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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Relativbewegungen
mit geringem Umfang eines Bauteils mittels einer Sensoreinheit gemäß der
im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
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Bisher
ist es bekannt, bei Touchscreens eine Bewegung in z-Richtung, d.
h. in Betätigungsrichtung über Dehnungsmessstreifen
zu erfassen. So beschreibt die
DE 103 15 019 A1 eine Messvorrichtung zur
Ermittlung von Lagekoordinaten einer auf der Fläche ausgeübten
Druckkraft. Zwischen einer biegesteifen Platte und einem biegesteifen
Rahmen sind vier als Dehnungsmessstreifen ausgeführte Sensoreinheiten,
die jeweils auf einer Biegezone eines Biegebalkens aufgebracht sind,
vorhanden. Diese Lösung ist jedoch relativ aufwendig und
unterliegt einer hohen Abnutzung. Des Weiteren wirken aufgrund der mechanischen
Kopplung über die Dehnungsmessstreifen Reibungskräfte
zwischen den beweglichen Teilen. Um ein brauchbares Ergebnis zu
erreichen, muss die Messvorrichtung in der Fertigung aufwendig justiert
werden. Zudem liefern die Dehnungsmessstreifen ein sehr schwaches
Ausgangssignal. Dadurch sind aufwendige und störempfindliche
Differenzverstärkerschaltungen erforderlich. Es werden zusätzliche
Filterschaltungen benötigt. Ein weiteres Problem stellt
die aufwendige Befestigung der Biegebalken über Schrauben
und Stößel sowie die Befestigung der Dehnungsmessstreifen
und deren Anschluss an einer Platine dar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß der
im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, die
unter Vermeidung der genannten Nachteile mit einfachen Mitteln und
einer hohen Auflösung Bewegungen relativ zu einem festen
Ort erfasst.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 1 in Verbindung seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Weitere
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten bilden die Gegenstände
der Unteransprüche.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bestimmte Sensoreinheiten
einen Kennlinienverlauf beim Erfassen von Bewegungen aufweisen, bei
dem sich bei kontinuierlich änderndem Bewegungsumfang ein
nahezu linearer Ausgangssignalverlauf ergibt. Die Ausgangsspannung
der Sensoreinheit ist somit proportional zur Bewegung. Auf einfache
Weise können hierdurch geringe Bewegungen erfasst und Vorrichtungen
geschaffen werden, welche auch bei geringen Bewegungsumfängen
eine hohe Auflösung gewährleisten. Dies vereinfacht
die Auswertung erheblich.
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Nach
der Erfindung umfasst daher die Sensoreinheit eine Sender- und Empfängereinheit,
welche in Abhängigkeit der Bewegung zwischen dem Bauteil
und einem relativ zu diesem Bauteil festen Ort mit einem Kennlinienverlauf
versehen ist, der über einen bestimmten Umfang der Bewegung
und den sich daraus ergebenden Messbereich im Hinblick auf das Ausgangssignal
einen im wesentlichen linearen Verlauf aufweist. Eine hohe Auflösung
auch bei geringen Bewegungsumfängen wird hierdurch auf
einfache Weise gewährleistet.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung weist der Sender und der
Empfänger einer Sensoreinheit eine gleiche Richtcharakteristik
auf.
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Besonders
günstig ist es, wenn jede Sender- und Empfängereinheit
als optischer Sensor mit einem optischen Sender und einem optischen
Empfänger ausgeführt ist, wobei eine Infrarot-LED
mit einem geeigneten Fototransistor eingesetzt werden können.
Dadurch wird einerseits störendes sichtbares Licht vermieden
und andererseits eine Verstimmung durch eine Relativbewegung quer
zur Ausrichtung zwischen der LED- und Fotoempfänger in
einfacher Weise möglich. Auch können Linsen zur
Empfindlichkeitserhöhung und Optimierung der Richtcharakteristik
sowie zur Vergrößerung des Bewegungsumfangs eingesetzt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung ergibt sich ein
Ausgangssignal in Form einer Verstimmung durch eine Relativbewegung
quer zur Ausrichtung zwischen der Sender- und Empfängereinheit.
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Vorzugsweise
ist die Sensoreinheit mit einem im Wesentlichen linearer Arbeitsbereich
einer Verstimmungskurve versehen.
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Insbesondere
umfasst jede Sensoreinheit einen Regelkreis mit einer Nullpunkteinstellung.
Toleranzen und im Lauf der Zeit eintretende Verstellungen in der
Vorrichtung können hier auf einfache Weise ausgeglichen
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung bildet eine biegesteife Platte
ein erstes Bauteil und ein biegesteifer Rahmen ein zweites Bauteil.
Die biegesteife Platte ist dabei relativ zu dem biegesteifen Rahmen
beweglich gelagert und die Relativbewegung wird durch mindestens
eine zwischen dem Rahmen und der Platte wirksame Sensoreinheit ermittelt.
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Vorzugsweise
erfolgt die Ermittlung einer auf eine Fläche der biegesteifen
Platte ausgeübten Druckkraft durch Auswertung der durch
mehrere Sensoreinheiten erfassten Verschiebebewegung.
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Insbesondere
liegen die erfassbaren Bewegungen in einem Umfang von 100 Nanometer
bis 2 mm.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sensoreinheit
eine Sender- und Empfängereinheit, welche die Relativverschiebung zwischen
der biegesteifen Platte und den biegesteifen Rahmen für
eine Verstimmung zwischen der Sender- und Empfängereinheit
nutzt, um die auf die Platte ausgeübte Druckkraft zu ermitteln.
Dadurch ist eine sehr hohe Empfindlichkeit bei Bewegung in einer
Achse quer zur Ausrichtung einer Sender/Empfängeranordnung
möglich.
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Ein
Gedanke der Erfindung ist, eine Abstandsmessung basierend auf einer
Verstimmung einer Lichtschranke durchzuführen.
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Hierbei
kann sich entweder nur der Sender oder nur der Empfänger
bewegen. Wird keine Kraft auf die Platte ausgeübt, dann
trifft insbesondere nicht sichtbares Licht den Empfänger,
so dass ein hohes Ausgangssignal vorhanden ist. Wenn jedoch eine Kraft
auf die Platte ausgeübt wird, dann wird z. B. der Sender
verschoben, so dass der Lichtstrahl nicht mehr genau auf den Empfänger
trifft. In diesem Zustand liegt eine Verstimmung vor, wobei nur
ein schwaches Ausgangssignal geliefert wird. Alternativ können
Sender und Empfänger fest angeordnet sein, wobei die Verstimmung
durch eine bewegliche Blende oder ein anderes Verstimmungsmittel
erreicht werden kann. So kann im unverstimmten Zustand die Blende
einen Lichtstrahl vom Sender zum Empfänger passieren lassen,
während im verstimmten Zustand sie den Lichtstrahl unterbricht
bzw. schwächt.
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Durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine hohe
Messgenauigkeit bei geringer Störanfälligkeit
erzielt. Weiterhin ist die Vorrichtung mit bekannten, handelsüblichen
und kostengünstigen Bauelementen aufbaubar. Eine weiterer
Vorteil der Erfindung ist ihre sehr hohe Auflösung und
eine geringe für eine Signalauslösung notwendige
mechanische Auslenkung. Darüber hinaus entsteht über
die Sensorstrecke keine mechanische Kopplung zwischen den beweglichen
Teilen.
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Die
Erfassung einer Kraft in z-Richtung bei einem Touchscreen auf Basis
der Erfindung kann mit verschiedenen Touchtechnologien zur x-y-Erfasung kombiniert
werden. Möglich sind zum Beispiel infrarot, kapazitive
oder resistive Touchtechnologien.
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Mögliche
Anwendungsgebiete der Erfindung sind das Aufzeichnen von Vibrationen
oder Kräften, die Messung mechanischer Auslenkungen und
Verschiebungen, mechanische Taster oder Touchscreens. Die Platte
kann eine Displayplatte für zum Beispiel ein TFT-Display
oder eine andere Scheibe mit Werbung, Darstellungen oder anderen
Kennzeichnungsmitteln sein.
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Eine
bevorzugte Anwendung der Erfindung sind jedoch Touchscreens bzw.
TFT-Displays. Daher ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung die
erfindungsgemäße Vorrichtung ausgeführt,
um x- und y-Lagekoordinaten einer auf der Fläche ausgeübten Druckkraft
zu ermitteln. Die x-y-Lagekoordinaten eines Kraftangriffspunktes
werden auf der Fläche des Touchscreens über mindestens
drei, insbesondere vier zwischen den Rahmen und der Platte angeordnete
Sensoreinheiten durch Auswertung der auf die Sensoreinheiten wirkenden
Verschiebung ermittelt. Jede Sensoreinheit umfasst eine Sender-
und Empfängereinheit, welche die Relativverschiebung zwischen
der biegesteifen Touchscreen-Platte und den biegesteifen Rahmen
für eine Verstimmung zwischen der Sender- und Empfängereinheit
nutzt, um die Lagekoordinaten der auf die Platte ausgeübten
Druckkraft zu ermitteln. Erfolgt eine Druckkraft innerhalb des Touchscreens,
dann liefern die vier Sensoren entsprechend der x-y-Position Ausgangssignale,
die ausgewertet werden können. Durch die Auswertung der
Ausgangssignale können die x-y-Lagekoordinaten bestimmt
werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der
Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung
und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten
Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen
verwendet. Es zeigen:
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1a eine
schematische Darstellung eines Touchscreens mit x-y-Koordinaten;
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1b eine
schematische Darstellung des Touchscreens mit einer z-Koordinate;
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2 eine
perspektivische Darstellung des Touchscreens;
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3 eine
schematische Darstellung einer Biegebalkenanordnung innerhalb des
Touchscreens;
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4 eine
perspektivische Darstellung eines Biegebalkens;
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5 ein
schematische Darstellung eines Sensors in einer Nulllage;
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6 ein
schematische Darstellung des ausgelenkten Sensors;
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7 ein
Prinzipdarstellung einer Abstrahl- und Empfangscharakteristik des
Sensors;
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8 eine
Seitenansicht einer LED-Fototransistor-Anordnung;
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9 eine
Draufsicht der LED-Fototransistor-Anordnung von 8;
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10 ein
Diagramm über die Sensorkennlinien;
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11 einen
prinzipiellen Schaltplan einer Sensorschaltung;
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12 ein
Diagramm der Eingangssignalkurven eines Messverstärkers;
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13 ein
vergrößertes Diagramm der Eingangssignalkurven
des Messverstärkers von 12;
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14 eine
schematische Darstellung eines Messverstärkerausgangssignals
in Abhängigkeit einer Auslenkung;
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15 einen
prinzipiellen Schaltplan eines Sensorregelkreis, und
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16 ein
Blockdiagramm einer Schaltung zur Messung einer Auslenkung in z-Richtung.
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1a zeigt
einen Touchscreen 1 mit x-y-Koordinaten. Auf einer drucksensitiven
transparenten Frontscheibe 2 wird durch Aufbringen einer Kraft
eine Verschiebung der Frontscheibe 2 in z-Richtung gemessen,
was durch 1b veranschaulicht wird. Dieser
3D-Teil bzw. der 3D-Touchmonitor umfasst zwei wesentliche Elemente,
und zwar zum einen mechanische Komponenten zur schwebenden Aufhängung
der transparenten, beweglichen Frontscheibe 2 und zum anderen
elektrische Komponenten zur Messung einer Auslenkung der Frontscheibe 2 in
z-Richtung.
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Die
nachfolgend als Platte 2 bezeichnete Frontscheibe ist fest
mit einem Frontrahmen 3 verbunden, insbesondere in diesen
eingeklebt, wobei der Frontrahmen 3 in den 2 und 3 gezeigt ist.
Der Frontrahmen 3 bildet zusammen mit der Platte 2 eine
Einheit, die über Biegebalken 4, welche in 4 veranschaulicht
sind, schwebend gelagert ist. Der Touchscreen 1 umfasst
ein TFT-Display 5. Schwebend montiert bedeutet, dass die
Biegebalken 4 unabhängig von der Lage des Displays 5 durch
das Eigengewicht der Frontelemente nicht an einen mechanischen Anschlag
aufliegen. Der Biegebalken 4 hat also eine derart hohe
Steifigkeit, dass die Platte 2 einschließlich
der mit ihr verbundenen Teile durch ihr Eigengewicht nicht an einem
Gehäuserahmen 18 zu einem Anschlag führt.
Auf der anderen Seite erfolgt schon bei geringen Kräften
auf die Platte 2 eine durch Sensoren messbare Auslenkung
des Biegebalkens 4.
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Vorzugsweise
ist durch einen Spalt ein Bewegungsspielraum von etwa 1 mm gewährleistet.
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An
der gegenüberliegenden Seite der Platte 2 befindet
sich ein Displayträger 6 mit einer Monitorelektronik
und einer Rückwand. Vorzugsweise besteht der Biegebalken 4 aus
Werkzeugstahl.
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Der
Touchscreen 1 umfasst einen Blechkragen 7, der
sich in Richtung des Displays 5 erstreckt. An einem festem
Ende 8 des Biegebalkens 4 ist dieser mit dem Blechkragen 7,
insbesondere über Schrauben 9 fest verbunden.
Das andere freie Ende 10 des Biegebalkens 4 ist
mit dem Frontrahmen 3 fest verbunden, insbesondere ebenfalls über Schraubverbindungen 12.
Die Doppelpfeile in 3 veranschaulichen die Bewegungsrichtung
des Biegebalkens 4. Der Blechkragen 7 ist fest
mit dem Display 3 verschraubt. An den vier Ecken des Displays 3 wird jeweils
ein Biegebalken 4 auf dem Blechkragen 7 fest montiert.
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Das
freie Ende 10 des Biegebalkens 4 kann in z-Richtung
durchgebogen werden. Der Blechkragen 7 dient auch als mechanischer
Anschlag 11 für den Biegebalken 4. Dieser
Anschlag 11 ist erforderlich, um den Biegebalken vor mechanischer
Verformung zu schützen. In 3 ist der
Anschlag 11 gezeigt, der zur Bewegungsbegrenzung des Biegebalkens 4 vorgesehen
ist, um eine Bewegung des Biegebalkens 4 nur in seinem
elastische Verformungsbereich zuzulassen.
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Am
freien Ende 10 des Biegebalkens 4 wird der Frontrahmen 3 mit
der Platte 2 und einer Sensoreinheit montiert. Wird auf
die Platte 2 gedrückt, erfolgt ein Kraftfluss über
den Frontrahmen 3 zu den Befestigungspunkten am Biegebalken 4.
Diese Kraft führt zu einer Auslenkung der Biegebalken 4,
entsprechend einer x-y-Position des Kraftangriffspunktes. Wird die
Kraft von der Platte 2 zurückgenommen, dann federn
die Biegebalken 4 und der Frontrahmen 3 zurück,
so dass sich die Balken 4 wieder in einer Nulllage befinden.
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Jeder
Biegebalken 4 hat in einer zu einer Betätigungsrichtung
parallelen Koordinate z eine geringere Steifigkeit als in quer zu
ihr verlaufende Koordinaten x, y. D. h. der Biegebalken 4 ist
so konstruiert, dass er eine elastische Verformung nur in z-Richtung zulässt.
In x-y-Richtung verfügt er über eine hohe Steifigkeit.
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Jeder
Biegebalken 4 umfasst zwei Drehpunkte bzw. Gelenkpunkte 13, 14,
die zwischen beiden Enden 8, 10 des Biegebalkens 4 angeordnet sind,
wobei ein biegesteifer Mittelsteg 15 vorhanden ist. Damit
ist eine parallele Verschiebung der Fronteinheit in z-Richtung möglich.
Der Abstand und die Materialstärke der Gelenkpunkte 13, 14,
sowie das verwendete Material legt die Härte und somit
die elastische Beweglichkeit des Biegebalkens 4 in z-Richtung
fest. Jeder Gelenkpunkt 13, 14 wird durch eine
Querschnittsverkleinerung, insbesondere durch eine Aussparung, gebildet.
Die Gelenkpunkte 13, 14 bilden Festkörpergelenke.
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Der
Touchscreen 1 hat vier Biegebalken 4 mit jeweils
einer Sensoreinheit, die nachfolgend näher erläutert
werden.
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Der
Touchscreen 1 ist eine beispielhafte Vorrichtung zur Ermittlung
einer auf einer Fläche ausgeübten Druckkraft.
Die Fläche umfasst die biegesteife Platte 2 und
den biegesteifen Gehäuserahmen 18, der ein Gehäuserahmen 18 des
Displayträgers 6 sein kann. Die biegesteife Platte 2 ist
relativ zu den biegesteifen Gehäuserahmen 18 beweglich
gelagert. Die auf die Fläche ausgeübte Kraft wird über
die zwischen den Gehäuserahmen 18 und der Platte 2 angeordnete
Sensoreinheiten durch Auswertung der auf die Sensoreinheiten wirkenden
Verschiebung ermittelt.
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Vorzugsweise
umfasst jede Sensoreinheit eine Sendereinheit 19 und eine
Empfängereinheit 20, wobei beide Einheiten 19, 20 sich
gegenüberstehen, wie 5 veranschaulicht.
Die Sendeeinheit 19 umfasst einen optischen Sender, insbesondere
eine LED 25, die vorzugsweise nicht sichtbares Licht, insbesondere
Infrarotlicht sendet. Der optischen Empfänger ist vorzugsweise
als infrarotempfindlicher Fototransistor 26 ausgeführt.
Die Sendereinheit 19 und die Empfängereinheit 20 arbeiten
nach dem Prinzip einer Lichtschranke, wobei ein Lichtstrom auf den Empfänger
trifft, wie 5 zeigt. Durch Ausübung
einer Kraft wird die am freien Ende des Biegebalkens 4 angeordnete
Empfängereinheit parallel verschoben, wie 6 zeigt.
Bei einer Auslenkung des Sensors wird die Empfangseinheit 20 gegenüber
der Sendeeinheit also in z-Richtung parallel verschoben. Die Sensoreinheit
nutzt also eine Relativverschiebung zwischen der biegesteifen Platte 2 und
dem biegesteifen Gehäuserahmen 18 für
eine Verstimmung zwischen der Sender- und Empfängereinheit 19, 20, um
die auf die Platte 2 ausgeübte Druckkraft zu ermitteln.
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Ist
die Empfängereinheit 20 etwas weiter als in 5 gezeigt
verschoben, nimmt der Lichtstrom L auf die Empfängereinheit 20 ab.
Bewegen sich also die Bauteile in z-Richtung auseinander, so verringert sich
der Lichtstrom L, der aus der LED auf dem Fototransistor fällt.
Der Kollektor-Emitter Widerstand des Fototransistors steigt. Der
Kollektor-Emitter Widerstand ist proportional zur Position der LED
und Fototransistor in z-Richtung.
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Die
vier Sensoren dienen zur Ermittlung der x-y-Lagekoordinaten des
in 2 gezeigten Kraftangriffspunktes durch Auswertung
der auf die Sensoreinheiten wirkenden Verschiebung. Jede Sensoreinheit
nutzt die Relativverschiebung zwischen der biegesteifen Platte 2 und
dem biegesteifen Gehäuserahmen 18, auch um die
Lagekoordinaten der auf die Platte 2 ausgeübten
Druckkraft zu ermitteln. Die Verstimmung erfolgt durch eine Relativbewegung
quer zur Ausrichtung zwischen der Sender- und Empfängereinheit 19, 20.
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Dieses
Sensorprinzip nutzt die Eigenschaft eines begrenzten Öffnungswinkels
der optischen Bauelemente aus. In der Ruhestellung der Platte 2 ist bereits
die Empfängereinheit 20 leicht versetzt gegenüber
der Sendeeinheit 19 angeordnet. Sender und Empfänger
werden an den Grenzen ihrer Abstrahl- bzw. Empfangskeule zueinander
verschoben, wie 7 zeigt. In diesem Bereich erreicht
der Sensor die höchste Dynamik.
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Wie
die 8 und 9 zeigen, ist die LED 25 auf
einer Senderleiterplatte 27 bzw. am Gehäuserahmen 18 ortsfest
angeordnet und der Fototransistor 26 am freien Ende 10 des
Biegebalkens 4 montiert, wobei der Pfeil die Bewegungsrichtung
der Empfängereinheit 20 zeigt. Der Fototransistor 26 ist auf
einer Empfängerleiterplatte 28 angeordnet. Ein optimaler
Abstand d1 zwischen LED 25 und Fototransistor liegt im
Millimeterbereich, wobei der Versatz zwischen LED und Fototransistor
d2 bei Nulllage von 1,5 mm mit einem großen Toleranzbereich
günstig ist. Ein seitlicher Versatz zwischen LED und Fototransistor
sollte klein sein und liegt im Bereich üblicher Fertigungstoleranzen.
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In 10 ist
eine Ausgangsspannung U der Parallelverschiebung d der Empfängereinheit 20 dargestellt,
wobei mehrere LED-Ströme getestet worden sind. Bei 0,00
stehen sich Sender und Empfänger genau gegenüber,
so dass eine maximale Ausgangsspannung vorhanden ist. Bewegt sich
die Empfängereinheit aus der Mitte in z-Richtung, dann
nimmt die Ausgangsspannung ab. Wie die Kurve zeigt, sind etwa lineare
Arbeitsbereiche A und B vorhanden, bei der die Ausgangsspannung
etwa proportional zur Verschiebung d ist. Daher wird vorzugsweise
ein im Wesentlichen linearer Arbeitsbereich A oder B einer Verstimmungskurve
der Sensoreinheit zur Ermittlung von Lagekoordinaten ausgewertet.
Voraussetzung für diese Linearität ist eine Symmetrie
der Richtcharakteristik der beiden optischen Bauelemente, also der
Sendeeinheit 19 und der Empfängereinheit 20. Vorzugsweise
haben daher beide Elemente gleiche Richtcharakteristik, wie 7 zeigt.
Möglich sind auch Linsen zur Veränderung dieser
Richtcharakteristik.
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Wie 11 veranschaulicht
ist die LED 25 als Diode D1 mit einem Vorwiderstand R1
versehen, die an eine Spannung von z. B. VCC anliegen. Der Fototransistor
liegt in Reihe mit einem Emitterwiderstand R2 sowie auch an VCC.
Eine Ausgangsspannung – Output – wird am Emitter
abgegriffen.
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Wie
die 12 und 13 zeigen,
liegt zwischen einer Auslenkung von 0,9 mm bis 1,9 mm ein linearer
Bereich vor, wobei bei einer Touchbedienung nur eine Auslenkung
von 100 μm verarbeitet wird. Die Signaländerung
ist in 13 bei einem typischen LED-Strom
mit gestrichelter Linie eingezeichnet. Diese Figuren zeigen ein
Eingangssignal eines Messverstärkers, während 14 ein
Messverstärker-Ausgangssignal zeigt, das ebenfalls linear
ist. Dessen Ausgangsspannung variiert bei nur 100 μm Auslenkung
des Sensors um 3,3 Volt.
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15 zeigt
eine Regelkreisschaltung. Diese umfasst die Sensorschaltung 29,
die Messverstärkerschaltung 30 und einen Controller 23.
Der Ausgang des einen Differenzverstärker U1 umfassenden Messverstärkers
ist an einem A/D-Eingang des Controllers angeschlossen. Eine Nullpunkteinstellung
erfolgt über den Controller 23 und einen weiteren
Operationsverstärker U2. Liegt keine x-y-Unterbrechung am
Touchscreen 1 vor, regelt der Controller 23 den Messverstärker
so, dass das Ausgangssignal im Nullpunkt liegt. Sobald eine Unterbrechung
am Touchscreen 1 erkannt wird, stoppt die Regelung. Am Verstärkerausgang
des Verstärkers U1 kann dann das verstärkte Sensorsignal
entsprechend der mechanischen Auslenkung des Biegebalkens abgenommen
werden. Vorzugsweise wird ein 10 Bit A/D-Wandler eingesetzt, so
dass eine Auflösung von 100 nm/Bit möglich ist.
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Wie 16 zeigt,
ist es zweckmäßig, dass jede Sensoreinheit einen
Regelkreis mit einer Nullpunkteinstellung umfasst. Ein Messverstärker 21 verstärkt
das Signal der Empfängereinheit 20. Über
einen A/D-Wandler 22 wird das Signal zur weiteren Verarbeitung
in dem Controller digitalisiert. Die mit dem Messverstärker 21 und
dem Controller 23 verbundene Nullpunkteinstellung 24 hält
die gezeigte Messkette automatisch im Arbeitspunkt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Erfassung der Bewegung von Touchscreens
beschränkt. Vielmehr können jede Art von Relativbewegungen
ermittelt werden, beispielsweise Aufzeichnen von Vibrationen, mechanische
Taster und ähnliches.
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- 1
- Touchscreen
- 2
- Platte
- 3
- Frontrahmen
- 4
- Biegebalken
- 5
- TFT-Display
- 6
- Displayträger
- 7
- Blechkragen
- 8
- festes
Ende
- 9
- Schrauben
- 10
- freies
Ende
- 11
- Anschlag
- 12
- Schraubverbindungen
- 13
- Gelenkpunkt
- 14
- Gelenkpunkt
- 15
- Mittelsteg
- 18
- Gehäuserahmen
- 19
- Sendeeinheit
- 20
- Empfängereinheit
- 21
- Messverstärker
- 22
- A/D-Wandler
- 23
- Controller
- 24
- Nullpunkteinstellung
- 25
- LED
- 26
- Fototransistor
- 27
- Empfängerleiterplatte
- 28
- Senderleiterplatte
- 29
- Sensorschaltung
- 30
- Messverstärkerschaltung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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