DE102006046007A1

DE102006046007A1 - Optischer Schieber für Eingabevorrichtungen

Info

Publication number: DE102006046007A1
Application number: DE102006046007A
Authority: DE
Inventors: Alain Tabasso; Sergio Lazzarotto; Patrick Monney; Daniel Bonanno; Nicolas Chauvin; Olivier Mathis; Florian Kehlstadt; Marc A. Bidiville; Laurent Plancherel; Jean-Luc Dupraz; Maxime Marini
Original assignee: Logitech Europe SA
Current assignee: Logitech Europe SA
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-11-08
Also published as: US20070018970A1

Abstract

Ein optischer Rückkopplungsmechanismus entsprechend einer Änderung der Eingabe durch einen Zeigefinger eines Benutzers an einem Eingabeelement. Die Änderung der Eingabe kann die Bewegung durch den Finger des Benutzers oder eine Änderung der Menge an Druck oder Kraft, der/die auf eine Taste aufgebracht wird, sein. In einem Ausführungsbeispiel ist die optische Rückkopplung eine lineare Lichtanordnung benachbart zu einem Festkörper-Bildlauf/Zoom-Sensor, wobei das Licht der Fingerposition entspricht. Alternativ könnte eine Festkörpertaste eine Rückkopplung entsprechend der Menge an Druck in Form einer Änderung der Intensität, Farbe oder von Blinken liefern. In einem Ausführungsbeispiel wechselt das Eingangssignal von einem Eingabeelement zwischen einem Bildlauf, Zoomen und/oder anderen Funktionen in Abhängigkeit von der aktuellen Anwendung ab.

Description

RÜCKVERWEISUNGEN AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung ist eine nicht vorläufige von und beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/22 180, eingereicht am 29. September 2005, und ist eine Teilfortführung der US-Patentanmeldung Nr. 10/025 838, eingereicht am 18. Dezember 2001, "Pointing Device With Solid State Roller", die alle durch den Hinweis für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorrückkopplung, insbesondere eine optische Rückkopplung zum Bildlauf/Zoomen von Festkörpersensoren.
Herkömmliche Sensoren (Kippschalter, Drucktaste oder Potentiometer) wurden in vielen Vorrichtungen durch Festkörper-(nicht bewegliche) Sensoren ersetzt. Beispiele umfassen Kraft- oder Druckabtastelemente, kapazitive Sensoren und optische Sensoren. Optische Sensoren können Tasten, zweidimensionale Berührungsbildschirme oder eindimensionale Bildschirme zum Zoomen usw. sein. Optische Berührungsbildschirme werden manchmal als Mausersatz verwendet. Optische Berührungsbildschirme weisen typischerweise eine Reihe und Spalte von LEDs auf, die einer Reihe und Spalte von Phototransistoren zum Erfassen der X-Y-Koordinaten des Fingers, der den Bildschirm berührt, gegenüberliegen.
Die veröffentlichte US-Anmeldung Nr. 2004/0046741 von Apple Computer zeigt eine Bildlaufvorrichtung auf optischer Basis an einer Maus. Ein Lichtemitter (IR-LED) reflektiert Licht an einem Fenster, das sich nur etwa irgendwo an der Maus befinden kann, auf einen oder mehrere Photodetektoren (vier sind gezeigt). Ein taktiles Merkmal am optischen Berührungsfeld oder eine Audiovorrichtung ist für die Benutzerrückkopplung beschrieben. Sowohl ein vertikaler als auch horizontaler Bildlauf sind beschrieben.
http://www.tsitouch.com/touch.php ist ein Hersteller von optischen Berührungsbildschirmen und hat eine Beschreibung des Arbeitsprinzips auf seiner Website. Ein weiteres Beispiel ist auf http://www.elotouch.com/products/cttec/default.asp zu finden.
Ein Beispiel eines Patents eines optischen Berührungsfeldes unter Verwendung von moduliertem Licht ist das US-Pat. Nr. 4 893 120. Die Anzeigeoberfläche umgeben eine Mehrzahl von Lichtemissionselementen und Lichtempfangselementen. Diese Elemente sind so angeordnet, dass die Lichtwege, die durch ausgewählte Paare von Lichtemissions- und Lichtempfangselementen festgelegt sind, die Anzeigeoberfläche kreuzen und ein Gitter von sich schneidenden Lichtwegen festlegen. Eine Abtastschaltung aktiviert nacheinander ausgewählte Paare der Lichtemissions- und Lichtempfangselemente, was die Amplitude des emittierten Lichts gemäß einem vorbestimmten Muster moduliert. Es beschreibt die Verwendung von mehreren Lichtempfängern, die mit einem einzelnen Emitter gepaart sind, und umgekehrt. Andere ähnliche Patente über optische Berührungsfelder sind US-Pat. 5 162 783, Nr. 6 495 832 (die verschachtelte Sender und Empfänger auf beiden Seiten von gegenüberliegenden Schienen in einem Ausführungsbeispiel zeigen, um sich der Umgebungslichtinterferenz zuzuwenden), Nr. 6 927 384 (mit einer Erwähnung eines eindimensionalen optischen Berührungsfeldes, wie z.B. für die Lautstärke- oder Zoomsteuerung, zwei Emittern mit einem Empfänger, einem Hochpassfilter, um Umgebungslicht zu entfernen) und Nr. 6 961 051.
Ein Beispiel eines Bedienfeldes mit einem optischen Sensor, das wie ein Berührungsfeld an einem Laptopcomputer eingebaut werden kann, ist im US-Pat. Nr. 6 872 931 gezeigt. Dies verwendet Laserdioden und einen Doppler-Effekt, um eine Fingerbewegung zu verfolgen. Mehrere Laserdioden können für mehrere Bewegungsachsen verwendet werden und in einem Ausführungsbeispiel wird ein einzelner Photodetektor verwendet und die Laserdioden werden abwechselnd aktiviert (Spalte 15).
Das US-Pat. Nr. 6 496 180 zeigt einen Schieber an einer Maus, wobei eine LED am Schieber angebracht ist. Der Schieber wird an einer Reihe von Photodetektoren vorbei bewegt, die Licht von der LED erfassen, um den Ort des Schiebers zu ermitteln.
Das US-Pat. Nr. 6 552 713 zeigt eine optische Cursorsteuerung, die in ein Laptop wie ein Berührungsfeld, jedoch mit optischer Erfassung der Fingerposition für die Cursorsteuerung, eingebaut ist.
Das US-Pat. Nr. 6 724 366 zeigt in 10A–C einen optischen Schalter an einer durch den Daumen betätigen x-y-Eingabevorrichtung. Ein Infrarotlichtstrahl wird durch einen Finger beim Tastendruck unterbrochen, um einen Schalter zu aktivieren. Dieses Patent beschreibt weiterhin die Verwendung von zwei Schaltern, um einen Aufwärts/Abwärts-Bildlauf vorzusehen, in Kombination mit einem Kantenbildlaufbereich auf einem Berührungsfeld.
Andere Patente, die optische Berührungsfelder betreffen, umfassen US-Pat. Nr. 4 672 364, Nr. 4 841 141, Nr. 4 891 508, Nr. 4 893 120, Nr. 4 904 857, Nr. 4 928 094, Nr. 5 579 035.
Festkörpertasten (gewöhnlich kapazitiv) werden umfangreich in Hubvorrichtungen verwendet und umfassen eine visuelle Rückkopplung (manchmal zusätzlich zu akustisch). Ein Beispiel einer optischen Taste ist im US-Pat. Nr. 6 724 366 (10) gezeigt. Dieses Patent zeigt auch die Verwendung einer Fokussierlinse, um emittierte Laserstrahlen an einem Fenster zu bündeln, wo ein Finger erfasst wird. Es beschreibt auch eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung zum Bildlauf mit einer Seitwärtsbewegung für eine Klickhandlung.
Festkörpersensoren besitzen ungeheure Vorteile gegenüber mechanischen Lösungen aufgrund ihrer Robustheit, von Schutz vor externen Störungen und Verunreinigungen, Beständigkeit gegen Verschleiß. Leider verursacht ihre feste Art, dass ihnen vollständig eine Benutzerrückkopplung (die von den meisten Benutzern sehr geschätzt wird) fehlt. Diese Rückkopplung ist besonders nützlich, wenn die Effekte nicht unmittelbar bemerkbar sind. Das Drücken einer Festkörpertaste oder das Einstellen einer Steuerung, ohne den Benutzer zu informieren, dass seine Handlung berücksichtigt wurde, erhöht das Risiko, dass der Benutzer seine Handlung wiederholt, wobei in einigen Fällen das Risiko besteht, dass die ursprüngliche aufgehoben oder übertrieben wird.
Einige Rückkopplungslösungen existieren, aber keine von ihnen ist perfekt. Jede besitzt Nachteile wie das Piepsgeräusch von einigen Tastaturen. Die Rückkopplung von Schaltern ist ziemlich üblich, aber im Fall von analogen Steuerungen werden häufig Töne verwendet, die lästig sein können.
Wenn ein Bildschirm zur Verfügung steht (Computer, TV), ist es leicht, ein Pop-up anzuzeigen und die aktuelle Position der Steuerung zu zeigen. In vielen Fällen steht jedoch kein Bildschirm zur Verfügung oder ein Pop-up ist unannehmbar.
Der Apple iPod ist ein Beispiel für eine Berührungsfeld-Schnittstelle in Form eines Kreises. Die Funktion des Berührungsfeldes variiert in Abhängigkeit davon, in welchem Modul oder Fenster einer Anwendung sich die Vorrichtung befindet. Wenn ein Menü angezeigt wird, läuft das Berührungsfeld durch die Liste im Menü. Wenn ein Lied oder Video abgespielt wird, steuert das Berührungsfeld die Lautstärke. Diese Vorrichtung ist in den veröffentlichten US-Anmeldungen Nrn. 20030076301,20030076303 und 20030095096 beschrieben.
Das US-Pat. Nr. 6 219 032 von der Immersion Corporation zeigt eine Kraftrückkopplung für eine Eingabevorrichtung, die sich in Abhängigkeit davon ändert, wo sich der Cursor auf einem Bildschirm befindet. Folglich spürt der Benutzer eine andere Rückkopplung, wenn sich der Cursor beispielsweise über ein Bildsymbol bewegt, im Vergleich dazu, wenn er sich auf einer Bildlaufleiste befindet. Das Pat. Nr. 5 553 225 beschreibt eine Zoom-Funktion für eine Bildlaufleiste, um die Änderung des Bildlaufbereichs zu ermöglichen.
Die veröffentlichte US-Anmeldung Nr. 20060028454 von Interlink Electronics zeigt ein kreisförmiges Berührungsfeld des Typs Apple iPod, wobei das Berührungsfeld verschiedene Funktionen in Abhängigkeit davon, wo der Benutzer auf dem Berührungsfeld zuerst seinen Finger hinlegt, durchführt. Die Funktionen können Lautstärke, Kanalauswahl, Frequenz, Wiedergabelistenauswahl, Auswahl von gespeicherten digitalen Elementen, Medienabspielgeschwindigkeit, Medienabspielposition, Bewegen eines Cursors, Bildlauf einer Liste von angezeigten Elementen, Kamerapositionssteuerung, Schwenken, Neigen, Zoom, Fokussieren, Blendenöffnung umfassen.
Die veröffentlichte US-Anmeldung Nr. 20050199477 von Samsung beschreibt eine Bildlauftaste, deren Funktion durch einen Schalter ausgewählt werden kann, wie z.B. Auswählen zwischen Fokussieren und Bildlauf durch ein Menü.
Das Patent 6 859 196 von Logitech beschreibt die Handerfassung in einer Maus unter Verwendung von kapazitiver Abtastung, um Leistung zu sparen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Rückkopplung hinsichtlich einer Änderung der Eingabe durch den Zeigefinger eines Benutzers an einem Eingabeelement bereit. Die Änderung der Eingabe kann die Bewegung durch den Finger des Benutzers oder eine Änderung der Menge an Druck oder Kraft, der/die auf eine Taste aufgebracht wird, sein. In einem Ausführungsbeispiel ist die optische Rückkopplung eine lineare Lichtanordnung, die zum Festkörper-Bildlauf/Zoom-Sensor benachbart ist, wobei das Licht der Fingerposition entspricht. Alternativ kann der Schieber eine beliebige lang gestreckte Form sein, wie z.B. gekrümmt, ringartig, ringförmig usw. Der Festkörpersensor kann eindimensional sein und könnte kapazitiv, widerstandsbehaftet, optisch, ein mechanischer Schieber, ein Rad oder irgendein anderes Eingabeelement sein. Eine druckempfindliche Taste, wobei der erhöhte Druck einem erhöhten Bildlauf oder Zoomen entspricht, könnte ein einzelnes Licht aufweisen, das sich in der Helligkeit oder Farbe ändert, um eine Rückkopplung über die Menge an Geschwindigkeit des Bildlaufs, Zoomens oder einer anderen Bewegung zu geben. Diese Rückkopplung ist für Festkörpersensoren, bei denen keine taktile Rückkopplung zur Verfügung steht, besonders wichtig. Viele existierende Festkörpersensoren stellen eine akustische Rückkopplung bereit, die für andere störend und für den Benutzer lästig sein kann.
In einem Ausführungsbeispiel wechselt das Eingangssignal von der Festkörper-Bildlaufeingabe zwischen einem Bildlauf, Zoom und/oder anderen Funktionen in Abhängigkeit von der aktuellen Anwendung ab. Die Software in einer Anwendung, einem Treiber, einem Betriebssystem oder anderswo würde auswählen, wie die Eingabe in Abhängigkeit von der Anwendung zu verwenden ist. Wenn sich der Benutzer in einem Beispiel in einem Photoaufbereitungsprogramm befindet, zoomt die Software/der Treiber in das und aus dem Bild, wenn der optische Schieber oder eine andere festgelegte Eingabevorrichtung bewegt wird. Wenn jedoch die Anwendung eine Textverarbeitungsanwendung ist, wird der Bildlauf automatisch aktiviert, wenn der Schieber verwendet wird. Andere Funktionen umfassen Lautstärkesteuerung, wie z.B. für eine Medienanwendung, und Vorwärts/Rückwärts für eine Browseranwendung. In einer 3D-Anwendung könnte die Funktion das Drehen eines Objekts sein. Wenn mehrere Funktionen für eine spezielle Anwendung möglich sind, kann eine Vorgabe festgelegt werden, die ein Benutzer gemäß den Vorlieben des Benutzers modifizieren kann.
In einem Ausführungsbeispiel verwendet die Erfindung einen optischen Festkörpersensor, wobei mindestens einiges des optischen Elements sichtbares Licht verwendet, so dass dieselben Lichtemitter für sowohl Abtasten als auch Benutzerrückkopplung verwendet werden, was den Leistungsverbrauch verringert. In anderen Ausführungsbeispielen wird die Länge des Lichtweges entweder unter Verwendung einer Linse, Reflexions-(anstatt Durchlassunterbrechungs-) Erfassung, Lichtleitern oder Geometrien, die den Emittier nahe den Detektor bringen (wie z.B. verschachtelte Emitter und Detektoren), verringert, um die Leistungsanforderungen zu begrenzen. Eine verschachtelte Konstruktion setzt sowohl die Emittier als auch die Detektoren unter das optische Fenster anstatt auf beide Seiten wie im Stand der Technik.
In Ausführungsbeispielen der Erfindung, die zum Bildlauf/Zoomen verwendet werden, wurde erkannt, dass die hohe Auflösung von Berührungsbildschirmen des Standes der Technik nicht erforderlich ist. Folglich wird eine verringerte Auflösung mit signifikanter Verringerung der Kosten und Leistungsanforderungen bereitgestellt. Eine Linie von weniger als 20 verschachtelten Emittern und Detektoren kann in einem Ausführungsbeispiel verwendet werden, wie z.B. 8 Emitter und 8 Detektoren.
Der Sensor der vorliegenden Erfindung kann als Ersatz für ein Potentiometer oder irgendeine andere analoge Eingabevorrichtung mit den Vorteilen einer Festkörperlösung verwendet werden, die jedoch immer noch eine gute visuelle Rückkopplung der Handlungen des Benutzers vorsieht, die bei existierenden Festkörperlösungen nicht zur Verfügung steht. Die Anwendungen sind mehrfach. Beispielsweise: alle Potentiometeranwendungen, eine Mausrolle, im Allgemeinen alle analogen Steuerungen, die zu einer Maus hinzugefügt werden können, eine Rollkugel, eine Tastatur oder irgendeine andere Computer-Eingabevorrichtung. Falls eine sehr niedrige Leistung erforderlich ist (beispielsweise eine batteriebetriebene Vorrichtung), kann ein Anwesenheitsdetektor verwendet werden, um die Anwesenheit des Benutzers in der unmittelbaren Nähe zu erfassen. Beispiele solcher Detektoren sind PIR-Sensoren, kapazitive Detektoren und Ultraschalldetektoren.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um eine eindimensionale Steuerung (z.B. Lautstärke), eine mehrdimensionale Steuerung (z.B. Bildlauf entlang zumindest der x- und y-Richtungen) und sogar eine 1½-dimensionale Steuerung (z.B. eine lineare Vorrichtung mit einer gewissen begrenzten Bewegung in der anderen Richtung) zu implementieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm eines Computersystems, das eine optische Rückkopplung und Sensoren beinhaltet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Festkörpersensors mit paralleler optischer Rückkopplung.
3A ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines optischen Schiebers mit einem einzelnen Emitter/Detektor und mehreren Detektoren/Emittern darstellt.
3B ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines optischen Schiebers mit mehreren Detektoren und Emittern darstellt.
4 ist ein Ablaufplan, der die Folge von Operationen, bevor ein Finger erfasst wurde, in einem Ausführungsbeispiel zeigt.
5 ist ein Ablaufplan, der die Operationen, nachdem ein Finger erfasst wurde, in einem Ausführungsbeispiel zeigt.
6 ist ein Diagramm eines zweidimensionalen Sensors, das verschachtelte Emitter und Detektoren gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
7A ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines optischen Schiebers mit einer linearen Verschachtelung von Emittern und Detektoren und einem Linsenstab.
7B ist ein Diagramm eines Querschnitts des Diagramms von 7A.
7C ist ein Diagramm einer Ablenkplatte zur Verwendung mit dem optischen Schieber von 7A.
8A und 8B stellen eine PCB mit Emittern und Detektoren ohne Ablenkplatte (8A) und mit Ablenkplatte (8B) dar.
9A und 9B sind ein Diagramm und eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines optischen Schiebers unter Verwendung von Lichtleitern.
10A und 10B sind ein Diagramm und eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines optischen Schiebers unter Verwendung eines Prismas.
11 ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Sensors, der einen PIR-Sensor beinhaltet, um die Benutzeranwesenheit für Leistungseinsparungen zu erfassen.
12A und 12B sind Diagramme eines Ausführungsbeispiels eines optischen Schiebers, der optische Tasten beinhaltet, vor und nach dem Hinzufügen von Ablenkplatten.
13 ist ein Diagramm, das die Funktionsänderungs-Treibersoftware gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die obige Anmeldung Ser.-Nr. 10/025 838, die durch den Hinweis aufgenommen wird, umfasst die folgende Beschreibung eines optischen Bildlaufsensors für eine Maus: "In einer weiteren Implementierung ruht der Finger in einem Graben, der breit genug ist, um den Finger aufzunehmen, aber nicht zu breit, um den Finger in der Erfassungsrichtung zu führen. Die Positionserfassung wird mit Hilfe einer Anordnung von Lichtquellen oder einer einzelnen verteilten Lichtquelle auf einer der Grabenseiten und einer Anordnung von Lichtdetektoren, die sich auf der anderen Seite befinden, erreicht. Die Anwesenheit des Fingers im Graben wird aus der verringerten Reaktion in dem Detektor, der dem Finger direkt zugewandt ist, oder aus der Kombination von Reaktionen von allen Detektoren und durch Bestimmen ihres Minimums durch Interpolation erreicht. In einem weiteren Verfahren kann die Anwesenheit des Fingers auf der Basis von Differenzen von gemessenen Werten über die Zeit (d.h. wenn kein Finger da war) festgestellt werden. Alternativ kann eine binäre Reaktion vom Lichtdetektor, entweder absolut ("Licht ist über oder unter einer gegebenen Schwelle, einschließlich Hysterese") oder relativ zum benachbarten Detektor ("Licht ist um einen gegebenen Faktor größer/kleiner als der Nachbar, einschließlich Hysterese") verwendet werden. Ebenso wie in der vorherigen Elektrodenimplementierung kann die Bewegung dann auf der Basis der "Ein-Aus"- und "Aus-Ein"-Übergangszeitpunkte mit korrekten relativen Phasenverschiebungen berechnet werden".
Es gibt auch an, dass für eine Rückkopplung für eine Bildlaufbewegung "Licht in der Maus blinken könnte". Eine "visuelle Rückkopplung wird auch durch Umschalten an einer LED oder einer anderen Lichtquelle angewendet".
System
1 stellt eine der Anwendungen der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung – in einem Computersystem – dar. Das System umfasst einen Computer 101, einen Bildschirm 102, eine Tastatur 103, Lautsprecher 104 und eine Maus 105. Die Tastatur umfasst einen linearen optischen Schieber 106, der verwendet wird, um die Lautstärke des Tons von den Lautsprechern zu steuern. Auf diesem Cursor befinden sich zwei optische Festkörpertasten 107. Die erste wird als "Stummschalt"-Steuerung zum Aufheben des Tons von den Lautsprechern beispielsweise im Fall eines Telefonanrufs verwendet. Die zweite Taste wird für die Musik-Wiedergabe/Pause-Funktion verwendet. Die Maus umfasst einen weiteren optischen Schieber 108 als Rollenersatz.
Optische Rückkopplung
2 stellt einen Festkörper-Fingerpositionssensor 200 auf einer Tastatur 202 dar. Ein Balken 204 rechts wird in der Position des Fingers 208 beleuchtet, wenn der Finger erfasst wird, und ein Lichtfleck 206 folgt den Bewegungen des Fingers. In der in 1 beschriebenen Anwendung würde die Tonlautstärke erhöht werden, wenn der Finger aufwärts bewegt wird, und verringert werden, wenn der Finger abwärts bewegt wird.
Die optische Rückkopplung entspricht einer Veränderung der Eingabe durch den Zeigefinger eines Benutzers an einem Eingabeelement. Die Veränderung der Eingabe kann die Bewegung durch den Finger des Benutzers oder eine Änderung der Menge an Druck oder Kraft, der/die auf eine Taste aufgebracht wird, sein. In einem Ausführungsbeispiel ist die optische Rückkopplung eine lineare Lichtanordnung benachbart zu einem Festkörper-Bildlauf/Zoom-Sensor, wobei das Licht der Fingerposition entspricht. Alternativ könnte eine Festkörpertaste eine benachbarte Lichtquelle aufweisen, die eine optische Rückkopplung entsprechend der Menge an Druck in Form einer Änderung der Intensität, von Farbe oder Blinken vorsieht.
Der Schieber könnte ein- oder zweidimensional mit einer benachbarten Linie von LEDs für die Rückkopplung oder ein Kreuz oder eine andere Form für zwei Dimensionen sein. Die Festkörpereingabe könnte gekrümmt oder kreisförmig sein. Die optische Rückkopplung könnte LEDs in oder an den Kanten des Festkörpersensors selbst sein. Dies gibt eine optische Rückkopplung in Form von Licht unter dem Finger, so dass der Finger zu leuchten scheint, da das Licht durch die Haut oder Licht um die Kante des Fingers zu sehen ist. Ein lang gestreckter Schiebersensor könnte nicht nur die Position, sondern den Druck erfassen, wobei die optische Rückkopplung sowohl die Fingerposition verfolgt als auch in Abhängigkeit vom Druck eine veränderliche Helligkeit aufweist.
Allgemeine Beschreibung der Vorrichtung:
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht die Sensorvorrichtung aus einer optoelektronischen Komponente mit einem oder mehreren Elementen einer Art, die mehreren Elementen der anderen Art zugeordnet sind, wie in 3A und 3B dargestellt. Eine elementare optoelektronische Komponente ist eine optoelektronische Vorrichtung, die zu einer der zwei möglichen Arten gehört: Lichtemitter (LED) oder Lichtsensor (Phototransistor, PT, oder Photodiode, PD). Elementar bedeutet, dass es sich um eine kleine Licht emittierende (oder abtastende) Oberfläche, nicht mehrere Oberflächen oder eine große Oberfläche handelt. Das Element 302 in 3A kann beispielsweise eine LED mit Photodetektoren 304, 306 und 308 alle innerhalb des Divergenzbereichs des Lichts von der LED 302 sein. Alternativ könnte das Element 302 ein einzelner Photodetektor sein, wobei die Elemente 304, 306 und 308 separate LEDs oder andere Photoemitter sind.
Die Vorrichtung verwendet die physikalischen Positionen dieser Komponenten, um die Position des Fingers des Benutzers im Verfolgungsbereich der Vorrichtung durch Vergleichen der Lichtübertragungskoeffizienten (C_i) zwischen einigen der Emitter-Sensor-Paare oder durch Vergleichen des Werts des Koeffizienten eines Paars mit einem früheren Wert zu bestimmen. Die Vorrichtung kann auch eine visuelle Rückkopplung bereitstellen, die zeigt, wenn der Finger erfasst wird, seine Position und seine Bewegungen in der empfindlichen Zone zeigt.
3B stellt mehrere Emitter 310, 312 und 314 mit mehreren Photodetektoren 316, 318 und 320 dar. In einigen der Mehrfach-Mehrfach-Konfigurationen kann ein Sensor Licht von mehr als einer LED empfangen. Die Lösung zum unabhängigen Messen des Beitrags von jedem besteht darin, nacheinander vorzugehen. Beleuchten einer LED, Messen ihrer Wirkung (auf einen oder mehrere PT), Abschalten derselben, dann Beleuchten einer anderen, Messen ihrer Wirkung usw. Diese Art von Algorithmus identifiziert nicht nur unabhängig die Wirkung jeder LED, sondern er verringert auch die Anzahl von E/A-Leitungen, die am Mikroprozessor erforderlich sind, und verringert auch die Leistungsanforderungen der Vorrichtung.
Allgemeiner Messalgorithmus:
Die mechanische Anordnung der LED und des PT definiert eine bestimmte Anzahl von sinnvollen Übertragungskoeffizienten unter allen möglichen Kombinationen. In einem Ausführungsbeispiel werden die sinnvollen Koeffizienten (mit 0 bis n nummeriert) zur Entwurfszeit identifiziert und ändern sich später nicht. Die Koeffizienten sind die Verhältnisse zwischen dem LED-Strom und dem entsprechenden Photostrom im PT; manchmal CTR (Stromübertragungsverhältnis) genannt. "n" ist die Anzahl von sinnvollen. Die sinnvollen Koeffizienten sind diejenigen, die LEDs entsprechen, deren Licht den PT erreicht. Die 3. LED ist beispielsweise nur mit dem 3. und 4. PT gekoppelt (wobei die anderen Koeffizienten sehr nahe bei Null liegen). Theoretisch sollten alle sinnvollen Koeffizienten gleich sein (wenn die Anordnung regelmäßig ist). Aufgrund von Variationen von realen Komponenten zeigen sie jedoch kleine Unterschiede. In der Mikroprozessor-Firmware kann dies eine andere physikalische Einheit sein. Beispielsweise eine Zeiteinheit (die zum Inversen des CTR proportional ist), die davon abhängt, wie die Koeffizienten gemessen werden.
4 beschreibt die Folge von Operationen, die durchgeführt werden, während kein Finger erfasst wurde. Sobald einer erfasst wird, ändert sich der Algorithmus zu dem in 5 beschriebenen.
In 4 ist die Folge von Operationen:

1. Der Sensor wird kalibriert, um die externen Bedingungen, Komponenteneigenschaften zu berücksichtigen und ihre Wirkungen aufzuheben. Alle Koeffizienten (Signalpegel an verschiedenen Detektoren), die als sinnvoll identifiziert werden, werden gemessen (ohne Finger) und ihre Werte werden als Referenz gespeichert. In einem Ausführungsbeispiel sind diese Koeffizienten nicht alle gleichwertig, da jeder Detektor und Lichtweg aufgrund der individuellen Eigenschaften der realen Komponenten, ihrer Anordnung und irgendeiner anderen möglichen Ursache für eine Veränderung (Umgebungslicht, Temperatur usw.), verschieden sind. Das Durchführen einer solchen differentiellen Messung ist ein gut bekanntes Verfahren zum Steigern der Unempfindlichkeit eines Sensors gegen externe Schwankungen. Es wird zuerst festgestellt, ob eine Kalibrierung erforderlich ist (Schritt 402), dann wird die Kalibrierung durchgeführt (404) und die Kalibrierung wird geprüft, um festzustellen, ob sie OK ist (406). Diesem folgt eine Reihe von Schritten, die eine Routine zum Suchen nach einem Finger ist, auf die auch zugegriffen wird und die ab Schritt 524 von 5 verwendet wird.
2. Auf der Basis des Ergebnisses der Kalibrierung kann der Verfolgungsalgorithmus dazu ausgelegt werden, sich besser an die externen Bedingungen anzupassen. Dies beeinflusst, wie die Operationen "Koeffizient n messen" (410) und "mit ursprünglichem Wert vergleichen" (412) durchgeführt werden. Diese Schritte werden nach dem Setzen von n = 0 (408) durchgeführt. Die Positionen und Werte werden gespeichert (414) und der Prozess wird für das nächste n wiederholt (416), bis alle n Koeffizienten gelesen wurden (418) oder alle LEDs für einen einzelnen Detektor gepulst wurden. Die gemessenen Werte werden mit den ursprünglichen Werten verglichen, um festzustellen, ob eine Veränderung besteht, die auf die Anwesenheit eines Fingers hinweist (420).
3. Die Rückkopplungsanzeige ist AUS, solange kein Finger erfasst wird. Das Ziel besteht darin, zu erfassen, wann und wo ein Finger auf der Gleitoberfläche vorhanden ist.
4. In einem Ausführungsbeispiel wird nacheinander jede LED beleuchtet und dann wird jeder der zugehörigen PTs gemessen. Falls mehr als ein PT vorhanden ist, ist es möglich, einen PT nach dem anderen oder alle, die mit der aktuellen LED in Beziehung stehen, gleichzeitig zu messen, um Zeit und Leistung zu sparen.
5. Die Anwesenheit des Fingers wird durch die schnelle Änderung des Werts von einigen (gruppierten) dieser Koeffizienten im Vergleich zum Referenzwert erfasst. Die Änderung kann eine Zunahme sein, wenn das Licht am Finger reflektiert, oder kann eine Abnahme sein, wenn der Finger das von der LED zum Sensor laufende Licht unterbricht oder ablenkt.
6. Die Position des Fingers kann aus der (den) physikalischen Position(en) der Koeffizienten, die sich geändert haben, berechnet werden. Der Algorithmus kann den Schwerpunkt des Fingers berechnen, falls mehr als ein Koeffizient vorliegt, der sich geändert hat.
7. Die Rückkopplungsanzeige wird in einer Position, die dem erfassten Finger entspricht, beleuchtet.
8. In einem Ausführungsbeispiel werden von Zeit zu Zeit die Anfangswerte (ohne Finger) der Koeffizienten aktualisiert, so dass Auswirkungen von sich langsam verändernden Parametern wie Temperatur, Umgebungslicht usw. berücksichtigt werden und ihre Auswirkungen aufgehoben werden.

5 beschreibt die Folge von Operationen, nachdem ein Finger erfasst wurde ... bis er entfernt wird.

1. In einem Ausführungsbeispiel kann, sobald der Finger erfasst ist, die Gruppe von Koeffizienten, die gemessen werden müssen, auf diejenigen verringert werden, die sich physikalisch nahe der Fingerposition befinden (was eine schnellere Abtastung der wichtigen ermöglicht und/oder die erforderliche Leistung verringert). Folglich müssen Emitter oder Detektoren, die sich nicht an der Fingerstelle befinden oder unmittelbar benachbart sind, nicht gepulst oder gelesen werden.
2. Wenn eine Bewegung erfasst wird, wird sie an das gesteuerte System (oder an den Hauptrechner) gemeldet.
3. Wenn eine Bewegung erfasst wird, wird die Rückkopplungsanzeige dementsprechend aktualisiert.
4. Falls anwendbar, wird die Gruppe von gemessenen Koeffizienten kontinuierlich angepasst, wenn Bewegungen erfasst werden.

Wie in 5 gezeigt, wird, sobald der Finger mit der Folge von 4 erfasst wurde, der Schwerpunkt des Fingers berechnet (502). Eine LED benachbart zur Fingerposition wird beleuchtet, um die Benutzerrückkopplung vorzusehen (504). Die Position des Schwerpunkts n wird angegeben (506). Ein Suchbereich wird dann mit einer Suchzone von d auf beiden Seiten der Positionen n festgelegt (508). Der Koeffizient wird für jedes LED/Detektor-Paar im Suchbereich gemessen (510) und wird mit dem ursprünglichen Wert verglichen, um festzustellen, ob der Finger da ist, oder wie viel des Fingers da ist (512). Die Position und der Wert werden gespeichert (514) und der nächste LED/Detektor wird festgelegt, damit er untersucht wird (516), bis der Bereich abgedeckt wurde (518).
Wenn der Finger nicht mehr unten ist (520), wird die Rückkopplungsbeleuchtung gestoppt (522) und der Prozess des Suchens nach dem Finger in 4 wird wieder aufgenommen (524). Wenn der Finger immer noch unten ist, wird der Schwerpunkt wieder berechnet (526), wobei die entsprechende Rückkopplungs-LED beleuchtet wird (528) und eine Feststellung durchgeführt wird, ob sich der Finger bewegt hat (530). Wenn sich der Finger bewegt hat, wird die Position aktualisiert (532), die Bewegung wird gemeldet (534) und die LEDs/Detektoren in der Suchzone werden wieder überwacht.
Ein Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Durchführen von Messungen von einem (oder mehreren) Koeffizienten wird nachstehend umrissen:

1. AUS-Schalten aller LEDs.
2. Initialisieren von A/D-Umwandlung(en).
3. Warten auf die Umwandlungszeit.
4. Lesen von "dunklem (dunklen)" Wert(en) von dem (den) A/D-Wandler(n).
5. Beleuchten einer LED.
6. Initialisieren von A/D-Umwandlung(en).
7. Warten auf Umwandlungszeit.
8. Lesen des "hellen" Werts vom A/D-Wandler.
9. AUS-Schalten der LED.
10. Kombinieren von "dunklen" und "hellen" Werten zu einer eindeutigen Zahl.

Anstelle des Messens von einem einzigen "dunklen" und einem einzigen "hellen" Paar von Werten, ist es möglich, einige (oder alle) Werte, die mit einer LED in Beziehung stehen, gleichzeitig zu messen.
Ein alternatives Messverfahren, das keinen A/D-Wandler erfordert, wird nachstehend umrissen.

1. AUS-Schalten aller LEDs.
2. Aufspannen aller zu messenden PT (= Entladen von internem Kondensator).
3. Lösen der PT-Aufspannung (ermöglicht, dass sich das Ausgangssignal des PT ändert, wenn er Licht erhält).
4. Messen der Zeit, die für jeden PT erforderlich ist, um die Schaltschwelle des uP-Eingangs, mit dem er verbunden ist, zu erreichen (ohne LED-Beleuchtung, durch den Effekt von Umgebungslicht). Kann lang sein, was zu einem Zählerüberlauf führt.
5. erneutes Aufspannen aller zu messenden Phototransistoren.
6. Lösen der PT-Aufspannung.
7. EIN-Schalten einer LED.
8. Messen der Zeit, die für jeden PT erforderlich ist, um die Schaltschwelle des uP-Eingangs, mit dem er verbunden ist, zu erreichen. Die Zeit ist zum Photostrom umgekehrt proportional.
9. Kombinieren von "dunklen" und "hellen" Werten zu einer eindeutigen Zahl.

Die zwei vorstehend beschriebenen Kompensationsverfahren (Anfangswert und dunkler Wert) sind geringfügig verschieden und können allein oder in Kombination verwendet werden. Sie weisen geringfügig verschiedene Merkmale auf. Wenn beispielsweise ein hoher Pegel von Umgebungslicht vorhanden ist, misst der Anfangswert höhere Übertragungskoeffizientenwerte an ALLEN Koeffizienten. Im Gegenteil findet die "dunkle" Messung signifikant niedrigere Werte nahe dem Finger, da der Finger verhindert, dass Umgebungslicht den entsprechenden PT erreicht. Das Niveau der Leistung des Produkts kann durch Auswählen des optimalen Algorithmus (oder Kombination) in Abhängigkeit von den Bedingungen erhöht werden. Wenn beispielsweise das Umgebungslicht gering oder mittel ist, kann die Reflexion des Lichts an der Fingeroberfläche verwendet werden, und wenn das Umgebungslicht sehr stark ist, kann der Schatten des Fingers sogar ohne Beleuchtung der LEDs verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Pegel von Umgebungslicht durch Verfolgen der Signalausgaben der Photodetektoren überwacht. Der verwendete Algorithmus wird in Abhängigkeit vom erfassen Pegel des Umgebungslichts gewechselt, wie im vorstehenden Absatz beschrieben.
Im Weg zwischen dem Emitter und dem Sensor bewegt sich das Licht über einen Übertragungsweg. Dieser Weg kann in vielen verschiedenen Weisen von sehr einfach bis ziemlich komplex gemacht werden. Der Übertragungsweg und die Positionen der elementaren optoelektronischen Komponenten beeinflussen:

• Die Genauigkeit der Erfassung
• Die Leistungsanforderung
• Die Kosten der erforderlichen Komponenten
• Die Empfindlichkeit gegen Umgebungslicht

Erweiterung auf 2D
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung auf eine mehrdimensionale Vorrichtung erweitert. 6 zeigt ein Beispiel, wie dies für 2D durchgeführt werden könnte. Das vorstehende vorgeschlagene Muster für optoelektronische Komponenten ist eine Möglichkeit (nur einige der sinnvollen Koeffizienten sind gezeigt). Diesmal steht eine LED (602, 604) mit 4 PT in Beziehung, was zu 4 Koeffizienten führt, wobei jeder vier möglichen Fingerpositionen um die LED entspricht. Die LED 602 ist von 4 PTs 606, 608, 610 und 612 umgeben. Die LED 604 ist von PTs 614, 616, 618 und 620 umgeben. Diese Struktur wird verwendet, wenn Licht von unter der Berührungsfläche nach oben projiziert wird, und eine Reflexion wird durch die Photodetektoren erfasst. Hier kann auch eine Interpolation helfen, die Auflösung zu erhöhen. In dieser Konfiguration macht, wenn eine sichtbare Rückkopplung erforderlich ist, die Verwendung von sichtbaren LEDs für die Messungen die Dinge einfacher. Der Benutzer würde die LEDs unterhalb und wahlweise um den Finger aufleuchten sehen. Dies funktioniert gut, wobei nur die LEDs nahe dem Finger aktiviert werden, um Leistung zu sparen, wobei die LEDs eine doppelte Aufgabe der Erfassung und Benutzerrückkopplung erfüllen. Eine Alternative, wenn IR-LEDs verwendet werden, besteht darin, eine Reihe von sichtbaren LEDs an der Oberseite der Matrix und eine Spalte auf einer Seite zu verwenden. Die LEDs an den Kanten könnten an der Spalten- und Reihenposition des Fingers aufleuchten. Alternativ könnten sichtbare LEDs mit Infrarot-LEDs in der Anordnung vermischt werden.
Einige Vorteile einer Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung:

1. Niedrigere Kosten als eine kapazitive Kontaktstelle.
2. Visuelle Rückkopplung für sowohl die Fingererfassung als auch -position.
3. Erfordert viel weniger Verarbeitungsleistung als ein kapazitiver Sensor.
4. Ermöglicht ein vollständig abgedichtetes Frontfeld. Ein Plus für ESD (elektrostatische Entladung) und Schmutzverunreinigung.

Spezielle Konfigurationen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben.
Optischer Schieber mit linearer Verschachtelung von Emittern und Detektoren
7A ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines optischen Schiebers mit einer linearen Verschachtelung von Emittern und Detektoren und einem Linsenstab. LEDs (701, klar) sind mit Phototransistoren (702, dunkel) verschachtelt. Jede optische Komponente überträgt Licht mit ihren zwei Nachbarn. Dies ermöglicht eine Verdoppelung der Auflösung mit derselben Anzahl von Komponenten. Eine Ablenkplatte (703) verhindert, dass das Licht direkt von der LED zu PT (Phototransistoren) läuft. Der Linsenstab (704) erfüllt zwei Funktionen: (1) Seine gekrümmte untere Seite bündelt das Licht IN den und AUS dem Stab in Richtung der optischen Komponente. (2) Die obere Seite läst das Licht aus (und ein, wenn ein Finger gegen sie gedrückt wird), was die Erfassung seiner Anwesenheit und seiner Position ermöglicht.
Falls der Finger mehr als eine Abstandseinheit groß ist, ist es möglich, die Position seines Schwerpunkts zu bestimmen. Es ist auch möglich, die Position des Fingers auf dem Maßstab durch Vergleichen des Übertragungsfaktors zwischen einer optoelektronischen Komponente und ihren zwei Nachbarn zu interpolieren. Seitliche Reflektoren (705) lenken die schrägen Strahlen zur oberen Seite der Linse um, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die Auflösung (ohne Interpolation) ist gleich dem Abstand der optoelektronischen Komponenten. Die Fingerposition wird gemessen, indem die LEDs nacheinander leuchten lassen werden und für jede die Menge an Licht an den zwei zugehörigen Phototransistoren (PT) gemessen wird.
Der PT kann durch andere Lichtsensoren ersetzt werden, beispielsweise PD (Photodiode), ohne das Arbeitsprinzip zu ändern.
7B stellt einen vertikalen Schnitt der Vorrichtung in 7A dar, wobei einige Lichtstrahlen gezeigt sind. Das Vorrichtungsgehäuse (706) schirmt die Vorrichtung vor dem Umgebungslicht ab. Der Benutzerfinger (707) steht mit dem oberen Teil der zylindrischen Linse in Kontakt. Die PCB (708) stellt alle elektrischen Verbindungen her und richtet auch die optoelektronischen Komponenten mechanisch aus.
Viele Varianten sind möglich. 7C zeigt eine Ablenkplatte 710, die zwei Funktionen verwirklicht. Der untere Teil (712 in der Rückseite auf der Figur) sieht wie eine Leiter aus und die "Stufen" sind vertikale Wände, die verhindern, dass das Licht von den LEDs direkt die Phototransistoren erreicht. Der obere Teil 714 besitzt auch eine Leiterform, ist jedoch um die Hälfte des Abstandes der optoelektronischen Komponenten von der unteren Leiter versetzt. Die Wände in Kombination mit denjenigen der unteren Ebene unterbrechen die Strahlen, die nicht in einem Winkel nahe 45 Grad liegen (diejenigen, die vom Erfassungssystem verwendet werden). Das Ergebnis ist, dass nutzlose Strahlen entweder von der LED oder von der Umgebung gesperrt werden.
Eine weitere Variante verwendet keine Linse. Falls ein niedriges Profil erwünscht ist, ist die Dicke der Linse eine Begrenzung. Es ist möglich, sie wegzulassen, insbesondere wenn eine verbesserte Ablenkplatte ähnlich der obigen verwendet wird. In diesem Fall sollte der Strom in den LEDs auch erhöht werden, um den niedrigeren Wirkungsgrad zu kompensieren. Nur eine transparente Schicht an der Oberseite des Systems schützt den Sensor und stellt eine glatte Gleitfläche für den Finger bereit.
Ablenkplatte für optischen Schieber
8A und 8B stellen eine PCB mit Emittern und Detektoren ohne Ablenkplatte (8A) und mit einer Ablenkplatte (8B) dar. Die Reihe 802 in der Mitte ist eine Folge von LED, PT, LED, ..., die als linearer Cursor verwendet wird (13 Positionen ohne Interpolation). Die sieben kleinen Komponenten 804 auf der linken Seite der Cursorreihe sind sichtbare LEDs, die für die Positionsrückkopplung verwendet werden. Die zwei Paare 806, 808 (eines oberhalb und eines unterhalb des Cursors) sind optische Tasten, wie nachstehend in Bezug auf 9 beschrieben. Die sichtbaren Rückkopplungs-LEDs 810, 812 sind diesen Tasten zugeordnet. Die Rückkopplungs-LEDs können auf einer Seite der Reihe oder auf der anderen angeordnet werden, falls es an einer Stelle möglich ist, die nicht durch den Finger des Benutzers verdeckt wird. In einem Ausführungsbeispiel sind, wenn separate Rückkopplungs-LEDs verwendet werden, Infrarot-LED und -PT bevorzugt, wobei die Filterfähigkeit des PT-Gehäuses ausgenutzt wird, um die Auswirkungen von Umgebungslicht zu verringern.
Eine sichtbare Rückkopplung ist unter Verwendung von sichtbaren LEDs für die Beleuchtung auch möglich. Dies hat jedoch einige Nachteile. Die Beleuchtungs-LEDs sind durch den Finger verdeckt, was es erforderlich macht, auch die Nachbar-LEDs leuchten zu lassen. Die Photosensoren können kein Kunststoffgehäuse mit schwarzer Farbe verwenden, das nur für IR (Infrarot) transparent ist, um sichtbares Licht auszufiltern. Sie sind dann auch gegen sichtbares Licht empfindlich, was sie für Störungen von dem Umgebungslicht anfälliger macht. Der Hauptvorteil ist die Kostenverringerung, die sich aus einer verringerten Anzahl von Komponenten ergibt. Die Größe wird auch verringert. 8B fügt eine Ablenkplatte 814 hinzu.
Optischer Schieber mit Lichtleitern
9A und 9B sind ein Diagramm und eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines optischen Schiebers unter Verwendung von Lichtleitern. Licht von den LEDs (701) wird durch Lichtleiter (902) gesammelt und zu einer Seite der mit Nut versehenen Fingerführung (901) parallel und geringfügig über der Oberfläche getrieben. Auf der anderen Seite der Nut sammeln ähnliche Lichtleiter (903) das Licht und richten es auf den Phototransistor (702). Wenn ein Finger in der Nut sitzt, wird die Lichtübertragung verringert (oder unterbrochen) und die Position des (der) unterbrochenen LED/PT-Paars (Paare) entspricht der Position des Fingers. Die LED-Reihe und die PT-Reihe sind um die Hälfte ihres Abstandes versetzt. Dies ermöglicht, dass eine LED zwei PTs beleuchtet, wobei dann die Auflösung verdoppelt wird. In dieser Konfiguration sind die Schwerpunkt- und Interpolationsverfahren auch möglich, um die Auflösung zu erhöhen. Ohne Interpolation ist die Auflösung die Hälfte des Abstandes der LEDs (oder der PTs). In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfassung auch durchgeführt, indem nacheinander die LEDs leuchten lassen werden und entsprechende PT-Ströme gemessen werden.
Optischer Schieber mit einem Prisma
10A und 10B sind ein Diagramm und eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines optischen Schiebers unter Verwendung eines Prismas. In einem Ausführungsbeispiel tritt Licht von der LED (701) in das Prisma auf einer seiner kleinen Seiten (1001) ein. Dann trifft es auf die Oberseite des Prismas mit einem Winkel von weniger als 42 Grad (oder dem Grenzbrechungswinkel für das für das Prisma verwendete Material, 42 Grad entspricht einem Material mit einem Brechungsindex von 1,5). Wenn kein Finger vorhanden ist, wird das meiste des Lichts reflektiert und trifft dann auf die zweite kleine Seite (1002) des Prismas, die spiegelbeschichtet ist. Es wird dann reflektiert und trifft wieder auf die obere Oberfläche des Prismas, wo es auch reflektiert wird, um schließlich die zwei PTs neben der emittierenden LED, einer auf jeder Seite, zu erreichen). Die Erfassung kann auch durchgeführt werden, indem die LEDs nacheinander leuchten lassen werden und entsprechende PT-Ströme gemessen werden.
10B zeigt einen vertikalen Schnitt der Vorrichtung, wobei einige Lichtstrahlen gezeigt sind. Die Konfiguration ist von der obigen geringfügig verschieden. Die LED (701) und der PT (702) liegen auf beiden Seiten des Prismas. Es befindet sich keine Spiegelfläche auf dem Prisma (1001). Das Licht läuft nur einmal durch das Prisma. Die Eintritts- und die Austrittsoberfläche des Prismas weisen eine Linsenform vor jeder der optischen Komponenten auf, um das Licht besser zu bündeln und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die Ablenkplatte (703) verhindert eine direkte Übertragung von Licht von der LED zum PT. Der Nachteil dieser Konfiguration im Vergleich zur obigen besteht darin, dass zwei separate PCB (Leiterplatten) erforderlich sind.
Weitere Varianten in der Implementierung
Die vorstehend gezeigten PCBs sind vom starren Typ. Es ist möglich, flexible zu verwenden und zu veranlassen, dass die Krümmung des Schiebers der äußeren Form des Produkts (beispielsweise einer Maus) entspricht.
In einigen Konfigurationen ermöglicht der Finger eine Steigerung der Lichtübertragung zwischen der zugewandten LED und dem PT. In anderen Fällen kann er diese Übertragung blockieren. Alles hängt von der mechanischen Konstruktion der Vorrichtung ab. Es ist sogar möglich, beides zu kombinieren, mit einer Reflexion an der Kante des Fingers, wobei der Finger verhindert, dass irgendein Licht den Sensor direkt unter ihm erreicht. Dies wäre eine Weise zum Verringern der Empfindlichkeit der Vorrichtung gegen Umgebungslicht.
Es ist möglich, denselben Satz von LEDs zur Beleuchtung und zur Erfassung zu verwenden (Kosten- und Größenverringerung). In diesem Fall müssen sie sichtbares Licht sein (kein IR). Der Fingerverfolgungsalgorithmus kann dementsprechend geändert werden müssen. In einem Ausführungsbeispiel wird eine schnelle Abtastung der vollen Länge mit niedriger Frequenz durchgeführt, wenn kein Finger erfasst wurde. In einem Ausführungsbeispiel werden, sobald der Finger erfasst ist, nur die LEDs, die nahe liegen, sehr häufig und mit hoher Intensität abgetastet, wobei eingestellt wird, welche LEDs beleuchtet werden, wenn eine Fingerbewegung erfasst wird.
Für die obigen Beispiele ist der empfindliche Bereich linear, was ein lineares Potentiometer nachahmt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die LEDs und Sensoren in verschiedenen Formen, z.B. einer Kreisform, angeordnet, was ein kreisförmiges Potentiometer oder eine Drehsteuerung nachahmt.
Leistungseinsparungen mit PIR-Sensor
11 ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Sensors, der einen PIR-Sensor 1101 beinhaltet, um die Benutzeranwesenheit für Leistungseinsparungen zu erfassen. Bei batteriebetriebenen Vorrichtungen ist es wichtig, so viel Leistung wie möglich einzusparen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung nach einer gewissen Inaktivitätszeit (kein Finger im empfindlichen Bereich) die Abtastfrequenz verringern. Dies kann in Schritten durchgeführt werden, wobei die Abtastung mit einem Schritt auf einmal verringert wird, bis eine sehr langsame Frequenz erreicht ist. In einem Ausführungsbeispiel kann dies die Reaktion der Vorrichtung, zum ersten Mal, wenn sie nach einer langen Inaktivitätsperiode verwendet wird, beispielsweise am Morgen, verzögern. Danach ist jedoch die Reaktion sofort. In einem Ausführungsbeispiel ist, um den Leistungsverbrauch weiter zu verringern, ein PIR-Sensor 1101 in der Vorrichtung ähnlich zu jenen, die in automatischen Beleuchtungssystemen verwendet werden, enthalten. Dies würde es ermöglichen, die Abtastung vollständig zu stoppen, aber auf Kosten der Leistung für den PIR-Sensor selbst und die Steuerelektronik.
Optischer Schieber mit optischen Tasten
12 stellt ein Ausführungsbeispiel mit optischen Tasten dar. Dies ist eine Version derselben Implementierung wie 8. Die zwei optischen Tasten (1201, 1202, eine über und eine unter dem Schieber 1205) bestehen aus einer IR-LED, einem IR-PT und einer sichtbaren LED (1203, 1204). Die Taste ist einfach ein "Stück" der Schieberstruktur (eine LED und ein PT). In einem Ausführungsbeispiel wird nur die Anwesenheit des Fingers erfasst, aber seine Position/Bewegung wird nicht erfasst.
In einem Ausführungsbeispiel werden einfache Schalter in Verbindung mit einem optischen Schieber verwendet und werden verwendet, um andere Funktionen in Bezug auf den optischen Schieber zu steuern. Beispiel: Schieber = Lautstärke, Schalter = Stummschalten, Wiedergabe, Pause, nächstes, vorheriges usw. In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfassung nicht mit einem mechanischen Schalter, sondern mit optischen Reflexsensoren verwirklicht, die einer Rückkopplungs-LED zugeordnet sind.
Automatisches Umschalten zwischen Funktionen
In einem Ausführungsbeispiel wechselt das Eingangssignal von der Festkörper-Bildlaufeingabe zwischen einer Bildlauf- und Zoomfunktion in Abhängigkeit von der aktuellen Anwendung ab. Die Software, Firmware oder Hardware würde in Abhängigkeit von der Anwendung auswählen, wie die Eingabe zu verwenden ist. Wenn sich der Benutzer in einem Beispiel in einem Photoaufbereitungsprogramm befindet, zoomt die Software/der Treiber in das und aus dem Bild, wenn der optische Schieber oder eine andere festgelegte Eingabevorrichtung bewegt wird. Wenn jedoch die Anwendung eine Textverarbeitungsanwendung ist, wird der Bildlauf automatisch aktiviert, wenn der Schieber verwendet wird. Andere Funktionen umfassen Lautstärkesteuerung wie z.B. für eine Medienanwendung, und Vorwärts/Rückwärts für eine Browseranwendung. In einer 3D-Anwendung könnte die Funktion das Drehen eines Objekts sein. Andere Funktionen könnten die Kanalauswahl, den Kontrast, die Frequenz, die Medienwiedergabegeschwindigkeit (im Bereich von langsamer Bewegung bis schneller Vorlauf), die Medienwiedergabeposition, das Bewegen eines Cursors und eine Kamerapositionssteuerung oder eine Bildsteuerung, einschließlich Schwenken, Neigen, Zoom, Fokussieren und Blendenöffnung, sein.
Die Funktion kann auch in Abhängigkeit davon verändert werden, wo sich der Benutzer in einem speziellen Programm befindet, oder wo sich der Benutzer auf einem Bildschirm befindet. Wenn der Benutzer in einem Beispiel ein Bild auf dem Bildschirm hat, zoomt die Software/der Treiber, wenn der optische Schieber verwendet wird. Wenn sich jedoch der Cursor in Text wie z.B. einem Word-Dokument oder Text in einer anderen Anwendung befindet, wird der Bildlauf automatisch aktiviert, wenn der Schieber verwendet wird. In einem Ausführungsbeispiel könnte der Benutzer den Finger horizontal bewegen oder eine zum Schieber benachbarte Taste berühren, um zwischen Zoom und Bildlauf umzuschalten. Dies könnte nützlich sein, wenn ein Benutzer die automatische Festlegung außer Kraft setzen und vielmehr ein großes Bild hinunterrollen als hinein- und herauszoomen wollen könnte. Diese Handlung könnte entweder die automatische Festlegung außer Kraft setzen oder anstelle der automatischen Festlegung sein. Dasselbe könnte für eine druckempfindliche Taste gelten, die zum Bildlauf/Zoomen oder für andere Funktionen verwendet wird.
13 stellt ein Ausführungsbeispiel zum Steuern der Funktion eines Schiebers 1302 an einer Tastatur 1304 dar. In einem Ausführungsbeispiel befindet sich die Software zum Steuern der Funktion des Schiebers in einem Treiber 1306, der auf den Computer 1308 geladen ist. Die Software kann auch für andere Eingabevorrichtungen wie z.B. eine mechanische Rolle, einen Steuerhebel, ein Berührungsfeld, eine Rollkugel usw. funktionieren. Der Treiber könnte durch ein beliebiges Verfahren geladen werden, wie z.B. durch eine CD, über ein Netzwerk heruntergeladen oder von einem Speicher in der Eingabevorrichtung übertragen werden. Die Software umfasst ein Programmerfassungsmodul 1310, das Meldungen vom Betriebssystem erfasst, die angeben, wenn ein Umschalten zwischen Programmen durchgeführt wird, und die Funktion gemäß dem Programm ändert. Mehrere Programme können gleichzeitig aktiv sein und die Software erfasst, welches im aktiven Fenster angezeigt wird. Wenn mehrere Fenster angezeigt werden, erfasst die Software, in welchem Fenster sich der Cursor befindet. Die Software umfasst ein Funktionsauswahlmodul 1312, das auf eine Tabelle 1314 zugreift, die verschiedene Programme oder Programmarten mit einer zugehörigen Eingabefunktion für den Schieber oder die andere Eingabevorrichtung auflistet.
In einem Ausführungsbeispiel werden Vorgabeeinstellungen in der Tabelle 1314 für jedes Programm oder jede Programmart gespeichert und der Benutzer kann die Vorgabeeinstellungen gemäß den Vorlieben des Benutzers ändern. Der Benutzer könnte beispielsweise die Vorgabe auswählen, dass er in einem Photoaufbereitungsprogramm vielmehr einen Bildlauf durchführt als zoomt. Die Änderung der Vorgabe kann auch die andere Funktion, auf die umgeschaltet wird, auf der Basis einer anderen Eingabe vom Benutzer ändern. Diese zusätzliche Eingabe könnte ein anderer Schalter oder eine andere Taste, um die Funktionalität zu ändern, horizontale Bewegung, Berühren eines speziellen Bereichs eines Schiebers oder Berührungsfeldes usw. sein. Folglich kann die Erfindung die automatische Funktionsauswahl auf der Basis der Anwendung mit der Benutzerauswahlfähigkeit innerhalb dieser Anwendung kombinieren.
Wie für Fachleute verständlich ist, kann die vorliegende Erfindung in anderen speziellen Formen verkörpert werden, ohne von deren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen. Der Festkörpersensor könnte beispielsweise in einem Kreis oder einer anderen Form angeordnet sein und das optische Rückkopplungselement muss nicht dieselbe Form aufweisen. Eine Punktlichtquelle, die in der Intensität oder Farbe variiert, könnte beispielsweise für die visuelle Rückkopplung eines länglichen optischen Schiebers verwendet werden. Alternativ könnte eine Taste oder irgendein anderes Eingabeelement verwendet werden, wobei die Erfassung des Softwareprogramms in Gebrauch die Funktion der Taste ändert. In einem Ausführungsbeispiel stellt die Taste eine analoge Eingabe ähnlich zu einem Schieber oder Berührungsfeld bereit, wie z.B. unter Verwendung einer druckempfindlichen Taste. Folglich soll die vorangehende Beschreibung den Schutzbereich der Erfindung, der in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist, erläutern, aber nicht begrenzen.

Claims

Benutzereingabevorrichtung mit: einem Sensor zum Verfolgen einer Veränderung der Eingabe durch einen Zeigefinger eines Benutzers; einen Lichtemitter zum Liefern eines Rückkopplungssignals, das der Veränderung durch den Zeigefinger des Benutzers entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Veränderung eine Bewegung des Zeigefingers entlang des Sensors ist, wobei der Sensor lang gestreckt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der lang gestreckte Sensor gekrümmt ist.
Detektor nach Anspruch 3, wobei der lang gestreckte Sensor in Form eines Kreises vorliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Veränderung eine Veränderung des auf den Sensor aufgebrachten Drucks ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein lang gestreckter Sensor zum Steuern des Bildlaufs/Zooms einer Computeranzeige ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Lichtemitter einen lang gestreckten Streifen von Lichtemittern umfasst, der zum lang gestreckten Sensor parallel ist, welcher dazu ausgelegt ist, in einer Position, die einer Position des Zeigefingers des Benutzers entspricht, zu leuchten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Festkörpersensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Sensor ein optischer Sensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, welche ferner umfasst: einen Photodetektor; und eine Linse zum Fokussieren von reflektiertem Licht von einem Finger auf den Photodetektor.
Vorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner eine Vielzahl von Photodetektoren umfasst, die in einem Abstand von einem Sensorlichtemitter versetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichtemitter ein Teil eines optischen Sensors ist, der die doppelten Funktionen des Abtastens und der Benutzerrückkopplung bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner umfasst: einen PIR-Sensor, der dazu ausgelegt ist, die Hand eines Benutzers zu erfassen; und eine Leistungssteuerschaltung, die dazu ausgelegt ist, die Leistung in der Vorrichtung in Reaktion auf das Fehlen der Erfassung der Hand eines Benutzers für eine vorbestimmte Zeitperiode zu begrenzen.
Benutzereingabevorrichtung mit: einem optischen Fenster; einer Vielzahl von Lichtemittern, die innerhalb des optischen Fensters montiert und in Richtung des Fensters orientiert sind, um Licht auf das Fenster zu richten; einer Vielzahl von Photodetektoren, die in einer verschachtelten Weise zwischen den Lichtemittern montiert sind, um vom optischen Fenster nach innen reflektiertes Licht zu erfassen.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Lichtemitter und Photodetektoren in einer Linie mit weniger als insgesamt 20 Lichtemittern und Photodetektoren montiert sind.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 15, welche ferner eine erste und eine zweite optische Taste an den Enden der Linie umfasst.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Lichtemitter und Photodetektoren in einer zweidimensionalen verschachtelten Anordnung montiert sind.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 14, welche ferner einen Linsenstab zwischen dem Fenster und den Lichtemittern und Photodioden umfasst.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 14, welche ferner eine Ablenkplatte umfasst, die eine Barriere zwischen den Lichtemittern und Photodetektoren bereitstellt, um Licht, das die Photodetektoren direkt von den Lichtemittern erreicht, ohne am Fenster reflektiert zu werden, zu verringern.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 14, welche ferner mindestens einen Lichtleiter umfasst, der Licht vom Lichtemitter in Richtung des Fensters richtet.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Eingabevorrichtung eine Tastatur ist und wobei die Lichtemitter Infrarot-LEDs sind.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Eingabevorrichtung eine Maus ist und wobei die Lichtemitter Infrarot-LEDs sind.
Benutzereingabevorrichtung mit: einem lang gestreckten Sensor zum Verfolgen einer Bewegung eines Zeigefingers eines Benutzers entlang des Sensors, um den Bildlauf/das Zoomen einer Computeranzeige zu steuern; einem lang gestreckten Streifen von Lichtemittern, der zum lang gestreckten Sensor parallel ist, welcher dazu ausgelegt ist, in einer Position zu leuchten, die einer Position des Zeigefingers des Benutzers entspricht, um ein Rückkopplungssignal entsprechend der Bewegung durch den Zeigefinger des Benutzers zu liefern.
Verfahren zum Liefern einer Rückkopplung entsprechend einer Benutzereingabe an einer Benutzereingabevorrichtung, umfassend: Verfolgen einer Veränderung der Eingabe durch einen Zeigefinger eines Benutzers; und Liefern eines optischen Rückkopplungssignals an der Benutzereingabevorrichtung, das sich zur Veränderung durch den Zeigefinger des Benutzers ändert.
Benutzereingabesystem mit: einem Sensor zum Verfolgen einer Änderung der Eingabe durch einen Zeigefinger eines Benutzers; computerlesbaren Medien, die Programmbefehle zum Erfassen eines vom Benutzer verwendeten Softwareprogramms enthalten; und wobei die computerlesbaren Medien ferner Programmbefehle enthalten, um eine Auswahl einer Funktion in dem vom Sensor zu steuernden Softwareprogramm durchzuführen.
System nach Anspruch 25, wobei die Funktion ferner auf dem aktuellen Inhalt der Softwareanwendung basiert.
Eingabesystem für ein elektronisches Gerät mit: einem Eingabeelement; und einem Modul zur Erfassung eines Softwareprogramms in Gebrauch, wobei das Modul automatisch eine Funktion für das Eingabeelement in dem Softwareprogramm auswählt.
Eingabesystem nach Anspruch 27, wobei das Eingabeelement eine analoge Eingabe ist.
Eingabesystem nach Anspruch 27, wobei das Eingabeelement eines von einem Schieber, einem Berührungsfeld, einer Rolle, einem Steuerhebel, einer Rollkugel und einer druckempfindlichen Taste ist.
Eingabesystem nach Anspruch 27, wobei das Modul eine vom Benutzer ausgewählte Vorliebe für die Funktion speichert.
Eingabesystem nach Anspruch 27, wobei das Modul ferner dazu ausgelegt ist, eine Stelle eines Cursors in dem Softwareprogramm zu ermitteln und die Funktion gemäß der Stelle zu ändern.
Eingabesystem nach Anspruch 27, wobei die Funktion eine von Bildlauf und Zoomen umfasst.
Verfahren zum Liefern einer Eingabe in ein elektronisches Gerät, umfassend: Liefern eines Eingangssignals von einem Eingabeelement; und Erfassen eines Softwareprogramms in Gebrauch; automatisches Auswählen einer Funktion für das Eingangssignal in dem Softwareprogramm.
Verfahren nach Anspruch 33, welches ferner das Speichern einer vom Benutzer ausgewählten Vorliebe für die Funktion umfasst.
Verfahren nach Anspruch 33, welches ferner umfasst: Ermitteln einer Stelle eines Cursors in dem Softwareprogramm; und Verändern der Funktion gemäß der Stelle.