WO2016102259A1 - Eingabevorrichtung, aufweisend eine vorrichtung zur erzeugung haptischer rückmeldungen - Google Patents

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Dirk Beilker
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    • H03K17/97—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element
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    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/96062—Touch switches with tactile or haptic feedback

Definitions

  • An input device comprising a device for generating haptic feedback
  • the invention relates to an input device, comprising a device for generating haptic feedback.
  • Devices for generating haptic feedback are known from the prior art, which have a permanent magnet and a first coil, wherein the permanent magnet is connected to an input surface and wherein the permanent magnet is driven by energizing the first coil and so the input surface is movable and so a haptic feedback for an operator of the input device is generated.
  • an operator may press on the input surface.
  • the input surface generally moves in a direction perpendicular to the input surface.
  • the object of the invention is therefore to provide a cost-effective pre ⁇ direction to produce haptic feedback, which is also simple.
  • the device for generating haptic feedback having an integrator and a second coil, which is arranged in spatial proximity to the first coil, that when caused by the operator movement of the input surface by the permanent magnet in the second coil, a voltage is inducible that the induced voltage is integrable in the integrator and that from the integrated voltage of the distance traveled by the permanent magnet path can be determined.
  • the device may be configured such that an operator by pressing on the input surface actuates the input device. As a result of the movement of the input surface, the permanent magnet is moved and induces in the second coil a voltage which can be determined via the integrator and an evaluation device in the path traveled by the input surface, as follows:
  • a desired feeling at the input surface can be generated by the fact that the first coil with a voltage or a voltage profile with varying voltages can be controlled, so that when an operator creates the impression, you would, for example, the switching threshold of a button overcome.
  • the device for generating haptic feedback is particularly simple when the first and second coils are wound on a common winding body. As a result, a particularly simple structure is realized and it can also be determined particularly well with the second coil of the covered path of the input surface.
  • the input device comprises a ferromagnetic pot, which is connected directly to the permanent magnet and the coil surrounds in an end position, at least partially, a particularly strong system is realized, which be ⁇ Sonders can be constructed small in reverse then to generate the required desired forces to be able to.
  • the input device can For example, have multiple input surfaces that are each driven by a device for generating haptic feedback. As a result, an input device having a plurality of keys can be realized.
  • the input surface of several devices for generating haptic feedback is driven.
  • an input surface can be used, on which several keys are constantly reproduced, for example by printing or engraving.
  • an input surface having an electro-optical display depending on the input function of the input device, different keys can be replicated.
  • the display area A ⁇ be configured such that, for example, simulates a telephone keypad with the digits 0 to 9 and two special characters.
  • the A ⁇ display area to be driven only by a single apparatus for generating haptic feedback, but it is also possible for example to provide such a device at a respective corner of the input area that instead with an apparatus having 12 individual keys and each separate devices for Generation of haptic feedback only four devices, each with two coils and a permanent magnets ⁇ are required.
  • the input device can be realized in a particularly simple manner if the input surface or the input surfaces are movable perpendicular to their surface. But it is also conceivable, for example, that the direction of movement is another, for example, part-circular.
  • the input device is particularly simple if the input surface or the input surfaces are just configured. A particularly valuable impression of the input device can be achieved, for example, if the input surfaces are curved.
  • FIGS. It shows a plan view and a partial section of a particularly preferred embodiment of a device for generating haptic feedback, the block diagram of the embodiment of FIG. 1, another particularly preferred Shieldsbei ⁇ game with an input surface which is movable by means of four permanent magnets and coils.
  • Fig. 1 shows an input surface 1, a permanent magnet 2, a ferromagnetic pot 3, a connecting element 4, a bobbin 5, a first coil 6, a second coil 7, an electronic drive device 8, via connecting lines 9 with the the first and second coils 6, 7 and a printed circuit board 10.
  • the permanent magnet 2 is movable within the coil in the direction of an arrow A.
  • a storage of the input surface and / or the permanent magnet 2 or the ferromagnetic pot 3 is not shown. For example, it is possible to provide only the input surface with a movable bearing and thus to determine the position of the permanent magnet 2 and the ferromagnetic pot 3.
  • the input surface may be made of a plastic which has a substantially smaller thickness in an edge region and thus may permit movement in the direction of arrow A.
  • an elastic element for example in the form of a helical spring or leaf spring may be provided between the permanent magnet 2 and the printed circuit board 10.
  • the ferromagnetic pot 3 encloses the first and second coil 6, 7 at least partially in an end position. In the present example, an end position is reached when the ferromagnetic pot 3 rests on the bobbin 5.
  • the connecting element 4 may be designed in one piece with the input surface ⁇ .
  • the permanent magnet is attracted to the printed circuit board 10 or pushed away from the printed circuit board 10 and thus also the input surface 1. So can be exercised by changing currents under ⁇ different forces on the finger F of an operator.
  • the second coil 7 is wound directly on the bobbin 5, and on the second coil 7, the first coil 6 is wound. But it is also possible to wind the first coil 6 directly on the bobbin 5 and then wound the second coil 7 corresponding to the first coil 6.
  • FIG. 2 In the block diagram in Fig. 2 can be seen in addition to the first coil 6 and the second coil 7 and electric drive device 8, an integrator 11, a signal amplifier 12 and a power amplifier 13.
  • an integrator 11 When an operator presses her finger on the input surface is in the second coil 7 induces a voltage which is integrated in the integrator 11 and amplified by the signal amplifier 12 and then evaluated in the drive device 8 and a corresponding drive signal is given to the power amplifier ⁇ 13, which then the first coil 6 ent ⁇ responsive, so that a force on the permanent magnet 2 and thus the input surface 1 is exercised, which is perceptible to the operator with her finger F.
  • the electrical drive device 8 in such a way that it already contains the integrator 11, the signal amplifier 12 and the power amplifier 13 or individual ones of these parts.
  • Fig. 3 can be seen again an input surface 1, which are connected via four connecting elements 4 with the ferromagnetic pots 3 and thus the imperceptible in Fig. 3 permanent magnet 2.
  • the first coils 6 and the printed circuit board 10 are still recognizable in FIG. 3. It is particularly preferred to support the input surface 1 in such a way that it can only be moved perpendicularly to its surface. Then all the first coils 6 must be controlled uniformly, so that the input surface 1 can not tilt.
  • the storage of the input surface 1 such that, for example, two adjacent first coils 6 are driven uniformly, so that the input surface 1 does not necessarily have to move perpendicular to its surface, but also can be tilted.
  • special haptic effects can be achieved.
  • the connecting elements 4 are shown in FIG. 1 for better clarity designed particularly long. In reality, it is quite possible, for For the connecting elements 4 much shorter make ⁇ .

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Abstract

Bei einer Eingabevorrichtung aufweisend eine Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Permanentmagneten und eine erste Spule aufweist, wobei der Permanentmagnet mit einer Eingabefläche verbunden ist und wobei der Permanentmagnet durch ein Bestromen der Spule antreibbar ist und so die Eingabefläche bewegbar ist und so eine haptische Rückmeldung für eine Be¬ dienperson der Eingabevorrichtung erzeugbar ist, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Integrator und eine zweite Spule aufweist, die in räumlicher Nähe zur ersten Spule angeordnet ist, dass bei einer von der Bedienperson verursachten Bewegung der Eingabefläche durch den Permanentmagnet in der zweiten Spule eine Spannung induzierbar ist, dass die induzierte Spannung in dem Integrator integrierbar ist, dass aus der integrierten Spannung der von dem Permanentmagneten zurückgelegte Weg ermittelbar ist.

Description

Beschreibung
Eingabevorrichtung, aufweisend eine Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen
Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung, aufweisend eine Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen bekannt, die einen Permanentmagneten und eine erste Spule aufweisen, wobei der Permanentmagnet mit einer Eingabefläche verbunden ist und wobei der Permanentmagnet durch ein Bestromen der ersten Spule antreibbar ist und so die Eingabefläche bewegbar ist und so eine haptischen Rückmeldung für eine Bedienperson der Eingabevorrichtung erzeugbar ist. So kann beispielsweise eine Bedienperson auf die Eingabefläche drücken. Hierbei bewegt sich die Eingabefläche im Allgemeinen in einer Richtung senkrecht zur Eingabefläche. Wenn nun gewünscht ist, haptische Rückmeldungen zu erzeugen, welche den Betätigungs¬ eindruck eines herkömmlichen mechanischen Tasters realistisch nachbilden, wird nicht nur eine Berührungserkennung als solche, sondern auch ein Wegesignal benötigt, welches dem von der Eingabefläche zurückgelegten Weg entspricht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstige Vor¬ richtung zu Erzeugung haptischer Rückmeldungen anzugeben, die auch einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Integrator und eine zweite Spule aufweist, die in räumlicher Nähe zur ersten Spule angeordnet ist, dass bei einer von der Bedienperson verursachten Bewegung der Eingabefläche durch den Permanentmagneten in der zweiten Spule eine Spannung induzierbar ist, dass die induzierte Spannung in dem Integrator integrierbar ist und dass aus der integrierten Spannung der von dem Permanentmagneten zurückgelegte Weg ermittelbar ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung derart aufgebaut sein, dass ein Bediener durch ein Drücken auf die Eingabefläche die Eingabevorrichtung betätigt. Durch die Bewegung der Eingabefläche wird der Permanentmagnet bewegt und induziert in der zweiten Spule eine Spannung, die über den Integrator und eine Auswerteeinrichtung in dem zurückgelegten Weg der Eingabefläche ermitteln kann, da gilt:
U = -N*B*
dt
V °c u(t)
Figure imgf000004_0001
Mit der er mittelten Wegstrecke kann dann ein gewünschtes Gefühl an der Eingabefläche dadurch erzeugt werden, dass die erste Spule mit einer Spannung oder einem Spannungsprofil mit wechselnden Spannungen ansteuerbar ist, so dass bei einer Bedienperson der Eindruck entsteht, man würde beispielsweise die Schalt schwelle eines Tasters überwinden.
Besonders einfach aufgebaut ist die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen dann, wenn die erste und zweite Spule auf einen gemeinsamen Wickelkörper gewickelt sind. Hierdurch wird ein besonders einfacher Aufbau realisiert und es kann weiterhin besonders gut mit der zweiten Spule der zurückgelegte Weg der Eingabefläche ermittelt werden.
Wenn die erste und die zweite Spule galvanisch getrennt sind, ist eine Beeinflussung der Spulen untereinander ausgeschlossen. Weiterhin kann dadurch mittels der zweiten Spule ein Kurzschluss in der ersten Spule erkannt werden. Wenn die Eingabevorrichtung einen ferromagnetischen Topf aufweist, der mit dem Permanentmagneten direkt verbunden ist und die Spulen in einer Endposition zumindest teilweise umschließt, wird ein besonders starkes System realisiert, welches im Umkehrschluss dann be¬ sonders klein aufgebaut sein kann, um die erforderlichen gewünschten Kräfte erzeugen zu können. Die Eingabevorrichtung kann beispielsweise mehrere Eingabeflächen aufweisen, die jeweils von einer Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen antreibbar sind. Hierdurch kann eine Eingabevorrichtung mit einer Vielzahl von Tasten realisiert werden.
Es ist auch möglich, dass die Eingabefläche von mehreren Vorrichtungen zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen antreibbar ist. Hierbei kann beispielsweise eine Eingabefläche Verwendung finden, auf der mehrere Tasten ständig nachgebildet sind, beispielsweise durch Bedruckung oder Gravur. Bei einer Eingabefläche, die ein elektrooptisches Display aufweist, können je nach Eingabefunktion der Eingabevorrichtung unterschiedliche Tasten nachgebildet werden. So kann beispielsweise die Ein¬ gabefläche derart ausgestaltet sein, dass sie beispielsweise eine Telefontastatur mit den Ziffern 0 bis 9 und zwei Sonderzeichen nachbildet. Hierbei kann beispielsweise die Ein¬ gabefläche nur von einer einzigen Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen angetrieben sein, es ist aber auch beispielsweise möglich, an jeweils einer Ecke der Eingabefläche eine derartige Vorrichtung vorzusehen, dass statt bei einer Vorrichtung mit 12 Einzeltasten und jeweils separaten Vorrichtungen zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen nur vier Vorrichtungen mit jeweils zwei Spulen und einem Permanent¬ magneten erforderlich sind.
Besonders einfach ist die Eingabevorrichtung dadurch zu realisieren, wenn die Eingabefläche oder die Eingabeflächen senkrecht zur ihrer Oberfläche bewegbar sind. Es ist aber auch beispielsweise vorstellbar, dass die Bewegungsrichtung eine andere ist, beispielsweise teilkreisförmig.
Besonders einfach ausgestaltet ist die Eingabevorrichtung, wenn die Eingabefläche oder die Eingabeflächen eben ausgestaltet sind . Ein besonders wertiger Eindruck der Eingabevorrichtung kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Eingabeflächen gewölbt ausgestaltet sind. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen eine Aufsicht und einen Teilschnitt eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen, das Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, ein weiteres besonders bevorzugtes Ausführungsbei¬ spiel mit einer Eingabefläche, die mittels vierer Permanentmagneten und Spulen bewegbar ist.
In Fig. 1 erkennt man eine Eingabefläche 1, einen Permanent- magneten 2, einen ferromagnetischen Topf 3, ein Verbindungselement 4, einen Spulenkörper 5, eine erste Spule 6, eine zweite Spule 7, eine elektronische Ansteuervorrichtung 8, die über Anschlussleitungen 9 mit der ersten und zweiten Spule 6, 7 verbunden ist und einer Leiterplatte 10. Der Permanentmagnet 2 ist innerhalb der Spule in Richtung eines Pfeiles A beweglich. Eine Lagerung der Eingabefläche und/oder des Permanentmagneten 2 oder des ferromagnetischen Topfs 3 ist nicht dargestellt. Beispielsweise ist es möglich, nur die Eingabefläche mit einer beweglichen Lagerung zu versehen und somit auch die Lage des Permanentmagneten 2 und des ferromagnetischen Topfs 3 zu bestimmen. Beispielsweise kann die Eingabefläche aus einem Kunststoff hergestellt sein, der in einem Randbereich eine wesentlich geringere Dicke aufweist und somit unter Umständen eine Bewegung in Richtung des Pfeiles A zulässt . Es sind aber auch andere Lagerungsmöglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann zwischen den Permanentmagneten 2 und der Leiterplatte 10 ein elastisches Element, beispielsweise in Form einer Schraubenfeder oder Blattfeder vorgesehen sein. Der ferromagnetische Topf 3 umschließt die erste und zweite Spule 6, 7 zumindest teilweise in einer Endposition. Im vorliegenden Beispiel wird eine Endposition dann erreicht, wenn der ferromagnetische Topf 3 auf dem Spulenkörper 5 aufliegt. Anders als dargestellt, kann das Verbindungselement 4 einstückig mit der Eingabefläche aus¬ gestaltet sein. Je nach anliegender Stromrichtung und Stromstärke wird der Permanentmagnet zur Leiterplatte 10 hingezogen oder von der Leiterplatte 10 weggedrückt und somit auch die Eingabefläche 1. So können durch sich ändernde Ströme unter¬ schiedliche Kräfte auf den Finger F einer Bedienperson ausgeübt werden. Im Ausführungsbeispiel ist die zweite Spule 7 direkt auf dem Spulenkörper 5 aufgewickelt, und auf die zweite Spule 7 ist die erste Spule 6 aufgewickelt. Es ist aber auch möglich, die erste Spule 6 direkt auf den Spulenkörper 5 aufzuwickeln und die zweite Spule 7 entsprechend anschließend auf die erste Spule 6 aufzuwickeln .
In dem Blockschaltbild in Fig. 2 erkennt man neben der ersten Spule 6 und der zweiten Spule 7 und elektrischen Ansteuervorrichtung 8 einen Integrator 11, einen Signalverstärker 12 und einen Leistungsverstärker 13. Wenn beispielsweise eine Bedienperson mit ihrem Finger auf die Eingabefläche drückt, wird in die zweite Spule 7 eine Spannung induziert, welche im In- tegrator 11 integriert und mittels des Signalverstärkers 12 verstärkt wird und dann in der Ansteuervorrichtung 8 ausgewertet wird und ein entsprechendes Ansteuersignal an dem Leistungs¬ verstärker 13 gegeben wird, der dann die erste Spule 6 ent¬ sprechend ansteuert, so dass eine Kraft auf den Permanentmagneten 2 und damit auch die Eingabefläche 1 ausgeübt wird, die für die Bedienperson mit ihrem Finger F wahrnehmbar ist. Es ist auch möglich, beispielsweise die elektrische Ansteuervorrichtung 8 derart vorzusehen, dass sie bereits den Integrator 11, den Signalverstärker 12 und den Leistungsverstärker 13 oder einzelne dieser Teile beinhaltet. Zum besseren Verständnis der Schaltung wurden diese Teile aber separat dargestellt . In Fig. 3 erkennt man wieder eine Eingabefläche 1, die über vier Verbindungselemente 4 mit den ferromagnetischen Töpfen 3 und damit den in Fig. 3 nicht wahrnehmbaren Permanentmagneten 2 verbunden sind. Weiterhin erkennt man in Fig. 3 noch jeweils die ersten Spulen 6 und die Leiterplatte 10. Besonders bevorzugt ist es, die Eingabefläche 1 derart zu lagern, dass sie nur senkrecht zu ihrer Oberfläche bewegbar ist. Dann müssen alle ersten Spulen 6 gleichmäßig angesteuert werden, damit sich die Eingabefläche 1 nicht verkanten kann. Es ist aber auch möglich, beispielsweise die Lagerung der Eingabefläche 1 derart vorzusehen, dass beispielsweise jeweils zwei benachbarte erste Spulen 6 gleichmäßig angesteuert werden, so dass sich die Eingabefläche 1 nicht unbedingt senkrecht zu ihrer Oberfläche bewegen muss, sondern auch abgekippt werden kann. Hierdurch lassen sich besondere haptische Effekte erzielen. Die Verbindungselemente 4 sind in Fig. 1 der besseren Übersichtlichkeit besonders lang ausgestaltet dargestellt. In der Realität ist es durchaus möglich, die Verbindungselemente 4 wesentlich kürzer auszu¬ gestalten .

Claims

Eingabevorrichtung aufweisend eine Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Permanentmagneten (2) und eine erste Spule (6) aufweist, wobei der Perma¬ nentmagnet (2) mit einer Eingabefläche (1) verbunden ist und wobei der Permanentmagnet (2) durch ein Bestromen der ersten Spule (6) antreibbar ist und so die Eingabefläche bewegbar ist und so eine haptische Rückmeldung für eine Bedienperson der Eingabevorrichtung erzeugbar ist, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Integrator (11) und eine zweite Spule (7) aufweist, die in räumlicher Nähe zur ersten Spule (6) angeordnet ist, dass bei einer von der Bedienperson verursachten Bewegung der Eingabefläche (1) durch den Permanentmagnet (2) in der zweiten Spule (7) eine Spannung induzierbar ist, dass die induzierte Spannung in dem Integrator (11) integrierbar ist, dass aus der integrierten Spannung der von dem Permanentmagneten (2) zurückgelegte Weg ermittelbar ist.
Eingabevorrichtung nach Patentanspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und zweite Spule auf einen gemeinsamen Spulenkörper (5) gewickelt sind.
Eingabevorrichtung nach Patentanspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und zweite Spule (6, 7) galvanisch voneinander getrennt sind.
Eingabevorrichtung nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie einen ferromagnetischen Topf (3) aufweist, der mit dem
Permanentmagneten (2) direkt verbunden ist und die Spulen (6, 7) in einer Endposition zumindest teilweise umschließt . Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden
Patentansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie mehrere Eingabeflächen (1) aufweist, die jeweils von einer Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen antreibbar sind.
Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden
Patentansprüche 1 - 4, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie eine Eingabefläche (1) aufweist, die von einer Mehrzahl von Vorrichtungen zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen antreibbar sind.
Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Eingabefläche (1) oder Eingabeflächen senkrecht zu ihrer Oberfläche bewegbar sind.
Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden
Patentansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Eingabefläche (1) eben ausgestaltet ist
Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden
Patentansprüche 1 - 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Eingabefläche (1) gewölbt ausgestaltet ist.
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