阅读说明：本技术 笔式输入和/或输出设备和用于产生触觉信号的方法 (Pen input and/or output device and method for generating a haptic signal ) 是由 格奥尔格·屈格尔 哈拉尔德·卡斯特尔 甘特·阿伦泽 罗曼·普希莱特纳 于 2019-06-25 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种笔式输入和/或输出设备(1),具有致动器单元,所述致动器单元具有压电促动器(11)。根据另一方面,本申请涉及一种用于产生触觉信号的方法。(The application relates to a pen-type input and/or output device (1) having an actuator unit with a piezoelectric actuator (11). According to another aspect, the present application relates to a method for generating a haptic signal.)

笔式输入和/或输出设备和用于产生触觉信号的方法

技术领域

本发明涉及一种笔式输入和/或输出设备以及一种用于产生触觉信号的方法。

背景技术

在虚拟现实应用和增强现实应用的范围内，越来越多地使用笔，借助所述笔可以触碰表面。在此应当使用户获得如下印象，笔会在之前存储的面上移动。为了接近现实地重现表面的轮廓，具有快速的反应时间的促动器是有利的。

这种笔例如从US 8 988 445 B2中已知。所述笔具有线性促动器，所述线性促动器具有振荡线圈。这种促动器具有长的响应时间和长的衰减时间。由此并非表面轮廓的所有细节可触觉感受到。此外，在US 8 988 445 B2中描述的笔中需要多个传感器。

发明内容

本发明的目的是，提出一种有利的笔式输入和/或输出设备。另一目的是，提出一种用于借助这种输入和/或输出设备产生触觉信号的有利的方法。

所述目的通过根据权利要求1的笔式输入和/或输出设备以及通过根据另一独立权利要求的方法来实现。

提出一种笔式输入和/或输出设备，所述笔式输入和/或输出设备具有致动器单元，所述致动器单元具有压电促动器。笔式输入和/或输出设备在一个实施方式中可以具有其他压电促动器。

压电促动器能够以不同的几何形状制成。与之相应地，压电促动器的几何设计方案可以匹配于笔式输入和/或输出设备的几何形状。使用压电促动器的另一优点在于压电促动器的快速的响应和衰减性能。仅通过由压电促动器产生的振动的快速的响应和衰减可以产生接近现实的触觉信号。

压电促动器可以借助宽的频谱中的频率来激励成振动。例如，施加到压电促动器上的输入电压可以具有在5Hz和10KHz之间的频率。由于可以使用这种不同的频率，压电促动器可以激励成在宽的频域中振动。由此可以产生模仿表面的不同组织的不同的触觉印象。

施加到压电促动器上的信号可以具有任意的信号形式。压电促动器例如不限于正弦形的输入信号。

作为压电促动器可以使用单层促动器或压电多层器件，其中内电极和在其之间设置的压电层交替地彼此上下堆叠。

压电促动器可以实现产生不同的触觉信号。压电促动器的振动的幅值以及频率可以改变。由此例如表面的不同组织可接近现实地触觉感受到。

笔式输入和/或输出设备可以在应用中、例如在虚拟现实应用或增强现实应用中作为输入设备以及作为输出设备使用。在用作为输入设备时，可以通过如下方式进行输入：用户将笔式设备移动至特定位置。以这种方式，应用的用户例如可以传送控制命令。在用作为输出设备时，由笔式设备通过如下方式进行输出：通过致动器单元的振动将触觉信号传送至用户。笔式设备可以仅作为输入设备或仅作为输出设备或作为组合的输入和输出设备运行。

笔式输入和/或输出设备可以具有操控单元，所述操控单元构成用于，将电压施加到压电促动器上。通过施加到压电促动器上的电压可以激励压电促动器振动。振动对于抓握或握紧笔式输入和/或输出设备的用户而言可以是触觉信号。与压电促动器的振动的频率和幅值相关地，可以在用户处产生不同的触觉印象。

在操控单元中可以保存有轮廓，其中操控单元可以构成用于，操控压电促动器，使得笔式输入和/或输出设备产生信号，所述信号产生保存的轮廓的触觉印象。轮廓尤其可以是表面的轮廓。表面的轮廓可以再现表面的组织。例如，触觉信号能够与表面的粗糙度相关地改变，所述粗糙度应当通过触觉信号再现。

笔式输入和/或输出设备可以构成用于，将压电促动器用作为传感器，其中在压电促动器处由于操作笔式输入和/或输出设备可以产生电压，其中笔式输入和/或输出设备可以具有评估单元，所述评估单元构成用于，识别在压电促动器处产生的电压并且存储表征所产生的电压的值。输入和输出设备可以在读入模式中运行，在所述读入模式中，设备沿着一个或多个表面引导，并且在此存储表面的轮廓。

笔式输入和/或输出设备可以构成用于，将压电促动器同时用作为传感器和用于产生振动。例如，在压电促动器用作为用于读入表面的轮廓的传感器的读入模式中可行的是，借助于促动器产生振动。如果例如在读入过程中识别出，超过限定的阈值的力施加到压电促动器上，那么促动器由此可以由操控电子装置激励成振动。振动可以用信号通知用户例如运行模式的变换。替选地，可以将振动用信号通知给用户，使得设备切换到待机模式中，以便防止损坏。

在使用压电促动器来产生触觉信号的再现模式中，压电促动器可以同时作为传感器运行。在此，在压电促动器处施加的电压可以被监控。以这种方式可以识别控制信号，所述控制信号例如通过用设备敲击到表面上得到。替选地或补充地，以这种方式，一旦笔式输入和/或输出设备用过强的力按压到表面上，就可以识别出。在此情况下，设备可以自动地关断或者置于待机模式中，以便避免损坏。

操控单元可以构成用于，基于由评估单元存储的值来操控压电促动器。与之相应地，操控单元可以基于事先保存的轮廓或基于通过笔式输入和/或输出设备在读入模式中读入的轮廓来操控压电促动器。

笔式输入和/或输出设备还可以具有触摸元件，所述触摸元件与致动器单元连接。触摸元件可以在设备为笔式形式的情况下设置在笔的书写端并且与之相应地构成用于，在实际的或虚拟的表面上引导。触摸元件可以是逐渐变尖的。尤其是，触摸元件可以具有触摸尖部。触摸元件可以相对于笔式输入和/或输出设备的基本体可移动地设置。与之相应地，触摸元件可以在触碰表面时移动。触摸元件可以构成用于，由压电促动器置于振动，其中通过触摸元件的振动可以产生触觉信号。

致动器单元可以具有机械增强元件，所述机械增强元件固定于压电促动器。机械增强元件可以构成和设置成，由于压电促动器沿第一方向的伸展的改变而变形为，使得机械增强元件的子区域相对于压电促动器沿垂直于第一方向的第二方向移动。

机械增强元件可以构成用于，将促动器的运动转变为沿第二方向的具有更大幅值的运动。通过幅值的增大可以增强触觉信号。

压电促动器可以构成和设置用于，通过长度变化利用d31效应或d33效应来产生振动。

替选地或补充地，笔式输入和/或输出设备可以具有斜度传感器。替选地或补充地，笔式输入和/或输出设备可以具有间距传感器。替选地和/或补充地，笔式输入和/或输出设备可以具有速度传感器。替选地或补充地，笔式输入和/或输出设备可以具有加速度传感器。替选地和/或补充地，笔式输入和/或输出设备可以具有其他传感器。在此提到的传感器中的每个传感器可以构成为MEMS构件。在此提到的传感器中的每个传感器可以是独立的传感器。替选地，两个或更多个在此提到的传感器可以通过唯一的器件构成，所述器件构成用于确定多个测量变量。

在此提到的传感器可以实现，确定测量变量，例如倾斜角度、速度、加速度或间距，其中这些测量变量不仅在通过致动器单元产生触觉信号时以及在读入表面轮廓时可以考虑。由此可以提高读入的表面轮廓的精度和/或能够实现触觉信号的忠于现实的再现。笔式输入和/或输出设备然而也在不具有在此提到的传感器的情况下或在具有仅一些在此提到的传感器的情况下是能完全正常工作的。传感器由此仅用于提高精度，然而对于设备的原理工作方式并非是强制性需要的。

压电促动器可以用作为传感器并且例如测量加速度。在此，可以由在压电促动器处产生的电压推断出加速度。与之相应地，压电促动器可以用作为加速度传感器并且在一个实施例中可以弃用单独的加速度传感器。与压电促动器连接的评估单元在此可以构成用于，在通过设备在要读入的表面上移动并且表面在此将力施加到压电促动器上的方式产生的电压与通过设备经受加速度并且在此力作用到促动器上的方式产生的电压之间进行区分。这两种电压可以具有表征性的样式，所述样式可以由评估单元识别。

由用作为加速度传感器的压电促动器识别的加速度例如可以通过笔式输入和/或输出设备敲击到表面上引起。笔式输入和/或输出设备的为控制命令的其他由用户实施的运动可以与加速度关联，所述加速度由用作为加速度传感器的压电促动器识别。

加速度不仅可以通过改变笔式输入和/或输出设备在表面上移动的速度的方式施加到笔式输入和/或输出设备上，而且也通过笔式输入和/或输出设备的将力施加到压电促动器上的运动施加。与压电促动器连接的评估单元可以构成用于，将由在表面上的运动产生的扫描信号与将加速度施加到笔式输入和/或输出设备上的其他运动区分。由斜度传感器检测的角度可以在操控致动器单元时和/或在评估在致动器单元处产生的电压时考虑。由速度传感器检测的速度可以在操控致动器单元时和/或在评估在致动器单元处产生的电压时考虑。由加速度传感器检测的加速度可以在操控致动器单元时和/或在评估在致动器单元处产生的电压时考虑。

笔式输入和/或输出设备可以构成用于，识别控制信号。控制信号在此不能经由操纵元件，例如按钮或触敏屏幕得出，而是通过笔式输入和/或输出设备的特定运动得出。尤其，控制信号可以基于传感器信息通过适当的算法识别。在优选的实施例中，笔式输入和/或输出设备不具有操纵元件，经由所述操纵元件，用户通过操作操纵元件发出控制信号。

例如，控制信号可以通过如下方式得出：借助笔式输入和/或输出设备单次或多次敲击到表面上，和/或笔式输入和/或输出设备在特定的时间段内按压到表面上，和/或笔式输入和/或输出设备以特定的方式运动，由此施加表征性的加速度样式。可以为控制信号的设备的运动的实例是设备的晃动或设备的圆形运动。此外，控制信号也可以通过笔式输入和/或输出设备的拿在手中得出。

控制信号的上述实例总是造成，将力施加到压电促动器上。在设备敲击或按压到表面上时，设备的触摸元件可以作用到压电促动器上并且使所述压电促动器变形，使得由此在促动器上产生电压。如果笔式输入和/或输出设备以特定的方式运动，那么对于所述运动表征性的加速度样式施加到设备上。由于该加速度，压电促动器同样变形并且在其上产生电压。与压电促动器连接的电路可以构成用于，基于在压电促动器处产生的电压来识别控制信号。

例如，笔式输入和/或输出设备可以构成用于，识别启动信号，其中致动器单元仅在识别到启动信号之后才激活。由此，笔式输入和/或输出设备可以构造成，其能够实现节能运行。无意的激活可以避免，使得设备的能量源、例如电池不会不必要地负荷。

启动信号是用于上述控制信号的实例。其他可考虑的控制信号可以是用于变换运行模式的控制信号或是关断信号，所述关断信号关断设备或变换成待机模式。

替选地或补充地，笔式输入和/或输出设备可以构成用于，识别机械压力，当用户将设备保持在手中时，所述机械压力由用户施加到笔式输入和/或输出设备上。在此，笔式输入和/或输出设备的拿在手中的识别例如可以解释为启动信号。压电促动器可以用作为压力传感器。在压电促动器中通过施加到笔式输入和/或输出设备上的压力产生的电压可以为此读取。优选地，压电促动器直接设置在笔式输入和/或输出设备的表面下方。在此，压电促动器优选设置在用户的保持笔式输入和/或输出设备的手指典型地所处的位置处。压电促动器还可以构成用于，根据在压电促动器中产生的电压来识别设备的握紧。

在一个实施方式中，笔式输入和/或输出设备可以具有两个压电促动器，所述压电促动器分别直接设置在表面下方并且所述压电促动器分别设置在保持设备的用户的手指通常所处的位置处。这两个压电促动器可以构成用于，用作为压力传感器并且识别拿在手中。

笔式输入和/或输出设备可以除压电促动器以外不具有其他传感器。为了在再现模式中使用笔式输入和/或输出设备不需要传感器。对于在读入模式中使用，压电促动器是足够的，因为所述压电促动器可以用作为传感器并且基于在压电促动器处产生的电压可以推断出要读入的表面的轮廓。

通过弃用其他传感器可以构造简单的和低成本的笔式输入和/或输出设备。此外，弃用传感器可以促进设备的微型化。

替选地，在另一实施例中，设备除压电促动器以外可以具有最多两个其他传感器。两个其他传感器例如可以是下述传感器中的两个传感器：斜度传感器、速度传感器、间距传感器和加速度传感器。通过使用其他传感器可以提高在产生触觉信号时和在读入表面轮廓时的精度。在其他替选的实施例中，设备也可以具有多于两个传感器。

根据另一方面，本发明涉及一种用于借助笔式输入和/或输出设备来产生触觉信号的方法，所述笔式输入和/或输出设备具有带有压电促动器的致动器单元。笔式输入和/或输出设备可以是在上文中描述的笔式输入和/或输出设备。所有结合设备所公开的结构特征和功能特征也可以适用于所述方法。所有结合方法所公开的结构特征和功能特征也可以适用于设备。

在所述方法中由操控单元将电压施加到压电促动器上进而激励压电促动器振动，通过所述振动产生触觉信号。因此，所述方法提供如下优点，所述优点由将压电促动器在致动器单元中使用得到。这包含短的响应时间和短的衰减时间，其能实现产生接近现实的触觉信号。在压电促动器的几何设计方案中的高的调整能力能实现在不同的笔式输入和输出设备中使用。此外，触觉信号可以在高的频率宽度中产生。

由操控单元可以将电压施加到压电促动器上，使得通过压电促动器的振动产生信号，所述信号产生表面的触觉印象。不同的表面在此可以通过施加到压电促动器上的信号的频率和/或幅值方面的振动感觉到。

在第一步骤中，笔式输入和/或输出设备可以沿着表面运动，其中表面作用到与致动器单元连接的元件上进而由压电促动器产生电压，所述电压由评估单元识别，并且其中评估单元存储表征所产生的电压的值进而存储表面的轮廓。

与之相应地，压电促动器可以用作为传感器。与致动器单元连接的元件可以是触摸元件。

在第二步骤中，操控单元可以基于存储的轮廓来操控压电促动器。

在第一步骤期间，可以检测在笔式输入和/或输出设备和表面之间的角度，其中在创建表面的轮廓时由评估单元考虑所述角度。所述角度可以是倾斜角度。替选地或补充地，在第一步骤期间，检测笔式输入和/或输出设备在表面上运动的速度，其中在创建表面的轮廓时由评估单元考虑所述速度。替选地或补充地，可以检测笔式输入和/或输出设备在表面上运动的加速度，其中在创建表面的轮廓时由评估单元考虑所述加速度。角度、速度和加速度分别可以由相应的传感器确定。

笔式输入和/或输出设备可以在虚拟现实应用中或在增强现实应用中使用。

可以检测笔式输入和/或输出设备的倾斜角度，其中由操控单元施加到压电促动器上的电压的高度可以在考虑倾斜角度的条件下调整。可以检测笔式输入和/或输出设备运动的速度，其中由操控单元施加到压电促动器上的电压的高度可以在考虑速度的条件下调整。可以检测笔式输入和/或输出设备所经受的加速度，其中由操控单元施加到压电促动器上的电压的高度和频率可以在考虑加速度的条件下调整。

笔式输入和/或输出设备距表面的间距可以由设备识别。例如，通过使用例如基于超声波或光学测量的间距传感器。

控制信号可以通过笔式输入和/或输出设备识别。控制信号尤其可以基于传感器信息通过适当的算法识别。控制信号可以通过如下方式识别：在压电促动器处测量的电压超过预先限定的阈值。超过阈值可以推断出设备敲击到表面上。

不同的控制信号可以通过如下方式识别：在压电促动器处测量的电压在时间区间之内超过预先限定的阈值多少次。由此可以在单次和多次敲击之间进行区分。单次和多次敲击可以与不同的控制信号结合。

不同的控制信号可以通过如下时长识别，在所述时长内在压电促动器处测量的电压超过预先限定的阈值。通过较长时间地超过阈值，例如可以推断出设备持续按压到表面上。

笔式输入和/或输出设备可以构成用于，识别启动信号，其中致动器单元在识别到启动信号之后激活。启动信号可以通过将设备拿在手中，通过设备靠近表面或通过设备敲击到表面上得出。

笔式输入和/或输出设备可以构成用于，基于由压电促动器记录的电压确定加速度。与之相应地，压电促动器可以用作为加速度传感器。替选地或补充地，笔式输入和/或输出设备可以具有单独的加速度传感器。所述设备可以构成用于，识别表征性的加速度模式，所述加速度模式能实现探测限定的运动。以这种方式可以识别通过设备的特定的运动得出的控制信号。例如，可以通过设备的晃动或环行得出特定的控制信号。

压电促动器可以同时用作为传感器和用于产生振动。

附图说明

下面根据附图阐述优选的实施例。

图1示出贯穿根据第一实施例的笔式输入和/或输出设备的横截面。

图2示出在图1中示出的笔式输入和/或输出设备的立体视图。

图3示出根据第二实施例的输入和/或输出设备的一部分。

图4示出具有两个机械的增强元件的压电促动器。

图5示出根据另一实施例的笔式输入和/或输出设备。

图6示出根据另一实施例的笔式输入和/或输出设备1。

具体实施方式

图1示出贯穿笔式输入和/或输出设备1的横截面。图2示出笔式输入和/或输出设备1的立体视图。

笔式输入和/或输出设备1可以在虚拟现实应用或增强现实应用中使用，以便为用户传送触觉信号。由此，在用户处可以产生触觉印象。例如，在用户处可以产生如下印象，即笔式输入和/或输出设备1在表面上运动。为此，笔式输入和/或输出设备1具有致动器单元，所述致动器单元构成用于，产生振动，通过所述振动使用户获得笔式输入和/或输出设备1在表面上的运动的触觉印象。

笔式输入和/或输出设备1可以在两种不同的运行模式中使用。第一运行模式也称作为“再现模式”。在此，致动器单元用于产生振动，所述振动使用户获得触觉印象。第二运行模式也称作为“读入模式”。在此，笔式输入和/或输出设备1沿着表面引导。由表面在此施加到笔式输入和/或输出设备1上的力由笔式输入和/或输出设备1识别并且存储由此计算出的表面轮廓。在“再现模式”中可以产生触觉信号，所述触觉信号例如再现存储在“读入模式”中的表面轮廓。

致动器单元具有压电促动器11。在图1和图2中示出的实施例中，压电促动器11是压电多层器件，所述压电多层器件利用d31效应产生振动。

因此，改变压电促动器11横向于极化方向和电场的伸展。在一个替选的实施例中，压电促动器11可以作为纵向致动器运行。在此，利用d33效应产生振动。在纵向致动器中，在压电层22中的电场平行于极化的方向施加。由此感生出沿极化方向的应变或偏转。

在图1和2中示出的压电促动器11是压电多层器件。压电多层器件具有多个内电极21和压电层22，所述内电极和压电层交替地彼此上下堆叠。替选地，压电致动器11可以是单层致动器，其具有唯一的压电层和两个外电极。

笔式输入和/或输出设备1具有基本体2。基本体2是管形的。压电致动器11以及笔式输入和/或输出设备1的其他元件设置在基本体2中。基本体2可以具有塑料或金属。

基本体2通过其形状限定输入和/或输出设备1的笔式设计方案。笔式输入和/或输出设备1具有第一端部3和第二端部4，所述第一端部模仿笔的书写端。第二端部4与第一端部3相对置并且构成如下端部，其通常由笔式输入和/或输出设备1的用户保持。

笔式输入和/或输出设备1还具有触摸元件5。触摸元件5与压电促动器11连接。尤其是，压电促动器11的朝向笔式输入和/或输出设备1的第一端部3的第一端部6固定在触摸元件5处，例如通过粘合连接固定。在一个替选的实施例中，触摸元件3可以经由弹性连接与压电促动器连接。

触摸元件5具有在背离压电促动器11的侧上逐渐变尖的形状。逐渐变尖的形状在笔式输入和/或输出设备1中模仿笔的书写端。触摸元件5形成触摸尖部8。通过触觉信号可以使用户获得如下印象，触摸元件5，尤其是触摸尖部8在表面上运动。触摸尖部8可以是间的或是倒圆的。

如果压电促动器11置于振动，那么振动传递到触摸元件5上。由此，触摸元件5被激励成振动，所述振动产生触摸元件5在表面上的运动的触觉印象。

触摸元件5设置在基本体2中，其中通过逐渐变尖的端部形成的触摸尖部8从基本体2中伸出。触摸元件5相对于基本体2是可运动的。触摸尖部8可以尤其在触摸元件5振动时相对于基本体2运动。

笔式输入和/或输出设备1还具有保持元件9。在保持元件9处固定有压电促动器11的第二端部7，所述第二端部与压电促动器11的第一端部6相对置。压电促动器11的第二端部7在此固定在保持元件9上，使得压电促动器11的振动不传递到保持元件9上。保持元件9例如可以是注塑件。替选地，保持元件9可以是电路板，在所述电路板上构成有操控单元10和/或评估单元12。

保持元件9设置在基本体2之内。在此保持元件9牢固地与基本体9连接。压电促动器11的振动不传递到基本体2上。保持元件9和基本体2可以构成惯性质量，所述惯性质量对于由压电促动器11激励成振动是过重的。替选地，可以通过衰减防止，压电促动器11的振动传递到基本体2上。基本体2由此与压电促动器11机械脱联。

此外，笔式输入和/或输出设备1具有上文提到的操控单元10。操控单元10是电子装置，所述电子装置可以与压电促动器11连接。操控单元10在图1中示意地表明。操控单元10在这里示出的实施例中在保持元件9处构成。压电促动器11与操控单元10连接。

操控单元10构成用于，将电压，尤其是交流电压施加到压电促动器11上。由此，压电促动器11被激励成振动。由操控单元10施加到压电促动器11上的交流电压可以具有宽的频谱中的频率。操控单元10例如可以构成用于，将具有在1Hz和10kHz之间的频谱中的频率的交流电压施加到压电促动器11上。与所施加的交流电压的频率相关地，压电促动器11的振动进而在笔式输入和/或输出设备1的用户处产生的触觉印象改变。通过施加不同频率可以产生不同表面的不同组织的触觉印象。

压电促动器11可以附加地在运行模式“读入模式”中用作为传感器。笔式输入和/或输出设备1可以具有评估单元12。评估单元12在图1中示意地表明。例如，构成操控单元10的电子装置也形成评估单元12。

如果笔式输入和/或输出设备1在表面上运动，那么表面作用到触摸元件9上并且经由触摸元件8将力施加到压电促动器11上。通过施加到压电促动器11上的力，由于在压电促动器11中的压电效应产生电压。评估单元12与压电促动器11连接并且识别所产生的电压。由评估单元12识别的信号由评估单元12准备并且评估单元12存储对于在压电促动器11处检测的电压表征性的值。以这种方式，评估单元12可以创建表面的轮廓。表面的所创建的轮廓由评估单元12存储。

在之后的时间点，由评估单元12存储的轮廓可以由操控单元10使用，以便将相应的电压施加到压电促动器11上并且推动所述压电促动器振动。由此，可以产生触觉印象，笔式输入和/或输出设备1在之前存储的表面上引导。

图3示出根据第二实施例的笔式输入和/或输出设备1的一部分。笔式输入和/或输出设备1同样具有带有压电促动器11的致动器单元。压电促动器在此是薄板形的。致动器单元还具有机械增强元件13a。机械增强元件13a固定在压电促动器11上并且构成用于增强压电促动器11的长度变化。机械增强元件13a在图3中不可见并且结合图4阐述。

此外，笔式输入和/或输出设备1同样具有触摸元件5和保持元件9。触摸元件5基本上对应于在图1和2中示出的触摸元件5。触摸元件5构成用于，由压电促动器11置于振动。触摸元件5可相对于保持元件9和在图3中未示出的基本体2自由运动。

保持元件9牢固地与压电促动器11连接。在此，压电促动器11与基本体2机械脱联，使得压电促动器11的振动不传递到基本体2上。

根据第二实施例的笔式输入和/或输出设备1还具有操控单元10。压电促动器11在第二实施例中也可以用作为用于读入表面轮廓的传感器。在此，笔式输入和/或输出设备可以具有评估单元12，所述评估单元对应于结合第一实施例所描述的评估单元12。

图4、5和6示出具有两个机械增强元件13a、13b的压电促动器11，所述压电促动器可以在第二实施例中使用。压电促动器11可以在根据本发明的笔式输入和/或输出设备中用于产生触觉信号。替选地，也可以使用不具有机械增强元件13a、13b或仅具有一个设置在压电促动器和触摸元件之间的机械增强元件13a的促动器。

压电促动器11是具有多个压电层22和内电极21的烧结的器件。压电促动器11尤其具有多个压电层或有源层22，所述压电层或有源层彼此上下设置成堆叠。在压电层22之间设置有内电极21。在此，不同极性的内电极21交替地设置。

压电层22具有堆叠方向S。堆叠方向S沿着促动器11的端面或侧面24延伸。尤其是，压电层22沿着促动器11的竖直伸展或厚度堆叠。

在促动器11的端面24的区域中，仅一个极性的内电极21伸展至促动器11的相应的端面24。该区域可以用于接触促动器11。例如，相应的端侧24可以设有外电极23以进行电接触。

促动器11构成为，使得在施加电压时发生促动器1的变形。在此涉及促动器11沿第一方向R1的伸展的变化。尤其是，压电层22极化为，使得在内电极21之间施加电压造成促动器11的横向收缩，在所述横向收缩时，促动器11垂直于堆叠方向S的长度变化。因此，促动器1的横向于极化方向和电场的伸展变化(d31效应)。

为了进一步增强沿堆叠方向S的长度变化的效应，设备具有两个机械增强元件13a、13b。如果在促动器11处施加电压，那么机械增强元件13a、13b至少部分地由于促动器11的伸展的变化而变形，如之后详细描述那样。

促动器11设置在机械增强元件13a、13b之间。机械增强元件13a、13b至少部分地平放在促动器11的上侧25或下侧26上。相应的机械增强元件13a、13b优选具有宽度，所述宽度对应于促动器11的宽度。同样情况优选适用于机械增强元件13a、13b的长度。

相应的机械增强元件13a、13b一件式地构成。相应的机械增强元件13a、13b具有矩形形状。相应的机械增强元件13a、13b条形地构成。相应的机械增强元件13a、13b弯曲地或弯折地构成。例如，相应的机械增强元件具有板条。板条是弯曲的，如在下文中详细阐述那样。

一件式的机械增强元件13a、13b中的每个都划分为多个区域或部段。这样，相应的机械增强元件13a、13b具有中间区域17a、17b。

相应的机械增强元件13a、13b还分别具有两个连接区域20a、20b。相应的机械增强元件13a、13b的两个连接区域20a、20b直接连接于相应的机械增强元件13a、13b的中间区域17a、17b。相应的机械增强元件13a、13b的中间区域17a、17b换言之由这两个连接区域20a、20b朝向两侧包围。

相应的机械增强元件13a、13b还具有两个端部区域18a、18b。端部区域18a、18b直接连接于相应的增强元件13a、13b的连接区域20a、20b。换言之，连接区域20a、20b分别将端部区域18a、18b与增强元件13a、13b的中间区域17a、17b连接。

相应的机械增强元件的两个端部区域18a、18b直接平放在促动器11的表面上。这样，第一机械增强元件13a的第一和第二端部区域18a平放在促动器11的上侧25的子区域上。此外，第二机械增强元件13b的第一和第二端部区域18b平放在促动器11的下侧26的子区域上。

端部区域18a、18b优选不可松开地与促动器11的表面连接。尤其是，端部区域18a、18b与促动器11的表面通过粘合连接来连接。

在促动器11的中间区域17a、17b和连接区域20a、20b以及下侧26或上侧25之间存在自由区域。自由区域16的高度沿着自由区域16改变。这样，中间区域17a、17b构成为，使得其平行于促动器11的表面伸展。由此，自由区域16在中间区域17a、17b的区域中的高度是最大的。而相应的连接区域20a、20b倾斜于促动器11的表面伸展。换言之，相应的连接区域20a、20b与促动器11的上侧25或下侧26围成角度。所述角度优选小于或等于45°。由此，自由区域16在从中间区域17a、17b朝向相应的机械增强元件13a、13b的端部区域18a、18b的方向上的高度减小。因此，相应的机械增强元件13a、13b具有弯曲的形状。

相应的机械增强元件13a、13b还具有至少一个减薄部14，优选多个减薄部14，所述减薄部可以保证机械增强元件13a、13b的需要的灵活性。

如果现在在促动器11处施加电压，那么相应的增强元件13a、13b的中间区域17a、17b和连接区域20a、20b相对于促动器11沿第二方向R2运动。第二方向R2垂直于第一方向R1。第二方向R2沿着堆叠方向S伸展。中间区域17a、17b和连接区域20a、20b由此形成机械增强元件13a、13b的子区域，当促动器11沿第一方向R1的伸展改变时，所述子区域相对于促动器11沿第二方向R2运动。

尤其地，中间区域17a、17b沿第二方向R2运动。在此，相应的机械增强元件13a、13b在中间区域17a、17b和连接区域20a、20b之间以及在连接区域20a、20b和端部区域18a、18b之间的减薄部14的部位处弯曲。

相反地，端部区域18a、18b沿第二方向R2的运动通过与促动器11的粘合连接防止。更确切地说，端部区域18a、18b借助促动器11沿第一方向R1运动。由此发生在端部区域18a、18b和子区域17a、17b之间的相对运动。

机械增强元件的其他设计方案也是可行的。图5示出根据另一实施例的笔式输入和/或输出设备1。

笔式输入和/或输出设备1具有传感器，所述传感器可以提高笔式输入和/或输出设备1在读入表面轮廓时的精度。此外，由传感器确定的测量值可以实现，借助笔式输入和/或输出设备1产生表面的接近现实的触觉信号。

上述传感器中的一个传感器是斜度传感器27。斜度传感器27构成用于，识别笔式输入和/或输出设备1的倾斜角度。倾斜角度尤其可以是笔式输入和/或输出设备1的纵轴线和实际表面或虚拟表面之间的角度。替选地，可以确定笔式输入和/或输出设备1关于朝向地面的方向的斜度。

由斜度传感器17确定的倾斜角度可以由操控单元10在操控压电促动器11时考虑。在将笔在表面上引导时产生的触觉印象是不同的，与笔是否垂直于表面或与表面成平缓角度地设置相关。通过识别笔式输入和/或输出设备1和实际或虚拟表面之间的倾斜角度和在操控压电促动器11时考虑所述角度，能够产生更切合实际的触觉印象，所述触觉印象也考虑设备关于表面的斜度并且以可触觉感受的方式再现。尤其是，触觉信号可以与倾斜角度相关地改变。在此，在致动器单元用于产生使用户获得触觉印象的振动的运行模式“再现模式”中，由压电促动器11产生的振动根据由斜度传感器27确定的倾斜角度改变。

由斜度传感器记录的关于倾斜角度的数据也可以在运行模式“读入模式”中考虑，在所述读入模式中，压电促动器11用作为传感器。如果压电促动器11用作为传感器，以便读入表面的轮廓，那么由斜度传感器27同时检测分别在笔式输入和/或输出设备1和相应的表面之间存在的倾斜角度并且在施加轮廓时考虑。由此，轮廓可以与笔式输入和/或输出设备1与被读入的表面成多大角度设置无关地记录。

通过斜度传感器27例如可行的是，读入表面并且在此将笔式输入和/或输出设备1以第一倾斜角度相对于表面保持。在存储轮廓时，将倾斜角度一起考虑并且存储轮廓，使得其与在读入时的倾斜角度无关。如果存储的轮廓之后在运行模式“再现模式”中使用，其中笔式输入和/或输出设备1以与第一角度不同的第二角度设置在表面上，那么可以产生对于设备以第二角度设置的实际的触觉印象，尽管表面不以所述角度读入。

如果在读入表面期间改变表面和笔式输入和/或输出设备1之间的倾斜角度，因为例如用户改变其对设备的抓握，那么斜度传感器27识别所述改变并且倾斜角度的改变可以在创建表面的轮廓时考虑。

上述传感器中的另一传感器是速度传感器28。尤其是，速度传感器28确定笔式输入和/或输出设备1在表面上运动的速度。

由速度传感器28确定的速度信息可以在笔式输入和/或输出设备1的两个运行模式中使用。在“再现模式”中，可以通过考虑笔式输入和/或输出设备1运动的速度来调整所产生的触觉信号。与之相应地，可以接近现实地再现触觉信号的改变，当笔缓慢地或快速地在表面上运动时得出所述改变。

如果笔式输入和/或输出设备1在“读入模式”中使用，那么笔式输入和/或输出设备1在要读入的表面上运动的速度被一起考虑，使得可以与笔式输入和/或输出设备1在表面上以何种速度运动无关地读入表面轮廓。如果所述轮廓之后用作为用于产生触觉印象的样本，那么触觉印象与轮廓以何种速度读入无关。

速度传感器28和斜度传感器27可以通过同一传感器构成。在这里示出的实施例中涉及两个分开的传感器。

上述传感器中的另一个传感器是加速度传感器29，所述加速度传感器测量笔式输入和/或输出设备1的加速度。加速度信息可以在使用用于产生触觉印象的设备时以及在使用用于读入表面轮廓的设备时被一起考虑。在再现模式中，所产生的触觉信号可以与笔式输入和/或输出设备1所经受的加速度无关地改变。在读入模式中，加速度在读入轮廓时可以被一起考虑，使得轮廓以如下方式被存储，即所述轮廓与笔式输入和/或输出设备1在读入期间所经受的加速度无关。

此外，例如用于变换笔式输入和/或输出设备1的运行模式的控制命令通过如下方式由用户给予，即晃动笔式输入和/或输出设备1或用户用笔式输入和/或输出设备1敲击表面一次或多次。所有这些运动具有表征性的加速度样式，所述加速度样式可以由加速度传感器29识别。由此，加速度传感器29可以用于识别控制命令。

在这里示出的实施例中，加速度传感器29是独立的传感器。对于独立的加速度传感器29替选地或补充地，也可以将致动器单元的压电促动器用作为加速度传感器。

如果笔式输入和/或输出设备经受加速度，那么由此将力施加到压电促动器11上并且在压电促动器11处产生电压。与之相应地，可以从由压电促动器11产生的电压中确定加速度。压电促动器11由此可以作为加速度传感器运行。在运行模式“读入模式”中，持续地确定在压电促动器11处产生的电压。与压电促动器11连接的评估单元12可以区分通过将笔式输入和/或输出设备1沿着表面引导所产生的电压和通过对于上述运动表征性的加速度所产生的电压。在“再现模式”中也可以持续地监控在压电促动器11处产生的电压，以便这样确定笔式输入和/或输出设备1所经受的加速度。

斜度传感器27、速度传感器28和加速度传感器29分别可以是MEMS构件。

通过使用在此所述的传感器27、28、29可以提高在读入表面轮廓时和在接近现实地产生触觉信号时的精度。笔式输入和/或输出设备1然而也可以在不具有在此所述的传感器27、28、29的情况下是能完全正常工作的。仅基于在压电促动器11处产生的电压可以收集足够的信息，以便创建要读入的表面的轮廓。

笔式输入和/或输出设备1的操控单元10和/或评估单元12构成用于，识别控制信号，例如启动信号或其他控制信号。

致动器单元例如通过将电压施加到压电促动器11上的激活可以在识别到启动信号之后才开启。启动信号能够以不同方式识别。例如，操控单元10可以识别，何时用户将笔式输入和/或输出设备1拿在手中。拿在手中在此解释为启动信号。在识别到启动信号之后，致动器单元才可以通过将电压施加在压电促动器11上激活。

拿在手中例如可以基于一个或多个上述传感器27、28、29的测量值确定。例如，将笔式输入和/或输出设备1拿在手中与表征性的运动从而与表征性的加速度样式关联。所述加速度样式可以基于加速度传感器的测量和/或在压电促动器11处产生的电压来识别。为此，在压电促动器11处产生的电压也可以在笔式输入和/或输出设备1的待机模式中被监控。如结合图6所阐述的那样，拿在手中也可以通过如下方式识别，即读取在压电促动器11处产生的电压并且将所述压电促动器用作为压力传感器。

替选地或补充地，笔式输入和/或输出设备1具有间距传感器30。启动信号可以通过间距传感器30识别，所述间距传感器确定笔式输入和/或输出设备1和实际或虚拟的表面之间的间距。当间距降低至低于预设的最小间距时，才将对表面的所述接近解释为启动信号并且开启电压到促动器单元上的施加。

间距传感器30可以是MEMS构件。间距传感器30例如可以基于光学测量或基于超声波测量来确定间距。与虚拟表面的间距可以通过相应的软件确定。

替选地或补充地，可以将笔式输入和/或输出设备1与表面的触碰解释为启动信号。表面的触碰可以通过如下方式来识别，即在压电促动器11处产生电压。替选地，表面的触碰可以通过如下方式来识别，即间距传感器30给出为零的间距。

替选地或补充地，启动信号可以通过如下方式得出，即借助笔式输入和/或输出设备1敲击到表面上。在此，压电促动器11经受撞击，所述撞击造成产生具有高电压的短的电压脉冲。如果电压超过预设的阈值，那么撞击被识别为控制信号并且将设备置于激活模式中。

控制信号同样可以通过笔式输入和/或输出设备1敲击到表面上的方式得出。在此，与敲击过程的数量相关地可以给予不同的控制信号。与在电脑鼠标的情况下双击时类似地，操控单元10可以在单次敲击或双次敲击之间进行区分。对此确定，在预先限定的时间段内超过用于在压电促动器11处产生的电压的阈值多少次。例如，超过阈值一次可以与单次敲击视为相同。通过单次敲击，笔式输入和/或输出设备1可以置于第一运行模式，例如再现模式或读入模式。超过阈值两次可以与双次敲击视为相同。双次敲击被理解为用于选择第二运行模式，例如读入模式或再现模式的控制信号。

其他控制信号例如可以通过将笔式输入和/或输出设备1较长时间地按压到表面上给予。在此，可以检测在压电促动器11处产生的电压高于阈值的时间段。如果例如笔式输入和/或输出设备1在预先限定的时间段，例如几秒内按压到表面上，那么所述笔式输入和/或输出设备由操控单元10理解为控制信号。例如，这种较长时间的按压会将设备从其激活模式置于待机模式中。

如已经阐述的那样，输入和/或输出设备1可以在读入模式中运行，在所述读入模式中设备沿着一个或多个表面引导并且在此存储表面的轮廓。在所述模式中，将压电促动器11用作为用于识别电压的传感器。

在读入模式中也可以经由压电促动器11产生振动。例如，如果识别出，用户将设备过于强劲地按压到要读入的表面上并且产生设备被损坏的风险，那么压电促动器11也可以在读入模式中产生振动。在此情况下，促动器11可以置于短时间的强振动中，以便警告用户并且可能为用户指明，设备切换到待机模式中，以便避免损坏。

此外，设备也可以在再现模式中使用，在所述再现模式中致动器单元产生振动并且以这种方式使用户获得触觉印象。在再现模式中，压电促动器11可以用作为传感器。尤其地，促动器11可以用作为用于识别到设备上的过强的压力的传感器。用作为控制信号的表征性的加速度样式或强劲的按压可以由促动器11在再现模式中识别。与之相应地，压电促动器11可以同时用作为传感器和用作为用于产生振动的促动器。

在图5中示出的实施例中，间距传感器30设置在触摸元件5上。在图5中示出的实施例中，斜度传感器27、速度传感器28和加速度传感器29分别设置在保持元件9上。每个传感器27、28、29和30也可以设置在笔式输入和/或输出元件的任意其他位置处。

图6示出根据另一实施例的笔式输入和/或输出设备1。笔式输入和/或输出设备1具有两个压电促动器11，所述压电促动器在设备中直接设置在设备1的表面下方。在图5的示意图中，压电促动器11为了简化的视图在设备1之外示出。图5仅用于简化地示出压电促动器11的位置，其实际上设置在设备1之内。

这两个压电促动器11分别设置在用户的抓握和/或握紧笔式输入和/或输出设备1的手指100、101典型地所处的位置处。

这两个压电促动器11用作为压力传感器。在压电促动器11处由于由手指100、101所施加的压力所产生的电压被读取。以这种方式可以识别将笔式输入和/或输出设备1拿在手中和握紧。

这两个促动器11沿基本体2的纵向方向L设置。纵向方向L在此从笔式设备1的第一端部3延伸至第二端部4。替选地，可以设有唯一的压电促动器11，所述压电促动器垂直于纵向方向L设置。两个纵向定向的促动器的使用能实现，更可靠地识别由手指100、101的触碰。唯一的促动器11的使用提供少量位置需求的优点。

如果将笔式输入和/或输出设备1结合具有触摸功能的屏幕使用，那么可行的是，经由屏幕的触摸功能确定设备1的第一端部3的位置并且将这些信息无线地传达给设备。

附图标记列表

1 笔式输入和/或输出设备

2 基本体

3 输入和/或输出设备的第一端部

4 输入和/或输出设备的第二端部

5 触摸元件

6 压电促动器的第一端部

7 压电促动器的第二端部

8 触摸尖部

9 保持元件

10 操控单元

11 压电促动器

12 评估单元

13a 机械增强元件

13b 机械增强元件

14 减薄部

16 自由区域

17a 中间区域

17b 中间区域

18a 端部区域

18b 端部区域

20a 连接区域

20b 连接区域

22 压电层

21 内电极

23 外电极

24 端面

25 上侧

26 下侧

27 斜度传感器

28 速度传感器

29 加速度传感器

30 间距传感器

100 手指

101 手指

L 纵向方向

R1 第一方向

R2 第二方向

S 堆叠方向