DE29502329U1 - Elektronische Steuereinrichtung zur berührungslosen Steuerung einer Anlage, insbesondere Sanitäranlage - Google Patents

Description

Elektronische Steuereinrichtung zur berührungslosen Steuerung einer Anlage, insbesondere Sanitäranlage

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinrichtung zur berührungslosen Steuerung einer Anlage, beispielsweise einer sanitären Anlage, insbesondere eines Urinais, mit wenigstens einem Sender zur Abgabe gerichteter Lichtsignale, und einer Empfangsvorrichtung, die an einen Tastobjekt reflektierte Signale aufnimmt und einer auf die Anlage einwirkenden Schaltung zuführt.

Elektronische Steuereinrichtungen dieser Art sind insbesondere bei sanitären Anlagen bekannt. Sie kommen auf diesem Gebiet Zusehens mehr zur Anwendung, einerseits im öffentlichen Bereich aus hygienischen Gründen, andererseits generell zur Reduktion des Wasserverbrauchs.

Bekannt sind auch solche Steuereinrichtungen zur berührungslosen Betätigung von Waschanlagen. Diese basieren auf einer Infrarot-Sensorik. Diese weisen einen mit konstanter, impulsförmiger Strahlungsleistung arbeitenden Infrarotsender auf, der so eingestellt wird, dass das Waschbecken von einem mit einstellbarer Empfindlichkeit arbeitenden Infrarotempfänger nicht erfasst wird, wohl aber ein im Zwischenbereich befindlicher Gegenstand, z.B. eine Hand. So ist beispielsweise durch die CH-A-646 7 66 eine berührungslose Steuereinrichtung bekannt geworden, die einen Infrarot-Lichttaster aufweist, der in einem Wasserauslauf eingebaut ist. Bei der Einführung einer Hand in die Erfassungszone des Lichttasters spricht dieser an. Die Erfassungszone ist der Ueberschneidungsbereich zwischen einer Sende- und einer Empfangskeule. Die Sendeleistung des Infrarotstrahlers ist dabei konstant. Zur Ausblendung eines vorhandenen Hintergrundes wird die Reichweite des Systems entsprechend begrenzt.

Weiter ist durch die CH-A-651 143 eine berührungslose elektrische Steuereinrichtung bekannt geworden, bei der zwei im Abstand zueinander angeordnete Signalgeber vorgesehen sind, die abwechselnd aktiviert werden. In der Umgebung der Si-

gnalgeber sind zudem zwei Empfänger angeordnet, die so geschaltet sind, dass nur dann ein in der Wasserführung angeordnetes Ventil geöffnet wird, wenn Reflexionen der Signale beider Signalgeber empfangen werden. Da sowohl zwei Sender als auch zwei Empfänger notwendig sind, ist diese Steuereinrichtung vergleichsweise aufwendig und der Energieverbrauch vergleichsweise hoch.

Schliesslich ist zur Steuerung der Spülung eines Urinais eine Steuereinrichtung bekannt, die eine Radarsonde aufweist. Diese Sonde ist richtungserkennend und spricht auf eine Hinbewegung als auch auf eine nachfolgende Wegbewegung an. Auch diese Einrichtung ist vergleichsweise aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der genannten Art zu schaffen, die einen einfacheren elektrischen und mechanischen Aufbau aufweist und die dennoch funktionssicher und zudem kostengünstiger herstellbar ist. Die Steuereinrichtung soll sich besonderes zur Steuerung von Sanitäranlagen und insbesondere eines Urinais eignen.

Die Aufgabe ist bei einer gattungsgemässen Steuereinrichtung dadurch gelöst, dass der Sender und die Empfangsvorrichtung eine optische Triangulationsanordnung bilden, wobei zur Ausblendung eines Hintergrundes Reflexionen aus diesem Hintergrund und aus einem vorbestimmten Erfassungsbereich empfangen werden. Bei der erfindungsgemässen Steuereinrichtung werden somit auch Reflexionen berücksich-

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tigt, die ausserhalb des vorbestimmten Erfassungsbereichs ihren Ursprung haben. Dadurch ist es möglich, den Erfassungsbereich exakt zu definieren. Der elektrische und mechanische Aufbau der erfindungsgeraässen Steuereinrichtung ist sehr einfach, da lediglich ein Sender und ein Empfänger erforderlich ist. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise hinter einer Abdeckplatte in einer Wandnische untergebracht werden.

Ein hiermit vorgeschlagenes Verfahren zur berührungslosen
Steuerung einer (Sanitär-)Anlageist dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtung gleichzeitig reflektierte Signale aus einem vorbestimmten Erfassungsbereich und Signale aus einem einen Hintergrund bildenden Bereich empfängt und dass zur Ausblendung des Hintergrundes die Differenz beider Signale gebildet wird. Es werden somit die Signale von wenigstens zwei Empfängern subtrahiert, so dass auch bei einem vergleichsweise dunklen Tastobjekt ein gut definierter Schaltpunkt gewährleistet ist. Eine besonders kostengünstig und einfache Realisierung der erfindungsgemässen Steuereinrichtung ergibt sich dann, wenn die Empfangsvorrichtung eine Differentialdiode aufweist und ein diffus reflektierter Anteil eines Lichtflecks auf dem Tastobjekt mittels einer Linse auf diese Differentialdiode abgebildet wird.

Störungen durch Reflexionen an einem Spiegel werden dann wirksam vermieden, wenn gemäss einer Weiterbildung der Erfindung im Abstand zur Empfangsvorrichtung ein Referenzempfänger angeordnet ist, und zur Verhinderung einer Schaltung aufgrund einer Spiegelung nur dann geschaltet wird, wenn

der Empfänger und die Referenzerapfänger jeweils ein Signal empfangen. Bei einer zu erfassenden diffusen Reflexion empfangen immer der Empfänger und der Referenzempfänger ein Signal, bei einer auszuschliessenden spiegelnden Reflexion jedoch nur der Empfänger oder der Referenzempfänger.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zur Vordergrundausblendung eine Diode vorgesehen, die Reflexionen im Nahbereich des Senders empfängt.

Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung eignet sich insbesondere zur Steuerung eines Urinais. Denkbar sind jedoch auch Anwendungen auf anderen Gebieten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Steuereinrichtung an einem Urinal,

Fig. 2 eine Darstellung der Intensität der Signale an einem ersten Empfänger und der Signale an einem zweiten Empfänger in Abhängigkeit des Abstandes der Reflexion vom Sender,

Fig. 3 schematisch eine Variante der erfindungsgemässen Steuereinrichtung,

Fig. 4 eine Darstellung gemäss Fig. 2, jedoch angepasst an die Ausführung gemäss Fig. 3,

Fig. 5 schematisch eine weitere Variante der erfindungsgemässen Steuereinrichtung, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Hintergrundausblendung sowie der Vordergrundausblendung bei einer erfindungsgemässen Steuereinrichtung.

Die Fig. 1 zeigt ein Urinal 14, das an einer Gebäudewand 15 befestigt ist. Zur Spülung des Urinais 14 ist dieses an einer Wasserleitung 13 angeschlossen. Mit einem in der Leitung 13 eingebauten Spülventil 12 wird die Spülung aufgrund eines Steuersignals einer Steuereinrichtung 34 geöffnet bzw. geschlossen. Die Steuereinrichtung 34 ist beispielsweise hinter einer Abdeckung 7 in einer Nische 35 der Gebäudewand 15 untergebracht. Eine elektrische Leitung 36 verbindet eine Steuereinheit 11 der Steuereinrichtung 34 mit dem Spülventil 12.

Die Steuereinrichtung 34 weist eine Sendelinse 10 auf, die in einer Oeffnung 38 der Abdeckung 7 befestigt ist. Hinter dieser Sendelinse 10 ist ein Sender 6 angeordnet, der über eine Leitung 39 mit der Steuereinheit 11 verbunden ist. Der Sender 6 ist vorzugsweise eine Lichtdiode, die Infrarot-Lichtimpulse erzeugt. Vorzugsweise wird die minimale Erfassungsleistung des Senders 6 gemessen und den Relexionseigenschaften des Hintergrundes nachgeführt, wie dies in der

schweizerischen Patentanmeldung Nr. 01955/93-6 näher erläutert ist. Der Energieverbrauch ist hierbei sehr klein, so dass mittels einer hier nicht gezeigten Batterie die Einrichtung etwa zwei Jahre betrieben werden kann. Die Steuereinrichtung weist zudem eine Empfangslinse 8 auf, die im Abstand zur Sendelinse 10 in einer Oeffnung 40 der Abdekkung 7 befestigt ist. Hinter der Linse 8 ist, etwas nach unten versetzt, eine Empfangsvorrichtung 37 mit einem ersten Empfänger 1 und einem zweiten Empfänger 2 angeordnet. Die Empfänger 1 und 2 sind vorzugsweise übliche Empfangsdioden, die wie in Fig. 1 gezeigt in einer zur Abdeckung 7 parallelen Ebene nebeneinander in unterschiedlichen Abständen zum Sender 6 angeordnet sind.

Der Sender 6 sendet gerichtete, von der Wandung 15 weggehende Signale 20 aus. Befindet sich nun ein Benutzer in einem Erfassungsbereich 31, so erzeugen die Signale 20 auf diesem einen hier nicht näher dargestellten Lichtfleck, der diffus reflektiert wird. Die Empfangslinse 8 empfängt einen Anteil 23 dieser diffus reflektierten Strahlung und bildet diese auf den zweiten Empfänger 2 ab.

Befindet sich der Benutzer oder ein sonstiges Tastobjekt an einem vom Sender 6 weiter entfernten Schaltpunkt 17, so wird ein Lichtfleck am Benutzer ebenfalls diffus reflektiert. Der von der Empfangslinse 8 empfangene reflektierte Strahlungsanteil wird hier jedoch im wesentlichen zu gleichen Teilen dem ersten Empfänger 1 und dem zweiten Empfänger 2 zugeführt.

Befindet sich nun die Bedienungsperson an einem im Hintergrund 16 und somit noch weiter vom Sender 6 entfernten Punkt, so wird die von der Empfangslinse 8 abgebildete Strahlung hauptsächlich dem ersten Empfänger 1 zugeführt.

Die Fig. 2 zeigt bei der Anordnung gemäss Fig. 1 mit einer Kurve Sl die Intensität y der Signale am Empfänger 1 in Abhängigkeit vom Abstand &khgr; eines Tastobjektes vom Sender 6 und mit der Kurve S2 entsprechend die Intensität der Signale am Empfänger 2. Wie ersichtlich, sind die Signale am Empfänger 1 in einem Abstand, der grosser ist als der Abstand des Schaltpunktes 17 zum Sender 6, höher als die Intensität der Signale am Empfänger 2. Ist der Abstand des Tastobjektes zum Sender 6 kürzer als der Abstand des Schaltpunktes 17, so sind umgekehrt die Signale am Empfänger 2 grosser als am Empfänger 1. Durch ein Vergleich der Intensitäten der beiden Empfänger 1 und 2 kann somit ein Tastobjekt, das sich zwischen dem Schaltpunkt 17 und der Sendelinse 10 befindet von einem Tastobjekt im Hintergrund unterschieden werden. In der Fig. 1 sind diese beiden Bereiche mit den Bezugszeichen 31 und 32 angegeben. Der Schaltpunkt 17 ist dann auch bei relativ dunklen Tastobjekten gut erkennbar, wenn die Signale der Empfänger 1 und 2 subtrahiert werden. Die Empfangsvorrichtung 37 kann auch mehr als zwei Empfänger bzw. Dioden aufweisen, wenn eine Unterteilung in weitere Bereiche gewünscht ist.

Bei der Ausführung gemäss den Figuren 3 und 4 ist ein dritter Empfänger 3 vorgesehen, der ebenfalls hinter der Abdekkung 7 im Abstand zur Empfangsvorrichtung angeordnet ist. Dieser Empfänger 3, der ebenfalls eine Diode sein kann, empfängt hauptsächlich Signale, die sich in einem Vordergrund 19 befinden. Mittels dieses dritten Empfängers 3 ist es möglich, Tastobjekte im Blindbereich zu erkennen. Um bei sehr hellen Objekten einen definierten Blindbereich zu erhalten, werden die Signale der Empfänger 1 und 3 addiert.

Die Weiterbildung gemäss Fig. 5 weist eine weitere Empfangslinse 9 auf, die im Abstand zur Sendelinse 10 in einer Oeffnung 41 der Abdeckung 7 befestigt ist. Hinter dieser weiteren Empfangslinse 9 ist ein Referenzempfänger 5 angeordnet. Befindet sich nun im Hintergrund ein Spiegel 25, der im wesentlichen rechtwinklig zur optischen Achse des Senders 6 ausgerichtet ist, so werden Signale des Senders 6 durch den Spiegel 25 zur Empfangslinse 9 reflektiert. Diese reflektierten Signale werden durch die Linse 9 am Referenzempfänger 5 abgebildet, der entsprechende Signale der Steuereinheit 11 zuführt. Da nun die Reflexionen des Spiegels 25 nicht diffus sind, empfängt die Empfangsvorrichtung 37 durch die Reflexionen des Spiegels 25 keine Signale. Ist nun ein Spiegel 26 zur Empfangsvorrichtung 37 hin geneigt, so empfängt ausschliesslich die Empfangsvorrichtung 37 Signale, jedoch nicht der Referenzempfänger 5. Befindet sich anstelle der Spiegel 25 und 26 ein diffus reflektierendes Tastobjekt, wie beispielsweise eine Person, so empfangen die Empfangsvorrichtung 37 als auch der Referenzempfänger 5

gleichzeitig Signale. Die gleichzeitige Detektierung vom reflektierten Licht in beiden Empfängern 37 und 5 kann bei dieser Ausführung somit als Bedingung für die Erkennung eines gültigen Tastobjektes verwendet werden.

Die Fig. 6 zeigt eine Ausführung, bei der die Empfangsvorrichtung 37 nebeneinander einen ersten Empfänger 1, einen zweiten Empfänger 2 sowie einen dritten Empfänger 3 aufweist. Die Empfänger 2 und 3 sind parallel geschaltet, um eine grössere aktive Fläche zu erhalten. Die Empfänger 1 und 2, 3 sind hingegen gegeneinander geschaltet, um eine Hintergrundausblendung ab dem Abstand 29, beispielsweise ab 45 era zu ermöglichen. Befindet sich ein Tastobjekt im Abstand 29, so liegt der Bildpunkt auf den Empfängern 1, 2 und 3 so, dass auf den beiden gegeneinander geschalteten Empfängern gleichviel Licht auftrifft, die Differenz somit null ist. Befindet sich ein Tastobjekt in einem grösseren Abstand so ist die genannte Differenz immer negativ oder null. Befindet sich ein Tastobjekt in einem Abstand der kleiner ist als der Abstand 29, beispielsweise im Abstand 28, der beispielsweise 15 cm beträgt, so ist die genannte Differenz positiv und die Empfangsvorrichtung 37 aktiv. In diesem Fall wird somit durch die Steuereinheit 11 das Ventil 12 geöffnet. Befindet sich ein Tastobjekt in einem Abstand der kleiner ist als ein Abstand 27, beispielsweise 5 cm beträgt, so wird dieser durch den vierten Empfänger 4 ausgeblendet. Dieser Empfänger 4 ist zum Empfänger 1 parallel geschaltet. In diesem nahen Tastbereich ist somit die Differenz wiederum negativ und entsprechend die Empfangs-

vorrichtung 37 ausgeschaltet. Befindet sich ein Tastobjekt in diesem nahen Bereich, so bleibt beispielsweise das Spülventil 12 geschlossen. Die Wirkungsweise des Referenzempfängers 5 ist oben erläutert. Wie bereits erwähnt, ist die Anwendung der erfindungsgemässen Steuereinrichtung nicht auf die Steuerung eines Urinais oder einer sonstigen Sanitäreinrichtung beschränkt.

Claims (7)

Schutz-ransp rüche

1. Elektronische Steuereinrichtung zur berührungslosen Steuerung einer Anlage, beispielsweise einer sanitären Anlage, insbesondere eines Urinais, mit wenigstens einem Sender (6) zur Abgabe gerichteter Lichtsignale, und einer Empfangsvorrichtung (37), die an einem Tastobjekt (16,17,18) reflektierte Signale (21,22,23) aufnimmt und einer auf die Anlage (12-14) einwirkenden Schaltung (11) zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6) und die Empfangsvorrichtung (37) eine optische Triangulationsanordnung bilden, wobei zur Ausblendung eines Hintergrundes Reflexionen (21) aus diesem Hintergrund und aus einem vorbestimmten Erfassungsbereich empfangen werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtung (37) wenigstens einen ersten Empfänger (1) und einen zweiten Empfänger (2) aufweist, dass die beiden Empfänger (1,2) in unterschiedlichen Abständen zum Sender (6) angeordnet sind, derart, dass

ein Lichtfleck auf einem im Hintergrund (32) befindlichen Tastobjekt (16) im wesentlichen auf den ersten Empfänger (1) und ein Lichtfleck auf einem in einem Empfangsbereich (31) befindlichen Tastobjekt (18) im wesentlichen auf den zweiten Empfänger (2) abgebildet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtung (37) eine Differentialdiode aufweist und ein Lichtfleck auf einem Tastobjekt mittels einer Empfangslinse (8) auf diese Differentialdiode abgebildet wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand zur Empfangsvorrichtung (37) ein Referenzempfänger (5) angeordnet ist, und dass zur Verhinderung einer Schaltung aufgrund einer Spiegelreflexion nur dann geschaltet wird, wenn die Empfangsvorrichtung (37) und der Referenzempfänger (5) gleichzeitig ein Signal empfangen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Empfänger (4) zur Erkennung eines nahen Tastbereiches vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Senders (6) den Reflexionseigenschaften des Tastobjektes nachgeführt wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialdiode eine erste Diode (1), eine zweite Diode (2) und eine dritte Diode (3) aufweist, dass die zweite und die dritte Diode parallel geschaltet und die dritte Diode mit den beiden anderen Dioden gegengeschaltet ist.