AT515132A1 - Optical input surface - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine optische Eingabefläche, umfassend einen flächigen Lichtwellenleiter (1), zumindest eine Lichtquelle (4) und zumindest einen fotosensitiven Detektor, wobei Licht- strahlen (5) durch die Lichtquelle (4) in den flächigen Lichtwellenleiter (1) eingekoppelt und in diesem durch totale interne Reflexion geleitet werden, wobei der flächige Lichtwellenleiter (1) zumindest einen Bereich (2) oder einen zusätzlichen Lichtwellen- leiter (12) aufweist, der mit einem lumineszenten Farbstoff versehen ist, der durch die Lichtstrahlen (5) der Lichtquelle (4) anregbar ist und der fotosensitive Detektor so angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des durch Lumineszenz erzeugten Lichts auf ihn trifft.The invention relates to an optical input surface, comprising a planar optical waveguide (1), at least one light source (4) and at least one photosensitive detector, wherein light rays (5) coupled by the light source (4) in the planar optical waveguide (1) and in this is guided by total internal reflection, wherein the planar optical waveguide (1) at least one region (2) or an additional optical waveguide (12) provided with a luminescent dye, by the light beams (5) of the light source ( 4) is excitable and the photosensitive detector is arranged so that at least part of the light generated by luminescence hits it.
Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine optische Eingabefläche, welche aus einem flächigen Lichtwellenleiter besteht, in welchem Licht eingekoppelt ist, wobei dieses bei Berühren des Lichtwellenleiters gestreut bzw. teilweise ausgekoppelt wird.The invention relates to an optical input surface, which consists of a planar optical waveguide, in which light is coupled, which is scattered when touching the optical waveguide or partially decoupled.
Eine solche Eingabefläche wird, sofern sie mit einer Anzeigefläche kombiniert ist, auch als optischer Touchscreen bezeichnet. Das zugrundeliegende Prinzip besteht darin, dass das im Inneren eines Wellenleiters durch totale interne Reflexion geleitete Licht durch Berührung des Wellenleiters beinflussbar ist. Ohne auf die genauen physikalischen Zusammenhänge einzugehen, kann vereinfacht festgehalten werden, dass das Licht dabei am Berührungspunkt gestreut und damit teilweise ausgekoppelt wird. Zur Detektion des Berührungspunktes können die gestreuten und ausgekoppelten Lichtstrahlen oder die im Lichtwellenleiter gestreuten Strahlen messtechnisch erfasst werden. Eine weitere Methode ist die Intensität der Lichtstrahlen, welche im Wellenleiter geleitet werden, direkt zu messen und den Intensitätsverlust, den diese bei Berührung des Lichtwellenleiters erfahren, zu erfassen .Such an input surface, if combined with a display surface, is also referred to as an optical touch screen. The underlying principle is that the light guided inside a waveguide by total internal reflection can be influenced by touching the waveguide. Without going into the exact physical relationships, it can be simply stated that the light is scattered at the point of contact and thus partially decoupled. In order to detect the point of contact, the scattered and decoupled light beams or the beams scattered in the optical waveguide can be detected metrologically. Another method is to directly measure the intensity of the light rays which are conducted in the waveguide and to detect the loss of intensity which they experience when the optical waveguide is touched.
In der US4254333 Al wird bereits 1981 ein optoelektronisches Bauteil gezeigt, welches nach diesem Prinzip arbeitet. Dabei sendet eine Lichtquelle einen Lichtstrahl in eine Grundfläche eines Glasprismas, der Lichtstrahl wird zwischen zwei parallelen Seitenflächen des Prismas durch totale interne Reflexion weitergeleitet, bis er das Prisma an der anderen Grundfläche verlässt, wo er auf einen Detektor trifft. Wird eine der beiden parallelen Seitenflächen berührt, ändert sich die Bahn, oder die Intensität des Lichtstrahls, was vom Detektor erkannt wird. In einer Ausführungsvariante ist eine optische Eingabefläche vorgesehen, wobei der Wellenleiter in Form einer rechteckigen Glasplatte vor liegt. An zwei in einem Winkel von 90° zueinander stehenden Seitenflächen werden durch mehrere Lichtquellen Lichtstrahlen parallel zueinander eingekoppelt, wobei diese Lichtstrahlen die Glasplatte durch totale interne Reflexion durchqueren und an der gegenüberliegenden Seitenfläche auf Detektoren treffen. Die Detektoren und Lichtquellen sind dazu paarweise gegenüberliegend angebracht. Dadurch entsteht eine Lichtstrahlmatrix, mit Reihen-und Zeilen-Strahlen. Wird durch Berührung die totale interne Reflexion eines Reihen- und eines Zeilenstrahls gestört, so wird dies von den zugehörigen Detektoren erkannt, wodurch die Koordinaten des Berührungspunktes ermittelbar sind.In US Pat. No. 4,254,333 Al, an optoelectronic component is already shown in 1981 which operates on this principle. In this case, a light source sends a light beam into a base of a glass prism, the light beam is passed between two parallel side surfaces of the prism by total internal reflection until it leaves the prism at the other base, where it meets a detector. If one of the two parallel side surfaces is touched, the path, or the intensity of the light beam, which is detected by the detector changes. In one embodiment, an optical input surface is provided, wherein the waveguide is in the form of a rectangular glass plate. Light rays are coupled in parallel to each other at two side surfaces standing at an angle of 90 ° to one another by a plurality of light sources, these light rays traversing the glass plate by total internal reflection and striking detectors on the opposite side surface. The detectors and light sources are mounted in pairs opposite each other. This creates a light beam matrix, with row and line beams. If the total internal reflection of a row and a row beam is disturbed by contact, this is detected by the associated detectors, as a result of which the coordinates of the contact point can be determined.
Die US2006227120 Al zeigt ebenfalls eine optische Eingabefläche die nach dem Prinzip der totalen internen Reflexion arbeitet. Dabei wird gezeigt, dass das Streulicht, welches durch Berühren der Glas- oder Kunststoffplatte entsteht, erfasst und zur Positionsdetektion verwendet werden kann.The US2006227120 Al also shows an optical input surface which operates on the principle of total internal reflection. It is shown that the scattered light, which results from touching the glass or plastic plate, can be detected and used for position detection.
Einerseits kann dies durch Erfassen des in der Platte gestreuten Lichts erfolgen, indem Licht an einer Seitenfläche der Platte eingekoppelt wird und an einer zweiten Seitenfläche, die in einem Winkel von 90° zur ersten angeordnet ist, detektiert wird. Das Licht wird durch viele, einzeln ansteuerbare und somit identifizierbare LEDs eingebracht und das Streulicht von vielen Kollimatoren aufweisenden Detektoren (Detektorarray) erkannt. Dadurch dass die Position der Lichtquelle und der Auftreffpunkt des normal in Richtung des Detektorarrays gestreuten Lichts bekannt sind, kann die Position des Berührungspunktes bestimmt werden.On the one hand, this can be done by detecting the light scattered in the plate by coupling light on a side surface of the plate and detecting it on a second side surface disposed at an angle of 90 ° to the first one. The light is introduced by many, individually controllable and thus identifiable LEDs and detects the scattered light from many detectors comprising collimators (detector array). By knowing the position of the light source and the point of impact of the light normally scattered in the direction of the detector array, the position of the point of contact can be determined.
Andererseits kann das Streulicht, welches aus der Platte ausgekoppelt wird, erfasst werden. Dazu ist an der Seite der Platte, die gegenüber der Berührungsfläche liegt, ein flächiger Detektor oder eine Kamera angebracht, die das am Berührungspunkt gestreute Licht wahrnimmt. Aus den Bilddaten, bzw. den Positionsdaten des flächigen Detektors, kann die Position des Berührungspunktes ermittelt werden, dabei muss die Position der Lichtquelle nicht bekannt sein. Nachteilig ist, dass die Detektoren auf der gegenüberliegenden Seite der Berührungsfläche liegen, wodurch hier zusätzlicher Platzbedarf erforderlich ist und bei Ausführung eines Touchscreens die Detektoren die Bildqualität beeinträchtigen können.On the other hand, the scattered light, which is coupled out of the plate, can be detected. For this purpose, a flat detector or a camera is mounted on the side of the plate, which lies opposite the contact surface, which perceives the light scattered at the point of contact. From the image data, or the position data of the area detector, the position of the contact point can be determined, while the position of the light source must not be known. The disadvantage is that the detectors are located on the opposite side of the contact surface, whereby additional space is required here and when performing a touch screen, the detectors can affect the image quality.
Die US2004252091 Al zeigt eine Eingabefläche, welche mit wenigen Lichtquellen das Auslangen findet. Dabei strahlen zumindest zwei punktförmige Lichtquelle divergente Lichtstrahlen aus, welche beispielsweise über ein Prisma in die Wellenleiterplatte eingekoppelt werden, wo sie über totale interne Reflexion zu einer Vielzahl zueinander beabstandeter Detektionspunkte an den Rändern der Platte geleitet werden. Diese Detektionspunkte sind durch viele einzelne Photosensoren gebildet, die baulich in einem Detektorarray untergebracht sein können.The US2004252091 Al shows an input surface, which finds its way with a few light sources. In this case, at least two point-like light source emit divergent light beams, which are coupled for example via a prism in the waveguide plate, where they are passed through total internal reflection to a plurality of spaced apart detection points at the edges of the plate. These detection points are formed by many individual photosensors, which can be structurally accommodated in a detector array.
Dabei sind die Lichtquellen beispielsweise durch Modulation eindeutig identifizierbar. Durch Intensitätsmessung an den Detektoren können durch Berührung hervorgerufene Abschwächungen erkannt werden. Aus dem Punkt der Abschwächung und der Position der Lichtquelle wird der durch die Berührung beeinflusste Strahl definiert, wobei der Schnittpunkt mit einem zweiten in dieser Weise ermittelten Strahl einer zweiten Lichtquelle den Berührungspunkt darstellt. Nachteilig ist jedoch, dass die Auflösung vom Abstand der Photosensoren zueinander abhängig ist, wodurch bei großflächigen Anwendungen sehr viele Photosensoren benötigt werden . Während nach dem Stand der Technik bereits Vorrichtungen bekannt sind, welche mit wenigen Lichtquellen das Auslangen finden, besteht bei den Detektoren noch Verbesserungsbedarf.The light sources are clearly identifiable, for example by modulation. By measuring the intensity at the detectors, attenuation caused by contact can be detected. From the point of attenuation and the position of the light source, the beam influenced by the touch is defined, the intersection with a second beam of a second light source determined in this way representing the point of contact. The disadvantage, however, is that the resolution of the distance of the photosensors is dependent on each other, which in large-scale applications very many photosensors are needed. While the prior art devices are already known, which find the Auslangen with few light sources, there is still room for improvement in the detectors.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Verbesserung der Detektion von durch totale interne Reflexion geleiteten Lichtstrahlen in flächigen Wellenleitern einer optischen Eingabefläche zu erreichen. Für das Lösen der Aufgabe wird vorgeschlagen, die durch totale interne Reflexion in einem flächigen Lichtwellenleiter geleiteten Lichtstrahlen durch Photolumineszenz in langwelliges Licht umzuwandeln und dieses mit Photosensoren zu detektieren.The object underlying the invention is to achieve an improvement in the detection of light beams guided through total internal reflection in planar waveguides of an optical input surface. For solving the problem, it is proposed to convert the light beams guided by total internal reflection in a planar optical waveguide by photoluminescence into long-wave light and to detect this with photosensors.
Vorteilhaft ist, dass sich das resultierende langwellige Lumineszenz-Licht in alle Richtungen ausbreitet, wodurch dieses den flächigen Lichtwellenleiter nicht nur an dessen Seitenflächen, sondern auch an dessen Grund- und Deckfläche verlassen kann. Dadurch kann das Lumineszenz-Licht auch von Detektoren erkannt werden, die sich an der Grundfläche oder Deckfläche des flächigen Lichtwellenleiters befinden ohne mit dem flächigen Lichtwellenleiter optisch gekoppelt sein zu müssen. Dadurch, dass das Lumineszenz-Licht an der jeweiligen Auftreffstelle des ursprünglichen Lichtsignals in alle Richtungen gestreut wird, können auch Änderungen des ursprünglichen Lichtsignals an Positionen zwischen den einzelnen Sensoren aufgelöst werden, wodurch der Abstand zwischen den Sensoren erhöht werden kann, ohne dass Bereiche auf dem flächigen Lichtwellenleiter entstehen, an welchen eine Berührung nicht detektiert werden kann.It is advantageous that the resulting long-wavelength luminescent light propagates in all directions, whereby this can leave the planar optical waveguide not only on the side surfaces, but also on its base and top surfaces. As a result, the luminescence light can also be detected by detectors which are located on the base surface or top surface of the planar optical waveguide without having to be optically coupled with the planar optical waveguide. By scattering the luminescent light in all directions at the respective point of impact of the original light signal, changes in the original light signal at positions between the individual sensors can also be resolved, whereby the distance between the sensors can be increased without having areas on the sensor planar optical waveguide arise at which a touch can not be detected.
Der photolumineszente Farbstoff kann auf den flächigen Lichtwellenleiter als Beschichtung aufgebracht werden, beispielsweise an dessen Seitenflächen. Man kann den Farbstoff auch in das Material des flächigen Lichtwellenleiters dotieren oder den flächigen Lichtwellenleiter mehrlagig ausführen, wobei zumindest eine der zusätzlichen Schichten photolumineszent ist.The photoluminescent dye can be applied to the planar optical waveguide as a coating, for example on its side surfaces. It is also possible to dope the dye into the material of the planar optical waveguide or to make the planar optical waveguide multilayer, wherein at least one of the additional layers is photoluminescent.
Bevorzugt ist der flächige Lichtwellenleiter nur in seinen Randbereichen mit photolumineszenten Farbstoff versehen.Preferably, the planar optical waveguide is provided with photoluminescent dye only in its edge regions.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung ist vorgesehen, den Farbstoff nicht direkt in oder auf dem flächigen Lichtwellenleiter anzubringen, sondern diesen in einem weiteren Lichtwellenleiter vorzusehen. Dieser kann direkt an einer beliebigen Fläche des flächigen Lichtwellenleiters anliegen, oder durch ein optisch dünneres Medium, insbesondere einem Luftspalt, von diesem getrennt entlang einer oder mehrerer Seitenflächen angeordnet sein.In a second embodiment according to the invention, it is provided not to apply the dye directly in or on the planar optical waveguide, but to provide it in a further optical waveguide. This can rest directly on any surface of the planar optical waveguide, or be arranged by an optically thinner medium, in particular an air gap, separated from this along one or more side surfaces.
Besonders bevorzugt ist die optische Eingabefläche vor einem Display (Anzeigefläche) angeordnet, wobei weder Lichtquellen noch Detektoren im Bereich vor dem Display angebracht sind.Particularly preferably, the optical input surface is arranged in front of a display (display surface), wherein neither light sources nor detectors are mounted in the region in front of the display.
Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen veranschaulicht:The invention is illustrated by means of drawings:
Fig. 1: Zeigt zur Veranschaulichung das Grundprinzip der Erfin dung eine erfindungsgemäße optische Eingabefläche in seitlicher Ansicht.Fig. 1: For illustrative purposes, the basic principle of the inven tion an optical input surface according to the invention in a side view.
Fig. 2: Zeigt die optische Eingabefläche aus Fig. 1 von oben.Fig. 2: Shows the optical input surface of Fig. 1 from above.
Fig. 3: Zeigt eine optische Eingabefläche gemäß der zweiten er findungsgemäßen Variante in seitlicher Ansicht.Fig. 3: Shows an optical input surface according to the second he inventive variant in a side view.
Fig. 4: Zeigt die optische Eingabefläche aus Fig. 3 von oben.Fig. 4: Shows the optical input surface of Fig. 3 from above.
Fig. 5: Zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße multitouch fähige optische Eingabefläche in seitlicher Schnittansicht und von oben.5 shows an exemplary inventive multitouch-capable optical input surface in lateral sectional view and from above.
Fig. 6: Zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße optische Ein gabefläche mit Drehlichtquellen.Fig. 6: Shows an exemplary optical input surface according to the invention with rotary light sources.
Fig. 7: Zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße optische Ein gabefläche mit einer dreidimensionalen Form der Deckfläche. Fig. 8: Zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße optische Ein gabefläche mit einer geschwungenen Seitenfläche.Fig. 7: Shows an exemplary optical input surface according to the invention with a three-dimensional shape of the top surface. Fig. 8: shows an exemplary optical input surface according to the invention with a curved side surface.
Fig. 9: Zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße optische Ein gabefläche die als Touchscreen ausgeführt ist.Fig. 9: Shows an exemplary optical input surface according to the invention which is designed as a touch screen.
In Fig. 1 und 2 ist das Grundprinzip der gegenständlichen Erfindung veranschaulicht. Die optische Eingabefläche wird durch einen flächigen Lichtwellenleiter 1 gebildet, der eine dem Benutzer zugewandte Deckfläche 1.1 und eine dieser gegenüberliegende, dem Benutzer nicht zugängliche Grundfläche 1.2 aufweist. Seitlich ist der flächige Lichtwellenleiter 1 durch die Seitenflächen 1.3, 1.4 begrenzt.In Fig. 1 and 2, the basic principle of the subject invention is illustrated. The optical input surface is formed by a planar optical waveguide 1, which has a cover surface 1.1 facing the user and a base surface 1.2 lying opposite the user and not accessible to the user. Laterally, the planar optical waveguide 1 is limited by the side surfaces 1.3, 1.4.
An der Seitenfläche 1.3 wird Licht durch eine Lichtquelle 4 in den flächigen Lichtwellenleiter eingekoppelt. Die Lichtquelle 4 ist punktförmig ausgeführt und koppelt Lichtstrahlen 5 fächerförmig in den flächigen Lichtwellenleiter 1 in einem solchen Winkel ein, dass diese durch totale interne Reflexion zwischen der Grundfläche 1.2 und der Deckfläche 1.1 zur gegenüberliegenden Seitenfläche 1.4 geleitet werden. Entlang der Seitenfläche 1.4 weist der flächige Lichtwellenleiter 1 einen Bereich 2 auf, in dem er mit einem lumineszenten Farbstoff, beispielsweise Rhodamin 6G versehen ist. Der durch totale interne Reflexion geleitete Lichtstrahl 5 löst im Bereich 2 Lumineszenz aus. Dieses lu-mineszente Licht breitet sich in alle Richtungen im flächigen Lichtwellenleiter aus, wodurch Teile des lumineszenten Lichts an der Seitenfläche 1.4, der Deckfläche 1.1 und der Grundfläche 1.2 freigesetzt werden. Dieses freigesetzte Licht kann durch Photosensoren 3 detektiert werden, die nicht in unmittelbaren Kontakt mit dem flächigen Lichtwellenleiter 1 stehen müssen. Bei der Anordnung des Photosensors 3 gemäß Fig. 1, also beabstandet zur Deckfläche 1.1, wird erreicht, dass das Licht, welches im flächigen Lichtwellenleiter 1 durch totale interne Reflexion geleitet wird, nicht durch den Photosensor 3 ausgekoppelt wird, wodurch diesen nur das gestreute lumineszente Licht erreicht. Wenn ein Farbstoff gewählt wird, der nur in einem sehr engen Wellenlängen-Spektrum angeregt werden kann, und die Lichtquelle 4 Licht in diesem engen Wellenlängenspektrum abstrahlt, kann ei ne gegenüber Umgebungslicht unempfindliche optische Eingabefläche geschaffen werden.At the side surface 1.3 light is coupled by a light source 4 in the planar optical waveguide. The light source 4 is punctiform and couples light beams 5 fan-shaped in the planar optical waveguide 1 at such an angle that they are passed through total internal reflection between the base 1.2 and the top surface 1.1 to the opposite side surface 1.4. Along the side surface 1.4, the planar optical waveguide 1 has a region 2 in which it is provided with a luminescent dye, for example rhodamine 6G. The guided by total internal reflection light beam 5 triggers in area 2 luminescence. This lu-mineszente light propagates in all directions in the planar optical waveguide, whereby parts of the luminescent light at the side surface 1.4, the top surface 1.1 and the base 1.2 are released. This released light can be detected by photosensors 3, which need not be in direct contact with the planar optical waveguide 1. In the arrangement of the photosensor 3 according to FIG. 1, ie at a distance from the cover surface 1.1, it is achieved that the light which is guided in the planar optical waveguide 1 by total internal reflection is not coupled out by the photosensor 3, as a result of which only the scattered luminescent element is emitted Light reaches. If a dye is selected which can be excited only in a very narrow wavelength spectrum, and the light source 4 emits light in this narrow wavelength spectrum, an optical input surface insensitive to ambient light can be created.
Wie in Fig. 2 gut zu erkennen sind die Photosensoren 3 in regelmäßigen Abständen an der Deckfläche 1.1 entlang des Bereiches 2 angeordnet. Dadurch, dass der Lichtstrahl 5 im Bereich 2 durch Photolumineszenz Licht erzeugt, welches in alle Richtungen gestreut wird, erreicht auch lumineszentes Licht die Photosensoren 3, welches seinen Ursprung in Bereichen zwischen den Photosensoren 3 hat.As can be clearly seen in FIG. 2, the photosensors 3 are arranged at regular intervals on the cover surface 1.1 along the region 2. Due to the fact that the light beam 5 generates light in the region 2 by photoluminescence, which is scattered in all directions, luminescent light also reaches the photosensors 3, which originate in regions between the photosensors 3.
Wird der flächige Lichtwellenleiter 1 durch einen Gegenstand 6 berührt, kommt es hinter dem Gegenstand 6 zu einer Intensitätsminderung der Lichtstrahlen 5, die unter diesem den flächigen Lichtwellenleiter 1 durchqueren. Diese abgeschwächten Lichtstrahlen 5 lösen in Folge schwächere Lumineszenz im Bereich 2 aus, was eine Intensitätsminderung an den Photosensoren 3 zur Folge hat. Durch das Verhältnis der Intensitätsminderungen, welche zumindest zwei benachbarten Photosensoren 3 messen, kann die Position der abgeschwächten Lichtstrahlen 5 an der Seitenfläche 1.4 ermittelt werden. Die einzelnen Photosensoren 3 weisen beispielsweise einen Abstand von zirka 5-12 cm zueinander auf. Zur einfacheren Montage können diese ähnlich einem Detek-torarray baulich zusammengefasst sein, jedoch mit dem Vorteil, dass deutlich weniger Photosensoren benötigt werden. Es ist auch denkbar eine Zeilenkamera auf den Bereich 2 zu richten, welche beispielsweise mit einem Filter ausgestattet ist, der nur das durch Lumineszenz erzeugte Licht passieren lässt, wobei aus den Bilddaten der Zeilenkamera der abgeschattete Bereich ermittelt werden kann. Vorteilhaft ist es dabei, dass nicht die gesamte optische Eingabefläche von einer Kamera erfasst werden muss.If the planar optical waveguide 1 is touched by an object 6, there is a reduction in the intensity of the light beams 5 behind the object 6, which traverse the planar optical waveguide 1 underneath. These attenuated light beams 5 in consequence trigger weaker luminescence in the region 2, which results in a reduction in the intensity of the photosensors 3. By the ratio of the intensity reductions, which measure at least two adjacent photosensors 3, the position of the attenuated light beams 5 on the side surface 1.4 can be determined. The individual photosensors 3 have, for example, a distance of approximately 5-12 cm from one another. For easier installation, these can be structurally combined, similar to a detector array, but with the advantage that significantly fewer photosensors are required. It is also conceivable to direct a line scan camera to the area 2, which is equipped, for example, with a filter which allows only the light generated by luminescence to pass, it being possible to determine the shaded area from the image data of the line scan camera. It is advantageous that not the entire optical input surface must be detected by a camera.
In den Fig. 3 und 4 ist die zweite erfindungsgemäße Variante gezeigt, bei welcher ein zusätzlicher Lichtwellenleiter 12 zum Einsatz kommt. Dabei ist nur der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 mit lumineszentem Farbstoff versehen, beispielsweise durch dotieren oder beschichten. Dies ist vorteilhaft, da der flächige Lichtwellenleiter 1 selbst keinen Bereich 2 mit luminenszenten Eigenschaften aufzuweisen braucht. Diese Variante ist besonders geeignet um bestehende Lichtwellenleiter wie Schaufensterscheiben oder Bildschirmscheiben nachträglich als optische Eingabeflächen auszubilden. Der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 kann dabei mit einem optischen Kleber direkt an eine beliebige Fläche des flächigen Lichtwellenleiters 1 angebracht werden. Hat der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 eine optische Dichte, welche zirka gleich der optischen Dichte des flächigen Lichtwellenleiters 1 ist, so bildet er mit dem flächigen Lichtwellenleiter 1 eine optische Einheit, wodurch Lichtstrahlen 5 ohne oder mit geringer Brechung vom flächigen Lichtwellenleiter 1 in den zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 gelangen. Man kann den zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 in diesem Fall als eine Schicht 2 des flächigen Lichtwellenleiters 1 ansehen, auch wenn dieser erst nachträglich angebracht wird. Der Bereich 2 wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, kann somit ein zusätzlicher Lichtwellenleiter 12 sein, der mit dem flächigen Lichtwellenleiter 1 eine Einheit bildet.FIGS. 3 and 4 show the second variant according to the invention, in which an additional optical waveguide 12 is used. In this case, only the additional optical waveguide 12 is provided with luminescent dye, for example by doping or coating. This is advantageous since the planar optical waveguide 1 itself does not have to have a region 2 with luminous properties. This variant is particularly suitable for subsequently forming existing optical waveguides, such as shop windows or screen disks, as optical input surfaces. The additional optical waveguide 12 can be attached with an optical adhesive directly to any surface of the planar optical waveguide 1. If the additional optical waveguide 12 has an optical density which is approximately equal to the optical density of the planar optical waveguide 1, then it forms an optical unit with the planar optical waveguide 1, whereby light beams 5 without or with low refraction from the planar optical waveguide 1 into the additional optical waveguide 12 reach. In this case, it is possible to regard the additional optical waveguide 12 as a layer 2 of the planar optical waveguide 1, even if this is attached only later. The region 2 as shown in FIGS. 1 and 2 can thus be an additional optical waveguide 12, which forms a unit with the planar optical waveguide 1.
Anders verhält es sich, wenn der zusätzliche Lichtwellenleiter 12, wie in Fig.3 und 4 gezeigt, durch einen Luftspalt beab-standet zum flächigen Lichtwellenleiter 1 angeordnet ist. Der Luftspalt bewirkt eine optische Entkopplung des flächigen Lichtwellenleiters 1 und des zusätzlichen Lichtwellenleiters 12. Als Verallgemeinerung zum gezeigten Beispiel ist festzuhalten, dass anstelle des Luftspalts auch eine Kunststoff- oder eine Glasschicht eingesetzt werden kann, die gegenüber den Lichtwellenleitern 1, 12 eine geringe(re) optische Dichte aufweist. Solange keine Berührung der optischen Eingabefläche vorliegt kann das durch totale interne Reflexion geleitete Licht den flächigen Lichtwellenleiter 1 nur an seinen Seitenflächen verlassen. Deswegen ist der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 im Nahbereich ei ner Seitenfläche 1.4 angebracht und zwar bevorzugt parallel zu dieser. Der die Seitenfläche 1.4 verlassende Lichtstrahl 5 durchquert den Luftspalt und trifft auf den zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 und löst in diesem Lumineszenz aus. Ein Teil des lumineszenten Lichts wird im zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 durch totale interne Reflexion geleitet und kann mit zumindest einem Photosensor 3 der am zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 angebracht ist, ausgekoppelt werden. Um das Meßsignal zu erhöhen und Störungen durch rückreflektiertes Licht zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Stirnflächen des flächigen Wellenleiters 1 mit einer Antireflexionsschicht zu versehen, die verhindert, dass die im flächigen Lichtwellenleiter 1 geleiteten Lichtstrahlen 5 an der Grenzfläche zum Luftspalt, beziehungsweise zum optisch dünneren Medium, zurück in den flächigen Lichtwellenleiter 1 reflektiert werden.The situation is different if the additional optical waveguide 12, as shown in FIGS. 3 and 4, is arranged spaced apart from the planar optical waveguide 1 by an air gap. The air gap causes an optical decoupling of the planar optical waveguide 1 and the additional optical waveguide 12. As a generalization to the example shown, it should be noted that instead of the air gap and a plastic or a glass layer can be used, compared to the optical waveguides 1, 12 a small (re ) has optical density. As long as there is no contact with the optical input surface, the light guided by total internal reflection can leave the planar optical waveguide 1 only on its side surfaces. Therefore, the additional optical fiber 12 is mounted in the vicinity of egg ner side surface 1.4, preferably parallel to this. The light beam 5 leaving the side surface 1.4 passes through the air gap and impinges on the additional optical waveguide 12 and triggers off in this luminescence. A portion of the luminescent light is conducted in the additional optical waveguide 12 by total internal reflection and can be coupled with at least one photosensor 3 which is attached to the additional optical waveguide 12. In order to increase the measurement signal and to avoid interference by back-reflected light, it is advantageous to provide the end faces of the planar waveguide 1 with an anti-reflection layer, which prevents the guided in the planar optical waveguide 1 light beams 5 at the interface to the air gap, or optically thinner medium to be reflected back into the planar optical waveguide 1.
Die Photosensoren 3 können an einer beliebigen Position des zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 angebracht sein. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 bei der der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 breiter ausgeführt ist, als die Dicke des flächigen Lichtwellenleiters 1 und die Photosensoren 3 in dem Bereich des zusätzlichen Lichtwellenleiters 12 angebracht sind, welcher über die Kante der Seitenfläche 1.4 vorsteht. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Photosensoren 3 an der der Seitenfläche 1.4 zugewandten Seite des zusätzlichen Lichtwellenleiters 12 angebracht sind. So wird verhindert, dass Licht, welches die Seitenfläche 1.4 verlässt, direkt auf die Photosensoren 3 trifft. Um zu verhindern, dass Licht vom zusätzlichen Wellenleiter 12 in den Lichtwellenleiter 1 zurückgestreut wird, kann an der Seitenfläche 1.4 ein Farbfilter angebracht sein beispielsweise in Form einer Beschichtung, welche selektiv im Wellenlängenbereich des durch Lumineszenz erzeugten Lichts absorbiert. Eine andere Möglichkeit wäre ein Farbfilter, der möglichst spezifisch nur bei der Wellenlänge des Lichts der Lichtquellen 4 durchlässig ist. So kann zudem verhindert werden, dass Umgebungslicht, welches in den flächigen Lichtwellenleiter 1 gelangt, an dessen Rändern ausgekoppelt wird und auf den zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 trifft.The photosensors 3 may be mounted at any position of the additional optical fiber 12. Particularly advantageous is the arrangement of FIG. 3 and 4 in which the additional optical waveguide 12 is made wider than the thickness of the planar optical waveguide 1 and the photosensors 3 are mounted in the region of the additional optical waveguide 12, which projects beyond the edge of the side surface 1.4 , In addition, it is advantageous if the photosensors 3 are attached to the side surface of the additional optical waveguide 12 facing the side surface 1.4. This prevents light leaving the side surface 1.4 from striking the photosensors 3 directly. In order to prevent light from the additional waveguide 12 being scattered back into the optical waveguide 1, a color filter may be attached to the side face 1.4, for example in the form of a coating which absorbs selectively in the wavelength range of the light generated by luminescence. Another possibility would be a color filter which is as specific as possible permeable only at the wavelength of the light of the light sources 4. Thus, it can also be prevented that ambient light, which enters the planar optical waveguide 1, is coupled out at its edges and impinges on the additional optical waveguide 12.
Durch das Verhältnis der Intensitätsminderungen, welche zumindest zwei benachbarten Photosensoren 3 messen, kann wiederum die Position der abgeschwächten Lichtstrahlen 5 an der Seitenfläche 1.4 ermittelt werden. Dadurch kann eine Verbindungslinie zwischen dem, Ort der Abschwächung und der Lichtquelle 4 ermittelt werden. Entlang dieser Verbindungslinie befindet sich die Position des Berührungspunktes.By the ratio of the intensity reductions, which measure at least two adjacent photosensors 3, again the position of the attenuated light beams 5 on the side surface 1.4 can be determined. As a result, a connecting line between the location of the attenuation and the light source 4 can be determined. Along this connecting line is the position of the point of contact.
Indem an einer zweiten Seitenfläche, die einen Winkel von 90 Grad zur Seitenfläche 1.4 einschließt, ein weiterer zusätzlicher Lichtwellenleiter 12 mit Photosensoren 3 angebracht wird und eine zusätzliche Lichtquelle 4 Lichtstrahlen 5 durch den flächigen Lichtwellenleiter 1 zu diesem sendet, kann eine zweite Verbindungslinie ermittelt werden. Im Schnittpunkt der beiden Verbindungslinien befindet sich die Position des Berührungspunktes.By attaching a further additional optical waveguide 12 with photosensors 3 to a second side surface which encloses an angle of 90 degrees to the side surface 1.4 and an additional light source 4 transmits light beams 5 through the planar optical waveguide 1 thereto, a second connecting line can be determined. At the intersection of the two connecting lines is the position of the point of contact.
In Fig. 5 ist gezeigt wie aus einem bestehenden flächigen Lichtwellenleiter 1 eine optische Eingabefläche geschaffen werden kann. Dazu wird der zusätzliche Lichtwellenleiter 12, welcher bevorzugt aus einem Folienmaterial besteht, in Form eines Rahmens auf den Lichtwellenleiter 1 aufgeklebt oder angepresst um einen optischen Kontakt herzustellen. Am zusätzlichen Wellenleiter 12 sind in regelmäßigen Abständen Photosensoren 3 angebracht. Als Lichtquellen 4 dienen vier LEDs oder Laser, deren Licht über je ein optisches Prisma in den flächigen Lichtwellenleiter 1 eingekoppelt wird.FIG. 5 shows how an optical input surface can be created from an existing planar optical waveguide 1. For this purpose, the additional optical waveguide 12, which preferably consists of a film material, glued or pressed in the form of a frame on the optical waveguide 1 to produce an optical contact. At the additional waveguide 12 photosensors 3 are mounted at regular intervals. Serving as light sources 4 are four LEDs or lasers whose light is coupled in via an optical prism into the planar optical waveguide 1.
Die Form des optischen Prismas ist dabei nicht auf die geometrische Form eines Prismas beschränkt, da es bevorzugt ein Dreieck als Grundfläche hat und kreisbogenförmige, parallele Seitenkan- ten, wobei es mit der ebenen Seitenfläche am flächigen Lichtwellenleiter 1 anliegt. Für die Anbringung der Lichtquelle 4 und des Prismas bestehen viele Möglichkeiten, welche in der Aufsicht in Fig. 5 beispielhaft gezeigt werden. So können diese außerhalb oder innerhalb des Rahmens angebracht sein, oder in den Schichtaufbau des zusätzlichen Lichtwellenleiters 12 integriert sein. Zudem müssen diese nicht in Eckbereichen des Rahmens angebracht sein, sondern können auch entlang der Schenkel des Rahmens angebracht sein.The shape of the optical prism is not limited to the geometric shape of a prism, since it preferably has a triangle as a base and arc-shaped, parallel side edges, wherein it rests with the flat side surface of the planar optical waveguide 1. For the attachment of the light source 4 and the prism many possibilities exist, which are shown by way of example in the plan view in FIG. Thus, these may be mounted outside or inside the frame, or integrated into the layer structure of the additional optical waveguide 12. In addition, these need not be mounted in corner regions of the frame, but may also be mounted along the legs of the frame.
Das Licht der vier LEDs ist unterschiedlich moduliert oder codiert, wodurch aus den Signalen der Photosensoren 3 die Anteile der einzelnen Lichtquellen 4 ermittelbar sind. Dadurch kann beim Auftreten einer Intensitätsminderung festgestellt werden, von welcher Lichtquelle 4 das abgeschwächte Licht stammt.The light of the four LEDs is differently modulated or coded, whereby the components of the individual light sources 4 can be determined from the signals of the photosensors 3. As a result, it can be determined when an intensity reduction occurs, from which light source 4 the attenuated light originates.
So können wieder Verbindungslinien zwischen den Bereichen der Intensitätsminderung und den Lichtquellen 4 ermittelt werden, durch deren Schnittpunkte der Berührungspunkt ermittelt werden kann. Bei der Verwendung von drei oder mehr Lichtquellen 4 können mehr als ein Berührungspunkt ermittelt werden und es kann nicht nur der Berührungspunkt, sondern auch die Größe und Form des berührenden Gegenstandes 6 ermittelt werden.Thus, again connecting lines between the areas of intensity reduction and the light sources 4 can be determined, can be determined by their intersections of the contact point. When using three or more light sources 4, more than one touch point can be detected, and not only the touch point but also the size and shape of the touching object 6 can be detected.
Demnach ist die optische Eingabefläche Multitouch fähig, kann also von mehreren Benutzern gleichzeitig bedient werden und kann auch zum Vermessen von berührenden Gegenständen 6 genutzt werden. Die optische Eingabefläche in Fig. 5 kann dabei sowohl an der Grundfläche 1.2, als auch an der Deckfläche 1.1 bedient werden. Beispielsweise kann eine rahmenförmige Vorrichtung bestehend aus dem zusätzlichem Lichtwellenleiter 12, Photosensoren 3, Lichtquellen 4 mit den Prismen an der Raumseite eines Schaufensters angebracht werde. Das Schaufenster kann dann sowohl von innen als auch von außen als Eingabefläche genutzt werden. Die empfindlichen elektronischen Elemente der Detektorflächen undAccordingly, the optical input surface is multitouch capable, so it can be operated simultaneously by several users and can also be used to measure touching objects 6. The optical input surface in FIG. 5 can be operated both on the base surface 1.2 and on the cover surface 1.1. For example, a frame-shaped device consisting of the additional optical waveguide 12, photosensors 3, light sources 4 with the prisms attached to the room side of a shop window. The shop window can then be used both inside and outside as an input area. The sensitive electronic elements of the detector surfaces and
Lichtquellen 4 können hierbei auf der Innenseite des Glasfensters montiert werden, wo sie vor widrigen Umgebungsbedingungen geschützt sind. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Lichtquellen 4 außerhalb der Detektoren liegen können und somit die Detektoren lückenlos den Rand der berührungsempfindlichen Fläche überwachen können.Light sources 4 can be mounted here on the inside of the glass window, where they are protected from adverse environmental conditions. An additional advantage of this arrangement is that the light sources 4 can be outside the detectors and thus the detectors can continuously monitor the edge of the touch-sensitive surface.
Die erfindungsgemäße optische Eingabefläche, bei welcher das durch totale interne Reflexion geleitete Licht vor seiner Detektion in langwelliges Fluoreszenz-Licht umgewandelt wird, zeichnet sich durch universelle Einsetzbarkeit, erweiterte bzw. vereinfachte Anwendbarkeit und Erweiterung der Detektionsmöglichkeiten aus .The optical input surface according to the invention, in which the light guided by total internal reflection is converted into long-wave fluorescence light before its detection, is characterized by universal applicability, extended or simplified applicability and expansion of the detection possibilities.
Die Ausgestaltung der Lichtquellen 4 kann nach einem beliebigen, bekannten Prinzip des Stands der Technik ausgeführt sein, diese werden in den eingangs genannten Schriften des Stands der Technik detailliert beschrieben.The design of the light sources 4 may be implemented according to any known principle of the prior art, these are described in detail in the aforementioned prior art documents.
Es können demnach viele Lichtquellen 4 zum Einsatz kommen, die an zwei benachbarten Seitenflächen des flächigen Lichtwellenleiters 1 angebracht sind und ein Raster aus parallelen Lichtstrahlen 5 durch den flächigen Lichtwellenleiter 1 senden. Alternativ kann an den beiden Seitenflächen je eine Lichtquelle 4 verwendet werden, die durch eine geeignete Linienoptik ebenso parallele Lichtstrahlen 5 sendet. Um nicht parallel verlaufende Lichtstrahlen zu filtern können auch Kollimatoren zum Einsatz kommen.Accordingly, many light sources 4 can be used, which are attached to two adjacent side surfaces of the planar optical waveguide 1 and transmit a grid of parallel light beams 5 through the planar optical waveguide 1. Alternatively, one light source 4 each can be used on the two side surfaces, which also sends parallel light beams 5 through suitable line optics. Collimators can also be used to filter non-parallel light beams.
Es können zwei oder mehr divergente Lichtquellen 4 verwendet werden, die Lichtstrahlen 5 fächerförmig durch den flächigen Lichtwellenleiter 1 senden.Two or more divergent light sources 4 can be used which transmit light beams 5 fan-shaped through the planar optical waveguide 1.
Es können auch Drehlichtquellen 14 verwendet werden, beispielsweise in Form von Lasern, deren kohärenter gebündelter Lichtstrahl 5 mit Drehspiegeln durch den flächigen Lichtwellenleiter 1 geschwenkt wird. Wenn die Winkelstellung der Drehlichtquelle 14 gemessen wird, ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau, wie in Fig. 6 gezeigt, da sich die Position des Berührungspunktes über die Winkelstellung von zwei Drehlichtquellen 14 errechnen lässt. Dabei ist vom Detektor nur festzustellen, ob und zu welchem Zeitpunkt eine Abschwächung des geleiteten Lichtstrahls 5 auftritt. Dazu sind entlang der Seitenflächen zusätzliche Lichtwellenleiter 12 angeordnet. Die am zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 angebrachten Sensoren 3 detektieren ob eine Abschwächung der Intensität aufgrund einer Berührung vorliegt. Sollten bei einem größeren Aufbau mehrere Photosensoren 3 entlang der Längserstreckung des zusätzlichen Lichtwellenleiters 12 anzubringen sein, reicht es das Summensignal dieser auszuwerten.It is also possible to use rotary light sources 14, for example in the form of lasers, whose coherent bundled light beam 5 is pivoted with rotary mirrors through the planar optical waveguide 1. If the angular position of the rotary light source 14 is measured, the result is a particularly simple construction, as shown in FIG. 6, since the position of the contact point can be calculated via the angular position of two rotary light sources 14. In this case, it can only be determined by the detector whether and at what time a weakening of the guided light beam 5 occurs. For this purpose, additional optical waveguides 12 are arranged along the side surfaces. The attached to the additional optical fiber 12 sensors 3 detect whether there is a reduction in intensity due to a touch. If, in a larger structure, several photosensors 3 are to be mounted along the longitudinal extent of the additional optical waveguide 12, it is sufficient to evaluate the sum signal of these.
Ebenso wie bei der Ausgestaltung der Lichtquellen 4 kann auch der flächige Lichtwellenleiter 1 in vielen Varianten ausgebildet sein. Es ist nicht nötig diesen als ebene rechteckige Platte auszubilden. Er kann beispielsweise eine konstante Krümmung aufweisen oder einen geschwungenen Oberflächenverlauf wie in Fig. 7 gezeigt, dabei müssen die Grundfläche 1.2 und die Deckfläche 1.1 nicht zwangsläufig parallel zueinander sein. Zu beachten ist nur, dass zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts auch tatsächlich durch totale interne Reflexion in den Bereich 2 gelangt oder den zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 trifft.As in the embodiment of the light sources 4, the planar optical waveguide 1 can also be designed in many variants. It is not necessary to form this as a flat rectangular plate. It may, for example, have a constant curvature or a curved surface course as shown in FIG. 7, the base area 1.2 and the top area 1.1 need not necessarily be parallel to one another. It should only be noted that at least part of the coupled-in light actually passes into the region 2 through total internal reflection or hits the additional optical waveguide 12.
Der flächige Lichtwellenleiter 1 kann auch gekrümmte Seitenflächen aufweisen wie in Fig. 8 gezeigt. Er könnte demnach auch als runde oder ovale Scheibe ausgeführt sein.The planar optical waveguide 1 may also have curved side surfaces as shown in Fig. 8. He could therefore be designed as a round or oval disc.
Die gegenständliche optische Eingabefläche ist für komplexe 3-dimensionalen Oberflächen bestens geeignet, da an jeder beliebigen Stelle der Oberfläche des flächigen Lichtwellenleiters 1 durch Beschichtung mit einem lumineszentem Farbstoff, oder auf-kleben des zusätzlichen Lichtwellenleiters 12 ein Teil des durch totale interne Reflexion geleiteten Lichts in längerwelligesThe subject optical input surface is ideally suited for complex 3-dimensional surfaces, since at any point on the surface of the planar optical waveguide 1 by coating with a luminescent dye, or gluing of the additional optical waveguide 12, a part of the guided by total internal reflection of light in longer wavelength
Licht umgewandelt, ausgekoppelt und detektiert werden kann. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang den zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 aus flexiblem Folienmaterial zu bilden und diesen bereits vor der Montage am flächigen Lichtwellenleiter 1 mit Photosensoren 3 zu versehen. In Fig. 8 ist ein solcher flexibler zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 mit vormontierten Photosensoren 3 gezeigt, der an eine gekrümmte Seitenfläche eines flächigen Lichtwellenleiters 1 aufgeklebt wurde. Dabei kann der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 mit einer Schicht eines optisch dünneren Materials versehen sein, mit der er an der Seitenfläche des flächigen Lichtwellenleiters anliegt, um eine optische Entkopplung der Lichtwellenleiter 1 und 12 zu erreichen. Der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 kann der Krümmung der Seitenfläche auch in einem zirka konstanten Abstand folgen, wodurch ein Luftspalt zur Seitenfläche gebildet wird.Light can be converted, decoupled and detected. In this context, it is particularly advantageous to form the additional optical waveguide 12 from flexible film material and to provide it with photosensors 3 on the planar optical waveguide 1 even before mounting. FIG. 8 shows such a flexible additional optical waveguide 12 with preassembled photosensors 3, which was glued to a curved side surface of a flat optical waveguide 1. In this case, the additional optical waveguide 12 may be provided with a layer of optically thinner material, with which it rests against the side surface of the planar optical waveguide in order to achieve optical decoupling of the optical waveguides 1 and 12. The additional optical waveguide 12 may follow the curvature of the side surface also at a roughly constant distance, whereby an air gap is formed to the side surface.
Der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 kann nicht nur flexibel sondern auch in beliebiger Breite und auch mit mehreren Reihen von Photosensoren 3 gefertigt werden wie in Fig. 7 gezeigt. Dadurch müssen die Photodetektoren 3 nicht exakt entlang der Seitenfläche des flächigen Lichtwellenleiters 1 angebracht werden, wie dies nach dem Stand der Technik der Fall ist. Das ist auch vorteilhaft bei extrem dünnen flächigen Lichtwellenleitern 1, da die Photosensoren 3 nicht an dessen extrem schmalen Seitenfläche, sondern an dem beliebig breiten zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 angebracht werden können.The additional optical waveguide 12 can be made not only flexible but also in any width and also with a plurality of rows of photosensors 3 as shown in FIG. As a result, the photodetectors 3 need not be mounted exactly along the side surface of the planar optical waveguide 1, as is the case in the prior art. This is also advantageous in the case of extremely thin planar optical waveguides 1, since the photosensors 3 can not be attached to the extremely narrow side surface thereof, but instead to the arbitrarily wide additional optical waveguide 12.
Alternativ kann der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 auch einfach und exakt an jede beliebige Form der Seitenfläche angepasst werden, beispielsweise durch Zuschnitt aus einem Folienmaterial.Alternatively, the additional optical waveguide 12 can also be easily and accurately adapted to any shape of the side surface, for example by cutting from a film material.
Der flächige Lichtwellenleiter 1 kann selbst starr oder flexibel, bzw. komprimierbar ausgeführt sein. Als Material eignen sich Glas und transparente Kunststoffe. Der flächige Lichtwellenleiter 1 kann auch aus mehreren Schichten bestehen. So kann es vorteilhaft sein, auf einer Glasplatte eine komprimierbare KunststoffSchicht anzubringen, wodurch der Effekt der Intensität sschwächung bei Berührung durch die Oberflächenveränderung verstärkt wird.The planar optical waveguide 1 can itself be made rigid or flexible, or compressible. Suitable materials are glass and transparent plastics. The planar optical waveguide 1 may also consist of several layers. Thus, it may be advantageous to attach a compressible plastic layer to a glass plate, whereby the effect of intensity attenuation is increased when touched by the surface change.
Der zusätzliche Lichtwellenleiter 12 besteht beispielsweise aus zwei ca. 0.1 mm dicken Deckschichten aus PET, zwischen welchen eine ca. 0.001 mm dicke photolumineszente Schicht aus einer homogenen Mischung des Kunststoffs Polyvinylalkohol und des Farbstoffs Rhodamin 6G laminiert ist. Ein Photosensor 3 besteht aus einem photoelektrischen Element, typischerweise einem Stück Silizium-Wafer, welches elektrisch gesehen eine Photodiode oder einen Phototransistor darstellt. Beispielsweise sind in einem regelmäßigen Abstand von 5-12 cm Photodioden, welche eine Quer-schnittsfläche von etwa 2x2 mm2 einnehmen an der frei liegenden Seite einer der beiden PET-Schichten so angebracht, dass sie Licht aus der PET-Schicht auskoppeln und an ihren pn-Übergang einkoppeln.The additional optical waveguide 12 consists for example of two approximately 0.1 mm thick cover layers of PET, between which an approximately 0.001 mm thick photoluminescent layer of a homogeneous mixture of the plastic polyvinyl alcohol and the dye rhodamine 6G is laminated. A photosensor 3 consists of a photoelectric element, typically a piece of silicon wafer, which is electrically a photodiode or a phototransistor. For example, at a regular distance of 5-12 cm photodiodes, which occupy a cross-sectional area of about 2x2 mm2 on the exposed side of one of the two PET layers are mounted so that they couple light from the PET layer and at its pn Coupling transition.
Besonders vorteilhaft ist die geringe Gesamtdicke des zusätzlichen Lichtwellenleiters 12 bei einer Ausgestaltung gemäß Fig. 9, bei welcher ein optischer Touchscreen realisiert ist. Dabei ist der flächige Lichtwellenleiter 1 beispielsweise als stabile Glas- oder Kunststoffplatte ausgeführt, die als Schutz für das darunter liegende Display 7 (LCD, OLED, FED, SED, TFT-LCD...) dient. Mit dem zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 kann das durch totale interne Reflexion geleitete Licht des flächigen Lichtwellenleiters 1, das an dessen Seitenfläche freigesetzt wird, in langwelliges Licht umgewandelt werden und durch totale interne Reflexion im zusätzlichen Lichtwellenleiter 12 am Display 7 vorbei in einen Gehäusebereich hinter dem Display 7 geleitete werden. Dadurch, dass die Photosensoren 3 hinter dem Display 7 angeordnet sind und nicht an der Seitenfläche des flächigen Lichtwellenleiters 1, kann die Einfassung des Touchscreens extrem schmal ausgeführt werden. Die resultierende beinahe randlose optische Eingabefläche eignet sich bestens für mobile elektronische Geräte wie Smartphones und Tablet-Computer.Particularly advantageous is the small total thickness of the additional optical waveguide 12 in an embodiment according to FIG. 9, in which an optical touchscreen is realized. In this case, the planar optical waveguide 1 is designed for example as a stable glass or plastic plate, which serves as protection for the underlying display 7 (LCD, OLED, FED, SED, TFT-LCD ...). With the additional optical waveguide 12, the guided by total internal reflection light of the planar optical waveguide 1, which is released on the side surface, are converted into long-wave light and by total internal reflection in the additional optical waveguide 12 on the display 7 over into a housing area behind the display. 7 be guided. The fact that the photosensors 3 are arranged behind the display 7 and not on the side surface of the planar optical waveguide 1, the enclosure of the touch screen can be made extremely narrow. The resulting almost borderless optical input surface is ideal for mobile electronic devices such as smartphones and tablet computers.
Neben den gezeigten Anwendungen ist die gegenständliche Erfindung allgemein sehr wertvoll, wenn die optische Eingabefläche sehr groß ausgeführt ist, da dann die Einsparung bei den Photosensoren (3) besonders hoch ausfällt.In addition to the applications shown, the subject invention is generally very valuable if the optical input surface is very large, since then the savings in the photosensors (3) is particularly high.
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