传感器装置和用于运行操作装置的方法
【专利摘要】本发明涉及一种传感器装置(100)，包括输入面(4)，在输入面下方布置有第一电容传感器(1)；装置(7)，用于评估第一传感器(1)的电容变化，该装置与传感器连接并且设计为在电容变化时提供第一输出信号(11)，其中，输入面(4)具有至少一个透光的子面(5)并且在该子面(5)的下方布置有光学传感器(3)，其中，光学传感器(3)连接到评估单元(6)上，并且评估单元(6)设计为借助光学传感器(3)对处于输入面(4)上的物体(8)实施透光度测量，并且当测定的透光度低于预定值时生成存在信号(13)，在此评估单元(6)还设计为用于评估第一输出信号(11)和存在信号(13)，并且在存在这两种信号时提供有效信号(14)。
【专利说明】传感器装置和用于运行操作装置的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种传感器装置，包括输入面，在输入面下方布置有第一电容传感器； 用于评估第一传感器的电容变化的装置，该装置与第一传感器相连，并且设计为在电容发 生变化时提供第一输出信号。
[0002] 此外，本发明还涉及一种用于运行具有至少一个传感器装置的操作装置的方法， 其中，为第一电容传感器分配输入面，其中，对输入面处的触摸进行电容评估并提供用于操 作行为的第一输出信号，在此，将第一电容传感器的电容变化评价为操作行为。
【背景技术】
[0003] 电容传感器装置被用作电气设备的操作部件，该设备例如是电灶板、自动咖啡机、 医学设备或用于工业自动化的HMI-设备。单个的、具有评估单元的电容传感器将手动操纵 转换成电接通信号，其中，由传感器发出的电场由于导电体的、特别是人的手指的进入而发 生变化。通过评估装置检测电场的这种变化，从而在电容发生相应的变化时由该评估装置 生成接通信号。这种传感器以及传感器装置例如被用作按键并且能够例如实现电设备的接 通或断开。在此，电容传感器与电路板或者与评估装置电连接，由它们为电容传感器供应电 流并且同时持续地监控电容变化。
[0004] 通常将盖板用作传感器的外部界限并且由此形成输入面，盖板特别是由玻璃或其 它透明的不导电的材料制成的，该输入面可被人的手指或导电物体触碰。由电容传感器产 生的电容场具有空间延展并且从不具有导电能力的盖板中穿过，且不会受该盖板的影响而 转向，因此，立体电容场也存在于盖板外表面上的输入面的区域内。一旦操作物体例如人的 手指进入了电容场中，那么这种电容场变化便会被传感器检测到并进一步传递到评估装置 处，从而由该传感器产生电子接通信号。
[0005] 在这种电容按键中已表明不利的是，当例如水膜（Feuchtigkeitsfilm)进入到输 入面的区域内时，也有可能产生无意的接通过程。通过水膜同样也实现了电容场变化，其被 评估装置所检测。因此，评估装置可能无法区分该电容场变化是通过操作物体的、特别是人 的手指的有意识的且正确的触摸引起的，还是由水膜引起的。
[0006] 在欧洲专利申请文献EP 2 479 894 A1中公开了一种用于生成可进行电评估的接 通信号的电容按键。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于，在例如由于水膜造成的错误输入方面对根据EP 2479 894 A1 的电容按键加以改进。
[0008] 对于开始所述的传感器装置来说，该目的由此实现，即输入面具有至少一个透 光的子面，并且在该子面的下方布置光学传感器，其中，该光学传感器连接到评估单元 上，并且该评估单元设计为，借助于光学传感器对处于输入面上的物体实施透光度测量 (Lichtdurch丨iissigkeits-Messung)，并且当测定的透光度低于预定值时，生成存在信号， 对此，评估单元还进一步设计为，评估第一输出信号和存在信号，并且当存在这两种信号 时，提供有效信号。借助透光度测量，即光学测量方法应当识别出，处于传感器上表面上的 是操作物体、特别是人的手指，还是例如是水膜、特别是水、清洁液，还是例如是在制造食品 时可能形成的糊状物质。在此充分利用的是，即例如与水或糊状物质相比，人的手指明显使 光学传感器变得更暗。
[0009] 为了在错误输入的方面进一步对传感器装置加以改进，在传感器装置中布置了补 充面，在补充面的下方布置了第二电容传感器，其中，该补充面至少部分地围绕着输入面， 其中，用于评估第一传感器的电容变化的装置附加地也设计为，评估第二传感器的电容变 化并且当电容变化时提供第二输出信号，此时，评估单元进一步设计为，评估第二输出信号 并且当存在第二输出信号时重新撤回有效信号。如果位于传感器装置上的例如是水膜，那 么通过该水膜也会对补充面的第二电容传感器产生影响。现在如果例如人的手指准确地处 于输入面的中心，其中，通过光学传感器记录了在输入面上存在人的手指，但此外还存在可 能引起错误测量的水膜，那么也会重新撤回基于光学传感器而生成的有效信号。
[0010] 传感器装置的进一步优化的设计方案具有在输入面内部的指槽，其中，在指槽的 下方布置了光学传感器。通过指槽能够附加地使从面上射入的光最小化或者将其完全抑制 并且由此对于操作物体的存在能够得出可靠结论。
[0011] 有利的方式是，补充面环形地围绕着输入面来布置。在此，更为有利的是，在输入 面和补充面之间布置通道，该通道基本没有电容传感器的电流。由此相互间隔地布置了第 一传感器和第二传感器，并且如果例如人的手指没有精确地触摸到第一传感器的正中心， 那么也不会出现抑制有效信号的情况。
[0012] 开始所述的目的也通过一种用于运行具有至少一个根据权利要求1至5中任一项 所述的传感器装置的操作装置的方法来实现，其中，为第一电容传感器分配输入面，其中， 对输入面处的触摸进行电容评估并且提供用于操作行为的第一输出信号，此时，将第一电 容传感器的电容变化评价为操作行为。其中，为了避免在具有电容传感器的操作装置中的 错误输入，借助光学传感器对处于输入面上的物体实施透光度测量，并检验所测定的透光 度是否低于预定值。如果该值低于预定值，则生成存在信号，进一步检验是否存在第一输出 信号和存在信号，当存在这两种信号时，提供有效信号，由此将操作行为识别为有效的。通 过该透光度测量以及从中导致的光学测量方法应当识别出，处于传感器装置上的是例如人 的手指，还是水膜。在此充分利用的是，即与水膜相比例如人的手指明显使光学传感器变得 更暗。
[0013] 以下进一步优化该方法，即为第二电容传感器分配补充面，并且对补充面处的触 摸进行电容评估，并且提供用于补充面处的触摸的第二输出信号，此时，将第二电容传感器 的电容变化评价为误操作，并且当存在第二输出信号时重新撤回有效信号。如果传感器装 置例如布置在工业自动化的HMI-操作装置中，并且例如利用水射流清洗该HMI-操作装置， 那么该水射流便会触发这两个传感器，这将会导致误操作，但例如是微处理器的评估单元 还设计用于，将这两个电容传感器的测量结果联系起来并与此相应地将这种操作行为视为 无效的。
[0014] 优选地，第二传感器的电流基本上环形地围绕着输入面定向。
[0015] 此外有利的是，第二传感器的电流和第一传感器的电流被定向使得在输入面和补 充面之间形成通道，其基本上没有电容传感器的电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 附图示出本发明的实施例。图中示出：
[0017] 图1在俯视图中示出传感器装置，以及
[0018] 图2在截面图中示意性示出传感器装置。
【具体实施方式】
[0019] 根据图1示出了传感器装置100,其包括输入面4,在输入面4下方布置了第一电 容传感器1 (见图2)。补充面4a布置成围绕着输入面4的环形。在输入面4中布置透光的 子面5,在该子面下方则布置了光学传感器3 (见图2)。如果传感器装置100例如布置在操 作装置中并且如果有水膜流过操作装置之上或者说传感器装置100之上时，该水膜将会接 触输入面4并且引起电容变化，由此将会生成接通信号，这不是所希望的。为了防止出现这 种情况，在输入面4中布置子面5。由于子面5是透光的并且在其下方布置了光学传感器 3,因此，只有当借助光学传感器3的对处于输入面4的物体8 (见图2)的透光度测量得出， 所测定的透光度低于预定值时，在传感器装置100处的操作行为才被认为是有效的。人的 手指因此例如会使子面5变暗，从而满足该标准。相反，水膜则不会使子面5如此地变暗。
[0020] 利用图2在截面图中示出了由图1示出的传感器装置100。第一电容传感器1和 第二电容传感器2布置在透明的连接层21的内部。例如由玻璃制成的保护层20用作操作 面，该保护层20和透明的连接层21又布置在承载板22上。第一电容传感器1和第二电容 传感器2分别连接到用于评估传感器1，2的电容变化的装置7上。在保护层20中输入面 4和补充面4a布置成环形，并且此外还在输入面4和补充面4a之间布置通道4b。在第一 电容传感器1的中央布置透光的空隙23。由此，射入到保护层20上的射入光30能够穿过 空隙到达光学传感器3上。该光学传感器3又连接到评估单元6上。在此，该评估单元6 设计为，借助于光学传感器3对处于输入面4上的例如人手的手指的物体8实施透光度测 量，并且当所确定的透光度低于预定值时，生成存在信号13。利用测量装置10实施透光度 测量。
[0021] 当第一传感器1的电容变化时，通过装置7借助第一输出信号11显不第一传感器 1的电容变化。借助装置7以第二输出信号12的方式显示第二传感器2的电容变化。
[0022] 评估单元6还进一步设计为，评估第一输出信号11和存在信号13,并且当存在这 两种信号时，提供有效信号14。
[0023] 为了进一步提高输入可靠性，评估单元6进一步设计为，评估第二输出信号12,并 且当存在第二输出信号12时，重新撤回有效信号14。优选地在逻辑电路24中进行对输出 信号11，12和存在信号13的评估，该逻辑电路提供有效信号作为它的输出。
[0024] 优选地使用RGB-彩色光-传感器作为光学传感器3,特别是使用基于硅芯片的光 传感器、尤其是光电二极管。
[0025] 在以下环境中，传感器装置会在识别错误操作方面有所改进，即：需要经常清洁的 环境；通过部分透明的、具有导电能力的材料使操作装置的显示器受污的环境。在此必须规 定环境的基本亮度并且该基本亮度取决于所应用的光学测量方法的敏感度。
【权利要求】
1. 一种传感器装置（100)，包括输入面（4)，在所述输入面下方布置有第一电容传感器 (1);用于评估所述第一传感器（1)的电容变化的装置（7)，该装置与所述第一传感器相连 并且设计为在电容变化时提供第一输出信号（11)，其特征在于，所述输入面（4)具有至少 一个透光的子面（5)，并且在所述子面（5)的下方布置有光学传感器（3)，其中，所述光学传 感器（3)连接到评估单元（6)上，并且所述评估单元（6)设计为，借助所述光学传感器（3) 对处于所述输入面（4)上的物体（8)实施透光度测量，并且当测定的透光度低于预定值时 生成存在信号（13)，在此所述评估单元（6)还设计为用于评估所述第一输出信号（11)和所 述存在信号（13)，并且在存在这两种信号时提供有效信号（14)。
2. 根据权利要求1所述的传感器装置（100)，所述传感器装置具有补充面（4a)，在所述 补充面下方布置有第二电容传感器（2)，其中，所述补充面（4a)至少部分地围绕所述输入 面（4)，其中，用于评估所述第一传感器（1)的电容变化的所述装置（7)附加地也设计为，评 估所述第二传感器（2)的电容变化，并且当电容变化时提供第二输出信号（12)，在此所述 评估单元（6)还设计用于评估所述第二输出信号（12)并且当存在所述第二输出信号（12) 时，重新撤回所述有效信号（14)。
3. 根据权利要求1或2所述的传感器装置（100)，其中，在所述输入面（4)的内部布置 有指槽（9)，并且所述光学传感器（3)布置在所述指槽（9)的下方。
4. 根据权利要求2或3所述的传感器装置（100)，其中，所述补充面（4a)布置为环形 地围绕所述输入面（4)。
5. 根据权利要求2至4中任一项所述的传感器装置（100)，其中，在所述输入面（4)和 所述补充面（4a)之间布置通道（4b)，所述通道基本上没有所述第一电容传感器（1)和所述 第二电容传感器（2)的电流。
6. -种用于运行具有至少一个根据权利要求1至5中任一项所述的传感器装置（100) 的操作装置的方法，其中，为第一电容传感器（1)分配输入面（4)，其中，对所述输入面（4) 处的触摸进行电容评估并且提供用于操作行为的第一输出信号（11)，此时，将所述第一电 容传感器（1)的电容变化评价为操作行为，其特征在于，借助光学传感器（3)对处于所述输 入面（4)上的物体（8)实施透光度测量，并检验所测定的透光度是否低于预定值，在低于所 述值的情况下生成存在信号（13)，此外检验是否存在所述第一输出信号（11)和所述存在 信号（13)，当存在这两种信号时，提供有效信号（14)，由此将操作行为识别为有效的。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，为第二电容传感器（2)分配补充面（4a)，并且对 所述补充面（4a)处的触摸进行电容评估，并且提供用于所述补充面（4a)的触摸的第二输 出信号（12)，此时，所述第二电容传感器（2)的电容变化被评价为误操作，并且在存在所述 第二输出信号（12)时重新撤回所述有效信号（14)。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二传感器（2)的电流基本上环形地围绕所 述输入面（4)定向。
9. 根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述第二传感器（2)的所述电流和所述第一 传感器（1)的电流被定向使得在所述输入面（4)和所述补充面（4a)之间形成通道（4b)，所 述通道基本上没有所述第一电容传感器（1)和所述第二电容传感器（2)的电流。
【文档编号】H03K17/96GK104283541SQ201410312434
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】迈克尔·赖曼 申请人:西门子公司