DE19638015A1 - Verfahren zur Erzeugung von haptischen Markierungen auf einer Eingabefläche und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von haptischen Markie­ rungen auf einer Eingabefläche, bei welchem in Form von Bewegungen der Eingabefläche Informationen an ein Eingabeorgan übertragen werden sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE 41 40 780 A1 ist eine Eingabevorrichtung mit taktilem Feedback bekannt, bei welcher an einer Berührungs- und/oder Betätigungsfläche be­ wegliche Elemente angeordnet sind, die mit einem Steuersystem gekoppelt sind, welches eine von der Bedienungsperson taktil wahrnehmbare Relativ­ bewegung der Elemente zur Oberfläche bewirken. Die beweglichen Ele­ mente werden dabei beispielsweise mit Vibrationen unterschiedlicher Fre­ quenz und Intensität beaufschlagt, wodurch codierte Informationen an die Bedienperson übertragen werden.

Nachteilig ist dabei, daß die haptische Differenzierung durch die feste An­ ordnung der beweglichen Elemente sehr eingeschränkt ist, so daß nur eine begrenzte Anzahl von Informationen an die Bedienperson übertragen wer­ den kann. Weiterhin ist der mechanische und schaltungstechnische Aufwand zur Realisierung dieses Eingabegerätes, welches aus einer Mehrzahl be­ weglicher Elemente besteht, sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine An­ ordnung zur Erzeugung haptischer Markierungen anzugeben, bei welchem trotz geringem technischen Aufwandes eine große Vielfalt von haptischen Markierungen auf der Eingabefläche erzeugbar sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Position des Eingabeorgans auf der Eingabefläche detektiert wird, die so detektierte Posi­ tion mit einem virtuellen koordinatenorientierten Referenzmuster verglichen wird, welches jeder Position eine definierte Bewegung zuordnet, und in Ab­ hängigkeit von der Position des Eingabeorgans, die gesamte Eingabefläche diese der Position entsprechende Bewegung ausführt.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine kontexabhängige Anpas­ sung der Eingabefläche an eine momentan geforderte Bedienaufgabe mög­ lich ist, wobei die Eingabefläche keine strukturellen Besonderheiten aufwei­ sen muß. Die Eingabefläche ist frei mit haptischen Markierungen belegbar und die haptische Rückmeldung an die Bedienperson ist softwaregesteuert frei programmierbar.

Vorteilhafterweise ist die gesamte Eingabefläche in Abhängigkeit von der Position des Eingabeorgans in ihrer Höhe veränderbar.

In einer anderen Ausführung wird die gesamte Eingabefläche in Abhängig­ keit von der Position des Eingabeorgans mit einer der Position entsprechen­ den Frequenz und/oder Amplitude in Schwingungen versetzt.

Dabei kann ein Ereignis für sich alleine genommen einen taktilen Eindruck erzeugen. Es können aber auch durch jede beliebige Kombination von Frequenz, Amplitude und/oder Höhenauslenkung der Eingabefläche taktile Eindrücke vermittelt werden.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden Schwingungen in Eingabe­ richtung erzeugt. Vorteilhafterweise werden die Schwingungen stetig er­ zeugt.

Die Blindbedienbarkeit von Funktionen wird somit optimal unterstützt und eine zuverlässige Orientierung des Benutzers auf der Eingabefläche ermög­ licht.

Mittels einer gepulsten Schwingungserzeugung kann die Eingabefläche auch zu einer codierten Informationsausgabe eingesetzt werden. Dadurch können dem Benutzer über einen wenig beanspruchten Sinneskanal Informationen zur Bedienung zurückgemeldet werden.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer positionsdetektierend arbeitenden Eingabefläche, die mit einer ein virtuelles Referenzmuster speichernden Auswerteeinheit verbunden ist, welche Signale an einen Positionsaktuator leitet, an dem die Eingabefläche angeordnet ist und welcher die der detektierten Position entsprechende Bewegung ausführt.

Bei dieser Anordnung ist mit einfachen Mitteln eine Vielzahl von haptischen Markierungen erzeugbar, die jederzeit veränderlich sind.

Die positionsdetektierend arbeitende Eingabefläche kann die Position des Eingabeorgans mit Hilfe einer Vielzahl von Möglichkeiten bestimmen, so sind z. B. kapazitive, akustische und optische Verfahren einsetzbar. Aber auch Drucksensoren und Ultraschallsensoren sind für diese Aufgabe geeignet.

Im einfachsten Fall ist die Eingabefläche eben ausgebildet.

Für bestimmte Anwendungsfälle ist aber auch eine gewölbt ausgebildete Eingabefläche möglich.

Vorteilhafterweise ist am Positionsaktuator mindestens ein Sensor zur Weiterleitung einer Eingabeinformation, vorzugsweise ein Drucksensor, an­ geordnet.

In einer bevorzugten Ausführung ist der Positionsaktuator ein Schwingungs­ erzeuger.

Dieser Sensor zur Weiterleitung der Eingabeinformationen ist mit einem komplexe Bedienfunktionen steuernden Informationssystem verbunden, wel­ ches wiederum zur Anpassung des virtuellen Referenzmusters an die aktu­ elle Bedienfunktion mit der Auswerteeinheit verbunden ist.

Dadurch wird der Eingabebefehl von dem Informationssystem ausgewertet und als Folge ein neues virtuelles Referenzmuster bereitgestellt, welches dem Eingabebefehl Rechnung trägt.

In einer Weiterbildung ist die Auswerteeinheit Bestandteil des Informations­ systems. Das Informationssystem ist dabei mit einer visuellen Vorrichtung zur Anzeige der Bedienfunktionen und/oder mit einer Sprachausgabeeinheit verbunden. Anzeige und Sprachausgabeeinheit sind vorteilhafterweise Be­ standteil des Informationssystems.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Eines davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 erfindungsgemäße Anordnung in Verbindung mit einem Informa­ tionssystem

Fig. 2 Verschiedene Menüstrukturen und ihre entsprechend erzeugten virtuellen Referenzmuster zur Erzeugung eines taktilen "Schaltein­ drucks".

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Informationssystem dargestellt.

Für Informationssysteme, die in Kraftfahrzeugen Anwendung finden, wie z. B. bei Zielführungssystemen sind menuegesteuerte Eingaben u. a. zur Aus­ wahl des Zielortes und der Fahrtroute notwendig. Auch beim Detektieren einer Telefonliste ist ein kraftfahrzeugtaugliches Eingabemittel erforderlich.

Die Größe der Eingabefläche des Eingabemittels wird durch den Umfang der einzugebenden Daten bestimmt.

Das Eingabegerät besteht aus einer unstrukturierten, ebenen zweidimen­ sionalen Sensorfläche 1, die auf einem elektromechanischen Wandler, vor­ teilhafterweise einem Schwingungserzeuger 2 angeordnet und mit diesem fest verbunden, z. B. aufgeklebt, ist. Der Schwingungserzeuger 2 weist einen die Sensorfläche 1 aufnehmenden Teller 3 auf, wodurch die vom Schwin­ gungserzeuger 2 erzeugten Frequenzen und/oder Amplituden auf die Sen­ sorfläche 1 übertragen werden. Der Schwingungserzeuger 2 ist so aufge­ baut, daß sein Teller 3 auch vertikale Bewegungen ausführen kann.

Die hochauflösende Eingabefläche weist eine handgerechte Bemaßung auf. Die Auflösung beträgt annähernd 200×200 oder mehr Sensorelemente.

Berührt ein Benutzer mit der Hand 4 die Sensorfläche 1, so wird mit Hilfe der kapazitiv arbeitenden Sensorfläche 1 festgestellt, an welcher Stelle der Sensorfläche 1 die Berührung erfolgte.

Die kapazitiv arbeitende Sensorfläche 1 ist über eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 6 mit einem Mikrocontroller 5 verbunden, welcher das Positionssignal von der Sensorfläche 1 auswertet. Dazu weist der Mikrocontroller 5 einen Datenspeicher 7 auf, in welchem in Abhängigkeit der Koordinaten der Sen­ sorfläche Frequenzen und/oder Amplituden und Höhenänderungen gespei­ chert sind. Diese Zuordnung der Frequenzen und/oder Amplituden und Höhenänderungen zum Koordinatensystem entspricht einer aktuellen Be­ dienungsfunktion, die als Menue auf einer Anzeigeeinrichtung 11 dem Be­ nutzer visuell angezeigt wird. Dieses Menue wird von einem übergeordneten Informationssystem 10 bereitgestellt, welches ebenfalls mit dem Mikro­ controller 5 verbunden ist.

Die detektierte Position wird vom Mikrocontroller 5 zur Steuerung einer komplexen Bedienfunktion an das Informationssystem 10 weitergegeben.

Der Mikrocontroller 5 erzeugt koordinatenorientiert nach einem beliebig gestalteten und über die Fläche gelegten virtuellen Referenzmuster eine Schwingungsanregung der Eingabefläche, in dem eine der Position des Nutzers 4 auf der Sensorfläche 1 entsprechende Frequenz von dem Mikrocontroller 5 über einen D/A-Wandler 8 und einen Verstärker 9 an den Schwingungserzeuger 2 ausgegeben wird.

Die Eingabefläche besteht, wie in Fig. 2a dargestellt, aus beispielsweise drei virtuellen Schaltflächen, die einer angezeigten Menüstruktur (Zielfüh­ rung, Adreßbuch, Einstellungen) entsprechen. Im Speicher 7 des Mikrocon­ trollers 5 sind diese drei Schaltflächen verschiedenen Frequenzen f1 bis f3 zugeordnet. Berührt der Benutzer die Teile der Eingabefläche, welche der Funktion "Zielführung" entsprechen und die als erste Schaltfläche abge­ speichert sind, so schwingt die gesamte Eingabefläche mit der Frequenz f1. Analog schwingt die gesamte Eingabefläche mit den Frequenzen f2 bzw. f3, wenn die Eingabefläche an den Positionen der Schaltflächen 2 (Adreßbuch) und 3 (Einstellungen) berührt werden. Beim Überstreichen der Eingabe­ fläche gewinnt der Benutzer somit den taktilen Eindruck von drei Schaltern. Es sei noch einmal festgestellt, daß diese drei Schaltflächen nicht wirklich auf der Eingabefläche existieren, sondern nur ein Eindruck der Existenz durch die Bewegung der Eingabefläche erzeugt wird. Dadurch wird eine Blindbedienbarkeit von Funktionen optimal unterstützt. Die Blindbedien­ barkeit ist eine zentrale Voraussetzung für die Bedienung von Infor­ mationssystemen im Kraftfahrzeug, um die Ablenkung durch die Interaktion mit einem Informationssystem möglichst gering zu halten.

Entscheidend ist, daß die gesamte Eingabefläche jeweils mit der der Po­ sition des Nutzers entsprechenden Frequenz vibriert. Das virtuelle Refe­ renzmuster ist per Software frei definierbar.

Um einen Eingabebefehl zu erzeugen, ist ein linearer Drucksensor 13 an der der Sensorfläche 1 abgewandten Seite des Tellers 3 des Schwingungser­ zeugers 2 angeordnet (Fig. 1). Es können aber auch mehrere Druck­ sensoren unter der Sensorfläche verteilt sein.

Entscheidet sich der Benutzer für die Menuefläche 2 (Adreßbuch), so drückt er beim Auftreten der Frequenz f1 auf die Sensorfläche 1 und der Drucksensor 13 überträgt diese Information an das Informationssystem 10. Aufgrund dieses Eingabebefehls ändert das Informationssystem das aktuelle Bedienungsmenue, indem er auf der Anzeige 11 ein anderes Bild (Fig. 2b) anzeigt. Weiterhin meldet das Informationssystem 10 dem Mikrocontroller 5, daß dieser aus seinem Speicher 7 das virtuelle Referenzmuster bereitstellen soll, welches der neuen Bedienungsaufgabe entspricht.

Während die Eingabefläche beim Berühren der virtuellen Schaltflächen - "suchen", "bearbeiten" oder "neu" - wieder mit der Frequenz f1, f2 oder f3 schwingt, wird beim Berühren der Schaltfläche "Escape" die Eingabefläche in Richtung des Eingabeorgans höhenverstellt. Beim Berühren der Schaltfläche mit der Funktion "zurück" wird die Eingabefläche ebenfalls in ihrer Höhe zum Eingabeorgan hin verstellt, wobei sie aber gleichzeitig noch mit einer Frequenz f4 schwingt.

In Fig. 2c ist ein Stadtplan mit 3 markanten Punkten dargestellt, wobei die Eingabefläche immer dann, wenn die Position des Eingabeorgans einem der drei Punkte entspricht je nach Position mit der ersten, zweiten bzw. dritten Frequenz schwingt.

Mit Hilfe dieser einfachen softwaregesteuerten Gestaltung ist es möglich, ein einfaches, insbesonders im Kraftfahrzeug anwendbares Eingabegerät herzu­ stellen.

Claims (21)

1. Verfahren zur Erzeugung von haptischen Markierungen auf einer Ein­ gabefläche, bei welchem in Form von Bewegungen der Eingabefläche Informationen an ein Eingabeorgan übertragen werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Position des Eingabeorgans (4) auf der Eingabefläche (1) detektiert wird, die so detektierte Position mit einem virtuellen, koordinaten­ orientierten Referenzmuster verglichen wird, welches jeder Position eine definierte Bewegung zuordnet, und in Abhängigkeit von der Position des Eingabeorgans (4) die gesamte Eingabefläche (1) diese der Position entsprechende definierte Bewegung ausführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Eingabefläche in Abhängigkeit von der Position des Eingabeorgans in ihrer Höhe veränderbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Eingabefläche in Abhängigkeit von der Position des Eingabe­ organs mit einer der Position entsprechenden Frequenz und/oder Amplitude in Schwingungen versetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen in Eingaberichtung erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen stetig erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen gepulst erzeugt werden.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die positionsdetektierend arbeitende Eingabefläche (1) mit einer ein virtuelles Referenzmuster speichernden Auswerteeinheit (5) verbunden ist, welche Signale an einen Positionsaktuator (2, 3) leitet, an dem die Eingabefläche (1) angeordnet ist und welcher die der detektierten Position entsprechende Bewegung aus­ führt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabefläche (1) die Position des Eingabeorgans auf kapazitivem Wege detektiert.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabefläche (1) die Position des Eingabeorgans mittels akustischer Sensoren detektiert.

10. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabefläche (1) die Position des Eingabeorgans mittels optischer Sensoren detektiert.

11. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabefläche (1) die Position des Eingabeorgans mittels Drucksensoren detektiert.

12. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabefläche (1) die Position des Eingabeorgans mittels Ultraschallsensoren detektiert.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Eingabefläche (1) eben ausgebildet ist.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Eingabefläche (1) gewölbt ausgebildet ist.

15. Anordnung nach Anspruch 7 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsaktuator (2, 3) ein Schwingungserzeuger ist.

16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß am Positionsaktuator (2, 3) mindestens ein Sensor (13) zur Weiterleitung einer Eingabeinformation angeordnet ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (13) zur Weiterleitung einer Eingabeinformation ein Drucksensor ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (13) zur Weiterleitung der Eingabeinformation mit einem komplexe Bedienfunktionen steuernden Informationssystem (10) verbunden ist.

19. Anordnung nach Anspruch 7 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssystem (10) zur Anpassung des virtuellen Referenzmusters an die aktuelle Bedienfunktion mit der Auswerteeinheit (5) verbunden ist.

20. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssystem (10) eine visuelle Vorrichtung (11) zur Anzeige der Bedienfunktionen aufweist.

21. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssystem (10) eine Sprachausgabeeinheit (12) aufweist.