DE3714535A1 - Modulare, beruehrungsempfindliche dateneinrichtung - Google Patents
Modulare, beruehrungsempfindliche dateneinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliche, an der
Fläche einer Kathodenstrahlröhre befestigte Dateneingabe
einrichtung, insbesondere eine solche Eingabeeinrichtung,
die gegenüber der Umgebung abgedichtet und unempfindlich
gegenüber Umgebungstemperaturänderungen ist.
Die Computertechnologie hat sich in letzter Zeit rasch
ausgebreitet, so daß Millionen von Einzelpersonen bereits
Zugriff zu Computerterminals haben, mit deren Hilfe sie
mit Datennetzwerken kommunizieren können. Ein sehr großer
Teil der tatsächlichen Computerbenutzung betrifft den
Zugriff, die Handhabung, die Aktualisierung oder die
Verwendung riesiger Datenmengen in Echtzeit seitens des
Benutzers. In der überwiegenden Mehrzahl der Fälle hat
der Benutzer eine relativ begrenzte Kenntnis bzw. Einsicht
in die komplexen Programme und das Hardwaresystem, so daß
die meisten Benutzer es äußerst bequem finden, die Daten
in einer in hohem Maße sichtbaren Form handhaben zu können.
Unter den Mechanismen, mit deren Hilfe der Computerbenutzer
Daten aufrufen, den Anzeigemodus ändern und Änderungen
hinsichtlich der angezeigten Daten durchführen kann, sind
Tastaturen, Lichtgriffel, kleine handbetätigte Einrichtungen,
die allgemein unter der Bezeichnung "Maus" bekannt sind,
und in letzter Zeit berührungsempfindliche Bildschirme oder
Bedienungsfelder zu finden.
Im Prinzip sind berührungsempfindliche Dateneingabeein
richtungen in einer Vielfalt von Formen verfügbar und
können durch irgendeinen einer Vielfalt von Mechanismen
betätigt werden. Diese umfassen Einrichtungen, bei denen
typischerweise die Berührung eines Fingers des Benutzers
an einer Stelle auf einer berührungsempfindlichen Fläche
eine Unterbrechung von Lichtstrahlenreihen, eine Änderung
der örtlichen Kapazität, eine Änderung des örtlichen,
spezifischen Widerstandes durch den Piezoeffekt oder einen
Kontakt zwischen benachbarten, im engen Abstand angeordneten
elektrischen Leitern, die in gegenseitig senkrechten
Richtungen ausgerichtet sind, hervorruft.
Erfolgreiche Ausführungsbeispiele des letztgenannten
Lösungsweges weisen typischerweise zwei flexible,
membranförmige Elemente auf, die in Gegenüberstellung
angeordnet und voneinander durch einen geringen Luftspalt
getrennt sind. Diese Elemente sind typischerweise optisch
klare, flexible, polymere, plattenförmige Elemente, die
normalerweise durch kleine Höcker auf der einen oder der
anderen der benachbarten Flächen getrennt sind. Hinter dem
rückseitigen Element ist eine klare, steife Trägerplatte,
z. B. eine Glasplatte angeordnet, um eine Abstützung
vorzusehen, falls ein Benutzer eine Kraft auf die
Vorderfläche des vorderen Elements während der Benutzung
der Einrichtung ausübt. Drückt eine Bedienungsperson auf
das Äußere der Elemente, so berühren sich beide Elemente
örtlich unter Ausbildung eines lokalen Kontaktbereichs,
der mit Hilfe einer empfindlichen Schaltung erfaßt werden
kann, die mit dünnen, engen, in hohem Maße leitenden
Schichten verbunden ist, die an den beiden benachbarten,
in Berührung bringbaren Flächen angeordnet und mit dem
Computersystem verbunden sind. Der Fluß eines elektrischen
Stroms an einem lokalen Kontaktpunkt wird in den Ort der
sich berührenden Leiter auf dem Bildschirm umgesetzt.
Eine derartige räumliche Auflösung bzw. Unterscheidung und
die resultierenden Signale können mit einem Computerprogramm
zur Handhabung der Daten verwendet werden, die über die
beiden optisch klaren, benachbarten und in Berührung
bringbaren Elemente sichtbar angezeigt werden.
Ein Hauptproblem bei der Herstellung einer derartigen
Einrichtung aus am besten geeigneten Materialien besteht
darin, daß infolge von Umgebungstemperaturänderungen bei
deren Benutzung sich die steife, transparente Trägerplatte
im Vergleich zu dem Material, das diese umgibt, oder zu
den klaren, flexiblen Elementen, die von dieser abgestützt
werden, in einem beachtlich unterschiedlichen Ausmaß
ausdehnt oder zusammenzieht. Diese unterschiedliche
Ausdehnung kann eine Deformation, z. B. ein Verbiegen der
Trägerplatte, ein Kräuseln der flexiblen Elemente und
dergleichen, hervorrufen, und eine geeignete Abdichtung
gegen Staub, Feuchtigkeit oder andere Schmutzstoffe
verhindern, die in die empfindliche Zone zwischen den
flexiblen Elementen eindringen können.
Demzufolge besteht ein Bedarf an einer berührungsempfindlichen
Dateneingabeeinrichtung, die die unterschiedliche thermische
Expansion zwischen benachbarten, zusammenwirkenden Elementen
ausgleicht, eine wirksame Abdichtung gegen Schmutzstoffe in
der Umgebung vorsieht und leicht an der Datenanzeigeeinheit,
mit der diese Einrichtung benutzt wird, befestigt werden
kann.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine berührungsempfindliche
Dateneingabeeinrichtung vorzuschlagen, die die unterschiedlichen
Beträge der thermischen Expansion und Kontraktion ausgleicht,
die die zusammenwirkenden Elemente der Einrichtung infolge
von Umgebungstemperaturänderungen erfahren, so daß keine
schädlichen Deformationen dieser Elemente auftreten.
Ferner soll zusätzlich eine wirksame Abdichtung der
empfindlichen Teile der Einrichtung gegenüber den in der
Umgebung vorhandenen Schmutzstoffen, wie z. B. Staub,
Feuchtigkeit und in der Luft befindlichen Chemikalien,
aufrechterhalten werden. Außerdem soll eine unabhängige,
temperatur-unempfindliche, gegen die Umgebung abgedichtete,
berührungsempfindliche Dateneingabeeinrichtung geschaffen
werden, die lösbar an einer Datenanzeigeeinrichtung befestigt
werden kann, bei der die Dateneingabeeinrichtung Verwendung
findet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft somit eine berührungsempfindliche
Dateneingabeeinrichtung, die ein ringförmiges Deckelement
mit einer zentralen Öffnung aufweist, durch die der
Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre freigesetzt wird.
Das Deckelement wird dabei lösbar an der Kathodenstrahlröhre
befestigt. Die Vorderseite des Deckelements ist als ein die
zentrale Öffnung umlaufende Wand ausgebildet, an der lose
eine starke, klare Trägerplatte befestigt ist. Ein
rückseitiges, transparentes Tafelelement ist mit seiner
rückseitigen Fläche benachbart der Vorderseite der
Trägerplatte angeordnet und weist auf seiner vorderen
Fläche eine Vielzahl von parallelen, elektrisch leitenden
ersten Streifen auf. Die Trägerplatte und das rückseitige
Tafelelement weisen unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten
auf, folglich sind diese nur lose gegeneinander gehalten,
um ein Kräuseln des rückseitigen Tafelelements infolge der
zwischen diesen Teilen vorliegenden unterschiedlichen
thermischen Expansionen zu vermeiden. Ein transparentes,
vorderes Tafelelement ist mit engem Abstand vor dem
rückseitigen Tafelelement angeordnet. Das vordere Tafelelement
weist auf seiner rückseitigen Fläche eine Vielzahl von
parallelen, elektrisch leitenden, zweiten Streifen auf, die
senkrecht zu den ersten Streifen auf der Vorderseite des
rückseitigen Tafelelements verlaufen. Das vordere und das
rückseitige Tafelelement können durch eine Kraft lokal in
Kontakt gebracht werden, die auf das vordere Tafelelement
ausgeübt wird, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen
bestimmten der ersten und zweiten leitenden Streifen an
der Kontaktstelle hervorgerufen wird. Ein über dem vorderen
Tafelelement angeordneter Rahmen ist am Deckelement
befestigt, um die Tafelelemente an Ort und Stelle zu halten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische
Ansicht der Elemente eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels einer Dateneingabe
einrichtung;
Fig. 2 eine Ansicht des Deckelements der
Dateneingabeeinrichtung von hinten;
Fig. 3 eine senkrechte Querschnittsansicht gemäß
Linie 3-3 der Fig. 2;
Fig. 4 eine horizontale Querschnittsansicht gemäß
Linie 4-4 der Fig. 2.
Die Dateneingabeeinrichtung besteht aus Elementen, die so
ausgerichtet sind und eine derartige Größe aufweisen, daß
sie bequem zu einem kompakten, robusten und gegen die
Umgebung abgedichteten Aufbau zusammengesetzt werden können,
der die unterschiedliche thermale Expansion seiner
zusammenwirkenden Elemente ausgleicht und sicherstellt,
daß in der Umgebung vorhandene Schmutzstoffe, z. B. Staub,
Feuchtigkeit und in der Luft befindliche Chemikalien,
nicht in die empfindlichen Zonen des Aufbaus eindringen
können.
Die überwiegende Mehrzahl der Datenanzeigeelemente, z. B.
Computermonitore, haben ein im allgemeinen rechtwinkeliges,
visuell wahrnehmbares Datenfeld und einen vorderen Bildschirm,
der entweder eben oder geringfügig gebogen ist. Die
Dateneingabeeinrichtung weist eine Größe und eine Form auf,
die für einen losen Eingriff und Verwendung mit einer
Kathodenstrahlröhre eines derartigen Anzeigeelements
geeignet sind.
Betrachtet man nun die Fig. 1, so ist dort ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Dateneingabeeinrichtung in einer
perspektivischen Ansicht in auseinandergezogener Darstellung
wiedergegeben. Zur bequemen Bezugnahme und leichten
Vergegenwärtigung der gegenseitigen Gegenüberstellung der
unterschiedlichen Elemente des Aufbaus bezieht sich der
Ausdruck "vorne" im allgemeinen auf die Fläche irgendeines
Elements, die in der perspektivischen Ansicht der Fig. 1
sichtbar ist, während der Ausdruck "rückseitig" im
allgemeinen sich auf diejenige Fläche irgendeines Elements
bezieht, die auf der der Vorderseite der entsprechenden
Elemente gegenüberliegenden Seite liegt; d. h. jener Teil,
der in Fig. 1 nicht betrachtet werden kann. In diesem
Zusammenhang weist der Aufbau (10) der Einrichtung,
beginnend von der Vorderseite, einen ringförmig ausgebildeten,
vorzugsweise rechteckigen Halterahmen (20) auf. Eine im
allgemeinen rechteckige Öffnung (22) im Halterahmen (20)
weist eine derartige Form und Größe auf, daß diese zu dem
Datenanzeigebildschirm eines Datenanzeigeelements (nicht
dargestellt) paßt, wie z. B. der Kathodenstrahlröhre eines
Datenverarbeitungssystems. An der rückseitigen Fläche des
Rahmens (20) sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
vorzugsweise zu den Ecken der Öffnung (22) hin kurze,
vorzugsweise stiftförmige Fortsätze (24) ausgebildet, deren
Funktion detaillierter nachfolgend beschrieben wird. Alternativ
können separate Stifte durch den Rahmen (20) geführt werden.
Der Halterahmen (20) wird günstig aus einem Kunststoffmaterial
hergestellt und ist dünn, aber ziemlich steif. Ein
bevorzugtes Material für den Rahmen besteht aus einem
20% glasgefüllten, verformbaren Polykarbonatmaterial, das
einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Unmittelbar hinter dem Rahmen (20) ist eine ähnlich
ausgebildete flexible Dichtung (30) mit einer rechteckigen
Öffnung (32) vorgesehen, die zu der Öffnung (22) in dem
Halterahmen (20) paßt. Die Dichtung (30) ist mit Halte-
bzw. Befestigungsöffnungen (34) ausgestattet, die so
angeordnet sind, daß sie die stiftförmigen Fortsätze (24)
des Halterahmens (20) (oder separate Stifte, falls die
alternative Lösung verwendet wird) durchlassen. Zur
leichteren Herstellung weisen die Öffnungen (34)
vorzugsweise eine solche Größe auf, daß während des
Zusammenbaus die Fortsätze (24) leicht hindurchgleiten
können. Die Dichtung (30) ist vorzugsweise sowohl auf
der Vorderseite (36) als auch auf der Rückseite (39) mit
einem elastischen, z. B. gummiartigen (elastomeren)
Haftmittel überzogen, das in einem Temperaturbereich von
-55°C bis mindestens 75°C wirksam ist.
Unmittelbar hinter der Dichtung (30) ist ein festes,
dünnes, flexibles, plattenförmiges, vorderes,
berührungsempfindliches Element (40) vorgesehen. Dieses
vordere Element (40) ist etwas kleiner als der Rahmen (20)
oder die Dichtung (30), jedoch von im allgemeinen rechteckiger
Form, und auch mit Öffnungen (44) versehen, die zu den
Öffnungen (34) passen und die stiftförmigen Fortsätze (24)
durchlassen. Das vordere Element (40) hat eine Vorderfläche,
die von einem Benutzer wiederholt und häufig während der
Benutzung der Einrichtung berührt werden kann. Das Material
des vorderen Elements (40) muß deshalb so ausgewählt werden,
daß es während einer längeren Benutzung seine Transparenz
beibehält und nicht leicht zerkratzt wird. Das vordere
Element (40) besteht vorzugsweise aus Mylar, das bei Gebrauch
fest, dauerhaft, nicht leicht zerkratz- und einkerbbar und
optisch transparent ist sowie einen niedrigen
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist; d. h. stabil über
einen breiten Temperaturbereich ist.
An der rückseitigen Fläche des vorderen Elements (40) ist
durch Aufdampfen oder dergleichen ein Satz paralleler,
streifenförmiger Niederschläge (42) aus einem elektrisch
leitenden Material aufgebracht. Die Dicke der aus elektrisch
leitendem Material bestehenden Niederschläge (42) ist im
allgemeinen in der Größenordnung von wenigen Mikrometern
und ein bevorzugtes Material ist Gold, da dieses praktisch
transparente, jedoch in hohem Maße leitende, dauerhafte
Niederschläge schafft. Der Satz elektrisch leitender
Streifen (42) auf der rückseitigen Fläche des vorderen
Elements ist so ausgebildet, daß dieser sich über die ganze
Breite bzw. Länge der im Rahmen (20) vorgesehenen Öffnung
(22) und der Öffnung (32) der Dichtung (30) erstreckt.
Jeder elektrisch leitende Streifen (42) ist vorzugsweise
eng und weist an jedem Ende einen elektrischen Kontakt
auf, die zu leitenden Verlängerungen (48) längs einer
Ausdehnung des vorderen, flexiblen, transparenten Elements
(40) führen. Diese leitenden Verlängerungen (48) der
leitenden Elemente bzw. Streifen (42) sind am besten in
Fig. 1 dargestellt.
Unmittelbar hinter dem vorderen Element (40) ist ein
transparentes, berührungsempfindliches, rückseitiges
Element (50) aus vergleichbarem Material und von
vergleichbarer Form und Größe angeordnet. Das rückseitige
Element (50) weist an seiner Vorderfläche dünne, elektrisch
leitende Niederschläge auf, die in Form paralleler Streifen
(52) angeordnet sind. Obwohl die leitenden Niederschläge (52)
senkrecht zu den leitenden Niederschlägen (42) in Fig. 1
dargestellt sind, braucht ihre Anordnung nicht darauf
beschränkt zu sein. Abhängig von der speziellen Verwendung
der Einrichtung, z. B. in Verbindung mit einer Rotations
abtastung, können andere geeignete Anordnungen der Sätze von
elektrisch leitenden Streifen (42 und 52) nicht nur erwünscht,
sondern erforderlich sein. Der für die Herstellung solcher
Einrichtungen betreffende Fachmann wird leicht derartige
leitende Niederschläge gestalten und diese im allgemeinen
wie hier beschrieben verbinden. Es ist zu bemerken, daß
der auf dem rückseitigen Element (50) angeordnete senkrechte
Satz von parallelen leitenden Streifen (52) sich über die
senkrechte Abmessung der in dem Rahmen (20) vorgesehene
Öffnung (22) erstreckt, und wobei, wie bei den horizontalen
Streifen (42) vorstehend beschrieben, an ihren jeweiligen
Enden elektrisch leitende Verlängerungen (58) vorgesehen
sind. Diese Verlängerungen (58) werden auf der Vorderfläche
einer Ausdehnung des rückseitigen Elements (50) abgestützt
und sind am besten in Fig. 1 dargestellt. Es ist bequem,
die Verlängerungen (48) des vorderen Elements (40) und die
Verlängerungen (58) des rückseitigen Elements (50) im
endgültigen Aufbau parallel verlaufen zu lassen.
Das vordere Element (40) ist mit einer Vielzahl von
Aufnahmeöffnungen (44) und das rückseitige Element (50) mit
einer vergleichbaren Vielzahl von Aufnahmeöffnungen (54)
ausgestattet, wobei diese Aufnahmeöffnungen (44 und 54)
hinsichtlich ihrer Anordnung zu den Aufnahmeöffnungen
(34) der Dichtung (30) und den stiftförmigen Fortsätzen
(24) des Halterahmens (20) passen.
Die rückseitige Fläche des vorderen Elements (40) und die
vordere Fläche des rückseitigen Elements (50) weisen
normalerweise einen sehr geringen Abstand auf, und zwar in
der Größenordnung einiger Tausendstel eines Zolls (1 Zoll=
25,4 mm), so daß sich die leitenden Niederschläge (42 und 52)
so lange nicht berühren, bis eine äußere Kraft auf die
berührbare, vordere Fläche des vorderen Elements (40)
ausgeübt wird, um diese lokal zu verformen und einen
solchen Kontakt zwischen den leitenden Elementen (42 und
52) zu erzeugen. Dieser Abstand zwischen den beiden
benachbarten, leitend beschichteten Flächen der Elemente
kann auf verschiedene bekannte Arten aufrecht erhalten
werden, einschließlich durch Ausbildung kleiner Höcker
oder Vorsprünge, die über eine der beiden benachbarten
Flächen verteilt werden. Ein spezielle Technik umfaßt
die Verteilung von kleinen, elektrisch isolierenden
Partikeln zwischen den benachbarten, leitenden, aktiven
Flächen.
Andere und scheinbar sehr unterschiedliche Einrichtungen
zur Erzeugungen von Signalen durch Ausübung einer äußeren
Kraft auf einen berührungsempfindlichen Bedienungsfeldaufbau
sind verfügbar. Diese Einrichtungen machen von der
Unterbrechung von Lichtstrahlreihen in dem geringen Spalt
zwischen dem vorderen und dem hinteren Element, von
kapazitiven Zonen auf den benachbarten Flächen, von
feinen piezoelektrischen Schaltern auf einer oder beiden
benachbarten Flächen und dergleichen Gebrauch. Die Wahl
einer dieser Techniken berührt lediglich die Art und Weise
in der die Elemente arbeiten. Es besteht jedoch nur ein
geringer, wenn überhaupt ein Unterschied darin, wie die
Einrichtung mit einer bestehenden Datenverarbeitungs-
Systemeinrichtung in Verbindung steht. Verbindungseinrichtungen
für jede dieser Techniken sind fertig verfügbar und dem
Fachmann bekannt.
Unmittelbar hinter dem rückseitigen Element (50) ist eine
relativ feste, jedoch klare und transparente rechteckige
Trägerplatte (60) angeordnet. Diese Trägerplatte (60) weist
vorzugsweise solche Abmessungen auf, daß diese kleiner als
die Zone ist, die durch die stiftförmigen Fortsätze (24) des
Halterahmens (20) bestimmt ist. Diese stiftförmigen
Fortsätze (24) verlaufen durch die Aufnahmeöffnungen (34, 44
und 54). Die Anordnung einer Stützplatte (60) als ein
integrales Teil des die Einrichtung ausbildenden Aufbaus
befreit die Einrichtung von dem Erfordernis eines direkten
Kontakts zwischen den berührungsempfindlichen Elementen,
mit deren Hilfe der Benutzer mit dem Datenverarbeitungssystem
kommunizieren kann, und einer Fläche der Datenanzeigeeinheit,
z. B. des Datenmonitorbildschirms. Aufgrund dieses
speziellen Merkmals kann die Dateneingabeeinrichtung
unabhängig gemacht und leicht von der Datenanzeigeeinheit
gelöst werden, an der diese während der Benutzung befestigt
ist. Die Trägerplatte (60) schafft lose eine geeignete
Abstützung für das rückseitige Element (50), ohne daß diese
in irgendeiner Art und Weise das Element (50) infolge von
Umgebungstemperaturänderungen zwingt, sich zu dehnen,
zusammenzuziehen oder zu kräuseln, und über das vordere
Element (40), falls der Anwender eine äußere Kraft auf die
berührbare, vordere Fläche des vorderen Elements (40) ausübt.
Ein bevorzugtes Material für die Trägerplatte (60) ist
hauptsächlich ein Acrylkunststoff, da dieser sehr fest
(im Gegensatz zu Glas), optisch transparent und hinsichtlich
der Kosten angemessen ist. Er hat jedoch den Nachteil eines
höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zum
Mylarmaterial der beiden Elemente (40 und 50) oder zum
glasgefüllten Polykarbonatkunststoff des Rahmens (20). Die
Erfindung schafft jedoch eine Lösung, die ganz von den
gewünschten Qualitäten des Acrylkunststoffes der Trägerplatte
(60) Gebrauch macht, während die Probleme beseitigt werden,
die durch seinen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
hervorgerufen werden. Dies wird in der unten beschriebenen
Art und Weise bewerkstelligt.
Direkt hinter der Trägerplatte (60) befindet sich die
Vorderseite des Deckelements (70). Dieses Deckelement (70)
stellt ein ziemlich steifes, festes Element dar, das
ebenso vorzugsweise aus einem geformten, glasgefüllten
Polykarbonatkunststoffmaterial hergestellt ist. Das
Deckelement (70) ist mit einer rechteckigen, im allgemeinen
zentralen Öffnung (72) versehen, die zu der Öffnung (22) der
Halteplatte (20) paßt. Die Öffnung (72) entspricht in Form
und Größe vorzugsweise dem Bildschirmteil des
Datenanzeigeelements des Datenverarbeitungssystems, bei
dem die Einrichtung Verwendung findet. Die im Deckelement
(70) vorgesehene Öffnung (72) umgibt unmittelbar eine
flache, im allgemeinen rechteckige Vertiefung (76), die zur
Aufnahme der Trägerplatte (60) mit einem reichlichen Spiel
in beiden seitlichen Richtungen groß genug ist. Somit wird
der Trägerplatte (60) Raum gelassen, so daß diese sich
ungehindert in der Vertiefung (76) ausdehnen kann. Dies
ist wichtig bei Datenanzeigeeinheiten, die selbst oder
aufgrund ihres Aufstellungsortes eine Temperaturänderung
während einer längeren Verwendung erfahren. Durch die
Belassung eines vorbestimmten, jedoch angemessenen Spiels
wird die Trägerplatte nicht verbogen, und zwar infolge
eines Versuchs, sich in dem reichlichen Raum auszudehnen,
der in der Vertiefung (76) des relativ robusten Deckelements
(70) vorgesehen ist. Die Tiefe der Vertiefung (76) ist
vorzugsweise geringfügig größer als die Dicke der Trägerplatte
(60). Dies stellt sicher, daß die Trägerplatte (60) das
rückseitige Element (50), das dieser benachbart ist, nicht
kräuselt bzw. verknittert. Der Betrag des Spiels in
irgendeiner Richtung kann leicht durch den Fachmann
bestimmt werden, und zwar in Abhängigkeit der Gesamtgröße
des Deckelements und der Trägerplatte (60). Obwohl das
Spiel nicht übermäßig groß sein sollte, typischerweise in
der Größenordnung von 0,5 bis 1,27 mm (0,02 bis 0,05 inch)
für einen berührungsempfindlichen Bereich von etwa 254 mm
Länge, sollte es ausreichend sein, um irgendwelche
voraussehbaren Unterschiede hinsichtlich der Wärmeausdehnung
zwischen der Trägerplatte und dem Deckelement bequem
ausgleichen zu können.
Unmittelbar um die erste Vertiefung (76) verläuft eine
zweite Vertiefung (78) des Deckelements (70). Die zweite
Vertiefung (78) weist eine derartige Form und Größe auf,
daß diese das vordere und das hintere Element (40 bzw. 50)
und die Dichtung (30) aufnehmen kann, die alle, wie am
besten aus Fig. 1 ersichtlich, größere Seitenabmessungen
haben. Werden diese Elemente so zusammengebaut, so wird
die Trägerplatte (60) lose zwischen die erste Vertiefung
(76) und die rückseitige Fläche des hinteren Elements (50)
gelegt, wobei das vordere und das hintere Element selbst
in der zweiten Vertiefung enthalten sind. Die zweite
Vertiefung (78) ist außerdem mit Aufnahmeöffnungen (74)
versehen, die so angeordnet sind, daß diese zu den
Anbringungsstellen der stiftförmigen Fortsätze (24) des
Halterahmens (20) passen. Die zweite Vertiefung (78) nimmt
auch die in den entsprechenden Elementen vorgesehenen
Aufnahmeöffnungen (34, 44 und 54) auf.
Ist die Einrichtung zusammengebaut, so verlaufen die
stiftförmigen Fortsätze (24) des Halterahmens (20) durch
die Öffnungen (34) der Dichtung (30), dann durch die
Öffnungen (44) des vorderen Elements (40) und die Öffnungen
(54) des hinteren Elements (50), dann außerhalb an den
Ecken der Trägerplatte (60) vorbei und, vorzugsweise in
einem Preßsitz, durch die passend angeordneten Öffnungen
(74) des Deckelements (70). Die rückseitige Umfangsfläche
des Halterahmens (20) berührt vorzugsweise fortlaufend
die haftende Vorderfläche (36) der Dichtung (30), während
die haftende rückseitige Fläche (38) der Dichtung (30)
gleichzeitig den Außenumfang des etwas kleineren vorderen
Elements (40) (siehe Fig. 1) und außerhalb dessen Umfangs
die vordere Fläche des Deckelements (70) berührt. Das
Deckelement (70) weist vorzugsweise eine Verstärkungsrippe
auf, die den Halterahmen (20) umgibt. Das auf beiden Seiten
der Dichtung (30) verwendete Haftmittel ist vorzugsweise
elastisch, z. B. ein gummiartiges Material, so daß dieses
unterschiedliche Wärmeausdehnungen der anhaftenden Flächen
ohne deren physikalische Abtrennung ausgleichen und somit
die Dichtung aufrechterhalten kann.
Die Linien (26) verdeutlichen, wie die stiftförmigen
Fortsätze (24) des Halterahmens (20) sich durch die
entsprechenden Öffnungen in den verschiedenen Elementen
und durch das Deckelement (70) bewegen, so daß all die
verschiedenen Elemente zu einer einzigen kompakten
Einrichtung integriert werden. Die Verlängerungen (48 und
58) der leitenden Elemente des vorderen bzw. hinteren
Elements (40 bzw. 50) können bequem durch eine Öffnung (80)
im Deckelement (70) geführt werden, wie dies durch Pfeile
A in Fig. 1 dargestellt ist, und anschließend an einem
geeigneten Verbindungsstecker (nicht gezeigt) zur Verwendung
mit dem Datenverarbeitungssystem angeschlossen werden. Die
Vorteile, die sich von dem oben beschriebenen Aufbau ableiten
lassen, sind beachtlich. Erstens wird der Trägerplatte (60),
die aus einem festen und klaren, jedoch sich bei Wärme
ausdehnenden Acrylkunststoff hergestellt ist, ein Raum
zur Verfügung gestellt, so daß diese sich in der ersten
Vertiefung (76) des Deckelements (70) ausdehnen kann, wobei
das Deckelement (70) aus einem zähen, jedoch undurchsichtigen,
sich bei Wärme nicht ausdehnenden Polykarbonatkunststoff
hergestellt ist. Zweitens, der Rahmen (20), der an der
vorderen haftenden Fläche (36) der Dichtung (30) anhaftet,
schafft eine Umgebungsabdichtung gegen Schmutzstoffe wie
z. B. Staub, Feuchtigkeit und in der Luft befindliche
Chemikalien an der Vorderseite des Aufbaus. Drittens, das
Deckelement (70), das an der rückseitigen, haftenden
Fläche (38) der Dichtung (30) anhaftet, ermöglicht eine
ähnliche Umgebungsabdichtung längs der Kanten der
benachbarten, in geringem Abstand angeordneten und sehr
empfindlichen, aktiven Flächen der berührungsempfindlichen
Elemente (40 und 50). Da das Mylar der Elemente (40 und 50)
einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ganz in der
Nähe des Wärmeausdehnungskoeffizienten des glasgefüllten
Polykarbonatkunststoffes des Halterahmens und des Deckelements
aufweist, ergibt sich nur eine relativ kleine unterschiedliche
Ausdehnung zwischen ihren benachbarten Flächen. Die Verwendung
eines gummiartigen (elastomeren) Haftmittels auf den Flächen
(36 und 38) der Dichtung (30) stellt ferner sicher, daß solche
geringe, temperaturinduzierte, unterschiedliche Ausdehnungen
ausgeglichen werden, ohne daß irgendeine ernste Gefahr der
Dehnung oder Kräuselung des Mylars oder eine Beschädigung
der um die Elemente (40 und 50) verlaufenden Abdichtung
gegen die Umgebung hervorgerufen wird.
Es sollte bemerkt werden, daß die stiftförmigen Fortsätze
(24) das vordere Element (40) bezüglich des hinteren Elements
(50) ausrichten; d. h. daß diese die Gegenüberstellung ihrer
leitenden Streifen (42 und 52) festlegen, und zwar sowohl
beim anfänglichen Zusammenbau wie auch später. Da jedoch die
Haftbefestigung, die durch die rückseitige Fläche (38) der
Dichtung (30) vorgesehen wird, eine viel größere physikalische
Ausdehnung und Befestigungswirkung aufweist als die einzelnen
stiftförmigen Elemente (24), wird die sorgfältig bestimmte,
anfängliche Ausrichtung zwischen dem vorderen und dem
hinteren Element (40 bzw. 50) sicher über eine lange
Benutzungszeit bewahrt. Dies stellt einen beachtlichen und
beabsichtigten Vorteil dar, da während der Benutzung der
Einrichtung verschiedene Benutzer ohne Zweifel eine
querverlaufende Kraft aufbringen können, die andererseits
eines oder beide Elemente (40 und 50) in bezug aufeinander
seitlich versetzen könnte, wodurch ihre Öffnungen (44 bzw. 54)
an den stiftförmigen Fortsätzen (24) gedehnt werden. Alle
diese Faktoren tragen zu einer "Robustheit" der Einrichtung
bei.
Obwohl die Verwendung der mit einem Haftmittel beschichteten
Dichtung (30), wie für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben, bequem ist, ist diese nicht wesentlich. Mit
anderen Worten, eine gummiartige, haftende Beschichtung,
die auf die rückseitige Fläche des Rahmens (20) aufgebracht
wird, wird auch als wirksam angesehen, um die vordere Fläche
des vorderen Elements (40) längs des Umfangs um die Öffnung
(32) herumzukleben, und ebenso den Rahmen (20) dortherum
am Deckelement (70) anzukleben.
An der Rückseite des Deckelements (70) ist eine Vielzahl
von fingerartigen Elementen vorgesehen, und zwar Elemente
(82) an der Oberseite, Elemente (84) an den Seiten und
Elemente (86) an der Unterseite. Die vorstehenden Teile
der fingerförmigen Elemente (82, 84 und 86) können mit
passend geformten Teilen der Datenanzeigeeinheit, an der
diese Einrichtung zur Benutzung angebracht wird, in Eingriff
gebracht werden. Ersichtlich können andere Formen derartiger
Befestigungsmechanismen in vorteilhafter Weise verwendet
werden. Die Einfachheit eines derartigen Mechanismus trägt
ebenso zur Robustheit der Einrichtung (während wiederholten
Abnahmen der Einrichtung von der Datenanzeigeeinheit im
Laufe der Zeit) wie zu niedrigen Herstellungskosten der
Einrichtung bei.
Fig. 2 gibt einen senkrecht Riß wieder, der das Deckelement
(70) von hinten zeigt. Dieser Riß zeigt die Anordnung der
Datenbetrachtungsöffnung (72), der Aufnahmeöffnungen (74)
zur Aufnahme der stiftförmigen Fortsätze (24) des Halterahmens
(20), der Öffnung (86) zur Aufnahme der leitenden Verlängerungen
(48 und 58) des vorderen bzw. hinteren Elements und der
verschiedenen fingerartigen Elemente (82, 84 und 86), die
jeweils an ihrem Boden eine wahlfreie Verstärkungszone (90)
aufweisen.
Die senkrechte Spannweite der Betrachtungsöffnung (72),
der ersten Vertiefung (76) und der zweiten Vertiefung (78),
die um die Betrachtungsöffnung (72) herum angeordnet sind,
ist am besten aus Fig. 3 ersichtlich. Die Bodenfläche (96)
der ersten Vertiefung berührt die rückseitige Fläche der
Trägerplatte (60). Gleichfalls berührt die Fläche (98) der
zweiten Vertiefung (78) die rückseitige Fläche des hinteren
Elements (50) und längs dessen Umfang die haftende,
rückseitige Fläche (38) der Dichtung (30).
Da es, wie vorstehend erwähnt, nicht erforderlich ist, daß
die Trägerplatte (60) in einer gebogenen Form hergestellt
wird, so ist es im allgemeinen für einen Betrachter jedoch
bequem, falls die Trägerplatte (60) eine leicht gebogene
Form aufweist. Das spezielle Ausführungsbeispiel, das in
der Schnittansicht gemäß Fig. 4 dargestellt ist, ist eines,
das eine geringe Biegung der Trägerplatte vorsieht, falls
diese in der ersten Vertiefung aufgenommen ist, und ebenso
eine Biegung der Elemente (40 und 50) vorsieht, falls diese
in der zweiten Vertiefung aufgenommen sind, und zwar falls
diese Elemente alle durch Einführung der stiftförmigen
Fortsätze (24) des Halterahmens sicher an Ort und Stelle
gehalten werden. Die Haftung, die längs des Umfangs des
Rahmens (20) und der Oberfläche (98) des Deckelements (70)
vorgesehen ist, garantiert weiterhin die Sicherheit der
Vorderseite des Aufbaus in seiner gebogenen Form. Das
Deckelement (70) kann praktisch eine flache rückseitige
Fläche (92) und eine gebogene vordere Fläche (94) aufweisen.
Das vorstehend beschriebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel
einer Dateneingabeeinrichtung wird in der Reihenfolge
zusammengebaut, wie dies aus der auseinandergezogenen,
perspektivischen Ansicht der Fig. 1 ersichtlich ist. Die
Anbringung eines Verbindungssteckers (nicht gezeigt) an
den leitenden Verlängerungen (48 und 58) der entsprechenden
leitenden Streifen, die sich auf den benachbarten Elementen
(40 und 50) befinden, schließt den Zusammenbau der Einrichtung
ab.
Die vorstehend beschriebene berührungsempfindliche Einrichtung
ist selbstständig und unabhängig und weist ihre eigene
Trägerplatte auf. Die Einrichtung hat ein geringes Gewicht,
ist kompakt und tragbar. Sie stellt eine robuste Einrichtung
dar, die Staub, Feuchtigkeit und Schmutzstoffe von ihren
empfindlichsten Zonen fernhält. Ein Benutzer kann die
Einrichtung leicht an der Vorderseite einer Kathodenstrahlröhre
eines visuellen Datenanzeigeelements durch die Verriegelungs
wirkung der vorstehenden Elemente (82, 84 und 86) anbringen
und diese mit einem geeigneten, steckerkompatiblen Element
des Datenverarbeitungssystems verbinden, um die Einrichtung
in den Benutzungszustand zu bringen. Visuell wahrnehmbare
Daten werden durch die transparente Trägerplatte (60) und
die transparenten Elemente (40 und 50) betrachtet. Durch
Aufbringen einer Kraft, d. h. durch kräftiges Berühren der
Oberfläche des vorderen Elements (40), erzielt der Benutzer
einen elektrischen Kontakt zwischen den leitenden Streifen
(42 und 52) des vorderen bzw. rückseitigen Elements (40 bzw.
50). Mit den leitenden Elementen bzw. Streifen (42 und 52),
die in geeigneter Weise mit dem Datenverarbeitungssystem
verbunden sind, wird der Ort der Aufbringung dieser Kraft
durch Messungen der Ströme und/oder Spannungen bestimmt, die
durch die verschiedenen, sich berührenden leitenden Streifen
fließen oder an diesen anliegen. Vorzugsweise werden nach
einer Digitalisierung die Meßwerte mit anderen Daten
integriert, die für das Datenverarbeitungssystem verfügbar
sind, um die Daten handhaben zu können, die im
Datenverarbeitungssystem enthalten sind oder in diesem
verarbeitet werden.
Die Vorteile von berührungsempfindlichen Dateneingabesystemen,
im Gegensatz zu dem komplizierten Gebrauch eines Tastenfeldes
und detaillierter Befehle zur Handhabung der Daten, sind
somit durch die robuste, kompakte, temperaturunempfindliche
und relativ kostengünstige Dateneingabeeinrichtung weitaus
besser verfügbar gemacht.
Claims (20)
1. Berührungsempfindliche Dateneingabeeinrichtung für den
Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre,
gekennzeichnet durch
- - ein Deckelement (70), das am Bildschirm befestigt werden kann und eine Öffnung (72) aufweist, durch die der Bildschirm freigesetzt wird,
- - eine transparente Trägerplatte (60), die an einer die Öffnung (72) umgebenden Wand des Deckelements (70) befestigt ist,
- - ein hinteres, transparentes Tafelelement (50), das gegenüber der Trägerplatte (60) angeordnet ist, wobei die Fläche des hinteren Tafelelements (50), die der Trägerplatte (60) gegenüberliegt, eine Vielzahl von parallelen, transparenten, elektrisch leitenden ersten Streifen (52) aufweist, wobei die Temperatur ausdehnungskoeffizienten des hinteren Tafelelements (50) und der Trägerplatte (60) unterschiedlich sind, und wobei das hintere Tafelelement (50) lose gegen die Trägerplatte (60) gehalten ist, um eine Kräuselung des hinteren Tafelelements (50) auf der Trägerplatte (60) in Erwiderung auf Umgebungstemperaturänderungen zu verhindern,
- - ein vorderes, transparentes Tafelelement (40), das dem hinteren Tafelelement (50) gegenüberliegt und eine Vielzahl von parallelen, transparenten, elektrisch leitenden zweiten Streifen (42) aufweist, die senkrecht zu den ersten Streifen (52) verlaufen, wobei die ersten und zweiten Streifen (52, 42) elektrisch voneinander durch einen geringen Abstand isoliert sind, so daß ein äußerer Druck, der auf das vordere Tafelelement (40) ausgeübt wird, eine elektrische Verbindung zwischen bestimmten der ersten und zweiten leitenden Streifen an der Berührungsstelle herstellt, und
- - einen Rahmen (20), der über dem vorderen Tafelelement (40) angeordnet und an dem Deckelement (70) befestigt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wand
des Deckelements (70) eine sich nach innen erstreckende
Haltelippe (76) aufweist, die die Öffnung (72) ausbildet,
wobei die Trägerplatte (60) durch die Lippe des
Deckelements (70) abgestützt ist, und daß ein Spalt
zwischen der Trägerplatte und der Wand vorgesehen ist,
so daß sich die Trägerplatte in dem Deckelement bei
Wärme ausdehnen kann.
3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
vordere Tafelelement (40) mittels eines Klebemittels
am Rahmen (20) befestigt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Klebemittel elastisch ist, so daß sich das vordere
Tafelelement (40) bezüglich des Rahmens (20) thermisch
ausdehnen oder zusammenziehen kann, ohne daß ein Lösen
der Klebeverbindung auftritt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Haltestifte (24),
die sich zwischen dem Rahmen (20) und dem Deckelement
(70) erstrecken.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Stifte (24) durch das vordere und das hintere
Tafelelement (40, 50) erstrecken.
7. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Deckelement (70) mit einer Vertiefung (78) versehen
ist, die die Öffnung (72) umgibt und das vordere und
hintere Tafelelement (40, 50) aufnimmt.
8. Einrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Finger (82, 84, 86),
die sich vom Deckelement (70) wegerstrecken und der
lösbaren Verbindung des Deckelements (70) mit einem
Kathodenstrahlröhrenbildschirm dienen.
9. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Trägerplatte (60) aus Acrylkunststoffmaterial besteht.
10. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
vordere, transparente Tafelelement (40) aus Mylar
besteht.
11. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
hintere, transparente Tafelelement (50) aus Mylar
besteht.
12. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das
hintere, transparente Tafelelement (50) aus Mylar
besteht.
13. Einrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Trägerplatte (60) aus Acrylmaterial besteht.
14. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Rahmen (20) aus preßgeformtem Polykarbonatmaterial
besteht, das mit Glasfasern verstärkt ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Deckelement (70) aus preßgeformtem Polykarbonatmaterial
besteht, das mit Glasfasern verstärkt ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Deckelement (70) aus preßgeformtem Polykarbonatmaterial
besteht, das mit Glasfasern verstärkt ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Rahmen (20) und das Deckelement (70) aus preßgeformtem
Polykarbonatmaterial bestehen, das mit Glasfasern
verstärkt ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch
eine ringförmige Dichtung (30), die mit einem haftenden
Klebematerial auf beiden Seiten beschichtet ist,
abdichtend mit ihrer vorderen Seite mit der rückseitigen
Fläche des Rahmens (20) und ebenso abdichtend mit dem
Umfang der vorderen Fläche des vorderen Tafelelements
(40) verklebt ist und außerhalb dessen längs des Umfangs
mit einer Fläche des Deckelements (70) verklebt ist,
so daß die Zone zwischen den in engem Abstand
angeordneten Tafelelementen (40, 50) gegenüber
Schmutzstoffen aus der Umgebung abgedichtet ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß das
vordere Tafelelement (40) mit Hilfe eines elastischen
Klebematerials an dem Rahmen (20) befestigt ist, so
daß sich das vordere Tafelelement bezüglich des Rahmens
thermisch ausdehnen oder zusammenziehen kann, ohne daß
eine Auflösung irgendeiner Klebeverbindung auftritt.
20. Einrichtung nach Anspruch 19,
gekennzeichnet durch eine ringförmige
Dichtung (30), die auf beiden Seiten mit dem haftenden
Klebematerial beschichtet ist, abdichtend mit ihrer
vorderen Seite mit der rückseitigen Fläche des Rahmens
(20) und ebenso abdichtend mit dem Umfang der vorderen
Fläche des vorderen Tafelelements (40) verklebt ist,
und außerhalb dessen längs des Umfangs mit einer
Fläche des Deckelements (70) verklebt ist, so daß
die Zone zwischen den in engem Abstand angeordneten
Tafelelementen (40, 50) gegenüber Schmutzstoffen aus
der Umgebung abgedichtet ist.
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