DE202010015279U1 - Berührungslose Mehrfachbedienvorrichtung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung für berührungslose Bedienfunktionen mit Unterscheidungsmöglichkeit unterschiedlicher geometrischer Raumbewegung mit Rückmeldevorrichtung zur jeweiligen Bedienfunktion für den Bediener dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auf dem Funktionsprinzip der Reflexion mehrerer gesteuerter Infrarotquellen beruht, über genau einen lichtempfindliches Detektor (D) mit der Hauptempfindlichkeit in Richtung Bedienbereich, über mindestens 4 über die mit einem Steuerungsprogramm (PS) programmierte Steuerschaltung (S) einzeln schaltbare Infrarotquellen (Q), einzeln schaltbare Lichtquellen (L) für den sichtbaren Bereich, eine mit der Steuerschaltung (S) mit Taktgeber verbundene und mit einem Auswerteprogramm (PA) programmierte Auswerteschaltung (A), einem elektrischen Anschluss (E) und einem Gehäuse (G) mit Blende (B) verfügt, dergestalt, das die Infrarotquellen sequenziell einzeln für einige Mikro- bis zu wenigen Millisekunden von der Steuerschaltung aktiviert, das zugehörige reflektierte Infrarotsignal vom Detektor in ein elektrisches Signal umgewandelt und von der Auswerteschaltung ausgewertet wird wobei durch Verwendung von mindestens 4 Infrarotquellen, wovon keine 3 auf einer gemeinsamen Linie liegen, eine Selbstüberprüfung vom Ergebnis der vom...

Description

• Die Mehrzahl der bekannten Bedienvorrichtungen erfordern eine Betätigung mit der Hand des Bedieners oder auch eines vom Bediener geführten Gegenstandes. Der bei der Bedienung stattfindende mechanische Kontakt mit der Bedienvorrichtung kann diese jedoch z. B. mit Krankheitserregern kontaminieren und mechanisch abnutzen. Zur Vermeidung dieser in bestimmten Anwendungsfällen unerwünschten oder nicht zulässigen Berührungen wurden Bedienvorrichtungen geschaffen, die bereits die Annäherung einer Person oder eines Gegenstandes auf einen bestimmten Abstand an die Bedienvorrichtung als Betätigung interpretieren. Die Funktionalität derartiger Vorrichtungen beruht zumeist auf der Auswertung der elektromagnetischen Umgebung und kann in Vorrichtungen die das Umgebungsspektrum unterhalb des Infrarotbereiches zum einen sowie Vorrichtungen die das Umgebungsspektrum im Infrarot- und sichtbaren Bereich zum anderen auswerten, unterschieden werden. Der Nachteil von Bedienvorrichtungen, die im Spektrum unterhalb vom optischen Bereich arbeiten, ist eine mögliche unbeabsichtigte Beeinflussung durch andere elektromagnetische Quellen und, wenn das Bedienelement selbst aktiv elektromagnetischen Wellen unterhalb vom optischen Bereich aussendet, die mögliche unbeabsichtigte Beeinflussung von anderen Geräten und Vorrichtungen. So wurden in der Vergangenheit Vorrichtungen geschaffen, die auf optischen Verfahren beruhen und eine Bewegungserkennung ermöglichen. Bekannt sind Geräte und Vorrichtungen mit Passiv-Infrarotsensoren, die Veränderungen vom in der Umgebung vorhandenen Infrarotfeld, hervorgerufen z. B. durch Bewegung einer Person in dieser Umgebung, von der Bewegungsrichtung sowie der Geschwindigkeit unabhängig als auch abhängig erkennen können. Der Nachteil dieser Geräte und Vorrichtungen ist jedoch, dass diese nicht mehr als zwei unterscheidbare Meldesignale als Ergebnis der Umgebungsauswertung liefern. Für die Aufgabe als Bedienvorrichtung für mehr als zwei zu unterscheidende Bedienfunktionen verfügen diese zudem über keine oder unzureichende unmittelbare Rückmeldeeinrichtungen, die dem Bediener die entsprechend erkannte jeweilige Bedienfunktion als z. B. für die jeweilige Bedienfunktion spezifisch gestaltetes optisches oder akustisches Signal signalisieren.
• Weiterhin bekannt sind Geräte und Vorrichtungen, die auf der Auswertung eines Kamerasignals beruhen. Durch die dabei notwendige Verwendung eines Kamerasensors ist jedoch eine erhöhte Rechenleistung der Auswerteschaltung erforderlich, womit eine damit verbundenen Mindest-Stromaufnahme der Bedienvorrichtung verbunden ist und ein 24-Stundenbetrieb einer Vielzahl derartiger Kamerabasierter Sensoren wirtschaftlich und ökologisch ungünstig ist.
• Weiterhin bekannt sind Geräte und Vorrichtungen, die auf der Intensitätsbestimmung der von einem oder mehreren linienförmig angeordneten Leuchtmitteln ausgestrahlten und an einem Bedienelement, z. B. einer Bedienerhand, reflektierten Infrarot- oder sichtbaren Licht durch einen oder mehrere linienförmig angeordneten lichtempfindliche Elementen beruhen, womit jedoch keine zuverlässige Unterscheidung von linearen und kreisförmigen Bewegungen in allen drei Raumrichtungen in Bezug auf die Bedienvorrichtung möglich ist.
• Es wird von Vorrichtungen berichtet, die auf drei, nicht auf einer Achse angeordneten Leuchtmitteln zusammen mit einem lichtempfindlichen Element, die theoretisch kreisförmige von linearen Bewegungen in allen drei Raumrichtungen voneinander unterscheiden können, jedoch eine vorherige Kalibrierung unter Kenntnis des Abstandes vom Bedienelement bezüglich der Bedienvorrichtung erfordern. Die, zwar pulsförmig, aber dennoch permanent erforderliche Energieversorgung der Leuchtmittel ist für einen 24-Stundenbetrieb aus den bereits oben genannten Gründen zudem kritisch zu betrachten.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, dass die Unterscheidung von kreisförmigen und linearen Bedienbewegungen ohne eine zuvor auf der Kenntnis des Abstandes vom Bedienelement bezüglich der Bedienvorrichtung beruhende notwendige Kalibrierung in zuverlässiger Weise erfolgt. Weiterhin ist die Verwendung einer Kamera nicht erforderlich, woraus eine geringere Komplexität und damit höhere Zuverlässigkeit sowie eine geringere Stromaufnahme resultiert.
• Die Aufgabe wird durch die berührungslose Mehrfachbedienvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit der im Unteranspruch 3 genannten Kombination mit einem optional eingebauten PIR-Sensor wird zudem die durchschnittliche Gesamtstromaufnahme gesenkt, da die Auswerteschaltung für den passive Infrarotsensor bekanntermaßen eine geringere Stromaufnahme als die permanente, wenngleich auch nur gepulste, Aktivierung der Infrarotquellen (Q) aufweist und somit der 24-Stundenbetrieb aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht optimiert wird.
• Das Funktionsprinzip nutzt die Reflexion der von mindestens 4 über die mit einem Steuerungsprogramm (PS) programmierte Steuerschaltung (S) einzeln geschaltete Infrarotquellen (Q) ausgehenden Infrarotstrahlung, die von genau einem lichtempfindliches Detektor (D) mit der Hauptempfindlichkeit in Richtung Bedienbereich erfasst und mit einem Auswerteprogramm (PA) programmierte Auswerteschaltung (A) einen elektrischen Anschluss (E) steuert.
• Die Infrarotquellen werden dazu sequenziell einzeln für einige Mikro- bis zu wenigen Millisekunden von der, einen Taktgeber enthaltenden, Steuerschaltung aktiviert und das zugehörige Infrarotsignal vom Detektor in ein elektrisches Signal umgewandelt. Nach Aktivierung der letzten Infrarotquelle wiederholt sich der Aktivierungszyklus der einzelnen Infrarotquellen. Durch vorbestimmte Wahl der Aktivierungszeiten sowie der dazwischenliegenden Pausenzeiten, in denen keine Infrarotquelle aktiviert ist, kann je nach Anforderung die Bedienzuverlässigkeit aufgrund einer hohen Abtastrate maximiert bzw. die mittlere Gesamtstromaufnahme der Bedienvorrichtung in vorteilhafter Weise reduziert werden.
• Die räumliche Verteilung der Lichtstärke der Infrarotquellen (Q) ist bekanntermaßen von deren Bauart abhängig. Durch Vergleich der den einzelnen Infrarotquellen (Q) zuzuordnenden Signalstärken kann die Position vom Reflektor im Raum mit dem Auswerteprogramm bestimmt werden. Durch Verwendung von mindestens 4 Infrarotquellen, wovon keine 3 auf einer gemeinsamen Linie liegen, liegt damit erstmals ein redundantes Element vor und die Zuverlässigkeit der Bewegungsunterscheidung gegenüber einer Lösung mit nur 3 Infrarotquellen ist erhöht. Es wird zudem eine Selbstüberprüfung vom Ergebnis der vom Auswerteprogramm errechneten Raumposition vom Reflektor ermöglicht. Es ist keine vorherige Kalibrierung unter Kenntnis des Abstandes vom Bedienelement bezüglich der Bedienvorrichtung erforderlich. Die automatische Selbstkalibrierung erfolgt in vorteilhafter Weise derart, dass bei nahezu fehlender Veränderung der Signalstärke vom Infrarotdetektor über einen Zeitraum von wenigstens etwa 15 Sekunden von einer nicht vorliegenden Bedienabsicht ausgegangen wird und die Offsetwerte der einzelnen Infrarotquellen bestimmt werden können, wodurch wiederum Toleranzen der Lichtintensitäten der Infrarotquellen, der Steuerschaltung als auch der jeweiligen Montagetoleranzen ausgeglichen werden und damit die Zuverlässigkeit der Bedienvorrichtung erhöht wird. Die Zuordnung der durch den Taktgeber bestimmbaren zeitlichen Abfolge der Raumposition vom Reflektor durch das Auswerteprogramm zu im Auswerteprogramm vordefinierten Bewegungsformen wird im Ergebnis der elektrische Anschluss (E) in vorbestimmter Weise gesteuert sowie die schaltbaren Lichtquellen (L) der jeweiligen Bewegungsform entsprechend in vorbestimmten Lichteffekten als Rückmeldefunktion für den Bediener aktiviert werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung für berührungslose Bedienfunktionen mit Unterscheidungsmöglichkeit unterschiedlicher geometrischer Raumbewegung mit Rückmeldevorrichtung zur jeweiligen Bedienfunktion für den Bediener dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auf dem Funktionsprinzip der Reflexion mehrerer gesteuerter Infrarotquellen beruht, über genau einen lichtempfindliches Detektor (D) mit der Hauptempfindlichkeit in Richtung Bedienbereich, über mindestens 4 über die mit einem Steuerungsprogramm (PS) programmierte Steuerschaltung (S) einzeln schaltbare Infrarotquellen (Q), einzeln schaltbare Lichtquellen (L) für den sichtbaren Bereich, eine mit der Steuerschaltung (S) mit Taktgeber verbundene und mit einem Auswerteprogramm (PA) programmierte Auswerteschaltung (A), einem elektrischen Anschluss (E) und einem Gehäuse (G) mit Blende (B) verfügt, dergestalt, das die Infrarotquellen sequenziell einzeln für einige Mikro- bis zu wenigen Millisekunden von der Steuerschaltung aktiviert, das zugehörige reflektierte Infrarotsignal vom Detektor in ein elektrisches Signal umgewandelt und von der Auswerteschaltung ausgewertet wird wobei durch Verwendung von mindestens 4 Infrarotquellen, wovon keine 3 auf einer gemeinsamen Linie liegen, eine Selbstüberprüfung vom Ergebnis der vom Auswerteprogramm errechneten Raumposition vom Reflektor möglich ist, keine vorherige Kalibrierung unter Kenntnis des Abstandes vom Bedienelement bezüglich der Bedienvorrichtung erforderlich ist, die automatische Selbstkalibrierung in vorteilhafter Weise derart erfolgt, dass bei nahezu fehlender Veränderung der Signalstärke vom Infrarotdetektor über einen Zeitraum von wenigstens etwa 15 Sekunden von einer nicht vorliegenden Bedienabsicht ausgegangen wird und die Offsetwerte der einzelnen Infrarotquellen bestimmt werden können, wodurch wiederum Toleranzen der Lichtintensitäten der Infrarotquellen als auch der jeweiligen Montagetoleranzen ausgeglichen werden und damit die Zuverlässigkeit der vorliegenden Bedienvorrichtung erhöht wird mit dem Ergebnis, dass die Zuordnung der durch den Taktgeber bestimmbaren zeitlichen Abfolge der Raumposition vom Reflektor durch das Auswerteprogramm zu im Auswerteprogramm vordefinierten Bewegungsformen den elektrische Anschluss (E) in vorbestimmter Weise steuert und die schaltbaren Lichtquellen (L) der jeweiligen Bewegungsform entsprechend mit vorbestimmten Lichteffekten als Rückmeldefunktion für den Bediener aktiviert werden.
2. Vorrichtung nach obenstehendem Anspruch, derart gekennzeichnet, dass die von der Auswerteschaltung (A) erkannte Bedienung dem Bediener als Rückmeldung zusätzlich über einen inner- oder außerhalb vom Gehäuse (G) angebrachten akustischen Signalgeber erfolgt (auf beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt).
3. Vorrichtung nach einem der obenstehenden Ansprüche, derart gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung die Infrarotquellen (Q) nur aktiviert, wenn ein passiver Infrarotsensor (PIR, in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt) mit Hauptempfindlichkeitsachse in Richtung des Bedienbereiches ein Signal zur Anwesenheit einer Wärmequelle geliefert hat und der Mindestwert dieses Signals von der Auswerteschaltung dynamisch in vorteilhafter Weise derart geregelt wird, dass die Empfindlichkeit möglichst hoch ist, dennoch jedoch keine dauerhafte Aktivierung der Steuerschaltung erfolgt und durch Auswertung der vom Infrarotdetektor zugeordneten Signalstärken entsprechend dem Hauptanspruch erkannt wird, ob eine Bedienfunktion zur Aktivierung geführt hat und ansonsten die Empfindlichkeit der Auswertung vom passiven Infrarotsensor entsprechend verringert wird.
4. Vorrichtung nach einem der obenstehenden Ansprüche, derart gekennzeichnet, dass die schaltbaren Lichtquellen (L) teilweise oder vollständig Segmente einer Zahl oder Buchstabendarstellung sind.
5. Vorrichtung nach einem der obenstehenden Ansprüche, derart gekennzeichnet, dass für den elektrischen Anschluss (E) in Abhängigkeit von der jeweils ermittelten Bedienfunktion eine rechentechnisch auswertbare Nachricht mit einem vorbestimmten Format generiert wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, derart gekennzeichnet, dass der elektrische Anschluss (E) in Abhängigkeit von der jeweils ermittelten Bedienfunktion eine Schalt- oder bekanntermaßen für die Helligkeits- oder Farbsteuerung von Leuchtmitteln verwendete Pulsweitenmodulation durchführt.
7. Vorrichtung nach einem der obenstehenden Ansprüche, derart gekennzeichnet, dass das Gehäuse (G) derart gestaltet und mit der zur Bedienrichtung hin durch die Blende (B) derart in vorteilhafter Weise abgeschlossen ist, dass die Vorrichtung insbesondere in der Gebäudeinstallation Verwendung findet.

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