DE202004021345U1

DE202004021345U1 - Berührungs-sensitives Bedienfeld

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Publication number: DE202004021345U1
Application number: DE202004021345U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: DE202004020820U1; DE202004020673U1

Abstract

Vorrichtung, insbesondere Kochfeld mit einer Bedienanordnung (6, 116), umfassend zumindest ein Orts-sensitives Näherungssensorfeld (16, 120a–d) zur Einstellung einer Stellgröße in einem ersten Bedienmodus in Abhängigkeit von einer Berührungsposition auf dem Näherungssensorfeld (16, 120a–d), dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienanordnung (6, 116) zumindest ein Anwahlfeld (10a–d, 118a–d) zum Umschalten von dem ersten Bedienmodus in zumindest einen zweiten Bedienmodus aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Berührungs-sensitive Bedienfelder, welche auch als Berührungsbildschirme (touch-screens) bekannt sind, zum Steuern von Einrichtungen.
Berührungs-sensitive Bedienfelder werden in Haushaltseinrichtungen (Haushaltsgeräten) immer gebräuchlicher. Berührungssensitive Bedienfelder bieten zusätzlich zu ästhetisch ansprechenderen Bedienschnittstellen eine höhere Flexibilität als konventionellere, auf mechanischen Schaltern und Drehknöpfen basierende Bedienfelder. Berührungs-sensitive Bedienfelder sind auch weniger ausfallanfällig, da sie keine beweglichen Teile aufweisen. Berührungs-sensitive Bedienfelder können abgedichtete Schnittstellen zwischen einem Benutzer und der Innenseite einer häuslichen Einrichtung ermöglichen. Dies verhindert, dass Spritzflüssigkeit oder andere Fremdkörper in eine häusliche Einrichtung durch die Spalten, welche konventionelle mechanische Schalter und Knöpfe umgeben, eintreten. Ein Berührungs-sensitives Bedienfeld stellt zusätzlich eine Oberfläche bereit, welche leicht sauber gewischt werden kann. Dies macht sie hygienischer als konventionellere Bedienfelder, da es keine Spalte oder Verbindungen gibt, in welchen sich Schmutz ansammeln kann.
Ein Problem mit Berührungs-sensitiven Bildschirmen liegt jedoch darin, dass diese anfällig für ungewollte Aktivierung sein können. Eine konventionelle elektrische Kochfeldsteuerung enthält beispielsweise einen Drehschalter, welcher aus einer Aus-Position "angeklickt" wird, um das Kochfeld zu aktivieren. Der Drehschalter kann dann weiter gedreht werden, um die gewünschte Temperatur des Kochfeldes einzustellen. Diese Art der Steuerung erfordert zur Bedienung eine bestimm te Drehbewegung. Zusätzlich kann der mechanische Widerstand der Steuerung, zum Beispiel die Kraft die zum Anklicken dieser benötigt wird, derart gewählt werden, dass die Wahrscheinlichkeit einer ungewollten Aktivierung reduziert ist. Das heißt, es ist unwahrscheinlich, dass beispielsweise ein Kind oder ein Haustier die Kochfeldsteuerung unbeabsichtigt aktivieren könnte. Ein Kochfeld mit einem Berührungssensitiven Bedienfeld kann durch ein Kind, welches mit dem Kochfeld spielt, oder durch ein Haustier, welches über das Bedienfeld geht, leichter aktiviert werden. Dies kann solche Kochfelder und andere Einrichtungen mit Berührungs-sensitiven Bedienfeldern zu potentiell signifikanten Gefahrenquellen machen. Weiterhin können im Normalbetrieb eines Kochfeldes oder einer anderen Einrichtung mit einem Berührungs-sensitiven Bedienelement die Einrichtungseinstellungen, zum Beispiel die Temperatur eines Kochfeldes, relativ leicht ungewollt bereits durch ein Streichen über das Bedienfeld verändert werden, wenn über die Einrichtung gegriffen wird, oder wenn versucht wird eine andere Funktion des Kochfeldes einzustellen. Dies ist unerwünscht, da es verhindert, dass die Einrichtung so funktioniert wie der Benutzer es beabsichtigt und wie er glaubt, dass diese arbeiten soll.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein sichereres Berührungssensitives Bedienfeld anzugeben, bei welchem die Wahrscheinlichkeit einer ungewollten Aktivierung oder Einstellung reduziert ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Steuern von Funktionen einer Einrichtung umfassend: ein Berührungssensitives Bedienfeld mit einer Mehrzahl von Näherungssensorfeldern; eine Treiber-Elektronik, welche dazu ausgelegt ist, als Antwort auf einen Anwahlvorgang der Näherungssensorfelder, Detektionssignale auszugeben; und eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Detektionssignale von der Treiber-Elektronik zu empfangen und als Antwort darauf verschiedene Funktionen der Einrichtung zu aktivieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, als Antwort auf den Empfang einer vorbestimmten Kombination von zumindest zwei der Detektionssignale zumindest eine Funktion der Einrichtung zu aktivieren.
Indem es gewissen Funktionen nur gestattet wird in Antwort auf eine vorbestimmte Kombination von zumindest zwei Anwahlvorgängen der Mehrzahl von Näherungssensorfeldern aktiviert zu werden, wird die Wahrscheinlichkeit einer ungewollten Aktivierung dieser Funktionen reduziert. Dies stellt eine häusliche Einrichtung bereit, welche aus den Vorteilen eines Berührungssensitiven Bedienfeldes Nutzen zieht, aber nicht den Nachteil aufweist, anfällig für eine versehentliche Aktivierung zu sein. Dies stellt eine sicherere Einrichtung bereit. Die Komplexität der vorbestimmten Kombination kann gemäß dem notwendigen Grad des Schutzes gegen versehentliche Aktivierung gewählt werden. Zusätzlich kann ein elegantes und übersichtliches Bedienfeld entworfen werden, wodurch eine Anzahl verschiedener Funktionen einer relativ kleinen Anzahl von gemeinsamen Sensorfeldern zugeordnet sind, und die Funktionen gemäß verschiedener vorbestimmter Kombinationen aktiviert werden.
Die vorbestimmte Kombination kann einem Benutzer entsprechen, welcher zumindest zwei verschiedene Näherungssensorfelder oder ein einzelnes Näherungssensorfeld zu verschiedenen Zeiten anwählt. Um die Wahrscheinlichkeit einer versehentlichen Aktivierung weiter zu reduzieren, kann es erforderlich sein, die vorbestimmte Kombination von zumindest zwei Anwahlvorgängen innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts durchzuführen. Zum Beispiel kann es erforderlich sein, die Kombination der Anwahlvorgänge innerhalb eines Zeitabschnitts, der kürzer als 5, 4, 3, 2, 1, 0,5 oder 0,1 Sekunden ist, zu machen. Ebenso kann es erforderlich sein, Anwahlvorgänge, welche innerhalb der Kombination durchgeführt werden, durch eine Minimalzeit zu trennen, derart, dass die bestimmte Zeit innerhalb welcher sie durchgeführt werden, mehr als 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 1, 2 oder 5 Sekunden ist, um die Funktion, welcher sie zugeordnet sind, zu aktivieren.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann eine als Antwort auf einen Benutzer, welcher die vorbestimmte Kombination von zumindest zwei Anwahlvorgängen durchführt, aktivierte Funktionen der Einrichtung durch den Benutzer abgebrochen werden, indem dieser nur einen der Anwahlvorgänge aus der vorbestimmten Kombination durchführt. Zum Beispiel kann es einem Benutzer vorgeschrieben werden, von zwei getrennten Näherungssensorfeldern beide innerhalb eines Ein-Sekunden-Zeitabschnitts anzuwählen, um eine Einrichtung aus einem Stand-by-Modus heraus anzuschalten. Wenn sich diese beiden Sensorfelder in geringem Abstand voneinander befinden, kann der Benutzer die Einrichtung mit einer einfachen Gleitbewegung seines Fingers von einem Sensorfeld zu dem anderen anschalten. Um nicht getrennte Sensorfelder zum Abschalten der Einrichtung notwendig zu machen, können die Sensorfelder, welche dem Anschalten der Einrichtung zugeordnet sind, auch dazu verwendet werden, die Einrichtung abzuschalten. Wenn gewünscht, kann dazu eine ähnliche Kombination von Anwahlvorgängen vorgeschrieben werden, wie sie zum Anschalten der Einrichtung vorgeschrieben ist. Es ist jedoch im Allgemeinen weniger gefährlich eine Einrichtung ungewollt abzuschalten. Auch aus Sicherheitsgründen sollte das Abschalten ein einfach durchzuführender Vorgang sein. Es ist daher möglicherweise als wünschenswert zu betrachten, es dem Benutzer zu gestatten, die Einrichtung durch Anwählen eines der beiden Sensorfelder, welche zum Anschalten der Einrichtung verwendet werden, abzuschalten, ohne das Durchführen einer vorbestimmten Kombination von Anwahlvorgängen notwendig zu machen.
In vielen Einrichtungen kann die Verwendung eines Ortssensitiven Näherungssensorfeldes, für welches die Treiber-Elektronik ausgelegt ist, ein Detektionssignal in Abhängig keit vom Ort einer Berührung innerhalb des Orts-sensitiven Näherungssensors auszugeben, die Bedienung der Einrichtung unterstützen. Beispielsweise kann ein variabler Betriebsparameter der Einrichtung, wie die Temperatur eines Kochfeldes oder die Geschwindigkeit einer Küchenmaschine oder einer Waschmaschinentrommel, gemäß einem durch das Orts-sensitive Näherungssensorfeld detektierten Ort variiert werden. Dies bietet einem Benutzer einen schnellen und intuitiven Weg, einen variablen Parameter einzustellen. Um das Orts-sensitive Näherungssensorfeld zum Variieren des variablen Betriebsparameters der Einrichtung zu konfigurieren, kann einem Benutzer vorgeschrieben werden, zumindest zwei Anwahlvorgänge aus der Mehrzahl von Näherungssensorfeldern durchzuführen, wobei einer der Anwahlvorgänge eine Anwahl des Orts-sensitiven Näherungssensors ist. Dies kann helfen, eine versehentliche Einstellung des variablen Parameters zu vermeiden. Wird es gestattet, verschiedene variable Betriebsparameter der Einrichtung, zum Beispiel die Temperaturen verschiedener Heizelemente in einem Ofen, mit dem selben Orts-sensitiven Näherungssensor in Abhängigkeit von anderen angewählten Sensorfeldern einzustellen, so können eine Anzahl verschiedener variabler Parameter durch ein Bedienfeld mit nur einem einzigen Ortssensitiven Näherungssensorfeld eingestellt werden. Ortssensitive Näherungssensorfelder sind im Allgemeinen relativ komplex und erstrecken sich über einen größeren Bereich als elementarere binäre Detektoren. Demgemäß kann ein einfaches und übersichtliches Bedienfeld bereitgestellt werden.
In Abhängigkeit davon, wie ein Designer ein Bedienfeld aussehen lassen möchte, können lineare oder umlaufende Ortssensitive Näherungssensorfelder verwendet werden. Dort wo ein variabler Betriebsparameter einer Einrichtung unter Verwendung eines Orts-sensitiven Näherungssensors eingestellt wird, kann dies beispielsweise ein umlaufendes Orts-sensitives Näherungssensorfeld sein, welches um ein oder mehrere zentrale Näherungssensorfelder herum angeordnet ist. Es kann erforderlich sein, beide, das zentrale und das umlaufende Orts sensitive Näherungssensorfeld, während der Einstellung des variablen Betriebsparameters der Einrichtung anzuwählen. Dies gestattet einen geschickten und intuitiven Bedienfeldaufbau.
Ein Teil einer oberen Oberfläche, welche zumindest eines der Näherungssensorfelder überzieht, kann vertieft sein, um die Positionierung des Fingers eines Benutzers beim Anwählen zu unterstützen, beispielsweise beim Anwählen oder Einstellen eines umlaufenden Näherungssensorfeldes.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird im Folgenden als Beispiel auf die begleitenden Zeichnungsfiguren verwiesen, in welchen:
1 schematisch eine Draufsicht eines Kochfeldes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 schematisch eine Draufsicht eines Bedienfeldes des in 1 gezeigten Kochfeldes in einem vergrößerten Maßstab zeigt;
3 schematisch eine vertikale Querschnitts-Teilansicht des Bedienfeldes aus 2 zeigt;
4 schematisch die Verbindungen zwischen dem Bedienfeld aus 2, der Treiber-Elektronik zum Betrieb der Näherungssensorfelder des Bedienfeldes, eine Steuereinrichtung, ein elektronisch gesteuertes Triac und ein Heizelement des Kochfeldes zeigt;
5 ein schematisches Schaltkreisdiagramm ist, welches eine beispielhafte Anordnung eines in dem Bedienfeld von 2 verwendeten Näherungssensorfeldes und die zugeordnete Treiber-Elektronik zeigt;
6 eine Tabelle ist, welche eine Schaltsequenz für das Umschalten von Schaltern der in 5 gezeigten Treiber-Elektronik zeigt;
7 ein schematisches Schaltkreisdiagramm ist, welches eine beispielhafte Anordnung eines Orts-sensitiven Näherungssensorfeldes, wie es in dem Bedienfeld aus 2 verwendet wird, und die zugeordnete Treiber-Elektronik zeigt;
8 eine Tabelle ist, welche eine Schaltsequenz für das Umschalten von Schaltern in der in 7 gezeigten Treiber-Elektronik zeigt;
9 schematisch eine Draufsicht eines Kochfeldes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
10 schematisch eine Draufsicht eines Bedienfeldes des in 9 gezeigten Kochfeldes in einem vergrößerten Maßstab zeigt;
11 schematisch eine vertikale Querschnitts-Teilansicht des Bedienfeldes aus 9 zeigt;
12 eine schematische Draufsicht ist, welche einen Teil eines beispielhaften umlaufenden Orts-sensitiven Näherungssensorfeldes zeigt, welches in dem Bedienfeld aus 10 verwendet werden kann; und
13 eine schematische Draufsicht ist, welche einen Teil eines weiteren beispielhaften umlaufenden Ortssensitiven Näherungssensorfeldes zeigt, welches in dem Bedienfeld aus 10 verwendet werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt schematisch eine Draufsicht einer häuslichen Einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Einrichtung ist ein Kochfeld 2. Das Kochfeld 2 hat eine obere Oberfläche, welche ein hitzebeständiges Glas-Oberteil 3 umfasst. Das Glas-Oberteil ist auf der Oberseite des Kochfeldes durchgehend. Dieses durchgehende Glas-Oberteil 3 ist leicht zu reinigen und verhindert, dass Flüssigkeit oder Fremdkörper in das Innere des Kochfeldes gelangen. Unterhalb des Glas-Oberteils sind vier individuell einstellbare Heizelemente 4a–d und ein Bedienfeld 6 angebracht. Das Bedienfeld gestattet es einem Benutzer, die verschiedenen Funktionen des Kochfeldes zu steuern, es beispielsweise an- und abzuschalten und die Temperatur der Heizelemente einzustellen. Die Heizelemente 4a–d sind Heizelemente derart, wie sie konventionell in mit Glas abgedeckten Kochfeldern verwendet werden.
2 zeigt schematisch eine Draufsicht des Bedienfeldes 6 des in 1 gezeigten Kochfeldes 2 in einem vergrößerten Maßstab. Das Berührungs-sensitive Bedienfeld 6 ist in diesem Beispiel ein Kapazitäts-basiertes Bedienfeld. Obwohl Bedienfelder dieser Art gewöhnlich als Berührungs-sensitive Bedienfelder bezeichnet werden, versteht es sich, dass es für einen Benutzer nicht unbedingt notwendig ist, das Bedienfeld tatsächlich zu berühren, um eine Aus- bzw. Anwahl zu treffen. Eine Anwahl kann auch getroffen werden, indem ein Benutzer seinen Finger (oder einen anderen Zeiger) in der Nähe eines Sensorfeldes, das er anzuwählen wünscht, platziert. Wie nahe ein Benutzer seinen Finger platzieren muss, um die Anwahl zu treffen, wird von der Empfindlichkeit des Bedienfeldes abhängen. Das Bedienfeld 6 umfasst eine Mehrzahl von Näherungssensorfeldern 8a, 8b, 10a–d, 12, 14, 16, welche durch unterhalb des Glas-Oberteils 3 des Kochfeldes 2 angebrachte Leiter definiert werden. In diesem Beispiel sind die Leiter, welche die Sensorfelder umfassen, direkt mit der Unterseite des Glas-Oberteils 3 verbunden. In anderen Beispielen können diese auf einem in der Nähe der Unterseite des Glas-Oberteils positionierten separaten Element angebracht sein. Auf der Oberfläche des Bedienfeldes sind Markierungen angebracht, um den Benutzer über die den verschiedenen Sensorfeldern zugeordneten Funktionen zu informieren. In diesem Beispiel wird angenommen, dass die Leiter, welche die Sensorfelder umfassen, für einen Benutzer sichtbar sind, in anderen Beispielen werden die Sensorfelder jedoch nicht sichtbar sein, zum Beispiel wenn das Glas-Oberteil aus Rauchglas gemacht ist, und Markierungen auf dem Bedienfeld werden auch dazu verwendet werden, die unterhalb des Glas-Oberteils befindlichen Sensorfelder zu skizzieren. Das Bedienfeld umfasst auch Informationsanzeigen 18a–d, welche unterhalb des Glas-Oberteils 3 angebracht sind. Diese Informationsanzeigen informieren eine Benutzer über den aktuellen Status des Kochfeldes, zum Beispiel über den Bruchteil der verfügbaren Leistung, mit welcher jedes der Heizelemente versorgt wird.
3 zeigt schematisch eine vertikale Querschnitts-Teilansicht des Bedienfeldes 6 aus 2 entlang der in 2 gezeigten Linie A-A'. Ein Querschnitt des Glas-Oberteils 3 mit Sensorfeldern 10a und 10c ist erkennbar und die Informationsanzeigen 18a und 18c sind im Profil zu sehen. Die Sensorfelder 10a, 10c sind mit der Treiber-Elektronik (nicht dargestellt) über Verbindungen 20 verbunden. Die Informationsanzeigen 18a, 18c sind mit einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) über Verbindungen 22 verbunden. In 3 ist auch der Finger eines Benutzers dargestellt, welcher zum Anwählen des Sensorfeldes 10c positioniert ist.
4 zeigt schematisch die Verbindungen zwischen dem Bedienfeld 6, der Treiber-Elektronik 24 zum Betreiben der Sensorfelder, die Steuereinrichtung 26, ein elektronisch gesteuertes Triac 30 und eines der Heizelemente 4c. Die Treiber-Elektronik 24 ist dazu ausgelegt, als Antwort auf einen Benutzer, welcher eines der Sensorfelder anwählt, Detektions signale über die Verbindung 28 an die Steuereinrichtung 26 auszugeben. In dem in 2 gezeigten beispielhaften Bedienfeld ist die Treiber-Elektronik 24 dazu ausgelegt, ein binäres Detektionssignal (d.h. Finger in der Nähe des Sensorfeldes "vorhanden" oder "nicht vorhanden") für jedes der Sensorfelder 8a, 8b, 10a–d, 12 und 14 auszugeben. Ein Benutzer kann eines dieser Sensorfelder anwählen, indem er seinen Finger (oder einen anderen Zeiger) über dem entsprechenden Sensorfeld platziert.
5 ist ein schematisches Schaltkreisdiagramm, welches einen beispielhaften Aufbau eines Sensorfeldes 50 und die zugeordneten Treiber-Elektronik 52 darstellt. Das Sensorfeld 50 ist eine elektrisch leitende Platte. Dieser Aufbau kann in dem oben beschriebenen Kochfeld für die Sensorfelder 8a, 8b, 10a–d, 12 und 14 verwendet werden. Dies sind die Sensorfelder, für welche die Treiber-Elektronik ausgelegt ist, ein binäres Detektionssignal auszugeben, basierend darauf, ob sich ein Finger 54 (oder ein anderes Objekt) in der Nähe des Sensorfeldes 50 befindet. Zur Vereinfachung ist nur die Treiber-Elektronik 52, welche dem einzelnen beispielhaften Sensorfeld 50 zugeordnet ist, dargestellt. Bevorzugt enthält die Treiber-Elektronik jedoch im Allgemeinen ähnliche, anderen Sensorfeldern zugeordnete Teile.
Die in 5 gezeigte Treiber-Elektronik 52 umfasst Messelektronik 54, Schaltsteuerelektronik 56, Verarbeitungselektronik 58, erste, zweite und dritte Schaltelemente S1, S2, S3 und einen Abtastkondensator Cs. Diese Elemente sind wie in der Figur gezeigt verbunden. Die Treiber-Elektronik 52 wird durch eine Single-Rail-Gleichstrom-(DC, direct current)-Leistungsversorgung betrieben, welche zwischen einer Systemmasse E und einer Versorgungsspannung +Vr arbeitet. Die hier verwendeten Schaltelemente S1, S2 und S3 sind elektronische Relais-Schalter, welche von der Schaltsteuerelektronik 56 über Steuersignalleitungen 60 angesteuert werden. Die Schaltsteuerelektronik 56 steuert auch die Aktivierung der Mess elektronik 54. Die Treiber-Elektronik 52 überwacht die Kapazität des Sensorfeldes 50. Wenn der Finger 54 sich nicht in der Nähe des Sensorfeldes 50 befindet, nimmt die Kapazität des Sensorfeldes einen ersten, oder "nicht angewählten" Wert an. Wird der Finger 54 in die Nähe des Sensorfeldes 50 gebracht, so steigt die Kapazität des Sensorfeldes auf einen zweiten, oder "angewählten" Wert an. Die Kapazität des Sensorfeldes ist in 5 schematisch durch das gestrichelte, mit Cx bezeichnete Kondensatorsymbol dargestellt. Der Abtastkondensator Cs wird so gewählt, dass dieser eine signifikant höhere Kapazität aufweist als der erwartete Wert von Cx. Die Treiber-Elektronik 52 überwacht die Kapazität Cx mit Hilfe von Ladungstransfertechniken, welche durch gesteuertes Schalten der Schaltelemente S1, S2, S3 geregelt werden.
6 zeigt eine beispielhafte Schaltsequenz, welche dazu verwendet werden kann, die Kapazität Cx zu überwachen. Die Sequenz umfasst sechs Schritte A-F. Die Dauer jedes Schrittes kann zum Beispiel in der Größenordnung von Millisekunden liegen. Auch signifikant längere oder kürzere Dauern können in Abhängigkeit der gewünschten Detektions-Charakteristiken (zum Beispiel der gewünschten Abtastrate) verwendet werden. In der Tabelle ist der Status jedes der Schaltelemente S1, S2, S3 in jedem Schritt dargestellt. Ein "X" zeigt an, dass das Schaltelement geschlossen ist und ein "–" zeigt an, dass ein Schaltelement geöffnet ist. In der Tabelle ist unter der Überschrift "FUNKTION" ein kurzer Kommentar eingefügt, welcher den Zweck jedes Schrittes zusammenfasst.
In Schritt A sind die Schaltelemente S2 und S3 geschlossen, um jegliche elektrische Ladung auf der Abtastkapazität Cs und der Kapazität Cx des Sensorfeldes 50 zu löschen. Dies ist als ein "ALLES ZURÜCKSETZEN"-(reset all)-Schritt bekannt. In Schritt B werden alle Schaltelemente S1, S2, S3 für einen als Totzeit bekannten Zeitabschnitt offen gehalten. Die Totzeit wird bei Schritt B eingefügt, um versehentliches Schließen aller drei Schaltelemente zur gleichen Zeit zu verhindern, wodurch die Leistungsversorgung kurzgeschlossen wird, was während eines Überlapp-Zeitabschnitts, wenn Schritt C unmittelbar auf Schritt A folgt, geschehen könnte. Nach einer geeigneten Totzeit werden die Schaltelemente S1, S2, S3, wie in Schritt C der 6 dargestellt, konfiguriert. In diesem Schritt ist S1 geschlossen, was es erlaubt Cs und Cx mit Hilfe der Leistungsversorgung zu laden. Dies hat zur Folge, dass elektrische Ladung sowohl in Cs als auch in Cx gehalten wird. Im Schritt D wird das Schaltelement S1 für einen weiteren Totzeit-Zeitabschnitt geöffnet. Die Totzeit wird bei Schritt D eingefügt, um versehentliches Schließen der Schaltelemente S1 und S2 zur gleichen Zeit zu verhindern, wodurch Cs auf +Vr geladen wird, was während eines Überlapp-Zeitabschnitts, wenn Schritt E unmittelbar auf Schritt C folgt, geschehen könnte. Kirchoffs Stromgesetz und das Prinzip der Ladungserhaltung schreiben vor, dass die Ladungen auf Cs und Cx, nämlich Qs und Qx, gleich sind. Da jedoch Cs größer als Cx ist, ist auf Cx eine größere Restspannung Vx vorhanden, und umgekehrt ist auf Cs eine geringere Spannung Vs vorhanden.
In Schritt E ist das Schaltelement S2 geschlossen. Dies löscht die Spannung Vx auf Cx durch Kurzschließen des Sensorfeldes 50 auf Masse. An dieser Stelle kann die Messelektronik, welche in diesem Beispiel ein Analog-Digital-Wandler (analogue-to-digital converter) ist, der dazu konfiguriert ist, die am Eingangsanschluss 62 anliegende Spannung relativ zur Masse zu messen, verwendet werden, um Vc zu bestimmen. Aus Vc kann die Spannung Vx, welche auf dem Sensorfeld 50 in Schritt D (d.h. bevor dieser mit Masse verbunden wurde) vorhanden war, bestimmt werden und die Kapazität Cx des Sensorfeldes unter Verwendung der Standard-Spannungsteiler-Gleichungen für seriell geschaltete Kapazitäten gewonnen werden. Da jedoch Cx wahrscheinlich klein ist, wird auch die Spannung Vs auf dem Abtastkondensator klein sein. Dies kann es schwierig machen, Vs genau zu messen. Dementsprechend durchläuft in diesem Beispiel die Schaltsteuerelektronik in einer Schleife die Schritte B bis E mit einer vorbestimmten Anzahl von Wiederholungen, um Ladung auf dem Abtastkondensator Cs aufzubauen. Dies stellt auf Cs wegen der erhöhten Ackumulation von Ladung eine größere messbare Spannung bereit und bietet daher eine größere Genauigkeit und Empfindlichkeit ohne aktive Verstärker notwendig zu machen.
Nach dem Durchlaufen der Schritte B bis E in einer Schleife mit einer vorbestimmten Anzahl von Wiederholungen, zum Beispiel 100 Wiederholungen, wird die Messelektronik 54 durch die Schaltsteuerelektronik bei Schritt F zum Messen der Spannung Vs bei geschlossenem Schaltelement S2 konfiguriert. Die gemessene Spannung Vs wird an die Verarbeitungselektronik 58 weitergeleitet. Vs hängt von der Anzahl der Schleifendurchläufe durch die in 6 gezeigten Schritte B bis E (d.h. der Anzahl von Ladungsakkumulationen) und dem Wert von Cx ab. Die Verarbeitungselektronik enthält Schaltungslogik, welche dazu ausgelegt ist Cx aus Vs und der vorbestimmten Anzahl von Schleifendurchläufen, welche während des Ladungsaufbaus gemacht wurden, zu bestimmen. Ausgehend von einem Vergleich des berechneten Wertes von Cx mit einem Schwellwert Tx, wobei Tx einem Wert von Cx entspricht, wenn Finger 54 nicht vorhanden ist, kann der Prozessor bestimmen, ob Finger 54 in der Nähe des Sensorfeldes vorhanden ist oder nicht, d.h. ob das Sensorfeld durch den Benutzer angewählt wurde. Ein geeigneter Schwellwert für Tx kann durch Messung von Cx während einer Kalibrierungsphase, zum Beispiel beim anfänglichen Anschalten oder routinemäßig zu bestimmten Zeitabschnitten während des Betriebs, bestimmt werden. Stellt die Verarbeitungselektronik fest, dass Cx den Schwellwert Tx signifikant übersteigt, wird angenommen, dass der Finger 54 dem sensitiven Feld ausreichend nahe ist, um eine positive Anwahl dieses Sensorfeldes durch einen Benutzer darzustellen. Wenn eine positive Anwahl festgestellt wurde, gibt die Verarbeitungselektronik ein Detektionssignal, welches in 5 als O/P bezeichnet wird, an die in 4 dargestellte Steuereinrichtung 26 aus. Das Detektionssignal identifiziert das angewählte Sensorfeld, so dass die Steuereinrichtung entsprechend reagieren kann.
Der Betrag, um welchen die berechnete Kapazität Cx Tx übersteigen muss, um eine positive Detektion darzustellen, wird davon abhängen wie empfindlich der Designer das Bedienfeld zu haben wünscht. Gibt es zum Beispiel eine Anzahl von eng beabstandeten Sensorfeldern, wird es wünschenswert sein, einen signifikanteren Anstieg Cx über den Schwellwert Tx notwendig zu machen, um eine positive Detektion zu erzeugen, um zu vermeiden dass ein Sensorfeld übermäßig durch einen Finger, der über einem nahe benachbart liegenden Sensorfeld platziert wird, beeinflusst wird. Um falsche positive Detektionen zu minimieren, kann insbesondere der Betrag, um welchen Cx Tx übersteigen muss, um eine positive Anwahl anzuzeigen, so eingestellt werden, dass ein Benutzer das Glas, welches ein sensitives Feld überzieht, welches er anzuwählen wünscht, physisch berühren muss, bevor ein ausreichender Anstieg der Kapazität des Sensorfeldes erfolgt.
Obwohl in der oben beschriebenen Schaltsequenz eine Messung Vs nach einer fest eingestellten Anzahl von Schleifendurchläufen durch die Schritte B bis E gemacht wird, kann in anderen Beispielen eine variable Anzahl von Schleifendurchläufen verwendet werden. In diesen Beispielen kann die Messelektronik einen Komparator umfassen, welcher ausgelegt ist, zu erkennen, wenn Vs eine vordefinierte Referenzspannung übersteigt, zum Beispiel die Hälfte von +Vr. Die Anzahl der Zyklen, welche durchlaufen werden um dies zu erreichen, hängt von Cx ab. Dementsprechend kann eine Zählung der Anzahl von durchgeführten Schleifendurchläufen bevor Vs die Referenzspannung übersteigt, durch die Verarbeitungselektronik verwendet werden, um Cx zu bestimmen. Dieses Schema hat den Vorteil, anstatt komplexere Analog-zu-Digital-Wandler-Elektronik relativ grundlegende Komparator-Elektronik innerhalb der Messelektronik zu verwenden.
Obwohl zuvor als separate Schaltkreiselemente beschrieben, kann die Funktionalität der Schaltsteuerelektronik, der Mess elektronik und der Verarbeitungselektronik durch einen allgemein verwendbaren programmierbaren Mikroprozessor oder einen anderen integrierten Chip, zum Beispiel ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA, field programmable gate array) oder einen anwendungsspezifischen integrierten Chip (ASIC, application specific integrated chip), bereitgestellt werden. Bevorzugt kann auch die entsprechende Elektronik für andere Sensorfelder in demselben Paket als ein Einzelchip enthalten sein, ebenso wie Elektronik, welche anderen Aspekten des Kochfeldes, zum Beispiel der Steuereinrichtung 26, zugeordnet ist. Einige Aspekte der in 5 gezeigten Treiber-Elektronik 52 können anderen Abschnitten der Treiber-Elektronik, welche anderen Sensorfeldern zugeordnet sind, gemeinsam sein. Wenn beispielsweise die Messungen, welche für jedes Sensorfeld gemacht werden, durch die Schaltsteuerelektronik geeignet zeitgemultiplext werden, besteht keine Notwendigkeit, für jedes Sensorfeld eine eigene Messelektronik vorzusehen.
Bevorzugt können auch viele andere Konfigurationen der Treiber-Elektronik und der Sensorfelder verwendet werden, jedoch ist auf den oben beschriebenen Prinzipien basierende Elektronik relativ einfach und effektiv und besitzt gute Detektions-Charakteristiken.
Sensorfeld 16 unterscheidet sich von den anderen Sensorfeldern darin, dass dieses ein Orts-sensitives Sensorfeld ist und die Treiber-Elektronik entsprechend ausgelegt ist, ein Detektionssignal auszugeben, welches die Position des Fingers des Benutzers innerhalb des Sensorfeldes angibt. Diese Art von Orts-sensitiven Sensorfeldern wird manchmal als Gleit-Sensorfeld bezeichnet. Das Gleit-Sensorfeld 16 könnte eine Anzahl von eng beabstandet, individuellen Sensorfeldern mit zugeordneten Treiber-Elektroniken der in 4 gezeigten Art, welche wie oben beschrieben individuell arbeiten, aufweisen. Um jedoch die Ortsauflösung zu verbessern und gleichzeitig die Anzahl der Komponenten zu reduzieren, wird eine andere Art von Sensorfeld und zugeordneter Treiber-Elektronik verwendet.
7 ist ein schematisches Schaltkreisdiagramm und zeigt das Gleit-Sensorfeld 16 und die zugeordnete Treiber-Elektronik 70. Der Einfachheit halber ist nur die Treiber-Elektronik, welche dem Gleit-Sensorfeld 16 zugeordnet ist, dargestellt. Bevorzugt enthält die Treiber-Elektronik jedoch auch anderen Sensorfeldern zugeordnete Teile.
Das Gleit-Sensorfeld 16 umfasst einen Widerstands-Abtaststreifen mit Endanschlüssen 101 und 102. Das Sensorfeld 16 ist auf die Unterseite des Glas-Oberteils des Kochfeldes geklebt. In diesem Beispiel ist der das Sensorfeld umfassende Widerstands-Abtaststreifen aus Karbonfilm gemacht. Andere Metallfilme, ITO oder SnO, leitende Plastikmaterialien, schirmabgeschiedene Leiter, aufgedampfte Leiter, etc. könnten jedoch auch verwendet werden.
Die Treiber-Elektronik 70 umfasst effektiv zwei Erfassungskanäle, von denen jeweils einer einem der beiden Endanschlüsse 101, 102 des Sensorfeldes 16 zugeordnet ist. Die Treiber-Elektronik umfasst erste und zweite Mess-Schaltkreise 84, 86, erste und zweite Umschaltschaltkreise 80, 82 und Schaltsteuerelektronik 88. Der erste Umschaltschaltkreis umfasst erste, zweite und dritte Schaltelemente A, B, C und einen ersten Abtastkondensator Cs1, welcher wie in der Figur gezeigt angeschlossen ist. Der zweite Umschaltschaltkreis ist dem ersten ähnlich und umfasst vierte, fünfte und sechste Schaltelemente A', B', C' und einen zweiten Abtastkondensator Cs2, welcher wie in der Figur gezeigt angeschlossen ist. Die Treiber-Elektronik 52 wird energetisch durch eine Single-Rail-Gleichstrom-(DC, direct current)-Leistungsversorgung versorgt, welche zwischen einer Systemmasse E und einer Versorgungsspannung +Vr arbeitet.
Die Schaltelemente A, A', B, B', C, C' werden von der Schaltsteuerelektronik 88 über Steuersignalleitungen 90 gesteuert. Die Erfassungskanäle sind dazu ausgelegt, in zeitsynchroner Weise zu arbeiten, so dass die beiden Schaltersätze A, B, C und A', B', C' in einer im Wesentlichen simultanen Art und Weise arbeiten. Die Schaltsequenz ist in 8 dargestellt. 8 ist ähnlich zu 6 und ist auf Basis dieser leicht verständlich. Die ersten und zweiten Mess-Schaltkreise 84 und 86 umfassen Analog-Digital-Wandler (analogue-to-digital converters). Die Steuerschaltelektronik betätigt die Schalter wie in 8 gezeigt; die Ergebnisse von jedem Erfassungskanal werden erkannt, nachdem die Spannungsmessung an Cs1 und Cs2 in Schritt F durchgeführt wurde. Die notwendige Zeitdauer für das Öffnen und Schließen jedes der Schaltelemente werden gewöhnlich in Nano- oder Mikrosekunden gemessen, obwohl der Schritt A zum Zurücksetzen der Kondensatoren Cs1 und Cs2 möglicherweise im Millisekundenbereich liegt. Die tatsächliche oder optimale Zeiteinteilung hängt von Schaltkreis-Charakteristiken, wie den Werten von Cs1 und Cs2, dem Schaltwiderstand und dem Widerstand des Sensorfeldes 16 ab. Ein Sensor mit sehr geringem Widerstand, beispielsweise 10 kOhm, würde beispielsweise Schalterschließdauern von 100 ns oder weniger benötigen, um das Kreuzableiten von Ladung von Cs1 zu Cs2 oder umgekehrt über das Sensorfeld selbst zu vermeiden.
Während eines anfänglichen Betriebsabschnitts, beispielsweise beim Anschalten, können Kalibrierungsmessungen des Grundlinien- oder "Hintergrund"-Signals von beiden Kanälen genommen werden, um Referenzmessungen zu erhalten, bei welchen angenommen wird, dass sich kein Objekt in der Nähe des Sensorfeldes befindet. Diese Messungen können unter Verwendung derselben oben genannten Schaltsequenzen gemacht werden. Ist eine Kalibrierung einmal genommen, so werden von jedem Kanal nur Differenzmessungen verarbeitet, um einen Ort zu berechnen. Langsame Änderungen in der Stärke der Hintergrundsignale können zudem durch die Verwendung von "Drift-Kompensations"-Methoden kompensiert werden, welche die Referenzniveaus wäh rend Intervallen, in denen keine Detektion durchgeführt wird, in einer Anstiegsgeschwindigkeits-limitierten Art und Weise einstellen.
Zur Bestimmung der Lage eines Objektes werden die beiden Sensormessungen gemäß den folgenden Schritten verarbeitet, wobei angenommen wird, dass die in Realzeit gemessenen Signale jeweils Sig1 und Sig2 sind und die Grundlinien-Referenzniveaus jeweils Ref1 und Ref2 sind:

1) Berechnen der Delta-Signale ΔSig1, ΔSig2 ΔSig1 = Sig1 – Ref1 ΔSig2 = Sig2 – Ref2
2) Berechnen des Verhältnisses P, welches den Ort angibt: P = ΔSig2/(ΔSig1 + ΔSig2)

Der Eintritt einer positiven Detektion wird nur dann vermutet, wenn der gesamte Signalstärkenzuwachs (ΔSig1 + ΔSig2) über einen minimalen Schwellwert steigt.
P ist bemerkenswert frei von Einflüssen von Objekten verschiedener Größe (z.B. Finger verschiedener Größe) und bei einem linear zunehmenden Widerstands entlang des Sensorfeldes wird eine exzellente Antwort-Linearität beobachtet.
Die Steuereinrichtung 26 ist dazu ausgelegt, von der Treiber-Elektronik über die Verbindung 28 Detektionssignale zu empfangen. Die Steuereinrichtung 26 ist dazu konfiguriert, in einer vom empfangenen Detektionssignal abhängigen Art und Weise auf die Detektionssignale zu reagieren. Wenn die Steuereinrichtung beispielsweise Detektionssignale von der Treiber-Elektronik empfängt, welche anzeigen, dass ein Benutzer die Leistung des Heizelementes 4c erhöhen möchte, handelt die Steuereinrichtung entsprechend. Dies kann durch das Bereit stellen eines geeigneten Steuersignals an das elektronisch gesteuerte Triac 30 erreicht werden. Jede andere konventionelle, elektronisch gesteuerte Leistungssteuereinheit kann zum Steuern der Leistung, mit welcher die Heizelemente versorgt werden, verwendet werden. Die Steuereinrichtung 26 ist außerdem dazu konfiguriert, die Informationsanzeigen 18a–d zu betreiben. In diesem Beispiel bestehen die Informationsanzeigen aus Zwei-Ziffer-LED-Anzeigen, obwohl auch LCD-Anzeigen oder jede andere Art von Anzeigen ebenso verwendet werden könnte.
Um die Wahrscheinlichkeit einer ungewollten Aktivierung gewisser Funktionen des Kochfeldes, beispielsweise der Anschaltfunktion, zu reduzieren, ist die Steuereinrichtung ausgelegt, diese speziellen Funktionen nur dann zu aktivieren, wenn eine vorbestimmte Kombination von Sensorfeldern entsprechend angewählt wird. Beispielsweise weist das in 2 gezeigte Bedienfeld 6 zwei Sensorfelder auf, welche definitionsgemäß der Anschaltfunktion des Kochfeldes zugeordnet sind. Dies sind die Sensorfelder 8a und 8b. Damit ein Benutzer das Kochfeld anschaltet, wählt er zuerst das Sensorfeld 8a an, indem er seinen Finger oder einen anderen Zeiger über diesem Sensorfeld platziert, und anschließend innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts, beispielsweise eine Sekunde, Sensorfeld 8b, indem er wiederum seinen Finger über dem entsprechenden Feld platziert. Während dieses Prozesses detektiert die Treiber-Elektronik anfänglich, dass der Benutzer das Sensorfeld 8a angewählt hat und gibt, wie oben beschrieben, ein entsprechendes Detektionssignal an die Steuereinrichtung aus. Beim Empfang dieses Detektionssignals, und während das Kochfeld gegenwärtig abgeschaltet ist, schaltet die Steuereinrichtung das Kochfeld nicht an. Wenn die Treiber-Elektronik nachfolgend detektiert, dass der Benutzer das Sensorfeld 8b angewählt hat, gibt dieses ein zweites entsprechendes Detektionssignal an die Steuereinrichtung aus. Nur wenn die Steuereinrichtung diese beiden Detektionssignale, welche der Benutzeranwahl der Sensorfelder 8a und 8b entsprechen, inner halb des bestimmten Zeitabschnittes empfängt, gestattet diese, das Kochfeld anzuschalten. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Steuereinrichtung zum Beispiel ein (nicht dargestelltes) Hauptrelais steuert. Bevorzugt kann die Steuereinrichtung dazu angepasst werden, als Antwort auf andere vorbestimmte Kombinationen von angewählten Sensorfeldern zu handeln und nicht nur der oben, unter Bezugnahme auf die Sensorfelder 8a und 8b beschriebenen Kombination. Anstatt es zu erfordern, dass zwei verschiedene Sensorfelder innerhalb einer vorbestimmten Zeit angewählt werden, kann in anderen Beispielen die Steuereinrichtung es beispielsweise erforderlich machen, dass ein einzelnes Sensorfeld innerhalb eines gegebenen Zeitabschnitts mehrfach angewählt wird, bevor es gestattet wird, ein Kochfeld anzuschalten. In noch anderen Fällen können zwei oder mehr Sensorfelder eine simultane Anwahl erfordern, um es zu gestatten, das Kochfeld anzuschalten. Obwohl viele verschiedene vorbestimmte Kombinationen von Anwahlvorgängen verwendet werden können, ist das oben beschriebene Beispiel, in welchem es erforderlich ist zwei verschiedene, aber benachbarte Sensorfelder in relativ schneller Abfolge anzuwählen, mit einem einzelnen Finger durch eine einzelne gleichmäßige Gleitbewegung von einem Sensorfeld zu dem anderen leicht durchzuführen.
Wie es in vielen Einrichtungen üblich ist, werden die Sensorfelder 8a und 8b, welche dazu verwendet werden, das Kochfeld, wie oben beschrieben, anzuschalten, auch dazu verwendet, es abzuschalten. Da es im Allgemeinen jedoch weniger gefährlich ist, eine Einrichtung versehentlich abzuschalten als versehentlich anzuschalten, ist die Steuereinrichtung dazu konfiguriert, das Kochfeld abzuschalten, wenn eines der beiden Sensorfelder 8a oder 8b angewählt wird. Es besteht keine Notwendigkeit beide Sensorfelder innerhalb einer bestimmten Zeit anzuwählen. In Fällen in denen es gewünscht wird, eine Einrichtung vor versehentlichem Abschalten zu schützen, kann ein zu dem oben für das Anschalten beschriebenen Verfahren ähnli ches Verfahren gleichfalls für den Abschaltprozess verwendet werden.
Die Steuereinrichtung kann weiterhin dazu konfiguriert werden, andere Funktionen nur als Antwort auf einen Benutzer, welcher gewisse vorbestimmte Kombinationen von mehrfachen Anwahlvorgängen durchführt, zu aktivieren. Dies kann beispielsweise aus Sicherheitsgründen für den Anschaltprozess geschehen, um versehentliche Aktivierung gewisser Funktionen der Einrichtung zu verhindern, oder es kann geschehen, um das Bereitstellen einer intuitiven und übersichtlichen Steuerschnittstelle zu unterstützen.
Als Beispiel werden eine Anzahl von speziellen Funktionen des in den 1 bis 4 dargestellten Kochfeldes und Bedienfeldes genauer beschrieben. Bevorzugt werden sich jedoch der Aufbau des Bedienfeldes und der bevorzugte Operationsmodus (das heißt die bestimmten Kombinationen von zur Aktivierung gewisser Funktionen erforderlicher Anwahlvorgänge, wie weiter unten beschrieben) zwischen verschiedenen Einrichtungen unterscheiden, beides jeweils gemäß der Funktionen der zu steuernden Einrichtung und dem Erscheinungsbild, welches ein Designer dem Bedienfeld zu geben wünscht.
Wie weiter oben beschrieben umfasst das in 2 dargestellte Bedienfeld 6 eine Mehrzahl von Näherungssensorfeldern. Sensorfelder 8a und 8b sind, wie zuvor beschrieben, dem An- und Abschalten des Kochfeldes zugeordnet. Sensorfelder 10a–d sind Heizelement-Anwahlfelder, welche den jeweiligen Heizelementen 4a–d entsprechen. Sensorfeld 12 ist ein "Doppelring"-Anwahl-Sensorfeld und kann dazu verwendet werden, ein Erweiterungselement 30 des Heizelementes 4a anzuschalten, um einen größeren Heizbereich in diesem Teil des Kochfeldes bereitzustellen. Sensorfeld 14 ist "Halbring"-Anwahl-Sensorfeld, und kann dazu verwendet werden, zwischen dem Heizelement 4d und einem inneren Element 32 hin und her zu schalten, um wie in 1 gezeigt einen kleineren Heizbereich in diesem Teil des Kochfeldes bereitzustellen. Sensorfeld 16 ist ein Gleit-Sensorfeld, welches Orts-sensitiv ist. Informationsanzeigen 18a–d sind den jeweiligen Heizelementen 4a–d zugeordnet und dazu ausgelegt, ein Maß der dem jeweiligen Heizelement zugeführten Leistung als Funktion der verfügbaren Gesamtleistung anzuzeigen (zwischen "00" und "99").
Ein Benutzer schaltet das Kochfeld durch Anwahl der Sensorfelder 8a und 8b in der oben beschriebenen Art und Weise an. Die Voreinstellung ist, dass wenn das Kochfeld zuerst eingeschaltet wird, keine Leistung irgendeinem der Heizelemente 4a–d zugeführt wird. Die Informationsanzeigen 18a–18d zeigen dementsprechend alle einen Wert "00". In anderen Einrichtungen können andere anfängliche Bedingungen bevorzugt werden. Angenommen ein Benutzer möchte dann das Heizelement 4a mit ungefähr 25 % seiner maximalen Leistung verwenden. Der Benutzer aktiviert zuerst die Steuerung des Heizelementes 4a, indem er seinen Finger über dem Sensorfeld 10a der Heizelementauswahl platziert. Die Treiber-Elektronik registriert die Anwahl des Benutzers und gibt ein entsprechendes Detektionssignal an die Steuereinrichtung aus. Als Antwort darauf bereitet sich die Steuereinrichtung darauf vor, weitere Detektionssignale betreffend die Aktion, welche von ihr auszuführen sein wird, zu empfangen. Die Steuereinrichtung informiert den Benutzer außerdem darüber, dass die Steuerung des Heizelementes 4a aktiviert wurde, indem die Helligkeit der Informationsanzeige 18a erhöht wird. In anderen Beispielen kann ein anderes Hinweismittel verwendet werden, beispielsweise die relevante Informationsanzeige aufblinken zu lassen. Anschließend platziert der Benutzer seinen Finger über dem Gleit-Sensorfeld 16, um die Leistungsmenge auszuwählen, die er dem Heizelement 4a zugeführt werden wünscht. Er macht dies, indem er seinen Finger an einem geeigneten Ort entlang des Gleit-Sensorfeldes 16 platziert. Das Gleit-Sensorfeld ist an seinem linken Ende mit "C" für kalt (cold) und an seinem rechten Ende mit "H" für heiß (hot) gekennzeichnet. In alternativen Beispielen kann eine Dekor- oder Hinweisgraphik das Sensorfeld überziehen, beispielsweise eine solche, welche in Richtung des kalten Endes des Gleit-Sensorfeldes im Wesentlichen blau ist und in Richtung des heißen Endes im Wesentlich rot. Die Leistungsmenge, welche an das Heizelement 4a geliefert wird, wird dadurch bestimmt, wo der Benutzer seinen Finger entlang des Gleitbereiches positioniert. Um die maximale Leistung zu liefern, positioniert er seinen Finger an dem mit "H" markierten Ende. Um keine Leistung zu liefern, positioniert er seinen Finger an dem mit "C" markierten Ende. Im vorliegenden Fall, in dem er 25 % in der Leistung liefern möchte, platziert er seinen Finger bei ungefähr 25 % der Wegstrecke entlang des Gleit-Sensorfeldes. In diesem Beispiel tritt der Fall ein, dass er seinen Finger bei 24 % der Wegstrecke entlang des Gleit-Sensorfeldes positioniert. Die Treiber-Elektronik detektiert diese Lage des Benutzerfingers und gibt ein entsprechendes Detektionssignal an die Steuereinrichtung aus. Die Steuereinrichtung konfiguriert dann das elektronisch steuerbare, dem Heizelement 4a zugeordnete Triac 30 so, dass dieses 24 % seiner Maximalleistung liefert. Um den Benutzer über seine Auswahl zu informieren, konfiguriert die Steuereinrichtung die Informationsanzeige 18a, um den Bruchteil der Leistung anzuzeigen, welcher an das Heizelement 4a geliefert wird. Während 24 % der Leistung geliefert werden, zeigt die Informationsanzeige 18a "23" (d.h. 24 % dargestellt auf einer "00"-bis-"99"-Skala). Der Benutzer ist mit dieser Näherung von 25 % möglicherweise zufrieden und zieht seinen Finger zurück. Alternativ kann der Benutzer seinen Finger leicht in Richtung des heißen Endes des Gleitbereiches schieben, um die an das Heizelement gelieferte Leistung zu erhöhen.
Zusätzlich zu der Informationsanzeige 18a, wird eine aus einer Reihe von LEDs 34, welche entlang einer Kante des Gleit-Sensorfeldes angebracht sind, in einer geeigneten Lage durch die Steuereinrichtung erleuchtet, um es dem Benutzer zu ermöglichen, die gegenwärtig rückgemeldete Position seines Fingers auf dem Gleitbereich zu überwachen.
Nachdem ein bestimmter Zeitabschnitt vergangen ist, in welcher keine Sensorfelder angewählt wurde, beispielsweise 10 Sekunden, wird die aktive Steuerung des Heizelementes 4a aufgegeben und die Informationsanzeige 18a kehrt zu derselben Helligkeit wie die übrigen Informationsanzeigen 18b–d zurück. Dies verhindert, dass nachfolgendes unbeabsichtigtes Darüberstreichen über das Gleit-Sensorfeld 16 die an das Heizelement 4a gelieferte Leistung versehentlich einstellt. Wenn der Benutzer die an das Heizelement 4a gelieferte Leistung erneut einstellen möchte, nachdem die aktive Steuerung dieses Heizelementes aufgegeben wurde, wählt er wiederum zuerst das Sensorfeld 10a an, um die aktive Steuerung über das Heizelement 4a zu erhalten. Während er dies tut erhellt sich die Informationsanzeige 18a erneut und das Heizelement 4a kann gesteuert werden. Der Benutzer kann jetzt seinen Finger beispielsweise über dem "Doppelring"-Sensorfeld positionieren, um das Erweiterungselement 30 des Heizelementes 4a anzuschalten.
Wenn der Benutzer nun das Heizelement 4d mit 18 % Leistung anschalten möchte, wählt er das Sensorfeld 10d an, indem er seinen Finger über dem Feld platziert. Dies gibt ihm die aktive Kontrolle über das Heizelement 4d und gestattet ihm seinen Finger entlang des Gleit-Sensorfeldes an dem geeigneten Ort zu positionieren, um den Leistungswert wie oben beschrieben einzustellen. Wenn er diese Leistung ändern möchte, kann er seinen Finger zurückziehen und ihn über dem Gleit-Sensorfeld an einem geeigneten Ort erneut positionieren, oder er kann einfach seinen Finger über das Gleit-Sensorfeld 16 schieben, um die an das Heizelement 4d gelieferte Leistung kontinuierlich einzustellen. Wenn der Benutzer den Leistungswert des Heizelementes 4d auf 18 % eingestellt hat, erscheint das Bedienfeld wie in 2 gezeigt.
Bevorzugt können die oben beschriebenen Prinzipien auf andere Bedienfeld-Konfigurationen angewandt werden, welche unterschiedliche Konfigurationen von Sensorfeldern umfassen, wel che dazu ausgelegt sind, in einer unterschiedlichen Art und Weise betrieben zu werden.
9 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Kochfeldes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Viele der Merkmale von 9 sind ähnlich zu denen von 1 und können anhand jener entsprechenden Merkmale, welche dieselben Bezugszeichen aufweisen, verstanden werden. Diese Merkmale werden hier nicht weiter beschrieben. Das Kochfeld von 9 hat jedoch ein Bedienfeld 116, welches sich von dem des Kochfeldes von 1 unterscheidet. Das Bedienfeld 116 erlaubt es einem Benutzer wieder verschiedene Funktionen des Kochfeldes zu steuern, beispielsweise das An- und Abschalten und das Einstellen der Temperatur der Heizelemente, ist aber ausgelegt, unterschiedlich zu dem Bedienfeld des ersten Ausführungsbeispiels zu funktionieren.
10 zeigt schematisch eine Draufsicht des Bedienfeldes 116 des in 9 gezeigten Kochfeldes auf einem vergrößerten Maßstab. Viele der Merkmale aus 10 sind ähnlich denen aus 2 und können anhand dieser entsprechenden Merkmale, welche mit demselben Bezugszeichen versehen sind, verstanden werden. Diese Merkmale werden hier nicht weiter beschrieben. Das Bedienfeld 116 unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels in der Art und Weise, in welcher die zu jedem der Heizelemente 4a–d gelieferte Leistung eingestellt wird. Die Sensorfelder 10a–d für die Heizelementauswahl und das Gleit-Sensorfeld 16, welches in 2 dargestellt ist, sind in dem Bedienfeld 116 des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung nicht vorhanden. Stattdessen besitzt jedes Heizelement ein entsprechendes Heizelement-Anwahl-Sensorfeld 118a–d, welches von einem umlaufenden Orts-Sensorfeld 120a–d umgeben ist. Das Glas-Oberteil 3, welches das Bedienfeld überzieht, ist gegenüber dem aus 1 leicht modifiziert, indem es eine flache Vertiefung über den umlaufenden Ort-Sensorfeldern 120a–d umfasst, um den Benutzer dabei zu unter stützen, einen Finger entlang eines Kreises über die darunter liegenden, umlaufenden Orts-Sensorfelder zu schieben.
11 zeigt schematisch eine vertikale Querschnitts-Teilansicht des in 10 gezeigten Bedienfeldes 116, entlang der in 10 dargestellten Linie B-B'. Gezeigt ist ein Ausschnitt des Glas-Oberteils 3 zusammen mit dem Heizelement-Anwahl-Sensorfeld 118a, dem umlaufenden Orts-Sensorfeld 120a und der Informationsanzeige 18a, welche im Profil zu sehen sind. Da das umlaufende Orts-Sensorfeld 120a einen Ring umfasst, ist es in Vertikal-Schnittdarstellung auf beiden Seiten des Heizelement-Anwahl-Sensorfeldes 118a zu sehen. Weiterhin ist zu sehen, dass eine der Vertiefungen in dem Glas-Oberteil 3 oberhalb des umlaufenden Orts-Sensorfeldes auf jeder Seite des Heizelement-Auswahlsensors liegt. Die Vertiefung hat abgeschrägte Wände um das Reinigen zu erleichtern und Schmutzansammlung zu verhindern. Sensorfelder 118a und 120a sind mit der (nicht dargestellten) Treiber-Elektronik über die Verbindungen 20 verbunden. Informationsanzeige 18a ist mit einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung über die Verbindungen 22 verbunden. In 3 ist ebenfalls der Finger eines Benutzers dargestellt, welcher über dem umlaufenden Orts-Sensorfeld 120a positioniert ist.
Ein Benutzer schaltet das Kochfeld 110 durch Anwahl der Sensorfelder 8a und 8b, in derselben Art und Weise, wie dies weiter oben für das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, an. Wenn das Kochfeld zuerst eingeschaltet wird, ist die Voreinstellung wie zuvor, dass keine Leistung zu irgendeinem der Heizelemente 4a–d geliefert wird. Die Informationsanzeigen 18a–d zeigen dementsprechend alle den Wert "00". Angenommen ein Benutzer möchte das Heizelement 4a bei ungefähr 50 % seiner maximalen Leistung verwenden. Der Benutzer aktiviert zuerst die Steuerung des Heizelementes 4a, indem er seinen Finger über dem entsprechenden Heizelement-Anwahl-Sensorfeld 118a platziert. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erfasst die Treiber-Elektronik die Anwahl des Benutzers und gibt ein entsprechendes Detektionssignal an die Steuereinrichtung aus. Als Antwort darauf bereitet sich die Steuereinrichtung darauf vor, weitere Detektionssignale betreffend die Aktion, welche von ihr auszuführen sein wird, zu empfangen. Die Steuereinrichtung informiert den Benutzer außerdem darüber, dass die Steuerung des Heizelementes 4a aktiviert wurde, indem die Helligkeit der Informationsanzeige 18a erhöht wird. Anschließend platziert der Benutzer seinen Finger über dem umlaufenden Orts-Sensorfeld 120a, um die Leistungsmenge, die er dem Heizelement 4a zugeführt werden wünscht, auszuwählen. Er macht dies, indem er seinen Finger in einer geeigneten Lage entlang des umlaufenden Orts-Sensors platziert. Das umlaufende Orts-Sensorfeld ist bei der 6-Uhr-Position mit einem Pfeil gekennzeichnet, um eine Startposition zu markieren. Die Leistungsmenge, welche an das Heizelement 4a geliefert wird, wird dadurch bestimmt, wie weit der Benutzer, im Uhrzeigersinn zunehmend von dem markierten Pfeil ab, seinen Finger entlang dem umlaufenden Orts-Sensorfeld platziert. Im vorliegenden Fall, in welchem er 50 % der Leistung zuführen möchte, platziert er seinen Finger bei ungefähr 50 % der Bogenstrecke entlang des umlaufenden Orts-Sensorfeldes, das heißt bei der 12-Uhr-Position. In diesem Beispiel tritt der Fall ein, dass er seinen Finger bei 48 % der Bogenstrecke entlang des Gleit-Sensorfeldes positioniert. Die Informationsanzeige 18a wird entsprechend konfiguriert um "47" anzuzeigen (d.h. 48 % dargestellt auf einer "00"-bis-"99"-Skala) und die Steuereinrichtung konfiguriert das elektronisch steuerbare, dem Heizelement 4a zugeordnete Triac derart, dass dieses 48 % seiner Maximalleistung liefert. Wie zuvor ist der Benutzer mit der gelieferten Leistung möglicherweise zufrieden und zieht seinen Finger zurück. Alternativ kann er seinen Finger leicht im Uhrzeigersinn verschieben, um die an das Heizelement gelieferte Leistung zu erhöhen.
Nachdem ein bestimmter Zeitabschnitt vergangen ist, in welcher keine Sensorfelder angewählt wurden, beispielsweise 10 Sekunden, wird die aktive Steuerung des Heizelementes 4a auf gegeben. Dieser Aspekt des in 10 gezeigten Kochfeldes 110 ist dem des Kochfeldes des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich.
Wenn der Benutzer nun das Heizelement 4b mit 13 % Leistung anschalten möchte, wählt er das Sensorfeld 118b an, indem er seinen Finger über diesem Feld platziert. Dies gibt ihm die aktive Steuerung über das Heizelement 4b und gestattet ihm seinen Finger entlang des umlaufenden Orts-Sensorfeldes an dem geeigneten Ort zu positionieren, um den Leistungswert wie oben beschrieben einzustellen. Wenn der Benutzer den Leistungswert des Heizelementes 4b auf 13 % eingestellt hat, erscheint das Bedienfeld wie in 10 gezeigt.
12 zeigt ein Beispiel wie jedes der umlaufenden Orts-Sensorfelder 120a–d gestaltet werden kann. Das umlaufende Orts-Sensorfeld umfasst einen Widerstands-Abtaststreifen mit Endanschlüssen 101 und 102, ähnlich wie das in 7 gezeigte Gleit-Sensorfeld 16. Der Widerstands-Abtaststreifen umfassend das umlaufende Orts-Sensorfeld ist jedoch als Teilring ausgebildet, welcher ausgehend von einer 6-Uhr-Position sich im Uhrzeigersinn bis zu einer 4-Uhr-Position erstreckt. Diese 240°-Ausdehnung bedeutet, dass der Bereich, welcher sich ausgehend von der 4-Uhr-Position im Uhrzeigersinn zur 6-Uhr-Position erstreckt, eine Totzone definiert, welche in diesem Beispiel nicht genutzt wird. Die Endanschlüsse 101, 102 sind mit der (der Einfachheit halber nicht dargestellten) Treiber-Elektronik verbunden, welche in der gleichen Art und Weise arbeitet, wie dies weiter oben unter Bezugnahme auf 7 beschrieben wurde. Das einzelne Widerstands-Abtastelement, umfassend das umlaufende Orts-Sensorfeld, erstreckt sich nicht in einen vollständigen Ring, um Unklarheiten in der Nähe der Enden zu vermeiden. Wenn beispielsweise die Endanschlüsse 101, 102 zu eng beieinander liegen, wird ein über einem Endanschluss positionierter Finger effektiv auch nahe dem anderen Endanschluss positioniert sein. Dies bedeutet, dass die beiden Erfassungskanäle ähnliche Signale erzeugen werden, und es wird daher nicht möglich sein bestimmen zu können, ob der Ort des Fingers nahe einer Endposition oder bei einer mittigen Position entlang des umlaufenden Orts-Sensors ist. Dies ist der Fall, weil die Treiber-Elektronik auf der Basis von Signalverhältnissen arbeitet. Es ist möglich diese Mehrdeutigkeit mit einem einzelnen vollständigen kreisförmigen Widerstands-Abtaststreifen zu beseitigen, indem die summierten Signale von jedem Erfassungskanal als ein Diskriminator verwendet werden.
13 zeigt ein zweites Beispiel, wie jedes der umlaufenden Orts-Sensorfelder 120a–d gestaltet werden kann. In diesem Beispiel ist das umlaufende Orts-Sensorfeld entlang eines vollständigen Kreises sensitiv. Das in 13 gezeigte umlaufende Orts-Sensorfeld umfasst drei Anschlüsse 136, 138, 140, welche einen gleichen Winkelabstand aufweisen, wobei zwischen den entsprechenden Paaren dieser Anschlüsse drei Widerstands-Abtaststreifen 130, 132, 134 verbunden sind. Die drei Widerstands-Abtaststreifen überstreichen jeweils 120° und bilden zusammen einen vollständigen Kreis, wie dies in der Figur gezeigt ist. Jeder Anschluss 136, 138, 140 ist mit einem der drei Erfassungskanäle verbunden, welche jeweils ähnlich zu den Erfassungskanälen sind, welche für jeden Anschluss 101, 102 in 7 gezeigt sind. Die Position eines über einem der Widerstands-Abtastelemente 130, 132, 134 positionierten Fingers kann in einer Art und Weise bestimmt werden, welche ähnlich zu der weiter oben unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen ist. Zum Beispiel werden Signale von den den Anschlüssen 136 und 138 zugeordneten Erfassungskanälen verwendet, um zu bestimmen, ob ein Finger über dem Widerstandsabtastelement 130 positioniert ist und, wenn dies der Fall ist, an welchem Ort. Signale von den den Anschlüssen 138 und 140 zugeordneten Erfassungskanälen werden verwendet, um zu bestimmen, ob ein Finger über dem Widerstandsabtastelement 132 positioniert ist und, wenn dies der Fall ist, an welchem Ort. Signale von den den Anschlüssen 140 und 136 zugeordneten Erfassungskanälen werden verwendet, um zu bestimmen, ob ein Finger über dem Widerstandsabtastelement 134 positioniert ist und, wenn dies der Fall ist, an welchem Ort. Wenn ein Finger in der Nähe eines Anschlusses positioniert wird, so dass er als über zwei benachbarten Widerstandselementen liegend detektiert wird, wird das Paar von Erfassungskanälen verwendet, welches das größte summierte Signal zurückgibt. Wenn ein Finger direkt über einem Anschluss positioniert wird, werden die summierten Signale von jedem der benachbarten Widerstands-Abtastelemente zugeordneten Paare von Erfassungskanälen nominell gleich sein und jedes Signalpaar kann verwendet werden.
Bevorzugt sind die Prinzipien der oben beschriebenen Erfindung nicht auf Kochfelder beschränkt, sondern sind auf viele Arten von Einrichtungen anwendbar. Beispielsweise können ähnliche Bedienfelder in vielen verschiedenen Arten von häuslichen Einrichtungen wie Öfen, Grills, Waschmaschinen, Wäschetrockner, Spülmaschinen, Mikrowellenöfen, Küchenmaschinen, Brotbackautomaten, Getränkespender, usw. verwendet werden. Weiterhin kann, obwohl in dem oben beschriebenen Beispiel das Bedienfeld unterhalb eines Glas-Oberteils eines Kochfeldes ausgebildet ist, in anderen Beispielen das Bedienfeld von der Einrichtung entfernt oder unterschiedlich angebracht sein, zum Beispiel auf einer vertikalen Fläche der Einrichtung. Es ist ebenfalls möglich, ein Bedienfeld ähnlich der oben beschriebenen Arten vorzusehen, welches getrennt von der Einrichtung, zu deren Steuerung es verwendet werden kann, bereitgestellt wird. Beispielsweise um eine Verbesserung (upgrade) für eine bereits existierende Einrichtung bereitzustellen. Es ist auch möglich ein Bedienfeld vorzusehen, welches konfiguriert werden kann, um eine Mehrzahl verschiedener Einrichtungen zu betreiben. Beispielsweise hat ein Bedienfeld eine gegebene Anzahl von Näherungssensorfeldern, welche ein Einrichtungshersteller nach seinen Wünschen verschiedenen Funktionen einer Einrichtung zuordnen kann, indem er die Logik der Steuereinrichtung geeignet konfiguriert. Zum Beispiel durch Neuprogrammierung der Steuereinrichtung.
Zusätzlich, obwohl die oben gegebenen Beispiele auf Kapazitäts-basierten Berührungs-sensitiven Bedienelementen basieren, können auch andere Berührungs-sensitive Technologien verwendet werden. Zum Beispiel können Widerstands-basierte Berührungs-sensitive Bildschirme oder Infrarot-Detektionsbasierte Berührungs-sensitive Bildschirme verwendet werden.

Claims

Vorrichtung, insbesondere Kochfeld mit einer Bedienanordnung (6, 116), umfassend zumindest ein Orts-sensitives Näherungssensorfeld (16, 120a–d) zur Einstellung einer Stellgröße in einem ersten Bedienmodus in Abhängigkeit von einer Berührungsposition auf dem Näherungssensorfeld (16, 120a–d), dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienanordnung (6, 116) zumindest ein Anwahlfeld (10a–d, 118a–d) zum Umschalten von dem ersten Bedienmodus in zumindest einen zweiten Bedienmodus aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anwahlfeld (10a–d, 118a–d) örtlich getrennt von dem Näherungssensorfeld (16, 120a–d) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Heizelemente (4a–d) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Heizelement (4a–d) ein Näherungssensorfeld (120a–d) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Heizelement (4a–d) ein Anwahlfeld (118a–d) für ein Heizelement (4a–d) zugeordnet ist, welches von einem der Näherungssensorfelder (120a–d) ringartig umgeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Bedienmodus ein erstes Heizelement (4a–d) von dem Näherungssensorfeld (16) steuerbar ist, und dass in dem zweiten Bedienmodus ein zweites Heizelement (4a–d) von demselben Näherungssensorfeld (16) steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten und zweiten Bedienmodi zumindest ein Heizelement (4a, 4d) eine unterschiedliche Heizfläche (30, 32) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Heizelement (4a–d) einem Näherungssensorfeld (120a–d) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Heizelement (4a–d) einem Anwahlfeld (118a–d) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Heizelement (4a–d) ein zweites Anwahlfeld (12, 14) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Heizelement (4a–d) eine Informationsanzeige (18a–d) zugeordnet ist, die betriebsfähig ist, den aktuellen Status des Heizelementes (4a–d) anzuzeigen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsanzeigen (18a–d) örtlich getrennt von dem oder den Näherungssensorfeldern (16, 120a–d) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Orts-sensitiven Näherungssensorfelder (16) linear verlaufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Orts-sensitiven Näherungssensorfelder (120a–d) umlaufend verlaufen.