JP4574098B2 - 運動の変化を評価するオプトエレクトロニックスイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【関連する出願】
この出願は、2000年1月18日に出願されたドイツ特許出願100 01 955.2を優先権主張の基礎としている。これに関し、当該ドイツ特許出願の開示内容は、この出願の対象としてここに記載されているものとする。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念（前置部）に記載のオプトエレクトロニック（光電）スイッチに関する。即ち、本発明は、光を放射する少なくとも１つの発信要素と、その値が受光される光量に依存する第一信号を生成する少なくとも１つの受信要素と、前記第一信号の値又は該第一信号から導出される更なる信号の値が第一の閾値を上回るか又は下回るとき、少なくとも１つの切換要素がその切換状態を変化させる評価ユニットとを有し、前記発信要素から発せられる光が、所定領域内に存する物体（複数）によって又は受信要素及び発信要素に対し所定の空間関係を有する可動要素によって、散乱又は反射され、この散乱光又は反射光の少なくとも一部が該受信要素に到達するよう、１つの前記発信要素と１つの前記受信要素とが配置され、及び前記受信要素によって受光される散乱光又は反射光の、前記物体又は前記可動要素の運動によって引き起こされる光量の変化が、該運動が所定領域のタッチ（接触ないし接近運動：Antippen（本発明において「タッチ」の語はタッピング急動を含むものとする））に対応（相応）する所定の運動パターンの範囲内に存するとき、前記切換要素の（切換）状態の変化を引き起こすよう構成される形式のオプトエレクトロニックスイッチに関する。
【０００３】
【従来の技術】
殆ど全ての電気的又は電子的装置においては、手動操作用のスイッチが用いられる。このようなスイッチは、殆ど全て機械的に構成され、電気回路を開閉するために、２つの金属部分を接触させたり離隔させたりする。しかしながらこの機械的な構造には、とりわけ、機械的な摩擦部分を有しそれゆえ寿命も限定され、更に、基本的に水感受性であるので場合によっては費用のかかるカプセル密封が必須となるという欠点がある。
【０００４】
他方、光学スイッチも既に知られてはいるが、従来のものは極めて手間がかかり、それゆえ高価であり、更に作動の信頼性に関し要求される基準を未だ満たしていない。しかしながら光学スイッチには、通常、機械的な可動部材なしでも作動可能であり、スイッチ切換プロセスが切換（スイッチ）面への単なるタッチ（Antippen）ないし接触（運動）によって又はセンサへの単なる接近によって作動可能であるという本質的利点がある。
【０００５】
DE 42 07 772から既知のオプトエレクトロニックセンサスイッチは、論理回路によってタッチ（接触）を運動パターンとして認識（検出）し、例えば指によるタッチ（接触）が一定の待ち時間継続するとき、当該運動パターンを切換パルスとして評価する。これによってとりわけタッチ（接触）を例えばセラン調理域（Ceran（商品名）と称するセラミックガラスからなるコート面を有する調理用の加熱部：Koch-Ceranfeld）をさっと触れることから区別するものとする。しかしながら、センサスイッチは動的な（ダイナミックな）運動変化を認識（検出）しないので、付加的なセンサが必要となる。この付加的センサは、指によるタッチ（接触運動）とより大きい物体（による接触）とを区別可能にするものであるが、そのためシステムの費用と構造体積に対しネガティブな影響を与える。
【０００６】
DE 31 46 152 A1に記載されたオプトエレクトロニック接触パネル（Tastenfeld）は、光子流の変化に反応する。その評価ユニットでは、詳細には説明されていないが、スイッチボタンを操作する際に光子流中に生じる強度変化が測定され、閾値を上回るとスイッチ切換プロセスが作動される。操作の確実性を高めるために、入力装置は、時間的に遅延して反応し、操作用の複数のくぼみ（Vertiefung）が設けられる。しかしながら、時間変動的運動変化の捕捉は行なわれない。
【０００７】
DE 35 24 492から既知のオプトエレクトロニック操作要素は、光ガイド対と連結している。発信用光ガイド及び受信用光ガイドは、弾性的操作要素の下方で終端し、そのため操作要素が作動されると反射条件が変化し、意図的操作として評価される。しかしながら、時間変動的運動変化の捕捉、又は複数の運動ステップを含む運動パターンの検査ないし照合による意図的操作と偶発的操作との間の区別は行なわれない。光ガイドによって作動する対比可能な装置は、FR 2 693 859 A1から既知ではある。
【０００８】
DE 35 26 992 C2で提案されている好ましくは調理域（ないしクッキング面：Kochfeld）用のオプトエレクトロニックスイッチ要素は、例えば料理本のような偶発的に片付けられた物体がスイッチ切換プロセスを作動させてしまうことを阻止するものとされている。この場合、時間変動的運動変化を捕捉することはできないので、スイッチ要素上での物体の停留（停止）時間は10秒間程度までの比較的長い間検知され、停留（停止）時間がより短い場合にのみスイッチ切換プロセスが作動される。このことは、熱が流入するためにもある程度の時間が必要なので、調理域に対してはまだなんとか許容可能であろうが、通常のスイッチの場合には、反応（応答）時間をより短くする必要がある。
【０００９】
更に、DE 42 12 562 A1から既知のシート被覆キーボードは、カプセル化されているが、機械的に作動するものである。この場合、操作要素としてスナップ動作ディスク（Schnappscheiben）が設けられている。
【特許文献１】
ＤＥ ４２ ０７ ７７２
【特許文献２】
ＤＥ ３１ ４６ １５２ Ａ１
【特許文献３】
ＤＥ ３５ ２４ ４９２
【特許文献４】
ＤＥ ３５ ２６ ９９２ Ｃ２
【特許文献５】
ＤＥ ４２ １２ ５６２ Ａ１
【特許文献６】
ＵＳ ５，１０３，０８５Ａ
【特許文献７】
ＷＯ ８６／０１９５３ Ａ
【特許文献８】
ＪＰ ５８ １４７６７０
【非特許文献１】
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN VOL.007, NO.266 (P-239), 26. November 1983
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、改善されたオプトエレクトロニックスイッチ、とりわけ、機能信頼性が大きいオプトエレクトロニックスイッチを創出することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、
・光を放射する少なくとも１つの発信要素と、
・その値が受光される光量に依存する第一信号を生成する少なくとも１つの受信要素と、
・前記第一信号の値又は該第一信号から導出される第二信号の値が第一の閾値を上回るか又は下回るとき、少なくとも１つの切換要素がその切換状態を変化させる評価ユニットとを有し、
・前記発信要素から発せられる光が、所定領域内に存する物体によって又は前記受信要素及び発信要素に対し所定の空間関係を有する可動要素によって、散乱又は反射され、この散乱光又は反射光の少なくとも一部が該受信要素に到達するよう、１つの前記発信要素と１つの前記受信要素とが配置され、及び
・前記受信要素によって受光される散乱光又は反射光の、前記物体又は前記可動要素の運動によって引き起こされる光量の変化が、該運動が所定領域のタッチ（接触ないし接近運動：Antippen）に対応する所定の運動パターンの範囲内に存するとき、前記切換要素の（切換）状態の変化を引き起こすよう構成される形式のオプトエレクトロニックスイッチが提供される。このオプトエレクトロニックスイッチにおいて、
前記評価ユニットは、前記物体又は前記物体によって作動される可動要素が急速に停止するときの速度変化を時間変動的な運動変化として認識（検出）し、かつ、前記物体又は前記可動要素の運動変化をタッチ（接触ないし接近運動）として認識（検出）することを特徴とする（形態１・基本構成）。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の独立請求項１により、上記課題に対応した効果が達成される。即ち、本発明のオプトエレクトロニックスイッチは、付加的なセンサを要することなく、物体又は物体によって作動される可動要素の時間変動的な運動変化を認識・検出することができ、更に、意図的操作と偶発的操作との間の区別を行うことができる。
更に、各従属請求項により、付加的な効果が夫々達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の基本思想は、一又は複数の発信要素から発せられ、物体で反射又は散乱される光の変化を少なくとも１つの受信要素によって測定し、かつ受信要素によって生成される信号を、スイッチ切換プロセスを作動させるか否かを所定の基準により信号変化に基づき判断する少なくとも１つの評価ユニットへ配属することである。ここでいう「光」は、任意の波長を有する電磁波、とりわけ可視光及び赤外線として理解されるべきである。
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を示す。なお、形態２〜２５は従属請求項の対象でもある。
（形態１） 上記基本構成参照。
（形態２） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記運動パターンは、前記物体によるオプトエレクトロニックスイッチ又は可動要素の操作面へのタッチ（接触ないし接近運動）、所定の待ち時間に亘る該物体の停留、並びに所定距離を越える操作面からの該物体の引き離しを含むことが好ましい。
（形態３） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、１つの前記発信要素と１つの前記受信要素は、少なくとも１つのセンサユニットを構成すること、及び
１つの前記センサユニットから供給される信号は、前記運動パターン全体を検出（認識）することが好ましい。
（形態４） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記センサユニットは、前記運動パターンを検出するための唯一の手段として構成されることが好ましい。
（形態５） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記センサユニットは、運動が所定の運動パターンの範囲内にあるか否かを判断する評価ユニットに対する信号のみを供給することが好ましい。
（形態６） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、少なくとも１つの発信要素の照射領域に、該発信要素から放射される光の少なくとも一部に対し透過性に構成される透過要素が配されることが好ましい。
（形態７） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記透過要素は、ガラスディスクから構成されることが好ましい。
（形態８） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記透過要素は、プレキシグラスディスクから構成されることが好ましい。
（形態９） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記運動パターンは、前記ガラス又はプレキシグラスディスクの所定領域へのタッチ（接触ないし接近運動）から構成されることが好ましい。
（形態１０） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記透過要素は、光ガイドを有し、該光ガイドの境界面ないし端面は、前記発信要素の照射領域内に配されることが好ましい。
（形態１１） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記受信要素に、光ガイドが配され、該光ガイドは、前記反射光ないし散乱光を該受信要素に案内することが好ましい。
（形態１２） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記運動パターンは、前記光ガイドの第二の境界面ないし端面の領域内でのタッチ（接触ないし接近運動）から構成されることが好ましい。
（形態１３） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記光ガイドは、光ファイバから構成されることが好ましい。
（形態１４） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記可動要素は、復原力に抗して運動可能に構成されることが好ましい。
（形態１５） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記復原力に抗する運動は、死点を越えて行われ得ることが好ましい。
（形態１６） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記可動要素は、スナップ動作ディスクから構成されることが好ましい。
（形態１７） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記タッチ（接触ないし接近運動）によって引き起こされる運動パターンは、前記死点の乗り越えを含むことが好ましい。
（形態１８） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、少なくとも２つの発信要素が設けられ、該発信要素は、かわるがわる周期的に、同じ波長又は同じ波長領域にある光を放射すること、及び
前記受信要素には、外部光補償回路が後置接続されることが好ましい。
（形態１９） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、２つの可動要素が設けられること、及び
一方の前記可動要素は、一方の前記発信要素の照射領域内に配され、他方の前記可動要素は、他方の前記発信要素の照射領域内に配されることが好ましい。
（形態２０） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記可動要素は、復原力に抗して運動可能に構成されることが好ましい。
（形態２１） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記復原力に抗する運動は、死点を越えて行われ得ることが好ましい。
（形態２２） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記可動要素は、スナップ動作ディスクから構成されることが好ましい。
（形態２３） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記物体又は前記可動要素の運動は、発信要素からの光のみに影響を与えることが好ましい。
（形態２４） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記２つの発信要素によって、２つのセンサ活性化領域が、前記透過要素上に形成されることが好ましい。
（形態２５） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記発信要素の各々に、受信要素が配されること、及び
これらの受信要素は、電気的にパラレルに接続されることが好ましい。
【００１５】
【実施例】
本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、単なる例に過ぎず、本発明の技術的思想を所定の形態に限定することを意図していない。
【００１６】
以下の実施例は、光を放射する少なくとも１つの発信要素と少なくとも１つの受信要素とを有するオプトエレクトロニックスイッチの種々の形態を示している。受信要素は、その値が受光した光量に依存する信号を評価ユニットに与え、評価ユニットでは、第一信号の値又は第一信号から導出される更なる信号の値が所定の閾値を上回るかまたは下回る場合、少なくとも１つのスイッチ要素がその切換状態を変化させる。発信要素から発せられる光が、所定の領域内に存する物体によって、又は受信要素及び発信要素に対し所定の空間関係にある可動要素によって散乱又は反射され、この散乱光又は反射光の少なくとも一部が受信要素に到達するように、発信要素及び受信要素は配され得る。そのため、受信要素によって受光される散乱光又は反射光の、物体又は可動要素の運動によって引き起こされる光量の変化により、当該運動が所定の運動パターンの範囲内に存する場合、スイッチ要素の状態変化が引き起こされる。
【００１７】
この運動パターンは、好ましくは、指、手又は身体のその他の部分によって所定の領域をタッチする（接触ないし接近運動する）ことに対応する。例えば、ガラス又はプレキシグラスディスクの所定領域、又は発信要素及び／又は受信要素と機能的に結合する光ガイドの所定領域をタッチすることも可能である。
【００１８】
上述の可動要素は、例えば通常のスイッチの一部として使用されるようなスナップ動作スプリング（Schnappfeder）として構成され得る。そして、評価ユニットによって、このスナップ動作スプリングの運動パターンがそれ単独で又は物体の接近により補完されて認識（検出）される。例えば、利用者に切換効果を触覚的に明確に示すために、スナップ動作スプリングを近接センサ上に配することも可能であるが、可動要素の運動もまたそれ単独で捕捉又は評価され得る。スナップ動作スプリングは、復原力に抗して運動可能であり、例えば復原力に抗する運動を行う際に死点を越えて運動することができる。
【００１９】
評価ユニットは、時間変動的な運動変化、とりわけ利用者による操作が終了する際にスイッチ又は可動要素の操作面における急速な停止が起こるときの物体の速度変化を求め、かつ物体又は物体によって作動される可動要素のこの運動変化をタッチ（接触ないし接近運動）として認識（検出）する。好ましくは、運動パターンは、物体によるオプトエレクトロニックスイッチ又は可動要素の操作面のタッチ（接触ないし接近運動）、所定の待ち時間に亘る物体の停留（停止）、並びに所定距離を越える操作面からの物体の引き離しに対応する。
【００２０】
実施例においては、主に、１つの発信要素と１つの受信要素について説明するが、単独で又は並行的に作動する要素を複数配し得ることも自明である。発信要素及び受信要素は、どの程度一緒に作動するかにかかわらず、少なくとも１つのセンサユニットを構成し、評価ユニットを利用して、運動パターン全体を好ましくは単独で認識（検出）する。例えばなべの載置又は引擦りスライド運動のような偶発的運動変化と意図的運動変化とを付加的補助手段として区別可能にすべき阻止（ブロック）手段としての付加的センサユニットは、必要ではない。
【００２１】
第一実施例
【００２２】
オプトエレクトロニックスイッチの第一実施例を図１に示した。
【００２３】
ガラスプレート３１の下方に、少なくとも２つの発光ダイオード１、３が発信要素として配される。その（放射）光は、ガラスプレート３１を透過するものもあるが、少なくとも部分的に透過要素としてのガラスプレート３１で反射されることも可能であり、反射ないし散乱後、部分的にフォトダイオード２に入射する。この実施例では、第一発光ダイオード１からの光は、指で反射される。発光ダイオードを相応に構成することによりフォトダイオードとして使用することも可能である。ガラスプレート又はその他の表面は、少なくとも一定の波長範囲の光に対し透過性であるべきであろう。発光ダイオード３から放射される光は、検出光線としては使用されず、外部光補償（Fremdlichtkompensation）のためにのみ必要とされる。それゆえ、この発光ダイオードの光路を、その光が外部空間に射出され得ないようにブロックすることも考えられ、また多くの場合目的に適うものである。２つの光線の内の一方をブロックするための構成を図１４に示した。更に、第一発光ダイオードを例えば遠方放射レーザダイオードのような前方へ収束光を放射する発光ダイオードとして構成し、第二ダイオードを近接領域でのみ放射を行なう発光ダイオードとして構成することも考えられる（図１３）。
【００２４】
発光ダイオード１からの光は、ガラスプレート３１で部分的にのみ反射され、従って残りの部分は外部空間へ射出し、そこで再び物体（この場合は指）によって反射され、そして部分的にフォトダイオード２へと辿り着くことができる。尤も、外部光補償が必要となる場合には、物体の代わりに、例えば第三実施例のスナップ動作ディスク（Schnappscheibe）のような可動要素を使用することもできるであろう。なぜなら、可動要素は、一定の範囲の波長の光に対し透過性だからである。２つの発光ダイオードは、クロック発生回路１３によって電圧が印加され、２つの発光ダイオードの内の一方の信号が反転される。発光ダイオードの発光出力が一定の場合及び反射が正確に対称的である場合、ないし２つの発光ダイオードの内の少なくとも一方の発光強度の調節が適正である場合（下記参照）、フォトダイオード２の出力端には直流電圧信号が生成するが、直流電圧信号は、直流電圧成分及び低周波の交流成分を除去するために、ハイパスフィルタ（高（帯）域通過フィルタ）１３２にかけられる。ハイパスフィルタ１３２（その遮断周波数はクロック発生回路１３の周波数より小さい）は、交流成分のみを通過させ、発光ダイオード１、３の出力が適正な場合、当該フィルタに伝送された信号は“０”にされ、この構成では、外部光源の影響は排除される。
【００２５】
上記のようにフィルタ処理された信号は、増幅回路４、そして同期変調回路５に伝送される。同期変調回路５は、クロック発生回路１３からクロック信号を受け取り、このクロック信号は、ハイパスフィルタ１３２及び増幅回路４における信号処理時間に適合させるために遅延回路１５によって遅延させられる。同期変調回路５は、受光器２、ハイパスフィルタ１３２及び増幅回路４の信号伝送路では共通の、光源１及び３からの信号を再び分割し２つに別れた伝送路へそれぞれ分配する。同期変調回路５によって分割された信号部分は、ローパスフィルタ（低（帯）域通過フィルタ）６及び７において干渉（妨害）スペクトル領域について処理され、比較回路９へ伝送される。図１のケースでは、比較回路９は、単純な演算増幅回路（オペアンプ）から構成される。ローパスフィルタ６及び７の各出力端では、各光発信器に相応する差異ないし微分値（Differenzwerte）が生成する。相応に調節された状態では、２つともその値はゼロである。この２つの信号は、比較回路９に伝送される。この比較回路の出力端には、電圧値Ｕ（ｔ）、即ち基信号が生成する。この信号は、さらにローパスフィルタ１０を介して信号中央処理段（ユニット）ないし信号レベル調整段（Signalzentrierstufe）１１へ伝送される。
【００２６】
信号中央処理段１１の出力端は、少なくとも発光ダイオード３のための信号電圧を制御する制御回路１２と接続する。この構成によって、基信号は、発光ダイオード１から発信される光の反射（状態）が変化するとき変化するが、常に再びゼロ値に復帰することが実現される。この復帰のための時定数は、この実施例では、ローパスフィルタ１０によって決定される。
【００２７】
上記の構成は、国際出願国際公開WO 95/01561からも既知であるが、この国際出願の開示内容は、本出願の対象としてここに繰り込み記載されたものとする。この国際出願は、とりわけガラスディスク上の水滴検出用として提案されている。このケースでは、ガラスプレート上に存在する少なくとも１つのセンサ活性化領域Ｓ１がスイッチ面として使用できるように、即ち、このセンサ活性化領域のタッチ（接触ないし接近運動）によりスイッチ切換プロセスが作動するように、基信号Ｕ（ｔ）が使用される。この課題は、下記のスイッチングによって解決され得る。
【００２８】
図４（ａ）、図４（ｂ）、図５には、種々の状況下において上記センサ装置によって与えられた基信号（Nutzsignal）Ｕ（ｔ）が示されている。図５（ａ）には、センサ活性化領域Ｓ１をタッチしたときの基信号Ｕ（ｔ）が示されている。そのような信号によって、スイッチ切換プロセスが作動されるものとする。図４（ａ）又は図４（ｂ）には、第一センサ活性化領域Ｓ上を一回だけスイープ（スライド移動）するか又は往復してスイープした場合に生じるような基信号推移が示されている。そのような信号推移は、スイッチ切換プロセスを作動しないものとする。この課題は、この実施例では、以下のように達成される（図１）。
【００２９】
基信号Ｕ（ｔ）は、この場合微分回路として機能するハイパスフィルタ１６に伝送され、その出力端に微分によって得られた運動信号の値Ｕ１（ｔ）が生成する。例えば指等の物体がガラスプレート３１のセンサ活性化面上に向って運動すると、基信号の値Ｕ（ｔ）は、その運動に応じて（アナログ的に）ゆっくりと増加し、そして指がガラスプレート３１上に達し止められると急速に（増加が）停止する（図５（ａ）参照）。そして指を動かさずに留めておくと、基信号の値Ｕ（ｔ）は、再びＵ０に向ってゆっくりと減少する。基信号の急速な値の変化により、ハイパスフィルタ１６の出力端では、運動信号値Ｕ１（ｔ）の跳躍（急激な変化）が起こる（図５（ｂ）参照）。これ（Ｕ１（ｔ）の跳躍）は、所定の値（この実施例では負の値ＵＧ１）を超過するとき閾値回路１７によって検出され、第一フリップフロップ回路３２のセット入力端（Ｓ）と接続する第一閾値回路１７の出力端が活性化され、従って第一フリップフロップ回路３２が活性化される。ハイパスフィルタ１６の遮断周波数は、大きな速度でタッチ（接触ないし接近運動）を行なってもなお検出されるべき信号が良好に生じるように選択される。限界周波数は、例えば、１０ヘルツの範囲にあり得るであろう。
【００３０】
従って、このケースでは、基信号から生成される信号、即ち微分によって得られる運動信号も使用され、この運動信号は、その値Ｕ１（ｔ）が所定の閾値ＵＧ１を超過するとき、第一プロセスを作動させる。しかしながら、基信号が直接使用され、基信号の値Ｕ（ｔ）が所定の値を上回るか又は下回るとき、１つのプロセス−フリップフロップ回路の状態変化−を作動させるような回路構成例・応用例も考えることができる。
【００３１】
十分に迅速でかつ第一センサ活性化領域をスイープする運動は全て、このようなプロセスを作動させる。即ち、第一フリップフロップ回路３２の出力端が活性化されるのである。このような運動には、引擦り運動その他の類似の運動でも十分に当てはまるが、これらは意図的なスイッチ切換プロセスとして認識（検出）されるべきものではない（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。それゆえ、基信号は、基信号の値Ｕ（ｔ）が所定の第二閾値ＵＧ２を下回るとき活性化される第二閾値回路３４に伝送される。この場合、物体の除去（指の引き離し）により、（物体からの）距離に応じて反対方向へ（この実施例では負の領域へ）Ｕ（ｔ）は減少する（図４（ａ））。第二閾値回路３４の第二閾値ＵＧ２を超過すると、第二閾値回路３４の出力Ｕ３４（ｔ）は、活性化される（図７参照）。
【００３２】
第二閾値回路３４の出力端は、フリップフロップ回路３２のリセット入力端（Ｒ）と接続しているため、フリップフロップ回路３２を活性化させてしまった擦り運動その他の類似の運動が行われると、フリップフロップ回路３２は、短時間経過した後再びゼロにリセットされる。フリップフロップ回路３２の出力信号は、時間検出回路３３へ伝送される。この時間検出回路３３は、フリップフロップ回路３２が所定の時間Δt１（例えば100ms）より長く活性化されていた場合にのみ、その出力端が活性化されるように調節される。この所定の第一時間間隔Δt１は、指、手又はその他の身体の一部が、電気的切換要素として構成されるスイッチをタッチする際に通常停留（停止）する最小の時間にほぼ相当する。
【００３３】
時間検出回路３３の出力端は、第二フリップフロップ回路１８のセット入力端と接続する。そのため、センサ活性化面を意図的にタッチすると、第二フリップフロップ回路１８の出力端が活性化される。というのは、この場合、第一フリップフロップ回路３２のセットと第一フリップフロップ回路３２のリセットとの間の時間がΔt１より長い、換言すれば、指がセンサ活性化面２６上にΔt１より長く留まって（停留（停止）して）いるからである。しかしながら、スイッチ切換プロセスを作動させるべきではない運動−例えば布きんによる擦り運動−が行なわれる場合、第一フリップフロップ回路３２のセット・リセット間の時間はΔt１より短いため、このような運動は、第二フリップフロップ回路１８をセットするには至らない。つまり、センサ活性化面をタッチすることによって、第二フリップフロップ回路１８の状態も制御可能に変化される。フリップフロップ回路１８の出力端を更にスイッチ２３（例えばリレー）と接続することも可能である。
【００３４】
従って、評価ユニットが認識（検出）するのは、以下のような運動パターンである。即ち、物体の接近−物体の急停止−所定の時間間隔を超過する時間間隔に亘る物体の停留（停止）である。この運動パターンが認識（検出）されると、スイッチ要素（この場合第二フリップフロップ回路１８）の切換状態は、変化される。
【００３５】
指の引き離しは、閾値回路１７によって検出されない。というのは、基信号の値Ｕ（ｔ）の変化は、それ以外の方向では起こなわれずかつ微分後には余りにも小さく（図５（ｃ））、そのため微分によって得られる運動信号の値Ｕ１（ｔ）は第一閾値ＵＧ１を超過しないからである。
【００３６】
多くの応用例では、センサ活性化面２６のタッチ（接触ないし接近運動）によってセットされる第二フリップフロップ回路１８が、目的の指の引き離しによって再びリセットされることが好ましい。このとき、これによってタッチパネル（入力装置）の機能が得られる。尤も、些細な運動によってフリップフロップ回路が誤って消去（リセット）されないように、指がガラスプレートから数ミリメートル離れてからようやくフリップフロップ回路１８の消去（リセット）が行われるようにすることも有利である。この（第一）実施例では、この問題は以下のように解決される。
【００３７】
信号中央処理段１１の出力端に生成される制御信号ＵＲ（t）の瞬時値が、接近する物体が操作面の極く近く（直前）に位置する時点において検出（abtasten）及び記憶される。このことをこの実施例で実現するために、この制御信号は遅延回路２０に伝送される。遅延回路２０の出力端に生成される電圧値Ｕ２０は、時点ｔ０に記憶回路２１に記憶されるが、この時点ｔ０は、第一閾値回路１７の出力端に信号が生成する時点、即ち、第一閾値回路１７がタッチ（接触ないし接近運動）の行なわれた時点を検出（認識）した時点である。或いは、信号中央処理段１１の出力端に生成する信号を１より小さい値によって乗算を行ない、この値を記憶するすることもできる。そのため、この２つのケースでは、ＵＲ（t）への依存が生じるため、そのように記憶された値ＵＲ（t０）は、例えばガラスプレートの経時変化（老朽化）依存状態にも、温度又はその他の周囲条件にも依存しない。このように記憶された値ＵＲ（t０）は、比較回路２２の第一入力端へ伝送される。比較回路２２の第二入力端には、値ＵＲ（t）を有する制御信号が入力される。この制御信号の値が、記憶回路２１の出力値を超過している間は、比較回路２２は出力信号を生成しない。しかしながら、該制御信号の値が、時点ｔ１に、記憶された値を下回ると、比較回路の出力端は活性化される。信号Ｕ２０、ＵＲ（t）及びＵＲ（t０）の経過を図８に示した。この信号によって第二フリップフロップ回路１８はリセットされる。
【００３８】
使用される構成要素の閾値、時定数等の全てを不変に定めるのではなく、その値を制御入力によって外部から変化させることができるような構成要素を少なくとも部分的に使用することも考えられる。それによって、検出されるべき運動パターンを必要に応じ、（本発明の）スイッチが組み込まれたシステム全体を制御するソフトウェアによって予め与えることもできるであろう。
【００３９】
この第一実施例は、とりわけ以下の利点を有する：
−発信要素として作動する発光ダイオード及び受信要素として作動するフォトダイオードに対して、ガラスプレート（この場合他の材料からなるプレートも使用できることは自明であるが、その材料は選択されたスペクトル領域に対してのみ透過性でなければならない）の性質ないし状態（Lage）は、広い範囲において任意に選択できる。
−ガラスプレートの引っ掻き傷／汚れは、害を及ぼさない。というのは、それらによって引き起こされる反射態様の静的（静力学的：statischen）変化は、本システムによって補償されるからである。
−本装置は、外部光に対して非感応性即ち「ブラインド（blind）」であるので、本装置は、激しく交替する外部光状態下でも作動可能である。
【００４０】
第二実施例
【００４１】
図２に示した第二実施例は、第一実施例と類似したものである。主な相違は、第二発光ダイオード３から発せられる光線が外部光補償のためだけではなく、ガラスプレート上の第二センサ活性化領域Ｓ２を形成するためにも使用されるということである。即ち、ガラスプレート３１は、第一発光ダイオードの照明領域にも、第二発光ダイオードの照明領域にも位置するのである。第二センサ活性化領域Ｓ２は、この場合、第一センサ活性化領域Ｓ１から指を引き離すことによってではなく、第二センサ活性化領域Ｓ２をタッチすることによりフリップフロップ回路１８をリセットするために使用される。そのため、第一センサ活性化領域Ｓ１をタッチすると第二フリップフロップ回路１８がセットされ、それによって例えば切換要素（リレー）２３が閉じ、そして第二センサ活性化領域Ｓ２をタッチすると、第二フリップフロップ回路１８がリセットされ、それによって例えば切換要素２３が再び開くようなロッカースイッチ（切換スイッチ）として機能する。作動態様は以下の通りである。
【００４２】
基信号の生成及び第二フリップフロップ回路１８のセットに関しては、第一実施例が参照可能である。第二実施例の切換構成・機能は、第一実施例のそれと同一である。
【００４３】
その他の点に関しては、第二センサ活性化領域Ｓ２をタッチしたときの基信号（Nutzsignal）Ｕ（ｔ）及び運動信号Ｕ１（ｔ）の信号推移は、第一センサ活性化領域Ｓ１をタッチしたときのそれ（信号推移）に対応するが、後者に対し反転されているということが利用される。図６（ａ）及び図６（ｂ）には、第二センサ活性化領域Ｓ２を指でタッチしたことによるＵ（ｔ）及びＵ１（ｔ）を、図６（ｃ）及び図６（ｄ）には、第二センサ活性化領域Ｓ２から指を引き離したことによるＵ（ｔ）及びＵ１（ｔ）を示した。
【００４４】
基信号及び運動信号は、第三閾値回路１７'、第四閾値回路３４'、第三フリップフロップ回路３２'及び第二時間検出回路３３'によって評価される。この評価は、第一センサ活性化領域をタッチしたときに生じる信号の評価に対応するが、ＵＧ１'＝−ＵＧ１及びＵＧ２'＝−ＵＧ２という相違がある。ここで、ＵＧ１'は、第三閾値回路１７'の閾値であり、ＵＧ２'は、第四閾値回路３４'の閾値である。第二時間検出回路３３'の出力端は、第二フリップフロップ回路１８のリセット入力端Ｒと接続しているため、第二センサ活性化領域Ｓ２をタッチすることにより、この第二フリップフロップ回路１８がリセットされ、従って切換要素２３が開かれる。
【００４５】
第二実施例の変形例を図３に示した。この場合、発光ダイオード（発光素子）１及び３にはそれぞれ独自の（それ専用の）フォトダイオード（受光素子）２−１及び２−３が配される。この２つのフォトダイオード２−１及び２−３は、パラレルに接続（並列接続）されるので、評価ユニットに対しては、発光ダイオードがただ１つしかないかのように作動する。この変形例には以下のような利点がある：
−２つのセンサ活性化領域Ｓ１及びＳ２は、非常に容易にかつ任意に互いに離隔して配され得る。
−市場で入手可能な発光ダイオード−フォトダイオードユニットを使用することができる。
【００４６】
第三実施例
【００４７】
図９及び図１０に第三実施例を示した。この実施例では、外部光補償はなしとされており、光源としてただ１つの連続作動発光ダイオード１''が使用される。発光ダイオード１''及びフォトダイオード２''は、フォトダイオード２''に感受性の波長範囲に対し非透過性のハウジング１１０内に配される。ハウジング１１０は、その上蓋に例えばスプリング式スナップ動作ディスク（ないし弾性スナッププレート：Federschnappscheibe）１２０等の可動要素が配される。手動で操作可能なスプリング式スナップ動作ディスク１２０は、図９及び図１０では押し込められた状態（押圧状態）で示されているが、発光ダイオード１''からの光を少なくとも部分的にフォトダイオード２の方向へ反射する。スナップ動作ディスク１２０を操作することにより、発光ダイオード１''から発信された光に関するその反射特性が変化するため、フォトダイオード２''に入射する光の量は、スナップ動作ディスク１２０の位置（作動状態）に依存（して変化）する。
【００４８】
発光ダイオードから発信された信号は、増幅回路４''によって増幅され、増幅回路４''の出力端には、値Ｕ''（ｔ）を有する基信号が生成する。この基信号は、ローパスフィルタ１０''を介して信号中央処理段１１''へ伝送される。信号中央処理段１１''は、発光ダイオードへの電圧供給を制御する制御回路１２''を制御し、基信号が常に所定の信号レベルＵ''０に調整されているようにする。ローパスフィルタ１０''が信号中央処理段１１''に前置接続されていることにより、Ｕ''（ｔ）のＵ''０への復帰制御が所定の時間遅延と共に行なわれる。
【００４９】
スナップ動作ディスク１２０を操作するとき、フォトダイオード２''によって受光される光量、従って基信号の値Ｕ''（ｔ）も変化するが、Ｕ''（ｔ）は、その後再び制御されてＵ''０へと復帰する。図１１（ａ）には、スナップ動作ディスク１２０を下方へ押し付けた場合のＵ''（ｔ）の典型的な推移を、図１１（ｂ）には、スナップ動作ディスク１２０を解放（解除）した場合のＵ''（ｔ）の典型的な推移を示した。
【００５０】
この実施例では、第一及び第二実施例とは異なり、−スナップ動作ディスク１２０の押し付けは常に意図的操作として判断されるべきであるため−意図的運動と偶発的運動との間で区別を行なう必要はないので、基信号の評価は極めて単純である。即ち、Ｕ''（ｔ）が第三閾値ＵＧ３を超過すると、第三閾値回路１７''の出力端が活性化され、従ってフリップフロップ回路３２''も活性化される。そしてＵ''（ｔ）が第四閾値ＵＧ４を超過すると、第四閾値回路３４''の出力端が活性化され、従ってフリップフロップ回路３２''がリセットされる。
【００５１】
光学的作動要素としてスナップ動作ディスク又は類似の部材を使用することにより、基信号に基づいた意図的スイッチ操作の認識（検出）が極めて容易に行なわれるという利点が得られる。この場合、意図的運動プロセスと偶発的運動プロセスとを区別するための手段として、密閉されたハウジング内の構造要素が使用される。そのような構造要素は、例えば実施例１に示したような外部光を補償する構成を採用する場合であっても勿論使用することができる。その場合は、光非透過性のハウジング（の使用）は、使用しなくてもよい。
【００５２】
この第三実施例の一変形例を図１０に示した。この場合、発光ダイオード１''の制御は行なわれない。フォトダイオードによって生成される電圧信号は、増幅回路４'''によって増幅され、増幅回路４'''の出力端には、基信号Ｕ'''（ｔ）が生成する。場合によっては、この基信号Ｕ'''（ｔ）は、温度変化、経時変化等によって時間的に緩慢な（低周波的な）変動の影響下におかれることがある。次に、この基信号Ｕ'''（ｔ）は、ハイパスフィルタＨに伝送される。基信号Ｕ'''（ｔ）の時間的に緩慢な変動は、このハイパスフィルタＨによってフィルタ除去されるため、ハイパスフィルタＨの出力端に生成する運動信号Ｕ１'''（ｔ）は、スナップ動作ディスク１２０が静止している限り、常にゼロである。しかしながら、基信号Ｕ'''（ｔ）がスナップ動作ディスク１２０の運動に基づいて急速に変化すると、例えばスナップ動作ディスクを押圧した場合の正方向の（プラスの）パルスやスナップ動作ディスクを解放（解除）した場合の負方向の（マイナスの）パルスのような時間変動的運動変化としての短いパルスが運動信号Ｕ１'''（ｔ）の推移に生じる。これらのパルスは、閾値回路１７'''及び３４'''によって認識（検出）され、それに応じてフリップフロップ回路３２'''がセット又はリセットされる（上記参照）。
【００５３】
第四実施例
【００５４】
上記各実施例では、光学的作動要素は、位置又は複数の発光ダイオード及びフォトダイオードの比較的近くに配される。第四実施例では、より大きい柔軟性を達成できる一例を提供する。
【００５５】
そのために、発光ダイオード１'''から放射された光の少なくとも一部が光ガイドに入射し、その中で伸長し、更に伝播されるように、例えば光ファイバ等の光ガイド１３０が配される（図１２）。第二境界面（端面）１３０Ｂで反射される光の一部は、フォトダイオード２'''に入射する。
【００５６】
光ガイド１３０の第二境界面１３０Ｂがフリーである限り、光ガイドに到達した光の殆ど全てが再び射出される。このことは、この第二境界面上に何らかの物体が配される場合、とりわけ当該物体が光ガイドより大きい光学密度を有する場合、劇的に変化する。この場合、光の少なからぬ部分が、当該境界面で反射され又は光ガイド内へと戻され、第一境界面（端面）１３０Ａから再び射出され、それによってフォトダイオード上に入射する光量は増加する。「受信」光ガイド内へ散乱される戻り光が僅かである場合でも、信号検出には十分である。例えば、放射された光のうちの２〜３％が戻り光として得られるが、これは光ガイドの厚さによって異なる値を取る。このとき生じる信号の変化は、上述の各実施例の場合のように評価することができるため、例えば光ガイドの第二境界面１３０Ｂへのタッチを検出（認識）することができる。外部光補償は、第一実施例の場合と同様に行うことができることは勿論である。
【００５７】
発光ダイオードの配置例
【００５８】
図１３及び図１４に、発光ダイオード／フォトダイオード系の配置例を示した。この配置例では、センサ活性化領域は、１つだけ形成されるものとする。そのため、図１３では、例えばレーザダイオードのように、収束光線を前方に放射する発光ダイオード１４０と、球状の放射特性を有する「通常の」発光ダイオード１４５が使用される。「通常の」発光ダイオードの照射領域は十分遠くにまでは及ばないので、ガラスプレート１２の上方にある物体（例えば指）が収束光線を放射する発光ダイオード１４０の照射領域とのみ相互作用できるように、ガラスプレート１２は（発光ダイオード／フォトダイオードから）遠く離れている。「通常の」発光ダイオードは、外部光補償用としてのみ使用される。収束光線を放射する発光ダイオード１４０とフォトダイオード２との間に、隔壁（防壁）１５０を設けることもできる。
【００５９】
図１４に示した配置例の場合、物体と一方の発光ダイオード３の照射領域との相互作用は、反射体（板）１６０による遮蔽によって阻止される。
【００６０】
とりわけ図１４に示した配置例は、透過要素なしで、即ちガラス／プレキシグラスディスク、光ファイバケーブルその他類似の部材なしで作動される場合に、好適である。この場合、センサ活性化領域は、発光ダイオード１ないしフォトダイオード２の上方に位置することになる。対応する評価ユニットは、例えば、指を素早く近づけたときに意図的スイッチングがあったという判断するように構成することができるであろう。更に、透過要素なしで作動するその他の構成を採用することも可能であろう。
【００６１】
本発明のオプトエレクトロニックスイッチの、透過要素を使用しない一応用例として、例えば、電話機の受話器受容部から受話器を取ったり置いたりすることを検出することが考えられる。
【００６２】
本発明においては、各請求項に係る発明の均等の範囲内において行なわれる種々の修正、変更及び適合化（付加等）が実行可能であることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 オプトエレクトロニックスイッチの第一実施例。
【図２】 オプトエレクトロニックスイッチの第二実施例。
【図３】 図２に示された実施例の変形例。
【図４】 （ａ）第一センサ活性化領域をスイープ（近接してスライド移動）した場合の測定信号の推移。
（ｂ）例えば布きんをガラスプレート上で素早く往復運動させた場合の基信号の推移。
【図５】 （ａ）第一センサ活性化領域にタッチした（接触ないし接近した）場合の基信号Ｕ（ｔ）の推移。
（ｂ）第一センサ活性化領域にタッチした場合の微分によって得られた運動信号Ｕ１（ｔ）の推移。
（ｃ）第一センサ活性化領域から指を離した場合の基信号Ｕ（ｔ）の推移。
（ｄ）第一センサ活性化領域から指を離した場合の微分によって得られた運動信号Ｕ１（ｔ）の推移。
【図６】 （ａ）第二センサ活性化領域にタッチした場合の基信号Ｕ（ｔ）の推移。
（ｂ）第二センサ活性化領域にタッチした場合の微分によって得られた運動信号Ｕ１（ｔ）の推移。
（ｃ）第二センサ活性化領域から指を離した場合の基信号Ｕ（ｔ）の推移。
（ｄ）第二センサ活性化領域から指を離した場合の微分によって得られた運動信号Ｕ１（ｔ）の推移。
【図７】 （ａ）第一センサ活性化領域をスイープした場合の測定信号の推移。
（ｂ）図７（ａ）の状況における第一閾値回路の出力信号の推移。
【図８】 値Ｕ２０（ｔ）、ＵＲ（ｔ）並びにＵＲ（ｔ０）の推移。
【図９】 オプトエレクトロニックスイッチの第三実施例。
【図１０】 図９に示された実施例の変形例。
【図１１】 （ａ）Ｕ''（ｔ）の信号推移（第三実施例）。
（ｂ）Ｕ''（ｔ）の信号推移（第三実施例）。
【図１２】 光ガイドを有する一実施例。
【図１３】 発信要素間に非対称性を引き起こすための構成。
【図１４】 発信要素間に非対称性を引き起こすための構成。
【関連する出願】
この出願は、2000年1月18日に出願されたドイツ特許出願100 01 955.2を優先権主張の基礎としている。これに関し、当該ドイツ特許出願の開示内容は、この出願の対象としてここに記載されているものとする。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念（前置部）に記載のオプトエレクトロニック（光電）スイッチに関する。即ち、本発明は、光を放射する少なくとも１つの発信要素と、その値が受光される光量に依存する第一信号を生成する少なくとも１つの受信要素と、前記第一信号の値又は該第一信号から導出される更なる信号の値が第一の閾値を上回るか又は下回るとき、少なくとも１つの切換要素がその切換状態を変化させる評価ユニットとを有し、前記発信要素から発せられる光が、所定領域内に存する物体（複数）によって又は受信要素及び発信要素に対し所定の空間関係を有する可動要素によって、散乱又は反射され、この散乱光又は反射光の少なくとも一部が該受信要素に到達するよう、１つの前記発信要素と１つの前記受信要素とが配置され、及び前記受信要素によって受光される散乱光又は反射光の、前記物体又は前記可動要素の運動によって引き起こされる光量の変化が、該運動が所定領域のタッチ（接触ないし接近運動：Antippen（本発明において「タッチ」の語はタッピング急動を含むものとする））に対応（相応）する所定の運動パターンの範囲内に存するとき、前記切換要素の（切換）状態の変化を引き起こすよう構成される形式のオプトエレクトロニックスイッチに関する。
【０００３】
【従来の技術】
殆ど全ての電気的又は電子的装置においては、手動操作用のスイッチが用いられる。このようなスイッチは、殆ど全て機械的に構成され、電気回路を開閉するために、２つの金属部分を接触させたり離隔させたりする。しかしながらこの機械的な構造には、とりわけ、機械的な摩擦部分を有しそれゆえ寿命も限定され、更に、基本的に水感受性であるので場合によっては費用のかかるカプセル密封が必須となるという欠点がある。
【０００４】
他方、光学スイッチも既に知られてはいるが、従来のものは極めて手間がかかり、それゆえ高価であり、更に作動の信頼性に関し要求される基準を未だ満たしていない。しかしながら光学スイッチには、通常、機械的な可動部材なしでも作動可能であり、スイッチ切換プロセスが切換（スイッチ）面への単なるタッチ（Antippen）ないし接触（運動）によって又はセンサへの単なる接近によって作動可能であるという本質的利点がある。
【０００５】
DE 42 07 772から既知のオプトエレクトロニックセンサスイッチは、論理回路によってタッチ（接触）を運動パターンとして認識（検出）し、例えば指によるタッチ（接触）が一定の待ち時間継続するとき、当該運動パターンを切換パルスとして評価する。これによってとりわけタッチ（接触）を例えばセラン調理域（Ceran（商品名）と称するセラミックガラスからなるコート面を有する調理用の加熱部：Koch-Ceranfeld）をさっと触れることから区別するものとする。しかしながら、センサスイッチは動的な（ダイナミックな）運動変化を認識（検出）しないので、付加的なセンサが必要となる。この付加的センサは、指によるタッチ（接触運動）とより大きい物体（による接触）とを区別可能にするものであるが、そのためシステムの費用と構造体積に対しネガティブな影響を与える。
【０００６】
DE 31 46 152 A1に記載されたオプトエレクトロニック接触パネル（Tastenfeld）は、光子流の変化に反応する。その評価ユニットでは、詳細には説明されていないが、スイッチボタンを操作する際に光子流中に生じる強度変化が測定され、閾値を上回るとスイッチ切換プロセスが作動される。操作の確実性を高めるために、入力装置は、時間的に遅延して反応し、操作用の複数のくぼみ（Vertiefung）が設けられる。しかしながら、時間変動的運動変化の捕捉は行なわれない。
【０００７】
DE 35 24 492から既知のオプトエレクトロニック操作要素は、光ガイド対と連結している。発信用光ガイド及び受信用光ガイドは、弾性的操作要素の下方で終端し、そのため操作要素が作動されると反射条件が変化し、意図的操作として評価される。しかしながら、時間変動的運動変化の捕捉、又は複数の運動ステップを含む運動パターンの検査ないし照合による意図的操作と偶発的操作との間の区別は行なわれない。光ガイドによって作動する対比可能な装置は、FR 2 693 859 A1から既知ではある。
【０００８】
DE 35 26 992 C2で提案されている好ましくは調理域（ないしクッキング面：Kochfeld）用のオプトエレクトロニックスイッチ要素は、例えば料理本のような偶発的に片付けられた物体がスイッチ切換プロセスを作動させてしまうことを阻止するものとされている。この場合、時間変動的運動変化を捕捉することはできないので、スイッチ要素上での物体の停留（停止）時間は10秒間程度までの比較的長い間検知され、停留（停止）時間がより短い場合にのみスイッチ切換プロセスが作動される。このことは、熱が流入するためにもある程度の時間が必要なので、調理域に対してはまだなんとか許容可能であろうが、通常のスイッチの場合には、反応（応答）時間をより短くする必要がある。
【０００９】
更に、DE 42 12 562 A1から既知のシート被覆キーボードは、カプセル化されているが、機械的に作動するものである。この場合、操作要素としてスナップ動作ディスク（Schnappscheiben）が設けられている。
【特許文献１】
ＤＥ ４２ ０７ ７７２
【特許文献２】
ＤＥ ３１ ４６ １５２ Ａ１
【特許文献３】
ＤＥ ３５ ２４ ４９２
【特許文献４】
ＤＥ ３５ ２６ ９９２ Ｃ２
【特許文献５】
ＤＥ ４２ １２ ５６２ Ａ１
【特許文献６】
ＵＳ ５，１０３，０８５Ａ
【特許文献７】
ＷＯ ８６／０１９５３ Ａ
【特許文献８】
ＪＰ ５８ １４７６７０
【非特許文献１】
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN VOL.007, NO.266 (P-239), 26. November 1983
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、改善されたオプトエレクトロニックスイッチ、とりわけ、機能信頼性が大きいオプトエレクトロニックスイッチを創出することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、
・光を放射する少なくとも１つの発信要素と、
・その値が受光される光量に依存する第一信号を生成する少なくとも１つの受信要素と、
・前記第一信号の値又は該第一信号から導出される第二信号の値が第一の閾値を上回るか又は下回るとき、少なくとも１つの切換要素がその切換状態を変化させる評価ユニットとを有し、
・前記発信要素から発せられる光が、所定領域内に存する物体によって又は前記受信要素及び発信要素に対し所定の空間関係を有する可動要素によって、散乱又は反射され、この散乱光又は反射光の少なくとも一部が該受信要素に到達するよう、１つの前記発信要素と１つの前記受信要素とが配置され、及び
・前記受信要素によって受光される散乱光又は反射光の、前記物体又は前記可動要素の運動によって引き起こされる光量の変化が、該運動が所定領域のタッチ（接触ないし接近運動：Antippen）に対応する所定の運動パターンの範囲内に存するとき、前記切換要素の（切換）状態の変化を引き起こすよう構成される形式のオプトエレクトロニックスイッチが提供される。このオプトエレクトロニックスイッチにおいて、
前記評価ユニットは、前記物体又は前記物体によって作動される可動要素が急速に停止するときの速度変化を時間変動的な運動変化として認識（検出）し、かつ、前記物体又は前記可動要素の運動変化をタッチ（接触ないし接近運動）として認識（検出）することを特徴とする（形態１・基本構成）。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の独立請求項１により、上記課題に対応した効果が達成される。即ち、本発明のオプトエレクトロニックスイッチは、付加的なセンサを要することなく、物体又は物体によって作動される可動要素の時間変動的な運動変化を認識・検出することができ、更に、意図的操作と偶発的操作との間の区別を行うことができる。
更に、各従属請求項により、付加的な効果が夫々達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の基本思想は、一又は複数の発信要素から発せられ、物体で反射又は散乱される光の変化を少なくとも１つの受信要素によって測定し、かつ受信要素によって生成される信号を、スイッチ切換プロセスを作動させるか否かを所定の基準により信号変化に基づき判断する少なくとも１つの評価ユニットへ配属することである。ここでいう「光」は、任意の波長を有する電磁波、とりわけ可視光及び赤外線として理解されるべきである。
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を示す。なお、形態２〜２５は従属請求項の対象でもある。
（形態１） 上記基本構成参照。
（形態２） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記運動パターンは、前記物体によるオプトエレクトロニックスイッチ又は可動要素の操作面へのタッチ（接触ないし接近運動）、所定の待ち時間に亘る該物体の停留、並びに所定距離を越える操作面からの該物体の引き離しを含むことが好ましい。
（形態３） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、１つの前記発信要素と１つの前記受信要素は、少なくとも１つのセンサユニットを構成すること、及び
１つの前記センサユニットから供給される信号は、前記運動パターン全体を検出（認識）することが好ましい。
（形態４） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記センサユニットは、前記運動パターンを検出するための唯一の手段として構成されることが好ましい。
（形態５） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記センサユニットは、運動が所定の運動パターンの範囲内にあるか否かを判断する評価ユニットに対する信号のみを供給することが好ましい。
（形態６） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、少なくとも１つの発信要素の照射領域に、該発信要素から放射される光の少なくとも一部に対し透過性に構成される透過要素が配されることが好ましい。
（形態７） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記透過要素は、ガラスディスクから構成されることが好ましい。
（形態８） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記透過要素は、プレキシグラスディスクから構成されることが好ましい。
（形態９） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記運動パターンは、前記ガラス又はプレキシグラスディスクの所定領域へのタッチ（接触ないし接近運動）から構成されることが好ましい。
（形態１０） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記透過要素は、光ガイドを有し、該光ガイドの境界面ないし端面は、前記発信要素の照射領域内に配されることが好ましい。
（形態１１） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記受信要素に、光ガイドが配され、該光ガイドは、前記反射光ないし散乱光を該受信要素に案内することが好ましい。
（形態１２） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記運動パターンは、前記光ガイドの第二の境界面ないし端面の領域内でのタッチ（接触ないし接近運動）から構成されることが好ましい。
（形態１３） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記光ガイドは、光ファイバから構成されることが好ましい。
（形態１４） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記可動要素は、復原力に抗して運動可能に構成されることが好ましい。
（形態１５） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記復原力に抗する運動は、死点を越えて行われ得ることが好ましい。
（形態１６） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記可動要素は、スナップ動作ディスクから構成されることが好ましい。
（形態１７） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記タッチ（接触ないし接近運動）によって引き起こされる運動パターンは、前記死点の乗り越えを含むことが好ましい。
（形態１８） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、少なくとも２つの発信要素が設けられ、該発信要素は、かわるがわる周期的に、同じ波長又は同じ波長領域にある光を放射すること、及び
前記受信要素には、外部光補償回路が後置接続されることが好ましい。
（形態１９） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、２つの可動要素が設けられること、及び
一方の前記可動要素は、一方の前記発信要素の照射領域内に配され、他方の前記可動要素は、他方の前記発信要素の照射領域内に配されることが好ましい。
（形態２０） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記可動要素は、復原力に抗して運動可能に構成されることが好ましい。
（形態２１） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記復原力に抗する運動は、死点を越えて行われ得ることが好ましい。
（形態２２） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記可動要素は、スナップ動作ディスクから構成されることが好ましい。
（形態２３） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記物体又は前記可動要素の運動は、発信要素からの光のみに影響を与えることが好ましい。
（形態２４） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記２つの発信要素によって、２つのセンサ活性化領域が、前記透過要素上に形成されることが好ましい。
（形態２５） 上記のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、前記発信要素の各々に、受信要素が配されること、及び
これらの受信要素は、電気的にパラレルに接続されることが好ましい。
【００１５】
【実施例】
本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、単なる例に過ぎず、本発明の技術的思想を所定の形態に限定することを意図していない。
【００１６】
以下の実施例は、光を放射する少なくとも１つの発信要素と少なくとも１つの受信要素とを有するオプトエレクトロニックスイッチの種々の形態を示している。受信要素は、その値が受光した光量に依存する信号を評価ユニットに与え、評価ユニットでは、第一信号の値又は第一信号から導出される更なる信号の値が所定の閾値を上回るかまたは下回る場合、少なくとも１つのスイッチ要素がその切換状態を変化させる。発信要素から発せられる光が、所定の領域内に存する物体によって、又は受信要素及び発信要素に対し所定の空間関係にある可動要素によって散乱又は反射され、この散乱光又は反射光の少なくとも一部が受信要素に到達するように、発信要素及び受信要素は配され得る。そのため、受信要素によって受光される散乱光又は反射光の、物体又は可動要素の運動によって引き起こされる光量の変化により、当該運動が所定の運動パターンの範囲内に存する場合、スイッチ要素の状態変化が引き起こされる。
【００１７】
この運動パターンは、好ましくは、指、手又は身体のその他の部分によって所定の領域をタッチする（接触ないし接近運動する）ことに対応する。例えば、ガラス又はプレキシグラスディスクの所定領域、又は発信要素及び／又は受信要素と機能的に結合する光ガイドの所定領域をタッチすることも可能である。
【００１８】
上述の可動要素は、例えば通常のスイッチの一部として使用されるようなスナップ動作スプリング（Schnappfeder）として構成され得る。そして、評価ユニットによって、このスナップ動作スプリングの運動パターンがそれ単独で又は物体の接近により補完されて認識（検出）される。例えば、利用者に切換効果を触覚的に明確に示すために、スナップ動作スプリングを近接センサ上に配することも可能であるが、可動要素の運動もまたそれ単独で捕捉又は評価され得る。スナップ動作スプリングは、復原力に抗して運動可能であり、例えば復原力に抗する運動を行う際に死点を越えて運動することができる。
【００１９】
評価ユニットは、時間変動的な運動変化、とりわけ利用者による操作が終了する際にスイッチ又は可動要素の操作面における急速な停止が起こるときの物体の速度変化を求め、かつ物体又は物体によって作動される可動要素のこの運動変化をタッチ（接触ないし接近運動）として認識（検出）する。好ましくは、運動パターンは、物体によるオプトエレクトロニックスイッチ又は可動要素の操作面のタッチ（接触ないし接近運動）、所定の待ち時間に亘る物体の停留（停止）、並びに所定距離を越える操作面からの物体の引き離しに対応する。
【００２０】
実施例においては、主に、１つの発信要素と１つの受信要素について説明するが、単独で又は並行的に作動する要素を複数配し得ることも自明である。発信要素及び受信要素は、どの程度一緒に作動するかにかかわらず、少なくとも１つのセンサユニットを構成し、評価ユニットを利用して、運動パターン全体を好ましくは単独で認識（検出）する。例えばなべの載置又は引擦りスライド運動のような偶発的運動変化と意図的運動変化とを付加的補助手段として区別可能にすべき阻止（ブロック）手段としての付加的センサユニットは、必要ではない。
【００２１】
第一実施例
【００２２】
オプトエレクトロニックスイッチの第一実施例を図１に示した。
【００２３】
ガラスプレート３１の下方に、少なくとも２つの発光ダイオード１、３が発信要素として配される。その（放射）光は、ガラスプレート３１を透過するものもあるが、少なくとも部分的に透過要素としてのガラスプレート３１で反射されることも可能であり、反射ないし散乱後、部分的にフォトダイオード２に入射する。この実施例では、第一発光ダイオード１からの光は、指で反射される。発光ダイオードを相応に構成することによりフォトダイオードとして使用することも可能である。ガラスプレート又はその他の表面は、少なくとも一定の波長範囲の光に対し透過性であるべきであろう。発光ダイオード３から放射される光は、検出光線としては使用されず、外部光補償（Fremdlichtkompensation）のためにのみ必要とされる。それゆえ、この発光ダイオードの光路を、その光が外部空間に射出され得ないようにブロックすることも考えられ、また多くの場合目的に適うものである。２つの光線の内の一方をブロックするための構成を図１４に示した。更に、第一発光ダイオードを例えば遠方放射レーザダイオードのような前方へ収束光を放射する発光ダイオードとして構成し、第二ダイオードを近接領域でのみ放射を行なう発光ダイオードとして構成することも考えられる（図１３）。
【００２４】
発光ダイオード１からの光は、ガラスプレート３１で部分的にのみ反射され、従って残りの部分は外部空間へ射出し、そこで再び物体（この場合は指）によって反射され、そして部分的にフォトダイオード２へと辿り着くことができる。尤も、外部光補償が必要となる場合には、物体の代わりに、例えば第三実施例のスナップ動作ディスク（Schnappscheibe）のような可動要素を使用することもできるであろう。なぜなら、可動要素は、一定の範囲の波長の光に対し透過性だからである。２つの発光ダイオードは、クロック発生回路１３によって電圧が印加され、２つの発光ダイオードの内の一方の信号が反転される。発光ダイオードの発光出力が一定の場合及び反射が正確に対称的である場合、ないし２つの発光ダイオードの内の少なくとも一方の発光強度の調節が適正である場合（下記参照）、フォトダイオード２の出力端には直流電圧信号が生成するが、直流電圧信号は、直流電圧成分及び低周波の交流成分を除去するために、ハイパスフィルタ（高（帯）域通過フィルタ）１３２にかけられる。ハイパスフィルタ１３２（その遮断周波数はクロック発生回路１３の周波数より小さい）は、交流成分のみを通過させ、発光ダイオード１、３の出力が適正な場合、当該フィルタに伝送された信号は“０”にされ、この構成では、外部光源の影響は排除される。
【００２５】
上記のようにフィルタ処理された信号は、増幅回路４、そして同期変調回路５に伝送される。同期変調回路５は、クロック発生回路１３からクロック信号を受け取り、このクロック信号は、ハイパスフィルタ１３２及び増幅回路４における信号処理時間に適合させるために遅延回路１５によって遅延させられる。同期変調回路５は、受光器２、ハイパスフィルタ１３２及び増幅回路４の信号伝送路では共通の、光源１及び３からの信号を再び分割し２つに別れた伝送路へそれぞれ分配する。同期変調回路５によって分割された信号部分は、ローパスフィルタ（低（帯）域通過フィルタ）６及び７において干渉（妨害）スペクトル領域について処理され、比較回路９へ伝送される。図１のケースでは、比較回路９は、単純な演算増幅回路（オペアンプ）から構成される。ローパスフィルタ６及び７の各出力端では、各光発信器に相応する差異ないし微分値（Differenzwerte）が生成する。相応に調節された状態では、２つともその値はゼロである。この２つの信号は、比較回路９に伝送される。この比較回路の出力端には、電圧値Ｕ（ｔ）、即ち基信号が生成する。この信号は、さらにローパスフィルタ１０を介して信号中央処理段（ユニット）ないし信号レベル調整段（Signalzentrierstufe）１１へ伝送される。
【００２６】
信号中央処理段１１の出力端は、少なくとも発光ダイオード３のための信号電圧を制御する制御回路１２と接続する。この構成によって、基信号は、発光ダイオード１から発信される光の反射（状態）が変化するとき変化するが、常に再びゼロ値に復帰することが実現される。この復帰のための時定数は、この実施例では、ローパスフィルタ１０によって決定される。
【００２７】
上記の構成は、国際出願国際公開WO 95/01561からも既知であるが、この国際出願の開示内容は、本出願の対象としてここに繰り込み記載されたものとする。この国際出願は、とりわけガラスディスク上の水滴検出用として提案されている。このケースでは、ガラスプレート上に存在する少なくとも１つのセンサ活性化領域Ｓ１がスイッチ面として使用できるように、即ち、このセンサ活性化領域のタッチ（接触ないし接近運動）によりスイッチ切換プロセスが作動するように、基信号Ｕ（ｔ）が使用される。この課題は、下記のスイッチングによって解決され得る。
【００２８】
図４（ａ）、図４（ｂ）、図５には、種々の状況下において上記センサ装置によって与えられた基信号（Nutzsignal）Ｕ（ｔ）が示されている。図５（ａ）には、センサ活性化領域Ｓ１をタッチしたときの基信号Ｕ（ｔ）が示されている。そのような信号によって、スイッチ切換プロセスが作動されるものとする。図４（ａ）又は図４（ｂ）には、第一センサ活性化領域Ｓ上を一回だけスイープ（スライド移動）するか又は往復してスイープした場合に生じるような基信号推移が示されている。そのような信号推移は、スイッチ切換プロセスを作動しないものとする。この課題は、この実施例では、以下のように達成される（図１）。
【００２９】
基信号Ｕ（ｔ）は、この場合微分回路として機能するハイパスフィルタ１６に伝送され、その出力端に微分によって得られた運動信号の値Ｕ１（ｔ）が生成する。例えば指等の物体がガラスプレート３１のセンサ活性化面上に向って運動すると、基信号の値Ｕ（ｔ）は、その運動に応じて（アナログ的に）ゆっくりと増加し、そして指がガラスプレート３１上に達し止められると急速に（増加が）停止する（図５（ａ）参照）。そして指を動かさずに留めておくと、基信号の値Ｕ（ｔ）は、再びＵ０に向ってゆっくりと減少する。基信号の急速な値の変化により、ハイパスフィルタ１６の出力端では、運動信号値Ｕ１（ｔ）の跳躍（急激な変化）が起こる（図５（ｂ）参照）。これ（Ｕ１（ｔ）の跳躍）は、所定の値（この実施例では負の値ＵＧ１）を超過するとき閾値回路１７によって検出され、第一フリップフロップ回路３２のセット入力端（Ｓ）と接続する第一閾値回路１７の出力端が活性化され、従って第一フリップフロップ回路３２が活性化される。ハイパスフィルタ１６の遮断周波数は、大きな速度でタッチ（接触ないし接近運動）を行なってもなお検出されるべき信号が良好に生じるように選択される。限界周波数は、例えば、１０ヘルツの範囲にあり得るであろう。
【００３０】
従って、このケースでは、基信号から生成される信号、即ち微分によって得られる運動信号も使用され、この運動信号は、その値Ｕ１（ｔ）が所定の閾値ＵＧ１を超過するとき、第一プロセスを作動させる。しかしながら、基信号が直接使用され、基信号の値Ｕ（ｔ）が所定の値を上回るか又は下回るとき、１つのプロセス−フリップフロップ回路の状態変化−を作動させるような回路構成例・応用例も考えることができる。
【００３１】
十分に迅速でかつ第一センサ活性化領域をスイープする運動は全て、このようなプロセスを作動させる。即ち、第一フリップフロップ回路３２の出力端が活性化されるのである。このような運動には、引擦り運動その他の類似の運動でも十分に当てはまるが、これらは意図的なスイッチ切換プロセスとして認識（検出）されるべきものではない（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。それゆえ、基信号は、基信号の値Ｕ（ｔ）が所定の第二閾値ＵＧ２を下回るとき活性化される第二閾値回路３４に伝送される。この場合、物体の除去（指の引き離し）により、（物体からの）距離に応じて反対方向へ（この実施例では負の領域へ）Ｕ（ｔ）は減少する（図４（ａ））。第二閾値回路３４の第二閾値ＵＧ２を超過すると、第二閾値回路３４の出力Ｕ３４（ｔ）は、活性化される（図７参照）。
【００３２】
第二閾値回路３４の出力端は、フリップフロップ回路３２のリセット入力端（Ｒ）と接続しているため、フリップフロップ回路３２を活性化させてしまった擦り運動その他の類似の運動が行われると、フリップフロップ回路３２は、短時間経過した後再びゼロにリセットされる。フリップフロップ回路３２の出力信号は、時間検出回路３３へ伝送される。この時間検出回路３３は、フリップフロップ回路３２が所定の時間Δt１（例えば100ms）より長く活性化されていた場合にのみ、その出力端が活性化されるように調節される。この所定の第一時間間隔Δt１は、指、手又はその他の身体の一部が、電気的切換要素として構成されるスイッチをタッチする際に通常停留（停止）する最小の時間にほぼ相当する。
【００３３】
時間検出回路３３の出力端は、第二フリップフロップ回路１８のセット入力端と接続する。そのため、センサ活性化面を意図的にタッチすると、第二フリップフロップ回路１８の出力端が活性化される。というのは、この場合、第一フリップフロップ回路３２のセットと第一フリップフロップ回路３２のリセットとの間の時間がΔt１より長い、換言すれば、指がセンサ活性化面２６上にΔt１より長く留まって（停留（停止）して）いるからである。しかしながら、スイッチ切換プロセスを作動させるべきではない運動−例えば布きんによる擦り運動−が行なわれる場合、第一フリップフロップ回路３２のセット・リセット間の時間はΔt１より短いため、このような運動は、第二フリップフロップ回路１８をセットするには至らない。つまり、センサ活性化面をタッチすることによって、第二フリップフロップ回路１８の状態も制御可能に変化される。フリップフロップ回路１８の出力端を更にスイッチ２３（例えばリレー）と接続することも可能である。
【００３４】
従って、評価ユニットが認識（検出）するのは、以下のような運動パターンである。即ち、物体の接近−物体の急停止−所定の時間間隔を超過する時間間隔に亘る物体の停留（停止）である。この運動パターンが認識（検出）されると、スイッチ要素（この場合第二フリップフロップ回路１８）の切換状態は、変化される。
【００３５】
指の引き離しは、閾値回路１７によって検出されない。というのは、基信号の値Ｕ（ｔ）の変化は、それ以外の方向では起こなわれずかつ微分後には余りにも小さく（図５（ｃ））、そのため微分によって得られる運動信号の値Ｕ１（ｔ）は第一閾値ＵＧ１を超過しないからである。
【００３６】
多くの応用例では、センサ活性化面２６のタッチ（接触ないし接近運動）によってセットされる第二フリップフロップ回路１８が、目的の指の引き離しによって再びリセットされることが好ましい。このとき、これによってタッチパネル（入力装置）の機能が得られる。尤も、些細な運動によってフリップフロップ回路が誤って消去（リセット）されないように、指がガラスプレートから数ミリメートル離れてからようやくフリップフロップ回路１８の消去（リセット）が行われるようにすることも有利である。この（第一）実施例では、この問題は以下のように解決される。
【００３７】
信号中央処理段１１の出力端に生成される制御信号ＵＲ（t）の瞬時値が、接近する物体が操作面の極く近く（直前）に位置する時点において検出（abtasten）及び記憶される。このことをこの実施例で実現するために、この制御信号は遅延回路２０に伝送される。遅延回路２０の出力端に生成される電圧値Ｕ２０は、時点ｔ０に記憶回路２１に記憶されるが、この時点ｔ０は、第一閾値回路１７の出力端に信号が生成する時点、即ち、第一閾値回路１７がタッチ（接触ないし接近運動）の行なわれた時点を検出（認識）した時点である。或いは、信号中央処理段１１の出力端に生成する信号を１より小さい値によって乗算を行ない、この値を記憶するすることもできる。そのため、この２つのケースでは、ＵＲ（t）への依存が生じるため、そのように記憶された値ＵＲ（t０）は、例えばガラスプレートの経時変化（老朽化）依存状態にも、温度又はその他の周囲条件にも依存しない。このように記憶された値ＵＲ（t０）は、比較回路２２の第一入力端へ伝送される。比較回路２２の第二入力端には、値ＵＲ（t）を有する制御信号が入力される。この制御信号の値が、記憶回路２１の出力値を超過している間は、比較回路２２は出力信号を生成しない。しかしながら、該制御信号の値が、時点ｔ１に、記憶された値を下回ると、比較回路の出力端は活性化される。信号Ｕ２０、ＵＲ（t）及びＵＲ（t０）の経過を図８に示した。この信号によって第二フリップフロップ回路１８はリセットされる。
【００３８】
使用される構成要素の閾値、時定数等の全てを不変に定めるのではなく、その値を制御入力によって外部から変化させることができるような構成要素を少なくとも部分的に使用することも考えられる。それによって、検出されるべき運動パターンを必要に応じ、（本発明の）スイッチが組み込まれたシステム全体を制御するソフトウェアによって予め与えることもできるであろう。
【００３９】
この第一実施例は、とりわけ以下の利点を有する：
−発信要素として作動する発光ダイオード及び受信要素として作動するフォトダイオードに対して、ガラスプレート（この場合他の材料からなるプレートも使用できることは自明であるが、その材料は選択されたスペクトル領域に対してのみ透過性でなければならない）の性質ないし状態（Lage）は、広い範囲において任意に選択できる。
−ガラスプレートの引っ掻き傷／汚れは、害を及ぼさない。というのは、それらによって引き起こされる反射態様の静的（静力学的：statischen）変化は、本システムによって補償されるからである。
−本装置は、外部光に対して非感応性即ち「ブラインド（blind）」であるので、本装置は、激しく交替する外部光状態下でも作動可能である。
【００４０】
第二実施例
【００４１】
図２に示した第二実施例は、第一実施例と類似したものである。主な相違は、第二発光ダイオード３から発せられる光線が外部光補償のためだけではなく、ガラスプレート上の第二センサ活性化領域Ｓ２を形成するためにも使用されるということである。即ち、ガラスプレート３１は、第一発光ダイオードの照明領域にも、第二発光ダイオードの照明領域にも位置するのである。第二センサ活性化領域Ｓ２は、この場合、第一センサ活性化領域Ｓ１から指を引き離すことによってではなく、第二センサ活性化領域Ｓ２をタッチすることによりフリップフロップ回路１８をリセットするために使用される。そのため、第一センサ活性化領域Ｓ１をタッチすると第二フリップフロップ回路１８がセットされ、それによって例えば切換要素（リレー）２３が閉じ、そして第二センサ活性化領域Ｓ２をタッチすると、第二フリップフロップ回路１８がリセットされ、それによって例えば切換要素２３が再び開くようなロッカースイッチ（切換スイッチ）として機能する。作動態様は以下の通りである。
【００４２】
基信号の生成及び第二フリップフロップ回路１８のセットに関しては、第一実施例が参照可能である。第二実施例の切換構成・機能は、第一実施例のそれと同一である。
【００４３】
その他の点に関しては、第二センサ活性化領域Ｓ２をタッチしたときの基信号（Nutzsignal）Ｕ（ｔ）及び運動信号Ｕ１（ｔ）の信号推移は、第一センサ活性化領域Ｓ１をタッチしたときのそれ（信号推移）に対応するが、後者に対し反転されているということが利用される。図６（ａ）及び図６（ｂ）には、第二センサ活性化領域Ｓ２を指でタッチしたことによるＵ（ｔ）及びＵ１（ｔ）を、図６（ｃ）及び図６（ｄ）には、第二センサ活性化領域Ｓ２から指を引き離したことによるＵ（ｔ）及びＵ１（ｔ）を示した。
【００４４】
基信号及び運動信号は、第三閾値回路１７'、第四閾値回路３４'、第三フリップフロップ回路３２'及び第二時間検出回路３３'によって評価される。この評価は、第一センサ活性化領域をタッチしたときに生じる信号の評価に対応するが、ＵＧ１'＝−ＵＧ１及びＵＧ２'＝−ＵＧ２という相違がある。ここで、ＵＧ１'は、第三閾値回路１７'の閾値であり、ＵＧ２'は、第四閾値回路３４'の閾値である。第二時間検出回路３３'の出力端は、第二フリップフロップ回路１８のリセット入力端Ｒと接続しているため、第二センサ活性化領域Ｓ２をタッチすることにより、この第二フリップフロップ回路１８がリセットされ、従って切換要素２３が開かれる。
【００４５】
第二実施例の変形例を図３に示した。この場合、発光ダイオード（発光素子）１及び３にはそれぞれ独自の（それ専用の）フォトダイオード（受光素子）２−１及び２−３が配される。この２つのフォトダイオード２−１及び２−３は、パラレルに接続（並列接続）されるので、評価ユニットに対しては、発光ダイオードがただ１つしかないかのように作動する。この変形例には以下のような利点がある：
−２つのセンサ活性化領域Ｓ１及びＳ２は、非常に容易にかつ任意に互いに離隔して配され得る。
−市場で入手可能な発光ダイオード−フォトダイオードユニットを使用することができる。
【００４６】
第三実施例
【００４７】
図９及び図１０に第三実施例を示した。この実施例では、外部光補償はなしとされており、光源としてただ１つの連続作動発光ダイオード１''が使用される。発光ダイオード１''及びフォトダイオード２''は、フォトダイオード２''に感受性の波長範囲に対し非透過性のハウジング１１０内に配される。ハウジング１１０は、その上蓋に例えばスプリング式スナップ動作ディスク（ないし弾性スナッププレート：Federschnappscheibe）１２０等の可動要素が配される。手動で操作可能なスプリング式スナップ動作ディスク１２０は、図９及び図１０では押し込められた状態（押圧状態）で示されているが、発光ダイオード１''からの光を少なくとも部分的にフォトダイオード２の方向へ反射する。スナップ動作ディスク１２０を操作することにより、発光ダイオード１''から発信された光に関するその反射特性が変化するため、フォトダイオード２''に入射する光の量は、スナップ動作ディスク１２０の位置（作動状態）に依存（して変化）する。
【００４８】
発光ダイオードから発信された信号は、増幅回路４''によって増幅され、増幅回路４''の出力端には、値Ｕ''（ｔ）を有する基信号が生成する。この基信号は、ローパスフィルタ１０''を介して信号中央処理段１１''へ伝送される。信号中央処理段１１''は、発光ダイオードへの電圧供給を制御する制御回路１２''を制御し、基信号が常に所定の信号レベルＵ''０に調整されているようにする。ローパスフィルタ１０''が信号中央処理段１１''に前置接続されていることにより、Ｕ''（ｔ）のＵ''０への復帰制御が所定の時間遅延と共に行なわれる。
【００４９】
スナップ動作ディスク１２０を操作するとき、フォトダイオード２''によって受光される光量、従って基信号の値Ｕ''（ｔ）も変化するが、Ｕ''（ｔ）は、その後再び制御されてＵ''０へと復帰する。図１１（ａ）には、スナップ動作ディスク１２０を下方へ押し付けた場合のＵ''（ｔ）の典型的な推移を、図１１（ｂ）には、スナップ動作ディスク１２０を解放（解除）した場合のＵ''（ｔ）の典型的な推移を示した。
【００５０】
この実施例では、第一及び第二実施例とは異なり、−スナップ動作ディスク１２０の押し付けは常に意図的操作として判断されるべきであるため−意図的運動と偶発的運動との間で区別を行なう必要はないので、基信号の評価は極めて単純である。即ち、Ｕ''（ｔ）が第三閾値ＵＧ３を超過すると、第三閾値回路１７''の出力端が活性化され、従ってフリップフロップ回路３２''も活性化される。そしてＵ''（ｔ）が第四閾値ＵＧ４を超過すると、第四閾値回路３４''の出力端が活性化され、従ってフリップフロップ回路３２''がリセットされる。
【００５１】
光学的作動要素としてスナップ動作ディスク又は類似の部材を使用することにより、基信号に基づいた意図的スイッチ操作の認識（検出）が極めて容易に行なわれるという利点が得られる。この場合、意図的運動プロセスと偶発的運動プロセスとを区別するための手段として、密閉されたハウジング内の構造要素が使用される。そのような構造要素は、例えば実施例１に示したような外部光を補償する構成を採用する場合であっても勿論使用することができる。その場合は、光非透過性のハウジング（の使用）は、使用しなくてもよい。
【００５２】
この第三実施例の一変形例を図１０に示した。この場合、発光ダイオード１''の制御は行なわれない。フォトダイオードによって生成される電圧信号は、増幅回路４'''によって増幅され、増幅回路４'''の出力端には、基信号Ｕ'''（ｔ）が生成する。場合によっては、この基信号Ｕ'''（ｔ）は、温度変化、経時変化等によって時間的に緩慢な（低周波的な）変動の影響下におかれることがある。次に、この基信号Ｕ'''（ｔ）は、ハイパスフィルタＨに伝送される。基信号Ｕ'''（ｔ）の時間的に緩慢な変動は、このハイパスフィルタＨによってフィルタ除去されるため、ハイパスフィルタＨの出力端に生成する運動信号Ｕ１'''（ｔ）は、スナップ動作ディスク１２０が静止している限り、常にゼロである。しかしながら、基信号Ｕ'''（ｔ）がスナップ動作ディスク１２０の運動に基づいて急速に変化すると、例えばスナップ動作ディスクを押圧した場合の正方向の（プラスの）パルスやスナップ動作ディスクを解放（解除）した場合の負方向の（マイナスの）パルスのような時間変動的運動変化としての短いパルスが運動信号Ｕ１'''（ｔ）の推移に生じる。これらのパルスは、閾値回路１７'''及び３４'''によって認識（検出）され、それに応じてフリップフロップ回路３２'''がセット又はリセットされる（上記参照）。
【００５３】
第四実施例
【００５４】
上記各実施例では、光学的作動要素は、位置又は複数の発光ダイオード及びフォトダイオードの比較的近くに配される。第四実施例では、より大きい柔軟性を達成できる一例を提供する。
【００５５】
そのために、発光ダイオード１'''から放射された光の少なくとも一部が光ガイドに入射し、その中で伸長し、更に伝播されるように、例えば光ファイバ等の光ガイド１３０が配される（図１２）。第二境界面（端面）１３０Ｂで反射される光の一部は、フォトダイオード２'''に入射する。
【００５６】
光ガイド１３０の第二境界面１３０Ｂがフリーである限り、光ガイドに到達した光の殆ど全てが再び射出される。このことは、この第二境界面上に何らかの物体が配される場合、とりわけ当該物体が光ガイドより大きい光学密度を有する場合、劇的に変化する。この場合、光の少なからぬ部分が、当該境界面で反射され又は光ガイド内へと戻され、第一境界面（端面）１３０Ａから再び射出され、それによってフォトダイオード上に入射する光量は増加する。「受信」光ガイド内へ散乱される戻り光が僅かである場合でも、信号検出には十分である。例えば、放射された光のうちの２〜３％が戻り光として得られるが、これは光ガイドの厚さによって異なる値を取る。このとき生じる信号の変化は、上述の各実施例の場合のように評価することができるため、例えば光ガイドの第二境界面１３０Ｂへのタッチを検出（認識）することができる。外部光補償は、第一実施例の場合と同様に行うことができることは勿論である。
【００５７】
発光ダイオードの配置例
【００５８】
図１３及び図１４に、発光ダイオード／フォトダイオード系の配置例を示した。この配置例では、センサ活性化領域は、１つだけ形成されるものとする。そのため、図１３では、例えばレーザダイオードのように、収束光線を前方に放射する発光ダイオード１４０と、球状の放射特性を有する「通常の」発光ダイオード１４５が使用される。「通常の」発光ダイオードの照射領域は十分遠くにまでは及ばないので、ガラスプレート１２の上方にある物体（例えば指）が収束光線を放射する発光ダイオード１４０の照射領域とのみ相互作用できるように、ガラスプレート１２は（発光ダイオード／フォトダイオードから）遠く離れている。「通常の」発光ダイオードは、外部光補償用としてのみ使用される。収束光線を放射する発光ダイオード１４０とフォトダイオード２との間に、隔壁（防壁）１５０を設けることもできる。
【００５９】
図１４に示した配置例の場合、物体と一方の発光ダイオード３の照射領域との相互作用は、反射体（板）１６０による遮蔽によって阻止される。
【００６０】
とりわけ図１４に示した配置例は、透過要素なしで、即ちガラス／プレキシグラスディスク、光ファイバケーブルその他類似の部材なしで作動される場合に、好適である。この場合、センサ活性化領域は、発光ダイオード１ないしフォトダイオード２の上方に位置することになる。対応する評価ユニットは、例えば、指を素早く近づけたときに意図的スイッチングがあったという判断するように構成することができるであろう。更に、透過要素なしで作動するその他の構成を採用することも可能であろう。
【００６１】
本発明のオプトエレクトロニックスイッチの、透過要素を使用しない一応用例として、例えば、電話機の受話器受容部から受話器を取ったり置いたりすることを検出することが考えられる。
【００６２】
本発明においては、各請求項に係る発明の均等の範囲内において行なわれる種々の修正、変更及び適合化（付加等）が実行可能であることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 オプトエレクトロニックスイッチの第一実施例。
【図２】 オプトエレクトロニックスイッチの第二実施例。
【図３】 図２に示された実施例の変形例。
【図４】 （ａ）第一センサ活性化領域をスイープ（近接してスライド移動）した場合の測定信号の推移。
（ｂ）例えば布きんをガラスプレート上で素早く往復運動させた場合の基信号の推移。
【図５】 （ａ）第一センサ活性化領域にタッチした（接触ないし接近した）場合の基信号Ｕ（ｔ）の推移。
（ｂ）第一センサ活性化領域にタッチした場合の微分によって得られた運動信号Ｕ１（ｔ）の推移。
（ｃ）第一センサ活性化領域から指を離した場合の基信号Ｕ（ｔ）の推移。
（ｄ）第一センサ活性化領域から指を離した場合の微分によって得られた運動信号Ｕ１（ｔ）の推移。
【図６】 （ａ）第二センサ活性化領域にタッチした場合の基信号Ｕ（ｔ）の推移。
（ｂ）第二センサ活性化領域にタッチした場合の微分によって得られた運動信号Ｕ１（ｔ）の推移。
（ｃ）第二センサ活性化領域から指を離した場合の基信号Ｕ（ｔ）の推移。
（ｄ）第二センサ活性化領域から指を離した場合の微分によって得られた運動信号Ｕ１（ｔ）の推移。
【図７】 （ａ）第一センサ活性化領域をスイープした場合の測定信号の推移。
（ｂ）図７（ａ）の状況における第一閾値回路の出力信号の推移。
【図８】 値Ｕ２０（ｔ）、ＵＲ（ｔ）並びにＵＲ（ｔ０）の推移。
【図９】 オプトエレクトロニックスイッチの第三実施例。
【図１０】 図９に示された実施例の変形例。
【図１１】 （ａ）Ｕ''（ｔ）の信号推移（第三実施例）。
（ｂ）Ｕ''（ｔ）の信号推移（第三実施例）。
【図１２】 光ガイドを有する一実施例。
【図１３】 発信要素間に非対称性を引き起こすための構成。
【図１４】 発信要素間に非対称性を引き起こすための構成。
Claims (25)
- ・光を放射する少なくとも１つの発信要素と、
・その値が受光される光量に依存する第一信号を生成する少なくとも１つの受信要素と、
・前記第一信号の値又は該第一信号から導出される第二信号の値が第一の閾値を上回るか又は下回るとき、少なくとも１つの切換要素がその切換状態を変化させる評価ユニットとを有し、
・前記発信要素から発せられる光が、所定領域内に存する物体によって又は前記受信要素及び発信要素に対し所定の空間関係を有する可動要素によって、散乱又は反射され、この散乱光又は反射光の少なくとも一部が該受信要素に到達するよう、１つの前記発信要素と１つの前記受信要素とが配置され、及び
・前記受信要素によって受光される散乱光又は反射光の、前記物体又は前記可動要素の運動によって引き起こされる光量の変化が、該運動が所定領域のタッチ（接触ないし接近運動：Antippen）に対応する所定の運動パターンの範囲内に存するとき、前記切換要素の（切換）状態の変化を引き起こすよう構成される形式のオプトエレクトロニックスイッチにおいて、
前記評価ユニットは、前記物体又は前記物体によって作動される可動要素が急速に停止するときの速度変化を時間変動的な運動変化として認識（検出）し、かつ、前記物体又は前記可動要素の運動変化をタッチ（接触ないし接近運動）として認識（検出）する
ことを特徴とするオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記運動パターンは、前記物体によるオプトエレクトロニックスイッチ又は可動要素の操作面へのタッチ（接触ないし接近運動）、所定の待ち時間に亘る該物体の停留、並びに所定距離を越える操作面からの該物体の引き離しを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - １つの前記発信要素と１つの前記受信要素は、少なくとも１つのセンサユニットを構成すること、及び
１つの前記センサユニットから供給される信号は、前記運動パターン全体を検出（認識）すること
を特徴とする請求項１又は２に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記センサユニットは、前記運動パターンを検出するための唯一の手段として構成される
ことを特徴とする請求項３に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記センサユニットは、運動が所定の運動パターンの範囲内にあるか否かを判断する評価ユニットに対する信号のみを供給する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 少なくとも１つの発信要素の照射領域に、該発信要素から放射される光の少なくとも一部に対し透過性に構成される透過要素が配される
ことを特徴とする請求項１〜５の一に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記透過要素は、ガラスディスクから構成される
ことを特徴とする請求項６に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記透過要素は、プレキシグラスディスクから構成される
ことを特徴とする請求項６に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記運動パターンは、前記ガラス又はプレキシグラスディスクの所定領域へのタッチ（接触ないし接近運動）から構成される
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記透過要素は、光ガイドを有し、該光ガイドの境界面ないし端面は、前記発信要素の照射領域内に配される
ことを特徴とする請求項６に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記受信要素に、光ガイドが配され、該光ガイドは、前記反射光ないし散乱光を該受信要素に案内する
ことを特徴とする請求項１〜１０の一に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記運動パターンは、前記光ガイドの第二の境界面ないし端面の領域内でのタッチ（接触ないし接近運動）から構成される
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記光ガイドは、光ファイバから構成される
ことを特徴とする請求項１０〜１２の一に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記可動要素は、復原力に抗して運動可能に構成される
ことを特徴とする請求項１〜１３の一に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記復原力に抗する運動は、死点を越えて行われ得る
ことを特徴とする請求項１４に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記可動要素は、スナップ動作ディスクから構成される
ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記タッチ（接触ないし接近運動）によって引き起こされる運動パターンは、前記死点の乗り越えを含む
ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 少なくとも２つの発信要素が設けられ、該発信要素は、かわるがわる周期的に、同じ波長又は同じ波長領域にある光を放射すること、及び
前記受信要素には、外部光補償回路が後置接続されること
を特徴とする請求項１〜１７の一に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - ２つの可動要素が設けられること、及び
一方の前記可動要素は、一方の前記発信要素の照射領域内に配され、他方の前記可動要素は、他方の前記発信要素の照射領域内に配されること
を特徴とする請求項１又は１８に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記可動要素は、復原力に抗して運動可能に構成される
ことを特徴とする請求項１９に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記復原力に抗する運動は、死点を越えて行われ得る
ことを特徴とする請求項２０に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記可動要素は、スナップ動作ディスクから構成される
ことを特徴とする請求項１９又は２０に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記物体又は前記可動要素の運動は、発信要素からの光のみに影響を与える
ことを特徴とする請求項１８に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記２つの発信要素によって、２つのセンサ活性化領域が、前記透過要素上に形成される
ことを特徴とする請求項６又は１８に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。 - 前記発信要素の各々に、受信要素が配されること、及び
これらの受信要素は、電気的にパラレルに接続されること
を特徴とする請求項２４に記載のオプトエレクトロニックスイッチ。
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