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Für Blinde
und Sehbehinderte sind taktile Ausgabeeinheiten bekannt, welche
von einem Computer auszugebende Information in Braille-Zeichen umsetzen,
die auf einem Stiftfeld, dessen einzelne Anzeigestifte durch Stellmotoren
senkrecht zur Oberfläche
des Feldes bewegbar sind, nach Art einer Laufschrift dargestellt
werden.
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Auf
diese Weise kann nur alpha-numerische Information mitgeteilt werden.
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Viele
Computerprogramme erzeugen aber Ausgaben in Form von Graphiken oder
Bildern, und das Weiterlaufen der Programme wird dann oft über berührungssensitive
Bildschirmbereiche gesteuert (touch panel).
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Durch
die vorliegende Erfindung soll ein taktiles Display geschaffen werden,
welches ebenfalls die Möglichkeit
einer Eingabe durch Berühren
von Displaybereichen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
ein Display mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen taktilen
Display kann ein blinder oder sehbehinderter Benutzer zunächst graphische
oder andere Informationen taktil lesen. Er kann dann an bestimmten
vorgegebenen Bereichen der taktilen Darstellung, die für eine Rückmeldung
vorgesehen sind, dadurch eine das Weiterlaufen des Programmes steuernde
Eingabe vornehmen, daß er
stark auf diesen Bereich drückt.
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Unter "stark" soll in diesem Zusammenhang eine
Kraft verstanden werden, die deutlich größer ist als diejenige Kraft,
mit der die Anzeigestifte typischerweise zum Erkennen von Information
abgetastet werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Bei
einem Display gemäß Anspruch
2 enthalten die Sensormittel keine bewegten Teile. Sie sind daher
robust und praktisch wartungsfrei.
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Die
Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 3 und 4 sind im Hinblick
auf möglichst
große
Kapazitätsänderungen
beim Auflegen eines Fingers auf die Elektrode von Vorteil.
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Bildet
man die Sensormittel gemäß Anspruch
5 so aus, daß sie
jeweils mechanisch mit dem Stellmotor zusammenarbeiten, so kann
man für
jeden der Anzeigestifte einen Sensor vorsehen, und zwar auch dann,
wenn die Anzeigestifte unter kleinem Abstand voneinander angeordnet
sind.
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Die
im Anspruch 6 angegebene Anordnung von Stellmotoren und Sensormitteln
baut in der Anzeigeebene des Displays kompakt. Die durch die Hintereinanderschaltung
von Kraftfühler
und Stellmotor bedingte geringfügige
Erhöhung
der Tiefe des Displays ist tragbar.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
7 ist im Hinblick auf ein schalterähnliches Arbeiten der Sensorfelder
von Vorteil. Insbesondere läßt sich
so ein "Klicken" mit dem taktilen
Display bewerkstelligen.
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Ein
Display mit touch-field-Möglichkeit
gemäß Anspruch
8 zeichnet sich durch einen besonders einfachen mechanischen Aufbau
aus, da die Stellmotoren zugleich als Teil der Sensoren verwendet
werden können.
Es müssen
nur noch zusätzliche elektronische
Komponenten in Form einer Auswerteschaltung vorgesehen werden, welche
die durch mechanische Rückwirkung
auf den Stellmotor erzeugten Spannungsänderungen der Stellmotor-Klemmenspannung
auswertet.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
9 ist im Hinblick auf ein gutes Erkennen einer taktilen Rückmeldung
von Vorteil.
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Bei
einem Display gemäß Anspruch
10 kann man eine Vielzahl unterschiedlicher Betätigungsflächen realisieren.
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Ein
Display gemäß Anspruch
11 hat für
Zwecke der taktilen Rückmeldung
zwar geringere Auflösung.
Eine solche ist aber für
viele Zwecke tolerierbar und ermöglicht
einen einfacheren Aufbau des Displays.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
In dieser zeigen:
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1 Eine
Aufsicht auf ein taktiles Display mit taktiler Rückmeldemöglichkeit;
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2 einen
Teilschnitt durch ein Anzeigeelement des in 1 gezeigten
Displays;
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3 eine ähnliche
Ansicht wie 2, in welcher jedoch eine Alternative
für die
taktile Rück meldung
dargestellt ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer oberen Abdeckung einer Anzeigeeinheit,
wie sie bei dem Display in 1 verwendet
werden kann, wobei diese Abdeckung mit einer Elektrodenstruktur
versehen ist, die Teil eines kapazitiven Berührungsschalters darstellt;
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5 ein
schematisches Blockschaltbild eines Detektionskanales, der mit einer
Elektrodenstruktur nach 4 zusammenarbeitet; und
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6 eine
Aufsicht auf eine andere Stirnplatte einer Anzeigeeinheit, welche
mit einer abgewandelten Elektrodenstruktur versehen ist.
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In 1 ist
mit 10 insgesamt ein Rahmen eines graphischen Displays
bezeichnet, welcher eine Matrixanordnung von Anzeigeeinheiten 12 aufnimmt.
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Jede
der Anzeigeeinheiten 12 umfasst zwei Spalten 14, 16 von
Anzeigestiften 18, die in zur Oberfläche des Displays senkrechter
Richtung verlagerbar sind, um dort ein taktiles Bild einer Computerausgabe
darzustellen, z. B. eine Strichzeichnung, ein Balkendiagramm, eine
Markierung für
ein taktiles Eingabefeld usw..
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Wie
aus 2 ersichtlich, hat jede der Anzeigeeinheiten 12 eine
obere Deckplatte 20, die zwei Reihen von je fünf Führungsbohrungen 22 für jeweils das
Ende eines Anzeigestiftes 18 aufweist.
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Hinter
der oberen Deckplatte 20 befindet sich eine mittlere Gehäuseplatte 24,
welche mit Führungsbohrungen 26 versehen
ist, die eine fluchtende Fortsetzung der Führungsbohrungen 22 darstellen.
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Wie 2 zeigt,
sind die Anzeigestifte 18 mit stabförmigen Abtriebsteilen 28 von
nur schematisch angedeuteten Stellmotoren 30 verbunden,
die ein zylindrisches Gehäuse
mit gleichem Durchmesser wie die Anzeigestifte haben. Die Stellmotoren 30 können in
der Praxis elektromagnetische Stellmotoren, nach dem Tauchspulenprinzip
arbeitende Stellmotoren, lineare Synchronmotoren, Kombinationen
aus einem kleinen Elektromotor und einem Zahnstangentrieb oder dgl.
oder fluidische Stellmotoren sein.
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Wichtig
ist, daß die
Stellmotoren 30 den mit ihnen verbundenen Anzeigestift 18 zwischen
einer hinter die obere Deckplatte 20 zurückgefahrenen
Ruhestellung (in 2 links gezeigt) und einer über die Oberseite
der Deckplatte 20 überstehenden
Arbeitsstellung (2 Mitte) verlagern können.
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Um
an jedem Pixel des Displays eine taktile Rückmeldung an einen mit dem
Display 10 verbundenen Computer geben zu können, sind
die Stellmotoren 30 über
einen Kraftfühler 32 und
eine Leiterplatte 34 an einer unteren Abschlußplatte 36 der
Anzeigeeinheit 12 abgestützt.
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Die
Stellmotoren 30 sind in den Führungsbohrungen 20 verschiebbar
angeordnet, so daß eine auf
den zugeordneten Anzeigestift 18 ausgeübte taktile Rückmeldekraft
das untere Ende des Stellmotors 30 gegen den Kraftfühler 32 drückt. Dieser
erzeugt unter diesen Bedinungen ein Ausgangssignal, welches die
taktile Rückmeldung
erkennen läßt.
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Beim
in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen,
daß der
Kraftfühler 32 selbst in
seinen axialen Gesamtabmessungen gemäß der auf ihn ausgeübten Kraft
abnimmt, so daß das
nach unten Drücken
des Anzeigestiftes 18 zu einer kleinen Lageänderung
des kalottenförmigen
Endes des Anzeigestiftes 18 führt, die in der Zeichnung mit "s" bezeichnet ist.
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Die
Kraftfühler 32 tragen
auf ihrer Unterseite zwei Kontakte 38, 40, die
an entsprechenden Leiterbahnabschnitten der Leiterplatte 34 anliegen,
um das Ausgangssignal eines Kraftfühlers 32 an einen
an die Leiterplatte 34 angeschlossenen Computer weiterzugeben.
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Ferner
tragen die Unterseiten der Kraftfühler 32 Kontakte 42, 44, über welche
die Erregung der Stellmotoren 30 erfolgt. Die Kontakte 42, 44 stehen wieder
mit fluchtenden Leiterbahnabschnitten der Leiterplatte 34 in
Verbindung und erhalten so über
die Leiterplatte 34 die Ausgangssignale von in der Zeichnung
nicht dargestellten Verstärkern
eines Interfaces 45, über
welches der Rechner die Stellmotoren 30 ansteuert, um eine
gewünschte
Information auszugeben.
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In
der Zeichnung ist schematisch noch ein Differenzverstärker 46 dargestellt,
dessen einer Eingang mit dem Ausgangssignal des Kraftfühlers 32 beaufschlagt
ist, während
sein zweiter Eingang eine Referenzsignal erhält, welches durch einen einstellbaren
Widerstand 48 angedeutet ist.
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Auf
diese Weise erzeugt der Differenzverstärker 46 dann ein Ausgangssignal,
wenn auf den Anzeigestift 18 eine Kraft ausgeübt wird,
die einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet.
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Viele
elektromechanische Antriebe wie Tauchspulantriebe oder piezoelektrische
Antriebe zeichnen sich dadurch aus, daß sie auch als Aufnehmer verwendbar
sind.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 3 ist kein getrennter Kraftfühler 32 vorgesehen,
vielmehr ist an die Anschlußklemmen
des Stellmotors 30 ein Differenzierkreis 50 angeschlossen.
Wird der Anzeigestift 18 betätigt, so kann man dies an einer
Spannungsänderung
der an den Klemmen des Stellmotors 30 liegenden Spannung
erkennen. Diese Spannungsänderung
wird über
den Differenzierkreis 50 abgenommen. Der Differenzverstärker 46 dient
wieder dazu, absichtliche Betätigungen
von unabsichtlichen, beim normalen Lesenden Überstreichen der Anzeigestifte 18 hervorgerufenen
Spannungsänderungen
zu unterscheiden.
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4 zeigt
eine obere Deckplatte 20 für eine Anzeigeeinheit 12,
die mit einer insgesamt mit 52 bezeichneten Elektrode versehen ist,
die als Kondensatorelektrode dient und zusammen mit einem Finger eines
Benutzers und Masse einen Kondensator bildet.
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Die
Elektrode 52 umfasst einen in Aufsicht rechteckigen Randstreifen 54 größerer Breite
(in der Praxis etwa 1 mm). Von der in 4 oberen
linken Ecke des Randstreifens 54 geht eine schmale Leiterbahn 56 aus,
die eine Breite von 100 μm
hat und dem Randstreifen 54 zunächst parallel unter engem Abstand
folgt.
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Die
Leiterbahn 56 geht dann in eine Leiterfläche 58 über, welche
eine obere rechte Aufnahmeöffnung 22-1-2 für einen
Anzeigestift umgibt. Vom unteren inneren Eck der Leitfläche 58 läuft dann
eine weitere Leiterbahn 60 weiter, die serpentinenähnlich gefaltet
ist und ebenfalls eine Breite von 100 μm aufweist. Die Leiterbahn 60 erstreckt sich
bis zum unteren rechten Eck einer Leiterfläche 62, welche eine Aufnahmeöffnung 22-1-1 für einen
Anschlagstift umgibt.
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Von
der oberen linke Ecke der quadratischen Leiterfläche 62 geht wieder
eine schmale Leiterbahn 64 mit einer Breite von 100 μm weiter,
welche zunächst
der linken und unteren Randkante der Leiterfläche 62 folgt und dann
parallel unter Abstand unterhalb der serpentinenförmigen Leiterbahn 60 und
der Leiterfläche 58 verläuft.
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Im
weiteren Verlauf ist die Leiterbahn 64 dann wieder serpentinenförmig geführt und
erstreckt sich über
die Oberkante von weiteren Leiterflächen 58-2 und 62-2 einer
Leiterbahnanordnung, die ähnlich
zu der obenstehend unter Bezugnahme auf die Aufnahmeöffnungen 22-1 und 22-1-2 beschriebenen ist.
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Der
weitere Verlauf der Oberseite der Deckplatte 20 stellt
eine periodische Fortsetzung des oben beschriebenen Teils der Struktur
der Elektrode 52 dar.
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Ist
die obere Deckplatte 20 Teil einer Anzeigeeinheit 12 und
legt ein Benutzer seinen Finger auf die Elektrode 52, so
wird durch die Elektrode 52, den Finger der Person, deren
Körper
und die Masse ein Kondensator gebildet. Dieser Kondensator ist in 6 mit
C1 bezeichnet. Vergleicht man die Kapazität des Sensor-Kondensators C1
mit der Kapazität
eines Referenzkondensators C2, so kann man feststellen, ob sich
auf der Deckplatte 20 ein Finger befindet oder nicht.
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Um
diesen Vergleich durchzuführen
ist gemäß 5 ein
Komparator 66 vorgesehen. Dieser kann die Kapazitäten der
mit seinen beiden Eingängen
verbundenen Kondensatoren auf eine beliebige bekannte Weise vergleichen
oder messen, z. B. durch Vergleich der Schwingungsfrequenzen von Schwingkreisen,
welche den Kondensator C1 bzw. den Kondensator C2 als frequenzbestimmendes
Element enthalten.
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Das
Ausgangssignal des Komparators 66 läßt somit erkennen, ob sich
ein Finger auf der Deckplatte 20 befindet oder nicht.
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Zur
weiteren Verarbeitung wird das Ausgangssignal des Komparators 66 über einen
Verstärker 68,
einen Sample- und
Hold-Kreis 70, einen Analog/Digital-Wandler 72 und
ein Logik-Interface 74 auf einen Datenbus 76 gegeben,
an welchen ein nicht dargestellter Rechner angeschlossen ist. Dieser
erhält
auf diese Weise Information darüber,
ob im Moment ein Finger auf der Deckplatte 20 der betrachteten
Anzeigeeinheit liegt oder nicht. Ein solches Signal kann als Ausgangssignal
eines "touchkeys" dienen und das weitere
Arbeiten des angeschlossenen Rechners steuern.
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In 6 ist
eine obere Deckplatte 20 für eine Anzeigeeinheit 12 dargestellt,
welche mehrere Sensorfelder aufweist.
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Jede
Aufnahmeöffnung 22-i-j (i
= Zeilennr., j = Spaltennr.) für
einen Anzeigestift 18 ist von einer separaten Elektrode
umgeben, welche einen kreisförmigen
Steg 78 und von diesem radial nach außen und außen abstehende feine Zinken 80 aufweist.
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Die
durch die Stege 78 und die von ihnen getragenen Zinken 80 gebildeten
Einzelelektroden 52-i-j können jeweils Teil eines Kondensators
sei, wie dies obenstehend unter Bezugnahme auf 4 analog
beschrieben wurde.