RU2399949C1 - Method of determining manipulator coordinates on touch panel - Google Patents
Method of determining manipulator coordinates on touch panel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399949C1 RU2399949C1 RU2009110113/08A RU2009110113A RU2399949C1 RU 2399949 C1 RU2399949 C1 RU 2399949C1 RU 2009110113/08 A RU2009110113/08 A RU 2009110113/08A RU 2009110113 A RU2009110113 A RU 2009110113A RU 2399949 C1 RU2399949 C1 RU 2399949C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- touch panel
- manipulator
- coordinates
- receivers
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области вычислительной техники и электроники, в частности к способам ввода информации в компьютеры, игровые приставки, POS терминалы, информационные табло и т.п. и может быть использовано в приборостроении.The invention relates to the field of computer engineering and electronics, in particular to methods for entering information into computers, game consoles, POS terminals, information boards, etc. and can be used in instrumentation.
В настоящее время существует восемь основных способов определения координат на сенсорных панелях, отличающихся по принципу действия. Это:Currently, there are eight main methods for determining coordinates on touch panels that differ in principle of operation. It:
- Резистивный;- Resistive;
- Емкостной;- Capacitive;
- Проекционно-емкостной;- Projection-capacitive;
- Поверхностных акустических волн (ПАВ);- Surface acoustic waves (SAW);
- Распознавания акустических импульсов (APR);- Acoustic Pulse Recognition (APR);
- Электромагнитный (индукционный);- Electromagnetic (induction);
- Сканирование инфракрасными лазерными лучами;- Scanning by infrared laser beams;
- Создание решетки инфракрасных лазерных лучей.- Creating a lattice of infrared laser beams.
Резистивный способ заключается в создании двух тонких, оптически прозрачных (светопропускание до 75%) электропроводящих слоев (например, на основе окиси индия - In2O3), разделенных тонким воздушным зазором шириной 25-90 мкм. Зазор задается сеткой точечных полимерных изоляторов, наносимых на одну из поверхностей. Вдоль краев панели наносятся электрические дорожки с низким электрическим сопротивлением. При приложении к панели определенного усилия нажатия происходит замыкание слоев. Соответственно образуется резистивный четырехполюсник и по соотношению сопротивлений можно вычислить координату точки замыкания (http://www.touchgames.ru/rus/products/sensor_panels/resistive touch/Resistive touch - резитивные сенсорные панели).The resistive method consists in creating two thin, optically transparent (light transmission up to 75%) electrically conductive layers (for example, based on indium oxide - In 2 O 3 ), separated by a thin air gap of 25-90 microns wide. The gap is set by a grid of point polymer insulators applied to one of the surfaces. Along the edges of the panel are applied electrical tracks with low electrical resistance. When a certain pressure is applied to the panel, the layers are closed. Accordingly, a resistive four-terminal network is formed and the ratio of the resistance points can be used to calculate the coordinate of the closure point (http://www.touchgames.ru/eng/products/sensor_panels/resistive touch / Resistive touch - resistive touch panels).
Недостатком вышеуказанного способа является влияние старения резистивного слоя на точность определения координаты касания.The disadvantage of the above method is the effect of aging of the resistive layer on the accuracy of determining the coordinate of contact.
Емкостной способ заключается в создании электропроводящего слоя на стеклянной панели. Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой переменное напряжение. При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. Ток во всех четырех углах регистрируется датчиками и передается в контроллер, вычисляющий координаты точки касания (http://ru.wikipedia.org/wiki Сенсорные экраны. Емкостные сенсорные экраны).The capacitive method is to create an electrically conductive layer on a glass panel. The electrodes located at the corners of the screen supply alternating voltage to the conductive layer. When you touch the screen with your finger or other conductive object, a current leakage appears. Current in all four corners is recorded by sensors and transmitted to the controller that calculates the coordinates of the touch point (http://ru.wikipedia.org/wiki Touchscreens. Capacitive touchscreens).
Недостатком вышеуказанного способа является снижение работоспособности при использовании стилуса или перчаток.The disadvantage of the above method is a decrease in performance when using a stylus or gloves.
Проекционно-емкостной способ заключается в создании системы электродов - электропроводящих микрополосок на изоляторе. Обычно они выполняются в виде двух взаимно перпендикулярных гребенок. Осуществляется контроль емкости электродов. При приближении пальца к поверхности панели изменяется емкость электродов, что регистрируется, и вычисляется точка прикосновения (http://ru.wikipedia.org/wiki Сенсорные экраны. Проекционно-емкостные сенсорные экраны).The projection-capacitive method consists in creating a system of electrodes - electrically conductive microstrips on the insulator. Usually they are made in the form of two mutually perpendicular combs. Electrode capacitance is monitored. When a finger approaches the surface of the panel, the capacitance of the electrodes changes, which is recorded, and the touch point is calculated (http://ru.wikipedia.org/wiki Touchscreens. Projection-capacitive touchscreens).
Недостатком вышеуказанного способа является снижение работоспособности при использовании стилуса или перчаток.The disadvantage of the above method is a decrease in performance when using a stylus or gloves.
Способ на основе ПАВ заключается в создании пьезоэлектрическим излучателем акустического импульса вдоль кромки стеклянного экрана, где создается система отражателей в виде насечек на стекле, расположенных под углом 45°. При этом исходный импульс поверхностной акустической волны распадается на ряд импульсов, последовательно пересекающих поверхность экрана. На противоположной стороне стеклянного экрана также имеются отражатели в виде насечек, отражающих акустические импульсы в приемник ультразвука. Прикосновение к поверхности экрана пальца гасит амплитуду импульса, что позволяет определить, по времени прихода импульсов с пониженной амплитудой, координату прикосновения. Вторая координата точки контакта определяется аналогично (http://www.touchgames.ru/rus/products/sensor_panels/saw touch SAW touch - сенсорные ПАВ-панели).The surfactant-based method consists in creating a piezoelectric emitter of an acoustic pulse along the edge of the glass screen, where a system of reflectors is created in the form of notches on the glass, located at an angle of 45 °. In this case, the initial pulse of a surface acoustic wave splits into a series of pulses successively crossing the screen surface. On the opposite side of the glass screen there are also reflectors in the form of notches reflecting acoustic pulses into the ultrasound receiver. Touching the surface of the finger screen dampens the amplitude of the pulse, which makes it possible to determine, by the time of arrival of pulses with a reduced amplitude, the coordinate of the touch. The second coordinate of the contact point is determined similarly (http://www.touchgames.ru/eng/products/sensor_panels/saw touch SAW touch - SAW touch panels).
Недостатком вышеуказанного способа является необходимость использования стекол достаточно большой толщины для предотвращения затухания ультразвука.The disadvantage of the above method is the need to use glasses of sufficiently large thickness to prevent attenuation of ultrasound.
Способ распознавания акустических импульсов заключается в регистрации звука, генерируемого в точке касания стеклянной панели несколькими приемниками, и вычислении, по времени прихода импульсов, координат источника звука (http://blogwar.ru/article Сенсорный экран. Сенсорные экраны APR (распознавание акустического импульса).A method of recognizing acoustic pulses is to register the sound generated at the touch point of the glass panel by several receivers, and to calculate, based on the time of arrival of the pulses, the coordinates of the sound source (http://blogwar.ru/article Touch screen. Touch screens APR (acoustic pulse recognition) .
Недостатком вышеуказанного способа является необходимость обеспечения высокой помехозащищенности системы регистрации акустических импульсов.The disadvantage of the above method is the need to ensure high noise immunity of the registration system of acoustic pulses.
В электромагнитном или индукционном способе используется стилус, содержащий антенну и резонансный контур. Под сенсорной панелью располагают приемопередающие катушки индуктивности. Они создают электромагнитное поле на резонансной частоте контура стилуса, в цепи стилуса генерируется переменный электрический ток, приводящий к излучению антенной стилуса соответствующего электромагнитного поля, которое улавливается катушками сенсорной панели. По амплитуде сигналов на катушках восстанавливаются координаты стилуса (http://ru.wikipedia.org/wiki Сенсорные экраны. Индукционные сенсорные экраны).The electromagnetic or induction method uses a stylus containing an antenna and a resonant circuit. Transceiver inductors are located under the touch panel. They create an electromagnetic field at the resonant frequency of the stylus loop, an alternating electric current is generated in the stylus circuit, which leads to the radiation of the stylus antenna of the corresponding electromagnetic field, which is picked up by the coils of the touch panel. By the amplitude of the signals on the coils, the coordinates of the stylus are restored (http://ru.wikipedia.org/wiki Touch screens. Induction touch screens).
Недостатком вышеуказанного способа является обязательное использование специального стилуса, содержащего резонансный контур.The disadvantage of the above method is the mandatory use of a special stylus containing a resonant circuit.
Известен способ сканирования поверхности лазерными лучами ИК-диапазона, предложенный компанией Microsoft (TOUCHWALL: МУЛЬТИСЕНСОРНАЯ СТЕНА ОТ MICROSOFT. Деловая пресса. Электронное издание, №58 (431) - 59 (431) от 23.05.08).There is a known method of scanning the surface with infrared laser beams, proposed by Microsoft (TOUCHWALL: MULTI-TOUCH WALL FROM MICROSOFT. Business Press. Electronic Edition, No. 58 (431) - 59 (431) of 05.23.08).
Способ заключается в сканировании поверхности панели тремя лазерными лучами и в фиксировании фотоприемником отражения этих лучей от манипулятора. Зная закон изменения во времени углов наклона сканирующих лучей и фиксируя по сигналу фотоприемника моменты пересечения лучей с манипулятором, можно вычислить координату манипулятора.The method consists in scanning the surface of the panel with three laser beams and fixing the reflection of these rays from the manipulator with a photodetector. Knowing the law of change in time of the tilt angles of the scanning beams and fixing the moments of the intersection of the rays with the manipulator by the signal of the photodetector, we can calculate the coordinate of the manipulator.
Недостатком вышеуказанного способа является необходимость использования подвижных элементов конструкции для обеспечения сканирования лучей. Использование подвижных элементов приводит, как правило, к увеличению стоимости устройств и снижению их надежности.The disadvantage of the above method is the need to use movable structural elements to ensure scanning rays. The use of movable elements leads, as a rule, to an increase in the cost of devices and a decrease in their reliability.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому способу является способ указания координат сенсорной панели, основанный на создании решетки инфракрасных лазерных лучей (Patent №CN20071073148 20070130, Inventors:YALIN GUO [CN]; JIAN MA [CN]; XIAODONG XIE [CN]; CHUNSHENG ZUO [CN], Applicant: BEIJING HITEVISION DIGITAL MED [CN] Infrared touch screen based input method and system. Publication date: 2008-08-06).By technical nature, the closest to the proposed method is a method of indicating the coordinates of the touch panel based on the creation of an infrared laser beam array (Patent No. CN20071073148 20070130, Inventors: YALIN GUO [CN]; JIAN MA [CN]; XIAODONG XIE [CN]; CHUNSHENG ZUO [CN], Applicant: BEIJING HITEVISION DIGITAL MED [CN] Infrared touch screen based input method and system. Publication date: 2008-08-06).
Способ заключается в том, что используются две пары линеек излучателей и приемников ИК-диапазона, расположенные взаимно-перпендикулярно и образующие решетку лучей над панелью. Приближение к поверхности панели пальца или стилуса приводит к оптическому перекрытию ряда вертикальных и горизонтальных лучей, что позволяет судить о точке контакта.The method consists in using two pairs of lines of IR emitters and receivers located mutually perpendicularly and forming a beam array above the panel. Approaching the surface of the panel of a finger or stylus leads to optical overlap of a number of vertical and horizontal rays, which allows us to judge the point of contact.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- Необходимость использования линеек с большим количеством излучателей и приемников, что ведет к высокой стоимости изделия и снижает его надежность;- The need to use rulers with a large number of emitters and receivers, which leads to a high cost of the product and reduces its reliability;
- Относительно высокая погрешность определения координаты контакта, соответствующая шагу расположения излучателей и приемников на линейках.- A relatively high error in determining the coordinate of the contact, corresponding to the step of the location of the emitters and receivers on the rulers.
Техническим результатом заявляемого способа является расширение функциональных возможностей и области применения сенсорной панели путем создания способа определения координат сенсорной панели для введения данных в компьютеры, игровые приставки, POS терминалы, информационные табло и т.п. с небольшим количеством излучателей и приемников ИК-диапазона, обладающего высокой точностью определения координат точки контакта.The technical result of the proposed method is to expand the functionality and scope of the touch panel by creating a method for determining the coordinates of the touch panel for entering data into computers, game consoles, POS terminals, information boards, etc. with a small number of emitters and receivers of the infrared range, which has high accuracy in determining the coordinates of the contact point.
Для достижения технического результата в способе определения координат манипулятора на сенсорной панели для введения данных, согласно изобретению, над поверхностью сенсорной панели с помощью, по крайней мере, одного излучателя создают поток модулированного излучения электромагнитных волн ИК-диапазона, покрывающий поверхность сенсорной панели, осуществляют прием отраженных от манипулятора, находящегося в потоке модулированного излучения, электромагнитных волн с помощью, по меньшей мере, двух пространственно разнесенных приемников, измеряют разности фаз модулированных сигналов на излучателе (излучателях) и приемниках, после чего по соотношениям разностей фаз вычисляют координаты манипулятора на сенсорной панели. Кроме того, прием отраженных от манипулятора, находящегося в потоке модулированного излучения, электромагнитных волн осуществляют с помощью, по меньшей мере, трех пространственно разнесенных приемников, после чего дополнительно вычисляют радиус манипулятора, а также поток модулированного излучения электромагнитных волн ИК-диапазона создают с помощью, по меньшей мере, двух излучателей, включаемых поочередно, а координаты манипулятора на сенсорной панели получают путем усреднения координат, вычисляемых по результатам измерений разностей фаз модулированных сигналов при работе каждого излучателя.In order to achieve a technical result in a method for determining the coordinates of a manipulator on a touch panel for entering data according to the invention, a modulated radiation stream of infrared electromagnetic waves covering the surface of the touch panel is created using at least one emitter above the surface of the touch panel, and the reflection is received from a manipulator located in a stream of modulated radiation, electromagnetic waves using at least two spatially separated receivers, measure the phase differences of the modulated signals at the emitter (emitters) and receivers, after which the coordinates of the manipulator on the touch panel are calculated by the ratios of the phase differences. In addition, the reception of electromagnetic waves reflected from the manipulator, located in the modulated radiation stream, is carried out using at least three spatially separated receivers, after which the radius of the manipulator is additionally calculated, and the modulated radiation flux of electromagnetic waves of the infrared range is created using, at least two emitters switched on in turn, and the coordinates of the manipulator on the touch panel are obtained by averaging the coordinates calculated from the measurement results phase of the modulated signals during the operation of each emitter.
Сравнение предлагаемого способа с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию «новизна», а отсутствие в аналогах отличительных признаков позволяет судить о соответствии критерию «изобретательский уровень».Comparison of the proposed method with the closest analogue allows us to claim compliance with the criterion of "novelty", and the absence of distinctive features in the analogues allows us to judge compliance with the criterion of "inventive step".
Предварительные испытания подтверждают возможность широкого промышленного использования.Preliminary tests confirm the possibility of wide industrial use.
На Фиг.1 представлена схема устройства реализации заявляемого способа, на Фиг.2 представлена схема для расчета координаты, на Фиг.3 представлены графики зависимости фазы от смещения точки контакта для кратных частот модуляции. На Фиг.4 представлен пример функциональной блок-схемы устройства, реализующего заявляемый способ.Figure 1 presents a diagram of a device for implementing the inventive method, Figure 2 presents a diagram for calculating the coordinate, Figure 3 presents graphs of the phase versus the displacement of the contact point for multiple modulation frequencies. Figure 4 presents an example of a functional block diagram of a device that implements the inventive method.
На Фиг.1 - вариант схемы устройства по заявляемому способу, содержащего четыре излучателя и четыре приемника: первый излучатель - 1; первый приемник - 2; второй приемник - 3; второй излучатель - 4; третий излучатель - 5; третий приемник - 6; четвертый излучатель - 7; четвертый приемник - 8; отпечаток манипулятора (пальца) - 9.Figure 1 is a variant of the circuit of the device according to the claimed method, containing four emitters and four receivers: the first emitter - 1; the first receiver is 2; the second receiver is 3; second emitter - 4; third emitter - 5; the third receiver is 6; the fourth emitter is 7; the fourth receiver is 8; fingerprint of a manipulator (finger) - 9.
На Фиг.2 - схема для расчета координаты. Первый излучатель находится в точке 0 (одном из углов прямоугольного экрана). Первый приемник находится в точке L1, второй приемник находится в точке L2. Отпечаток манипулятора (пальца) находится в точке с координатами (х, у) и имеет радиус r0.Figure 2 is a diagram for calculating the coordinate. The first emitter is at point 0 (one of the corners of a rectangular screen). The first receiver is at point L 1 , the second receiver is at point L 2 . The fingerprint of the manipulator (finger) is at the point with coordinates (x, y) and has a radius r 0 .
На Фиг.3 - графики зависимости фазы от смещения точки контакта для кратных частот модуляции. Кривая 10 - зависимость фазы от смещения для частоты v. Кривая 11 - зависимость фазы от смещения для частоты ν1=1/2ν. Кривая 12 - зависимость фазы от смещения для частоты ν2=1/2ν1.Figure 3 - graphs of the phase versus the displacement of the contact point for multiple modulation frequencies.
На Фиг.4 - пример функциональной блок-схемы устройства по заявляемому способу содержит один излучатель и два приемника: генератор - 13; модулятор - 14; первый излучатель (лазерный светодиод) - 1; первый приемник (фотодиод) - 2, второй приемник (фотодиод) - 3; предварительные усилители - 15, 16; полосовые фильтры - 17, 18; усилители с автоматической регулировкой усиления - 19, 20; фазовые детекторы - 21, 22; микропроцессорное устройство - 23.Figure 4 - an example of a functional block diagram of a device according to the claimed method contains one emitter and two receivers: generator - 13; modulator - 14; first emitter (laser LED) - 1; the first receiver (photodiode) - 2, the second receiver (photodiode) - 3; preamplifiers - 15, 16; band-pass filters - 17, 18; amplifiers with automatic gain control - 19, 20; phase detectors - 21, 22; microprocessor device - 23.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Излучатели создают поток модулированного инфракрасного излучения в широком угле по горизонтали и в узком - по вертикали (см. Фиг.1). Существующие маломощные полупроводниковые лазеры это позволяют. Частота модуляции ν выбирается исходя из размеров панели. Предпочтительно, чтобы максимальный размер панели не превышал 1/4, от длины волны модуляции λ=c/ν, где с - скорость света. Это необходимо для однозначного определения разности фаз и, следовательно, для расчета координат манипулятора (стилуса, пальца и т.д.) на всей поверхности панели. Излучение отражается от поверхности манипулятора и попадает в приемники. Т.к. излучение промодулировано, то по разностям фаз можно определить точки отражения и по ним, например, вычислить «центр тяжести». Если контур точек отражения расширяется, то это можно интерпретировать как нажатие. Сенсорная панель может представлять собой прозрачную поверхность, за которой располагается, например, жидкокристаллический экран, или непрозрачную поверхность, на которую проецируется изображение.The emitters create a modulated infrared radiation stream in a wide angle horizontally and in a narrow angle - vertically (see Figure 1). Existing low-power semiconductor lasers allow this. The modulation frequency ν is selected based on the size of the panel. Preferably, the maximum panel size does not exceed 1/4 of the modulation wavelength λ = c / ν, where c is the speed of light. This is necessary to unambiguously determine the phase difference and, therefore, to calculate the coordinates of the manipulator (stylus, finger, etc.) on the entire surface of the panel. The radiation is reflected from the surface of the manipulator and enters the receivers. Because Since the radiation is modulated, the reflection points can be determined from the phase differences and, for example, to calculate the "center of gravity" from them. If the contour of the reflection points expands, then this can be interpreted as a click. The touch panel may be a transparent surface, behind which is, for example, a liquid crystal screen, or an opaque surface onto which the image is projected.
Рассмотрим геометрию отражения от цилиндрического объекта (манипулятора, см. Фиг.2). Первый излучатель находится в начале координат - точке 0 (одном из углов прямоугольного экрана). Первый приемник находится в точке L1, второй приемник находится в точке L2. Отпечаток манипулятора (пальца) находится в точке с координатами (x, y) и имеет радиус r0.Consider the geometry of reflection from a cylindrical object (manipulator, see Figure 2). The first emitter is located at the origin - point 0 (one of the corners of a rectangular screen). The first receiver is at point L 1 , the second receiver is at point L 2 . The fingerprint of the manipulator (finger) is located at the point with coordinates (x, y) and has a radius r 0 .
Из равенства углов падения и отражения:From the equality of the angles of incidence and reflection:
Из теоремы о сумме внутренних углов треугольника:From the theorem on the sum of the internal angles of a triangle:
Из теоремы синусов:From the sine theorem:
Геометрия расположения излучателя и приемников известна, т.к. конструкция устройства должна быть определена:The geometry of the emitter and receivers is known, because device design should be determined:
Из фазовых измерений пути от излучателя до отражающего объекта и далее до приемников имеем:From phase measurements of the path from the emitter to the reflecting object and further to the receivers, we have:
Подставляя (5, 6, 11, 12) в (7-10), получаем совместно с (1-4) систему с меньшим числом неизвестных и уравнений.Substituting (5, 6, 11, 12) into (7-10), we obtain, together with (1-4), a system with a smaller number of unknowns and equations.
Подставляя (16) в (14), получаем:Substituting (16) in (14), we obtain:
Если r0 - известен, то для определения x и y достаточно двух измерений. При этом выражения (1-4; 13, 15, 17, для i=1, 2), образуют систему из 10 уравнений для 10 неизвестных: x, y, a1, a2, l1, l2, φ1, φ2, γ1, γ2. Вполне возможно аналитическими методами еще несколько упростить данную систему, но, тем не менее, оказывается необходимым численное решение системы трансцендентных нелинейных уравнений. К настоящему времени хорошо разработаны различные итерационные методы решения таких систем, позволяющие получить решение с заданной точностью. Это, например, градиентные методы (метод наискорейшего спуска и метод спуска с вычислением координат градиента); метод Ньютона и т.д. /Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. СПб, «Лань», 2003/. Современные микропроцессоры (например, типа PIC18F4550) позволяют реализовать решение подобных систем уравнений в реальном режиме времени.If r 0 is known, then two measurements are sufficient to determine x and y. Moreover, the expressions (1-4; 13, 15, 17, for i = 1, 2) form a system of 10 equations for 10 unknowns: x, y, a 1 , a 2 , l 1 , l 2 , φ 1 , φ 2 , γ 1 , γ 2 . It is quite possible to simplify this system by analytical methods, but, nevertheless, it turns out to be necessary to numerically solve the system of transcendental nonlinear equations. To date, various iterative methods for solving such systems have been well developed, allowing to obtain a solution with a given accuracy. These are, for example, gradient methods (steepest descent method and descent method with calculation of gradient coordinates); Newton's method, etc. / G.Corn, T.Corn. Math reference. St. Petersburg, "Doe", 2003 /. Modern microprocessors (for example, type PIC18F4550) allow you to implement the solution of such systems of equations in real time.
Если r0 заранее не известен, то необходимо, по крайней мере, еще одно измерение. При этом система уравнений соответствующим образом увеличивается. Для повышения точности определения центра тяжести объекта касания может быть выбрана аппроксимирующая форма в виде эллипса. В этом случае система уравнений и, соответственно, число необходимых измерений далее пропорционально возрастут.If r 0 is not known in advance, then at least one more measurement is necessary. In this case, the system of equations increases accordingly. To increase the accuracy of determining the center of gravity of the touch object, an approximating shape in the form of an ellipse can be selected. In this case, the system of equations and, accordingly, the number of necessary measurements will further increase proportionally.
Т.е., иными словами, путем фазовых измерений определяются три точки отражения, через них проводится окружность и определяется ее центр. Возможно определить 4 точки отражения, провести через них эллипс и определить его центр тяжести. И так далее. С другой стороны возможно разбить измерения на несколько групп, вычислить по ним ряд центров тяжести полученных фигур и результаты усреднить. Следует отметить, что одно измерение может занимать время порядка единиц или долей микросекунд. Манипулятор в этом временном масштабе можно считать неподвижным.That is, in other words, through phase measurements, three reflection points are determined, a circle is drawn through them and its center is determined. It is possible to determine 4 reflection points, draw an ellipse through them and determine its center of gravity. And so on. On the other hand, it is possible to divide the measurements into several groups, calculate from them a number of centers of gravity of the obtained figures and average the results. It should be noted that one measurement can take time on the order of units or fractions of microseconds. The manipulator at this time scale can be considered immobile.
Повышение точности определения координат и повышение надежности работы устройства, реализующего заявляемый способ, возможно путем увеличения числа излучателей и приемников. Для ряда приложений оптимальными могут быть устройства по заявляемому способу, содержащие, по меньшей мере, два излучателя и три приемника. В данном случае за счет минимального технического усложнения устройства достигается существенное расширение его функциональных возможностей.Improving the accuracy of determining the coordinates and improving the reliability of the device that implements the inventive method is possible by increasing the number of emitters and receivers. For a number of applications, devices according to the claimed method may be optimal, containing at least two emitters and three receivers. In this case, due to the minimal technical complication of the device, a significant expansion of its functionality is achieved.
Пусть имеется четыре излучателя и четыре приемника (см. Фиг.1). Излучатели могут работать последовательно, в узком спектральном диапазоне, чтобы уменьшить влияние внешних помех. Т.е. сначала включается первый излучатель. При этом первый и второй приемники регистрируют отраженное (непрямое) излучение. Сигналы с приемников и сигнал с излучателя через отрезок кабеля заданной длины поступают на входы фазовых детекторов, на которых определяются величины пути излучения через отражающий объект к приемнику. Затем (через время порядка микросекунды) включается второй излучатель и процесс измерения повторяется. И так далее циклическим образом.Let there are four emitters and four receivers (see Figure 1). Emitters can operate sequentially in a narrow spectral range to reduce the influence of external interference. Those. first the first emitter is turned on. In this case, the first and second receivers register reflected (indirect) radiation. The signals from the receivers and the signal from the emitter through a piece of cable of a given length are fed to the inputs of the phase detectors, which determine the values of the radiation path through the reflecting object to the receiver. Then (after a time of the order of a microsecond), the second emitter is turned on and the measurement process is repeated. And so on in a cyclical way.
Как видно из Фиг.1, в среднем можно получить N=8 измерений пути Si от излучателя к приемнику через отражающий объект (палец). Для определения 3 неизвестных (x, y, r0) требуется 3 измерения. Число комбинаций систем уравнений определяется выражением:As can be seen from Figure 1, on average, you can get N = 8 measurements of the path S i from the emitter to the receiver through a reflecting object (finger). To determine 3 unknowns (x, y, r 0 ), 3 measurements are required. The number of combinations of systems of equations is determined by the expression:
Легко видеть, что число комбинаций систем уравнений при N=8 составляет 56. Решая системы уравнений и усредняя полученные результаты, можно повысить точность определения точки касания.It is easy to see that the number of combinations of systems of equations with N = 8 is 56. By solving systems of equations and averaging the results, it is possible to increase the accuracy of determining the point of tangency.
ИК-излучение может быть промодулировано кратными частотами. Хорошо освоенная промышленностью кремниевая технология хорошо работает до частот ν~3 ГГц. Это длина волны λ=10 см. Соответственно размер рабочей площади составляет 1/4 от λ, т.е. 2.5 см. Достаточно просто определить фазу с точностью до 1 градуса. Таким образом, возможно с использованием достаточно простой техники определять на размерах порядка единиц сантиметров координату с погрешностью в пределах 100 мкм. Если размер рабочей площади превышает единицы сантиметров, а требование субмиллиметрового разрешения сохраняется, то возможно несущее ИК-излучение промодулировать кратными частотами, например ν1=1.5 ГГц, ν2=750 МГц и т.д. Тогда фазовый анализ на нижних частотах укажет часть области, где находится источник, а измерение на самой верхней частоте даст точную координату. На Фиг.3 представлена характерная (периодическая) зависимость сдвига фазы φ от координаты на кратных частотах.IR radiation can be modulated by multiple frequencies. Silicon technology, well mastered by the industry, works well up to frequencies ν ~ 3 GHz. This wavelength λ = 10 cm. Accordingly, the size of the working area is 1/4 of λ, ie 2.5 cm. It is enough to simply determine the phase with an accuracy of 1 degree. Thus, it is possible, using a fairly simple technique, to determine a coordinate with an error within 100 microns on sizes of the order of a few centimeters. If the size of the working area exceeds units of centimeters, and the requirement for submillimeter resolution is maintained, then it is possible to modulate the carrier infrared radiation with multiple frequencies, for example, ν 1 = 1.5 GHz, ν 2 = 750 MHz, etc. Then the phase analysis at the lower frequencies will indicate the part of the region where the source is located, and the measurement at the highest frequency will give the exact coordinate. Figure 3 presents the characteristic (periodic) dependence of the phase shift φ on the coordinate at multiple frequencies.
Пусть манипулятор находится в точке Xi. Тогда по сдвигу фаз на частоте ν2 (меньше 90°) определяем, что стилус находится на интервале (0-Х2). По сдвигу фаз на частоте ν1 (больше 90°) определяем, что стилус находится на интервале (X1-Х2). И, наконец, по сдвигу фаз на частоте ν определяем точную координату Xi. Высокая точность обычно требуется для профессиональных конструкторских приложений.Let the manipulator be at the point X i . Then, according to the phase shift at a frequency ν 2 (less than 90 °), we determine that the stylus is in the interval (0-X 2 ). According to the phase shift at a frequency of ν 1 (more than 90 °), we determine that the stylus is in the range (X 1 -X 2 ). And finally, from the phase shift at the frequency ν, we determine the exact coordinate X i . High precision is usually required for professional design applications.
Ввиду того, что способы указания (определения) координат на сенсорной панели, в которых достаточно одного-двух неподвижных излучателей и приемников ИК-излучения, до заявляемого изобретения отсутствуют, оно соответствует критерию "новизна".Due to the fact that there are no methods for indicating (determining) coordinates on the touch panel in which one or two stationary emitters and infrared radiation receivers are sufficient, it meets the criterion of "novelty."
Ввиду того, что использование фазочувствительной электроники неочевидно для построения инфракрасных сенсорных панелей, заявляемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".Due to the fact that the use of phase-sensitive electronics is not obvious for constructing infrared touch panels, the claimed invention meets the criterion of "inventive step".
Областью применения устройств на основе заявляемого способа может быть промышленность (CAD - проектирование, 2D - моделирование), индустрия развлечений (компьютерные игры, игровые консоли, игровые автоматы) и т.д. Заявляемое изобретение относительно несложно в реализации. Стоимость электронных компонентов для реализации данного устройства относительно невелика и может быть еще более снижена при выпуске специализированных микросхем в серийном производстве, что обеспечит конкурентоспособность с имеющимися аналогами. Соответственно заявляемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".The scope of devices based on the proposed method can be industry (CAD - design, 2D - modeling), the entertainment industry (computer games, game consoles, gaming machines), etc. The claimed invention is relatively simple to implement. The cost of electronic components for the implementation of this device is relatively low and can be further reduced by the production of specialized microcircuits in serial production, which will ensure competitiveness with existing analogues. Accordingly, the claimed invention meets the criterion of "industrial applicability".
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.Information confirming the possibility of carrying out the invention.
Функциональная схема устройства, реализующего данный способ, представлена на Фиг.4.Functional diagram of a device that implements this method is presented in Figure 4.
Генератор 13 создает периодический сигнал, который подается на модулятор 14. Модулятор изменяет ток через первый излучатель 1 (лазерный светодиод) по закону модулирующего сигнала.The
Таким образом, инфракрасное излучение лазерного диода оказывается модулировано по амплитуде. Инфракрасное излучение, отраженное от манипулятора поступает на первый приемник 2 и второй приемник 3 (фотодиоды), нагрузкой которых являются предварительные усилители 15, 16.Thus, the infrared radiation of the laser diode is modulated in amplitude. Infrared radiation reflected from the manipulator is fed to the
Так как излучение лазерного светодиода модулировано, то на нагрузках фотодиодов выделяется исходный модулирующий сигнал, который усиливается предварительными усилителями 15, 16 приемных устройств и поступает на полосовые фильтры 17, 18. Полосовые фильтры выделяют полосу частот 20 кГц÷1 МГц с центральной частотой, равной частоте модулирующего сигнала. Это позволяет избавиться от помех, вызванных другими источниками инфракрасного излучения. После фильтрации сигналы усиливаются усилителями с автоматической регулировкой усиления 19, 20 и поступают на сигнальные входы фазовых детекторов 21, 22. На опорные входы фазовых детекторов подается сигнал с генератора 13, при этом на выходах фазовых детекторов 21, 22 выделяется сигнал, пропорциональный разности фаз излучаемого и принимаемого сигналов. Эти сигналы позволяют определить параметры S1 и S2 (см. выражение (12)). С выходов фазовых детекторов сигналы поступают на микропроцессорное устройство 23 для последующей обработки - решения указанной выше системы уравнений и определения координат манипулятора на панели.Since the laser LED radiation is modulated, the source modulating signal is allocated to the loads of the photodiodes, which is amplified by
В схеме устройства могут быть использованы следующие радиоэлементы (микросхемы):The following radio elements (microcircuits) can be used in the device circuit:
Генератор 74АС00; модулятор AD831; предварительные усилители AD8099; усилители с АРУ AD8367; фазовые детекторы AD8302; микропроцессорное устройство PIC18F4550; лазерный диод HFE 4084-322; фотодиоды BPW 24R.Generator 74AC00; AD831 modulator pre-amplifiers AD8099; amplifiers with AGC AD8367; phase detectors AD8302; microprocessor device PIC18F4550; laser diode HFE 4084-322; BPW 24R photodiodes.
Все элементы, необходимые для реализации заявляемого способа, - ИК-излучатели, ИК-приемники, фазовые детекторы, усилители, процессоры и т.д., существуют и выпускаются серийно. Нет принципиальных затруднений для разработки и выпуска специализированных микросхем.All the elements necessary for the implementation of the proposed method, IR emitters, IR receivers, phase detectors, amplifiers, processors, etc., exist and are commercially available. There are no fundamental difficulties for the development and production of specialized microcircuits.
Таким образом, данное изобретение может быть осуществлено.Thus, the present invention can be practiced.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009110113/08A RU2399949C1 (en) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Method of determining manipulator coordinates on touch panel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009110113/08A RU2399949C1 (en) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Method of determining manipulator coordinates on touch panel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2399949C1 true RU2399949C1 (en) | 2010-09-20 |
Family
ID=42939324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009110113/08A RU2399949C1 (en) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Method of determining manipulator coordinates on touch panel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2399949C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014065697A1 (en) * | 2012-10-26 | 2014-05-01 | Общество С Ограниченной Ответственностью Инновационное Предприятие "Дисплаир Компани" | Method and device for the gesture control of a multimedia display |
RU2534366C2 (en) * | 2011-05-20 | 2014-11-27 | АФО Ко., Лтд | Infrared touch panel supporting multi-touch function |
RU2541849C2 (en) * | 2013-01-28 | 2015-02-20 | Дмитрий Михайлович Литманович | Light waveguide-based touch panel |
RU2542947C2 (en) * | 2013-05-24 | 2015-02-27 | Дмитрий Михайлович Литманович | Optical sensor |
RU2542949C2 (en) * | 2013-05-24 | 2015-02-27 | Дмитрий Михайлович Литманович | Sensor device with measurement of dynamic impact |
RU2566958C1 (en) * | 2014-08-15 | 2015-10-27 | Дмитрий Михайлович Литманович | Optical device for forming touch-sensitive surface |
RU2623719C2 (en) * | 2011-07-12 | 2017-06-28 | Луидиа Инк. | Stylus of directional ultrasound transmission |
RU2653472C2 (en) * | 2012-08-29 | 2018-05-08 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Device of the touch screen |
-
2009
- 2009-03-20 RU RU2009110113/08A patent/RU2399949C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534366C2 (en) * | 2011-05-20 | 2014-11-27 | АФО Ко., Лтд | Infrared touch panel supporting multi-touch function |
RU2623719C2 (en) * | 2011-07-12 | 2017-06-28 | Луидиа Инк. | Stylus of directional ultrasound transmission |
RU2653472C2 (en) * | 2012-08-29 | 2018-05-08 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Device of the touch screen |
US10146336B2 (en) | 2012-08-29 | 2018-12-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Touch screen device |
WO2014065697A1 (en) * | 2012-10-26 | 2014-05-01 | Общество С Ограниченной Ответственностью Инновационное Предприятие "Дисплаир Компани" | Method and device for the gesture control of a multimedia display |
RU2541849C2 (en) * | 2013-01-28 | 2015-02-20 | Дмитрий Михайлович Литманович | Light waveguide-based touch panel |
RU2542947C2 (en) * | 2013-05-24 | 2015-02-27 | Дмитрий Михайлович Литманович | Optical sensor |
RU2542949C2 (en) * | 2013-05-24 | 2015-02-27 | Дмитрий Михайлович Литманович | Sensor device with measurement of dynamic impact |
RU2566958C1 (en) * | 2014-08-15 | 2015-10-27 | Дмитрий Михайлович Литманович | Optical device for forming touch-sensitive surface |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2399949C1 (en) | Method of determining manipulator coordinates on touch panel | |
US10489002B2 (en) | Fast multi-touch stylus and sensor | |
US10019125B2 (en) | Fast multi-touch noise reduction | |
JP6253043B1 (en) | Fast multi-touch post-processing | |
US7079118B2 (en) | Touch screen using echo-location | |
US10705667B2 (en) | Phase shift and phase shift assisted sensing | |
KR20160135179A (en) | Frequency conversion in a touch sensor | |
US20150261344A1 (en) | Fast multi-touch sensor with user identification techniques | |
US10444915B2 (en) | Fast multi-touch sensor | |
CN102597936A (en) | Touch surface with a compensated signal profile | |
WO2016105912A1 (en) | Asynchronous interference detection in a capacitive sensing system | |
KR20180070574A (en) | Semi-passive stylus | |
US11042248B2 (en) | Single sided capacitive sensor | |
US20210278949A1 (en) | Hover-sensitive touchpad | |
WO2012071880A1 (en) | Coordinate locating method and apparatus | |
WO2014151001A1 (en) | Acoustic touch apparatus and methods using touch sensitive lamb waves | |
CN104991686A (en) | Ultrasonic touch control system | |
US8743080B2 (en) | System and method for signaling in sensor devices | |
KR20160018455A (en) | Active optical stylus and sensor | |
CN107066141B (en) | Touch module, manufacturing method thereof, touch display screen and pulse laser pen | |
JP2013036880A (en) | Position-measuring device for human body site and electronic device system | |
US20210191559A1 (en) | Method and device for determining the position of an object on a given surface | |
JP6203023B2 (en) | Multi-touch tactile device with multi-frequency and centroid capacitance detection | |
Fong et al. | for Novel Touchscreen Concept | |
Liu et al. | Thin shell tactile sensing by acoustic wave diffraction patterns |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130321 |