Objektdetektor und Verfahren zur Detektion eines Objekts Insbesondere im industriellen Umfeld ist es erforderlich, die Anwesenheit und den Ort eines Objekts auf einer ebenen Fläche zu detektieren. Es sind Platten mit elektrischen Strukturen bekannt, mit welchen eine solche Detektion erfolgen kann. Beispielsweise können ebene Flächen mit Tasten versehen sein, die durch das Objekt in Richtung der ebenen Fläche gedrückt werden und dann einen elektrischen Schalter betätigen. Auf diese Weise lassen sich Anwesenheit und Ort bestimmen. Signa ^¬ le einer Vielzahl von oder sämtlicher Tasten werden über Leitungen an eine Auswerteeinheit übertragen.

Ferner sind Touchscreens bekannt, welche auf einem kapaziti ^¬ ven, resistiven oder induktiven Wirkprinzip beruhen: In

Touchscreens wird der Ort des Objekts häufig derart bestimmt, dass entlang von Kanten des Touchscreens ein Strom durch eine bestimmte Leitung fließt, deren Ort bekannt ist. Entlang der Kanten des Touchscreens müssen also je nach Auflösungsvermö ^¬ gen mehrere Leitungen angeschlossen werden und die Platte muss mit für den elektrischen Strom leitenden Strukturen versehen sein.

Bei den vorgenannten Lösungen skaliert der Verdrahtungsauf ^¬ wand mit der Größe der ebenen Fläche, entlang welcher ein Objekt detektiert werden soll. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Objektdetektor und ein Verfahren zur Detektion eines Objekts anzugeben, mittels welchen eine Detektion der Anwesenheit und/oder des Ortes eines Objekts entlang einer flachen Oberfläche erfolgen kann, wobei zugleich eine Skalierung des Verdrahtungsaufwandes mit der Größe dieser Fläche nicht einhergehen muss.

Diese Aufgabe wird mit einem Objektdetektor mit in den Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zur Detektion eines Objekts mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.

Der erfindungsgemäße Objektdetektor weist einen Körper mit mindestens einem dielektrischen Bereich mit einer sich flächig erstreckenden Flachseite auf. Zudem weist der Objektde ^¬ tektor eine den dielektrischen Bereich mit elektromagneti- sehen Wellen, insbesondere Mikrowellen, speisende Wellenquel ^¬ le, insbesondere eine Mikrowellenquelle, auf, sowie zumindest eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung zumindest einer von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Bereich abhängenden Größe und eine Auswerteeinrichtung, welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dieser zumindest einen Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zu ^¬ mindest entlang der Flachseite, eines Objekts an und/oder nah der Flachseite zu schließen, auf. Unter der Wendung „nah der Flachseite" im Sinne dieser Anmeldung ist vorzugsweise „mit einem Abstand von höchstens 10 Wellenlängen der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite" zu verstehen. Insbesondere ist unter der Wendung „mit einem Abstand von höchstens drei Wellenlängen der elekt- romagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite", bevorzugt „mit einem Abstand von höchstens einer Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite" und idealerweise „mit einem Abstand von höchstens einer halben Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite" zu verstehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor übernehmen die sich im dielektrischen Bereich ausbreitenden elektromagnetischen Wellen die Funktion, den dielektrischen Bereich entlang der Flachseite abzutasten. Auf diese Weise ist eine umfangreiche Verdrahtung der sich flächig erstreckenden Flachseite nicht erforderlich. Insbesondere Flachseiten, deren Fläche die derzeit übliche Größe von Touchscreens deutlich überschreitet, lassen sich folglich leicht mit dem erfindungsgemäßen Objektdetektor realisieren.

Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor der dielektrische Bereich, zumindest teilweise, von einem

Absorbermaterial umgeben. In dieser Weiterbildung der Erfindung wird wirksam vermieden, dass sich stehende elektromagne ^¬ tische Wellen in dem dielektrischen Bereich ausbilden. Stehende elektromagnetische Wellen in dem dielektrischen Bereich führten zu Bereichen an der Flachseite, an welchen die Feldstärke der elektromagnetischen Wellen verschwindet. An oder nah diesen/dieser Stellen der Flachseite wäre der Objektdetektor daher kaum sensitiv. Mittels des Absorbermaterials hingegen können die elektromagnetischen Wellen effizient aus dem dielektrischen Bereich abgeführt werden, so dass sich stehende elektromagnetische Wellen nicht ausbilden können. Die Sensitivität des Objektdetektors ist folglich in dieser Weiterbildung deutlich verbessert. Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor die

Wellenquelle als Mikrowellenquelle und somit zur Speisung des dielektrischen Bereichs mit Mikrowellen ausgebildet.

Geeigneterweise umfasst die Mikrowellenquelle einen Mikrowel ^¬ lensender, welcher mit einer Einkopplung verbunden ist, die ausgebildet ist, die vom Mikrowellensender abgestrahlten Mikrowellen in den dielektrischen Bereich einzukoppeln, insbesondere mittels einer Hohlleiterspeisung und/oder mittels Koppelstiften und/oder mittels Schlitzkopplungen. Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor der Körper ein Flachteil, insbesondere eine Platte, oder weist ein Flachteil, insbesondere eine Platte, auf. Besonders bevorzugt weist der dielektrische Bereich die Form eines Flachteils, insbesondere einer Platte auf. Strukturen, die in ihrer Handhabung herkömmlichen Touchscreens ähneln, können so leicht realisiert werden. Zugleich ist der Objektdetektor wie zuvor bereits erläutert auch in dieser Weiterbildung der Erfindung in der Größe vorteilhaft äußerst frei skalierbar. In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Objektdetektors weist der Körper eine Schichtstruktur auf, ins ^¬ besondere mit einer dielektrischen Schicht mit der Flachsei- te . Zweckmäßigerweise sind Materialien, Dicken und Abfolgen der Schichten der Schichtstruktur derart gewählt, dass eine Führung der elektromagnetischen Wellen, insbesondere eine Führung von Mikrowellen, innerhalb des Körpers optimiert ist. Geeigneterweise weist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor die Schichtstruktur eine metallische Schicht auf, die der Flachseite abgewandt angeordnet ist. Beispielsweise lässt sich so die Dicke des dielektrischen Bereichs um die Hälfte reduzieren, indem dieser an die metallische Schicht angebun- den ist. Auf diese Weise lässt sich wie an sich bekannt die dielektrische Schicht mittels der metallischen Schicht als „mirror dielectric waveguide" ausbilden.

Geeigneterweise weist die Schichtstruktur der Flachseite ab- gewandt eine Schicht auf, die mit einem Metamaterial gebildet ist. Insbesondere kann das Metamaterial metallisch ausgebil ^¬ det sein, wobei dieses Metamaterial eine Massefläche bildet, die in an sich bekannter Weise zur Vermeidung sich ausbildender Wirbelströme räumlich strukturiert ist.

Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor der Körper als Flachteil mit Schmalseiten ausgebildet, wobei die Erfassungseinrichtung/en an oder entlang zumindest einer, vorzugsweise sämtlicher, der Schmalseiten angeordnet ist oder sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Körper um eine Platte, welche Schmalseiten in der Art von Kanten aufweist. Die Erfassungseinrichtung/en ist/sind dann an einer, mehreren oder sämtlichen Kanten angeordnet.

Geeigneterweise handelt es sich bei der oder den Erfassungs- einrichtung/en um Mikrowellenempfänger.

Zweckmäßig ist oder sind die Erfassungseinrichtung/en zur Erfassung einer Feldstärke und/oder einer Energie und/oder ei- ner Leistung und/oder einer Intensität und/oder einer Amplitude und/oder Phase empfangener elektromagnetischer Wellen, insbesondere empfangener Mikrowellen, oder einer oder mehrerer Größen, welche von den vorgenannten Größen abhängigen, ausgebildet.

Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Objektdetektor der dielektrische Bereich mit einer Dielektrizitätszahl von mindestens 1,5 und/oder höchstens von 10 gebildet. Insbesondere ist der dielektrische Bereich mit einer Dielektrizitätszahl von mindestens 2 und/oder höchstens 5, vorzugsweise höchstens 3, gebildet.

Vorzugsweise ist der dielektrische Bereich mit oder aus

Kunststoff gebildet. In einer ebenfalls bevorzugten Weiter ^¬ bildung der Erfindung ist der dielektrische Bereich mit oder aus Keramik gebildet. Besonders bevorzugt ist der dielektri ^¬ sche Bereich mit oder aus einem Kunststoff-Keramik-Komposit gebildet .

Zweckmäßig ist der dielektrische Bereich mit

Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt ist der dielektrische Be ^¬ reich mit hochdichtem Polyethylen (high-density Polyethylene, HD-PE) gebildet.

Besonders bevorzugt ist der dielektrische Bereich aus

Polytetrafluorethylen oder hochdichtem Polyethylen gebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts wird ein erfindungsge ^¬ mäßer Objektdetektor wie zuvor beschrieben herangezogen. Dabei werden mittels der Wellenquelle elektromagnetische Wellen in den dielektrischen Bereich gespeist, mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung wird zumindest eine von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Bereich abhängende Größe erfasst und mittels der Auswerteein ^¬ richtung in Abhängigkeit von dieser zumindest einen Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zumindest entlang der Flachseite, des Objekts an und/oder nah der Flachseite ge ^¬ schlossen. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines metallischen Objekts durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur De ^¬ tektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts durchgeführt, welches eine größere oder gleich große

Dielektrizitätszahl aufweist verglichen mit der

Dielektrizitätszahl des dielektrischen Bereichs des Körpers.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest der dielektrische Bereich des Körpers mittels zumindest eines Kopplers und/oder mittels zumindest einer Hohlleiter- Speisung und/oder mittels Koppelstiften und/oder mittels Schlitzkopplungen gespeist.

Geeigneterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine Laufzeit eines Signals der elektromagnetischen Wellen zum Objekt und/oder vom Objekt zur zumindest einen Erfassungseinrichtung bestimmt, wobei mittels der Auswerteeinrichtung die Laufzeit zur Bestimmung der Position des Objekts herangezogen wird. Zweckmäßigerweise ist ein solches Signal mittels eines Wellenpulses, insbesondere eines Mikrowellen- pulses, realisiert.

Zweckmäßig wird der dielektrische Bereich im Dauerstrichbe ^¬ trieb (CW = continuous wave) oder FMCW-Betrieb oder pulsartig gespeist .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei ^¬ gen : einen erfindungsgemäßen Objektdetektor zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens Schema tisch in einer perspektivischen Darstellung, Figur 2 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit ^¬ punkt des sich innerhalb eines dielektrischen Kör ^¬ pers des Objektdetektors gemäß Figur 1 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Längsschnitt,

Figur 3 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit ^¬ punkt des sich innerhalb eines dielektrischen Kör ^¬ pers des Objektdetektors gemäß Figur 1 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Querschnitt,

Figur 4 den erfindungsgemäßen Objektdetektor gemäß Fig. 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung bei auf dem dielektrischen Körper angeordnetem metallischem Objekt,

Figur 5 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit ^¬ punkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß Figur 1 in der Situation gem. Fig. 4 ausbildenden Mikrowellenfeldes schema- tisch im Längsschnitt,

Figur 6 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit ^¬ punkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß Figur 1 in der Situation gem. Fig. 4 ausbildenden Mikrowellenfeldes schema ^¬ tisch im Querschnitt,

Figur 7 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit ^¬ punkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß Figur 1 ausbildenden Mik ^¬ rowellenfeldes schematisch im Längsschnitt bei auf dem dielektrischen Körper angeordnetem dielektrischem Objekt, sowie Figur 8 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeit ^¬ punkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß Figur 1 in der Situation gem. Fig. 7 ausbildenden Mikrowellenfeldes schema ^¬ tisch im Querschnitt.

Der in Figur 1 dargestellte Objektdetektor 5 weist einen die- lektrischen Körper in Gestalt einer dielektrischen Platte 10 mit zwei Flachseiten 15, 20 auf, welche durch vier Schmalsei ^¬ ten 25, 30, 35, 40 der Platte 10 begrenzt sind. Die Platte 10 ist als flacher Quader ausgebildet. In Figur 1 (nicht expli ^¬ zit dargestellt) ist die Platte 10 von Absorbermaterial, wel- ches Mikrowellen absorbiert, umgeben. Wie in Figur 2 dargestellt strahlt der Mikrowellensender 50 Mikrowellen 55 ab, die sich entlang der Flachseiten 15, 20 ausbreiten. Infolge der Umgebung der Platte 10 mit Absorbermaterial bilden sich in der Platte 10 keine stehenden Wellen aus.

Wird, wie in Figur 4 dargestellt, ein metallisches Objekt 60 auf die Flachseite 20 der Platte 10 aufgelegt, so ändert sich das Ausbreitungsverhalten der Mikrowellen 55 innerhalb der Platte 10 (siehe Figur 5) . Das metallische Objekt 60 bündelt gewissermaßen an ihm entlang propagierende Mikrowellen 55 (Figuren 5 und 6) und verändert die weitere räumliche Aus ^¬ breitung der Mikrowellen 55.

Wird das metallische Objekt 60 durch ein dielektrisches Ob- jekt 65 ersetzt (Figuren 7 und 8), wobei die

Dielektrizitätszahl des dielektrischen Objekts 65 höher als diejenige des dielektrischen Materials der Platte 10 ist, so bildet das dielektrische Objekt 65 gewissermaßen eine Mikro ^¬ wellensenke aus, welche sich innerhalb der Platte 10 ausbrei- tende Mikrowellen 55 effizient aus der Platte 10 auskoppelt.

Entlang der Schmalseiten sind Mikrowellenempfänger (nicht explizit dargestellt) angeordnet, welche die zuvor erläuterten Modifikationen des zuvor erläuterten Mikrowellenfeldes detek- tieren. Die Mikrowellenempfänger sind mit einer Auswerteeinrichtung signalverbunden, welche Detektionssignale von den Mikrowellenempfängern erhält. Die dielektrische Platte 10 erlaubt entlang der Flachseiten 15, 20 einen nur unvollständigen Einfluss der Mikrowellen innerhalb der Platte 10. An den Flachseiten 15, 20 bildet sich ein evaneszentes Feld aus, welches durch dielektrische oder metallische Objekte 65, 60 auf der Platte 10 wie zuvor erläu ^¬ tert, modifiziert wird. Aus der daraus resultierenden geän ^¬ derten Ausbreitung des Mikrowellenfeldes innerhalb der Platte 10 und der dadurch geänderten Detektionssignale der Mikrowel ^¬ lenempfänger lässt sich daher mittels der Auswerteeinrichtung sowohl auf die Anwesenheit als auch auf die Position jeweils des metallischen Objekts 60 oder des dielektrischen Objekts 65 rückschließen .

Die dielektrische Platte 10 besteht im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel aus Kunststoff, beispielsweise mit einer Die ^¬ lektrizitätskonstante von 2,3. In nicht eigens dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen kann die Platte 10 aus einem anderen Dielektrikum, etwa einem anderen Kunststoff, einer Keramik oder einem Keramik-Kunststoff-Komposit bestehen. Bei- spielsweise besteht die dielektrische Platte 10 aus

Polytetrafluorethylen oder aus hochdichtem Polyethylen. Die Ortsdetektion wie zuvor beschrieben wird mittels Laufzeitenmessungen ergänzt, wie sie an sich aus der Radartechnik bekannt sind. Dazu werden innerhalb der Platte 10 gestreute Signale der elektromagnetischen Wellen 55 herangezogen. Auch mittels dieser herangezogenen Laufzeiten kann eine Ortsbestimmung des metallischen Objekts 60 oder des dielektrischen Objekts 65 erfolgen. In nicht eigens dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen kann auf die in Fig. 1 nach unten weisende Flachseite 15 der dielektrischen Platte 10 eine metallische Schicht aufgetragen sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist so die Dicke der die ^¬ lektrischen Platte 10 reduziert, welche gemeinsam mit der me- tallischen Schicht einen „mirror dielectric waveguide" aus ^¬ bildet . In diesem letztgenannten Ausführungsbeispiel ist die metalli ^¬ sche Schicht als metallisches Metamaterial ausgebildet. Die metallische Schicht bildet eine Massefläche aus, die in an sich bekannter Weise zur Vermeidung sich ausbildender Wirbel- ströme räumlich strukturiert ist.