DE19904374A1 - Touch sensitive input surface with frame structure of vertical cavity surface emitting lasers and light receivers - Google Patents
Touch sensitive input surface with frame structure of vertical cavity surface emitting lasers and light receiversInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Eingabefläche nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 sowie eine umlaufende Sensor-Rahmen struktur zum Aufsetzen auf ein flächiges Element, insbesonde re Bildschirm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to an input surface according to the Oberbe handle of claim 1 and a circumferential sensor frame structure to be placed on a flat element, in particular re screen according to the preamble of claim 9.
In vielen Bereichen der Technik werden zunehmend berührungs sensitive Flächen zur Eingabe von Daten für die Steuerung von elektrischen Geräten eingesetzt. Verglichen mit herkömmli chen Eingabemitteln wie Tastaturen und dergleichen ermögli chen sie häufig eine einfachere, komfortablere und vor allem intuitivere Gerätebedienung.In many areas of technology are becoming increasingly touching sensitive areas for the input of data for the control of electrical devices. Compared to conventional Chen input means such as keyboards and the like often make it simpler, more comfortable and above all more intuitive device operation.
In dem Artikel "Berührungssensitive Technologien", elektronik industrie, 1998, Heft 4, Seiten 88 bis 91 sind verschiedene berührungssensitive Technologien beschrieben. Aus diesem Ar tikel ist bekannt, Lumineszenzdioden (LED) an dem oberen und seitlichen Rand eines Bildschirms anzuordnen und das von den LED ausgestrahlte Licht auf der jeweils gegenüberliegenden Seite des Bildschirms mittels Phototransistoren zu detektie ren. Nähert sich eine Person mit einem Finger oder Stift dem Bildschirm, wird ein Teil der von den LED ausgesendeten Lichtbündel bei hinreichender Annäherung an den Bildschirm durch den Finger/Stift verschattet. Durch eine Auswertung der von den Phototransistoren ausgegebenen elektrischen Emp fangssignale kann die Position des Fingers/Stiftes bestimmt werden.In the article "Touch sensitive technologies", electronics industrie, 1998, issue 4, pages 88 to 91 are different described touch-sensitive technologies. For this ar It is known to have luminescent diodes (LED) on the top and to arrange the side edge of a screen and that of the LED emitted light on the opposite Detect side of the screen using phototransistors a person approaches it with a finger or pen Screen, becomes part of that emitted by the LED Beams of light when sufficiently close to the screen shaded by the finger / pen. Through an evaluation the electrical emp. output by the phototransistors Catch signals can determine the position of the finger / pen become.
Nachteilig ist, daß mit diesem System nur eine verhältnismä ßig geringe Ortsauflösung erreicht wird, weshalb es für die Herstellung kleinformatiger Bildschirme nicht oder nur be dingt geeignet ist.The disadvantage is that with this system only a relative ßig low spatial resolution is achieved, which is why it for the Production of small-format screens not or only be is suitable.
Ein weiterer Nachteil dieses Systems besteht darin, daß es nicht parallaxenfrei arbeitet, da die Ebene, in der sich die Lichtbündel erstrecken, versetzt zu der durch die Bild schirmoberfläche definierten Berührungsebene ist.Another disadvantage of this system is that it does not work parallax free since the level at which the Extend light beams, offset to that through the image screen surface defined contact level.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingabefläche, insbesondere Bildschirmfläche (Touch-Screen) zu schaffen, die kleine seitliche Abmessungen aufweisen kann. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, eine umlaufende Sensor-Rahmenstruk tur zu schaffen, die nachträglich auf ein flächiges Element, insbesondere Flachbildschirm zur Realisierung einer kleinfor matigen Eingabefläche aufgesetzt werden kann.The invention is based on the object of an input surface, in particular to create screen area (touch screen) that can have small lateral dimensions. It also aims the invention is based on a rotating sensor frame structure to create the retrospectively on a flat element, in particular flat screen to realize a kleinfor mat input surface can be placed.
Zur Lösung der genannten Aufgabenstellung sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 vorgesehen.The characteristics are to solve the mentioned task of claims 1 and 9 provided.
Durch die Verwendung von Halbleiter-Laserdioden als Lichtsen der wird erreicht, daß die einzelnen von den Lichtsendern emittierten Lichtbündel eine geringe Strahldivergenz aufwei sen. Dies hat zur Folge, daß sämtliche Lichtstrahlen aller die Oberfläche des flächigen Elements überquerenden Lichtbün del eine hohe Parallelität aufweisen. Eine von einem Objekt (Finger oder Stift) hervorgerufene lokale Verschattung der ausgesendeten Lichtbündel erzeugt dann stets einen klar abge grenzten und definierten Schattenwurf im Bereich der Licht empfänger. Eine Beeinträchtigung des Schattenwurfes durch störendes Nebenlicht aus benachbarten, nicht verschatteten Halbleiter-Laserdioden tritt praktisch nicht auf. Dadurch wird ermöglicht, daß auch die Lage von Objekte mit kleinen seitlichen Abmessungen (z. B. Stiftspitze) sicher erfaßt und durch Auswertung ermittelt werden kann.By using semiconductor laser diodes as light sensors that is achieved that the individual from the light transmitters emitted light beams have a low beam divergence sen. As a result, all light rays of all light beam crossing the surface of the flat element del have a high degree of parallelism. One from an object (Finger or pen) caused local shadowing of the emitted light bundle then always produces a clearly abge delimited and defined shadows in the area of light receiver. An impairment of the shadow cast by disturbing secondary light from neighboring, not shaded Semiconductor laser diodes practically do not occur. Thereby enables the location of objects with small lateral dimensions (e.g. pen tip) safely detected and can be determined by evaluation.
Vorteilhaft ist ferner, daß mit Halbleiter-Laserdioden ein sehr geringer Abstand zwischen benachbarten Lichtbündeln er reichbar wird. Dadurch kann eine für kleinformatige Anwen dungen ausreichend hohe Flächendichte der Lichtbündel erzielt werden. Mit den bisher verwendeten LED wird aufgrund ihrer Baugröße eine vergleichbare Flächendichte der Lichtbündel nicht erreicht. It is also advantageous that with semiconductor laser diodes very small distance between neighboring light beams becomes reachable. This allows one for small format users sufficiently high surface density of the light beams become. With the previously used LED is due to their Size a comparable surface density of the light beams not reached.
Mit besonderem Vorteil werden als Halbleiter-Laserdioden Ver tikalresonator-Laserdioden (VCSEL: vertical-cavity surface emitting laser) eingesetzt. VCSEL weisen einerseits beson ders kleine Strahldivergenzen (2° oder weniger) auf und kön nen andererseits mit ausgesprochen kleinen seitlichen Abmes sungen (etwa 10 µm) hergestellt werden. Sie eignen sich da her in besonderem Maße für die Erzielung des erfindungsgemä ßen strahlparallelen Lichtvorhangs mit hoher Lichtbündeldich te.Ver. Are particularly advantageous as semiconductor laser diodes tical resonator laser diodes (VCSEL: vertical-cavity surface emitting laser). On the one hand, VCSELs have particular small beam divergences (2 ° or less) and can on the other hand, with extremely small lateral dimensions solutions (about 10 µm). They are suitable there forth in particular to achieve the inventive light curtain with a high beam of light te.
Ein weiterer Vorteil von VCSEL besteht darin, daß sie kosten günstiger als die meisten anderen Halbleiter-Laserdioden (et wa kantenemittierende Laserdioden) herstellbar sind.Another advantage of VCSEL is that it costs cheaper than most other semiconductor laser diodes (et wa edge emitting laser diodes) can be produced.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung kennzeich net sich dadurch, daß die Sensor-Rahmenstruktur eine Leiter plattenleiste umfaßt, auf der die Halbleiter-Laserdioden zei lenartig nebeneinanderliegend angeordnet sind. Die Höhe der Leiterplattenleiste kann dabei weniger als 2 mm und insbeson dere weniger als 1 mm betragen. Dadurch lassen sich die für kleinformatige Eingabeflächen erforderlichen geringen Bauhö hen der Rahmenstruktur realisieren. Ferner ist die Bestüc kung einer solchen Leiterplattenleiste mit Halbleiter- Laserdioden (VCSEL) automatisierbar und somit kostengünstig durchführbar.A preferred embodiment of the invention is characterized net is characterized in that the sensor frame structure is a ladder includes plate strip on which the semiconductor laser diodes are arranged in a len-like manner. The high of PCB strip can be less than 2 mm and in particular which are less than 1 mm. This allows the for small-format input surfaces required low overall height Realize the frame structure. Furthermore, the equipment such a printed circuit board strip with semiconductor Laser diodes (VCSEL) can be automated and are therefore inexpensive feasible.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Er findung sind mehrere Halbleiter-Laserdioden zeilenartig ne beneinanderliegend auf einem einzigen Halbleiterbarren ange ordnet. Bei dieser monolithischen Ausführung ist ein ge ringstmöglicher Abstand zwischen benachbarten Laserdioden er reichbar.According to a further preferred embodiment variant of the Er invention are several semiconductor laser diodes line-like ne juxtaposed on a single semiconductor ingot arranges. In this monolithic version is a ge the shortest possible distance between adjacent laser diodes reachable.
Die Sensor-Rahmenstruktur kann das flächige Element entweder in Art einer Einfassung randseitig umgeben oder sie kann auf die Oberfläche des flächigen Elements aufgesetzt sein. Ein Vorteil der letzteren Lösung besteht darin, daß sie die Nach rüstung von Bildschirmen und dergleichen gestattet.The sensor frame structure can either be the flat element surrounded in the manner of a border or it can open be placed on the surface of the flat element. On The advantage of the latter solution is that it is the after armor of screens and the like allowed.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred embodiments of the invention are in the Subclaims specified.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsvarian ten unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:The invention is described below with the aid of embodiment variants explained with reference to the drawing; in this shows:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungs gemäßen Eingabefläche mit teilweise dargestellter Sen sor-Rahmenstruktur; Figure 1 is a schematic perspective view of an input surface according to the Invention with a partially shown sensor frame structure.
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines Seitenele ments der Rahmenstruktur; Fig. 2 is a schematic perspective view of a Seitenele element of the frame structure;
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht einer mit mehreren VCSEL-Chips bestückten Leiterplattenleiste; Fig. 3 is a schematic perspective view of an assembled with a plurality of VCSEL chips PCB strip;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Halbleiterbarrens mit monolithisch ausgebildeten VCSEL; und FIG. 4 shows a schematic illustration of a semiconductor ingot with monolithically formed VCSEL; FIG. and
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer VCSEL. Fig. 5 is a schematic representation of the layer structure of a VCSEL.
Nach Fig. 1 weist eine Eingabefläche 1 ein flächiges Element 2 mit einem beispielsweise rechteckigen Grundriß sowie eine das flächige Element 2 umlaufende Sensor-Rahmenstruktur auf. Die Oberfläche des flächigen Elements 2 ist mit dem Bezugs zeichen 2a bezeichnet. Von der umlaufenden Sensor-Rahmen struktur sind in Fig. 1 zwei einander gegenüberliegende Sei tenelemente 3a und 3b sowie ein dazwischen liegendes drittes Seitenelement dargestellt, das mit dem Seitenelement 3a iden tisch ist. An der dem dritten Seitenelement 3a gegenüberlie genden Seite des flächigen Elements 2 ist ein weiteres, nicht dargestelltes Seitenelement vorhanden, das mit dem Seitenele ment 3b identisch ist.According to FIG. 1, an input surface 1 has a flat element 2 with a rectangular plan, for example, and a sensor frame structure encircling the flat element 2 . The surface of the flat element 2 is designated by the reference character 2 a. From the circumferential sensor frame structure in Fig. 1, two opposing Be tenelemente 3 a and 3 b and an intermediate third side element is shown, which is identical to the side element 3 a table. At the third side member 3 a gegenüberlie constricting side of the flat element 2 is a further, not shown side member present, the element with the Seitenele 3 b is identical.
Das flächige Element 2 kann ein LCD-Bildschirm sein oder all gemein eine Berührungsfläche realisieren, wie sie beispiels weise in einem Notebook (Computer) zur manuellen Kursorsteue rung eingesetzt wird.The flat element 2 can be an LCD screen or generally realize a touch surface, such as that used in a notebook (computer) for manual cursor control.
Die Eingabefläche 1 kann beispielsweise als Eingabeeinheit in einem Mobiltelefon, Palmtop, Autoradio, Kopierer usw. verwen det werden. Sie kann auch in Haushaltsgeräten (beispielswei se Waschmaschinen oder dergleichen) zum Einsatz kommen.The input surface 1 can be used, for example, as an input unit in a mobile phone, palm top, car radio, copier, etc. It can also be used in household appliances (for example washing machines or the like).
Die Seitenelemente 3a, 3b der Sensor-Rahmenstruktur bestehen jeweils aus einem Kunststoff-Profilteil 4, das als Träger für eine Leiterplattenleiste 5a bzw. 5b dient.The side elements 3 a, 3 b of the sensor frame structure each consist of a plastic profile part 4 , which serves as a carrier for a printed circuit board 5 a or 5 b.
Auf der Leiterplattenleiste 5a sind in linearer Anordnung ei ne Mehrzahl von Halbleiter-Laserdioden in Form von VCSEL 6 angeordnet. Die der Leiterplattenleiste 5a gegenüberliegende Leiterplattenleiste 5b trägt Lichtempfänger, die in Form von Photodioden oder Phototransistoren ausgebildet sein können, und die in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung von der Lei terplattenleiste 5b verdeckt sind.On the printed circuit board 5 a ei ne plurality of semiconductor laser diodes in the form of VCSEL 6 are arranged in a linear arrangement. The PCB strip 5 a opposite PCB strip 5 b carries light receivers, which can be designed in the form of photodiodes or phototransistors, and which are covered in the illustration in FIG. 1 by the printed circuit board strip 5 b.
Jede VCSEL 6 sendet ein Laserlichtbündel 16 aus, das auf ei nen Lichtempfänger an der gegenüberliegenden Leiterplatten leiste 5b auftrifft und von diesem nachgewiesen wird. Zu diesem Zweck stellt jeder Lichtempfänger an einem Ausgang 7 ein elektrisches Signal bereit, das für die in den jeweiligen Empfänger einfallende Lichtintensität repräsentativ ist. Die Ausgänge 7 sind in nicht dargestellter Weise mit einer Aus werteschaltung verbunden, die bezüglich jedes Lichtempfängers feststellt, ob die empfangene Lichtintensität oberhalb oder unterhalb einer vorgebbaren Grenzintensität liegt. Bei einer oberhalb der Grenzintensität liegenden Lichtintensität stellt die Auswerteschaltung fest, daß keine Verschattung des frag lichen Lichtempfängers vorliegt; andernfalls wird durch die Auswerteschaltung eine Verschattung dieses Lichtempfängers festgestellt.Each VCSEL 6 emits a laser light bundle 16 which strikes a light receiver on the opposite printed circuit board 5 b and is detected by the latter. For this purpose, each light receiver provides an electrical signal at an output 7 which is representative of the light intensity incident in the respective receiver. The outputs 7 are connected in a manner not shown to an evaluation circuit which determines with respect to each light receiver whether the received light intensity is above or below a predefinable limit intensity. If the light intensity is above the limit intensity, the evaluation circuit determines that there is no shadowing of the light receiver in question; otherwise shading of this light receiver is determined by the evaluation circuit.
Mittels der beiden in rechtem Winkel zueinander orientierten Seitenelemente 3a mit lichtemittierenden VCSEL 6 wird ein die Oberfläche 2a des flächigen Elements 2 vollständig überdec kender Lichtvorhang in Form eines (ausschnittsweise darge stellten) engmaschigen Lichtbündelgitters 17 geschaffen.By means of the two side elements 3 a oriented at right angles to one another with light-emitting VCSEL 6 , a surface 2 a of the flat element 2 is completely covered by a light curtain in the form of a close-meshed light beam grating 17 (shown in sections).
Die Rahmengeometrie sowie die Verteilung von Lichtsendern (VCSEL) und Lichtempfängern über die Rahmenstruktur ist in vielfältiger Weise wählbar. Beispielsweise kann unter ande rem eine ringförmige Rahmenstruktur und/oder eine alternie rende Anordnung von Lichtsendern und Lichtempfängern vorgese hen sein.The frame geometry and the distribution of light transmitters (VCSEL) and light receivers via the frame structure is in selectable in many ways. For example, among other things rem an annular frame structure and / or an alternie arrangement of light transmitters and light receivers hen.
Wird ein Objekt (Finger, Stiftspitze) an einem bestimmten Ort durch den Lichtvorhang hindurchgeführt, dann werden Lichtbün del 16 beider lichtemittierenden Seitenelemente 3a von dem Objekt abgeschattet. Die von dem Objekt auf die gegenüber liegenden Seitenelemente 3b projizierten zwei Schattenberei che werden jeweils mittels der Auswerteschaltung detektiert und zur Ermittlung der Ortskoordinaten des Objektes herange zogen.If an object (finger, pen tip) is guided through the light curtain at a certain location, then light bundles 16 of both light-emitting side elements 3 a are shadowed by the object. The two shadow areas projected by the object onto the opposite side elements 3 b are each detected by means of the evaluation circuit and used to determine the location coordinates of the object.
Sofern die Lichtempfänger eine vergleichbare oder höhere Li niendichte als die VCSEL 6 aufweisen, wird die Ortsauflösung der Eingabefläche 1 im wesentlichen durch den Abstand S zwi schen benachbarten VCSEL 6 (d. h. dem Abstand zwischen zwei benachbarten Lichtbündelachsen) sowie der Strahldivergenz der VCSEL definiert. Sowohl mit zunehmendem Abstand 5 als auch bei einer Zunahme der Strahldivergenz nimmt in der Regel die erreichbare Ortsauflösung der Eingabefläche 1 und damit ihre Tauglichkeit für Miniaturanwendungen ab. If the light receivers have a comparable or higher line density than the VCSEL 6 , the spatial resolution of the input surface 1 is essentially defined by the distance S between adjacent VCSEL 6 (ie the distance between two adjacent light beam axes) and the beam divergence of the VCSEL. Both with increasing distance 5 and with an increase in beam divergence, the achievable spatial resolution of input surface 1 generally decreases, and thus its suitability for miniature applications.
Fig. 2 zeigt ein Seitenelement 3a der Sensor-Rahmenstruktur in vergrößerter Darstellung. Die Leiterplattenleiste 5a ist etwa bis zur halben Höhe durch Umspritzen oder dergleichen in dem Kunststoff-Profilteil 4 aufgenommen. Die VCSEL 6 befin den sich vorzugsweise in der oberen Hälfte der Leiterplatten leiste 5a und sind in der Nähe des von dem Kunststoff-Profil teil 4 weggerichteten Rands 8 derselben angeordnet. Fig. 2 shows a side element 3 a of the sensor frame structure in an enlarged view. The circuit board 5 a is taken up to about half the height by extrusion coating or the like in the plastic profile part 4 . The VCSEL 6 are preferably located in the upper half of the printed circuit board 5 a and are arranged in the vicinity of the edge 8 of the plastic profile 4 facing away from the same.
Durch den in Fig. 2 gezeigten Aufbau wird eine mechanisch stabile Rahmenstruktur mit geringer Bauhöhe geschaffen. Der Abstand A zwischen dem Rand 8 und den VCSEL 6 kann beispiels weise 0,2 mm und die Gesamthöhe H der Leiterplattenleiste 5a kann beispielsweise etwa 1,0 mm betragen. Die Höhe der VCSEL 6 über der Oberfläche 2a des flächigen Elements 2 kann durch eine geeignete Positionierung und Montage der Seitenelemente 3a, 3b an dem flächigen Element 2 ebenfalls klein gehalten werden. Im Ergebnis kann eine praktisch parallaxenfrei ar beitende Eingabefläche 1 mit einer nur geringfügig über die Oberfläche 2a hinausragenden Sensor-Rahmenstruktur erzielt werden.The construction shown in FIG. 2 creates a mechanically stable frame structure with a low overall height. The distance A between the edge 8 and the VCSEL 6 can, for example, 0.2 mm and the total height H of the printed circuit board 5 a can be, for example, about 1.0 mm. The height of the VCSEL 6 above the surface 2 a of the flat element 2 can also be kept small by suitable positioning and mounting of the side elements 3 a, 3 b on the flat element 2 . As a result, a practically parallax-free ar processing input surface 1 can be achieved with a sensor frame structure which only protrudes slightly beyond the surface 2 a.
Fig. 3 zeigt die Leiterplattenleiste 5a in vergrößerter Dar stellung. Auf der Leiterplattenleiste 5a verläuft eine Lei terbahn 9, die einen gemeinsamen ersten elektrischen Kontakt für die VCSEL 6 bildet. Die VCSEL 6 liegen hier in Form von einzelnen VCSEL-Chips 10 vor, die nebeneinander auf der ge meinsamen Leiterbahn 9 aufgelötet sind. Auf der strahlaus trittsseitigen Oberseite jedes VCSEL-Chips 10 ist ein Kon taktpad 11 aufgebracht, das über einen Bonddraht 12 mit einer den zweiten elektrischen Kontakt realisierenden Leiterbahn struktur 13 auf der Leiterplattenleiste 5a in elektrischem Kontakt steht. Fig. 3 shows the circuit board 5 a in an enlarged Dar position. On the printed circuit board 5 a runs a Lei terbahn 9 , which forms a common first electrical contact for the VCSEL 6 . The VCSEL 6 are here in the form of individual VCSEL chips 10 , which are soldered side by side on the common interconnect 9 . On the beam-side upper side of each VCSEL chip 10 , a contact pad 11 is applied, which is in electrical contact via a bonding wire 12 with a second electrical contact-making interconnect structure 13 on the printed circuit board 5 a.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung kann der Abstand S zwischen den Lichtbündelachsen der VCSEL-Chips 10 etwa 0,5 mm oder weniger betragen. In the arrangement shown in FIG. 3, the distance S between the light beam axes of the VCSEL chips 10 can be approximately 0.5 mm or less.
Ein kleinerer Abstand S im Bereich von etwa 25 µm bis 1 mm kann durch die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsvariante mit ei ner monolithische Ausbildung der VCSEL 6 in einem gemeinsamen Halbleiterbarren 14 erreicht werden. Der Halbleiterbarren 14 weist an seiner Rückseite (nicht erkennbar) eine gemeinsame Elektrode auf und ist an seiner Vorderseite mit Kontaktpads 11' versehen. Die Kontaktpads 11' entsprechen den in Fig. 3 gezeigten Kontaktpads 11. Sie stehen über eine Leiterbrücke 15 mit einer ein Lichtaustrittsfenster 6.1 der VCSEL 6 defi nierenden Ringelektrode 6.2 in elektrischer Verbindung.A smaller distance S in the range of approximately 25 μm to 1 mm can be achieved by the embodiment variant shown in FIG. 4 with a monolithic design of the VCSEL 6 in a common semiconductor bar 14 . The semiconductor bar 14 has a common electrode on its rear side (not visible) and is provided with contact pads 11 'on its front side. The contact pads 11 ′ correspond to the contact pads 11 shown in FIG. 3. They are electrically connected via a conductor bridge 15 to a ring electrode 6.2 that defines a light exit window 6.1 of the VCSEL 6 .
Die Länge L des Halbleiterbarrens 14 kann beispielsweise 1 bis 10 cm betragen, d. h. das Seitenelement 3a kann aus einem einzigen Halbleiterbarren 14 aufgebaut sein. Die Höhe H' des Halbleiterbarrens 14 kann beispielsweise zwischen 100 µm und 1 mm liegen, d. h. es sind sehr niedrig bauende Sensor-Rahmen strukturen erzielbar.The length L of the semiconductor ingot 14 may for example be 1 to 10 cm, that is, the side member 3 a may be comprised of a single semiconductor ingot fourteenth The height H 'of the semiconductor bar 14 can be, for example, between 100 μm and 1 mm, ie very low-profile sensor frame structures can be achieved.
Der Halbleiterbarren 14 kann entweder anstelle der einzelnen VCSEL-Chips 10 auf die Leiterplattenleiste 5a (siehe Fig. 2) aufgelötet sein oder er kann zur Ausbildung einer Rahmen struktur unmittelbar mit einer geeigneten Kunststoffummante lung versehen bzw. mit einem Epoxidharz vergossen sein.The semiconductor bar 14 can either be soldered to the printed circuit board 5 a (see FIG. 2) instead of the individual VCSEL chips 10 or it can be provided with a suitable plastic coating or be cast with an epoxy resin to form a frame structure.
Fig. 5 zeigt in schematischer Schnittdarstellung den Schicht aufbau einer VCSEL 6. Die VCSEL 6 ist auf einem Halbleiter substrat (beispielsweise GaAs) 20 aufgebaut, über dem ein er ster Stapel 21 epitaktisch aufgebrachter Spiegelschichten 21a, 21b, eine aktive Zone 22 und ein zweiter Stapel 23 von Spiegelschichten 23a, 23b angeordnet sind. Die Schichtstapel 21 und 23 bestehen jeweils aus alternierenden GaAs-Schichten 21a, 23a mit niedrigem Bandabstand und Schichten 21b, 23b aus ALxGa1-xAs mit hohem Aluminiumgehalt (beispielsweise x = 0,96) und hohem Bandabstand. Die aktive Zone 22 weist hier eine zwischen zwei Barriereschichten 24 liegende zweidimensionale Quantenschicht 25 auf. Mit dem Bezugszeichen 26 sind zwei optionale, mit einer Zentralappartur versehene Oxid-Isola tionsschichten bezeichnet, die zur Steuerung des lateralen Modenprofils des emittierten Lichtbündels 17 dienen. Boden seitig des beschriebenen Schichtaufbaus ist eine Gegenelek trode 27 und deckenseitig die Ringelektrode 6.2 erkennbar. Fig. 5 shows a schematic sectional view of the layer structure of a VCSEL. 6 The VCSEL 6 is constructed on a semiconductor substrate (for example GaAs) 20 , over which a first stack 21 of epitaxially applied mirror layers 21 a, 21 b, an active zone 22 and a second stack 23 of mirror layers 23 a, 23 b are arranged. The layer stacks 21 and 23 each consist of alternating GaAs layers 21 a, 23 a with a low band gap and layers 21 b, 23 b made of AL x Ga 1-x As with a high aluminum content (for example x = 0.96) and a high band gap. The active zone 22 here has a two-dimensional quantum layer 25 lying between two barrier layers 24 . The reference numeral 26 designates two optional oxide insulation layers provided with a central apparatus, which serve to control the lateral mode profile of the emitted light bundle 17 . Bottom side of the layer structure described is a Gegenelek electrode 27 and the top of the ring electrode 6.2 can be seen .
Durch eine geeignete Dimensionierung der Resonantor- und Iso lationsschichten 21, 23; 26 kann eine geringe Strahldivergenz von 2° oder weniger erreicht werden. By suitable dimensioning of the resonant and insulation layers 21 , 23 ; 26 , a small beam divergence of 2 ° or less can be achieved.
11
Eingabefläche
Input area
22nd
flächiges Element
flat element
22nd
a Oberfläche des flächigen Elements
a surface of the flat element
33rd
a, b Seitenelement der Rahmenstruktur
a, b side element of the frame structure
44th
Kunststoff-Profilteil
Plastic profile part
55
a, b Leiterplattenleiste
a, b PCB strip
66
VCSEL
VCSEL
6.16.1
Lichtaustrittsfenster
Light emission window
6.26.2
Ringelektrode
Ring electrode
77
Ausgang
output
88th
freier Rand
free margin
99
Leiterbahn
Conductor track
1010th
VCSEL-Chip
VCSEL chip
1111
, ,
1111
' Kontaktpad
'' Contact pad
1212th
Bonddraht
Bond wire
1313
Leiterbahnstruktur
Trace structure
1414
Halbleiterbarren
Semiconductor bars
1515
Leiterbrücke
Ladder bridge
1616
Laserlichtbündel
Laser light beam
1717th
Lichtbündelgitter
Beam grids
2020th
Substrat
Substrate
2121
erster Stapel
first stack
2121
a, b Spiegelschichten
a, b mirror layers
2222
aktive Zone
active zone
2323
zweiter Stapel
second stack
2323
a, b Spiegelschichten
a, b mirror layers
2424th
Barriereschicht
Barrier layer
2525th
Quantenschicht
Quantum layer
2626
Isolationsschicht
Insulation layer
2727
Gegenelektrode
Counter electrode
Claims (9)
- - einem flächigen Element (2), und
- - einer mit dem flächigen Element (2) gekoppelten Sensor-
Rahmenstruktur (3a, 3b), welche
- - eine Mehrzahl von Lichtsendern (6), die im wesentlichen parallel zu einer Oberfläche (2a) des flächigen Elementes (2) verlaufende Lichtbündel (16) aussenden, und
- - eine Mehrzahl von Lichtempfängern, die die Lichtbündel (16) nach Überquerung der Oberfläche (2a) des flächigen Elementes (2) empfangen und ein für die empfangene Licht intensität repräsentatives elektrisches Signal ausgeben,
wobei die Lichtsender (6) und die Lichtempfänger so über die Sensor-Rahmenstruktur (3a, 3b) verteilt angeordnet sind, daß anhand einer Auswertung der elektrischen Signale die Lage ei nes einen Teil der Lichtbündel (16) abschattenden Objektes bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsender Halbleiter-Laserdioden (6) sind.1. Input area with
- - A flat element ( 2 ), and
- - With the flat element ( 2 ) coupled sensor frame structure ( 3 a, 3 b), which
- - A plurality of light transmitters ( 6 ) which emit light bundles ( 16 ) running essentially parallel to a surface ( 2 a) of the planar element ( 2 ), and
- - A plurality of light receivers, which receive the light bundles ( 16 ) after crossing the surface ( 2 a) of the flat element ( 2 ) and output an electrical signal representative of the received light intensity,
wherein the light transmitter ( 6 ) and the light receiver are so distributed over the sensor frame structure ( 3 a, 3 b) that based on an evaluation of the electrical signals, the position of a part of the light beam ( 16 ) obscuring object can be determined, thereby characterized in that the light transmitters are semiconductor laser diodes ( 6 ).
- - einer Mehrzahl von in Seitenelementen (3a) der Rahmenstruk tur vorgesehenen Lichtsendern (6), die in einer Öffnungse bene der Rahmenstruktur verlaufende Lichtbündel (16) aus senden, und
- - einer Mehrzahl von Lichtempfängern, die die Lichtbündel (16) nach Überquerung der Öffnung der Rahmenstruktur emp fangen und ein für die empfangene Lichtintensität repräsen tatives elektrisches Signal ausgeben,
- - A plurality of in side elements ( 3 a) of the frame structure provided light transmitters ( 6 ) which transmit light beams ( 16 ) extending in an opening plane of the frame structure, and
- - A plurality of light receivers that receive the light bundles ( 16 ) after crossing the opening of the frame structure and emit a representative electrical signal for the received light intensity,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999104374 DE19904374A1 (en) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | Touch sensitive input surface with frame structure of vertical cavity surface emitting lasers and light receivers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999104374 DE19904374A1 (en) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | Touch sensitive input surface with frame structure of vertical cavity surface emitting lasers and light receivers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19904374A1 true DE19904374A1 (en) | 2000-08-17 |
Family
ID=7896319
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999104374 Withdrawn DE19904374A1 (en) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | Touch sensitive input surface with frame structure of vertical cavity surface emitting lasers and light receivers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19904374A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105157481A (en) * | 2015-07-23 | 2015-12-16 | 南通金双洋电子科技有限公司 | Automatic laser target-scoring equipment |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4429622A1 (en) * | 1994-08-20 | 1996-02-22 | Nsm Ag | Touch panel |
DE19611393A1 (en) * | 1995-03-23 | 1996-09-26 | Samsung Electronics Co Ltd | Vertical cavity surface emission laser |
-
1999
- 1999-02-03 DE DE1999104374 patent/DE19904374A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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