DE10214199A1 - Beleuchtbarer sensitiver Schalter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen beleuchtbaren sensitiven Schalter (1) mit einer optoelektronischen Sensoranordnung (2) als Betätigungsmittel, die nach dem Reflexlichttasterprinzip arbeitet und aus einem Strahler (3) und einem fotosensitiven Element (5) besteht. Um einen beleuchtbaren sensitiven Schalter (1) zu schaffen, der bei einem wesentlich reduzierten Platzbedarf einen geringen Material- und Herstellungsaufwand besitzt, sieht die Erfindung vor, den Strahler (3) als Berührungsfläche der optoelektronischen Sensoranordnung (2) auszubilden und das fotosensitive Element (5) im unmittelbaren Bereich des lichtdurchlässigen Gehäuses (4) anzuordnen. Der optoelektronischen Sensoranordnung (2) ist wiederum eine elektronische Steuereinheit (6) zuzuordnen, wobei diese Steuereinheit (6) das fotosensitive Element (5) bei Verwendung als Berührungs- und Näherungs-Detektor zugleich auch als Dämmerungs-Detektor (7) ansteuern kann und den Strahler (3) gleichzeitig als Leuchtmittel (8) betreibt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen beleuchtbaren sensitiven Schalter mit einer optoelektronischen Sensoranordnung als Betätigungsmittel, die nach dem Reflexlichttasterprinzip arbeitet und aus einem Strahler in einem lichtdurchlässigen Gehäuse und einem fotosensitiven Element, das im reflektierten Strahlengang des Strahlers angeordnet ist, besteht.
- Neben mechanischen Bedienelementen für Schalter kommen wegen ihres recht einfachen Fertigungs- und Montageaufwandes und den immer höheren Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Bedienbarkeit bei recht unterschiedlichen Umgebungsbedingungen immer häufiger Berührungsschalter auf der Basis von kapazitiven bzw. optoelektronischen Sensoren zur Anwendung. Dabei wird bei den Bedienelementen auf optoelektronischer Basis zwischen passiven und aktiven Sensoren unterschieden, wobei bei den passiven Sensoren nur ein Fotoempfänger zum Einsatz kommt, dagegen der aktive Sensor aus einem Strahler mit gerichtetem Strahl und einem seitlich angeordneten, fotosensitiven Empfänger besteht, der die an einer lichtdurchlässigen Betätigungsfläche reflektierte Strahlung detektiert. Solche Reflexlichttaster werden beispielweise in den Druckschriften DE 42 07 772 A1, DE 195 47 301 C1 beschrieben und weisen im Vergleich zum passiven Sensor eine erhöhte Signalsicherheit bei einem wesentlich verringerten Energiebedarf auf.
- Gleichzeitig besteht aber die Forderung, einen solchen sensitiven Schalter auch bei Dunkelheit sicher bedienen zu können, so dass eine Beleuchtung des Schalters notwendig wird. Dazu weist ein solcher Schalter eine zusätzliche separate Beleuchtungseinrichtung auf, die sowohl innerhalb des Schalters unterhalb der Betätigungsfläche als auch außerhalb durch eine externe Beleuchtung gerichtet auf den Schalter angeordnet sein kann. Beleuchtungsvarianten, basierend auf der Verwendung von Leuchtdioden, besitzen bei einer hohen Zuverlässigkeit einen besonders geringen Energieverbrauch. Auch sind Leuchtdioden besonders langlebig und weitestgehend wartungsfrei und recht einfach anzusteuern. Die Patentschrift DE 39 31 668 C2 zeigt eine Möglichkeit von Beleuchtungsvorrichtungen für Anzeigetafeln unter Verwendung von Leuchtdioden. In der Offenlegungsschrift DE 100 20 960 A1 wird dagegen beschrieben, wie mittels eines IR- Passivbewegungssensors eine Lichtquelle in einem Schließzylinder bei Annäherung gesteuert wird. Ebenfalls ein Näherungsschalter wird in der Patentschrift DE 42 32 972 C2 verwendet, um die Beleuchtung für Bedienelemente zu aktivieren.
- Festzustellen ist aber, dass auf jeden Fall eine separate Beleuchtungsvorrichtung notwendig ist, was bei erhöhtem Platzbedarf einen zusätzlichen Herstellungs- und Fertigungsaufwand bedarf.
- Es besteht deshalb die Aufgabe, einen beleuchtbaren sensitiven Schalter zu schaffen, der bei geringem Platzbedarf eine deutliche Senkung des Material- und Herstellungsaufwandes zulässt.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen gegeben.
- Demnach sieht die Erfindung einen beleuchtbaren sensitiven Schalter mit einer optoelektronischen Sensoranordnung als Betätigungsmittel vor, die nach dem Reflexlichttasterprinzip arbeitet, bei dem der Strahler Licht im sichtbaren Bereich emittiert, wobei das lichtdurchlässige Gehäuse des Strahlers als Berührungsfläche des optoelektronischen Sensors ausgebildet ist, und bei dem das fotosensitive Element im unmittelbaren Bereich des lichtdurchlässigen Gehäuses, das somit als Lichtleiter wirkt, angeordnet ist. Des weiteren ist eine elektronische Steuereinheit für die optoelektronische Sensoranordnung vorgesehen, die das fotosensitive Element bei Verwendung als Berührungs- und Näherungs-Detektor zugleich auch als Dämmerungs-Detektor ansteuern kann wendet und den Strahler als Leuchtmittel für den Schalter betreibt.
- Besonders als platzsparend erweist es sich, wenn sowohl der Strahler als auch das fotosensitive Element innerhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses angeordnet sind.
- Dagegen ist eine kostengünstige Variante gegeben, wenn das fotosensitive Element unterhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses des Strahlers angeordnet ist.
- Die elektronische Steuereinheit ist so ausgestaltet, dass von ihr sowohl das fotosensitive Element als auch der Strahler gemeinsam getaktet werden. Der gemeinsame Takt beinhaltet dabei einen Mess- und einen Arbeitszyklus. Während des Messzyklusses kann das fotosensitive Element einmal als Dämmerungs- Detektor verwendet werden, währenddessen der Strahler grundsätzlich deaktiviert ist, und ein weiteres mal erfolgt eine Verwendung des fotosensitiven Elementes als Berührungs- und Näherungs-Detektor, währenddessen der Strahler mindestens einen Messimpuls abgibt. Während des Arbeitszyklusses wird dann der Strahler von der elektronischen Steuereinheit als Leuchtmittel angesteuert. Dabei wird einerseits das Leuchtmittel als Anzeige für den Schaltzustand des Schalters eingesetzt und kann andererseits als Beleuchtung für den Schalter fungieren, indem in Abhängigkeit vom Messergebnis des Dämmerungs-Detektors die Ein- bzw. Ausschaltung des Leuchtmittels über die elektronische Steuereinheit vorgenommen wird.
- Eine vorteilhafte technische Lösung für die Unterscheidung der abweichenden Verwendung des Leuchtmittels liegt dann vor, wenn diese durch eine unterschiedliche Helligkeit signalisiert wird. Dies erfolgt dann besonders einfach dadurch, dass der Zeitbereich für die Aktivierung des Leuchtmittels als Anzeige für den Schaltzustand des Schalters länger ist, wie der Zeitbereich für die Aktivierung des Leuchtmittels als Beleuchtung für den Schalter.
- Eine andere Variante ist dadurch gegeben, dass zur Kennzeichnung, ob das Leuchtmittel als Anzeige für den Schaltzustand des Schalters oder als Beleuchtung für den Schalter betrieben wird, die Farbe des Leuchtmittels umschaltbar gestaltet ist.
- Eine weitere günstige Ausgestaltungsmöglichkeit für die Ansteuerung des fotosensitiven Elementes ergibt sich dadurch, dass dieses mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten betrieben wird, wobei bei der Verwendung als Dämmerungs- Detektor eine höhere Empfindlichkeit vorgegeben ist.
- Als kostengünstig erweist sich prinzipiell, wenn es sich beim dem Strahler um eine LED und bei dem fotosensitiven Element um eine Fotodiode oder um einen Fototransistor handelt. Die Empfindlichkeitsänderung des fotosensitiven Elementes wird dann durch die zeitweise Änderung des Arbeitswiderstandes erzeugt. Aber auch kann die mindestens eine LED als Mehrfarben-LED gestaltet sein.
- Mit einer solchen Gestaltung des beleuchtbaren sensitiven Schalters mit einer optoelektronischen Sensoranordnung als Betätigungsmittel ist es möglich, diesen bei Senkung des Material- und Herstellungsaufwandes mit einem wesentlich reduzierten Platzbedarf zu fertigen.
- Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Ausführung der optoelektronischen Sensoranordnung,
- Fig. 2 Blockschaltbild eines beleuchtbaren sensitiven Schalters,
- Fig. 3 Signalverlauf bei Beleuchtung des Schalters,
- Fig. 4 Signalverlauf bei Anzeige des Schaltzustandes "ON" des Schalters.
- Die Fig. 1 zeigt eine mögliche Variante der Gestaltung der optoelektronischen Sensoranordnung 2, die nach dem Reflexlichttasterprinzip arbeitet, als Betätigungsmittel für den erfinderischen beleuchtbaren sensitiven Schalter 1, und besteht aus einem Strahler 3 mit einem lichtdurchlässigen Gehäuse 4 und aus einem fotosensitiven Element 5, der im reflektierten Strahlengang des Strahlers 3 angeordnet ist. Wesentlich ist, dass das lichtdurchlässige Gehäuse 4 selbst und nicht wie üblich eine zusätzliche beabstandet angeordnete Betätigungsfläche als Berührungsfläche der optoelektronischen Sensoranordnung 2 ausgebildet ist, wobei das fotosensitive Element 5 im unmittelbaren Bereich des lichtdurchlässigen Gehäuses 4, das somit in dieser räumlichen Zuordnung als Lichtleiter wirkt, angeordnet ist. Eine Möglichkeit der Anordnung des fotosensitiven Elementes 5 besteht darin, dieses fotosensitive Elementes 5 innerhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses 4 des Strahlers 3 vorzusehen. Mit der Fig. 1 ist eine weitere mögliche Gestaltung gegeben, denn hier ist das fotosensitive Element 5 unterhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses 4 angeordnet. Wird nun das lichtdurchlässige Gehäuse 4 durch z. B. einen Finger berührt bzw. dieser in unmittelbare Nähe zum Gehäuse 4 gebracht, dann wird der gerichtete Strahlengang vermehrt reflektiert und trifft auf das unterhalb des Gehäuses 4 angeordnete fotosensitive Element 5. Das lichtdurchlässige Gehäuse 4 bildet somit einen Lichtleiter. Die Folge ist, das fotosensitive Element 5 erzeugt ein erhöhtes Ausgangssignal, was eben die Berührung des Gehäuses 4 und damit die Betätigung der optoelektronischen Sensoranordnung 2 signalisiert.
- Eine solche, wie in Fig. 1 dargestellte, mögliche optoelektronische Sensoranordnung 2 findet Anwendung als Betätigungsmittel in dem erfindungsgemäßen beleuchtbaren sensitiven Schalter 1, dessen Funktionsweise nachfolgend an Hand des Blockschaltbildes gemäß Fig. 2 beschrieben wird. Dem Schalter 1 ist also als Betätigungsmittel eine optoelektronische Sensoranordnung 2 zugeordnet, wobei diese eben den Strahler 3 und das fotosensitive Element 5 enthält. Angesteuert wird die optoelektronische Sensoranordnung 2 wiederum von einer elektronischen Steuereinheit 6, wobei diese die optoelektronische Sensoranordnung 2 so beeinflusst, dass das fotosensitive Element 5 entweder als Berührungs- und Näherungs-Detektor oder als Dämmerungs-Detektor 7 verwendet wird und gleichzeitig kann auch die elektronische Steuereinheit 6 den Strahler 3 als Leuchtmittel 8 betreiben.
- Eine Variante zur Realisierung dieser Mehrfachverwendung der optoelektronischen Sensoranordnung 2 besteht darin, dass sowohl der Strahler 3 als auch das fotosensitive Element 5 mit einem gemeinsamen Takt betrieben werden, wobei jeder Takt einen Messzyklus und einen Arbeitszyklus beinhaltet. Während des Messzyklus wird das fotosensitive Element 5 einmal als Dämmerungs-Detektor 7 verwendet, währenddessen der Strahler 3 grundsätzlich deaktiviert ist. Die optoelektronische Sensoranordnung 2 arbeitet somit als Dämmerungs-Detektor 7. In der Regel nachfolgend noch während des Messzyklus wird dann das fotosensitive Element 5 als Berührungs- und Näherungs-Detektor betrieben, währenddessen der Strahler 3 mindestens einen Messimpuls abgibt. Damit wird der Betrieb der optoelektronischen Sensoranordnung 2 als Betätigungselement für den Schalter 1 gewährleistet. Der Arbeitszyklus dagegen ist vorgesehen, um den Strahler 3 als Leuchtmittel 8 betreiben zu können. Dabei wird zwischen der Verwendung des Strahlers 3 als Beleuchtung für den Schalter 1 oder als Anzeige des Schaltzustandes des Schalters 1 unterschieden.
- Die Beleuchtung des Schalters 1 wird dadurch realisiert, indem, wie bereits ausgeführt, das fotosensitive Element 5 in einem Teilbereich des Messzyklusses als Dämmerungs-Detektor 7 verwendet wird, wobei das ermittelte Messsignal an die elektronische Steuereinheit 6 weitergeleitet wird. Wird ein vorgegebener Schwellwert überschritten, so wird der Zustand Tageslicht erkannt und die elektronische Steuereinheit 6 deaktiviert den Beleuchtungsmodus für den Schalter 1. Dagegen, wird durch das Ausgangssignal des Dämmerungs-Detektors 7 ein vorgegebener Schwellwert unterschritten, so ist dies ein Zeichen für beginnende Dunkelheit bzw. bereits vollzogene Dunkelheit. Um somit die Beleuchtung des Schalters 1 einzuschalten, steuert die elektronische Steuereinheit 6 den Strahler 3 während des Arbeitszyklusses so an, dass der Strahler 3 während dieses Taktbereiches sichtbares Licht abgibt und somit als Leuchtmittel 8 zur Beleuchtung des Schalters 1 fungiert. Der Signalverlauf bei Beleuchtung des Schalters 1 ist mit der Fig. 3 gezeigt.
- Der Strahler 3 als Leuchtmittel 8 kann aber auch dazu dienen, den Schaltzustand des Schalters 1 anzuzeigen, wie die Fig. 4 es zeigt. Wird nämlich im Messzyklus, in dem die optoelektronische Sensoranordnung 2 als Berührungs- und Näherungs- Detektor für den Schalter 1 arbeitet, ein gewollter Einschaltvorgang des Schalters 1 durch die elektronische Steuereinheit 6 erkannt, so wird nicht nur der Schalter 1 selbst betätigt, sondern die elektronische Steuereinheit 6 steuert auch den Strahler 3 als Leuchtmittel 8 für eine Anzeige des Schaltzustandes "ON" des Schalters 1 so an, dass während des Arbeitszyklusses der Strahler 3 für einen bestimmten Zeitbereich aktiviert wird. Damit wird durch das intensivere Leuchten des Strahlers 3 signalisiert, dass der Schalter 1 im "ON-Zustand" ist.
- Um den Zustand "Beleuchtung des Schalters 1" von dem Zustand "Anzeige des Schaltzustandes des Schalters 1" unterscheiden zu können, werden, wie der Vergleich der Fig. 3 und 4 zeigt, die unterschiedlichen Helligkeiten des Leuchtmittels 8 so realisiert, dass eben der Zeitbereich für die Aktivierung des Leuchtmittels 8 als Anzeige des Schaltzustandes des Schalters 1 annähernd doppelt so lang gewählt ist, wie der Zeitbereich für die Aktivierung des Leuchtmittels 8 als reine Beleuchtung des Schalters 1. Im "ON-Zustand" des Schalters 1 leuchtet dieser also deutlich heller.
- Im Übrigen ist es aber jederzeit möglich, die Beleuchtungsfunktion des Schalters 1 unabhängig von dem Dämmerungs-Detektor 7 zu gestalten.
- Wird als Leuchtmittel 8 eine Mehrfarben-LED, z. B. Zweifarben-LED "gelb/grün", verwendet, so kann zur Unterscheidung der beiden genannten Zustände auch ein Farbwechsel genutzt werden. Leuchtet die LED nicht, so ist der Schalter 1 bei Tageslicht im "OFF-Zustand". Bei Dunkelheit wird zur Beleuchtung des Schalters 1 die LED so aktiviert, dass diese gelb leuchtet, obwohl der Schalter 1 noch im "OFF- Zustand" ist. Wird dagegen der Schalter 1 betätigt, dann leuchtet die LED mit grüner Farbe, und dient dabei gleichzeitig wiederum zur Beleuchtung des Schalters 1.
- Besonders als günstig erweist es sich, wenn die elektronische Steuereinheit 6 das fotosensitive Element 5 mit unterschiedlicher Empfindlichkeit betreibt, wobei bei der Verwendung des fotosensitiven Elementes 5 als Dämmerungs-Detektor 7 eine höhere Empfindlichkeit eingestellt wird. Handelt es bei dem fotosensitiven Element 5 um eine Fotodiode oder um einen Fototransistor, dann lässt sich diese Empfindlichkeitsänderung des fotosensitiven Elementes 5 in einfacher Weise durch die zeitweise Änderung des zugehörigen Arbeitswiderstandes erzeugen.
- Kommen als Strahler 3 eine oder mehrere LEDs und als fotosensitives Element 5 ein Fototransistor oder eine Fotodiode zum Einsatz, so bietet sich vorteilhaft deren Ausführung in SMD-Technik an.
Claims (17)
1. Beleuchtbarer sensitiver Schalter (1) mit einer optoelektronischen
Sensoranordnung (2) als Betätigungsmittel, die nach dem Reflexlichttasterprinzip
arbeitet und einen Strahler (3) in einem lichtdurchlässigen Gehäuse (4), der einen
Licht-Messstrahl im sichtbaren Bereich aussendet, und ein fotosensitives Element
(5), das im reflektierten Strahlengang des Strahlers (3) angeordnet ist und
abhängig von dem reflektierten Licht-Messstrahl ein Ausgangssignal erzeugt,
aufweist, und einer elektronischen Steuereinheit (6) für die optoelektronische
Sensoranordnung (2), die den Strahler (3) zum Aussenden des Licht-Messstrahls
ansteuert, den Schalter (1) abhängig von dem Ausgangssignal des fotosensitiven
Elements (5) betätigt und den Strahler (3) zusätzlich zur Beleuchtung des
Schalters (1) ansteuert.
2. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das lichtdurchlässige Gehäuse (4) des Strahlers (3) als Lichtleiter wirkt und
eine Berührungs- oder Näherungsfläche der optoelektronischen
Sensoranordnung (2) aufweist, von der der von dem Strahler (3) ausgesandte
Lichtstrahl auf das fotosensitive Element (5) reflektiert wird.
3. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit das fotosensitive
Element (5) wahlweise als Berührungs- oder Näherungs-Detektor oder als
Dämmerungs-Detektor (7) betreibt.
4. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das fotosensitive Element im Bereich des lichtdurchlässigen Gehäuses (4)
angeordnet ist.
5. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, dass der Strahler (3) und das fotosensitive Element (5)
innerhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses (4) angeordnet sind.
6. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet dadurch, dass das fotosensitive Element (5) in Abstrahlrichtung
des Strahlers (3) hinter dem lichtdurchlässigen Gehäuse (4) angeordnet ist.
7. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, dass das fotosensitive Element (5) und der Strahler (3)
von der elektronischen Steuereinheit (6) gemeinsam getaktet werden, wobei der
Takt einen Messzyklus und einen Arbeitszyklus umfasst.
8. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass im Messzyklus das fotosensitive Element (5) wahlweise als Dämmerungs-
Detektor (7) oder als Berührungs- oder Näherungs-Detektor ansteuerbar ist,
wobei der Strahler (3) im ersten Fall während des Messzyklus deaktiviert ist und
im zweiten Fall während des Messzyklus mindestens einen Messimpuls abgibt.
9. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass während des Arbeitszyklus der Strahler (3) von der
elektronischen Steuereinheit (6) zur Beleuchtung des Schalters (1) ansteuerbar
ist.
10. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet
dadurch, dass in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des als Dämmerungs-
Detektors (7) angesteuerten fotosensitiven Elementes (5) der Strahler (3)
während des Arbeitszyklus als Beleuchtung für den Schalter (1) angesteuert wird.
11. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet
dadurch, dass bei Ansteuerung des fotosensitiven Elements als Berührungs- oder
Näherungs-Detektor der Strahler (3) während des Arbeitszyklus abhängig von
dem Schaltzustand des Schalters (1) angesteuert wird.
12. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 10 und 11, gekennzeichnet
dadurch, dass zur Erzeugung von unterschiedlichen Helligkeiten des Strahlers (3)
die Dauer der Aktivierung des Strahlers (3) als Anzeige für den Schaltzustand des
Schalters (1) größer ist als die Dauer der Aktivierung des Strahlers (3) als
Beleuchtung für den Schalter (1).
13. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet
dadurch, dass zur Kennzeichnung, ob der Strahler (3) als Anzeige für den
Schaltzustand des Schalters (1) oder als Beleuchtung für den Schalter (1)
betrieben wird, die Farbe des Strahlers (3) umschaltbar ist.
14. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, dass das fotosensitive Element (5) durch die
elektronische Steuereinheit (6) mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten betreibbar
ist.
15. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, dass es der Strahler (3) wenigstens eine LED aufweist
und das fotosensitive Element (5) eine Fotodiode oder einen Fototransistor
aufweist.
16. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch,
dass die Empfindlichkeit des fotosensitiven Elementes (5) durch eine zeitweise
Änderung eines Arbeitswiderstandes veränderbar ist.
17. Beleuchtbarer sensitiver Schalter nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet
dadurch, dass die mindestens eine LED als Mehrfarben-LED ausgebildet ist.
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