DE19542407C2 - Koordinateneingabevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Koordinateneingabevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es wurde eine Koordinateneingabevorrichtung der Art vorgeschlagen, bei der ein transparentes Tablett auf der Frontfläche eines Anzeige­ schirms, beispielsweise einer Flüssigkristallanzeige (LCD), einer Katho­ denstrahlröhre (CRT) oder dergleichen angeordnet ist. Mit der Hand wird Information, beispielsweise Zeichen, grafische Symbole oder der­ gleichen, über das Tablett eingegeben, indem ein Eingabegriffel über das Tablett bewegt wird. Außerdem können auf dem Anzeigeschirm darge­ stellte Menüs dadurch ausgewählt werden, daß der Bediener mit einem Finger die betreffende Stelle des Tabletts berührt.

Fig. 11 ist eine schematische Skizze einer Koordinateneingabevorrich­ tung dieser Art. Ein mit T bezeichnetes Tablett besteht aus einem trans­ parenten Widerstandsfilm, der z. B. aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder dergleichen auf der gesamten Oberfläche eines transparenten Unterlagen­ materials hergestellt ist. An Elektroden, welche sich an den vier Ecken des Tabletts T befinden, wird ein konstanter Wechselstrom gelegt. Es sei nun angenommen, daß der Bediener in diesem Zustand eine gewünschte Stelle auf der Oberfläche des Tabletts T mit dem Finger berührt. Basierend auf einer Änderung der Impedanz, die durch das Berühren mit dem Finger hervorgerufen wird, fließt nun ein Strom aus jeder der Elektroden durch den Widerstandsfilm in den Finger. Der von jeder der Elektroden gezogene, detektierte Strom ändert sich abhängig von dem Abstand, den der Finger von den vier Ecken des Tabletts T hat. Damit lassen sich die Koordinaten (X, Y) des mit dem Finger berührten Punkts durch folgende Gleichung bestimmen, wenn die zwei die entgegengesetzten Elektrodenpaare verbindenden Linien als X- bzw. Y-Achsen bezeichnet werden:

X = i₁/(i₁ + i₃)

Y = i₂/(i₂ + i₄)

Wurde gemäß obiger Beschreibung der Eingabevorgang mit Hilfe des Fingers der Bedienungsperson vorgenommen, so soll nun der Fall be­ trachtet werden, daß die Bedienungsperson einen Eingabegriffel hält, der über ein Kabel mit einer Haupteinheit gekoppelt ist. Die leitende Griffel­ spitze am vorderen Ende des Griffels wird in Berührung mit einer gewünschten Stelle auf der Oberfläche des Tabletts T gebracht. Es fließt dann ein Strom von jeder der Elektroden über den Widerstandsfilm und den Eingabegriffel in die Haupteinheit. Der von jeder der Elektroden gezogene, detektierte Strom schwankt abhängig von dem Abstand, den der Eingabegriffel von jeder der vier Ecken des Tabletts T hat. Die Koordinaten (X, Y) des mit dem Griffel bezeichneten Punkts lassen sich also auf der Grundlage des von jeder der Elektroden gezogenen Stroms ermitteln.

Allerdings gibt es bei dieser bekannten Koordinateneingabevorrichtung einige Probleme: möglicherweise befindet sich Fremdstoff, beispiels­ weise Schmutz, Feuchtigkeit oder Fett an der Spitze des Eingabegriffels bzw. des Fingers oder auf der Oberfläche des Widerstandsfilms des Tabletts T, so daß es schwierig ist, die Koordinaten des durch den Grif­ fel bzw. den Finger bezeichneten Punkts mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, wenn das Ermitteln der Koordinaten überhaupt möglich ist. Außerdem beeinträchtigt die Notwendigkeit, den Eingabegriffel mit der Haupteinheit über ein Kabel zu verbinden, die Bedienungsfreundlichkeit der Vorrichtung, und außerdem wird durch externes Rauschen der Rauschabstand verringert.

Aus der US 4 670 627 ist eine Koordinateneingabevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei dieser bekannten Koordinaten­ eingabevorrichtung erfolgt die Eingabe mit einem Griffel über einem Feld von Leseleitungen, die in X-Richtung und in Y-Richtung verlaufen.

Die US 4 686 332 zeigt eine Koordinateneingabevorrichtung mit in einen Bildschirm eingelassenen X- und Y-Elektroden, wobei die Koordinaten­ eingabe sowohl mit Hilfe eines Fingers als auch mit Hilfe eines Griffels möglich ist. Zur Koordinateneingabe mittels Finger werden die beiden Kapazitäten zweier benachbarter Elektroden in Bezug auf die Bild­ schirmoberfläche gemessen. Befindet sich an einer Stelle die Finger­ spitze eines Benutzers auf der Bildschirmoberfläche, haben die beiden Kapazitäten zwischen der ersten Elektrode und der Fingerspitze einer­ seits und der zweiten, benachbarten Elektrode und der Fingerspitze andererseits unterschiedliche Werte, und diese beiden Kapazitätswerte haben auch andere Werte als die Kapazitäten zwischen den einzelnen Elektroden entfernt von der Fingerspitze und der Bildschirmoberfläche. Hieraus lassen sich Koordinaten für die Stelle der Fingerspitze ermitteln.

Praktisch unabhängig von dieser Koordinatenerfassung erfolgt gemäß der US '332 auch eine Koordinatenerfassung durch einen mit einem Empfän­ ger ausgestatteten Griffel. Bei der Eingabeart mittels Griffel senden die Elektroden sequentiell Signale, die von einer an der Spitze des Griffels befindlichen Empfängerspule aufgenommen werden. Diese Empfangs­ signale werden dann ausgewertet. Die Verwendung der Elektroden als "Empfänger" in der einen, als "Sender" in der anderen Betriebsart ist aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Koordinateneingabevorrichtung an­ zugeben, die bei einfachem Aufbau einen Eingabevorgang von Koor­ dinaten mit hoher Genauigkeit entweder mit Hilfe des Fingers einer Bedienungsperson oder mit Hilfe eines Eingabegriffels gestattet.

Durch die Erfindung soll eine Koordinateneingabevorrichtung geschaf­ fen werden, die einfach aufgebaut ist und die bei dem Detektieren der Eingabestelle eine sehr hohe Genauigkeit erzielt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung.

Bei der Koordinateneingabevorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Aufbau kann die Umschalteinrichtung die von jeder der Elektroden abgegebene Spannung mit einer Bezugsspannung vergleichen, um auf diesen Vergleich hin die erste Koordinaten-Detektiereinrichtung aus­ zuwählen, wenn die Ausgangsspannung gegenüber der Bezugsspannung erhöht ist, um aber die zweite Koordinaten-Detektiereinrichtung aus­ zuwählen, wenn die Ausgangsspannung relativ zu der Bezugsspannung geringer ist.

Beispielsweise bestimmt sich das Ausmaß der Versetzung L zwischen dem Eingabegriffel zu der dem Griffel am nächsten liegenden Elektrode in der Richtung, in der die Elektroden nebeneinander angeordnet sind, gemäß folgender Gleichung:

L = P(V₁V₂ - V₁V₃)/2(V₁V₃ + V₁V₂ - 2V₂V₃)

wobei P der Abstand zwischen den Elektroden, V₁ die Spannung ist, die von der Elektrode mit der größten Anlegespannung ausgegeben wird, und V₂ und V₃ die Spannungen sind, die von den beiden Elektroden abgegeben werden, die der die größte Spannung V₁ (V₂ ≧ V₃) erzeugen­ den Elektrode am nächsten liegen. Dieses Ausmaß L der Versetzung wird zu den Koordinaten der Elektrode addiert, die dem Eingabegriffel am nächsten liegt, wodurch die Koordinaten des von dem Griffel be­ zeichneten Punkts festgestellt werden können.

Wird hingegen der Finger der Bedienungsperson für den Eingabevorgang der Koordinaten verwendet, so wird die zweite Koordinaten-Detektier­ einrichtung von der Umschalteinrichtung ausgewählt, und der Finger wird in Berührung mit einer gewünschten Stelle auf dem Tablett ge­ bracht. Dann wird eine Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz selektiv über die Kapazität an den X- und Y-Elektroden an eine der X- und Y-Elektroden des Tabletts durch die Impulsgeneratoreinrichtung angelegt. Diese Kapazität nimmt beim Berühren mit dem Finger ab, wodurch sich die Koordinaten des von dem Finger bezeichneten Punkts aus der kleinsten Spannung ermitteln lassen.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches den schemati­ schen Aufbau einer Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Koordinateneingabevorrichtung zeigt;

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines Tabletts für die in Fig. 1 gezeigte Koordinateneingabevorrichtung;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des in Fig. 2 dargestellten Tabletts;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Eingabegrif­ fels für die in Fig. 1 gezeigte Koordinateneinga­ bevorrichtung;

Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm für den in Fig. 4 gezeigten Eingabegriffel;

Fig. 6 veranschaulicht den Betrieb der Eingabevorrichtung beim Feststellen der Stelle des Eingabegrif­ fels;

Fig. 7 zeigt die Lagebeziehung zwischen dem Eingabe­ griffel und drei Elektroden;

Fig. 8 ist ein Diagramm, welches die Lagebeziehung zwischen den drei Elektroden und deren Aus­ gangsspannungen zeigt;

Fig. 9A und 9B zeigen den Betrieb der Eingabevorrichtung zum Erfassen der Stelle des Fingers der Bedienungs­ person;

Fig. 10 ist ein Diagramm, welches die theoretischen Werte und die aktuellen Meßwerte der Ausgangs­ spannungen vergleicht; und

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht einer konventionel­ len Koordinateneingabevorrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein Tablett 1, einen Eingabegriffel 2 und den Finger 3 einer Bedienungsperson. Das Tablett 1 befindet sich auf der Frontfläche einer Flüssigkristallanzeige (LCD) 30 und eines (nicht gezeigten) Schirms einer Kathodenstrahlröhre und läßt sich dazu benutzen, Koordinaten entweder mit Hilfe des Eingabegriffels 2 oder mit Hilfe des Fingers 3 der Bedienungsperson einzugeben. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird das Tablett 1 dadurch hergestellt, daß man folgende drei Elemente über­ einanderstapelt: ein transparentes Glassubstrat 6 mit mehreren X-Elek­ troden 4 (X₁, X₂, ... X_n) und mehreren Y-Elektroden 5 (Y₁, Y₂, ... Y_n), die aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder dergleichen gebildet sind und einander kreuzen; einen transparenten Schutzfilm 7 auf der Oberseite des Glassubstrats 6; und einen transparenten Abschirmungsfilm 8, der sich auf der Bodenfläche der Glasschicht 6 befindet. Der Schutzfilm 7 hat die Aufgabe, die X-Elektroden 4 zu schützen und außerdem das Lesen der Handaufzeichnung mit Hilfe des Griffels 2 zu verbessern. Der Schutz­ film 8 dient dazu, den Eintritt von Rauschsignalen in die Flüssigkristall­ anzeige 3 zu verhindern. Die X-Elektroden 4 und die Y-Elektroden 5 sind jeweils aus transparentem leitenden Material hergestellt, z. B. ITO oder dergleichen. Die X-Elektroden 4 sind auf der Oberseite des Glas­ substrats 6 mit gleichmäßigem Abstand P angeordnet, während die Y- Elektroden 5 auf der Bodenfläche des Glassubstrats 6 ebenfalls mit gleichmäßigen Abständen P angeordnet sind. Die X- und die Y-Elek­ troden 4 und 5 sind in Form einer Matrix auf dem Glassubstrat 6 angeordnet.

Erneut auf Fig. 1 bezugnehmend, ist ein X-Koordinaten-Multiplexer 9 an einem Ende jeder der X-Elektroden 4 angeschlossen. An den X-Koor­ dinaten-Multiplexer 9 ist ein Analogschalter 10 angeschlossen. Der Analogschalter 10 besitzt einen ersten Kontakt 10a und einen zweiten Kontakt 10b. Mit dem ersten Kontakt 10a ist eine Oszillatorschaltung 11 verbunden, während mit dem zweiten Kontakt 10b über eine Verstärker­ schaltung 12 und eine Filterschaltung 13 ein Analog-/Digital-Umsetzer (ADU) 14 verbunden ist. Der ADU 14 ist außerdem mit einer CPU 15 verbunden. Diese zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 15 enthält die folgenden Einbauteile: eine Spannungsdetektoreinrichtung zum Ermitteln der Elektrode, die sich in der größten Nähe des Punkts befindet, auf den der Eingabegriffel 2 oder der Finger 3 der Bedienungsperson weist, basierend auf den Ausgangsdaten von dem ADU 14; eine Berechnungs­ einrichtung zum Berechnen des Versatzes oder Abstands zwischen dem Eingabegriffel 2 und der nächstliegenden Elektrode gemäß Gleichungen, die unten noch ausführlich erläutert werden; und eine Schalteinrichtung zum Umschalten des Analogschalters 10 zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt 10a und 10b. Die Koordinaten eines Punkts, auf den durch den Eingabegriffel 2 oder den Finger 3 der Bedienungsperson gezeigt wird, und die von der CPU 15 berechnet wurden, werden an einen Host-Computer 16 ausgegeben.

Andererseits ist mit einem Ende jeder der Y-Elektroden 15 ein Y-Koor­ dinaten-Multiplexer 17 verbunden, und der ADU 14 ist über eine Ver­ stärkerschaltung 18 und eine Filterschaltung 19 mit dem Y-Koordinaten- Multiplexer 17 verbunden. Die Schaltungskomponenten sind an der Peripherie des Glassubstrats 6 außerhalb des Bereichs der X- und Y- Elektroden 4 und 5 angeordnet und sind über ein (nicht gezeigtes) Kabel mit dem Host-Computer 16 verbunden.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, hat der Eingabegriffel 2 die Form eines Röhr­ chens und kann von der Hand einer Bedienungsperson gehalten und manipuliert werden. Der Griffel enthält tablettenförmige Batterien 20 und eine Schaltungsplatine 21. Am vorderen Ende des Eingabegriffels 2 befindet sich eine leitende Griffelspitze 22, die von einer Feder 23 derart gehalten wird, daß sie in den Griffel 2 hinein und aus dem Griffel heraus rutschen kann. Eine Isolierkappe 24 bedeckt den Umfang der Griffelspitze 22. An der Schaltungsplatine 21 sind Schaltungskomponen­ ten angeordnet, die die in Fig. 5 gezeigte Oszillatorschaltung 25 bilden. Ein metallisches Abschirmteil 26 schirmt den Umfang der Schaltungs­ platine 21 ab. Die Oszillatorschaltung 25 ist einfach durch eine Spule, einen Transistor geringer Leistung und dergleichen gebildet und wird durch die Batterien 20 gespeist. Ein Schalter 27 liegt zwischen der Oszillatorschaltung 25 und den als Knöpfe oder Tabletten ausgebildeten Batterien 20. Die beiden feststehenden Kontakte 27a und 27b des Schal­ ters 27 sind fest an der Schaltungsplatine 21 ausgebildet, während ein beweglicher Kontakt 27c sich an der Griffelspitze 22 befindet. Wenn der Eingabegriffel 2 nicht benutzt wird, wird die Griffelspitze 22 von der Feder 23 derart nach außen vorgespannt, daß der bewegliche Kontakt 27c von den feststehenden Kontaktstücken 27a und 27b abgehoben ist, wodurch der Schalter 27 ausgeschaltet und die Oszillatorschaltung 25 im Ruhezustand ist. Wenn hingegen der Griffel 2 bei der Benutzung gegen das Tablett 1 gedrückt wird, drückt die Griffelspitze 22 gegen die Feder 23 und gleitet etwas zurück, wodurch der bewegliche Kontakt 27c in Berührung mit den feststehenden Kontakten 27a und 27b gebracht wird. Dies schaltet den Schalter 27 ein und setzt die Oszillatorschaltung 25 in Betrieb, wodurch eine Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz vom vorderen Ende der Griffelspitze 22 abgegeben wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der den oben erläuterten Aufbau aufweisenden Koordinateneingabevorrichtung beschrieben. Zunächst wird erläutert, was geschieht, wenn der Eingabegriffel 2 verwendet wird, um Koordinaten einzugeben.

Die Bedienungsperson hält den Eingabegriffel 2 mit der Hand und drückt die Griffelspitze 22 des Griffels 2 gegen die gewünschte Stelle auf dem Tablett 1, entweder direkt oder durch ein (nicht gezeigtes) Blatt. Dieser Vorgang setzt die Oszillatorschaltung 25 in dem Eingabe­ griffel 2 in Gang, so daß sie eine Spannung bei einer vorbestimmten Frequenz am vorderen Ende der Griffelspitze 22 abgibt.

Der an dem Tablett 1 angebrachte Analogschalter wurde zwischenzeit­ lich entsprechend einem von der in der CPU 15 enthaltenen Schaltvor­ richtung kommenden Signal auf den zweiten Kontakt 10b gelegt (der Schaltvorgang wird weiter unten noch näher erläutert). In diesem Zu­ stand betätigt die CPU 15 den X-Koordinaten-Multiplexer 9, um ihn zu veranlassen, sequentiell die Schalter SW₁ bis SW_n einzuschalten. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, gelangt dann eine Wechselspannung von dem Griffel 2 an die jeweiligen X-Elektroden 4 (X₁, X₂, . . . X_n), und zwar kapazitiv. Da die angelegte Spannung seitens des Griffels 2 sich nach Maßgabe der Kapazität zwischen der Griffelspitze 22 und jeder X-Elektrode 4 ändert, d. h. abhängig von dem Abstand zwischen der Griffelspitze 22 und der jeweiligen X-Elektrode 4, ändert sich auch die Ausgangsspannung ab­ hängig von dem Abstand zwischen der X-Elektrode 4 und der Griffel­ spitze 22. Nachdem die von der X-Elektrode 4 abgenommene Spannung in der Verstärkerschaltung 12 verstärkt wurde, sind ihre Rauschanteile entfernt, und das Signal wird von der Filterschaltung 13 in ein Gleich­ stromsignal umgesetzt. Dann wird das Gleichstromsignal in dem ADU 14 digitalisiert, und die digitalen Daten werden dann in die CPU 15 eingelesen.

Die in der CPU 15 enthaltene Spannungs-Detektiereinrichtung bestimmt diejenige X-Elektrode 4, die sich am nächsten bei dem Eingabegriffel 2 befindet, und zwar basierend auf den von dem ADU 14 gelieferten Ausgangsdaten, und sie sendet außerdem an die Berechnungseinrichtung die drei Spannungen, die an die nächsten X-Elektrode 4 und die beiden dieser benachbarten X-Elektroden 4 gelegt werden. Die Berechnungsein­ richtung berechnet dann auf der Grundlage dieser drei Ausgangsspannun­ gen die Versetzung oder die Entfernung des Griffels 2 von der nächst­ gelegenen X-Elektrode 4.

Genauer gesagt: wenn die Spitze 22 des Eingabegriffels 2 sich in einer Relation zu den drei aufeinanderfolgenden X-Elektroden 4 (im folgenden als Elektrode A, Elektrode B und Elektrode C bezeichnet) befindet, wie dies in Fig. 7 skizziert ist, so lassen sich die Ausgangssignale von den Elektroden A, B und C darstellen durch die größte Spannung V₁, die von der Elektrode B abgegriffen wird, die kleinere Spannung V₂ von der Elektrode A, und die kleinste Spannung V₃ von der Elektrode C, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die folgenden theoretischen Spannungen, die von den jeweiligen Elektroden A, B und C abgenommen werden, werden basierend auf der Theorie, daß diese Spannungen umgekehrt proportional zum Quadrat der Abstände der jeweiligen Elektrode von der Griffelspitze 22 sind, folgendermaßen definiert:

Spannung von Elektrode A = V₂ = K/r₁ ² = K/[H² + (P - L)²] (1)

Spannung von Elektrode B = V₁ = K/r₂ ² = K/[H² + L²] (2)

Spannung von Elektrode C = V₃ = K/r₃ ² = K/[H² + (P + L)²] (3)

wobei r₁ den Abstand der Elektrode A von der Griffelspitze 22, r₂ den Abstand der Elektrode B von der Griffelspitze 22, r₃ den Abstand der Elektrode C von der Griffelspitze 22, H den Abstand zwischen der Griffelspitze 22 und der die Oberseiten der Elektroden definierenden Ebene, L den Versatz der Griffelspitze 22 gegenüber der in der Elek­ trodenfläche liegenden Elektrode B, P den Abstand oder die Schrittweite zwischen den X-Elektroden 4 und K eine Konstante bezeichnen.

Die obigen Simultangleichungen (1) bis (3) werden folgendermaßen gelöst, um den Versatz L der Griffelspitze 22 zu ermitteln:

L = P(V₁V₂ - V₁V₃)/2(V₁V₃ + V₁V₂ - 2V₂V₃) (4)

Die Gleichung (4) zeigt, daß der Versatz L der Griffelspitze 22 be­ stimmt werden kann durch lediglich die bekannte Schrittweite P und die Spannung V₁, V₂ und V₃, die von den jeweiligen Elektroden A, B und C abgegeben werden, ohne daß der senkrechte Abstand H berücksichtigt wird, unabhängig davon, wie der Eingabevorgang erfolgt, d. h., ob die Eingabe manuell durch direktes Andrücken des Griffels 2 an den Schutz­ film 7 des Tabletts 1 erfolgt, oder dadurch, daß der Griffel 2 auf ein Blatt, beispielsweise Zeichnungspapier oder dergleichen gedrückt wird, welches auf das Tablett 1 aufgelegt wird.

Bei einem Vergleich des durch die Gleichung (4) definierten theoreti­ schen Werts mit dem tatsächlichen Meßwert ergibt sich, daß die beiden Werte im wesentlichen miteinander übereinstimmen, wie dies durch die Kurven in Fig. 10 veranschaulicht ist. In Fig. 10 repräsentiert die ver­ tikale Achse die Ausgangsspannung, die horizontale Achse gibt den Abstand X von dem Punkt 0 auf dem Tablett 1 an, auf den der Eingabe­ griffel 2 zeigt. Fig. 10 zeigt deutlich, daß das Ausmaß der Versetzung L des Griffels 2 gemäß Gleichung (4) korrekt erfaßt werden kann. Auch ist die Berechnung der Gleichung (4), bei der es sich um eine lineare Funktion handelt, sehr einfach, was die Belastung der CPU 15 verrin­ gert.

Das Erfassen der Koordinate in Y-Achsen-Richtung eines von dem Eingabegriffel 2 bezeichneten Punkts läßt sich in ähnlicher Weise durch­ führen wie das Erfassen in der X-Achsen-Richtung. In diesem Fall steuert die CPU 15 den Y-Koordinaten-Multiplexer 17 an und veranlaßt ihn, sequentiell die Schalter SW₁ bis SW_n einzuschalten. Dann werden gemäß Fig. 6 die Spannungen an die jeweiligen Y-Elektroden 5 (Y₁, Y₂, . . . Y_n) entsprechend dem Abstand zwischen der Griffelspitze 22 und jeder der Y-Elektroden 5 angelegt. Nach Verstärkung in der Verstärker­ schaltung 18 gelangen die Spannungen durch die Filterschaltung 19 und werden in dem ADU 14 digitalisiert. Die digitalen Daten werden dann in die CPU 15 eingelesen. Die CPU 15 stellt die Y-Elektrode 5 fest, die sich am nächsten bei dem Eingabegriffel 2 befindet, und sie stellt außer­ dem die Y-Koordinate fest, die von dem Eingabegriffel 2 angegeben wird, indem die Gleichung berechnet wird, die der Gleichung (4) ähnelt. Nach dem Ermitteln der Koordinaten in Richtung der X- und Y-Achsen des von dem Griffel 2 bezeichneten Punkts in der oben beschriebenen Weise sendet die CPU 15 diese Positionsinformation an den Host- Computer 16 und ermöglicht eine Anzeige in Form eines Diagramms oder dergleichen, welches die Bewegung des Griffels 2 darstellt, auf dem (nicht gezeigten) Kathodenstrahlröhren-Bildschirm.

Im folgenden wird der Fall erläutert, daß die Bedienungsperson den Finger 3 benutzt, um eine Koordinateneingabe vorzunehmen. In diesem Fall wurde der Analogschalter 10 auf den ersten Kontakt 10a gelegt, angesteuert durch ein Signal von der in der CPU 15 enthaltenen Schalt­ einrichtung, so daß die Oszillatorschaltung 11 an den X-Koordinaten- Multiplexer 9 angeschlossen wird. In diesem Zustand steuert die CPU 15 den X-Koordinaten-Multiplexer 9 und den Y-Koordinaten-Multiplexer 17 an. Sie schaltet außerdem den für den X-Multiplexer 9 vorgesehenen Schalter SW₁ ein, und schaltet dann nacheinander die Schalter SW₁ bis SW_n ein, die für den Y-Multiplexer 17 vorgesehen sind. Anschließend schaltet die CPU 15 in ähnlicher Weise jeden der Schalter SW₂ bis SW_n für den X-Multiplexer 9 und dann jeweils hintereinander die Schalter SW₁ bis SW_n für den Y-Multiplexer 17 ein. Durch diesen Schaltbetrieb werden Schwingungs-Wellenformen in die jeweiligen X-Elektroden 4 (X₁, X₂, . . . X_n) von der Oszillatorschaltung 11 eingegeben, wodurch die Spannungen an die jeweiligen X-Elektroden 4 und Y-Elektroden 5 (Y₁, Y₂, . . . Y_n), die unter den X-Elektroden 4 liegen, über die Kapazität C₁ gelegt werden, wie dies in Fig. 9A dargestellt ist.

Unter diesen Bedingungen wird gemäß Fig. 9B der Finger 3 einer Be­ dienungsperson gegen eine gewünschte Stelle auf dem Tablett 1 ge­ drückt, so daß elektrische Feldlinien teilweise in den Finger 3 gelenkt werden. Dies verringert die Kapazität C₁ zwischen den X- und Y-Elek­ troden 4 und 5 auf einen Kapazitätswert C₂, und aufgrund dieser Kapa­ zitätsänderung wird die Spannung von den Y-Elektroden 5 ausgegeben. In ähnlicher Weise wie bei der Erfassung der Koordinaten in Y-Richtung bei Ansetzen des Eingabegriffels 2, was oben erläutert wurde, gelangt die Ausgangsspannung von den Y-Elektroden 5 durch die Verstärker­ schaltung 18 und die Filterschaltung 19 und wird in dem ADU 14 digi­ talisiert. Die digitalen Daten werden in die CPU 15 eingelesen. Die Spannungs-Detektiereinrichtung innerhalb der CPU 15 stellt auf der Grundlage der von dem ADU 14 abgegebenen Daten diejenige Y-Elek­ trode 5 fest, die die kleinste Spannung erzeugt, außerdem die entspre­ chende X-Elektrode 4, um dadurch die Koordinaten in X- und Y-Rich­ tung des mit dem Finger 3 bezeichneten Punkts zu ermitteln. Anschlie­ ßend sendet die CPU diese Positionsinformation an den Host-Computer 16 und wählt aus den auf dem LCD-Schirm dargestellten Menüs dasje­ nige Menü aus, welches der von dem Finger 3 bezeichneten Stelle ent­ spricht.

Der oben angesprochene Analogschalter 10 kann automatisch umgeschal­ tet werden zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt 10a und 10b zu jeweils vorbestimmter Zeit im Simultanbetrieb oder Zeitsharing- Betrieb, so daß das Umschalten regulär innerhalb der CPU 15 zwischen der Spannungsdetektiereinrichtung für den Eingabegriffel 2 und der Detektiereinrichtung für den Finger 3 erfolgt. Wenn dieser Schaltvor­ gang des Analogschalters 10 mit einer Geschwindigkeit von einigen Millisekunden im Zeitsharing-Betrieb durchgeführt wird, und der Abtast­ vorgang durch die X- und Y-Multiplexer 9 und 17 mit einer Geschwin­ digkeit von einigen µs durchgeführt wird, läßt sich die Datenübertragung zu dem Host-Computer 16 innerhalb einer Zeiteinheit von nur wenigen Millisekunden durchführen. Damit steht der Umschaltvorgang des Ana­ logschalters 10 im Zeitsharing-Betrieb nicht der korrekten Erfassung der Koordinaten eines Punkts entgegen, auf den entweder mit dem Eingabe­ griffel 2 oder mit dem Finger 3 gezeigt wird.

Alternativ kann der Umschaltvorgang des Analogschalters 10 nach fol­ gendem Verfahren durchgeführt werden. Ein (nicht gezeigter) Startschal­ ter zum In-Betrieb-Setzen des Tabletts 1 kann eingeschaltet werden, wobei automatisch dann der Analogschalter 10 auf den ersten Kontakt 10a gelegt wird. Anschließend kann die CPU 15 basierend auf den Ausgabedaten seitens des ADU 14 ermitteln, ob die an die Y-Elektroden 5 angelegte Spannung sich in bezug auf die Referenzspannung erhöht oder verringert hat. Die CPU 15 stellt fest, daß der Eingabegriffel 2 gegen das Tablett 1 gedrückt wurde, wenn die an die Y-Elektroden 5 angelegte Spannung in bezug auf die Referenzspannung erhöht wurde, so daß dann die Erfassung der Koordinaten eines von dem Griffel 2 be­ zeichneten Punkts erfolgt. Wenn nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne keine Änderung der Spannung erfolgt, schaltet die CPU 15 automatisch den Analogschalter 10 auf den zweiten Kontakt 10b. Außer­ dem stellt die CPU 15 fest, daß der Finger 3 das Tablett 2 berührt hat, wenn die an die Y-Elektroden 5 gelegte Spannung in bezug auf die Referenzspannung abgenommen hat, so daß dann das Detektieren der Koordinaten eines Punkts durchgeführt wird, auf den mit dem Finger 3 gezeigt wird.

Die vorliegende Ausführungsform wurde lediglich als Beispiel erläutert. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispiels­ weise können die Koordinaten eines durch den Eingabegriffel 2 bezeich­ neten Punkts gemäß einer anderen als der Gleichung (4) erfaßt werden, und zwar auf der Grundlage der Ausgangsspannungen von mehreren X- Elektroden 4 und Y-Elektroden 5.

Der bei dieser Ausführungsform verwendete Aufbau des Tabletts 1 ist nicht der einzig mögliche Aufbau. Beispielsweise können die X-Elek­ troden 4, anstatt auf der Oberseite des Glassubstrats 6 ausgebildet zu sein, auf der Bodenseite des Schutzfilms 7 ausgebildet sein. Alternativ können sämtliche X- und Y-Elektroden 4 und 5, der Schutzfilm 7 und die Abschirmungsschicht 8 durch ein Druck- oder Schichtbildungsver­ fahren, beispielsweise das CVD-Verfahren oder dergleichen gebildet werden. Der Schaltvorgang des Analogschalters 10 kann auch von Hand vorgenommen werden.

Die Oszillatorschaltung 11 für das Tablett 1 kann weggelassen werden, wenn der Eingabevorgang nur mit Hilfe eines Eingabegriffels 2 erfolgen soll.

Die Erfindung schafft folgende Vorteile:

Die Positionsinformation des gegen das Tablett gedrückten Eingabegrif­ fels läßt sich durch die nachfolgende Prozedur ermitteln. An jede Elek­ trode des Tabletts wird von dem ein Oszillatorsignal liefernden Griffel über die Kapazität eine Spannung angelegt, wodurch die Koordinaten des von dem Griffel bezeichneten Punkts basierend auf der Ausgangsspan­ nung ermittelt werden, die sich entsprechend dem Abstand zwischen Griffel und der jeweiligen Elektrode ändert. Andererseits läßt sich die Positionsinformation des das Tablett berührenden Fingers der Bedie­ nungsperson durch folgende Prozedur ermitteln: die eine vorbestimmte Frequenz aufweisende Spannung wird sequentiell an eine der X- und Y- Elektroden des Tabletts mit Hilfe einer Impulsgeneratoreinrichtung angelegt. Dann ändert sich die Spannung an den X- und Y-Elektroden aufgrund der sich verringernden Kapazität, weil der Finger das Tablett berührt. Entsprechend dieser Änderung der angelegten Spannung lassen sich die Koordinaten des von dem Finger bezeichneten Punkts ermitteln. Bei dieser Ausgestaltung lassen sich die Koordinaten eines entweder mit dem Eingabegriffel oder mit einem Finger bezeichneten Punkts mit hoher Genauigkeit ohne Beeinflussung durch Schmutz, Feuchtigkeit und Fett ermitteln. Außerdem kann ein Kabel für den Eingabegriffel entfal­ len, was die Handhabbarkeit verbessert.

Wenn die Schalteinrichtung auf der Grundlage des Vergleichs der von jeder Elektrode abgegebenen Spannung mit einer Referenzspannung betätigt wird, oder wenn die Schalteinrichtung im Zeitsharing-Betrieb derart angesteuert wird, daß eine Auswahl zu jeder vorbestimmten Zeit erfolgt, so wird automatisch festgestellt, ob der Eingabegriffel oder der Finger als Hinweiswerkzeug eingesetzt wird. Auf der Grundlage dieser Feststellung werden die Koordinaten eines entweder mit dem Eingabe­ griffel oder mit einem Finger bezeichneten Punkts festgestellt. In jedem Fall wird der Betrieb vereinfacht.

Die Positionsinformation des gegen das Tablett gedrückten Eingabegrif­ fels läßt sich mit höherer Genauigkeit aufgrund einer eine lineare Funk­ tion darstellenden Gleichung berechnen, indem nur Faktoren wie die von den drei Elektroden gelieferten Ausgangsspannungen und ein gegebener Elektrodenabstand herangezogen werden, unabhängig von der Entfernung zwischen dem Griffel und dem Tablett. Dadurch ist es möglich, eine Koordinateneingabevorrichtung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau besitzt und bei der die Belastung der CPU gering ist, obschon eine sehr hohe Präzision bei der Positionserfassung möglich ist.

Claims (5)

1. Koordinateneingabevorrichtung, umfassend:
ein Tablett (1), welches durch Übereinanderlegen mehrerer mit jeweils gleichen Abständen in Form einer Matrix angeordneten X- Elektroden (4) und Y-Elektroden (5) unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht gebildet wird;
eine erste Koordinaten-Detektiereinrichtung (25, 12, 18, 15) zum Erfassen einer von einem Eingabegriffel (2) bezeichneten Stelle auf dem Tablett (1);
wobei die erste Koordinaten-Detektiereinrichtung eine erste Impulsgeneratoreinrichtung (25) besitzt, die in dem Eingabegriffel (2) enthalten ist, um Impulse mit einer vorbestimmten Frequenz an die X- und Y-Elektroden zu liefern, eine erste Spannungs- Detektiereinrichtung (12, 13, 18, 19) aufweist zum Nachweisen einer an jede der Elektroden (4, 5) durch den Eingabegriffel (2) gelegten Spannung, und eine erste Berechnungseinrichtung (15) besitzt, um Koordinaten der von dem Eingabegriffel (2) bezeichne­ ten Stelle basierend auf der von der ersten Spannungs- Detektiereinrichtung (12, 13, 18, 19) nachgewiesenen Spannung zu berechnen,
gekennzeichnet durch
eine zweite Koordinaten-Detektiereinrichtung (11, 18, 19) zum Erfassen der von einem Finger (3) bezeichneten Stelle auf dem Tablett (1); und
eine Umschalteinrichtung (10, 15) zum Auswählen der ersten oder der zweiten Koordinaten-Detektiereinrichtung,
wobei die zweite Koordinaten-Detektiereinrichtung eine zweite Impulsgeneratoreinrichtung (11) aufweist, um eine vorbestimmte Frequenz aufweisende Impulse sequentiell an eine der X- und Y- Elektroden (4, 5) zu legen, eine zweite Spannungs- Detektiereinrichtung (18, 19) aufweist, um eine durch Kapazitätsänderung bedingte Änderung der Spannung an den Y- und X-Elektroden festzustellen, die durch Berührung mit dem Finger hervorgerufen wurde, und eine zweite Berechnungseinrichtung (15) aufweist, um Koordinaten der von dem Finger (3) bezeichneten Stelle anhand der von der zweiten Spannungs-Detektiereinrichtung nachgewiesenen Spannung zu berechnen,
wobei die erste und die zweite Detektiereinrichtung gemeinsam verwendete Komponenten (14, 15) aufweisen, die erste und die zweite Berechnungseinrichtung (15) als gemeinsamer Berechungs- und Steuerteil ausgebildet sind und die Umschalteinrichtung (10, 15) von einem Signal aus dem Berechnungs- und Steuerteil betätigt wird.

2. Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der gemeinsame Berechnungs- und Steuerteil die von jeder der Elektroden (4, 5) ausgegebene Spannung mit einer Referenzspannung vergleicht und auf diesen Vergleich hin die erste Koordinaten-Detektiereinrichtung auswählt, wenn die Ausgangsspannung in bezug auf die Referenzspannung zugenommen hat, und die zweite Koordinaten-Detektiereinrichtung auswählt, wenn die Ausgangsspannung in bezug auf die Referenzspannung abgenommen hat.

3. Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Umschalteinrichtung im Zeitsharing-Betrieb angesteuert und zu jeweils einer vorbestimmten Zeit umgeschaltet wird, um auszuwählen zwischen der ersten und der zweiten Koordinaten- Detektiereinrichtung.

4. Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Isolierschicht des Tabletts (1) durch ein Glassubstrat (6) gebildet wird, während die X- und Y-Elektroden (4, 5) des Tabletts (1) jeweils aus transparentem Material bestehen, und das Tablett (1) über einen transparenten Schutzfilm (8) auf eine Flüssigkristallanzei­ ge gelegt ist.

5. Koordinateneingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Berechnungseinrichtung (15) einen Versatz (L) der angegebenen Koordinate gegenüber einer maximale Spannung (V₁) liefernden Elektrode aus folgender Formel berechnet:
L = P(V₁V₂ - V₁V₃)/2(V₁V₃ + V₁V₂ - 2V₂V₃)
in der P den Elektrodenabstand, V₁ die maximale Spannung, V₂ und V₃ die Spannungen an den Elektroden benachbart zu der Elektrode der maximalen Spannung bedeuten.