СЕНСОРНАЯ ПЕРЧАТКА И СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ТАКТИЛЬНОГО ОТКЛИКА НА ПАЛЬЦЕ СЕНСОРНОЙ ПЕРЧАТКИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ПАЛЬЦА С ИНФРАКРАСНЫМ СЕНСОРНЫМ ЭКРАНОМ
SENSOR GLOVE AND METHOD OF GENERATING TACTILE RESPONSE TO SENSOR GLOVE FINGER WHILE INTERACTING FINGER WITH INFRARED TOUCH SCREEN

Изобретение относится к сенсорной перчатке с тактильным откликом на пальце при взаимодействии этого пальца с элементом взаимодействия на инфракрасном сенсорном экране, согласно признакам пункта 1 формулы изобретения. Изобретение относится также к способу генерации тактильного отклика на пальце сенсорной перчатки при взаимодействии этого пальца с элементом взаимодействия на инфракрасном сенсорном экране согласно признакам пункта 5 формулы изобретения.
В последующем описании под сенсорным экраном понимается произвольная чувствительная к соприкосновению поверхность.
Сенсорные экраны широко известны во многих областях и проникли в повседневную жизнь, например в оснащении банкоматов. Принципиально отличают две различные техники построения сенсорных экранов: резистивные сенсорные экраны и емкостные сенсорные экраны. Также следует упомянуть такие базовые технологии, как Near field imaging (визуализация ближнего поля), Acoustic wave (акустическая волна) или инфракрасный сенсорный экран.
Сенсорный экран, экран соприкосновения или, соответственно, воспринимающий экран представляет собой комбинированное устройство ввода-вывода, при использовании которого можно непосредственно управлять программной последовательностью работы технического устройства, в большинстве случаев компьютера, посредством прикосновения к частям изображения. Техническое преобразование команды ввода как бы невидимо для пользователя и производит таким образом впечатление непосредственного управления компьютером посредством тактильного указания.
Сенсорные экраны отличаются простотой и гибкостью в управлении. Благодаря им можно взаимодействовать непосредственно с графическими объектами, которые представлены на дисплее. Данная способность реализована за счет сенсорных активных поверхностей, сопоставленных графическим объектам. При этом графические объекты служат визуальной идентификации элемента взаимодействия. Лежащая в основе активных поверхностей логика управления ориентирована, как правило, на поведение физически реальных управляющих устройств, таких, например, как выключатель или позиционный регулятор. Таким образом можно симулировать характеристики почти любых устройств ввода.
Тем не менее управление с помощью сенсорных экранов часто оказывается не столь эффективным, как при помощи физически реальных управляющих устройств, например, клавиатуры. Причина этого лежит в отсутствии тактильного отклика сенсорного экрана. Этот эффект проявляется двукратно, поскольку тактильный отклик помогает, с одной стороны, при действиях ввода на физически реальных устройствах ввода в идентификации правильного устройства ввода, и, с другой стороны, подает ответный сигнал об успехе при исполнении управляющего действия. В то время, как при работе с физически реальной клавиатурой, идентификация может происходить не только путем обычной визуальной идентификации глазами, но также за счет распознавания кромок, поверхностей и промежутков осязанием кончиков пальцев, при работе с виртуальной клавиатурой последний способ невозможен. Визуальный канал восприятия при вводе с виртуальной клавиатуры особо загружен, вследствие чего для последующей деятельности в распоряжении остаются только ограниченные визуальные ресурсы. Кроме того, производительность оператора может быть ограничена, если он ожидает тактильного отклика, но не получает его.
Также при реализации собственно управляющего действия виртуальная клавиатура не предлагает тактильный отклик. Оператор получает на рецепторах кончиков пальца лишь ответный сигнал о касании ими экрана. Однако этот ответный сигнал не состоит в обязательной взаимосвязи с успехом управляющего действия. Поэтому ответный сигнал должен производиться также визуально. На физически реальной клавиатуре, напротив, оператор при действии ввода должен сначала преодолеть давление пружины, а затем выполнить линейное перестановочное движение. Он получает ответный сигнал об успехе его управляющего действия за счет предела хода клавиш, который лимитирует линейное перестановочное движение.
То есть физически реальная клавиатура предлагает оператору как перед действием ввода, так и после него тактильный отклик, следствием чего является освобождение его визуального канала восприятия. Действие ввода может, таким образом, выполняться более эффективно, чем при помощи виртуальной клавиатуры.
Известно, что при использовании сенсорного экрана можно обнаруживать положение пальца на сенсорном экране. При осуществлении оператором действия ввода на экране инфракрасный рамочный датчик сначала обнаруживает относительное положение к сенсорному экрану касающегося или находящегося в непосредственной близости от сенсорного экрана пальца. Если это положение совпадает с положением элемента взаимодействия, будет выполнена запланированная управляющая функция.
Из DE 102005011432 А1 известна система виртуальной реальности, в рамках которой отдельные пальцы сенсорной перчатки могут быть идентифицированы посредством системы камер. Из DE 202005019953 U1 известна сенсорная перчатка с откликом.
Целью изобретения является предложение сенсорной перчатки, которая предоставляет оператору тактильный отклик при успешном исполнении управляющего действия на инфракрасном сенсорном экране.
Другой целью является предложение способа предоставления взаимодействующему с сенсорным экраном пальцу сенсорной перчатки тактильного отклика, производимой при успешном исполнении управляющего действия на сенсорном экране.
Эти цели достигнуты признаками п.п. 1 и 5 настоящей формулы изобретения.
Предлагаемая в изобретении сенсорная перчатка обеспечивает генерацию тактильного отклика на пальце при взаимодействии этого пальца с элементом взаимодействия на инфракрасном сенсорном экране и содержит приемные элементы для приема пальцев оператора, а также средства для формирования тактильного отклика. При этом для формирования тактильного отклика на приемных элементах размещены раздражители, предусмотрены средства определения взаимодействующего с инфракрасным сенсорным экраном пальца, предусмотрен генератор сигналов для возбуждения раздражителя взаимодействующего пальца при успешном приведении в действие элемента взаимодействия на инфракрасном сенсорном экране, на приемных элементах в области кончика пальца размещены инфракрасные фотодетекторы, выполненные с возможностью определения испускаемого инфракрасным сенсорным экраном инфракрасного излучения, для определения взаимодействующего с инфракрасным сенсорным экраном пальца предусмотрен соединенный с инфракрасными фотодетекторами, обрабатывающий сигналы логический модуль для сравнения сформированных в инфракрасных фотодетекторах фототоков.
Предлагаемый в изобретении способ обеспечивает генерацию тактильного отклика на пальце сенсорной перчатки при взаимодействии этого пальца с элементом взаимодействия на инфракрасном сенсорном экране и характеризуется тем, что определяют взаимодействующий палец и при успешном приведении в действие элемента взаимодействия на сенсорном экране на взаимодействующем пальце формируют тактильное раздражение, причем для определения взаимодействующего с инфракрасным сенсорным экраном пальца анализируют фототоки инфракрасных фотодетекторов, расположенных на сенсорной перчатке в области кончика пальца, и определяют инфракрасный фотодетектор с максимальным фототоком.
Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, заключаются в повышении производительности работы оператора, взаимодействующего с сенсорным экраном, за счет исключения ожидания тактильного отклика, снижении утомляемости оператора за счет разгрузки органов зрения и уменьшении механического воздействия на сенсорный экран и искажения создаваемого им изображения благодаря тому, что тактильная обратная связь срабатывает в зависимости от положения пальца относительно экрана, а не от силы нажатия.
При осуществлении изобретения сигнал тактильной обратной связи создается на пальце, определенном как взаимодействующий с сенсорным экраном (селективный отклик), с помощью практичного в использовании раздражителя, для создания раздражения средствами вибрационного, механического, электрического или теплового воздействия. Раздражение вибрацией является предпочтительным благодаря быстрому отклику раздражителя, а также хорошей восприимчивости и самочувствию оператора по сравнению с другими формами раздражения (раздражения давлением, термического раздражения, электрического раздражения).
Идентификация взаимодействующего пальца может быть произведена, например, посредством нескольких камер в соответствии с техническим решением из DE 102005011432 А1.
В соответствии с изобретением инфракрасная технология используется для обнаружения взаимодействующего с инфракрасным сенсорным экраном пальца. Практичным образом в области кончиков пальцев сенсорной перчатки размещены инфракрасные фотодетекторы, например инфракрасные фототранзисторы или инфракрасные фотодиоды, которые способны обнаруживать испускаемые инфракрасным сенсорным экраном инфракрасные лучи.
Фототоки для обнаружения задействованных инфракрасных фотодетекторов анализируются, и обнаруживается инфракрасный фотодетектор с максимальным фототоком. Оценка производится посредством целесообразного микроконтроллера, например, посредством интегрированного компаратора. Поскольку инфракрасная координатная сетка инфракрасного сенсорного экрана становится слабее с возрастанием удаления от дисплея, инфракрасный фотодетектор с максимальным фототоком по сравнению с другими инфракрасными фотодетекторами находится ближе всех к экранной поверхности сенсорного экрана. Поскольку инфракрасный фотодетектор присоединен к каждому из пальцевых приемных элементов сенсорной перчатки практичным образом в области кончика пальца, таким образом может быть установлен взаимодействующий с сенсорным экраном палец.
При успешном приведении в действие элемента взаимодействия на инфракрасном сенсорном экране инфракрасный сенсорный экран посылает электрический сигнал сенсорной перчатке. При этом связь между инфракрасным сенсорным экраном и сенсорной перчаткой осуществляется посредством известных интерфейсов, например последовательного интерфейса.
В особом варианте воплощения изобретения передача электрического сигнала сенсорной перчатке запускает определение взаимодействующего с инфракрасным сенсорным экраном пальца. Другими словами, только тогда, когда инфракрасный сенсорный экран регистрирует успешное приведение в действие элемента взаимодействия и посылает поэтому соответствующий запускающий сигнал сенсорной перчатке, в сенсорной перчатке инициируется определение того пальца, который взаимодействовал с инфракрасным сенсорным экраном, и тем самым вызвал успешное приведение в действие элемента взаимодействия.
Запускающий сигнал может быть представлен характерным электрическим сигналом, содержащим дополнительную информацию. Например, соответствует ли успешное приведение в действие элемента взаимодействия управляющей функции, заданной как «Lift-Off» Event (взаимодействующий палец покидает активную экранную поверхность) или как «Touch» Event (взаимодействующий палец касается для идентификации управляющего элемента на сенсорном экране активной экранной поверхности сенсорного экрана). Другим примером является «Drag» Event (взаимодействующий палец перемещается из-за пределов активной экранной поверхности сенсорного экрана вовнутрь нее).
Если успешное приведение в действие элемента взаимодействия на инфракрасном сенсорном экране было зарегистрировано и передано на сенсорную перчатку, и соответствующий взаимодействующий палец был определен, то на раздражитель соответствующего пальца посылается сигнал для формирования тактильного раздражения. При этом возможно, что посланный раздражителю сигнал является характерным сигналом, который зависит от направленного на сенсорную перчатку и соответствующего управляющей функции запускающего сигнала. Таким образом, возможно передавать соответствующий ответный сигнал на взаимодействующий палец в зависимости от управляющей функции, который варьируется, например, по длительности вибрации, частоте вибрации (силе) и амплитуде.
Использование сенсорной техники не оказывает ни малейшего отрицательно влияния на качество дисплея инфракрасного сенсорного экрана, коэффициент пропускания не уменьшается. За счет развязки формирующего отклик устройства (раздражитель на сенсорной перчатке) от сенсорного экрана, на сенсорном экране не возникает колебательных эффектов размывания изображения.
Более подробно изобретение описано при помощи чертежей. Показано на:
Фиг. 1 - принципиальная схема соответствующей изобретению сенсорной перчатки,
Фиг. 2 - принципиальная схема сенсорной перчатки во взаимосвязи с инфракрасным сенсорным экраном.
Фиг. 1 показывает принципиальную схему соответствующей изобретению сенсорной перчатки. Раздражители 2, например создающие раздражение электродвигатели, и обрабатывающий сигнал логический модуль 3, например микроконтроллер, который может быть представлен, например, операционным усилителем, расположены на пальцевых приемных элементах 4а сенсорной перчатки 4. Чтобы не ограничивать управляющие действия оператора (не представлен) с сенсорным экраном 7 и другими физически реально существующими управляющим элементами, все конструктивные элементы могут быть практично размещены на перчатки 4 с тыльной стороны руки. Чувствительная внутренняя сторона пальца, которая служит оператору также для ощущения других элементов взаимодействия, остается тем самым полностью свободной.
Практичным образом раздражители 2 размещены на высоте средней фаланги пальца на пальцевых приемных элементах 4а сенсорной перчатки 4 и соединены кабелем 2а с микроконтроллером 3. В качестве раздражителей 2 могут быть использованы стандартные электродвигатели постоянного тока, применяемые также в мобильных телефонах. Устанавливаемый на сенсорной перчатке 4 источник постоянного тока для электродвигателей постоянного тока не представлен.
Раздражителями 2 управляет генератор 5а сигналов. Предпочтительно, генератор 5а сигналов интегрирован в микроконтроллер 3. Однако возможно также размещение генератора 5а сигналов вне микроконтроллера 3.
Инфракрасные фотодетекторы 1, например инфракрасные транзисторы, на высоте кончиков пальцев пальцевых приемных элементов 4а размещены таким образом, что при типичном управляющем действии они направлены в сторону фотодиодов (передатчиков) инфракрасного рамочного датчика 7. Они отличаются надежностью в работе и незначительными расходами на приобретение. Посредством одинарного кабеля 1а они также соединены с микроконтроллером.
Микроконтроллер 3 соединен обычным последовательным интерфейсом 5 с компьютером 6 для получения запускающих сигналов от инфракрасного сенсорного экрана 7. Связь может осуществляться, например, также посредством радиосвязи или инфракрасной связи.