RU2486575C1 - Device to create sensor surface - Google Patents
Device to create sensor surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2486575C1 RU2486575C1 RU2012123504/08A RU2012123504A RU2486575C1 RU 2486575 C1 RU2486575 C1 RU 2486575C1 RU 2012123504/08 A RU2012123504/08 A RU 2012123504/08A RU 2012123504 A RU2012123504 A RU 2012123504A RU 2486575 C1 RU2486575 C1 RU 2486575C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitters
- computing device
- optical
- fibers
- finger
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
- G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
- G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
- G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
- G06F3/0428—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by sensing at the edges of the touch surface the interruption of optical paths, e.g. an illumination plane, parallel to the touch surface which may be virtual
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Position Input By Displaying (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к технике оптико-электронных измерительных систем и устройств ввода информации в компьютерные системы и системы управления. С помощью данного устройства сенсорная поверхность может быть организована в тех местах, где использование известных систем затруднено или вообще невозможно.The present invention relates to techniques for optoelectronic measuring systems and devices for inputting information into computer systems and control systems. Using this device, the touch surface can be organized in those places where the use of known systems is difficult or even impossible.
Известен ряд устройств подобного назначения. Например, в патенте США №7006236 В2 от 28.02.2006 г. предлагается устройство, создающее виртуальную сенсорную поверхность, касание которой в определенных местах эквивалентно нажатию кнопок. Данное устройство содержит телевизионную камеру, оптически сопряженный с ней источник структурированного освещения и вычислительное устройство. Введение пальца в создаваемый источником структурированного освещения поток излучения, регистрируется телевизионной камерой. Вычислительное устройство обрабатывает видеоинформацию, поступающую с телевизионной камеры, и определяет координаты точки касания пальца с потоком структурированного излучения.A number of devices for this purpose are known. For example, US Pat. No. 7,006,236 B2 of February 28, 2006, proposes a device that creates a virtual touch surface, touching it in certain places is equivalent to pressing buttons. This device contains a television camera, an optically coupled source of structured lighting and a computing device. The introduction of a finger into the radiation flux generated by the structured lighting source is recorded by a television camera. The computing device processes the video information coming from the television camera and determines the coordinates of the point of touch of the finger with the stream of structured radiation.
Известно также устройство (WO 2006/025891 А2), в котором предлагается, среди всего прочего, использование в автомобиле сенсорной панели, закрепляемой на руле и позволяющей распознавать определенные жесты водителя, для чего он должен, естественно, соприкасаться пальцами руки с этой панелью.A device is also known (WO 2006/025891 A2), which proposes, among other things, the use in a car of a touch panel fixed to the steering wheel and allowing recognition of certain gestures of the driver, for which he should naturally touch his fingers with this panel.
Наиболее близким по техническому решению является патент РФ №2278423 от 15.10.2004 г. на «Устройство для интерактивной локализации объектов» (прототип). В этом устройстве используются два источника подсветки (излучатели) и оптически сопряженный с ними фотоприемник, представляющий собой линейку фоточувствительных элементов, причем фотоприемник охватывает часть периметра контролируемой поверхности. Пересечение оптических потоков излучателей с чувствительной поверхностью фотоприемника и образует поверхность «виртуальной клавиатуры».The closest in technical solution is the patent of the Russian Federation No. 2278423 dated 10/15/2004 on "Device for interactive localization of objects" (prototype). This device uses two backlight sources (emitters) and an optically coupled photodetector, which is a line of photosensitive elements, the photodetector covering part of the perimeter of the surface being monitored. The intersection of the optical flows of the emitters with the sensitive surface of the photodetector and forms the surface of the “virtual keyboard”.
Кроме того, в устройство входит вычислительное устройство, осуществляющее управление излучателями, ввод информации с линейки фотоприемников и определение координат точки пересечения пальцем потока излучений, создаваемых излучателями.In addition, the device includes a computing device that controls the emitters, input information from the line of photodetectors and determine the coordinates of the point of intersection of the finger with the radiation flux generated by the emitters.
Алгоритм работы вычислительного устройства основан на определении центров теней на поверхности линейного фотоприемника, создаваемых при поочередном включении излучателей, и дальнейшем определении координат точки пересечения 2-х линий, соединяющих центр теней с оптическим центром соответствующего излучателя.The algorithm of the computing device is based on the determination of the centers of shadows on the surface of a linear photodetector created when the emitters are turned on alternately, and then determining the coordinates of the intersection point of 2 lines connecting the center of the shadows with the optical center of the corresponding emitter.
Недостатком перечисленных систем является необходимость размещения фотоприемных устройств (телевизионных камера, фототранзисторы или фотодиоды) в непосредственной близости от сенсорного поля. В случае использования телевизионной камеры есть вероятность нарушения работы системы из-за паразитных засветок и бликов. Использование Touchpad-a, закрепляемого на рулевом колесе автомобиля, ухудшает его эргономику и затрудняет управление.The disadvantage of these systems is the need to place photodetectors (television cameras, phototransistors or photodiodes) in the immediate vicinity of the sensor field. In the case of using a television camera, there is a possibility of a malfunction of the system due to spurious flare and glare. Using Touchpad-a, mounted on the steering wheel of a car, worsens its ergonomics and makes driving difficult.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение устройства и повышение надежности.The aim of the invention is to simplify the device and increase reliability.
Для этого в известное устройство, содержащее первый и второй излучатели, массив, содержащий N оптических приемников и вычислительное устройство, входы которого связаны с выходами каждого из N оптических приемников, а выходы подсоединены к первому и второму излучателям, дополнительно вводятся N приемных световодов, первый торец каждого из которых оптически связан с одним из оптических приемников, а второй торец расположен вдоль линии, находящейся в одной плоскости с оптическими центрами первого и второго излучателей и оптически сопряжен с ними, при этом сенсорная поверхность устройства представляет собой плоскость, образуемую пересечением пучков излучения от первого и второго излучателя со вторыми торцами N оптических волокон, а вычислительное устройство осуществляет поочередное включение одного из двух излучателей, ввод сигналов с каждого из N фотоприемников последовательно при первом и при втором включенном излучателе и рассчитывает координаты точки пересечения пальцем оператора сенсорной поверхности.To do this, in the known device containing the first and second emitters, an array containing N optical receivers and a computing device, the inputs of which are connected to the outputs of each of the N optical receivers, and the outputs are connected to the first and second emitters, N receiving optical fibers, the first end each of which is optically coupled to one of the optical receivers, and the second end is located along a line located in the same plane with the optical centers of the first and second emitters and is optically coupled them, while the sensor surface of the device is a plane formed by the intersection of radiation beams from the first and second emitter with the second ends of N optical fibers, and the computing device turns on one of the two emitters in turn, and the signals from each of N photodetectors are input sequentially at the first and at the second emitter is turned on and calculates the coordinates of the point of intersection with the finger of the operator of the touch surface.
Данное техническое решение позволяет организовать сенсорную поверхность в ранее недоступных местах, например в районе верхнего сектора рулевого колеса автомобиля.This technical solution allows you to organize a touch surface in previously inaccessible places, for example, in the area of the upper sector of the steering wheel of a car.
На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства,Figure 1 shows the functional diagram of the proposed device,
где:Where:
1, 2 - излучатели,1, 2 - emitters,
31…3N - световоды,3 1 ... 3 N - optical fibers,
41…4N - фотоприемники,4 1 ... 4 N - photodetectors,
5 - вычислительное устройство,5 - computing device
6 - сенсорная поверхность.6 - touch surface.
Устройство функционирует следующим образом.The device operates as follows.
Вычислительное устройство 5 осуществляет поочередное включение одного из 2-х излучателей 1 и 2. В их качестве могут использоваться светодиоды ИК-диапазона.The
Эти излучатели формируют потоки Ψ1, Ψ2 соответственно, при этом часть потоков, формируемых излучателями 1 и 2, которая охватывает вторые торцы приемных световодов 31…3N и обозначаемая
где:Where:
СП - объем пространства, занимаемый сенсорным полем, в котором регистрируется нахождение пальца оператора.SP - the amount of space occupied by the touch field in which the location of the finger of the operator is recorded.
Максимальная протяженность этого объема в направлении, в котором должно происходить его пересечение пальцем оператора, равна диаметру торца световода, и может составлять доли миллиметра. Плоскость же, ограничивающая этот объем и обращенная в сторону оператора, образует сенсорную поверхность 6.The maximum extent of this volume in the direction in which it should be crossed by the finger of the operator is equal to the diameter of the end of the fiber, and can be fractions of a millimeter. The plane limiting this volume and facing the operator forms a
Сказанное иллюстрирует фиг.2, где:The foregoing is illustrated in figure 2, where:
1, 2 - излучатели,1, 2 - emitters,
Ψ1, Ψ2 - световые потоки, формируемые излучателями 1 и 2,Ψ 1 , Ψ 2 - light flux generated by
6 - сенсорная поверхность,6 - touch surface
31…3N - приемные световоды,3 1 ... 3 N - receiving fibers,
Ω - входная апертура приемных световодов,Ω - input aperture of the receiving fibers,
D - диаметр световодов,D is the diameter of the optical fibers,
П - палец оператора,P is the finger of the operator,
П1 - область затенения 1-го излучателя,P 1 - the area of shading of the 1st emitter,
П2 - область затенения 2-го излучателя.P 2 - the area of shading of the 2nd emitter.
При отсутствии на пути потоков,
На фиг.2 приведена ситуация, когда при включении излучателя 1 и пересечении пальца П сенсорной поверхности 6 возникает затенение зоны П1, а при включении излучателя 2 - затенение зоны П2. При этом происходит уменьшение величины сигналов фотоприемников, находящихся в соответствующих зонах.Figure 2 shows the situation when, when you turn on the
Вычислительное устройство 5 определяет группы фотоприемников, на которые перестает попадать излучение и вычисляет для каждой из них номер центрального элемента затененного участка (например i при включенном 1-м излучателе и j при включенном 2-м).
Далее определение координат объекта производится следующим образом.Next, the coordinates of the object are determined as follows.
Вычислительное устройство 5, по номерам i и j, выбирает из записанных в его память констант, соответствующие этим номерам координаты торцов световодов (относительно некоторой системы координат 0XY)-(Xi, Yi), (Xj, Yj). Принимая, что координаты точечных источников излучения 1, 2 в системе
1)
Координаты центра сечения пальца затенившего соответствующие торцы световодов, определяются как точка пересечения этих прямых, т.е. как решение системы уравнений 1, относительно X, Y.The coordinates of the center of the cross section of the finger that shaded the corresponding ends of the optical fibers are defined as the intersection point of these lines, i.e. as a solution to the system of
На фиг.3 приведен второй вариант функциональной схемы устройства, где:Figure 3 shows the second variant of the functional diagram of the device, where:
7, 8 - осветительные световоды.7, 8 - lighting fibers.
В этой схеме излучения, требуемые для его создания сенсорной поверхности, формируются с помощью осветительных световодов 7 и 8, первый торец которых оптически связан с излучателем, а второй - оптически сопряжен со вторыми торцами приемных световодов.In this scheme, the radiation required for its creation of the sensor surface is formed using illuminating
Функционирования устройства в данном случае осуществляется аналогично схеме, описанной выше. Т.е. при последовательном включении 1-го и 2-го излучателей, часть оптических потоков, исходящих из световодов 7 и 8, и падающая на вторые торцы приемных световодов 31…3N регистрируется фотоприемниками 41…4N, сигналы с которых поступают на вход вычислительного устройства 5. Причем алгоритм его работы в этом случае остается прежним, а именно - поочередное включение излучателей 1 и 2, ввод значений сигналов с выходов фотоприемников 41…4N и расчет пространственных координат пальца оператора по формуле 1, в случае если он пересекает сенсорную поверхность.The functioning of the device in this case is carried out similarly to the scheme described above. Those. when the 1st and 2nd emitters are turned on sequentially, part of the optical fluxes coming from the
8 качестве массива фотоприемников в предлагаемом устройстве может использоваться ПЗС либо КМОП фотоприемные матрицы. При этом торцы приемных световодов должны находиться в одной плоскости и быть оптически связанными со светочувствительной поверхностью фотоприемной матрицы, причем требуется, чтобы каждый из торцов перекрывал не менее одного ее пикселя.8 as an array of photodetectors in the proposed device can be used CCD or CMOS photodetector arrays. In this case, the ends of the receiving fibers must be in the same plane and be optically coupled to the photosensitive surface of the photodetector array, and it is required that each of the ends overlap at least one of its pixels.
Функциональная схема устройства, реализующего данную формулу, изображена на фиг.4, где:Functional diagram of a device that implements this formula is shown in figure 4, where:
9 - фотоприемная матрица.9 - photodetector matrix.
При этом вычислительное устройство должно осуществлять ввод видеоинформации при включенном излучателе 1, а затем при включенном излучателе 2, т.е. осуществлять ввод величины сигналов каждого пикселя, образующего фоточувствительную поверхность матрицы. При прохождении пальца оператора сквозь сенсорную поверхность видеосигнал, в соответствующих пикселях, уменьшается. Аналогично, как и в случае использования дискретных фотоприемников, вычислительное устройство по номерам не засвеченных пикселей определяет номера не засвеченных торцов приемных световодов, и далее по формуле 1 расчет координат X, Y пальца оператора.In this case, the computing device must input video information when the
Используя цветную, либо 2-спектральную фотоприемную матрицу, можно исключить необходимость поочередного включения излучателей 1 и 2. Для этого используются излучатели, работающие в двух спектральных диапазонах, например в «синем» (B) и «красном» (R), с максимумами в области 470 nm и 610 nm соответственно, лежащими в спектральных диапазонах субпикселей, составляющих каждый пиксел цветной фотоприемной матрицы (например типа ICX413AQ фирмы Sony [4]).Using a color or 2-spectral photodetector matrix, we can eliminate the need to turn on the
Функциональная схема данного варианта исполнения устройства приведена на фиг.5, где:The functional diagram of this embodiment of the device is shown in figure 5, where:
10 - двухспектральный (цветной) матричный фотоприемник.10 - two-spectral (color) matrix photodetector.
При этом анализируя первую цветовую (например R) составляющую видеосигнала, представляющего состояния соответствующих субпикселей, можно определить координаты незасвеченных торцов световым потоком первого излучателя (например «красного»), а анализируя вторую цветовую (например В) составляющую - определить координаты незасвеченных торцов световым потоком второго излучателя (например «синего»). Далее по описанному выше алгоритму работы вычислителя 5 можно определить координаты пальца, пересекшего сенсорную поверхность 6.In this case, by analyzing the first color (for example, R) component of the video signal representing the states of the corresponding subpixels, it is possible to determine the coordinates of the unlit ends at the light flux of the first emitter (for example, “red”), and by analyzing the second color (for example B) component, it is possible to determine the coordinates of the unlit ends at the light flux of the second emitter (for example, "blue"). Further, according to the algorithm described above, the
В случае, если общий диаметр пучка приемных световодов 31…3N имеет величину, не позволяющую оптическое соединение с фото приемной матрицей 9 или 10, между плоскостью, в которой располагаются вторые торцы приемных световодов и фотоприемной матрицей, должна быть размещена фокусирующая линза, осуществляющая построение изображения общего торца жгута на фотоприемной поверхности матрицы. Сказанное иллюстрируется на фиг.6, где:If the total beam diameter of the receiving
11 - жгут объединяющий приемные световоды,11 - harness connecting the receiving fibers,
12 - общий торец жгута,12 - the common end of the tourniquet,
13 - фокусирующая линза.13 - focusing lens.
Вычислительное устройство может быть выполнено на базе производительного процессора, ориентированного на потоковую обработку видеоинформации, например типа TMS320DM8148 на основе технологии DaVinci [5]. Кроме того, в случае использования телевизионной камеры, имеющей стандартный USB интерфейс, она может быть подключена непосредственно к персональному компьютеру, на котором и будут реализованы вычисления координат пальца оператора.The computing device can be performed on the basis of a productive processor oriented to stream processing of video information, for example, of the type TMS320DM8148 based on DaVinci technology [5]. In addition, in the case of using a television camera with a standard USB interface, it can be connected directly to a personal computer, on which calculations of the coordinates of the operator’s finger will be implemented.
Литература.Literature.
1 - Патент США №7006236 В2 от 28.02.2006 г.1 - US Patent No. 7006236 B2 dated February 28, 2006.
2 - Международный патент № WO 2006/025891 А2.2 - International patent No. WO 2006/025891 A2.
3 - Патент РФ №2278423 от 15.10.2004 г. (прототип).3 - RF Patent No. 2278423 dated 10/15/2004 (prototype).
4 - Diagonal 28.40 mm (Type 1.8) Frame Readout CCD Image Sensor with Square Pixel for Color Cameras. Справочный материал фирмы Sony.4 - Diagonal 28.40 mm (Type 1.8) Frame Readout CCD Image Sensor with Square Pixel for Color Cameras. Sony reference material.
5 - http://www.ti.com/lsds/ti/dsp/platform/davinci/device.page.5 - http://www.ti.com/lsds/ti/dsp/platform/davinci/device.page.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123504/08A RU2486575C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Device to create sensor surface |
PCT/RU2013/000442 WO2014007675A2 (en) | 2012-06-07 | 2013-05-30 | Device for creating a sensory surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123504/08A RU2486575C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Device to create sensor surface |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2486575C1 true RU2486575C1 (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48702396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012123504/08A RU2486575C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Device to create sensor surface |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2486575C1 (en) |
WO (1) | WO2014007675A2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2278423C1 (en) * | 2004-10-15 | 2006-06-20 | Михаил Герцевич Литманович | Device for interactive localization of objects |
RU2362216C1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-07-20 | Михаил Герцевич Литманович | Device for three-dimensional manipulation |
US20100315383A1 (en) * | 2008-10-13 | 2010-12-16 | Hogahm Technology Co., Ltd. | Touch screen adopting an optical module system using linear infrared emitters |
US20120075191A1 (en) * | 2009-03-27 | 2012-03-29 | Lenovo (Beijing) Co., Ltd. | Optical Touch System and Method for Optical Touch Location |
-
2012
- 2012-06-07 RU RU2012123504/08A patent/RU2486575C1/en not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-05-30 WO PCT/RU2013/000442 patent/WO2014007675A2/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2278423C1 (en) * | 2004-10-15 | 2006-06-20 | Михаил Герцевич Литманович | Device for interactive localization of objects |
RU2362216C1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-07-20 | Михаил Герцевич Литманович | Device for three-dimensional manipulation |
US20100315383A1 (en) * | 2008-10-13 | 2010-12-16 | Hogahm Technology Co., Ltd. | Touch screen adopting an optical module system using linear infrared emitters |
US20120075191A1 (en) * | 2009-03-27 | 2012-03-29 | Lenovo (Beijing) Co., Ltd. | Optical Touch System and Method for Optical Touch Location |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014007675A3 (en) | 2014-06-05 |
WO2014007675A2 (en) | 2014-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11029783B2 (en) | Optical touch system comprising means for projecting and detecting light beams above and inside a transmissive panel | |
KR900003229B1 (en) | Touch panel filter of photo system | |
KR20180100140A (en) | Optical fingerprint sensor under display | |
JP5459689B2 (en) | Optical touch screen | |
TWI569174B (en) | Portable optical touch system | |
KR20200032172A (en) | Concentric architecture for optical sensing | |
KR102091665B1 (en) | Display device and method for detecting surface shear force on a display device | |
CN107530000A (en) | The dynamic and configurable diaphragm alleviated for the optimization of ppg signals and ambient light | |
CN110268286A (en) | Light in optical sensing application with shared window limits design | |
US20100245292A1 (en) | Optical detection apparatus and method | |
US20070132742A1 (en) | Method and apparatus employing optical angle detectors adjacent an optical input area | |
EP2237136A1 (en) | Optical detection apparatus and method | |
JP2010061639A (en) | Biometrics authentication system | |
CN101952793A (en) | Touch screen adopting an optical module system using linear infrared emitters | |
KR101657216B1 (en) | Touch panel and touch position detection method of touch panel | |
KR20100056117A (en) | Apparatus for optical touch screen | |
JP7566725B2 (en) | DETECTOR FOR DETERMINING THE POSITION OF AT LEAST ONE OBJECT - Patent application | |
JP2013175142A (en) | Coordinate input device and coordinate input system | |
RU2362216C1 (en) | Device for three-dimensional manipulation | |
CN105308548A (en) | Optical touch screens | |
RU2486575C1 (en) | Device to create sensor surface | |
JP5554689B2 (en) | Position and motion determination method and input device | |
JP5368731B2 (en) | Touch panel | |
JP2011081740A (en) | Optical touch panel | |
JP5142797B2 (en) | Touch panel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150608 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160620 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180608 |