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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer akustischen Rückmeldung bei Betätigung eines Bedienelements, insbesondere eines berührungsempfindlichen Bildschirms. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer akustischen Rückmeldung bei Betätigung eines Bedienelements, insbesondere eines berührungsempfindlichen Bildschirms sowie ein entsprechend ausgebildetes Bedienelement.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem Stand der Technik sind bereits zahlreiche klassische Bedienelemente für jede Art von elektrischen Geräten bekannt, die aber zunehmend durch Displays oder glatte Oberflächen mit virtuellen Bedienelementen ersetzt werden. Allerdings fehlt bei diesen rein virtuellen Bedienelementen meistens die haptische und/oder akustische Rückmeldung, wie sie zum Beispiel bei einem realen Schalter entsteht.
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Es sind bereits erste Lösungen bekannt, die vorsehen, dass beim Berühren einer Bedienoberfläche diese mittels Aktuatoren spezifische Schwingungen ausführt, die unter anderem von der Position des Fingers, der Bewegungsrichtung des Fingers oder der aufgewendeten Kraft abhängig sind. Es sind verschiedene Arten von Aktuatoren zur Erzeugung solcher haptischer Impulse bekannt, beispielsweise Elektromagneten, piezokeramische Aktuatoren oder Linear-Resonanz-Aktuatoren.
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Nachteilig bei den bisher verwendeten Systemen ist, dass beispielsweise nur eine Erzeugung von Schwingungen mit einer eingeschränkten oberen Grenzfrequenz von etwa 300 Hz möglich ist oder ein Betrieb solcher Systeme in Resonanz nötig ist, sodass die Erzeugung einzelner kurzer Impulse nicht möglich ist. Andere Systeme benötigen Zeit zum Einschwingen, wodurch sie für eine hochwertige Haptik nicht geeignet sind.
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Es hat sich gezeigt, dass mit den aus dem Stand der Technik bekannten Aktuatoren ein ausreichend scharfer Klickeffekt erzeugt werden kann, wenn zusätzlich zum haptischen Feedback ein akustisches Feedback erzeugt wird. Derartige Systeme sind bereits bekannt, wobei beispielsweise parallel zum haptischen Feedback ein Soundfile abgespielt wird. Dies hat jedoch den Nachteil, dass durch das Abspielen des Soundfiles eine gewisse fühlbare Verzögerung entsteht, die sich negativ auf den simulierten Klickeffekt auswirkt.
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Aus der
US 2012 200 520 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen eines haptischen Tastschalters in einem gekoppelten System bekannt mit einer berührungsempfindlichen Oberfläche und einem mit der berührungsempfindlichen Oberfläche gekoppelten Krafterreger oder-aktuator, wobei das Verfahren das Erzeugen eines Trägerwellensignals bei Frequenzen innerhalb der Frequenzbandbreite des gekoppelten Systems umfasst.
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Ferner ist aus der
US 2009 102 805 A1 ein Gerät bekannt, welches einem Benutzer eine multisensorische Erfahrung bereitstellt. Das Gerät weist einen Touchscreen auf, wodurch eine Anordnung bereitgestellt wird, bei der akustische, visuelle und taktile Rückmeldung verwendet wird, um ein Gefühl dafür zu erzeugen, dass der Nutzer mit einem physikalischen dreidimensionalen Körper interagiert.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer möglichst realistischen Klickhaptik auf einer glatten Bedienoberfläche bereitzustellen, welche auf technisch einfache Art und Weise die zeitgleiche Erzeugung eines haptischen und akustischen Feedbacks ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung zur Erzeugung einer akustischen Rückmeldung bei Betätigung eines Bedienelements gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer akustischen Rückmeldung bei Betätigung eines Bedienelements, insbesondere eines berührungsempfindlichen Bildschirms, vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen Sensor, welcher zur Erkennung eines Eingabekontakts, insbesondere eines Fingerkontakts, mit dem Bedienelement und/oder zur Erkennung eines Eingabedrucks auf dem Bedienelement ausgebildet ist. Der Sensor ist dazu ausgebildet, bei Erkennung des Eingabekontakts und/oder des Eingabedrucks ein Sensorsignal zu generieren und an einen Prozessor zu leiten. Der Prozessor ist dazu ausgebildet, nach Erhalt des Sensorsignals ein erstes elektrisches Ansteuersignal zu generieren, welches an eine Einrichtung zur Erzeugung eines akustischen Signals geleitet wird, wobei die Einrichtung zur Erzeugung eines akustischen Signals dazu ausgebildet ist, nach Erhalt des ersten elektrischen Ansteuersignals ein akustisches Signal auszugeben.
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Es hat sich gezeigt, dass eine optimal wahrnehmbare Klickhaptik dadurch entsteht, dass gleichzeitig ein haptisches, akustisches und optisches Feedback im Moment der Bedienung erzeugt werden. Das gelingt insbesondere dadurch, dass über Sensoren der Ort und ggf. der Druck des Fingers gemessen werden. Der Ort des Fingers ist bevorzugt mittels einer Einrichtung in der Bedienoberfläche bestimmbar, und zur Bestimmung des Drucks des Fingers ist bevorzugt ein Kraftsensor oder ein haptischer Sensor vorgesehen. Mittels der Sensoren werden Sensorsignale generiert, welche zu einem Prozessor, insbesondere zu einem Coprozessor, geleitet werden. Dabei wird ein erstes elektrisches Ansteuersignal generiert, welches an die Einrichtung zur Erzeugung eines akustischen Signals geleitet wird.
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Bevorzugt ist das Bedienelement eine berührungsempfindliche Oberfläche eines Bildschirms,
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Bevorzugt ist ferner der Eingabekontakt eines Fingerkontakts.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Prozessor um einen Coprozessor.
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Bevorzugt umfasst die Einrichtung zur Erzeugung eines akustischen Signals einen Lautsprecher oder eine Schwingungserzeugungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung des akustischen Signals eine Oberfläche des Bedienelements in Schwingung zu versetzen.. Es können bevorzugt eine oder mehrere Einrichtungen zur Erzeugung eines akustischen Signals vorgesehen sein.
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Dadurch, dass das Sensorsignal zu einem Coprozessor geleitet wird, welcher daraufhin das erste elektrische Ansteuersignal generiert, kann eine nahezu verzögerungsfreie Antwort der Vorrichtung nachfolgend auf die Eingabe des Nutzers in weniger als 20 ms folgen. Dadurch kann ein sehr realistisches Schaltgefühl an den Nutzer übermittelt werden.
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Bevorzugt umfasst das erste elektrische Ansteuersignal rechteckförmige Signalimpulse. Dabei können Parameter des Rechteckimpulses wie beispielsweise die Höhe (Spannung) und die Breite (Impulsdauer) sowie der Startpunkt des Rechteckimpulses variiert werden.
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Durch die Ansteuerung der Einrichtungen zur Erzeugung eines akustischen Signals, insbesondere eines Lautsprechers, mit einem Rechteckimpuls erzeugt diese ein Frequenzgemisch im gewünschten Frequenzbereich von bevorzugt 300 Hz bis 5 kHz, sodass das auf Basis des ersten elektrischen Ansteuersignals erzeugte akustische Signal bevorzugt eine Frequenz von 300 Hz bis 5 kHz aufweist.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines haptischen Signals auf, wobei die Einrichtung zur Erzeugung eines haptischen Signals dazu ausgebildet ist, bei Erkennung des Eingabekontakts und/oder des Eingabedrucks mittels des Sensors ein haptisches Signal auszugeben, wobei die Ausgabe insbesondere im Wesentlichen zeitgleich mit der Ausgabe des akustischen Signals erfolgt.
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Bevorzugt ist das haptische Signal eine Schwingung oder eine Vibration.
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Bevorzugt weist die Einrichtung zur Erzeugung eines haptischen Signals einen Elektromagneten auf. Auch ist es möglich, das haptische Signal mittels anderer aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren zu erzeugen.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu ausbildet, die Einrichtung zur Erzeugung des haptischen Signals mittels eines zweiten elektrischen Ansteuersignals anzusteuern, wobei der Prozessor dazu ausgebildet ist, das zweite elektrische Ansteuersignal zu generieren.
Dadurch, dass die elektrischen Ansteuersignale für die Erzeugung des akustischen Feedbacks und des haptischen Feedbacks in dem Prozessor zeitsynchron erzeugt werden, lässt sich zum einen ein besonders scharfer Klickeffekt erzeugen, und zum anderen weist die Vorrichtung dadurch einen besonders einfachen Aufbau auf, welcher kostengünstig herzustellen ist.
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Bevorzugt erfolgt die Ausgabe des haptischen Signals im Wesentlichen zeitgleich mit der Ausgabe des akustischen Signals. Bevorzugt umfasst die Einrichtung zur Erzeugung eines haptischen Signals einen Elektromagneten.
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Bevorzugt ist der Prozessor dazu ausgebildet, das erste elektrische Ansteuersignal an einem Scheitelpunkt des zweiten elektrischen Ansteuersignals auszugeben. Dabei weist bevorzugt das auf Basis des zweiten elektrischen Ansteuersignals erzeugte haptische Signal eine Frequenz von maximal 300 Hz auf. Es hat sich gezeigt, dass es nicht notwendig ist, einen haptischen Impuls im kompletten Frequenzbereich von 0 kHz bis 5 kHz zu erzeugen. Für einen vorteilhaften einfachen Aufbau des Systems ist es ausreichend, wenn der haptische Impuls in einem Frequenzbereich bis zu 300 Hz erzeugt wird. Ferner hat sich gezeigt, dass eine vorteilhafte Erzeugung eines akustischen Signals bevorzugt in einem Frequenzbereich von 300 Hz bis 5 kHz erfolgt.
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Eine zeitsynchrone Kombination des haptischen Signals und des akustischen Signals wird vorteilhaft als scharfer fühlbarer Klickeffekt wahrgenommen, welcher mit der Betätigung eines mechanischen Schalters oder Knopfes vergleichbar ist. Durch die Variation der Stärke des akustischen Signals im Verhältnis zum haptischen Signal können verschiedene mechanische Schaltercharakteristiken simuliert werden. Insbesondere können dabei die Rechteckimpulsparameter wie die Dauer, die Höhe und der Startpunkt des Signalimpulses des akustischen Signals variiert werden. Insbesondere vorteilhaft lässt sich die Schaltercharakteristik durch Variation der Dauer des Impulses variieren. Dadurch werden spezifische Oberwellen erzeugt, welche zu den charakteristischen Frequenzbereichen führen.
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Dadurch ist es vorteilhaft möglich, mittels bisher bekannter kostengünstiger haptischer Aktuatoren wie beispielsweise Elektromagneten durch Hinzufügen eines akustischen Signals und dessen Parametervariation eine Vielzahl von unterschiedlichen Klickeffekten zu erzeugen. Die Konfigurierung unterschiedlicher Klickeffekte kann auf einfache Weise erfolgen, indem die Signalformen bzw. die Parameter der Ansteuersignale für die Einrichtung zur Erzeugung des akustischen Signals und die Einrichtung zur Erzeugung des haptischen Signals mittels einer Software variiert werden kann.
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Dabei kann bevorzugt die Schaltercharakteristik durch die Form der Impulse der Ansteuersignale variiert werden. So kann beispielsweise von einer scharfen Rechteckform des zweiten elektrischen Ansteuersignals abgewichen werden, um einen weicheren haptischen Effekt zu erzielen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Bedienelement aufweisend eine Vorrichtung mit den zuvor beschriebenen Merkmalen.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer akustischen Rückmeldung bei Betätigung eines Bedienelements, insbesondere eines berührungsempfindlichen Bildschirms. Dabei wird ein Eingabekontakt, insbesondere Fingerkontakt, mit dem Bedienelement und/oder ein Eingabedruck, insbesondere ein Fingerdruck, auf dem Bedienelement mittels eines Sensors erkannt. Mittels eines Sensors wird ein Sensorsignal generiert und an einen Prozessor, insbesondere an ein Coprozessor, geleitet. Der Prozessor generiert nach Erhalt des Sensorsignals ein erstes elektrisches Ansteuersignal, welches an eine Einrichtung zur Erzeugung eines akustischen Signals geleitet wird, sodass mittels der Einrichtung nach Erhalt des ersten elektrischen Ansteuersignals ein akustisches Signal ausgegeben wird, wobei das erste elektrische Ansteuersignal rechteckförmige Signalimpulse umfasst.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Es zeigen:
- 1: in rein schematischer Darstellung eine Bildschirmoberfläche mit einem virtuellen Bedienelement,
- 2: in rein schematischer Darstellung in einem Blockdiagramm den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
- 3: ein Flussdiagramm des Ablaufs zur Erzeugung eines KlickEffekts mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 stellt rein schematisch die Oberfläche 20 eines Bildschirmes 10 dar. Hierbei erkennt die berührungsempfindliche Oberfläche 20 die Auflageposition eines Fingers 30, der durch Berührung oder durch Druck einen Sensor 11a eines Steuerteils 11 beaufschlagt, der ein Sensorsignal 11c auslöst, das letztlich das für den Benutzer als scharfer Klick wahrnehmbare Feedback 22 auslöst.
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In 2 ist rein schematisch der Aufbau der Vorrichtung 100 in einem Blockdiagramm zur Darstellung des Zusammenwirkens der Hauptbestandteile dargestellt. Der im Bereich des als Display ausgebildeten Bildschirms 10 angeordnete Sensor 11 a ist mit dem Coprozessor 12a des Prozessors 12 verbunden, der den Bildschirm 10 steuert. Der Coprozessor 12a verarbeitet gegebenenfalls zusätzlich ein Eingangssignal des den Fingerdruck messenden Sensors 11b und steuert die Einrichtung zur Erzeugung eines akustischen Signals 13, die als Lautsprecher 13a ausgebildet ist und die Einrichtung zur Erzeugung eines haptischen Signals 15, die als Elektromagnet 15a ausgebildet ist. Der Lautsprecher 13a und der Elektromagnet 15a sind am Bildschirm 10 angeordnet, um dort das gewünschte Feedback 22 (1) zu erzeugen.
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In 3 ist ein Blockdiagramm dargestellt, welches den Ablauf der Erzeugung des akustischen und des haptischen Signals zur Erzeugung eines scharfen Klickeffekts zeigt. Auf eine Bedienoberfläche 10, welche bevorzugt ein berührungsempfindlicher Bildschirm 10 ist, erfolgt die Eingabe eines Benutzers mittels eines Fingers 30 in Form einer Berührung oder eines Drucks auf den Bildschirm 10 wobei der Bildschirm eine Steuereinheit 11 umfassend einen Sensor 11a aufweist, welcher die Berührung detektiert und/oder einen Sensor 11b, welcher den Fingerdruck misst, beispielsweise mittels eines optischen Sensors und/oder eines Kraftsensors, und basierend hierauf ein Sensorsignal 11c generiert.
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Das Sensorsignal 11c wird von der Steuereinheit 11a des Bildschirms 10 an einen Coprozessor 12a geleitet. Der Coprozessor 12a generiert ein erstes elektrisches Ansteuersignal 12b, mittels welchem eine Einrichtung zur Erzeugung eines akustischen Signals angesteuert wird. Der zeitliche Verlauf des ersten elektrischen Ansteuersignals 12b weist einen Rechteckimpuls auf, welcher in der Einrichtung 13 zur Erzeugung des akustischen Signals, welche beispielsweise ein Lautsprecher 13a ist, der ein akustisches Signal 14 mit einer Frequenz von 300 Hz bis 5 kHz erzeugt.
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Zeitlich synchron wird von dem Coprozessor 12a ein zweites elektrisches Ansteuersignal 12c generiert, mittels welchem eine Einrichtung 15 zur Erzeugung eines haptischen Signals angesteuert wird. Das zweite elektrische Ansteuersignal 12c weist einen Scheitelpunkt auf, wobei die Erzeugung und Weiterleitung des ersten elektrischen Ansteuersignals 12b an dem Scheitelpunkt des zweiten elektrischen Ansteuersignals 12c erfolgt. Durch diese im Wesentlichen synchrone Erzeugung der beiden Ansteuersignale 12b, 12c wird darauf folgend ein realistischer Klickeffekt erzeugt.
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Das zweite elektrische Ansteuersignal 12c wird zu einer Einrichtung 15 zur Erzeugung eines haptischen Signals 16 geleitet, wobei das haptische Signal 16, welches mittels eines Elektromagneten 15a erzeugt wird, eine Frequenz von 0 Hz bis 300 Hz aufweist.
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Das am Scheitelpunkt S des haptischen Signals 16 erzeugte akustische Signal 14 und das haptische Signal 16 überlagern sich zu einem für den Benutzer als scharfen Klick wahrnehmbaren Feedback 22.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012200520 A1 [0006]
- US 2009102805 A1 [0007]
