DE69428164T2

DE69428164T2 - Digitalisiereingabegerät

Info

Publication number: DE69428164T2
Application number: DE69428164T
Authority: DE
Inventors: John Frederick Crooks; Robert Llewellyn Protheroe
Original assignee: NCR International Inc
Current assignee: NCR International Inc
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: EP0631256B1; JPH07146745A; EP0631256A3; US5412161A; US5563381A; EP0631256A2; DE69428164D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Digitalisierungs-Eingabedienste.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betreiben von Digitalisierungs-Eingabegeräten. Ein Beispiel für handelsübliche Digitalisierer ist die Bradytouch-4-Draht-Membran-Digitalisierungstafel von Dynapro Thin Film Division of Milwaukee, Wisconson. Ein arideres Beispiel für einen handelsüblichen Digitalisierer ist die AccuTouch-5-Draht-Membran-Digitalisierungstafel von Elographics of Oak Ridge, Tennessee.
Solche Membrandigitalisierer sind ideal für Anwendungen, die sowohl für Stift wie auch Finger empfindlich sein müssen, wenig kosten sollen und mit einem passiven Stift arbeiten. Ein "passiver Stift" ist ein solcher, der keine elektronischen oder bewegten Teile hat. Leider haben übliche Membrandigitalisierer auch verschiedene Nachteile. Hierzu gehört hauptsächlich das Fehlen einer Handunempfindlichkeit, also die Fähigkeit, die Hand des Benutzers zu ignorieren, wenn er mit einem Stift schreibt. Das Berühren des Digitalisierers mit einem Finger beim Schreiben mit einem Stift führt zu unvorhersagbaren Digitalisiererdaten. In der US-A-4 638 118, auf welche die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 6 zurückgehen, ist ein Digitalisierer beschrieben, bei dem die verschiedenen Segmente der Berührungsoberfläche gleichzeitig abgetastet werden, um eine schnelle Bestimmung der Koordinaten von Schreibreizen zu erlauben. In den Patent Abstracts of Japan, Band 016, Nr. 532 (Seite 1448), 30. Oktober 1992 und JP 04 199416 A (SHARP CORP.), 20. Juli 1992 und Patent Abstracts of Japan, Band 016, Nr. 268 (Seite 1372), 17. Juni 1992 und JP 04 068392 A (TOSHIBA CORP.), 4. März 1992 sind Bildwiedergabevorrichtungen beschrieben, bei denen eine Berührungsstifteingabe von einer Fingereingabe unterschieden wird, indem die Größe der Berührungsfläche und der auf die jeweilige Berührungsstelle ausgeübte Druck ermittelt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Digitalisierungs-Eingabegerätes und eines Verfahrens zum Betrieb eines solchen Gerätes, die weitgehend immun gegen Finger- oder Handkontakt sind.
Demgemäß besteht ein Gesichtspunkt der Erfindung in der Schaffung eines Digitalisierungs-Eingabegerätes mit:
einer Mehrzahl von Segmenten zur Eingabe handschriftlicher Information und Positionsbestimmungsmitteln zur Bestimmung der Positionskoordinaten bei der Aktivierung eines der Segmente, und mit den kennzeichnenden Merkmalen:
einer Widerstandsmeßeinrichtung zur Bestimmung des Kontaktwiderstandes Rc am Aktivierungspunkt, und
einer Einrichtung zur Bestimmung eines Betriebsaktivierungsstatus des Digitalisierungs-Eingabegerätes.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Betrieb eines Digitalisierungs-Eingabegerätes mit einer Mehrzahl von Segmenten, mit den Schritten der Bestimmung der Positionskoordinaten der Aktivierung eines der Elemente und den kennzeichnenden Merkmalen:
Messung des Kontaktwiderstandes am Aktivierungspunkt, und Bestimmung eines Aktivierungsstatus des Betriebs des Digitalisierungs-Eingangsberätes.
Es seien nun im Rahmen von Beispielen zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert: Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Handschrift- Erfassungssystems;
Fig. 2A und 2B ein Schaltbild des in Fig. 1 dargestellten Systems;
Fig. 3 einen Querschnitt durch den in Segmente unterteilten Digitalisierer gemäß Fig. 2A, 2B, 11A und 11B;
Fig. 4 eine Unteransicht der obersten Schicht des in Segmente unterteilten Digitalisierers nach Fig. 2;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die unterste Schicht des in Segmente unterteilten Digitalisierers nach Fig. 2;
Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Koordinaten eines Berührungspunktes auf der Oberfläche des in Segmente unterteilten Digitalisierers;
Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Initialisierung und Kalibrierung des in Segmente unterteilten Digitalisierers;
Fig. 8 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Berührungsposition;
Fig. 9 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Berührungs- oder Kontaktwiderstandes;
Fig. 10 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Stiftzustandes;
Fig. 11A und 11B ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des Systems nach Fig. 1;
Fig. 12 eine Unteransicht auf die oberste Schicht des in Segmente unterteilten Digitalisierers nach den Fig. 11A und 11B;
Fig. 13 eine Draufsicht auf die unterste Schicht des in Segmente unterteilten Digitalisierers nach den Fig. 11A und 11B;
Fig. 14 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Koordinaten eines Berührungspunktes auf der Oberfläche des in Segmente unterteilten Digitalisierers nach den Fig. 11A und 11B;
Fig. 15 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Initialisierung und Kalibrierung des in Segmente unterteilten Digitalisierers nach den Fig. 11A und 11B;
Fig. 16 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Berührungspunktes in den Fig. 11A und 11B;
Fig. 17 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Berührungs- oder Kontaktwiderstandes in den Fig. 11A und 11B;
Fig. 18 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Stiftzustandes nach den Fig. 11A und 11B; und
Fig. 19 ein Schaltbild zur Veranschaulichung, wie der Berührungswiderstand bei der zweiten Ausführungsform des Systems nach Fig. 1 gemessen wird.
Gemäß Fig. 1 enthält das Handschrift-Aufnahmesystem 10 hauptsächlich einen in Segmente unterteilten Digitalisierer 12, eine Analogverarbeitungsschaltung 13, eine Steuereinheit 14 und einen Speicher 16. Das System 10 kann ferner eine Treiberschaltung 20, ein Interface 22 und ein Host-Rechnersystem 24 enthalten.
Der in Segmente unterteilte Digitalisierer 12 bildet eine Schreiboberfläche zur Erzeugung analoger Signale in Reaktion auf Druck, der von einem Stift oder einem anderen Schreibgerät ausgeübt worden ist. Vorzugsweise ist der in Segmente unterteilte Digitalisierer 12 ein 4-Draht-Widerstands-Membran-Digitalisierer mit sechs Segmenten, wenn auch andere Typen von Digitalisierern und Segmentanzahlen im Rahmen der Erfindung in Betracht kommen.
Eine Analog-Verarbeitungsschaltung 13 wandelt Analogsignale von jedem der Segmente des Digitalisierers in Digitalzahlen um.
Die Steuereinheit 14 wandelt die Digitalzahlen in digitale Koordinaten um, welche die Punkte auf dem Digitalisierer 12 darstellen, auf die Druck ausgeübt wurde.
Das Speichersystem 16 speichert einige vorbestimmte Variablen in einem Speicher, während das Steuergerät 14 die digitalisierte Position bestimmt.
Die Treiberschaltung 20 speist den Digitalisierer 12 und übt eine Abbildungsfunktion zwischen den realen und den digitalisierten Positionskoordinaten aus, um Differenzen aufgrund von Offset, Maßstab, Asymmetrie und Verzerrungen zu minimalisieren.
Das Interface 22 bildet eine Verbindung zwischen dem Host- Rechnersystem 24 und der Steuereinheit 14 zum Herunterladen der handschriftlichen Information, wie einer Unterschriftsinformation, und zum Heraufladen von Information, wie etwa eine Verifizierungsinformation. Vorzugsweise ist das Interface 22 ein Standard-Interface RS232. Das Host-Rechnersystem 24 kann irgendein Personalcomputer, Geschäftsterminal oder Netzwerk sein.
In den Fig. 2A und 2B ist das System der Fig. 1 in größeren Einzelheiten gezeigt. Die Analog-Verarbeitungsschaltung 13 enthält vorzugsweise einen Multiplexer 26 und einen Analog/Digital(A/D)- Konverter 28.
Der Multiplexer 26 multiplext Signale von den einzelnen Segmenten 27a-f des Digitalisierers 12, so daß man im Sinne einer Kostenreduzierung mit einem einzigen A/D-Konverter 28 auskommt. Der Multiplexer 26 ist vorzugsweise ein üblicher, digital gesteuerter einpoliger 10-fach-Analogschalter.
Der A/D-Konverter 28 wandelt die analogen Signale von den einzelnen Segmenten in Digitalzahlen um. Er kann Teil desselben integrierten Schaltungschips sein, welches die Steuereinheit 14 enthält. Die Steuereinheit 14 übt auch eine Schaltfunktion für den Multiplexer 26 aus und steuert den Betrieb des A/D- Konverters 28 und der Treiberschaltung 20. Die Steuereinheit kann ein Mikrocontroller 80198 sein, wie er von der Firma Intel Corporation, Santa Clara, Kalifornien, erhältlich ist.
Die Treiberschaltung 20 enthält Analogschalter 32 bis 54, welche entweder eine Spannungsquelle 56, eine Konstantstromquelle 58 oder elektrische Masse 60 an die verschiedenen Kombinationen der Digitalisiersegmente 27a-f entsprechend den Befehlen von der Steuereinheit 14 legt. Die Analogschalter 32 bis 54 sind übliche einpolige digital gesteuerte EIN/AUS-Analogschalter.
Die Steuereinheit 14 liest die Spannungen an den Spannungsfühlpunkten 74 bis 92 über den Multiplexer 26 und den A/D-Konverter 28 ab. Die Spannungsfühlpunkte 74 bis 92 erlauben eine genaue Ablesung der Spannungen an den Segmenten 27a-f unmittelbar unter ihren jeweiligen Elektroden, so daß die Berührungspositionen genauer bestimmt werden können.
Die Spannung an jeder Elektrode wird mit üblichen 4-Draht- Membransystemen gemessen. Typischerweise herrscht jedoch ein wesentlicher Widerstand längs der Elektrode selbst sowie zwischen den Elektroden und dem ITO-Überzug. Dieser Widerstand hat einen Spannungsabfall zur Folge, wenn die gemessene Elektrode Strom führt. Dieser Spannungsabfall verursacht Fehler. Die zugehörigen Spannungsfühlpunkte 74-92 überbrücken diesen Spannungsabfall durch Ablesen der Spannung unmittelbar an dem ITO-Überzug. Das übliche Verfahren der Spannungsmessung an jeder Elektrode kann ebenso, jedoch mit geringerer Genauigkeit, benutzt werden.
Die Analog-Verarbeitungsschaltung 13 enthält auch Filter 94 bis 112 zur Beseitigung elektrischer Störungen, die an den Spannungsfühlpunkten 94 bis 92 und im Multiplexer 26 auftreten können. Die Filter 94 bis 112 können Standardfilter erster Ordnung sein.
Es seien nun die Fig. 3 bis 5 betrachtet, in welchen der in Segmente aufgeteilte Digitalisierer 12 als 4-Draht-Membran- Digitalisierer mit Segmentaufteilung gezeigt ist, obwohl auch andere Geometrien im Rahmen der Erfindung betrachtet werden können. Der Digitalisierer 12 enthält verschiedene Schichten aus Polyester und Klebstoff, die zu einem starren Substrat zusammengefügt sind. Die Leiter sind mit Silberfarbe siebgedruckt, während die verschiedenen Oberflächen des Digitalisierers 12 mit Indiumzinnoxid (ITO), einem transparenten Leiter, beschichtet sind. Der Digitalisierer 12 verbindet die anderen Komponenten der Schaltung 10 über eine flexible Flachkabelverbindung 114 (Fig. 4 und 5) mit den anderen Komponenten.
Wie Fig. 3 zeigt, enthält die Polyesterdeckschicht 116 einen ITO-Überzug auf ihrer Unterfläche 118. Die Oberfläche 120 der Bodenschicht 122 enthält ebenfalls einen ITO-Überzug. Abstandshalter 124 verhindern einen elektrischen Kontakt zwischen den Flächen 118 und 120 solange, bis ein Benutzer auf der Deckschicht 116 schreibt oder sie berührt. Die zur Bildung eines elektrischen Kontaktes erforderliche Stärke des Drucks nimmt zu, wenn der Abstand zwischen den Abstandshaltern 124 abnimmt. Die Abstandshalter 124 werden üblicherweise durch siebgedruckte Epoxyharzfarbe gebildet. Eine Klebstoffschicht 126 verbindet die Bodenschicht 124 mit dem Substrat 128, welches typischerweise aus Glas besteht.
Wie Fig. 4 zeigt, enthält die Deckschicht 116 vertikale ITO- Streifen 130 bis 134. Ein Elektrodenpaar 136 und 138 und die Spannungsfühlpunkte 140 und 142 sind mit dem ITO-Streifen 130 gekoppelt. Ein Elektrodenpaar 144 und 146 sowie Spannungsfühlpunkte 148 und 150 sind mit dem ITO-Streifen 132 gekoppelt. Schließlich ist ein Elektrodenpaar 152 und 160 und Spannungsfühlpunkte 156 und 158 mit dem ITO-Streifen 134 gekoppelt.
In Fig. 5 ist die Bodenschicht 122 genauer dargestellt. Sie enthält horizontale ITO-Streifen 160 und 162 und zugehörige Elektrodenpaare 164 und 166 sowie 168 und 170. Spannungsfühlpunkte 172 und 174 sind mit einem ITO-Streifen 160 gekoppelt, während Fühlpunkte 176 und 178 mit dem ITO-Streifen 162 gekoppelt sind.
Durch Aufsetzen der Deckschicht 116 auf die Bodenschicht 122 gemäß den Fig. 4 und 5 entstehen sechs separate Schreibflächen entsprechend den Segmenten 27a-f. Allgemein kann der segmentierte Digitalisierer 12 m vertikale ITO-Streifen und n horizontale ITO-Streifen enthalten, so daß man einen Digitalisierer mit dem Produkt aus m mal n Segmenten enthält.
Jedes der Segmente 27a-f des Digitalisierers 12 wird einzeln decodiert. Sie arbeiten unabhängig voneinander. Diese Erweiterung gegenüber üblichen, nicht in Segmente unterteilten Digitalisierern verbessert die Fähigkeit des Digitalisierers handgeschriebene Daten gleichzeitig mit der Hand- oder Fingerberührung des Benutzers festzustellen. Sie verbessert auch die Handunempfindlichkeit und erlaubt es, daß der Digitalisierer individuell die Positionen von zwei oder mehr Objekten bestimmt, welche ihn zu gleicher Zeit berühren.
Es sei nun Fig. 6 betrachtet, die ein Verfahren zur Bestimmung der Berührungsposition veranschaulicht, welches mit START 180 beginnt. Zur Veranschaulichung des allgemeinen Falles eines m mal n Digitalisierers sind die vertikalen ITO-Streifen mit Y0, Y1, Y2, ... Ym beginnend von der linken Seite des Digitalisierers 12 bezeichnet. Die horizontalen ITO-Streifen sind beginnend von der Unterseite des Digitalisierers mit X0, X1, ... Xn bezeichnet. Die linke Seite und die untere Seite jedes ITO-Streifens ist als "-" oder "negative" Seite bezeichnet, während die Oberseite und die rechte Seite jedes ITO-Streifens mit "+" oder "positive" Seite bezeichnet ist.
Im Block 182 führt die Steuereinheit 14 einen Kalibrierungs- und Initialisierungsschritt durch. Sie durchläuft dann jeden Segmentschnittpunkt des Digitalisierers und bestimmt Position, Kontaktwiderstand und Stiftzustand, indem sie zunächst im Schritt 184 die Zählervariable j auf 0 initialisiert.
Im Schritt 186 bestimmt die Steuereinheit 14, ob die Zählervariable j kleiner als die horizontale Konstante n ist. Ist sie nicht kleiner, dann kehrt das Verfahren zum Schritt 184 zurück. Andererseits geht das Verfahren zum Schritt 188 weiter, wo die Steuereinheit 14 die Zählervariable i auf 0 setzt.
Die Steuereinheit 14 bestimmt dann im Schritt 190, ob die Zählervariable i kleiner als die vertikale Konstante m ist. Ist sie nicht kleiner, dann verzweigt das Verfahren zum Schritt 202, wo die Zählervariable j um eins erhöht wird, und dann geht das Verfahren über zum Schritt 186. Andernfalls läuft das Verfahren bei Schritt 192 weiter.
Im Schritt 192 mißt die Steuereinheit 14 die Position. Im Schritt 194 mißt die Steuereinheit 14 den Kontaktwiderstand Rc am Aktivierungspunkt. Mit dem Kontaktwiderstand Rc und den Positionsdaten bestimmt die Steuereinheit 14 in Schritt 196, ob das Schreibgerät abgehoben oder aufgesetzt ist oder sich in einem Mehrpunktzustand befindet. Im Sehritt 198 gibt die Steuereinheit 14 den Kontaktwiderstand Rc, den Stiftzustand und die Position über das Interface 22 an das Host-Rechnersystem 24 aus. Schließlich erhöht die Steuereinheit 14 die Zählervariable i im Schritt 200 und kehrt zum Schritt 190 zurück.
Der in Fig. 7 mehr im einzelnen veranschaulichte Kalibrierungs- und Initialisierungsschritt 182 beginnt mit START 204. Kurz gesagt bedeutet Kalibrieren die Schaffung einer Abbildungsfunktion (mapping) zwischen den Realweltkoordinaten und den digitalisierten Positionskoordinaten. Die Realweltkoordinaten Stellen die tatsächlichen physikalischen Orte dar, während die Digitalisierer-Koordinaten die durch den Digitalisierer gemessenen Realweltkoordinaten darstellen.
Die Kalibrierungs-Abbildungsfunktion korrigiert idealerweise vier Arten von Unterschieden zwischen den Realwelt- und den Digitalisierer-Koordinatensystemen: Offset, Maßstab, Winkel und Verzerrung. Offset oder Versatz wird verursacht durch eine Fehlausrichtung der absoluten Ursprünge (0 Punkte) zwischen Realwelt-Koordinatensystem und Digitalisierer-Koordinatensystem, während Maßstabsabweichungen aus unterschiedlichen Distanzen pro Koordinatenzählwert zwischen den beiden Koordinatensystemen resultieren. Winkelfehler entstehen durch eine scheinbare Drehung zwischen den beiden Koordinatensystemen, und Verzerrungen werden durch Nichtlinearitäten bei der Abtastfunktion des Digitalisierers verursacht.
Diese Abweichungen zwischen den Koordinatensystemen können durch viele verschiedene Faktoren bedingt sein: Fehlausrichtung der Fühlelemente des Digitalisierers bezüglich ihrer mechanischen Befestigungen, Unzulänglichkeiten in den elektronischen Schaltungen des Digitalisierers und Nichtlinearitäten in den leitenden ITO-Überzugen der Tafel oder des Bildschirms des Digitalisierers.
Die Kalibrierung ist besonders wichtig bei einem in Segmente unterteilten Digitalisierer. Die Steuereinheit 14 kalibriert jedes Segment einzeln. Wenn die Kalibrierabbildungsfunktion von. Segment zu Segment nicht exakt ist, dann tritt in den digitalisierten Positionskoordinaten eine scheinbare Diskontinuität auf, wenn ein Stift oder Finger von einem Segment zu einem anderen Segment hinüber wandert.
Übliche Kalibrierungsmethoden erfordern einen Eingriff von Hand, entweder durch Berührung des Digitalisierers an verschiedenen Kalibrierungspunkten oder Einstellen ein oder mehrerer Potentiometer. Diese Arbeit ist zeitaufwendig und fehleranfällig. Solche Methoden erfordern häufig nichtflüchtige Speicher zur Sicherung der fabrikseitigen Kalibriereinstellungen, und dies erhöht Kosten und Komplexität. Ferner können sich die Charakteristika eines Digitalisierers mit der. Zeit ändern und eine periodische Neukalibrierung nötig machen.
Die Kalibrierabbildungsfunktionen für einen 4-Draht-Membran- Digitalisierer mit Segmentunterteilung sind von der Form:
(1) x = m_x x' + b_x
(2) Y = m_y y' + b_y
wobei x und y korrigierte Digitalisierer-Koordinaten in Realwelt-Koordinateneinheiten sind, x' und y' unkorrigierte Digitalisierer-Koordinaten, m_x und m_y Maßstabskonstanten und b_x sowie b_y Offsetkonstanten.
Die oben genannten Abbildungsfunktionen (1) und (2) sind Vereinfachte Darstellungen der im US-Patent Nr. 5 115 107 angeführten Gleichungen. Diese vereinfachte Form korrigiert nur Maßstabs- und Offsetfehler. Für die übrigen Berechnungen gelten die folgenden Definitionen:
x_max ist der Realwelt-x-Ort des positiven Endes des ITO- Streifens Xj,
x_max' ist der digitalisierte x-Ort des positiven Endes des ITO-Streifens Xj,
y_max ist der Realwelt-y-Ort des positiven Endes des ITO- Streifens Yi,
y_max' ist der digitalisierte y-Ort des positiven Endes des ITO-Streifens Yi,
x_min ist der Realwelt-x-Ort des negativen Endes des ITO- Streifens Xj,
x_min' ist der digitalisierte x-Ort des negativen Endes des ITO-Streifens Xj,
y_min ist der Realwelt-y-Ort des negativen Endes des ITO- Streifens Yi,
y_min' ist der digitalisierte y-Ort des negativen Endes des ITO-Streifens Yi.
Setzt man diese Größen in die Abbildungsgleichungen ein, dann erhält man zwei Sätze von zwei Simultangleichungen:
(3) x_max = m_x x_max' + b_x
(4) x_min = m_x x_min' + b_x
(5) y_max = m_y y_max' + b_y
(6) y_min = m_y y_min' + b_y.
Löst man diese Gleichungen 3, 4, 5 und 6 simultan, dann läßt sich zeigen, daß
(7) m_x = (x_max - x_min)/(x_max' - m_min')
(8) b_x = x_max - m_x x_max'
(9) m_y = (y_max - y_min)/(y_max' - y_min')
(10) b_y = y_max - m_y y_max'
Die Steuereinheit 14 benutzt die Gleichungen 7, 8, 9 und 10 zur Berechnung der Konstanten m_x, m_y, b_x und b_y.
Die aktualen Werte von x_max, x_min, y_max und y_min hängen von der Geometrie und Anwendung des Digitalisierers ab. Als Beispiel sei angenommen, daß der Abstand zwischen den positiven und negativen Endelektroden des ITO-Streifens Xj 127 mm (5") beträgt, während der Abstand zwischen den positiven und negativen Endelektroden des ITO-Streifens Yj 101,6 mm (4") ist. Ferner sei angenommen, daß die resultierenden Koordinatenwerte in Einheiten von 0,127 mm (0,005") vorliegen müssen, beginnend bei 0 in der unteren linken Ende des Digitalisierers. x_min und y_min wären dann 0, während x_max 127 mm ÷ 0,127 mm = 1000 und y_max 101,6 mm ÷ 0,127 mm = 800 wäre.
Im Kalibrierprozeß nach Fig. 7 kalibriert die Steuereinheit 14 automatisch den Digitalisierer 12 bezüglich Genauigkeit und nimmt auch einige Grundlinienablesungen vor, die zur Berechnung des Kontaktwiderstandes Rc in späteren Schritten der Fig. 6 benötigt werden.
Gemäß Fig. 7 initialisiert die Steuereinheit 14 die Indexvariable j im Schritt 206 auf 0. Im Schritt 208 bestimmt die Steuereinheit 14, ob die Zählervariable j kleiner als die Horizontalkonstante n ist. Ist sie kleiner, dann geht die Steuereinheit 14 weiter zu Schritt 210, wo sie den ITO-Streifen Xj erregt, d. h. die Spannungsquelle 56 an das positive Ende des Segments und Masse 60 an das negative Ende des Segments legt. Masse 60 an das negative Ende des Segments legt. Für den ITO- Streifen X0 (ITO-Streifen 162) würde die Steuereinheit 14 dies durch Schließen der Analogschalter 48, 40 und 52 bewirken, während alle anderen Schalter offen bleiben. Ist die Zählervariable j nicht kleiner als die Horizontalkonstante n, dann geht das Verfahren zum Schritt 224 weiter.
Im Schritt 212 mißt die Steuereinheit 14 die Größen x_max' und x_min' an den positiven und negativen Enden des erregten ITO- Streifens Xj. Für den ITO-Streifen X0 (ITO-Striefen 162) wählt die Steuereinheit 14 beispielsweise den Spannungsfühlpunkt 82 über den Multiplexer 26, liest x_max' vom A/D-Konverter 28, wählt den Spannungsfühlpunkt 90 über den Multiplexer 26 und liest dann x_min' vom A/D-Konverter 28 ab.
Im Schritt 214 berechnet die Steuereinheit 14 unter Benutzung der oben angegebenen Gleichung (7) die Skalarkonstante m_x[j]. Die Skalarmatrix m_x[] ist ein Array der Längen zur Speicherung der m_x Skalarkonstanten für jede Xj-Elektrode. Gleichermaßen berechnet die Steuereinheit 14 im Schritt 216 unter Verwendung der oben angeführten Gleichung (8) die Offsetkonstante b_x[j].
Im Schritt 218 stellt sich die Steuereinheit 14 zum Lesen der Spannung Vx[j] ein und nimmt dann im Schritt 220 den aktuellen Ablesewert. Die Steuereinheit 14 benötigt die Spannung Vx zur Berechnung des Kontaktwiderstandes Rc. Zur Messung der Spannung Vx[j] mißt die Steuereinheit die Spannung, welche erforderlich ist zum Einprägen eines konstanten Stroms in das positive Ende des Segments Xj bei geerdetem negativen Ende. Für den ITO- Streifen X0 (ITO-Streifen 162) schließt die Steuereinheit 14 die Analogschalter 40, 48 und 54, während alle anderen Schalter offen bleiben. Die Steuereinheit wählt dann den Spannungsfühlpunkt 82 über dem Multiplexer 26 und mißt die Spannung Vx[0] am A/D- Konverter 28.
Im Schritt 222 erhöht die Steuereinheit 14 die Zählervariable j um 1 und kehrt dann zum Schritt 208 zurück. Wenn hierbei die Zählervariable j nicht kleiner als die Horizontalkonstante n ist, geht der Betrieb weiter beim Schritt 224, wo die Steuereinheit 14 die Zählervariable i auf 0 setzt. Im Schritt 226 bestimmt die Steuereinheit 14, ob die Zählervariable i kleiner als die Vertikalkonstante n ist. Ist dies der Fall, dann geht das Verfahren weiter zum Schritt 230, wo die Steuereinheit 14 den ITO-Streifen Yi erregt. Für den ITO-Streifen Y0 (ITO-Streifen 130) schließt die Steuerschaltung 14 die Analogschalter 32, 46 und 52 und läßt alle anderen Schalter offen.
Im Schritt 232 mißt die Steuereinheit 14 die Größen von y_max und y_min an den positiven bzw. negativen Enden des erregten ITO-Streifens Yi. Für den ITO-Streifen Y0 (ITO-Streifen 130) wählt die Steuerschaltung 14 den Spannungsfühlpunkt 74 über den Multiplexer 26, liest y_max vom A/D-Konverter 28 ab, wählt den Spannungspunkt 88 durch den Multiplexer 26 und liest y_min vom A/D-Konverter 28 ab. Im Schritt 234 berechnet die Steuereinheit 14 die Skalarkonstante m_y[i] unter Benutzung der obigen Gleichung (9). Gleichermaßen berechnet die Steuerschaltung 14 die Offset-Konstante b_y[i] im Schritt 236 unter Verwendung der obigen Gleichung (10).
Die Steuereinheit 14 stellt sich ein zum Lesen der Spannung Vy[i] im Schritt 238 und führt die aktuelle Ablesung im Schritt 240 durch. Sie benötigt die Spannung Vy zur Berechnung des Kontaktwiderstandes Rc. Zur Messung der Spannung Vy[i] mißt die Steuereinheit 14 die Spannung, welche benötigt wird zum Einprägen eines konstanten Stromes in das positive Ende des Segments Yi bei geerdetem negativen Ende. Für den ITO-Streifen Y0 (ITO- Streifen 130) schließt die Steuereinheit 14 die analogen Schalter 32, 46 und 54, während alle anderen Schalter offen bleiben. Die Steuereinheit 14 wählt dann den Spannungsfühlpunkt 74 über den Multiplexer 26 und mißt die Spannung Vy[0] am A/D-Konverter 28.
Im Schritt 242 erhöht die Steuereinheit 14 die Zählervariable i um 1 und kehrt zurück zum Schritt 226. Wenn hier die Zählervariable i nicht kleiner als die Vertikalkonstante m ist, ist die Steuereinheit 14 mit dem Initialisieren und Kalibrieren fertig und geht über den Schritt 228 zum Schritt 184 der Fig. 6 über.
Es sei nun Fig. 8 betrachtet, wo der Schritt 192 aus Fig. 6 "Messe X, Y" näher erläutert ist, der mit START 250 beginnt. Im Schritt 252 beaufschlagt die Steuereinheit 14 den ITO-Streifen Yi durch Anschließen des Digitalisierers sowie des Tiefpaß- Filters für das Segment Yi an die Spannungsquelle 56. Für Y0 (ITO-Streifen 130) schließt die Steuereinheit 14 die Schalter 32 und 52 für ein kurzes Zeitintervall, während alle anderen Schalter offen bleiben.
Im Schritt 254 erregt die Steuereinheit 14 das Segment Xj. Im Schritt 256 wartet die Steuereinheit 14, bis die gegenüberliegende Segmentschicht Yi sich auf die positive Spannung am Berührungspunkt entladen hat. Im Schritt 258 mißt die Steuereinheit 14 die temporäre Größe x_pos am Segment Yi. Für Y0 (ITO-Streifen 130) wählt die Steuereinheit 14 den Spannungsfühlpunkt 74 und mißt x_pos am A/D-Konverter 28.
Im Schritt 260 entlädt die Steuereinheit 14 das Segment Yi durch Entladen des Digitalisierers sowie des Tiefpaß-Filters für den ITO-Streifen Yi. Für Y0 (ITO-Streifen 130) schließt die Steuereinheit 14 den Schalter 46 für ein kurzes Zeitintervall, während alle anderen Schalter offen bleiben. Im Schritt 262 erregt die Steuereinheit 14 den ITO-Streifen Xj. Im Schritt 264 wartet die Steuereinheit 14 gerade wie im vorigen Schritt 256. Im Schritt 266 mißt die Steuereinheit 14 x_neg in genau derselben Weise wie x_pos im Schritt 258 gemessen worden ist. Im Schritt 268 berechnet die Steuereinheit 14 die Position durch Anwendung der Kalibrierabbildungsfunktion (obige Gleichung 1) auf die Mittelwerte von x_pos bis x_neg. Die genaue Gleichung lautet:
x = m_x[j](x_pos + x_neg) ÷ 2 + b_x[j].
Im Schritt 270 beaufschlagt die Steuereinheit 14 den ITO- Streifen Xj durch Verbinden des ITO-Streifens Xj und der zugehörigen Tiefpaß-Filter mit der Spannungsquelle 56. Für den ITO- Streifen X0 (ITO-Streifen 14) schließt die Steuereinheit 14 die Schalter 40 und 52 für einen kurzen Zeitraum, während alle anderen Schalter offen bleiben. Im Schritt 272 erregt die Steuereinheit 14 das Segment Yi genauso wie im Schritt 230 der Fig. 7.
Die Steuereinheit 14 wartet, bis die gegenüberliegende Segmentschicht Xj sich im Schritt 274 auf die positive Spannung am Aktivierungspunkt entladen hat. Im Schritt 276 mißt die Steuereinheit 14 die temporäre Größe y_pos am Segment Xj. Für den ITO- Streifen X0 (ITO-Streifen 130) wählt die Steuereinheit 14 den Spannungsfühlpunkt 82 über den Multiplexer 26 und mißt y_pos am A/D-Konverter 28. Beim Schritt 278 entlädt die Steuereinheit 14 das Segment Xj nach Masse 60. Für den ITO-Streifen X0 (ITO- Streifen 68) schließt die Steuereinheit den Schalter 48 für einen kurzen Zeitraum, während alle anderen Schalter offen bleiben.
Die Steuerschaltung 14 erregt dann das Segment Yi und im Schritt 280 und wartet im Schritt 282, genau wie bei den vorigen Schritten 272 und 274. Die Steuereinheit 14 mißt y_neg im Schritt 284 in genau derselben Weise, wie sie y_pos im Schritt 276 gemessen hat. Im Schritt 286 berechnet die Steuereinheit 14 die Position durch Anwenden der Kalibrierabbildungsfunktion (Gleichung 2) auf den Mittelwert von y_pos und y-neg unter Verwendung der Gleichung
y = m_y[i](y_pos + y_neg) ÷ 2 + b_y[i].
Schließlich endet das Verfahren beim Schritt 288 durch Rückkehr zum Schritt 194 der Fig. 6.
Es sei nun Fig. 9 betrachtet, in welcher das Verfahren zur Bestimmung des Kontaktwiderstandes Rc im einzelnen beschrieben wird, welches mit START 290 beginnt. Der Kontaktwiderstand Rc ist der Widerstand zwischen den beiden leitenden Schichten 118 und 120 am Aktivierungspunkt und zwar ohne die Schichtwiderstände selbst.
Im Schritt 292 stellt sich die Steuereinheit 14 zur Messung von V1 für das Segmentpaar Xj, Yi ein. Sie mißt die Spannung V1, die benötigt wird zum Einprägen des Konstantstroms in das Segment Xj über den Kontaktwiderstand Rc am Aktivierungspunkt, in den ITO- Streifen Yi und zurück nach Masse 60. Für das Segmentpaar X0 (ITO-Streifen 14), Y0 (ITO-Streifen 130) schließt die Steuereinheit 14 die Schalter 32, 48 und 54, während alle anderen Schalter offen bleiben. Im Schritt 294 liest die Steuereinheit 14 die Spannung V1 am positiven Ende des Segments Xj. Für das Segmentpaar X0 (ITO-Streifen 14), Y0 (ITO-Streifen 130) liest die Steuereinheit 14 den Spannungspunkt 94 über den Multiplexer 26 und den A/D-Konverter 28.
Im Schritt 296 stellt sich die Steuereinheit 14 zum Lesen der Spannung V2 für das Segmentpaar Xj, Yi ein und mißt die Spannung, welche nötig ist, um einen konstanten Strom in das Segment Yi, durch den Kontaktwiderstand Rc am Aktivierungspunkt, in das Segment Xj und dann nach Masse 60 fließen zu lassen. Für das Segmentpaar X0 (ITO-Streifen 14), Y0 (ITO-Streifen 130) schließt die Steuereinheit 14 die Schalter 40, 46 und 54, während alle anderen Schalter offen bleiben. Im Schritt 298 liest die Steuereinheit die Spannung. V2 am positiven Ende des Segments Yo. Für das Segmentpaar X0 (ITO-Streifen 14), Y0 (ITO-Streifen 130) wählt die Steuereinheit 14 den Spannungsfühlpunkt 82 über den Multiplexer 26 und den A/D-Konverter 28.
Im Schritt 300 berechnet die Steuereinheit 14 den Kontaktwiderstand aus der Gleichung:
Rc = V1 + V2 - Vx[j]·Vy[i].
Lm Schritt 302 kehrt das Verfahren zum Schritt 196 der Fig. 6 zurück.
Anhand von Fig. 10 sei das Verfahren zur Bestimmung des Stiftzustandes genauer erläutert, das mit START 304 beginnt. Die Steuereinheit 14 bestimmt den Stiftzustand gemäß einer Kombination von Rc, x_pos, x_neg, y_pos, y_neg.
Im Schritt 306 bestimmt die Steuereinheit 14, ob der Absolutwert der Differenz zwischen x_pos und x_neg kleiner als x_SCHWELL ist, wobei x_SCHWELL eine Schwellwertkonstante typischerweise in der Größenordnung von vier Zählwerten für einen 10 Bit-A/D-Konverter 28 ist. Lautet der Entscheidungsschritt 306 nicht WAHR, dann ist die x-Koordinate nicht stabil, und der Betrieb schreitet weiter zu Schritt 308, wo die Steuereinheit 14 den Stiftzustand auf HOCH setzt, was bedeutet, daß der Stift oder Finger den Digitalisierer 12 nicht berührt. Nach dem Schritt 308 geht der Betrieb vom Schritt 310 zum Schritt 198 in Fig. 6 über.
Wenn beim nun wieder betrachteten Schritt 306 der Absolutwert von x_pos minus x_neg kleiner als x_SCHWELL ist, dann geht das Verfahren bei Schritt 312 weiter, wo die Steuereinheit 14 bestimmt, ob der Absolutwert von y_pos minus y_neg kleiner als y_SCHWELL ist. y_SCHWELL ist wiederum ein Schwellwert typischerweise in der Größenordnung von vier Zählwerten für einen 10 Bit- A/D-Konverter 28. Wenn dies nicht WAHR ist, dann ist die y- Koordinate nicht stabil, und die Ausführung geht zum Schritt 308 über. Andernfalls erfolgt die Fortsetzung bei Schritt 314, wo die Steuereinheit 14 bestimmt, ob der Kontaktwiderstand Rc kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_UNTEN ist. Die Schwellwertkonstante Rc_UNTEN liegt typischerweise in der Größenordnung von 90% der gesamten Bereichsablesung für den Kontaktwiderstand Rc.
Ist der Kontaktwiderstand Rc nicht kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_UNTEN, dann geht es bei Schritt 308 weiter. Andernfalls geht es bei Schritt 316 weiter, wo die Steuereinheit 14 bestimmt, ob der Kontaktwiderstand Rc kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_VIELPUNKT ist. Rc_VIELPUNKT liegt typischerweise in der Größenordnung von 10% des gesamten Wertebereichs für den Rc-Widerstand.
Ist der Kontaktwiderstand Rc kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_VIELPUNKT, dann geht es weiter beim Schritt 318, wo die Steuereinheit 14 den Stiftzustand auf VIELPUNKT setzt. Das bedeutet, daß der Benutzer den Digitalisierer 12 mit einem Finger berührt. Ist der Kontaktwiderstand Rc bei erneuter Betrachtung des Schrittes 316 nicht kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_VIELPUNKT, dann setzt die Steuereinheit den Stiftzustand im Schritt 320 auf UNTEN. Dies bedeutet, daß nur der Stift den Digitalisierer 12 aktiviert. In beiden Fällen 318 oder 320 geht das Verfahren bei Schritt 310 weiter, wo es zum Schritt 198 in Fig. 6 zurückkehrt.
Das System 10 und der in Segmente unterteilte Digitalisierer 12 gemäß der Erfindung lösen vorteilhafterweise Probleme, die bei üblichen 4-Draht-Membran-Digitalisierern auftreten, indem sie das zusätzliche Merkmal der VIELPUNKT-Detektion ergänzen. VIELPUNKT-Detektion bedeutet, daß der in Segmente unterteilte Digitalisierer 12 nicht nur die Spur eines Schreibgerätes, wie eines Stiftes, verfolgen kann, während ein Benutzer ihn mit einem Finger berührt, sondern daß er die Positionen von zwei oder mehr Gegegenständen, welche den Digitalisierer 12 gleichzeitig berühren, einzeln bestimmen kann. Dieses Merkmal könnte benutzt werden, um die Funktion einer Maustaste in einem Bereich des Digitalisierers zu simulieren, während die Funktion einer Mausposition in einem anderen Bereich simuliert wird.
Ein weiterer Vorteil des in Segmente unterteilten Digitalisierers liegt in seinem verringerten Leistungsverbrauch. Durch die Unterteilung des Digitalisierers in Segmente wird sein effektiver Widerstand vergrößert: je höher der Widerstand, desto niedriger der Strom, der durch ihn zu treiben ist, und damit desto niedriger die von ihm verbrauchte Leistung. Verringerter Leistungsverbrauch ist bei den heutigen batteriebetriebenen Handschrift-Eingabegeräten wichtig.
Es sei nun eine zweite Ausführungsform des in Fig. 1 veranschaulichten Systems anhand der Fig. 11A und 11B näher erläutert. Die zweite Ausführungsform beruht auf einem in Segmente unterteilten 5-Draht-Digitalisierer. Unterschiede zwischen dem 4- Draht- und dem 5-Draht-System sind nachfolgend erläutert.
Die Analogverarbeitungsschaltung 13 enthält vorzugsweise den Multiplexer 26, analoge Schalter 402, 404 und 406, Filter 400 und den Analog/Digital-Konverter 28. Die Steuereinheit 14 liest die Spannungen an den Segmenten 408a-f über den A/D-Konverter 28. Der Multiplexer 26 schaltet die Signale von den Segmenten 408a-f. Der A/D-Konverter 28 wandelt die Analogsignale von jedem der Segmente 408a-f in Digitalzahlen um.
Die Analogverarbeitungsschaltung 13 enthält auch ein Filter 400, welches elektrische Störungen entfernt, die vom Digitalisierer 12 vorhanden sein können. Das Filter 400 kann ein Standardfilter erster Ordnung sein. Die Steuereinheit 14 kann die Anfangsbedingungen für das Filter 400 unter Verwendung der analogen Schalter 402 bis 406 voreinstellen.
Die Treiberschaltung 20 enthält analoge Schalter 410 bis 424, welche entweder die Spannungsquelle 50 oder elektrische Masse 60 an die Eckelektroden 414 bis 436 eines Elektrodenrings 438 entsprechend den Befehlen von der Steuereinheit 14 legen. Die Treiberschaltung 20 enthält auch eine Stromquelle 427 und einen Analogschalter 425 zur wahlweisen Stromzuführung zu einem gegebenen Segment 408a-f über den Multiplexer 26. Die analogen Schalter 410 bis 425 sind übliche digital gesteuerte einpolige EIN/AUS- Analogschalter.
Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen den in Segmente unterteilten Digitalisierer 12 in Form eines segmentierten 5-Draht- Membran-Digitalisierers. Der Digitalisierer 12 enthält mehrere Schichten aus Polyester, die mit Klebstoff an ein festes Substrat angebracht sind. Die Leiter sind mit Silberfarbe siebgedruckt, während verschiedene Oberflächen des Digitalisierers mit Indiumzinnoxid (ITO), einem transparenten Leiter, überzogen sind. Der Digitalisierer 12 ist mit anderen Komponenten der Schaltung 10 über ein flexibles Flachkabel 114 verbunden. Die Querschnittszeichnung der Fig. 3 gilt auch für den segmentierten 5-Draht-Membran-Digitalisierer nach den Fig. 12 und 13.
In Fig. 12 ist die Deckschicht 116 genauer gezeigt. Sie enthält zwei ITO-Streifen 457 bis 462, die mit Elektroden 463 bis 468 in elektrischem Kontakt stehen.
Fig. 13 zeigt die Bodenschicht 122 genauer. Sie besteht hauptsächlich aus einem ITO-Bereich 440, der von einem Elektrodenmuster 438 umgeben ist, welches typischerweise ein spezielles Siebdruckmuster aus Silberfarbe ist, wie es in dem US-Patent Nr. 4 371 746 von Pepper beschrieben ist. Andererseits kann es auch durch einen Ring diskreter Widerstände, diskreter Dioden, Punktelektroden, Balkenelektroden oder durch ein durchgehendes Band leitender Farbe mit mäßigem Widerstand gebildet werden. Silberfarbenbahnen 442 bis 448 kontaktieren das Elektrodenmuster 438 an seinen Ecken.
Kalibrierfühlpunkte 454 bis 456 stellen die längs der Kanten des ITO-Bereichs 440 auftretende Spannung fest. Im US-Patent Nr. 4 435 616 von Kley wird im einzelnen eine Möglichkeit für die Konstruktion der Kalibrierfühlpunkte 450 bis 456 beschrieben. Andererseits können die Kalibrierfühlpunkte 450 bis 456 einfach die Mittenpunkte des im einzelnen im oben genannten US-Patent Nr. 4 371 746 beschriebenen Elektrodenmusters kontaktieren.
Durch Anordnung der Deckschicht 116 über der Bodenschicht 122 werden praktisch sechs separate Schreibbereiche gebildet, die den Segmenten 408a-f entsprechen.
Es sei nun Fig. 14 betrachtet, welche ein Verfahren zur Bestimmung dex Berührungsposition beschreibt, welches mit START 470 beginnt. Zur Veranschaulichung des allgemeinen Falles eines m mal n-Digitalisierers sind die ITO-Streifen 457 bis 462 mit 0, 1, 2, ... m·n bezeichnet, wenn man von der linken unteren Ecke des segmentierten Digitalisierers 12 beginnt und sich von unten nach oben und links nach rechts bewegt. Bei dem Digitalisierer nach den Fig. 12 bis 13 sind die ITO-Streifen 457 bis 462 mit 0, 1, 2, 3, 4 bzw. 5 bezeichnet.
Bei Schritt 472 führt die Steuereinheit 14 einen Kalibrier- und Initialisierungsschritt durch und durchwandert dann jedes Segment des Digitalisierers 12 und bestimmt Position, Kontaktwiderstand Rc und Stiftzustand. Sie tut dies, indem zunächst in Schritt 474 die. Zählervariable k auf 0 initialisiert wird. Im Schritt 476 bestimmt die Steuereinheit 14, ob die Zählervariable k kleiner als die Anzahl von Segmenten, m·n ist. Wenn die Zählervariable nicht kleiner als die Horizontalkonstante m·n ist, dann geht das Verfahren zurück zum Schritt 474. Andernfalls geht es weiter zum Schritt 478. Im Schritt 478 mißt die Steuereinheit 14 die Position. Im Schritt 48 mißt sie den Kontaktwiderstand Rc am Aktivierungspunkt.
Unter Benutzung des Kontaktwiderstandes Rc und der Positionsdaten bestimmt die Steuereinheit 14 im Schritt 482, ob das Schreibgerät HOCH, UNTEN oder in einem VIELPUNKT-Zustand ist.
Im Schritt 484 liefert die Steuereinheit 14 den Kontaktwiderstand Rc, den Stiftzustand und die Position über das Interface 22 an das Host-Rechnersystem 24. Schließlich erhöht die Steuereinheit die Zählervariable im Schritt 486 und kehrt zum Schritt 476 zurück.
Es sei nun Fig. 15 betrachtet, welche den Kalibrier- und Initialisierungsschritt 472 aus Fig. 13 genauer zeigt. Der Kalibrierungsvorgang und die Gleichungen sind ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Eine gute Kalibrierung ist bei der zweiten Ausführungsform nicht so wichtig, weil hier anders als bei der ersten Ausführungsform kein inhärentes Problem mit einer Segmentfehlanpassung besteht. Die Kalibrier- und Initialisierungsprozedur beginnt bei START 490.
Im Schritt 492 steuert die Steuereinheit 14 den segmentierten Digitalisierer 12 in x-Richtung. Sie schließt die Schalter 404, 424, 410, 416 und 420, während alle anderen Schalter offen bleiben. Dadurch entsteht ein Spannungsgradient entlang der Rückschicht 122 des Digitalisierers 12, welcher von links nach rechts zunimmt.
Als nächstes mißt die Steuereinheit 14 im Schritt494 x_max' und x_min' an den Kalibrierfühlpunkten 454 bzw. 450. Sie wählt jeden Kalibrierfühlpunkt nacheinander über den Multiplexer 26 und liest den resultierenden Wert vom A/D-Konverter 28. Im Schritt 496 berechnet die Steuereinheit 14 die Skalar-Konstante m_x unter Verwendung der oben genannten Gleichung (7). Gleichermaßen berechnet die Steuereinheit 14 die Offset-Konstante b_x in Schritt 498 unter Verwendung der obigen Gleichung (8).
Im Schritt 500 steuert die Steuereinheit 14 den segmentierten Digitalisierer in y-Richtung an. Sie schließt die Schalter 406, 422, 420, 410 und 413, während alle anderen Schalter offen bleiben. Dadurch entsteht ein Spannungsgradient entlang der Rückschicht 122 des Digitalisierers 12, welcher von der Unterseite zur Oberseite anwächst.
Als nächstes mißt die Steuereinheit 14 im Schritt 502 y_max' und y_min' an den Kalibrierfühlpunkten 452 bzw. 456. Sie wählt jeden Kalibrierfühlpunkt der Reihe nach über den Multiplexer 26 und liest die resultierenden Werte vom A/D-Konverter 28. Im Schritt 504 berechnet die Steuereinheit 14 die Skalar-Konstante m_y unter Verwendung der obigen Gleichung (9). Gleichermaßen berechnet die Steuereinheit 14 die Offset-Konstante b_y im Schritt 506 unter Verwendung der obigen Gleichung (10).
Schließlich kehrt die Steuereinheit 14 in Schritt 508 zum Schritt 474 der Fig. 14 zurück.
Es sei nun Fig. 16 betrachtet, welche den Schritt 478 aus Fig. 14 "Messen X, Y" genauer erklärt, der mit START 510 beginnt.
In Schritt 512 beaufschlagt die Steuereinheit 14 den ITO- Streifen Sk durch Anlegen der Spannungsquelle 50 an den Digitalisierer 12 und das Tiefpaß-Filter 400. Die Steuereinheit 14 wählt den ITO-Streifen Sk (ITO-Streifen 457) über den Multiplexer 26 und schließt die Schalter 402 und 406 für einen kurzen Zeitraum, während alle anderen Schalter offen bleiben. Im Schritt 514 steuert die Steuereinheit 14 den segmentierten Digitalisierer 12 in x-Richtung an genau wie im Schritt 492 der Fig. 15. Im Schritt 516 wartet die Steuereinheit 14, bis sich der ITO-Streifen Sk am Aktivierungspunkt auf die Positionsspannung entladen hat.
Im Schritt 518 mißt die Steuereinheit 14 die temporäre Größe x_pos am Segment Sk. Die Steuereinheit 14 wählt den ITO-Streifen Sk (ITO-Streifen 457) über den Multiplexer 26 und mißt x_pos am A/D-Konverter 28. Im Schritt S20 entlädt die Steuereinheit 14 den ITO-Streifen Sk durch Entladung des Digitalisierers 12 und des Tiefpaß-Filters 400. Die Steuereinheit 14 wählt den ITO- Streifen Sk (ITO-Streifen 457) über den Multiplexer 26 und schließt die Schalter 404 und 406 für einen kurzen Zeitraum, während alle anderen Schalter offen bleiben.
Im Schritt 522 steuert die Steuereinheit 14 den segmentierten Digitalisierer 12 in x-Richtung an genau wie im Schritt 492 der Fig. 15. Im Schritt 524 wartet die Steuereinheit 14, genau wie im früheren Schritt 516. Im Schritt 526 mißt sie x_neg in genau derselben Weise sie im Schritt 518 x_pos gemessen hat. Im Schritt 528 berechnet die Steuereinheit 14 die Position unter Anwendung der Kalibrierabbildungsfunktion (obige Gleichung 1) auf die Mittelwerte x_pos und x_neg. Die exakte Gleichung lautet:
x = m_x(x_pos + x_neg) ÷ 2 + b_x.
Im Schritt 514 beaufschlagt die Steuereinheit 14 den ITO- Streifen Sk gerade wie im vorigen Schritt 512. Im Schritt 532 steuert die Steuereinheit 14 den segmentierten Digitalisierer 12 in y-Richtung an genau wie im Schritt 500 der Fig. 15. Im Schritt 534 wartet die Steuereinheit 14 genauso wie im vorigen Schritt 516. Im Schritt 536 mißt die Steuereinheit 14 die temporäre Größe y_pos am ITO-Streifen Sk unter Benutzung desselben Verfahrens wie im früheren Schritt 518. Im Schritt 538 beaufschlagt die Steuereinheit 14 den ITO-Streifen Sk gerade wie im früheren Schritt 512. Im Schritt 514 steuert die Steuereinheit 14 den segmentierten Digitalisierer 12 in y-Richtung genau wie im Schritt 500 der Fig. 15. In Schritt 542 wartet die Steuereinheit 14 genauso wie im früheren Schritt 516. Im Schritt 544 mißt die Steuereinheit 14 die temporäre Größe y_neg am ITO-Streifen Sk unter Benutzung desselben Verfahrens wie im früheren Schritt 526. Im Schritt 546 berechnet die Steuereinheit 14 die Position durch Anwendung der Kalibrierabbildungsfunktion (obige Gleichung 2) auf den Mittelwert von y_pos und y_neg unter Verwendung der Gleichung
y = m_y(y_pos + y_neg) + b_y.
Schließlich endet das Verfahren im Schritt 548 unter Rückkehr auf den Schritt 480 der Fig. 14.
In Fig. 17 ist das Verfahren zur Bestimmung des Kontaktwiderstandes Rc genauer beschrieben, das mit START 550 beginnt.
Im Schritt 522 wählt die Steuereinheit 14 den ITO-Streifen Sk über dem Multiplexer 26 und schließt die Schalter 406, 425, 410, 424, 418 und 414, während alle anderen Schalter offen bleiben. Dadurch werden alle Ecken des Elektrodenmusters 438 über die Silberfarbbahnen 442 bis 448 mit Masse verbunden und von der Stromquelle 427 wird ein konstanter Strom I durch den Multiplexer 26 in den ITO-Streifen Sk eingespeist. Im Schritt 554 mißt die Steuereinheit 14 den sich ergebenden Kontaktwiderstand Rc für das Segment Sk am A/D-Konverter 28. Im Schritt 556 kehrt die Steuereinheit 14 zu Schritt 482 der Fig. 14 zurück.
Es sei nun Fig. 19 betrachtet, die ein Schaltbild des Digitalisierers 22 zeigt, wobei die Digitalisierer-Treiberschaltung 20 herausgegriffen ist, wie sie in Schritt 552 der Fig. 17 eingestellt ist. Widerstände 588 bis 594 stellen die. Widerstände vom Punkt der Aktivierung an der Bodenschicht 122 des Digitalisierers zur jeweiligen Ecke 414 bis 436 des Elektrodenmusters 438 dar. Der Widerstand 584 stellt den Widerstand vom Punkt der Aktivierung auf dem ITO-Streifen Sk zur entsprechenden Segment-Sk- Elektrode dar. Die Spannung V1 ist die Spannung am Ausgang des Multiplexers 26.
Wenn die Parallelschaltung der Widerstände R1 bis R4 viel kleiner als der Kontaktwiderstand Rc ist und wenn der Widerstand R5 viel größer als der Kontaktwiderstand Rc ist, dann ist V1 etwa gleich dem Produkt I·Rc. Ist der Strom I konstant, dann ist die Spannung V1 direkt proportional zum Kontaktwiderstand Rc. Weil die Steuereinheit 14 keine absoluten Widerstände berücksichtigt, kann sie die Spannung V1 so behandeln, als wenn sie der Kontaktwiderstand Rc wäre, selbst wenn sie nur proportional zum Kontaktwiderstand Rc ist.
Fig. 18 zeigt nun das Verfahren zur Bestimmung des Stiftzustandes in Einzelheiten, welches mit START 560 beginnt. Die Steuereinheit 114 bestimmt den Stiftzustand gemäß einer Kombination von Kontaktwiderstand Rc, x_pos, x_neg, y_pos und y_neg.
Im Schritt 562 bestimmt die Steuereinheit 14, ob der Absolutwert der Differenz zwischen x_pos und x_neg kleiner als x_SCHWELL ist, wobei x_SCHWELL eine Schwellwertkonstante typischerweise in der Größenordnung von vier Zählwerten für einen 10 Bit-A/D-Konverter ist. Ist der Entscheidungsschritt 562 nicht WAHR, dann ist die x-Koordinate nicht stabil und der Betrieb geht weiter zu Schritt 574, wo die Steuereinheit 14 den Stiftstatus auf OBEN setzt, was bedeutet, daß der Stift oder Finger den Digitalisierer 12 nicht berührt. Nach dem Schritt 574 kehrt das Verfahren in Schritt 576 zum Schritt 484 der Fig. 14 zurück.
Ist, zurückkehrend zu Schritt 562, der Absolutwert von x_pos minus x_neg kleiner als x_SCHWELL, dann geht das Verfahren zum Schritt 564 weiter, wo die Steuereinheit 14 bestimmt, ob der Absolutwert von y_pos minus y_neg kleiner als y_SCHWELL ist. Wiederum ist y_SCHWELL eine Schwellwertkonstante typischerweise in der Größenordnung von vier Zählwerten für einen 10 Bit-A/D-Konverter. Ist das Ergebnis nicht WAHR, dann ist die y-Koordinate nicht stabil und es geht weiter bei Schritt 574. Andernfalls wird bei Schritt 566 fortgefahren, wo die Steuereinheit 14 bestimmt, ob der Kontaktwiderstand Rc kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_UNTEN ist. Die Schwellwertkonstante Rc_UNTEN liegt typischerweise in der Größenordnung von 90% des vollen Wertebereichs des Kontaktwiderstandes Rc.
Ist der Kontaktwiderstand Rc nicht kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_UNTEN, dann geht das Verfahren bei Schritt 574 weiter. Andernfalls fährt es bei Schritt 568 fort, wo die Steuereinrichtung 14 bestimmt, ob der Kontaktwiderstand Rc kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_VIELPUNKT ist. Rc_VIELPUNKT liegt typischerweise in der Größenordnung von 10% des gesamten Kontaktwiderstandsbereichs.
Ist der Kontaktwiderstand Rc kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_VIELPUNKT, dann geht es weiter zu Schritt 570, wo die Steuereinheit 14 den Stiftzustand auf VIELPUNKT setzt. Daher berühr ein Benutzer den Digitalisierer 12 mit einem Finger.
Wenn der Kontaktwiderstand Rc, wieder bei Schritt 568, nicht kleiner als die Schwellwertkonstante Rc_VIELPUNKT ist, dann setzt die Steuereinheit 14 den Stiftzustand in Schritt 572 auf UNTEN. Daher wird der Digitalisierer 12 nur durch einen Stift aktiviert. In beiden Fällen 570 oder 572 geht das Verfahren mit Schritt 576 weiter, wo es zu Schritt 584 in Fig. 14 zurückkehrt.

Claims

1. Digitalisierungs-Eingabegerät (12)

mit einer Mehrzahl von Segmenten (27a-f, 408a-f) zur Eingabe handgeschriebener Information, und einer Positionsbestimmungseinrichtung (14) zur Bestimmung der Positionskoordinaten der Aktivierung eines der Segmente (27a-f, 408a-f), gekennzeichnet durch

eine Widerstandsmeßeinrichtung (14) zur Bestimmung des Kontaktwiderstandes Rc am Aktivierungspunkt, und

eine Einrichtung (14) zur Bestimmung eines Betriebsaktivierungszustandes des Digitalisierungs-Eingabegerätes.

2. Digitalisierungs-Eingabegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung des Betriebsaktivierungszustandes den Aktivierungszustand als Einzelpunktkontakt mit einem der Segmente (27a-f, 408a-f) oder als ein VIELPUNKT-Kontakt mit einem der Segmente (27a-f, 408a-f) unterscheidet.

3. Digitalisierungs-Eingabegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungszustand als ein VIELPUNKT- Kontakt mit einem der Segmente (27a-f, 408a-f) bestimmt, wenn der Kontaktwiderstand Rc am Aktivierungspunkt kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist.

4. Digitalisierungs-Eingabegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Schwellwert in der Größenordnung von 10% des Gesamtkontaktwiderstandsbereichs liegt.

5. Digitalisierungs-Eingabegerät weiterhin mit einer Kalibriereinrichtung (14) zum Kalibrieren des Digitalisierungs- Eingabegerätes (12).

6. Verfahren zum Betrieb eines Digitalisierungs-Eingabegerätes mit einer Mehrzahl von Segmenten (27a-f, 408a-f) mit den Schritten der Bestimmung der Positionskoordinaten der Aktivierung eines der Segmente (27a-f, 408a-f), gekennzeichnet durch

Messen des Kontaktwiderstandes Rc am Aktivierungspunkt und

Bestimmung eines Aktivierungszustandes des Betriebs des Digitalisierungs-Eingabegerätes.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung eines Betriebsaktivierungszustandes den Schritt der Unterscheidung des Aktivierungszustandes als Einzelpunktkontakt an einem der Segmente (27a-f, 408a-f) oder als VIELPUNKT-Kontakt mit einem der Segmente (27a-f, 408a-f) enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung eines Aktivierungszustandes den Schritt des Vergleichs des Kontaktwiderstands am Punkt der Aktivierung mit einem vorbestimmten Schwellwert umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand als VIELPUNKT bestimmt wird, wenn der Kontaktwiderstand Rc am Aktivierungspunkt kleiner als 10% des gesamten Kontaktwiderstandsbereichs ist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Initialisierungsschritt der Kalibrierung des Digitalisierungs- Eingabegerätes.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierungsschritt die Schritte enthält:

Beaufschlagung eines ersten Streifens auf einer ersten Schicht durch Anlegen einer Spannungsquelle und einer Masse an dem Streifen zugeordneten Elektroden, Messen der Maximum- und Minimumkoordinaten in einer ersten Richtung des erregten Streifens, Berechnung einer Skalar-Konstante für jede Elektrode des Streifens und Berechnung einer Offset-Konstante für jede Elektrode.