-
Die Erfindung betrifft eine optische
Schalteinrichtung mit einer flächigen,
für elektromagnetische Strahlung
in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich
durchlässigen
Abdeckung, welche an der dem Bediener zugewandten Oberseite eine
Schaltfläche bildet
und eine dem Bediener abgewandte Unterseite aufweist. An der Unterseite
sind mindestens eine in Richtung auf die Oberseite gerichteten Strahlungsquelle
für elektromagnetische
Strahlung und mindestens ein in Richtung auf die Oberseite gerichteter,
für elektromagnetische
Strahlung empfindlicher Sensor angeordnet. Mit der Strahlungsquelle
und dem Sensor ist eine Schaltungsanordnung verschaltet, welche
ein Schaltsignal bei Annäherung
eines Fingers des Bedieners oder dergleichen elektromagnetische Strahlung
reflektierenden Körpers
an die Schaltfläche
erzeugt, wenn zumindest ein vorgegebener Anteil der von der Strahlungsquelle
emittierten elektromagnetischen Strahlung von dem Sensor erfasst wird.
-
-
Derartige optische Sensor- oder Berührungsschalter
werden im allgemeinen eingesetzt, um Schaltvorgänge durch eine durchgängige Fläche aus Glas
oder Kunststoff hindurch auslösen
zu können. Dazu
werden die optischen Sensorschalter hinter der Fläche, die
beispielsweise die Bedienblende für ein elektrisches oder elektrisch
ansteuerbares Gerät, eine
Glaskeramik-Kochfläche
oder eine sonstige Eingabeeinheit darstellt, angeordnet. Durch Annähern oder
Berühren
der Fläche
im Bereich des optischen Sensor- oder Berührungsschalters wird dann der Schaltvorgang
ausgelöst,
wobei die eigentliche Schaltfunktion von elektronischen Schaltern
oder Relais ausgeführt
wird.
-
Bei nach Stand der Technik gängigen optischen
Sensor- oder Berührungsschaltern
befinden sich eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung
und ein benachbart angeordneter strahlungsempfindlicher Sensor auf
der dem Benutzer abgewandten Unterseite der Abdeckung. Auf der dem Bediener
zugewandten Seite ist eine gegebenenfalls optisch markierte Schaltfläche gebildet.
Wird ein als Schwellwert vorbestimmter Anteil der emittierten elektromagnetischen
Strahlung durch einen in den Strahlengang an der Schaltfläche gebrachten
Körper, beispielsweise
einen Finger des Bedieners zurück auf
den strahlungsempfindlichen Sensor reflektiert, wird die Annäherung detektiert
und durch die elektronische Schaltungsanordnung in ein Schaltsignal
umgewandelt.
-
Bei optischen Sensor- oder Berührungsschaltern
nach Stand der Technik wird üblicherweise elektromagnetische
Strahlung bei einer Wellenlänge von λ = 900 bis
1000 nm eingesetzt, da zum einen diese Strahlung für das menschliche
Auge nicht wahrnehmbar und zum anderen die Materialien, wie beispielsweise
Glas oder Kunststoff, die zum Aufbau der Abdeckung bzw. Fläche verwendet
werden, für diese
Strahlung eine ausreichende Transparenz aufweisen.
-
Es können jedoch auch Strahlungsquellen, welche
im ultravioletten, im sichtbaren oder im längerwelligen infraroten Wellenlängenbereich
arbeiten, eingesetzt werden. Die Abdeckung bzw. Fläche muss
dabei für
die eingesetzte elektromagnetische Strahlung transparent oder zumindest
teiltransparent sein.
-
Aus designerischen Gründen sind
oftmals die Bedienflächen
insbesondere von elektronischen Geräten als metallische Flächen ausgebildet.
Derartige Metalle sind im allgemeinen für elektromagnetische Strahlung
nicht durchlässig,
d.h. diese wird durch das Metall abgeschirmt. Daher können die nach
Stand der Technik bekannten optischen Sensor- oder Berührungsschalter
nicht durch geschlossene metallische Flächen hindurch betätigt werden. Dies
gilt auch für
metallisierte Flächen
aus Glas oder transparentem Kunststoff, welche ebenfalls auf elektromagnetische
Strahlung abschirmend wirken.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
eine optische Schalteinrichtung anzugeben, bei welchem die flächige Abdeckung
eine metallische Anmutung besitzt und dennoch die Funktion der optischen
Schalteinrichtung nicht behindert wird.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch
die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
-
Demgemäss weist die Abdeckung zumindest bereichsweise
einen elektromagnetische Strahlung bzw. Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich
reflektierenden und elektromagnetische Strahlung im nicht sichtbaren
Wellenlängenbereich
zumindest teilweise durchlässigen
Film auf. Ein derartiger Film erscheint dem Bediener aufgrund seiner
Reflektionseigenschaften wie eine metallische Fläche, wobei jedoch die elektromagnetische
Strahlung im Wellenlängenbereich
der Strahlungsquelle nicht oder nicht wesentlich abgeschirmt wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist
der Film aus einem mehrlagigen, nicht metallenen Polymer-Film gebildet.
Ein derartiger Film ist metallfrei und damit elektrisch nicht leitend.
Er lässt
sich mit anderen Materialien leicht verbinden, ist flexibel und weist
eine nahezu vollständige
Lichtreflektion im sichtbaren Bereich auf.
-
Der Film kann dabei insbesondere
für elektromagnetische
Strahlung zumindest im Wellenlängenbereich
der Strahlungsquelle durchlässig
sein und elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich
reflektieren.
-
Bevorzugt ist der Film für elektromagnetische
Strahlung zumindest im Wellenlängenbereich von λ = 775 bis
1020 nm, vorzugsweise von λ =
900 bis 1000 nm transparent. In diesem Wellenlängenbereich ist elektromagnetische
Strahlung für
das menschliche Auge nicht wahrnehmbar und die handelsüblichen
Strahlungsquellen bzw. Sender kostengünstig erhältlich.
-
Die Abdeckung kann direkt aus dem
Licht reflektierendem Film gebildet sein. Durch Annähern bzw.
Berühren
des Films im Bereich der Schaltfläche wird der Schaltvorgang
ausgelöst.
-
Eine besonders robuste Berührungsschalteinrichtung,
bei welcher insbesondere die unterhalb der Abdeckung angeordnete
Elektronik vor mechanischer Einwirkung und Nässe wirkungsvoll geschützt ist,
wird dadurch gebildet, dass die Abdeckung aus einer transparenten
Platte gebildet ist, die an der dem Bediener zugewandten Oberseite
die Schaltfläche und
an der dem Bediener abgewandten Unterseite den Licht reflektierenden
Film aufweist. Somit wird der Licht reflektierende Film durch die
transparente Platte vor mechanischen Einwirkungen geschützt und
gleichzeitig die elektromagnetische Strahlung nahezu ungeschwächt hindurchgelassen.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann
die Abdeckung aus einer transparenten Platte gebildet sein, die
an der dem Bediener zugewandten Oberseite den Licht reflektierenden
Film und die Schaltfläche
aufweist.
-
Um eine sichere Verbindung zwischen
dem Licht reflektierendem Film und der transparenten Platte sicherzustellen,
kann der Film an der Platte mittels Laminierung, Hitzeversiegelung,
Klebung oder dergleichen festen und flächigen Verbindung angebracht
sein. Darüber
hinaus kann durch derartige Maßnahmen
der Film wirkungsvoll vor Umwelteinflüssen wie Hitze oder Feuchtigkeit
geschützt
werden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung
kann die transparente Platte aus Glas, Kunststoff oder dergleichen
für elektromagnetische
Strahlung transparentem Material bestehen. Durch die Transparenz
der Platte im sichtbaren Wellenlängenbereich
wird sichergestellt, dass der Blick des Bedieners auf den Licht
reflektierenden Film trifft und somit eine metallische Anmutung
erzeugt wird.
-
Unterschiedliche designerische Effekte
werden dadurch erreicht, dass der Licht reflektierende Film eine
glatte, spiegelnde oder alternativ eine strukturierte, Licht diffus
reflektierende Oberfläche
aufweist. Somit lässt
sich beispielsweise das optische Erscheinungsbild ähnlich einer
gebürsteten
Edelstahl-Oberfläche
erzeugen.
-
Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung kann
der Licht reflektierende Film eine zumindest geringe Transmission
für sichtbares
Licht aufweisen. Dies ermöglicht
das zumindest teilweise Hinterleuchten des Films mit einer Lichtquelle.
-
So kann an der dem Bediener abgewandten Unterseite
der Abdeckung oder des Licht reflektierten Films eine oder mehrere
Leuchtanzeigen angeordnet sein. Diese emittieren Licht im sichtbaren
Wellenlängenbereich.
-
Diese Leuchtanzeigen können durch
Lampen, Leuchtdioden, selbstleuchtende graphische Anzeigen, 7-Segment-Anzeigen,
hinterleuchtete Flüssigkristallanzeigen,
hinterleuchtete Symbole oder dergleichen den Licht reflektierenden
Film durchstrahlende optische Anzeigen gebildet sein. Mit Hilfe derartiger
Anzeigen kann beispielsweise der Schaltzustand der optischen Schalteinrichtung,
deren Position oder aber auch weitere Informationen dargestellt werden.
-
Auf besonders einfache Weise kann
die Lage der Schaltfläche
mittels zumindest einer Symbolik oder dergleichen Markierung auf
der Abdeckung und/oder auf dem Licht reflektierendem Film gekennzeichnet
sein. Dies erleichtert dem Bediener das Auffinden der gewünschten
optischen Schalteinrichtung.
-
Gemäß einer erfinderischen Weiterbildung kann
der Licht reflektierende Film flexibel und die flächige Abdeckung
zumindest bereichsweise gebogen, abgewinkelt oder dergleichen von
der ebenen Form abweichenden Formgebung ausgebildet sein. Dieses
ermöglicht
noch zusätzliche
designerische Möglichkeiten.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand
bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 in
schematischer Ansicht und im Schnitt eine Anordnung aus zwei nebeneinander
angeordneten optischen Schalteinrichtungen gemäß einer ersten Ausführungsform,
bei welchen der Licht reflektierende Film an der dem Bediener abgewandten
Seite einer transparenten Platte angebracht ist;
-
2 in
schematischer Ansicht und im Schnitt eine Anordnung aus zwei nebeneinander
angeordneten optischen Schalteinrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform,
bei welchen die Abdeckung aus dem Licht reflektierenden Film gebildet ist;
und
-
3 in
schematischer Ansicht und im Schnitt eine Anordnung aus zwei nebeneinander
angeordneten optischen Schalteinrichtungen gemäß noch einer weiteren Ausführungsform,
bei welchen der Licht reflektierende Film an der dem Bediener zugewandten
Seite einer transparenten Platte angebracht ist und zusätzliche
Leuchtanzeigen integriert sind.
-
1 zeigt
in schematischer Ansicht und im Schnitt eine Anordnung aus zwei
nebeneinander angeordneten optischen Schalteinrichtungen gemäß einer
ersten Ausführungsform.
An einer flächigen, durchgehenden
Abdeckung 10 ist an der Oberseite 12 der linken
optischen Schalteinrichtung eine erste Bedienfläche 14a und an der
rechten optischen Schalteinrichtung eine Bedienfläche 14b angeordnet. Die
Bedienflächen 14a und 14b sind
an einer für elektromagnetische
Strahlung im infraroten und sichtbaren Wellenlängenbereich transparente Platte 30 aus
Glas oder Kunststoff angeordnet. An der dem Bediener abgewandten
Unterseite der Platte 30 ist ein mehrlagiger Polymer-Film 24 mittels
Laminierung angebracht.
-
Der mehrlagige Polymer-Film kann
beispielsweise eine durch die Firma 3M unter der Bezeichnung „Radiant
Mirror Film" angebotene
Folie sein. Ein derartiger Film bzw. eine derartige Folie besteht
aus mehreren metallfreien Polymerschichten.
-
Der Film kann bedruckt und geformt
werden und besitzt eine Dicke von 0,06 mm–0,07 mm. Er ist thermisch
stabil und besitzt nur einen geringen Schrumpf. Mehr als 95% des
sichtbaren Lichtes im Wellenbereich von λ = 400 bis 700 nm werden bei glatter
Ausführung
der Folie in einem Einfallswinkel von 0 Grad bis 90 Grad spiegelreflektiert.
Für elektromagnetische
Strahlung im Wellenlängenbereich
von ca. λ > 950 nm ist die Folie
transparent.
-
Der Aufbau und die Funktion eines
derartigen polymeren Films ist beispielsweise in der
EP 0 962 807 A2 beschrieben.
Dabei wird durch einen Schichtaufbau doppelbrechender organischer
Materialien eine besonders hohe Lichtreflektion erreicht, was dem
Film ein metallisch spiegelndes Aussehen verleiht.
-
Unterhalb des Polymer-Films 24 sind
an der Unterseite 16 der Abdeckung 10 jeder Schaltfläche 14a bzw. 14b jeweils
eine elektromagnetische Strahlung emittierende Strahlungsquelle 18a bzw. 20a und ein
benachbart angeordneter für
elektromagnetische Strahlung empfindlicher Sensor 18b bzw. 20b angeordnet.
Die Strahlungsquellen 18a bzw. 20a und die Sensoren 18b bzw. 20b liegen
flächig
an dem Polymer-Film 24 an oder sind nur gering davon beabstandet.
-
Die Strahlungsquellen 18a bzw. 20a sind derart
eingerichtet, dass sie elektromagnetische Strahlung im Infraroten
Wellenlängenbereich
von λ > 900 nm im wesentlichen
senkrecht zur Oberseite 12 und in Richtung auf den Bediener
emittieren. Wenn sich beispielsweise ein Finger des Bedieners an
eine der beiden Bedienflächen 14a bzw. 14b annähert, wird
zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung vom Finger
reflektiert. Wenn der reflektierte Anteil der elektromagnetischen
Strahlung auf den zugeordneten Sensor 18b bzw. 20b trifft
und der Anteil einen vorbestimmten Intensitäts- und/oder Wellenlängen-Schellwert übersteigt,
wird in einer (nicht gezeigten) Schaltungsanordnung auf der Elektronikplatine 22 ein
entsprechendes Schaltsignal ausgelöst. Der Schwellwert kann beispielsweise
bei der Kalibrierung des jeweiligen Sensors festgelegt werden.
-
Damit der Bediener die Schaltfläche 14a der linken
Berührungsschalteinrichtung
auf der Platte 30 sicher findet, sind auf der Platte 30 Markierungen 34a und 34b angebracht.
Beispielsweise kann die Platte 30 hierzu in geeigneter
Weise, beispielsweise mit einem Kreissymbol bedruckt sein.
-
Alternativ ist die Schaltfläche 14b der
rechten Berührungsschalteinrichtung
durch Markierungen 34c und 34d gekennzeichnet,
welche direkt an dem Polymer-Film 24, d. h. unterhalb der
transparenten Platte 30 angebracht sind. Durch diese Anordnung
der Markierungen 34c und 34d unterhalb der Platte 30 wird
die Oberfläche
derselben nicht gestört.
-
2 in
schematischer Ansicht und im Schnitt eine Anordnung aus zwei nebeneinander
angeordneten optischen Schalteinrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Demgemäss
wird die Abdeckung 10 direkt durch den Polymer-Film 24 gebildet.
An der linken optischen Schalteinrichtung ist eine Schaltfläche 14a,
welche durch Markierungen 34a und 34b auf dem
Polymer-Film 24 gekennzeichnet ist, auf der Oberseite 12 der
Abdeckung 10 angeordnet. An der rechten optischen Schalteinrichtung ist
eine Schaltfläche 14b,
welche durch die Markierungen 34c und 34d auf
dem Polymer-Film 24 gekennzeichnet ist, auf der Oberseite 12 der
Abdeckung 10 angeordnet. Auf der Unterseite 16 der
Abdeckung 10 bzw. des Polymer-Films 24 sind den Schaltflächen 14a bzw. 14b die
Strahlungsquellen 18a bzw. 20a und die Sensoren 18b bzw. 20b auf
der Elektronikleiterplatte 22 angeordnet, welche noch weitere,
bereits anhand der 1 näher erläuterte (nicht
gezeigte) elektronische Schaltungsanordnungen aufweist.
-
3 zeigt
in schematischer Ansicht und im Schnitt eine Anordnung aus zwei
nebeneinander angeordneten optischen Schalteinrichtungen gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform.
-
Die 3 zeigt
im wesentlichen die gleichen Komponenten wie bereits die 1. Diejenigen Komponenten,
welche mit denselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Komponenten
der 1 versehen sind,
bezeichnen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Somit sollen
anhand der 3 nur die
Unterschiede gegenüber
der in 1 gezeigten und
beschriebenen Ausführungsform
behandelt werden.
-
Demgemäss ist der Polymer-Film 24 auf
der Oberseite 12 der transparenten Platte 30 aufgebracht.
Somit befinden sich die Schaltflächen 14a bzw. 14b direkt
auf der Oberseite des Polymer-Films 24. Der Polymer-Film 24 weist
eine Resttransmission von ca. 5% für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich
auf. So sind am Randbereich der Schaltfläche 14a der linken
Berührungsschalteinrichtung
zu deren optischer Begrenzung auf der Elektronikleiterplatte 22 Leuchtdioden 32a und 32b angeordnet,
welche die transparente Platte 30 und den Polymer-Film 24 (geschwächt) durchstrahlen.
-
Die Schaltfläche 14b der rechten
Berührungsschalteinrichtung
ist zwar durch auf dem Polymer-Film 24 aufgedruckten Markierungen 34c und 34d gekennzeichnet,
doch ist zusätzlich
in der Mitte zwischen der Strahlungsquelle 20a und dem
Sensor 20b eine Leuchtdiode 32c angeordnet, welche
durch die transparente Platte 30 und den Polymer-Film 24 hindurch
(abgeschwächt)
hindurchstrahlen kann. Die Leuchtdiode 32c kann beispielsweise
der Kennzeichnung des Schaltzustands der rechten Berührungsschalteinrichtung
dienen. So kann die Leuchtdiode 32c für den Bediener im ausgeschalteten
Zustand nicht sichtbar und im eingeschalteten Zustand sichtbar sein.
-
Mögliche
Anzeigen sind Leuchtdioden, selbstleuchtende graphische Anzeigen,
7-Segment-Anzeigen,
hinterleuchtete Anzeigen wie hinterleuchtete Flüssigkristallanzeigen, hinterleuchtete Symbole
und dergleichen optische Anzeigeeinrichtungen. Diese können beispielsweise
als Statusanzeige für
den Betriebszustand des elektrischen Gerätes, welches mit der Berührungsschalteinrichtung
bedient wird, dienen. Weiterhin kann die Schaltfläche, deren
Position sowie der jeweilige Schaltzustand beispielsweise durch
Farbwechsel angezeigt werden. Auch sind Hinterleuchtungen zu reinen
Designzwecken, beispielsweise leuchtende Schriftzüge, denkbar.
-
Bei allen vorstehen beschriebenen
Ausführungsformen
kann der Polymer-Film 24 auf unterschiedliche Weise, beispielsweise
durch Laminierung oder Klebeverbindung mit der Platte 30 verbunden
werden. Zusätzlich
kann der Polymer-Film 24 hitzeversiegelt ausgebildet sein.
-
Um unterschiedliche metallische Anmutungen
zu erzeugen, kann der Polymer-Film 24 glatt sein,
um eine glatt spiegelnde Fläche
darzustellen. Alternativ kann jedoch der Polymer-Film 24 strukturiert
sein, um ein anderes optisches Erscheinungsbild, beispielsweise ähnlich einer
gebürsteten
Edelstahloberfläche
mittels diffuser Reflektion zu erreichen.
-
Gemäss noch einer weiteren nicht
gezeigten Ausführungsform
ist der Polymer-Film
flexibel ausgebildet, so dass auch mit Hilfe beispielsweise gebogener
Platten gebogene Bedienblenden ausgebildet werden können.