DE10349100A1

DE10349100A1 - Vorrichtung zur Darstellung taktiler Zeichen und graphischer Elemente

Info

Publication number: DE10349100A1
Application number: DE2003149100
Authority: DE
Original assignee: METEC INGENIEUR AG; METEC INGENIEUR-AG
Current assignee: METEC INGENIEUR AG; METEC INGENIEUR-AG
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-05-19

Abstract

Taktiles Anzeigemodul mit 6, 8 oder mehr Punkten, dadurch gekennzeichnet, daß seine Tastfläche in jeder Richtung aneinandergereiht werden kann, um eine größere Fläche mit äquidistantem Punktraster zu erzeugen und daß sein Kunststoffkörper im MID-Verfahren direkt mit den erforderlichen elektrischen Leiterbahnen und elektrischen Kontaktflächen versehen ist.

Description

Von den Monitoren der heutigen PC-Arbeitsplätze sind graphische Benutzeroberflächen für den sehenden Benutzer nicht mehr weg zu denken. Stark sehbehinderte und blinde Benutzer haben damit jedoch Probleme, da Sprachausgaben oder elektromechanische Braille-Ausgabeeinheiten linear und Zeichen-orientiert arbeiten.
Taktile Flächendisplays, wie sie in DE 3042390 vorgeschlagen wurden, die diesem Nachteil abhelfen könnten, haben sich auf Grund der damals vorhandenen ergonomischen Mängel und der niedrigen Geschwindigkeit nicht durchgesetzt, die Auflösung lag mit 3,1 mm Punktabstand bei nur 8,2 DPI: Auch war ein echtes Interaktives Arbeiten mit dieser Technik nicht möglich.
Die Aufgabe besteht also darin, in einer Grundfläche von 2,5 × 2,5 mm eine Vorrichtung zu schaffen, die auf ein elektrisches Signal hin an ihrer Oberseite einen Tastbaren Stift um ca. 0,5 bis 0,7 mm anheben oder absenken kann, und die gleichzeitig den oben genannten Mängeln abhilft:

– die Auflösung soll wenigstens auf 2,5 mm (10,16 DPI) steigen, was dem gebräuchlichsten Punktabstand der elektronischen Braille-Schrift entspricht.
– ein integrierter Sensor soll die Position des lesenden Fingers erkennen, so daß nach Art einer "Touchscreen" interaktiv gearbeitet werden kann.
– ein modularer Aufbau sollte den kostengünstigen Aufbau von Zeilen und/oder beliebig großen Flächen ermöglichen, die durch ein regelmäßiges Raster mit gleichen Punktabständen in beiden Achsen die Darstellung von graphischen Strukturen und von Braille-Zeichen erlauben.

Erfindungsgemäß wird ein solches Element vorzugsweise so aufgebaut, daß eine Gruppe von 8 oder mehr Punkten zu einem Modul zusammengefasst wird, wobei die Punkte in zwei Spalten angeordnet sind, die eine gemeinsame Ansteuerelektronik erhalten.
Ein erster Entwurf für ein solches Modul ist in 1 dargestellt:
In einem Kunststoffkörper (1) sind in der Stirnfläche (2) 10 Bohrungen angeordnet (5 in einer Ebene), in denen die taktilen Stifte (3) auf und nieder gleiten können. Die Längsseiten des Kunststoff-Körpers sind zweckentsprechend ausgehölt (4), damit in dem beschränkten Raum das Umlenkgetriebe (5) und der Antrieb (6) für einen solchen Taststift untergebracht werden kann. Zwei Außenwände (7) und eine Trennwand sorgen für die notwendige Aussteifung der dünnen Mittelwand. (9)
Als Antrieb für die Stifte wird beispielsweise. ein Kniehebel-Getriebe (5, 5A) vorgesehen, das im gestreckten Zustand (5A) den Taststift ausreichend weit über die Tastfläche (10) hinaushebt und ihn im gebeugten Fall (5) unter die Oberfläche zurücktreten lässt. Das untere Ende dieses Kniehebels stützt sich dabei in geeigneter Weise gegen den Kunststoffkörper (1) ab, wobei in anderen Ausführungsformen auch Kniegelenke direkt an das Antriebselement angelenkt sein können.
Das Kniehebelgetriebe wird seinerseits vorzugsweise von einem Piezo-Biegeelement (6) angetrieben, das den Kniehebel (5) von der gebeugten in die gestreckte Stellung verschiebt, wenn es elektronisch angesteuert wird. Zwei benachbarte Biegeelemente werden dabei vorzugsweise so angeordnet, daß die Oberflächen gleicher Polarität einander gegenüber liegen. Die Oberflächen und die Mittelfahne der Biegeelemente sind in Schlitzen in dem Kunststoffteil gehalten und gleichzeitig elektrisch kontaktiert.
Vorteilhafterweise erfährt der Piezo-Antrieb bei dieser Gestaltung keine in Längsrichtung auf ihn einwirkende Kraft, da die Lesekraft des Fingers allein vom Kniehebel aufgenommen und in der Kunststoffkörper eingeleitet wird.
Auf der unterhalb gelegenen Verlängerung der. Mittelwand (9) ist die Ansteuerelektronik (11) sowie der Steckverbinder (12) angeordnet,
Der Kunststoffkörper selbst, der aus einem geeigneten, wärmebeständigen Kunststoff hergestellt ist, wird dabei als Schaltungsträger benutzt und im MID-Verfahren direkt mit den entsprechenden Leiterbahnen, Bondflächen für die Kontaktierung von IC-Chips und Löt- bzw. Kontaktklebeflächen versehen. Dies kann sowohl im Subtraktiv-Verfahren, bei dem der Körper vollständig mit einer leitfähigen Metallschicht versehen wird, in die dann isolierende Trennflächen eingeritzt werden, oder im Additiv-Verfahren, bei dem nur die gewünschten Flächen und Leiterbahnen aktiviert und metallisiert werden.
Die Tastfläche (10) kann in dem vorbeschriebenen MID-Verfahren mit einer metallischen Kondensatorstruktur versehen werden, die durch den sich annähernden Lesefinger verstimmt wird. Ein Referenzkondensator kann an der Seitenfläche des Oberteils (2) angebracht werden, Diese Flächen werden mit der Auswerteelektronik (11) verbunden, die die Kondensatorverstimmung erkennt und an der steuernden Rechner weitergibt. Damit lassen sich z.B. durch ein- oder mehrmaliges Abheben eines Fingers Befehle an den rechner senden, ähnlich wie z.B. mit einer "PC-Maus". Das interaktive Arbeiten und die Benutzung vieler Windows-Funktionen wird damit verwirklicht. Anstelle des kapazitiven Sensors sind auch andere Sensorprinzipien einsetzbar.
Die Ansteuerelektronik, die über den Steckverbinder (12) mit dem Steuerrechner verbunden ist, enthält dabei in Integrierten Schaltkreisen alle notwendigen Funktionen zur Ansteuerung der Taststifte, zur Auswertung der Sensorfläche und zur Kommunikation mit den benachbarten Elementen und dem Steuerrechner
Dergestalt hergestellte Einzelmodule werden nun ohne Lücke nebeneinander gesetzt in zwei Achsen und durch eine entsprechend ausgestaltete Grundplatte elektrisch leitend miteinander verbunden, so daß die gewünschte Anzahl von taktilen Punkten zur Verfügung steht. Die Ansteuerung erfolgt dabei in der üblichen Art und Weise, beispielsweise durch einen Schieberegister/Speicherbaustein, die in beliebiger Zahl sinnvoll hintereinander geschaltet werden können, so daß jeder einzelne Punkt eines solchen Displays angesteuert und gesetzt oder gelöscht werden kann. Für größere Flächen empfiehlt sich dabei die Aufteilung in Untergruppen, die über ein Bus-system angesprochen werden können.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Kniehebel so gestaltet sein, daß sein angetriebenes Segment so mit dem antreibenden Piezo-Biegeelement verbunden ist, daß der Kniehebel zwangsweise in beide Richtungen bewegt wird.
In anderen Ausführungsformen können die Piezo-Antriebselemente nicht senkrecht unter den Kniehebeln, sondern in einem Winkel dazu angeordnet werden, um die Bauhöhe erforderlichenfalls zu reduzieren.
In einer besonders vorteilhaften Gestaltung wird der Kniehebel als ein Kunststoff-Spritzgußteil hergestellt mit angespritztem Filmscharnier oder auch als zusammenhängendes Teil mit dem Taststift und zwei Filmscharnieren.
Anstelle eines Kneihebelgetriebes sind auch andere Umlenkgetriebe einsetzbar, z.B., Keilgetriebe oder Umlenkklapphebel, welche die Bewegung des Piezo-Biegeelementes um 90 Grad umlenken
Auch kann in einer anderen Ausführungsform auf das Umlenkgetriebe ganz verzichtet werden, wenn die Piezo-Elemente parallel zur Tastfläche stufenformig versetzt angeordnet werden, so daß je ein Biegeelement direkt auf einen Taststift einwirkt.

Claims

Taktiles Anzeigemodul mit 6, 8 oder mehr Punkten, dadurch gekennzeichnet, daß seine Tastfläche in jeder Richtung aneinandergereiht werden kann, um eine größere Fläche mit äquidistantem Punktraster zu erzeugen und daß sein Kunststoffkörper im MID-Verfahren direkt mit den erforderlichen elektrischen Leiterbahnen und elektrischen Kontaktflächen versehen ist.
Taktiles Anzeigemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im MID-Verfahren eine kapazitive Sensorfläche auf die Tastfläche aufgebracht und mit einem Dielektrikum abgedeckt wird.
Taktiles Anzeigemodul nach 1) und 2) dadurch gekennzeichnet, daß ein Kniehebelgetriebe mit angespritztem Filmgelenk zur Umlenkung der Antriebsbewegung in die Bewegung des Taststiftes verwendet wird.
Taktiles Anzeigemodul nach 3) dadurch gekennzeichnet, daß der angetriebene Teil des Kniehebels an den Antrieb angelenkt ist und in beide Richtungen angetrieben wird.
Taktiles Anzeigemodul nach 3) und 4) dadurch gekennzeichnet, daß Taststift und Kniehebel als zusammenhängendes Bauteil mit mehreren Filmgelenken ausgebildet sind.
Taktiles Anzeigemodul nach 1) bis 5) dadurch gekennzeichnet daß die Mittelwand am unteren Ende als direkter Steckverbinder ausgestaltet ist.
Taktiles Anzeigemodul nach 1) bis 6) dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerelektronik für die Piezo-Aktoren und die Auswerteelektronik der Sensorfläche sowie die Kommunikationselektronik als integrierte Schaltungen direkt auf die Mittelwand aufgebondet sind.
Taktiles Anzeigeelement nach 1) dadurch gekennzeichnet, daß die antreibenden Beigeelemente nicht parallel zum Taststift, sondern in einem Winkel dazu angeordnet sind.
Taktiles Anzeigeelement mit 8 oder mehr Punkten dadurch gekennzeichnet daß die Piezo-Biegeelemente in einem Winkel von 90 Grad und stufenweise versetzt unter den Taststiften angeordnet sind, der Kunststoffkörper in MID-Technik als Schaltungsträger ausgebildet ist und auf seiner Mittelwand die Elektronik und den Anschlußsteckverbinder trägt, die Tastfläche als Sensorfläche ausgeführt ist, und ein Umlenkgetriebe dadurch entfallen kann, daß die Taststifte direkt von den Piezo-Biegern angetrieben werden.