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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur berührungslosen Steuerung mindestens eines Funktionsparameters einer Vorrichtung, insbesondere einer Duscheinrichtung oder einer Dunstabzugshaube, mit mindestens einem optischen Näherungssensor zur Erfassung einer Bewegung eines Körperteils oder eines Gegenstandes oder dergleichen in einem Detektionsbereich des optischen Näherungssensors.
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Steuereinrichtungen der oben genannten Art sind allgemein bekannt. Das Dokument
DE 102 19 944 C1 offenbart zum Beispiel eine Einrichtung zur berührungslosen Steuerung einer Dusche, die mehrere Sensoren umfasst, über die jeweils ein Duschparameter beeinflußbar ist, indem ein Nutzer willentlich seine Hand in einen Detektionsbereich dieses Sensors hineinbewegt und mit seiner Bewegung eine bestimmte logische Funktion auslöst, mit welcher ein Einfluß auf die zur Dusche fließende Wasser ausgeübt werden kann. Eine Änderung der Temperatur erfolgt so lange wie der Nutzer seine Hand in dem Detektionsbereich des Sensors beläßt. Entsprechend sind zur Steuerung eines Duschparameters jeweils zwei Sensoren notwendig, ein Sensor zur Erhöhung und ein Sensor zur Verringerung des Duschparameters.
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Diese Art der Steuerung bringt den Nachteil mit sich, dass ein Nutzer ungewollt in den Detektionsbereich des Sensors gelangen kann. Wenn der Nutzer beispielsweise nach einem Pflegeprodukt greift, welches innerhalb der Duscheinrichtung aufbewahrt wird, und sich dabei in den Detektionsbereich des optischen Näherungssensor hinein bewegt, kann dies zu einer ungewollten Änderung des entsprechenden Duschparameters wie beispielsweise zu einer Temperaturänderung führen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung mit einem optischen Schalter bereitzustellen, die einen vereinfachten Aufbau aufweist und bei der die Gefahr einer Fehlbedienung durch den Nutzer verringert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der optische Näherungssensor eine Bewegung in der Längserstreckung seines Detektionsbereiches in Betrag und Richtung bestimmt und ein zu Betrag und Richtung der Bewegung korrespondierendes Ausgangssignal erzeugt, und dass eine Steuereinheit mit dem optischen Näherungssensor gekoppelt ist, die das Ausgangssignal des optischen Näherungssensors empfängt und ihm ein entsprechendes Steuersignal zur Steuerung des Funktionsparameters an die zu steuernde Vorrichtung ausgibt.
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Mit anderen Worten erlaubt die erfindungsgemäße Steuereinrichtung sowohl eine Erhöhung als auch eine Verringerung mindestens eines Funktionsparameters mit nur einem optischen Schalter zu bewirken, da eine Bewegung eines Körperteils eines Nutzers in dem Detektionsbereich des optischen Näherungssensors in Betrag und Richtung durch den Näherungssensor bestimmt werden kann. Dadurch kann vorteilhafter Weise die Anzahl an Näherungssensoren innerhalb einer zu steuernden Vorrichtung gegenüber den Stand der Technik bekannten Steuereinrichtungen zumindest halbiert werden. Ferner führt die reine Anwesenheit eines Körperteils in dem Detektionsbereich des Sensors noch nicht zu einer Änderung eines der Funktionsparameter sondern erst eine aktive Bewegung durch den Nutzer, was die Gefahr einer Fehlbedienung erheblich verringert. Dabei sei angemerkt, dass unter dem Begriff Körperteil auch mit einem Körperteil verbundene Gegenstände sowie Gegenstände die der Nutzer mit einem Körperteil greift zu verstehen sind.
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Zur Einsparung von Stromkosten kann es erstrebenswert sein, die Steuereinrichtung bei konstantem Betrieb der zu steuernden Vorrichtung in eine Art Standby-Modus zu versetzen und nur unmittelbar vor einer Betätigung vollständig zu aktivieren. Eine besonders einfache Möglichkeit der Aktivierung des Näherungssensors kann beispielsweise bereitgestellt werden, indem der Nutzer einen Körperteil in den Detektionsbereich des optischen Näherungssensors bewegt und für eine vorher festgelegte Zeitdauer darin beläßt.
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Dazu kann der Detektionsbereich des Näherungssensors so angeordnet sein, dass er von einer Hand und/oder einem Fuß des Nutzers leicht zu erreichen ist.
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Um über den optischen Näherungssensor eine zuverlässige und einfache Autokorrelationsmessung durchführen zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn der optische Näherungssensor als Messsignal kohärentes Licht, insbesondere mindestens einen Laserstrahl erzeugt.
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Wenn der optische Näherungssensor mehrere Laserstrahlen mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen im sichtbaren Bereich erzeugt, wobei jeder Laserstrahl jeweils mindestens einem Funktionsparameter der zu steuernden Vorrichtung zugeordnet ist, ist eine besonders kompakte Bauweise möglich.
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Der Nutzer kann in diesem Fall zur Änderung mindestens eines Funktionsparameters der zu steuernden Vorrichtung einfach in den Detektionsbereich des optischen Näherungssensors hinein greifen und die Laserstrahlen, die dann auf seiner Handfläche sichtbar werden, durch die unterschiedliche Färbung voneinander unterscheiden und entsprechend den zugehörigen Funktionsparametern zuordnen.
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Zur Änderung eines oder mehrerer Funktionsparameter kann der Nutzer dann seine Hand so in den Detektionsbereich des Näherungssensors hinein halten, dass der oder die den zu ändernden Funktionsparametern entsprechenden Laserstrahlen von seiner Hand in Richtung des Näherungssensors reflektiert werden. Detektiert der Näherungssensor den oder die Laserstrahlen, so werden auch nur die der reflektierten Wellenlängen zugeordneten Funktionsparameter entsprechend der Bewegung eines Körperteils beispielsweise der Hand Nutzers verändert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Detektionsbereich entlang seiner Erstreckung in mehrere Segmente unterteilt ist, wobei jedes Segment zur Steuerung jeweils eines Funktionsparameter der Vorrichtung dient. Die Zuordnung der Bewegung des Körperteils des Nutzers erfolgt hier in Abhängigkeit der reflektierten Laserstrahlung unter Berücksichtigung der Eintrittshöhe des die Laserstrahlung reflektierenden Körperteils. So wird es möglich, dass ein Nutzer im Falle der Steuerung einer Duschvorrichtung durch Anheben des Fußes in einem unteren Steuersegment beispielsweise eine Änderung der Wassermenge hervorrufen kann und in einem oberen Steuerungssegment durch Ausstrecken der Hand eine Änderung der Temperatur. Die Anzahl der Steuereinrichtung kann durch eine solche Segmentierung deutlich verringert werden, da mehrere Funktionsparameter durch nur einen optischen Näherungssensor angesteuert werden können.
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Um ein Auffinden der Lage des Detektionsbereiches des optischen Näherungssensors für den Nutzer zu erleichtern, ist in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der optische Näherungssensor einen Positionsindikator aufweist, der zumindest über den gesamten Detektionsbereich des optischen Näherungssensors einen sichtbaren Lichtstrahl erzeugt.
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Eine besonders kompakte und feuchtigkeitsresistente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ergibt sich, wenn der optische Näherungssensor und die Steuereinheit zusammen eine Baugruppe bilden und insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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Wie bereits oben erwähnt, ist eines der Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung zur berührungslosen Steuerung mindestens eines Funktionsparameters in einer Duscheinrichtung zu sehen. Die zu steuernde Vorrichtung kann in diesem Falle beispielsweise ein elektrisch verstellbares Ventil an einer Wasserzuleitung zu einem in der Duscheinrichtung angeordneten Duschkopfes sein oder aber auch ein elektrischer Dimmer zur Regelung der Beleuchtungsintensität und -Farbe innerhalb der Duscheinrichtung. Die zu variierenden Funktionsparameter können hier vorzugsweise mindestens einen Duschparameter, insbesondere Wassertemperatur und/oder Wasserdruck und/oder einen Umgebungsparameter, insbesondere eine Änderung der Lautstärke innerhalb der Duscheinrichtung und/oder eine Änderung der Beleuchtungsfarbe umfassen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass eine Bewegung eines Körperteils des Nutzers einer Höhendifferenz zwischen dem Körperteil des Nutzers und optischem Näherungssensor innerhalb der Duscheinrichtung entspricht, wobei die Steuereinheit eine Detektion einer Verringerung der Höhendifferenz einer Erhöhung der Wassertemperatur und/oder des Wasserdrucks und/oder der Lautstärke und/oder der Änderung der Beleuchtungsfarbe innerhalb der Duscheinrichtung zuordnet und die Detektion einer Vergrößerung der Höhendifferenz einer Erniedrigung der Wassertemperatur und/oder des Wasserdruck und/oder der Lautstärke und/oder der Änderung der Beleuchtungsfarbe innerhalb der Duscheinrichtung.
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Eine alternative Anwendung einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung stellt beispielsweise der Einsatz der Steuereinrichtung in einer Dunstabzugshaube beispielsweise zur Steuerung der Saugleistung dar.
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Dabei kann die Steuereinheit bei einer detektierten Abnahme der Höhendifferenz zwischen optischem Näherungssensor und einem Körperteil des Nutzers ein Steuersignal erzeugen, welches zu einer Vergrößerung einer Saugleistung der Dunstabzugshaube führt und bei einer detektierten Zunahme der Höhendifferenz zu einer Abnahme der Saugleistung der Dunstabzugshaube.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur berührungslosen Steuerung mindestens eines Funktionsparameters einer Vorrichtung, mit mindestens einer Steuereinrichtung, welche mindestens einen optischen Näherungssensor zur Erfassung einer Bewegung eines Körperteils, eines Gegenstandes oder dergleichen in einem Detektionsbereich des optischen Näherungssensors in Betrag und Richtung aufweist, umfasst die Verfahrensschritte, dass
- – mindestens ein kohärenter Lichtstrahl durch den optischen Näherungssensor erzeugt wird;
- – ein von einem sich relativ zu dem optischen Näherungssensor bewegenden Körperteil reflektierter kohärenter Lichtstrahl vom optischen Näherungssensor detektiert wird;
- – ein Ausgangssignals unter Ansprechen auf das reflektierte kohärente Licht vom optischen Näherungssensor erzeugt wird;
- – das Ausgangssignal an eine Steuereinheit weitergeleitet wird;
- – die Bewegung des Körperteils in Betrag und Richtung mittels der Steuereinheit anhand des Ausgangssignals bestimmt wird; und
- – die Steuereinheit ein zu dem Ausgangssignal korrespondierendes Steuersignal an die zu steuernde Vorrichtung, insbesondere die Duscheinrichtung oder die Dunstabzugshaube, zur Änderung mindestens eines Funktionsparameters ausgibt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden durch die Unteransprüche bzw. die nachfolgende Beschreibung der beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Duscheinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung; und
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Duscheinrichtung mit mehreren optischen Näherungssensoren.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Duscheinrichtung 1 mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 2.
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Die Steuereinrichtung 2 dient zur berührungslosen Steuerung mindestens eines Funktionsparameters wie beispielsweise der Wassertemperatur, dem Wasserdruck o. ä. in der Duscheinrichtung 1. Die Steuereinrichtung 2 weist einen optischen Näherungssensor 3 auf, um eine Bewegung eines Körperteils eines Nutzers wie beispielsweise dessen Handfläche oder dessen Fuß in Betrag und Richtung in einem Detektionsbereich D des optischen Näherungssensors 3 zu bestimmen. Der optische Näherungssensor 3 erzeugt bei Detektion einer Bewegung des Körperteils des Nutzers in dem Detektionsbereich D ein zu Betrag und Richtung der Bewegung korrespondierendes Ausgangssignal und 4 leitet dieses an eine Steuereinheit 4 weiter. Die Steuereinheit 4 ordnet dem Ausgangssignal des optischen Näherungssensors 3 eine Steuergröße zu und gibt ein entsprechendes Steuersignal zur Steuerung des zugehörigen Funktionsparameters an ein in der Duscheinrichtung 1 an einem Duschkopf 5 angeordnetes elektrisches Ventil 6 aus.
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Der optische Näherungssensor 3 erzeugt in diesem Ausführungsbeispiel drei Laserstrahlen mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen im sichtbaren Bereich. Die Wellenlängen sind hier so gewählt, dass im Detektionsbereich D des Näherungssensors entweder am Fußboden der Duscheinrichtung 1 oder aber an dem Körperteil des Nutzers drei Laserstrahlen mit jeweils unterschiedlicher Farbgebung erscheinen, wobei jede Farbe jeweils einem Funktionsparameter der zu strahlenden Duscheinrichtung zugeordnet ist.
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Der Detektionsbereich D des optischen Näherungssensors 3 ist zudem entlang seiner Erstreckung von der Raumdecke R bis zum Raumfußboden B in zwei Segmente T1, T2 unterteilt, wobei jedem Segment T1, T2 jeweils ein Funktionsparameter der Duscheinrichtung 1 zugeordnet ist.
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Um einen möglichst ungestörten Betrieb der Steuereinrichtung 2 zu gewährleisten, ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den Segmenten T1, T2 eine obere Reaktionsgrenze TO sowie eine untere Reaktionsgrenze TU für den optischen Näherungssensor 3 definiert, der einer ungewollten Änderung der Funktionsparameter aufgrund äußerer Einflüsse in den Bereichen oberhalb und unterhalb der Reaktionsgrenzen TO und TU entgegenzuwirken.
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Dem oberen Segment T1 ist in diesem Ausführungsbeispiel der Funktionsparameter der Temperaturänderungen zugeordnet und dem unteren Segment T2 der Funktionsparameter der Steuerung der Wassermenge.
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Zur Aktivierung des optischen Näherungssensors 3 muß der Nutzer in diesem Ausführungsbeispiel zunächst einen dem optischen Näherungssensor 3 vorgeschalteten Bewegungsmelder 7 aktivieren. Dies erfolgt, indem der Nutzer seine Hand oder seinen Fuß in den Detektionsbereich D des Bewegungsmelders 7 für eine an dem Bewegungsmelder 7 einzustellende und frei wählbare Zeitdauer hält. Nach einer ebenfalls frei wählbaren Zeitdauer der Nichtbenutzung der Duscheinrichtung 1 geht der optische Näherungssensor 3 automatisch in einen Standby-Modus.
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Zur Änderung eines der Duschparameter hält der Nutzer der Duscheinrichtung 1 z. B. eine Hand in das obere Segment T1 des Detektionsbereiches D des optischen Näherungssensors 3 und führt eine Bewegung innerhalb des oberen Segments T1 aus. Der optische Näherungssensor 3 detektiert die Bewegung des Körperteils des Nutzers und leitet daraus eine kontinuierliche Funktion ab.
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Die Bedienung des optischen Näherungssensors wird nunmehr anhand des Beispiels der Veränderung der Beleuchtungsintensität der Duscheinrichtung 1 erläutert.
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Zur Erhöhung der Beleuchtungsintensität und damit Helligkeit in der Duscheinrichtung 1 bewegt der Nutzer einen Fuß in das untere Segment T2 des Detektionsbereiches D des optischen Näherungssensors 3 oberhalb der unteren Reaktionsgrenze TU. Nach einer geringen frei wählbaren und am optischen Näherungssensor 3 einstellbaren Verzögerungszeit von beispielsweise 0,3 Sekunden wird durch den optischen Näherungssensor 3 zunächst die Eintrittshöhe des Fußes erfaßt und entsprechend der Eintrittshöhe einem Funktionsparameter zugeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist dem Segment T2 die Beleuchtungsstärke zugeordnet.
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Durch Anheben des Fußes wird schon während der Bewegung des Fußes innerhalb des Segmentes T2 eine entsprechende Höhendifferenz gemessen und ein Ausgangssignal entsprechend der Höhendifferenz erzeugt und an die Steuereinheit 4 weitergeleitet, Die Steuereinheit 4 ordnet dem Ausgangssignal eine Steuergröße für den zu steuernden Funktionsparameter zu – hier die Beleuchtungsstärke – und gibt ein entsprechendes Steuersignal zur Änderung der Leuchtstärke an einen zur Steuerung der Leuchtstärke in die Duscheinrichtung eingesetzten Dimmer aus. Sobald der Fuß den Detektionsbereich D verläßt, bleibt die Einstellung der Leuchtstärke konstant.
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Zur Verringerung der Leuchtstärke bringt der Nutzer seinen Fuß wieder oberhalb der unteren Reaktionsgrenze TU in das untere Segment T2 des Detektionsbereiches D. Nach einer einstellbaren Verzögerungszeit wird von dem Näherungssensor 3 die Eintrittshöhe des Fußes erfaßt und entsprechend dem Funktionsparameter „Leuchtstärke” zugeordnet. Durch Absenken des Fußes innerhalb des unteren Segments T2 wird schon während der Bewegung die durch den Fuß hervorgerufene Höhendifferenz in Betrag und Richtung gemessen und ein entsprechendes Ausgangssignal von dem optischen Näherungssensor 3 an die Steuereinrichtung 4 weitergegeben. Die Steuereinrichtung 4 ordnet das Ausgangssignal einer bestimmten Steuergröße zu und erzeugt ein Steuersignal, welches den Dimmer ansteuert um die Leuchtstärke zu verringern.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Näherungssensor 3 mit einem Positionsindikator 9 versehen, der über den gesamten Detektionsbereich D des optischen Näherungssensors 3 einen sichtbaren Lichtstrahl 10 erzeugt und so dem Nutzer der Duscheinrichtung 1 eindeutig anzeigt, wo der Detektionsbereich D des optischen Näherungssensors 3 zur Änderung diverser Duschparameter aufzufinden ist.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erzeugt der optische Näherungssensor 3 drei Laserstrahlen L1, L2, L3, die innerhalb des Lichtkegels 10 des an dem Näherungssensor 3 vorgesehenen Positionsindikators 9 verlaufen. Die Laserstrahlen L1, L2, L3 weisen jeweils eine Wellenlänge auf, die im sichtbaren Bereich liegt. Greift der Nutzer nun in den Bereich des Lichtkegels 10 des Positionsindikators 9, so wird neben dem Licht des Positionsindikators 9 die punktförmigen und in Relation zum Lichtkegel 10 des Positionsindikators 9 wesentlich kleineren Laserstrahlen L1, L2, L3 auf der Hand des Nutzers sichtbar. Der Nutzer kann eine Änderung des mit den jeweiligen Laserstrahlen L1, L2, L3 verbundenen Duschparameters durch Auf- oder Abbewegung der Hand im Bereich des jeweiligen Laserstrahls bewirken. Werden bei der Auf- und Abbewegung der Hand des Nutzers beispielsweise zwei Laserstrahlen an der Handfläche reflektiert, so können zwei Duschparameter gleichzeitig geändert werden.
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Die Erzeugung mehrerer Laserstrahlen L1, L2, L3 in einem optischen Näherungssensor 3 macht es möglich, mit nur einem optischen Näherungssensor 3 mehrere verschiedene Duschparameter entsprechend der Anzahl an Laserstrahlen L1, L2, L3 variieren zu können, in dem die Laserstrahlen L1, L2, L3 mit Einführung der Hand in dem Lichtkegel 10 des Positionsindikators 9 durch Reflexion auf der Handoberfläche zunächst sichtbar gemacht werden. Der Nutzer kann sich anschließend für einen oder auch mehrere der Laserstrahlen L1, L2, L3 entscheidet, um die damit verknüpften Funktionsparameter wunschgemäß zu ändern. So können auch zwei oder mehr Parameter mit einer einzigen Handbewegung gleichzeitig an die individuellen Bedürfnisse des Nutzers angepasst werden.
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2 zeigt schematisch eine Duscheinrichtung 2, in der ein Duschkopf 5 angeordnet ist, welcher ein Duschventil 6 zur Steuerung des der Duscheinrichtung 1 zugeführten Wassers aufweist. Das Duschventil 6 ist mit der und Steuereinheit 4 verbunden. Die Steuereinheit 4 gibt zur gerichteten Ansteuerung des Duschventils 6 bei Detektion einer Bewegung eines Körperteils wie beispielsweise einer Hand oder einem Fuß in dem Detektionsbereich D des mit der Steuereinheit 4 verbundenen optischen Näherungssensors 3 ein Steuersignal an das Duschventil 6 aus. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich in einem Eingangsbereich E der Duscheinrichtung 1 zunächst ein optischer Näherungssensor S0 zum Aktivieren der Steuereinheit 4 sowie der übrigen optischen Näherungssensoren S1–S4. Der optische Näherungssensor 3 ist hier zur Bildung einer besonders kompakte und feuchtigkeitsresistente Ausführung mit der Steuereinheit 4 zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind ferner mehrere Duschkreise DK1, DK2 und DK3 in der Duscheinrichtung 1 vorgesehen, die jeweils verschiedenartige Duschfunktionen übernehmen. So ist der Duschkreis DK1 zur Betätigung einer Kopfbrause über den optischen Näherungssensor S1 aktivierbar, der Duschkreis DK2 beinhaltet die Funktion eines Massagestrahls und wird durch den optischen Näherungssensor S2 aktiviert, der Duschkreis DK3 erhält die Funktion eines sogenannten Duschregens und wird durch den optischen Näherungssensor S3 aktiviert. Die optischen Näherungssensoren S1 bis S3 erlauben neben der Aktivierung der Duschkreise auch eine Steuerung der Wassermenge sowie der Wassertemperatur.
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Im Bereich der Seitenwände sind an der Decke der Duscheinrichtung 1 Beleuchtungseinheiten vorgesehen, die farblich die Mischtemperatur anzeigen bzw. den Mischerdruck, wobei „Kalt” mit Blau gekennzeichnet wird und „Warm” mit Violett und „Heiß” mit Rot.
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Im hinteren Bereich der Duscheinrichtung sind zur Steuerung des Raumlichts weitere optische Näherungssensoren zur berührungslosen Steuerung der Beleuchtungsintensität vorgesehen.
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Die vorangegangene Beschreibung bezieht sich zwar im Wesentlichen auf den Anwendungsbereich der Steuereinrichtung in Duscheinrichtungen. Natürlich ist die Steuereinrichtung mit mindestens einem optischen Näherungssensor auch in anderen Anlagen eingesetzt werden, die mit verstellbaren Funktionsparametern betrieben werden können.
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Als weiteres Beispiel sei hier eine Dunstabzugshaube genannt, deren Beleuchtung und/oder Saugleistung beispielhaft mittels einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung einstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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