DE3013129C2

DE3013129C2 - Detektorvorrichtung für die X- und Y-Koordinaten von Eingabepunkten

Info

Publication number: DE3013129C2
Application number: DE3013129A
Authority: DE
Inventors: Tomio Kishimoto; Yuichi Yokosuka Kanagawa Sato; Kenta Yokohama Kanagawa Yokoo
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone Public Corp Tokyo; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1982-12-30
Also published as: GB2046450B; DE3013129A1; US4319078A; NL187594B; FR2453452A1; NL187594C; GB2046450A; FR2453452B1; NL8001407A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Detektorvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 6, No. 3,1963, Seiten 4, 5). Diese Vorrichtung weist vertikale auf eine Keramikplatte gedruckte Leiter und auf die Rückseite einer M) zähen, isolierenden Eingabefläche gedruckte horizontale Leiter auf. Zwischen den vertikalen und horizontalen Leitern ist eine durch Druckbeaufschlagung leitfähig zu machende Schicht aus elastischem Material angeordnet. Der Widerstand zwischen jeder Überschneidung der horizontalen und vertikalen Leiter hat einen festgelegten Wert, der als Obit definiert ist. Der Widerstand wird verringert, wenn ein Druck an entsprechender Stelle auf die Eingabefläche aufgebracht wird. Der kleine Wider-

stand wird als »1« definiert. Beim Zeichnen auf die Eingabefläche, z. B. mit einem Stift, werden an den Anschlüssen »0« und »1« Signale ausgegeben.

In Verbindung mit dieser Anordnung ist aus den IBM Technical Disclosure Bulletin, Vo. 8, No. 8, Januar 1966, Seite 1051 die Weiterverarbeitung der von den horizontalen und vertikalen Leitern abgegebenen Signale bekannt. Die Signale werden horizontalen und vertikalen Digitalregistern zugeführt und in jeweils einem Digital-Analogwandler in analoge Signale fur X- und X-Koordinaten umgewandelt. Bei dieser gesamten Vorrichtung ist nachteilig, daß sie eine Vielzahl von teuren Baugruppen, wie Register und Digital-Analogwandler verlangt. Falls die Zahl der parallelen Elektrodenleitergruppen vergrößert werden soll, um einen größeren Schreibbereich zu erhalten, müßte die Vorrichtung mit neuen Registern und neuen Digital-Analogwandlern bestückt werden, die eine entsprechend vergrößerte Kapazität aufweisen. Weiterhin ist es bei dieser bekannten Anordnung möglich, daß die während des Schreibens auf der Eingabefläche ruhende Hand Fehlsignale auslösen kann, da sie auch einen Druck auf die Eingabefläche ausübt.

Eine wsitere bekannte Vorrichtung der hier interessierenden Art ist in der US-PS 2907824 beschrieben.

Diese Vorrichtung weist leitende Drähte, die einander im rechten Winkel kreuzen und unter Spannung gehalten werden auf, wobei die unteren Drähte aus magnetischem Material und die oberen Drähte aus nichtmagnetischem Material sind. Als Schreibstift dient ein mit magnetischem Material versehener Stift. Beim Schreiben werden die unteren magnetischen Drähte in Kontakt mit den oberen Drähten gebracht und hierdurch wird eine Spannung erzeugt, die proportional zur Position des Schreibstiftes ist. Durch c'ie Ermittlung der Spannung ergibt sich bei dieser Vorrichtung jeweils die Position des Eingabepunktes. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, daß der Schreibstift mit parmanentmagnetischem Material versehen sein muß. Außerdem muß der untere Draht aus magnetischem Material sein, was technisch aufwendig ist, insbesondere da die unter Spannung zu haltenden Drahtanordnungen ganz bestimmte Eigenschaften aufweisen müssen, die zu denen des magnetischen Schreibstiftes abzustimmen sind. Daher ist der Gesamtaufbau aufwendig und sehr feine Abstimmungen der Elemente untereinander sind erforderlich.

Aus der US-PS 3 304 612 ist eine weitere Vorrichtung bekannt, bei der die Leitungen einer oberen Elektrodengruppe in den Aussparungen eines biegsamen elastischen, nicht leitenden Elements eingeformt sind und wobei eine flexible, leitende Schicht eingefügt in Eingriff mit dem nichtleitenden Element steht. Entsprechend ist die untere Gruppe der Leitungsdrähte aufgebaut.

Die untere und obere Gruppe sind zueinander um 90° verdreht, so daß sich die Leiter in den Rillen oder Ausnehmungen unter einem Winkel von 90° kreuzen. Bei dieser Anordnung sind Widerstände zwischen einander benachbarte Leiter geschaltet, die die Spannung der Stromquelle entsprechend aufteilen. Die X- K-Koordinaten eines Schreibpunktes, auf welchem ein Leiter und die leitende Schicht in den oberen und unteren Elektrodengruppen durch eine Druckbeaufschlagung miteinander in Kontakt gebracht werden, ergeben sich durch die Messung der über die Widerstände aufgeteilten Spannung. Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß die Eingabefläche empfindlich auf Drücke anspricht, so daß auch der durch die Hand des Schreibenden ausgeübte Druck zu ungewollten Dünnstellen auf der Oberfläche führt. Durch die Anordnung der Leiter innerhalb von Rillen einer nachgiebigen Isolationsschicht ist es schwierig, die feinen Abstände zwischen den Ausnehmungen zu bestimmen, so daß ein erforderliches hohes Auflösungsvermögen schwer zu erreichen ist. Da die konstanten Abstände der Rillen nur für kleine Eingabeflächen herzustellen sind, können keine großen Deiektorvorrichtungen gebaut werden. Außerdem ist der Aufbau der bekannten Vorrichtung durch die jeder Elektrodengruppe zugeordneten leitenden Schicht sehr aufwendig.

ig Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Gattungsteil des Patentanspruchs 1 und des nebengeordneten Anspruchs 8 genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß bei vereinfachtem Aufbau und geringerer Störanfälligkeit ein Beschreiber der Eingabefläche mit jedem gewöhnlichen Schreibwerkzeug möglich ist, ohne daß die während des Schreibvorganges auf der Eingabefläche ruhende bzw. sich abstützende Hand nachteilige Nebeneffekte zeitigt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 und des nebengeordncten Anspruchs 8 angegebenen Merkmale erfindungsgemäß erreicht.

Die elektrische Auswertung der von den Elektroden abgegebenen Signale gestaltet sich mit Hilfe des ersten und zweiten Widerstandes, die jeweils mit den ersten und zweiten parallelen Elektrodengruppen verbunden sind und an eine Konstantstromquelle angeschlossen sind, wobei neben Widerstandselementen nur noch Verstärker

3d benötigt werden, sehr einfach, so daß die gesamte Detektoranordnung wegen der geringen Anzahl preiswerter und sicherer Te Ie wirtschaftlich und störun.infällig ausgelegt ist. Außerdem ist der Schreibbereich beliebig erwei terbar, da sie h die Detektor schaltung ohne Schwierigi keiten einfach ; npassen läßt. Es sind nur der erste und zweite Widerstand auszuwechseln, was durch die besondere Verbindungsart zwischen erster Elektrodengruppe und erstem Widerstand und entsprechend zwischen zweiter Elektrodengruppe und zweitem Widerstand ohne

4(i Schwierigkeiten geschehen kann, da keine speziellen Eingangsanschlüsse zu den Widerständen geschaffen werden müssen.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse-

•45 rungen der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung möglich. Durch die besondere Ausbildung der mittels Druck leitfähig machbaren Schicht ist es möglich, daß bei Druckbeaufschhgung über einen größeren Bereich, wie das während des Schreibvorganges durch die Hand geschehen kann, keine nachteiligen Wirkungen auftreten, während eine Druckbeaufschlagung im kleinen Bereich, also etwa punktförmig mittels des Schreibgriffels, hochempfindlich wahrgenommen wird. Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Wiedergabe einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung der X- Y-Koordinaten eires Eingabepunktes;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie //-// von Fig. 1;

Fig. 3 eine gn phische Darstellung der Beziehung zwisch°n Widerstand und Druck in einer druckleitenden Gummischicht;

Fig. 4A ein Blockschaltdiagramm einer Ausführungsform für einen Schaltkreis für eine Punktdetektorschaltung;

Fig. 4B ein Schaltdiagramm für ein Ausführungsbeispiel einer Stromdetektorschaltung von Fig. 4A,

Fig. 5 einen entsprechenden Schaltkreis für eine Punktdetektorschaltung,

Fig. 6 eine graphische Wiedergabe des Verhältnisses zwischen kraftbeaufschlagtem Gebiet der druckleitenden Gummischicht, die von der Druckbeaufschlagung abhängige Eigenschaften aufweist und dem erforderlichen Druck, um diese leitfähig zu machen.

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Bestimmungsschaltung für die A'-K-Koordinaten von Eingabepunkten, und

Fig. 8 ein Schaltdiagramm einer modifizierten Ausführungsform des Detektorschaltkreises.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben, aus denen zu ersehen ist, daß die Vorrichtung aus einer starren Basisschicht 1 besteht, einer ersten Elektrodengruppe 2 parallel zueinander angeordneter Elektroden mit einer Vielzahl von Leiterbahnen oder allgemein Leitern y₀, Y₁ ..., Y_n, die parallel zueinander liegen, auf der Oberfläche einer unnachgiebigen Schicht 11 aus einer isolierenden Substanz angeordnet sind. Eine zweite Elektrodengruppe

3 paralleler Elektroden mit einer Vielzahl von Leitern X₀, X_s .. .,X_n ist in entsprechender Weise auf der Rückseite einer nachgiebigen Isolierschicht 10 angeordnet. Die Elektrodengruppe 2 und die Elektrodengruppe 3 ist sich gegenüberliegend in einer solchen Weise zueinander festgelegt, daß sich die parallelen Leiterbahnen kreuzen, und zwar im Ausführungsbeispiel im rechten Winkel zueinander stehen, und zwar - v/ie ersichtlich - im Eingabebereich der Oberfläche W der Isolierschicht 10, wobei in der Reihenfolge nach der Schicht 10, den parallelen Leiterbahnen X₀ bis X_n eine druckleitende Gummischicht 12 angeordnet ist. Ein erster Widerstand 4 besitzt gleichfalls die Form einer Schicht, wobei diese in Kontakt mit dem einen Ende der parallelen Elektrodengruppe 2 steht und ein zweiter Widerstand 5, der gleichfalls schichtförmig ausgebildet ist, steht in Kontakt mit einem Ende der parallelen Elektrodengruppe 3. Anschlüsse 6 und 7 befinden sich an den gegenübeliegenden Flächenenden des Widerstands 4, in Längsrichtung desselben gesehen, und Anschlußelektroden 8 und 9 an den gegenüberliegenden Flächenenden des Widerstands 5, wiederum in dessen Längsrichtung. Leitungsanschlüsse a, b. c und d stellen die Verbindungen zu den Anschlüssen 6, 7 und Anschlußelektroden 8 und 9 her.

Die Widerstände 4 und 5 bestehen aus scheibenförmigem Widerstandsmaterial oder Metallfilmwiderständen aus einem Substrat, wie etwa Glas oder dergleichen. Eine druckleitende Gummischicht 13 befindet sich zwischen der parallelen Elektrodengruppe 2 und dem Widerstand

4 und dient der elektrischen Verbindung zwischen diesen. Entsprechend ist eine druckleitende Gummischicht 14 zwischen der parallelen Eiektrodengruppe 3 und dem Widerstand 5 für die elektrische Verbindung zwischen diesen Elementen angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird vorteilhaft eine bekannte druckieitende Gummischicht verwendet, die sich dadurch kennzeichnet, daß es sich in seinem Normalzustand als ein isolierendes Material darstellt und als ein solches zu betrachten ist, aber dann, wenn Druck auf dieses ausgeübt wird, leitfähig wird, weil sein Widerstandswert zufolge der Kraftbeaufschlagung dort, wo diese Kraft ausgeübt wird, erheblich geringer wird. Die durch Druck leitfähig machbare Gummischicht 13 und 14 stellen in der vorliegenden Anordnung mit der Elektrodengruppe 2 und dem 'Viderstand 4 und mit der Elektrodengruppe 3 und dem Widerstand 5 eine Art Sandwichbauweise dar, wobei bei einem konstanten und vorbestimmten Druck für diese Anordnung und zwischen den genannten Elementen eine elektrische Verbindung sichergestellt ist. Es ist bei der dargestellten Anordnung offensichtlich, daß im Normalzustand auf die Gummischicht 12 kein Druck ausgeübt wird.

F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Druck beaufschlagung pro Flächeneinheit, und zwar hier für 1 mm², in der mittels Druck leitfähig werdenden Gummischicht und der Leitfähigkeit pro Flächeneinheit. Die Kurven A, B und C entsprechen dabei den Kennungen von mittels Druck leitfähig machbaren Gummischichten unterschiedlicher Zusammensetzungen.

Wenn demzufolge Buchstaben und Figuren auf die Eingabefläche W unter Verwendung eines Schreibgriffels oder dergleichen normalen Schreibgegenstand gezeichnet werden, dann wird ein Druck auf die Schicht 12 über die nachgiebige Isolierschicht 10 ausgeübt und gleichzeitig auf die parallele Elektrodengruppe 3, wobei der zu jeder Zeit druckbeaufschlagte Punkt, also der Eingabepunkt, während des Schreibvorgangs leitend wird, was dann auch für den zugehörigen Elektrodenleiter der parallelen Elektrodengruppen 2 und 3 gilt, das heißt, daß durch die Druckbeaufschlagung an dem jeweiligen Eingabepunkt ein elektrischer Kontakt zwischen den zugehörigen Elektroden der beiden genannten Gruppen hergestellt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der Widerstand zwischen den parallelen Elektrodengruppen 2 und 3 etwa bei 100 K Ohm oder tiefer bis zu einigen Ohm hin, wenn die Druckbeaufschlagung ca. 70 g/mm² beträgt.

Was aus den Zeichnungen nicht im einzelnen ersichtlich ist, ist, daß der Widerstand 4 und die unnachgiebige Schicht 11 aus einer isolierenden Substanz und der Widerstand 5 und die Isolierschicht 10 mittels eines geeigneten Klammerorgans zusammengehalten und entsprechend zusammengedrückt sind, wodurch ein vorbestimmter Druck für die Anordnung im Normalzustand definiert ist. Nach dem Vorstehenden wird der Widerstandswert der druckleitenden Gummischichten 13 und 14 erheblich geringer, d. h., diese Schichten werden leitfähig und in einen engen Kontakt miteinander gebracht durch die Elastizität des Gummis, so daß sich die gewünschte elektrische Verbindung zwischen den parallelen Elektrodengruppen 2 und dem Widerstand 4 einerseits und zwischen der parallelen Elektrodengruppe 3 und dem Widerstand S andererseits ergibt, wobei diese ausgezeichnete und stabile Bedingungen für die Detektorvorrichtung sicherstellen.

Ein Ausführungsbeispiel für den strukturellen Aufbau und die Dimensionierung der Elektrodengruppe wird weiter unten noch aufgezeigt werden. Der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden in den Gruppen, also den die Elektroden darstelle.iden Leitern oder Leiterbahnen, ist ausreichend schmal, so daß sich ein hohes Auflösungsvermögen für die Vorrichtung ergibt. Darüber hinaus sind die Elektrodenleitungen ausreichend lang wählbar, so daß Eingabetafeln ausreichend großer Dimensionierung hergestellt werden können.

In einem Ausführungsbeispiel für eine Eingabevorrichtung mit hohem Auflösungsvermögen finden Elektrodenleiter aus Kupferfolie Anwendung, die mit Gold plattiert sind und deren Breite 0,175 mm, deren Dicke 5 bis 3,5 μιη und deren Länge 20 cm beträgt, wobei diese in einem Abstand von 0,25 mm zueinander liegend ange-

ordnet sind und als Schicht ein Polyamidsubstrat verwendet wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird von Elektrodenleiterbahnen aus goldplattiertem Kupferfoliematerial ausgegangen mit einer Breite von 0,7 mm, einer Dicke von 5 bis 3,5 μηι und einer Länge von 1,5 mm, die in einem Abstand zueinander von 1 mm liegen, wobei ein Polyamidsubstrat Anwendung findet. Bei diesen Elektrodengruppen wird von identischem Material und Aufbau ausgegangen, so daß sie letztlich ein herkömmliches Flachkabel bilden. Wenn die Leiterbahnen in einem Abstand P mm zueinander angeordnet sind, dann ergibt sich ein Auflösungsvermögen für die Eingabevorrichtung von L/P (Zahl/mm).

Nachfolgend wird nunmehr die Wirkungsweise der Schaltung der Detektorvorrichtung - wie vorstehend beschrieben - erläutert, d.h. die Ermittlung der betreffenden Koordinaten eines Eingabepunktes P, der durch einen Schreibvorgang oder dergleichen jeweils druckbeaufschlagt ist.

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild beziehungsweise das Schaltdiagramm für die Ermittlung eines Punktes auf der Eingabefläche und Fig. 5 einen entsprechenden Schaltkreis der Detektorschaltung. In den Fig. entsprechen im übrigen die angegebenen Bezugszahlen denen von Fig. 1, soweit sie identische Teile betreffen. Wie Fig. 4A zeigt, weist die Schaltung eine Stromquelle 15 auf, die so ausgelegt ist, daß sie eine Konstantstromregulierung ermöglicht. Darüber hinaus kennzeichnet sich die Schaltung durch die Operationsverstärker 16 und 17, die Widerstandselemente 18 und 19 mit ausreichend geringem Widerstandswert, bezogen auf die Eingangsimpedanz der Operationsverstärker 16 und 17; der Anschluß 20 stellt den .V-Ausgaiig und der Anschluß 21 den y-Ausgang dar. Die Schaltung nach Fig. 4A zeigt darüber hinaus einen Stromdetektorkreis 22, der einen Operationsverstärker und dergleichen mehr enthält, und eine Tastempfindungs- beziehungsweise Druckfühl-Ausgangsklemme 23, deren Ausgangssignal dem Kontakt des Schreibstiftes auf der Eingabeoberfläche entspricht und von diesem abgeleitet ist.

Die Leiterbahnen der parallelen Elektrodengruppen 2 und 3 werden während des Schreibens auf der Eingabefläche bei irgendeinem Eingabepunkt P durch die Druckbeaufschlagung der Eingabefläche W(siehe auch Fig. 1) elektrisch in Kontakt gebracht und die Widerstände 4 und 5 an dem betreffenden Punkt angeschlossen. Mit anderen Worten wird während des Einschreibens irgendeines Buchstaben oder dergleichen mittels eines beliebigen Schreibgriffels auf die Eingabeoberfläche W die druckleitfähige Gummischicht 12 an dem jeweiligen Punkt P leitfähig und die Elektrodenleiter der parallelen F.lektrodeneruppen 2 und 3. die sich an diesem Punkt kreuzen, werden in elektrischen Kontakt miteinander gebracht und bilden einen Stromkreis, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. In Fig. 5 ist eine Abstimmung T₁ (/= 1, 2, ... ή) des Widerstands 4 zwischen der Elektrodenleiterbahn .V₁- vorgesehen, entsprechend dem Kontaktpunkt P, wobei dieser angrenzend an die Elektrodenleiterbahn Y_i+i der parallelen Elektrodengruppe 2 liegt und eine Abstimmung r'j{f=i, 2, ... n) des Widerstands 5 liegt zwischen dem Elektrodenleiter X₁ in Übereinstimmung mit dem Kontaktpunkt P und dem angrenzenden Elektrodenleiter Xj+i der Elektrodengruppe 3. R_a stellt eine Abstimmung, also einen Widerstandsabgleich des Widerstands 4 zwischen dem Anschluß 6 und dem Elektrodenleiter Y-, über dem Kontaktpunkt P dar und R_b ist die Abstimmung des Widerstands 4 zwischen dem Anschluß 7 und dem Elektrodenleiter Y,. Des weiteren ist R_c eine Abstimmung, also der abfallende Widerstandswert des Widerstands 5 zwischen der Anschlußelektrode 8 und der Elektrodenleiterbahn Xj über den Kontaktpunkt P, R_d ist der abfallende Widerstand des Widerstands 5 zwischen der Anschlußelektrode 9 und der Elektrodenleiterbahn Xj und der Widerstand R_g ist der abfallende Widerstand der druckleitenden Gummischicht 12, die einen wesentlich geringeren Widerstandswert am Druckpunkt P aufweist, wie nachfolgend noch näher dargelegt werden wird. Ein

ι ο Strom /fließt von der Konstantstromquelle 15, wobei der Stromfluß zu den Anschlüssen α und b als Stromfluß I„ und l_b bezeichnet ist und I_c sowie I_d die Ströme sind, welche von den Anschlüssen c und d abgegeben werden, d.h. über diese Hießen.

Wenn der Elektrodenleiter }'. der Elektrodengruppe 2 und der Elektrodenleiter X₁ der Elektrodengruppe 3 in elektrischen Kontakt miteinander am Druckpunkt P gebracht werden, dann kann von den folgenden Gleichungen ausgegangen werden:

R.=r_l+r_l+...₊r, (1)

A₄ = ^₊₁+r_i+2+...+r. (2)

= ^rj^ 1+0+2+- ■·

Wenn der Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 6 und 7 des Widerstands 4 und zwischen den Anschlußelektroden 8 und 9 des Widerstands 5 gleich und gleichförmig ist und die Elektrodenleiterbahnen der parallelen Elektrodengruppen 2 und 3 im gleichen Abstand zueinander liegen, dann ergeben sich die folgenden Gleichungen:

r_o = r, = r'j

so daß sich die Gleichungen 1 bis 4 wie folgt vereinfachen:

Λ_ο — / χ r₀

K =J ^x ^ro

Andererseits gilt für den Strom:

I=l_a + I_b=/_c + I_d (9).

Das Verhältnis der Stromwerte zu den Widerständen läßt sich wie folgt in einer Gleichung darstellen:

/„*„ = /„«„ (10).

Subsiiiuicri man die Gleichungen 5 und 6 in die Gleichung 10, dann ergibt sich:

/„'T₀ = Z₁, («-0 T₀ (11)

und

In der Gleichung 12 sind / und η konstante Werte, so daß sich ι bestimmen läßt durch die Messung von I_h, was wiederum bedeutet, daß ein Nachweis des Elektrodenleiters Yi eindeutig gegeben ist.

Entsprechend gelten die folgenden Gleichungen für die Produkte der Strom- und Widerstandswerte R_c, R_d, I_c und

I_cR^!₄R_d (13).

Wenn die Gleichungen 7 und 8 in die Gleichung 13 substituiert werden, ergibt sich die folgende Gleichung:

IJr₀ = Id (n-J) r₀ (14)

In der Gleichung 15 sind / und η konstant, so daß sichy durch Messung /,, bestimmen läßt und damit auch der Elektrodenleiter X_y

Auf die vorstehend dargelegte Weise lassen sich die Koordinaten des jeweiligen Eingabepunktes P, also beim Schreiben des jeweiligen Druckpunktes, eindeutig ermitteln.

in F i g. 4 verursacht der Spann ungsabfali der Ströme i_h und I_d durch die Widerstandselemente 18 und 19 zufolge der Verstärkung über die Operationsvei stärker 16 und 17 Ausgangsspannungen am A'-Ausgang 20 und K-Ausgang 21 entsprechende Signale in Übereinstimmung mit den zugehörigen X- und ^-Koordinaten des betreffenden Eingabepunktes P.

Wenn andererseits keine Druckbeaufschlagung erfolgt, dann ist der Widerstandswert R_g zwischen den Elektrodenleitern >'· und Xj entsprechend groß, d. h. also, daß keine leitende Verbindung zwischen diesen beiden besteht und dadurch ein Stromfluß / verhindert wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Strom / bestimmbar durch den Stromdetektorkreis 22, der in Reihe mit der Konstantstromquelle 15 liegt und die Tastempfindung des Schreibwerkzeugs läßt sich bestimmen durch den Ausgang der Tastempfindungsklemme :!3. Der Stromdetektorkreis 22 besteht beispielsweise a js einem Widerstand 24 und einem Komparator 25, wie in Fig. 4B gezeigt.

Entsprechend der vorstehend beschriebenen Eingabebedingungen für die Vorrichtung entfillt das Anlegen von Spannkräften auf d e eine der Elektrodengruppen, die aus parallel zueinander liegenden E ektrodenbahnen oder -drähten besteht, WDfür hier eine -wischen die beiden Gruppen eingelageite Gummisch cht Anwendung findet, die durch Druckbeaufschlagung leitfähig gemacht wird. Der Aufbau dieser Anordnung gestaltet sich damit wesentlich einfacher und kostengünstiger als derjenige mit den gespannten Eiektrodendrähter. Auch wird bei der vorliegenden Vorrichtung das Problem des zufälligen gegenseitigen Kontakts der Leitungselektroden vermieden, insbesondere dann, wenn die beiden Elektrodengruppen in eine Vorrichtung eingebracht sind, deren Eingabefläche relativ groß ist und insbesordere auch dann, wenn die Eingabevorrichtung in horizontaler Lage angeordnet ist. Die Vergrößerung des Eingabebereichs erhöht nicht notwendig d.e Kosten und es ist ohne technischen Mehraufwand extrem einfach, die Vorrichtungsgröße zu erweitern.

Bei der Verwendung einer Gummischicht, die durch Druckbeaufschlagung leitend wird, ist es möglich, diese so auszulegen, daß erst bei ausreichender Druckbeaufschlagung deren Leitfähigkeit hergestellt wird, und zwar nur dort, wo die Kraft auf die Schicht ausgeübt wird, woraus sich noch der Vorteil ergibt, daß zufällige Berührungen der Schicht, so wie sie im allgemeinen gegeben sind, etwa durch den Finger und/oder die Hand des die Vorrichtung Bedienenden, als Fehlaufzeichnungen ausgeschlossen werden können, da die durch diese Zufallsberührungen vorgebbaren geringen Drücke nicht ausreichen, die erforderliche Leitfähigkeit herzustellen.

Fig. 6 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit zwischen der Druckbeaufschlagung in der Gummischicht mit positiver Kraftaufbringung und dem Druck, der für die Leitfähigkeit gefordert wird. Hierbei ist auf der .Y-Achse der Bereich für die Druckbeaufschlagung in mm² und auf der K-Achse der Druck angegeben, der erforderlich ist, um die Schicht leitend zu machen, und zwar in g/mm². Wenn hier davon gesprochen wird, daß die Gummischicht »leitfähig wird«, dann ist damit

ίο gemeint, daß deren Widerstand von einem zuvor im nicht druckbeaufschlagten Zustand hohen Wert auf nur noch einige Ohm fällt, wobei der Druck als die pro Flächeneinheit ausgeübte Kraft gilt. In Fig. 6 ist in unterbrochener Linienführung die Kurve eines herkömmlichen, durch Druck leitfähig werdenden scheibenförmigen Materials angedeutet, und zwar - wie ersichtlich - mit negativer Abhängigkeit für die Kraftausübung. Wie die Fig. 6 zeigt, ist das Verhalten der herkömmlichen Schichten, die durch Druckbeaufschlagung leitend werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit abnimmt, wenn der Kraftbeaufschlagungsbereich zunimmt, wohingegen die erfindungsgemäß verwendete Gummischicht ein Verhalten zeigt, bei dem eine positive Kraftbeaufschlagung zu einem entsprechenden Widerstandsverhalten führt, d.h.

mit Zunahme der ausgeübten Kraft vergrößert sich auch der Bereich, auf den diese ausgeübt wird. Dieses Verhalten bedeutet mit anderen Worten, daß dann, wenn ein Teil der Eingabefläche durch Fingerdruck und/oder den Druck der Hand beaufschlagt wird, ein größerer Druck erforderlich ist, um die Fläche leitfähig zu machen, als beispielsweise durch den Kontakt eines Schreibstiftes, bei dem der druckbeaufschlagte Flächenbereich sehr klein ist. Die Eigenschaften der Gummischicht, wie sie vorstehend bezeichnet worden ist. also einer Schicht aus einem Stoff mit gummiartigen Eigenschaften, d.h. mit ausreichender Elastizität, lassen sich so einstellen und vorgeben, daß nur ein Schreibwerkzeug mit einer scharfen, punktförmigen Spitze, die für den Schaltkreis geforderte Herabsetzung des Widerstandswerts erreichen kann, so daß eine Eingabe nur dann wahrgenommen wird, also ein Schreibvorgang oder dergleichen dann weitergeleitet oder weiter verarbeitet werden kann, wenn die tatsächlich gewollte Eingabeinformation aufgezeichnet wird, wobei Zufallsberührungen ohne Belang bleiben. Die Voraussetzung eines Schreibgriffels mit scharfer Spitze für eine befriedigende Aufzeichnung oder besser Ermittlung derselben, bedingt, daß dann, wenn die Eingabefläche horizontal angeordnet ist und die Bedienungsperson während des Eingabevorgangs ihre Hand und/oder einige Finger auf der gleichen Fläche auflegt, diese letztgenannte Druckbeaufschlagung nicht zu Fehlinformationen führt, da nur der Druck des Schreibwerkzeugs allein wahrgenommen wird und eine entsprechende Aufzeichnung erfolgt. Der Kontaktbereich der Hand und der Finger ergibt gewöhnlich einen Flächenbereich von etwa 1800mm^?bei einem Druck von ca. 1260 g. Damit ergibt sich eine pro Flächeneinheit ausgeübte Kraft von ca. 0,7 g/mm², also ein viel zu kleiner Druck, um die durch Druckbeaufschlagung leitfähig werdende Schicht in den leitenden Zustand zu überführen.

In dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die aus parallelen Elektrodenanordnungen bestehenden Elektrodengruppen in Kontakt mit der gesamten Länge des ersten und des zweiten Widerstands, es ist dem gegenüber jedoch auch möglich, den Kontakt nur partiell mit den Widerständen herzustellen. Der Widerstand und die Elektrode können durch Löten miteinander verbunden werden, ohne daß hierfür auf die elektrische Leitfähiekeit

der durch Druckbeaufschlagung leitfähig werdenden Schicht aus Gummi oder einem entsprechende Eigenschaften aufweisenden Material zurückgegriffen werden muß. Unterschiedliche Widerstandswerte pro Längeneinheit des ersten und zweiten Widerstands können schaltungstechnisch von Vorteil sein und zu entsprechenden Resultaten führen, wie das mit dem vorstehend beschriebenen Schaltkreis der Fall ist.

In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist es nicht zwingend erforderlich, daß die aus parallelen Elektrodenanordnungen bestehenden Elektrodengruppen in rechtwinkliger Ausrichtung zueinander liegen, es ist vielmehr auch eine andere geneigte Positionierung möglich. Bezüglich der Isolierschicht mit flexiblen Eigenschaften, die als Eingabeoberfläche verwendet wird, ist es auch möglich, einen entsprechend flexiblen Schutzfilm auf die Eingabeoberfiäche aufzubringen.

Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel war die durch Druck leitfähig machbare Gummischicht 12 für die Eingabeoberfläche getrennt von den gleichfalls mittels Druck leitfähig werdenden Gummischichten 13 und 14, welche die elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenleitern und dem Widerstandsbereich sicherstellen. Wenn die Längen /, und /₂ zwischen der Eingangsfläche beziehungsweise dem Bereich der Eingabefläche und dem Widerstandsbereich nicht zu groß ist, um zu einer Schichtdeformation in dem Widerstandsbereich zu führen, welches beispielsweise auf die Kompressionskraft des Klammerelements für die Isolierschicht und den Widerstand zurückgeführt werden kann, dann kann in dem abgewandelten Ausführungsbeispiel eine integrale Schicht 12 a für die Eingabefläche und die Widerstände Anwendung finden, die als durch Druckbeaufschlagung leitfähig werdende Gummischicht oder dergleichen ausgebildet ist. Wenn entsprechend nur eine der genannten Längen oder Abstandsräume hinlänglich groß ist, dann kann eine entsprechende Flächenintegration ausgeführt werden.

In dem in Fig. 4A dargestellten Schaltkreis wird die konstante Stromzuführung entsprechend geregelt. Es ist demgegenüber jedoch auch möglich, eine Spannungsquelle zu verwenden, wie sie in Fig. 8 schematisch wiedergegeben ist. In diesem Fall ist ein zusätzlicher Schaltkreis für die Berechnung der Summe /„ + I_h oder I_c + I_d und eine Teilerschaltung für die Errechnung des Quotien-Klemme e abgenommen, während die dem Strom l_d proportionale Spannung an der Klemme / anliegt und die Spannung, die proportional dem Strom I=I_a + I_b=I_c + I_d an der Klemme g anliegt.

In Fig. 8 wird ein äquivalenter Stromkreis erhalten, wenn davon ausgegangen wird, daß der Eingang vorgegeben wird durch das Ersetzen der Konstantstromquelle 15 von Fig. 5 durch die Spannungsquelle E. In diesem Fall erhält man Gleichungen 1 bis 12 gleichermaßen wie dann,

ic wenn die Konstantstromquelle Anwendung findet. Insofern ergibt sich für ι, welches für die Elektrodenleiterbahnen X₁ entsprechend dem Eingabepunkt steht, die folgende Gleichung:

wobei der Strom I sich aus der nachstehenden Gleichung ergibt:

+ Rg + -

und

verwendet. Im einzelnen ist die

Schaltung nach Fig. 8 so aufgebaut, daß anstelle der Konstantstromquelle 15 nach Fig. 4 ein als Festwiderstand ausgebildetes Widerstandselernent 28 and ein Verstärker 29 mit hoher Eingangsimpedanz verwendet werden sowie ein Teiler 26, der den Quotienten A- errechnet,

sowie ein Teiler 27 zur Ermittlung des Quotienten A\.,

während die zusätzlichen Schaltungsteile denen der Fig. 4 entsprechen. Die Spannung in der Schaltung nach F i g. 8 ist proportional dem Strom I_b und sie wird von der Aus der Gleichung 17 ergibt sich, daß der Strom / mit Änderung der Widerstandswerte R_a, R_h, R_c, R_d und R_g

variiert und gleichermaßen bei Änderung der Spannung

E. Demgemäß ist es erforderlich, den Quotienten -γ- zu

ermitteln, um (bestimmen zu können. Entsprechend repräsentiert j die Elektrodenleit;rbahnen Y₁ in Übereinstimmung mit d :m Eingabepunkt zur Bestimmung des

Quotienten — räch der Gleichung 15.

Die verstehend beschriebene Detektorvorrichtung für die X- }'-Koordinaten eines Eingabepunktes ist bezüglich des Aufbaus ihrer Eingabefläche extrem vereinfacht gegenüber dem bisher Bekannten, wodurch sich die Herstellungskosten erheblich verringern und Falschwahrnehmungen durch Hand- und/oder Fingerdruck sind bei der vorliegenden Vorrichtung ausgeschlossen. Die vorteilhaften Arbeitsbedingungen werden besonders deutlich, wenn die Eingabefläche in horizontaler Lage verwendet wird, wobei der Eingabebereich bei der vorliegenden Vorrichtung ohne erhebliche Kostensteigerung vorteilhaft vergrößert werden kann. Das Einschreiben oder Eingeben von Informationen in die Vorrichtung ist mittels eines gewöhnlichen Schreibwerkzeugs, wie etwa eines Schreibgriffels oder dergleichen, möglich. Die durch Druckbeaufschlagung leitfähig werdende, im Zusammenhang mit dir vorliegenden Erfindung verwendete Schicht, ist durch ihr positives Druckverhalten bezüglich der Beaufschlagungsfläche dadurch vorteilhaft gekennzeichnet, daß Kräfte, die über größere Flächen auf die Eingabefläche ausgeübt werden, wie das beispielsweise durch Fingerdruck oder Auflegen der Hand geschehen kann, nicht als Aufzeichnungsinformationen weitergegeben werden, während Kraftbeaufschlagungen auf kleine Flächenbereiche, beispielsweise durch einen spitzen Schreibgriffel, bei Ausschaltung ungewollte Nebenberührungen einwandfrei wahrgenommen, definiert werden und weiter verarbeitbar sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Detektorvorrichtung zur Erfassung der X- und Κ-Koordinaten von Eingabcpunktec, bestehend aus einer Eingabefläche mit einer ersten Gruppe parallel zueinander liegender Elektroden und einer zweiten Gruppe parallel zueinander liegender Elektroden, die gegenüber der ersten nachgiebig angeordnet sind und diese kreuzen, sowie einer drucknachgiebigen Gummischicht zwischen den beiden untereinander parallelen Elektrodengruppen, wobei die Schicht derart beschaffen ist, daß sie bei Druckbeaufschlagung auf die Eingabeschreibfläche leitfähig wird und ein erster Widerstand galvanisch mit den Elektroden der ersten Elektrodengruppe an einem Ende in Verbindung steht sowie ein zweiter Wideretand in elektrischem Kontakt mit den Elektroden der zweiten Elektrodengruppe an einem Ende sich befindei und wobei die beiden Widerstände an ihren entgegengesetzten Enden Anschlußklemmen aufweisen und Mittel für die elektrische Wahrnehmung der Eingibeposition auf der Schreibeingabefläche vorhanden sind, die elektrische Signale für die beiden Widerstände vorgeben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (15) einen definierten S:rom einem der ersten beziehungsweise zweiten Widerstände (4, 5) zuführt, während der andere Widerst ind (5,4) diesen vorbestimmten Strom aufnimmt, daß Widerstandselemente (18,19) in den Stromweg zu eier Widerstände (4, 5) eingeschleift sind und daß Operationsverstärker (16,17) für die Wahrnehmung der Größe des Stromes durch den Spannungsabfall iiber den Widerstandselcmenten (18, 19) vorhanden sind.

2. Detektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromdeteklorkreis (22) zur Bestimmung des Stromes in Reihe mit der Konstantstromquelle (15) liegt.

3. Detektorvorrichtung nacfi Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschluß der Konstantstromquelle (15) mit den beiden Enden des ersten Widerstandes (4) und der andere Anschluß der Konstantstromqueile (15) mit den beiden Enden des zweiten Widerstandes (5) verbunden ist und daß bei Druckbeaufschlagung die Widerstände (4, 5) über den Widerstand der Gummischicht (12) verbindbar sind.

4. Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die parallelen Elektrodengruppen (2, 3) und die Widerstände (4,5) je eine mittels Druck leilfähig machbare Schicht (13,14) aus Gummi oder dergleichen als Anschlußschicht eingefügt ist, und daß diese Schichten (13, 14) unter einem vorbestimmten Druck eingespannt sind.

5. Detektorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der druckleitfähige Gummi Bestandteil der Verbindungs- beziehungsweise Anschlußfläche ist.

6. Detektorvorrichtang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,-daß die Widerstände (4, 5) als Metall film widerstände auf einem Substrat ausgebildet sind.

7. Detektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Druck leitfähig machbare Schicht (12) eine direkt proportionale Beziehung zwischem dem Druck, der nötig ist, um die Schicht (12) leitend zu machen, und der mit Druck beaufschlagten Fläche aufweist.

8. Detektorvorrichtung zur Erfassung der X- und y-Koordinaten von Eingabepunkten, bestehend aus einer Eingabefläche mit einer ersten Gruppe parallel zueinander liegender Elektroden und einer zweiten s Gruppe parallel zueinander liegender Elektroden, die gegenüber der ersten nachgiebig angeordnet sind and diese kreuzen, sowie einer drucknachgiebigen Gummischicht zwischen den beiden untereinander parallelen Elektrodengruppen, wobei die Schicht derart be- schaffen ist, daß sie bei Druckbeaufschlagung auf die Eingabeschreibfläche leitfähig wird und ein erster Widerstand galvanisch mit den Elektroden der ersten Elektrodengruppe an einem Ende in Verbindung steht sowie ein zweiter Widerstand in elektrischem

ι s Kontakt mit den Elektroden der zweiten Elektrodengruppe an einem Ende sich befindet und wobei die beiden Widerstände an ihren entgegengesetzten Enden Anschlußklemmen aufweisen und Mittel für die elektrische Wahrnehmung der Eingabeposition auf

:io der Schreibeingabefläche vorhanden sind, die elektrische Signale für die beiden Widerstände vorgeben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsquelle (E) vorgesehen ist, die zwischen den ersten und zweiten Widerständen (4, 5) in Verbindung mit diesen

: 5 steht, daß erste Widerstandselemente (18,19) in den Stromweg der zwei Widerstände (4, 5) eingeschaltet sind, daß Operationsverstärker (16, 17) den Spannungsabfall, der über die ersten Widerstandselemente (18, 19) abfällt, verstärken, daß ein zweites Wider-

:o Standselement (28) zwischen die Spannungsquelle (E) und einem der Widerstände (4, 5) gelegt ist, daß ein Verstärker (29) mit hoher Eingangsimpedanz in Verbindung mit dem erfaßten Spannungsabfall über das zweite Widerstandselement (28) steht, daß ein erster Teiler (26) vorgesehen ist mit einem Eingang, der mit dem Ausgang eines der Operationsverstärker (16) verbunden ist, daß der andere Eingang in Verbindung mit dem Ausgang des Verstärkers (29) mit hoher Eingangsimpedanz steht, und daß ein zweiter Teiler

(27) einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des anderen Operationsverstärkers (17) verbunden ist, während der andere Eingang in Verbindung mit dem Ausgang des Verstärkers (29) mit hoher Eingangsimpedanz steht.

9. Detektorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromdetektorkreis (22) zur Bestimmung des Stromes in Reih: mit der Spannungsquelle (E) liegt.