DE102005028278A1

DE102005028278A1 - Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät

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Publication number: DE102005028278A1
Application number: DE102005028278A
Authority: DE
Inventors: Alfred Hutt; Werner Hurlebaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-18
Filing date: 2005-06-18
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (10) für ein elektrisches Gerät (11), mit einer Anzeigeeinrichtung (13), mit der Anzeigeeinrichtung (13) zugeordneten kapazitiven Sensorelementen (S1-S10), deren Kapazität (C1-C10) durch einen Bediener (14) bei einer Bedienbehandlung veränderbar ist, und mit einer Auswerteeinrichtung (16) zur Erzeugung elektrischer Befehlssignale (17) in Abhängigkeit von der Kapazität (C1-C10) der Sensorelemente (S1-S10), wobei die Anzeigeeinrichtung (13) und das Sensorschaltelement hinter einer zumindest teilweise transparenten Schutzeinrichtung (22) anordenbar sind. Bei der Bedienvorrichtung (10) ist vorgesehen, dass die Anzeigeeinrichtung mindestens zwei unmittelbar nebeneinander liegende Anzeigebereiche (A1-A7) aufweist, denen mindestens zwei Sensorelemente (S1-S10) zugeordnet sind, so dass von der Anzeigeeinrichtung (13) angeordnet sind, so dass von der Anzeigeeinrichtung an den mindestens zwei Anzeigebereichen (A1-A7) erzeugte optische Signale unmittelbar zu der Schutzeinrichtung (22) gelangen können, und dass durch die Auswerteeinrichtung (16) in Abhängigkeit von einer durch den Bediener veränderten Kapazität (C1-C10) der mindestens zwei Sensorelemente (S1-S10) den mindestens zwei Anzeigebereichen (A1-A7) jeweils jeweils zugeordnete Befehlssignale (17) erzeugbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät, mit einer Anzeigeeinrichtung, mit der Anzeigeeinrichtung zugeordneten kapazitiven Sensorelementen, deren Kapazität durch einen Bediener bei einer Bedienhandlung veränderbar ist, und mit einer Auswerteeinrichtung zur Erzeugung elektrischer Befehlssignale in Abhängigkeit von der Kapazität der Sensorelemente, wobei die Anzeigeeinrichtung und das Sensorschaltelement hinter einer zumindest teilweise transparenten Schutzeinrichtung anordenbar sind.

Eine derartige Bedienvorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 02 479 A1 bekannt. Bei dieser Bedienvorrichtung ist eine elektrisch leitfähige Lage, beispielsweise eine transparente Folie, vor der Anzeigeeinrichtung angeordnet. Bei Annäherung eines Gegenstandes, beispielsweise des Fingers eines Bedieners an eine transparente Schutzvorrichtung, beispielsweise eine der Bedienvorrichtung vorgelagerte Glasscheibe, ändert sich die Kapazität der elektrisch leitfähigen Lage, die ein kapazitives Sensorelement bildet.

Diese Kapazitätsänderung wird durch eine Auswerteeinrichtung ausgewertet, um ein Befehls- oder Bediensignal zu erzeugen. Nachteilig bei der bekannten Bedienvorrichtung ist allerdings, dass die leitfähige Lage, die das Sensorelement bildet, nur teilweise transparent ist. Es wird beispielsweise vorgeschlagen, eine Folie oder einen dünnen Metallfilm zu verwenden. Eine alternativ in der Druckschrift vorgeschlagene Lösung sieht vor, einen Teil des Anzeigebereichs der Anzeigeeinrichtung freizulassen, so dass wenigstens von dort optische Signale durch die Schutzeinrichtung hindurch ungehindert zum Bediener hin durchtreten können.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auf einem kapazitiven Bedienprinzip beruhende Bedienvorrichtung zu schaffen, bei der die optischen Signale der Anzeigeeinrichtung gut sichtbar sind.

Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Bedienvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Anzeigeeinrichtung mindestens zwei unmittelbar nebeneinander liegende Anzeigebereiche aufweist, denen mindestens zwei Sensorelemente zugeordnet sind, die seitlich neben der Anzeigeeinrichtung angeordnet sind, so dass von der Anzeigeeinrichtung an den mindestens zwei Anzeigebereichen erzeugte optische Signale unmittelbar zu der Schutzeinrichtung gelangen können, und dass durch die Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von einer durch den Bediener veränderten Kapazität der mindestens zwei Sensorelemente den mindestens zwei Anzeigebereichen jeweils zugeordnete Befehlssignale erzeugbar sind.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die beiden Anzeigebereiche – es können auch mehrere Anzeigebereiche vorhanden sein – nicht durch die kapazitiven Sensorelemente verdeckt sind, so dass sie von einer Vorderseite der Bedienvorrichtung, beispielsweise durch die transparente Schutzeinrichtung hindurch, gut sichtbar sind. Im Unterschied zu der bekannten Bedienvorrichtung sind die nebeneinanderliegenden Anzeigebereiche ohne ein zwischengeschaltetes oder vorgeschaltetes Sensorelement gut für einen Bediener erkennbar. Es versteht sich, dass auch mehrere Anzeigeeinrichtungen vorhanden sein können, denen jeweils Sensorelemente zugeordnet sind, die außerhalb der jeweiligen Anzeigebereiche positioniert sind. Die Schutzeinrichtung, die zumindest teilweise einen Bestandteil der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung bilden kann, ist zweckmäßigerweise im Bereich der Anzeigeeinrichtung zumindest teilweise transparent, im Bereich der Sensorelemente kann sie jedoch auch undurchsichtig sein. Dies hat ästhetische Vorteile, weil nämlich dann die Sensorelemente von der Vorderseite der Bedienvorrichtung her nicht mehr sichtbar sind.

Bei dem elektrischen Gerät handelt es sich zweckmäßigerweise um eine elektrisches Haushaltsgerät, beispielsweise einen Backofen, Kühlschrank oder dergleichen. Aber auch andere Geräte, z.B. Bedienterminals von Verkaufsautomaten, Geräte der Unterhaltungselektronik oder dergleichen können eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung aufweisen.

Eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass die Anzeigebereiche in der Art von Feldern einer Matrix angeordnet sind, wobei die Sensorelemente an mindestens zwei Seiten der Matrix positioniert sind. Somit ist eine Art Bedienmatrix gebildet, deren Bedienfelder, die durch die Anzeigebereiche gebildet sind, nebeneinander liegen. Der Begriff "Bedienmatrix" ist zwar dahingehend zu verstehen, dass die Anzeigebereiche oder Felder dieser Bedienmatrix unmittelbar nebeneinander liegen, aber nicht dahingehend, dass die Felder unbedingt in einer Zeilen- und Spaltenstruktur angeordnet sein müssen, sondern prinzipiell frei definierbar sind. Die Sensorelemente sind zweckmäßigerweise an mindestens zwei einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Es versteht sich, dass die Sensorelemente auch rahmenartig um die Anzeigeeinrichtung herum angeordnet sein können.

Zweckmäßigerweise sind über Eck angeordnete Sensorelemente, die in einem Eckbereich der Anzeigeeinrichtung positioniert sind, elektrisch miteinander verbunden. Dadurch entsteht eine größere Sensorfläche, was die Bediensicherheit verbessert.

Eine zweckmäßige Variante der Erfindung sieht vor, dass an mindestens zwei Anzeigebereichen ein Schieberegler darstellbar ist. Dabei ist sowohl eine eindimensionale als auch eine zweidimensionale Variante des Schiebereglers denkbar, beispielsweise in der Art eines Touchpads. Wenn ein Bedienteil, beispielsweise die Hand eines Bedieners, sich in Richtung der Endanschläge bewegt, ermitteln den Endanschlägen zugeordnete Sensorelemente und/oder seitlich neben den Anzeigebereichen angeordnete Sensorelemente die jeweilige Position des Bedienteils, um ein kontinuierlich veränderliches Befehlssignal oder eine Befehlsignalfolge mit im wesentlichen kontinuierlich veränderten Werten zu bilden. Die Position des Bedienteils bestimmt somit in der Art eines Schiebereglers beispielsweise die Amplitude eines Befehlssignals oder eines Befehlswertes, der in mehreren Befehlen einer Befehlsignalfolge enthalten ist.

Die Auswerteeinrichtung erzeugt die Befehlsignale anhand der jeweiligen Kapazität der Sensorelemente. Zweckmäßigerweise vergleicht die Auswerteeinrichtung die kapazitiven Relationen der Sensorelemente untereinander, um die Befehlssignale, die den jeweiligen Anzeigebereichen bzw. Bedienbereichen zugeord net sind, zu erzeugen. Die Auswerteeinrichtung erzeugt die Befehlssignale zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von Schaltschwellen, wobei zeitliche Schaltschwellen als auch kapazitive Schaltschwellen vorteilhaft sind. Es kann eine Schaltschwelle für mehrere Anzeigebereiche Gültigkeit haben. Zweckmäßigerweise sind jedoch den jeweiligen Anzeigebereichen individuelle, Anzeigebereich-spezifische Schaltschwellen zugeordnet. Auf diesem Wege wird beispielsweise eine Art Schaltschwellen-Matrix gebildet, die mit der Bedienmatrix, die oben erläutert worden ist, korrespondiert. Diese Schallschwellenmatrix ist beispielsweise in einem programmierbaren, jedoch vorteilhafterweise nicht-flüchtigen Speicher der Auswerteeinrichtung bzw. der Bedienvorrichtung gespeichert.

Vorteilhafterweise ist mindestens einem der Anzeigebereiche ein Sammelkapazitätswert zugeordnet, der die Kapazitätswerte von mindestens zwei Sensorelementen umfasst. Im Falle der Bedienmatrix gehen zweckmäßigerweise im wesentlichen alle Kapazitätswerte der um die Matrix herum angeordneten Sensorelemente in einen jeweiligen Sammelkapazitätswert eines Anzeigebereichs bzw. eines Matrix-Feldes der Bedienmatrix ein. Der Sammelkapazitätswert kann durch eine einfache Addition der jeweiligen Kapazitätswerte der Sensorelemente gebildet werden. Zweckmäßigerweise berücksichtigt die Auswerteeinrichtung mindestens eine Summierungsbedingung und/oder eine Gewich tungsbedingung der bei der Bildung des jeweiligen Sammel-Kapazitätswertes. Die Anzeigebereich-spezifischen Summierungsbedingungen bzw. Gewichtungsbedingungen sind vorteilhafterweise in einer Art Gewichtungsmatrix berücksichtigt, die ebenfalls zweckmäßigerweise in einem nicht-flüchtigen Speicherbereich der Bedienvorrichtung gespeichert ist und die vorteilhafterweise konfigurierbar ist.

Die Auswerteeinrichtung vergleicht zweckmäßigerweise die Sammel-Kapazitätswerte mindestens zweier Anzeigebereiche, um zu ermitteln, welcher Anzeigebereich bzw. Bedienbereich durch den Bediener aktuell bedient oder betätigt wird.

Zur Ermittlung des jeweiligen Kapazitätswertes eines Sensorelementes führt die Auswerteeinrichtung bei einem jeweiligen Sensorelement mehrere Ladezyklen durch, wobei pro Ladezyklus die auf das Sensorelement geladene Ladung auf einen Referenzkondensator umgeladen wird, bis eine Schaltschwelle erreicht ist. Bei dieser Schaltschwelle handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Schwellspannung, so dass die Auswerteeinrichtung anhand der für das Erreichen der Schwellspannung erforderlichen Ladezyklen einen Kapazitätswert des jeweiligen Sensorelementes ermitteln kann. Alternativ kann eine feste Anzahl von Ladezyklen vorgesehen sein, wobei die Auswerteeinrichtung am Ende der Ladezyklen die an dem Referenzkondensa tor anliegende Spannung misst, um daraus den Kapazitätswert des Sensorelementes ermitteln.

Es versteht sich, dass jedem Sensorelement ein Referenzkondensator, der in der oben genannten Art aufgeladen wird, zugeordnet sein kann. Zweckmäßigerweise enthält die Auswerteeinrichtung jedoch Schaltmittel, beispielsweise mindestens einen Multiplexer, um sequenziell mindestens zwei Sensorelemente, zweckmäßigerweise jedoch alle Sensorelemente der Bedienvorrichtung mit dem Referenzkondensator zu verbinden, um dann anhand mehrerer Ladezyklen den jeweiligen Kapazitätswert des Sensorelements zu ermitteln.

Die Auswerteeinrichtung enthält zweckmäßigerweise einen Prozessor zur Steuerung der Anzeigeeinrichtung und/oder zur Steuerung des elektrischen Gerätes. Der Prozessor ist zweckmäßigerweise auch zur Ansteuerung der Schaltmittel ausgestaltet.

Beispielsweise können durch den Prozessor grafische Symbole erzeugt werden, die an der Anzeigeeinrichtung ausgegeben werden. Zur Energieeinsparung ist es auch möglich, den Prozessor in einen Schlafmodus zu legen und/oder längere Arbeitszyklen einzustellen.

Die Anzeigebereiche bilden insgesamt mindestens einen Bedienbereich der Bedienvorrichtung. Es versteht sich, dass die Bedienvorrichtung auch außerhalb des Anzeigebereiches bedienbar sein kann, beispielsweise mittels dort angeordneter kapazitiver Sensorelemente, z.B. eines an sich bekannten kapazitiven Näherungsschalters. Dabei kommt es nicht darauf an, dass dieser kapazitive Näherungsschalter ein lichtdurchlässiges kapazitives Sensorelement aufweist. Beispielsweise können an der Vorderseite der Schutzvorrichtung dauerhaft sichtbare Bediensymbole vorhanden sein, um einen solchen kapazitiven Näherungsschalter für den Bediener örtlich erkennbar zu machen.

Besonders bevorzugt ist es allerdings, dass Bedienhandlungen außerhalb der Anzeigebereiche, d.h. außerhalb der Anzeigeeinrichtung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ausgefiltert werden, so dass nur Bedienhandlungen innerhalb der Anzeigebereiche als plausible und gültige Bedienhandlungen erkannt werden. Beispielsweise ist außerhalb der Anzeigebereiche ein keiner Bedienfunktion zugeordnetes Sensorelement vorhanden. Wenn sich die Hand eines Bedieners im Bereich dieses Sensorelementes befindet, d.h. außerhalb der Anzeigebereiche, erkennt die Bedienvorrichtung zweckmäßigerweise unter Auswertung des außerhalb liegenden Sensorelements eine ungültige Bedienhandlung.

Bei der Bedienung der Bedienvorrichtung kann es zu unplausiblen Bedienhandlungen kommen, beispielsweise wenn mehrere Anzeigebereich gleichzeitig durch ein Bedienteil, z.B. die Hand eines Bedieners, betätigt werden. Die Auswerteeinrichtung ist zweckmäßigerweise zu einer Plausibilitätsprüfung von Bedienhandlungen ausgestaltet, um Fehlbedienungen zu vermeiden. Eine solche unplausible Behandlung kann beispielsweise durch eine Art Gleichfeld erzeugt werden, wenn sich ein Bediener unmittelbar vor der Bedienvorrichtung befindet und mehrere Anzeigebereiche gleichzeitig betätigt. Auf diesem Wege werden sozusagen bewegte Gleichfelder erfasst und ausgefiltert. Die Auswerteeinrichtung prüft im Rahmen der Plausibilitätsprüfung beispielsweise durch Vergleich von Kapazitätswerten der Sensorelemente, ob eine Bedienhandlung eines Bedieners gültig oder ungültig ist. Dabei wird zweckmäßigerweise das mindestens eine außerhalb der Anzeigebereiche angeordnete, keiner Bedienfunktion zugeordnete Sensorelemente berücksichtigt.

Eine weitere Variante der Plausibilitätsprüfung sieht vor, dass mindestens zwei, jeweils mehrere Ladezyklen zur Aufladung des Referenzkondensators oder der Referenzkondensatoren umfassende Messzyklen durchführt. Erst wenn zwei oder mehr Messzyklen zu einem innerhalb eines Gültigkeits-Korridors befindlichen Messergebnis führen, wird eine Bedienhandlung durch die Auswerteeinrichtung als plausibel eingestuft.

Das kapazitive Bedienprinzip kann auf unterschiedlichem Wege realisiert werden. Besonders bevorzugt ist es, dass ein Bedienteil eine Gegenelektrode für ein jeweiliges kapazitives Sensorelement bildet. In diesem Zusammenhang sei betont, dass die Auswerteeinrichtung die Schutzeinrichtung als Dielektrikum auswertet. Es ist aber auch möglich, dass beispielsweise zwei Sensorelemente insgesamt einen Kondensator bilden und das Bedienteil, z.B. die Hand eines Bedieners, ein Bedienstift oder dergleichen, ein Dielektrikum bildet, das durch die Auswerteeinrichtung detektiert wird.

Die Sensorelemente sind zweckmäßigerweise auf einer Leiterplatte oder einer Leiterfolie angeordnet, wobei für die Anzeigeeinrichtung eine Ausnehmung oder ein transparenter Bereich bei der Leiterplatte bzw. der Leiterfolie vorhanden ist. Die Sensorelemente sind dann an mindestens einem Randbereich der Ausnehmung angeordnet und können die Ausnehmung sozusagen auch umrahmen. Es ist aber auch möglich, dass die Sensorelemente beispielsweise auf die Schutzeinrichtung insbesondere rückseitig aufgedampft werden, z.B. im Rahmen eines PVD oder CVD-Verfahrens (PVD = Physical Vapor Deposition, CVD = Chemical Vapor Deposition).

Durch die Anzeigeeinrichtung sind zweckmäßigerweise unterschiedliche Bediensymbole anzeigbar, die den jeweiligen An zeigebereichen zugeordnet sind. Bei den Bediensymbolen handelt es sich beispielsweise um Symbole für eine Oberhitze oder eine Unterhitze eines Backofens, ein Symbol für ein zu erhitzendes Nahrungsmittel oder dergleichen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert:
1 eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung von oben,
2 eine Ansicht der Bedienvorrichtung gemäß 2 im Querschnitt, etwa entlang einer A-A in 1,
3 einen Teil einer Auswerteschaltung der Bedienvorrichtung gemäß 1,
4 zwei exemplarische Spannungsverläufe von Sensorelementen der Bedienvorrichtung gemäß 1 bei Betätigung durch einen Bediener bzw. Nichtbetätigung, und
5 einen Ausschnitt der Bedienvorrichtung gemäß 1 mit einem Schieberegler.
Eine Bedienvorrichtung 10 dient zur Bedienung und vorliegend auch zur Steuerung eines elektrischen Gerätes, zweckmäßigerweise eines elektrischen Haushaltsgerätes, beispielsweise eines Backofens. An einem Bedienfeld 12 zeigt eine Anzeigeeinrichtung 13, beispielsweise ein LCD-Display, ein Display mit LEDs, ein Farbbildschirm oder dergleichen, an Anzeigebereichen A1–A6 Bediensymbole an, beispielsweise eine grafische Darstellung eines zu backenden Gutes (Fisch, Fleisch oder dergleichen), einen Temperaturwert, eine symbolische Darstellung für Oberhitze oder Unterhitze, Zahlenangaben oder dergleichen. Ein Bediener 14 kann mittels eines Bedienteils 15, beispielsweise eines Stiftes oder seines Fingers, die Bedienvorrichtung im Rahmen von Bedienhandlungen betätigen.
Durch diese Bedienhandlungen werden Kapazitäten C1–C10 von Sensorelementen S51–S10 verändert. Eine Auswerteeinrichtung 16 detektiert die jeweilige Kapazität C1–C10, um so die Position des Bedienteils 15 zu ermitteln, die einen gewünschten Bedienbefehl des Bedieners 14 repräsentiert. Die Sensorelemente S1–S10, SA1, SA2 sind mit Leitungen 28 mit der Auswerteeinrichtung 16 verbunden. In Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Bedienteils 15 erzeugt die Bedienvorrichtung 10 Befehlssignale 17, beispielsweise zur Ansteuerung einer Heizung 18 des Backofen-Gerätes 11 über eine Leitung 19. Die Sensorelemente S1–S10 sind um die Anzeigeeinrichtung 13 herum gruppiert, so dass die Anzeigebereiche A1–A6 nach vorn, zum Bediener 14 hin, ungehindert sichtbar sind.
Die Bedienvorrichtung 10 ist als ein Bedienmodul 20 ausgestaltet, das insgesamt hinter einer Frontplatte 21 des Gerätes 11 positionierbar ist. Die Frontplatte 21 bildet eine teilweise transparente Schutzeinrichtung 22, die im Bereich der Anzeigebereiche A1–A6 transparent ist, außerhalb dieses Bereiches jedoch mit einer im wesentlichen nicht transparenten oder lichtundurchlässigen Beschichtung 23 versehen, so dass beispielsweise die Sensorelemente S1–S10 von vorn vom Bediener 14 nicht sichtbar sind. Die Schutzeinrichtung 22 kann einen integralen Bestandteil der Bedienvorrichtung 10 bilden.
Die Sensorelemente S1–S10 sind elektrisch leitende Flächen, beispielsweise Metallflächen, insbesondere Kupferflächen, die auf einer Leiterfolie oder Leiterplatte 24 ausgebildet sind. Die Sensorelemente S1–S10 sind an der Schutzeinrichtung 22 zugewandten Oberseite der Leiterplatte 24 angeordnet. Die Anzeigeeinrichtung 13 ist an der Unterseite der Leiterplatte 24 im Bereich eines Fensters bzw. einer Ausnehmung 25 der Leiterplatte 24 angeordnet. Durch die transparente Schutzeinrichtung 22 und das Fenster 25 hindurch ist die Anzeigeeinrichtung 13 von der Vorderseite des Geräts 10 her gut sichtbar.
Im nicht transparenten Bereich der Schutzeinrichtung 22, das heißt weiter entfernt von der Ausnehmung 25, sind weitere Sensorelemente SA1, SA2 an der Leiterplatte 24 angeordnet, die keiner Bedienfunktion zugeordnet sind.
In diesem nicht transparenten Bereich befindet sich zudem mindestens eine kapazitive Sensorfläche 26 eines kapazitiven Näherungssensorschalters 27, dem eine Bedienfunktion zugeordnet ist, beispielsweise Ein- oder Ausschalten des Gerätes 11.
Die Anzeigebereiche A1–A6 sind ohne zwischengeschaltete Sensorelemente unmittelbar nebeneinander angeordnet. Insgesamt ergibt sich eine durchgehende Bedienoberfläche, an deren Rand die Sensorelemente S1–S10 positioniert sind.
Das Bedienfeld 12 ist in der Art einer Bedienmatrix ausgestaltet, wobei die Position des Bedienteils 15 eine Bedienfunktion repräsentiert und ein Befehlssignal 17 der Bedienvorrichtung 10 bewirkt. Die Sensorelemente S1–S3 sind am oberen Rand, die Sensorelemente S4–S6 am unteren Rand, die Sensorelemente S7, S8 am linken Seitenrand, die Sensorelemente S9, S10 am rechten Seitenrand des Bedienfelds 12 angeordnet und dienen zur Positionsbestimmung des Bedienteils 15. Die Anzeigebereiche A1–A6 bilden sozusagen virtuelle Tasten des Bedienfelds 12.
Eine optionale Variante der Erfindung kann vorsehen, dass die Sensorelemente S1 und S7 und/oder die Sensorelemente S3 und S9 und/oder die Sensorelemente S8 und S4 und/oder die Sensorelemente S6 und S10, die sich jeweils in Eckbereichen der Anzeigeeinrichtung 13 befinden, über Eck mittels Verbindungen 29 miteinander verbunden sind.
Schaltmittel 30, beispielsweise ein Multiplexer, schalten die Sensorelemente S1–S10, SA1, SA2 auf eine Prüfschaltung 31 auf, mit der die Auswerteeinrichtung 16 die jeweilige C1–C10, CA1, CA2 der Sensorelemente S1–S10, SA1, SA2 ermittelt. Ein Prozessor 32 steuert die Auswerteeinrichtung 16, im vorliegenden Fall die Bedienvorrichtung 10 sogar insgesamt. Der Prozessor 32 ist mit einem Speicher 33, der vorzugsweise nicht-flüchtigen Speicher enthält, gekoppelt. Der Speicher 33 kann auch einen Bestandteil des Prozessors 32 bilden. Der Prozessor 32 steuert die Schaltmittel 30 an. Über eine parallele und/oder serielle Leitung 34 steuert der Prozessor 32 ferner die Anzeigeeinrichtung 13 an, beispielsweise um diese zur Anzeige von grafischen Bediensymbolen, Bedienskalen, Zahlenwerten oder dergleichen zu instruieren.
Wenn sich das Bedienteil 15 im Bereich der Bedienvorrichtung 10, insbesondere im Bereich des Bedienfelds 12 befindet, bildet das Bedienteil 15 eine Gegenelektrode für die Sensorele mente S1–S10, SA1, SA2. Dadurch ändert sich die jeweilige Kapazität C1–C10, CA1, CA2 der Sensorelemente S1–S10, SA1, SA2, wobei die die elektrizitätskonstante der Schutzeinrichtung 22, die zwischen dem Bedienteil 15 und den Sensorelementen S1–S10, SA1, SA2 angeordnet ist, von der Auswerteeinrichtung 16 berücksichtigt wird.
Die Auswerteeinrichtung 16 ermittelt die Kapazitäten C1–C10, CA1, CA2 anhand mehrerer Ladezyklen Lz, in denen die Auswerteeinrichtung 16 den Kondensator C1–C10, CA1, CA2 aus jeweiligem Sensorelement S1–S10, SA1, SA2 und Bedienteil 15 mit einer Ladespannung Ul auflädt und anschließend die auf dem Kondensator C1–CA2 befindlichen Ladungen auf einen Sampling-Kondensator oder Referenzkondensator Cs umlädt, bis an dem Referenzkondensator Cs eine Sampling-Spannung oder Schwellspannung Us anliegt. Ein als Kompensator geschalteter Operationsverstärker 36 vergleicht eine Spannung Uc am Referenzkondensator Cs mit einer Referenzspannung Uref, die der Schwellspannung Us entspricht.
Die Prüfschaltung 31 enthält mehrere Messkanäle K1–K10, KA1, KA2, die gleichartig aufgebaut sind und daher aus Vereinfachungsgründen in der Zeichnung nur teilweise dargestellt sind. Während eines Ladezyklusses Lz wird der jeweilige Kondensator C1–CA2 von einer Spannungsquelle 37 mit der Lade spannung Ul aufgeladen. Wenn einer der Messkanäle K1–KA2 aktiv ist, beispielsweise der Messkanal K1, sind die anderen Messkanäle K2–KA2 inaktiv, d.h. deren jeweilige Schalter P1, P2 sind geöffnet. Am Beispiel des Messkanals K1 wird nachfolgend ein Messzyklus Mz zur Ermittlung der Kapazität C1 des Sensorelements S1 dargestellt.
Der Schalter P1 schaltet pulsartig, wobei der Zeitraum vom Beginn eines Pulses bis zum Beginn eines nächsten Pulses einem Ladezyklus Lz entspricht. Solange der Schalter P1 geschlossen ist, gelangt während eines Ladezyklusses Lz Ladung von der Spannungsquelle 37 über einen Widerstand R1 auf den Kondensator bzw. das Sensorelement S1, so dass die Kapazität C1 aufgeladen wird. Sodann wird der Schalter P1 geöffnet und die Ladung kann von der Kapazität C1 über einen Widerstand R2 auf den Referenzkondensator Cs umgeladen werden. Der Widerstand R2 ist größer als der Widerstand R1, so dass der Schalter P2 während des gesamten Messzyklusses Mz geschlossen bleiben kann, ohne dass die Spannungsquelle 37 den Referenzkondensator Cs nennenswert unmittelbar auflädt.
Wenn sich das Bedienteil 15 im Bereich des Sensorelements S1 befindet, ist dessen Kapazität C1 größer. Somit ist bereits nach einer kürzeren Zeit t1 die Schwellspannung Us erreicht. Bei unbedecktem Sensorelement S1 dauert der Messzyklus Mz beispielsweise eine Zeit t2, bis die Schwellspannung Us an dem Referenzkondensator Cs erreicht ist.
Nachdem der Messzyklus Mz für den Kanal K1 abgeschlossen ist, schließt die Auswerteeinrichtung 16 einen Endladeschalter 38 zur Endladung des Referenzkondensators Cs und beginnt danach mit der Messung eines weiteren Sensorelements S1–SA2, beispielsweise des Kanals K2, wobei der Schalter P1 des Kanals K1 geöffnet und der Schalter P1 des Kanals K2 pulsförmig in der oben beschriebenen Weise geschlossen und geöffnet wird.
Auf diese ermittelt die Auswerteeinrichtung 16 im Rahmen mehrerer Messzyklen Mz die Kapazitäten C1–CA2.
Der Prozessor 32 bildet eine Plausibilitätsprüfmittel, das heißt er führt eine Plausibilitätsprüfung durch und wiederholt beispielsweise mehrere Messzyklen pro Kanal K1–KA2, um sicherzustellen, dass die erfasste Kapazität C1–CA2 im Rahmen eines vorbestimmten Korridors konstant ist. Nur so erkennt die Auswerteeinrichtung 16 eine Bedienhandlung des Bedieners 14 als gültig.
Die Auswerteeinrichtung 16 ermittelt anhand einer Gesamtzeitzählung oder anhand der Zählung der Ladezyklen Lz zur Aufladung des Referenzkondensators Cs bei den jeweiligen Kanälen K1–KA2 erforderliche Zeit t und somit die jeweilige Kapazität C1–C10, CA1, CA2 der Sensorelemente S1–S10, SA1, SA2.
Nun könnte im Rahmen der Erfindung eine Anordnung vorgesehen sein, bei der jeweils eines der Sensorelemente S1–S6 jeweils einem Anzeigenbereich A1–A6 bzw. dem durch diesen gebildeten Bedienbereich zugeordnet ist. Befindet sich beispielsweise das Bedienteil 15 in der Nähe des Sensorelements S1, wird in diesem Szenario die Auswerteeinrichtung 16 anhand der Kapazität C1 des Sensorelements S1 eine ein Befehlssignal 17 erzeugen, das dem Anzeigebereich A1 zugeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine gegenüber Fehlbedienungen oder Störungen sicherere und zudem flexiblere Variante der Erfindung, bei der jeweils mehrere Sensorelemente S1–S6 zur Ermittlung einer auf einen Anzeigenbereich A1–A6 bezogenen Bedienhandlung ausgewertet wird:
Den Anzeigenbereichen A1–A6 sind Sammel-Kapazitätswerte SK1–SK6 zugeordnet, die die Auswerteeinrichtung 16 anhand der Kapazitäten C1–C10, CA1, CA2 der Sensorelemente S1–S10, SA1, SA2, ermittelt. Der Sammelkapazitätswert SK1 lautet beispielsweise folgendermaßen: SK1 = G1·C1 + G2·C2 + G3·C3 + ... + GA1·CA1 + GA2·CA2. wobei G1, G2, G3 ... GA1, GA2 z.B. konstante oder in Abhängigkeit von der jeweiligen Kapazität C1–C10, CA1, CA2 dynamische Gewichtungsfaktoren oder sonstige Funktionen sind.
Die Auswerteeinrichtung 16 ermittelt die Sammelkapazitätswerte SK2–SKA2 sinngemäß, wobei in dem einen oder anderen Sammelkapazitätswert SK1–SKA2 eine oder mehrere der Kapazitäten der Sensorelemente S1–SA2, insbesondere der Sensorelemente SA1, SA2, nicht enthalten sein kann und/oder die Gewichtungsfaktoren individuell definiert sein können. Ferner könnten die Gewichtungsfaktoren ganz wegfallen. Die Gewichtungsfaktoren oder Gewichtungsbedingungen oder sonstige Zusammenhänge zwischen den Kapazitätswerten C1–CA2 zur Bildung der Sammelkapazitätswerte SK1 bis SK6 bilden eine Art eine Sollmatrix oder Gewichtungsmatrix.
Die Auswerteeinrichtung 16 prüft, welcher der Sammelkapazitätswerte SK1–SK6 der größte ist, das heißt welcher der Anzeigebereiche A1–A6 die höchste Sammelkapazität aufweist und somit wahrscheinlich durch das Bedienteil 15 betätigt wird. Dann vergleicht die Auswerteeinrichtung 16 den höchsten Sammelkapazitätswert SK1–SK6 mit einem dem jeweiligen Anzeigebereich A1–A6 zugeordneten Schwellwert SW1, SW2–SW6, um festzustellen, ob der Anzeigebereiche A1–A6 bzw. die virtuelle Taste durch das Bedienteil 15 betätigt wird. Diese Prüfung kann die Auswerteeinrichtung 16 im Rahmen mehrerer Prüf- und Messzyklen wiederholen, bis eine Bedienhandlung des Bedieners 14 als gültig erkannt wird.
Die Schwellwerte SW1–SW6, die Summierungs- und Gewichtungsbedingungen zur Bildung der Sammelkapazitätswerte SK1–SK6 sind zweckmäßigerweise in dem nicht flüchtigen Speicher 33 gespeichert und können individuell bei einer Anfangskalibrierung an der Bedienvorrichtung 10 programmiert bzw. konfiguriert werden.
Die äußeren Sensorelemente SA1, SA2 dienen zur Ermittlung, ob das Bedienfeld 12 im Rahmen einer gültigen Bedienhandlung bedient wird. Mit Hilfe der Sensorelemente SA1, SA2 kann beispielsweise eine flächige Bedeckung oder ein bewegtes Gleichfeld erfasst werden, das beispielsweise dann entsteht, wenn beispielsweise der Bediener 14 mit seinem Körper die Bedienvorrichtung 10 insgesamt betätigt.
Die Anzeigeeinrichtung 13 kann einen Schieberregler 14 darstellen, beispielsweise anhand von Schiebereglersymbolen 31 an den Anzeigebereichen A3, A6. Die Schiebereglersymbole sind beispielsweise Dreiecke, Strichskalen, sich ergänzende, insgesamt verjüngende Trapeze oder dergleichen. Das Sensorelement S6 ist einem ersten Endanschlag 42, das Sensorelement S3 einem zweiten Endanschlag 43 des Schiebereglers 40 zugeordnet. Wenn sich das Bedienteil 15 näher bei dem Sensorelement S6 befindet, dieses also eine höhere Kapazität C6 aufweist als das Sensorelement S2, gibt die Auswerteeinrichtung 16 ein Befehlssignal 17 mit einem höheren Wert aus als bei einer Annäherung des Bedienteils 15 in zum Sensorelement S3 hin. Wenn sich das Bedienteil 15 im wesentlichen kontinuierlich vom Endanschlag 42 zum Endanschlag 43 bewegt, erzeugt die Auswerteeinrichtung 16 ein im wesentlichen kontinuierlich abnehmendes Befehlssignal 17 oder ein Befehlssignal 17 mit kontinuierlich abnehmenden Ausgabewerten.
Die Bedien- bzw. Anzeigebereiche A1–A6 sind beim Ausführungsbeispiel in Zeilen und Spalten angeordnet. Auf dem Bedienfeld 12 können jedoch Anzeige- oder Bedienbereiche frei definiert werden, beispielsweise ein Anzeigebereich A7. Dabei ist eine feste Definition und/oder einer dynamische, zur Laufzeit wechselnde, beispielsweise kontext-sensitive Definition von Anzeige- oder Bedienbereichen möglich. Anhand der Kapazitäten C1–C10 der Sensorelemente S1–S10 kann die Auswerteeinrichtung 16 eine Bedienhandlung an dem Bedien- oder Anzeigebereich A7 ermitteln.

Claims

Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät (11), mit einer Anzeigeeinrichtung (13), mit der Anzeigeeinrichtung (13) zugeordneten kapazitiven (C1–C10) Sensorelementen (S1–S10), deren Kapazität (C1–C10) durch einen Bediener (14) bei einer Bedienhandlung veränderbar ist, und mit einer Auswerteeinrichtung (16) zur Erzeugung elektrischer Befehlssignale (17) in Abhängigkeit von der Kapazität (C1–C10) der Sensorelemente (S1–S10), wobei die Anzeigeeinrichtung (13) und das Sensorschaltelement hinter einer zumindest teilweise transparenten Schutzeinrichtung (22) anordenbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (13) mindestens zwei unmittelbar nebeneinander liegende Anzeigebereiche (A1–A7) aufweist, denen mindestens zwei Sensorelemente (S1–S10) zugeordnet sind, die seitlich neben der Anzeigeeinrichtung (13) angeordnet sind, so dass von der Anzeigeeinrichtung (13) an den mindestens zwei Anzeigebereichen (A1–A7) erzeugte optische Signale unmittelbar zu der Schutzeinrichtung (22) gelangen können, und dass durch die Auswerteeinrichtung (16) in Abhängigkeit von einer durch den Bediener (14) veränderten Kapazität (C1–C10) der mindestens zwei Sensorelemente (S1–S10) den mindestens zwei Anzeigebereichen (A1–A7) (jeweils) zugeordnete Befehlssignale (17) erzeugbar sind.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigebereiche (A1–A7) in der Art von Feldern einer Matrix angeordnet sind, und dass die Sensorelemente (S1–S10) an mindestens zwei Seiten der Matrix angeordnet sind.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Seiten einander gegenüberliegen.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei an einem Eckbereich der Anzeigeeinrichtung (13) über Eck angeordnete Sensorelemente (S1–S10) miteinander verbunden sind.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anzeigeeinrichtung (13) an den mindestens zwei Anzeigebereichen (A3, A6) ein Schieberegler (40) mit einem ersten (42) und mindestens einem zweiten Endanschlag (43) darstellbar ist, und dass die Auswerteeinrichtung (16) ein den mindestens zwei Anzeigebereichen (A3, A6) zugeordnetes, im wesentlichen kontinuierlich veränderbares Befehlssignal (17) oder eine Befehlssignalfolge (17) mit im wesentlichen kontinuierlich veränderten Werten in Abhängigkeit davon erzeugt, wie weit ein Bedienteil (15), insbesondere die Hand eines Bedieners (14), von mindestens einem dem ersten Endanschlag (42) zugeordneten ersten Sensorelement (s6) oder mindestens einem, dem mindestens einen zweiten Endanschlag (43) zugeordneten zweiten Sensorelement (53) entfernt ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) die Befehlssignale (17) durch Vergleich einer kapazitiven Relation der Sensorelemente (S1–S10) erzeugt.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) die Befehlssignale (17) in Abhängigkeit mindestens einer kapazitiven Schaltschwelle und/oder mindestens einer zeitlichen Schaltschwelle erzeugt.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Anzeigebereiche (A1–A7) mindestens eine für den jeweiligen Anzeigebereich (A1–A7) spezifische Schaltschwelle zugeordnet ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Anzeigebereiche (A1–A7) ein Sammel-Kapazitätswert zugeordnet ist, der die Kapazitätswerte (C1–C10) von mindestens zwei Sensorelementen (S1–S10) enthält.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) zur Ermittlung des Sammel-Kapazitätswerts (C1–C10) mindestens eine Summierungsbedingung und/oder mindestens eine Gewichtungsbedingung auf die Kapazitätswerte (C1–C10) der mindestens zwei Sensorelemente (S1–S10) anwendet.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) die Sammel-Kapazitätswertswerte (C1–C10) mindestens zweier Anzeigebereiche (A1–A7) zur Ermittlung des durch den Bediener (14) betätigten Anzeigebereichs (A1–A7) vergleicht.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) ein jeweiliges Sensorelement (S1–S10) anhand mehrerer Ladezyklen (Lz) auflädt und auf das Sensorelement (S1–S10) in einem Ladezyklus (Lz) geladene Ladungen auf einen Referenzkondensator (Cs) umlädt, bis an dem Referenzkondensator (Cs) eine Schwellspannung (Us) erreicht ist, und dass die Auswerteeinrichtung (16) anhand der für das Erreichen der Schwellspannung (Us) erforderlichen Ladezyklen (Lz) einen Kapazitätswert (C1–C10) des jeweiligen Sensorelements (S1–S10) ermittelt.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) Schaltmittel (30) zum sequentiellen Verbinden zumindest eines Teils der Sensorelemente (S1–S10) mit dem Referenzkondensator (Cs) aufweist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) einen Prozessor (32) zur Steuerung der Anzeigeeinrichtung (13) und/oder zur Steuerung des elektrischen Geräts (11) aufweist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigebereiche (A1–A7) einen Bedienbereich (12) bilden.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) Bedienhandlungen außerhalb der Anzeigebereiche (A1–A7) ausfiltert.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein außerhalb der Anzeigebereiche (A1–A7) angeordnetes und keiner Bedienfunktion zugeordnetes Sensorelement (Sa1, SA2) zur Ausfilterung einer Bedienhandlung außerhalb der Anzeigebereiche (A1–A7) und/oder zur Erfassung einer ungültigen Bedienhandlung aufweist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) zu einer Plausibilitätsprüfung von Bedienhandlungen ausgestaltet ist.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) bei der Plausibilitätsprüfung durch Vergleich von Kapazitätswerten (C1–C10) der Sensorelemente (S1–S10) eine Bedienhandlung des Bedieners (14) als gültig oder ungültig einstuft.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) zu der Plausibilitätsprüfung mindestens zwei, jeweils mehrere Ladezyklen (Lz) zur Aufladung des Referenzkondensators (Cs) umfassende Messzyklen (Mz) durchführt.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bedienteil (15), insbesondere die Hand eines Bedieners (14), eine Gegen-Elektrode und/oder ein mit den Sensorelementen (S1–S10) zusammenwirkendes Dielektrikum bildet.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (S1–S10) auf einer Leiterplatte (24) oder Leiterfolie mit einer Ausnehmung (25) oder einem transparenten Bereich angeordnet sind, in der bzw. unter dem die Anzeigeeinrichtung (13) angeordnet ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (13) zur Anzeige optischer Bediensymbole (41) für unterschiedliche, den Anzeigebereichen (A1–A7) zugeordnete Bedienfunktionen ausgestaltet ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (22) im Bereich der Sensorschaltelement undurchsichtig und im Bereich der Anzeigeeinrichtung (13) zumindest teilweise transparent ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen außerhalb der Anzeigebereiche (A1–A7) angeordneten kapazitiven Näherungsschalter (27) aufweist.
Elektrisches Gerät (11), insbesondere Haushaltsgerät, mit einer Bedienvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.