DE3836429A1 - Sensor matrix for screens - Google Patents

Sensor matrix for screens

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Paul Nolden
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    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen

Abstract

In traditional sensor matrices for screens, operating convenience is reduced, because if inadvertent double touches occur, no unambiguous determination of the position of the touching points is possible. It is also not possible to distinguish unwanted operation from intended operation, without making use of additional aids apart from the sensor matrix. This invention helps, by making it possible to localise two or more simultaneous touches unambiguously. In this way, a release key can be imitated on the screen, for example. A special feature is that the number of required light sources and photo-detectors is the same as in traditional devices. If the aim is to detect only a single finger, the position resolution is more than doubled. The method is based on the use of light sources and photo-detectors with big aperture angles, and the possibility of arbitrary assignment of the light source and photo-detector to a light barrier. Light barriers can be produced in any position and direction in front of the screen. This is the basis for precise localisation of more than one touching point, for which a method is given. The device is suitable for data input in combination with screens, but also independently of them as a robust input tool which is protected from unintentional activation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensormatrix gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a sensor matrix according to the preamble of claim 1.

Die fortschreitende Verbreitung von Computern in allen Lebensbereichen hat zu Überlegungen geführt, wie sich der Dialog zwischen Mensch und Maschine vereinfachen läßt. The progressive spread of computers in all spheres of life has led to consider how the dialogue between man and machine can be simplified. Von besonderem Interesse ist dabei der Einsatz von Bildschirmen. it is the use of screens of particular interest. Seit einiger Zeit gehen die Bemühungen dahin, die Bildschirme nicht nur für die Ausgabe von Daten zu verwenden, sondern auch für die Eingabe zu verwenden. For some time, efforts are being to use the screens not only for the output of data, but also to be used for input. Dabei hat der Bildschirm gegenüber anderen Eingabegeräten den Vorteil der enormen Flexibilität der Darstellung und Anordnung von z. Here, the screen compared to other input devices has the advantage of the tremendous flexibility of the display and arrangement of such. B. Schalterfeldern. B. switch fields.

Die Eingabe geschieht beispielsweise dadurch, daß der Bediener die Bildschirmoberfläche an einer bestimmten Stelle mit dem Finger berührt. The input takes place for example in that the operator touches the screen surface at a specific location with a finger.

Die Erfassung des Berührpunktes geschieht bekannterweise durch ein Raster aus zeilen- und spaltenmäßig angeordneten Lichtschranken, das sich, vom Betrachter aus gesehen, vor dem Bildschirm befindet. The detection of the contact point takes place a known manner by a grid of rows and columns moderately arranged light barriers, that seen from the viewer, is situated in front of the screen. Dazu werden am oberen bzw. unteren und am rechten bzw. linken Rand des Bildschirms Lichtquellen und Photodetektoren so angebracht, daß sich ein Raster aus waagerechten und senkrechten Lichtschranken ergibt. For this purpose, mounted at the upper and lower and right and left of the screen light sources and photodetectors that a grid of horizontal and vertical light barriers is obtained. Bei einem entsprechenden Abstand der benachbarten Lichtschranken wird der den Bildschirm berührende Finger mindestens je eine waagerechte und senkrechte Lichtschranke unterbrechen. At a corresponding distance between the adjacent light barriers of the screen touching finger is at least one each interrupt a horizontal and vertical light barrier. Aus den entsprechenden Ausgangssignalen lassen sich dann die Koordinaten des Berührpunktes ermitteln. then from the corresponding output signals, the coordinates of the touch point can be determined.

Bekannte Sensormatrizen dieser Art verwenden Lichtquellen, die einen scharf gebündelten Strahl aussenden und erzeugen damit ein Raster aus waagerechten und senkrechten Strahlen vor dem Bildschirm (deutsche Patentschrift DE 30 25 318 Int. C1. G06F 3/033). Known sensor arrays of this type using light sources which emit a sharply focused beam, thereby creating a grid of horizontal and vertical beams in front of the screen (German Patent DE 30 25 318 Int. C1. G06F 3/033). Mit dieser Verfahrensweise ist es möglich, einen einzigen Berührpunkt eindeutig zu lokalisieren. With this method, it is possible to locate a single contact point clearly. Die Geräte sind allerdings überfordert, wenn gleichzeitig mehr als ein Finger die Lichtschranken unterbrechen. However, the devices are overwhelmed when simultaneously more than one finger to interrupt the light barriers. Schon bei nur zwei Fingern ergeben sich vier mögliche Positionen zu deren weiterer Analyse mindestens ein drittes Strahlenbündel erforderlich ist. Even with only two fingers, there are four possible positions to their further analysis at least a third radiation beam is required. Herkömmliche Geräte verfügen aber nur über 2 Strahlenbündel und sind daher nicht in der Lage, die erforderliche Analyse auszuführen. However, conventional devices have only two beam and are therefore not able to perform the required analysis. Die Folge ist entweder eine Fehlbedienung oder die Verweigerung der Akzeptanz der beabsichtigten Eingabe. The result is either a faulty operation or refusal of acceptance of the intended input.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Koordinaten der Berührpunkte bei gleichzeitiger Berührung des Bildschirms mit mehr als einem Finger eindeutig zu bestimmen. The invention has for its object to determine the coordinates of contact points while touching the screen with more than one finger clearly.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved in a generic device by the characterizing features of claim 1.

Eine besonders günstige Anordnung der Lichtquellen und Photodetektoren ergibt sich aus Anspruch 2, sie ermöglicht die Erzeugung von zwei Rastern, die zueinander um 45 Grad verdreht sind und ihrerseits jeweils aus zwei zueinander senkrechten Scharen von Lichtschranken bestehen, was zusammen eine sehr einfache und schnelle Berechnung der Koordinaten ermöglicht. A particularly advantageous arrangement of the light sources and photodetectors resulting from claim 2, it allows the generation of two grids which are twisted to each other by 45 degrees, and in turn each consist of two mutually perpendicular multitudes of light barriers, which together form a very simple and quick calculation of coordinate allows.

Eine besonders günstige Anordnung bezüglich des Schaltungsaufwandes ergibt sich aus Anspruch 3. Hier ist die Anzahl der Lichtquellen drastisch reduziert, was eine starke Vereinfachung der Schaltung bewirkt. A particularly advantageous arrangement with respect to the circuit complexity results from claim 3. Here, drastically reduces the number of light sources, which causes a strong simplification of the circuit.

Aus Anspruch 4 ergibt sich mit Anspruch 1, Anspruch 2 und Anspruch 5 die Möglichkeit, die Lage und die Richtung der Lichtschranken beliebig zu wählen, um bei speziellen Konfigurationen ein Optimum an Verarbeitungsgeschwindigkeit und Erkennungssicherheit zu erreichen. Of claim 4, the possibility to choose the location and the direction of the light barriers as desired in order to achieve optimum processing speed and reliability of detection in special configurations obtained with claim 1, claim 2 and claim. 5

Aus Anspruch 6 ergibt sich eine Vervielfältigung der Anwendungsmöglichkeiten der Sensormatrix nach Anspruch 1. In Verbindung mit einer z. Of claim 6, a duplication of the application possibilities of the sensor matrix obtained according to claim 1. In connection with a z. B. bedruckten Unterlage kann sie als robustes, da ohne beweglichen Teile arbeitend, und in Verbindung mit Anspruch 8 als gegen unbeabsichtigte Betätigung geschütztes Eingabewerkzeug verwendet werden. B. printed document may be a robust, since working without moving parts and used in conjunction with Claim 8 as protected against unintentional operation input tool. Aus Anspruch 7 ergibt sich auch für den Fall, daß auf eine gleichzeitige Lokalisierung von mehr als einem Finger verzichtet wird, eine Vereinfachung der Schaltungstechnik, da sich eine Erhöhung der Auflösung ohne erhöhte Anzahl von Lichtquellen und Photodetektoren realisieren läßt. Of claim 7 that is dispensed with a simultaneous localization of more than one finger, simplification of circuit design, since an increase in resolution without increased number of light sources and photodetectors can be realized. Arises also in the case where

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in erster Linie in der Verbesserung der Bedienbarkeit und der Bedienungssicherheit von Sensormatrizen, die ein Raster von Lichtschranken vor der, dem Betrachter zugewandten Seite eines Bildschirms zur Detektion von Berührungen des Bildschirms benutzen. The advantages achieved with the invention consist primarily in improving the operability and the operating reliability of sensor arrays which utilize a grid of photocells before, facing the observer side of a display screen for the detection of touching of the screen.

Eine Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below. Die Zeichnung zeigt The drawing shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Sensormatrix für Bildschirme, Fig. 1 shows a cross section through a sensor array for screens,

Fig. 2 schematisch die Anordnung der Lichtquellen und Photosensoren auf dem Träger nach Anspruch 2, Fig. 2 shows schematically the arrangement of the light sources and photosensors on the carrier according to claim 2,

Fig. 3 schematisch die Anordnung der Lichtquellen und Photosensoren auf dem Träger nach Anspruch 3. Fig. 3 schematically shows the arrangement of the light sources and photosensors on the carrier according to claim 3.

In Fig. 1 ist mit 9 die Bildröhre und mit 8 das Gehäuse des Bildschirms bezeichnet. In Fig. 1 is connected to the picture tube 9 and designated by 8, the housing of the screen.

Vor der Bildröhre 9 befindet sich eine Abdeckplatte 4 , die für sichtbares Licht durchlässig ist. Before the picture tube 9 there is a covering plate 4 which is transparent to visible light. Sie erzeugt einen gleichmäßigen Abstand zwischen der von den Lichtschranken gebildeten Ebene und der zu berührenden Fläche und erleichtert die Benutzung der Sensormatrix dadurch, daß der Benutzer beim Unterbrechen der Lichtschranken eine fühlbare Rückmeldung erhält. It produces a uniform distance between the plane and formed by the light barriers of the contacting surface to and facilitates the use of the sensor matrix characterized in that the user receives a tactile feedback upon interruption of the light barrier. Bei vollständig ebenen Bildröhren kann sie entfallen. In completely flat picture tubes, they can be omitted. Der Träger 3 , auf dem die Lichtquellen 1 und Photodetektoren 2 befestigt sind, ist von einem Gehäuse 7 umgeben. The carrier 3 on which the light sources 1 and the photodetectors 2 are fixed, is surrounded by a housing. 7

Zur Vereinfachung ist jeweils nur eine Lichtquelle und ein Photodetektor gezeichnet. For simplicity, only one light source and a photodetector is shown in each case.

Die Lichtstrahlen 5 , von denen hier nur einer angedeutet ist, fallen von der Lichtquelle 1 durch ein lichtdurchlässiges Fenster entlang der gestrichelten Linie auf ein weiteres lichtdurchlässiges Fenster und schließlich auf den Photodetektor 2 . The light beams 5, only one of which is indicated here, fall from the light source 1 by a light-transmitting window along the dotted line to another light transmissive window, and finally to the photodetector. 2

Das Gehäuse 7 in Verbindung mit den Fenstern 6 ergeben einen Schutz gegen äußere Einflüsse und erhöhen die Zuverlässigkeit der Sensormatrix in rauher Umgebung. The housing 7 in conjunction with the windows 6 in providing protection against external influences and to increase the reliability of the sensor matrix in a harsh environment.

In Fig. 2 ist der Träger 3 schematisch in Draufsicht (in Fig. 1 von links gesehen) dargestellt. In FIG. 2, the carrier 3 is shown schematically in plan view (seen in Fig. 1 from the left) is shown. Er weist eine große Mittelöffnung auf, die von der Abdeckplatte 4 ausgefüllt wird. It has a large central opening which is filled by the cover plate. 4 Die Lichtquellen 1 und die Photodetektoren 2 sind so angeordnet, daß die Anteile des von einer Lichtquelle unter einem Winkel von 0 Grad und 45 Grad ausgestrahlten Lichtes genau auf Photodetektoren fällt. The light sources 1 and the photodetectors 2 are arranged so that the proportions of the light emitted from a light source at an angle of 0 degree and 45 degree light falls exactly on photodetectors.

Zur Verdeutlichung sind die 3 Strahlen 11 einer Lichtquelle 1 gestrichelt eingezeichnet. For clarity, the 3 beams 11 of a light source 1 by dashed lines.

In Fig. 3 ist die Anordnung der Lichtquellen 1 und der Photodetektoren 2 gemäß Anspruch 3 schematisch gezeichnet. In Fig. 3, the arrangement of the light sources 1 and the photodetectors 2 of claim 3 is depicted schematically.

Claims (8)

1. Sensormatrix für Bildschirme mit einem den Bildschirm umgebenden Rahmen, der Lichtquellen und Photodetektoren trägt, derart, daß vom Betrachter aus gesehen vor dem Bildschirm ein Raster von Lichtschranken gebildet wird, wobei die Lichtquellen ( 1 ) und die Photodetektoren ( 2 ) auf einem gemeinsamen, im wesentlichen ebenen und zur Bildebene parallelen Träger ( 3 ) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen und die Photodetektoren einen Abstrahl- bzw. Einfallswinkel größer als 5 Grad aufweisen (die Intensität der von der Lichtquelle ausgesendeten Strahlung beträgt in einer Richtung, die um max. 5 Grad von der Hauptstrahlrichtung abweicht, mindestens 50 Prozent der Intensität in Hauptstrahlrichtung, bzw. die Empfindlichkeit der Photodetektoren in einer Richtung, die um max. 5 Grad von der Hauptempfangsrichtung der Photodetektoren abweicht beträgt mindestens 50 Prozent der Empfindlichkeit in Hauptempfangsrichtung und ohne Verwendung beweglicher Teile, unte 1. Sensor Matrix for screens with a surrounding the screen frame, the light sources and photodetectors carries such that in front of the screen, a grid is formed by light barrier seen by the observer, wherein the light sources (1) and the photodetectors (2) on a common , are arranged essentially plane and parallel to the image plane support (3), characterized in that the light sources and the photodetectors have a radiating and incident angle greater than 5 degrees (the intensity of the light emitted from the light source radiation is in a direction . to max 5 degrees of the main beam direction is deviated at least 50 percent of the intensity in the main beam direction, or the sensitivity of the photodetectors in a direction which deviates. to max 5 degrees from the main reception direction of the photodetectors is at least 50 percent of the sensitivity in the main reception direction and without using movable members, unte r Ausnutzung der großen Abstrahl- und Empfangswinkel und geeigneter Anordnung der Lichtquellen und Photodetektoren entlang des Trägers, die Lage und Richtung der Lichtschranken so gewählt werden kann, daß die Positionen von zwei und mehr Objekten, die die Lichtschranken gleichzeitig unterbrechen, in der von den Lichtschranken gebildeten Ebene eindeutig lokalisiert werden können. r utilization of the large emission and reception angle and a suitable arrangement of the light sources and photodetectors along the beam, the position and direction of the light barriers may be chosen so that the positions of two or more objects which interrupt the light barriers at the same time, in which of the light barriers plane formed can be unambiguously located.
2. Sensormatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lichtquellen ( 1 ) und die Photodetektoren ( 2 ) in abwechselnder Folge entlang des Trägers ( 3 ) befinden, wie in Fig. 1 dargestellt. 2. The sensor matrix according to claim 1, characterized in that the light sources (1) and the photodetectors (2) in an alternating sequence along the carrier (3) are located, as shown in Fig. 1.
3. Sensormatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsender in den 4 Ecken des Trägerrahmens angeordnet sind und die Photodetektoren entlang des Trägers angeordnet sind, wie in Fig. 2 dargestellt. 3. The sensor array according to claim 1, characterized in that the light transmitters are arranged in the 4 corners of the support frame and the photodetectors are arranged along the beam, as shown in Fig. 2.
4. Sensormatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Menge der Lichtquellen und aus der Menge der Photodetektoren beliebige Elemente zu einer Lichtschranke zusammengeschaltet werden können. 4. A sensor array according to claim 1, characterized in that any element to a light barrier can be connected from the set of light sources and from the set of photodetectors.
5. Sensormatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt stets nur eine Lichtschranke aktiv ist und durch eine entspechende Aktivierung der Lichtquellen und Photodetektoren die Lage sowie die Richtung der Lichtschranke frei gewählt werden kann. 5. A sensor array according to claim 1, characterized in that at any given time only one light barrier is always active and the location and the direction of the light barrier can be freely selected by a entspechende activation of the light sources and photodetectors.
6. Sensormatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ( 3 ) so konstruiert ist, daß die gesamte Sensormatrix auf eine ebene Fläche gelegt werden kann und auch dort den vollen Funktionsumfang gemäß Anspruch 1 besitzt. 6. A sensor array according to claim 1, characterized in that the carrier (3) is constructed such that the entire sensor matrix can be placed on a flat surface and there has the full functionality as claimed in claim. 1
7. Verfahren zur Erhöhung der Ortsauflösung bei Sensormatrizen für Bildschirme mit einem den Bildschirm umgebenden Rahmen, der Lichtquellen und Photoempfänger mit Eigenschaften nach Anspruch 1 trägt derart, daß vom Betrachter aus gesehen vor dem Bildschirm ein Raster von Lichtschranken gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Raster verwendet werden, derart, daß jedes Raster für sich aus zwei zueinander orthogonalen Strahlenbündeln besteht und die Raster zueinander um 45 Grad verdreht sind. 7. A method for increasing the spatial resolution in sensor arrays for displays with a surrounding the screen frame, the light sources and photodetectors with characteristics according to claim 1 carries such that front of the screen, a grid is formed by light barrier seen by the viewer, characterized in that two raster be used, such that each grid consists in itself of two mutually orthogonal beams and the raster are distorted to each other by 45 degrees.
8. Verfahren zur Verhinderung von ungewollter Bedienung von Sensormatrizen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb der Sensormatrix mindestens zwei Objekte lokalisiert werden derart, daß sich eine der Objektpositionen innerhalb eines reservierten Bereichs der Sensormatrix befinden muß, damit die Detektion und Lokalisierung des zweiten Objekts als gewollte Bedienung erkannt wird. 8. A method for preventing unwanted operation of sensor arrays according to claim 1, characterized in that at least two objects are located within the sensor matrix such that one of the object positions must be located within a reserved area of ​​the sensor matrix, so that the detection and localization of the second object is recognized as a deliberate operation.
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