專利名稱：操控裝置以及運(yùn)行具有改善的接近檢測的操控裝置的方法
操控裝置以及運(yùn)行具有改善的接近檢測的操控裝置的方法本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的一種操控裝置以及具有權(quán)利要求14 前序部分所述特征的一種操控方法。當(dāng)今尤其在現(xiàn)代機(jī)動車中越來越多地使用包括至少一個操控元件的操控裝置，在操縱操控元件之前根據(jù)操縱元件(例如用戶的身體部分)的接近而自動改變所述操控元件。這種改變例如可以是適配尾燈。也越來越多地使用配有進(jìn)行位置確定的測量傳感器的顯示裝置，測量傳感器可以確定由用戶的操縱元件觸摸顯示面的位置。這樣的顯示裝置稱作觸摸屏。例如在顯示裝置上插入(eingeblendet)對應(yīng)于其功能和/或動作的操控元件(也稱作虛擬操控元件)，當(dāng)觸摸這種構(gòu)造為觸摸屏的顯示裝置時可在相應(yīng)虛擬操控元件的顯示區(qū)域中執(zhí)行這些功能和/或動作。由于也可使用觸摸屏的顯示面來輸出信息，因此希望從用戶方面沒有執(zhí)行操縱動作時能夠有盡可能多的用于傳遞信息的顯示面可用。因此，優(yōu)選只有當(dāng)識別出從用戶方面的操縱意圖時，才會插入虛擬操控元件或者至少以如下大小來顯示該大小能夠?qū)崿F(xiàn)即使在不平坦車道路面上行駛期間在其顯示區(qū)域中的很大程度上的無誤觸摸。在由現(xiàn)有技術(shù)已知的操控裝置中通過識別用戶的操縱元件接近相應(yīng)操控元件來識別操縱意圖。例如在DE 10 2006 037 156中就描述了這樣一種交互式操控裝置和一種用來運(yùn)行這種交互式操控裝置的方法。在那里記載了，確定操縱元件相對于觸摸屏的顯示面的三維空間位置。為此使用多個與觸摸屏相鄰布置的測距傳感器，并且通過三角測量法確定操縱元件的位置。這些測距傳感器也可以按照不同的原理運(yùn)行。按照所述的一種測量原理，使用經(jīng)由用戶身體傳輸?shù)母哳l信號。將高頻發(fā)射器布置在用戶身體附近。在機(jī)動車中存在這樣一種高頻發(fā)射器，優(yōu)選集成在機(jī)動車的座椅之中。 測距傳感器以電容方式接收耦合到用戶身體之中的高頻信號?？梢愿鶕?jù)信號強(qiáng)度確定身體部分與測距傳感器之間的距離?？梢愿鶕?jù)布置在傳感器裝置中的多個測距傳感器借助三角測量法進(jìn)行該身體部分在空間中的位置確定。例如在文獻(xiàn)WO 2004/07 85 36中比較詳細(xì)地描述了基本原理。DE 10 2006 037 156代替地描述了一種設(shè)計(jì)有光學(xué)傳感器單元的測量原理。例如可以按照以下原理設(shè)計(jì)用來確定距離的光學(xué)傳感器單元。發(fā)射發(fā)光二極管發(fā)出光學(xué)的或者紅外波長范圍的矩形調(diào)幅光信號。由光電二極管檢測在對象上所反射的光信號，由補(bǔ)償發(fā)光二極管將一個移相180°的同樣矩形調(diào)幅基準(zhǔn)光信號經(jīng)由不變的光路發(fā)送給光電二極管。通過調(diào)節(jié)電路利用調(diào)節(jié)信號對補(bǔ)償發(fā)光二極管進(jìn)行調(diào)整，使得光電二極管上接收到的發(fā)射發(fā)光二極管的反射光信號與接收到的補(bǔ)償發(fā)光二極管的基準(zhǔn)光信號相互抵消，并且檢測同相信號。調(diào)節(jié)信號的變化是操縱元件或?qū)ο缶嚯x的衡量尺度。根據(jù)該原理設(shè)計(jì)的傳感器單元很大程度上與溫度和亮度波動不相關(guān)。這些已知裝置的共性在于需要有多個測距傳感器，以便能可靠識別接近觸摸屏。 如果要將接近觸摸屏與接近相鄰布置的操控元件區(qū)別開來，則尤其如此。除此之外，通常還需要校準(zhǔn)測距傳感器，因?yàn)殡娙蓠詈侠缗c環(huán)境影響例如空氣濕度和/或用戶皮膚的獨(dú)特電導(dǎo)率有關(guān)，或者在按照光學(xué)原理工作的測量傳感器情況下，則與操縱元件的反射率有關(guān)。
因此本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)在于，實(shí)現(xiàn)一種具有接近識別的操控裝置，其能可靠并且穩(wěn)健地識別操縱元件接近至少一個操控元件，并且沒有現(xiàn)有技術(shù)的已知缺點(diǎn)。按照本發(fā)明所述，通過具有權(quán)利要求1所述特征的操控裝置以及具有權(quán)利要求14 所述特征的用于運(yùn)行這種操控裝置的方法來解決這一技術(shù)任務(wù)。由從屬權(quán)利要求得到本發(fā)明的有利擴(kuò)展方案。尤其推薦一種操控裝置，其包括至少一個用來檢測用戶輸入的操控元件和一接近識別裝置，該接近識別裝置被構(gòu)造用來在觸摸至少一個操控元件之前檢測用戶的操縱元件、尤其是身體部分對至少一個操控元件的接近，其中所述接近識別裝置包括反射式光柵 (Reflexionslichtschranke)，所述反射式光柵具有至少一個用來在操控元件前方將電磁探測輻射發(fā)射到一個并不包括至少一個操控元件前方全部體積的有限空間探測區(qū)之中的發(fā)光裝置，并且具有用來探測在接近至少一個操控元件時在用戶的操縱元件上所散射或者反射的部分探測輻射的接收元件；其中所述接近識別裝置被構(gòu)造為可根據(jù)所接收的探測輻射的強(qiáng)度識別出接近。在現(xiàn)有技術(shù)條件下已知的裝置中，將用于在操縱元件與至少一個操控元件之間的距離上的信息交換的電磁輻射發(fā)射到基本上包括至少一個操控元件前方全部空間的大的空間角范圍之中，以便能夠可靠地檢測接近；而按照本發(fā)明規(guī)定只要將探測輻射發(fā)射到一個局部有限的探測區(qū)之中。其相對于至少一個操控元件被如此布置和設(shè)計(jì)，即在操縱元件在操縱觸摸至少一個操控元件之前以及/或者在該操縱觸摸期間，使得操縱元件伸入該探測區(qū)之中以及/或者穿過該探測區(qū)。因此只要接收到的一部分反射和/ 或散射的探測輻射高于一閾值，就足以識別接近。根據(jù)探測輻射的頻譜范圍選擇閾值。根據(jù)在該頻譜范圍內(nèi)是否在使用地點(diǎn)(例如在機(jī)動車中)存在背景輻射來確定閾值。如果例如使用光學(xué)或者紅外波長范圍中的探測輻射，那么例如在運(yùn)輸工具中使用的情況下就要相應(yīng)地考慮通過車窗玻璃射入的可見光和/或紅外光。按照本發(fā)明的用于運(yùn)行操控裝置的方法被設(shè)計(jì)為，使得利用至少一個發(fā)光裝置將電磁探測輻射發(fā)射到至少一個操控元件前方的有限空間探測區(qū)之中，其中所述探測區(qū)不包括至少一個操控元件前方的全部體積，并且利用接收元件在用戶的操縱元件接近至少一個操控元件時接收在操縱元件上所散射的以及/ 或者由該操縱元件所反射的一部分探測輻射，并且根據(jù)所接收的這部分探測輻射的強(qiáng)度識別出接近，其中所述的操控裝置包括至少一個用來檢測用戶輸入的操控元件和一個在觸摸至少一個操控元件之前檢測用戶的操縱元件、尤其是身體部分對接近至少一個操控元件的接近的接近識別裝置。特別適宜將操控裝置構(gòu)造成運(yùn)輸工具尤其優(yōu)選是機(jī)動車中的操控裝置。將該方法相應(yīng)地設(shè)計(jì)成用來運(yùn)行運(yùn)輸工具尤其優(yōu)選是機(jī)動車中的操控裝置的方法。特別適宜的是規(guī)定所述至少一個操控元件是觸摸屏，并且在識別出接近時適配觸摸屏上的顯示。為此觸摸屏優(yōu)選與一個控制裝置相連，或者包括這樣的對觸摸屏顯示面上的圖形顯示進(jìn)行控制的控制裝置。操控裝置除了包括觸摸屏之外，經(jīng)常還包括一些附加操控元件，它們例如可構(gòu)造為按鈕開關(guān)、旋轉(zhuǎn)按鈕開關(guān)、滑塊調(diào)節(jié)器等。為了能夠?qū)⒉倏v元件接近這樣的附加操控元件與接近優(yōu)選構(gòu)造為觸摸屏的至少一個操控元件區(qū)別開來，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中規(guī)定為了檢測用戶輸入，設(shè)置有至少一個附加操控元件，該附加操控元件與觸摸屏的顯示面邊緣相鄰布置，其中在觸摸屏邊緣與至少一個附加操控元件之間將至少一個發(fā)光裝置的探測輻射發(fā)射到處在探測平面內(nèi)的探測區(qū)之中，其中所述探測平面與觸摸屏顯示面的平面夾成小于90°的角度，從而不必將操縱元件伸入探測區(qū)之中就可以操縱至少一個附加操控元件。視至少一個操控元件與至少一個附加操控元件的安裝位置而定，例如在機(jī)動車駕駛艙的區(qū)域內(nèi)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)用戶可以沿著被構(gòu)造為觸摸屏的至少一個操控元件的至少一個邊緣觸摸操縱所布置的附加操控元件，而不必伸入在至少一個操控元件前方將探測輻射發(fā)射到其中的探測區(qū)之中。通常將被構(gòu)造為觸摸屏的至少一個操控元件布置在中控臺中， 使得操縱元件在觸摸操縱至少一個操控元件(即觸摸屏)時相應(yīng)地重疊或者遮蓋觸摸屏顯示面的下邊緣。如果因此將反射式光柵構(gòu)造為使得探測輻射從觸摸屏下方傾斜于觸摸屏顯示面的表面法線發(fā)射到平面狀構(gòu)造的有限空間探測區(qū)之中，則操縱元件在觸摸操縱時穿過該探測區(qū)。反之如果操縱與觸摸屏下邊緣相鄰布置的附加操控元件，則在觸摸操縱附加操控元件期間無需例如將指關(guān)節(jié)伸入到探測區(qū)之中即可進(jìn)行觸摸操縱。由于通常難以將由唯一一個發(fā)光裝置發(fā)射的探測輻射完全且均勻地充滿至少一個操控元件前方的探測區(qū)，因此在本發(fā)明的一種改進(jìn)擴(kuò)展方案中規(guī)定接近識別裝置包括一個或多個附加發(fā)光裝置，其被構(gòu)造為將探測輻射發(fā)射到探測區(qū)之中，其中至少一個發(fā)光裝置以及該或這些附加發(fā)光裝置分別將其探測輻射發(fā)射到探測區(qū)的不同空間區(qū)域之中。在一些實(shí)施方式中，這些不同的空間區(qū)域可以至少部分搭接。在其它實(shí)施方式中，這些不同的空間區(qū)域被設(shè)計(jì)為使其最大程度上或者完全分離。在在其中一個邊緣和另外的操控元件之間適合地發(fā)射探測輻射的情況下可以將操控元件與觸摸屏的其中一個邊緣相鄰布置，而如果操縱元件沒有伸入到至少一個操控元件前方的探測區(qū)之中，通常無法觸摸操縱與被構(gòu)造為觸摸屏的或者所布置的其它操控元件的其它邊緣相鄰的操控元件。但為了在那些只要操縱與至少一個操控元件相鄰布置的另外的操控元件的情況下阻止顯示的圖形適配，適宜的是能夠?qū)⒔咏撝辽僖粋€另外的操控元件與接近至少一個操控元件區(qū)別開來。為此，按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式規(guī)定，接近識別裝置包括至少一個另外的發(fā)光裝置，用來將電磁探測輻射發(fā)射到不同于探測區(qū)的另外的探測區(qū)之中；至少一個調(diào)制裝置，用來對至少一個發(fā)光裝置所發(fā)射的探測輻射進(jìn)行調(diào)制，至少使得發(fā)射到至少一個另外的探測區(qū)之中的另外的探測輻射在其調(diào)制方面有別于發(fā)射到探測區(qū)之中的探測輻射；并且包括分析單元，其被構(gòu)造用來對所接收的反射和/或散射的探測輻射在其調(diào)制方面進(jìn)行分析，以便至少將發(fā)射到另外的探測區(qū)之中被散射/反射的這部分探測輻射與發(fā)射到探測區(qū)之中被散射/反射的這部分探測輻射分開地進(jìn)行確定，并且根據(jù)接收的、發(fā)射到至少一個另外的探測區(qū)之中被反射/散射的探測輻射的部分的強(qiáng)度來識別操縱元件伸入到至少一個另外的探測區(qū)之中。然后優(yōu)選將控制裝置構(gòu)造為如果除了識別出接近至少一個操控元件還識別出操縱元件伸入到至少一個另外的探測區(qū)之中，就不改變顯示。這樣可利用至少一個另外的發(fā)光裝置將探測輻射發(fā)射到不在所述至少一個操控元件前方的另外的探測區(qū)之中，其中不同于發(fā)射到探測區(qū)之中的探測輻射地對發(fā)射到另外的探測區(qū)之中的探測輻射進(jìn)行調(diào)制，對接收到的散射/反射探測輻射在其調(diào)制方面進(jìn)行分析，以便分開地確定發(fā)射到探測區(qū)之中并且被反射/散射的這部分探測輻射和發(fā)射到另外的探測區(qū)之中并且被反射/散射的這部分探測輻射，并且根據(jù)所接收/反射的探測輻射部分的強(qiáng)度來識別操縱元件伸入到至少一個另外的探測區(qū)之中。在另一種實(shí)施方式中，將調(diào)制裝置構(gòu)造用來對由至少一個發(fā)光裝置和該或這些附加發(fā)光裝置發(fā)射到探測區(qū)之中的探測輻射發(fā)光裝置個體地進(jìn)行調(diào)制，將分析單元構(gòu)造用來對所接收的散射/反射探測輻射在其調(diào)制方面發(fā)光裝置個體地進(jìn)行分析，以便分開地確定反射/散射到探測區(qū)的不同空間區(qū)域之中的部分，并且由此得出操縱元件在至少一個操控元件前方的位置。可以使用這些信息，以便將顯示的適配更好地適配于用戶的操控意圖。在本發(fā)明的一種改進(jìn)方案中，接近識別單元被構(gòu)造用于根據(jù)時間上相繼檢測到的操縱元件位置得出操縱元件的運(yùn)動。也可以使用所述信息以便更好地適配被構(gòu)造為觸摸屏的至少一個操控元件上的圖形顯示。同樣可以使用這種運(yùn)動信息，以在一種運(yùn)輸工具尤其是機(jī)動車之中根據(jù)運(yùn)動方向來實(shí)施并且/或者輔助駕駛員-副駕駛識別。如果假設(shè)操縱元件首先相應(yīng)地伸入到與相應(yīng)用戶相鄰最近的探測區(qū)的空間區(qū)域之中，那么就可以根據(jù)該位置信息和/或運(yùn)動信息實(shí)施并且/或者輔助用戶識別。特別適合作為發(fā)光裝置的是發(fā)光二極管。特別優(yōu)選的是在紅外波長范圍發(fā)射探測輻射的發(fā)光二極管，因?yàn)樵摬ㄩL范圍對于用戶而言不可見。為了使發(fā)光二極管發(fā)出的光 (即電磁探測輻射)僅僅發(fā)射到優(yōu)選被構(gòu)造成扇形的有限空間探測區(qū)之中，優(yōu)選將光學(xué)裝置與每一個發(fā)光裝置相連。這樣的光學(xué)裝置特別適宜包括能將所發(fā)射的光聚焦到平面之中的這種圓柱形透鏡。為了有目的地實(shí)現(xiàn)在平面中的扇形擴(kuò)大，在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，光學(xué)裝置還包括偏轉(zhuǎn)棱鏡。為了將散射的反射輻射盡可能有效地轉(zhuǎn)向接收元件(接收元件優(yōu)選構(gòu)造為光敏半導(dǎo)體元件特別適宜是光敏二極管或者光敏晶體管)，在接收元件前同樣也布置了一個光學(xué)裝置，將其稱作接收光學(xué)裝置。其優(yōu)選包括圓柱形透鏡。在此接收光學(xué)裝置可以被設(shè)計(jì)為使其不僅能共同接收和探測來自至少一個操控元件前方探測區(qū)的散射/反射探測輻射， 而且也能共同接收和探測來自布置在至少一個另外的操控元件前方的至少一個另外的探測區(qū)的散射/反射探測輻射。特別適宜將不同的發(fā)光裝置布置在同一個載體電路板上。還可以通過同一個、優(yōu)選構(gòu)造在集成電路或者芯片中的電子控制裝置來控制不同的發(fā)光裝置?？梢詫⒃撾娮涌刂蒲b置構(gòu)造為發(fā)光裝置個體地調(diào)制探測輻射。已證明有利的方式是在被構(gòu)造為觸摸屏的至少一個操控元件前方使用構(gòu)造為平面狀的探測區(qū)，該探測區(qū)與顯示器平面夾成約為70°的角度，而沿著布置在那里的操控元件前方的側(cè)面邊緣延伸并且同樣平面狀構(gòu)造的另外的探測區(qū)相對顯示面的平面夾成明顯小得多的角度區(qū)域。為了也能在用戶在操縱處理另外的操控元件以及/或者其它處理過程中“越過” 所述至少一個操控元件的情況下抑制在被構(gòu)造為觸摸屏的至少一個操控元件上的圖形顯示的適配，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中規(guī)定，控制單元被構(gòu)造為只有在預(yù)先給定的時段逝去之后識別出操縱元件接近至少一個操控元件之后，才改變顯示，其中所述預(yù)先給定的時段相當(dāng)于當(dāng)操縱元件朝向至少一個另外的操控元件平常地運(yùn)動情況下在根據(jù)接收的在探測區(qū)中被反射和/或散射的被探測的探測輻射識別出操縱元件接近至少一個操控元件與根據(jù)發(fā)射到至少一個另外的探測區(qū)之中被散射和/或反射的探測輻射識別出接近至少一個另外的操控元件之間的一段時間。
在其它實(shí)施方式中可以規(guī)定，與邊緣相鄰或者沿著邊緣布置的操控元件地設(shè)置其它一些探測區(qū)，通過發(fā)光裝置將探測輻射發(fā)射到這些探測區(qū)之中，從而同樣能夠探測到越過這些邊緣。通過適當(dāng)調(diào)制探測輻射相應(yīng)地能夠?qū)崿F(xiàn)利用接收元件檢出所有散射和/反射的探測輻射。為了實(shí)現(xiàn)接收元件的高靈敏度，在接收元件前或者在其周圍設(shè)置能阻止或者抑制發(fā)光裝置的光線直接射入的屏蔽。在本發(fā)明的一種有利實(shí)施方式中，通過如下方式進(jìn)行在使用地點(diǎn)(例如在機(jī)動車中)存在的探測輻射頻率范圍之內(nèi)的背景輻射方面的補(bǔ)償通過一個固定不變的光路將 (優(yōu)選與其余發(fā)光裝置構(gòu)造相同的)基準(zhǔn)發(fā)光裝置的基準(zhǔn)輻射時間上與探測輻射的發(fā)射交替地導(dǎo)向探測元件。借助在不同的探測時刻比較針對基準(zhǔn)輻射測量的強(qiáng)度，就能推斷背景輻射的變化。為了在連續(xù)工作中附加地考慮發(fā)光裝置的發(fā)射特性變化例如溫度波動引起的變化，如果沒有識別出操縱元件接近，則優(yōu)選附加地執(zhí)行基準(zhǔn)測量。本發(fā)明所述方法的特征與本發(fā)明所述裝置的相應(yīng)特征一樣具有相同的優(yōu)點(diǎn)。以下將根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)解釋。這里附

圖1示出具有反射式光柵的操控裝置的示意圖；附圖2示出用來實(shí)現(xiàn)反射式光柵的光學(xué)單元的分解示意圖；附圖3示出用來解釋將反射式光柵與被構(gòu)造為觸摸屏的操控元件相鄰安裝的示意圖；附圖4示出具有多個探測區(qū)的操控裝置的示意圖；附圖5示出一種操控裝置的示意圖，其中在被構(gòu)造為觸摸屏的操控元件前方探測區(qū)被劃分成不同的部分區(qū)域；附圖6示出類似于附圖4的示意圖，其中操控裝置還與一個用戶識別裝置相連；附圖7示出一種操控裝置的示意圖，其中可以探測到垂直越過；附圖8和9示出操控裝置的不同示意圖，其中不僅可以探測水平越過、而且可以探測垂直越過。在附圖1示意性示出具有反射式光柵的操控裝置1。操控裝置包括一個構(gòu)造為觸摸屏2的操控元件?？梢岳靡粋€控制裝置將圖形信息顯示在觸摸屏2的顯示面3上。為了在(沒有繪出的)操縱元件接近觸摸屏2時能夠在顯示面3上進(jìn)行圖形顯示，將控制裝置與一個接近識別裝置相連。可以將接近識別裝置至少部分集成在控制裝置之中。接近識別裝置將優(yōu)選處在紅外波長范圍內(nèi)的電磁探測輻射發(fā)射到布置在空間平面內(nèi)的有限空間探測區(qū)4之中。用于形成探測區(qū)4的探測輻射的輻射以如下方式被選擇即根據(jù)觸摸屏2 與用戶之間的相對布置，使得操縱元件(例如用戶的手)在觸摸操縱觸摸屏2時伸入到探測區(qū)4之中，或者在觸摸操縱之前穿過該探測區(qū)。在操控裝置1的所示出的實(shí)施方式中，探測區(qū)4所在的平面與顯示面3的平面夾成的角度α小于90°。角度α優(yōu)選大約為75°。鄰近觸摸屏2顯示面3的下邊緣5地將探測輻射發(fā)射到觸摸屏前方的空間之中。在下邊緣5下方以及能透過探測輻射的發(fā)射窗口 6下方設(shè)置一些構(gòu)造為按鈕的附加操控元件7。通過不沿著附加操控元件7也在的那個平面的表面法線發(fā)射反射式光柵的探測區(qū)4，就能在無需操縱元件進(jìn)入反射式光柵的探測區(qū)4之中并將其觸發(fā)的情況下通過該操縱元件觸摸操控這些附加操控元件。例如有利的是將操控裝置1布置在機(jī)動車的中控臺之中。通過用戶的操縱元件能操控附加操控元件 7，而它們不必伸入到反射式光柵的探測區(qū)4之中。通過適當(dāng)選擇角度α可相對于用戶所坐的座椅的座椅面高度實(shí)現(xiàn)用于不同安裝高度的操控元件。將多個另外的操控元件10、11 與側(cè)面邊緣8、9相鄰布置。此外還將多個又另外的操控元件13布置在觸摸屏2顯示面3 的上邊緣12上方。在附圖2中示意示出反射式光柵的光學(xué)單元20的分解圖。將用來發(fā)射探測輻射的發(fā)光裝置22a-22d基本上等距布置在載體電路板21上。優(yōu)選將發(fā)光裝置22a_22d構(gòu)造成發(fā)射紅外波長范圍的發(fā)光二極管。將圓柱形透鏡23布置在發(fā)光裝置22a-22d前。它們可將探測輻射聚焦到一個平面之中。為了實(shí)現(xiàn)在探測平面之內(nèi)在角度范圍上擴(kuò)大探測輻射， 設(shè)置有偏轉(zhuǎn)棱鏡Ma-Md，它們中每兩個地被組合到在光學(xué)元件25中。通過端板或發(fā)射窗口沈封閉光學(xué)單元20。該發(fā)射窗口在探測輻射的波長或頻率范圍內(nèi)可以透光。將優(yōu)選構(gòu)造為光電二極管的接收元件觀布置在載體電路板21的中部27。為了阻止直接射入或者接收發(fā)光裝置22a-22d的散射輻射，在接收元件觀上方布置一個包括入射口 30的屏蔽四。 一個優(yōu)選構(gòu)造與發(fā)光裝置22a-22d相同的基準(zhǔn)發(fā)光裝置31與接收元件觀共同位于屏蔽四下方。其被設(shè)置用于使得時間上與發(fā)光裝置22a-22d交替地發(fā)射在與發(fā)光裝置22a-22d 相同波長或頻率范圍內(nèi)的基準(zhǔn)輻射，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在使用地點(diǎn)(例如運(yùn)輸工具中)的背景輻射方面的補(bǔ)償。在屏蔽四的入射口 30前還布置了另外的圓柱形透鏡32，該透鏡可將在操縱元件上所散射和/或反射的發(fā)光裝置22a-22d的探測輻射聚焦到接收元件觀上，其中所述探測輻射透過發(fā)射窗口 26。在附圖2所示的光學(xué)單元20增加了電子控制裝置，可以將其構(gòu)造在載體電路板21 上，或者單獨(dú)構(gòu)造。優(yōu)選將其實(shí)施在集成電路之中，并且能夠控制發(fā)光裝置22a-22d以及基準(zhǔn)發(fā)光裝置31。在此，優(yōu)選能夠發(fā)光裝置個體地優(yōu)選以頻率調(diào)制方式產(chǎn)生各個發(fā)光裝置 22a-22d和基準(zhǔn)發(fā)光裝置31所發(fā)射的探測輻射或者基準(zhǔn)輻射。接近識別單元還包括電子分析裝置，其可對接收到的散射/反射探測輻射和/或基準(zhǔn)輻射在強(qiáng)度方面進(jìn)行分析。在一些實(shí)施方式中，接近識別單元的電子分析和控制裝置可以集成在對被構(gòu)造為觸摸屏的操控元件的顯示面3上的圖形顯示進(jìn)行控制的控制裝置之中。示意性地，在附圖3中示意性示出類似于附圖2的光學(xué)單元20與觸摸屏2相鄰的安裝。光學(xué)單元20布置在顯示器外框36的下方，該顯示器外框圍住觸摸屏2的有效顯示面3。顯示器外框36以及光學(xué)單元20均被蓋板33所遮蓋，該蓋板至少包括一個用于探測輻射35的射出區(qū)或者窗口區(qū)34。具有窗口區(qū)34的蓋板33可以替代附圖2所示的光學(xué)單元20的發(fā)射窗口 26。光學(xué)單元20優(yōu)選構(gòu)造為使其包括能夠相對于觸摸屏2顯示面3的平面對光學(xué)單元進(jìn)行對準(zhǔn)的調(diào)整元件(沒有繪出)。此外優(yōu)選以如下方式構(gòu)造光學(xué)單元20的光學(xué)裝置即并非垂直于載體電路板的平面、而是向其彎曲地在與顯示面3所夾的角度α 小于90°的平面中發(fā)射探測輻射。在附圖4中示出類似于附圖1所示操控裝置1的另一種實(shí)施方式，而其中除了觸摸屏2顯示面3前方的探測區(qū)4之外還構(gòu)造有一些其它探測區(qū)41和42，它們相應(yīng)地被構(gòu)造在其它操控元件10和11前方。將其它探測區(qū)41、42構(gòu)造在一個相對于觸摸屏2顯示面3的平面夾成角度β的空間平面之中，其中該角度β小于探測區(qū)4所在的平面與顯示面3 的平面夾成的角度α。將探測輻射發(fā)射到其它探測區(qū)41、42之中的其它發(fā)光裝置優(yōu)選與那些將探測輻射發(fā)射到探測區(qū)4之中的發(fā)光裝置一樣布置在同一個載體電路板上。為了能夠?qū)⒔咏R別裝置的接收元件接收到的、在操縱元件上反射的探測輻射對應(yīng)于各個探測區(qū)4、41、42，至少探測區(qū)個體地對發(fā)射到不同探測區(qū)4、41、42之中的探測輻射進(jìn)行調(diào)制。通過對接收到的探測輻射的調(diào)制進(jìn)行分析，由此能實(shí)現(xiàn)至各個探測區(qū)4、41、42 的對應(yīng)。這樣就能對那些用戶的操縱元件接近觸摸屏2、但是并不想執(zhí)行可通過觸摸屏2檢測到的操縱動作、而是要操縱其它操控元件10、11之一的操縱情況加以區(qū)別。這種情況下希望停止適配觸摸屏2顯示面3上的顯示。例如如果坐在觸摸屏2顯示面3左側(cè)的用戶操縱布置在顯示面3側(cè)面邊緣9右側(cè)的操控元件11中的一個操控元件，則操縱元件不僅伸入到探測區(qū)4之中，而且也伸入到另外的探測區(qū)42之中。接近識別單元和/或控制單元可以通過適當(dāng)?shù)倪壿嬤\(yùn)算識別這種情況，并且抑制或者不適配所述顯示。例如在以下情況下就應(yīng)當(dāng)抑制在其中不僅識別出接近觸摸屏2、而且也識別出接近另外一個操控元件11，并且還在接近另外的操控元件11之前識別出接近觸摸屏。如果將各個探測區(qū)4、41、42按照該順序?qū)?yīng)于邏輯變量頂1、IR2,頂3，并且用T(IRX)表示識別出探測區(qū)IRX中接近的時刻， 則可將邏輯條件表達(dá)為(IR1&IR3 =真)& (T(IRl) <T(IR3))。而如果滿足以下邏輯條件，就會在觸摸屏2右側(cè)的副駕駛進(jìn)行操縱時停止抑制(IR1&IR2 =真)& (T(IRl) <T(IR2))。在附圖5中示出另一種實(shí)施方式，其中探測區(qū)4被劃分為對應(yīng)于邏輯變量 IRla-IRld的分區(qū)^-4d。發(fā)光裝置之一將探測輻射分別發(fā)射到每一個分區(qū)4a-4d之中，其中不同分區(qū)中的探測輻射分別被不同地調(diào)制。這樣就能根據(jù)所接收的、可以對應(yīng)于各個分區(qū)4a-4d的部分確定操縱元件在探測區(qū)4之內(nèi)的位置。此外還可以根據(jù)時間分辨的分析處理來確定操縱元件的運(yùn)動?？梢愿鶕?jù)對應(yīng)于各個分區(qū)4a-4d的探測輻射強(qiáng)度部分， 分別推斷操縱元件在相應(yīng)分區(qū)4a-4d中的反射面部分。那么也可以根據(jù)時間分辨分析確定運(yùn)動方向，如附圖5中通過箭頭51所示。在附圖6中示意性示出類似于附圖4所示的一種實(shí)施方式。附加地，示意性示出了另外的接收單元61，所述另外的接收單元61被構(gòu)造用來以電容方式檢測耦合到用戶之中的高頻信號。這樣就能例如在運(yùn)輸工具尤其是機(jī)動車之中明確實(shí)施駕駛員-副駕駛識別。 在這種實(shí)施方式中，如果滿足以下條件，就會抑制適配觸摸屏2顯示面3上的顯示(IR1&IR3 =真)& (F =真)或者(IR1&IR2 =真)& (B =真)，其中F和B表示駕駛員以及副駕駛。當(dāng)然也可以使用其它任意的系統(tǒng)來識別駕駛員/副駕駛。在附圖7中示出操控裝置的一種實(shí)施方式，其中在垂直越過時、例如當(dāng)操縱操控元件13時，能夠抑制適配觸摸屏2顯示面3上的顯示。為此規(guī)定在上邊緣12和操控元件 13之間將探測輻射發(fā)射到探測區(qū)71之中，該探測區(qū)優(yōu)選處在垂直于觸摸屏2顯示面3的平面之中。如果在探測區(qū)4和附加探測區(qū)71中檢測到存在，其中在伸入到附加探測區(qū)71之中以前伸入到探測區(qū)4之中，就抑制改變所述顯示。簡化的邏輯條件如下(IIU&IR4 =真)& (T(IRl) <T(IR4))。
其中邏輯變量IR4對應(yīng)于附加探測區(qū)71。在附圖8中示出相當(dāng)于將附圖4和7所示實(shí)施方式組合的一種操控裝置1。在附圖9中還示出一種實(shí)施方式中，其中并非通過與顯示面下邊緣5相鄰地從顯示面3側(cè)面發(fā)射的探測輻射構(gòu)成相當(dāng)于附圖3所示其它探測區(qū)41、42的探測區(qū)91、92。而是與側(cè)面邊緣 8、9相鄰地分別垂直于顯示面3發(fā)射探測輻射。這樣形成相應(yīng)地對應(yīng)于邏輯標(biāo)志IR2和IR3 的探測區(qū)91、92。在附圖8和9所示的實(shí)施方式中，滿足以下邏輯條件之一時就會進(jìn)行抑制(IR1&IR4 =真)& (T(IRl) <T(IR4))，這相當(dāng)于在顯示面3上邊緣12上方操控操控元件之一 13，或者(IR1&IR3 =真)& (T(IRl) < T(IR3)),這相當(dāng)于例如顯示面3左側(cè)的駕駛員操控其它的操控元件11，或者(IR1&IR2 =真)&(T(IRl) <T(IR2))，這相當(dāng)于例如在顯示面3右側(cè)的副駕駛操控布置在顯示面3左側(cè)的其它操控元件 8。對于專業(yè)人員得到這里僅僅描述了示例性的實(shí)施方式?？梢砸匀我饨M合來使用所述實(shí)施方式的各特征以便實(shí)施本發(fā)明。附圖標(biāo)記清單1操控裝置2觸摸屏3顯示面4探測區(qū)α探測區(qū)4所在平面與顯示面3的平面之間的角度5下邊緣6發(fā)射窗口7附加操控元件8,9 側(cè)面邊緣10,11 其它操控元件12上邊緣13又其它操控元件20光學(xué)單元21載體電路板22a-22d 發(fā)光裝置23圓柱形透鏡24a-24d 偏轉(zhuǎn)棱鏡25光學(xué)元件26發(fā)射窗口27中部28接收元件29屏蔽CN 102159420 A
說明書
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30入射口31基準(zhǔn)發(fā)光裝置32其它圓柱形透鏡33蓋板34射出區(qū)或窗口區(qū)35探測輻射36顯示器外框41，42 其它探測區(qū)51箭頭61其它接收單元71探測區(qū)91，92 其它探測區(qū)β其它探測區(qū)41、42的平面與顯示面3的平面之間所夾角度
1權(quán)利要求
1.操控裝置(1)，包括至少一個用來檢測用戶輸入的操控元件和接近識別裝置，該接近識別裝置被構(gòu)造用于在觸摸所述至少一個操控元件之前檢測用戶的操縱元件、尤其是身體部分對該操控元件的接近，其特征在于，所述接近識別裝置包括反射式光柵，所述反射式光柵具有至少一個用于在所述至少一個操控元件前方將電磁探測輻射(3 發(fā)射到不包括所述至少一個操控元件前方全部體積的有限空間探測區(qū)(4)之中的發(fā)光裝置Oh-22d)，并且具有用于探測在接近所述至少一個操控元件時在用戶的操縱元件上所散射和/或反射的部分探測輻射(3 的接收元件 (28)；其中所述接近識別裝置被構(gòu)造用于根據(jù)所接收的探測輻射的強(qiáng)度識別出接近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述至少一個操控元件是觸摸屏 (2)，該觸摸屏與控制裝置相連，該控制裝置在識別出操縱元件的接近時改變在觸摸屏(2) 顯示面( 上的圖形顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操控裝置(1)，其特征在于，為了檢測用戶輸入，設(shè)置有與所述觸摸屏O)的顯示面(3)的邊緣( 相鄰布置的至少一個附加操控元件(7)，其中在所述觸摸屏O)的邊緣(5)和所述至少一個附加操控元件(7)之間將至少一個發(fā)光裝置 (22a-22d)的探測輻射發(fā)射到處于探測平面中的探測區(qū)(4)之中，其中所述探測平面與顯示面C3)的平面夾成小于90°的角度(α )，從而在操縱元件沒有伸入到探測區(qū)(4)之中的情況下能夠操縱所述至少一個附加操控元件(7)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述接近識別裝置包括一個或多個被構(gòu)造用來將探測輻射發(fā)射到探測區(qū)(4)之中的附加發(fā)光裝置 0加-22(1)，其中所述至少一個發(fā)光裝置(22a-22d)和該或這些附加發(fā)光裝置(22a_22d)分別將其探測輻射發(fā)射到探測區(qū)的不同空間區(qū)域(^-4d)之中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述接近識別裝置包括至少一個另外的發(fā)光裝置，用來將電磁探測輻射發(fā)射到不同于該探測區(qū)的另外的探測區(qū)G1， 42)之中；至少一個調(diào)制裝置，用來對至少一個發(fā)光裝置所發(fā)射的探測輻射進(jìn)行調(diào)制，至少使得發(fā)射到所述至少一個另外的探測區(qū)(41,4 之中的另外的探測輻射在其調(diào)制方面有別于發(fā)射到探測區(qū)(4)之中的探測輻射；并且包括分析單元，該分析單元被構(gòu)造用來對所接收的反射和/或散射的探測輻射在其調(diào)制方面進(jìn)行分析，以便至少將發(fā)射到所述另外的探測區(qū)(41,4 之中的被散射和/或反射的部分探測輻射與發(fā)射到所述探測區(qū)(4)之中的被散射和/或反射的這部分探測輻射分開進(jìn)行確定，并且根據(jù)所接收的、被發(fā)射到所述至少一個另外的探測區(qū)(41，42)之中的被反射和/或散射的探測輻射部分的強(qiáng)度來識別操縱元件伸入到所述至少一個另外的探測區(qū)(41，42)之中。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述控制裝置被構(gòu)造為當(dāng)除了識別出接近所述至少一個操控元件還識別出操縱元件伸入到所述至少一個另外的探測區(qū)(41，42)之中時不改變顯示。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述調(diào)制裝置被構(gòu)造用來對由所述至少一個發(fā)光裝置(22a-22d)和該或這些附加發(fā)光裝置(22a-22d)發(fā)射到探測區(qū)之中的探測輻射(3 發(fā)光裝置個體地進(jìn)行調(diào)制，以及所述分析單元被構(gòu)造用來對所接收的散射和/或反射探測輻射在其調(diào)制方面發(fā)光裝置個體地進(jìn)行分析，以便分開地確定反射/散射到探測區(qū)的不同空間區(qū)域(^-4d)之中的部分，并且由此得出所述操縱元件在所述至少一個操控元件前方的位置。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述接近識別單元被構(gòu)造為根據(jù)時間上相繼檢測到的操縱元件的位置得出操縱元件的運(yùn)動。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述至少一個發(fā)光裝置(22a-22d)和/或該或這些附加發(fā)光裝置(22a-22d)和/或所述至少一個另外的發(fā)光裝置分別與將探測輻射的發(fā)射導(dǎo)向扇形空間區(qū)域之中的光學(xué)裝置耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述光學(xué)裝置包括用來將探測輻射聚焦到空間平面之中的圓柱形透鏡03)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述光學(xué)裝置包括偏轉(zhuǎn)棱鏡，以使得探測輻射(35)以一定的角度范圍在空間平面之中扇形放射。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的操控裝置(1)，其特征在于，通過共同構(gòu)造的電子單元控制多個、優(yōu)選控制所有發(fā)光裝置Oh-22d)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的操控裝置(1)，其特征在于，所述控制單元被構(gòu)造為在預(yù)先給定的時段逝去之后才識別出操縱元件接近所述至少一個操控元件之后才改變顯示，其中所述預(yù)先給定的時段相當(dāng)于在操縱元件朝向所述至少一個另外的操控元件 (11)平常地運(yùn)動情況下根據(jù)接收的、發(fā)射到探測區(qū)(4)之中被反射和/或散射的探測輻射識別出所述操縱元件接近所述至少一個操縱元件與根據(jù)發(fā)射到至少一個另外的探測區(qū) (42)之中被散射和/或反射的探測輻射識別出接近至少一個另外的操控元件(11)之間的時間。
14.用于運(yùn)行操控裝置(1)的方法，其中所述操控裝置(1)包括至少一個用來檢測用戶輸入的操控元件和接近識別裝置，該接近識別裝置在觸摸操控元件之前檢測用戶的操縱元件、尤其是身體部分對操控元件的接近，其特征在于，利用至少一個發(fā)光裝置(22a-22d)將電磁探測輻射發(fā)射到操控元件前方的有限空間探測區(qū)(4)之中，其中所述探測區(qū)(4)不包括在所述至少一個操控元件前方的全部體積，并且利用接收元件08)在用戶的操縱元件接近所述至少一個操控元件時接收在操縱元件上所散射的和/或由該操縱元件所反射的探測輻射部分，并且根據(jù)所接收的該探測輻射部分的強(qiáng)度識別出接近。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一個操控元件是觸摸屏0)， 并且在識別出接近時適配觸摸屏(2)上的顯示。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，利用光學(xué)裝置將所述至少一個發(fā)光裝置的探測輻射(3 發(fā)射到扇形空間區(qū)域之中。
17.根據(jù)權(quán)利要求14 16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述至少一個發(fā)光裝置的探測輻射(3 鄰近觸摸屏( 顯示面(3)的邊緣( 地發(fā)射到位于探測平面內(nèi)的探測區(qū)(4)之中，其中所述探測平面與顯示面(3)的平面夾成小于90°的角度 (α)0
18.根據(jù)權(quán)利要求14 17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用至少一個另外的發(fā)光裝置將探測輻射發(fā)射到不在至少一個操控元件前方的另外的探測區(qū)(41,4 之中，其中對發(fā)射到所述另外的探測區(qū)(41,4 之中的探測輻射與發(fā)射到探測區(qū)(4)之中的探測輻射不同地進(jìn)行調(diào)制，以及對接收到的散射探測輻射在調(diào)制方面進(jìn)行分析，以便分開地確定發(fā)射到探測區(qū)(4)之中并且被反射/散射的探測輻射(3 的部分以及發(fā)射到所述另外的探測區(qū)(41，42)之中并且被反射/散射的探測輻射的部分，并且根據(jù)接收到的反射/散射的另外的探測輻射的部分的強(qiáng)度識別操縱元件伸入到所述至少一個另外的探測區(qū)(41，42) 之中。
19.根據(jù)權(quán)利要求14 18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，如果除了識別出接近至少一個操控元件之外，還識別出操縱元件伸入到至少一個另外的探測區(qū)(41，42)之中，就停止適配顯示。
20.根據(jù)權(quán)利要求14 19中任一項(xiàng)所述的方法，發(fā)射另外的探測輻射，使得另外的探測區(qū)(41，42)處在與至少一個操控元件相鄰布置的至少一個另外的操控元件(10，11)前方。
21.根據(jù)權(quán)利要求14 20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，除了探測輻射之外還將附加發(fā)光裝置的附加探測輻射發(fā)射到探測區(qū)(4)之中，其中所述至少一個發(fā)光裝置(22a-22d)與所述附加發(fā)光裝置(22a-22d)將探測輻射發(fā)射到探測區(qū)(4)的相應(yīng)的相互不同的部分區(qū)域Ga-4d)之中，并且發(fā)光裝置個體地對探測輻射和附加探測輻射進(jìn)行調(diào)制，并且在調(diào)制方面分析處理接收到的散射和/或反射的探測輻射，以便發(fā)光裝置個體地確定散射和/或發(fā)射的部分，并且由此得出操縱元件的位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求14 21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，發(fā)光裝置個體地對接收到的探測輻射部分進(jìn)行時間分辨地分析處理，并且由此得出操縱元件的運(yùn)動。
23.根據(jù)權(quán)利要求14 22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助基準(zhǔn)發(fā)光裝置將基準(zhǔn)輻射與探測輻射(3 的發(fā)射時間上錯開地導(dǎo)向接收元件08)，以及由不同時刻確定的接收基準(zhǔn)輻射強(qiáng)度確定背景輻射影響，并且在確定反射和/或散射探測輻射部分的強(qiáng)度時對其加以考慮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操控裝置以及一種運(yùn)行操控裝置的方法，所述操控裝置包括至少一個用來檢測用戶輸入的操控元件和被構(gòu)造用來在觸摸至少一個操控元件之前檢測用戶的操縱元件、尤其是身體部分接近操控元件的接近識別裝置，其中所述接近識別裝置包括一個反射式光柵，所述反射式光柵具有至少一個用來在至少一個操控元件前方將電磁探測輻射(35)發(fā)射到一個不包括至少一個操控元件前方全部體積的有限空間探測區(qū)(4)之中的發(fā)光裝置(22a-22d)，并且具有用來探測在接近至少一個操控元件時在用戶的操縱元件上所散射和/或反射的部分探測輻射(35)的接收元件(28)；其中所述接近識別裝置被構(gòu)造用于根據(jù)所接收的探測輻射的強(qiáng)度識別出接近。
文檔編號B60K37/06GK102159420SQ200980137248
公開日2011年8月17日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者C·瓦勒, K·巴赫菲舍爾, L·本德瓦爾德 申請人:大眾汽車有限公司