JP4620682B2 - 特に医療技術装置のためのタッチセンス入力装置およびタッチセンス入力装置用の障害検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に医療技術装置、好ましくは人工心肺装置または人工呼吸装置などの生命維持システムのためのタッチセンス入力装置、およびタッチセンス入力装置用の障害検出装置に関する。

医療技術装置を確実に操作し監視するために、これらの装置は、ユーザが装置の動作状態を分かりやすいやり方で判断でき、制御要素を使用して装置の動作に介入することを可能にする表示および制御装置が備えられなければならない。したがって、たとえば人工心肺装置（heart-lung machines）には、それぞれ異なるユニット、たとえば血液ポンプや人工肺用の表示および制御要素が備えられ、この表示および制御要素を介してユーザはＨＬＭユニットの動作を監視し、それに影響を及ぼすことができる。さらに、表示および制御要素は、様々なセンサ、たとえば補充レベル・センサ、温度センサまたは気泡検出器用に設けられ、表示および制御要素上でユーザは、センサによって測定された値を読み出し、それらが超過され、または達せられない場合のアラームまたは別の反応をトリガする制限値を設定することができる。ＨＬＭでは、これらの表示および制御要素は最近、ユーザが人工心肺装置全体の動作をある位置から明らかに監視し制御することができるようにするため、表示と制御パネルの形でしばしば組み合わせられている。

本明細書で論じる、このタイプの表示および制御パネルは、プログラム制御された画面およびキーボード・ユニットを使用してますます実装されている。最近、これらのユーザ・インターフェース（ＧＵＩ=graphical user interface：グラフィカル・ユーザ・インターフェース）は、ＬＣＤ表示インターフェース（タッチ・スクリーン）上のタッチセンス入力インターフェースと組み合わせたＬＣＤ表示の形で使用されている。これは、ユーザが表示装置上の値を読むことができるだけでなく、ボタン、スイッチまたはレギュレータが示される領域内で表示インターフェースに接触することによって、表示上に示されるボタン、スイッチまたはレギュレータを操作することもできることを意味する。

この類のタッチ・スクリーンＧＵＩユニットの使用は、複雑なシステムでも単純に操作することを可能にするため、具体的には制御要素の数を減らし、それによって制御オプションのコンテキスト依存型の設計、およびシステムによる状況依存型のサポートを用いてますます分かりやすくしている。またこのタイプのＧＵＩユニットは、生産に関して、具体的には大量の場合に利点をもたらす。しかし、これは、ＧＵＩユニットを使用する場合に表示上の欠陥によってシステム制御を完全に失うことになり得るという欠点をもつ。完全な障害が発生すると、ＧＵＩユニットを介したユーザとの対話はもはや不可能となる。また、部分的な障害でも、医療技術装置の動作可能性の許容し得ない低下をもたらし得る。この点で、タッチセンス入力装置は性質上、機械的な欠陥に対して脆弱であることに注意する必要がある。

これは具体的には、いわゆる４ワイヤ技術を使用した、頻繁に使用される抵抗タッチセンス入力装置に適用可能である。その単純な設計および低コストにより４ワイヤ技術の抵抗タッチセンス入力装置は、医療技術装置の構成要素として、とりわけほとんどの場合において完全に十分である達成可能な解決策として興味深いものでもある。しかし、医療技術装置、とりわけ、生命維持システムの分野の場合は、非常に高い要件が、確実性および信頼性に課される。しかし、一般に、抵抗タッチセンス入力装置は、これらの要件を満たすことができない。

抵抗タッチセンス入力装置の場合、２つの障害群の間に区別がなされる。一方では、タッチセンス入力装置は完全に故障し得る。それが起こり得る原因は、少なくとも１つの線の回線中断、２つの線間の短絡、評価回路の障害または電圧障害である。誤動作は通常、タッチセンス入力インターフェースがタッチされるとき、すなわち入力が行われるときにしか認識されない。他方は、抵抗タッチセンス入力装置では、機能の変化が生じ得る点である。その起こり得る原因は、抵抗層の耐性変化、接続／ポートに対する変化である。その変化によって、接触点が入力中に不正確に判断されることになり、最悪の場合、意図されるものと異なる操作が行われてしまう。このような場合もその障害は、タッチセンス入力インターフェースが接触されるとき、すなわち入力が行われるときにしか認識されない。

上記内容に鑑みて、本発明の目的は、誤作動への参照、また好ましくは補正が行うために、前もって、上記で指定したタイプの誤動作の発生を如何に提示するかを示すことである。

この目的は、請求項１の特徴を伴うタッチセンス入力装置、ならびに請求項１４の特徴を伴うタッチセンス入力装置用の障害検出装置を用いて達成される。有利な実施形態については、下位クレームに記載されている。

以下、本発明を、図面を参照して、実施形態の例を用いてさらに詳しく説明する。

本発明によるタッチセンス入力装置の実施形態の諸実施例について説明するため、図１に従い、４ワイヤ技術の抵抗タッチセンス入力装置の基本設計を示す。導電性であるが抵抗性の被膜を備えた２つのプレート１０および２０が、一方が他方の上に置かれ、互いに微小距離だけ隔てて配置されている。この距離は、たとえばフレームの形成および表面の形成、例えば支持点の形成する際の適当なスペース支持部で保証される。しかし、図１に示すものは、２つのプレート１０および２０は、構造を示すために、互いから明らかな距離を置いて示されている。２つの導電性の被膜１１および２１は互いに対面している。少なくとも一方のプレートは柔軟性を有するので、タッチ時には、その導電性の被膜１１および２１を備えたプレートが、そのタッチ点の領域で互いに接触するように、接触時にプレートの間の距離が解消される。通常、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ：indium-tin-oxide）が、導電被膜として使用される。

導電被膜の対向する２つの端上には、一般には、銀製であるバス・コネクタ１２と１３または２２と２３がそれぞれ設けられており、これらのバス・コネクタは、導電被膜１１または２１と接触し、またこれらのコネクタに、評価装置３０を接続するための接続リード１４と１５または２４と２５がそれぞれつながっている。２つのプレート１０および２０は、バス導体の２つの対１２と１３または２２と２３は、相対的に９０度回転して互い配置されている。これにより、導電被膜によって定められる領域がＸとＹの両方向で評価され、またこの領域内のタッチ点が判断されることを可能にする。

本発明について説明においては、バス導体は、プレート上またはそれに配置されており、またプレートの導電層に接続されている如何なるタイプの電極を意味することを理解されたい。また、バス導体は、図示するようにプレートの側辺の全長にわたって全体的にまたは大部分に伸びる導体／電極の形で、あるいはたとえば隅の別の点に配置されており、かつ／または別のサイズおよび／もしくは形状を有し、それと接触するためにプレートの導電層上にある導体／電極の形でも実現され得る。

図２は、障害検出装置によって補足された図１の装置に対する本発明による一実施形態を示している。本発明によるタッチセンス入力装置は、従来の評価回路３０、または、
本発明によるタッチセンス入力装置が出力端子３１を介してアクティブ領域上のタッチ点の判断結果を提供する機能を備える。

さらに、本発明によるタッチセンス入力装置は、第１および第２の測定装置３２および３３を備える。これら測定装置の測定のためのコネクタは、バス導体１２と１３または２２と２３の接続リード１４と１５または２４と２５に接続される。さらに、測定装置３２および３３は、有利には、それぞれが第１の出力端子３２ａおよび３３ａを備える。これら第１の出力端子３２ａ、３２ｂには、２つの測定装置３２および３３が測定を実施するときに信号が常に出力される。２つの測定装置３２および３３の第１出力からの信号は評価回路３０に供給される。この評価回路３０は、これらのための１つの入力を有し、また信号がこの入力に加えられるときには評価を実施せず、２つの測定装置３２および３３による測定の際、バス導体１２と１３、又は、２２と２３のための接続リード１４と１５、又は、２４と２５を解放する。

２つの測定装置３２および３３は反復測定を実施する。このため、まず、第１測定装置３２は、第１出力端子３２ａからの対応する信号を評価装置３０に送信する。次いで、測定装置３２は、基準信号、原則としては基準電圧または基準電流を、その測定コネクタに接続された接続リード１４と１５に印加し、測定電流または測定電圧である基準信号からもたらされる値を測定する。測定された値は、第１プレート１０上の導電被膜１１によって決定される。第１測定装置３２は、その測定値を第２出力端子３２ｂを介して監視装置３４に転送する。監視装置３４はまず、送信された測定結果を不揮発性メモリ３５内に格納する。次いで、第１測定装置３２は、その測定を終了し、第１出力端子３２ａの信号をオフにする。続いて、第２測定装置３３は、対応する信号を第１出力端子３３ａから評価装置３０に送信する。そして、第２測定装置３３は、基準信号、この場合も原則として基準電圧または基準電流を、その測定コネクタに接続された接続リード２４と２５に印加し、この場合も測定電流または測定電圧である基準信号からもたらされる値を測定する。この測定値は、第２プレート２０上の導電被膜２１によって決定される。第２測定装置３３もまた、その測定値を第２出力端子３３ｂを介して監視装置３４に転送する。監視装置３４はこの場合も、送信された測定結果を不揮発性メモリ３５内に格納する。次いで、第２測定装置３３は、その測定を終了し、第１出力端子３３ａの信号をオフにする。この後、評価装置３０は、タッチセンス入力領域の評価を再び開始し、測定装置３２および３３による更なる測定を実施するまで、その評価を継続する。ここでの測定のサイクルは、適用環境に基づくものであり、評価装置の機能および接触点の判断が損なわれない限り、大部分自由に決定され得る。

既に得られているのであれば新しい結果値を格納した後に、監視装置は、以前に格納した１つまたは複数の結果値をメモリ３５から読み出す。そして監視装置３４は、読み出された結果値を、たとえば第１測定装置によって最も最近に送信された結果値と比較し、それが予め設定された状況を示す場合には、障害を示す信号を出力端子３６を介して送信する。

監視装置３４は、最近測定されメモリ内に格納された結果値を読み出すことと、ずっと前に測定された結果値を監視に含めることの両方を行うことができるように、結果値を非常に長い期間の間メモリ３５内に格納することが可能である。有利には、この時間範囲はタッチセンス入力装置の使用開始時（commissioning)と同じくらい前に遡るものである。適切な格納アルゴリズムとしては、有利には、さらに過去に遡るものからの結果値、比較的低周期、いわば間引いて格納することである。これは、過度に大きいメモリを提供する必要なしに、タッチセンス入力装置のライフサイクルの当初の測定値が格納されたままであるようにすることが可能であることを意味する。結果値は、たとえば測定された値が時間とともに非連続的に分布するように適切に削除されまたは上書きすることが可能である。いずれの場合にも、メモリ３５内の測定値の削除または上書きによって、記憶域が現在の測定値のために再び使用されることが可能となる。あるいは、長期および短期の測定値のためにメモリ３５内にそれぞれ異なる領域を設けることも可能である。この場合、定期的に判断され測定された値、たとえば１０００個ごとに結果値が短期領域から長期領域へと移せばよい。

監視装置は、最近測定された結果値を使用し、たとえばケーブル破損や導電被膜間の短絡などの短期的な障害があるかどうか判断する。格納された長期の結果値によって、ゆっくり発生する障害、たとえば連続的な負荷のせいでドリフトまたは変化によって引き起こされる障害の検出が可能となる。

監視装置３４による障害の検出および信号伝達に加えて、格納された結果値を評価回路３０からの出力信号に対する補正のために使用して、変化を補償することも可能である。このため、図３に示す本発明の実施形態の他の例では補正装置３７が設けらる。この補正回路３７には、評価装置３０からの出力信号３１および監視装置３４からの出力信号３６が供給される。そして、この補正装置３７は、ここで示す例では、障害信号３６が存在する場合に結果値を読み出すため、少なくとも直接読出しのために不揮発性メモリ３５に接続される。メモリから読み出された測定値に基づいて、補正装置３７は、評価装置３０からの出力信号３１を補正し、補正された出力信号を出力３１’に送信する。

測定装置３２および３３は、第１プレート１０の導電被膜１１での測定と第１プレート２０の導電被膜２１での測定の両方を交互に実施する１つの測定装置で形成するように組み合わせられ得る。これに加えて、監視装置内の組み合わされた測定装置または個々の測定装置３２、３３と、評価装置３０’内の監視装置３４を統合するために、さらなる統合が用いられ得る。

監視装置３４の監視および信号伝達（signaling）機能は、実際の監視装置３４またはメモリ３５内に適切なやり方でファイルされるプログラムの形で実現されることができ、監視装置３４によって処理され得る。

図４は、本発明によるタッチセンス入力装置の実施形態のさらなる例を示している。実施形態のこの例は、導電層を備えた第２プレート２０上に４つのバス導体１２２、１２３、１２６および１２７を備え、これらのバス導体は接続リード１２４、１２５、１２８および１２９を介して評価回路３０に接続される。さらに、評価回路３０は第１プレート１０上の２つの電極のうちの少なくとも１つに接続される。図４は、接続リード１１５を介した評価回路３０と第２バス導体１１３の間の接続を示している。ここまで述べてきた接続は、５ワイヤ技術のタッチセンス入力装置の基本構造に対応する。本発明によれば、図４に示す実施形態の例では、第１測定装置３２は、第１プレート１０上の第１バス導体１１２および第２バス導体１１３に接続される。第２測定装置３３は、第２プレート２０上の第３バス導体１２２および第４バス導体１２３に接続される。そうでない場合、実施形態のこの例では、この設計は、図２および図３の実施形態の上述した各例に対応する。ここでは、これらの図および関連する説明に言及する。

実施形態の２つの例と同様に、２つの測定装置３２および３３は反復測定を実施する。このため、まず対応する信号が、第１出力３２ａで第１測定装置３２から評価装置３０に送信される。次いで、測定装置３２は、基準信号、原則として基準電圧または基準電流を、その測定コネクタに接続された接続リード１１４と１１５に印加し、測定電流または測定電圧である基準信号からもたらされる値を測定する。測定された値は、第１プレート１０の導電被膜１１によって決められる。第１測定装置３２は、測定された値を第２出力３２ｂを介して監視装置３４に転送する。監視装置３４はまず、送信された測定結果を不揮発性メモリ３５内にファイルする。次いで、第１測定装置３２は、その測定を終了し、第１出力３２ａの信号をオフにする。この後、対応する信号が第１出力３３ａで第２測定装置３３から評価装置３０に送信され、第２測定装置３３は基準信号、この場合も原則として基準電圧または基準電流を、その測定コネクタに接続された接続リード１２４と１２５に印加し、この場合も測定電流または測定電圧である基準信号からもたらされる値を測定する。測定された値は、第２プレート２０上の導電被膜２１によって決まる。第２測定装置３３もまた、測定値を第２出力３３ｂを介して監視装置３４に転送する。監視装置３４はこの場合も、送信された測定結果を不揮発性メモリ３５内にファイルする。次いで、第２測定装置３３は、その測定を終了し、第１出力３３ａでの信号をオフにする。この後、評価装置３０は、タッチセンス入力表面の評価から再び開始し、測定装置３２および３３が、更なる測定を実施するまで、その評価を継続する。

測定結果の評価、および個々の構成要素を他の構成要素の統合部分として構成することに関しては、実施形態の先の２つの例の説明を、本実施形態の第３の例にも適用できる。というのは、対応する評価と統合を本第３の例にも実施できるからである。

上述のタイプの従来型タッチセンス入力装置は、測定装置と監視装置とメモリとを備える本発明による障害検出装置によって補足され得ることが明らかである。このように、これらの構成要素に対して製造は制限されることができ、既存の入力装置を改良して組み込むことが可能である。

タッチセンス入力装置の基本的な構造を示す図である。 障害検出装置を備える本発明によるタッチセンス入力装置の実施形態の第１の例を示す図である。 本発明によるタッチセンス入力装置の実施形態の第２の例を示す図である。 本発明によるタッチセンス入力装置の実施形態の第３の例を示す図である。

Claims (19)

1. ａ．対向する第１および第２のバス導体（１２、１３；１１２、１１３）が設けられ、第１の導電被膜（１１）を備えた第１のプレート（１０）、および
   ｂ．対向する第３および第４のバス導体（２２、２３；１２２、１２３）が設けられ、第２の導電被膜（２１）を備えた第２のプレート（２０）と、
   ｃ．ここで、前記第１、第２のプレート（１０、２０）は、導電被膜（１１、２１）が互いに対向するように互いにある距離を置いて配置されている、
   ｄ．前記第１プレート（１０）の前記バス導体（１２、１３：１１２、１１３）に電圧を印加し、前記第１導電被膜からもたらされる電流を第１の測定値として判断する第１の測定装置（３２）と、
   ｅ．前記第２プレート（２０）の前記バス導体（２２、２３：１２２、１２３）に電圧を印加し、前記第２導電被膜からもたらされる電流を第２の測定値として判断する第２の測定装置（３３）と、
   ｆ．監視装置（３４）であって、
   ｉ．この監視装置に、前記第１、第２の測定装置が前記第１および第２測定値を送信し、
   ｉｉ．送信されてきた、測定された電流値をメモリ（３５）内に格納し、
   ｉｉｉ．前記測定された電流値を互いに比較し、
   ｉｖ．前記比較から判断される差に基づいて前記入力装置の誤動作を判断し知らせる監視装置と
   を備えることを特徴とするタッチセンス入力装置。
2. 前記第１，第２のプレート（１０、２０）は、前記第１および第２バス導体（１２、１３）が第１の座標方向（Ｘ）に配置され、前記第３および第４バス導体（２２、２３）が第２の座標方向（Ｙ）に配置され、また導電被膜によって定められる領域内の接触点を判断するために前記第１から第４バス導体（１２、１３、２２、２３）にそれぞれ接続された接続リード（１４、１５、２４、２５）を介して接続された評価装置（３０）が、導電被膜によって定められる領域内の接触点を判断するために設けられるように配置されることを特徴とする請求項１に記載のタッチセンス入力装置。
3. 前記第１と前記第２測定装置（３２、３３）が、前記第１または前記第２プレート（１０、２０）の前記導電被膜での測定を交互に実施する１つの測定装置を形成するように組み合わされることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第１または第２測定装置（３２、３３）が前記監視装置（３４）内に組み込まれることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記監視装置（３４）が前記評価装置（３０’）内に組み込まれることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記監視装置（３４）は、短期の誤動作を検出するために短期間前に格納された測定値にアクセスし、かつ／または長期の誤動作を識別するためにより長い期間前に格納された測定値にアクセスすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記監視装置（３４）は、新しい測定値の格納のための対応する記憶域を解放するために、前記メモリから所定の時間前に格納された測定値を削除し、かつ／または、このタイプの測定値を新しい測定値で上書きすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記評価装置（３０）からの出力信号、および誤動作を知らせる前記監視装置（３４）からの出力信号が供給される補正装置（３７）を備え、当該補正装置（３７）は前記メモリ（３５）内に格納された測定値に基づいて前記評価装置（３０）からの前記出力信号を補正し、補正された出力信号を出力することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記測定装置（３２、３３）は、評価装置（３０）に送るため、出力端子（３２ａ、３３ａ）に信号を発し、この信号により、前記評価装置（３０）が導電被膜によって定められる領域内の前記接触点の判断を中断されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記メモリ（３５）は不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
11. タッチセンス入力装置のための障害検出装置であって、当該タッチセンス入力装置は、 第１の導電被膜（１１）を有し、対向する位置に第１、第２のバス導体（１２、１３；１１２，１１３）を有する第１のプレート（１０）と、
    第２の導電被膜（２１）を有し、対向する位置に第３、第４のバス導体（２２、２３；１２２，１２３）を有する第２のプレート（１０）とを備え、
    前記第１、第２のプレート（１０、２０）が、互いに対面し、ある距離を置いて互いの上に配置されたている；
    前記障害検出装置は、
    ａ．前記第１プレート（１０）上の前記バス導体（１２、１３：１１２、１１３）に電圧を印加し、前記第１導電被膜からもたらされる電流値を第１の測定値として判断するように構成された第１の測定装置（３２）と、
    ｂ．前記第２プレート（２０）上の前記バス導体（２２、２３：１２２、１２３）に電圧を印加し、前記第２導電被膜からもたらされる電流値を第２の測定値として判断するように構成された第２の測定装置（３３）と、
    ｃ．監視装置（３４）であって、
    ｉ．この監視装置（３４）に、前記各測定装置が前記第１および第２測定値を送信し、
    ｉｉ．前記送信されてきた、測定された電流値をメモリ（３５）に格納し、
    ｉｉｉ．前記測定された電流値を互いに比較し、
    ｉｖ．前記比較から判断される差に基づいて前記入力装置の誤動作を判断し、知らせる監視装置とを備えることを特徴とする障害検出装置。
12. 前記第１と前記第２測定装置（３２、３３）は、前記第１または前記第２プレート（１０、２０）の前記導電被膜での測定を交互に実施する１つの測定装置を形成するように組み合わされることを特徴とする請求項１１に記載の障害検出装置。
13. 前記第１または第２測定装置（３２、３３）は、前記監視装置（３４）内に組み込まれることを特徴とする請求項１１または１２に記載の障害検出装置。
14. 前記監視装置（３４）は評価装置（３０’）内に組み込まれることを特徴とする請求項１１、１２または１３のいずれか１つに記載の障害検出装置。
15. 前記監視装置（３４）は、短期の誤動作を検出するために短期間前に格納された測定値にアクセスし、かつ／または長期の誤動作を識別するためにより長い期間前に格納された測定値にアクセスすることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の障害検出装置。
16. 前記監視装置（３４）は、新しい測定値の格納のための対応する記憶域を解放するために、前記メモリから所定の時間前に格納された測定値を削除し、かつ／またはこのタイプの測定値を新しい測定値で上書きすることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の障害検出装置。
17. 前記評価装置（３０）からの出力信号、および誤動作を知らせる前記監視装置（３４）からの出力信号が供給される補正装置（３７）を備え、当該補正装置（３７）は前記メモリ（３５）内に格納された測定値に基づいて、前記評価装置（３０）からの前記出力信号を補正し、補正された出力信号を出力することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の障害検出装置。
18. 前記測定装置（３２、３３）は、評価装置（３０）に送るため、出力端子（３２ａ、３３ａ）に信号を発し、この信号により、前記評価装置（３０）は導電被膜によって定められる領域内の前記接触点の判断を中断されることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の障害検出装置。
19. 前記メモリ（３５）が不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の障害検出装置。

Images