    zweites Ende des piezoelektrischen Aktuators
    8
    Tastspitze
    9
    Halteelement
    10
    Ansteuereinheit
    11
    piezoelektrischen Aktuator
    12
    Auswerteeinheit
    13a
    mechanisches Verstärkungselement
    13b
    mechanisches Verstärkungselement
    14
    Ausdünnung
    16
    Freibereich
    17a
    mittlerer Bereich
    17b
    mittlerer Bereich
    18a
    Endbereich
    18b
    Endbereich
    20a
    Verbindungsbereich
    20b
    Verbindungsbereich
    22
    piezoelektrische Schicht
    21
    Innenelektrode
    23
    Außenelektrode
    24
    Stirnfläche
    25
    Oberseite
    26
    Unterseite
    27
    Neigungssensor
    28
    Geschwindigkeitssensor
    29
    Beschleunigungssensor
    30
    Abstandssensor
    R1
    erste Richtung
    R2
    zweite Richtung
    S
    Stapelrichtung

Claims (33)

  1. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1), aufweisend eine Aktoreinheit, die einen piezoelektrischen Aktuator (11) aufweist, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) dazu ausgestaltet ist, in einem Wiedergabemodus betrieben zu werden, in dem der piezoelektrische Aktuator (11) verwendet wird, um ein haptisches Signal zu erzeugen, wobei der piezoelektrische Aktuator zeitgleich als Sensor betrieben wird, indem eine an dem piezoelektrischen Aktuator (11) anliegende Spannung überwacht wird.
  2. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, aufweisend eine Ansteuereinheit (10), die dazu ausgestaltet ist, eine Spannung an den piezoelektrischen Aktuator (11) anzulegen.
  3. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei in der Ansteuereinheit (10) ein Profil, beispielsweise das Profil einer Oberfläche, hinterlegt ist, und wobei die Ansteuereinheit (10) dazu ausgestaltet ist, den piezoelektrischen Aktuator (11) derart anzusteuern, dass das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) ein Signal erzeugt, das einen haptischen Eindruck des hinterlegten Profils erzeugt.
  4. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das dazu ausgestaltet ist, den piezoelektrischen Aktuator (11) als Sensor zu verwenden, wobei an dem piezoelektrischen Aktuator (11) in Folge einer Betätigung des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts (1) eine Spannung erzeugt wird, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegeräts (1) eine Auswerteeinheit (12) aufweist, die dazu ausgestaltet ist, die am piezoelektrischen Aktuator (11) erzeugte Spannung zu erkennen und einen für die erzeugte Spannung charakteristischen Wert abzuspeichern.
  5. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Ansteuereinheit (10) dazu ausgestaltet ist, den piezoelektrischen Aktuator (11) auf Basis der von der Auswerteeinheit (12) abgespeicherten Werte anzusteuern.
  6. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend ein Tastelement (8), das mit der Aktoreinheit verbunden ist.
  7. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Aktoreinheit ein mechanisches Verstärkungselement (13a, 13b) aufweist, das an dem piezoelektrischen Aktuator (11) befestigt ist.
  8. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das mechanische Verstärkungselement (13a, 13b) dazu ausgebildet und angeordnet ist, sich in Folge einer Änderung einer Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators (11) in eine erste Richtung (R1) derart zu verformen, dass ein Teilbereich (17a, 17b, 20a, 20b) des mechanischen Verstärkungselements (13a, 13b) relativ zu dem piezoelektrischen Aktuator (11) in eine zweite Richtung (R2), die senkrecht zur ersten Richtung (R1) ist, bewegt wird.
  9. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der piezoelektrische Aktuator (11) dazu ausgestaltet und angeordnet ist, durch eine Längenänderung unter Nutzung des d31-Effekts eine Vibration zu erzeugen, oder wobei der piezoelektrische Aktuator (11) dazu ausgestaltet und angeordnet ist, durch eine Längenänderung unter Nutzung des d33-Effekts eine Vibration zu erzeugen.
  10. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend einen Neigungssensor (27) und/oder einen Abstandssensor (30) und/oder einen Geschwindigkeitssensor (28) und/oder einen Beschleunigungssensor (29).
  11. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei ein von dem Neigungssensor (27) erfasster Winkel bei einer Ansteuerung der Aktoreinheit und/oder bei einer Auswertung einer an der Aktoreinheit erzeugten Spannung berücksichtigt wird, und/oder wobei eine von dem Geschwindigkeitssensor (28) erfasste Geschwindigkeit bei einer Ansteuerung der Aktoreinheit und/oder bei einer Auswertung einer an der Aktoreinheit erzeugten Spannung berücksichtigt wird, und/oder wobei eine von dem Beschleunigungssensor (29) erfasste Beschleunigung bei einer Ansteuerung der Aktoreinheit und/oder bei einer Auswertung einer an der Aktoreinheit erzeugten Spannung berücksichtigt wird.
  12. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) dazu ausgestaltet ist, ein Steuersignal zu erkennen.
  13. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) dazu ausgestaltet ist, das Steuersignal aufgrund von Sensorinformationen durch geeignete Algorithmen zu erkennen.
  14. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) dazu ausgestaltet ist, ein Startsignal zu erkennen, wobei die Aktoreinheit nur nach Erkennung des Startsignals aktiviert wird.
  15. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) dazu ausgestaltet ist, auf Basis von dem piezoelektrischen Aktuator (11) aufgezeichneter Spannungen eine Beschleunigung zu bestimmen.
  16. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die zusätzlich zu dem piezoelektrischen Aktuator (11) keinen weiteren Sensor aufweist, oder die neben dem piezoelektrischen Aktuator (11) höchstens zwei weitere Sensoren aufweist.
  17. Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der piezoelektrische Aktuator (11) aus einem Stapel von piezoelektrischen Schichten (22) und zwischen den piezoelektrischen Schichten (22) angeordneten Innenelektroden (21) besteht, die alternierend eine unterschiedliche Polarität aufweisen.
  18. Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals mit einem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1), das eine Aktoreinheit mit einem piezoelektrischen Aktuator (11) aufweist, wobei von einer Ansteuereinheit (10) eine Spannung an den piezoelektrischen Aktuator (11) angelegt wird und der piezoelektrische Aktuator (11) dadurch zu Vibrationen angeregt wird, durch die das haptische Signal erzeugt wird, wobei der piezoelektrische Aktuator (11) zeitgleich als Sensor und zur Erzeugung einer Vibration verwendet wird, wobei für die Verwendung des piezoelektrischen Aktuators als Sensor eine an dem piezoelektrischen Aktuator (11) anliegende Spannung überwacht wird.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei von der Ansteuereinheit (10) eine Spannung derart an den piezoelektrischen Aktuator (11) angelegt wird, dass durch die Vibration des piezoelektrischen Aktuators (11) ein Signal erzeugt wird, das einen haptischen Eindruck einer Oberfläche erzeugt.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei in einem ersten Schritt das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) entlang einer Oberfläche bewegt wird, wobei die Oberfläche auf ein mit der Aktoreinheit verbundenes Element wirkt und dadurch von dem piezoelektrischen Aktuator (11) eine Spannung erzeugt wird, die von einer Auswerteeinheit (12) erkannt wird und wobei die Auswerteeinheit (12) einen für die erzeugte Spannung charakteristischen Wert abspeichert und dadurch ein Profil der Oberfläche abspeichert.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei in einem zweiten Schritt die Ansteuereinheit (10) den piezoelektrischen Aktuator (11) auf Basis des abgespeicherten Profils ansteuert.
  22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei während des ersten Schritts ein Winkel zwischen dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) der Oberfläche erfasst wird, und wobei der Winkel von der Auswerteeinheit (12) bei der Erstellung des Profils der Oberfläche berücksichtigt, und/oder wobei während des ersten Schritts eine Geschwindigkeit, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) über die Oberfläche bewegt wird, erfasst wird, wobei die Geschwindigkeit von der Auswerteeinheit (12) bei der Erstellung des Profils der Oberfläche berücksichtigt, und/oder wobei während des ersten Schritts eine Beschleunigung, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) über die Oberfläche bewegt wird, erfasst wird, wobei die Beschleunigung von der Auswerteeinheit (12) bei der Erstellung des Profils der Oberfläche berücksichtigt.
  23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) in einer Virtual Reality Anwendung oder einer Augmented Reality Anwendung verwendet wird.
  24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei ein Neigungswinkel des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts (1) erfasst wird, wobei eine Höhe der von der Ansteuereinheit (10) an den piezoelektrischen Aktuator (11) angelegten Spannung unter Berücksichtigung des Neigungswinkels angepasst wird, und/oder wobei eine Geschwindigkeit, mit der das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegeräts (1) bewegt wird, erfasst wird, wobei eine Höhe der von der Ansteuereinheit (10) an den piezoelektrischen Aktuator (11) angelegten Spannung unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit angepasst wird, und/oder wobei eine Beschleunigung, die das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegeräts (1) erfährt, erfasst wird, wobei eine Höhe und eine Frequenz der von der Ansteuereinheit (10) an den piezoelektrischen Aktuator (11) angelegten Spannung unter Berücksichtigung der Beschleunigung angepasst werden.
  25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei ein Abstand von dem stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) zu einer Oberfläche von dem stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) erkannt wird.
  26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei ein Steuersignal durch das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) erkannt wird.
  27. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das Steuersignal dadurch erkannt wird, dass eine an dem piezoelektrischen Aktuator (11) gemessene Spannung einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
  28. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei verschiedene Steuersignale dadurch erkannt werden, wie oft die an dem piezoelektrischen Aktuator (11) gemessene Spannung innerhalb eines Zeitintervalls den vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
  29. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei verschiedene Steuersignal durch die Dauer erkannt werden, in der die an dem piezoelektrischen Aktuator (11) gemessene Spannung den vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
  30. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 29, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät ein Startsignal erkennt und die Aktoreinheit nach Erkennung des Startsignals aktiviert wird.
  31. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das Startsignal durch ein In-die-Handnehmen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts (1) gegeben wird, oder wobei das Startsignal durch ein Annähern des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts (1) an eine Oberfläche gegeben wird, oder wobei das Startsignal durch ein Klopfen des stiftförmigen Eingabe- und/oder Ausgabegeräts (1) gegen die Oberfläche gegeben wird.
  32. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 31, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät (1) auf Basis einer von dem piezoelektrischen Aktuator (11) aufgezeichneten Spannung eine Beschleunigung bestimmt.
  33. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das stiftförmige Eingabe- und/oder Ausgabegerät ein charakteristisches Beschleunigungsmuster erkennt, und dadurch eine definierte Bewegung detektiert, die als Steuersignal interpretiert wird.
DE102018120760.3A 2018-07-12 2018-08-24 Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät und Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals Active DE102018120760B4 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19740486.6A EP3821326A1 (de) 2018-07-12 2019-06-25 Stiftförmiges eingabe- und/oder ausgabegerät und verfahren zur erzeugung eines haptischen signals
US17/258,643 US11755112B2 (en) 2018-07-12 2019-06-25 Pen-shaped input and/or output device and method for generating a haptic signal
CN201980046609.3A CN112424559B (zh) 2018-07-12 2019-06-25 笔式输入和/或输出设备和用于产生触觉信号的方法
JP2021500404A JP7260627B2 (ja) 2018-07-12 2019-06-25 ペン型入力および／または出力デバイスならびに触覚信号を発生させる方法
KR1020207037895A KR102469052B1 (ko) 2018-07-12 2019-06-25 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치 그리고 햅틱 신호를 생성하기 위한 방법
PCT/EP2019/066841 WO2020011526A1 (de) 2018-07-12 2019-06-25 Stiftförmiges eingabe- und/oder ausgabegerät und verfahren zur erzeugung eines haptischen signals
TW108124295A TWI780346B (zh) 2018-07-12 2019-07-10 筆型輸入和/或輸出裝置以及用於生成觸覺信號的方法
US18/364,706 US20230384865A1 (en) 2018-07-12 2023-08-03 Pen-shaped input and/or output device and method for generating a haptic signal

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018116920.5 2018-07-12
DE102018116920 2018-07-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102018120760A1 DE102018120760A1 (de) 2020-01-16
DE102018120760B4 true DE102018120760B4 (de) 2022-11-17

Family

ID=69226939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018120760.3A Active DE102018120760B4 (de) 2018-07-12 2018-08-24 Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät und Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals

Country Status (8)

Country Link
US (2) US11755112B2 (de)
EP (1) EP3821326A1 (de)
JP (1) JP7260627B2 (de)
KR (1) KR102469052B1 (de)
CN (1) CN112424559B (de)
DE (1) DE102018120760B4 (de)
TW (1) TWI780346B (de)
WO (1) WO2020011526A1 (de)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111990983B (zh) * 2020-08-31 2023-08-22 深圳平安智慧医健科技有限公司 心率监测方法、智能笔、终端及存储介质
JP2023551794A (ja) 2020-11-16 2023-12-13 ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト 増幅された触覚信号を生成するためのアクチュエータユニット及び方法
US11630504B2 (en) * 2021-03-16 2023-04-18 Htc Corporation Handheld input device and electronic system
WO2022228757A1 (de) 2021-04-30 2022-11-03 Tdk Electronics Ag Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines haptischen signals
DE102021113843A1 (de) 2021-05-28 2022-12-01 Tdk Electronics Ag Vorrichtung
JP2023045828A (ja) * 2021-09-22 2023-04-03 太陽誘電株式会社 入力装置、入力システム及び入力装置の駆動方法
DE102021130788B3 (de) 2021-11-24 2023-02-23 Tdk Electronics Ag Haptik-Vorrichtung
WO2023127256A1 (ja) * 2021-12-28 2023-07-06 太陽誘電株式会社 触覚発生装置、入力装置、入力システム及び触覚発生装置の駆動方法
US11507189B1 (en) * 2022-01-21 2022-11-22 Dell Products, Lp System and method for a haptic thin-film actuator on active pen to provide variable writing pressure feedback
WO2023171070A1 (ja) * 2022-03-07 2023-09-14 株式会社ワコム 電子ペン
JP2023157555A (ja) * 2022-04-15 2023-10-26 太陽誘電株式会社 触覚発生装置、触覚発生システム及び触覚発生装置の駆動方法
WO2024017589A1 (en) * 2022-07-22 2024-01-25 Interdigital Ce Patent Holdings, Sas Coding of spatial haptic with temporal signal

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5548092A (en) 1992-07-08 1996-08-20 Shriver; Stephen A. Apparatus and method of imaging written information
US6324920B1 (en) 1998-06-25 2001-12-04 Deschrijver Stefaan System and methods for measuring forces
DE102005040120A1 (de) 2005-08-25 2007-03-01 Robert Bosch Gmbh Multifunktionales Elektrodendesign für Piezoaktoren
US20080143693A1 (en) 2000-05-24 2008-06-19 Immersion Corporation Haptic stylus utilizing an electroactive polymer
WO2014164018A1 (en) 2013-03-11 2014-10-09 Mynd Sting Enterprises Llc Portable electronic device using a tactile vibrator
US8988445B2 (en) 2010-07-30 2015-03-24 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Systems and methods for capturing and recreating the feel of surfaces
WO2016067831A1 (ja) 2014-10-27 2016-05-06 株式会社村田製作所 振動装置
US20160282970A1 (en) 2015-03-27 2016-09-29 Tampereen Yliopisto Haptic stylus
US9804692B2 (en) 2014-03-28 2017-10-31 Samsung Display Co., Ltd. System and method for generating haptic feedback in stylus
US20170364167A1 (en) 2016-06-15 2017-12-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Autonomous haptic stylus

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002181693A (ja) * 2000-12-18 2002-06-26 Toyobo Co Ltd 表面性状測定装置および方法
JP2003288158A (ja) * 2002-01-28 2003-10-10 Sony Corp タクタイル・フィードバック機能を持つ携帯型機器
KR100842003B1 (ko) 2006-12-06 2008-06-27 (주)나노알앤씨 위치검출시스템 및 방법
JP2009169612A (ja) 2008-01-15 2009-07-30 Taiheiyo Cement Corp タッチパネル式入力装置
WO2011095180A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-11 Aktiebolaget Skf Arrangement of piezo-sensors in accelerometer
US9116558B2 (en) * 2011-10-28 2015-08-25 Atmel Corporation Executing gestures with active stylus
KR101987098B1 (ko) * 2012-09-25 2019-09-30 삼성전자주식회사 터치 입력을 처리하는 방법 및 기계로 읽을 수 있는 저장 매체 및 휴대 단말
US9489048B2 (en) 2013-12-13 2016-11-08 Immersion Corporation Systems and methods for optical transmission of haptic display parameters
KR101516112B1 (ko) * 2014-01-29 2015-04-29 삼성전기주식회사 Mems 센서
KR102193797B1 (ko) 2014-05-09 2020-12-22 엘지이노텍 주식회사 자체 전력생성부를 구비한 터치펜
KR20160011035A (ko) 2014-07-21 2016-01-29 삼성전기주식회사 자가 충전이 가능한 스타일러스펜
US20160044422A1 (en) 2014-08-11 2016-02-11 Dell Products, Lp Pointer System for Context Based Feedback
US11079862B2 (en) * 2014-08-18 2021-08-03 Wacom Co., Ltd. Low-power and low-frequency data transmission for stylus and associated signal processing
WO2016064106A1 (ko) * 2014-10-22 2016-04-28 삼성전자 주식회사 스타일러스 펜을 포함하는 모바일 디바이스 및 그 동작 방법
US20170269691A1 (en) * 2014-12-02 2017-09-21 Thomson Licensing Haptic method and device to capture and render sliding friction
US9575573B2 (en) * 2014-12-18 2017-02-21 Apple Inc. Stylus with touch sensor
JP2016224808A (ja) * 2015-06-02 2016-12-28 株式会社ジャパンディスプレイ タッチ検出機能付き表示システム
KR101725438B1 (ko) * 2015-08-10 2017-04-11 연세대학교 산학협력단 다양한 필기감을 가지는 햅틱 스타일러스 펜
US9830003B2 (en) * 2015-08-18 2017-11-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Ring button components in electronics
US9886092B2 (en) 2015-10-19 2018-02-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Haptics for a handheld input apparatus
CN208588985U (zh) 2015-12-16 2019-03-08 3M创新有限公司 包括触觉反馈单元的笔
DE102016116763A1 (de) 2016-09-07 2018-03-08 Epcos Ag Vorrichtung zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung
CN207317728U (zh) 2017-10-28 2018-05-04 海泰克精密压铸江苏有限公司 一种稳定型轮廊仪
US20190155895A1 (en) * 2017-11-20 2019-05-23 Google Llc Electronic text pen systems and methods
EP3499346A1 (de) * 2017-12-14 2019-06-19 Société BIC Aktiver stift

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5548092A (en) 1992-07-08 1996-08-20 Shriver; Stephen A. Apparatus and method of imaging written information
US6324920B1 (en) 1998-06-25 2001-12-04 Deschrijver Stefaan System and methods for measuring forces
US20080143693A1 (en) 2000-05-24 2008-06-19 Immersion Corporation Haptic stylus utilizing an electroactive polymer
DE102005040120A1 (de) 2005-08-25 2007-03-01 Robert Bosch Gmbh Multifunktionales Elektrodendesign für Piezoaktoren
US8988445B2 (en) 2010-07-30 2015-03-24 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Systems and methods for capturing and recreating the feel of surfaces
WO2014164018A1 (en) 2013-03-11 2014-10-09 Mynd Sting Enterprises Llc Portable electronic device using a tactile vibrator
US9804692B2 (en) 2014-03-28 2017-10-31 Samsung Display Co., Ltd. System and method for generating haptic feedback in stylus
WO2016067831A1 (ja) 2014-10-27 2016-05-06 株式会社村田製作所 振動装置
US20160282970A1 (en) 2015-03-27 2016-09-29 Tampereen Yliopisto Haptic stylus
US20170364167A1 (en) 2016-06-15 2017-12-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Autonomous haptic stylus

Also Published As

Publication number Publication date
US20230384865A1 (en) 2023-11-30
KR102469052B1 (ko) 2022-11-22
WO2020011526A1 (de) 2020-01-16
TWI780346B (zh) 2022-10-11
CN112424559A (zh) 2021-02-26
EP3821326A1 (de) 2021-05-19
TW202038056A (zh) 2020-10-16
JP2021524639A (ja) 2021-09-13
JP7260627B2 (ja) 2023-04-18
CN112424559B (zh) 2023-04-04
DE102018120760A1 (de) 2020-01-16
US11755112B2 (en) 2023-09-12
KR20210013630A (ko) 2021-02-04
US20210247845A1 (en) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018120760B4 (de) Stiftförmiges Eingabe- und/oder Ausgabegerät und Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Signals
DE69736584T2 (de) Benutzereingabeabtastvorrichtung
EP3303043B1 (de) Bedienvorrichtung mit schneller haptischer rückmeldung
EP3821324B1 (de) Anordnung zur erzeugung eines haptischen signals
DE102015200037A1 (de) Bedienvorrichtung mit verbesserter haptischer Rückmeldung
DE102018102630A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer aktiven haptischen Rückmeldung
EP3387514B1 (de) Haptische rückmeldung bei einer nutzerschnittstelle
EP1142118B1 (de) Tastsensor
EP2106622B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur emulation eines aktors
DE3831975A1 (de) Piezogesteuerter dynamischer tastkopf
DE102021200147A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors und mikromechanischer Inertialsensor
DE10130507A1 (de) Luftfeder mit einem verformbarer Sensorelement
WO2020193509A1 (de) Wischgestenerkennungsvorrichtung und verfahren zur ermittlung einer auf ein bewegliches oberflächenelement einer fahrzeugkomponente ausgeübten wischgeste
DE112017004621T5 (de) Tastempfindungs-Präsentationsvorrichtung
DE102004038416B4 (de) Verfahren zum Bestimmen von Raumkoordinaten eines Messpunktes an einem Messobjekt sowie entsprechendes Koordinatenmessgerät
EP2336742A1 (de) Verfahren und System zur Erfassung der Kontaktierung einer Sensorfläche durch ein Objekt
WO2020011403A1 (de) Anordnung zur erzeugung eines haptischen signals
DE112020004253T5 (de) Steuervorrichtung, Steuerverfahren und Programm
DE112020004252T5 (de) Steuervorrichtung, Steuerverfahren und Programm
DE102007017205A1 (de) Bedienvorrichtung für eine Bedieneinheit einer Fahrzeugkomponente, beispielsweise für das Steuergerät einer Fahrzeugklimaanlage
DE202024100451U1 (de) Bedieneinheit für ein Fahrzeug
DE112020004259T5 (de) Steuervorrichtung, Steuerverfahren und Programm
DE102021125299A1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer Kontaktierung eines Druckkopfes und eines Druckbettes in einem 3D-Drucksystem und 3D-Drucksystem
WO2022248244A1 (de) Piezoelektrisches vielschichtenelement
DE112020004255T5 (de) Steuervorrichtung, Steuerverfahren und Programm

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHA, DE

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final