DE19917110A1

DE19917110A1 - Berührungslose Eingabevorrichtung

Info

Publication number: DE19917110A1
Application number: DE1999117110
Authority: DE
Inventors: Matthias Ebert; Michael Koblitz
Original assignee: CURTIS MASSI ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: CURTIS INSTRUMENTS GMBH, 08427 FRAUREUTH, DE
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-10-19

Description

Die Erfindung betrifft eine berührungslose Eingabevorrichtung, die aus einer in Tastenfelder untergliederten lichtdurchlässigen Abdeckplatte mit dahinter angeordneten und als Näherungssensoren ausgebildeten Schaltvorrichtungen besteht. Derartige Eingabevorrichtungen werden für Anlagenbedienungen in besonderen Problembereichen benötigt.

Berührungslose Eingabevorrichtungen werden bekanntermaßen in Hygienebereichen, für den Anlagenbetrieb in umweltbelasteter oder explosionsgefährdeter Umgebung oder in Bereichen hoher Verkehrsströme für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Kennzeichen derartig bekannter Lösungen sind die Programmierbarkeit der Eingabevorrichtung, die weitgehende Kapselung gegen Umgebungseinflüsse, das Einstellen und Abfragen von Programmzuständen sowie das Senden und Empfangen auf im wesentlichen einer Ebene.

Insbesondere die DE 44 08 058 A1 macht ein optoelektronische Eingabevorrichtung bekannt, die den Anspruch erhebt, dem bekannten Stand der Technik überlegen zu sein.

Mit dieser Lösung ist es möglich, den Bediener des Tastenfeldes räumlich von der Eingabevorrichtung zu trennen, was in vielen Fällen wünschenswert ist. Beispielsweise bedient man sich derartiger Lösungen bei der vandalismussicheren Anordnung von Informationscomputern im öffentlichen Verkehrsraum, bei der Bedienung von Eingabevorrichtungen aus kontaminationsgefährdeten Bereichen heraus oder in vergleichbaren Fällen.

Gemäß der DE 44 08 058 A1 besteht die Schaltvorrichtung aus lichtemittierenden und lichtdetektierenden Vorrichtungen hinter einer Tastenfeldfläche, wobei der jeweilige Strahlengang gegen die Ebene des Tastenfeldes geneigt ist. Damit soll sichergestellt werden, daß Fehlfunktionen durch Streulichteinfluß weitgehend ausgeschlossen werden können, indem erst das Berühren einer definierten Stelle des Tastenfeldes den Strahlengang des emittierten Lichtes im entsprechenden Tastenfeld zur definierten Unterbrechung des dem Tastenfeld zugeordneten Lichtdetektors führt.

Damit erfüllt diese Lösung wohl die Anforderungen, die mit der vollständigen Kapselung der Eingabevorrichtung angestrebt werden, kann jedoch die Forderung nach Berührungslosigkeit noch nicht erfüllen.

Die bekannten technischen Lösungen sehen die Nutzung der veränderten Lichtreflektion beim Berühren des Tastenfeldes vor, wobei das unvermeidliche Streulicht soft- und/oder hardwareseitig unterdrückt werden muß, um Fehlfunktionen auszuschalten.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine technische Lösung zu schaffen, mit deren Hilfe die Nachteile des bekannten Standes der Technik überwunden werden. Dazu ist eine berührungslose Eingabevorrichtung so zu gestalten, daß Fremdlichteinflüsse auf einfache Weise unterdrückt werden können und Schaltvorgänge bereits durch Annäherung von Schalthilfen an das jeweilige Tastenfeld ausgelöst werden können. Als Schalthilfe sollen auch Teile der menschlichen Hand geeignet sein. Die angestrebte technische Lösung soll bedarfsweise auch mit Mitteln zur Betätigungsaufforderung kombinierbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Danach besteht eine berührungslose Eingabevorrichtung aus einer in Tastenfelder untergliederten lichtdurchlässigen Abdeckplatte mit dahinter angeordneten und als Näherungssensoren ausgebildeten Schaltvorrichtungen. Als eine derartige Schaltvorrichtung sind in jedem Tastenfeld zumindest ein Lichtemittent und ein Lichtdetektor angeordnet. Dabei kann Licht im sichtbaren Wellenbereich oder auch im unsichtbaren Bereich angewendet werden. Zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckplatte einerseits und den Lichtemittenten sowie den Lichtdetektoren andererseits ist eine Lochmaske angeordnet. Die Achsen der Bohrungen der Lochmaske sind gegen die Ebene der lichtdurchlässigen Abdeckplatte so geneigt angeordnet, daß der auf das Tastenfeld projizierte Schnittpunkt der Bohrungsachsen je Tastenfeld etwa im Zentrum der Tastenfeldfläche und außerdem in einem wählbaren Abstand von der lichtdurchlässigen Abdeckplatte oberhalb der Abdeckplattenoberfläche angeordnet ist.

Als Material für die lichtdurchlässige Abdeckplatte kann Glas oder transparenter Kunststoff zum Einsatz gebracht werden.

Mit dieser Anordnung der Komponenten der Eingabevorrichtung können Schalthandlungen oder Informationseingaben vorgenommen werden, ohne die Abdeckplatte selbst berühren zu müssen. Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ist dies von besonderem Vorteil. Die Gefahr von Fehleingaben wird dadurch ausgeschlossen, daß es infolge Streulichteinfluß oder durch allgemeine Helligkeitsänderungen solange nicht zu einer Aktivierung der unter der lichtdurchlässigen Abdeckplatte angeordneten Lichtdetektoren kommt, solange im Schnittpunkt der Bohrungsachsen der Lochmaske ein lichtreflektierender Gegenstand, beispielsweise der Finger des Eingebenden, nicht vorhanden ist.

In einer Ausführungsform der Eingabevorrichtung ist vorgesehen, daß zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckplatte einerseits und den Lichtemittenten sowie den Lichtdetektoren andererseits ein Display angeordnet ist. In diesem Display können Funktionssymbole angeordnet sein, die die wählbare momentane Funktion des jeweiligen Tastenfeldes darstellen.

In einer anderen Ausführungsform der Eingabevorrichtung ist zusätzlich zu den Lichtemittenten, den Lichtdetektoren und der zugehörigen Auswerteelektronik in jedem Tastenfeld eine Beleuchtungsvorrichtung im sichtbaren Lichtbereich angeordnet, die der aktiven Betätigungsaufforderung dient.

Weiterhin ist es möglich, daß in jedem Tastenfeld der Anpassung an die Umgebungshelligkeit dienende Lichtdetektoren mit wählbarer Schaltempfindlichkeit angeordnet sind. Die Schaltempfindlichkeitssteuerung kann sowohl soft- als auch hardwareseitig vorgenommen werden.

Es ist auch möglich, die Auswerteelektronik als jeweils integrierte Bestandteile in den Lichtdetektoren anzuordnen.

Eine besondere Ausführungsform der berührungslosen Eingabevorrichtung sieht vor, die lichtdurchlässige Abdeckplatte als unmagnetische Frontplatte auszubilden. In diesem Falle werden anstelle von Lichtdetektoren als Schaltvorrichtung hinter der unmagnetischen Frontplatte je Tastenfeld wenigstens ein magnetfeldempfindlicher Sensor angeordnet.

Es ist möglich, als magnetfeldempfindlichen Sensor einen Reedkontakt einzusetzen.

Dabei werden Schalthandlungen oder Informationseingaben durch das Heranführen von Permanentmagneten vor das jeweilige Tastenfeld bewirkt. Auch in dieser Ausführungsform kann zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckplatte und der Ebene der Reedkontakte je Tastenfeld ein Display angeordnet werden.

Mit Hilfe dieses Displays können die wählbaren momentanen Funktionen der Tastenfelder durch die Anordnung darstellender Funktionssymbole kenntlich gemacht werden.

Es ist auch möglich, daß in jedem Tastenfeld zusätzlich zu den magnetfeldemptindlichen Sensoren, den Displays und der zugehörigen Auswerteelektronik eine der aktiven Betätigungsaufforderung dienende Beleuchtungsvorrichtung im sichtbaren Lichtbereich angeordnet ist. Diese Beleuchtungsvorrichtungen können in Form von Leuchtdioden, in Form von mittels Lichtleitern beleuchteten Kennfeldern oder durch andere bekannte Maßnahmen realisiert sein.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, daß in jedem Tastenfeld der Anpassung an die allgemeinen Magnetfeldbedingungen im Anwendungsbereich dienende magnetfeldempfindliche Sensoren mit wählbarer Schaltempfindlichkeit angeordnet sind.

Die Steuerung der Schaltschwelle der magnetfeldempfindlichen Sensoren kann sowohl soft- als auch hardwareseitig vorgenommen werden.

Zur Vermeidung von Fehlbedienungen können mit Hilfe der vorgeschlagenen Anordnung die Funktionen der Tastenfelder soft- und/oder hardwareseitig blockiert werden, wodurch außerdem Reduzierungen der beanspruchten elektrischen Leistung der Eingabevorrichtung erreicht werden können. Grundsätzlich können mit Hilfe der Auswerteelektronik jedem Tastenfeld mehrere Funktionen zugeordnet werden, wobei zur Bedienungssicherheit die jeweilige Funktion mit Hilfe des zusätzlich angeordneten Displays dem Bedienenden angezeigt wird.

Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefaßt in der geschaffenen Voraussetzung, daß zur Funktionssicherung die Eingabevorrichtung vollständig geschlossen ausgeführt werden kann. Durch das Fehlen von funktionssichernden Öffnungen im Gehäuse der Eingabevorrichtung ist das Eindringen von Feuchtigkeit oder Schmutz ausschließbar. Dies erhöht die Langlebigkeit derartiger Vorrichtungen.

Das zu bedienende Gerät wird durch die problemlose Anordnung der Eingabevorrichtung im hohen Maße variabel einsetzbar.

Durch den möglichen Verzicht auf das Berühren der Tastenfelder der Eingabevorrichtung können hohe Anforderungen an die Hygiene oder an das Vermeiden von Verschmutzungen der Tastenfeldoberfläche erfüllt werden.

Es können verschleißfreie Schaltsysteme mit anpaßbarer Schaltempfindlichkeit eingesetzt werden. Das Material der Frontplatte bleibt ohne Einfluß auf die Funktion der Vorrichtung, sofern es für Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich durchlässig ist.

Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In der beigefügten Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die schematische Schnittdarstellung einer optoelektronischen berührungslosen Eingabevorrichtung;

Fig. 2 die schematische Schnittdarstellung einer magnetoelektronischen berührungslosen Eingabevorrichtung.

Ausführungsbeispiele Ausführungsbeispiel 1

Gemäß Fig. 1 besteht eine berührungslose optoelektronische Eingabevorrichtung aus einem Gehäuse 2, in dem parallel zur lichtdurchlässigen Abdeckplatte 5 eine Leiterplatte 1 angeordnet ist. Die lichtdurchlässige Abdeckplatte 5 ist in mehrere Tastenfelder untergliedert. Zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckplatte 5 und der Leiterplatte 1 ist eine Lochmaske 4 angeordnet, die je Tastenfeld wenigstens zwei Bohrungen aufweist. Die Achsen dieser Bohrungen sind gegen die Ebene der lichtdurchlässigen Abdeckplatte 5 etwa 75° geneigt, wodurch es im Ausführungsbeispiel zu einem Schnittpunkt der geneigten Bohrungsachsen in der Lochmaske 4 kommt, der etwa 30 mm oberhalb der lichtdurchlässigen Abdeckplatte 5 liegt.

Auf der Leiterplatte 1 sind je Tastenfeld Lichtemitter 3 und Lichtdetektoren 6 angeordnet, wobei der Lichtemitter 3 im Aktivierungsfall des jeweiligen Tastenfeldes gepulstes Infrarotlicht aussendet. Der Infrarotlichtstrahl tritt durch die Lochmaske 4 und durch die lichtdurchlässige Abdeckplatte 5 aus der Eingabevorrichtung aus, die durch das Gehäuse 2 umschlossen ist.

Durch die gewählte Lochmaske 4 wird nur ein sehr geringer Teil des ausgesendeten Infrarotlichts reflektiert und zum Lichtdetektor 6 zurückgeführt. Der mittels Auswerteelektronik 7 eingestellte und überwachte Schwellwertschalter reagiert in diesem Falle nicht und liefert somit auch kein Schaltsignal. Die Empfangsempfindlichkeit des Lichtdetektors 6 wird entsprechend der in den Sendepausen des Lichtemittenten 3 vom Lichtdetektor 6 gemessenen allgemeinen Lichtstärke angepaßt.

Bedarfsweise wird auch die Strahlungsleistung des Lichtemitters 3 der Umgebungshelligkeit oder der gewünschten Schaltempfindlichkeit angepaßt. Nähert sich nun ein reflektierender Gegenstand der Oberfläche der lichtdurchlässigen Abdeckplatte 5 im Bereich des aktivierten Schaltfeldes, so gelangt ein größerer Teil der vom Lichtemitter 3 gesendeten Lichtstahlung über die jeweilige Bohrung der Lochmaske 4 zum Lichtdetektor 6. Dieses Signal wird dann als Schaltsignal erkannt, wenn von der Auswerteelektronik 7 dazu die Freigabe erfolgte. Diese Eingabebereitschaft wird dem Bediener der Eingabevorrichtung durch die sichtbares Licht aussendende Beleuchtungsvorrichtung 11 mitgeteilt.

Ausführungsbeispiel 2

Gemäß Fig. 2 besteht eine berührungslose magnetoelektronische Eingabevorrichtung aus einem Gehäuse 2, in dem parallel zur lichtdurchlässigen Abdeckplatte 5, die als unmagnetische Frontplatte 10 ausgebildet ist, eine Leiterplatte 1 angeordnet ist. Die lichtdurchlässige Abdeckplatte 5, die bedarfsweise nur in den Bereichen des die Funktion der jeweiligen Taste anzeigenden Displays und in den Bereichen der Beleuchtungsvorrichtung 11 zur Kennzeichnung der Eingabebereitschaft Lichtdurchlässigkeit aufweist, ist in mehrere Tastenfelder unterteilt. Auf der Leiterplatte 1 befindet sich die Auswerteelektronik 7, die für jedes Tastenfeld zumindest einen magnetfeldempfindlichen Sensor 9 aufweist. Bereits bei der Annäherung eines geführten Permanentmagneten 8 vor das jeweilige Tastenfeld kommt es zum Ansprechen des entsprechenden magnetfeldempfindlichen Sensors 9, sofern das jeweilige Tastenfeld durch die Auswerteelektronik 7 aktiviert war. Den Aktivierungsstatus kann der Bediener der berührungslosen Eingabevorrichtung an der sichtbares Licht aussendenden Beleuchtungsvorrichtung 11 erkennen.

Bezugszeichenliste

1

Leiterplatte

2

Gehäuse

3

Lichtemittent

4

Lochmaske

5

lichtdurchlässige Abdeckplatte

6

Lichtdetektor

7

Auswerteelektronik

8

Permanentmagnet

9

magnetfeldempfindlicher Sensor

10

unmagnetische Frontplatte

11

Beleuchtungsvorrichtung

Claims

1. Berührungslose Eingabevorrichtung, bestehend aus einer in Tastenfelder untergliederten lichtdurchlässigen Abdeckplatte mit dahinter angeordneten und als Näherungssensoren ausgebildeten Schaltvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet,
daß als Schaltvorrichtung je Tastenfeld zumindest ein Lichtemittent (3) und ein Lichtdetektor (6) angeordnet sind,
daß zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckplatte (5) und den Lichtemittenten (3) sowie den Lichtdetektoren (6) eine Lochmaske (4) angeordnet ist,
daß die Bohrungsachsen der Lochmaske (4) gegen die Ebene der lichtdurchlässigen Abdeckplatte (5) geneigt angeordnet sind,
daß der Schnittpunkt der Bohrungsachsen je Tastenfeld etwa im Zentrum des Tastenfeldes und in einem wählbaren Abstand von der lichtdurchlässigen Abdeckplatte (5) oberhalb der Abdeckplattenoberfläche angeordnet ist.

2. Berührungslose Eingabevorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckplatte (5) und den Lichtemittenten (3) sowie den Lichtdetektoren (6) ein Display angeordnet ist.

3. Berührungslose Eingabevorrichtung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Display die wählbare momentane Funktion des jeweiligen Tastenfeldes darstellende Funktionssymbole angeordnet sind.

4. Berührungslose Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Tastenfeld zusätzlich zu den Lichtemittenten (3) und den Lichtdetektoren (6) und der zugehörigen Auswerteelektronik (7) eine der aktiven Betätigungsaufforderung dienende Beleuchtungsvorrichtung (11) im sichtbaren Lichtbereich angeordnet ist.

5. Berührungslose Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Tastenfeld der Anpassung an die Umgebungshelligkeit dienende Lichtdetektoren (6) mit soft- und/oder hardwareseitig wählbarer Schaltempfindlichkeit angeordnet sind.

6. Berührungslose Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (7) als integrierter Bestandteil in den Lichtdetektoren (6) angeordnet ist.

7. Berührungslose Eingabevorrichtung, bestehend aus einer in Tastenfelder untergliederten lichtdurchlässigen Abdeckplatte mit dahinter angeordneten und als Näherungssensoren ausgebildeten Schaltvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Abdeckplatte (5) als unmagnetische Frontplatte (10) ausgebildet ist, daß als Schaltvorrichtung hinter der unmagnetischen Frontplatte (10) je Tastenfeld ein magnetfeldempfindlicher Sensor (9) angeordnet ist.

8. Berührungslose Eingabevorrichtung nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldempfindliche Sensor (9) ein Reedkontakt ist.

9. Berührungslose Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckplatte (5) und dem magnetfeldemptindlichen Sensor (9) je Tastenfeld ein Display angeordnet ist.

10. Berührungslose Eingabevorrichtung nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Display die wählbare momentane Funktion des jeweiligen Tastenfeldes darstellende Funktionssymbole angeordnet sind.

11. Berührungslose Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Tastenfeld zusätzlich zu den magnetfeldempfindlichen Sensoren (9) und den Displays einschließlich der zugehörigen Auswerteelektronik (7) eine der aktiven Betätigungsaufforderung dienende Beleuchtungsvorrichtung (11) im sichtbaren Lichtbereich angeordnet ist.

12. Berührungslose Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Tastenfeld ein hard- und/oder softwareseitig bezüglich der Schaltschwelle steuerungsfähiger magnetfeldempfindlicher Sensor (9) angeordnet ist.