ES2208607T3 - Interruptor opto-electronico con evaluacion de los cambios de movimiento. - Google Patents

Interruptor opto-electronico con evaluacion de los cambios de movimiento.

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ES2208607T3 ES01942808T ES01942808T ES2208607T3 ES 2208607 T3 ES2208607 T3 ES 2208607T3 ES 01942808 T ES01942808 T ES 01942808T ES 01942808 T ES01942808 T ES 01942808T ES 2208607 T3 ES2208607 T3 ES 2208607T3
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Abstract

Conmutador opto-electrónico con: - por lo menos un elemento emisor de luz, - por lo menos un elemento receptor, que emite una primera señal, cuyo valor depende de la cantidad de luz recibida, - una unidad de evaluación, en la que por lo menos un elemento de conmutación modifica su estado de conmutación, cuando el valor de la primera señal o el valor de una señal ulterior derivada de esta señal es superior o inferior a un primer valor límite, - donde el elemento emisor y el elemento receptor están dispuestos de modo que la luz procedente del elemento emisor, de objetos que se encuentran dentro de cierta zona, o de un elemento móvil que se encuentra en una relación espacial predeterminada respecto del elemento receptor y del elemento emisor, se dispersa o refleja de modo que lo menos una parte de esta luz dispersada o reflejada llega al elemento receptor, - y donde el cambio causado por un movimiento del objeto o del elemento móvil en la cantidad de luz reflejada o dispersada, recibida por elelemento receptor produce un cambio de estado del elemento de conmutación, cuando el movimiento se encuentra dentro de los límites de un modelo de movimiento predefinido, que corresponde al contacto ligero con una zona definida, caracterizado porque la unidad de evaluación calcula un cambio de velocidad, en caso de frenado brusco del objeto o del elemento móvil accionado por el objeto, como cambio de movimiento en función del tiempo y reconoce dicho cambio de movimiento del objeto o del elemento móvil como contacto ligero.

Description

Interruptor opto-electrónico con evaluación de los cambios de movimiento.
La invención se refiere a un conmutador opto-electrónico según el término genérico de la reivindicación 1.
En casi todos los aparatos eléctricos o electrónicos se utilizan conmutadores para el mando manual. Estos conmutadores son de estructura casi siempre mecánica, en la que se ponen en contacto dos piezas metálicas o se interrumpe el contacto entre las mismas para cerrar o abrir un circuito. Esta estructura mecánica presenta sin embargo, entre otras, la desventaja de que dispone de piezas de desgaste mecánico y, por consiguiente, tiene una duración limitada y es, en principio, sensible al agua, por lo que se precisa, en caso de necesidad, un encapsulado costoso.
Se conocen ya algunos conmutadores ópticos que siguen resultando bastante caros y no alcanzan todavía el nivel requerido en cuanto a seguridad de funcionamiento. Sin embargo, los conmutadores ópticos tienen, en principio, ciertas ventajas, ya que por lo general no necesitan ninguna pieza mecánica móvil y el proceso de conmutación se puede iniciar con un simple contacto ligero o tocando una superficie de conmutación o acercando simplemente a un sensor.
Por el documento DE 42 07 772, se conoce un conmutador sensible opto electrónico que, con un circuito lógico, reconoce un contacto ligero como modelo de movimiento y lo valora como impulso de conmutación siempre que el contacto ligero, por ejemplo con un dedo, dure cierto tiempo. Es preciso distinguir aquí especialmente un contacto ligero del frotado, como por ejemplo en una placa de vitrocerámica de cocina. Debido a que el conmutador sensible no reconoce sin embargo ningún cambio de movimiento dinámico, se necesitan sensores adicionales, como sensores de bloqueo, que puedan distinguir el contacto ligero con un dedo de objetos mayores y que inciden por lo tanto negativamente en los costes y en el tamaño de construcción del sistema.
Por el documento US 5.103.085 A, se conoce un conmutador sensible opto electrónico que reconoce por ejemplo la aproximación de un objeto al cristal de un escaparate, incluso a la luz del sol. Si se cubre estáticamente el sensor durante un período de tiempo determinado por un temporizador, se activa un conmutador para el accionamiento ulterior. De este modo, no es posible reconocer un contacto ligero con las etapas de: acercamiento - permanencia durante poco tiempo - levantamiento. Por este motivo, otros movimientos pueden activar también el conmutador.
También el documento WO-A 86/01953 procede al registro del movimiento de un dedo con señales estáticas. En un circuito de Sample and Hold (de muestreo y retención), se guarda un valor de umbral. Para mantener este valor de umbral por encima de un valor real, se trabaja con una constante de tiempo lenta, de forma que no existe dinámica suficiente - si la hay - para reconocer movimientos bruscos, que cambian con el tiempo.
Por el Resumen de Patentes de Japón, volumen 007, n°. 266 (P-239), 26 de noviembre de 1983 y por el documento JP 58 147670, se conoce un circuito de detección opto electrónico en el que, para eliminar la sensibilidad de detección, se descompone una sola señal y una parte de la señal se lleva, con retardo de tiempo, hasta un elemento comparador. Se produce una diferenciación de la señal DC. De lo que se trata aquí no es de registrar y, sobre todo, de evaluar la forma de señal típica de un movimiento de conmutación.
En el documento DE 31 46 152 A1 se describe un teclado opto electrónico que reacciona a cambios en la corriente de fotones. En las unidades de evaluación, que no se describen en detalle, se mide el cambio de intensidad que se produce, al accionar la tecla, en la corriente de fotones y que, al superar los valores de umbral, activa un proceso de conmutación. Para aumentar la seguridad de servicio, los manipuladores reaccionan con retardo en el tiempo y se han previsto cavidades para el manejo. No se produce el registro de cambios de movimiento variables con el tiempo.
Por el documento DE 35 24 492, se sabe como acoplar elementos de manipulación opto eléctricos a un par de conductores de luz. El conductor de luz emisor y el conductor de luz receptor terminan debajo de un elemento de manipulación elástico, de forma que, al accionar el elemento de manipulación se modifican las condiciones de reflexión y se evalúan como accionamiento voluntario. No se produce el registro de cambios de movimiento variable con el tiempo o la diferenciación de accionamientos voluntarios e involuntarios consultando un modelo de movimiento que comprende varias etapas. Por el documento FR 2 693 859 A1, se conoce un dispositivo comparable que funciona con un conductor de luz.
En el documento DE 35 26 992 C2, se proponen preferentemente elementos de conmutación opto electrónicos para una zona de cocina, donde se tiene que evitar que unos objetos depositados involuntariamente, como por ejemplo un libro de recetas, active un proceso de conmutación. Como no se puede registrar un cambio de movimiento variable con el tiempo, se comprueba el tiempo de permanencia de un objeto sobre el elemento de conmutación durante un tiempo relativamente largo, hasta 15 segundos y sólo se activa el proceso de conmutación si el tiempo de permanencia es menor. Esto puede ser aceptable para placas de cocina, ya que la alimentación de calor también requiere cierto tiempo, pero en los conmutadores habituales se requiere sin embargo un tiempo de reacción más corto.
Por el documento DE 42 12 562 A1, se conoce además un teclado de membrana, encapsulado, de funcionamiento mecánico. Como elemento de accionamiento, se han previsto discos de resorte.
Lo que se pretende con la invención es crear un conmutador opto electrónico mejorado, en particular un conmutador opto electrónico con elevada seguridad de funcionamiento.
Este problema se resuelve con un dispositivo con las características de la reivindicación 1.
La idea básica de la invención consiste en medir, por lo menos con un elemento receptor, la variación de la luz reflejada o dispersada en un objeto, procedente de uno o varios elementos emisores, y llevar la señal generada por el elemento receptor, por lo menos hasta una unidad de evaluación, que decidirá según criterios prefijados, en virtud de los cambios de señal, si se activa o no un proceso de conmutación. Se entiende aquí por "luz" unas ondas electromagnéticas de cualquier longitud de onda, en particular, sin embargo, luz visible y radiación infrarroja.
La invención se describirá ahora sobre la base de un ejemplo de realización.
La figura 1 muestra un primer ejemplo de realización de un conmutador opto electrónico.
La figura 2a muestra un segundo ejemplo de realización de un conmutador opto electrónico
La figura 2b muestra una variación con respecto al ejemplo de realización mostrado en la figura 2a.
La figura 3.1 muestra la forma de la señal de medida, al rozar la primera zona sensible activa,
La figura 3.2 muestra la forma de la señal útil cuando se mueve rápidamente, por ejemplo de un lado hacia otro, un paño sobre la placa de cristal.
La figura 4a muestra la forma de la señal útil (U)t, en el caso de contacto ligero con la primera zona sensible activa.
La figura 4b muestra la forma de la señal de movimiento diferenciada U_{1}(t) en el caso de contacto ligero con la primera zona sensible activa.
La figura 4c muestra la forma de la señal útil U(t) al quitar un dedo de la primera zona sensible activa.
La figura 4d muestra la forma de la señal de movimiento diferenciada U_{1}(t) al quitar un dedo de la primera zona sensible activa.
La figura 4e muestra la forma de la señal útil U(t) en el caso de contacto ligero con la segunda zona sensible activa.
La figura 4f muestra la forma de la señal de movimiento diferenciada U_{1}(t) en el caso de contacto ligero con la segunda zona sensible activa.
La figura 4g muestra la forma de la señal útil U(t) al quitar un dedo de la segunda zona sensible activa.
La figura 4h muestra la forma de la señal de movimiento diferenciada U_{1}(t) al quitar un dedo de la segunda zona sensible activa.
La figura 5a muestra la forma de la señal de medida al rozar la primera zona sensible activa.
La figura 5b muestra la forma de la señal de salida del primer conmutador de valor de umbral en la situación representada en la figura 5a.
La figura 6 representa el recorrido de los valores U_{20}(t), U_{R}(t), así como U_{R}(t_{0}).
La figura 7a muestra un tercer ejemplo de realización de un conmutador opto electrónico.
La figura 7b muestra una variación con respecto al ejemplo de realización mostrado en la figura 7a.
La figura 8 muestra las formas de la señal de U''(t) (ejemplo de realización 3).
La figura 9 muestra un ejemplo de realización con un conductor de luz.
Las figuras 10, 11 muestran disposiciones para generar una asimetría entre los elementos emisores.
Los ejemplos de realización muestran diversas configuraciones de un conmutador opto electrónico, equipado por lo menos con un elemento que emite luz y por lo menos con un elemento receptor. El elemento receptor emite sus señales, cuyo valor depende de la cantidad de luz recibida, a una unidad de evaluación, en la que por lo menos un elemento de conmutación modifica su estado de conmutación, cuando el valor de la primera señal o el valor de otra señal derivada de aquella es superior o inferior a unos valores límites predeterminados. Los elementos emisor y receptor pueden disponerse de forma que la luz procedente del elemento emisor, de objetos que se encuentran dentro de una zona determinada o de un elemento móvil que se encuentra en cierta relación espacial predeterminada con respecto al elemento receptor y emisor, se refleja o dispersa de modo que por lo menos una parte de esta luz dispersada o reflejada llega al elemento receptor. De este modo, la modificación de la cantidad de luz reflejada o dispersada recibida por el elemento receptor, causada por un movimiento del objeto o del elemento móvil, produce un cambio de estado del elemento de conmutación, si el movimiento se encuentra dentro de los límites de un modelo de movimiento predeterminado.
Este modelo de movimiento es, de preferencia, un contacto ligero de una zona determinada con el dedo, la mano o con otra parte del cuerpo. El contacto ligero puede ser, por lo tanto, con una zona determinada de una hoja de cristal o de plexiglás o de un conductor de luz conectado a un elemento emisor y/o receptor.
El elemento móvil puede ser por ejemplo un resorte, como los que se utilizan en parte en los demás conmutadores. La unidad de evaluación reconoce entonces el modelo de movimiento de este resorte solamente o como complemento a la aproximación del objeto. El resorte puede encontrarse por ejemplo sobre el sensor de proximidad, para dar a conocer al usuario, de forma sensible al contacto, el efecto de conmutación, aunque también puede registrarse y evaluarse solamente el movimiento del elemento móvil. El resorte se puede mover venciendo una fuerza de retorno y, al moverse en el sentido contrario de la fuerza de retorno, superar un punto muerto.
La unidad de evaluación calcula los cambios de movimiento en función del tiempo, en particular el cambio de velocidad del objeto en caso de frenar bruscamente en la superficie de manipulación del conmutador o del elemento móvil, al final del accionamiento por el usuario, y reconoce estos cambios de movimiento del objeto o del elemento móvil accionado por el objeto, como contacto ligero. De preferencia, el modelo de movimiento es el contacto ligero de una superficie de manipulación del conmutador opto electrónico o del elemento móvil por el objeto, una permanencia del objeto durante un tiempo de permanencia predeterminado así como un levantamiento del objeto a una distancia superior a la predeterminada respecto de la superficie de manipulación.
En los ejemplos de realización, se trata por lo general de un elemento emisor y de un elemento receptor, aunque se pueden prever, como es natural también varios elementos que funcionan en paralelo. Los elementos emisor y receptor - independientemente de cuantos de ellos trabajen conjuntamente - constituyen por lo menos una unidad sensible que, con la ayuda de la unidad de evaluación, reconoce todo el modelo de movimiento, de preferencia sola. No hacen falta unidades sensibles adicionales como medio de bloqueo que, como dispositivos adicionales, permitan distinguir cambios de movimientos voluntarios de los involuntarios, como por ejemplo la colocación de una olla o un movimiento de frotado.
Primer ejemplo de realización
En la figura 1, se representa un primer ejemplo de realización de un conmutador opto electrónico:
Por debajo de una placa de cristal 31, se han dispuesto por lo menos dos diodos luminosos 1,3 como elementos emisores, cuya luz se puede reflejar por lo menos parcialmente en la placa de cristal 31 como elemento de transmisión, pasando a través de la misma e incidiendo parcialmente en el fotodiodo 2 después de la reflexión o dispersión. En el presente ejemplo, la luz del primer diodo luminoso 1 se refleja en un dedo. Como fotodiodo, se puede utilizar también un diodo luminoso adecuadamente conectado. La placa de cristal u otra superficie deberá ser permeable a la luz, por lo menos dentro de ciertas longitudes de ondas. La luz emitida por el diodo luminoso 3 no sirve de trayecto de medida sino que se necesita únicamente para la compensación de luz extraña. Resulta por lo tanto factible, y en algunos casos conveniente, bloquear la trayectoria de este diodo luminoso para que no pueda salir al exterior. En la figura 11, se representa un dispositivo para bloquear uno de los dos rayos de luz. Además, es posible configurar el primer diodo luminoso como diodo luminoso con emisión de luz en haz hacia delante, como por ejemplo diodo láser de radiación a gran distancia, y el segundo diodo luminoso como diodo luminoso que sólo irradia la zona cercana (figura 10).
La luz del diodo luminoso 1 sólo se refleja parcialmente en la placa de cristal 31 y sale por lo tanto además al exterior, donde se refleja nuevamente en un objeto, aquí un dedo, y por lo tanto puede retornar por lo menos parcialmente al fotodiodo 2. En lugar del objeto se podría utilizar un elemento móvil, como por ejemplo un disco de resorte según el tercer ejemplo de realización, si se necesita una compensación de luz extraña, ya que el elemento móvil es transparente, por lo menos dentro de unas longitudes de ondas determinadas. Los dos diodos luminosos reciben tensión por medio de un generador de impulsos 13, donde se invierte la señal de uno de los dos diodos luminosos. En el caso de potencia luminosa uniforme de los diodos luminosos y de reflexión exactamente simétrica, es decir en caso de regulación adecuada de la intensidad luminosa de por lo menos de uno de los dos diodos (véase más abajo), aparece en la salida del fotodiodo 2 una señal de tensión continua que se lleva a un pasaalto 132 para evitar componentes de corriente continua y componentes de corriente alterna de baja frecuencia. El pasaalto 132, cuya frecuencia límite se encuentra por debajo de la frecuencia del generador de impulsos 13, sólo deja pasar componentes de corriente alterna, de forma que con una potencia de salida correspondiente de los diodos luminosos 1,3 la señal que se lleva hasta él se hace "0". Con esta disposición, quedan excluidas las incidencias de fuentes de luz extraña.
Esta señal, así filtrada, se lleva hasta un amplificador 4 y luego a un demodulador sincrónico 5. El demodulador sincrónico 5 recibe su señal de sincronización del generador de frecuencia 13, y esta señal de sincronización es retardada correspondientemente por el temporizador de retardo 15, para adaptarla a los tiempos de recorrido de la señal en el pasaalto 132 y en el amplificador 4. El demodulador sincrónico 5 vuelve a dividir en dos recorridos /separados la señal común de las fuentes de luz 1 y 3, en el recorrido de la señal del receptor de luz 2, del filtro pasaalto 132 y del amplificador 4. Las secciones de la señal recortada por el demodulador sincrónico 5 se limpian de zonas parásitas en los filtros pasaalto 6 y 7 y se llevan hasta el elemento comparador 9. En el caso representado, el elemento comparador 9 está constituido por un simple amplificador operacional. En las salidas de los filtros pasaalto 6 y 7 correspondientes, aparecen los valores diferenciales correspondientes a los emisores de luz. En el estado correspondientemente sincronizado, por lo tanto, dos veces el valor cero. Estas dos señales se llevan hasta el elemento comparador 9. En la salida de este comparador, aparece el valor de tensión U(t), la señal útil. Esta señal se lleva hasta la etapa de centrado de señal 11 pasando por un pasabajo 10.
La salida de la etapa de centrado de señal 11 está conectada a un regulador 12, que regula por lo menos la tensión de la señal para el diodo luminoso 3. Debido a esta disposición, se consigue que la señal útil se modifique al cambiar la reflexión del rayo luminoso emitido por el diodo 1, aunque siempre vuelve al valor cero. La constante de tiempo para este retorno se determina en el ejemplo de realización mediante el filtro pasabajo 10.
La disposición descrita hasta ahora es la conocida por el documento WO 95/01561, cuya descripción se convierte, por la presente, en objeto de la presente solicitud. En dicho documento, se proponía particularmente para la detección de gotas de agua sobre la hoja de cristal. En el presente caso, la señal útil U(t) se utiliza para que se pueda utilizar como superficie de conmutación una zona S sensor-activa, que se encuentra sobre la placa de cristal, es decir que un contacto ligero con esta zona activa un proceso de conmutación. Este problema se resuelve con el circuito descrito a continuación:
En las figuras 3.1, 3.2, 4 se representa, en diversas situaciones la señal útil U(t) emitida por el dispositivo sensor descrito anteriormente. En la figura 4ª, se representa gráficamente la señal útil U(t) en caso de contacto ligero con la zona sensora activa Si. Debido a esta señal, se activa un proceso de conmutación. En las figuras 3.1 ó 3.2, se representan gráficamente recorridos de señales útiles, como las que se producen al rozar una vez o al limpiar, con movimiento de vaivén, la primera zona sensora activa S. Estas señales no activan ningún proceso de conmutación. En el ejemplo de realización, este objetivo se logra del siguiente modo (figura 1):
La señal útil U(t) se lleva hasta el filtro pasaalto 16, que actúa aquí como elemento diferenciador, de modo que en su salida aparece el valor U_{1}(t) de la señal de movimiento diferenciada. Al moverse un objeto, por ejemplo un dedo, sobre la superficie sensora activa de la placa de cristal 31, va aumentando lentamente el valor U(t) de la señal útil de forma análoga al movimiento y se detiene bruscamente cuando se frena el dedo sobre la placa de cristal 31, véase figura 4a. Si el dedo no se mueve, el valor U(t) de la señal útil vuelve lentamente a U_{0}. Este cambio de valor brusco de la señal útil produce en la salida del filtro pasaalto 16 un salto en el valor de la señal de movimiento U_{1}(t) véase figura 4b. Esto lo reconoce un conmutador de valor de umbral 17, al rebasar un valor U_{G1} negativo prefijado en el ejemplo, y la salida del primer conmutador de valor umbral 17 acoplada a la entrada de Set del primer FlipFlop 32 se vuelve activa y se pone de este modo el primer FlipFlop 32. La frecuencia límite del filtro pasaalto 16 se elige de forma que un contacto ligero a una velocidad reducida produzca una señal que se puede detectar bien. La frecuencia límite podría encontrarse por ejemplo en torno a 
\hbox{10
Hertzios.}
En este caso, se utiliza una señal generada desde la señal útil, o sea la señal de movimiento obtenida por diferenciación, que activa un primer proceso, cuando su valor U_{1}(t) supera un valor límite determinado U_{G1}. Son posibles también otras disposiciones de los circuitos y otros casos de aplicación, en los cuales se utiliza directamente la señal útil y se activa un proceso - cambio de estado del FlipFlop -, cuando el valor U(t) de la señal útil es superior o inferior a un valor determinado.
Todo movimiento que sea lo suficientemente rápido y recorra la primera zona sensor-activa activa este proceso, es decir que la salida del primer FlipFIop 32 pasa primero a posición activa. Para ello, basta con un frotado o un movimiento similar, que no se tiene que reconocer sin embargo como proceso de conmutación voluntario (véase figuras 3.1. y 3.2). Por este motivo, se lleva la señal útil a un segundo conmutador de valor de umbral 34, que se vuelve activo cuando el valor U(t) de la señal útil es inferior a un segundo valor de umbral determinado U_{G2}. Aquí se aprovecha el hecho de que el alejamiento de un objeto (quitar un dedo) produce una caída de U(t) en el sentido contrario, en proporción al acercamiento, en el ejemplo, a la zona negativa (figura 3.1). Cuando se supera el segundo valor de umbral U_{G2}, del segundo conmutador de valor de umbral 34 se pone su salida U_{34}(t) en posición activa (véase figura 5).
La salida del conmutador de valor de umbral 34 está conectada con la entrada Reset del FIipFIop 32, de modo que al frotar o realizar cualquier otra acción que activa el FIipFIop 32 se vuelve a poner éste a cero poco tiempo después. La señal de salida del FIipFIop 32 se lleva al circuito de detección temporal 33. Este circuito se ajusta de forma que su salida sólo se activa cuando el FIipFIop 32 ha estado activo durante un período de tiempo superior a uno predeterminado, por ejemplo 100 ms. Este primer intervalo de tiempo predeterminado \Deltat_{1} corresponde aproximadamente al tiempo de permanencia mínimo habitual de un dedo, una mano u otra parte del cuerpo al entrar en ligero contacto con un conmutador configurado como elemento de conmutación eléctrica.
La salida del circuito de detección temporal 33 está conectada con la entrada Set del segundo FlipFlop 18. En el caso de contacto ligero voluntario de la superficie sensor-activa, se activa por lo tanto la salida del segundo FlipFlop 18 ya que aquí el tiempo comprendido entre la colocación del primer FlipFlop y la retirada de este FlipFlop es superior a \Deltat_{1}, en otras palabras: el dedo permanece más tiempo que \Deltat_{1} sobre la superficie sensor-activa 26. No obstante, en el caso de movimientos que no van a activar ningún proceso de conmutación - por ejemplo limpiar con un paño - el tiempo comprendido entre la colocación y la retirada del primer FlipFlop 32 es inferior a Ab, de modo que estos movimientos no conducen por lo tanto a la puesta (ajuste) del segundo FlipFlop 18. Mediante un contacto ligero de la superficie sensor-activa, se modifica de forma controlada el estado del segundo FlipFlop 18. La salida del FlipFlop 18 puede conectarse también a un conmutador 23, por ejemplo un relé.
La unidad de evaluación reconoce por lo tanto el siguiente modelo de movimiento: acercamiento de un objeto - frenado brusco del objeto - permanencia del objeto durante un tiempo determinado, superior a un intervalo prefijado. Si se reconoce este modelo de movimiento, se modifica el estado de conmutación de un elemento de conmutación, aquí del segundo FlipFlop 18.
El interruptor de valor de umbral 17 no reconoce el hecho de quitar el dedo, ya que el cambio del valor U(t) de la señal útil se realiza en otra dirección y es demasiado pequeño después de la diferenciación
(figura 4c) y por lo tanto el valor U_{1}(t) de la señal de movimiento obtenida por diferenciación no supera el primer valor límite U_{G1}.
En muchos casos de aplicación, será deseable que el segundo FlipFlop 18 puesto (ajustado) por el contacto ligero de la superficie sensor-activa 26 se reponga quitando el dedo. Esto equivale a la función de un manipulador. Es sin embargo ventajoso que la interrupción del FlipFlop 18 sólo se consiga cuando el dedo está a unos milímetros de la placa de cristal, para impedir la interrupción errónea del FlipFlop debido a un movimiento mínimo. En el ejemplo de realización aquí representado, se soluciona este problema del siguiente modo:
El valor momentáneo de la señal de control U_{R}(t) en la salida de la etapa de centrado de señal 11 se explora y almacena en un momento en el que el objeto que se acerca se encuentra todavía justo delante de la superficie de manipulación. Para lograr esto en el ejemplo de realización, se lleva esta señal al circuito de retardo 20. El valor de tensión U_{20} en la salida del circuito de retardo 20 se almacena en el registro 21 en el momento t_{0} en el que en la salida del primer conmutador de valor de umbral 17 se produce una señal, es decir en el momento en que el primer conmutador de valor de umbral 17 ha reconocido el momento del contacto ligero. Alternativamente, también puede realizarse una multiplicación de la señal que se produce en la salida de la etapa de centrado de señal 11 por un valor inferior a cero y almacenarse este valor. En ambos casos, se obtiene una dependencia con respecto a un U_{R}(t) de forma que el valor así almacenado UR(t_{0}) no depende ni del estado de envejecimiento, por ejemplo de la placa de cristal, ni de la temperatura ni de otras circunstancias. El valor así almacenado
U_{R}(t_{0}) se lleva a una primera entrada del comparador 22. En la segunda entrada del comparador aparece la señal de control con el valor U_{R}(t). Mientras el valor de la señal de control está por encima del valor de salida del registro 21, el circuito comparador 22 no da ninguna señal de salida. No obstante, si el valor de la señal de control, en el momento t_{1} disminuye por debajo del valor almacenado, se activa la salida del comparador. Las señales U_{20}, U_{R}(t) y U_{R}(t_{0}) se representan en la figura 6. Con esta señal se repone el segundo FlipFlop 18. También es factible no establecer de forma invariable todos los valores de umbral, constantes de tiempo, etc., de los componentes utilizados, sino utilizar, por lo menos en parte, componentes en los cuales los valores correspondientes se pueden modificar desde fuera utilizando una entrada de control. De este modo, se podría prefijar el modelo de movimiento a reconocer, según las necesidades, por ejemplo mediante el software de un sistema global, en el que se incorpora el conmutador.
Este primer ejemplo de realización presenta, en particular, las siguientes ventajas:
-
La posición de la placa de cristal - puede utilizarse aquí, por supuesto también una placa de otro material; lo único que se exige es que sea permeable a la zona espectral elegida - con respecto a los diodos luminosos que sirven de elementos emisores y al fotodiodo que sirve de elemento receptor, puede elegirse libremente dentro de un amplio sector.
-
El hecho de que la placa de cristal se ensucie o se arañe ya no resulta perjudicial ya que el sistema compensa los cambios estáticos resultantes del comportamiento de la reflexión.
-
La disposición es "ciega" para la luz extraña de modo que puede funcionar en condiciones luminosas exteriores fuertemente variables.
Segundo ejemplo de realización
El segundo ejemplo de realización representado en la figura 2a es similar al primer ejemplo de realización. La diferencia principal es que el rayo de luz procedente del segundo diodo luminoso 3 no se utiliza solamente para compensar la luz extraña sino también para disponer de una segunda zona sensor-activa 2 sobre la placa de cristal. Esto significa que la placa de cristal 31 se encuentra tanto en el campo de radiación del primer diodo luminoso como del segundo. La segunda zona sensor-activa S2 se utiliza aquí para reponer el segundo FlipFlop 18 en caso de contacto ligero y no en caso de quitar el dedo de la primera zona sensor-activa SI. Se origina por lo tanto la función de un conmutador basculante, en el que un contacto ligero con la primera zona sensor-activa SI pone el segundo FlipFlop 18 y por lo tanto cierra por ejemplo el elemento de conmutación 23 y un contacto ligero de la segunda zona sensor-activa S2 repone el segundo FlipFlop 18 y de este modo, por ejemplo se vuelve a abrir el elemento de conmutación 23. El funcionamiento es el siguiente:
En lo que concierne la generación de la señal útil y la colocación del segundo FlipFlop 18, se puede hacer referencia a las explicaciones anteriores. La disposición del circuito y el funcionamiento del mismo son idénticos a los del primer ejemplo de realización.
Para lo demás se aprovecha el hecho de que en caso de contacto ligero de la segunda zona sensor-activa S2, los recorridos de la señal útil U(t) y de la señal de movimiento U_{1}(t) se corresponden con las originadas en caso de contacto ligero de la primera zona sensor-activa SI, aunque invertidas con respecto a las primeras. En las figuras 4e y 4f se representan U(t) o U_{1}(t) para un contacto ligero y en las figuras 4g y 4h, U(t) o U_{1}(t) para el caso en que se quite un dedo en la zona sensor-activa S2.
La señal útil y la señal de movimiento se evalúan mediante el tercer conmutador de valor de umbral 17', el cuarto conmutador de valor de umbral 34', el tercer FlipFlop 32' y el segundo circuito de detección temporal 33'. La valoración corresponde a la valoración de las señales que se originan en caso de contacto ligero con la primera zona sensor-activa, con la diferencia de que: U_{G1}' = - U_{G1}' donde U_{G1}' es el valor límite del tercer conmutador de valor de umbral 17' y U_{G2}' U_{G2}, donde U_{G2}' es el valor límite del cuarto conmutador de valor de umbral 34'. La salida del segundo circuito de detección temporal 33 está conectada con la tecla Reset del segundo FlipFlop 18, de forma que un contacto ligero de la segunda zona sensor-activa S2 conduce a la reposición de este segundo FlipFlop 18 y por consiguiente a la abertura del elemento de conmutación 23.
En la figura 2B se representa una variante con respecto al segundo ejemplo de realización. Aquí, a cada diodo luminoso 1, 3 le corresponde un fotodiodo propio 2-1 ó 2-3. Los dos fotodiodos 2-1 y 2-3 están conectados en paralelo y se comportan para la unidad de evaluación como un solo diodo luminoso. Esta variante ofrece las siguientes ventajas:
-
Las dos zonas sensor-activa S1 y S2 pueden separarse mucho y muy fácilmente la una de la otra.
-
Se pueden utilizar unidades de diodo lumino-so - fotodiodo que se encuentran en el comercio.
Tercer ejemplo de realización
En la figura 7a se representa un tercer ejemplo de realización. Aquí se renuncia a una compensación de luz extraña y un solo diodo luminoso 1'' accionado de forma continua hace las veces de fuentes luminosa. El diodo luminoso 1'' y el fotodiodo 2'' se encuentran en una caja 110 impermeable a la longitud de onda en la que el fotodiodo 2'' es sensible, en cuya tapa se ha dispuesto un elemento móvil, por ejemplo un disco de resorte 120. El disco de resorte accionable manualmente 120 - que se muestra comprimido en la figura 7 - refleja la luz del diodo luminoso 1'' por lo menos parcialmente en dirección al fotodiodo 2''. Accionando el disco de resorte 120, se modifican sus propiedades de reflexión respecto de la luz emitida por el diodo luminoso 1'', de forma que la cantidad de luz que incide en el fotodiodo depende de la posición del disco de resorte.
La señal emitida por el diodo luminoso es amplificada por el amplificador 4'', en cuya salida se produce la señal útil con el valor U''(t). La señal útil se lleva por el pasobajo 10'' a la etapa de centrado de señal 11''. La etapa de centrado de señal 11'' controla el regulador 11'' que regula la alimentación de tensión del diodo luminoso de tal modo que la señal útil se vuelve a regular a un nivel de señal U''_{0} predeterminado. Debido a que se ha acoplado el pasobajo 10'' delante de la etapa de centrado de señal 11'', la retrorregulación de U''(t) a U''_{0} se realiza con cierto retardo temporal.
Al accionar el disco de resorte 120, se modifica la cantidad de luz recibida por el fotodiodo 2'' y por lo tanto también el valor U''(t) de la señal útil que se vuelve a llevar a U''_{0}. En la figura 8a, se muestra una forma típica de U''(t) al comprimir, y en la figura 8b al soltar el disco de resorte 120.
Como no hace falta aquí, a diferencia de lo que ocurría con los ejemplos de realización anteriores, establecer una distinción entre movimientos voluntarios e involuntarios - el hecho de apretar el disco de resorte 120 siempre se considera un accionamiento voluntario - la evaluación de la señal útil es muy sencilla: si U''(t) es superior al tercer valor de umbral U_{G3}, entonces se activa la salida del tercer conmutador de valor de umbral 17'' y por lo tanto también el FlipFlop 37''. Si se supera el cuarto valor de umbral U_{G4} entonces se activa la salida del cuarto conmutador de valor de umbral 34'' y por lo tanto se repone el FlipFlop 32''.
La utilización de un disco de resorte o de un componente similar como elemento óptico eficaz presenta la ventaja de que el reconocimiento de un accionamiento de conmutador voluntario en base a la señal útil resulta muy sencillo. Como medio para distinguir los procesos de movimientos voluntarios de los involuntarios, resulta útil la incorporación en una caja cerrada. Se puede utilizar un componente de este tipo, naturalmente también en una disposición con compensación de luz extraña, como se describe en el ejemplo de realización 1. Se puede prescindir entonces de una caja impermeable a la luz.
La figura 7b muestra una variante del tercer ejemplo de realización. Aquí no se produce ninguna regulación del diodo luminoso 1''. La señal de tensión emitida por el fotodiodo es reforzada por el amplificador 4''', en cuya salida se produce la señal útil U'''(t). Esta señal útil U'''(t) está sometida eventualmente a fluctuaciones lentas en el tiempo, debido a cambios de temperatura, envejecimiento y similares. Esta señal útil U'''(t) se lleva al pasoalto H. Los cambios lentos en el tiempo de la señal útil U'''(t) se eliminan por filtrado de este pasoalto H, de forma que la señal de movimiento U_{1}'''(t) que se produce en la salida del filtro de pasoalto H es siempre cero, mientras el disco de resorte 128 se encuentra en reposo. Si se modifica la señal útil U'''(t) debido a un movimiento del disco de resorte 120, se producen sin embargo rápidamente en la trayectoria de la señal de movimiento U_{1}'''(t) breves impulsos, como cambio de movimiento variable con el tiempo, por ejemplo un impulso positivo al comprimir el disco de resorte, un impulso negativo al liberarlo. Estos impulsos son reconocidos por los conmutadores de valor de umbral 17''' y 34''' y se pone o repone (véase arriba) correspondientemente el FlipFlop 32'''.
Cuarto ejemplo de realización
En los ejemplos anteriores, el elemento ópticamente eficaz está dispuesto relativamente cerca del o de los diodos luminosos y del fotodiodo. Se propone ahora otra disposición con la que se puede conseguir una mayor flexibilidad.
Para ello, se dispone un conductor de luz 130, por ejemplo una fibra de vidrio de tal forma que una luz procedente del diodo luminoso 1''' penetra por lo menos parcialmente en el conductor de luz y se extiende y desplaza en el mismo (figura 9). Una parte de la luz reflejada en la segunda superficie límite 130B incide sobre el fotodiodo 2'''.
Mientras la segunda superficie límite 130B del conductor de luz 130 está libre, vuelve a salir ahí casi toda la luz que llega al conductor de luz. Esto cambia drásticamente cuando se aplica un objeto sobre esta segunda superficie límite, particularmente cuando éste presenta una densidad óptica superior a la del conductor de luz. En este caso, se refleja una parte considerable de la luz en la superficie límite o se vuelve a dispersar en el conductor de luz y vuelve a salir de la primera superficie 130A, incrementando por lo tanto la cantidad de luz que incide sobre el fotodiodo. Incluso la poca luz re-dispersada en el conductor de luz - "receptor" es suficiente para el reconocimiento de la señal. En los ensayos, se han obtenido valores de 2-3% de la luz emitida como luz re-dispersada, lo cual depende por supuesto del grosor del conductor de luz. El cambio de señal que se produce puede evaluarse según las disposiciones representadas anteriormente, de forma que, por ejemplo, se puede reconocer un contacto ligero con la segunda superficie 130B del conductor de luz. Al igual que en el ejemplo de realización 1, se puede realizar una compensación de luz extraña.
Configuraciones de las disposiciones de diodos luminosos
En las figuras 10 y 11, se muestran unas disposiciones de diodos luminosos / fotodiodos, en las cuales sólo se genera una zona sensor-activa. En la figura 10, se utiliza para ello un diodo luminoso 140 con emisión de luz en haz hacia adelante, como por ejemplo un diodo láser y un diodo luminoso "habitual" 145 con una característica de radiación esférica. La placa de cristal 12 está tan alejada que un objeto que se encuentra por encima de la misma, por ejemplo un dedo, sólo podrá interactuar con el campo de radiación del diodo luminoso 140 con emisión de luz en haz, ya que el campo de radiación del diodo luminoso "habitual" no tiene suficiente alcance. Este diodo luminoso sirve por lo tanto únicamente para compensar la luz extraña. Se puede disponer una barrera entre el diodo luminoso 140 con emisión de luz en haz y el fotodiodo.
En la disposición mostrada en la figura 11, se logra una interacción del objeto con el campo de radiación del diodo luminoso 3 oscureciendo por medio de un reflector 160.
La disposición representada en la figura 11 resulta particularmente adecuada para trabajar sin elemento de transmisión, es decir sin hoja de cristal / plexiglás, cable de fibra de vidrio o similar. La zona sensor-activa se encuentra aquí por encima del fotodiodo 1. Se podría configurar por ejemplo una unidad de evaluación, haciendo que un rápido contacto ligero de un dedo se interpretara como conmutación voluntaria. Pero también se pueden utilizar otras disposiciones sin elemento de transmisión.
Un ejemplo de aplicación para un conmutador opto electrónico según la invención, sin la utilización de un elemento de transmisión, podría ser, por ejemplo, reconocer cuándo se levanta y se cuelga el receptor telefónico de la base correspondientes de un aparato telefónico.

Claims (18)

1. Conmutador opto-electrónico con:
- por lo menos un elemento emisor de luz,
- por lo menos un elemento receptor, que emite una primera señal, cuyo valor depende de la cantidad de luz recibida,
- una unidad de evaluación, en la que por lo menos un elemento de conmutación modifica su estado de conmutación, cuando el valor de la primera señal o el valor de una señal ulterior derivada de esta señal es superior o inferior a un primer valor límite,
- donde el elemento emisor y el elemento receptor están dispuestos de modo que la luz procedente del elemento emisor, de objetos que se encuentran dentro de cierta zona, o de un elemento móvil que se encuentra en una relación espacial predeterminada respecto del elemento receptor y del elemento emisor, se dispersa o refleja de modo que lo menos una parte de esta luz dispersada o reflejada llega al elemento receptor,
- y donde el cambio causado por un movimiento del objeto o del elemento móvil en la cantidad de luz reflejada o dispersada, recibida por el elemento receptor produce un cambio de estado del elemento de conmutación, cuando el movimiento se encuentra dentro de los límites de un modelo de movimiento predefinido, que corresponde al contacto ligero con una zona definida,
caracterizado porque la unidad de evaluación calcula un cambio de velocidad, en caso de frenado brusco del objeto o del elemento móvil accionado por el objeto, como cambio de movimiento en función del tiempo y reconoce dicho cambio de movimiento del objeto o del elemento móvil como contacto ligero.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo de movimiento comprende el contacto ligero de una superficie de manipulación del conmutador opto-electrónico o del elemento móvil por el objeto, una permanencia del objeto durante un tiempo de permanencia predeterminado, así como un levantamiento del objeto, a una distancia superior a una predeterminada.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el elemento emisor y el elemento receptor constituyen por lo menos una unidad sensora y el modelo de movimiento global reconoce las señales suministradas por la unidad sensora.
4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque la unidad sensora está configurada como único medio para reconocer el modelo de movimiento.
5. Dispositivo según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque la unidad sensora es la única que suministra las señales para la unidad de evaluación para determinar si se ha producido un movimiento o no dentro de los límites de un modelo de movimiento predeterminado.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en el campo de radiación de por lo menos un elemento emisor, se ha dispuesto un elemento de transmisión, transparente por lo menos para una parte de la luz emitida por el elemento emisor, y que es, de preferencia, una hoja de cristal o de plexiglás.
7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque el modelo de muestra es el contacto ligero de una zona definida de la hoja de cristal o de plexiglás.
8. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque el elemento de transmisión presenta un conductor de luz, una de cuyas superficies de separación está dispuesta en el campo de radiación del elemento emisor.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones, caracterizado porque al elemento receptor se le acopla un conductor de luz, de preferencia una fibra de vidrio que conduce hasta el elemento receptor la luz reflejada o dispersada.
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque el modelo de movimiento es el contacto ligero en la zona de la segunda superficie de separación del conductor de luz.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se han previsto por lo menos dos elementos emisores, que emiten, en ritmo alternativo, luz de misma longitud de onda o en el mismo sector de longitudes de onda, y porque se ha acoplado al receptor un elemento para la compensación de luz extraña.
12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque se han previsto dos elementos móviles y porque uno de los elementos móviles se encuentra en el campo de radiación del elemento emisor y el otro elemento móvil en el campo de radiación del segundo elemento emisor.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque por lo menos un elemento móvil, de preferencia uno o dos discos de resorte, se puede mover venciendo una fuerza de retorno.
14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque en el movimiento en el que se vence la fuerza de retorno se tiene que superar un punto muerto.
15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque el modelo de movimiento causado por el contacto ligero, es la superación del punto muerto.
16. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque un movimiento del objeto o del elemento móvil sólo influye en la luz de un elemento emisor.
17. Dispositivo según la reivindicación 6 y 11, caracterizado porque mediante los dos elementos emisores se generan dos zonas sensor-activas sobre el elemento de transmisión.
18. Dispositivo según la reivindicación 17, caracterizado porque a cada elemento emisor le corresponde un elemento receptor y porque estos elementos receptores están conectados eléctricamente en paralelo.
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