DE4007945A1

DE4007945A1 - DEVICE FOR TASTABLE PRESENTATION OF INFORMATION

Info

Publication number: DE4007945A1
Application number: DE19904007945
Authority: DE
Inventors: Joerg Fricke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1991-09-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur tastbaren Darstellung zeichencodierter und bildhafter Information unter Verwendung von Anzeigeelementen in Rasteranordnung.The invention relates to a device for the tactile representation of character-coded and pictorial information using display elements in Grid arrangement.

Die tastbare Darstellung von Zeichen und Bildern soll sehbehinderten Personen das Erfassen von gedruckter Information, die nicht besonders für Blinde aufbereitet ist, unter Zuhilfenahme eines elektronischen Bildaufnahmegerätes ermöglichen und bei der Benutzung von Datenverarbeitungsanlagen die sichtbare Bildschirmausgabe ersetzen. In beiden Fällen wird die Information dem Anzeigegerät als elektrisches Signal übermittelt.The tactile representation of signs and images is intended for visually impaired people capturing printed information that is not specially prepared for the blind is possible with the help of an electronic image recording device and the visible when using data processing systems Replace screen output. In both cases, the information is given to the Display device transmitted as an electrical signal.

Es sind Geräte bekannt, die als tastbare Anzeigeelemente elektromagnetisch oder piezoelektrisch betriebene Stifte besitzen oder die Hautoberfläche durch pulsierende Luftströme stimulieren. Zur Darstellung von Blindenschrift werden an Rechensystemen Anzeigegeräte eingesetzt, die bis zu 80 Zeichen darstellen können (Karl P. Dürre: "Braille and advanced man-computer-interaction, S. 9, Interner Bericht Nr. 24/85 der Universität Karlsruhe, Fakultät für Informatik, 1985). Zum Abtasten von Zeichnungen wird die Helligkeitsverteilung eines kleinen Ausschnitts der Zeichnung durch Luftströme dargestellt, die mit einem Finger gefühlt werden können (James C. Craig & Carl E. Sherrick: "Dynamic tactile displays", S. 209-214, in: William Schiff & Emerson Foulke (eds.): "Tactual perception: a sourcebook", Cambridge University Press 1982).Devices are known which are electromagnetic as tactile display elements or have piezoelectrically operated pins or through the skin surface stimulate pulsating air currents. To represent Braille display systems are used on computer systems that display up to 80 characters can (Karl P. Dürre: "Braille and advanced man-computer-interaction, p. 9, Internal Report No. 24/85 of the University of Karlsruhe, Faculty of Computer Science, 1985). To scan drawings, the brightness distribution is a small section of the drawing represented by air currents with a Fingers can be felt (James C. Craig & Carl E. Sherrick: "Dynamic tactile displays ", pp. 209-214, in: William Schiff & Emerson Foulke (eds.): "Tactual perception: a sourcebook", Cambridge University Press 1982).

Die Konstruktion von Geräten, die etwa soviele Bildpunkte wie ein übliches Bildschirmgerät darstellen, wird bei Anwendung der oben genannten Verfahren durch die Kosten der hierfür notwendigen Zahl von Anzeigeelementen verhindert. Ein erheblicher zusätzlicher Aufwand würde entweder durch mechanisch aufwendige Anzeigeelemente mit Speicherfähigkeit oder durch die elektrische Steuerung der speicherlosen Anzeige verursacht werden. Bei hinreichender Genauigkeit der Wiedergabe können daher meist nur kleine Teile der Gesamtinformation gleichzeitig dargestellt werden. Hierdurch wird insbesondere das Abtasten von Zeichnungen erschwert.The construction of devices that have about as many pixels as a conventional one Display screen device, using the above methods by the cost of the number of display elements required for this prevented. A significant amount of additional effort would be either mechanically complex display elements with storage capacity or through the electrical control of the memoryless display can be caused. At Adequate reproduction accuracy can therefore usually only be achieved in small parts of the overall information can be displayed simultaneously. This will particularly difficult to scan drawings.

Die Erfindung soll den Aufbau von tastbaren Anzeigegeräten mit einer hohen Zahl von Anzeigeelementen dadurch ermöglichen, daß Anzeigeelemente eingesetzt werden, die mit geringem Aufwand herstellbar und steuerbar sind.The invention aims to build tactile display devices with a high Number of display elements thereby enable display elements are used, which can be produced and controlled with little effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Anzeigeelemente mit hydraulisch in der Höhe verstellbaren Hubelementen verwendet werden, denen jeweils ein oder mehrere Steuerkanäle zugeordnet sind, durch die elektroviskose Flüssigkeit in den Arbeitsraum des Anzeigeelements geführt oder von dort abgeführt werden kann. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, daß jedes Anzeigeelement nur einen Steuerkanal besitzt. Andernfalls sind die Elektroden gleicher Funktion aller zu demselben Anzeigeelement gehörigen Steuerkanäle zusammengeschaltet. In jedem Steuerkanal sind drei Elektroden so angeordnet, daß durch eine geeignete elektrische Spannung zwischen zwei benachbarten Elektroden die Viskosität eines Teils der Flüssigkeit im Kanal so weit erhöht wird, daß bei den im Betrieb auftretenden Druckunterschieden ein Strömen der Flüssigkeit durch den Kanal verhindert wird, unabhängig vom elektrischen Potential der dritten Elektrode. Die Elektroden werden im folgenden mit Bezugselektrode, Sperrelektrode und Stellelektrode bezeichnet.This object is achieved in that display elements with hydraulically adjustable lifting elements can be used, which one or more control channels are assigned by the electroviscose Liquid led into the working space of the display element or from can be dissipated there. The following description refers to the Case that each display element has only one control channel. Otherwise are the electrodes of the same function all belonging to the same display element Control channels interconnected. In each control channel, three electrodes are arranged so that one suitable electrical voltage between two adjacent electrodes Viscosity of part of the liquid in the channel is increased so far that the pressure differences occurring during operation through a flow of the liquid the channel is prevented, regardless of the electrical potential of the third Electrode. The electrodes are in the following with reference electrode, blocking electrode and positioning electrode.

Alle Steuerkanäle werden von einem gemeinsamen Vorratsbehälter mit elektroviskoser Flüssigkeit gespeist. Dieser Flüssigkeit werden durch eine geeignete Vorrichtung periodische Druckänderungen geeigneter Frequenz so aufgeprägt, daß der Druckverlauf an allen Steuerkanälen nur geringe Phasendifferenzen aufweist. Auf die Stellelektrode jedes Steuerkanals wird periodisch eine Gleichspannung geschaltet. Dieses Aufschalten und die Druckänderungen im Vorratsbehälter erfolgen mit der gleichen Frequenz. Wenn die Sperrelektrode auf dem Potential der Bezugselektrode liegt, wird die Flüssigkeitsmenge im Arbeitsraum eines Anzeigeelements durch die Größe des Phasenwinkels zwischen den Druckänderungen und den Spannungsimpulsen an der Stellelektrode eingestellt. Bei Gleichphasigkeit ist der Druck und die Füllmenge im Arbeitsraum am geringsten, weil die Flüssigkeit während der Phase geringen Drucks leicht in den Vorratsbehälter abströmen, während der Phase hohen Drucks jedoch infolge ihrer hohen Viskosität nicht zuströmen kann. Bei Gegenphasigkeit erreicht die Füllmenge im Arbeitsraum ihr Maximum, da sie leicht zuströmt und nicht abströmt. Nach dem Einstellen wird der Kanal durch Aufschalten einer geeigneten Spannung auf die Sperrelektrode gesperrt. Der Füllzustand des Anzeigeelementes bleibt dann unverändert, unabhängig von den Spannungsimpulsen an der Stellelektrode.All control channels are from a common reservoir with electroviscous Liquid fed. This liquid is replaced by a suitable one Device periodic pressure changes of suitable frequency are impressed so that the pressure curve on all control channels only slight phase differences having. A DC voltage is periodically applied to the control electrode of each control channel switched. This intrusion and the pressure changes in Storage containers are made with the same frequency. If the blocking electrode is at the potential of the reference electrode, the Amount of liquid in the working space of a display element by the size of the Phase angle between the pressure changes and the voltage pulses set on the positioning electrode. With in-phase, the pressure is and the Filling quantity in the work area is the lowest because the liquid during the Easily drain the low pressure phase into the reservoir during the However, due to their high viscosity, the high pressure phase does not flow in can. If the phase is opposite, the filling quantity in the work area reaches its maximum, because it flows in easily and does not flow out. After setting, the channel is switched on by a suitable one Voltage blocked on the blocking electrode. The fill level of the The display element then remains unchanged, regardless of the voltage pulses on the positioning electrode.

Die Bezugselektroden aller Steuerkanäle liegen auf einem konstanten elektrischen Potential. Die Sperrelektroden liegen gruppenweise an Sammelleitungen. Auch die Stellelektroden liegen auf Sammelleitungen, und zwar so, daß die Elektroden je einer Sperrsammelleitung und einer Stellsammelleitung höchstens einen Steuerkanal gemeinsam haben. Eine elektronische Steuerschaltung legt im Ruhezustand alle Sperrsammelleitungen auf eine hohe Spannung gegen das Bezugspotential. Zur Veränderung des Anzeigezustands wird jeweils genau eine Sperrsammelleitung auf Bezugspotential geschaltet und die Anzeigeelemente der freigegebenen Gruppe werden durch die Phasenlage der Impulse auf den Stellsammelleitungen eingestellt. Die elektronische Steuerschaltung speichert die ihr übermittelten Bilddaten in einem Bildspeicher, weil das Einstellen der Anzeige nicht im Echtzeitbetrieb erfolgen kann. Bilddaten im Bildspeicher, die noch nicht in die Anzeige übertragen wurden, werden, entsprechend der Gruppierung der Anzeigeelemente durch die Sperrsammelleitungen, gruppenweise markiert. Die Übertragung markierter Bilddaten in die Anzeige wird mit Vorrang vor der periodischen Auffrischung der Anzeigezustände vorgenommen.The reference electrodes of all control channels are constant electrical potential. The blocking electrodes are in groups on collecting lines. The positioning electrodes are also on collecting lines, and so that the electrodes each have a blocking bus and an actuating bus have at most one control channel in common. An electronic control circuit puts all blocking bus lines on high in idle state Voltage against the reference potential. To change the display status Exactly one blocking bus is switched to reference potential and the display elements of the released group are determined by the phase position of the impulses set on the control manifolds. The electronic control circuit stores the image data transmitted to it in an image memory because setting the display is not in real time can be done. Image data in the image memory that has not yet been transferred to the display were, according to the grouping of the display elements marked in groups by the blocking bus lines. The transfer marked image data in the display is given priority over the periodic Refreshed the display status.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Anzeigeelemente einschließlich ihrer elektrischen Steuervorrichtungen nicht einzeln hergestellt, montiert und elektrisch verschaltet werden müssen, sondern daß alle Steuerkanäle in eine einzige mehrlagige Leiterplatte eingebettet werden können, die auch die Sammelleitungen enthält und die Hubelemente der Anzeige trägt. Da die Steuerkanäle logische Schaltgatter mit zwei Eingängen für elektrische Signale bilden, entfallen Dioden zur Entkopplung von Sperr- und Stellsignalen. Durch die Möglichkeit, den Zustand der Anzeigeelemente zu speichern, benötigt die elektronische Steuerung einer Anzeige, die m-n Anzeigeelemente enthält, angeordnet in m Zeilen und n Spalten, nur m+n Steuerausgänge. Deshalb sind tastbare Anzeigen kostengünstig konstruierbar, die ebensoviele Bildpunkte darstellen wie übliche Bildschirmgeräte. Die stufenlose Einstellbarkeit des Zustandes jedes Anzeigeelementes ermöglicht die Darstellung von Graustufen oder das Hervorheben bestimmter Bildteile. Obwohl das hydraulische Einstellen der Anzeige zeitaufwendiger ist als der Bildaufbau bei üblichen Bildschirmgeräten, stellt die Anzeige kleine Bildänderungen ohne störende Verzögerung dar, weil das Einstellen der Anzeigeelemente nicht zyklisch, sondern bilddatenabhängig erfolgt.The advantages achieved by the invention are in particular that the Display elements including their electrical control devices are not individually manufactured, assembled and electrically connected, but that all control channels are embedded in a single multi-layer circuit board can be, which also contains the manifolds and the lifting elements the ad carries. Because the control channels are logic switching gates with two inputs for electrical signals, there are no diodes for decoupling Locking and control signals. Due to the possibility of the state of the display elements To store, the electronic control of a display needs that m-n display elements, arranged in m rows and n columns, contains only m + n control outputs. Therefore tactile displays can be constructed inexpensively, which represent just as many pixels as conventional display devices. The stepless adjustability of the state of each display element enables the display of grayscale or the highlighting of certain ones Image parts. Although the hydraulic adjustment of the display is more time-consuming than the screen layout with conventional screen devices, the display represents small Image changes without annoying delay because the setting of the Display elements are not cyclical, but are dependent on image data.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt vergrößert im Schnitt zwei benachbarte Anzeigeelemente. Die Isolierstoffschichten 4, 5, 6 und 7 tragen die Bezugselektroden 1, die Sperrelektroden 2 und die Stellelektroden 3. Alle Bezugselektroden 1 sind elektrisch miteinander verbunden. Die Sperrelektroden 2 sind in der Zeichnungsebene miteinander verbunden, die Stellelektroden 3 liegen auf Sammelschienen senkrecht zur Zeichnungsebene. Auf die Isolierstoffschicht 4 ist als besonders kostengünstige Lösung zur Bildung der Hubelemente die elastische Membran 8 mit dem Klebstoff 9 so aufgeklebt, daß die Räume unter der Membran gegen benachbarte Anzeigeelemente abgedichtet sind. Durch die Anordnung der Elektroden ist sichergestellt, daß der Benutzer bei Undichtigkeit der Membran nur mit dem konstanten Bezugspotential, das dem Erdpotential entsprechen sollte, in Berührung kommt. Die Bohrungen durch die Isolierstoffschichten und die Elektroden bilden die Steuerkanäle. Die Längsachsen der Bohrungen sind geringfügig gegeneinander versetzt, um ein Gleiten hochviskoser Flüssigkeit in den Steuerkanälen zu verhindern. Unterhalb der Steuerkanäle befindet sich die elektroviskose Flüssigkeit 10 in einem hier nicht gezeichneten, allen Anzeigeelementen gemeinsamen Vorratsbehälter.An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. Fig. 1 shows an enlarged section of two adjacent display elements. The insulating layers 4, 5, 6 and 7 carry the reference electrodes 1 , the blocking electrodes 2 and the actuating electrodes 3 . All reference electrodes 1 are electrically connected to one another. The blocking electrodes 2 are connected to one another in the plane of the drawing, the actuating electrodes 3 lie on busbars perpendicular to the plane of the drawing. As a particularly cost-effective solution for forming the lifting elements, the elastic membrane 8 is glued to the insulating material layer 4 with the adhesive 9 in such a way that the spaces under the membrane are sealed against adjacent display elements. The arrangement of the electrodes ensures that if the membrane leaks, the user only comes into contact with the constant reference potential, which should correspond to the earth potential. The holes through the layers of insulating material and the electrodes form the control channels. The longitudinal axes of the bores are slightly offset from one another in order to prevent highly viscous liquid from sliding in the control channels. The electroviscous liquid 10 is located below the control channels in a storage container, not shown here, which is common to all display elements.

Claims

1. Apparatus for the tactile display of character-coded and pictorial information using display elements in a grid arrangement, characterized in that the hydraulically adjustable display elements are operated with electroviscous liquid and each display element has one or more control channels in which electrodes are arranged so that a current flows Liquid is permitted or prevented in the control channels depending on the level of the electrical voltage applied to the electrodes.

2. Device according to claim 1, characterized in that in each control channel three electrodes so are arranged that a suitable electrical voltage between two neighboring electrodes a flow of the electroviscous liquid in the Control channel prevents regardless of the potential of the third electrode.

3. Device according to claim 1, characterized in that the state of each display element is set by the phase angle between periodic Pressure changes that the electroviscous fluid in the common reservoir are imprinted, and Voltage pulses of the same frequency applied to an electrode of the associated control channel can be switched.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the electronic control of the device those image data marked in the image memory that are not yet in the display have been transferred, and the transfer of marked image data into the Display with priority over periodic refreshing of the Display states performed.