DE10140282B4

DE10140282B4 - Optoelektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE10140282B4
Application number: DE10140282A
Authority: DE
Inventors: Martin Argast
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2021-08-17
Also published as: DE10140282A1

Abstract

Vorrichtung zur Umsetzung optischer Signale in mechanische Ausgangssignale mit einer optischen Sensoranordnung zur Erfassung von optischen Kontrastinformationen und mit einem Taststifte aufweisenden Tastfeld, wobei die Taststifte in Abhängigkeit der erfassten optischen Kontrastinformationen zur Generierung der mittels eines menschlichen Fingers ertastbaren mechanischen Ausgangssignale aktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung und das Tastfeld in einem ein Gehäuse aufweisenden Modul (2) integriert sind, welches auf einen menschlichen Finger aufsteckbar ist, dass das Modul (2) einen auf der Oberseite aufsitzenden Ring (5) aufweist, in welchen ein menschlicher Finger einführbar ist, und dass das Tastfeld an der Außenwand des Gehäuses des Moduls (2) liegt, so dass die Taststifte (7) in Kontakt mit dem menschlichen Finger stehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung optischer Signale in mechanische Ausgangssignale.
Derartige Vorrichtungen werden als Lesehilfen für blinde Personen eingesetzt.

Bekannte Vorrichtungen dieser Art bestehen aus großen Tastfeldern, die typischerweise DIN A4 Format aufweisen, und auf eine Unterlage wie zum Beispiel einen Tisch auflegbar sind.

Die Tastfelder bestehen aus einer flächigen, matrixförmigen Anordnung von ausfahrbaren Taststiften. Durch selektives Ausfahren der Taststifte können Bilder und dergleichen auf dem Tastfeld als Reliefs dargestellt werden, welche von einer blinden Person abtastbar sind.

Derartige Vorrichtungen sind mechanisch äußerst aufwendig und zudem verschleißanfällig.

Auch die Ansteuerung derartiger Vorrichtungen ist äußerst aufwendig. Typischerweise müssen bis zu 10.000 Taststifte angesteuert werden.

Zudem ist nachteilig, dass die Handhabung derartiger Vorrichtungen umständlich, schwierig und unflexibel ist.

Die DE 42 41 937 C2 betrift ein taktiles Bildwiedergabegerät für Blinde, mit wenigstens einem taktilen Tastfeld, welches ein taktiles Punktraster aufweist, einer, die eingehenden Bildsignale verarbeitenden Datenverarbeitungseinheit, und einer Anzahl Funktionstasten zur Einstellung von Hardware- und Softwareparamatern der Datenverabeitungseinheit.

Unmittelbar an dem taktilen Tastfeld sind Einrichtungen zur Steuerung des taktilen Bildwiedergabegerätes derart angeordnet, dass eine taktile Bildwahrnahme und gleichzeitige Steuerung der Bildwiedergabe, über den gleichen Körperteil erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass diese bei geringen Herstellkosten einfach und flexibel handhabbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass mit dieser beliebige Flächen hinsichtlich ihrer Kontrastmuster abgetastet werden können, wobei die erfassten optischen Kontrastinformationen in mechanische Ausgangssignale umgesetzt werden, die von einer blinden Person mit einem Finger registriert werden können.

Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Handgerät ausgebildet. Die optische Sensoranordnung und das Tastfeld sind in einem Modul angeordnet, welches auf einen Finger einer blinden Person aufsteckbar ist. Die Auswerteeinheit zur Signalauswertung sowie gegebenenfalls eine separate Energieversorgung sind in einem Auswertegehäuse integriert, welches vorzugsweise auf dem Handrücken der Person fixierbar ist.

Damit kann die Person mit dem am Finger fixierten Modul auf einfache Weise beliebige Flächen überstreichen, um damit dort angeordnete Kontrastmuster zu erfassen.

Hierzu weist die Sensoranordnung mehrere Sensoren auf, wobei vorzugsweise jedem Sensor ein Taststift des Tastfeldes zugeordnet ist. Je nach Art des Kon trastmusters, welches mit einem Sensor erfasst wird, wird der zugeordnete Taststift aktiviert oder deaktiviert. Beispielsweise ist ein Taststift bei Abtastung einer dunklen Fläche aktiviert und bei Abtastung einer hellen Fläche deaktiviert. So kann durch Entlangfahren des Moduls über eine Objektoberfläche deren Kontrastmuster einfach erfasst werden.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die Sensoranordnung mehrere als Lichttaster ausgebildete Sensoren auf, wobei jeder Lichttaster einen Sendelichtstrahlen emittierenden Lichtsender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Lichtempfänger aufweist.

In diesem Fall können mit der Vorrichtung Oberflächen von Büchern, Landkarten und dergleichen abgetastet werden, wobei die Vorrichtung als Lesehilfe für blinde Personen zur Erfassung von Schriftzeichen und graphischen Ausgestaltungen dient.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung an einen Rechner mit einem Monitor ankoppelbar. In diesem Fall besteht die Sensoranordnung aus einer Anordnung von Sensoren, die jeweils einen Lichtempfänger aufweisen. Mit den Lichtempfängern wird der Bildschirminhalt des Monitors des Rechners optisch abgetastet.

Dabei werden zusätzlich Monitor-Zeilenimpulse und Monitor-Bildimpulse in die Vorrichtung eingekoppelt, so dass die aktuelle Position des Moduls am Bildschirm erfassbar ist. Damit können Kontrastmuster auf dem Bildschirm des Monitors positionsgenau mit der Vorrichtung erfasst werden.

Besonders vorteilhaft ist dabei an die Vorrichtung eine Eingabeeinheit gekoppelt, mittels derer je nach erfasstem Kontrastmuster Steuerbefehle in den Rechner eingegeben werden können.

Damit können beispielsweise Bildschirminhalte durch die Bedienperson gezielt geändert werden. Beispielsweise können Zeichnungen angefertigt, modifiziert oder gelöscht werden.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1: Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

2: Vorrichtung gemäß 1

a) Längsschnitt
b) Draufsicht auf die Unterseite.

3: Anwendungsbeispiel der Vorrichtung gemäß 1 zur Abtastung eines Kontrastmusters.

4: Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Bildschirmabtastung.

5: Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Kontrastabtastung.

6: Optikanordnung eines Sensors für die Vorrichtung gemäß 1

a) Lichtempfängeranordnung zur Bildschirmabtastung
b) Lichtsender-/Lichtempfängeranordnung zur Kontrastabtastung.

7: Schnitt durch einen Taststift für die Vorrichtung gemäß 1

a) Ruhe-Stellung
b) Endstellung

1 zeigt den mechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Umsetzung von optischen Signalen in mechanische Ausgangssignale. Die Vorrichtung 1 weist ein Modul 2 und ein Auswertegehäuse 22 auf. In dem Modul 2 sind die Einheiten zur Erfassung der optischen Signale und zur Ausgabe von mechanischen Ausgangssignalen integriert. In dem Auswertegehäuse 22 befinden sich die Einheiten zur Signalauswertung. Von dem Auswertegehäuse 22 führt ein Verbindungskabel 3 zum Modul 2.
1 zeigt das am Finger aufgesteckte Modul 2, das auf dem Handrücken befestigte Auswertegehäuse 22 mit dem Verbindungskabel 3. Das Modul 2 wird durch den Finger über die Abtastfläche 4 geführt und gibt die erkannten Kontrastinformationen direkt an die Fingerspitze weiter. Das Modul 2 wird durch einen Ring 5 am Finger gehalten. Das Auswertegehäuse 22 enthält die Batterien für die Spannungsversorgung und die Sensorauswerteelektronik sowie die Ansteuerelektronik zur Ausgabe der mechanischen Ausgangssignale. Die Halterung des Auswertegehäuses 22 wird durch ein Armband mit Klettverschluss gebildet.
2a zeigt das Modul 2 im Schnitt. In dem Modul 2 sind mehrere Sensoren zur Erfassung optischer Signale integriert. Zudem sind in dem Modul 2 Taststifte 7 integriert, welche ein Tastfeld bilden. Die Taststifte 7 bilden Aktuatoren, mittels derer die mechanischen Ausgangssignale generiert werden. Jedem Taststift 7 ist ein Sensor zugeordnet. In Abhängigkeit der optischen Signale des Sensors wird der zugeordnete Taststift 7 aktiviert oder deaktiviert. In den 2a und 2b sind jeweils die Lichtempfänger 6 der einzelnen Sensoren dargestellt. Die Aktivierung eines Taststiftes 7 erfolgt je nach Kontrast, welcher mit dem zugeordneten Sensor erfasst wird. Beispielsweise ist ein Taststift 7 bei Abtastung einer dunklen Fläche aktiviert und bei Abtastung einer heller Fläche deaktiviert. Der Lichtempfänger 6 zeigt auf die Abtastfläche 4, die Taststifte 7 sind nach oben gerichtet und drücken gegen die Fingerspitze des Bedieners. Durch Aktivieren der Taststifte 7 werden diese ausgefahren und gegen den Finger gedrückt. Alternativ können die Taststifte 7 bei Aktivierung in Schwingungen versetzt werden. In der Draufsicht auf die Unterseite des Moduls 2 gemäß 2b ist die Anordnung von 3 Lichtempfängern 6 und 3 Taststiften 7 gezeigt, die so angeordnet sind, dass im statischen Zustand, das heißt bei nicht bewegtem Modul 2, die Kontrastinformation in drei Richtungen erkannt wer den kann und ein Kontrastübergang zum Beispiel als Höhenunterschied der Taststifte 7 erkannt werden kann. Zur Kontrasterkennung von Objektoberflächen sind mindestens 3 Lichtempfänger 6 und Taststifte 7 paarweise angeordnet.
3 zeigt als Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wie das Modul 2 durch die Hand über die Abtastfläche 4 geführt wird und dabei die Kante eines dunklen Symbols auf hellem Hintergrund als Konturerhöhung erkennt. Der Taststift 7 wurde im gezeigten Beispiel bereits aktiviert, der Zustand des Taststiftes 7' wechselt gerade in den aktivierten Zustand und der Taststift 7'' ist im deaktivierten Zustand (Ruhezustand). Dadurch kann erkannt werden, dass die dunkle Fläche links oben liegt.
4 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1, die zur Bildschirmabtastung eines Monitors 9 eines Rechners, insbesondere eines Personalcomputers 13 verwendet wird. Die Lichtempfänger 6 registrieren die Empfangslichtstrahlen 8, die von der Abtastfläche 4 des Monitors 9 gesendet werden. Eine Auswerteeinheit 10, die zusammen mit der Batterie 11 im Auswertegehäuse 22 untergebracht ist, wertet die Empfangssignale der Lichtempfänger 6 mit Hilfe jeweils eines Schwellwertes aus und generiert ein binäres Schaltsignal zur Ansteuerung der Taststifte 7.
Für den interaktiven Betrieb wird die abgetastete Bildschirmposition durch Auswertung der Bild- und Zeilenimpulse des Monitors 9 gewonnen. Dazu wird ein Adapter 12 in die Verbindungsleitung zwischen dem Personalcomputer 13 und dem Monitor 9 geschaltet. Über einen Schalter 14 wird von der Bedienperson die Funktion: Freihandzeichnen, Linie, Rechteck, Kreis, Löschen, Radieren oder nur Lesen eingestellt. Die Auswerteeinheit 10 liefert Befehle für ein geeignetes PC-Programm, das die gewünschten Informationen wie in einem Zeichenprogramm anzeigt und speichert.
5 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 zur Kontrastabtastung einer mit schwarzen Symbolen bedruckten Oberfläche. Dazu weist jeder Sensor zum Lichtempfänger 6 einen Lichtsender 15 auf, dessen Sendelichtstrahl 16 auf die Abtastfläche 4 gerichtet ist.
6a zeigt einen aus einem Lichtempfänger 6 bestehenden Sensor für die Vorrichtung 1 gemäß 4 zur Abtastung der Bildschirmoberfläche des Monitors 9 im Schnitt. Die Empfangslichtstrahlen 8 des Monitors 9 werden durch die Empfangsoptik 17 auf das Empfangselement 18 fokussiert, welches auf einer Leiterplatte 19 montiert ist.
6b zeigt die Anordnung eines Sensors für die Vorrichtung 1 gemäß 5 zur Abtastung von Kontrastflächen. Der Lichtsender 15 emittiert Sendelichtstrahlen 16 in Richtung der Kontrastfläche. Von dort werden die Sendelichtstrahlen 16 als Empfangslichtstrahlen 8 reflektiert und durch die Empfangsoptik 17 auf das Empfangselement 18 fokussiert.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Taststiftes 7 im Schnitt. In der Ruhestellung a) ragt der Taststift 7 nur geringfügig aus der Tastfläche an der Oberfläche des Moduls 2, so dass die darauf aufliegende Fingerspitze einer Bedienperson gerade berührt wird. Durch Ansteuerung des Taststiftes 7 mit Druckluft über den Kanal 20 wird der Taststift 7 um eine Wegstrecke ds nach oben ausgefahren bis die in 7b gezeigte Endstellung erreicht ist. Der Taststift 7 drückt nach oben an die Fingerspitze. Die Wegbegrenzung erfolgt dabei durch den Finger bzw. durch den Endanschlag 21.
Alternativ ist die Betätigung des Taststiftes 7 durch einen Elektromagneten möglich. Eine weitere Möglichkeit der Aktivierung eines Taststiftes 7 stellt ein Piezokristall dar, der den Taststift 7 zu einer Schwingung anregt.

1: Vorrichtung
2: Modul
3: Verbindungskabel
4: Abtastfläche
5: Ring
6: Lichtempfänger
7: Taststift
8: Empfangslichtstrahl
9: Monitor
10: Auswerteeinheit
11: Batterie
12: Adapter
13: Personalcomputer
14: Schalter
15: Lichtsender
16: Sendelichtstrahl
17: Empfangsoptik
18: Empfangselement
19: Leiterplatte
20: Kanal
21: Endanschlag
22: Auswertegehäuse

Claims

Vorrichtung zur Umsetzung optischer Signale in mechanische Ausgangssignale mit einer optischen Sensoranordnung zur Erfassung von optischen Kontrastinformationen und mit einem Taststifte aufweisenden Tastfeld, wobei die Taststifte in Abhängigkeit der erfassten optischen Kontrastinformationen zur Generierung der mittels eines menschlichen Fingers ertastbaren mechanischen Ausgangssignale aktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung und das Tastfeld in einem ein Gehäuse aufweisenden Modul (2) integriert sind, welches auf einen menschlichen Finger aufsteckbar ist, dass das Modul (2) einen auf der Oberseite aufsitzenden Ring (5) aufweist, in welchen ein menschlicher Finger einführbar ist, und dass das Tastfeld an der Außenwand des Gehäuses des Moduls (2) liegt, so dass die Taststifte (7) in Kontakt mit dem menschlichen Finger stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Ausgangssignale von axialen Verschiebungen der Taststifte (7) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Ausgangssignale von vorgegebenen Schwingungszuständen der Taststifte (7) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung und das Tastfeld an eine gemeinsame Auswerteeinheit (10) angeschlossen sind, welche in einem Auswertegehäuse (22) integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertegehäuse (22) auf dem Handrücken einer Person befestigbar und über ein Verbindungskabel (3) an das Modul (2) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoranordnung mehrere Sensoren aufweist, wobei jeweils ein Sensor einem Taststift (7) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung wenigstens drei Sensoren aufweist, welche an der Unterseite des Gehäuses des Moduls (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor einen Lichtempfänger (6) aufweist, dessen Empfangssignale in der Auswerteeinheit (10) in mechanische Ausgangssignale umgesetzt werden, welche über den dem Lichtempfänger (6) zugeordneten Taststift (7) ausgebbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor von einem optischen Lichttaster mit einem Sendelichtstrahlen (16) emittierenden Lichtsender (15) und einem Empfangslichtstrahlen (8) empfangenden Lichtempfänger (6) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Empfangslichtstrahlen (8) im Lichtempfänger (6) generierten Empfangssignale in der Auswerteeinheit (10) mit wenigstens einem Schwellwert bewertet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Empfangssignalen eines Sensors ein binäres Schaltsignal zur Ansteuerung eines Taststiftes (7) generiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ersten Schaltzustand des Schaltsignals der zugeordnete Taststift (7) aktiviert und bei dem zweiten Schaltzustand des Schaltsignals deaktiviert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor einen einem Taststift (7) zugeordneten Lichtempfänger (6) aufweist, wobei mittels der Lichtempfänger (6) Kontrastmuster auf einem Monitor (9) eines Rechners abtastbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (2) mit den Lichtempfängern (6) über die Oberfläche des Monitors (9) führbar ist, wobei entsprechend der dabei registrierten Kontrastmuster aus den Empfangssignalen der Lichtempfänger (6) binäre Schaltsignale abgeleitet werden, mittels derer die Taststifte (7) aktivierbar und deaktivierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese an den Rechner mit dem Monitor (9) anschließbar ist, so dass Monitor-Zeilenimpulse und Monitor-Bildimpulse in die Auswerteeinheit (10) zur Bestimmung der aktuellen Position des Moduls (2) auf dem Monitor (9) auskoppelbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Eingabeeinheit zugeordnet ist, mittels derer in Abhängigkeit der mechanischen Ausgangssignale Steuerbefehle in den Rechner eingebbar sind.