WO2010124683A1 - Apparatus for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactile stimulation - Google Patents

Apparatus for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactile stimulation Download PDF

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WO2010124683A1
WO2010124683A1 PCT/DE2010/000496 DE2010000496W WO2010124683A1 WO 2010124683 A1 WO2010124683 A1 WO 2010124683A1 DE 2010000496 W DE2010000496 W DE 2010000496W WO 2010124683 A1 WO2010124683 A1 WO 2010124683A1
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electrodes
contact
electrode
contact region
signals
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PCT/DE2010/000496
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German (de)
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Inventor
Sebastian Merchel
Ercan Altinsoy
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Technische Universität Dresden
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/96062—Touch switches with tactile or haptic feedback

Definitions

  • the invention relates to a device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactic stimulation, wherein the device has two spaced-apart electrodes, a circuit with potential-oriented power supply connection lines for the electrodes and a processor connected to the circuit for adjusting the power supply and signaling signals for the two electrodes is connected via a supply line and is in signal communication with the electronic system for the acquisition of the electrical signals generated in the electronic system contains.
  • Input of information into electronic systems occurs more intensively without mechanical feeler elements, by using the displays directly as touch screens or as membrane keyboards.
  • the goals are to increase reliability by eliminating parts which are subject to rapid mechanical wear and the independence of environmental influences such as moisture.
  • the disadvantage is the usual missing keyboard Fühlept.
  • Actuators generate haptic feedback when the device is touched by mechanical deformation or vibration.
  • an electrostatic and magnetostatic force is generated by a field array of pixels.
  • Two conductive perforated grids are mounted in front of a display, separated by an insulation layer. When touched, the finger becomes the conductor and electrically connects the grids, causing the current to flow.
  • a tactile and visual display device is described in US 2008/0129705 A1, wherein an electrostatic and / or magnetostatic force is generated on the finger by a transparent array of conductive pixels connected by transistors. This array is mounted in front of a display and converts the displayed image into tactile information.
  • a method and an electrotactile device with a display device is described in document US 2004/0095330 A1, wherein in the method in front of a display two conductive perforated grids are mounted. The perforated grids are separated by a perforated insulation layer. If the device is touched with a finger, the perforated grids are electrically connected through the holes. The current flowing through the skin generates the tactile event.
  • electrodes are placed directly on the skin, e.g. through the abdomen, tongue or fingers.
  • a similar device is described in the publication US 2007/0016425 A1, in which the limited sense of sight is to be replaced by a field arrangement of individual vibratory or electrical exciters, which are attached directly to the skin.
  • a mobile phone with tactile icons is described in the publication US Pat. No. 6,963,762 B2, in which a method is implemented in which the mobile phones can send and receive tactile icons.
  • the icons are reproduced by a tactile reproduction device, eg by an eccentric electric motor, a vibration exciter or an electrical signal.
  • a similar method is described in the document US Pat. No. 7,327,277 B2, in which vibratory actuators are used in an information transmission apparatus.
  • Electrodes to stimulate the mechanical receptors also makes direct attachment of electrodes to the skin difficult in practice.
  • Conventional devices also have mostly field arrangements that are expensive to manufacture and to control. The current flows e.g. from an electrode across the skin to one or more adjacent electrodes. Due to the proximity of the electrodes, short circuits can easily occur.
  • An input device for mobile terminals is described in the document DE 10 2007 016 408 A1.
  • a contact-sensitive display as a touch screen with a corresponding electrode structure allows the input of information with direction-dependent effects in directions of an xyz coordinate system.
  • the input device is intended to serve as a clear communication system for extremely compact mobile phones, cameras or similar systems.
  • a handheld system with a haptic touch-sensitive display and with electrotactile feedback is described in document US 2008/0303795 A1.
  • FIG. 1 A device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactile stimulation is described in document US 2008/0303795 A1, wherein the device 1 in a schematic representation according to FIG. 1 consists of the following elements:
  • a processor 9 connected to the circuit 6 for setting the power supply and signal signals for the two electrodes
  • Electrodes represents a common contact surface 12.
  • the problem of the device 1 for the electronic system 2 is that the current on a touch-sensitive surface 5, on which both electrodes 3, 4 are present, only from one electrode 3 via the skin of the fingertip to a spatially adjacent second electrode. 4 flows.
  • the invention has for its object to provide a device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactic stimulation, which is designed so adapted that an improvement of the interface between this device and the user inputs through tactile feedback in the form of body-adapted electrotactile stimulation is achieved by means of current pulses. It should stimulation by a Current flow through at least a major part of the body of the user and thus not only be performed in the fingertip or over a skin area. In addition, a practicable extension of an electronic system by tactile feedback in the form of electro-tactile stimulation should be done.
  • the device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactile stimulation contains the following functional units: two spaced-apart electrodes,
  • a processor which is connected to the circuit for adjusting the power supply and signal signals for the two electrodes via a supply line and which is in signal communication with the electronic system for receiving the electrical signals generated in the electronic system, wherein according to the characterizing part of claim 1, assigning a first one of the disputed electrodes to a first part and assigning a second one of the spaced electrodes to a second part of the electronic system, both parts associated with the electronic system as a result of the arrangement and being electrically separated from each other, wherein for each of the electrodes a separate contact area is provided, wherein a contact region size F23 of the contact area of the first electrode is small to a contact region size F24 of the contact area of the second electrode, the processor following de units contains:
  • a unit for calculating parameters of the touch and contact region data is in communication with a unit for receiving the contact and contact region data at least one electrode.
  • the contact and contact region data acquisition unit may be connected to the first contact surface of the first electrode via a contact signal line and to the second contact surface of the second electrode via a second contact signal line.
  • the contact region size and for the second contact area are formed such that for signal processing a contact region size relationship - contact region size of the first interface is small compared to contact region size of the second interface.
  • the touch and contact region data acquisition unit may be in communication with the processor via the signal line via a processor lead.
  • the circuit may be associated with an amplifier, from which the two part-spaced electrodes energy supply technology and signaling technology via the electrode lines are supported.
  • the processor there may be a close program-assisted interaction and associated signal exchange between the generation unit of signals, the memory of control parameters, and the unit for calculating parameters of the touch and contact region data.
  • an electro-tactile feedback can be generated by means of the processor, the electrical amplifier and the two flat and at the same time far apart electrodes by reproducing the electrode signals.
  • the electronic system may be a user interface device in which all elements and assemblies are integrated.
  • the inventive solution consists in that: a touch-sensitive surface as the first part of an electronic system of a device is provided with a continuous or divided electrically conductive optically transparent coating in the form of a first electrode,
  • a second electrode is provided, which is used as a large-area, electrically conductive second part of the device, e.g. the metallic back of a mobile phone, is formed,
  • the device is held as a second electrode in one hand with extensive contact of the housing and the touch-sensitive surface is touched as the first electrode with one or more fingers, then an electric current flows through the body of the user, the current stimulating the tactile receptors of the fingers ,
  • the electrical signals from the real contact surfaces are thereby calculated by a processor as a function of the contact position or changing contact position or contact surface or contact pressure or other contact parameters at the electrodes.
  • the current signals flow from a first electrode through a small first contact area through the body of the user to a large second contact area to a second electrode.
  • the first electrode may itself also be large area, but may normally be touched only over a small area - a small area contact region.
  • the method for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactile stimulation using the device described above is operated in such a way, according to the characterizing part of claim 11, a first of the spaced apart electrodes assigned to a first part and a second of the spaced apart electrodes a second Part are assigned, both parts are arrangement-related and electrically isolated from the electronic system, wherein a separate contact area is provided for each of the electrodes, wherein a contact region size of the contact surface of the first electrode is small against a contact region size of the contact surface of the second electrode, wherein the Processor contains the following units
  • a memory with control parameters and a unit for calculating parameters of the contact and contact region data and the input side with a unit for recording the contact and contact region data at at least one electrode in connection, wherein after triggering of the signals in the electronic system of the switched processor generates signals which are manipulated by a circuit and an amplifier and reproduced via the two flat and at the same time partially associated electrodes for generating an electro-tactile stimulation.
  • the electrical signals from the touch surfaces are calculated by the processor as a function of the touch position or of the changing touch position or of the contact region sizes of the contact surfaces or of the contact pressure or of further contact parameters on the electrodes.
  • the calculation of the electrical signals within the processor can be variably adapted to different scenarios. It is also possible to manipulate the detected surface properties of the first part with the contact region size shifted.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a device for processing and reproducing signals in an electronic system - a user interface device - for electrotactile stimulation according to the prior art
  • Fig. 2 is a schematic representation of a device according to the invention for processing and reproducing signals in an electronic system - a user interface device - for electro-tactile stimulation, and
  • Fig. 3 shows an arrangement of the functional units of the processor within the device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic device 20 according to the invention for processing and reproducing signals in an electronic interface system 2 designed as a user interface device for electro-tactile stimulation, which contains the following functional units:
  • a processor 26 which is connected to the circuit 31 for setting the power supply and signaling signals for the two electrodes 3, 4 via the supply line 10 and the user interface device 2 for receiving the electrical signals generated in the user interface device 2 in signal connection 11 stands.
  • one of the spaced-apart electrodes 3 is associated with a first part 21 and the other electrode 4 is associated with a second part 22 of the user interface device 2, the two parts 21, 22 being isolated from each other, with a separate contact surface for each electrode 3, 4 23, 24 is provided, wherein one contact surface 23 of the one electrode 3 differs from the other contact surface 24 of the other electrode 4 in size-dimensioned over predetermined assigned contact region sizes F23, F24, wherein the processor 26 according to FIG. 3 can contain the following units:
  • a contact and contact region data parameter calculation unit 29 and on the input side thereof a contact and contact region data acquisition unit 25 on at least one electrode 3, 4.
  • the touch and contact region data acquisition unit 25 is connected to the first contact surface 23 of the first electrode 3 via a contact signal line 33 and to the second contact surface 24 of the second electrode 4 via a second contact signal line 32.
  • the unit 25 can be designed with the contact signal lines 32, 33 and the electrodes 3, 4 in each case as a touch-sensitive device 2.
  • the execution technologies can be resistive, capacitive, projected capacitive, infrared or another method for the detection of contact and contact region data.
  • the first touch area 23 has the contact region size F23
  • the second touch area 24 has the contact region size F24, so that the signal processing processing results in a contact region size relationship of F23 "F24 - contact region size F23 small versus contact region size F24.
  • the contact and contact region data acquisition unit 25 in FIG. 3 communicates with the processor 26 via a processor lead 34.
  • the circuit 31 is associated with an amplifier 30, from which the two partially spaced electrodes 3, 4 are supported by energy supply technology and signal technology via the electrode lines 7, 8.
  • the device 20 according to the invention has the following advantages: by using current for tactile stimulation, mechanically moving parts can be avoided,
  • the second electrode 4, 24 can be placed at any location of the device 20 which is contacted over a large area - large-area contact region 24 -
  • the calculation of the electrical signals is variably adaptable to different scenarios, e.g.
  • the perceived surface properties of the electrode 3, 23 can be manipulated with a moving finger - small-area contact region 23.
  • Another application example may be tactile stimulation of the finger after triggering the signals in electronic systems such as the user interface device 2 similar to a keystroke.
  • the electronic system 2 may be a mobile phone.
  • the first electrode 3 of the mobile telephone can be a touch-sensitive surface of the first part 21 with a continuous or divided electrically conductive optically transparent coating.
  • the second electrode of the mobile telephone can be designed as a large-area, electrically conductive second part 22.
  • the electrically conductive second part 22 with the large-area contact surface 24 may be the metallic back of the mobile phone.
  • At least one electrically non-conductive element - an insulating layer - may be provided.
  • the method for processing and reproducing signals in electronic systems 2 for electrotactile stimulation using the device 20 according to the invention is carried out in such a way that a first of the spaced apart electrodes 3, 4 is associated with a first part 21 and a second one of the spaced-apart electrodes 3, 4 are assigned to a second part 22, wherein both parts 21, 22 are assigned to the electronic system 2 as a result of the arrangement and are electrically separated from each other, wherein for each of the electrodes 3, 4 a separate contact surface 23, 24 is provided, wherein a contact region size F23, F24 a contact surface 23, 24 of the first electrode 3, 4 is small against a contact region size F23, F24 of the contact surface 23, 24 of the second electrode 3, 4, wherein the processor 26 includes the following units: a signal generation unit 27,
  • a unit 29 for calculating parameters of the touch and contact region data is connected to a unit 25 for receiving the contact and contact region data at at least one electrode 3, 4, wherein after the triggering of the signals in the electronic system 2, the switched-on processor 26 generates signals which are generated by a circuit 31 and an amplifier 30 be manipulated and reproduced via the two flat and at the same time partially associated electrodes 3, 4 for generating an electro-tactile stimulation.
  • the electrical signals from the contact surfaces 23, 24 may be determined by the processor 26 as a function of the touch position or the varying touch position or the contact region sizes F23, F24 of the touch surface 23, 24 or the contact pressure or other contact parameters on the electrodes 3, 4 be calculated.

Abstract

The invention relates to an apparatus (20) for processing and reproducing signals in electronic systems (2) for electrotactile stimulation, comprising the following functional units: two electrodes (3, 4) that are spaced from each other; a circuit (31) having at least potential-oriented power supply-related connecting lines (7, 8) for the electrodes (3, 4); a processor (26) which is connected to the circuit (31) for setting the power supply-related and signaling-related signals for the two electrodes (3, 4) by way of a supply line (10) and which has a signaling-related connection (11) to the electronic system (2) for accepting the electrical signals generated in the electronic system (2). A first one of the electrodes (3, 4) that are spaced from each other is associated with a first part (21) and a second one of the electrodes (3, 4) that are spaced from each other is associated with a second part (22), wherein both parts (21, 22) are associated with the electronic system (2) as a result of the arrangement and electrically isolated from each other, wherein a separate tactile surface (23, 24) is provided for each electrode (3, 4), wherein a contact region size (F23, F24) of a tactile surface (23, 24) of the first electrodes (3, 4) is small compared to the contact region size (F23, F24) of the tactile surface (23, 24) of the second electrode (3, 4), wherein the processor (26) comprises the following units: a unit (27) for generating signals; a storage device (28) comprising control parameters; and a unit (29) for calculating parameters of the tactile and contact region data, and on the input side it is connected to a unit (25) for receiving the tactile and contact region data on at least one electrode (3, 4).

Description

Vorrichtung zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen zur elektrotaktilen Stimulation Device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactic stimulation
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen zur elektrotaktilen Stimulation, wobei die Vorrichtung zwei voneinander beabstandete Elektroden, einen Schaltkreis mit potenzialorientierten energieversorgungstechnischen Verbindungsleitungen für die Elektroden und einen Prozessor, der mit dem Schaltkreis zur Einstellung der energieversorgungstechnischen und signaltechnischen Signale für die beiden Elektroden über eine Versorgungsleitung verbunden ist und der mit dem elektronischen System zur Übernahme der im elektronischen System erzeugten elektrischen Signale in signaltechnischer Verbindung steht, enthält. Eingaben von Informationen in elektronische Systeme erfolgen verstärkt ohne mechanische Tastelemente, indem die Displays direkt als Touchscreens oder als Folientastaturen genutzt werden. Ziele sind die Erhöhung der Zuverlässigkeit durch einen Verzicht auf mechanisch schnell verschleißende Teile und die Unabhängigkeit von Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit. Nachteilig sind die gewohnten fehlenden Tastatur-Fühlungen.The invention relates to a device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactic stimulation, wherein the device has two spaced-apart electrodes, a circuit with potential-oriented power supply connection lines for the electrodes and a processor connected to the circuit for adjusting the power supply and signaling signals for the two electrodes is connected via a supply line and is in signal communication with the electronic system for the acquisition of the electrical signals generated in the electronic system contains. Input of information into electronic systems occurs more intensively without mechanical feeler elements, by using the displays directly as touch screens or as membrane keyboards. The goals are to increase reliability by eliminating parts which are subject to rapid mechanical wear and the independence of environmental influences such as moisture. The disadvantage is the usual missing keyboard Fühlungen.
Bei Betätigung einer konventionellen Tastatur bekommt der Benutzer sowohl akustisch, optisch oder auch taktil ein Feedback. Bei berührungsempfindlichen Eingaben wie Touchscreens, Touchpads fehlt dieses Feedback oft. Nachteilig ist, dass sich dabei Bedienungsfehler und Nutzerunzufriedenheit ergeben.When a conventional keyboard is actuated, the user receives feedback acoustically, optically or tactilely. For touch-sensitive inputs such as touch screens, touchpads, this feedback is often missing. The disadvantage is that there are operator errors and user dissatisfaction.
Der Entwicklungsstand mit bekannten Vorrichtungen zur Auslösung von Signalen in elektronischen Systemen beinhaltet unterschiedliche Lösungsansätze: 1. Aktuatoren erzeugen bei Berührung der Vorrichtung durch mechanische Verformung oder Vibration ein haptisches Feedback. 2. Am Eingabefinger wird eine elektrostatische und magnetostatische Kraft durch eine Feldanordnung aus Pixeln erzeugt.The state of development with known devices for triggering signals in electronic systems involves different approaches: 1. Actuators generate haptic feedback when the device is touched by mechanical deformation or vibration. 2. At the input finger, an electrostatic and magnetostatic force is generated by a field array of pixels.
3. Vor einem Display sind zwei leitfähige Lochgitter montiert, getrennt durch eine Isolationsschicht. Bei Berührung wird der Finger zum Leiter und verbindet die Gitter elektrisch, wobei es zum Stromfluss kommt.3. Two conductive perforated grids are mounted in front of a display, separated by an insulation layer. When touched, the finger becomes the conductor and electrically connects the grids, causing the current to flow.
Die Probleme dieser Lösungen bestehen darin, dassThe problems of these solutions are that
1. die auftretenden mechanischen Stimulationen störanfällig sind, energetisch aufwendig sind durch Wandlung elektrischer in mechanische Energie und schnell verschleißen und 2. sie aufwendige Feldanordnungen verwenden oder Hilfselektroden auf der Haut erfordern. In den Druckschriften US 7,148,875 B2 und US 7,336,266 B2 sind Vorrichtun¬ gen beschrieben, in denen ein oder mehrere Aktuatoren an ein berührungsempfindliches Gerät gekoppelt sind. Die Aktuatoren erzeugen bei Berührung des Gerätes durch mechanische Verformung oder Vibration ein haptisches Feed- back.1. the mechanical stimuli occurring are susceptible to interference, energy consuming by conversion of electrical energy into mechanical energy and wear out quickly and 2. they use complex field arrangements or require auxiliary electrodes on the skin. In the documents US 7,148,875 B2 and US 7,336,266 B2 Vorrichtun ¬ gene are described, in which one or more actuators are coupled to a touch sensitive device. The actuators produce a haptic feedback when the device is touched by mechanical deformation or vibration.
Eine taktile und visuelle Displayeinrichtung ist in der Druckschrift US 2008/0129705 A1 beschrieben, wobei am Finger eine elektrostatische und/oder magnetostatische Kraft durch eine transparente Feldanordnung aus leitfähigen Pixeln, die durch Transistoren verbunden sind, erzeugt werden. Diese Feldanordnung wird vor einem Display montiert und setzt das dargestellte Bild in taktile Informationen um.A tactile and visual display device is described in US 2008/0129705 A1, wherein an electrostatic and / or magnetostatic force is generated on the finger by a transparent array of conductive pixels connected by transistors. This array is mounted in front of a display and converts the displayed image into tactile information.
Auch durch kleine elektrische Ströme kann eine taktile Wahrnehmung erzeugt werden. Ein Verfahren und eine elektrotaktile Einrichtung mit einer Anzeigevorrichtung ist in der Druckschrift US 2004/0095330 A1 beschrieben, wobei bei dem Verfahren vor einem Display zwei leitfähige Lochgitter montiert werden. Die Lochgitter sind durch eine gelochte Isolationsschicht voneinander getrennt angeordnet. Wird die Einrichtung mit einem Finger berührt, werden die Lochgitter durch die Löcher hindurch elektrisch verbunden. Der über die Haut fließende Strom erzeugt das taktile Ereignis.Even by small electrical currents, a tactile perception can be generated. A method and an electrotactile device with a display device is described in document US 2004/0095330 A1, wherein in the method in front of a display two conductive perforated grids are mounted. The perforated grids are separated by a perforated insulation layer. If the device is touched with a finger, the perforated grids are electrically connected through the holes. The current flowing through the skin generates the tactile event.
Für einige Anwendungen werden Elektroden direkt auf der Haut, z.B. durch Abdomen, Zunge oder Finger, aufgebracht. Dazu ist eine modulare elektrotaktile Einrichtung und ein Verfahren dazu in der Druckschrift US 6,930,590 B2 beschrieben, wobei eine Elektroden-Feldanordnung auf der Haut zur elektrotakti- len Stimulation eingesetzt wird.For some applications, electrodes are placed directly on the skin, e.g. through the abdomen, tongue or fingers. For this purpose, a modular electrotactile device and a method for this purpose in the document US 6,930,590 B2 described, wherein an electrode array on the skin is used for electro-stimulation.
Eine ähnliche Einrichtung ist in der Druckschrift US 2007/0016425 A1 beschrie- ben, bei der der eingeschränkte Sehsinn durch eine Feldanordnung einzelner vibratorischer oder elektrischer Erreger, die direkt auf der Haut angebracht werden, ersetzt werden soll. Ein Handy mit taktilen Icons ist in der Druckschrift US 6,963,762 B2 beschrieben, in dem ein Verfahren realisiert ist, bei dem die Handys taktile Icons senden und empfangen können. Die Icons werden durch ein taktiles Wiedergabegerät, z.B. durch einen exzentrischen elektrischen Motor, einen Vibrationserreger oder ein elektrisches Signal reproduziert. Ein ähnliches Verfahren ist in der Druckschrift US 7,327,277 B2 beschrieben, bei dem in einem Informationsübertragungsapparat vibratorische Aktuatoren zum Einsatz kommen.A similar device is described in the publication US 2007/0016425 A1, in which the limited sense of sight is to be replaced by a field arrangement of individual vibratory or electrical exciters, which are attached directly to the skin. A mobile phone with tactile icons is described in the publication US Pat. No. 6,963,762 B2, in which a method is implemented in which the mobile phones can send and receive tactile icons. The icons are reproduced by a tactile reproduction device, eg by an eccentric electric motor, a vibration exciter or an electrical signal. A similar method is described in the document US Pat. No. 7,327,277 B2, in which vibratory actuators are used in an information transmission apparatus.
Die direkte mechanische Stimulation scheint auf den ersten Blick am einfachs- ten zu sein. Allerdings sind sich bewegende elektronische Teile störanfällig und verschleißen schnell. Zudem ist die Bewegungsamplitude, z.B. durch eine flache Bauform bei Mobiltelefonen, stark begrenzt. Mechanische Stimulation durch e- lektrostatische oder -magnetische Krafterzeugung erfordert einen Gegenpol, der z.B. am Finger befestigt werden muss. Das ist aber in der Praxis hinderlich.Direct mechanical stimulation seems easiest at first glance. However, moving electronic parts are prone to failure and wear out quickly. In addition, the movement amplitude, e.g. by a flat design in mobile phones, severely limited. Mechanical stimulation by electrostatic or magnetic force generation requires an antipole, e.g. must be attached to the finger. But that is a hindrance in practice.
Bei der Verwendung von schwachen Strömen zur Stimulation der mechanischen Rezeptoren ist die direkte Befestigung von Elektroden auf der Haut in der Praxis ebenfalls schwierig. Herkömmliche Vorrichtungen haben zudem meistens Feldanordnungen, die aufwendig herzustellen und anzusteuern sind. Der Strom fließt dabei z.B. von einer Elektrode über die Haut zu einer oder mehreren angrenzenden Elektroden. Durch die räumliche Nähe der Elektroden kann es leicht zu Kurzschlüssen kommen.Using weak currents to stimulate the mechanical receptors also makes direct attachment of electrodes to the skin difficult in practice. Conventional devices also have mostly field arrangements that are expensive to manufacture and to control. The current flows e.g. from an electrode across the skin to one or more adjacent electrodes. Due to the proximity of the electrodes, short circuits can easily occur.
Eine Eingabevorrichtung für mobile Endgeräte ist in der Druckschrift DE 10 2007 016 408 A1 beschrieben. Ein berühruπgssensitives Display als Touchscreen mit einer entsprechenden Elektrodenstruktur ermöglicht die Eingabe von Informationen mit richtungsabhängigen Wirkungen in Richtungen eines xyz- Koordinatensystems. Das Eingabegerät soll als übersichtliches Kommunikationssystem für extrem kompakte Handys, Kameras oder ähnliche Systeme die- nen. Ein Handheld-System mit einem haptischen berührungssensitiven Display und mit elektrotaktilem Feedback ist in der Druckschrift US 2008/0303795 A1 beschrieben.An input device for mobile terminals is described in the document DE 10 2007 016 408 A1. A contact-sensitive display as a touch screen with a corresponding electrode structure allows the input of information with direction-dependent effects in directions of an xyz coordinate system. The input device is intended to serve as a clear communication system for extremely compact mobile phones, cameras or similar systems. A handheld system with a haptic touch-sensitive display and with electrotactile feedback is described in document US 2008/0303795 A1.
Eine Vorrichtung zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen zur elektrotaktilen Stimulation ist in der Druckschrift US 2008/0303795 A1 beschrieben, wobei die Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 aus folgenden Elementen besteht:A device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactile stimulation is described in document US 2008/0303795 A1, wherein the device 1 in a schematic representation according to FIG. 1 consists of the following elements:
- zwei etwa fünf Millimeter voneinander beabstandeten Elektroden 3, 4, die auf einer Oberfläche 5 eines Teils des elektronischen Systems 2 angeordnet sind und die damit in oberflächiger Verbindung zueinander zugeordnet sind,two electrodes 3, 4 spaced approximately five millimeters apart and disposed on a surface 5 of a portion of the electronic system 2 and associated therewith in surface-to-surface communication with each other,
- einem Schaltkreis 6 mit potenzialorientierten energieversorgungstechnischen Verbindungsleitungen 7,8 für die Elektroden 3, 4,a circuit 6 with potential-oriented energy supply-related connection lines 7, 8 for the electrodes 3, 4,
- einem Prozessor 9, der mit dem Schaltkreis 6 zur Einstellung der energiever- sorgungstechnischen und signaltechnischen Signale für die beiden Elektrodena processor 9 connected to the circuit 6 for setting the power supply and signal signals for the two electrodes
3, 4 über eine Versorgungsleitung 10 verbunden ist und der mit dem elektronischen System 2 zur Übernahme des im elektronischen System 2 erzeugten elektrischen Signale in signaltechnischer Verbindung 11 steht, wobei die Berührungsfläche 12 zur verbindenden Signalleitung zwischen den Elektroden 3, 4 im dimensionierten Abstandsbereich liegt und für die beiden3, 4 is connected via a supply line 10 and is connected to the electronic system 2 for receiving the electrical signals generated in the electronic system 2 in signal connection 11, wherein the contact surface 12 for connecting signal line between the electrodes 3, 4 in the dimensioned distance range and for both
Elektroden eine gemeinsame Berührungsfläche 12 darstellt.Electrodes represents a common contact surface 12.
Das Problem der Vorrichtung 1 für das elektronische System 2 besteht darin, dass der Strom auf einer berührungssensitiven Oberfläche 5, auf der beide Elektroden 3, 4 vorhanden sind, nur von einer Elektrode 3 über die Haut der Fingerkuppe zu einer räumlich daneben gelegenen zweiten Elektrode 4 fließt.The problem of the device 1 for the electronic system 2 is that the current on a touch-sensitive surface 5, on which both electrodes 3, 4 are present, only from one electrode 3 via the skin of the fingertip to a spatially adjacent second electrode. 4 flows.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen zur elektrotaktilen Stimulation anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass eine Verbesserung der Schnittstelle zwischen dieser Vorrichtung und dem Nutzer bei Eingaben durch taktiles Feedback in Form körperangepasster elektrotaktiler Stimulation mittels Stromimpulsen erreicht wird. Dabei soll die Stimulation durch einen Stromfluss durch zumindest einen größeren Körperteil des Nutzers und damit nicht nur in der Fingerspitze oder über einen Hautbereich durchgeführt werden. Außerdem soll eine praxistaugliche Erweiterung eines elektronischen Systems durch taktiles Feedback in Form elektrotaktiler Stimulation erfolgen.The invention has for its object to provide a device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactic stimulation, which is designed so adapted that an improvement of the interface between this device and the user inputs through tactile feedback in the form of body-adapted electrotactile stimulation is achieved by means of current pulses. It should stimulation by a Current flow through at least a major part of the body of the user and thus not only be performed in the fingertip or over a skin area. In addition, a practicable extension of an electronic system by tactile feedback in the form of electro-tactile stimulation should be done.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Die Vorrichtung zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen zur elektrotaktilen Stimulation enthält folgende Funktionseinheiten: - zwei voneinander beabstandete Elektroden,The object is solved by the features of claims 1 and 11. The device for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactile stimulation contains the following functional units: two spaced-apart electrodes,
- einen Schaltkreis mit potenzialorieπtierten energieversorgungstechnischen Verbindungsleitungen für die Elektroden,a circuit with potential-specific power supply connection lines for the electrodes,
- einen Prozessor, der mit dem Schaltkreis zur Einstellung der energieversorgungstechnischen und signaltechnischen Signale für die beiden Elek- troden über eine Versorgungsleitung verbunden ist und der mit dem elektronischen System zur Übernahme der im elektronischen System erzeugten elektrischen Signale in signaltechnischer Verbindung steht, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 eine erste der voneinander beanstandeten Elektroden einem ersten Teil zuge- ordnet und eine zweite der voneinander beabstandeten Elektroden einem zweiten Teil des elektronischen Systems zugeordnet sind, wobei beide Teile anordnungsbedingt und elektrisch voneinander getrennt dem elektronischen System zugeordnet sind, wobei für jede der Elektroden eine separate Berührungsfläche vorgesehen ist, wobei eine Kontaktregiongröße F23 der Berührungsfläche der ersten Elektrode klein gegen eine Kontaktregiongröße F24 der Berührungsfläche der zweiten Elektrode ist, wobei der Prozessor folgende Einheiten enthält:- A processor which is connected to the circuit for adjusting the power supply and signal signals for the two electrodes via a supply line and which is in signal communication with the electronic system for receiving the electrical signals generated in the electronic system, wherein according to the characterizing part of claim 1, assigning a first one of the disputed electrodes to a first part and assigning a second one of the spaced electrodes to a second part of the electronic system, both parts associated with the electronic system as a result of the arrangement and being electrically separated from each other, wherein for each of the electrodes a separate contact area is provided, wherein a contact region size F23 of the contact area of the first electrode is small to a contact region size F24 of the contact area of the second electrode, the processor following de units contains:
- eine Einheit zur Generation von Signalen, - einen Speicher mit Steuerparametern unda unit for the generation of signals, a memory with control parameters and
- eine Einheit zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten, und eingangsseitig mit einer Einheit zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten an mindestens einer Elektrode in Verbindung steht.a unit for calculating parameters of the touch and contact region data, and on the input side is in communication with a unit for receiving the contact and contact region data at least one electrode.
Die Einheit zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten kann über eine Kontaktsignalleitung mit der ersten Berührungsfläche der ersten Elektrode und über eine zweite Kontaktsignalleitung mit der zweiten Berührungsfläche der zweiten Elektrode verbunden sein.The contact and contact region data acquisition unit may be connected to the first contact surface of the first electrode via a contact signal line and to the second contact surface of the second electrode via a second contact signal line.
Für die erste Berührungsfläche sind die Kontaktregiongröße und für die zweite Berührungsfläche die Kontaktregiongröße derart ausgebildet, dass sich für die signaltechnische Verarbeitung eine Kontaktregiongrößenbeziehung - Kontaktregiongröße der ersten Berührungsfläche ist klein gegen Kontaktregiongröße der zweiten Berührungsfläche - ergibt.For the first contact area, the contact region size and for the second contact area, the contact region size are formed such that for signal processing a contact region size relationship - contact region size of the first interface is small compared to contact region size of the second interface.
Die Einheit zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten kann über die Signalleitung mit dem Prozessor über eine Prozessorzuleitung in Verbindung stehen.The touch and contact region data acquisition unit may be in communication with the processor via the signal line via a processor lead.
Dem Schaltkreis kann ein Verstärker zugeordnet sein, von dem aus die beiden teilbeabstandeten Elektroden energieversorgungstechnisch und signaltechnisch über die Elektroden leitungen unterstützt werden.The circuit may be associated with an amplifier, from which the two part-spaced electrodes energy supply technology and signaling technology via the electrode lines are supported.
Innerhalb des Prozessors können zwischen der Einheit zur Generation von Signalen, dem Speicher von Steuerparametern und der Einheit zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten eine enge, von programmtechnischen Mitteln unterstützte Wechselwirkung und ein zugehöriger Signalaustausch bestehen.Within the processor, there may be a close program-assisted interaction and associated signal exchange between the generation unit of signals, the memory of control parameters, and the unit for calculating parameters of the touch and contact region data.
Nach der Auslösung der Signale im elektronischen System kann mit Hilfe des Prozessors, des elektrischen Verstärkers und mit den zwei flächigen und zugleich weit voneinander entfernten Elektroden durch Wiedergabe der Elektrodensignale ein elektrotaktiles Feedback erzeugt werden. Das elektronische System kann ein Benutzerschnittstellengerät sein, in dem sämtliche Elemente und Baugruppen integriert sind.After triggering the signals in the electronic system, an electro-tactile feedback can be generated by means of the processor, the electrical amplifier and the two flat and at the same time far apart electrodes by reproducing the electrode signals. The electronic system may be a user interface device in which all elements and assemblies are integrated.
Die erfinderische Lösung besteht darin, dass - eine berührungsempfindliche Oberfläche als erster Teil eines elektronischen Systems - eines Gerätes - mit einer durchgehenden oder geteilten elektrisch leitfähigen optisch transparenten Beschichtung in Form einer ersten Elektrode versehen ist,The inventive solution consists in that: a touch-sensitive surface as the first part of an electronic system of a device is provided with a continuous or divided electrically conductive optically transparent coating in the form of a first electrode,
- eine zweite Elektrode vorgesehen ist, die als großflächiger, elektrisch leitender zweiter Teil des Gerätes, z.B. die metallische Rückseite eines Mobiltelefons, ausgebildet ist,- A second electrode is provided, which is used as a large-area, electrically conductive second part of the device, e.g. the metallic back of a mobile phone, is formed,
Zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil kann zumindest ein elektrisch nichtleitendes Element - eine Isolationsschicht - vorgesehen sein.At least one electrically non-conducting element-an insulation layer-can be provided between the first part and the second part.
Wird das Gerät in einer Hand bei großflächiger Berührung des Gehäuses als zweite Elektrode gehalten und wird die berührungssensitive Oberfläche als erste Elektrode mit einem oder mehreren Fingern berührt, so fließt ein elektrischer Strom durch den Körper des Nutzers, wobei der Strom die taktilen Rezeptoren der Finger anregt.If the device is held as a second electrode in one hand with extensive contact of the housing and the touch-sensitive surface is touched as the first electrode with one or more fingers, then an electric current flows through the body of the user, the current stimulating the tactile receptors of the fingers ,
Da sich der Strom an der zweiten Elektrode auf eine größere Fläche - das Gehäuse - verteilt, kommt es dort zu keiner elektrotaktilen Stimulation. Die elektrischen Signale von den realen Berührungsflächen werden dabei von einem Pro- zessor in Abhängigkeit von der Berührungsposition oder sich verändernden Berührungsposition oder Berührungsfläche oder Berührungsdruck oder weiteren Berührungsparametern an den Elektroden berechnet.Since the current at the second electrode is distributed over a larger area - the housing - there is no electro-tactile stimulation there. The electrical signals from the real contact surfaces are thereby calculated by a processor as a function of the contact position or changing contact position or contact surface or contact pressure or other contact parameters at the electrodes.
Die Stromsignale fließen von einer ersten Elektrode über eine kleine erste Be- rührungsfläche durch den Körper des Nutzers zu einer großen zweiten Berührungsfläche zu einer zweiten Elektrode. Die erste Elektrode kann dabei selbst auch großflächig sein, darf aber im Normalfall nur über eine kleine Fläche - eine kleinflächige Kontaktregion - berührt werden. Das Verfahren zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen zur elektrotaktilen Stimulation unter Einsatz der vordem beschriebenen Vorrichtung wird derart betrieben, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruch 11 eine erste der voneinander beanstandeten Elektroden einem ersten Teil zugeordnet und eine zweite der voneinander beabstandeteπ Elektroden einem zweiten Teil zugeordnet werden, wobei beide Teile anordnungsbedingt und elektrisch voneinander getrennt dem elektronischen System zugeordnet sind, wobei für jede der Elektroden eine separate Berührungsfläche vorgesehen wird, wobei eine Kontaktregiongröße der Berührungsfläche der ersten Elektrode klein gegen eine Kontaktregiongröße der Berührungsfläche der zweiten Elektrode ist, wobei der Prozessor folgende Einheiten enthältThe current signals flow from a first electrode through a small first contact area through the body of the user to a large second contact area to a second electrode. The first electrode may itself also be large area, but may normally be touched only over a small area - a small area contact region. The method for processing and reproducing signals in electronic systems for electrotactile stimulation using the device described above is operated in such a way, according to the characterizing part of claim 11, a first of the spaced apart electrodes assigned to a first part and a second of the spaced apart electrodes a second Part are assigned, both parts are arrangement-related and electrically isolated from the electronic system, wherein a separate contact area is provided for each of the electrodes, wherein a contact region size of the contact surface of the first electrode is small against a contact region size of the contact surface of the second electrode, wherein the Processor contains the following units
- eine Einheit zur Generation von Signalen,a unit for the generation of signals,
- einen Speicher mit Steuerparametern und - eine Einheit zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten sowie eingangsseitig mit einer Einheit zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten an mindestens einer Elektrode in Verbindung steht, wobei nach der Auslösung der Signale im elektronischen System der einge- schaltete Prozessor Signale generiert, welche durch einen Schaltkreis und einen Verstärker manipuliert und über die zwei flächigen und zugleich teilzugeordneten Elektroden zur Erzeugung einer elektrotaktilen Stimulation wiedergegeben werden.a memory with control parameters, and a unit for calculating parameters of the contact and contact region data and the input side with a unit for recording the contact and contact region data at at least one electrode in connection, wherein after triggering of the signals in the electronic system of the switched processor generates signals which are manipulated by a circuit and an amplifier and reproduced via the two flat and at the same time partially associated electrodes for generating an electro-tactile stimulation.
Die elektrischen Signale von den Berührungsflächen aus vom Prozessor in Abhängigkeit von der Berührungsposition oder von der sich verändernden Berührungsposition oder von den Kontaktregiongrößen der Berührungsflächen oder vom Berührungsdruck oder von weiteren Berührungsparametern an den Elektroden berechnet werden.The electrical signals from the touch surfaces are calculated by the processor as a function of the touch position or of the changing touch position or of the contact region sizes of the contact surfaces or of the contact pressure or of further contact parameters on the electrodes.
Dabei kann die Berechnung der elektrischen Signale innerhalb des Prozessors variabel an unterschiedliche Szenarien angepasst werden. Es können auch die erfassten Oberflächeneigenschaften des ersten Teils bei verschobener Kontaktregiongröße manipuliert werden.The calculation of the electrical signals within the processor can be variably adapted to different scenarios. It is also possible to manipulate the detected surface properties of the first part with the contact region size shifted.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels Zeichnungen nä- her erläutert: Es zeigen:The invention will be explained in more detail by means of an exemplary embodiment by means of drawings, in which:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in einem elektronischen System - einem Benutzerschnittstellengerät - zur elektrotaktilen Stimulation nach dem Stand der Technik,1 is a schematic representation of a device for processing and reproducing signals in an electronic system - a user interface device - for electrotactile stimulation according to the prior art,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in einem elektronischen System - einem Benutzerschnittstellengerät - zur elektrotaktilen Stimulation, undFig. 2 is a schematic representation of a device according to the invention for processing and reproducing signals in an electronic system - a user interface device - for electro-tactile stimulation, and
Fig. 3 eine Anordnung der Funktionseinheiten des Prozessors innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 3 shows an arrangement of the functional units of the processor within the device according to the invention.
In der Fig. 2 ist eine schematische erfindungsgemäße Vorrichtung 20 zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in einem als Benutzerschnittstellengerät ausgebildeten elektronischen Systems 2 zur elektrotaktilen Stimulation dargestellt, die folgende Funktionseinheiten enthält:FIG. 2 shows a schematic device 20 according to the invention for processing and reproducing signals in an electronic interface system 2 designed as a user interface device for electro-tactile stimulation, which contains the following functional units:
- zwei voneinander beabstandete Elektroden 3, 4, - einen Schaltkreis 31 mit zumindest potenzialorientierten energieversorgungstechnischen Verbindungsleitungen 7,8 für die Elektroden 3, 4,two spaced-apart electrodes 3, 4, - a circuit 31 with at least potential-oriented power supply connection lines 7, 8 for the electrodes 3, 4,
- einen Prozessor 26, der mit dem Schaltkreis 31 zur Einstellung der energie- versorgungstechπischeπ und signaltechnischen Signale für die beiden Elektroden 3, 4 über die Versorgungsleitung 10 verbunden ist und der mit dem Benutzerschnittstellengerät 2 zur Übernahme der im Benutzerschnittstellengerät 2 erzeugten elektrischen Signale in signaltechnischer Verbindung 11 steht. Erfindungsgemäß ist eine der voneinander beabstandeten Elektroden 3 einem ersten Teil 21 zugeordnet und die andere Elektrode 4 ist einem zweiten Teil 22 des Benutzerschnittstellengeräts 2 zugeordnet, wobei die beiden Teile 21 , 22 voneinander isoliert getrennt sind, wobei für jede Elektrode 3, 4 eine separate Berührungsfläche 23, 24 vorgesehen ist, wobei sich die eine Berührungsfläche 23 der einen Elektrode 3 von der anderen Berührungsfläche 24 der anderen Elektrode 4 größendimensioniert über vorgegebene zugeordnete Kontaktregiongrößen F23, F24 unterscheidet, wobei der Prozessor 26 gemäß Fig. 3 folgende Einheiten enthalten kann:a processor 26 which is connected to the circuit 31 for setting the power supply and signaling signals for the two electrodes 3, 4 via the supply line 10 and the user interface device 2 for receiving the electrical signals generated in the user interface device 2 in signal connection 11 stands. According to the invention, one of the spaced-apart electrodes 3 is associated with a first part 21 and the other electrode 4 is associated with a second part 22 of the user interface device 2, the two parts 21, 22 being isolated from each other, with a separate contact surface for each electrode 3, 4 23, 24 is provided, wherein one contact surface 23 of the one electrode 3 differs from the other contact surface 24 of the other electrode 4 in size-dimensioned over predetermined assigned contact region sizes F23, F24, wherein the processor 26 according to FIG. 3 can contain the following units:
- eine Einheit 27 zur Generation von Signalen,a signal generation unit 27,
- einen Speicher 28 mit Steuerparametern unda memory 28 with control parameters and
- eine Einheit 29 zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten, und eingangsseitig mit einer Einheit 25 zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten an mindestens einer Elektrode 3, 4 in Verbindung steht.a contact and contact region data parameter calculation unit 29, and on the input side thereof a contact and contact region data acquisition unit 25 on at least one electrode 3, 4.
Die Einheit 25 zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten ist über eine Kontaktsignalleitung 33 mit der ersten Berührungsfläche 23 der ersten Elektrode 3 und über eine zweite Kontaktsignalleitung 32 mit der zweiten Berührungsfläche 24 der zweiten Elektrode 4 verbunden. Die Einheit 25 kann mit den Kontaktsignalleitungen 32, 33 und den Elektroden 3, 4 jeweils als berührungsempfindliches Gerät 2 ausgeführt sein. Die Ausführungstechnologien können dabei resistiv, kapazitiv, projektiert kapazitiv, infrarot oder ein anderes Verfahren zur Detektion von Berührungs- und Kontaktregiondaten sein.The touch and contact region data acquisition unit 25 is connected to the first contact surface 23 of the first electrode 3 via a contact signal line 33 and to the second contact surface 24 of the second electrode 4 via a second contact signal line 32. The unit 25 can be designed with the contact signal lines 32, 33 and the electrodes 3, 4 in each case as a touch-sensitive device 2. The execution technologies can be resistive, capacitive, projected capacitive, infrared or another method for the detection of contact and contact region data.
In Fig. 2 hat die erste Berührungsfläche 23 die Kontaktregiongröße F23 und die zweite Berührungsfläche 24 hat die Kontaktregiongröße F24, so dass sich für die signaltechnische Verarbeitung eine Kontaktregiongrößenbeziehung von F23« F24 - Kontaktregiongröße F23 klein gegen Kontaktregiongröße F24 - ergibt. Die Einheit 25 zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten in Fig. 3 steht über eine Prozessorzuleitung 34 mit dem Prozessor 26 in Verbindung.In Fig. 2, the first touch area 23 has the contact region size F23, and the second touch area 24 has the contact region size F24, so that the signal processing processing results in a contact region size relationship of F23 "F24 - contact region size F23 small versus contact region size F24. The contact and contact region data acquisition unit 25 in FIG. 3 communicates with the processor 26 via a processor lead 34.
Dem Schaltkreis 31 ist ein Verstärker 30 zugeordnet, von dem aus die beiden teilbeabstandeten Elektroden 3, 4 energieversorgungstechnisch und signaltechnisch über die Elektrodenleitungen 7, 8 unterstützt werden.The circuit 31 is associated with an amplifier 30, from which the two partially spaced electrodes 3, 4 are supported by energy supply technology and signal technology via the electrode lines 7, 8.
Innerhalb des Prozessors 26 können zwischen der Einheit 27 zur Generation von Signalen, dem Speicher 28 von Steuerparametern und der Einheit 29 zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten eine von programmtechnischen Mitteln unterstützte enge Wechselwirkung und ein zugehöriger Signalaustausch bestehen.Within the processor 26, between the signal generation unit 27, the control parameter memory 28, and the contact and contact region parameter calculation unit 29, there may be close program-assisted close interaction and associated signal exchange.
Folgende Vorteile besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 - durch die Verwendung von Strom zur taktilen Stimulation können mechanisch bewegliche Teile vermieden werden,The device 20 according to the invention has the following advantages: by using current for tactile stimulation, mechanically moving parts can be avoided,
- die Herstellung und Ansteuerung der zum Teil großflächigen Elektroden 4, 24 ist einfach,the production and control of the partially large-area electrodes 4, 24 is simple,
- versehentliche Kurzschlüsse durch eng benachbarte Elektroden sind unwahr- scheinlicher,- accidental short circuits due to closely spaced electrodes are less likely
- die zweite Elektrode 4, 24 kann an einem beliebigen Platz der Vorrichtung 20 platziert werden, welcher großflächig - großflächige Kontaktregion 24 - berührt wird,the second electrode 4, 24 can be placed at any location of the device 20 which is contacted over a large area - large-area contact region 24 -
- die Berechnung der elektrischen Signale ist variabel an unterschiedliche Sze- narien anpassbar, z.B. können gezielt die wahrgenommenen Oberflächeneigenschaften der Elektrode 3, 23 bei bewegtem Finger - kleinflächige Kontaktregion 23 - manipuliert werden.the calculation of the electrical signals is variably adaptable to different scenarios, e.g. For example, the perceived surface properties of the electrode 3, 23 can be manipulated with a moving finger - small-area contact region 23.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel kann die taktile Stimulation des Fingers nach Auslösung der Signale in elektronischen Systemen wie dem Benutzerschnittstellengerät 2 ähnlich einem Tastendruck darstellen. Das elektronische System 2 kann ein Mobiltelefon sein.Another application example may be tactile stimulation of the finger after triggering the signals in electronic systems such as the user interface device 2 similar to a keystroke. The electronic system 2 may be a mobile phone.
Die erste Elektrode 3 des Mobiltelefons kann dabei eine berührungsempfindliche Oberfläche des ersten Teils 21 mit einer durchgehenden oder geteilten elektrisch leitfähigen optisch transparenten Beschichtung sein.The first electrode 3 of the mobile telephone can be a touch-sensitive surface of the first part 21 with a continuous or divided electrically conductive optically transparent coating.
Die zweite Elektrode des Mobiltelefons kann als großflächiger, elektrisch leitender zweiter Teil 22 ausgebildet sein.The second electrode of the mobile telephone can be designed as a large-area, electrically conductive second part 22.
Der elektrisch leitende zweite Teil 22 mit der großflächigen Berührungsfläche 24 kann die metallische Rückseite des Mobiltelefons sein.The electrically conductive second part 22 with the large-area contact surface 24 may be the metallic back of the mobile phone.
Zwischen dem ersten Teil 21 und dem zweiten Teil 22 kann zumindest ein elektrisch nichtleitendes Element - eine Isolationsschicht - vorgesehen sein.Between the first part 21 and the second part 22, at least one electrically non-conductive element - an insulating layer - may be provided.
Das Verfahren zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen 2 zur elektrotaktilen Stimulation unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 wird derart durchgeführt, dass eine erste der voneinander beanstandeten Elektroden 3, 4 einem ersten Teil 21 zugeordnet und eine zweite der voneinander beabstandeten Elektroden 3, 4 einem zweiten Teil 22 zugeordnet werden, wobei beide Teile 21 , 22 anordnungsbedingt und elektrisch voneinander getrennt dem elektronischen System 2 zugeordnet sind, wobei für jede der Elektroden 3, 4 eine separate Berührungsfläche 23, 24 vor- gesehen wird, wobei eine Kontaktregiongröße F23, F24 einer Berührungsfläche 23, 24 der ersten Elektrode 3, 4 klein gegen eine Kontaktregiongröße F23, F24 der Berührungsfläche 23, 24 der zweiten Elektrode 3, 4 ist, wobei der Prozessor 26 folgende Einheiten enthält: - eine Einheit 27 zur Generation von Signalen,The method for processing and reproducing signals in electronic systems 2 for electrotactile stimulation using the device 20 according to the invention is carried out in such a way that a first of the spaced apart electrodes 3, 4 is associated with a first part 21 and a second one of the spaced-apart electrodes 3, 4 are assigned to a second part 22, wherein both parts 21, 22 are assigned to the electronic system 2 as a result of the arrangement and are electrically separated from each other, wherein for each of the electrodes 3, 4 a separate contact surface 23, 24 is provided, wherein a contact region size F23, F24 a contact surface 23, 24 of the first electrode 3, 4 is small against a contact region size F23, F24 of the contact surface 23, 24 of the second electrode 3, 4, wherein the processor 26 includes the following units: a signal generation unit 27,
- einen Speicher 28 mit Steuerparametern unda memory 28 with control parameters and
- eine Einheit 29 zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten, und eingangsseitig mit einer Einheit 25 zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten an mindestens einer Elektrode 3, 4 in Verbindung steht, wobei nach der Auslösung der Signale im elektronischen System 2 der eingeschaltete Prozessor 26 Signale generiert, welche durch einen Schaltkreis 31 und einen Verstärker 30 manipuliert und über die zwei flächigen und zugleich teilzugeordneten Elektroden 3, 4 zur Erzeugung einer elektrotaktilen Stimulation wiedergegeben werden.a unit 29 for calculating parameters of the touch and contact region data, and on the input side is connected to a unit 25 for receiving the contact and contact region data at at least one electrode 3, 4, wherein after the triggering of the signals in the electronic system 2, the switched-on processor 26 generates signals which are generated by a circuit 31 and an amplifier 30 be manipulated and reproduced via the two flat and at the same time partially associated electrodes 3, 4 for generating an electro-tactile stimulation.
Die elektrischen Signale von den Berührungsflächen 23, 24 aus können vom Prozessor 26 in Abhängigkeit von der Berührungsposition oder von der sich verändernden Berührungsposition oder von den Kontaktregiongrößen F23, F24 der Berührungsfläche 23, 24 oder vom Berührungsdruck oder von weiteren Berührungsparametern an den Elektroden 3, 4 berechnet werden. The electrical signals from the contact surfaces 23, 24 may be determined by the processor 26 as a function of the touch position or the varying touch position or the contact region sizes F23, F24 of the touch surface 23, 24 or the contact pressure or other contact parameters on the electrodes 3, 4 be calculated.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorrichtung nach dem Stand der Technik1 device according to the prior art
2 elektronisches System2 electronic system
3 erste Elektrode 4 zweite Elektrode3 first electrode 4 second electrode
5 Oberfläche des elektronischen Systems5 surface of the electronic system
6 Schaltkreis6 circuit
7 erste Elektrodenleitung7 first electrode line
8 zweite Elektrodenleitung 9 Prozessor8 second electrode line 9 processor
10 Schaltkreisversorgungsleitung10 circuit supply line
11 Verbindungsleitung11 connection line
20 erfindungsgemäße Vorrichtung20 device according to the invention
21 erster Teil 22 zweiter Teil21 first part 22 second part
23 erste Berührungsfläche23 first contact area
24 zweite Berührungsfläche24 second contact area
25 Einheit zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten25 Unit for recording the touch and contact region data
26 Prozessor 27 Einheit zur Generation von Signalen26 processor 27 unit for generation of signals
28 Speicher mit Steuerparametern28 memory with control parameters
29 Einheit zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten29 Unit for calculating parameters of the touch and contact region data
30 Verstärker 31 Schaltkreis30 amplifier 31 circuit
32 erste Kontaktsignalleitung32 first contact signal line
33 zweite Kontaktsignal leitung33 second contact signal line
34 Prozessorzuleitung34 processor lead
F23 erste Kontaktregiongröße F24 zweite Kontaktregiongröße F23 first contact region size F24 second contact region size

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (20) zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen (2) zur elektrotaktilen Stimulation, enthaltend folgende Funktionseinheiten:1. Device (20) for processing and reproducing signals in electronic systems (2) for electrotactile stimulation, comprising the following functional units:
- zwei voneinander beabstandete Elektroden (3, 4),two spaced-apart electrodes (3, 4),
- einen Schaltkreis (31) mit zumindest potenzialorientierten energieversor- gungstechnischen Verbindungsleitungen (7, 8) für die Elektroden (3, 4),a circuit (31) with at least potential-oriented energy supply connection lines (7, 8) for the electrodes (3, 4),
- einen Prozessor (26), der mit dem Schaltkreis (31) zur Einstellung der energieversorgungstechnischen und signaltechnischen Signale für die beiden Elektroden (3, 4) über eine Versorgungsleitung (10) verbunden ist und der mit dem elektronischen System (2) zur Übernahme der im elektronischen System (2) erzeugten elektrischen Signale in signaltechnischer Verbindung (11) steht, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der voneinander beanstandeten Elektroden (3, 4) einem ersten Teil (21) zugeordnet und eine zweite der voneinander beabstandeten Elektroden (3, 4) einem zweiten Teil (22) zugeordnet sind, wobei beide Teile (21, 22) anordnungsbedingt und elektrisch voneinander getrennt dem elektro- nischen System (2) zugeordnet sind, wobei für jede der Elektroden (3, 4) eine separate Berührungsfläche (23, 24) vorgesehen ist, wobei eine Kontaktregiongröße (F23, F24) einer Berührungsfläche (23, 24) der ersten Elektrode (3, 4) klein gegen eine Kontaktregiongröße (F23, F24) der Berührungsfläche (23, 24) der zweiten Elektrode (3, 4) ist, wobei der Prozessor (26) folgende Einheiten enthält- A processor (26) connected to the circuit (31) for adjusting the power supply and signal signals for the two electrodes (3, 4) via a supply line (10) and with the electronic system (2) for the acquisition of in the electronic system (2) electrical signals in signal connection (11), characterized in that a first of the spaced apart electrodes (3, 4) associated with a first part (21) and a second of the spaced apart electrodes (3, 4 ) are associated with a second part (22), wherein both parts (21, 22) are assigned to the electronic system (2) as a result of the arrangement and are electrically separated from one another, wherein a separate contact surface (23, 23) is provided for each of the electrodes (3, 4). 24), wherein a contact region size (F23, F24) of a contact surface (23, 24) of the first electrode (3, 4) is small to a contact region size (F23, F24) of the contact ngsfläche (23, 24) of the second electrode (3, 4), wherein the processor (26) contains the following units
- eine Einheit (27) zur Generation von Signalen,a unit (27) for generating signals,
- einen Speicher (28) mit Steuerparametern unda memory (28) with control parameters and
- eine Einheit (29) zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten, und eingangsseitig mit einer Einheit (25) zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten an mindestens einer Elektrode (3, A) in Verbindung steht. - A unit (29) for calculating parameters of the touch and contact region data, and the input side with a unit (25) for receiving the touch and contact region data at least one electrode (3, A) is in communication.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (25) zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten über eine Kontaktsignalleitung (33) mit der ersten Berührungsfläche (23) der ersten Elektrode (3) und über eine zweite Kontaktsignalleitung (32) mit der zweiten Berührungsfläche (24) der zweiten Elektrode (4) verbunden ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the unit (25) for receiving the touch and contact region data via a contact signal line (33) with the first contact surface (23) of the first electrode (3) and via a second contact signal line (32). is connected to the second contact surface (24) of the second electrode (4).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Schaltkreis (31) ein Verstärker (30) zugeordnet ist, von dem aus die beiden teilbeabstandeten Elektroden (3, 4) energieversorgungstechnisch und signaltechnisch über die Elektrodenleitungen (7, 8) unterstützt werden.3. A device according to claim 1, characterized in that the circuit (31) is associated with an amplifier (30), from which the two partially spaced electrodes (3, 4) energy supply technology and signal technology via the electrode lines (7, 8) are supported.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Prozessors (26) zwischen der Einheit (27) zur Generation von Signalen, dem Speicher (28) von Steuerparametern und der Einheit (29) zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten eine enge, von programmtechnischen Mitteln unterstützte Wechselwirkung und ein zugehöriger Signalaustausch bestehen.Device according to Claim 1, characterized in that, within the processor (26), between the signal generating unit (27), the control parameter memory (28) and the unit (29) for calculating parameters of the contact and contact region data there is a close interaction supported by program-technical means and an associated signal exchange.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische System (2) ein Benutzerschnittstellengerät ist.5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the electronic system (2) is a user interface device.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische System (2) ein Mobiltelefon ist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the electronic system (2) is a mobile phone.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (3) des Mobiltelefons eine berührungsempfindliche Oberfläche des ersten Teils (21) mit einer durchgehenden oder geteilten elektrisch leitfähigen optisch transparenten Beschichtung ist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that in that the first electrode (3) of the mobile telephone is a touch-sensitive surface of the first part (21) with a continuous or divided electrically conductive optically transparent coating.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (4) des Mobiltelefons als großflächiger, elektrisch leitender zweiter Teil (22) ausgebildet ist.8. The device according to claim 6, characterized in that the second electrode (4) of the mobile telephone as a large-area, electrically conductive second part (22) is formed.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende zweite Teil (22) mit der großflächigen Berührungsfläche (24) die metallische Rückseite des Mobiltelefons ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the electrically conductive second part (22) with the large-area contact surface (24) is the metallic back of the mobile phone.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem ersten Teil (21) und dem zweiten Teil (22) zumindest ein elektrisch nichtleitendes Element - eine Isolationsschicht - vorgesehen ist.10. The device according to claim 1, characterized in that between the first part (21) and the second part (22) at least one electrically non-conductive element - an insulating layer - is provided.
11. Verfahren zur Verarbeitung und Wiedergabe von Signalen in elektronischen Systemen (2) zur elektrotaktilen Stimulation unter Einsatz einer Vorrichtung (20) nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der voneinander beanstandeten Elektroden (3, 4) einem ersten Teil (21) zugeordnet und eine zweite der voneinander beabstandeten Elektroden (3, 4) einem zweiten Teil (22) zugeordnet werden, wobei beide Teile (21, 22) anordnungsbedingt und elektrisch voneinander getrennt dem elektronischen System (2) zugeordnet sind, wobei für jede der Elektroden (3, 4) eine separate Berührungsfläche (23, 24) vorgesehen wird, wobei eine Kontaktregiongröße (F23, F24) einer Berührungsfläche (23, 24) der ersten Elektrode (3, 4) klein gegen eine Kontaktregiongröße (F23, F24) der Berührungsfläche (23, 24) der zweiten Elektrode (3, 4) ist, wobei der Prozessor (26) folgende Einheiten enthält: - eine Einheit (27) zur Generation von Signalen,11. A method for processing and reproducing signals in electronic systems (2) for electrotactile stimulation using a device (20) according to claims 1 to 10, characterized in that a first of the spaced apart electrodes (3, 4) a first part (21) and assigning a second one of the spaced apart electrodes (3, 4) to a second part (22), both parts (21, 22) being associated with the electronic system (2) as a result of the arrangement and being electrically separated from each other, wherein for each the electrodes (3, 4) a separate contact surface (23, 24) is provided, wherein a contact region size (F23, F24) of a contact surface (23, 24) of the first electrode (3, 4) is small to a contact region size (F23, F24) of the contact surface (23, 24) of the second electrode (3, 4) the processor (26) comprises the following units: - a unit (27) for generating signals,
- einen Speicher (28) mit Steuerparametern unda memory (28) with control parameters and
- eine Einheit (29) zur Berechnung von Parametern der Berührungs- und Kontaktregiondaten, und eingangsseitig mit einer Einheit (25) zur Aufnahme der Berührungs- und Kontaktregiondaten an mindestens einer Elektrode (3, 4) in Verbindung steht, wobei nach der Auslösung der Signale im elektronischen System (2) der eingeschaltete Prozessor (26) Signale generiert, welche durch einen Schaltkreis (31) und einen Verstärker (30) manipuliert und über die zwei flächigen und zugleich teilzugeordneten Elektroden (3, 4) zur Erzeugung einer elektrotakti- len Stimulation wiedergegeben werden.- A unit (29) for calculating parameters of the touch and contact region data, and the input side with a unit (25) for receiving the touch and contact region data at least one electrode (3, 4) is in communication, wherein after the triggering of the signals in the electronic system (2), the switched-on processor (26) generates signals which are manipulated by a circuit (31) and an amplifier (30) and via the two flat and at the same time partially allocated electrodes (3, 4) for generating an electro-positive stimulation be reproduced.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Signale von den Berührungsflächen (23, 24) aus vom12. The method according to claim 11, characterized in that the electrical signals from the contact surfaces (23, 24) from the
Prozessor (26) in Abhängigkeit von der Berührungsposition oder von der sich verändernden Berührungsposition oder von den Kontaktregiongrößen (F23, F24) der Berührungsfläche (23, 24) oder vom Berührungsdruck oder von weiteren Berührungsparametern an den Elektroden (3, 4) berechnet werden.Processor (26) depending on the touch position or from the changing touch position or the contact region sizes (F23, F24) of the contact surface (23, 24) or the contact pressure or other contact parameters at the electrodes (3, 4) are calculated.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der elektrischen Signale innerhalb des Prozessors (26) variabel an unterschiedliche Szenarien angepasst wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the calculation of the electrical signals within the processor (26) is variably adapted to different scenarios.
14. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Oberflächeneigenschaften des ersten Teils (21) bei verschobener Kontaktregiongröße (F23) manipuliert werden.. 14. The method according to claim 11 to 13, characterized the detected surface properties of the first part (21) are manipulated with the contact region size shifted (F23).
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