CN102405459B - 用于控制数据处理装置的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于控制数据处理装置的方法和设备，其中，在装配有一个或多个光学的位置探测器的控制面上，该位置探测器与数据处理装置相连，从指示设备发出光线，并且依赖于光线在控制面上的入射点来影响数据处理装置。为了能够用定位装置输入不同的符号，而不依赖于从该指示设备发出的光线正好指向什么方向，从指示设备发出到控制面上的光线的光线强度在为各个符号标记的脉冲序列中波动。作为光学位置探测器，对此提出一个具有局部光电传感器的平面发光光导体，因为以其可实现所要求的高时间分辨率。在有益的进一步改进中，将在脉冲序列中对指示设备的强度编码，这样就允许对多个输入设备进行明显区别。
Description
例如EP 1 696 300 A1中描述了所谓的光学操纵杆(Joystick)。可偏转安置的杆(Hebel)在一个端部配置光源，该光源依赖于杆的位置，在配置有光敏电池(Zelle)区域的面的确定范围上照射。通常，由此在电池产生的电信号通过电脑读取，并且表明操纵杆在用户的角度看来具有与在电脑上相同的功能，正如通过欧姆电阻接收位置的操纵杆。典型地，使用操纵杆将光标符号在电脑屏幕上移动。根据为屏幕上的哪些位置分配了哪些功能，只要光标位于该位置，就能够通过开关或回车键的操作触发确定的动作。由光标的杆所照射的光敏电池在一般情况下对操作人员来说是不可见的。在相应的结构方式中，人们发现使用小面积的光敏电池就足够了。
出版物DE 42 39 389 A1、EP 354 996 A2和EP 225 625 A2描述了光学的位置测量设备，其中，在传导光波的面上或在其中安装发光分子，这些发光分子将从外界射入的光转变成长波长的、漫散射的光，该光在传导光波的面中被向其面边缘传导，并且在所述边缘处其强度不是已经通过传感器掌握，就是首先通过光导体传导到另一个位置。因为被测量的光的强度随着与光线入射点距离的增加而减弱，通过组合来自多个传感器的测量结果能够反推出光线的射入点。但是在这些出版物中没有考虑为数据处理装置的输入设备应用该原理。此外，位置分辨率在较大面积时并不足够好，因为在所列出版物中，探测器通常安装在光导体的边缘。
在US 2007152985 A1中介绍了一种形成为平面的光波导体的光学触摸屏。与触摸屏的波导相接触的物体将来自外界光源的光通过在该物体表面的散射耦入触摸屏的波导中。耦入位置的探测将使用未作进一步描述的光电探测器来实现。
相应地在WO 2007/063448 A2中，借助多个安装在屏幕旁边的光电二极管确定光指针相对屏幕的位置。指示光在此呈非常宽的扇形形状散开，其光强度随着远离中心而减弱。根据对光线在截面上的强度分布的认知，在测量各个探测器的强度之后反算出光线距截面中心的距离，并且由此反算出该光线中心在显示面上的入射点。可达到的位置准确性尤其在发射指示光的指示设备位置改变时相对受限。
US 2005/0103924 A1描述了使用电脑情况下的射击训练设备。瞄准器将具有十字形截面的红外激光线发射到与电脑相连的屏幕上。屏幕的边缘通过一串光电二极管包围起来，电脑通过这串光电二极管探测出激光射线截面的位置。在“射击”时，通过瞄准器的激光射线短暂关闭。于是在中断之前，电脑在屏幕上展示激光射线截面的射束(Balken)交叉点。
本发明的基本任务在于创立用于数据处理装置的控制设备，其中，光线被发射到控制面上，并且数据处理装置依赖于光线在控制面上的入射点而受到影响，例如通过在菜单中或在虚拟记录板或字符板上为射入点分配光标位置。通过待建立的结构方式，大量的可区别的命令能够被输入数据处理装置，正如可能使用目前已知的此类控制设备一样。
解决该任务的出发点在于，将光线从指示设备射到配备有一个或多个光学的位置探测器的控制面上，所述位置探测器与数据处理装置相连，其中数据处理装置依赖于控制面上光线的入射点受到影响。根据本发明设有：
-从指示设备发出到控制面上的光的强度在预先确定的、彼此间可区别的时间脉冲序列中波动(schwanken)，
-脉冲序列显示出的、时间上的光线强度波动通过被构成为平面的发光光波导体的、配备了光电传感器的位置探测器来探测，
-数据处理设备相应于存储的分配规则为每个脉冲序列赋予意义。
通过光强度在脉冲序列中随时间波动，以及为这些脉冲序列赋予意义，能够通过指示设备将不同“符号”分给数据处理装置。为此，该指示设备能够具有多个不同按键。通过按下一个按键将发出光线，其强度随着确定的、仅分配给该单个按键的脉冲序列波动。数据处理装置识别该脉冲序列，并为其分配“意义”，例如接受确定字母的输入。
由此，整个设备是可方便使用的，脉冲序列的整个持续时间允许仅仅很短暂，例如1毫秒。由此，此类短暂的脉冲序列能够很清楚地划分成单个脉冲，这些脉冲也许仅仅持续1微秒，其需要快速的光学位置探测器。毫无疑问最好的是通过平面发光光波导体实现此类位置探测器，所述发光光波导体局部地装备有光电传感器，用于从波导模式耦出光。
本发明将结合所绘附图得以形象阐述。
图1：示例性地展示了示例性的根据本发明的设备的各个元件，该设备对于本发明的理解很重要。光线通过虚线标记。
图2：以正视图展示了示例性的由显示面和位置探测器形成的控制面。光线的截面用虚线表示。
图3：展示了关于由指示设备发出的光线的可能的强度曲线(Verlauf)的示例性的理想的时间流程图。
根据图1，指示设备1将光线2发射到控制面，光学的位置探测器10安装在该控制面上，位置探测器由多个层3、4和关于所生成的电测量信号的光电传感器5构成。测量信号通过频率滤波器6(可选的)到达数据处理装置7。
光学的位置探测器10例如由两个大约0.1mm厚的、由PET制成的覆盖层构成，在其间将大约0.001mm厚的、由合成材料聚乙烯醇与染料罗丹明6G均匀混合物构成的层4压成薄片。PET层3与其间放置的层4一起形成光波导体。层4是光致发光的(photolumineszent)。在具有5cm周期间距的正方形网格中，硅光电二极管作为光电传感器5，该光电传感器具有大约2×2mm2的截面积，该光电传感器安装在两个PET层3之一的自由面上，使得其将光从PET层耦出，并且在其pn结上耦入。全部光电传感器5的信号将通过电导线和频率滤波器6引导至数据处理装置7，这些信号在所述数据处理装置中被测量并被处理加工。
当具有合适的光谱的光线2入射到层4上时，那么该光线会在集成的颗粒中激发发光。由此产生的、长波长的光的大部分将耦入通过层3和4形成的波导中。波导模式中的光通过波导中的分散和衰减而变弱。由此，在光电传感器5上测量波导模式中光的不同强度，这取决于发光生成的光线2的射入点与光电传感器5的距离有多远。通过比较不同传感器上的信号能够反推出射入点的位置。
根据面和所需的分辨率，能够在面上优选地以有规律的样式安装任意多的光电传感器。为了安装，能够使用对于染料的放射呈透明的且硬化的粘接剂，该粘接剂在波导和光电传感器5之间形成很好的光学接触。所安装的传感器越厚，信号及相应配件的分辨率在使用相同读数电子设备的情况下就越大。在使用了优化的波导的实验中，以掺杂了染料的塑料板为基础，当按照正方形样式，传感器间距为12cm时能够达到优于+/-1mm的准确度。
关于可形成为平面的位置探测器的，所描述的、基于发光波导的结构方式能够实现对于测量结果的非常高的时间上的分辨率。
还有可能在有机的光电半导体层的基础上成本合算地、大面积地制造光学的位置探测器。可是这样却几乎不能达到所要求的时间上的分辨率。
根据本发明的光学的位置探测器10能够例如作为用于数据处理装置显示面的投影屏幕上的层来实现。
如图2所绘，光学的位置探测器10还能够以窄带的形式安装在用于数据处理装置的显示面11的边缘。位置探测器10能够相对于其纵向探测入射到这些位置探测器上的光点的位置。在图2中，可看到指示设备的光线2的截面图。所述截面通过两条相互垂直并且相交的线形成。这些线在各个位置探测器10上的交点的位置将被各个位置探测器继续传递到待控制的数据处理装置。数据处理装置能够将显示面上的指示光3的两条截面线的交点的位置计算为两条直线的交点，所述两条直线分别将在两个相同定向的位置探测器10处的两个交点相互连接。通过在数据处理装置上运行的操作系统能够为坐标系分配光标的位置，也就是在其他情况下在显示面上通常借助“鼠标”来活动的插入标记、书写标记或者输入标签的位置。
指示光线中入射到各个位置探测器部分的光强度对于确定指示光的位置并无意义，而仅是在其纵向上入射到位置探测器的射入点的坐标才有意义。由此，测量准确性在很大范围内不依赖于与发射指示光的指示设备的距离。
根据图3，在时间段tx中，指示设备发出光线，该光线的强度按照图3中的时间段tx里所示的时间曲线脉动(pulsieren)，该脉动能够理解为符号的二进制编码，所述符号是由指示设备发射到控制面上的，由此，符号由安装在控制面上的位置探测器作为输入符号继续传递到数据处理装置。时间段tx的持续时间典型地可能为10微秒。信号以有规律的时间间距ty中重复，ty明显长于tx。数据处理装置在时间段D之内进行测量，该时间段大于ty的两倍，使得数据处理装置在测量间隔内始终接受间隔tx的至少两个脉冲序列。
当时间段ty的开始或结束通过指示设备的信号定义时，能够为在较长间隔ty中的较短时间的部分间隔tx的位置分配信息。在仅使用一个指示设备的情况下，通过使指示设备仅在在间隔ty之内的某个时间点上分别发送短脉冲，而所述短脉冲正好作为关于待发送的符号的特征被确定下来，则能够由此简单地编码大量不同的符号。
当应该可使用多个指示设备，并且可通过数据处理装置分辨时，每一指示设备能够具有独立的时间间隔ty，其中ty始终小于间隔D持续时间的一半。ty的开始或结束则不需要通过特有的信号标记出。因此对于数据处理装置，可根据时间ty识别出脉冲序列是从哪个指示设备发出的，在所述时间ty内重复相同的脉冲序列，这些脉冲有一个最大持续时间tx。指示设备的数量主要有如下限制，即tx期间脉冲序列并非在任何时间都允许重叠。但对于非常快的信号和有较少的指示设备(例如四个)的情况下，仅仅很少出现该情况，因此能够忽略这些错误。
通过指示设备对标记进行的编码，该编码的实现能够不依赖于指示设备的光线显示在控制面的哪一点上。此外，位置反推的可能性并不受影响。时间段D典型地能够持续200微秒。
由此能够将具有多种功能特性的多个指示设备连接到交互式的屏幕，而并不需要除光线之外的元件之间的数据连接。
特别地，为了防止环境光的干扰，使得从指示设备发出的被频率调制的光线强度发生波动，并且根据调制频率过滤位置探测器的测量结果是很有意义的。为此，调制频率必须明显高于被用于通过光强度的脉冲实现标记的二进制编码的频率。
另一种用于抑制通过环境光的背景信号的方法是在上游的频率滤波器，该频率滤波器将所有来自探测器信号的低频信号过滤掉，但允许非常高频率的脉冲通过。这或者通过简单的软件解决方案(例如通过构造二阶数学导数)或者通过相应的电子电路来实现。
通过根据本发明的方法或根据本发明的设备，能够使用指示设备在没有关于数据处理装置的直接数据连接情况下实现最为不同的输入，而这以目前的方法是不可能实现的。此外，由此还可能同时使用多个输入装置，这些输入装置能够被彼此独立地识别并验证。这实现了非常方便的应用，因为不必安装通过电线或无线电的数据连接。
Claims (7)
1.一种用于控制数据处理装置的方法，其中，所述装置包括多个指示设备，每个指示设备都将光线发送到装配有一个或多个光学的位置探测器的控制面上，所述位置探测器被构成为平面的发光光波导体并且配备了光电传感器，所述位置探测器与所述数据处理装置相连，并且依赖于所述光线在所述控制面上的入射点来影响所述数据处理装置，其特征在于，
-从每个指示设备发出到所述控制面上的光线的光强度以能够预先确定的、彼此间能区别的时间脉冲序列波动，
-所述脉冲序列显示出的、时间上的所述光线强度的波动通过位置探测器来探测，
-所述数据处理设备根据存储的分配规则为每个脉冲序列赋予意义，
-各个所述指示设备具有独立的时间间隔ty，对此，所述时间间隔ty的重复意味着一个符号的脉冲序列，
-ty最高是时间段D的一半长度，在所述时间段D之内，所述数据处理装置读取所述位置探测器测量结果的曲线，
-以及，所述数据处理装置从时间ty推断发射脉冲序列的所述指示设备，在所述时间ty中重复相同的脉冲序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述指示设备发出的、被频率调制的光线强度发生波动，位置探测器的测量结果通过频率滤波器过滤，所述频率滤波器的通带设置在调制频率上，并且所述调制频率远大于通过所述数据处理装置分配意义的脉冲序列中的一个脉冲的最小持续时间的倒数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述位置探测器的测量结果中过滤掉那些比所述指示设备发出光线的脉冲序列的频率更低的信号部分。
4.一种用于控制数据处理装置的控制设备，其中，在装配有一个或多个光学的位置探测器的控制面上，所述位置探测器与所述数据处理装置相连，从指示设备发出光线，并且依赖于所述光线在所述控制面上的入射点来影响所述数据处理装置，其特征在于，
-所述光学的位置探测器构成为平面的光波导体，在所述平面的光波导体上安装了光电传感器，使得光能够从波导耦出进入所述光电传感器，
-所述指示设备适于发出光线，所述光线的光强度能预先确定地以不同的能彼此区别的时间脉冲序列波动，
-在所述数据处理装置中存储分配规则，通过所述分配规则为各个由所述位置探测器测量到的脉冲序列分配各个符号，
-各个所述指示设备具有独立的时间间隔ty，对此，所述时间间隔ty的重复意味着一个符号的脉冲序列，
-ty最高是时间段D的一半长度，在所述时间段D之内，通过所述数据处理装置读取所述位置探测器测量结果的曲线，
-以及，所述数据处理装置从时间ty推断发射脉冲序列的所述指示设备，在所述时间ty中重复相同的脉冲序列。
5.根据权利要求4所述的控制设备，其特征在于，所述控制面在用于所述数据处理装置的显示面上延伸。
6.根据权利要求5所述的控制设备，其特征在于，所述位置探测器安装在所述显示面上。
7.根据权利要求5所述的控制设备，其特征在于，所述位置探测器沿所述显示面的边缘安装，能通过所述指示设备发出的光线(2)的截面形状通过多条线形成，并且所述光线的截面尺寸或者突出到所述显示面(11)以外或者突出到被安装在所述显示面上的位置探测器(10)以外。
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