DE10340188A1

DE10340188A1 - Bildschirm mit einer berührungsempfindlichen Bedienoberfläche zur Befehlseingabe

Info

Publication number: DE10340188A1
Application number: DE10340188A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Kleen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-04-07
Also published as: JP2005078644A; US20050057528A1

Abstract

Bildschirm mit einer berührungsempfindlichen Bedienoberfläche (8) zur Befehlseingabe durch lokales Berühren der Bedienoberfläche (8) und Erzeugung eines Befehlssignals bei hinreichender Berührung, umfassend der Bedienoberfläche (8) zugeordnete elektrisch ansteurbare Mittel (5) zur Erzeugung eines vom Bediener haptisch wahrnehmbaren Signals am Ort der Berührung der Bedienoberfläche (8) in Abhängigkeit der Erzeugung eines Befehlssignals.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildschirm mit einer berührungsempfindlichen Bedienoberfläche zur Befehlseingabe durch lokales Berühren der Bedienoberfläche und Erzeugen eines Befehlssignals bei hinreichender Berührung.

Solche Bildschirme, oft auch „Touchscreen" genannt, sind hinreichend bekannt und kommen überall dort zum Einsatz, wo der Benutzer interaktiv mit der dem Bildschirm zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung gleich welcher Art kommuniziert. Um eine Eingabe, die zu einer wie auch immer gearteten Reaktion seitens der zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung führt oder zur Gabe von Informationen dient und im folgenden allgemein als „Befehlseingabe" benannt ist, vorzunehmen berührt der Bediener lediglich die Bedienoberfläche an der entsprechenden, gegebenenfalls optisch hervorgehobenen Position, wobei diese Berührung von einem der Bedienoberfläche zugeordneten Erfassungsmittel erfasst und bei hinreichend kräftiger Berührung ein entsprechendes, aus der Befehlseingabe resultierendes Befehlssignal erzeugt wird, das der Datenverarbeitungseinrichtung gegeben wird. War die Berührung zur Befehlseingabe hinreichend, das heißt, wurde ein Befehlssignal generiert, so wird in der Regel eine optische Rückmeldung über den Bildschirm gegeben, indem beispielsweise sich die Darstellung auf der Bildschirmoberfläche ändert, oder indem der berührte Bereich, der z.B. einen Eingabeknopf oder dergleichen dargestellt hat, farblich anders dargestellt wird etc.

Dies aber ist aus mehreren Gründen nachteilig. Zum einen ist die optische Rückmeldung oft nicht eindeutig und schlecht zu sehen, was insbesondere bei Bildschirmen mit LCD-Anzeigen bei etwas hellerer Umgebung oder schrägem Blickwinkel der Fall ist. Dies bringt insbesondere für Bediener Probleme, die schlechter oder schlecht sehen. Im Übrigen muss der Bediener seine Aufmerksamkeit gerade in dem Augenblick auf den Bildschirm richten, wenn ihm die Rückmeldung gegeben wird. Dies ist aber häufig in Fällen nicht möglich, wo über den berührungsempfindlichen Bildschirm die Steuerung eines Geräts oder einer Anlage erfolgt, da manche Arbeitsabläufe, die zu steuern sind, das blinde Bedienen des Bildschirms bei gleichzeitiger Beobachtung der resultierenden Aktion erfordern. Zu nennen ist beispielsweise die Bedienung einer medizinischen Anlage wie einer Röntgenanlage, bei der z.B. die Röntgenröhre und der Röntgenstrahlenempfänger in eine bestimmte Position bewegt werden müssen, wozu man sich im Stand der Technik eines Joysticks bedient. Der Bediener beobachtet die Bewegung der angesteuerten Komponente, nicht aber den Joystick, den er betätigt. Die Verwendung eines berührungssensitiven Bildschirms ist in solchen Fällen nicht möglich.

Auch stark sehbehinderten oder blinden Personen ist die Arbeit an einem berührungssensitiven Bildschirm im Regelfall nicht möglich, da die dargebotenen Informationen per se optisch an den Bediener übermittelt werden und auch die Rückmeldung im Erfolgsfall nur optisch gegeben wird.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Bildschirm anzugeben, der dem Bediener auch dann eine wahrnehmbare Rückmeldung über eine erfolgreiche Befehlseingabe gibt, wenn der Bildschirm nicht beobachtet wird oder werden kann.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Bildschirm der eingangs genannten Art vorgesehen, umfassend der Bedienoberfläche zugeordnete elektrisch ansteuerbare Mittel zur Erzeugung eines vom Bediener haptisch wahrnehmbaren Signals am Ort der Berührung der Bedienoberfläche in Abhängigkeit der Erzeugung eines Befehlsignals.

Die Erfindung sieht die Integration von Mitteln zur Erzeugung eines haptisch erfassbaren Signals vor, die ein solches dann erzeugen, wenn eine hinreichende Berührung stattfand, die zur Erzeugung eines korrespondierenden Befehlsignals führte. Das haptische Signal wird am Ort der Berührung erzeugt, wobei dies quasi zeitgleich mit der Erzeugung des Befehlssignals erfolgt, so dass sichergestellt ist, dass die Stelle an der Bedienoberfläche auch noch berührt wird. Diese Berührung kann vom Bediener beispielsweise mit dem Finger direkt erfolgen, oder aber indirekt über einen Bedienstift, den der Bediener in der Hand hält. In jedem Fall erhält der Bediener eine haptisch wahrnehmbare Rückmeldungsinformation über die erfolgreiche Befehlseingabe, die er im Falle der direkten Berührung über den höchst berührungssensitiven Finger wahrnimmt, im Falle der indirekten Berührung über den an sich starren, steifen und das haptische Signal nicht dämpfenden sondern weiterleitenden Bedienstift oder dergleichen.

Hierdurch wird ermöglicht, dass der Bediener in jedem Fall ein wahrnehmbares Rückmeldungssignal erhält, unabhängig davon, ob er nun gerade den Bildschirm betrachtet oder nicht. Dadurch dass die Generation des haptisch wahrnehmbaren Signals in direkter Abhängigkeit mit der Erzeugung eines aus der Berührung resultierenden Signals steht, ist auch sichergestellt, dass ein haptisch wahrnehmbares Signal eben auch nur dann erzeugt wird, wenn eine tatsächliche Signalerzeugung und damit Befehlseingabe erfolgte, so dass Fehlinformationen ausgeschlossen werden.

Als Mittel zur Erzeugung des haptisch wahrnehmbaren Signals ist zweckmäßigerweise eine der Bedienoberfläche zugeordnete piezoelektrische Schicht, die nach Art einer Matrix lokal ansteuerbar ist, vorgesehen. Die piezoelektrische Schicht kann lokal elektrisch angesteuert werden, was dazu führt, dass die Schicht eine dreidimensionale Verformung erfährt, welche Verformung Ausgangspunkt für die dem Bediener zu gebende haptisch wahrnehmbare Information ist. Dabei kann die piezoelektrische Schicht oberhalb oder unterhalb der Bedienoberfläche angeordnet sein, wichtig ist lediglich, dass die piezoelektrische Schicht die optische Darstellung der relevanten Informationen auf der Bildschirmoberfläche nicht oder nur in einem unwesentlichen Maß beeinflusst. Normalerweise besitzt z.B. ein LCD-Bildschirm eine äußere, die Flüssigkristallmatrix abdeckende Lage, auf der bei einem Touchscreen die berührungssensitive Ebene in transparenter Form aufgebracht ist. Ähnlich ist der Aufbau in Verbindung mit anderen Bildschirmen, z.B. einem Kathodenstrahlmonitor, einem Diodenbildschirm, einem Vakuumfluoreszenzbildschirm, oder einem Plasma- oder TV/Videobildschirm, an deren Bildschirmoberflächen die berührungssensitive Ebenen aufgebracht ist. Der Aufbau eines Touchscreen-Bildschirms ist hinreichend bekannt und muss nicht näher erläutert werden. Es ist nun denkbar, unterhalb dieser Ebene die piezoelektrische Schicht in dünner, zwangsläufig transparenter Form aufzubringen, zusammen mit ebenfalls transparenten Ansteuerleitungen, so dass die über sie haptisch gebbare Information unmittelbar an die mit dem Finger oder dem Stift oder dergleichen betätigte berührungssensitive, in der Regel kapazitiv arbeitende Oberfläche gegeben wird und dort wahrnehmbar ist. Es ist aber auch denkbar, sie auf die berührungssensitive Oberfläche zu bringen, so lange sie hinreichend dünn ist und gewährleistet ist, dass sie neben ihrer Transparenz auch hinreichend verformbar ist, um die mechanische Befehlseingabe an die darunter liegende Bedienoberfläche zu führen.

Eine besonders zweckmäßige Erfindungsausgestaltung sieht dabei vor, dass die piezoelektrische Schicht selbst der Befehlseingabe und der Erzeugung des Befehlssignals dient. Es handelt sich wie beschrieben zweckmäßigerweise um eine piezoelektrische Schicht, die in der Lage ist, bei elektrischer Ansteuerung eine geometrische Formänderung vorzunehmen, die aber gleichermaßen in der Lage ist, bei Einbringen einer geometrischen Formänderung ein elektrisches Signal zu erzeugen. Das heißt, es ist möglich, bei Berührung und einer daraus resultierenden Verformung ein elektrisches Signal zu generieren, und nahezu gleichzeitig im nächsten Schritt an dieser Stelle durch die elektrische Schichtansteuerung die haptische Information zu erzeugen.

Das haptisch wahrnehmbare Signal kann in Form eines oder mehrer lokaler und durch eine Verformung der piezoelektrischen Schicht erzeugter mechanischer Impulse realisiert sein. Das heißt, der Benutzer erhält einen oder mehrere aus der durch die elektrische Ansteuerung induzierten Schichtverformung resultierende mechanische Impulse. Er spürt also quasi ein impulsartiges Klopfen am Finger. Alternativ dazu ist auch die Möglichkeit einer mechanischen Vibration denkbar, das heißt, der jeweilige Schichtabschnitt wird mit entsprechender Frequenz zur Erzeugung der Vibration angesteuert.

Die Integration einer ein haptisches Signal erzeugenden Einrichtung bietet nicht nur die Möglichkeit, im Falle einer erfolgreichen Befehlseingabe eine haptisch wahrnehmbare Rückmeldung zu erzeugen. Eine zweckmäßige Erfindungsausgestaltung sieht vor, dass vor einer hinreichenden Berührung über das elektrisch ansteuerbare Mittel ein haptisch wahrnehmbares zweites Signal gebbar ist, das dem Benutzer die Aktivierung des lokalen Bildschirmbereichs zur Befehlseingabe anzeigt. Das heißt, der Benutzer erhält hierüber eine Information, ob der Bildschirmbereich, den er betätigen möchte, überhaupt aktiviert ist, das heißt, dass über ihn überhaupt eine Befehlseingabe möglich ist. Ihm wird ein die allgemeine Aktivierung und damit die Möglichkeit zur Befehlseingabe anzeigendes haptisches Signal, z.B. ein Vibrieren mit sehr niedriger Frequenz, gegeben, das er bei leichter Berührung wahrnehmen kann. Wenn er dann an dieser Stelle die Befehlseingabe vornimmt, wird ihm das erste, die erfolgreiche Befehlseingabe rückmeldende Signal gegeben, so dass er erkennt, dass der gewünschte Befehl auch tatsächlich aufgenommen wurde. Dieses Signal hat dann beispielsweise eine gegenüber dem vorher gegebenen, die generelle Aktivierung anzeigenden Signal deut lich höhere Frequenz. Alternativ ist es auch denkbar, das erste und das zweite haptische Signal in Form unterschiedlich starker mechanischer Pulse auszuführen. Zur Information über die generelle Aktivierung kann beispielsweise eine sehr geringe Verformung, z.B. um 1/10 mm erfolgen, während zur Gabe der die erfolgreiche Befehlseingabe anzeigende Rückmeldung eine deutlich stärkere Ansteuerung zur Erzielung einer deutlich stärkeren mechanischen Verformung und damit eines deutlich kräftigeren mechanischen Impulses erfolgt. Diese Information ist insbesondere für sehbehinderte Personen sehr wichtig, vornehmlich verbunden mit der erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehenen Möglichkeit, über das elektrisch ansteuerbare Mittel dem oder die lokalen Bereiche der Bedienoberfläche, wo eine Befehlseingabe grundsätzlich möglich ist, dreidimensional darzustellen. Über diese Möglichkeit können in dreidimensionaler Weise Bedienelemente erzeugt werden, die der Benutzer erfühlen kann. Verbunden mit der Möglichkeit der Gabe eines die Aktivierung eines solchen Bedienelements anzeigenden Vibrationssignals oder dergleichen bietet sich so dem Bediener die Möglichkeit, auf einfache Weise und sicher zu erkennen, dass er das richtige Bedienelement berührt und er eine korrekte Eingabe vornehmen kann.

Wie beschrieben bietet der erfindungsgemäße Bildschirm insbesondere die Möglichkeit, ihn quasi „blind" bedienen zu können, nachdem der Bediener eine Rückmeldung darüber erhält, ob er tatsächlich einen Befehl eingegeben hat. Solche Befehle können nicht nur in der Eingabe eines einzelnen Befehls bestehen, der durch einfaches einmaliges Berühren gegeben wird, sondern auch in der Form, dass beispielsweise zur Einstellung oder Veränderung eines Parameters oder dergleichen, der für die Steuerung einer nachgeschalteten Anlage oder dergleichen erforderlich ist, die entsprechende Stelle am Bildschirm entsprechend lang gedrückt wird, wodurch sich beispielsweise fortlaufend zählend der Parameter ändert. Im Falle der vorher beschriebenen Verwendung zur Steuerung einer Röntgenanlage kann als ein solcher Parameter beispielsweise die Betriebs spannung der Röntgenröhre entsprechend eingestellt werden. Alternativ dazu kann eine bestimmte Raumposition angefahren werden, wobei über den Bildschirm die x-, y- und z-Koordinaten eingestellt werden können. Nun kann es vorkommen, dass – sofern diese Parametereinstellung mehr oder weniger „blind" erfolgt – infolge der Dauer der Betätigung des Bildschirmoberflächenabschnitts der Parameter in einen Bereich geändert wurde, der unzulässig ist, oder dass der Parameter bis zu seiner maximalen oder minimalen Grenze verändert wurde. Um dem Bediener auch diesbezüglich eine Information zu geben, sieht eine zweckmäßige Erfindungsausgestaltung vor, dass die Dauer und/oder Intensität des ersten haptischen Signals, das bei hinreichender Berührung und damit bei Generation eines elektrischen Befehlsignals gegeben wird, bei kontinuierlicher Berührung der Bedienoberfläche in Abhängigkeit des Informationsgehalts der gegebenen Befehlseingabe variierbar ist. Das heißt, der Bediener erhält dann, wenn er den Parameter beispielsweise in einen Bereich ändert, der gefahrbringend sein kann, eine haptische Information, die beispielsweise deutlich stärker ist als das übliche haptisch wahrnehmbare und in einem solchen Fall quasi kontinuierlich gegebene Signal, das ihm anzeigt, dass er korrekterweise den Parameter beispielsweise erhöht oder erniedrigt. Auch kann sich die Vibrationsfrequenz deutlich ändern, so dass der Bediener entsprechend informiert wird. Auch ist es denkbar, dass das haptische Signal schlagartig beendet wird, was der Bediener ebenfalls sofort registriert. Die Variation der Dauer/Intensität des haptischen Signals hängt dabei vom Informationsgehalt ab, der über die kontinuierliche Betätigung gegeben wird, de facto also vom im Moment veränderungsbedingt eingestellten Parameter oder dergleichen.

Wie bereits beschrieben besteht die Möglichkeit, unter Verwendung des dreidimensional verformbaren und elektrisch ansteuerbaren Mittels wie der piezoelektrischen Schicht Bedienelemente dreidimensional darzustellen. Hierbei ist zunächst an die Darstellung von Eingabeknöpfen oder „Buttons" zu den ken. Es ist aber auch möglich, Regel- oder Schiebeelemente darzustellen, ähnlich den von der üblichen Bildschirmdarstellung bekannten „Scrollbalken", über die bei üblichen PC-Bildschirmen mit dem Mauszeiger „geblättert" werden kann. Um einen solchen Schieber oder Schieberegler in Verbindung mit der erfindungsgemäß vorgesehenen haptisch wahrnehmbaren Rückmeldung realisieren zu können, werden die Mittel derart angesteuert, dass ein Oberflächenbereich in Form eines längs einer Geraden zu bewegenden schieber- oder reglerartigen Bedienelements angesteuert werden können, wobei durch geeignete Ansteuerung des Mittels während der Bewegung zumindest in Bewegungsrichtung, insbesondere allseitig durch mechanische Verformung eine haptisch wahrnehmbare Begrenzung geschaffen wird. Der Bediener schiebt also einen haptisch wahrnehmbaren „Berg", realisiert durch entsprechende Verformung der verformbaren Schicht, vor sich her, er spürt also einen gewissen Widerstand, wobei dieser „Berg" leicht vibriert, wenn eine Bewegung und eine Verstellung des hierüber realisierten Schiebers erfolgt, die zu einer Signalerzeugung führt. Die vorzugsweise vorgesehene allseitige Begrenzung bietet ferner bei direkter Berührung mit dem Finger eine hinreichende Wahrnehmung der Gestalt, dass der Finger quasi geführt wird. Wird ein Betätigungsstift verwendet, so ruht dieser quasi in der verformungsbedingt realisierten Mulde, so dass auch er leicht geführt ist und gut längs der Geraden bewegt werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen berührungsempfindlichen Bildschirms in einer Teilansicht im Querschnitt,
2 eine Ansicht entsprechend 1 mit einer angesteuerten piezoelektrischen Schicht zur dreidimensionalen Ausbildung eines Bedienelements und zur Gabe eines zweiten, dessen Aktivierung anzeigenden haptischen Signals,
3 die Ansicht aus 2 bei Eingabe eines Befehls über die Bedienoberfläche und einer Ansteuerung der piezoelektrischen Schicht zur Gabe des die Befehlssignalerzeugung rückmeldenden haptisch wahrnehmbaren Signals,
4 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Bildschirms zur Darstellung eines schieber- oder reglerartigen Bedienelements und
5 zwei Bildschirmdarstellungen nebst Angabe der Frequenz des haptisch wahrnehmbaren Signals während einer kontinuierlichen Parametereinstellung.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen berührungsempfindlichen Bildschirm 1 in Form einer Prinzipskizze, wobei hier nur die wesentlichen Elemente gezeigt sind. Der Bildschirm im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst eine LCD- oder Flüssigkeitskristall-Anzeigeebene 2, bestehend aus einer Vielzahl einzelner, nicht näher dargestellter Flüssigkristallzellen, bestehend aus zwei oberen und unteren Abdecklagen 3, deren Abstand in der Regel weniger als 10 μm beträgt. Jede Abdeckebene besteht zum einen aus einer Glasplatte, auf deren Innenseite transparente Elektroden mit einer speziellen Orientierungsschicht aufgebracht sind. Als Orientierungsschicht wird meist eine Polyimidschicht verwendet. Als transparentes Elektrodenmaterial wird vorzugsweise eine Indium-Zinnoxyd-Schicht (ITO-Schicht) eingesetzt. Zwischen den Abdeckebenen 3 befindet sich die Flüssigkristallschicht 4. Der darstellbare Informationsgehalt einer Flüssigkristall-Anzeige wird durch die Strukturierung der transparenten Elektroden bestimmt, die primär in grafikfähiger Anordnung hergestellt sind. Der Aufbau einer solchen Flüssigkristallanzeige ist an und für sich bekannt und muss nicht näher beschrieben werden.
Auf die Oberseite der Flüssigkristallanzeige 2 ist ein elektrisch ansteuerbares Mittel 5 in Form einer piezoelektrischen Schicht 6 aufgebracht, die eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Schichtabschnitten 7 aufweist. Jeder Schichtabschnitt 7 kann über eine geeignete, nicht näher dargestellte Elektrodenmatrix angesteuert werden. Nachdem die Schicht 6 oberhalb der Flüssigkristallanzeige 2 angeordnet ist, muss sie wie auch die Elektrodenmatrix transparent sein, um die Informationsdarstellung auf der Flüssigkristallanzeige 2 erkennen zu können.
Auf die piezoelektrische Schicht 6 ist oberseitig die berührungsempfindliche Oberfläche 8 aufgebracht, bestehend aus einer berührungssensitiven, in der Regel kapazitiven Matrix, die bei einer Berührung und hinreichenden mechanischen Verformung am Ort der Verformung ein elektrisches Signal erzeugt, das erfasst werden kann, und das die elektrische Darstellung des vom Benutzer eingegebenen Bedienbefehls ist. Auch die Funktionsweise sowie der Aufbau einer solchen berührungsempfindlichen Bedienoberfläche ist bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss.
Zentrales Element ist das elektrisch ansteuerbare Mittel 5 in Form der hier beschriebenen piezoelektrischen Schicht 6. Zur Bildung der piezoelektrischen Schicht 6 kann jedwedes piezoelektrische Material verwendet werden, das die Ausbildung einer geschlossenen, großflächigen Schicht ermöglicht. Zu nennen sind hier insbesondere piezoelektrische Werkstoffe auf Keramikbasis, die polykristallin hergestellt werden können wie z.B. Pb(Zr-Ti)O₃-Mischkristalle (sogenannte PZT-Keramiken) und ähnliches. Verwendbar sind auch piezoelektrische Polymere wie z.B. Polyvinylidendifluorid (PVDF). Diese Aufzählung ist nicht abschließend, sondern lediglich exemplarisch. Die Funktionsweise dieser piezoelektrischen Schicht 6 wird anhand der 2 und 3 deutlich.
Dem Bildschirm 1 zugeordnet ist eine ihn steuernde Steuerungseinrichtung 9, die zum einen die über die Flüssigkristall-Anzeige 2 erfolgende Darstellung steuert, und die ferner mit der piezoelektrischen Schicht 6 wie auch der Bedienoberfläche 8 kommuniziert.
Ausgehend von der Bilddarstellung über die Flüssigkristall-Anzeige 2 ist es möglich, durch entsprechende Ansteuerung der piezoelektrischen Schicht beispielsweise ein Bedienelement, das rein optisch über die Flüssigkeitskristall-Anzeige 2 in dem gestrichelten Bereich A in 2 dargestellt ist, über die piezoelektrische Schicht 6 dreidimensional, also von außen fühlbar darzustellen. Zu diesem Zweck werden über die nicht näher gezeigte Ansteuerelektrodenmatrix mehrere lokale Schichtabschnitte 7, die oberhalb des Bereichs A der Flüssigkeitskristall-Anzeige, in dem das Bedienelement optisch dargestellt ist, angeordnet sind, angesteuert, so dass sie ihre Form ändern und hierdurch eine lokale Erhöhung in diesem Bereich erzielt werden kann, wie 2 anschaulich zeigt. Nachdem die Bedienoberfläche 8, die hinreichend flexibel ist, unmittelbar mit der piezoelektrischen Schicht 6 gekoppelt ist, wird auch diese verformt, so dass sich insgesamt von außen eine leichte Wölbung erfühlen lässt, die mit der Position des dargestellten Bedienelement korrespondiert.
Um nun dem Bediener eine erste Information dahingehend zu geben, dass das dreidimensional dargestellte Bedienelement – insbesondere dann, wenn eine Vielzahl solcher Bedienelemente auf dem Bildschirm gleichzeitig dargestellt sind – auch für eine Befehlseingabe aktiviert ist, dass also eine solche über das Bedienelement möglich ist, wird die piezoelektrische Schicht 6 beziehungsweise werden die zur Darstellung des Bedienelements bereits angesteuerten und verformten Schichtabschnitte 7 derart über die Steuerungseinrichtung 9 angesteuert, dass sie mit einer bestimmten, vorzugsweise relativ niedrigen Frequenz f₁ vibrieren, wie dies durch die Doppelpfeile in den jeweiligen Schichtabschnitten 7 dargestellt ist. Das heißt, der Benutzer erfühlt nicht nur den Ort des Bedienelements und weiß, dass er den richtigen Bedienoberflächenabschnitt mit dem Finger 10 berührt, sondern er erhält auch ein über den Finger sofort haptisch wahrnehmbares Informationssignal, dass er über dieses Bedienelement auch tatsächlich einen Befehl eingeben kann. Während der Ansteuerung, während welcher die die geometrische Verformung der piezoelektrischen Schichtabschnitte induzierenden Spannung gemäß der Frequenz f₁ variiert wird, verändert sich kontinuierlich die elektrisch induzierte Auslenkung der piezoelektrischen Abschnitte, während gleichzeitig eine Mindestauslenkung zur Darstellung des dreidimensionalen Bedienelements erhalten bleibt.
Will nun der Bediener, nach dem er haptisch erfahren hat, dass er über das von ihm berührte Bedienelement eine Befehlseingabe vornehmen kann, eine solche tatsächlich vornehmen, so drückt er mit dem Finger 10 auf diesen Abschnitt der Bedienoberfläche 8, wie in 3 mit dem Pfeil P dargestellt. Dies führt zum einen dazu, dass die Erfassungsmatrix der Bedienoberfläche 8, die wie beschrieben nicht näher dargestellt ist, bei einer hinreichend kräftigen Berührung ein elektrisches Signal S erzeugt, das die elektrische Information als Folge der Befehlseingabe darstellt. Dieses Signal S wird der Steuerungseinrichtung 9 gegeben. Sobald dieses vorliegt, steuert die Steuerungseinrichtung 9 nun die Schichtabschnitte 7, die bereits vorher angesteuert wurden, so, dass sie mit einer gegenüber der Frequenz f₁ deutlich höheren Frequenz f₂ vibrieren, um hierüber dem Benutzer das haptisch wahrnehmbare Rückmeldesignal zu geben, das seine Befehlseingabe erkannt und ein Befehlssignal erzeugt wurde. Der Benutzer kann eine eindeutige Unterscheidung der ihm gegebenen Informationen wahrnehmen.
Alternativ zur Änderung der Frequenz zwischen den beiden Zuständen „Anzeige Aktivierung" und „Rückmeldung nach Befehlseingabe" ist es auch möglich, den mechanischen Impuls, der über die Schichtabschnitte 7 und deren Verformung gegeben werden kann, zu variieren. Ausgehend von 2 werden beispielsweise die Schichtabschnitte 7 zur Informationsgabe „Aktivierung" mit einer niedrigeren Spannung angesteuert, so dass ihre Auslenkung gering ist und mithin eine geringere mechanische Verformung und damit ein geringerer Impuls übertragen wird, während zur Gabe der „Rückmeldung" die Schichtabschnitte 7 mit der gleichen Frequenz, jedoch einer höheren Spannung angesteuert werden, was zu einer deutlich stärkeren mechanischen Auslenkung und damit zu einem stärken mechanischen Impuls, der vom Bediener wahrgenommen werden kann, führt.
4 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung als Explosionsansicht die aus 1 bekannten Elemente Flüssigkeitskristall-Anzeige 2, piezoelektrische Schicht 6, Bedienoberfläche 8. Auf der Flüssigkeitskristall-Anzeige 2 ist im gezeigten Beispiel ein Schieber 11 dargestellt, der längs einer ebenfalls dargestellten geraden Bahn 12 zur Befehlseingabe „bewegt" werden kann. Ein entsprechender „Schieber 11'" ist durch entsprechende Ansteuerung der piezoelektrischen Schicht 6 nachgebildet, wobei hier die piezoelektrischen Schichtabschnitte 7 so angesteuert werden, dass sich eine seitliche Begrenzung des Schiebers 11' ergibt, so dass zum einen an der Bedienoberfläche 8 für den Benutzer über den Finger 10 dieser Schieber 11' fühlbar ist, und sich zum anderen eine leichte Mulde ergibt beziehungsweise erfühlen lässt, die über die sie randseitig begrenzenden, angesteuerten und dadurch verformten Schichtabschnitte 7 erzeugt wird. In dieser Mulde ist der Finger 10 – oder aber ein Bedienstift oder ähnliches, der in der Hand gehalten wird – aufgenommen und etwas geführt. Soll nun der Schieber 11 beziehungsweise 11' längs der Bahn 12 bewegt werden, so drückt der Finger 10 zunächst wie durch den Pfeil P angegeben ist auf den dreidimensional dargestellten Schieber 11', und schiebt ihn anschließend wie durch den Doppelpfeil B dargestellt nach rechts oder links längst der geraden Bahn 12. Je nach Bewegungsrichtung ändert sich kontinu ierlich zum einen die Ansteuerung der piezoelektrischen Schichtabschnitte 7, um dreidimensional die Schieberbewegung nachzuvollziehen und haptisch wahrnehmbar darzustellen. Nachdem mit der Bewegung des Schiebers 11' auch eine kontinuierliche Befehlseingabe, nämlich auf die dadurch erfolgende Änderung eines Steuer- oder Regelparameters, erfolgt, wird über die Steuerungseinrichtung 9 der Teil der Schichtabschnitte 7 der piezoelektrischen Schicht 6 zur Gabe des Vibrations- oder Impulssignals, das die Rückmeldung darstellt, angesteuert, der in Bewegungsrichtung quasi vor dem Finger 10 liegt. Hierüber erhält der Bediener also auch kontinuierlich eine Information, dass die von ihm gewünschte Schiebe- oder Regelungsänderung auch tatsächlich zur Erzeugung eines entsprechenden Befehlssignals geführt hat.
5 zeigt nun in Form einer Prinzipdarstellung zwei Bildschirmansichten, die die Einstellung eines beliebigen Parameters, z.B. eines Betriebsparameters einer Anlage oder Maschine zeigen. In der linken Bildschirmansicht ist als Ausgangsparameter der Parameter „a", der beliebiger Natur oder beliebigen Inhalts sein kann, angezeigt. Zugeordnet sind zwei Bedienelemente 13, die dem Bediener in der beschriebenen Weise dreidimensional dargestellt werden können. Der Bediener möchte den Parameter „a" ändern, was durch Drücken des Bedienelements 13a, dem das „+"-Zeichen zugeordnet ist, möglich ist. Die Parametereinstellung soll beispielsweise blind erfolgen, da der Bediener einen anderen Anlagenteil, an dem die Reaktion auf seine Parameterverstellung sichtbar ist, beobachten möchte.
Wenn das Bedienelement 13a mit dem „+"-Zeichen gedrückt wird, so vibriert es zunächst mit der Frequenz f₂, also der schon beschriebenen Frequenz, die die Rückmeldung über die erfolgende Befehlssignalerzeugung und damit die daraus resultierende Änderung des Parameters darstellt. Der Parameter „a" ändert sich kontinuierlich, solange das Bedienelement 13a gedrückt bleibt. Dies erfolgt für eine Zeit Δt, bis der Para meter sich zum Maximalwert „z" geändert hat. Eine weitere Parameteränderung ist nicht möglich oder führt dazu, dass der Parameter in einen Gefahrenbereich geändert werden würde, was nicht erfolgen soll. Um dem Bediener dies mitzuteilen, ändert sich die Frequenz, mit der das Rückmeldesignal über die piezoelektrische Schicht und damit das Bedienelement 13a gegeben wird, deutlich gegenüber der Frequenz f₂, so dass der Bediener dies ohne weiteres erkennen kann. Beispielsweise kann die Frequenz deutlich höher sein, sie kann aber auch Null sein, das heißt das Vibrieren hört plötzlich auf. Der Bediener wird hierüber unmittelbar gewarnt.
Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, in einem solchen Fall ein akustisches Signal parallel zu erzeugen. In entsprechender Weise kann auch die Änderung des gegebenen Impulses variiert werden.
Schließlich ist noch festzuhalten, dass anstelle der Flüssigkristallanzeige 2 selbstverständlich jede andere Anzeige oder Darstellungseinrichtung verwendet werden kann, z.B. TFT-Anzeigen, Kathodenstrahlbildschirm oder dergleichen. Die Flüssigkeitskristall-Anzeige ist lediglich ein Ausführungsbeispiel und keinesfalls beschränkend.

Claims

Bildschirm mit einer berührungsempfindlichen Bedienoberfläche (8) zur Befehlseingabe durch lokales Berühren der Bedienoberfläche (8) und Erzeugung eines Befehlssignals bei hinreichender Berührung, umfassend der Bedienoberfläche (8) zugeordnete elektrisch ansteuerbare Mittel (5) zur Erzeugung eines vom Bediener haptisch wahrnehmbaren Signals am Ort der Berührung der Bedienoberfläche (8) in Abhängigkeit der Erzeugung eines Befehlssignals.
Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) eine lokal ansteuerbare piezoelektrische Schicht (6) umfassen.
Bildschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Schicht (6) oberhalb oder unterhalb der Bedienoberfläche (8) angeordnet ist.
Bildschirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Schicht (6) selbst der Erfassung der Befehlseingabe und der Erzeugung des Befehlssignals dient.
Bildschirm nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das haptisch wahrnehmbare Signal in Form eines oder mehrerer lokaler und durch eine Verformung der piezoelektrischen Schicht (6) erzeugter mechanischer Impulse oder einer lokalen mechanischen Vibration erzeugbar ist.
Bildschirm nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer hinreichenden Berührung über das elektrisch ansteuerbare Mittel (5), insbesondere die Schicht (6) ein haptisch wahrnehmbares zweites Signal gebbar ist, das dem Benutzer die Aktivierung des lokalen Bildschirmbereichs zur Befehlseingabe anzeigt.
Bildschirm nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite haptische Signal unterschiedlicher Frequenz ist.
Bildschirm nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite haptische Signal unterschiedliche mechanische Impulse sind.
Bildschirm nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer und/oder die Intensität des ersten haptischen Signals bei kontinuierlicher Berührung der Bedienoberfläche (8) in Abhängigkeit des Informationsgehalts der gegebenen Befehlseingabe variierbar ist.
Bildschirm nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über das elektrisch ansteuerbare Mittel (5), insbesondere die Schicht (6) der oder die lokalen Bereichen der Bedienoberfläche (8), wo eine Befehlseingabe möglich ist, dreidimensional darstellbar sind.
Bildschirm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über das Mittel (5), insbesondere die Schicht (6) ein Oberflächenbereich in Form eines längs einer Geraden (12) zu bewegenden schieber- oder reglerartigen Bedienelements (11') darstellbar ist, das durch geeignete Ansteuerung des Mittels (5), insbesondere der Schicht (6) während der Bewegung zumindest in Bewegungsrichtung, insbesondere allseitig durch die ansteuerungsbedingte Verformung haptisch wahrnehmbar begrenzt ist.