WO2006048193A1 - Sensorfeld sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2006048193A1
WO2006048193A1 PCT/EP2005/011569 EP2005011569W WO2006048193A1 WO 2006048193 A1 WO2006048193 A1 WO 2006048193A1 EP 2005011569 W EP2005011569 W EP 2005011569W WO 2006048193 A1 WO2006048193 A1 WO 2006048193A1
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sensor
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PCT/EP2005/011569
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Joachim P. Klawonn
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Fa. Mio-3D Gmbh I.G.
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Definitions

  • the invention is directed to a sensor array for generating optical signals, comprising at least one light-conducting structure with at least one light entrance for coupling light, which is guided in the light-conducting structure to at least one sensor surface, reflected there and continued to at least one light output, wherein the Light in the region of at least one sensor surface outside of it forms an evanescent field that can be influenced for damping the amount of light, and comprising at least one supporting structure, in which or on which the light-conducting structure (s) is integrated and / or fixed in such a way, that the sensor surface (s) is exposed (-en); and to a method for producing such a sensor array.
  • the term "light guide” is intended to denote any light-conducting optical structure into which light can be coupled and which is capable of guiding this light to a sensor surface formed on it, where an evanescent field can form, and which by injection molding or by casting, regardless of its geometry.
  • a novel way of generating optical signals having a discrete, associated signal content that can be captured by a transducer device and converted into electrical signals utilizes the change in the evanescent field that forms on a sensor surface.
  • This evanescent field is an electromagnetic field which is generated by the electromagnetic radiation guided in the optical waveguide and reflected at the sensor surface, that is to say the light guided in the optical waveguide.
  • Such an evanescent field forms outside of the light guide on its surface, its local extent is in the range of about 1 micron.
  • the basic idea of the use of the evanescent field for signal generation is based on the fact that, when the field changes, the optical signal received at the light guide output differs from the signal which is tapped without field change.
  • a signal swing occurs which is detected and, for example, recorded as a digital "1" signal. Signal can be evaluated in comparison to the "O" signal with unchanged field.
  • German Offenlegungsschrift 38 42 480 A1 There, a planar light guide is made by being cut out of a foil or punched out. Thus, various functions can be realized, for example.
  • the evanescent field is influenced by optical filters, which are pressed by the filling pressure in a container against the optical fiber, and selectively attenuate certain frequencies of the optical signal.
  • optical filters which are pressed by the filling pressure in a container against the optical fiber, and selectively attenuate certain frequencies of the optical signal.
  • this principle is limited to applications with a flat structure.
  • the photoconductive structure is trapped between paired cladding and / or protective layers so that it does not remain free of external forces during assembly.
  • the light-conducting structure can be designed arbitrarily depending on the application, in particular with a substantial extension in all three spatial directions.
  • branches and / or combinations of individual light-conducting sections can be realized without resulting in cut surfaces with, for example, sharp cut edges, where light emerges in an uncontrolled manner.
  • the curvature of the surfaces specified anywhere, for example. With radii of curvature> 0.1 mm, preferably with radii of curvature> 0.2 mm, in particular with radii of curvature> 0.5 mm. Such can neither be guaranteed by cutting out the light guide nor by printing light-conducting layers on a support material.
  • the surfaces can be produced - for example by means of appropriately prepared molds - with a high surface quality, ie, for example, very smooth, so that the light can be guided by total reflection and thus attenuation-free up to the actual sensor surfaces and from there to the signal outputs ,
  • the damping therefore takes place almost exclusively on the sensor surface (s) and thus does not or hardly depends on other factors, for example the temperature.
  • the carrier is also produced by casting or by injection molding.
  • the shape of the wearer are also no limits. This can be adapted, for example, the geometry of the auser Fixen for mounting environment, eg. For the purpose of attachment by means of brackets (clamping surfaces), screwing (recesses for mounting screws).
  • the light-conducting structure (s) is / are fixed in or on the carrier material such that it is largely kept free of mechanical stresses during assembly of the sensor field unit, for example by between two mutually associated clamping surfaces of the carrier, which are located between two legs of a clamp or are embraced by a screw, no sections of the light guide are. External, caused by the assembly pressure forces are therefore forwarded exclusively by the material of the wearer, not by contrast, through the light guide.
  • the material of the carrier is stiffer than the material of the photoconductive structure.
  • the arrangement can be such that the light-conducting (s) structure (s) is immovably held by the support material / are, ie without relative movement relative to the immediate (assembly) environment.
  • the arrangement can be such that the light-conducting (s) structure (s) is immovably held by the support material / are, ie without relative movement relative to the immediate (assembly) environment.
  • a large-area contact between the light guide and the carrier for example. More than one-eighth of the surface of the light guide, preferably more than a quarter of Surface of the light guide, in particular more than half of the surface of the light guide, also ensures that possibly resulting from the environment vibrations are distributed over a large area.
  • the carrier material By forming the carrier in such a way that the light-conducting structure (s) are completely or partially enclosed by the material of the carrier, it is possible by the carrier material to protect the light-conducting structure (FIG. en) against external influences, for example. Against mechanical, chemical or thermal influences and / or against the ingress of extraneous light.
  • the multiple sensor surfaces are realized using optical waveguide structures.
  • These optical waveguide structures can, as will be discussed below, be embodied in different ways; they can be pure single conductors or branching multiple conductors. Even in their geometry arbitrarily shaped conductors are used.
  • a central feature of the sensor field according to the invention is that the optical fibers used are completely or partially enclosed in a preferably, but not necessarily dimensionally stable carrier material which surrounds them in such a way that the sensor surfaces are exposed, ie the evanescent field can thus be superficially formed on each sensor surface ,
  • the integration into the substrate provides the structure of any field structures, the are defined solely by the local embedding of the optical waveguide structures.
  • the light is fed from one or more locations into the optical fiber structure and received at the output (s). This signal reception can also take place via elements arranged externally to the sensor field, that is, a separation from the switching location on the sensor field itself and the receiving location or evaluation location can be implemented externally.
  • a can common light input having optical fiber branch at least two conductor sections with at least one sensor surface may have any number of conductor sections into which it branches. For example, starting from the common light input, the light guide branches into four separate conductor sections, each with one sensor surface. If several such optical fibers are integrated, any number of sensor surfaces can be realized by using only a few individual optical fiber structures. Conceivable here are star-shaped structures, comb-shaped structures or even arbitrarily branched structures. In this case, each conductor section can open in a separate light output.
  • a light guide thus has a common light input as well as any number of light outputs dependent on the number of branched conductor sections.
  • a light guide may have a plurality of light inputs (for example for a visible light LED on the one hand and an IR LED on the other hand) and light guide sections adjoining it and then forming a common light guide which can possibly branch again.
  • optical fibers which each have at least one light input and at least one light output and a plurality of sequentially following sensor surfaces.
  • a light guide itself can be made of plastic, glass or ceramic.
  • plastic is preferred after it can be processed in a simple manner in a casting or injection molding process to form the optical fiber structures.
  • PU, PA, PMMA, silicone and other plastics than material but these are only four of a variety of different useable materials.
  • the signal generation principle is based on the fact that light guided in the light guide undergoes a change in the case of deliberate change of the evanescent field to the effect that more light is coupled out at the sensor surface than without field change. That is, the amount of light detected at the light output decreases.
  • the light-guiding properties of the optical waveguide structure It must be avoided that light can escape from the structure at a location other than the sensor surface.
  • the use of a sheath of the light guide or the support is provided which prevents light leakage and light-permeable support material and a light entry into the light guide.
  • the sheath of the light guide or carrier itself may be a coating, in particular of metal, plastic or paint, conceivable is also a film coating or the order of a fluorine polymer. In general, the sheath must be able to block a Lichtaus- and possibly -einkopplung in the photoconductive and / or supporting structure.
  • the carrier is preferably made of a plastic material, since this can also be processed in a simple manner by casting or by injection molding. This also makes it possible to produce the complete or partial embedding of the optical waveguide structures in a technically simple manner.
  • plastic material any plastic can be used, which is processed in a simple manner and meets the set to its dimensional stability properties. It is important that the support material after curing or crosslinking dimensionally stable or mechanically reversible.
  • the use of a transparent or non-transparent or translucent or opaque carrier material ultimately depends on which type is the material used of the photoconductive structure and whether a shell of the same is provided.
  • a cover which covers the carrier material at least in the region of the sensor surface and which is mechanically reversible deformable provide over which the evanescent field can be influenced.
  • This cover which can be designed as a plate, mat or foil or a combination thereof, is useful in a number of ways. On the one hand, of course, it serves to protect the sensor surfaces, these are no longer accessible in the installed state, that is, when you run the sensor field as a keypad is not pressed directly on the sensor surface, but on the cover.
  • the cover serves - in conjunction with a suitably to be provided, the other sensor field sides encapsulating housing - the encapsulation of the carrier completely or partially embedded in the sensor surfaces and / or conductor structures.
  • the cover serves to change the evanescent field, which is why it is correspondingly mechanically reversible deformable. So if z. B. with the finger in the case of an operating or input keyboard to a corresponding, the desired input symbol associated surface pressure exerted, this leads to a sufficient deformation of the cover in this area. After the cover directly opposite the sensor surface, but separated by a small switching volume, the field change is effected in a simple manner, which leads to the signal.
  • the evanescent field is approximately 1 .mu.m thick in its spatial extent, a sufficient spacing and thus a sufficient spacing can already be achieved when using a cover which additionally may have a certain basic roughness or structuring on the side facing the sensor surfaces large switching volume to be realized even with direct support of the cover on the substrate.
  • the way in which the cover is now positioned concretely with respect to the carrier material with the upper-side sensor surfaces ultimately depends on the type of cover used and the intended or intended use of the sensor field, ie its purpose characteristic itself.
  • the cover itself can also be metal, Plastic, rubber, silicone, glass or ceramic or their combination.
  • the sensor field is executed as an input or operating or keypad, it may be sufficient depending on the application, if the information on a cover on the top of the operator visibly attached information are unlit. However, if the sensor field is used, for example, in an environment in which sufficient ambient brightness is not ensured at all times, then so It may be useful to backlight the input surfaces. After each input surface lying directly below a corresponding, according to the principle of evanescence sensor surface is assigned, it can be used for backlighting a corresponding transparent insert in the area provided on the cover side input surface.
  • the support material and an optionally provided sheath transparent at least in the area below a sensor surface or completely removed, so that via at least one light source light can be coupled into the light guide for backlighting a sensor surface.
  • the sensor field itself consisting of carrier material and optical waveguide structures, is therefore irradiated by a side of the cover approximately opposite side. The thereby coupled light passes through the photoconductive structure approximately transversely to its longitudinal direction and exits directly on the sensor surface to the cover out.
  • the cover for example, correspondingly have transparent inserts, and / or inserts with fluorescent properties. These may for example be inserted in a metal plate forming the cover, and they may, for example, show corresponding letter representations or number representations or the like.
  • the corresponding openings in the optionally provided sheathing or in the carrier material are easily auscios josgbar in a simple manner in the production thereof.
  • Conceivable is the use of a flat, light-guiding mat like that emits light. Alternatively, this mat can also extend above the sensor surfaces directly under the cover. The actuation of a sensor surface takes place here when pressure on the cover through the mat, which is deformed accordingly.
  • the inventively proposed construction of the sensor field of encapsulation or cover and light guide structures optionally with sheathing with corresponding, despite embedding in the substrate laterally accessible light entrance and light exit openings offers the possibility to produce the sensor array as a separate element.
  • the illumination device required for this purpose as a separate component and to detachably couple it to the sensor field.
  • corresponding connection means (clips, plug-and-click connections, etc.) for sealingly connecting the two are provided on the sensor field and correspondingly of course on the illumination device.
  • the sensor array can be designed by the manufacturer as a separate assembly, which is then coupled with any lighting means, which is designed for example by the user, the same is also in connection with a downstream signal recording device, with the exiting at the light outputs or the light and so that the resulting from a field change optical signals can be detected, possible.
  • a separate coupling of the sensor array with a signal receiving device via suitable connection means is possible if the sensor array is to be installed at the respective site.
  • the illumination device and / or the signal recording device can also be embedded in the carrier material.
  • connection means are provided to supply or receive light or signals, etc.
  • the illumination device emits visible light or non-visible light, preferably infrared light, for the corresponding recording
  • the signal recording device is executed.
  • a concrete implementation option provides in this case, as an illumination device, one or more LEDs and a signal pick one or more photodiodes or - transistors that perform the rescission into electrical signals and then pass them on to the signal evaluation to use.
  • the functional principle of the sensor field according to the invention is based on the fact that light of a specific wavelength or a specific wavelength range is reflected at the buttons operating on the evanescent principle, but at the same time the evanescent field is formed.
  • the evanescent field is formed.
  • the temporal change of the working light at the light output due to the field change can take place centrally via an evaluation of all sensor surfaces or locally for each individual sensor surface and thus de facto for each individual assigned key, sensor (eg fill level sensor or the like).
  • This simple operating principle in conjunction with the possibility according to the invention for the formation of large-area fields enables a broadband use of the sensor field according to the invention. It can be used by appropriate expression of the sensor surface arrangement in conjunction with the cover to form any input systems, or keyboards of equipment and systems.
  • the encapsulation over the cover and a housing also offers the possibility to use the switch or keypad in wet rooms, explosion protection rooms, etc.
  • the possibility of using covers also very stable nature (the deformability can be very low, so that metal or glass plates can be used) offers the ability to form vandal-proof control panels for machines and the like. Also keyboards and keyboards for control systems, computers, automobiles, vending machines etc. are buildable.
  • control or sensor fields can do this
  • size and format length and width
  • level measurements of gases, liquids, bulk materials, etc. are possible with the sensor fields according to the invention.
  • the term "sensor field” encompasses a large number of different characteristics with regard to the purpose of use.The same is true of all applications in that a change in the evanescent field is always sensed by sensor surfaces, namely via the optical signal the downstream electronics undergoes a corresponding implementation.
  • the invention further relates to a method for producing such by casting or spraying one or more light-conducting structure (s).
  • the shape used here can be designed almost arbitrarily. Only the inner surface of the mold should be free from bulges with a small radius of curvature r (r> 0.5 mm or r> 0.4 mm or r> 0), possibly with the exception of the area for forming one or more sensor surfaces. 3 mm or r> 0.2 mm or r> 0.1 mm), so that the light can be guided by total internal reflection within the light guide.
  • a surface which is as smooth as possible on the inside of a mold contributes in order to give the light guide produced in this way a likewise smooth surface.
  • the carrier can be produced by injection molding. If desired, a light-conducting structure or a supporting structure can be produced first.
  • An optical waveguide may further be provided with a cladding preventing light emission, for example applied by injection molding, film technology, painting, thermal, physical or chemical deposition processes, in particular in vacuum technology, sputtering, etc. Furthermore, it is possible to use different ancillary equipment such as illumination devices and / or signal recording devices, if necessary also Embed signal evaluation device in the carrier material. Furthermore, the method according to the invention provides for the arrangement of a cover.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a sensor array according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a light guide
  • FIG. 4 shows a perspective basic illustration of a sensor field according to the invention with one light input and four light outputs;
  • FIG. 5 shows a sectional view through the sensor field from FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a sectional view of a sensor field of a further embodiment according to the invention.
  • FIG. 7 shows a sectional view of a sensor field according to the invention of a third embodiment
  • Fig. 8 is a sectional view through a sensor array of a fourth embodiment
  • Fig. 10 is a schematic diagram of another optical fiber embodiment
  • FIG. 11 is a schematic diagram of another embodiment of a usable light guide in comb structure.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a sensor field in a star structure;
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a sensor field according to the invention with integrated additional components
  • Fig. 14 shows another embodiment of a sensor array with integrated
  • FIG. 15 shows a further embodiment of a sensor field in the modular principle
  • FIG. 16 shows a further embodiment of a light guide in longitudinal section
  • Fig. 17 differently shaped sensor surfaces in plan view
  • FIG. 19 shows a light-conducting structure with an illuminated sensor surface in FIG.
  • Fig. 20 is a representation corresponding to Figure 19 of another embodiment of the invention.
  • Fig. 21 is an illustration corresponding to Fig. 19 of yet another embodiment of the invention.
  • FIG. 22 is a representation corresponding to FIG. 19 of a modified embodiment of the invention.
  • FIG. 23 shows various stages of the method according to the invention for producing a sensor field, wherein neither a reflective coating is provided on the light-conducting structure nor on the part of the carrier material which accommodates it;
  • FIG. FIG. 24 shows other versions of the production method according to the invention, starting from a firstly produced light-conducting structure; FIG. such as
  • Fig. 25 shows other versions of the manufacturing method according to the invention, starting from a shell of the carrier material first prepared.
  • FIG. 1 shows, in the form of a schematic illustration, a sensor field 1 according to the invention, consisting in the example shown of two light guides 2, each having a light input 3 having first light guide section, which branches into further light guide sections 4.
  • Each light guide section 4 runs to a sensor surface 5, which is formed in the example shown as a circular surface, and z. B. corresponds to the width of a conductor section.
  • the sensor surface in FIG. 1 is shown enlarged. From each sensor surface 5 is another conductor section 6, which leads in each case to a section-specific light output 7. Now, if light at the respective light input 3 via a lighting device not shown in detail, for.
  • FIG. 2 shows, in the form of a schematic diagram, an optical waveguide 2, on the sensor surface 5 of which such an evanescent field 8 is shown by way of example and in a largely drawn-out representation.
  • This evanescent field is an electromagnetic field that is generated by the light striking the boundary surface of the sensor surface 5 at a certain critical angle.
  • the evanescent field 8 If the evanescent field 8 is not changed, a specific amount of light and thus a specific light signal can be tapped at the respective light output, the amount of which depends on the amount of light irradiated and the optical fiber properties. If a medium, be it a solid, a liquid or a gas, penetrates into the evanescent field 8, then light energy is led out of the evanescent field, after the evanescent field, the one Thickness of about 1 micron, is changed. This Lichtauskoppelung leads to a light attenuation of the reflected light and thus to a decrease in the light output can be tapped off the amount of light, so therefore to a signal change that can be evaluated.
  • a medium be it a solid, a liquid or a gas
  • each optical fiber 2, which has preferably been produced by an injection molding process, is integrated into a supporting structure 11, that is, embedded in whole or in part.
  • the supporting structure 11 consists of a material which can be processed in an injection molding or casting process, for example plastic, but also metal.
  • the carrier material 11 cures or crosslinks or solidifies, so that ultimately results in a kind of sensor plate.
  • the / the light guide 2 is / are embedded so that the sensor surfaces 5 are exposed and not covered by the substrate 11, otherwise no evanescent field could form.
  • a light guide 2 may be surrounded by a jacket 9, which prevents leakage of coupled light from the optical waveguide core 10, which is made of PC, PU, PMMA, for example, so that the only light exit point on the sensor surface 5 given is.
  • This coating serves on the one hand to avoid light leakage, on the other hand for desensitization, passivation and protection of the light guide. For example, it is a reflective plastic or metal coating or the like.
  • This layer may also have the property of a filter that protects against the entry of extraneous light and / or be designed to be luminescent. If the carrier material 11 is a material which reflects the light, a casing can be dispensed with.
  • FIG. 3a shows a light guide structure similar to the embodiment according to FIG.
  • the local light guide 2a has a light input, it branches into three conductor sections, each having a sensor surface 5a, each of which is assigned its own light input. While only three sensor surfaces and conductor sections are shown here by way of example, of course, the number of sensor surfaces and conductor sections can be extended as desired. Now by exercising By changing pressure on a sensor surface 5a there the evanescent field, resulting at the respective light output a changed signal, which can be detected and reprocessed for example via a corresponding photodiode or transistor.
  • FIG. 3b shows a common light entrance, which branches off into three conductor sections each having a sensor surface 5b.
  • the adjoining conductor sections run together again to a common light output. This means that only one signal can be tapped at a time.
  • the evanescent field formed on one sensor surface 5b is different in each case, which can be achieved by structuring the respective sensor surfaces 5b differently or differently and thus having a different reflection behavior , In this way, each sensor surface 5b is assigned a specific signal variation characteristic, so that each detected signal deviation can be assigned to exactly one sensor surface 5b.
  • FIG. 4 shows, in the form of a schematic diagram, a sensor field 12 according to the invention of a first embodiment, with a common light entrance 13, wherein the light guide 14 also branches into four branches, each of which has a sensor surface 15 leading to a respective light exit 16.
  • the light guide 14 is embedded in a carrier material 17.
  • a cover 18 is applied, which is a sufficiently stable or rigid plate, foil, mat or combination or the like. This overlaps the sensor surfaces 15, see also Fig. 5. It forms due to the structuring or arrangement of the cover 18 a narrow or large gap 19 between the sensor surfaces 15 and the underside of the cover 18, in which the evanescent field can form. It is also conceivable, in the intermediate space 19 a structured, deformable intermediate layer, for.
  • the cover 18 for example a metal plate, can be easily deformed from above, for example by pressing it with a finger. This leads to a corresponding change in the evanescent field and thus to a detectable at the respective output 16 signal swing.
  • Structures or roughness 77 in the light guide 14 can also be used to illuminate the sensor surfaces 15.
  • Fig. 6 shows a sectional view through a sensor array 20, similar to the sensor array 12.
  • Fig. 6 illustrates the formation of an evanescent field above the
  • Fig. 7 shows a further embodiment of a sensor array 24 according to the previously described.
  • a light-supply mat 25 is provided below the carrier material 17, via which light can be radiated from outside. This occurs in this embodiment by the transparent substrate 17 directly to the cover 18 or passes due to a corresponding franking in the sheath of the light guide below the sensor surface 15 in the light guide and can be directed to the sensor surface 15 to the cover 18 out.
  • the cover 18 is designed to be transparent, either in total or at least in this area, so that optically the respective actuating surface on the cover can be identified, as shown by the arrows in Fig. 7.
  • the Lichtzu 1500matte 25 can be arranged below the cover 18. It serves as Interlayer, which is deformed when pressed on the cover 18 and causes the field change.
  • Fig. 8 shows an embodiment in which the cover 18 on the one hand on the carrier 17 applied soft mat 76 includes, for example, a foam liner, on a stable Plate 26, optionally provided with suitable grooves (defining a keypad) to facilitate flexing.
  • the slight deflection, however, that can be achieved with the metal plate 26 continues in a sufficient deformation of the soft mat 76 sufficient for field change.
  • FIG. 9 shows a sensor field 27 with two sensor surfaces 28 connected in series, a common light input and a common light output.
  • Fig. 10 shows an alternative embodiment of a light guide, in which both a branching and a merger is provided.
  • the light conductor 31 shown here branches into three conductor sections 32, which in turn branch off into conductor sections 33, to each of which a sensor surface 34 is assigned.
  • the conductor sections 33 unite again and open into a respective common conductor section 35, where they lead to a light output.
  • FIG. 11 shows a comb structure.
  • the light guide 36 shown there has a common light input, the light guide section 37 branches into a total of seven conductor sections, each having a sensor surface 38, from each of which a separate conductor section goes off and terminates in its own light output.
  • z. B a sensor array for keys or sensing (contact pressure, liquid level, etc.) are constructed.
  • FIG. 12 shows, in the form of a schematic diagram, a further embodiment according to the invention of a sensor field 39. This consists of a star-shaped optical structure, with light guides 40 guiding light from a light source 42 to sensor surfaces 43 via the optical fiber input 41. The light reflected or reduced there passes via light guide 45 to a light exit 44.
  • FIG. 13 shows, in the form of a schematic illustration, a sensor field 47 comprising the central field section 48 with the light guide 49 and the sensor surfaces 50. Furthermore, a sensor field section 51 is provided which has a light source 52, in the example shown with an LED or the like, and the one drive terminal 53, via which the 52 is supplied with power. On the opposite side, a sensor field section 54 is provided on which a signal receiving device 55 is provided, comprising in the example shown, a plurality of photodiodes or transistors 56, which are connected to a respective light output of the light guide 49. The signal recording device 55 also runs in a signal connection 57, to which a signal evaluation device not shown in more detail can be connected.
  • a signal receiving device 55 comprising in the example shown, a plurality of photodiodes or transistors 56, which are connected to a respective light output of the light guide 49.
  • the signal recording device 55 also runs in a signal connection 57, to which a signal evaluation device not shown in more detail can be connected.
  • all elements are integrated in a carrier material 58, that is, the sensor array 47, which is laterally encapsulated with a housing 59 which surrounds the bottom and the side surfaces, and which is partially or completely encapsulated on the upper side by the cover not shown in detail a finished, installable in this form component that only needs to be coupled to the supply lines to the terminals 53 and 57.
  • FIG. 14 shows a sensor field 60 with a total of eighteen sensor surfaces 61. These are realized via two light conductors 62, which branch out correspondingly. Again, a common light source 63 is provided, which is connected via two light guide sections 64 to the light guide terminals 65. The signals are tapped via a signal receiving device 66 comprising a plurality of individual photodiodes or transistors 67, each connected to a light output. Via a connection 68, the signal evaluation device 69 shown here can be connected. Again, all elements in the substrate 70 are integrated. Of course, each light guide 62 be connected directly to the light source 63 without the intermediate optical fiber connections 65.
  • FIGS. 13 and 14 show embodiments completely integrated in the material of the supporting structure 70, it is naturally possible, as indicated in FIG. 13, to carry out only the central portion 48 of the sensor field as a part encapsulated in the carrier material and to provide corresponding connecting means with which the Light source 52 and the signal receiving device 55 can be connected. This is shown by the two dashed lines in FIG. 13.
  • the middle sensor field is mounted. If these are mounted, glued, sprayed, cast in, etc, then the light source 52 and the signal receiving device 55 are coupled during mounting, gluing, spraying, pouring etc. in the carrier material with the light input or with the light outputs.
  • FIG. 15 shows an embodiment of an optical waveguide guide in which any number of blocks can be assembled in the manner of a modular system.
  • Each block consists of a central light feed 71, the z. This is connected to four sensor surfaces 72, the adjoining optical fiber sections run in each case to a photodiode or transistor 73.
  • the supply and discharge lines to the light source 71 and the light receiver 73 are of course the supply and discharge lines to the light source 71 and the light receiver 73, with the conductor portions extending back and forth from the sensor surfaces, it being understood that blocks of a pitch R can be designed in this way.
  • the separation of each block is represented by the vertical lines
  • the layout of the supply and discharge lines to the light sources or light receivers must be selected accordingly.
  • FIG. 16 shows a schematic representation of a further embodiment of a light guide 74, in which the conductor sections are bent to the sensor surface 75.
  • a sensor surface z.
  • the sensor surface which is circular here, may correspond in diameter to the conductor width, but it may also be larger, see Fig. 17 b, to which the conductor has a corresponding thickening. But it can also be smaller with sufficiently thick conductor, see Fig. 17 c.
  • the sensor surface can take any shape, for. As oval, rectangular, square, polygonal, etc. This is shown in various embodiments in Figs. 17 d - 17 g, wherein the respective sensor surface is drawn hatched in each case.
  • FIG. 18 shows various sectional views through an optical waveguide in the region of the sensor surface, as indicated in FIG. 16 by the line A-A or B-B.
  • this may be round, oval or arbitrarily polygonal - the cross-section z.
  • B semicircular more or less large cross-sectional area or square.
  • FIGS. 18 a-g show different examples which, like the other exemplary embodiments, are not exhaustive.
  • FIGS. 19 to 22 Various possibilities for illuminating the sensor surface 80 of a light guide 81 are shown in FIGS. 19 to 22.
  • a light source 82 for example a light-emitting diode
  • a signal receiving device 83 for example a photodiode or a phototransistor.
  • Part of this light strikes a region of the surface of the light guide 81 near the sensor surface 80, for example a region 84 approximately diametrically opposite this sensor surface 80. If this surface region 84 were just as smooth as the remaining surface region of the light guide 81, the light would be there thrown back into the light guide 81 at a shallow angle.
  • this surface area 84 is roughened or provided with a structure, then the light bundle initially directed largely parallel to the light guide 81 is suddenly deflected in completely different directions, for example also in the direction of the sensor surface 80. There the light rays strike the boundary surface and are no longer reflected back into the light-guiding medium, but step from the light guide 81 and can be perceived as a bright spot.
  • a similar effect can be achieved if the region 84 near a sensor surface 80 is provided with a fluorescent layer.
  • the fluorescent substance in this layer can be excited by the evanescent field there and then releases the energy absorbed gradually and in undirected form, i.a. also in the direction of the sensor surface 80, which is perceived by the outside as bright.
  • FIGS. 23 to 25 show various embodiments of the method according to the invention.
  • step 90 it is possible to start both with the production of the light-conducting structure (step 90) or with the production of a supporting structure
  • Step 91 The other part is then around or in the existing
  • the light-conducting structure can be encapsulated by a second supporting structure.
  • a second supporting structure may be used as for the first supporting structure (step 93) or another material (step 94).
  • the photoconductive structure may be covered by a sheet member as a second supporting structure, either of the same material as the first supporting structure (step 95) or of another material (step 96).
  • the method steps 97 (same material for both supporting structures) or 98 (different material for both supporting structures) are obtained.
  • the photoconductive structure is first prepared (step 100). This can then be completely encapsulated by the material of the carrier in a following method step 101 (with the exception of the sensor surfaces and possibly further surfaces for coupling and / or decoupling of light).
  • the light-conducting structure may first be coated, for example with a reflective layer (step 102).
  • This now coated light guide can then in turn be completely encapsulated (step 103).
  • the coated optical fiber may also be partially embedded in a first supporting structure (step 104).
  • This reflective coated and initially only partially embedded light guide can then be encapsulated by a second, supporting structure, so that it - with the exception of the sensor surfaces and possibly other surfaces for coupling or decoupling of light - is completely surrounded by the material of the wearer.
  • the second supporting structure may be made of the same material as the first supporting structure (step 105) or of another material (step 106). If the coated and embedded lightguide is only covered but not overmolded, then the process stage 107 results if the material of the cover layer is identical to that of the (lower) supporting structure or the process stage 108 if these materials are different.
  • a first supporting structure is produced (step 110). This is then coated on its surface area facing the future light guide, for example with a reflective layer (step 111). This layer also lines the groove-groove and / or trough-shaped depression (s) into which the light-conducting structure is then inserted or injected onto the coating (step 112). In some applications, you can use the arrangement made with it directly.
  • the remaining upper surface of the photoconductive structure may also be overmoulded, either with the same material as the first supporting structure (step 113), with another material (step 114).
  • the first load-bearing structure together with the light-conducting structure or the second load-bearing structure can first of all be provided with a (reflective) coating (steps 115 and 116).
  • first support structure and recessed or recessed light guide therein may also be covered with a planar body as the second support structure, either of the same material as the first support structure (step 117), or of another material (Step 118).
  • the steps / arrangements 119 (same materials for first and second supporting structure) or 120 (different materials) result instead.

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Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Sensorfeld zum Erzeugen von optischen Signalen, umfassend wenigstens eine lichtleitende Struktur mit wenigstens einem Lichteingang zur Einkopplung von Licht, das in der lichtleitenden Struktur zu wenigstens einer Sensorfläche geführt, dort reflektiert und zu wenigstens einem Lichtausgang weitergeführt wird, wobei das Licht im Bereich wenigstens einer Sensorfläche außerhalb derselben ein evaneszentes Feld ausbildet, das zur Dämpfung der Lichtmenge beeinflußbar ist, sowie umfassend wenigstens eine tragende Struktur, worin oder woran die lichtleitende(n) Struktur(en) derart integriert und/oder festgelegt ist/sind, dass deren Sensorfläche(n) freiliegt: (-en); sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensorfeldes; erfindungsgemäß ist/wird wenigstens eine lichtleitende Struktur durch Gießen oder in einem Spritzgußverfahren hergestellt.

Description

Sensorfeld sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung richtet sich auf ein Sensorfeld zum Erzeugen von optischen Signalen, umfassend wenigstens eine lichtleitende Struktur mit wenigstens einem Lichteingang zur Einkopplung von Licht, das in der lichtleitenden Struktur zu wenigstens einer Sensorfläche geführt, dort reflektiert und zu wenigstens einem Lichtausgang weitergeführt wird, wobei das Licht im Bereich wenigstens einer Sensorfläche außerhalb derselben ein evaneszentes Feld ausbildet, das zur Dämpfung der Lichtmenge beeinflußbar ist, sowie umfassend wenigstens eine tragende Struktur, worin oder woran die lichtleitende(n) Struktur(en) derart integriert und/oder festgelegt ist/sind, dass die Sensorfläche(n) freiliegt (-en); sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensorfeldes.
Im folgenden soll mit dem Begriff „Lichtleiter" jede lichtleitende optische Struktur bezeichnet, in die Licht einkoppelbar ist und die in der Lage ist, dieses Licht zu einer an ihr ausgebildeten Sensorfläche zu führen, wo sich ein evaneszentes Feld ausbilden kann, und die im Spritzguß oder durch Gießen hergestellt wird, unabhängig von ihrer Geometrie.
Eine neuartige Weise zur Erzeugung optischer Signale mit einem diskreten, zugeordneten Signalinhalt, die von einer Wandlereinrichtung erfasst und in elektrische Signale umgewandelt werden können, nutzt die Veränderung des sich an einer Sensorfläche ausbildenden evaneszenten Felds. Dieses evaneszente Feld ist ein elektromagnetisches Feld, das durch die im Lichtleiter geführte, an der Sensorfläche reflektierte elektromagnetische Strahlung, also das im Lichtleiter geführte Licht, erzeugt wird. Ein solches evaneszentes Feld bildet sich außerhalb des Lichtleiters an dessen Oberfläche, seine lokale Ausdehnung liegt im Bereich von etwa 1 μm. Der Grundgedanke der Nutzung des evaneszenten Felds zur Signalerzeugung beruht darauf, dass sich bei einer Veränderung des Felds das am Lichtleiterausgang empfangene optische Signal von dem Signal unterscheidet, das ohne Feldänderung abgegriffen wird. Es stellt sich also bei einer bewussten Feldänderung ein Signalhub ein, der erfasst und beispielsweise als digitales „1"- Signal im Vergleich zum „O"-Signal bei unverändertem Feld gewertet werden kann.
Eine solche Anordnung ist in der deutschen Offenlegungsschrift 38 42 480 A1 offenbart. Dort wird ein flächiger Lichtleiter hergestellt, indem er aus einer Folie ausgeschnitten oder ausgestanzt wird. Damit können verschiedene Funktionen realisiert sein, bspw. die eines Füllstandsmessers. Das evaneszente Feld wird mittels optischer Filter beeinflußt, die von dem Fülldruck in einem Behältnis gegen den Lichtleiter gepreßt werden, und gezielt bestimmte Frequenzen des optischen Signals abdämpfen. Allerdings ist dieses Prinzip auf Anwendungen mit einer flächigen Struktur beschränkt. Außerdem ist die lichtleitende Struktur zwischen paarweisen Hüll- und/oder Schutzschichten eingeklemmt, so dass sie bei der Montage nicht frei von äußeren Kräften bleibt.
Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein gattungsgemäßes, nach dem Evaneszenz- Prinzip betreibbares Sensorfeld derart weiterzubilden, dass beliebige Verläufe der lichtleitenden Struktur realisierbar sind. Ein wünschenswerter Nebeneffekt wäre, dass die lichtleitende Struktur möglichst streßfrei montierbar ist und/oder gehalten werden kann.
Die Lösung dieses Problems gelingt bei einem gattungsgemäßen Sensorfeld nach der erfindungsgemäßen Lehre dadurch, dass eine oder mehrere lichtleitende Strukturen durch Gießen oder in einem Spritzgußverfahren hergestellt sind.
Damit kann die lichtleitende Struktur je nach Anwendungsfall beliebig gestaltet werden, insbesondere auch mit einer substantiellen Erstreckung in allen drei Raumrichtungen. Je nach Wunsch lassen sich Verzweigungen und/oder Vereinigungen von einzelnen lichtleitenden Abschnitten realisieren, ohne dass dadurch Schnittflächen entstehen mit bspw. scharfen Schnittkanten, wo Licht unkontrolliert austritt. Bspw. läßt sich die Wölbung der Oberflächen überall gezielt vorgeben, bspw. mit Krümmungsradien > 0,1 mm, vorzugsweise mit Krümmungsradien > 0,2 mm, insbesondere mit Krümmungsradien > 0,5 mm. Solches läßt sich weder durch Ausschneiden des Lichtleiters garantieren noch durch Aufdrucken von lichtleitenden Schichten auf ein Trägermaterial. Außerdem lassen sich die Oberflächen - bspw. mittels entsprechend vorbereiteter Formen - mit einer hohen Oberflächengüte herstellen, d.h., bspw. sehr glatt, so dass das Licht mittels Totalreflexion und damit dämpfungsfrei bis zu den eigentlichen Sensorflächen und von dort weiter zu den Signalausgängen geführt werden kann. Die Dämpfung findet daher fast ausschließlich an der/den Sensorfläche(n) statt und hängt damit nicht bzw. kaum von anderen Faktoren - bspw. der Temperatur - ab.
Bevorzugt ist auch der Träger durch Gießen oder in einem Spritzgußverfahren hergestellt. Dadurch sind der Formgebung des Trägers ebenfalls keine Grenzen gesetzt. Dieser kann bspw. der Geometrie der zur Montage ausersehenen Umgebung angepaßt sein, bspw. zwecks Befestigung mittels Klammern (Klemmflächen), Anschrauben (Ausnehmungen für Befestigungsschrauben).
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die lichtleitende(n) Struktur(en) derart in oder an dem Trägermaterial festgelegt ist/sind, dass sie bei der Montage der Sensorfeld-Baueinheit von mechanischen Spannungen weitgehend freigehalten wird/werden, bspw. indem sich zwischen zwei einander zugeordneten Klemmflächen des Trägers, welche sich zwischen zwei Schenkeln einer Klammer befinden oder von einer Schraube umgriffen werden, keine Abschnitte des Lichtleiters befinden. Äußere, durch die Montage ausgelöste Druckkräfte werden demnach ausschließlich durch das Material des Trägers weitergeleitet, nicht dagegen durch den Lichtleiter hindurch. Vorzugsweise ist daher das Material des Trägers steifer als das Material der lichtleitenden Struktur.
Diesem Erfindungsgedanken folgend, läßt sich die Anordnung derart treffen, dass die lichtleitende(n) Struktur(en) von dem Trägermaterial unbeweglich gehalten ist/sind, also ohne Relativbewegung gegenüber der unmittelbaren (Montage-) Umgebung. Dadurch werden bspw. reibungsbedingte Verschleißerscheinungen an der Oberfläche des Lichtleiters vermieden.
Ein großflächiger Kontakt zwischen Lichtleiter und Träger, bspw. mehr als ein Achtel der Oberfläche des Lichtleiters, vorzugsweise mehr als ein Viertel der Oberfläche des Lichtleiters, insbesondere mehr als die Hälfte der Oberfläche des Lichtleiters, sorgt zudem dafür, dass gegebenenfalls von der Umgebung herrührende Vibrationen auf eine große Fläche verteilt werden.
Indem der Träger derart ausgebildet ist bzw. wird, dass die lichtleitende(n) Struktur(en) von dem Material des Trägers ganz oder teilweise eingeschlossen sind bzw. werden, gelingt es, durch das Trägermaterial einen Schutz für die lichtleitende(n) Struktur(en) gegenüber äußeren Einflüssen vorzusehen, bspw. gegenüber mechanischen, chemischen oder thermischen Einflüssen und/oder gegenüber dem Eindringen von Fremdlicht.
Beim erfindungsgemäßen Sensorfeld werden die mehreren Sensorflächen unter Verwendung optischer Lichtleiterstrukturen realisiert. Diese Lichtleiterstrukturen können, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein, es kann sich um reine Einzelleiter handeln, oder um sich verzweigende Mehrfachleiter. Auch in ihrer Geometrie beliebig geformte Leiter sind dabei verwendbar. Zentrales Merkmal des erfindungsgemäßen Sensorfelds ist es, dass die verwendeten Lichtleiter in einem vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise formstabilen Trägermaterial ganz oder teilweise eingeschlossen sind, das diese derart umgibt, dass die Sensorflächen frei liegen, sich mithin also oberflächlich das evaneszente Feld an jeder Sensorfläche ausbilden kann. Über die ganz oder teilweise Einbettung der optischen Lichtleiterstrukturen in das Trägermaterial kann zum einen ein in seiner Größe de facto beliebiges und eine beliebige Anzahl an Sensorfläche aufweisenden Paneel oder sonstiges Bauteil hergestellt werden, zum anderen bietet die Integration in das Trägermaterial den Aufbau beliebiger Feldstrukturen, die allein durch die lokale Einbettung der Lichtleiterstrukturen definiert sind. Das Licht wird von einer oder mehreren Stellen in die optische Lichtleiterstruktur eingespeist und an dem oder den Ausgängen empfangen. Dieser Signalempfang kann auch über extern zum Sensorfeld angeordnete Elemente erfolgen, das heißt, es ist eine Trennung vom Schaltort am Sensorfeld selbst und Empfangsort bzw. Auswerteort extern dazu realisierbar.
Wie beschrieben sind unterschiedliche Ausprägungen der Lichtleiterstruktur denkbar. Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung kann ein einen gemeinsamen Lichteingang aufweisender Lichtleiter sich wenigstens zwei Leiterabschnitte mit wenigstens einer Sensorfläche verzweigen. Das heißt, ein Lichtleiter kann eine beliebige Anzahl an Leiterabschnitte, in die er sich verzweigt, aufweisen. Beispielsweise verzweigt sich der Lichtleiter ausgehend vom gemeinsamen Lichteingang in vier separate Leiterabschnitte mit jeweils einer Sensorfläche. Werden nun mehrere solcher Lichtleiter integriert, kann eine beliebige Anzahl an Sensorflächen durch Verwendung nur weniger einzelner Lichtleiterstrukturen realisiert werden. Denkbar sind dabei sternförmige Strukturen, kammförmige Strukturen oder aber auch beliebig verästelte Strukturen. Dabei kann jeder Leiterabschnitt in einem separaten Lichtausgang münden. Ein solcher Lichtleiter weist also einen gemeinsamen Lichteingang sowie eine beliebige, von der Anzahl der verzweigten Leiterabschnitte abhängige Anzahl an Lichtausgängen auf.
Einzelne Leiterabschnitte können sich - in Signalflußrichtung gesehen - auch wieder vereinigen. Ein Lichtleiter kann bspw. mehrere Lichteingänge (bspw. für eine LED für sichtbares Licht einerseits und für eine IR-LED andererseits) aufweisen sowie sich daran anschließende Lichtleiterabschnitte, die sodann zusammenlaufen und einen gemeinsamen Lichtleiter bilden, der sich ggf. wieder verzweigen kann.
Ferner ist es möglich, Lichtleiter zu verwenden, die jeweils wenigstens einen Lichteingang und wenigstens einen Lichtausgang sowie mehrere nacheinander folgende Sensorflächen aufweisen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann man jeweils einzelne Lichtleiter verwenden, von denen jeder einen Lichteingang, eine Sensorfläche und einen Lichtausgang aufweist.
Ein Lichtleiter selbst kann aus Kunststoff, Glas oder Keramik bestehen. Insbesondere Kunststoff wird bevorzugt, nachdem dieser auf einfache Weise in einem Gieß- oder Spritzgussverfahren zur Ausbildung der Lichtleiterstrukturen verarbeitet werden kann. Beispielsweise bietet sich PU, PA, PMMA, Silikon und andere Kunststoffe als Material an, wobei dies aber lediglich vier aus einer Vielzahl unterschiedlicher, verwendbarer Werkstoffe sind.
Wie beschrieben, beruht das Signalerzeugungsprinzip darauf, dass im Lichtleiter geführtes Licht bei gezielter Veränderung des evaneszenten Feldes eine Veränderung dahingehend erfährt, dass an der Sensorfläche mehr Licht ausgekoppelt wird, als ohne Feldveränderung. Das heißt, die am Lichtausgang erfasste Lichtmenge nimmt ab. Zentral hierfür sind die Lichtführungseigenschaften der Lichtleiterstruktur. Es ist zu vermeiden, dass aus der Struktur an einer Stelle anders als der Sensorfläche Licht austreten kann. Zu diesem Zweck ist der Einsatz einer Ummantelung des Lichtleiters oder des Trägers vorgesehen, die einen Lichtaustritt und bei lichtdurchlässigen Trägermaterial auch einen Lichteintritt in den Lichtleiter verhindert. Die Ummantelung des Lichtleiters oder Trägers selbst kann eine Beschichtung, insbesondere aus Metall, Kunststoff oder Lack sein, denkbar ist auch ein Folienüberzug oder der Auftrag eines Fluor- Polymers. Generell muss die Ummantelung in der Lage sein, eine Lichtaus- und gegebenenfalls -einkopplung in die lichtleitende und/oder tragende Struktur zu blockieren.
Der Träger besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, da sich dieses ebenfalls auf einfache Weise durch Gießen oder im Spritzguss verarbeiten lässt. Hiermit lässt sich auch die ganz oder teilweise Einbettung der Lichtleiterstrukturen auf technisch einfache Weise herstellen. Als Kunststoffmaterial kann jeder Kunststoff verwendet werden, der auf einfache Weise verarbeitet ist und die an seine Formstabilität gesetzten Eigenschaften erfüllt. Wichtig ist, dass das Trägermaterial nach dem Aushärten bzw. Vernetzen formstabil oder mechanisch reversibel ist. Die Verwendung eines transparenten oder nicht-transparenten bzw. lichtdurchlässigen oder lichtundurchlässigen Trägermaterials richtet sich letztlich danach, welcher Art das verwendete Material der lichtleitenden Struktur ist und ob eine Ummantelung desselben vorgesehen ist.
Sofern für den gewünschten Einsatz- oder Verwendungszweck noch erforderlich ist es zweckmäßig, eine das Trägermaterial zumindest im Bereich der Sensorfläche übergreifende, mechanisch reversibel deformierbare Abdeckung vorzusehen, über die das evaneszente Feld beeinflussbar ist. Diese Abdeckung, die als Platte, Matte oder Folie oder deren Kombination ausgeführt sein kann, ist in mehrfacher Weise zweckmäßig. Zum einen dient sie natürlich dem Schutz der Sensorflächen, diese sind im verbauten Zustand nicht mehr zugänglich, das heißt, bei Ausführung des Sensorfelds als Tastenfeld wird nicht unmittelbar auf die Sensorfläche gedrückt, sondern auf die Abdeckung. Die Abdeckung dient - in Verbindung mit einem zweckmäßigerweise vorzusehenden, die übrigen Sensorfeldseiten kapselnden Gehäuse - der Kapselung der in den Träger ganz oder teilweise eingebetteten Sensorflächen und/oder Leiterstrukturen. Darüber hinaus dient die Abdeckung zur Veränderung des evaneszenten Felds, weshalb sie entsprechend mechanisch reversibel deformierbar ist. Wird also z. B. mit dem Finger im Falle einer Bedien- oder Eingabetastatur auf eine entsprechende, dem gewünschten Eingabesymbol zugeordnete Fläche Druck ausgeübt, so führt dies zu einer hinreichenden Verformung der Abdeckung in diesem Bereich. Nachdem die Abdeckung unmittelbar der Sensorfläche gegenüberliegt, jedoch über ein geringes Schaltvolumen getrennt, wird auf einfache Weise die Feldveränderung erwirkt, die zur Signalgabe führt. Nachdem wie eingangs beschrieben das evaneszente Feld in seiner räumlichen Ausdehnung mit ca. 1 μm stark ist, kann bei Verwendung einer Abdeckung, die zusätzlich eine gewisse Grundrauigkeit oder -strukturierung an der den Sensorflächen zugewandten Seite aufweisen kann, bereits eine hinreichende Beabstandung und damit ein hinreichend großes Schaltvolumen auch bei unmittelbarer Auflage der Abdeckung auf dem Trägermaterial realisiert sein. Die Art und Weise, wie die Abdeckung nun konkret bezüglich des Trägermaterials mit den oberseitigen Sensorflächen positioniert wird, richtet sich letztlich nach der Art der verwendeten Abdeckung und dem Einsatz- oder Verwendungszweck des Sensorfeld, also seiner Zweckausprägung selbst. Die Abdeckung selbst kann auch Metall, Kunststoff, Gummi, Silikon, Glas oder Keramik oder deren Kombination sein.
Wird das Sensorfeld als Eingabe- oder Bedien- oder Tastaturfeld ausgeführt, so kann es je nach Einsatzfall ausreichend sein, wenn die an einer Abdeckung oberseitig für den Bediener sichtbar angebrachten Informationen unbeleuchtet sind. Kommt das Sensorfeld aber bspw. in einer Umgebung zum Einsatz, bei der nicht zu jeder Zeit eine hinreichende Umgebungshelligkeit gewährleistet ist, so kann es zweckmäßig sein, die Eingabeflächen zu hinterleuchten. Nachdem jeder Eingabefläche unmittelbar darunter liegend eine entsprechende, nach dem Evaneszenz-Prinzip arbeitende Sensorfläche zugeordnet ist, so läßt diese sich zur Hinterleuchtung einer entsprechenden transparenten Einlage im Bereich der abdeckungsseitig vorgesehenen Eingabefläche nutzen. Zu diesem Zweck besteht die Möglichkeit, das Trägermaterial sowie eine gegebenenfalls vorgesehene Ummantelung zumindest im Bereich unterhalb einer Sensorfläche transparent zu gestalten oder gänzlich zu entfernen, so dass über wenigstens eine Lichtquelle Licht in den Lichtleiter einkoppelbar ist zum Hinterleuchten einer Sensorfläche. Das Sensorfeld selbst, bestehend Trägermaterial nebst Lichtleiterstrukturen, wird also von einer der Abdeckung etwa gegenüber liegenden Seite durchstrahlt. Das dabei eingekoppelte Licht durchläuft die lichtleitende Struktur etwa quer zu dessen Längsrichtung und tritt unmittelbar an der Sensorfläche zur Abdeckung hin aus.
An der Sensorfläche austretendes Licht hinterleuchtet das transparente oder teilweise transparente Eingabefeld an der Abdeckung. Hierfür kann die Abdeckung beispielsweise entsprechend transparente Einsätze aufweisen, und/oder Einsätze mit fluoreszierenden Eigenschaften. Diese können beispielsweise in einer die Abdeckung bildenden Metallplatte eingelegt sein, und sie können beispielsweise entsprechende Buchstabendarstellungen oder Zahlendarstellungen oder dergleichen zeigen. Die entsprechenden Öffnungen in der gegebenenfalls vorgesehenen Ummantelung bzw. im Trägermaterial sind auf einfache Weise bei der Herstellung derselben ohne weiteres ausprägbar. Denkbar ist die Verwendung einer flächigen, lichtführenden Matte dergleichen, die Licht emittiert. Diese Matte kann alternativ auch oberhalb der Sensorflächen unmittelbar unter der Abdeckung verlaufen. Die Betätigung einer Sensorfläche erfolgt hier bei Druck auf die Abdeckung durch die Matte, die entsprechend verformt wird.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufbau des Sensorfelds aus Kapselung oder Abdeckung und Lichtleiterstrukturen gegebenenfalls mit Ummantelung mit entsprechenden, trotz Einbetten im Trägermaterial seitlich zugänglichen Lichteingangs- und Lichtausgangsöffnungen bietet die Möglichkeit, das Sensorfeld als separates Element herzustellen. Wie beschrieben ist es erforderlich, an den Lichteingängen Licht einzukoppeln, wozu Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs oder einer bestimmten Wellenlänge (vornehmlich Infrarotlicht oder rotes Licht) eingespeist wird. Es ist nun möglich, die hierfür benötigte Beleuchtungseinrichtung als separates Bauteil auszuführen und lösbar mit dem Sensorfeld zu koppeln. Hierzu sind am Sensorfeld und entsprechend natürlich an der Beleuchtungseinrichtung entsprechende Verbindungsmittel (Clipse-, Steck-Rast-Verbindungen etc.) zum dichten Verbinden beider vorgesehen. Das heißt, das Sensorfeld kann herstellerseitig als separate Baugruppe konzipiert werden, die anschließend mit einem beliebigen Beleuchtungsmittel, das beispielsweise anwenderseitig konzipiert wird, gekoppelt wird, Entsprechendes ist auch in Verbindung mit einer nachgeschalteten Signalaufnahmeeinrichtung, mit der das an dem oder den Lichtausgängen austretende Licht und damit die aus einer Feldänderung resultierenden optischen Signale erfasst werden können, möglich. Auch hier ist eine separate Kopplung des Sensorfelds mit einer Signalaufnahmeeinrichtung über geeignete Verbindungsmittel möglich, wenn das Sensorfeld am jeweiligen Einsatzort verbaut werden soll.
Alternativ dazu ist es denkbar, die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Signalaufnahmeeinrichtung mit dem oder den Lichteingängen und/oder dem oder den Lichtausgängen der verwendeten Lichtleiterstrukturen zu koppeln, und sie gemeinsam mit den Lichtleiterstrukturen in das Trägermaterial zu integrieren. Die Beleuchtungseinrichtung/Signalaufnahmeeinrichtung wird also integrales Bauteil des Sensorfelds. Dies dient der Isolierung und dem Schutz dieser Baugruppen, die als vorgefertigte Baugruppen lediglich entsprechend angekoppelt werden müssen. Nachdem in der Regel der Signalaufnahmeeinrichtung eine Signalauswerteeinrichtung nachgeschaltet ist, die dann den eigentlichen Signalinhalt auswertet, ist es zweckmäßig, die Signalaufnahmeeinrichtung mit Verbindungsmitteln zum Verbinden mit der Signalauswerteeinrichtung auszuführen, das heißt, letztere ist ein separates Bauteil, das erst beim Verbauen angeschlossen wird. Alternativ kann auch die mit der Signalaufnahmeeinrichtung gekoppelte Signalauswerteeinrichtung in das Trägermaterial eingebettet werden. Unabhängig davon, wie das Sensorfeld im Hinblick auf etwaige weitere Baugruppen ausgelegt ist, sind in jedem Fall entsprechende Anschlussmittel vorgesehen, um Licht oder Signale zuzuführen oder aufzunehmen etc. Wie bereits beschrieben, emittiert die Beleuchtungseinrichtung sichtbares Licht oder nicht sichtbares Licht, vorzugsweise Infrarotlicht, zur entsprechenden Aufnahme ist die Signalaufnahmeeinrichtung ausgeführt. Eine konkrete Realisierungsmöglichkeit sieht dabei vor, als Beleuchtungseinrichtung eine oder mehrere LED's und als Signalaufnehmer eine oder mehrere Fotodioden oder - transistoren, die die Wandelung in elektrische Signale vornehmen und diese dann an die Signalauswerteeinrichtung geben, zu verwenden.
Wie bereits beschrieben, basiert das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Sensorfelds darauf, dass Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs an den nach dem Evaneszenzprinzip arbeitenden Schaltflächen reflektiert wird, sich aber gleichzeitig das evaneszente Feld ausbildet. Durch das Eindringen von Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen in das evaneszente Feld wird dieses verändert, das optische Verhalten an der Fläche wird verändert, es wird mehr Licht ausgeführt. Die zeitliche Änderung des am Lichtausgang anstehenden Arbeitslichts durch die Feldveränderung kann zentral über eine Auswertung aller Sensorflächen oder lokal für jede einzelne Sensorfläche und damit de facto für jede einzelne zugeordnete Taste, Sensor (bspw. Füllstandssensor oder dergleichen) erfolgen.
Dieses einfache Funktionsprinzip in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Möglichkeit zur Bildung großflächiger Felder ermöglicht einen breitbandigen Einsatz des erfindungsgemäßen Sensorfelds. Es kann durch entsprechende Ausprägung der Sensorflächenanordnung in Verbindung mit der Abdeckung zur Bildung beliebiger Eingabesysteme, oder Tastaturen von Geräten und Anlagen verwendet werden. Die Kapselung über die Abdeckung und ein Gehäuse bietet ferner die Möglichkeit, das Schalt- oder Tastenfeld in Nassräumen, Explosions- Schutzräumen etc. einzusetzen. Die Möglichkeit der Verwendung von Abdeckungen auch sehr stabiler Natur (die Deformierbarkeit kann sehr gering sein, so dass auch Metall- oder Glasplatten Verwendung finden können) bietet die Möglichkeit, vandalensichere Bedienfelder für Automaten und dergleichen zu bilden. Auch Keyboards und Tastaturen für Steuerungen, Computer, Automobile, Automaten etc. sind aufbaubar. Die Bedien- bzw. Sensorfelder können dabei hinsichtlich Größe und Format (Länge und Breite) beliebig gestaltet werden, so dass neben Punktsensoren auch Linien- und Flächensensoren realisiert werden können. Auch Füllstandsmessungen von Gasen, Flüssigkeiten, Schüttgütern etc. sind mit den erfindungsgemäßen Sensorfeldern möglich.
Ersichtlich ist damit, dass der Begriff „Sensorfeld" eine Vielzahl unterschiedlicher Ausprägungen im Hinblick auf den Einsatzzweck umfasst. Allen Verwendungen gleich ist der Umstand, dass stets eine Veränderung des evaneszenten Feldes von Sensorflächen sensiert wird, eben über das optische Signal, das dann im Rahmen der nachgeschalteten Elektronik eine entsprechende Umsetzung erfährt.
Neben dem Sensorfeld selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen durch Gießen oder Spritzen einer oder mehrerer lichtleitenden Struktur(en). Die hierbei verwendete Form kann nahezu beliebig gestaltet werden. Lediglich die innere Oberfläche der Form sollte - ggf. mit Ausnahme des Bereichs für die Formgebung einer oder mehrerer Sensorflächen - frei von Wölbungen mit einem kleinen Krümmungsradius r sein (r > 0,5 mm oder r > 0,4 mm oder r > 0,3 mm oder r > 0,2 mm oder r > 0,1 mm) sein, damit das Licht mittels Totalreflexion innerhalb des Lichtleiters geführt werden kann. Zu diesem Zweck trägt insbesondere auch eine möglichst glatte Oberfläche an der Innenseite einer Form bei, um dem damit hergestellten Lichtleiter eine ebensolche glatte Oberfläche zu verleihen.
Auch der Träger kann im Spritzgußverfahren hergestellt werden. Je nach Wunsch kann dabei zuerst eine lichtleitende Struktur oder eine tragende Struktur hergestellt werden.
Ein Lichtleiter kann ferner mit einer einen Lichtaustritt verhindernden Ummantelung versehen sein, beispielsweise aufgebracht durch Spritzguss, Folientechnik, Lackieren, thermische, physikalische oder chemische Abscheidungsverfahren insbesondere in Vakuumtechnik, Sputtem etc. Ferner ist es möglich, verschiedene Zusatzgerätschaften wie Beleuchtungseinrichtungen und/oder Signalaufnahmeeinrichtung, gegebenenfalls auch Signalauswerteeinrichtung in das Trägermaterial einzubetten. Ferner sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Anordnung einer Abdeckung vor.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Sensorfelds;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Lichtleiters;
Fig. 3 drei exemplarische Lichtleiterausführungen;
Fig. 4 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Sensorfelds mit einem Lichteingang und vier Lichtausgängen;
Fig. 5 eine Schnittansicht durch das Sensorfeld aus Fig. 4;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Sensorfelds einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 7 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sensorfelds einer dritten Ausführungsform;
Fig. 8 eine Schnittansicht durch ein Sensorfeld einer vierten Ausführungsform;
Fig. 9 eine Schnittansicht durch ein weiteres erfindungsgemäßes Sensorfeld;
Fig. 10 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Lichtleiterausführungsform;
Fig. 11 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines verwendbaren Lichtleiters in Kammstruktur; Fig. 12 eine Prinzipdarstellung eines Sensorfelds in Sternstruktur;
Fig. 13 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Sensorfelds mit integrierten Zusatzbauteilen;
Fig. 14 eine weitere Ausführungsform eines Sensorfelds mit integrierten
Zusatzbauteilen;
Fig. 15 eine weitere Ausführungsform eines Sensorfelds im Baukastenprinzip;
Fig. 16 eine weitere Ausführungsform eines Lichtleiters im Längsschnitt;
Fig. 17 verschieden gestaltete Sensorflächen in der Draufsicht;
Fig. 18 Querschnitte durch unterschiedlich gestaltete Lichtleitern im Bereich einer Sensorfläche;
Fig. 19 eine lichtleitende Struktur mit einer beleuchteten Sensorfläche im
Längsschnitt;
Fig. 20 eine der Fig. 19 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 21 eine der Fig. 19 entsprechende Darstellung einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 22 eine der Fig. 19 entsprechende Darstellung einer abermals abgeänderten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 23 verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Sensorfeldes, wobei weder an der lichtleitenden Struktur noch an dem dieses aufnehmenden Teil des Trägermaterials eine reflektierende Beschichtung vorgesehen ist; Fig. 24 andere Versionen des erfmdungsgemäßen Herstellungsverfahrens, ausgehend von einer zuerst hergestellten lichtleitenden Struktur; sowie
Fig. 25 andere Versionen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, ausgehend von einer zuerst hergestellten Schale des Trägermaterials.
Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Sensorfeld 1 , bestehend im gezeigten Beispiel aus zwei Lichtleitern 2, die einen jeweils einen Lichteingang 3 aufweisenden ersten Lichtleiterabschnitt aufweisen, der sich in weitere Lichtleiterabschnitte 4 verzweigt. Jeder Lichtleiterabschnitt 4 läuft zu einer Sensorfläche 5, die im gezeigten Beispiel als kreisförmige Fläche gebildet ist, und z. B. der Breite eines Leiterabschnitts entspricht. Der Übersichtlichkeit halber ist die Sensorfläche in Fig. 1 aber vergrößert dargestellt. Von jeder Sensorfläche 5 geht ein weiterer Leiterabschnitt 6 ab, der jeweils zu einem abschnittsspezifischen Lichtausgang 7 führt. Wird nun Licht am jeweiligen Lichteingang 3 über eine nicht näher gezeigte Beleuchtungseinrichtung, z. B. eine LED, eingekoppelt, so wird es im Lichtleiter 2 geführt und gelangt über die jeweiligen Lichtleiterabschnitte 4 an die Sensorflächen 5. An einer solchen ebenen Fläche wird es zurückreflektiert und gelangt über den Lichtleiterabschnitt 6 zum jeweiligen Lichtausgang 7. Infolge der Reflexion an der Sensorfläche 5 bildet sich dort ein sogenanntes evaneszentes Feld, oft auch als „heraustretendes" oder „vergängliches" Feld bezeichnet, aus. Fig. 2 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung einen Lichtleiter 2, an dessen Sensorfläche 5 exemplarisch und in groß herausgezogener Darstellung ein solches evaneszentes Feld 8 dargestellt ist. Dieses evaneszente Feld ist ein elektromagnetisches Feld, das von dem unter einem bestimmten Grenzwinkel auf die Grenzfläche der Sensorfläche 5 treffenden Licht erzeugt wird.
Wird das evaneszente Feld 8 nicht verändert, kann am jeweiligen Lichtausgang eine bestimmte Lichtmenge und damit ein bestimmtes Lichtsignal abgegriffen werden, das in seiner Höhe von der eingestrahlten Lichtmenge und den Lichtleitereigenschaften abhängt. Dringt nun ein Medium, sei es ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas, in das evaneszente Feld 8 ein, so wird Lichtenergie aus dem evaneszenten Feld herausgeführt, nachdem das evaneszente Feld, das eine Dicke von etwa 1 μm aufweist, verändert wird. Diese Lichtauskoppelung führt zu einer Lichtdämpfung des reflektierten Lichts und damit zu einer Abnahme der am Lichtausgang abgreifbaren Lichtmenge, mithin also zu einer Signaländerung, die ausgewertet werden kann.
Wie Fig. 1 weiter zeigt, ist jeder Lichtleiter 2, der bevorzugt in einem Spritzgussverfahren hergestellt wurde, in eine tragende Struktur 11 integriert, d.h., ganz oder teilweise eingebettet. Die tragende Struktur 11 besteht aus einem Material, das in einem Spritzguss- oder Gießverfahren verarbeitbar ist, bspw. Kunststoff, aber auch Metall. Das Trägermaterial 11 härtet oder vernetzt aus oder erstarrt, so dass sich letztlich eine Art Sensorplatte ergibt. Der/die Lichtleiter 2 ist/sind dabei so eingebettet, dass die Sensorflächen 5 frei liegen und nicht vom Trägermaterial 11 abgedeckt sind, da sich ansonsten kein evaneszentes Feld ausbilden könnte.
Wie Fig. 2 zeigt, kann ein Lichtleiter 2 mit einer Ummantelung 9 umgeben sein, die einen Austritt von eingekoppeltem Licht aus dem Lichtleiterkern 10, der beispielsweise aus PC, PU, PMMA gefertigt ist, verhindert, so dass die einzige Lichtaustrittsstelle an der Sensorfläche 5 gegeben ist. Diese Beschichtung dient einerseits der Vermeidung eines Lichtaustritts, andererseits zur Desensibilisierung, Passivierung sowie zum Schutz des Lichtleiters. Beispielsweise handelt es sich um eine reflektierende Kunststoff- oder Metallbeschichtung oder dergleichen. Diese Schicht kann auch die Eigenschaft eines vor dem Eintritt von Fremdlicht schützenden Filters haben und/oder lumineszierend ausgebildet sein. Handelt es sich bei dem Trägermaterial 11 um ein das Licht reflektierendes Material, so kann eine Ummantelung entfallen.
Fig. 3 zeigt exemplarisch verschiedene Möglichkeiten der Lichtleiterausbildung. Fig. 3a zeigt eine der Ausbildung gemäß Fig. 1 ähnliche Lichtleiterstruktur. Der dortige Lichtleiter 2a weist einen Lichteingang auf, er verzweigt sich in drei Leiterabschnitte, die jeweils eine Sensorfläche 5a aufweisen, denen jeweils ein eigener Lichteingang zugeordnet ist. Während hier exemplarisch nur drei Sensorflächen und Leiterabschnitte dargestellt sind, ist natürlich die Anzahl der Sensorflächen und Leiterabschnitte beliebig erweiterbar. Wird nun durch Ausüben von Druck auf eine Sensorfläche 5a das dortige evaneszente Feld verändert, ergibt sich am jeweiligen Lichtausgang ein verändertes Signal, das beispielsweise über eine entsprechende Fotodiode oder -transistor erfasst und nachverarbeitet werden kann.
Die in Fig. 3b gezeigte Ausführungsform eines Lichtleiters 2b zeigt einen gemeinsamen Lichteingang, der sich in drei Leiterabschnitte mit jeweils einer Sensorfläche 5b verzweigt. Die daran anschließenden Leiterabschnitte laufen wieder zusammen zu einem gemeinsamen Lichtausgang. Das heißt, es kann jeweils nur ein Signal abgegriffen werden. Um zu unterscheiden, welche Sensorfläche 5b bei Erfassen einer Signalveränderung betätigt wurde, ist das an jeweils einer Sensorfläche 5b ausgeprägte evaneszente Feld jeweils unterschiedlich, was dadurch erreicht werden kann, dass die jeweiligen Sensorflächen 5b unterschiedlich groß oder unterschiedlich strukturiert sind und damit ein unterschiedliches Reflexionsverhalten aufweisen. Auf diese Weise ist jeder Sensorfläche 5b eine bestimmte Signalveränderungscharakteristik zugeordnet, so dass jeder festgestellte Signalhub exakt einer Sensorfläche 5b zugeordnet werden kann.
In entsprechender Weise wird auch bezüglich des in Fig. 3c gezeigten Lichtleiters 2c verfahren. Auch dort sind drei separate, einander nachgeschaltete Sensorflächen 5c vorgesehen, die bspw. jeweils unterschiedliches Reflexionsvermögen zeigen oder bspw. unterschiedlich groß sind, so dass auch hier bei nur einem Lichteingang und nur einem Lichtausgang Signale erfasst und ggf. zugeordnet werden können.
Fig. 4 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Sensorfeld 12 einer ersten Ausführungsform, mit einem gemeinsamen Lichteingang 13, wobei sich auch hier der Lichtleiter 14 in vier Äste verzweigt, die jeweils eine Sensorfläche 15 aufweisen, die zu jeweils einem Lichtausgang 16 führt. Der Lichtleiter 14 ist in ein Trägermaterial 17 eingebettet. Auf dieses ist eine Abdeckung 18 aufgebracht, bei welcher es sich um eine hinreichend stabile bzw. starre Platte, Folie, Matte oder deren Kombination oder dergleichen handelt. Diese übergreift die Sensorflächen 15, siehe hierzu auch Fig. 5. Es bildet sich aufgrund der Strukturierung oder Anordnung der Abdeckung 18 ein schmaler oder großer Zwischenraum 19 zwischen den Sensorflächen 15 und der Unterseite der Abdeckung 18, in dem sich das evaneszente Feld ausbilden kann. Es ist auch denkbar, in den Zwischenraum 19 eine strukturierte, deformierbare Zwischenlage, z. B. eine Schaumlage oder dergleichen, einzubringen. Auch diese lässt aufgrund ihrer Rauigkeit die Bildung eines sehr schmalen evaneszenten Feldes zu. Zur Erzeugung eines optischen Signals kann die Abdeckung 18, beispielsweise eine Metallplatte, von oben leicht deformiert werden, indem beispielsweise mit dem Finger darauf gedrückt wird. Dies führt zu einer entsprechenden Veränderung des evaneszenten Feldes und mithin zu einem am jeweiligen Ausgang 16 erfassbaren Signalhub. Strukturen oder Rauigkeiten 77 im Lichtleiter 14 können ebenfalls zur Beleuchtung der Sensorflächen 15 verwendet werden.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht durch ein Sensorfeld 20, ähnlich dem Sensorfeld 12. Hier weist die Abdeckung 18 oberhalb der Sensorflächen 15 oder die
Sensorflächen 15 unterhalb der Abdeckung entsprechende Eintiefungen 21 auf, die bei flächigem Aufliegen der Abdeckung 18 auf dem Trägermaterial 17 wie in
Fig. 6 dargestellt die Ausbildung eines evaneszenten Feldes oberhalb der
Sensorflächen 15 ermöglichen. In Fig. 6 ist ferner die Möglichkeit dargestellt, anstelle einer Eintiefung 21 eine Aufrauung 23 an der Unterseite der Abdeckung
18 vorzusehen.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Sensorfelds 24 entsprechend dem vorher Beschriebenen. Hier ist unterhalb des Trägermaterials 17 eine Lichtzufuhrmatte 25 vorgesehen, über die von Außen Licht eingestrahlt werden kann. Dieses tritt bei dieser Ausführungsform durch das transparente Trägermaterial 17 direkt zur Abdeckung 18 oder gelangt aufgrund einer entsprechenden Freimachung in der Ummantelung des Lichtleiters unterhalb der Sensorfläche 15 in den Lichtleiter und kann an der Sensorfläche 15 gerichtet zur Abdeckung 18 hin austreten. Die Abdeckung 18 ist entweder insgesamt oder zumindest in diesem Bereich transparent ausgeführt, so dass optisch die jeweilige Betätigungsfläche an der Abdeckung kenntlich gemacht werden kann, wie dies durch die Pfeile in Fig. 7 dargestellt ist. Alternativ kann die Lichtzuführmatte 25 auch unterhalb der Abdeckung 18 angeordnet werden. Sie dient als Zwischenlage, die bei Drücken auf die Abdeckung 18 deformiert wird und die Feldveränderung bewirkt.
Während bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen die Abdeckung z. B. jeweils als hinreichend starre Matte ausgebildet ist, beispielsweise in Form einer hinreichend stabilen Folie, zeigt Fig. 8 eine Ausführungsform, bei der die Abdeckung 18 einerseits eine auf dem Träger 17 aufgebrachte weiche Matte 76 umfasst, beispielsweise eine Schaumzwischenlage, auf der eine stabile Platte 26, die gegebenenfalls über geeignete Rillen (die ein Tastenfeld definieren) zur Erleichterung eines Durchbiegens verfügt, aufgebracht ist. Die wenngleich geringe Durchbiegung, die mit der Metallplatte 26 erzielt werden kann, setzt sich in einer hinreichenden Deformierung der weichen Matte 76 fort, die zur Feldänderung ausreichend ist.
Fig. 9 zeigt ein Sensorfeld 27 mit zwei in Reihe geschalteten Sensorflächen 28, einem gemeinsamen Lichteingang und einem gemeinsamen Lichtausgang.
Fig. 10 zeigt eine alternative Ausbildung eines Lichtleiters, bei dem sowohl eine Verzweigung als auch eine Zusammenführung vorgesehen ist. Der hier gezeigte Lichtleiter 31 verzweigt sich im gezeigten Beispiel in drei Leiterabschnitte 32, die sich ihrerseits wieder in Leiterabschnitte 33 verzweigen, denen jeweils eine Sensorfläche 34 zugeordnet ist. Die Leiterabschnitte 33 vereinigen sich wieder und münden in jeweils einen gemeinsamen Leiterabschnitt 35, wo sie zu einem Lichtausgang führen.
Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit zeigt Fig. 11 als Kammstruktur. Der dort gezeigte Lichtleiter 36 weist einen gemeinsamen Lichteingang auf, der Lichtleiterabschnitt 37 verzweigt sich in insgesamt sieben Leiterabschnitte, die jeweils eine Sensorfläche 38 aufweisen, von der jeweils ein separater Leiterabschnitt abgeht und in einem eigenen Lichtausgang ausläuft. Nach diesem Prinzip kann z. B. eine Sensorreihe zum Tasten oder Sensieren (Anpreßdruck, Flüssigkeitshöhe, etc.) aufgebaut werden. Fig. 12 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Sensorfelds 39. Diese besteht aus einer sternförmigen Optikstruktur, wobei Lichtleiter 40 Licht von einer Lichtquelle 42 über den Lichtleitereingang 41 an Sensorflächen 43 führen. Das dort reflektierte oder reduzierte Licht gelangt über Lichtleiter 45 zu einem Lichtausgang 44.
Fig. 13 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein Sensorfeld 47, bestehend aus dem mittleren Feldabschnitt 48 mit dem Lichtleiter 49 und den Sensorflächen 50. Ferner ist ein Sensorfeldabschnitt 51 vorgesehen, der eine Lichtquelle 52, im gezeigten Beispiel mit einer LED oder dergleichen aufweist, und der einen Ansteueranschluss 53, über den die 52 mit Strom versorgt wird. An der gegenüberliegenden Seite ist ein Sensorfeldabschnitt 54 vorgesehen, an dem eine Signalaufnahmeeinrichtung 55 vorgesehen ist, umfassend im gezeigten Beispiel mehrere Fotodioden oder -transistoren 56, die an jeweils einem Lichtausgang des Lichtleiters 49 angeschlossen sind. Auch die Signalaufnahmeeinrichtung 55 läuft in einem Signalanschluss 57, an dem eine nicht näher gezeigte Signalauswerteeinrichtung angeschlossen werden kann, aus. Im gezeigten Beispiel sind alle Elemente in einem Trägermaterial 58 integriert, das heißt, das Sensorfeld 47, das seitlich mit einem Gehäuse 59, das den Boden und die Seitenflächen umgibt, und das oberseitig über die nicht näher gezeigte Abdeckung teilweise oder vollständig gekapselt ist, ist ein fertiges, in dieser Form einbaubares Bauteil, das lediglich noch mit den Versorgungsleitungen an den Anschlüssen 53 und 57 gekoppelt werden muss.
Während Fig. 13 eine Ausführungsform mit nur drei Sensorflächen beschreibt, zeigt Fig. 14 ein Sensorfeld 60 mit insgesamt achtzehn Sensorflächen 61. Diese sind über zwei Lichtleiter 62 realisiert, die sich entsprechend verzweigen. Auch hier ist eine gemeinsame Lichtquelle 63 vorgesehen, die über zwei Lichtleiterabschnitte 64 an den Lichtleiteranschlüssen 65 angeschlossen ist. Die Signale werden über eine Signalaufnahmeeinrichtung 66, die eine Vielzahl einzelner Fotodioden oder -transistoren 67 umfasst, die jeweils an einem Lichtausgang angeschlossen sind, abgegriffen. Über einen Anschluss 68 kann die hier gezeigte Signalauswerteeinrichtung 69 angeschlossen werden. Auch hier sind alle Elemente im Trägermaterial 70 integriert. Natürlich kann jeder Lichtleiter 62 auch direkt ohne die zwischengeschalteten Lichtleiteranschlüsse 65 mit der Lichtquelle 63 verbunden sein.
Wenngleich die Figuren 13 und 14 komplett im Material der tragenden Struktur 70 integrierte Ausführungsformen zeigen, besteht natürlich die Möglichkeit, wie in Fig. 13 angedeutet, lediglich den mittleren Abschnitt 48 des Sensorfelds als im Trägermaterial gekapseltes Teil auszuführen und entsprechende Verbindungsmittel vorzusehen, mit denen die Lichtquelle 52 und die Signalaufnahmeeinrichtung 55 angebunden werden können. Dies ist durch die beiden gestrichelten Linien in Fig. 13 dargestellt. Zum Einbau wird also das mittlere Sensorfeld montiert. Werden diese montiert, verklebt, verspritzt, eingegossen, etc, so werden die Lichtquelle 52 und die Signalaufnahmeeinrichtung 55 beim Montieren, Verkleben, Verspritzen, Eingießen etc. im Trägermaterial mit dem Lichteingang bzw. mit den Lichtausgängen gekoppelt.
Schließlich zeigt Fig. 15 eine Ausführungsform einer Lichtleiterführung, bei der nach Art eines Baukastensystems beliebig viele Blöcke zusammengesetzt werden können. Jeder Block besteht aus einer zentralen Lichteinspeisung 71 , die z. B. mit einem nach Art einer liegenden „8" geführten Lichtleiter verbunden ist. Dieser weist vier Sensorflächen 72 auf, die daran anschließenden Lichtleiterabschnitte laufen zu jeweils einer Fotodiode oder -transistor 73. Nicht näher gezeigt sind hier natürlich die Zu- und Ableitungen zur Lichtquelle 71 bzw. zum Lichtempfänger 73, wobei die Leiterabschnitte zu und von den Sensorflächen zurück verlaufen. Ersichtlich können auf diese Weise Blöcke mit einem Rastermaß R konzipiert werden. Die Trennung jedes Blockes ist durch die vertikalen Linien dargestellt. Werden mehrere solcher Strukturen neben- und übereinander gesetzt, können beliebig große Sensorfelder aufgebaut werden. Das Layout der Zu- und Ableitungen zu den Lichtquellen bzw. Lichtempfängern ist entsprechend zu wählen.
Fig. 16 zeigt als Prinzipdarstellung eine weitere Ausführung eines Lichtleiters 74, bei der die Leiterabschnitte gebogen zur Sensorfläche 75 geführt sind. Eine Aufsicht auf eine Sensorfläche, z. B. die aus Fig. 16, zeigt Fig. 17. Dort sind verschiedene Größen und Formen einer Sensorfläche im Verhältnis zum Leiter dargestellt. Wie in Fig. 17 a gezeigt, kann die Sensorfläche, die hier kreisrund ist, im Durchmesser der Leiterbreite entsprechen, sie kann aber auch größer sein, siehe Fig. 17 b, wozu der Leiter eine entsprechende Verdickung aufweist. Sie kann aber bei hinreichend dickem Leiter auch kleiner sein, siehe Fig. 17 c. Neben der kreisrunden Sensorflächenform kann die Sensorfläche jede beliebige Form annehmen, z. B. oval, rechteckig, quadratisch, mehreckig etc. Dies ist in verschiedenen Ausführungen in den Fig. 17 d - 17 g dargestellt, wobei die jeweilige Sensorfläche jeweils schraffiert gezeichnet ist.
Schließlich zeigt die Fig. 18 verschiedene Schnittdarstellungen durch einen Lichtleiter im Bereich der Sensorfläche, wie in Fig. 16 mit der Linie A - A oder B - B angegeben ist. Je nach Querschnittsform des Leiters - diese kann rund, oval oder beliebig mehreckig sein - kann der Querschnitt z. B. halbkreisförmig mehr oder weniger großer Querschnittsfläche oder viereckig sein. Die Fig. 18 a - g zeigen unterschiedliche Beispiele, die wie die sonstigen Ausführungsbeispiele nicht abschließend sind.
In den Fig. 19 bis 22 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, um die Sensorfläche 80 eines Lichtleiters 81 zu beleuchten. Zu diesem Zweck kann ein Teil des von einer Lichtquelle 82, bspw. einer Leuchtdiode, stammenden Lichtes verwendet werden, welches durch die lichtleitende Struktur 81 an der Sensorfläche 80 vorbei zu einer Signalaufnahmeeinrichtung 83, bspw. einer Fotodiode oder einem Fototransistor, geleitet wird. Ein Teil dieses Lichts trifft auf einen Bereich der Oberfläche des Lichtleiters 81 nahe der Sensorfläche 80, bspw. einen dieser Sensorfläche 80 etwa diametral gegenüberliegenden Bereich 84. Wäre dieser Oberflächenbereich 84 genauso glatt beschaffen wie der übrige Oberflächenbereich des Lichtleiters 81 , so würde das Licht dort in einem flachen Winkel wieder in den Lichtleiter 81 zurückgeworfen. Wenn dieser Oberflächenbereich 84 dagegen aufgeraut ist oder mit einer Struktur versehen ist, so wird das zunächst weitgehend etwa parallel zu dem Lichtleiter 81 gerichtete Lichtbündel plötzlich in vollkommen andere Richtungen umgelenkt, bspw. auch in Richtung der Sensorfläche 80. Dort treffen die Lichtstrahlen auf die Grenzfläche und werden nicht mehr in das Lichtleitmedium zurück reflektiert, sondern treten aus dem Lichtleiter 81 aus und können als leuchtender Fleck wahrgenommen werden.
Ein ähnlicher Effekt läßt sich erzielen, wenn der Bereich 84 nahe einer Sensorfläche 80 mit einer fluoreszierenden Schicht versehen ist. Die fluoreszierende Substanz in dieser Schicht kann durch das dortige, evaneszente Feld angeregt werden und gibt die dabei aufgenommene Energie sodann allmählich und in ungerichteter Form wieder ab, u.a. auch in Richtung der Sensorfläche 80, die dadurch von außen als leuchtend wahrgenommen wird.
Für dieses Prinzip der Verwendung eines Teils der an einer Sensorfläche 80 vorbeigeleiteten Lichtmenge für deren Beleuchtung ist es unerheblich, ob die lichtleitende Struktur 81 in der Umgebung der Sensorfläche 80 von einem Trägermaterial 85 umgeben wird (Oberseite in Fig. 19, 21 oder 22) oder nicht (Fig. 20), und auch unabhängig davon, ob ein der Sensorfläche 80 gegenüberliegender Bereich 84 von einem Trägermaterial 86 umgeben wird (Unterseite in Fig. 20 bis 22) oder nicht (Fig. 19), und insbesondere auch unabhängig davon, ob das Trägermaterial 85, 86 an Ober- und Unterseite identisch ist (Fig. 21) oder verschieden (Fig. 22).
In den Fig. 23 bis 25 sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben.
Wie Fig. 23 erkennen läßt, kann man sowohl mit der Herstellung der lichtleitenden Struktur beginnen (Schritt 90) oder mit der Herstellung einer tragenden Struktur
(Schritt 91). Das jeweils andere Teil wird sodann um bzw. in die vorhandene
Struktur hineingespritzt - in beiden Fällen ergibt sich ein Block aus einer tragenden
Struktur mit rinnen- oder muldenförmigen Vertiefungen an der Oberfläche, die ganz oder teilweise - von der lichtleitenden Struktur angefüllt ist (Verfahrensstadium 92).
Nun kann die ggf. noch aus der ersten, tragenden Struktur herausragende lichtleitende Struktur von einer zweiten tragenden Struktur umspritzt werden. Dazu kann entweder das selbe Material verwendet werden wie für die erste tragende Struktur (Schritt 93) oder ein anderes Material (Schritt 94).
Statt dessen kann auch nach Verfahrensstadium 92 die lichtleitende Struktur von einem flächigen Element als zweite tragende Struktur abgedeckt werden, entweder aus dem selben Material wie die erste tragende Struktur (Schritt 95) oder aus einem anderen Material (Schritt 96).
Ist die zweite Struktur vor dem Aufschichten mit einer vorzugsweise reflektierenden Beschichtung versehen, erhält man die Verfahrensschritte 97 (gleiches Material für beide tragende Strukturen) oder 98 (unterschiedliches Material für beide tragende Strukturen).
Bei den in Fig. 24 wiedergegebenen Verfahren wird zuerst die lichtleitende Struktur hergestellt (Verfahrensschritt 100). Diese kann sodann in einem folgenden Verfahrensschritt 101 von dem Material des Trägers komplett umspritzt werden (mit Ausnahme der Sensorflächen und ggf. weiterer Flächen zum Ein- und/oder Auskoppeln von Licht).
Wahlweise kann auch nach dem Verfahrensschritt 100 zunächst die lichtleitende Struktur beschichtet werden, bspw. mit einer reflektierenden Schicht (Schritt 102). Dieser nun beschichtete Lichtleiter kann sodann wiederum komplett umspritzt werden (Schritt 103).
Statt dessen kann der beschichtete Lichtleiter auch nur teilweise in einer ersten, tragenden Struktur eingebettet werden (Schritt 104).
Dieser reflektierend beschichtete und zunächst nur teilweise eingebettete Lichtleiter kann anschließend von einer zweiten, tragenden Struktur umspritzt werden, so dass er - mit Ausnahme der Sensorflächen und ggf. weiterer Flächen zum Ein- oder Auskoppeln von Licht - vollständig von dem Material des Trägers umgeben ist. Dabei kann die zweite tragende Struktur aus dem selben Material sein wie die erste tragende Struktur (Schritt 105) oder aus einem anderen Material (Schritt 106). Wird der beschichtete und eingebettete Lichtleiter nur abgedeckt, jedoch nicht umspritzt, so ergibt sich das Verfahrensstadium 107, wenn das Material der Abdeckschicht identisch mit dem der (unteren) tragenden Struktur ist, oder das Verfahrensstadium 108, wenn diese Materialien unterschiedlich sind.
Bei weiteren Verfahrensvarianten gemäß Fig. 25 wird zunächst eine erste tragende Struktur hergestellt (Schritt 110). Diese wird sodann an ihrem dem künftigen Lichtleiter zugewandten Oberflächenbereich beschichtet, bspw. mit einer reflektierenden Schicht (Schritt 111). Diese Schicht kleidet auch die rinnen- nut- und/oder muldenförmige(n) Vertiefung(en) aus, in welche sodann auf die Beschichtung die lichtleitende Struktur eingesetzt oder eingespritzt wird (Schritt 112). In manchen Anwendungsfällen kann man die damit hergestellte Anordnung direkt verwenden.
Zusätzlich kann man die verbleibende Oberseite der lichtleitenden Struktur auch umspritzen, entweder mit dem gleichen Material wie die erste tragende Struktur (Schritt 113) der mit einem anderen Material (Schritt 114).
Wahlweise kann zudem die erste tragende Struktur samt lichtleitender Struktur oder die zweite tragende Struktur zunächst mit einer (reflektierenden) Beschichtung versehen werden (Schritte 115 und 116).
Im Anschluß an Schritt 112 kann die Gesamtanordnung aus erster tragender Struktur und darin vertieftem oder versenktem Lichtleiter auch mit einem flächigen Körper als zweiter tragender Struktur abgedeckt werden, entweder aus dem selben Material wie die erste tragende Struktur (Arbeitsschritt 117), oder aus einem anderen Material (Schritt 118).
Ist die Abdeckstruktur zuvor an ihrer der ersten tragenden Struktur zugewandten Seite mit einer (reflektierenden) Beschichtung versehen worden, ergeben sich statt dessen die Schritte/Anordnungen 119 (gleiche Materialien für erste und zweite tragende Struktur) oder 120 (unterschiedliche Materialien).

Claims

Patentansprüche
1. Sensorfeld zum Erzeugen von optischen Signalen, umfassend a) wenigstens eine lichtleitende Struktur mit wenigstens einem
Lichteingang (3; 41) zur Einkopplung von Licht, das in der lichtleitenden Struktur (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) zu wenigstens einer Sensorfläche (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 43, 50, 61 , 72, 75) geführt, dort reflektiert und zu wenigstens einem Lichtausgang (7, 16, 44) weitergeführt wird, wobei das Licht an der
Oberfläche wenigstens einer Sensorfläche (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34,
43, 50, 61 , 72, 75) ein evaneszentes Feld (8) ausbildet, das zur
Dämpfung der Lichtmenge beeinflussbar ist; sowie b) wenigstens eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70), worin oder woran die lichtleitende(n) Struktur(en) (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 ,
37, 40, 41 , 49, 62) derart integriert und/oder festgelegt ist/sind, dass deren Sensorfläche(n) (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 43, 50, 61 , 72, 75) freiliegt (-en), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine lichtleitende Struktur (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 ,
49, 62) durch Gießen oder in einem Spritzgußverfahren hergestellt ist.
2. Sensorfeld nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Träger-Struktur(en) (11 , 17, 29, 46, 58, 70) durch Gießen oder in einem Spritzgußverfahren hergestellt ist/sind.
3. Sensorfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere lichtleitende Struktur(en) (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) mit einer oder mehreren Träger-Struktur(en) (11 , 17, 29, 46, 58, 70) integriert, insbesondere ganz oder teilweise von jener eingeschlossen ist/sind.
4. Sensorfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine lichtleitende Struktur (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) derart in oder an einer tragenden Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) befestigt oder derart mit dieser verbunden ist, dass sie bei der Montage der tragenden Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) von mechanischen Spannungen weitgehend freigehalten wird.
5. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) einen Schutz für die lichtleitende(n) Struktur(en) (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40,
41, 49, 62) gegenüber äußeren Einflüssen bildet, gegenüber mechanischen, chemischen oder thermischen Einflüssen und/oder gegenüber dem Eindringen von Fremdlicht.
6. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen gemeinsamen Lichteingang aufweisender Lichtleiter (2, 2a, 2b, 31 , 37, 40, 49, 62) sich in wenigstens zwei
Leiterabschnitte (4, 6, 32) mit wenigstens je einer Sensorfläche (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 38, 43, 50, 61 , 72, 75) verzweigt.
7. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Lichtleiter (2, 2a, 2b, 31 , 37, 40, 49, 62) von einem Lichteingang aus sternförmig in mehrere Leiterabschnitte mit jeweils wenigstens einer Sensorfläche (43) verzweigt.
8. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leiterabschnitt (4, 6, 32) mit wenigstens einer eigenen Sensorfläche (43) in einen separaten Lichtausgang (7, 16, 44) mündet.
9. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtleiter (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 ,
49, 62) aus Silikon, Kunststoff, Glas oder Keramik besteht.
10. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtleiter (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) eine groß- oder teilflächige, das Licht reflektierende und/oder einen Lichtaustritt und/oder -eintritt verhindernde Ummantelung (9) aufweist, insbesondere in Form einer Beschichtung.
11. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) das Licht reflektiert und/oder wenigstens in einem dem Lichtleiter (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) zugewandten Bereich mit einem Überzug versehen ist, der vorzugsweise reflektierend ist.
12. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) aus Kunststoff, Gummi, Silikon, Metall oder einer Kombination dieser Materialien besteht.
13. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet- durch eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) zumindest im Bereich der Sensorflächen (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 38, 43, 50, 61 , 72, 75) übergreifende, mechanisch reversibel deformierbare Abdeckung (18), überv die das evaneszente Feld beeinflussbar ist.
14. Sensorfeld nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eine tragende Struktur (11, 17, 29, 46, 58, 70) zumindest im Bereich der Sensorflächen (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 38, 43, 50, 61 , 72, 75) übergreifende, mechanisch reversibel deformierbare Abdeckung aktiv und/oder passiv beleuchtet und/oder beleuchtbar ist.
15. Sensorfeld nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (18) eine Platte, Matte, Schaum oder Folie oder deren Kombination ist.
16. Sensorfeld nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (18) aus Metall, Kunststoff, Gummi, Silikon, Glas oder Keramik oder einer Kombination dieser Materialien besteht.
17. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung der Sensorflächen (15) Strukturen und/oder Rauigkeiten im Lichtleiter (14) vorgesehen sind und/oder Abzweigungen des Lichtleiters (14).
18. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) zumindest im Bereich unterhalb einer Sensorfläche (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 38, 43, 50, 61 , 72, 75) strukturiert, aufgeraut, transparent und/oder entfernt ist.
19. Sensorfeld nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ummantelung (9) im Bereich unterhalb einer Sensorfläche (5, 5a,- 5b, 5c, 15, 28, 34, 38, 43, 50, 61 , 72, 75) strukturiert, aufgeraut, transparent ist.
20. Sensorfeld nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ummantelung (9) im Bereich unterhalb einer Sensorfläche (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 38, 43, 50, 61 , 72, 75) entfernt ist, so dass über wenigstens eine Lichtquelle Licht in den Lichtleiter zum Hinterleuchten einer Sensorfläche (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 38, 43, 50, 61 , 72, 75) einkoppelbar ist.
21. Sensorfeld nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (9) fluoreszierend ausgebildet ist.
22. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass separat hergestellte Lichtleitkabel zur Zu- und Ableitung von Lichtsignalen des Sensorfelds von einer Lichtquelle (52, 63) und zu einer Signalaufnahmeeinrichtung (55, 66) vorgesehen sind.
23. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lichtquelle (42, 63) und/oder wenigstens eine Signalaufnahmeeinrichtung (55, 66), die mit dem oder den Lichteingängen und/oder dem oder den Lichtausgängen gekoppelt sind, mit dem Sensorfeld (1) integriert ist.
24. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung (52, 63) bspw. eine oder mehrere LED 's umfaßt.
25. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Signalaufnahmeeinrichtung (55, 66) bspw. eine oder mehrere Fotodioden oder -transistoren umfasst.
26. Sensorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfläche(n) (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 43,.,50, 61 , 72, 75) derart ausgebildet ist/sind, dass das dortige, evaneszente Feld durch manuelle Druckausübung - ggf. auf bzw. über eine Abdeckung - beeinflußbar ist, nach Art eines Tasters, Schalters, Einklemmschutzsensors, etc.
27. Verfahren zur Herstellung eines Sensorfeldes zum Erzeugen von optischen Signalen, umfassend a) wenigstens eine lichtleitende Struktur mit wenigstens einem Lichteingang (3; 41) zur Einkopplung von Licht, das in der lichtleitenden Struktur (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) zu wenigstens einer Sensorfläche (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 43, 50,
61 , 72, 75) geführt, dort reflektiert und zu wenigstens einem Lichtausgang (7, 16, 44) weitergeführt wird, wobei das Licht an der Oberfläche wenigstens einer Sensorfläche (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 43, 50, 61 , 72, 75) ein evaneszentes Feld (8) ausbildet, das zur Dämpfung der Lichtmenge beeinflussbar ist; sowie b) wenigstens eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70), worin oder woran die lichtleitende(n) Struktur(en) (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) derart integriert und/oder festgelegt ist/sind, dass deren Sensorfläche(n) (5, 5a, 5b, 5c, 15, 28, 34, 43, 50, 61 , 72, 75) freiliegt (-en), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine lichtleitende Struktur (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) durch Gießen oder in einem Spritzgußverfahren hergestellt wird.
28. Verfahren zur Herstellung eines Sensorfeldes nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) durch Gießen oder in einem Spritzgußverfahren hergestellt wird.
29. Verfahren zur Herstellung eines Sensorfeldes nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine oder mehrere lichtleitende Strukturen (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31, 37, 40, 41 , 49, 62) hergestellt wird/werden und sodann von dem Material der Trägerstruktur (11 , 17, 29,.,. 46, 58, 70) ganz oder teilweise umspritzt oder umgössen wird/werden.
30. Verfahren zur Herstellung eines Sensorfeldes nach einem der Ansprüche/ 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) hergestellt wird und sodann eine oder mehrere^ lichtleitende Strukturen (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) in die,έ tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) eingespritzt oder -gegossen oder an diese angespritzt oder -gössen wird/werden.
31. Verfahren zur Herstellung eines Sensorfeldes nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere lichtleitende
Strukturen (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62) sowie eine tragende Struktur (11 , 17, 29, 46, 58, 70) getrennt voneinander hergestellt werden und anschließend miteinander verbunden werden, bspw. mechanisch (Formschluß), thermisch (Anschmelzen, Verschweißen) oder chemisch (Verkleben).
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine (lichtleitende oder tragende) Struktur (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62; 11, 17, 29, 46, 58, 70) vor dem Verbinden mit einer zu verbindenden bzw. um-, an- oder einzuspritzenden oder um-, an- oder einzugießenden Struktur (2, 2a, 2b, 2c, 14, 30, 31 , 37, 40, 41 , 49, 62; 11 , 17, 29, 46, 58, 70) ganz oder teilweise mit einer Beschichtung, insbesondere einem Überzug, versehen wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung reflektierende und/oder fluoreszierende Eigenschaften aufweist.
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