DE19843854A1 - Bedienvorrichtung mit einem Stellglied mit mindestens zwei Verstellfreiheitsgraden - Google Patents

Abstract

Bei einer Bedienvorrichtung mit einem Stellglied (1) mit mindestens zwei Verstellfreiheitsgraden, ist vorgesehen, daß sie eine Vorrichtung (3, 5, 6) zur optischen Auswertung der Stellung des Stellgliedes (1) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung mit einem Stellglied, insbeson­ dere zur Eingabe in elektronische Geräte mit mindestens zwei Verstellfrei­ heitsgraden. Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Joysticks be­ kannt, die ein Stellglied aufweisen, das zumindest zwei senkrecht aufeinan­ derstehende Verstellfreiheitsgrade aufweist. Bekannte Joysticks weisen elektromechanische Schalter und/oder Potentiometer auf, die durch das Stellglied betätigt bzw. verändert werden und so elektrische Werte verän­ dern, die dann ausgewertet werden und so das elektronische Gerät steuern. Nachteilig an den elektromechanischen Schaltern und Potentiometern ist es, daß zur Auswertung eine Vielzahl von Kabeln oder elektrischen Leitern be­ nötigt wird, die aufwendig verlegt und vor Beschädigung geschützt werden müssen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bedienvorrichtung mit ei­ nem Stellglied mit mindestens zwei Verstellfreiheitsgraden anzugeben, bei dem auf eine Verlegung von einer Vielzahl von Kabeln oder sonstigen Lei­ tern zur Auswertung der Position des Stellgliedes verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bedienvor­ richtung eine Vorrichtung zur optischen Auswertung der Stellung des Stell­ gliedes aufweist. So müssen keine elektrischen Informationen zwischen dem Stellglied und einer Auswerteeinheit geleitet werden. Das Medium zum Transport der Lichtstrahlen kann beispielsweise aus Luft und/oder einem lichtleitenden festen Werkstoff bestehen. Hierdurch wird auch die elektro­ magnetische Verträglichkeit der Bedienvorrichtung erhöht.

Besonders einfach läßt sich eine solche Auswertung realisieren, wenn mit dem Stellglied eine Einrichtung zur optischen Veränderung des Lichtstrahles betätigbar ist und die Bedienvorrichtung einen Sensor zur Auswertung der optischen Veränderungen des Lichtstrahls aufweist. Diese Veränderung kann dadurch realisiert werden, daß diese Einrichtung zur optischen Verän­ derung eines Lichtstrahles die Intensität und/oder Spektralanteile des Licht­ strahles verändert. Diese Veränderung kann durch eine Reflexion oder eine Absorption erfolgen. So kann beispielsweise ein Lichtstrahl an einer unter­ schiedlich ausgestalteten Scheibe oder einem unterschiedlich ausgestalteten Kugelabschnitt reflektiert werden. So kann z. B. die Scheibe oder der Kugel­ abschnitt unterschiedliche Farben aufweisen, z. B. mit unterschiedlichen Farben beschichtet sein und die Stelle und Farbe der Scheibe oder des Ku­ gelabschnitts, von der der Lichtstrahl reflektiert wird, von der Stellung des Stellgliedes abhängen. So wird z. B. bei einem roten Anteil einer Scheibe oder eines Kugelabschnittes der rote Anteil des Lichtstrahls besonders stark reflektiert, während die anderen Spektralanteile mehr unterdrückt werden.

Statt einer Reflexion ist auch eine Absorption möglich. So kann beispielswei­ se ein Lichtstrahl durch eine verschiedenfarbige, lichtdurchlässige Scheibe oder einen entsprechenden Kugelabschnitt gesendet werden, wobei die Far­ be, durch die der Strahl gesendet wird, von der Stellung des Stellgliedes ab­ hängt. Besonders einfach wird der Aufbau, wenn ein Sensor in einem Sen­ der-Empfängerbauteil integriert ist, das einen gepulsten Lichtstrahl, der bei­ spielsweise seriell die drei Grundfarben rot, grün, blau gegen eine reflektie­ rende Scheibe oder einen reflektierenden Kugelabschnitt sendet und den reflektierten Lichtstrahl im Sensor auswertet. Ein solches Sender- Empfängerbauteil kann ohne großen Aufwand auf einer Leiterplatte montiert werden. Sofern die reflektierende Scheibe oder der reflektierende Kugelab­ schnitt dicht über dem Sender-Empfängerbauteil mit dem Sensor angeordnet ist, wird kein zusätzliches optisches Bauteil benötigt. Ein Lichtleiter zwischen dem Sender-Empfängerbauteil und dem reflektierenden Bauteil verbessert die Funktionssicherheit, wenn diese beiden Bauteile entfernt voneinander angeordnet sind. Hierdurch ist es z. B. möglich, das Stellglied ohne großen konstruktiven Aufwand in ein weiteres Bedienelement, beispielsweise einen Drehschalter oder einen Drehsteller zu integrieren, da nur ein Lichtleiter zur Informationsübertragung benötigt wird und an dem Stellglied keine eigene Energieversorgung benötigt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren für besonders bevor­ zugte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Teilschnitt durch eine Bedienvorrichtung, die ein Stellglied mit kugelförmigem Abschnitt und mehreren Verstellfreiheitsgra­ den und einen getrennten Lichtsender und einen Sensor auf­ weist,

Fig. 2 den Schnitt durch eine Bedienvorrichtung, die ein Stellglied mit einem Kugelabschnitt und mehreren Verstellfreiheitsgraden und ein Sender-Empfängerbauteil aufweist,

Fig. 3 ein Beispiel für die farbige Ausgestaltung des Kugelabschnittes oder der Scheibe, die die Lichtstrahlen reflektieren,

Fig. 4 in Aufsicht ein anderes Beispiel für die farbige Ausgestaltung des Kugelabschnitts oder der Scheibe, die die Lichtstrahlen refektieren,

Fig. 5 den Schnitt durch eine andere erfindungsgemäße Bedienvor­ richtung, die neben dem Stellglied einen Drehsteller mit hapti­ scher Rückmeldung umfaßt und eine Anzeige.

Fig. 1 zeigt ein Stellglied 1, das in einem Lager 2 gelagert ist und an sei­ nem unteren Ende einen mehrfarbigen Kugelabschnitt 3 aufweist. Das Lager 2 ist mit einem Gehäuse 4 fest verbunden. Ein Lichtsender 5 und ein Sensor 6 sind auf einer Leiterplatte 7 derart montiert, daß der Lichtsender 5 einen Lichtstrahl LS gegen den Kugelabschnitt 3 strahlt und der reflektierte Licht­ strahl RA von dem Sensor 6 empfangen wird. Das Stellglied 1 ist in alle Richtungen so weit bewegbar, bis der Kugelabschnitt 3 an das Gehäuse 4 oder das Stellglied 1 an einen nicht dargestellten Anschlag stößt. Alle Punkte der Reflexionsfläche des Kugelabschnitts 3 haben die gleiche Entfernung vom Drehpunkt D des Stellgliedes 1. Je nach Stellung des Stellgliedes 1 weist der reflektierte Lichtstrahl RA unterschiedliche Helligkeit und/oder Spektralanteile auf, so daß in einer Auswerte- und Steuereinheit 8 die Stellung des Stellgliedes aus der vom Sensor 6 gelieferten Informationen be­ stimmt werden kann.

Der Aufbau der Bedienvorrichtung in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 beschriebenen vor allem dadurch, daß der Lichtsender und der Sen­ sor in einem Sender-Empfängerbauteil 9 integriert sind. Das Sender- Empfängerbauteil 9 sendet gepulste Lichtstrahlen LSP gegen den Kugelab­ schnitt 3 und empfängt abhängig von der Stellung des Stellgliedes 1 unter­ schiedlich farbig reflektierte Lichtstrahlen LRP. Die vom Sensor gelieferten Informationen können dann wiederum in der Auswerte- und Steuereinheit 8 ausgewertet werden.

In Fig. 3 ist eine mögliche Ausgestaltung der Oberfläche des Kugelab­ schnitts 3 oder einer Scheibe dargestellt. In der Mitte ist ein runder Sektor 10a dargestellt, um den acht tortenstückförmige Sektoren 10b-10i ange­ ordnet sind. Die Sektoren weisen folgende Farben auf:
10b: rot,
10c: rot-blau,
10d: blau,
10e: schwarz-blau,
10f: schwarz,
10g: grün-schwarz,
10h: grün,
10i: rot-grün.

So wird je nach Stellung des Stellgliedes 1 ein unterschiedliches Farbspek­ trum reflektiert. Aus diesem Farbspektrum kann dann die Stellung des Stell­ gliedes 1, detektiert werden. Eine noch bessere Auflösung der Stellung ist dann realisierbar, wenn die benachbarten Farben keine starren Grenzen aufweisen sondern ineinander übergehen und/oder die Intensität der einzel­ nen Farben/Farbgemische vom Mittelpunkt zum Außenrand zunimmt.

In Fig. 4 weist eine Scheibe 11 in der Mitte einen runden Sektor 11a auf, um den 4 Sektoren 11b-11e gruppiert sind. Die einzelnen Sektoren 11a-11e weisen alle unterschiedliche Graustufen auf, so daß je nach Stellung des Stellgliedes 1 in x-, y-, -x, -y-Richtung oder 0-Stellung unterschiedliche Helligkeiten von dem Lichtsensor 6 gemessen werden und so die Stellung des Stellgliedes 1 detektiert werden kann.

Es ist z. B. statt einer farbigen Gestaltung der Oberfläche der Scheibe 11 oder des Kugelabschnitts 3 möglich, auf deren Oberflächen Codierungen anzubringen, beispielsweise Strichcodes, und diese dann je nach Stellung des Stellgliedes zu lesen und so die Stellung des Stellgliedes 1 zu bestim­ men.

In Fig. 5 weist das Stellglied 1 die Form einer Bedienwippe auf. Auf der Unterseite des Stellgliedes 1 ist eine Scheibe 11 angebracht, deren Unter­ seite beispielsweise wie in Fig. 3 oder 4 beschichtet ist. Das Lager 4 des Stellglieds 1 ist über ein Gehäuse 13, eine starre Achse 14 mit einem Dreh­ stellergehäuse 15 verbunden. In der starren Achse 14 ist ein Lichtleiter 16 angeordnet, der sich im geringen Abstand von der Unterseite der Scheibe 11 bis zu dem Sender-Empfängerbauteil 9 erstreckt, das auf der Leiterplatte 7 angeordnet ist. Das Sender-Empfängerbauteil 9 sendet durch den Lichtleiter 16 gepulste Lichtstrahlen auf die Unterseite der Scheibe 3 und wertet, wie oben für Fig. 2 beschrieben, die von der Scheibe 3 reflektierten Lichtstrah­ len aus und kann so die Position des Stellgliedes 1 bestimmen. Weiterhin weist die Bedienvorrichtung in Fig. 5 eine Drehstellerhandhabe 17 auf, die fest mit einem Zahnrad 18 verbunden und um die starre Achse 14 drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 18 treibt über Ritzel 19 und eine Welle 20 einen diametral magnetisierten Rundmagneten 21 an. Über stromdurchflossene Spulen 22, 23, die das Drehstellergehäuse 15 umschließen und gegenein­ ander einen rechten Winkel einschließen, kann eine Kraft auf den Rund­ magneten 21 ausgeübt werden. Die Position des Rundmagneten 21 ist mit Hallsensoren 24, 25 bestimmbar.

Die Bedienvorrichtung ist mit einer Anzeige 26 eines ansonsten nicht darge­ stellten elektronischen Gerätes verbunden. Auf der Anzeige 26 sind Funkti­ onsgruppen, Funktionen A-M und/oder Funktionswerte darstellbar, die durch die Bedienvorrichtung anwählbar und/oder auswählbar sind.

Je nach Position des Rundmagneten 21 kann durch ein entsprechendes Be­ stromen der Spulen 22, 23 an der Drehstellerhandhabe 17 jeder gewünschte Drehmomentverlauf in Abhängigkeit der Stellung des Stellgliedes 1 und/oder der mit der Bedienvorrichtung auszuwählenden Funktionsgruppen, Funktio­ nen oder Funktionswerte erzeugt werden. Weiterhin wird durch das Drehen des Rundmagneten 21 ein Signal erzeugt, mit dem eine Funktion oder ein Funktionswert auf die nächsten Funktion oder den nächsten Funktionswert umgeschaltet wird. Die Auswahl der Funktionsgruppe, Funktion oder der Funktionswertes kann entweder durch einen Druck senkrecht von oben auf die Drehstellerhandhabe 17 über einen Stellschaft 27 und einen Tastarm 28 auf einen Taster 29 gegen die Kraft einer Druckfeder 30 erfolgen und so eine Funktionsgruppe, eine der Funktionen A-M oder einen Funktionswert aus­ wählen, auf den geschaltet war. Es ist auch möglich, die Funktionsgruppe, die Funktion oder den Funktionswert durch ein bestimmtes oder ein beliebi­ ges Abkippen des Stellgliedes 1 auszuführen.

So kann der Bediener durch die unterschiedlichen Drehmomentverläufe an dem Drehsteller fühlen, in welcher Funktion oder Funktionsgruppe er sich im Moment befindet, oder welchen Funktionswert er gerade einstellt.

Das zuletzt geschrieben Ausführungsbeispiel verdeutlicht, daß mit der erfin­ dungsgemäßen Bedienvorrichtung auch komplexe Bedienvorrichtungen rea­ lisiert werden können, ohne daß für das Stellglied ein aufwendiger Verkab­ lungsaufwand erforderlich wäre.

Die Erfindung läßt viele andere Ausgestaltungen zu. So ist es z. B. auch möglich, statt einer Pulslichtquelle mit einem Lichtleiter, zwei Lichtleiter mit getrenntem Lichtsender und Sensor vorzusehen.

Bei Verwendung einer weißen Reflexionsfläche in den Segmenten 10a, 11a ist es zudem möglich, die Sensorautomatik ständig oder in zeitlichen Ab­ ständen abzugleichen, um Alterungserscheinungen und möglichen Ver­ schmutzungen auszugleichen.

Claims (10)

1. Bedienvorrichtung mit einem Stellglied (1) mit mindestens zwei Ver­ stellfreiheitsgraden, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrich­ tung (3, 5, 6, 9, 11) zur optischen Auswertung der Stellung des Stell­ gliedes (1) aufweist.

2. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Stellglied (1) eine Einrichtung (3, 11) zur optischen Verände­ rung eines Lichtstrahls (LS, LSP) betätigbar ist und daß die optische Veränderung des Lichtstrahls (LR, LRP) mit einem optischen Sensor (6, 9) erfaßbar ist.

3. Bedienvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3, 11) zur optischen Veränderung eines Lichtstrahls die Intensität und/oder Spektralanteile des Lichtstrahles (LS, LSP, LR, LRP) verändert.

4. Bedienvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3, 11) zur optischen Veränderung des Lichtstrahls (LS, LSP) Anteile des Lichtstrahls reflektiert.

5. Bedienvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur optischen Veränderung des Lichtstrahls (LS, LSP) Anteile des Lichtstrahls (LS, LSP) absorbiert.

6. Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (3, 11) zur optischen Veränderung des Lichtstrahls aus einer verschiedenfarbigen Scheibe (11) oder einem verschiedenfarbigen Kugelabschnitt (3) aufgebaut ist.

7. Bedienvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Lichtsender aufweist, der gepulste Lichtstrahlen (LSP) zu der verschiedenfarbigen Scheibe (11) bzw. dem verschiedenfarbigen Ku­ gelabschnitt (3) sendet und die reflektierten Lichtstrahlen (LSP) in dem Sensor (6) empfangen werden.

8. Bedienvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender und der Sensor in einem Sender-Empfängerbauteil (9) integriert sind.

9. Bedienvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Lichtleiter (16) zwischen dem Lichtsender (5) und dem Kugelabschnitt (3) bzw. der Scheibe (11) und/oder der Scheibe (11) bzw. dem Kugelabschnitt (3) und dem Sensor (6) angeordnet sind.

10. Bedienvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (1) in einem Drehschalter oder einer Drehstellerhand­ habe (17) angeordnet ist.