DE60125538T2

DE60125538T2 - Sensorsystem für schlüssellosen zugang

Info

Publication number: DE60125538T2
Application number: DE60125538T
Authority: DE
Inventors: Antoine Neveux; Marek Gierczak; Pascal Schweizer; Michael James Fauldhouse SHELLEY
Original assignee: Honeywell Control Systems Ltd
Current assignee: Honeywell Control Systems Ltd
Priority date: 2000-07-01
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: KR20030038566A; JP2004502062A; WO2002002893A1; US7106172B2; KR100762822B1; DE60125538D1; EP1297231A1; GB0016089D0; CZ20024277A3; US20040031908A1; EP1297231B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem für schlüssellosen Zugang und sein dazugehöriges Sensorgerät für schlüssellosen Zugang, das im Besonderen, jedoch nicht ausschließlich dazu dient, einem autorisierten Benutzer den Zugang zu einem Fahrzeug, Gebäude oder dergleichen zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Verwendung eines Sensorsystems für schlüssellosen Zugang, um den Eintritt berechtigter Personen zu überwachen, und einen Schaltkreis zur Verarbeitung von Signalen in einem Sensorsystem für schlüssellosen Zugang.
Es gibt viele Gründe dafür, den Zugang zu Grundstücken, Fahrzeugen und persönlichem Eigentum zu überwachen, so dass er nur berechtigten Personen gewährt wird. Üblicherweise geschieht dies durch die Verwendung von Schlüsseln, die in ein Schloss passen, um dem Benutzer des Schlüssels zu ermöglichen, das Schloss zu öffnen und Zutritt zu erhalten. Ein Problem bei der bestehenden Schlüssel-und-Schloss-Lösung ist, dass der Verlust oder die Beschädigung des Schlüssels den Zugang unmöglich machen. Des Weiteren kann ein blockiertes oder beschädigtes Schlüsselloch ebenso den Zugang verhindern. Ein weiteres Problem ist, dass die Verwendung des Schlüssels von der autorisieren Person eine bestimmte Handlung erfordert, wie zum Beispiel das Entriegeln einer Verriegelung mit dem Schlüssel vor Durchführen einer Handlung, um die Tür zu öffnen. Häufig ist die Durchführung dieser bestimmten Handlung nicht einfach, nicht ergonomisch und zeitaufwendig.
Es wurden eine Reihe von Methoden vorgeschlagen, um diese Nachteile zu überwinden. Bei Sicherungsvorrichtungen für Autos ist es eine wohl bekannte Tatsache, dass ein schlüsselloser Anhänger verwendet werden kann, wobei durch Drücken eines Knopfes am Anhänger ein Infrarot-(IR) oder Hochfrequenz-(HF) Signal generiert wird, das von einem Sensor im Fahrzeug erkannt wird und die Tür aufschließt. Der Fahrer benötigt immer noch einen Schlüssel, um die Zündung zu starten. Der Anhänger umfasst ebenfalls einen Schließknopf der ein ähnliches IR- oder HF-Signal zum Zuschließen des Fahrzeugs generiert. Solche schlüssellosen Fahrzeugzugangssysteme sind seit einigen Jahren bekannt und funktionieren folgendermaßen: beim Generieren des IR- oder HF-Öffnungssignals durch den Anhänger wird dieses Signal verwendet, um einen Mechanismus zum Aufschließen der Fahrzeugtür zu aktivieren, so dass die Tür bereits aufgeschlossen ist, wenn der Benutzer am Türgriff zieht. Ähnliche Lösungen können für den Zugang zu Gebäuden eingesetzt werden.
Ein Problem bei dieser Lösung ist, dass der Benutzer immer noch eine bestimmte Handlung initiieren muss, wie zum Beispiel im Falle eines Anhängers, den Anhänger in die Hand zu nehmen und auf den Anhängerknopf zu drücken, oder im Falle einer Magnetkarte oder dergleichen, die Karte in einen Schlitz einzuschieben oder sie vor einen Kartenleser/-detektor oder dergleichen, zu halten, um die Tür zu aufzuschließen und Zugang zu dem Fahrzeug zu erhalten, wobei diese bestimmten Handlungen zeitraubend und unergonomisch sind.
Ein weiteres Problem bei dieser Lösung entsteht dann, wenn sich der Benutzer entscheidet, nicht in das Fahrzeug einzusteigen, jedoch vergisst, das "Schließ-"Signal zu betätigen, das Auto und/oder Gebäude geöffnet bleibt und dadurch ungeschützt ist. Des Weiteren wird bei bestehenden schlüssellosen Schließsystemen, insbesondere bei Fahrzeugen, ein herkömmlicher Schließmechanismus eingesetzt, der gegen Übergriffe von Dieben, die sich Zugang zu dem Auto verschaffen, anfällig ist. Bei Gebäuden werden herkömmliche Schlösser auf die gleiche Weise betätigt und sind ebenso anfällig gegen die gleichen Vorgehensweisen von Eindringlingen, die sich Zugang zu dem Gelände bzw. den Räumlichkeiten verschaffen wollen.
Gemäß EP-A-0926512 wird ein automatischer Türöffner offenbart, in dem ein Zähler bei Erkennen einer Modifikation von aufeinander folgenden Lichtimpulsen bis zwei (Impulse) zählt, bevor ein Öffnungssignal an eine automatische Tür ausgegeben wird.
Das Dokument DE 37 28 354 A offenbart das Zählen von M-Impulsen, um eine echte Unterbrechung eines Impulslichtstrahls zu bestimmen, um den Zugang zu einem bestimmten Gefahrenbereich zu gewähren, indem der Betrieb einer gefährlichen Maschine unterbrochen wird.
Es ist wünschenswert, ein System bereitzustellen, das mindestens eines der zuvor erwähnten Probleme vermeidet oder abschwächt.
Dies wird erreicht, indem ein Sensorsystem für schlüssellosen Zugang nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren nach Anspruch 26 bereitgestellt werden. Solch ein schlüsselloser Zugangsregelungsmechanismus (SZRM) regelt die Betätigung einer Schließvorrichtung, ohne dass dafür eine bestimmte Handlung des Benutzers erforderlich ist. Der SZRM empfängt ein Signal von dem Sensorgerät für schlüssellosen Zugang, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, bevor der Benutzer überhaupt eine Handlung an dem Griff zur Öffnung der Tür begonnen hat. Das erste Ausgangssignal wird an einen Hauptprozessor gesendet, der einen Erkennungsprozess einleitet. Nach Erkennen der autorisierten Person generiert der Hauptprozessor ein Öffnungssignal, welches die Schließvorrichtung entriegelt bevor der autorisierte Benutzer die Handlung zur Öffnung der Tür vollständig abgeschlossen hat. Folglich ist es dem autorisierten Benutzer möglich, die Tür zu öffnen, ohne dass er dafür eine bestimmte unergonomische und zeitaufwendige Handlung zusätzlich zu der einfachen Handlung des Betätigens des Türgriffs zur Öffnung der Tür durchführen muss. Das zweite Signal wird durch ein Gerät, wie zum Beispiel einen Anhänger, eine Karte oder dergleichen erzeugt, wobei das Signal als Reaktion auf die HF- oder IR-Abfrage des Hauptprozessors eine eindeutige digitale oder analoge Identifikation enthält, nachdem dieser das Ausgangssignal von dem Sensorgerät für schlüssellosen Zugang empfangen hat. Als Reaktion auf das Öffnungssignal wird die Schließvorrichtung für eine festgelegte Zeitspanne geöffnet, um dem Benutzer den Zugang zu einem Fahrzeug oder einem Gebäude oder dergleichen zu ermöglichen.
Das Sensorgerät für schlüssellosen Zugang erzeugt einen Primärstrahl elektromagnetischer Strahlung, speziell im Lichtwellenlängenbereich, und ist im Besonderen ein Impulsstrahl, wobei sich dieser Strahl in der Nähe eines Türgriffs befindet. Bei einem Fahrzeug befindet sich der Strahl zwischen dem Türblech und der Innenseite des Griffs. Alternativ befindet sich der Strahl zwischen zwei Endpunkten des Griffs und parallel zum Türblech, um alle Handlungen des Benutzers zur Öffnung der Tür zu erfassen und zu antizipieren. Sobald nach Vorbereiten des Systems ein Benutzer seine Hand einführt und den Strahl vollständig oder teilweise unterbricht oder zurückwirft, erkennt das System diese Modifikation der Strahlencharakteristika und erzeugt ein Ausgangssignal, das in Antizipation der Benutzerkennung verwendet wird, um ein Steuersignal zum Aufschließen oder Öffnen der Tür zu erzeugen, bevor eine Handlung am Türgriff stattgefunden hat. Das Sensorgerät für den schlüssellosen Zugang kann einen Reserveschalter enthalten, der ein Signal an den Hauptprozessor bereitstellt, für den Fall, dass die Modifikation der Charakteristika des Primärstrahls aufgrund des Vorhandenseins der Hand nicht durch das Sensorsystem erkannt wird, aus welchem Grund auch immer. Dieser Reserveschalter wird mittels einer mechanischen Handlung des Benutzers an dem Türgriff zur Öffnung der Tür aktiviert. Das von dem Reserveschalter ausgegebene Signal leitet daraufhin die Sequenz der Benutzerkennung ein und ermöglicht das Aufschließen der Tür mit einer Verzögerung aufgrund der fehlenden Antizipation bei der Erfassung der Handlung des Öffnens der Tür durch den Benutzer. Der Reserveschalter kann ein mechanischer Schalter oder ein optischer Schalter oder dergleichen sein. Das Sensorgerät für den schlüssellosen Zugang kann des Weiteren einen Verriegelungsschalter umfassen, dessen Zweck es ist, die Tür zu verschließen, sobald der Verriegelungsschalter durch den Benutzer beim Verlassen der Tür betätigt wird. Bei einem Fahrzeug kann der Verriegelungsschalter an dem Griff positioniert werden, um dem Benutzer eine einfache Betätigung zu ermöglichen.
In der bevorzugten Anordnung ist ein Einfallstrahl ein Infrarotstrahl, der durch ein Leuchtdiodengerät (LED) erzeugt und mittels einem optischen Erfassungselement erkannt wird. Nachdem der Benutzer seine Hand eingeführt hat und den Strahl vollständig oder teilweise unterbrochen oder reflektiert hat, erkennt ein Signalverarbeitungsschaltkreis wenn die Unterbrechung oder Modifizierung des optischen Impulsstrahls länger als eine festgelegte Zeitspanne dauert und erzeugt daraufhin ein Ausgangssignal an den Hauptprozessor.
In der bevorzugten Anordnung ist das Sensorgerät für schlüssellosen Zugang ein Sensor, der wenig Strom verbraucht und auf einer intelligenten Überwachung der internen elektrischen Funktion des Sensors basiert, um so den elektrischen Verbrauch des Sensors insgesamt zu minimieren.
In der bevorzugten Anordnung ist das Sensorgerät für schlüssellosen Zugang vor Umgebungslicht geschützt, indem die Stärke des Umgebungslichts gemessen wird, bevor ein Impuls des optischen Strahls erzeugt wird, so dass der Sensor vor Fremdlicht von außen geschützt ist.
Geeigneter Weise enthält das Multi-Sensorgerät eine optische adaptive Rückkopplungsanordnung, welche Falscherkennungen durch den Sensor verhindert, die durch eine langsame Veränderung der optischen Strahlencharakteristika verursacht werden können, beispielsweise aufgrund der Ansammlung von Staub oder der Beschädigung der Sensoraußenfläche, der Variation der elektro-optischen Charakteristika des Leuchtdiodengeräts oder der Veränderung des optischen Erfassungselements während der Lebensdauer des Sensors.
Bei dieser Anordnung ist kein traditionelles Türschloss erforderlich und folglich ist sie nicht im gleichen Maß anfällig gegen unbefugte Zugriffe, wie dies bei traditionellen Schlössern der Fall ist. Wird dieses System bei Fahrzeugen angewendet, so muss der Benutzer keine spezifische manuelle Handlung ausführen, um das Fahrzeug aufzuschließen, was zu einer Verbesserung der Ergonomie und der Zugangszeit zu dem Fahrzeug führt. Die Hauptanforderung ist ein Griff oder dergleichen, ein Strahl und ein Zugangsregelungsmechanismus, der einen Strahl aus elektromagnetischer Strahlung zwischen dem Griff und der Tür oder zwischen zwei Außenenden des Griffs parallel zum Türblech erzeugt, so dass der Strahl durch einen Benutzer vollständig oder teilweise unterbrochen oder zurückgeworfen werden kann, beispielsweise wenn der Benutzer seine Hand zwischen Griff und Tür einführt. Solch ein Strahl kann durch andere Mittel modifiziert werden, wie beispielsweise mit Hilfe einer Karte oder dergleichen, die durch einen Schlitz gezogen wird, um ein Steuersignal zur Steuerung des Schließmechanismus zu erzeugen.
Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung für den Einsatz an Fahrzeugen ist der geringe Stromverbrauch des Sensorschaltkreises, vor allem im Bereitschaftsmodus. Dieser geringe Stromverbrauch wird erreicht, indem ein Sensorgerät für schlüssellosen Zugang mit extrem niedrigen Verbrauch verwendet wird und sich der Hauptprozessor im-Bereitschaftsmodus befindet, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Wenn das Fahrzeug geparkt ist, wird das Gerät durch einen Benutzer, der die Strahlencharakteristika unterbricht bzw. modifiziert, "aufgeweckt" und nur dann wacht der Hauptprozessor aus seinem Bereitschaftsmodus auf und veranlasst die Erzeugung eines HF- oder IR-Strahls zur Verifizierung der Benutzerkennung. Folglich wird der HF-Strahl nur als Reaktion auf eine Zugangsanforderung erzeugt, wodurch der Energieverbrauch minimiert wird.
Ein weiterer besonderer Vorteil dieser Anordnung bei der Verwendung für Fahrzeuge ist, dass selbst unter extremen Umgebungsbedingungen aufgrund von greller Beleuchtung in Städten bei Nacht, hohen Temperaturen, Staub, der sich auf dem Fahrzeug befindet, oder dergleichen, eine einwandfreie Funktion gegeben ist. Die Funktionalität wird durch das optische adaptive Rückkopplungssystem und die Umgebungslichtschutzfunktion des Sensorgeräts bereitgestellt.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme der beigefügten Abbildungen deutlich. Es zeigen:
1 eine auseinander gezogene Darstellung einer Autotürgriffeinheit, welche ein Sensorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 eine Ansicht und teilweise Schnittansicht der Autotürgriffeinheit im zusammengebauten Zustand aus 1, in die das Sensorsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;
3 eine perspektivische Darstellung einer zusammengebauten Sensoreinheit, wie sie in den Zeichnungen in 1 und 2 gezeigt ist;
4 eine auseinander gezogene Darstellung der in 3 gezeigten Sensoreinheit;
5 ein Übersichtsblockschaltbild des in 1 bis 4 gezeigten Sensorgeräts;
6 einen Schaltplan des in 1 bis 4 gezeigten Sensorgeräts;
7a bis 7j Pulsdiagramme der Signale zur Steuerung des Betriebs des Schaltkreises aus 6 und Wellenformdiagramme, welche Signale an verschiedenen Stellen des Schaltkreises aus 6 zeigen;
8 eine Griffeinheit, die der in 2 gezeigten ähnlich ist, jedoch ein Sensorgerät gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, und
9a, 9b und 10 weitere Ausführungsformen mit Sensorgeräten gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zuerst wird auf 1 der Zeichnungen Bezug genommen, in der eine Autotürgriffeinheit gezeigt ist, die generell durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet ist. Die Baugruppe besteht aus einer Türbeschlagbaugruppe 12, einem Türgriff 14 und einem Zugangssensorgerät 16. Die Türbeschlagbaugruppe und das Sensorgerät 16 sind unter der Türhaut 18 angebracht. In dieser Ausführungsform definiert die Türhaut 18 eine Öffnung 20, die eine Linsenschutzeinheit 22 aufnimmt, durch die ein von dem Sensorgerät 16 erzeugter Infrarot-(IR) Strahl hindurchgeht, um von einem Spiegel 23 an das Sensorgerät 16 zurückgeworfen zu werden, wie nachfolgend im Detail erläutert wird.
Unter Bezugnahme auf 2 der Zeichnungen wird eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Türgriffbaugruppe 10 dargestellt. Wie in dieser Abbildung zu erkennen ist, verfügt das Sensorgerät 16 über eine Leuchtdiode (LED) 24, die einen einfallenden IR-Strahl 26 abgibt, der durch den im Inneren 28 des Türgriffs 14 angebrachten Spiegel 23 reflektiert wird, wobei der reflektierte Strahl 30 von einem Fototransistor 32 erfasst wird. Wie erläutert werden wird, wird der IR-Strahl von einer 1-KHz-Impulsfrequenz bereitgestellt, um den Energieverbrauch zu minimieren. Solange die Impulse ausgegeben und von dem Schaltkreis erfasst werden, wird ein Signal von dem Schaltkreisausgang bereitgestellt, welches die Tür in einer geschlossenen Stellung hält. Wie des Weiteren beschrieben wird, wird bei einer teilweisen oder vollständigen Unterbrechung oder Modifizierung des IR-Strahls der erfasste Strahlenpegel mit früheren Impulswerten verglichen. Wird ein reduzierter Signalpegel für eine festgelegte Anzahl von Impulsen erkannt, was etwa 3 Millisekunden dauert, bei dieser Ausführungsform drei Impulse, so interpretiert der Sensor dies als Versuch eines autorisierten Benutzers, die Tür zu öffnen und stellt ein Ausgangssignal bereit, das an einen Hauptprozessor eines Steuermoduls gesendet wird, der ein HF-Signal zur Abfrage der digitalen Kennung eines Benutzers auf einer Karte erzeugt. Wird eine zufrieden stellende Antwort erhalten, d.h. die Kopf-ID des Benutzers entspricht einer gespeicherten digitalen Idee, erzeugt der Prozessor ein Steuersignal, um den Schließmechanismus zu entriegeln und ein Öffnen der Tür zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 der Zeichnungen wird das Sensorgerät 16 gezeigt. Wie am besten in 4 zu sehen ist, besteht das Gerät 16 aus 4 Hauptkomponenten: einem optischen Gehäuse 34; einer elektromagnetischen Abschirmung 36; einer Leiterplattenbaugruppe 38 sowie einem optischen Gehäusedeckel 40. Der optische Gehäusedeckel 34 verfügt über eine Anschlussschnittstelle 42, die eine Verbindung mit den Steuerleitern des Fahrzeugs herstellt. Die Leiterplattenbaugruppe umfasst einen Mikroschalter 44, der über eine flexible Membran 46 betätigt werden kann, die in dem optische Gehäusedeckel angebracht ist und dazu dient, den Beginn der Griffbewegung zu erfassen, d. h. innerhalb einer Bewegung von 3 mm. Der Mikroschalter 48 ist eine Absicherung zu dem optischen Erfassungssystem, um einem Benutzer bei Ausfall des optischen Sensors das Aufschließen oder Zuschließen der Tür zu ermöglichen, wobei das Signal vom Reserveschalter das Signal vom Sensor ersetzt und der Hauptprozessor dieses Signal auf die gleiche Weise verarbeitet, um das Aufschließen der Tür zu ermöglichen. Eine Doppellinse 48 ist in der Aussparung 50 in dem optischen Gehäuse untergebracht, das zur Abdeckung der LED und des Fototransistors dient, wie in 2 gezeigt ist.
5 zeigt ein Blockschaltbild des in dem Sensorgerät 16 verwendeten Schaltkreises. Ein Steuermodul 52 ist mit dem Schaltkreis verbunden und an die Stromversorgungsquelle 54 angeschlossen, die die Hauptschaltkreiselemente, d.h. die Impulsgeneratorschaltung 56, die Signalverarbeitungsschaltung 58 zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Fototransistors 32, die Ausgangsschaltung 60 zur Bereitstellung eines Ausgangssignal an das Steuermodul 52 sowie den Mikroschalter 46 mit Energie versorgt.
Der Impulsgenerator 56 erzeugt Impulse mit einer Frequenz von 1 KHz und das Frequenzsignal wird an die LED 24 und die Signalverarbeitungsschaltung 58 gesendet, um die Erfassung der Signale durch den Fototransistor 32 zu synchronisieren. Solange beide Impulsmengen empfangen werden, wird ein Zähler in der Verarbeitungsschaltung 58 kontinuierlich auf Null zurückgesetzt und die Ausgangsschaltung 60 erzeugt kein Ausgangssignal. Wird der Lichtstrahl unterbrochen, so dass eine festgelegte Anzahl von Lichtimpulsen, in diesem Fall drei, nicht durch den Fototransistor empfangen werden, erkennt dies die Signalverarbeitungsschaltung 58 und betätigt die Ausgangsschaltung 60, um ein Ausgangssignal an das Steuermodul 52 abzusetzen. Das Steuermodul 52 wiederum veranlasst die Erzeugung eines HF-Signals und wird eine passende Antwort empfangen, die die Kennung eines Benutzers bestätigt, sendet das Steuermodul 52 ein Signal, um die Tür zu aufzuschließen. Diese Antwortzeit beträgt etwa 3,0 bis 3,5 Millisekunden (MS) und wenn der Benutzer dann am Türgriff 14 zieht ist die Tür bereits aufgeschlossen.
Nachfolgend wird auf 6 und 7 der Zeichnungen Bezug genommen. 6 ist ein Schaltplan der Schaltung, die zur Erzeugung des gepulsten IR-Signals verwendet wird, um das von dem Spiegel 23 reflektierte Signal zu erfassen und um ebenso eine Unterbrechung des reflektierten Signals zu erfassen. In 7a bis 7j sind die verschiedenen Signale in Zusammenhang mit dem im 5 gezeigten Schaltkreis dargestellt.
Der Schaltkreis in 6 ist für eine Minimierung des Energieverbrauchs ausgelegt und folglich ist der Versorgungsstrom in der Stromversorgungsquelle durch einen 27 kω Widerstand R29, der mit der Versorgungsquelle, die gewöhnlich zwischen 9 V und 16 V beträgt, in Reihe geschaltet ist. Bei einer Betriebsspannung von +5 V ist der Versorgungsstrom gleich dem Quotienten aus Versorgungsspannung abzüglich 5 V geteilt durch den Wert des Widerstands R29. Beispielsweise beträgt der Versorgungsstrom für eine 9 V Energieversorgung 150 μA und für eine 24 V Energieversorgung 700 μA. Dies ist so, damit der 4,7 μF Kondensator C9 schnell genug geladen werden kann, um die LED im Impulsbetrieb mit Strömen bis zu 100 mA betreiben zu können, wie nachfolgend beschrieben.
Die Einstellung der verfügbaren Versorgungsspannung für den Transistor Q9 erfolgt durch die Lawinendiode D1. Unmittelbar nachdem die Messung stattgefunden hat, ist C9 teilweise entladen und die Spannung in C9 ist zu niedrig, um die Betriebsspannung von 5 V zu halten (mehrere Dutzend mV unter der eingestellten Spannung). Der konstante Versorgungsstrom lädt den Kondensator C9 wieder auf, dessen Spannung bis auf den Wert der Sollspannung ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leitfähigkeit des Transistors Q9 ausreichend um das bistabile Kippglied, das durch die beiden NOR-Glieder 70, 72 in IC3A, IC3B gebildet wird, zu betätigen und der nächste Messungsprozess wird durch das Synchronisierungssignal S1, das auf Null Volt sinkt, ausgelöst, wie in 7a gezeigt ist. Der Kondensator C7 filtert hohe Frequenzschwankungen in der Energieversorgung, die ansonsten zu der Erzeugung von Falschsignalen führen könnten.
Die Einstellung des Spannungspegels erfolgt in erster Linie durch die Lawinendiode D1, die sich wie eine Zener-Diode verhält und für den Betrieb mit schwachem Strom ausgelegt ist. Der Betriebsstrom wird durch den Widerstand R30 eingestellt und beträgt etwa 20μA. Dieser Stromwert ist eine Funktion der Schwankung in der Basis-Emitter-Spannung von Q9 und der Temperatur, wobei der Wert bei hohen Temperaturen leicht abnimmt, bei niedrigen Temperaturen leicht zunimmt und je 15°C um 1 μA variiert. Bei dieser Betriebsspannung ist die Lawinendiode bei einer Spannung von etwa 4,4 V stabil. Die Betriebsspannung (+5V) ist identisch mit der Spannung der Lawinendiode (4,4V) erhöht durch V_be (~0.6V) von dem Widerstand Q9.
Das System ist durch einen Nebenschlussregler, der durch die Lawinendiode DI und den Basis-Emitter-Übergang von Transistor Q9 gebildet wird, vor Überspannungen geschützt. Das System ist auf die Einspeisung einer Spannung unter 6,5 V beschränkt, selbst wenn die Eingangsspannung mehr als 100 V beträgt. Der Nebenschlussregler ermöglicht einen Versorgungsstrom von 3,5 mA aufgrund der kontinuierlichen Eingangsversorgung von 100V. Jedoch ist der Widerstand R29 auf eine Verlustleistung von 0,1 W beschränkt, was einer permanenten Überspannung von 57 V entspricht.
Für die Polaritätsumkehrung begrenzt der Widerstand R29 den Strom, ohne die Dioden in den CMOS- und HCMOS-Substraten zu beschädigen.
Die Wirkungsweise des Schaltkreises wird erläutert, indem beschrieben wird, wie die Komponenten des Schaltkreises eingestellt sind, um verschiedene Spannungen und Zeitgebersignale zu erzeugen. Im Anschluss daran wird die Generierung und Erfassung der Impulse beschrieben.
Der Transistor Q9 löst einen Messvorgang aus. Die Kollektorspannung entspricht immer etwa der Hälfte der Versorgungsspannung. Diese Spannung steigt, sobald die verfügbare Energie in C9 ausreichend ist, um die Messung durchzuführen. Wenn die Spannung den Schwellwert des NOR-Glieds 72 erreicht, ändert der Ausgang seinen Status und das bistabile Kippglied, das durch die beiden NOA-Glieder 70, 72 gebildet wird, speichert die Reihenfolge der Messungen von Beginn an (S1 – 7a). Ist der Messvorgang abgeschlossen, setzt der Ausgang von Q9 das bistabile Kippglied zurück. Die Kombination R28–C11 am Eingang des Glieds 70 und des Glieds 74 dient der Bereitstellung eines Resets für den Fall, dass das System in einem "blockierten" Verbrauchsmodus startet, bei dem von keinem Oszillator ein Taktsignal bereitgestellt wird.
Aufgrund der R29–C9 Zeitkonstante erfolgt der Aufbau des 5V-Pegels relativ langsam. Das bistabile Kippglied, das durch die NOR-Glieder 70, 72 in IC3a und IC3b gebildet wird, beginnt bei einer niedrigen Spannung von 1 V bis 1,5 V zu arbeiten, eher als viele andere Komponenten im Schaltkreis. Das bistabile Kippglied kann sowohl bei einem hohen als auch einem niedrigen S1-Ausgangssignal seine Funktion aufnehmen. Beginnt das bistabile Kippglied zu arbeiten, wenn S1 niedrig ist, d.h. 0V, bedeutet dies, dass der elektronische Schaltkreis mit 1 V bis 1,5 V betrieben wird, bevor der Pegel von 5 V erreicht wird. Dies führt zu einem relativ hohen Stromverbrauch von mehreren mA. Da der Widerstand R29 den Eingangstrom auf weniger als 0,3 mA begrenzt, kann die interne Spannung die 5 V nicht erreichen, das bistabile Kippglied IC3a/IC3b kann nicht zurückgesetzt werden und der Schaltkreis bleibt inaktiv in einem hohen Stromverbrauchsmodus. Diese Situation wird durch die Kombination von R29–C11 verhindert, welche wirksam als "CPU-Überwachungseinheit" agiert, indem das bistabile Kippglied IC3a/IC3b nach 500 μs zurückgesetzt wird, wenn das Kippglied in dem Status verbleibt bei dem sich das S1-Ausgangssignal in einem 0V-Status befindet. Dies stoppt die Stromversorgung der Elektronik und nimmt die Elektronik aus dem inaktiven hohen Stromverbrauchsmodus. Die interne Stromversorgung kann daher die erforderlichen +5 V erreichen, um den Schaltkreis unter normal Betriebsbedingungen zu betreiben. Unter normalen Betriebsbedingungen bleibt das S1-Ausgangssignal für 45 μs niedrig und die Rücksetzzeit von 500 μs hat keine störenden Auswirkungen auf die normale Funktionalität der Elektronik.
Das Synchronisierungssignal S1 wird aus dem Ausgangssignal von Glied 72 gewonnen. Das Ausgangssignal von Glied 70 (IC3a) wird einem Abtast- und Haltekreis 73 (IC20) zugeführt. Hier wird erkannt, dass das an Stift C anliegende Ausgangssignal, wie in 7b gezeigt ist, die Umkehrung des Synchronisierungssignals S1 ist. Das Ausgangssignal des Abtast- und Haltekreises 72 wird an den Stift 89 des Schaltkreises 90 weitergeleitet, um die analogen Schaltkreise nur während der Zeitspanne von 40 μs des +5 V Impulses mit Energie zu versorgen. Das bedeutet, dass die gesamte Signalverarbeitung, wie in 7c–7j gezeigt ist, innerhalb dieser Zeitspanne von 40 μs stattfindet, so dass der elektrische Stromverbrauch minimiert wird.
Die NOR-Glieder 74, 76 bilden einen Oszillator (siehe Signal CLK in 7c) mit einer Oszillationszeit von 5μs, die durch die Kombination R33–C8 bestimmt wird. Der Kondensator C8 verfügt über ein wärmebeständiges Dielektrikum zur Vermeidung von Frequenzschwankungen während des Betriebs. Der Oszillator liefert das Taktsignal an den IC1 Zähler, der die folgenden Impulse bereitstellt:

(a) an Stift D3 einen Impuls, der die Stärke des Umgebungslichts abtastet;
(b) an Stift D4 einen Impuls, der das Leuchten der LED anzeigt, sowie einen Impuls, der den Signalpegel (Umgebungslicht- und LED-Signal) anzeigt;
(c) an Stift D7 und Stift D8 Impulse für Signale, die durch den generell durch die Bezugsnummer 76 gekennzeichneten Operationsverstärker IC4 verstärkt wurden;
(d) an Stift D9 das Löschen des Impulses aus dem Speicher (Zähler IC5) nach Beginn der Messung.

Diese logischen Signale sind als Signale a, b, d und e zusammen mit den entsprechenden Impulsbreiten t_a, t_b, t_d und t_e gemäß 7c der Zeichnungen dargestellt.
Nachfolgend wird die LED-Emitterstufe beschrieben, die im Allgemeinen durch die Bezugsnummer 80 gekennzeichnet ist.
Ein Lichtimpuls wird durch die LED 24 ausgestrahlt, die zwischen der Versorgungsquelle und dem Kollektor von Transistor Q5 angeschlossen ist. Der Strom, der durch die LED fließt, wird durch den Abfall der Spannung innerhalb der parallel geschalteten Widerstände R22, R23 gemessen und ist in 7e als Signal S3 gezeigt. Dies steuert die durch Q4 abgegebene Energie auf die folgende Weise: Steigt der Taktimpuls am Ausgang "D4" des Zählers IC1 zum Zeitpunkt t_b an, so steigt der Strom am Transistorsockel Q5 auf etwa 4 mA im Widerstand R20 an. Der Transistor Q5 bewirkt, dass sich die in Wellenform S3 gezeigte LED auflädt bis der Strom innerhalb der LED ausreicht, um zu bewirken, dass der Transistor Q4 leitet, da er einen Teil der Stromversorgung von Q5 erhält. Die Kombination Q4–Q5 schafft einen Rückkopplungsmechanismus und die Kombination ist selbststabilisierend für einen LED-Strom zwischen 0– 100 mA, wobei der Wert von dem in Wellenform S6 in 7i gezeigten Steuersignal abhängt, das an den Transistor Q4 gespeist wird. Der 470pF-Kondensator C4 verzögert das Leiten des Transistors Q5 bis zum Schalten des Haupttaktgebers, um zu vermeiden, dass eine Stromspitze generiert wird, bevor der Transistor Q4 freigegeben wird. Die Versorgungskombination R24, C5 verhindert, dass der LED-Strom einen Störimpuls in der Versorgungsspannung verursacht, der die Wirkungsweise der Fotodetektorsstufe beeinflusst. Die LED-Versorgungsstufe arbeitet nur bei "hohem Strom"; der Strom am Sockel Q5 beträgt etwa 4 mA und der Strom am Sockel Q4, welcher der Strom ist, der die Energieversorgung zur LED steuert, steigt auf 0,1 mA an, bei Verwendung des Systems in voller Sicht. Volle Sicht ist die maximale Stärke des Umgebungslichts. Daher wird der Steuerstrom nur bereitgestellt, wenn die LED leuchtet.
Die Fotodetektions- und Vorverstärkungsstufe, die generell durch die Bezugsnummer 82 gekennzeichnet ist, wird durch den Fototransistor 32 bereitgestellt, der in einem an den Emitter des Transistors Q2 gekoppelten Zustand gezeigt ist, und der die Auswirkungen hoher Frequenzsignale auf die Kapazität des Basisemitters von Q1 reduziert. Die Kollektorspannung von Q2 ist ebenfalls an den Kollektor des Fototransistors Q3 gekoppelt, um eine niedrige Impedanz am Stufenausgang bereitzustellen, was durch das in 7d dargestellte vorverstärkte optische Signal S2 gezeigt ist. Die Widerstände R2 und R3 bilden einen Spannungsteiler für den Transistor Q1 und die Spannung wird über den 100 kw Widerstand R4 an den Fototransistor Q1 geliefert. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Vorverstärkers auf –300 mV pro Fotostrom Mikroampere am Sockel des Fototransistors Q1 eingestellt. Damit stellt die Vorverstärkerstufe 82 bei Empfang eines Lichtimpulses einen negativen Spannungsimpuls bereit. Diese Stufe verbraucht 600 μA und hat eine Anstiegszeit von etwa 2 μs. Er wird während des gesamten Zyklus des Haupttaktgebers, der etwa 40μs (7e) für eine Frequenz von 1KHz dauert, bereitgestellt.
Der Betriebspunkt der Stufe 82 ohne Fotostrom ist etwa 3 mal Vbe von Q1, d.h. 1,8 V am Ausgang, wodurch der Kollektorstrom von Q1 und Q2 auf etwa 100μA festgelegt wird. Die Teilerbrücke R5R6 legt die Basisspannung von Q2 auf 1 V fest. Es liegt keine Trennung vor, die dem Vorverstärker eine sehr kurze Verfügbarkeitszeit gibt. Das Ausgangssignal von S2 steht nach 5 bis 10 μs zur Verfügung.
Das Ausgangssignal der Vorverstärkungsstufe wird den Abtast- und Haltekreisen 86, 88 über den Widerstand R7 zugeführt und verhindert, dass die erste Stufe elektrischer Kapazität ausgesetzt ist, was zu Instabilitäten führen kann. Der erste Abtast- und Haltekreis 86 spricht während des Taktryklus t_a an, um die Stärke des Umgebungslichts vor der Beleuchtung der LED abzutasten. Der zweite Abtast- und Haltekreis 88 spricht während der Beleuchtung der LED während der Zeit t_b an, um den Signalpegel abzutasten. Das letztere abgetastete Signal, das niedriger als das Umgebungssignal ist, wird dem Umkehreingang des Differentialverstärkers zugeführt, welcher generell mit der Bezugsnummer 98 gekennzeichnet ist, der durch drei Verstärker von IC4 (IC4A, IC4B, IC4D) gebildet wird. IC4 enthält vier Operationsverstärker, die durch die Bezugsnummern 92, 94, 96, 98 gekennzeichnet sind. Der Differentialverstärker hat einen Verstärkungsfakor von 10. Als Operationsverstärker 92, 94, 96, 98 wurde aufgrund der geringen Kosten, des geringeren Stromverbrauchs (etwa 600 μA) sowie der geringen Betriebsspannung von etwa 4 V die klassische Ausführung LM324 gewählt. Sein Verstärkungsfaktor und seine Anstiegsgeschwindigkeit sind ausreichend, um ein stabiles Ausgangssignal nach 30 μs bereitzustellen. Wie die Fotodetektionsstufe wird auch der Operationsverstärker bei jeder Messung nur für 40 μs versorgt. Das Verstärkerausgangssignal wird in 7g der Zeichnungen als das Signal S4 dargestellt.
Das Ausgangssignal vom Differentialverstärker, Signal S4, wird durch die Sperrdiode D2 geführt. Die Ausgangsspannung wird durch die Kapazität C3 gehalten. Sie ist die Spannung, welche dazu verwendet wird, die Emission der Lichtimpulse der LED 24 zu steuern. Die Spannung, die durch C3 gehalten wird, kann durch die Änderung der Zeitkonstante, die durch die Kombination R18, C3 eingestellt wird und durch den prozentualen Zeitanteil, an dem das Signal S4 anliegt, eingestellt werden. Die Entladezeitkonstante wird durch die Kombination R19–C3 sowie durch den Arbeitsryklus (t_b) des Schließen des Schalters IC2C definiert. Zeitkonstanten können wie folgt für den Betrieb bei tausend Messungen pro Sekunde berechnet werden: Anstiegszeitkonstante: R18 = 2,7K, C3 = 4,7pF und das Signal S4 etwa 20 μs, mit dem Ergebnis von etwa 0,88 Sekunden. Die Entladezeitkonstante-R19 = 1K, C3 = 4,7pF und die Schalteröffnungszeit beträgt etwa 5 μs, was zu einem Ergebnis von etwa 0,94 Sekunden führt. Das Signal S6 in 7i stellt die Spannung zur Steuerung der LED-Versorgung dar.
Der vierte Verstärker von IC4 96 vergleicht die Spannung entsprechend der Stärke des Umgebungslichts mit einem festen Schwellwert von 500 mV. Wird der Vorverstärker durch ein starkes Lichtsignal geblendet (zum Beispiel grelles Sonnenlicht), ist das Signal unter dem Schwellwert von 500 mV und die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 96 steigt auf Sättigungsniveau an, wie in Signal S5 in 7h gezeigt ist.
Im Einsatz wird Sättigung durch das Blenden des Fototransistors erkannt, d.h. wenn die LED leuchtet und das Signal S5 auf 3,8 V ansteigt, was der Sättigungsspannung des Verstärkers IC4C entspricht. Der Strom, der durch R34 fließt, sättigt den Transistor Q6 von der Zeit t_b bis zu der Zeit t_e. Desgleichen steigt das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 98 bei korrektem Empfang des Impulses von der LED 24 auf etwa 1.4 V an und der Strom, der durch den Widerstand R14 fließt, schaltet den Transistor Q6. Von der Zeit t_b bis zu der Zeit t_e wird der Kollektor von Q6 durch R15 und während der Zeit t_d und t_e durch R16 auf die Versorgungsspannung gezogen". Wenn eine der beiden zuvor genannten Bedingungen (oder beide gleichzeitig) vorliegen, wird der Transistor Q6 gesättigt und die Spannung des Kollektors nimmt nicht zu, folglich verbleibt der Transistor Q7 im Aus-Zustand. Q7 ist der Transistor, der die Impulse für das Zurücksetzen des Zählers IC5 100 blockiert oder freigibt. Wenn der Fototransistor 32 andererseits keine Lichtimpulse empfängt oder nicht durch das Umgebungslicht gesättigt wird, verbleibt der Transistor Q6 im Aus-Zustand und Q7 wird während der Zeit t_e gesättigt.
Des Weiteren verarbeitet der Zähler IC5 100 die Ausgangssignale des Verstärkers 90 entsprechend der Zeitgebersignale. Bleibt der Transistor Q7 aus, wird der Zähler IC5 am Ende jeder Messung während der Zeit t_e auf Null zurückgesetzt (Signal S7 in 7j). Schaltet sich der Transistor Q7 ein, wie oben angegeben, werden die Impulse für das Zurücksetzen des Zählers auf Null nicht geliefert, sondern der Zähler empfängt einen Taktimpuls für jede Messung während der Zeit t_d. Folglich zählt der Zähler so lange, bis das Signal unterbrochen wird und der Zähler wird auf Null zurückgesetzt sobald die Unterbrechung endet. Wenn drei aufeinander folgende Impulse aufgrund einer Unterbrechung gezählt werden, schaltet der Zähler seinen aktiven Ausgang aus bis die optische Barriere entfernt wurde. Die Anzahl aufeinander folgender Impulse, die während der Unterbrechung des Signals von dem System gemessen wurden, kann auf eine Zahl zwischen 1 und 9 eingestellt werden, wobei sich jedoch 3 als besonders praktisch herausgestellt hat, da bei einer Frequenz von 1 KHz ein Ausgangssignal in 3 mS bereitgestellt wird.
Nach dem Erfassen von drei aufeinander folgenden Impulsen aufgrund einer Unterbrechung des LED-Signals, wird das Ausgangssignal des Zählers an einen MOS-Transistor 60 über die durch R25 und C6 gebildete Kombination weitergeleitet, um einen Impuls von etwa 100 Millisekunden bereitzustellen. Das Ausgangssignal wird von dem Drain von Q8 durch den Strombegrenzungswiderstand R26 bereitgestellt. Ein Schutz gegen Hochspannung und Polaritätsumkehrung wird mittels der Zener-Diode D4 bereitgestellt.
Der zuvor erwähnte Schaltkreis verfügt über den primären Vorteil, dass er kostengünstig ist, Standardkomponenten verwendet und über einen geringen Strom- und Energieverbrauch bei einem durchschnittlichen Stromverbrauch von etwa 0.2 mA verfügt, da eine so genannte Self-Biasing-Schaltung verwendet wird. Die Regulierung der Schaltkreisversorgung wird eingesetzt, um eine Antwortzeit zu erzielen, die eine Hochfrequenzbeleuchtung der LED und einen Hochfrequenzbetrieb des Verstärkers ermöglichen. Die Versorgungsspannung kann gewöhnlich zwischen 9 und 16 V variieren und die LED muss mit 5 μs langen Impulsen erregt werden, um eine zufrieden stellende Funktion zu gewährleisten.
Auf diese Weise wird deutlich, dass die bereitgestellte Schaltungsanordnung den Energieverbrauch minimiert, da die Schaltung nur für die Dauer der Impulse des Synchronisierungssignals mit Energie versorgt wird, was besonders vorteilhaft ist bei der Verwendung in Fahrzeugen oder einer anderen beliebigen Anwendung, bei der die Minimierung des Energieverbrauchs von Bedeutung ist. Die Verwendung von Impulsen zur Steuerung der Beleuchtung der LED und die Erfassung des Fehlens von solchen Impulsen für eine festgelegte Anzahl von Zyklen ist vorteilhaft.
Verschiedene Modifikationen können an der zuvor beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Eine alternative Ausführungsform des Sensorgeräts ist in 8 der Zeichnungen dargestellt, welche die bevorzugte Form für den Einsatz in Fahrzeugen ist. In diesem Fall befinden sich die Lichtquelle 110 und der Empfänger 114 in einem Pfosten 115, der an einem Ende des Griffs 14 angebracht ist. In diesem Fall befindet sich ein Reflektor 123 (mittels einer gestrichelten Linie gezeigt) auf dem gegenüberliegenden Ende des Griffes 14. Folglich wird deutlich, dass der Einfallstrahl 126 und der reflektierte Strahl 127 parallel zum Griff 14 und zu der Türhaut 118 sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein zusätzliches Loch in der Türhaut 118, wie das in 1 und 2 gezeigte, vermieden wird, da der Pfosten das gleiche Loch wie der Griff 14 verwenden kann. Zur Minimierung des Risikos der Ablagerung von Staub, egal ob durch den Benutzer oder auf eine andere Weise verursacht, befindet sich der Reflektor 123 auf dem Spiegelreflektor 123. Daher ist der Linsenschutz bei dieser Ausführungsform ebenfalls überflüssig. Der Benutzer kann die Charakteristik des optischen Strahls verändern, indem er seine Hand an einer beliebigen Stelle an der Tür platziert, wodurch ein ergonomischer Vorteil bereitgestellt wird. Diese Anordnung ist einfacher und ermöglicht eine kostengünstigere und leichtere Installation.
Weitere alternative Ausführungsformen sind in 9a und 9b der Zeichnungen gezeigt, die eine Autotürgriffbaugruppe darstellen, die der in 1 und 3 gezeigten ähneln, bei der die LED einen Einfallstrahl 212 erzeugt, der direkt von einem Fototransistor 214 erkannt wird, ohne dass die Verwendung eines Spiegels erforderlich ist. Sobald der Benutzer seine Hand zwischen der LED 210 und dem Fototransistor 214 einführt, wird der Strahl 212 auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben unterbrochen oder verändert. Die Leuchtdioden und Fototransistoren können adäquat positioniert werden, um die Unterbrechung eines Strahls durch den Benutzer zu vereinfachen. Aus diesem Grund ist in 9b der Strahl parallel zu der Türhaut 18 dargestellt, ähnlich wie dem in 8 gezeigten. Diese alternativen Anordnungen können bereitgestellt werden, um mit dem gleichen oder ähnlichen Schaltkreis wie zuvor beschrieben betrieben zu werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 10 gezeigt, die ähnlich der in 8 dargestellten Anordnung ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Sensorgehäuse 228 in den Türbeschlag 229 eingebaut, und ein Pfosten oder Lichtrohr 230 enthält ebenfalls eine Lichtquelle 232 und einen Detektor 234, die auf die gleiche Weise wie in 8 angeordnet sind, d. h. sie sind nebeneinander im gleichen Abstand entlang der Pfostenachse angebracht. Das Gehäuse 228 verfügt ebenfalls über mechanische Reserve- und Verriegelungsschalter 235 bzw. 237. Bei dieser Ausführungsform gibt es keinen Reflektor und die Funktionsweise des Sensorschaltkreises basiert auf der Erfassung von Licht, das von der Hand eines Benutzers beim Einführen zwischen dem Griff 236 und der Türhaut 238 reflektiert wird. Der Schaltkreis ist im Wesentlichen identisch mit dem in 6 gezeigten, jedoch wird der Zähler in der Empfangsschaltung 58 kontinuierlich auf Null zurückgesetzt, solange keine reflektierten Impulse empfangen werden und die Ausgangsschaltung keinen Ausgangsimpuls erzeugt. Der Zähler IC5 100 wird so eingestellt, dass bei Erkennen von drei aufeinander folgenden Lichtimpulsen, die von der Hand eines Benutzer reflektiert wurden, der Zähler ein Ausgangssignal erzeugt, das an den MOS-Transmitter weitergeleitet wird, wie zuvor unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Folglich produziert der Schaltkreis nur ein Ausgangssignal wenn der Strahl von einem Nutzer reflektiert wird und in Verbindung mit dem Kennungssignal des Benutzers wird ein Öffnungssignal an die Tür gesendet, so dass die Tür bereits aufgeschlossen ist, wenn der Benutzer am Griff der Tür zieht. Des Weiteren wird der Schaltkreis nur während der Dauer des Synchronisierschaltkreises mit Strom versorgt, um den Stromverbrauch zu minimieren und wie zuvor finden alle Messungen und Signalverarbeitungen innerhalb dieser Periode von 40 μs statt.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Kosten minimiert werden: ein Reflektor ist nicht erforderlich und der Pfosten 230 verwendet dieselbe Öffnung 240 in der Tür wie der Griff, was die Montage vereinfacht. Da kein Reflektor benötigt wird, werden Probleme im Zusammenhang mit dem Reflektor vermieden, wie beispielsweise den Reflektor sauber zu halten und die Verstärkung des Stroms.
Weiterhin wird auf eine weitere Ausführungsform Bezug genommen, die der in 1 gezeigten Anordnung ähnlich ist, jedoch über keinen Reflektor 23 verfügt. Bei dieser Ausführungsform wird das Signal durch die Hand des Benutzers an den Detektor 16 zurückgeworfen. Die Funktionsweise des Sensorschaltkreises ist identisch mit der unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen Weise; das Zählen einer festgelegten Anzahl von vorliegenden Impulsen führt zu einem Ausgangssignal, das an einen MOS-Transistor weitergeleitet wird, der daraufhin ein Steuersignals generiert, um die Tür auf die zuvor beschriebene Weise aufzuschließen.
Verschiedene andere Modifikationen können an der zuvor beschriebenen Vorrichtung und Schaltung durchgeführt werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Bestimmte Anwendungen und die Minimierung des Stromverbrauchs müssen nicht erforderlich sein, zum Beispiel in Gebäuden oder dergleichen, wo ein Anschluss an das Stromversorgungsnetz verfügbar ist und der von dem Sensorsystem verbrauchte Strom als minimal erachtet werden kann. In einem solchen Fall kann das optische IR-Signal von einem kontinuierlichen Signal bereitgestellt werden und die Betätigung des Öffnungsmechanismus könnte erreicht werden, indem das Fehlen des kontinuierlichen Signals innerhalb eines festgelegten Zeitraums erkannt wird oder indem eine Anzahl von Impulsen gezählt wird, wie zuvor beschrieben. Die LED und der Fototransistor können getrennt von dem Griff positioniert werden. Zum Beispiel könnte ein Schlitz in einer Tür oder einem Zugang zu einem Gebäude bereitgestellt werden und eine Plastikkarte, vergleichbar mit einer Kreditkarte oder dergleichen, könnte durch den Schlitz gezogen werden, um den Strahl zu unterbrechen und das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung könnte verwendet werden, um einen Mechanismus zu entriegeln und dem Benutzer zu erlauben, einen Griff zu öffnen, der sich entfernt von einem Abtastmechanismus befindet.
Das Sensorgerät verfügt über eine Reihe von Vorteilen, die seine Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise in Fahrzeugen, Gebäuden oder dergleichen, ermöglicht. Die Verwendung eines teilweise oder völlig veränderten oder unterbrochenen Strahls, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Objekts zu erkennen, hat zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Zum Beispiel kann es als Regensensor oder zum Erfassen und Zählen passierender Objekte, die den Strahl unterbrechen, eingesetzt werden. Die Bauart bietet eine Reihe von Vorteilen, die einen weit verbreiteten Einsatz vereinfachen, wie zum Beispiel den niedrigen Stromverbrauch während des Einsatzes, die Bereitstellung eines Antriebsstroms von bis zu 100 mA für die IR-LED zur Erzeugung eines leistungsstarken optischen Impulses, um die Auswirkungen durch Verschmutzungen oder dergleichen auf den Linsen und Reflektoren, sofern verwendet, zu minimieren, hohe Antwortraten, die mit den Hochfrequenzimpulsen kompatibel sind, einen großen Betriebstemperaturbereich und eine gute Störfestigkeit gegen Veränderungen im Umgebungslicht sowie elektromagnetische Störungen. Die Synchronisierung der Erfassung der Lichtimpulse stellt eine gute Störfestigkeit gegen elektrische Störsignale und Störfunksignale bereit und der Einsatz eines Zählers zur Erfassung eines festgelegten Unterbrechungszeitraums minimiert die Auswirkung von Störsignalen, die zu einer Fehlfunktion der Schaltung führen.

Claims

Regelungssystem für schlüssellosen Zugang, welches folgende Merkmale umfasst: einen Zugangsregelungsmechanismus, der so gestaltet ist, dass er ein Gerät oder eine Struktur aus einem verriegelten Zustand in einen unverriegelten Zustand bewegt, sowie ein Sensorsystem, welches folgende Merkmale umfasst: ein elektromagnetische Strahlung erzeugendes Element zur Erzeugung eines Einfallstrahls aus elektromagnetischer Strahlung in Form eines Impulszugs; ein elektromagnetisches Erfassungselement zum Erfassen des Einfallstrahls, und einen mit dem Erfassungselement verbundenen Signalprozessor zum Erfassen einer Unterbrechung oder Änderung des Einfallstrahls, wobei dieser Signalprozessor ein Zeitglied zum Erfassen des Zeitpunkts, an dem die Dauer der Unterbrechung oder Änderung des Einfallstrahls eine vorbestimmte Zeit übersteigt, mittels Erfassung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen, die von einem vorbestimmten Wert abweicht, einschließt, worin der Signalprozessor im Einsatz ein Ausgangssignal an den Zugangsregelungsmechanismus bereitstellt, wenn das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der vorbestimmten Anzahl von Impulsen gezählt wird, und der Zugangsregelungsmechanismus nach Erhalt des Ausgangssignals einen Erkennungsvorgang auslöst, um einen Benutzer zu identifizieren, und das Gerät oder die Struktur aus dem verriegelten Zustand in den unverriegelten Zustand bewegt, wenn ein Benutzer identifiziert worden ist, damit diesem identifizierten Benutzer der Zugang zu diesem Gerät oder dieser Struktur gewährt wird.
System nach Anspruch 1, worin das Erfassungselement neben dem die elektromagnetische Strahlung erzeugenden Element angebracht ist, um eine teilweise oder totale Unterbrechung oder Änderung des Einfallstrahls zu erfassen.
System nach Anspruch 1, wobei das Erfassungselement von dem die elektromagnetische Strahlung erzeugenden Element entfernt angebracht ist, um eine teilweise oder totale Unterbrechung oder Änderung des Einfallstrahls zu erfassen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche einschließlich eines Strahlenreflektors, der von diesem Strahlung erzeugenden Element entfernt angebracht ist, um den Einfallstrahl zu empfangen und einen reflektierten Strahl hervorzubringen, worin das Erfassungselement den reflektierten Strahl erfasst.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das die elektromagnetische Strahlung erzeugende Element einen Einfallstrahl aus Infrarotstrahlung erzeugt.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das die elektromagnetische Strahlung erzeugende Element eine Leuchtdiode ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das die elektromagnetische Strahlung erzeugende Element ein Laser ist.
System nach Anspruch 7, worin der Laser eine Laserdiode ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das optische Erfassungselement ein Fotodetektor ist.
System nach Anspruch 9, worin der Fotodetektor eine Fotodiode ist.
System nach Anspruch 9, worin der Fotodetektor ein Fototransistor ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Signalprozessor von einer CMOS-Schaltungsanordnung versorgt wird und einen Ausgangs-MOSFET zur Bereitstellung eines Ausgangssignals beinhaltet, um den Zugangsmechanismus zu betätigen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin ein Reserveschalter zur Betätigung durch einen Benutzer mit dem Signalprozessor verbunden ist, für den Fall, dass der optische Sensor kein Ausgangssignal an den Zugangsregelungsmechanismus hervorbringt.
System nach Anspruch 13, worin der Reserveschalter ein mechanischer oder optischer Schalter ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Signalprozessor mit einem separaten Verriegelungsschalter verbunden ist und dieser Verriegelungsschalter durch einen Benutzer betätigt werden kann, um das System zu verriegeln.
System nach Anspruch 15, worin der Verriegelungsschalter ein optischer oder mechanischer Schalter ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die optischen Sensoren und/oder Reflektoren an den oder nahe den Außenenden eines Griffs angebracht sind, um einen optischen Strahl parallel zum Griff bereitzustellen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Sender des optischen Strahls und der Empfänger des Strahls in einem einzigen Pfosten untergebracht sind, der in ein Ende eines Griffs eingebaut ist, um einen Strahl zu erzeugen, der im Wesentlichen parallel zum Griff oder der Türfläche verläuft.
System nach Anspruch 18, worin der Pfosten einen Reserveschalter umfasst, der mechanisch mit dem Griff verbunden ist, um es einem Benutzer zu ermöglichen, das Sensorsystem im Falle eines optischen Funktionsfehlers zu betätigen.
System nach Anspruch 18 oder 19, worin der Pfosten einen Verriegelungsschalter umfasst, der mechanisch mit dem Griff verbunden ist, um es einem Benutzer zu ermöglichen, das Zugangssystem zu verriegeln.
System nach einem der Ansprüche 18 bis 20, worin sich der Sender und der Empfänger des optischen Strahls nebeneinander auf dem Pfosten auf im Wesentlichen demselben Niveau auf der Unterseite des Griffs befinden.
System nach einem der Ansprüche 18 bis 20, worin der Pfosten an ein Sensorschaltmodul angeschlossen ist, welches den Signalprozessor beinhaltet.
System nach Anspruch 22, worin das Schaltmodul eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) zur Realisierung des Signalprozessors enthält.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das System Mittel zur Messung der Stärke des Umgebungslichts vor der Erzeugung eines optischen Impulses beinhaltet, um eine Reaktion des Sensors auf Veränderungen des Umgebungslichts zu verhindern.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Signalprozessor lediglich während des Zeitraums mit Strom versorgt wird, in dem ein Energieversorgungsimpuls an die Schaltungsanordnung des Sensors gesendet wird, um so den Stromverbrauch zu minimieren.
Verfahren zur Bereitstellung von schlüssellosem Zugang zu einem verriegelten Gerät oder einer verriegelten Struktur mit einem Zugangsregelungsmechanismus, welcher auf dem Wechsel zwischen einem verriegelten und einem unverriegelten Zustand basiert, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines Einfallstrahls aus elektromagnetischer Strahlung, wobei dieser Einfallstrahl ein Impulszug ist, Erfassen dieses Einfallstrahls aus elektromagnetischer Strahlung, Erfassen einer teilweisen oder totalen Unterbrechung oder Änderung des Einfallstrahls, die länger dauert als eine vorbestimmte Zeit, durch Erfassen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen, die von einem vorbestimmten Wert abweicht, Erzeugen eines Ausgangssteuersignals, wenn die vorbestimmte Anzahl von Impulsen als Ergebnis der teilweisen oder totalen Unterbrechung oder Änderung gezählt worden ist, Bearbeiten des erzeugten Steuersignals und Auslösen eines Erkennungsvorgangs zur Identifizierung eines Benutzers, und, falls der Benutzer erkannt wird, Auslösen des Zugangsregelungsmechanismus aus dem verriegelten Zustand in den unverriegelten Zustand.
Verfahren nach Anspruch 26 einschließlich des Schrittes bestehend aus Reflektieren des Einfallstrahls von einem reflektierenden Element sowie Erfassen dieses reflektierten Strahls und Erzeugen eines Ausgangssignals als Reaktion auf eine teilweise oder totale Unterbrechung des einfallenden oder reflektierten Strahls.
Verfahren nach Anspruch 26 einschließlich des Schritts bestehend aus dem Erfassen des Vorhandenseins eines Strahls, der durch einen reflektierenden Gegenstand reflektiert wird, und dem Erzeugen eines Ausgangssignals als Reaktion auf eine totale oder teilweise Unterbrechung oder Änderung des Strahls.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei das Verfahren den Schritt des Erzeugers eines Infrarotsignals zur Bildung des einfallenden elektromagnetischen Strahlungssignals beinhaltet sowie den Schritt des Erfassens des Infrarotsignals, zur Bereitstellung eines erfassten Signals zur Verarbeitung, um die Betätigung des Zugangsmechanismus zu regeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29 einschließlich des Schritts des Messers der Stärke des Umgebungslichts vor der Erzeugung eines optischen Impulses, um zu verhindern, dass der Sensor auf Veränderungen im Maß des Umgebungslichts reagiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30 einschließlich des Schritts der Verarbeitung der Signale durch den Sensorprozessor lediglich während des Zeitraums, in dem ein Energieversorgungsimpuls an die Schaltungsanordnung des Sensors gesendet wird, um so den Stromverbrauch zu minimieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31 einschließlich des Schritts der Bereitstellung eines optischen adaptiven Rückkopplungskreises, um falsche Feststellungen des Sensors aufgrund einer Variation der optischen Strahlencharakteristika durch andere Faktoren als die Unterbrechung oder Änderung des Strahls durch einen Benutzer zu verhindern.
System nach Anspruch 1 einschließlich eines Schaltkreises zur Erfassung des Vorhandenseins eines Gegenstands, wobei dieser Schaltkreis das die elektromagnetische Strahlung erzeugende Element zur Erzeugung eines Einfallstrahls aus elektromagnetischer Strahlung in Form eines Impulszugs umfasst; des elektromagnetischen Erfassungselements zum Erfassen dieses Einfallstrahls; des an das Erfassungselement angebundenen Signalprozessors zur Erfassung einer Unterbrechung oder Änderung des Strahls durch einen Gegenstand zur Erfassung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen, die von einem vorbestimmten Maß abweicht, wobei dieser Signalprozessor ein Ausgangssignal bereitstellt, wenn die vorbestimmte Anzahl von Impulsen gezählt wird, und einer an den Signalprozessor angebundenen Stromverwaltungseinheit zur Stromversorgung des Schaltkreises lediglich während des Zeitraums, in dem ein Energieversorgungsimpuls gesendet wird, um so den Stromverbrauch zu minimieren.
Schaltkreis nach Anspruch 33, wobei der erfasste Gegenstand ein Regentropfen ist.
Verfahren nach Anspruch 31 zur Erfassung des Vorhandenseins von Regen.
System nach Anspruch 1 einschließlich eines Schaltkreises für den Einsatz im Sensorsystem, wobei der Schaltkreis folgende Merkmale umfasst: einen Stromversorgungsregler für den Schaltkreis; eine Endstufe mit einer optischen Quelle zum Ausgeben von Impulsen aus elektromagnetischer Strahlung von einer vorbestimmten Zeitdauer; eine Erfassungs- und Verstärkungsstufe zum Erfassen von durch diese optische Quelle ausgegebenen Impulsen; eine an den Stromversorgungsregler angebundene Zeitgeberschaltung zur Erzeugung von Zeitgebersignalen sowie eine interne Zeitgeberstromversorgung, wobei diese Zeitgebersignale und die interne Zeitgeberstromversorgung zur Synchronisation der Sendung und der Erfassung der Lichtimpulse sowie zur Minimierung des elektrischen Stromverbrauchs an die Verstärkungsstufe und an die Endstufe geführt werden, und einem Impulszähler zum Zählen der Impulse, wobei dieser Impulszähler als Reaktion auf eine vorbestimmte Anzahl von gezählten Impulsen, die von dem vorbestimmten Maß abweicht, ein Ausgangssignal erzeugt.
System nach Anspruch 36, worin der Zähler als Reaktion auf das Nichtvorhandensein einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen unter einem voreingestellten Wert ein Ausgangssignal erzeugt.
System nach Anspruch 36, worin der Zähler als Reaktion auf das Vorhandensein einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen über einem voreingestellten Wert ein Ausgangssignal erzeugt.
System nach Anspruch 36, worin der Schaltkreis durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 39, worin diese ASIC-Schaltung einen elektromagnetischen Strahlungsdetektor beinhaltet.
System nach einem der Ansprüche 36 bis 40, worin der Schaltkreis in einem schlüssellosen Zugangsregelungsmechanismus eingesetzt wird und das Ausgangssignal zur Betätigung des schlüssellosen Zugangsregelungsmechanismus dient.
System nach Anspruch 1 einschließlich eines Sensorgeräts, wobei das Sensorgerät die folgenden Merkmale umfasst: einen Pfosten für den Einbau in ein Ende eines Türgriffs; das elektromagnetische Sensorelement, das durch einen in diesem Pfosten untergebrachten elektromagnetischen Strahlungssender und -empfänger zum Erzeugen des Einfallstrahls aus elektromagnetischer Strahlung, der im Wesentlichen parallel zum Griff verläuft, versorgt wird, sowie zum Empfangen eines reflektierten Strahls aus elektromagnetischer Strahlung; einen an den Sender und den Empfänger angebunden Signalverarbeitungsschaltkreis des Signalprozessors zum Erfassen einer teilweisen oder totalen Unterbrechung oder Änderung des Einfallstrahls, wobei die Signalverarbeitungseinheit ein Ausgangssignal erzeugt, wenn diese Unterbrechung oder Änderung des Strahls erkannt wird, um diese an einen Zugangsregelungsmechanismus zu senden, eine Verbindung dieses Pfostens mit einem Modul besteht, welches den Signalverarbeitungsschaltkreis beherbergt, wobei das Modul in solcher Weise total oder teilweise hinter einem Türrahmen untergebracht ist, dass der Pfosten und ein Türgriff die gleiche Öffnung im Türrahmen benutzen.
System nach Anspruch 42, worin der Sender und der Empfänger auf gleicher Ebene nebeneinander auf dem Pfosten untergebracht sind.
System nach Anspruch 42 oder 43, worin der Pfosten einen Reserveschalter beinhaltet, und dieser Reserveschalter zur Betätigung durch einen Benutzer mechanisch mit dem Griff und elektrisch mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden ist, damit der Signalprozessor veranlasst wird, im Falle eines Funktionsfehlers des optischen Systems das Ausgangssignal zu erzeugen.
System nach einem der Ansprüche 42 bis 44, worin der Pfosten einen Verriegelungsschalter beinhaltet, der mechanisch mit dem Griff und der Signalverarbeitungseinheit verbunden ist, und durch einen Benutzer betätigt werden kann, damit ein Verriegelungssignal an den schlüssellosen Zugangsregelungsmechanismus gesendet wird.
System nach einem der Ansprüche 42 bis 45, worin der optische Verarbeitungsschaltkreis in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) implementiert ist.
System nach einem der Ansprüche 42 bis 46, worin die Signalverarbeitungseinheit einen Zähler zum Zählen von vom Detektor empfangenen Impulsen beinhaltet, und diese Signalverarbeitungseinheit ein Ausgangssignal bereitstellt, wenn der Zähler das Vorhandensein einer vorbestimmten Anzahl von erkannten Impulsen zählt, die einen voreingestellten Wert übersteigt.
System nach einem der Ansprüche 42 bis 47, worin ein Strahlenreflektor am anderen Ende des Griffs angebracht ist, damit reflektierte eingefallene elektromagnetische Strahlung vom Sender erkannt wird.
System nach Anspruch 42, worin die Signalverarbeitungseinheit einen Zähler zum Zählen von vom Detektor empfangenen Impulsen beinhaltet, und diese Signalverarbeitungseinheit ein Ausgangssignal bereitstellt, wenn der Zähler das Nichtvorhandensein einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen zählt, die unter einem voreingestellten Wert liegt.