DE102006020570A1

DE102006020570A1 - Optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts sowie zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102006020570A1
Application number: DE200610020570
Authority: DE
Inventors: Gerd Reime
Original assignee: Mechaless Systems GmbH
Current assignee: Mechaless Systems GmbH
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2006-05-01
Publication date: 2007-11-08
Also published as: EP2016480A2; WO2007124943A3; WO2007124943A2; EP2016480B1

Abstract

Eine optoelektronische Vorrichtung dient der Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts (O). Sie weist wenigstens drei Sender (A, D) zur Aussendung von Strahlung, insbesondere Lichtstrahlung, und wenigstens einen Empfänger (E) zum Empfang der von den Sendern (A, D) ausgesandten und vom Objekt (O) beeinflussbaren Strahlung auf. Zwischen Sender und Empfänger bilden sich mehrere voneinander verschiedene Strahlungsstrecken (15, 16) aus, die im Bereich einer Bedienoberfläche ein Lichtfeld (L) bilden. Eine Auswerteeinheit setzt die von dem wenigstens einen Empfänger (E) für die verschiedenen Strahlungsstrecken empfangenen Signale in Werte zur Erfassung der Position und/oder der Bewegung des Objekts (O) im Lichtfeld um. Dadurch, dass das Lichtfeld (L) der Bedienoberfläche zugeordnet ist und dass die Auswerteeinheit als ein Mittel zur Erkennung einer absorptiven Unterbrechung wenigstens einer Strahlungsstrecke (16) durch das Objekt (O) als Zusatzfunktion ausgebildet ist, wird eine optoelektronische Vorrichtung geschaffen, die als Bedienelement zusätzlich zur Positionserkennung eine eindeutige Bedienbarkeit von Zusatzfunktionen erlaubt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts, die insbesondere für die Steuerung und/oder Bedienung von Computern oder Vorrichtungen verwendet werden kann, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein zugehöriges Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 19.
Stand der Technik
Grundsätzlich sind verschiedenartige Bedienelemente für Steuerungen bekannt, die insbesondere für die Steuerung von Computern verwendet werden. Am häufigsten verwendet wird eine Maus, die als zusätzliches Element an einem Computer angeschlossen wird und deren Relativbewegung zu einer Oberfläche in eine Bewegung eines Cursors umgesetzt wird, mit dem Bedienfelder auf dem Bildschirm des Computers angesteuert werden können. Auf ähnliche Weise arbeiten die insbesondere in Notebooks integrierten berührungssensitiven Oberflächen oder Scrollbälle.
Aus der EP 1 410 507 B1 ist eine optoelektronisch arbeitende Vorrichtung bekannt, bei der einerseits Bewegungen über einer Oberfläche in x- und y-Richtung erfasst werden, zusätzlich jedoch auch die Entfernung z. B. eines Finger von der Oberfläche in der dritten Dimension erkannt werden kann und dadurch z.B. bei einem Navigationssystem in das Bild zu zoomen. Das dort vorgeschlagene System geht von der EP 0 706 648 B1 aus, die ein optisches Meßsystem vorschlägt, bei dem mindestens zwei Leuchtdioden als Lichtquellen Licht wechselseitig so aussenden, dass in einem Empfänger ein Gleichlichtsignal ohne taktsynchrone Wechsellichtanteile anliegt. Dieses System wird allgemein zur Positions- und Abstandsmessung eingesetzt. Sind zwei Lichtquellen, z.B. in Form von LEDs, und ein Empfänger vorgesehen, reflektiert ein über den optoelektronischen Elementen befindlicher Gegenstand Licht von den LEDs zum Empfänger. Die Schaltung ist so aufgebaut, dass Fremdlicht keinen Einfluss hat und Lichtsignale deutlich wahrgenommen werden können, die z.B. aus den zwischen Lichtquelle und Empfänger bestehenden Lichtstrecken stammen. Bei diesem Prinzip werden beide Lichtquellen in ihrer Intensität so geregelt, dass der Empfänger sie mit gleicher Intensität sieht. Das Verhältnis der hierzu notwendigen LED-Ströme entspricht der optischen Übertragung der beiden Strecken. Die Regelung steuert die Betriebsströme der beiden LEDs stets gegensinnig, so dass eine Ausregelung der Empfangssignale zu Null erfolgt. Dieses System wird in der EP 1 410 507 B1 dadurch weitergebildet, dass dort ein Feld mit vier LEDs aufgebaut wird, wobei zusätzlich zu den getakteten Lichtsignalen zur zweidimensionalen Erfassung in einem weiteren Takt Licht ausgesandt wird, um auch eine Entfernung in der dritten Dimension, d.h. einen Abstand von der Fläche zu erkennen.
Dieses System kann unter anderem auch verwendet werden, um ein Maus-ähnliches Bedienelement zu schaffen, bei dem eine kreisförmige Bewegung einer Fingerkuppe erkannt wird. Die vier Sender erkennen den Abstand des Fingers von den LEDs und können aus diesem Signal bestimmen, wo sich der Finger bzw. die Maus gerade befindet.
In ähnlicher Weise wurde dieses Prinzip bei der DE 103 00 224 A1 dafür eingesetzt, um eine Rotationsbewegung eines Drehknopfs oder auch lediglich die Geste einer Hand als Bedienfunktion zu erkennen.
Da diese Bedienelemente meist jedoch wie eine Maus eingesetzt werden sollen, besteht das Bedürfnis, wie bei einer Maus auch über Zusatztasten eine Zusatzfunktionen zu betätigen. Dies ist grundsätzlich nach dem Stand der Technik dadurch möglich, dass unter einem Bedienelement zusätzliche Kontakte vorgesehen werden, durch die eine Tastenfunktion gewährleistet wird. Dafür sind allerdings wiederum zusätzliche mechanische Vorrichtungen erforderlich, die allein durch Verschmutzung und Alterung in ihrer Bedienbarkeit eingeschränkt sein können.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Vorrichtung zu schaffen, die als Bedienelement zusätzlich zur Positionserkennung eine eindeutige Bedienbarkeit von Zusatzfunktionen erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch eine optoelektronische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Verfahren zur optoelektronischen Erfassung mit den Merkmalen des Anspruches 19 gelöst.
Zusätzlich zur Erkennung der Position und/oder Bewegung im zweidimensionalen Raum wird überprüft, ob im Lichtfeld, in dem die Erkennung in x- und/oder y-Richtung erfolgt, an einer Stelle eine Strahlungsstrecke unterbrochen wird. Wird eine derartige absorptive Unterbrechung festgestellt, ist in diesem Sektor ein „Eingriff" durch das Objekt oder ein Betätigungselement erfolgt. Dieser „Eingriff" wird als Tastenfunktion bzw. als Zusatzfunktion ausgewertet. Dadurch kann einerseits, wenn gewünscht, auf mechanische Hilfsmittel verzichtet werden, denn es wird lediglich in einem Lichtfeld überprüft, ob und in wie weit dort eine Position von Objekt oder Betätigungselement erreicht ist oder eine Bewegung erfolgt. Will der Anwender andererseits tatsächlich eine Tastenfunktion z.B. zum Bestätigen seiner Auswahl auf einem Bildschirm vornehmen, „tastet" er, falls das Objekt ein Finger ist, entweder mit dem Finger oder dem Betätigungselement auf die Bedienoberfläche durch, was als absorptive Unterbrechung erkannt wird, da in diesem Moment von zumindest einem der das Lichtfeld aufbauenden Sender am Empfänger kein Empfangssignal mehr ankommt.
Vorzugsweise entspricht damit die Anzahl der Sender auch der Anzahl der möglichen Zusatzfunktionen. Ergänzend kann jedoch auch ein Teil des Lichts der Sender bewusst über Lichtleiter zwischen zwei benachbarte, den Lichtquellen zugeordnete Felder geleitet werden, so dass beim Ausbleiben genau dieses Lichtanteils ebenfalls auf eine absorptive Unterbrechung in diesem Bereich zu schließen ist, d.h. es können weitere Zusatzfunktionen geschaffen werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Kurzbeschreibung der Figuren
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
1 Ein Schnitt nach Linie 1-1 von 2 durch eine optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Fingers als Objekt O,
2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1,
3 eine Draufsicht gemäß 2 in einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4 ein Signal bei einer absorptiven Unterbrechung,
5 ein beispielhaftes Blockschaltbild für eine zugehörige Schaltung,
6 einen Schnitt durch die optoelektronischen Vorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel,
7 eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung gemäß 6.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, das sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Schaltung oder Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele einer optoelektronischen Vorrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts O mit wenigstens drei, in den Ausführungsbeispielen vier Sendern A, B, C und D. Diese Sender spannen, wie aus den gestrichelten Linien in 1 deutlich wird, eine mehrdimensionale Fläche auf, d.h. im Ausführungsbeispiel befinden sich die Sender z.B. in einer zweidimensionalen Fläche und dienen zur Aussendung von Strahlung, insbesondere von Lichtstrahlung. Grundsätzlich kann es sich bei der Strahlung um jede elektromagnetische Strahlung handeln, vorzugsweise handelt es sich jedoch um Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich. Ebenso kann die durch die Anordnung der Sender bestimmte Fläche auch mehrdimensional sein.
Den Sendern A-D ist wenigstens ein Empfänger E zugeordnet, der für den Empfang der von den Sendern ausgesandten und vom Objekt O beeinflussbaren Strahlung vorgesehen ist. Zwischen wenigstens einem Teil der Sender A-D und wenigstens einem Empfänger E werden mehrere voneinander verschiedene Strahlungsstrecken gebildet, die gleichzeitig wenigstens ein der Fläche zugeordnetes Lichtfeld L, L' bilden, das vorzugsweise parallel zu einer Bedienoberfläche ist. Die Sender werden über eine Taktschaltung 30 taktweise angesteuert, um dadurch Strahlung in die verschiedenen Strahlungsstrecken einzubringen. Die Fläche ist im Bereich der Strahlungsstrecken angeordnet. In bekannter Weise werden die von dem wenigstens einem Empfänger E für die verschiedenen Strahlungsstrecken empfangenen Signale in Werte x, y zur Erfassung von Position und/oder Bewegung in einer Auswerteeinheit 11 umgesetzt.
Das Lichtfeld L, L' ist in den ersten beiden Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 über der Bedienoberfläche 20 vorgesehen, die durch eine trichterförmige Ausnehmung 22 gebildet ist, in deren Grund der Empfänger E in einer kleinen ihn schützenden Auswölbung 21 angeordnet ist. Es ist auch möglich die Auswölbung 21 als ein reflektives Element auszubilden, das das einfallende Licht, bzw. die Strahlung der Sender in Richtung auf den Empfänger umlenkt, der dann z.B. unter der Bedienoberläche angeordnet sein kann. In der Ausnehmung 22, in der auch das Lichtfeld L aufgespannt ist, kann sich zunächst das Objekt O frei bewegen, wobei seine Bewegung aufgrund der Empfangssignale am Empfänger E erfasst und in Werte x, y zur Erfassung der Position und/oder der Bewegung des Objekts umgesetzt wird. Ergänzend erfasst die Auswerteeinheit aber auch als Mittel zur Erkennung einer absorptiven Unterbrechung, ob das Objekt O und/oder im dritten Ausführungsbeispiel der 6 und 7 ein vom Objekt O betätigtes Betätigungselement 50 soweit in das Lichtfeld eintaucht, dass eine absorptive Unterbrechung wenigstens einer Strahlungsstrecke 15, 16 stattfindet. Diese absorptive Unterbrechung, die bezüglich der Strahlungsstrecke 16 in 1 dargestellt ist, wird erkannt und als Betätigung einer Zusatzfunktion ausgewertet.
Vorzugsweise sind der wenigstens eine Empfänger E und die Sender A-D in einer Ebene angeordnet, d.h. in der Ebene, in der auch das Lichtfeld L in 1 aufgespannt ist. Vorzugsweise liegen die Austrittsöffnung(en) der Strahlung der Sender A-D in das Lichtfeld L, L' und die Eintrittsöffnung der Strahlung in den wenigstens einen Empfänger E in einer Ebene. Es können aber auch z.B. durch das Gehäuse 51 und das Betätigungselement 50 gebildete Umlenkmittel oder Reflektionsmittel vorgesehen sein, die die Strahlung in das Lichtfeld leiten und/oder aus dem Lichtfeld L, L' ableiten. Vorzugsweise wird das wenigstens eine Lichtfeld L, L' so angeordnet, dass es parallel zur Bedienoberfläche 20 ist.
Für die Positionsbestimmung, also für die Bestimmung der x-, y-Werte genügen drei Sender, vorzugsweise wird jedoch eine geradlinige Anzahl an Sendern gewählt, da dies dem Benutzer von anderen Anwendungen her wie z.B. bei der Computermaus bekannt ist. Im Ausführungsbeispiel werden vier Sender gemäß 2, 3 kreuzartig angeordnet, während der Empfänger E mittig angeordnet ist. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine Aufteilung in vier den jeweiligen Sendern A-D zugeordnete Felder A', B', C' und D', die in 2 durch gestrichelte Linien voneinander abgegrenzt sind, der Empfänger kann jedoch auch außermittig angeordnet sein und ebenso können Signale auch über Lichtleiter zum Empfänger geleitet werden. Der Empfänger E ist gemäß 1 in oder unter einer aus der Bedienoberfläche 20 in das Lichtfeld ragenden Auswölbung 21 angeordnet, die zumindest für die Wellenlänge der Strah lung der Sender wenigstens teilweise durchlässig ist. Im Ausführungsbeispiel wird die Funktion der Auswölbung 21 durch einen Clickdom 53 eingenommen, auf den weiter unten noch näher eingegangen wird.
Die Bedienoberfläche 20 ist im Ausführungsbeispiel durch die Ausnehmung 22 gebildet, an deren Rand die Sender A-D angeordnet sind oder über deren Rand die Sender ihre Strahlung in das Lichtfeld L einbringen oder einreflektieren. Im ersten Fall des Einbringens können die Wandungen dieser Ausnehmung zumindest für die von den Sendern verwendete Strahlung teilweise durchlässig sein. Gleichzeitig ergibt sich ein abgeschlossener Raum, der zugleich eine Führung z.B. des Fingers erlaubt, wenn konkret eine bestimmte Position angesteuert werden soll.
Das dritte Ausführungsbeispiel der 6 und 7 zeigt eine Ausführungsform, die deutlich mehr Funktionalitäten erlaubt. Das Betätigungselement 50 ist beweglich, vorzugsweise federelastisch in einem Gehäuse 51 gelagert. Die federelastische Abstützung kann z.B. über Clickelemente 54, 57 gegenüber einer Grundplatte 52 erfolgen. Von den Sendern ist nur der Sender D gezeigt. Sender und Empfänger E sind in oder unter der Grundplatte 52, wie z.B. einer Platine angeordnet. Die Bedienoberfläche 20, die hier auch eine Ausnehmung 22 aufweist, jedoch nicht aufweisen muss, ist auf der Oberseite des Betätigungselements 50 gebildet.
Im Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 50 mehrteilig, es kann jedoch auch z.B. mit dem Clickdom 53 einstückig sein. Bedarfsweise können einzelne Elemente des Betätigungselements 50 z.B. über Filmscharniere oder dergleichen miteinander verbunden sein. Die auf der rechten Seite der 6 angedeuteten Strahlengänge machen deutlich, dass Mittel vorgesehen sind, durch die die Strahlung in mehrere Lichtfelder aufgeteilt wird, von denen sich eines (L) über der Bedienoberfläche 20 und eines (L') unter dem Betätigungselement 50 befindet. Diese Mittel sind im Ausführungsbeispiel Umlenk- und Reflektionselemente wie das Gehäuse 21, das Betätigungselement 50, der Clickdom 53 oder das Umlenkelement 55.
Die Strahlung wird vom Sender D durch die Grundplatte 52 in 6 nach oben abgestrahlt. Zur Bildung des Lichtfelds L', das unter dem Betätigungselement 50 ausgebildet ist, wird das Licht z.B. an der nach innen geneigten Wandung des Gehäuses 51 reflektiert. Das Licht gelangt unter dem Betätigungselement 50 zu dem mittig angeordneten Umlenkelement 55 und wird von dort zum Empfänger E umgelenkt. Die vom Sender D kommende Strahlung wird auch durch das zumindest für die Wellenlänge der Strahlung transparente Betätigungselement 50 geleitet und an der Außenwandung des Betätigungselements oder der Wandung des Gehäuses 51 so umgelenkt, dass sich ausgehend vom gegenüber der Bedienoberfläche 20 erhabenem Rand des Betätigungselements 50 das Lichtfeld L über der Bedienoberfläche 20 aufgespannt wird. Das Licht trifft mittig auf den transparenten Clickdom 53, wobei dort ein Teil des Lichts nach oben reflektiert wird, was z.B. zur Bestimmung der Annäherung eines Objekts genutzt werden kann, während der andere Teil des Lichts durch den Clickdom 53 zum Umlenkelement und von dort zum Empfänger umgelenkt wird. Statt durch einen Sender können die verschiedenen Lichtfelder selbstverständlich auch durch mehrere Sender aufgebaut werden, so dass z.B. ein Sender bzw. eine Gruppe von Sendern dem Lichtfeld L und ein anderer Sender bzw. eine andere Gruppe von Sendern dem Lichtfeld L' zugeordnet ist.
Bei dieser Ausgestaltung sind mit diesen Lichtfeldern L, L' zunächst folgende Erkennungen möglich. Über der Bedienoberfläche 20 kann die Bewegung und/oder Position des Objekts O im Lichtfeld L bestimmt werden. Es kann auch in diesem Lichtfeld eine absorptive Unterbrechung erkannt werden. Ferner kann die Position und/oder Bewegung des Betätigungselements im Lichtfeld L', meist durch eine Betätigung durch das Objekt O wie z.B. einen Finger ausgelöst ebenso erkannt werden, wie eine absorptive Unterbrechung im Lichtfeld L'. Die Clickelemente 54, 57 – hier sogenannte „Knackfrösche" – sind dem Betätigungselement 50 und/oder dem Clickdom zugeordnet und können zusätzlich als mechanische Schalter für die Bedienung weiterer Zusatzfunktionen genutzt werden, können aber wie im Ausführungsbeispiel auch nur als Federelemente für eine taktile Rückmeldung und/oder zur Abstützung des Betätigungselements 50 verwendet werden. Zusätzlich sind bedarfsweise mechanische Betätigungselemente 56 für die Bedienung weiterer Zusatzfunktionen vorgesehen.
Genügt die der Anzahl der Sender entsprechende Anzahl an Feldern für Zusatzfunktionen nicht, kann im Ausführungsbeispiel gemäß 3 eine Bildung von weiteren Feldern für Zusatzfunktionen mit Hilfe von Lichtleitern 30, 31 erfolgen. Zu diesem Zweck wird ein Teil des voneinander benachbarten Sendern A, B abgestrahlten Lichts an einen Übergangsbereich zwischen den beiden Sendern geleitet und von diesen in Richtung auf den Empfänger E abgestrahlt. Die Auswerteeinheit 11 erkennt nun bei einem „Eingriff" in die dadurch geschaffene zusätzliche Strahlungsstrecke zwischen dem Ende der Lichtleiter 30, 31 und dem Empfänger E wiederum eine absorptive Unterbrechung durch Objekt O oder Betätigungselement 50 als weitere Zusatzfunktion, da in diesem Fall ein bekannter und den beiden Sendern zuordenbarer bestimmter Anteil des Lichts nicht an den Empfänger geleitet wird, was zu einem den beiden Sendern und dieser Art der absorptiven Unterbrechung zuordenbaren Signal in bestimmter Höhe führt, das als eine Betätigung einer weiteren Zusatzfunktion erkannt werden kann.
Vorzugsweise ist das Lichtfeld L parallel zur Bedienoberfläche 20 ausgebildet, grundsätzlich ist jedoch auch eine andere Anordnung des Lichtfeldes möglich. Die als Strahlungsstrecken 15, 16 ausgebildeten Lichtstrecken werden wechselweise angesteuert, wobei die Auswerteeinheit 11 die Leistung der Sender mit einer Leistungsregelung vorzugsweise unverzüglich so regelt, dass am Empfänger ein Gleichlichtanteil ohne taktsynchronen Wechsellichtanteil ansteht.
Mit dieser Vorrichtung lassen sich damit nicht nur die Bewegungen des Objekts als Signal des Bedienelementes erkennen, sondern zusätzlich können tastenartig Zusatzfunktionen definiert und angesteuert werden. Es ergibt sich damit ein kompaktes Bedienelement.
Verfahrensgemäß wird die Strahlung von den Sendern ausgesandt, über einen Empfänger empfangen, wobei sich mehrere voneinander verschiedene Strahlungsstrecken ausbilden, die zwischen den Sendern und dem wenigstens einen Empfänger gebildet sind und wenigstens ein Lichtfeld bilden. Diese Strahlungsstrecken werden im Bereich einer Bedienoberfläche, vorzugsweise parallel zu ihr gebildet und taktweise wirksam geschaltet. Die beim Empfänger eingehenden Signale werden mittels einer Auswerteeinheit in bekannter Weise in x- und y-Werte zur Erfassung der Position und/oder der Bewegung des Objekts umgesetzt. Das der Bedienoberfläche zugeordnete Lichtfeld wird so eingesetzt, dass eine absorptive Unterbrechung wenigstens einer Strahlungstrecke durch das Objekt oder ein Betätigungselement als Zusatzfunktion, als Clickerkennung und/oder als taktile Rückmeldung von der Auswerteeinheit erkannt werden kann. Die Zusatzfunktionen sind als den Sendern A, B, C, D zugeordnete Felder A', B', C', D' in einer Ausnehmung angeordnet, so dass bei der Unterbrechung einer Strahlungsstrecke in dem jeweiligen Feld dies auch dem jeweiligen Sender zugeordnet werden kann. Bedarfsweise kann auch ein Teil benachbarter Sender über einen Lichtleiter in einen Bereich umgeleitet werden, so dass dort ein weiteres Zusatzfeld erzeugt wird. Gleichzeitig wird Licht von der Auswölbung 21 oder dem Clickdom 53 auch nach oben reflektiert und vom Objekt zurückreflektiert, so dass die Bewegung des Objekts erkannt werden kann. So kann z.B. durch eine Bewegung eines Finger durch Abrollen an der Auswölbung 21 oder dem Clickdom 53 oder durch Bewegung im Lichtfeld L ein Mauszeiger gesteuert werden. Wird der Finger zusätzlich so bewegt, dass sich eine absorptive Unterbrechung ergibt, kann dies als Anclicken ausgewertet werden.
Bei einer absorptiven Unterbrechung ergibt sich gemäß 4 ein deutlicher Abfall 40 des Empfangssignals 41, das dem jeweiligen Sender A, B, C, D zugeordnet werden kann.
5 zeigt ein zugehöriges Blockschaltbild. Die Sender A, B, C, D und der wenigstens eine Empfänger sind an eine Regeleinheit 36, bekannt als HALIOS, bezüglich der Ausgangssignale an die Sender und der Empfangssignale des Empfängers E gekoppelt. Ergänzend kann ein Kompensationselement K vorzugsweise in der Nähe des Empfängers E vorgesehen sein, wie es dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Signale an das Kompensationselement K werden ebenfalls von der Regeleinheit beeinflusst. Die Regeleinheit ist Teil der Auswerteeinheit 11, die die Leistung der Sender und ggf. des Kompensationselement mit einer Leistungsregelung vorzugsweise unverzüglich so regelt, dass am Empfänger E ein Gleichlichtanteil ohne taktsynchronen Wechsellichtanteil ansteht.
Die in der Regeleinheit 36 vorliegenden Signale werden für sich, als Summe und als Differenz berechnet und in den Abschnitten Mauserkennung 60, Clickerkennung 61, Toucherkennung 62 und Richtungserkennung 63 ausgewertet. Bewegt sich das Objekt O im Lichtfeld O, ohne das es zu einer absorptiven Unterbrechung einer Lichtstrecke kommt, regelt die Regeleinheit 36 das Signal so aus, dass am Empfänger E ein Gleichlichtanteil ohne taktsynchronen Wechsellichtanteil ansteht. Dieses Ausregeln führt zu einem Differenzsignal, dass in der Mauserkennung 60 zur Bestimmung von x-, y-Koordinaten ausgewertet werden kann. Wird z.B. der Clickdom 53 oder das Betätigungselement 50 nach unten gedrückt, führt dies zu einer Änderung der Signale aus dem Lichtfeld L'. Dies kann durch den Summenwert aus allen Regelschleifen an sich erkannt werden. Dies allein genügt allerdings noch nicht, da noch nicht eindeutig bestimmt ist, ob alle Strahlungsstrecken oder nur einzelne Strahlungsstrecken unterbrochen wurden. Werden einzelne Strahlungsstrecken unterbrochen, wird dies in der Toucherkennung 62 erkannt. Werden diese Daten mit den summierten Daten in der Clickerkennung 61 korreliert, kann erkannt werden, ob eine Zusatzfunktion oder der Clickdom 53 – z.B. als eigene Funktion bei Unterbrechung aller Strahlungsstrecken – angeclickt wurde. Die Informationen aus der Toucherkennung 62 werden ergänzend in der Richtungserkennung 63 dahingehend überprüft, ob eine kreisförmige Bewegung des Objekts im Lichtfeld in oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgt.

11: Auswerteeinheit
15, 16: Strahlungsstrecke
20: Bedienoberfläche
21: Auswölbung
22: Ausnehmung
30, 31: Lichtleiter
36: Regeleinheit
40: Abfall
41: Empfangssignals
50: Betätigungselement
51: Gehäuse
52: Grundplatte
53: Clickdom
54, 57: Clickelement
55: Umlenkelement
56: mechanische Schalter
60: Mauserkennung
61: Clickerkennung
62: Toucherkennung
63: Richtungserkennung
A, B, C, D: Sender
A', B', C', D': Felder
E: Empfänger
L, L': Lichtfeld
O: Objekt
x, y: Werte der Position

Claims

Optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts (O) mit – wenigstens drei Sendern (A, B, C, D) zur Aussendung von Strahlung, insbesondere Lichtstrahlung, – wenigstens einem Empfänger (E) zum Empfang der von den Sendern (A-D) ausgesandten und vom Objekt (O) beeinflussbaren Strahlung, – mehreren voneinander verschiedenen Strahlungsstrecken (15, 16), die zwischen wenigstens einem Teil der Sender (A-D) und dem wenigstens einen Empfänger (E) gebildet sind und wenigstens ein Lichtfeld (L) bilden, – einer Taktschaltung zur taktweisen Schaltung der Sender (A-D) der verschiedenen Strahlungsstrecken, – einer im Bereich der Strahlungsstrecken angeordneten Bedienoberfläche (20), – einer Auswerteeinheit (11), welche die von dem wenigstens einen Empfänger (E) für die verschiedenen Strahlungsstrecken empfangenen Signale in Werte (x, y) zur Erfassung der Position und/oder der Bewegung des Objekts (O) im Lichtfeld umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtfeld (L, L') der Bedienoberfläche (20) zugeordnet ist und dass die Auswerteinheit zur Bildung wenigstens einer Zusatzfunktion als ein Mittel zur Erkennung einer absorptiven Unterbrechung wenigstens einer Strahlungsstrecke (16) im Lichtfeld durch das Objekt (O) und/oder durch ein im Lichtfeld angeordnetes oder in das Lichtfeld einführbares Betätigungselement (50) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung der Strahlung der Sender (A-D) in das Lichtfeld (L, L') und die Eintrittsöffnung der Strahlung in den wenigstens einen Empfänger (E) in einer Ebene liegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Umlenkmittel oder Reflektionsmittel vorgesehen sind, die die Strahlung in das Lichtfeld leiten und/oder aus dem Lichtfeld (L, L') ableiten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtfeld (L, L') parallel zur Bedienoberfläche (20) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier Sender (A-D) kreuzartig angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (E) mittig angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (E) in oder unter einer Auswölbung (21) bzw. in oder unter einem Clickdom (53) angeordnet ist, die oder der aus der Bedienoberfläche (20) in das Lichtfeld (L) ragt und zumindest für die Wellenlänge der Strahlung wenigstens teilweise durchlässig ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienoberfläche (20) in einer Ausnehmung (22) gebildet ist, an deren Rand die Sender (A-D) angeordnet sind oder über deren Rand die Sender ihre Strahlung in das Lichtfeld (L, L') einbringen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (50) beweglich, vorzugsweise federelastisch in einem Gehäuse (51) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Clickelemente (54, 57) das Betätigungselement zur taktilen Rückmeldung lagern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienoberfläche (20) ggf. mit der Ausnehmung (22) auf der Oberseite des Betätigungselements gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bedarfsweise mehrteilige Betätigungselement (50) einen Clickdom (53) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch die die Strahlung in mehrere Lichtfelder aufgeteilt wird, von denen sich eines über der Bedienoberfläche (20) und eines unter dem Betätigungselement (50) befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und, soweit der Clickdom (53) betroffen ist, nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Betätigungselement (50) und/oder dem Clickdom (53) weitere Clickelemente (54, 57) oder mechanische Betätigungselemente (56) für die Bedienung weiterer Zusatzfunktionen zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Anzahl der Sender (A-D) entsprechende Anzahl an Feldern (A', B', C', D') für Zusatzfunktionen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtleiter (30, 31) vorgesehen sind, in die ein Teil des von einander benachbarten Sendern (A, B) abgestrahlten Lichts an einen Übergangsbereich zwischen den Sendern geleitet wird und von denen in Richtung auf den Empfänger (E) abgestrahlt wird, und dass die Auswerteinheit als ein Mittel zur Erkennung einer absorptive Unterbrechung des von den Lichtleitern abgestrahlten Lichts durch das Objekt (O) und/oder das Betätigungselement (50) als weitere Zusatzfunktion ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Strahlungsstrecken (15, 16) ausgebildeten Lichtstrecken wechselweise angesteuert sind und dass die Auswerteeinheit (11) die Leistung der Sender mit einer Leistungsregelung vorzugsweise unverzüglich so regelt, dass am Empfänger (E) ein Gleichlichtanteil ohne taktsynchronen Wechsellichtanteil ansteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (O) ein Finger eines Benutzers ist.
Verfahren zur optoelektronischen Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts (O) mit den Schritten: – Aussendung von Strahlung, insbesondere Lichtstrahlung mittels wenigstens drei Sendern (A, B, C, D), – Empfangen der von den Sendern (A-D) ausgesandten und vom Objekt (O) beeinflussbaren Strahlung mittels wenigstens eines Empfänger (E) unter Bildung von mehreren voneinander verschiedenen Strahlungsstrecken (15, 16), die zwischen wenigstens einem Teil der Sender (A-D) und dem wenigstens einen Empfänger (E) gebildet sind und wenigstens ein Lichtfeld (L, L') bilden, – taktweises wirksam Schalten der Sender (A-D) der verschiedenen Strahlungsstrecken mittels einer Taktschaltung, – Bilden einer im Bereich der Strahlungsstrecken angeordneten Bedienoberfläche (20), – Auswerten der von dem wenigstens einen Empfänger (E) für die verschiedenen Strahlungsstrecken empfangenen Signale mittels einer Auswerteeinheit und Umsetzen der Signale in Werte (x, y) zur Erfassung der Position und/oder der Bewegung des Objekts (O) im Lichtfeld, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtfeld (L, L') der Bedienoberfläche (20) zugeordnet wird und dass die Auswerteinheit eine absorptive Unterbrechung wenigstens einer Strahlungsstrecke (16) durch das Objekt (O) und/oder durch ein im Lichtfeld angeordnetes oder in das Lichtfeld einführbares Betätigungselement (50) als Zusatzfunktion erkennt.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch das Anordnen der Austrittsöffnung der Strahlung der Sender (A-D) in das Lichtfeld (L, L') und der Eintrittsöffnung der Strahlung in den wenigstens einen Empfänger (E) in einer Ebene.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung zur Bildung des Lichtfelds (L, L') umgelenkt oder reflektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtfeld (L, L') parallel zur Bedienoberfläche (20) von den Sendern abgestrahlt wird oder parallel zur Bedienoberfläche (20) umgelenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier kreuzartig angeordnete Sender (A-D) zur zweidimensionalen Erfassung wechselweise über Kreuz getaktet betrieben sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, gekennzeichnet durch die mittige Anordnung des Empfängers (E).
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, gekennzeichnet durch die Anordnung des Empfänger (E) in oder unter einer Auswölbung (21) bzw. in oder unter einem Clickdom (53), die bzw. der aus der Bedienoberfläche (20) in das Lichtfeld (L) ragt und zumindest für die Wellenlänge der Strahlung wenigstens teilweise durchlässig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Licht an der Auswölbung (21) oder am Clickdom (53) in Richtung von der Bedienoberfläche nach oben abgestrahlt und vom Objekt reflektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, gekennzeichnet durch die Anordnung der Bedienoberfläche (20) in einer Ausnehmung (22), an deren Rand die Sender (A-D) angeordnet sind oder über deren Rand die Sender ihre Strahlung in das Lichtfeld (L, L') einbringen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, gekennzeichnet durch die beweglich, vorzugsweise federelastische Lagerung des Betätigungselements (50) in einem Gehäuse (51).
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung so in die Vorrichtung eingestrahlt und/oder an einem Gehäuse (51) oder dem Betätigungselement (50) umgelenkt wird, dass sich zwischen Sender (A-D) und Empfänger (E) wenigstens zwei Lichtfelder ausbilden, von denen sich eines über der Bedienoberfläche (20) und eines unter dem Betätigungselement (50) ausbildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29 und, soweit der Clickdom (53) betroffen ist, nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass dem Betätigungselement (50) und/oder dem Clickdom (53) weitere Clickelemente (54, 57) oder mechanische Betätigungselemente (56) für die Bedienung weiterer Zusatzfunktionen zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des von einander benachbarten Sendern (A, B) abgestrahlten Lichts über Lichtleiter (30, 31) an einen Übergangsbereich zwischen den Sendern geleitet wird und von diesen in Richtung auf den Empfänger (E) abgestrahlt wird, und dass eine absorptive Unterbrechung des von den Lichtleitern abgestrahlten Lichts durch das Objekt (O) oder das Betätigungselement als weitere Zusatzfunktion erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die als Strahlungsstrecken ausgebildeten Lichtstrecken wechselweise angesteuert werden und dass die Auswerteeinheit (11) die Leistung der Sender mit einer Leistungsregelung vorzugsweise unverzüglich so regelt, dass am Empfänger (E) ein Gleichlichtanteil ohne taktsynchronen Wechsellichtanteil ansteht.