DE3304378A1

DE3304378A1 - Positionsabhaengig beruehrungsempfindliche flaeche

Info

Publication number: DE3304378A1
Application number: DE19833304378
Authority: DE
Inventors: Harold Gene Alles; Peter Steve Kubik
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1982-02-11
Filing date: 1983-02-09
Publication date: 1983-08-11
Also published as: IT1170105B; JPS58146928A; SE8300514L; IT8319483A0; SE8300514D0; FR2521330A1; JPH0363766B2; CA1196987A; HK80386A; FR2521330B1; IT8319483A1; NL8300462A; AU555222B2; GB2116007B; SE446233B; KR910005594B1; US4542375A; CH661360A5; GB8303751D0; AU1113183A

Description

Positionsabhängig berührungsempfindliche Fläche

Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliehe Einrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer synchronisierten Lichtquelle, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre (CRT), um automatisch die Lage einer Berührungsstelle der Einrichtung zu identifizieren.

Berührungsempfindliche Einrichtungen sind bekannt. Bei einer solchen Einrichtung wird ein starres, transparentes Teil benutzt, das auf dem Raster einer Äbtast-Wiedergabeeinrichtung liegt. Vom Raster ausgehendes Licht durchläuft normalerweise das transparente Teil in Richtung zu einem Betrachter. Wenn eine Stelle des trans-

^5 parenten Teils berührt wird, wird jedoch Licht nach rückwärts in das und entlang dem transparenten Teil zu einem Lichtdetektor reflektiert. Da das wiedergegebene Bild mittels eines Abtastvorgangs geschrieben wird, identifiziert der Zeitpunkt für das Auftreten der Lichtfeststellung bei

"" jedem Abtastzyklus die genaue Position der Schreibeinrichtung und folglich die Lage der Berührung auf dem Wiedergaberaster . Bei einer Abänderung einer solchen Anordnung wird ein auf dem transparenten Teil aufliegendes , flexibles Teil benutzt, um die in das transparente Teil reflektierte Lichtmenge zu erhöhen.

Ein Problem bei solchen bekannten Einrichtungen besteht jedoch darin, daß aufgrund der verhältnismäßig kleinen Lichtmenge, die aufgrund der Brührung reflektiert

wird, nur ein schwaches Signal den Lichtdetektor erreicht, wodurch die richtige Erkennung des Lichtsignals schwierig wird.

Gemäß der Erfindung wird das starre, transparente Teil der bekannten Einrichtungen durch ein transparentes, nachgiebiges Teil ersetzt, das weich genug ist, um bei einer Berührung deformiert zu werden. Eine solche Deformierung bewirkt, daß ein großer Anteil des Lichts, das im anderen Fall von der Wiedergabeeinrichtung ausgehend durch das transparente Teil hindurchgeht, in dieses zurück reflektiert und dort durch interne Totalreflexion gefangen wird. Das eingefangene Licht wird entlang dem transparenten Teil zu einem Lichtdetektor übertragen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den Schirm einer Kathodenstrahlröhre, auf

dem eine Einrichtung nach der Erfindung aufliegt ;

Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen, bei denen eine Einrichtung nach der Erfindung im unberührten und im berührten Zustand

gezeigt ist.

Gemäß Fig. 1 ist eine Einrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit eine'r Kathodenstrahlröhre 20 gezeigt, auf der Bilder (in bekannter Weise) durch zeilenweises Abtasten des Schirms durch einen Elektronenstrahl wiedergegeben werden. Auf dem Schirm liegt ein weiches oder nachgiebiges transparentes Teil 10 mit im wesentlichen parallelen Oberflächen, durch die Licht von dem phosphoreszierenden Schirm fallen kann. Zwischen dem »Schirm der Kathodenstrahlröhre und dem Teil 10 ist ein transparentes Abstandsglied angeordnet, beispielsweise ein Netz 31, das einen Luftspalt 30 zwischen dem Teil 10 und dem Schirm der Kathodenstrahlröhre definiert. Der Brechungsindex des Teils 10 ist größer als der von Luft. Einzelheiten des Teils 10 und des Netzes 31 werden später erläutert .

Wenn mit dem Finger oder einem Gegenstand gegen das Teil 10 an einer gewählten Position gedrückt wird,

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beispielsweise bei der Zahl 6 in Fig.l, so deformiert sich die Außenfläche des Teils 10,und es wird Licht dort eingefangen. Dieses eingefangene Licht läuft zur Kante des Teils 10 und wird durch Fotodioden 101 festgestellt, wodurch man ein Ausgangssignal erhält, das zur Bestimmung der Berührungsposition verwendet werden kann. Diese Bestimmung der Berührungsposition wird erreicht, indem die Position des Elektronenstrahls zum Zeitpunkt des Ausgangssignals festgestellt wird. Einrichtungen zu diesem Zweck sind bekannt, man vergleiche beispielsweise die US-PS 4 305 071. Es können viele unterschiedliche und bekannte Signaldetektoren verwendet werden, von denen einigen nicht einmal physikalisch mit dem Teil 10 verbunden sind, um festzustellen, ob Licht eingefangen worden ist.

In Fig. 2 ist gezeigt, wie ein Elektronenstrahl 13 auf die Vorderseite einer Kathodenstrahlröhre 20 auffällt und Lichtstrahlen 21 von der phosphoreszierenden Fläche durch den durch das Netz 31 definierten Luftspalt 30 hindurchtreten und dann die parallelen Flächen 14, 15 des Teils 10 in Richtung auf die Außenluft passieren. Der größte Teil der Lichtstrahlen wird nach außen in Richtung auf den Betrachter übertragen. Da der Brechungsindex des Teils 10 größer als der von Luft auf seinerHbeiden Seiten ist, werden einige Lichtstrahlen jeweils dann zurückreflektiert, wenn sie eine Oberflächengrenze erreichen. Der größte Teil der Strahlen verläuft jedoch in einer Richtung nahezu senkrecht auf die Oberfläche, so daß viele Reflexionen erforderlich sind, damit die Strahlen die Detektoren 101 erreichen, wobei der größte Teil des reflektierten Lichts verloren geht. Es wird zwar also durch die Fotodioden 101 ein Signal aufgrund dieses im Innern gestreuten Lichtes erzeugt, aber das Signal ist verhältnismäßig schwach.

Wie in Fig. 3 dargestellt, berührt ein Finger die obere Fläche 14 des Teils 10. Diese Berührung erzeugt eine Deformierung der Oberfläche, die die Geometrie des Teils 10 verändert, indem eine nach innen gekrümmte Fläche 32 erzeugt wird. Diese gekrümmte Fläche bewirkt dann, daß

auffallendes Licht sowohl zurückgestreut als auch zurück reflektiert wird. Das Netz 31 verhindert einen Kontakt zwischen dem Teil 10 und der Kathodenstrahlröhre, wodurch der Luftspalt zwischen ihnen aufrechterhalten bleibt, so daß die nach rückwärts gerichteten Lichtstrahlen nicht die Tendenz haben, wieder in die Kathodenstrahlröhre zurückzukehren .

Einige Lichtstrahlen, beispielsweise der Strahl 33, werden unter einem Winkel reflektiert, der größer als der kritische Winkel ist. Sie bleiben dann zwischen den Oberflächen des Teils 10 eingefangen und fallen gegebenenfalls auf die Fotodioden 101 auf, wodurch sich ein Ausgangssignal ergibt, das größer als das durch das gestreute Licht erzeugte Signal ist. Einzelheiten hinsichtlich der Bedeutung des kritischen Winkels für die Lichtreflexion mit Bezug auf das Einfangen und Weiterleiten von Licht mittels eines transparenten Teils sind bekannt. (Man vergleiche beispielsweise US-PS 4 346 376.) Da die vorliegende Erfindung auf eine Verbesserung der Mittel zum Einfangen von Licht einer Bildwiedergabeeinrichtung gerichtet ist, werden diese nicht bekannten Einzelheiten hier nicht beschrieben.

Das Netz 31 kann weggelassen werden. Wie beschrieben, hat es jedoch die Wirkung, Verluste durch rückwärts gerichtetes Licht zu verringern, so daß es zweckmäßig benutzt wird, um die Menge des aufgrund der Berührung eingefangenen Lichtes zu erhöhen.

Die durch die Erfindung erzielte Verbesserung ist die folgende: Mit der starren Platte nach dem Stand der Technik hängt die Menge des nach rückwärts gerichteten Lichts von der Größe des berührten Flecks und den Reflexionseigenschaften des berührenden Objektes, beispielsweise des Benutzerfingers, ab. Beide Faktoren sind in hohem Maße veränderlich. Beispielsweise hängen die Lichtreflexionseigenschaften in einem gewissen Maß von der Feuchtigkeit des Fingers und von der Größe und Dicke des Feuchtigkeitsfilms ab, der dabei auf die berührte Fläche aufgebracht wird.

Mit dem nachgiebigen Teil 10 nach der Erfindung ergibt die durch die Berührung erzeugte, gekrümmte Fläche 32 eine wesentlich größere reflektierende Fläche im Vergleich zu der, die die starre Platte liefert, und die Krümmung der Fläche 32 erhöht wesentlich die Lichtmenge, die nach rückwärts in das und entlang dem Teil 10 gerichtet wird. Zusammengenommen vergrößern diese Faktoren in hohem Maß die Lichtmenge, die durch das Teil 10 aufgrund einer Berührung eingefangene Lichtmenge.

Das nachgiebige Teil 10 kann aus jedem beliebigen Material bestehen, das weich, leicht deformierbar, transparent und lichtleitend ist, beispielsweise ein bekanntes thermoplastisches Material, wie ein bekanntes Silicon-Elastomer , von denen es eine große Vielzahl gibt.

Ein Beispiel für ein geeignetes Material ist ein Silicon-Elastomer, das als "Sylgard 184"-Harz bezeichnet wird und von der Firma Dow Corning Co., Vereinigte Staaten von Amerika, verkauft wird. Dieses Material hat einen Brechungsindex von etwa 1,5 und kann in einem sehr weichen und nachgiebigen Zustand mit beispielsweise einer Durometer-Härte (Shore-Α) von 20 und weniger erzeugt werden. Die Dicke des Teils 10 ist nicht kritisch, typische Werte liegen zwischen 3 und 6 mm.

Das Netz 31 kann aus einer Vielzahl bekannter, transparenter netz- oder tuchartiger Materialien derjenigen Art erzeugt werden, die für eine Verwendung bei industriellen Sieb- und Filteranwendungen bekannt sind. Beispiele geeigneter Netze sind beschrieben in "General Catalog No. 2000" der Firma Tetko Inc_t, Elmsford, New York, Vereinigte Staaten von Amerika. Es wird eine verhältnismäßig große Maschenweite zur Erzielung einer Lichttransparenz benutzt und vorzugsweise schwarze Farbe, um den Bildkontrast durch Verringerung der durch Umgebungslicht bewirkten Reflexion zu verbessern. Außerdem ist, wenn die Lichtquelle eine Kathodenstrahlröhre oder eine ähnliche Einrichtung ist, das Netz 31 vorzugsweise elektrisch leitend, um eine elektrostatische Abschirmung der Kathodenstrahlröhren-Stirnplatte zu bewirken. Eine solche elek-

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trische Leitfähigkeit kann durch Verwendung von metallischen Fasern im Netz 31 oder durch eine elektrisch leitende Beschichtung erzielt werden. Es können auch geätzte metallische Filme für das Netz 31 verwendet werden. Ein beispielhaftes Netz hatte die folgenden Eigenschaften: Material-carbonisierter Nylonfaden; Fadendurchmesser - 53 pm;
Netzgewicht - 26,9 g je m² ;
Webmuster - quadratisch ;

Maschenzahl - 145 Maschen ;
Nennöffnung - 130 um;
Öffnungsanteil - 49 %.

Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung Pfeile an den Lichtstrahlen dargestellt sind, um eine bestimmte Ausbreitungsrichtung anzuzeigen, sind Licht wege immer umkehrbar. Demgemäß kann eine duale Ausführung der hier beschriebenen Einrichtung dadurch erzeugt werden, daß der abgetastete Wiedergabeschirm durch eine abgetastete Fotodetektoranordnung ersetzt wird.

Die positionsabhängig berührungsempfindliche Einrichtung der hier beschriebenen Art kann außerdem Kräfte feststellen, da die Eindrückung (und folglich die Menge des eingefangenen Lichtes) mit Zunehmender Kraft größer wird. Außerdem bewegt sich mit zunehmender Kraft der Boden der Eindrückung näher an die Lichtquelle, wodurch ebenfalls die Menge der eingefangenen Lichtenergie zunimmt.

f.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

i^J

Berührungsempfindliche Einrichtung zur Verwendung in^JVerbindung mit einer Signalquelle, gekennzeichnet durch

im Abstand angeordnete Flächen (14, 15) , die so angeordnet sind, daß zwischen die Flächen eingeführte Signale (33) in der Einrichtung durch innere Totalreflexion zwischen den Flächen als Ergebnis einer durch Berührung einer Fläche (14) hervorgerufenen Deformation dieser Fläche mit Bezug auf die andere Fläche (15) eingefangen wird, und durch eine signalempfindliche Einrichtung (101), die ein besonderes Ausgangssignal liefert, wenn die Signale zwischen die Flächen eingeführt werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Signale (21) durch

15 die Flächen (14, 15) hindurchläuft.
3 . Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (14, 15) vor der Berührung im wesentlichen parallel zueinander sind und daß die Innenseite der deformierten Fläche (14) eine Konvexfläche (32) mit Bezug auf die Signale bildet.

Sonnenborger StraOe 43 620D Wiesbaden Talelon (06121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Patentconsull RadeckestreBe « 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 5212313 Telenramme Pfllentcnnsnlt
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Koordinierung der Position der Signale auf den Flächen mit dem besonderen Ausgangssignal, um die genaue Position für die Berührung der Fläche zu bestimmen.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle eine Kathodenstrahlröhre (20) ist und daß die in die Einrichtung eingeführten Signale Lichtsignale von der Kathodenstrahlröhre sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstandseinrichtung (31) zwischen die Einrichtung und die Kathodenstrahlröhre (20) eingebracht ist, um das Vorhandensein eines Luftspaltes

(30) auch bei einer Berührung der Fläche sicherzustellen.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandseinrichtung ein transparentes Netz (31) ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandseinrichtung (31) elektrisch leitend ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die signal^äpPäiidliche Einrichtung (101) wenigstens eine Lichtdetektordiode enthält.
10 . Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die signalempfindliche Einrichtung (101) optische Fasern enthält.