專利名稱：探測器面的制作方法
探測器面本發(fā)明涉及探測器面(DetektorfMche ),其能夠作為柔性的包圍面
(Hullflache )能夠圍繞物體或者在物體上安裝，用以探測物體是否以及在哪里由光指示器 (Leuchtzeiger)命中。目前最重要的應用領域是作戰(zhàn)模擬或比賽當中的命中探測，其中代替發(fā)射如顏料或軟質泡沫橡膠球等材料的仿真槍支而使用發(fā)出準直的光脈沖的發(fā)光器件。US 2007/0176165A1展示了基于感光有機半導體的平面構造的、關于命中的光點的位置探測器(Positionsdetektor)的構造方式。平面構造的探測器構成了一個單獨的大面積的傳感器單元。其由多個層組成，其中至少一層是光敏的。在其邊緣處，位置探測器具有彼此間隔的連接電極，電信號能夠借助這些連接電極接收(abnehmen)，由該電信號能夠得到光線命中的位置。相對于具有許多彼此相鄰安裝的單個感光單元的構造方式，這樣的排布成本較低廉并且易于建造，然而其提供的分辨率較低。US 2007015^85A1介紹了一種構成平面的光波導(Lichtwellenleiter)的光學觸摸板。一個與觸摸板的波導接觸的物體通過物體表面處的散射將來自外部光源的光耦入觸摸板的波導中。耦入位置的探測將通過并未詳細描述的光電探測器來實現(xiàn)。文獻DE 42 39 389A1, EP 354 996A2 和 EP 225 625A2 中描述了一些光學位置測量裝置，其中，在光波導表面上或光波導表面中安裝有熒光分子，該分子將從外界入射的光轉化為長波的漫散射(diffus gestreut)光，該漫散射光在光波導面中傳導到表面邊緣，并且所述漫散射光不是已經(jīng)在那里由傳感器采集到了其強度，就是之前通過光導傳導到另外一處。因為被測量光的強度隨著距光線命中點的距離增加而減小，所以能夠通過多個探測器測量結果的組合推斷出光線的命中點。跟之前介紹的入射光在波導中并不轉化而導入到傳感器的方法相比，優(yōu)點是，信號更少地依賴于光線到達表面上的角度。在數(shù)據(jù)處理設備的輸入裝置上應用該原理在這些文獻中并不考慮。此外位置分辨率在較大面積時并不足夠好，因為在所列文獻中，探測器是安裝在波導邊緣的。DE 295^08A1中介紹了一種運動衣，該運動衣裝配有大量的彼此間隔的、近似為點狀的光學傳感器，典型的是光電二極管。運動衣的作用在于，在戰(zhàn)爭模擬訓練或戰(zhàn)爭模擬游戲中顯示身穿該運動衣的人何時被“命中”。在這里，該設備被當做仿真槍械來使用，使用該設備能夠發(fā)射希望的短時定向的激光脈沖。為了記錄命中，單個傳感器與數(shù)據(jù)處理設備相連。出于成本和實施方面的原因，衣服表面并不是由所裝配的光電傳感器完全平面覆蓋，而是僅在相對粗略的間隔光柵上排布光電傳感器。為了使命中被可靠探測到，激光脈沖必須強烈擴寬(aufweiten)，對此即使目標人物是差點被命中的，也可能也會有顯示出為命中的情況。DE 34 13 372A1在1985年已經(jīng)描述了一種靶盤，由該靶盤探測光點命中的位置， 并由數(shù)據(jù)處理設備讀入。在剛性靶前面安裝有一個層，該層含有發(fā)熒光的分子，并且光波能夠導入該層。在該層的邊緣安裝有光檢測器，通過熒光在該檢測器處產生光，并導入所述層，且被探測到。因為導入所述層的光強度隨著距命中點的距離增加而減弱，所以由在光檢測器上探測到的光線的強度能夠推斷光點在層上的命中點的距離。當位置探測器安裝在圓環(huán)形的、光波導層的內緣時，能夠由測量得到的信號強度計算出光點命中點距離位置探測器的徑向距離。在一個有益的實施方式中，光導面分布在寬度恒定的長條帶(Mreife)中， 該條帶相對于光導彼此間分離。在這里，在條帶的每個長端(Langsende )上分別安裝有光檢測器。當在命中點處引入發(fā)光波導中的光能的絕對大小不是已知的情況下，由條帶的兩個光檢測器測量的光強度的大小之比也能夠很好的計算出光點在條帶上的命中位置。相比之前描述的DE 2952608A1所對應的構造方式，其有益之處在于能夠被“完全平面覆蓋”地探測。缺點則在于，至今仍只能夠在剛性探測器面上應用。本發(fā)明的基礎任務在于，創(chuàng)造一種能夠圍繞物體安裝的柔性的包圍面，該包圍面是以可由數(shù)據(jù)處理設備繼續(xù)處理的方式，如相應于DE 34 13372A1中“完全平面覆蓋”的方式構造，而不是如相應于DE 2952608A1的構造方式那樣僅能逐點探測光點是否以及在哪里命中探測器面。為了完成本發(fā)明任務，以DE 34 13 372A1中的構造方式為出發(fā)點，其中，探測器面是平面的光波導，在該光波導中集成有光致發(fā)光的顆粒，并在該光波導上安裝有一個或多個光電傳感器(以下簡稱為“光檢測器”)，這些光檢測器所處的狀態(tài)是，光從波導模式中耦出并由此生成電信號，該電信號的強度依賴于在光檢測器處耦出的光的強度。這個信號將被傳遞到數(shù)據(jù)處理設備。通過該數(shù)據(jù)處理設備可知信號的強度，并且在應用多個光檢測器的情況下得知該信號來自哪個光檢測器。與已知構造方式的不同之處在于，所形成的平面的光波導不是剛性的，而是柔性的膜(Folie)。另外，平面的光波導由透明的聚合物形成，所述聚合物具有20至500μπι的層厚。(“透明的聚合物”的表述在本說明書和之后的權利要求書中還指代并包含有“透明的聚合物混合物”的含義。)與已知構造方式的另一個不同之處在于，光檢測器不是或者不僅僅是安裝在光波導面的邊緣，而是還特別安裝在與所有邊緣有一定距離的面區(qū)域上。在一個特別優(yōu)選的實施方式中，光檢測器安裝在光波導的凹槽(Mulde)中，該凹槽通過例如深模鍛或鑄造的變形工藝在其他平面的膜上形成。關于波導面對單個光檢測器的面分配，能有區(qū)分出兩個基本的類型，但這兩個基本的類型是能夠彼此組合的根據(jù)第一原理，整個探測器面通過大量的單個小的平面的光波導構成，這些平面的光波導在幾何上互相靠近，而關于波導卻又互相分離。每個光波導上正好設有一個光檢測器。它僅確認各個光波導是否由光線命中。它不需要為此提供有關的部分探測器面在光波導的哪個部分面上被精確命中的信息。根據(jù)第二原理，整個探測器面作為單獨的連續(xù)光波導來實現(xiàn)。該光波導具有彼此以光柵距離間隔的大量的小平面的光檢測器。依賴于在波導中單個光檢測器與光耦入點距離有多近，它的被測量信號具有不同的強度。由此能夠由多個光檢測器的信號幅值得知它在波導上的位置，并計算耦入點。第一原理較為粗略，并要求較簡單的測量電子設備和較簡單的數(shù)據(jù)處理。而根據(jù)第二原理，能夠在不增加成本的情況下達到更精細的分辨率這一目的。兩種原理的組合是，整個探測器面被分成很多個平面的光波導，其中至少一些光波導為了得到更精細的分辨率而裝配有多于一個的光檢測器。這例如能夠提供更大的機械負載力和更簡單的可塑性。本發(fā)明將結合附圖得以展示。

圖1 象征性地展示了第二原理的基礎元件。探測器面并未按原尺寸繪制在截面圖中，光線則用點線代表。圖2 是依據(jù)本發(fā)明的探測器面的截面的正視圖。圖3 是特別有益地實現(xiàn)的探測器面的截面的部分剖面視圖。圖4 是另一個有益實現(xiàn)的探測器面的截面的部分剖面視圖。在圖1中描繪了其構造的平面的光波導1例如由兩個大約0.1mm厚的PET 覆蓋層1. 1構成，在其中間有大約0. OOlmm厚的層1.2，該層1.2由塑料聚乙烯醇 (Polyvinylalkohl)和著色劑羅丹明(Rhodamin) 6G的均勻混合物壓制而成。層1. 2是光致發(fā)光的。其作用很強，以至于一般擊中它的波長為532nm的光要被吸收掉80%以上。(對此所要求的層強度(Schichtstarke )須通過實驗獲知)。當具有適合的光譜的光斑點命中層1. 2時，它將在層1. 2的著色劑顆粒處觸發(fā)光致發(fā)光。由此將產生漫散射的長波的光。相應于已知的光波導基本工作原理，所述漫散射的長波的光在透明層1.1中傳播，并基本上還留在該層中，由于折射率的不同，它在與環(huán)境 (空氣)的界面處被反射回層1.1的材料中。例如在周期長度為5cm的正方形光柵中，光檢測器2占據(jù)2X 2mm2的截面面積，并安裝在兩個PET層1. 2之一的自由面上，使得它將光線從PET層耦出，并耦入其pn結。所有光二極管2的信號將通過電導5和濾波器6導入數(shù)據(jù)處理設備7，在其中，信號被測量并被處理。在光波導1中命中光斑點3. 2處通過光致發(fā)光產生的光線3. 3的強度隨著距離光斑點3. 2距離的增加而減弱。出于幾何方面的原因，強度正比于距離的倒數(shù)(Kehrwert)減弱。另一個指數(shù)形式的強度減弱是因為在波導中的光導具有損失。波導中光3. 3的強度依賴于距離光斑點3. 2的命中點的距離r，即距離發(fā)生發(fā)光的點的距離，能夠用以下公式描述I = I0*exp (_k · r) /r在這里，k是材料參數(shù)，并且依賴于引入光線3. 1的能量的初始強度I。。在單個光檢測器上由被探測光線產生的電信號的強度依賴于單個光檢測器與光斑點3. 2的命中點的距離。當在平面的光波導上連接了多個光檢測器時，測量在該波導模式下不同的光強度，其中測量結果依賴于待測光檢測器距離由發(fā)光產生的光斑點的命中點的遠近。從在單個光檢測器上測得的信號強度的比值中能夠利用數(shù)據(jù)技術可自動化的、數(shù)學的方法推斷由發(fā)光所激發(fā)的光線在探測器面上準確的命中位置。為了形象展示對此合適的、隨后粗略描述的算法，在圖2中假設對所有關注的光探測器都相同的初始強度Itl，其能夠依賴于在單個光檢測器處測得的結果為單個光檢測器計算出，該初始強度Itl必須位于圍繞待定位光斑點的命中點的有關光檢測器的圓周線上。三個光檢測器的相應的圓例如在圖2中用虛線標明。這些圓總共有六個交點A、B、C、a、b、C。
為了計算，適用所有三個光檢測器的初始強度Ic/變大或變小，直到三個內交點a、 b、c依照圖2落于同一個交點上。命中光斑點的中心正好位于如此發(fā)現(xiàn)的“三重交點”處。當介于單個光檢測器的距離不大于幾厘米時，在波導中所傳遞的光的、由損失引起的指數(shù)形式的強度減弱，其相對于幾何相關的強度減弱是微不足道的。上述公式能夠通過公式I = I0/r來實現(xiàn)足夠好的近似。這樣計算能夠簡化，并且所描述的計算能夠快速進行。以今天可毫無問題且經(jīng)濟合算地大量購得的數(shù)據(jù)處理設備的工作速度，根據(jù)第一公式的更精確的計算有可能在更快的時間里實現(xiàn)，因此相對命中光斑點位置的確定的快捷性，還可能覺得該位置是實時測量的。根據(jù)面積和必要的分辨率能夠在探測器面上裝配任意多個光檢測器，優(yōu)選的是以有規(guī)律的式樣進行裝配。光檢測器裝配得越緊密，最小信號強度就越大，并且相應地在相同讀出電子設備中組件的分辨率就越高。在以摻有著色劑的塑料板為基底的理想波導上進行的實驗中，在正方形樣本中的光檢測器的距離為12cm的情況下能夠實現(xiàn)好于+/-Imm的準確度。為了將光檢測器裝配在光波導中，應該使用粘接劑，該粘接劑在硬化狀態(tài)下在波導和光檢測器之間產生良好的光學接觸。當硬化了的粘接劑對于波導模式中的光是透明的，并且當其折射率介于波導1(即層1.1)的折射率和光檢測器與波導1靠近部分的折射率之間的時候，就制造出了“良好的光學接觸”。(靠近的材料間的折射率系數(shù)相差越小，光更好地通過兩個材料間的邊界面。)圖3展示了光檢測器2的典型構造，并且展示了在光波導1上的有益排布。光檢測器2由光電元件2. 1，典型的是由一塊硅晶片構成，該硅晶片從電學上看表現(xiàn)為光電二極管或光電晶體管。元件2. 1的一側與典型的陶瓷底板2. 2的一側相連，并與安裝在此處的電導體電接觸。該電接觸通過同樣與底板2. 2相連的、引導走(wegfilhrend) 的電導線2. 4進一步傳遞。該導線能夠典型的通過電線或薄層形成在柔性的電路板上。光電元件2. 1的感光側面通過透明的“窗口”2. 3圍住。典型地由透明塑料構成的窗口與光波導1通過粘接相連。在圖3所示的有益實施方式中，在光波導1中與光檢測器粘接的位置刻印有凹槽 1. 3，其內輪廓與窗口 2. 3的外輪廓相同。窗口 2. 3插入該凹槽1. 3并與之粘接。通過介于光檢測器2和波導1之間的連接面的幾何實現(xiàn)，將獲得相對于在波導中平面的無變形的區(qū)域處的光檢測器排布的顯著優(yōu)點。因為光檢測器較少突出，該連接在機械上十分結實，組件易于控制，并且波導和光檢測器之間的光學連接更好。典型地，在波導平面中的光檢測器2的窗口 2. 3的截面尺寸為2X2mm2，并且一般其高度值是大約0. 5mm。這表明，當波導依本發(fā)明所確定由具有20至500 μ m層厚的聚合物構成時，與其匹配的凹槽1. 3能夠通過刻印毫無問題地在波導1中形成。根據(jù)圖4，通過在波導上切割出開口，而該開口正好具有光檢測器2的窗口 2. 3的截面輪廓，窗口通過開口伸入并且開口截面在波導中與窗口 2. 3粘接，則能夠將光檢測器2 也固定在波導1。這樣的排布是尤其平整的。還要提及的是，還有可能通過壓印工藝或氣相沉積工藝直接在波導的表面上制造光檢測器。
在圖1中可見的光指示器4能夠為激光器，其能夠作為仿真槍支的一部分，并能夠將波長為532nm的頻率調制的綠色激光3. 1發(fā)送到探測器面上。在那里通過已經(jīng)介紹過的方式激發(fā)光致發(fā)光，由此產生的長波的光在波導1中傳遞，并由此在光檢測器2中產生電信號。該電信號能夠通過導線5和在大多數(shù)情況下通過插入裝置(Zwischenschaltgerate) 6 進一步傳導至數(shù)據(jù)處理裝置7，其中所述插入裝置能夠包括濾波器和/或接口電路。依照本發(fā)明的探測器面能夠作為柔性的層安裝在人們的衣服上。當使用激光器4 將光脈沖發(fā)送到探測器面上時，探測器面上的各個點，即激光器4的光脈沖3. 1命中指示面 (Anzeigeflache )的點的坐標能夠通過數(shù)據(jù)處理裝置7識別，該識別是通過例如借助以上描繪的算法，從多個光檢測器的信號計算出這個坐標。所述的探測器面還能在大的平面實現(xiàn)中成本低廉地制造。它能夠由在很大程度上透明的材料整個構成。為此著色劑是必要的，其僅在可見光譜的邊緣或之外進行吸收。因為例如能夠通過選擇在層1. 2中的光致發(fā)光的顆粒來進行設定，僅達到目標的光中確定的狹窄譜能完全激發(fā)光致發(fā)光，并通過使用正好在此光譜范圍內發(fā)強光的光指示器4，設備能夠具有非常好的對環(huán)境光的不敏感性。還可能通過光指示器4來發(fā)射具有在時間上頻率調制(zeitlich frequenzmoduliert)的強度的光。也就是說，輻射3. 1的強度在時間上以確定的頻率波動。 該頻率將利用通信技術的手段從光檢測器2提供的信號中過濾出去。通過應用不同頻率編碼的激光，通過使用濾波器可能實現(xiàn)，區(qū)分多個同時命中的激光，并識別在探測器面上的各個命中位置。環(huán)境光線還能夠通過安裝在探測器面上的層被過濾掉，該層只允許在確定的光譜范圍內的光通過。在一個有益的實施方式中，為了產生電能而應用存在于探測器面上的光檢測器， 所述電能例如由讀出電子設備和無線數(shù)據(jù)傳輸所使用。還要補充強調的是，光線3. 1并不必須強制為激光。只不過當光線3. 1是激光的時候會得到特別有益的關系(Verhaltnis)，這是因為激光根據(jù)其特性能夠被很精確地確定， 并且還能夠簡單地實現(xiàn)在與光源距離非常大的情況下的探測。模擬槍支的應用最好使探測器面的連接與移動通訊設備相結合，因為移動通訊設備可承擔命中評價，并通過聲音和/或視覺信號指示命中。此外，通訊設備能夠采用與數(shù)據(jù)處理設備的無線的電連接，以便將事件的評價描述在屏幕上或經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)來描述。另一個有益的應用是將探測器面安裝在建筑物中和在建筑物上的表面上，以便將其用作不同設備例如照明、遮蔽設備、自動大門和房門、或者電子設備的開關來使用。探測器面能夠使用光指示器從遠處啟動。其優(yōu)點在于，單個光指示器能夠被作為大量應用的通用遙控器來使用。通過在確定的設備上、或者在設備確定的面區(qū)域上或者部分上布置探測器面，能夠建立一種可簡單且清楚理解的分配(aiordmmg)何種應用以何種方式處理，或者在何種應用中應該通過該開關作用，或者有關何事應該通過該開關報告信息。通過對每個光指示器特殊的時間調制，能夠數(shù)碼加密地傳送光指示器的序號。從探測器面給出的信號不僅包括光斑點的命中點的信息，而且還包括能從該信息中識別的數(shù)字信息，通過所述信號能確定命擊的光斑點是源自哪一個光指示器的。一個連接在探測器面之后的、處理其信號的電子設備能夠被編程，使得其能夠讀取序號，并且僅進一步處理來自一個或多個完全確定的光指示器中發(fā)出的信號，這些光指示器能夠通過其特殊序號識別。所述設備的開關能夠僅通過這些確定的光指示器來激發(fā)。從而光指示器就同時作為鑰匙和遙控器。此類功能至今大多借助無線電或不具方向性的紅外傳遞來實現(xiàn)，這導致的結果是，為了破譯編碼和能夠不經(jīng)授權使用設備，必須在輸入設備上為每臺設備和每項功能設置不同的按鍵，并且信號要能夠被攔截。在所述情況下，通過直接的光傳導幾乎不可能出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的對信號的竊聽， 這是因為信號僅在一個方向上發(fā)射。此外，受控設備通過操作者來瞄準，因而不必為了所有設備和功能在遙控上準備按鍵。當然，還能夠在指示設備上設有多個按鍵，通過這些按鍵能夠激發(fā)彼此被不同地編碼的光指示器。因而，能夠為探測器面的單個面區(qū)域分配不同的、待接通的功能，這些功能根據(jù)通過指示設備的哪些鍵，命中所述面區(qū)域的光指示器來激發(fā)。
權利要求
1.一種由一個或多個平面層構成的、關于光信號的探測器面，所述探測器面作為柔性的包圍面圍繞物體或者在物體上安裝，以便探測物體是否和/或在哪里由光指示器命中， 其中，所述探測器面由一個或多個平面的光波導構成，其中，所述平面的光波導中的至少一層具有光致發(fā)光的屬性，并且其中，平面的光波導與至少一個光檢測器通過透光的接觸面相連，所述探測器面的特征在于，所述平面的光波導(1)是作為由具有20至500 μ m的厚度的透明的聚合物形成的膜， 并且光檢測器O)中的至少一個與所述光波導的所有邊緣具有一定距離地安裝在所述光波導⑴上。
2.根據(jù)權利要求1所述的探測器面，其特征在于，所述探測器面由大量在幾何上互相靠近的光波導(1)的部分面構成，所述部分面相對于光波導彼此分離，并且其中為每個光波導安裝至少一個光檢測器(2)。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的探測器面，其特征在于，至少一個光波導設有多個彼此以一定距離安裝的光檢測器。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的探測器面，其特征在于，光檢測器( 粘接在光波導的凹槽(1. 之中。
5.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的探測器面，其特征在于，光檢測器⑵插入在光波導(1)中的開口，并與所述開口的邊緣粘接。
6.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的探測器面，其特征在于，所述光檢測器通過壓印工藝或氣相沉積工藝直接在所述波導的表面上制造。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的探測器面，其特征在于，在所述光檢測器(2)之后連接有濾波器(6)。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的探測器面，其特征在于，所述探測器面是人們衣服的一部分。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的探測器面，其特征在于，所述探測器面作為設備的開關使用，所述設備能夠借助光指示器從遠處操作。
10.根據(jù)權利要求9所述的探測器面，其特征在于，通過所述開關進行開關的設備是圍繞其安裝有所述探測器面或在其上安裝有所述探測器面的物體本身。
11.根據(jù)權利要求9所述的探測器面，其特征在于，通過所述開關進行開關的設備作用在那些圍繞其安裝有所述探測器面或在其上安裝有所述探測器面的物體上，和/或產生和 /或進一步傳遞有關所述物體的信息。
12.根據(jù)權利要求9至11中任一項所述的探測器面，其特征在于，所述探測器面與光指示器組合使用，所述光指示器發(fā)送對其進行標記的、在時間上調制的光信號，并且在所述探測器面之后連接一裝置，所述裝置能夠執(zhí)行對來自于所述探測器面的調制信號的處理，所述處理依賴于哪些信息在調制中進行了編碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于光學信號的探測器面，該面作為柔性的包圍面圍繞物體安裝，用以探測物體是否以及在哪里由光指示器被命中。探測器面由一個或多個平面的光波導(1.1)構成，其中，平面的光波導中的至少一層(1.2)具有光致發(fā)光的屬性，并且光檢測器(2)安裝在平面的光波導上，使得該光檢測器能夠耦出來自光波導的光并能夠探測所述光。平面的光波導(1)是作為由具有30至500μm的厚度的透明的聚合物形成的膜，并且光傳感器(2)與光波導的所有邊緣具有一定距離地的安裝在光波導(1)上。
文檔編號G06F3/042GK102272704SQ201080003955
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月4日 優(yōu)先權日2009年1月7日
發(fā)明者理查德·埃布內, 羅伯特·克佩 申請人:伊斯奇里因特菲斯技術股份有限公司