JP4111920B2 - 切替手段の切替位置を光電式に検出するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、
係止カム内に係合された切替タペットを有する、機械的に操作可能な、強制案内された切替手段の切替位置を光電式に検出するための装置であって、この装置が、
少なくとも１つの光学的な受光部、
少なくとも１つの受光部を照射するために設けられた、少なくとも１つの光学的な発光部、および、絞り部を備えており、その際、
この絞り部と、少なくとも１つの発光部および少なくとも１つの受光部から成る構造部が、相対的に互いに運動可能であり、
且つ、この可動な部材である絞り部または構造部が、この切替手段の運動に対して連結されている上記装置に関する。

切替位置を検出するための装置は、例えば、切替器において使用され、これら切替器でもって、多数の機能が切替可能であり、且つ、これら切替器において、機械的な触覚と、電気的な切替位置検出との間の分離が行われている。この様式の切替器は、例えば、自動車内において、照明スイッチ、またはステアリングカラムスイッチとして使用される。多数の機能が、相互に依存せずに、且つ互いに並行して実施され得るために、このような切替器は、多数の方向に運動可能に構成されている。その際に、１つの切替位置検出は、その都度の切替位置を、直接的に切替えられた機器に、または同様にデータ処理装置のデータ入力部として、例えば自動車の場合搭載コンピュータに、監視の目的および制御の目的のためにアクセス可能にする目的に使用される。

更に、その都度の切替位置を表示するために、切替器に、後方から照射されたシンボルが所属して設けられており、その際、その都度の切替位置に依存して、実際上作動開始された機能のためのものである、この、または、これらシンボルが、後方から照射される。

この様式の切替器は、従来、コンタクトスイッチとして構成されており、従って、１つの切替位置が、切替機構によって適当な電気的な結合が形成されている場合に達成される。このような多機能スイッチでもって、多数の異なる機能が切替え可能である場合ですら、複雑なスイッチ構造における経費は、その都度の切替位置が上記の方法で検出されねばならない場合に、不釣合いなほどに増大する。更に、機械的な接触のために設けられた要素は、磨耗および経時変化の影響下にある。

多機能スイッチは、ドイツ連邦共和国特許公開第４３ ３２ ７４８号明細書（特許文献１）から公知であるように、無接触の光電子式に作動する切替器として形成されている。この明細書において記載された切替器は、切替位置を検出するために、如何なる電気的な接触も引き起こされる必要が無く、切替手段が所定の切替位置にある場合、むしろ、光感受性の要素が、受光部として光作用されていることによって特徴付けられる。このような光学的な切替器は、光感受性の要素の傍らに発光部（光源）を備えており、この発光部が、例えば、この光感受性の要素と同じ基板の上に配設されていても良い。その光導体の光の射出側の面が光電気的な要素の光感受性の表面に向かって指向する状態で配設されている、光導体によって、必要とされる光は、この光電気的な要素へともたらされる。光導体の射出側と光電気的な要素との間に、運動間隙が設けられており、この運動間隙内において、この切替手段の運動に対して連結された絞り部が運動可能である。この絞り部は、予め設定された位置において、貫通開口部を有しており、従って、所定の切替位置への切替手段の運動の後、この貫通開口部が、光導体の射出側の面、および光電気的な要素の光感受性の表面と一直線に並び、従って、後者の光電気的な要素が光作用可能である。この切替手段が、この位置から再び脱出させられた場合、この光電気的な要素は遮光され、且つこの切替位置から離れている。それぞれの切替位置は、この明細書の対象において、従って、固有の光電子式の切替器によって実現されている。多数のこの様式の光学的な切替器の適当な配設によって、同様に複雑な切替運動も検出可能である。制約された組込み空間状態の場合、複雑な切替運動を、上記された構造およびやり方で実現することは、しかしながら、時として可能ではない。

この公知の装置のコンセプションにおいて、発光部、および受光部が、極めて精確に互いに整向されていなければならないことは、特に、小さな切替ステップが規定通りに相互に区別されるべき場合にも必要である。光バリア、および絞り部の部材の製造および配設における、与えられた許容差連鎖（Toleranzketten）に基づいて、例えば、ステアリングカラムスイッチのケーシング内への要素の組込みの後、このステアリングカラムスイッチの切替位置を検出するために、時として、所定の切替位置内における受光部が、十分に光学的な発光部によって光を照射されてなく、従って、事情によっては、十分な照射強度が、この切替位置の検出のために与えられていないことは生じる。
ドイツ連邦共和国特許公開第４３ ３２ ７４８号明細書

従って、ここで述べられてきた公知技術を出発点として、本発明の根底をなす課題は、冒頭に記載した様式の、機械的に操作可能な切替手段の切替位置を光電式に検出するための装置を、特に、公知の従来技術において生じる許容差の諸欠点を、完全に回避できるとは言わないまでも、低減するように改良することである。

この課題は、本発明に従い、請求項１の特徴である、
少なくとも１つの発光部が、少なくとも１つの受光部から見て、係止カムを形成する要素の部分の後ろに配設されていること、
この係止カムを形成する要素の部分内において、少なくとも１つの、少なくとも１つの受光部に向かって開いている（開放性の）光線用開口部が形成されていること、
または、請求項２の特徴である、
少なくとも１つの受光部が、少なくとも１つの発光部から見て、係止カムを形成する要素の部分の後ろに配設されていること、
この係止カムを形成する要素の部分内において、少なくとも１つの、少なくとも１つの発光部に向かって開いている光線用開口部が形成されていること、
によって解決される。

この少なくとも１つの光線用開口部は、係止カムを形成する要素の一部として、有利には、この係止カムと可能な限り１つの部材から成るように、例えば、射出成形方式の手段において製造されている。この少なくとも１つの光線用開口部は、機械的な切替点に相応する位置において、例えば固有の係止カムから突出するフランジ内に形成されている。受光部、もしくは光学的な発光部から見て、通常（ueberlicherweise）、多数の光線用開口部の後ろに、発光部、例えばＬＥＤ、もしくは受光部が設けられている。これら光線用開口部は、これら光線用開口部の収斂された部分の面積（lichten Weite）に関して、この光線用開口
部の後ろに存在する要素である受光部または発光部の組込み配設から結果として生じる許容差が、何の問題も無く補償されているように規定されている。この光線用開口部の後ろで、光学的な発光部を配設する場合、例えば、これら光線用開口部によって提供される絞り開口部は、この受光部の面内へと投影するこのような光学的な発光部の発光面よりも、より小さく構成される。このことによって、ある程度の許容差の範囲内において、これら光線用開口部の後ろで同様に光学的な発光部を配設する場合にも、依然として、規定通りの光学的な受光部の照射は可能であることが保障される。これら光線用開口部、もしくは、この光線用開口部を形成する係止カム部材の領域によって、付加的に漂遊光線が低減される。

光学的な切替器配設の要素は、合目的に、共通の可撓性のプリント基板の上に設けられており、これらプリント基板が、所望の光学的な切替器配設の形成のために、発光部もしくは受光部が配設されている部分内において、相互に向かって指向する状態で配置され、且つ、それぞれに相応する反力支承部に沿って固定されている。

特に有利な実施形態において、ただ１つだけの受光部、および多数の光学的な発光部か、それとも、ただ１つだけの発光部、および多数の光学的な受光部が、光線配列（Lichtstrahlanordnung）の形成のために設けられている。その際、少なくとも２つの受光部、もしくは、２つの発光部が、切替手段の切替方向において、それぞれに、少なくとも１つの切替ステップに相応して、相互に離間された状態で配設されている。絞り部は、遮光領域を有しており、この遮光領域によって、この切替手段の１つの隣接する切替位置への切替位置の交番の際に、この受光部の照射を顧慮して、それぞれに、ただ唯一の受光部の状態だけが変化され、もしくは、ただ唯一の発光部だけが、この発光部の状態を変化する。このような実施形態の場合、１つの配設は、１つの発光部、および２つの受光部から成る例において、基本的に４つの切替ステップを検出することは可能である。何故ならば、同様に１つの状態 −この状態において両方の受光部が遮光されている− も、切替位置として定義可能であるからである。この理由から、この絞り部は、１つの遮光領域を有しており、この遮光領域でもって、場合によっては、両方の受光部が、同時に遮光可能である。従って、このような実施形態において、個別の受光部の部分遮光部が設けられていない場合、ただ２つの受光部だけが必要であり、従って、使用される受光部の数は、公知の従来技術の場合に必要な受光部の数に比して、５０％だけ低減されている。

部分遮光部が設けられている場合、必要とされる受光部の数は、公知の従来技術に比して、更に低減可能である。誤った解釈を回避するために、本願で請求されている切替位置検出装置の対象の場合、更に、切替手段の１つの隣接された切替位置への切替位置の交番の際に、それぞれに、ただ唯一の受光部だけが、この受光部の状態を変化する。この状態変化は、前もって照射されていない受光部の照射によって、または反対に照射されていた受光部の非照射によって、または、同様に照射強度の変化によって、例えば、遮光部による１つの受光部の領域的な遮光によって誘起される。

何の問題も無く、このような切替位置検出装置は、この切替手段が２つまたは多数の方向において運動可能である場合、切替位置検出を実施することにも適している。この切替手段のそれぞれの運動方向において、少なくとも２つの受光部から成る受光部配設、および、遮光領域を有する絞り部 −これら両方は、上記されているような− が構成されている。公知の従来技術と比較してより僅かなハードウェアの使用によって、このような切替位置検出装置でもって、複雑な切替運動も、この目的のために比較的に大きな組込み空間が必要であること無しに、光電子式に検出され得る。

この切替位置検出装置のデータを処理するために、マイクロプロセッサーの使用は、基本的に必要ではない。このデータの処理は、デジタル回路を介して行われ、このデジタル回路を介して、出力信号が、直接的に、この切替位置検出装置の出力信号を更に処理する装置に対して供給する。例えば、このようなデジタル回路は、２進デコーダである。

本願で請求されている装置のこのような実施形態は、多数の異なる切替位置も、公知の従来技術に比して僅かなハードウェアの使用でもって可能であることを示している。

次に、本発明を、添付された図に関連して実施例に基づいて説明する。

その他の点では詳細には図示されていない、自動車のためのステアリングカラムスイッチは、ステアリング支柱モジュールの部材であるケーシング１内において、強制案内された状態で軸受けされている。このケーシング１内において、係止カム２が設けられており、この係止カム内に切替タペット３が、ばね負荷された状態で係合し、且つ、この係止カム内において案内されている。この係止カム２は、この係止カム内において係合された切替タペット３と共に、所望の触覚を形成する役目を果たす。この切替タペット３内において、個別の切替位置は、触覚的に、知覚可能に構成されている。

全体で、参照符号４でもって記号を付された切替位置検出装置４は、係止カム２の内側での切替タペット３の個別の切替位置を電気的に検出する役目を果たす。この切替位置検出装置４は、光電子式に作動するように構成されており、且つ、１つの光学的な受光部５、および多数の光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４を備えており、これら発光部のうち、図１において、単にＳ１およびＳ２だけが認識可能である。これら光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４は、ＬＥＤであり、これらＬＥＤが、それぞれに、順々に光線を放射する。フォトダイオードとして形成された光電子式の受光部５、および、光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４は、共に、可撓性のプリント基板６上に設けられている。これら発光部Ｓ１〜Ｓ４と、光学的な受光部５との間の、所望の光バリア配置を形成するために、反力支承部７、８が、ケーシング１に附設して形成されており、これら反力支承部に、パターン導線部分が固定されており、これらパターン導線部分の上に、光学的な受光部５、もしくは光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４が設けられている。

切替タペット３の一部は、絞り部９であり、この絞り部が、この切替タペット３の運動に相応して、係止カム２内において帯同される。この絞り部９は、図示された実施例の場合、２つの絞り開口部１０、１１を備えている。この切替タペット３、および従って同様に絞り部９のそれぞれの位置に応じて、全ての、または同様に個別の発光部Ｓ１〜Ｓ４は遮光され、これに対して、残りの発光部Ｓ１〜Ｓ４の光は、これら絞り開口部１０、１１を通って、または同様にこの絞り部９の縁部の傍らを通って、受光部５へと到達可能である。切替位置を変更した場合、更に別の光道程が、これら発光部Ｓ１〜Ｓ４の内の１つの発光部から、この受光部５へと開放されるか、それとも、既に開放された光道程が遮光される。図１に図示された切替位置において、この光学的な受光部５は、光学的な発光部Ｓ３によって照射されている。何故ならば、この絞り部９の絞り開口部１０が、これに関する光線経路を妨害していないからである。それに対して、この光学的な受光部５は、この絞り部９によって、光学的な発光部Ｓ１、Ｓ２、およびＳ４による照射に対して遮光されている。

合成物質射出成形部材として形成されている係止カム２の一部は、フランジ１２であり、このフランジ内に、４つの光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４が加工されている。これら光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４は、円錐形に形成されており、その際、収斂が光学的な受光部５から離れるように指向して延在している。このフランジ１２の直ぐ後ろに、反力支承部７、およびこの反力支承部７に保持された、可撓性のプリント基板６の部分が存在しており、このプリント基板の上に、光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４が設けられている。従って、これら光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４は、この光学的な受光部５から見て、これら光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４の直ぐ後ろに存在している。それぞれの発光部Ｓ１〜Ｓ４に、１つの固有の光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４が所属して設けられている。それぞれの光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４の収斂された部分の面積は、この光学的な受光部の面に投射された状態で、それぞれのＬＥＤの光放出する面積よりも、より僅かである。従って、これら光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４は、いわば、絞りとして作用し、このことによって、一方では漂遊光線が防止され、且つ、個別の光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４が所定の許容差でもってこれら光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４の後ろに設けられている場合ですら、特にしかも、光学的な受光部５へと整向された状態の、それぞれの光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４の規定通りの光線整向状態が可能である。従って、放出される光線の、規定通りの配設は、これら光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４の配設の許容差に依存する。このことは、しかしながら無視可能である。何故ならば、これら光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４、即ち、これら光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４を有するフランジ１２は、係止カム２の一部であるからである。

図２は、ステアリングカラムスイッチのケーシング１を、縦断面図において示している。この配設から、光学的な発光部が、受光部５に関連して同様に異なる高さにおいても設けられ得ることは明確になる。

図３は、発光部Ｓ１〜Ｓ４の配設を示しており、これら発光部が、湾曲された状態で形成された反力支承部に隣接されている。更に、係止カム２のフランジ１２が、それぞれ１つの光学的な発光部Ｓ１〜Ｓ４の収容のための空隙を有しており、従って、それぞれの発光部Ｓ１〜Ｓ４が、いわば、ケースに入れられた状態で配設されており、且つ、光射出が、ただこれら光線用開口部Ｌ１〜Ｌ４を通ってだけ可能であることは明確になる。このことは、特に、漂遊光線の防止の役目を果たす。

異なる切替位置の検出は、以下において、その場合に１つの発光部と多数の受光部が設けられている１つの実施例に基づいて説明されている。これら受光部は、この受光部から見て光線用開口部の後ろで、係止カムの一部として配設されている。

切替位置検出装置の切替手段は、２つの回転軸線を中心として旋回可能に軸受けされている。この切替手段の運動に対して、図示された実施例の場合、水平方向の遮光条片、および垂直方向の遮光条片を支持する保持具から構成された状態で、絞り部が連結されている。それぞれの遮光領域は、それぞれ１つの受光部配設の切替位置検出の役目を果たす。発光部の位置から見て、この発光部の前方に位置している水平方向の遮光条片を有する、受光部Ｅ１およびＥ２から構成された受光部配設は、ｙ方向における、切替手段の運動の切替位置検出の役目を果たす。発光部の位置から見て、この発光部の前方に位置している垂直方向の遮光条片を有する、受光部Ｅ３〜Ｅ５から構成された、更に別の受光部配設は、ｘ方向における、切替手段の切替位置の検出の役目を果たす。受光部Ｅ１、Ｅ２、もしくは、Ｅ３〜Ｅ５は、それぞれ１つの切替ステップに相応して、相互に離間されている。この水平方向の遮光条片の高さは、２つの垂直方向の切替ステップに相応しており、この垂直方向の遮光条片の幅が、３つの水平方向の切替ステップに相応している。ｙ方向において、２つの受光部Ｅ１、Ｅ２の使用によって、４つの切替位置が検出可能である。ｘ方向において、３つの受光部Ｅ３〜Ｅ５の使用によって、この実施例の場合、６つの切替位置が検出可能である。
切替位置検出装置の異なる切替位置内における、これら個別の受光部Ｅ１〜Ｅ５の状態は、
次の表においてそれぞれ与えられている：

係止カム内において案内された切替タペット、および、切替位置を光電式に検出するための装置を有する、ステアリングカラムスイッチのケーシング内への、概略的な３次元的な眺めの図である。 図１のケーシングの縦断面図である。 図１のケーシングの水平方向断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 係止カム
３ 切替タペット
４ 切替位置検出装置
５ 光学的な受光部
６ 可撓性のプリント基板
７ 反力支承部
８ 反力支承部
９ 絞り部
１０ 絞り開口部
１１ 絞り開口部
１２ フランジ
Ｌ１〜Ｌ４ 光線用開口部
Ｓ１〜Ｓ４ 発光部

Claims (15)

1. 係止カム（２）内に係合された切替タペット（３）を有する、機械的に操作可能な、強制案内された切替手段の切替位置を光電式に検出するための装置であって、この装置が、少なくとも１つの光学的な受光部（５）、
   少なくとも１つの受光部（５）を照射するために設けられた、少なくとも１つの光学的な発光部（Ｓ１〜Ｓ４）、および、
   絞り部（９）を備えており、その際、
   この絞り部（９）と、少なくとも１つの発光部（Ｓ１〜Ｓ４）および少なくとも１つの受光部（５）から成る構造部とが、相対的に互いに運動可能であり、
   且つ、この可動な部材である絞り部（９）または構造部が、この切替手段の運動に対して連結されている様式の上記装置において、
   少なくとも１つの発光部（Ｓ１〜Ｓ４）が、少なくとも１つの受光部（５）から見て、係止カム（２）を形成する要素の部分の後ろに配設されていること、この係止カム（２）を形成する要素の部分内において、少なくとも１つの上記発光部（Ｓ１〜Ｓ４）から少なくとも１つの受光部（５）へと向かって開いている少なくとも１つの光線用開口部（Ｌ１〜Ｌ４）が形成されていることを特徴とする装置。
2. 係止カム（２）内に係合された切替タペット（３）を有する、機械的に操作可能な、強制案内された切替手段の切替位置を光電式に検出するための装置であって、この装置が、少なくとも１つの光学的な受光部（５）、
   少なくとも１つの受光部（５）を照射するために設けられた、少なくとも１つの光学的な発光部（Ｓ１〜Ｓ４）、および、絞り部（９）を備えており、その際、
   この絞り部（９）と、少なくとも１つの発光部（Ｓ１〜Ｓ４）および少なくとも１つの受光部（５）から成る構造部が、相対的に互いに運動可能であり、
   且つ、この可動な部材である絞り部（９）または構造部が、この切替手段の運動に対して連結されている様式の上記装置において、
   少なくとも１つの受光部（５）が、少なくとも１つの発光部（Ｓ１〜Ｓ４）から見て、係止カム（２）を形成する要素の部分の後ろに配設されていること、この係止カム（２）を形成する要素の部分内において、少なくとも１つの上記受光部（５）から少なくとも１つの発光部（Ｓ１〜Ｓ４）へと向かって開いている少なくとも１つの光線用開口部（Ｌ１〜Ｌ４）が形成されていることを特徴とする装置。
3. 光学的な受光部（５）、および、多数の、この受光部（５）の照射のために配設された光学的な発光部（Ｓ１〜Ｓ４）が設けられており、その際、この受光部（５）から見て光線用開口部（Ｌ１〜Ｌ４）の後ろに、それぞれの発光部が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 光線用開口部（Ｌ１〜Ｌ４）によって提供される絞りの収斂された部分の面積は、受光部（５）の面内へと投影する、１つの光線用開口部の後ろに配設された光学的な発光部（Ｓ１〜Ｓ４）の発光面積よりも小さいように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 受光部（５）、および光学的な発光部（Ｓ１〜Ｓ４）は、共通の可撓性のプリント基板（６）の上に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. 多数の光学的な受光部、および、これら受光部を照射するために配設された光学的な発光部が設けられており、この発光部から見て、光線用開口部の後ろに、それぞれ１つの受光部が配設されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
7. 光線用開口部によって提供される絞りの収斂された部分の面積は、ほぼ、発光部の面内へと投影される、光線用開口部の後ろに配設された受光部の面積であるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 光学的な発光部、および受光部は、共通の可撓性のプリント基板（６）の上に設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
9. 光線用開口部（Ｌ１〜Ｌ４）は、係止カム（２）に附設して形成されたフランジ（１２）内において形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の装置。
10. 光線用開口部（Ｌ１〜Ｌ４）を有する係止カム（２）は、合成物質射出成形部材であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の装置。
11. その装置が、自動車のためのステアリングカラムスイッチのケーシング内へと組込まれていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の装置。
12. 少なくとも２つの発光部（Ｓ１〜Ｓ４）は、切替手段の切替方向において、それぞれに、少なくとも１つの切替ステップに相応して、相互に離間された状態で配設されており、且つその際、
    絞り部（９）が、遮光領域を有しており、
    この遮光領域によって、この切替手段の１つの隣接する切替位置への切替位置の交番の際に、この受光部（５）の照射を顧慮して、それぞれに、ただ唯一の発光部（Ｓ１〜Ｓ４）だけが、この発光部の状態を変化するように構成されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか一つに記載の装置。
13. 少なくとも２つの受光部は、切替手段の切替方向において、それぞれに、少なくとも１つの切替ステップに相応して、相互に離間された状態で配設されていること、および、
    絞り部（９）が、遮光領域を有しており、
    この遮光領域によって、この切替手段の１つの隣接する切替位置への切替位置の交番の際に、この受光部（５）の照射を顧慮して、それぞれに、ただ唯一の受光部の状態だけが変化されるように構成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一つに記載の装置。
14. 切替手段は、
    ２つまたは多数の方向において運動可能であり、且つ、
    これら方向内において、それぞれ１つの、切替位置を実現するために行われた受光部配設、もしくは発光部配設を有しており、且つ、
    絞り部（９）の遮光領域が、発光部及び受光部との配置関係により、絞り部（９）が特定の位置にあるときのみ発光部からの光を遮光するように構成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載の装置。
15. 受光部として、多数の、個別の光電気的な受光部から構成されたセンサーアレイ、例えばカメラ用センサーが使用されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一つに記載の装置。

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