WO2015014545A1 - Object detector and method for detecting an object - Google Patents

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WO2015014545A1
WO2015014545A1 PCT/EP2014/063352 EP2014063352W WO2015014545A1 WO 2015014545 A1 WO2015014545 A1 WO 2015014545A1 EP 2014063352 W EP2014063352 W EP 2014063352W WO 2015014545 A1 WO2015014545 A1 WO 2015014545A1
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flat side
dielectric
object detector
electromagnetic waves
dielectric region
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PCT/EP2014/063352
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Robert Baumgartner
Reinhard Freitag
Andreas Ziroff
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0428—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by sensing at the edges of the touch surface the interruption of optical paths, e.g. an illumination plane, parallel to the touch surface which may be virtual

Definitions

  • Object detector and method for detecting an object Especially in an industrial environment, it is necessary to detect the presence and the location of an object on a flat surface.
  • plates with electrical structures with which such a detection can take place.
  • flat surfaces may be provided with buttons which are pressed by the object in the direction of the flat surface and then actuate an electrical switch. In this way, presence and location can be determined.
  • Signa ⁇ le a variety of or all keys are transmitted via lines to an evaluation.
  • touch screens are known, which are based on a kapaziti ⁇ ven, resistive or inductive mode of action:
  • Touch screens often determine the location of the object such that along edges of the touch screen, a current flows through a particular conduit whose location is known. Along the edges of the touch screen so a plurality of lines have to be connected, depending on Auf engineerssvermö ⁇ gene and the plate must be provided with the electric current conducting structures.
  • the wiring effort scales with the size of the flat surface along which an object is to be detected. It is therefore an object of the invention to provide an object detector and a method for detecting an object, by means of which a detection of the presence and / or the location of an object along a flat surface can take place, at the same time not a scaling of the wiring complexity with the size of this area must go hand in hand.
  • the object detector according to the invention has a body with at least one dielectric region with a planar flat side extending flat.
  • the rede ⁇ Tektor a dielectric region see electromagnetic waves, in particular microwaves, dining Wellenquel ⁇ le, in particular a microwave source on, and at least one detecting means for detecting at least one dependent ligand on the propagation of electromagnetic waves in dielectric region size, and , at least close to an evaluation device, which is formed in dependence on that a size to a presence and / or the position of at least ⁇ along the flat side of an object and / or close to the flat side on.
  • the term "close to the flat side” in the sense of this application is preferably to be understood as meaning "a distance of at most 10 wavelengths of the electromagnetic waves in the vacuum from the flat side”.
  • the electromagnetic waves propagating in the dielectric region assume the function of scanning the dielectric region along the flat side. In this way, an extensive wiring of the flat extending flat side is not required.
  • flat pages whose surface area significantly exceeds the current size of touchscreens can therefore be easily realized with the object detector according to the invention.
  • the dielectric region is preferably, at least partially, of one
  • Wave source as a microwave source and thus formed for feeding the dielectric region with microwaves.
  • the microwave source comprises a micro wave ⁇ lens forming, which is connected to a coupling which is designed to couple the radiated from the microwave transmitter microwave in the dielectric region, in particular by means of a waveguide feed and / or by means of coupling pins and / or by means of slot couplings.
  • the body is a flat part, in particular a plate, or has a flat part, in particular a plate.
  • the dielectric region has the shape of a flat part, in particular a plate. Structures similar in their handling to conventional touchscreens can thus be easily realized.
  • the object detector is advantageously also extremely freely scalable in terms of size in this development of the invention.
  • the body has a layered structure into te ⁇ particular with a dielectric layer with the Flachsei-.
  • materials, thicknesses and sequences of the layers of the layer structure are selected such that a guidance of the electromagnetic waves, in particular a guidance of microwaves, is optimized within the body.
  • the layer structure has a metallic layer, which is arranged facing away from the flat side.
  • the thickness of the dielectric region can be reduced by half by being connected to the metallic layer.
  • the dielectric layer can be formed by means of the metallic layer as "mirror dielectric waveguide".
  • the layer structure of the flat side has a layer formed with a metamaterial.
  • the metamaterial may be metallic manufactured ⁇ det, said metamaterial is a ground plane, which in known manner is to avoid forming Direction eddy currents is spatially structured.
  • the body is designed as a flat part with narrow sides, wherein the detection device (s) is or are arranged on or along at least one, preferably all, of the narrow sides.
  • the body is a plate which has narrow sides in the manner of edges. The detection device (s) is / are then arranged on one, several or all edges.
  • the detection device (s) are microwave receivers.
  • the dielectric region is preferably formed with a dielectric constant of at least 1.5 and / or not more than 10.
  • the dielectric region is formed with a dielectric constant of at least 2 and / or at most 5, preferably at most 3.
  • the dielectric region is with or out
  • the dielectric region is formed with or of ceramic. More preferably, the dielektri ⁇ specific area is formed with or of a plastic-ceramic composite.
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • the dielectric loading is rich ⁇ formed with high density polyethylene (high-density polyethylene, HDPE).
  • the dielectric region is particularly preferred
  • a erfindungsge ⁇ rectly object detector is used as described above.
  • electromagnetic waves in the dielectric region are fed by means of the wave source by means of the at least one detecting means detects at least a depending on the propagation of electromagnetic waves in dielectric region size and by means of the Ausireein ⁇ direction in response to said at least one size a presence and / or the position, at least along the flat side of the object and / or close to the flat side ge ⁇ closed.
  • the inventive method for detection in particular for location detection, a metallic object is performed.
  • the inventive method for De ⁇ tetation in particular for local detection of an object is performed, which has a larger or equal
  • At least the dielectric region of the body is preferably fed by means of at least one coupler and / or by means of at least one waveguide feed and / or by means of coupling pins and / or by slot couplings.
  • At least one transit time of a signal of the electromagnetic waves to the object and / or from the object to the at least one detection device is determined, wherein the transit time is used to determine the position of the object by means of the evaluation device.
  • a signal is realized by means of a wave pulse, in particular a microwave pulse.
  • FIG. 1 shows an object detector according to the invention for carrying out a method according to the invention, a schematic diagram in a perspective illustration
  • FIG. 2 shows a field distribution image at a certain time point of the ⁇ within a dielectric Kör ⁇ pers forming the object detector according to Figure 1 the microwave field schematically in longitudinal section
  • FIG. 4 shows the object detector according to the invention according to FIG. 1 schematically in a perspective view when the metallic object is arranged on the dielectric body
  • FIG. 5 at a certain time point of the ⁇ according to a field distribution image within the dielectric body of the object detector according to figure 1 in the situation.
  • Fig. 4 forming microwave field schematically in longitudinal section,
  • FIG. 7 shows a field distribution image at a certain time ⁇ point of forming inside the dielectric body of the object detector according to Figure 1 Mik ⁇ rowellenfeldes schematically in longitudinal section at on the dielectric body arranged dielectric object
  • FIG 8 is a field distribution image at a certain time ⁇ point of the to within the dielectric body of the object detector according to FIG. 1 in the situation gem.
  • Fig. 7 forming microwave field schematic ⁇ table in cross section.
  • the object detector 5 illustrated in Figure 1 comprises a dielectric body in the form of a dielectric plate 10 with two flat sides 15, 20 which are defined by four Schmalsei ⁇ th 25, 30, 35, 40 of the plate 10 degrees.
  • the plate 10 is formed as a flat cuboid.
  • the plate 10 of absorber material absorbs microwaves WEL ches surrounded.
  • the microwave transmitter 50 emits microwaves 55 which propagate along the flat sides 15, 20. Due to the environment of the plate 10 with absorber material form in the plate 10 no standing waves.
  • a metallic object 60 is placed on the flat side 20 of the plate 10, the propagation behavior of the microwaves 55 within the plate 10 changes (see FIG. 5).
  • the metallic object 60 bundles in a sense along it propagating microwaves 55 ( Figures 5 and 6) and changes the other spatial propagation of the microwaves from ⁇ 55th
  • Dielectric constant of the dielectric object 65 is higher than that of the dielectric material of the plate 10, the dielectric object 65 so to speak forms a micro ⁇ wellensenke, which decouples within the plate 10 extending microwave 55 efficiently from the plate 10.
  • microwave receivers (not explicitly shown) are arranged, which detect the above-mentioned modifications of the previously explained microwave field.
  • the microwave receivers are signal-connected to an evaluation device, which receives detection signals from the microwave receivers.
  • the dielectric plate 10 allows along the flat sides 15, 20 an incomplete influence of the microwaves within the plate 10.
  • On the flat sides 15, 20 forms an evanescent field formed by dielectric or metallic objects 65, 60 on the plate 10 as before erläu tert ⁇ is modified. From the resulting geän ⁇ derten propagation of the microwave field within the plate 10 and the respective changes in detection signals of the micro wave ⁇ lenempfnatureer therefore can infer both the presence and the position of each of the metallic object 60 or the dielectric object 65 by means of the evaluation device.
  • the dielectric board 10 is in the illustrated exemplary embodiment made of plastic, for example with a ⁇ The lektrizticianskonstante of 2.3.
  • the plate 10 may be made of a different dielectric, such as another plastic, a ceramic or a ceramic-plastic composite.
  • the dielectric plate 10 is made

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Abstract

The object detector comprises a body with at least one dielectric region having a flat side extending flat, and at least one wave source supplying the dielectric region with electromagnetic waves. The object detector furthermore comprises at least one detection device for detecting at least one parameter dependent on the propagation of the electromagnetic waves in the dielectric region and an evaluation device which is designed to make a conclusion in respect of a presence and/or the position at least along the flat side of an object and/or close to the flat side in dependence on said parameter. According to the method for detecting an object, particularly for detecting the location of an object, such an object detector is used, wherein electromagnetic waves are supplied to the dielectric region by means of the wave source, at least one parameter dependent on the propagation of the electromagnetic waves in the dielectric region is detected by means of the at least one detection device, and wherein a conclusion is made by means of the evaluation device in dependence on said parameter in respect of a presence and/or the position, at least along the flat side, of the object and/or close to the flat side.

Description

Beschreibung description
Objektdetektor und Verfahren zur Detektion eines Objekts Insbesondere im industriellen Umfeld ist es erforderlich, die Anwesenheit und den Ort eines Objekts auf einer ebenen Fläche zu detektieren. Es sind Platten mit elektrischen Strukturen bekannt, mit welchen eine solche Detektion erfolgen kann. Beispielsweise können ebene Flächen mit Tasten versehen sein, die durch das Objekt in Richtung der ebenen Fläche gedrückt werden und dann einen elektrischen Schalter betätigen. Auf diese Weise lassen sich Anwesenheit und Ort bestimmen. Signa¬ le einer Vielzahl von oder sämtlicher Tasten werden über Leitungen an eine Auswerteeinheit übertragen. Object detector and method for detecting an object Especially in an industrial environment, it is necessary to detect the presence and the location of an object on a flat surface. There are known plates with electrical structures, with which such a detection can take place. For example, flat surfaces may be provided with buttons which are pressed by the object in the direction of the flat surface and then actuate an electrical switch. In this way, presence and location can be determined. Signa ¬ le a variety of or all keys are transmitted via lines to an evaluation.
Ferner sind Touchscreens bekannt, welche auf einem kapaziti¬ ven, resistiven oder induktiven Wirkprinzip beruhen: In Furthermore, touch screens are known, which are based on a kapaziti ¬ ven, resistive or inductive mode of action: In
Touchscreens wird der Ort des Objekts häufig derart bestimmt, dass entlang von Kanten des Touchscreens ein Strom durch eine bestimmte Leitung fließt, deren Ort bekannt ist. Entlang der Kanten des Touchscreens müssen also je nach Auflösungsvermö¬ gen mehrere Leitungen angeschlossen werden und die Platte muss mit für den elektrischen Strom leitenden Strukturen versehen sein. Touch screens often determine the location of the object such that along edges of the touch screen, a current flows through a particular conduit whose location is known. Along the edges of the touch screen so a plurality of lines have to be connected, depending on Auflösungsvermö ¬ gene and the plate must be provided with the electric current conducting structures.
Bei den vorgenannten Lösungen skaliert der Verdrahtungsauf¬ wand mit der Größe der ebenen Fläche, entlang welcher ein Objekt detektiert werden soll. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Objektdetektor und ein Verfahren zur Detektion eines Objekts anzugeben, mittels welchen eine Detektion der Anwesenheit und/oder des Ortes eines Objekts entlang einer flachen Oberfläche erfolgen kann, wobei zugleich eine Skalierung des Verdrahtungsaufwandes mit der Größe dieser Fläche nicht einhergehen muss. In the aforementioned solutions, the wiring effort scales with the size of the flat surface along which an object is to be detected. It is therefore an object of the invention to provide an object detector and a method for detecting an object, by means of which a detection of the presence and / or the location of an object along a flat surface can take place, at the same time not a scaling of the wiring complexity with the size of this area must go hand in hand.
Diese Aufgabe wird mit einem Objektdetektor mit in den Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zur Detektion eines Objekts mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben. This object is achieved with an object detector with features specified in claim 1 and with a method for Detection of an object having the features specified in claim 9. Preferred embodiments of the invention are set forth in the appended subclaims, the following description and the drawing.
Der erfindungsgemäße Objektdetektor weist einen Körper mit mindestens einem dielektrischen Bereich mit einer sich flächig erstreckenden Flachseite auf. Zudem weist der Objektde¬ tektor eine den dielektrischen Bereich mit elektromagneti- sehen Wellen, insbesondere Mikrowellen, speisende Wellenquel¬ le, insbesondere eine Mikrowellenquelle, auf, sowie zumindest eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung zumindest einer von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Bereich abhängenden Größe und eine Auswerteeinrichtung, welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dieser zumindest einen Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zu¬ mindest entlang der Flachseite, eines Objekts an und/oder nah der Flachseite zu schließen, auf. Unter der Wendung „nah der Flachseite" im Sinne dieser Anmeldung ist vorzugsweise „mit einem Abstand von höchstens 10 Wellenlängen der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite" zu verstehen. Insbesondere ist unter der Wendung „mit einem Abstand von höchstens drei Wellenlängen der elekt- romagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite", bevorzugt „mit einem Abstand von höchstens einer Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite" und idealerweise „mit einem Abstand von höchstens einer halben Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite" zu verstehen. The object detector according to the invention has a body with at least one dielectric region with a planar flat side extending flat. In addition, the Objektde ¬ Tektor a dielectric region see electromagnetic waves, in particular microwaves, dining Wellenquel ¬ le, in particular a microwave source on, and at least one detecting means for detecting at least one dependent ligand on the propagation of electromagnetic waves in dielectric region size, and , at least close to an evaluation device, which is formed in dependence on that a size to a presence and / or the position of at least ¬ along the flat side of an object and / or close to the flat side on. The term "close to the flat side" in the sense of this application is preferably to be understood as meaning "a distance of at most 10 wavelengths of the electromagnetic waves in the vacuum from the flat side". In particular, the phrase "at a distance of at most three wavelengths of the electromagnetic waves in vacuum from the flat side", preferably "with a distance of at most one wavelength of the electromagnetic waves in the vacuum from the flat side" and ideally "with a distance of At most half a wavelength of the electromagnetic waves in vacuum from the flat side "to understand.
Bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor übernehmen die sich im dielektrischen Bereich ausbreitenden elektromagnetischen Wellen die Funktion, den dielektrischen Bereich entlang der Flachseite abzutasten. Auf diese Weise ist eine umfangreiche Verdrahtung der sich flächig erstreckenden Flachseite nicht erforderlich. Insbesondere Flachseiten, deren Fläche die derzeit übliche Größe von Touchscreens deutlich überschreitet, lassen sich folglich leicht mit dem erfindungsgemäßen Objektdetektor realisieren. In the case of the object detector according to the invention, the electromagnetic waves propagating in the dielectric region assume the function of scanning the dielectric region along the flat side. In this way, an extensive wiring of the flat extending flat side is not required. In particular, flat pages whose surface area significantly exceeds the current size of touchscreens, can therefore be easily realized with the object detector according to the invention.
Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor der dielektrische Bereich, zumindest teilweise, von einem In the case of the object detector according to the invention, the dielectric region is preferably, at least partially, of one
Absorbermaterial umgeben. In dieser Weiterbildung der Erfindung wird wirksam vermieden, dass sich stehende elektromagne¬ tische Wellen in dem dielektrischen Bereich ausbilden. Stehende elektromagnetische Wellen in dem dielektrischen Bereich führten zu Bereichen an der Flachseite, an welchen die Feldstärke der elektromagnetischen Wellen verschwindet. An oder nah diesen/dieser Stellen der Flachseite wäre der Objektdetektor daher kaum sensitiv. Mittels des Absorbermaterials hingegen können die elektromagnetischen Wellen effizient aus dem dielektrischen Bereich abgeführt werden, so dass sich stehende elektromagnetische Wellen nicht ausbilden können. Die Sensitivität des Objektdetektors ist folglich in dieser Weiterbildung deutlich verbessert. Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor dieSurrounded absorber material. In this embodiment of the invention is effectively avoided that form standing electromagnetic ¬ tables waves in the dielectric region. Standing electromagnetic waves in the dielectric region lead to areas on the flat side where the field strength of the electromagnetic waves disappears. At or close to these / these points of the flat side of the object detector would therefore be hardly sensitive. By contrast, the electromagnetic waves can be efficiently removed from the dielectric region by means of the absorber material so that standing electromagnetic waves can not form. The sensitivity of the object detector is thus significantly improved in this development. The object detector according to the invention is preferred
Wellenquelle als Mikrowellenquelle und somit zur Speisung des dielektrischen Bereichs mit Mikrowellen ausgebildet. Wave source as a microwave source and thus formed for feeding the dielectric region with microwaves.
Geeigneterweise umfasst die Mikrowellenquelle einen Mikrowel¬ lensender, welcher mit einer Einkopplung verbunden ist, die ausgebildet ist, die vom Mikrowellensender abgestrahlten Mikrowellen in den dielektrischen Bereich einzukoppeln, insbesondere mittels einer Hohlleiterspeisung und/oder mittels Koppelstiften und/oder mittels Schlitzkopplungen. Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor der Körper ein Flachteil, insbesondere eine Platte, oder weist ein Flachteil, insbesondere eine Platte, auf. Besonders bevorzugt weist der dielektrische Bereich die Form eines Flachteils, insbesondere einer Platte auf. Strukturen, die in ihrer Handhabung herkömmlichen Touchscreens ähneln, können so leicht realisiert werden. Zugleich ist der Objektdetektor wie zuvor bereits erläutert auch in dieser Weiterbildung der Erfindung in der Größe vorteilhaft äußerst frei skalierbar. In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Objektdetektors weist der Körper eine Schichtstruktur auf, ins¬ besondere mit einer dielektrischen Schicht mit der Flachsei- te . Zweckmäßigerweise sind Materialien, Dicken und Abfolgen der Schichten der Schichtstruktur derart gewählt, dass eine Führung der elektromagnetischen Wellen, insbesondere eine Führung von Mikrowellen, innerhalb des Körpers optimiert ist. Geeigneterweise weist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor die Schichtstruktur eine metallische Schicht auf, die der Flachseite abgewandt angeordnet ist. Beispielsweise lässt sich so die Dicke des dielektrischen Bereichs um die Hälfte reduzieren, indem dieser an die metallische Schicht angebun- den ist. Auf diese Weise lässt sich wie an sich bekannt die dielektrische Schicht mittels der metallischen Schicht als „mirror dielectric waveguide" ausbilden. Suitably, the microwave source comprises a micro wave ¬ lens forming, which is connected to a coupling which is designed to couple the radiated from the microwave transmitter microwave in the dielectric region, in particular by means of a waveguide feed and / or by means of coupling pins and / or by means of slot couplings. Expediently, in the case of the object detector according to the invention, the body is a flat part, in particular a plate, or has a flat part, in particular a plate. Particularly preferably, the dielectric region has the shape of a flat part, in particular a plate. Structures similar in their handling to conventional touchscreens can thus be easily realized. At the same time, as already explained above, the object detector is advantageously also extremely freely scalable in terms of size in this development of the invention. In a preferred embodiment of the object detector according to the invention, the body has a layered structure into te ¬ particular with a dielectric layer with the Flachsei-. Appropriately, materials, thicknesses and sequences of the layers of the layer structure are selected such that a guidance of the electromagnetic waves, in particular a guidance of microwaves, is optimized within the body. Suitably, in the object detector according to the invention, the layer structure has a metallic layer, which is arranged facing away from the flat side. For example, the thickness of the dielectric region can be reduced by half by being connected to the metallic layer. In this way, as known per se, the dielectric layer can be formed by means of the metallic layer as "mirror dielectric waveguide".
Geeigneterweise weist die Schichtstruktur der Flachseite ab- gewandt eine Schicht auf, die mit einem Metamaterial gebildet ist. Insbesondere kann das Metamaterial metallisch ausgebil¬ det sein, wobei dieses Metamaterial eine Massefläche bildet, die in an sich bekannter Weise zur Vermeidung sich ausbildender Wirbelströme räumlich strukturiert ist. Conveniently, the layer structure of the flat side has a layer formed with a metamaterial. In particular, the metamaterial may be metallic ausgebil ¬ det, said metamaterial is a ground plane, which in known manner is to avoid forming Direction eddy currents is spatially structured.
Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor der Körper als Flachteil mit Schmalseiten ausgebildet, wobei die Erfassungseinrichtung/en an oder entlang zumindest einer, vorzugsweise sämtlicher, der Schmalseiten angeordnet ist oder sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Körper um eine Platte, welche Schmalseiten in der Art von Kanten aufweist. Die Erfassungseinrichtung/en ist/sind dann an einer, mehreren oder sämtlichen Kanten angeordnet. Expediently, in the case of the object detector according to the invention, the body is designed as a flat part with narrow sides, wherein the detection device (s) is or are arranged on or along at least one, preferably all, of the narrow sides. Particularly preferably, the body is a plate which has narrow sides in the manner of edges. The detection device (s) is / are then arranged on one, several or all edges.
Geeigneterweise handelt es sich bei der oder den Erfassungs- einrichtung/en um Mikrowellenempfänger. Suitably, the detection device (s) are microwave receivers.
Zweckmäßig ist oder sind die Erfassungseinrichtung/en zur Erfassung einer Feldstärke und/oder einer Energie und/oder ei- ner Leistung und/oder einer Intensität und/oder einer Amplitude und/oder Phase empfangener elektromagnetischer Wellen, insbesondere empfangener Mikrowellen, oder einer oder mehrerer Größen, welche von den vorgenannten Größen abhängigen, ausgebildet. The detection device (s) for detecting a field strength and / or energy and / or ner power and / or an intensity and / or amplitude and / or phase of received electromagnetic waves, in particular received microwaves, or one or more sizes, which are dependent on the aforementioned sizes formed.
Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor der dielektrische Bereich mit einer Dielektrizitätszahl von mindestens 1,5 und/oder höchstens von 10 gebildet. Insbesondere ist der dielektrische Bereich mit einer Dielektrizitätszahl von mindestens 2 und/oder höchstens 5, vorzugsweise höchstens 3, gebildet. In the case of the object detector according to the invention, the dielectric region is preferably formed with a dielectric constant of at least 1.5 and / or not more than 10. In particular, the dielectric region is formed with a dielectric constant of at least 2 and / or at most 5, preferably at most 3.
Vorzugsweise ist der dielektrische Bereich mit oder aus Preferably, the dielectric region is with or out
Kunststoff gebildet. In einer ebenfalls bevorzugten Weiter¬ bildung der Erfindung ist der dielektrische Bereich mit oder aus Keramik gebildet. Besonders bevorzugt ist der dielektri¬ sche Bereich mit oder aus einem Kunststoff-Keramik-Komposit gebildet . Plastic formed. In a likewise preferred Next ¬ development of the invention, the dielectric region is formed with or of ceramic. More preferably, the dielektri ¬ specific area is formed with or of a plastic-ceramic composite.
Zweckmäßig ist der dielektrische Bereich mit Suitably, the dielectric region with
Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt ist der dielektrische Be¬ reich mit hochdichtem Polyethylen (high-density Polyethylene, HD-PE) gebildet. Polytetrafluoroethylene (PTFE) formed. Alternatively or in addition, and also preferably, the dielectric loading is rich ¬ formed with high density polyethylene (high-density polyethylene, HDPE).
Besonders bevorzugt ist der dielektrische Bereich aus The dielectric region is particularly preferred
Polytetrafluorethylen oder hochdichtem Polyethylen gebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts wird ein erfindungsge¬ mäßer Objektdetektor wie zuvor beschrieben herangezogen. Dabei werden mittels der Wellenquelle elektromagnetische Wellen in den dielektrischen Bereich gespeist, mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung wird zumindest eine von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Bereich abhängende Größe erfasst und mittels der Auswerteein¬ richtung in Abhängigkeit von dieser zumindest einen Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zumindest entlang der Flachseite, des Objekts an und/oder nah der Flachseite ge¬ schlossen. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines metallischen Objekts durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur De¬ tektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts durchgeführt, welches eine größere oder gleich große Polytetrafluoroethylene or high density polyethylene formed. In the inventive method for the detection, in particular for local detection of an object a erfindungsge ¬ rectly object detector is used as described above. In this case, electromagnetic waves in the dielectric region are fed by means of the wave source by means of the at least one detecting means detects at least a depending on the propagation of electromagnetic waves in dielectric region size and by means of the Auswerteein ¬ direction in response to said at least one size a presence and / or the position, at least along the flat side of the object and / or close to the flat side ge ¬ closed. Preferably, the inventive method for detection, in particular for location detection, a metallic object is performed. Alternatively or additionally, and preferably also the inventive method for De ¬ tektion, in particular for local detection of an object is performed, which has a larger or equal
Dielektrizitätszahl aufweist verglichen mit der Dielectric constant compared with the
Dielektrizitätszahl des dielektrischen Bereichs des Körpers. Dielectric constant of the dielectric region of the body.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest der dielektrische Bereich des Körpers mittels zumindest eines Kopplers und/oder mittels zumindest einer Hohlleiter- Speisung und/oder mittels Koppelstiften und/oder mittels Schlitzkopplungen gespeist. In the method according to the invention, at least the dielectric region of the body is preferably fed by means of at least one coupler and / or by means of at least one waveguide feed and / or by means of coupling pins and / or by slot couplings.
Geeigneterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine Laufzeit eines Signals der elektromagnetischen Wellen zum Objekt und/oder vom Objekt zur zumindest einen Erfassungseinrichtung bestimmt, wobei mittels der Auswerteeinrichtung die Laufzeit zur Bestimmung der Position des Objekts herangezogen wird. Zweckmäßigerweise ist ein solches Signal mittels eines Wellenpulses, insbesondere eines Mikrowellen- pulses, realisiert. Suitably, in the method according to the invention, at least one transit time of a signal of the electromagnetic waves to the object and / or from the object to the at least one detection device is determined, wherein the transit time is used to determine the position of the object by means of the evaluation device. Expediently, such a signal is realized by means of a wave pulse, in particular a microwave pulse.
Zweckmäßig wird der dielektrische Bereich im Dauerstrichbe¬ trieb (CW = continuous wave) oder FMCW-Betrieb oder pulsartig gespeist . Advantageously, the dielectric region in Dauerstrichbe ¬ drive (CW = continuous wave) or FMCW mode or in a pulsed manner is fed.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei¬ gen : einen erfindungsgemäßen Objektdetektor zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens Schema tisch in einer perspektivischen Darstellung, Figur 2 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit¬ punkt des sich innerhalb eines dielektrischen Kör¬ pers des Objektdetektors gemäß Figur 1 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Längsschnitt, The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. FIG. 1 shows an object detector according to the invention for carrying out a method according to the invention, a schematic diagram in a perspective illustration, FIG. 2 shows a field distribution image at a certain time point of the ¬ within a dielectric Kör ¬ pers forming the object detector according to Figure 1 the microwave field schematically in longitudinal section,
Figur 3 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit¬ punkt des sich innerhalb eines dielektrischen Kör¬ pers des Objektdetektors gemäß Figur 1 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Querschnitt, 3 shows a field distribution image at a certain time point of the ¬ within a dielectric Kör ¬ pers forming the object detector according to Figure 1 the microwave field schematically in cross-section,
Figur 4 den erfindungsgemäßen Objektdetektor gemäß Fig. 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung bei auf dem dielektrischen Körper angeordnetem metallischem Objekt, FIG. 4 shows the object detector according to the invention according to FIG. 1 schematically in a perspective view when the metallic object is arranged on the dielectric body,
Figur 5 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit¬ punkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß Figur 1 in der Situation gem. Fig. 4 ausbildenden Mikrowellenfeldes schema- tisch im Längsschnitt, Figure 5 at a certain time point of the ¬ according to a field distribution image within the dielectric body of the object detector according to figure 1 in the situation. Fig. 4 forming microwave field schematically in longitudinal section,
Figur 6 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit¬ punkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß Figur 1 in der Situation gem. Fig. 4 ausbildenden Mikrowellenfeldes schema¬ tisch im Querschnitt, Figure 6 at a specific time point of the ¬ according to a field distribution image within the dielectric body of the object detector according to figure 1 in the situation. 4 forming microwave field schematic ¬ table in cross section,
Figur 7 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit¬ punkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß Figur 1 ausbildenden Mik¬ rowellenfeldes schematisch im Längsschnitt bei auf dem dielektrischen Körper angeordnetem dielektrischem Objekt, sowie Figur 8 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit¬ punkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß Figur 1 in der Situation gem. Fig. 7 ausbildenden Mikrowellenfeldes schema¬ tisch im Querschnitt. 7 shows a field distribution image at a certain time ¬ point of forming inside the dielectric body of the object detector according to Figure 1 Mik ¬ rowellenfeldes schematically in longitudinal section at on the dielectric body arranged dielectric object, and FIG 8 is a field distribution image at a certain time ¬ point of the to within the dielectric body of the object detector according to FIG. 1 in the situation gem. Fig. 7 forming microwave field schematic ¬ table in cross section.
Der in Figur 1 dargestellte Objektdetektor 5 weist einen die- lektrischen Körper in Gestalt einer dielektrischen Platte 10 mit zwei Flachseiten 15, 20 auf, welche durch vier Schmalsei¬ ten 25, 30, 35, 40 der Platte 10 begrenzt sind. Die Platte 10 ist als flacher Quader ausgebildet. In Figur 1 (nicht expli¬ zit dargestellt) ist die Platte 10 von Absorbermaterial, wel- ches Mikrowellen absorbiert, umgeben. Wie in Figur 2 dargestellt strahlt der Mikrowellensender 50 Mikrowellen 55 ab, die sich entlang der Flachseiten 15, 20 ausbreiten. Infolge der Umgebung der Platte 10 mit Absorbermaterial bilden sich in der Platte 10 keine stehenden Wellen aus. The object detector 5 illustrated in Figure 1 comprises a dielectric body in the form of a dielectric plate 10 with two flat sides 15, 20 which are defined by four Schmalsei ¬ th 25, 30, 35, 40 of the plate 10 degrees. The plate 10 is formed as a flat cuboid. In Figure 1 (not shown expli ¬ cit), the plate 10 of absorber material absorbs microwaves WEL ches surrounded. As shown in FIG. 2, the microwave transmitter 50 emits microwaves 55 which propagate along the flat sides 15, 20. Due to the environment of the plate 10 with absorber material form in the plate 10 no standing waves.
Wird, wie in Figur 4 dargestellt, ein metallisches Objekt 60 auf die Flachseite 20 der Platte 10 aufgelegt, so ändert sich das Ausbreitungsverhalten der Mikrowellen 55 innerhalb der Platte 10 (siehe Figur 5) . Das metallische Objekt 60 bündelt gewissermaßen an ihm entlang propagierende Mikrowellen 55 (Figuren 5 und 6) und verändert die weitere räumliche Aus¬ breitung der Mikrowellen 55. If, as shown in FIG. 4, a metallic object 60 is placed on the flat side 20 of the plate 10, the propagation behavior of the microwaves 55 within the plate 10 changes (see FIG. 5). The metallic object 60 bundles in a sense along it propagating microwaves 55 (Figures 5 and 6) and changes the other spatial propagation of the microwaves from ¬ 55th
Wird das metallische Objekt 60 durch ein dielektrisches Ob- jekt 65 ersetzt (Figuren 7 und 8), wobei die If the metallic object 60 is replaced by a dielectric object 65 (FIGS. 7 and 8), the
Dielektrizitätszahl des dielektrischen Objekts 65 höher als diejenige des dielektrischen Materials der Platte 10 ist, so bildet das dielektrische Objekt 65 gewissermaßen eine Mikro¬ wellensenke aus, welche sich innerhalb der Platte 10 ausbrei- tende Mikrowellen 55 effizient aus der Platte 10 auskoppelt. Dielectric constant of the dielectric object 65 is higher than that of the dielectric material of the plate 10, the dielectric object 65 so to speak forms a micro ¬ wellensenke, which decouples within the plate 10 extending microwave 55 efficiently from the plate 10.
Entlang der Schmalseiten sind Mikrowellenempfänger (nicht explizit dargestellt) angeordnet, welche die zuvor erläuterten Modifikationen des zuvor erläuterten Mikrowellenfeldes detek- tieren. Die Mikrowellenempfänger sind mit einer Auswerteeinrichtung signalverbunden, welche Detektionssignale von den Mikrowellenempfängern erhält. Die dielektrische Platte 10 erlaubt entlang der Flachseiten 15, 20 einen nur unvollständigen Einfluss der Mikrowellen innerhalb der Platte 10. An den Flachseiten 15, 20 bildet sich ein evaneszentes Feld aus, welches durch dielektrische oder metallische Objekte 65, 60 auf der Platte 10 wie zuvor erläu¬ tert, modifiziert wird. Aus der daraus resultierenden geän¬ derten Ausbreitung des Mikrowellenfeldes innerhalb der Platte 10 und der dadurch geänderten Detektionssignale der Mikrowel¬ lenempfänger lässt sich daher mittels der Auswerteeinrichtung sowohl auf die Anwesenheit als auch auf die Position jeweils des metallischen Objekts 60 oder des dielektrischen Objekts 65 rückschließen . Along the narrow sides microwave receivers (not explicitly shown) are arranged, which detect the above-mentioned modifications of the previously explained microwave field. The microwave receivers are signal-connected to an evaluation device, which receives detection signals from the microwave receivers. The dielectric plate 10 allows along the flat sides 15, 20 an incomplete influence of the microwaves within the plate 10. On the flat sides 15, 20 forms an evanescent field formed by dielectric or metallic objects 65, 60 on the plate 10 as before erläu tert ¬ is modified. From the resulting geän ¬ derten propagation of the microwave field within the plate 10 and the respective changes in detection signals of the micro wave ¬ lenempfänger therefore can infer both the presence and the position of each of the metallic object 60 or the dielectric object 65 by means of the evaluation device.
Die dielektrische Platte 10 besteht im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel aus Kunststoff, beispielsweise mit einer Die¬ lektrizitätskonstante von 2,3. In nicht eigens dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen kann die Platte 10 aus einem anderen Dielektrikum, etwa einem anderen Kunststoff, einer Keramik oder einem Keramik-Kunststoff-Komposit bestehen. Bei- spielsweise besteht die dielektrische Platte 10 aus The dielectric board 10 is in the illustrated exemplary embodiment made of plastic, for example with a ¬ The lektrizitätskonstante of 2.3. In not specifically illustrated further embodiments, the plate 10 may be made of a different dielectric, such as another plastic, a ceramic or a ceramic-plastic composite. For example, the dielectric plate 10 is made
Polytetrafluorethylen oder aus hochdichtem Polyethylen. Die Ortsdetektion wie zuvor beschrieben wird mittels Laufzeitenmessungen ergänzt, wie sie an sich aus der Radartechnik bekannt sind. Dazu werden innerhalb der Platte 10 gestreute Signale der elektromagnetischen Wellen 55 herangezogen. Auch mittels dieser herangezogenen Laufzeiten kann eine Ortsbestimmung des metallischen Objekts 60 oder des dielektrischen Objekts 65 erfolgen. In nicht eigens dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen kann auf die in Fig. 1 nach unten weisende Flachseite 15 der dielektrischen Platte 10 eine metallische Schicht aufgetragen sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist so die Dicke der die¬ lektrischen Platte 10 reduziert, welche gemeinsam mit der me- tallischen Schicht einen „mirror dielectric waveguide" aus¬ bildet . In diesem letztgenannten Ausführungsbeispiel ist die metalli¬ sche Schicht als metallisches Metamaterial ausgebildet. Die metallische Schicht bildet eine Massefläche aus, die in an sich bekannter Weise zur Vermeidung sich ausbildender Wirbel- ströme räumlich strukturiert ist. Polytetrafluoroethylene or high density polyethylene. The location detection as described above is supplemented by means of transit time measurements, as they are known per se from radar technology. For this purpose, 10 scattered signals of the electromagnetic waves 55 are used within the plate. It is also possible to determine the position of the metallic object 60 or of the dielectric object 65 by means of these propagation times used. In not specifically illustrated further embodiments may be applied to the in Fig. 1 downwardly facing flat side 15 of the dielectric plate 10, a metallic layer. In this embodiment, the thickness of the ¬ lectric plate 10 is reduced, which together with the metallic layer a "mirror dielectric waveguide" ¬ forms. In this latter embodiment, the metalli ¬ cal layer is formed as a metallic metamaterial. The metallic layer forms a ground surface, which is spatially structured in a manner known per se in order to avoid eddy currents which form.

Claims

Patentansprüche claims
1. Objektdetektor (5), mit einem Körper mit mindestens einem dielektrischen Bereich (10) mit einer sich flächig erstre- ckenden Flachseite (20), mit zumindest einer den dielektri¬ schen Bereich (10) mit elektromagnetischen Wellen (55) speisenden Wellenquelle (50), sowie mit zumindest einer Erfas¬ sungseinrichtung zur Erfassung zumindest einer von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Be- reich (10) abhängenden Größe und mit einer Auswerteeinrichtung, welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dieser zu¬ mindest einen Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Positi¬ on, zumindest entlang der Flachseite, eines Objekts an und/oder nah der Flachseite (20) zu schließen. 1. object detector (5), comprising a body with at least one dielectric region (10) having a surface erstre--bridging flat side (20), with at least one of the dielektri ¬'s region (10) with electromagnetic waves (55) feeding wave source ( 50), as well as depend ligands having at least one Erfas ¬ sungseinrichtung for detecting at least one range (from the propagation of electromagnetic waves in the dielectric loading 10) in size and having an evaluation device which is designed, in response to this to ¬ least a size to a Presence and / or positi ¬ on, at least along the flat side of an object and / or close to the flat side (20).
2. Objektdetektor (5) nach Anspruch 1, bei welchem der dielektrische Bereich (10), zumindest teilweise, von einem 2. An object detector (5) according to claim 1, wherein the dielectric region (10), at least partially, of a
Absorbermaterial umgeben ist. Absorber material is surrounded.
3. Objektdetektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Körper und/oder zumindest der dielektrische Bereich (10) des Körpers ein Flachteil, insbesondere ei¬ ne Platte, aufweist oder ist. 3. object detector (5) according to any one of the preceding claims, wherein the body and / or at least the dielectric region (10) of the body has a flat part, in particular ei ¬ ne plate, or is.
4. Objektdetektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Körper eine Schichtstruktur aufweist, insbesondere mit einer dielektrischen Schicht mit der Flachseite (20) . 4. object detector (5) according to any one of the preceding claims, wherein the body has a layer structure, in particular with a dielectric layer with the flat side (20).
5. Objektdetektor (5) einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schichtstruktur der Flachseite (20) abgewandt ei¬ ne metallische Schicht aufweist. 5. object detector (5) one of the preceding claims, wherein the layer structure of the flat side (20) facing away ei ¬ ne metallic layer.
6. Objektdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schichtstruktur der Flachseite (20) abgewandt eine Schicht, gebildet mit einem Metamaterial , aufweist. 6. Object detector according to one of the preceding claims, wherein the layer structure of the flat side (20) facing away from a layer formed with a metamaterial has.
7. Objektdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Körper als Flachteil mit Schmalseiten (25, 30, 35, 40) ausgebildet ist und das/die Erfassungsmittel an oder entlang zumindest einer vorzugsweise sämtlicher Schmal- Seiten (25, 30, 35, 40) angeordnet sind. 7. Object detector according to one of the preceding claims, wherein the body is designed as a flat part with narrow sides (25, 30, 35, 40) and the / the detection means on or along at least one preferably all narrow sides (25, 30, 35, 40) are arranged.
8. Objektdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Laufzeit eines Signals der elektromagnetischen Wellen (55) ausge- bildet ist und die Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Position, zumindest entlang der Flachseite, eines Objekts (60; 65) aus der erfassten Laufzeit ausgebildet ist. 8. Object detector according to one of the preceding claims, wherein the detection means for detecting the transit time of a signal of the electromagnetic waves (55) is formed and the evaluation device for determining the position, at least along the flat side of an object (60; the recorded term is formed.
9. Verfahren zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts (60; 65), bei welchem ein Objektdetektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche herangezogen wird, wobei mittels der Wellenquelle (50) elektromagnetische Wellen (55) in den dielektrischen Bereich (10) gespeist werden, mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung zumindest eine von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen (55) im dielektrischen Bereich (10) abhängende Größe erfasst wird und wobei mittels der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dieser Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zu¬ mindest entlang der Flachseite, des Objekts (60; 65) an und/oder nah der Flachseite (20) geschlossen wird. 9. A method for detecting, in particular for location detection, an object (60; 65) in which an object detector (5) according to one of the preceding claims is used, wherein by means of the wave source (50) electromagnetic waves (55) in the dielectric region ( 10), by means of which at least one detection device detects at least one of the propagation of the electromagnetic waves (55) in the dielectric region (10) dependent variable and wherein by means of the evaluation device in dependence on this size on a presence and / or position, for ¬ at least along the flat side of the object (60; 65) and / or close to the flat side (20) is closed.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, welches zur Ortsdetektion eines metallischen Objekts (60) durchgeführt wird . 10. The method according to the preceding claim, which is carried out for the location detection of a metallic object (60).
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zur Ortsdetektion eines Objekts (65), welches, vergli¬ chen mit der Dielektrizitätszahl des dielektrischen Bereichs (10) des Körpers, eine größere oder gleich große 11. The method according to any one of the preceding claims, which for locating an object (65), which, vergli ¬ chen with the dielectric constant of the dielectric region (10) of the body, a larger or equal
Dielektrizitätszahl aufweist, herangezogen wird. Dielectric constant, is used.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest eine Laufzeit eines Signals der elektromag- netischen Wellen (55) zum Objekt (60; 65) und/oder vom Objekt (60; 65) zu der zumindest einen Erfassungseinrichtung bestimmt wird, wobei mittels der Auswerteeinrichtung die Lauf¬ zeit zur Bestimmung der Position des Objekts (60; 65) heran- gezogen wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least one transit time of a signal of the electromag- netic waves (55) to the object (60; 65) and / or from the object (60; 65) to the at least one detection device is determined, wherein by means of the evaluation device the running time ¬ for determining the position of the object (60; 65) zoom - being pulled.
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