Оптическое сенсорное устройство с измерением скорости

Оптическое сенсорное устройство с измерением скорости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое оптическое сенсорное устройство с измерением скорости относится к технике оптических Touch-панелей, широко применяемых в торговле, электронных платежных системах, в персональных компьютерах.

Известен ряд устройств подобного назначения. Например, в патенте США №7006236 B2 от 28.02.2006 г. [1] предлагается устройство, создающее виртуальную сенсорную поверхность, касание которой в определенных местах эквивалентно нажатию кнопок. Данное устройство содержит телевизионную камеру, оптически сопряженный с ней источник структурированного освещения и вычислительное устройство. Введение пальца в создаваемый источником структурированного освещения поток, регистрируется телевизионной камерой. Вычислительное устройство обрабатывает видеоинформацию, поступающую с телевизионной камеры, и определяет координаты точки касания пальца с потоком структурированного излучения. В устройствах, предложенных в патентах США №6480187 от 12.11.2002 г. [2], №6492633 от 10.12.2002 г. [3], №6844539 от 18.01.2005 г. [4], №7522156 от 21.04.2009 г. [5], используются отражатель и два приемопередающих оптических модуля. При появлении на пути потоков, формируемых излучателями, входящими в состав приемо-передающих модулей пальца (стилуса), специализированный вычислитель с помощью фотоприемников, входящих в состав приемо-передающих модулей, регистрирует угловые координаты пальца (стилуса).

Известно устройство для интерактивной локализации объектов [6], содержащее два излучателя и оптически сопряженный с ним приемник излучения, выполненный в виде линейчатого, содержащего множество фоточувствительных элементов, расположенных вдоль линии, охватывающей часть периметра «виртуальной клавиатуры», при этом пересечение потоков, формируемых излучателями на поверхности приемника излучения обеспечивает создание виртуальной клавиатуры, а вычислительное устройство поочередно включает один из двух излучателей и определяет координаты объекта. Это устройство наиболее близко по функциональной схеме к предлагаемому и является его прототипом.

К его недостаткам можно отнести непрямоугольную форму сенсорной поверхности («виртуальной клавиатуры»), а также неэффективное использование оптических потоков, формируемых обоими излучателями, при котором в создании сенсорной поверхности используется лишь часть их излучений.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение размера сенсорной поверхности, повышение функциональных возможностей, связанных с легкой подгонкой сенсорной поверхности под требуемый размер и возможностью измерения скорости касания с сенсорной поверхностью.

Для этого предлагается оптическое сенсорное устройство с измерением скорости, содержащее два излучателя и оптически сопряженный с ним первый линейчатый приемник излучения, содержащий множество фоточувствительных элементов, выстроенных вдоль одной линии, вычислитель, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму излучателям, а вход к выходу первого линейчатого приемника излучения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены третий и четвертый излучатели, подключенные к третьему и четвертому выходам вычислителя и второй линейчатый приемник излучения, оптически сопряженный с третьим и четвертым излучателями, причем третий и четвертый излучатели расположены так, что находятся в непосредственной близости с первым и последним фоточувствительными элементами первого линейчатого приемника излучения, а первый и второй излучатели расположены так, что находятся в непосредственной близости с первым и последним фоточувствительными элементами второго линейчатого приемника излучения. При этом сенсорная поверхность формируется из четырех зон, представленных попарным пересечением оптических потоков четырех излучателей. Таким образом, по сравнению с прототипом, в котором сенсорная поверхность образуется пересечением оптических потоков двух излучателей, имеет место существенное увеличение размера сенсорной поверхности. Кроме того, увеличение расстояния между первым и вторым линейчатыми приемниками не влияет на попарное пересечение оптических потоков излучателей, оптически сопряженных с соответствующими линейчатыми приемниками. Это свойство позволяет осуществлять увеличение размера сенсорной поверхности, раздвигая первый и второй линейчатые приемники относительно друг друга.

Ввод пальца пользователя в одну из четырех зон вызывает появление теней на одном либо на обоих линейчатых приемниках излучения. Вычислитель вводит сигналы с выходов первого и второго линейчатых приемников излучения и определяет по их значениям координаты пальца.

Кроме того, для измерения скорости, с которой палец касается сенсорной поверхности, устройство дополнительно содержит четыре излучателя, оптически сопряженных с первым и вторым ленточными приемниками излучения, либо дополнительно содержит третий и четвертый линейчатые приемники излучения, оптически сопряженные с первыми четырьмя излучателями.

Для повышения точности измерений третий и четвертый линейчатые приемники излучения могут быть размещены так, что входящие в их состав фотоприемники (фототранзисторы или фотодиоды) сдвинуты относительно фотоприемников, входящих в состав первого и второго линейчатого приемника, на величину, равную половине межцентрового расстояния между фотоприемниками.

Дополнительно в состав устройства могут входить наборы последовательно включенных трансимпедансного усилителя, усилителя с регулируемым усилением, полосового фильтра и демодулятора.

При этом вход каждого набора подключен к одному из фотоприемников ленточного приемника излучения, а выходы всех наборов образуют шину данных, подключенную к соответствующему входу специализированного вычислителя. Кроме того, специализированный вычислитель на своем первом, втором, третьем и четвертом выходах поочередно формирует пачки импульсов с частотой заполнения, равной центральной частоте полосовых фильтров. Таким образом, достигается значительное повышение помехоустойчивости, т.к. устройство перестает реагировать на засветки и прочие паразитные оптические сигналы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где:

1, 2, 3, 4 - первый, второй, третий, четвертый излучатели соответственно,

5, 6 - первый и второй линейчатые приемники излучения,

7 - сенсорная поверхность,

8 - специализированный вычислитель,

9 - палец оператора.

На фиг. 2 приведена схема разбиения сенсорной поверхности 7 на 4 зоны, где: α, β, γ, δ - зоны сенсорной поверхности 7,

9_α - палец 9 оператора в зоне α,

9_β - палец 9 оператора в зоне β,

9_γ - палец 9 оператора в зоне γ,

9_δ - палец 9 оператора в зоне δ,

ψ₁, ψ₂, ψ₃, ψ₄ - оптические потоки 1, 2, 3, 4-го излучателей.

На фиг. 3 приведен пример электрической схемы линейного фотоприемника, где:

P₁ … P_n - фототранзисторы,

DBus - шина данных.

На фиг. 4 приведен пример практического исполнения линейчатого приемника излучения, где: РСВ - печатная плата.

На фиг. 5 приведена оптико-геометрическая схема формирования теневых сегментов, где:

- теневые сегменты, образуемые пальцем 9,

0XY - система координат,

- координаты центров теней на поверхностях линейчатых приемников излучения,

- координаты оптических центров излучателей.

На фиг. 6 приведен пример формирования выходных сигналов фотоприемников, где:

u₁…u_n - сигналы фототранзисторов P₁…P_n,

m - осевая оптическая линия линейчатого приемника излучения.

На фиг. 7 приведен алгоритм определения зоны нахождения пальца на поверхности 7.

На фиг. 8 приведена функциональная схем устройства, соответствующего 2-му пункту формулы изобретения, где:

20, 21, 22, 23 - пятый, шестой, седьмой и восьмой излучатели.

На фиг. 9 приведена оптико-геометрическая схема измерения для устройства, выполненного по 2-му пункту формулы изобретения, где:

Ψ₅, Ψ₆, Ψ₇, Ψ₈ - оптические потоки пятого, шестого, седьмого и восьмого излучателей,

- теневые сегменты, образуемые пальцем 9,

l(t) - траектория движения пальца 5,

9(t₁), 9(t₂), 9(t₃) - положения пальца 5 в моменты времени t₁, t₂, t₃.

ε, τ - вектора сдвига,

h - расстояние между оптическими центрами 1 и 5-го, 2 и 6-го, 3 и 7-го, 4 и 8-го линейчатых приемников излучения.

На фиг. 10 приведена геометрическая схема образования «верхней сенсорной поверхности» для устройства, выполненного по 2-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 11 приведена временная диаграмма работы устройства, выполненного по 2-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 12 приведена функциональная схем устройства, соответствующего 3-му пункту формулы изобретения, где:

24, 25 - 3 и 4-й линейчатые приемники излучения.

На фиг. 13 приведена оптико-геометрическая схемы измерения для устройства, выполненного по 3-му пункту формулы изобретения, где:

, - теневые сегменты, образуемые пальцем 9.

На фиг. 14 приведена геометрическая схема образования «верхней сенсорной поверхности» для устройства, выполненного по 3-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 15 приведена временная диаграмма работы устройства, выполненного по 3-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 16 приведена функциональная схем устройства, выполненного по 4-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 17 приведена оптико-геометрическая схема измерения для устройства, выполненного по 4-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 18 приведена геометрическая схема образования «верхней сенсорной поверхности» для устройства, выполненного по 4-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 19 приведена временная диаграмма работы устройства, выполненного по 4-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 20 приведена геометрическая схема взаимного расположения линейчатых приемников излучения для устройства, выполненного по 5-му пункту формулы изобретения.

На фиг. 21 приведена функциональная схема обработки сигналов фотоприемников для устройства, выполненного по 6-му пункту формулы изобретения, где:

26 - трансимпедансный усилитель,

27 - усилитель с регулируемым усилением,

28 - полосовой фильтр,

29 - демодулятор,

30 - цепь управления.

Работа устройства, функциональная схема которого приведена на фиг. 1, осуществляется следующим образом.

Специализированный вычислитель 7 поочередно включает один из четырех излучателей 1, 2, 3, 4. При этом на их выходах формируются оптические потоки Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄, как изображено на фиг. 2. Эти потоки падают на поверхности первого и второго линейчатых приемников излучения 5 и 6 и регистрируются входящими в их состав фототранзисторами или фотодиодами и вводятся в память специализированного вычислителя 8. На фиг. 3 приведена электрическая схема выполнения линейчатых фотоприемников 5 и 6, а на фиг. 4 пример ее конструктивного исполнения. Необходимым условием применяемых там элементов P₁…P_n является их достаточно широкий угол обзора в плоскости 7, требуемый для приема излучений от оптически сопряженных к соответствующему линейчатому приемнику излучателей 1, 2, 3, 4. Сигналы, снимаемые с выходов P₁…P_n, образуют сигнальную шину данных - DBus, поступающую на соответствующий вход специализированного вычислителя 8.

При формировании оптических потоков Ψ₁, Ψ₂ специализированный вычислитель 8, вводит состояние 1-го линейчатого приемника излучения 5, а при формировании оптических потоков Ψ₃, Ψ₄ - состояние 2-го линейчатого приемника излучения 6. Таким образом, если палец 9 коснулся сенсорной поверхности 7, он встает на пути какой-либо пары излучений Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃ Ψ₄, падающих на поверхности линейчатых приемников излучения. При этом на их поверхностях появляются тени, координаты которых фиксируются специализированным вычислителем 8. Далее по их значениям специализированный вычислитель 8 определяет относительные координаты кончика пальца, контактирующего с сенсорной поверхностью 7. Обозначим:

P(Ψ_i) - прямоугольная проекция потока Ψ_i на сенсорную поверхность 7,

P(Ψ_i)∩P(Ψ_j) - пересечение проекций Р(Ψ_i) и P(Ψ_j).

Из фиг. 2 видно, что сенсорная поверхность 7 разбивается на четыре зоны - α, β, γ, δ.

При этом:

На фиг. 5 показано образование теневых сегментов при касании пальцем 9 сенсорной поверхности 7.

Видно, что:

- теневой сегмент образуется пальцем 9, находящимся в зоне α, при действии оптического потока Ψ₁,

- теневой сегмент образуется пальцем 9, находящимся в зоне 8, при действии оптического потока Ψ₁,

- теневой сегмент образуется пальцем 9, находящимся в зоне γ, при действии оптического потока Ψ₂,

- теневой сегмент образуется пальцем 9, находящимся в зоне δ, при действии оптического потока Ψ₂,

- теневой сегмент образуется пальцем 9, находящимся в зоне β, при действии оптического потока Ψ₃,

- теневой сегмент образуется пальцем 9, находящимся в зоне γ, при действии оптического потока Ψ₃,

- теневой сегмент образуется пальцем 9, находящимся в зоне β, при действии оптического потока Ψ₄,

- теневой сегмент образуется пальцем 9, находящимся в зоне γ, при действии оптического потока Ψ₄.

Координаты центров теней, формируемых теневыми сегментами на поверхностях линейчатых фотоприемников, при касании пальцем сенсорной поверхности 7 в зонах α, β, γ, δ имеют вид:

- координата центра тени, формируемой четвертым излучателем на поверхности второго линейчатого приемника излучения 6,

- координата центра тени, формируемой третьим излучателем на поверхности второго линейчатого приемника излучения 6,

- координата центра тени, формируемой четвертым излучателем на поверхности второго линейчатого приемника излучения 6,

- координата центра тени, формируемой третьим излучателем на поверхности второго линейчатого приемника излучения 5,

- координата центра тени, формируемой вторым излучателем на поверхности первого линейчатого приемника излучения 5,

- координата центра тени, формируемой первым излучателем на поверхности первого линейчатого приемника излучения 6,

- координата центра тени, формируемой вторым излучателем на поверхности первого линейчатого приемника излучения 6,

- координата центра тени, формируемой первым излучателем на поверхности первого линейчатого приемника излучения 6.

Координаты оптических центров:

- первого излучателя,

- второго излучателя,

- третьего излучателя,

- четвертого излучателя.

Фиг. 6 иллюстрирует пример формирования выходных сигналов фототранзисторов P₁…P_n при включенном 1-м излучателе и теневом сегменте .

При этом сигналы u₁…u_n имеют значения:

u₁=1,…u_k-2=1, u_k-1=1, u_k=0, u_k+1=0, u_k+2=1, … u_n=1.

На фиг. 7 приведен алгоритм определения того, в какой из зон сенсорного поля 7, находится палец 9. Учитывая, что X - координата центров теней на первом и втором линейчатых приемников излучения, при условии их перпендикулярности оси 0X, имеет фиксированные значения X₁ и X₂ соответственно, можно записать:

(X₁,Y₁₁) - измеренная специализированным вычислителем 8 координата центра тени от действия первого излучателя на поверхности первого фотоприемника,

(X₁,Y₂₁) - измеренная специализированным вычислителем 8 координата центра тени от действия второго излучателя на поверхности первого фотоприемника,

(X₂,Y₃₂) - измеренная специализированным вычислителем 8 координата центра тени от действия третьего излучателя на поверхности второго фотоприемника,

(X₂,Y₄₂) - измеренная специализированным вычислителем 8 координата центра тени от действия четвертого излучателя на поверхности второго фотоприемника.

Полагается, что значениям Y₁₁=0, Y₂₁=0, Y₃₂=0, Y₄₂=0 соответствует отсутствие теней на поверхности первого или второго линейчатого приемника излучения. При реализации этого алгоритма в блоке:

10 - начало,

11 - проверяется условие Y₁₁=0,

12 - проверяется условие Y₂₁=0,

13 - проверяется условие Y₃₂=0,

14 - проверяется условие Y₄₂=0,

15 - переменной зоне присваивается значение δ,

переменной присваивается значение ,

переменной присваивается значение,

16 - переменной зоне присваивается значение α,

переменной присваивается значение ,

переменной присваивается значение ,

17 - переменной зоне присваивается значение β,

переменной присваивается значение ,

переменной присваивается значение ,

18 - переменной зоне присваивается значение γ,

переменной присваивается значение ,

переменной присваивается значение ,

19 - конец.

Расчет координат точки ∏ (положение пальца 9) сводится к нахождению точки (X_∏,Y_∏) пересечения двух прямых, проходящих через точки и и имеет вид:

где:

причем координаты точек и , в системе координат 0XY (фиг. 5), принадлежат:

Для расчета по формуле 2, в качестве и берется один из элементов, перечисленных в правых скобках 3 с учетом того, в какой зоне (α, β, γ, δ, определенной в алгоритме фиг. 7) находится палец 9 - выбирается пара координат с соответствующим верхним индексом. Аналогично, в качестве и , берется один из элементов, перечисленных в правых скобках 4 с учетом того, какие излучатели участвуют в создании тени на поверхности линейчатых приемников излучений 5 и 6 - выбирается пара координат с соответствующим нижним индексом.

На фиг. 8 приведена функциональная схема устройства по второму пункту формулы изобретения, позволяющему в дополнение к определению координат пальца измерить скорость его касания сенсорной поверхности 7. Для этого устройство дополнительно содержит излучатели 20, 21, 22, 23, подключенные к дополнительным выходам специализированного вычислителя 8, смещенные вдоль линии, перпендикулярной сенсорной поверхности 7, и каждый из которых расположен на фиксированном расстоянии от соответствующего излучателя 1, 2, 3 и 4. Специализированный вычислитель 8, последовательно включая излучатели 20, 21, 22 и 23, вводит состояния линейчатых приемников излучений 5, 6, оптически сопряженных соответствующему излучателю. При пересечении пальцем 9 одного из потоков, формируемых излучателем 20, 21, 22 или 23, и падающего на поверхность соответствующего линейчатого приемника излучения 5 или 6, специализированный вычислитель 8 фиксирует появление тени и начинает отсчет промежутка времени, требуемого для вычисления скорости. Для этого он начинает цикл последовательного включения излучателей 1, 2, 3 и 4, ожидая появления теней, для чего опрашивается состояние линейчатых приемников излучения 5 и 6. Как только происходит пересечение пальцем 9 какого-либо потока, формируемого излучателями 1, 2, 3, 4 при его контакте с сенсорной поверхностью 7, отчет промежутка времени, требуемого для определения скорости, прекращается. Далее по координатам теней, формируемым какой-либо парой потоков от 1, 2, 3 или 4-го излучателей на поверхностях линейчатых фотоприемников 5 и 6, специализированный вычислитель 8 определяет координаты касания пальцем сенсорной поверхности 7. Кроме того, координаты точки касания позволяют уточнить путь, проходимый пальцем за определенный ранее промежуток времени, что повышает точность измерения скорости.

Сказанное иллюстрируется оптико-геометрической схемой, приведенной на фиг. 9. В этой схеме излучатели 20, 21, 22, 23, отстоящие от 1, 2, 3, 4-го излучателей на величину h перпендикулярно сенсорной поверхности 7, создают световые потоки Ψ₅, Ψ₆, Ψ₇, Ψ₈, которые совместно с линейчатыми фотоприемниками 5 и 6 формируют так называемую «верхнюю сенсорную поверхность», состоящую из двух плоскостей S_H1 и S_H1, изображенных на фиг. 10. Аналогично выражению 1 можно записать определения зон, на которые разделяется сенсорная поверхность 7:

Палец 9 в момент времени t₁ находится в положении 9(t₁) и, перемещаясь по траектории l(t) в момент времени t₂, приходит в точку 9(t₂), а в момент времени t₃ касается сенсорной поверхности 7. При этом от пальца, находящегося в точке 9(t₂), формируются теневые сегменты и , а в точке 9(t₃) формируются теневые сегменты и .

Видно, что при движении пальца из состояния 9(t₂) в состояние 9(t₃), теневой сегмент перемещается по направлению вектора ε, а теневой сегмент по направлению вектора τ. Измерив промежуток времени между появлением на линейчатых приемниках 5, 6 теневых сегментов , и появлением там же теневых сегментов , , определяем тем самым разность t₃-t₂, требуемую для измерения скорости движения пальца в момент его касания с поверхностью 7.

На геометрической схеме фиг. 10 видно образование 2-х плоскостей S_H1 и S_H2, образующих «верхнюю сенсорную поверхность». На этой фигуре m₁ и m₂ - осевые линии первого и второго линейчатых приемников излучения 5 и 6. Кроме того, для упрощения схемы излучатели 1, 2 и 3, 4 размещаются вдоль этих же осевых линий m₁ и m₂ соответственно.

При этом уравнение плоскости S_H1 имеет вид:

а плоскости S_H2 -

где:

- координаты пятого, шестого, седьмого и восьмого излучателей 20, 21, 22 и 23 соответственно.

Координаты точки касания (X_∏, Y_∏) сенсорной поверхности 7 определяются по формулам 2, 3, 4. Решения уравнений 6, если:

или уравнения 7, если:

позволяет определить величину Z_∏. Очевидно, что:

Скорость касания пальцем поверхности 7, равна:

На временной диаграмме фиг. 11 иллюстрируется работа системы, соответствующей 2-му пункту формулы изобретения. В фазе Φ₁ этой диаграммы производится ожидание пересечения пальцем 9 одной из плоскостей S_H1 или S_H2, т.е. пересечение «верхней сенсорной плоскости» пальцем 9. Для этого в бесконечном цикле, производится формирование последовательности потоков Ψ₅, Ψ₆, Ψ₇, Ψ₈ в апертурном интервале Т_ар, с чтением состояния линейчатых приемников излучения 5 и 6 - кривые ρ₁ и ρ₂. Как только это пересечение обнаруживается, специализированный вычислитель 8 фиксирует момент времени t^*. После этого начинается фаза Φ₂, в которой ожидается касание пальцем 9 плоскости 7, для чего специализированным вычислителем 8 в бесконечном цикле производится формирование последовательности потоков Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ с аналогичным чтением состояния линейчатых приемников. Если касание обнаруживается, специализированный вычислитель 8 фиксирует время t^** и далее переходит к фазе Φ₃. В этой фазе специализированный вычислитель 8 производит определение координат по формуле 2 с учетом выражений 3 и 4 и вычисление скорости по формуле 11 с учетом выражений 6, 7, 8, 9.

На фиг. 12 приведена функциональная схема устройства по третьему пункту формулы изобретения, позволяющему в дополнение к определению координат пальца измерить скорость его касания сенсорной поверхности 7. Устройство дополнительно содержит линейчатые приемники излучения 24 и 25, параллельно смещенные вверх от сенсорной плоскости относительно линейчатых приемников излучения 5 и 6 и подключенные к дополнительным входам специализированного вычислителя 8. Специализированный вычислитель 8 осуществляет управление излучателями 1, 2, 3 и 4, последовательно формируя оптические потоки, сопряженные с линейчатыми приемниками излучения 5 и 6, а также с вновь введенными линейчатыми приемниками излучения 24 и 25. При этом он измеряет промежуток времени между пересечением пальцем какого-либо из потоков, формируемых излучателями 1, 2, 3 и 4, регистрируемых линейчатыми приемниками излучения 24 и 25 и пересечением пальцем этих же потоков, но регистрируемых линейчатыми приемниками излучения 5 и 6. Далее по координатам теней, формируемым какой-либо парой потоков от 1, 2, 3 или 4-го излучателей на поверхностях линейчатых фотоприемников 5 и 6, специализированный вычислитель 8 определяет координаты касания пальцем сенсорной поверхности 7. Затем по значениям этих координат и геометрического расположения излучателей 20, 21, 22, 23 определяется расстояние, проходимое пальцем между пересечением одного из потоков излучателей 20, 21, 22, 23 до его контакта с сенсорной поверхностью 7. Эти данные позволяют далее специализированному вычислителю определить скорость пальца в момент его касания с сенсорной поверхностью 7.

На оптико-геометрической схеме фиг. 13 можно видеть, что палец 9, в момент времени t₁, находится в положении 9(t₁) и, перемещаясь по траектории l(t) в момент времени t₂, приходит в точку 9(t₂), а в момент времени t₃ касается сенсорной поверхности 7. При этом от пальца, находящегося в точке 9(t₂), формируются теневые сегменты и , а в точке 9(t₃), формируются теневые сегменты и . Видно, что при движении пальца из состояния 9(t₂) в состояние 9(t₃) теневой сегмент перемещается по направлению вектора ε, а теневой сегмент - по направлению вектора τ. Измерив промежуток времени между появлением теневых сегментов , , на линейчатых приемниках 24 и 25 и появлением теневых сегментов , на линейчатых приемниках 5 и 6, определяем разность t₃-t₂, требуемую для измерения скорости движения пальца в момент его касания с поверхностью 7.

На геометрической схеме фиг. 14 видно образование 2-х плоскостей S_L1 и S_L2, образующих «верхнюю сенсорную поверхность». На этой фигуре m₁ и m₂ - осевые линии первого и второго линейчатых приемников излучения 5 и 6, а m₃ и m₄ - осевые линии третьего и четвертого линейчатых приемников излучения 24 и 25. Кроме того, для упрощения схемы излучатели 1, 2 и 3, 4 размещаются вдоль осевых линий m₁ и m₂ соответственно.

При этом уравнение плоскости S_L1 имеет вид:

а плоскости S_L2 -

где:

- координаты положения 3-го и 4-го линейчатых приемников излучения (при условии их параллельности оси Y).

Координаты точки касания (X_∏, Y_∏) сенсорной поверхности 7 определяются по формулам 2, 3, 4. Решения уравнений 9,

если:

или уравнения 10, если:

позволяет определить величину Z_∏. Очевидно, что:

Скорость касания пальцем поверхности 7, равна:

Для определения момента пересечения пальцем 9 плоскости S_L1 или S_L2 специализированный вычислитель 8 в фазе Φ₁ диаграммы, изображенной на фиг. 15, производит ожидание пересечения пальцем 9 плоскостей S_L1 или S_L2, т.е. пересечение «верхней сенсорной поверхности» пальцем 9. Для этого он формирует последовательность потоков Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄, - и в апертурном интервале Т_ар вводит состояния 3-го ленточного приемника излучения 24 (для излучений Ψ₁, Ψ₂) - сигнал ρ₃, и 4-го ленточного приемника 25 (для излучений Ψ₃, Ψ₄) - сигнал ρ₄. Как только обнаруживается наличие теневых сегментов, специализированный вычислитель 8 фиксирует момент времени t^* и оканчивает фазу Φ₁. После этого начинается фаза Φ₂, в которой ожидается касание пальцем 9 плоскости 7, для чего продолжая формирование последовательности потоков Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄, производится обнаружение теневых сегментов на поверхности линейчатых фотоприемников 5 и 6, т.е. в апертурном интервале T_ар вводит состояния 1-го ленточного приемника излучения 5 (для излучений Ψ₁, Ψ₂) - сигнал ρ₁, и 2-го ленточного приемника 6 (для излучений Ψ₃, Ψ₄) - сигнал ρ₂. Если это касание обнаруживается, специализированный вычислитель 8 фиксирует время t^** и оканчивает фазу Φ₂. В следующей фазе Φ₃ производится вычисление скорости и координат касания сенсорной поверхности, представленное сигналом С. Далее последовательность перечисленных фаз повторяется в бесконечном цикле.

На фиг. 16 приведена функциональная схема устройства формирования сенсорной поверхности по четвертому пункту формулы изобретения, позволяющему дополнительно к координатам касания пальцем 9 сенсорной поверхности 7 измерять и скорость его касания. Устройство дополнительно содержит линейчатые приемники излучения 24 и 25, параллельно смещенные вверх от сенсорной плоскости относительно линейчатых приемников излучения 5 и 6 и подключенные к дополнительным входам специализированного вычислителя 8, а также излучатели 20 и 22, расположенные на краях линейчатых приемников излучения 24 и 25 и подключенные к дополнительным выходам специализированного вычислителя 8. Циклически формируя потоки излучения с помощью 20 и 22 излучателей, специализированный вычислитель 8 находится в ожидании появления теневого сегмента, вызванного пересечением одного из этих потоков пальцем, на поверхности линейчатых приемников излучения 24 или 25. При обнаружении теневого сегмента специализированный вычислитель 8 фиксирует момент времени t^*.

После того как это пересечение произошло, циклически формируя потоки излучения с помощью 1 и 3 излучателей, специализированный вычислитель 8 находится в ожидании появления теневого сегмента, вызванного пересечением одного из этих потоков пальцем, на поверхности линейчатых приемников излучения 4 или 5. При обнаружении теневого сегмента специализированный вычислитель 8 фиксирует момент времени t^**. Далее для вычисления скорости используется значение интервала времени t^**-t^*.

На оптико-геометрической схеме фиг. 17 можно видеть, что палец 9 в момент времени t₁ находится в положении 9(t₁) и, перемещаясь по траектории l(t) в момент времени t₂, приходит в точку 9(t₂), а в момент времени t₃ касается сенсорной поверхности 7. При этом от пальца, находящегося в точке 9(t₂), формируется теневой сегмент , а в точке 9(t₃) формируются теневые сегменты и . Измерив промежуток времени между появлением теневого сегмента и появлением теневого сегмента , определяем разность t₃-t₂, требуемую для измерения скорости движения пальца в момент его касания с поверхностью 7.

Теневой сегмент позволяет определить координату точки касания пальцем 5, сенсорной поверхности 7 по формуле 2 с учетом условий 3 и 4.

На фиг. 18 представлена геометрическая схема образования «верхней сенсорной поверхности».

Для определения момента ее пересечения пальцем достаточно двух излучателей 24 и 25, а расстояние, которое палец 9 пересекает между моментами времени t₂ и t₃, постоянно и равно h.

Исходя из вышесказанного, скорость касания в данном случае определяется как:

На временной диаграмме фиг. 19 иллюстрируется работа системы, соответствующей 4-му пункту формулы изобретения. В фазе Φ₁ этой диаграммы производится ожидание пересечения пальцем 9 плоскости S_M, т.е. пересечение «верхней сенсорной поверхности». Для этого в бесконечном цикле производится формирование последовательности потоков Ψ₅, Ψ₆, в апертурном интервале Т_ар, с чтением состояния линейчатых приемников излучения 24 и 25 - сигналы ρ₃ и ρ₄. Как только это пересечение обн