Superficie multi-táctil de accionamiento óptico mediante luz pulsada.

Superficie multi-táctil de accionamiento óptico mediante luz pulsada.

La presente invención se refiere a una superficie sensible de accionamiento óptico mediante luz pulsada, con una superficie táctil sin elementos electrónicos ni mecánicos y completamente lisa y de una sola pieza, que sirve como dispositivo de entrada táctil para computadoras y otros dispositivos electrónicos.

La invención consta de una superficie táctil (1) dopada con elementos difusores (2) que dispersan la luz emitida por el sistema de iluminación (3). Al poner un dedo sobre la superficie (9) se vuelve reflectiva aumentando la densidad de potencia detectada por los sensores (8) bajo la placa (6) y a través de los orificios (8).

La invención puede utilizarse como teclado o como dispositivo apuntador y de posicionamiento, pudiendo identificar gestos realizados sobre la superficie, soportando múltiples pulsaciones al mismo tiempo sobre la superficie sensible.

Sector de la técnica La invención se encuadra en el sector técnico de la electrónica e informática, en lo relativo a los terminales o periféricos de entrada para cualquier dispositivo electrónico incluyendo computadoras electrónicas y ordenadores. Más concretamente en el área de los dispositivos que actúan como interfaz entre hombre y máquina.

Estado de la técnica En la actualidad, los teclados y los dispositivos apuntadores y de posicionamiento, son 10 los principales periféricos de entrada para ordenadores y otros dispositivos electrónicos que necesitan de un medio para poder transferir información entre personas y máquinas.

Entre los dispositivos apuntadores tenemos los ratones informáticos y las superficies táctiles multi-función. Estas últimas se han popularizado por su uso sobre pantallas de visualización como interfaz para dispositivos del tipo teléfono inteligente "smartphone",

agendas electrónicas y ordenadores tipo tableta "tablet PC".

En lo que se refiere a los teclados, hoy en día nos encontramos dos tipos fundamentales en base a su tecnología: teclados mecánicos y teclados de membrana. Ambos, están inspirados en los clásicos teclados utilizados en las máquinas de escribir y que más tarde se adaptaron para los teletipos y las calculadoras.

Los teclados mecánicos, básicamente, constan de un interruptor que al pulsar la tecla es accionado cerrando o abriendo un circuito electrónico. Este circuito electrónico está conectado a un micro-controlador que interpreta cuando se ha producido la presión o liberación de una o varias teclas. El micro-controlador transforma esta información a nivel físico y a nivel de datos convirtiendo esas pulsaciones en comandos y protocolos interpretables por el dispositivo electrónico al que se conecta.

Los teclados de membrana están constituidos por varias láminas plásticas. Atendiendo al tipo de membrana utilizado, se pueden clasificar en teclados de membrana de contacto metálico y en teclados de membrana capacitivos. A su vez, los teclados de membrana de contacto metálico se clasifican en teclados con cúpula de goma y teclados con membranas resistivas.

Los teclados de membrana de contacto metálico resistivas, están formados por dos finas láminas plásticas, que tienen pistas conductoras grabadas en la cara interior, y una tercera membrana de separación, agujereada en las zonas en las que va una tecla. Cuando se hace presión sobre ellas, se tocan, produciéndose un cambio en la corriente eléctrica que permite a un controlador calcular la posición del punto en el que se ha tocado midiendo la resistencia para identificar la tecla pulsada. A pesar de que la tecnología de membranas resistivas se desarrolló inicialmente para su utilización en teclados, hoy en día ha alcanzado su máxima difusión en el uso como interfaz de entrada de las pantallas táctiles.

Los teclados de membrana de cúpula de goma funcionan básicamente como los de membrana resistiva. Pero, a diferencia de estos, sobre los huecos que conforman las teclas, se pone un conjunto de teclas de goma moldeada. El usuario empuja la tecla, y bajo determinada presión, el caucho se deforma lo suficiente como para forzar la capa de la membrana superior contra la capa inferior. Esto proporciona una mejor sensación de movimiento que un teclado de membrana resistiva simple. Se trata sin duda del tipo de teclado más popular hoy en día.

Los teclados de membrana capacitiva están cubiertos por una fina membrana de material, habitualmente óxido de indio y estaño, que conduce una corriente eléctrica continua a través de la misma. La membrana, por tanto muestra un campo eléctrico controlado con precisión tanto en el eje vertical como en el horizontal, es decir, adquiere capacitancia. El cuerpo humano también se puede considerar un dispositivo eléctrico en cuyo interior hay electrones, por lo que también dispone de capacitancia. Cuando el campo eléctrico de la membrana es alterado por otro campo, como puede ser el dedo de una persona, los circuitos electrónicos situados en los extremos de la membrana miden la distorsión resultante en la onda sinusoidal característica del campo de referencia y envía la información acerca de este evento al micro-controlador para su procesamiento matemático e identificar la tecla pulsada.

El ratón informático se desarrolló como elemento apuntador para facilitar el manejo de entornos gráficos sobre ordenadores. El ratón detecta el movimiento relativo en dos dimensiones sobre los ejes X-Y reflejándose ese movimiento mediante un puntero o flecha sobre un dispositivo de visualización como puede ser un monitor.

En la actualidad la mayor parte de los ratones están basados en tecnología óptica. Este tipo de ratón, dispone de una mini-cámara que mediante un algoritmo de detección de movimiento es capaz de medir la velocidad y el vector de desplazamiento relativo. Para su correcto funcionamiento necesita de una iluminación auxiliar, como puede ser un diodo led y que la superficie por donde se desplace presente irregularidades y/o cambios en la saturación del color de fondo. Esto es necesario porque la detección de movimiento se hace comparando los fotogramas adquiridos por la cámara a través del tiempo y en una superficie lisa no habría diferencia entre el fotograma tomado en un instante n y el fotograma desplazado tomado en un instante n+1.

Las superficies sensibles al tacto aúnan en un mismo dispositivo las capacidades que nos proporcionan los teclados, con las que nos proporcionan los ratones como elementos apuntadores y de posicionamiento. En la actualidad la inmensa mayoría de este tipo de dispositivos se encuentran asociados con una pantalla de visualización y un sistema operativo con entorno gráfico que subyace bajo la superficie sensible, especialmente diseñado para trabajar con estos dispositivos pudiendo simular tanto el comportamiento de un teclado como el de un ratón. A nivel constructivo están fabricados con membranas transparentes como las que se utilizan en los teclados, pudiendo ser también de 2 tipos: resistivas y capacitivas.

Más recientemente podemos encontrarnos con patentes de superficie táctiles basadas en tecnología óptica como pueden ser las patentes americanas US2008/0122803 "Touch sensing using shadow and reflective modes" (Superficie sensible usando los modos sombra y reflectivo) y la patente US8, 144, 271 B2 "Multi-touch sensing through frustrated total internal reflection" (Percepción multi-táctil mediante reflexión total interna) .

En la US2008/0122803 se propone una superficie sensible para pantallas de visualización táctiles. Se basa en al menos un emisor infrarrojo y un array de sensores infrarrojos, situados tras una superficie transparente e integrados en la propia pantalla de visualización, para la detección de objetos en contacto o a cierta distancia de la superficie. Bajo condiciones de baja iluminación ambiental, por debajo de un umbral predeterminado, los emisores infrarrojos están encendidos, al tocar la pantalla con los dedos la superficie de contacto se vuelve reflectiva (la luz infrarroja rebota en la superficie de contacto en vez de salir al exterior) recibiendo la luz infrarroja un sensor situado junto al emisor, en función de si supera o no determinado umbral, un micro-controlador decide si se ha pulsado o no en cierta área de la pantalla. En condiciones de alta iluminación ambiental infrarroja la superficie conmutaría al modo sombra apagando los emisores infrarrojos, al poner el dedo sobre la superficie se produce una sombra sobre el sensor recibiendo menos luz infrarroja, por debajo de cierto umbral el micro-controlador decide si se ha pulsado sobre la superficie. Además se propone como medio de ahorro energético para dispositivos móviles, el conmutar a modo sombra cuando el nivel de batería está por debajo de determinado umbral.

En la US 8, 144, 271 B2 se propone una superficie táctil para pantallas de visualización basada en la reflexión total frustrada. Esta superficie actúa como una guía de ondas óptica propagando por su interior la luz que recibe de un emisor infrarrojo (fenómeno de reflexión total interna) , bajo esta superficie se dispone un sensor de imagen para detectar la luz que escapa de la superficie. Al comportarse la superficie como una guía de ondas, apenas deja escapar luz, por lo que esta patente propone la superposición de determinados tipos de membrana sobre la superficie para que al contacto con un objeto, se frustre el fenómeno de reflexión total iluminándose el área de contacto y que de esta manera pueda ser detectada la zona de contacto por el sensor de imagen situado debajo.

Problema técnico planteado Sería deseable tener un dispositivo de entrada táctil para computadoras...

1. Superficie multi-táctil de accionamiento óptico que siendo aplicable como periférico de entrada de dispositivos electrónicos y ordenadores se caracteriza porque comprende:

- una superficie de contacto formado por una placa rectangular de un material con un

índice de refracción tal, que permite la transmisión de luz a una longitud de onda dada por reflexión total interna y que esta dopado con unos elementos difusores que al chocar la luz con ellos, se dispersa en todas direcciones.

- un sistema de iluminación lateral enfocado hacia el canto de la superficie de contacto a una longitud de onda dada.

- un conjunto de foto-sensores sensibles a la longitud de onda de iluminación y dispuestos bajo la superficie de contacto.

- un filtro de rechazo de banda para la luz ambiental, permitiendo solo el paso de luz en la longitud de onda de iluminación y situado entre la superficie de contacto y el conjunto de foto-sensores.

- un circuito de control capaz de escanear varias veces por segundo la señal de los fotosensores, discerniendo si se ha tocado o no la superficie de contacto.

- un circuito de interfaz para comunicar el periférico con otros dispositivos.

2. Superficie multi-táctil de accionamiento óptico según reivindicación 1ª, caracterizada porque el sistema iluminación incorpora leds como elementos iluminadores y

que estos leds producen una luz pulsada al ser excitados por un modulador que genera una señal a partir de una portadora y de una señal código que identifica de forma unívoca el dispositivo.

3. Superficie multi-táctil de accionamiento óptico según reivindicación 1ª,

caracterizada porque dispone de un circuito de ahorro de energía que solo enciende los leds 25 en la zona que está siendo escaneada por el circuito de control.

4. Superficie multi-táctil de accionamiento óptico según reivindicación 1ª, caracterizada porque puede actuar como dispositivo de posicionamiento y gestual al incorporar un circuito que mide la velocidad y el vector de desplazamiento relativo de una pulsación a lo largo del tiempo.

5. Superficie multi-táctil de accionamiento óptico según reivindicación 1ª, caracterizada porque entre la superficie de contacto y el conjunto de sensores se intercala un dispositivo de visualización.

6. Superficie multi-táctil de accionamiento óptico según reivindicación 1ª,

caracterizada porque la superficie de contacto está grabada con símbolos por su parte inferior 35 para usarse como teclado.

7. Superficie multi-táctil de accionamiento óptico según reivindicación 1ª y 6ª, caracterizada porque una parte del teclado puede usarse además como dispositivo de posicionamiento y gestual.

Figura 1

Figura 2