光幕的製作方法

2023-06-04 09:29:31 2

專利名稱：光幕的製作方法
光幕本發明涉及一種光幕。在本說明書的意義上，光幕是一種光學監控裝置，其中擋光板的原理從一個線性監控區擴展到一個平面監控區。多種光幕在最簡單的情況下通過相互平行對齊的多個擋光板的並置而形成。一個物體的可靠檢測及其在所監控區域中的位置的良好確定需要大量光傳感器和光源。在一些情況下，在已發射光束的截面近似地採取直線形狀的情況下使用多個光源。給定該直線與由多個光傳感器的並置形成的行的隊列平行對齊，可以用比光傳感器較少量的光源實現滿意結果。EP0361374A2提出了通過具有螢光輻射形成一種光檢測器，該螢光輻射緊接著外部光的入射在摻雜有一種有機突光染料的一塊透明塑料中產生，依靠可以摻雜有一種突光染料的多個光波導管將該螢光輻射進一步引導到一個光敏半導體元件。因此可以形成比基於多種常規半導體材料典型地例如矽的多種半導體元件可以實現的檢測器元件更便宜的大面積多個檢測器元件。根據DE3441498C2，一種摻雜有螢光材料的透明材料例如玻璃或透明塑料的多個條帶在一端連接到一個光電二極體，並相互靠近排列，從而形成一個相對大的檢測器表面，在該表面內可以個別地測量多個局部表面，無論這些局部表面是否被光照射到。AT507267A1和AT507702A2描述了為多個數據系統用作多個控制面的多個光檢測器表面和多個應用。在此情況下，這些光檢測器表面從一個或多個平面光波導管構造，在這些光波導管上存在與此比較非常小面積的分別適配的至少一個光電傳感器，具有多個光致發光性質的一層光波導管。在該檢測器表面上的一個光點衝擊的輻射由光致發光轉換成較長波長的光，該較長波長的光在該平面光波導管中傳播並在該過程中隨著距該光點的增加距離而衰減，在這些光電傳感器從該光波導管退耦並被檢測到。該類型的多個檢測器表面可以是柔性的且方便的，並且是單位面積成本高效的，並且良好適合於多個光信號的快速信號處理。因為考慮在該波導管中傳播的光信號的衰減，所以數學評估方法可以用來在檢測一個光點的衝擊位置時提供良好空間解析度，即使給定帶有極少分接點的巨大檢測器表面。沒有設想對光幕的應用。DE102005040351B4描述了一種檢測器，在此情況下其應用到一個平面光導襯底例如一種螢光材料層的一個玻璃窗格，其在可見光譜中幾乎完全不吸收，並且將已照射UV光轉換成在該襯底甚至到其多個邊緣區域中路由發送的光。在該襯底的多個邊緣區域上適配的是光學地耦合到那裡並將來自該襯底的入射光功率轉換成一個電信號的多個輻射傳感器。以其他方式照射的光的遮蔽促使該電信號的變化。作為一種非常不顯眼的門禁監控系統，該檢測器可以用於位於光源和檢測器表面之間的空間，該檢測器表面可以是在任意情況下存在的一個玻璃窗格。然而，不能檢測到更準確的位置。在DE2550653B2中描述了一種用於監控房間的光幕，尤其是單個所謂旋轉光源被應用。在此情況下，單個光源發射光束，儘管該光源或該光源照耀的一面鏡子旋轉，從而使得該光束以一個特定速率掃過該房間的一個區域。當沒有位於該房間中的遮蔽物體存在時，在由該光束衝擊的牆壁的條帶處，這些牆壁具有多個反射器，尤其是具有多個反光鏡或多個平面鏡，並因此例如該光束被或者直接或者間接回射到該光源。一個光傳感器也位於該光源的附近區域中。當沒有光回射時，這表明一個遮蔽物體位於以其他方式分別照明的該光源和該反射器區之間。單個光源和單個光傳感器可以滿意地監控一個房間。不利的是監控會受多個反射物體「欺騙」，使得其頻繁地幾乎不可能具有良好的空間解析度，而且在該房間的這些牆壁上的所需要的多條反射帶被頻繁擾亂。本發明基於的目標由提供一種光幕構成，該光幕可以用來在有待監控的一個區域內的兩個維度上實時檢測一個物體的存在，以及該物體的大小和位置。與用於該目的的已知多種光幕相反，新近提供的該光幕旨在以更高速度並用更優空間解析度更魯棒的運作，並且仍能夠依靠總體上成本高效的較小數目的個別部件實施。基於DE2550653B2的一種操作模式是用於實現該目標的起始點。有待監控的區域由來自一個光源的一條準直光束(「平行聚焦的」光束)掃描，穿過該區域的光的功率被測量，並且該光束的方向的時間剖面是已知的。由位於該有待監控的區域中的一個物體引起的該光束的遮蔽促使該所測量光功率下降。給定該成為原因的光束的旋轉角在該所測量光功率的降低或提高時同樣是已知的，由此可以在該光束的該旋轉移動的圓周方向上測量位於該有待監控的區域中的一個遮蔽物體的陰影邊緣的這些角坐標。根據本發明，為了測量該光束的功率，存在在該有待監控的區域的邊緣適配的一個光檢測器表面，其生成一個光信號作為該衝擊雷射的功率的一個函數，該檢測器表面是一個平面光波導管，多個光致發光顆粒集成在其中，並且在其上存在適配的一個或多個光電傳感器，這些光電傳感器能夠將光從波導管模式退耦，並由此能夠生成一個電信號，該電信號的強度是該退耦光的功率的一個函數。可以成本有效地生產所描述的該檢測器表面作為一個巨大面積或作為一個長條，並且可以非常迅速地測量該檢測器表面，因此其可以實現一個高空間解析度。不需要測量許多光電傳感器的這些信號；代替地，由於一個陰影邊界的位置在任意情況下根據在和信號的一個波動時該相關聯光束的方向的知識是已知的，由此足以為每個檢測器共同地測量所有這些光電傳感器的該和信號。藉助於三個附圖展示了本發明，在這些附圖中:

圖1從上方示出了本發明的監控區域的基礎草圖，圖2舉例示出了可以應用於本發明的光幕的示例性光源的這些基本元素，圖3示出了設計為延長條帶並可以應用於本發明的光幕的檢測器表面的剖面圖，以及圖4示出了源於光源的光功率的測量值的結果的時間剖面。根據圖1，存在在有待監控的一個矩形區域的對角線地相互相對的兩個角落分別排列的光源I，這些光源分別發射一個準直光束2，如由這些彎曲箭頭所表明，光束2的方向是連續旋轉的。有待監控的區域的邊界由在圖1中所草繪的示例中的四塊牆壁形成。在有待監控的區域的水平線在這些牆壁中的每塊上適配的是一個檢測器表面的一個相對應條帶3，該檢測器表面可以用來測量衝擊其的光束2的功率(在截面面積上積分的強度)。在有待監控的區域中排列的是一個物體4，在每個情況下，該物體4將兩個檢測器表面3的一個子區域5.1或5.2從一個光源I分別地遮蔽。根據圖2，一個雷射源1.1垂直向下輻射一條雷射束2到一個面鏡1.2上，該面鏡的正面排列在一臺電動機1.3的一個垂直對齊轉軸端的上端，並且該面鏡的平面向水平面傾斜45°。通過將電動機1.3的轉軸繞其縱軸旋轉，由此面鏡1.2也繞該縱軸旋轉，而且光束2的方向同樣在一個水平面上旋轉。被設計為一個延長條帶並且其構造在圖3中舉例草繪(不按比例)的示例性檢測器表面3具有約0.1mm厚並從PET製作的兩個覆蓋層3.1，在這兩個覆蓋層之間存在被層壓的一個層3.2，該層是約0.0Olmm厚並從塑料聚乙烯醇和染料若丹明6G的一種同質混合物製作。層3.2是光致發光的。其如此厚從而使得對於以一種正常方式衝擊它的波長532nm的光，其吸收率高於80%。(這所需要的層厚度通過試驗最優確定)。當由於光束2因此帶有匹配光譜的一個光點衝擊層3.2時，其在層3.2的多個染料顆粒上觸發光致發光。這產生了較長波長的漫散射的光。根據光波導管的已知基本功能原理，因為光在與環境(空氣)或與支撐層3.3的分界面由於不同的折射係數因此被回射到這些透明層3.1的材料中，所以光在這些層3.1中傳播，並還基本上保持在這些層中。典型地被設計為多個矽光電二極體並且可以佔用約2mm2X2mm2的截面面積的多個光電檢測器3.4例如在從被層3.2避開的照射避開的PET層3.1的側面上，在該檢測器表面的縱向方向上相互距離5cm的間隔被適配，從而使得它們將光從PET層退耦並將其耦合到它們的pn結。一個電信號由此在pn結以一個電壓或一個電流的形式生成。經一條雙極線3.5到一個連接點，將所述電信號路由發送到該檢測器表面3並將其饋送用於進一步處理。足夠本申請考慮一個檢測器表面3的所有這些光電檢測器3.4的和信號而不是每個光電檢測器3.4的這些個別信號。例如，因此可以將由多個光電二極體形成的一個檢測器表面的所有這些光電檢測器3.4並聯連接，並測量共同短路電流。所述短路電流與在個別pn結從波導管模式退耦的光功率巨大地成比例。舉例來說，圖4示出了在有待監控的區域的兩條相互鄰接邊緣線的光檢測的和信號，這兩條邊緣線從相同光源I照明(參見圖1)。在時刻to，光束2輻射到在第一牆壁上的檢測器帶的開始；測量到一個功率P。在時刻tl，光束到達陰影4 (圖1);所測量功率降低至IJ (大約)零。在時刻t2，光束再次從陰影顯露；所測量功率再次升高到正常值。在時刻t3，光束到達在第二牆壁上的檢測器帶的末端，並因此到達來自一個光源I的光束的測量範圍的末端；所測量功率再次降到零，並保持在該值直到循環從時刻t=tO+T重新開始。在此情況下，時間間隔T是在其內光束的方向進一步旋轉一周的周期。在此情況下，精確地通過公式α =ω.t將在有待監控的區域中光束的一個角度α分配到每個時刻t，ω是光束2的方向變化的角速度。一個評估控制可以由此從信號消失和恢復的精確時刻推斷在檢測器上這些陰影邊緣的這些精確位置。由此以相似的方式推斷被遮蔽物體的位置以及近似輪廓。在一個更高級控制中，向時刻tO，tO+T，tO+2T...中的每個分配角度α =0，並因此用光束的每次經過重校準角度測量值是非常明智的。遮蔽物體一定位於其內的一個區段因此由標記由物體4引起的陰影5.1,5.2的這些邊界的角度tl和t2定義。因為使用以相互間隔排列的多個光源I (圖1)，所以由於多個這些區段一定位於重疊區6中，因此可以更準確定位遮蔽物體，並且可以更準確檢測其形狀。
面鏡1.2可以在例如IkHz的一個固定頻率典型地旋轉。每次經過的角位置的校準可以例如由一塊擋光板實施，該擋光板由在電動機1.3上適配的一個物體在每次旋轉被中斷或允許通過一次，並且在此情況下向評估控制發送一個信號，該信號表示電動機1.3的一個具體角位置，並因此表示面鏡1.2的一個具體角位置，並因此表示光束2的方向。為避免由不相關光源I引起的在多個檢測器表面的多個幹涉信號，並延長被使用的這些雷射源1.1的使用壽命，在面鏡1.2經過在任意情況下不在一個角度範圍上做出測量的該角度範圍期間(根據圖4，在時刻t3和tO+T之間)切斷這些雷射源1.1是有利的。當兩個光源I用於IkHz的一個旋轉頻率時，需要為一個遮蔽物體每毫秒讀出並處理四個角度值，以便將該物體的位置及其近似輪廓定界。當使用本發明的多個傳感器表面3時，可以在來自這些傳感器表面的20MHz的一個讀取速率有用地操作。因此，每光源和分配到它的傳感器表面區域的每次掃描產生約5000個測量結果。取決於有待監控的區域的大小，陰影檢測的空間解析度因此處於毫米範圍直到亞毫米範圍。因此，在正常大小(例如20m2)的一個房間中，甚至可以大小在釐米範圍中的多個物體在沒有問題的情況下被個別地檢測並定位。以下可以關於在此所描述的示例性實施例的修改進一步提到:絕對無需使用一個機電設備將光束的方向偏斜。還可以使用一個電光兀件。由此帶來的一條光束的角度的微小變化可以經一個曲面鏡放大。與已描述的一臺電動機的使用相反，這由此在一些情況下可以改進噪聲的避免並延長使用壽命。可以通過使用一種壓電效應調整面鏡並依靠一個曲面鏡額外地放大光束的偏斜來實現相同的功能。還可以將多個電光元件與一個面鏡的壓電調整組合，並且如需要則在光束的路徑上在下遊額外地添加一個曲面鏡。可以使得來自這些雷射源1.1的光以快速頻率迅速地閃爍，並且剛好該頻率可以從所測量信號濾出。由此可以有效地濾出背景光。特定地，當目標是能夠比在圖1中所草繪的示例更準確地檢測一個遮蔽體的輪廓時，使用以相互間隔排列優選地排列在有待監控的區域的邊緣的多於兩個光源I是講得通的。然後重要的是牢記在不可辨別的多個光源的情況下，由於來自一個檢測器表面的這些信號以其他方式在所謂多個陰影邊界中是模糊的，因此僅一個相對應光源可以在一瞬間照耀到一個檢測器表面上。因此，一個高水平控制應該用來每當一個光源的光束被引導到來自一個已接通光源的光束已在此刻被引導到其上的一個檢測器表面上的時候將該光源切斷。當然，還可以使用多個較短檢測器條帶並在任意情況下將僅單個光源照耀到每個條帶上。同樣可以使用多個光源，在此情況下光的亮度為個別光源在一個具體特徵頻率波動。可以然後通過從這些檢測結果頻率濾波來檢測哪個光源是成為原因的。在一個地板區域上的多個人或多個物體的移動可以因此被有效地監控，並通過在地板區域上方水平地排列有待由光幕監控的區域被記錄。本發明的光幕是如此魯棒且迅速的，並具有充分高的解析度，使得例如還可以由此在一場足球賽期間跟蹤球場上所有球員的位置變化。由於其速度和準確性，所以本發明的光幕還可以非常有效地用於在多個機器中和上的多個監控任務。同樣，作為在用於控制一個物體的移動的一個控制環路中的一個位置檢測器，其可以檢測並報告有待控制的該物體的移動。
尤其地，本發明的光幕還可以以相似於一個觸摸板的方式為一個數據處理系統用作一個輸入裝置。為此，必需在可以是一個屏幕或一個投影表面否則是一個傳送投影表面的後部的一個輸入區的一個上升邊緣上排列多個檢測器表面和多個光源。可以類似於在數據處理系統中的一個輸入滑鼠的指針位置解釋並使用位置檢測結果。由此容易地可以實時定位多個觸摸手指或多個指示裝置；在此情況下，該功能獨立於有待接觸的表面的狀態。
權利要求
1.一種用於在有待監控的區域中的遮蔽物體的光學檢測的光幕，該有待監控的區域由來自一個光源的可變方向的一條準直光束重複地掃描，穿過該區域的光的功率被測量，並因此由一個評估控制從該所測量功率的時間剖面通過使用該光束的方向的時間剖面的知識來推導這些陰影邊界並因此推導一個遮蔽物體的位置和大小， 其特徵在於， 為了測量穿過該區域的光的功率，存在在該有待監控的區域的邊緣排列的一個光檢測器表面(3)，其可以測量由一個光源(I)發射的光束(2)的功率，該光檢測器表面(3)是一個平面光波導管，多個光致發光顆粒集成在其中，並且在其上存在適配的一個或多個光電傳感器(3.4)，這些光電傳感器能夠將光從波導管模式退耦，並由此能夠生成一個電信號，該電信號的強度是該退耦光的功率的強度的一個函數。
2.根據權利要求1所述的光幕，其特徵在於，該光檢測器表面(3)的多個光電傳感器(3.4)可以讀出可以饋送到該評估控制的電氣和信號。
3.根據權利要求1所述的光幕，其特徵在於，該光檢測器表面(3)的多個光電傳感器(3.4)在多個共用連接引線(3.5)上並聯連接。
4.根據權利要求1至3之一所述的光幕,其特徵在於,被提供用於改變該光束2的方向的是多個電光元件和/或一個面鏡，這些光電元件和/或該面鏡的位置可以由壓電效應改變，並且其特徵在於，在該光束的路徑上的所述多個元件和/或所述面鏡之後循序放置的是可以用來改變該衝擊光束的角度的帶有一個曲面的一個面鏡。
5.根據權利要求1至3之一所述的光幕，其特徵在於，為了改變從一個雷射源(1.1)發射的光束(2)的方向提供的是一個面鏡(1.2),該雷射源(1.1)的光束被引導到該面鏡上，並且該面鏡可以由一個驅動器(1.3)驅動以便均勻地旋轉。
6.根據權利要 求5所述的光幕，其特徵在於，可以每次旋轉測量該驅動器(1.3)和/或該面鏡(1.2)的角位置至少一次。
7.根據權利要求5或權利要求6所述的光幕，其特徵在於，該旋轉面鏡(1.2)在一個有待監控的區域的邊緣上排列，並且其特徵在於，在該面鏡(1.2)的每次旋轉期間，該雷射源(1.1)可以在該面鏡(1.2)的位置的一個可定義角度段中被切斷，並可以在經過所述段之後被再次接通。
8.根據權利要求1至7之一所述的光幕，其特徵在於，相互隔開排列的多個雷射源(1.1)在該有待監控的區域上排列，並且其特徵在於，每當在接通狀態，這些雷射源(1.1)照耀到在所述時刻另一雷射源已經實際照耀到其上的一個檢測器表面上時，這些雷射源(1.1)可以由一個控制個別地切斷。
9.根據權利要求1至8之一所述的光幕，其特徵在於，該有待監控的區域在一個地板區域上方水平地排列，並且其特徵在於，在該地板區域上的多個人或多個物體的移動由該光幕記錄。
10.根據權利要求9所述的光幕，其特徵在於，由此跟蹤多個運動員在一個運動場上的位置變化。
11.根據權利要求1至8之一所述的光幕，其特徵在於，由此執行在多個機器中和/或上的多個監控任務。
12.根據權利要求1至8之一所述的光幕，其特徵在於，其在一個受控系統中為一個物體的移動用作信號發送元件。
13.根據權利要求1至8之一所述的光幕，其特徵在於，其用作到一個數據處理系統的一個輸入單元，為此有待由其監控的該區域在一個輸入區上排列，必須由一個手指或一個指示筆或一個可比較物體通過該有待監控的區域敲擊該輸入區，以便向該數據處理系統輸入。
全文摘要
本發明涉及一種用於在有待監控的區域中的遮蔽物體的光學檢測的光幕，其中該有待監控的區域由來自一個光源的可變方向的一條準直光束重複地掃描，其中穿過該區域的光的功率被測量，其中由一個評估控制從該所測量功率的時間剖面用該光束的方向的時間剖面的知識來推導這些陰影邊界並因此推導一個遮蔽物體的位置和大小。實施為一個平面光波導管的一個光學檢測器區(3)沿該有待監控的區域的邊緣排列，多個光致發光顆粒集成到所述光學檢測器區，並且一個或多個光電傳感器(3.4)適配到所述光學檢測器區。一個光幕可以由此實現，這使得可以以非常好的解析度檢測多個遮蔽物體，其中該光幕具有非常好的魯棒性並可以具有低生產成本。
文檔編號G01V8/24GK103140775SQ201180047554
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月28日 優先權日2010年10月6日
發明者羅伯特·科佩 申請人:伊斯奇裡因特菲斯技術股份有限公司