DE10342142A1 - Bedienelement mit frei programmierbarer Symbolik - Google Patents
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Abstract
Es wird vorgeschlagen, das Bild der darzustellenden Symbolik (12) durch ein Display (1, 1.1, 1.2), wie z. B. ein LCD, zu erzeugen und in die Innenseite eines Bedienelements (10), beispielsweise in das Knopfoberteil oder in eine Tastenkappe (11), zu projizieren. Um die Größe und Form der Taste (10) nicht durch das Display (1, 1.1, 1.2) zu beeinflussen, wird dieses im Inneren des Gehäuses des Bedienelements (10) angebracht. Das Bild der Symbolik (12) wird auf eine Bildebene z. B. in der Tastenkappe (11) projiziert und damit dem Betrachter sichtbar gemacht. Als Projektionsebene dient beispielsweise eine Streuschicht (4) für die Zwischenbildebene in der Tastenkappe (11), welche sowohl auf der Innenseite (11.1) oder auf der Außenseite der Tastenkappe (11) angebracht sein kann, das Material der Tastenkappe (11) selbst, oder ein beliebiges anderes Verfahren, welches es erlaubt, ein Zwischenbild in der Tastenkappe (11) zu erzeugen. Eine im Bedienelement (10) eingebundene Lichtquelle (2, 2.1, 2.2) dient vorrangig zur Hinterleuchtung des Displays (1, 1.1, 1.2).
Description
- Zur Aktivierung von Funktionen verschiedenster Art, ist der Einsatz von Bedienelementen, wie Schaltern, oder bei einer großen Anzahl von verschiedenen Funktionen, von ganzen Schalterleisten und Tastaturen verbreitet. Dies ist vor allem dann zweckmäßig, wenn nur wenige Funktionen, welche geschaltet werden sollen, vorhanden sind, oder wenn diese unmittelbar durch einen einzigen Handgriff zu schalten sein sollen oder müssen. Dies ist z.B. bei Not – Aus Schaltern oder bei Warnblinkschaltern im Kfz der Fall. Im Gegensatz dazu wird bei einer Vielzahl von zu schaltenden Funktionen die Tastatur zunehmend unübersichtlich und teuer. In der Regel werden bei solchen Schaltelementen die Tastenkappen selbst durch ein, der hinterlegten Funktion entsprechendes Symbol oder eine Aufschrift gekennzeichnet. Ein gängiges Verfahren zur Beschriftung von Tastenkappen zeigt die
DE 40 18 411 A1 auf. - Um das lineare Anwachsen der Tastenanzahl mit den zu betätigenden Funktionen zu vermeiden, gibt es eine Reihe von Ansätzen um eine Mehrfachbelegung von Tasten zu ermöglichen. So wurden Systeme mit einer reduzierten Tastenzahl und einer Menu-Steuerung, z.B. über einen Bildschirm entwickelt. Hierbei sind z.B. die Tasten um einen Bildschirm angeordnet. Die Funktionssymbole werden auf dem Bildschirm abgebildet und durch die entsprechende nächste Taste zu dem Symbol aktiviert.
- In weiteren Lösungsansätzen werden berührungsempfindliche Bildschirme eingesetzt, um die Trennung von Funktionselement und Symbol zu vermeiden (
DE 198 09 934 A1 ). Hierbei treten jedoch insbesondere unter ungünstigen Umgebungsbedingungen Probleme durch die Schädigung und Abnutzung der berührungsempfindlichen Fläche auf. Zudem ist durch die Verwendung eines Bildschirms die Gestaltung der Bedien- oder Tastatureinheit erheblich eingeschränkt. Dies ist vor allem ein wichtiges Kriterium in Kfz – Anwendungen, wo die Gestaltung des Fahrzeuginnenraums mit möglichst geringen Einschränkungen erfolgen soll. - Bekannt sind auch frei programmierte Bedienelemente, welche nur durch Nummern oder unspezifische Symbole gekennzeichnet sind. Diese Bedienelemente haben jedoch den Nachteil, dass sich ihre Funktion nicht aus ihrem Aussehen erschließen lässt. Auf diese Wei se lassen sich daher nur einige wenige Bedienelemente integrieren, die in der Regel vom Nutzer einmalig mit speziellen Sonderfunktionen belegt werden und dann fest einprogrammiert bleiben.
- Eine weitere Lösung für die Darstellung frei programmierbarer Symbole an einem Bedienelement besteht darin, ein LCD direkt in eine Taste einzubauen und z.B. mit einem transparenten Fenster abzudecken. Dies erlaubt auf der einen Seite eine programmierbare Symbolik, auf der anderen Seite wird das Design der Taste durch das Display vorgegeben. Es finden sich hierbei Lösungsansätze, bei welchen das Display fest in der Tastenkappe verankert ist und bei der Betätigung der Taste mit bewegt wird, sowie Ansätze mit einem fest stehendem Display, wobei der optische Abstand zwischen Display und Tastenkappe in manchen Fällen durch den Einsatz von Bildleitern verkürzt wird (JP- A- 060044857 A,
DE 100 08 670 C2 ). Die Bildleiter bestehen hierbei z.B. aus Bündeln von geordneten Glasfasern, welche verklebt oder verschmolzen sind und in die Form von geometrischen Elementen (z.B. Quader) geschnitten sind. Mit den Enden der Glasfasern auf eine Fläche aufgesetzt erzeugen sie ein Abbild der Fläche in der Bildebene, welche durch die gegenüberliegende Seite des Glasfaserbündels gegeben ist. Auch mit Hilfe solcher Bildleiter kann die Bildinformation nicht direkt in die Tastenkappe gebracht werden, da zwischen beweglicher Tastenkappe und Bildleiter ein Luftspalt verbleiben muss um die Bewegung der Tastenkappe bei Betätigung zu ermöglichen. Nachteilig ist, dass die Tasten aufgrund der Verwendung von zwangsweise ebenen Tastenkappen und dem direkten Blick auf das Display sehr klobig wirken und sich nicht an ein spezielles Design anpassen lassen. Kleine Tasten, deren Oberfläche nur unwesentlich größer als die aktive Fläche ist, sind nicht realisierbar, da aufgrund der erforderlichen Fläche für Anschlüsse und Leiterbahnen auf dem Glas die Glasfläche in der Regel deutlich größer als die aktive Fläche des Displays ist. Daher sind derartige Taten vor allem in industriellen Anwendungen zu finden, jedoch nicht im Kfz – Innenraum, wo gerade das Design eine hervorgehobene Rolle spielt. - Weiterhin bekannt ist aus der
DE 198 49 973 A1 eine Anzeigevorrichtung, mit einer steuerbaren Streuscheibe, welche von einer Steuereinrichtung gemäß den darzustellenden Informationen angesteuert wird. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bedienelement aufzuzeigen, welche eine veränderbare Symbolik aufweist und somit stets das der Funktionalität entsprechende Symbol oder Schriftzeichen (Piktogramm) angezeigt wird.
- Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
- Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Bild der darzustellenden Symbolik durch ein Display, wie z.B. ein LCD, zu erzeugen und in die Innenseite eines Bedienelements, beispielsweise in das Knopfoberteil oder in eine Tastenkappe direkt zu projizieren. Um die Größe und Form der Taste nicht durch das Display zu beeinflussen, wird dieses vorzugsweise im Inneren des Gehäuses des Bedienelements angebracht. Das Bild der Symbolik wird auf eine Bildebene z.B. in der Tastenkappe projiziert und damit dem Betrachter erkenntlich gemacht. Als Projektionsebene dient beispielsweise eine Streuschicht in der Tastenkappe, welche sowohl auf der Innenseite oder auf der Außenseite der Tastenkappe angebracht sein kann, das Material der Tastenkappe selbst, oder ein beliebiges anderes Verfahren, welches es erlaubt, ein Zwischenbild in der Tastenkappe zu erzeugen.
- Für eine gleichmäßige Ablesbarkeit der Tastensymbolik ist eine möglichst große Winkelverteilung erforderlich. Diese kann durch die Verteilung der Lichtquelle selbst, welche zur Hinterleuchtung des Displays eingesetzt wird, erreicht werden (eventuell mit Hilfe von optischen Elementen), oder aber durch eine lichtstreuende Schicht (Streuschicht) in der Taste. Bei Verwendung einer lichtstreuenden Schicht kann diese identisch mit der Projektionsschicht für die Zwischenbildebene oder aber durch eine zusätzliche Schicht oder eine Oberflächenstreuung realisiert sein.
- Durch diesen Aufbau werden Bedienelemente geschaffen, welche eine veränderbare Symbolik durch freie Programmierbarkeit aufweisen, wozu das Display individuell angesteuert wird. Es kann auf ein zusätzliches Anzeigeelement verzichtet werden, da die Belegung der Bedienelemente selbsterklärend ist. Gleichzeitig kann die Zahl der Bedienelemente erheblich reduziert werden, da je nach Menu-Ebene die Bedienelemente unterschiedliche Funktionalität aufweisen.
- Zudem erlaubt das vorgeschlagene System, speziell für den Einsatz im Kfz, die Bedienelemente dem Wunsche eines Designer entsprechend darzustellen. Die Oberfläche z.B. der Tasten kann hierbei dem Design des Fahrzeuginnenraums entsprechend genarbt und gekrümmt sein. Zudem ist die erforderliche Größe der Tastenkappe im wesentlichen durch die maximal darstellbare Symbolgröße vorgegeben und nicht durch die Abmessung des bilderzeugenden Elements. Durch die Wahl eines schwarz – transparenten Materials für die Taste oder die Projektionsschicht kann ein dunkles Erscheinungsbild im Auflicht erreicht werden. Dies erlaubt es z.B. einen geringen optischen Unterschied zwischen den frei programmierbaren Tasten und Tasten in Lack- und Laser – Technik zu erreichen.
- Durch die Darstellung der Symbolik auf einer Zwischenbildebene in der Taste/im Knopf werden die bilderzeugende Ebene des Displays und die Beobachtungsebene des Betrach ters räumlich getrennt. Um diesen Abstand ohne Verlust an Auflösung des Displays zu überbrücken, gibt es mehrere Lösungsansätze.
- Anhand einiger Ausführungsbeispiele mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt
-
1 eine erste Ausführung eines Bedienelements in Schnittdarstellung, -
2 eine zweite Ausführung des Bedienelements in Schnittdarstellung, -
3 eine dritte Ausführung des Bedienelements in Schnittdarstellung. - Mit
10 ist in allen1 bis3 ein Bedienelement, hier eine Taste mit einer Tastenkappe11 gekennzeichnet, welcher eine Symbolik12 von hinten hinein projiziert und damit dem Betrachter von vorne sichtbar gemacht wird. - In einer ersten Ausführung nach
1 weist das Bedienelement10 als Hinterleuchtung für ein im hier angedeuteten Gehäuse10.1 des Bedienelements10 eingebundenes Display1 eine Lichtquelle2 , hier eine näherungsweise punktförmige Lichtquelle2.1 , auf, welche z.B. durch einen LED Chip dargestellt werden kann. Mit Hilfe eines vor der Lichtquelle2.1 befindliches optischen Systems3 wird ein paralleles Lichtbündel a' aus dem emittierten Licht a der Lichtquelle2.1 erzeugt. Dies kann z.B. mit Hilfe einer Linse3.1 , in deren Brennpunkt3.1.1 die Lichtquelle2.1 positioniert wird, geschehen, oder mit einem nicht näher dargestellten Reflektor, welcher in der Art geformt ist, dass das austretende Licht parallel gebündelt ist. Zur Erreichung der parallelen Abstrahlung können zudem Elemente aus Linsen3.1 , Reflektoren und Blenden kombiniert werden. - Alternativ besteht die Möglichkeit, die optischen Elemente
3 ganz oder teilweise in die Lichtquelle2.1 zu integrierten, z.B. in Form von Lichtquellen mit eingebautem Reflektor oder LEDs mit Linse. - Die Lichtquelle
2.1 mit den zugehörigen optischen Elementen3 ist hinter das Display1 positioniert, bei welchem es sich z.B. um ein transmissives LCD1.1 handelt. Das Display1.1 wirkt hier als Transmissionsfilter, welches nur im Bereich der in die Tastenkappe11 zu projizierende (gewünschten) Symbolik12 Licht a'' durchlässt, in anderen Bereichen hingegen das Licht absorbiert. Durch die parallele Hinterleuchtung kann durch Anbringen einer Streuschicht4 in beliebiger Entfernung vor dem Display1 ein reales Zwischenbild erzeugt werden. - In der Anwendung ist häufig ein exakt paralleles Lichtbündel a' nicht realisierbar. Daher wird die Auflösung der Symbolik
12 mit zunehmendem Abstand zwischen Display1 und Zwischenbildebene im Bedienelement10 abnehmen. Der maximal zulässige Abstand zwischen Tasteninnenseite11.1 und Display1 ist daher durch die Auflösung des Displays1 , die erforderliche Auflösung des dargestellten Symbols12 und die verbleibende Divergenz des Lichtbündels a'' gegeben. - Im Falle einer einfachen Linse
3.1 nach1 ergibt sich die Divergenz des Lichts mittels einfacher geometrischer Überlegungen aus der Größe der Lichtquelle2.1 und der Brennweite der Linse3.1 . Eine Reduzierung der Divergenz und damit der Strahlaufweitung zwischen Display1 und Tastenkappe11 kann durch den Einsatz eines transparenten Lichtsteins (hier nicht näher dargestellt) mit möglichst hohem Brechungsindex erreicht werden. - Da in dem vorgesehenen Aufbau das gesamte Licht a'' parallel auf die Tasteninnenseite
11.1 trifft, ist eine sehr gut streuende Schicht4 in der Tastenkappe11 vorgesehen, um eine homogene Lichtverteilung der Abstrahlung auf der Tastenkappe11 zu erreichen. Andererseits ist es jedoch auch möglich, z.B. durch Einsatz einer speziellen Folie zur Lichtablenkung, das gesamte Licht in einen kleinen Raumwinkelbereich, wie dem Blickwinkelbereich des Fahrers eines Kfz, abzulenken. - In einer weiteren bevorzugten Ausführung nach
2 wird ein reales Bild des Displays1 mit Hilfe einer Linsenoptik3.2 in die Tastenkappe11 projiziert. Hierzu befindet sich mindestens eine Linse3.2 zwischen Display1 und Tastenkappe11 . Der Abstand der realen Zwischenbildebene in der Tastenkappe11 und dem Display1 beträgt mindestens die vierfache Brennweite dieser Linse3.2 . In dieser Ausführung sind Display1 , Linse3.2 und Tastenkappe11 so angeordnet, dass gerade eine Abbildung der Bildebene des Displays1 auf der Streuschicht4 in der Tastenkappe11 erreicht wird. - Wahlweise kann auch ein optischer Aufbau mit z.B. mehr als einer Linse
3.2 gewählt werden, um die Abbildung zu verbessern, oder höhere Lichtstärken auf der Tastenkappe11 zu erreichen. Die Divergenz des Lichts in der bilderzeugenden Ebene spielt hierdurch keine Rolle mehr für die Auflösung, welche auf der Tastenkappe11 erreicht werden kann. Dies erlaubt es, großflächige Lichtquellen2.2 einzusetzen, oder aber selbstleuchtende Displays1.2 zu verwenden um das Symbol12 zu erzeugen. - Allerdings kann für ein transmissives Display
1.1 auch ein Aufbau ähnlich wie der in1 verwendet werden, um eine geringere Divergenz des Lichtes zu erzeugen. Hierdurch wird erreicht, dass alles Licht a', welches durch das Display1.1 tritt, auch auf die Abbildungslinse3.2 trifft und auf die Zwischenbildebene (Streuschicht4 ) der Tastenkappe11 fokussiert wird. - Durch den optischen Aufbau nach
2 kann auch eine vergrößernde oder verkleinernde Abbildung in der Tastenkappe11 realisiert werden. Dies erlaubt es, z.B. mit sehr kleinen hochauflösenden Displays zu arbeiten, oder aber größere Displays mit geringerer Auflösung zu verwenden und die gewünschte Auflösung auf der Tastenkappe11 über eine verkleinernde Abbildung zu erzielen. - Aufgrund des erheblichen Abstands zwischen Tastenkappe
11 und Display1 erlaubt dieser Aufbau auch die Lichtquelle2 zwischen Tastenkappe11 und Display1 zu positionieren und ein reflektives Display zu benutzen (nicht näher dargestellt). Dies ermöglicht, die besonderen Eigenschaften von reflektiven Displays, wie z.B. sehr hohen Kontrast zu nutzen. Als reflektive Displays können auch Module aus Mikrospiegeln eingesetzt werden, wobei das Umschalten eines Bildpunkts zwischen aktiven und passiven Zustand durch kippen des zugehörigen Spiegels realisiert wird. - In einer dritten bevorzugten Ausführungsform nach
3 wird das Bild des Displays1 unter Verwendung von faseroptischen Bildleitern6 zwischen der bilderzeugenden Ebene des Displays1 und der Zwischenbildebene4 in der Tastenkappe11 übertragen. Die faseroptischen Bildleiter6 bestehen hierbei aus geordneten Bündeln von Lichtleitfasern aus Glas oder Kunststoff, welche eine punktgenaue Bildübertragung zwischen beiden Enden gewährleisten. Die faseroptische Bildleiter6 können hierbei in Form von Bildstäben6.1 , bei welchen die Einzelfasern fest verbunden sind, oder aber auch in Form von flexiblen Faserbündeln, bei welchen nur die Enden fixiert sind, eingesetzt werden. - Um die Beweglichkeit der Taste
10 für einen Tastenhub zu ermöglichen, kann bei Verwendung beispielsweise des Bildleiters6 nach3 ein Abstand vorgesehen werden. Dieser kann dadurch geschehen, dass der Bildleiter6 auf der Streuschicht4 der Zwischenbildebene oder der Tasteninnenseite11.1 aufsitzt und mitbewegt wird. In diesem Fall muss ein Abstand zwischen feststehender bilderzeugender Ebene und bewegtem Bildleiter6 vorgesehen werden, um die Tastenbewegung zu erlauben. Alternativ kann der Bildleiter6 feststehend direkt auf das Display1 aufgesetzt werden. In diesem Fall wird der Abstand zwischen Tasteninnenseite11.1 und Bildleiteroberfläche eingehalten. Durch den Spalt zwischen Bildleiter6 und Tasteninnenseite11.1 , oder zwischen Display1 und Bildleiter6 kann es zu einer Verschlechterung der Auflösung in der Zwischenbildebene der Abbildung durch die Divergenz des Lichtes kommen. In diesem Fall hat es sich als besonders sinnvoll erwiesen, ein transmissives Display1 zu benutzen, welches mit möglichst parallelem Licht hinterleuchtet wird, ähnlich wie in der ersten bevorzugten Ausführung nach1 . - Der Aufbau kann jedoch auch ohne Abstand zwischen Tasteninnenseite
11.1 , Bildleiter6 und Display1 realisiert werden. Hierzu kann das Display1 zusammen mit der Tastenkappe11 und dem Bildleiter6 bewegt werden, wobei sich der Abstand zwischen Display1 und Lichtquelle2 ändert, oder auch diese mitbewegt wird und der optische Aufbau nicht durch die Bewegung der Taste beeinflußt wird. - Der Tastenhub kann jedoch auch bei feststehendem Display
1 unter Verwendung eines flexiblen Faserbündels (nicht näher dargestellt) ohne Abstand zwischen Tasteninnenseite11.1 , Bildbündel6 und Display1 ausgeglichen werden, wenn das Faserbündel so eingebaut wird, dass dieses durch seine Bewegung die Abstandsänderung zwischen Tastenkappe10.1.1 und Display1 während der Betätigung der Taste ausgleichen kann. - Wird der optische Aufbau ohne Abstand zwischen Tasteninnenseite
11.1 , Bildleiter6 und Display1 realisiert, so kann wiederum ein transmissives Display1.1 mit diffuser oder großflächiger Beleuchtung eingesetzt werden, oder aber ein selbstleuchtendes Display1.2 . - Es versteht sich, dass der vorgeschlagene Aufbau auch auf ein Bedienelement mit Drehknopf etc. übertragen werden kann, wobei ein Tastenhub nur dann berücksichtigt wird, wenn es sich um einen Dreh-/Druckschalter etc. handelt.
Claims (12)
- Bedienelement (
10 ) mit einer frei programmierbaren Symbolik (12 ), die durch ein ansteuerbares Display (1 ,1.1 ,1.2 ) als Bild erzeugt, auf eine Bildebene im Bedienelement (10 ) direkt ins Knopfoberteil und/oder in eine Tastenkappe (11 ) von hinten projiziert und für einem Betrachter des Bedienelements (10 ) von vorne sichtbar gemacht wird, wobei das Display (1 ,1.1 ,1.2 ) beabstandet vom Knopfoberteil und/oder einer Tastenkappe (11 ) im Gehäuse (10.1 ) des Bedienelements angebracht ist. - Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streuschicht (
4 ) im Knopfoberteil und/oder in der Tastenkappe (11 ) eingebunden ist, welche auf der Innenseite oder auf der Außenseite im Knopfoberteil und/oder in der Tastenkappe (11 ) angebracht ist. - Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (
2 ,2.1 ,2.2 ) zur Hinterleuchtung des Displays (1 ,1.1 ,1.2 ) eingesetzt wird. - Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (
2 ) zwischen dem Display (1 ) und dem Knopfoberteil und/oder der Tastenkappe (11 ) positioniert ist. - Bedienelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (
2 ,2.1 ,2.2 ) und dem Display (1 ,1.1 ,1.2 ) und/oder zwischen dem Display (1 ,1.1 ,1.2 ) und dem Knopfoberteil und/oder der Tastenkappe (11 ) wenigstens ein optisches Element (3 ,3.1 ,3.2 ) eingebunden ist. - Bedienelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (
3 ,3.1 ) ganz oder teilweise in der Lichtquelle (2 ) integriert ist. - Bedienelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (
2 ,2.1 ,2.2 ) punktförmig oder großflächig ist. - Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstein zwischen Display (
1 ,1.1 ,1.2 ) und dem Knopfoberteil und/oder der Tastenkappe (11 ) eingebracht ist. - Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Display (
1 ,1.1 ,1.2 ) und dem Knopfoberteil und/oder der Tastenkappe (11 ) ein faseroptischer Bildleiter (6 ) angebracht ist. - Bedienelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildleiter (
6 ) aus geordneten Bündeln von Lichtleitfasern aus Glas oder Kunststoff in Form von Bildstäben (6.1 ) besteht. - Bedienelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildleiter (
6 ) ein flexibles Faserbündel ist. - Bedienelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (
1 ,1.1 ,1.2 ) ein transmissives, ein reflektierendes oder selbstleuchtendes LCD ist.
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