ES2958667T3 - Dispositivos ópticos de entrada - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de entrada óptica que comprende al menos una placa ópticamente transparente (5,6) que tiene al menos una fuente de luz (7) colocada en un borde periférico de la misma, dispuesta y configurada para transmitir luz de frecuencia modulada a dicha placa ópticamente transparente (5,6). a lo largo de su longitud plana, en un ángulo tal que dicha luz modulada quede contenida dentro de dicha placa mediante reflexión interna total de la misma; al menos un fotodetector (6a) configurado para recibir parte o la totalidad de dicha luz modulada; al menos un mecanismo de entrada (12) integrado dentro de dicha placa ópticamente transparente (5,6) configurado para poder moverse mecánicamente con respecto a la misma; una pantalla de visualización (4) acoplada de manera comunicable a dicho al menos un fotodetector (6a); y un módulo de procesamiento (29) para recibir señales desde dicho al menos un fotodetector (6a) y generar datos representativos de la información que se mostrará en dicha pantalla de visualización (4); en el que, el dispositivo está configurado de manera que tanto el movimiento mecánico de dicho mecanismo de entrada (12) con respecto a dicha placa ópticamente transparente (5,6) como la aplicación de presión a dicha placa transparente (5,6) genera cambios respectivos en dicha luz modulada. recibido por dicho al menos un fotodetector (6a); y en el que un cambio en la luz modulada recibida por dicho al menos un fotodetector (6a) hace que dicho módulo de procesamiento genere datos representativos de un cambio en la información que se mostrará en dicha pantalla de visualización (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivos ópticos de entrada

Esta invención se refiere en general a dispositivos ópticos de entrada para la interacción táctil del usuario con pantallas de visualización sensibles al tacto, más específicamente, aunque no necesariamente exclusivamente, a dispositivos ópticos de entrada táctil tales como diales giratorios, interruptores, controles deslizantes, palancas de mando, almohadillas de presión, etc. o cualquier combinación de los mismos (en adelante denominados dispositivos táctiles), que pueden montarse en una placa transparente y colocarse frente a una pantalla de visualización óptica, tal como, entre otras, un elemento de visualización LCD u OLED, de tal manera que el dispositivo táctil pueda proporcionar entrada al sistema electrónico sin obstruir significativamente el elemento de visualización.

El uso de elementos de visualización en dispositivos electrónicos para mejorar la interfaz de usuario está cada vez más extendido, algunas de las cuales pueden ser también sensibles al tacto. Las disposiciones de pantalla táctil convencionales pueden comprender una superficie o pantalla de visualización y una superficie clara, sensible al tacto, colocada sobre la superficie de visualización. La tecnología que permite la comunicación entre la interacción del usuario (como la colocación de un dedo índice o un lápiz óptico en cualquier punto de la superficie transparente) y la pantalla de visualización puede incluir tecnologías resistivas, capacitivas u ópticas. Estas pantallas táctiles proporcionan una interfaz de usuario dinámica configurable por software que se puede usar para una multitud de aplicaciones. Sin embargo, la pantalla táctil en sí misma proporciona poco al usuario en términos de respuesta táctil. En ciertos tipos de dispositivos electrónicos de uso general, como teléfonos móviles o tabletas, la necesidad de retroalimentación háptica o táctil es menos deseable que las ventajas de una total flexibilidad y uniformidad en el elemento de visualización/pantalla táctil. Sin embargo, en aplicaciones donde el uso de la pantalla/panel táctil es de naturaleza mucho más específica o incluso está dedicado a un único conjunto de tareas, como en el control de aparatos eléctricos/electrónicos, máquinas o equipos de prueba, a menudo es deseable proporcionar alguna forma de retroalimentación táctil para el usuario, donde la capacidad de configuración completa del elemento de visualización puede no ser tan buscada.

En los sistemas actuales, al usuario se le puede proporcionar una combinación de interruptores, botones, controles deslizantes, diales radiales, etc. táctiles y/o tradicionales, donde estos dispositivos táctiles pueden estar situados adyacentes o cerca de la pantalla de visualización, pero no delante de ella. Esto se debe a que estos dispositivos puramente táctiles tienden a ser de naturaleza eléctrica/electrónica y, por lo tanto, tienen cables conectados como parte de su operación funcional. Si se colocaran delante del elemento de visualización sería necesario ocultar los cables, al menos por motivos estéticos. Esto normalmente se logra haciendo un agujero en el elemento de visualización a través del cual pasan los cables. De manera alternativa, los cables podrían estar hechos de algún material transparente como Óxido de Indio y Estaño (ITO), o podrían eliminarse por completo y usarse en su lugar comunicación inalámbrica. Sin embargo, estos enfoques son costosos y presentan sus propios desafíos e inconvenientes específicos, no solo en términos de operación y fabricación, sino también del grado de flexibilidad con respecto a la personalización del usuario, por ejemplo número, tamaño y ubicación de los agujeros, etc.

El documento US 2008/192025 A1 describe un sistema que comprende una capa transparente exterior proporcionada en una salida de elemento de visualización, y un dispositivo de entrada táctil mecánico adaptado para fijarse de forma extraíble a una superficie exterior de la capa transparente exterior. Dicho dispositivo de entrada táctil mecánico tiene una almohadilla reflectante que se proporciona para hacer contacto con la superficie exterior de la capa transparente exterior. La superficie exterior de la capa transparente exterior se hace conductora de luz actínica en una ubicación de la almohadilla reflectante. Una unidad de procesamiento está conectada a una matriz de fotosensores para reconocer características distintivas reconocibles e identificar los dispositivos de entrada.

El documento US 2008/122799 A1 describe una pantalla táctil que incluye una unidad de selección táctil física, por ejemplo usando un mando cuyas entradas controlan varias operaciones, por ejemplo el control de búsqueda de la radio del automóvil. Una cámara toma imágenes de la posición de la unidad de selección táctil física y la introduce a un ordenador de procesamiento de imágenes. Un ordenador de control controla la operación con base en la entrada recibida.

El documento EP 1501007 A2 describe un reproductor multimedia, por ejemplo una radio, por ejemplo Una aplicación automotriz, que comprende un miembro ópticamente transparente y dos mandos con superficies reflectantes.

Es un objetivo de los aspectos de la presente invención abordar al menos algunas de estas cuestiones y proporcionar un dispositivo táctil o grupo de dispositivos táctiles rentable y fiable, usando tecnología óptica, que se puede colocar en cualquier lugar sobre un elemento de visualización existente sin oscurecer significativamente el elemento de visualización para proporcionar una experiencia de usuario más efectiva y placentera, y permitir el beneficio completo del elemento de visualización tanto alrededor como dentro del propio dispositivo. El dispositivo podría usarse en cualquier sistema eléctrico/electrónico donde se requiera alguna forma de entrada táctil, como el panel de control de electrodomésticos o controladores domésticos, etc. El dispositivo también podría usarse junto con o como parte de un panel o pantalla táctil que proporciona una interfaz híbrida de dispositivo táctil y sensible al tacto.

Los dispositivos táctiles descritos en este documento se basan en técnicas ópticas y, como tales, no requieren ninguna comunicación visible ni vías de suministro de energía que puedan obstruir el área usable y la apariencia del elemento de visualización detrás del dispositivo. Además, los dispositivos táctiles podrían usarse eficientemente junto con una tecnología de pantalla táctil óptica para proporcionar un dispositivo de entrada táctil híbrido y capacidad de interfaz sensible al tacto.

La invención se define en la reivindicación independiente 1 adjunta. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones adicionales.

Estos y otros aspectos de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción en la que se describen realizaciones de la presente invención únicamente a modo de ejemplos y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra una pantalla sensible al tacto de la técnica anterior adecuada para usar con una realización ejemplar de la presente invención;

La Figura 2 es una vista esquemática en perspectiva de un dispositivo de entrada táctil según una realización ejemplar de la presente invención en forma de un dial giratorio pasivo integrado en una pantalla de visualización sensible al tacto;

La Figura 3 es una vista esquemática en sección transversal del dial giratorio óptico pasivo de la Figura 2;

La Figura 4 es un diagrama esquemático en despiece que muestra las partes internas del dial giratorio pasivo de la Figura 2;

La Figura 5 es un diagrama esquemático de una vista en planta de un dispositivo de entrada táctil según una segunda realización ejemplar de la presente invención en forma de un dial giratorio pasivo, una realización ejemplar alternativa del dial giratorio de la Figura 2;

La Figura 6 es un diagrama esquemático de una vista en sección transversal de un dial giratorio óptico pasivo según una realización ejemplar de la presente invención basada en una disposición de pantalla de visualización sensible al tacto de placa triple según una segunda realización ejemplar de la presente invención;

Las Figuras 7a y 7b son diagramas de vistas en sección transversal esquemáticas de un interruptor de botón óptico pasivo según otra realización ejemplar más de la presente invención con base en una disposición de placa doble;

La Figura 8 es una vista esquemática en sección transversal de un dial giratorio óptico activo según otra realización ejemplar de la presente invención con base en una disposición de placa doble;

La Figura 9 es una vista en planta esquemática de un dial giratorio óptico pasivo según otra realización ejemplar de la presente invención, con base en una disposición de placa única;

Las Figuras 10a y 10b son vistas esquemáticas en sección transversal de un interruptor de botón óptico pasivo según otra realización ejemplar de la presente invención, basado en una disposición de placa única según una sexta realización ejemplar de la presente invención;

La Figura 11 es una vista esquemática en sección transversal de un dial giratorio óptico activo según otra realización ejemplar de la presente invención basada en una disposición de placa única;

La Figura 12 es un diagrama esquemático de una vista en planta de un dial giratorio óptico pasivo según otra realización ejemplar de la presente invención con base en una placa única con disposición de rejilla de haces; y

La Figura 13 es un diagrama en sección transversal de un dial giratorio óptico pasivo según otra realización ejemplar de la presente invención basado en una placa única con disposición de rejilla de haces;

La tecnología subyacente se explicará ahora con referencia a la Figura 1 de los dibujos, en la que se muestra una realización ejemplar de una pantalla conocida que puede ser adecuada para su uso con la presente invención. Las placas 5, 6 ópticamente transparentes están separadas por un espacio de índice de refracción inferior 9. La placa 5 superior tiene una forma sustancialmente rectangular y está rodeada por una pluralidad de fuentes 7 de luz. Estas fuentes pueden ser específicamente fuentes 7 de luz LED, pero pueden ser cualesquiera adecuadas. fuente de luz como se conoce en la técnica (OLED, láser, etc.). Las fuentes 7 de luz inyectan luz de frecuencia modulada uniformemente en un ángulo predeterminado. Este ángulo es tal que la luz queda contenida dentro de la placa superior mediante Reflexión Interna Total (TIR).

El ángulo específico requerido para que se produzca la TIR está determinado por el material usado para crear la placa 5 superior y se conoce como "ángulo crítico". Esto se puede calcular fácilmente usando la Ley de Snell si se conocen los índices de refracción de la placa 5 superior y el espacio 9 de índice de refracción inferior. El contacto en la placa 5 superior por parte del dedo del usuario o del lápiz 8 de pantalla táctil frustra la reflexión interna total dentro de la placa 5 superior, permitiendo que parte de la luz 10 que se escapa se emita hacia el espacio 9 de índice de refracción inferior en la ubicación del contacto.

La placa 6 inferior está ligeramente dopada con partículas 11 de dispersión de luz. La luz 10 que se escapa de la placa superior viaja a través del espacio 9 de índice de refracción inferior y dentro de la placa 6 inferior. La luz 10 que se escapa es luego capturada dentro de la placa 6 inferior mediante TIR. A medida que la luz 10 viaja a lo largo de la placa 6 inferior, incide sobre las partículas 11 que dispersan la luz. Estas partículas 11 que dispersan la luz dispersan la luz 10 incidente que se escapa cambiando el ángulo de incidencia sobre las superficies internas de la placa 6 inferior, permitiendo así la luz dispersada sale de la placa 6 inferior. La luz 10 se disipa en función de la distancia recorrida a lo largo de la placa 6 inferior. La luz que llega al borde de la placa 6 inferior es captada por sensores, tales como fotodetectores 6a. Los fotodetectores 6a están colocados alrededor de todo el perímetro de la placa 6 inferior y miran hacia dentro, hacia el centro de la placa inferior. Como se conoce la posición de los fotodetectores 6a y se detecta la intensidad luminosa relativa, un ordenador puede calcular la posición exacta del punto de contacto.

Puramente, a modo de ejemplos, varias realizaciones de esta tecnología, y la manera en que operan, se describen en el documento WO2015/155508. Sin embargo, se apreciará que otras tecnologías de pantalla táctil óptica pueden ser adecuadas para su uso con aspectos de la presente invención y, por lo tanto, la invención no pretende necesariamente limitarse a este respecto.

Con referencia a las Figuras 2, 3 y 4 de los dibujos, se ilustra una primera realización ejemplar de la presente invención en la que un dial 12 giratorio está incrustado en la superficie de una placa superior 5 de la pantalla óptica táctil. En esta realización ejemplar, la pantalla sensible al tacto comprende dos capas 5, 6 de placas ópticamente transparentes con una capa de un material que tiene un índice de refracción más bajo colocada entre ellas, como se describe con referencia a la Figura 1 de los dibujos. Se puede colocar una pantalla 4 de visualización debajo de la pantalla sensible al tacto que puede comprender cualquier pantalla de visualización conocida tal como, entre otras, pantallas de visualización LED u OLED. La luz se inyecta uniformemente en la placa 5 superior mediante una pluralidad de LED 7 colocados uniformemente alrededor del perímetro del dispositivo. Esta luz está contenida dentro de la placa 5 superior por TIR como antes.

El dial 12 tiene forma sustancialmente cilíndrica y está incrustado a lo largo de la placa 5 superior hasta que alcanza el espacio 9 de índice de refracción inferior. Un reflector 14 en ángulo está colocado dentro del dial 12 giratorio, que tiene una sección transversal triangular generalmente en ángulo recto. La pared 14a vertical del reflector está aproximadamente adyacente a la placa 5 superior y mira hacia afuera, hacia los bordes de la placa 5 superior. La pared 14b horizontal del reflector 14 está adyacente al espacio 9 de índice de refracción inferior y mira hacia abajo, hacia la placa 6 inferior. La pared inclinada forma un ángulo tal que refleja la luz incidente hacia el espacio 9 de índice de refracción inferior y, por tanto, hacia la placa 6 inferior.

Como se describió anteriormente en relación con la pantalla táctil de la Figura 1, en la que la posición táctil está determinada por la intensidad de la luz detectada por los fotodetectores 6a colocados alrededor de la placa 6 inferior, la posición relativa del dial giratorio se puede determinar mediante métodos similares. Haciendo referencia específicamente a la Figura 4 de los dibujos, el dial giratorio comprende además un mecanismo generador de pulsos de luz construido a partir de un par de anillos de rejilla circulares opacos concéntricos, el anillo 21 interior y el anillo 20 exterior. El anillo 20 exterior tiene aberturas 19 ópticamente transparentes espaciadas a intervalos iguales alrededor del anillo. El anillo interior tiene sólo una única abertura 18 ópticamente transparente situada en un punto del anillo que se alinea con el reflector 14.

Con referencia particular a la Figura 4 de los dibujos, los dos anillos 20, 21 pueden girar en direcciones opuestas entre sí. El anillo 21 interior está fijado al dial 12 giratorio y está dispuesto de manera que la abertura 18 esté siempre alineada con el reflector 14. La luz que incide sobre el anillo 20 exterior procedente de las fuentes 7 de luz sólo incide sobre el reflector 14 cuando las aberturas 18 y 19 se alinean. Por lo tanto, en uso, mientras se gira el dial giratorio, la luz incide sobre el reflector 14 en una serie de pulsos 15. El pulso 15 de luz se puede ver mejor en la Figura 3 de los dibujos.

Es deseable que el mecanismo descanse en una posición en la que las aberturas 18, 19 estén siempre alineadas, o siempre completamente no alineadas, para garantizar que no se generen pulsos de luz cuando no sean necesarios. Esto se puede hacer mediante una disposición mecánica como las conocidas en la técnica, por ejemplo, mecanismos de clic en dientes de sierra o una pluralidad de imanes dispuestos circunferencialmente, y la presente invención no pretende limitarse a este respecto.

En la Figura 4 de los dibujos, los anillos 20, 21 de rejilla exterior e interior se muestran en elevaciones planas diferentes. Esto es para mostrar claramente sólo las partes componentes; debe entenderse que, en uso, los dos anillos 20, 21 se montarían en la misma elevación plana, al menos en la realización ejemplar ilustrada.

En el ejemplo anterior, sólo se muestra una única abertura 18 a través del anillo 21 interior y un único reflector 14, aunque será evidente para los expertos en la técnica que se pueden usar múltiples aberturas 18 y reflectores 14. Los pulsos 15 de luz se dirigen hacia abajo a través del espacio 9 de índice de refracción inferior hacia la placa 6 inferior ligeramente dopada, que dispersa la luz como antes y de este modo se puede determinar la posición de giro del dial giratorio.

De este modo se proporciona un dispositivo de entrada táctil totalmente óptico que, a diferencia de los dispositivos de la técnica anterior, no requiere cableado. Esto significa que los cables que de otro modo obstruirían el elemento de visualización ya no están allí y, por lo tanto, la presente invención facilita la provisión de un elemento de visualización más limpio e integrado. Será evidente para los expertos en la técnica que en lugar de un reflector 14, también se puede usar un elemento óptico tal como un refractor, difusor, difractor o cualquier combinación de los mismos.

Como el dial 12 giratorio es puramente óptico, la visualización se puede ver a través del propio dial, permitiendo que se muestren diferentes visualizaciones en el dial. Por ejemplo, si el dial se usara en el elemento de visualización de una lavadora, el dial mismo podría mostrar el ciclo de lavado seleccionado por la posición relativa del dial.

En una realización alternativa, y con referencia a la Figura 5 de los dibujos, el mecanismo generador de pulsos de luz puede incluir un anillo 20 de rejilla fijo. En esta realización, el anillo 20 de rejilla fijo tiene una pluralidad de aberturas 19 y permanece fijo en la misma posición tal que cada abertura 19 esté en el mismo lugar con respecto a las fuentes 7 de luz. También hay un anillo 21 de rejilla interior que comprende una única abertura 18 a través de la cual puede pasar la luz. El reflector 14 y el anillo 21 de rejilla interior giran con el dial 12 giratorio. Cuando las aberturas 19 en el anillo 20 de rejilla fijo se alinean con las aberturas en el anillo 21 de rejilla interior, la luz pasa al reflector y se inyecta un pulso 15 de luz (consulte la Figura 4 de los dibujos) en la placa 6 inferior a medida que las aberturas pasan la posición de alineación. La ubicación exacta del pulso de luz 15 que incide sobre el reflector 14 (y por tanto sobre la placa 6 inferior) depende de la posición de la abertura 19 a través de la cual pasa la luz. A continuación se detecta el pulso 15 de luz y se determina su posición como se describe anteriormente.

En esta realización, el dial óptico radial se puede usar junto con el sistema de detección de pantalla táctil circundante, proporcionando así una interfaz híbrida de pantalla táctil y dispositivo de entrada táctil, sin una modificación significativa del sistema de detección de pantalla táctil existente.

Un problema potencial que puede surgir al usar la tecnología de pantalla táctil sensible de doble placa óptica descrita anteriormente es que el sistema puede no tener capacidades multitáctiles tan buenas como, por ejemplo, las tecnologías de elemento de visualización táctil capacitiva proyectadas. Un sistema que comprende una pantalla táctil óptica y un dial óptico giratorio como los descritos anteriormente puede, en algunos casos, confundir los algoritmos informáticos, ya que pueden producirse interferencias de señales. Si se tocan simultáneamente la pantalla y un pulso de luz del dial anterior, pueden interferir entre sí cuando los algoritmos intentan determinar sus posiciones relativas. Este problema puede mitigarse mediante otra realización ejemplar de la presente invención descrita con referencia a la Figura 6.

Con referencia a la Figura 6 de los dibujos, se proporciona un elemento de visualización óptico sensible al tacto que comprende un dial 12 giratorio óptico, integrado en una pantalla de visualización de triple placa. La pantalla de visualización de triple placa comprende una placa 5 superior y una placa 6 inferior como en las realizaciones anteriores, sin embargo, también comprende una placa 27 intermedia adicional. La placa 5 superior detecta toques del dedo índice o lápiz óptico de un usuario, por ejemplo, en de la forma descrita anteriormente con referencia a la Figura 1 de los dibujos. La placa intermedia detecta el movimiento rotacional del dial 12 giratorio óptico como se describe con referencia a una cualquiera de las Figuras 2 a 5 de los dibujos. Cada placa 5, 6, 27 está separada por un espacio 9 de índice de refracción inferior. Las placas 5, 27 están rodeadas por una pluralidad de fuentes 7, 28 de luz. Las fuentes 7 de luz de la placa 5 superior están moduladas en una primera frecuencia. f<1>. Las fuentes 28 de luz de la placa 27 intermedia están moduladas en una segunda frecuencia f<2>. las frecuencias f y f<2>son siempre diferentes entre sí y están etiquetadas por algoritmos de tal manera que el ordenador puede distinguir entre información sobre una posición táctil e información sobre una posición de giro del dial.

El reflector 14 está colocado de manera que la pared 14a vertical del reflector no se extienda más alto que la superficie superior de la placa 27 intermedia. Además, es posible que no se proporcionen aberturas 18, 19 en los anillos 20, 21 interior y/o exterior en cualquier otro plano que el que corresponde con la placa 27 intermedia. Esto asegura que la luz en la placa 5 superior no pueda ser confundida por el movimiento giratorio del dial.

Con referencia ahora a las Figuras 7a y 7b de los dibujos, se proporciona una cuarta realización ejemplar de la presente invención. Aquí, el dispositivo de entrada de visualización táctil no es un dial giratorio, sino un interruptor 40 que puede activarse/desactivarse aplicando presión a la cara superior del interruptor.

Al igual que con realizaciones anteriores, se proporciona una placa 5 superior rodeada por una pluralidad de fuentes 7 de luz (que pueden ser LED u OLED) que emiten luz de frecuencia modulada y la inyectan en la placa 5 donde es capturada por TIR. Se proporciona un interruptor 40, incrustado en la placa 5 superior en la carcasa 41 del interruptor. La carcasa 41 del interruptor tiene una pluralidad de aberturas 42. A diferencia del dial giratorio descrito anteriormente, el interruptor no gira, por lo tanto, las aberturas 42 no giran con respecto a las fuentes 7 de luz. Un anillo 21 de rejilla interior también comprende una pluralidad de aberturas 18 que siempre están alineadas longitudinalmente con las aberturas 42 en la carcasa 41 del interruptor. Para esta realización, el número de aberturas 18 en el anillo 21 de rejilla interior puede ser igual al número de aberturas 42 en la carcasa 41 del interruptor ya que el ordenador ahora no busca datos de posición rotacional, sino datos relacionados con uno de dos estados; abierto o cerrado. Un reflector 14 corre continuamente alrededor del interior del interruptor 40. Una placa 6 inferior, ligeramente dopada con partículas 11 de dispersión de luz, está separada de la placa 5 superior por un espacio 9 de índice de refracción inferior.

Cuando el interruptor está abierto, las aberturas 18 están desalineadas con las aberturas 42 de modo que la luz que incide sobre las aberturas 42 no puede atravesarlas para incidir en la placa 6 inferior y, por lo tanto, el ordenador no detecta ninguna señal del interruptor y, por lo tanto, se determina que el interruptor 40 en la posición abierta.

Con referencia ahora específicamente a la Figura 7b de los dibujos, la aplicación de presión al interruptor 40 empuja el interruptor a la posición cerrada. Aquí, las aberturas 18 y 42 están alineadas, permitiendo que la luz pase hasta el reflector 42 y se refleje hacia la placa 6 inferior. Ahora se puede detectar la presencia de la luz reflejada y, a partir del cambio en los niveles de luz detectados, se puede determinar la ubicación exacta y por tanto también se puede determinar la identidad del interruptor, por lo que ahora se determina que el interruptor 40 está en la posición cerrada. El ordenador puede programarse para responder a la apertura y cierre del interruptor activando o desactivando una determinada función, por ejemplo, si este elemento de visualización estuviera ubicado en una secadora, dicho interruptor 40 puede usarse para encender o apagar la alimentación.

Puede usarse cualquier mecanismo mecánico adecuado para mover el interruptor de la posición abierta a la posición cerrada, y viceversa, y la invención no pretende limitarse a este respecto. Por ejemplo, se puede usar un mecanismo magnético o de resorte. De manera similar, en la realización ejemplar descrita anteriormente, las aberturas 18, 42 están alineadas mediante el movimiento longitudinal del interruptor, sin embargo, quedaría claro para los expertos en la técnica que esto podría hacerse funcionar fácilmente usando un movimiento giratorio simple generado ya sea por una prensa vertical y un mecanismo giratorio simple o mediante una operación de conmutación giratoria por parte del usuario. Esto no necesariamente pretende formar parte de la invención.

Opcionalmente, el mecanismo mecánico para implementar la alineación de las aberturas 18, 42 podría usarse para producir un haz continuo de luz modulada durante el cierre del interruptor 40, o un simple pulso de luz modulada haciendo que la alineación sea parte transitoria de la actuación. A partir de esto, se puede ver cómo se podrían construir fácilmente con la presente invención un control deslizante, un panel de arriba y abajo, una palanca de mando o algún otro dispositivo óptico de entrada táctil.

Las realizaciones ejemplares descritas anteriormente son las denominadas realizaciones "pasivas" de la presente invención, ya que no requieren fuentes de alimentación para funcionar y solo usan la energía luminosa en la placa 5 superior en la que está integrado el dispositivo para funcionar. Las siguientes realizaciones ejemplares de la presente invención tienen su propia fuente de alimentación y, por lo tanto, se denominan en el presente documento dispositivos ópticos táctiles "activos".

Con referencia a la Figura 8 de los dibujos, un dispositivo 30 óptico de entrada táctil, como cualquiera de los descritos anteriormente con referencia a las Figuras 2 a 7, está integrado en una pantalla óptica sensible al tacto, como antes. La pantalla sensible al tacto comprende así una placa 5 superior rodeada por una pluralidad de fuentes 7 de luz, una placa inferior 6 rodeada por una pluralidad de fotodetectores 6a y una pantalla 4 de visualización. El dispositivo 30 óptico de entrada táctil incluye una fuente de alimentación, en esta realización, una batería 31 y una célula 32 solar (o un transductor de energía óptica similar). La célula 32 solar puede usar luz ambiental o luz de las fuentes 7 de luz en la placa 5 superior. Se puede usar luz ambiental o luz en la placa 5 superior para "cargar lentamente" la batería 31, es decir, cargarla a la misma tasa que se descarga. Si se requiere más energía de la disponible para la célula 32 solar, entonces se podría usar un haz de luz adicional dedicado y dirigido en la placa 5 superior para aumentar la energía disponible para el sistema. El dispositivo 30 táctil puede entonces usar esta potencia para impulsar su propia fuente 33 de luz de frecuencia modulada a través de algún circuito 29 de procesamiento electrónico local. Esta fuente 33 de luz puede modularse a la misma frecuencia que las fuentes 7 de luz alrededor del perímetro de la placa superior 5. De manera alternativa, la fuente 33 de luz puede modularse a una frecuencia diferente a la de las fuentes 7 de luz de modo que el sistema pueda diferenciar entre acciones táctiles y acciones de dispositivos táctiles. Esto elimina la necesidad de una placa 27 intermedia (como se describe con referencia a la Figura 6 de los dibujos).

De manera alternativa, los medios por los cuales se transmite la posición o el estado de los dispositivos táctiles se pueden lograr midiéndolos directamente desde el propio dispositivo táctil y luego codificando estos datos en la señal de luz modulada. Luego, esta información es detectada directamente por los fotodetectores 6a alrededor de la placa 6 inferior y decodificada por el ordenador. Esto logra los mismos resultados que tener una placa 27 intermedia (como se muestra en la Figura 6 de los dibujos) o tener una fuente 33 de luz modulada a una frecuencia diferente a las fuentes 7 de luz, en donde el ordenador es capaz de diferenciar entre la acción del dispositivo óptico de entrada táctil y una acción táctil. De este modo, se permite usar simultáneamente el dispositivo 30 óptico de entrada táctil y la pantalla táctil.

La inclusión de una fuente de alimentación local, tal como una batería 31, añade un grado adicional de flexibilidad y mejora el nivel de capacidad del dispositivo táctil para incorporar funciones eléctricas adicionales, por ejemplo; detectores de proximidad, sensores de presión, sensores de temperatura ambiente, lectores de huellas dactilares, cámaras, comunicadores de campo cercano, enlaces de radio con sistemas propios o ajenos e interruptores adicionales, etc.

Opcionalmente, el dispositivo 30 óptico de entrada táctil también podría incorporar accionadores mecánicos, tales como, entre otros, motores eléctricos. Esto proporcionaría retroalimentación táctil activa tal como resistencia al movimiento, vibración, etc. La comunicación descrita hasta ahora, entre el ordenador y el dispositivo óptico táctil, es solo dúplex simple (es decir, del dispositivo táctil al ordenador); sin embargo, la implementación de comunicación dúplex completa entre el ordenador y el dispositivo óptico de entrada táctil, en este caso el dial 30 giratorio, permitiría el control de características adicionales en el dispositivo táctil por parte del ordenador. Con referencia todavía a la Figura 8 de los dibujos, esto se logra codificando datos sobre la luz modulada emitida en la placa 5 superior usando, por ejemplo, modulación de fase. Esto luego es detectado por el sensor 34 óptico y decodificado usando el circuito 29 de procesamiento electrónico local. Esto permite la comunicación full-duplex entre el ordenador y el dispositivo 30 óptico de entrada táctil sin interferir con el mecanismo de detección táctil de la placa 5 superior y así permite el control de funciones adicionales en el dispositivo táctil mediante el ordenador. De manera alternativa, el elemento de visualización 4 puede usarse para comunicarse con el dispositivo 30 óptico de entrada táctil comunicándose ópticamente con un fotodetector 35 que está situado dentro del dispositivo 30 óptico de entrada táctil. En esta realización, el fotodetector 35 debe estar relativamente estacionario con respecto a su posición encima del elemento de visualización 4, o su ubicación siempre conocida para que el elemento de visualización 4 se comunique directamente con él. Esto establecería el enlace de comunicación entre el ordenador y el dispositivo 30 óptico de entrada táctil de forma más sencilla y rentable, aunque con una tasa de datos muy baja. Un ejemplo de implementación simple sería que al hacer parpadear un simple punto en la pantalla debajo del fotodetector 35 se podría enviar una instrucción codificada binaria básica al dispositivo 30 táctil para indicarle que habilite o, de manera alternativa, deshabilite cualquier característica adicional que pueda haberse incorporado, tal como accionadores de vibración, etc. Con referencia ahora a la Figura 9 de los dibujos, se proporciona otra realización ejemplar de la presente invención, que comprende una placa 5 superior como en realizaciones anteriores, sin embargo esta vez no hay una placa 6 inferior. Aquí, la placa 5 superior está rodeada por una pluralidad de transmisores 46 ópticos y receptores 47 ópticos distribuidos alrededor de la periferia de la placa. Pueden estar espaciados de manera alternativa o, posiblemente, incluso pueden estar situados uno encima del otro de manera que haya un plano de transmisores 46 ópticos en la mitad superior de la placa 5 superior, y un plano de receptores 47 ópticos en la mitad inferior de la placa 5 superior. Los transmisores 46 ópticos difunden luz modulada uniformemente por toda la placa 5 superior de manera que, como antes, la luz está contenida mediante TIR. Un dial 48 óptico incrustado dentro de la placa contiene una pluralidad de reflectores 49 curvos que sobresalen hacia adentro y que miran a los transmisores 46 y receptores 47 ópticos periféricos. Cualquier luz incidente es reflejada en un haz 50 en forma de abanico, tal y como se muestra. Los receptores 47 ópticos detectan entonces cambios en la intensidad de la luz reflejada en función del tiempo. Como tal, se puede utilizar un cálculo algorítmico relativamente simple para detectar la dirección y la velocidad angular del dial.

La Figura 9 muestra cuatro reflectores equidistantes, usados como parte de un dial giratorio pasivo; sin embargo, la invención puede tener más o menos reflectores según lo requiera la aplicación. Los haces pueden crearse usando lentes de refracción, reflexión y/o ópticas.

En una realización alternativa de la presente invención, se pueden incluir anillos de rejilla giratorios, como los de la realización descrita con referencia a la Figura 4 de los dibujos. En esta realización, los pulsos de luz producidos por el movimiento de giro del dial 48 proporcionan una mayor precisión para la determinación de la tasa de giro.

Con referencia ahora a las Figuras 10a y 10b de los dibujos, se proporciona un interruptor 60 integrado en una pantalla sensible al tacto de una sola placa, construida a partir de una única placa 5 superior rodeada por una pluralidad de transmisores 46 y receptores 47 ópticos. La presente realización ejemplar de la invención funciona de manera similar a la realización del interruptor pasivo descrita con referencia a las Figuras 7a y 7b de los dibujos, excepto que cuando las aberturas 42 en la carcasa 41 del interruptor se alinean con las aberturas 18 en el anillo 21 de rejilla interior, la luz se refleja de regreso a lo largo del camino que acaba de recorrer. Los reflectores 61 en esta realización son planos y están alineados perpendicularmente al plano de la placa 5 superior.

Los receptores 47 ópticos detectan el aumento de la intensidad de la luz y por tanto el ordenador puede determinar si el interruptor está en la posición cerrada o abierta. Con esta realización, se pueden proporcionar múltiples interruptores en una placa. Los niveles relativos de intensidad de luz detectados en los respectivos receptores 47 ópticos alrededor del perímetro de la placa 5 superior pueden permitir que el ordenador determine cuál de los interruptores se ha cerrado y/o abierto. Opcionalmente, usando frecuencias de modulación específicas para haces de luz dirigidos desde transmisores 46 ópticos específicos, sería posible determinar el interruptor único que se ha accionado.

Las realizaciones anteriores descritas con respecto a las Figuras 9 a 10b de los dibujos son las denominadas realizaciones "pasivas", ya que los dispositivos de entrada ópticos táctiles no tienen su propia fuente de alimentación. Sin embargo, quedará claro para el experto que, al igual que con las realizaciones de placas múltiples descritas anteriormente, las versiones denominadas "activas" de las realizaciones de placa única son perfectamente factibles.

Con referencia ahora a la Figura 11 de los dibujos, se proporciona un dispositivo 30 óptico de entrada táctil con su propia fuente de alimentación, en esta realización, una batería 31 y una célula 32 solar (o transductor óptico similar). La célula 32 solar se puede usar para cargar lentamente la batería 31. La presente realización de la invención tiene las mismas capacidades que la realización descrita con referencia a la Figura 8 de los dibujos. La diferencia sería que en lugar de transmitir la luz a la placa 6 inferior para ser captada por los fotodetectores 6a, la luz sería transmitida, por la fuente 33, de regreso a lo largo del plano de la placa 5 superior hacia los receptores 47 ópticos.

Nuevamente, para evitar interferencias entre las señales táctiles y las señales del dispositivo óptico de entrada táctil, la luz enviada desde el dispositivo óptico de entrada táctil podría modularse a una frecuencia diferente a la de los otros transmisores 46 ópticos alrededor de la periferia de la placa 5 superior. Además, como antes, la comunicación fullduplex entre el ordenador y el dispositivo 30 óptico de entrada táctil se puede establecer codificando la luz modulada transmitida a la placa 5 superior por los transmisores 46 ópticos con los datos requeridos. Esta señal podría entonces ser detectada por el sensor 34 del dispositivo táctil y decodificada usando el circuito 29 de procesamiento electrónico local. De manera alternativa, como se analizó anteriormente, se podría implementar una forma más simple y de menor ancho de banda de comunicación entre ordenador y dispositivo táctil usando el elemento de visualización y el fotodetector 35, que está dirigido hacia una sección específica del elemento de visualización. Al parpadear puntos en el elemento de visualización directamente debajo del fotodetector 35 se forma un canal de comunicación simple. Otros posibles mecanismos para comunicaciones full duplex entre el ordenador y el dispositivo óptico táctil podrían ser el establecimiento de enlaces de RF o el uso de comunicaciones de campo cercano, etc. Pero estos son nuevamente más complejos y consumen más energía que los descritos anteriormente.

Finalmente, con referencia a las Figuras 12 y 13 de los dibujos, se ilustra una cuarta realización ejemplar de la presente invención, que comprende una placa 5 superior ópticamente transparente, colocada sobre un elemento de visualización 4. Alrededor del perímetro de la placa 5 superior hay parejas de transmisores 70a y receptores 70b ópticos alternos, alineados de manera que cada transmisor 70a esté directamente opuesto a un receptor 70b, y viceversa. Cada transmisor 70a dirige un haz de luz colimada directamente hacia su respectivo receptor, en el que la luz se modula de forma única para cada par de transmisor/receptor. Los haces se mantienen dentro de la placa superior mediante TIR. Todos los transmisores 70a pueden estar encendidos simultáneamente o secuencialmente.

En el ejemplo mostrado en las Figuras 12 y 13, el dispositivo óptico de entrada táctil es un dial 71 ópticamente transparente; sin embargo, se puede usar de manera alternativa cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente. El dial debe ser del mismo material en la placa 5 superior y, si no es el mismo material, entonces debe tener al menos el mismo índice de refracción para reducir la desviación en la dirección de viaje del haz colimado a medida que viaja a través del espacio entre el dial 71 y la placa 5 superior. Para minimizar el desplazamiento del haz dentro del dial 71, el espacio debe mantenerse lo más pequeño posible.

Dentro del dial, el desplazamiento desde el centro, hay una varilla 72 de material ligeramente dopado capaz de difundir, difractar, absorber y reflejar la luz de los haces colimados. Esto se puede ver mejor observando la Figura 13. A medida que se gira el dial 71, la varilla 72 sigue una trayectoria circular en la placa 5 superior. A medida que la varilla 72 corta los haces, la luz se dispersa y la intensidad se atenúa. Por lo tanto, escaneando a través y a lo largo de la placa 5 superior mientras se lee simultáneamente el nivel de señales recibidas en los receptores 70b, se puede determinar la posición de la varilla 72 y, por lo tanto, la posición de giro del dial 71. También esto puede permitir el cálculo de la tasa de giro.

Será evidente para un experto en la técnica, a partir de la descripción anterior, que se pueden realizar modificaciones y variaciones en las realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo óptico de entrada que comprende:

- al menos una placa (5) ópticamente transparente que tiene al menos una fuente (7) de luz colocada en un borde periférico de la misma, dispuesta y configurada para transmitir luz de frecuencia modulada al interior de dicha placa (5) ópticamente transparente a lo largo de su longitud plana, en ángulo de manera que dicha luz modulada quede contenida dentro de dicha placa (5) mediante reflexión interna total de la misma;

- al menos un sensor (6a) configurado para recibir parte o la totalidad de dicha luz modulada;

- al menos un mecanismo de entrada integrado dentro de dicha placa (5) ópticamente transparente configurado para poder moverse mecánicamente con respecto a la misma;

- una pantalla (4) de visualización acoplada de manera comunicable a dicho al menos un sensor (6a); y

- un módulo (29) de procesamiento para recibir señales desde dicho al menos un sensor (6a) y generar datos representativos de la información que se mostrará en dicha pantalla (4) de visualización;

en donde, el dispositivo está configurado de tal manera que tanto el movimiento mecánico de dicho mecanismo (12) de entrada con respecto a dicha placa (5) ópticamente transparente como la aplicación de presión a dicha placa (5) transparente genera cambios respectivos en dicha luz modulada recibida por dicho al menos un sensor (6a); y en donde un cambio en la luz modulada recibida por dicho al menos un sensor (6a) hace que dicho módulo (29) de procesamiento genere datos representativos de un cambio en la información que se mostrará en dicha pantalla (4) de visualización.

2. Un dispositivo óptico de entrada según la reivindicación 1, que comprende además una placa (6) base ópticamente dispersiva en la que dicho al menos un sensor (6a) está colocado en un borde periférico del mismo, estando dicha pantalla (4) de visualización situada debajo de dicha placa(6) base ópticamente dispersiva.

3. Un dispositivo óptico de entrada táctil según la reivindicación 2, que comprende exactamente dos placas (5, 27) ópticamente transparentes, teniendo cada una de dichas placas (5, 27) al menos una fuente (7, 28) de luz situada en un borde periférico de la misma, dicha al menos una fuente (7, 28) de luz estando dispuesta y configurada para transmitir luz modulada en frecuencia dentro de cada una de dichas placas (5, 27) ópticamente transparentes a lo largo de su respectiva longitud plana, en un ángulo tal que dicha luz modulada esté contenida dentro de dicha placa (5, 27) mediante reflexión interna total de la misma, en donde la luz de frecuencia modulada contenida dentro de dicha placa (5, 27) se modula a una frecuencia diferente a la luz de frecuencia modulada dentro de la otra placa (5, 27).

4. Un dispositivo óptico de entrada táctil según la reivindicación 2, en donde dicho mecanismo de entrada es un dial (12) giratorio, sustancialmente cilíndrico y ópticamente transparente.

5. Un dispositivo óptico de entrada táctil según la reivindicación 4, en donde dicho dial (12) giratorio comprende además un reflector (14) en ángulo dentro de dicho dial (12) colocado descentrado y en ángulo hacia abajo hacia dicha placa (6) base, transmitiendo dicho reflector (14) en ángulo luz incidente desde dicha al menos una fuente de luz hacia abajo sobre dicha placa (6) base ópticamente dispersiva, en donde la intensidad de la luz se dispersa a medida que viaja hacia dicho al menos un sensor (6a).

6. Un dispositivo de entrada óptica táctil según la reivindicación 5, en donde dicho dial (12) giratorio comprende además al menos dos anillos de rejilla concéntricos, un anillo (21) de rejilla interior y un anillo (20) de rejilla exterior, colocados dentro del dial (12) ópticamente transparente, que comparten el mismo eje central que dicho dial (12) giratorio y pueden girar en direcciones opuestas alrededor de dicho eje central, entre sí.

7. Un dispositivo óptico de entrada táctil según la reivindicación 6, en donde dicho anillo (20) de rejilla exterior comprende una pluralidad de aberturas (19) ópticamente transparentes, en donde dicho anillo (21) de rejilla interior comprende una única abertura (18) ópticamente transparente, y en donde dicha única abertura (18) ópticamente transparente en dicho anillo (21) de rejilla interior está fijada en alineación con dicho reflector (14).

8. Un dispositivo de entrada óptico táctil según la reivindicación 2, en donde dicho mecanismo de entrada es un interruptor (40) pulsador generalmente cilíndrico que tiene un lado circunferencial opaco y un lado superior circular, configurado de manera que dicho interruptor (40) se puede mover entre una configuración abierta y una configuración cerrada.

9. Un dispositivo de entrada óptica táctil según la reivindicación 8, en donde dicho interruptor comprende además un reflector (14) en ángulo generalmente circular que corre alrededor del perímetro interior de dicho interruptor pulsador, estando dicho reflector (14) en ángulo hacia abajo, hacia dicha placa (6) base y en donde dicho interruptor (40) comprende además al menos una abertura (42) ópticamente transparente en dicho lado circunferencial.

10. Un dispositivo óptico de entrada táctil según la reivindicación 9, en donde cuando dicho interruptor (40) está en dicha configuración abierta, dicha abertura (42) ópticamente transparente está desalineada con dicho reflector (14), de modo que no se transmite luz a dicha placa (6) base, y en donde cuando dicho interruptor (40) está en dicha configuración cerrada, dicha abertura (42) ópticamente transparente está alineada con dicho reflector (14), de manera que la luz se transmite a dicha placa (6) base.

11. Un dispositivo óptico de entrada táctil según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde la aplicación de presión al lado superior circular de dicho interruptor (40) lo mueve de dicha configuración abierta a dicha configuración cerrada.

12. Un dispositivo de entrada óptico táctil según la reivindicación 1, en donde dicho mecanismo de entrada está compuesto por un dial (48) giratorio ópticamente transparente generalmente cilíndrico, comprendiendo dicho dial giratorio al menos un reflector (49) curvado fijado al lado circunferencial de dicho dial (48) giratorio.

13. Un dispositivo óptico de entrada táctil según la reivindicación 1, en donde dicho mecanismo de entrada es un dial (72) giratorio generalmente cilíndrico, ópticamente transparente, que tiene una varilla (72) ópticamente dispersiva descentrada que lo atraviesa.

14. Un dispositivo de entrada óptico táctil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho mecanismo de entrada comprende además una fuente de alimentación local, un codificador y una fuente de luz local.

15. Un dispositivo de entrada óptica táctil según la reivindicación 14, en donde dicha fuente de alimentación comprende una celda (31) de batería y una celda (32) solar.