DE10214197B4

DE10214197B4 - Optoelektronische Sensoranordnung

Info

Publication number: DE10214197B4
Application number: DE2002114197
Authority: DE
Original assignee: MUENCHNER HYBRID SYSTEMTECHNIK; Muenchner Hybrid Systemtechnik GmbH
Current assignee: MUENCHNER HYBRID SYSTEMTECHNIK; Muenchner Hybrid Systemtechnik GmbH
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2022-03-30
Also published as: DE10214197A1

Abstract

Optoelektronische Sensoranordnung für einen Berührungs- oder Näherungsschalter mit einem Strahler (1), der in einem lichtdurchlässigen Gehäuse angeordnet ist und einen gerichteten Strahlengang (3) aufweist, mit einem fotosensitiven Element (4) als Empfänger, der außerhalb des Strahlenganges (3) des Strahlers (1) angeordnet ist, und mit einer im Strahlengang (3) angeordneten lichtdurchlässigen Fläche, die bei Berührung dieser lichtdurchlässigen Fläche oder bei Annäherung an diese lichtdurchlässige Fläche eine Reflexion des Strahlenganges (3) auf das fotosensitive Element (4) bewirkt, wobei
– die lichtdurchlässige Fläche durch das lichtdurchlässige Gehäuse (2) gebildet wird,
– das fotosensitive Element (4) unterhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses (2) des Strahlers (1) in unmittelbarer Nähe zum lichtdurchlässigen Gehäuse (2) angeordnet ist, und
– das lichtdurchlässige Gehäuse als Lichtleiter wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoranordnung zur Verwendung in einem Berührungsschalter mit einem Strahler, der in einem lichtdurchlässigen Gehäuse angeordnet ist und einen gerichteten Strahlengang aufweist, und mit einem fotosensitiven Empfänger, der außerhalb des Strahlenganges des Strahlers angeordnet ist.
Betätigungselemente für Schaltgeräte basieren in der Regel auf mechanischen Bedienelementen. Diese bedürfen aber einen recht großen Platzbedarf- und sind auch recht anfällig gegenüber erhöhten Umwelteinflüssen. Insbesondere hier bieten sich Berührungsschalter an, wobei zwischen kapazitiven und optoelektronischen Sensoren unterschieden wird. Das kapazitive Prinzip hängt wiederum von nicht immer vorhandenen aber notwendigen Potentialverhältnissen in der Umgebung des Schaltgerätes ab. Aber nicht nur dadurch ergibt sich die gezielte Verwendung von optoelektronischen Sensoren, sondern auch durch deren verbesserten Anwenderfunktionen in Verbindung mit einer recht günstigen Beschaffung und aus dem recht geringen Montage- u. Fertigungsaufwand bei deren Anwendung.

Bekannt sind optoelektronische Berührungsschalter als passive als auch als aktive Elemente, wobei in beiden Fällen der optoelektronische Sensor, der auf Helligkeitsänderung durch Aufsetzen des Fingers auf die Betätigungsfläche anspricht, unter einer Betätigungsfläche angeordnet ist. Bei den passiven Sensoren kommt nur ein Fotoelement als Empfänger zum Einsatz, dagegen besteht der aktive Sensor aus einem Strahler mit gerichtetem Strahl und einem fotosensitiven Empfänger, der seitlich angeordnet ist. Ein solcher Reflexlichttaster wird beispielweise in der Druckschrift DE 42 07 772 A1 beschrieben und ist mit der 3 gezeigt. Als nachteilig zeigt sich aber, dass der Sensoraufbau noch einen recht großen Platzbedarf beinhaltet, denn sowohl zwi schen dem Sensor und der Berührungsfläche als auch zwischen dem Strahler und dem Empfänger sind, um ein sicheres Ausgangssignal erzielen zu können, gewisse notwendige Abstände einzuhalten. Damit ist aber auch der Integration von Strahler und Empfänger in einem Gehäuse oder auf einem Chip deutliche Grenzen gesetzt, was wiederum einer weiteren Kostensenkung des Fertigungs- und Montageaufwandes entgegensteht.

EP 0 243 411 B1 beschreibt einen beleuchtbaren sensitiven Schalter, insbesondere eine berührungsempfindliche LED, die eine lichtempfindliche Photodiode und eine lichtsendende Diode innerhalb ein und desselben Gehäuses auf einem Substrat aufweist. Licht von der lichtsendenden Diode wird bei Annäherung eines Gegenstands an die LED auf die Photodiode zurückreflektiert. Verschiedene Schaltzustände werden durch verschiedene Intensitäten oder Blinkfrequenzen der lichtsendenden Diode dargestellt.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine optoelektronische Sensoranordnung zu schaffen, die einen kompakten Aufbau zulässt und den Fertigungs- und Montageaufwand weiter senkt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen gegeben.

Sollte der Strahler gleichzeitig als Leucht- und/oder Orientierungsmittel verwendet werden, so sind Strahler zu verwenden, die im sichtbaren Bereich arbeiten.

Eine einfache Gestaltung der Sensoranordnung ist gegeben, wenn der Strahler als LED und das sensitive Element als Fotodiode oder Fototransistor ausgestaltet sind.

Mit einer solchen Gestaltung der optoelektronischen Sensoranordnung ist es möglich, diese bei einer Verringerung der notwendigen Bauelemente sehr kompakt herzustellen, wobei der Fertigungs- und Montageaufwand weiter reduziert wird.

Nachstehend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 optoelektronische Sensoranordnung integriert in einem Gehäuse auf einem gemeinsamen Träger zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung
2a optoelektronische Sensoranordnung baulich getrennt, ohne Fingerberührung
2b optoelektronische Sensoranordnung baulich getrennt, mit Fingerberührung
3 optoelektronische Sensoranordnung nach dem Stand der Technik
Die in 1 dargestellte optoelektronische Sensoranordnung besteht aus einem Strahler 1, der einen gerichteten Strahlgang 3 aufweist, und einem fotosensitiven Element 4, das sich außerhalb des Strahlenganges 3 befindet, wobei beide optoelektronischen Bauelemente 1, 4 in einem Gehäuse 2 auf einem Träger 6 bzw. einem Substrat 6 angeordnet sind und gemeinsam von einem lichtdurchlässigen Gehäuse 2 überdeckt werden. So lange keine Berührung des Gehäuses 2 oder eine Annäherung an das Gehäuse 2 durch beispielsweise einen Finger 5 erfolgt, siehe 1, können die Lichtstrahlen ungehindert das Gehäuse 2 verlassen, so dass der Strahler 1, auch gleichzeitig als Leucht- oder Orientierungsmittel dienen kann, sofern Strahler verwendet werden, die im sichtbaren Bereich arbeiten. Wird nun das lichtdurchlässige Gehäuse 2 durch z. B. einen Finger 5 berührt bzw. dieser in unmittelnahe Nähe zum Gehäuse 2 gebracht, siehe 2b, dann wird der gerichtete Strahlengang 3 vermehrt reflektiert und trifft vermehrt auf das fotosensitive Element 4. Das lichtdurchlässige Gehäuse 2 bildet somit einen Lichtleiter. Die Folge ist, das fotosensitive Element 4 erzeugt ein erhöhtes Ausgangssignal, was eben die Berührung des Gehäuses 2 und damit die Betätigung der optoelektronischen Sensoranordnung signalisiert. Diese Signaländerung kann dann ohne weiteres an ein Schaltgerät weitergeleitet werden, das eine EIN/AUS-Schaltung tätigt.
Mit der 2 ist eine besonders kostengünstige und einfache Ausführung der erfinderischen optoelektronischen Sensoranordnung gegeben. Hier handelt es sich bei dem Strahler 1 um eine LED und bei dem fotosensitiven Element 4 um einen Fototransistor. Dieser Fototransistor ist unterhalb der LED in unmittelbarer Nähe zum lichtdurchlässigen Gehäuse 2 angeordnet. Das fotosensitive Element ist dadurch in Abstrahlrichtung des Strahlers hinter dem durchlässigen Gehäuse des Strahlers angeordnet. Auch in diesem Fall wird bei Berührung des Gehäuses 2 der LED der Strahlengang 3 der LED an der Grenzfläche von Gehäuse 2 und Finger 5 vermehrt reflektiert, siehe 2b, und trifft, da das Gehäuse 2 als Lichtleiter wirkt, im erhöhten Maße auf den Fototransistor. Dessen Ausgangssignal wird wiederum zum Schaltgerät zur Weiterverarbeitung weitergeleitet.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich dann, wenn das fotosensitive Element 4 und/oder der Strahler 1 als SMD-Bauelemente ausgeführt sind.
Zum Schutz und zum Zwecke von gestalterischen Maßnahmen kann das Gehäuse 2 des Strahlers 1 mit einer lichtdurchlässigen Abdeckung versehen werden.

Claims

Optoelektronische Sensoranordnung für einen Berührungs- oder Näherungsschalter mit einem Strahler (1), der in einem lichtdurchlässigen Gehäuse angeordnet ist und einen gerichteten Strahlengang (3) aufweist, mit einem fotosensitiven Element (4) als Empfänger, der außerhalb des Strahlenganges (3) des Strahlers (1) angeordnet ist, und mit einer im Strahlengang (3) angeordneten lichtdurchlässigen Fläche, die bei Berührung dieser lichtdurchlässigen Fläche oder bei Annäherung an diese lichtdurchlässige Fläche eine Reflexion des Strahlenganges (3) auf das fotosensitive Element (4) bewirkt, wobei – die lichtdurchlässige Fläche durch das lichtdurchlässige Gehäuse (2) gebildet wird, – das fotosensitive Element (4) unterhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses (2) des Strahlers (1) in unmittelbarer Nähe zum lichtdurchlässigen Gehäuse (2) angeordnet ist, und – das lichtdurchlässige Gehäuse als Lichtleiter wirkt.
Optoelektronische Sensoranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Strahler (1) im sichtbaren Bereich arbeitet.
Optoelektronische Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Gehäuse (2) des Strahlers (1) zum Schutz und für gestalterische Maßnahmen mit einer lichtdurchlässigen Abdeckung versehen ist.
Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem Strahler (1) um eine LED handelt.
Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem fotosensitiven Element (4) um eine Fotodiode oder einen Fototransistor handelt.