EP1924871A1 - Erfassungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Erfassungssystem insbesondere zur' Initialisierung oder Koordination von Schaltungsabläufen im Zusammenhang mit der Erfassung der Präsenz und ggf. der Bewegung von Gliedmaßen in einem Observationsbereich, wobei die Erfassung an sich auf Grundlage feldelektrischer Wechselwirkungsprinzipien, insbesondere unter Erfassung feldelektrisch relevanter Wirkungen des Objekts, in dem Observationsbereich erfolgt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Lösungen anzugeben, die es ermöglichen Erfassungsvorgänge des Objektes, insbesondere von Gliedmaßen zur Initialisierung oder Koordination von Schaltungsabläufen in einer hinsichtlich der Aussagefähigkeit der erfassten Präsenzereignisse verbesserten Weise zu bestimmen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch ein Erfassungssystem, zur Erfassung eines Präsenzereignisses innerhalb eines Observationsbereiches, mit einer Feldbereitungseinrichtung zur Generierung und Ausstrahlung eines modulierten Wechselfeldes in eine Feldemissionszone, und einer auf den Observationsbereich ausgerichteten Signalabgriff seinrichtung zur Erfassung feldelektrischer Einwirkungen, wobei das Erfassungssystem derart konfiguriert ist, dass über die Signalabgriffseinrichtung Signalereignisse abgreifbar sind die im Bereich der Feldemissionszone in ein zu observierendes Objekt, insbesondere einen Anwender eingekoppelt und über das Objekt, insbesondere den Anwender in den Observationsbereich eingespeist werden.

Description

SRAM DEVICES UTILIZING TENSILΞ-STRESSED STRAIN FILMS

Die Erfindung richtet sich auf ein Erfassungssystem insbesondere zur Initialisierung oder Koordination von Schaltungsabläufen im Zusammenhang mit der Erfassung der Präsenz und ggf. der Bewegung von Gliedmaßen in einem Observationsbereich, wobei die Erfassung an sich auf Grundlage feldelektrischer Wechselwirkungsprinzipien, insbesondere unter Erfassung feldelektrisch relevanter Wirkungen des Objekts, in dem Observationsbereich erfolgt. Die Erfindung richtet sich weiterhin auch auf das durch das Erfassungssystem realisierte Erfassungsverfahren.

Kapazitive Näherungssensoren können als Einklemm- und/ oder Diebstahlschutz in Türen, Fenstern und Kraftfahrzeugen sowie auch als Bestandteile von Schaltungseinrichtungen Anwendung finden. Üblicherweise sind hierbei Schwingkreise vorgesehen. Diese Schwingkreise umfassen Hochspannungsabschnitte die konstruktiv derart ausgeführt sind, dass über diese Änderungen der dielektrischen Eigenschaften der näheren Umgebung erfasst werden können. Diese Hochspannungsabschnitte können im Bereich von Bedienflächen vorgesehen sein, so dass anhand ermittelter Änderungen der genannten dielektrischen Eigenschaften der Umgebung der Bedienflächen Schaltsignale generiert werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Lösungen anzugeben, die es ermöglichen Erfassungsvorgänge des Objektes, insbesondere von

Gliedmaßen zur Initialisierung oder Koordination von

Schaltungsabläufen in einer hinsichtlich der Aussagefähigkeit der erfassten Präsenzereignisse verbesserten Weise ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch ein Erfassungssystem, zur Erfassung eines Präsenzereignisses innerhalb eines Observationsbereiches, mit einer Feldbereitungseinrichtung zur Generierung und Ausstrahlung eines modulierten Wechselfeldes in eine Feldemissionszone, und einer auf den Observationsbereich ausgerichteten Signalabgriffseinrichtung zur Erfassung feldelektrischer Einwirkungen, wobei das Erfassungssystem derart konfiguriert ist, dass über die Signalabgriffseinrichtung Signalereignisse abgreifbar sind die im Bereich der Feldemissionszone in ein zu observierendes Objekt, insbesondere einen Anwender eingekoppelt und über das Objekt, insbesondere den Anwender in den Observationsbereich eingespeist werden.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, zuverlässig und mit hoher Signalschärfe die Präsenz, und insbesondere den Bewegungsablauf eines Anwenders, bzw. der Gliedmaßen desselben in dem Observationsbereich zu ermitteln.

Die Erfassungseinrichtung ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart ausgebildet, dass diese mehrere Abgriffsschnittstellen zum Abgriff der Signalereignisse aufweist, wobei anhand von Eigenschaften der an den jeweiligen Abgriffsstellen abgegriffenen Signale zueinander ein Auswertungsergebnis gewonnen wird. Hierdurch wird es möglich, die Position eines Objektes, insbesondere einer Person, bzw. deren Gliedmaßen in Relation zu den Erfassungseinrichtungen festzustellen.

Als Eigenschaft der Signalereignisse können insbesondere die Signalintensität und/oder auch Laufzeiteffekte ausgewertet werden. Es ist möglich, die Messergebnisse, z.B. Intensitäten und/oder Phasenangaben über ein fehleroptimiertes Auswertungssystem auszuwerten und etwaige Ungenauigkeiten weitgehend zu kompensieren. Es ist möglich, den momentanen Ortsbestimmungsfehler zu ermitteln und ggf. von diesem die Zulässigkeit der Eingabe abhängig zu halten. Als Auswertungsergebnis wird somit vorzugsweise ein Ergebnis gewonnen, das indikativ ist für die Relativposition des Objektes gegenüber den Erfassungseinrichtungen. So ist es beispielsweise möglich, die Präsenz eines Fahrers vor einem Fahrzeuglenkrad, und dessen Abstand vom Lenkrad zu erfassen. Anhand dieser Informationen kann bestimmt werden, ob beispielsweise ein Zünden eines Airbags noch zulässig ist, oder ob keine Zündung, oder ggf. nur eine Teilzündung vorgenommen werden kann.

Anhand des Auswertungsergebnisses kann auch eine Schaltkoordination erfolgen. Diese kann so realisiert werden, dass bestimmte Bewegungscharakteristika erkannt und als Schaltbefehl interpretiert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mehrere Feldbereitungsvorrichtungen vorzusehen wobei diese Feldbereitungsvorrichtungen zeitversetzt derart angesteuert werden können, dass über diesen Ansatz eine Zuordnung der Erfassungsereignisse zu Feldemissionen bestimmter Feldbereitungseinrichtungen herangezogen werden können. Alternativ hierzu, oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, die Feldbereitungsvorrichtungen derart moduliert anzusteuern, dass diese jeweils spezifische Signalmuster dem emittierten Wechselfeld aufprägen.

Die Feldbereitungsvorrichtungen können so angeordnet und ausgebildet sein, dass diese örtlich unterschiedliche Feldemissionszonen generieren. Die Information darüber, durch welche Feldbereitungseinrichtung ein Signalereignis in das Objekt eingekoppelt und an den Erfassungseinrichtungen abgegriffen wird, kann als schaltablaufsrelevante Information verarbeitet werden. In einem Kraftfahrzeug kann beispielsweise durch dieses Konzept festgestellt werden, von welchem Sitzplatz aus eine bestimmte Eingabeoperation veranlasst wird. So können z.B. Eingabeoperationen die ausschließlich dem Fahrer vorbehalten sind nur von diesem veranlasst werden. Schaltoperationen die gerad nicht vom Fahrer durchgeführt werden dürfen, z.B. die Betätigung eines Navigationsgerätes während der Fahrt können gesperrt werden. Die Erfassungseinrichtungen können in Zuordnung zu einer graphisch animierten Eingabefläche, insbesondere Touch-Screen artigen Displayfläche angeordnet sein. Je nachdem welche Person sich mit ihrer Hand der Displayfläche nähert können spezifische Menueflachen generiert werden. Es ist möglich, weitere Einkoppelungssysteme, z.B. anwenderseitig zu führende Identifikationssignalgeber vorzusehen, die ebenfalls eine Signaleinkoppelung in die Signalabgriffseinrichtung bewirken. Die Aktivierung dieser anwenderseitig zu führenden Identifikationsgeber kann durch das seitens der Feldbereitungseinrichtung bereitgestellte Sendeereignis erfolgen.

Das durch die Feldbereitungseinrichtung bereitgestellte Signal kann mit einem bestimmten Informationsinhalt befrachtet werden. Dieser Informationsinhalt kann von der Eingabehandlung des Anwenders, oder bestimmten weiteren Dialogkriterien abhängig gemacht werden. Auf Grundlage einer anwenderspezifischen Kennung ist es möglich, einen verschlüsselten Datentransfer vorzunehmen.

Das erfindungsgemäße Erfassungssystem kann Bestandteil einer Anwenderschaltfläche eines Elektrogerätes insbesondere Haushaltsgerätes z.B. eines Geschirrspülers, einer Waschmaschine oder eines Herdes bilden. So ist es insbesondere möglich, die Feldemissionszonen so anzuordnen und auszurichten, dass nur Personen mit einer bestimmten Körpergröße in die Feldemissionszone eintauchen und hierbei das modulierte Basisfeld aufgreifen können.

Das erfindungsgemäße Erfassungssystem kann Bestandteil einer Sicherheitsschaltung bildend durch welche der Betrieb sicherheitsrelevanter Strukturen überwacht und koordiniert werden kann. Es ist möglich, das System derart zu realisieren, dass die Feldemissionszone sich im Bereich eines Einschalt-Schalters befindet, so dass der diesen Schalter betätigende Anwender durch das in diesen eingekoppelte Wechselfeld mit einer quasisynthetischen Aura ausgestattet wird. Etwaige Annäherungen an gefährdungsrelevante Bereiche können hierdurch besonders wirkungsvoll erfasst werden.

Das Erfassungssystem kann gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung Bestandteil einer Airbag-Steuerschaltung bilden. Die Feldemissionszone und der Observationsbereich derart angeordnet sind, dass einer durch das Objekt verursachten Feldüberbrückung ein logischer Inhalt zugeordnet werden kann. Einem Sensor sich annähernde Personen können mit ihrer natürlichen Kapazität elektrische (Wechsel-) Felder und messbar verändern. Das Maß dieser Änderung kann dann als Annäherung interpretiert und über Interfaces schaltungstechnisch ausgewertet. Dies ist insbesondere bei automatisch schließenden Vorrichtungen von besonderer Bedeutung, da diese kraftbetrieben sind und ein Einklemmen eines Menschen zu erheblichen Verletzungen führen kann. Aufgrund physikalischer Umstände ändert sich die Kapazität eines derartigen Sensorsystems aber auch durch äußere Einflüsse, die nicht von einer sich annähernden Person herrühren. Dies können Änderungen der Wetterlage (Luftfeuchtigkeit, Regen, Schnee, Hagel, Trockenheit) sein, die das Dielektrikum verändern oder ableitende Flächen (Metall-, Elektrozäune, Hydranten, Wasserpfützen etc.). Zusätzlich ändern Türen, Klappen, Schiebedächer, Verdecke, die elektrisch oder hydraulisch betrieben werden, bei ihren stellvorgangsbedingten Positionsänderungen häufig die Kapazität eines beaufschlagten Sensorsystems. Über Weggeber und/oder zeitgesteuerte Matrizen lässt sich eine solche Änderung kompensieren, jedoch ist der Aufwand beträchtlich. Aufgabe der Erfindung ist es daher auch ein Sensorsystem auf kapazitiver Basis bereitzustellen, welches weitgehend wetter- und stellvorgangsunabhängig arbeitet und nur die Annäherung von Personen detektiert. Dabei soll die Erfindung sowohl die Position als auch die Richtung möglicher in Gefahrenoder Gefährdungsbereiche eindringender Gliedmaßen feststellen und auswerten. Neben einem (aus ökonomischen Gründen) geringen Schaltungsaufwand soll eine hohe Betriebssicherheit eines derartigen Sensorsystems erlangt werden. Äußere Umwelt- oder stellvorgangsbedingte Einflüsse sollen von der Erfindung sicher unberücksichtigt bleiben und keinen Einfluss auf die bestimmungsgemäße Arbeitsweise von Näherungssensoren mehr haben. Anstelle eines passiven kapazitiven Näherungssystems, welches durch Verstimmung von Oszillatorfrequenzen bei zusätzlichen (z.B. durch Gliedmaßen) eingebrachte Kapazitäten arbeitet, wirkt die Erfindung als aktives System. Dabei wird ein elektrisches Wechselfeld einem sich einem Detektionsbereich annähernden Menschen aufgeprägt. Dieses Feld wirkt wie eine synthetische Aura auf dem ganzen Körper des Menschen. Hält dieser nun Gliedmaßen wie Arme, Beine, Hände etc. in die Nähe eines Sensorelements, kann dieses die Stärke des aufgeprägten Wechselfeldes messen und so die Präsenz eines sich annähernden Körperteils sicher nachweisen. Frequenzgenerator, Mensch und Gefahrenstelle bilden so einen Wechselspannungskreis, dessen Impedanzen kapazitiv durch die sich annähernde Person verändert werden. Je näher diese dem Generator und/oder der Gefahrenstelle kommt, umso höher wird der zu messende Pegel sein. Die Erfindung hat also die Aufgabe, einen solchen Pegel zu messen und daraus die Annäherung festzustellen. Von besonderer Bedeutung ist, dass die Einspeisung auf die Haut eines Menschen (oder eines Tieres) ebenfalls kapazitiv erfolgen kann, sodass kein direkter Kontakt zu einem Frequenzgenerator hergestellt werden muss. Auch ist es möglich, das eingespeiste Wechselspannungssignal mit Daten zu beaufschlagen, die Hinweise auf den Eintrittsort und/oder die derzeitige Position der handelnden Person geben. Dabei weist das pegelmessende Sensorelement mindest einen Messpunkt auf. In vorteilhafter Weise können mehrere Messpunkte in einem Detektions- oder Gefahren- oder Erfassungsbereich angebracht sein. Davon können eine oder mehrere Messstellen als Referenzsteller bezeichnet werden, sodass die Annäherung in einem Gefahrenbereich mit den Referenzpunkten verglichen und sicher ausgewertet werden kann (Triangulation) . Eine zusätzliche Dekodierschaltung kann die beaufschlagten Daten aus den Signalen einer Auswerteeinheit zuführen. Damit ist es beispielsweise möglich, mehrere Personen, die sich an einer unterschiedlichen Stelle befinden (z.B. Fahrer und Beifahrer eines Kfz) zu unterscheiden, wenn diese sich einer Gefahrenstelle (z.B. schließendes Fenster, Schiebedach, Kofferraumdeckel, Cabrioverdeck, Schiebetüren etc.) während eines gefährlichen Vorganges (öffnen, schließen) annähern. Ferner stellt die Erfindung die Geschwindigkeit des Eindringens fest, was zu einem dynamischen Abschaltverhalten des Stellvorgangs führen kann. Eine frühe Erfassung eines Sensorsignals, welches von Gliedmaßen, z.B. von einer eindringenden Hand stammt, kann so frühzeitig festgestellt werden, dass es möglich ist, die betreffende Person zu warnen. Erst bei weiterer Annäherung kann ein Abschaltvorgang eingeleitet werden (Notabschaltung) . Sinngemäß kann die Erfindung auch (evtl. gleichzeitig) für Einbruchsicherungen verwendet werden. Die Messstellen können jeweils als separate Schaltung ausgeführt sein. Sinnvoller ist es jedoch, die Messstellen nacheinander einzeln abzufragen und den an Ihnen gemessenen Pegel einer gemeinsamen Auswerteeinheit zuzuführen, was den Schaltungsaufwand erheblich vereinfacht.

Ein Oszillator (jede Wellenform möglich) erzeugt eine Frequenz von beispielsweise 200 kHz mit einem Spannungspegel von beispielsweise 10 Volt. Am Ausgang des Oszillators ist eine Abgabefläche aus leitendem Material (z.B. Kupferfolie, graphitierte Kunststoffe, Gummi etc.) angebracht, die das von dem Generator erzeugte Signal als wechselndes Ladungsfeld abbildet. Der andere Pol des Generators sei gegen Masse geschaltet. Kommt ein Mensch in die Nähe dieses Feldes, so bildet sein Körper die andere Fläche eines Kondensators und die Wechselspannung wird auf seinen Körper übertragen. Die dabei entstehenden Verluste sind erfindungsgemäß vernachlässigbar. Nähert sich dieser Mensch nun einem Sensorelement, das in der Lage ist den Pegel der Wechselspannung zu messen, so wird dieses bei weiterführender Annäherung einen immer höheren Pegel anzeigen. Sinnvoller Weise wandelt die Erfindung den Pegel in eine Gleichspannung, sodass diese gemessen und ausgewertet werden kann. Damit lässt sich zum einen die Empfindlichkeit des Sensorsystems einstellen, zum anderen genügt der Nachweis der Frequenz an dem Sensorelement auch als Nachweis der Präsenz eines handelnden Menschen in einem Gefahrenbereich. Das Sensorsignal kann gefiltert und verstärkt einem Wandler zugeführt werden, der die Pegel entweder des Effektivwertes (EMS) oder des Spitzenwertes in eine Gleichspannung umwandeln kann. Solche Bauteile sind preiswert erhältlich. Ein nachgeschalteter Bufferverstärker erlaubt das belastungsfreie Abtasten der dem Pegel entsprechenden Gleichspannung. Ein Mikrocontroller mit ADC und/oder Komparator kann die Spannung messen und/oder den Komparator bei einer einstellbaren Schwelle einschalten. Das Sensorelement, z.B. eine Kugel, eine Fläche, ein Draht etc., ist über einen Kondensator mit dem Eingang der Sensorschaltung verbunden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibug in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt :

Figur 1 eine Schaltungsskizze zur Veranschaulichung des dem erfindungsgemäßen Erfassungssystems zugrundeliegenden Signalübertragungsprinzips ;

Figur 2 eine Scchaltungsskizze zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Erfassungssystems mit mehreren Abgriffsschnittstellen;

Figur 3 eine Schaltungsskizze zur Veranschaulichung einer Variante mit einer hinsichtlich ihrer räumlichen Lage veränderbaren Feldemissionszone (Erregerfeld) ;

Figur 4 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Konzeptes bei einer Systemvariante mit zwei Feldemissionszonen und mehreren Abgriffsschnittstellen;

Figur 5 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung eines auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes realisierten Sicherheitssystems zur Absicherung gefährdungsrelevanter Bereiche einer Maschine (hier Säge) ;

Figur 6 eine Skizze zur Illustration eines Bedienfeldes bei welchem Eingabeoperationen aus Orts- und/oder Bewegungsinformationen extrahiert werden, wobei diese Orts- und/oder Bewegungsinformationen anhand der Eigenschaften Signale ermittelt werden, die an den voneinander beabstandeten Abgriffsschnittstellen Signalen abgegriffen werden;

Figur 7 eine Skizze zur Illustration einer besonders vorteilhaften Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Erfassungssystems bei einem Haushaltsgerät;

Figur 8 eine Skizze zur Illustration einer Einsatzvariante des erfindungsgemäßen Erfassungssystems in einem Kraftfahrzeug, wobei zumindest ein Tiel der Abgriffsschnittstellen in ein Fahrzeuglenkrad eingebunden ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Gemäß der Schaltung nach Figur 1 ist ein (hier passiver) Filter (Parallelschwingkreis) vorgesehen, er als solcher eine scharfe Selektion des Sensorsignals und unterdrückt Störfrequenzen ermöglicht. Alternativ hierzu ist auch ein aktiver Filter möglich. Der Verstärker dient dazu, das ggf. stark abgeschwächte Signal hinreichend zu verstärken.

Figur 2 zeigt eine erweiterte Schaltung. Mehrere Messpunkte lassen sich an den gleichen Eingang einschließen. Die jeweils nicht benötigten Messpunkte werden durch als Multiplexer geschaltete Portausgänge des MikroControllers gegen Masse gelegt und zwar jeweils alle bis auf die eigentliche Messstelle. Da die Kondensatoren nun gegen Masse liegen, muss ihre Kapazität in dem Filterschwingkreis berücksichtigt werden. Zyklisch wird nun Messstelle für Messstelle dem Verstärker, dem Pegel zu Gleichspannungswandler, dem Komparator oder AD-Wandler über den Buffer zugeführt, gemessen und ausgewertet. Dabei können eine oder mehrere Messstellen als Referenzpunkt dienen. Dies bedeutet, dass eine unterschiedlich starke Einspeisung in den menschlichen Körper trotzdem zu einer genauen Positions- oder Richtungsbestimmung führen kann, da immer gegenüber Referenzpunkten verglichen wird.

War das zu messende Signal mit Daten beaufschlagt (z.B. ASK- Modulation) , so können diese als Änderung am Ausgang des Pegelmessers z.B. einem Komparator zugeführt werden, der seinerseits die Daten wiederherstellt und einer Auswerteeinheit zuführt. Sitzen beispielsweise in einem Fahrzeug mehrere Personen auf ihren Sitzen, so kann dadurch vorteilhaft festgestellt werden, welche Person beispielsweise in das Scherengitter eines sich motorisch öffnenden Cabrioverdecks greift und sich somit in die Gefahr einer Verletzung begibt (was häufig vorkommt, z.B. durch Kinder). Dabei ist unter jedem Sitz eine Generatoreinheit angebracht, die unterschiedliche Daten auf diesen sitzenden Menschen aufprägt (beispielsweise ein "F" für Fahrer, "B" für Beifahrer, "L" für linken Rücksitz, "R" für rechten Rücksitz usw. ) . Erscheinen diese Daten am Ausgang des Sensors (wo sie im Normalfall ja nicht hingehören), so ist erwiesen, dass eine betreffende und genau zu bezeichnende Person sich in Gefahr begibt, was z.B. dem Fahrer mitgeteilt werden kann oder zu einer Warnung oder Unterbrechung/Abschaltung des Stellvorgangs führen kann. Dies gilt erfindungsgemäß nicht nur für Kraftfahrzeuge.

Von besonderer Bedeutung ist die Aufprägung eines datenmodulierten Signals auf den menschlichen Körper, weil sichergestellt sein muss, dass diese Aufprägung immer erfolgt, sobald die Möglichkeit besteht, dass ein Mensch mit seinen Gliedmaßen in einen Gefährdungsbereich eindringen kann.

Die besondere Ausführung des Signalgebers

Bei dem Signalgeber handelt es sich um einen Generator, der ein Wechselspannungssignal erzeugen kann. Dies kann eine oder mehrere Rechteck-, Dreieck-, Sinus- oder Trapezfrequenz (en) usw. sein. Über einen Mischer gelangt dieses Signal zu der Abgabefläche. Unter Umständen kann durch Induktivitäten oder Spannungswandler eine Pegelerhöhung erfolgen, falls dies erforderlich sein sollte. Mit dem Mischer besteht die Möglichkeit, Daten diesem Wechselspannungssignal aufzuprägen, wobei alle bekannten Modulationsarten verwendet werden können. Es soll aber darauf geachtet werden, dass die Modulation der Daten den Pegel nicht wesentlich verändern, damit eine Auswertung nicht von einer aufgeprägten Codefolge abhängig ist. Falls möglich, soll das andere Ende des Oszillators mit einer Masse verbunden sein oder mit dem negativen Pol einer Batterie. Im zweiten Fall ist es auch möglich, den Signalgeber in Form einer Scheckkarte oder eines Schlüsselanhängers auch mitzuführen. Dies ist z.B. bei mobilen Menschen sinnvoll, die sich gefährlichen Maschinenteilen ständig nähern müssen, um Werkstücke zu entnehmen usw. Mit Hilfe von Buffern (shielddriver) ist es möglich, das abgegebene Signal auf zusätzliche Elektroden zu geben und das Signal keulenförmig in bestimmte Richtungen zu lenken (Figur 3) .

Gelangt ein Mensch in diesen Einflussbereich einer derartigen Signalkeule, so werden die mit Daten beaufschlagten Signale seinem Körper aufgeprägt und über die gesamte Hautfläche verteilt (Ladungsbild) . Kommt diese Person nun mit ihren Gliedmaßen an einen Sensorpunkt oder in dessen Nähe, so wird der empfangene Pegel gemessen und mit der eines Referenzpunktes verglichen. Damit lässt sich die Annäherung sicher nachweisen. Ferner lässt sich feststellen, von welchem Ort die Person mit dem Signal beaufschlagt wurde, da dieses entsprechende Daten mitführt. Beispielsweise ist es möglich, Dichtungen wie sie in Fahrzeugen, Fenstern etc. sehr häufig vorkommen, mit einer Abgabe- und Shieldflachen zu versehen. Geeignet sind auch Fahrzeuggriffe, Bedienelemente, Fußmatten, Fahrzeugsitze, Lenkräder, Türgriffe, Tür- und Fensterrahmen etc. Bei Fenstern vor Häusern ist es möglich, das Signal z.B. auf den Kellerrost zu geben. Ein sich nähernder Einbrecher würde dann das Signal aufnehmen und bei Berührung des Fensters oder schon bei Annäherung einen Alarm auslösen. Dieser Alarm unterbleibt, wenn sich eine Katze nähert oder Regen fällt, da kein geschlossener Wechselspannungskreis zustande kommen kann. Eine Unterbringung in einem Fensterrahmen ist ebenfalls möglich. Ein solcher Geber lässt sich auch aus einem MikroController ableiten, der in einem Steuergerät eines Fahrzeugs bestimmungsgemäße Aufgaben erledigt, wenn ein freier I/O-Pin als z.B. Rechteckgeneratorausgang verwendet wird (interner PWM oder softwaregesteuerte frequente high-low- Ansteuerung) . Für umfangreichere (Signal- /Spektrum-) Analysen kann das generierte Signal auch gewobbelt sein.

Eine erste beispielhafte Anwendung

Figur 4 zeigt einen Insassenschutz in einem Kraftfahrzeug. Unter dem Fahrer- und Beifahrersitz befinden sich die Einspeisefolien der Oszillatoren 1 und 2, die datenbeaufschlagte Signale, z.B. "F" für Fahrer, "B" für Beifahrer, auf den jeweiligen Sitz und auf die auf ihm sitzende Person aufprägen. Beim Schließen eines motorisch betriebenen Schiebedaches stellt ein in dessen Nähe angebrachtes Sensorelement fest, ob ein datenbeaufschlagtes Signal dort nachgewiesen werden kann. Somit kann sicher festgestellt werden, ob der Fahrer oder der Beifahrer während des Vorgangs des Schließens seine Hand in die Nähe von Schließkanten hält, wo eine erhebliche Verletzungsgefahr bestehen kann. Ist das Fahrzeug im Stillstand, besteht die Möglichkeit, dass von außen Personen in ein sich schließendes Schiebedach eingreifen können. Hierzu wird ein Oszillatorsignal auf die Griffe oder die ganze Fahrzeugtür/Karosserie aufgeprägt, Eine sich annähernde Person nimmt dieses Signal kapazitiv auf und leitet es bei Eingriff in das Schiebedach an die Sensorstelle weiter, wo dieses festgestellt wird und das Schiebedach anhält und gleichzeitig einen Alarm auslöst (Diebstahlschutz) . Dies ist in besonderem Maße auch vorteilhaft für motorisch betriebene Cabrioverdecke, die zunehmend ferngesteuert geöffnet werden sollen. Da nicht sichergestellt werden kann, ob der Fahrer bei einem Öffnungsoder Schließvorgang sein Verdeck beobachten kann, muss der Sensor darauf achten, dass sich von außen oder innen dem sich scherenden Verdeckgestänge annähernde Personen nicht gefährdet werden können. Deshalb wird in zuvor beschriebener Weise einer sich annähernden Person ein Wechselfeld aufgeprägt, welches am Gestänge des Cabrioverdecks detektiert werden kann, wenn eine Annäherung an dieses erfolgt, was zum Anhalten des Stellvorgangs führt (und zur Auslösung eines Alarms) . Ist das Verdeck geöffnet, arbeitet die gleiche Schaltung als Diebstahlschutz. Hier könnten z.B. die Dichtungselemente mit einem Oszillatorsignal beaufschlagt werden. Ein Eingreifen in das Fahrzeug über die Dichtung lässt das Wechselspannungssignal auf die Person aufprägen. Kommt es nun einem Sensorpunkt, z.B. auf der Mittelkonsole, nahe, wird dies festgestellt und der Alarm wird ausgelöst (Diebstahlschutz bei offenem Cabrio) . Entsprechend können durch die Erfindung auch elektrische betriebene Fenster, Türen oder Klappen abgesichert werden.

Eine weitere beispielhafte Ausführung

Bei einer Tischkreissäge (Figur 5) strahlt ein Oszillatorsignal waagerecht zur Tischkante in den Raum. Eine sich annähernde Person nimmt dieses Signal auf. Bei Annäherung an das laufende Sägeblatt kann dieses festgestellt werden und das Sägeblatt z.B. von der Hand in einen Schutzzone weggezogen und/ oder gestoppt und/oder durch eine Klappe verdeckt werden, sodass in keinem Falle eine Verletzung der Hand möglich ist. Ein an der Tischsäge angebrachter Referenzpunkt prüft einen Pegel und kann den Grad der Beaufschlagung auf die Person feststellen. Dies ist notwendig, damit nicht unterschiedliche Körpermaße und Konstitutionen zu unterschiedlichen Abschaltergebnissen führen (genaue Triangolation möglich) . Durch zusätzlich an den Seitenkanten einer Tischkreissäge angebrachten erfindungsgemäßen Signalgeber können auch Helfer mit Signalen beaufschlagt werden und sind somit gegen Verletzungen durch das Sägeblatt ebenfalls geschützt. Hier könnte die Abschaltung schon früher erfolgen, da Helfer meistens weniger Sachkenntnis vorweisen als der Bediener einer Maschine.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel

Vier Sensormesspunkte seien in der Nähe eines Kraftfahrzeuglenkrades oder an diesem angebracht. Unter dem Fahrersitz befindet sich ein Generator mit einer signalabgebenden Folie. Befindet sich ein Fahrer auf diesem Sitz, so wird sein Körper mit einem datenmodulierten Signal beaufschlagt, welches auch an seinen Gliedmaßen vorhanden ist. Greift dieser nun zum Lenkrad, kann festgestellt werden, wo er dies tut und ob dies mit einer oder mit beiden Händen geschieht (oder ob mit den Knien gelekt wird). Beim Wegnehmen einer Hand, z.B. beim Bedienen von Schaltelementen, kann ein weiterer Sensorpunkt (durch Multiplexität einfach zuschaltbar) dies feststellen und beispielsweise die Richtung der Hand berechnen, um am erwarteten Zielpunkt Schalter zu aktivieren oder Bedienelemente zu beleuchten.

Da Messpunkte auf dem Lenkrad beim Lenken bewegt werden, ist es mit der Erfindung auch möglich, z.B. mit einem zusätzlichen Referenz-Einspeise-Signal den Lenkeinschlagwinkel festzustellen (FIG. 8) . Auch ist es möglich, festzustellen, ob etwa der Beifahrer in das Lenkrad greift. Hierzu sind Generatoren mit signalabgebenden Folien in Fahrer- und Beifahrersitz untergebracht, die mit unterschiedlichen Daten beauschlagt werden. Bei der Annäherung an die Lenkrad-Sensorelektroden, werden die Daten dekodiert und können dem Fahrer bzw. Beifahrer zugeordnet werden.

Beispielhafte Anwendung der Erfindung für touch-screens

Die touch-screens erhalten an allen vier Ecken je einen Sensorpunkt in der beschriebenen Art und Weise. Ein touch-screen befindet sich beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, dessen Fahrer- und/oder Beifahrersitz mit einem datenmodulierten Generator und einer Abgabefolie versehen sind. Sitzt eine Person auf diesem Sitz, so kann sie bei Annäherung an den touch-screen lokalisiert werden und die Richtung ihres ausgestreckten Zeigefingers kann bestimmt werden, sodass unter dem Zeigefinger ein Menü erscheinen kann. Der Fahrer braucht während der Fahrt also nicht nach einem Menü auf dem touch-screen zu suchen, sondern es entsteht „immer sicher unter seinem Finger", da bekannt ist, aus welcher Richtung der Finger kommt und wo er hin will, und zwar schon vor der eigentlichen Berührung des Touchscreens . Durch die Unterscheidung von Fahrer und Beifahrer können unterschiedliche Menüs auftauchen, etwa zur Fahrzeugbedienung oder zur Einstellung des Ambientes, wie Licht, Heizung, Sitz usw. für die jeweilige Person. Dies ist in vorteilhafter Weise mit der Erfindung einfach möglich und war bisher eine Domäne der Bildverarbeitung und konnte nur sehr aufwendig gelöst werden. Beispielhafte Simulation einer Tastaturmatix

Auf einer Fläche aus nicht leitendem Material, z.B. Kunststoff, können Tastenfelder aufgedruckt sein (Figur 6) . An den Ecken der Fläche sind die erfindungsgemäßen Meßpunkte untergebracht. Ein, mit dem Gebersignal beaufschlagter Bediener kann sich nun mit dem Finger einer (virtuellen) "Taste" nähern und dadurch eine vorbestimmte Schaltfunktion auslösen. Gleit- oder Schieberegler lassen sich ebenfalls ein- oder zwei- oder dreidimensional realisieren. Wenn das Gebersignal oberhalb einer derartigen Fläche schräg nach oben abgegeben wird, könnte z.B. damit beisielsweise eine Waschmaschinenbedienung realisiert werden. Kleinere Kinder können nicht vom Gebersignal beaufschlagt werden, wenn diese sich (aufgrund Ihrer Grosse) unterhalb der Einspeisekeule befinden (einfache Kleinkindsicherung) (Figur 7). Zusätzlich können Schaltvorgänge auch unterbunden werden, wenn der Bediener keinen mobilen Signalgeber mit entsprechendem Autorisierungscode mitsichführt .

Beispielhafte Gestensteuerung

Die dynamische Arbeitsweise der Erfindung erlaubt das Registrieren und Auswerten von Bewegungsabläufen. Diese können von signalbeaufschlagten Menschen oder Maschineteilen stammen. Bewegungen der Hände und/oder Finger, also Gesten, können ebenfalls erfindungsgemäß ausgewertet werden.

Verwendung der Erfindung als Zeichengeber

Da die Position von Gliedmaßen räumlich erfasst wird, ist es möglich, mit dem Zeigefinger Zeichen in die Luft zu malen. Diese kann die Auswerteschaltung dekodieren und einem Verarbeitungssystem zuführen. So können z.B. durch Gesten, Radios lauter und leiser geschaltet oder Geräte ein- und ausgeschaltet werden.

Anwendung in Flugzeugen

Unter jedem Sitz befindet sich ein datenmodulierter Oszillator mit Abgabefolie. Betätigt ein Passagier eine Ruftaste, so wird der Stewardess die Platznummer (und evtl. der Name) angezeigt. Sie kann den Passagier dann mit dem Namen ansprechen. Dabei bleibt das eigentliche RufSystem unangetastet. Lediglich die Annäherung wird erkannt und festgestellt. Greift oder zeigt ein Passagier in Richtung seiner Leselampe, so wird diese ein- bzw. ausgeschaltet. Auf einen Schalter kann hierbei verzichtet werden, da die Annäherung sicher erkannt wird und auch die Person identifiziert ist.

Beispiel : Nachgeführte Kopfstütze

In einer Kopfstütze befinden sich vier Messpunkte der Erfindung, während der Sitz mit dem zuvor beschriebenen Oszillator und der Abgabefolie versehen ist. Sitzt ein Mensch auf dieser Folie, so nimmt er das Signal auf und gibt es über seinen Kopf an die Sensorpunkte weiter. Diese stellen die Kopfstütze auf die richtige Höhe ein und den richtigen Abstand, um bei einem Auffahrunfall ein Schleudertrauma zu vermeiden. Bewegt sich die Person während der Fahrt, so kann die Kopfstütze sicher nachgeführt werden. Bei Kindern wird festgestellt, dass diese sich unterhalb der Kopfstütze befinden, was unter Umständen zur Airbagabschaltung führen könnte. Auf diese Weise ist eine von Personen größenabhängige Sitzbelegung in einem Kraftfahrzeug

(Flugzeug, Zug etc.) realisierbar, wobei auch die Sitzgurte in das Sensorsystem mit eingebunden werden können, um deren Verwendung nachzuweisen. Übertragung externer Daten

Dem Mischer eines erfindungsgemäßen Gebers können auch externe Daten zugeführt werden, die beispielsweise von Sensoren stammen. Beim Annähen an mindestens eine Messstelle werden diese Daten dekodiert und einer Auswerteeinrichtung zugeführt. Neben Umgebungsdaten (Temperatur, Geschwindigkeit, Druck, Gewicht etc.) könnten auch biologische Daten der handelnden Person (EEG, EKG, Atmung, Puls etc.) übertragen werden.

Anschaltung unterschiedlicher Datendekodierer

Parallel zur bestimmungsgemäßen Verwendung der Erfindung, lassen sich an diese zusätzliche Empfangs- und Datendekodiereinrichtungen anschalten, um vor oder während einer Annäherung gleichzeitig auch Daten zu übermitteln.

Positions- Geschwindigkeits- und Richtungsbestiπimung

Durch wiederholte Messungen eines Annäherungsvorgangs lässt sich im Vergleich zur jeweils vorhergehenden Messung neben der Position signalbeaufschlagter Gliedmaßen auch deren Annäherungs- Geschwindigkeit und -Richtung genauso bestimmen, wie der wahrscheinliche Zielpunkt der Bewegung. Mechatronisch gesteuertet Zuführungssysteme können mit diesen Informationen z.B. schneller arbeiten. Normalerweise starten solche erst, wenn am Zielpunkt der Bewegung z.B. eine Taste betätigt oder z.B. eine Lichtschranke unterbrochen wird. Einstellbare Detektionsrichtung

Durch sinnvolle Abschirmung und/oder Pufferung (shield) der Empfangselektroden ist es möglich, diese für einen bestimmbaren Detektionsbereich/winkel mechanisch und/oder elektronisch auszurichten.

© Wolfgang Richter 2005

Claims

Patentansprüche

1. Erfassungssystem, zur Erfassung eines Präsenzereignisses innerhalb eines Observationsbereiches, mit einer Feldbereitungseinrichtung zur Generierung und Ausstrahlung eines modulierten Wechselfeldes in eine Feldemissionszone, und einer auf den Observationsbereich ausgerichteten Signalabgriffseinrichtung zur Erfassung feldelektrischer Einwirkungen, wobei das Erfassungssystem derart konfiguriert ist, dass über die Signalabgriffseinrichtung Signalereignisse abgreifbar sind die im Bereich der Feldemissionszone in ein zu observierendes Objekt, insbesondere einen Anwender eingekoppelt und über das Objekt, insbesondere den Anwender in den Observationsbereich eingekoppelt werden.

2. Erfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung mehrere Abgriffsschnittstellen zum Abgriff der Signalereignisse aufweist, und dass anhand von Eigenschaften der an den jeweiligen Abgriffsstellen abgegriffenen Signale zueinander ein Auswertungsergebnis gewonnen wird.

3. Erfassungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenschaft der Signalereignisse die Signalintensität ausgewertet wird.

4. Erfassungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenschaft Laufzeiteffekte ausgewertet werden.

5. Erfassungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Auswertungsergebnis ein Ergebnis gewonnen wird, das indikativ ist für die Relativposition des Objektes gegenüber den Erfassungseinrichtungen.

6. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Auswertungsergebnisses eine Schaltkoordination erfolgt.

7. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Feldbereitungsvorrichtungen vorgesehen sind.

8. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldbereitungsvorrichtungen zeitversetzt angesteuert werden.

9. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldbereitungsvorrichtungen jeweils spezifische Signalmuster generieren.

10. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldbereitungsvorrichtungen örtlich unterschiedliche Feldemissionszonen generieren.

11. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Information darüber, durch welche Feldbereitungseinrichtung ein Signalereignis in das Objekt eingekoppelt als schaltablaufsrelevante Information verarbeitet wird.

12. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungssystem Bestandteil einer Anwenderschaltfläche bildet. (Kfz, Waschmaschine...)

13. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungssystem Bestandteil einer Sicherheitsschaltung bildet.

14. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungssystem Bestandteil einer Airbag-Steuerschaltung bildet.

15. Erfassungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldemissionszone und der Observationsbereich derart angeordnet sind, dass einer durch das Objekt verursachten Feldüberbrückung ein logischer Inhalt zugeordnet werden kann.