DE3114354A1

DE3114354A1 - Beruehrungsempfindliche einrichtung

Info

Publication number: DE3114354A1
Application number: DE3114354A
Authority: DE
Inventors: Leonard Ralph Kasday; James Basil Mallos
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1982-06-24
Also published as: ES8205078A1; IT1137373B; IT8121189A0; SE8102252L; GB2074428A; FR2480967B1; SE441870B; AU541152B2; GB2074428B; ES501358A0; HK69884A; SG33184G; AU6947081A; FR2480967A1; NL8101878A

Description

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BLUMBACH · W£SER^:...BE*RQEM:.· KRAMER ZWIRNER · HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

-3-

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212ii5 Telegramme Patentconsuli Patentconsull Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palentconr.i.ü

Western Electric Company Incorporated KASDAY, L.R. 2-3 New York N.Y. 10038, USA

Berührungsempfindliche Einrichtung

Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliche Einrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer Signalquelle. Dabei geht es um eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Oberflächenkontakts und insbesondere um eine berührungsempfindliche Einrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer synchronisierten Signalquelle, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre (CRT).

In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, eine Rückinformation mit Bezug auf Informationen zu liefern, die auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre dargestellt werden. Beispielsweise ist es bei Verwendung von Computern allgemein üblich geworden, für den Benutzer auf dem Schirm eine Auswahl darzustellen, aus der er wählen kann. Der Benutzer wird in typischer Weise angewiesen, bestimmte Tasten auf einem Tastenfeld oder einer ähnlichen Einrichtung zu betätigen, um eine Auswahl aus einem Angebot von Wahlmöglichkeiten zu treffen.

München: Π. Kiamor Dipl. Ing. ■ W. We:ar Dipl.-f'hys. Dr. rer. ti.it. ■ E. lloi!m;inn Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., P.it.-Ais., Pat.-Anw. bis 1979 · G. 2wirnpr Pi|;l. Im;. Ο.·-\ .''. ,

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der Betätigung der gewählten Taste durch den Benutzer wird das Angebot geändert und dem Benutzer erneut Gelegenheit gegeben, durch Betätigung einer bestimmten Taste eine Auswahl zu treffen. Eine solche Anordnung ist umständlich, da der Benutzer zuerst auf den Schirm sehen und dann sich einem getrennten Tastenfeld zuwenden muß, um die richtige Taste zu finden. Das ist zeitaufwendig und erfordert aufwendige, getrennte Ausrüstungen .

Es sind verschiedene Versuche gemacht worden, dieses Problem zu lösen. Bei einem Versuch wird ein Lichtgriffel \erwendet,der über dem Punkt auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre gehalten wird, der der gewünschten Antwort entspricht. Es tritt dann Licht vom Raster der Kathodenstrahlröhre in den Griffel ein, und die Position des Rasters wird durch einen Vergleich des .Ausgangssignals des Griffels mit der Position des Rasterstrahls zum Zeitpunkt des Vergleichs bestimmt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Benutzer einen Lichtgriffel verwenden muß. Andere berührungsempfindliche Schirme haben gekreuzte Drähte, gekreuzte Strahlen infraroten Lichts, eine Reflexion akustischer O.berflächenwellen, eine Stromauf teilung in wider standsbehafteten Blättern, ein Ausgleichen von Kräften und ähnliches verwendet. Bei einer Benutzung in Verbindung mit einem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre erfordern die vorstehend genannten Verfahren jedoch eine sorgfältige Eichung, um eine Übereinstimmung zwischen den Punkten auf dem Berührungsschirm· .und den Punkten auf dem Bildschirm herzustellen. Die Notwendigkeit spezieller Wandler oder einer Vielzahl von elektrischen Verbindungen erhöht die Kompliziertheit und den Aufwand.

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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrtr\de_s

diese Probleme so zu lösen, daß die visuelle Darstellung direkt an jedem Punkt auf dynamisch sich ändernde Weise berührt x^erden kann, wobei die Position der Berührung leicht bestimmbar ist.

Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Es wird dabei Vorteil aus der Tatsache gezogen, daß zahlreiehe Signalquellen, beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre, ein synchronisiertes Signal, beispielsweise ein in Form eines Rasters abgelenkter Elektronenstrahl, erzeugen, dessen Position zu jedem Zeitpunkt bekannt ist. Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre liegt eine Einrichtung mit parallelen Flächen, beispielsweise eine Glasplatte, durch die das vom Raster erzeugte Licht für den Benutzer sichtbar ist. An den Kanten

der Einrichtung sind Fotodioden angeordnet, die zur Lieferung eines Ausgangssignals auf das Einfangen von Licht zwischen den parallelen Flächen ansprechen. Durch Berühren der oberen Fläche der Einrichtung (d.h. durch Änderung des an die Fläche angrenzenden Mediums) an einem Punkt wird das vom Schirm der Kathodenstrahlröhre ausgehende Licht veranlaßt, an diesem Punkt wieder in die Einrichtung einzutreten. Es wird dabei durch interne Totalreflexion eingefangen und läuft dann zu den Seiten der Einrichtung, wo die Fotodioden das Einfangen feststellen. Durch einen Vergleich des Zeitpunkts, zu.dem dos geänderte Ausgangssignal der Fotodioden auftritt, rait der Fo-■ sition des Kathodonstrablrasters ist die genaue Oberflächen-ρ ο s ί t i on der· B er ühr ung best immb ar,

Bei einem Ausführungsbei&pisl dor Erfindung liegt im ' ^a

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über der Glasplatte eine transparente Membran, um die Einrichtung gegen störende Eingangssignale weniger empfindlich zu machen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Schirm einer Kathodenstrahlröhre, auf dem eine Einrichtung nach der Erfindung aufliegt; Fig. 2 eine schematische Darstellung der aufliegenden

Einrichtung im unberührten Zustand; Fig. 3 eine aufliegende Einrichtung mit Berührung; Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 5 und 6 Grundlagen der Erfindung.

Die in Fig.1 dargestellte Kathodenstrahlröhre 20 wird auf bekannte Weise betrieben. Dabei treffen von der Elektronenstrahlkahone (nicht gezeigt) ausgehende Elektronen auf den phosphoreszierenden Schirm der Kathodenstrahlröhre in einem sequentiellen Muster Zeile für Zeile von oben nach unten auf. Beim Auftreffen der Elektronen auf den phosphoreszierenden Schirm leuchtet die Oberfläche auf. Es werden unter Steuerung des Elektronenstrahls phosphoreszierende Bilder auf dem Schirm erzeugt.

Unter Anwendung der Erfindung "besteht die Möglichkeit, daß ein Benutzer ,jede Position auf dem Schirm berühren kann und die Position der Berührung elektronisch bestimmt wird. Dazu liegt auf dem Schirm dor. Kathodenstrahlröhre eine Einrichtung, beispielsweise eine Glasplatte 10, mit parallelen Oberflächen, durch die Licht vom phosphoreszierenden Schirm hindurchtritt.

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¥enn auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre ein Bild er-.zeugt wird, das eine Antwort des Benutzers verlangt, so wird ein Finger oder ein anderer Gegenstand an der gewählten Position (beispielsweise der Ziffer 6 in Fig.1) gegen die Platte 10 gedruckt. Dann wird - wie nachfolgend erläutert - Licht in der Platte 10 eingefangen. Dieses eingefangene Licht wandert zur Kante der Platte und wird durch Fotodioden 101 festgestellt, wodurch ein Ausgangssignal erzeugt wird, das zur Bestimmung der Berührungsposition auswertbar ist. Die tatsächliche Feststellung der Berührungsposition erfolgt dadurch, daß die Position des Rasterstrahls der Kathodenstrahlröhre zum Zeitpunkt des Ausgangssignals festgestellt wird. Mittel hierzu sind bekannt. Beispielsweise können, da bei diesem Ausführungsbeispiel c3er Erfindung das Ausgangssignal ein LicntimpMls (oder Impulse) ist, bekannte Verfahren angewendet werden, die in Verbindung mit Lichtgriffeln benutzt werden.

Gemäß Fig.2 trifft der Rasterstrahl 13 auf die Vorderfläche der Kathodenstrahlröhre 20 auf, wobei Lichtstrahlen 21 von der phosphoreszierenden Fläche durch die parallelen Oberflächen 14 und 15 der Platte 10 nach außen laufen. Der größte Teil der Lichtstrahlen wird nach außen durchgelassen, einige werden aber zurück in Richtung auf den Schirm der Kathodenstrahlröhre* reflektiert. Wegen des Luftspaltes zwischen der unteren Fläche 15 und der Vorderseite der Kathodenstrahlröhre besitzen die reflektierten Lichtstrahlen (wie noch erläutert werden soll) einen Brechungswinkel, der größer ist air; der .für sine interne Totalreflexion erforderliche kritische Winkel, so d?.ß äi : Lichtstrahlen nicht innerhalb dor Platte 10 cinßojVirs.'--

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Diese reflektierten Lichtstrahlen, die nicht aufgrund einer Berührung der Platte 10 erzeugt werden, sind Quellen unerwünschter "Rausch"- oder Störsignale, da sie zwischen den •Plattenoberflächen 14 und 15 sowie der Frontplatte der Kathodenstrahlröhre hin und her in Richtung auf die Fotodioden 101 reflektiert werden. Da jedoch diese Störstrahlen nicht innerhalb der Platte 10 eingefangen sind und ihre Oberflächen wiederholt p_assieren, können sie unter Verwendung von lichtabsorbierenden Materialien, beispielsweise schwarze Kunststoffstreifen 102, beseitigt werden, die nahe den Kanten der Platte 10 angeordnet sind.

Gemäß Fig.3 drückt ein Finger gegen einen Punkt der oberen Fläche 14 der Platte 10. Die Reflexionseigenschaften des Fingers sowie die Änderung des Mediums am Punkt der Berührung bewirken, daß ein Teil des Lichts, wie später noch beschrieben wird, zwischen den Flächen 14 und 15 der Platte 10 durch interne Totalreflexion eingefangen wird.

Dieses eingefangene Licht läuft dann, wie dargestellt, durch die Platte 10 und fällt auf eine Fotodiode 101 auf. Man beachte, daß die Lichtabnorptionseinrichtungen 102 die eingefangenen Lichtstrahlen nicht absorbieren können, da diese Strahlen die Oberflächen 14 und 15 nicht durchdringen. Die auf die Fotodiode 101 auffallenden Lichtstrahlen bewirken dann ein Ausgangssignal.

Man beachtej daß die Fotodiode 101 irgendein Typ eines Wandlers zur Umwandlung optischer oder anderer Signale in elektrische Energie sein kann und aus einem einzelnen Bauteil oder Diner Anzahl von individuellen Bauteilen gestehen kann« Bei

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bestimmten Anwendungen ist ein Wandler auf einer Oberfläche ausreichend, während es bei anderen Anwendungen zweckmäßig ist, die Platte 10 auf allen Seiten mit solchen Wandlern zu umgeben, die ein einzelnes Ausgangssignäl oder mehrere Ausgangssignale liefern können. Bei bestimmten Anwendungsfällen kann der Wandler mit der Kante der Platte 10 über einen geeigneten Lichtleiter in Verbindung stehen und demgemäß an einer zweckmäßigen Stelle angeordnet sein.

Um das Ansprechen des Detektors auszugleichen, können die Kanten der Platte (zwischen den parallelen Flächen 14 und 15), die nicht auf den Detektor gerichtet sind, weiß beschichtet oder poliert und versilbert werden=

Außerdem können durch Verwendung von Detektoren, die für zwei Farben empfindlich sind (beispielsweise für rot und blau), unerwünschte Streueffekte verringert werden. Dazu können die Ausgangssignale der beiden Fotodetektoren mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit so gemischt v/erden, daß die Signale, die durch von farblosen Objekten gestreutes Licht erzeugt .werden (beispielsweise die meisten Fette und Oberflächenfehler der Platte 10) sich auslöschen. Dann erzeugen die meisten gefärbten Objekte (beispielsweise der menschliche Finger) trotzdem noch ein beträchtliches Ausgangssignäl.

In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, zwischen den Wie~ dergabeschirm 20 und die Platte 10 Miniatur-.TnlouKien odvr ein anderes, gerichtet transparentes Material anzuordn·:n.,uia die räumliche Auflösung zu verbessern« Das ist insbeso

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danh zweckmäßig, wonn das Material, da.«3 auf der Seite der Kathodenstrahlröhre an die Platte 10 angrenzt, keinen sehr niedrigen Brechungsindex besitzt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwar an den Lichtstrahlen Pfeile angegeben, um eine bestimmte Ausbreitungsrichtung anzuzeigen, aber Lichtwege sind immer umkehrbar, so daß eine duale Einrichtung zur hier beschriebenen Einrichtung hergestellt werden kann, indem der Fotodetektor durch einen Fotoemitter und der abgetastete Wiedergabeschirm· durch eine abgetastete Fotodetektoranordnung ersetzt werden.

Wenn die Einrichtung in Verbindung.mit einer Kathodenstrahlröhre benutzt wird, ist eine sorgfältige elektrische Abschirmung zweckmäßig, um eine elektrische Störung des Ausgangssignals der Fotodetektoren zu vermeiden. Insbesondere ist die Zwischenschaltung einer geerdeten Fläche zwischen die Kathodenstrahlröhre und die Fotodetektoren sehr zweckmäßig. Darüberhinaus arbeiten Kathodenstrahlröhren mit Phosphor-Materialien, die ein schnelles anfängliches Abklingen besitzen, am besten.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt auf der Platte 10 (Fig.4) eine flexible, transparente Membran 11, die beispielsweise aus Silicongummi besteht.

Die Membran 11 ist von der oberen Fläche 14 der Platte 10 durch irgendwelche Kittel getrennt, beispielsweise durch Ausspannen zwischen. Stützen oder Anliegen an Rippen, VorSprüngen oder flexiblen Stiften, die über die Fläche verteilt sind.

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Bei dieser Konstruktion kann Licht vom Schirm der Kataodenstrahlröhre durch die Membran zum Betrachter hindurchtreten. Wenn auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre ein Bild projiziert wird, das eine Antwort des Betrachters verlangt, wird ein Finger oder ein anderer Gegenstand an der gewählten Position gegen die äußere Fläche der Membran 11 gedrückt.

Gemäß Fig. 4 drückt ein Finger an einem Punkt gegen die obere Fläche der Membran 11, wodurch diese in Kontakt mit der Fläche 14 der Platte 10 gebracht wird. Auf der Membran .ist eine Oberflächenschicht 12 aufgebracht, die bei einem Ausführungsbeispiel aus weißen Halbtonpunkten besteht, um verbesserte Reflexionseigenschaften zu erzielen und die Lichtstrahlen zu streuen.

Bei gedrückter Membran läuft Licht, das an der Oberfläche der Kathodenstrahlröhre 20 nahe der Eindrückung erzeugt wird, durch die Platte 10 in die'Membran 11 und wird dann zurück in die Platte 10 reflektiert. Einige dieser reflektierten Lichtstrahlen werden - wie nachfolgend erläutert werden sollzwischen den Flächen 14 und 15 der Platte 10 durch interne Totalreflexion eingefangen und erreichen gegebenenfalls die Fotodioden 101„

Um die Einrichtung brauchbar zu machen, kann diejenige Seit·.· der weißen Punkte, die von der Kathodenstrahlröhre wegzüigt, vorzugsweise mattschwarz gemacht werden. Dadurch erhöht sich der Kontrast des Kathodenstrahlbildes für den Betrachter_? da;, im· anderen Falle durch eine Reflexion des Umgebungslicht.-; ;xr. den Punkten verschlechtert wird. Die Schwärzung kann -- ::i

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rere Arten erzeugt v/erden, beispielsweise durch Oxydieren der freien Flächen oder durch ein Fotoätzen der Punkte aus einer kombinierten Schicht aus weißem und dunklem Material.

Kriterien für innere Totalreflexion

Die Brechung an einer einzelnen Oberfläche zwischen Medien mit dem Brechungsindex N₁ und N₂ ist in Fig.5 gezeigt. Ein Lichtstrahl A steht rechtwinklig auf der Grenzfläche und zeigt keine Brechung, Ein Lichtstrahl B tritt unter einem Winkel β^ in die Grenzfläche ein und wird nach dem' Gesetz von Snell gebrochen:

.N₁ sin θ₁ = N₂ sin Q^ (1) .

Ein Lichtstrahl C trifft auf die Grenzfläche unter einem Winkel θρ auf, der der kritische Winkel für interne Totalreflexion (6p = 90°) ist. Dieser kritische Winkel wird durch die Formel angegeben:

sin 0_C = ^/N₁ = 1/N₁ wenn N_£ = 1 (Luft) (2).

Eine'interne Totalreflexion findet statt, wenn θ₁ größer ist als der kritische Winkel, beispielsweise wie für β^ gezeigt. Da der Sinus von 9* nicht größer ist als 1, ergibt sich, daß Xj.j IvLc i nor a .].£.; N₁ r.c.in muß, damit ei no interne? Totalreflexion stattfindet.

In Fig. 6 sind die Bedingungen für eine interne Totalreflexion mit Bezug auf eine Einrichtung, beispielsweise eine Platte 10, mit dom Brechungsindex N bezüglich Luft (Brechungsindex =1) an der Oberfläche dor Einrichtung dargestellt. Wenn ein Licht-.

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strahl A aius der Luft in die Einrichtung 10 eintritt, kann eine interne Totalreflexion nicht stattfinden, da der Brechungsindex an dieser Oberfläche dem Lichtstrahl einen internen Winkel Q^ zuordnet, der kleiner ist als der für eine in-.terne Totalreflexion erforderliche kritische Winkel. Dies folgt aus geometrischen Gründen und dem Gesetz von Snell, da gilt:

sin Q^ = sin Q^ = sin 9_Q/N (3) .

Dieser -Wert ist für alle- Winkel Θ , die nicht 90° sind, kleiner als 1/N, so daß θ. kleiner als der kritische Winkel für die interne Totalreflexion ist.

Bringt man den Luftspalt oberhalb der Platte 10 zum Verschwinden, indem entweder die Platte 10 berührt odor die '--vniiran 11 gegen.die Platte 10 gedruckt wird, so kann ein Einfangen von Licht in der Platte.10 auftreten, falls der Brechungsindex K_Q des die Platte berührenden Mediums größer als 1 ist« Dies ist in Fig. 6 für den Lichtstrahl B gezeigt, für den aufgrund einer örtlichen Berührung einer Fläche der Platte 10 der Brechungsindex η des an die Platte angrenzenden Kediuras auf N-, geändert worden ist. Es kann jetzt eine interne Totalreflexion des Lichts stattfinden, da die ankommenden Lichtstrahlen nicht mehr notwendigerweise an einen Winkel gelnmdi.-n sind, dor kleiner ist als der kritische Winkel innerhalb der Platte 10. Dies folgt .daraus, daß gilt:

sin &_Λ = sin Θ₂ = (N_Q/N) sin &_Q

Dieser Wert ist größer als der kritische viert 1/N, wenn yili. N₀ sin θ_ρ > 1 (5).

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Auf ähnliche Weise kann ein diffus reflektierender Körper (N>1) in Kontakt mit einer Fläche der Platte 10 einen Lichtstrahl C in Fig.6 in einer solchen Richtung streuen, daß er durch interne Totalreflexionen eingefangen wird.

Die vorliegende Beschreibung hat sich zwar auf ein Lichtsignal von einer Kathodenstrahlrölire konzentriert, die Erfindung läßt sich aber auch in Fällen anwenden, in denen ein Teil an eine bestimmte Stelle gebracht werden soll. Bei einer solchen Anordnung ,kann eine feste Lichtquelle an der gewünschten Stelle benutzt werden und das Teil mechanisch oder auf andere Weise so bewegt werden, daß es in Kontakt mit der flexiblen Membran ist. Wenn der Berührungspunkt sich an der Stelle befindet, an der das Licht fokussiert ist, findet eine interne Totalreflexion statt. Diese interne Totalreflexion wird für den Betrachter der Einrichtung sichtbar. Demgemäß kann die Einrichtung zur Bestimmung eines Oberflächenzustandes auf einem Schirm oder einer anderen Anordnung zweckmäßig sein. Die Einrichtung nach der Erfindung kann auch unter Verwendung allein der flexiblen Membran ausgeführt werden, wobei Fotodioden an deren Kanten angekoppelt sind. Wenn die Membran nahe der Vorderseite der Kathodenstrahlröhre, jedoch getrennt durch einen Luftspalt angeordnet wird, passiert das Licht von der Kathodenstrahlröhre die Membran, ohne die Dioden zu erreichen. Wenn jedoch die Membran an einem Punkt in Kontakt mit der Kathodenstrahlröhre gebracht wird, v/erden einige Lichtstrahlen von der Kathodenstrahlröhre eingefangen, fallen auf die Fotodioden auf und führen zu einem Ausgangssignal, das zur Bestimmung «ior Position benutzt werden kann» Zur Verbesserung

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der Einrichtung kann eine zweite Membran mit kleinerem Brechungsindex, die teilweise Licht absorbiert, auf die ernte Membran aufgelegt werden. Das Licht w.ird weiterhin in der ersten Membran eingefangen, aber die Einflüsse von Öl und anderen Verschmutzungen auf der Außenfläche der Einrichtung werden verringert.

Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß die Signale Lichtsignale oder elektronische Signale sein können, so lange sie dem beschriebenen physikalischen Phänomen gehorchen. Natürlich kann der.Fachmann viele Anwendungen und Abänderungen der Erfindung vorsehen und die Einrichtung kann als getrenntes Gerät zur Anpassung an vorhandene liathodenstrohlröhren oder als Teil des Schirmes selbst gebaut werden. Darüberhinaus kann das eingefangene Licht der Einrichtung durch irgendeinen Lichtverbraucher entnommen werden, beispielsweise mit Hilfe einer Faseroptik oder mit Hilfe von Lichtleitern«

Bei Anwendung der Erfindung für graphische Darstellungen und unter Ausnutzung des Umstandes, daß mehrere Positionen festgestellt werden können, kann ein Benutzer eine Gestalt drehen, indem er zwei Punkte berührt und sie jeweils umeinander rotieren läßt. Ein Benutzer kann eine Strecke angeben, indem er gleichzeitig ihre Endpunkte festlegt. Er Ιιεηη auch eine quadratische Kurve angeben, indem er drei Punkte ihres Verlaufs fortlegt. Flächen können koloriert oder schattiert werden, indem sie und gleichzeitig Flecken berührt werden, die diese Ei/renschaften angeben,

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Bei der Textverarbeitung könnte eine Glasplatte mit neu beschriftbaren Tasten eine Schiebetaste vorsehen, die gleichzeitig mit den anderen Tasten gedruckt wird. Ein Textverarbeiter könnte eine Cursor-Steuerung mit berührungsempfindlichen Tasten auf dem gleichen Schirm kombinieren. Die Tasten können gedruckt werden, während sich der Cursor bewegt (beispielsweise, um den Textvorrat zu ändern).

Die Erfindung kann außerdem so weitergebildet werden, daß unterschiedlich starke. Drücke unterschieden werden können.Bei graphischen Darstellungen können-diese Druckunterschiede den Grad einer Abschattung angeben oder in eine lineare oder rotierende Geschwindigkeit umgesetzt werden.

Eine Druckunterscheidung kann außerdem zur Beseitigung von Paralaxeeinflüssen benutzt werden. Es kann eine Cursor-Position auf dem Schirm angegeben werden, wenn der Benutzer seinen Finger über das Bild bewegt, und der Benutzer kann einfach, stärker drücken, wenn die gewünschte Position erreicht worden ist.

Es wäre außerdem zweckmäßig, die flexible Auflage lichtdurchlässig zu machen und ein Bild auf die Auflage mit Hilfe eines Projektionsfernsehers von der Rückseite aus zu projizieren. Dann ergibt sich eine großflächige Darstellung und eine hohe räumliche Auflösung.

Wie oben erwähnt, können , da erfindungsgemäß Licht festge-

das
stellt wird_f an der durch den Benutzer berührten Position

einer Kathodenstrahlröhre erzeugt wird.. Anordnungen ähnlich

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denen in Verbindung mit Lichtgriffeln "benutzt worden, um die berührte Position festzustellen. Es ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, da Unvollkommenheiten der Schirmoberfläche, Schmutz, Fettschichten und geometrische Abweichungen zusammenkommen können und zu einer gewissen dauernden Totalreflexion führen können, selbst wenn keine Berührung aufgetreten ist. Die Fotodetektoren erzeugen dann immer dann ein größeres Ausgangssignal, wenn der Kathodenstrahl helle Rasterflächen auf dem Schirm schreibt.

Diese Probleme werden erschwert, da für jeden Zyklus des· Rasters das Ausgangssignal einen nicht konstanten Wert hat, der zu einem Signal führt, das für einen gegebenen Punkt ohne eine Berührung größer ist als ein Teil des Ausgangssignals bei Vorhandensein einer Berührung. Es ist demgemäß nicht immer zweckmäßig, einfach nur den Signalpegel des Fotodioden-Ausgangssignals zur Feststellung eines Berührungssignäls zu messen, Eine Möglichkeit zur Lösung dieser Probleme ist die-Verwendung einer Anordnung, die Abtasiriecksyetem genannt wird und zum Teil auf der Übereinkunft beruht, daß cine sinnvolle Berührung nur an einer Stelle einer Gruppe von vorgegebenen Berührungsstellen entsprechend einem auf der Vorderseite des Schirms der Kathodenstrahlröhre angegebenen Mustere stattfinden kann,, Demgemäß ist der Schirm in nicht permanente Stellen unterteilt, die Berührungsflächen und Nichtberührungsfläche.u genannt worden, DIo Flüchnn !tonnen je nach Bedarf ni^vseler ί worden und. zu jedem Zeitpunkt aui> einem ein:'; J. ι; ο η üc-riihruij,;;.¹.-flock bestehen oder mehrere Berührungßi'lecken oder -bereich=" auf dom Schirm bilcleji. Die KoofJ inate.'-i'O.si i;.i οϊ:λ-.ϊ\ der J'

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bereiche sind in einem Speicher abgelegt und nur Signale,die dann erzeugt werden, wenn sich der Rasterstrahl innerhalb der definierten Berührungsbereiche befindet, werden von dem Abtastflecksystem in· Betracht gezogen.

Das Abtar.tflecksystem tastet während der Zeitpunkte, zu denen sich der Rasterstrahl innerhalb eines definierten Berührungsbereichs befindet, das Ausgangssignal der Fotodioden zeitlich definiert ab. Die Signalwerte zu jeder definierten Zeitposition werden in einem Speicher abgelegt. Das Abtasten und Speichern steht zeitlich zum Raster der Kathodenstrahlröhre so in -Beziehung, daß Verschiebungen des Fernsehbildes zu keinen Schwierigkeiten führen.

Das Abtastflecksystem tastet das Fotodiodensignal während aller Zeitpunkte ab, zu denen der Rasterstrahl Positionen der Kathodeiistrahlröhre durchläuft, die sich innerhalb der definierten Berührungsbereiche befinden. Dieses Abtasten erfolgt für mehrere aufeinander folgende Rasterzyklen, und das mittlere Ergebnis jeder Rasterposition wird in einer getrennten SpeicheretelIe abgelegt. Dies findet mit einer Geschwindigkeit statt, die so hoch ist, daß alle Abtastungen beendet sind, bevor die erste Berührung auftreten kann«, Danach wird jedesmal dann, wenn der Rasterstrahl ein Bild auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre zeichnet, das jeder Berührungsfläche entsprechende Fotodioden-Ausgangssignal abgetastet,und der Abtastwert für ,',<·; den Zeitpunkt wird xnxt dem vorher gespeicherten, m.i Itlei-rn Abtastwert ohne Berührung für diesen Zeitpunkt YOJ·/',"! i cJicn. V/cr.'n einer der verglichenen ALtastworte

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einen Größenanstieg (Nichtübereinntiinmung) gegenüber - τη ve: her gespeicherten Abtastwert zeigt, so wird ein Berührungssignal erzeugt. Da die Stelle der Wichtübereinstimmung im Speicher einer bekannten Position auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre entspricht, ist die Position der Berührung auf dem Schirm genau bekannt.

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Claims

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BLUMBACH · WE3S^:R.^:-SBRβ£^:Μ^:- KRÄMER ZWIRNER · HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

palontconsull RüdcCkestraßo 43 8000 München 60 Telefon (0B9) Β3.5άΟί/8ίΙ.ίόΟ4 Tclux 05-?1? 51ί Ι'·Ιι'.|ΐ,ιΐηιιιο l'.ili-nli uiu.jlt Patcnlconsult Sonnenbergar StraBo 43 6?U0 Wiesbaden lelelon (00121)542945/561998 lolox 04-W.'.iJ icleoranuni.· iMii.Milf.fjns-iji

Western Electric Company Incorporated KASDAY, L.R. 2-3 Broadway, New York N.Y. 10038
Vereinigte Staaten von Amerika

Patentansprüche

Ij Berührungsempfindliche Einrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer Signalquelle,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10) mit im Abstand so angeordneten Flächen (14, 15), daß von der Quelle zwischen die Flächen eingeführte Signale durch innere Totalreflexion aufgrund einer .Änderungdes eine der Flächen (14) begrenzenden Mediums eirigefnngen bleiben, wobei die Änderung des Mediums durch eine Berührung der Einrichtung auftritt, um ein die Berührung anzeigendes Ausgangssignal zu liefern.

2» Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Mediums aufgrund einer Berührung einer der Flächen auftritt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,- daß eine flexible Auflage (11) nahe der einen Fläche vorgesehen ist und daß die Auflage in Kon-

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Wesnr Dipl.-Phys. Dr. rer. nst. · E. Hoffmann Dip!-.-!nn. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. ίΧ'-ί^η Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., P.it.-Ass., Pat.-Anw. bis 1379 ■ G. Zwirn.-*! Πϊρΐ.-ina- Dir' -V.".-!--

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takt mit der einen Fläche ausgelenkt werden kann, um die Änderung des Mediums aufgrund der Berührung der Auflage zu bewirken.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, ;

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit den im Abstand angeordneten Flächen flexibel ist und aufgrund einer Berührung verbogen v/ird, um die Änderung des Mediums zu bewirken.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Signalausv/erteeinrichtung (101), die mit einem Bereich zwischen den Flächen in Verbindung steht, um das Ausgangssignal zu liefern, wenn die Signale zwischen die Flächen eingeführt werden.

6. Einrichtung nach .einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von der Quelle veranlaßt werden, sich über die Flächen zu bewegen,und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Position der Signale mit dem Ausgangssignal zwecks Bestimmung der Berührungsposition zu koordinieren.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle eine Kathodenstrahlröhre ist.