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.

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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 US 5,341,133 ist ferner ein Berührungssensor bekannt geworden, der auf einer Taste einer Computertastatur oder als getrenntes Gerät angeordnet werden kann und aus einer Matrix von lichtempfindlichen und lichtdetektierenden Elementen besteht. Dadurch soll es einem Benutzer des Computers ermöglicht werden, die Position und die Bewegung eines Cursors auf dem Bildschirm leicht zu kontrollieren. Durch den Berührungssensor werden entsprechende Fingerbewegungen auf der Oberfläche der Taste erkannt. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Finger die Oberfläche berühren muss, um zu einer Erkennung der Fingerposition zu gelangen. Eine Annäherung eines Fingers allein ermöglicht keine eindeutige Erkennung.Out US 5,341,133 a touch sensor has also become known, which can be arranged on a key of a computer keyboard or as a separate device and consists of a matrix of light-sensitive and light-detecting elements. This is intended to enable a user of the computer to easily control the position and movement of a cursor on the screen. Corresponding finger movements on the surface of the key are recognized by the touch sensor. It is assumed that the finger must touch the surface in order to recognize the finger position. An approach of a finger alone does not allow a clear recognition.

Aus der EP 0 633 542 A2 ist ein Sensor bekannt, in Form eines Rasters aus Photodetektoren, zusätzlich zu einem Raster aus lichtemittierenden Bildschirmelementen und einem Raster aus Linsen.From the EP 0 633 542 A2 a sensor is known, in the form of a grid of photodetectors, in addition to a grid of light-emitting screen elements and a grid of lenses.

Aus der DE 36 43 576 A1 ist ein Scanner bekannt, bei dem emittiertes Licht nicht fokussiert wird, während das reflektierte Licht durch ein Raster aus Linsen auf mindestens einen der Photodetektoren fokussiert wird.From the DE 36 43 576 A1 a scanner is known in which emitted light is not focused, while the reflected light is focused on at least one of the photodetectors by a grid of lenses.

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.
Furthermore, the device according to the invention can be used not only for entering information, but also for displaying any images and for taking pictures of objects that are brought in front of the device according to the invention. In another development of the device according to the invention, operation in three phases is therefore provided, whereby
  • 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:

1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Einrichtung als Querschnitt, 1 a section of a device according to the invention as a cross section,

2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer beispielhaft dargestellten Ansteuer- und Auswerteschaltung, 2 2 shows a block diagram of a device according to the invention with a control and evaluation circuit shown as an example,

3 ein mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung wiedergegebenes Bild; 3 an image reproduced with the aid of the device according to the invention;

4 eine bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kurzzeitig wiedergegebene Maske, 4 a mask briefly reproduced in the device according to the invention,

5 den zeitlichen Ablauf einzelner Phasen bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung, die sowohl zur Bildwiedergabe als auch zur Bildaufnahme und als Eingabe-Einrichtung verwendet werden kann und 5 the timing of individual phases in a device according to the invention, which can be used both for image reproduction and for image recording and as an input device and

6 eine schematische Darstellung von Frequenzbereichen für einzelne Funktionen der erfindungsgemäßen Einrichtung im Falle eines anderen Ausführungsbeispiels. 6 is a schematic representation of frequency ranges for individual functions of the device according to the invention in the case of another embodiment.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 werden zwei parallele Glasplatten 1, 2 durch Abstandshalter 3, 4 auf Abstand gehalten und schließen einen evakuierten Hohlraum ein. Die Innenseite der Glasplatte 1 ist mit Bildschirmelementen 6 versehen, die in an sich bekannter Weise unter Beschuß von Elektronen, die von Elektronenquellen 7 erzeugt werden, Licht emittieren. Bildwiedergabe-Einrichtungen dieser Art sind beispielsweise in DE 44 16 597 A1 beschrieben. Eine Erläuterung ist zum Verständnis der vorliegenden Erfindung im einzelnen daher nicht erforderlich.In the embodiment according to 1 become two parallel glass plates 1 . 2 by spacers 3 . 4 kept at a distance and enclose an evacuated cavity. The inside of the glass plate 1 is with screen elements 6 provided in a manner known per se under attack by electrons, that of electron sources 7 generated, emit light. Image display devices of this type are, for example, in DE 44 16 597 A1 described. Explanation is therefore not necessary to understand the present invention in detail.

Auf der Glasplatte 2 befinden sich Photodetektoren 8, die im wesentlichen in der Brennebene jeweils einer Linse 9 angeordnet sind. Hierüber findet sich ebenfalls eine Beschreibung in DE 195 45 484 A1 . Die Sammellinsen bewirken, daß Licht, das etwa aus Richtung der optischen Achse der Linse einfällt, auf den dazugehörigen Photodetektor 8 fällt. Bezüglich der Bildschirmelemente 6 wirkt die Linse jedoch nicht als Sammellinse, so daß das von den Bildschirmelementen durch geeignete Ansteuerung gebildete Bild in einem größeren Winkel sichtbar ist.On the glass plate 2 there are photodetectors 8th , each essentially in the focal plane of a lens 9 are arranged. There is also a description of this in DE 195 45 484 A1 , The converging lenses cause light, which is incident approximately from the direction of the optical axis of the lens, onto the associated photodetector 8th falls. Regarding the screen elements 6 however, the lens does not act as a converging lens, so that the image formed by the screen elements by suitable control is visible at a larger angle.

Die Intensität des von den Bildschirmelementen 6 emittierten Lichts nimmt schnell mit der Entfernung ab. Kommt jedoch ein Gegenstand 5 der erfindungsgemäßen Einrichtung nahe, so wird er bei entsprechender Ansteuerung der Bildschirmelemente 6 relativ hell beleuchtet und reflektiert Licht durch die auf ihn gerichteten Sammellinsen 9 zu den dahinterliegenden Photodetektoren 8.The intensity of the of the screen elements 6 emitted light quickly decreases with distance. However, an object comes 5 close to the device according to the invention, it becomes with appropriate control of the screen elements 6 relatively brightly illuminates and reflects light through the converging lenses directed at it 9 to the photodetectors behind 8th ,

Die Signale der Photodetektoren 8 können, wie bei anderen Bildsensoren üblich, zeilenweise ausgelesen und ausgewertet werden, sodass schließlich Signale zur Verfügung stehen, an welcher Stelle der gesamten erfindungsgemäßen Einrichtung sich ein Gegenstand nähert. Dabei können auch mehrere Gegenstände detektiert werden.The signals from the photodetectors 8th can, as is customary with other image sensors, be read out and evaluated line by line, so that signals are finally available at which point an object approaches the entire device according to the invention. Several objects can also be detected.

Um zu verhindern, dass das von den Bildschirmelementen in Richtung auf die Glasplatte 2 emittierte Licht ein Ansprechen der Photodetektoren 8 bewirken, sind mehrere Maßnahmen möglich. So können beispielsweise die Bildschirmelemente in Richtung auf die Glasplatte 2 mit Hilfe einer lichtundurchlässigen Schicht optisch abgeschirmt werden, wobei durch einen geeigneten Versatz zwischen den Bildschirmelementen 6 einerseits und den Linsen 9 und den Photodetektoren 8 andererseits eine Belichtung der Photodetektoren 8 durch einfallendes Licht sichergestellt sein muss.To prevent that from the screen elements towards the glass plate 2 light emitted a response of the photodetectors 8th effect, several measures are possible. For example, the screen elements can face the glass plate 2 be optically shielded with the help of an opaque layer, with a suitable offset between the screen elements 6 one hand and the lenses 9 and the photodetectors 8th on the other hand, exposure of the photodetectors 8th must be ensured by incident light.

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.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einer schematischen Darstellung der Ansteuer- und Auswerteschaltungen. Dabei ist die erfindungsgemäße Einrichtung selbst in zwei Teile, nämlich in das Raster von lichtemittierenden Bildschirmelementen 10 und in ein Raster von Photodetektoren 11 aufgeteilt. Da diese beiden Teile als Bildwiedergabe- und als Wiederaufnahme-Einrichtung dienen können, werden sie im folgenden der Einfachheit halber als Bildschirm 10 und Kamera 11 bezeichnet. 2 shows a device according to the invention with a schematic representation of the control and evaluation circuits. The device according to the invention is itself in two parts, namely in the grid of light-emitting screen elements 10 and into a grid of photodetectors 11 divided up. Since these two parts can serve as image display and resume devices, they are hereinafter referred to as a screen for the sake of simplicity 10 and camera 11 designated.

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 10 zwei Quellen vorgesehen, die über einen Umschalter 12 selektiv Zugriff auf den Bildschirm haben. Die eine Quelle ist ein Video-RAM 13, in dem ein darzustellendes Bild als Zeilenraster zwischengespeichert wird. Die Daten hierzu werden einem Speicher 14 entnommen. Das Bild kann beispielsweise, was schematisch in 3 dargestellt ist, eine Tastatur zeigen. Es sind jedoch auch beliebige andere Bildinhalte möglich.In the schematic representation of the control and evaluation circuits, it is assumed that it is advantageous for many applications is if the image visible to a user differs from a mask that is only displayed with the help of the screen elements in order to have favorable optical conditions for evaluating the output signals of the photodetectors. Therefore, to control the screen 10 two sources provided via a switch 12 selectively have access to the screen. One source is video RAM 13 , in which an image to be displayed is buffered as a line grid. The data for this is a memory 14 taken. The image can, for example, what is shown schematically in 3 is shown, show a keyboard. However, any other image content is also possible.

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 12 in der oberen Stellung.During a large part of the image period of, for example, 1/60 second, the image is written, as is customary when playing video signals. The changeover switch is in this position 12 in the upper position.

Während der restlichen Zeit wird der Umschalter in die untere Stellung gebracht, so daß kurzzeitig eine in einem als andere Quelle wirkenden Speicher 15 abgelegte Maske auf dem Bildschirm 10 dargestellt wird. Im einfachsten Fall kann die Maske darin bestehen, daß alle Bildschirmelemente auf höchste Intensität gesteuert werden. Andere Masken sind jedoch auch anwendbar. Ein Beispiel dafür wird später im Zusammenhang mit 4 erläutert.During the rest of the time, the changeover switch is brought into the lower position, so that a memory acting as another source is briefly used 15 dropped mask on the screen 10 is pictured. In the simplest case, the mask can consist of controlling all screen elements to the highest intensity. However, other masks can also be used. An example of this will be related later 4 explained.

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 16 steuert den gesamten Ablauf bei der erfindungsgemäßen Einrichtung einschließlich je eines Rastergenerators 17, 18 für den Bildschirm 10 und die Kamera 11. Der Prozessor 16 wertet ferner die zuvor bei 19 beispielsweise durch Verstärkung und Filterung aufbereiteten Ausgangssignale der Kamera 11 aus, so daß an einem Ausgang 20 Daten zur Verfügung stehen, die besagen, an welchen Stellen sich ein oder mehrere Gegenstände der erfindungsgemäßen Einrichtung nähern.A processor 16 controls the entire process in the device according to the invention, including one raster generator each 17 . 18 for the screen 10 and the camera 11 , The processor 16 also evaluates the previously 19 for example, output signals of the camera processed by amplification and filtering 11 out so that at an exit 20 Data are available that state at which points one or more objects approach the device according to the invention.

Die 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße Einrichtung bei ihrer Verwendung als Telefontastatur. Dazu werden dem Bildschirm 10 (2) in der Bildwiedergabephase Signale zugeführt, die das in 3 dargestellte Bild 21 mit Tastenabbildungen 23 ergeben, wobei jeweils ein Quadrat ein Bildschirmelement 22 darstellt. Der Einfachheit halber wurden relativ große Bildschirmelemente 22 angenommen.The 3 and 4 show an inventive device when used as a telephone keypad. This will be the screen 10 ( 2 ) in the image reproduction phase signals that the in 3 shown image 21 with button images 23 result, with each square a screen element 22 represents. For the sake of simplicity, relatively large screen elements were used 22 accepted.

Während der Eingabephase wird die in 4 dargestellte Maske 24 auf dem Bildschirm 10 wiedergegeben. Dabei werden alle Bildschirmelemente bis auf diejenigen schraffiert dargestellten Bildschirmelemente 25, welche in unmittelbarer Umgebung der in 4 durch Kreise dargestellten Photodetektoren 8 liegen, aufgehellt. Die Eingabephase ist dabei so kurz, daß sie die Betrachtung des Bildes gemäß 3 nicht stört.During the input phase, the in 4 shown mask 24 on the screen 10 played. All screen elements except those that are shown hatched are shown 25 which in the immediate vicinity of the in 4 photodetectors represented by circles 8th lying, lightened. The input phase is so short that it corresponds to the viewing of the image 3 does not bother.

5a zeigt den zeitlichen Ablauf der Bildwiedergabephase 26 und der Eingabephase 27, deren Dauer vergrößert dargestellt ist. Bei dem in 5b dargestellten Ablauf ist zusätzlich eine Bildaufnahmephase 28 vorgesehen, in welcher keine Ansteuerung des Bildschirms 10 erfolgt, so daß die Kamera 11 das sich vor ihr befindliche Bild aufnimmt. Die Pfeile in den 5a und 5b veranschaulichen das Licht, das von den Bildschirmelementen in der jeweiligen Phase emittiert wird, und das Licht, das von den Photodetektoren angezeigt wird. 5a shows the timing of the image playback phase 26 and the input phase 27 whose duration is shown enlarged. At the in 5b The process shown is also an image acquisition phase 28 provided in which no control of the screen 10 done so the camera 11 takes the picture in front of her. The arrows in the 5a and 5b illustrate the light that is emitted by the screen elements in the respective phase and the light that is displayed by the photodetectors.

Die in 6 dargestellte spektrale Verteilung kann gewählt werden, um die vom Fremdlicht – beispielsweise Leuchtstoffröhren – verursachten Anteile in den Ausgangssignalen der Photodetektoren zu unterdrücken. Dabei befinden sich in einem niedrigeren Frequenzbereich 30 die bei der Bildwiedergabe und Bildaufnahme verwendeten Bildfrequenzen, während zur Modulation des emittierten Lichtes während der Eingabephase Frequenzen im Bereich 31 benutzt werden.In the 6 The spectral distribution shown can be selected in order to suppress the proportions in the output signals of the photodetectors caused by extraneous light, for example fluorescent tubes. They are in a lower frequency range 30 the image frequencies used in image reproduction and image acquisition, while frequencies in the range for modulating the emitted light during the input phase 31 to be used.

Claims (17)

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 approaching the device ( 5 ), in which a grid of light-emitting screen elements ( 6 ) a grid of photodetectors ( 8th ) and a grid of lenses ( 9 ) is assigned, and the lenses ( 9 ), the screen elements ( 6 ) and the photodetectors are spaced such that the emitted light is not focused and that that of at least one of the screen elements ( 6 ) emitted and from the object approaching the facility ( 5 ) reflected light on at least one of the photodetectors ( 8th ) is focused, and output signals of the photodetectors ( 8th ) an evaluation device ( 16 . 19 ) can be fed to obtain information as to which of the photodetectors ( 8th ) receive reflected light. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einem lichtemittierenden Bildschirmelement (6) ein Photodetektor (8) zugeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that in each case a light-emitting screen element ( 6 ) a photodetector ( 8th ) assigned. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor jeweils einem Photodetektor (8) eine Linse (9) angeordnet ist, die als Sammellinse ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that in front of a photodetector ( 8th ) a lens ( 9 ) is arranged, which is designed as a converging lens. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils von einer wiedergegebenen Maske (24) gebildete Bildschirm-Bereiche die von den darin befindlichen Photodetektoren (8) gemessene Intensität mit einer bekannten Hintergrundintensität verglichen wird und dass bei Überschreiten der Hintergrundintensität eine Annährung des Gegenstandes (5) festgestellt wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for each of a reproduced mask ( 24 ) screen areas formed by the photodetectors ( 8th ) measured intensity compared with a known background intensity and that if the background intensity is exceeded, the object ( 5 ) is detected. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hintergrundintensität während Zeiten, in denen sich der Gegenstand (5) nicht der Einrichtung nähert, gemessen und in einem Speicher (14) abgelegt wird.Device according to claim 4, characterized in that the background intensity during times when the object ( 5 ) not approaching the device, measured and stored in a memory ( 14 ) is filed. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergleich und zur Feststellung ein Rechner (Prozessor 16) mit Bildvergleichs-Routinen vorgesehen ist.Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that a computer (processor 16 ) is provided with image comparison routines. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (15) für mindestens eine Maske (24) vorgesehen ist.Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that a memory ( 15 ) for at least one mask ( 24 ) is provided. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (24) derart gestaltet ist, dass diejenigen Bereiche der lichtemittierenden Bildschirmelemente (6), in welchen eine Eingabe möglich sein soll, mindestens eine vorgegebene Lichtintensität abstrahlen. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the mask ( 24 ) is designed such that those areas of the light-emitting screen elements ( 6 ), in which an input should be possible, emit at least a predetermined light intensity. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodetektoren (8) gegenüber den lichtemittierenden Bildschirmelementen (6) durch eine lichtundurchlässige Schicht abgeschirmt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the photodetectors ( 8th ) compared to the light-emitting screen elements ( 6 ) are shielded by an opaque layer. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils innerhalb der Bereiche diejenigen Bildschirmelemente (25), die sich in unmittelbarer Nähe von Photodetektoren (8) befinden, aus deren Ausgangssignalen Informationen gewonnen werden, eine geringere oder keine Lichtintensität abstrahlen.Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that those screen elements ( 25 ), which are in the immediate vicinity of photodetectors ( 8th ), from whose output signals information is obtained, emit less or no light intensity. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von den Bildschirmelementen (6) emittierte Licht moduliert ist und dass die Ausgangssignale der Photodetektoren (8) über Filter (19) geleitet werden, die für das Modulationssignal durchlässig sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the screen elements ( 6 ) emitted light is modulated and that the output signals of the photodetectors ( 8th ) via filter ( 19 ) which are permeable to the modulation signal. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Bereiche verschiedene Modulationssignale und verschiedene Filter vorgesehen sind.Device according to claim 11, characterized in that for different areas different modulation signals and different Filters are provided. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Betrieb in drei Phasen, wobei – während einer ersten Phase die Bildschirmelemente (6) zur Wiedergabe eines Bildes (21) angesteuert werden, – in einer zweiten Phase die Bildschirmelemente (6) kein Licht emittieren, während die Ausgangssignale der Photodetektoren (8) zur Bildaufnahme ausgewertet werden und – in einer dritten Phase die Bildschirmelemente (6) Licht emittieren und die Ausgangssignale der Photodetektoren (8) zur Gewinnung der einzugebenden Informationen ausgewertet werden.Device according to one of the preceding claims, characterized by the operation in three phases, wherein - during a first phase, the screen elements ( 6 ) to display an image ( 21 ) are controlled, - in a second phase the screen elements ( 6 ) do not emit light while the output signals of the photodetectors ( 8th ) are evaluated for image acquisition and - in a third phase the screen elements ( 6 ) Emit light and the output signals of the photodetectors ( 8th ) are evaluated to obtain the information to be entered. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholfrequenz der drei Phasen größer als die vom menschlichen Auge wahrnehmbare Flimmerfrequenz ist.Device according to claim 13, characterized in that the repetition frequency of the three phases is greater than that of human Is perceptible flicker frequency. Einrichtung nach den Ansprüchen 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der dritten Phase wesentlich geringer ist als die Dauer der ersten Phase.Device according to claims 13 or 14, characterized in that that the duration of the third phase is much shorter than that Duration of the first phase. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung als plattenförmiger Körper (1, 2, 3, 4), in welchem sowohl die lichtemittierenden Bildschirmelemente (6) als auch die Photodetektoren (8) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized by the design as a plate-shaped body ( 1 . 2 . 3 . 4 ), in which both the light-emitting screen elements ( 6 ) as well as the photodetectors ( 8th ) are arranged. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Folie, welche die Photodetektoren (8) und Leiterbahnen zur Ableitung der Ausgangssignale der Photodetektoren (8) enthält und die auf einen Bildschirm aufbringbar ist, der die lichtemittierenden Bildschirmelemente (6) enthält.Device according to one of claims 1 to 15, characterized by the design as a film which the photodetectors ( 8th ) and conductor tracks for deriving the output signals of the photodetectors ( 8th ) and which can be attached to a screen which contains the light-emitting screen elements ( 6 ) contains.
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