DE102008031755A1

DE102008031755A1 - Operational element for motor vehicle, particularly in form of joysticks and tilting shaft, has shaft tiltably supported around tilting axis, and has tilting detection device

Info

Publication number: DE102008031755A1
Application number: DE200810031755
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Lust
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-21

Abstract

The operational element (1) has a shaft (3) tiltably supported around a tilting axis, and has a tilting detection device. The tilting detection device has light sources, arrays of light detectors and the reflectors. The reflectors are provided at the shaft for reflection the lights of the light sources on the arrays of light detectors. The light sources have laser and light diode. The light detector is a photodiode.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement mit einem um mindestens eine Kippachse kippbaren Schaft und einer Kippdetektionseinrichtung.The The present invention relates to a control element with at least one a tilting axis tiltable shaft and a tilt detection device.

Es sind Bedienelemente bekannt, beispielsweise in Form von Joysticks oder Kippschaltern, deren Handhabe in eine oder mehrere Richtungen kippbar ist. Zur Auswertung ist es notwendig, die Kipprichtung und die Größe der Auslenkung zu bestimmen. Dazu sind in der Offenlegungsschrift DE 198 18 228 A1 verschiedene mechanische, optische und elektrische Messeinrichtungen genannt.There are controls known, for example in the form of joysticks or toggle switches, the handle is tilted in one or more directions. For evaluation, it is necessary to determine the tilting direction and the magnitude of the deflection. These are in the published patent application DE 198 18 228 A1 various mechanical, optical and electrical measuring devices called.

Es ist die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Bedienelement mit einer Kippdetektionseinrichtung bereitzustellen, mit der die Auslenkung des Bedienelements messbar ist, dabei aber wenig Bauraum erfordert, einfach herzustellen ist und eine geringe Fehleranfälligkeit aufweist.It is the task, a generic control with a tilt detection device, with which the Deflection of the control element is measurable, but little space requires, is easy to manufacture and low susceptibility to errors having.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.These Problem is solved by the features of the claim 1. Advantageous embodiments are the dependent To claim.

Ein erfindungsgemäßes Bedienelement, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, weist einen um mindestens eine Kippachse kippbar gelagerten Schaft und eine Kippdetektionseinrichtung auf. Dabei weist die Kippdetektionseinrichtung eine Lichtquelle, ein Array aus Lichtdetektoren und einen Reflektor am Schaft zur Reflektion des Lichts der Lichtquelle auf das Array aus Lichtdetektoren auf.One Control element according to the invention, in particular for a motor vehicle, has one about at least one tilt axis tiltable mounted shaft and a tilt detection device on. In this case, the tilt detection device has a light source, an array of light detectors and a reflector on the shaft for reflection of the light from the light source on the array of light detectors.

Durch Bewegen des Schafts oder einer mit dem Schaft verbundenen Handhabe bewegt sich der Reflektor, der daraufhin den Strahlengang des Lichts verändert. Die Position des reflektierten Lichtstrahls auf dem Array und damit die Ausgangssignale der Lichtdetektoren des Arrays sind dadurch abhängig von der Stellung des Schafts. Aus den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren lässt sich daher die Stellung des Schafts bestimmen, insbesondere aus dem Verhältnis der Ausgangssignale zueinander. Ein Array ist eine beliebige Anordnung von zwei oder mehr Lichtdetektoren.By Moving the shaft or a handle connected to the shaft moves the reflector, which then changes the beam path of the light. The position of the reflected light beam on the array and thus the output signals of the light detectors of the array are thereby depending on the position of the shaft. From the output signals The light detectors can therefore be the position of the shaft determine, in particular from the ratio of the output signals to each other. An array is any arrangement of two or three more light detectors.

Bei einer Kippachse muss es sich nicht zwangsläufig um eine mechanische Achse handeln. Vielmehr kann es sich auch um eine virtuelle Kippachse handeln, beispielsweise wenn der Schaft mittels eines Kugelgelenks gelagert ist, das prinzipiell beliebige Kipprichtungen zulässt. Kippbarkeit um eine Kippachse bedeutet im Rahmen dieses Dokuments daher lediglich eine Kippmöglichkeit in eine Richtung oder in zwei gegenüberliegende Richtungen. Ist der Schaft um mehrere Kippachsen kippbar, so schneiden sich die Kippachsen bevorzugt in einem gemeinsamen Punkt. Bevorzugt verläuft auch die Längsachse des Schafts durch den Schnittpunkt der Kippachsen. Bei einem zylindrischen Schaft entspricht die Längsachse der Zylinderachse, bei einem Schaft mit einem anderen Querschnitt verläuft die Längsachse durch den Schwerpunkt der Querschnittsfläche.at a tilting axis does not necessarily have to be one act mechanical axis. Rather, it can also be a virtual one Tilt axis act, for example, when the shaft by means of a Ball joint is stored, which in principle arbitrary tilting directions allows. Tilting about a tilt axis means in the frame This document therefore only a tip in one direction or in two opposite directions. If the shaft can be tilted by several tilt axes, then they intersect the tilt axes preferably in a common point. Preferably runs also the longitudinal axis of the shaft through the intersection of the Tilt axes. For a cylindrical shaft corresponds to the longitudinal axis the cylinder axis, in a shaft with a different cross-section The longitudinal axis runs through the center of gravity the cross-sectional area.

Bevorzugt ist die Lichtquelle ein Laser. Ein Laser erzeugt einen stark gebündelten Lichtstrahl, der einen scharfen, gut detektierbaren Lichtfleck auf dem Array erzeugt. Alternativ ist die Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED). Bevorzugt handelt es sich bei den Lichtdetektoren um Fotodioden.Prefers the light source is a laser. A laser produces a highly concentrated one Beam of light, which has a sharp, easily detectable light spot on the Array generated. Alternatively, the light source is a light emitting diode (LED). Preferably, the light detectors are photodiodes.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung trifft der von der Lichtquelle ausgesendete Lichtstrahl in Ruhestellung nicht senkrecht auf den Reflektor, also nicht entlang einer Normalen auf der Tangentialebene im Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf den Reflektor. Damit wird der Lichtstrahl nicht in sich reflektiert, was eine Positionierung des Arrays aus Lichtdetektoren erschweren würde. Als Ruhestellung wird der unbetätigte Zustand des Bedienelementes bezeichnet, bei dem der Schaft nicht aus seiner Mittelstellung ausgelenkt wurde.In In a preferred embodiment of the invention, that of the light source emitted light beam in the rest position not vertical on the reflector, so not along a normal on the tangential plane at the point of impact of the light beam on the reflector. This will be the light beam does not reflect in itself, which is a positioning of the array of light detectors would make it difficult. As a rest position the unactuated state of the control is called, in which the shaft was not deflected from its center position.

In vorteilhafter Weise ist das Array aus Lichtdetektoren eine Matrix aus mindestens zwei mal zwei Lichtdetektoren. Die Ausgangssignale einer solchen Matrix sind besonders einfach und zuverlässig auswertbar. Bevorzugt sind die Lichtdetektoren äquidistant angeordnet. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Matrix so im Bedienelement angeordnet, dass der Lichtstrahl in Mittelstellung des Schafts, also einer unbetätigten Neutralstellung, mittig auf die Matrix reflektiert wird.In Advantageously, the array of light detectors is a matrix from at least two times two light detectors. The output signals Such a matrix is particularly simple and reliable evaluable. Preferably, the light detectors are equidistant arranged. In one embodiment of the invention, the matrix so arranged in the control that the light beam in center position of the shaft, ie an unactuated neutral position, in the middle is reflected on the matrix.

In einer Ausführungsform ist der Reflektor ein Spiegel. Alternativ ist der Reflektor ein reflektierender Teil der Oberfläche des Schafts, beispielsweise ein polierter oder verspiegelter Bereich.In In one embodiment, the reflector is a mirror. alternative the reflector is a reflective part of the surface of the shaft, for example a polished or mirrored area.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist der Schaft um zwei Kippachsen kippbar, wobei die beiden Kippachsen beispielsweise zueinander orthogonal sind. Das Bedienelement ist dann beispielsweise ein Joystick mit bekannter Vier-Wege-Ausgestaltung.In a special embodiment of the invention is the Shank tiltable about two tilt axes, the two tilt axes, for example are orthogonal to each other. The control is then, for example a joystick with known four-way design.

In einer weiteren Ausgestaltungsform ist der Schaft um mindestens zwei, eine Ebene aufspannende Kippachsen kippbar und die Lichtquelle ist derart angeordnet, dass die Projektion des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls in die aus den Kippachsen aufgespannte Ebene mit keiner der Kippachsen übereinstimmt. Die Kippachsen spannen eine Ebene auf, wenn sie sich schneiden. Dies ist die übliche Konfiguration bei einem Joystick, wobei der Schaft in Ruhestellung des Bedienelements normalerweise senkrecht auf der aufgespannten Ebene steht. Betrachtet man das Bedienelement beispielsweise von oben, also senkrecht auf die aufgespannte Ebene blickend, dann deckt sich der von der Lichtquelle ausgesendete Lichtstrahl mit keiner der Kippachsen.In another embodiment, the shaft can be tilted about at least two tilt axes spanning a plane, and the light source is arranged such that the projection of the light beam emitted by the light source into the plane spanned by the tilt axes does not coincide with any of the tilt axes. The tilting axes span a plane when they intersect. This is the usual configuration with a joystick, where the Stem in the rest position of the operating element is normally perpendicular to the plane spanned. If one looks at the operating element, for example, from above, that is, looking perpendicularly at the clamped plane, then the light beam emitted by the light source does not coincide with any of the tilting axes.

Bevorzugt ist die Lichtquelle derart angeordnet, dass die Projektion des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls in die aus den Kippachsen aufgespannte Ebene mittig zwischen zwei Kippachsen liegt. Der Lichtstrahl ist auf die Längsachse des Schafts gerichtet und halbiert den Winkel zwischen den beiden Kippachsen. Dies hat zur Folge, dass der reflektierte Lichtstrahl bei jeder beliebigen Betätigung des Bedienelements eine größtmögliche Verschiebung des Lichtflecks auf dem Array aus Lichtdetektoren erzeugt.Prefers the light source is arranged such that the projection of the the light emitted from the light source in the spanned from the tilt axes Level in the middle between two tilt axes. The light beam is directed to the longitudinal axis of the shaft and bisected the Angle between the two tilt axes. This has the consequence that the reflected light beam at any actuation of the Control a maximum shift of the light spot on the array of light detectors.

In noch einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Schaft um genau eine Kippachse kippbar und die Lichtquelle derart angeordnet, dass die Kippachse und der von der Lichtquelle ausgesendete Lichtstrahl keine Ebene aufspannen. Das bedeutet, dass sich der Lichtstrahl und die Kippachse nicht schneiden und nicht zueinander parallel sind. Wäre dies nicht der Fall, dann würde eine Bewegung des Reflektors bei einer Betätigung des Bedienelements keine Verschiebung des Lichtflecks auf dem Detektorarray hervorrufen.In Yet another embodiment of the invention is the shaft tilted about exactly one tilt axis and the light source arranged such that the tilting axis and the light beam emitted by the light source do not span a plane. That means the light beam and do not intersect the tilt axis and not parallel to each other are. If this were not the case, then one would Movement of the reflector upon actuation of the operating element do not cause any shift of the light spot on the detector array.

Sendet die Lichtquelle einen Lichtkegel mit einem signifikanten Öffnungswinkel aus, wie beispielsweise eine Leuchtdiode, so entspricht die Mittelachse des Lichtkegels der Richtung des Lichtstrahls.sends the light source a cone of light with a significant opening angle from, such as a light emitting diode, so corresponds to the central axis of the light cone of the direction of the light beam.

Optional weist das Bedienelement mindestens zwei Kippdetektionseinrichtungen auf, wobei die Lichtquellen der Kippdetektionseinrichtungen Licht unterschiedlicher Wellenlänge aussenden. Dadurch ist eine redundante Bestimmung der Auslenkung des Schafts des Bedienelements möglich, ohne dass sich die Kippdetektionseinrichtungen gegenseitig beeinflussen.optional The control element has at least two tilt detection devices on, wherein the light sources of the tilt detection devices different light Send wavelength. This is a redundant determination the deflection of the shaft of the control element possible, without the tilt detection devices influencing each other.

In einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Bedienelement zwei Kippdetektionseinrichtungen auf, die bezogen auf die Längsachse des in Ruhestellung befindlichen Schafts mit einem Winkelversatz angeordnet sind. Das Licht der beiden Kippdetektionseinrichtungen trifft demnach aus unterschiedlichen Winkeln auf den Reflektor oder die Reflektoren, beispielsweise zwei Spiegel. Dadurch ist eine redundante Bestimmung der Auslenkung des Schafts des Bedienelements möglich. Der Winkelversatz beträgt beispielsweise 10, 20, 45 oder 90 Grad.In an embodiment of the invention, the control element has two Tilt detection devices based on the longitudinal axis of the rested shaft with an angular offset are arranged. The light of the two tilt detection devices therefore meets from different angles on the reflector or the reflectors, for example, two mirrors. This is a redundant Determination of the deflection of the shaft of the operating element possible. The angular offset is for example 10, 20, 45 or 90 degrees.

Bevorzugt ist der Abstand der Lichtquelle vom Reflektor geringer als der Abstand des Arrays aus Lichtdetektoren vom Reflektor. Dadurch kann der Reflektor besonders klein ausgestaltet sein, während der Lichtfleck auf dem Array auch bei kleinen Auslenkungen des Bedienelements eine große Positionsänderung erfährt.Prefers the distance of the light source from the reflector is less than the distance of the array of light detectors from the reflector. This allows the reflector be particularly small, while the light spot on the array even with small deflections of the control element undergoes large change in position.

Die vorliegende Erfindung soll anhand dreier Ausführungsbeispiele erläutert werden. Einzelne Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele können, sofern möglich, gegeneinander ausgetauscht oder miteinander kombiniert werden. Gleiche Komponenten sind in den verschiedenen Beispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:The The present invention is based on three embodiments be explained. Individual features of the various embodiments can, if possible, exchanged or with each other be combined. Same components are in the different ones Examples provided with the same reference numerals. It shows:

1 ein Bedienelement mit einer Kippachse, 1 an operating element with a tilting axis,

2 ein Bedienelement mit zwei Kippachsen und zwei Kippdetektionseinrichtungen
und 2 a control with two tilt axes and two tilt detection devices
and

3 ein Bedienelement mit zwei Kippachsen und einer Kippdetektionseinrichtung. 3 an operating element with two tilting axes and a tilt detection device.

Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bedienelements 1 mit einer Handhabe 2, die fest mit einem Schaft 3 verbunden ist. Der Schaft 3 ist um eine Achse A1 kippbar gelagert und in der 1 in seiner Neutralstellung dargestellt. Das Bedienelement 1 kann um die Achse A1 in zwei entgegengesetzte Richtungen gekippt werden. Zur Bestimmung der Kipprichtung und der Auslenkung der Kippbewegung dient eine Kippdetektionseinrichtung mit einem Laser 4, einer Matrix 5 aus Fotodioden und einem Spiegel 6.The 1 shows a schematic side view of an operating element 1 with a handle 2 firmly with a shaft 3 connected is. The shaft 3 is tiltably mounted about an axis A1 and in the 1 shown in its neutral position. The operating element 1 can be tilted about the axis A1 in two opposite directions. To determine the tilting direction and the deflection of the tilting movement is a tilt detection device with a laser 4 , a matrix 5 from photodiodes and a mirror 6 ,

Der Spiegel 6 ist fest mit dem Schaft 3 verbunden. Der Laser 4 ist so angeordnet, dass der von ihm ausgesendete Lichtstrahl L1 auf den Spiegel 6 trifft und von dort auf die Detektormatrix 5 reflektiert wird. Die Detektormatrix 5 besteht aus vier Fotodioden, die in zwei Reihen zu je zwei Fotodioden angeordnet sind. In der Neutralstellung des Bedienelements 1 trifft der reflektierte Lichtstrahl mittig auf die Detektormatrix 5. Damit erzeugt jede Fotodiode der Detektormatrix 5 bevorzugt das gleiche Ausgangssignal.The mirror 6 is stuck to the shaft 3 connected. The laser 4 is arranged so that the light beam L1 emitted by it on the mirror 6 meets and from there on the detector matrix 5 is reflected. The detector matrix 5 consists of four photodiodes arranged in two rows of two photodiodes each. In the neutral position of the control element 1 the reflected light beam hits the center of the detector matrix 5 , Thus, each photodiode generates the detector matrix 5 prefers the same output signal.

Wird der Schaft 3 um die Achse A1 gekippt, so bewegt sich der Spiegel 6. Dadurch ändert sich der Einfallswinkel des Lichtstrahls L1 auf den Spiegel 6 und damit auch die Stelle, an der der reflektierte Lichtstrahl auf die Detektormatrix 5 trifft. Die vier Fotodioden werden dadurch unterschiedlich stark beleuchtet und erzeugen unterschiedliche Ausgangssignale. Durch eine Auswertung der Ausgangssignale der vier Fotodioden lassen sich die Kipprichtung und die Auslenkung der Kippbewegung bestimmen, beispielsweise anhand von Zuordnungstabellen, die Sensorausgangswerte für verschiedene Stellungen des Schafts 3 enthalten, oder Berechnungen auf Basis der Verhältnisse der Ausgangssignale zueinander.Will the shaft 3 tilted about the axis A1, so the mirror moves 6 , As a result, the angle of incidence of the light beam L1 changes to the mirror 6 and thus also the point at which the reflected light beam is incident on the detector matrix 5 meets. The four photodiodes are illuminated differently and generate different output signals. By evaluating the output signals of the four photodiodes, the tilting direction and the deflection of the tilting movement can be determined, for example by means of assignment tables, the Sensor output values for different positions of the shaft 3 or calculations based on the ratios of the output signals to each other.

Die 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bedienelements 11 mit einer Handhabe 2, die fest mit einem Schaft 3 verbunden ist. Der Schaft 3 ist um zwei Achsen A1 und A2 kippbar gelagert und in der 2 in seiner Neutralstellung dargestellt. Die Achse A2 verläuft senkrecht in die Zeichenebene hinein und bildet einen gemeinsamen Schnittpunkt mit der Achse A1 und der Längsachse des Schafts 3. Die Achsen A1 und A2 schneiden sich in einem rechten Winkel. Somit kann der Schaft 3 im Bedienelement 11 um die Achsen A1 und A2 gekippt werden, wobei je nach Ausgestaltung des Bedienelements 11 ein Kippen nur um eine der Achsen oder um beide Achsen gleichzeitig möglich ist. Ist ein gleichzeitiges Kippen um beide Kippachsen möglich, so kann die Handhabe 2 beliebige Punkte eines Kugelsegments erreichen.The 2 shows a schematic side view of an operating element 11 with a handle 2 firmly with a shaft 3 connected is. The shaft 3 is mounted tiltable about two axes A1 and A2 and in the 2 shown in its neutral position. The axis A2 extends perpendicularly into the plane of the drawing and forms a common point of intersection with the axis A1 and the longitudinal axis of the shaft 3 , The axes A1 and A2 intersect at a right angle. Thus, the shaft can 3 in the control element 11 be tilted about the axes A1 and A2, depending on the configuration of the operating element 11 tilting is only possible around one of the axes or around both axes at the same time. If a simultaneous tilting about both tilting axes is possible, then the handle 2 reach any points of a sphere segment.

Zur Bestimmung der Kipprichtung und der Auslenkung der Kippbewegung dienen zwei Kippdetektionseinrichtungen. Die erste Kippdetektionseinrichtung weist einen Laser 4, eine Matrix 5 aus Fotodioden und einen Spiegel 6 auf. Die zweite Kippdetektionseinrichtung weist einen Laser 7, eine Matrix 8 aus Fotodioden und einen Spiegel 9 auf.Two tilt detection devices are used to determine the tilting direction and the deflection of the tilting movement. The first tilt detection device has a laser 4 , a matrix 5 from photodiodes and a mirror 6 on. The second tilt detection device has a laser 7 , a matrix 8th from photodiodes and a mirror 9 on.

Die Spiegel 6 und 9 sind fest mit dem Schaft 3 verbunden und, bezogen auf die Längsachse des Schafts 3, um einen Winkel von 90 Grad zueinander versetzt angeordnet. Der Laser 4 ist so angeordnet, dass der von ihm ausgesendete Lichtstrahl L1 auf den Spiegel 6 trifft und von dort auf die Detektormatrix 5 reflektiert wird. Der Laser 7 ist so angeordnet, dass der von ihm ausgesendete Lichtstrahl L2 auf den Spiegel 9 trifft und von dort auf die Detektormatrix 8 reflektiert wird. Die Detektormatrizen 5 und 8 bestehen jeweils aus vier Fotodioden, die in zwei Reihen zu je zwei Fotodioden angeordnet sind. In der Neutralstellung des Bedienelements 11 trifft der reflektierte Lichtstrahl L1 mittig auf die Detektormatrix 5 und der reflektierte Lichtstrahl L2 mittig auf die Detektormatrix 8. Damit erzeugt jede Fotodiode der Detektormatrizen 5 und 8 bevorzugt das gleiche Ausgangssignal.The mirror 6 and 9 are stuck to the shaft 3 connected and, relative to the longitudinal axis of the shaft 3 arranged at an angle of 90 degrees to each other. The laser 4 is arranged so that the light beam L1 emitted by it on the mirror 6 meets and from there on the detector matrix 5 is reflected. The laser 7 is arranged so that the light beam L2 emitted by it on the mirror 9 meets and from there on the detector matrix 8th is reflected. The detector matrices 5 and 8th each consist of four photodiodes, which are arranged in two rows of two photodiodes. In the neutral position of the control element 11 the reflected light beam L1 hits the center of the detector matrix 5 and the reflected light beam L2 centered on the detector array 8th , Thus, each photodiode produces the detector arrays 5 and 8th prefers the same output signal.

Wird der Schaft 3 ausschließlich um die Achse A1 gekippt, so ändert sich der Einfallswinkel des Lichtstrahls L2 auf den Spiegel 9 und damit auch die Stelle, an der der reflektierte Lichtstrahl auf die Detektormatrix 8 trifft. Da kein Verkippen zwischen dem Laserstrahl L1 und dem Spiegel 6 auftritt, bleibt das Ausgangssignal der Detektormatrix 5 unverändert. Wird der Schaft 3 ausschließlich um die Achse A2 gekippt, so ändert sich der Einfallswinkel des Lichtstrahls L1 auf den Spiegel 6 und damit auch die Stelle, an der der reflektierte Lichtstrahl auf die Detektormatrix 5 trifft. Da kein Verkippen zwischen dem Laserstrahl L2 und dem Spiegel 9 auftritt, bleibt das Ausgangssignal der Detektormatrix 8 unverändert. Wird der Schaft 3 sowohl um die Achse A1 als auch um die Achse A2 gekippt, bewegen sich die Laserstrahlen L1 beziehungsweise L2 auf den Detektormatrizen 5 beziehungsweise 8. Die Fotodioden der Detektormatrizen 5 und 8 werden jeweils unterschiedlich stark beleuchtet und erzeugen unterschiedliche Ausgangssignale. Durch eine Auswertung der Ausgangssignale der insgesamt acht Fotodioden lassen sich die Kipprichtung und die Auslenkung der Kippbewegung bestimmen, beispielsweise anhand von Zuordnungstabellen, die Sensorausgangswerte für verschiedene Stellungen des Schafts 3 enthalten, oder Berechnungen auf Basis der Verhältnisse der Ausgangssignale zueinander.Will the shaft 3 tilted exclusively about the axis A1, the angle of incidence of the light beam L2 changes to the mirror 9 and thus also the point at which the reflected light beam is incident on the detector matrix 8th meets. Because no tilting between the laser beam L1 and the mirror 6 occurs, the output signal of the detector matrix remains 5 unchanged. Will the shaft 3 tilted exclusively about the axis A2, the angle of incidence of the light beam L1 changes to the mirror 6 and thus also the point at which the reflected light beam is incident on the detector matrix 5 meets. Because no tilting between the laser beam L2 and the mirror 9 occurs, the output signal of the detector matrix remains 8th unchanged. Will the shaft 3 both tilted about the axis A1 and about the axis A2, the laser beams L1 and L2 move on the detector arrays 5 respectively 8th , The photodiodes of the detector arrays 5 and 8th are each illuminated differently strong and produce different output signals. By evaluating the output signals of the total of eight photodiodes, it is possible to determine the tilting direction and the deflection of the tilting movement, for example based on assignment tables, the sensor output values for different positions of the shaft 3 or calculations based on the ratios of the output signals to each other.

In den Bedienelementen 1 und 11 können die Detektormatrizen 5 und 8 jeweils aus nur zwei Fotodioden bestehen. Da mit jeder Detektormatrix nur eine Kipprichtung detektiert, ist die Detektion dennoch eindeutig.In the controls 1 and 11 can the detector matrices 5 and 8th each consist of only two photodiodes. Since only one tilt direction is detected with each detector matrix, the detection is nonetheless clear.

Dargestellt in der 3 ist eine schematische Aufsicht auf einen Schnitt durch ein Bedienelement 21. Ein Schaft 3, der kippbar um zwei zueinander orthogonale Achsen A1 und A2 gelagert ist, ist mit einer nicht dargestellten Handhabe verbunden. Die beiden Achsen A1 und A2 spannen die Schnittebene der Darstellung auf. Eine Kippdetektionseinrichtung weist einen Laser 4, eine Detektormatrix 5 und einen Spiegel 6 auf.Shown in the 3 is a schematic plan view of a section through an operating element 21 , A shaft 3 , which is tiltably mounted about two mutually orthogonal axes A1 and A2, is connected to a handle, not shown. The two axes A1 and A2 span the cutting plane of the representation. A tilt detection device has a laser 4 , a detector matrix 5 and a mirror 6 on.

Der Spiegel 6 ist fest mit dem Schaft 3 verbunden. Der Spiegel 6 ist derart am Schaft 3 befestigt, dass die Projektion seiner Flächennormale, die die Längsachse des Schafts 3 schneidet, in die Schnittebene mittig zwischen den Kippachsen A1 und A2 liegt. Die Projektion der Flächennormalen ist somit eine Winkelhalbierende, die mit jeder der beiden Kippachsen A1 und A2 einen Winkel von 45 Grad bildet. Darüber hinaus liegt die Oberfläche des Spiegels 6 parallel zur Längsachse des Schafts 3.The mirror 6 is stuck to the shaft 3 connected. The mirror 6 is so on the shaft 3 attached that projection of its surface normal, which is the longitudinal axis of the shaft 3 cuts, in the sectional plane is located centrally between the tilt axes A1 and A2. The projection of the surface normals is thus an angle bisector which forms an angle of 45 degrees with each of the two tilt axes A1 and A2. In addition, the surface of the mirror lies 6 parallel to the longitudinal axis of the shaft 3 ,

Der Laser 4 ist derart angeordnet, dass die Projektion des von ihm ausgesendeten Lichtstrahls L1 in die Schnittebene ebenfalls mittig zwischen den Kippachsen A1 und A2 liegt. Die Projektion des Lichtstrahls L1 ist somit eine Winkelhalbierende, die mit jeder der beiden Kippachsen A1 und A2 einen Winkel von 45 Grad bildet. Der Laser 4 ist gegenüber dem Schaft 3 geneigt, sodass der Lichtstrahl L1 und die Längsachse des Schafts 3 einen Winkel größer 0 Grad und kleiner 90 Grad beschreiben, beispielsweise 10, 20, 45, 70 oder 80 Grad. Die Anordnung des Bedienelements 21 wurde bis hierhin mit Bezug auf einen in Neutralstellung befindlichen Schaft 3 beschrieben.The laser 4 is arranged such that the projection of the light beam L1 emitted by it into the cutting plane is also located centrally between the tilt axes A1 and A2. The projection of the light beam L1 is thus an angle bisector which forms an angle of 45 degrees with each of the two tilt axes A1 and A2. The laser 4 is opposite the shaft 3 inclined so that the light beam L1 and the longitudinal axis of the shaft 3 Describe an angle greater than 0 degrees and less than 90 degrees, for example 10, 20, 45, 70 or 80 degrees. The arrangement of the operating element 21 has so far been referring to a neutral shaft 3 described.

Die Detektormatrix 5 besteht aus vier Fotodioden, die in zwei Reihen zu je zwei Fotodioden angeordnet sind. Die Detektormatrix 5 ist so angeordnet, dass der vom Spiegel reflektierte Lichtstrahl L1 in der Neutralstellung des Bedienelements 21 mittig auf die Detektormatrix trifft. Damit erzeugt jede Fotodiode der Detektormatrix 5 bevorzugt das gleiche Ausgangssignal.The detector matrix 5 consists of four photodiodes arranged in two rows of two photodiodes each. The detector matrix 5 is arranged so that the light beam L1 reflected by the mirror in the neutral position of the operating element 21 hits the detector matrix in the middle. Thus, each photodiode generates the detector matrix 5 prefers the same output signal.

Der Schaft 3 des Bedienelements 21 kann um die Achsen A1 und A2 gekippt werden, wobei je nach Ausgestaltung des Bedienelements 21 ein Kippen nur um eine der Achsen oder um beide Achsen gleichzeitig möglich ist. Ist ein gleichzeitiges Kippen um beide Kippachsen möglich, so kann die Handhabe 2 beliebige Punkte eines Kugelsegments erreichen.The shaft 3 of the operating element 21 can be tilted about the axes A1 and A2, depending on the configuration of the operating element 21 tilting is only possible around one of the axes or around both axes at the same time. If a simultaneous tilting about both tilting axes is possible, then the handle 2 reach any points of a sphere segment.

Wird der Schaft 3 gekippt, so wandert der reflektierte Lichtstrahl L1 über die Detektormatrix 5. Die vier Fotodioden werden dadurch unterschiedlich stark beleuchtet und erzeugen unterschiedliche Ausgangssignale. Durch eine Auswertung der Ausgangssignale der vier Fotodioden lassen sich die Kipprichtung und die Auslenkung der Kippbewegung bestimmen, beispielsweise anhand von Zuordnungstabellen, die Sensorausgangswerte für verschiedene Stellungen des Schafts 3 enthalten, oder Berechnungen auf Basis der Verhältnisse der Ausgangssignale zueinander. Mit der Anordnung der Kippdetektionseinrichtung des Bedienelements 21 lassen sich beliebige Kippbewegungen des Schafts 3 sowohl bezüglich der Kipp richtung als auch der Auslenkung detektieren. Demnach sind nur ein Laser, ein Spiegel und eine Detektormatrix notwendig.Will the shaft 3 tilted, the reflected light beam L1 travels over the detector matrix 5 , The four photodiodes are illuminated differently and generate different output signals. By evaluating the output signals of the four photodiodes, the tilting direction and the deflection of the tilting movement can be determined, for example by means of assignment tables, the sensor output values for different positions of the shaft 3 or calculations based on the ratios of the output signals to each other. With the arrangement of the tilt detection device of the operating element 21 can be any tilting movements of the shaft 3 detect both with respect to the tilting direction and the deflection. Accordingly, only one laser, one mirror and one detector array are necessary.

Anstatt der Verwendung eines Spiegels oder mehrerer Spiegel ist es möglich, diejenigen Bereiche des Schafts 3, auf die die Lichtstrahlen L1 oder L2 auftreffen, reflektierend auszubilden. Dies ist beispielsweise durch Polieren oder das Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung möglich. Dies hat den Vorteil, dass der Schaft 3 auch um seine Längsachse drehbar ausgebildet werden kann, beispielsweise wenn das Bedienelement auch eine Dreh- und/oder Druckfunktionalität bereitstellen soll. Bei der Verwendung von Spiegeln müssten diese derart um die Längsachse des Schafts 3 angeordnet sein, dass sie bei einer Drehung des Schafts 3 ihre Ausrichtung auf die Laser beibehalten und bei einem Drücken des Schafts 3 entlang der Längsachse das Licht noch reflektieren.Instead of using a mirror or multiple mirrors, it is possible to use those areas of the shaft 3 on which the light beams L1 or L2 impinge to form reflective. This is possible, for example, by polishing or the application of a reflective coating. This has the advantage that the shaft 3 can also be designed to be rotatable about its longitudinal axis, for example, if the operating element should also provide a rotary and / or printing functionality. When using mirrors, they would have to be so around the longitudinal axis of the shaft 3 be arranged to turn on a rotation of the shaft 3 maintain their alignment with the laser and with a push of the shaft 3 along the longitudinal axis, the light still reflect.

Die kippbare Lagerung des Schafts 3 kann dadurch erzielt werden, dass die Achsen A1 und/oder A2 als mechanische Achsen ausgestaltet sind. Alternativ kann der Schaft 3 in einem Kugelgelenk gelagert sein, das beliebige Kipprichtungen zulässt. Durch die Verwendung einer Schaltmaske kann bei Bedarf die Menge der möglichen Kipprichtungen eingeschränkt werden. Der reflektierbare Bereich bzw. der Spiegel von seiner Ausgestaltung her eine Auslenkung des Schafts in z-Richtung, wobei die z-Richtung orthogonal zur Kippachse bzw. der Ebene die durch zwei Kippachsen aufgespannt wird definiert ist, zulässt, die unabhängig und ohne Störung von den Signalen zur Detektion der Verkippung detektiert werden kann, indem der Auftreffpunkt des Lichts für die Verkippung trotz Auslenkung in z-Richtung weiter auf den selben Bereich des Arrays reflektiert wird.The tiltable bearing of the shaft 3 can be achieved by the axes A1 and / or A2 are designed as mechanical axes. Alternatively, the shaft 3 be stored in a ball joint that allows any tilting directions. By using a switching mask, if necessary, the amount of possible tilting directions can be restricted. The reflective region or the mirror of its design forth a deflection of the shaft in the z-direction, wherein the z-direction orthogonal to the tilt axis or the plane is defined by two tilt axes is defined allows, independently and without interference from the Signals for detecting the tilting can be detected by the impact point of the light for the tilt is reflected despite deflection in the z direction on the same area of the array.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19818228 A1 [0002]

Claims

Control element ( 1 . 11 . 21 ), in particular for a motor vehicle, comprising a shaft tiltable about at least one tilting axis (A1, A2) ( 3 ) and a tilt detection device, wherein the tilt detection device comprises a light source ( 4 . 7 ), an array ( 5 . 8th ) of light detectors and a reflector ( 6 . 9 ) on the shaft ( 3 ) for reflecting the light (L1, L2) of the light source ( 4 . 7 ) on the array ( 5 . 8th ) comprises light detectors.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to claim 1, characterized in that the light source ( 4 . 7 ) is a laser.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to claim 1, characterized in that the light source ( 4 . 7 ) is a light emitting diode.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light detector is a photodiode.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the array ( 5 . 8th ) of light detectors is a matrix of at least two times two light detectors.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the light detectors are arranged equidistantly.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reflector ( 6 . 9 ) is a mirror.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reflector is a reflective part of the surface of the shaft ( 3 ).

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the mirror is deflectable in the z direction.

Control element ( 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the shaft ( 3 ) is tiltable about two tilting axes (A1, A2).

Control element ( 11 . 21 ) according to claim 10, characterized in that the two tilt axes (A1, A2) are mutually orthogonal.

Control element ( 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the shaft ( 3 ) is tiltable about at least two tilt axes (A1, A2) spanning a plane and the light source ( 4 . 7 ) is arranged such that the projection of the from the light source ( 4 . 7 ) emitted light beam (L1, L2) in the spanned from the tilt axes (A1, A2) level with none of the tilt axes (A1, A2) matches.

Control element ( 11 . 21 ) according to claim 12, characterized in that the light source ( 4 . 7 ) is arranged such that the projection of the from the light source ( 4 . 7 ) emitted light beam (L1, L2) in the spanned from the tilt axes (A1, A2) plane is located centrally between two tilt axes (A1, A2).

Control element ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the shaft ( 3 ) is tiltable about exactly one tilt axis (A1) and the light source ( 4 ) is arranged such that the tilting axis (A1) and that of the light source ( 4 ) emitted light beam (L1) span no plane.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to one of claims 1 to 14, characterized by at least two tilt detection devices, wherein the light sources ( 4 . 7 ) of the tilt detection devices emit light of different wavelengths.

Control element ( 1 . 11 . 21 ) according to any one of claims 1 to 15, characterized by two tilt detection devices which, relative to the longitudinal axis of the shaft at rest, ( 3 ) are arranged with an angular offset.