EP2419696A2 - Für die anwendung an lichtvorhängen geeigneter optischer detektor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen flächigen, für die Anwendung an Lichtvorhängen bestimmten Detektor, welcher in Abhängigkeit von absorbiertem Licht elektrische Signale generiert und mit einer Mehrzahl von Abgreifpunkten für die erzeugten Signale versehen ist, 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. Der Detektor (10, 20, 30) ist als flexibler Schichtaufbau aus organischem Material gebildet. Abgreifpunkte (2, 24) sind von den Rändern des Schichtaufbaues beabstandet angeordnet. Elektrische Anschlussleitungen (3) zu den Abgreifpunkten (2, 24) sind über ihren Längsverlauf mit dem Schichtaufbau des Detektors verbunden.

Description

Für die Anwendung an Lichtvorhängen geeigneter optischer Detektor

Lichtvorhänge werden üblicherweise durch Aneinanderreihung von parallel zueinander ausgerichteten Lichtschranken gebildet. 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 angeordnet wird, kann mit einer geringeren Anzahl an Lichtquellen das Auslangen gefunden werden als an Lichtsensoren.

Die US 2007176165 Al zeigt eine Bauweise für einen auf lichtempfindlichen organischen Halbleitern basierenden Positionsdetektor für einen auftreffenden Lichtpunkt. Der flächig aufgebaute Detektor besteht aus mehreren Schichten. Auf einem Substrat aus Glas oder einem biegsamen organischen Material erstreckt sich einer erste, flächige Elektrode, welche einen hohen ohmschen Widerstand aufweist. Auf diese folgt eine Schicht aus organischen p^'hotoaktiven Materialien innerhalb deren eine Donator- und eine Akzeptorschicht aneinander anliegen. Auf diese folgt wiederum eine flächige Elektrode, welche allerdings einen niedrigen ohmschen Widerstand aufweist. An ihrem Rand sind die photoaktiven Materialen mit zwei bis 8 punkt- oder linienartigen, voneinander beabstandeten Anschlusselektroden versehen. Trifft ein gebündelter Lichtstrahl mit passendem Wellenspektrum auf einen Punkt der Schicht aus photoaktiven Materialen so fließt ein Strom durch die einzelnen Anschlusselektroden. Aus der Größe des Stromes in den einzelnen Anschlusselektroden kann auf ihre Nähe zum Auftreffpunkt des Lichtstrahls geschlossen werden und damit der Auftreffpunkt des Lichtstrahls durch .eine Art Triangulation errechnet werden.

In der EP 0 361 374 A2 wird vorgeschlagen einen Lichtdetektor zu bilden, indem Fluoreszenzstrahlung, welche in einem mit einem organischen Fluoreszenzfarbstoff dotierten, lichtdurchlässigen Kunststoff bei äußerem Lichteinfall entsteht, mittels Lichtwellenleitern, welche ebenfalls mit einem Fluoreszenzfarbstoff dotiert sind, an ein lichtempfindliches Halbleiterelement weiter geleitet wird. Damit lassen sich kostengünstiger großflächige Detektorelemente bilden, als dies mit lichtempfindlichen Halbleiterelementen auf Basis üblicher Halbleitermaterialien wie typischerweise Silizium möglich wäre. Die Verwendung von Lichtwel- lenleitern führt allerdings auch zu komplizierten Arbeitsvorgängen bei Herstellung und Montage und zu erhöhtem Platzbedarf.

Gemäß der DE 34 41 498 C2 werden mit Fluoreszenzstoff dotierte Streifen eines lichtdurchlässigen Materials wie Glas oder klarer Kunststoff einseitig mit einer Photodiode verbunden und nebeneinander angeordnet, sodass sie eine größere Detektorfläche bilden, innerhalb derer für Teilflächen einzeln gemessen werden kann, ob sie von Licht getroffen werden oder nicht. Vor allem die Unterteilung in bezüglich Lichtleitung getrennte Einzelflächen führt aber zu aufwändigen Fertigungsvorgängen.

Die DE 10 2005 040 351 B4 beschreibt einen Detektor, bei welchem auf einem flächigen, lichtleitenden Substrat wie typischerweise einer Glasscheibe eine im sichtbaren Spektralbereich kaum bis gar nicht absorbierende, fluoreszierende Materialschicht aufgebracht ist, welche eingestrahltes UV-Licht in Licht umwandelt, welches im Substrat auch zu dessen Randbereichen geleitet wird. An den Randbereichen des Substrates sind mit diesem optisch gekoppelt Strahlungssensoren angebracht, welche die aus dem Substrat ankommende Lichtleistung in ein elektrisches Signal übersetzen. Der Detektor kann an ohnedies vorhandenen Glasflächen, wie beispielsweise an Glastrennwänden, Glastüren, Bildverglasun- gen etc. unauffällig angebracht werden. In Verbindung mit einer unauffällig angebrachten UV-Lichtquelle, welche in einem Abstand dazu angeordnet ist und auf den Detektor leuchtet, kann der Detektor als sehr unauffällige Zutrittsüberwachungsanlage für den zwischen Lichtquelle und Detektorfläche liegenden Raum verwendet werden. Sobald eine Person den Bereich zwischen Detektor und Lichtquelle betritt und zumindest einen Teil der Detektorfläche abschattet, wird zumindest an einzelnen der randseitigen Strahlungssensoren die ankommende Lichtleistung verringert und dementsprechend ein verändertes elektrisches Signal an eine übergeordnete Steuerung weitergeleitet.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt die Aufgabenstellung an die Erfindung darin, eine Bauweise für einen optischen Detektor für einen Lichtsensor vorzuschlagen, welcher gegenüber den bekannten Bauweisen bezüglich der folgenden Merkmale Vorteile aufweisen soll:

Gut und kostengünstig als langer Streifen oder als größere Fläche ausbildbar, Bei lokalem Lichteinfall Erkennbarkeit an welcher Teilfläche der Lichteinfall stattfindet, robust, geringer Montageaufwand, geringe Montagekosten geringe Herstellkosten

Zum Lösen der Aufgabe wird vorgeschlagen, den Detektor als flexiblen Schichtaufbau aus einem organischen Material auszubilden, wobei in einer Schicht ankommendes Licht ein optisches oder e- lektrisches Signal hervorruft, welches verlustreich entlang des Schichtaufbaus geleitet wird. An einer Seite des Schichtaufbaues ist in einem Abstand zu den Flächenrändern eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Abgreifpunkten für die Signale angebracht. Für optische Signale wären dies photoelektrische Sensoren, für elektrische Signale Kontaktpunkte auf einer leitfähigen Schicht. Anschlussleitungen zu den einzelnen Abgreifpunkten sind an einer Seite des Schichtaufbaues angebracht und an die Abgreifpunkte herangeführt.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Schicht des Detektors mit lumineszierenden Partikeln angereichert. Licht, welches in diese Schicht eingestreut wird, wird durch Lumineszenz in Licht längerer Wellenlänge umgewandelt und unter Reflexion an den Grenzflächen der Schicht innerhalb der Schicht an Photodioden „klassischer" Bauweise geleitet. An diesen Photodioden ruft es ein messbares elektrisches Signal hervor. Da die Intensität des bei einer Photodiode ankommenden Lichtes mit dem Abstand von der Entfernung zu jenem Punkt abnimmt, an dem ein Lichtimpuls von Außen in die Schicht gelangte und Lumineszenz auslöste, kann aus dem Vergleich der Signalamplituden von mehreren zueinander beabstandeten Photodioden auf den Auftreffpunkt (bzw. Auftreffbereich) des von außen auftreffenden Lichtes rückgerechnet werden.

Bei einem weiteren möglichen Aufbau des Detektors ist eine Schicht durch ein organisches photoaktives Material gebildet, wobei diese Schicht zwischen zwei flächigen, elektrisch damit verbundenen Elektroden angeordnet ist, wobei zumindest eine E- lektrode innerhalb ihres Stromkreises einen relativ hohen ohm- schen Widerstand aufweist. Fällt Licht an eine Stelle der photoaktiven Schicht ein, so werden an dieser Stelle die beiderseits der photoaktiven Schicht angeordneten, flächigen Elektroden miteinander verbunden. Der Strom durch die schlechter leitende E- lektrode wird an mehreren voneinander beabstandeten Anschluss- punkten gemessen. Aus der relativen Größe der an den unterschiedlichen Anschlusspunkten gemessenen unterschiedlichen Ströme zueinander wird auf die Position der Stelle des Lichteinfalls zurückgerechnet .

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Anschlussleitungen zu einzelnen Abgreifpunkten von elektrischen Signalen auf eine Schicht des Schichtaufbaues aufgedruckt. Das Verfahren ist gut automatisierbar. Die im System vorkommenden Stromstärken sind so gering, dass die damit komfortabel herstellbaren, eher kleinen Leitungsquerschnitte problemlos ausreichen. Üblicherweise weisen die erfindungsgemäßen Detektoren eine vordere und ein hintere Seite auf, wobei die vordere Seite jene ist, von welcher her bestimmungsgemäß das Licht von der zum Lichtvorhang gehörenden Lichtquelle einfällt. Aus optischen Gründen und um die für die Messung relevante Schicht des Detektors nicht unnötig abzudecken, werden die Anschlussleitungen im Normalfall hinter der für die Messung relevante Schicht des Detektors angebracht .

In einer nicht so gut automatisierbaren, dafür aber flexibler gestaltbaren Bauweise sind die Anschlussleitungen auf den Schichtaufbau geklebt. Dazu können die Anschlussleitungen selbst Teil eines mehrteiligen Klebebandes sein.

In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform eines Detektors, weist dieser die Form eines länglichen Streifens auf, wobei sich zwei in einem Abstand zueinander befindliche Reihen von Abgreifpunkten entlang der Längsrichtung dieses Streifens erstrecken. Bei Bewegung eines Objektes durch einen Lichtvorhang, welcher mit einem derart ausgestatteten Detektor arbeitet, wird damit für die übergeordnete Steuerung erkennbar, von welcher Seite her sich das Objekt durch den Lichtvorhang bewegt, da Signaländerungen, die durch Änderung der Lichtverhältnisse infolge der Bewegung des Objektes hervorgerufen werden, an jener Seite, von welcher her das Objekt in den Lichtvorhang eintritt, früher stärker stattfinden als an jener Seite, auf welche sich das Objekt hin bewegt . In einem sehr vorteilhaften Einsatzfall werden an zwei gegenüberliegenden Rändern' einer auf Durchgang zu überwachenden Fläche jeweils ein Detektorstreifen und eine oder mehrere Lichtquellen angeordnet. Aus dem Detektionsergebnis beider Detektorstreifen kann mit mathematischen Methoden die Höhe des durch die Fläche bewegten Objektes bestimmt werden. Für die Fälle, in denen Lichtvorhänge und/oder Detektorflächen nicht vertikal ausgerichtet sind, ist anstatt „Höhe des Objektes" besser verallgemeinernd „die zur Ebene der Detektorflächen und zu der zu überwachenden Fläche normale Abmessung des Objektes" zu sagen.

In einem vorteilhaften Einsatzfall werden derartige doppelte Lichtvorhänge an mehreren Wänden eines Raumes horizontal, typischerweise in Fußbodennähe angeordnet. Damit kann die Bewegung von Objekten am Fußboden im gesamten Raum überwacht werden. Unter geschickter Anwendung von Auswertelogik und sofern die Objekte, die sich im Raum befinden können, von vornherein einigermaßen eingrenzbar sind, kann damit auch automatisch erfasst werden, zu welcher Klasse ein sich bewegendes Objekt gehört. Derartige Klassen könnten beispielsweise sein: Menschen, Möbel, Transportgeräte, Gepäckstücke, verschiedene Haus- und/oder Nutztierarten.

Da mit der erfindungsgemäßen Bauweise ein Detektor nicht nur als langer Streifen, sondern auch als größere Fläche gut realisierbar ist, kann in einem vorteilhaften Einsatzfall die Bodenfläche eines Raumes, eines Ganges oder eine Ablagefläche in einem Lager insgesamt als Detektorfläche ausgebildet und von weiter oben her beleuchtet sein. Damit kann natürlich die Bewegung eines Objektes auf einer Fläche gut detektiert werden, es kann aber auch die Belegung von Lagerflächen gut detektiert werden und das Wissen um belegte Flächenbereiche kann gut dazu verwendet werden, automatische Transportsysteme so zu steuern, dass diese nicht mit Objekten kollidieren, aber erforderlichenfalls Objekte schnell finden und z.B. gezielt fassen können.

Die Erfindung wird an Hand von beispielhaften, stilisierten, nicht maßstäblichen Zeichnungen veranschaulicht:

Fig. 1: zeigt einen beispielhaften, als Streifen ausgebildeten, erfindungsgemäßen Detektor mit Blickrichtung auf die Ebene der elektrischen Anschlussleitungen. Fig. 2: zeigt eine möglichen Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Streifens in Querschnittsansicht . (Aus Sichtbarkeitsgründen sind dabei und auch in Fig. 3 die Schichtdicken überproportional vergrößert dargestellt und Schnittflächen nicht wie üblich schraffiert dargestellt.)

Fig. 3: zeigt eine weitere möglichen Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Streifens in Querschnittsansicht.

Fig. 4: zeigt eine Anwendungssituation von erfindungsgemäßen, als Streifen ausgebildeten Detektoren an einem Lichtvorhang. Die Blickrichtung liegt normal auf die durch den Lichtvorhang überwachte Ebene .

Fig. 5: zeigt die Gegebenheiten von Fig. 4 bei Anwesenheit eines Objektes, welches einen Schatten wirft.

Fig. 6: zeigt aus horizontaler Blickrichtung eine Anwendungs- situation für einen erfindungsgemäßen Detektor für die Ü- berwachung des Belegungszustandes einer Bodenfläche.

Am streifenförmigen Detektor 10, 20 gemäß Fig. 1 bis 3 sind zwei Reihen von Abgreifpunkten 2, 24 angeordnet, an welchen elektrisches Signale, deren Größen durch Lichteinfall auf die Detektorfläche bestimmt wird, anliegen.

Jeweils eine Anschlussleitung 3 ist mit einem Abgreifpunkt 2, 24 verbunden und verläuft von diesem aus in Längsrichtung des Detektors bis zu Verbindungsstellen 23 mit Leitungen, welche vom Detektor weg führen. Mit Hilfe der aus der Leiterplattenfertigung bekannten Druck- und Verbindungstechniken, lässt sich die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsstruktur gut herstellen. Letztendlich wird ein handlicher, montagefreundlicher Streifen gebildet, von welchem nur mehr an einem Endbereich Drähte bzw. Kabel wegführen. Die Rückseite des Streifens kann mit einer klebenden Schicht versehen sein, welche bis zum Zeitpunkt der Montage mit einer abziehbaren Schutzfolie abgedeckt sein kann.

Die in Fig. 1 gezeigte Leitungsstruktur ist in sich kreuzungsfrei. Wie aus der Leiterplattenfertigung bekannt, kann man natürlich unter Verwendung von Zwischenlagen und örtlichen Durchführungen auch Kreuzungen von Leitungen bilden. Dann kann man bei gleicher Anzahl von Abgreifpunkten die Breite des Streifens stärker verringern und man kann von jedem Abgreifpunkt 2, 24 aus zu beiden Enden des streifenförmigen Detektors eine Anschluss- leitung 3 hin führen und in einer Verbindungsstelle 23 enden lassen. Der so gebildete Detektorstreifen kann einfach durch Auseinanderschneiden zu zwei kürzeren, aber ansonsten vollwertigen Detektorstreifen geteilt werden.

Fig. 2 zeigt in Querschnittsansicht einen beispielhaften Schichtaufbau eines Detektorstreifens 10, unter Anwendung von Lumineszenzwellenleitung. Zwischen zwei Schichten 6 aus PET, ist eine dünnere Schicht 7 aus einer homogenen Mischung des Kunststoffs Polyvinylalkohol und des Farbstoffs Rhodamin 6G laminiert. Die PET-Schichten 6 bilden mit der dazwischen liegenden Schicht 7 einen Lichtwellenleiter. Die Schicht 7 ist photolumi- neszent. In einem Rasterabstand zueinander sind „übliche", kleinflächige Silizium-Photodioden 2 angeordnet. Sie weisen eine Querschnittsfläche von beispielsweise 2x2 mm² auf. Sie bilden die tatsächlichen photoelektrischen Sensoren. Die Photodioden 2 sind an der von der Einstrahlungsrichtung abgewandten Seite der PET-Schichten 6 an der dortigen PET-Schicht so angebracht, dass sie Licht aus der PET-Schicht auskoppeln und an ihren pn- Übergang einkoppeln. Die Signale der Photodioden 2 werden über die Anschlussleitungen 3 zu den Verbindungsstellen 23 (Fig. 1) mit den zu einer Steuerung führenden weiteren Leitungen geleitet.

Wenn ein Lichtstrahl 4 mit passendem Spektrum auf die Schicht 7 trifft, so löst er Lumineszenz in den integrierten Partikeln aus. Das dabei entstehende, langwelligere Licht 5 wird zum großen Teil in den durch die Schichten 6 und 7 gebildeten Wellenleiter eingekoppelt. Das Licht 5 in der Wellenleitermode schwächt sich durch die Verteilung und Dämpfung im Wellenleiter ab. Somit wird an den photoelektrischen Sensoren 2 eine unterschiedliche Intensität des Lichts in der Wellenleitermode gemessen, je nachdem wie weit der Auftreffpunkt des die Lumineszenz erzeugenden Lichts 4 vom photoelektrischen Sensor entfernt ist. Aus den Größenverhältnissen der Signale an den verschiedenen Abgreifpunkten ist die Position des Auftreffpunktes errechenbar. Die Absolutgröße der einzelnen Signale ist dabei unbedeutend, wichtig ist nur ihr Größenverhältnis zueinander. Die einzelnen Schichten 6, 7, 8, 9 des Detektorstreifens erstrecken sich ohne Unterbrechung zu einer Vielzahl von photoelektrischen Sensoren. Es ist also nicht erforderlich diese Schichten in einzelne Teilflächen zu zerteilen, welche nur jeweils einem photoelektrischen Sensor 2 zugeordnet sind. Durch die Anwendung von zwei Reihen von photoelektrischen Sensoren 2 anstatt nur einer Reihe, wird erkennbar, in welcher Richtung ein Objekt einen unter Anwendung des Detektors 10 arbeitenden Lichtvorhang durchquert .

Die Schicht 8 ist eine Zwischenschicht zwischen den Verbindungsleitungen 3 und dem Wellenleiter 6. Sie soll deutlich geringeren Brechungsindex als die Schicht 6 aufweisen damit durch sie kein Licht der Wellenleitung ausgekoppelt wird.

Die Schicht 9 ist eine äußere Schutzschicht über den Verbindungsleitungen 3 und den photoelektrischen Sensoren 2. Es kann durchaus sinnvoll sein auch an der gegenüberliegenden Seite des Schichtaufbaues eine für den relevanten Spektralbereich transparente Schutzschicht über dem Wellenleiter 6 anzubringen.

Fig. 3 zeigt in Querschnittsansicht einen weiteren beispielhaften Schichtaufbau eines Detektorstreifens 20. Auf einer elektrisch isolierenden, lichtdurchlässigen Schutzschicht 16, welche typischerweise eine Kunststofffolie ist, ist eine transparente oder semitransparente flächige Elektrode 12 angeordnet, welche „schlecht leitet", also zwar aus einem elektrisch leitfähigem Material besteht, aber innerhalb des Systems einen nennenswertem ohmschen Widerstand darstellt. Diese „schlecht leitfähige Elektrode" kann eine sehr dünne Metallschicht sein, ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO) , ein leitfähiges Polymer oder sie kann ein Carbon Nanotube Network sein. Die Schichtdicke dieser Elektrode ist so bemessen, dass ihr Flächenwiderstand bei Stromfluss einen signifikanten Spannungsabfall im jeweiligen Stromkreis verursacht. In einem Abstandsraster zueinander bilden einige Abgreifpunkte 24, also lokale Anschlusselektroden die Verbindungen dieser schlecht leitfähigen Elektrode 12 mit einem äußeren Stromkreis .

Die an die „schlecht leitfähige Elektrode" 12 anschließende, mit ihr leitend verbundene Schicht ist eine photoaktive organische Halbleiterschicht 11. Diese Schicht kann ein Photoleiter sein oder ein photovoltaisch aktives Element. Das heißt bei Absorption von Licht kann ihr elektrischer Widerstand zusammenbrechen, oder es kann eine elektrische Spannung zwischen zwei Grenzflächen der Schicht erzeugt werden. Im ersten Fall kann bei Anliegen einer äußeren Spannung ein Strom fließen, im zweiten Fall kann ein Strom fließen, indem der Stromkreis über eine äußere Schleife geschlossen wird. An der zweiten Seite der photoaktiven organischen Halbleiterschicht 11 folgt leitend damit verbunden eine flächige Elektrode 13, welche im Vergleich mit den anderen Bauelementen des Stromkreises idealerweise einen sehr geringen ohmschen Widerstand aufweist. Sie kann durch eine Metallschicht, ein leitfähiges Polymer, ein leitfähiges Oxid oder auch durch ein Carbon Nanotube Network gebildet sein. Wenn die Elektrode 13 aus dem gleichen Material besteht wie die Elektrode 12, so sollte sie wesentlich größere Dicke als Elektrode 12 aufweisen. Die Leitfähigkeit der Elektrode 13 kann durch daran anliegende, mit ihr leitend verbundene Drähte oder Folien aus einem gut elektrisch leitfähigen Metall unterstützt werden. Im dargestellten Beispiel ist die E- lektrode 13 über zwei Leitungen 17, welche sich über die Länge des Detektors 20 erstrecken und mit ihrer Mantelfläche an der Elektrode 13 anliegen, mit einem äußeren Stromkreis verbindbar.

Trifft ein Lichtstrahl 4 mit passendem Wellenspektrum auf einen Punkt der photoaktiven organischen Halbleiterschicht 11, so fließt ein Strom durch die schlecht leitfähige Elektrode 12 zu den Abgreifpunkten 24. Auf Grund des ohmschen Widerstandes der Elektrode 12 ist die Größe des Stromes in den einzelnen Abgreifpunkten 24 stark von ihrer ihre Nähe zum Auftreffpunkt des Lichtstrahls 4 abhängig. Dadurch kann durch Messung der einzelnen Ströme aus deren Größenverhältnis zueinander auf den Auf- treffpunkt des Lichtstrahls 4 rückgerechnet werden. Auch bei diesem Aufbau ist die Absolutgröße der einzelnen Signale dabei unbedeutend, wichtig ist nur ihr Größenverhältnis zueinander.

Die einzelnen Schichten 11, 12, 13, 14, 15, 16 des Detektorstreifens erstrecken sich ohne Unterbrechung zu einer Vielzahl von Abgreifpunkten 24. Es ist also auch hier nicht erforderlich diese Schichten in einzelne Teilflächen zu zerteilen, welche nur jeweils einem Abgreifpunkt 24 zugeordnet sind.

Wie beim vorigen Beispiel wird auch hier durch die Anwendung von zwei Reihen von Abgreifpunkten 24 anstatt nur einer Reihe, erkennbar, in welcher Richtung ein Objekt einen unter Anwendung des Detektors 20 arbeitenden Lichtvorhang durchquert.

Die Schicht 14 ist eine elektrisch isolierende Zwischenschicht zwischen den Verbindungsleitungen 3 und der Elektrode 13.

Die Schicht 15 ist eine äußere Schutzschicht über den Verbindungsleitungen 3 und den Abgreifpunkten 24. Fig. 4 veranschaulicht einen vorteilhaften Anwendungsfall von erfindungsgemäßen Detektoren. An gegenüberliegenden, zueinander parallelen Rändern einer auf Durchgang zu überwachenden Fläche 19 ist jeweils ein streifenförmiger Detektor 10, 20 angebracht. An diesen Rändern sind jeweils mehrere Lichtquellen 18 angebracht, welche von einem Austrittspalt aus einen Lichtstrahl mit linienförmiger Querschnittsfläche aussenden, wobei die Linie in der zu überwachenden Fläche 19 liegt und sich mit Entfernung zur Lichtquelle 18 verlängert. In Fig. 4 sind die Grenzen des Beleuchtungsbereiches der einzelnen Lichtquellen 18 durch punktierte Linien dargestellt. Befindet sich ein nicht transparentes Objekt in der Fläche 19, so schattet es Lichtquellen 18 gegen den jeweils am gegenüberliegenden Flächenrand angeordneten Detektor ab. Aus den Größenverhältnissen und Positionen der Abschattungen an den einzelnen Detektoren kann dann gut automatisch auf die Position des Objektes in der Fläche 19 und auf seine Abmessungen rückgerechnet werden, wenn die von den einzelnen Lichtquellen ausgesendeten Strahlungen voneinander unterscheidbar sind. Das kann einfach beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Intensität der Strahlung der einzelnen Lichtquellen mit einer für die einzelnen Lichtquellen kennzeichnenden Frequenz schwankt. Damit kann das an einem Abgreifpunkt ankommende elektrische Signal mit der Frequenz als Selektionskriterium in einzelne Teilsignale zerlegt werden und die einzelnen Teilsignale können eindeutig individuellen Lichtquellen 18 zugeordnet werden. Es wäre ebenso möglich unterschiedliche Spektral - bereiche für unterschiedliche Lichtquellen anzuwenden. Eine einfache Möglichkeit besteht auch darin, innerhalb eines gemeinsamen zeitlichen Taktintervalls aller Lichtquellen den einzelnen Lichtquellen unterschiedliche Teilintervalle zuzuordnen, in denen ausschließlich sie strahlen dürfen.

Fig. 4 ist für zu überwachende Flächen 19 beliebiger räumlicher Lage zutreffend. Typisch sind diese Flächen vertikal ausgerichtet, z.B. sind es Tordurchgänge. Es ist aber auch möglich als Fläche 19 eine horizontale Fläche, beispielsweise eine Fläche knapp über der Bodenfläche eines Raumes anzunehmen. Dann kann mit dieser Anordnung die Lage bzw. Bewegung von Objekten in einem Raum detektiert werden.

Fig. 5 dient dazu, die Grundlagen eines Algorithmus, welcher zur Bestimmung von Größe, Gestalt und Ort eines abschattenden Objektes führt, zu veranschaulichen. Fig. 5 zeigt dazu die Anordnung von Fig. 4 ergänzt um ein abschattendes Objekt 26, welches in der Fläche 19 liegt. Die schraffiert hervorgehobenen Längsbereiche 25 an den Detektoren 10, 20 sind jene, an denen jeweils mindestens eine Lichtquelle 18 von dem Objekt 26 abgeschattet wird. Zwischen den abgeschatteten Längsbereichen 25 und den zugehörigen Lichtquellen 18 wird jeweils eine Dreiecksfläche eingegrenzt, welche das abschattende Objekt 26 umspannt. Aus der Kenntnis des Ortes einer Lichtquelle und eines zugehörigen Bereiches 25 allein kann man nur aussagen, dass das abschattende Objekt zur Gänze innerhalb der betreffenden Dreiecksfläche liegen muss und die zwei von der Lichtquelle ausgehenden Seiten des Dreiecks berühren muss. Wenn mehrere Lichtquellen 18 vorhanden sind, werden mehrere derartiger Dreiecke gebildet. Das abschattende Objekt 26 muss dann innerhalb der gemeinsamen Schnittfläche aller von den einzelnen Lichtquellen 18 ausgehenden Dreiecksflächen liegen. Wenn mehrere abschattende Objekte vorhanden sind, wird im Allgemeinen eine größere Anzahl von abgeschatteten Bereichen 25 erzeugt als Lichtquellen 18 vorhanden sind. Die abgeschatteten Längsbereiche werden detektiert, indem festgestellt wird, dass an diesen Längsbereichen ein ansonsten deutlich vorhandenes Signal fehlt oder nur sehr schwach vorhanden ist.

Ein interessanter und wertvoller Anwendungsfall für die erfindungsgemäßen Detektoren besteht darin, damit einen Lichtvorhang im Wesentlichen parallel zu einer Anzeigenfläche an jener Seite vor einer Anzeigenfläche anzuordnen von welcher her die Anzeigenfläche angesehen wird. Indem in der schon ausgeführten Weise mehrere in einem Abstand zueinander angeordnete und im Detekti- onsergebnis voneinander unterscheidbare Lichtquellen verwendet werden, kann damit erkannt werden, an welchem Flächenteil der Anzeigenfläche ein Gegenstand an die Anzeigenfläche herangeführt wird. Wenn man das an einem Computerbildschirm anwendet, und dem detektierten Ort an welchem ein Objekt an den Schirm heranbewegt wird in der Datenverarbeitungsanlage einen Bedeutung zuordnet, hat man einen Touchscreen realisiert. Auf Grund der einfachen, kostengünstigen und robusten Realisierbarkeit eines derartigen Lichtvorhangs bietet sich an, ihn nicht nur an Bildschirmen sondern auch an anderen (passiven) Anzeigenflächen wie Auslagenscheiben, Plakatflächen, Anzeigentafeln etc. anzubringen. Damit kann beispielsweise detektiert werden, auf welche Objekte besonders oft gezeigt wird, was beispielsweise für Marketingzwecke eine wertvolle Information sein kann. Indem zwei derartiger Lichtvorhänge knapp nebeneinander parallel zueinander angeordnet werden, kann auch erkannt werden, wohin mit einem durch beide Lichtvorhänge reichenden länglichen Gegenstand (wie z.B. einem Zeigestab, einem Arm oder einem Finger) gezeigt wird.

In Fig. 6 ist ein Anwendungsfall gezeigt, bei dem der erfindungsgemäße Detektor 30 nicht als Streifen ausgebildet ist, sondern als in zwei Dimensionen größere Fläche. Er ist am Boden 21 eines Raumes, Ganges oder einer Ablagefläche in einem Lager ausgebreitet und durch eine Deckschicht 22, welche durch eine Keramik, Glas, einen transparenten Kunststoff oder auch nur durch ein Gitter gebildet sein kann, vor mechanischer Beschädigung geschützt. In einem Abstand oberhalb der Deckschicht 22 sind Lichtquellen 18 angeordnet. Objekte welche sich auf der Deckschicht 22 bewegen oder auf ihr abgelegt sind, werden damit gut automatisch detektierbar . Die Detektionsergebnisse können nicht nur für Zwecke der Sicherung von Arealen oder für die Erfassung von Lagerbeständen genutzt werden, sondern auch zur Steuerung von automatischen TransportSystemen, damit diese einerseits nicht mit Objekten ungewollt kollidieren andererseits aber geforderte Objekte schnell finden und gezielt fassen können.

Wie bei bekannten Lichtvorhängen auch, besteht auch bei Anwendung der erfindungsgemäßen Detektoren die Möglichkeit, die Lichtquellen und den Detektor am gleichen Randbereich einer zu überwachenden Fläche bzw. an der gleichen Randfläche eines zu überwachenden Raumes anzubringen und an dem gegenüberliegenden Randbereich der zu überwachenden Fläche bzw. an der gegenüberliegenden Fläche des zu überwachenden Raumbereiches nur Reflektoren für das für die Messung bedeutende Licht anzubringen. Damit kann die Montage vereinfacht werden und oft auch die Robust - heit verbessert werden. Die Erkennbarkeit der Größe von Objekten, welche Abschattungen verursachen, kann dadurch allerdings erschwert werden. Im Fall der Überwachung einer Fläche an Hand von in einer Linie angeordneten Lichtquellen und eines sich entlang der gleichen Linie erstreckenden Detektors, sollten dabei die den Lichtquellen und dem Detektor gegenüberliegenden Reflektoren bezüglich jener Richtungskomponente, welche zu der zu ü- berwachenden Fläche normal steht, als Retroreflektoren ausgebildet sein, als Reflektoren also, welche Licht überwiegend in an- nähernd genau jene Richtung zurück reflektieren aus welcher es angekommen ist.

Wie bei bekannten Lichtschranken und Lichtvorhängen auch, wird der Problematik, dass Umgebungslicht das Ergebnis nicht verfälschen darf, Rechnung getragen, indem entweder der Spektralbereich des Lichtes, welchen die Detektoren 10, 20, 30 wahrnehmen und in welchem die Lichtquellen 18 arbeiten anders liegt als jener des aus der Umgebung eintreffenden Lichtes, oder die Strahlungsintensität der Lichtquellen 18 frequenzcodiert ist und diese Frequenz mit nachrichtentechnischen Mitteln aus den von den Abgreifpunkten 2, 24 gelieferten Signalen herausgefiltert wird, oder das Licht der Lichtquellen 18 in einem sehr engen Spektralbereich eine markant höhere spektrale Leistungsdichte aufweist, als sie ansonsten vorkommt und die Detektoren 10, 20, 30 erstens möglichst genau diesen Spektralbereich selektieren und im Rahmen der dabei detektierten Signale nur solche als kennzeichnend für die Lichtquellen zugelassen, deren Stärke über einem gewissen Grenzpegel liegt.

Claims

Patentansprüche

1. Flächiger, für die Anwendung an Lichtvorhängen bestimmter Detektor, welcher in Abhängigkeit von absorbiertem Licht elektrische Signale generiert und mit einer Mehrzahl von Abgreifpunkten für die erzeugten Signale versehen ist, wobei die Größe der Signale an den einzelnen Abgreifpunkten von deren Entfernung zu den Teilflächen abhängig ist, in welchen Licht absorbiert wird und wobei aus den Größenverhältnissen zwischen den Signalen an mehrere Abgreifpunkten die Entfernungsverhältnisse der jeweiligen Abgreifpunkte zu jenen Teilflächen, an welchen Licht absorbiert wird, errechenbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Detektor (10, 20, 30) als flexibler Schichtaufbau aus organischem Material gebildet ist, dass Abgreifpunkte (2, 24) von Rändern des Schichtaufbaues beabstandet angeordneten sind, und dass elektrische Anschlussleitungen (3) zu den Abgreifpunkten (2, 24) über ihren Längsverlauf mit dem Schichtaufbau des Detektors verbunden sind.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (2, 24) auf eine Schicht des Schichtaufbaues aufgedruckt sind.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (2, 24) auf eine Schicht des Schichtaufbaues aufgeklebt sind.

4. Detektor nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (2, 24) auf der dem Lichteinfall abgewandten Seite jener Schicht (7, 11) angeordnet sind, in welcher das zu detektierende Licht absorbiert wird.

5. Detektor nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als flächiger Lichtwellenleiter aufgebaut ist, an welchem Abgreifpunkte (2) als photoelektrische Sensoren angebracht sind, wobei zumindest eine Schicht (7) des flächigen Lichtwellenleiters photolumineszente Eigenschaften hat .

6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schicht (11) aus einem organischen photoaktiven Material aufweist, welche beiderseits durch eine flächige Elektrode (12, 13) angeschlossen ist, wobei mindestens eine Elektrode (12) innerhalb ihres Stromkreises einen relativ hohen ohmschen Widerstand aufweist und wobei mehrere voneinander beabstandete Anschlusskontakte an die schlecht leitende Elektrode (12) die Abgreifpunkte (24) für die elektrischen Signale des Detektors bilden.

7. Detektor nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er die Form eines länglichen Streifens aufweist, wobei sich zwei in einem Abstand zueinander befindliche Reihen von Abgreifpunkten (2, 24) entlang der Längsrichtung dieses Streifens erstrecken.

8. Detektor nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in einer Anordnung zur Bildung eines Lichtvorhangs angewendet wird, welche aus mindestens zwei an unterschiedlichen Randbereichen einer zu überwachenden Fläche (19) angeordneten Detektoren (10, 20) und mehreren Lichtquellen (18) besteht, wobei die Lichtquellen (18) das für die Messung relevante Licht aussenden, wobei auf mindestens einen Detektor mehr als nur eine Lichtquelle (18) leuchtet und wobei die von den unterschiedlichen Lichtquellen (18) an einen Detektor kommenden Strahlungen soweit unterscheidbar eingestellt sind, dass aus dem Detektionser- gebnis zu einer Strahlung erkennbar ist, von welcher Lichtquelle diese Strahlung stammt.

9. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er an der Wand eines Raumes angeordnet ist und dass die zu ü- berwachende Fläche horizontal ausgerichtet ist.

10. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er vor einer Anzeigenfläche angeordnet ist und dazu dient, zu erkennen, auf welchen Flächenbereich in oder hinter der Anzeigenfläche hin gezeigt wird oder ein Objekt hin bewegt wird.

11. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass damit der sensorische Funktionsteil eines Touchscreen realisiert ist.

12. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er vor einer Auslagenfläche, einer Anzeigentafel oder einer Plakatfläche angeordnet ist.

13. Detektor nach einem der bisherigen Ansprüche ausgenommen Anspruch 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er sich an einer Bodenfläche (21) erstreckt und von oben her mit dem für die Detektion relevantem Licht bestrahlt wird.