SE441870B - Beroringskenslig anordning for anvendning tillsammans med en signalkella - Google Patents

Description

81012252-7 10 15 20 25 30 40 signalkällor, såsom ett katodstrålerör, alstrar en synkroniserad signal, exempelvis en rasteravsökande elektronstrâle, vars posi- tion är känd vid varje tidpunkt. Katodstråleskärmen täcks med en anordning försedd med parallella ytor, såsom en glasplatta, genom vilken det av rastret alstrade ljuset är synligt för betraktaren.

Anordningens kanter är utrustade med fotodíoder som reagerar på det mellan de parallella ytorna fångade ljuset i syfte att ge en utsignal. Genom beröring av anordningens övre yta (dvs genom för- ändring av det till ytan gränsande mediet) vid en punkt, bringas ljuset från katodstrâleskärmens yta att återinträda i anordningen vid denna punkt, varvid det infångas i anordningen till följd av inre totalreflexion. Detta infångade ljus fortplantar sig därefter till anordningens sidor, där fotodioderna detekterar det faktum att ljusetrinfångats. Genom jämförelse av tidpunkten för fotodiod- utsígnalens ändring med positionen för katodstrålerörets raster- strâle är beröríngens exakta ytposition fastställbar. Vid en ut- föringsform täcks glasplattan med ett på något avstånd därifrån liggande transparent membran i syfte att göra anordningen mindre känslig för störinsignaler.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning. Fig. 1 visar en katodstråleskärm täckt med en anordning enligt uppfinningen. Pig. 2 visar schematiskt den täc- kande anordningen under icke berört tillstånd. Pig. 3 visar en Pig. 4 uppfinningen. Fig. 5 och á illustrerar vissa principer för upp- berörd täckningsanordning. visar en annan utföringsform av finningen.

Såsom framgår av fig. 1 arbetar katodstråleröret 20 på känt sätt därigenom att elektroner från elektronkanonen (visas ej) träffar den fosforescerande skärmen i ett sekventiellt mönster, linje för linje uppifrån och nedåt. När elektronerna träffar den fosforescerande ytan blir denna lysande. Fosforescerande bilder uppstår på skärmen under kontroll av elektronstrâlen.

Genom användning av föreliggande uppfinning kan en användare beröra godtycklig punkt på skärmen och beröringens position fast- ställas elektroniskt. För uppnående av detta är katodstråleskär- men täckt med en anordning, exempelvis en glasplatta 10, som har parallella ytor genom vilka ljus från den fosforescerande skärmen kan passera. 7 När katodstråleskärmen projicerar en bild som kräver gensvar från användaren, placerar denne ett finger eller något annat organ 10 15 20 25 30 40 8102252-7 mot plattan 10 vid den valda positionen (exempelvis siffran 6 i fig. 1). När detta sker, kommer såsom beskrives nedan ljus att fångas inuti plattan 10. Detta fångade ljus fortplantar sig till plattans kant och detekteras av fotodioder 101 som härigenom av- ger en utsignal som kan användas för bestämning av beröringens position. Det faktiska fastställandet av beröringens position sker genom bestämning av rörets rasterstråle, och medel för ge- nomförande av detta är kända. Eftersom vid denna utföringsform av uppfinningen utsignalen är en ljuspuls (eller ljuspulser) kan på i och för sig känt sätt ljuspennor användas.

I fig. 2 visas katodstrålerörets rasterstrâle 15 träffa rö- rets 20 skärm, och ljusstràlar 21 från den fosforescerande ytan passerar ut från plattan 10 genom de parallella ytorna 14 och 15.

Det mesta ljuset transmitteras utåt, under det att en del reflek- teras tillbaka mot rörskärmen. Till följd av luftgapet mellan den undre ytan 15 och katodstrâleskärmens framsida, kommer de reflek- terade ljusstrålarna (såsom kommer att diskuteras senare) att ha en brytningsvinkel som är större än den kritiska vinkel som er- fordras för inre totalreflexion och strålarna kommer således inte att fångas inom plattan 10. Dessa reflekterade ljusstrálar, som icke alstras som gensvar på beröring av plattan 10, utgör käl- lor för oönskade störningar eller falska signaler, eftersom de reflekteras fram och äter mellan plattytorna 14 och 15 och kated- strålerörets framplatta i riktning mot fotodioderna 101. Eftersom dessa störstrålar dock inte fångas inom plattan 10 utan upprepat passerar genom dennas ytor, kan de avlägsnas genom användning av ljusabsorberande, exempelvis svarta, plastremsor 102 belägna in- till plattans 10 kanter.

I fig. 3 visas ett finger som anbringar ett tryck vid en plats på anordningens 10 övre yta 14. Fingrets reflexionsegenskaper, liksom en förändring av mediet vid kontaktpunkten, förorsakar så- som beskrives nedan att en del av ljuset fångas mellan ytorna 14 och 15 till följd av inre totalreflexion.

Såsom visas fortplantar sig detta fångade ljus därefter in- uti plattan 10 och träffar fotodioden 101. Observera att ljusab- sorberarna 102 är ineffektiva för absorbering av det fångade lju- set eftersom dessa ljusstrålar ej passerar genom ytorna 14 och 15. De ljusstrålar som infaller mot fotodioden 101 ger således upphov till en utsignal.

Det är av vikt att observera att fotodíoden 101 kan utgöras av varje slag av omvandlingsanordning för omvandling av optiska 8102252-7 10 15 25 40 eller andra signaler till elektrisk energi och att den kan bestå av en enda anordning eller ett flertal individuella anordningar.

Vid vissa applikationer är det tillfyllest med en omvandlare vid en yta, under det att det vid andra applikationer kan vara gynn- samt att anordningen 10 på alla sidor omges med en dylik omvand- lare, som kan ha en enda utgång eller multipelutgångar. Vid vissa applikationer kan omvandlaren kommunicera med plattans 10 kant via en lämplig ljusledare, varvid den således fysiskt kan vara belägen vid någon lämplig plats.

För utjämning av detektorsvaret kan de av plattans kanter (mellan de parallella ytorna 14 och 15) som ej vetter mot detekto- rerna vara överdragna med vit färg eller polerade och försilvrade.

Genom användning av tvåfärgs-känsliga detektorer (såsom röd- och blåkänsliga) kan icke önskade spridningseffekter reduceras.

För genomförande av detta kan fotodetektorernas utsignaler ha olika spektralkänsligheter och blandas på sådant sätt att signa- lerna alstrade från ljus spritt från ofärgade föremål (exempelvis det mesta fett och ytofullkomligheter hos plattan 10) utsläckes.

När detta skett kommer de flesta färgade föremål (t.ex. det mänsk- liga fingret) fortfarande att alstra en väsentlig utsignal.

I vissa fall kan det vara önskvärt att miniatyrjalusier_el- ler andra riktat transparenta material inplaceras mellan bildskär- men 20 och plattan 10 för förbättring av rymdupplösningen. Detta är till speciell nytta när det material som används för fästande av plattan 10 på katodstrâleröret ej har extremt lågt brytnings- index. Även om i denna utföringsform pilar visats på ljusstrâlarna för indikering av viss utbredningsriktning är ljusstrålar som be- kant reversibla, varför en "dual" eller "omkastad" anordning kan åstadkommas till den beskrivna anordningen genom utbyte av foto- detektorn mot en fotoemitterande_anordning och utbyte av den av- sökande bildskärmen mot en avsökt fotodetektorgrupp.

Mycket noggrann elektrisk skärmning är önskvärd för att und- vika elektríska störningar hos fotodetektorernas utsignaler. Om anordningen används med ett katodstrålerör är mycket noggrann elektrisk skärmning önskvärd med tanke på användarens säkerhet.

Speciellt är det till stor hjälp att ett jordplan inplaceras mel- lan katodstrâleröret och fotodetektorerna. Vidare fungerar de ka- todstrålerör bäst, som har fosforjmed kort efterlysningstid.

Vid en annan utföringsform av uppfinningen ligger ovanpå 10 15 20 25 30 35 5 8102252- plattan 10 ett flexibelt, transparent membran 11, exempelvis av kiselgummi (fíg. 4).

Membranet 11 är separerat från plattans 10 övre yta på något lämpligt sätt, exempelvis genom att det är utsträckt mellan stöd eller vilar på kammar, utsprång eller flexibla flikar fördelade över ytan. Denna konstruktion möjliggör att ljus från katodstråle- skärmen kan passera genom membranet och betraktas av användaren.

När katodstråleskärmen projicerar en bild som erfordrar ett gen- svar från användaren, placerar denne ett finger eller något annat föremål mot membranets ytteryta vid den valda positionen.

I fig. 4 visas ett finger som anbringar kraft vid en punkt på membranets 11 övre yta så att detta sänks och kontaktar plat- tans 10 yta 14. Membranet 11 har vid en utföringsform sin yta 12 överdragen med halvtonade, vita punkter med-större reflexionsför- måga för att åstadkomma spridning av ljusstrålarna.

Med membranet nedpressat kommer ljus alstrat vid rörets 20 yta nära nedpressníngsplatsen att passera genom plattan 10 och in i membranet 11 och därefter återreflekteras in i plattan 10.

Såsom kommer att diskuteras senare, kommer en del av dessa reflek- terade ljusstrålar att fångas mellan skärmens 10 ytor 14 och 15 till följd av inre totalreflexion och så småningom nå fotodíoder- na 101.

För att göra anordningen användbarare är de från katodstrâle- röret vettande sidorna av de vita punkterna mattsvarta. Detta hö- jer kontrasten hos den av användaren betraktade katodstrálebildcn, som eljest skulle kunna försämras till följd av reflexion av om- givningsljus från punkterna. Förmörkningen kan ske på ett antal olika sätt: exempelvis oxidering av de blottlagda ytorna, eller genom fotoetsníng av punkterna från ett kombinerat skikt beståen- de av vitt och mörkt material.

Brytning vid en yta mellan media med brytningsindexen X1 och NZ visas i fig. 5. Ljusstrålen A är vinkelrät mot gränsytan och bryts därför ej. Ljusstrålen B infaller mot ytan med en vinkel 91 och reflekteras i enlighet med Snells lag enligt vilken gäller N1 sin 91 = NZ sin G2 (1) Ljusstrålen C närmar sig gränsytan med vinkeln GC som utgör den kritiska vinkeln för inre totalreflexion [92 = 900). Donna kritis- ka vinkel erhålles ur formeln sin GC = NZ/N1 = 1/N1 när NZ = 1 (luft) (Z) 8102252-7 10 15 20 25 30 35 Totalreflekion sker när 91 är större än den kritiska vinkeln, exempelvis såsom visas vid GD. Eftersom sinus för 91 aldrig är större än 1, följer att NZ måste vara mindre än N1 om totalreflex- ion skall äga rum.

I fig. 6 illustreras villkoren för totalreflexion med avse- ende på en anordning, exempelvis plattan 10, med brytningsindexet N och med luft (brytningsindex = 1) vid anordningens ytor. När ljusstrålen A inträder i anordningen 10 från luften, kan inre to- talreflexíon icke ske eftersom brytningsindex vid dess yta avbö- jer ljusstrålen till en vinkel G1 som är mindre än den erforder- liga kritiska vinkeln för inre totalreflexion. Detta följer av de geometriska förhållandena och Snells lag eftersom (5) som för alla vinklar på 91 utom 900 är mindre än 1/N, varför så- sin 61 = sin G2 = sin G0/N ledes 61 är mindre än den kritiska vinkeln för inre totalreflexion.

När luftgapet ovanför plattan 10 elimineras, antingen genom beröring av plattan eller genom pressning av membranet 11 mot _ plattan 10, kan ljusuppfångning inuti plattan 10 uppträda förut- satt att brytningsindexet hos det plattkontaktande mediet är stör- re än 1. Detta illustreras i fig. 6 för~en ljusstråle B där, till följd av lokalt kontaktande av plattans 10 yta, brytningsindexet n för det plattkontaktande mediet ändrats till NO. Inre total- reflexion kan nu uppträda, eftersom de infallande ljusstrålarna nu inte nödvändigtvis bryts till en vinkel som är mindre än den_ kritiska vinkeln inom plattan 10. Detta följer av det faktum att sin 61 = sin 62 = (NO/Njsin G0 som är större än den kritiska vinkeln 1/N när NO sin 60 > 1 (5) Likaså kan en diffust reflekterande kropp (N > 1) i kontakt med en yta hos plattan 10 sprida en ljusstråle, visad vid C i fig. 6, i sådan riktning att den infångas till följd av inre totalreflex- ion. Även om föreliggande beskrivnings huvudpunkt hänför sig till en ljussignal av katodstrålerörstyp, kan uppfinningen även till- lämpas i sådana fall då det är önskvärt att placera en del på en viss plats. Vid ett dylikt arrangemang kan en fix ljuskälla an- vändas vid den önskade platsen och delen förflyttas mekaniskt el- ler på annat sätt för att göra kontakt med det flexibla membranet. 10 15 20 25 30 35 40 8102252-7 När kontakt sker vid den plats där ljuset är fokuserat, uppträder inre totalreflexion. Denna inre totalreflexion blir synlig för en person som betraktar anordningen. Således kan anordníngen vara an- vändbar för fastställande av yttillståndet hos en skärm eller an- nan anordning. Den i enlighet med uppfinningen utförda anordning- en kan även konstrueras under användning av enbart det flexibla membranet, med fotodioder kopplade till dettas kanter. Om membra- net är beläget nära katodstrålerörets yta men är separerat från denna av ett luftgap kommer ljus från katodstràleröret att passe- ra genom membranet utan att nå dioderna. Om däremot membranet vid någon punkt böjs till kontakt med katodstrálerörets yta, kommer en del ljusstrålar från katodstràleröret att infângas, träffa fotodioden och ge upphov till en utsignal, som liksom tidigare kan användas för positionsbestämning. För att förbättra denna anordning kan man över det första membranet lägga ett andra, del- vis ljusabsorberande membran med mindre brytningsindex. Ljus kom- mer fortfarande att uppfångas i det första membranet, men verkan av olja och andra föroreningar på anordningens utsida kommer att reduceras.

Det inses även att signalerna kan vara ljus eller elektro- niska så länge som de lyder de beskrivna fysikaliska fenomenen.

Vidare är det uppenbart att fackmannen kan finna många tillämp- ningar och utföra mànga modifieringar av föreliggande uppfinning; den kan konstrueras som separat anordning för samverkan med ett befintligt katodstrålerör eller också kan den utföras som del av själva implosionsskärmen. Vidare kan det infângade ljuset bort- föras från anordningen med en godtycklig ljusanordning såsom exem- pelvis fiberoptik eller ljusrör.

Vid användning av uppfinningen inom det grafiska området och under hänsynstagande till att multipelpositioner kan detekteras, skulle en användare kunna rotera en form genom att beröra två punkter och vrida dem kring varandra. En användare skulle kunna rikta in en linje genom samtidig positionering av dennas båda ändpunkter; eller också skulle en kvadratkurva kunna specificeras genom angivande av tre punkter utefter kurvbanan. Områden skulle kunna färgas eller skuggas genom beröring av dem, samtidigt som kuddar indikerande dessa egenskaper samtidigt berördes.

Vid ordbehandling skulle en glasplatta med ommärkningsbara tangenter kunna tillhandahålla en skifttangent som skulle kunna nedtryckas tillsammans med andra tangenter. En textredigerare '8102252-7 10 15 20 25 40 skulle kunna kombinera markörstyrning och "touch"-tangenter på samma skärm, och tangenterna kan härvid nedtryckas samtidigt som nämnda markör förflyttas (exempelvis för ändring av stilart).

Uppfinningen kan även användas för att skilja mellan olika kraftnivåer. Grafiskt skulle denna kraftsärskiljning indikeras genom olika skuggningsgrad, men den skulle även kunna överföras till linjär hastighet eller rotationshastighet.

Kraftdiskriminering skulle även kunna användas för elimine- ring av parallaxeffekter; markörpositionen skulle kunna indikeras på skärmen när användaren förflyttade sitt finger över skärmen, och användaren skulle helt enkelt trycka hårdare när önskad posi- tion nåtts.

Det skulle ävenledes vara fördelaktigt att göra det flexibla överdraget genomskinligt och bakifrån fokusera en bild på detsam- ma med en projektionstelevionsapparat. Detta ger en display med stor yta.och fokuseringen leder till kraftig rymdupplösning.

Eftersom uppfinningen inbegriper detektering av ljus alstrat vid den punkt som användaren berör på katodstråleskärmen, skulle såsom redan nämnts arrangemang liknande de som utnyttjas vid ljus- pennor kunna användas för bestämning av det berörda stället. Pro- blem föreligger emellertid i det att ofhllkomligheter i skärmens yta, smuts, fettansamling och geometriska förvrängningar samtliga kombineras med varandra så att viss inre totalreflexion uppträder vid alla tidpunkter, alltså även när ingen beröring sker. Resul- tatet är att fotodetektorerna alstrar avsevärda utsígnaler vid alla tidpunkter då rasterstrâlen ritar upp ljusa områden på kated- strâleskärmen.

Dessa problem är komplicerade eftersom för varje rastercykel utvägformen har ett icke konstant värde som resulterar i en signal som vid en given punkt kan ha större storlek, utan att beröring föreligger, än en andel av utsignalen vid förekomst av beröring.

Sålunda är det icke alltid praktiskt att helt enkelt mäta signal- nivån vid fotodiodutgången för att detektera en beröringssignal.

Ett sätt att lösa detta problem är genom användning av ett arrange- mang, benämnt samplingspunktsystem, som delvis grundar sig pâ att meningsfull beröring endast kan förekomma vid en av en grupp spe- cificerade beröringspunkter i enlighet med mönstret bíldat på ka- todstråleskärmens yta. Katodstråleskärmen är således uppdelad i icke-permanenta platser betecknade beröringsområden och icke-be- röringsområden. Dessa områden kan förändras allt efter behov och 10 15 20 25 8102252-7 kan i varje tidpunkt bestå antingen av en enda beröringspunkt el- ler av flera beröringspunkter eller -områden spridda över skärmen.

Koordinaterna för dessa beröringsområden lagras i ett minne, och endast signaler alstrade när rasterstrålen befinner sig inom de definierade beröringsomràdena beaktas av samplingspunktsystemet.

Under de tider då rasterstrålen befinner sig inom ett defi- nierat beröringsområde, samplar nämnda system fotodiodernas utsig- nal på tidsdefinierwdbasis. Signalvärdena vid varje definierad tidpunkt lagras i ett minne. Samplingen och lagringen står i tids- överensstämmelse med katodstràlerörets rasterstråle så att drift av videobilden icke förorsakar några problem.

Samplingspunktsystemet samplar fotodiodsignalen vid alla tid- punkter då rasterstrålen passerar genom katodstråleskärmlägen som ligger inom de definierade beröringsomrâdena. Denna sampling ut- föres för flera successiva rastercykler, och medelvärdesresultatet för varje rasterposition lagras i en separat minnesplats. Detta sker med tillräckligt snabb hastighet för att alla samplingar är fullbordade innan den första beröringen kan uppträda. Varje gäng rasterstrålen uppritar ett bildfält på katodstrâlerörets skärm samplas därefter fotodiodutsignalen svarande mot varje berörings- område, och varje tidpunkts sampling jämföres med den tidigare lagrade medelsamplingen vid icke berört omrâde för denna tid. När en av de jämförda samplingarna ökar till sin storlek (missanpass- ning) jämfört med den tidigare lagrade samplingen, genereras en beröringssignal. Eftersom missanpassningens läge i minnet motsva- rar en känd position på katodstråleskärmen, är beröringspunktens läge på skärmen exakt känd.

Claims (7)

1. 0 8102252-7 Patentkrav J. Beröringskänslig anordning för användning tillsammans med en signalkälla (CRT), k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar organ (10) med på avstånd från varandra liggande ytor (lä, 15) anordnade så att signaler från signalkällan införes mel- lan dessa ytor och uppfångas mellan dem medelst inre totalreflexion som följd av en förändring i ett medium gränsande till den ena (lä) av ytorna, i syfte att åstadkomma en förändringen indikerande ut- signal.

2. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mediumförändring uppträder som resultat av att nämnda ena yta beröres.

3. Anordning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d av ett flexibelt överdrag (ll) intill nämnda ena yta, vilket överdrag är inrättat att utböjas till kontakt med nämnda ena yta i syfte att åstadkomma medíumförändringen såsom gensvar på att överdraget beröres. A.

4. Anordning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d av att det med nämnda ytor försedda organet är flexibelt och såsom gensvar på beröring utböjes i syfte att åstadkomma mediumföränd- ringen. '

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av signalorgan (101) kommunicerande med ett område mellan nämnda ytor i och för avgivande av nämnda utsignal när sig- nalerna införes mellan ytorna.

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att de från signalkällan härrörande signalerna bringas passera över nämnda ytor, varjämte anordningen innefattar organ för koordinering av dessa signalers position med utsignalen i syfte att bestämma beröringens läge.

7. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att signalkällan utgöres av ett katodstråle- rör. __--.. a.- _ 7 . _~--1-»