PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005047837A1 12.04.2007
Titel Taktiles Display
Anmelder Metec AG, 70176 Stuttgart, DE
Erfinder Schäfer, Eugen, Dipl.-Ing., 70192 Stuttgart, DE
Vertreter Ostertag & Partner, Patentanwälte, 70597 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 05.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005047837
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G09F 9/37(2006.01)A, F, I, 20051005, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G09B 21/02(2006.01)A, L, I, 20051005, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird ein taktiles Display angegeben, welches mit einer taktil arbeitenden Eingabeeinrichtung versehen ist (touch-panel). Letztere kann eine Elektrode (52) umfassen, die auf einer Oberfläche einer Abdeckplatte (20) vorgesehen sind. Diese Elektrode (52) umfasst schmale und eng benachbart geführte Leiterbahnen (56, 60, 64), die zusammen eine Kondensatorplatte bilden.

Beschreibung[de]

Für Blinde und Sehbehinderte sind taktile Ausgabeeinheiten bekannt, welche von einem Computer auszugebende Information in Braille-Zeichen umsetzen, die auf einem Stiftfeld, dessen einzelne Anzeigestifte durch Stellmotoren senkrecht zur Oberfläche des Feldes bewegbar sind, nach Art einer Laufschrift dargestellt werden.

Auf diese Weise kann nur alpha-numerische Information mitgeteilt werden.

Viele Computerprogramme erzeugen aber Ausgaben in Form von Graphiken oder Bildern, und das Weiterlaufen der Programme wird dann oft über berührungssensitive Bildschirmbereiche gesteuert (touch panel).

Durch die vorliegende Erfindung soll ein taktiles Display geschaffen werden, welches ebenfalls die Möglichkeit einer Eingabe durch Berühren von Displaybereichen ermöglicht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Display mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Mit dem erfindungsgemäßen taktilen Display kann ein blinder oder sehbehinderter Benutzer zunächst graphische oder andere Informationen taktil lesen. Er kann dann an bestimmten vorgegebenen Bereichen der taktilen Darstellung, die für eine Rückmeldung vorgesehen sind, dadurch eine das Weiterlaufen des Programmes steuernde Eingabe vornehmen, daß er stark auf diesen Bereich drückt.

Unter "stark" soll in diesem Zusammenhang eine Kraft verstanden werden, die deutlich größer ist als diejenige Kraft, mit der die Anzeigestifte typischerweise zum Erkennen von Information abgetastet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Bei einem Display gemäß Anspruch 2 enthalten die Sensormittel keine bewegten Teile. Sie sind daher robust und praktisch wartungsfrei.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 3 und 4 sind im Hinblick auf möglichst große Kapazitätsänderungen beim Auflegen eines Fingers auf die Elektrode von Vorteil.

Bildet man die Sensormittel gemäß Anspruch 5 so aus, daß sie jeweils mechanisch mit dem Stellmotor zusammenarbeiten, so kann man für jeden der Anzeigestifte einen Sensor vorsehen, und zwar auch dann, wenn die Anzeigestifte unter kleinem Abstand voneinander angeordnet sind.

Die im Anspruch 6 angegebene Anordnung von Stellmotoren und Sensormitteln baut in der Anzeigeebene des Displays kompakt. Die durch die Hintereinanderschaltung von Kraftfühler und Stellmotor bedingte geringfügige Erhöhung der Tiefe des Displays ist tragbar.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 ist im Hinblick auf ein schalterähnliches Arbeiten der Sensorfelder von Vorteil. Insbesondere läßt sich so ein "Klicken" mit dem taktilen Display bewerkstelligen.

Ein Display mit touch-field-Möglichkeit gemäß Anspruch 8 zeichnet sich durch einen besonders einfachen mechanischen Aufbau aus, da die Stellmotoren zugleich als Teil der Sensoren verwendet werden können. Es müssen nur noch zusätzliche elektronische Komponenten in Form einer Auswerteschaltung vorgesehen werden, welche die durch mechanische Rückwirkung auf den Stellmotor erzeugten Spannungsänderungen der Stellmotor-Klemmenspannung auswertet.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 ist im Hinblick auf ein gutes Erkennen einer taktilen Rückmeldung von Vorteil.

Bei einem Display gemäß Anspruch 10 kann man eine Vielzahl unterschiedlicher Betätigungsflächen realisieren.

Ein Display gemäß Anspruch 11 hat für Zwecke der taktilen Rückmeldung zwar geringere Auflösung. Eine solche ist aber für viele Zwecke tolerierbar und ermöglicht einen einfacheren Aufbau des Displays.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 Eine Aufsicht auf ein taktiles Display mit taktiler Rückmeldemöglichkeit;

2 einen Teilschnitt durch ein Anzeigeelement des in 1 gezeigten Displays;

3 eine ähnliche Ansicht wie 2, in welcher jedoch eine Alternative für die taktile Rückmeldung dargestellt ist;

4 eine perspektivische Ansicht einer oberen Abdeckung einer Anzeigeeinheit, wie sie bei dem Display in 1 verwendet werden kann, wobei diese Abdeckung mit einer Elektrodenstruktur versehen ist, die Teil eines kapazitiven Berührungsschalters darstellt;

5 ein schematisches Blockschaltbild eines Detektionskanales, der mit einer Elektrodenstruktur nach 4 zusammenarbeitet; und

6 eine Aufsicht auf eine andere Stirnplatte einer Anzeigeeinheit, welche mit einer abgewandelten Elektrodenstruktur versehen ist.

In 1 ist mit 10 insgesamt ein Rahmen eines graphischen Displays bezeichnet, welcher eine Matrixanordnung von Anzeigeeinheiten 12 aufnimmt.

Jede der Anzeigeeinheiten 12 umfasst zwei Spalten 14, 16 von Anzeigestiften 18, die in zur Oberfläche des Displays senkrechter Richtung verlagerbar sind, um dort ein taktiles Bild einer Computerausgabe darzustellen, z. B. eine Strichzeichnung, ein Balkendiagramm, eine Markierung für ein taktiles Eingabefeld usw..

Wie aus 2 ersichtlich, hat jede der Anzeigeeinheiten 12 eine obere Deckplatte 20, die zwei Reihen von je fünf Führungsbohrungen 22 für jeweils das Ende eines Anzeigestiftes 18 aufweist.

Hinter der oberen Deckplatte 20 befindet sich eine mittlere Gehäuseplatte 24, welche mit Führungsbohrungen 26versehen ist, die eine fluchtende Fortsetzung der Führungsbohrungen 22 darstellen.

Wie 2 zeigt, sind die Anzeigestifte 18 mit stabförmigen Abtriebsteilen 28 von nur schematisch angedeuteten Stellmotoren 30 verbunden, die ein zylindrisches Gehäuse mit gleichem Durchmesser wie die Anzeigestifte haben. Die Stellmotoren 30 können in der Praxis elektromagnetische Stellmotoren, nach dem Tauchspulenprinzip arbeitende Stellmotoren, lineare Synchronmotoren, Kombinationen aus einem kleinen Elektromotor und einem Zahnstangentrieb oder dgl. oder fluidische Stellmotoren sein.

Wichtig ist, daß die Stellmotoren 30 den mit ihnen verbundenen Anzeigestift 18 zwischen einer hinter die obere Deckplatte 20 zurückgefahrenen Ruhestellung (in 2 links gezeigt) und einer über die Oberseite der Deckplatte 20 überstehenden Arbeitsstellung (2 Mitte) verlagern können.

Um an jedem Pixel des Displays eine taktile Rückmeldung an einen mit dem Display 10 verbundenen Computer geben zu können, sind die Stellmotoren 30 über einen Kraftfühler 32 und eine Leiterplatte 34 an einer unteren Abschlußplatte 36 der Anzeigeeinheit 12 abgestützt.

Die Stellmotoren 30 sind in den Führungsbohrungen 20 verschiebbar angeordnet, so daß eine auf den zugeordneten Anzeigestift 18 ausgeübte taktile Rückmeldekraft das untere Ende des Stellmotors 30 gegen den Kraftfühler 32 drückt. Dieser erzeugt unter diesen Bedinungen ein Ausgangssignal, welches die taktile Rückmeldung erkennen läßt.

Beim in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Kraftfühler 32 selbst in seinen axialen Gesamtabmessungen gemäß der auf ihn ausgeübten Kraft abnimmt, so daß das nach unten Drücken des Anzeigestiftes 18 zu einer kleinen Lageänderung des kalottenförmigen Endes des Anzeigestiftes 18 führt, die in der Zeichnung mit "s" bezeichnet ist.

Die Kraftfühler 32 tragen auf ihrer Unterseite zwei Kontakte 38, 40, die an entsprechenden Leiterbahnabschnitten der Leiterplatte 34 anliegen, um das Ausgangssignal eines Kraftfühlers 32 an einen an die Leiterplatte 34 angeschlossenen Computer weiterzugeben.

Ferner tragen die Unterseiten der Kraftfühler 32 Kontakte 42, 44, über welche die Erregung der Stellmotoren 30 erfolgt. Die Kontakte 42, 44 stehen wieder mit fluchtenden Leiterbahnabschnitten der Leiterplatte 34 in Verbindung und erhalten so über die Leiterplatte 34 die Ausgangssignale von in der Zeichnung nicht dargestellten Verstärkern eines Interfaces 45, über welches der Rechner die Stellmotoren 30 ansteuert, um eine gewünschte Information auszugeben.

In der Zeichnung ist schematisch noch ein Differenzverstärker 46 dargestellt, dessen einer Eingang mit dem Ausgangssignal des Kraftfühlers 32 beaufschlagt ist, während sein zweiter Eingang eine Referenzsignal erhält, welches durch einen einstellbaren Widerstand 48 angedeutet ist.

Auf diese Weise erzeugt der Differenzverstärker 46 dann ein Ausgangssignal, wenn auf den Anzeigestift 18 eine Kraft ausgeübt wird, die einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet.

Viele elektromechanische Antriebe wie Tauchspulantriebe oder piezoelektrische Antriebe zeichnen sich dadurch aus, daß sie auch als Aufnehmer verwendbar sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach 3 ist kein getrennter Kraftfühler 32 vorgesehen, vielmehr ist an die Anschlußklemmen des Stellmotors 30 ein Differenzierkreis 50 angeschlossen. Wird der Anzeigestift 18 betätigt, so kann man dies an einer Spannungsänderung der an den Klemmen des Stellmotors 30 liegenden Spannung erkennen. Diese Spannungsänderung wird über den Differenzierkreis 50 abgenommen. Der Differenzverstärker 46 dient wieder dazu, absichtliche Betätigungen von unabsichtlichen, beim normalen Lesenden Überstreichen der Anzeigestifte 18 hervorgerufenen Spannungsänderungen zu unterscheiden.

4 zeigt eine obere Deckplatte 20 für eine Anzeigeeinheit 12, die mit einer insgesamt mit 52 bezeichneten Elektrode versehen ist, die als Kondensatorelektrode dient und zusammen mit einem Finger eines Benutzers und Masse einen Kondensator bildet.

Die Elektrode 52 umfasst einen in Aufsicht rechteckigen Randstreifen 54 größerer Breite (in der Praxis etwa 1 mm). Von der in 4 oberen linken Ecke des Randstreifens 54 geht eine schmale Leiterbahn 56 aus, die eine Breite von 100 &mgr;m hat und dem Randstreifen 54 zunächst parallel unter engem Abstand folgt.

Die Leiterbahn 56 geht dann in eine Leiterfläche 58 über, welche eine obere rechte Aufnahmeöffnung 22-1-2 für einen Anzeigestift umgibt. Vom unteren inneren Eck der Leitfläche 58 läuft dann eine weitere Leiterbahn 60 weiter, die serpentinenähnlich gefaltet ist und ebenfalls eine Breite von 100 &mgr;m aufweist. Die Leiterbahn 60 erstreckt sich bis zum unteren rechten Eck einer Leiterfläche 62, welche eine Aufnahmeöffnung 22-1-1 für einen Anschlagstift umgibt.

Von der oberen linke Ecke der quadratischen Leiterfläche 62 geht wieder eine schmale Leiterbahn 64 mit einer Breite von 100 &mgr;m weiter, welche zunächst der linken und unteren Randkante der Leiterfläche 62 folgt und dann parallel unter Abstand unterhalb der serpentinenförmigen Leiterbahn 60 und der Leiterfläche 58 verläuft.

Im weiteren Verlauf ist die Leiterbahn 64 dann wieder serpentinenförmig geführt und erstreckt sich über die Oberkante von weiteren Leiterflächen 58-2 und 62-2 einer Leiterbahnanordnung, die ähnlich zu der obenstehend unter Bezugnahme auf die Aufnahmeöffnungen 22-1 und 22-1-2 beschriebenen ist.

Der weitere Verlauf der Oberseite der Deckplatte 20 stellt eine periodische Fortsetzung des oben beschriebenen Teils der Struktur der Elektrode 52 dar.

Ist die obere Deckplatte 20 Teil einer Anzeigeeinheit 12 und legt ein Benutzer seinen Finger auf die Elektrode 52, so wird durch die Elektrode 52, den Finger der Person, deren Körper und die Masse ein Kondensator gebildet. Dieser Kondensator ist in 6 mit C1 bezeichnet. Vergleicht man die Kapazität des Sensor-Kondensators C1 mit der Kapazität eines Referenzkondensators C2, so kann man feststellen, ob sich auf der Deckplatte 20 ein Finger befindet oder nicht.

Um diesen Vergleich durchzuführen ist gemäß 5 ein Komparator 66 vorgesehen. Dieser kann die Kapazitäten der mit seinen beiden Eingängen verbundenen Kondensatoren auf eine beliebige bekannte Weise vergleichen oder messen, z. B. durch Vergleich der Schwingungsfrequenzen von Schwingkreisen, welche den Kondensator C1 bzw. den Kondensator C2 als frequenzbestimmendes Element enthalten.

Das Ausgangssignal des Komparators 66 läßt somit erkennen, ob sich ein Finger auf der Deckplatte 20 befindet oder nicht.

Zur weiteren Verarbeitung wird das Ausgangssignal des Komparators 66 über einen Verstärker 68, einen Sample- und Hold-Kreis 70, einen Analog/Digital-Wandler 72 und ein Logik-Interface 74 auf einen Datenbus 76 gegeben, an welchen ein nicht dargestellter Rechner angeschlossen ist. Dieser erhält auf diese Weise Information darüber, ob im Moment ein Finger auf der Deckplatte 20 der betrachteten Anzeigeeinheit liegt oder nicht. Ein solches Signal kann als Ausgangssignal eines "touchkeys" dienen und das weitere Arbeiten des angeschlossenen Rechners steuern.

In 6 ist eine obere Deckplatte 20 für eine Anzeigeeinheit 12 dargestellt, welche mehrere Sensorfelder aufweist.

Jede Aufnahmeöffnung 22-i-j (i = Zeilennr., j = Spaltennr.) für einen Anzeigestift 18 ist von einer separaten Elektrode umgeben, welche einen kreisförmigen Steg 78 und von diesem radial nach außen und außen abstehende feine Zinken 80 aufweist.

Die durch die Stege 78 und die von ihnen getragenen Zinken 80 gebildeten Einzelelektroden 52-i-j können jeweils Teil eines Kondensators sei, wie dies obenstehend unter Bezugnahme auf 4 analog beschrieben wurde.


Anspruch[de]
Taktiles Display mit einem Gehäuse (20, 24, 36) und einer Vielzahl durch Stellmotoren (30) zwischen einer über die Außenseite des Gehäuses (24, 26, 36) überstehenden Arbeitsstellung und einer in die lichte Kontur des Gehäuses (20, 24, 36) eingefahrenen Ruhestellung verlagerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Fingern eines Benutzers zusammenarbeitende Sensormittel (30; 32; 52) aufweist. Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensormittel mindestens eine Elektrode (52) aufweisen, die einen Teil eines Kondensators darstellt, der mit einer Kapazitätsmeßeinrichtung (66) verbunden ist. Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (52) eine Vielzahl feiner eng benachbarter Leiterbahnen (56, 60, 64; 80) aufweist. Display nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (56, 60, 64; 80) serpentinenförmig, mäanderförmig oder kammförmig ausgebildet sind. Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensormittel über die Anzeigestifte (18) betätigte Kraftfühler (32; 30, 46) umfassen. Display nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmotoren (30) jeweils über einen zugeordneten Kraftfühler (32) am Gehäuse (20, 24, 36) abgestützt sind. Display nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgänge der Kraftfühler (32) Diskriminatoren (46) angeschlossen sind. Display nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftfühler einen Stellmotor (30) und eine an dessen Klemmen angeschlossene Auswerteschaltung (46 bis 50) aufweist, welche Änderungen in der an den Stellmotorklemmen anliegenden Spannung erfasst. Display nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (46 bis 50) einen Differenzierkreis (50) umfasst. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Anzeigestift (18) ein Sensormittel (32; 30, 46 bis 50) vorgesehen ist. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Gruppe benachbarter Anzeigestifte (18) ein Sensormittel (52) vorgesehen ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com