BE1007462A3

BE1007462A3 - Dataverwerkings inrichting met aanraakscherm en krachtopnemer.

Info

Publication number: BE1007462A3
Application number: BE9300875A
Authority: BE
Inventors: Kofi A A Makinwa; Theunis S Baller
Original assignee: Philips Electronics Nv
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-07-04
Also published as: US5510813A; DE69421478T2; EP0640936A1; JP3681771B2; JPH0764725A; DE69421478D1; EP0640936B1

Abstract

Een dataverwerkings inrichting is voorzien van een aanraakscherm met een aanraak-positieopnemer. De positie opnemer is ingericht om een positie van aanraking van het scherm op te nemen uit verandering in een stroompatroon in een geleidend paneel. De inrichting bevat tevens een aanraak-krachtopnemer voorzien van een tweede geleidende paneel nagenoeg evenwijdig met het aanraakscherm. Het scherm is ten opzichte van het tweede paneel in een richting dwars op het tweede paneel tenminste voor een deel beweegbaar. De krachtopnemer is ingericht voor het bepalen van een kracht uit een capaciteitswaarde tussen het aanraakscherm en het tweede paneel. De inrichting is ingericht voor gecombineerde verwerking van de bij een aanraking opgenomen positie en kracht.

Description

Dataverwerkings inrichting met aanraakscherm en krachtopnemer.

De uitvinding heeft betrekking op een dataverwerkings inrichting, voorzien van een aanraakscherm met een aanraak-positieopnemer die een eerste geleidend paneel bevat en is ingericht om een positie van aanraking van het scherm op te nemen uit verandering in een stroompatroon in het eerste paneel. Een dergelijke dataverwerkings inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift nummer US 4, 853, 498.

Bij gebruik legt de positieopnemer bijvoorbeeld op meerdere plaatsen op het eerste paneel eenzelfde electrische spanning aan. Bij aanraking of nadering van het paneel met een vinger of enig ander tenminste enigszins geleidend voorwerp ontstaat dan een capacitief effect, waardoor er stroom uit het paneel wegloopt. Door te meten hoeveel van die stroom er loopt uit de verschillende plaatsen waar de spanning op het paneel wordt aangelegd kan de positieopnemer de positie waar het aanraakoppervlak is aangeraakt of benaderd afleiden.

Het is voordelig tegelijk met de positie ook de kracht van de aanraking te bepalen. Men kan dan bijvoorbeeld evenredig met de gebruikte kracht de dikte van met behulp van de positie opnemer getrokken lijnen instellen, op basis van verschillende krachten onderscheid maken tussen verschillende soorten gebruik, zoals besturing van cursor bewegingen of icoon selectie, een selectie van een menu item laten bevestigen door extra kracht uit te oefenen.

De uitvinding stelt zieh ten doel te voorzien in een dataverwerkings inrichting die ingericht is om bij aanraking samen met de aanraakpositie ook de aanraakkracht te meten.

EMI2.1

De dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de inrichting een aanraak-krachtopnemer bevat, voorzien van een tweede geleidende paneel nagenoeg evenwijdig met het aanraakscherm, welk scherm ten opzichte van het tweede paneel in een richting dwars op het tweede paneel tenminste voor een deel beweegbaar is, dat de krachtopnemer is ingericht voor het bepalen van een kracht uit een capaciteitswaarde tussen het aanraakscherm en het tweede paneel, en dat de inrichting is ingericht voor gecombineerde verwerking van de bij een aanraking opgenomen positie en kracht. Het aanraakscherm en het tweede paneel vormen respectieve platen van een condensator. Bij uitoefening van een kracht op het aanraakscherm bewegen deze platen naar elkaar toe, waardoor de capaciteitswaarde van de condensator verandert.

De capaciteitswaarde is zodoende een volledig electronisch meetbare maat voor deze kracht.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het aanraakscherm tussen het eerste en tweede paneel een derde geleidend paneel bevat, en dat de krachtopnemer is ingericht om een verandering van de capaciteitswaarde te bepalen door middel van een stroom die uit het eerste en/of tweede paneel naar het derde paneel voor het op- van de capaciteit tussen het derde paneel enerzijds en het eerste en/of tweede paneel anderzijds.

De meting van de capaciteitswaarde bij uitoefening van een aanraakkracht kan verstoord worden door de capaciteit van de vinger of het andere voorwerp waarmee het scherm wordt aangeraakt of benaderd. Zodoende is de bepaling van de kracht niet eenduidig.

Deze aanraakeffecten worden geëlimineerd door alleen de stroom te meten naar het derde paneel dat een tussenliggende laag vormt.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het eerste en derde paneel ten opzichte van het tweede paneel beweegbaar zijn en dat de krachtopnemer is ingericht om op het eerste en derde paneel eenzelfde electrisch meetspanningssignaal ten opzichte van het tweede paneel aan te leggen. Door dezelfde meetspanningen op de het eerste en derde paneel aan te leggen wordt verzekerd dat veranderingen in de stroom naar het eerste paneel alleen een gevolg zijn van de aanraakcapaciteit, terwijl veranderingen in de stroom naar het derde paneel alleen een gevolg zijn van de uitgeoefende kracht. Het

meetspannings signaal hoeft slechts een component te betreffen van de electrische spanning die tussen de panelen staan.

Het meetspanningssignaal kan bijvoorbeeld een spectrale component zijn van de spanning die tussen de panelen en de laag staat. De overige componenten van de spanning hoeven niet hetzelfde te zijn.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het eerste en derde paneel op onderling tegenoverliggende hoofdoppervlakken (faces) van een substraat zijn aangebracht. Het substraat kan bijvoorbeeld een glazen plaat zijn. Dit is eenvoudig uitvoerbaar en zorgt voor een goede mechanische overdracht van de aanraakkracht van het aanraakoppervlak op het derde paneel.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het tweede en derde paneel nagenoeg star ten opzichte van elkaar aangebracht zijn en dat de krachtopnemer is ingericht om op het tweede en derde paneel eenzelfde meetspanningssignaal ten opzichte van het eerste paneel aan te leggen. Dit reduceert storingen van de meting van de aanraakkracht, die veroorzaakt worden door stromen naar het tweede paneel, en die met name kunnen optreden als het tweede paneel zich nagenoeg aan een buitenkant van de inrichting bevindt.

In principe kunnen de randen van het aanraakscherm mechanisch gefixeerd worden ten opzichte van het tweede paneel. De aanraakkracht uit zich dan door een verschil in doorbuiging van het aanraakscherm en geleidende laag. Op deze wijze is de krachtopnemer eenvoudig en robuust te realiseren. Het is echter mogelijk dat in dit geval de gevoeligheid van de krachtopnemer te gering is wanneer het scherm langs de rand wordt aangeraakt. Ook bij gebruik van een weinig buigzaam aanraakscherm kan de gevoeligheid te gering zijn.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het aanraakscherm en het tweede paneel verend met elkaar verbonden zijn. Zodoende kan het aanraakscherm als geheel ten opzichte van het tweede paneel bewegen, en treden de bovengenoemde gevoeligheidsproblemen niet op.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het aanraakscherm buigbaar is, en dat de krachtopnemer ingericht is om de aanraakkracht onder correctie van een opgenomen aanraakpositie uit de gemeten capaciteitswaarde te bepalen. De mate waarin een laag verbuigt hangt zowel van de uitgeoefende kracht af als van de positie waarde kracht

wordt uitgeoefend. Als de randen van de laag gefixeerd zijn zal de verbuiging toenemen naarmate de kracht verder van de randen uitgeoefend wordt. Voor een kwantitatieve krachtmeting is het nodig hiervoor te corrigeren. Bij voorkeur gebruikt men hiervoor de aanraakpositie zoals deze met het aanraakoppervlak gemeten is.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding die een beeldweergave oppervlak bevat met daarop stuurelectroden voor het sturen van een beeldpatroon heeft het kenmerk, dat de stuurelectroden deel uitmaken van het tweede en/of derde paneel. Op deze wijze laat de krachtopnemer zich combineren met bijvoorbeeld een Liquid Crystal Display scherm (LCD), zonder dat een apart tweede paneel nodig is. De stuurelectroden van een LCD zijn opgebouwd uit een aantal lijnelectroden. Bij gebruik voor de krachtopnemer hebben alle stuurelectroden nagenoeg hetzelfde electrische spanningsverschil ten opzichte van de andere panelen, tenminste wat betreft het meetspanningssignaal (dat, zoals gezegd, slechts een component van de electrische spanning tussen de panelen hoeft te zijn).

Uiteraard kunnen de verdere spannings componenten op de lijnelectroden verschillende stuurspanningen bevatten voor het LCD.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de krachtopnemer ingericht is om de capaciteitswaarde te meten door middel van een wisselspanning met een frequentie die tussen harmonischen van een lijnfrequentie voor aansturing van de stuurelectroden ligt. De capaciteitswaarde is met wisselspanning eenvoudig meetbaar. Het gebruik van wisselspanning maakt het mogelijk door selectieve filtering (bijvoorbeeld met behulp van synchrone demodulatie) storing van de krachtmeting tengevolge van andere signalen, zoals de lijnfrequentie van het display, te voorkomen. Bij een lijnfrequentie van 15625 Hz kan bijvoorbeeld een meetfrequentie van 22 kHz gebruikt worden.

Meestal zijn de bronnen die de krachtmeting kunnen verstoren, zoals de lijnaansturing van het display interface of de display belichting (die meestal op frequenties hoger dan 25kHz aangestuurd wordt) vooraf bekend. In dat geval kan vooraf een geschikte meetfrequentie gekozen worden.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat deze is ingericht voor het verrichten van storings metingen voor meerdere frequenties van de wisselspanning, in absentie van detectie van aanraking van het aanraakoppervlak, en voor het kiezen van een relatief storings armere

EMI5.1
frequentie voor gebruik bij de meting van de capaciteits waarde. In dit geval kan ook met onbekende stoorbronnen, bijvoorbeeld display belichting met een niet vooraf gespecificeerde frequentie, een geschikte meetfrequentie gekozen worden. De detectie van de aanraking kan bijvoorbeeld met behulp van de aanraak positie-opnemer gebeuren.

De selectie van de meetfrequentie kan eenmalig bij assemblage of herhaald, bij gebruik uitgevoerd worden. Tevens kan men bij absentie van detectie van aanraking de capaciteitswaarde bij afwezigheid van een uitgeoefende kracht meten. Deze dient dan als referentie bij het berekenen van de uitgeoefende kracht uit de capaciteitswaarde.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het tweede of derde paneel een stelsel van geleiderbanen voor een magnetische pen-positieopnemer vormt. Op deze wijze laat de kracht opnemer zich met het aanraakoppervlak en een magnetische positie opnemer combineren.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding die een beeldweergave oppervlak bevat en is ingericht om in response op de aanraking een beeldpatroon te genereren op een locatie op het beeldweergave oppervlak die correspondeert met de opgenomen aanraakpositie heeft het kenmerk dat de inrichting is ingericht om de grootte van het beeldpatroon te doen toenemen naarmate de opgenomen kracht groter is. Voor het trekken van lijnen kan het beeldpatroon bijvoorbeeld een brush element zoals een cirkel zijn. Dit patroon blijft staan als de aanraakpositie verandert zodoende kan de gebruiker door de aanraakpositie langs het scherm te bewegen en daarbij de kracht te varieeren lijnen met variabele dikte trekken.

Een uitvoeringsvorm van de dataverwerkings inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de inrichting is ingericht om de opgenomen kracht te vergelijken met meerdere drempelwaardes, en afhankelijk van welke drempelwaardes overschreden zijn verschillende bewerkingen uit te voeren. Zo kan men de kracht bijvoorbeeld gebruiken om icons te selecteren, of een te realiseren naarmate de kracht groter is.

Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen nader worden toegelicht

aan de hand van figuren waarin
Figuur 1 een schematisch zijaanzicht van een liquid crystal display (LCD) voorzien van een aanraakscherm toont.

Figuur 2 een configuratie voor spannings aanleg en stroom meting op een aanraakscherm toony.

Figuur 3 een schematische dwarsdoorsnede van een verder samenstel van een aanraakscherm en een LCD toont.

Figuur 4 een verder configuratie voor spannings aanleg en stroom meting op een aanraakscherm toont.

Figuur 5 een schematische dwarsdoorsnede van een verder samenstel van een aanraakscherm en een LCD toont.

Figuur 6 een uitvoeringsvorm van een schakeling voor het verwerken van de meting van de uitgeoefende kracht toont.

Figuur 1 toont een schematisch zijaanzicht van een liquid crystal display (LCD) voorzien van een aanraakscherm. Een aantal van de onderdelen die niet wezenlijk zijn voor de uitvinding zijn voor de overzichtelijkheid niet getekend. Het zijaanzicht bevat achtereenvolgens een doorzichtig geleidend paneel 10 (bijvoorbeeld van Indium Tin Oxide, ITO), een glazen substraat 11, en het LCD 14. Van het LCD 14 zijn een eerste stuurelectrode 14 en een tweede stuurelectrode 17 getekend met daartussen een liquid crystal laag 16. Het geleidende paneel 10 en de stuurelectroden 15,17 strekken zieh uit over nagenoeg het gehele oppervlak van het LCD (loodrecht op het vlak van tekening). Het glazen substraat 11 en het LCD 14 zijn verbonden via verende elementen 12a, b, bijvoorbeeld een rubberen ring die langs het geheel of gedeelten van de omtrek van het LCD 14 loopt.

Bij gebruik dient het paneel 10 als aanraak-positieopnemer. Technieken voor het bepalen van de aanraakpositie op een resistieve, geleidende laag zijn op zich bekend. Een voorbeeld is te vinden in de eerder genoemde aanvraag US 4, 853, 498 en ook in aanvraag US 4, 293, 734. In een uitvoeringsvorm worden bij deze technieken met verschillende electroden (niet getoond) een spanning op het paneel 10 gezet. Dit leidt onder invloed van aanraking tot stroom door het paneel 10, bijvoorbeeld via de capaciteit tussen het paneel 10 en een aanrakende vinger en vervolgens via het lichaam

EMI7.1
van de aanraker naar aarde. Dit leidt tot meetbare stromen door de electroden op het paneel 10. Uit de verhouding tussen deze stromen kan men de positie van de aanraking berekenen.

Bij aanraking van het paneel 10 is het mogelijk om een kracht uit te oefenen (in de figuur gesymboliseerd door een pijl op het paneel 10. Als het LCD 14 vastligt dan zal deze kracht 18 leiden tot een compressie van de verende elementen 12a, en zodoende tot een verplaatsing (gesymboliseerd met een pijl 19) van het paneel 10 en het glazen substraat 11 in de richting van het LCD 14. Zonodig kan men mechanische geleiders aanbrengen zodat uitsluitend verplaatsing in de richting van het paneel mogelijk is. De verplaatsing 19 is evenredig met de uitgeoefende kracht.

Het paneel 10 de eerste stuurelectrode 15 van het LCD vormen de platen van een condensator. De capaciteitswaarde van deze condensator hangt af van de afstand tussen de platen en is dus afhankelijk van de kracht. Door nu de capaciteitswaarde te meten is het mogelijk de uitgeoefende kracht te bepalen. Doordat voor deze meting gebruik gemaakt wordt van het paneel 10 en de eerste stuurelectrode 17 die zich nagenoeg over het gehele oppervlak van het LCD 14 uitstrekken is de capaciteitswaarde redelijk groot en daardoor goed meetbaar.

In principe is het mogelijk de capaciteitswaarde te meten door een bekende electrische spanning tussen het paneel 10 en de eerste stuurelectrode 15 aan te leggen, en de laadstroom die in response op deze spanning gaat lopen te meten (andersom kan ook een bekende stroom opleggen en de resulterende spanning meten).

De gemeten capaciteits waarde kan echter verstoord worden door het capacitieve effect van bijvoorbeeld een vinger waarmee het paneel 10 wordt aangeraakt.

Hierdoor kan in response op de spanning extra stroom gaan lopen naar het paneel 10 nog zonder dat er een kracht 18 wordt uitgeoefend. Afhankelijk van de relatieve grootte van het effect tengevolge van de condensator en van de vinger kan daardoor de meting van de kracht onvoldoende nauwkeurig worden.

Dit probleem wordt ondervangen door een geschikte configuratie van spannings aanleg en stroom meting. Figuur 2 toont schematisch zo'n configuratie.

Alleen de onderdelen die dienen voor de meting van de kracht worden getoond spanningsbronnen en stroommeters voor de besturing van het LCD 14 en de positie opnemer zijn voor de duidelijkheid weggelaten. Het paneel 10 is weergegeven als een eerste condensator plaat 30, de eerste stuurelectrode 15 van het LCD 14 is weergegeven

EMI8.1
als een tweede condensator plaat 31 en de tweede stuurelectrode 17 van het LCD 14 is weergegeven als een derde condensator plaat 32. Tussen de eerste en tweede plaat 30, 31 (respectievelijk het paneel en de eerste stuurelectrode 15) is een spanningsbron 35 aangebracht. De tweede en derde plaat 31, 32 (respectievelijk de eerste en tweede stuurelectrode 15, 17 van het LCD 14) zijn met elkaar verbonden.

(Dit geldt uiteraard alleen voor zover het de component van de spanning tussen de tweede en derde plaat 31, 32 betreft waarmee de capaciteit gemeten wordt. Wat betreft andere componenten van de spanning, zoals bijvoorbeeld nodig zijn voor de besturing van het LCD bevindt zich tussen de tweede en derde plaat 31, 32 wel een spanningsbron). In de toevoer naar de tweede plaat 31 is een stroommeter 36 aangebracht deze meet de stroom die vanuit de eerste en derde plaat 30, 32 naar de tweede plaat 31 (uiteraard voor zover er vanuit deze platen 30, 32 stroom loopt).

Uit de verhouding tussen de op 35 aangelegde spanning en de op 36 gemeten stroom kan de capaciteitswaarde, of tenminste de verandering ervan bepaald worden (uiteraard is ook het omgekeerde mogelijk stroom opleggen met een stroombron 36 in plaats van de stroommeter en de spanning meten met een spanningsmeter 35 in plaats van de spanningsbron).

Op deze wijze wordt bij gebruik het capacitieve effect van aanraking van het paneel 10 ge limineerd. De stroom die wegloopt door het paneel 10 via de vinger die het paneel aanraakt moet namelijk ook terugkeren naar het samenstel van aanraakscherm en LCD, wil zich op de inrichting geen netto landing opbouwen. De terugkerende stroom loopt bijvoorbeeld via de tweede electrode 17 van het LCD 14, wanneer dit op de hand van de gebruiker rust, maar niet via de eerste stuurelectrode 15, omdat deze zich tussen het paneel 10 en de tweede stuurelectrode 15 bevindt. Zodoende zal de stroom naar de eerste plaat 30 ten gevolge van aanraking gecompenseerd worden door de stroom uit de derde plaat 32.

Netto loopt er tengevolge van aanraking dus alleen stroom door de stroommeter 36 door het naar elkaar toe drukken van het paneel 10 en de eerste stuurelectrode 14, dus tengevolge van het gezochte effect.

Hierbij wordt ervan uitgegaan dat de componenten spanningen die ter besturing van het LCD tussen de eerste en tweede electrode 15, 17 geen interferentie veroorzaken met de gemeten component van de stroom door de stroommeter 36.

Figuur 3 toont een schematische dwarsdoorsnede van een verder samenstel van een verder aanraakscherm en een LCD. De dwarsdoorsnede bevat achtereenvolgens een eerste doorzichtig geleidend paneel 21, een glazen substraat 22, een doorzichtige

geleidende laag 23, verende elementen 24a, b, een doorzichtige eerste stuurelectrode 25, een liquid crystal laag 26 en een tweede stuurelectrode 27. De eerste stuurelectroden 25 en de doorzichtige geleidende laag 23 vormen respectievelijk een tweede en derde paneel.

Bij uitoefening van kracht zal het aanraakscherm, dat wil zeggen het samenstel van het eerste paneel 21, het glazen substraat 22 en het derde paneel 23, in de richting van de eerste stuurelectrode 25 bewegen, waardoor de capaciteitswaarde van de condensator die gevormd wordt door het derde paneel 23 en de eerste stuurelectrode 25 (het tweede paneel) zal groeien.

Een voordelige manier om deze capaciteitswaarde te meten wordt ge llustreerd met de configuratie van figuur 4. Deze toont schematisch een eerste en tweede en derde condensator plaat 50,51, 52, die corresponderen met respectievelijk het eerste paneel 21, het derde paneel 23 en het tweede paneel (de eerste stuurelectrode 25). Tussen de tweede en derde plaat 51,52 is een spanningsbron 55 aangebracht. De eerste en tweede plaat 50,51 zijn met elkaar verbonden (dat wil zeggen dat er geen spanningsverschil is tussen deze platen voor zover het de componenten van de spanning betreft die voor de krachtmeting gebruikt worden). In de toevoer naar de tweede plaat 51 is een stroommeter 56 aangebracht ; deze meet de stroom die vanuit de eerste en derde plaat 50,52 naar de tweede plaat 51 loopt.

Daarnaast is in de toevoer naar de eerste plaat 50 symbolisch een verdere stroommeter 57 getekend.

Deze configuratie werkt op dezelfde wijze als beschreven in het kader van figuur 2, behalve dat de spanning nu wordt aangelegd tussen het derde paneel 23 en het tweede paneel (de eerste stuurelectrode 25), dat wil zeggen wederom tussen de twee aangrenzende platen die ten opzichte van elkaar beweegbaar zijn.

Ook in figuur 4 zijn de spanningsbronnen voor de meting van de aanraakpositie en de besturing van het LCD weggelaten. Bij gebruik worden op het eerste paneel 21 en de stuurelectrode 25 verschillende spanningen aangelegd, respectievelijk voor het meten van de aanraakpositie en voor het besturen van het LCD.

De verdere stroommeter 57 symboliseert een aantal stroommeters die op verschillende plaatsen met het eerste paneel 21 verbonden zijn. Deze stroommeters dienen voor het meten van de stromen naar de eerste plaat, waaruit de aanraakpositie bepaald wordt.

Bij de meting van de aanraakpositie dient het derde paneel 23 tevens als afscherming tussen het eerste paneel 21 en de stuurelectrodes 25,27. Strooivelden uit

de stuurelectrodes 25,27 worden opgevangen door het derde paneel 23 en veroorzaken dus geen stroom in het eerste paneel 21. Zodoende wordt de meting van de aanraakpositie niet verstoord door strooivelden (en andersom wordt ook de besturing van het LCD niet verstoord door de meetspanning op het eerste paneel 21, maar dit is een kleiner effect).

Figuur 5 toont een schematische dwarsdoorsnede van een verder samenstel van een verder aanraakscherm en een LCD. De dwarsdoorsnede bevat achtereenvolgens een eerste geleidend paneel 40, een eerste stuurelectrode 41, een liquid crystal laag 42, een tweede stuurelectrode 43, verende elementen 44a, b, een derde paneel 45, en tweede paneel (een geleidende laag 46).

Bij uitoefening van kracht op het eerste paneel 40 zal het samenstel van het eerste paneel 40, de eerste stuurelectrode 41 de liquid crystal laag 42, de tweede stuurelectrode 43 naar het derde paneel 45 toebewegen, waardoor de capaciteitswaarde van de condensator die gevormd wordt door het derde paneel 45 en de tweede stuurelectrode 43 zal groeien. Deze capaciteitswaarde wordt bij voorkeur gemeten met een configuratie zoals getoond in figuur 2, waarbij de eerste, tweede en derde plaat 30, 31,32 respectievelijk corresponderen met de tweede stuurelectrode 43, het derde paneel 45 en de geleidende laag 46 (het tweede paneel). De geleidende laag 46 dient daarbij, zoals in het voorafgaande beschreven, ter voorkoming van ongewenste capacitieve aspecten, bijvoorbeeld als het LCD op een metalen tafel gelegd wordt.

Zonodig kan men tussen de tweede electrode 43 en het derde paneel 45 een tevens een geleider patroon aanbrengen van een magnetische positie opnemer (ook wel bekend als digitizer tablet). Deze opnemer dient voor de meting van de plaats waar een pen die magnetische velden opwekt het display raakt. In dit geval kan het geleider patroon van de opnemer in plaats van de tweede stuurelectrode 45 als condensator plaat dienen.

Figuur 6 toont een uitvoeringsvorm van een schakeling voor het verwerken van de meting van de uitgeoefende kracht. Deze figuur bevat bij wijze van voorbeeld de configuratie van figuur 4, met de eerste, tweede en derde plaat 50,51, 52, de spanningsbron 55 en de stroommeter 56.

De schakeling bevat een aanstuurcircuit 60 voor het aansturen van de spanningsbron. De stroommeter is aangesloten op een cascade van achtereenvolgens een smalbanddetector 63, een aftrekmiddel 64 en een positieafhankelijk correctiemiddel 65.

Een geheugen 67 voor de nulkracht capaciteit is aan het aftrekmiddel 64 gekoppeld. Een positieopnemer 68 is aan het positieafhankelijk correctiemiddel 65 gekoppeld.

Bij gebruik wekt het aanstuurcircuit 60 een wisselspanning op van een bepaalde frequentie, bijvoorbeeld 22 kHz, die door middel van de spanningsbron 55 tussen de tweede en derde plaat 51,52 aangelegd wordt. In response hierop loopt een stroom door stroommeter 56. De gemeten stroom wordt aan de smalbanddetector 62 doorgegeven. De amplitude van de stroom is een maat voor de capaciteitswaarde.

Smalbanddetector 62 detecteert nagenoeg alleen signalen van de opgewekte frequentie (22kHz), en levert aan zijn uitgang een signaal dat evenredig is met de amplitude van de stroom. Het aftrekmiddel trekt hiervan de rustwaarde vanaf, dat wil zeggen de stroomamplitude in afwezigheid van een uitgeoefende kracht.

In principe is het signaal op de uitgang van het aftrekmiddel 64 een maat voor de uitgeoefende kracht. Het is echter gebleken dat de capaciteits verandering behalve van de kracht ook kan afhangen van de plaats waarop de kracht wordt uitgeoefend. Dit is met name het geval wanneer de verende elementen 24a, b worden vervangen door niet of nauwelijks verende verbindingen. In dit geval is de capaciteitsverandering voornamelijk een gevolg van doorbuiging van het glazen substraat 22. De mate van doorbuiging van het glazen substraat 22 bij een gegeven kracht hangt af van de plaats waarop de kracht wordt uitgeoefend. Een typische doorbuiging is lmm bij een kracht van 10 N uitgeoefend op het centrum van substraat 22, en vrijwel 0 mm bij een kracht bovenop de verbinding tussen het verbinding tussen het tweede paneel 23 en de eerste electrode 25.

Terwille van de compactheid van de inrichting en voor het minimaliseren van parallax tussen het eerste paneel 21 en de LCD laag 26 is de afstand tussen het tweede paneel 23 en de eerste electrode 25 bij voorkeur nauwelijks groter dan deze doorbuiging ; in dit geval bepaalt de doorbuiging een belangrijk deel van het aanraakkracht effect.

Het positieafhankelijk correctiemiddel 65 en de positieopnemer 68 zijn aangebracht voor het corrigeren voor de plaatsafhankelijkheid van de relatie tussen de aanraakkracht en de capaciteitswaarde verandering. Als positieopnemer 68 wordt bij voorkeur het eerste paneel 10 gebruikt. In het correctiemiddel wordt de gemeten capaciteitsverandering vermenigvuldigd met een correctiefactor die afhangt van de plaats waarop de aanraakkracht wordt uitgeoefend.

De correctiefactor kan in principe berekend worden onder gebruik van de

vergelijkingen voor elastische deformatie van dunne platen. Deze berekening kan bij elke aanraking gedaan worden of eenmalig, waarna de correctiefactor als functie van de plaats in een lookup table in de inrichting wordt opgeslagen. In praktijk blijkt echter een eenvoudige benaderde relatie tussen de plaats van aanraking en de correctiefactor te voldoen.

In een eenvoudige maar goed bruikbare uitvoering wordt de correctiefactor evenredig genomen met de afstand tussen de plaats waar de kracht wordt uitgeoefend en de dichtbijzijnde plaats waar het derde paneel 23 mechanisch aan de eerste electrode 25 verbonden is. In een andere goed bruikbare uitvoering wordt de correctiefactor evenredig genomen met de som van de absolute waarden van de x en y coördinaten van de plaats van aanraking gemeten ten opzichte van het centrum van het scherm.

Als meetfrequentie wordt bijvoorbeeld 22kHz gebruikt ; bij deze frequentie is er geen storing door de gebruikelijke aanstuurfrequentie van de stuursignalen voor het display (bijvoorbeeld 15625 Hz) of harmonischen ervan, en deze frequentie ligt bovendien beneden de frequenties die voor achtergrond verlichting (backlighting) van het LCD gebruikt worden (typisch 25kHz en hoger). Dit voorkomt verstoring van de krachtmeting door andere signalen. Andersom is deze frequentie ook gekozen ter voorkoming van storingen in het beeld dat op het display wordt opgewekt met de stuurelectrodes 25,27, maar dit is een kleiner effect.

De stuurelectrode 25 aan een kant van de liquid crystal laag 26 is opgebouwd uit een aantal lijnelectroden. Deze worden voor zover het de meetfrequentie (22 KHz) betreft allemaal op dezelfde potentiaal gebracht. Wat betreft beeldfrequenties (nodig voor het opwekken van het beeld) worden op verschillende lijnelectrodes normaal uiteraard verschillende potentialen aangelegd. Dit is bijvoorbeeld te realiseren door tussen een gemeenschappelijk knooppunt en de verschillende lijnelectroden respectieve spanningsbronnen voor het besturen van het beeld te gebruiken, terwijl dit gemeenschappelijke knooppunt via de spanningsbron 55 met het derde paneel 23 verbonden is.

De bandbreedte van de smalbanddetector 62 correspondeert met de snelheid van kracht veranderingen die men wil kunnen meten en is typisch enkele tientallen Herzen, bijvoorbeeld 50 Hz. In de smalbanddetector 62 wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van synchrone detectie onder besturing van het aanstuurcircuit 60.

Het geheugen 67 voor de nulkracht wordt bij voorkeur geladen door het uitgangssignaal van de smalbanddetector op te slaan op een tijdstip waarop geen kracht op het scherm wordt uitgeoefend. De afwezigheid van een uitgeoefende kracht kan men detecteren met de positie opnemer, wanneer deze geen verandering van het stroompatroon door het eerste paneel 21 meet. Zodoende dient de meting van de stroom naar de buitenste plaat 50 voor detectie van aanraking, en de meting van de stroom naar de tussen plaat 51 voor het meten van de kracht.

De meetfrequentie van de krachtopnemer, die door het aanstuurcircuit 60 wordt opgewekt wordt zo gekozen dat de overige signalen in het LCD en de positieopnemer zo min mogelijk interferentie veroorzaken. Zonodig kan men bij afwezigheid van een aanraakkracht de storingsamplitude bij verschillende meetfrequenties meten, en vervolgens een van de minst gestoorde frequenties kiezen voor krachtmetingen. Deze frequentie keuze kan eenmalig, bij ontwerp of assemblage gedaan worden, of regelmatig herhaald, wanneer er geen kracht wordt uitgeoefend. Dit laatste kan bijvoorbeeld onder besturing van een processor in de inrichting uitgevoerd worden.

In het bovenstaande is de meting uitgelegd aan de hand van gebruik van frequentie selectieve meting. Als alternatief is een tijdsgemultiplexde meting mogelijk, waarin de componenten van de spanningen en stromen die voor de krachtmeting gebruikt worden de spanningen en stromen zijn in een tijdsslot waarin geen LCD stuursignaal op het display wordt aangeboden.

Claims

CONCLUSIES : EMI14.1 1. Dataverwerkings inrichting, voorzien van een aanraakscherm met een aanraak-positieopnemer die een eerste geleidend paneel bevat en is ingericht om een positie van aanraking van het scherm op te nemen uit verandering in een stroompatroon in het eerste paneel, met het kenmerk, dat de inrichting een aanraak-krachtopnemer bevat, voorzien van een tweede geleidende paneel nagenoeg evenwijdig met het aanraakscherm, welk scherm ten opzichte van het tweede paneel in een richting dwars op het tweede paneel tenminste voor een deel beweegbaar is, dat de krachtopnemer is ingericht voor het bepalen van een kracht uit een capaciteitswaarde tussen het aanraakscherm en het tweede paneel, en dat de inrichting is ingericht voor gecombineerde verwerking van de bij een aanraking opgenomen positie en kracht.
2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het aanraakscherm tussen het eerste en tweede paneel een derde geleidend paneel bevat, en dat de krachtopnemer is ingericht om een verandering van de capaciteitswaarde te bepalen door middel van een stroom die uit het eerste en/of tweede paneel naar het derde paneel voor het op- van de capaciteit tussen het derde paneel enerzijds en het eerste en/of tweede paneel anderzijds.
3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het eerste en derde paneel gezamenlijk ten opzichte van het tweede paneel beweegbaar zijn en dat de krachtopnemer is ingericht om op het eerste en derde paneel eenzelfde electrisch meetspanningssignaal ten opzichte van het tweede paneel aan te leggen.
4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het eerste en derde paneel op onderling tegenoverliggende hoofdoppervlakken (faces) van een Z, 9 substraat zijn aangebracht.
5. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het tweede en derde paneel nagenoeg star ten opzichte van elkaar aangebracht zijn en dat de krachtopnemer is ingericht om op het tweede en derde paneel eenzelfde meetspanningssignaal ten opzichte van het eerste paneel aan te leggen.
6. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk dat het aanraakscherm en het tweede paneel verend met elkaar verbonden zijn.
7. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat het aanraakscherm buigbaar is, en dat de krachtopnemer ingericht is om de aanraakkracht onder correctie van een opgenomen aanraakpositie uit de gemeten <Desc/Clms Page number 15> looptcapaciteitswaarde te bepalen.
8. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 7, die een beeldweergave oppervlak bevat met daarop stuurelectroden voor het sturen van een beeldpatroon, met het kenmerk dat de stuurelectroden deel uitmaken van het tweede en/of derde paneel.
9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de krachtopnemer ingericht is om de capaciteitswaarde te meten door middel van een wisselspanning met een frequentie die tussen harmonischen van een lijnfrequentie voor aansturing van de stuurelectroden ligt.
10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat deze is ingericht voor het verrichten van storings metingen voor meerdere frequenties van de wisselspanning, in absentie van detectie van aanraking van het aanraakoppervlak, en EMI15.1 voor het kiezen van een relatief storings armere frequentie voor gebruik bij de meting JD van de capaciteits waarde.
11. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 10, met het kenmerk, dat het tweede of derde paneel een stelsel van geleiderbanen voor een magnetische penpositieopnemer vormt.
12. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 11, die een beeldweergave oppervlak bevat en is ingericht om in response op de aanraking een beeldpatroon te genereren op een locatie op het beeldweergave oppervlak die correspondeert met de opgenomen aanraakpositie, met het kenmerk, dat de inrichting is ingericht om de grootte van het beeldpatroon te doen toenemen naarmate de opgenomen kracht groter is.
13. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 10, met het kenmerk, dat de inrichting is ingericht om de opgenomen kracht te vergelijken met meerdere drempelwaardes, en afhankelijk van welke drempelwaardes overschreden zijn verschillende bewerkingen uit te voeren.