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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Drehcodierer und insbesondere
einen zwei Ausgangssignale erzeugenden Einzel-Drehcodierer, der
als Wippschalter und als Betriebsartschalter verwendet werden kann.
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In
den 1 und 2 sind zwei Drehcodierer des
Standes der Technik gezeigt. In 1 sind
eine Lichtempfangsplatte 24 und eine Lichtcodierungsplatte 23 mit
dem Zylinder einer festen Basis 27 in der Weise in Eingriff,
daß sie
um eine Welle 11 drehbar sind, wobei durch die Drehung
der Befestigungsbasis 27 ein Ausgangssignal erzeugt wird.
In 2 ist eine lichtemittierende
Diode 20 durch einen Träger 30 so unterstützt, daß Licht
durch Löcher
in einer Platte 1 durchgelassen wird, die in einem unterhalb
der Platte 1 befindlichen (nicht gezeigten) Lichtempfänger aufgenommen
ist, so daß durch
abwechselnden Empfang und Nichtempfang von Licht durch den Lichtempfänger ein
Impulssignal erzeugt wird. Diese Typen von Drehcodierern können als
Wippschalter verwendet werden, um einen Parameter einer elektronischen
Vorrichtung wie beispielsweise die Helligkeit eines Computermonitors
zu steuern.
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In
praktischen Anwendungen verwendet jedoch eine elektronische Vorrichtung
gewöhnlich mehrere
Parameter, die der Anwender steuern muß. Beispielsweise könnte ein
Computermonitor die Parameter Helligkeit, Kontrast und Farbe umfassen.
Um die Steuerung dieser drei Parameter zu ermöglichen, würde der Monitor drei Wippschalter
erfordern. Alternativ könnte
ein Monitor einen Betriebsartschalter für jeden der Parameter und einen
einzigen Wippschalter umfassen. Falls der Anwender wünscht, den
Kontrast einzustellen, könnte
er den dem Kontrast entsprechenden Betriebsartschalter drücken und
dann den Wippschalter verwenden, um den Wert einzustellen.
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In
diesen beiden Beispielen sind mehrere Schalter erforderlich, um
mehrere Parameter zu steuern. Dadurch werden die Kosten der Vorrichtung erhöht.
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Aus
der
DE 36 05 088 A1 ist
bereits eine als Dreh-Drücksteller
ausgebildete Bedieneinrichtung bekannt, die einen Bedienknopf aufweist,
der in einem als Aufnahme dienende Magnetkopf oder -topf drehbar
und gegen die Kraft einer Feder axial verschiebbar gelagert ist.
Mit dem Bedienknopf ist ein zylindrischer Korb vorgesehen, der eine
Vielzahl von in einer vorgeschriebenen Schrittweite um die Drehachse
des Bedienknopfes bzw. des Korbes herum angeordnete Öffnungen
aufweist. Innerhalb und außerhalb
des Korbes sind fest mit dem Magnetkopf verbundene Lichtschranken
vorgesehen, deren Überwachungsstrecke
von den Öffnungen
im Korb freigegeben und von den dazwischen liegenden Stegen unterbrochen
werden kann. Mit axialem Abstand zu den Lichtschranken ist zumindest
eine weitere Lichtschranke vorgesehen, deren Übertragungsstrecke vom Korb
unterbrochen werden kann, wenn der Bedienknopf axial so verschoben
wird, dass der Korb mit seinem unteren Rand zwischen Sender und
Empfänger
der Lichtschranke eintaucht.
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Aus
der
US 5 711 415 ist
ein weiterer elektronischer Dreh-Drück-Steller bekannt, der einen
drehbar gelagerten Bedienknopf aufweist, mit dessen Hilfe ein Drehcodiererabschnitt
zur Erzeugung eines zweiten Ausgangssignals um die Drehachse des Knopfes
gedreht werden kann. Zur Erzeugung eines ersten Ausgangssignals
ist ein Schalter vorgesehen, der einen in Radialrichtung der Drehachse
des Bedienknopfes verschiebbaren Schaltstift aufweist. Am Bedienknopf
ist ein äußerer Betätigungsring
mit einem ringförmigen
Kragen vorgesehen, der über
ein ringförmiges
elastisches Element an einer Nabe des Bedienknopfes gehalten ist.
Um den Betätigungsstift des
Schalters zur Erzeugung des ersten Ausgangssignals drücken zu
können,
lässt sich
der äußere Betätigungsring
in Radialrichtung gegenüber
einer Nabe und der damit verbundenen Drehachse gegen eine elastische
Rückstellkraft
des elastischen Elements verschieben.
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Aus
der
DE 197 33 048
A1 ist ein optischer Inkrementgeber bekannt, der ein scheibenförmiges Inkrementrad
aufweist, das eine Vielzahl von umfangsmäßig angeordneten Schlitzen
aufweist, zwischen denen als Blenden wirkende Stege vorgesehen sind.
Wird dieses bekannte Inkrementrad so angeordnet, dass die Schlitze
bzw. Stege die Übertragungsstrecke
einer Lichtschranke abwechselnd freigeben bzw. unterbrechen, so
ist es möglich,
mit einer derartigen Lichtschranke eine der Drehung des Inkrementsrades
entsprechende Impulsfolge zu erzeugen.
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Die
EP 0 724 278 A2 beschreibt
einen weiteren Dreh-Drück-Steller,
der ein drehfest in einer Ausnehmung einer Grundplatte angeordnetes
Gehäuse mit
feststehenden Kontakten aufweist. Die feststehenden Kontakte wirken
mit einer Kontaktplatte zusammen, die an einem Drehteil angebracht
ist, das mittels einer Welle drehbar in dem Gehäuse gelagert ist. Um das Drehteil
gegenüber
dem Gehäuse
verdrehen zu können,
ist ein Betätigungsknopf
vorgesehen, der mittels einer Schraube drehfest an dem Drehteil
angebracht ist. Wird der Drehknopf gedreht, so führt das Drehteil und die damit
verbundene Kontaktplatte eine Drehbewegung aus, so dass ein zweites
der Drehbewegung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt werden kann.
Um einen Schalter, der an der Grundplatte angebracht ist, betätigen zu
können, weist
das Gehäuse,
das an der Grundplatte gegen die Kraft einer Feder verschiebbar
gehalten ist, eine sich in Verschieberichtung erstreckende Verlängerung
auf. Wird das Gehäuse
in der Grundplatte gegen die Kraft der Feder verschoben, so kann
der Schalter zur Erzeugung eines ersten Ausgangssignals betätigt werden.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen weiteren
Drehcodierer für die
Erzeugung eines ersten und eines zweiten Ausgangssignals bereitzustellen,
der bei einfachem und kompaktem Aufbau eine zuverlässige Handhabung gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Drehcodierer für
die Erzeugung zweier Ausgangssignale nach einem der Ansprüche 1 oder
11. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung
Bezug nimmt; es zeigen:
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1 die
bereits erwähnte
Ansicht eines Drehcodierers des Standes der Technik;
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2 die
bereits erwähnte
Ansicht eines weiteren Drehcodierers des Standes der Technik;
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3A, 3B Explosionsansichten
des Drehcodierers gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung aus einer ersten Richtung bzw. aus einer zweiten Richtung;
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4A, 4B Ansichten
zur Erläuterung der
Anwendung des Drehcodierers der Erfindung auf einem Monitor;
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5 eine
Ansicht zur Erläuterung
des Lichtempfängers
des Drehcodierers der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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6A-6C Ansichten
zur Erläuterung alternativer
Ausführungsformen
der Rahmenstruktur des Drehcodierers der Erfindung;
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7A eine
Ansicht zur Erläuterung
der Ausrichtung einer Öffnung
und des Lichtsenders bzw. des Lichtempfängers im Drehcodierer der Erfindung; und
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7B eine
Ansicht zur Erläuterung
einer bevorzugten Form einer Öffnung.
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Wie
in den 3A und 3B gezeigt
ist, umfaßt
ein drehbares Rad 103 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung eine äußere Oberfläche 103a und
eine innere Oberfläche 103b.
Die innere Oberfläche 103b kann
mit Stegen 103f versehen sein. An einem Ende des drehbaren
Rades 103 ist eine Platte 103c angebracht, in
der mehrere Öffnungen 103e mit
einer vorgegebenen Schrittweite auf einem Kreis um die Drehachse
der Platte 103c ausgebildet sind. Ein axialer Stab 103d erstreckt
sich im wesentlichen senkrecht von der Mitte der Platte 103c.
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An
der äußeren Oberfläche 103a des
drehbaren Rades 103 kann ein Reifen 102 vorgesehen sein.
Der Reifen 102 kann mit Eintiefungen 102a für eine einfache
Handhabung durch den Anwender versehen sein.
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Das
drehbare Rad 103 ist durch einen Rahmen unterstützt, der
einen proximalen Abschnitt 104, einen distalen Abschnitt 101 und
einen Mittelabschnitt 112 aufweist. Der proximale Abschnitt 104 besitzt
mehrere Haken 104a, die einen festen Eingriff mit einer
Leiterplatte 108 schaffen. Außerdem sind an der Seitenwand 104c eine
Raste 104c' und
an der Seitenwand 104d eine Raste 104b' für ein Einrasten in
entsprechende Rillen im distalen Abschnitt 101 vorgesehen.
In der Rückwand 104d ist
ein Schacht 104e vorgesehen.
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Der
distale Abschnitt 101 ist mit einem Schacht 101b versehen,
in dem ein Schlitz 101c ausgebildet ist, durch den ein
axialer Stab 103d verlaufen kann.
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Der
Mittelabschnitt 112 nutzt eine Wand gemeinsam mit dem Schacht 104e des
proximalen Abschnitts 104. Sowohl die oberen Wände 112c als auch
die unteren Wände 112d des
Mittelabschnitts 112 sind im wesentlichen bogenförmig. Wenn
daher die innere Oberfläche 103b des
drehbaren Rades 103 entweder mit den oberen Wänden 112c oder
mit den unteren Wänden 102d in
Kontakt ist, wird dessen Drehung nicht verhindert. In den unteren
Wänden 112d ist
eine Rille 112e ausgebildet, so daß der Schacht 104e über eine
Sichtlinie mit dem Schacht 101b in Verbindung steht.
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Im
Schacht 112a des Mittelabschnitts 112 ist eine
Feder 105 angeordnet. Über
der Feder sind ein Träger 106 und
eine Walze 107 vorgesehen. Der Träger 106 besitzt einen
Schacht 106a und Rillen 106b in der oberen Oberfläche 106d der
Seitenwände 106c.
Die Rillen 106b nehmen die Zapfen 107a und 107b der
Walze 107 auf, wenn diese in den Schacht 106a eingesetzt
ist. Die oberen Oberflächen 106d sind
ebenfalls im wesentlichen bogenförmig.
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Auf
der Leiterplatte 108 sind ein Lichtsender 110,
ein Lichtempfänger 109 sowie
ein Schalter 111 mit einer metallischen Blattfeder 111a angeordnet.
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Nun
wird die Montage des Drehcodierers dieser Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird der
Reifen 102 auf dem drehbaren Rad 103 angeordnet.
Das offene Ende des drehbaren Rades 103 wird anschließend über dem
Mittelabschnitt 112 angeordnet, so daß die Walze 107 mit
der Innenwand 103b des drehbaren Rades 103 in
Kontakt ist und für
diese einen elastischen Druck erzeugt. Der proximale Abschnitt 104 und
der distale Abschnitt 101 des Rahmens werden dann durch
Rasten 104b' und 104c' und die entsprechenden
Rillen im distalen Abschnitt 101 eingerastet. Das Ende
des axialen Stabs 103d verläuft durch den Schlitz 101c und
steht von diesem vor. Die Vorrichtung wird anschließend an
der Leiterplatte 108 mittels der Haken 104a verriegelt,
so daß der
Lichtempfänger 109 im
Schacht 101b aufgenommen ist und der Lichtsender 110 im
Schacht 104e aufgenommen ist. Ferner befindet sich das
Ende des durch den Schlitz 101c verlaufenden axialen Stabs 103d in
der Nähe
der Blattfeder 111a des Schalters 111.
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Nun
wird die Funktionsweise des Drehcodierers dieser Ausführungsform
beschrieben. Der Drehcodierer dieser Erfindung erzeugt zwei Ausgangssignale.
Das erste Ausgangssignal wird durch den Kontakt des Endes des axialen
Stabs 103d mit der Blattfeder 111a des Schalters 111 erzeugt.
Dieser Kontakt wird folgendermaßen
erzielt: Wenn auf das drehbare Rad 103 kein äußerer Druck
ausgeübt
wird, erzeugt die Feder 105 einen elastischen Druck auf
den Träger 106 und
auf die Walze 107 in Richtung zur inneren Oberfläche 103b des
drehbaren Rades 103. Hierbei wird die Innenwand 103b von
den oberen Wänden 112c des
Mittelabschnitts 112 angehoben, ferner ist der axiale Stab 103d mit
dem oberen Abschnitt 101c' im
Schlitz 101c in Kontakt, der als Anschlag für die Bewegung
des drehbaren Rades 103 in Richtung des elastischen Drucks
wirkt. Ferner erlaubt die mit der inneren Oberfläche 103d des drehbaren
Rades 103 in Kontakt befindliche Walze 107 die
freie Drehung des drehbaren Rades 103. In dieser Stellung verläuft der
axiale Stab 103d durch den Schlitz 101c und befindet
sich in der Nähe
der Blattfeder 111a.
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Wenn
auf das drehbare Rad 103 ein äußerer Druck ausgeübt wird,
wird die Feder 105 komprimiert. In dieser Situation wird
der axiale Stab 103d zum unteren Abschnitt 101c'' im Schlitz 101c geschoben, der
als Anschlag für
die Bewegung des drehbaren Rades 103 in Richtung des äußeren Drucks
wirkt, während
die gegenüberliegende
Seite der Innenwand 103b von den unteren Wänden 112b des
Mittelabschnitts 112 weggedrückt wird. Somit werden die
Achse des drehbaren Rades 103 und die daran angebrachte
Platte 103c in Richtung des äußeren Drucks verschoben, wodurch
der axiale Stab 103d in seine Position im Schlitz 101c geschoben
wird. Diese Verschiebung bewirkt, daß der axiale Stab 103d mit der
Blattfeder 111a in Kontakt gelangt und diese in einen Kontakt
mit einem Kontaktpunkt am Schalter 111 zwingt und die Ausgabe
des ersten Signals längs
des Wegs 111b erfolgt.
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Es
wird angemerkt, daß die
im wesentlichen bogenförmigen
oberen Wände 112c dann,
wenn die Feder 105 durch den äußeren Druck komprimiert wird,
zulassen, daß sich
das drehbare Rad 103 selbst dann dreht, wenn es mit den
oberen Wänden 112c in Kontakt
ist. Ferner läßt die mit
der inneren Oberfläche 103b des
drehbaren Rades 103 in Kontakt befindliche Walze 107 noch
immer eine freie Drehung des drehbaren Rades 103 zu, selbst
wenn der äußere Druck
ausgeübt
wird.
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Das
zweite Ausgangssignal wird durch die Wechselwirkung des Lichtempfängers 109 und
des Lichtsenders 110 und die Drehung der Öffnungen 103e in
der Platte 103c erzeugt. Wie in 7A gezeigt
ist, sind der Lichtsender 110 und der Lichtempfänger 109 auf
der Leiterplatte 108 in der Weise angeordnet, daß sich Licht
vom Lichtsender 110 durch eine Öffnung 103e in der
Platte 103c und durch die Rille 112e im Mittelabschnitt 112 bewegt,
um vom Lichtempfänger 109 empfangen
zu werden, wenn die Position der Platte 103c derart ist,
daß die Öffnung 103e und
der Lichtsender 110 aufeinander ausgerichtet sind. Eine
Drehung der Platte 103c verschiebt die Position der Öffnungen 103e,
so daß die Öffnung 103e und
der Lichtsender 110 zunächst
nicht mehr aufeinander ausgerichtet sind, weshalb Licht vom Lichtsender 110 durch
die Platte 103c abgefangen wird. Eine weitere Drehung der
Platte 103c verschiebt die Position der Öffnungen 103e weiter,
so daß eine
weitere Öffnung 103e und
der Lichtsender 110 erneut aufeinander ausgerichtet sind
(wie in 7A), weshalb Licht vom Lichtsender 110 erneut vom
Lichtempfänger 109 empfangen
werden kann. Der Empfang oder der Nichtempfang von Licht durch den
Lichtempfänger 109 erzeugt
das zweite Ausgangssignal in Form eines Impulses, der auf dem Weg 109b jedes
Mal erzeugt wird, wenn das drehbare Rad 103 um eine bestimmte
Gradzahl, die der Schrittweite der Öffnungen entspricht, gedreht
wird.
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Die
Stege 103f können,
falls vorhanden, die Einfachheit dieser Drehung steuern, indem sie
für die Innenwand 103b eine
Reibung schaffen.
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Die Öffnungen 103e' können im
wesentlichen trapezförmig
sein, wie in 7B gezeigt ist. Eine weitere
Ausführungsform
des Drehcodierers wird nun beschrieben. Wenn auf das drehbare Rad 103 kein äußerer Druck
ausgeübt
wird, erzeugt die Feder 105 einen elastischen Druck auf
den Träger 106 und
auf die Walze 107 und somit auf die innere Oberfläche 103b des
drehbaren Rades 103. Hierbei sind der Lichtsender 110 und
der Lichtempfänger 109 auf der
Leiterplatte 108 so angeordnet, daß sich Licht vom Lichtsender 110 durch
die Rille 112e im Mittelabschnitt 112 und durch
die Öffnung 103e' in der Platte 103c bewegt,
um vom Lichtempfänger 109 vollständig empfangen
zu werden, wenn die Position der Platte 103c derart ist,
daß die Öffnung 103e' und der Lichtsender 110 aufeinander
ausgerichtet sind. Wenn die Feder 105 durch den äußeren Druck
komprimiert wird, wird die Öffnung 103' in Richtung
des äußeren Drucks
bewegt, so daß sich
eine geringere Lichtmenge vom Lichtsender 110 durch die Öffnung 103e' bewegt. Die Änderung
der vom Lichtempfänger 109 empfangenen
Lichtmenge erzeugt das erste Signal.
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Der
Drehcodierer dieser Erfindung kann für die Steuerung der Parameter
einer elektronischen Vorrichtung wie etwa eines Computermonitors
verwendet werden. 4A zeigt die Positionierung
eines Drehcodierers 151 an der vorderen Fläche 52 eines
Monitors 150. 4B zeigt die Positionierung
eines Drehcodierers 151 auf der Seite 154 eines
Monitors 150. In Betrieb könnte durch Drücken des
Drehcodierers 151 eine OSD (On Screen Display) durch Drücken des
Drehcodierers 151 aktiviert werden, um ein erstes Ausgangssignal
zu erzeugen. Die OSD, die durch den Mikroprozessor des Computers
gesteuert wird, könnte
ein Menü von
zu steuernden Parametern erzeugen. Durch wiederholtes Drücken des Drehcodierers 151 könnte der
Anwender durch das Menü rollen,
bis er den Parameter erreicht, den er einstellen möchte, etwa
die Helligkeit. Dann könnte der
Anwender den Drehcodierer 102 drehen, um ein zweites Ausgangssignal
zu erzeugen und den Wert des gewählten
Parameters zu ändern.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Lichtempfängers 109 im
Drehcodierer der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind zwei optische Einheiten 109a und 109b für den Empfang
von vom Lichtsender 110 gesendetem Licht vorgesehen. Wenn
keine Öffnung 103e auf
den Lichtempfänger 109 ausgerichtet
ist, empfängt
keine der optischen Einheiten 109a und 109b Licht
vom Lichtsender 110. Falls die Platte 103c in
einer ersten Richtung gedreht wird, empfängt als erstes die optische
Einheit 109a Licht, gefolgt von einem vollständig ausgerichteten Zustand,
in dem beide optische Einheiten 109a und 109b Licht
empfangen. Falls die Platte 103c in einer zweiten Richtung
gedreht wird, empfängt
zuerst die optische Einheit 109b Licht, gefolgt von einem
vollständig
ausgerichteten Zustand, in dem beide optische Einheiten 109a und 109b Licht
empfangen. Somit kann die Reihenfolge der durch die Lichterfassung
durch die optischen Einheiten 109a und 109b getriggerten
Impulse verwendet werden, um die Drehrichtung des optischen Rades 103 zu
bestimmen. In der obenbeschriebenen praktischen Anwendung des Drehcodierers
dieser Erfindung auf einen Monitor könnte dieser Drehcodierer dem
Anwender ermöglichen,
einen Parameter, beispielsweise die Helligkeit, entweder durch Erhöhen oder
Erniedrigen seines Wertes zu steuern.
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In
den obenbeschriebenen Ausführungsformen
umfaßt
die Struktur des das drehbare Rad 103 unterstützenden
Rahmens einen U-förmigen
proximalen Abschnitt 104, an dem der Mittelabschnitt 112 befestigt
ist, und einen geradlinigen distalen Abschnitt 101, wie
in 6A gezeigt ist. Für den Fachmann sind jedoch
auch andere Ausführungsformen der
Rahmenstruktur offensichtlich. Beispielsweise zeigt 6B eine
Rahmenstruktur, in der sowohl der proximale Abschnitt 104-1 als
auch der distale Abschnitt 101-1 L-förmig sind, während 6C eine Rahmenstruktur
zeigt, in der der proximale Abschnitt 104-2 geradlinig
ist und der distale Abschnitt 101-2 U-förmig ist.