DE3230919A1

DE3230919A1 - Verfahren zum betreiben einer auf eine beruehrung ansprechenden anzeigevorrichtung und anzeigevorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3230919A1
Application number: DE3230919A
Authority: DE
Inventors: Henry H Ng
Original assignee: INTERACTION SYST Inc
Current assignee: INTERACTION SYST Inc
Priority date: 1981-08-24
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1983-03-10
Also published as: GB2105957B; FR2511796A1; CA1180473A; US4476463A; GB2105957A; JPS5851337A

Description

A 45 287 b ' Anmelder: Interaction Systems, "Inc. k - 176 ' 24 Munroe Street

18. August 1982 Newtonville, MA 02160

USA

Verfahren zum Betreiben einer auf eine Berührung ansprechenden Anzeigevorrichtung und Anzeigevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren einer kapazitiven Berührung einer elektrisch-leitfähigen Schicht auf einer Stirnplatte einer Anzeigevorrichtung sowie eine auf Berührung ansprechende Anzeigevorrichtung mit einer elektrisch-leitend beschichteten Stirnplatte zur Durchführung des Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei verschiedenen Anzeigevorrichtungen angewandt werden, die geeignet sind, eine Anzahl von Informationsdaten anzuzeigen, unter denen ein Betrachter eine Auswahl zu treffen hit. Ein Beispiel für eine Anwendungsmöglichkeit ist beispielsweise ein Musikautomat, bei dem eine Anzahl vofl Musikstücken angezeigt wird, unter denen der Benutzet diejenigen Titel auswählt, die gespielt werden sollert. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist ein Register zu einer Karte, auf der die vom Benutzer ausgewählten Punkte zum Aufleuchten gebracht werden können. Eine

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weitere Möglichkeit für die Anwendung das erfindungsgemäßen Verfatrens ergibt sich bei rechnergestützten Informationssystemen, bei denen bestimmte Informationen auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre eines Terminals angezeigt werden.

Rechnerterminals mit Kathodenstrahlröhre, die auf eine Berührung von bestimmten, durch ein Muster vorgegebenen Stellen am Anzeigeschirm ansprechen, sind bekannt. Derartige Terminals verwenden typischerweise ein Muster von transparenten Kontakten, die vor dem Anzeigeschirm liegen. Das Terminal spricht bei einem Kontakt an einem beliebigen Feld des Musters an und identifiziert bzw. lokalisiert den betreffenden berührten Kontakt. Beispiele für derartige, auf eine Berührung ansprechende Terminals der vorstehend erläuterten Art finden sich in der US-PS 3 696 409 und, in der DE-OS 31 27 686.

Weiterhin ist es bekannt, üoer einer Anzeige ein Muster von. transparenten mechanischen Schaltern anzuordnen. Schalter dieser Art werden unter der Bezeichnung "Transflex (TN)" von der Firma Sierracin/Intrex Products in Sylmar, Kalifornien, USA vertrieben.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, eine Berührung eines Bildschirms mit Hilfe eines Feldes .von Lichtquellen und -detektoren längs des Randes des Bildschirms zu erfassen. Weiterhin wurde die Verwendung

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von entsprechenden Ultraschall-Schranken Vorgeschlagei. Dabei sind die Signalquellen und -detektoren jeweils mit einem elektronischen System verbunden, walches auf die durch eine Berührung verursachte Störung in dem unbegrenzten räumlichen Energiefeld anspricht und den Berührungspunkt lokalisiert. Beispiele für derartige Systeme sind beispielsweise in der US-PS 4 198 und in den dort genannten Druckschriften beschrieben.

Ausgehend von diesem Stand desr Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Lokalisieren einer Berührung einer Anzeigevorrichtung sowie eine Anzeigevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Insbesondere wird angestrebt, unabhängig von einem vorgegebenen Muster arbeiten zu können, d.h. die Möglichkeit zu schaffen, daß jede beliebige Stelle der Anzeige berührt werden kann, um eine bestimmte Reaktion auszulösen, während bisher nur bestimmte zulässige Berührungsstellen in Form eines Musters oder dergleichen vorgegeben sind. Die gestellte Aufgabe wird, was das Verfahren anbelangt, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs gelöst und, was die Vorrichtung anbelangt, durch eine Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 5 bzw. gemäß Anspruch 22.

Es ist ein Vorteil von Verfahren und Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, daß kein unbegrenztes räumliches Energiefeld benutzt werden muß, um einen Berührungspunkt

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zu lokalisieren.Dabei wird erfindungsgemäß trotz der Möglichkeit, eine beliebige Stelle der Anzeige bzw. des Bildschirms berühren zu können, eine relativ hohe Ansprechempfindlichkeit und Zuverlässigkeit in der Lokalisierung erreicht. Trotzdem lässt sich eine Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung relativ preisgünstig herstellen.

Bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann eine kapazitive Berührung, beispielsweise eine Berührung durch einen Benutzer mit einem Finger an einer beliebigen Stelle einer Stirnplatte der Anzeigeeinheit erfasst und lokalisiert werden. Es liegt somit keine Abhängigkeit von einem Muster vor, welches durch die zulässigen Berührungspunkte gebildet wird.

Vorteilhaft ist es bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, wenn die Lage eines Berührungspunktes bezüglich zweier senkrecht zueinander verlaufender Achsen ermittelt wird, durch deren Schnittpunkt im Idealfall ein Punkt und in der Praxis ein relativ kleiner Bereich definiert wird.

Die Lokalisierung eines Berührungspunktes basiert erfindungsgemäß auf der Änderung der elektrischen Impedanz, die durch eine Berührung an einer elektrischleitfähigen Beschichtung an einer Stirnplatte der Anzeigevorrichtung bewirkt wird. Elektrisch-leitfähige Beschichtungen und Filme, die optisch transparent

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sind und die ν .!"indungsgemäß verwendet werden können, sind bekannt. Sie werden beispielsweise von der Sierracin Corporation, Sylmar, Kalifornien, USA hergestellt. Die Leitfähigkeit bzw. der Widerstand einer solchen Beschichtung ändern sich jedoch typischerw^ise bei einer beschichteten Stirnplatte von Punkt zu Pühkt und sind außerdem bei den einzelnen Stirnplatten verschieden. Daher sind zuverlässige, bekannte und wiederholbare Widerstandswerte, wie sie für eine Berührungslokalisierung ohne die Verwendung eines Musters erwünscht sind, nicht erreichbar, es sei denn, daß die Beschichtungen nach extrem teuren Verfahren hergestellt werden.

Erfindungsgemäß kann eine Lokalisierung einer kapazitiven Berührung an einer solchen elektrisch-leitend beschichteten Stirnplatte dennoch mit einer beträchtlichen Zuverlässigkeit und Genauigkeit erreicht werden. Zu diesem Zweck wird mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Einrichtungen zur Lokalisierung des Berührungspunktes die Änderung der elektrischen Impedanz gemessen, welche durch eine kapazitive Berührung des RC-Kreises bewirkt wird, den die leitfähige Stirnplattenbeschichtung darstellt. Bei der Impedanzmesälmg wird also erfindungsgemäß die elektrische Zeitkonstinte eines RC-Kreises gemessen. Die Messung wird dabei typischerweise wiederholt für jeweils beide Enden zveier gerader, sich schneidender Achsen durchgeführt. Die vier auf diese Weise erhaltenen Messergebnisse werden

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kombiniert, um die Lage des Berührungspunktes zu be- .f stimmen. I

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind an einer rechteckigen Stirnplatte vier mit der leitfähigen Beschichtung verbundene/ voneinander getrennte Elektroden vorgesehen, die längs der vier Seitenkanten der Stirnplatte angeordnet sind. Bei dieser Anordnung wird zunächst ein Meßsignal aus einer Meßsignalquelle an eine der Elektroden angelegt. Die dabei erhaltene Spannung an der Elektrode wird an eine Meßschaltung angelegt, um ein Maß für den.Abstand eines Berührungspunktes von der Elektrode zu erhalten. Diese Messung wird dann an der Elektrode auf der gegenüberliegenden Seite der Stirnplatte wiederholt und mit der bei der ersten Messung erhaltenen Information kombiniert, . um die Lage des berührten Punktes längs der zwischen den beiden Elektroden verlaufenden Achse zu bestimmen. Durch dieselben Messungen für die beiden anderen Elektroden wird die Lage des Berührungspunktes außerdem auf einer zweiten Achse bestimmt, wobei der Schnittpunkt der beiden Achsen die Lage des berührten Punktes vollständig definiert.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der. Erfindung wird mit einem alternierenden Meßsignal gearbeitet. Die Signalfrequenz wird dabei so geändert, daß an der Elektrode,der das Meßsignal zugeführt wird, ein Ausgangssignal bzw. eine resultierende Spannung mit vor-

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gegebener Signalform erhalten wird. Diejenige Messsignalfrequenz, die zu dem gewünschten Ausrrangssignal führt, charakterisiert dabei den gesuchten ! Abstand des Berührungspunktes von der angesteuerten Elektrode.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführuhgsform der Erfindung wird mit einem Gleichstrom-Meßteignal gearbeitet, bei dem zwei Pegel zeitlich gesteuert nacheinander auftreten. Auch in diesem Fall liefert die resultierende Spannung an der angesteuerten Elektrode das gewünschte Maß für die Lage des berührten Punktes bezüglich der betreffenden Elektrode. Insbesondere wird bei dem ersten Pegel des Meßsignals jede mit der Stirplat-.tenbeschichtung gekoppelte Kapazität auf einen vorgegebenen Pegel vorgeladen. Beim zweiten Signalpegel wird dagegen die Kapazität über den ohmschen Widerstand der Stirnplattenbeschichtung teilweise entladen. Die Spannung, die anschließend noch an der Elektrode ansteht, zeigt die Lage des Berührungspunktes bezüglich der Elektrode.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Impedanzen der Stirnplattenbeschichtung gemessen,und die Messwerte werden mit Bezugswerten verglichen, die ihrerseits ermittelt werden, wenn keine Berührung der Stirnplatte vorliegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei die Impedanz der Stirnplattenbeschichtung. von jeder Elektrode her zu einem Zeitpunkt gemessen, zu welchem keine Berührung durch eine entsprechende

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^ . Detektoranordnung festgestellt wird. Die Bezugswert-

i messung kann dabei für jede Elektrode cetrennt durch-

I geführt werden, während eine Kapazität bekannter

f| Größe an einer anderen Elektrode wirksam ist. Die auf

ti diese Weise erhaltenen Bezugswerte, die während des

ί Betriebes der Anzeigevorrichtung periodisch aktualisiert,

I d.h. auf den neuesten-Stand gebracht werden können,

H berücksichtigen Änderungen in den Betriebsbedingungen

i| und tragen zur Messgenauigkeit bei. Insbesondere kön-

■I nen die Bezugswerte in einem Speicher mit wahlfreiem

;| Zugriff gespeichert werden, der mit einem Mikroprozessor

\l verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung vergleicht der

s Mikroprozessor die Bezugswerte mit den entsprechenden

/■ Messwerten beim Vorliegen einer Berührung und ermittelt

g aufgrund dieses Vergleiches mit beträchtlicher Genauig-

;> keit und Zuverlässigkeit die Lage des Berührungspunktes

an der Stirnplatte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Schutzansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ;

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Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild

der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 für ein Arbeiten mit geschalteten Gleichstrom-Me ß Signalen;

Fig. 2A den zeitlichen Verlauf verschiedener elektrischer Signale beim Arbeiten mit der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 3 Flußdiagramme zur Erläuterung eines bis Lokalisiervorganges bei einer An-Fig. 5 Zeigevorrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 6 eine Anzeigevorrichtung gemäß Fig. für das Arbeiten mit alternierenden Meßsignalen und

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf verschiedene!: elektrischer Signale beim Arbeiten der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. έ.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße ,Anzeigevorrichtung, welche eine Anzeigeeinheit 12 mit Einern Anzeigeschirm 14 aufweist. Die gezeigte Anzeige#inheit 12 ist ein Bildröhren-Rechnerterminal, so daß der Anzeigeschirm 14 durch den Bildschirm der Röhre gebildet wird, über dem Anzeigeschirm,der nachstehend auch als Bildschirm 14 bezeichnet wird, befindet sich eine

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transparente Stirnplatte 16. Die Stirn^latte 16 ist auf ihrer Außenseite, soweit sie vor dem Bildschirm liegt, vollständig mit einer elektriscti-rleitfähigen Schicht 18 versehen. Die Schicht 18 ist nicht in eihzelne Muster unterteilt, sondern reicht kontinuierlich über den gesamten Bildschirm 14 bzw. über einen ausgewählten Teil desselben, der dafür bestimmt ist, vom Benutzer auswählbare Gegenstände bzw. informationen darzustellen.

An der Front- bzw. Stirnplatte 16 sind vier Elektroden 20, 22, 24 und 26 befestigt, die elektrisch-leitend mit der Schicht 18 verbunden sind. Dabei verlaufen die Elektroden 20 und 22 längs der horizontalen Seitenkanten der Stirnplatte 16 und parallel zueinander. Die beiden anderen Elektroden 24 und 26 verlaufen längs der senkrechten Seitenkanten parallel zueinander. Weiterhin sind die Elektroden 20 bis 26 bezüglich des Bildschirms 14 in vorgegebenen Positionen angeordnet, se daß ein Punkt auf der Stirnplatte 16,dessen Lage bezüglich der vier Elektroden 20 bis 26 bestimmt wird, in definierter Weise einem Punkt auf dem Bildschirm 14 zugeordnet ist.

Bei dem gezeigten Kontakt-Bildschirmsystem, bei dem eine bestimmte Stelle des Bildschirms durch eine Be- *.' rührung ausgewählt werden kann, dienen die zwei Paare von einander gegenüberliegenden Elektroden .20, 22; 24, der.BeStimmung der Lage des Berührungspunktes. Eine

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weitere Elektrode 28 ist an beliebiger Stelle mit der
Schicht 18 verbunden und ciußerdem über einen einpoligen Ein/Aus-;3chalter 29 mit einem separaten Berührüngdetektor 30. Die Elektrode 28 ist zur Verdeutlichung
als getrenntes Bat element dargestellt. Diese Elektrode
kann jedoch weggelassen werden/ wenn man den Detektor
30 mit einer der Messelektroden 20 bis 26 verbindet.
Aufgrund seiner Verbindung mit der weiteren Elektrode tj 28 und der Stirnplattenschicht 18 kann der Detektor | 30 bei geschlossenem Schalter 29 feststellen, ob die & Stirnplatte 16 berührt wird. Diese Überprüfung erfolgt bi unabhängig vom Ort der Berührung. Der Berührungsdetektor 30 liefert an eine Steuereinheit 32 ein Signal,
welches anzeigt, ob an irgendeiner Stelle der Stirnplatte 16 eine Berührung festgestellt wird.

Fig. 1 zeigt ferner eine Messeinheit mit einer Messsignalquelle 34 und einer Messvorrichtung 36, welche

über einen Analogschalter 38 mit mehreren Schaltkon- _ö

takten mit jeder der Messelektroden 20 bis 26 verbunden |

werden kann. Beim Ausführungsbeispiel besitzt der ?j

Schalter 38 vier unabhängig voneinander betätigbare |

einpolige Schaltkontakte in Form von normalerweise ^

offenen Arbeitskontakten, die in Abhängigkeit von %

Signalen geschlossen werden können, welche dem Schal- I

Ft ter 38 von der Steuereinheit 32 zugeführt werden. U

Ein weiterer Analogschalter 40, der beim Ausführungs- § beispiel im Prinzip ebenso ausgebildet ist wie der. :i

ti *) Meßschalter; **) Abschlußschalter -21- ^

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Schalter 38, spricht auf andere Signale der Steuereinheit 32 an, um eine Abschlußvorrichtung 42 mit irgendeiner der Meßelektroden zu verbinden.

Beim typischen Betrieb der berührungsempfindlichen Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt die Anzeigeeinheit 12 in üblicher Weise Informationen auf dem Bildschirm 14, wobei jedoch insofern eine Ausnahme vorliegt, als die vom Benutzer durch Berührung aus-^ wählbaren Gegenstände bzw. Informationen bezüglich des Bildschirms 14 eine beliebige Lage einnehmen können, während für die Berührungspunkte bisher stnts ein fest vorgegebenes Muster vorhanden war.

Der Berührungsdetektor 30 überprüft normalerweise kontinuierlich die elektrische Kapazität der Stirnplattenschicht 18, um festzustellen, ob die Schicht 18 berührt wird. Der Berührungsdetektor 30 kann zu diesem Zweck vorzugsweise in der nachstehend beschriebenen Weise ausgebildet sein. Er kann aber auch in bekannter Weise wie bei üblichen, auf Berührung ansprechenden Anzeigevorrichtungen mit Kathodenstrahlröhre ausgebildet sein.

Während der Zeiten, in denen der Berührungsdetektor 30 signalisiert, daß keine kapazitive Berührung der Stirnplatte 16 stattfindet, steuert die Steuereinheit 32 die Messeinheit mit der Meßsignalquelle 34 und dar Messvorrichtung 36 sowie die Abschlußvorrichtung

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42 derart, daß die Information über die elektrischen Impedanzen, welche die Stirnplattenschicht 18 gegenüber den Meßelektroden 20, 22, 24" urid 26 aufweist, ermittelt bzw. auf den neuesten Stand gebracht wird. Für diese und andere Steuervorgänge kann die Steuereinheit 32 einen programmierbarer Mikrocomputer verwenden, der einen üblichen Satz von Prozessor-, Speicherund Ein/Ausgabe-Steuereinheiten aufweist.

Wenn eine Person eine durch ein "x" markierte Stelle 44 der Stirnplattenschicht 18 berührt, dann reagiert die Steuereinheit 32 auf das resultierende Signal des Detektors 30 in der Weise, daß die elektrische Impedanz gemessen wird, welche die berührte Stirnplatte 16 gegenüber jeder der Meßelektroden 20 bis 26 aufweist. Die Steuereinheit 32 vergleicht jede der gemessenen Impedanzen mit einem entsprechenden Referenz-Messwert, um die Lage der Stelle 44 bezüglich jeder einzelnen Messelektrode zu ermitteln. Dabei liefern die Messwerte der vertikalen Elektroden 20 und 22 die Lage der berührten Stelle 44 in horizontaler Richtung, während die Messwerte für die horizontalen Elektroden 24 und 26 die Lage der berührten Stelle 44 längs der senkrechten Achse zwischen diesen btiden Elektroden angeben. Die Ermittlung der Lage des Berührungspunktes 44 längs der beiden zueinander senkrechten Achsen ermöglicht die Bestimmung eines bestimmten Punktes der Stirnplatte 16 als Berührungspunkt 44. Durch die Lokalisierung des Berührungspunktes 44 an

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der Stirnplatte 16 kann die Steuereinheit 32 feststellen, welche Information vom Benutzer aus den von der Anzeigeeinheit 12 angezeigten Informationen aus·⁰' gewählt wurde. Das System !reagiert dann in bekannte:!!' Weise auf die vom Benutzer vorgenommene Auswahl.

Fig. 2 zeigt ein berührungsempfindliches Lokalisierungssystem gemäß Fig. 1 , wobei jedoch die Lage eincss Berührungspunktes an der Stirnplatte 16 in Abhängigkeit von der RC-Zeitkonstante für jede der Messelektroden 20 bis 26 ermittelt wird. (Die Stirnplatte 16, die Beschichtung 18 und die Elektroden 20 bis 26 sowie die Berührungsstelle 44 haben in Fig. 2 dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1. Andere Elemente der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 2 haben ebenfalls dieselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Elemente in Fig. 1, sind jedoch ergänzend mit einem apostrophartigen Strich versehen . Zur Erläuterung des Systems gemäß Fig. 2 sind zwischen dem Berührungspunkt 44 und den Messelektroden 20 bis 26 jeweils Widerstandkomponenten in Form von Widerständen R1 bis R4 dargestellt. Außerdem ist die durch die Berührung bewirkte kapazitive Komponente als Kondensator C₁-dargestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 liefert die Meßsignalquelle 34' für jede Impedanzmessung zwesi aufeinanderfolgende Gleichstromsignale, um so eine Lokalisierung des Berührungspunktes 44 zu ermöglichen,

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Bei dem einen dieser Signale, welches beispielsweise durch Einschalten eines normalerweise nicht
leitenden Transistors 34a der Meßsignalquelle 34' erzeugt wird und welches in Fig. 2A als oberes Signal
dargestellt, ist, wird der Strom an eine der Messelektroden angelegt, die durch den Schalter 38' ausgewählt wurde.. Dieser Strom lädt die Kapazität der
Stirnplattenschicht einschließlich der. Kapazität km
Berührungspunkt .44 über den Widerstand der Schicht.
Das zweite dieser Signale, welches im unteren Teil
der Fig. 2A dargestellt ist, wird durch Einschalten
eines weiteren, normalerweise nicht leitenden Transistors
34b der Meßsignalquelle 34' erzeugt. Durch dieses |1

Signal wird ein.Entladungsweg über den~ Widerstand der |

k Stirnplattenschicht und den leitenden Transistor 34b | sowie den dazu in Serie liegenden Strombegrenzungs- Ii widerstand 34c für den Ladungsabfluß von der durch ΰ

die Stirnplattenschicht gebildeten aufgeladenen kapa- y

zitiven Impedanz geschaffen. ■ I;

Bei dem Ausführungsbeispiel, gemäß Fig. 2 arbeitet
die Messvorrichtung 36" mit einem Analog/Digital-,
Wandler (A/D-Wandler). Der A/D-Wandler ist mit din
Messelektroden 20 bis 26 über den Schalter 38' v£t-

ι· }7Λ

bindbar, so daß ihm die Spannung an den einzelne^ ρ

Messelektroden bei den vorstehend"beschriebenen Bade- |

und Entladevorgängen zugeführt wird. Der Wandler |j

setzt die analogen Spannungswerte in binäre Span- ύ

nungssignale um, welche an die Steuereinheit 32' %

angelegt werden. f

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Die Abschlußvorrichtung 42' für das ilystem gemäß Fig. 2 enthält einen Bezugskondensator 42a mit einer Kapazität C_ und einen normalerweise offenen einpoligen Ein/Aus-Schalter 42b. Die Abschlußvorrichtung 42b reagiert auf Signale der. Steuereinheit 22' dadurch, daß sie den Schalter 42b zum Entladen der kapazitiven Impedanzen schließt, die sich aufgrund der leitfähigen Schicht auf der Stirnplatte 16 ergeben.

: Bei einer Arbeitsfolge des mit Gleichstromsignalen

arbeitenden Systems gemäß Fig. 2 werden die Schalter j 29¹ und 38' geöffnet und alle Schaltkontakte des

Schalters 40' sowie der Schalter 42b geschlossen, um die durch die Stirnplattenschicht 18 gebildete Kapa

zität zu entladen. Anschließend werden der Schalter 42b und die einzelnen Kontakte des Schalters 40" wieder geöffnet, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist. Danach schließt die Steuereinheit 32' den Kontakt 38b des Schalters 38' und veranlasst die Mess- . signalquelle 34', die kapazitive Impedanz an der Mesfeelektrode 20 vollständig aufzuladen. Anschließend wird diese, kapazitive Impedanz für die Dauer eines kurzen, vorgegebenen Zeitintervalls teilweise entladen. Der A/D-Wandler der Messvorrichtung 36' empfängt die dabei an der Messelektrode 20 über d Schalterkontakt 38b auftretende Spannung legt das entsprechende, digitale Signal an die Steuereinheit 32' an.

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Das auf die beschriebene Weiss erhaltene digitale S£>annungssignal, welches an die Steuereinheit 32' aiigelegt wird, wenn eine Berührung an einem Berührung^ · ptinkt 44 vorliegt, ermöglicht eine eindeutige Identifizierung des Abstandes dieses Berührungspunktes 44 von der Elektrode 20 in dem Bereich zwischen dieser Elektrode 20 und der ihr gegenüberliegenden Elektrode 22. Entsprechende Messungen werden an jedfer der drei anderen Messelektroden 22, 24, 26 durchgeführt, indem man jeweils einen der Kontakte 38d, 38a i'azw. 38c schließt.

Zum Betrieb gehört ferner eine Anzahl von Anfangsmessungen, die während einer Zeit durchgeführt werden, in der keine Berührung der Stirnplai:te erfolgt und in der der Schalter 29' offen ist. Dabei legt die Steuereinheit 32* nacheinander Lade- und Entladesignale an* jede.der Messelektroden, und zwar jeweils nur an eine, während sie.gleichzeitig die bekannte Referenzkapazität C über den Schalter 40' an die gegenüberliegende Messelektrode legt. Die auf diese Weise erhaltenen Messwerte liefern Bezugswerte für die aus einem ohmschen Widerstand und einem kapazitiven Widerstand bestehende Impedanz, welche die Stirnplattenbeschichtung gegenüber jeder einzelnen Messelektrode bei Fehlen einer Berührung darstellt. Die Referenzmessungen erfassen Streukapazitäten beliebiger Art und berücksichtigen die Umgebungsbedingungen, wie z.B. die Temperatur und die Feuchtigkeit.

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Bei dem System gemäß Fig. 2 arbeitet der Berührungsdetektor 30' mit einem Oszillator 30a und einem mehrfach triggerbaren, monostabilen oder astabilen Multivibrator 30b. Die frequenzbestimmende Stufe bzw. die Abstimmstufe des Oszillators 30a ist dabei mit der Stirnplattenschicht 18 über den Schalter 29' und die Elektrode 28 verbunden, so daß sich die Oszillatorfrequenz ändert, wenn die Stirnplatte berührt wird bzw. wenn eine Berührung der Stirnplatte beendet wird. Beim Ausführungsbeispiel nimmt idie Oszillatorfrequenz deutlich ab, wenn die Stirnplatte berührt wird und steigt entsprechend an, wenn eine Berührung beendet wird. Das Ausgangssignal des,Oszillators triggert den monostabilen Multivibrator derart, daß dieser von seinem stabilen in seinen astabilen Zustand schaltet. Der Multivibrator schaltet nach einer vorgegebenen bekannten Zeit automatisch in seinen stabilen Zustand zurück, sofern er nicht ein weiteres Triggersignal empfängt, während er sich noch im astabilen Zustand befindet. Die Dauer des astabilen Zustandes ist dabei länger als eine Schwingungsperiode des Oszillators, wenn die Stirnplatte nicht berührt wird, jedoch kürzer als die Periode des Oszillators, wenn eine Berührung vorhanden ist. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 30b wird der Steuereinheit 32' zugeführt.

Wenn die Stirnplatte 18 nicht berührt wird und wenn das Oszillatorausgangssignal die relativ hohe

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Frequenz besitzt, die der nicht berühtten Stirnplatte
zugeordnet ist, dann folgen die Oszil-Latorimpulse ausreichend schnell aufeinander, un den monostabilen
Multivibrator 30b ständig neu zütrig^jern, so daß er
im astabilen Zustand bleibt. Dan Ausgängssignal des
Multivibrators bleibt folglich auf den Pegel, der diesem astabilen Zustand zugeordnet ist. Die Steuereinheit 32' erkennt ihrerseits diesen Signalpegel als
Anzeige für eine fehlende Berührung der Stirnplatte.
Wenn die Stirnplatte bzw. deren Beschichtung jedoch
berührt wird, dann nimmt die Oszillatorfrequenz so
weit ab, daß das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Oszillatorimpulsen länger ist als die Kijbpzeit des Multivibrators 30b. Der Multivibrator wiiitl
folglich zwischen seinem stabilen und seinem astal'ilen
Zustand hin und her geschaltet, so daß sein Ausgangssignal zwischen zwei vorgegebenen Werten schwankt^
wobei dieses wechselnde Signal von der Steuereinheit
als Anzeige für eine Berührung der Stirnplatte erkannt
wird.

Der astabile Multivibrator 30b umfasst vorzugsweise ' |,-ein oder mehrere Einstellelemente zum Einstellen der ;:j Dauer des astabilen Zustands wie dies für Schaltkreise %

dieser Art bekannt ist. Diese Elemente können dabei }j

vorzugsweise elektronisch gesteuert werden, um Ände- jjj

rungen bzw. Schwankungen zu berücksichtigen, bei- -;|

spielsweise Schwankungen in der Betriebstemperatur j;

und in der Feuchtigkeit sowie Schwankungen in den S';

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Betriebsparametern der Schaltkreise des Systems gemäß Fig. 2.

Die Steuereinheit 32' des Systems gemäf¹ Fig. 2 steu&rt die Elemente dieses Systems so, daß ein Berührungspunkt an der Stirnplattenschicht 18 lokalisiert werben kann, wobei zunächst eine Reihe von einleitenden Referenzmessungen und anschließend eine Folge von Positionsmessungen durchgeführt wird. WäK.rend dieser Messungen ist der Schalter 29', welcher zur Feststellung einer Berührung geschlossen wird, vorzugsweise geöffnet. Die einleitenden Referenzmessungen werden durchgeführt, wenn der Detektor 30· anzeigt, daß die Frontplatte 16 an keiner Stelle berührt wird, und liefern Bezugswerte für die elektrische Impedanz an jede der Messelektroden. Bei den Lokalisiermessungen wird bei Berührung der Stirnplatte die Impedanz an jeder Elektrode bestimmt. Die Steuereinheit 32* vergleicht die Ergebnisse der Lokalisiermessungen mit den Referenzwerten, um die Lage eines Berührungspunktes relativ zu den Messelektroden zu bestimmen.

Das Flußdiagramm gemäß Fig. 3 zeigt eine Arbeitsfolge, welche bei dem System gemäß Fig. 2 zu diesem Zweck von der Steuereinheit 32' gesteuert wird. Die Schrifttfolge beginnt gemäß Block 50 mit einem aus zwei EiIizelschritten bestehenden Entladevorgang. Beim ersteh Schritt öffnet die Steuereinheit 32· den" Schalter 2:·)¹ und alle Kontakte des Schalters 38. Außerdem werden ·.

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alle Kontakte des Schalters 40 sowie der Entladsschalter 42b geschlossen. Durch diese· Maßnahmen werden die mit den Messelektroden verknüpften Kapazitäten entladen, indem die Elektroden über die Kontakte des Schalters 40' und über den Schalter 28 geerdet werden. Beim zweiten Einzelschritt werden alle Schaltkontakte der Schalter 38' und 40' geöffnet. Außerdem wird der Schalter 42b geöffnet, während der Schalter 29 geschlossen wird. Gemäß Block 52 spricht die Steuereinheit 32' nunmehr auf den Berührungsdetektor 30' an, um festzustellen, ob eine Berührung erfasst wird oder nicht. Wenn während dieser Anfangsphase der Schrittfolge eine Berührung festgestellt wird, dann bleibt das Programm auf einer geschlossenen Schleife. Wenn jedoch keine Berührung festgestellt wird, dann wird das System durch die Steuereinheit aktiviert - Block 54 - wie dies nachstehend im Zusammenhang mit dem Flußdiagramm gemäß Fig. 4 noch näher erläutert werden wird.

Beim nächsten Schritt erfolgt gemäß Block 56 wieder eine Entladung (wie gemäß Block 50), woraufhin erneut geprüft wird - Block 58 - ob eine Berührung vorliegt oder nicht. Wenn an dieser Stelle des Programms keine Berührung festgestellt wird, dann erfolgt gemäß Block 59 eine Aktualisierung der Bezugswerte, beispielsweise zur Berücksichtigung von Temperaturänderungen und Betriebsspannungsänderungen. Die Aktualisierung kann in ähnlicher Weise durchgeführt werden

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wie die Aktivierung des Systems und soll hier nicht näher erläutert werden. Wenn dagegen eine Berührung festgestellt wird, dann wi.rd gemäß. Block 60 zu ein<! r Messfolge übergegangen, die nachstehend anhand von Fig. 5 noch näher erläutert wird. Nach Beendigung der Messfolge erfolgt der Rücksprung zum. Block 56 - EnI.-laden.

Fig. 4 zeigt ein Unterprogramm für did Steuereinheit 32' mit einer Aufschlüsselung der einz'elnen Schritte des Aktivierungsvorganges gemäß Block 54 in Fig. 3. Dieser Aktivierungsvorgang beginnt genäß Block 64 damit, daß eine Messelektrode mit der Eezugskapazität C_R verbunden wird. Dies geschieht durch Schließen des entsprechenden Schaltkontaktes des Meßschalters 38' und des entsprechenden Kontaktes des Schalters 40'. Beim betrachteten Ausführungsbeispiel schließt die Steuereinheit 32' an dieser Stelle des Programms die Schaltkontakte, welche zwei einander gegenüberliegenden Messelektroden zugeordnet sind, beispielsweise, die Kontakte 38b und 40a (Fig. 2), die den einandei' gegenüberliegenden Elektroden 20 und 22 zugeordnet, sind. Anschließend wird gemäß Block 65 der Schalte?'¹ 29 geöffnet und gemäß Block 66 das Ladungssignal vlm der Meßsignalquelle angelegt, um die kapazitive Impedanz, die sich für die ausgewählte'.Messelektrode ergibt, auf eine vorgegebene bekannte Spannung aufSuladen. Diese kapazitive Impedanz umfasst dabei die Bezugskapazität C_R und die Kapazität der Stirnplatten-

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schicht 18 bei Fohlen einer Berührung. Anschließend wird von de? Steuereinheit 32' gemäß Block 68 das Entladesign al vor!, der Meßsignalquelle 34' angelegt und gemäß Block TO die resultierende Spannung ausgelesen, die durch den A/D-Wandler 36' gemessen wird. Die Steuereinheit. 32' verknüpft dabei typischerweise die zuletzt gemessene Spannung mit früheren Messetfgebnissen für die betreffende Messelektrode. Die , Steuereinheit wiederholt das Anlegen.der Signale lind die Durchführung der Messungen mehrmals (n-mal) , v/obei die Anzahl η der Zyklen gemäß Block 72 vorgegeben ist. Das Programm wird dann gemäß Block 74 fortgesetzt, indem die ermittelten Messwerte gemittelt und die Mittelwerte, gespeichert werden. An dieser Stelle des Programms hat das System einen Bezugswert für die RC-Impedanz der Schicht 18 auf der Stirnplatte 16 bezüglich einer der vier Messelektroden ermittelt und gespeichert, wobei die Speicherung typischerweise in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) der Steuereinheit 32' erfolgt.

Das Programm wird fortgesetzt, indem die vorstehend beschriebene Bezugswertmessung für eine andere Messelektrode durchgeführt wird, wobei gemäß Block 64 zu- fj nächst ein anderer Kontakt der Schalter 38', 40' geschlossen wird, woraufhin die Schrittfolge gemäß Fig.4 erneut durchlaufen wird. Wenn diese Schrittfolge für pj alle vier Messelektroden durchgeführt ist, was gemäß § Block 76 festgestellt wird, ist der Aktivierungs- |j

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(| Vorgang beendet,und es erfolgt der Rücksprung zum

' Block 56 der Schrittfolge gemäß Fig. 3.

I

Der vorstehend beschriebene Aktivierungsvorgang kcünn,

■f wenn dies erwünscht ist, Schritte umfassen, anhand

Ι) welcher geprüft wird, ob die Stirnplatte während der

·:.ί Folge von Programmschritten berührt Wird. Dies ent-

J spricht den Blöcken 77, "/8 und ^9 des Programms gemäß

% Fig. 4. Die.Steuereinheit 32' kann dabei gemäß Block

% 78 auf die Feststellung einer Berührung in der Weise

ansprechen, daß der Aktivierungisvorgang abgebrochen wird. Es können auch andere geeignete.Vorkehrungen getroffen werden, die gewährleisten, daß eine Messung von Bezugswerten nur durchgeführt wild, wenn keine Berührung der Stirnplatte vorliegt.

Fig. 5 zeigt ein Unterprogramm für den Messvorgang gemäß Block 60 in Fig. 3. Die betreffende Schrittfolge beginnt mit der Auswahl einer der Messelektroden und mit dem Schließen des zugeordneten Kontaktes des Meßschalters 38' - Block 80. Anschließend wird gemäß Block 82 von der Meßsignalquelle 34* ein Ladungssignal an die ausgewählte Messelektrode angelegt. Weiterhin wird das eine teilweise Entladung bewirkende Signal angelegt - Block 84. Die resultierende Spannung an der Messelektrode wird dann nach Umsetzung durch den· A/D-Wandler 36' an die Steuereinheit 32' angelegt und dort zusammen mit früheren Messergebnissen für dieselbe Elektrode gespeichert - Block 86.

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Diese Schrittfolge wird gemäß Block 88 mehrmals, d.h. η-mal ausgeführt, wobei außerdem gemäß den Block an 85, 87 und 89 jeweils überprüft wird, ob keine Berührung der Stirnplatte vorliegt. Diese Schnitte werden für jede der vier Messelektroden 20, 22 * 24 und 26 wiederholt, wobei während jeder Schrittfolge jeweils die entsprechenden Kontakte des Meßscha.tters 38' geschlossen werden.

Wenn die vorstehend beschriebene Schrittfolge für alle Elektroden abgeschlossen ist, was gemäß Block 94 festgestellt wird, dann erfolgt gemäß Block 86 eine abschließende Berechnung, in der alle Abstandberechnungen gemäß Block 92 kombiniert werden, um die beiden Koordinaten der Stelle A4 zu bestimmen-, an der die Stirnplatte berührt wird. Nach Abschluß der Messfolge erfolgt der Rücksprung zum Block 56 des Programms gemäß Fig. 3- Der Messvorgang gemäß Fig. 5 kann kusätzliche Schritte umfassen, mit deren Hilfe eine noch zuverlässigere Bestimmung der Lage einer betührten Stelle ermöglicht wird. Außerdem können Schritte!, eingefügt werden, mit deren Hilfe es möglich ist, ^iLne Änderung des Berührungspunktes an der Stirnplattknschicht festzustellen. Eine weitere Variante besteht darin, die Messfolge dann zu beenden, wenn die berührung aufhört·., ehe der Messvorgang abgeschlossen ist, was mit dem Berührungsdetektor 30' festgestellt wird.

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Obwohl der Entladungsschalter 42b in Pig. 2 der Übersichtlichkeit halber als separates Bauelement dargestellt ist, enthält der Oszillator 30a des Berührungsdetektors 30' bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform Elemente, welche als kapazitive Entladungsstufe wirken. Derartige Elemente sind beispielsweise bei einem Oszillator, vorhanden, welcher als integrierte Schaltung des Typs 556 von verschiedenen !!erstelltem geliefert wird, beispielsweise von der Firma Texas Instruments und der Firma Signetics. Wenn ein derartiger Oszillator verwendet wird, dann entfällt der Schalter 42b und wird durch einen entsprechenden Schalter ersetzt, der in Reihe zwischen dem Oszillator 30a und der Elektrode 28 liegt. Dieser Schalter ist bei dem Erfassen einer Berührung geschlossen und während des Messvorganges zum Bestimmen und Aktualisieren der Referenzwerte und zum Bestimmen der Messwerte zum Lokalisieren eines Berührungspunktes geöffnet.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Systems zum Feststellen und Lokalisieren einer Berührung, bei dem die elektrischen Impedanzen, die sich für die Elektroden 20 bis 26 ergeben, mit Hilfe eines Wechselstrom-Meßsignals ermittelt werden. Im einzelnen erzeugt die Meßsignalquelle 34"' eine Wechselspannung bzw. allgemein ein alternierendes Signal mit einer Frequenz, die über einen vorgegebenen Bereich geändert werden kann. Beim Ausführungsbeispiel ist die Meßsignalquelle 34'' ein Taktgeber mit variabler Frequenz, welcher

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323Ü919 .··::": f :X .'' :V S

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einen Zähler 98 umfasst/ der die von einem Oszillator
100 erzeugten Impulse zihlt. Ein Zähler-Steuerregister
102 steuert die Anzahl von Zählschritten, die biä zum
Erreichen eines Zählerstandes erforderlich ist, bei
dem der Zähler 98 einen Ausgangsimpuls erzeugt, dieser
vom Zchler 98 erzeugte Ausgangsimpulfe, der das Iit'pedanz-Meßsignal bildet, wird einem Schalter 104 zugeführt, in dem die Funktionen der Schalter 38 und 40 ?| des Systems gemäß Fig. 1 zusammengefasst sind. Der |

dargestellte Schalter 104 umfasst vier einpolige Um- |j schalter, von denen jeder eine andere Messelektrode
entweder mit einer Schaltereingangsleitung 104a oder "
mit einer Schalterausgangsleitung 104b verbinden kann.
Dabei ist die Ausgangsleitung 104b mit einer. Abschlußvorrichtung 42·' verbunden, die als ein normalerweise ' " nicht leitender Transistor-Entladeschalter darge- 5 j

stellt ist. Parallel zu dem Transistor .liegt dab^i ■!

die Reihenschaltung eines Schalters und eines Kofi- ^

densators. Der Schalter ist normalerweise offen, wie ' /; dies die Zeichnung zeigt, und wird durch die externe \; Steuerung nur während der Messungen bei der Aktivierung \l des Systems geschlossen.

1 ■'.!

Die Meßschaltung 36 · ' des Systems gömäß Fig. 6 ai'bei- si

tet mit einem als Differenzverstärker ausgebildeten ;;j

Komparator 106, dessen einer Eingang mit der Eingangs- :j

leitung 104a verbunden ist und an dessen anderem Ein- j<

gang als Bezugsspannung eine Gleichspannung anliegt, :j

die aus einer Speisespannung +V mittels eines ',■"[

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Spannungsteilers 108/ 110 erhalten wird. Die Mesä-, ; schaltung 36' ' uinfa.sst ferner einen Puffer 112, wäl-

\ eher unter Steuerung durch die Steuereinheit 32'■

das Ausgangssignal des Komparators 106 speichern kann.

< Beim Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinheiς

32¹¹ einen Mikrocomputer, bei dem ein programmierbarer Mikroprozessor 114 über einen Adressenbus 118 und einen Datenbus 116 mit einem Lesespeicher (ROM) 120, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 122 und

^:: einer logischen Schnittstellenschaltung 124 verbunden

.1 ist. Die Steuereinheit 32'' ist so geschaltet, daß

sie den Schalter 104, den Puffer 112 für die. Zwischenspeicherung der Messwerte und das Zählersteuerregister 102 steuert.

Das System gemäß Fig. 6 weist ferner einen Berührungsdetektor 30'' auf, der in geeigneter .Weise ausgebildet ist, wie dies in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrie-.; ben wurde, und dessen Ausgang mit dem Datenbus 116 ver-

\ bunden ist. Zu.den typischen Funktionen des Systems

gemäß Fig. 6 gehört die Entladung der mit der Stirn- \ plattenschicht verbundenen Kapazitäten durch Erdung

; jeder der Elektroden 20, 22, 24 und 26 über den

; Schalter 104 und die Abschlußvorrichtung 42''. Außer

dem erfasst das System gemäß Fig. 6 mit Hilfe des

; Detektors 30·' über die Elektrode 28 eine Berührung

j der Stirnplatte 16 an einer beliebigen Stelle.

; Weiterhin werden bei dem betrachteten System, wenn

keine Berührung vorliegt, die Referenzwerte der

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Impedanzen ermittelt und aktualisiert. Außerdem werden die einzelnen Impedanzen bei Vorliegen einer berührung ermittelt, woraufhin durch Vergleich dieser Impedanzmessungen mit den aktualisierten Bezugswerten die Berührun.gssteile berechnet wird. Insgesamt kann das System gemäß Fig. 6 nämlich ähnlich" arbeiten wie dies anhand des Programms gemäß Fig. 3 für das System gemäß Fig. 2 beschrieben wurde. Die Unterprogramme für die Ermittlung der Bezugswerte und für die Aktualisierung derselben sowie für die Ermittlung der Messwerte beim Vorliegen einer Berührung können ferner im wesentlichen in derselben Weise ablaufen wie dies anhand von Fig. 4 und 5 für das System gemäß Fig. 2 beschrieben wurde. Die Details»für eine Messung an einer Messelektrode unterscheiden sich jedoch ·$οη den Details bei einer Messung in einem System gemi Fig. 2, und zwar sowohl bei der Bezugswertermittiung als auch bei der Messwertermittlung bei einer Berührung, wie dies nachstehend anhönd von Fig. 6 und 7 noch näher erläutert werden wird.

Für die Erläuterung wird davon ausgegangen, daß aii der Messelektrode 26 eine Mesjsung durchgeführt wenden soll, um die Bezugswerte zu aktualisieren oder um einen Messwert bei einer Berührung zu erhalten. Iu diesem Fall nehmen die Kontakte des Schalters 104 die in der Zeichnung eingezeichnete Stellung ein, um die Messelektroden 20, 22 und 24 mit der Ausgangsleitung 104b zu verbinden. Lediglich die Messelektrode

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ist über den zugeordneten Kontakt mit der Leitung 104a verbunden, so daß ihr das Meßsignal von der Messsignalquelle 34' · zugeführt wird.

Der Zähler 98 erzeugt das Meßsignal bit einer vorgegebenen Frequenz in Abhängigkeit von der wiederholten Zählung von Impulsen des Oszillators 100 bis zum Erreichen eines Zählerstandes, der durch eine Zahl im ZählerSteuerregister 102 vorgegeben ist. Diese Ausgangsimpulse werden an die Eingangsleitung 104a angelegt. Beim Ausführungsbeispiel wird in das Zählersteuerregister 102 von der Steuereinheit 32'' eine Zahl eingegeben, bei der gewährleistet ist, daß die Meßsignale zunächst mit einer Impulsfolgefrequenz? erzeugt werden, bei der eine mit der Stirnplattenschicht gekoppelte Kapazität einen erheblichen (Wechselspannungs-)Widerstand darstellt. Folglich ist die Signalform des Meßsignals, welches an den Schalter 104 angelegt wird, bei der Belastung mit der Stirnplattenimpedanz, die für die Elektrode 26 wirksam ist, im wesentlichen mit der Signalform identisch, die sich für die Meßsignalquelle 34·' bei einer rein ohmschen Impedanz ergeben würde. Das entsprechende Signal ist als Signal 130 in Fig. 7 gezeigt.

Der Komparator 106 empfängt das Signal 130 an seinem einen Anschluß, während an seinem anderen Anschluß eine Bezugs-Gleichspannung anliegt, die als Signal

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132 in Fig. 7 dargestellt ist und zwischen dem höchsten
und dem niedrigsten Pegel des Meßsignals 130 liegt.
Das Ausgangssignal des !Comparators 106 schaltet also
zwischen zwei vorgegebenen Pegeln, so daß sich in Abhängigkeit von dem wechselnden Meßsignal 130 am Komparatorausgang das Signal 134 gemäß Fig. 7 ergibt. In
Abhängigkeit von einem auf dem Adressenbus 118 empfangenen Steuersignal legt der Puffer 112 das Zustands-Aus- m gangssignal des Komparators an den Datenbus 116. Beim fV Erfassen des wechselstromförmigen Charakters des Zu- |? stands-Bits des Komparators 106, d.h. beim Empfang des |j Signals 134, gibt die Steuereinheit 32'' eine weitere, ($ typischerweise kleinere Zahl in das Steuerregister ψ.

102 ein, um die Frequenz des Meßsignals zu erhöhen.

Die Steuereinheit 32" ' fährt fo'rt, die Frequenz der

Signale vom Ausgang der Meßsignalquelle 34" zu er- fi

höhen, solange über den Puffer 112 ein alternierendes U

Ausgangssignal des Komparators 106 erhalten wird. f\

Wenn die Frequenz des Meßsignals ansteigt, wird die ü

Kapazität der Stirnplattenbeschichtung zunehmend |

wirksamer, so daß sich das impedanζabhängige Signal |

am Eingang des Komparators 106 allmählich von dem |$

Signal 130 zu dem Signal 136 gemäß Fig. 7 ändert. ||

.Dabei besteht ein Merkmal der sich ändernden Signal- ;|

form darin, daß der Minimalwert der Spannung bei Wi

steigender Frequenz zunimmt, da eine Ladungsspeiche- ^:ß

rung in der Kapazität der Stirnplatte einschließlich :]

der durch die Berührung hervorgerufenen Kapazität y|

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erfolgt. Wenn die Frequenz der Meßsignalquelle 34'

|? so weit erhöht wird, daß die Stirnplattenkapazität

p das Minimum der Spannung des Signals 136 über der

•^ Bezugsspannung an anderen Eingang des Komparators

% hält, dann enden die Signalwechsel am Ausgang des

; Komparators 106,und dieser liefert ein konstantes

iV Ausgangssignal, welches in Fig. 7 als Signal 138 dar-

^:4. gestellt ist.

In Abhängigkeit von dem kontinuierlichen Ausgangs-

l| signal 138 des Komparators 106 speichert die Steuer-

\ einheit 32'' die die Meßsignalfrequenz bestimmende

Zahl aus dem Zählersteuerregister 102. Diese Zahl ist nämlich ein Maß für die Meßsignalfrequenz, bei der das Ausgangssignal des Komparators 106 erstmals stabil wird. Damit ist die genannte Zahl aber auch eirie Basis für eine Vergleichsmessung der Impedanz mit ihren ohmschen und kapazitiven Anteilen bezüglich der Messelektrode 26 bei einer Berührung der Stirn^ platte.

Ein Vergleich des bei der vorstehend beschriebenen, Messung erhaltenen Messergebnisses mit den Ergebnissen einer entsprechenden Messung an der gegenüber- : liegenden Elektrode 24 sowie der Vergleich mit den;

aktualisierten Bezugswerten für die beiden Elektroden 26 und 24 ermöglicht eine Lokalisierung des Berührungspunktes zwischen den Elektroden 24 und 26 in senkrechter Richtung.

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Bei Einsatz einer Steuereinheit 32''. welche gemäß Fig. 6 mit einem Mikroprozessor 114 arbeitet, können die vorstehend beschriebenen Messungen an einer Messelektrode jeweils mehrmals durchgeführt werden, um Mittelwerte oder andere ausgewählte Resultate der mehrfachen Messungen zu Erhalten. Entsprechende Mehrfach-Messungen können an jeder anderen Messelektrode durchgeführt werden, und zwar mit einer extrem großen Geschwindigkeit, so daß die Zeit, für die ein Benutzer die Stirnplattenb»schichtung berührt,um eine angezeigte Information auszuwählen, vollständig ausreichend ist. Dr.e Steuereinheit 32'' kann die verschiedenen, durch das Arbeiten mit einer variablen Frequenz erhaltenen Messergebnisse ohne weiteres vergleichen, um die Lage des Berührungspunktes relativ zu den vier Messelektroden zu bestimmen. Auf diese Weise wird hinsichtlich der Bestimmung des Berührungspunktes eine relativ hohe Auflösung, eine beträchtliche Genauigkeit und eine bemerkenswerte Zuverlässigkeit erreicht.

Die Erfindung wurde vorstehend speziell anhand voll Ausführungsbeispielen beschrieben, bei denen die Messungen ausgehend von vier Messelektroden durchgeführt werden, die am Rand der Beschichtung des in^iv teressierenden Bereiches angeordnet sind. Die Messungen können jedoch auch ausgehend von nur zwei Elektroden durchgeführt werden, die in verschiedenen Richtungen verlaufen, beispielsweise ausgehend von den

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Elektroden ■ 20 und 24, wobei die Lokalisierung defe berührten Punktes für einige Anwendungen durchaus genau genug ist. Messungen, die ausgehend von vier Elektroden durchgeführt werden oder gegebenenfalls ausgehend von drei, auf den Seiten eines Dreiecks angeordneten Elektroden, werden jedotfh bevorzugt, da sie' hinsichtlich der Bestimmung der Lage eines Berührungspunktes eine größere Auflösung und eine höhere Zuverlässigkeit ermöglichen.

Wie vorstehend beschrieben, kann die Erfindung mit einem Impedanzmeßsignal realisiert werden, welches für eine bekannte Kapazitäts/Ladungs-Bedingung sorgt, d.h. für ein bekanntes Kapazitäts/Ladungs-Signal, welches auf ein bekanntes Entladesignal folgt. Die aufeinanderfolgenden Meßsignale erzeugen in diesem Fall einen Ladungszustand, der ein Maß für die RC-Parameter der Stirnplatte ist. Eine.andere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines alternierenden Meßsignals. In beiden Fällen kann mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung die Lage eines Berührungspunktes an der Stirnplatte aufgrund einer Messung' der Reaktion der Stirnplatten-Impedanz auf ein Meissignal bestimmt werden. Erfindungsgemäß kann aber auch eine Abstimmung bzw. eine Einstellung eines Parameters des Meßsignals in rler Weise erfolgen, daß eine vorgegebene Reaktion erreicht wird. In diesem Fall kann die Lokalisierung der Berührungstelile aus dem erreichten Endwert des variierten Parameters bestimmt werden.

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Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst wird. Dabei stehen dem Fachmann, ausgehend von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.

Claims

PATENT Ä"W"w'Ä L T "I UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1

A 45 287 b Anmelder: Interaction Systeitis, Inc.

k - 176 24 Munroe Street

18. August 1982 Newtonville, MA 02160

USA

Patentansprüche

Verfahren zum Lokalisieren einer kapazitiven Berührung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf einer Stirnplatte einer Anzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) man sieht an einer bekannten Stelle bezüglich der Stirnplattenschicht mindestens eine mit der Stirnplattenschicht verbundene■Elektrode vor;

b) man ermittelt, wenn keine Berührung vorliegt, die für die Elektrode beim Anlegen eines elektrischen Signals wirksame Impedanz als Bezugswert ;

c) man ermittelt, wenn eine Berührung vorliegt, die für die Elektrode beim Anlegen eines elektrischen Signals wirksame Impedanz als Messwert und

d) man lokalisiert die Stelle der Berührung bezüglich der Elektrode durch einen Vergleich von Bezugswert und Messwert.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit der Elektrode gekoppelte Kapazität vor der Ermittlung von Messwert und Bezugswert entlädt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) man sieht an mindestens einer weiteren bekannten Stelle auf der Stirnplatte mindestens eine mife der Stirnplattenschicht verbundene zweite Elektrode vor;

b) man ermittelt - den Messwert und den Bezugswert für die zweite Elektrode und

c) man lokalisiert die berührte Stelle, indem

man auch die Lage der berührten Stelle bezüglich der zweiten Elektrode .-durch einen Vergleich der für die zweite Elektrode ermittelten Mess- und Bezugswerte bestimmt und indem man dann die für die erste Elektrode und die für die zweite Elektrode erhaltenen Ergebnisse zur Gewinnung einer einzigen Lageindentifizierung für die berührte Stelle kombiniert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß. man die Stirnplatte auf das Vorliegen bzw. Ausbleiben einer Berührung überwacht, um zuverlässige Mess- und Bezugswerte zu erhalten.

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5. Auf Berührung ansprechende Anzeigevorrichtung mit einer elektrisch-leitend beschichteten.Stirnplatte, insbesondere zur Durchführung des Ve :£ahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) mit der Stirnpiattenbeschichtung (18) ist eine erste Elektrode (20 bis 26) verbunden, die auf der Stirnpiattenbeschichtung (18) an einer bekannten Stelle angeordnet ist;

b) es sind Messeinrichtungen (28 bis 42) vorgesehen, mit deren Hilfe ein Impedanzmeßsignal vorgegebener Art an die Elektrode (20 bis 26) anlegbar ist und mit deren Hilfe in Abhängigkeit von der elektrischen Impedanz der Stirn-* plattenbeschichtung (18) gegenüber dem Messsignal die Lage des Punktes (44) einer kapazi* tiven Berührung der Stirnplatte (16) gegenüber der Elektrode (20 bis 26) lokalisierbar ist.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtungen (30 bis 42)! Vergleichseinrichtungen (32) zum Vergleichen des Ansprechens der Beschichtungsimpedanz auf das Messsignal mit einer Bezugsbedingung umfassen.

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtungen (30 bis 42)

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Bezugswerterzeugungseinrichtung«|in umfassen, mit deren Hilfe ein Bezugsweit für aie Beschichtungs-, impedanz gegenüber dem M« iß signal erzeugbar ist/ wenn keine Berührung vorliegt,und daß die Meßeinrichtungen (30 bis 42) Vergleichseinrichtungen aufweisen, um den Bezugswert mit dem Messwert für die Beschichtungsimpedanz zu vergleichen, der bei einer Berührung in Abhängigkeit von dem Meßsignal erhalten wird.

8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- p

zeichnet» daß die Messeinrichtungen (30 bis 42) f\

Spannungsmesseinrichtungen (36) zum Messen der in |,

Abhängigkeit von dem Meßsignal an der Elektrode | (20 bis 26) auftretenden Spannung umfassen.

9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtungen (30 bis 42) Einrichtungen umfassen, mit deren Hilfe an die Elektrode (20 bis 26) ein Meßsignal anlegbar ist, welches ein Wechselsignal ist, das mit .verschiedenen Frequenzen erzeugbar ist.

10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtungen (30 bis 42) Einrichtungen umfassen, mit deren Hilfe das Meßsignal mit verschiedenen Frequenzwerten innerhalb eines gewählten Frequenzbereichs erzeugbar ist.

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11. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtungen (30 bis 42) Einrichtungen umfassen, mit deren Hilfe an die Elektrode (20 bis 26) ein Meßsignal mit einem ausgewählten Kapazitätslcidecharakter anlegbar ist.

12. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtungen (30 bis 42) Einrichtungen umfassen, mit deren Hilfe das Messsignal mit einem ausgewählten Kapazitätsladecharakter und einem sich daran anschließenden ausgewählten Kapazitätsentladecharakter erzeugbar ist.

13. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtungen (30 bis 42) Einrichtungen umfassen, mit deren Hilfe ein MeßsignaX mit einem ausgewählten Charakter erzeugbar ist, wobei der Charakter des Meßsignals derart verändejr-

bar ist, daß sich aufgrund des Meßsignals ein bestimmtes Ausgangssignal ergibt.

14. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtungen derart ausgebildet sind, daß sie die Frequenz des Messsignals derart ändern, daß sich ein bestimmtes Ausgangssignal ergibt.

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15. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es iiit eine zweite Elektrode vorgesehen, die mit der Stirnplattenbeschichtung (18) verbünden

. und auf dieser an einer vorgegebenen Stella angeordnet ist und

b) es sind Messeinrichtungen (30 bis 42) vorgesehen, die derart ausgebildet sind,

1. daß sie das Meßsignal an jede. der Elektroden (20 bis 26) anlegen,

2. daß sie auf das Ansprechen der elektrischen Impedanz der Stirnplattenbeschichtung (18) auf das an jede der Elektroden (20 bis 26) angelegte Messsignal ansprechen und

3. daß sie die Lage eines Berührungspunktes (44) in Abhängigkeit von dem Ansprechen der einzelnen Elektroden

(20 bis 26) auf die Meßsignale loka-.lisieren.

16. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrode als längliche Elektroden ausgebildet sind und in. unterschiedlichen Richtungen verlaufen.

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17. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrode als längliche Elektroden ausgebildet sind und im Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufen.

18. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Berührungsdetektor (30) vorgesehen.ist, welcher mit einer Elektrode (28) verbindbar ist, die mit der Stimplattenbeschichtung (18) verbunden ist.

19. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die reit dem Berührungsdetektor

(30) verbundene Elektrode eine zusätzliche Elek-.. trode (28) an der Stirnplattenbeschichtung (18) ist.

20. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekehnzeichnet, daß Entladeeinrichtungen (42) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die mit den Messelektroden (20 bis 26) gekoppelten Kapazitäten selektiv entladbar sind.

21. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß vier Messelektroden .(20 bis 26) vorgesehen sind, welche paarweise parallel zueinander und im Abstand voneinander längs der seitlichen

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Ränder der im wesentlichen rechteckigen Stirnplatte (16) angeordnet sind.

22. Auf Berührung ansprechende Anzeigevorrichtung mit einer durchgehend, elektrisch-leitend beschichteten Stirnplatte zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) mit der Stirnplattenbeschichtung (18) ist min» destens eine erste Elektrode (20) und mindestens eine zweite Elektrode (24) verbunden, wobei die beiden Elektroden (20, 24) ^n einer bekannten Lage angeordnet sind;

b) es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Stelle (44) einer kapazitiven Berührung der Stirnplatte (16) bezüglich der Elektroden (20, 24) zu lokalisieren, wobei diese Lokalisiereinrichtungen folgende Einrichtungen umfassen:

1. Einrichtungen zum Anlegen eines Impedanz Meßsignals mit vorgegebener Signalform

an jede der Elektroden ,· (20, 24);

2. Einrichtungen, die auf die Ausgangssignale ansprechen, welche sich in Abhängigkeit von der elektrischen Impedanz der Stirnplattenbeschichtung (18)

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aufgrund der Meßsignale an jeder der Elektroden (20/ 24) ergeben und

$ 3. Einrichtungen zum Vergleiche! der Ausgangs- ύ Signale der einzelnen Elektroden (20, 24)

;J in Abhängigkeit von den ihnen zugeführten

I :Meßsignalen mit einer Bezugsbedingung.