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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkabine mit mindestens einer darin angeordneten Einbaukomponente und mindestens einer Sensorvorrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In modernen Verkehrsmitteln kann der Komfort für Passagiere und für Kabinenpersonal durch zahlreiche Merkmale verbessert werden. Neben einer raumoptimierten Gestaltung, einem ansprechenden Äußeren, einem niedrigen Betriebsgeräusch und anderen Dingen sind auch elektronische Funktionen besonders hervorzuheben. Diese umfassen insbesondere ein Bordunterhaltungssystem, das an jedem Passagiersitz einen Bildschirm und diverse Ein- und Ausgabefunktionen aufweist.
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Aus der
DE 10 2018 127 044 A1 ist bekannt, elektrische oder elektronische Funktionen an einem Verkleidungsbauteil in einem Flugzeug bereitzustellen, die über ein Druckverfahren integriert werden. Hierbei werden beispielsweise Leiterbahnen durch Aufdrucken eines leitenden Werkstoffs angebracht und elektronische Komponenten daran angeordnet. Ein Benutzer kann verschiedene Funktionen durch Interaktion mit den elektronischen Bauteilen steuern.
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Die bekannten Lösungen zur Realisierung von Steuervorrichtungen zum Steuern von elektronischen und elektrischen Geräten sind vergleichsweise starr und unflexibel und es werden stets verschiedene Entwurfsschritte durchgeführt, bis ein Entwurf fertiggestellt und anschließend für die Nutzung beispielsweise in einem Flugzeug zugelassen wird. Änderungen an einem solchen Design erfordert eine lange Vorlaufzeit und einen hohen Integrationsaufwand. Daraus resultiert ein vergleichsweise geringer Individualisierungsgrad, sodass sich recht ähnliche Gestaltungen bei unterschiedlichen Betreibern derartiger Verkehrsmittel wiederfinden lassen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist folglich die Aufgabe der Erfindung, eine alternative Sensorvorrichtung vorzuschlagen, die besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist und gleichzeitig eine bequeme Bedienung ermöglicht. Insbesondere bei der Verwendung der Sensorvorrichtung zur Steuerung von Funktionen in einer individuell angepassten Fahrzeugkabine sollte ermöglicht werden, die Individualisierung des Einbauortes, der Funktionalität und des Designs der Sensorvorrichtung auch zu einem sehr späten Zeitpunkt und insbesondere bis kurz vor dem tatsächlichen Einbau noch ändern zu können.
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Die Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
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Es wird eine Sensorvorrichtung vorgeschlagen, aufweisend eine Sensoreinheit mit einem Substrat, auf dem eine geometrische Form mittels einer elektrische leitfähigen Beschichtung aufgetragen ist, wobei die Form in mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte Segmente unterteilt ist, wobei die Segmente jeweils eine elektrische Anschlussleitung aufweisen, und eine Steuereinheit, die mit den Anschlussleitungen aller Segmente gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, eine Kapazität an den Segmenten zu erfassen, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, durch Erfassen geänderter Kapazitäten an den einzelnen Segmenten einen zumindest temporären Interaktionspunkt eines Fingers auf der Form zu ermitteln und eine Interaktionsdauer zu bestimmen und hieraus ein Steuersignal zu bilden und auszugeben.
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Die Sensorvorrichtung weist zur Realisierung ihrer Funktion zumindest zwei wesentliche Komponenten auf, die durch die Sensoreinheit und die Steuereinheit dargestellt sind. Die Sensoreinheit umfasst zunächst ein Substrat. Das Substrat ist bevorzugt elektrisch nicht leitfähig. Es könnte als eine Folie ausgeführt sein, die separat vorgesehen ist. Die Folie oder ein ähnliches Substrat kann auch Teil einer Einbaukomponente sein, an der die Sensorvorrichtung zu integrieren ist. Das Substrat könnte weiterhin auch als Wandung einer Einbaukomponente ausgeführt sein. Bevorzugt ist das Substrat jedoch flexibel und lässt sich an eine gewünschte Form anpassen. Die Stärke des Substrats könnte so gering gewählt sein, dass die Sensoreinheit wie ein Aufkleber auf eine Einbaukomponente angebracht werden könnte. Es ist denkbar, zum mechanischen Schutz eine transparente Schutzfolie auf die Sensoreinheit aufzubringen. Das Substrat selbst könnte ebenso transparent sein, jedoch sind auch lichtdurchlässige oder opake, eine bestimmte Farbgebung aufweisende Substrate denkbar.
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Auf dem Substrat ist eine geometrische Form aufgetragen. Diese könnte beispielsweise rund, abgerundet, kreisrund, oval, eckig, vieleckig oder anders ausgeformt sein. Die geometrische Form ist durch eine elektrische leitfähige Beschichtung durch Auftragen der Beschichtung auf dem Substrat realisiert. Die Form bildet dabei den Sensor, der von einem Finger eines Bedieners betätigbar ist.
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Die Form ist in mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte Segmente unterteilt. Die Segmente bilden folglich zusammen die geometrische Form aus. Abhängig von der gewünschten Funktion der Sensoreinheit, der gewünschten Rasterauflösung und der Größe der Form können mehr oder weniger Segmente vorgesehen sein.
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Die Segmente weisen jeweils eine elektrische Anschlussleitung auf, die ebenfalls jeweils durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung ausgebildet sein könnte. Es könnte sich dabei anbieten, dass die elektrischen Anschlussleitungen sich von den einzelnen Segmenten nach außen in voneinander abgewandte Richtungen hin erstrecken. Die elektrische Trennung der Segmente könnte durch Ausbilden eines Spalts, d.h. dem gezielten Auslassen der Beschichtung, zwischen den Segmenten erfolgen.
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Die Steuereinheit ist mit den Anschlussleitungen aller Segmente gekoppelt, um die Interaktion eines Benutzers mit den Segmenten erfassen zu können. Hierzu kann die Steuereinheit beispielsweise eine ausreichende Anzahl dedizierter Anschlüsse aufweisen, die jeweils ausschließlich und direkt mit jeweils einer elektrischen Anschlussleitung eines Segments verbunden sind. Es könnte sich allerdings auch anbieten, durch eine oder mehrere Schaltungen, mit der die Anschlussleitungen gekoppelt sind, mit einer geringeren Anzahl von Anschlüssen eine Erfassung vorzunehmen. Eine solche Schaltung könnte etwa eine Reihenschaltung mit mehreren Widerständen aufweisen, wobei eine Anschlussleitung mit einem Knotenpunkt der Schaltung, beispielsweise zwischen zwei Widerständen, verbunden sein kann.
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Die Aufgabe der Steuereinheit liegt darin, bevorzugt kontinuierlich eine momentane Kapazität an allen Segmenten zu erfassen. Die Kapazität ändert sich bei Berührung oder Annäherung eines Fingers an das betreffende Segment. Ein solches Ereignis wird im Rahmen der Erfindung als Interaktion bezeichnet. Die Annäherung kann sich etwa auf ein Annähern des Fingers bis auf wenige Zentimeter vor die geometrische Form beziehen. Die Sensoreinheit könnte allerdings auch mit einer Schutzfolie abgedeckt sein, sodass durch Auflegen des Fingers auf die Schutzfolie direkt vor der geometrischen Form eine Annäherung bis auf einen Bruchteil eines Millimeters stattfindet. Da die Kapazität durch Berühren oder Annähern geändert bleibt, solange der Finger sich relativ zu dem Segment nicht bewegt, kann die Steuereinheit aus einem Kapazitätsverlauf an allen Segmenten eine Interaktionsdauer des Benutzers mit dem entsprechenden Segment bestimmen. Des Weiteren ist die Steuereinheit auch dazu befähigt, den Ort der Interaktion zu bestimmen. Dies wird dadurch realisiert, dass die momentanen Kapazitäten sämtlicher Segmente ausgewertet werden, um aus der Menge erfasster Kapazitäten einzelne signifikante Kapazitätsänderungen zu detektieren, die mit der Interaktion von zugehörigen Segmenten assoziiert sind. Erfolgt beispielsweise nur an einem einzelnen Segment eine signifikante Kapazitätsveränderung, kann die Steuereinheit folglich daraus ableiten, dass sich der Finger des Benutzers ausschließlich an dem betreffenden Segment mit der Kapazitätsänderung befindet. Verändern sich auch die Kapazitäten benachbarter Segmente, kann hieraus die Position des Fingers oberhalb aller betroffenen Segmente bzw. einem davon umfassten geometrischen Mittelpunkt abgeleitet werden.
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Aus den Interaktionspunkten des Fingers und der Interaktionsdauer kann die Steuereinheit ein Steuersignal bilden und ausgeben. Das Steuersignal könnte beispielsweise ein einmaliges oder wiederkehrendes, etwa gepulstes, Signal sein, welches die Information des ermittelten Ortes umfasst und/oder einen von mehreren Steuerbefehlen aus einer Reihe von Steuerbefehlen. Diese könnten etwa das Erhöhen oder Senken eines Parameters umfassen, einen Wert eines Parameters aus einer vorgegebenen Menge von Werten, oder dergleichen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sensoreinheit kann eine besonders einfache, flache und leicht herzustellende sowie zu einem sehr späten Zeitpunkt in eine Umgebung integrierbare Sensorvorrichtung realisiert werden, die Benutzereingaben ermöglicht. Da die Sensoreinheit völlig bedarfsweise durch Drucken oder ein anderes Verfahren herstellbar ist, lässt es sich nach der Integration von größeren Einbaukomponenten in einer Kabine eines Luftfahrzeugs leicht ergänzen. Modifikationen an der Gestalt und der Funktion können zu einem sehr späten Zeitpunkt noch durchgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die geometrische Form kreisrund, wobei die Segmente in Umfangsrichtung aneinandergereiht sind. Es empfiehlt sich dabei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr voneinander getrennte Segmente vorzusehen. Die elektrischen Anschlussleitungen können sich dann von einem Mittelpunkt des Kreises radial nach außen erstrecken. Eine kreisrunde Form könnte beispielsweise einen drehbaren Regler symbolisieren, der zur Steuerung einer Helligkeit, einer Lautstärke, einer Leuchtfarbe, eines Titelfortschritts bei einer Medienwiedergabe oder anderen Merkmalen dient. Eine solche Form ist intuitiv bedienbar und weist eine ansprechende Gestalt auf. Die Aneinanderreihung in Umfangsrichtung könnte sich darauf beziehen, dass einzelne Segmente zumindest im Wesentlichen als Kreissektor ausgebildet sind. Zur elektrischen Isolierung sind in radialer Richtung verlaufende Spalte zwischen den einzelnen Segmenten vorgesehen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die einzelnen Segmente ausgehend von einer ausschließlich radialen Erstreckungsachse in Umfangsrichtung gekrümmt. Die Spalte zwischen den einzelnen Segmenten verlaufen folglich nicht radial, sondern sind mit dem oder gegen den Uhrzeigersinn gekrümmt. Dadurch kann eine Erfassung eines Interaktionspunktes in Radialrichtung verbessert werden.
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Dabei könnte es vorteilhaft sein, wenn die Steuereinheit auch dazu ausgebildet ist, eine Bewegung eines Fingers auf der geometrischen Form zu erkennen und hieraus eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit zu erfassen und als Steuersignal auszugeben. Dies kann bei der kontinuierlichen Erfassung momentaner Kapazitäten dadurch erreicht werden, dass eine Bewegung eines Fingers durch Erfassen von aufeinanderfolgenden Kapazitätsänderungen an benachbarten Segmenten detektiert wird. Durch die Reihenfolge der Kapazitätsänderungen kann folglich die Bewegungsrichtung bestimmt werden. Durch die zeitliche Abfolge der Kapazitätsänderungen kann eine Bewegungsgeschwindigkeit festgestellt werden.
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Ist die geometrische Form kreisrund kann die Bewegungsrichtung folglich die Drehrichtung umfassen. Weiterhin kann dann die Bewegungsgeschwindigkeit eine Drehgeschwindigkeit umfassen.
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Es ist vorteilhaft, wenn die elektrisch leitfähige Beschichtung mittels einer elektrisch leitfähigen Tinte realisiert ist. Die Tinte könnte beispielsweise elektrisch leitfähige Partikel aufweisen, die einem anfänglich flüssigen Trägerstoff, beispielsweise einem organischen Lösungsmittel oder Wasser, beigemischt sind, wobei sich der Träger nach dem Auftragen verflüchtigt bzw. verdunstet/trocknet. Die Partikel sollten dabei eine Konzentration aufweisen, die zur Bildung einer durchgehenden, leitfähigen Schicht führt. Das Aufdrucken der Beschichtung ist besonders einfach und flexibel, da völlig beliebige geometrische Formen herstellbar sind. Es ist überdies denkbar, den Druck mittels eines Tintenstrahlverfahrens durchzuführen, sodass auch komplexe geometrische Formen herstellbar sind.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform weist mindestens eine Reihenschaltung mit jeweils mindestens zwei elektrischen Widerständen auf, wobei aufeinanderfolgende Verbindungsstellen der Anschlussleitungen mit der mindestens einen Reihenschaltung jeweils durch einen Widerstand separiert sind. Durch die Verknüpfung der Anschlussleitungen mit der Reihenschaltung kann die Anzahl der Anschlüsse der Steuereinheit reduziert werden. Mehrere Anschlussleitungen können folglich mit einem Anschluss der Steuereinheit gekoppelt werden, indem sie jeweils durch einen Widerstand von einer angrenzenden Verknüpfungsstelle separiert sind. Bei identischem Aufbau einzelner Segmente kann eine Kapazitätsänderung eines Segments, das über einen ersten Widerstand mit dem Anschluss der Steuereinheit verbunden ist, von einer Kapazitätsänderung eines anderen Segments, das über einen zusätzlichen zweiten Widerstand mit der Steuereinheit gekoppelt ist, eindeutig unterschieden werden.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Widerstände der mindestens einen Reihenschaltung voneinander verschieden sind. Beispielsweise kann ein Widerstand der mindestens einen Reihenschaltung ein Vielfaches eines nachfolgenden Widerstands sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoreinheit genau eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf. Der Aufbau kann durch die vorangehend dargestellte Ausführung sehr einfach und kostengünstig realisiert sein und führt zu einem sehr flachen Aufbau der Sensorvorrichtung.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, aufweisend eine Fahrzeugkabine mit mindestens einer darin angeordneten Einbaukomponente und mindestens einer Sensorvorrichtung, die mit der mindestens einen Einbaukomponente gekoppelt ist. Die mindestens eine Einbaukomponente kann eine Verkleidung, einen Sitz oder eine an einem Sitz befestigte Komponente, ein Monument oder ähnliches umfassen. Die mindestens eine Sensorvorrichtung ist dann mechanisch an dieser mindestens einen Einbaukomponente angeordnet und kann von einem in der Fahrzeugkabine befindlichen Benutzer bedient werden. Eine elektrische Kopplung kann indes mit einer Einbaukomponente erfolgen, die elektrisch oder elektronisch arbeitet und Steuerbefehle aufnehmen kann, die durch die Sensorvorrichtung durch Interaktion eines Benutzers initiiert werden.
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Folglich ist in einer vorteilhaften Ausführungsform die mindestens eine Sensorvorrichtung mechanisch mit der mindestens einen Einbaukomponente verbunden, wobei die mindestens eine Einbaukomponente eine Wandung zum Aufnehmen der mindestens einen Sensorvorrichtung aufweist.
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Wie vorangehend dargelegt ist es besonders vorteilhaft, wenn die mindestens eine Sensorvorrichtung elektrisch mit der mindestens einen Einbaukomponente verbunden ist, wobei die mindestens eine Einbaukomponente eine elektrische oder elektronische Vorrichtung aufweist, die zum Empfangen von Steuersignalen der mindestens einen Sensorvorrichtung ausgebildet ist.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung.
- 3 zeigt eine weitere Sensorvorrichtung.
- 4 zeigt ein Flugzeug, in dem mindestens eine solche Sensorvorrichtung integriert ist.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sensoreinheit 2 mit einem Substrat 4, auf dem eine geometrische Form 6 mittels einer elektrisch leitfähigen Beschichtung aufgetragen ist. Die Beschichtung ist dabei insbesondere durch Verwendung einer elektrisch leitfähigen Tinte ausgeführt. Das Substrat 4 ist exemplarisch als eine Trägerfolie ausgeführt, die auf eine Wandung einer Einbaukomponente in einem Fahrzeug angeordnet werden kann, um dort von einem Benutzer bedient zu werden. Die geometrische Form 6 ist hier beispielhaft kreisrund.
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Die geometrische Form 6 ist in mehrere Segmente 8 unterteilt, welche als Kreissektoren ausgeführt und in Umfangsrichtung etwas gekrümmt sind. Zwischen den einzelnen Segmenten 8 sind Spalte 10 angeordnet, die zur elektrischen Isolierung der einzelnen Segmente 8 voneinander dienen.
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Alle Segmente 8 weisen jeweils eine Anschlussleitung 12 auf, die sich jeweils radial von dem betreffenden Segment 8 nach außen erstreckt. Die Anschlussleitungen 12 münden beispielhaft jeweils in einem Anschlussende 14, das mit einer Steuereinheit (hier nicht gezeigt) verbindbar ist. Durch Interaktion etwa eines Fingers eines Benutzers kann eine Änderung der elektrischen Kapazität erfolgen. Durch Auswertung einer insbesondere kontinuierlich erfassten elektrischen Kapazität an den Anschlussleitungen 12 kann demnach eine Berührung oder Annäherung eines Fingers eines Benutzers detektiert werden.
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Aufgrund der Verwendung mehrerer elektrisch voneinander isolierter Segmente 8 können Kapazitätsänderungen an einem oder auch mehreren Segmenten 8 detektiert werden. Damit ist möglich, einen Interaktionspunkt auf der Sensoreinheit 2 zu ermitteln.
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2 zeigt eine Sensorvorrichtung 16, die zusätzlich zu der Sensoreinheit 2 eine Steuereinheit 18 aufweist. Diese ist mit den Anschlussleitungen 12 der Sensoreinheit 2 verbunden, um die elektrischen Kapazitäten an den einzelnen Segmenten 8 zu erfassen. Wie in 3 dargestellt kann neben einer direkten Anbindung aller Segmente 8 an einzelnen Anschlüssen 20 auch eine Ankopplung mehrerer Segmente 8 mit demselben Anschluss durchgeführt werden. Die Steuereinheit 18 ist dazu ausgebildet, durch Erfassen geänderter Kapazitäten an den einzelnen Segmenten 8 einen zumindest temporären Interaktionspunkt eines Fingers auf der geometrischen Form 6 zu ermitteln und eine Interaktionsdauer zu bestimmen und hieraus ein Steuersignal zu bilden und auszugeben. Dies könnte etwa an einem Ausgang 22 bereitgestellt werden.
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Ein Benutzer könnte mit einem Finger die Sensoreinheit 2 beispielsweise an einem Interaktionspunkt 24 berühren, der zwei Segmente 8, die mit „C“ und „D“ gekennzeichnet sind, überlappt. Diese beiden Segmente 8 könnten mit einer signifikanten Kapazitätsänderung einhergehen, die von der Steuereinheit 18 festgestellt werden kann. Weiterhin könnten an den angrenzenden Segmenten 8, die mit „B“ und „E“ gekennzeichnet sind, etwas geringere Kapazitätsänderungen erfasst werden. Durch die Detektion von geänderten und unveränderten Kapazitäten ist die Steuereinheit 18 in der Lage, den Interaktionspunkt 24 recht genau zu bestimmen.
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Durch die kontinuierliche Erfassung der Kapazitäten ist es weiterhin möglich, eine Interaktionsdauer zu erfassen, eine Bewegung und/oder eine Geschwindigkeit. Die Sensorvorrichtung 16 ist damit in der Lage, auch komplexere Interaktionen zum Steuern eines elektronischen Geräts durchzuführen, wie etwa die Auswahl einer Lichtfarbe durch Berühren eines bestimmten Bereichs der geometrischen Form 6, das gezielte Erhöhen oder Senken eines Parameterwerts durch gezieltes Bewegen eines Fingers auf der geometrischen Form 6 und/oder das gezielte Anpassen einer Interaktionsdauer durch kurzes oder langes Berühren.
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3 zeigt eine Sensorvorrichtung 26, bei der jeweils zwei Segmente 8 über Zwischenwiderstände 28 mit der Steuereinheit 18 gekoppelt sind. Durch die Verwendung der Widerstände 28 kann die Steuereinheit 18 Kapazitätsänderungen den Segmenten zuordnen. Dadurch können Anschlüsse 20 gespart werden.
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4 zeigt schließlich ein Flugzeug 30 mit einer Flugzeugkabine 32, in der mehrere Einbaukomponenten und mindestens eine Sensorvorrichtung 16 bzw. 26 angeordnet sind.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Sensoreinheit
- 4
- Substrat
- 6
- geometrische Form
- 8
- Segment
- 10
- Spalt
- 12
- Anschlussleitung
- 14
- Anschlussende
- 16
- Sensorvorrichtung
- 18
- Steuereinheit
- 20
- Anschluss
- 22
- Ausgang
- 24
- Interaktionspunkt
- 26
- Sensorvorrichtung
- 28
- Widerstand
- 30
- Flugzeug
- 32
- Flugzeugkabine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018127044 A1 [0003]
