专利名称：光幕的制作方法
光幕本发明涉及一种光幕。在本说明书的意义上，光幕是一种光学监控装置，其中挡光板的原理从一个线性监控区扩展到一个平面监控区。多种光幕在最简单的情况下通过相互平行对齐的多个挡光板的并置而形成。一个物体的可靠检测及其在所监控区域中的位置的良好确定需要大量光传感器和光源。在一些情况下，在已发射光束的截面近似地采取直线形状的情况下使用多个光源。给定该直线与由多个光传感器的并置形成的行的队列平行对齐，可以用比光传感器较少量的光源实现满意结果。EP0361374A2提出了通过具有荧光辐射形成一种光检测器，该荧光辐射紧接着外部光的入射在掺杂有一种有机突光染料的一块透明塑料中产生，依靠可以掺杂有一种突光染料的多个光波导管将该荧光辐射进一步引导到一个光敏半导体元件。因此可以形成比基于多种常规半导体材料典型地例如硅的多种半导体元件可以实现的检测器元件更便宜的大面积多个检测器元件。根据DE3441498C2，一种掺杂有荧光材料的透明材料例如玻璃或透明塑料的多个条带在一端连接到一个光电二极管，并相互靠近排列，从而形成一个相对大的检测器表面，在该表面内可以个别地测量多个局部表面，无论这些局部表面是否被光照射到。AT507267A1和AT507702A2描述了为多个数据系统用作多个控制面的多个光检测器表面和多个应用。在此情况下，这些光检测器表面从一个或多个平面光波导管构造，在这些光波导管上存在与此比较非常小面积的分别适配的至少一个光电传感器，具有多个光致发光性质的一层光波导管。在该检测器表面上的一个光点冲击的辐射由光致发光转换成较长波长的光，该较长波长的光在该平面光波导管中传播并在该过程中随着距该光点的增加距离而衰减，在这些光电传感器从该光波导管退耦并被检测到。该类型的多个检测器表面可以是柔性的且方便的，并且是单位面积成本高效的，并且良好适合于多个光信号的快速信号处理。因为考虑在该波导管中传播的光信号的衰减，所以数学评估方法可以用来在检测一个光点的冲击位置时提供良好空间分辨率，即使给定带有极少分接点的巨大检测器表面。没有设想对光幕的应用。DE102005040351B4描述了一种检测器，在此情况下其应用到一个平面光导衬底例如一种荧光材料层的一个玻璃窗格，其在可见光谱中几乎完全不吸收，并且将已照射UV光转换成在该衬底甚至到其多个边缘区域中路由发送的光。在该衬底的多个边缘区域上适配的是光学地耦合到那里并将来自该衬底的入射光功率转换成一个电信号的多个辐射传感器。以其他方式照射的光的遮蔽促使该电信号的变化。作为一种非常不显眼的门禁监控系统，该检测器可以用于位于光源和检测器表面之间的空间，该检测器表面可以是在任意情况下存在的一个玻璃窗格。然而，不能检测到更准确的位置。在DE2550653B2中描述了一种用于监控房间的光幕，尤其是单个所谓旋转光源被应用。在此情况下，单个光源发射光束，尽管该光源或该光源照耀的一面镜子旋转，从而使得该光束以一个特定速率扫过该房间的一个区域。当没有位于该房间中的遮蔽物体存在时，在由该光束冲击的墙壁的条带处，这些墙壁具有多个反射器，尤其是具有多个反光镜或多个平面镜，并因此例如该光束被或者直接或者间接回射到该光源。一个光传感器也位于该光源的附近区域中。当没有光回射时，这表明一个遮蔽物体位于以其他方式分别照明的该光源和该反射器区之间。单个光源和单个光传感器可以满意地监控一个房间。不利的是监控会受多个反射物体“欺骗”，使得其频繁地几乎不可能具有良好的空间分辨率，而且在该房间的这些墙壁上的所需要的多条反射带被频繁扰乱。本发明基于的目标由提供一种光幕构成，该光幕可以用来在有待监控的一个区域内的两个维度上实时检测一个物体的存在，以及该物体的大小和位置。与用于该目的的已知多种光幕相反，新近提供的该光幕旨在以更高速度并用更优空间分辨率更鲁棒的运作，并且仍能够依靠总体上成本高效的较小数目的个别部件实施。基于DE2550653B2的一种操作模式是用于实现该目标的起始点。有待监控的区域由来自一个光源的一条准直光束(“平行聚焦的”光束)扫描，穿过该区域的光的功率被测量，并且该光束的方向的时间剖面是已知的。由位于该有待监控的区域中的一个物体引起的该光束的遮蔽促使该所测量光功率下降。给定该成为原因的光束的旋转角在该所测量光功率的降低或提高时同样是已知的，由此可以在该光束的该旋转移动的圆周方向上测量位于该有待监控的区域中的一个遮蔽物体的阴影边缘的这些角坐标。根据本发明，为了测量该光束的功率，存在在该有待监控的区域的边缘适配的一个光检测器表面，其生成一个光信号作为该冲击激光的功率的一个函数，该检测器表面是一个平面光波导管，多个光致发光颗粒集成在其中，并且在其上存在适配的一个或多个光电传感器，这些光电传感器能够将光从波导管模式退耦，并由此能够生成一个电信号，该电信号的强度是该退耦光的功率的一个函数。可以成本有效地生产所描述的该检测器表面作为一个巨大面积或作为一个长条，并且可以非常迅速地测量该检测器表面，因此其可以实现一个高空间分辨率。不需要测量许多光电传感器的这些信号；代替地，由于一个阴影边界的位置在任意情况下根据在和信号的一个波动时该相关联光束的方向的知识是已知的，由此足以为每个检测器共同地测量所有这些光电传感器的该和信号。借助于三个附图展示了本发明，在这些附图中:

图1从上方示出了本发明的监控区域的基础草图，图2举例示出了可以应用于本发明的光幕的示例性光源的这些基本元素，图3示出了设计为延长条带并可以应用于本发明的光幕的检测器表面的剖面图，以及图4示出了源于光源的光功率的测量值的结果的时间剖面。根据图1，存在在有待监控的一个矩形区域的对角线地相互相对的两个角落分别排列的光源I，这些光源分别发射一个准直光束2，如由这些弯曲箭头所表明，光束2的方向是连续旋转的。有待监控的区域的边界由在图1中所草绘的示例中的四块墙壁形成。在有待监控的区域的水平线在这些墙壁中的每块上适配的是一个检测器表面的一个相对应条带3，该检测器表面可以用来测量冲击其的光束2的功率(在截面面积上积分的强度)。在有待监控的区域中排列的是一个物体4，在每个情况下，该物体4将两个检测器表面3的一个子区域5.1或5.2从一个光源I分别地遮蔽。根据图2，一个激光源1.1垂直向下辐射一条激光束2到一个面镜1.2上，该面镜的正面排列在一台电动机1.3的一个垂直对齐转轴端的上端，并且该面镜的平面向水平面倾斜45°。通过将电动机1.3的转轴绕其纵轴旋转，由此面镜1.2也绕该纵轴旋转，而且光束2的方向同样在一个水平面上旋转。被设计为一个延长条带并且其构造在图3中举例草绘(不按比例)的示例性检测器表面3具有约0.1mm厚并从PET制作的两个覆盖层3.1，在这两个覆盖层之间存在被层压的一个层3.2，该层是约0.0Olmm厚并从塑料聚乙烯醇和染料若丹明6G的一种同质混合物制作。层3.2是光致发光的。其如此厚从而使得对于以一种正常方式冲击它的波长532nm的光，其吸收率高于80%。(这所需要的层厚度通过试验最优确定)。当由于光束2因此带有匹配光谱的一个光点冲击层3.2时，其在层3.2的多个染料颗粒上触发光致发光。这产生了较长波长的漫散射的光。根据光波导管的已知基本功能原理，因为光在与环境(空气)或与支撑层3.3的分界面由于不同的折射系数因此被回射到这些透明层3.1的材料中，所以光在这些层3.1中传播，并还基本上保持在这些层中。典型地被设计为多个硅光电二极管并且可以占用约2mm2X2mm2的截面面积的多个光电检测器3.4例如在从被层3.2避开的照射避开的PET层3.1的侧面上，在该检测器表面的纵向方向上相互距离5cm的间隔被适配，从而使得它们将光从PET层退耦并将其耦合到它们的pn结。一个电信号由此在pn结以一个电压或一个电流的形式生成。经一条双极线3.5到一个连接点，将所述电信号路由发送到该检测器表面3并将其馈送用于进一步处理。足够本申请考虑一个检测器表面3的所有这些光电检测器3.4的和信号而不是每个光电检测器3.4的这些个别信号。例如，因此可以将由多个光电二极管形成的一个检测器表面的所有这些光电检测器3.4并联连接，并测量共同短路电流。所述短路电流与在个别pn结从波导管模式退耦的光功率巨大地成比例。举例来说，图4示出了在有待监控的区域的两条相互邻接边缘线的光检测的和信号，这两条边缘线从相同光源I照明(参见图1)。在时刻to，光束2辐射到在第一墙壁上的检测器带的开始；测量到一个功率P。在时刻tl，光束到达阴影4 (图1);所测量功率降低至IJ (大约)零。在时刻t2，光束再次从阴影显露；所测量功率再次升高到正常值。在时刻t3，光束到达在第二墙壁上的检测器带的末端，并因此到达来自一个光源I的光束的测量范围的末端；所测量功率再次降到零，并保持在该值直到循环从时刻t=tO+T重新开始。在此情况下，时间间隔T是在其内光束的方向进一步旋转一周的周期。在此情况下，精确地通过公式α =ω.t将在有待监控的区域中光束的一个角度α分配到每个时刻t，ω是光束2的方向变化的角速度。一个评估控制可以由此从信号消失和恢复的精确时刻推断在检测器上这些阴影边缘的这些精确位置。由此以相似的方式推断被遮蔽物体的位置以及近似轮廓。在一个更高级控制中，向时刻tO，tO+T，tO+2T...中的每个分配角度α =0，并因此用光束的每次经过重校准角度测量值是非常明智的。遮蔽物体一定位于其内的一个区段因此由标记由物体4引起的阴影5.1,5.2的这些边界的角度tl和t2定义。因为使用以相互间隔排列的多个光源I (图1)，所以由于多个这些区段一定位于重叠区6中，因此可以更准确定位遮蔽物体，并且可以更准确检测其形状。
面镜1.2可以在例如IkHz的一个固定频率典型地旋转。每次经过的角位置的校准可以例如由一块挡光板实施，该挡光板由在电动机1.3上适配的一个物体在每次旋转被中断或允许通过一次，并且在此情况下向评估控制发送一个信号，该信号表示电动机1.3的一个具体角位置，并因此表示面镜1.2的一个具体角位置，并因此表示光束2的方向。为避免由不相关光源I引起的在多个检测器表面的多个干涉信号，并延长被使用的这些激光源1.1的使用寿命，在面镜1.2经过在任意情况下不在一个角度范围上做出测量的该角度范围期间(根据图4，在时刻t3和tO+T之间)切断这些激光源1.1是有利的。当两个光源I用于IkHz的一个旋转频率时，需要为一个遮蔽物体每毫秒读出并处理四个角度值，以便将该物体的位置及其近似轮廓定界。当使用本发明的多个传感器表面3时，可以在来自这些传感器表面的20MHz的一个读取速率有用地操作。因此，每光源和分配到它的传感器表面区域的每次扫描产生约5000个测量结果。取决于有待监控的区域的大小，阴影检测的空间分辨率因此处于毫米范围直到亚毫米范围。因此，在正常大小(例如20m2)的一个房间中，甚至可以大小在厘米范围中的多个物体在没有问题的情况下被个别地检测并定位。以下可以关于在此所描述的示例性实施例的修改进一步提到:绝对无需使用一个机电设备将光束的方向偏斜。还可以使用一个电光兀件。由此带来的一条光束的角度的微小变化可以经一个曲面镜放大。与已描述的一台电动机的使用相反，这由此在一些情况下可以改进噪声的避免并延长使用寿命。可以通过使用一种压电效应调整面镜并依靠一个曲面镜额外地放大光束的偏斜来实现相同的功能。还可以将多个电光元件与一个面镜的压电调整组合，并且如需要则在光束的路径上在下游额外地添加一个曲面镜。可以使得来自这些激光源1.1的光以快速频率迅速地闪烁，并且刚好该频率可以从所测量信号滤出。由此可以有效地滤出背景光。特定地，当目标是能够比在图1中所草绘的示例更准确地检测一个遮蔽体的轮廓时，使用以相互间隔排列优选地排列在有待监控的区域的边缘的多于两个光源I是讲得通的。然后重要的是牢记在不可辨别的多个光源的情况下，由于来自一个检测器表面的这些信号以其他方式在所谓多个阴影边界中是模糊的，因此仅一个相对应光源可以在一瞬间照耀到一个检测器表面上。因此，一个高水平控制应该用来每当一个光源的光束被引导到来自一个已接通光源的光束已在此刻被引导到其上的一个检测器表面上的时候将该光源切断。当然，还可以使用多个较短检测器条带并在任意情况下将仅单个光源照耀到每个条带上。同样可以使用多个光源，在此情况下光的亮度为个别光源在一个具体特征频率波动。可以然后通过从这些检测结果频率滤波来检测哪个光源是成为原因的。在一个地板区域上的多个人或多个物体的移动可以因此被有效地监控，并通过在地板区域上方水平地排列有待由光幕监控的区域被记录。本发明的光幕是如此鲁棒且迅速的，并具有充分高的分辨率，使得例如还可以由此在一场足球赛期间跟踪球场上所有球员的位置变化。由于其速度和准确性，所以本发明的光幕还可以非常有效地用于在多个机器中和上的多个监控任务。同样，作为在用于控制一个物体的移动的一个控制环路中的一个位置检测器，其可以检测并报告有待控制的该物体的移动。
尤其地，本发明的光幕还可以以相似于一个触摸板的方式为一个数据处理系统用作一个输入装置。为此，必需在可以是一个屏幕或一个投影表面否则是一个传送投影表面的后部的一个输入区的一个上升边缘上排列多个检测器表面和多个光源。可以类似于在数据处理系统中的一个输入鼠标的指针位置解释并使用位置检测结果。由此容易地可以实时定位多个触摸手指或多个指示装置；在此情况下，该功能独立于有待接触的表面的状态。
权利要求
1.一种用于在有待监控的区域中的遮蔽物体的光学检测的光幕，该有待监控的区域由来自一个光源的可变方向的一条准直光束重复地扫描，穿过该区域的光的功率被测量，并因此由一个评估控制从该所测量功率的时间剖面通过使用该光束的方向的时间剖面的知识来推导这些阴影边界并因此推导一个遮蔽物体的位置和大小， 其特征在于， 为了测量穿过该区域的光的功率，存在在该有待监控的区域的边缘排列的一个光检测器表面(3)，其可以测量由一个光源(I)发射的光束(2)的功率，该光检测器表面(3)是一个平面光波导管，多个光致发光颗粒集成在其中，并且在其上存在适配的一个或多个光电传感器(3.4)，这些光电传感器能够将光从波导管模式退耦，并由此能够生成一个电信号，该电信号的强度是该退耦光的功率的强度的一个函数。
2.根据权利要求1所述的光幕，其特征在于，该光检测器表面(3)的多个光电传感器(3.4)可以读出可以馈送到该评估控制的电气和信号。
3.根据权利要求1所述的光幕，其特征在于，该光检测器表面(3)的多个光电传感器(3.4)在多个共用连接引线(3.5)上并联连接。
4.根据权利要求1至3之一所述的光幕,其特征在于,被提供用于改变该光束2的方向的是多个电光元件和/或一个面镜，这些光电元件和/或该面镜的位置可以由压电效应改变，并且其特征在于，在该光束的路径上的所述多个元件和/或所述面镜之后循序放置的是可以用来改变该冲击光束的角度的带有一个曲面的一个面镜。
5.根据权利要求1至3之一所述的光幕，其特征在于，为了改变从一个激光源(1.1)发射的光束(2)的方向提供的是一个面镜(1.2),该激光源(1.1)的光束被引导到该面镜上，并且该面镜可以由一个驱动器(1.3)驱动以便均匀地旋转。
6.根据权利要 求5所述的光幕，其特征在于，可以每次旋转测量该驱动器(1.3)和/或该面镜(1.2)的角位置至少一次。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的光幕，其特征在于，该旋转面镜(1.2)在一个有待监控的区域的边缘上排列，并且其特征在于，在该面镜(1.2)的每次旋转期间，该激光源(1.1)可以在该面镜(1.2)的位置的一个可定义角度段中被切断，并可以在经过所述段之后被再次接通。
8.根据权利要求1至7之一所述的光幕，其特征在于，相互隔开排列的多个激光源(1.1)在该有待监控的区域上排列，并且其特征在于，每当在接通状态，这些激光源(1.1)照耀到在所述时刻另一激光源已经实际照耀到其上的一个检测器表面上时，这些激光源(1.1)可以由一个控制个别地切断。
9.根据权利要求1至8之一所述的光幕，其特征在于，该有待监控的区域在一个地板区域上方水平地排列，并且其特征在于，在该地板区域上的多个人或多个物体的移动由该光幕记录。
10.根据权利要求9所述的光幕，其特征在于，由此跟踪多个运动员在一个运动场上的位置变化。
11.根据权利要求1至8之一所述的光幕，其特征在于，由此执行在多个机器中和/或上的多个监控任务。
12.根据权利要求1至8之一所述的光幕，其特征在于，其在一个受控系统中为一个物体的移动用作信号发送元件。
13.根据权利要求1至8之一所述的光幕，其特征在于，其用作到一个数据处理系统的一个输入单元，为此有待由其监控的该区域在一个输入区上排列，必须由一个手指或一个指示笔或一个可比较物体通过该有待监控的区域敲击该输入区，以便向该数据处理系统输入。
全文摘要
本发明涉及一种用于在有待监控的区域中的遮蔽物体的光学检测的光幕，其中该有待监控的区域由来自一个光源的可变方向的一条准直光束重复地扫描，其中穿过该区域的光的功率被测量，其中由一个评估控制从该所测量功率的时间剖面用该光束的方向的时间剖面的知识来推导这些阴影边界并因此推导一个遮蔽物体的位置和大小。实施为一个平面光波导管的一个光学检测器区(3)沿该有待监控的区域的边缘排列，多个光致发光颗粒集成到所述光学检测器区，并且一个或多个光电传感器(3.4)适配到所述光学检测器区。一个光幕可以由此实现，这使得可以以非常好的分辨率检测多个遮蔽物体，其中该光幕具有非常好的鲁棒性并可以具有低生产成本。
文档编号G01V8/24GK103140775SQ201180047554
公开日2013年6月5日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年10月6日
发明者罗伯特·科佩 申请人:伊斯奇里因特菲斯技术股份有限公司