DE19754192B4 - Schaltsystem mit einer Auswerteeinrichtung - Google Patents

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Abstract

Schaltsystem mit einer Auswerteeinrichtung (25), welche ein Ausgangssignal gibt, welches von der Zustandsänderung des Lichtstroms mindestens eines Lichtleiters (10, 11) abhängt, der die Auswerteeinrichtung (25) mit einer Meldeeinrichtung (22, 8) verbindet, wobei die Lichtstromänderung durch insbesondere manuelle Manipulation in der Meldeeinrichtung (8, 22) geschieht, und die Auswerteeinrichtung mit einem Festkörperbildsensor (25) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperbildsensor (25) durch einen matrixförmig arbeitenden CCD-Flächensensor gebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltsystem mit einer Auswerteeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
  • Ein derartiges System ist in der DE 197 35 476 A1 beschrieben. In dieser Anmeldung wird in der Auswerteeinrichtung zum Erkennen des über den Lichtleiter gelangenden Lichtstroms regelmäßig eine Fotodiode verwendet. Zum Erkennen mehrerer Zustände ist somit eine ganze Reihe von Fotodioden an vorgegebenen Stellen anzuordnen, deren Ausgangssignal dann bewertet wird, wobei die Bewertung einen Rückschluss auf die Art der Betätigung der Meldeeinrichtung (Tasten) zulässt.
  • Aus der DE 38 03 529 A1 ist ein optischer Sensor mit einem Sensorschaltkreis bekannt, in dem die zugeordneten Teile optisch miteinander gekoppelt sind.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auswertung des Schaltsystems zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Schaltsystem gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
  • Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, statt Fotodioden in dem Schaltsystem zur Auswertung einen Festkörper-Bildsensor zu verwenden. Derartige Sensoren sind beispielsweise in Naumann/Schröder, "Bauelemente der Optik", 6. Auflage, Karl-Hanser-Verlag München in Kapitel 19.4 auf Seite 554 ff. beschrieben.
  • Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Auswertung sehr fein programmierbar ist und dass trotz unterschiedlicher Programme stets der gleiche Empfänger verwendet werden kann. Es ist also bei Änderungen in der Meldeeinrichtung oder in der Bewertung der Betätigung der Meldeeinrichtung nicht notwendig, den Aufbau des empfangenden Sensors zu ändern. Vielmehr lässt sich dies durch eine Änderung in der Bewertung des Empfangsergebnisses bewirken. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Einrichtung sehr viel weniger toleranzempfindlich und besitzt einen preiswerten mechanischen Aufbau. Erfindungsgemäß können auch komplizierte Schaltvorgänge in der Meldeeinrichtung einfach bewertet werden. Es können somit die Ergebnisse zweidimensional ausgewertet werden, so dass beispielsweise die Betätigung eines Schalthebels in unterschiedlichen Richtungen bewertet werden kann.
  • In entsprechender Weise lässt sich aber auch die Merkmalskombination nach Anspruch 2 einsetzen. Dabei sind zwar die einzelnen Zeilen nur zur Bewertung in einer einzigen Schaltrichtung geeignet. Durch paralleles Anordnen derartiger Zeilen ist es aber auch möglich, in einer zweiten Schaltrichtung die Betätigung der Meldeeinrichtung zu bewerten.
  • Um nun das Ergebnis der Empfangseinrichtung hinsichtlich der ursächlichen Betätigung der Meldeeinrichtung deuten zu können, empfiehlt sich in Weiterbildung die Merkmalskombination nach Anspruch 3. Eine derartige Bewertungseinrichtung wird in der Regel mit einem Speicher versehen sein, in der die verschiedenen Empfangsergebnisse definierten Zustandsänderungen bzw. Zuständen der Meldeeinrichtung zugeordnet sind. Damit lässt sich von dem empfangenen Bild auf. dem Sensor auf die Schaltstellungen innerhalb der Meldeeinrichtung schließen. Dabei bleibt es gleichgültig, ob es sich um einen Umschalt- oder einen Tastvorgang handelt. In beiden Fällen ist eine Bewertung möglich. Da die Tastvorgänge oft sehr schnell bewertet werden müssen, bzw. das Bewertungsergebnis schnell zur Verfügung stehen soll, wird man in der Bewertungseinrichtung vorzugsweise neben dem Speicher noch einen Mikrorechner einsetzen. Dieser Rechner kann darüber hinaus noch aufgrund der gefundenen Schaltzustände in der Meldeeinrichtung Befehle auslösen, die die durch die Betätigung der Meldeeinrichtung gewünschten Funktionen in Gang setzen. Dies kann die Einschaltung von Geräten in einem Kraftfahrzeug sein, beispielsweise bestimmte Wischerfunktionen oder Lichtfunktionen.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es aber nicht notwendig, dass die ausgewerteten Signale ausschließlich auf fotoelektrischen Strömen beruhen, die durch Lichtleiter geschickt werden. Vielmehr kann in der Auswerteeinrichtung auch parallel der Zustand eines zur Meldeeinrichtung gehörenden Schaltgliedes berücksichtigt werden, dessen Signal über eine übliche elektrische Stromleitung mit dem Rechner verbunden ist. Hierzu empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 4.
  • Hinsichtlich der Meldeeinrichtung können unterschiedliche, vorzugsweise manuelle Betätigungsvorgänge zur Änderung des Lichtstroms auf dem erfindungsgemäßen Bildsensor führen. Zum einen kann der Lichtstrom innerhalb eines Lichtstrom führenden Lichtleiters unterbrochen werden. Hierzu wird eine Lichtschranke angewendet, die wie die entsprechende Merkmalskombination nach Anspruch 6 durch eine Blende oder einen Shutter wahlweise den Lichtstrom unterbricht. Im Prinzip ist dies auch in Stufen möglich, so dass die Intensität der übertragenen Lichtstrahlung ebenfalls ein Maß für die Beeinflussung des Lichtstroms durch die Meldeeinrichtung und damit den Schaltzustand der Meldeeinrichtung darstellen kann. In der Regel wird man aber nur die Zustände ein/aus bewerten, da sich die schrittweise Änderung der Größe des Lichtstroms schwerer auswerten lässt und leichter Störeinflüssen unterliegt. Die andere Möglichkeit, die in Weiterbildung der Erfindung vorgegeben wird, besteht darin, den aus dem Ende des Lichtleiters heraustretenden Lichtstrom in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Meldeeinrichtung auf unterschiedliche Punkte einer Sensorzeile bzw. einer Sensormatrix zu lenken.
  • Eine besonders einfache Betätigung der Lichtschranke ergibt sich nach der Merkmalskombination nach Anspruch 7. Die Blende wird man dabei derart ausgestalten, dass sie wie ein Shutter entweder den Lichtstrom optimal durchlässt oder aber den Lichtstrom weitgehend unterbricht. Mit einer derartigen Konstruktion lässt sich auch leicht auf der Seite der Meldeeinrichtung ein Schaltknopf in einem Schalthebel eines Schalters verwirklichen, wie in Anspruch 8 aufgeführt ist.
  • Will man bei einem mit Lichtleitern arbeitenden Hebelschalter die Schaltstellung des Hebels zweidimensional auswerten, so empfiehlt sich in Weiterbildung die Merkmalskombination nach Anspruch 9. Dabei wird man in der Regel, um schwer identifizierbare Zwischenstellungen auszuschließen, Raststellungen in dem Schalter vorsehen, die die augenblickliche Lage des Schalthebels eindeutig angeben.
  • Der Lichtleiter muss dabei nicht unbedingt ein Faserlichtleiter sein. Er kann auch zumindest abschnittsweise als Kunststoffteil ausgearbeitet sein, solange sichergestellt ist, dass auch ein starrer Lichtleiter die Aufgabe hinreichend erfüllt.
  • Um in Abhängigkeit von der zweidimensionalen Lageänderung der Meldeeinrichtung einen entsprechenden Punkt auf der zweidimensionalen Sensormatrix zu beleuchten, wie dies beispielsweise bei einem zweidimensionalen Hebelschalter der Fall ist, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 9. Im Prinzip wird dabei der mit dem Lichtleiter versehene Hebel bzw. dessen Verlängerung mit dem freien abstrahlenden Ende des Lichtleiters versehen, so dass ein Abbild der Lage des Hebels auf der Sensormatrix mittels des austretenden Lichtstroms beleuchtet bzw. mit Lichtstrom markiert wird.
  • Soweit die Lichtleiter bewegt werden, andererseits aber der Stromanschluss ortsfest bzw. fahrzeugfest ist, muss dafür gesorgt werden, dass entweder der Strom einer sich mit dem Lichtleiter bewegenden Lichtquelle (LED) zugeführt wird, oder aber die Lichtquelle ebenfalls ortsfest gehalten wird und der Lichtstrom in den sich bewegenden Lichtleiter eingekoppelt wird. Hierzu macht Anspruch 10 geeignete Vorschläge.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
  • 1 in Schnittdarstellung einen in zwei Dimensionen betätigbaren Hebelschalter, wie er z.B. als Lenkstockschalter in Kraftfahrzeugen einsetzbar ist; und
  • 2 eine zur Auswertung der Hebellage dienende Sensormatrix.
  • 1 zeigt eine Leiterplatte 1, über welche die zur Stromversorgung des Schalters dienenden Ströme sowie die von dem Schalter abgegebenen Signale geführt werden können. Der mit der Leiterplatte 1 verbundene erste Gehäuseteil 3 des Schalters nimmt eine Lichtquelle 4 in. Form einer LED auf, die während des Betriebs des Fahrzeugs ununterbrochen mit Strom versorgt wird. Der erste Gehäuseteil 3 dient zusammen mit einem zweiten Gehäuseteil 5 als Kugelschalenlagerung für ein Kugelgelenk, wobei die Gelenkkugel Teil eines Schalthebels 8 ist.
  • Der Schalthebel 8 ist sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung gleichzeitig verstellbar, so dass sich ein zweidimensionales Schaltfeld ergibt. Mit Hilfe einer an sich bekannten Rasteinrichtung sind mit dem Schalthebel definierte Schaltpunkte in der Schaltebene einstellbar, die bestimmten Matrixpunkten in der Schaltebene entsprechen. Insofern entspricht der Schalter den bekannten Lenkstockanordnungen, bei denen der Schalthebel in zwei Ebenen verstellbar ist.
  • Für die Erfindung wesentlich ist nun, daß in den Schalthebel 8 ein erster Lichtleiter 10 und ein zweiter Lichtleiter 11 eingefügt sind. Die ersten Enden 12 der beiden Lichtleiter werden von der Lichtquelle 4 gespeist, die während des Betriebs des Fahrzeuges ständig eingeschaltet ist. Da die Lichtleiter 10, 11 sich mit dem Schalthebel 8 bewegen, erfolgt die Einkoppelung über zwei gegeneinander bewegbare Koppelelemente 13, 14, wobei das Koppelelement 13 ortsfest ist, während sich das Koppelelement 14 mit der Gelenkkugel 7 bewegt. Die Kugelelemente besitzen zueinander zugewandte sphärische Flächen, so daß ein optimaler Lichtübertritt gewährleistet ist.
  • Der erste Lichtleiter 10 ist von seinem Einkoppelende 12 über eine Schleife 15 aus der Gelenkkugel 7 über den Schalthebel 8 zurück über die Gelenkkugel 7 zu seinem Auskoppelende 16 geführt, das das freie Ende dieses Lichtleiters darstellt. Der zweite Lichtleiter 11 ist von seinem Einkoppelende 12 über einen Hebelansatz 18 zu seinem Auskoppelende 19 geführt. Die Schleife 15 besitzt eine Lichtschranke 20, die durch eine Trennstelle im ersten Lichtleiter 10 gebildet ist, in welchem eine Blende 22 wahlweise eintauchen kann. Die Blende stellt einen Ansatz an einem Schaltknopf 23 dar, welcher unter Vorspannung einer Feder 24 innerhalb des Schalthebels 8 längsverschieblich ist. Die beiden Auskoppelenden 16,9 weisen auf einen optischen Festkörper-Bild-Sensor 25, der in Frontansicht auch in 2 symbolisch dargestellt ist. Weiterhin kann über die Auskoppelenden 16, 19 ein Lichtpunkt auf dem als CCD-Sensor ausgestalteten Bildsensor 25 abgebildet werden, der aus der von den Enden 16, 19 abgehenden Strahlung resultiert. Die Lichtpunkte sind unterschiedlich. Während der dem Auskoppelende 16 zugeordnete Lichtpunkt 27 wegen des ortsfesten Auskoppelendes 16 sich ebenfalls nicht bewegt, ist der Lichtpunkt 28 entsprechend der matrixförmigen Beweglichkeit des Schalthebels 8 ebenfalls in einer Matrix bewegbar. Somit läßt sich der unbewegliche Bildpunkt 27 durch die Blende 22 ein- und ausschalten, während der matrixförmig bewegliche Bildpunkt 28 ständig leuchtet (2).
  • Mit Hilfe der in 1 und 2 dargestellten Anordnung läßt sich die Arbeitsweise eines Lichtschalters für ein Kfz. nachbilden, wobei hinsichtlich der nicht dargestellten Auswerteeinrichtung noch ein Signal Ein-Aus-Schalter hinzugefügt wird, welches besagt, ob die Beleuchtung insgesamt eingeschaltet oder ausgeschaltet sein soll.
  • Damit läßt sich den einzelnen Punkten der Sensormatrix 25 eine einfache Bewertung zuordnen, welche Lichter aufgrund der Stellung des Hebels 8 und des nicht dargestellten Ein-/Aus-Schalters bedient werden sollen. Die Zeilen der Matrix entsprechen von unten nach oben den Werten Lichthupe, Abblendlicht, Fernlicht. Befindet sich also der Lichtpunkt 28 auf einer der drei Zeilen, so wird das entsprechende Licht eingeschaltet, es sei denn, der Ein-/Ausschalter ist ausgeschaltet und keiner dieser drei Beleuchtungsarten findet statt. Die linke erste Spalte und die rechte dritte Spalte der Matrix 25 sind den Blinkern zugeordnet, so daß ein in der ersten Spalte stehender Lichtpunkt unabhängig von der jeweiligen Zeile zu einem Blinken links führt, während ein in der dritten Spalte stehender Lichtpunkt 28 unabhängig von der Zeile zu einem Blinken rechts führt.
  • Der Lichtpunkt 27 ist einer Schaltfunktion im Hebel (z.B. Setzen einer Geschwindigkeit bei Tempomateinrichtung im Hebel) zugeordnet, wobei diese Funktion ebenso wie die Blinker unabhängig von der Stellung des Ein-/Ausschalters in Betrieb gesetzt wird. Wie aus 2 ersichtlich, wurde der Lichtpunkt 28 zwischen zwei Spalten der Matrix angeordnet, um den Einfluß dieses Lichtpunkts auf die Matrixflächen der ersten Zeile herabzusetzen.
  • Der Lichtpunkt befindet sich in der gezeichneten Stellung quasi in einer Ausgangsposition → es ist das Matrixfeld Blinken aus (= Spalte "O") und Abblendlicht.
  • Die mechanischen Rastpositionen bzw. Endanschläge müssen natürlich so gelegt werden, daß die Lichtpunkt möglichst im Zentrum der entsprechenden Matrix-Felder zum Stehen kommt, um Fehlfunktionen zu verhindern.
  • Bei entsprechend kleinem Abstand zwischen Lichtleiter-Austrittsöffnung und Sensor-Oberfläche ist der Lichtpunkt so scharf gebündelt, daß eine Beeinflussung angrenzender Matrixfelder verhindert wird.
  • Es ist durchaus nicht notwendig, daß es sich bei den Lichtleitern um Faserlichtleiter handelt. Soweit diese nicht bewegt werden, bewegt wird der zwischen der Gelenkkugel 7 und dem Auskoppelende 16 liegende Abschnitt des Lichtleiters 10, können diese auch in Form von starren Lichtleitern, etwa in Form von Kunststoffteilen ausgeführt sein.

Claims (10)

  1. Schaltsystem mit einer Auswerteeinrichtung (25), welche ein Ausgangssignal gibt, welches von der Zustandsänderung des Lichtstroms mindestens eines Lichtleiters (10, 11) abhängt, der die Auswerteeinrichtung (25) mit einer Meldeeinrichtung (22, 8) verbindet, wobei die Lichtstromänderung durch insbesondere manuelle Manipulation in der Meldeeinrichtung (8, 22) geschieht, und die Auswerteeinrichtung mit einem Festkörperbildsensor (25) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperbildsensor (25) durch einen matrixförmig arbeitenden CCD-Flächensensor gebildet ist.
  2. Schaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenbildsensor durch mehrere nebeneinander angeordnete Zeilensensoren oder deren Kombination mit einem Matrixsensor gebildet ist.
  3. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung mit einer Bewertungseinrichtung versehen ist, die in Abhängigkeit von der Lage und der Verteilung der bestrahlten Bezirke auf dem Festkörperbildsensor die Zustandsänderung der Meldeeinrichtung (8, 22) bestimmt.
  4. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung durch die Bewertungseinrichtung (25) in Abhängigkeit von mindestens einem zusätzlichen, durch die Meldeeinrichtung ausgelösten Signal (An-/Aus-Schalter) geschieht, welches auf nicht optischem, oder elektrischem Weg übertragen wird.
  5. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinrichtung mit einem Speicher versehen ist, in welchem die vorgegebenen Zustände der Meldeeinrichtung (8, 22) entsprechend den Signalverteilungen gespeichert sind, welche von der Meldeeinrichtung (8, 22) der Bewertungseinrichtung (25) zugeführt werden.
  6. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meldeeinrichtung (8, 22) mit mindestens einem einen Lichtstrom in einem Lichtleiter (10) wahlweise unterbrechenden Unterbrecher (22) und/oder wenigstens einer in mindestens einer Richtung das Ende eines Lichtleiters (19) gegenüber dem Festkörperbildsensor (25) wahlweise verschwenkenden bzw. verschiebenden Verschwenkeinrichtung (8) versehen ist.
  7. Schaltsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbrecher (22) eine in eine durch eine Unterbrechung im Lichtleiter (10) gebildete Lichtschranke (20) eintauchbare Blende (22) ist.
  8. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter schleifenförmig durch den Innenraum eines Schalthebels (8) geführt und der Unterbrecher (22) am Ende des Schalthebels angeordnet ist, wobei die Blende auch in Richtung der Schalthebelachse bewegbar ist.
  9. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung ein Kugelgelenk (6) aufweist, wobei durch die Kugel der Lichtleiter geführt ist, dessen freies Ende (16, 19) aus der Kugel herausragt und wobei die Kugel in mindestens ein er Ebene verschwenkbar ist.
  10. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (8) an der Gelenkkugel (7) angreift und in die Kugel (7) von einer ortsfesten Lichtquelle (4) ein Lichtstrom einspeisbar ist, welcher in mindestens einen durch die Kugel geführten Lichtleiter (10, 11) einkoppelbar ist.
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