DE102016108634A1

DE102016108634A1 - Eingabegerät mit Berühr- beziehungsweise Betätigungsverifizierung

Info

Publication number: DE102016108634A1
Application number: DE102016108634.7A
Authority: DE
Inventors: Manuel Stotzem; Felix Katzenberger; Gordon Hemann
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-11-16
Also published as: US20170329450A1; CN107390909A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät (10) aufweisend eine Eingabefläche (8), wenigstens eine erste Detektionseinrichtung (1), die ausgelegt ist, eine Berührung der Eingabefläche (8) und/oder eine Betätigung der Eingabefläche (8) zu detektieren, eine Auswerteinheit (3), die ausgelegt ist, bei Detektion einer Betätigung oder einer Berührung durch die erste Detektionseinrichtung (1) der Betätigung oder Berührung der Eingabefläche (8) des Eingabegeräts (10) eine Schalt- oder Steuerfunktion zuzuordnen, wobei das Eingabegerät (10) ferner eine zweite Detektionseinrichtung (2) mit einem die Eingabefläche (8) erfassenden Detektionsbereich aufweist, die ausgelegt ist, eine Nicht-Berührung der Eingabefläche (8) zu detektieren, und die Auswerteinheit (3) ausgelegt ist, bei Detektion einer Nicht-Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung (2) eine Zuordnung einer Schalt- oder Steuerfunktion auszuschließen.

Description

Die Vielfalt der vorbekannten Eingabegeräte ist nicht zuletzt aufgrund der unterschiedlichsten Bedienkonzepte groß. So unterscheiden sich die Eingabegeräte in der praktischen Verwendung in ihren Anforderungen betreffend die Funktionssicherheit, nachfolgend auf „funktionale Sicherheit” genannt, welche sich aus den durch sie vorgenommenen Schalt- und Steuerfunktionen und/oder aufgrund ihrer Anordnung ergeben. So werden beispielsweise an ein Eingabegerät zur Bedienung einer Fahrzeuggeschwindigkeitsregelanlage regelmäßig höhere Anforderungen gestellt, als an ein solches Eingabegerät, welches eine Komfortfunktion des Fahrzeugs steuert.
Darüber hinaus können sich aber schon alleinig durch die Anordnung eines Eingabegerät höhere Anforderungen ergeben, wie zum Beispiel bei einem Eingabegerät mit mehreren benachbarten Eingabeflächen, auch Schaltflächen genannt, die beispielsweise jeweils Teil einer geschlossenen Oberfläche sind. Schon in so einem Fall besteht grundsätzlich Bedarf, die Bedienung oder Betätigung einer Eingabefläche zu verifizieren, um Fehlbedienungen zu vermeiden. Insbesondere ein erhöhter Bedarf besteht, wenn beide Situationen zusammenkommen, dass einerseits die durch das betreffende Eingabegerät zu steuernde Funktion sicherheitsrelevant ist und andererseits die Betätigung bzw. Berührung dieses Eingabegeräts zu verifizieren ist, um beispielsweise die Funktionsauslösung durch unbeabsichtigte Berührung bzw. Betätigung zu unterdrücken. Die letztere Konstellation kann von besonderer Bedeutung sein, wenn mehrere Eingabeflächen dicht gedrängt angeordnet, hinsichtlich ihrer jeweiligen Fläche vergleichsweise klein sind und/oder in unmittelbarer Nähe einer Grifffläche, beispielsweise eines Lenkrades angeordnet sind.
Aus der EP 2977872 A1 ist ein Touchpad bekannt, bei dem zur Steigerung der Bediensicherheit zwei kapazitive, jeweils eine Berührung detektierende Einrichtungen vorgesehen sind. Eine Nicht-Berührung wird nicht detektiert.
Vor diesem Hintergrund besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nun darin, ein Eingabegerät bereitzustellen, dessen funktionale Sicherheit verbessert ist, wobei insbesondere dieses Eingabegerät konstruktiv einfach und bauraumsparend realisierbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein Eingabegerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein gleichermaßen vorteilhaftes Verfahren ist Gegenstand des nebengeordneten Verfahrensanspruchs. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät, welches wenigstens eine Eingabefläche definiert. Dieses weist erfindungsgemäß wenigstens eine erste Detektionseinrichtung auf, die ausgelegt ist, eine Berührung der Eingabefläche und/oder eine Betätigung der Eingabefläche zu detektieren. Die Begriffe Berührung und Betätigung sind wett auszulegen, als Berührung wird beispielsweise ein kraftloses aber nicht zwingend kraftloses Anschmiegen oder angrenzendes Anordnen eines Eingabemittels, beispielsweise eines Fingers oder einer Fingerkuppe eines Bedieners, an die Eingabefläche verstanden. Als Betätigen wird eine mit einer Betätigungskraft auf die Eingabefläche einhergehende Einwirkung eines Eingabemittels, wie eines Fingers oder einer Fingerkuppe eines Bedieners, verstanden. Bezüglich der zugehörigen Detektionseinrichtungen ist die Erfindung ebenfalls nicht eingeschränkt. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Detektionseinrichtung um eine solche, die ausgelegt ist, ausschließlich die Detektion der Berührung zu detektieren und die nachfolgend als erste Berührdetektionseinrichtung bezeichnet wird. Damit ist eine erste Detektionseinrichtung gemeint, die ausgelegt ist, eine Berührung zu detektieren und die nicht in der Lage ist, eine Betätigungskraft zu detektieren, d. h. eben nicht ein Maß oder eine Richtung der Krafteinwirkung messen zu können. Wohingegen eine ortsauflösende oder eine bewegungsauflösende Berührdetektion nicht ausgeschlossen sein soll. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine mittels optischem Verfahren oder kapazitivem Verfahren durchgeführte, ortsauflösende oder bewegungsauflösende Detektion durch die erste Detektionseinrichtung vorgesehen.
Die erste Detektionseinrichtung weist beispielsweise einen kapazitiven Berührsensor auf. Ein kapazitiver Berührsensor definiert wenigstens eine Messkapazität, deren Beeinflussung bei Berührung der Eingabefläche durch den Berührsensor detektiert wird. Beispielsweise weist jeder Berührsensor eine zugehörige, elektrisch isolierte, eine Messkapazität erzeugende Elektrode auf.
Erfindungsgemäß ist eine Auswerteinheit vorgesehen, die ausgelegt ist, bei Detektion einer Betätigung oder einer Berührung der Eingabefläche durch die erste Detektionseinrichtung der Berührung oder Betätigung der Eingabefläche des Eingabegeräts eine Schalt- oder Steuerfunktion zuzuordnen. Erfindungsgemäß weist das Eingabegerät ferner eine zweite Detektionseinrichtung auf. Deren Detektionsbereich erfasst die Eingabefläche. Die zweite Detektionseinrichtung ist ausgelegt, wenigstens eine Nicht-Berührung der Eingabefläche zu detektieren. Als Detektion einer Dicht-Berührung im Sinne der Erfindung wird verstanden, dass die zweite Detektionseinrichtung ausgelegt ist, eine Situation zu detektieren, bei der keine angrenzende Anordnung irgendeines Objektes auf der Eingabefläche erfolgt, also die Eingabefläche unberührt ist, insbesondere keine Berührung durch ein Eingabeorgan, wie ein Finger des Bedieners, auf der Eingabefläche stattfindet.
Die Auswerteinheit ist erfindungsgemäß ausgelegt, bei Detektion einer Nicht-Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung eine Zuordnung einer Schalt- oder Steuerfunktion auszuschließen. Dadurch wird im Falle einer irrtümlichen Detektion einer vermeintlichen Berührung oder vermeintlichen Betätigung durch die erste Detektionseinrichtung ein Auslösen einer Schalt- oder Steuerfunktion durch die Auswerteinheit unterbunden, insgesamt somit die funktionale Sicherheit des Eingabegeräts verbessert.
Bevorzugt ist die zweite Detektionseinrichtung ausgelegt, eine Nicht-Berührung optisch zu detektieren, beispielsweise mittels einer Kamera. Durch die optische Detektion kann eine vergleichsweise zuverlässige Detektion der Nicht-Berührung gewährleistet werden. Beispielsweise handelt es sich bei dem von der zweiten Detektionseinrichtung verwendeten Detektionssignal um Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs, beispielsweise aus dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm oder um Infrarotstrahlung, beispielsweise aus dem Wellenlängenbereich von 0,78 μm bis 1000 μm.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist die zweite Detektionseinrichtung ferner ausgelegt, eine Berührung der Eingabefläche, beispielsweise optisch, zu detektieren. Beispielsweise verwendet die zweite Detektionseinrichtung ein optisches Reflexionsmessverfahren. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die zweite Detektionseinrichtung ausgelegt sein, eine ortsauflösende optische Berührdetektion durchzuführen. Bevorzugt ist die zweite Detektionseinrichtung ausgelegt, insbesondere eine Berührung durch eine menschliche Haut von einer sonstigen Berührung unterscheiden zu können. Beispielsweise verwendet die zweite Detektionseinrichtung als Detektionssignal Licht im Infrarot-A-Bereich, wie aus dem Wellenlängenbereich 0,78 μm bis 1,4 μm. Dieses weist bei Bestrahlung der menschlichen Haut eine vergleichsweise hohen Eindringtiefe und somit einen ausgeprägten Absorptionsgrad auf. Somit ist bei einer durch die zweite Detektionseinrichtung durchgeführten Reflexionsmessung, die Berührung einer menschlichen Haut auf der Eingabefläche deutlich von einer sonstigen Berührung zu unterscheiden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die zweite Detektionseinrichtung ferner ausgelegt, Vitaldaten des Bedieners nicht invasiv, beispielsweise optisch, zu detektieren, um eine Berührung eines Gegenstandes von einer Berührung durch ein menschliches Körperteil unterscheiden zu können und somit eine Berührung eines Gegenstandes als Nicht-Berührung im Sinne der Erfindung qualifizieren zu können. Beispielsweise wird der Puls optisch mittels der zweiten Detektionseinrichtung detektiert. Als Grundlage dient das Verfahren der Photoplethysmographie (PPG), bei der Änderungen des Blutvolumens in den Blutgefäßen optisch gemessen wird. Bei der PPG kann die mit jedem Herzzyklus sich verändernde Blutmenge, die in den Arterien transportiert wird, erfasst und gemessen werden. Das Herz wirft rhythmisch abwechselnd Blut aus (Systole) und saugt es ein (Diastole). Während der Systole fließt mehr Blut durch die Arterie, während der Diastole weniger. Erfasst wird somit die Änderung des Blutvolumens in der an die Eingabefläche angrenzenden Körperstelle, wie der Fingerspitze. Das sich ändernde Blutvolumen kann von der zweiten Detektionseinrichtung anhand der spezifischen Lichtabsorption von im Blut befindlichen Hämoglobin (eisenhaltiges Proteinkomplex, der in den roten Blutkörperchen der Wirbeltiere Sauerstoff bindet und ihnen ihre rote Farbe verleiht) bestimmt werden.
Bevorzugt weist die zweite Detektionseinrichtung einen Sender zur Erzeugung eines Detektionssignals und wenigstens einen Empfänger zum Empfang des Detektionssignals auf und die Eingabefläche definiert eine Grenzfläche, um das Detektionssignal in Richtung des Empfängers zu reflektieren. Beispielsweise ist die zweite Detektionseinrichtung ausgelegt, eine Nicht-Berührung anhand der Intensität des an der Grenzfläche reflektierten Detektionssignals und damit des Reflexionsgrades zu detektieren. Beispielsweise ist die zweite Detektionseinrichtung derart ausgelegt, dass im Fall der Nicht-Berührung die Intensität des an der Grenzfläche reflektierten Detektionssignals und empfangenen Signals gegenüber dem Zustand, bei dem eine Berührung, beispielsweise durch einen Finger, erfolgt, beispielsweise erhöht, bevorzugt verringert ist.
Beispielsweis ist die Eingabefläche durch eine Schicht aus für das Detektionssignal durchlässigem Material, beispielsweise transluzentem Material, beispielsweise einem transparenten Kunststoff oder einem Glaswerkstoff, wie Kalk-Natron-Glas, Quarzglas, Floatglas, Borosilikatglas oder Flintglas definiert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die zweite Detektionseinrichtung einen zweiten Empfänger auf, der ausgerichtet ist, unabhängig von einer Berührung und unabhängig von einer Nicht-Berührung auf der Eingabefläche das Detektionssignal zu empfangen. Dadurch wird eine Funktionsüberwachung des Senders der zweiten Detektionseinrichtung ermöglicht.
Zur Steigerung der Betriebssicherheit ist das Detektionssignal gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kodiert, beispielsweise analog, wie durch Modulation, oder digital kodiert.
Gemäß einer Ausgestaltung sind mehrere erste Detektionseinrichtungen vorgesehen, die jeweils ausgelegt sind, unabhängig voneinander eine Berührung der Eingabefläche auf der Eingabefläche oder eine Betätigung der Eingabefläche zu detektieren. Die Auswerteinheit ist beispielsweise ausgelegt, bei gemeinsamer Detektion einer Berührung oder Betätigung durch wenigstens zwei der Detektionseinrichtungen dem Eingabegerät bei Betätigung oder Berührung eine Schalt- oder Steuerfunktion zuzuordnen, sofern durch die zweite Detektionseinrichtung nicht eine Nicht-Berührung detektiert wird. Hierbei kann eine hinreichende Übereinstimmung im Detektionssignal als eine gemeinsame Detektion durch wenigstens zwei erste Detektionseinrichtungen verstanden werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die wenigstens zwei ersten Detektionseinrichtungen auch noch diversitär ausgelegt, d. h. unterscheiden sich in der physikalischen Arbeitsweise ihrer Detektion und/oder im Messverfahren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Eingabegerätes mit mehreren ersten Detektionseinrichtungen umfassen diese wenigstens eine die Berührung kapazitiv detektierende erste Detektionseinrichtung und eine erste Detektionseinrichtung zur Betätigungsdetektion, die einen eine auf die Eingabefläche wirkende Betätigungskraft kapazitiv oder resistiv messenden Kraftsensor aufweist.
Beispielsweise ist die Auswerteinheit mittels zueinander isolierter Datenleitungen zur Übertragung des zugehörigen Detektionsergebnisses mit der wenigstens einen ersten und der zweiten Detektionseinrichtung elektrisch verbunden. Die Signale der Detektionseinrichtungen werden erfindungsgemäß von der Auswerteinheit ausgewertet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Lenkrad, welches ein an dem Lenkrad befestigtes Eingabegerät in einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen aufweist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Eingabegerät um einen sogenannten Multifunktionsschalter im Lenkrad.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Eingabegeräts in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Steuerung eines Geschwindigkeitsregelanlage, auch Tempomat oder Cruisecontrol genannt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Eingabeverifizierung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen Bereitstellungsschritt, welcher das Bereitstellen eines Eingabegerät zum Gegenstand hat, wobei das Eingabegerät Folgendes aufweist: eine Eingabefläche, wenigstens eine erste Detektionseinrichtung, die ausgelegt ist, eine Berührung der Eingabefläche und/oder eine Betätigung der Eingabefläche zu detektieren, eine Auswerteinheit, die ausgelegt ist, bei Detektion einer Betätigung oder einer Berührung durch die erste Detektionseinrichtung dem Eingabegerät eine Schalt- oder Steuerfunktion zuzuordnen, und eine zweite Detektionseinrichtung mit einem die Eingabefläche erfassenden Detektionsbereich, die ausgelegt ist, eine Nicht-Berührung der Eingabefläche zu detektieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen Schritt der Detektion einer Berührung und/oder Betätigung der Eingabefläche durch die erste Detektionseinrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen zeitlich nachfolgenden Schritt des Verifizierens der Detektion der ersten Detektionseinrichtung durch eine Detektion der zweiten Detektionseinrichtung, indem die Auswerteinheit ausgelegt ist, bei Detektion einer Nicht-Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung eine Zuordnung einer Schalt- oder Steuerfunktion auszuschließen. Dadurch wird im Falle einer irrtümlichen Detektion einer Berührung oder Betätigung durch die erste Detektionseinrichtung ein Auslösen einer Schalt- oder Steuerfunktion durch die Auswerteinheit unterbunden, insgesamt somit die funktionale Sicherheit des Eingabegeräts verbessert.
Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Eingabegeräts Bezug genommen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und steilen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eingabegeräts 10;
2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eingabegeräts 10;
3 eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 10;
4 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Lenkrades 12.
1 zeigt in Schnittansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eingabegeräts 10. Dieses Eingabegerät weist eine erste Detektionseinrichtung 1 auf, die mehrere in einem Array angeordnete Elektroden 1 aufweist. Diese Elektroden 1 sind in eine Schicht 11 eingebettet oder wie gezeigt auf einer der Oberflächen der Schicht 11, bevorzugt auf der dem Bediener zugewandten Oberfläche der Schicht 11 aufgebracht und werden durch eine Auswerteinheit 3 elektrisch kontaktiert, um jeweils eine Messkapazität zu erzeugen. Die Ausdehnung der Elektrode 1 definiert in etwa die räumliche Ausdehnung einer Eingabefläche 8. Die Variation dieser Messkapazität bei Berührung durch ein Bedienorgan 5 im Bereich der Eingabefläche 8 wird detektiert und von der Auswerteinheit 3 ausgewertet. Überschreitet diese Variation einen vorgegebenen Schwellwert wird durch die Auswerteinheit 3 eine zugeordnete Schaltfunktion ausgelöst, sofern das durch die erste Detektionseinrichtung 1 detektierte Detektionsergebnis nicht in Konflikt steht mit einem Detektionsergebnis einer zweiten Detektionseinrichtung 2. Diese zweite Detektionseinrichtung 2 dient der optischen Detektion einer Nicht-Berührung als auch der optischen Detektion einer Berührung im Bereich der Eingabefläche 8. Die Elektrode 1 sowie die Schicht 11, letztere 11 zumindest in dem die Eingabefläche 8 betreffenden Bereich, sind aus transparentem oder transluzentem Material. Die zweite Detektionseinrichtung 2 weist einen Infrarotsender 2a zur Erzeugung eines Infrarot-Detektionssignals und mehrere Infrarotempfänger 2b, 2' und 2b'' zum Empfang des durch den Sender 2a abgestrahlten Detektionssignals, hier Infrarotlichtes, auf. Sender 2a und Empfänger 2b, 2b' und 2b'' sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte 9 angeordnet, die beabstandet zur Schicht 11 und, vom Bediener gesehen, unter der Schicht 11 angeordnet ist. Das von dem Infrarotsender 2a von unten in Richtung Eingabefläche 8 abgestrahlte Detektionssignal wird an der dem Sender 2a zugewandten Oberfläche der Schicht 11, wie durch den geometrischen Strahlengang 6 angedeutet, aber auch an der durch die Eingabefläche 8 definierten Grenzschicht, wie durch den Strahlengang 7 angedeutet, reflektiert. Letzterer Reflexionsgrad hängt jedoch sehr stark davon ob, ob eine Berührung im Bereich der Eingabefläche 8, insbesondere durch einen menschlichen Finger 5, erfolgt oder nicht. Anhand der Intensitätsveränderung aufgrund der Änderung des Reflexionsgrades des vom Empfänger 2b empfangenen Detektionssignals, hier Infrarotlichtes, ist die zweite Detektionseinrichtung 2 in der Lage, eine Berührung von einer Nicht-Berührung zumindest qualitativ zu unterscheiden. Das erhaltene Detektionsergebnis wird in der Auswerteinheit 3 dazu verwendet, das Detektionsergebnis der ersten Detektionseinrichtung 1 zu verifizieren, d. h. wenigstens im Falle der Detektion einer Berührung durch die erste Detektionseinrichtung 1 bei nachfolgender Detektion einer Nicht--Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung 1 eine Zuordnung zu einer Schalt- oder Steuerfunktion auszuschließen, um ein aufgrund eines Defektes oder einer Fehldetektion der ersten Detektionseinrichtung 1 bewirktes Auslösen der Schalt- oder Steuerfunktion zu verhindern. Ferner wird die Detektion einer Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung 2 dazu genutzt, im Falle einer vorgehenden positiven Detektion einer Berührung durch die erste Detektionseinrichtung 1 dieses Detektionsergebnis zu bestätigen, d. h. zu verifizieren. Die sich aufgrund der Reflexion an der dem Sender 2a zugewandten Oberfläche der Schicht 11 zwingend ergebende, auch ohne Berührung der Eingabefläche sich einstellende und durch den Empfänger 2b zu detektierende Mindestintensität des reflektierten und empfangenen Detektionssignals, hier Infrarotlichtes, wird ferner dazu genutzt, eine Funktionskontrolle der zweiten Detektionseinrichtung 2, insbesondere des zugehörigen Senders 2a, durchzuführen. Wie in der 1 ersichtlich, sind bei der skizzierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 10 weitere Elektroden 1 und zugehörige durch diese Elektroden 1 definierte Eingabeflächen 8' und 8'' vorgesehen. Aufgrund des vergleichsweise breiten Abstrahlverhaltens des Senders 2a und dessen annähernd mittige Anordnung ist es möglich, lediglich mittels eines einzigen Senders 2a ein zur zweiten Detektionseinrichtung 2 zugehöriges Detektionssignal zu erzeugen, welches ausreicht, eine unabhängige Berühr-Detektion bzw. eine Nicht-Berührdetektion betreffend die Eingabeflächen 8, 8' und 8'' mittels der zugehörigen Empfänger 2b' und 2b'' durchzuführen.
2 zeigt in Schnittansicht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eingabegeräts 10. Dieses Eingabegerät weist eine erste Detektionseinrichtung 1 auf, die lediglich eine Elektroden 1 aufweist. Diese Elektrode 1 ist auf einer dem Bediener zugewandten Oberfläche einer Schicht 8 aufgebracht und wird durch eine Auswerteinheit 3 elektrisch kontaktiert, um eine Messkapazität zu erzeugen. Die Ausdehnung der Elektrode 1 definiert in etwa die räumliche Ausdehnung einer Eingabefläche 8. Die Variation dieser Messkapazität bei Berührung durch ein Bedienorgan 5 im Bereich der Eingabefläche 8 wird detektiert und von der Auswerteinheit 3 ausgewertet. Überschreitet diese Variation einen vorgegebenen Schwellwert wird durch die Auswerteinheit 3 eine zugeordnete Schaltfunktion ausgelöst, sofern das durch die erste Detektionseinrichtung 1 detektierte Detektionsergebnis nicht in Konflikt steht mit einem Detektionsergebnis einer zweiten Detektionseinrichtung 2. Diese zweite Detektionseinrichtung 2 dient der optischen Detektion einer Nicht-Berührung als auch der optischen Detektion einer Berührung im Bereich der Eingabefläche 8. Die Elektrode 1 sowie die Schicht 11 sind aus transparentem oder transluzentem Material. Die zweite Detektionseinrichtung 2 weist einen Infrarotsender 2a zur Erzeugung eines Infrarot-Detektionssignals auf. Das von dem Infrarotsender 2a abgestrahlte Infrarotsignal wird bei der Ausführungsform seitlich in die Schicht 11, d. h. an der dem Bediener abgewandten Stirnfläche der Schicht 11, wie durch die geometrischen Strahlengänge 6 und 7 angedeutet, eingestrahlt und durchdringt aufgrund von Toltalreflexionen die Schicht, wie durch den Strahlengang 6 angedeutet, die Schicht 11, um mittels des an der gegenüberliegenden Stirnfläche der Schicht 11 angeordneten Empfängers 2b' empfangen und detektiert zu werden, wohingegen eine Reflexion an der durch die Eingabefläche 8 definierten Grenzschicht, wie durch den Strahlengang 7 angedeutet, ebenfalls stattfindet. Letzterer Reflexionsgrad hängt jedoch sehr stark davon ob, ob eine Berührung im Bereich der Eingabefläche 8, insbesondere durch einen menschlichen Finger 5, erfolgt oder nicht. Anhand der Intensitätsveränderung aufgrund der Änderung des Reflexionsgrades des vom Empfänger 2b empfangenen Lichtes ist die zweite Detektionseinrichtung 2 in der Lage, eine Berührung von einer Nicht-Berührung zumindest qualitativ zu unterscheiden. Das erhaltene Detektionsergebnis wird in der Auswerteinheit 3 dazu verwendet, das Detektionsergebnis der ersten Detektionseinrichtung 1 zu verifizieren, d. h. wenigstens im Falle der Detektion einer Berührung durch die erste Detektionseinrichtung 1 bei nachfolgender Detektion einer Nicht-Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung 1 eine Zuordnung zu einer Schalt- oder Steuerfunktion auszuschließen, um ein aufgrund eines Defektes oder einer Fehldetektion der ersten Detektionseinrichtung 1 bewirktes Auslösen der Schalt- oder Steuerfunktion zu verhindern. Ferner wird die Detektion einer Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung 2 dazu genutzt, im Falle einer vorgehenden positiven Detektion einer Berührung durch die erste Detektionseinrichtung 1 dieses Detektionsergebnis zu bestätigen, d. h. zu verifizieren. Der sich aufgrund von Totalreflexionen ergebende Durchtritt des Detektionssignals durch die Schicht 11 vom Sender 2a zum gegenüberliegenden Empfänger 2b' und die sich auch ohne Berührung der Eingabefläche 8 einstellende und durch den Empfänger 2b' zu detektierende Mindestintensität des reflektierten und empfangenen Detektionssignals wird ferner dazu genutzt, eine Funktionskontrolle der zweiten Detektionseinrichtung 2, insbesondere des zugehörigen Senders 2a, durchzuführen.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 10, bei der die zweite optische detektierende Detektionseinrichtung ausgestaltet ist, eine ortsauflösende Nicht-Berührungs- und eine ortsauflösende Berührungsdetektion durchzuführen, wobei gleichzeitig eine Funktionskontrolle ermöglicht ist. Auf die Darstellung der ersten Detektionseinrichtung wurde aus Gründen der Deutlichkeit verzichtet. Auch hier wird ähnlich der in 2 gezeigten Ausführungsform seitlich in die transparente Schicht 11 eingestrahlt, wobei eine Reihe von Sendern 2a entlang der sich in X-Richtung erstreckenden Stirnfläche der Schicht 11 und eine Reihe von Sendern 2a entlang der sich in Y-Richtung erstreckenden Stirnfläche der Schicht 11 angeordnet sind. Aus Sicht des Bedieners ist unter der Schicht 11 ein Array von Empfängern 2b _x und 2b _y angeordnet, die in der 3 nur teilweise angedeutet sind und ausgelegt und angeordnet sind, das Detektionssignal zu empfangen, das im Falle der Berührung eines Fingers 5 im Bereich einer spezifischen Eingabefläche 8 aus einem Array von Eingabeflächen reflektiert wird. Das Array der Eingabeflächen 8 ergibt sich durch die Anordnung der Elektroden der in 3 nicht näher dargestellten ersten Detektionseinrichtung, wobei die Ausdehnung und Position der einzelnen Eingabefläche 8 sich aus der Anordnung der einzelnen Elektrode ergibt. Aufgrund der berührspezifischen Reflexion des Detektionssignals zu spezifischen Empfängern des Arrays aus Empfängern 2b _x und 2b _y ist neben der qualitativen Berührdetektion eine eingabeflächenspezifische Ortsauflösung ermöglicht, wie durch die beiden Strahlengänge 7 _x und 7 _y angedeutet. Eine zusätzliche Funktionskontrolle der Sender 2a wird durch die an der jeweils gegenüberliegenden Stirnseite der Schicht 11 angeordneten Empfänger 2b' ermöglicht, die unabhängig von der Berührung auf den Eingabeflächen 8 ein die Schicht 11 aufgrund von Totalreflexionen durchdringendes Detektionssignal detektieren können.
4 zeigt im Teilausschnitt ein erfindungsgemäßes Lenkrad 12, welches einen äußeren, einen Griffbereich definierenden Lenkradkranz 12a, einen Pralltopf 12c und eine oder mehrere die vorgenannten Komponenten verbindende Lenkradspeichen 12b aufweist. In die Lenkradspeiche 12b ist auf der dem nicht dargestellten Fahrer zugewandten Seite eine Eingabegerät 10 in einer der erfindungsgemäßen Ausführungsformen integriert. Dieses Eingabegerät 10 dient der Funktionseingabe und Steuerung einer nicht dargestellten Geschwindigkeitsregelanlage. Dazu definiert das Eingabegerät 10 drei in Reihe angeordnete, auf der dem Fahrer zugewandten Seite der Lenkradspeiche 12b angeordnete Eingabeflächen 8, denen unterschiedliche Steuerfunktionen zugeordnet sind. Wie zuvor beschrieben wurde, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder dieser Eingabeflächen 8 wenigstens eine erste Detektionseinrichtung und eine zweite Detektionseinrichtung zugeordnet sind, deren erfindungsgemäße Auslegung zuvor beschrieben wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2977872 A1 [0003]

Claims

Eingabegerät (10) aufweisend eine Eingabefläche (8), wenigstens eine erste Detektionseinrichtung (1), die ausgelegt ist, eine Berührung der Eingabefläche (8) und/oder eine Betätigung der Eingabefläche (8) zu detektieren, eine Auswerteinheit (3), die ausgelegt ist, bei Detektion einer Betätigung oder einer Berührung durch die erste Detektionseinrichtung (1) der Betätigung oder Berührung der Eingabefläche (8) des Eingabegeräts (10) eine Schalt- oder Steuerfunktion zuzuordnen, wobei das Eingabegerät (10) ferner eine zweite Detektionseinrichtung (2) mit einem die Eingabefläche (8) erfassenden Detektionsbereich aufweist, die ausgelegt ist, eine Nicht-Berührung der Eingabefläche (8) zu detektieren, und die Auswerteinheit (3) ausgelegt ist, bei Detektion einer Nicht-Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung (2) eine Zuordnung einer Schalt- oder Steuerfunktion auszuschließen.
Eingabegerät (10) gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Detektionseinrichtung (2) ausgelegt ist, eine Nicht-Berührung optisch, bevorzugt im optischen Reflexionsverfahren, zu detektieren.
Eingabegerät (10) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Detektionseinrichtung (2) einen Sender (2a) zur Erzeugung eines Detektionssignals und wenigstens einen Empfänger (2b) zum Empfang des Detektionssignals aufweist, und die Eingabefläche (8) eine Grenzfläche definiert, um das Detektionssignal in Richtung des Empfängers (2b) zu reflektieren.
Eingabegerät (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Eingabefläche (8) durch eine Schicht (11) aus für das Detektionssignal durchlässigem Material, beispielsweise transluzentem Material, definiert ist.
Eingabegerät (10) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Detektionseinrichtung (2) einen zweiten Empfänger (2b') aufweist, der ausgerichtet ist, unabhängig von einer Berührung und unabhängig von einer Nicht-Berührung auf der Eingabefläche (8) das Detektionssignal zu empfangen.
Eingabegerät (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektionssignal kodiert ist.
Eingabegerät (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Detektionseinrichtung (1) und/oder die zweite Detektionseinrichtung (2) ausgelegt sind, eine ortsauflösende und/oder bewegungsauflösende Berührungsdetektion durchzuführen.
Eingabegerät (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mehrere erste Detektionseinrichtungen (1), umfassend wenigstens eine kapazitive Berührdetektionseinrichtung und eine Betätigungsdetektionseinrichtung, die einen eine auf die Eingabefläche wirkende Betätigungskraft kapazitiv oder resistiv oder piezo elektrisch messenden Kraftsensor aufweist.
Lenkrad (12) aufweisend ein an dem Lenkrad (12) befestigtes Eingabegerät (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verwendung des Eingabegeräts (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelungseinrichtung.
Verfahren zur Eingabeverifizierung mit den Schritten: Bereitstellen eines Eingabegerät (10) aufweisend eine Eingabefläche (8), wenigstens eine erste Detektionseinrichtung (1), die ausgelegt ist, eine Berührung der Eingabefläche (8) und/oder eine Betätigung der Eingabefläche (8) zu detektieren, eine Auswerteinheit (3), die ausgelegt ist, bei Detektion einer Betätigung oder einer Berührung durch die erste Detektionseinrichtung (1) der Betätigung oder Berührung der Eingabefläche (8) des Eingabegeräts (10) eine Schalt- oder Steuerfunktion zuzuordnen, und eine zweite Detektionseinrichtung (2) mit einem die Eingabefläche erfassenden Detektionsbereich, die ausgelegt ist, eine Nicht-Berührung der Eingabefläche (8) zu detektieren: Detektion einer Berührung und/oder Betätigung der Eingabefläche (8) durch die erste Detektionseinrichtung (1); Verifizieren der Detektion der ersten Detektionseinrichtung (1) durch eine Detektion der zweiten Detektionseinrichtung (2), indem die Auswerteinheit ausgelegt ist, bei Detektion einer Nicht-Berührung durch die zweite Detektionseinrichtung (2) eine Zuordnung einer Schalt- oder Steuerfunktion auszuschließen.