KR20140054092A

KR20140054092A - 조작 장치

Info

Publication number: KR20140054092A
Application number: KR1020147004250A
Authority: KR
Inventors: 토르스텐 알렉산더 케른; 인고 촐러
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-05-08
Also published as: CN103765347A; US20140176478A1; EP2737387A1; EP2737387B1; US9195308B2; KR102015147B1; WO2013014129A1; CN103765347B; DE102011079711A1; DE102011079711B4

Abstract

본 발명은 촉각 피드백을 갖는 조작 요소를 갖춘 조작 장치로서, 조작 요소는 입력 표면(10)을 구비하고, 조작 장치는 제1 및 제2 강자성 평면 구성요소(1, 2)와 제1 평면 코일(4)을 구비하며, 제1 및 제2 강자성 평면 구성요소(1, 2)는 그 최대 표면에 의해 서로를 향해 배향되고 서로에 대해 움직일 수 있으며, 제1 평면 코일(4)은 제1 및 제2 강자성 평면 구성요소(1, 2) 사이에 배치된다. 본 발명에 따르면, 제1 및 제2 강자성 평면 구성요소(1, 2) 사이에 제2 평면 코일(6)이 배치되며, 제1 평면 코일(4)은 제1 강자성 평면 구성요소(1)와 관련되고, 제2 평면 코일(6)은 제2 강자성 평면 구성요소(2)와 관련되며, 제1 및 제2 강자성 평면 구성요소(1, 2)는 제1 및 제2 평면 코일(4, 6)에 대한 전류의 공급에 따라 서로를 향해 그리고 서로로부터 멀어지게 움직일 수 있다.

Description

조작 장치{OPERATING DEVICE}

본 발명은 촉각 피드백을 갖는 조작자 제어 요소를 갖춘 조작자 제어 장치에 관한 것으로, 조작자 제어 요소는 입력 부재에 의해 조작자에 의해 조작될 수 있는 조작자 제어 장치에 관한 것이다.

특히 조작자가 그가 수행하고 있는 조작자 제어 공정을 바로 인지할 수 없는 경우에 조작자 제어 요소로부터의 촉각 피드백이 요구된다. 전기 기계 스위치를 갖춘 조작자 제어 장치의 경우에, 조작자가 조작자 제어 요소로부터의 변화하는 촉각에 의해 스위칭 접점의 개폐를 인지할 수 있지만, 이는 전자 스위치의 경우에 반드시 존재하지는 않는다. 따라서, 선행 기술에서, 수행된 조작자 제어 공정에 관한 촉각 피드백을 제공하기 위해, 조작자가 인지할 수 있는 조작자 제어 요소의 움직임을 사용하는 조작자 제어 요소가 알려져 있다. 예를 들어 터치 스크린으로 불리우는 것을 위한 알려진 촉각 조작자 제어 요소는 큰 설치 공간, 정교한 구동 장치 및 예를 들어 그것들이 특히 큰 온도 차이에 의해 특징지어지는 환경에서, 예를 들어 극지방의 추위 및 여름 더위 둘 모두에서 그 조작성을 유지시키도록 의도되는 차량에서 사용되도록 의도되는 경우에 특수한 설계 수단을 필요로 한다.

선행 출원 DE 10 2010 007 486.1은 2개의 강자성 면 구성요소(areal component)와 평면 코일을 갖춘 이러한 유형의 조작자 제어 장치를 기술하며, 여기에서 강자성 면 구성요소는 서로를 향해 배향되는 그 최대 영역을 구비하고 서로에 대해 움직일 수 있으며, 평면 코일은 강자성 면 구성요소 사이에 배치된다. 이 경우에, 입력 영역은 강자성 면 구성요소 중 하나의 일부의 형태이거나 커플링 장치에 의해 강자성 구성요소 중 하나에 결합된다. 이 경우에, 강자성 면 구성요소는 평면 코일을 통한 전류의 흐름으로 인해 서로를 향해 움직일 수 있으며, 그 결과 강자성 면 구성요소 중 하나의 움직임은 조작자 제어 요소 상에서 조작자의 촉각이 직접적으로 또는 커플링 장치에 의해 인지할 수 있다. 2-영역 구성요소가 단지 사용자로부터 멀어지는 움직임만을 생성하기 위해 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 작은 설치 공간을 필요로 하고, 설계가 간단하며, 이러한 경우에 입력 영역이 조작자를 향해 그리고 조작자로부터 멀어지게 움직일 수 있는, 촉각 피드백을 갖는 조작자 제어 요소를 갖춘 조작자 제어 장치를 특정하는 것이다.

이러한 목적은 특허청구범위 제1항의 특징에 의해 달성된다. 제1 강자성 면 구성요소 및 제2 강자성 면 구성요소 각각이 적어도 하나의 관련 코일을 구비하기 때문에, 두 강자성 면 구성요소는 각각의 코일이 어떤 자기장을 형성하는지에 따라 서로 끌어당기거나 서로 반발한다. 따라서, 평면 코일이 통전될 때, 입력 영역이 조작자를 향해 또는 조작자로부터 멀어지게 움직인다. 따라서, 통전 코일로 인해 조작자 제어 요소가 초기에 조작자로부터 멀어지게 움직이면 촉각 효과가 보다 크게 생성될 수 있다. 예를 들어, 평면 코일은 예를 들어 나선형 형태인 권취된, 절연된 전도성 와이어를 포함할 수 있다. 제1 평면 코일이 제1 강자성 면 구성요소에 확고하게 연결되고 제2 평면 코일이 제2 강자성 면 구성요소에 확고하게 연결되면 조작 안전성 및 신뢰성이 증가된다. 이는 예를 들어 각각의 평면 코일을 각각의 강자성 면 구성요소에 본딩함으로써 구현될 수 있다. 평면 코일과 그것의 면 강자성 구성요소에 대한 확고한 연결은 제1 및 제2 평면 코일이 각각의 인쇄 회로 기판 상의 전도체 트랙으로부터 생성되면 특히 쉽게 생성될 수 있다. 이러한 인쇄 회로 기판은 이어서 접착제 본딩, 리베팅(riveting) 또는 다른 알려진 연결 수단에 의해 각각의 면 강자성 구성요소에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 평면 코일이 각각의 인쇄 회로 기판의 두 측에 배치되면, 특히 콤팩트한 평면 코일이 생성된다. 제1 및 제2 평면 코일 각각이 강자성 코일 코어를 구비하면, 자속이 지향되고, 힘의 작용이 증가된다. 이들 코일 코어는 그것들이 각각의 경우에 제1 또는 제2 강자성 면 구성요소의 일부의 형태이면 특히 쉽게 생성될 수 있다. 제1 및 제2 강자성 면 구성요소 각각이 그것들과 관련되는 복수의 평면 코일을 구비하면, 면 강자성 구성요소를 모이게 하거나 반발시키는 힘이 증가될 수 있다.

조작자 제어 장치가 평면 코일이 통전되지 않을 때 구성요소의 강자성 영역의 서로에 대한 거리를 규정하는 탄성 요소를 구비하는 경우에, 조작자 제어 장치가 제1 강자성 면 구성요소와 제2 강자성 면 구성요소 사이의 거리를 측정하기 위한 거리 장치를 구비하면, 입력 부재에 의한 조작자 제어 요소의 조작자 제어가 확인되는 것이 가능하다. 이 경우에 거리의 변화가 측정되면, 거리가 조작자 제어 부재에 의해 변화되었으며, 따라서 조작자 제어 요소의 조작자 제어가 확인될 수 있는 것으로 가정될 수 있다. 이러한 측정 장치는 간단한 수단을 사용하여, 예를 들어 그것이 평면 코일의 인덕턴스를 측정하기 위한 측정 장치의 형태임으로 인해 생성될 수 있다. 따라서, 어떠한 추가의 경로 측정 수단도 요구되지 않는다. 대신에, 조작자 제어 장치와 있을 수 있는 여러 종류의 추가 기기를 작동시키기 위해 설계되고 이미 존재하는 전자 회로, 예를 들어 마이크로컴퓨터에 의해 인덕턴스를 간단히 측정함으로써 이미 존재하는 평면 코일이 사용될 수 있다. 강자성 면 구성요소의 서로에 대한 거리는 정전 용량식으로 마찬가지로 쉽게 측정될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 제1 및/또는 제2 평면 코일이 그것 상에 배치되는 인쇄 회로 기판이 그 정전 용량이 인쇄 회로 기판에 대한 강자성 면 구성요소의 거리의 변화로 인해 변화하는 2개의 추가의 전도성 영역을 보유할 수 있다. 이 방식으로, 두 강자성 면 구성요소의 거리를 추정하는 것이 가능하다. 두 전도성 영역은 평면 코일이 구리-라이닝된 인쇄 회로 기판을 에칭함으로써 또는 전도성 페이스트를 인쇄함으로써 생성될 때 동시에 생성될 수 있으며, 따라서 단지 최소한의 추가 관여만을 필요로 한다. 평면 코일도 마찬가지로 그것들이 아직 통전되지 않는 동안은 정전 용량 측정을 위해 사용될 수 있다.

조작자 제어 요소는 예를 들어 디스플레이의 형태일 수 있다. 가장 간단한 경우에, 이러한 디스플레이는 예를 들어 다양한 숫자를 예를 들어 전화 키패드의 형태로 인쇄하는 것으로부터 구현될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 조작자 제어 부재가 관련 숫자에서 조작자 제어 요소와 접촉하기 위해 사용되고, 디스플레이가 디스플레이 상에서의 입력 부재의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있는 적절한 장치를 구비할 때 다양한 숫자를 선택하는 것이 가능하다. 전술된 디스플레이가 광전자 디스플레이의 형태이면, 선택되도록 의도되는 메뉴, 하위 메뉴 또는 값의 표시를 위해 디스플레이가 관련 위치에서 상응하게 접촉됨으로써 검출되는 다양한 메뉴, 하위 메뉴 또는 단일 값이 디스플레이 상에 표시될 수 있다. 광전자 디스플레이는 예를 들어 발광 다이오드 매트릭스, 유기 발광 다이오드 디스플레이 또는 액정 디스플레이의 형태일 수 있으며, 이미 "터치 스크린"으로 알려져 있다.

평면 코일은 면 강자성 구성요소를 서로를 향해 움직이게 하기 위해 그 극성이 짧은 간격을 두고 두 코일 중 하나에서 반전될 수 있는 직류를 통전하여, 강자성 면 구성요소의 서로에 대한 거리가 변화한다. 또한, 이러한 전류는 1 킬로헤르츠와 같은 가청 범위 내의 주파수로 변조될 수 있어, 이러한 주파수를 추가로 들을 수 있다. 따라서, 마치 기계식 스위치가 열리거나 닫힌 것처럼 들리는 클릭음(click)을 들을 수 있다.

마지막으로, 평면 코일을 위한 코일 코어는 강자성 면 구성요소를 예를 들어 딥 드로잉(deep drawing) 또는 싱킹(sinking)에 의해 변형시킴으로써 생성될 수 있다. 이는 구성을 더욱 간단하게 하고, 그 비용을 감소시킨다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명이 더욱 상세히 설명된다.

본 발명에 의하면, 작은 설치 공간을 필요로 하고, 설계가 간단하며, 이러한 경우에 입력 영역이 조작자를 향해 그리고 조작자로부터 멀어지게 움직일 수 있는, 촉각 피드백을 갖는 조작자 제어 요소를 갖춘 조작자 제어 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 조작자 제어 장치의 제1 예시적 실시 형태의 기본 설계를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 변형된 예시적 실시 형태를 통한 단면도를 도시한다.
도 3은 제2 강자성 면 구성요소 및 인쇄 회로 기판의 도면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 예시적 실시 형태를 통한 단면도를 도시한다.
도 5는 하우징 내에 통합된 예시적 실시 형태의 도면을 도시한다.

도 1은 융기부(1a)를 갖춘 제1 강자성 면 구성요소(1), 융기부(2a)를 갖춘 제2 강자성 면 구성요소(2), 평면 코일(4)[이 중 개별 권선(turn)을 통한 12개의 섹션(4a)이 도시됨]을 갖춘 제1 인쇄 회로 기판(3), 제2 평면 코일(6)[이 중 마찬가지로 제2 평면 코일의 개별 전도체 트랙을 통한 12개의 섹션(6a)이 도시됨]을 갖춘 제2 인쇄 회로 기판(5)을 나타낸다. 강자성 면 구성요소(1)의 융기부(1a)는 동시에 제1 평면 코일(4)을 위한 코일 코어로서의 역할을 하고, 제2 강자성 면 구성요소(2)의 융기부(2a)는 제2 평면 코일(6)을 위한 코일 코어로서의 역할을 한다. 제1 및 제2 평면 코일이 통전될 때, 제1 강자성 면 구성요소(1) 및 제2 강자성 면 구성요소(2)에 각각의 자기장이 생성되며: 이렇게 강자성 면 구성요소(1, 2)와 평면 코일(4, 6)로부터 생성된 전자석은 생성된 자기장에 따라 서로 끌어당기거나 서로 반발하며, 그 결과 강자성 면 구성요소가 서로 끌어당길 때 강자성 면 구성요소(1)가 있을 수 있는 조작자에 대해 도시된 손가락(F)으로부터 멀어지게 움직이고, 두 강자성 면 구성요소가 서로 반발할 때 그것 자체를 도시된 손가락(F)에 가압시킨다. 도 1에서, 제1 강자성 면 구성요소(1)의 일측이 입력 영역(10)으로서 사용된다.

도 2의 예시적인 실시 형태의 경우에, 제1 강자성 면 구성요소(1)는 추가의 융기부(1b)를 구비하고, 제2 강자성 면 구성요소(2)는 추가로 융기부(2b)를 구비한다. 또한, 제1 인쇄 회로 기판(3)은 추가로 추가의 제1 평면 코일(4)의 권선(4b)을 구비하고, 제2 인쇄 회로 기판(5)은 추가의 제2 평면 코일(6)의 추가의 권선(6b)을 구비한다. 이와 관련하여, 보다 큰 치수의 입력 영역에 대해 발생하는 자력의 규칙화를 달성하는 것이 가능하다.

도 3은 제2 강자성 면 구성요소(2) 및 제2 인쇄 회로 기판(5)의 또 다른 예시적인 실시 형태를 나타낸다. 강자성 면 구성요소(2)는 총 4개의 융기부(2a, 2b)를 구비한다. 또한, 예를 들어 실리콘 실린더의 형태일 수 있는 12개의 탄성 요소(9)가 도시된다. 제2 인쇄 회로 기판(5)은 융기부(2a, 2b)를 수용하도록 설계되는, 각각 하나의 개구(7)를 갖춘 4개의 제2 평면 코일(6)을 구비한다. 또한, 탄성 요소(9)가 그것을 통해 돌출되는 12개의 개구(8)를 제2 인쇄 회로 기판(5)에서 볼 수 있다. 이 예시적인 실시 형태와 관련되는 그리고 제1 강자성 면 구성요소(1)와 관련되는 제1 인쇄 회로 기판(3)은 상응하는 설계를 갖는다.

도 4에 도시된 예시적인 실시 형태는 도 1에서 이미 기술된 구성요소뿐만 아니라, 입력 영역(10) 형태의 조작자 제어 요소를 갖춘 터치 스크린(100), 정지부(11) 및 탄성 요소(9a)를 추가로 포함한다. 입력 영역(10)을 갖춘 터치 스크린(100)은 웨브(13) 형태의 커플링 요소에 의해 제1 강자성 면 구성요소(1)에 결합된다. 접지 심볼(E)은 이러한 접지 심볼에 연결되는 구성요소, 이 경우에 제2 강자성 면 구성요소(2), 탄성 요소(9a) 및 정지부(11)가 고정된 규정된 위치를 차지함을 의미한다. 평면 코일(3, 6)의 영전류(zero-current) 상태에서, 탄성 요소(9a)는 예를 들어 있을 수 있는 조작자의 손가락(F)에 의한 외력이 인가되지 않을 때 제1 강자성 면 구성요소(1)와 따라서 터치 스크린(100)의 위치를 규정한다. 평면 코일(4, 6)이 통전될 때, 제1 강자성 면 구성요소(1)와 따라서 터치 스크린(100)을 갖춘 입력 영역(10)이 전류의 방향에 따라 조작자의 손가락(F)을 향하는 또는 조작자의 손가락(F)으로부터 멀어지는 방향으로 움직인다. 이러한 움직임은 조작자가 인지할 수 있다. 제1 및 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)가 반복적으로 서로를 향해 움직이고 서로로부터 떨어지도록 코일이 통전되기 때문에, 상이한 실시 형태의 경우에 상이한 정보가 조작자에게 보고될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 조작자 제어 장치의 예시적인 실시 형태를 평면도로 나타낸다. 예를 들어, 터치 스크린(100)은 액정 디스플레이 또는 발광 다이오드 디스플레이와 같은 광전자 디스플레이를 구비한다. 도 5에서, 광전자 디스플레이는 전화 키패드를 나타낸다. 대안적으로, 광전자 디스플레이는 또한 조작자 제어 메뉴 또는 개별적으로 조절가능한 조작자 제어 값과 같은 다른 정보를 나타낼 수 있다. 이전 도면에 도시된 구성요소가 또한 하우징(12) 내부에 그리고 조작자 인터페이스(10) 아래에 통합된다.

1: 제1 강자성 면 구성요소 1a: 융기부
2: 제2 강자성 면 구성요소 2a: 융기부
3: 제1 인쇄 회로 기판 4: 제1 평면 코일
5: 제2 인쇄 회로 기판 6: 제2 평면 코일
7: 개구 8: 개구
9: 탄성 요소 9a: 탄성 요소
10: 입력 영역 11: 정지부
13: 웨브 100: 터치 스크린
E: 접지 심볼 F: 손가락

Claims

촉각 피드백을 갖는 조작자 제어 요소를 갖춘 조작자 제어 장치로서, 조작자 제어 요소는 입력 영역(10)을 구비하고 입력 부재(F)에 의해 조작자에 의해 조작될 수 있으며, 조작자 제어 장치는 제1 및 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)와 제1 평면 코일(4)을 구비하고, 제1 및 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)는 서로를 향해 배향되는 그 최대 영역을 구비하고 서로에 대해 움직일 수 있으며, 제1 평면 코일(4)은 제1 및 제2 강자성 면 구성요소(1, 2) 사이에 배치되고, 입력 영역(10)은 제1 또는 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)의 일부의 형태이거나 커플링 장치(13)에 의해 제1 또는 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)에 결합되는 조작자 제어 장치에 있어서,
제1 및 제2 강자성 면 구성요소(1, 2) 사이에 제2 평면 코일(6)이 배치되며, 제1 평면 코일(4)은 제1 강자성 면 구성요소(1)와 관련되고, 제2 평면 코일(6)은 제2 강자성 면 구성요소(2)와 관련되며, 제1 및 제2 평면 코일(4, 6)을 통한 전류의 흐름이 제1 및 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)를 서로를 향해 움직이게 하기 위한 그리고 서로로부터 멀어지게 움직이게 하기 위한 기초로 간주될 수 있고, 제1 또는 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)의 움직임은 조작자 제어 요소(10, 100) 상에서 조작자의 촉각이 직접적으로 또는 커플링 장치(13)에 의해 인지할 수 있는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
제1항에 있어서,
제1 평면 코일(4)은 제1 강자성 면 구성요소(1)에 확고하게 연결되고, 제2 평면 코일(6)은 제2 강자성 면 구성요소(2)에 확고하게 연결되는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
제1 및 제2 평면 코일(4, 6)은 각각의 인쇄 회로 기판(3, 5) 상의 전도체 트랙으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
제3항에 있어서,
제1 및 제2 평면 코일(4, 6)은 각각의 인쇄 회로 기판(3, 5)의 두 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
제1 및 제2 평면 코일(4, 6) 각각은 강자성 코일 코어(1a, 2a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
제5항에 있어서,
코일 코어(1a, 2a)는 각각 제1 및 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)의 일부의 형태인 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
제1 강자성 면 구성요소(1) 및 제2 강자성 면 구성요소(2) 각각은 복수의 관련 평면 코일(4, 6)을 구비하는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
조작자 제어 장치는 제1 및 제2 평면 코일(4, 6)이 통전되지 않을 때 제1 강자성 면 구성요소(1)와 제2 강자성 면 구성요소(2) 사이의 서로에 대한 거리를 규정하는 탄성 요소(9, 9a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
조작자 제어 장치는 제1 강자성 면 구성요소(1)와 제2 강자성 면 구성요소(2) 사이의 거리를 측정하기 위한 거리 측정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
제9항에 있어서,
측정 장치는 평면 코일(4, 6)의 인덕턴스의 변화를 측정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
조작자 제어 요소(10)는 디스플레이(100)의 형태인 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
제11항에 있어서,
디스플레이(100)는 디스플레이(100) 상에서의 입력 부재(F)의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있는 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,
디스플레이(100)는 광전자 디스플레이의 형태인 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
제1 평면 코일(4)과 제2 평면 코일(6)은 그것들에 인가되는 가청 주파수 범위 내에서 변조되는 전류를 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.
제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
강자성 코일 코어(1a, 1b, 2a, 2b)는 제1 및 제2 강자성 면 구성요소(1, 2)를 변형시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 조작자 제어 장치.