WO2022022904A1 - Detektorsystem - Google Patents

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WO2022022904A1
WO2022022904A1 PCT/EP2021/067332 EP2021067332W WO2022022904A1 WO 2022022904 A1 WO2022022904 A1 WO 2022022904A1 EP 2021067332 W EP2021067332 W EP 2021067332W WO 2022022904 A1 WO2022022904 A1 WO 2022022904A1
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WO
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base body
area
decoupling
detector system
section
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/067332
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin THOM
Marc Junghans
Roman KLEINDIENST
Mirko Riethmüller
Original Assignee
Carl Zeiss Jena Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
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    • G06F2203/04101—2.5D-digitiser, i.e. digitiser detecting the X/Y position of the input means, finger or stylus, also when it does not touch, but is proximate to the digitiser's interaction surface and also measures the distance of the input means within a short range in the Z direction, possibly with a separate measurement setup
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    • G06F2203/04108—Touchless 2D- digitiser, i.e. digitiser detecting the X/Y position of the input means, finger or stylus, also when it does not touch, but is proximate to the digitiser's interaction surface without distance measurement in the Z direction

Definitions

  • the present invention relates to a detector system for a display device, the detector system providing a contactless input interface.
  • display devices are often provided in such a way that inputs can be made via their surface.
  • This functionality is generally known as a "touch screen” and is used to improve the usability of the display device.
  • additional human-machine interfaces HMI
  • Touchscreen technology is now widespread and is installed, for example, in laptops, point of sale systems, smartphones or multifunction displays in vehicles.
  • inductive touchscreens In the case of inductive touchscreens, they are usually operated using a pen with a coil integrated into its head. A network of conductive paths on the display induces current in the coil of the pen. The pen emits a signal that detects the exact position. The pen does not have to touch the surface of the touchscreen itself.
  • capacitive touchscreens With capacitive touchscreens, the display can be operated with all conductive objects. Such capacitive touchscreens are currently installed in almost all new smartphones. With such capacitive touchscreens, a grid of conductor tracks is integrated into the glass layers. Touching the display surface changes the electric field. The point of contact can be deduced from changes in capacitance in the grid. Capacitive touchscreens are multi-touch capable. This means that more than one touch point can be detected and processed at the same time.
  • a trend towards augmented reality can still be seen in graphic applications. This means in particular the computer-assisted expansion of the perception of reality.
  • a visual display of information e.g. image content, virtual objects
  • overlays and/or overlays into the real picture Efforts are currently being made to develop operating concepts for augmented reality solutions.
  • the control/input is currently based on three main approaches.
  • Gesture recognition can be carried out in this way.
  • systems with external sensors are used to recognize human gestures and to be able to interpret them with the aid of computers.
  • the most commonly used methods are camera-based gesture recognition, ultrasound-based gesture recognition, LIDAR (Light Detection and Ranging) and RADAR (Radio Detection and Ranging).
  • Camera-based gesture recognition uses one or more cameras to capture images of the gestures. These are then compared and interpreted using software (descriptor) with a database. These cameras can work with different technologies, such as time-of-flight, structured light or stereoscopy.
  • a microchip With ultrasound-based gesture recognition, a microchip generates high-frequency sound waves, which are reflected by an object. The reflected waves can then be captured by the chip again. The position and direction of movement can be detected via transit time, phase and/or frequency shift.
  • distances are measured by measuring the propagation times of emitted light signals.
  • distance and direction are determined based on the measurement of the propagation time of electromagnetic waves emitted and reflected by the object.
  • HMI Human-Machine Interface
  • the ring with joystick "Loop" of the data glasses “Focals” can be given as an example.
  • the interface passes the commands entered by the user to the operating system for processing.
  • voice control can be performed.
  • voice commands are transmitted to a module that can record and interpret the spoken input.
  • the display gets dirty when you touch the display surface, which can impair functionality.
  • scratches can appear on the display surface cause operational disruptions.
  • the capacitive solution the input must come from a conductive object. This is cumbersome or impossible, for example, when wearing gloves. Liquids on the surface can also interfere with operating behavior.
  • the resistive solution the surface must be made of an elastic material (eg plastic), which means that the display is easily scratched.
  • the inductive solution requires its own HMI device (e.g. pen).
  • augmented reality control The problem with augmented reality control is that voice controls only work for the stored languages and are susceptible to interference from background noise. Input via an HMI requires an additional device, the HMI itself. Gesture recognition is only designed to be effective for certain lighting conditions and depends on the resolution of the camera and the computing power of the computer system.
  • the detector system according to the invention can have a waveguide, which has a transparent base body with a front side and a back side, a display device that represents a selection area in such a way that it can be perceived in a display area of the base body when viewing the front side, a sensor device that has one for the selection area having associated sensor section, and having a control device.
  • the base body can include a diffractive element in the display area and a decoupling area that is spaced apart from the display area and has an associated decoupling section for the selection area.
  • At least part of the radiation striking the diffractive element in the selection area via the front side can be deflected by means of the diffractive element in such a way that the deflected part, as coupled-in radiation in the base body, propagates through reflection (or through reflections) to the decoupling area and onto the associated decoupling section of the decoupling area, wherein the decoupling area decouples at least part of the coupled-in radiation impinging on it from the base body in such a way that it impinges on the associated sensor section of the sensor device, which continuously measures the intensity of the impinging radiation and feeds it to the control device.
  • the control device can determine the distance of an object from the front side of the base body.
  • the selection area can also be referred to as an operating or input area. Using this operating or input area, the distance of the object in front of the operating or input area and thus in front of the front side of the base body can be determined contactlessly in the manner described.
  • the display device may display a number of selection areas in such a way that they can be perceived in the display area of the base body when viewing the front side, and for the sensor device to have an associated sensor section for each selection area.
  • the detector system is then preferably also designed in such a way that at least part of the radiation striking the diffractive element in the display area via the front side is deflected by means of the diffractive element depending on the selection area in such a way that the deflected part is detected as coupled-in radiation in the base body by reflection (or Through reflections) propagated up to the decoupling area and impinges on the associated decoupling section of the decoupling area.
  • the decoupling region can decouple at least part of the coupled-in radiation impinging on it from the base body in such a way that the part decoupled by a decoupling section impinges on the associated sensor section of the sensor device, which continuously measures the intensity of the impinging radiation and feeds it to the control device.
  • the control device can determine whether the one selection area has been selected.
  • the distance to the front side (or to the selected selection area) can also be determined via the measured intensity.
  • the approach of an object (for example a finger or a hand) to the selection area can thus cause a change in the light intensity in this area.
  • the exact location of the input on the display device and/or the distance of the object from the front of the base body can be interpreted via the voltage change on the sensor.
  • both the diffractive element in the display area and the coupling-out section are designed as volume holograms embedded in the base body, which act as coupling-in and coupling-out gratings. Together with the base body, the holograms form a holographic waveguide.
  • Guidance within the base body is preferably effected by total internal reflection at the front and rear at a deflection angle determined by the volume hologram.
  • a contactless area sensor can be provided and the following new applications can be provided or improved, for example.
  • An integration of a visualization behind a pane e.g. shop window
  • a transparent, partially transparent or opaque display can be created and operated in which the content (selection area) is displayed in front of, in or behind the display level.
  • the display device can be spaced apart from or connected to the transparent base body. Furthermore, the base body can be integrated in the display device itself.
  • the display device can be designed as an active display device or as a passive display device.
  • the diffractive element in the display area can be buried in the transparent base body.
  • the diffractive element is preferably designed as a volume hologram.
  • the diffractive element can also be designed as a two-dimensional grating. It can be buried in the base body or formed on the front or on the back.
  • the diffractive element can also be a relief grating.
  • the decoupling area can have a diffractive element.
  • the diffractive element of the decoupling area can be developed in the same way as the diffractive element of the display area. Is particularly preferred it when a volume hologram is formed both in the display area and in the decoupling area.
  • the transparent base body is preferably designed as a plane-parallel plate and can be made of plastic or glass. However, it is also possible for the front side and/or the back side of the transparent base body to be curved. It is also possible for the front and rear sides to be planar, but not parallel to one another, so that the transparent base body has a wedge shape.
  • the decoupling region can be designed in such a way that it decouples the radiation via the front side, the rear side or the front side of the transparent base body.
  • the selection areas can be arranged next to one another (at a distance or directly adjacent) in a first direction. Furthermore, the selection areas can be arranged next to one another, directly adjacent to one another or at a distance from one another in a second direction, which is different from the first direction.
  • the lens function of the diffractive element can be designed in such a way that a separate lens function is provided for each selection area.
  • the focal points of these lens functions preferably lie in a focal plane that lies in front of the front in particular.
  • the lens function of the decoupling region can be designed in such a way that each decoupling section has a lens function.
  • the focal points of these provided lens functions preferably lie in the plane of the sensor device.
  • the illumination device can be designed in such a way that a diffractive element for decoupling illumination radiation is provided in the area of the selection areas.
  • the diffractive element in the area of at least one selection area and/or at least one decoupling section can have a wavelength-dependent imaging property with a longitudinal chromatic aberration. This means that the position of the focal points along the optical axis of the imaging property is different for different wavelengths.
  • the sensor device can measure the intensity of the incident beams as a function of the wave and the control device out, wherein the control device determines the distance of the object from the front side of the base body as a function of the measured wavelength-dependent intensity.
  • the detector system is designed in such a way that only distances greater than zero are measured or detected in order to enable contactless distance detection.
  • the control device can change the value of a measurement and/or output parameter or another parameter.
  • This can be, for example, the volume of a sound output, the brightness of a display, the sensitivity of a measured variable or something else.
  • the size of a value can advantageously be continuously adjusted or set, for example, in a simple manner.
  • Such an adjustment (preferably continuous adjustment) of a parameter can also be implemented by designing the several selection areas as different sizes of the parameter, so that the size adjustment is carried out in the manner of a slider by moving the object over the selection areas.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the detector system according to the invention
  • FIG. 2 shows a view of the front side 7 of the base body 6 of the detector system 1 in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a view of the sensor device 4 of the detector system of FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a view of the front side of a further base body 6 according to a further embodiment of the detector system 1 according to the invention
  • 5 shows a view of the front side 7 of a further embodiment of the base body 6 of a further detector system 1 according to the invention
  • Fig. 6 is a side view of the detector system 1 of Fig. 5; 7 shows a schematic illustration for explaining a further embodiment of the detector system 1 according to the invention;
  • FIG. 8 shows a schematic illustration for explaining a further embodiment of the detector system 1 according to the invention.
  • FIG. 9 shows a view of the front side 7 of a transparent base body 6 of a further embodiment of the detector system 1 according to the invention.
  • Fig. 10 is a side view of the detector system 1 of Fig. 9;
  • FIG. 11 shows a view of the front side 7 of the base body 6 of a further embodiment of the detector system 1 according to the invention.
  • FIG. 12 shows a view of the front side 7 of the base body 6 of a further embodiment of the detector system 1 according to the invention.
  • FIG. 13 shows a view of the front side 7 of the base body 6 of a further embodiment of the detector system 1 according to the invention
  • 14 shows a view of the front side 7 of the base body 6 of a further embodiment of the detector system 1 according to the invention
  • Fig. 15 is a side view of the detector system 1 of Fig. 14;
  • FIG. 16 shows a schematic representation of a further embodiment of the detector system according to the invention
  • FIG. 17 shows a schematic representation of a further embodiment of the detector system according to the invention.
  • the detector system 1 comprises a waveguide 2, a display device 3, a sensor device 4 and a control device 5.
  • the waveguide has a transparent base body 6 with a front side 7 and a back side 8 .
  • the base body 6 is designed as a plane-parallel plate, so that both the front side 7 and the rear side 8 are flat.
  • the base body 6 can be made of glass or plastic, for example.
  • the base body 6 comprises an incoupling region 9 and a decoupling region 10 spaced therefrom, with a volume hologram 11 , 12 being formed both in the incoupling region 9 and in the decoupling region 10 .
  • a radiation 13 which enters the transparent base body 6 via the front side 7 and impinges on the volume hologram 11 of the coupling region 9, is deflected by means of the volume hologram 11 such that the deflected part is guided as coupled-in radiation by reflections on the back 8 and front 7 up to the volume hologram 12 of the decoupling region 11 .
  • the reflections on the back 8 and the front 7 can be total internal reflections.
  • the front side 7 and the back side 8 it is also possible for the front side 7 and the back side 8 to have a partially reflective coating or a reflective coating at least in the area for guiding the coupled-in radiation.
  • At least part of the coupled-in radiation impinging on the volume hologram 12 of the decoupling region 10 is deflected by means of the volume hologram 12 such that this emerges from the transparent base body 6 via the rear side 8 and impinges on the sensor device 4 positioned behind the rear side 8 .
  • the display device 3 which can be an LCD display, for example, is also arranged behind the rear side 8 of the transparent base body 6.
  • the display device is designed and/or is controlled by the control device 5 in such a way that it displays a number of selection areas Ai, A2, A3, A4, As, Ab in the coupling area 9.
  • This is exemplified by the letters A, B, C, D, E and F in the view of the front side of the transparent base body in FIG.
  • Each of the letters represents a single selection area.
  • the square frame drawn around each letter may also be represented or may be omitted.
  • the representation is not limited to the letters shown. It can e.g. B. any image, symbols, numbers, multiple letters or text can be displayed.
  • the coupling-in area 9 can therefore also be referred to as a display area 9 of the base body 6 in which selectable selection areas are displayed in such a way that they can be perceived when looking at the front side 7 .
  • the volume hologram 11 of the coupling-in area 9 is designed in such a way that each selection area Ai-Ab is assigned a coupling-in section 9i, 92, 93, 94, 9s and 9b.
  • Each of these in-coupling sections 9i-9b is assigned an out-coupling section 10i, 102, 103, 104, 10s and 10e, on which the part of the coupled radiation hits that was deflected by the corresponding in-coupling section 9i-9b, as indicated by the dashed lines 13i, 132, 133, 134, 135 and 13b.
  • the sensor device 4 is designed as a line sensor with six sensor sections 4i, 42, 43, 44, 4s and 4b, each sensor section 4i-4b being assigned to one of the decoupling sections 10i-10b.
  • the radiation coupled out by the coupling-out section 10i thus impinges on the sensor section 4i.
  • the sensor device 4 continuously measures the intensity of the sensor sections 4i-46 and feeds these measurement results to the control device 5, which has a processor for carrying out the corresponding calculation and control.
  • the control device 5 can determine that the selection area with the letter A has been selected.
  • a non-contact area sensor is thus provided which can be used universally and has a low susceptibility to control even under different lighting conditions.
  • the transparent base body 6 can be spaced apart from the display device 3 (also called display device 3 below), as shown schematically in FIG. 1 .
  • the base body 6 it is also possible for the base body 6 to be connected to the display device 3 .
  • the display device 3 itself can be used as a transparent base body 6 .
  • the display device 3 can contain an optoelectronic element (for example an LCD element or an OLED element), which is embedded in the base body 6, as shown schematically in FIG.
  • the display devices 3 described so far can therefore also be referred to as active display devices 3 .
  • a holographic element 23 e.g. a holographic diffusing screen
  • Dynamic or static content can be displayed with the holographic element.
  • the illumination (or reconstruction of the hologram as part of the display device 3) can be implemented in various ways. Active lighting L1-L3 can thus be provided, with lighting L1 being arranged on the rear side 8, lighting L2 on the front side and lighting L3 on the front side 7. Of course, only one of the three lights L1-L3 is preferably provided.
  • the hologram can also be designed in such a way that the illumination is realized with sunlight (indicated by arrow L4).
  • the lighting L1 - L3 can be called active lighting and the lighting with sunlight can be called passive lighting.
  • the coupling-out sections 10i-10b and 1Cb-1012 are spaced apart from one another in the horizontal direction in order to achieve resolution in the vertical direction (direction of propagation) and to avoid disturbances of the sections of the volume hologram 11 of the coupling-in region 9 as far as possible. Therefore, the propagation angles to the coupling-out sections IO1-IO12 and thus to the sensor sections of the sensor device 4 are as different as possible from the coupling-in sections 9i-9b and the coupling-in sections 97-9i2.
  • the decoupling sections 10i-1012 and thus the sensor sections of the sensor device 4 are formed at different locations of the transparent base body 6.
  • this also applies to the sensor sections of the sensor device 4 .
  • the correct input value can then be reliably detected.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment in which the sensor device 4 has a 2D RGB sensor which is positioned behind the rear side 8, as shown in FIG.
  • the different selection areas in the horizontal direction are resolved via the propagation angle, as in the embodiment described in connection with FIG.
  • the different selection areas in the vertical direction are resolved via the wavelengths.
  • the volume hologram 11 of the coupling-in area 9 is manufactured in such a way that it bends the incident light according to the position in the horizontal and vertical directions in such a way that for each selection area (and thus for each coupling-in section 9i-9is) a correspondingly different Combination of propagation angle and wavelength arrives at the decoupling region 10 or the decoupling sections I O1-IO15 and thus at the sensor sections of the sensor device 4 .
  • the control device 5 can then interpret the corresponding values from the sensor device 4 .
  • an exposed lens function is used for input recognition, with this preferably in the volume hologram 12 of the Decoupling region 10 is integrated.
  • the selectivity of the object point can be adjusted via the exposure of the volume holograms by exposing a strong angle dependency into the volume hologram 12 of the decoupling region 10 .
  • a holographically exposed lens is integrated in each decoupling section 10i-1012, the effect of which is indicated in the schematic illustration in FIG.
  • the focal length of this exposed lens lies in a focal plane 17 in front of the front side 7 of the transparent base body 6 and defines the distance of the object 14 to be detected from the front side 7, in which the object 14 is ideally imaged on the sensor device 4.
  • FIG. 7 also shows the intensity distribution 18 schematically for each decoupling section I O1 -I O4 for the object 4 when positioned within the focal plane 17 (solid line) and when positioned in front of the focal plane 17 (dashed line).
  • Different contrast surfaces (spots) are thus created on the sensor device 4, which are assigned to the individual selection areas (coupling sections 9I-94). If an object 14 comes close to the focal plane 17, changes in intensity are registered on the sensor device 4. Thus, a spatial resolution of the input can be recognized.
  • a threshold value for the intensity in the focal point the input for an application can be carried out. As shown schematically in FIG. 7, the closer the object 14 is to the focal plane 17, the greater the light intensity or the contrast on the sensor device 4.
  • the aberrations increase with increasing distance of the object 14 from the respective optical axis OA1, OA2, OA3 and OA4.
  • the sensitive angle range 19 of the coupling section 9i is also shown in FIG.
  • This described change in contrast with the distance from the focal plane 17 can also be evaluated in such a way that the distance of the object 14 from the focal plane 17 (and thus also from the front side 7) is detected.
  • This change in the distance to the focal plane 17 (or to the front side 7) can be used as an input variable for setting a parameter, such as for controlling the volume of an audio output. For example, the volume can be increased if the object 14 is moved towards the focal plane 17 and the distance to the focal plane 17 is thus reduced.
  • Other parameters can also be controlled in this way, such as the brightness of the display in the display area or other display parameters.
  • the distance of the object 14 from the front side 7 can also be detected by spectral resolution.
  • both the volume hologram 11 of the coupling-in section 9i and the volume hologram 12 of the coupling-out section 10i are each designed with a lens function.
  • Focal plane of the volume hologram 11 for the coupling section 9i at different distances away from the front side 7 of the transparent base body 6.
  • the distance from blue to green to red and infrared (in particular NIR) decreases. If the in-coupling region 9 is actively illuminated and the wavelength of the illumination is known, the focal plane and thus the distance from the front side 7 of the transparent base body 8 are also known.
  • the lens function in the volume hologram 12 of the decoupling section 10i has the same spectral characteristics, so that the distance to the back 8 decreases from blue to green to red and infrared.
  • the sensor device 4 is designed as a spectrally selective sensor device 4 and can include an RGB sensor, for example.
  • the control device 5 can then recognize the selection of the corresponding coupling-in section 9i via the intensity values as a function of the corresponding wavelengths. Additionally or alternatively, the distance of the object 14 to the front side 7 can be detected, which in turn allows a parameter (such as the volume) to be controlled.
  • the holograms 11 and 12 have always been described as volume holograms.
  • different types of holograms can be used.
  • diffractive elements and in particular relief gratings can be used.
  • volume gratings and volume holograms there is the advantage of selectivity in terms of angle and wavelength.
  • the filter function means that stray light (radiation that is irrelevant to the function of the solution) cannot be coupled in and/or not forwarded to the sensor device 4 . This can contribute to higher precision and robustness.
  • the selection areas A-F can be found next to one another. Interference (e.g. from scattered light) can be reduced if each selection area has a different in-coupling grating and the propagation angles of adjacent selection areas are chosen to be as different as possible, as is shown schematically below for the selection areas of the letters A, B and C in Fig. 9 and 10.
  • FIG. 11 A further possibility for reducing interference is described in connection with FIG.
  • the object 14, with which the input is made is actively illuminated from the display level.
  • the reflected light can be caught and used to select the input. This reduces disruptions caused by possibly unwanted shading. It can also be used in the dark.
  • the active illumination can be implemented, for example, by an LED frame 20 around the coupling area 9 (FIG. 11).
  • a second hologram 21 around the coupling-in area 9 (Fig. 12) or under the volume hologram 11 of the coupling-in area 9 (Fig. 13) can also be used for this purpose, with the second hologram 21 being able to couple out white light, for example, which comes from a defined point 22 of the transparent base body 6 is coupled.
  • the transparent base body 6 itself can remain transparent.
  • the active illumination can also take place by illuminating the selection areas on the front side 7 from the base body 6 .
  • the source for the coupled-in light can be chosen to be locally different, as is shown schematically in FIG.
  • the volume hologram 11 for the coupling-in area 9 does not have to cover the entire area of the selection areas, but can also be very narrow, as indicated in FIG.
  • an in-coupling grating 11 exposed by a plane wave can be divided into a plurality of strips 111, 112, which can then be used for in-coupling the respective selection areas in the vertical direction.
  • the purpose of this is that after the beams have been coupled in, they do not hit another coupling grating 11 on their way to the coupling-out region 10, since they would otherwise interfere and thus cannot be resolved again at the sensor device 4.
  • the vertical height of the incoupling grating 11 may only be the same size as that of the sensor device 4 .
  • a lens function can be exposed in the outcoupling grating 12, which ensures that the radiation from the individual incoupling strips 111, 112 of the incoupling grating 11 is transmitted again as an overall image with the correct scaling via the outcoupling grating to the sensor device 4 meet (as shown schematically in Fig. 16).
  • the detector system 1 described here can lead to misinterpretations when evaluating the change in light intensity on the sensor device 4 .
  • control device 5 can compare light values of all selection areas with one another and define values that do not change over the runtime as static values. These values can be neglected when evaluating the changes in intensity. Thus, light values that do not belong to the application can be calculated out as background noise and the actual calculation of the change in intensity to identify an input becomes more reliable.
  • a further possibility of improving the robustness of the detector system 1 is to expose a lens function on the in-coupling grating and out-coupling grating. In this way, differences in intensity can be registered much better and incorrect interpretations in the input can be reduced.
  • the light can be guided from the in-coupling grating to the out-coupling grating in parallel or as a parallel bundle of rays. Less light is thus lost on the way to the sensor device 4 and stray light is reduced.
  • a specific light intensity change arrives at the outcoupling grating in a specific angular range (more light with active illumination; less light with passive illumination).
  • the volume hologram with lens function is only efficient for a range of angles.
  • a strong change in intensity arrives at the sensor device for the selection area on the sensor device. Neighboring selection areas achieve little or no intensity changes on the sensor device, since the angular range is not efficient for them.

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Abstract

Es wird ein Detektorsystem mit einem Wellenleiter (2), der einen transparenten Basiskörper (6) mit einer Vorderseite (7) und einer Rückseite (8) aufweist, einer Anzeigeeinrichtung (3), die einen Auswahlbereich (A1, A2, A3, A4, A5, A6) so darstellt, dass er in einem Anzeigebereich (9) des Basiskörpers (6) bei Betrachtung der Vorderseite (7) wahrnehmbar ist, einer Sensoreinrichtung (4), die für den Auswahlbereich (A1-A6) einen zugeordneten Sensorabschnitt (41-46) aufweist, und einer Steuereinrichtung (5) bereitgestellt, wobei der Basiskörper (6) ein diffraktives Element im Anzeigebereich (9) und einen vom Anzeigebereich (9) beabstandeten Auskoppelbereich (10), der für den Auswahlbereich (A1-A6) einen zugeordneten Auskoppelabschnitt (101-106) aufweist, umfasst, wobei von über die Vorderseite (7) auf das diffraktive Element (11) im Auswahlbereich (A1, A2, A3, A4, A5, A6) treffender Strahlung mindestens ein Teil mittels des diffraktiven Elements (11) so umgelenkt wird, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung im Basiskörper (6) durch Reflexion bis zum Auskoppelbereich (10) propagiert und auf den zugeordneten Auskoppelabschnitt (101-106) des Auskoppelbereichs (10) trifft, wobei der Auskoppelbereich (10) von der auf ihn treffenden eingekoppelten Strahlung mindestens einen Teil aus dem Basiskörper (6) so auskoppelt, dass er auf den zugeordneten Sensorabschnitt (41-46) der Sensoreinrichtung (4) trifft, der die Intensität der auftreffenden Strahlung laufend misst und der Steuereinrichtung (5) zuführt, wobei die Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit der gemessenen Intensität den Abstand des Objektes (14) von der Vorderseite (7) des Basiskörpers (6) bestimmt.

Description

Detektorsvstem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Detektorsystem für eine Anzeigevorrichtung, wobei das Detektorsystem eine berührungslose Eingabeschnittstelle bereitstellt.
Anzeigeeinrichtungen werden heutzutage häufig so bereitgestellt, dass über ihre Oberfläche Eingaben getätigt werden können. Diese Funktionalität ist allgemein als „Touchscreen“ bekannt und dient zur besseren Bedienbarkeit der Anzeigeeinrichtung. Des Weiteren kann auf zusätzliche Human-Machine-Interfaces (HMI), wie z.B. Maus oder Tastatur, verzichtet werden. Die Touchscreen-Technologie ist mittlerweile weit verbreitet und beispielsweise in Laptops, Point of Sale Systemen, Smartphones oder Multifunktionsdisplays von Fahrzeugen verbaut.
Es gibt derzeit drei übliche Lösungen für Touchscreens. So gibt es resistive Touchscreens, bei denen das Display auf Druck oder Widerstand reagiert. Der Druckpunkt wird durch eine Widerstandsmatrix aufgenommen, im Controller verarbeitet und vom Betriebssystem als Eingabe interpretiert.
Bei induktiven Touchscreens erfolgt die Bedienung meist mit einem Stift, an dessen Kopf eine Spule integriert ist. Durch ein Netz mit Leiterbahnen auf dem Display wird Strom in die Spule des Stiftes induziert. Der Stift sendet ein Signal aus, mit dem die genaue Position erkannt wird. Der Stift muss dafür selbst nicht die Oberfläche des Touchscreens berühren.
Bei kapazitiven Touchscreens kann das Display mit allen leitenden Gegenständen bedient werden. Solche kapazitiven Touchscreens werden derzeit in fast allen neuen Smartphones verbaut. Bei solchen kapazitiven Touchscreens ist in den Glasschichten ein Gitter aus Leiterbahnen integriert. Bei Berührung der Displayoberfläche verändert man das elektrische Feld. Über Kapazitätsänderungen im Gitter kann auf den Berührungspunkt geschlossen werden. Kapazitive Touchscreens sind multitouch-fähig. Das bedeutet, dass gleichzeitig mehr als ein Berührungspunkt erkannt und verarbeitet werden kann.
Bei graphischen Anwendungen ist weiterhin ein Trend in Richtung Augmented Reality (erweiterte Realität) zu erkennen. Hierunter versteht man insbesondere die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Dabei erfolgt eine visuelle Darstellung von Informationen (z.B. Bildinhalten, virtuelle Objekte) mittels Einblendung und/oder Überlagerung in das reale Bild. Es gibt derzeit Bemühungen nach Bedienkonzepten für Augmented Reality- Lösungen. Die Steuerung/Eingabe basiert aktuell auf drei wesentlichen Ansätzen.
So kann eine Gestenerkennung durchgeführt werden. Hierbei werden Systeme mit einer externen Sensorik eingesetzt, um menschliche Gesten zu erkennen und computergestützt interpretieren zu können. Die am häufigsten verwendeten Methoden sind kamerabasierte Gestenerkennung, ultraschallbasierte Gestenerkennung, LIDAR (Light Detection and Ranging) sowie RADAR (Radio Detection and Ranging).
Bei der kamerabasierten Gestenerkennung werden eine oder mehrere Kameras genutzt, um Bilder der Gesten aufzunehmen. Diese werden dann über eine Software (Deskriptor) mit einer Datenbank verglichen und interpretiert. Diese Kameras können mit verschiedenen Technologien funktionieren, wie z.B. Time-of-Flight, Structured Light oder Stereoskopie.
Bei der ultraschallbasierten Gestenerkennung werden durch einen Mikrochip hochfrequente Schallwellen erzeugt, welche durch ein Objekt reflektiert werden. Die reflektierten Wellen können anschließend wieder vom Chip eingefangen werden. Über Laufzeit, Phasen- und/oder Frequenzverschiebung kann die Position und Bewegungsrichtung erkannt werden.
Beim LIDAR-Verfahren werden über die Messung der Laufzeiten von ausgesendeten Lichtsignalen die Entfernungen gemessen. Beim RADAR-Verfahren wird basierend auf der Messung der Laufzeit von ausgesendete und am Objekt reflektierten elektromagnetischen Wellen eine Entfernungs- und Richtungsbestimmung durchgeführt.
Ferner ist eine weit verbreitete Methode, um graphische Augmented Reality-Lösungen zu steuern, die Verwendung eines HMI (Human-Machine Interface). Als Beispiel kann der Ring mit Joystick „Loop“ der Datenbrille „Focals“ angegeben werden. Die Schnittstelle gibt die durch den Benutzer eingegebenen Befehle an das Betriebssystem zur Verarbeitung weiter.
Ferner kann eine Sprachsteuerung durchgeführt werden. Hier werden Befehle per Stimme an ein Modul übermittelt, welches die sprachliche Eingabe aufnehmen und interpretieren kann.
Die oben genannten derzeitigen Bedienkonzepte weisen jedoch einige Nachteile auf.
Bei den Touchscreen-Technologielösungen verschmutzt des Display durch das Berühren der Displayoberfläche, wodurch es zur Beeinträchtigung der Funktionalität kommen kann. Besonders im öffentlichen Raum (z.B. im Restaurant) oder in medizinischen Einrichtungen besteht auch eine Hygieneproblematik. Ferner können Kratzer auf der Displayoberfläche Störungen bei der Bedienung hervorrufen. Bei der kapazitiven Lösung muss die Eingabe durch ein leitfähiges Objekt erfolgen. Dies ist z.B. beim Tragen von Handschuhen umständlich oder unmöglich. Auch können Flüssigkeiten auf der Oberfläche das Bedienverhalten stören. Bei der resistiven Lösung muss die Oberfläche aus elastischem Stoff (z.B. Kunststoff) bestehen, wodurch das Display leicht kratzanfällig ist. Bei der induktiven Lösung ist ein eigenes HMI-Gerät notwendig (z.B. Stift).
Bei der Augmented Reality Steuerung besteht die Problematik, dass Sprachsteuerungen nur für die hinterlegten Sprachen funktionieren und störanfällig bezüglich Hintergrundgeräuschen sind. Die Eingabe über ein HMI erfordert zwingend ein zusätzliches Gerät, das HMI selbst. Die Gestenerkennung ist nur für bestimmte Lichtverhältnisse effektiv ausgelegt und ist abhängig von der Auflösung der Kamera sowie der Rechenleistung des Computersystems.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Detektorsystem mit einer verbesserten Eingabeschnittstelle bereitzustellen. Die Erfindung wird durch das Detektorsystem gemäß Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Detektorsystem kann einen Wellenleiter, der einen transparenten Basiskörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite aufweist, eine Anzeigeeinrichtung, die einen Auswahlbereich so darstellt, dass er in einem Anzeigebereich des Basiskörpers bei Betrachtung der Vorderseite wahrnehmbar ist, eine Sensoreinrichtung, die für den Auswahlbereich einen zugeordneten Sensorabschnitt aufweist, und eine Steuereinrichtung aufweisen. Der Basiskörper kann ein diffraktives Element im Anzeigebereich und einen vom Anzeigebereich beabstandeten Auskoppelbereich, der für den Auswahlbereich einen zugeordneten Auskoppelabschnitt aufweist, umfassen. Von über die Vorderseite auf das diffraktive Element im Auswahlbereich treffender Strahlung kann mindestens ein Teil mittels des diffraktiven Elements so umgelenkt werden, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung im Basiskörper durch Reflexion (bzw. durch Reflexionen) bis zum Auskoppelbereich propagiert und auf den zugeordneten Auskoppelabschnitt des Auskoppelbereichs trifft, wobei der Auskoppelbereich von der auf ihn treffenden eingekoppelten Strahlung mindestens einen Teil aus dem Basiskörper so auskoppelt, dass er auf den zugeordneten Sensorabschnitt der Sensoreinrichtung trifft, der die Intensität der auftreffenden Strahlung laufend misst und der Steuereinrichtung zuführt. Die Steuereinrichtung kann in Abhängigkeit der gemessenen Intensität den Abstand eines Objektes von der Vorderseite des Basiskörpers bestimmen.
Somit ist es in einfacher Art und Weise möglich, kontaktlos den Abstand des Objektes von der Vorderseite des Basiskörpers zu ermitteln. Bei dem erfindungsgemäßen Detektorsystem kann genau ein Auswahlbereich vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Auswahlbereich auch als Bedien- oder Eingabebereich bezeichnet werden. Über diesen Bedien- bzw. Eingabebereich kann in der beschriebenen Art und Weise kontaktlos der Abstand des Objekts vor dem Bedien- bzw. Eingabebereich und somit vor der Vorderseite des Basiskörpers ermittelt werden.
Es ist ferner möglich, dass die Anzeigeeinrichtung mehrere Auswahlbereiche so darstellt, dass sie im Anzeigebereich des Basiskörpers bei Betrachtung der Vorderseite wahrnehmbar sind, und dass die Sensoreinrichtung für jeden Auswahlbereich einen zugeordneten Sensorabschnitt aufweist. Das Detektorsystem ist bevorzugt dann ferner so ausgebildet, dass von über die Vorderseite auf das diffraktive Element im Anzeigebereich treffender Strahlung mindestens ein Teil mittels des diffraktiven Elements in Abhängigkeit des Auswahlbereichs so umgelenkt wird, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung im Basiskörper durch Reflexion (bzw. durch Reflexionen) bis zum Auskoppelbereich propagiert und auf den zugeordneten Auskoppelabschnitt des Auskoppelbereichs trifft. Der Auskoppelbereich kann von der auf ihn treffenden eingekoppelten Strahlung mindestens einen Teil aus dem Basiskörper so auskoppeln, dass der von einem Auskoppelabschnitt ausgekoppelte Teil auf den zugeordneten Sensorabschnitt der Sensoreinrichtung trifft, der die Intensität der auftreffenden Strahlung laufend misst und der Steuereinrichtung zuführt. Die Steuereinrichtung kann in Abhängigkeit einer Intensitätsänderung, die durch Positionieren eines Objektes vor der Vorderseite des Basiskörpers und vor einem Auswahlbereich des Anzeigebereiches bedingt ist, bestimmen, ob der eine Auswahlbereich ausgewählt wurde.
Es ist somit eine Bestimmung eines von mehreren Auswahlbereichen möglich, wobei zusätzlich über die gemessene Intensität der Abstand zur Vorderseite (bzw. zum ausgewählten Auswahlbereich) bestimmt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann somit die Annäherung eines Objektes (beispielsweise eines Fingers oder einer Hand) an den Auswahlbereich eine Änderung der Lichtintensität in diesem Bereich bewirken. Damit wird eine Änderung der Lichtintensität auf dem zugeordneten Sensorabschnitt bewirkt. Über beispielsweise die Spannungsveränderung auf dem Sensor kann damit der genaue Ort der Eingabe auf der Anzeigeeinrichtung und/oder der Abstand des Objektes zur Vorderseite des Basiskörpers interpretiert werden. Vorteilhaft ist es, wenn sowohl das diffraktive Element im Anzeigebereich sowie der Auskoppelabschnitt als in den Basiskörper eingebettetes Volumenhologramm ausgebildet sind, die als Ein- und Auskoppelgitter wirken. Zusammen mit dem Basiskörper bilden die Hologramme einen holographischen Wellenleiter. Darin kann Licht einer bestimmten Wellenlänge bzw. spektralen Bandbreite oder Licht eines bestimmten Winkels bzw. Winkelbereiches vom Einkoppelgitter zum Auskoppelgitter geführt werden. Die Führung innerhalb des Basiskörpers erfolgt dabei bevorzugt durch innere Totalreflexion an Vorder- und Rückseite in einem vom Volumenhologramm bestimmten Ablenkwinkel.
Mit dem erfindungsgemäßen Detektorsystem kann ein berührungsloser Flächensensor bereitgestellt und können beispielsweise folgende neue Anwendungsfälle bereitgestellt oder verbessert werden. So ist eine Integration eine Visualisierung hinter einer Scheibe (z.B. Schaufenster) möglich, mit der auch aus kurzer Distanz interagiert werden kann. Es kann ein transparentes, teiltransparentes oder opakes Display erstellt und bedient werden, bei dem die Inhalte (Auswahlbereich) vor, in oder hinter der Displayebene angezeigt werden. Es wird eine Verbesserung der Eingabeerkennung und der Ergonomie verglichen zu anderen gestenerkennenden Kameralösungen erreicht.
Ferner ist eine Bedienung mit Hilfe von Objekten aller Art (leitfähig oder nicht leitfähig) möglich. Es besteht eine geringe Störanfälligkeit bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen und es ist keine Datenbank nötig, wie dies z.B. bei einer Spracheingabe der Fall ist. Auch besteht eine große Auswahlmöglichkeit für das Material des transparenten Basiskörpers. Es handelt sich um ein rein optisches System in der Fläche, so dass diverse Funktionsschichten (z.B. mit Lasergravuren, Drähte, usw.) in der Fläche nicht notwendig sind. Es findet auch keine Verschmutzung der Vorderseite des Basiskörpers durch die Bedienung statt, da es sich um eine berührungslöse Bedienung handelt.
Die Anzeigeeinrichtung kann von dem transparenten Basiskörper beabstandet sein oder mit diesem verbunden sein. Ferner kann der Basiskörper in der Anzeigeeinrichtung selbst integriert sein. Die Anzeigeeinrichtung kann als aktive Anzeigeeinrichtung oder als passive Anzeigeeinrichtung ausgebildet sein.
Das diffraktive Elemente im Anzeigebereich kann im transparenten Basiskörper vergraben ausgebildet sein. Bevorzugt ist das diffraktive Element als Volumenhologramm ausgebildet. Natürlich kann das diffraktive Element auch als zweidimensionales Gitter ausgebildet sein. Dabei kann es vergraben im Basiskörper sein oder an der Vorder- oder an der Rückseite ausgebildet sein. Das diffraktive Element kann auch ein Reliefgitter sein.
Gleiches gilt für den Auskoppelbereich. Der Auskoppelbereich kann ein diffraktives Element aufweisen. Das diffraktive Element des Auskoppelbereiches kann in gleicher Weise weitergebildet sein wie das diffraktive Element des Anzeigebereiches. Besonders bevorzugt ist es, wenn sowohl im Anzeigebereich als auch im Auskoppelbereich jeweils ein Volumenhologramm ausgebildet ist.
Der transparente Basiskörper ist bevorzugt als planparallele Platte ausgebildet und kann aus Kunststoff oder Glas hergestellt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Vorderseite und/oder die Rückseite des transparenten Basiskörpers gekrümmt ausgebildet ist. Ferner ist es möglich, dass die Vorder- und Rückseite plan ausgebildet sind, jedoch nicht parallel zueinander verlaufen, so dass der transparente Basiskörper eine Keilform aufweist.
Der Auskoppelbereich kann so ausgebildet sein, dass er die Strahlung über die Vorderseite, die Rückseite oder die Stirnseite des transparenten Basiskörpers auskoppelt.
Die Auswahlbereiche können in einer ersten Richtung nebeneinander (mit Abstand oder direkt benachbart) angeordnet sein. Des Weiteren können die Auswahlbereiche in einer zweiten Richtung, die verschieden zur ersten Richtung ist, nebeneinander, direkt benachbart oder voneinander beabstandet angeordnet sein.
Gleiches gilt für die Auskoppelabschnitte des Auskoppelbereiches.
Die Linsenfunktion des diffraktiven Elementes kann so ausgebildet sein, dass für jeden Auswahlbereich eine separate Linsenfunktion bereitgestellt ist. Die Brennpunkte dieser Linsenfunktionen liegen bevorzugt in einer Brennebene, die insbesondere vor der Vorderseite liegt.
Ferner kann die Linsenfunktion des Auskoppelbereiches so ausgestaltet sein, dass jeder Auskoppelabschnitt eine Linsenfunktion aufweist. Die Brennpunkte dieser bereitgestellten Linsenfunktionen liegen bevorzugt in der Ebene der Sensoreinrichtung.
Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass ein diffraktives Element zur Auskopplung von Beleuchtungsstrahlung im Bereich der Auswahlbereiche vorgesehen ist.
Das diffraktive Element im Bereich mindestens eines Auswahlbereiches und/oder mindestens ein Auskoppelabschnitt (bevorzugt der zugeordnete Auskoppelabschnitt) kann/können eine wellenlängenabhängige Abbildungseigenschaft mit einem Farblängsfehler aufweisen. Darunter wird verstanden, dass für verschiedene Wellenlängen die Lage der Brennpunkte entlang der optischen Achse der Abbildungseigenschaft unterschiedlich ist. Die Sensoreinrichtung kann die Intensität der auftreffenden Strahlen wellenabhängig messen und der Steuereinrichtung zuführen, wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit der gemessenen wellenlängenabhängigen Intensität den Abstand des Objekts von der Vorderseite des Basiskörpers bestimmt.
Das Detektorsystem ist insbesondere so ausgelegt, dass nur Abstände gemessen bzw. detektiert werden, die größer als Null sind, um eine berührungslose Abstandsdetektion zu ermöglichen.
Die Steuereinrichtung kann in Abhängigkeit des bestimmten Abstandes den Wert eines Mess- und/oder Ausgabeparameters oder eines sonstigen Parameters ändern. Dabei kann es sich z.B. um eine Lautstärke einer Tonausgabe, um die Helligkeit einer Darstellung, um die Empfindlichkeit einer Messgröße oder sonstiges handeln. Durch die Messung des Abstandes kann in vorteilhafter Weise in einfacher Art und Weise die Größe eines Wertes beispielsweise kontinuierlich verstellt bzw. eingestellt werden.
Eine solche Verstellung (bevorzugt kontinuierliche Verstellung) eines Parameters ist auch dadurch realisierbar, dass die mehreren Auswahlbereiche als unterschiedliche Größen des Parameters ausgelegt werden, so dass in Art eines Schiebereglers durch eine Bewegung des Objektes über die Auswahlbereiche die Größeneinstellung durchgeführt wird.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems;
Fig. 2 eine Ansicht auf die Vorderseite 7 des Basiskörpers 6 des Detektorsystems 1 in Fig. 1 Fig. 3 eine Ansicht auf die Sensoreinrichtung 4 des Detektorsystems von Fig. 1 ;
Fig. 4 eine Ansicht auf die Vorderseite eines weiteren Basiskörpers 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ; Fig. 5 eine Ansicht auf die Vorderseite 7 einer weiteren Ausführungsform des Basiskörpers 6 eines weiteren erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ;
Fig. 6 eine Seitenansicht des Detektorsystems 1 von Fig. 5; Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ;
Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ;
Fig. 9 eine Ansicht auf die Vorderseite 7 eines transparenten Basiskörpers 6 einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ;
Fig. 10 eine Seitenansicht des Detektorsystems 1 von Fig. 9;
Fig. 11 eine Ansicht auf die Vorderseite 7 des Basiskörpers 6 einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ;
Fig. 12 eine Ansicht auf die Vorderseite 7 des Basiskörpers 6 einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ;
Fig. 13 eine Ansicht auf die Vorderseite 7 des Basiskörpers 6 einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ; Fig. 14 eine Ansicht auf die Vorderseite 7 des Basiskörpers 6 einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems 1 ; Fig. 15 eine Seitenansicht des Detektorsystems 1 von Fig. 14;
Fig. 16 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems, und Fig. 17 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Detektorsystem 1 einen Wellenleiter 2, eine Anzeigeeinrichtung 3, eine Sensoreinrichtung 4 und eine Steuereinrichtung 5.
Der Wellenleiter weist einen transparenten Basiskörper 6 mit einer Vorderseite 7 und einer Rückseite 8 auf. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Basiskörper 6 als planparallele Platte ausgebildet, so dass sowohl die Vorderseite 7 als auch die Rückseite 8 jeweils plan ist. Der Basiskörper 6 kann beispielsweise aus Glas oder Kunststoff gebildet sein.
Der Basiskörper 6 umfasst einen Einkoppelbereich 9 und einen davon beabstandeten Auskoppelbereich 10, wobei sowohl im Einkoppelbereich 9 aus auch im Auskoppelbereich 10 jeweils ein Volumenhologramm 11 , 12 ausgebildet ist.
Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, wird von einer Strahlung 13, die über die Vorderseite 7 in den transparenten Basiskörper 6 eintritt und auf das Volumenhologramm 11 des Einkoppelbereichs 9 trifft, mindestens ein Teil mittels des Volumenhologramms 11 so umgelenkt, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung durch Reflexionen an Rückseite 8 und Vorderseite 7 bis zum Volumenhologramm 12 des Auskoppelbereichs 11 geführt wird. Die Reflexionen an der Rückseite 8 und der Vorderseite 7 können interne Totalreflexionen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Vorderseite 7 und die Rückseite 8 teilreflektiv oder reflektiv mindestens im Bereich zur Führung der eingekoppelten Strahlung beschichtet sind.
Von der auf das Volumenhologramm 12 des Auskoppelbereichs 10 treffenden eingekoppelten Strahlung wird mindestens ein Teil so mittels des Volumenhologramms 12 umgelenkt, dass dieser über die Rückseite 8 aus dem transparenten Basiskörper 6 austritt und auf die hinter der Rückseite 8 positionierte Sensoreinrichtung 4 trifft.
Hinter der Rückseite 8 des transparenten Basiskörpers 6 ist ferner die Anzeigeeinrichtung 3 angeordnet, die z.B. ein LCD-Display sein kann. Die Anzeigeeinrichtung ist so ausgebildet und/oder wird mittels der Steuereinrichtung 5 so angesteuert, dass sie im Einkoppelbereich 9 mehrere Auswahlbereiche Ai, A2, A3, A4, As, Ab darstellt. Dies ist in der Ansicht auf die Vorderseite des transparenten Basiskörpers in Fig. 2 durch die Buchstaben A, B, C, D, E und F beispielhaft dargestellt. Jeder der Buchstaben stellt einen einzelnen Auswahlbereich dar. Der um die Buchstaben jeweils eingezeichnete viereckige Rahmen kann auch dargestellt werden oder kann weggelassen werden. Natürlich ist die Darstellung nicht auf die dargestellten Buchstaben beschränkt. Es kann z. B. jedes beliebige Bild, Symbole, Ziffern, mehrere Buchstaben oder Texte dargestellt werden.
Der Einkoppelbereich 9 kann daher auch als Anzeigebereich 9 des Basiskörpers 6 bezeichnet werden, in dem auswählbare Auswahlbereiche so dargestellt werden, dass sie bei Betrachtung der Vorderseite 7 wahrnehmbar sind.
Das Volumenhologramm 11 des Einkoppelbereichs 9 ist so ausgebildet, dass jedem Auswahlbereich Ai-Ab ein Einkoppelabschnitt 9i, 92, 93, 94, 9s und 9b zugeordnet ist. Jedem dieser Einkoppelabschnitte 9i-9b ist ein Auskoppelabschnitt 10i, I O2, I O3, 104, 10s und 10e zugeordnet, auf dem der Teil der gekoppelten Strahlung trifft, der von dem entsprechenden Einkoppelabschnitt 9i-9b umgelenkt wurde, wie durch die gestrichelt eingezeichneten Linien 13i, 132, 133, 134, 135 und 13b angedeutet ist.
Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, ist die Sensoreinrichtung 4 als Zeilensensor mit sechs Sensorabschnitten 4i, 42, 43, 44, 4s und 4b ausgebildet, wobei jeder Sensorabschnitt 4i-4b einem der Auskoppelabschnitte 10i-10b zugeordnet ist. Somit trifft die vom Auskoppelabschnitt 10i ausgekoppelte Strahlung auf den Sensorabschnitt 4i.
Die Sensoreinrichtung 4 misst laufend die Intensität der Sensorabschnitte 4i-46 und führt diese Messergebnisse der Steuereinrichtung 5 zu, die einen Prozessor zur Durchführung der entsprechenden Berechnung und Steuerung aufweist.
Wenn nun ein Benutzer beispielsweise den Auswahlbereich mit dem Buchstaben A auswählen will, kann er seinen Finger 14 vor der Vorderseite 7 des Basiskörpers 6 und vor dem Auswahlbereich mit dem Buchstaben A positionieren (ohne die Vorderseite 7 zu berühren), wodurch eine Änderung der Lichtintensität vor dem Einkoppelabschnitt 9i auftritt (es wird weniger Licht über den Einkoppelabschnitt 9i eingekoppelt, da der Finger 14 zu einer gewissen Abschattung führt). Durch die Lichteinkopplung über den entsprechenden Einkoppelabschnitt 9i und der Führung des eingekoppelten Lichtes 13i bis zum Auskoppelabschnitt 10i, der das Licht auf den Sensorabschnitt 4i lenkt, wird der Sensorabschnitt 4i eine geringere Lichtintensität messen und dieses Messergebnis an die Steuereinrichtung 5 weitergeben. Die Steuereinrichtung 5 kann aufgrund der verringerten Intensität ermitteln, dass der Auswahlbereich mit dem Buchstaben A ausgewählt wurde.
Somit wird ein berührungsloser Flächensensor bereitgestellt, der universell einsetzbar ist und eine geringe Steueranfälligkeit selbst bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen aufweist.
Der transparente Basiskörper 6 kann von der Anzeigeeinrichtung 3 (nachfolgend auch Anzeigevorrichtung 3 genannt) beabstandet sein, wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Basiskörper 6 mit der Anzeigeeinrichtung 3 verbunden ist. Insbesondere kann die Anzeigeeinrichtung 3 selbst als transparenter Basiskörper 6 genutzt werden. In diesem Fall müssen lediglich die Volumenhologramme 11 und 12 in der Anzeigeeinrichtung 3 ausgebildet werden, so dass dann der transparente Basiskörper 6 durch die Anzeigeeinrichtung 3 verwirklicht ist. Insbesondere kann die Anzeigeeinrichtung 3 ein optoelektronisches Element (beispielsweise ein LCD-Element oder ein OLED-Element) enthalten, das im Basiskörper 6 eingebettet ist, wie schematisch in Figur 16 dargestellt ist. Die bisher beschriebenen Anzeigeeinrichtungen 3 können somit auch als aktive Anzeigeeinrichtungen 3 bezeichnet werden.
Ferner ist es möglich, für die Anzeigeeinrichtungen 3 ein holografisches Element 23 (z.B. eine holografische Streuscheibe) zu verwenden, die ebenfalls im Basiskörper 6 eingebettet sein kann, wie in Figur 17 schematisch dargestellt ist. Mit dem holografischen Element können dynamische oder statische Inhalte dargestellt werden. Die Beleuchtung (bzw. Rekonstruktion des Hologramms als Teil der Anzeigeeinrichtung 3) kann auf verschiedene Arten realisiert werden. So kann eine aktive Beleuchtung L1 - L3 vorgesehen werden, wobei die Beleuchtung L1 an der Rückseite 8, die Beleuchtung L2 an der Stirnseite und die Beleuchtung L3 an der Vorderseite 7 angeordnet ist. Natürlich ist bevorzugt nur eine der drei Beleuchtungen L1 - L3 vorgesehen. Alternativ kann auch das Hologramm so ausgelegt sein, dass die Beleuchtung mit Sonnenlicht (durch Pfeil L4 angedeutet) realisiert wird. Die Beleuchtung L1 - L3 können als aktive Beleuchtung und die Beleuchtung mit Sonnenlicht kann als passive Beleuchtung bezeichnet werden.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform beschrieben, bei der zwei Mal sechs Einkoppelabschnitte 9i- 9b und 97, 9b, 99, 9io, 9n und 9i2 vorgesehen sind. Diese zwei Mal sechs Einkoppelabschnitte 9i-9b und 97-9i2 Sind vertikal übereinander (in Propagationsrichtung übereinander) angeordnet. Die zugeordneten zwölf Auskoppelabschnitte 10i-10b sowie ICb, 10s, IO9, IO10, 10n und IO12 sind hingegen in horizontaler Richtung voneinander beabstandet, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Hinter diesen beiden Bereichen von Auskoppelabschnitten 10i-10b und 107-I O12 sind zwei Bereiche mit jeweils sechs Sensorabschnitten angeordnet, so dass jedem Einkoppelabschnitt 9i-9i2 über die Auskoppelabschnitte IO1-IO12 ein Sensorabschnitt zugeordnet ist. Die Auskoppelabschnitte 10i-10b und 1 Cb-1012 sind in horizontaler Richtung voneinander beabstandet, um eine Auflösung in vertikaler Richtung (Propagationsrichtung) zu erreichen und möglichst Störungen der Abschnitte des Volumenhologramms 11 des Einkoppelbereiches 9 zu vermeiden. Daher sind die Propagationswinkel zu den Auskoppelabschnitten IO1-IO12 und somit zu den Sensorabschnitten der Sensoreinrichtung 4 von den Einkoppelabschnitten 9i-9b und den Einkoppelabschnitten 97-9i2 andererseits möglichst unterschiedlich.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Lösung sind die Auskoppelabschnitte 10i-1012 und somit die Sensorabschnitte der Sensoreinrichtung 4 an verschiedenen Orten des transparenten Basiskörpers 6 ausgebildet. Alternativ ist es möglich, innerhalb der Auskoppelabschnitte IO1- 1012 möglichst größere Abstände für die unterschiedlichen vertikalen Eingabemöglichkeiten (Einkoppelabschnitte 9i-9b einerseits und Einkoppelabschnitte 97-9i2 andererseits) zu wählen. Dies trifft dann natürlich auch auf die Sensorabschnitte der Sensoreinrichtung 4 zu. Durch den Abgleich der Spannungsunterschiede auf den einzelnen Sensorabschnitten kann dann sicher der korrekte Eingabewert erkannt werden.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Sensoreinrichtung 4 einen 2D-RGB- Sensor aufweist, der hinter der Rückseite 8 positioniert ist, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform werden die unterschiedlichen Auswahlbereiche in der waagerechten Richtung (Doppelpfeil 15) wie bei der in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen Ausführungsform über den Propagationswinkel aufgelöst. Die unterschiedlichen Auswahlbereiche in vertikaler Richtung (Doppelpfeil 16) werden über die Wellenlängen aufgelöst. Um dies zu realisieren, ist das Volumenhologramm 11 des Einkoppelbereichs 9 so gefertigt, dass es das einfallende Licht entsprechend der Position in waagerechter und senkrechter Richtung in der Art beugt, dass für jeden Auswahlbereich (und somit für jeden Einkoppelabschnitt 9i-9is) eine entsprechend unterschiedliche Kombination aus Propagationswinkel und Wellenlänge beim Auskoppelbereich 10 bzw. den Auskoppelabschnitten I O1-IO15 und somit bei den Sensorabschnitten der Sensoreinrichtung 4 ankommt. Die Steuereinrichtung 5 kann dann die entsprechenden Werte der Sensoreinrichtung 4 interpretieren.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform wird zur Eingabeerkennung eine einbelichtete Linsenfunktion genutzt, wobei diese bevorzugt im Volumenhologramm 12 des Auskoppelbereiches 10 integriert ist. Über die Belichtung der Volumenholgramme kann man die Selektivität des Objektpunktes einstellen, indem man in das Volumenhologramm 12 des Auskoppelbereichs 10 eine starke Winkelabhängigkeit einbelichtet. Dafür integriert man in jedem Auskoppelabschnitt 10i-1012 eine holographisch einbelichtete Linse, deren Wirkung in der schematischen Darstellung in Fig. 7 angedeutet ist. Die Brennweite dieser einbelichteten Linse liegt in einer Brennebene 17 vor der Vorderseite 7 des transparenten Basiskörpers 6 und definiert den Abstand des zu detektierenden Gegenstandes 14 zur Vorderseite 7, in dem der Gegenstand 14 ideal auf die Sensoreinrichtung 4 abgebildet ist. In Fig. 7 ist ferner noch die Intensitätsverteilung 18 schematisch für jeden Auskoppelabschnitt I O1 -I O4 für den Gegenstand 4 bei Positionierung innerhalb der Brennebene 17 (durchgezogene Linie) und bei Positionierung vor der Brennebene 17 (gestrichelte Linie) dargestellt. Auf der Sensoreinrichtung 4 entstehen somit unterschiedliche Kontrastflächen (Spots), die den einzelnen Auswahlbereichen (Einkoppelabschnitten 9I-94) zugeordnet sind. Kommt ein Gegenstand 14 in die Nähe der Brennebene 17, so werden an der Sensoreinrichtung 4 Intensitätsänderungen registriert. Somit kann eine örtliche Auflösung der Eingabe erkannt werden. Mit der Festlegung eines Schwellwertes für die Intensität im Brennpunkt kann die Eingabe für eine Anwendung ausgeführt werden. Wie in Fig. 7 schematisch dargestellt ist, ist die Lichtintensität bzw. der Kontrast auf der Sensoreinrichtung 4 umso größer, je näher der Gegenstand 14 der Brennebene 17 ist. Die Aberrationen nehmen mit steigendem Abstand des Gegenstandes 14 von der jeweiligen optischen Achse OA1, OA2, OA3 und OA4 zu. Ferner ist in Fig. 7 noch der sensitive Winkelbereich 19 des Einkoppelabschnitts 9i eingezeichnet.
Diese beschriebene Kontraständerung mit Abstand zur Brennebene 17 kann auch in der Art ausgewertet werden, dass dadurch die Entfernung des Gegenstandes 14 zur Brennebene 17 (und somit auch zur Vorderseite 7) detektiert wird. Diese Änderung des Abstands zur Brennebene 17 (bzw. zur Vorderseite 7) kann als Eingabegröße zur Einstellung eines Parameters, wie z.B. zur Regelung der Lautstärke einer Tonausgabe werden. So kann man z.B. die Lautstärke erhöhen, wenn der Gegenstand 14 zur Brennebene 17 hin bewegt wird und damit der Abstand zur Brennebene 17 abnimmt. Auch sonstige Parameter können so gesteuert werden, wie z.B. die Helligkeit der Darstellung im Anzeigebereich oder sonstige Parameter für die Anzeige.
Die Erkennung der Entfernung des Gegenstandes 14 zur Vorderseite 7 kann auch durch eine spektrale Auflösung erfolgen.
Dazu ist, wie schematisch in Fig. 8 dargestellt ist, sowohl das Volumenhologramm 11 des Einkoppelabschnitts 9i als auch das Volumenhologramm 12 des Auskoppelabschnitts 10i jeweils mit einer Linsenfunktion ausgebildet. Je nach Spektralwert bzw. Wellenlänge ist die Brennebene des Volumenhologramms 11 für den Einkoppelabschnitt 9i unterschiedlich weit weg von der Vorderseite 7 des transparenten Basiskörpers 6. Dabei nimmt der Abstand von Blau zu Grün zu Rot und Infrarot (insbesondere NIR) ab. Wenn der Einkoppelbereich 9 aktiv beleuchtet und die Wellenlänge der Beleuchtung bekannt ist, ist auch die Brennebene und somit der Abstand zur Vorderseite 7 des transparenten Basiskörpers 8 bekannt.
Die Linsenfunktion im Volumenhologramm 12 des Auskoppelabschnitts 10i weist die gleiche spektrale Charakteristik auf, so dass der Abstand zur Rückseite 8 von Blau zu Grün zu Rot und Infrarot abnimmt.
Die Sensoreinrichtung 4 ist als spektral selektive Sensoreinrichtung 4 ausgebildet und kann z.B. einen RGB-Sensor umfassen. Über die Intensitätswerte in Abhängigkeit der entsprechenden Wellenlängen kann dann die Steuereinrichtung 5 die Auswahl des entsprechenden Einkoppelabschnitts 9i erkennen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Detektion des Abstands des Gegenstands 14 zur Vorderseite 7 durchgeführt werden, wodurch wiederum ein Parameter (wie z.B. die Lautstärke) gesteuert werden kann.
Bis jetzt wurden die Hologramme 11 und 12 stets als Volumenhologramme beschrieben. Natürlich können unterschiedliche Hologrammtypen eingesetzt werden. Insbesondere können diffraktive Elemente und insbesondere Reliefgitter genutzt werden. Bei der Verwendung von Volumengittern sowie Volumenhologrammen steht jedoch der Vorteil der Selektivität bei Winkel und Wellenlänge. Durch die Filterfunktion kann damit Störlicht (Strahlung, die für die Funktion der Lösung irrelevant ist) nicht eingekoppelt und/oder nicht zur Sensoreinrichtung 4 weitergeleitet werden. Dies kann zu höherer Präzision und Robustheit beitragen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen finden sich die Auswahlbereiche A-F nebeneinander. Störungen (z.B. durch Streulicht) können reduziert werden, wenn jeder Auswahlbereich ein unterschiedliches Einkoppelgitter besitzt und die Propagationswinkel benachbarter Auswahlbereiche möglichst unterschiedlich groß gewählt werden, wie nachfolgend schematisch für die Auswahlbereiche der Buchstaben A, B und C in Fig. 9 und 10 dargestellt ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung von Störungen wird in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben. Hier wird der Gegenstand 14, mit dem die Eingabe erfolgt, aus der Displayebene heraus aktiv beleuchtet. Das reflektierte Licht kann aufgefangen und zur Selektion der Eingabe genutzt werden. Somit werden Störungen durch möglicherweise ungewollte Verschattung reduziert. Weiterhin ist hiermit eine Anwendung bei Dunkelheit möglich. Die aktive Beleuchtung kann z.B. durch einen LED-Rahmen 20 um den Einkoppelbereich 9 realisiert werden (Fig. 11). Es kann aber auch ein zweites Hologramm 21 um den Einkoppelbereich 9 (Fig. 12) oder unter dem Volumenhologramm 11 des Einkoppelbereichs 9 (Fig. 13) dafür verwendet werden, wobei das zweite Hologramm 21 beispielsweise Weißlicht auskoppeln kann, welches von einer definierten Stelle 22 des transparenten Basiskörpers 6 eingekoppelt wird. Dabei muss lediglich darauf geachtet werden, dass sich die propagierenden Wellen des zweiten Hologramms 21 und des Volumenhologramms 11 des Einkoppelbereichs 9 nicht gegenseitig stören. Durch die Beleuchtungsfunktion aus einer mikrooptischen Struktur im transparenten Basiskörper 6 heraus kann der transparente Basiskörper 6 selbst transparent bleiben.
Die aktive Beleuchtung kann auch durch Beleuchtung der Auswahlbereiche auf der Vorderseite 7 aus dem Basiskörper 6 heraus stattfinden. Dabei kann die Quelle für das eingekoppelte Licht örtlich unterschiedlich gewählt werden, wie schematisch in Fig. 13 dargestellt ist.
Zur Optimierung der Strahlenführung und Anordnung der Propagationswinkel muss das Volumenhologramm 11 für den Einkoppelbereich 9 nicht die gesamte Fläche der Auswahlbereiche abdecken, sondern können auch sehr schmal sein, wie in Fig. 14 angedeutet ist. Hierfür kann ein durch eine Planwelle einbelichtetes Einkoppelgitter 11 in mehrere Streifen 111 , 112 geteilt werden, welche dann zum Einkoppeln der jeweiligen Auswahlbereiche in vertikaler Richtung verwendet werden können. Dies hat den Zweck, dass die Strahlen nach dem Einkoppeln auf ihrem Weg zum Auskoppelbereich 10 kein weiteres Einkoppelgitter 11 treffen, da sie sonst interferieren würden und so an der Sensoreinrichtung 4 nicht wieder aufgelöst werden können. Durch die Teilung des Einkoppelgitters 11 in Einkoppelstreifen 111,
112 können größere Flächen im transparenten Basisbereich 6 funktionalisiert und Eingaben zuverlässig ausgelesen werden. Weiterhin wird es einfacher, geeignete Propagationswinkel für den Transport der Strahlung zum Auskoppelbereich 10 zu finden und zur Detektion können auch mehrere Zeilen im Einkoppelbereich 9 nur ein Auskoppelgitter mit fotosensitivem Chip (Sensoreinrichtung 4) verwendet werden.
Damit bei der geschilderten Ausführungsform ein komplettes Bild an der Sensoreinrichtung 4 des Auskoppelgitters 12 resultiert, darf die vertikale Höhe des Einkoppelgitters 11 nur gleich groß zu dem der Sensoreinrichtung 4 sein. Um bei unterschiedlichen Höhen dennoch eine optimale Auflösung zu erreichen, kann in das Auskoppelgitter 12 eine Linsenfunktion einbelichtet werden, die dafür sorgt, dass die Strahlung der einzelnen Einkoppelstreifen 111 , 112 des Einkoppelgitters 11 wieder als Gesamtbild in richtiger Skalierung über das Auskoppelgitter auf die Sensoreinrichtung 4 treffen (wie schematisch in Fig. 16 dargestellt ist). Im Fall von Störlicht kann es bei dem hier beschriebenen Detektorsystem 1 zu Fehlinterpretationen beim Auswerten der Lichtintensitätsänderung auf der Sensoreinrichtung 4 kommen. Um dies zu reduzieren, kann die Steuereinrichtung 5 Lichtwerte aller Auswahlbereiche miteinander vergleichen und sich nicht ändernde Werte über die Laufzeit als statische Werte festlegen. Diese Werte können bei der Auswertung der Intensitätsänderungen vernachlässigt werde. Somit können Lichtwerte, die nicht zur Anwendung gehören, als Hintergrundrauschen herausgerechnet und die eigentliche Berechnung der Intensitätsänderung zur Identifizierung einer Eingabe wird zuverlässiger.
Eine weitere Möglichkeit die Robustheit des Detektorsystems 1 zu verbessern, ist eine Linsenfunktion am Einkoppelgitter und Auskoppelgitter zu belichten. Somit können Intensitätsunterschiede sehr viel besser registriert werden und Falschinterpretationen in der Eingabe können reduziert werde.
Weiterhin kann bei einer einbelichteten Linsenfunktion am Einkoppelgitter das Licht vom Einkoppelgitter zum Auskoppelgitter parallel bzw. als paralleles Strahlenbündel geführt werden. Somit geht weniger Licht auf dem Weg zur Sensoreinrichtung 4 verloren und Störlicht wird reduziert.
Nähert man sich mit einem Gegenstand 14 an einen Auswahlbereich, so kommt am Auskoppelgitter in einem bestimmten Winkelbereich eine bestimmte Lichtintensitätsänderung an (bei aktiver Beleuchtung mehr Licht; bei passiver Beleuchtung weniger Licht). Das Volumenhologramm mit Linsenfunktion ist nur für einen Winkelbereich effizient. Auf der Sensoreinrichtung kommt für den Auswahlbereich auf der Sensoreinrichtung eine starke Intensitätsänderung an. Benachbarte Auswahlbereiche erreichen auf der Sensoreinrichtung keine oder nur wenige Intensitätsänderungen, da für die der Winkelbereich nicht effizient ist.

Claims

Patentansprüche
1. Detektorsystem mit einem Wellenleiter (2), der einen transparenten Basiskörper (6) mit einer Vorderseite (7) und einer Rückseite (8) aufweist, einer Anzeigeeinrichtung (3), die einen Auswahlbereich (Ai, A2, A3, A4, As, Ab) so darstellt, dass er in einem Anzeigebereich (9) des Basiskörpers (6) bei Betrachtung der Vorderseite (7) wahrnehmbar ist, einer Sensoreinrichtung (4), die für den Auswahlbereich (Ai-Ab) einen zugeordneten
Sensorabschnitt (4i-4b) aufweist, und einer Steuereinrichtung (5), wobei der Basiskörper (6) ein diffraktives Element im Anzeigebereich (9) und einen vom Anzeigebereich (9) beabstandeten Auskoppelbereich (10), der für den Auswahlbereich (Ai-Ab) einen zugeordneten Auskoppelabschnitt (10i-10b) aufweist, umfasst, wobei von über die Vorderseite (7) auf das diffraktive Element (11) im Auswahlbereich (Ai, A2, A3, A4, As, Ab) treffender Strahlung mindestens ein Teil mittels des diffraktiven Elements (11 ) so umgelenkt wird, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung im Basiskörper (6) durch Reflexion bis zum Auskoppelbereich (10) propagiert und auf den zugeordneten Auskoppelabschnitt (10i-10b) des Auskoppelbereichs (10) trifft, wobei der Auskoppelbereich (10) von der auf ihn treffenden eingekoppelten Strahlung mindestens einen Teil aus dem Basiskörper (6) so auskoppelt, dass er auf den zugeordneten Sensorabschnitt (4i-4b) der Sensoreinrichtung (4) trifft, der die Intensität der auftreffenden Strahlung laufend misst und der Steuereinrichtung (5) zuführt, wobei die Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit der gemessenen Intensität den Abstand des Objektes (14) von der Vorderseite (7) des Basiskörpers (6) bestimmt.
2. Detektorsystem nach Anspruch 1 , wobei das diffraktive Element und/oder des Auskoppelabschnitt eine wellenlängenabhängige Abbildungseigenschaft mit einem Farblängsfehler aufweist, wobei Sensoreinrichtung (4) die Intensität der auftreffenden Strahlung wellenlängenabhängig misst und der Steuereinrichtung (5) zuführt, wobei die Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit der gemessenen wellenlängenabhängigen Intensität den Abstand des Objektes (14) von der Vorderseite (7) des Basiskörpers (6) bestimmt.
3. Detektorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das diffraktive Element als Volumenhologramm ausgebildet ist.
4. Detektorsystem nach einem der obigen Ansprüche, wobei das diffraktive Element (9) eine Linsenfunktion aufweist.
5. Detektorsystem nach Anspruch 4, wobei die Linsenfunktion des diffraktiven Elementes (9) so ausgelegt ist, dass die eingekoppelte Strahlung als paralleles Strahlenbündel im Basiskörper (6) propagiert.
6. Detektorsystem nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Auskoppelabschnitt ein Volumenhologramm aufweist.
7. Detektorsystem nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Auskoppelabschnitt eine Linsenfunktion aufweist.
8. Detektorsystem nach einem der obigen Ansprüche, wobei eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die das vor der Vorderseite (7) zu positionierende Objekt (14) aktiv beleuchtet.
9. Detektorsystem nach Anspruch 8, wobei die Beleuchtungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie das Objekt (14) aus dem Basiskörper (6) heraus beleuchtet.
10. Detektorsystem nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Anzeigeeinrichtung (3) mehrere Auswahlbereiche (Ai, A2, A3, A4, As, Ab) so darstellt, dass sie im Anzeigebereich (9) des Basiskörpers (6) bei Betrachtung der Vorderseite (7) wahrnehmbar sind, und die Sensoreinrichtung (4) für jeden Auswahlbereich (Ai-Ab) einen zugeordneten Sensorabschnitt (4i-4e) aufweist, wobei von über die Vorderseite (7) auf das diffraktive Element (11 ) im Anzeigebereich (9) treffender Strahlung mindestens ein Teil mittels des diffraktiven Elements (11 ) in Abhängigkeit des Auswahlbereiches (Ai-Ab) so umgelenkt wird, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung im Basiskörper (6) durch Reflexion bis zum Auskoppelbereich (10) propagiert und auf den zugeordneten Auskoppelabschnitt (I O1- 10b) des Auskoppelbereichs (10) trifft, wobei der Auskoppelbereich (10) von der auf ihn treffenden eingekoppelten Strahlung mindestens einen Teil aus dem Basiskörper (6) so auskoppelt, dass der von einem Auskoppelabschnitt (10i -10e) ausgekoppelte Teil auf den zugeordneten Sensorabschnitt (4i-4b) der Sensoreinrichtung (4) trifft, der die Intensität der auftreffenden Strahlung laufend misst und der Steuereinrichtung (5) zuführt, wobei die Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit einer Intensitätsänderung, die durch Positionieren eines Objektes (14) vor der Vorderseite (7) des Basiskörpers (6) und vor einem Auswahlbereich des Anzeigebereichs (9) bedingt ist, bestimmt, ob der eine Auswahlbereich ausgewählt wurde.
11 . Detektorsystem nach einem Anspruch 10, wobei die Umlenkung mittels des diffraktiven Elementes (11 ) in Abhängigkeit des Auswahlbereiches (Ai-Ab) durch unterschiedliche Propagationswinkel innerhalb des transparenten Basiskörpers (6) und/oder unterschiedliche umgelenkte Wellenlängen unterscheidet.
12. Detektorsystem nach einem der obigen Ansprüche, wobei das diffraktive Element für jeden Auswahlbereich (Ai-Ab) einen Einkoppelabschnitt (9i-9b) aufweist, der eine geringere flächige Ausdehnung besitzt als der zugeordnete Auswahlbereich (Ai-Ab).
13. Detektorsystem nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit des bestimmten Abstands den Wert eines Mess- und/oder Ausgabeparameters ändert.
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