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1、(10)申请公布号 CN 103975298 A (43)申请公布日 2014.08.06 C N 1 0 3 9 7 5 2 9 8 A (21)申请号 201280059116.1 (22)申请日 2012.11.02 102011119746.3 2011.11.30 DE G06F 3/044(2006.01) G06F 3/01(2006.01) G06F 3/045(2006.01) (71)申请人奥迪股份公司 地址德国因戈尔施塔特 (72)发明人 J施耐德 U米勒 (74)专利代理机构北京市中咨律师事务所 11247 代理人吴鹏 牛晓玲 (54) 发明名称 具有能够手动操作的触敏。
2、表面的操纵设备 (57) 摘要 本发明涉及一种具有能够手动操作的触敏表 面(3)的操纵设备(1)，该操纵设备具有配设的执 行器(5)，用于根据体现触发操纵的表面(3)接 触而发出触觉的反馈信号，其中，当表面(3)上的 压力被解除时能通过执行器(5)发出触觉的反馈 信号，其中，所述反馈信号根据所获取的、在表面 (3)上按压的手指(10)的接触面积(A1、A2)的变 化而被发出。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.05.30 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2012/004584 2012.11.02 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/。
3、079145 DE 2013.06.06 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103975298 A CN 103975298 A 1/1页 2 1.一种具有能够手动操作的触敏表面的操纵设备，所述操纵设备具有配设的执行器， 用于根据体现触发操纵的表面接触而发出触觉的反馈信号，其中，当表面上的压力被解除 时能通过所述执行器发出触觉的反馈信号， 其特征在于， 所述反馈信号根据所获取的、在表面(3)上按压的手指(10)的接触面积(A 1 、A 2 )的。
4、变 化而被发出。 2.根据权利要求1所述的操纵设备， 其特征在于， 触敏的表面(3)是电容式的触控屏或者触控板。 3.根据权利要求1所述的操纵设备， 其特征在于， 所述触敏的表面(3)是电阻式的触控屏或者触控板。 4.一种用于运行具有能够手动操作的触敏表面的操纵设备的方法，所述操纵设备具有 配设的执行器，用于根据体现触发操纵的表面接触而发出触觉的反馈信号，其中，当表面上 的压力被解除时能通过所述执行器发出触觉的反馈信号， 其特征在于， 通过获取单元获取在表面上按压的手指的接触面积并且在确定了接触面积的规定的 变化时触发反馈信号的发出。 权 利 要 求 书CN 103975298 A 1/5页 。
5、3 具有能够手动操作的触敏表面的操纵设备 技术领域 0001 本发明涉及一种具有能够手动操作的触敏表面的操纵设备/致动设备，该操纵设 备具有配设的执行器，用于根据体现触发操纵的表面接触而发出触觉的反馈信号，其中，当 表面上的压力被解除时能通过执行器发出触觉的反馈信号。 背景技术 0002 这种具有触敏表面的操纵设备以所谓的触控屏或触控板的形式多种多样地被使 用。这种操纵设备可以广泛应用于应通过表面输入控制命令等的地方，例如应用在操作面 板或操作监视器上，但是也可以用于可携带的设备，如移动电话、平板电脑，笔记本电脑等。 0003 这种操纵设备是组合式的输入设备和输出设备，其中，通过接触特定的、通。
6、过显示 的图像定义的表面区域可以如上所述地直接控制设备的运行或程序流程。在此，操作大多 通过手指进行，但是也可以通过指示笔进行。 0004 通常，这种触敏的表面或者这种触控屏由三个元件构成。一个是触摸传感器，另一 个是配设的控制器以及软件驱动器。显示屏可以位于触摸传感器后面，在显示屏上显示定 义敏感的输入区域的图像，透过平面的触摸传感器、也就是原本的触敏表面可以看到该图 像。触摸传感器本身大多具有一触敏层，该层由光学玻璃或柔性的聚酯层构成。为了获取 发出信号的接触，通常有电流相应流动经过或者说穿过该表面，这在用手指或类似物接触 时导致电压变化或信号波动，为确定接触的位置并因此为了获取输入命令而。
7、获取和评估这 种电压变化或信号波动。借助于控制器获取触摸传感器上、最终也就是触敏表面上的这种 用户输入并且作为信号转发，该信号通过安装在设备侧的软件处理，用于解释由控制器提 供的、有关接触的信号。 0005 触控屏或触控板的、也就是触敏表面本身的结构可以根据所基于的技术是不同 的。例如已知有电阻性的触摸表面，包括外面的塑料薄膜层和内部的玻璃板或塑料板，其通 过间隔件隔开。相互对应的表面涂覆有铟锡氧化物-层(ITO-层)。ITO是透光的半导体。 在一个或两个ITO-层上施加小的获取电压，该获取电压被用于进行操控。如果位于外面的 层被局部按压，则获得了在ITO-层之间的局部电接触，其产生了一个电阻。
8、，其对被测量到 的电压的电压比例所产生的影响使得能够确定相对于层的相应边缘的接触点。这种电阻性 的触控屏的基本结构是已知的。 0006 另一种基本的结构方式是电容式的触摸表面。其包括涂覆有透光的金属氧化 物通常也是ITO-层的玻璃基板。在传感器的角部设置有电极，在电极上施加有获 取电压或工作电压，借助于获取电压或工作电压产生均匀的电场。表面因此被静态充电。与 电容介质例如体现为手指的接触导致触发了电荷传输。与电容相关的电荷转移到 手指上，由此导致出现了电流，该电流在触控屏的角部被测量。因此出现了电场的干扰，电 流与接触的位置有直接关系。配设的控制器又获取相应的信号，软件评估该信号。 0007 。
9、作为第三种基本的构型还已知有光学的触摸表面。其包括由发光二极管和光电探 测器构成的阵列。发光二极管在相对置的侧面上照射该探测器。表面接触使得光束中断并 说 明 书CN 103975298 A 2/5页 4 因此实现了可测量的信号衰减，这种信号衰减可以被容易地局部分辨。也就是说，控制器定 位接触点。这种基本的触控屏-构型也是充分已知的。 0008 还已知有这样的触摸表面，当用户成功地进行了信号输入并且解除了在表面上的 压力时，则该触摸表面向用户发出触觉的(能感觉到的)反馈信号。这种触觉的或能感觉到 的反馈信号用于，向用户以可感觉的方式用信号通知成功地进行了信号输入或命令输入。 为此设置合适的执行。
10、器。在此已知惯性执行器，其通常包括使得偏心支承的质量体转动的 马达，或者包括能振动的弹簧质量系统。 0009 备选地已知有压电式执行器，其能够以响应时间非常快的非常薄的构型实现。在 使用这种例如也可以被设计为盘形的压电式执行器时，触摸表面要么弯曲地要么相对另一 表面被按压，使得产生移动运动。 0010 借助于这种执行器也就可以使触控屏或触控板、也就是触敏的表面这样地转入运 动状态，即，在表面上施加压力时，为用户产生一个触觉感知到的“点击“。在此可以，既在 按压表面(压)时也在解除表面上的压力(释放)时分别产生一个单独执行的运动。在 此，为了尽可能接近真实地模拟机械点击，需要尽可能时间短地实现执。
11、行器的触发。通过 位于触控屏或触控板下面的压力传感器可以相对没有延迟地识别出“压” -点击，而在“释 放” -点击、也就是手指从表面移开时可能会由于承载的系统质量而出现延迟，因此产生了 不精确的点击感觉。 发明内容 0011 因此本发明的目的是，提供一种操纵设备，其在解除表面上的压力、也就是在“释 放”-点击时能够实现反馈信号的精确的发出。 0012 为了实现该目的，在开头所述类型的操纵设备中按照本发明这样设计：所述反馈 信号根据所获取的、在表面上按压的手指的接触面积的变化而被发出。 0013 与在迄今为止的现有技术中不同的是，按照本发明把在手指表面上的接触面积的 变化作为反馈信号发出的基础，。
12、而在现有技术中，根据获取到的压力变化来发出“释放”-点 击-反馈信号。用户用手指按压在表面上，这导致命令输入。通过能够产生的最小压力因 此获得了手指在表面上的相应接触面积，也就是说，在表面上施加压力时，手指的接触面积 增大。现在，如果减小压力，则必定出现面积减小，因为软的手指在较小的压力时不再和较 大的压力时那样宽地被压。因此出现了相对的面积减小或者说相对的面积变化。现在，按 照本发明通过合适的获取单元获取这种接触面积变化。如果获取到了相当于至少一个规定 的变化程度的面积变化，则其被看作发出可感觉到的反馈信号的触发的边界条件，然后反 馈信号可以被立即发出。也就是说，一旦系统在预定的参数范围内获。
13、取到手指接触面积的 变化，则“释放” -点击、也就是“释放” -反馈信号被触发并且因此还应当在通过压力传感 器触发之前进行，该压力传感器优选应该由于其100的识别可靠性而作为冗余的获取方 案额外地获取“释放” -情况。按本发明的控制方式相比现有技术的一个特殊的优点还在 于，在对于命令输入所需要的固定的触发力的情况下的准确的接触面积是已知的，也就是 说，在获取原本通过接触给出的输入命令时，也就是当给出了足够的压力时，也立即获取该 时刻的接触面积，之后在规定程度内发生的变化可以被解释为手指的松开。因为还确定了 接触面积的相对变化，因此手指的大小对触发反馈信号没有影响。 说 明 书CN 103975。
14、298 A 3/5页 5 0014 触敏的表面可以按照第一种发明设计方案包括电容式的触摸传感器。这种电容式 的触摸传感器提供获取手指接触面积及其变化的可能性。如所描述的那样，触摸传感器配 设有相应的控制器以及对应的软件。现在这样设计软件，即，根据由控制器发出的、与接触 有关的信号获取接触面积并因此也可以获取相应的面积变化。在电容式的触摸传感器中， 触摸导致可测量的电流，其中，测得的电流与接触面积、因此也就是与手指接触面积有关。 通过放置手指而使得形成的电容器的电容发生变化，其中，电容与接触面积相关地改变。通 过相应地评估发出的测量信号，因此可以由“电流平衡”确定接触面积的变化。 0015 一种。
15、备选的设计方案规定，借助于电阻式的触摸传感器实现触敏的表面。在表面 上按压时在此出现相互对置的层之间的电接触，其产生了对电压比例有影响的电阻。然而， 测得的电压在此也仅仅与两个层相接触的接触面积的大小有关，因此也就与手指接触面积 有关，这是因为电阻最终是与面积相关的。因此，通过相应的评估软件也可以通过发出的测 量信号在此实现相应的面积获取或者说面积变化获取。 0016 此外，本发明涉及一种用于运行具有能够手动操作的触敏表面的操纵设备的方 法，所述操纵设备具有配设的执行器，用于根据体现触发操纵的表面接触而发出触觉的反 馈信号，其中，当表面上的压力被解除时能通过所述执行器发出触觉的反馈信号。按本发。
16、明 的方法的特征在于，通过获取单元获取在表面上按压的手指的接触面积并且在确定了接触 面积的规定的变化时触发反馈信号的发出。 0017 如前面已经描述的那样，获取单元仅仅是通过相应的触摸传感器实现的、触敏的 表面本身与相应设计的信号处理软件的组合，该信号处理软件在面积相关性方面评估给出 的测量信号。也就是说，手指接触面积及其变化仅仅间接地通过评估给出的测量信号来确 定。 附图说明 0018 本发明的其它的优点、特征和细节由以下描述的实施例以及根据附图得出。在附 图中示出： 0019 图1以原理图的形式示出了按本发明的操纵设备的侧视图； 0020 图2是按图1的操纵设备的俯视图。 具体实施方式 0。
17、021 图1以原理图的形式示出了按本发明的操纵设备1，包括支架/载体2，在该支架 上设置有触敏表面3、也就是触控屏或触控板。触敏的表面可以配设有显示装置4、例如LCD 屏，通过其可以显示透过触敏的表面3可见的图像，借助于所述图像可以定义用作输入区 域的相应的面区域。备选地，例如可以在仪表板中的单独的屏幕上显示相应的图形界面。 0022 在支架2下方设置有执行器5，例如是基于电磁铁、多个压电式执行器或偏心马达 的振动装置。通过该执行器可以向支架2施加触觉的反馈信号、也就是振动信号，在操作者 按压触敏表面时操作者通过触敏表面3感觉到该信号。在任何情况下，仅当操作者在通过 按压表面发出输入信号之后再。
18、次松开手指(释放-信号)时才发出该反馈信号，但是也可 以在操作者已经成功发出输入信号(压-信号)时发出反馈信号。 0023 还设置有控制装置6，其控制操纵设备的整体运行。控制装置6与连接在下游的 说 明 书CN 103975298 A 4/5页 6 (未示出的)电子部件连接，以便传输或接收相应的控制命令。控制装置6包括没有详细示 出的控制器以及相应的处理软件，其尤其在按本发明的情况下用于，除了评估原本由控制 器提供并且向触敏表面3发出的有关输入命令的信号之外还确定，手指在触敏的表面上的 接触面积是多大并且该面积如何随时间变化。因为接触面积的相应在时间上的变化按照本 发明被用作通过执行器5发出触。
19、觉的反馈信号的触发的边界条件。 0024 触敏的表面3、也就是触控屏或者触控板例如是电容式的触摸传感器。其包括施加 有较小厚度的透明ITO-层的玻璃面。在层的角部设置有电极，在该电极上施加有电压，因 此产生均匀的电场并因此表面被静态充电。现在，如果用手指接触表面，则手指形成电容介 质，因此电荷从表面流到手指上，出现了电荷传输，因此也就出现了电流，该电流能够通过 角部的传感器进行测量。触摸传感器也就形成了电容结构，其通过手指局部放电。由此发 生的对电场的干扰可以通过角部的传感器局部被分辨，也就是说，根据控制装置6中的控 制器结合连接在下游的软件也就可以获取，在表面3的整个表面的哪个地点发生接触。。
20、这 种电容式的触摸传感器(以及当然也包括所有基于电容式的工作原理的相应变型)的基本 结构是充分公开的并且不需要详细描述。 0025 支架2本身在一端围绕转轴7可摆动地支承，另外其在另一端通过压力传感器8 支承。现在如果按压表面，则支架2以及表面3可以围绕轴7摆动，通过压力传感器8获 取，是否有足够的压力施加到表面上，仅在施加了一定的最小压力的情况下，才将接触看作 主动的命令输入。原则上在此存在这样的可能性，在通过控制装置6最精确地确定手指在 表面3上按压的点之后，确定该点到轴7的间距，并由此能够定义在该位置需要多大的压力 才能认为给出了一输出信号，以便通过间距确定由此确保：触发力、也就是为发出。
21、主动的输 入信号在表面3上按压的力最终在表面3的平面上的任何位置都是相同的。 0026 如所述地，在按本发明的操纵设备中在释放表面上的压力时根据压在表面上的手 指9的接触面积的获取到的变化发出触觉的或者能感觉到的反馈信号。该接触面积可以通 过控制装置6根据恰当的评估软件确定，该评估软件评估由控制器发出的测量信号，该测 量信号在触敏的表面上例如通过四个角部传感器获取。在电容式的表面上如所述地出现放 电效应，其中，放电以及电荷传输随着手指的接触面积、也就是可以进行电荷转移的区域变 化。如果用户有力地按压表面，则手指被“较宽地按压”，由此获得了较大的手指接触面积 A 1 ，如图1中虚线所示。现在，控。
22、制装置6能够例如刚好在通过压力传感器8获取到足够的、 触发命令输入的压力的时刻进行面积确定，也就是确定面积A 1 。此后持续地接收传感器信 号，以便通过进一步评估这些传感器信号而连续地确定接触面积。 0027 如果操作者从表面3上松开手指，则手指压力减小，这同样意味着接触面积的减 小。如上所述地连续测量接触面积的减小。测得的接触面积被持续地与已知的接触面积A 1 对比，并且相应检查这种比例是否大于或等于描述接触面积充分减小的规定的比例值。在 图2中以示意的面积A 2 示出了缩小的接触面积。 0028 现在，如果在控制侧发现，比例A 1 /A 2 x(其中x预定的比例值)，则将其看做 是“释放”。
23、-信号的触发的边界条件，也就是在松开时发出的触觉的反馈信号。随后，控制装 置6立即操控执行器5，以便发出触觉的振动信号作为反馈信号。操作者感知到该信号，其 手指还是与之前一样位于表面3上，尽管操作者已经打算移开手指。 0029 作为所述类型的“释放”-过程获取的冗余，还连续地从控制装置6方面通过压力 说 明 书CN 103975298 A 5/5页 7 传感器8进行压力的获取。因为随着手指移开当然也伴随发生了所施加的并通过压力传感 器8获取到的压力的减小。然而，该过程由于操纵设备1的支承的质量可能略微延迟，使得 仅仅基于压力获取的“释放”-信号的发出可能导致延迟的并因此略微不精确的反馈信号。 。
24、通过以下方式应对上述问题：按照本发明恰恰是把面积变化获取作为触发的边界条件，这 可以高精度并且极其迅速并因此及时进行。尽管通过压力信号的冗余的检查是适宜的，但 是它在面积获取的范畴中可能出现错误。 0030 尽管之前描述了形式为电容式的触控屏的触敏表面的使用，当然也可以通过电阻 式的触控屏或者光学的触控屏构成该表面3。所有的触控屏类型相应都能够实现评估在表 面侧获取到的、与接触相关的信号，使得面积获取是可行的并且以此为基础可以相应地获 取相对的面积变化，该相对的面积变化是确定触觉的“释放“-反馈信号的发出时刻的基 础。 说 明 书CN 103975298 A 1/1页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 103975298 A 。