DE19720925B4 - Device for entering information by means of an object approaching the device - Google Patents
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Abstract
Einrichtung zur Eingabe von Informationen mittels eines sich der Einrichtung nähernden Gegenstandes (5), bei welcher einem Raster aus lichtemittierenden Bildschirmelementen (6) ein Raster aus Photodetektoren (8) und ein Raster aus Linsen (9) zugeordnet ist, und die Linsen (9), die Bildschirmelemente (6) und die Photodetektoren derart beabstandet sind, dass das emittierte Licht nicht fokussiert wird und dass das von mindestens einem der Bildschirmelemente (6) emittierte und von dem sich der Einrichtung nähernden Gegenstand (5) reflektierte Licht auf mindestens einen der Photodetektoren (8) fokussiert wird, und Ausgangssignale der Photodetektoren (8) einer Auswerteeinrichtung (16, 19) zuführbar sind zur Gewinnung von Informationen, welche der Photodetektoren (8) reflektiertes Licht empfangen.Device for entering information by means of an object (5) approaching the device, in which a grid of light-emitting screen elements (6) is assigned a grid of photodetectors (8) and a grid of lenses (9), and the lenses (9) , the screen elements (6) and the photodetectors are spaced such that the emitted light is not focused and that the light emitted by at least one of the screen elements (6) and reflected by the object (5) approaching the device onto at least one of the photodetectors (8) is focused, and output signals of the photodetectors (8) can be fed to an evaluation device (16, 19) in order to obtain information about which of the photodetectors (8) receive reflected light.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Eingabe von Informationen mittels eines sich der Einrichtung nähernden Gegenstandes.The invention relates to a device for entering information by means of a facility approaching Object.
Zur Eingabe von Informationen im Zusammenhang mit einem Bildschirm sind verschiedene Einrichtungen bekannt. geworden. So ist es beispielsweise bekannt, mit einem sogenannten Lichtgriffel auf einen Bildschirm zu zeigen. In der Spitze des Lichtgriffels ist ein Photodetektor angeordnet, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Schreibstrahl des Bildschirms die vom Photodetektor erfasste Fläche des Bildschirms überstreicht. Aus der zeitlichen Lage dieses Signals kann auf den Ort des Lichtgriffels geschlossen werden. Damit kann einerseits ein Bilddetail markiert und andererseits auch auf dem Bildschirm geschrieben werden.For entering information in the Various devices are associated with a screen known. become. For example, it is known with a so-called Pointing light pen at a screen. In the tip of the light pen a photodetector is arranged which emits an output signal, when the writing beam from the screen detects that from the photodetector area of the screen. The location of the light pen can be determined from the temporal position of this signal getting closed. On the one hand, this allows an image detail to be marked and on the other hand can also be written on the screen.
Weitere Einrichtungen zur Eingabe von Informationen im Zusammenhang mit einem Bildschirm sind sogenannte Touch-Screen-Vorrichtungen, die druckempfindlich sind oder kapazitiv arbeiten. Derartige Vorrichtungen werden heute von Bauteilherstellern als Zusatz für Bildröhren und Flachbildschirme angeboten, beispielsweise im Katalog Elektronika, München 1995. Die Kapazitätsmessung, Druck- oder Widerstandsänderung in der auf den Bildschirm aufgelegten matrix-adressierten Folienfläche wird dabei mit entsprechenden Rechenprogrammen identifiziert und den in Masken unterlegten Funktionen und Informationen oder Programmschritten zugewiesen.Other facilities for input of information related to a screen are so-called Touch-screen devices, that are sensitive to pressure or work capacitively. Such devices are now offered by component manufacturers as an add-on for picture tubes and flat screens, for example in the Elektronika catalog, Munich 1995. The capacity measurement, Change in pressure or resistance in the matrix-addressed film surface placed on the screen identified with appropriate computer programs and the functions and information or program steps highlighted in masks assigned.
Aus
Aus der
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Eingabe von Informationen mittels eines sich der Einrichtung nähernden Gegenstandes anzugeben, die sowohl als autarke Einrichtung als auch als Zusatz für einen Bildschirm herstellbar ist und bei welcher die Eingabe von Informationen bereits durch die Annäherung eines Gegenstandes möglich ist.Object of the present invention is a facility for entering information by means of a approaching the facility Specify subject matter, both as a self-sufficient facility as well as an addition for a screen can be produced and in which the input of information already through the rapprochement of an object possible is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einem Raster aus lichtemittierenden Bildschirmelementen ein Raster aus Photodetektoren und ein Raster aus Linsen zugeordnet ist, dass die Linsen, die Bildschirmelemente und die Photodetektoren derart beabstandet sind, dass das emittierte Licht nicht fokussiert wird und dass das von mindestens einem der Bildschirmelemente emittierte und von dem sich der Einrichtung nähernden Gegenstand reflektierte Licht auf mindestens einen der Photodetektoren fokussiert wird, und dass Ausgangssignale der Photodetektoren einer Auswerteeinrichtung zuführbar sind zur Gewinnung von Informationen, welche der Photodetektoren reflektiertes Licht empfangen.This object is achieved according to the invention solved, that a grid of light-emitting screen elements Assigned a grid of photodetectors and a grid of lenses is that the lenses, the screen elements and the photodetectors are spaced such that the emitted light is not focused and that that is emitted by at least one of the screen elements and of the one approaching the facility Object reflected light on at least one of the photodetectors is focused, and that output signals of the photodetectors one Evaluation device can be supplied are used to obtain information about which of the photodetectors receive reflected light.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht die Eingabe von vorgegebenen Informationen durch Draufzeigen. Die Eingabe wird durch das gesteuerte Zusammenspiel der Bildwiedergabe-Funktion und der Bildaufnahme-Funktion in der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielt. Die auswählbaren Informationen werden dabei über die Bildwiedergabe-Funktion des Bildschirmes programmiert ausgegeben und stehen als bestehendes Bild mit unterschiedlichen Helligkeiten und gegebenenfalls Farben auf dem Bildschirm. Mit dem Finger oder einem reflektierenden Gegenstand kann die Information ausgewählt werden, in dem man auf den Bereich, in dem sie dargestellt ist, deutet und dabei den Finger nahe an den Bildschirm bringt. Dabei ist die Verwendung eines lichtaussendenden Zeigers ebenfalls möglich.The device according to the invention enables Entry of given information by pointing at it. The input is controlled by the interaction of the image playback function and the image recording function in the device according to the invention achieved. The selectable Information is about the image display function of the screen is programmed and stand as an existing image with different brightness and possibly colors on the screen. With your finger or the information can be selected for a reflective object, in which one points to the area in which it is represented and brings your finger close to the screen. The use of a light emitting pointer also possible.
Die Zahl der Photodetektoren und der lichtemittierenden Bildschirmelemente kann je nach Bedarf gewählt werden. Zur Darstellung von Bildern, an deren Auflösung ein Betrachter gewöhnt ist und die einen hohen Informationsgehalt aufweisen, können die von der Fernsehtechnik und von Computer-Bildschirmen gewohnten Zahlen von Bildschirmelementen verwendet werden – beispielsweise 600 × 800. Durch eine großflächige Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, beispielsweise im DIN-A4-Format, sind die Anforderungen an die lithographischen Verfahren und ihre Auflösung geringer und damit die Kosten der Herstellungsmaschinen relativ gering. Diese können auch in Abwandlung herkömmlicher Druckmaschinen realisiert werden.The number of photodetectors and the light-emitting screen elements can be selected as required. To display images that a viewer is used to the resolution of and which have a high information content, can numbers familiar from television technology and computer screens of screen elements are used - for example 600 × 800. By a large-scale version of the device according to the invention, for example in A4 format, are the requirements for the lithographic Procedure and its resolution lower and thus the cost of the manufacturing machines relative low. these can also in a modification of conventional ones Printing machines can be realized.
Als emittierende Bildschirmelemente können die bei Bildröhren üblichen Phosphore verwendet werden, die von jeweils mit Abstand angeordneten und mit entsprechender Spannung beaufschlagten Elektronenquellen mit Elektronen bestrahlt werden. Die Elektronenquellen sind vorzugsweise Feldemitteranordnungen, die durch Korpuskularstrahl-Deposition hergestellt werden können.The phosphors customary in picture tubes can be used as emitting screen elements, which are arranged at a distance from each other and acted upon with a corresponding voltage Electron sources are irradiated with electrons. The electron sources are preferably field emitter arrangements that can be produced by corpuscular beam deposition.
Die Photodetektoren können aus nanokristallinem Verbundmaterial bestehen, das durch korpuskularstrahl-induzierte Deposition hergestellt wird und in der deutschen Patentanmeldung 196 21 175.1 beschrieben ist.The photodetectors can be made nanocrystalline composite material, which is induced by corpuscular beam Deposition is produced and in the German patent application 196 21 175.1 is described.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, daß jeweils einem lichtemittierenden Bildschirmelement ein Photodetektor zugeordnet ist. Es sind je nach Erfordernissen im einzelnen jedoch auch unterschiedliche Zahlen von Bildschirmelementen und Photodetektoren möglich.Preferably in the device according to the invention provided that each a photodetector is assigned to a light-emitting screen element is. Depending on the requirements, however, they are also different Numbers of screen elements and photodetectors possible.
Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung als "flache Kamera" ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch möglich, daß vor jeweils einem Photodetektor eine Sammellinse angeordnet ist.A use of the device according to the invention as a "flat camera" is according to one Embodiment of the invention possible in that in front of a photodetector a converging lens is arranged.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß für jeweils von einer wiedergegebenen Maske gebildete Bildschirm-Bereiche die von den darin befindlichen Photodetektoren gemessene Intensität mit einer bekannten Hintergrundintensität verglichen wird und daß bei Überschreiten der Hintergrundintensität eine Annäherung des Gegenstandes festgestellt wird.A further development of the device according to the invention is that for each screen areas formed by a reproduced mask intensity measured by the photodetectors therein with a known background intensity is compared and that when exceeded the background intensity an approximation of the Object is determined.
Bei dieser Weiterbildung wird die störende Wirkung von Streulicht vermieden, das einerseits von außen eindringt und andererseits durch die lichtemittierenden Bildschirmelemente selbst verursacht wird.With this training the disruptive effect Avoiding stray light that penetrates from the outside on the one hand and on the other hand caused by the light emitting screen elements themselves becomes.
Die Weiterbildung kann vorzugsweise derart ausgebildet sein, daß die Hintergrundintensität während Zeiten, in denen sich der Gegenstand nicht der Einrichtung nähert, gemessen und in einem Speicher abgelegt wird, wobei in vorteilhafter Weise zum Vergleich und zur Feststellung ein Rechner mit Bildvergleichs-Routinen vorgesehen ist.The training can preferably be designed such that the Background intensity while Times when the item does not approach the facility measured and is stored in a memory, advantageously for comparison and to determine a computer with image comparison routines is provided.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß ein Speicher für mindestens eine Maske vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Maske derart gestaltet ist, daß diejenigen Bereiche der lichtemittierenden Bildschirmelemente, in welchen eine Eingabe möglich sein soll, mindestens eine vorgegebene Lichtintensität abstrahlen. Damit ist sichergestellt, daß im Bereich derjenigen Photodetektoren, die eine Eingabe feststellen sollen, auch genügend Licht zum Reflektieren vorhanden ist.A particularly advantageous embodiment of the Further development of the invention is that a memory for at least a mask is provided, the mask preferably being designed in such a way that those Areas of the light-emitting screen elements in which a Entry possible should be emitting at least a predetermined light intensity. This ensures that in the area of the photodetectors that are to determine an input, also enough There is light for reflection.
Um jedoch zu vermeiden, daß das von den Bildschirmelementen emittierte Licht ebenfalls in die Photodetektoren gelangt, und die Auswertung stört, kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen sein, daß die Photodetektoren gegenüber den lichtemittierenden Bildschirmelementen durch eine lichtundurchlässige Schicht abgeschirmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung auch vorgesehen sein, daß jeweils innerhalb der Bereiche diejenigen Bildschirmelemente, die sich in unmittelbarer Nähe von Photodetektoren befinden, aus deren Ausgangssignalen Informationen gewonnen werden, eine geringere oder keine Lichtintensität abstrahlen. Durch das sich von den Bildschirmelementen ungerichtet ausbreitende Licht ist trotzdem eine genügende Beleuchtung des Gegenstandes vor den Linsen vor den Photodetektoren sichergestellt.However, in order to avoid that the screen elements also emitted light into the photodetectors arrives, and interferes with the evaluation in the device according to the invention be provided that the Opposite photodetectors the light-emitting screen elements through an opaque layer be shielded. additionally or alternatively can also be provided in the device according to the invention be within each the areas of those screen elements that are in immediate near Photodetectors are located, from their output signals information be obtained, emit less or no light intensity. Because of the undirected spreading of the screen elements Light is still enough Illumination of the object in front of the lenses in front of the photodetectors ensured.
Eine weitere Trennung zwischen Umgebungslicht und dem von den Bildschirmelementen für die Zwecke der Eingabe emittierten Licht kann gemäß einer anderen Ausgestaltung dadurch erfolgen, daß das von den Bildschirmelementen emittierte Licht moduliert ist und daß die Ausgangssignale der Photodetektoren über Filter geleitet werden, die für das Modulationssignal durchlässig sind.Another separation between ambient light and that emitted by the screen elements for the purposes of input According to one another embodiment in that the light emitted by the screen elements is modulated and that the Output signals of the photodetectors are passed through filters, the for that Modulation signal permeable are.
Diese Maßnahme kann dadurch, daß für verschiedene Bereiche verschiedene Modulationssignale und verschiedene Filter vorgesehen sind, auch zur weiteren Ortsselektion verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung nicht nur zur Auswertung eines einzelnen sich nähernden Gegenstandes, sondern auch zur Auswertung mehrerer Gegenstände in der Lage ist.This measure can be done in that for different Areas of different modulation signals and different filters are also used for further location selection. In this context, it should also be noted that the device according to the invention not only for the evaluation of a single approaching object, but is also capable of evaluating several objects.
Ferner kann die erfindungsgemäße Einrichtung nicht nur zur Eingabe von Informationen, sondern auch zur Darstellung beliebiger Bilder und zur Aufnahme von Bildern von Gegenständen, die vor die erfindungsgemäße Einrichtung gebracht werden, verwendet werden. Bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist daher ein Betrieb in drei Phasen vorgesehen, wobei
- – während einer ersten Phase die Bildschirmelemente zur Wiedergabe eines Bildes angesteuert werden,
- – in einer zweiten Phase die Bildschirmelemente kein Licht emittieren, während die Ausgangssignale der Photodetektoren zur Bildaufnahme ausgewertet werden und
- – in einer dritten Phase die Bildschirmelemente Licht emittieren und die Ausgangssignale der Photodetektoren zur Gewinnung der einzugebenden Informationen ausgewertet werden.
- During a first phase, the screen elements are controlled to display an image,
- - In a second phase, the screen elements do not emit any light, while the output signals of the photodetectors are evaluated for image recording and
- - In a third phase, the screen elements emit light and the output signals of the photodetectors are evaluated to obtain the information to be entered.
Wird die Kamera-Funktion nicht benötigt, so kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch ohne weiteres mit zwei Phasen, nämlich der ersten und der dritten Phase betrieben werden.If the camera function is not required, it can the device according to the invention also with two phases, namely the first and the third Phase operated.
Diese Weiterbildung der Erfindung ist vorzugsweise derart ausgelegt, daß die Wiederholfrequenz der drei bzw. zwei Phasen größer als die vom menschlichen Auge wahrnehmbare Flimmerfrequenz ist und/oder daß die Dauer der dritten Phase wesentlich geringer ist als die Dauer der ersten Phase. Damit wird eine flimmerfreie Wiedergabe des Bildes sichergestellt, die weitgehend frei von Störungen durch die während der Eingabe-Phase dargestellte Maske ist.This development of the invention is preferably designed such that the repetition frequency of the three or two phases greater than is the flicker frequency perceivable by the human eye and / or that the The duration of the third phase is significantly less than the duration of the first phase. This will make the picture flicker-free ensured the largely free of interference from during the Input phase is shown.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann einerseits als eigenständige Einheit durch die Ausbildung als plattenförmiger Körper, in welchem sowohl die lichtemittierenden Bildschirmelemente als auch die Photodetektoren angeordnet sind, ausgebildet sein. Es ist jedoch andererseits auch eine Nachrüstung von bestehenden Bildschirmen möglich durch die Ausbildung als Folie, welche die Photodetektoren und Leiterbahnen zur Ableitung der Ausgangssignale der Photodetektoren enthält und die auf einen Bildschirm aufbringbar ist, der die lichtemittierenden Bildschirmelemente enthält.The device according to the invention can on the other hand, as an independent unit through the design as a plate-shaped body, in which both the light-emitting screen elements and the photodetectors are arranged. On the other hand, it is also possible to retrofit existing screens by designing them as a film which contains the photodetectors and conductor tracks for deriving the output signals of the photodetectors and which can be applied to a screen which contains the light-emitting screen elements.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are shown in the drawing using several figures and in the description below explained. It shows:
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Auf der Glasplatte
Die Intensität des von den Bildschirmelementen
Die Signale der Photodetektoren
Um zu verhindern, dass das von den
Bildschirmelementen in Richtung auf die Glasplatte
Eine andere Möglichkeiten zur Verhinderung von Beeinträchtigungen der Auswertung durch von den Bildschirmelementen nach hinten abgestrahltes Licht besteht darin, diejenigen Bildschirmelemente, die vor einem oder mehreren Photodetektoren angeordnet sind, deren Signale ausgewertet werden sollen, nicht anzusteuern. Ein vor diese Photodetektoren gelangender Gegenstand wird wegen des großen Abstrahlwinkels der emittierenden benachbarten Bildschirmelemente auch ausreichend beleuchtet.Another way to prevent impairments the evaluation by light emitted to the rear by the screen elements consists of those screen elements that appear before or several photodetectors are arranged, whose signals are evaluated should not be controlled. One in front of these photodetectors The object that arrives is emitted due to the large beam angle neighboring screen elements are also adequately illuminated.
Schließlich ist die Kompensation des nach hinten emittierten Lichts gleichzeitig mit von außen einfallendem Licht, das nicht von einem in die Nähe gebrachten Gegenstand reflektiert wird, dadurch möglich, daß in einer Justierphase – d.h., wenn kein Gegenstand in der Nähe der erfindungsgemäßen Einrichtung ist – die Ausgangssignale der Photodetektoren gemessen und gespeichert werden. Zur Anzeige von sich nähernden Gegenständen ist dann lediglich ein Vergleich mit den gespeicherten Werten erforderlich.Finally, the compensation of the light emitted to the rear at the same time as that from outside Light that does not reflect from a nearby object becomes possible that in an adjustment phase - i.e., if there is no object nearby the device according to the invention is the Output signals from the photodetectors are measured and stored. To display approaching objects a comparison with the stored values is then only necessary.
Bei der schematischen Darstellung
der Ansteuer- und Auswerteschaltungen wird davon ausgegangen, daß es für viele
Anwendungszwecke vorteilhaft ist, wenn sich das für einen
Benutzer sichtbare Bild von einer Maske unterscheidet, die mit Hilfe
der Bildschirmelemente nur dargestellt wird, um günstige optische
Voraussetzungen für
die Auswertung der Ausgangssignale der Photodetektoren zu haben. Deshalb
sind zur Ansteuerung des Bildschirms
Während
eines größten Teils
der Bildperiode von beispielsweise 1/60 Sekunde wird das Bild, wie bei
der Wiedergabe von Videosignalen üblich, geschrieben. Während dieser
Zeit befindet sich der Umschalter
Während
der restlichen Zeit wird der Umschalter in die untere Stellung gebracht,
so daß kurzzeitig
eine in einem als andere Quelle wirkenden Speicher
Die Maske kann auch durchaus zeitlich veränderlich sein, so daß die Intensität der Bildschirmelemente moduliert wird. Damit kann Fremdlichteinfluß kompensiert werden. Ist die Modulation ortsabhängig, kann eine zusätzliche Information über den Ort des sich nähernden Gegenstandes erzeugt werden.The mask can also be timed mutable be so that the intensity the screen elements is modulated. This can compensate for the influence of extraneous light become. If the modulation is location-dependent, an additional information about the place of approaching Object are generated.
Ein Prozessor
Die
Während
der Eingabephase wird die in
Die in
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