KR20190119090A - 자동차용 작동유닛, 특히 자동차용 휴먼-머신-인터페이스 - Google Patents

자동차용 작동유닛, 특히 자동차용 휴먼-머신-인터페이스 Download PDF

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KR20190119090A
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Abstract

자동차 요소용 작동유닛(10)은, 프레임(16)을 갖는 하우징(14)과, 에지(22)를 구비한 투명 커버유리(18)를 갖는 디스플레이(62)를 갖는다. 플렉셔 웨이브를 커버유리(18)에 주입하는 복수의 엑추에이터(24)가 커버유리(18)의 에지(22)를 따라 배치되어 있다. 접촉표면(34)이 커버유리(18) 상에 각각의 엑추에이터(24)에 할당되어 있고, 이 접촉표면에 의해 엑추에이터(24)가 커버유리(18)에 작용하여 플렉셔 웨이브를 커버유리(18) 안으로 주입시킨다. 엑추에이터(24)에 의해 커버유리(18) 안으로 주입된 플렉셔 웨이브는 커버유리(18)에서 중첩되고, 커버유리(18)에 촉각으로 감지할 수 있는 공간분해 표면구조를 제공한다. 접촉표면(34)은 각각 하우징(14)의 프레임(16)에서 이격되어 배치되어 있고, 따라서 플렉셔 웨이브를 커버유리(18) 안으로 주입하는 것 및/또는 플렉셔 웨이브의 커버유리(18) 내에서의 전파는 거리의 크기에 따른 주파수 파장에 대해 감쇠된다. 거리는, 가청주파수 범위의 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브가 감쇠되도록 선택된다.

Description

자동차용 작동유닛, 특히 자동차용 휴먼-머신-인터페이스
본 발명은 2017년2월16일자 독일특허출원 10 2017 103 162.6, 2017년2월16일자 독일특허출원 10 2017 103 166.9 및 2017년5월16일자 독일특허출원 10 2017 208 243.7에 대해 우선권을 주장하며, 이들 특허의 내용은 본 특허출원에 참고로 포함시킨다.
본 발명은 예를 들어 손으로 하는 작업을 확인하기 위해 공간분해 햅틱을 갖는 휴먼-머신-인터페이스(HMI)로서 자동차요소용 작동유닛에 관한 것이다. 본 발명은 특히 플렉셔 웨이브에 의한 햅틱 피드백에 대해 노이즈를 억제하는 것에 관한 것이다. 작동유닛은 자동차 요소에 대해서 또는 자동차에서 사용될 뿐 만 아니라, 다른 터치스크린 입력장치에 대해서도 사용될 수 있다.
자동차요소를 작동시키기 위해 터치스크린이나 터치패드를 이용하여 명령을 입력하는 것이 점점 인기가 있다. 편의상, 명령을 입력한 것이 유효한지에 대한 피드백을, 즉 손으로 작동하는 것이 유효한지에 대한 피드백을 사람이 받는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 촉각에 의한 피드백을 갖는 소위 햅틱 피드백이라는 개념이 효과적이라는 것이 증명되었다. 이 경우, 터치패널 또는 터치스크린 전체가 기계적으로 여기되며, 편안함을 위해서 또한 진동은 최소가 되도록 감소되어야만 한다. 이상적으로, 터치패널 또는 터치스크린은 안착된 위치를 유지하기 위해 한번만 짧게 편향된다. 특히, 자동차에 점점 더 많이 설치되고 있는 대형 스크린의 경우, 움직이게 되는 요소의 무게가 증가하기 때문에 종래의 햅틱 피드백 개념은 단점이 있다.
터치-감응 표면에서 햅틱 피드백을 위해서는, 플렉셔 웨이브를 내부로 주입해야만 한다는 것이 알려져 있다. 이는 예를 들어 EP 2 684 111 A1, US 9 436 284 B2 및 US 9 449 476 B2에 알려져 있다. 공지의 방법에서는, 플렉셔 웨이브를 예를 들어 유리, 터치스크린의 커버유리와 같은 안쪽에 주입하기 위해 엑추에이터를 사용한다. 엑추에이터로서 압전 엑추에이터가 사용되며, 그 중에서도 단일층 또는 다중층(소위 다중층 압전소자)을 갖는 것이 사용된다. 이러한 압전세라믹 소자(이하 압전소자로 부름)는 널리 알려져 있고, 플렉셔 웨이브를 예를 들어 커버유리에 주입하기 위해 전단변형에 강한 방식으로, 예를 들어 접착결합(adhesive bonding)에 의해 커버유리에 연결되어 있다. 전기 활성화가 일어날 때 압전소자의 연장 때문에, 압전소자는 커버유리를 국부적으로 변형시키고, 이로써 플렉셔 웨이브가 커버유리에서 전파될 수 있다. 다른 방식으로 그리고 다른 시간에 제어되는 엑추에이터(제어 패턴)를 중첩시킴으로써, 촉각으로 감지할 수 있는 공간분해(locally resolved) 표면구조가 커버유리 안에 주입될 수 있고, 이 표면구조는 상이한 위치에서 다양하게 또는 동일하게 구성될 수 있다.
엑추에이터를 제어하는 이론적인 기초는, 후딘을 포함한(Hudin et al) 공동 논문 "Localized Tactile Feedback on a Transparent Surface through Time-Reversal Wave Focusing" (DOI: 10.1109/TOH.2015.2411267)에서 찾을 수 있다.
플렉셔 웨이브를 이용한 햅틱 피드백의 단점은 불쾌한 노이즈가 발생한다는 것이다. 그 이유는 수 Hz에서 약 16,000 Hz 내지 20,000 Hz의 주파수 영역 내에서 플렉셔 웨이브가 생성하는 진동을 들을 수 있기 때문이다.
본 발명의 목적은 플렉셔 웨이브에 의한 햅틱 피드백에 대해 노이즈를 억제시킨, 터치-감응 작동표면을 갖는 작동유닛을 만드는 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 목적은
차량요소용 작동유닛, 특히 차량용 인간-기계 인터페이스(HMI)로서,
- 프레임을 갖는 하우징,
- 상기 프레임으로 단단히 둘러싸인 에지를 갖는 투명 커버유리를 구비하고 상기 하우징 내 및/또는 상기 하우징 상에 배열된 디스플레이,
- 상기 하우징 내 및/또는 상기 하우징 상에 배열된 터치센서 시스템, 및
- 플렉셔 웨이브를 상기 커버유리에 주입하도록 상기 커버유리의 에지를 따라 이웃하여 배열된 복수의 엑추에이터를 포함하고,
- 상기 커버유리 상의 상기 엑추에이터는 각각 접촉표면에 할당되고, 플렉셔 웨이브를 상기 커버유리에 주입하도록 상기 엑추에이터는 상기 접촉표면에 의해 상기 커버유리에 작용하고,
- 상기 엑추에이터에 의해 상기 커버유리에 주입되는 상기 플렉셔 웨이브는 상기 커버유리에서 중첩되어 상기 커버유리에 촉각으로 감지할 수 있는 공간분해 표면구조를 제공하고,
- 접촉표면이 각각 상기 하우징의 프레임으로부터 이격되어 배열되어, 상기 플렉셔 웨이브의 상기 커버유리로의 주입 및/또는 상기 플렉셔 웨이브의 상기 커버유리에서의 전파가 거리의 크기에 기초하는 주파수 또는 파장에 대해 감쇠되고,
- 상기 거리는 가청주파수범위의 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브가 감쇠되도록 선택되고,
- 평가 및 제어 유닛이, 상기 터치센서 시스템이 제공하는 신호를 평가하기 위해 상기 터치센서 시스템을 제어하도록 그리고 상기 터치센서 시스템에 제공하는 신호에 의해 상기 엑추에이터를 제어하도록, 상기 터치센서 시스템과 상기 엑추에이터에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛에 의해 달성된다.
본 발명의 각 실시예는 종속항의 내용이다.
따라서, 본 발명의 목적은 작동유닛의 작동표면 캐리어(이하 "커버유리" 또는 "커버글라스"라고 부른다)의 에지를 따라 엑추에이터를 배열하는 것이다. "커버유리" 및 "커버글라스"라는 용어는 본 발명의 관점에서 "작동표면"에 대해 동의어로 사용된다는 점에 주목해야한다. 본 발명에 따르면, 가청주파수범위(예를 들어 20,000 Hz까지)의 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브를 생성하는 것을 가능한 한 최대로 억제하도록, 즉 플렉셔 웨이브가 전파되는 것을 크게 감쇠시키도록, 엑추어이터의 커버유리의 에지까지의 거리 및 커버유리를 단단히 둘러싸는 프레임까지의 거리를 선택한다. 이와 관련하여서는 아래에서 설명하도록 한다.
본 발명은 플렉셔 웨이브를 작동표면 캐리어 안에 주입하는 개념을 사용하며, 이 때문에 모든 엑추에이터들은, 맞춰지고 미리 계산되어 저장된 신호들을 국부적으로 제한된 기계적인 여기 에너지들(excitations)로 전환시키는데, 여기 에너지들은 정해진 시간과 위치에서 플렉셔 웨이브의 형태로 구성적으로 서로 중첩되지만 다른 시간과 위치에서는 촉각으로 알 수 있는 임계값 아래에 놓여 있다. 커버유리를 프레임 내에 단단히 구속시킴으로써 에지에서의 반사를 활발하게 이용한다. 복수의 위치에서 동시에 구조적으로 간섭이 이루어지도록 상이한 신호들을 중첩시킬 수 있다. 손가락의 영향에 의해 플렉셔 웨이브를 감쇠시키는 것을 고려하는 방법이 있다.
햅틱 피드백을 위해 터치스크린 또는 터치패널의 커버유리에서 플렉셔 웨이브를 여기시킬 때, 사람의 귀로 쉽게 들을 수 있는 주파수 성분이 보통 발생한다.
커버유리로 엑추에이터가 전환될 때 비선형 효과로 인해, 엑추에이터 여기 신호들을 대상으로 하여 필터링해도 이와 같은 주파수는 발생한다. 플렉셔 웨이브는 보통 커버유리의 에지 부근에서 주입된다. 에지가 고정되어 구성되어 있다면, 즉 공간적으로 어떤 방향으로든 움직일 수 없다면, 엑추에이터에 대한 커버유리의 프레임 또는 에지의 거리를 조절함으로써, "단단한 에지 조건"에 의해 특정 파장(및 특정 주파수)을 강력하게 감쇠시킬 수 있다. 매우 작은 거리에서(커버유리에 대한 공통 물질 매개변수에 대하여 밀리미터 정도의 크기), 더 긴 파장을 크게 감쇠시키는 임계값이 가청범위 내에 있다. 더 짧은 파장만 그리고 이에 따른 더 높은(초음파) 주파수가 큰 에너지를 가지고 커버유리 안으로 주입될 수 있다. 커버유리는 보통 강화유리로 제조되며, 강화유리는 특히 본 발명에 적합하다.
커버유리에 플렉셔 웨이브로서 주입될 수 없거나 감쇠된 플렉셔 웨이브로서만 주입될 수 있는 주파수를 갖는 물질과 기하학적 매개변수가 주어지는 경우, 엑추에이터와 에지 사이의 거리를 사용하여 제어할 수 있다. 특히, 파손방지를 위한자동차 산업의 요구사항과 이에 따라 상대적으로 두꺼운 커버유리에 대한 요구사항은, 특별한 고성능의 디자인을 갖는 엑추에이터와 전자장비에 의해 충족될 수 있다.
아래에서, 물질 및 기하학적 매개변수와 감쇠되지 않고 주입가능한 최소 주파수 사이의 관계를 개략적으로 식으로 나타낸다. 커버유리는 두께 d, 탄성계수 Y, 밀도 ρ 및 포아송비 v를 갖는 것으로 가정한다. 파장 λ과 주파수 f사이의 관계는 다음과 같다(참고 K.F. Graff, "Wave Motion in Elastic Solids", Courier Dover Publications, 1975):
Figure pct00001
만약 견고한 프레임 때문에
Figure pct00002
를 갖는 웨이브만 거의 제한없이 진행할 수 있다고 가정하면, 제한 없이 플렉셔 웨이브의 형태로 커버유리에 포함될 수 있는, 최소 주파수에 대한 추정을 개략적으로 아래와 같이 할 수 있다:
Figure pct00003
훨씬 더 작은 주파수가 거리 a의 4배보다 더 큰 파장에 대응하고, 따라서 에지 가까이에서 기계적으로 감쇠된다. 극단적인 경우 프레임만 한 포인트에서 엑추에이터에 대한 거리 a를 포함하기 때문에, 한계범위에서 이러한 감쇠는 상당히 약할 수 있다는 것을 고려해야 한다. 작은 주파수에 대해, 즉 큰 파장에 대해, 프레임의 넓은 섹션이 감쇠에 참여하여, 감쇠가 점차적으로 강해지게 된다. 따라서, 가청 스펙트럼의 일부가 감쇠되도록 거리 a를 조절할 수 있다.
배열구조는, (견고한) 에지에 대한 엑추에이터의 거리에 의해 주파수 응답을 조절할 수 있는 기계적인 필터로서 이해할 수 있다. 실용적인 관점에서, 전기 고역필터에 의해 엑추에이터의 제어신호를 고역필터링 하는 보다 간단한 방법은 실시할 수가 없는데, 엑추에이터(전기)로부터 커버유리(기계)로 전환하는 것은 비선형적인 특징을 갖고 따라서 가청 스펙트럼 내의 기계적인 웨이브가 그럼에도 불구하고 생성되기 때문이다.
가청범위의 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브의 생성 또는 전파를 억제하기 위해 본 발명에서 선택하는 거리는 프레임과 접촉표면 사이의 간격이고, 접촉표면 상에서 가능하면 전단변형에 강하게 엑추에이터가 커버유리에 연결되어 있고, 이 거리는 프레임에 직교하는 방향으로 고려되어야만 한다. 특히, 거리는 프레임과 적절하게 원형표면인 접촉표면의 기하학적 중심 사이의 간격이다; 이에 대응하여 압전소자도 단일층 또는 다중층을 갖는 원형의 평면요소로 구성된다.
본 발명의 적합한 추가 실시예에서, 커버유리는 프레임에 붙여지고, 커버유리의 에지 영역은 프레임의 지지면에 안착되고 완전히 표면이 접촉된 상태로 커버유리에 붙여질 수 있다. 따라서, 프레임은 커버유리를 견고하게 둘러싼다. 대안으로서 또는 부가적으로, 프레임은 또한 클램핑 방식으로 커버유리의 에지를 둘러싼다.
추가로 시험해본 결과는, 엑추에이터 또는 접촉표면이 놓여 있는 커버유리의 에지를 따라 챔버를 각각의 엑추에이터에 할당함으로써 그리고 그에 따라 각각의 접촉표면에 할당함으로써 보다 정밀하게 감쇠될 플렉셔 웨이브의 주파수 범위를 조절하고 관리할 수 있다는 것을 보여주었다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 아암은 하우징의 프레임으로부터 커버유리의 중심영역으로 연장하며, 전단변형에 강하게 커버유리에 붙여져 있거나 다른방식으로 결합되어 있다. 프레임으로부터 거의 직각으로 돌출되어 있는 아암 때문에, 각각의 챔버는 내측면을 가지고 프레임을 따라 형성되어 있고, 내측면에서 각각의 챔버는 커버유리의 중앙영역을 향하여 개구를 갖고 있다. 아암은, 즉 측면 챔버 벽은, 바람직하지 않은 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브가 생성되어 전파되는 것을 감쇠시키거나 방지한다. 이 경우에, 또한, 접촉표면과 챔버 벽 사이의 거리를 대응하여 선택하는 것을 적용한다. 원형의 접촉표면에 대해, 챔버도 평면도로 보았을 때 원형이고, 챔버 벽은 접촉표면에 동심으로 형성되는 것이 바람직하다.
적절하게, 아암에는 베이스 섹션이 제공되며, 베이스 섹션에 의해 아암이 프레임 쪽을 향하는 단부에서 서로 연결된다. 따라서, 아암과 챔버는, 프레임에 삽입될 수 있고 가능한 한 전단변형에 강하게 커버유리에 결합될 수 있는 코움구조 요소로서 구성될 수 있다. 적절하게, 챔버 개구는 60° 내지 120°로 형성되며 바람직하게는 각 챔버의 외주부의 90°로 형성되고, 프레임에 직교하는 챔버의 대칭축 또는 중심에 대칭으로 배열되어 있다. 적절하게, 챔버 자체도 이 축에 대하여 대칭이다.
본 발명의 실시예에 따라 제안된 각각의 엑추에이터의 "둘러싸임(enclosure)" 때문에, 가청주파수 범위의 플렉셔 웨이브는 챔버의 경계를 넘어 이동하지 않거나, 감쇠된 형태로 이동한다. 엑추에이터와 챔버 경계 사이에서 선택된 거리는 감쇠된 주파수 범위를 한정하며, 따라서 이 거리는 (라운드형태의 챔버에 대해) 챔버의 직경을 선택함으로써 조절될 수 있고, 이 주파수로부터 주파수 플렉셔 웨이브가 커버유리 내에서(제한없이) 전파할 수 있다. 일반적으로, 직경이 커지면 최소 주입가능 주파수가 감소한다고 말할 수 있는데, 즉 최대 주입가능 주파수가 증가한다고 말할 수 있다. 공식에 의해 정확한 관계를 나타내는 것은 불가능하지만, 유한요소 시뮬레이션을 통해 추정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 커버유리를 터치패드 또는 터치스크린의 디스플레이에 "가요성" 결합하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 적절한 실시예에 따르면, 탄성의 가요성 접착결합에 의해 완전한 표면접촉으로 커버유리를 디스플레이의 전방표면에 결합시키는 것을 제안하고 있다. 접착결합에 필요한 사항은, 가능한 한, 컬러 재현에 거의 영향이 없거나 현저한 영향이 없는 100%의 투명도, 및 낮은 탄성계수이다. 접착결합에 적절한 물질은 예를 들어 광학결합에 사용되는 물질이며, 이러한 물질은 가요성, 탄성, 부드럽게 뻗어져야만 하고, 및/또는 기계적인 댐핑효과가 없거나 약한 정도로만 기계적인 댐핑효과를 가져야만 하고, 및/또는 예를 들어 젤(gel)과 같을 수 있다.
앞서 언급한 내용으로부터, 본 발명은 바람직하게 터치스크린에서 사용될 수 있다는 것으로 결론지을 수 있다. 터치스크린은 보통 커버유리 아래에 직접 놓여 있는 터치패널을 포함한다. 터치패널은 보통 전기용량성으로 작동한다; 그러나, 광학식으로 또는 저항식으로 작동하는 터치패널도 사용할 수 있다.
터치패널은 일반적인 방법으로 커버유리에 결합될 수 있다. 커버유리 내에서 플렉셔 웨이브가 가능한 한 감쇠되지 않도록 형성하는데, 탄성의 가요성 접착결합은 반드시 필요한 것은 아니다. 보통, 커버유리는 디스플레이의 전방면에 대하여 완전히 표면이 접촉된 상태로 터치패널에 의해 결합된다. 플렉셔 웨이브가 터치패널에 의해 너무 많이 댐핑되지 않고 커버유리 내에서 전파하도록, 터치패널 자체는 가요성 있고 얇게 형성될 수 있다. 디스플레이의 전방면에 대한 커버유리의 견고한 결합은 피해야 하는데(선택적으로 터치패널이 둘 사이에 놓여 있는 경우에도), 그 이유는 강성의 디스플레이에 의해 플렉셔 웨이브가 너무 강하게 감쇠되기 때문이며, 이는 예를 들어 앞서 설명한 것처럼 에어갭에 의해 또는 가요성 결합에 의해 피할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이의 작동요소에서 햅틱 피드백에 대한 접근법은, 앞서 설명한 것처럼 햅틱 피드백을 제공하지만 표면을 병진운동식으로 이동시키지 않는 커버유리 내의 플렉셔 웨이브에 기초한다. 그러나, 결합 매스(mass)의 강성이 강할 수록, 즉 탄성계수가 높을 수록, 플렉셔 웨이브가 더 강하게 감쇠되고, 따라서 이러한 접근법의 구현을 막을 수 있다. 나아가, 효율적으로 이동되는 매스가 크게 증가한다.
본 발명의 상술한 추가 실시예는, 커버유리 내의 플렉셔 웨이브의 댐핑을 가능한 한 약하게 하기 위해 탄성 결합 매스를 사용하여, 디스플레이 시스템의 광학적 품질을 계속 보증하고 실제로 관련된 목적을 위해 플렉셔 웨이브의 전파가 가능하게 되는 것에 관한 것이다.
플렉셔 웨이브에 대한 최신기술에 따라, 커버유리가 자유롭게 진동할 수 있도록 커버유리는 에어갭에 의해 단독으로 디스플레이 앞에 위치된다. 따라서, 예를 들어, 먼지와 습기가 에어갭 안으로 들어갈 수 있다. 또한, 에어갭은 경계면에서 빛의 반사 및 관련된 "이중" 이미지의 형성에 의해 광학적 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있지만, 이러한 문제는 디스플레이 구조에 통합된 적절한 포일(foil)에 의해 피하거나 줄일 수 있다.
한편, 에어갭의 광학적 단점은 탄성 결합 매스에 의해 피할 수 있다. 다른 한편, 플렉셔 웨이브의 크게 비감쇠된 전파를 달성할 수 있다.
햅틱 피드백을 생성하기 위해 플렉셔 웨이브를 이용하는 것에 더하여, 터치인식과 힘의 측정(힘 감지)을 위해 플렉셔 웨이브와 가요성 결합 매스의 조합을 사용할 수 있고, 커버유리와 터치패널 또는 디스플레이, 즉 커버유리 밑에 배열된 요소와의 사이를 기계적으로 분리함으로써, 플렉셔 웨이브의 전달 성능을 향상시키는 것을 명확하게 보장한다는 점을 강조할 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 또한 터치-감응 작동표면에서 터치 포인트를 감지하는 것과 결부하여 초음파에 의해 결합될 수도 있다. 이러한 터치의 감지 개념은 일반적으로 예를 들어 미국특허 9 449 476 B2 및 US 9 477 350 B2에 공지되어 있고 설명되어 있다. 초음파에 의해 공간분해(locally resolved) 터치 감지를 위해, 초음파 플렉셔 웨이브가 커버유리에 주입되며, 즉, 예를 들어 압전 초음파 송신기에 의해 터치-감응 작동표면에 주입되고, 플렉셔 웨이브의 전달은 압전 초음파 수신기에 의해 특히 인식된다. 물체가, 예를 들어 손가락이 터치-감응 작동표면에 접촉하는 순간에, 초음파 감지 플렉셔 웨이브의 전달이 감쇠된다. 복수의 초음파 송신기와 복수의 초음파 수신기를 사용함으로써, 수신한 신호와 송수신기의 위치로부터 터치 포인트를 유추할 수 있다.
이러한 개념에서, 또한 상술한 감지 플렉셔 웨이브의 특정 주파수를 억제하는 것이 바람직하다. 특히, 햅틱 플렉셔 웨이브 주입을 위한 엑추에이터들 중 일부가, 감지 플렉셔 웨이브를 주입하고 수신하기 위해 미리 사용되는 것이, 장점으로 제공될 수 있다. 본 발명에 따르면, 엑추에이터들은 바람직하게 커버유리의 전체 경계를 따라 인접하여 배열되기 때문에. 엑추에이터들은 또한 작동표면 상의 터치 포인트를 결정하기 위해 감지 플렉셔 웨이브를 송신하고 수신하기에 적합한 위치에 있다. 따라서, 본 발명에 따른 커버 유리의 에지를 따라 배열된 엑추에이터들 중 일부는 여러번 다중으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 엑추에이터들, 각각 터치센서 시스템은 본 발명의 작동 유닛과 연계하여 앞에서 이미 설명한 평가 및 제어 유닛에 의해 제어되고 평가된다.
또한, 예를 들어 플렉셔 웨이브에 의해 햅틱 피드백를 목적으로 엑추에이터를 제어하는 신호를 결정하기 위해, 평가 및 제어 유닛을 사용할 수 있다. 아래에서는, 이러한 신호들을 미리 결정할 수 있는 예시적인 절차를 설명하도록 한다:
- 레이저 진동계를 피드백이 생성될 포인트에 정렬함;
- 하나 또는 복수의 노이즈 신호로 단일 압전소자를 여기시킴;
- 레이저 진동계로 측정한 편향으로부터 선택 포인트에서의 편향과 각각의 압전 소자의 여기 신호 사이의 전달함수를 결정;
- 이를 위해, 여기 및 측정 신호의 주파수 도메인으로의 푸리에 변환 및 양 스펙트럼의 분할;
- 그리고, 시간 도메인으로의 전달함수의 재변환(펄스 응답 제공);
- 제1의, 특히 펄스 응답의 2ms를 컷아웃(cutting out) 및 시간축의 역전(reverse);
- 부호함수를 적용하여 결정된 신호를 두 개의 이산 전압 레벨로 제한;
- 처음에는, 모든 다른 압전소자에 대하여 위의 단계들을 반복;
- 커버유리 상에서 요구되는 수의 포인트에 대해 앞서 언급한 전체 프로세스를 반복.
신호(캘리브레이션용 화이트 노이즈와 결정된 여기신호 모두)를 저장한 후, 필요시 추가로 사용하도록 검색할 수 있다(예를 들어, 주기적으로 반복으로 또는 터치호일(touch foil)에 의해 인식된 손가락).
마이크로컨트롤러의 출력부의 전압레벨을 전압레벨 ± VPiezo로 변환하기 위해, 일반적인 전자증폭기회로 자체를 사용할 수 있다.
아래에서는, 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 각각의 도면은 아래와 같다:
도 1은 터치-감응 작동표면을 갖는 작동유닛에 대한 사시도이다.
도 2는 작동유닛의 저면도, 즉 아래에서 본 터치-감응 작동표면에 대한 도면이다.
도 3은 플렉셔(flexure) 웨이브 및 그 중첩의 결과로, 촉각으로 감지할 수 있고 공간분해 작동표면의 표면구조를 나타내는 (개략) 사시도이다.
도 4는 도 2의 저면도와 비슷하게 아래에서 본 사시도이다.
도 5는 도 4의 라인 V-V에 따른 단면도이다.
도 6 내지 도 11은 플렉셔 웨이브에 의해 터치-감응 작동표면의 햅틱 피드백에 대해 노이즈 억제를 위해 제공된 상이한 작용에 대한 본 발명의 효과를 나타내는 시뮬레이션 곡선이다.
도 12는 터치패널과 이격되어 배열된 커버유리를 갖는 터치스크린의 개략도이다.
도 13은 도 12와 유사하지만, 플렉셔 웨이브에 의해 여기된 커버 유리와 터치스크린의 터치패널 사이의 광학 결합 매스로 채워진 에어갭을 갖는 구성을 나타내는 개략도이다.
도 1 내지 도 5는 터치-감응 작동표면(12)을 갖는 작동유닛(10)을 다양한 시점들로 나타낸다. 작동유닛(10)은 예를 들어 금속으로 제조된 프레임(16)을 갖는 하우징(14)을 포함한다. 프레임(16)은 예를 들어 강화유리로 만들어진 커버유리(18)를 둘러싸고, 커버유리는 예를 들어 접착층(20)에 의해 프레임(16)에 붙여져서 견고하게 접착된다. (또한 도 4 및 도 5 참고)
도 1 및 도 2에서 볼 수 있듯이, 플렉셔 웨이브(flexure wave)를 커버유리(18) 안에 주입(impress)하도록, 다수의 엑추에이터(24)가 커버유리(18)의 에지(22)를 따라 놓여 있고, 따라서 프레임(16)을 따라 놓여 있다. 도 4 및 도 5에서 볼 수 있듯이 엑추에이터(24)는 각각, 원형 디스크의 형태로 구성되어 있다. 각각의 엑추에이터(24)는 단일층 또는 다층의 원형 압전소자(26)를 포함하며, 압전소자는 양측에 전극(28, 30)을 갖고, 다층 압전소자의 경우 전극들이 각각의 압전세라믹 물질층들 사이에도 제공된다. 이러한 샌드위치 구조는 커버유리(18)의 바닥면(36)에서, 접촉표면(34) 내의 접착결합부(32)에 의해 전단변형에 강하게(shear-resistant) 상대적으로 고정된다. 엑추에이터(24)의 접촉은 도면에 도시되어 있지 않다. 도 1은 단지 작동유닛(10)이 터치센서시스템(40으로 표시됨)으로부터 신호를 수신하여 엑추에이터(24)로 제어신호를 출력하는 평가제어유닛(38)을 더 포함하는 것을 개략적으로 나타내고 있고, 도 1에서 단지 하나의 엑추에이터(24)에 대해서만 그림으로 보여주고 있다.
또한, 작동유닛(10)은, 바람직하게 금속으로 만들어진, 프레임 형태의 코움(comb) 구조요소(42)를 포함한다. 이러한 코움 구조요소(42)는 주위(circumferential) 프레임으로 형성되며, 프레임(16) 또는 에지(22)에 직교하는 다수의 아암(44)으로 형성된 코움 구조를 포함하고, 베이스섹션(46)이 아암(44)들을 연결한다. 이러한 코움 구조에 의해, 각각의 챔버(48)가 형성되고, 챔버에는 각각 하나의 엑추에이터(24)가 배치되어 있다. 챔버(48)는 중심영역(50)에 대해 개방되어 있는데, 개구가 약 60° 내지 120°로 형성되며, 특히 90°로 형성된다. 이 실시예에서, 챔버(48)는 원형으로 형성되어 있고, 챔버의 벽은 내부면이 엑추에이터(24)에 대해 동심을 이루도록 형성되어 있다. 코움 구조요소(42)는 프레임(16)과 별개로 이루어진 요소로 구성될 수 있고, 아니면 프레임(16)을 갖는 코움 구조요소(42)가 하나의 부품으로서 일체로 형성될 수도 있다(두 개의 변형예에서, 예를 들어 기계가공 또는 캐스팅에 의해).
엑추에이터(24)와 각각의 챔버벽 사이의 거리(a)를 선택함으로써(도 4 및 도 5) 주파수 범위에 영향을 끼칠 수 있는데, 이 주파수 범위에서 엑추에이터(24)에 의해 커버유리(18)에 주입되는 플렉셔 웨이브가 감쇠된다. 이 주파수 범위는 적절히 가청범위를 포함하고, 이러한 작용에 의해, 즉 챔버가 엑추에이터(24)를 포함함으로써, 가청주파수가 방출되지 않거나 가청주파수가 감쇠된 형태로만 방출된다.
도 1 및 도 2에서, 커버유리의 검게 처리된 에지 영역은 도면부호 54로 표시되어 있고, 코움 구조요소(42)를 따라 배열된 엑추에이터(24)의 배열구조를 커버할 수 있다.
도 3은 다수의 엑추에이터(24)의 상이한 신호를 가지고 가능한 시간차제어(time-shifted control)를 사용하여, 플렉셔 웨이브를 커버유리(18)에 주입할 수 있는 방법을 개략적으로 나타내며, 특정포인트(56)에서 플렉셔 웨이브들을 중첩시킴으로써, 간단한, 즉 펄스와 같이 존재하는 뚜렷한 "범프"가 발생되며, 이는 손으로 조작하기 때문에 커버유리(18) 상의 특정지점(56)에 놓여 있는 손가락으로 사용자가 촉각으로 감지할 수 있고, 이는 터치포인트(56)에서 커버유리(18) 내의 잠시동안의 "충격"에 기인한다.
터치포인트는 터치 작동표면(12)의 제1 페이스(phase)에서 엑추에이터(24)들 중 몇몇에 의해 생성되고 감지되는 초음파 플렉셔 웨이브에 의해 감지될 수 있고, 이는 감지된 신호에 의해 터치포인트를 추정하기 위한 것이다. 초음파 웨이브에 의해 터치포인트를 감지하는 기술은 널리 알려져 있다. 또는, 터치패널은 터치센서시스템으로서 사용될 수 있다. 보통, 바람직한 발명에서 사용하는 터치스크린은, 커버유리(18) 아래에 놓여 있는 용량성, 저항성 또는 광학 터치패널과 함께 작동한다. 이는 도 12 및 도 13에 도시되어 있다. 또한 디스플레이 자체를 이 도면에서 볼 수 있다.
엑추에이터에 의해 커버유리(18)에 주입되는 가청 스펙트럼(예를 들어, 20,000 Hz까지)의 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브가 커버유리(18)에서, 단지 감쇠된 형태로만 전파되거나 전혀 전파되지 않도록, 거리(a)를 대략적으로 결정하는 방법에 대해서 이미 앞서서 설명하였다. 도 6 내지 도 10은 상이한 거리와 그에 따른 주파수 응답에 대한 시뮬레이션 곡선을 나타낸다. 도 6의 기준곡선은 에지에 대하여 넓은 거리(20.0mm)를 갖는 엑추에이터에 기초한다. 전체 주파수 범위에 대하여, 대략 동일한 양의 에너지가 커버유리에 결합된다. 도 7 내지 도 10에 도시된 곡선은 엑추에이터가 에지에 매우 가까이 설치되어 있는 시스템에 속하며, 즉, 도 7에서는 0.5mm의 거리, 도 8에서는 1.0mm의 거리, 도 9에서는 1.5mm의 거리, 도 10에서는 2.0mm의 거리로 되어 있다. 가청범위(20,000 Hz 까지)에서 댐핑 및 스펙트럼 분포 상의 거리의 효과를 명확하게 확인할 수 있다.
상술한 시뮬레이션 곡선은 코움 구조를 갖는 코움 구조요소(42)를 부가적으로 사용하지 않고 생성되었다.
도 11은 시뮬레이션 결과, 챔버를 형성하는 코움 구조를 갖는 코움 구조요소(42)를 사용함으로써 챔버가 없는 경우보다 훨씬 더 좋은 결과를 달성했다는 사실에 도달했다는 것을 보여준다.
도 11은 여러가지 시나리오에 대한 댐핑 프로파일을 나타낸다. 단속선(dashed line)은 엑추에이터가 차선으로 선택한 에지로부터의 거리에 배치된 경우의 댐핑 프로파일을 나타낸다. 점선(dotted line)은 가청범위의 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브를 감쇠하도록 특정된 거리에 엑추에이터가 위치되어 있는 경우에 대한 댐핑 프로파일을 나타낸다. 마지막으로, 실선은 엑추에이터가 에지로부터 최적화된 거리에 배치되어 있고 또한 코움 구조와 각각의 챔버를 갖는 코움 구조요소(42)를 추가로 사용한 경우에 대한 댐핑 프로파일을 나타낸다. 모든 댐핑 프로파일 곡선은 커버유리(18)가 강화유리로 만들어졌다는 가정에 기초한 시뮬레이션이다. 실선에 따르면, 가청주파수(약 20,000Hz 까지)는 초음파 주파수보다 더 크게 약 30dB 만큼 감쇠되어 있다. 코움 구조요소(42)를 사용함으로써, 특정거리를 선택하는 개념과 비교하여 현저히 개선된 효과를 초래하며, 특정거리를 선택하는 것은 가청범위에서 주파수로 플렉셔 웨이브의 감쇠에 긍정적인 영향을 미치는 것을 이미 보여주고 있지만, 플렉셔 웨이브를 완전히 억제할 수는 없고(도 11에서 점선 참고), 그러나 완전히 억제하는 것은 코움 구조요소(42)를 사용할 때 가능하다는 것을 알 수 있다.
아래에서는, 본 발명의 한 실시예에 따른 특별한 추가적인 특징에 대해서 도 12 및 도 13을 참고하여 설명할 것이다. 도 12는 에어갭(58)이 커버유리(18) 밑에 위치하며, 이로써 플렉셔 웨이브가 엑추에이터(24)에 의해 주입되는 경우 커버유리(18)가 자유롭게 "진동"할 수 있게 되는 것을 보여준다. 터치패널(60)에 연결하는 것, 또는 터치센서시스템이 터치패널로 구성되지 않고 다른 방식으로 구성된 경우에는 디스플레이(62)에 연결하는 것(선택적으로는 백라이트유닛을 갖는 경우 - 도시안함)이, 역효과를 낳을 수 있고 플렉셔 웨이브의 전파를 너무 많이 감쇠할 수 있다. 그러나, 에어갭(58)의 단점은, 불순물과 특히 습기가 내부에 축적될 수 있다는 것이다.
따라서, 커버유리(18)가 터치패널(60)에 결합되는 것이 더 바람직하며, 만약 터치패널(60)이 제공되지 않는 경우에는 커버유리가 광학결합(optical bonding)에 의해 디스플레이(62)에 결합되는 것이 더 바람직하다. 디스플레이용 광학결합은 널리 알려져 있다. 적절히, 커버유리(18)에서 전파하는 플렉셔 웨이브를 댐핑하지 않거나 크게 댐핑하지 않는 결합매스(bonding mass)(64)로서 가요성 물질을 사용한다.
도 12 및 도 13에 도시된 실시예에서, 필요시 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예의 코움 구조요소(42)를 추가로 사용할 수 있다.
상술한 작동표면 아래에 배열된 작동유닛의 인접하는 요소들에 커버유리를 탄성결합하거나 또는 일반적으로 작동표면을 탄성결합하는 것은, 본 발명에 따라 여기에서 설명하는 것처럼 반드시 플렉셔 웨이브를 주입할 필요없이 실현될 수 있는 목적에 관한 것이다.
디스플레이의 커버유리에 플렉셔 웨이브를 노이즈 없이 주입시키는 예에 기초하여, 앞에서 본 발명을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 또한 "고정된" 작동필드를 갖는 변하지 않는 작동패널을 포함하는 작동유닛에 대해 사용될 수 있다. 장치의 다양한 작동기능을 정의하는 프린트/각인된 또는 내장된 그래픽 또는 문자와 숫자 정보가 작동패널 상에 있다. 작동패널은 예를 들어 금속 또는 경화금속과 같은불투명의 "단단한" 물질로 만들어져 있다. 바람직하게, 40 내지 50 GPa의 탄성계수를 갖는 금속 또는 물질이 사용된다. 이러한 작동유닛에서, 작동패널과 프레임 및 코움구조 요소는 일체로 형성될 수 있는데, 이는 예를 들어 금속과 같은(또는 강화유리) 기본물질을 기계가공함으로써 또는 캐스팅에 의해 달성될 수 있다. 터치표면, 플렉셔 웨이브를 반사하기 위한 프레임 및 압전 챔버(즉, 코움구조 요소)와 같이 본 발명의 모든 필수요소는, 코움 요소를 형성한다. 따라서, 코움구조 요소를 포함하는, 터치표면과 프레임 사이의 접착결합을 생성하기 어렵고 에러가 발생하기 쉬운 것을 완전히 생략할 수 있다.
이러한 다른 구조의 시스템은 아래에서 설명하는 특징들로 이루어진 그룹에서 적어도 하나를 포함한다:
1. 차량요소용 작동유닛, 특히 차량용 휴먼-머신 인터페이스(HMI)로서,
- 프레임(16)을 갖는 하우징(14),
- 작동필드를 갖는 작동표면을 구비하고 상기 하우징(14) 내 및/또는 상에 배열된 작동패널,
- 상기 하우징(14) 내 및/또는 상에 배열된 터치센서 시스템(40), 및
- 플렉셔 웨이브를 상기 작동패널에 주입하도록 상기 작동패널의 에지(22)를 따라 이웃하여 배열된 복수의 엑추에이터(24)를 포함하고,
- 상기 작동패널에서의 상기 엑추에이터(24)는 각각 접촉표면(34)에 할당되고, 플렉셔 웨이브를 상기 작동패널에 주입하도록 상기 엑추에이터(24)는 상기 접촉표면에 의해 상기 작동패널에 작용하고,
- 상기 엑추에이터(24)에 의해 상기 작동패널에 주입되는 상기 플렉셔 웨이브는 상기 작동패널에서 중첩되어 상기 작동패널에 촉각으로 감지할 수 있는 공간분해 표면구조를 제공하고,
- 접촉표면(34)이 각각 상기 하우징(14)의 프레임(16)으로부터 이격되어 배열되어, 상기 플렉셔 웨이브를 상기 작동패널에 주입하는 것 및/또는 상기 플렉셔 웨이브가 상기 작동패널에서 전파되는 것이 거리의 크기로부터 초래되는 주파수 또는 파장에 대해 감쇠되고,
- 상기 거리는 가청주파수범위의 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브가 감쇠되도록 선택되고,
- 평가 및 제어 유닛(38)이, 상기 터치센서 시스템(40)이 제공하는 신호를 평가하기 위해 상기 터치센서 시스템(40)을 제어하도록 그리고 상기 터치센서 시스템(40)에 제공하는 신호에 의해 상기 엑추에이터를 제어하도록, 상기 터치센서 시스템(40)과 상기 엑추에이터(24)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 거리는, 상기 프레임(16)과, 상기 프레임에 직교하는 방향으로 상기 접촉표면(34)과의 사이에 형성된 간격인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
3. 제2항에 있어서, 상기 거리는 상기 프레임(16)과 상기 접촉표면(34)의 기하학적 중심 사이의 간격인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉표면(34)은 원형 표면인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동패널에 붙여진 상기 아암(44)은 상기 하우징(14)의 프레임(16)으로부터 안쪽으로 연장되고 상기 프레임(16)을 따라 배열된 각각의 챔버(48)를 형성하고, 상기 챔버 각각에 접촉표면(34)이 배치되어 있고, 상기 챔버는 상기 작동패널의 중심영역(50)을 향하는 내측에서 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
6. 제5항에 있어서, 상기 아암(44)들은 상기 프레임(16)을 향하는 단부에서 상기 베이스 섹션(46)에 의해 연결되어 있고, 상기 아암(44)과 상기 베이스 섹션(46)은 상기 작동패널 상에 붙여진 코움 구조요소(42)를 형성하는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
7. 제7항에 있어서, 상기 아암(44)은 상기 프레임(16)에 일체로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(48)들은 상기 작동패널의 중심영역(50)을 향하는 내측면에, 각각 개구(52)를 하나씩 포함하고, 상기 개구는 각각의 챔버의 외주의 60° 내지 120°로, 특히 90°로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
9. 제8항에 있어서, 상기 개구(52)는 상기 프레임(16)에 직교하는 챔버의 대칭축에 대하여 대칭인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(46)들은 각각 대칭인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 접촉표면(34)은 원형의 면이고, 상기 아암(44)과 상기 프레임(16)은 접촉표면(45) 마다 챔버(48)를 형성하고, 챔버의 내주면은 상기 접촉표면(34)과 동심으로 형성되어 있고 바닥면은 상기 접촉표면(34)과 동심으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑추에이터(24)는, 각각의 접촉표면(34)에서 상기 작동패널에 붙여지는 원형의 디스크 형상의 단일층 또는 다중층 압전소자(26)를 각각 갖는 압전 엑추에이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터치센서 시스템(40)은, 물체, 특히 사람의 손가락이 터치되는 작동패널 상의 포인트(56)의 공간분해 감지를 위해 상기 작동패널 안으로 플렉셔 웨이브를 주입하도록 상기 작동패널에 단단히 결합된, 특히 상기 작동패널에 붙여진, 초음파송신기와 초음파수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
14. 제13항에 있어서, 상기 초음파송신기 및 상기 초음파수신기는 각각 단일층 또는 다중층 압전소자(26)로 형성된 것을 특징으로 하는 작동유닛.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 초음파송신기 및 상기 초음파수신기의 기능은 엑추에이터(24)들 중 일부에 의해 상기 작동패널의 터치의 제1 페이스에서 실행되고, 대응하는 제1 엑추에이터(24)는 각각의 이전에 감지된 터치포인트(56)에서 터치에 대한 촉각 피드백을 위해 상기 작동패널 안으로 플렉셔 웨이브를 주입하도록 터치의 제2 페이스에서 제공되는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
16. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터치센서 시스템(40)은, 물체에 의해, 특히 사람의 손에 의해 터치되는 작동패널 상의 포인트(56)의 공간분해 감지를 위해, 터치패널(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
17. 제16항에 있어서, 상기 터치패널은 상기 작동패널에 대하여 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 작동유닛.
18. 제17항에 있어서, 상기 거리는 공기 또는 접착물질로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동패널, 상기 프레임 및 상기 코움구조 요소는 일체형 유닛으로 구성되고(예를 들어, 캐스팅 또는 기계가공에 의해, 예를 들어 밀링에 의해), 상기 유닛은 금속, 선택적으로는 경화금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
앞선 항들과 종속하는 항들에 포함된 특징은 또한, 하나 또는 다수의 다른 항들 또는 하나 또는 다수의 다른 청구항들을 참고하지 않고 본 발명의 독립적인 변형예로서 고려할 수 있는데, 각각의 항들에 포함된 특징 및/또는 각각의 종속항들에 포함된 특징이 아래를 포함하는 자동차 요소용 작동유닛, 특히 자동차용 휴먼-머신-인터페이스(HMI)에 관한 것인 경우에 그러하다.
- 프레임을 갖는 하우징,
- 상기 프레임으로 둘러싸인 에지를 갖는 투명 커버유리를 구비하고 상기 하우징 내 및/또는 상에 배열된 디스플레이,
- 상기 하우징 내 및/또는 상에 배열된 터치센서 시스템, 및
- 플렉셔 웨이브를 상기 커버유리에 주입하도록 상기 커버유리의 에지를 따라 이웃하여 배열된 복수의 엑추에이터를 포함하고,
- 상기 커버유리 상의 상기 엑추에이터는 각각 접촉표면에 할당되고, 플렉셔 웨이브를 상기 커버유리에 주입하도록 상기 엑추에이터는 상기 접촉표면에 의해 상기 커버유리에 작용하고,
- 상기 엑추에이터에 의해 상기 커버유리에 주입되는 상기 플렉셔 웨이브는 상기 커버유리에서 중첩되어 상기 커버유리에 촉각으로 감지할 수 있고 공간분해 표면구조를 제공하고,
- 평가 및 제어 유닛이, 상기 터치센서 시스템이 제공하는 신호를 평가하기 위해 상기 터치센서 시스템을 제어하도록 그리고 상기 터치센서 시스템에 제공하는 신호에 의해 상기 엑추에이터를 제어하도록, 상기 터치센서 시스템과 상기 엑추에이터에 연결되어 있음.
10 작동유닛
12 작동표면
14 하우징
16 프레임
18 커버유리
20 접착층
22 에지
24 엑추에이터
26 압전소자
28 압전소자의 전극
30 압전소자의 전극
32 접착본드
34 접촉표면
36 바닥면
38 제어유닛
40 터치센서 시스템
42 코움구조요소
44 아암
46 베이스 섹션
48 챔버
50 커버유리의 중앙영역
52 챔버 내 개구
54 다크/블랙 에지 영역
56 터치포인트
58 커버유리와 터치패널 사이의 에어갭
60 터치패널
62 디스플레이
64 결합매스

Claims (18)

  1. 차량요소용 작동유닛, 특히 차량용 인간-기계 인터페이스(MMI 또는 HMI)로서,
    - 프레임(16)을 갖는 하우징(14),
    - 상기 프레임(16)으로 둘러싸인 에지(22)를 갖는 투명 커버유리(18)를 구비하고 상기 하우징(14) 내 및/또는 상기 하우징 상에 배열된 디스플레이(62),
    - 상기 하우징(14) 내 및/또는 상기 하우징 상에 배열된 터치센서 시스템(40), 및
    - 플렉셔 웨이브를 상기 커버유리(18)에 주입하도록 상기 커버유리(18)의 에지(22)를 따라 이웃하여 배열된 복수의 엑추에이터(24)를 포함하고,
    - 상기 커버유리(18) 상의 상기 엑추에이터(24)는 각각 접촉표면(34)에 할당되고, 플렉셔 웨이브를 상기 커버유리(18)에 주입하도록 상기 엑추에이터(24)는 상기 접촉표면에 의해 상기 커버유리에 작용하고,
    - 상기 엑추에이터(24)에 의해 상기 커버유리(18)에 주입되는 상기 플렉셔 웨이브는 상기 커버유리(18)에서 중첩되어 상기 커버유리(18)에 촉각으로 감지할 수 있는 공간분해 표면구조를 제공하고,
    - 접촉표면(34)이 각각 상기 하우징(14)의 프레임(16)으로부터 이격되어 배열되어, 상기 플렉셔 웨이브의 커버유리(18)로의 주입 및/또는 상기 플렉셔 웨이브의 커버유리(18) 내의 전파가, 거리의 크기에 기초하는 주파수 또는 파장에 대해 감쇠되고,
    - 상기 거리는 가청주파수범위의 주파수를 갖는 플렉셔 웨이브가 감쇠되도록 선택되고,
    - 평가 및 제어 유닛(38)이, 상기 터치센서 시스템(40)이 제공하는 신호를 평가하기 위해 상기 터치센서 시스템(40)을 제어하도록 그리고 상기 터치센서 시스템(40)에 제공하는 신호에 따라 상기 엑추에이터(24)를 제어하도록, 상기 터치센서 시스템(40)과 상기 엑추에이터(24)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리는, 상기 프레임(16)과, 상기 프레임에 직교하는 방향으로 상기 접촉표면(34)과의 사이에 형성된 간격인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 거리는 상기 프레임(16)과 상기 접촉표면(34)의 기하학적 중심 사이의 간격인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉표면(34)은 원형 표면인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버유리(18)는 상기 디스플레이(62)에 대하여 갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버유리(18)는 투명한 탄성의 접착물질층에 의해 상기 디스플레이(62) 또는 상기 터치센서 시스템(40)에 결합되는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버유리(18)에 붙여진 상기 아암(44)은 상기 하우징(14)의 프레임(16)으로부터 안쪽으로 연장되고 상기 프레임(16)을 따라 배열된 각각의 챔버(48)를 형성하고, 상기 챔버 각각에 접촉표면(34)이 배치되어 있고, 상기 챔버는 상기 커버유리(18)의 중심영역(50)쪽을 향하는 내측에서 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아암(44)들은 상기 프레임(16)을 향하는 단부에서 베이스 섹션(46)에 의해 연결되어 있고, 상기 아암(44)과 상기 베이스 섹션(46)은 상기 커버유리(18) 상에 붙여진 코움 구조요소(42)를 형성하는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 아암(44)은 상기 프레임(16)에 일체로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버(48)들은 상기 커버유리(18)의 중심영역(50)을 향하는 내측면에, 각각 개구(52)를 하나씩 포함하고, 상기 개구는 각각의 챔버의 외주의 60° 내지 120°로, 특히 90°로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 개구(52)는 상기 프레임(16)에 직교하는 챔버의 대칭축에 대하여 대칭인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버(46)들는 각각 대칭인 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 접촉표면(34)은 원형의 면이고, 상기 아암(44)과 상기 프레임(16)은 접촉표면(34) 마다 챔버(48)를 형성하고, 챔버의 내주면은 상기 접촉표면(34)과 동심으로 형성되어 있고 바닥면은 상기 접촉표면(34)과 동심으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엑추에이터(24)는, 각각의 접촉표면(34)에서 상기 커버유리(18)에 붙여진 원형의 디스크 형상의 단일층 또는 다중층 압전소자(26)를 각각 갖는 압전 엑추에이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치센서 시스템(40)은, 물체, 특히 사람의 손가락이 터치되는 커버유리(18) 상의 포인트(56)의 공간분해 감지를 위해 상기 커버유리 안으로 플렉셔 웨이브를 주입하도록 상기 커버유리(18)에 단단히 결합된, 특히 상기 커버유리에 붙여진 초음파송신기와 초음파수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 초음파송신기 및 상기 초음파수신기는 각각 단일층 또는 다중층 압전소자(26)로 형성된 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 초음파송신기 및 상기 초음파수신기의 기능은 엑추에이터(24)들 중 일부에 의해, 상기 커버유리(18)의 터치의 제1 페이스에서 실행되고, 대응하는 제1 엑추에이터(24)가 이전에 감지된 각각의 터치포인트(56)에서 터치에 대한 촉각 피드백을 위해, 상기 커버유리(18) 안으로 플렉셔 웨이브를 주입하도록 터치의 제2 페이스에서 제공되는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
  18. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치센서 시스템(40)은, 물체에 의해, 특히 사람의 손에 의해 터치되는 커버유리(18) 상의 포인트(56)의 공간분해 감지를 위해, 상기 커버유리(18)와 상기 디스플레이(62) 사이에 배열된 터치패널(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 작동유닛.
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