EP2550581A1 - Eingabevorrichtung mit haptischer rückmeldung - Google Patents

Eingabevorrichtung mit haptischer rückmeldung

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Publication number
EP2550581A1
EP2550581A1 EP11711037A EP11711037A EP2550581A1 EP 2550581 A1 EP2550581 A1 EP 2550581A1 EP 11711037 A EP11711037 A EP 11711037A EP 11711037 A EP11711037 A EP 11711037A EP 2550581 A1 EP2550581 A1 EP 2550581A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
input device
magnet
coils
oscillator
microprocessor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11711037A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ferdinand Maier
Thomas Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FM Marketing GmbH
Original Assignee
FM Marketing GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE201010012247 external-priority patent/DE102010012247A1/de
Priority claimed from DE201010019596 external-priority patent/DE102010019596A1/de
Application filed by FM Marketing GmbH filed Critical FM Marketing GmbH
Publication of EP2550581A1 publication Critical patent/EP2550581A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03548—Sliders, in which the moving part moves in a plane
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0362—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 1D translations or rotations of an operating part of the device, e.g. scroll wheels, sliders, knobs, rollers or belts
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/97—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element

Definitions

  • the invention relates to an input device with haptic feedback.
  • CONFIRMATION COPY time-delayed system takes place, for example via a signal not directly related to the input.
  • Magnetically positioned input devices are suitable for this purpose.
  • EP 1 223 541 B1 describes an input device in the form of a remote control, in which, for controlling a cursor on a display screen, a movable adjustable part moves with a first magnet attached thereto relative to a second stationary magnet, and the resulting magnetic field through Hall sensors is measured, from which the position of the movable adjustable part can be determined. Due to the interaction of the two magnets, the adjustable part is brought in the absence of external force in a predetermined position. Only by external force, for example by a finger of an operator, the adjustable
  • Part are moved from this rest position, wherein the force that is necessary for moving, depends on the position of the magnets to each other, so that the user receives a tactile or haptic perceived rejection.
  • a third stationary magnet can also be provided, so that the adjustable part can be moved between two rest positions, the shifting from both rest positions each requiring an external force.
  • EP 0810544 A2 EP 1901005 A2
  • WO 00/70438 indicates that Hall sensors are relatively expensive and can only measure the magnetic flux density, so that at least two Hall sensors are required to detect a direction of movement of a magnet.
  • This document therefore proposes to use coils as sensors. If a magnet is moved relative to the coil, an electrical voltage is induced in the coil, wherein a voltage pulse can also detect the direction of movement, since the voltage pulse begins with a rising or falling edge, depending on the direction of movement.
  • a disadvantage of this device is that only one movement can be detected and no static state.
  • No. 5,698,976 A describes an input device with a magnetic material plate whose surface in the X and Y directions has regular, but different geometric configurations in the form of depressions and elevations. A magnet is slidable relative to this plate and a sensor in the form of a coil is moved together with the magnet. Due to the different geometry of the surface of the plate, the magnetic flux changes, which is detected by the coil.
  • the object of the invention is to improve the device of the type mentioned in that it provides an accurate electrical signal for the movement and / or the position of the magnetic movable input member with little effort and at the same time provides a haptic perceptible feedback.
  • the haptic perceptible feedback should be adjustable.
  • rotational movements should also be detectable.
  • the basic principle of the invention is to use coils printed on a printed circuit board as sensors whose inductance is part of an inductive / capacitive oscillating circuit.
  • the value of the inductance changes depending on the relative Location of a magnetic part to the coil or the coils, so that the oscillation frequency of the resonant circuit changes depending on the position of the magnetic part.
  • a static signal is obtained which allows the position of the magnetic part relative to the one or more coils to be evaluated at any time, as well as the speed of movement of the magnetic part due to the change of the oscillation frequency.
  • magnet and counter magnet are to be understood so that both parts can be magnetized and therefore each form a permanent magnet, as well as the case that only one of both is a permanent magnet, while the other consists of ferromagnetic but not permanently magnetized material. Therefore, it is more generally spoken of "magnetic part” or “magnetic parts”. Instead of permanent magnets and electromagnets can be used.
  • a movable magnet is disposed on one side of the wiring board while one or more stationary magnets are disposed on the opposite side of the circuit board. But it is also possible to arrange all the magnets on one side of the printed circuit board.
  • a movable magnets disc magnets, annular, spherical or cylindrical magnets come into question, to reduce the friction of the movable magnet in this also a ball can be inserted, the only slightly gig above the bottom of the magnet protrudes, so that no noticeable tilting of the magnet occurs.
  • magnets in question such as disc magnets, as well as a ring magnets, a ring magnet with a central magnet and also a plurality of arranged in predetermined pattern magnets.
  • haptic perceptible feedback and electromagnets can be used, whose excitation current is regulated, whereby the forces occurring between the E- lektromagneten and the movable magnets are adjustable.
  • the coils serving as sensors may be applied to the circuit board in various patterns and printed, for example, or made by lithography or other known methods, with several coils in different patterns, e.g. a matrix can be applied, which are connected in rows and columns.
  • the invention is suitable for all fields of application in which functions are to be controlled by movement of an operating element, for example remote controls, mouse replacement for computers, operation of functions. in motor vehicles and operation of all conceivable electrically controllable machines.
  • an operating element for example remote controls, mouse replacement for computers, operation of functions. in motor vehicles and operation of all conceivable electrically controllable machines.
  • Signal transmission from the input device to devices to be controlled may be by infrared, cable, radio, ultrasound.
  • At least some of the sensors are arranged along a circular path and are preferably at equidistant distances from one another. Also fixed along the circular path are stationary counter-magnets or ferromagnetic metal parts which, in cooperation with the magnet moving along the circular path, provide the haptic feedback and define "locking positions" for a rotatable operating element to which the movable magnet is fastened.
  • Fig. a circuit diagram of the device according to the invention according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a circuit diagram after a second Ausch
  • FIG. 3 is a plan view of an input device according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a section along the line A-A of FIG.
  • FIG. 11 is a plan view of an arrangement of coils used in the invention according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 12 shows a view similar to FIG. 11 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 13 shows a view similar to FIG. 11 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • Coils that can be used in the invention are Coils that can be used in the invention.
  • Fig. 16 is a circuit diagram of the input device according to a first embodiment of the invention
  • 17 shows a cutaway plan view of an input device according to an embodiment of the invention
  • Fig. 18 is a plan view of a wiring board according to the embodiment of Fig. 17;
  • FIG. 19 shows a cross section of the input device according to a further embodiment of the invention.
  • Fig. 20 is a circuit diagram of the input device according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 21 is a circuit diagram of the input device according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 22 shows a cross-section of the input device according to the further exemplary embodiment of the invention along the line BB of FIG. 23;
  • FIG. and Fig. 23 is a view along the line AA of Fig. 22 of the input device.
  • each illustrated inductance representing a coil which serves as a sensor for the position of a magnet M.
  • the rows of inductors LI to L16 are connected to a first multiplexer MUX1 and the rows of inductors L17 to L32 to a second multiplexer MUX2.
  • the multiplexers MUX1 and MUX2 are activated by a microprocessor ⁇ in chronological succession via enable inputs ENI and EN2, individual inputs of the multiplexers being selected via address lines A0, AI and A2, respectively, and being switched through to their corresponding outputs OUT1 and OUT2.
  • the outputs OUT1 and OUT2 of the multiplexers MUX1 and MUX2 are supplied to an oscillator 1, which is constructed as follows:
  • An operational amplifier VI is connected with its positive input (+) to a voltage divider comprising resistors Rl and R2 between supply voltage + Vcc and ground (Gnd), the common connection point of the resistors R1 and R2 being connected to the two outputs OUT1 via a first capacitor C1 and OUT2 of the two multiplexers MUX1 and MUX2. This connection point is via a two- th capacitor C2 connected to ground.
  • the positive input of the position amplifier VI is connected via a feedback capacitor C3 to the output of the operational amplifier VI.
  • the negative input of the operational amplifier is connected via a resistor R3 to the output of the operational amplifier VI and via a capacitor C4 to ground.
  • the output OUT3 of the operational amplifier VI thus appears a signal whose frequency depends on the respective values of the LC-element.
  • the inductance value of the series of inductors LI to L32 is changed by a metal part, such as a magnet M, brought into proximity to the coils forming the inductors, so that, in effect, the frequency of the signal output at the output OUT3 depends on the relative position between a magnet M and the coils LI to L32 depends.
  • the output signal at the output OÜT3 is supplied to the microprocessor ⁇ , evaluated there and, depending on the application, output as a control signal at an output OUT4.
  • the output OUT4 of the microprocessor ⁇ may be a serial or parallel digital output or an analog output, which is supplied depending on the application driver circuits 2 and / or actuators 3 and possibly also a display 4.
  • the microprocessor ⁇ can evaluate both the frequency and the temporal change of the frequency and thus not only output a signal that indicates the relative position of the magnet M to the individual coils LI to L32 but also its movement speed. Depending on the speed of movement, the representation on the display can also be delayed or accelerated, which has the additional interesting effect of changing the subjective perception of the user with respect to the haptic feedback of the force of the magnet by the rate of change of the representation on the display , It has been found that the haptic sensation is influenced by an additional visual representation. This function is realized by a software in the microprocessor.
  • the circuit of Fig. 2 differs from that of Fig. 1 in that three multiplexers MUX1, MUX2 and MUX3 are connected to the microprocessor ⁇ that the operational amplifier VI of the oscillator 1 is integrated in the microprocessor ⁇ that at the output the modules connected to the microprocessor have been omitted and that the multiplexer only one inductance is connected.
  • the multiplexer MUX1 is a 1/8 multiplexer, while the multiplexers MUX2 and MUX3 are 1/4 multiplexers. Of course, other types of multiplexers are possible. Accordingly, the multiplexer MUX1 also needs an address line more than the multiplexers MUX2 and MUX3.
  • the external wiring of the integrated in the microprocessor operational amplifier with the resistors Rl to R3 and the capacitors Cl to C4 corresponds to FIG. 1.
  • the microprocessor ⁇ yet another sensor input, via a capacitor C5 with the outputs OUT1, OUT2 and OUT3 the multiplexer is connected. This capacitor C5 serves to ensure oscillation of the oscillator when switching the multiplexer.
  • FIG. 3 and 4 show an embodiment of an input device with a printed circuit board 5, on the top 6 unillustrated coils are printed.
  • This page is referred to as the top 6.
  • three permanent magnets 8, 9 and 10 are fixed here, for example, glued.
  • a movable operating part 11 with a further permanent magnet 12 is displaceably arranged in a slotted guide 13, wherein the slotted guide 13 by speaking recesses in a plate 14 is formed, which simultaneously forms a conclusion of a housing 15, in which the conductor track plate 5 is inserted.
  • the control panel 11 has on the side facing the strip conductor 5 side an annular projection 16 whose diameter is greater than the opening width of the guide slot 13, so that the control unit 11 together with the magnet 12 is secured against falling out.
  • the three magnets 8, 9 and 10 are here along a straight line 17 and thus determine three rest positions for the movable magnet 12, which is shown here in the rest position in the middle permanent magnet 9. From the respective rest position, the magnet 12 can be moved both along the line 17 in the X direction and along lines 18, 19 or 20 in a Y direction extending perpendicular thereto.
  • FIG. 3 a plurality of coils LI to L20 printed on the printed circuit board 5 are indicated as rectangles shown in dashed lines, which are connected in a circuit according to FIGS. 1 or 2.
  • the control unit 11 with the magnets 12 can be displaced along the slide guide 13, the circuit then determining the exact position of the magnet.
  • a plurality of devices can be controlled. If the displaceable magnet 12 is displaced to the rest position in one of the magnets 8, 9 or 10, this can be used, for example, to call up a specific submenu, such as e.g. the control of the windows of a
  • the slide guide along the line 18 can be assigned, for example, the temperature control for the left and right side of the vehicle and the line 20, the electrical adjustment of the right and left side mirrors. Due to the magnetic forces, the desired haptic feedback is immediately obtained for each selected function.
  • FIGS. 5 to 10 show various arrangements of the magnets.
  • a disc-shaped permanent magnet 8 is attached to the underside 7 of the printed circuit board 5, while the movable Liehe magnet 12 is also disc-shaped. It can be moved freely along the upper side 6 of the conductor track plate 5.
  • Both magnets 8 and 9 are magnetized axially, ie in the direction of the axis 21 perpendicular to the printed conductor plate 5, which is indicated by dashed magnetic field lines.
  • the movable magnet 12 is a cylindrical bar magnet which can roll on displacement of the operating part 11 in the direction of the arrows on the upper side 6 of the conductor track plate 5.
  • the magnet 12 is magnetized in its axial direction.
  • the magnetization direction of the stationary magnet 8 is then also aligned parallel to the axis of the magnet 12.
  • the stationary magnet 8 is an electromagnet, which is controlled by the microprocessor of FIGS. 1 and 2, possibly via an additional driver circuit, whereby the force for displacement of the movable permanent magnet 12 is variable, so that the haptic perceptible feedback is adjustable, be it to the respective purpose or to individual operators, which also an adaptive learning system is feasible.
  • a annular magnet 8 in the center of a disc-shaped magnet 9 is arranged.
  • two magnets 8 and 9 are also attached to the lower side 7 of the printed circuit board 5, which are disc-shaped here and thus define two possible rest positions for the movable magnet 12 (and 12 ').
  • the embodiment of FIG. 10 shows a variant in which the movable magnet 12 has a central recess into which a ball 22 is inserted, which projects slightly beyond the lower side of the magnet 12 opposite the upper side 6 of the printed circuit board 5, in order to displace the To facilitate magnets 12.
  • the air gap between the magnet 12 and the upper side 6 of the conductor track plate 5 is so small that tilting of the magnet has no influence on the measurement result.
  • FIG. 11 and 12 show arrangements of coils LI to L32, which are applied to the upper side 6 of the conductor track plate 5.
  • the coils of FIG. 11 correspond to the inductors LI to L32 of FIG. 1. They are connected in series and in columns, one behind the other in series.
  • the coils LI, L2, L3 and L4 form the coils of a first row ZI
  • the coils L5, L6, L7 and L8 form the coils of a first column Sl.
  • the electrical connection of the coils via via holes on the underside of the conductor track plate.
  • the corresponding line connections are represented by thicker lines.
  • the respective movable magnet is over the shifted by the matrix of coils formed surface, wherein by querying the rows and columns, the position of the magnet can be determined.
  • the coils are e- b réelle arranged in a matrix, but with respect to the arrangement of FIG. 11 each rotated by 45 °, wherein the electrical connection is selected so that always three coils of a line ZI to Z5 in series are switched so that only lines can be queried.
  • Such an arrangement is provided for cases in which the magnet is displaceable only along a straight line.
  • the coils shown in FIGS. 11 and 12 are shown substantially enlarged for reasons of comprehensible representation, and in practice the side length of a coil is only a few millimeters.
  • FIGS. 13 to 15 schematically show further patterns for the arrangement of coils on the printed circuit board.
  • the coils are arranged in rhombic rows and columns, analogous to the example of FIG. 11, it being understood that the number of coils or rows and columns are at the discretion of the person skilled in the art and are to be adapted to the respective application.
  • the coils are circular and arranged approximately in the form of a T.
  • the coils are flat. if circular and arranged in the shape of a cross.
  • FIGS. 1 to 15 can be combined with one another, for example all arrangements of magnets shown in FIGS. 5 to 10 can be combined with all arrangements of coils illustrated in FIGS. 11 to 15 and this combination in turn with the circuits of FIGS. 1 and 2.
  • each inductance shown represents a coil which serves as a sensor for the position of a magnet part M.
  • the inductors LI to L8 are each connected to an input of a multiplexer MUX and connected at its other end to ground (Gnd). All inductors lie on a circular path K and are arranged here at variable distances from each other. In the inner region of the circular path, five electrical switches S 1 to S 5 are arranged here, the connections of which can optionally be connected to a microprocessor ⁇ 0 or to a driver circuit 2.
  • the multiplexer MUX is activated by a microprocessor ⁇ via an enable input (s), wherein individual inputs of the multiplexer are selected via address lines A0, A1, A2 or A3 and are switched through to its corresponding output OUT1.
  • the output OUT1 of the multiplexer MUX is connected to an oscillator 1, which is constructed as follows:
  • An operational amplifier VI (eg a comparator) is connected with its positive input (+) to a voltage divider consisting of resistors Rl and R2 between supply voltage + Vcc and ground (Gnd), the common connection point of the resistors R1 and R2 being connected via a first capacitor C1 is connected to the output OUT1 of the multiplexer MUX1.
  • connection point is connected to ground via a second capacitor C2.
  • the positive input of the operational amplifier VI is connected via a feedback capacitor C3 to the output Out2 of the operational amplifier VI.
  • the negative input of the operational amplifier VI is connected via a resistor R3 to the output of the operational amplifier VI and via a capacitor C4 to ground.
  • each through-connected input of one of the multiplexers is thus one of the inductors LI to L8 and the capacitor C2 in parallel between ground and the positive input of the operational amplifier VI and thus form an LC element of a completed by the operational amplifier resonant circuit, said LC member via the coupling capacitor Cl is connected to the positive input of the operational amplifier VI.
  • the output OUT2 of the operational amplifier VI thus appears a signal whose frequency depends on the respective values of the LC-element.
  • the inductance value of the inductors LI to L8 becomes is changed by a magnetic field brought into the vicinity of the coils forming the inductances, such as by a metallic part, so that as a result the frequency of the signal output at the output OUT2 depends on the relative position between the metallic part and the coils Li to L8.
  • the output signal at the output OUT2 is supplied to the microprocessor ⁇ where it is evaluated with respect to its frequency and, depending on the application, output as a control signal at an output OUT3.
  • the output OUT3 of the microprocessor ⁇ may be a serial or parallel digital output or an analog output, which is supplied depending on the application driver circuits 2 and / or actuators 3 and possibly also a display 4.
  • the microprocessor ⁇ can evaluate both the frequency and the temporal change of the frequency and thus not only output a signal that indicates the relative position of the magnetic member M to the individual coils LI to L8 but also its movement speed.
  • inductors LI to L8 and the number of multiplexers can be chosen arbitrarily and in each case be adapted to the intended use.
  • Fig. 17 shows a plan view of actuators of the input device according to the invention.
  • a rotary ring 26 is embedded, which has a plurality of gripping projections 24 or other surface structure and can be rotated by the operator about an axis perpendicular to the plane of FIG. 17 axis.
  • the mechanical structure will be discussed below
  • a so-called cursor ring 28 is arranged, which can be pressed down at the points marked with arrows 29, 30, 31, 32 in FIG. 17 in order to actuate the switches S2, S3, S4 and S5.
  • a push button 33 is arranged, with which the switch Sl is actuated.
  • At the rotary ring 26 at least one magnet part is fixed, which together with the rotary ring 26 on a
  • Circular path K is moved when the rotary ring 26 is rotated.
  • FIG. 18 a plurality of coils LI to L8 printed on the printed circuit board 5 are indicated as rectangles shown by dashed lines, which are interconnected in a circuit according to FIG. 16.
  • the coils LI to L8 are distributed at variable intervals along a circular path K, the circular path K being covered by the rotary ring 26 (FIG. 17). If the rotary ring 26 is rotated with one or more magnet parts, the magnet parts change their relative position to the coils LI to L8, the circuit of FIG. 16 then determining the exact position of the magnet part or parts M.
  • the counter-magnet parts may be permanent magnets or ferromagnetic metal parts, wherein the one or more of the rotating ring 26 mounted magnetic parts M may also be permanent magnets or ferromagnetic parts, in each case only one of the magnetic parts or counter magnet parts must be a permanent magnet.
  • the counter-magnet parts attached to the conductor plate 5 can also be electromagnets, whose magnetic field is variable by the current flowing through the electromagnet electrical current.
  • the counter magnets Ml to M8 define "locking positions" for the rotary ring 26 and generate in cooperation with the magnetic member M on the rotary ring 26 and a haptic perceptible force.
  • Fig. 19 shows a cross section of the mechanical structure of the input device according to an embodiment of the invention.
  • the conductor track plate 5 is here inserted into a housing 15 whose housing cover is the housing wall of FIG. 17.
  • the housing wall is firmly connected to the housing 15 in the mounted state. She points a circular opening 37 into which engages the rotary ring 26, wherein the upper side 38 of the rotary ring 26 projects beyond the upper side 39 of the housing wall 25.
  • the housing wall 25 has a radially inwardly projecting bearing ring 40 to which the ball bearing 21 are attached.
  • the inner ring of the ball bearing 21 is connected to the rotary ring 26.
  • the rotary ring 26 can be easily rotated relative to the housing 15 and the housing wall 25. It is clear to the person skilled in the art that a variant without a ball bearing is also possible.
  • the rotary ring 26 is here rotatably connected to a magnetic carrier ring 23 to which one or more magnetic parts M are attached, which thus can rotate together with the rotary ring 26 along the circular path K.
  • the counter magnet parts M2 and M6 are visible, which are also arranged in a circular path.
  • the magnet part or the magnet parts and the counter magnet parts may, as mentioned above, be designed in such a way that the one or the other of them are magnets while there or the others are metal parts made of ferromagnetic material.
  • the sensors LI to L8 are located next to the counter-magnet parts and are not visible in FIG.
  • the rotary ring 26 has a central opening 45 for actuators of the switches S1 to S5. These switches are formed in the embodiment of FIG. 19 as switching domes of known design, which are actuated by switching plunger 46, 47 and 48 respectively.
  • the switching domes can Metal domes, so-called polydomials or other known
  • the switch plungers 46 to 48 are covered with caps 49, 50, 51, which can be individually pressed down in the direction of the conductor track plate 5.
  • the switch plungers 46, 47, 48 are guided in guide elements 52 which are connected to the conductor plate 5, so that they can only be moved vertically in the direction of the conductor plate 5 and away from it, but do not rotate with the rotary ring 26 can.
  • Fig. 20 shows a further embodiment of the invention, which differs from that of Fig. 16 differs in that instead of the switches Sl to S5 coils L9 to L13 are mounted in a corresponding arrangement of the switches Sl to S5, which are electrically connected between ground and the multiplexer , Magnets are then attached to the tappets 46, 47, 48 of FIG. 19, and countermagnets are mounted on the conductor track plate 5 in the region of the coils L9 to L13, the magnet parts on the tappets and the counter magnet parts being magnetized in such a way that they repel each other , By depressing the plunger, the magnetic field changes at the coils L9 to L13, which leads to a change in the inductivity value of the coils. In this way, a depression of the plunger can be detected, wherein the stroke of the depression and the speed can be evaluated, whereby also here by the magnetic parts a haptic perceptible force occurs.
  • the microprocessor ⁇ cyclically switches the individual inputs of the multiplexer MUX to the output OUT1 and thus to the oscillator 1, so that all the coils LI to L13 are continuously interrogated alternately.
  • Fig. 21 shows a further embodiment of the invention, that differs from that of Figs. 16 and 20 substantially by the oscillator 1.
  • the switches S1 to S5 and the coils L9 to L13 of FIGS. 16 and 20 are omitted here for the sake of simplicity. Of course, these can also be provided in the circuit of Fig. 20 in the same way.
  • the oscillator 1 is here constructed so that the two inputs (+) and (-) of the amplifier VI by voltage divider Rl, R2 and R3, R4 are each at half the supply voltage + CV.
  • the negative input of the amplifier VI is connected via a coupling capacitor Cl to the output OUT1 of the multiplexer MUX.
  • the negative input of the amplifier VI is connected via a feedback capacitor C3 to the output OUT2 of the amplifier VI.
  • the output of the multiplexer MUX is additionally connected via a capacitor C2 to ground and via a capacitor C4 to the microprocessor ⁇ .
  • the oscillator 1 receives a start pulse from the microprocessor ⁇ , which ensures reliable oscillation, this pulse being synchronized with the respective switching of the multiplexer MUX.
  • the multiplexer MUX is driven via an input terminal (s) and address lines A0, AI, A2 in the same manner as in the embodiment of Figures 16 and 20.
  • the output OUT3 of the microprocessor ⁇ is in the same manner as in the embodiment of the Fig. 16 peripherals, such as driver circuits, a monitor or the like connected.
  • the circuit of the oscillator 1 of Fig. 21 is characterized by lower power consumption and safe oscillation due to the pulse on the capacitor C4.
  • the amplifier VI can be a comparator which forms a resonant circuit with the capacitor C2 through the external circuit and the RC elements of the coils Li to L8.
  • the supply voltage CV + of the oscillator 1 can also be applied by the microprocessor ⁇ and is thereby switched by the microprocessor. In the microprocessor ⁇ an evaluation of the frequency of the oscillator also takes place, which can also be carried out both in terms of the value of the frequency and with respect to the change in frequency.
  • FIG. 22 and 23 show a further embodiment of the invention, in which only a predetermined number of rotational positions to be detected, wherein according to FIG. 23, twelve predefined rotational positions can be detected and intermediate positions of the rotary ring 26 should not be detected.
  • the predetermined rotational positions of the rotary ring 26 are determined by a magnetic "screening".
  • four fixed magnets Ml, M2, M3 and M4 are fixed in the housing 15 and a rotatable together with the rotary ring 26 metal disc 34 of ferromagnetic material has a number of protruding teeth 35, wherein the number defines the number of possible locking positions in the Case of Fig. 23 thus twelve.
  • the metal disc 34 is fixed to the magnetic carrier ring 23, which in turn is rotatably connected to the rotary ring 26 and thus rotatable about the ball bearing 21.
  • the teeth 35 are arranged close to the magnets Ml to M4 at a small distance and cover in the radial direction with respect to the axis of rotation of the rotary ring 26 about half of the end face of the magnets Ml to M4.
  • a Codier analysis 36 is mounted, which is rotatable together with the magnetic carrier ring 23 and the rotary ring 26 and projections 36.1 to 36.6, which are arranged opposite to the coils Li to L4 and thus change the inductance value when they face the coil or not opposite.
  • FIG. 23 shows the state in which the projection 36.1 covers the coil LI, while the projections 36.2 to 36.6 do not cover any of the further coils L2 to L4.
  • the metal disc 34 and the encoder disc 36 may be integrally formed together as a disc, wherein the teeth 35 of the metal disc 34 and the teeth 36.1-36.6 of the encoder disc 36 are axially offset from each other, such that the teeth 36.1-36.6 of
  • Coding disc closer to the coils LI to L4 than the teeth 35 of the metal disc and, conversely, the teeth 35 of the metal disc closer to the magnets Ml to M4 are as the teeth 36.1-36.6 of the coding disc.
  • the teeth 36.1-36.6 of the encoder disc 36 are arranged so that, depending on the rotational position of the rotary ring 26 different combinations of overlaps of the coils LI to L4 by the teeth 36.1-36.6 of the coding Disc are formed so that the resonant circuits associated with the coils LI to L4 lead different combinations of output signals, as each one of a projection 36.1-36.6 of the encoder disc 36 covered coil and corresponding uncoated from the encoder disc 36 coils different
  • the rotary ring 26 has a central opening for actuators of switches Sl to S5, which also known Drucke according to the embodiment of FIG. 19
  • switches are formed, which are actuated by switch plunger 27.
  • the switches can be designed in the same way as described in the embodiments of FIGS. 19 and 20.
  • the coils LI to L4 are printed on both sides of the printed circuit board 5, which increases their inductance.

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Abstract

Die Eingabeeinrichtung weist eine Leiterbahnplatte (5) auf, auf die mehrere Spulen (L1-L8) aufgebracht sind, die zusammen mit einem Kondensator (C2) jeweils ein frequenzbestimmendes Glied eines Oszillators (1) bilden. Die Spulen (L1-L8) sind längs einer Bahn (K), die auch eine Kreisbahn sein kann, verteilt angeordnet. Ein bewegliches Magnetteil (M) ist relativ zu der Leiterbahnplatte (5) verschieblich. Mindestens ein weiteres feststehendes Magnetteil (M1-M8) ist an der dem beweglichen Magnetteil (M) gegenüberliegenden Leiterbahnplatte (5) befestigt.

Description

Eingabevorrichtung mit haptischer Rückmeldung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Eingabevorrichtung mit haptischer Rückmeldung.
Hintergrund der Erfindung
Viele Geräte oder Gegenstände des täglichen Lebens werden heute durch Eingabevorrichtungen bedient, wie z.B. elektrische Schalter, Bedienhebel, berührungsempfindliche Bildschirme (Touchscreen) , Schieberegler, Tastaturen und ähnliches, bei denen eine Rückmeldung über andere Sinnesorgane erfolgt als die Eingabe. Soll beispielsweise ein Cursor auf einem Bildschirm durch eine sog. Maus gesteuert werden, so erfolgt die Eingabe durch manuelles Bewegen der Maus während die Rückmeldung visuell durch Betrachten des Bildschirmes erfolgt. Soll die Lautstärke eines Radios verändert wer- den, wird bei vielen Geräten heute nur noch eine Taste gedrückt gehalten, wobei die Dauer des Drückens der Taste das Maß der Lautstärkenänderung bestimmt. Hier erfolgt die Rückmeldung akustisch. Wünschenswert ist es, eine unmittelbare haptische
Rückmeldung bei taktiler Eingabe zu erhalten, wobei die taktile Eingabe (Kraft, Weg, Richtung) unmittelbar haptisch erfahrbar ist und nicht erst durch ein even-
BESTÄTIGUNGSKOPIE tuell zeitverzögertes System erfolgt, wie z.B. über ein nicht unmittelbar im Zusammenhang mit der Eingabe stehendes Signal. Hierfür eignen sich magnetisch positionierte Eingabeorgane .
Die EP 1 223 541 Bl beschreibt eine Eingabevorrichtung in Form einer Fernsteuerung, bei der zur Steuerung ei- nes Cursors auf einem Anzeigebildschirm ein bewegliches verstellbares Teil mit einem ersten daran befestigten Magneten relativ zu einem zweiten ortsfesten Magneten bewegt und durch Hall-Sensoren das resultierende Magnetfeld gemessen wird, woraus sich die Posi- tion des beweglichen verstellbaren Teiles ermitteln läßt. Durch die Wechselwirkung der beiden Magneten wird das verstellbare Teil bei Fehlen äußerer Krafteinwirkung in eine vorbestimmte Position gebracht. Nur durch äußere Krafteinwirkung, beispielsweise durch ei- nen Finger einer Bedienperson kann das verstellbare
Teil aus dieser Ruheposition verschoben werden, wobei die Kraft, die zum Verschieben notwendig ist, von der Position der Magneten zueinander abhängt, so dass der Benutzer eine taktil oder haptisch wahrnehmbare Rück- meidung erhält.
Es kann auch ein dritter ortsfester Magnet vorgesehen sein, so dass das verstellbare Teil zwischen zwei Ruhepositionen bewegt werden kann, wobei das Verschieben aus beiden Ruhepositionen jeweils eine externe Kraft erfordert. Weitere Beispiele von Eingabevorrichtungen mit Magneten sind aus folgenden Schriften bekannt:
DE 10117956 B4, DE 102005018275 AI,
DE 102007002189 AI, DE 202005019271 Ul,
EP 0810544 A2, EP 1901005 A2,
JP 06318134 A, JP 2005004365 A,
US 5504502 A, US 7187360 B2,
US 7489296 B2, US 2002/0054012 AI,
US 2002/0125977 AI, US 2004/0252104 AI,
US 2005/0068134 AI, US 2006/0209019 AI,
WO 03/054782 AI, WO 2006/130723 A2,
WO 2006/131520 AI und WO 2008/016386 A2.
Die meisten der oben genannten Schriften verwenden Hall-Sensoren, die die magnetische Flußdichte messen, woraus ein Signal für die Position des beweglichen Magneten abgeleitet werden kann.
Die WO 00/70438 weist darauf hin, dass Hall-Sensoren relativ teuer sind und nur die magnetische Flußdichte messen können, so dass zum Erkennen einer Bewegungsrichtung eines Magneten mindestens zwei Hall-Sensoren erforderlich sind. Diese Schrift schlägt daher vor, als Sensoren Spulen zu verwenden. Wird ein Magnet re- lativ zur Spule bewegt, so wird in der Spule eine e- lektrische Spannung induziert, wobei ein Spannungsimpuls auch die Bewegungsrichtung detektieren läßt, da der Spannungsimpuls je nach Bewegungsrichtung mit einer ansteigenden oder absteigenden Flanke beginnt. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist jedoch, dass nur eine Bewegung erkannt werden kann und kein statischer Zustand. Die US 5,698,976 A beschreibt eine Eingabeeinrichtung mit einer Platte aus magnetischem Material deren Oberfläche in X- und Y-Richtung regelmäßige jedoch unterschiedliche geometrische Konfiguration in Form von Vertiefungen und Erhebungen hat. Ein Magnet ist relativ zu dieser Platte verschieblich und ein Sensor in Form einer Spule wird zusammen mit dem Magneten bewegt. Durch die unterschiedliche Geometrie der Oberfläche der Platte ändert sich der magnetische Fluß, was von der Spule detektiert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung der ein- gangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie bei geringem Aufwand ein genaues elektrisches Signal für die Bewegung und/oder die Position des magnetischen beweglichen Eingabeorganes liefert und gleichzeitig eine haptisch wahrnehmbare Rückmeldung liefert. Vorzugsweise soll die haptisch wahrnehmbare Rückmeldung einstellbar sein. Vorzugsweise sollen auch Drehbewegungen detektierbar sein.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange- gebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Erfindung liegt darin, als Senso- ren auf einer Leiterbahnplatte aufgedruckte Spulen zu verwenden, deren Induktivität Teil eines induktiv/- kapazitiven-Schwingkreises ist. Der Wert der Induktivität ändert sich in Abhängigkeit von der relativen Lage eines Magnetteiles zu der Spule bzw. den Spulen, so dass sich die Schwingfrequenz des Schwingkreises in Abhängigkeit von der Lage des Magnetteiles ändert. Hierdurch erhält man zum einen ein statisches Signal, das jederzeit die Position des Magnetteiles relativ zu der oder den Spulen auswerten läßt, als auch die Geschwindigkeit der Bewegung des Magnetteiles aufgrund der Änderung der Schwingfrequenz. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe Magnet und Gegenmagnet so zu verstehen sind, dass sowohl beide Teile magnetisiert sein können und daher jeweils einen Permanentmagneten bilden, als auch der Fall, dass nur einer von beiden ein Permanentmag- net ist, während der andere aus ferromagnetischem jedoch nicht permanent magnetisiertem Material besteht. Daher wird allgemeiner von "Magnetteil" bzw. "Magnetteilen" gesprochen. Statt Permanentmagneten können auch Elektromagnete zum Einsatz kommen.
Für die Anordnung der Magnetteile und der Spulen sieht die Erfindung verschiedene Varianten vor. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein beweglicher Magnet an einer Seite der Leiterbahnplatte angeordnet, während ein oder mehrere ortsfeste Magnete auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordnet sind. Es ist aber auch eine Anordnung aller Magneten auf einer Seite der Leiterbahnplatte möglich. Als bewegliche Magnete kommen Scheibenmagnete, ringförmige, kugelförmige oder Zylindermagnete in Frage, wobei zur Verringerung der Reibung des beweglichen Magneten in diesen auch eine Kugel eingelassen werden kann, die nur geringfü- gig über die Unterseite des Magneten hervorsteht, so dass kein spürbares Kippen des Magneten auftritt.
Als ortsfeste Magneten kommen ebenfalls die genannten Formen von Magneten in Frage, wie Scheibenmagnete, sowie auch ein Ringmagnete, ein Ringmagnet mit Mittelmagnet sowie auch mehrere in vorgegebene Muster angeordnete Magneten. Zur Einstellung der haptisch wahrnehmbaren Rückmeldung können auch Elektromagnete verwendet werden, deren Erregerstrom geregelt wird, wodurch die zwischen dem E- lektromagneten und den beweglichen Magneten auftretenden Kräfte einstellbar sind.
Die als Sensor dienenden Spulen können in diversen Mustern auf die Leiterbahnplatte aufgebracht werden, und beispielweise aufgedruckt oder mittels Lithograhie oder sonstiger bekannter Verfahren hergestellt werden, wobei mehrere Spulen in unterschiedlichen Mustern, wie z.B. einer Matrix aufgebracht werden können, die in Zeilen und Spalten miteinander verbunden sind.
Durch die Anordnung mehrerer Magneten werden unter- schiedliche Rasterpositionen geschaffen, wodurch beispielsweise unterschiedliche Menüebenen aufgerufen werden können oder unterschiedliche Bedienfunktionen.
Die Erfindung ist für alle Anwendungsgebiete geeignet, bei denen durch Bewegung eines Bedienorganes Funktionen gesteuert werden sollen, beispielsweise Fernbedienungen, Mausersatz für Computer, Bedienung von Funkti- onen in Kraftfahrzeugen und Bedienung aller denkbaren elektrisch steuerbaren Maschinen.
Eine Signalübertragung von der Eingabevorrichtung an zu steuernde Geräte kann durch Infrarot, Kabel, Funk, Ultraschall erfolgen.
Wünschenswert ist es, nicht nur lineare Bewegungen in einer Ebene mit haptischer Rückmeldung zu detektieren sondern auch Drehbewegungen.
Nach eine Weiterbildung der Erfindung sind daher mindestens einige der Sensoren längs einer Kreisbahn angeordnet und liegen vorzugsweise in äquidistanten Ab- ständen zueinander. Ebenfalls längs der Kreisbahn sind feststehende Gegenmagnete oder ferromagnetische Metallteile angeordnet, die in Zusammenwirken mit dem längs der Kreisbahn beweglichen Magneten für die hap- tische Rückmeldung sorgen und "Rastpositionen" für ein drehbares Bedienorgan definieren, an dem der bewegliche Magnet befestigt ist.
Durch die Anordnung mehrerer feststehender oder beweglicher Magnetteile werden unterschiedliche Rasterposi- tionen geschaffen, wodurch beispielsweise unterschiedliche Menüebenen aufgerufen werden können oder unterschiedliche Bedienfunktionen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von ver- schiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, die im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert werden. Es zeigt:
Fig l. ein Schaltbild der Einrichtung nach der Erfindung nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein Schaltbild nach einem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Eingabeeinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin- dung;
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig.
3; Fig. 5
bis 10 Prinzipdarstellungen verschiedener Anordnungen von Magneten, die bei der Erfindung verwendet werden können; Fig. 11 eine Draufsicht auf eine Anordnung von bei der Erfindung verwendeten Spulen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 12 eine Ansicht ähnlich Fig. 11 nach einem wei- teren Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 13
bis 15 schematische Ansichten der Anordnung von
Spulen, die bei der Erfindung zur Anwendung kommen können .
Fig. 16 ein Schaltbild der Eingabeeinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 17 eine abgeschnittene Draufsicht auf eine Eingabeeinrichtung nach einem Ausführungsbei- spiel der Erfindung;
Fig. 18 eine Draufsicht auf eine Leiterbahnplatte nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 17; und
Fig. 19 einen Querschnitt der Eingabeeinrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 20 ein Schaltbild der Eingabeeinrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 21 ein Schaltbild der Eingabeeinrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 22 einen Querschnitt der Eingabeeinrichtung nach dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung längs der Linie B-B der Fig. 23; und Fig. 23 eine Ansicht längs der Linie A-A der Fig. 22 der Eingabeeinrichtung .
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
Im Schaltbild der Fig. 1 sind acht Reihen von in Serie geschalteten Induktivitäten LI bis L32 zu sehen, wobei jede einzelne dargestellte Induktivität eine Spule darstellt, die als Sensor für die Position eines Magneten M dient. Die Reihen von Induktivitäten LI bis L16 sind an einen ersten Multiplexer MUX1 angeschlos- sen und die Reihen der Induktivitäten L17 bis L32 an einen zweiten Multiplexer MUX2. Die Multiplexer MUX1 und MUX2 werden von einem Mikroprozessor μΡ zeitlich nacheinander über Enable-Eingänge ENI und EN2 aktiviert, wobei über Adreßleitungen A0, AI bzw. A2 ein- zelne Eingänge der Multiplexer ausgewählt und auf deren entsprechende Ausgänge OUT1 bzw. OUT2 durchgeschaltet werden. Die Ausgänge OUT1 und OUT2 der Multiplexer MUX1 und MUX2 werden einem Oszillator 1 zugeführt, der hier wie folgt aufgebaut ist:
Ein Operationsverstärker VI ist mit seinem positiven Eingang (+) an einen zwischen Versorgungsspannung +Vcc und Masse (Gnd) liegenden Spannungsteiler aus Widerständen Rl und R2 angeschlossen, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2 über einen ersten Kondensator Cl mit den beiden Ausgängen OUTl und OUT2 der beiden Multiplexer MUX1 und MUX2 verbunden ist. Dieser Verbindungspunkt ist über einen zwei- ten Kondensator C2 mit Masse verbunden. Weiter ist der positive Eingang des Positionsverstärkers VI über einen Rückkopplungskondensator C3 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers VI verbunden. Der negative Ein- gang des Operationsverstärkers ist über einen Widerstand R3 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers VI verbunden und über einen Kondensator C4 mit Masse.
Bei jeweils durchgeschaltetem Eingang eines der Multi- plexer liegen somit die ausgewählte Reihe von Induktivitäten LI bis L32 und der Kondensator C2 in Parallelschaltung zwischen Masse und dem positiven Eingang des Operationsverstärkers VI und bilden damit ein LC-Glied eines durch den Operationsverstärker vervollständigten Schwingkreises bzw. Oszillators, wobei dieses LC-Glied über den Koppelkondensator Cl mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers VI verbunden ist.
Am Ausgang OUT3 des Operationsverstärkers VI erscheint somit ein Signal, dessen Frequenz in Abhängigkeit von den jeweiligen Werten des LC-Gliedes abhängt. Der Induktivitätswert der Reihen von Induktivitäten LI bis L32 wird durch ein in die Nähe der die Induktivitäten bildenden Spulen gebrachtes Metallteil, wie zB einen Magneten M, verändert, so dass im Ergebnis die Frequenz des am Ausgang OUT3 ausgegebenen Signals von der relativen Lage zwischen einem Magneten M und den Spulen LI bis L32 abhängt. Das Ausgangssignal am Ausgang OÜT3 wird dem Mikroprozessor μΡ zugeführt, dort ausgewertet und je nach Anwendungsfall als Steuersignal an einem Ausgang OUT4 ausgegeben . Der Ausgang OUT4 des Mikroprozessors μΡ kann ein serieller oder paralleler digitaler Ausgang oder auch ein analoger Ausgang sein, der je nach Einsatzzweck Treiberschaltungen 2 und/oder Aktuatoren 3 und ggf. auch einem Display 4 zugeführt wird.
Der Mikroprozessor μΡ kann sowohl die Frequenz als auch die zeitliche Änderung der Frequenz auswerten und somit nicht nur ein Signal ausgeben, das die relative Lage des Magneten M zu den Einzelspulen LI bis L32 kennzeichnet sondern auch dessen Bewegungsgeschwindigkeit . In Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit kann auch die Darstellung auf dem Display verzögert oder beschleunigt abgebildet werden, was den zusätzlichen interessanten Effekt bringt, dass das subjektive Empfinden des Benutzers bezüglich der haptischen Rückmel- dung der Kraft des Magneten durch die Änderungsgeschwindigkeit der Darstellung am Display verändert wird. Es wurde nämlich festgestellt, dass das hapti- sche Empfinden durch eine zusätzliche visuelle Darstellung beeinflußt wird. Diese Funktion wird durch eine Software im Mikroprozessor realisiert.
Die Schaltung der Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 dadurch, dass drei Multiplexer MUX1, MUX2 und MUX3 an den Mikroprozessor μΡ angeschlossen sind, dass der Operationsverstärker VI des Oszillators 1 in dem Mikroprozessor μΡ integriert ist, dass die an den Ausgang des Mikroprozessors angeschlossenen Baugruppen fortgelassen sind und dass schließlich an jeden Ein- gang der Multiplexer jeweils nur eine Induktivität angeschlossen ist.
Der Multiplexer MUX1 ist hier ein 1/8-Multiplexer wäh- rend die Multiplexer MUX2 und MUX3 1/4-Multiplexer sind. Selbstverständlich sind andere Arten von Multi- plexern möglich. Dementsprechend braucht der Multiplexer MUX1 auch eine Adreßleitung mehr als die Multiplexer MUX2 und MUX3. Die externe Beschaltung des in den Mikroprozessor integrierten Operationsverstärkers mit den Widerständen Rl bis R3 und den Kondensatoren Cl bis C4 entspricht der Fig. 1. Zusätzlich hat der Mikroprozessor μΡ noch einen weiteren Sensoreingang, der über einen Kondensator C5 mit den Ausgängen OUT1, OUT2 und OUT3 der Multiplexer verbunden ist. Dieser Kondensator C5 dient dazu, ein Anschwingen des Oszillators beim Umschalten der Multiplexer sicher zu stellen.
Im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 ist festzuhalten, dass die Anzahl der Induktivitäten sowie die Anzahl der Multiplexer beliebig gewählt werden kann und jeweils dem Anwendungszweck anzupassen ist.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Eingabevorrichtung mit einer Leiterbahnplatte 5, auf deren Oberseite 6 nicht dargestellte Spulen aufgedruckt sind. Diese Seite sei als Oberseite 6 bezeichnet. An der gegenüberliegenden Unterseite 7 sind hier drei Permanentmagnete 8, 9 und 10 befestigt, bei- spielsweise angeklebt. An der Oberseite 6 ist ein bewegliches Bedienteil 11 mit einem weiteren Permanentmagneten 12 in einer Kulissenführung 13 verschieblich angeordnet, wobei die Kulissenführung 13 durch ent- sprechende Ausnehmungen in einer Platte 14 gebildet ist, die gleichzeitig einen Abschluß eines Gehäuses 15 bildet, in welches die Leiterbahnplatte 5 eingesetzt ist. Das Bedienteil 11 hat an der zur Leiterbahnplatte 5 weisenden Seite einen ringförmigen Vorsprung 16, dessen Durchmesser größer ist als die Öffnungsweite der Kulissenführung 13, so dass das Bedienteil 11 samt dem Magneten 12 gegen Herausfallen gesichert ist. Die drei Magneten 8, 9 und 10 sind hier längs einer geraden Linie 17 angeordnet und bestimmen somit drei Ruhepositionen für den beweglichen Magnet 12, der hier in Ruheposition bei dem mittleren Permanentmagneten 9 abgebildet ist. Aus der jeweiligen Ruheposition kann der Magnet 12 sowohl in X-Richtung längs der Linie 17 als auch in einer senkrecht dazu verlaufenden Y- Richtung längs Linien 18, 19 oder 20 bewegt werden.
In Fig. 3 sind mehrere auf die Leiterbahnplatte 5 auf- gedruckte Spulen LI bis L20 als gestrichelt dargestellte Rechtecke angedeutet, welche in einer Schaltung gemäß den Fig. 1 oder 2 verschaltet sind. Das Bedienteil 11 mit den Magneten 12 kann entlang der Kulissenführung 13 verschoben werden, wobei die Schal- tung dann die genaue Position des Magneten feststellt.
Mit einer Vorrichtung gemäß den Fig. 3 und 4 kann eine Vielzahl von Geräten gesteuert werden. Wird der verschiebliche Magnet 12 in die Ruheposition bei einem der Magneten 8, 9 oder 10 verschoben, so kann dadurch beispielsweise ein bestimmtes Untermenü aufgerufen werden, wie z.B. die Steuerung der Fenster eines
Kraftfahrzeuges, was im Zusammenhang mit der Linie 19 geschildert wird. Wird der Magnet 12 aus der in Fig. 3 dargestellten Position nach "links" geschoben, so wird die Induktivität L8 verstellt und das linke Fenster ausgewählt. Wird der Magnet 12 nach "rechts" verscho- ben wird die Induktivität L9 verstellt und das rechte Fenster ausgewählt. Ein Verschieben nach "oben" verstellt die Induktivitäten L10 und/oder LH was als Befehl "Fenster schließen" interpretiert wird, wobei die Lage des Magneten in Richtung der Linie 19 bzw. dessen Verschiebung gegenüber dem Magneten 9 die Geschwindigkeit des Schließens des Fensters bestimmt. In analoger Weise führt ein Verschieben des Magneten längs der Linie 19 nach "unten" zu den Induktivitäten L12 und L13, was ein entsprechendes schnelleres oder langsameres Schließen des Fensters bewirkt. Analoges gilt für die anderen Positionen des Magneten bezüglich der Spule LI bis L7 und L15 bis L21.
Der Kulissenführung längs der Linie 18 kann beispiels- weise die Temperaturregelung für die linke und rechte Fahrzeugseite zugewiesen werden und der Linie 20 die elektrische Verstellung der rechten und linken Außenspiegel . Durch die Magnetkräfte erhält man bei jeder ausgewählten Funktion unmittelbar die gewünschte haptische Rückmeldung. Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen von Kulissenführungen möglich. Eine besonders einfache Variante wäre ein einfaches Kreuz mit X- und Y-Richtung wodurch man sich durch ein matrixförmi- ges Menüfeld auf einem Display bewegen kann. Die Fig. 5 bis 10 zeigen verschiedene Anordnungen der Magneten. Im einfachsten Fall der Fig. 5 ist ein scheibenförmiger Permanentmagnet 8 an der Unterseite 7 der Leiterbahnplatte 5 angebracht, während der beweg- liehe Magnet 12 ebenfalls scheibenförmig ist. Er kann frei längs der Oberseite 6 der Leiterbahnplatte 5 bewegt werden. Beide Magneten 8 und 9 sind axial magne- tisiert, d.h. in Richtung der senkrecht auf der Leiterbahnplatte 5 stehenden Achse 21, was durch gestri- chelte Magnetfeldlinien angedeutet ist.
In Fig. 6 ist der bewegliche Magnet 12 ein zylindrischer Stabmagnet, der bei Verschiebung des Bedienteiles 11 in Richtung der Pfeile auf der Oberseite 6 der Leiterbahnplatte 5 abrollen kann. Der Magnet 12 ist in seiner axialen Richtung magnetisiert . Die Magnetisierungsrichtung des ortsfesten Magneten 8 ist dann ebenfalls parallel zu der Achse des Magneten 12 ausgerichtet .
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist der ortsfeste Magnet 8 ein Elektromagnet, der von dem Mikroprozessor der Fig. 1 und 2 angesteuert wird, ggf. über einen zusätzliche Treiberschaltung, wodurch die Kraft zur Ver- Schiebung des beweglichen Permanentmagneten 12 veränderbar ist, so dass die haptisch wahrnehmbare Rückmeldung einstellbar ist, sei es an den jeweiligen Verwendungszweck oder an individuelle Bedienpersonen, womit auch ein adaptiv lernfähiges System realisierbar ist.
In Fig. 8 sind zwei ortsfeste Magneten an der Unterseite 7 der Leiterbahnplatte 5 vorgesehen, nämlich ein ringförmiger Magnet 8 in dessen Zentrum ein scheibenförmiger Magnet 9 angeordnet ist.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 sind an der Unter- seite 7 der Leiterbahnplatte 5 ebenfalls zwei Magneten 8 und 9 angebracht, die hier scheibenförmig sind und damit zwei mögliche Ruhepositionen für den beweglichen Magnet 12 (und 12') definieren. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 10 zeigt eine Variante, bei der der bewegliche Magnet 12 eine mittige Ausnehmung aufweist, in die eine Kugel 22 eingesetzt ist, die geringfügig über die der Oberseite 6 der Leiterbahnplatte 5 gegenüberliegende Unterseite des Magneten 12 hervorsteht, um ein Verschieben des Magneten 12 zu erleichtern. Der Luftspalt zwischen dem Magneten 12 und der Oberseite 6 der Leiterbahnplatte 5 ist dabei so gering, dass ein Kippen des Magneten keinen Einfluß auf das Messergebnis hat.
Die Fig. 11 und 12 zeigen Anordnungen von Spulen LI bis L32, die auf die Oberseite 6 der Leiterbahnplatte 5 aufgebracht sind. Die Spulen der Fig. 11 entsprechen den Induktivitäten LI bis L32 der Fig. 1. Sie sind Reihen- und Spaltenweise jeweils in Serie hintereinandergeschaltet. So bilden beispielsweise die Spulen LI, L2, L3 und L4 die Spulen einer ersten Zeile ZI, während die Spulen L5, L6, L7 und L8 die Spulen einer ersten Spalte Sl bilden. Die elektrische Verbindung der Spulen erfolgt über Durchkontaktierungen auf der Unterseite der Leiterbahnplatte. Die entsprechenden Leitungsverbindungen sind durch dickere Linien dargestellt. Der jeweilige bewegliche Magnet wird über die von der Matrix der Spulen gebildete Fläche verschoben, wobei durch Abfragen der Zeilen und Spalten die Position des Magneten ermittelbar ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 12 sind die Spulen e- benfalls in einer Matrix angeordnet, jedoch gegenüber der Anordnung der Fig. 11 jeweils um 45° verdreht, wobei die elektrische Verbindung so gewählt ist, dass immer drei Spulen einer Zeile ZI bis Z5 in Serie ge- schaltet sind, so dass jeweils nur Zeilen abgefragt werden können. Eine solche Anordnung ist für Fälle vorgesehen, bei denen der Magnet nur längs einer geraden Linie verschieblich ist. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die in den Fig. 11 und 12 dargestellten Spulen aus Gründen der verständlichen Darstellung wesentlich vergrößert abgebildet sind und in der Praxis die Seitenlänge einer Spule nur wenige Millimeter beträgt.
Die Fig. 13 bis 15 zeigen schematisch weitere Muster für die Anordnung von Spulen auf der Leiterbahnplatte. In Fig. 13 sind die Spulen rautenförmig in Zeilen und Spalten angeordnet, analog dem Beispiel der Fig. 11 wobei darauf hinzuweisen ist, dass die Anzahl von Spulen bzw. Reihen und Spalten im Belieben des Fachmannes liegen und dem jeweiligen Anwendungszweck anzupassen sind. Im Beispiel der Fig. 13 sind zwei Spalten mit je drei in Reihe geschalteten Spulen und zwei Zeilen mit je zwei in Reihe geschalteten Spulen vorhanden. In
Fig. 14 sind die Spulen kreisförmig und etwa in Form eines T angeordnet. In Fig. 15 sind die Spulen eben- falls kreisförmig und in Form eines Kreuzes angeordnet .
Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass alle in den Fig. 1 bis 15 dargestellten Merkmale miteinander kombiniert werden können, beispielsweise können alle in den Fig. 5 bis 10 dargestellten Anordnungen von Magneten mit allen in den Fig. 11 bis 15 dargestellten Anordnungen von Spulen kombiniert werden und diese Kom- bination wiederum mit den Schaltungen der Fig. 1 und 2.
Im Schaltbild der Fig. 16 sind acht parallel geschaltete Induktivitäten LI bis L8 zu sehen, wobei jede einzelne dargestellte Induktivität eine Spule darstellt, die als Sensor für die Position eines Magnetteils M dient. Die Induktivitäten LI bis L8 sind jeweils an einen Eingang eines Multiplexer MUX angeschlossen und mit ihrem anderen Ende mit Masse (Gnd) verbunden. Alle Induktivitäten liegen dabei auf einer Kreisbahn K und sind hier in variablen Abständen zueinander angeordnet. Im Innenbereich der Kreisbahn sind hier fünf elektrische Schalter Sl bis S5 angeordnet, deren Anschlüsse wahlweise mit einem Mikroprozes- sor μΡ oder einer Treiberschaltung 2 verbunden sein können .
Der Multiplexer MUX wird von einem Mikroprozessor μΡ über einen Enable-Eingang (en) aktiviert, wobei über Adreßleitungen A0, A1,A2 bzw. A3 einzelne Eingänge des Multiplexers ausgewählt und auf dessen entsprechenden Ausgang OUT1 durchgeschaltet werden. Der Ausgang OUT1 des Multiplexers MUX ist mit einem Oszillator 1 verbunden, der hier wie folgt aufgebaut ist:
Ein Operationsverstärker VI (z.B. ein Komparator) ist mit seinem positiven Eingang (+) an einen zwischen Versorgungsspannung +Vcc und Masse (Gnd) liegenden Spannungsteiler aus Widerständen Rl und R2 angeschlossen, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2 über einen ersten Kondensator Cl mit dem Ausgang OUT1 des Multiplexer MUX1 verbunden ist.
Dieser Verbindungspunkt ist über einen zweiten Kondensator C2 mit Masse verbunden. Weiter ist der positive Eingang des Operationsverstärker VI über einen Rückkopplungskondensator C3 mit dem Ausgang Out2 des Ope- rationsverstärkers VI verbunden. Der negative Eingang des Operationsverstärkers VI ist über einen Widerstand R3 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers VI verbunden und über einen Kondensator C4 mit Masse. Bei jeweils durchgeschaltetem Eingang eines der Multiplexer liegt somit eine der Induktivitäten LI bis L8 und der Kondensator C2 in Parallelschaltung zwischen Masse und dem positiven Eingang des Operationsverstärkers VI und bilden damit ein LC-Glied eines durch den Operationsverstärker vervollständigten Schwingkreises, wobei dieses LC-Glied über den Koppelkondensator Cl mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers VI verbunden ist. Am Ausgang OUT2 des Operationsverstärkers VI erscheint somit ein Signal, dessen Frequenz in Abhängigkeit von den jeweiligen Werten des LC-Gliedes abhängt. Der Induktivitätswert der Induktivitäten LI bis L8 wird durch ein in die Nähe der die Induktivitäten bildenden Spulen gebrachtes Magnetfeld, wie z.B. durch ein metallisches Teil, verändert, so dass im Ergebnis die Frequenz des am Ausgang OUT2 ausgegebenen Signals von der relativen Lage zwischen dem metallischen Teil und den Spulen Li bis L8 abhängt.
Das Ausgangssignal am Ausgang OUT2 wird dem Mikroprozessor μΡ zugeführt, dort hinsichtlich seiner Frequenz ausgewertet und je nach Anwendungsfall als Steuersignal an einem Ausgang 0UT3 ausgegeben.
Der Ausgang OUT3 des Mikroprozessors μΡ kann ein serieller oder paralleler digitaler Ausgang oder auch ein analoger Ausgang sein, der je nach Einsatzzweck Treiberschaltungen 2 und/oder Aktuatoren 3 und ggf. auch einem Display 4 zugeführt wird.
Der Mikroprozessor μΡ kann sowohl die Frequenz als auch die zeitliche Änderung der Frequenz auswerten und somit nicht nur ein Signal ausgeben, das die relative Lage des Magnetteils M zu den Einzelspulen LI bis L8 kennzeichnet sondern auch dessen Bewegungsgeschwindigkeit .
Im Zusammenhang mit der Fig. 16 ist festzuhalten, dass die Anzahl der Induktivitäten LI bis L8 sowie die Anzahl der Multiplexer beliebig gewählt werden kann und jeweils dem Anwendungszweck anzupassen ist.
Für manche Anwendungsfälle ist es wünschenswert, einfache Schaltbefehle zu erzeugen, die lediglich die Zustände EIN oder AUS einnehmen, beispielsweise für die Steuerung eines Cursors auf einem Bildschirm mit den vier Bewegungsrichtungen auf, ab, links und rechts sowie einen Bestätigungsbefehl für eine Auswahl, der durch eine sog. o.k. -Taste erzeugt wird. Zu diesem Zwecke sind im Inneren der Kreisbahn K der Fig. 16 vier Schalter Sl bis S5 angeordnet, die hier unmittelbar mit der Treiberschaltung 2 verbunden sind. Dem Fachmann ist klar, dass die Ausgänge der Schalter Sl bis S5 auch dem Mikroprozessor μΡ zugeführt werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen der Schalter Massepotential an den Ausgang der Schalter gelegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Schalter elektrisch so anzuschließen, dass bei ihrer Betätigung ein anderes Potential, wie beispielsweise positive oder negative Versorgungsspannung am Ausgang ansteht.
Die Fig. 17 zeigt eine Draufsicht auf Betätigungsorgane der Eingabevorrichtung nach der Erfindung. In eine Wand der Gehäuses 15 ist ein Drehring 26 eingelassen, der eine Vielzahl von Greifvorsprüngen 24 oder eine anderweitige Oberflächenstruktur aufweist und durch den Bediener um eine senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 17 stehende Achse gedreht werden kann. Der mecha- nische Aufbau wird weiter unten im Zusammenhang mit
Fig. 19 beschrieben. Im Inneren des Drehringes 26 ist ein sog. Cursorring 28 angeordnet, der an den mit Pfeilen 29, 30, 31, 32 der Fig. 17 gekennzeichneten Stellen niederdrückbar ist, um die Schalter S2, S3, S4 bzw. S5 zu betätigen.
Im Inneren des Cursorrings 28 ist ein Druckknopf 33 angeordnet, mit dem der Schalter Sl betätigt wird. Am Drehring 26 ist mindestens ein Magnetteil befestigt, das zusammen mit dem Drehring 26 auf einer
Kreisbahn K bewegt wird, wenn der Drehring 26 gedreht wird.
In Fig. 18 sind mehrere auf die Leiterbahnplatte 5 aufgedruckte Spulen LI bis L8 als gestrichelt dargestellte Rechtecke angedeutet, welche in einer Schal- tung gemäß der Fig. 16 verschaltet sind. Die Spulen LI bis L8 sind in variablen Abständen längs einer Kreisbahn K verteilt angeordnet, wobei die Kreisbahn K von dem Drehring 26 (Fig. 17) überdeckt ist. Wird der Drehring 26 mit einem oder mehreren Magnetteilen ge- dreht, so verändern die Magnetteile ihre relative Lage zu den Spulen LI bis L8, wobei die Schaltung der Fig. 16 dann die genaue Position des oder der Magnetteile M feststellt . An der Leiterbahnplatte 5 sind mehrere feststehende Gegenmagnetteile Ml bis M8 angebracht, die ebenfalls in variablen Abständen längs der Kreisbahn K angeordnet sind und sich hier jeweils zwischen benachbarten Spulen LI bis L8 befinden. Wie schon eingangs gesagt, können die Gegenmagnetteile Permanentmagnete sein oder ferromagnetische Metallteile, wobei der oder die an dem Drehring 26 angebrachten Magnetteile M ebenfalls Permanentmagnete sein können oder ferromagnetische Teile, wobei jeweils nur eines der Magnetteile bzw. Gegenmagnetteile ein Permanentmagnet sein muß.
Schließlich können die an der Leiterbahnplatte 5 angebrachten Gegenmagnetteile auch Elektromagneten sein, deren Magnetfeld durch den durch den Elektromagneten fließenden elektrischen Strom veränderbar ist.
Die Gegenmagnete Ml bis M8 definieren "Rastpositionen" für den Drehring 26 und erzeugen in Zusammenwirken mit dem Magnetteil M am Drehring 26 auch eine haptisch wahrnehmbare Kraft.
Im Inneren der Kreisbahn K sind auf der Leiterbahn- platte 5 elektrische Schaltkontakte für die Schalter Sl bis S5 zu sehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähige Kreisringe sind und in der Mitte dieser Kreisringe eine Gegenkontaktflache aufweisen, die durch ein mechanisch zu betätigendes Schaltelement (Fig. 19) elektrisch miteinander verbunden werden. Die Schalter S2 bis S5 liegen auf einer inneren Kreisbahn K2, die konzentrisch zur Kreisbahn K ist. Der Schalter Sl liegt im Zentrum der Kreisbahnen. Die Schaltkontaktflächen der Schalter Sl bis S5 und die Anschlüsse der Sensoren LI bis L8 sind über Leiterbahnen zu den elektrischen Bauelementen der Fig. 16 wie z.B. dem Multiplexer MUX oder der Treiberschaltung 2 geführt. Fig. 19 zeigt einen Querschnitt des mechanischen Aufbaus der Eingabevorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Leiterbahnplatte 5 ist hier in ein Gehäuse 15 ein- gesetzt, dessen Gehäusedeckel die Gehäusewand der Fig. 17 ist. Die Gehäusewand ist im montierten Zustand fest mit dem Gehäuse 15 verbunden. Sie weist eine Kreisrunde Öffnung 37 auf, in die der Drehring 26 eingreift, wobei die Oberseite 38 des Drehringes 26 über die Oberseite 39 der Gehäusewand 25 vorsteht. Die Gehäusewand 25 hat einen radial nach innen vorsprin- genden Lagerring 40 an dem das Kugellager 21 befestigt sind. Der Innenring des Kugellagers 21 ist mit dem Drehring 26 verbunden. Somit kann der Drehring 26 leichtgängig gegenüber dem Gehäuse 15 und der Gehäusewand 25 verdreht werden. Dem Fachmann ist klar, dass auch eine Variante ohne Kugellager möglich ist.
Der Drehring 26 ist hier drehfest mit einem Magnetträgerring 23 verbunden, an dem ein oder mehrere Magnetteile M befestigt sind, die sich somit zusammen mit dem Drehring 26 längs der Kreisbahn K drehen können.
In die Leiterbahnplatte 5 sind hier Gegenmagnetteile eingelassen, wobei die Gegenmagnetteile M2 und M6 sichtbar sind, die ebenfalls in einer Kreisbahn ange- ordnet sind. Das Magnetteil oder die Magnetteile und die Gegenmagnetteile können -wie eingangs erwähnt- so gestaltet sein, dass das oder die Einen davon Magnete sind während daas oder die Anderen Metallteile aus ferromagnetischem Material sind.
Die Sensoren LI bis L8 liegen neben den Gegenmagnet- teilen und sind in Fig. 19 nicht sichtbar.
Der Drehring 26 hat eine mittige Öffnung 45 für Betä- tigungsorgane der Schalter Sl bis S5. Diese Schalter sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 19 als Schaltdome bekannter Bauart ausgebildet, die durch Schaltstößel 46, 47 bzw. 48 betätigt werden. Die Schaltdome können Metalldome, sog. Polydome oder sonstige bekannte
Schaltelemente sein. Die Schaltstößel 46 bis 48 sind mit Kappen 49, 50, 51 abgedeckt, die einzeln in Richtung zur Leiterbahnplatte 5 niedergedrückt werden kön- nen. Die Schaltstößel 46, 47, 48 sind in Führungselementen 52 geführt, die mit der Leiterbahnplatte 5 verbunden sind, so dass sie nur vertikal in Richtung zur Leiterbahnplatte 5 hin und von dieser fort bewegt werden können, sich jedoch nicht mit dem Drehring 26 ver- drehen können.
Fig. 20 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem der Fig. 16 dadurch unterscheidet dass anstelle der Schalter Sl bis S5 Spulen L9 bis L13 in entsprechender Anordnung der Schalter Sl bis S5 angebracht sind, die elektrisch zwischen Masse und dem Multiplexer liegen. An den Stößeln 46, 47, 48 der Fig. 19 sind dann Magnete angebracht und an der Leiterbahnplatte 5 sind im Bereich der Spulen L9 bis L13 Gegenmagnete angebracht, wobei die Magnetteile an den Stößeln und die Gegenmagnetteile so magnetisiert sind, dass sie sich gegenseitig abstoßen. Durch Niederdrücken der Stößel ändert sich das Magnetfeld an den Spulen L9 bis L13, was zu einer Änderung des In- duktivitätswertes der Spulen führt. Hierdurch kann ein Niederdrücken der Stößel erfaßt werden, wobei der Hub des Niederdrückens und die Geschwindigkeit ausgewertet werden können, wobei auch hier durch die Magnetteile eine haptisch wahrnehmbare Kraft auftritt.
Der Mikroprozessor μΡ schaltet zyklisch die einzelnen Eingänge des Multiplexers MUX zu dem Ausgang OUT1 durch und damit zum Oszillator 1, so dass alle Spulen LI bis L13 kontinuierlich abwechselnd abgefragt werden .
Fig. 21 zeigt ein weitereas Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass sich von dem der Fig. 16 und 20 im wesentlichen durch den Oszillator 1 unterscheidet. Die Schalter Sl bis S5 und die Spulen L9 bis L13 der Fig. 16 bzw. 20 sind hier der Einfachheit halber fortgelassen. Selbstverständlich können diese auch bei der Schaltung der Fig. 20 in gleicher Weise vorgesehen sein. Der Oszillator 1 ist hier so aufgebaut, dass die beiden Eingänge (+) und (-) des Verstärkers VI durch Spannungsteiler Rl, R2 und R3, R4 jeweils auf der halben Versorgungsspannung +CV liegen. Der negative Ein- gang des Verstärkers VI ist über einen Koppelkondensator Cl mit dem Ausgang OUT1 des Multiplexers MUX verbunden. Weiter ist der negative Eingang des Verstärkers VI über einen Rückkopplungskondensator C3 mit dem Ausgang OUT2 des Verstärkers VI verbunden. Der Ausgang des Multiplexers MUX ist zusätzlich über einen Kondensator C2 mit Masse verbunden und über einen Kondensator C4 mit dem Mikroprozessor μΡ. Über diesen Kondensator C4 erhält der Oszillator 1 vom Mikroprozessor μΡ einen Startimpuls, der ein sicheres Anschwingen ge- währleistet, wobei dieser Impuls mit dem jeweiligen Umschalten des Multiplexers MUX synchronisiert ist.
Der Multiplexer MUX wird in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 16 und 20 über einen "E- nable-Eingang (en) und Adreßleitungen A0, AI, A2 angesteuert. An den Ausgang OUT3 des Mikroprozessors μΡ sind in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 16 Peripheriegeräte, wie Treiberschaltungen, ein Monitor oder ähnliches angeschlossen.
Die Schaltung des Oszillators 1 der Fig. 21 zeichnet sich durch einen geringeren Stromverbrauch und ein sicheres Anschwingen aufgrund des Impulses auf dem Kondensator C4 aus. Am Rande sei noch erwähnt, dass der Verstärker VI ein Komparator sein kann, der durch die externe Schaltung und die RC-Glieder der Spulen Li bis L8 mit dem Kondensator C2 einen Schwingkreis bildet. Schließlich sei darauf hingewiesen, dass die Versorgungsspannung CV+ des Oszillators 1 ebenfalls vom Mikroprozessor μΡ angelegt werden kann und dadurch vom Mikroprozessor geschaltet wird. Im Mikroprozessor μΡ findet auch hier eine Auswertung der Frequenz des Oszillators statt, was ebenfalls sowohl hinsichtlich des Wertes der Frequenz als auch hinsichtlich der Änderung der Frequenz durchgeführt werden kann. Die Fig. 22 und 23 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem nur eine vorbestimmte Anzahl von Drehpositionen erfasst werden soll, wobei gemäß Fig. 23 zwölf vordefinierte Drehpositionen erfassbar sind und Zwischenstellungen des Drehringes 26 nicht erfasst werden sollen. Die vorbestimmen Drehpositionen des Drehringes 26 werden durch eine magnetische "Rasterung" bestimmt. Zu diesem Zweck sind im Gehäuse 15 vier ortsfeste Magnete Ml, M2, M3 und M4 befestigt und eine zusammen mit dem Drehring 26 drehbare Metallscheibe 34 aus ferromagnetischem Material hat eine Anzahl von vorspringenden Zähnen 35, wobei deren Anzahl die Zahl der möglichen Rastpositionen definiert, im Falle der Fig. 23 also zwölf. Die Metallscheibe 34 ist an dem Magnetträgerring 23 befestigt, der seinerseits mit dem Drehring 26 drehfest verbunden ist und damit über das Kugellager 21 drehbar ist. Die Zähne 35 sind nahe an den Magneten Ml bis M4 in geringem Abstand angeordnet und decken in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse des Drehringes 26 etwa die Hälfte der Stirnfläche der Magnete Ml bis M4 ab. Weiter ist an dem Magnetträgerring 23 eine Codierscheibe 36 angebracht, die zusammen mit dem Magnetträgerring 23 und dem Drehring 26 drehbar ist und Vorsprünge 36.1 bis 36.6 aufweist, die den Spulen Li bis L4 gegenüberliegend angeordnet sind und damit deren Induktivitätswert ändern, wenn sie der Spule gegenüberliegen bzw. nicht gegenüberliegen. In Fig. 23 ist der Zustand zu sehen, bei dem der Vorsprung 36.1 die Spule LI überdeckt, während die Vorsprünge 36.2 bis 36.6 keine der weiteren Spulen L2 bis L4 überdecken .
Die Metallscheibe 34 und die Codierscheibe 36 können zusammen einstückig als eine Scheibe ausgebildet sein, wobei die Zähne 35 der Metallscheibe 34 und die Zähne 36.1-36.6 der Codierscheibe 36 axial gegeneinander versetzt sind, derart, dass die Zähne 36.1-36.6 der
Codierscheibe näher an den Spulen LI bis L4 liegen als die Zähne 35 der Metallscheibe und umgekehrt die Zähne 35 der Metallscheibe näher an den Magneten Ml bis M4 liegen als die Zähne 36.1-36.6 der Codierscheibe. Die Zähne 36.1-36.6 der Codierscheibe 36 sind so angeordnet, dass je nach Drehstellung des Drehringes 26 unterschiedliche Kombinationen von Überdeckungen der Spulen LI bis L4 durch die Zähne 36.1-36.6 der Codier- Scheibe gebildet werden, so dass die den Spulen LI bis L4 zugeordneten Schwingkreise unterschiedliche Kombinationen von Ausgangssignalen führen, da jeweils eine von einem Vorsprung 36.1-36.6 der Codierscheibe 36 abgedeckte Spule und entsprechend von der Codierscheibe 36 nicht abgedeckte Spulen unterschiedliche
Ausgangssignale erzeugen. Je nach Anzahl von Spulen und Vorsprüngen der Codierscheibe 36 lassen sich damit beliebig viele eindeutig vordefinierte Drehstellungen unterscheiden.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Drehring 26 eine mittige Öffnung für Betätigungsorgane von Schaltern Sl bis S5, die entsprechend dem Ausführungs- beispiel der Fig. 19 ebenfalls Schaltdome bekannter
Bauart ausgebildet sind, die durch Schaltstößel 27 betätigt werden. Generell können die Schalter in gleicher Weise ausgebildet sein, wie in den Ausführungsbeispielen der Fig. 19 und 20 beschrieben.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 22 und 23 sind die Spulen LI bis L4 auf beiden Seiten der Leiterbahnplatte 5 aufgedruckt sein, was deren Induktivität erhöht.

Claims

Patentansprüche
Eingabevorrichtung mit einer Leiterbahnplatte (5) , mindestens einem gegenüber der Leiterbahnplatte (5) ortsfesten Magnetteil (M1-M8) und mindestens einem gegenüber der Leiterbahnplatte (5) verschieblichen Magnetteil (M) und mindestens einen Sensor (L1-L8) zum Ermitteln der Positionen des verschieblichen Magnetteils (M) ,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (L1-L32) eine auf die Leiterbahnplatte (5) aufgebrachte Spule ist,
dass die Spule mit einem Oszillator (1) verbunden ist, dessen Ausgangssignal eine von der relativen Position des beweglichen Magnetteils (12) zu der mindestens einen Spule (L1-L32) abhängige Frequenz hat und
dass das Ausgangssignal des Oszillators (1) mit einem Mikroprozessors (μΡ) verbunden ist.
Eingabeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Spulen (L1-L32) auf der Leiterbahnplatte (5) aufgedruckt oder in Ätztechnik aufgebracht sind.
Eingabeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine feststehende Magnetteil (8, 9, 10) auf der den Spulen (L1-L32) gegenüber- liegenden Seite (7) der Leiterbahnplatte (5) angebracht ist.
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Oszillator (1) einen rückgekoppelten 0- perationsverstärker (VI) aufweist sowie mindestens einen Kondensator (C2) , der zusammen mit de Induktivität der mindestens einen Spule (L1-L32) das frequenzbestimmende LC-Glied des Oszillators (1) bildet.
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Spulen (L1-L32) über mindestens einen Multiplexer (MUX1, MUX2) selektiv mit dem Oszillator (1) verbindbar sind, wobei der mindestens eine Multiplexer (MUX1, MUX2 ) periodisch von dem Mikroprozessor (μΡ) umgeschaltet wird.
Eingabeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Spulen in einer Matrixform angeordnet sind und zeilen- und reihenweise mit Eingängen des mindestens einen Multiplexers (MUX1, MUX2) verbunden sind.
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine feststehende Magnetteil (8, 9, 10) ein Scheibenmagnet, ein Ringmagnet o- der ein Elektromagnet ist. Eingabeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere im Abstand zueinander angeordnete feststehende Magnetteile (8, 9) an der Leiterbahnplatte (5) befestigt sind.
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi
8, dadurch gekennzeichnet,
dass der verschiebliche Magnetteil (12) ein Scheibenmagnet oder ein zylinderförmiger Magnet ist und
dass der bewegliche Magnet (12) in einem Bedienteil (11) angeordnet ist.
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi
9, dadurch gekennzeichnet,
dass der verschiebliche Magnet (12) in einer Kulissenführung (13) geführt ist.
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi 5 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass der verschiebliche Magnetteil (M) längs einer Kreisbahn (K) verschieblich ist, wobei die Sensoren (L1-L8) ebenfalls längs der Kreisbahn (K) angeordnet sind.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass längs der Kreisbahn (K) ortsfeste Gegen-Magnetteile (M1-M8) angeordnet sind, die zusammen mit dem beweglichen Magnetteil (M) bei dessen Bewegung eine haptisch wahrnehmbare Magnetkraft erzeugen und gleichzei- tig Rastpositionen für die Bewegung des beweglichen Magnetteils (M) bilden.
Eingabeeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bewegliche Magnetteil (M) an einem Drehring (6) befestigt ist.
Eingabeeinrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drehring (6) in einem Kugellager (21) gegenüber einer Gehäuseplatte (5) gelagert ist.
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterbahnplatte (5) zusätzlich elektrische Schaltkontakte (S1-S5) aufgebracht sind, die zusammen mit Schaltdomen und Stößeln elektrische Schalter bilden .
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den längs der Kreisbahn (K) angeordneten Spulen (L1-L8) im Innenbereich der Kreisbahn weitere Spulen (L9-L13) angeordnet sind, dass jeder der zusätzlichen Spulen (L9-L13) ein Permanentmagnet zugeordnet ist und dass jeder der zusätzlichen Spulen (L9-L13) ein Stößel (26, 27, 28) mit einem weiteren Magnetteil zugeordnet ist, wobei auch die zusätzlichen Spulen (L9-L13) mit dem Oszillator verbindbar sind. Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszilla tor (1) einen über einen Kondensator (C3) rückge koppelten Operationsverstärker (VI) aufweist, dessen beide Eingänge jeweils durch Spannungstei ler (Rl, R2; R3, R4) auf halber Betriebsspannung (+CV) des Oszillators (1) liegen und dass einer der Eingänge des Operationsverstärkers (VI) über einen Koppelkondensator (Cl) selektiv mit einer der Spulen (L1-L8; L9-L13) verbindbar ist.
Eingabeeinrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass einem der Eingänge des Operationsverstärkers (VI) über einen weite ren Kondensator (C4) von einem Mikroprozessor (μΡ) ein Startimpuls zuführbar ist.
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung (+CV) des Oszillators (1) von einem Mikroprozessor (μΡ) ein- und ausschaltbar ist .
Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (L1-L8; L9-L13) über mindestens einen Multiplexer (MÜX) selektiv mit dem Oszillator (1) verbindbar sind, wobei der mindestens eine Multiplexer (MUX) periodisch von dem Mikroprozessor (μΡ) umgeschaltet wird.
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