WO2012123104A1

WO2012123104A1 - Optoelektronischer drehgeber

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Publication number: WO2012123104A1
Application number: PCT/EP2012/001121
Authority: WO
Inventors: Gerd Reime
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: US20140001349A1; DE102011014374B3; EP2686957A1

Abstract

Ein optoelektronischer Drehgeber zur Einstellung oder Regelung von Parametern weist eine erste Messanordnung mit mehreren auf einer gedachten geschlossenen Linie angeordneten, ersten Lichtquellen (2.41, 2.43), die Lichtstrahlen getaktet, zeitsequenziell aussenden, und einem ersten Empfänger (2.3) zum Empfang eines von wenigstens einer der ersten Lichtquellen ausgesandten und von einem Objekt reflektieren ersten Lichtstrahls auf. Eine Auswertevorrichtung wertet das vom Empfänger (2.3) empfangene, in elektrische Signale umgesetzte Licht aus und bestimmt daraus eine Position des Objekts relativ zum Drehgeber. Eine weitere Messanordnung ist zur Erkennung einer Zusatzinformation ebenfalls mittels der Auswertevorrichtung vorgesehen. Die weitere Messanordnung weist eine weitere Lichtquelle (2.5) und einen weiteren Empfänger (2.7) zum Empfang eines von der weiteren Lichtquelle (2.5) ausgesandten und am Objekt reflektierten weiteren Lichtstrahls auf. Ein Abschattungselement (2.2, 2.10, 2.11 ) lässt den Durchtritt der ersten Lichtstrahlen der ersten Messanordnung zu und von einer der gedachten geschlossenen Linien zugeordneten ersten Stelle (1.3) einer Bedienfläche (1.2) und einen Durchtritt der weiteren Lichtstrahlen der weiteren Messanordnung zu und von einer weiteren Stelle (1.4) der Bedienfläche (1.2) jeweils unter Reflexion der Lichtstrahlen in die Empfänger (2.3, 2.7) zu. So wird ein einfacher und günstiger Drehgeber geschaffen, der auch in sicherheitsrelevanten Bereichen einsetzbar ist.

Description

Optoelektronischer Drehgeber

Bezug zu verwandten Anmeldungen Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 014 374.2, hinterlegt am 17.03.2011 , deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Drehgeber zur Einstellung oder Regelung von Parametern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Ein derartiger Drehgeber ist aus der EP 1 435 509 B1 bekannt, wobei drei Lichtquellen als LEDs reihum betrieben werden, wobei zwei der drei Lichtquellen als Sender Licht in zwei Lichtstrecken einstrahlen, während die dritte Lichtquelle als Empfänger beschaltet ist. Ist ein Takt in dieser Anordnung beendet, wird im nächsten Takt der Empfänger wieder als Sender benutzt, wobei einer der bisherigen Sender zum Empfänger wird, und so weiter. Am Empfänger werden die eingehenden Lichtsignale in elektrische Signale umgesetzt, die dann ausgewertet werden, um ein vor dem Drehgeber sich bewegendes kreisendes Objekt hinsichtlich seiner Winkelposition zu erkennen.

Zur Auswertung wird dort ein aus der EP 0 706 648 B1 bekanntes Messsystem verwendet, bei dem Lichtquellen Licht wechselseitig so aussenden, dass an einem Empfänger ein Gleichlichtsignal ohne taktsynchrone Wechsellichtanteile anliegt. Sind z.B. zwei Lichtquellen und ein Empfänger vorgesehen, so reflektiert ein über den optoelektronischen Elementen befindlicher Gegenstand Licht zum Empfänger. Die Schaltung ist dabei so aufgebaut, dass Fremdlicht keinen Einfluss hat und Lichtsignale deutlich wahrgenommen werden können, die z.B. aus den zwischen Lichtquelle und dem Empfänger bestehenden Lichtstrecken stammen. Eine optische Übertra-

BESTÄTIGUNGSKOPIE gung von einer Lichtquelle zu einem Empfänger ist grundsätzlich von der Position und Beschaffenheit des das Licht rückstrahlenden Gegenstands abhängig. Bei dem aus der EP 0 706 648 B1 bekannten Prinzip werden jedoch beide Lichtquellen in ihrer Intensität so geregelt, dass der Empfänger sie mit gleicher Intensität sieht. Das Verhältnis der hierzu notwendigen Ströme entspricht dem Verhältnis der optischen Übertragung der beiden Strecken. Die Regelung steuert die Betriebsströme der beiden Lichtquellen stets gegensinnig, sodass eine Ausregelung der Empfangssignale zu Null erfolgt. Damit ist das Regelsignal proportional zum Verhältnis eines der beiden optischen Übertragungsfaktoren zur Gesamtübertragung. Somit ist es ohne Kenntnis der Übertragungsfaktoren möglich, deren Gleichheit zu erkennen und damit die Mittelposition des Gegenstands. Dies bedeutet, dass unabhängig von der Art des Gegenstands eine Position, die gleiche Abstände von den Lichtquellen aufweist, sicher erkannt werden kann. Aus der US 5,103,085 A ist bei einem optischen Annährungsdetektor ein Aufbau bekannt, bei dem Licht kanalisiert über ein Abschattungselement durch eine Glasschicht nach außen abgestrahlt wird. Befindet sich dort ein Objekt, wie ein Finger wird Licht in die Messvorrichtung rückreflektiert und die Annäherung ausgewertet. Aus der DE 103 00 223 B3 ist ein optischer Drehgeber bekannt, bei dem mehrere auf einer gedachten Kreislinie angeordnete Lichtquellen wechselweise als Empfänger und Lichtsender betrieben werden. Parallel findet eine Fremdlichtkompensation über eine unabhängige, dem Empfänger zugeordnete Lichtquelle statt, die in ihrer Lichtintensität in Amplitude und Vorzeichen regelbar ist. Eine Abschattung ist nicht vorgesehen.

Aus der DE 100 24 156 A1 ist eine Vorrichtung zur optoelektronischen Positionsbestimmung eines Gegenstands bekannt, bei der Licht durch ein Medium wie eine Glasscheibe wechselweise von zwei Sendern in Richtung auf einen gemeinsamen Empfänger abgestrahlt wird. Das ausgesandte, getaktete Signal wird von einem gemeinsamen Empfän- ger empfangen und wieder in seine den einzelnen Lichtquellen zugeordneten Bestandteile zerlegt. Der Empfänger empfängt einerseits eine Reflektion der Lichtstrahlen an der Glasplatte, anderseits bei Annäherung eines Gegenstandes entsprechende Signale, die in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Anhand des Ausgangswerts der Auswerteeinheit sowie einer bestimmten Winkelkurve des Gegenstandes gegenüber den Strah- lungsquellen bei bekanntem räumlichem Verhältnis der Strahlungsquellen zueinander, werden Position und/oder Bewegung des Objekts erfasst.

Aus der DE 10 2006 020 570 A1 ist eine optoelektronische Vorrichtung zur Positions- und/oder Bewegungserfassung eines Objekts mit mehreren Lichtsendern bekannt, die ein mehrdimensionales Lichtfeld aufbauen. Die Bewegung eines Objekts im Lichtfeld wird erfasst. Zudem können die Lichtstrahlen über eine Auswölbung oder einen Click- dom auf einen Empfänger umgelenkt werden. Dadurch ist neben der Positionserkennung eine eindeutige Bedienbarkeit von Zusatzfunktionen möglich.

Aus der EP 0 809 120 A2 ist ein optischer Positionssensor bekannt, bei dem zwei optische Sensoren mit sensoraktiven Bereichen vorgesehen sind. Die sensoraktiven Bereiche der Sensoren überlappen sich, sodass durch Bestimmung einer Winkelposition innerhalb des gesamten Sensorbereichs in Abhängigkeit von dem empfangenen Licht die Position bestimmt werden kann.

Ein bevorzugter Einsatzbereich für Drehgeber kann die Eingabe von PIN-Codes z.B. an Bankautomaten im Sinne einer mit Ziffern versehenen Wählscheibe sein. Sicherheitsprobleme bei der bisherigen Eingabe von PIN-Codes beruhen darauf, dass übliche 12er Block-Tastaturen verwendet werden, die leicht auszuspähen sind. Dasselbe gilt grundsätzlich für eine analoge Wählscheibe. Könnte jedoch die Wählscheibe so ausgebildet werden, dass sie nicht mit Ziffern vorgegeben ist, sondern eine beliebige Eingangsposition erkannt wird und von dort ausgehend bei einer Drehbewegung ein Zählwerk die Ziffern Null bis Neun anzeigt, ließe sich dadurch ein erhöhter Sicherheitsstandard verwirkli- chen.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und günstigen Drehgeber zu schaffen, der auch in sicherheitsrelevanten Bereichen einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Drehgeber mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Der optoelektronische Drehgeber ist einerseits in der Lage, eine Winkelposition eines Objekts aufgrund wenigstens eines von einem Objekt reflektierten Lichtstrahls zu bestimmen. Zudem kann eine weitere Messordnung auch eine weitere Zusatzinformation wie z.B. eine Bestätigung eines ausgewählten Wertes erkennen. Beide Messanordnun- gen werden optoelektronisch, das heißt mittels Lichtquelle und Empfänger betrieben. Um eine eindeutige Zuordnung zu erhalten, werden mittels wenigstens eines Abschat- tungselements auf einer Bedienfläche Stellen vorgesehen, an denen ein Durchtritt des von den Lichtquellen ausgesandten Lichts so möglich ist, dass es in die jeweiligen Empfänger reflektiert rückgestrahlt werden kann. Dadurch kann zuverlässig nur ein ganz bestimmtes Signal ausgewertet werden, das die Erkennung eines Maximalwerts der Reflexion auch von reihum nacheinander betriebenen Lichtquellen ermöglicht. Bei Bewegung des Objekts wird so auch eine Verlagerung des Maximalwerts und dessen Zurodung zu den hinsichtlich ihrer Lage bekannten Lichtquellen erkannt, so dass die Drehrichtung des Objekts und auch ein relativer Drehwinkel be- stimmbar werden. Daraus lassen sich Informationen ermitteln, die z.B. der Auswahl einer bestimmten Ziffer eines PIN-Codes entsprechen. Gleichzeitig kann durch eine weitere Messanordnung als Zusatzinformation z.B. eine Bestätigung der ausgewählten Zahlen erkannt werden. Vorzugsweise sind mehrere Gruppen von gleichgeschalteten und im gleichen Winkelabstand zueinander angeordneten Lichtquellen, vorzugsweise LEDs, vorgesehen, die von einer Taktsteuerung getaktet betrieben werden. Bei einer reihum erfolgenden Auswertung ist durch den Takt der Taktsteuerung zuordenbar, von welcher Gruppe an Lichtquellen gerade ein Maximalwert an Strahlungsleistung am Empfänger ein- geht, sodass die Position des Objekts, wie z.B. einer bedienenden Hand auf der Bedienfläche erkannt werden kann. Hiervon ausgehend kann dann bei einer weiteren Bewegung des Objekts die weitere Position relativ zu einer vorherigen Position bestimmt werden, was eine Bestimmung von Drehrichtung und relativem Drehwinkel ermöglicht.

Vorzugsweise werden in den Messanordnungen Kompensationslichtquellen verwendet. Diese Kompensationslichtquellen sind durch eine Vorrichtung zur Regelung der Intensität der Kompensationslichtquelle und/oder der ersten Lichtquelle so geregelt, dass der Empfänger beide Lichteinträge, d.h. das von der ersten Lichtquelle als auch das von der Kompensationslichtquelle stammende Licht mit derselben Intensität wahrnimmt. Die hierfür der ersten Lichtquelle sowie der Kompensationslichtquelle zuzuführenden Ströme können ins Verhältnis gesetzt werden, um daraus die gewünschte Information über die Winkelstellung oder die Betätigung der Bestätigungs- taste zu erhalten.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Kurzbeschreibung der Figuren

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Bedienelements,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Bedienelement gemäß Fig. 1.

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Bedienelement,

Fig. 4 einen Verlauf der Lichtstrahlen bei Bedienung des ringförmigen Bedienelements,

Fig. 5 Regelwerte R bei Bedienung des Bedienelements gemäß Fig. 4,

Fig. 6 den Verlauf der Lichtstrahlen bei Bedienung des zentralen Bedienelements, Fig. 7 einen Regelwert bei Bedienung des zentralen Bedienelements,

Fig. 8 eine Blockschaltung zum Betrieb des Bedienelements,

Fig. 9 ein Timing bei der Signalverarbeitung.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen. Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.

Die Figuren zeigen einen optoelektronischen Drehgeber zur Einstellung oder Regelung von Parametern. Ein bevorzugter Einsatzbereich ist z.B. die Eingabe von PIN- Codes z.B. an Bankautomaten. Eine derartige Lösung kann an einem Bankautomat z.B. gemäß Fig. 1 aufgebaut sein, das heißt auf einer geschlossenen Linie, die im Ausführungsbeispiel eine Kreisform hat, findet sich auf einer Bedienfläche 1.2 eine erste Stelle 1.3, die sinngemäß von einem Objekt 1.1 wie der bedienenden Hand wie eine Wählscheibe eines analogen Telefons bedient werden kann. Diese erste Stelle 1.3 der Bedienfläche 1.2 umgibt eine mittige punktförmige weitere Stelle 1.4 der Be- dienfläche. Bei Bedienung kann die Hand entlang der ersten Stelle 1.3 im Kreis geführt werden, wobei eine dieser ersten Stelle zugeordnete erste Messanordnung die Bewegung des Objekts erfasst und daraus die Position des Objekts relativ zum Drehgeber und gegebenenfalls die Drehrichtung oder Drehgeschwindigkeit erfasst. Unabhängig vom Aufsetzen des Objekts auf der ersten Stelle 1.3 der Bedienfläche 1.2, was einem erkannten Maximum an Reflexion entspricht, kann dort z.B. ein Zähler für die Ziffern Null bis Neun starten. Wird bei der Drehbewegung, die intuitiv wie eine analoge Wählscheibe zu bedienen ist, dann eine bestimmte Zahl vom Benutzer erreicht, kann er diese an der weiteren Stelle 1.4 der Bedienfläche 1.1 durch eine entsprechende Betätigung bestätigen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass der Drehgeber auch zur Bestimmung anderer Daten als PIN-Codes eingesetzt werden kann, wie z.B. bei der Eingabe von Koordinaten oder Winkeldaten an Messgeräten, Maschinen oder dergleichen.

Der optoelektronische Drehgeber ist hinsichtlich seiner Anordnung aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Eine erste Messanordnung umfasst mehrere auf einer gedachten, geschlossenen Linie angeordnete erste Lichtquellen 2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , .. 3.14, 3.21 , .. 3.24. Diese ersten Lichtquellen umfassen im Ausführungsbeispiel mehrere Gruppen von gleichgeschalteten Lichtquellen, nämlich die erste Gruppe 2.41 , 2.42, 2.43 und 2.44, die zweite Gruppe 3.11 , 3.12, 3.13 und 3.14, sowie die dritte Gruppe 3.21 , 3.22, 3.23 und 3.24. Es versteht sich von selbst, dass auch mehr oder weniger Gruppen je nach gewünschter Auflösung vorgesehen werden können. Als Hintergrundbeleuchtung 3.3 für diese erste Messanordnung, die z.B. bei Annähe- rung eines Objekts aktiv geschalten wird, sind LEDs vorgesehen. Auch die weiteren Lichtquellen können vorzugsweise als LEDs ausgeführt werden.

Diese ersten Lichtquellen senden Licht getaktet, zeitsequentiell aus und werden dazu von einem IC gemäß Fig. 8 angesteuert (z.B. Typ 909.06 der Elmos Semiconduc- tors AG), worauf weiter unten noch eingegangen wird. Den ersten Lichtquellen ist wenigstens ein erster Empfänger 2.3, im Ausführungsbeispiel genau ein Empfänger zum Empfang eines von wenigstens einer der ersten Lichtquellen 2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , .. 3.14, 3.21 , .. 3.24 ausgesandten und von einem Objekt 1.1 reflektierten Lichtstrahls in Form z.B. einer Fotodiode vorgesehen. Dem Empfänger 2.3 ist eine Kompensationslichtquelle 2.12 zugeordnet. Eine Auswertevorrichtung 8.1 in Form des IC ist zur Auswertung der vom Empfänger 2.3 in elektrische Signale umgesetzten Lichtstrahlen und zur Bestimmung einer Position des Objekts relativ zum Drehgeber vorgesehen, wobei aus der Position in Verbindung mit dem bekannten Ort der ersten Lichtquellen und der bei der Bewegung verstrichenen Zeit auch Drehwinkel, Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit bestimmt werden können.

Zur Erkennung von Zusatzinformationen ist eine weitere Messanordnung vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel die Ausgabe 8.4 der Tastenbestätigung, also bei einem PIN-Code die Bestätigung der ausgewählten Ziffer als Zusatzinformation be- inhaltet. Die weitere Messanordnung weist wenigstens eine weitere Lichtquelle 2.5 und als Empfänger den wenigstens einen ersten Empfänger 2.3 oder wenigstens einen weiteren Empfänger 2.7 auf, wobei im Ausführungsbeispiel jeweils genau eine weitere Lichtquelle 2.5 und genau ein weiterer Empfänger 2.7 vorgesehen sind. Der Empfänger 2.7, der ebenfalls durch eine Fotodiode gebildet ist, dient dem Empfang des von der weiteren Lichtquelle 2.5 ausgesandten und von einem Objekt 1.1 reflektierten weiteren Lichtstrahls, wie in Fig. 6 dargestellt. Dem weiteren Empfänger 2.7 ist ebenfalls eine LED als weitere Kompensationslichtquelle 2.13 zugeordnet. Ohne Objekt strahlen gemäß Fig.2 die ersten Lichtquellen 2.41 bzw. 2.43 einen Lichtstrahl 2.9 nach oben durch das Bedienelement 1.2 ab. Ebenso strahlt die weitere Lichtquelle in Richtung auf die weitere Stelle 1.4 der Bedienfläche 1.2 einen Lichtstrahl 2.8 ab. Zur Beleuchtung der weiteren Stelle 1.4 kann eine LED 2.14 vorgesehen sein. Während die Hintergrundbeleuchtung 3.3 und die LED 2.14 sichtbares Licht aussenden, wird für die ersten Lichtquellen 2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , .. 3.14, 3.21 , .. 3.24 und die weitere Lichtquelle 2.5 vorzugsweise Licht im nicht sichtbaren Bereich wie z.B. im Infrarotbereich eingesetzt.

Um eine Reflexionszunahme bzw. -abnähme des ausgesandten Lichts beim Vor- handensein eines Objekts 1.1 zu erkennen, ist wenigstens ein Abschattungselement 2.2, 2.10, 2.11 vorgesehen, das bei einer gedachten kreisförmig geschlossenen Linie, auf der die ersten Lichtquellen 2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 ,..3.14, 3.21 ,..3.24 angeordnet sind, vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, was dann regelmäßig auch zu einer kreisförmigen ersten Stelle 1.3 gemäß Fig. 1 führt. Die Abschattungselemente sind dazu geeignet, bei der ersten Messanordnung gemäß Fig. 4 über die über den Lichtquellen angeordneten Durchtrittsöffnungen den Durchtritt der Lichtstrahlen 2.9 von z.B. der ersten Lichtquelle 2.41 bis zur ersten Stelle 1.3 der Bedienfläche 1.2 zuzulassen. Von dort gelangt bei Vorhandensein eines Objekts 1.1 der am Objekt reflektierte Lichtstrahl 4.1 über die entsprechende Durchtrittsöffnung bis zum ersten Empfänger 2.3. Die Abschattungselemente lassen andererseits für die weitere Messanordnung gemäß Fig. 6 einen Durchtritt des von der weiteren Lichtquelle 2.5 kommenden Lichtstrahl 2.8 bis zur weiteren Stelle 1.4 der Bedienfläche zu. Von dort gelangt bei Vorhandensein des Objekts 1.1 vom Objekt reflektiertes Licht als Lichtstrahl 6.1 in Richtung auf den Empfänger 2.7 wiede- rum durch die Abschattungselemente hindurch. Die Durchtrittsöffnungen sind durch die Abschattungselemente so angeordnet, dass eine Reflexion des ausgesandten Lichts im Bereich des vorhandenen Objekts 1.1 erfolgt.

Fig. 3 verdeutlicht, dass die ersten Lichtquellen 2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , .. 3.14, 3.21 , .. 3.24 auch in den einzelnen Gruppen in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Diese Gruppen von Lichtquellen werden getaktet, zeitsequentiell betrieben sind, wie sich dies z.B. aus Fig. 8 ergibt. In Fig. 8 weist der IC 8.1 dazu auf der Seite links oben drei Ausgänge 8.6, 8.7 und 8.8 aus, über die die Gruppen erster Lichtquellen getaktet angesteuert werden. Mit diesem Takt wird über einen vierten Ausgang 8.10 des IC 8.1 auch die weitere Lichtquelle 2.5 in Fig. 8 links unten angesteuert. Getaktet angesteuert werden auch die den Empfängern 2.3 und 2.7 zugeordneten Kompensationslichtquellen 2.12 und 2.13 über den Kompensationsaus- gang 8.9. An die Eingangskanäle 8.12 des IC 8.1 sind der erste Empfänger 2.3 und ggf. der zweite Empfänger 2.7 angeschlossen, die über einen internen Umschalter 8.11 ausgewählt werden können.

Die erste und/oder die weitere Messanordnung weisen wenigstens eine dem ersten Empfänger 2.3 bzw. dem weiteren Empfänger 2.7 zugeordnete Kompensationslichtquelle 2.12 bzw. 2.13 auf, die Licht an den ersten bzw. weiteren Empfänger aussendet.

Im IC 8.1 ist eine aus der EP 0 706 648 B1 an sich bekannte Vorrichtung zur Rege- lung der Intensität des von der wenigstens einen ersten Lichtquelle 2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , .. 3.14, 3.21 , .. 3.24 ausgesandten, am ersten Empfänger 2.3 ankommenden Lichts und des von der ersten Kompensationslichtquelle 2.12 ausgesandten, am ersten Empfänger 2.3 ankommenden Lichts mittels eines Regelwerts vorgesehen. Die Intensität des Lichts wird so geregelt, dass der Empfänger 2.3 die we- nigstens eine erste Lichtquelle und die erste Kompensationslichtquelle 2.12 mit gleicher Intensität wahrnimmt. Die Auswertevorrichtung nutzt dann diesen sich zur Wahrnehmung mit gleicher Intensität ergebenden Regelwert 5.11 5.32 beim Betrieb der reihum betriebenen Lichtquellen gleichzeitig zur Erkennung der Position und/oder Drehrichtung des Objekts 1.1 relativ zum Drehgeber aus. Da bei jeder Be- wegung des Objekts 1.1 sich die Lichtverhältnisse ändern, findet eine konstante Nachregelung statt, sodass auch zeitabhängig die Position des Objekts bestimmt werden kann. Durch die sich ändernde Position kann die Drehrichtung sowie die relative Winkelposition und in Verbindung mit der Zeit die Drehgeschwindigkeit entlang der kreisförmigen ersten Stelle 1.3 des Bedienfelds 1.2 berechnet werden. Ebenso wird damit die Bestätigung über die weitere Stelle 1.4 bei Annäherung des Objekts 1.1 und beim anschließenden Entfernen des Objekts erkannt. Zur Verstärkung der Reflexion können, müssen aber nicht auf der über dem wenigstens einen Abschattungselement 2.2, 2.10, 2.11 angeordneten Bedienfläche 1.2 an der ersten Stelle 1.3 bzw. an der weiteren Stelle 1. 4 die Reflexion der Lichtstrahlen unterstützende Vertiefungen bzw. Erhebungen gemäß Fig. 2 vorgesehen werden.

Bei einer Bewegung des Objekts z.B. entlang der ersten Stelle 1.3 des Bedienfelds 1.2 beginnend über der ersten Lichtquelle 2.4.1 in Fig. 3 links auf der 9 Uhr Position im Uhrzeigersinn über die ersten Lichtquellen 3.11 , 3.21 , 2.42, 3.12, 3.22 usw. hinweg ergibt sich ein Bild gemäß Fig. 5. In Fig. 5 ist auf der Abszisse die Winkelpositi- on W und auf der Ordinate der Regelwert R angegeben. Nähert sich das Objekt 1.1 von links unten der ersten Lichtquelle, steigt der zu dieser ersten Lichtquelle 2.41 gehörende Regelwert 5.11 allmählich bis zu seinem Maximalwert an, der im Ausführungsbeispiel gleich der Winkelposition von 0 Grad gesetzt ist. Wird das Objekt über die weiteren Lichtquellen weitergeführt, so sinkt dieser Regelwert 5.11 wieder ab, jedoch steigt dann zunächst der Regelwert 5.21 für die benachbarte erste Lichtquelle 3.11 an und bei Fortsetzung der Bewegung dann nacheinander der Regelwert 5.31 für die weitere Lichtquelle 5.21 und der Regelwert 5.12 für die erste Lichtquelle 2.42 an, während die vorherigen wieder abfallen. Da die Position der ersten Lichtquellen jedoch bekannt ist, kann damit auch auf die Position des Objekts im Verhältnis zum Drehgeber bzw. relativ zur Position beim Maximalwert an der ersten Lichtquelle 2.41 geschlossen werden. Über Software kann dann das erste Auftreffen des Objekts als eine Nullwinkelposition definiert werden, sodass die weitere Bewegung dann nacheinander in der Steuerung bei einer PIN-Code-Eingabe Ziffern frei gibt, die vom Be- diener an geeigneter Stelle, z.B. innerhalb der Stelle 1.3 abzulesen sind. Aus einer Verrechnung von Position und Zeit können dann an Ausgabekanälen des IC 8.1 Informationen wie z.B. am Ausgabekanal 8.2 die Drehrichtung, am Ausgabekanal 8.3 die Drehschritte abgegriffen werden.

Grundsätzlich ist die weitere Messanordnung gemäß den Figuren 6 und 7 analog zur ersten Messanordnung ausgebildet. Auch hier erfolgt eine Kompensation über eine Vorrichtung zur Regelung der Intensität dahingehend, dass das von der weiteren Lichtquelle 2.5 ausgesandte und am Objekt 1.1 reflektierte Licht, das vom weiteren Empfänger 2.7 - oder in einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform auch vom ersten Empfänger 2.3 - empfangen und in elektrische Signale umgesetzt wird dort mit gleicher Intensität wahrgenommen wird, wie das von der weiteren Kompensationslichtquelle 2.13 in den Empfänger eingestrahlte Licht. Hieraus wird ebenfalls ein Regelwert ermittelt, der über die Zeit T aufgetragen bei der Annäherung des Objekts 1.1 ungefähr den in Fig. 7 dargestellten Verlauf zeigt. Ohne aufgelegten Finger ergibt sich der Regelwert 7.2, wird jedoch der Finger aufgelegt, ergibt sich der Regelwert 7.1 , sodass eine Annäherung und eine Betätigung der weiteren Stelle 1.4 zuverlässig erkannt werden kann. Aus diesem Verlauf wird am IC 8.1 am Ausgabekanal 8.4 die Tastenbetätigung und am Ausgabekanal 8.5 die Annäherung des Ob- jekts 1.1 ausgegeben.

Figur 9 zeigt das Timing bei der Signalverarbeitung bei Betrieb des Bedienfelds. Zur Vereinfachung sind in den Figuren lediglich wenige Taktpulse dargestellt. In der Praxis werden z.B. jeweils etwa 40 Taktwechsel eingesetzt. Ein Takt umfasst dabei je- weils ein Wirksamschalten der ersten Lichtquellen oder der weiteren Lichtquelle sowie einen zugehörigen Kompensationstakt, in dem die Kompensationslichtquellen wirksam geschaltet werden. Die Kompensationslichtquellen werden gemäß dem Timing für den Kompensationsausgang 8.9 stets auf Lücke zu dem wirksam Schalten der Lichtquellen gesteuert. Gemäß Fig. 9 gibt es zwei Zeitbereiche 9.1 und 9.2. Im Zeitbereich 9.1 werden nacheinander über die Ausgänge 8.6, 8.7 und 8.8 die drei Gruppen von ersten Lichtquellen 2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , .. 3.14, 3.21 , .. 3.24 wirksam geschalten, während in diesem Zeitbereich die weitere Messanordnung inaktiv ist, wie sich durch die Ansteuerung für den internen Umschalter 8.11 ergibt. Wird der Umschalter 8.11 betätigt, startet der weitere Zeitbereich 9.2, über den nun der Ausgang 8.10 für die weitere Lichtquelle 2.5 wirksam geschaltet wird, sodass in dieser Zeitperiode die weitere Stelle 1.4 des Bedienfelds 1.2 aktiv geschaltet ist. Im Zeitbereich 9.1 kann damit die relative Winkelposition sowie die Drehbewegung erkannt werden, im Zeitbereich 9.2 die Betätigung der weiteren Stelle 1.4 in der Mitte des Betätigungsfelds.

Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen. Bezugszeichenliste

1.1 Objekt

1.2 Bedienfläche

1.3 Erste ringförmige Bedienfläche

1.4 Weitere mittige Bedienfläche

2.1 Platine

2.2 zweites ringförmiges Abschattungselement

2.3 erster Empfänger / zentrale Photodiode

2.5 weitere Lichtquelle / LED für 1.4

2.6 Beleuchtung / LED für sichtbares Licht

2.7 weiterer Empfänger / Photodiode für 1.4

2.8 Lichtstrahl von 2.5

2.9 Lichtstrahl von 2.41 bzw. 2.43

2.10 erstes Abschattungselement

2.11 drittes Abschattungselement

2.12 erste Kompensations-Lichtquelle/LED

2.13 weitere Kompensations-Lichtquelle/LED

2.14 sichtbares Licht von 2.6

2.41 , ... 2.44 erste Lichtquellen / erste Gruppe von vier gleichgeschalteten LEDs 3.11 , .., 3.14 erste Lichtquellen / zweite Gruppe von vier gleichgeschalteten LEDs 3.21 , .., 3.24 erste Lichtquellen / dritte Gruppe von vier gleichgeschalteten LEDs

3.3 LED für Hintergrundbeleuchtung

.1 Am Finger 1.1 reflektierter Lichtstrahl

5.11 Regelwert bei Überstreichen der LED 2.41

5.12 Regelwert bei Überstreichen der LED 2.42

5.13 Regelwert bei Überstreichen der LED 2.43

5.14 Regelwert bei Überstreichen der LED 2.44

5.21 Regelwert bei Überstreichen der LED 3.11

5.22 Regelwert bei Überstreichen der LED 3.12

5.31 Regelwert bei Überstreichen der LED 3.21

5.32 Regelwert bei Überstreichen der LED 3.22

.1 am Finger reflektierter Lichtstrahl von 2.5

7.1 Regelwert bei aufgelegtem Finger

7.2 Regelwert ohne aufgelegten Finger

.1 Auswertevorrichtung / IC

.2 Ausgabe der Drehrichtung

.3 Ausgabe der Drehschritte

.4 Ausgabe der Betätigung von 1.3

.5 Ausgabe der Annäherung an 1.3

.6 Erster Ausgang des IC

.7 Zweiter Ausgang des IC

.8 Dritter Ausgang des IC

.9 Kompensationsausgang des IC

.10 Vierter Ausgang des IC

.11 Interner Umschalter für Eingangskanalwahl

.12 Eingangskanäle des IC

.1 Zeitbereich

.2 Zeitbereich

Claims

Patentansprüche

1. Optoelektronischer Drehgeber zur Einstellung oder Regelung von Parametern mit

- einer ersten Messanordnung umfassend

- mehrere auf einer gedachten geschlossenen Linie angeordnete, erste Lichtquellen (2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 ,..3.14, 3.21 ,..3.24), die Lichtstrahlen getaktet, zeitsequenziell aussenden,

- wenigstens einem ersten Empfänger (2.3) zum Empfang eines von wenigstens einer der ersten Lichtquellen ausgesandten und von einem Objekt (1.1 ) reflektierten ersten Lichtstrahls (4.1 ),

- wobei eine Auswertevorrichtung (8.1 ) vorgesehen ist zur Auswertung eines vom Empfänger (2.3) empfangenen, in elektrische Signale umgesetzten Lichts und zur Bestimmung einer Position des Objekts (1.1 ) relativ zum Drehgeber,

- sowie mit einer weiteren Messanordnung zur Erkennung einer Zusatzinformation (8.4) ebenfalls mittels der Auswertevorrichtung (8.1 ),

dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Messanordnung wenigstens eine weitere Lichtquelle (2.5) und den wenigstens einen Empfänger (2.3) oder wenigstens einen weiteren Empfänger (2.7) jeweils zum Empfang eines von der weiteren Lichtquelle (2.5) ausgesandten und an einem Objekt (1.1 ) reflektierten weiteren Lichtstrahls (6.1 ) aufweist, und

dass wenigstens ein Abschattungselement (2.2, 2.10, 2.11 ) vorgesehen ist, das geeignet ist, einen Durchtritt von ersten Lichtstrahlen (4.1 ) der ersten Messanordnung zu und von einer der gedachten geschlossenen Linien zugeordneten ersten Stelle (1.3) einer Bedienfläche (1.2) unter Reflexion der ausgesandten ersten Lichtstrahlen (4.1 ) in den ersten Empfänger (2.3) zuzulassen und einen Durchtritt von weiteren Lichtstrahlen (6.1 ) der weiteren Messanordnung zu und von einer weiteren Stelle (1.4) der Bedienfläche (1.2) unter Reflexion der ausgesandten weiteren Lichtstrahlen (6.1 ) in den ersten Empfänger (2.3) oder in den weiteren Empfänger (2.7) zuzulassen.

2. Drehgeber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stelle

(1.3) der Bedienfläche (1.2) ringförmig die mittige punktförmige weitere Stelle

(1.4) . der Bedienfläche (1.2) umgibt.

3. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lichtquellen (2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , ..3.14, 3.21 , ..3.24) mehrere Gruppen von gleichgeschalteten, reihum auf einer die geschlossene Linie bildenden Kreislinie angeordneten Lichtquellen umfassen, wobei die Lichtquellen innerhalb einer Gruppe im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind und wobei die Gruppen von Lichtquellen getaktet, zeitsequentiell betrieben sind.

4. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den ersten Lichtquellen (2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , ..3.14,

3.21 , ..3.24) genau ein Empfänger (2.3) zugeordnet ist.

5. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messanordnung und/oder die weitere Messanordnung wenigstens eine dem ersten Empfänger (2.3) bzw. dem weiteren Empfänger (2.7) zugeordnete Kompensationslichtquelle (2.12, 2.13) aufweist zur Aussendung von Licht an den ersten bzw. den weiteren Empfänger.

6. Drehgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Regelung der Lichtintensität des von der wenigstens einen ersten Lichtquelle (2.41 , 2.42, 2.43, 2.44, 3.11 , ..3.14, 3.21 ,..3.24) ausgesandten, am ersten Empfänger (2.3) ankommenden Lichts und/oder des von der ersten Kompensationslichtquelle (2.12) ausgesandten, am ersten Empfänger (2.3) ankommenden Lichts unter Bildung eines Regelwerts so vorgesehen ist, dass der erste Empfänger (2.3) die wenigstens eine erste Lichtquelle und die erste Kompensationslichtquelle mit gleicher Intensität wahrnimmt, wobei die Auswertevorrichtung (8.1 ) den sich zur Wahrnehmung mit gleicher Intensität ergebenden Regelwert (5.11 5.32) beim Betrieb der reihum betriebenen ersten Lichtquellen zur Erkennung der Winkelposition und/oder Drehrichtung des Objekts (1.1 ) relativ zum Drehgeber auswertet.

7. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über dem wenigstens einen Abschattungselement (2.2, 2.10, 2.11 ) angeordnete Bedienfläche (1.2) an der ersten Stelle (1.3) bzw. an der weiteren Stelle (1.4) die Totalreflexion der Lichtstrahlen unterstützende Vertiefungen bzw. Erhebungen aufweist.

8. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rechenmittel vorgesehen sind, die bei Annäherung eines Objekts (1.1 ) ein Maximum an Reflexion der ersten Lichtstrahlen (4.1 ) als Ausgangspunkt wahrnehmen und davon ausgehend bei einer Bewegung des Objekt und damit des Maximums an Reflexion entlang der gedachten Linie eine relative Winkelposition zum Ausgangspunkt bestimmen.