DE3330400A1 - Mechanisch bedienbare, allgemeine eingabevorrichtung - Google Patents

Description

- ü f.

U.S. Ser.Nr. 410,857 RCA 75601

AT: 23. August 1982 Dr. Zi/bn

RCA Corporation
New York, N.Y.
V.St.A.

Mechanisch bedienbare, allgemeine Eingabevorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft Tastenreihen, auf denen der Berühr- oder Tastpunkt die Eingabe, die an ein elektronisches Gerät gegeben werden soll, bestimmt.

Bei bekannten Verfahren wird der Tastpunkt auf einer Oberfläche durch Abtasten von Kapazitatsänderungen oder durch Auffangen von Brummfeldern mit Kondensatoren, die einzeln der Deck- oder Oberfläche in einem Feld angeordnet sind, bestimmt. Reflexion von Schallwellen oder Unterbrechung von kreuz- und querlaufenden Infrarotstrahlen an einem Tastpunkt auf einer Oberfläche werden ebenfalls in Tastenfeld-Sensoren verwendet. Bei einer solchen Tastenreihe oder bei einem solche Tastenfeld ist eine irrtümliche Auslösung durch den Benutzer oder durch dessen Kleidungsstück bei zufälligem oder leichtem Streifen der Oberfläche wahrscheinlich. Daher ist für die praktische Anwendung eine Anordnung wünschenswert, bei der eine Schwellenwertkraft vorge-

ORJGJNAL JNSPEOTiS

geben werden kann, so daß die Anordnung nicht durch eine leichte Berührung der Oberfläche ausgelöst werden kann. Dies legt Tastenreihen oder Tastenfelder nahe, die auf mechanische Kräfte ansprechen. Eine bekannte Lösung für das Problem ist ein Tasten- und Bedienungsfeld mit elastisch deformierbaren Membranen, die auf der Tastenreihe oder dem Tastenfeld aufgebracht sind. Tasten- und Bedienungsfelder, die genaue und verläßliche Eingaben über lange Betriebszeiten hinweg gestatten, sind schwierig herzustellen und machen eine große Anzahl von Schnittstellenverbindungen erforderlich; das führt daher zu unerwünscht hohen Kosten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren der oben genannten Art zu beschreiben und verbesserte Eingabevorrichtungen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren, die in Anspruch gekennzeichnete Vorrichtung und die in Anspruch 11 gekennzeichnete Eincrabesteuervorrichtung gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung wird für die Bestimmung und Identifizierung einer btestimmten Stelle von·einer Vielzahl von Stellen auf einer Oberfläche eines mechanischen Bauteils, beispielsweise einer Tastenreihe oder eines Tastenfeldes, verwendet. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Stelle durch Anwendung einer Kraft auf die Stelle ausgewählt. Mit dem Bauteil verbundene kraftempfindliche Sensoren liefern elektrische Signale, die ein Maß für die Komponenten der angewendeten Kraft

-ιοί sind. Die Bestimmung und Identifizierung der ausgewählten Stelle, d.h. der Stelle, auf die die Kraft angewendet wird, wird dann durch Berechnung mit Hilfe der relativen Amplituden dieser elektrischen Signale durchgeführt.

Im folgenden wird der Erfindungsgedanke anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
10

Figuren 1 und 2 schematische Darstellungen, die zeigen, wie die Punkte, auf die die Benutzerkraft auf eine Tastenreihe oder ein Tastenfeld ausgeübt wird, gemäß der Erfindung berechnet werden können, und zwar ausgehend von der Zerlegung der Kraft an den Auflage- oder Halterungspunkten des mechanischen Bauteils;

Figuren 3 und 4 schematische Zeichnungen, die dem Verständnis· der Berechnung, gemäß der vorliegenden Erfindung, des Tastpunktes der Deck- oder Seitenfläche eines rechtwinkligen Prismas, das an seinen vier unteren Ecken getragen wird, dienen;

Figur 5 ein Schaltbild, großenteils als schematisches Blockschaltbild, das eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, die Ausgangssignale liefert, die den Tastpunkt entlang einer Tastenreihe anzeigen;

Figur 6 eine Explosionsansicht eines Schachbrettgerätes mit einer Vorrichtung zur Verdeutlichung der Erfindung, die mit variablen Kapazitäten auf die vom Spieler angewendete Kraft anspricht;

Figur 7 ein Schaltbild einer Schnittstelle für das

Schachbrettgerät nach Figur 6 mit einem Mikroprozessor, der dazu verwendet wird, gemäß der Erfindung den Punkt zu berechnen, in dem der Spieler seine Kraft auf das Schachbrett anwendet;

Figuren 8-12 und 14 Flußdiagramme für eine derartige Berechnung;

Figuren 13 und 15 schematische Darstellungen zum Verständnis bestimmter Verfahrensschritte in diesen Flußdiagrammen; und

Figur 16 eine perspektivische Ansicht der Halterung eines Fernsehgerätes, das sich in einem kastenförmigen Gehäuse befindet,zur Betätigung von Kraftsensoren, um entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung den Punkt auf der Frontplatte des Fernsehgerätes zu berechnen, den der Benutzer berührt hat.

In Figur 1 ist das mechanische Bauteil, das dem Ausführungsbeispiel zugrundegelegt werden soll, eine Tastenreihe 10, die in den Auflage- oder Halterungspunkten 11 und 12 gehalten wird. Die Tastenreihe 10 kann Tastpunktstellen haben, die auf ihrer Deckfläche gekennzeichnet sind. Wenn die Tastenreihe 10 aus einem transparenten Material besteht, kann ein darunter liegendes Anzeigefeld 14 (als Querschnitt gezeigt) sichtbar sein, auf dem die Tastpunktstellen gekennzeichnet sein können. Zunächst soll, um die Theorie der Erfindung darzustellen, angenommen werden, daß die Tastenreihe 10 keine Gewichtskomponente in Abwärtsrichtung,auf das Papier zu, aufweist. Es sei angenommen, daß ein Benutzer der Tastenreihe 10 eine abwärts gerichtete Kraft F* in

^FA^d1 = Vd₁₊d₂)

Das heißt, daß die Summe der Momente im Uhrzeigersinn

gleich der Summe der Momente im Gegenuhrzeigersinn sein
muß. Nach Einsetzen von Gleichung 1 in Gleichung 2
werden die Gleichungen 3 und 4 erhalten:

(V^l = VVV ⁽³⁾

·■· V<V^d2> ⁼ V⁰W (4)

Auf diese Weise kann das Verhältnis,in dem der Tastpunkt
1 3 zu dem Abstand steht zwischen den Auflagepunkten 11 und
12 steht, durch eine Rechnung bestimmt

ORIGINAL INSPECTED

einem bestimmten von dem Benutzer ausgewählten Tast- \

punkt 13 mit Abständen d. und d₂ von den Auflage- \

punkten 11 und 12 anwendet. F_a ist in zwei abwärts |

gerichtete Kraftkomponenten (nicht gezeigt) zerlegt, |

die gegen die Auflagepunkte 11 und 12 angewendet werden. \

Die Tastenreihe 10 wird durch die nach oben gerichteten \

Ausgleichskräfte F- und F„, die durch die Auflagepunkte ,

11 und 12 angewendet werden, im Gleichgewicht gehalten. ! Das bedeutet, falls eine Translationsbewegung der

Tastenreihe 10 verhindert werden soll, daß die _;

skalaren Beträge F₁ und F der Kraftvektoren F₁ und F„ <

mit dem skalaren Betrag F des Kraftvektors F* in \

Ά. Ά. ..

folgender Beziehung stehen müssen: ■

F₁ + F₂ = F_A . (1) -j

Und um eine Drehung der Tastenreihe um den Auflagepunkt 11 zu verhindern, muß das im Uhrzeigersinn gerichtete Moment Fd₁ in bezug auf diesen Punkt mit dem
gegen den Uhrzeigersinn gerichtete, auf diesen Punkt
bezogene Moment in folgender Beziehung stehen:

werden, die auf der Messung der Kräfte beruht, die die Auflagepunkte 11 und 12 auf die Tastenreihe 10 auszuüben gezwungen sind. Das heißt, die nachfolaende Gleichung 5 wird durch Normalisierung von (d.. + d„) auf eins erhalten, durch diese Gleichung wird der Abstand zwischen dem Auflagepunkt 11 und dem Tastpunkt 13 als Bruchteil χ des Abstandes vom Auflagepunkt 11 zum Auflagepunkt 12 angegeben,

χ = F₂Z(F^F₂) (5)

In Figur 2 wird als mechanisches Bauteil ein rechtwinkliges Tastenfeld 20 mit Auflage- oder Halterungspunkten 21, 22, 23 und 24 an jeweils einer der Ecken betrachtet. Das Fehlen von Auflagepunkten in dem zertralen Teil des Tastenfeldes 20 ist vorteilhaft, wenn das Tastenfeld transparent ist und ein Anzeigefeld 26 überdeckt, auf dem eine Vielzahl verschiedener Tastpunkte für den Benutzer zur Auswahl gekennzeichnet sind. Zur Darstellung der Theorie der Erfindung wird zunächst angenommen, daß das Tastenfeld an sich keine abwärts geridhtete Gewichtskomponente entwickelt. Es sei angenommen, daß ein Benutzer des Tastenfeldes 20 in einem von ihm gewählten Tastpunkt 25 eine abwärts gerichtete Kraft F, anwendet, diese wird an den Auflagepunkten 21, 22, 23 und 24 in abwärts gerichtete Kräfte (nicht gezeigt) zerlegt,, bzw. durch aufwärts gerichtete Kräfte ψ , F*₂, f\, und ?*₄, die das Tastenfeld 20 im Gleichgewicht halten, umgekehrt. Eine Translationsbewegung wird dann unterbunden, wenn sich die Skalarbeträqe F^, F₂, F und

F. dieser aufwärts gerichteten Kräfte zu einem Summenwert aufsummieren, der gleich dem skalaren Betrag F der von dem Benutzer angewendeten Kraft ist.

F_{1 +} F_{2 +} F_{3 +} F₄ = F_A (6)

Die Abstände seien in einem (x, y)-Koordinatensystem

beschrieben, dessen Ursprungspunkt der Auflagepunkt 21 ist. Es sei ferner angenommen, daß sich die x-Achse vom Auflagepunkt 21 bis zum Auflagepunkt 24 erstreckt und daß Abstände parallel zur x-Achse als Bruchteil des Abstandes zwischen den Auflagepunkten 21 und 24 gemessen werden. Es sei außerdem angenommen, daß sich die y-Achse vom Auflagepunkt 21 bis zum Auflagepunkt 22 erstreckt, und daß Abstände parallel zur y-Achse als ein Bruchteil des Abstandes zwischen den Auflagepunkten 21 und 22 gemessen werden. Es können dann Ausdrücke für das Momentengleichgewicht um die y- bzw. χ-Achse wie folgt angegeben werden, die Kraft F soll hierbei im Punkt x, y auf dem Tastenfeld 20 angreifen.

(^F ₂"'^{1) + (F}3*^{1) = F}R'^{Y (7)}

(F₃-D + (F₄-D = F_A-x (8)

Nach Ausführung der Skalarmultiplikationen mit dem Einheitsskalar 1 ·, der Wirkungslinie oder dem Hebelarm der Kräfte, die in den Auflagepunkten in den Ecken des Tastenfeldes 20 angewendet werden, die nicht auf der Achse, für die die Momente berechnet werden, liegen, können die x, y Koordinaten des Punktes, in dem F_a angewendet wird, aus den Skalarbeträgen der aus der Zerlegung dieser Kraft resultierenden Komponenten wie folgt berechnet werden:

χ = (F₃+F₄)/(F₁+F₂+F₃+F₄) (9)

y = (F₂+F₃)/(F₁+F₂+F₃+F₄) (10)

In Figur 3 wird als mechanisches Bauteil ein gerades, rechtwinkliges Prisma 30 betrachtet, das in den Auflage- oder Halterungspunkten 21, 22, 23 und 24 gehalten wird und das zunächst als gewichtslos angenommen wird. (Das

©RIQINÄL INSPECTED

rechtwinklige Parallelepiped oder gerade, rechtwinklige Prisma ist deshalb von Interesse, weil es die Gehäuseform vieler Arten elektronischer Geräte ist.) Wenn die interessierenden Tastpunkte nur auf der Deckfläche des Prismas 30 zu finden wären und wenn die vom Benutzer angewendete Kraft F abwärts ohne seitwärtige Komponente gerichtet wäre, würde die Bestimmung der x, y-Koordinaten des Punktes 31, auf dem die Kraft F von dem Benutzer angewendet wird, genauso vonstatten gehen, als wenn das Prisma 30 ein Tastenfeld 20 wäre (mit Ausnahme daß es ein dickes Tastenfeld wäre). Das Problem hier ist, daß eine nach vorne oder rückwärts gerichtete Komponente der Kraft, die vom Benutzer auf die Deckfläche des Parallelepipeds 30 angewendet wird, ein Moment um die x-Achse wegen der Höhe des Prismas 30 in z-Richtung orthogonal zur x, y-Ebene erzeugt. In Gleichung 7 wird dieses Moment als verschwindend klein angenommen, was damit begründet ist, daß der Hebelarm entsprechend der Dicke des Tastenfeldes 20 als vernachlässigbar klein angesehen wird. Ähnlich erzeugt auch eine nach links oder rechts gerichtete Komponente der Kraft, die von dem Benutzer auf die Deckfläche des Parallelepipeds angewendet wird, ein Moment um die y-Achse, das in Gleichung 8 wegen der Annahme nicht in Betracht gezogen ist, daß der Hebelarm entsprechend der Dicke des Tastenfeldes 20 vernachlässigbar klein ist.

Die Vektoren F-, F.., F , F₃ und F. werden wie folgt

in Komponenten zerlegt, Ί , 1 und Ί bedeuten hierin die posi-

x y ζ

tiven Einheitsvektoren in die x-, y- bzw. z-Richtung.

ORIGINAL INSPECTED

Gleichungen 6, 7 und 8 können dann für ein rechtwinkliges Prisma mit nennenswerter Höhe in z-Richtung wie folgt in die richtige Form gebracht werden:

^Fl-₂ ^{+ F}2-z ^{+ F}3-₂ ⁺ Vz = ^FA-₂

Diese Gleichungen zeigen, daß die Bestimmung von F und F , sowohl wie von F₁, F„, F_ und F. notwendig für die Berechnungen der x- und y-Koordinaten ist. F. und F können durch das Anbringen von Kraftsensoren in den Auflagepunkten 21, 22, 23 und 24 bestimmt werden-, die nicht nur F_1- , F , F^_ und F. , sondern auch F^ und F^_x/ ^F2-_v ^{und F}2-x' ^F3-v ^und F., und F._ und F._ bestimmen. Dann können die beiden folgenden zwei Gleichungen 19 und 20, die für ein Prisma 30, das in der links- bzw. rechtsgerichteten Translationsbewegung sowie in der vorwärts- oder rückwärtsgerichteten Translationsbewegung beschränkt ist, kreuzweise mit den Gleichungen 16, 17, 18 gelöst werden, um die x- und y-Koordinaten des Punktes 31, auf den die Bedienungskraft ? angewendet wird, zu erhalten.

F₁ + P. + F_ +F. = F. (19)

1-y 2-y 3-y 4-y A-y '

F₁ +F_n +F- +F. = F₇₁ (20)

1-x 2-x 3-x 4-x A-x ^v '

Es sind gewisse Anordnungen und Strukturen möglich, die das vereinfachte Abtasten von F- mittels eines einzigen

ORIGINAL INSPECTED

Kraftsensors und von F mittels eines einzigen Kraft-

Ά X

sensors erlauben.Beispielsweise können sich die Auflagepunkte 21,22, 23 und 24 auf einer Platte, die unter dem Prisma 30 liegt, befinden und die Scherkräfte zwischen der Platte und der Bodenfläche des Parallelepipeds können zur Bestimmung von F_Ä_ und F direkt gemessen werden. Damit wird sich die Beschreibung im folgenden detaillierter befassen. Die kreuzweise Lütsung der Gleichung 16-20 liefert die folgenden Ausdrücke für die x-, y-Koordinaten des Punktes 31, auf den der Benutzer Kraft anwendet.

^X= tVz^-CV+WWW^V+V+WV) (21)

WyyVWVy⁺Vy⁺Vy^ (22)

Für das Ausführungsbeispiel in Figur 4 ist das mechanische Bauteil immer noch ein senkrechtes, rechtwinkliges Prisma 30, aber die interessierenden Tastpunkte für dieses Äusführungsbeispiel befinden sich auf dessen - von rechts gesehen - Stirnfläche oder rechten Seitenfläche und nicht wie in Figur 3 auf dessen Deckfläche. Es wird wiederum angenommen, daß die Sensoren in den Auflagepunkten 21, 22, 23 und 2 4 die Komponenten der Stützkräfte in jeder der x-, y- und z-Richtungen mißt.

Die x- und ζ-Koordinaten des Punktes 32 von F_n sind zu bestimmen.

^FB ^{= (F}B-xV ⁺ ^B-y'V ^{+ (F}B-_Z-^tz^{) (23)}

Die Gleichungen 24, 25, 26, 27 und 28 gelten unter der Annahme einer Bewegungsbeschränkung des Parallelepipeds 30 zur Verhinderung einer Translationsbewegung in die γ-Richtung, einer Drehung um die x-Achse, einer Drehung um die y-Achse, einer Translationsbewegung in die x-Richtung und einer Translationsbewegung in die z-Richtung.

^Fi-_y ^+F2-y^+F3Ay ^{= F}B-y ⁽²⁴⁾

C¹W^ ^{+ (F}3-z^{#1) =} °W^{Z) + (}W^{0) (25)}

(V₂-¹) ⁺ &k-z'^{l) = (F}B-x'^{z) +} °W^{X) (26)}

^Fl-x^+F ₂-x^+F3-x^+F4-x = ^FB-x ⁽²⁷⁾

^Fl-z^+F2-z^+F3-z^+F4-z ^{= F}B-z ⁽²⁸⁾

Kreuzweise Lösung dieser Gleichungen nach den Koordinaten χ, ζ des Punktes 32 führt zu dem folgenden Ergebnis :

² = ^(F2-z^+F3-z^)/(Fl-y^+F2-y^+F3-y^+F4-y^{) (29)}

Weitere Überlegungen führen zu dem Ergebnis, daß sich die Tastpunkte auf irgendeiner der Seiten des Prismas befinden können und der Punkt der Anwendung dennoch bestimmt werden kann, obwohl die Rechnungen etwas vereinfacht werden, wenn der Ursprung des kartesischen Koordxnatensystems in der Ecke dieser Seite als in einer Ecke der gegenüberliegenden Seite gewählt wird.

Tastpunkt-Felder können über beliebig viele Flächen des Prismas 30 verteilt sein. Auch wenn theoretisch auf eine der Flächen Kraft in der Weise ausgeübt werden könnte, daß die Kraftsensoren in den Unterstützungspunkten 21, 22, 23 und 24 ein Ansprechverhalten zeigen, das ununterscheidbar von dem Fall ist, daß die Kraft auf eine andere Fläche ausgeübt wird, wird doch unter

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praktischen Umständen die Kraftkomponente normal zur berührten Oberfläche die Kraftkomponenten entlang der Fläche übertreffen. So wird ein zuerst durchgeführter

Vergleich der F^^VVx' F₁-_y ^+P2-y^+P3-y^+F4-y und F₁ +Fo +Ε\ +F-i „ zur Bestimmung des Maximums erlauben/ die Seite von den drei Paaren gegenüberliegender Seiten des Prismas 30, die berührt wird, zu bestimmten. Das Vorzeichen der größten Summenkraft zeigtdann,- welche der gegenüberliegenden Seiten berührt wird. In Fällen wo nicht jede der Flächen des Prismas 30 ein Tastpunktfeld aufweist, kann die Prozedur entsprechend vereinfacht werden.

Für die Anwendung der vorliegenden Erfindung können viele andere Formen von mechanischen Bauteilen in Betracht gezogen werden. Nur in drei Punkten gehaltene Tastfelder können verwendet werden, dann ist jedoch die Berechnung des Berührungspunktes umfangreicher als im Fall der Verwendung einer 4-Punkte-Hälterung. Bei gewissen mechanischen Bauteilen kann die Bestimmung des Berührungspunktes mehrdeutig sein. Beispielsweise können in einem Bauteil mit "Bücherregal"-Struktur, bei dem es in bezug auf die Bestimmung des Berührungspunktes nur eine horizontale (x, y)-Auflösung gibt, Mehrdeutigkeiten dahin bestehen, welches der Regale berührt wird. Für gewöhnlich können derartige Probleme durch die Verwendung mehrerer mechanischer Bauteile, anstelle eines einzigen, gelöst werden, was die Bestimmung des Berührungspunktes erleichtert. Bei dem Beispiel "Bücherregal"-Struktur könnten die Kräfte auf die "Regale" unabhängig voneinander abgetastet werden. Natürlich kann das Abtastsystem der vorliegenden Erfindung auch in Kombination mit einem anderen Abtastsystem, um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, verwendet werden.

Bisher wurde das Problem außer Acht gelassen, daß die ν

Tastenreihe 10, das Tastenfeld 20 oder das rechtwinklige ■ Prisma 30 ein Eigengewicht haben, das wie eine Vorspann-

kraft wirkt, oder daß auf sie eine Vorspannkraft, bei- i.

spielsweise das Gewicht eines anderen Objektes, ausgeübt Ii

wird. Für die soweit beschriebenen Systeme kann an- ''h

genommen werden, daß sie lineare Systeme sind, bei .}

denen die Superposition der Kräfte anwendbar ist, - I;

d.h. daß die Kraftsensoren linear, zumindest im wesent- ■,

liehen linear, auf die auf sie angewendete Kraft an- |

sprechen. Daher können die oben beschriebenen Berech- ί

nungen des Berührungspunktes mit den Differentialen ';

der Kräfte, die während der Berührungszeit auf die Senso- \

ren angewendet werden, vonstatten gehen. Die Komponenten I

der Stützkräfte, die der angewendeten Benutzerkraft (

mit einem relativ schnell sich änderndenden Pulsverhai- j

ten entgegenwirken, können von den Komponenten der \

Stützkräfte, die den Vorspannkräften entgegenwirken, und ]

von einem relativ langsam sich ändernden "TC"-Verhalten i

sind, unterschieden und getrennt werden; die ersteren* '-. ! Komponenten werden zur Berechnung der Koordinaten des
Berührungspunktes festgehalten, die letzteren werden
nicht weiter verwendet.

Auch ist bei gewissen Systemen zur Bestimmung des

Berührungspunktes eine Anordnung möglich, bei der das
Gewicht orthogonal zu den Richtungen, in denen die
Kraftsensoren Kraft fühlen, wirkt, das Gewicht also
damit nicht gemessen wird. Das ist beispielsweise bei

Tastenreihen und Tastenfeldern möglich, die in einer
vertikalen Ebene angeordnet sind.

Die Verarbeitung des Differentials der angewendeten Kraft
gestattet es, eine Tastenreihe oder ein Tastenfeld entweder auf der Oberfläche, von der aus deren Halterung
erfolgt, oder auf der gegenüberliegenden Oberfläche

ORIGINAL INSPECTED

zu berühren, soweit nur die Berührung des Bereiches zwischen den Stütz- oder Auflagepunkten sich befindet, und zwar einfach dadurch, daß der Absolutwert der Differentialkräfte genommen wird, bevor mit der Berechnung des Berührungspunktes fortgefahren wird. Speicherung Öer Richtung oder des Vorzeichens der Differentialkraft während der Berechnungen hindurch kann die Berechnung der Berührungspunkte außerhalb des Bereiches zwischen den Auflagepunkten ermöglichen. Beispielsweise können überstehende Berührungsstellen in den Endbereichen einer Tastenreihe, die sich über zwei Unterstützungs- oder Auflagepunkte hinweg erstreckt, bestimmt werden. Genauso gut kann diese Art der Berechnung für die Berechnung des Berührungspunktes auf einem quadratischen Tastenfeld, dag nur in drei seiner Ecken gelagert ist, verwendet werden.

Figur 5 zeigt eine Anordnung zum Nachweis auf welchen von 10 Tastpunkten, die von 0 bis 9 durchnummeriert sind und sich auf einer Tastenreihe 40 befinden., Kraft von einem Benutzer angewendet wird. Die Zerlegungskomponenten dieser Kraft, der die Kräfte F. und F„ entgegenwirken, werden durch Stempelvorrichtungen 41 und 42, die durch Führungskörper 43 (im Querschnitt gezeigt) laufen, übertragen, um Blasen 44 und 45, die mit einem hydraulischen Fluid gefüllt sind und von einer Grundplatte 46 (im Querschnitt gezeigt) getragen werden, zusammenzudrücken. Um Verdrehungen der Tastenreihe bezüglich der Stempel 41 und 42 während der Anwendung der vertikal gerichteten Kraft zu erlauben, sollte die Kopplung der Tastenreihe 40 an die Stempel 41 und 4 2 flexibel sein, was beispielsweise durch einen Kunststoffkleber, eine Feder, eine lose passende Teflonkugel und Lager oder ähnliches erreicht werden kann. Die Drücke in den Blasen 45 werden über Rohrleitungen 47 bzw. 48 an Drucksensoren 51 und 52 übertragen. Die Drucksensoren 51 und

wandeln Änderungen in den angewendeten Drücken in Änderungen elektrischer, zu F.. bzw, F proportionaler Signale

um.

Die Ausgangssignale der Drucksensoren 51 und 52 sind be- |

züglich hochfrequenter elektrischer Störkomponenten |

mittels Breitbandverstärker 53 und 54 mit ähnlichen r

Tiefpass-Eigenschaften geglättet, deren Kennlinien zei- I

gen eine genügend große Grenz- oder Eckfrequenz, um |

Ansprechsignale auf Änderungen in den Werten der F₁ und F₀ i

Kräfte durchzulassen. Ausgangssignale der Drucksensoren j

51 und 52 werden auch an Eingänge von Schmalbandverstar- 'h

ker 55 und 56 weitergegeben. Ansprechsignale auf höher I;

frequente elektrische Störkomponenten und auch auf Ände- {,

rungen in den Werten der F. und F_ Kräfte werden von den ;·

Verstärkern 55 und 56 mit ähnlichen Tiefpass-Eigen- t

schäften unterdrückt. Die Ausgangssignale auf das Anspre- ^F

chen des Breitbandverstärkers 53 und des Schmalbandver- !

stärkers 55 werden an die nicht invertierende, bzw. · |

invertierende· Eingangsklemme eines Differenzverstärkers
57 gegeben. Daher ist das Ausgangssignal des Verstärkers
57 proportional, bis auf einen Skalierungsfaktor G,
zu Änderungen in der Kraft F.. / die Gleichtaktunterdrückung des Verstärkers 57 verhindertein Ansprechen auf

den Vorspannungsanteil von F-,

Die Ausgangssignale auf das Ansprechen der Breitbandverstärker 53 und 54 werden in dem Summierschaltwerk 58
summiert, die Ausgangssignale auf das Ansprechen der

Schmalbandverstärker 55 und 56 werden in dem Summierschaltwerk 59 summiert. Diese aufsummierten Ausgangssignale werden der nicht invertierenden Eingangsklemme
bzw. invertierenden Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 60 zugeführt, was dazu führt, daß der Ver-

stärker 60 ein Ausgangs signal proportional (bi.s auf deji
Skalierunsfaktor G) zu der Summe der Änderungen in

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Kräften F₁ und F- erzeugt.

Ein Schwellwert- oder Coring-Verstärker 61, d.h. ein direkt gekoppelter Differenzverstärker, der ein positivwertiges Signal von unten her begrenzt und ein negativwertiges Signal von oben her begrenzt, empfängt das Ausgangssignal des Verstärkers 60 an seiner nicht invertierenden Verbindungsklemme und ist so ausgelegt, daß er nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn dieses Eingangssignal ein vorgegebenes Störschwellensignal, das an seiner invertierenden Eingangsklemme angelegt wird, übertrifft. Das Ausgangssignal des Schwellwertverstärkers 61 wird an einen Spitzenwertdetektor 62 gegeben, der erkennt, wann ein Signal einen Knickpunkt, d.h. ein Maximum, erreicht hat, um Abtastoder Ruslösesignale zu erzeugen und an Abtast-Halte-Schaltkreise 63 und 64 zu geben, um die Signale proportional zu ^F₁, (die Änderung in F₁) und das Signal proportional zu j\ (F₁H-F₂), d.h. die Änderung in (F₁-I-F₉), abzutasten.

J\ F₁ und j^ (F_-1+F_) werden dann solange festgehalten, bis die Tastenreihe 40 wieder mit einer Kraft berührt wird, die hinreichend groß ist, um dem Schwellwertverstärker 61 ein hinreichend großes Eingangssignal aus dem Differenzverstärker 60 zukommen zu lassen, um die Störschwelle zu überwinden.

Der festgehaltene fa (F₁H-F₂)-Wert aus dem Abtast-Halte-Schaltkreis 64 wird an eine Widerstandsleiter- und Spannunf8feeil@rsßhaXt-;ung OS efocjeben, an eier SpannunnB-werte 0, Q.1£ (F^F₂), 0.2^ (F^P₂) » 0.3/χ (F^F₂), 0.4^ (P₁H-F₂), 0.5^ (F₁H-F₂) , 0,6^ (F₁H-F₂) , 0 .7£ (F^F₂) , 0.8Δ (F₁H-F₂), 0-9A(F-I⁺¹V ^Und A (F-I⁺¹V abgegriffen werden können, die die Bereichsgrenzen für Fenster-Spannungsdiskriminatoren, die in einem Diskriminatorfeld 66 angeordnet sind, definieren. Der eine von zehn Fenster-Diskriminatoren des Diskriminatorfeldes 66, in

dessen Fenster ^ F fällt, liefert das Anzeigesignal für den einen betreffenden Punkt der Tastpunkte auf der Tastenreihe 40, der berührt worden ist, an einen Codierer 67, der im typischen Ausführungsbeispiel das Ausgangssignal des Diskriminatorfeldes 66 in eine 4 Bit binär codierte Dezimalausgangsgröße umwandelt.'Sicherheitssignalbereiche können in bekannter Weise zwischen den aktiven Bereichen des Ausgangssignales des Diskriminatorfeldes 66 vorgesehen sein, um Fehlanzeigesignale zu verhindern, die durch Berührung von Punkten auf der Tastenreihe 4 0 verursacht werden, die zu nahe an den Kanten der gekennzeichneten Tastpunkte sich befinden.

Tastenreihen entsprechend der vorliegenden Erfindung können natürlich auch in einem Bedienungsfeld mit Tastatur angeordnet werden. Derartige Anordnungen haben den Vorteil, daß die Anzahl der mechanischen Teile der Tastatur reduziert wird. Die Abtast-Halte-Schaltekreise der Schaltungen, die zu den verschiedenen Tastenreihen gehören, können in einem Multiplex-Verfahren betrieben werden, um die gleiche Widerstandsleiter- und Spannungsteilerschaltung und den gleichen Banddiskriminator mit einem einzigen Codierer verwenden zu können, der auf Auslösesignale und die Ausgangssignale des Board-Diskriminators anspricht und der die codierten Ausgangssignale für die gesamte Tastatur erzeugt.

Es ist vorteilhaft, Abtastsysteme zur Berechnung der Koordinaten der Berührungspunkte gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden, für die Berechnung sind die Rechenkapazitäten von Standard-Mikroprozessoren, beispielsweise einem Mikroprozessor aus der MCS-48-Familie (Intel Corp., Santa Clara, Kalifornien, USA) ausreichend. Die Verwendung derartiger Abtastsysteme erübrigt größtenteils die ansonsten notwendige Anpassung der Verstärkereigenschaften, beispielsweise der Verstärkungsfaktoren, und

der FilterübertraguncTSverhalten zur Sicherstellung der Proportionalität der Antwortsignale mit F₁ und F„ oder deren Summe mit F₁. Ein Beispiel für ein derartiges System, das in Verbindung mit einem elektronischen Schachbrett verwendet werden kann, bei dem die Figur, die bewegt werden soll, auf dem Feld, das sie augenblicklich besetzt, niedergedrückt wird und nach dem Zug wieder auf das neue Feld niedergedrückt wird.

Figur 6 zeigt eine Explosionsansicht der Konstruktion des Schachbretts und der Kraftsensoranordnung. Das Brettmuster befindet sich auf einer Metallplatte 70, die elektrisch auf Masse liegt und die die gemeinsame Deckplatte von vier Kondensatorstrukturen ist, die jeweils ihre Bodenplattenals quadratische metallisierte Flächen 71, 72, 73 und 74 auf der Deckfläche einer gedruckten Schaltungsplatte 75 ausgebildet haben. Platte 70 ist von der Leiterplatte 75 durcn Druckschraubenfedern 76 an den Ecken getrennt. Die Federn 7'6 werden durch Schrauben 77 an ihrem Platz gehalten, wobei die Schrauben durch Löcher in den Ecken der Platte 70, durch jeweils eine der Feder 76 und durch Löcher in der Leiterplatte 75, die mit denen in Platte 70 ausgerichtet sind, durchgeführt sind. An den Enden der Schrauben 77 angebrachte Verschlußmuttern 78 halten die Federn 76 unter Druck und halten damit eine konstante, aufwärts gerichtete Kraft auf die Platte 70 in bezug auf die Leiterplatte 75 aufrecht. Dämpfungsmaterial, das nicht gezeigt ist, ist um die Federn herum angebracht, um ein Springen der Platte zu verhindern. In der Praxis kann auch ein Schwammaterial, wie beispielsv/eise für Windfangtüren verwendet wird, benutzt werden, um am Umfang der Platte zum Ersatz aller Federn 76 angebracht zu werden. Die quadratischen metallisierten Flächen in der quadratischen Fläche werden folglich (siehe im Diagramm) unter den entsprechenden Quadranten dos Schachbrett-

musters auf der quadratischen Platte 70 gehalten. Für gedruckte Leiterplatten geeignete Steckverbindungen 80 und 81 (sie sind in Figur 6 in einem etwas übertriebenen Maßstab dargestellt) sind jeweils mit zwei der quadratisch metallisierten Flächen 71-74 durch Metallisierung verbunden. Diese Steckverbindungen erlauben auch einen elektrischen Kontakt zu zwei mit Masse verbundenen metallisierten Flächen 82 und 83, die entlang des Umfanges der quadratischen Fläche der Metallisierungsflächen 71-74 auf der Leiterplatte verlaufen, herzustellen, gegen diese metallisierten Flächen 82 und 83 drücken die Druckfedern 76 und können damit, wenn diese Federn aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, eine Masseverbindung zur Platte 70 herstellen.

Eine andere Möglichkeit für einen derartigen Masseanschluß oder auch zusätzlich für einen solchen kann eine Anschlußdrahtverbindung 84, die am einen Ende mit der Platte 70 verlötet ist, mit einer Anschlußfläche 85 auf eine der auf Masse liegenden metallisierten Flächen 82, 83 verlötet werden.

Die Kapazität C zwischen der auf Masse liegenden Platte 70 und irgendeiner der metallisierten Flächen 71-74 hat einen Wert, der sich aus der folgenden allgemeinen Gleichung ergibt; in der Gleichung bezeichnet A die Fläche der kleineren Kondensatorplatte, d den mittleren Abstand zwischen den ungefähr parallelen Platten und £~ die Elektrizitätskonstante im Vakuum:

C = 8₀ A/d (31)

Wenn diese Kapazitäten auch durch Verkleinerung der quadratischen metallisierten Flächen 71-74 bis auf eine Größe, bei der sie sich unter dem Bereich unterhalb der Ecken des Schachbrettes erstrecken, gebildet werden könnten, sind die metallisierten Flächen 71-74 jedoch

1 so groß ausgelegt, daß sie sich jeweils unter der gesamten Fläche eines der Quadranten des Schachbrettes erstrecken, um die Kapazitätswerte bis auf einige 10 oder 100 Picofarad für normale Schachbrettgrößen zu 5 erhöhen. Eine abwärts gerichtete Kraft auf die Oberjflächen des Schachbrettes reduziert - bei Zerlegung

: in die Kräfte F-, F₂, F₃ bzw. F. jeweils für den vorderen

j linken, den rückwärtigen rechten und den vorwärtigen

1 rechten Quadranten - die Werte von d.. , d„, d_ und d

j 10 für jeden der Kapazitätswerte C₁, C„, C, bzw. C., die

] . zu den metallisierten Flächen 71, 72, 73 und 74 gej hören. Die Änderungen A ά., Ad₀, Ad, und Ad. und sollen

I im Augenblick als porportional zu -Λ F₁ , ~A^Fo' ~Δ^ρτ

j und "Λ ^Fw den Änderungen in F₁, F₉, F und F., angesehen

I 15 werden. Differenzieren der verschiedenen Gleichungen

·? in der logarithmischen Form führt zu den folgenden Glei-

^!; chungen, die das tatsächliche Ansprechen zumindest

•i näherungsweise wiedergeben:

AC₀ZC₀ = -Ad₀Zd₉ = AF₉ZF₀ (33)

AC₃ZC₃ = "Ad₃Zd₃ = AF₃ZF₃ (34)

■ ²⁵ AC₄ZC₄ = -Ad₄Zd₄ = AF₄ZF₄ (35)

j In der Praxis kann man von Druckfedern, die linear mit

; der Kraft gestaucht werden, absehen, wenn es vorteil-

\ . 30 haft ist, Nicht-Linearitäten in der Kapazitäts-Kraft-

H Abhängigkeit zu kompensieren, Berechnung und Konstruk-

\ tion derartiger Druckfedern sind bekannt.

Figur 7 zeigt wie die Kapazitäten einfach und kosten-

; 35 günstig am Eingang zum Mikroprozessor, der zur Be

rechnung des Punktes in dem das Schachbrett durch die

vom Spieler gehaltene Schachfigur berührt wird, gemessen werden können. C1, C2, C3 und C4 sind die Kondensatoren mit jeweils einer auf Masse liegenden Platte, die von der Platte 70 in Figur 6 gebildet werden, und mit elektrisch freischwimmenden Platten, die durch die metallisierten Flächen 71, 72, 73 bzw. 74 in Figur 6 gebildet werden. Die freischwimmenden Platten der Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 sind direkt mit den Eingangsklemmen IP1, IP2, IP3 und IP4 eines Mikro-Prozessors μΡ und über die Widerstände R1, R2, R3 bzw. R4 mit einer positiven Betriebsspannung +V verbunden. Die jeweiligen Widerstandswerte R₁, R₂, R₃ und R₄ der Widerstände R1, R2, R3 und R4 sind ähnlich und weisen einen großen Wert - beispielsweise 10 Megaohm - auf. Die Spannung +V ist ausreichend groß gegenüber dem Massepotential, um die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 innerhalb einer vernünftig kurzen Zeit auf Spannungen, die über den Schwellenspannungen (V„) der N-Kanal-FET Transistoren Q11 , Q21, Q31 und Q41 liegen, aufzuladen.

Der Mikroprozessor μΡ sei von einem Typ mit den üblichen direkt auf die Eingangsklemmen IP1, IP2, IP3 und IP4 folgenden bidirektionalen Eingangsstufen mit offenem Drain. Zu vorbestimmten Klemm- oder Haltezeiten werden den Gateanschlüssen 91, 92, 93 und 94 der Feldeffekttransistoren Q11, Q21, Q31 und Q41 Signalimpulse auf Η-Pegel zugeführt, um die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4, die über die Belastungswiderstände R1, R2, R3 bzw. R4 aufgeladen wurden, zu entladen. Nach den Klemm- oder Haltezeiten zählt der μΡ (mittels Zählervorrichtungen, die nicht gezeigt sind) die für die Wiederaufladung der Kondensatoren C1, C2, C3 oder C4, die dem Gate jeweils einer der FET Q12, Q22, Q32, Q42 mit auf Masse liegender Source-Elektrode zugeordnet sind, notwendige Zeit zur Wiederaufladung auf eine die Schwellenspannung dieses Transistors überschreitende Spannung. Das Errei-

INSPECTED

chen der Schwellenspannung an den Gate-Elektroden des ausgewählten der FET Q12, Q22, Q32 und Q4 2 wird an deren Drain-Elektroden 96, 97, 98 oder 99 abgetastet, diese Drain-Elektrode ist in bestimmter Weise mit der Zählerschaltung des Mikroprozessors μΡ verbunden. Unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Figuren 8 --13 wird nun der Informationsfluß im Mikroprozessor μΡ für ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem die binär kodierte 4-Bit x-Kcordinate und die 4-Bit y-Koordinate des betätigten Tastpunktes berechnet und an der Ausgangsklemme 100 abgegeben werden.

Figur 8 zeigt den Hauptprogrammfluß im Mikroprozessor μΡ der Figur 7. Nach einer START Einstiegsstelle 101 wird ein Prozeß INITIALISIERUNG 102 ausgeführt, in dem die Register für die Signale SCHNELLER MITTELWERT, LANGSAMER MITTELWERT, PLUS DELTA mit Anfangswerten geladen werden. Ein Prozeß KRAFTMESSUNG 103 wird dann durchgeführt, in dem die in Komponenten zerlegten Kräfte in den vier Ecken des Schachbrett-Tastenfeldes 70 gemessen werden. Die Subroutine hierfür ist in Figur 9 dargestellt und wird weiter unten im Detail erklärt.

Der nächste Prozeß 104 in dem Flußdiagramm Figur 8 ist BERECHNUNG SCHNELLER & LANGSAMER MITTELWERTE-. Wie weiter unten in Verbindung mit Figur 10 im Detail erklärt werden wird, werden in diesem Prozeß die augenblicklichen schnellen und langsamen Mittelwerte von Abtastproben jeder der vier gemessenen Kräfte berechnet, zum Beispiel kann der augenblickliche schnelle Mittelwert der Abtastproben einer dieser gemessenen Kräfte der augenblickliche Mittelwert der letzten beiden Abtastproben sein, und der augenblickliche langsame Mittelwert der augenblickliche Mittelwert der letzten 2 Abtastproben. Die schnellen und langsamen Mittolwertbildungen sind auf dem Gebiet der Abtastregelung

analog zu den relativ breitbandigen und relativ schmalbandigen Tiefpassfiltern auf dem Gebiet kontinuier- · licher Signale. ;

Es schließt sich ein Prozeß TOTALSUMME 105 an, bei : dem die Summe der letzten vier der laufenden schnellen ■ Mittelwerte der vier gemessenen Kräfte kombiniert werden,
um ein laufendes Signal SCHNELLES TOTAL .zu erzeugen und bei
dem die Summe der letzten vier der laufenden langsamen

Mittelwerte der vier gemessenen Kräfte kombiniert werden, , ? um ein laufendes Signal LANGSAMES TOTAL zu erzeugen. ^!

In einem Prozeß BERECHNE DELTA KRAFT 106 wird ein Signal ',-

DELTA KRAFT erzeugt, und zwar entsprechend dem Signal ' [ SCHNELLES TOTAL abzüglich dem Signal LANGSAMES TOTAL i

und abzüglich des Signals STÖRSCHWELLE. Dieser Prozeß
vervollständigt die Berechnung des Betrages, um den
das Differential der Gesamtkraft, die auf das Berührungs- [ feld 70 ausgeübt wird, einen Schwellwert überschreitet. j Das Signal STÖRSCHWELLE ist der Schwellwertpegel, der ; bestimmt, wie" weit am Signal das Coring oder Begrenzen
bei der Berechnung des Signals DELTA KRAFT durchgeführt
wird.

Es folgt eine Verzweigung 107 DELTA KRAFT >0. Eine NEIN- | Entscheidung weist auf das fehlen einer Information in \, bezug auf eine vom Benutzer auf das Berührungsfeld 70 * angewendete Kraft hin, die Routine läuft dann in der
Programmschleife zu dem Prozeß KRAFTMESSUNG 103 zurück.
Eine JA-Entscheidung weist auf eine hohe Wahrschein-

lichkeit des Vorliegens einer von der Bedienungsperson : auf das Berührungsfeld 70 angewendeten Kraft hin und
der positive Wert wird als DELTA KRAFT festgehalten,
um in einer Verzweigung 109 mit dem vorhergehenden,
festgehaltenen Wert von DELTA KRAFT verglichen zu werden
und damit zu bestimmen, ob DELTA KRAFT größer oder kleiner ■ wurde. Die Verzweigung ANSTIEG führt zu einem Festhalten

ORIGINAL INSPECTID

und Speichern des neuesten DELTA KRAFT-Wertes in dem Prozeß 111 als NEUESTER WERT für die nächste Vergleichsoperation in einer Verzweigung 109 und führt in einem Prozeß 112 zur Berechnunq der x-v-Stelle, auf die der Benutzer Kraft anwendet.

Eine Verzweigung ABFALL führt zur Speicherung des neuen Werts DELTA KRAFT in Schritt 110 als NEUESTER WERT für den nächsten Vergleich in der Verzweigung 109, und die Routine läuft in einer Programmschleife zurück zum Prozeß KRAFTMESSUNG 103. Die Berechnung der x-y-Pos it ion der vom Benutzer angewendeten Kraft in dem Prozeß 112 wird in Verbindung mit den Figuren 11, 12 und 13 im Detail beschrieben. Hiernach wird die x-y-Stelle des Punktes der Berührung des Berührungsfeldes 70 durch den Benutzer in einem Prozeß 113 zur Anzeige oder zu einer anderen Verwendung weitergeleitet, danach springt die Routine in einer Programmschleife zurück zu dem Prozeß KRAFTMESSUNG 113.

Verzweigung 107 führt nur dann zu einer JA-Entscheidung, wenn die auf kurze Zeit bezogene angewendete Kraft erheblich größer als die auf lange Zeit bezogene angewendete Kraft ist, was Vorspannkräfte auf dem Schachbrett-Berührungsfeld 70, Kräfte also wie dessen Gewicht und das Gewicht der auf dem Schachbrett befindlichen Schachfiguren, unterdrückt. Verzweigung 109 erlaubt die Fortsetzung der Wiederberechnung der x, y-Koordinaten der Bedienungskraft, bis der Benutzer anfängt, diese Kraft zurückzunehmen, so daß die endgültige Berechnung in der Reihe mit dem größtmöglichen Wert der gemessenen Kraft durchgeführt wird, womit Fehler aus dem elektrischen Rauechen so klein wie möglich gehalten werden. Die anfängliche Berechnung jedoch des neuen Berührunyspunktes wird fast sofort durchgeführt, ohne daß dor Benutzer auf die Optimierung der Berechnung zu warten hat.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann es wünschenswert sein, dafür zu sorgen, daß die DELTA KRAFT, die Messung der Bedienungskraft, aus dem Rechenprozeß 106 verfügbar gemacht wird, um zusammen mit der berechneten Stelle des Berührungspunktes in dem Prozeß ANZEIGE UND WEITERE RESULTATVERWENDUNG 113 weiterverwendet zu werden. Das wäre beispielsweise vorteilhaft, wenn das Berührungsfeld 70 nicht ein Schachbrett ist, sondern die Amplitude eines Signals, das beispielsweise an ein Lautsprecherfeld geliefert wird, steuert. Die Prozesse, die zur Berechnung der DELTA KRAFT führen und die Berechnung selbst wurden so beschrieben, als wenn sie nur in bezug auf nur eine Polarität mittels vorzeichenloser Arithmetik durchgeführt werden; durch Wahl einer geeignet großen Vorspannkraft und Ausführung dieser Prozesse mit einer das Vorzeichen berücksichtigenden Arithmetik kann aus dem Vorzeichen der DELTA KRAFT Information über die Richtung der Bedienungskraft erhalten werden. Dem Prozeß 108 wird dann ein Prozeß ABSOLUTWERT vorgeschaltet.

Figur 9 zeigt ein Flußdiagramm, das die Grundzüge der Messung der Kräfte als Folge des Aufladens der Kondensatoren C1, C2, C3 und CA im Prozessor 103 detailliert. Nach der Übergangsstelle EINTRITT 121 läuft der Prozeß AUSWAHL DER ERSTEN ECKE 122 ab. Es folgt ein Prozeß ENTLADUNG DES AUSGEWÄHLTEN KONDENSATORS 123. Wird vorausgesetzt, daß die FET Q11, Q21, Q31, Q41 in Figur 7 η-Kanal FET sind, dann kann dieser Prozeß damit ausgeführt werden, daß alle ihre Gates auf eine bezüglich Masse positive Spannung gebracht werden. Dann findet ein Prozeß KONDENSATOR AUFLADEN 124 bei einem Referenztaktzyklus F=O statt. Nach einer Zeitverzögerung von einem Takt^yklua duj.oh die inlu-uiufcutierutig iu dem Prozeß 125 findet die Verzweigung LADEN 126 statt, wobei die Spannung auf dem ausgewählten Kondensator der

ORIGINAL INSPECTED

■ -■ -« »■■*>■**.· ■ -

1 Kondensatoren C1 , C2, C3 und C4 mit einem Schwellwertpegel verglichen wird, um zu prüfen, ob sie diesen Pegel erreicht hat. Bei einer NEIN-Entscheidung springt dieser

I Teil der Subroutine, die die Zahl der für den Spannungs-

I 5 abfall über dem ausgewählten Kondensator erforderlichen

i Taktzyklen mißt, in einer Programmschleife zurück,

I wobei sich der ausgewählte Kondensator für einen wei-

i teren Taktzyklus aufladen k^nn, bevor eine Entscheidung

'■■ 126 gefällt wird. Wenn in der Verzweigung 126 eine JA-

10 Entscheidung erfolgt, zeigt der vorausgehende Wert F

die Zeit an, die der ausgewählte Kondensator zum Auf-

^; laden benötigt, was von der Kapazität des ausgewählten

Kondensators, und dmait wiederum von dem Abstand der Kondensatorplatten abhängt, demzufolge wird in einem 15 Prozeß SPEICHER F 127 die Kraftkomponente, die auf eine der Kondensatorplatten ausgeübt wird, gespeichert. Eine

\ Verzweigung ALLE VIER ECKEN ERLEDIGT 128 folgt, eine

j Programmübergangsstelle AUSGANG 129 wird nur erreicht,

■i wenn die Entscheidung JA lautet. Eine NEIN-Entscheidung

j 20 andererseits führt zu einem Prozeß WÄHLE NÄCHSTE ECKE 130,

] was bewirkt, daß die Subroutine in einer Schleife zurück

j zu dem Prozeß 123 springt, um einen Wert für F, der die

\ gemessene Kraft für den nächsten Kondensator der

Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 darstellt, zu erhalten.

■ 25

Figur 10 ist ein Flußdiagramm, das die Routine mit dem

■■ Schritt 104 des Flußdiagramms über das Hauptprogramm

' von Figur 8 weiter ausführt. Nach der Programmübergangsstelle EINTRITT 131 wird ein Prozeß START MIT EINER :. 30 ECKE 132 durchgeführt. In dem folgenden Prozeß 133 wird

der LANGSAME MITTELWERT der gemessenen Kraft für die :_{ ausgewählte Ecke durch Subtrahieren des vorhergehenden

■ ■ Wertes von diesem LANGSAMEN MITTELWERT dividiert durch

(so wie es durch einen einfachen Bit-Shift erhalten 35 werden kann) und durch Addieren des neuesten Wertes der gemessenen Kraft berechnet. Eine 8-Bit Auflösung wird

bei den Werten für die Messung von F verwendet,

aber eine 16-Bit Auflösung wird in der Berechnung des Wertes LANGSAMER MITTELWERT beibehalten, um die Division des Wertes LANGSAMER MITTELWERT durch 2⁸ zu berücksichtigen. In dem Prozeß INITIALISIERUNG 102 des Flußdiagrammes für das Hauptprogramm in Figur 8 kann von dem Wert für die gemessene Kraft selbst ein Anfangswert für den Wert LANGSAMER MITTELWERT für jeden Wert der gemessenen Kraft gegeben werden. Nachdem der Wert LANGSAMER MITTELWERT für eine Ecke berechnet worden ist, wird eine Verzweigung ANDERE ECKE erreicht, in der bestimmt wird, ob der Wert LANGSAMER MITTELWERT für jede der vier Ecken berechnet worden ist. Eine JA-Entscheidung führt zur Ausführung eines Prozesses NIMM NÄCHSTE ECKB 135, anschließend springt die Subroutine zurück zu Prozeß 133, um den.Wert LANGSAMER MITTELWERT für die nächste Ecke zu berechnen. Eine NEIN-Entscheidung initiiert die Berechnungen für den Wert SCHNELLER MITTELWERT. Prozesse 136, 137 und 139 und eine Verzweigung 138 bei diesen Berechnungen sind analog zu den Prozessen 132, 133, 135 bzw. Verzweigung 134. Prozeß unterscheidet sich vom Prozeß 133rdadurch, daß der Mittelwert über eine kurze Zeit (2 Abtastproben) und nicht über eine lange Zeit (2 Abtastproben) gebildet wird. Der vorhergehende Wert des Wertes SCHNELLER MITTELWERT und der neue Wert der gemessenen Kraft werden aufsummiert, die Summe wird durch 2 dividiert (was durch einen einfachen Bit-Shift erreicht werden kann). Wenn die Verzweigung 138 eine JA-Entscheidung fällt, werden die Werte für LANGSAMER MITTELWERT und SCHNELLER MITTELWERT für jede der vier Ecken berechnet und die Programmübergangsstelle AUSGANG 140 wird erreicht.

Figur 11 zeigt ein Flußdiagramm der Routine für den Prozeß BERECHNE X-Y STELLE 112 aus dem Flußdiagramm für das Hauptprogramm in Figur 8. In einer Programm-

ORiGINAL INSPECTED

übergangssteile EINTRITT 141 für diese Routine liegen beim Eintritt die Werte LANGSAMER MITTELWERT und SCHNELLER MITTELWERT für die gemessenen Kräfte vor, die auf jeden der vier Quadranten des Berührungsfeldes 7 0 ausgeübt werden. Die Abkürzungen SBL, SBR, STL und STR sind Bezeichnungen der Werte LANGSAMER MITTELWERT für den unteren linken, unteren rechten, oberen linken bzw. oberen rechten Quadranten des Berührungsfeldes 70 so wie sie in Figur 6 dargestellt sind; und die Abkürzung FBL, FBR, FTL und FTR bezeichnen jeweils die entsprechenden Werte SCHNELLER MITTELWERT. In einem Prozeß 142 wird die Variable R2, die Summe der Differentiale in der Kraft auf der linken Hälfte des Berührungsfeldes 70, berechnet; und in einem Schritt 143 wird eine Variable R3, die Summe der Differentiale der Kräfte auf der rechten Hälfte des Berührungsfeldes 70, berechnet. Eine Programmübergangsstelle AUFRUF LOKALISIERE 144 bewirkt den Aufruf der Subroutine, die in Figur 12 dargestellt ist und die die x-Koordinate des Punktes der Bedienungskraft auf dem Berührungsfeld 70, ausgehend von den R2, R3 Variablen, die in den Schritten 142, 143 des Flußdiagrammes aus Figur 11 berechnet wurden, berechnet. Diese Subroutine extrapoliert die aufsummierten Differentialkräfte auf der linken und auf der rechten Seite des Berührungsfeldes 70 von der Mitte der Quadrantenkondensatoren zu der linken Kante und zu der rechten Kante des Berührungsfeldes 70, dann berechnet es im wesentlichen den Quotienten aus der äußerst rechten dieser Extrapolationen mit der Summe aus der äußerst linken und äußerst rechten Extrapolation, um eine Variable R5, die dem χ entspricht, zu erhalten. In einem Prozeß 145 der Routine aus Figur 11 wird die Variable R5 als χ gespeichert.

Berechnung der y-Koordinate des Punktes der Bedienungskraft folgt. In einem Prozeß 146 wird die Variable R2 als Summe aus den Differentialen der Kräfte auf der unteren Hälfte des Berührungsfeldes 70 berechnet; und in einem Prozeß 147 wird eine Variable R3 als die Summe aus den Differentialen der Kräfte auf derunteren Hälfte des Berührungsfeldes 70 berechnet. Eine Procrrammübergangsstelle AUFRUF LOKALISIERE 148 bewirkt die folgende Ausführung der Subroutinen nach Figur 12, und in einem Prozeß 149 wird der sich ergebende Wert von R5 als y-Koordinate gespeichert. Nachdem beide χ und y berechnet sind, führt der Programmfluß des Hauptprogramms nach Figur 8 von der Programmübergangsstelle AUSGANG 150 zu dem Prozeß 113.

Figur 12 ist ein Flußdiagramm einer Subroutine zur Berechnung der Stelle der angewendeten Kraft. Wenn die Programmübergangsstelle LOKALISIERE 151 in dem Anfangsprozeß 152 der Subroutine aufgerufen wird, wird die Variable R5 zunächst auf Null gesetzt. Danach werden die theoretischen Auflage- und Unterstützungskräfte in den Ecken des Berührungsfeldes 70, die äquivalent zu den tatsächlichen Auflagekraftkomponenten in den Mittelpunkten der Kondensatoren 71-74 sind, berechnet.

Figur 13 verdeutlicht die Grundlage dieser Berechnung.

R2 und R3 sind die tatsächlich gemessenen Kräfte; R2' R3' die theoretischen Kräfte. Der Querschnitt 153 der Berührungsfläche 70 ist entweder als ein Querschnitt entlang der x-Achse oder entlang der y-Achse; und die Verdrehung des Querschnittes beruht auf der von der Bedienungsperson angewendeten Kraft, was in der Figur zur Vereinfachung ausgelassen wurde. Die 2 ^-Abstände in der

ORIGINAL INSPECTED

in der χ- oder y-Richtung zu den Ecken des Berührungsfeldes 70 an den äußersten Enden des Querschnitts 153 sind das Zweifache der Jt, Abstände zu den Mittelpunkten der Kondensatoren 71-74. R2 und R3 bei dem Drehwinkel des Querschnittes 153 sind, wie gezeigt, um R2-AV und ÄV-R3 größer bzw. kleiner als ihr Mittelwert AV, und sie werden im Abstand JL von der Mitte des Querschnitts 153 angewendet. Die gleiche Drehung des Querschnitts kann durch Kräfte R2¹ R3¹ mit den entsprechenden Kraftbetragen AV+2 (R2-AV) und AV-2(AV-R3), die in einem Abstand 2Jt von der Mitte des Querschnitts 153 angewendet werden, erreicht werden, R2'+R3' ist gleich R2 + R3.

Es wird nun wieder Bezug genommen auf Ficrur 12. In einem, Prozeß 155 wird eine Variable A (die die Differenz von R2¹ von AV in Figur 13 ist) zu (2x 2)-AV berechnet. Eine Verzweigung 156 bestimmt, ob der berechnete Wex't A gültig ist, in diesem Fall sollte er 0 oder positiv sein. Wenn A negativ und daher ungültig ist, wird A durch einen Prozeß 157 auf 0 anstelle seines sich aus dem Prozeß 155 ergebenden Wertes gesetzt, in einem Prozeß 158 wird der korrigierte Wert von R2 (d.h. dem Wert R2¹ aus Figur 13 entsprechenden Wert) zu (A+R2)/2 berechnet. Ein Prozeß 159, eine Verzweigung 160 und ein Prozeß 161 und 162, die zur Bestimmung des korrigierten Wertes R3 ausgeführt werden, sind analog zu dem Prozeß 155, der Verzweigung 156 und den Prozessen 157 und 158, die zur Bestimmung des korrigierten Wertes von R2 ausgeführt werden.

In einem Prozeß 163 wird eine Zählvariable ZÄHLEN initialisiert, die die Zahl der Bits oder Genauigkeitsstellen darstellt, in der der binäre Bruchteil der χ oder y Koordinateausgedrückt werden soll. Ein Prozeß AUFRUF WOHIN 164 ruft die Programmübergangsstelle WOHIN 171 in der Subroutine der Figur 14 auf und liefert als Ergebnis jedesmal mit R4 ein Bit. In einem Prozeß 165 wird der

zuvor gespeicherte Wert R5 einem Bit-Shift auf ein Bit größerer Signifikanz unterworfen; und in Prozeß wird R4 addiert, um einen neuen Wert R5 mit einem Bit größerer Genauigkeit zu liefern. In einem Prozeß 167 wird die Variable ZÄHLEN um 1 vermindert und in einer Verzweigung ZAHLEN=O? 168 daraufhin überprüft, ob der neue Wert von ZÄHLEN gleich 0 ist oder nicht. Wenn die Entscheidung mit NEIN ausfällt, springt die Subroutine in einer Programmschleife zurück zu dem Prozeß AUFRUF WOHIN 164; wenn die Entscheidung JA lautet, wird der Wert R5 in einer Programmübergangsstelle RÜCKSPRUNG übergeben.

Figur 14 ist ein Flußdiagramm der Subroutine zur Berechnung jedes Biis des binären, die χ oder y Koordinate des Punktes, auf den die Bedienungsperson eine Kraft anwendet, darstellenden Bruchteils berechnet. Figur 15 zeigt geometrische Überlegungen, die dem Algorithmus, der in der Berechnung benutzt wird, zugrundeliegen. Es sei beispielsweise angenommen, daß die x-Koordinate berechnet werden soll. Es wurde R2, die kombinierten Differentialkräfte auf dem linken Teil des Berührungsfeldes 70, an dem rechten (mit 1 bezeichneten)Ende eines Armes von der Länge 1 und R3, die kombinierten Differentialkräfte auf der rechten Seite des Berührungsfeldes 70, an dem linken (mit 0 bezeichneten) Ende angesetzt. Bei Zeichnen der Drehmomentdreiecke, wie es aus der elementaren Mechanik her bekannt ist, schneiden sich ihre Hypothenusen in einem Punkt 170, der eine x-Koordinate X_n aufweist, die dem Punkt, auf den die Bedienungsperson Kraft anwendet, entspricht. Nach Vergleich der Amplituden von R2 und R3 findet man das höchstwertige Bit des binären Bruchteils, die diese Koordinaten beschreibt, eine Null, wenn R2 gleich oder größer R3, und eine Eins, wenn R3 größer R2 ist.

OBiÖINAL INSPECTED

Jetzt kann das höchstwertige Bit des Bruchteils des Abstandes 0.1 χ sowie vom x-Ursprung durch Vergleich von R3 mit (R2-R3)/2 bestimmt werden. Und zwar deshalb, weil die Dreiecke mit gemeinsamen Scheitelpunkten in und Seiten R3 und (R2-R3)/2, die den jeweiligen Scheitelpunkten gegenüberliegen, ähnliche Dreiecke sind, und ihre Höhen auf R3 und auf (R2-R3)/2 vom Punkt 170 im selben Verhältnis stehen wie R3 und (R2-R3)/2. Dieses zweithöchstwertige Bit der x-Koordinate wird so bestimmt, daß es eine Eins ist, wenn R3 größer als (R2-R3)/2 ist. Der Algorithmus besteht auch im weiteren Verlauf darin, die linken und rechten vertikalen Linien, die die Basis der Dreiecke mit den Scheitelpunkten in 170 bilden, zu verschieben und ihre Basen auf diesen Vertikalen zu vergleichen, um das Verhältnis ihrer Höhen zu bestimmen und um so ein weiteres Bit der Bestimmung des binären Bruchteils x„ zu finden. Dieser Algorithmus ist ein Sortierdivisionsverfahren.

Es wird nun wieder auf das Flußdiagramm in Figur 14 Bezug genommen, in dem der Programmübergangsstelle WOHIN ein Subtraktionsprozeß 172 zur Bestimmung von A=R2-R3 folgt. In der Verzweigung ERGEBNISVORZEICHEN? 173 initiiert eine Entscheidungsalternative NEGATIV einen Prozeß 174, in dem A den neuen Wert -A/2 erhält, anschließend wird der R3-Restwert in einem Prozeß 175 gleich A gesetzt und R4 wird in einem Prozeß 176 gleich Eins gesetzt, auf den die Programmübergangsstelle Rücksprung folgt. Eine Entscheidungsalternative POSITIV andererseits initiiert einen Prozeß 177, in de A den neuen Wert A/2 erhält, anschließend wird der R2 Restwert in einem Prozeß 178 gleich A gesetzt und R4 in eine Prozeß 179 gleich Null gesetzt, auf den die Programmübergangsstelle RÜCKSPRUNG 180 folgt.

Figur 16 ist eine Ausführungsform der Erfindung, in der ein Fernsehgerät in einem rechtwinklig prismatischen Ge-

SWSPECTED

häuse 200 in einem nicht gezeigten kastenförmigen Gehäuse mittels Halterungsdrähten 201, 202, 203 und 204 aufgehängt ist. Die Halterungsdrähte 201 und 202 an den Frontecken der Kabinettdecke von 200 sind mit einem Trägerstab oder -bügel 205 verbunden, der von links nach rechts in dem kastenförmigen Gehäuse oberhalb der rechtwinkligen öffnung, die in der Frontfläche des kastenförmigen Gehäuses, um die Betrachtung des Fernsehschirmes auf der Vorderfläche des Gehäuses 200 zu ermöglichen, freigelassen ist, verläuft. Die Halterungsträger 20 3 und 204 an den rückwärtigen Ecken der Gehäusedecke von 200 sind mit Dehnungsmesser 206 und 207 verbunden, die wiederum von einem Halterungsstab oder -bügel 208 in gleiche Höhe mit dem Halterungsstab 205 getragen werden, sich jedoch nicht an der Vorderseite des kastenförmigen Gehäuses, sondern auf dessen Rückseite befinden. Ein Halterungsstab 209, der etwas hinter dem kastenförmigen Gehäuse und in einer Höhe etwas über dem Gehäuseboden von 200 angeordnet ist, weist zwei weitere Dehnungsmesser 211 und 212 auf, die mit Abstand so montiert sind, daß ihre jeweiligen Voderseiten in Kontakt mit Rollen tragenden Lagern 213 und 214 stehen, die auf den unteren Ecken der Rückseite des Gehäuses. 200 montiert sind. . .

Die Dehnungsmesser 206, 207, 211 und 212 gehören zu einem Widerstands-Brückentyp mit eigenen elektronischen Vorverstärkern, von denen elektrische Eingangssignale an einen Mikroprozessor 215 abgegeben werden,um die Stelle zu bestimmen, die der Betrachter auf der Bildschirmwanne oder Frontplatte vorne am Fernsehbildschirm der Vorderseite des Gehäuses 200 berührt hat. Der Betrachter berührt die Bildschirmwanne beim Spielen von Videospielen, die von dem Fernsehgerät bildlich dargestellt werden oder bei Ablaufeingriffen in fernsehunterstützten Computergraphikprozessen. Der Mikroprozessor 215 ist üblicherweise in dem nicht gezeigten Chassis für weitere

ORIGINAL /NSPECTED

Hilfselektronik angeordnet, die in dem Bereich oberhalb des Gehäuses 200 und unterhalb der Halterungsstäbe 205, 208 liegen kann. Sein Ausgangssignal 216 umfaßt Mehrfach-Bitausgänge, von denen die Hälfte die x-Koordinate des Punktes, auf den die Bildschirmwanne auf der Vorderseite des Gehäuses 200 berührt wurde, und der Rest die y-Koordinate darstellt.

Die Halterungsdrähte 201, 202, 203 und 204 sind einige Zentimeter lang, so daß die Dehnungsstreifen 20 3 und 204 einzig und allein auf Kräfte ansprechen, die .den Biegemomenten der rückwärtigen Ecken der Gehäusedecke in bezug auf die Achse durch dessen vordere Ecken zugeordnet sind, diese Momente werden durch

die Berührung der Bildschirmwanne durch den Besucher erzeugt. Die Dehnungsstreifen 211 und 212 sprechen nur auf die Komponenten der lateralen Scherkräfte an, die auf sie in Richtungen normal zu deren Vorderplatten ausgeübt werden. Daher ist die Zahl der Kraftsensoren, die zur Lokalisierung des Punktes, auf den die Fläche eines rechtwinkligen Prismas berührt wird,- auf vier reduziert. Die billige, reibungslose Halterung ohne Probleme in bezug auf freie und unbehinderte Gehäusebewegungen gehört ebenfalls zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Soweit es die Lokalisierung der horizontalen Koordinate des Betrachterberührungspunktes auf der Bildschirmwanne betrifft, geht die Berechnung in dem Mikroprozessor 215 genauso vor sich wie für eine Stelle auf einer Tastenreihe. Die Halterungsdrähte behindern nicht eine Übertragung der Kraftkomponenten normal zum Schirm an die Dehnungsmesser 211 und 212, und die horizontale Position wird durch Division des Antwortsignal auf das, Ansprechen auf das Differential der Kraft, dip an ρ i nen DötinUiujfc>iUfciSjÖes.I Wie I l-J d'JfcSU W 1 I-ιΊ , itiiii.li i'l 1 t. ^inulin- II.ι H

ORIGINAL INSPECTED ^BAD ORIGINAL

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beiden Antwortsignale auf das Ansprechen auf die Differentiale der Kräfte, die auf sie übertragen werden, berechnet.

Soweit es die Lokalisierung der vertikalen Koordinate des Betrachterberührungspunktes auf der Bildschirmwanne betrifft, hat das Biegemoment bezüglich der Achse an der oberen vorderen Kante des Gehäuses 200, das der .... Kraft F·, die mit einem Abstand y unterhalb auf die Wanne des Bildschirms ausgeübt wird, zugeordnet ist, einen Wert F_Ay. Diesem Biegemoment wird durch das Biegemoment F-Z_Q in den Halterungsdrähten 203, 204 entgegengewirkt, wobei F_Q der Betrag der Summe der Kräfte, die auf sie angewendet werden, ist und wobei Z~ der Abstand zwischen der Achse durch die Verbindungen der Halterungsdrähte 201, 202 zu der Gehäusedecke von 200 und der Achse durch die Verbindung der Halterungsdrähte 203, zu der Decke ist. Mit dem Aufsummieren der Ausgangssignale auf das Ansprechen der Dehnungsmesser 206 und 207 ist der Wert von F bekannt. Nach Division von F_Q, so wie dieser Wert durch die Summierung der Ausgangssignale auf das Ansprechen der Dehnungsmeßstrexfen 201, 202 bestimmt ist, ergibt sich durch diesen Wert der Wert y als Verhältnis zur bekannten Dimension Y_n.

Eine weitere Reduzierung der Zahl der erforderlichen Kraftsensoren wird durch die Messung von F_ß mit einem einzigen Dehnungsmeßstrexfen an einer Stelle zwischen den Stellen der Dehnungsmeßstrexfen 206 und 207, die er ersetzt, erreicht. Halterungsdrähte 203 und 204 werden überflüssig, und ein einziger Halterungsdraht mit Verbindung zu dem Ersatzdehnungsmesser und zu der Gehäusedecke von 200 ist an einem Punkt zwischen den Verbindungspunkten der Halterungsdrähte 203 und 204, die ersetzt werden, anzubringen. Das Problem, das bei dieser Anordnung entsteht, ist, daß darauf geachtet werden muß, daß

ORIGINAL INSPECTED

der Ersatzdehnungsmesser auf Biegemomente um die vertikalen Achsen anspricht. Antwortsignale der Dehnungsmeßstreifen 206 und 207 zu diesen Biegemomenten in der Anordnung nach Figur 16 wirken, wie dargestellt, in entgegengesetztem Sinne und heben sich damit gegenseitig bei der Summenbildung zur Berechnung von F auf.

Tastenreihe und Tastenfeld wurden somit mit den Mitteln der Mechanik von Hebelarmen unter Ausschluß von Bewegungsbeschränkungen in ihren Auflage- oder Haltepunkten analysiert. Die vorliegende Erfindung ist aber genauso gut auf eine Tastenreihe und ein Tastenfeld anwendbar, die mit Mitteln der Mechanik von Hebelarmen, die in ihren Halterungspunkten in der Bewegung beschränkt sind, analysierbar sind. Ein Beispiel hierfür ist, wenn das Tastenfeld die Deckfläche eines Kunststoff-Fernsehgehäuses ist, wobei die Deckfläche an ihren Front-, Rück- und Seitenwänden so beschränkt ist, daß sie horizontal bleibt. Die Bewegungsbeschränkung der Deckfläche wird mittels der aufwärts gerichteten Kräfte durch die Vorder-, Rück- und Seitenwände des Gehäuses und die Biegemomente, die die Gehäusedeckfläche horizontal hält, beschrieben. Eine Bedienungskraft kann in entgegengesetzt wirkende Kräfte und Momente zerlegt werden. Die Lehrsätze der Flächenmomentmethoden zur Behandlung in der Bewegung beschränkter Hebelarme, sie sind auf dem Gebiet des Bauwesens und des Maschinenbaus allgemein bekannt, können auf die Seitenfläche und die Vorder- und Rückfläche angewendet werden, wobei Messungen von Dehnungsmessern, die auf der Unterfläche der Gehäusedeckfläche montiert sind, als Grundlage zur Berechnung des Punktes, auf den der Benutzer Kraft anwendet, verwendet werden.

Die Kraftsensoren, die zur Bestimmung der Kraftkomponente der Bedienungskraft zur Bestimmung des Berührungspunktes eingesetzt werden, können bei einigen Ausführungsformen

auch zur Bestimmung der Richtung, in die die Kraft angewendet wird, verwendet werden, um weitere Eingangsgrößen für das von dem Benutzer zu bedienende System zu liefern,

Es soll insbesondere bezüglich der Ansprüche betont werden, daß die Vorspannkraft auch verschwindend klein oder null sein kann. Der Ausdruck "parallele Ausgabe" in bezug auf Binärzahlen soll in einem weiteren Sinne verstanden werden, so daß auch Binärzahlen darunter fallen, die während des gleichen Berechnungszyklus anfallen, obwohl die Zeitpunkte, in denen die Binärzahlen abgegeben werden, zu keinem bestimmten Zeitpunkt gleichzeitig liegen müssen.

Leersei

Claims (14)

1. DR. DIETER V. BEZOID : [[-· DIPL. ING. PETER:S.CHÜT2--""-. DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

   PATENTANWÄLTE

   MARIA-THERESIA-STRASSE 22
   POSTFACH 8 6 O 2 60

   D-βΟΟΟ MUENCHEN 86

   U.S.-Ser.Nr. 410,857
   AT: 23. August 1982

   ZUGELASSEN BUM EUROPAlSCHtN PATENTAMT

   EUROPEAN PATINT ATTORNEYS MANDATAIRES EN UREVETS EUROPEE

   TELEFON ιΟβΡι 4706006

   TELEX 522 i.38

   TELEGRAMM SOMBEZ

   FAX CR Il + III (0B91 2716063

   RCA 75601 Dr. Zi/Bn

   RCA Corporation
   New York, N.Y.
   V.St.A.

   Mechanisch bedienbare, allgemeine Eingabevorrichtung

   Patentansprüche

   /ί j Verfahren zur Erkennung und Bestimmung irgendeiner bestimmten Stelle aus einer Vielzahl von Stellen auf einer Deck- oder Oberfläche eines mechanischen Bauteils (40), wobei die bestimmte Stelle von einem Benutzer ausgewählt wird, gekennzeichnet durch die Ausnutzung der auf die bestimmte Stelle ausgeübten Kraft zur Bildung verschiedener, elektrischer, die Komponenten der ausgeübten Kraft beschreibender Signale mit Kraftsensoren (51), die mit dem Bauteil (40) in Verbindung stehen, und die Berechnung der Stelle, auf die die Kraft angewendet wird, aus den relativen Amplituden dieser

   elektrischen Signale.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Berechnung die elektri-

   sehen Signale nach der Zeit differenziert werden, ",;

   um eine Empfindlichkeit bezüglich statischer Kräfte J:

   auf die mechanische Struktur zu unterdrücken, während die Empfindlichkeit bezüglich dynamischer Kräfte auf die mechanische Struktur erhalten wird. ,

   ;;
3. 3. Verfahren nach Ans Bruch 2, dadurch g e k e η η - lh zeichnet , daß bei der Differenzierung der elek- !^:; trischen Signale nach der Zeit kurzzeitig Mittelwerte |* der elektrischen Signale akkumuliert werden, |r

   relativ langzeitige Mittelwerte der elektrischen Signale akkumuliert werden, und
   die kurzzeitigen und langzeitigen Mittelwerte differenzmäßig kombiniert werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Differenzierung der elektrischen Signale nach der Zeit die elektrischen : Signale wiederholt abgetastet werden, relativ kurzzeitige Mittelwerte der Signalabtastwerte akkumuliert werden,

   relativ langzeitige Mittelwerte der elektrischen Signalabtastwerte akkumuliert werden, und die kurzzeitigen und langzeitigen Mittelwerte differenzmäßig kombiniert werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Differenzierung der elektrischen Signale nach der Zeit die Ansprechempfindlichkeit oder die Signale auf das Ansprechen auf die dynamische Kraft, wenn deren Summe einen Schwellwert nicht überschreitet, auf einen Nullwert herabgedrückt werden.

   INSPECTED
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein strukturiertes Bauteil (40, 70) an verschiedenen Auflage- oder Halterungspunkten (41, 42, Ecken von 70) mit Sensoren (51, 44, 45, 52, 53, Fig. 5; C1-C4 in Fig. 7) verbunden ist, die Sensoren (51, ...) die verschiedneen Komponenten der Gesamtkraft, die auf die bestimmte, ausgewählte Stelle angewendet wird, fühlen und messen, und Erkennungs- und Bestimmungsvorrichtungen (62 - 67, μΡ, 103) aus den Größen der verschiedenen Signale im wesentlichen im Echtzeitverfahren die ausgewählte . Stelle, auf die der Benutzer Kraft anwendet, durch Berechnung erkennt und bestimmt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Erkennungs- und Bestimmungsvorrichtung (62, ...) eine Vorrichtung (μΡ, ...) zur Bestimmung der Ableitungen nach der Zeit der Größen der elektrischen Signale, die die verschiedenen Komponenten der Summe der angewendeten Kraft darstellen, enthalten, und

   die Erkennungs- und Bestimmungsvorrichtung (62, ...) die Ableitungen zur Durchführung der Berechnung verwendet, um in den Rechnungen die Einflüsse der statischen Kräfte auf das strukturierte Bauteil (40, 170) zu unterdrücken.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch

   g tJ K ο η η ¹A. ο ί <■:■ h η ο U , daß cUu ISLkujiijuM'j!« oder Bestimmungsvorrichtung (62, ...) eine Vorrichtung (112) umfaßt, um in einer Raumdimension (x oder y) eine Verhältnis- oder Bruchzahl zu berechnen, deren Zähler das Gesamtsignal (z.B. R2) auf das Ansprechen auf ein oder mehrere der gefühlten oder gemessenen Größen ist und deren Nenner das Gesamtsignal auf das Ansprechen

   auf einer größeren Zahl der -gefühlten Größen (z.B. R2+R3) ist/ wobei die Antwortsignale (z.B. R2) auf das Ansprechen auf die gefühlten Größen, die in der Zählersumme mit eingeschlossen sind, auch in der Nennersumme mit eingeschlossen sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Erkennungs- und Bestimmungsvorrichtung (62, ...) eine Vorrichtung (107) zur Bestimmung, um wieviel die Ableitungen eine Störschwelle überschreiten, umfaßt, eine Vorrichtung (108) zur Bestimmung der Ableitung des Wertes dieser Überschreitung nach der Zeit umfaßt, und eine Vorrichtung (109) umfaßt, die auf eine Änderung in der Richtung oder dem Vorzeichen der Ableitung des Wertes diese Überschreitung anspricht, um den weiteren Ablauf der Berechnung der ausgewählten Stelle, auf die der Benutzer Kraft anwendet, freizugeben oder gültig zu machen.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Erkennungs- und Bestimmungsvorrichtung (62, ...) eine Vorrichtung (μΡ, ...) zur Berechnung mittels der Summe der Ableitungen nach der Zeit der Signale, die die Kraftkomponenten darstellen, zum Zweck der Bestimmung der Größe der von dem Benutzer .angewendeten Kraft umfaßt.
11. 11. Allgemeine Eingabe steuervorrichtung (Fiq. 1; Fig. 6, 7) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die mechanisch betätigt wird, wenn ein Benutzer, beispielsweise durch Berührung, einen einer Vielzahl von gekennzeichneten Punkten ("0" - "9", Fig. 6 usw.) auf der Oberfläche (40, Fig. 1, 70 Fig. 6) auswählt, und die eine Vorrichtung zur Erkennung und Bestimmung des einen ausgewählten der gekennzeichneten Punkte umfaßt, dadurch gekennze ichnet, daß

    ORiGiNAL INSPECTED

    eine Kraft (F_A, Fig. 5) von dem Benutzer auf den ausgewählten Punkt ("6", Fig. 5; Quadrate 70, Fig. 6) angewendet wird,

    das Bauteil (40) in einer Vielzahl von Punkten (41, 42 Fig. 1; Ecken von 70 Fig. 6) gegen eine kombinierte Kraft gestützt wird, die eine Vorspannkraft,die sich über eine relativ lange Zeitskala ändert, und irgendeine von dem Benutzer aufgewendete Kraft umfaßt, und daß die Erkennungs- und Bestimmungsvorrichtung (62, ...) Sensorvorrichtungen (51, ...) umfaßt, die auf den verschiedenen Auflage- und Halterungspunkten (41, ...) ausgeübten Kräfte ansprechen, um elektrische Signale, die die verschiedenen Komponenten der kombinierten Kraft darstellen, zu erzeugen, und die eine Berechnungsvorrichtung (63-67, μΡ 103) umfaßt, die auf die relativen Größen der elektrischen Signale anspricht, um durch Berechnung den ausgewählten Punkt der gekennzeichneten Punkte zu erkennen und zu bestimmen.
12. 12. Mechanisch betätigte allgemeine Eingabesteuerungen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Berechnungsvorrichtuna (|iP,..) eine Vorrichtung (103) zur wiederholten Abtastung der verschiedenen Signale umfaßt,

    eine Vorrichtung (104, 105) zur Bestimmung der relativ langzeitigen Mittelwerte der Summe (Totalsumme) von all den verschiedenen Signalen (SQINELLER UND LANGSAMER MITTELWERT) auf das Ansprechen auf die Zerlegungskomponenten der kombinierten Kraft und zur Bestimmung der relativ kurzzeitigen Mittelwerte der Summe all dieser verschiedenen Signale umfaßt, und

    eine Vorrichtung (106 - 112) umfaßt, die auf einen kurzzeitigen Mittelwert der Summe anspricht, die die Summe aus dem augenblicklichen langzeitigen Mittelwert der Summe und einer Störschwelle überschreitet, um den restlichen Berechnungsverlauf zur Erkennung und Be-

    ORIGIMAL INSPECTED

    ■TW- <* \

    Stimmung des Berührungspunktes, auf den die Kraft angewendet wird, freizugeben oder gültig zu machen.
13. 13. Mechanisch betätigte allgemeine Eingabesteuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung (μΡ, ...) zur Berechnung und Bestimmung des ausgewählten der Punkte, auf den die Kraft angewendet wird,
    eine Vorrichtung (103) zur wiederholten Abtastung der elektrischen Signale umfaßt,

    eine Vorrichtung (104) zur Bestimmung der relativ langzeitigen Mittelwerte der Summe all der verschiedenen Signale auf das Ansprechen auf die Zerlegungskomponenten der kombinierten Kraft und zur Bestimmung der relativ kurzzeitigen Mittelwerte der Summe all dieser' verschiedenen Signale umfaßt,

    eine Vorrichtung (106) zur Berechnung der Differenz zwischen der Summe der kurzzeitigen Mittelwerte und der Summe der langzeitigen Mittelwerte umfaßt, eine Vorrichtung (107, 108, 109) umfaßt, die auf die Differenz, die eine Störschwelle überschreitet, zur Freigabe oder..Bestätigung des restlichen Berechnungsverlaufes zur Bestimmung und Erkennung des Berührungspunktes, auf den die Kraft angewendet wird, anspricht,und

    eine Vorrichtung (113) zur Verwendung der Differenz als Anzeige der Größe der von dem Benutzer aufgewendeten Kraft umfaßt, wenn die Differenz die Störschwelle überschreitet.
14. 14. Mechanisch betätigte allgemeine Eingabesteuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Berechnungsvorrichtung (μΡ, ...) eine Vorrichtung (103, 104) zur wiederholten Abtastung der verschiedenen Signale umfaßt, eine Vorrichtung (104) zur Bestimmung der relativ lang-

    ORiGINAL INSPECTED

    zeitigen Mittelwerte jedes der Signale, die die verschiedenen Komponenten der kombinierten Kraft darstellen, und zur Bestimmung der relativ kurzzeitigen Mittelwerte jeder dieser verschiedenen Signale umfaßt, und

    eine Vorrichtung (106) zur Subtraktion dieser relativ langzeitigen Mittelwerte von den entsprechenden der relativ kurzzeitigen Mittelv;crte umfaßt, um ein.Ansprechen auf eine Vorspannkraft auszuschließen, die in den verschiedenen Signalen, die den Zerlegungskomponenten der angewendeten Kraft zugeordnet sind, vorhanden ist.