CN106687820A - 用于机动车的操作设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操作设备(2，2'，101)，该操作设备包括至少一个ToF传感器(28，280)，其用于发射，特别是光形式的传输信号，接收接收信号并输出信息信号；至少一个光波导管(20，20'，200，200')，其用于将来自该ToF传感器(28，280)的该传输信号引导到至少一个偏转点(24'，24″，222)，用于在，特别是用户手指形式的物体接近该出射点(26a‑26d，26'，26″，212)或者触摸它们，以便引导在该物体处偏转的，特别是被反射的该接收信号时，将在该偏转点(24'，24″，222)处偏转，特别是反射的该偏转信号引导到在该光波导管(20，20'，200，200')的第一表面上充当操作元件(211，211'，211A‑211E)的至少一个相关出射点(26a‑26d，26'，26″，212)，该第一表面充当操作表面(22，22'，210)；以及控制部件，其触发涉及从该信息信号中输出到该ToF传感器(28，280)的该接收信号，与该操作元件(211，211'，211A‑211E)和/或该出射点(26a‑26d，26'，26″，212)相关联的至少一个功能，其中该操作设备(2，2'，101)可被安装在机动车中，该偏转点(24'，24″，222)被提供在第二表面上，该第二表面面向该光波导管(20'，200)的该第一表面并且经由提取元件(221，221'，221A‑221E)构成该光波导管(20，20'，200，200')的偏转表面(23'，220)；以及该ToF传感器(28，280)包括发射器(281)，其用于在该光波导管(20，20'，200，200')的包括耦合表面(201)的第一端前的光束路径中发射该传输信号；以及接收器(282)，其用于接收在该出射点(26a‑26d，26'，26″，212)处以及该光波导管(20，20'，200，200')的该第一端上偏转过程中的该接收信号；以及带有这种操作设备的机动车的内后视镜、外后视镜以及门。

Description

用于机动车的操作设备

发明概述

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的操作设备；以及具有这种操作设备的机动车的内后视镜、外后视镜和门。

背景技术

光电传感器是众所周知的，包括使用ToF(飞行时间)记录来测量距离并且被称为ToF传感器或PMD(光子混合设备)传感器的那些光电传感器。该ToF传感器特别用于照相机中。ToF照相机是3D照相机系统，其在场景通过光脉冲形式的传输信号被照亮时，测量对于每个图像点，光传播到物体并再次返回所需要的时间。该所需的时间与该距离成正比。因此，该照相机传送分别为每个图像点记录的该物体的距离。该ToF照相机的特别的优点是因为可以从环境光中滤出有源传输信号，故而实现了对外部光(如日照)的有效抑制。

从DE 20 2012 102 729 Ul中得知一种用于记录监控区域中的物体的光电传感器。该传感器包括光发射器，其用于发射透射光；光接收器，其用于从该监控区域中的该物体反射的透射光生成接收信号；评估部件，其用于基于该接收信号确定关于该监控区域中的该物体的信息；以及带有第一边界区域和第二边界区域的光学元件，其被布置在该透射光或该反射的透射光的光束路径中，使得该透射光的至少一部分作为检测光到达该监控区域。

US 2011/025620 A1涉及一种触敏设备，其具有光波导管，并组合有用于发送传输信号的光源和与该光源分离的用于接收信号的检测器场。此处的光线从该光源经由该光波导管通过在该光波导管上偏转点处的偏转到达该检测器场。

从DE 20 2005 010 570 U1中还得知一种基于光波导管的触敏传感器，其中该光源被布置在该光波导管的一侧上并且传感器被布置在该光波导管的相对侧上并与该光源分离。

US 2010/0187422 A1描述了一种照明设备，其带有第一光波导管，该第一光波导管具有第一平面和第二平面；在第一表面上的至少一个光收集功能部件，其可以将到达该第一表面的光耦合到该光波导管；以及至少一个光检测器，其沿着该第一光波导管的边缘布置，以将由该光波导管接收的光转换为控制信号。

从WO 2013/179168 Al中得知带有光波导管的另一操作界面。

ToF传感器还可以，例如在机动车的可枢转内后视镜中，用于手势控制，如在尚未公开的EP 14163459中所描述的。然而，这些的缺点在于，机动车和用户都必须知道该手势。在机动车中使用触摸屏是常见的，然而，这以不利的方式需要昂贵的技术，例如电容性表面来触发功能。

发明内容

因此，本发明的目的是，进一步开发通用操作设备，使得其克服现有技术的缺点。特别地，根据本发明的操作设备应该经设计用于机动车，例如用于外后视镜、内后视镜和/或门。

根据本发明，该目的通过权利要求1的限定部分的特征来实现。权利要求2至10描述了根据本发明的操作设备的优选实施方式。

此外，本发明还提供了带有根据本发明的操作设备的机动车的内后视镜、外后视镜和门。这里，操作表面应当被布置在后视镜元件的框架中和/或邻近该后视镜元件或者在窗户的框架中和/或邻近该窗户和/或在照明模块中。

因此，本发明基于令人惊讶的发现，即将具有精确的距离测量能力的ToF传感器的优点与其生产和/或加工简单的光波导管的优点相结合，以便提供限定的光偏转点和出射点，通过该点可以限定可特别地被指定以在机动车中起作用的触摸位置。通过机动车驾驶员的手指接近光出射点，来自该ToF传感器的光在该光波导管中被引导发生了反射，其可以经由该光波导管被传送回到该ToF传感器，以便触发功能，如闪烁、镜子变暗、打开警告灯、设置空调系统或类似功能。换句话说，通过ToF传感器与光波导管(如果合适的话，多个ToF传感器与一个或多个光波导管或ToF传感器与几个光波导管)的组合，使得一种类型的触摸屏可用，其没有电容性表面或类似物仍起作用。

甚至可以使用已经在机动车中实现功能的光波导管，例如闪光灯模块中的光波导管。

附图说明

本发明另外的特征和优点从下文参考示意图对示例性实施方式的描述中可见，其中：

图1示出了根据本发明的第一内后视镜的一部分的俯视图；

图2示出了穿过根据本发明的第一操作设备的局部剖面图；

图3示出了根据本发明的第二内后视镜的透视图；

图4a至4d示出了用于根据本发明的第二操作设备的光波导管的透视图、剖面图、带有光束路径的剖面图，以及组合有ToF传感器和光束路径的部分剖面图；

图5a和5b分别示出了，例如可以从图4d中所示的ToF传感器中传输出的光锥的，一次以完整锥体的形式而一次以两个部分锥体的形式的剖面图；

图6a和6b示出了穿过两个不同的带有不同光提取元件和不同光束路径的光波导管的剖面图；

图7示出了穿过图4a至4d中所示的光波导管的第一端的局部剖面图；以及

图8a和8b示出了如结合图4a至图4d所描述的，在与光波导管不同的相对位置上的ToF传感器的俯视图。

发明详述

图1示出了带有操作设备2和后视镜元件3的机动车(未示出)的根据本发明的内后视镜1。该操作设备2被布置在该后视镜元件3下方，所述后视镜元件的框架(未示出)中，并且提供操作表面22。在该操作表面22上，可以激活四个键以触发其中安装有该内后视镜1的机动车内的功能，其中每个键分别由光出射点26a-26d形成，并且为了便于识别，在每个光出射点26a-26d的区域中，例如以提供该操作表面22的光波导管20的涂层的形式向该键分配标记27a-27d。

现在将参考图2更详细地解释该操作设备2。更精确地，图2示出了带有光波导管20'的操作设备2'，该光波导管具有光耦合表面21'、操作表面22'和光偏转表面23'。来自ToF传感器28的光可以经由该光耦合表面21'被耦合到该光波导管20'中，以便在该光波导管20'中传播。该光的一部分在该光偏转表面23'上的光偏转点24'、24”处，即在该操作表面22'上的光出射点26'、26”的方向上偏转。这里，该操作表面22'和光偏转表面23'基本上彼此平行并且垂直于该光耦合表面21'，其中这种相对的布置不是强制性的。

每个光偏转点24'、24”分配有光出射点26'、26”。然而，也可能，就是通过改变该光偏转点24'、24”的轮廓来为它们分配多个光出射点。每个光偏转点可以通过铣削，例如以使得相应的光出射点提供限定的键点的方式产生。为了在该光出射点26'、26”处获得相同的光强度，第二光偏转点24”应当比第一光偏转点24'更深地插入该光波导管中。然而，铣削也可以使得多个铣削点设置成彼此非常接近并且不是非常深，以便经由相应的多个光出射点，在该操作表面22'上提供滑动控制。实际上，通过有目的地对该光波导管20'进行铣削，可以以简单的方式产生多个不同的光出射点。

如果该机动车驾驶员的手指(未示出)接近该光出射点26'，其中该操作设备2'，例如邻近根据图1的后视镜元件安装，来自该ToF传感器28的已经在该光偏转点24'处在该光出射点26'的方向上偏转的透射光在该手指处被反射，以便经由该光波导管20'作为接收光返回到该ToF传感器28并且在那里被评估。为此目的，该ToF传感器28以已知的方式包括评估设备，该评估设备适于该光波导管20'的相应材料，更确切地适于其折射率，并且当检测到对该光出射点26'的触摸时，相应的信息信号被转发到该机动车的控制部件(未示出)，以便触发分配给该光出射点26'的功能，例如向左闪烁，而当该光出射点26”被触摸时，可以触发向右闪烁。

为了更好地识别该光出射点26'、26”，可以在相应的区域中抛光该光波导管20'。该ToF传感器28也可能透射可见光，使得该光出射点26'、26”明亮地点亮。此外，在该光出射点26'、26”的区域中，可以，例如以字母“L”和“R”的形式提供该光波导管20'的涂层(未示出)，以便使该驾驶员更容易操作，其中当带有“L”标记的该光出射点26'被触摸时，触发左闪光灯，以及当带有“R”标记的该光出射点26”被触摸时，触发右闪光灯。

当然，该ToF传感器28也可以在IR范围内操作。然后，可以在该光耦合表面21'的侧面上另外布置一个或多个LED以标记该光出射点26'、26”。

有了根据本发明的操作设备2、2'，则可能以简单的方式表示触摸屏，其本身使用已经存在于机动车中的光波导管。因此，闪光灯的光波导管可以用作根据本发明的操作设备，例如以便通过触摸特定的光出射点来锁定或打开该机动车。为了避免未授权的使用，可以另外在打开或锁定该机动车之前检查操作授权。由于ToF传感器的测量精度，可能的是，例如评估指纹，以便因此仅允许授权用户触发机动车中的功能。然而，代替评估指纹或其他生物计量识别，还可以，如以不同的光出射点的触摸次序的形式存储操作代码，以便进行验证。

图3示出了以测试内后视镜的形式的根据本发明的另一内后视镜100。这种内后视镜100包括与后视镜元件103相邻的带有五个键102的操作设备101，其中每个键102被设置为打开或关闭控制灯104以用于测试目的，其中通过触摸相应标记122的区域中的该键102中的一个，触发切换过程。

对于该操作设备101，可以使用将在下文参考图4a至4d描述的光波导管。

图4a至4d示出了用于根据本发明的操作设备的光波导管200，该光波导管在其左侧的第一端具有光耦合表面201，该光耦合表面以倾斜角α延伸到平行于操作表面210布置的光偏转表面220。α为，例如大约105°。在该光波导管200的右端，存在光波导管端表面或光出射表面202，其具有相对于该操作表面210大约90°的角γ。

在该光偏转表面220中，五个光提取元件以凹部221(221A-221E)的形式彼此等距地沿着该光偏转表面220布置，分别具有相同的长度，但具有不同的深度z。该凹部221(221A-221E)是锯齿状，其带有倾斜边缘，在该倾斜边缘的区域中设置有光偏转点222；并且带有另外的边缘，其基本上垂直于该光偏转表面220延伸，最右边的凹部221E除外。包括该光偏转点222的斜面的倾斜角分别给定相对于该光偏转表面220的角β，其对于所有凹部221都是相同的并且优选地大约为45°。保证传输信号的全反射对于该斜面以及因此对于该角β来说是必要的，如下面将参考图4d进一步详细描述的。

该光波导管200可以以仅允许光在该光出射表面202的区域中射出的丙烯酸玻璃的形式提供。为了使偏转的光线能够从出射点212射出，可以抛光正好在这些区域(其表示键区211(211A-211E))中的丙烯酸玻璃。

该光偏转表面220中的五个凹部221A-221E对应于该操作表面210上的五个键区211A-211E。这里，优选地的是，在每个键区211A-211E的该光出射点212处的光强度值相等。

参考图4c和4d，下文更详细地描述了该光波导管200内的光束路径。ToF传感器280的发射器281的光线L然后经由该光耦合表面201进入该光波导管200，并且在该光波导管200内，即在五个凹部221A-221B中的至少一个上，即分别在光偏转点222上反射，使得相同强度的光线在该五个键区211A-211E中，即分别在光出射点212上从该光波导管200中射出，只要没有物体，特别是手指，触摸该键区的至少一个。根据图4d，到达第一凹部221A的传输信号仅发生单次反射，而到所有其他凹部221B-221E的传输信号先前仍然在该操作表面210上经历了全反射。该光出射表面202上未反射的少量光也离开了该光波导管。

如果在该键区211A-211E之一上发生触摸(未示出)，这会导致即在触摸点上，至少一个进一步的反射，其将光引导回该光耦合表面201。通过这种进一步的反射，接收信号因此可以到达该ToF传感器208的接收器282并且在那里进行评估。该ToF传感器280，即由于其计算距离的能力使得能够确定在其评估的范围内已被触摸的键区。

该光波导管可以在该操作表面上，即在该键区之外和/或在该光偏转表面上配备有反射层，以便防止光线以不受控制的方式，即超过该键区和该光出射表面离开该光波导管。

参考图4a至图4d，描述了在该光束路径中一个接一个地布置的凹部221A-221E，这然后还产生了在该光波导管200上一个接一个地，即按顺序地布置的键区211A-211E。对此，替代地和/或累积地，凹部也可以彼此平行地延伸，使得也可以提供平行布置的键。这里，该凹部可以形成在单个光波导管或者如果合适的话，彼此连接的若干光波导管中。

图5a示出了图4d中所示的该发射器281的传输信号的区域。该传输信号可以表示红外范围内，即在椎体φ内的光线L。该椎体φ被分成具有相同尺寸的五个椎体φ/5，其中每个被分配给凹部221A-221E。图5b示出了两个部分锥体，例如分配给第一凹部221A的锥体和分配给图4c所示的第二凹部221B的锥体。

图6a示出了第二部分锥体φ/5B中的传输信号的光束路径，其从该传感器281到达该操作表面210，在那里经历了全反射以到达第二凹部221B。

图6b示出了替代方案，其中该光提取元件不是以凹部的形式而是作为材料内含物提供。进一步地，这里，第二提取元件221'B被提供有来自该发射器281的直接(即在操作表面上未经全反射)传输信号。这里，还有必要的是，该提取元件221'B被设计为使得该传输信号的全反射发生在其表面上。

图7示出了图4a-4d中所示的光波导管200的第一端，其中其光耦合表面201相对于该光偏转表面220具有角α。该角α、该光波导管200的高度x、该发射器281的高度xs以及图4d中所示的凹部221A的角β应根据所期望的光出射点212，依据彼此，还依据该光波导管200的材料的折射率来选择。

图8a和8b示出了该ToF传感器280与图4d中所示的光波导管200的不同相对位置，其中通过改变该相对位置，可以使由该接收器282接收的噪声量最小化。

该光波导管可以与未示出的紧固设备一起形成，用于，例如以2K注塑部件的形式附接到内部后视镜、外部后视镜或门。

上文的说明书、权利要求书和附图中披露的特征，单独地和以任何组合的方式，对于本发明在其不同实施方式中的实现可能是必要的。

附图标记列表

1 内后视镜

2、2' 操作设备

3 后视镜元件

20、20' 光波导管

21' 光耦合表面

22、22' 操作表面

23' 光偏转表面

24'、24” 光偏转点

26'、26”、26a-26d 光出射点

27a-27d 标记

28 ToF传感器

100 内后视镜

101 操作设备

102 键

103 后视镜元件

104 控制灯

122 标记

200、200' 光波导管

201 光耦合表面

202 光出射表面

210 操作表面

211、211A-211E 键区

212 光出射点

220 光偏转表面

221、221A-221E 凹部

221'B 光提取元件

280 ToF传感器

281 发射器

282 接收器

222 光偏转点

L 光束

X 光波导管的高度x_s

Z 凹部深度

α 光耦合表面的倾斜角

β 凹部倾斜角

γ 光出射表面的倾斜角

φ 锥体

φ/5、φ/5A、φ/5B 部分锥体

Claims (13)

1.一种操作设备(2，2'，101)，其带有：

至少一个ToF传感器(28，280)，其用于发射，特别是光形式的传输信号，接收接收信号并输出信息信号；

至少一个光波导管(20，20'，200，200')，其用于将来自该ToF传感器(28，280)的该传输信号引导到至少一个偏转点(24'，24”，222)，用于在，特别是用户手指形式的物体接近该出射点(26a-26d，26'，26”，212)或者触摸它们，以引导在该物体处偏转的，特别是被反射的接收信号时，将在该偏转点(24'，24”，222)处偏转，特别是反射的该偏转信号引导到在该光波导管(20，20'，200，200')的第一表面上充当操作元件(211，211'，211A-211E)的至少一个分配的出射点(26a-26d，26'，26”，212)，该第一表面充当操作表面(22，22'，210)；以及

控制部件，其根据该ToF传感器(28，280)根据该接收信号输出的该信息信号，触发分配给该操作元件(211，211'，211A-211E)和/或该出射点(26a-26d，26'，26”，212)的至少一个功能，

其特征在于：

该操作设备(2，2'，101)可被安装在机动车中，

该偏转点(24'，24”，222)被提供在第二表面上，该第二表面与该光波导管(20'，200)的该第一表面相对并且经由提取元件(221，221'，221A-221E)构成该光波导管(20，20'，200，200')的偏转表面(23'，220)；以及

该ToF传感器(28，280)包括发射器(281)，其用于在该光波导管(20，20'，200，200')的包括耦合表面(201)的第一端前的光束路径中发射该传输信号；以及接收器(282)，其用于接收在该出射点(26a-26d，26'，26”，212)处，也在该光波导管(20，20'，200，200')的该第一端前进行偏转时的该接收信号。

2.根据权利要求1所述的操作设备，其特征在于：

该提取元件(221，221'，221A-221E)优选地通过全反射，在该出射点(26a-26d，26'，26”，212)的方向上反射传输信号，该传输信号直接从该ToF传感器(28，280)的该发射器(281)到达该提取元件(221，221'，221A-221E)或者在偏转，优选地单次反射之后，到达该光波导管(20，20'，200，200')的该第一表面上。

3.根据权利要求2所述的操作设备，其特征在于：

该提取元件(221，221'，221A-221E)由特别是铣削点形式的凹部在该光波导管的材料中和/或经由材料内含物提供，

其中优选地经由该提取元件(221，221'，221A-221E)的轮廓和/或所述元件的涂层，该分配的出射点(26'，26”，212)的数量、位置和/或尺度和/或该偏转信号的强度得以确定。

4.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备，其特征在于：

提供了多个提取元件(221，221'，221A-221E)、偏转点(24'，24”，222)和/或出射点(26a-26d，26'，26”，212)；和/或每个出射点(26a-26d，26'，26”，212)提供操作元件(211，211'，211A-211E)的特别是键(102，211)或滑动控件形式的至少部分；和/或

每个提取元件(221，221'，221A-221E)分配有操作元件(211，211'，211A-211E)。

5.根据权利要求4所述的操作设备，其特征在于：

每个操作元件(211，211'，211A-211E)分配有相同量的偏转信号和/或光强度；和/或

从该发射器(281)中发射的光线的特别是覆盖12.5至60°的角度区域的锥体φ，其基本上具有相等尺寸的部分锥体，其中每个部分锥体被分配给提取元件(221，221'，221A-221E)；和/或

该偏转信号以相对于该第一表面的基本相等的角度，优选地与其垂直，离开该出射点(26a-26d，26'，26”，212)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备，其特征在于：

在该出射点(26a-26d，26'，26”，212)的区域中，特别是该光波导管(20，20'，200，200')的涂层、诸如抛光或类似处理等的表面处理和/或照明的形式的至少一个标记(27a-27d，122)，

其中优选地为了照明目的，特别是当如用户手指形式的物体接近时和/或当以变大的强度寄存该物体对至少一个操作元件(211，211'，211A-211E)的触摸时，可以沿着该发射器(281)的该传输信号的该光束路径发射可见光。

7.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备，其特征在于：

紧固设备，其附接在该机动车中，特别是该机动车的内后视镜、外后视镜、配件盖或门上或内部，

其中优选地，该紧固设备与该光波导管被模制为单件，特别是2K注塑部件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备，其特征在于：

该光波导管是该机动车的照明模块的一部分。

9.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备，其特征在于：

该发射信号和接收信号位于红外或可见光的范围内。

10.根据前述权利要求中任一项所述的操作设备，其特征在于：

提供至少两个耦合表面，其分别分配有至少一个提取元件、至少一个偏转点和/或至少一个出射点，

其中优选地将该耦合表面分配给一个或多个光波导管；和/或

优选地将一个或多个ToF传感器分配给该耦合表面。

11.机动车的一种内后视镜(1，100)，其具有根据前述权利要求中任一项所述的操作设备(2)，其特征在于：

该操作表面(22，102)被布置在后视镜元件(3，103)的框架中和/或邻近该后视镜元件(3，103)和/或在该内后视镜(1，100)的照明模块中，特别是用于该内后视镜的调节和/或调光、至少一个外后视镜的调节、至少一个窗的打开、设置空调系统、切换警告信号和/或类似功能。

12.机动车的一种外后视镜，其具有根据前述权利要求1至10中任一项所述的操作设备，其特征在于：

该操作表面，特别是以闪光灯模块的形式被布置在后视镜元件的框架中和/或邻近该后视镜元件和/或在该外后视镜的照明模块中。

13.机动车的一种门，其具有根据权利要求1至10中任一项所述的操作设备，其特征在于：

该操作表面被布置在窗的框架中和/或邻近该窗和/或该门的照明模块中，特别是用于该内后视镜的调节和/或调光、至少一个外后视镜的调节、至少一个窗的打开、设置空调系统、切换警告信号和/或类似功能。