DE2748806C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fühler für einen kapazitiv erregten Wandler, der auf Fingerberührung anspricht, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-AS 21 05 071 ist ein kapazitiver Schalter oder Kondensatorschalter bekannt, der ein flaches Grundsubstrat enthält, wobei auf der oberen Oberfläche dieses Grundsubstrats durch Ätzung ein etwa kreisförmiges metallisches Feld als sogenannter Zielbereich ausgebildet ist. Über diesem Zielbereich ist eine federnde Metallschale angeordnet, deren Oberfläche über eine Schraubenfeder mit einem Tastelement verbunden ist. Wenn das Tastelement niedergedrückt wird, übt die Schraubenfeder einen Druck auf die gewölbte, federnde Metallschale aus. Ist dieser Druck hinreichend groß, führt die gewölbte Feder eine Schnappbewegung aus, d. h. sie springt plötzlich in die Richtung des ausgeübten Drucks. Durch diesen Schnappvorgang wird die Kapazität zwischen der gewölbten Metallschale und dem leitfähigen Zielbereich sprungartig geändert. Es ergibt sich hierdurch eine Kapazitätsänderung des Kondensators. Sofern dieser mit einer hinreichend hohen Spannung vorgeladen ist, wird dabei ein elektrisches Signal erzeugt, das anschließend in einer elektronischen Schaltung verarbeitet wird. Mit Hilfe dieses bekannten kapazitiven Schalters ist es jedoch nicht möglich, die relative Lage eines Fingers einer Bedienungsperson auf einer ebenen Oberfläche zu erfassen und in entsprechende Positionssignale umzusetzen.

Aus der DE-OS 26 19 339 ist ein Matrixschalter mit einem piezoelektrischen Material zur Umwandlung von Tastendrücken in elektrische Signale bekannt. Für die Umwandlung von Druck in elektrische Signale wird eine Schichtung aus mindestens zwei piezoelektrischen Kunststoff-Folienschichten verwendet.

Aus der DE-OS 17 62 448 ist eine als Antenne ausgebildete Annäherungselektrode bekannt. Nähert man dieser Annäherungselektrode beispielsweise eine Hand, so wird der an die Elektrode angeschlossene Oszillator verstimmt, was sich ausgangsseitig durch Änderung der Amplitude wie auch der Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators bemerkbar macht.

Automatische Datenverarbeitungssysteme vom Typ der Rechnersteuerungen, insbesondere Datenwörter-Verarbeitungssysteme, benötigen Anweisungs- und Korrekturinstruktionen einer Bedienungsperson, um wirkungsvoll und mit befriedigendem Ergebnis arbeiten zu können. Bei derartigen Systemen ist es wichtig, die Reaktionszeit der Bedienungsperson auf ein Minimum zu reduzieren, was eine einfache und zuverlässige Kommunikationsverbindung zwischen der Bedienungsperson und dem System und umgekehrt erfordert. Jegliches System für die Darbietung von Informationen an eine Bedienungsperson und zum Empfangen von Anweisungen derselben sollte schnell arbeiten und eine leichte Interpretierbarkeit gewähren.

In jüngster Zeit hat sich allgemein eine Technik durchgesetzt, bei der eine Einrichtung zum Anzeigen von Daten für schnelle und leichte Kommunikation mit einer Bedienungsperson verwendet wird; diese Einrichtung ist gewöhnlich als Kathodenstrahlröhre (CR 1) vorgesehen, die derart gesteuert werden kann, daß sie Daten auf einem Schirm anzeigt. Derartige Daten werden oft in Zeilenformat dargeboten, mit numerischen und alphanumerischen Symbolen und weiteren Symbolen, und die Informationsstelle, die einzelne Symbole oder eine Kombination aus Symbolen enthalten, erscheinen auf dem Schirm in ähnlicher Weise wie auf einem geschriebenen Blatt. Die Kathodenstrahlröhre bildet somit eine zweckmäßige und zufriedenstellende Kommunikationsverbindung zwischen dem Datenverarbeitungssystem und der Bedienungsperson.

Weniger zufriedenstellend ist diese Kommunikationsverbindung von einer Bedienungsperson zu dem System, insbesondere für den Fall, wenn Anweisungen der Bedienungsperson empfangen werden. Es kommt vor, daß die Bedienungsperson eine Verarbeitungsfunktion bezüglich irgendwelcher Daten, die auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre angezeigt werden, durchführen muß. Beispielsweise kann es sein, daß ein besonderer Buchstabe oder eine Gruppe von Buchstaben gelöscht werden soll und durch andere Buchstaben ersetzt werden soll. Ferner kann es erforderlich sein, ein gesamtes Anzeigefeld mit anderen Daten des Systems zu ordnen. Zur Durchführung dieser Funktion ist es erforderlich, der Bedienungsperson eine Kommunikationsverbindung zur Verfügung zu stellen, die eine Identifizierung des Typs bzw. der Typen ausgedrückt durch ihre Lage auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre ermöglicht.

Es wurden bereits viele Versuche unternommen, der Bedienungsperson eines Datenverarbeitungssystems zu ermöglichen, einen besonderen Typ oder eine Gruppe von Typen zu identifizieren, die auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre angezeigt werden. Bei einem bekannten System ist eine sogenannte Berührungsdraht-Überlegemaske auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre befestigt und mit geeigneten Ansprechvorrichtungen verbunden, welche es ermöglichen, daß die Informationsteil-Identifizierungsfunktion von der Bedienungsperson ausgeführt werden kann, indem der geeignete Bereich der Maske mit einem Finger berührt wird. Die mit der Berührungsdraht-Überlegemaske verbundenen Ansprechvorrichtungen erfordern umfangreiche und aufwendige Schaltungseinrichtungen; insbesondere aber besitzen sie nicht die angestrebte Zuverlässigkeit.

Bei anderen Versuchen zur Bildung einer Kommunikationsverbindung zwischen einer Bedienungsperson und einer Daten-Anzeigeeinrichtung wurden Lichtgitter verwendet, um mit diesen zu lokalisieren, wo der Finger der Bedienungsperson aufgelegt wird, durch Unterbrechung des Kreises einer photoempfindlichen Vorrichtung.

Bei einem weiteren Versuch gemäß dem Stand der Technik zur Lösung des Problems der Kommunikation der Bedienungsperson werden einer oder mehrere Kondensatoren verwendet, die einteilig mit dem Schirm der Kathodenstrahlröhre verbunden sind und absichtlich eine hohe Leckstrom-Charakteristik aufweisen. Wenn das Leckfeld durch die Fingerberührung einer Bedienungsperson unterbrochen wird, so wird die kapazitive Reaktanz verändert, und das Gleichgewicht einer Brückenschaltung wird gestört.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen auf Fingerberührung ansprechenden Fühler für einen kapazitiv erregten Wandler der angegebenen Gattung derart zu verbessern, daß die relative Lage der Fingerspitze einer Bedienungsperson auf einer ebenen Fläche, beispielsweise einem Bildschirm, exakt und besonders zuverlässig festgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Wird bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Finger einer Bedienungsperson auf irgendeinen Teil des Fühlers gelegt, so bewirkt diese menschliche Berührung eine Kapazitätsänderung der durch die Elektrode gebildeten Kondensatoren. Hierdurch werden mittels angeschlossener Oszillatoren insgesamt vier Signale erzeugt, welche einzeln oder in Kombination die Lage der Berührung des Fingers der Bedienungsperson auf dem kapazitiv erregten Wandler repräsentieren. Die besondere Ausformung der Elektroden einer Ebene ermöglicht somit die exakte Lokalisierung des Fingers auf einer ebenen Fläche.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines kapazitiv erregten Wandlers;

Fig. 2 ein Logikschaltbild einer Oszillator- und Taktsteuerungsschaltung, die auf die Signale eines berührungsempfindlichen Fühlers anspricht;

Fig. 3 eine Darstellung von zwei Wellenzügen des Ausgangssignals eines Oszillators, der an einen nicht berührten Fühler bzw. an einen berührten Fühler angeschlossen ist;

Fig. 4 eine Reihe von Wellenzügen, welche die Erzeugung des Takt- und des Steuersignals für die Schaltung nach Fig. 2 bei nicht berührtem Fühler illustrieren;

Fig. 5 eine Reihe von Wellenzügen, welche die Erzeugung eines Impulszuges an einem Ausgangsanschluß eines Kanals der Schaltung nach Fig. 2, die an einen berührten Fühler angeschlossen ist, darstellen; und

Fig. 6 bis 9 eine Folge von Ausgangswellen für jeden der vier Kanäle der Schaltung nach Fig. 2 für verschiedene Berührungszustände der Fühler nach Fig. 1.

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, die einen kapazitiv erregten Wandler 10 zeigt, der aus vier isolierten geätzten Kupferelektroden 12 bis 15 besteht, die typischerweise auf einem blattförmigen Substrat 11 mittels einer herkömmlichen Ätztechnik gebildet sind. Über den Elektroden 12 bis 15 liegt ein lichtdurchlässiger Plastikschirm 16, durch den hindurch die Elektroden 12 bis 15 sichtbar sind. Der lichtdurchlässige Plastikschirm 16 bildet eine Schutzschicht für die Elektroden 12 bis 15 gegenüber direkter menschlicher Berührung.

Jede der Elektroden 12 bis 15 enthält jeweils einen sich radial nach innen erstreckenden Finger 12 a bis 15 a, der in der Nähe der Schnittstelle der X-Achse und Y-Achse des Wandlers endet. Die besondere Gestalt jeder der Elektroden 12 bis 15 enthält ferner jeweils gekrümmte Abschnitte 12 b und 12 c, 13 b und 13 c, 14 b und 14 c sowie 15 b und 15 c, die von der jeweiligen X- oder Y-Achse abbiegen, nach der die Elektrode orientiert ist. Alle gekrümmten Elektrodenabschnitte sind ausgehend von der zentralen Schnittstelle mit dem sich radial erstreckenden Finger leicht zu einem Punkt hin verjüngt, der in der Nähe der senkrechten Achse liegt, auf der die Elektrode liegt.

Entsprechend der Zeichnung ist der Abstand zwischen den miteinander verflochtenen gekrümmten Abschnitten jeder Elektrode im wesentlichen konstant zwischen nebeneinanderliegenden Abschnitten. Beispielsweise ist der Abstand zwischen den Abschnitten 12 b und 15 b praktisch konstant über den gesamten Überlappungsbereich dieser zwei Abschnitte hinweg.

Das hier gezeigte besondere Muster ermöglicht die Erfassung einer Kapazitätsänderung gleichzeitig längs den beiden Achsen.

Eine Anwendung des Wandlers 10 besteht in einem Fühler, auch als Sensor- oder Berührungstaste bezeichnet, für ein Läufer- Anzeige-Steuersystem zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Kathodenstrahlröhrenanzeige, wie sie bei Datenverarbeitungsgeräten verwendet wird, beispielsweise in einem Wörter-Verarbeitungsgerät. Wenn der Finger der Bedienungsperson auf irgendeinen Teil des Kupfermusters des Wandlers 10 gelegt wird, so bewirkt diese menschliche Berührung eine Kapazitätsänderung, die erfaßt wird, so daß die Frequenz eines Oszillators dadurch geändert wird, der einen Impulsstrom als Signal erzeugt, das eine gewünschte Lage oder Bewegung der Kathodenstrahlröhrenanzeige bezeichnet.

Die Elektrode 12 des Wandlers 10 ist mit dem Eingang eines Oszillators 18 verbunden, der ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, die sich mit der Kapazität der Elektrode 12 ändert, und zwar über eine Leitung 20 als ein Eingangssignal für ein Takt- und Steuernetzwerk 22. Die Elektrode 14 ist mit dem Eingang eines Oszillators 24 verbunden, der ein Signal auf einer Leitung 26 mit einer Frequenz erzeugt, die von der Kapazität der Elektrode abhängt, wobei dieses Signal ebenfalls in das Takt- und Steuernetzwerk 22 eingegeben wird. In gleicher Weise ist die Elektrode 13 mit dem Eingang eines Oszillators 28 und die Elektrode 15 mit dem Eingang eines Oszillators 30 verbunden.

Jeder dieser Oszillatoren erzeugt ein Frequenzsignal jeweils auf der Leitung 32 bzw. 34 für das Takt- und Steuernetzwerk 22. Aufgrund der Arbeitsweise des Takt- und Steuernetzwerks 22 werden vier Ausgangsimpulszüge auf den Leitungen 36 bis 39 erzeugt, die einzeln oder in Kombination die Lage der Berührung des Fingers der Bedienungsperson auf dem geätzten Kupfermuster des Wandlers 10 bezeichnen.

Bei diesem Wandler 10, der mit den Oszillatoren 18, 24, 28 und 30 und dem Takt- und Steuernetzwerk 22 in der dargestellten Weise verbunden ist, ermitteln die Elektroden 12 und 14 die Lage einer Berührung entlang der Y-Achse (aufwärts/abwärts auf einer Kathodenstrahlröhre), während die Elektroden 13 und 15 auf eine Berührung ansprechen, um Impulszüge an dem Takt- und Steuernetzwerk 22 zu erzeugen und einen Läufer auf der X-Achse (links/rechts auf einer Kathodenstrahlröhre) in Stellung zu bringen. Die Änderung der Elektrodenbreite auf dem Wandler 10 ermöglicht, daß die Kapazität bei einer Berührung an irgendeiner Stelle auf dem geätzten Kupfermuster sich mit der Berührung verändert, wodurch eine Veränderung der Frequenz des Impulszuges ermöglicht wird, der auf den Leitungen 36 bis 39 von dem Takt- und Steuernetzwerk 22 erzeugt wird. Beispielsweise bewirkt die Berührung des Fingers der Bedienungsperson am Mittelpunkt des Abschnitts 12 a auf dem Schirm 16, daß ein Impulszug auf der Leitung 36 erzeugt wird, der, wenn er an die Anzeigeläufer- Schaltung einer Kathodenstrahlröhre (CRT) angekoppelt wird, bewirkt, daß der Läufer sich langsam nach oben bewegt, während eine Berührung an der Elektrodenschnittstelle des Abschnitts 12 a mit den Abschnitten 12 b und 12 c einen Impulszug auf der Leitung 36 erzeugt, der bewirkt, daß der Anzeigeläufer sich schnell nach oben bewegt. In gleicher Weise bewirkt eine menschliche Berührung des Abschnitts 13 a bzw. des Schirms 16, daß ein Impulszug auf der Leitung 38 erzeugt wird, der, wenn er an eine Läuferschaltung einer Kathodenstrahlröhre angekoppelt wird, bewirkt, daß der angezeigte Läufer sich langsam nach rechts bewegt, während eine menschliche Berührung an der Schnittstelle des Abschnitts 13 a mit den Abschnitten 13 b und 13 c bewirkt, daß der Anzeigeläufer sich schnell nach rechts bewegt.

Um eine Anzeigeläufer-Bewegung in einer anderen Richtung zu erzeugen als entlang der senkrechten Achse, berührt die Bedienungsperson den Plastikschirm 16 an einer solchen Stelle des geätzten Kupfermusters, wie den Überlappungsbereich zwischen den Abschnitten 14 c und 15 c. Eine menschliche Berührung an irgendeiner Stelle, wo die zwei Abschnitte 14 c und 15 c sich überlappen, bewirkt, daß Impulszüge auf den Leitungen 37 und 39 gleichzeitig erzeugt werden, die, wenn sie gemeinsam in einer Anzeigeläufer- Schaltung verkoppelt werden, bewirken, daß der Anzeigeläufer sich auf der Kathodenstrahlröhre nach unten und nach links bewegt.

In Fig. 2 ist ein detailliertes Logikschaltbild der Oszillatoren und des Takt- und Steuernetzwerks 22 von Fig. 1 gezeigt, wobei alle Elektroden 12 bis 15 als entsprechend numerierte Kondensatoren 12 bis 15 dargestellt sind. Jeder dieser veränderlichen Kondensatoren 12 bis 15 ist ein Teil einer Taktschaltung bzw. Teil des Einganges eines Oszillators. Insbesondere bildet der veränderliche Kondensator 12 einen Teil einer Taktschaltung, die Widerstände 40, 42 und einen Kondensator 44 enthält. Die Taktschaltung ist mit dem Eingang eines als integrierte Schaltung ausgeführten Zeitgebers 46 vom Typ "555" verbunden, der ferner mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsversorgung (nicht dargestellt) über einen Kondensator 48 verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Widerstände 40 und 42 ist mit dem D-Anschluß (Entladeanschluß) des Zeitgebers 46 verbunden, während der Schnittpunkt des Widerstands 42 mit dem Kondensator 44 mit dem T (Trigger)- und dem TR (Schwelle)-Anschluß des Zeitgebers verbunden ist. In gleicher Weise bildet der veränderliche Kondensator 13 einen Teil einer Takt- oder Zeitsteuerungsschaltung, die Widerstände 50, 52 und einen Kondensator 54 enthält, die untereinander und mit einem "555"-Zeitgeber 56 verbunden sind, wobei der Zeitgeber über einen Kondensator 58 mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsversorgung verbunden ist. In gleicher Weise bildet der veränderliche Kondensator 14 einen Teil einer Takt- oder Zeitgeberschaltung, die Widerstände 60, 62 und einen Kondensator 64 enthält, die mit den Eingangsanschlüssen eines "555"-Zeitgebers 66 verbunden sind, der ebenfalls über einen Kondensator 68 mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsversorgung verbunden ist. Der veränderliche Kondensator 15 ist Teil einer Takt- oder Zeitgeberschaltung, die Widerstände 70, 72 und einen Kondensator 74 enthält, welche mit einem "555"-Zeitgeber 76 verbunden sind, der ferner über einen Kondensator 78 mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsversorgung verbunden ist. gemäß der Zeichnung ist jede Takt- oder Zeitgeberschaltung ferner mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsversorgung verbunden.

Jeder dieser "555"-Zeitgeber ist extern als rücksetzbarer freilaufender Oszillator geschaltet, wobei ein für alle Oszillatoren gemeinsamer Rücksetzimpuls auf einer Leitung 80 erzeugt wird, die jeweils mit dem R (Rücksetz)-Anschluß aller Zeitgeber verbunden ist.

Durch menschliche Berührung irgendeiner der Elektroden 12 bis 15 wird die effektive Kapazität, mit denen die Zeitgeber jeweils verbunden sind, erhöht, so daß dadurch die Impulsfolgefrequenz geändert wird, die am O (Ausgang)-Anschluß jedes Zeitgebers erzeugt wird.

Durch menschliche Berührung des veränderlichen Kondensators 12 wird beispielsweise die effektive Kapazität an der Verbindungsstelle des Widerstands 42 mit dem Kondensator 44 vergrößert. Diese Kapazitätserhöhung wird von dem "555"-Zeitgeber 46 festgestellt, und die Ausgangsfrequenz des Zeitgebers nimmt ab.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Der Wellenzug 82 ist ein typisches Ausgangssignal des Zeitgebers 46, wenn der veränderliche Kondensator 12 nicht berührt wird. Gemäß der Darstellung beträgt für den unberührten Zustand des veränderlichen Kondensators 12 die Impulsbreite am Ausgang des Zeitgebers 46 typischerweise etwa 80 Mikrosekunden. In Abhängigkeit von der Lage der Berührung des veränderlichen Kondensators 12 steigt die Impulsbreite am Ausgang des Zeitgebers 46 von etwa 80 Mikrosekunden bis zu 150 Mikrosekunden, wie dies beim Wellenzug 84 dargestellt ist. Diese Zeitdifferenz bzw. Zunahme der Impulsbreite dient als Maß für die Lage der Berührung auf dem geätzten Kupfermuster des Wandlers 10.

Jeder der drei anderen Kanäle, die jeweils einzeln die "555"- Zeitgeber 56, 66 und 76 enthalten, arbeitet in gleicher Weise. Eine Berührung irgendeiner der Elektroden 13 bis 15 ergibt eine Zunahme der Impulsbreite am Ausgang des Zeitgebers 56, 66 bzw. 76. Diese Zeitdifferenz bzw. Zunahme der Impulsbreite am Ausgang der Zeitgeber 46, 56, 66 und 76 wird an das Takt- und Steuernetzwerk 22 angelegt, um einen Impulszug in einer oder mehreren Ausgangsleitungen 36 bis 39 zu erzeugen.

Zur Festlegung des Taktintervalls, während dessen ein Impulszug auf irgendeiner Ausgangsleitung erzeugt wird, erzeugt ein Oszillator, der Monovibratoren 82 und 84 enthält, Taktimpulse auf den Leitungen 80 und 86. Der aus den Monovibratoren 82 und 84 bestehende Oszillator enthält ferner ein Zeitgebernetzwerk aus einem Widerstand 88 und einem Kondensator 90, das mit dem Monovibrator 82 verbunden ist, und ein Zeitgebernetzwerk mit einem Widerstand 92 und einem Kondensator 94, der mit dem Monovibrator 84 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Monovibrator 82 und dem Monovibrator 84 erfolgt mittels eines Inverters 96 und eines Nicht-und-Gatters 98 , die im Inneren des Monovibrators 84 vorgesehen sind. Eine Rückkopplungsschleife, die vom Q-Anschluß des Monovibrators 84 zum Ausgang des Monovibrators 82 führt, enthält einen Inverter 100 und ein Nicht-und-Gatter 102, die im Inneren des Monovibrators 82 vorgesehen sind.

Auf der Grundlage der Zeitkonstante der Zeitgebernetzwerke wird ein Impulszug mit einer gegebenen Frequenz, beispielsweise 30 Hz, auf der Leitung 80 erzeugt, und ein Impulszug mit derselben Frequenz wird auf der Leitung 86 erzeugt.

Als Teil des Oszillators sind ferner Monovibratoren 104 und 106 vorgesehen, von denen der erste Ausgangs-Stillsetzimpulse auf einer Leitung 108 erzeugt und der zweite Ausgangs-Stillsetzimpulse auf einer Leitung 110 erzeugt. Beide Monovibratoren 104, 106 sind mit dem Q-Anschluß des Monovibrators 84 verbunden. Insbesondere empfängt der Monovibrator 104 das Ausgangssignal des Monovibrators 84 über einen Inverter 112 und ein Nicht-und- Gatter 114, die intern in dem Monovibrator 104 enthalten sind. Ein mit dem Monovibrator 104 verbundenes Zeitgebernetzwerk enthält einen Widerstand 116 und einen Kondensator 118. In gleicher Weise empfängt der Monovibrator 106 ein Ausgangssignal des Monovibrators 84 über einen Inverter 120 und ein Nicht-und-Gatter 122, die intern in dem Monovibrator 106 vorgesehen sind. Das Zeitgebernetzwerk für den Monovibrator 106 besteht aus einem Widerstand 124 und einem Kondensator 126. Bei allen Monovibratoren 82, 84, 104 und 106 ist der CL-Anschluß mit einem Widerstand 128 verbunden, der mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsversorgung verbunden ist. Ferner sind auch die Ausgänge aller Nicht-und-Gatter 98, 102, 114 und 122 mit dem Widerstand 28 verbunden.

Zusätzliche Steuerimpulse für das Takt- und Steuernetzwerk 22 werden auf den Leitungen 130 und 132 erzeugt, und zwar als Ausgangssignale eines Impulszug-Oszillators. Dieser Impulszug-Oszillator besteht aus Monovibratoren 134 und 136 mit ähnlicher Schaltung wie bei den Monovibratoren 82 und 84. Ein Zeitgebernetzwerk, das einen Widerstand 138 und einen Kondensator 140 enthält, ist mit dem Monovibrator 134 verbunden, und ein Zeitgebernetzwerk, das einen Widerstand 142 und einen Kondensator 144 enthält, ist mit dem Monovibrator 136 verbunden. Die zwei Monovibratoren sind über einen Inverter 146 miteinander verbunden, dessen Ausgang mit einem Nicht-und-Gatter 148 verbunden ist, wobei diese Schaltungsteile intern in dem Monovibrator 136 vorgesehen sind. In der Rückkopplungsschleife zwischen dem Ausgang des Monovibrators 136 und dem Eingang des Monovibrators 134 sind ein Inverter 150 und ein Nicht-und-Gatter 152 vorgesehen, die intern in dem Monovibrator 134 enthalten sind. Der Impulszug-Oszillator wird mit dem Ausgang des Monovibrators 82 synchronisiert, und zwar über eine Verbindung vom CL-Anschluß der Monovibratoren 134 und 136 mit der Ausgangsleitung 80. Mit der Leitung 80 sind ferner die Nicht-und-Gatter 148 und 152 verbunden.

Die Taktimpulse auf den Leitungen 80, 86, 130 und 132 werden dazu verwendet, die "555"-Zeitgeber 46, 56, 66 und 76 sowie Gatter- Logikschaltungen zu steuern, unter denen sich J-K-Flip-Flops 154 bis 157 und verschiedene Freigabe- und Stillsetz-und-Gatter 158 bis 161 sowie Nicht-und-Gatter 162 bis 165 befinden. Wie bereits erwähnt wurde, werden die Taktimpulse auf der Leitung 80 an die Rücksetzanschlüsse der Zeitgeber 46, 56, 66 und 76 angelegt. Die Taktimpulse auf der Leitung 86 werden dazu verwendet, die J-K- Flip-Flops 154 bis 157 zu löschen, und werden an die CL-Anschlüsse dieser Flip-Flops angelegt. Ausgangs-Stillsetzimpulse, die auf der Leitung 108 erzeugt werden, werden an einen Anschluß der UND- Gatter 158 und 159 angelegt, während Ausgangs-Stillsetzimpulse, die auf der Leitung 110 erzeugt werden, an UND-Gatter 160 und 161 angelegt werden. Die auf der Leitung 130 erzeugten Taktimpulse steuern die Freigabe der Nicht-und-Gatter 162 und 164, und die Taktimpulse auf der Leitung 132 werden dazu verwendet, die Nicht-und-Gatter 163 und 165 freizugeben.

Die Schaltung und die Arbeitsweise der "555"-Zeitgeber, der J-K-Flip-Flops und der zwei Gatter in jedem Kanal sind ähnlich. Es wird hier der Y-Aufwärts-Kanal betrachtet; das Signal mit veränderlicher Frequenz am O-Anschluß des "555"-Zeitgebers 46 wird an den Taktanschluß des J-K-Flip-Flops 154 angelegt, dessen -Anschluß mit einem Eingang des UND-Gatters 158 verbunden ist. Ein Ausgang des UND-Gatters 158 wird an einem Eingang des Nicht- und-Gatters 152 angelegt, dessen Ausgang mit Leitung 36 verbunden ist. Was den veränderlichen Kondensator 13 betrifft, so wird das Ausgangssignal des Zeitgebers 56 am O-Anschluß an den Takteingang des J-K-Flip-Flops 156 angelegt, dessen -Anschluß mit einem Eingang des UND-Gatters 160 verbunden ist. Der Ausgangs- Anschluß des UND-Gatters 160 ist mit dem Nicht-und-Gatter 174 verbunden, dessen Ausgang mit Leitung 38 verbunden ist. In gleicher Weise ist der O-Anschluß des "555"-Zeitgebers 66 mit dem Taktanschluß des J-K-Flip-Flops 155 verbunden, das an seinem -Ausgang ein Signal erzeugt, das an einen Eingang des UND-Gatters 159 angelegt wird. Das UND-Gatter 159 liefert Ausgangssignale, die an einen Eingang des Nicht-und-Gatters 163 angelegt werden, welches mit der Ausgangsleitung 37 verbunden ist. In dem Kanal, der den veränderlichen Kondensator 15 enthält, ist der Zeitgeber 76 mit dem J-K-Flip-Flop 157 verbunden, dessen -Anschluß mit einem UND-Gatter 161 verbunden ist. Mit dem Ausgang des UND- Gatters 161 ist ein Eingang des Nicht-und-Gatters 165 verbunden, dessen Ausgang mit Leitung 39 verbunden ist.

Jeder J-Anschluß der Flip-Flops 154 und 157 ist mit der positiven Gleichspannung über Widerstand 128 verbunden, und jeder K-Anschluß dieser Flip-Flops ist mit Masse verbunden.

In dem "Y-Aufwärts"-Kanal wird im Betrieb ein Taktimpuls, der in Fig. 4 als Wellenzug 166 dargestellt ist, auf der Leitung 80 erzeugt und an den "555"-Zeitgeber 46 angelegt. Mit der vorderen Flanke des Taktimpulses 166 ist die vordere Flanke eines Ausgangs- Stillsetzimpulses 168 synchronisiert, der auf der Leitung 108 erzeugt wird, welche an das UND-Gatter 158 angelegt ist. Mit der vorderen Flanke des Impulses 166 ist ferner ein Impulszug 170 am Ausgang des Monovibrators 134 auf der Leitung 130 synchronisiert. Während der Impulsbreite des Taktimpulses 166 und bei unberührtem Zustand des veränderlichen Kondensators 12 entspricht das Ausgangssignal des "555"-Zeitgebers 46, das an das J-K-Flip-Flop 154 angelegt wird, dem Wellenzug 172.

In dem Zeitintervall des Taktimpulses 166 wird der Zeitgeber 46 beim Auftreten der vorderen Flanke des Taktimpulses freigegeben. Die vordere Flanke des Ausgangs-Stillsetzimpulses 168 auf der Leitung 108 sperrt das UND-Gatter 158, und dessen Ausgang verbleibt auf dem Logikpegel "0", wodurch das Nicht-und-Gatter 162 gesperrt wird. Mit der vorderen Flanke des Taktimpulses 168 ist die vordere Flanke des ersten Impulses aus dem Taktgeber 46 synchronisiert. Dieser Impuls wird an das J-K-Flip-Flop 154 angelegt, welches ein hochliegendes Logiksignal am -Ausgang für das UND- Gatter 158 erzeugt. Das UND-Gatter 158 wird jedoch gesperrt und sperrt wiederum das Nicht-und-Gatter 162. Die Impulse 170 des Impulszug-Oszillators auf der Leitung 130, die an das Nicht-und-Gatter 162 angelegt werden, werden also daran gehindert, zur Ausgangsleitung 36 übertragen zu werden. Dies resultiert aus der Sperrung des Nicht-und-Gatters 162 mittels des Ausgangssignals entsprechend Logikpegel "0" des UND-Gatters 158.

Beim Auftreten der hinteren Flanke des ersten Impulses aus dem Taktgeber 46 kippt das J-K-Flip-Flop 154, und der -Ausgang wird auf Logikpegel "0" geschaltet. Dieser J-K-Flip-Flop 154 kann anschließend nicht in den anderen stabilen Zustand gekippt werden, und die darauffolgenden Impulse aus dem Taktgeber 46 ändern nicht den Logikpegel an dem -Anschluß. Während der verbleibenden Taktimpulse 166 bleibt also der -Ausgangsanschluß des Flip-Flops 154 auf Logikpegel "0".

Beim Auftreten der hinteren Flanke des Ausgangs-Stillsetzimpulses 168 auf der Leitung 108 wird das UND-Gatter 158 stillgesetzt bzw. gesperrt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich jedoch der -Anschluß des Flip-Flops 154 auf Logikpegel "0" und bleibt dort während der Dauer des Taktimpulses 166. Der Ausgang des UND- Gatters 158 wird folglich auf Logikpegel "0" während der verbleibenden Dauer des Taktimpulses 166 gehalten, wodurch ferner das Nicht-und-Gatter 162 gesperrt gehalten wird. Die Impulse des Impulszug-Oszillators auf der Leitung 130 werden daran gehindert, zur Ausgangsleitung 36 übertragen zu werden. Dadurch werden auf der Leitung 36 keine Ausgangsimpulse erzeugt, wie durch den in Fig. 4 gezeigten Wellenzug 173 verdeutlicht wird.

Anschließend endet der Taktimpuls 166, wodurch der Taktgeber 46 zurückgesetzt wird und dieser Oszillator stillgesetzt wird. Beim Auftreten der hinteren Flanke des Taktimpulses 166 wird, obschon dies in Fig. 4 nicht gezeigt ist, ein Taktimpuls auf der Leitung 86 erzeugt, um J-K-Flip-Flop 154 zu löschen, um ein Ansprechen auf den nächsten Ausgangsimpuls des Taktgebers 46 zu ermöglichen.

Solange der erste Impuls aus dem Taktgeber 46 im Wellenzug 172 ein Zeitintervall aufweist, das kürzer ist als der Ausgangs- Stillsetzimpuls 168, verbleibt der Ausgang des Nicht-und-Gatters 162 auf Logikpegel "1". Dieser Zustand besteht so lange wie der veränderliche Kondensator 12 nicht berührt wird.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen und angenommen, daß der Abschnitt 12 a berührt wird. Beim Auftreten der Anstiegsflanke des Taktimpulses 166 wird ein Ausgangs-Stillsetzimpuls 168 auf der Leitung 108 erzeugt und dem UND-Gatter 158 zugeführt. Erneut wird der Impulszug-Oszillator freigegeben und erzeugt den Impulszug 170 auf der Leitung 130 für das Nicht-und-Gatter 162.

Wenn der Abschnitt 12 a berührt wird, nimmt die Ausgangsfrequenz des "555"-Taktgebers 46 ab, wodurch die Intervallbreite jedes Ausgangsimpulses, der an das J-K-Flip-Flop 154 angelegt wird, zunimmt. Der Impulswellenzug 174 zeigt ein typisches Ausgangssignal des Taktgebers 46, wenn der Abschnitt 12 a berührt wird. Wenn dieser Impuls an J-K-Flip-Flop 154 angelegt wird, kippt der -Anschluß auf Logikpegel "1", welcher an UND-Gatter 158 angelegt wird. Während des Zeitintervalls des Auftretens des Ausgangs- Stillsetzimpulses 168 wird dieses Ausgangssignal des J-K- Flip-Flops 154 blockiert, und der Ausgang des UND-Gatters 158 befindet sich auf Logikpegel "0".

Beim Auftreten der hinteren Flanke des Ausgangs-Stillsetzimpulses 168 sind beide Eingänge des UND-Gatters 158 auf Logikpegel "1", wodurch ein Taktfenster erzeugt wird, in dem eine logische "1" am Nicht-und-Gatter 162 erzeugt wird. Wenn der Ausgang des UND-Gatters 158 sich jedesmal dann auf Logikpegel "1" befindet, wenn ein Impuls auf der Leitung 130 erscheint, befinden sich beide Eingänge des Nicht-und-Gatters 162 auf Logikpegel "1". Dadurch wird dann eine logische "0" auf der Ausgangsleitung 36 erzeugt. Das Ausgangssignal auf der Leitung 36 besteht aus einer Reihe von Impulsen mit der Frequenz des Signals auf der Leitung 130, wie durch Wellenzug 176 dargestellt ist. Die Anzahl der Impulse 176, die auf der Ausgangsleitung 36 erzeugt werden, ändert sich mit der Breite des Taktfensters, das zwischen der hinteren Flanke des Ausgangs- Stillsetzimpulses 168 und der hinteren Flanke des Taktgeberimpulses 174 gebildet ist.

Beim Auftreten der hinteren Flanke des Impulses 174 wird das J-K-Flip-Flop 154 in den zweiten stabilen Zustand gekippt, wodurch der -Anschluß auf Logikpegel "0" geschaltet wird. Wie zuvor bereits erläutert wurde kann dieses Flip-Flop nicht erneut vom Ausgang des Taktgebers 46 gekippt werden, und der -Ausgangsanschluß ist für die Dauer des Taktimpulses 166 auf dem Logikpegel "0" festgesetzt. Dadurch wird der Ausgang des UND-Gatters 158 auf Logikpegel "0" getrieben, wodurch die Impulse 170 am Nicht-und-Gatter 162 gesperrt werden. Der nächste Ausgangsimpuls des Taktgebers 46 erzeugt also nicht erneut einen Zustand zum Durchtakten der Impulse 170 zur Ausgangsleitung 36.

Es ist nun ersichtlich, daß die Anzahl der Impulse 176, die auf der Ausgangsleitung 36 erzeugt werden, von dem Zeitintervall zwischen der hinteren Flanke des Impulses 168 und der hinteren Flanke des Impulses 174, wenn dieser später auftritt, abhängt. Dieses Zeitintervall steht direkt in Beziehung zur Kapazität der Elektrode 12. Die auf der Ausgangsleitung 36 erzeugte größere Anzahl von Impulsen 176 ist der Steuerfaktor zur Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit des Läufers über die Kathodenstrahlröhrenanzeige.

Jeder der anderen drei Kanäle der in Fig. 2 gezeigten Schaltung arbeitet wie oben bezüglich des Kanals der Elektrode 12 beschrieben. Die Ausgangsimpulse 176 können also auf irgendeiner der Ausgangsleitungen 36 bis 39 erzeugt werden, abhängig davon, an welcher Elektrode ein Ansprechen auf einen Berührungszustand erfolgt. Die Richtung der Läuferbewegung wird dadurch bestimmt, welches der Nicht-und-Gatter 162 bis 165 den Impulszug 176 an die Ausgangsleitungen 36 bis 39 ankoppelt.

Es wird nun auf die Fig. 6 bis 9 Bezug genommen, wo die Ausgangswellenzüge jeweils auf den Leitungen 36 bis 39 für verschiedene Berührungslagen auf dem Wandler 10 gezeigt sind. Wenn die Bedienungsperson den Abschnitt 12 a berührt, arbeitet der Kanal des veränderlichen Kondensators 12 in derselben Weise, wie anhand von Fig. 5 beschrieben, um einen Impulszug 178 auf der Ausgangsleitung 36 zu erzeugen. Jede andere Ausgangsleitung 37 bis 39 verbleibt auf Logikpegel "1", wie durch die Wellenzüge 179 bis 181 illustriert ist. Diese Folge von Spannungen wird in eine Läufer-Treiberschaltung eingegeben, typischerweise Aufwärts/Abwärts-Zähler, welche den Anzeigeläufer schnell aufwärts entlang der positiven Y-Achse der Kathodenstrahlröhre treibt.

Nun soll angenommen werden, daß die Bedienungsperson die Abschnitte 12 c und 13 c berührt, wodurch die Kapazität der veränderlichen Kondensatoren 12 und 13, die jeweils mit Zeitgeber 46 bzw. 56 verbunden sind, geändert wird. Jeder Kanal dieser zwei Taktgeber arbeitet in derselben Weise wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, so daß die Ausgangsimpulse 182 und 184 auf den Leitungen 36 bzw. 38 erzeugt werden. Während die Kanäle der veränderlichen Kondensatoren 12 und 13 die Ausgangswellenzüge 182 und 184 erzeugen, arbeiten die Kanäle der veränderlichen Kondensatoren 14 und 15 in derselben Weise, wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Die Nicht-und-Gatter 163 und 165 befinden sich also im gesperrten Zustand und blockieren das Ausgangssignal des Impulszug-Oszillators auf der Leitung 132 von den Ausgangsleitungen 37 und 39 . Dies führt dazu, daß die Wellenzüge 183 und 185 jeweils auf den Ausgangsleitungen 37 bzw. 39 erzeugt werden.

Wenn die Bedienungsperson die Abschnitte 14 c und 15 c berührt, so arbeiten die Kanäle der veränderlichen Kondensatoren 14 und 15, welche Oszillator 66 bzw. 76 enthalten, derart, daß die Ausgangsimpulse des Wellenzuges 187 bzw. 189 auf der Ausgangsleitung 37 bzw. 39 erzeugt werden. Unter diesen Bedingungen erzeugen die Kanäle der veränderlichen Kondensatoren 12 und 13 die Wellenzüge 186 bzw. 188, d. h. es wird kein Impulszug an diesen Ausgangsleitungen erzeugt, wenn eine Berührung der Abschnitte 14 c und 15 c erfolgt. Die Elektronik für den Läufer, welche auf die Ausgangswellenzüge 186 bis 189 anspricht, treibt die Läuferanzeige abwärts und nach links auf der Kathodenstrahlröhre.

Es wird nun auf Fig. 9 Bezug genommen, wo die Ausgangswellenzüge der Leitungen 36 bis 39 gezeigt sind, wenn eine Berührung auf der breiten Fläche des Musters der Elektrode 12 erfolgt, wo die Abschnitte 12 b und 12 c mit dem Abschnitt 12 a zusammengelangen. Der von dem "555"-Taktgeber 56 erzeugte Ausgangswellenzug 174 erzeugt ein längeres Taktfenster als dies für die in Fig. 6 gezeigten Zustände der Fall ist, und es werden mehr Ausgangsimpulse auf der Ausgangsleitung 36 erzeugt, wenn Wellenzug 178 mit Wellenzug 179 verglichen wird. Diese Bedingung führt dazu, daß die Läuferanzeige auf der Kathodenstrahlröhre nach oben bewegt wird. Der Läufer bewegt sich jedoch schnell über die Kathodenstrahlröhre nach oben. Die Anzahl der Impulse in jedem der in Fig. 6 bis 9 gezeigten Wellenzüge gibt also nicht nur die Richtung der Läuferbewegung an, sondern auch die Geschwindigkeit, mit der sich dieser bewegt.

Wenn die Elektrode 12 berührt wird, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben wurde, so führen die Ausgangsleitungen 37 bis 39 keine Ausgangsimpulse, wie durch Wellenzüge 191 bis 193 verdeutlicht wird. Durch Berührung jeder breiten Fläche der Elektroden 13 bis 15 wird gleichzeitig eine begrenzte Anzahl von Ausgangsimpulsen, wie sie durch den Wellenzug 190 gegeben sind, auf den jeweiligen Ausgangsleitungen 37 bis 39 erzeugt.

Claims (9)

1. Fühler für einen kapazitiv erregten Wandler, der auf Fingerberührung anspricht, mit

• - einem Substrat aus elektrisch isolierendem Material, und
• - auf dem Substrat ausgebildeten Elektroden aus elektrisch leitfähigem Material, welche Kondensatoren bilden, deren Kapazitäten durch die Fingerberührung verändert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein erstes Paar von gegenüberliegenden Elektroden (12, 14) entlang einer von zwei zueinander senkrechten Achsen und
• - ein zweites Paar von gegenüberliegenden Elektroden ( 13, 15) entlang der zweiten Achse angeordnet sind,
• - die Elektroden (12, 13, 14, 15) eine ringförmige Anordnung bilden, und
• - die Elektroden (12, 13, 14, 15) fingerartig so verflochten sind, daß jeweils gekrümmte Abschnitte (12 b, 12 c, 14 b, 14 c) des ersten Paares von Elektroden (12, 14) parallel neben entsprechenden gekrümmten Abschnitten (13 b, 13 c, 15 b, 15 c) des zweiten Paares von Elektroden (13, 15) verlaufen.

2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des inneren Randes der ringförmigen Anordnung der Elektroden (12, 13, 14, 15) im wesentlichen konstant ist.

3. Fühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des äußeren Randes der ringförmigen Anordnung der Elektroden (12, 13, 14, 15) im wesentlichen konstant ist.

4. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (12, 13, 14, 15) einen sich radial nach innen erstreckenden Finger (12 a, 13 a, 14 a, 15 a) aufweist, der in der Nähe der Schnittstelle der beiden zueinander senkrechten Achsen endet.

5. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen jeweils nebeneinander liegenden, gekrümmten Abschnitten (12 b, 12 c, 13 b, 13 c, 14 b, 14 c, 15 b, 15 c) im wesentlichen konstant ist.

6. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gekrümmten Abschnitte (12 b, 12 c, 13 b, 13 c, 14 b, 14 c, 15 b, 15 c) zu ihren Endabschnitten hin stetig verjüngen.

7. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (12, 13, 14, 15) von einem auf dem Substrat (11) mittels Ätzung aufgebrachten Kupfermuster gebildet werden.

8. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Elektroden (12, 13, 14, 15) überdeckende Schutzschicht (16) aus lichtdurchlässigem Kunststoff vorgesehen ist.