CH661360A5 - Positionsabhaengig beruehrungsempfindliche einrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliche Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zur Verwendung in Verbindung beispielsweise mit einer Kathodenstrahlröhre, um automatisch die Lage einer Berührungsstelle der Einrichtung zu identifizieren.

Berührungsempfindliche Einrichtungen sind bekannt. Bei einer solchen Einrichtung wird ein starres, transparentes Teil benutzt, das auf dem Raster einer Abtast-Wiedergabeeinrichtung liegt. Vom Raster ausgehendes Licht durchläuft normalerweise das transparente Teil in Richtung zu einem Betrachter. Wenn eine Stelle des transparenten Teils berührt wird, wird jedoch Licht nach rückwärts in das und entlang dem transparenten Teil zu einem Lichtdetektor reflektiert. Da das wiedergegebene Bild mittels eines Abtastvorgangs geschrieben wird, identifiziert der Zeitpunkt für das Auftreten der Lichtfeststellung bei jedem Abtastzyklus die genaue Position der Schreibeinrichtung und folglich die Lage der Berührung auf dem Wiedergaberaster. Bei einer Abänderung einer solchen Anordnung wird ein auf dem transpa-s renten Teil aufliegendes flexibles Teil benutzt, um die in das transparente Teil reflektierte Lichtmenge zu erhöhen.

Ein Problem bei solchen bekannten Einrichtungen besteht jedoch darin, dass aufgrund der verhältnismässig kleinen Lichtmenge, die aufgrund der Berührung reflektiert wird, io nur ein schwaches Signal den Lichtdetektor erreicht,

wodurch die richtige Erkennung des Lichtsignals schwierig wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, welcher die vorgenannten Nachteile nicht anhaften.

ls Die erfindungsgemässe Einrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet. Eine solche Deformierung bewirkt, dass ein grosser Anteil des Lichts, das im anderen Fall von der Wiedergabeeinrichtung ausgehend durch das transpa-20 rente Teil hindurchgeht, in dieses zurück reflektiert und dort durch interne Totalreflexion gefangen wird. Das eingefangene Licht kann entlang dem transparenten Teil zu einem Lichtdetektor übertragen werden.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezug-25 nähme auf die Zeichnung beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Schirm einer Kathodenstrahlröhre, auf dem eine Einrichtung nach der Erfindung aufliegt;

30 Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen, bei denen eine Einrichtung nach der Erfindung im unberührten und im berührten Zustand gezeigt ist.

Gemäss Fig. 1 ist eine Einrichtung nach der Erfindung in 35 Verbindung mit einer Kathodenstrahlröhre 20 gezeigt, auf der Bilder (in bekannter Weise) durch zeilenweises Abtasten des Schirms durch einen Elektronenstrahl wiedergegeben werden. Auf dem Schirm liegt ein weiches oder nachgiebiges transparentes Teil 10 mit im wesentlichen parallelen Ober-40 flächen, durch die Licht von dem phosphoreszierenden Schirm fallen kann. Zwischen dem Schirm der Kathodenstrahlröhre und dem Teil 10 ist ein transparentes Abstandsglied angeordnet, beispielsweise ein Netz 31, das einen Luftspalt 30 zwischen dem Teil 10 und dem Schirm der Katho-45 denstrahlröhre definiert. Der Brechungsindex des Teils 10 ist grösser als der von Luft. Einzelheiten des Teils 10 und des Netzes 31 werden später erläutert.

Wenn mit dem Finger oder einem Gegenstand gegen das Teil 10 an einer gewählten Position gedrückt wird, beispiels-50 weise bei der Zahl 6 in Fig. 1, so deformiert sich die Aussen-fläche des Teils 10, und es wird Licht dort eingefangen.

Dieses eingefangene Licht läuft zur Kante des Teils 10 und wird durch Fotodioden 101 festgestellt, wodurch man ein Ausgangssignal erhält, das zur Bestimmung der Berührungs-55 position verwendet werden kann. Diese Bestimmung der Berührungsposition wird erreicht, indem die Position des Elektronenstrahls zum Zeitpunkt des Ausgangssignals festgestellt wird. Einrichtungen zu diesem Zweck sind bekannt, man vergleiche beispielsweise die US-PS 4 305 071. Es 60 können viele unterschiedliche und bekannte Signaldetektoren verwendet werden, von denen einige nicht einmal physikalisch mit dem Teil 10 verbunden sind, um festzustellen, ob Licht eingefangen worden ist.

In Fig. 2 ist gezeigt, wie ein Elektronenstrahl 13 auf die 65 Vorderseite einer Kathodenstrahlröhre 20 auffällt und Lichtstrahlen 21 von der phosphoreszierenden Fläche durch den durch das Netz 31 definierten Luftspalt 30 hindurchtreten und dann die parallelen Flächen 14, 15 des Teils 10 in Rieh-

tung auf die Aussenluft passieren. Der grösste Teil der Lichtstrahlen wird nach aussen in Richtung auf den Betrachter übertragen. Da der Brechungsindex des Teils 10 grösser als der von Luft auf seinen beiden Seiten ist, werden einige Lichtstrahlen jeweils dann zurückreflektiert, wenn sie eine Oberflächengrenze erreichen. Der grösste Teil der Strahlen verläuft jedoch in einer Richtung nahezu senkrecht auf die Oberfläche, so dass viele Reflexionen erforderlich sind,

damit die Strahlen die Detektoren 101 erreichen, wobei der grösste Teil des reflektierten Lichts verloren geht. Es wird zwar also durch die Fotodioden 101 ein Signal aufgrund dieses im Innern gestreuten Lichtes erzeugt, aber das Signal 1 ist verhältnismässig schwach.

Wie in Fig. 3 dargestellt, berührt ein Finger die obere Fläche 14desTeils 10. Diese Berührung erzeugt eine Defor-mierung der Oberfläche, die die Geometrie des Teils 10 verändert, indem eine nach innen gekrümmte Fläche 32 erzeugt wird. Diese gekrümmte Fläche bewirkt dann, dass auffallendes Licht sowohl zurückgestreut als auch zurückreflektiert wird. Das Netz 31 verhindert einen Kontakt zwischen dem Teil 10 und der Kathodenstrahlröhre, wodurch der Luftspalt zwischen ihnen aufrechterhalten bleibt, so dass die nach rückwärts gerichteten Lichtstrahlen nicht die Tendenz haben, wieder in die Kathodenstrahlröhre zurückzukehren.

Einige Lichtstrahlen, beispielsweise der Strahl 33, werden unter einem Winkel reflektiert, der grösser als der kritische Winkel ist. Sie bleiben dann zwischen den Oberflächen des Teils 10 eingefangen und fallen gegebenenfalls auf die Fotodioden 101 auf, wodurch sich ein Ausgangssignal ergibt, das grösser als das durch das gestreute Licht erzeugte Signal ist. Einzelheiten hinsichtlich der Bedeutung des kritischen Winkels für die Lichtreflexion mit Bezug auf das Einfangen und Weiterleiten von Licht mittels eines transparenten Teils sind bekannt. (Man vergleiche beispielsweise US-PS4346 376.) Da die vorliegende Erfindung auf eine Verbesserung der Mittel zum Einfangen von Licht einer Bildwiedergabeein-• richtung gerichtet ist, werden diese nicht bekannten Einzelheiten hier nicht beschrieben.

Das Netz 31 kann weggelassen werden. Wie beschrieben, hat es jedoch die Wirkung, Verluste durch rückwärts gerichtetes Licht zu verringern, so dass es zweckmässig benutzt wird, um die Menge des aufgrund der Berührung eingefangenen Lichtes zu erhöhen.

Die durch die Erfindung erzielte Verbesserung ist die folgende: Mit der starren Platte nach dem Stand der Technik hängt die Menge des nach rückwärts gerichteten Lichts von der Grösse des berührten Flecks und den Reflexionseigenschaften des berührenden Objektes, beispielsweise des Benutzerfingers, ab. Beide Faktoren sind in hohem Masse veränderlich. Beispielsweise hängen die Lichtreflexionseigenschaften in einem gewissen Mass von der Feuchtigkeit des Fingers und von der Grösse und Dicke des Feuchtigkeitsfilms ab, der dabei auf die berührte Fläche aufgebracht wird.

Mit dem nachgiebigen Teil 10 nach der Erfindung ergibt die durch die Berührung erzeugte, gekrümmte Fläche 32 eine wesentlich grössere reflektierende Fläche im Vergleich zu der, die die starre Platte liefert, und die Krümmung der Fläche 32 erhöht wesentlich die Lichtmenge, die nach rückwärts in das und entlang dem Teil 10 gerichtet wird. Zusam-

661 360

mengenommen vergrössern diese Faktoren in hohem Mass die Lichtmenge, die durch das Teil 10 aufgrund einer Berührung eingefangene Lichtmenge.

Das nachgiebige Teil 10 kann aus jedem beliebigen Material bestehen, das weich, leicht deformierbar, transparent und lichtleitend ist, beispielsweise ein bekanntes thermoplastisches Material, wie ein bekanntes Silicon-Elastomer, von denen es eine grosse Vielzahl gibt. Ein Beispiel für ein geeignetes Material ist ein Silicon-Elastomer, das als «Sylgard 184»-Harz bezeichnet wird und von der Firma Dow Corning Co., Vereinigte Staaten von Amerika, verkauft wird. Dieses Material hat einen Brechungsindex von etwa 1,5 und kann in einem sehr weichen und nachgiebigen Zustand mit beispielsweise einer Durometer-Härte (Shore-A) von 20 und weniger erzeugt werden. Die Dicke des Teils 10 ist nicht kritisch, typische Werte liegen zwischen 3 und 6 mm.

Das Netz 31 kann aus einer Vielzahl bekannter, transparenter netz- oder tuchartiger Materialien derjenigen Art erzeugt werden, die für eine Verwendung bei industriellen Sieb- und Filteranwendungen bekannt sind. Beispiele geeigneter Netze sind beschrieben in «General Catalog No. 2000» der FirmaTetko Inc., Elmsford, New York, Vereinigte Staaten von Amerika. Es wird eine verhältnismässig grosse Maschenweite zur Erzielung einer Lichttransparenz benutzt und vorzugsweise schwarze Farbe, um den Bildkontrast durch Verringerung der durch Umgebungslicht bewirkten Reflexion zu verbessern. Ausserdem ist, wenn die Lichtquelle eine Kathodenstrahlröhre oder eine ähnliche Einrichtung ist, das Netz 31 vorzugsweise elektrisch leitend, um eine elektrostatische Abschirmung der Kathodenstrahlröhren-Stirnplatte zu bewirken. Eine solche elektrische Leitfähigkeit kann durch Verwendung von metallischen Fasern im Netz 31 oder durch eine elektrisch leitende Beschichtung erzielt werden. Es können auch geätzte metallische Filme für das Netz 31 verwendet werden.

Ein beispielhaftes Netz hatte die folgenden Eigenschaften :

Material-carbonisierter Nylonfaden;

Fadendurchmesser - 53 jim ;

Netzgewicht - 26,9 g je m: ;

Webmuster - quadratisch ;

Maschenzahl - 145 Maschen;

Nennöffnung- 130 (im:

Öffnungsanteil - 49%.

Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung Pfeile an den Lichtstrahlen dargestellt sind, um eine bestimmte Ausbreitungsrichtung anzuzeigen, sind Lichtwege immer umkehrbar. Demgemäss kann eine duale Ausführung der hier beschriebenen Einrichtung dadurch erzeugt werden, dass der abgetastete Wiedergabeschirm durch eine abgetastete Fotodetektoranordnung ersetzt wird.

Die positionsabhängig berührungsempfindliche Einrichtung der hier beschriebenen Art kann ausserdem Kräfte feststellen, da die Eindrückung (und folglich die Menge des eingefangenen Lichtes) mit zunehmender Kraft grösser wird. Ausserdem bewegt sich mit zunehmender Kraft der Boden der Eindrückung näher an die Lichtquelle, wodurch ebenfalls die Menge der eingefangenen Lichtenergie zunimmt.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

B

1 Blatt Zeichungen

Claims (10)

661360 PATENTANSPRÜCHE

1. Berührungsempfindliche Einrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer Signalquelle (20), gekennzeichnet durch einen transparenten Teil (10) mit im Abstand angeordneten Flächen (14,15), die so angeordnet sind, dass ein Teil von zwischen die Flächen eingeführten Signalen (21) in der Einrichtung durch innere Totalreflexion zwischen den Flächen als Ergebnis einer durch Berührung der einen Fläche (14) hervorgerufenen Deformation dieser Fläche mit Bezug auf die andere Fläche ( 15) als eingefangene Signale (33) zwischen diesen Flächen reflektiert werden und durch eine signalempfindliche Vorrichtung ( 101 ), die ein von den eingefangenen Signalen (3) ausgelöstes Ausgangssignal liefert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Teil der eingeführten Signale (21) durch die Flächen (14,15) hindurchläuft.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (14,15) vor der Berührung im wesentlichen parallel zueinander sind und dass die Innenseite der deformierten Fläche ( 14) eine Konvexfläche (32) mit Bezug auf die eingeführten Signale (21 ) bildet.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Koordinierung der Position der eingefangenen Signale (33) auf den Flächen mit dem Ausgangssignal, um die genaue Position der Berührung auf der Fläche zu bestimmen.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle eine Kathodenstrahlröhre (20) ist und dass die zwischen die Flächen (14, 15) eingeführten Signale (21) Lichtsignale von der Kathodenstrahlröhre sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstandsvorrichtung (31) zwischen den transparenten Teil (10) und die Kathodenstrahlröhre (20) eingebracht ist, um das Vorhandensein eines Luftspaltes (30) auch bei einer Berührung der Fläche sicherzustellen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsvorrichtung ein transparentes Netz (31) ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsvorrichtung (31) elektrisch leitend ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die signalempfindliche Vorrichtung (101) wenigstens eine Lichtdetektordiode enthält.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die signalempfindliche Vorrichtung (101) optische Fasern enthält.