DE1549462C - Aus Tastschaltern aufgebaute Tastatur für Datenverarbeitungs-Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus Tastschaltern aufgebaute Tastatur für Datenverarbeitungs-Anlagen mit in einem Mehrschrittcode verschlüsselter Zeichenausgabe.

Die heute üblichen Tastaturen, wie sie bei Schreibmaschinen und Fernschreibmaschinen gebräuchlich sind, erfordern zur Betätigung der Tastenhebel eine entsprechende Bewegung der Finger. Obwohl die Finger in der Lage sind, relativ große Bewegungen auszuführen und auch einen beachtlichen mechanischen Druck zu erzeugen vermögen, besteht keine Notwendigkeit, die Eingabevorrichtung einer Maschine auf diese Fähigkeit abzustellen. Vielmehr sollte die Richtung und der Bereich aller Bewegungen so ausgelegt werden, daß sie mehr auf. die Handstruktur ausgerichtet sind als auf die Maschinenfunktion. Hierbei braucht der Druck der Finger im Grunde nicht größer zu sein, als es ein bewußtes Positionieren eines Fingers mit sich bringt. Unter diesen Umständen wird das Bedienen einer Tastatur gegenüber der bisherigen Tastenbetätigung zu einem feinfühligen Vorgang.

Um dieses zu ermöglichen, schlägt die Erfindung eine aus Tastschaltern aufgebaute Tastatur vor, bei welcher die einzelnen Tastschalter aus einer der Schrittzahl des verwendeten Codes entsprechenden Anzahl von Elektroden bestehen, denen jeweils mindestens eine, die Steuerimpulse zuführende Impulselektrode beigeordnet ist, daß jede der Elektroden mit der Stufe eines Markierspeichers verbunden ist und daß diese Markierspeicher durch ein elektrisches Überbrücken aller Elektroden eines der Tastschalter durch Berühren derselben, zum Beispiel mit einem Finger, in eine diesem Tastschalter zugeordnete Lage gebracht werden.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Schaltungsausschnitt einer aus Codetastschaltern gemäß vorliegender Erfindung aufgebauten Tastatur;

Fig. 2 zeigt schematisch eine mögliche konstruktive Ausführung eines Codetastschalters .gemäß der Erfindung;

F i g/3 bis 5 stellen mögliche Elektrodenanordnungen bei Codetastschaltern gemäß der Erfindung dar.

In F i g. 1 sind drei Tastpositionen P, Q, R, fünf Markierspeicher 11 bis 15 sowie zwei Prüfstufen 16 und 18 dargestellt. Letztere dienen dazu, ein fehlerhaftes Arbeiten der Tastatur zu vermeiden.

Die Tastpositionen werden jeweils aus fünf Elektroden gebildet; jeweils eine' für jeden Codeschritt. Jede dieser Elektroden ist mit einem der Markier-. speicher verbunden, welche sich bei einer Ansteuerung auf die Schrittwertigkeit der jeweiligen Elektrode einstellt. Bei dem im vorliegenden Beispiel zu erzeugenden Code handelt es sich um einen Fünfschritt-Binär-Code, während es sich bei den Markierspeichern um Flip-Flops herkömmlicher Art handelt, so daß diese nicht näher beschrieben zu werden brauchen. Diese Flip-Flops können in Abhängigkeit von der Wertigkeit des sie erregenden Signals in einen 0- oder 1-Zustand versetzt werden.

Im vorliegenden Beispiel sind die fünf Elektroden der Tastposition P in der Weise mit den Markierspeichern 11 bis 15 verbunden, daß bei einer Ansteuerung, entsprechend dem zugehörigen Codezeichen, ein Teil der Flip-Flops in den !-Zustand und der andere Teil in den O-Zustand gekippt wird, , wobei von diesen nur im 1-Zustand ein Ausgangssignal abgegeben wird. Die Tastposition P ist damit so angeschlossen, daß durch sie die Codekombination 01100 eingestellt wird. In gleicher Weise sind auch die Tastpositionen Q und R ausgebildet, durch welche die Codekombinationen 01101 bzw. OHIO eingestellt werden. Der Anschluß der Tastelektroden in der entsprechenden Zuordnung zu den einzelnen

ίο Flip-Flops erfolgt in einfachster Weise über fünf paarweise den Markierspeichern zugeordneten Sammelleitungen 10.

Die Erregung wird jeder Tastposition in Form einer pulsierenden Spannung über eine nicht dargestellte sechste Elektrode zugeführt. Damit ergeben sich zwei mögliche Betriebsarten. Die erste ist, daß die sich durch das Auflegen der Fingerspitze ergebende Widerstandsänderung als Schaltkriterium verwendet wird. Dieses hat sich als eine sehr zuverlässige Methode gezeigt, doch bedingt sie das Vorhandensein blanker Elektroden. Die andere Möglichkeit besteht darin, die sich durch das Fingerauflegen ergebende Änderung der Kapazität zwischen den Elektroden als Kriterium heranzuziehen. Wenn diese

as Methode auch eine erheblich geringere Empfindlichkeit besitzt, so gestattet sie doch, die Elektroden durch einen dünnen Isolationsfilm zu schützen.

In den nachfolgenden Erläuterungen wird jedoch nur die Widerstandsmethode behandelt. Vefsuche mit einer Anzahl von Ausführungen haben gezeigt, daß der Widerstand zwischen zwei im Abstand von wenigen Millimetern zueinander angeordneten Elektroden beim Überbrücken mit dem Finger in der Größenordnung von 10⁵ bis 10⁶ Ohm liegt. Der sich daraus ergebende geringe Stromfluß läßt sich mittels einer einfachen Verstärkerstufe auf den erforderlichen Wert anheben. Ein Modell dieser Art wurde einem Test durch eine große Anzahl verschiedener Menschen unterzogen. Nur bei ganz wenigen sprach diese Anordnung anfänglich nicht an, was jedoch durch ein leichtes Anfeuchten des Fingers sofort behoben wurde. Diese Maßnahme ist nicht wirklichkeitsfremd, wenn sie überhaupt notwendig ist', da es bei Bankbeamten und an anderen Stellen ohnehin üblich ist, die Fingerspitzen zur Unterstützung beim Scheinzählen usw. anzufeuchten. Außerdem verursacht ein längeres Bedienen dieser Einrichtung die Anregung einer Schweißbildung an den Fingerspitzen, wodurch der gewünschte Zustand automatisch erhalten bleibt.

Im vorliegenden Fall bewirkt somit das Auflegen eines Fingers auf die Tastposition P, daß den Markierspeichern 11 bis 15 über die Elektroden und die Sammelleitungen 10 Impulse zugeführt werden, welche diese auf die Codekombination 01100 einstellen.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen einige Ausführungsarten der Elektroden und ihre konstruktive Anordnung, welche sich bei der individuellen Gestaltung der Tast-Positionen anbieten. F i g. 2 veranschaulicht, wie eine Anzahl paralleler Metallstreifen 20, 21 und 22, eingebettet in ein Isolationsmaterial, eine bestimmte Tastposition bildet. Die Streifen 20 und 21 sind in bezug auf die Oberseite der Tastfläche 23 in unterschiedlichen Höhen angeordnet, wobei ihre Lage durch den jeweils zu bildenden Codeschritt bestimmt wird. Im vorliegenden Fall ist jeder der Metallstreifen 20 mit einer O-Sammelleitung verbunden, während

die Metallstreifen 21 alle an'jeweils eine 1-Sammelleitung angeschlossen sind. Demgegenüber stehen alle Streifen 22 untereinander und mit einer gemeinsamen Impulsquelle 24 in Verbindung. In dem dargestellten Fall schließen zwei der Streifen 20 und drei der Streifen 21 in der Verteilung der Codekombination 01101 mit der Tastfläche 23 ab. Ebenso alle Streifen 22. Jede derartige Tastposition beansprucht den Platz von ungefähr 1,5 Quadratzentimeter. Wird mittels eines Fingers die derart gestaltete Tastposition so abgedeckt, daß alle Kontakte von ihm berührt werden, so gelangt über die Elektrode 22 ein Impulszug auf die Elektroden 20 und 21, welche bündig mit der Tastfläche abschließen und damit auf die fünf Markierspeicher, welche entsprechend dem zu F i g. 1 Beschriebenen auf die Codekombination 01101 eingestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine Alternativlösung zu der Fig. 2, bei welcher die Elektroden in der Art einer gedruckten Schaltung ausgebildet sind. In diesem Fall werden die Elektroden 30 und 31 wie erforderlich mit den Markierstufen verbunden, während die Impulselektroden 32 untereinander durch eine Sammelschiene 33 verbunden sind.

Ein Problem, welches zu beherrschen gilt, tritt auf, wenn der Finger nicht sämtliche Elektroden berührt. Es kann nämlich beim Verlassen auf die in der folgenden Schaltung vorgesehenen Sicherheitsmaßnahmen noch einer von zwei Effekten auftreten. Entweder die Kontaktgabe reicht aus, nur einige der Markierspeicher anzusteuern, welche daraufhin in der normalen Weise ansprechen und damit ein falsches Codezeichen abgeben oder, was wahrscheinlicher ist, es wird in diesem Fall ein Fehlerdetektor ansprechen. Eine Möglichkeit, eine saubere Kontaktgabe sicherzustellen, besteht darin, zwei der Elektroden so auszubilden, daß, wenn diese durch den Finger überbrückt werden, auch alle übrigen Elektroden berührt werden. Eine derartige Ausführung zeigt Fig 4. Bei diesem Beispiel ist es im Hinblick auf die kleine Tastfläche mit einiger Wahrscheinlichkeit anzunehmen, daß, wenn die Elektroden 40 und 41 durch eine Fingerkuppe überbrückt sind, auch alle dazwischenliegenden Elektroden berührt werden. Ist dabei die Elektrode 40 als Impulselektrode ausgebildet, dann ist die Elektrode 41, welche gleichzeitig einem Markierspeicher zugeordnet sein kann, aber nicht muß, mit einer nicht dargestellten Torschaltung verbunden,, über welche die Markierspeicher nur bei einer Ansteuerung dieser Torschaltung über die Elektrode 41 zur Übernahme der angebotenen Codekombination veranlaßt werden.

Andere Arten der Fehlerentdeckung und -beseitigung werden in Verbindung mit der Fig. 1 später noch näher behandelt. ■■;··..■

Bei der in Fig. 5 abgebildeten Anordnung bestehen die Elektroden aus Metallstäben oder -röhren 50, welche in einem Isoliermaterial 51 eingebettet rund um eine Impulselektrode 52 angeordnet sind. Die Enden dieser Elektroden bilden mit dem Einbettungsmaterial 51 eine Ebene. Eine solche Anordnung eignet sich unter anderem in Hinblick auf den ästhetischen Eindruck, insbesondere für Tastenstreifen. Es ist jedoch klar, daß die Anordnungsmöglichkeit nicht auf die dargestellte Form beschränkt ist, sondern in vielen Variationen in Streifen-, Kreis-, Viereck-, Dreieck- oder einer anderen Form ausgebildet sein kann.

Die vorbeschriebene Methode der Codeselektion eignet sich insbesondere für eine Anwendung auf dem Gebiet der schlagfreien Drucktechnik, bei welcher die abzubildende Zeichenform durch eine Ansteuerung entsprechender Sektionen einer Schriftzeichenmatrix erzeugt wird. In diesem Fall würde jede Zeichenposition der Tastatur mit einer entsprechenden Kontaktmatrix versehen sein, wobei deren Belegung stets in einer der Form des gewünschten

ίο Schriftzeichens entsprechenden Weise erfolgt. ■■■■·

Zurückkehrend zur Fig. 1 und der in ihr enthaltenen Prüfstufe, welche aus einer fünf Dioden umfassenden Koinzidenzschaltung 16 besteht. Es ist hur eine derartige Schaltung dargestellt, aber in der Praxis ist für jeden Fehlerzustand, der erkannt werden soll, eine entsprechende Schaltung vorzusehen. Die beiden wichtigsten Fehlerursachen, die zu überwachen sin9, ist

_ao a) eine nur teilweise Berührung bzw. Überbrückung der Elektroden und

b) die gleichzeitige Berührung von zwei oder mehr Tastflächen. ,:..''■■

Jeder der Flip-Flops 11 bis 15 ist gemäß Fig. 1 mit zwei den Zuständen 1 und 0 entsprechenden Steuerleitungen versehen. Zwischen diesen beiden Zuleitungen ist jeweils ein Widerstand mit Mittelabgriff 11a bis 15a angeordnet, welche ihrerseits mit je einer Diode der Schaltung 16 zusammengeschaltet sind. Diese Dioden liegen mit ihrem anderen Ende an einer positiven Spannung +V und sind so angeordnet, daß sie sich normalerweise im nichtleitenden Zustand befinden.

Wird die Tastatur nicht betätigt, so ist auch keine der Steuerleitungen erregt, und die Potentialdifferenz zwischen den jeweils zwei einander zugeordneten Leitungen ist gleich Null. Wird nun aber einer von den jeweils zwei Drähten erregt, so tritt zwischen diesen eine Potentialdifferenz auf, welche am Mittelabgriff von Null auf die Hälfte der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Drähten ansteigt. Dieser Tatbestand wird dazu benutzt, eine »Teilbetätigungs«- Prüfschaltung wie die Schaltung 16 zu steuern, bei der die Dioden so angeordnet sind, daß diese leitend werden, wenn die Spannung am Mittelabgriff ein bestimmtes Potential übersteigt. Wenn alle Dioden in leitender Richtung beansprucht werden, erreicht die Spannung am Ausgang 17 ein Maximum, welche

zur Steuerung einer weiteren Torschaltung (nicht dargestellt) dient. Über diese wird die Übertragung "der Flip-Flop-Einstellung gesteuert, welche nur* erfolgt, wenn die Spannung am Ausgang 17 einen bestimmten Wert erreicht, welcher nur auftritt, wenn alle fünf Dioden sich im leitenden Zustand befinden. Dadurch ist erreicht, daß bei nur teilweiser Elektrodsnabdeckung keine Auslösung erfolgt.

Für die zweite Prüfstufe ist eine Oder-Schaltung 18 vorgesehen, welche ebenfalls mit deii Mittel-

abgriffen lie bis 15a in Verbindung steht. Sie dient dazu, eine. Auswertung der Flip-Flop-Einstellungen zu verhindern, wenn mehr als eine Tastfläche gleichzeitig berührt wird. In diesem Fall werden bei mindestens einem Paar beide Steuerleitungen gleichzeitig beaufschlagt, so daß an diesem Mittelabgriff die Spannung den doppelten Wert erreicht, wie im Fall der Schaltung .16. Die Dioden in der »Doppeltastungs«-Prüfschaltung 18 liegen dabei an negativer

Spannung —V. Übersteigt die Spannung an einem der Mittclabgriffe den Wert, welcher erforderlich ist, die entsprechende Diode der Schaltung 16 um ein Geringes aufzusteuern, um den gleichen Wert, so wird auch die korrespondierende Diode in der Schaltung 18 leitend, wodurch am Ausgang 19 eine Spannung auftritt. Somit ist diese Spannung größer als die der Schaltung 16 am Ausgang 17. Durch sie wird ein nicht dargestelltes Schaltelement gesteuert, welches eine Unterdrückung des jeweiligen Auslesevorganges bewirkt.

Als ein Beispiel für die zwischen den beiden Schaltungen 16 und 18 bestehenden Beziehungen kann festgelegt sein, daß keine der beiden Schaltungen unterhalb +5VoIt anspricht, sondern daß die Schaltung 16 anspricht, wenn die + 5-Volt-Grenze überschritten wird, während die Schaltung 18 erst anspricht, wenn die + 7-Volt-Grenze überschritten wird. Wenn somit alle Mittelabgriffe den Normalwert von + 6 Volt erreichen, zeigt dieses an, daß alle Elektroden nur einer Tastfläche ordnungsgemäß ab-, gedeckt sind, so daß keine Unterdrückung des Auslesevorganges erfolgt. Werden dagegen die Elektroden mehrerer Tastflächen gleichzeitig berührt, so steigt die Spannung über +7 Volt und bewirkt damit das^Unterdrücken des jeweiligen Auslesevorganges.

Ähnliche Überwachungsmethoden werden zur Ermittlung anderer Zustände verwendet, wie zum Beispiel das Abheben der Finger. Dieses ist notwendig, um zu garantieren, daß ein Zeichen ausgewertet ist, bevor das nächste Zeichen eingegeben wird. Wird der auf einer Tastfläche ruhende Finger nicht abgehoben, bevor eine andere Taststelle berührt wird, so muß die Eingabe des korrespondierenden Zeichens so lange unterbunden werden, bis der noch auf der Tastfläche des vorhergehenden Zeichens ruhende Finger abgehoben worden ist.

Wenn nicht zusätzliche Zwischenspeicher vorgesehen sind, ist es erforderlich, all die Zeichen zu ignorieren, welche in einer zur Übertragungsgeschwindigkeit größeren Taktfolge eingegeben werden. Dieses kann dadurch erfolgen, daß zwischen den aufeinanderfolgenden Übertragungsimpulsen ein bestimmtes Zeitintervall geringer Dauer auftritt. Die Bedienungsperson kann dabei über den jeweiligen Zustand in der Weise informiert werden, daß ein Schwingungserzeuger bei jedem Übertragungsvorgang die Tastatur leicht vibrieren läßt. Dadurch kann er über den Tastsinn sofort erkennen, ob ein angebotenes Zeichen registriert worden ist oder nicht.

Wie im Brailleschen System, so hängt auch hier die Genauigkeit der Auswertung von einer glatten Oberfläche ab, welche mit geeigneten Erhebungen versehen ist, die über die Nerven der Fingerspitzen ertastet werden können. Obgleich man solch eine Tastatur so auslegen könnte, daß sie den gleichen Aussagegehalt hat, wie das Braillesche Alphabet, so besteht in Wirklichkeit gar nicht die Notwendigkeit zu einer derartigen Ausweitung. Es ist vollkommen ausreichend, den Fingern eine durch einfache Erhebungen erkennbare Ruhelage zu geben. Die jedem der Finger zugeordneten, unterschiedlichen Zeichen können dann durch leichtes Ausstrecken des Fingers in der entsprechenden Richtung von dieser Ruhelage aus erreicht werden.

Eine geeignete Kennzeichnung dieser Ruhelage kann durch ein einfaches + erfolgen. Der Finger würde im Ruhezustand auf dem Schnittpunkt der beiden Linien ruhen, wobei dieser gleichzeitig die Positionen der vier Zeichen bestimmt, welche diesem Finger zugeordnet sind. Den beiden Zeigefingern, welche einen größeren Bereich beherrschen, indem beiden die Wahl von sechs Schriftzeichen ermöglicht ist, kann ein Ruhelagesymbol von der Form -ff oder φ gegeben werden. Die Länge der das Symbol bildenden Linien können der Größe einer Tastfläche von etwa einem Quadratzentimeter entsprechen. Die

ίο Höhe der Erhebungen braucht nur so groß zu sein, daß sie ein Tasterkennung ermöglicht, wobei jedoch die Gesamtkonzeption so sein muß, daß die in der Ruhelage befindlichen Finger keine angrenzenden Tastfelder berühren.

Die relative Anordnung der Ruhelagesymbole zueinander wird durch die normale Haltung der Hand im Ruhezustand bestimmt. Weiterhin sollte auch der

• Neigungswinkel der Tastatur zur Bedienungsperson hin einer natürlichen Ruhestellung entsprechen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Aus Tastschaltern aufgebaute Tastatur für as Datenverarbeitungsanlagen mit in einem Mehrschrittcode verschlüsselter Zeichenausgabe, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Tastschalter aus einer der Schrittzahl des verwendeten Codes entsprechenden Anzahl von Elektroden (20/21,30/31,41,50) bestehen, denen jeweils mindestens eine die Steuerimpulse zuführende Impulselektrode (22, 32, 40, 52) beigeordnet ist, daß jede der Elektroden (20/21, 30/31, 41, 50) mit der Stufe eines Markierungsspeichers

(11 bis 15) verbunden ist und daß diese Markierspeicher (11 bis 15) durch ein elektrisches Überbrücken aller Elektroden eines der Tastschalter durch Berühren derselben, z. B. mit einem Finger, in eine diesem Tastschalter zugeordnete Lage gebracht werden. .

2. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (20/31, 30/31, 41, 50) aller Tastschalter über paarweise den Markierspeichern (11 bis 15) zugeordnete Sammelleitungen (10) mit letzteren entsprechend dem jeweils zugeordneten Codezeichen verbunden sind.

3. Tastatur nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Impulselektroden (22, 32, 40, 52) eine pulsierende Spannung anliegt.

4. Tastatur nach Anspruch 1 und 3, dadurch" gekennzeichnet, daß die sich beim Überbrücken der Elektroden im jeweiligen Stromkreis ergebende Widerstands- oder Kapazitätsänderung als Steuerkriterium dient.

5. Tastatur nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine der Elektroden (20/21, 30/31, 41, 50) oder über eine zusätzliche Elektrode eine Torschaltung ansteuerbar ist, welche die Markierspeicher (11 bis 15) zur Übernahme der angebotenen Codekombination veranlaßt und daß diese Elektrode so angeordnet ist, daß sie nur berührt wird, wenn alle übrigen Elektroden bereits überbrückt sind.

6. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennkennzeichnet, daß zwischen den beidsn Steuerleitungen der einzelnen Markierspeicher (11 bis 15) Widerstände mit Mittelabgriff (11a bis 15 a)

angeordnet sind und daß das an diesen Mittelabgriffen bei einer Regelung der jeweiligen Markierspeicher (11 bis 15) auftretende Spannungspotential zur Feststellung der vollständigen und alleinigen Betätigung eines Tastschalters dient.

7. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer auswertenden Einrichtung erfolgte Übernahme eines eingegebenen Zeichens durch eine leichte Vibration der Tastatur quittiert wird.

8. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Isoliermaterial einge-

betteten Elektroden (20/21) in ihrer Längsrichtung verstellbar sind. .

9. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (50) im Kreis oder in einer anderen regelmäßigen geometrischen Form um die Impulselektrode (52) angeordnet sind.

10. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhelage der Finger und die Tastflächen der Schalter durch zu ertastende Markierungen, z. B. Erhebungen, gekennzeichnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1Π9Α46/126