DE3013129A1

DE3013129A1 - Detektorvorrichtung fuer die x- und y-koordinaten von eingabepunkten

Info

Publication number: DE3013129A1
Application number: DE19803013129
Authority: DE
Inventors: Tomio Kishimoto; Yuichi Sato; Kenta Yokoo
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1980-10-16
Also published as: GB2046450A; FR2453452A1; NL187594B; DE3013129C2; NL8001407A; FR2453452B1; NL187594C; GB2046450B; US4319078A

Description

PFENNING · MAAS · MEINIG · SPOTT

• Patentanwälte KurfOrstendamm 170. D 1000 Berlin 15

6624-A

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PATENTANWÄLTE BERLIN · MÜNCHEN

J. Pfenning. Dip) -mg. Berlin Or. I. Mau. Dipl.-Crnm. - München K. H. Meinig. Dipl.-Phys. Benin Dr. G. Spott. Dipl -Chem. - München

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2. April 1980

NIPPON TELEGRAPH & TELEPHONE PUBLIC CORPORATION

1-6, Uchisaiwaicho 1-chome Chiyoda-ku, Tokyo - JAPAN

Detektorvorrichtung für die X- und Y-Koordinaten von Eingabepunkten

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Detektorvorrichtung für die X-Y-Koordinaten von Eingangspunkten, insbesondere auf eine Vorrichtung für den Nachweis der X- und Y-Koordinaten von Ein- j gangspunkten oder Aufzeichnungspunkten von handgeschriebenen Buchstaben und dergleichen Kennzeichen sowie Figuren.

Es sind Eingabevorrichtungen für handschriftliche Buchstaben und Figurendarstellungen in Form sogenannter Tebleaus oder auch digitalisiert darstellender Vorrichtungen ganz allgemein bekannt. Diese Vorrichtungen weisen eine Vielzahl von parallel zu den X- und Y-Achsen verlaufender Elektroden auf, wobei die X- und Y-Elektroden entweder kapazitiv, magnetisch oder physikalisch an einen jeweils gewünschten Eingangs- beziehungsweise Eingabepunkt mittels eines elektrischen Schreibstiftes oder dergleichen Zeichenstift koppelbar sind, so daß sich der jeweilige Schreibpunkt oder Eingabepunkt elektrisch oder magnetisch Anzeigen nachweisen, ermitteln und demodulieren läßt.

Eine bekannte Vorrichtung von Robert Lee Peek, Jr., die als "Elektrographischer Transmitter" bezeichnet ist, ist in der US-PS 2 907 824 beschrieben. Diese Vorrichtung

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kennzeichnet sich durch elektrisch leitende Drähte, die einander im rechten Winkel kreuzen und hierbei unter einer Spannung gehalten werden, wobei die unteren j Drähte aus magnetischem Material sind und die oberen Drähte aus nichtmagnetischem Material. Wenn bei dieser Vorrichtung mit einem Schreibstift Figuren zu zeichnen sind, dann ist hier ein solcher zu verwenden, der mit magnetischem Material versehen ist, wobei die unteren magnetischen Drähte während des Zeichnens in Kontakt mit den oberen Drähten entsprechend dem jeweiligen Schreibpunkt gebracht werden und hierdurch letztlich eine Spannung erzeugt wird, die proportional zur Position des Schreibstiftes, also des Eingabepunktes, ist. Durch die Ermittlung der Spannung ergibt sich bei dieser Vorrichtung jeweils die Position des Schreibpunktes beziehungsweise des Eingangspunktes. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch insofern nicht unerheblich mangelhaft und unvollkommen, als der zu verwendende Schreibstift am Ende mit permanentmagnetischem Material versehen sein muß, d.h., daß ein normales Schreibwerkzeug hier keine Anwendung finden kann. Darüber hinaus ist es dadurch, daß der untere Draht aus magnetischem Material sein muß, auch technisch aufwendig, eine solche Vorrichtung herzustellen, da normal leitende Drähte keine Anwendung finden können und die unter Spannung zu haltenden Drahtanordnungen ganz

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bestimmte Eigenschaften aufweisen müssen, die entsprechend zu denen des magnetischen Schreibstiftes abzustimmen sind. Damit gestaltet sich der Gesamtaufbau außerordentlich aufwendig und komplex und es sind sehr feine Abstimmungen der Elemente aufeinander erforderlich, so daß diese bekannte Vorrichtung sich letztlich als unpraktikabel erwiesen hat.

Eine weitere bekannte Vorrichtung der hier interessierenden Art ist in der ÜS-PS 3 304 612 von Ronald R. Proctro et al beschrieben, in der von oberen und unteren Gruppen von Eingangselektroden ausgegangen wird, wobei die obere Elektrodengruppe Leitungen, die innerhalb einer Vielzahl von Aussparungen liegen, aufweist und diese Aussparungen ihrerseits in ein biegsames elastisches, nicht leitendes Element eingeformt sind, und wobei eine flexible, leitende Schicht oder Fläche eingefügt in Eingriff mit dem nichtleitenden Element steht. Die untere Gruppe der Leitungsdrähte ist von entsprechendem Aufbau und die beiden Elektrodengruppen sind in einer solchen Schichtanordnung zueinander gebracht, daß betreffende Leiter in den Rillen oder Ausnehmungen der oberen Elektrödengruppe die entsprechenden Leiter in den Ausnehmungen der unteren Elektrodengruppe kreuzen. Bei dieser Anordnung sind Widerstände

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■I-

zwischen einander benachbarte Leiter geschaltet, d.h., J daß diese über die Widerstände miteinander verbunden ■

sind, und damit die Spannung der Stromquelle entsprechend j aufteilen. Die X-Y-Koordinaten eines Schreibpunktes,auf 1

welchem ein Leiter und die leitende Schicht in den oberen j

und unteren Elektrodengruppen miteinander in Kontakt ge- j

bracht werden, und zwar durch die Druckbeaufschlagung, j

etwa mittels eines Schreibstiftes, ergeben sich dann j

durch die Messung der über die Widerstände aufgeteilten j Spannung.

Bei der letztgenannten Vorrichtung ist es zwar möglich, j

ganz normale, einfache Schreibstifte für das Einschrei- ί

ben der Daten und dergleichen Informationen zu verwenden, i

nachteilig ist hier jedoch, daß die Eingabefläche und da- j mit die Eingabeinformation empfindlich auf die Drücke j

i anspricht, die mit dem Schreibgerät ausgeübt werden, so j daß beispielsweise der durch die Hand des Schreibenden
ausgeübte Druck zu ungewollten Dünnstellen auf der Oberfläche führt. Die Druckabhängigkeit der Betätigung des
Schreibwerkzeugs führt dazu, daß die bekannte Vorrichtung nicht für horizontal angeordnete Eingabeschreibflächen verwendbar ist. Darüber hinaus ist bei dieser
Vorrichtung unvorteilhaft, daß dadurch, daß die Leiter
innerhalb von Rillungen einer nachgiebigen Isolations-

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■J\l·

schicht angeordent sind, es schwierig ist, die feinen Abstände zwischen den Ausnehmungen zu bestimmen, und es ist außerordentlich schwer, ein erforderliches hohes Auflösungsvermögen zu erreichen. Durch die großen Schwierigkeiten, die sich durch die Herstellung von Rillungen mit konstanten Abständen über einen längeren Abstand ergeben, wird es praktisch unmöglich, Eingabeflächen herzustellen, die hinreichend groß dimensionierbar sind. Hinzu kommt noch die Schwierigkeit, daß zu den beiden Elektrodengruppen, also zu der oberen Elektrodenanordnung und der unteren Elektrodenanordnung, zusätzliche leitende Schichten hinzuzufügen sind, die den Gesamtaufbau der Vorrichtung weiter komplizieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Schwierigkeiten zu überwinden und eine Detektorvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher das Handschreiben von Buchstaben oder dergleichen Zeichen und auch Figuren mit einem gewöhnlichen Schreibwerkzeug erleichtert wird, wobei zusätzlich die Verwendung der Vorrichtung auch in einer horizontalen Lage ermöglicht werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale erfindungsge-

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/Μ-

mäß erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen

dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unter- ' ansprüchen.

Dadurch, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der X-Y-Koordinaten von Eingabepunkten mit einer Eingabeoberfläche eine erste parallele Elektrodenanordnung und eine zweite Gruppe einer nachgiebigen parallelen Elektrodenanordnung aufweist, wobei letztere der erstgenannten parallelen Elektrodengruppe gegenüber liegt und zwischengefügt ist, und ein erster Widerstand elektrisch mit den die Elektroden bildenden Leitern der ersten Gruppe an deren einem Ende in Kontakt und ein zweiter Widerstand in elektrischer Verbindung mit den Elektrodenleitungen der zweiten parallelen Elektrodengruppe ist und dieses wiederum an einem Ende derselben, ergibt sich ein besonders vorteilhafter Aufbau, wobei die elektrischen Detektorelemente für den Nachweis beziehungsweise die Anzeige und Wahrnehmung der jeweiligen Eingabeposition auf der Eingabefläche mittels elektrischer Signale erfolgt, die von den ersten und zweiten Widerständen erzeugt werden. Der efindungsgemäße Vorteil ergibt sich aus der Einbeziehung einer Druck lei-

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■ Μ-•si+-

tenden Gummischicht zwischen den beiden parallelen Elektrodengruppen, wobei die Schicht durch die Druckbeaufschlagung auf die Eingabefläche leitfähig gemacht wird. In den elektrischen Detektorelementen sind solche für die Wahrnehmung des Stromflusses durch den ersten und zweiten Widerstand mit enthalten.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung. Es bedeutet:

Fig. 1 eine perspektivische Wiedergabe einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung der X-Y-Koordinaten eines Eingabepunktes,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II

von Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Widerstand und Druck in einer Druck leitenden Gummischicht,

Fig.4A ein Blockschaltdiagramm einer Ausführungsform für einen Schaltkreis für eine Punktdetektorschaltung ,

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-fa-

. 4B ein Schaltdiagramm für ein Ausführungsbeispiel einer Stromdetektorschaltung von Fig. AK,

Fig. 5 einen entsprechenden Schaltkreis für eine Punktdetektorschaltung,

Fig. 6 eine graphische Wiedergabe des Verhältnisses zwischen kraftbeaufschlagtein Gebiet der Druck leitenden Gummischicht, die von der Druckbeaufschlagung abhängige Eigenschaften aufweist und dem erforderlichen Druck, um diese leitfähig zu machen.

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Bestimmungsschaltung für die X-Y-Koordinaten von Eingabepunkten , und

Fig. 8 ein Schaltdiagramm einer modifizierten Ausführungsform des Detektorschaltkreises.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben, aus denen zu ersehen ist, daß die Vorrichtung aus einer starren Basisschicht

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besteht, einer ersten Gruppe parallel zueinander angeordneter Elektroden 2 mit einer Vielzahl von Leiterbahnen oder allgemein Leitern Y , Y₁ ..., Y , die parallel zueinander liegen, auf der Oberfläche einer unnachgiebigen Schicht 11 aus einer isolierenden Substanz angeordnet sind. Eine zweite Gruppe paralleler Elektroden 3 mit einer Vielzahl von Leitern X_Q, X.. ... , X ist in entsprechender Weise auf der Rückseite einer nachgiebigen Isolierschicht 10 angeordnet. Die Elektrodengruppe 2 und die Elektrodengruppe 3 ist sich gegenüberliegend in einer solchen Weise zueinander festgelegt, daß sich die parallelen Leiterbahnen kreuzen, und zwar im Ausführungsbeispiel im rechten Winkel zueinander stehen, und zwar - wie ersichtlich - im Eingabebereich der Oberfläche W der isolierenden Schicht 10, wobei in der Reihenfolge nach der Schicht 10,den parallelen Leiterbahnen X_ bis X eine Druck leitende Gummischicht 12 ο η

angeordnet ist. Ein erster Widerstand 4 besitzt gleichfalls die Form einer Schicht, wobei diese in Kontakt mit dem einen Ende der parallelen Elektrodengruppe 2 steht und ein zweiter Widerstand 5, der gleichfalls schachtförmig ausgebildet ist, steht in Kontakt mit einem Ende der parallelen Elektrodengruppe 3. Anschlüsse 6 und 7 befinden sich an den gegenüberliegenden Flächenenden des Widerstands 4,in Längsrichtung desselben gesehen,

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und Anschlußelektroden 8 und 9 an den gegenüberliegenden Flächenenden des Widerstands 5, wiederum in dessen Längsrichtung. Leitungsanschlüsse a, b, c und d stellen die Verbindungen zu den Anschlüssen 6, 7, 8 und 9 her.

Die Widerstände 4 und 5 bestehen aus scheibenförmigem Widerstandsmaterial oder Metallfilmwiderständen aus einem Substrat, wie etwa Glas oder dergleichen. Die j

Druck leitende Gummischicht 13 befindet sich zwischen der parallelen Elektrodengruppe 2 und dem Widerstand und dient der elektrischen Verbindung zwischen diesen. Entsprechend ist eine Druck leitende Gummischicht 14 zwischen der parallelen Elektrodengruppe 3 und dem Widerstand 5 für die elektrische Verbindung zwischen diesen Elementen angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird vorteilhaft eine Druck leitende Gummischicht verwendet, die von der Firma CHOMERICS, Inc., USA, Japan Synthetic Rubber Co., Ltd., etc., auf dem Markt ist, wobei sich dieses Material dadurch kennzeichnet, daß es sich in seinem Normalzustand als ein isolierendes Material darstellt und als ein solches zu betrachten ist, aber dann, wenn Druck auf dieses ausgeübt wird, leitfähig wird, weil sein Widerstandswert zufolge der Kraftbeaufschlagung dort, wo diese Kaft ausgeübt wird, erheblich geringer wird. Die durch Druck

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-Ai

leitfähig machbare Gummischicht 13 und 14 stellen in der vorliegenden Anordnung mit der Elektrodengruppe 2 und dem Widerstand 4 und mit der Elektrodengruppe 3 und dem Widerstand 5 eine Art Sandwichbauweise dar, wobei bei einem konstanten und vorbestimmten Druck für diese Anordnung und zwischen den genannten Elementen eine elektrische Verbindung sichergestellt ist. Es ist bei der dargestellten Anordnung offensichtlich, daß im Normalzustand auf die Gummischicht 12 kein Druck ausgeübt wird.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Druckbeaufschlagung pro Flächenein-

2
heit, und zwar hier für 1 mm , in der mittels Druck leitfähig werdenden Gummischicht und der Leitfähigkeit pro Flächeneinheit. Die Kurven A, B und C entsprechen dabei den Kennungen von mittels Druck leitfähig machbaren Gummischichten unterschiedlicher Zusammensetzungen.

Wenn demzufolge Buchstaben und Figuren auf die Eingabefläche W unter Verwendung eines Schreibgriffels oder dergleichen normalen Schreibgegenstand gezeichnet werden, dann wird ein Druck auf die Schicht 12 über das nachgiebige, isolierende Flächenmaterial 10 ausgeübt und gleichzeitig auf die parallele Elektrodengruppe 3, wobei

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■/If..

der zu jeder Zeit druckbeaufschlagte Punkt, also der Eingabepunkt, während des Schreibvorgangs leitend wird, was dann auch für den zugehörigen Elektrodenleiter der parallelen Gruppen 2 und 3 gilt, das heißt, daß durch die Druckbeaufschlagung an dem jeweiligen Eingabepunkt ein elektrischer Kontakt zwischen den zugehörigen Elektroden der beiden genannten Gruppen hergestellt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der Widerstand zwischen den parallelen Elektrodenanordnungen 2 und 3 etwa bei 100 K Ohm oder tiefer bis zu einigen Ohm hin, wenn die Druckbeaufschlagung ca. 70 g/mm beträgt.

Was aus den Zeichnungen nicht im einzelnen ersichtlich ist, ist,daß der Widerstand 4 und die Isolierschicht 11 und der Widerstand 5 und die Isolierschicht 10 mittels eines geeigneten Klammerorgans zusammengehalten und entsprechend zusammengedrückt sind, wodurch ein vorbestimmter Druck für die Anordnung im Normalzustand definiert ist. Nach dem Vorstehenden wird der Widerstandswert der Druck leitenden Gummischichten 13 und 14 erheblich geringer, d.h., diese Schichten werden leitfähig und in einen engen Kontakt miteinander gebracht durch die Elastizität des Gummis, so daß sich die gewünschte elektrische Verbindung zwischen den parallelen Elektrodengruppen 2 und dem Widerstand 4 einerseits und zwischen

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der parallelen Elektrodengruppe 3 und dem Widerstand 5 andererseits ergibt, wobei diese ausgezeichnete und stabile Bedingungen für die Detektorvorrichtung sicherstellen.

Ein Ausführungsbeispiel für den strukturellen Aufbau und die Dimensionierung der Elektrodengruppe wird weiter unten noch aufgezeigt werden. Der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden in den Gruppen, also den die Elektroden darstellenden Leitern oder Leiterbahnen, ist ausreichend schmal, so daß sich ein hohes Auflösungsvermögen für die Vorrichtung ergibt. Darüber hinaus sind die Elektrodenleitungen ausreichend lang wählbar, so daß Eingabetafeln ausreichend großer Dimensionierung hergestellt werden können.

In einem Ausführungsbeispiel für eine Eingabevorrichtung mit hohem Auflösungsvermögen finden Elektrodenleiter aus Kupferfolie Anwendung, die mit Gold plattiert sind und deren Breite 0,175 mm, deren Dicke 5 bis 3,5 ,um und deren Länge 20 cm beträgt, wobei diese in einem Abstand von 0,25 mm zueinander liegend angeordent sind und als Schicht ein Polyamidsubstrat verwendet wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird von Elektrodenleiterbahnen aus goldplattiertem Kupferfoliematerial ausgegan-

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gen mit einer Breite von 0,7 nun, einer Dicke von 5 bis 3,5 ,um und einer Länge von 1.5 mm, die in einem Abstand zueinander von 1 mm liegen, wobei ein Polyamidsubstrat Anwendung findet. Bei diesen Elektrodengruppen wird von identischem Material und Aufbau ausgegangen, so daß sie letztlich ein herkömmliches Flachkabel bilden. Wenn die Leiterbahnen in einem Abstand P mm zueinander angeordnet sind, dann ergibt sich ein Auflösungsvermögen für die Eingabevorrichtung von L/P (Zahl /mm).

Nachfolgend wird nunmehr die Wirkungsweise der Schaltung der Detektorvorrichtung - wie vorstehend beschrieben erläutert, d.h. die Ermittlung der betreffenden Koordinaten eines Eingabepunktes P, der durch einen Schreibvorgang oder dergleichen jeweils druckbeaufschlagt ist.

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild beziehungsweise das Schaltdiagramm für die Ermittlung eines Punktes auf der Eingabefläche und Fig. 5 einen entsprechenden Schaltkreis der Detektorschaltung. In den Fig. entsprechen im übrigen die angegebenen Bezugszahlen denen von Fig. 1, soweit sie identische Teile betreffen. Wie Fig. 4A zeigt, weist die Schaltung eine Stromzuführung 15 auf, die so ausgelegt ist, daß sie eine Konstantstromregulierung ermöglicht. Darüber hinaus kennzeichnet sich die Schaltung durch die Operations-

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-it-

verstärker 16 und 17, die Widerstände 18 und 19 mit ausreichend geringem Widerstandswert, bezogen auf die Eingangsimpedanz der Operationsverstärker 16 und 17; der Anschluß 20 stellt den X-Ausgang und der Anschluß 21 den Y-Ausgang dar. Die Schaltung nach Fig. 4A zeigt darüber hinaus einen Stromdetektorsehaltkreis 22, der einen Operationsverstärker und dergleichen mehr enthält, und eine Tastempfindungs- beziehungsweise Druckfühl-Ausgangsklemme 23, deren Ausgangssignal dem Kontakt des Schreibstifts auf der Eingabeoberfläche entspricht und von diesem abgeleitet ist.

Die Leiterbahnen der parallelen Elektrodengruppen 2 und 3 werden während des Schreibens auf der Eingabefläche bei irgendeinem Eingabepunkt P durch die Druckbeaufschlagung der Eingabefläche W (siehe auch Fig. 1) elektrisch in Kontakt gebracht und die Widerstände 4 und 5 an dem betreffenden Punkt angeschlossen. Mit anderen Worten wird während des Einschreibens irgendeines Buchstaben oder dergleichen mittels eines beliebigen Schreibgriffels auf die Eingabeoberfläche W die druckleitfähige Gummischicht 12 an dem jeweiligen Punkt P leitfähig und die Elektrodenleiter der parallelen Elektrodengruppen 2 und 3, die sich an diesem Punkt kreuzen, werden in elektrischen Kontakt miteinander gebracht und bilden einen

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Stromkreis, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. In Fig. 5 ist eine Abstimmung r_± (i = 1, 2, ... n) des Widerstands 4 zwischen der Elektrodenleiterbahn y^ vorgesehen, entsprechend dem Kontaktpunkt P, wobei dieser angrenzend an die Elektrodenleiterbahn Y_±+1 der parallelen Elektrodengruppe 2 liegt und eine Abstimmung r'. (j = 1, 2, ... n) des Widerstands 5 liegt zwischen dem Elektrodenleiter X. in Übereinstimmung mit dem Kontaktpunkt P und dem angrenzenden Elektrodenleiter X.₊₁ der Elektrodengruppe 3. R stellt eine Abstimmung, also einen Widerstandsabgleich

des Widerstands 4 zwischen der Anschlußelektrode 6 und dem Elektrodenleiter Y. über dem Kontaktpunkt P dar und R, ist die Abstimmung des Widerstands 4 zwischen der Anschlußelektrode 7 und dem Elektrodenleiter Y_i. Des

weiteren ist R eine Abstimmung, also der abfallende c

Widerstandswert des Widerstands 5 zwischen der Anschlußelektrode 8 und der Elektrodenleiterbahn X. über den Kontaktpunkt P, R, ist der abfallende Widerstand des Widerstands 5 zwischen der Anschlußelektrode 9 und der Elektrodenleiterbahn X. und der Widerstand R ist der abfallende Widerstand der Druck leitenden Gummischicht 12, die einen wesentlich geringeren Widerstandswert am Druckpunkt P aufweist, wie nachfolgend noch näher dargelegt werden wird. Ein Strom I fließt von der Stromquelle 12 mit Konstantregulierung, wobei der Stromfluß zu den An-

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■u-

Schlüssen a und b als Stromfluß I und I, bezeichnet

a b

ist und I sowie I. die Ströme sind, welche von den Anschlüssen c und d abgegeben werden, d.h. über diese fließen.

Wenn der Elektrodenleiter Y. der Elektrodengruppe 2 und der Elektrodenleiter X. der Elektrodengruppe 3 in elektrischen Kontakt miteinander am Druckpunkt P gebracht werden, dann kann von den folgenden Gleichungen ausgegangen werden:

^ri+2 ⁺ ^{+ r}n

R =r'+r'+ + r¹ . ... (3)

c 1 2. j

^Rd ^{= r}'j₊1 ^{+ r}'j₊2 ⁺ ^{+ r}'n

Wenn der Widerstandswert zwischen den Anschlußelektroden 6 und 7 des Widerstands 4 und zwischen den Elektroden 8 und 9 des Widerstands 5 gleich und gleichförmig ist und die Elektrodenleiterbahnen der parallelen Eiektrodengruppen 2 und 3 im gleichen Abstand zueinander liegen, dann ergeben sich die folgenden Gleichungen:

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r = r = r^f ^rO ^ri ^τ j	folgt verein-
sodaß sich die Gleichungen 1 bis 4 wie
fachen:	... (5)
^Ra ⁼ ^L ^{X r}0	... (6)
Rj₃ = (n - i) χ r_Q	... (7)
^Rc ^{= j x r}0	... (8).
R_d = (n - j) χ r₀
Andererseits gilt für den Strom:	... (9).
	Widerständen
Das Verhältnisse der Stromwerte zu den	darstellen:
läßt sich wie folgt in einer Gleichung	... (10).
T TJ — T TJ ^Ia^Ra - ^Ib^Rb	6 in die Gleichung
Substituiert man die Gleichungen 5 und
10, dann ergibt sich:	... (11)
¹^o - Vⁿ - ^i)ro

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i = γ I_b ... (12)

In der Gleichung 12 sind I und η konstante Werte, so daß sich i bestimmen läßt durch die Messung von I,, was wiederum bedeutet, daß ein Nachweis des Elektrodenleiters Y. eindeutig gegeben ist.

Entsprechend gelten die folgenden Gleichungen für die Produkte der Strom- und Widerstandswerte R , R,, I und I,.

ede α

⁼ Vd ... (13).

Wenn die Gleichungen 7 und 8 in die Gleichung 13 substituiert werden, ergibt sich die folgende Gleichung:

Jr₀ = l_d (η - j)r₀ ... (14)

j = I I_d ... (15).

In der Gleichung 15 sind I und η konstant, so daß sich j durch Messung I, bestimmen läßt und damit auch der

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der Elektrodenleiter X..

Auf die vorstehend dargelegte Weise lassen sich die Koordinaten des jeweiligen Eingabepunkts P, also beim Schreiben des jeweiligen Druckpunktes,eindeutig ermitteln.

In Fig. 4 verursacht der Spannungsabfall der Ströme I^ und I, durch die Widerstände 18 und 19 zufolge der Verstärkung über die Operationsverstärker 16 und 18 Ausgangsspannungen am X-Ausgang 20 und Y-Ausgang 21 entsprechende Signale in Übereinstimmung mit den zugehörigen X- und Y-Koordinaten des betreffenden Eingabepunkts P.

Wenn andererseits keine Druckbeaufschlagung erfolgt, dann ist der Widerstandswert R zwischen den Elektrodenleitern

Y. und X. entsprechend groß, d.h. also, daß keine leitende Verbindung zwischen diesen besteht und dadurch ein Stromfluß I verhindert wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Strom I bestimmbar durch den Stromdetektorkreis 22, der in Reihe mit der konstant regulierten Stromquelle 15 liegt und die Tastempfindung des Schreibwerkzeugs läßt sich bestimmen durch den Ausgang der Tastempfindungsklemme 23. Der Stromwahrnehmungskreis 22 besteht beispielsweise aus einem Widerstand 24 und einem Komparator 25, wie in Fig. 4B gezeigt.

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Entsprechend der vorstehend beschriebenen Eingabebedingungen für die Vorrichtung entfällt das Anlegen von Spannkräften auf die eine der Elektrodengruppen, die aus parallel zueinander liegenden Elektrodenbahnen oder -drähten besteht, wofür hier eine zwischen die beiden Gruppen eingelagerte Gummischicht Anwendung findet, die durch Druckbeaufschlagung leitfähig gemacht wird. Der Aufbau dieser Anordnung gestaltet sich damit wesentlich einfacher und kostengünstiger als derjenige mit den gespannten Elektrodendrähten. Auch wird bei der vorliegenden Vorrichtung das Problem des zufälligen gegenseitigen Kontakts der Leitungselektroden vermieden, insbesondere dann, wenn die beiden Elektrodengruppen in eine Vorrichtung eingebracht sind, deren Eingabefläche relativ groß ist und insbesondere auch dann, wenn die Eingabevorrichtung in horizontaler Lage angeordnet ist. Die Vergrößerung des Eingabebereichs erhöht nicht notwendig die Kosten und es ist ohne technischen Mehraufwand extrem einfach, die Vorrichtungsgröße zu erweitern.

Bei der Verwendung einer Gummischicht, die durch Druckbeaufschlagung leitend wird, ist es möglich, diese so auszulegen, daß erst bei ausreichender Druckbeaufschlagung deren Leitfähigkeit hergestellt wird, und zwar nur dort, wo die Kraft auf die Schicht ausgeübt wird, woraus sich

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noch der Vorteil ergibt, daß zufällige Berührungen der Schicht, so wie sie iiti allgemeinen gegeben sind, etwa durch den Finger und/oder die Hand des die Vorrichtung Bedienenden, als Fehlaufzeichnungen ausgeschlossen werden können, da die durch diese Zufallsberührungen vorgebbaren geringen Drücke nicht ausreichen, die erforderliche Leitfähigkeit herzustellen.

Fig. 6 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit zwischen der Druckbeaufschlagung in der Gummischicht mit positiver Kraftaufbringung und dem Druck, der für die Leitfähigkeit gefordert wird. Hierbei ist auf der X-Achse der Bereich für die Druckbeaufschlagung

in min und auf der Y-Achse der Druck angegeben, der erforderlich ist, um die Schicht leitend zu machen, und

zwar in g/mm . Wenn hier davon gesprochen wird, daß die Gummischicht "leitfähig wird", dann ist damit gemeint, daß deren Widerstand von einem zuvor im nicht druckbeaufschlagten Zustand hohen Wert auf nur noch einige Ohm fällt, wobei der Druck als die pro Flächeneinheit ausgeübte Kraft gilt. In Fig. 6 ist in unterbrochener Linienführung die Kurve eines herkömmlichen, durch Druck leitfähig werdenden scheibenförmigen Materials angedeutet, und zwar - wie ersichtlich - mit negativer Abhängigkeit für die Kraftausübung. Wie die Fig. 6 zeigt, ist das

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Verhalten der herkömmlichen Schichten, die durch Druckbeaufschlagung leitend werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit abnimmt, wenn der Kraftbaufschlagungsbereich zunimmt, wohingegen die erfindungsgemäß verwendete Gummischicht ein Verhalten zeigt, bei dem eine positive Kraftbeaufschlagung zu einem entsprechenden Widerstandsverhalten führt, d.h. mit Zunahme der ausgeübten Kraft vergrößert sich auch der Bereich, auf den diese ausgeübt wird. Dieses Verhalten bedeutet mit anderen Worten, daß dann, wenn ein Teil der Eingabefläche durch Fingerdruck und/oder den Druck der Hand beaufschlagt wird, ein größerer Druck erforderlich ist, um die Fläche leitfähig zu machen, als beispielsweise durch den Kontakt eines Schreibstiftes, bei dem der druckbeaufschlagte Flächenbereich sehr klein ist. Die Eigenschaften der Gummischicht, wie sie vorstehend bezeichnet worden ist, also einer Schicht aus einem Stoff mit gummiartigen Eigenschaften, d.h. mit ausreichender Elastizität lassen sich so einstellen und vorgeben, daß nur ein Schreibwerkzeug mit einer scharfen,punktförmigen Spitze, die für den Schaltkreis geforderte Herabsetzung des Widerstandswerts erreichen kann, so daß eine Eingabe nur dann wahrgenommen wird,also ein Schreibvorgang oder dergleich dann weitergeleitet oder weiter verarbeitet werden kann, wenn die tatsächlich gewollte Eingabeinforraatiön

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aufgezeichnet wird, wobei Zufallsberührungen ohne Belang bleiben. Die Voraussetzung eines Schreibgriffels mit scharfer Spitze für eine befriedigende Aufzeichnung oder besser Ermittlung derselben, bedingt, daß dann, wenn die,Eingabefläche horizontal angeordnet ist und die Bedienungsperson während des Eingabevorgangs ihre Hand und/oder einige Finger auf der gleichen Fläche auflegt, diese letztgenannte Druckbeaufschlagung nicht zu Fehlinformationen führt, da nur der Druck des Schreibwerkzeugs allein wahrgenommen wird und eine entsprechende Aufzeichnung erfolgt. Der Kentaktbereich der Hand und der Finger ergibt gewöhnlich einen Flächenbereich von etwa 1800 mm bei einem Druck von ca. 1260 g. Damit ergibt sich eine

pro Flächeneinheit ausgeübte Kraft von ca. 0,7 g/mm , also ein viel zu kleiner Druck, um die durch Druckbeaufschlägung leitfähig werdende Schicht in den leitenden Zustand zu überführen.

In dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die aus parallelen Elektrodenanordnungen bestehenden Elektrodengruppen in Kontakt mit der gesamten Länge des ersten und des zweiten Widerstands, es ist dem gegenüber jedoch auch möglich,den Kontakt nur partiell mit den Widerständen herzustellen. Der Widerstand und die Elektrode können durch Löten miteinander verbunden werden,

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-3(T

ohne daß hierfür auf die elektrische Leitfähigkeit der durch Druckbeaufschlagung leitfähig werdenden Schicht aus Gummi oder einem entsprechende Eigenschaften aufweisenden Material zurückgegriffen werden muß. Unterschiedliche Widerstandswerte pro Längeneinheit des ersten und zweiten Widerstands können schaltungstechnisch von Vorteil sein und zu entsprechenden Resultaten führen, wie das mit dem vorstehend beschriebenen Schaltkreis der Fall ist.

In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist es nicht zwingend erforderlich, daß die aus parallelen Elektrodenanordnungen bestehenden Elektrodengruppen in rechtwinkliger Ausrichtung zueinander liegen, es ist vielmehr auch eine andere geneigte Positionierung möglich. Bezüglich der Isolierschicht mit flexiblen Eigenschaften, die als Eingabeoberfläche verwendet wird, ist es auch möglich, einen entsprechend flexiblen Schutzfilm auf die Eingabeoberfläche aufzubringen.

Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der vorlie- j genden Erfindung. Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel war die durch Druck leitfähig machbare Schicht 12 für die Eingabeoberfläche getrennt von den gleichfalls mittels Druck leitfähig werdenden Schichten oder Abschnitten 13 und 14, welche die eleltrische Verbindung zwischen den Elektroden-

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-9Θ-

leitern und dem Widerstandsbereich sicherstellen. Wenn die Längen I₁ und 1_ zwischen der Eingangsfläche beziehungsweise dem Bereich der Eingabefläche und dem Widerstandsbereich nicht zu groß ist, um zu einer Schichtdeformation in dem Widerstandsbereich zu führen, welches beispielsweise auf die Kompressionskraft des Klammerelements für die Isolierschicht und den Widerstand zurückgeführt werden kann, dann kann in dem abgewandelten Ausführungsbeispiel eine integrale Schicht 12a für die Eingabefläche und die Widerstände Anwendung finden, die als durch Druckbeaufschlagung leitfähig werdende Gummischicht oder dergleichen ausgebildet ist. Wenn entsprechend nur eine der genannten Längen oder Abstandsräume hinlänglich groß ist, dann kann eine entsprechende Flächenintegration ausgeführt werden.

In dem in Fig. 4A dargestellten Schaltkreis wird die konstante Stromzuführung entsprechend geregelt. Es ist demgegenüber jedoch auch möglich, eine Spannungsquelle zu verwenden, wie sie in Fig. 8 schematisch wiedergegeben ist.In diesem Fall ist ein zusätzlicher Schaltkreis für die Berechnung der Summe I +1, oder I +1-, und eine Teiler-

a b ca _T

schaltung für die Errechnung des Quotienten I_d

•j ^—j— verwendet. Im einzelnen ist die Schaltung nach

c d

Fig 8 so aufgebaut, daß anstelle der Konstantstromregelver sorgung 1 5 nach Fig. 4 ein Festwiderstand 25 und ein Ver-

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η-

stärker 24 mit hoher Eingangsimpedanz verwendet werden sowie ein Teiler 26, der den Quotienten I, errechnet, sowie ein Teiler 27 zur Ermittlung des Quotienten d ,

I während die zusätzlichen Schaltungsteile denen der Fig. 4 entsprechen. Die Spannung in der Schaltung nach Fig. 8 ist proportional dem Strom I, und sie wird von der Klemme e abgenommen, während die dem Strom I, proportionale Spannung an der Klemme f anliegt und die Spannung, die proportional dem Strom I=I + I, = I + I, an der Klemme g anliegt.

In Fig. 8 wird ein äquivalenter Stromkreis erhalten, wenn davon ausgegangen wird, daß der Eingang vorgegeben wird durc das Ersetzen der konstantstromregulierten Energiequelle 12 von Fig. 5 durch die Spannung erzeugende Quelle E. In diesem Fall erhält man Gleichungen 1 bis 12 gleichermaßen wie dann, wenn die konstantstromregulierte Energiequelle Anwendung findet. Insofern ergibt sich für i, welches für die Elektrodenleiterbahnen X^ entsprechend dem Eingabepunkt steht, die folgende Gleichung:

a b

wobei der Strom I sich aus der nachstehenden Gleichung ergibt:

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I — R — R. ·η _l R_ · Rj ... (17).

a b + R_ +c d

R + R, ^y R
ab c

Aus der Gleichung 17 ergibt sich, daß der Strom I mit Änderung der Widerstandswerte R , R, , R , R, und R

Si D C Cl Cj

variiert und gleichermaßen bei Änderung der Spannung E. Demgemäß ist es erforderlich, den Quotienten I, zu er-

mitteln, um i bestimmen zu können. Entsprechend repräsentiert j die Elektrodenleiterbahnen Y. in Übereinstimmung mit dem Eingabepunkt zur Bestimmung des Quotienten I, nach der

Gleichung 15.

Die vorstehend beschriebene Detektorvorrichtung für die X-Y-Koordinaten eines Eingabepunktes ist bezüglich des Aufbaus ihrer Eingabefläche extrem vereinfacht gegenüber dem bisher Bekannten, wodurch sich die Herstellungskosten erheblich verringern und Falschwahrnehmungen durch Kand- und/oder Fingerdruck sind bei der vorliegenden Vorrichtung ausgeschlossen. Die vorteilhaften Arbeitsbedingungen werden besonders deutlich, wenn die Eingabefläche in horizontaler Lage verwendet wird, wobei der Eingabebereich bei der vorliegenden Vorrichtung ohne erhebliche Kostensteigerung vorteilhaft vergrößert werden kann. Das Einschreiben oder Eingeben von Informationen in die Vorrichtung ist mittels eines

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gewöhnlichen Schreibwerkzeugs, wie etwa eines Schreibgriffels oder dergleichen, möglich. Die durch Druckbeaufschlagung leitfähig werdende, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung'verwendete Schicht, ist durch ihr positives Druckverhalten bezüglich der Beaufschlagungsfläche dadurch vorteilhaft gekennzeichnet, daß Kräfte, die über größere Flächen auf die Eingabefläche ausgeübt werden, wie das beispielsweise durch Fingerdruck oder Auflegen der Hand geschehen kann, nicht als Aufzeichnungsinformationen weitergegeben werden, während Kraftbeaufschlagungen auf kleine Flächenbereiche, beispielsweise durch einen spitzen Schreibgriffel, bei Ausschaltung ungewollte Nebenberührungen einwandfrei wahrgenommen, definiert werden und weiter verarbeitbar sind.

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Claims

PATENTAN S P RU CHE

Detektorvorrichtung zur Erfassung der X- und Y-Koordinaten von Eingabepunkten entlang einer Eingabefläche mit einer ersten Gruppe untereinander parallel verlaufender Elektroden und einer zweiten, nachgiebig gehaltenen parallelen Elektrodengruppe, die sich beide gegenüberliegend kreuzen, einem ersten in elektrischer Verbindung mit einem Ende der Elektrodenleiter der ersten Elektrodengruppe stehenden Widerstand und einem zweiten Widerstand, der in elektrischem Kontakt mit dem einen Ende der zweiten Elektrodengruppe ist, sowie elektrischen Erfassungselementen für den Nachweis der jeweiligen Eingabeposition auf der Eingabefläche mittels der durch die beiden Widerstände erzeugten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine mittels Druckbeaufschlagung leitfähig machbare Schicht (12) aus Gummi oder einem gummiartigen Material, die zwischen den beiden Elektrodengruppen (2,3) angeordnet ist, aufweist, wobei diese Schicht (12) bei Anlegung eines Druckes auf die Eingabefläche (10) leitfähig wird, und daß Elemente für die Erfassung des Stromes, der durch einen ersten und einen zweiten Widerstand (4,5) fließt, vorhanden sind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Druck leitfähig machbare Gummischicht (12) eine positive Abhängigkeit bezüglich ihrer Flächenkraftbeaufschlagung aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe (2) der parallelen Elektrodenanordnung (Y₀ ... Y ) in eine unnachgiebige, isolierende Substanz eingebracht ist und daß die zweite Gruppe (3) der parallelen Elektrodenanordnungen (Y_ ... Y ) sich quer dazu durch ein nachgiebiges Isoliermaterial erstreckt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadruch gekennzeichnet, daß der elektrische Wahrnehmungsstromkreis (22) mit einer einen Konstantstrom einregulierenden Energieversorgung (15) verbunden ist, die einen vorbestimmten ! Strom zu einem der Widerstände (4,5) abgibt und der Aufnahme eines vorbestimmten Stromes von den anderen Widerständen (5,4) dient, wobei Widerstandselemente

. (18,19) in die Stromlaufbahn der beiden Widerstände (4,5) eingeschaltet sind und Operationsverstärker (16,17) den Spannungsabfall, der über diesen Widerstandselementen (18,19) auftritt, verstärken.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromdetektorschaltkreis (22) in Reihe mit der den Konstantstrom regulierten Energieversorgung (15) liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die parallelen Elektrodengruppen (2,3) und die Widerstände (4,5) je eine mittels Druck leitfähig machbare Schicht (13,14) aus Gummi oder dergleichen als Anschlußschicht eingefügt ist, und daß diese Schichten (13,14) unter einem vorbestimmten Druck eingespannt sind.,
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der druckleitfähige Gummi integraler Bestandteil der Verbindungs- beziehungsweise Anschlußfläche ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand aus einem Metallfolienwiderstand besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nachgiebiger Schutzfilm auf die Eingabefläche aufgebracht ist.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Detektorelemente eine Spannungsquelle aufweisen, die zwischen den ersten und zweiten Widerständen in Verbindung mit diesen steht, daß das erste Widerstandselement in den Stromweg der zwei Widerstände eingeschaltet ist, daß Operationsverstärker den Spannungsabfall, der über das erste Widerstandselement abfällt, verstärken, daß ein zweites Widerstandselement zwischen die Spannungsquelle und einen der ersten und zweiten T\⁷iderstände gelegt ist, daß ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz in Verbindung mit dem erfaßten Spannungsabfall über das zweite Widerstandselement steht, daß ein erster Teiler vorgesehen ist mit einem Eingang, der mit dem Ausgang eines der Operationsverstärker verbunden ist, daß der andere Eingang in Verbindung mit dem Ausgang des Verstärkers mit hoher Eingangsimpedanz steht, und daß ein zweiter Teiler einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des anderen Operationsverstärkers verbunden ist, während der andere Eingang in Verbindung mit dem Ausgang des Verstärkers mit hoher Eingangsimpedanz steht.

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