EINGABEVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR EINGABE VON INFORMATIONEN IN EINER STEUEREINHEIT

EINGABEVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR EINGABE VON INFORMATIONEN IN EINE STEUEREINHEIT

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung und ein Verfahren zur Eingabe von Informationen in eine Steuereinheit, insbesondere zur Einstellung einer zentralen Steuereinheit eines Hausgerätes.

Es sind Vorrichtungen und dementsprechende Verfahren bekannt, bei denen die Eingabevorrichtung in Form eines Schalters ausgeführt ist. Sie sind weitgehend aus mechanischen Komponenten aufgebaut, so daß sie einen komplexen Aufbau aufweisen, Verschleiß unterliegen und auch in sonstiger Weise störungsanfällig sind. Insbesondere ist es bei überwiegend mechanisch aufgebauten Eingabevorrichtungen nicht möglich sicherzustellen, daß eine vorgenommene Einstellung auch angenommen bzw. mechanisch und/oder elektrisch geschaltet worden ist. Es ist also keine Rückmeldung über eine vorgenommene Auswahl zu erhalten, insbesondere bei einem Hausgerät, wie z. B. einer Waschmaschine,

Aus dem Bereich der CAD-Systeme sind verschiedene Ansätze für eine optische und/oder akustische Rückmeldung als Bestätigung einer gerade erfolgten Eingabe bekannt. Eine Signalisierung durch Licht ist aber stark vom Einfluß einer jeweiligen Umgebungsbeleuchtung abhängig, Eine Rückmeldung durch Farbwechsel setzt eine immer noch recht aufwendige separate Ansteuerung einer farbigen Anzeige oder das farbige Umschalten eine Leuchtdiode in einem Schalter, Taster etc. voraus. Die Wahrnehmung eines Tonsignals ist wiederum in starkem Maße von einem Umgebungsgeräuschpegel abhängig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine dementsprechende Vorrichtung zur Eingabe von Steuerungsinformationen, Parametern etc. insbesondere an einem Hausgerät zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Erfindungsgemäß weist eine Eingabevorrichtung zur Eingabe einer Information in eine Steuereinheit eine Einrichtung zur Detektion eines insbesondere durch einen Finger einer Bedienperson abgegebenen Signals auf. Das Signal des Fingers ist vorzugsweise ein leichter Druck, der auf die Detektionseinrichtung abgegeben wird und diese zur Abgabe eines elektrischen Signals veranlaßt. Die Detektionseinrichtung ist mit einer Verstärkungseinrichtung verbunden, die das elektrische Signal der Detektionseinrichtung verstärkt und an eine Einrichtung zur Wandlung und Ausgabe eines Rückmeldesignals in ein taktiles Signal weitergibt. Dabei ist das taktile Signal im wesentlichen nur im Bereich des Fingers an oder auf einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung fühlbar. Damit ist sichergestellt, daß eine Bedienperson direkt nach dem Drücken einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung eine spürbare Bestätigung erhält, die als Rückmeldung von der berührten Eingabevorrichtung abgegeben wird. Diese Rückmeldung stammt damit direkt von der berührten Eingabevorrichtung selber. Eine weitere Verbindung besteht natürlich zwischen der Verstärkungseinrichtung und einer Steuereinheit, in die eine Information eingegeben werden soll. Das Eingangssignal kann also direkt von einem menschlichen Finger abgegeben werden, aber auch ein Einsatz eines Stiftes etc. ist möglich. Ein Eingabegerät, wie z. B. ein vorstehend genannter Stift, ist aber erfindungsgemäß nicht erforderlich. Wohl ist das taktile Signal als Rückmeldung auch über einen Stift aufnehmbar und für einen Menschen, der den Stift in der Hand hält, gut fühlbar.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Verstärkungseinrichtung eine Logik zur Aufbereitung und/oder Verarbeitung des elektrischen Signals vor- oder nachgeschaltet. Im einfachsten Fall besteht diese Logik aus einem Schwellwert-Glied, das ein eingehendes elektrisches Signal auf eine voreingestellte Sollstärke hin überprüft. Damit kann ein versehentliches und/oder zu leichtes Betätigen einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung überwacht und ausgeschlossen werden. Eine nach dieser Ausführungsform ausgegebene Rückmeldung stammt somit nicht nur von der berührten Eingabevorrichtung selber, sondern sie ist die Reaktion einer nachgeschalteten elektrischen Logik. So wird vorteilhafterweise in einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung eine Rückmeldung aus einer tiefer liegenden Systemschicht an eine Bedienperson übermittelt. Somit wird neben der reinen Betätigung einer bestimmten Eingabevorrichtung auch die Weitermeldung und/oder Verarbeitung einer Benutzer- Eingabe bestätigt und eine mögliche Fehlerquelle in einfacher Weise ausgeschlossen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Detektion derart mit der Logik verbunden, daß die Logik während der Dauer einer Aktivierung der Einrichtung zur Wandlung und Ausgabe eines Rückmeldesignals von der Einrichtung zur Detektion kein Signal erhält. Damit ist ein gegenseitiges Aufschwingen durch eine Rückkopplung des taktischen Rückmeldesignals auf den Eingang der Detektionseinrichtung sehr effektiv ausgeschlossen.

Als Einrichtung zur Detektion und zur elektrischen Wandlung des mechanischen Signals des Fingers ist in einer Weiterbildung der Erfindung ein Sensor vorgesehen. Sensoren sind sehr kleine elektrische oder elektro-mechanische Elemente, die bei sehr geringem Aufwand in einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung integrierbar sind. In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Sensor in Form eines Dehnungsmeßstreifens (DMS) eingesetzt. Ein DMS ist sehr dünn und kann relativ kleinflächig ausgebildet sein, so daß er im wesentlichen nur einen Berührungsbereich eines Fingers abdeckt, also die Fläche ungefähr einer Fingerkuppe.

Vorzugsweise wird als Einrichtung zur Wandlung des elektrisch erzeugten Quittungssignals oder eines Rückmeldesignals ein mechanischer Schwinger vorgesehen. Gegenüber einem beispielsweise akustischen Wandler deckt ein mechanischer Schwinger sehr direkt den Schwingungsbereich von ca. 20 bis etwa 200 Hz ab, in dem ein menschlicher Finger besonders empfindlich ist. Ein akustischer Wandler ist nur bedingt zur Abgabe von mechanischen Schwingungen in diesem Frequenzbereich geeignet. Der mechanische Schwinger ist besonders bevorzugt in Form eines piezoelektrischen Elementes ausgeführt.

Als Einrichtung zur Detektion des mechanischen Druck-Signals des Fingers ist vorzugsweise ein piezoelektrisches Element vorgesehen. Piezoelektrische Elemente bieten sich auch für diese Anwendung insbesondere aufgrund ihrer geringen Größe, eines niedrigen Gewichtes und ihrer wartungsfreien Langlebigkeit an. Zudem werden piezoelektrische Elemente als moderne Sinter- und/oder Keramikwerkstoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften immer besser verfügbar und preiswerter. In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Einrichtung zur Detektion des mechanischen Signals des Fingers und die Einrichtung zur Wandlung des elektrisch erzeugten Quittungssignals durch piezoelektrische Elemente gebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden beide Einrichtungen durch ein gemeinsames piezoelektrisches Element gebildet, das einerseits ein Drucksignal detektiert und andererseits das Quittungssignal abgibt.

Vorzugsweise ist mindestens die Einrichtung zur Detektion des mechanischen Signals des Fingers mit einer Abdeckung verbunden. Dabei ist die Abdeckung in einem Bereich der Einrichtung zur Detektion des mechanischen Signals des Fingers und der Einrichtung zur Wandlung und Ausgabe des Quittungssignals mindestens teilweise flexibel. Ferner schließt die Abdeckung die Einrichtung zur Detektion des mechanischen Signals des Fingers und vorzugsweise auch die Einrichtung zur Wandlung des Quittungssignals gegenüber einer Umwelt ab. So ergibt sich insgesamt ein gegenüber Umwelteinflüssen, wie z. B. Staub, Flüssigkeiten oder Luftfeuchtigkeit, ein besonders sicherer Schutz, ohne daß die Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden würde. Es ergeben sich unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung ohne mechanische Stell- und Bedienteile, die nach außen hin Bedienblenden mit glatten Flächen aufweisen. Diese Eigenschaften sind insbesondere bei einem Einsatz in Haushaltsgeräten sehr vorteilhaft.

Die Form des Quittungssignals wird durch die Ausgabeeinrichtung und/oder durch die Logik bestimmt. Vorzugsweise finden als Quittungssignale in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung transiente Schwingungen Einsatz. Das Abklingen eines Quittungssignals wird zeitlich auf ca. 1 bis etwa 100 ms festgelegt, um damit beispielsweise ein schnelles Freischalten der Detektionseinrichtung zur Eingabe weiterer Drucksignale ermöglichen zu können.

Vorzugsweise ist die Ausgabeeinrichtung und/oder die Logik zur Ausgabe von positiven und negative Quittungssignalen ausgebildet. Diese Signale können sich in angepaßter Weise hinsichtlich ihrer Intensität, Länge und einem Verlauf ihrer jeweiligen Transienten unterscheiden. Dabei werden zur Warnung bevorzugt Frequenzfenster mit besonders hoher taktiler Empfindlichkeit ausgewählt. Durch Versuchsreihen mit Personen können zudem besondere Transientenformen ausgewählt werden, die dann beispielsweise nicht nur ein impulshaftes Ansteigen und nachfolgend stetiges Abklingen umfassen. Die Einrichtung zur Wandlung des Quittungssignals kann ferner auch zur Ausgabe von optischen und/oder akustischen Signalen ausgebildet sein. Durch diese Auswahlmöglichkeit können beim Einsatz einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung mindestens zwei, vorzugsweise aber drei menschliche Sinne angesprochen werden: Hören, Sehen und Fühlen.

Eine erfindungsgemäße Eingabevorrichtung kann ohne Einschränkungen der Funktionalität in Form eines Spalten- oder Zeilenvektors oder aber einer Matrix durch Vervielfachung erweitert werden. Piezoelektrische Elemente weisen eine Oberflächenabmessung von ca. 5 x 5 mm aus, so daß als limitierender Faktor bei der Konzentration von erfindungsgemäße Eingabevorrichtungen beim Aufbau der genannten Anordnungen die Größe eines durchschnittlichen menschlichen Fingers ist. Diese Maß muß eingehalten werden, um eine klare Unterscheidung einzelnen Eingabevorrichtungen und deren unabhängige Auswahl per Fingerdruck sicherstellen zu können.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 : eine Schnittdarstellung einer Schnittstelle zwischen einem Bediener und einer Eingabevorrichtung an einem Hausgerät und

Figur 2: eine perspektivische Darstellung eines Bedienfeldes mit weiteren Ausführungsformen von Eingabevorrichtungen.

Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Eingabevorrichtung 1 an einem Hausgerät 2 als Schnittstelle zwischen einer Bedienperson. Die Bedienperson drückt mit einem Finger 4 auf eine Stelle 5 einer Abdeckung 6. Ein von dem Finger 4 ausgeübte geringe Druck F wird in einer Einrichtung 8 detektiert. Das Finger-Druck-Signal F als mechanisches Signal wird in der Einrichtung 8 in ein elektrisches Signal 9 gewandelt und an einen Verstärker 11 weitergeleitet. Von hier aus wird ein verstärktes Signal aber nicht sofort als elektrisches Rückmelde- oder Quittierungssignal 12 an eine Einrichtung 14 zur Wandlung und Ausgabe eines Rückmeldesignals R ausgegeben. Es wird vielmehr an eine Logik 15 weitergeleitet. Die Logik 15 enthält einen Komparator oder ein Schwellwertglied, der das verstärkte Signal auf seine Größe hin untersucht und nur Signale ab einer bestimmten Stärke weiterleitet. Hierdurch wird eine Fehleingabe durch ein flüchtiges Anstoßen etc. unterbunden. Dabei kann die Logik 15 auch vor den Verstärker 11 verlagert werden, wenn das Signal 9 der Einrichtung 8 im Regelfall stark genug ist und/oder die Leitungswege kurz oder Störeinflüsse für ein schwaches elektrisches Signal 9 hinreichend gering sind.

Ist das Signal stärker als ein voreingestellter Grenzwert, so wird es von der Logik 15 durchgelassen und in Anpassung auf die Einrichtung 14 zur Wandlung und Ausgabe des Rückmeldesignals R aufbereitet. Ferner wird das Signal elektrisch aufbereitet und codiert als Programmiersignal 17 an eine zentrale Steuereinheit 18 als eigentliches Eingabesignal für die Steuerung des Hausgerätes 2 weitergeleitet.

Die Einrichtung 14 zur Wandlung und Ausgabe des Rückmeldesignals R ist als mechanischer Schwinger 20 ausgebildet. Der mechanischer Schwinger 20 wird von der Logik 15 durch Anlegen eines Spannungspuls oder einer Wechselspannung mit einer transienten Komponente in vorbestimmter Weise zum Schwingen angeregt. In der Logik 15 kann so auch unter Auswertung eines Rückmeldesignals 21 von der zentralen Steuereinheit 18 zwischen einer positiven Quittierung und einer negativen Quittierung bzw. einer Störungsmeldung oder einem Warnsignal unterschieden werden. Durch die Ansteuerung des mechanischen Schwingers 20 durch die Logik 15 ist dieser Unterschied mit dem Finger 4 deutlich wahrnehmbar. Von der Logik aus werden aber auch sonstige Anzeigemittel S angesteuert, wie noch zu der Abbildung von Fig. 2 beschrieben werden wird.

In der Ausführungsform von Fig. 1 sind die Einrichtung 8 zur Detektion eines Finger- Druck-Signals F und die Einrichtung 14 zur Wandlung und Ausgabe eines Rückmeldesignals R in Form eines piezoelektrischen Elementes 22 ausgeführt. Derartige Elemente 22 weisen sehr geringe Oberflächenabmessungen und kleine Bauhöhen auf, so daß sich für einen vorgefertigten einstückigen Aufbau aus einer Glas- oder Polyacryl- Abdeckung 6 und einem relativ biegesteifen Träger 23 mit dazwischen angeordneten piezoelektrischen Elementen 22 eine gesamte Dicke d von weniger als 10 mm ergeben kann. Anschlüsse elektrischer Leitungen für die Signale 9, 12, 17, 18 werden auf dem Träger 23 geführt, auf dem auch die Logik 15 oder Teile der zentralen Steuereinheit 18 angeordnet sind können.

Das Drucksignal F erzeugt an dem piezoelektrischen Element 22 einen Spannungspuls, der aufbereitet und verstärkt wird. Das vorstehend beschriebene Verfahren läuft dann ab. Dabei ist zur Verhinderung einer Rückkopplung das elektrische Eingangs-Signal 9 an der Logik 15 und/oder dem Verstärker 11 für die Dauer deaktiviert bzw. der Eingang ist über die Dauer gesperrt, die das elektrische Rückmelde- oder Quittierungssignal 12 die Ausgabe des taktilen Rückmeldesignal R bewirkt. Nachfolgend wird der Eingang an der Logik 15 und/oder dem Verstärker 11 wieder freigeschaltet, wobei die Dauer der Sperrung in einem Bereich von ca. 1 bis einige 100 ms liegt.

In der Abbildung von Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Als perspektivische Darstellung ist ein Bedienfeld für ein Hausgerät 2 mit weiteren Ausführungsformen von Eingabevorrichtungen 1 und sonstigen Anzeige- oder Ausgabemitteln S skizziert. Die Eingabevorrichtungen 1 sind dabei jeweils in der Form von Fig. 1 aufgebaut und als Spaltenvektor 25 einer Matrix so angeordnet, daß die einzelnen Eingabevorrichtungen 1 noch den jeweiligen Nachbarn unabhängig und sicher durch Drücken mit dem Finger 4 betätigt werden können. Die dargestellten Eingabevorrichtungen 1 sind an der Oberfläche der Abdeckung 6 direkt durch Bedrucken beschriftet oder durch eine daneben angeordnete Beschriftung hinsichtlich ihrer Funktion charakterisiert. Dabei bildet die Abdeckung 6 eine durchgehende und geschlossen ebene Oberfläche, die auch gut jedem Design eines Hausgerätes 2 angepaßt werden kann. In einer weitgehend geschlossenen Bauform einer Bedienleiste 26 ist der Spaltenvektor 25 mit drei Eingabevorrichtungen 1 einstückig integriert. Nebengeordnet sind als sonstige Anzeige- oder Ausgabemittel S ein akustischer Wandler oder Lautsprecher 27 und Leuchten 28. Diese sonstigen Anzeige- oder Ausgabemittel S werden durch Steuersignale A von der zentralen Steuereinheit 18 aus bedient.

Durch die Wahl der Ansteuerung jedes piezoelektrischen Elementes 22 von der Logik 15 und/oder dem Verstärker 11 ist eine gleichzeitige Ausgabe eines akustischen und taktilen Signals durch eine einzige geeignete Transiente möglich. So wird durch die mechanische Schwingung des piezoelektrischen Elementes 22 an der Stelle 5 die Abdeckung 6 zur Abstrahlung von Schallwellen in einem gut hörbaren Bereich von z. B. 1000 Hz angeregt, wobei die Schwingung mindestens bei ihrem Abklingen auf eine Frequenz von ca. 200 Hz auch sehr gut fühlbar ist. Neben dem Aufeinanderfolgen dieser Signalteile ist aber auch eine gleichzeitige Mischung und direkte Ausgabe durch ein und dasselbe piezoelektrische Element 22 möglich.

Die Abdeckung 6 ist mindestens teilweise flexibel ausgebildet. Sie ist beispielsweise beweglich oder elastisch verformbar und vorzugsweise als Membran ausgebildet.