專利名稱：用于控制數(shù)據(jù)處理裝置的方法和設(shè)備的制作方法
用于控制數(shù)據(jù)處理裝置的方法和設(shè)備例如EP 1 696 300 Al中描述了所謂的光學(xué)操縱桿(Joystick)?？善D(zhuǎn)安置的桿 (Hebel)在一個(gè)端部配置光源，該光源依賴于桿的位置，在配置有光敏電池(klle)區(qū)域的面的確定范圍上照射。通常，由此在電池產(chǎn)生的電信號通過電腦讀取，并且表明操縱桿在用戶的角度看來具有與在電腦上相同的功能，正如通過歐姆電阻接收位置的操縱桿。典型地， 使用操縱桿將光標(biāo)符號在電腦屏幕上移動(dòng)。根據(jù)為屏幕上的哪些位置分配了哪些功能，只要光標(biāo)位于該位置，就能夠通過開關(guān)或回車鍵的操作觸發(fā)確定的動(dòng)作。由光標(biāo)的桿所照射的光敏電池在一般情況下對操作人員來說是不可見的。在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)方式中，人們發(fā)現(xiàn)使用小面積的光敏電池就足夠了。出版物 DE 42 39 389 AUEP 354 996 A2 禾口 EP 225 625 A2 描述了光學(xué)的位置測量設(shè)備，其中，在傳導(dǎo)光波的面上或在其中安裝發(fā)光分子，這些發(fā)光分子將從外界射入的光轉(zhuǎn)變成長波長的、漫散射的光，該光在傳導(dǎo)光波的面中被向其面邊緣傳導(dǎo)，并且在所述邊緣處其強(qiáng)度不是已經(jīng)通過傳感器掌握，就是首先通過光導(dǎo)體傳導(dǎo)到另一個(gè)位置。因?yàn)楸粶y量的光的強(qiáng)度隨著與光線入射點(diǎn)距離的增加而減弱，通過組合來自多個(gè)傳感器的測量結(jié)果能夠反推出光線的射入點(diǎn)。但是在這些出版物中沒有考慮為數(shù)據(jù)處理裝置的輸入設(shè)備應(yīng)用該原理。此外，位置分辨率在較大面積時(shí)并不足夠好，因?yàn)樵谒谐霭嫖镏?，探測器通常安裝在光導(dǎo)體的邊緣。在US 2007152985 Al中介紹了一種形成為平面的光波導(dǎo)體的光學(xué)觸摸屏。與觸摸屏的波導(dǎo)相接觸的物體將來自外界光源的光通過在該物體表面的散射耦入觸摸屏的波導(dǎo)中。耦入位置的探測將使用未作進(jìn)一步描述的光電探測器來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地在WO 2007/063448 A2中，借助多個(gè)安裝在屏幕旁邊的光電二極管確定光指針相對屏幕的位置。指示光在此呈非常寬的扇形形狀散開，其光強(qiáng)度隨著遠(yuǎn)離中心而減弱。根據(jù)對光線在截面上的強(qiáng)度分布的認(rèn)知，在測量各個(gè)探測器的強(qiáng)度之后反算出光線距截面中心的距離，并且由此反算出該光線中心在顯示面上的入射點(diǎn)?？蛇_(dá)到的位置準(zhǔn)確性尤其在發(fā)射指示光的指示設(shè)備位置改變時(shí)相對受限。US 2005/0103924 Al描述了使用電腦情況下的射擊訓(xùn)練設(shè)備。瞄準(zhǔn)器將具有十字形截面的紅外激光線發(fā)射到與電腦相連的屏幕上。屏幕的邊緣通過一串光電二極管包圍起來，電腦通過這串光電二極管探測出激光射線截面的位置。在“射擊”時(shí)，通過瞄準(zhǔn)器的激光射線短暫關(guān)閉。于是在中斷之前，電腦在屏幕上展示激光射線截面的射束(Balken)交叉
點(diǎn)ο本發(fā)明的基本任務(wù)在于創(chuàng)立用于數(shù)據(jù)處理裝置的控制設(shè)備，其中，光線被發(fā)射到控制面(Steuerflache)上，并且數(shù)據(jù)處理裝置依賴于光線在控制面上的入射點(diǎn)而受到影響，例如通過在菜單中或在虛擬記錄板或字符板上為射入點(diǎn)分配光標(biāo)位置。通過待建立的結(jié)構(gòu)方式，大量的可區(qū)別的命令能夠被輸入數(shù)據(jù)處理裝置，正如可能使用目前已知的此類控制設(shè)備一樣。解決該任務(wù)的出發(fā)點(diǎn)在于，將光線從指示設(shè)備射到配備有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)的位置探測器的控制面上，所述位置探測器與數(shù)據(jù)處理裝置相連，其中數(shù)據(jù)處理裝置依賴于控制面上光線的入射點(diǎn)受到影響。根據(jù)本發(fā)明設(shè)有-從指示設(shè)備發(fā)出到控制面上的光的強(qiáng)度在預(yù)先確定的、彼此間可區(qū)別的時(shí)間脈沖序列中波動(dòng)(schwanken),-脈沖序列顯示出的、時(shí)間上的光線強(qiáng)度波動(dòng)通過被構(gòu)成為平面的發(fā)光光波導(dǎo)體的、配備了光電傳感器的位置探測器來探測，-數(shù)據(jù)處理設(shè)備相應(yīng)于存儲的分配規(guī)則為每個(gè)脈沖序列賦予意義。通過光強(qiáng)度在脈沖序列中隨時(shí)間波動(dòng)，以及為這些脈沖序列賦予意義，能夠通過指示設(shè)備將不同“符號”分給數(shù)據(jù)處理裝置。為此，該指示設(shè)備能夠具有多個(gè)不同按鍵。通過按下一個(gè)按鍵將發(fā)出光線，其強(qiáng)度隨著確定的、僅分配給該單個(gè)按鍵的脈沖序列波動(dòng)。數(shù)據(jù)處理裝置識別該脈沖序列，并為其分配“意義”，例如接受確定字母的輸入。由此，整個(gè)設(shè)備是可方便使用的，脈沖序列的整個(gè)持續(xù)時(shí)間允許僅僅很短暫，例如 1毫秒。由此，此類短暫的脈沖序列能夠很清楚地劃分成單個(gè)脈沖，這些脈沖也許僅僅持續(xù) 1微秒，其需要快速的光學(xué)位置探測器。毫無疑問最好的是通過平面發(fā)光光波導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)此類位置探測器，所述發(fā)光光波導(dǎo)體局部地裝備有光電傳感器，用于從波導(dǎo)模式耦出光。本發(fā)明將結(jié)合所繪附圖得以形象闡述。

圖1 示例性地展示了示例性的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的各個(gè)元件，該設(shè)備對于本發(fā)明的理解很重要。光線通過虛線標(biāo)記。圖2 以正視圖展示了示例性的由顯示面和位置探測器形成的控制面。光線的截面用虛線表示。圖3 展示了關(guān)于由指示設(shè)備發(fā)出的光線的可能的強(qiáng)度曲線(Verlauf)的示例性的理想的時(shí)間流程圖。根據(jù)圖1，指示設(shè)備1將光線2發(fā)射到控制面，光學(xué)的位置探測器10安裝在該控制面上，位置探測器由多個(gè)層3、4和關(guān)于所生成的電測量信號的光電傳感器5構(gòu)成。測量信號通過頻率濾波器6 (可選的)到達(dá)數(shù)據(jù)處理裝置7。光學(xué)的位置探測器10例如由兩個(gè)大約0. Imm厚的、由PET制成的覆蓋層構(gòu)成， 在其間將大約0. OOlmm厚的、由合成材料聚乙烯醇與染料羅丹明6G均勻混合物構(gòu)成的層4壓成薄片。PET層3與其間放置的層4 一起形成光波導(dǎo)體。層4是光致發(fā)光的 (photolumineszent)。在具有5cm周期間距的正方形網(wǎng)格中，硅光電二極管作為光電傳感器5，該光電傳感器具有大約2 X 2mm2的截面積，該光電傳感器安裝在兩個(gè)PET層3之一的自由面上，使得其將光從PET層耦出，并且在其pn結(jié)上耦入。全部光電傳感器5的信號將通過電導(dǎo)線和頻率濾波器6引導(dǎo)至數(shù)據(jù)處理裝置7，這些信號在所述數(shù)據(jù)處理裝置中被測量并被處理加工。當(dāng)具有合適的光譜的光線2入射到層4上時(shí)，那么該光線會(huì)在集成的顆粒中激發(fā)發(fā)光。由此產(chǎn)生的、長波長的光的大部分將耦入通過層3和4形成的波導(dǎo)中。波導(dǎo)模式中的光通過波導(dǎo)中的分散和衰減而變?nèi)?。由此，在光電傳感?上測量波導(dǎo)模式中光的不同強(qiáng)度，這取決于發(fā)光生成的光線2的射入點(diǎn)與光電傳感器5的距離有多遠(yuǎn)。通過比較不同傳感器上的信號能夠反推出射入點(diǎn)的位置。根據(jù)面和所需的分辨率，能夠在面上優(yōu)選地以有規(guī)律的樣式安裝任意多的光電傳感器。為了安裝，能夠使用對于染料的放射呈透明的且硬化的粘接劑，該粘接劑在波導(dǎo)和光
4電傳感器5之間形成很好的光學(xué)接觸。所安裝的傳感器越厚，信號及相應(yīng)配件的分辨率在使用相同讀數(shù)電子設(shè)備的情況下就越大。在使用了優(yōu)化的波導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)中，以摻雜了染料的塑料板為基礎(chǔ)，當(dāng)按照正方形樣式，傳感器間距為12cm時(shí)能夠達(dá)到優(yōu)于+/-Imm的準(zhǔn)確度。關(guān)于可形成為平面的位置探測器的，所描述的、基于發(fā)光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)方式能夠?qū)崿F(xiàn)對于測量結(jié)果的非常高的時(shí)間上的分辨率。還有可能在有機(jī)的光電半導(dǎo)體層的基礎(chǔ)上成本合算地、大面積地制造光學(xué)的位置探測器。可是這樣卻幾乎不能達(dá)到所要求的時(shí)間上的分辨率。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)的位置探測器10能夠例如作為用于數(shù)據(jù)處理裝置顯示面的投影屏幕上的層來實(shí)現(xiàn)。如圖2所繪，光學(xué)的位置探測器10還能夠以窄帶的形式安裝在用于數(shù)據(jù)處理裝置的顯示面11的邊緣。位置探測器10能夠相對于其縱向(Langsrichtung)探測入射到這些位置探測器上的光點(diǎn)的位置。在圖2中，可看到指示設(shè)備的光線2的截面圖。所述截面通過兩條相互垂直并且相交的線形成。這些線在各個(gè)位置探測器10上的交點(diǎn)的位置將被各個(gè)位置探測器繼續(xù)傳遞到待控制的數(shù)據(jù)處理裝置。數(shù)據(jù)處理裝置能夠?qū)@示面上的指示光 3的兩條截面線的交點(diǎn)的位置計(jì)算為兩條直線的交點(diǎn)，所述兩條直線分別將在兩個(gè)相同定向的位置探測器10處的兩個(gè)交點(diǎn)相互連接。通過在數(shù)據(jù)處理裝置上運(yùn)行的操作系統(tǒng)能夠?yàn)樽鴺?biāo)系分配光標(biāo)的位置，也就是在其他情況下在顯示面上通常借助“鼠標(biāo)”來活動(dòng)的插入標(biāo)記、書寫標(biāo)記或者輸入標(biāo)簽的位置。指示光線中入射到各個(gè)位置探測器部分的光強(qiáng)度對于確定指示光的位置并無意義，而僅是在其縱向上入射到位置探測器的射入點(diǎn)的坐標(biāo)才有意義。由此，測量準(zhǔn)確性在很大范圍內(nèi)不依賴于與發(fā)射指示光的指示設(shè)備的距離。根據(jù)圖3，在時(shí)間段、中，指示設(shè)備發(fā)出光線，該光線的強(qiáng)度按照圖3中的時(shí)間段 tx里所示的時(shí)間曲線脈動(dòng)(pulsieren)，該脈動(dòng)能夠理解為符號的二進(jìn)制編碼，所述符號是由指示設(shè)備發(fā)射到控制面上的，由此，符號由安裝在控制面上的位置探測器作為輸入符號繼續(xù)傳遞到數(shù)據(jù)處理裝置。時(shí)間段tx的持續(xù)時(shí)間典型地可能為10微秒。信號以有規(guī)律的時(shí)間間距、中重復(fù)，、明顯長于tx。數(shù)據(jù)處理裝置在時(shí)間段D之內(nèi)進(jìn)行測量，該時(shí)間段大于ty的兩倍，使得數(shù)據(jù)處理裝置在測量間隔內(nèi)始終接受間隔tx的至少兩個(gè)脈沖序列。當(dāng)時(shí)間段ty的開始或結(jié)束通過指示設(shè)備的信號定義時(shí)，能夠?yàn)樵谳^長間隔ty中的較短時(shí)間的部分間隔tx的位置分配信息。在僅使用一個(gè)指示設(shè)備的情況下，通過使指示設(shè)備僅在在間隔ty之內(nèi)的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上分別發(fā)送短脈沖，而所述短脈沖正好作為關(guān)于待發(fā)送的符號的特征被確定下來，則能夠由此簡單地編碼大量不同的符號。當(dāng)應(yīng)該可使用多個(gè)指示設(shè)備，并且可通過數(shù)據(jù)處理裝置分辨時(shí)，每一指示設(shè)備能夠具有獨(dú)立的時(shí)間間隔ty，其中ty始終小于間隔D持續(xù)時(shí)間的一半。ty的開始或結(jié)束則不需要通過特有的信號標(biāo)記出。因此對于數(shù)據(jù)處理裝置，可根據(jù)時(shí)間ty識別出脈沖序列是從哪個(gè)指示設(shè)備發(fā)出的，在所述時(shí)間ty內(nèi)重復(fù)相同的脈沖序列，這些脈沖有一個(gè)最大持續(xù)時(shí)間tx。指示設(shè)備的數(shù)量主要有如下限制，即tx期間脈沖序列并非在任何時(shí)間都允許重疊。 但對于非?？斓男盘柡陀休^少的指示設(shè)備(例如四個(gè))的情況下，僅僅很少出現(xiàn)該情況，因此能夠忽略這些錯(cuò)誤。通過指示設(shè)備對標(biāo)記進(jìn)行的編碼，該編碼的實(shí)現(xiàn)能夠不依賴于指示設(shè)備的光線顯示在控制面的哪一點(diǎn)上。此外，位置反推的可能性并不受影響。時(shí)間段D典型地能夠持續(xù) 200微秒。由此能夠?qū)⒕哂卸喾N功能特性的多個(gè)指示設(shè)備連接到交互式的屏幕，而并不需要除光線之外的元件之間的數(shù)據(jù)連接。特別地，為了防止環(huán)境光的干擾，使得從指示設(shè)備發(fā)出的被頻率調(diào)制的光線強(qiáng)度發(fā)生波動(dòng)，并且根據(jù)調(diào)制頻率過濾位置探測器的測量結(jié)果是很有意義的。為此，調(diào)制頻率必須明顯高于被用于通過光強(qiáng)度的脈沖實(shí)現(xiàn)標(biāo)記的二進(jìn)制編碼的頻率。另一種用于抑制通過環(huán)境光的背景信號的方法是在上游的頻率濾波器，該頻率濾波器將所有來自探測器信號的低頻信號過濾掉，但允許非常高頻率的脈沖通過。這或者通過簡單的軟件解決方案(例如通過構(gòu)造二階數(shù)學(xué)導(dǎo)數(shù))或者通過相應(yīng)的電子電路來實(shí)現(xiàn)。通過根據(jù)本發(fā)明的方法或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，能夠使用指示設(shè)備在沒有關(guān)于數(shù)據(jù)處理裝置的直接數(shù)據(jù)連接情況下實(shí)現(xiàn)最為不同的輸入，而這以目前的方法是不可能實(shí)現(xiàn)的。此外，由此還可能同時(shí)使用多個(gè)輸入裝置，這些輸入裝置能夠被彼此獨(dú)立地識別并驗(yàn)證。這實(shí)現(xiàn)了非常方便的應(yīng)用，因?yàn)椴槐匕惭b通過電線或無線電的數(shù)據(jù)連接。
權(quán)利要求
1.一種用于控制數(shù)據(jù)處理裝置的方法，其中，將光線從指示設(shè)備發(fā)送到裝配有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)的位置探測器的控制面上，所述位置探測器與所述數(shù)據(jù)處理裝置相連，并且依賴于所述光線在所述控制面上的入射點(diǎn)來影響所述數(shù)據(jù)處理裝置，其特征在于，-從所述指示設(shè)備發(fā)出到所述控制面上的光線的光強(qiáng)度以能夠預(yù)先確定的、彼此間能區(qū)別的時(shí)間脈沖序列波動(dòng)，-所述脈沖序列顯示出的、時(shí)間上的所述光線強(qiáng)度的波動(dòng)通過被構(gòu)成為平面的發(fā)光光波導(dǎo)體的、配備了光電傳感器的位置探測器來探測，-所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)存儲的分配規(guī)則為每個(gè)脈沖序列賦予意義。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從所述指示設(shè)備發(fā)出的、被頻率調(diào)制的光線強(qiáng)度發(fā)生波動(dòng)，位置探測器的測量結(jié)果通過頻率濾波器過濾，所述頻率濾波器的通帶設(shè)置在調(diào)制頻率上，并且所述調(diào)制頻率遠(yuǎn)大于通過所述數(shù)據(jù)處理裝置分配意義的脈沖序列中的一個(gè)脈沖的最小持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從所述位置探測器的測量結(jié)果中過濾掉那些比所述指示設(shè)備發(fā)出光線的脈沖序列的頻率更低的信號部分。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，-使用多個(gè)指示設(shè)備，其中，各個(gè)所述指示設(shè)備具有獨(dú)立的時(shí)間間隔ty，對此，所述時(shí)間間隔ty的重復(fù)意味著一個(gè)符號的脈沖序列，-其中，ty最高是這樣一些時(shí)間段D的一半長度，在所述時(shí)間段D之內(nèi)通過所述數(shù)據(jù)處理裝置讀取所述位置探測器測量結(jié)果的曲線，-以及，所述數(shù)據(jù)處理裝置從時(shí)間、推斷發(fā)射脈沖序列的所述指示設(shè)備，其中在所述時(shí)間ty中重復(fù)相同的脈沖序列。
5.一種用于控制數(shù)據(jù)處理裝置的控制設(shè)備，其中，在裝配有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)的位置探測器的控制面上，所述位置探測器與所述數(shù)據(jù)處理裝置相連，從指示設(shè)備發(fā)出光線，并且依賴于所述光線在所述控制面上的入射點(diǎn)來影響所述數(shù)據(jù)處理裝置，其特征在于，-所述光學(xué)的位置探測器構(gòu)成為平面的光波導(dǎo)體，在所述平面的光波導(dǎo)體上安裝了光電傳感器，使得光能夠從波導(dǎo)耦出進(jìn)入所述光電傳感器，-所述指示設(shè)備適于發(fā)出光線，所述光線的光強(qiáng)度能預(yù)先確定地以不同的能彼此區(qū)別的時(shí)間脈沖序列波動(dòng)，以及-在所述數(shù)據(jù)處理裝置中存儲分配規(guī)則，通過所述分配規(guī)則為各個(gè)由所述位置探測器測量到的脈沖序列分配各個(gè)符號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制面在用于所述數(shù)據(jù)處理裝置的顯示面上延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述位置探測器安裝在所述顯示面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述位置探測器沿所述顯示面的邊緣安裝，能通過所述指示設(shè)備發(fā)出的光線O)的截面形狀通過多條線形成，并且所述光線的截面尺寸或者突出到所述顯示面(11)以外或者突出到被安裝在所述顯示面上的位置探測器(10)以外。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制數(shù)據(jù)處理裝置的方法和設(shè)備，其中，在裝配有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)的位置探測器的控制面上，該位置探測器與數(shù)據(jù)處理裝置相連，從指示設(shè)備發(fā)出光線，并且依賴于光線在控制面上的入射點(diǎn)來影響數(shù)據(jù)處理裝置。為了能夠用定位裝置輸入不同的符號，而不依賴于從該指示設(shè)備發(fā)出的光線正好指向什么方向，從指示設(shè)備發(fā)出到控制面上的光線的光線強(qiáng)度在為各個(gè)符號標(biāo)記的脈沖序列中波動(dòng)。作為光學(xué)位置探測器，對此提出一個(gè)具有局部光電傳感器的平面發(fā)光光導(dǎo)體，因?yàn)橐云淇蓪?shí)現(xiàn)所要求的高時(shí)間分辨率。在有益的進(jìn)一步改進(jìn)中，將在脈沖序列中對指示設(shè)備的強(qiáng)度編碼，這樣就允許對多個(gè)輸入設(shè)備進(jìn)行明顯區(qū)別。
文檔編號G06F3/042GK102405459SQ201080017541
公開日2012年4月4日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者理查德·埃布內(nèi) 申請人:伊斯奇里因特菲斯技術(shù)股份有限公司