AT510692B1

AT510692B1 - Lichtvorhang sowie eine darauf basierende eingabevorrichtung für eine datenverarbeitungsanlage

Info

Publication number: AT510692B1
Application number: ATA289/2011A
Authority: AT
Original assignee: Isiqiri Interface Tech Gmbh
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-06-15
Also published as: WO2012119161A1; US20140022170A1; EP2681648A1; AT510692A4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lichtvorhang, welcher eine Lichtquelle (3) aufweist, welche einen Lichtstrahl (4) emittiert, welcher sich in einer durch den Lichtvorhang zu überwachenden Fläche (2) ausbreitet und in weiterer Folge auf eine optische Detektorfläche (6) trifft.Die zu überwachende Fläche (2) ist im Nahbereich einer lichtdurchlässigen Scheibe (2) angeordnet und parallel zu dieser ausgerichtet. Lichtquelle (3) und Detektorfläche (6) sind an der von der zu überwachenden Fläche (2) abgewandten Seite der Scheibe (1) angeordnet. Der Weg des Lichtstahls (4) von der Lichtquelle (3) zur Detektorfläche (6) führt zweimal durch die Ebene der Scheibe (1) hindurch und über zwei Spiegel (5.1, 5.2), welche am Rand der zu überwachenden Fläche (2) angeordnet sind.

Description

österreichisches Patentamt AT510 692 B1 2012-06-15

Beschreibung

LICHTVORHANG SOWIE EINE DARAUF BASIERENDE EINGABEVORRICHTUNG FÜR EINE DATENVERARBEITUNGSANLAGE

[0001] Die Erfindung betrifft einen Lichtvorhang sowie eine darauf basierende Eingabevorrichtung für eine Datenverarbeitungsanlage.

[0002] Ein Lichtvorhang im Sinne dieser Beschreibung ist eine optische Überwachungseinrichtung in welcher das Prinzip des Lichtschrankens von einem linienförmigen Überwachungsbereich zu einen flächigen Überwachungsbereich erweitert ist.

[0003] Lichtvorhänge werden im einfachsten Fall durch Aneinanderreihung von parallel zueinander ausgerichteten Lichtschranken gebildet. Für die zuverlässige Detektion eines Objekts und auch für eine gute Detektion seiner Position in der überwachten Fläche ist eine große Anzahl von Lichtsensoren und von Lichtquellen erforderlich. Fallweise werden Lichtquellen verwendet, bei denen die Querschnittsfläche des ausgesandten Lichtstrahls annähernd die Form einer geraden Linie hat. Indem diese Linie parallel zur Ausrichtung der durch Aneinanderreihung von Lichtsensoren gebildeten Reihe ausgerichtet wird, kann mit einer geringeren Anzahl an Lichtquellen das Auslangen gefunden werden als an Lichtsensoren.

[0004] In der AT 507267 A1 und in der AT 507702 A2 sind optische Detektorflächen und Anwendungen dazu als Steuerflächen für Datenverarbeitungsanlagen beschrieben. Dabei sind die optischen Detektorflächen aus einem oder mehreren flächigen Lichtwellenleitern aufgebaut, an welchen jeweils mindestens ein demgegenüber sehr kleinflächiger photoelektrischer Sensor angebracht ist, wobei eine Schicht des Lichtwellenleiters fotolumineszente Eigenschaften aufweist. Die Strahlung eines auf der Detektorfläche auftreffender Lichtpunktes wird durch Fotolumineszenz in langwelligeres Licht umgewandelt, welches sich im flächigen Lichtwellenleiter ausbreitet, dabei mit steigender Entfernung zum Lichtpunkt abgeschwächt wird und an den photoelektrischen Sensoren aus dem Lichtwellenleiter ausgekoppelt und detektiert wird. Detektorflächen dieser Art können flexibel und handlich sein, sind pro Fläche kostengünstig und für eine schnelle Signalverarbeitung von Lichtsignalen gut geeignet. Indem die Abschwächung des sich im Wellenleiter fortpflanzenden Lichtsignals berücksichtigt wird ist unter Anwendung mathematischer Auswertungsmethoden auch bei großen Detektorflächen mit wenigen Abgreifpunkten eine gute Ortsauflösung bei der Feststellung des Auftreffortes eines Lichtpunktes möglich.

[0005] Die AT 508 135 B1 beschreibt einen flächigen, für die Anwendung an Lichtvorhängen bestimmten Detektor, welcher als flexibler Schichtaufbau aus organischem Material gebildet ist und in Abhängigkeit von absorbiertem Licht elektrische Signale generiert. Der Detektor ist mit einer Mehrzahl von Abgreifpunkten für die erzeugten Signale versehen, wobei die Größe der Signale an den einzelnen Abgreifpunkten von deren Entfernung zu den Teilflächen abhängig ist, an welchen das Licht absorbiert wird und wobei aus den Größenverhältnissen zwischen den Signalen an mehrere Abgreifpunkten die Entfernungsverhältnisse der jeweiligen Abgreifpunkte zu jenen Teilflächen, an welchen das Licht absorbiert wird, errechenbar sind. Es werden mehrere Anwendungsvarianten für mit einem derartigen Detektor ausgestattete Lichtvorhänge gezeigt.

[0006] Unter anderem in der DE 2550653 B2 ist ein Lichtvorhang für die Überwachung eines Raumes beschrieben wobei eine einzelne, sogenannte Drehlichtquelle angewandt wird. Von einer einzelnen Lichtquelle aus wird dabei ein Lichtstrahl ausgesandt, wobei allerdings die Lichtquelle - bzw. ein Spiegel auf welchen die Lichtquelle leuchtet - gedreht wird, sodass der Lichtstrahl in einem bestimmten Takt eine Fläche des Raumes durchstreicht. An dem Streifen der Wände, an welchen der Lichtstrahl trifft, wenn sich kein abschattendes Objekt im Raum befindet, sind die Wände mit Reflektoren, nämlich mit Umkehrreflektoren oder Planspiegeln versehen, sodass der Lichtstrahl entweder direkt oder indirekt etwa zur Lichtquelle zurückreflektiert wird. Im Nahbereich der Lichtquelle befindet sich auch ein Lichtsensor. 1 /6 österreichisches Patentamt AT510 692B1 2012-06-15 [0007] Die DE 197 23 974 A1 zeigt das an Hand der DE 2550653 B2 beschriebene Prinzip beispielsweise zur Überwachung der Fensteröffnung in einer Kraftfahrzeugtür um zu vermeiden, dass ein Objekt durch das motorisch antreibbare Schiebbefenster eingeklemmt wird.

[0008] Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Wirkungsprinzip für einen Lichtvorhang bereit zu stellen, entsprechend welchem in zwei Dimensionen innerhalb einer zu überwachenden Fläche die Tatsache der Anwesenheit eines Objektes, sowie Größe und Position des Objektes in Echtzeit feststellbar sind, wobei die zu übenwachende Fläche im Nahbereich und parallel zu einer lichtdurchlässigen Scheibe angeordnet sein soll. Gegenüber bekannten, dafür geeigneten Realisierungsprinzipien von Lichtvorhängen sollen mit dem neu bereit zu stellenden Wirkungsprinzip unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen robuster funktionierende Lichtvorhänge realisierbar sein.

[0009] Nach dem neuen Prinzip sollen beispielsweise berührungssensitive Eingabeflächen (Touchscreen) für Datenverarbeitungsanlagen realisierbar sein oder es soll damit möglich sein, die Annäherung von Objekten von außen an ein Fensterscheibe, wie typischerweise an ein Schaufenster, ortsauflösend zu detektieren.

[0010] Für das Lösen der Aufgabe wird von einer Bauweise ausgegangen, bei welcher von einer oder mehreren Lichtquellen aus Licht entlang der zu überwachenden Fläche gesandt wird, an Randbereichen der zu überwachenden Fläche das Ankommen von Licht detektiert wird und im Fall des Nichtankommens von Licht durch geometrische Berechnungen auf Ort und Größe eines abschattendes Objektes, welches die zu übenwachende Fläche durchdringt, rückgeschlossen wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, Lichtquelle(n) und Detektorfläche(n) an der von der zu überwachenden Fläche abgewandten Seite der Scheibe anzuordnen, das für die Funktion des Lichtvorhanges erforderliche Licht zweimal durch die Scheibe zu führen und dazu an jener Seite der Scheibe, an welcher sich die zu überwachende Fläche befindet, an Rändern der zu überwachenden Fläche Spiegel anzubringen.

[0011] Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung veranschaulicht: [0012] Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze der für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile in einer Ansicht, bei welcher die Blickrichtung parallel zu der zu überwachenden Fläche 2 liegt.

[0013] Im Beispiel gemäß Fig. 1 ist die zu überwachende Fläche 2 oberhalb der Scheibe 1 und parallel zu dieser angeordnet.

[0014] Die Lichtquelle 3 ist typischerweise ein Laser mit Linienoptik, also ein Laser, welcher einen Lichtstrahl 4 abgibt, dessen Querschnittsfläche eine Linie ist. Die Ebene in der sich der Lichtstrahl 4 nach seinem Austritt aus der Lichtquelle 3 ausbreitet, liegt normal auf die Ebene der Scheibe 1. Der Lichtstrahl 4 durchdringt die Scheibe 1, gelangt an der von der Lichtquelle 3 abgewandten Seite an den Spiegel 5.1, dessen Ebene zur Ebene der Scheibe um 45° geneigt ist und der die zu überwachende Fläche 2 an einem Rand begrenzt. Am Spiegel 5.1 wird der Lichtstrahl 4 reflektiert, sodass er sich parallel zur Ebene der Scheibe 1 ausbreitet. Die Fläche, die er nun abdeckt, ist die zu überwachende Fläche 2.

[0015] An einem nächsten Spiegel 5.2, welcher ebenfalls zur Scheibe um 45° geneigt ist und die zu überwachende Fläche 2 an einem weiteren Rand begrenzt, wird der Lichtstrahl 4 wieder umgelenkt, sodass er nun in umgekehrter Richtung ein zweites Mal durch die Scheibe 1 tritt. Über einen dritten Spiegel 5.3 gelangt der Lichtstrahl schließlich an eine als Streifen ausgebildete optische Detektorfläche 6, wird dort absorbiert und verursacht an Abgreifpunkten 7, welche in einem Abstand zueinander an der Detektorfläche angeordnet sind, jeweils ein elektrisches Signal, dessen Größe von der Entfernung des jeweiligen Abgreifpunktes vom Auftreffpunkt eines Lichtimpulses an die Detektorfläche abhängig ist. Die Signale von den Abgreifpunkten 7 werden an eine auswertende Steuerung (nicht dargestellt) geleitet.

[0016] Wenn ein abschattendes Objekt, wie typischerweise ein Stift oder ein Finger durch die zu überwachende Fläche 2 hindurch an die Scheibe 1 ragt, so wird ein Teil der Querschnittsfläche des Lichtstrahles 4 abgeschattet und an einen Längsbereich der Detektorfläche 6, welcher 2/6 österreichisches Patentamt AT510 692B1 2012-06-15 zuvor noch beleuchtet war, gelangt dann kein Licht. An den diesem Längsbereich nahen Abgreifpunkten 7 verringert sich das gemessene elektrische Signal, womit durch die auswertende Steuerung auf die Position des abschattendes Objektes in der zu überwachenden Fläche 2 rückgeschlossen werden kann.

[0017] Durch die erfindungsgemäße Bauweise können alle elektronischen Bauteile an einer Seite der Scheibe 1 angeordnet sein. Es brauchen auch keine elektrischen Leitungen an die Seite der Scheibe 1 geführt zu werden an der sich die zu überwachende Fläche befindet. An der Seite der zu überwachenden Fläche brauchen nur Spiegelstreifen 5.1,5.2 montiert zu sein.

[0018] Das Vorteilhafte an dieser Anordnung wird anschaulich, wenn man sich die Anwendung des Lichtvorhanges an einem Schaufenster vorstellt. Dabei ist die Scheibe 1 die Schaufensterscheibe. Es brauchen keinerlei elektronische Teile oder elektrische Leitungen im Außenbereich angeordnet zu werden. Es reicht aus, Spiegelstreifen 5.1, 5.2 im Außenbereich anzuordnen. Im Fall von Vandalismus ist nur ein Spiegel auszutauschen oder zu reinigen. Es brauchen keine elektrischen Teile auf besondere Witterungseinflüsse hin ausgelegt werden. Des Weiteren müssen keine Versorgungs- oder Datenkabel in den Außenbereich gelegt werden. Damit wird es gut möglich ein "interaktives Schaufenster" zu realisieren, also ein Schaufenster an welchem man als Schauender von außen durch Führen der Hand über die Scheibe 1 Einstellungen, die den Bereich innerhalb der Scheibe 1 betreffen, verändern kann. (Beleuchtung, verschieben von dargestellten Objekten, einschalten von Informationsfilmen....) [0019] In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Detektor 6 und die Abgreifpunkte 7 entsprechend dem eingangs an Hand der AT 507267 A1 und der AT 507702 A2 beschriebenen Prinzip realisiert. Demnach ist die Detektorfläche 6 aus einem oder mehreren flächigen Lichtwellenleitern gebildet und die Abgreifpunkte 7 sind demgegenüber sehr kleinflächige photoelektrische Sensoren. Eine Schicht des Lichtwellenleiters weist fotolumineszente Eigenschaften auf. Die Strahlung eines auf der Detektorfläche auftreffenden Lichtimpulses wird durch Fotolumineszenz in langwelligeres Licht umgewandelt, welches sich im flächigen Lichtwellenleiter ausbreitet, dabei mit steigender Entfernung zum Lichtpunkt abgeschwächt wird und an den photoelektrischen Sensoren (Abgreifpunkten 7) aus dem Lichtwellenleiter ausgekoppelt und detektiert wird.

[0020] Damit lassen sich flexible, handliche, robust, kostengünstige großflächige oder sehr lange flächige Detektoren mit hoher Ortsauflösung realisieren. Für den Anwendungsfall an Schaufenstern aber auch an Touchscreens ist an dieser Sensortechnologie besonders vorteilhaft, dass sie wenig empfindlich gegen Hintergrundlicht ist, da die Detektorfläche gut darauf einstellbar ist, dass nur Licht bestimmter Wellenlänge bestimmungsgemäß Lumineszenz auslöst. Gute Robustheit gegen Störlicht kann auch dadurch erreicht werden, dass die Detektion sehr schnell ist, womit es gut möglich ist, den zu detektierenden Lichtstrahl 4 in seiner Intensität mit einer bestimmten, hohen Frequenz (im MHz-Bereich) zu modulieren und nur dementsprechend modulierte Signale durch Filter an die Steuerung zu lassen. Gerade beim Einsatz in einem Schaufenster ist die Unempfindlichkeit gegenüber Hintergrundlicht sehr wichtig, da die Beleuchtungsverhältnisse im Tagesverlauf stark wechseln können.

[0021] Im Allgemeinen wird man nicht eine einzige Lichtquelle 3 und eine einzige Detektorfläche 6 verwenden, sondern mehrere an verschiedenen Positionen entlang des Randes der Scheibe 1 angeordnete Lichtquellen 3 und auch mehrere Detektorflächen 6, idealerweise als Rahmen um die Scheibe. So muss im Falle eines Schaufensters die schon vorhandene teure Glasscheibe im Allgemeinen nicht ausgebaut werden wenn ein erfindungsgemäßer Lichtvorhang im Nachhinein installiert wird.

[0022] Wichtig ist, dass die Detektionsergebnisse der unterschiedlichen Lichtquellen voneinander unterscheidbar sind, beispielsweise durch unterschiedliche Modulationsfrequenzen oder durch phasenversetztes pulsierendes Emittieren von Lichtpulsen. Je mehr verschiedene Lichtquellen man verwendet, desto exakter kann man Ort und Querschnittsfläche eines abschattenden Objektes in der zu überwachenden Fläche 2 eingrenzen und desto besser kann man auch mehrere gleichzeitig vorhandene abschattende Objekte voneinander unterscheiden. 3/6

Claims

österreichisches Patentamt AT510 692 B1 2012-06-15 [0023] Natürlich ist es alternativ zur Anwendung des Lumineszenz-Wellenleiterprinzips für die optische Detektion auch möglich, andere Messprinzipien anzuwenden. [0024] Beispielsweise kann die Detektorfläche 6 als inaktive Fläche ausgebildet sein, deren Bild durch eine Kamera - bevorzugt eine Zeilenkamera - aufgenommen wird. Der Widerschein des Lichtstrahls 4 erzeugt auf der Detektorfläche 6 eine helle Linie, die auf dem durch die Kamera aufgenommenen Bild erkennbar und datentechnisch auswertbar ist. (Die Bildwiderholfrequenz liegt dabei derzeit typischerweise im kHz-Bereich). Abschattende Objekte an der zu überwachenden Fläche 2 verursachen eine Unterbrechung dieser Linie. Dies kann auch zusätzlich zum vorig ausgeführten, auf Lumineszenzwellenleitung basierenden Messprinzip durchgeführt werden, da ein Teil des in dem Lumineszenzwellenleiter erzeugten Lichts direkt wieder ausgekoppelt wird und somit eine helle Linie am Auftreffort des Lichtstrahls entsteht. [0025] Der in Fig. 1 dargestellte Spiegel 5.3 kann weggelassen werden, wenn die Detektorfläche 6 zumindest parallel zur Scheibe 1 ausgerichtet ist. Die Ausführung ist damit einfacher als die dargestellte Ausführung aber unter Umständen optisch nicht so vorteilhaft. [0026] An Stelle den die Lichtquelle 3 als Laser mit Linienoptik auszuführen kann man natürlich auch eine Drehlichtquelle verwenden, also eine Lichtquelle welche Lichtstrahl mit annähernd punktförmiger Querschnittsfläche aussendet, wobei allerdings die Richtung des Lichtstrahls ständig gedreht wird, sodass der Lichtstrahl immer wieder eine Fläche durchstreicht. Insbesondere hierzu bietet sich an, den Spiegel 5.1 gekrümmt auszuführen und die Lichtquelle 3 so zu bewegen, dass der Lichtstrahl kontinuierlich die gesamte Fläche überstreicht. (Man kann natürlich auch bei Verwendung eines Lasers mit Linienoptik den Spiegel 5.1 gekrümmt ausführen um die Aufweitung des Lichtstrahls in Längsrichtung der Querschnittsfläche des Lichtstrahls zu verstärken.) [0027] In der Skizze von Fig. 1 läge die Rotationsebene des Lichtstrahls 4 am Austrittsbereich aus der Lichtquelle 3 vertikal normal zur Ebene der Scheibe 1 und wäre in Fig. 1 als Linie sichtbar. [0028] In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann als Objekt, welches in der zu überwachenden Fläche 2 eine Abschattung hervorruft auch ein Gerät verwendet werden, welches selbst Licht emittiert, welches über die die Detektorfläche 6 messbar ist. Das Licht, welches von dem Gerät ausgesendet wird, wird hierbei vom Spiegelstreifen 5.2 auf die Detektorfläche 6 gelenkt und dort detektiert. Beispielsweise kann dieses Gerät ein mit einer auf einer vorgegebenen Kennfrequenz pulsierenden Leuchtdiode ausgestatteter Leuchtstift sein. Indem durch die auswertende Steuerung damit erkennbar ist, dass es sich nicht um irgendein abschattendes Objekt handelt, sondern um ein ganz spezielles abschattendes Gerät, können diesem Gerät und den durch dieses hervorgerufenen Abschattungen spezielle Funktionen zugeordnet werden. Typischerweise können dies wichtigere Berechtigungen in einer Datenverarbeitungsanlage sein, welche durch den erfindungsgemäßen Lichtvorhang als Touchscreen steuerbar ist. Patentansprüche 1. Lichtvorhang, welcher eine Lichtquelle (3) aufweist, welche einen Lichtstrahl (4) emittiert, welcher sich in einer durch den Lichtvorhang zu überwachenden Fläche (2) ausbreitet und in weiterer Folge auf eine optische Detektorfläche (6) trifft, dadurch gekennzeichnet, - dass die zu überwachende Fläche (2) im Nahbereich einer lichtdurchlässigen Scheibe (1) angeordnet ist und parallel zu dieser ausgerichtet ist, - dass die Lichtquelle (3) und die Detektorfläche (6) an der von der zu überwachenden Fläche (2) abgewandten Seite der Scheibe (1) angeordnet sind, - dass an zwei voneinander beabstandeten Randbereichen der zu überwachenden Fläche (2) an der Seite der Scheibe (1) an der sich auch die zu überwachende Fläche (2) befindet, Spiegel (5.1, 5.2) angeordnet sind, deren Reflexionsebene zu der zu überwachenden Fläche (2) geneigt ist, und - dass der Weg des Lichtstahls (4) von der Lichtquelle (3) zur Detektorfläche (6) zweimal durch die Ebene der Scheibe (1) hindurch und über die beiden Spiegel (5.1,5.2) führt. 4/6 österreichisches Patentamt AT510 692 B1 2012-06-15
2. Lichtvorhang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) einen Lichtstrahl (4) abgibt, dessen Querschnittsfläche eine Linie ist.
3. Lichtvorhang nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Detektorfläche (6) aus einem oder mehreren flächigen Lichtwellenleitern gebildet ist, welche dazu in der Lage sind, auftreffende Strahlung des Lichtstrahls (4) durch Fotolumineszenz in langwelligeres Licht umzuwandeln, welches sich im flächigen Lichtwellenleiter ausbreitet und dass an der Detektorfläche (6) Abgreifpunkte (7) angeordnet sind, die durch photoelektrische Sensoren gebildet sind, welche aus dem sich in Lichtwellenleiter ausbreitenden Licht ein elektrisches Signal generieren.
4. Lichtvorhang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (1) eine Schaufensterscheibe ist.
5. Lichtvorhang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (1) die Berührungsfläche eines Touchscreen ist.
6. Eingabevorrichtung für eine Datenverarbeitungsanlage, welche einen Lichtvorhang nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist wobei die Datenverarbeitungsanlage in Abhängigkeit von dem Detektionsergebnis an der Detektorfläche (6) beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung zusätzlich ein frei bewegliches Zeigegerät aufweist, welches durch die Datenverarbeitungsanlage erkennbar ist, indem das Zeigegerät Licht emittiert, welches durch die Detektorfläche (6) detektierbar ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6