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Seit
deren Einführung
in den frühen
siebziger Jahren haben Berührungsbildschirme
attraktive Alternativen zu Tastaturen für bestimmte Computeranwendungen
bereitgestellt. In vielen Situationen werden die Tastatur und die
Maus beseitigt, weil der Berührungsbildschirm
den Benutzer mit einem viel einfacheren Zugriff auf den Computer
versieht. Infolge dessen ist der Markt auf eine beträchtliche
Größe angewachsen
und ein fortwährendes
schnelles Wachstum wird angenommen. Jedoch ist die Herstellung von
gegenwärtigen
Berührungsbildschirmen
schwierig, was eine Preisschranke erzeugt, die das Wachstum in vielen
neuen Gebieten, wie beispielsweise der Ausbildung, beschränkt.
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In
dieser Offenbarung wird ein neues Konzept diskutiert, welches im
Grunde genommen Konstruktionsrandbedingungen beseitigt und eine
größere Freiheit
für die
Konfiguration von Berührungsbildschirmen
bereitstellt. Beispiele werden angegeben, um diese neue Freiheit
bei den Konstruktionsparametern zu illustrieren. Diese Konstruktionskonzepte stellen
eine Basis zum Herstellen von Berührungsbildschirmen bei viel
geringeren Kosten bereit, und zwar ohne an der Qualität einzusparen.
Ferner wird die Erzeugung von neuen Konstruktionen bzw. Designs
für eine
spezielle Sensorgröße, eine
spezielle Form oder spezielle elektrische Charakteristiken mit dem
hier beschriebenen Konzept stark vereinfacht und reduziert Forschungs-
und Entwicklungskosten.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein
wesentlicher Teil der heutzutage hergestellten Berührungsbildschirme
sind auf die Messung von elektrischen Potentialen auf Substraten
gestützt, die
aus einem transparenten Medium hergestellt sind, wie beispielsweise
Glas, welches mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet
ist. Gleichförmig
elektrische Felder müssen
auf dem Substrat aufrecht erhalten werden und diese werden sequentiell
in den x- und y-Richtungen
angewendet.
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Mit
anderen Worten, gleich beabstandete Äquipotentiallinien werden orthogonal
in einer zeitgerechten Sequenz erzeugt. Eine Spannung (oder äquivalent
ein Strom, der sich auf das lokale Potential des Berührungspunkts
bezieht), die gemessen wird, wenn das Feld in der x-Richtung ist,
ist direkt proportional zu dem Abstand entlang der x-Koordinate
und ist unabhängig
von der y-Koordinate. Im Gegensatz dazu ist eine Spannung, die gemessen
wird, wenn das Feld in der y-Richtung ist, direkt proportional zu dem
Abstand entlang der y-Koordinate, und ist unabhängig von dem Wert von x.
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Gemäß der gegenwärtigen Konstruktionen werden
widerstandsbehaftete Berührungsbildschirme
oft auf LCD oder CRT Anzeigen angebracht, aber möglicherweise am häufigsten
auf CRTs, die als Computermonitore verwendet werden, um als Dateneingabeeinrichtungen
verwendet zu werden. Wie in 6 gezeigt
wird ein typischer Monitor 10 ein rückwärtiges Gehäuse 11 umfassen, in
dem die CRT eingerichtet ist. Eine Glasplatte 12 mit einer
gleichförmigen
widerstandsbehafteten Beschichtung 15 (die in 7 gezeigt
ist), wie beispielsweise ein ITO (Indiumzinnoxyd), ist über der
Stirnfläche 14 der
CRT 13 platziert. Eine Polyesterabdeckungsschicht ist eng über der
Oberseite der Glasplatte aufgehängt,
vorzugsweise getrennt davon durch kleine transparente isolierende
Punkte 16, wie in Hurst, U.S. Nr. 3,911,215 beschrieben
wird, welches hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung
ist. Die Abdeckungsschicht 17 weist eine leitende Beschichtung
auf der Innenseite und eine harte widerstandsfähige Beschichtung 18 auf
der äußeren Seite
auf. Eine ausführlichere
Ansicht der Schichten des Berührungsbildschirms
ist in 7 gezeigt, mit einer Einfassung 19.
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Ein
einzelner Computer oder Controller 20 (der in 6 gezeigt
ist) wird verwendet, um eine Spannung über die widerstandsbehaftete
Oberfläche des
Glases in den X und Y Richtungen abzuwechseln. Wenn eine Berührung auf
der Abdeckungsschicht bewirkt, dass die innere leitende Beschichtung
einen elektrischen Kontakt mit der widerstandsbehafteten Beschichtung
auf dem Glas herstellt, digitalisiert eine mit dem Controller verbundene
elektrische Schaltung diese Spannungen oder Äquipotentiale und überträgt diese
an den zugehörigen
Hauptcomputer 21 für
eine Verarbeitung. Wie in den 8A und 8B gezeigt
kann der Controller 20 intern an den Monitor 10 oder
in einem Schlitz innerhalb des zugehörigen Hauptcomputers 21 angebracht
sein.
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In
der Praxis führt
die Implementierung von diesen Konzepten, wie in dem Patent von
Hurst (U.S. 3,798,370, März
1974) offenbart sind, zu der Herstellung von Berührungsbildschirmen mit hervorragender
Qualität.
Dennoch sind die Herstellungskosten wegen der folgenden drei Faktoren
hoch:
- 1) Das Substrat muss eine sehr gleichförmige Leitfähigkeit
aufweisen. Leitende Materialien werden auf ein Substrat (gewöhnlicherweise
Glas) in aufwendigen Beschichtungskammern aufgebracht. Wenn gerade
ein großes
Substrat vorbereitet wird, muss die Kammer noch größer sein, und
sogar dann müssen
mehrere Quellen verwendet werden, um das Substrat gleichförmig abzudecken.
Einige von diesen beschichteten Substraten erfüllen die Spezifikationen nicht
und müssen
verworfen werden.
- 2) Ein Widerstandsteilernetz muss hinzugefügt werden, um gerade Äquipotentiale
aufrecht zu erhalten, indem Kanteneffekte in Verbindung mit der Feldschaltmatrix
beseitigt werden. Dies hat unabhängige
Qualitätsanforderungen,
die weiter zu den Herstellungskosten beitragen und Verwerfungsraten
erhöhen.
- 3) Schließlich
muss für
das Substrat selbst und für jeden
fertig gestellten Bildschirm ein aufwendiges Testverfahren durchgeführt werden.
Diese statistischen Qualitätskontrolltests
sind kostenintensiv und stehen direkt im Zusammenhang mit dem Problem
einer Aufrechterhaltung von genauen Äquipotentialen.
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In
der
US 4650927 ist ein
elektrographisches System mit einer Steuerung offenbart, die eine
Korrektur für
Grafikoberflächen-Nichtlinearitäten ausführt, die
eine Prozedur verwendet, bei der eine Korrekturnachschlagtabelle
als Teil der Herstellung der Einrichtung entwickelt wird, wobei
Ausgangsmesswerte entlang eines rechteckförmigen Gitterfelds einer physikalischen
Domäne
mit vorgegebener Dimension genommen werden und diese Ausgangsmesswerte
dann in ihrer Signaldomäne
eingestellt werden, um eine regelmäßig inkrementierte Sequenz von
Adressenwerten innerhalb dieser Signaldomäne einzurichten. Die Koordinatenwerte
der physikalischen Domäne
werden dann abgeleitet und in der Tabelle für jeden Adressenwert abgelegt.
Die Steuerung greift dann auf diesen Speicher für jede gegebene Orts- oder
Nachfolge-Position auf der Grafikoberfläche zu und führt eine
Interpolationsgewichtung aus, um akzeptabel genaue Koordinatenpaarsignale abzuleiten,
die an einen Hostcomputer oder dergleichen ausgegeben werden.
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In
der
US 4752655 ist eine
transparente Koordinateneingabeeinrichtung offenbart, die integral mit
einer Anzeigeeinheit oder damit überlappend
verwendet werden kann und die eine Koordinateneingabeplatte (d.
h. ein transparentes Zeichnungsbrett) aufweist. Die Eingabeplatte
weist ein transparentes isolierendes Substrat, einen flachen transparenten Widerstandsfilm
mit einer rechteckförmigen
Form, die auf dem Substrat gebildet ist, und Detektionselektroden,
die elektrisch mit vier Seiten des transparenten Widerstandsfilms
verbunden sind, auf, um zu bewirken, dass ein Strom entlang einer
der Stromeinfluss- und Ausfluss-Richtungen in Bezug auf den transparenten
Widerstandsfilm fließt.
Die transparente Koordinateneingabeeinrichtung weist auch eine Koordinatenkorrekturtabelle
zum Speichern von Korrekturdaten, die die Beziehung zwischen den
Eingabekoordinatensignalen, die eine Eingabeposition des elektrischen
Stifts darstellen, und den Ausgabekoordinatensignalen, die eine
Position darstellen und die durch einen Detektor erfasst werden,
darstellen und weist eine Betriebsschaltung zum Ausführen einer Koordinatenkorrektur
durch Zugriff auf die Koordinatenkorrekturtabelle auf.
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In
der
US 4679242 ist ein
zweidimensionales Koordinatenmessbrett zur Verwendung beispielsweise
zur Erkennung einer Handschrift offenbart. Eine Schicht mit einem
hohen spezifischen Widerstand ist abgegrenzt mit einem Rand mit
einem niedrigeren spezifischen Widerstand, der mit einer geschalteten Spannugsquelle
verbunden ist, um zu bewirken, dass ein Strom zunächst in
einer Richtung und dann in einer senkrechten Richtung durch die
Widerstandsschicht fließt.
Potentialmessungen an einem Feld von genau bestimmten Punkten werden
verwendet, um einen Satz von Korrekturwerten zu erzeugen, die in
einem programmierbaren Nur-Lese-Speicher gespeichert werden. Um
die Position eines beliebig gewählten
Kontaktpunkts auf der Schicht anzuzeigen werden danach die gespeicherten
Korrekturwerte für
die nächsten
Punkte aus dem Speicher geholt und mit den gemessenen Werten kombiniert,
um eingestellte Ausgangswerte zu erzeugen, die genauer die positionsmäßigen Koordinaten des
Kontaktpunkts anzeigen.
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Gegenwärtig erfordern
Konstruktionsänderungen
eine beträchtliche
Werkzeugumrüstung.
Jedoch werden Werkzeugumrüstungskosten
und Verzögerungen
durch Verwendung der neuen Konzepte in der vorliegenden Erfindung
beträchtlich
verringert. Diese Konzepte, sowie dies erläutert werden wird, werden sämtliche
Kostenfaktoren verringern und gleichzeitig eine viel größere Flexibilität bei der
Konstruktion von Sensoren der erforderlichen Form, Größe und der
erforderlichen elektrischen Spezifikationen bereitstellen. ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG Es ist deshalb ein Zweck der Erfindung eine verbesserte
Berührungsbildschirmherstellung durch
Verbessern der Bildschirmausbeute durch eine inhärente Toleranz für individuelle
und Chargen-Varianzen bereitzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe der
Erfindung vereinfachte Herstellungsanforderungen für Berührungsbildschirme
mit einer weniger aufwendigen Aufbringung der leitenden Beschichtung; mit
weniger und viel einfacheren Elektroden – nur vier zum Beispiel, oder
sogar eine einfache Widerstandsumrahmungs-Konstruktion; wobei keine
Teilerwiderstände
benötigt
werden, zu ermöglichen.
Es ist noch ein anderer Zweck der Erfindung eine Kompatibilität mit der
gegenwärtigen
Herstellung von Analog-zu-Digital-Elektronikschaltungen und Kalibrierungs/Test-Prozeduren
bereitzustellen. Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung eine
Herstellung bei niedrigen zusätzlichen
Kosten zu ermöglichen, was
durch Einsparungen bei der Bildschirmherstellung mehr als ausgeglichen
wird. Es ist ein anderer Zweck der Erfindung eine freiere Konstruktion
von Berührungsbildschirmen
mit Änderungen
zu erlauben, die leicht implementiert werden, um neue Bildschirmkonfigurationen
aufzunehmen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Positionssensor vorgesehen, wie im Anspruch 1
beansprucht.
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Die
Erfindung wird weiter mit Hilfe eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben:
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1A einen
Konturplot von theoretischen Äquipotentialen
in der y-Richtung auf einem Berührungsbildschirmsensor
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit vier Elektroden und nicht-linearen Äquipotentiallinien;
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1B einen
Konturplot von theoretischen Äquipotentialen
in der x-Richtung auf einem Berührungsbildschirmsensor
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit vier Elektroden und nicht-linearen Äquipotentiallinien;
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2 einen
dreidimensionalen Plot der Potentialverteilung in dem Sensor mit
der in den 1A und B gezeigten Konfiguration;
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3 einen
Plot von Stromflusslinien in einem Sensor mit vier Elektroden an
den Ecken; 4 ein Konturplot von theoretischen Äquipotentialen
in einem Sensor mit einer nicht-gleichförmigen spezifischen
Leitfähigkeit,
um Bedingungen zu simulieren, die sich aus einer Vakuumverdampfung
und Ablagerungen der leitenden Substanz ergeben könnten;
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5A den
Ort von Zellen mit dem Prozess einer Randabbildung in dem gewöhnlichen
Fall;
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5B die
spezielle Bedingung, wenn die starke Auswölbung eines Äquipotentials
bewirkt, dass ein gegebenes Äquipotential
eine rechteckförmige
Funktionsbox an vier Punkten schneidet;
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6 einen
typischen Monitor mit einer Berührungsbildschirm-Eingabeeinrichtung;
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7 eine
ausführliche
Ansicht der Schichten eines Widerstands-Berührungsbildschirms;
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8A einen
repräsentativen
Berührungsbildschirm-Monitor
mit einem internen Controller;
-
8B einen
repräsentativen
Berührungsbildschirm-Monitor
mit einem externen Controller; und
-
9 einen
Konturplot von theoretischen Äquipotentialen
in einem rechteckförmigen
Sensor mit einer Elektrode in der Mitte von jeder Seite;
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10A eine Darstellung eines Satzes von Äquipotentialen
in einer Bildrahmen-Sensorkonfiguration
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Breite des Rahmens ist zu einer Einheit in einem
20X28 Sensor genommen und seine spezifische Leitfähigkeit
ist 1000 mal diejenige des zentralen Sensorgebiets. Die Elektroden
an den vier Ecken sind L-förmig und
jedes Segment des L ist so ausgebildet, dass es eine Einheitslänge aufweist.
Das angelegte Potential von einer Einheit wird zwischen dem oberen
Paar und dem unteren Paar von Elektroden angenommen;
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10B eine Darstellung der Sensor-Entsprechung der 10A, wobei jedoch Äquipotentiale für ein Einheitspotential
zwischen dem linken Paar und dem rechten Paar von Elektroden angelegt
sind.
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11A Äquipotentiale
in der gleichen Sensorkonfiguration der 10A,
mit Ausnahme davon, dass der Rahmen so ausgelegt ist, dass er eine
Dicke von nur 0,1 Einheiten aufweist, seine spezifische Leitfähigkeit
10000 mal diejenige des zentralen Gebiets ist, und die L-Elektroden
gewählt
sind, um eine Länge
gleich zu derjenigen der Rahmenbreite aufzuweisen;
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11B eine Darstellung der Sensorkonfiguration von 11A, wobei jedoch das angelegte Potential in der
x-Richtung zwischen den linken und rechten Paaren von Elektroden
genommen ist;
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12A Äquipotentiale
in der gleichen Sensorkonfiguration wie in 10A,
mit Ausnahme davon, dass ein kreisförmiger Bereich mit einem Radius von
fünf Einheiten
in der Mitte des Sensors so ausgelegt ist, dass er eine spezifische
Leitfähigkeit
einer Hälfte
von derjenigen des Sensors aufweist. Das Potential ist in der y-Richtung
zwischen den oberen und unteren Paaren von Elektroden angelegt;
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12B hat den gleichen Sensor wie in 12A, mit Ausnahme davon, dass die Potentialdifferenz
in der x-Richtung zwischen den linken und rechten Paaren von Elektroden
angelegt wird;
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13A Äquipotentiale
in der gleichen Sensorkonfiguration wie in 10B,
mit Ausnahme davon, dass ein kreisförmiger Bereich mit einem Radius von
5 Einheiten, die in der Mitte des Sensors angeordnet ist, so ausgelegt
ist, dass er eine spezifische Leitfähigkeit von zweimal derjenigen
des Sensors aufweist. Das Potential wird in der x-Richtung zwischen
den linken und rechten Paaren von Elektroden angelegt;
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13B den gleichen Sensor wir in 13A, mit Ausnahme davon, dass die Potentialdifferenz
in der y-Richtung zwischen den oberen und unteren Paaren von Elektroden
angelegt wird;
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14A die gleiche Sensorkonfiguration wie in 10A, mit Ausnahme davon, dass die Leitfähigkeit
des Rahmens so ausgelegt ist, dass sie nur 10 mal diejenige der
Sensormitte mit einem eine Einheit breiten Rahmen in der standardmäßigen 20X28
Konfiguration ist. Die Elektroden sind L-förmig mit Einheitslängensegmenten.
Mit dieser geringeren Leitfähigkeit
existiert eine gewisse Nicht-Gleichförmigkeit;
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14B Äquipotentiale
für die
gleiche Konfiguration wie in 14A,
aber mit kreisförmigen
Elektroden. Es sei darauf hingewiesen, dass mit dieser Kombination
von Rahmendicke und Leitfähigkeit
ein geringer Unterschied in den Äquipotentialen
vorhanden ist, abhängig
davon, ob die Eckenelektroden kreisförmig oder L-förmig sind;
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15A Äquipotentiale
in dem ursprünglichen
Sensor mit gleichförmiger
Leitfähigkeit
der 1a mit 12 flachen Elektroden mit Einheitslänge, die
gleichförmig
um den Umfang herum verteilt sind. L-förmige
Elektroden befinden sich an den Ecken, während für Elektroden auf den Seiten
angenommen wird, dass sie auf Potentiale gehalten werden, die linear
von dem Abstand von dem Eckenpaar abhängen, das die Potentialdifferenz
hervorbringt;
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15B Äquipotentiale
auf dem gleichen Sensor wie in 15A,
mit Ausnahme davon, dass das angelegte Potential in der x-Richtung
zwischen den linken und rechten Sätzen von Elektroden ist. In diesem
Fall sind die Äquipotentiale
nahezu parallel, außer
sehr nahe zu den Elektroden, und sind eine definitive Verbesserung
gegenüber
den Äquipotentialen
der 1A und 1B;
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16 Äquipotentiale
für die
gleiche Konfiguration wie in 14A gezeigt,
mit Ausnahme davon, dass die spezifische Leitfähigkeit des Rahmens 100 mal
diejenige der Sensormitte ist. Die Äquipotentiale sind nahezu parallel,
wobei sie leicht unter Verwendung von elektronischen Controllern
und einer Datenverarbeitung behandelt werden, wie in dem Text angegeben,
aber durch Erhöhung
der spezifischen Leitfähigkeiten
noch weiter um einen Faktor von 10, wie in 10 dargestellt,
wird eine hervorragende Parallelität erreicht;
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17 Äquipotentiale
für einen
20X28 Bildrahmen-Bildschirm, wobei die Umfangsrahmenbereiche 2 Einheiten
breit sind, wobei L-Elektroden 2 Einheiten breit sind, und mit einer
Leitfähigkeit
des Rahmens, die 500 mal diejenige der Sensormitte ist, in Übereinstimmung
mit der Idee, dass das Produkt der spezifischen Leitfähigkeit
und der Rahmenbreite konstant bleiben sollte; und
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18 ein
einfaches schematisches Diagramm eines Herunterdrückdetektors,
der in vorteilhafter Weise verwendet werden kann, um einen Leistungsverbrauch
zu verringern.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Für den Zweck
einer Beschreibung der Erfindung ist es am besten einen Raum in
Einheiten von elektischen Äquipotentialen
zu definieren. Im Prinzip kann eine Koordinatenabbildung unter Verwendung von
irgendeinem Satz von Elektroden erhalten werden, die monotone Äquipotentiale
erzeugen. Im Hinblick auf die Topologie bedeutet dies, dass der
Raum mit Äquipotentialen
definiert werden muss, die topologisch äquivalent zu dem Kartesischen
Raum sind, auf dem eine Abbildung vorgenommen werden soll. Für eine Oberfläche werden
Linien, die auf dem gleichen Potential in dem Raum zwischen den
gegenüberliegenden
Sätzen
von Elektroden gezogen sind, als Äquipotentiallinien bezeichnet.
Eine vollständige zweidimensionale
Abbildung auf dieser Oberfläche kann
unter Verwendung von zwei Sätzen
von monotonen Äquipotentialen
in zwei unterschiedlichen Richtungen erzielt werden. Die Potentiallinien
müssen
nicht gerade oder gleichförmig
sein, aber die Grundidee besteht darin, dass jeder Punkt auf dieser Oberfläche einen
einzigartigen Wert für
das Paar von Potentialen an diesem Punkt aufweisen muss. In der Topologie
wird diese Einzigartigkeit im Hinblick auf eine „topologische Äquivalenz" ausgedrückt; zwei Oberflächen sind
topologisch äquivalent,
wenn sämtliche
Punkte auf der Oberfläche
auf einzigartige Punkte auf der anderen Oberfläche abgebildet werden können.
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Es
sei, wie in den 1A und 1B diagrammartig
dargestellt, eine zweidimensionale Oberfläche 30 betrachtet,
die leicht leitend (oder, wenn bevorzugt, widerstandsbehaftet) ist.
Eine sehr einfache Geometrie mit Elektroden 31, die an
jeder der vier Ecken angebracht sind, kann verwendet werden, um die
grundlegende Idee zu illustrieren. Die exakte Lösung für die Potentialverteilungen
werden ebenfalls durch die Laplace's Gleichung bereitgestellt, wie nachstehend
beschrieben. Der gewöhnliche
Kartesische Raum mit x-y Koordinaten kann durch zwei Sätze von Äquipotentiallinien
abgebildet werden. Einer von diesen Sätzen wird erhalten, wenn eine
Quelle eines elektrischen Potentials, wie beispielsweise eine Batterie
angelegt wird, so dass ein elektrisches Feld im Allgemeinen in der
y-Richtung erzeugt wird; Äquipotentiale 32 werden
im Allgemeinen in der x-Richtung (1A) verlaufen.
Wenn die Batterie geschaltet wird, um ein Feld im Allgemeinen in
der x-Richtung zu erzeugen, werden Äquipotentiale im Allgemeinen
in der y-Richtung verlaufen (1B). Der
Ausdruck „Allgemein" wird verwendet,
um hervorzuheben, dass hier keineswegs gleichförmige Felder oder Äquipotentiale
angenommen werden, die parallel zu den x- oder y-Achsen verlaufen.
Es gibt eine Verzerrung (d. h. die Äquipotentiale sind nicht gleichmäßig beabstandet
und außerdem
sind sie auch nicht zu den x- und y-Achsen parallel), da die Elektroden überhaupt
nicht dafür
ausgelegt sind, um gleichförmige
Felder zu erzeugen, und weil die spezifische elektrische Leitfähigkeit
gleichförmig
sein muss. Natürlich
muss ein Satz von Äquipotentialen orthogonal
zu einem zweiten Satz sein, wenn die Spannungsquelle von einer Richtung
auf eine andere umgeschaltet wird.
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Die
Notation V (X, y) wird verwendet, um ein Äquipotential zu bezeichnen,
wenn die Spannungszuführung
in die x-Richtung (1B) verbunden ist, und das kleingeschriebene
y wird gezeigt, um anzuzeigen, dass das Äquipotential auch von y abhängt, als
Folge der Verzerrung. In ähnlicher
Weise wird V (Y, x) für
die Äquipotentiale
verwendet, wenn die Spannungsversorgung in die y-Richtung verbunden ist
(1A). In der Nähe
der Mitte des Bildschirms gibt es eine geringe oder keine Verzerrung und
es ist möglich
V (X, y) mit V (X) zu approximieren, d. h. das Äquipotential in x ist im Wesentlichen
unabhängig von
y. Natürlich
könnte
eine ähnliche
Aussage für den
komplementären
Fall V (Y, x) gemacht werden. In der Nähe der Kanten des Sensors gibt
es eine beträchtliche
Verzerrung, die hier zugelassen wird, die aber für das Betriebsverhalten von
herkömmlichen Berührungsbildschirmen,
die gleichförmige
Potentialverteilungen erfordern, tödlich sein würde.
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Wegen
dieser Unabhängigkeit
des Potentials von sowohl x als auch y kann eine einzelne Potentialmessung
nicht in einzigartiger Weise entweder x oder y spezifizieren. Demzufolge
ist es nicht mehr möglich
x unabhängig
von y zu messen und y unabhängig
von x. Dies muss bei den vorliegenden Betrachtungen aufgegeben werden;
jedoch transformiert sich das Paar von Potentialen [V(X, y), V(Y,
x)] in einer einzigartigen Weise auf einen Punkt P(x, y) in dem
Kartesischen Raum unter bestimmten Bedingungen. Es ist diese Einzigartigkeit,
die für
die Erfindung wichtig ist. Mit dieser Einzigartigkeit können Operationen
gefunden werden, die das Paar [V(X, y), V(Y, x)] auf einen einzigartigen
Punkt P(x, y) in dem Kartesischen Raum abbilden werden.
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Bestimmte
Bedingungen werden für
diese Einzigartigkeit benötigt.
Eine Bedingung ist, dass das Feld (d. h. der Potentialgradient oder
die Änderung
in dem Potential) über
dem gesamten Gebiet in jeder der Anwendungsrichtungen kontinuierlich
ist. Eine diesbezügliche
Bedingung ist, dass das Feld keine Singularitäten über einem beträchtlichen
Gebiet des Substrats aufweist. Diese Feldbedingungen implizieren,
dass die Äquipotentiale
kontinuierlich in der Richtung des angelegten Potentials ansteigen
müssen.
Diese Bedingungen bedingen wiederum einige praktische Bedingungen
für das
Substrat, was oft durch eine Aufdampfung vorbereitet wird. Die Beschichtung
muss nicht unbedingt gleichförmig
sein, aber sie muss innerhalb von isolierten Gebieten mit keiner
elektrischen Leitfähigkeit
kontinuierlich sein. Ferner muss die Beschichtung in den anderen
Gebieten so stark sein, dass sie diese im Wesentlichen „kurzschließt". Beide Bedingungen
werden viel einfacher erfüllt,
als für
gegenwärtige
Berührungsbildschirme
erforderlich. Es gibt eine andere Bedingung, die sich darauf bezieht,
wie viel Veränderung
in dem Feld in der Praxis zugelassen werden kann. Ein Bereich mit
einem schwachen Feld stellt ein Problem für die genaue Bestimmung des
abgefühlten
Punkts dar. Schließlich
müssen
sich die Äquipotentiale
im Wesentlichen über
dem gesamten Arbeitsgebiet des Bildschirms schneiden, um genaue
Bestimmungen der Kartesischen Koordinaten durchzuführen.
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Viele
Konstruktionen mit einer alternativen Elektrodenanordnung können in
Erwägung
gezogen werden. Jedoch ist eine der einfachsten Konstruktionen diejenige,
die in den 1A und 1B gezeigt ist.
Diese Konfiguration besteht aus vier Elektroden in der Form von
Viertelkreisen, die an den Ecken eines rechteckförmigen, gleichförmig leitenden
Sensors angeordnet sind. 1A zeigt Äquipotentiale
in einem rechteckförmigen
Sensor, wenn eine Einheitspotentialdifferenz in der y-Richtung zwischen
den oberen und unteren Elektrodenpaaren angelegt wird. 1B zeigt
entsprechende Daten, wenn die Potentialdifferenz in der x-Richtung
zwischen den Seitenpaaren von Elektroden aufrecht erhalten wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass, obwohl das Potential in der Nähe von jeder
Elektrode von einer Gleichförmigkeit
in beiden Figuren abweicht, ein Paar von Potentialmesswerten (entsprechend
der zwei unterschiedlichen Richtungen des angelegten Potentials)
an einem beliebigen Punkt auf dem Sensor deutlich eine einzigartige
Antwort über
dem größten Teil
des Sensorgebiets hervorbringen wird. Das System einer elektronischen
Interpretation, die hier visualisiert wird, erlaubt eine Abbildung
von diesen zwei Potentialablesungen auf die Koordinaten des Punkts,
an dem die Messungen durchgeführt
wurden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Äquipotentiale von einem Satz
nicht unbedingt orthogonal zu denjenigen eines anderen Satzes sein
müssen, wenn
die Spannungsquelle von einer Richtung auf eine andere umgeschaltet
wird.
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Wie
voranstehend diskutiert werden bestimmte Bedingungen für die einzigartige
Abbildung des Paars [V(X, y), V(Y, x)] auf einen Punkt in dem Kartesischen
Raum benötigt.
Die wichtigste Bedingung ist, dass irgendeine Überkreuzung der komplementären Äquipotentiale
vorhanden ist, wie in der Einleitung diskutiert.
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In
der Praxis gibt es eine endliche Genauigkeit, die durch das elektronische
analoge und digitale Rauschen gegeben wird. Deshalb werden die Linien des Äquipotentials
Bänder,
innerhalb von denen die Änderung
im Potential, die gemessen wird, nicht unterschieden werden kann.
Für eine
Polarisation in beiden Richtungen ergibt das Überlappungsgebiet von Bändern eine
Unsicherheit bei der Koordinatenabbildung.
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ABBILDUNGS-OPTIONEN
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Einige,
aber nicht alle Anwendungen von Berührungsbildschirmen auf Grundlage
der Potentialpaare werden eine Abbildung auf ein Kartesisches Koordinatensystem
erfordern. Es gibt mehrere Möglichkeiten
eine Anpassung auf irgendeine Anzahl von Anwendungen vorzunehmen.
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Direkte
Adresse. Im Prinzip ist es möglich
mit einem angebrachten Computer oder einem Cash-Register zu kommunizieren, ohne jemals
den Potentialpaar-Raum zu verlassen. Jedoch würde dies Benutzern nicht gefallen,
die in der Kartesischen Welt aufgewachsen sind, und die als „Kartesianer" sich unangenehm
bei einer Arbeit zum Beispiel mit gekrümmten Menüboxen fühlen würden. Dies würde die
geringste Anforderung sein, da wenig Technologie für eine Implementierung
erforderlich sein würde. Diese
Möglichkeit
wird hauptsächlich
bereitgestellt, um die Bühne
für strengere
Abbildungsoptionen einzurichten.
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Vollständige Abbildung.
Dieser Ausdruck bezieht sich auf Fälle, bei denen eine Auswahl
so getroffen wird, jeden Punkt in einer eingebauten Tabelle zu speichern
(d. h. Speicher für
jedes Pixel, welches benötigt
wird). Diese Option würde
eine Zusatzabbildungseinrichtung mit ausreichend Speicher verwenden,
um die erforderliche Anzahl von Pixeln in der x-y Ebene zu definieren.
Die Einrichtung würde
ein großes
Feld von vordefinierten x, y Punkten entsprechend zu dem Feld von
Punkten in dem [V( X, y), V(Y, x)] Raum speichern, so dass eine „Nachschlag" Tabelle (LUT) bei
der Abbildung verwendet werden könnte.
In diesem Fall würde
die LUT eine Einrichtung oder ein Prozess sein, bei der/bei dem
ein Potentialpaar [V(X, y), V(Y, x)] in einer geeigneten digitalen
Form verwendet werden würde,
um in einer zweidimensionalen Tabelle das entsprechende Koordinatenpaar
(x, y) im realen Raum auch in digitaler Form zu lokalisieren. Auflösungen von
128×128
bis 1024×1024
würden
32Kbytes bis 4Mbytes von LUT Speicher jeweils erfordern. Diese Option
wird zunehmend attraktiv, so wie Computerchips im Preis fallen.
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Interpolationsmäßige Abbildung.
In der Praxis können
Zwischenpunkte zwischen zwei in Tabellen aufgezeichneten Punkten
durch eine Interpolation bestimmt werden. Diese Option würde Kalibrierungspunkte
speichern und sämtliche
zwischenliegende Punkte durch eine Interpolation auffüllen. In
einem Sinn kann eine interpolationsmäßige Abbildung als ein Prozessor-gestütztes Verfahren
zum Erreichen einer vollständigen
Abbildung, die weniger Speicher als eine vollständige LUT verwendet, angesehen
werden. In diesem Zusammenhang würde eine
mathematische Lösung
des Randwertproblems sehr stark sein, insbesondere dann, wenn die
Lösung in
der Lage ist, sich auf Substratunregeläßigkeiten einzustellen. Zum
Beispiel könnte
ein Mathematikchip oder ein programmierter Prozessor verwendet werden,
um eine partielle Differentialgleichung zu lösen, die als die Laplace Gleichung
bekannt ist, und die Interpolation zwischen Punkten könnte auf
diese Lösung
gestützt
werden. Es wird angenommen, dass die Lösung für die partielle Differentialgleichung
automatisch eine Ungleichförmigkeit
in dem Substrat berücksichtigen
würde und
somit als eine genaue Interpolation unabhängig von Substratcharakteristiken dienen
würde.
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Noch
einfacher würde
eine LUT mit einer mäßigen Auflösung (in
etwa 256 × 256
Punkte) und ein Algorithmus mit einer linearen Interpolation sein. Zum
Beispiel könnte
ein Paar von 12-Bit (4096) Potentialmesswerten auf 8-Bit (256) vor
einer Interpolation durch die LUT getrimmt werden. Die 4-Bit Reste würden dann
für eine
lineare Interpolation zwischen angrenzenden Punkten in der LUT verwendet
werden. Die sich ergebende Antwort würde eine vollständige Abbildung
auf eine 12-Bit (4096) Auflösung
hervorbringen. Der Code, der dafür
benötigt
wird, ist sehr klein, so dass sogar eine LUT mit einer mäßigen Größe mit einem
einfachen programmierten Prozessor verwendet werden könnte.
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Rand-Abbildung.
In diesem Fall kann ein aktives Gebiet, wie beispielsweise eine
Menü-Box, ohne
eine 1-zu-1 Abbildung definiert werden. Zum Beispiel könnten Boxen
mit geraden Seiten (oder andere Formen) durch deren Ränder, die
als Potentialpaare gespeichert werden, definiert werden. Eine einfache
Logik könnte
verwendet werden, um das Potentialpaar [V(X, y), V(Y, x)] innerhalb
der Boxen oder außerhalb
davon zu lokalisieren. Typischerweise werden eine begrenzte Anzahl
von Boxen in der Menü-Auswahl verwendet,
so dass der benötige Speicher
stark von einer vollständigen
Abbildung verringert werden könnte.
Unter Umständen
könnte
eine kleine LUT verwendet werden, die Gebiete definiert, wo diese
Randanalyse durchgeführt
werden sollte.
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RAND-ABBILDUNG
VON MENÜ-BOXEN
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Eine übliche Endverwendung
des Berührungsbildschirms
ist die so genannte Menü-Anwendung.
Auswahlvorgänge
werden durch den Benutzer einfach dadurch durchgeführt, dass
Menü-Einzelheiten
berührt
werden, die durch rechteckförmige
Ränder
umgeben sind. In diesem Fall ist es möglich eine Abbildung nur um
den Umfang (den Rand) der Box herum vorzunehmen. Punkte werden um
den Umfang der rechteckförmigen
Box, in Einheiten der Paare [V(X, y), V(Y, x)], definiert und ein
elektronischer Test wird verwendet, um zu bestimmen, ob der Punkt in
dem Messraum innerhalb der rechteckförmigen Box ist.
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Wenn
man die Diskussion dieser Option erweitert illustrieren die 5A und 5B die
Definition einer rechteckförmigen
Box 40 mit Hilfe der gemessenen Koordinaten auf Grundlage von Äquipotential-Paaren.
Diese Illustration macht deutlich, dass jedes Paar von Potentialen,
die innerhalb der so definierten Box gemessen werden, in einzigartiger
Weise der Box zugewiesen werden können, die durch kartesische
Koordinaten definiert wird.
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Ein
elektronischer Test bestimmt, ob der Messraum innerhalb des Wählgebiets
ist. In der Box-Illustration
der 5A sei erwähnt,
dass deren gesamter Umfang mit so wenigen wie 8 Messungen der Potentialpaare
an den angezeigten kartesischen Punkten definiert werden könnte. Aus
den drei Messungen jeder Kante könnte
ein Polynom aus zum Beispiel drei Termen (z.B. a+bz+cz2)
auf beide der gemessenen Mitglieder für jedes der Potentialpaare angepasst
werden, wobei zwei Sätze
von Koeffizienten in dem Polynom gegeben werden. Somit werden für die vier
Seiten nur acht Sätze
von diesen Koeffizienten (insgesamt 24 Koeffizienten) benötigt, um
den Umfang der Box vollständig
zu spezifizieren (mit einer guten Genauigkeit). Unter der Annahme,
dass jeder Koeffizient ein Byte mit acht Bit ist, wird nur ein Speicherplatz
von 192 Bits, oder 24 Bytes, benötigt.
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Wenn
die Box definiert ist, wobei der Messraum nun ausgebildet wird,
um auf den rechteckförmigen
kartesischen Raum angepasst zu sein, kann ein Test beschrieben werden,
um nachzusehen, ob der gemessene Punkt innerhalb des kartesischen Raums
ist. Es sei, wie in 5A, angenommen, dass eines von
zwei an einem bestimmten Punkt P gemessenen Potentialen auf einem Äquipotential 32 ist,
das die Box an zwei Stellen schneidet. Keine der zwei Äquipotentiale 32 alleine
wird eine bestimmte kartesische Box, wie gezeigt, wählen. Jedoch
wird das Paar von Äquipotentialen 32 nur
an einem Punkt schneiden und deshalb nur an einer bestimmten Box. Somit
wird eine Rand-Analyse, durch die Prozedur, die sämtliche
Boxen durchsucht und die die 4 Punkte des Umfangs einer Box findet,
diese bestimmte Box wählen.
Eine Box wird durch Auffinden von lediglich zwei Potentialen auf
dessen Umfang gewählt,
vorausgesetzt, dass die zwei Potentiale Komplemente sind, d.h. ein
Wert gehört
zu V(X, y) und einer zu V(Y, x). Mit einer modernen Datenverarbeitung
ist diese Suchprozedur eine Routine. Zum Beispiel könnten die
zwei Potentiale, die gemessen werden, zunächst in einem Register gespeichert
werden, bis die voranstehend erwähnte
Rand-Analyse abgeschlossen ist.
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Für den Fall
einer starken Auswölbung
eines Äquipotentials 32,
was in 5B gezeigt ist, ist es möglich, dass
ein gegebenes Äquipotential
eine Box an vier Stellen, anstelle von zwei, schneiden wird. Dies
könnte
eine gewisse Mehrdeutigkeit bei der Zuweisung des Paars von Potentialen
an eine Box erzeugen. Jedoch könnte
dies durch Anwendung eines Test vermieden werden. In dem obigen
Absatz wird ein regulärer
Test beschrieben, der viel üblicher
als der spezielle Test sein wird. Bei dem speziellen Test wird ein
Konzept von komplementären
Potentialen verwendet. An jedem Punkt in dem Arbeitsgebiet ist eine Überschneidung
von zwei Äquipotentialen
vorhanden. Die Diskussion wird sich auf lediglich eine von diesen
konzentrieren, und die andere wird als ihr Komplement angesehen
werden. An jedem der Plätze,
wo ein Äquipotential 32 den
Rand einer Box schneidet, wird ein Wert für das entsprechende Komplement
vorhanden sein. Der spezielle Test betrachtet das Komplement in
dem Potential, welches tatsächlich
gemessen wird, und testet, um nachzusehen, dass dessen Größe zwischen
den Komplementen liegt, die an den Randdurchquerungen erzeugt werden.
Für den
Fall, dass es vier Überkreuzungen gibt,
könnte
dieser Test angewendet werden und in den drei Bereichen des Sensors,
wie in 5B dargestellt.
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Der
eben beschriebene spezielle Test entfernt jegliche mögliche Mehrdeutigkeit
als Folge der vier Durchquerungen von einem Äquipotential auf dem Boxenrand.
Jedoch könnte
eine attraktivere Alternative einfach darin bestehen elektronisch
irgendeine Berührung
abzubrechen, die zu vier Durchquerungen führt. Dies würde sehr kleine inaktive Gebiete
erzeugen, was in den meisten Anwendungen unbemerkt bleiben würde. Diese
Testprozedur ist nicht auf Rechtecke beschränkt. Zum Beispiel könnte die
Steuerungs-„Box" ein Kreis oder ein
beliebiger Umfang sein. Für
komplexe Figuren, Ränder
oder Umfänge
wird jedoch eine Definition entsprechend komplexer.
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Natürlich könnte der
spezielle Test insgesamt durch Verwendung des Konzepts von „Zellen" vermieden werden,
die fein genug sind, um Mehrfachdurchquerungen zu beseitigen. Eine
Zusatzzelle kann immer dann hinzufügt werden, wenn mehrere Randdurchquerungen
vorhanden sind, angeleitet durch Prinzipien der Symmetrie. Zum Beispiel
könnte in
der 5B die Box, die den Bereich 2 enthält, in zwei
Zellen unterteilt werden, und zwar durch Hinzufügung einer horizontalen Grenzlinie.
Eine Menü-Box würde dann
von irgendeiner Anzahl von Zellen konfiguriert werden. Eine vernünftige Sensorkonstruktion zur
Vermeidung einer übermäßigen Krümmung von Äquipotentiallinien
würde stark
die Anzahl von benötigten
Zellen verringern, vielleicht auf eine pro Menü-Box.
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MATHEMATISCHE
LÖSUNGEN
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Die
elektrische Potentialverteilung einer leitenden Schicht wird durch
die Konfiguration von Elektroden, den Potentialen, die an diese
angelegt werden, und der spezifischen Leitfähigkeit δ der Schicht bestimmt. Im Allgemeinen
ist δ = δ(x, y) eine
Funktion der Position. Ferner wird angenommen, dass die elektrische
Leitfähigkeit
isotrop (aber nicht notwendigerweise gleichförmig) ist. Wenn V(x, y) das
elektrische Potential bei (x, y) ist, wird der sich ergebende Strom
j(x, y) folgendermaßen
gegeben. j(x, y)
= –δ(x, y)∇v(x, y) (A1)
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Es
wird angenommen, dass sich die Ladung nicht an jedem Punkt ansammeln
kann, so dass gilt: ∇·j(x, y)
= 0 (A2)und
aus einer Einsetzung der Gleichung (A1) in die Gleichung (A2) ergibt
sich: ∇·δ(x, y)∇v(x, y)]
= 0 (A3)
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Die
ist die Gleichung, die verwendet wird, um nach V(x, y) unter einer
Randbedingung für
eine gegebene Verteilung des angelegten elektrischen Potentials
der Elektroden aufzulösen.
Die Elektroden können
irgendeine Form aufweisen, einschließlich kreisförmiger Punkte 31,
wie in den Darstellungen der 1A und
der 1B gezeigt. In diesem Fall ist die Schicht 20×20 cm mit
kreisförmigen
Elektroden mit einem Radius von 1-cm, die an den vier Ecken der
Schicht mit einer gleichförmigen
spezifischen Leitfähigkeit
zentriert sind.
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Das
Verfahren der Abbildungen wird oft verwendet, um die Gleichung A3
für einen
gegebenen Satz von Elektroden und Rändern zu erfüllen. Es
ist auf die Tatsache gestützt,
dass abgesehen von tatsächlichen
Quellen und für δ gleich einer
Konstante (k) in einem unendlichen Medium, die Gleichung A3 die
Laplace Gleichung wird und exakt erfüllt ist; somit ist man unter
Umständen
in der Lage Quellen außerhalb
des physikalischen Bereichs in einer derartigen Weise zu verteilen,
dass die Randbedingungen erfüllt sind
und dass die erforderlichen realen Ströme gut dargestellt werden.
Viele von derartigen Lösungen sind
in der mathematischen Theorie von der Elektrostatik gefunden worden.
Bei vorläufigen
Testen ist ein unendliches rechteckförmiges Gitter von unendlich langen
Stromquellen und Senken konstruiert worden, um das Potential in
einem rechteckförmigen
Sensor mit kreisförmigen
Elektroden zu approximieren. Die Randbedingungen an den Kanten des
Sensors, d.h. wo die elektrischen Kraftlinien parallel zu dem Rand sein
sollten, sind in diesem Modell gut erfüllt.
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Alternativ
kann die Gleichung A3 direkt durch numerische Mittel gelöst werden,
um reale Sensoren mit komplizierten Rändern und Elektroden darzustellen.
Verschiedene Techniken zum Lösen
der Gleichung A3 sind extensiv über
viele Jahre entwickelt worden. Zum Beispiel ist das Verfahren der
konformalen Transformation nützlich
für Probleme
in zwei Dimensionen mit Rändern,
die relativ einfach sind. Eine Diskussion wird in „Mathematical
Methods of Physics",
von J. Mathews und R.L. Walker, Benjamin, NY, 1964, angegeben. Relaxationsverfahren
sind allgemeiner nützlich
für komplexe
Geometrien und sind auf die numerische Lösung von vielen unterschiedlichen
Problemen der Physik und der Ingenieurswissenschaften angewendet
worden. Eine Standardreferenz ist „Relaxation Methods in Theoretical
Physics" von R.V.
Southwell, 1946, während
jüngere
Arbeiten, die dafür
ausgelegt sind, um die Möglichkeiten
von modernen Computern auszunützen,
zum Beispiel in „The
Finite Elemente Method",
von O.C. Zienkiewicz und R.L. Tylor, McGraw Hill, 1987, und in „THe Finite Element
Method in Electromagnetics",
von J.-M. Jin, Wiley, 1993, beschrieben werden.
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Dir 2 und 3 zeigen
alternative Vorgehensweisen zum Anzeigen der Konfiguration der 1A:
dreidimensionale Potential- bzw. Stromverteilungen. Diese sind nützlich,
um weiter den verzerrten Raum von nicht-gleichförmigen Potentialen zu verstehen,
der mit der vereinfachten Elektrodenkonfiguration auftritt.
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Experimente,
die dieses Modell approximieren, wurden durchgeführt, indem Elektroden in der Form
von Scheiben mit einem Durchmesser von 7-mm (unter Verwendung einer
höchst
leitfähigen
Nickelfarbe), angewendet auf ein elektrisch leitendes Papier, hergestellt
werden. Diese Experimente ergaben hervorragende Ergebnisse. Sogar
für eine
Linie, die weniger als 1 cm von den zwei Elektroden (beabstandet
ungefähr
20 cm voneinander) auf der linken Seite der Figur gab es weniger
als einen Faktor von zwei Variationen in den elektrischen Potentialen,
wie mit einem digitalen Voltmeter mit einer hohen Eingangsimpedanz
gelesen. Bei 2 cm von den Elektroden war dieser Faktor auf 1,5 verringert
und bei einem Abstand von 4 cm, betrug dieser Faktor 1,25. An der
Mitte des 28-cm leitenden Papiers war dieser Faktor ungefähr 1,0.
Während
die Äquipotentiale
weit entfernt davon sind vertikal (entlang der y-Achse) zu sein,
gibt es keinen Bereich des Sensors, der von der Norm um mehr als
einen Faktor von 2 abweicht. Es gibt keine „unempfindlichen Bereiche", wo eine Änderung
in der Position im Wesentlichen die gleichen Potentiale hervorbringen
würde.
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Eine
andere einfache Konstruktion wurde getestet, indem eine einzelne
Elektrode in der Mitte der vier Kanten eines Rechtecks verwendet
wurde. Jedoch, wie in 9 gezeigt, enthüllten tatsächliche Potentialmessungen
für diese
Konstruktion Bereiche in der Nähe
von jeder der Ecken, die „unempfindlich" waren und deshalb
nicht eine gute Berührungsbildschirm-Konstruktion
sein würden.
Dieser Effekt könnte
einfach vorhergesagt werden, indem die Äquipotentiale in der Nähe der Ecken
betrachtet werden. In diesen Bereichen spreizen sich die Äquipotentiale heraus,
was andeutet, dass die elektrischen Felder in diesen Bereichen,
im Vergleich mit dem zentralen Bereich, schwach sind.
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Bei
einigen Konstruktionen kann sich das Äquipotential-Paar V(X, y) und
V(Y, x) sich unter Umständen
nicht ausreichend für
die Bestimmung des Punkts P(x, y) kreuzen. Dies neigt dazu ein Problem in
der Nähe
der Elektroden zu werden, wie die 1A und 1B zeigen.
Eine Variation der Elektrodenkonfiguration kann verwendet werden,
um dieses Problem zu lösen.
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Die
Beispiele illustrieren einen wichtigen Punkt: es ist relativ einfach
Sensorkonstruktionen zu erhalten, bei denen nahezu alle Punkte auf
der planaren Oberfläche
durch ein einzigartiges Paar von Potentialen [V(X, y), V(Y, x)]
charakterisiert werden können
und bei denen sich die Felder um weniger als einen Faktor 2 verändern, so
dass sämtliche
Bereiche des Sensors als ansprechend angesehen werden können. Natürlich sind
diese Beispiele unmöglich
erschöpfend;
die Konstruktionen könnten
kombiniert werden, um acht Elektroden aufzuweisen. Die Elektroden
könnten
Rechtecke, anstelle von Kreisen etc, sein. Es gibt eine große Flexibilität, weil
die vorliegende Konstruktion von der Anforderung von gleichförmigen elektrischen
Feldern befreit worden ist. Eine Ungleichförmigkeit in den elektrischen Feldern
kann die Folge sowohl von Elektrodenkonstruktionen als auch von
nicht gleichförmigen
Beschichtungen des Schirms sein.
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Wenn
das leitende Material eine nicht gleichförmige Dicke aufweist, wird
das Potential durch eine Nicht-Konstante δ(x, y) in Gleichung (A3) beeinflusst werden.
Wenn zum Beispiel δ(x,
y) = {1+0,01[(x-10)2+(y-142)2]}–1 ist,
dann ist die spezifische Leitfähigkeit
in der Mitte der Schicht zweimal diejenige auf einem Kreis mit einem
Radius von 10 cm und zentriert in der Mitte der Schicht. Eine derartige
Funktion der spezifischen Leitfähigkeit
könnte diejenige
darstellen, die bei einer Vakuumaufbringung eines leitenden Materials
von einer einzelnen Quelle, die über
der Mitte des Substrats angeordnet ist, erzeugt wird. 4 zeigt
einen Konturplot der Äquipotentiale
für die
gleiche Konfiguration wie in 1A, aber
mit der obigen, sich räumlich
verändernden
spezifischen Leitfähigkeit.
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WIDERSTAND-RAHMENKONSTRUKTION
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Die
Elektrodenkonfigurationen, die in den 1-9 offenbart
werden, sind einfach (zum Beispiel ein Teil einen kleinen Kreises
an den vier Ecken einer widerstandsbehafteten Schicht). Diese sind
allgemein zufriedenstellende Sensorkonstruktionen, wenn sie unter
dem Dach der Topologie-Abbildungskonzepte verwendet werden. Fast über dem gesamten
Gebiet der widerstandsbehafteten Oberfläche kann ein Äquipotentialpaar,
welches durch den Umschaltvorgang des Controllers erzeugt wird,
auf eine einzigartige kartesische Koordinate mit geeigneter Genauigkeit
transformiert werden. Jedoch bleibt in der Nähe von diesen Elektroden ein
Problem der Einzigartigkeit; das heißt, Äquipotentialpaare können nicht
in einzigartige kartesische Koordinaten transformiert werden. Dies
führt zu
Bereichen um die Elektroden herum, die als Arbeitsgebiet nicht geeignet
sind, ein unerwünschter
Effekt in dem Berührungsbildschirm-Markt mit hohem Wettbewerb
heutzutage.
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Es
ist hilfreich das Einzigartigkeitsproblem für die nun folgende Diskussion
etwas näher
zu erläutern.
Wenn eine kreisförmige
Elektrode in der x-Richtung polarisiert ist, dann sind die Äquipotentiale
in der Nähe
des Kreises kreisförmig
und wenn sie in der y-Richtung polarisiert ist, dann sind diese Äquipotentiale
ebenfalls kreisförmig.
Dies bedeutet, dass in diesem kleinen Bereich in der Nähe der Elektroden,
jedes Paar von Äquipotentialen,
das an einem bestimmten Punkt erzeugt wird, sich nicht in einzigartiger
Weise auf eine kartesische Koordinate transformieren wird. Mit anderen
Worten, die komplementären Äquipotentiale
kreuzen sich nicht unter einem Winkel, der groß genug ist, um in der Praxis
eine einzigartige Transformation zuzulassen. Dies wird als das „Keine
Kreuzung" Problem
bezeichnet werden, und die Bereiche, wo dies auftritt, werden als „Keine Kreuzung" Bereche bezeichnet.
Verschiedene Elektrodenkonfigurationen, die nicht kreisförmig sind,
wie die L Konfiguration, könne
visualisiert werden, um die Größe von diesen „Keine
Kreuzung" Bereichen
zu verkleinern, aber das Problem existiert dennoch. Um das Problem
in seiner Gesamtheit und unabhängig von
der Sensorgeometrie zu beseitigen, stellt die vorliegende Erfindung
einen neuartigen Ansatz bereit, der ein Band eines zwischenliegenden
spezifischen Widerstands verwendet, das zwischen dem niedrigen spezifischen
Widerstand der Elektroden selbst und dem hohen spezifischen Widerstand
des Arbeitsgebiets angeordnet ist.
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Interessante
Sätze von Äquipotentialen
werden erhalten, indem angenommen wird, dass der Sensor von diesem
Rahmen mit höchst
leitfähigem Material
in einem elektrischen Kontakt mit den Elektroden und mit dem Sensor
richtig umgeben ist. Das erste Beispiel dieser Konstruktion verwendet
einen Bildrahmenrand mit einer Breite von einer Einheit und einer
spezifischen Leitfähigkeit
von 1000 Mal derjenigen des Rest des Sensors, wobei die Gesamtdimensionen
der gesamten Anordnung zu 20×28
Einheiten genommen wurden. Die leitenden Elektroden waren flach
und L-förmig
und befanden sich an jeder der vier Ecken der Anordnung. Die 10A und 10B zeigen,
dass die Äquipotentiale über der
gesamten Breite der Anordnung sehr parallel waren, sogar in dem
Rahmen selbst, und zwar innerhalb der Genauigkeit dieser Berechnung.
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Um
diesen Effekt einer Abnahme in der Breite w des leitenden Bildrahmenrands
zu untersuchen, wurden Berechnungen durchgeführt, bei denen die Breite um
einen Faktor von 10 verringert wurde und die spezifische Leitfähigkeit
des Rands erhöht
wurde, so dass das Produkt der spezifischen Leitfähigkeit und
der Rahmenbreite konstant war (um das Stellen eines Potentiometers
mit einem niedrigen spezifischen Widerstand um den Rest des gesamten
Arbeitsgebiets zu simulieren). Diese Ergebnisse sind in den 11A und 11B gezeigt
und zeigen wiederum stark parallele Äquipotentiale. Um jedoch eine Kantenverzerrung
zu vermeiden, ist es jedoch wünschenswert
die L-förmigen
Eckenelektroden zu verkürzen,
so dass deren Segmentlängen
gleich zu w sind. Es sei darauf hingewiesen, dass in einigen Fällen die
tatsächliche
Breite des Bildrahmenrands nicht kritisch ist. Wenn zum Beispiel
das dünne,
höchst
leitende Rahmenmaterial transparent ist, dann kann das gesamte Gebiet
der Anordnung für
die Sensor verwendet werden.
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Um
den Effekt der nicht gleichförmigen
spezifischen Leitfähigkeit
in dem Körper
des Sensors zu sehen, wurden Äquipotentialverteilungen
in der genannten Bildrahmenanordnung aufgezeichnet, die verwendet
wurde, um die in den 10A und 10B gezeigten
Ergebnisse zu erhalten., aber mit einem kreisförmigen Bereich mit einem Radius
von 5 Einheiten mit einer spezifischen Leitfähigkeit von nur der Hälfte von
derjenigen des zentralen Sensorbereichs. Diese Ergebnisse sind in 12A gezeigt, wo eine bemerkenswerte Verzerrung
vorhanden ist. 12B zeigt die gleiche Konfiguration,
mit Ausnahme davon, dass das elektrische Feld entlang der x-Achse
ist.
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Die 13A und 13B zeigen ähnliche Verzerrungen
wie die 12A und 12B,
wobei ein kreisförmiger
Bereich in dem zentralen Sensorbereich mit einer spezifischen Leitfähigkeit
versehen ist, die zweimal so groß wie diejenige des Rests des
zentralen Sensorbereichs ist. Eine reziprok ähnliche Verzerrung zu derjenige,
die in den 12A und 12B gezeigt
ist, ergibt sich.
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Die 14A und 14B zeigen
Ergebnisse der Bildrahmenkonstruktion, wenn die spezifische Leitfähigkeit
des Rahmenabschnitts so eingestellt wird, dass sie nur 10 Mal die
spezifische Leitfähigkeit des
zentralen Sensorbereichs ist. Mit einer niedrigeren spezifischen
Leitfähigkeit
ist eine gewisse Ungleichförmigkeit
offensichtlich. Insbesondere die 14A und 14B zeigen eine Gegensätze eines Plots von Äquipotentialen,
wenn die Elektroden von der L-Form auf eine kreisförmige Form
geändert werden.
Mit dieser Kombination der Rahmenkonstruktion und der spezifischen
Leitfähigkeit
erscheint es so, als ob die Konstruktion der Eckenelektroden einen
sehr geringen Unterschied in den Äquipotentialplots bewirken.
Die 15A und 15B illustrieren Äquipotentiale
in einem Sensor mit einer gleichförmigen spezifischen Leitfähigkeit
mit 12 flachen Elektroden mit Einheitslänge, die um den Umfang von
96 Einheiten des Sensors verteilt sind. Die Elektrodenkonstruktion
ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber einer Eckenelektrodenkonfiguration der 1A und 1B.
Jedoch verbleiben starke Ungleichförmigkeiten in der Nähe der Elektroden. 16 zeigt Äquipotentiale
für die
gleichen Konfigurationen wie in den 10A und 14A, mit Ausnahme davon, dass die spezifische
Leitfähigkeit
des Rahmenrands so gewählt
ist, dass sie 100 Mal von derjenigen dieses zentralen Sensorbereichs
ist, im Gegensatz zu dem Verhältnisses
von 1000 der spezifischen Leitfähigkeit
der 10A und dem Verhältnis 10
der spezifischen Leitfähigkeit
der 14A. So wie man dies erwarten
würde sind
die Äquipotentiale besser
nahezu parallel als diejenigen der 15A, aber
sie zeigen noch eine erhöhte
Ungleichförmigkeit im
Vergleich mit den Äquipotentialen
der 10A.
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In
der gesamten Konstruktion von diesen verschiedenen Sensorkonfigurationen
ist gedacht worden, dass das Produkt der Breite des Bildrahmenrands
und der zusätzlichen
spezifischen Leitfähigkeit von
diesem Rand konstant bleiben sollte. Demzufolge zeigt 17 einen
Bildrahmensensor mit einem Umfangsrahmenbereich, der zweimal so
breit ist wie der Rahmen der 10A,
aber mit nur der Hälfte
der spezifischen Leitfähigkeit.
Während
dies Linien des Äquipotentials
erzeugt, die fast gleichförmig
sind, ist der Rahmenbereich selbst nicht so nützlich als Sensorbereich. Die
Verwendung der L-förmigen
Elektroden, wobei jeder Schenkel des L in der Größe der Breite des Bildrahmenrands
entsprechend ausgeführt
ist, erzielt das gleichförmigste
elektrische Feld.
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Insgesamt
hat die Konstruktion mit dem Widerstands-Rahmen für Sensoren
einige beträchtliche Vorteile,
insbesondere dann, wenn sie mit dem voranstehend beschriebenen topologischen
Abbildungskonzept verwendet wird. Im Wesentlichen die gesamte Substratfläche, sogar
sehr nahe zu den Elektroden, ist nutzbares Arbeitsgebiet. Mit anderen Worten
ausgedrückt,
die bei dem topologischen Abbildungskonzept benötigte Einzigartigkeit wird
für das gesamte
Bildschirmgebiet vorgesehen. Die Bildrahmen-Konstruktion löst das Einzigartigkeitsproblem
in einer sehr allgemeinen Weise.
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HERSTELLUNG
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Beschichtung
Zurückkehrend
nun zu dem Problem, wie gleichförmige
elektrische Beschichtungen über
großen
Flächen
erzielt werden können, stellt
die Erfindung einige interessante Konstruktionserwägungen bereit.
Als typisches Beispiel sei ein Fall betrachtet, bei dem eine Beschichtungskammer
eine begrenzte Größe mit inneren
Dimensionen hat, die nicht sehr viel größer als die Substrate selbst
sind. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass die Eckenbereiche
der Substrate eine dünnere
Beschichtung erhalten als die zentrale Bereiche. Dies würde auf
jeden Fall der Fall sein, wenn nur eine einzelne Quelle des Beschichtungsmaterials
vorhanden ist, die sich in einem gewissen Abstand weg von der Mitte
des Substrats befindet.
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Die
Konstruktion des 1A und 1B würde eine
partielle Kompensation dieses Problems einer unregelmäßigen spezifischen
Leitfähigkeit
bereitstellen. Das heisst, die Äquipotentiale
könnten
in den Ecken als Folge des höheren
spezifischen Widerstands in diesen Bereichen gerader werden ! (im Gegensatz
dazu würden
Konstruktionen mit Elektroden in der Mitte der Seiten das Problem
nur verstärken).
Mit dem topologischen Abbildungskonzept dieser Erfindung ist es
vollständig
möglich,
dass Beschichtungen von kleinen Verdampfern (die gegenwärtig nicht
verwendet werden können)
sogar bevorzugt gegenüber
denjenigen mit mehr Gleichförmigkeit
sein würden.
Zusätzlich
könnten
weniger strenge Anforderungen an die Beschichtungsgleichförmigkeit eine
wirtschaftliche Herstellung mit einfacherem in-house Gerät, anstelle
der Verwendung eines speziellen Outsourcings ermöglichen.
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Mit
der verwendeten Widerstandrahmen-Konstruktion ist es relativ einfach
eine einzigartige Abbildung zu erzielen, um eine Kompensation für Ungleichförmigkeiten
in der spezifischen Leitfähigkeit bereitzustellen.
Deshalb stellt die Verwendung der Technik mit der topologischen
Abbildung, die die Widerstandsrahmen-Konstruktion beinhaltet, ein
starkes Wergzeug bereit, um die Herstellungsanforderungen für Sensoren
zu vereinfachen und zu lockern, insbesondere bei der Herstellung
von leitenden Beschichtungen.
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Hardware
für eine
vollständige
Abbildung. Ein zweckdienstliche Verfahren für eine vollständige Abbildung
besteht darin eine integrierte Dekodierungsschaltung zu verwenden,
um Messungen des Äquipotentials
umzuwandeln. Chips sind bereits sehr wirtschaftlich hergestellt
worden, die diese Funktion für
256 × 256
und höhere
Bildschirmauflösungen
bereitstellen. Ein derartiger Chip kann mit der existierenden elektronischen
Erfassungsschaltung kombiniert werden, um ein Paar von Messwerten,
wobei einer V(X, y) entspricht und der andere V(Y, x) entspricht,
in deren entsprechende kartesische Raumkoordinaten umzuwandeln.
Spezifische Beispiele für verschiedene
Bildschirmauflösungen
folgen nun.
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Für einen
Bildschirm mit einer Auflösung
von 256 × 256
werden die Rohdaten im Potentialraum aus zwei 8-Bit Messungen bestehen.
Um diese umzuwandeln wird eine LUT Speicherkomponente benötigt, die
zwei 8-Bit Adressen akzeptieren wird, die auf zwei 8-Bit Werte verweisen,
die vorher während einer
Kalibrierung geladen worden sind. Chips sind als ein programmierbarer
Nur-Lese-Speicher (PROM) oder als löschbares PROM (EPROM) erhältlich.
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Das
Am27C1024 ist ein 1-Megabit (65.536 × 16 Bit) CMOS EPORM, das die
Anforderungen für eine
Auflösung
von 256 × 256
erfüllt.
Diese Komponente ist einfach von ihrem Hersteller AMD oder von einem
Händler,
wie Hamilton Hallmark, erhältlich.
Der typische Leistungsverbrauch ist nur 125 Milliwatt in einem aktiven
Modus und nur 100 Mikrowatt im Bereitschaftszustand. Nur 8 Sekunden
werden benötigt, um
die Komponente zu programmieren, während Nachschläge in 55
Nanosekunden durchgeführt
werden können.
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Für einen
Bildschirm mit einer Auflösung
von 512 × 512
werden die Rohdaten im Potentialraum aus zwei 9-Bit Messungen bestehen,
eine entsprechend zu V(X, y) und die andere zu V(Y, x). Um diese in
einen vergleichbaren kartesischen Raum umzuwandeln wird eine LUT
Komponente benötigt,
die nur zwei 9-Bit Adressen akzeptieren wird, die auf zwei 9-Bit
Werte verweisen, die experimentell während einer Kalibrierung bestimmt
worden sind.
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Das
Am27C4096 ist ein 4-Megabit (262.144 × 16 Bit) CMOS EPROM, welches
die Anforderungen für
eine Auflösung
von 512 × 512
erfüllt.
Diese Komponente ist einfach von ihrem Hersteller, AMD, oder von
einem Händler,
wie Hamilton Hallwark, erhältlich. Der
typische Leistungsverbrauch liegt bei nur 125 Milliwatt in einem
aktiven Modus und bei nur 125 Mikrowatt im Bereitschaftszustand.
Nur 32 Sekunden werden benötigt,
um die Komponente zu programmieren, während Nachschläge in 90
Nanosekunden durchgeführt
werden können.
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Beide
voranstehend erwähnten
Komponenten können
entweder in einem Gehäuse
mit einem Keramikfenster, welches eine Löschung über ultraviolettes Licht (und
somit eine Umprogrammierung) erlaubt, oder in einem abgeschlossenem
Gehäuse
für einen
einmalige Programmierung gekauft werden. Das einmal programmierbare
Teil hat den Vorteil, dass es geringfügig billiger ist, aber das
umprogrammierbare Teil hat den Vorteil, dass es eine Neukalibrierung
nach einer gewissen Kundenverwendungsperiode erlaubt.
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Für einen
Bildschirm mit einer Auflösung
von 1024 × 1024
oder höher
können
mehrere LUT Speicherkomponenten verwendet werden oder eine Einzelgehäuse-Komponente
kann spezifisch für
diesen Zweck kundenspezifisch ausgelegt werden. Es gibt anfängliche,
nicht wiederkehrende Konstruktionskosten, die für jede kundenspezifische Komponente
anfallen, aber ihr Stückpreis
würde wahrscheinlich
kleiner sein als zwei EPORMs. Deshalb könnte sich dieser Ansatz als
kostengünstiger
erweisen, wenn 100.000 oder mehr Teile benötigt werden. Die Entwicklung
eines VLSI Chips kann gerechtfertigt sein, wenn die Menge von Teilen,
die benötigt
werden, ausreichend hoch ist, so dass sich die einmaligen Konstruktionsanstrengungen
amortisieren.
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Die
Inhalte der kundenspezifischen Komponente können bestehen aus entweder
einem vollständigen
LUT Speicher, genauso wie EPROMs, oder einer verringerten Anzahl
von Speicherstellen und einer bestimmten zugehörigen Berechnungslogik. Die
exakte Balance zwischen diesen Ressourcen wird durch die gewünschte Auflösung und
die Fläche,
die für
die Logik gegenüber
derjenigen, die für
den Speicher benötigt
wird, vorgegeben.
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Kalibrierung.
Die Bildschirm-Antwort-Kalibrierung kann entweder empirisch, theoretisch
oder durch eine Kombination von beiden bestimmt werden. Ein rein
theoretischer Ansatz nimmt vorher eine Modellgeometrie und eine
bestimmte Verteilung der Bildschirmleitfähigkeit an, wie in dem bestimmten Beispiel
ausführlich
dargestellt, welches verwendet wurde, um die Laplace Gleichung zu
beschreiben, und würde
Varianzen, die bei der Herstellung auftreten, ignorieren. Ein rein
empirischer Ansatz würde beinhalten,
dass der Bildschirm in ein Muster von Punkten gepresst wird, um
alle Werte zu erzeugen, die Potentiale in nützliche Koordinaten transformieren.
Dieser letztere Ansatz würde
automatisch Varianzen berücksichtigen,
die zu langsam oder zu arbeitsaufwendig sein können, um kosteneffektiv zu sein.
Der Kombinationsansatz würde
die Transformationsdaten für
eine Anzahl von Punkten bestimmen und den Rest auf Grundlage einer
Theorie interpolieren.
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Kalibrierungswerte
könnten
auf einer individuellen Basis für
jeden Schirm oder jede Schirmcharge bestimmt werden. Somit würde die
Komponente personalisiert werden, um der Beschichtung eines bestimmten
Schirms zu entsprechen und viele Ungleichförmigkeiten, Verzerrungen und
Herstellungsdefekte könnten
kompensiert werden, wobei viel höhere
Bildschirmausbeuten bei signifikant verringerten Kosten erzeugt
werden.
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Ein
Beispiel der Bildschirmkalibrierung, die kompatibel mit der wirtschaftlichen
Produktion ist, beinhaltet das manuelle oder robotermäßige Berühren eines
Gitter von Punkten auf jedem Bildschirm und eine Interpolation unter
Verwendung eines Computers. Der Computer verwendet Daten, die durch
Berühren
der Gitterpunkte erzeugt werden, in einer theoretischen Analyse.
Der kartesische Satz von Transformationswerten wird durch den Computer
erzeugt und in die LUT, die in dem PROM oder EPROM gespeichert ist, „eingebrannt". Die Anzahl von
Punkten wird durch die gewünschte
Auflösung
und die Menge und Art der Herstellungsdefekte bestimmt. Das Programm
kann auch Defekte in einem Bildschirm anzeigen und möglicherweise
die Position von einigen wenigen zusätzlichen Punkten hervorheben,
die sofort berührt
werden könnten.
Ein verbesserter Satz kann dann erzeugt werden. Infolgedessen ist
eine Qualitätskontrolle
automatisch, während
Ausschuss verringert wird.
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Niederdrückungs-Detektion.
Da viele Berührungsbildschirm-Anwendungen
leistungsempfindlich sind, wie in dem Beispiel von batteriebetriebenen Einrichtungen,
ist es hilfreich Leistung einzusparen, wenn der Bildschirm nicht
verwendet wird. Eine einfache Detektionsschaltung ist in 18 dargestellt. Wenn
die Schaltung durch eine Berührung
auf dem Bildschirm geschlossen wird, aktiviert die Detektionsschaltung die
Potentialumschalt- und -messfunktionen des Sensors. Fast keine Leistung
würde verbraucht
werden, außer
während
kurzer Messintervalle. Ohne Leistungseinsparungstechniken könnte die Widerstandsrahmen-Konstruktion auf
Bildschirme mit einem hohen spezifischen Widerstand begrenzt sein.
Es sei zum Beispiel ein Berührungs-Bildschirm mit
einem spezifischen Widerstand von 2000 Ohm/Quadrat und einem Widerstandrahmen
von 2 Ohm/Quadrat betrachtet. Der Widerstand eines Teils eines Rahmens,
der 10 Inch lang ist, und 0,1 Inch breit ist, würde 200 Ohm betragen und der
gesamte Sensor würde
einen Widerstand von ungefähr
100 Ohm aufweisen, so dass mit einer 5 Volt Versorgung der verbrauchte
Strom 50 Milliampere sein würde. Unter
der Annahme, dass einem Berührungsbildschirm
nur 50 Milliampere-Stunden
zugewiesen werden können,
ist die nutzbare Batterielebensdauer bei einem kontinuierlichen
Betrieb nur 1 Stunde. Mit dem Niederdrückungs-Detektor ist jedoch
der durchschnittliche Stromverbrauch sehr gering und es gibt keine
signifikante Batteriebeschränkung.
Wenn ein Berührungsbildschirm
beispielsweise im Mittel nur einmal pro Sekunde in einem 10 Mikrosekunden
Zyklus verwendet werden würde,
dann würden
die 50 Milliampere-Stunden, die dem Berühungsbildschirm zugewiesen
sind, theoretisch für
100.000 Stunden ausreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung macht die Konstruktion von Sensoren für Berührungsbildschirmanwendungen
frei, bietet beträchtliche
Vereinfachungen, und hält
eine hohe Qualität
aufrecht. Mehrere Versionen des Konzepts sind untersucht worden,
wobei ein Raum durch Messungen eines Potentialpaars auf einer Oberfläche mit
elektrischen Feldern, die sequentiell in zwei allgemeinen Richtungen
angewendet werden, definiert wird. Eine Akzeptanz von einer bestimmten
Verzerrung in diesem Raum in Bezug auf einen perfekten Kartesischen
Raum ist der Schlüssel zu
der Einfachkeit und der Freiheit der Sensorkonstruktion. Diese Verzerrung
legt keine grundlegenden Beschränkungen
auf, da der Potentialpaar-Raum in einer einzigartigen Weise auf
einen Kartesischen Raum unter Verwendung der Prinzipien der Topologie
abgebildet werden kann. Eine vollständige Abbildung würden einen
Zusatzcomputer mit einem ausreichenden Speicher für die Anzahl
von gewünschten Pixeln
verwenden.
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In
einigen „Menü" Anwendungen wird
eine vollständige
Abbildung mit einem Zusatzgerät
nicht benötigt.
Eine Abbildung eines verzerrten Äquipotentialraums
auf eine rechteckförmige
Box kann in einer Technik durchgeführt werden, die eine Randanalyse beinhaltet.
Wenn eine Randabbildung zusammen mit dem Umfang einer Funktionsbox
durchgeführt
wird, ist ein Zusatzcomputer nicht erforderlich, da wenig Speicherplatz
für die
Definition von Rändern
benötigt wird.
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Sensorkonstruktionen,
die eine topologische Äquivalenz
zwischen einem Äquipotentialraum
und einem kartesischen Raum sicherstellen, verwenden einen einfachen
Rahmen (wie in einem Bildrahmen) mit einer zwischenliegenden spezifischen
Leitfähigkeit,
die zwischen sehr hochleitenden Elektroden und der Oberfläche des
Berührungsbildschirms
mit geringer spezifischer Leitfähigkeit
angeordnet ist. Sensorherstellungskosten werden durch die Widerstands-Rahmenkonstruktion,
die mit den Erfindungen der topologischen Abbildung verwendet wird, stark
verringert, und diese Sensoren werden durch Verwendung dieser Konstruktion
nicht ungünstig
beeinflusst.
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Die
kleinen Verzerrungen in der Nähe
der Kanten eines schmalen Rahmensensors und irgendwelche zusätzlichen
Verzerrungen als Folge einer Ungleichförmigkeit der Sensoroberfläche werden leicht
mit der Erfindung der topologischen Abbildung behandelt. In der
Tat ist der Korrekturbetrag, im Vergleich mit Sensoren, die ohne
den Rahmen gebaut sind, sehr gering. Dies bedeutet, dass die nicht
linearen Korrekturen mit kleineren Mengen von Computerspeicher durchgeführt werden
können.
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Breite
Rahmenränder
können
in Sensoren mit nur geringfügigen
Kantenverzerrungen verwendet werden. Wenn der Rahmen transparent
ist, kann der Rahmen selbst als ein aktiver Teil des Sensors verwendet
werden. In einigen Fällen
kann es möglich sein
zufriedenstellende Sensoren mit keinerlei elektronischen Datenkorrekturen
herzustellen. In diesem Fall kann man den Bildrahmenrand einfach
als eine universelle Einfassung betrachten, wobei viele Schritte
in der gegenwärtigen
Sensorherstellung beseitigt werden, aber noch gleichförmige Ablagerungen
erfordern.
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Studien
von Elektrodensensor-Konfigurationen zeigten Merkmale, die zu nahezu
gleichförmigen Äquipotential-Verteilungen
führen.
Zusätzliche
Zahlen und deren Beschreibungen dokumentieren einige von diesen
Studien. Im Allgemeinen erscheinen schmale Rahmen mit hoher spezifischer
Leitfähigkeit und
mit schmalen, L-förmigen
Elektroden an den Ecken relativ nützlich bei diesen Arbeiten.
Die Ergebnisse, die durch den mit einem Widerstand eingerahmten
Sensor bereitgestellt werden, sind so günstig, dass diese Konstruktion
ohne zusätzliche
widerstandsbehaftete oder isolierende Elemente verwendet werden
könnte.
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Somit
gibt es zahlreiche Optionen für
das breite Prinzip – einer
topologischen Abbildung von Potentialpaaren auf den realen Raum.
Unabhängig von
der verwendeten Option wird angenommen, dass die Gesamtkosten der
Berührungsbildschirm-Herstellung
ohne den Verlust von irgendeiner Qualität im Vergleich mit der existierenden
Technologie beträchtlich
verringert werden. Gleichzeitig können Neukonstruktionen ohne
extensive Konstruktionsanstrengungen, insbesondere mit dem Widerstands-Rahmensensorkonzept,
implementiert werden. Die Kombination der Konstruktionsfreiheit
und der stark reduzierten Produktionskosten könnte die Industrie in einer
positiven Weise beeinflussen; insbesondere, da es Märkte gibt,
wie beispielsweise Ausbildung und Heimunterhaltung, die mit der
Preisstruktur der existierenden Technologie nicht erreicht werden
können.
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Zahlreiche Änderungen
der hier beschriebenen Struktur liegen Durchschnittsfachleuten in
dem technischen Gebiet selbst nahe. Es sei darauf hingewiesen, dass
die Einzelheiten und Anordnungen der Teile, die beschrieben und
dargestellt worden sind, um die Art der Erfindung zu erläutern, nicht
als irgendeine Beschränkung
der Erfindung angesehen werden sollten. Der Schutzumfang der Erfindung wird
durch die beigefügten
Ansprüche
bestimmt.