DE2939388A1

DE2939388A1 - Aufnehmer fuer digitizer

Info

Publication number: DE2939388A1
Application number: DE19792939388
Authority: DE
Inventors: Henry T Hetzel
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1978-10-17
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1980-04-30
Also published as: US4194084A; GB2034975A; GB2034975B

Description

Int. Az.: Case 1298 20. Sept. 1979

Hewlett-Packard Company

AUFNEHMER FÜR DIGITIZER

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Aufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kapazitive Aufnehmer für Digitizer sind bekannt. Die einfachsten Geräte dieser Art sind mit der Hand zu haltende Stifte, die einem

Kugelschreiber ähneln und oft auch einen solchen enthalten. Das

wesentliche Element bei solchen Vorrichtungen ist ein leitfähiger Bereich an oder in der Nähe der Spitze, der kapazitiv mit Elementen in der Digitizer-Oberfläche bzw. -Platte koppelbar ist. Ein Schreibstift hat jedoch verschiedene Nachteile. Zunächst einmal ist er empfindlich gegen Fehler, die dadurch entstehen, daß die Bedienungsperson den Stift versehentlich schräg hält. Zum zweiten ist es manchmal schwierig, den Stift angemessen gegen die Wirkungen von Streukapazitätskopplungen abzuschirmen, z.B. gegenüber der Hand der Bedienungsperson. Schließlich wird durch die kleine Spitze eines Schreibstiftes keine sonderlich starke Kopplung zwischen dem Aufnehmer und der Platte erreicht, insbesondere im Vergleich mit anderen kapazitiven Aufnahmetechniken. Dementsprechend werden Schreibstifte in Anwendungsfällen benutzt, bei denen eine niedrige bis mittlere Genauigkeit ausreicht und wo die Bequemlichkeit eines Schreibstiftes und die Möglichkeit, damit zu schreiben, wichtig sind.

Eine höhere Positionierungsgenauigkeit und Freiheit von Störungen durch Kippen lassen sich durch einen Abtastkopf mit einem Fadenkreuz erreichen. Solche Abtastköpfe haben eine breite flache Oberfläche, die automatisch ein Kippen verhindert, wenn der Abtastkopf auf die Platte gesetzt wird. Das Fadenkreuz erlaubt die Positionierung mit großer Genauigkeit, oft auf etwa 1/100 mm. Ein wesentliches Erfordernis bei solchen kapazitiven Aufnehmern ist die Durchsichtigkeit,

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speziell unmittelbar im Bereich des Fadenkreuzes. Dadurch können jedoch wesentliche Konstruktionsprobleme entstehen.

Als Aufnehmer könnte eine leitfähige transparente Scheibe benutzt werden. Sie würde eine gute Kopplung ergeben und nicht die Sicht der Bedienungsperson auf den abzutastenden Gegenstand verdecken. Sie könnte auf einem einzelnen transparenten Substrat, z.B. Glas aufgebracht werden und mit dem Fadenkreuz zentriert werden. Jedoch sollten die zur Scheibe führenden Leiter abgeschirmt sein, und das erfordert eine kostspielige Mehrschichttechnik.

Eine andere bekannte Lösung besteht darin, konzentrisch mit dem Fadenkreuz einen Metallring im Abtastkopf anzuordnen. Dabei sind jedoch die Abschirmung und die Ausrichtung problematisch.

Eine weitere Lösung besteht darin, den äußeren Fadenkreuzhalter mit einem leitfähigen Ring oder mit einem ringförmigen Muster von symmetrisch angeordneten Scheiben zu umgeben. Die beiden letztgenannten Vorschläge führen auch zu einer höheren Kopplung als bei einem Schreibstift. Da nun aber der effektive Mittelpunkt des Aufnehmers weiter von dem tatsächlichen Bereich der Kopplung entfernt ist, kann es sein, daß Ausrichtungsfehler schwierig unter Kontrolle zu bringen sind. Außerdem können, wenn eine Anzahl von Scheiben anstelle eines kontinuierlichen Rings oder einer einzelnen Scheibe benutzt wird und wenn die Digitalisierungsmethode empfindlich gegen Amplitudenänderungen des erfaßten Signals ist, Fehler auftreten infolge des sich ändernden Kopplungsgrades zwischen den diskreten Scheiben und den diskreten Elementen in der Platte, wenn der Abtastkopf bezüglich seines Fadenkreuzes verdreht wird.

Ein zusätzlicher Nachteil jeder Anordnung mit Kopplungsleiter außerhalb der Fadenkreuzanordnung besteht darin, daß der effektive Durchmesser des Aufnehmers größer als der Durchmesser des Sichtbereiches wird. Bringt also der Benutzer den Schnittpunkt des Fadenkreuzes in die Nähe des Randes des aktiven Bereiches der Platte, kann es geschehen, daß ein Teil des eigentlichen Aufnehmers über

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den aktiven Bereich hinausragt, was zu einer drastischen Verringerung der Kopplung führt. Um dem zu begegnen, müssen bei Systemen mit solchen Aufnehmern die Grenzen des nutzbaren Digitalisierungsbereichs als stärker verkleinerter Bereich der tatsächlichen aktiven Fläche markiert sein,als es nötig wäre, wenn der Aufnehmer kleiner wäre.

Der Erfindung gemäß Anspruch 1 liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Aufnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Alle oben genannten Nachteile werden durch einen Aufnehmer mit einer transparenten Öffnung und transparenten Leitern vermieden oder vermindert. Ein solcher Aufnehmer gewährleistet eine gute Kopplung, da er im wesentlichen eine zusammenhängende Scheibe beträchtlicher Größe darstellt. Rotationseffekte treten nicht auf, da sich die effektive Aufnehmerscheibe leicht durch Benutzung einer kreisförmigen Öffnung kreisförmig machen läßt. Der Zusammenbau ist einfach, da nur eine genaue Ausrichtung der Öffnung zum Fadenkreuz erforderlich ist. Beides kann leicht auf den gegenüberliegenden Flächen desselben Glasstücks angebracht werden.

Der Aufnehmer läßt sich leicht abschirmen, indem in der Fadenkreuzanordnung ein zusätzliches Glasstück angeordnet wird, das auf einer Seite vollständig mit einem durchsichtigen Leiter beschichtet ist. Die Verbindungen zu den verschiedenen leitfähigen Beschichtungen lassen sich leicht durch flexible Metallfinger herstellen, wenn die Glasstücke verschiedene Größen oder Formen aufweisen, so daß jede transparente Leiterschicht teilweise offen liegt, wenn die Glasstücke miteinander verkittet sind. Da ein solcher Aufnehmer eine gute Kopplung erreicht, kann zusätzlich der Durchmesser der Öffnung klein gehalten werden, so daß er sich innerhalb des Sichtbereiches des Fadenkreuzes befindet. Das erlaubt eine größere Ausnutzung der tatsächlich vorhandenen Digitalisierungsfläche als Nutzfläche, als dies

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mit Aufnehmerkonstruktionen möglich ist, deren tatsächlicher Kopplungsbereich außerhalb des Fadenkreuzes liegt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein den Aufbau und die Benutzung von Kondensatoren. Mehr speziell betrifft die Erfindung eine Möglichkeit der Definition der Form und der Ausdehnung eines Bereichs kapazitiver Kopplung zwischen zwei nichtgeerdeten Platten eines Kondensators durch Einführung einer geerdeten Abschirmung zwischen den Platten. Eine öffnung in der Abschirmung definiert die Form und begrenzt die Ausdehnung der kapazitiven Kopplung zwischen den zwei Platten für ein auf Erde bezogenes Signal.

Speziell anwenden läßt sich die genannte Technik für den beweglichen Abtastkopf eines Digitizers. Durch Benutzung von Schichten aus Glas, die mit transparenten leitfähigen Filmen aus Indiumoxid (In^O₃) beschichtet sind, wird ein voll abgeschirmter Öffnungsaufnehmer möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Abtastkopfes für einen

Digitizer mit einem transparenten kapazitiven Öffnungsaufnehmer;
Fig. 2A schematisch das physikalische Äquivalent des Aufnehmers gemäß Fig, I;
Fig. 2B das elektrische Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß

Fig. 2A;
Fig. 2C eine schematische Darstellung des Öffnungs-Kondensators

aus Fig, 2A;

Fig. 3 schematisch den Einsatz eines kapazitiven Aufnehmers in -5Q einem Digitizer, bei dem ein sich bewegender Spannungs-

gradient vorhanden ist;

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Fig. 4 die allgemeinen Konstruktionsdetails des Abtastkopfes

gemäß Fig. 1;
Fig. 5 eine mehr detaillierte Darstellung der Konstruktion des

Abtastkopfes und der Vakuum-Ansaugvorrichtung; Fig. 6 die Details der Fadenkreuz-Anordnung im Abtastkopf gemäß Fig. 1, die aus verkitteten Glasstücken mit leitfähigen Beschichtungen besteht, welche die Abschirmung, die öffnung und die Aufnehmerscheibe bilden; Fig. 7A das Schema eines üffnungskondensators; Fig. 7B schematisch die Anwendung des Kondensators gemäß Fig. 7A

als kapazitive Aufnehmer fur einen Digitizer mit wandernder Spannungswelle;

Fig. 7C eine schematische Darstellung eines üffnungskondensators mit zwei oder mehr Platten zur Erfassung des durch die Öffnung angekoppelten Signals;

Fig. 7D schematisch einen Öffnungskondensator mit zwei oder mehr

Platten auf jeder Seite der Öffnung; Fig. 7E schematisch die Anwendung eines Öffnungskondensators zum

Erreichen einer variablen kapazitiven Kopplung; und Fig. 8 alternative physikalische Aufbauten des Aufnehmers gemäß

Fig. 6.

In Fig. 1 ist perspektivisch ein kapazitiver Aufnehmer 4 mit einer Öffnung und transparenten kapazitiven Elementen dargestellt, der eine Vakuum-Ansaugvorrichtung aufweist. Der dargestellte Aufnehmer läßt sich in Verbindung mit einem Digitizer gemäß einer älteren Anmeldung (P 29 36 975.3) derselben Anmelderin verwenden. In der folgenden Beschreibung wird auf den gesamten Digitizer-Prozess, in dessen Zusammenhang der kapazitiver Aufnehmer arbeitet, nur kurz eingegangen, und viele spezielle Eigenschaften des Aufnehmers (der bei Benutzung in einem Digitizer besser Positionsabtaster genannt wird) lassen sich am besten unter Bezugnahme auf die gennannte ältere Patentanmeldung verstehen. Zur Erleichterung des Bezugs auf diese Patentanmeldung stimmen die Bezugszeichen in der vorliegenden Anmeldung mit denen der älteren überein. Die vor-

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liegende Beschreibung bezieht sich allgemein auf die Natur eines Öffnungs-Kondensators und speziell auf einen transparenten Aufnehmer mit einer öffnung. Auch die Vakuum-Niederhaltung wird beschrieben. Obwohl der hier erklärte Öffnungs-Aufnehmer und seine dargestellte Anwendung sich in erster Linie auf die Benutzung im Zusammenhang mit einem Digitizer beziehen, dürfte es klar genug sein, daß auch andere Anwendungen des Prinzips der öffungsgesteuerten kapazitiven Kopplung möglich sind.

In Fig. 1 ist der Aufnehmer als auf einem beliebigen Untergrund 100 liegend dargestellt, so daß die transparenten Bereiche klar herausgehoben werden.

Wie unten beschrieben ist, besteht die elektrische Natur des Aufnehmers darin, daß eine leitfähige Fläche kapazitiv mit Gitterelementen in einer Digitizer-Oberfläche gekoppelt sind. Diese Kopplung muß durch eine öffnung 23 in einer geerdeten Abschirmung erfolgen, die sich zwischen den Gitterelementen und der leitfähigen Oberfläche befindet, die sonst miteinander kapazitiv gekoppelt sind. Die elektrischen Zuleitungen zu der leitfähigen Oberfläche, der Abschirmung und von elektrischen Schaltern

2Q und Signallampen auf dem beweglichen Positionsabtaster 4 führen durch einen flexiblen Schlauch 101, der in einem Stecker 102 endet. Der Stecker 102 besitzt einen Vakuum-Kanal, welcher mit dem Hohlraum des Schlauches 101 verbunden ist. Eine steuerbare Vakuumquelle im Digitizer erzeugt auf einen entsprechenden Befehl hin ein (partielles) Vakuum, welches sich in den Schlauch 101 hinein fortpflanzt. Der Druck darin beträgt dann ungefähr 100 mm Hg. Es sind Einrichtungen vorhanden, um das Vakuum auf die Unterseite des Positionsabtasters zu bringen, so daß dieser festgehalten wird, wenn das Vakuum vorhanden ist, sofern sich der Positionsabtaster auf der Digitizer-Oberfläche befindet.

Fig. 2A zeigt den physikalischen Aufbau des kapazitiven Auf-

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nehmers, der eine leitfähige Aufnahmeplatte 24 aufweist, die einen größeren Durchmesser als eine Öffnung 23 besitzt. Das Ausgangssignal wird mittels einer elektrischen Verbindung zur Aufnehmerplatte abgenommen, während eine Abschirmung 54 mit einem geeigneten Massepunkt der Schaltung verbunden ist oder mit einem Potential, das wechsel spannungsmäßig auf Masse liegt.

Das hier verwendete Prinzip besteht darin, daß der von einem Signal eines Generators 126 vorgefundene Betrag der kapazitiven Kopplung zwischen einem Leiter 103 und der Aufnehmerscheibe annähernd direkt proportional zur Fläche der öffnung 23 ist.

Das heißt, wenn sich die Aufnehmerscheibe 24 in einer Stellung parallel zum Leiter 103 befindet, ist die effektive Kopplung in erster Linie auf diejenige begrenzt, die zwischen der Projektion 104 der öfffnung auf den Leiter 103 und einer ähnlichen Projektion 105 auf der Aufnehmerscheibe 24 besteht. Natürlich besteht kapazitive Kopplung zwischen der gesamten Aufnehmerscheibe 24 und der Abschirmung 54. Die Kapazitäten bilden einen kapazitiven Teiler, wie in Fig. 2B dargestellt ist. Die Wirkungen dieses Teilers können es erfordern, daß er in der Schaltung berücksichtigt wird, die den Aufnehmer verwendet.

Die Koppel kapazität zwischen dem Leiter 103 und der Aufnehmerscheibe 24 ist nur annähernd direkt proportional zur Fläche der öffnung, da die Kraftlinien des elektrischen Feldes, welches die Kopplung bewirkt, sich nicht nur längs Linien parallel zu den oben erwähnten Projektionen erstrecken. Ein kleiner Kopplungsanteil tritt auch außerhalb der exakten Projektion aufgrund von Randeffekten auf.

Fig. 2C ist eine schematische Darstellung der Kapazitäten an der öffnung, deren physikalische Konfiguration in Fig. 2A gezeigt ist.

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In Fig. 3 ist die Anwendung eines Öffnungskondensators in Verbindung mit einem Digitizer dargestellt, der einen sich fortpflanzenden Spannungsgradienten (wandernde Kurve) benutzt. Die Position des Aufnehmers wird dadurch bestimmt, daß die Zeit gemessen wird, die ein Spannungsgradient in einer Kurve 106 benötigt, um vom Rand der Digitizer-Oberfläche in den Bereich der öffnung zu gelangen. Der Gradient ist auf ein Gitter von parallelen Leitern aufgeprägt, die in der Platte unterhalb des Positionsabtasters eingebettet sind. Ein (nichtdargestelltes) zu digitalisierendes Dokument wird auf die Oberfläche der Platte gelegt, und der Positionsabtaster wird auf den zu digitalisierenden Punkt gesetzt. Wenn der sich bewegende Gradient den Rand der aktiven Digitizer-Oberfläche verläßt, wird ein Zeitmesser gestartet. Ein Signal 107, das durch die öffnung hindurch in den Aufnehmer eingekoppelt wird, wird benutzt, um den Zeitmesser abzuschalten, wenn der Gradient den Bereich der öffnung erreicht. Der Zeitmesser enthält dann einen Wert, der auf die Entfernung des Positionsabtasters vom Rand der Digitizer-Oberfläche bezogen ist. Diese Zahl kann so verarbeitet werden, daß sie eine Komponente der Kartesischen Koordinaten des zu digitalisierenden Punktes wird.

Die Funktion des Öffnungsaufnehmers bei dem oben beschriebenen Digital isierungsverfahren besteht darin, die Ankunft eines Spannungsgradienten zu erfassen, n?r seitwärts über eine Folge von parallelen Leitern in einem Gitter wandert. Bei einer solchen Anwendung spielen die Effekte des in Fig. 2ß dargestellten kapazitiven Teilers keine große Rolle, außer daß die Amplitude des in den Aufnehmer eingekoppelten Signals nicht so stark gedämpft ist, daß sie nicht mehr wahrnehmbar ist. Wesentlich ist der Zeitpunkt des Signals, nicht seine Amplitude.

Bei einer solchen Anwendung eines Öffnungsaufnehmers ist es jedoch ein Vorteil, daß die öffnung kreisförmig ist. Das erlaubt

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der Bedienungsperson, den Positionsabtaster um sein Fadenkreuz zu drehen, ohne daß sich die gemessene Koordinate ändert. Allgemein kann die Winkelstellung des Positionsabtasters gegenüber der Digitizer-Oberfläche vernachlässigt werden. Dies ist eine unmittelbare Konsequenz der Symmetrie eines Kreises bezüglich seines Mittelpunkts. Es ist dafür gesorgt, daß der Mittelpunkt der kreisförmigen öffnung mit dem Schnittpunkt des Fadenkreuzes zusammenfällt. Somit ist der Betrag und der Ort der kapazitiven Kopplung der Aufnehmerscheibe 24 mit dem Gitter in der Platte unveränderlich bei Drehung des Positionsabtasters.

Andere, nicht-runde Öffnungsformen sind bei einem Positionsabtaster der beschriebenen Art ebenfalls denkbar. Solche Formen könnten Symmetrie bezüglich eines Paars von zueinander senkrechten Linien aufweisen, deren Schnittpunkt sich in der Mitte der öffnung befindet. Dies ist nötig, um sicherzustellen, daß der effektive Mittelpunkt der öffnung sich nicht verschiebt, wenn der Positionsabtaster um seinen Mittelpunkt verdreht wird. Der große Vorteil einer kreisförmigen öffnung besteht aber darin, daß dies die einzige Form ist, bei der der effektive Mittelpunkt sich bei Drehung des Positionsabtasters nicht verschiebt, auch wenn die in die Platte eingebetteten elektrischen Achsen nicht zueinander senkrecht sind.

In anderen Anwendungen kann es wünschenswert sein, das Maß der relativen Rotation zwischen den kapazitiv gekoppelten Elementen zu erfassen. Unter solchen Umständen könnte eine öffnung in Form eines Schlitzes oder dgl. benutzt werden, um eine variable Kapazität vorzugeben, deren Wert auf das Maß der Überlappung zwischen der Projektion der öffnung auf die Aufnehmerscheibe und die spezielle Form des Leiters bzw. der Leiter bezogen ist, die durch die öffnung hindurch mit der Aufnehmerscheibe gekoppelt sind.

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Die allgemeine Natur der Konstruktion des Positionsabtasters ergibt sich aus Fig. 4. Die Aufnehmer-Elemente des Positionsabtasters befinden sich zwis'chen einem Gehäuse 108 und einer Grundplatte 111. Eine gedruckte Schaltungsplatte 109 und flexible Metallfinger 110 und 116 dienen dazu, die Leiter im Schlauch 101 mit den transparenten leitfähigen Schichten der Fadenkreuz-Anordnung 112 aus laminiertem Glas zu verbinden. Eine flexible Dichtung 119 dichtet die gläserne Fadenkreuz-Anordnung 112 mit dem Gehäuse 108 ab, so daß Schmutz und andere Verunreinigungen vom Inneren des Positionsabtasters ferngehalten werden.

Der Vakuumkanal im Schlauch 101 erstreckt sich in die Grundplatte Hl über eine gegossene Öffnung 117 am Positionsabtasterende des Schlauches. Die Öffnung 117 besitzt einen Vorsprung, der genau in ein Loch 118 in der Grundplatte paßt. Das Loch 118 öffnet sich in einen ringförmigen Kanal in der Unterseite der Grundplatte.

Ein detaillierteres Verständnis der Konstruktion des Positionsabtasters ergibt sich aus Fig. 5. Wie dort gezeigt ist, besteht die Fadenkreuz-Anordnung 112 aus drei Glasscheiben 113, 114 und 115. Diese Scheiben sind mit transparenten leitfähigen Beschichtungen aus Indiumoxid (In^O₃) beschichtet, wie im nächsten Abschnitt erklärt ist. Die drei Scheiben werden aufeinanderfolgend ausgerichtet und mit optischem Zement miteinander verkittet. Die sich daraus ergebende Anordnung paßt genau in die Grundplatte 111. Die Fadenkreuz-Anordnung wird dadurch in der Grundplatte festgehalten, indem sie kontinuierlich mit Kleber längs des Bereichs gegenseitigen Kontakts befestigt ist. Abgesehen davon, daß er die Fadenkreuzanordnung festhält, wirkt der Kleber auch als Dichtung gegen Vakuumverluste.

Wie im Zusammenhang mit Fig. 6 dargestellt ist, verbinden die Metallfinger 110 die leitfähigen Schichten auf den Glasscheiben 113 und 115 miteinander. Dies wird erreicht durch die Wirkung von Vorsprüngen 121 und 120, von denen jeweils vier vorhanden sind.

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Die Schrauben, die die Finger 110 an der Grundplatte 111 befestigen, dienen auch zur elektrischen Verbindung jeder der Beschichtungen auf den Glasplatten 113 und 115 mit der Grundplatte 111. Die Grundplatte 111 ist über die gedruckte Schaltungsplatte 109 mit einem Leiter im Schlauch 101 verbunden, der wechselstrommäßig auf Masse liegt. Zusammen bilden die Elemente 113, 115 und 111 die Abschirmung 54 gemäß Fig. 2.

Die Glasscheibe 115 hat eine beschliffene Kante, wie in der Nebenfigur dargestellt ist. Dies dient zwei Zwecken. Zunächst ist die Schliffkante versilbert, so daß sie Licht von (nichtdargestellten) Glühlampen auf der gedruckten Schaltungsplatte 109 auf das Fadenkreuz reflektiert, welches sich auf der Unterseite des Glases befindet. Zum zweiten und für den Vakuumstrom wichtig bildet die beschliffene Kante zusammen mit dem Innenrand der Grundplatte 111 eine kreisförmige Nut auf der Unterseite des Positionsabtasters. Die Nut öffnet sich in den Hohlraum, der durch das Loch 118 gebildet wird, so daß das Vakuum in die Nut hineingreift. Die Unterseite der Fadenkreuz-Anordnung 112 (d.h. die Unterseite der Glasscheibe 115) erstreckt sich nicht bis zur vollen Tiefe der Grundplatte 111. Daher verbleibt ein kleiner Leerraum zwischen der digitalisierten Oberfläche und der Unterseite der Glasscheibe 115. Dieser Leerraum steht mit der ringförmigen Nut in Verbindung und verteilt das Vakuum gleichförmig über die Unterseite des Positionsabtasters, wodurch eine effektivere Ansaugung erreicht wird. Außerdem wird so ein Abschleifen des Fadenkreuzes vermieden.

In Fig. 6 ist die Art und Weise dargestellt, wie die Fadenkreuz-Anordnung aufgebaut wird und wie die elektrischen Anschlüsse an dieser gemacht werden. Es seien zunächst die drei Glasscheiben 113, 114 und 115 betrachtet. Sie haben alle verschiedene Größe und Form. Die oberste Scheibe 113 besitzt eine transparente Beschichtung aus Indiumoxid über ihrer gesamten oberen Oberfläche. Diese Beschichtung bildet einen Teil einer Abschirmung um die

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Aufnehmerscheibe herum. Die nächste Glasscheibe 114 hat acht Kanten und ist im größten Durchmesser größer als die Scheibe 113. Die Scheibe 114 ist ebenfalls auf ihrer gesamten oberen Oberfläche mit Indiumoxid beschichtet und bildet die Aufnehmerscheibe 24 gemäß Fig. 2.

Das untere Teil der Fadenkreuz-Anordnung ist die Scheibe 115. Sie hat die beschliffenen Kanten,deren Funktion bereits beschrieben wurde. Auf ihrer Unterseite ist das Fadenkreuz eingeätzt. Ihre Oberseite trägt ebenfalls eine Beschichtung als Indiumoxid mit Ausnahme des kreisförmigen Bereichs der öffnung (zentriert um das Fadenkreuz), der nicht beschichtet ist.

Die Scheibe 114 wird als Aufnehmerscheibe benutzt, wenn sie auch im strengen Sinne keine runde Scheibe ist. Infolge der Wirkung der öffnung ist die spezielle Form der Scheibe 114 von wenig Bedeutung. Die gewählte Form hat jedoch eine wünschenswerte Eigenschaft, da ein Abschnitt 125 der Scheibe 114 über die Scheibe 113 hinausragt. Auch bedeckt die Scheibe 114 nicht voll die Scheibe 115. Ein Teil 124 der Scheibe 115 ist zugänglich. Die Beschichtung 123 auf der Oberseite der Scheibe 113 ist natürlich voll zugänglich.

Nach Ausrichtung und Verkittung jirit optischem Kitt sind alle drei Indiumoxid-Schichten für die Metall finger zugänglich, die mit ihnen Kontakt herstellen sollen. Um durch Feuchtigkeit hervorgerufene Korrosion zu unterdrücken, werden die Bereiche des Indiumoxids in der Nachbarschaft des beabsichtigten Kontakts mit den Metall fingern mit einer dünnen Schicht leitfähiger Farbe versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Farbe mit hohem Silbergehalt benutzt. Wie im Zusammenhang mit Fig. 5 erklärt wurde, sind die Beschichtungen auf den Scheiben 113 und 115 miteinander und mit der in Masse gelegten Grundplatte 111 verbunden, und zwar mittels der Vorsprünge 120 und 121 auf den Metall fingern 110. Mit der Aufnehmerscheibe 114 wird der Kontakt bei 122 mittels eines Metall fingers 116 herge-

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stellt (siehe auch Fig. 4 und 5).

Zu den Beschichtungen aus Indiumoxid sei noch bemerkt, daß sie dünn sein müssen, wenn sie transparent sein sollen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt ihre Dicke bei 285 Ä. Die Beschichtung wird durch eine übliche Aufdampftechnik erzeugt. Es könnte auch eine ähnliche Beschichtung aus Zinnoxid benutzt werden.

Wenngleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem speziellen bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, daß verschiedene Modifikationen und Anwendungen möglich sind. Es sei daher darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die Konstruktionsdetails beschränkt ist, wie sie oben in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben wurden.

Der allgemeine Erfindungsgedanke wird durch die verschiedenen Skizzen in Fig. 7 erläutert. Fig. 7A zeigt zum Zwecke der Klarstellung das Grundkonzept eines Öffnungskondensators. Fig. 7B zeigt, wie das Grundkonzept in Verbindung mit einem kapazitiven Aufnehmer für einen Digitizer verwendet wird, in welchem ein wandernder Spannungsgradient vorhanden ist. Eine solche Anwendung beinhaltet die Kopplung von Signalen durch eine öffnung hindurch, welche Signale von einer Vielzahl von Platten herrühren. Bei dieser Anwendung legt die Position einer sich bewegenden öffnung fest, welche aus einer Vielzahl von angesteuerten Platten ausgewählt wird zur Kopplung eines Signals auf die Platte auf der

anderen Seite der öffnung. |

Fig. 7C und 7D erläutern andere mögliche Konfigurationen von Öffnungskondensatoren mit einer Vielzahl von Platten.

Die öffnung in einem solchen Kondensator braucht nicht festzuliegen. Abgesehen von der Benutzung einer beweglichen öffnung, wie sie bereits in Verbindung mit Fig. 3 und 7B dargestellt ist,

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ist auch die variable Kapazität in Betracht zu ziehen, die in Fig. 7E dargestellt ist. Dort wählt eine bewegliche öffnung für die Kopplung je einen Bereich auf zwei Platten, deren gegenseitiger Abstand nicht gleich bleibt. Das führt zu einer variablen kapazitiven Kopplung in Abhängigkeit von der Stellung der öffnung.

Zusätzlich umfaßt der Erfindungsgedanke öffnungen jeglicher Form, z.B. kreisförmig, dreieckig, quadratisch, rechteckig usw. oder in Form der Ziffern 0 bis 9 oder der Buchstaben A bis Z usw.. Auch kann eine Abschirmung mehr als eine öffnung aufweisen.

Als weiteres Beispiel für das erfindungsgemäße Prinzip seien die verschiedenen Öffnungsaufnehmer gemäß Fig. 8 betrachtet. Bei beiden Beispielen werden nur zwei Glasscheiben verwendet anstelle von drei Scheiben gemäß Fig. 6. In beiden Fällen befindet sich die öffnung auf der Unterseite der unteren Glasscheibe, während sich die Aufnehmerscheibe auf der Oberseite der unteren Glasscheibe befindet. Der Unterschied zwischen den beiden verschiedenen Beispielen besteht in der Anordnung der Abschirmung auf der oberen Glasscheibe. Sie kann sich auf jeder Seite befinden, abhängig vom speziellen Aufbau.

Die Beispiele gemäß Fig. 8 können dort mit Vorteil verwendet werden, wo eine maximale Kopplung benötigt wird. Die Aufnehmerscheibe befindet sich nur eine Glasdicke von der Digitizer-Oberfläche entfernt, anstelle von zwei Glasdicken im Beispiel gemäß Fig. 6.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

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Patentansprüche

ι 1Λ Kapazitiver Signalaufnehmer, insbesondere Positionsabtaster, mit einer Signalelektrode, die kapazitiv mit einem abzutastenden, ein elektrisches Signal führenden Leiter koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalelektrode (24) flächig ausgebildet ist und sich innerhalb einer Abschirmung (54) befindet, welche eine öffnung (23) aufweist, die kleiner als die Fläche der Signalelektrode ist und deren Projektion auf die Signalelektrode innerhalb von deren Flä'chenbereich liegt.
2. Signal aufnehmer nach Anspruch I₃ dadurch gekennzei ch net, daß die Abschirmung (54) aus zwei beiderseits der Signalelektrode (24) angeordneten flächigen Elektroden besteht, die elektrisch miteinander verbunden sind und von denen eine die öffnung (23) aufweist.
3. Signalaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden leitfähige transparente Beschichtungen auf isolierenden transparenten Substraten (113, 114, 115)sind.
4. Signal aufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Elektroden aus Indiumoxid bestehen.
5. Signal aufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzei ch net , daß die Elektroden aus Zinnoxid bestehen.
6. Signal aufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzei ch net, daß die die Elektroden tragenden Substrate (113, 114,

115) aufeinanderliegen und in einer gemeinsamen Haltevorrichtung (108, 109) befestigt sind und so geformt sind, daß jede leit-

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fähige Beschichtung zur Kontaktierung teilweise freiliegt.
7. Signal aufnehmer nach Anspruch.3, dadurch gekennzei c h n e t , daß das transparente Substrat (113, 114, 115) aus Glas besteht.
8. Signal aufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzei c h n e t , daß die Haltevorrichtung (108, 109) aus Metall besteht und über Federelemente mit den leitfähigen Beschichtungen der die Abschirmung (54) bildenden Elektroden verbunden ist.
9. Signal aufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzei c h n e t , daß mindestens eines der transparenten Substrate beidseitig unter Ausbildung zweier Elektroden beschichtet ist.
10. Signal aufnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzei c h n e t , daß das beidseitig beschichtete Substrat die Signalelektrode und die mit der öffnung versehene Abschirmelektrode trägt.

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