DE3836429A1 - Sensor matrix for screens - Google Patents

Sensor matrix for screens

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

Abstract

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

Description

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

Die fortschreitende Verbreitung von Computern in allen Lebensbereichen hat zu Überlegungen geführt, wie sich der Dialog zwischen Mensch und Maschine vereinfachen läßt. Von besonderem Interesse ist dabei der Einsatz von Bildschirmen. Seit einiger Zeit gehen die Bemühungen dahin, die Bildschirme nicht nur für die Ausgabe von Daten zu verwenden, sondern auch für die Eingabe zu verwenden. Dabei hat der Bildschirm gegenüber anderen Eingabegeräten den Vorteil der enormen Flexibilität der Darstellung und Anordnung von z. B. Schalterfeldern.The progressive spread of computers in all Areas of life has led to considerations of how the Simplifies the dialogue between man and machine. From The use of screens is of particular interest. Efforts have been going on for some time now, the screens not only to use for the output of data, but also can also be used for input. The screen has the advantage of enormous compared to other input devices Flexibility of presentation and arrangement of z. B. Switch panels.

Die Eingabe geschieht beispielsweise dadurch, daß der Bediener die Bildschirmoberfläche an einer bestimmten Stelle mit dem Finger berührt.The input occurs, for example, by the operator the screen surface at a certain point with the Touched finger.

Die Erfassung des Berührpunktes geschieht bekannterweise durch ein Raster aus zeilen- und spaltenmäßig angeordneten Lichtschranken, das sich, vom Betrachter aus gesehen, vor dem Bildschirm befindet. Dazu werden am oberen bzw. unteren und am rechten bzw. linken Rand des Bildschirms Lichtquellen und Photodetektoren so angebracht, daß sich ein Raster aus waagerechten und senkrechten Lichtschranken ergibt. Bei einem entsprechenden Abstand der benachbarten Lichtschranken wird der den Bildschirm berührende Finger mindestens je eine waagerechte und senkrechte Lichtschranke unterbrechen. Aus den entsprechenden Ausgangssignalen lassen sich dann die Koordinaten des Berührpunktes ermitteln. As is known, the contact point is recorded by a grid of rows and columns arranged Light barriers, which, seen from the viewer, in front of the Screen. For this purpose, the upper or lower and right or left edge of the screen light sources and Photodetectors attached so that there is a grid horizontal and vertical light barriers. At a corresponding distance between the neighboring light barriers the finger touching the screen becomes at least one Interrupt horizontal and vertical light barriers. From the corresponding output signals, the Determine coordinates of the touch point.  

Bekannte Sensormatrizen dieser Art verwenden Lichtquellen, die einen scharf gebündelten Strahl aussenden und erzeugen damit ein Raster aus waagerechten und senkrechten Strahlen vor dem Bildschirm (deutsche Patentschrift DE 30 25 318 Int. C1. G06F 3/033). Mit dieser Verfahrensweise ist es möglich, einen einzigen Berührpunkt eindeutig zu lokalisieren. Die Geräte sind allerdings überfordert, wenn gleichzeitig mehr als ein Finger die Lichtschranken unterbrechen. Schon bei nur zwei Fingern ergeben sich vier mögliche Positionen zu deren weiterer Analyse mindestens ein drittes Strahlenbündel erforderlich ist. Herkömmliche Geräte verfügen aber nur über 2 Strahlenbündel und sind daher nicht in der Lage, die erforderliche Analyse auszuführen. Die Folge ist entweder eine Fehlbedienung oder die Verweigerung der Akzeptanz der beabsichtigten Eingabe.Known sensor matrices of this type use light sources that emit a sharply focused beam and use it to generate a grid of horizontal and vertical rays in front of the Screen (German patent DE 30 25 318 Int. C1. G06F 3/033). With this procedure it is possible uniquely localize a single touch point. However, the devices are overwhelmed if more at the same time as a finger interrupt the light barriers. Already with only Two fingers result in four possible positions at least a third for further analysis Beam is required. Conventional Devices have only 2 beams and are therefore unable to perform the required analysis. The The result is either incorrect operation or refusal acceptance of the intended input.

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

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

Eine besonders günstige Anordnung der Lichtquellen und Photodetektoren ergibt sich aus Anspruch 2, sie ermöglicht die Erzeugung von zwei Rastern, die zueinander um 45 Grad verdreht sind und ihrerseits jeweils aus zwei zueinander senkrechten Scharen von Lichtschranken bestehen, was zusammen eine sehr einfache und schnelle Berechnung der Koordinaten ermöglicht. A particularly favorable arrangement of the light sources and Photodetectors result from claim 2, it enables creating two grids that are 45 degrees from each other are twisted and in turn each of two to each other vertical groups of light barriers consist of what together a very simple and quick calculation of the coordinates enables.  

Eine besonders günstige Anordnung bezüglich des Schaltungsaufwandes ergibt sich aus Anspruch 3. Hier ist die Anzahl der Lichtquellen drastisch reduziert, was eine starke Vereinfachung der Schaltung bewirkt.A particularly favorable arrangement with regard to the Circuit effort results from claim 3. Here is the Number of light sources drastically reduced, which is a strong one Simplification of the circuit causes.

Aus Anspruch 4 ergibt sich mit Anspruch 1, Anspruch 2 und Anspruch 5 die Möglichkeit, die Lage und die Richtung der Lichtschranken beliebig zu wählen, um bei speziellen Konfigurationen ein Optimum an Verarbeitungsgeschwindigkeit und Erkennungssicherheit zu erreichen.From claim 4 arises with claim 1, claim 2 and Claim 5 the possibility of the location and direction of the Photoelectric barriers to choose arbitrarily to special Configurations an optimal processing speed and to achieve recognition security.

Aus Anspruch 6 ergibt sich eine Vervielfältigung der Anwendungsmöglichkeiten der Sensormatrix nach Anspruch 1. In Verbindung mit einer z. B. bedruckten Unterlage kann sie als robustes, da ohne beweglichen Teile arbeitend, und in Verbindung mit Anspruch 8 als gegen unbeabsichtigte Betätigung geschütztes Eingabewerkzeug verwendet werden. Aus Anspruch 7 ergibt sich auch für den Fall, daß auf eine gleichzeitige Lokalisierung von mehr als einem Finger verzichtet wird, eine Vereinfachung der Schaltungstechnik, da sich eine Erhöhung der Auflösung ohne erhöhte Anzahl von Lichtquellen und Photodetektoren realisieren läßt.Duplication of results from claim 6 Applications of the sensor matrix according to claim 1. In Connection with a z. B. printed document can be used as robust because it works without moving parts, and in Compound with claim 8 as against unintentional Operation protected input tool can be used. From claim 7 also results in the event that on a simultaneous localization of more than one finger there is no simplification of the circuit technology, because an increase in resolution without an increased number of Light sources and photodetectors can be realized.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in erster Linie in der Verbesserung der Bedienbarkeit und der Bedienungssicherheit von Sensormatrizen, die ein Raster von Lichtschranken vor der, dem Betrachter zugewandten Seite eines Bildschirms zur Detektion von Berührungen des Bildschirms benutzen.The advantages that can be achieved with the invention are first Line in improving the usability and the Operational safety of sensor matrices that have a grid of Light barriers in front of the side of a Touch detection screen to use.

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

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

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

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

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

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

Zur Vereinfachung ist jeweils nur eine Lichtquelle und ein Photodetektor gezeichnet.To simplify, there is only one light source and one Drawn photodetector.

Die Lichtstrahlen 5, von denen hier nur einer angedeutet ist, fallen von der Lichtquelle 1 durch ein lichtdurchlässiges Fenster entlang der gestrichelten Linie auf ein weiteres lichtdurchlässiges Fenster und schließlich auf den Photodetektor 2.The light rays 5 , only one of which is indicated here, fall from the light source 1 through a translucent window along the dashed line onto a further translucent window and finally onto the photodetector 2 .

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

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

Zur Verdeutlichung sind die 3 Strahlen 11 einer Lichtquelle 1 gestrichelt eingezeichnet.For clarification, the 3 beams 11 of a light source 1 are shown in dashed lines.

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

Claims (8)

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