DE2146012A1 - Tastatur - Google Patents

Description

2U6012

Hewlett-Packard Comp.
1501 Page Mill Road
Palo Alto
California 94304
USA
Case 599

14. Sept. 1971

TASTATUR

Die Erfindung betrifft eine Tastatur, die insbesondere für einen Rechner geeignet ist.

Die herkömmlichen Tastaturen für Rechner, Tischrechner, Daten-Peripherie-Geräte und dgl. weisen in der Regel eine -inordnung mechanischer Schalter auf, wobei jeweils ein Schalter einer Taste auf der Tastatur zugeordnet und mit einer Kodierschaltung zur Erzeugung eines digitalen Kodes verbunden ist, welcher der jeweils betätigten Taste entspricht. Derartige Tastaturen haben den Machteil, da»3 sich die Schaltkontakte abnutzen und korrodieren, daß wegen des Prellens der Kontakte ein falscher Kode erzeugt wird, und daß sie mechanisch und elektrisch kompliziert und damit kostspielig und v/enig verlässlich aufgebaut sind.

Der Elrfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tastatur zu schaffen, welche insbsGondo-ro die voraciannten Machteile vermeidet.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Tastatur gelöst, die gekennzeichnet ist durch eiüs Anordnung von Übertragern, von denen jeder eine Primärwicklung und eine entsprechende Sekundärwicklung aufweist/ und. bei denen sov7ohl die Primärwicklungen als auch die Sekundärwicklungen in einer oder mehreren Gruppen in Reihe geschaltet sind, eine mit den Gruppen von Primärwicklungen verbundene Speisequelle für Signale, wobei die Größe und Polarität der Gegeninduktivität zwischen den Primärwicklungen in einer Gruppe und den entsprechenden Sekundärwicklungen zur Auslöschung von Signalen gewählt wird, die in den entsprechenden Sekundärwicklungen entsprechend Signalen der Primärwicklungen induziert sind, eine Anordnung von Gliedern, die der Anordnung von Übertragern 1: 1 zugeordnet, räumlich benachbart und in bezug auf die Übertrager beweglich angeordnet sind, eine Einrichtung zur Magnetflußänderung, die mit jedem Glied verbunden ist zur Änderung der Gegen- * induktivität zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen in einem der Übertrager, wenn das dem Übertrager entsprechende Glied bewegt ist, um die Lage der Einrichtung zur Magnetflußänderung gegenüber dem übertrager zu ändern, und eine mit den Gruppen von Sekundärwicklungen verbundene Schaltung, die auf ein Signal anspricht, das durch die Änderung der Gegeninduktivität zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen eines Übertragers bewirkt wird, wenn das dem Übertrager entsprechende Glied bewegt ist und die

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Schaltung eine elektrische Anzeige darüber abgibt, welches Glied bev;egt wurde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Tastatur aus einer Anordnung von in einer gedruckten Schaltung ausgeführten Übertragern bestehen, wobei jedem Übertrager eine Taste oder ein Knopf zugeordnet ist. Alle Sekundärwicklungen können in Reihe geschaltet sein, und die Reihenschaltung kann mit Koraparatorverstärkern verbunden sein. Die Primärwicklungen'können paarweise in Reihe geschaltet und aufeinanderfolgend durch eine Abtastvorrichtung gespeist werden. Die Übertrager eines jeden Paares können entgegengesetzt gepolt sein. Dabei kann die Polarität eines Übertragers durch die Phase eines Sigriales an dessen Sekundärwicklung, verglichen mit der Phase des Signales der Primärwicklung, bestimmt sein. Abhängig von der Richtung der Primär- und Sekundärwicklungen, und damit von der Polarität der Gegeninduktivität, kann die Phase eines Signales entweder unverändert oder durch einen Übertrager invertiert werden. Wenn jedes Paar von Übertragern entgegengesetzt gepolt ist und die übertrager im übrigen gleich sind, löschen sich die Signale der in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen üblicherweise aus. Die Einrichtung zur Magnetflußänderung für jede Taste kann aus' einer Ferritstange und einem Ferritkern bestehen und das Ferriteloment wire] mehr zum übertrager gebracht, wenn

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eine Taste niedergedrückt wird. Die Gegeninduktivität zwischen den Primär-und Sekundärwicklungen des Übertragers wird durch die Anwesenheit des Ferrites geändert, in vorliegendem Beispiel erhöht, und wenn die vorgenannte Auslöschung stattfindet, wird ein Signal an den Komparator abgegeben. Die Polarität des Signales ergibt eine Anzeige darüber, v/elcher Übertrager des Paares betätigt wurde und die Abtastvorrichtung läßt erkennen, welches übertragerpaar gespeist wurde, als ein Signal am Komparator auftrat. Auch

kann eine Verriegelung vorgesehen werden, um die Abtastvorrichtung anzuhalten, wenn eine Taste niedergedrückt wird, um eine Anzeige zu verhindern, wenn gleichzeitig mehr als eine Taste gedrückt wird. Die gesamte Tastatur kann in einigen Millisekunden abgetastet werden, so daß sich für die menschliche Wahrnehmung eine sofortige Anzeige beim Drücken einer Taste ergibt. Somit w:\rd eine Tastatur geschaffen, die also nicht mehr das mechanische Schließen von Kontakte.;, erforderlich macht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert; es stellen dar

Fig. 1 ein Paar Tasten einer kontaktlosen Tastatur; Fig. 2 eine·räumliche Anordnung der Tasten und der Tastatur; Fig. 3 bis 6 verschiedene vereinfachte Ausführungsformen einer kontakt lo.^;>en Tasi a Lur.

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Fig. 1 stellt ein Paar 11 vor* Tastenanordnungen 10 und 12 dar. Eine Primärwicklung 18. der Tastenanordnung 12 ist mit einer Primärwicklung 14 der Tas Lenanordr.ung 10 und einem Impulsgenerator 28. in Reihe geschaltet. Ein Impuls 42 vom Generator 28 gelangt an die Primärwicklungen 14 und 18, und es treten in den Sekundärwicklungen 16 bzw. 20 Impulse 44 bzw. 46 auf. Die Punkte nahe den Übertragerwicklungen zeigen die Polarität bzw. die Wicklungsrichtung der Wicklungen an, und es ist ersichtlich, daß der Impuls 46 gegenüber dem Impuls 42 invertiert wird, während der Impuls 44 nicht invertiert wird. Da die Übertrager derart ausgelegt sind, daß sie die .gleiche Gege;ninduktivität haben, weisen die Impulse 44 und 4G die gleiche Amplitude aber die entgegengesetzte Phase bzi,·/. Polarität auf, so daß sie sich auslöschen. Die Tastenanordnungen 10 und 12 v/eisen auch entsprechende Tasten 22 bzw. 24' e.uf und jede der Tasten enthält ein den Magnetfluß änderndes Element 26. Das Element 26 kann verschiedene Formen cumehr.en. Um die Gegeninduktivität zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zu erhöhen/ kann ein iaagnet loche s Material, beispielsweise Ferrit, mit der Taste verbunden v/erden. Der Ferrit kann als Stange oder Kern ausgebildet sein und sich nahe den Wicklun gen bewegen, wenn eine Taste niedergedrückt wird. Anderer seits kann ein Metallstück für das Element 26 verwendet ' werden, uin die Gegeninduktivilät zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung herabzusetzen, wobei dieses Metall-

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stück im wesentlichen als Kurzschlußwicklung dient. Das Metall, beispielsweise Messing, könnte die Gestalt einer Scheibe oder eines Einlageringes aufweisen und könnte beinahe mit den Übertragerwicklungen in Berührung gelehrigen, wenn eine Taste niedergedrückt v/ird. Eine einfache Vorrichtung zur Lagerung der Tasten 22 und 24 könnte beispielsweise ein Loch in einer Platte 23 aufweisen, durch welche sich das den Magnetfluß ändernde Element 26 bewegt, und

ψ es könnte eine Feder 25 vorgesehen werden, um die Taste in der Stellung "auf" vorzuspannen, und ein Sicherungsring 27 kann die Bewegung der Tasten begrenzen. Die Platte 23 könnte die Frontplatte eines Tischrechners, eines Daten-Peripherie-Gerätes oder einer anderen Vorrichtung sein, die eine Tastatur erfordert. Wenn die Taste 24 niedergedrückt wird, wie durch den Pfeil 40 angezeigt ist, nimmt die Amplitude des Impulses 46 zu, wenn vorausgesetzt wird, daß das Element 26 aus Ferrit besteht. Die Impulse 44 und 46 löschen sich in diesem Falle nicht langer aus, und es tritt am Eingang des Komparators 48 ein Signal auf. Der Komparator 48 weist Eingangswiderstände 34, Verstärker und 32 und eine Kippstufe 36 auf, welche den Ausgang der Verstärker 30 und 32 speichert. Jeder der Verstärker 30 und 32 läßt nur einen Impuls positiver Polarität hindurch~ gelangen. Der Impuls 4'4 für dien Verstärker 30 ist positiv und stellt daher die Kippstufe 36 zurück. Der Impuls 46 ist für den Verstärker 32 positiv und gibt daher.ein Setz-

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signal an die Kippstufe 36. Während die Taste 24 niedergedrückt ist, erscheint am Ausgang 3 8 der Kippstufe 36 eine logische "1", welche den für die Taste 24 willkürlich gewählten Kode darstellt.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte räumliche Anordnung eines Teiles einer kontaktlosen Tastatur. Die Tasten 22 und 24 sind durch Löcher in einer Platte 23 mittels Federn 25 aufgenommen. Das den Fluß ändernde Element ist als mit jeder Taste verbundene Scheibe 126 dargestellt, welche aus einem Metall wie beispielsweise Kupfer oder Messing bestehen kann. Ein Schaltbrett 100 für eine gedruckte Schaltung trägt die Umformer 110 und 112, die in der gedruckten Schaltung ausgeführt sind. Die Taste 24 ist in der Stellung "auf^l: dargestellt, wobei deren Scheibe 126 über dem Umformer 1.12 gehalten ist. Die Ta ε he 22 ist in der herabgedrückten Stellung gemäß dem Pfeil 41 dargestellt, wobei die Scheibe 126 näher an dem Übertrager 110 liegt. Es ist nicht erforderlich, daß die Scheibe die Wicklungen berührt oder zwischen diesen hindurchge]angt.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Tastatur mit acht Paaren 11 von Tastenanordnungen. Die Paare der Primärwicklungen sind parallel mit" der Ausgangsleitung 66 für den Impulsgenerator verbunden. Jedes Paar von Primärwicklungen ist auch mit An-

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Schlüssen 49 eines Zählers 50 verbunden. Der Zähler 50 verbindet nacheinander jeweils eine Klemme 49 mit Masse, V7enn er einen Impuls ^£m Impulserzeuger 28 durch eine Verzögerungsleitung 54 und ein UND-Gatter 52 empfängt. Somit wird bei jedem Impuls 42 vom Impulserzeuger 28 eine andere Tastenanordnung 11 mit einem Impuls gespeist·.

Entweder der Verstärker 30 oder der Verstärker 32 gibt ein Ausgangssignal ab, wenn eine Taste niedergedrückt wird,

* und dieses mit dem UND-Gatter- 52 durch, ein ODER-Gatter 56 und einen Inverter 57 verbundene Signal hält den Zähler 50 an, indem das UND-Gatter 5 2 gesperrt wird. Eine Verzögerung 54 verhindert, daß der Zähler 50 schrittweise weitergeschaltet wird, bevor der Komparator 48 prüfen kann, ob noch eine .Taste gedrückt ist. Somit bilden die Elemente 52, 54, 56 und 57 eine Art Antikoinzidenzschaltung, um zu verhindern, daß ein Ausgangssignal abgegeben wird, wenn mehr a.Is eine Taste niedergedrückt ist. Die Tasten-Kodeinforruation kann an einem Ausgang 58 des Zählers an ein angeschlossenes Gerät abgegeben werden, wobei der Ausgang 58 drei Ausgangsleitungen vom Zähler 50 und eine Ausgangsleitung 38 von der Kippstufe 36 aufweist. An einem Ausgang 62 wird ein äignal "Taste unten" abgegeben. In"diesem Beispiel bilden der Zähler 50, die Verzögerungseinrichtung 54 und die Gatter 52' und 56 zusammen mit dem Impulsgenerator 28 eine Abtasteinrichtung.

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Ein Verfahren zur Erweiterung der kontaktlosen Tastatur ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausfuhrungsform sind primäre Gruppen 64 von vier Primärwicklungen in Reihe-geschaltet, wobei die Hälfte der Sekundärwicklungen mit. dem Komparator 68 in Reihe geschaltet ist und die andere Hälfte mit dem Komparator 70 in Reihe geschaltet ist. Gemäß Fig. 3 erhalten die primären Gruppen 64 nacheinander vom Generator 28 und vom Zähler 50 Impulse; die übrige Schaltung ist aus Gründen der Klarheit fortgelassen oder vereinfacht dargestellt. ■

Ein anderes Verfahren zur Abtastung der Primärwicklungen in einer kontaktlosen Tastatur ist in Fig. 5 dargestellt. Wie in Fig. 3 sind 16 Tasten vorgesehen, aber der Zähler weist nicht acht sondern nur vier Eingänge auf. Primärwicklungspaare 11 sind mit einem Ausgang 74 einer Kippstufe 80 verbunden, während abwechselnd Paare 11 mit einem zweiten Ausgang 76 verbunden sind. Der Impulserzeuger 28 treibt die Kippstufe 80 an und daher werden die Ausgänge 74 und 76 abwechselnd gespeist. Die Dioden 75 stellen sicher, daß der Strom nur in einer der Leitungen zu den Ausgängen 74 und 76 fließt. Anliegende Paare von Primärwicklungen sind mit einem der vier Anschlüsse des Zählers 51 verbunden, und dieser Zähler wird durch die Kippstufe 80 und ' nicht direkt durch den Impulserzeuger 28 angetrieben. Daher verbindet der Zähler 51 einen anderen Satz Primärwicklungen, - . --*~

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nachdem zwei Impulse vom Impulserzeuger 28 empfangen wurden. Das Signal am Ausgang 78 ergibt sich durch den Zähler 51, die Kippstufe 80 und den Komparator 48. Dieses Abtastverfahren ist. als X-Y-Abtastung bekannt.

Fig. 6 erläutert eine andere Ausführungsform einer Verriegelungsschaltung. Zur Vereinfachung sind in diesem Beispiel nur acht Tasten dargestellt. Der Ausgang 58 ist mit einem Pufferspeicher 90 verbunden, der jedesmal einen neuen Tastenkode in den Speicher eingibt, wenn auf der Leitung 94 ein Impuls "Taste unten" auftritt. Daher stellt die auf den Ausgangsleitungen 96 des Pufferspeichers ent-, haltene Information über die jeweils niedergedrückte Taste während eines gegebenen Zyklus η des Zählers 50 dar. Die Information auf den Ausgangsleitungen 58 identifiziert die während des Zyklus η + 1 des Zählers 50 niedergedrückte Taste. Die Information auf den Ausgangsleitungen 58 und 96 wird in einem digitalen Komparator 92 verglichen. Im Falle von Koinzidenz tritt am Ausgang 63 ein Signal "Taste unten" auf. Daher tritt ein solches Signal am Ausgang 63 nur dann auf, wenn dieselbe Taste während zwei oder mehreren Zyklen des Zählers 50 herabgedrückt ist. Die. Tastenkodein-· formation erscheint am Ausgang 59..

Die in Fig. 4 dargestellte Tastatur kann durch Erhöhung der

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Zahl der Eingangs leitungen -für den Zähler 50 oder der Zahl der in Reihe geschalteten Primärwicklungspaare und damit der Zahl der Komparatoren erweitert werden. Die in Fig. 5 dargestellte Tastatur kann entweder durch Erhöhung der Anzahl der Eingangs leitungen für den Zähler 51 oder der An si ah 1 der Kippstufen 80 erweitert werden, die durch den Impulsgenerator 28 angetrieben sind. Andere als die dargestellten Abtastverfahren sind auch möglich; beispielsweise könnten alle Primärwicklungen in Reihe geschaltet und Paare von Sekundärwicklungen mit einer Anordnung von Komparatoren verbunden werden.

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Claims (11)

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   Hewlett-Packard Corap.

   1501 Page Mill Road

   Palo Alto

   California 94304

   Case 599 -

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   Patentansprüche

   Ι.ίTastatur, vorzugsweise für einen Rechner, g e k e η η - . zeichnet durch eine Anordnimg von Übertragern (60), von denen jeder eine Primärwicklung und eine entsprechende Sekundärwicklung (20) aufweist, und bei denen sowohl die Primärwicklungen als auch die Sekundärwickluri-" gen in einer oder mehreren Gruppen in Reihe geschaltet sind, eine mit den Gruppen von Primärwicklungen verbundene Speisequelle (28) für Signale (42) _f wobei die Größs und Polarität der Gegeninduktivität zwischen den Primärwicklungen in einer Gruppe und den entsprechenden Sekundärwicklungen zur Auslöschung von Signalen gewählt wird, die in den entsprechenden Sekundärwicklungen entsprechend Signalen der Primärwicklungen induziert sind, eine Anordnung von Gliedern (24) , die der Anordnung von Übertragern eins zu eins zugeordnet, räumlich benachbart, und in bezug auf die übertrager beweglich angeordnet 'sind, eine Einrichtung zur Magnetflußänderung (26), die mit jedem Glied verbunden ist zur Änderung der Gegeninduktivitiit zwischen den Primär··*

   «* Ί —

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   und Sekundärwicklungen in einem der übertrager, wenn das dem Übertrager entsprechende Glied bewegt ist, um die Lage der Einrichtung zur Magnetflußänderung gegenüber dera übertrager zu ändern, und eine mit den Gruppen von Sekundärwicklungen verbundene Schaltung (48). die auf ein Signal anspricht, das durch die Änderung der Gegeninduktivität zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen eines Übertragers bewirkt wird, v/enn das dem übertrager entsprechende Glied bewegt ist und die Schaltung eine elektrische Anzeige darüber abgibt, welches Glied bewegt wurde.
2. 2. Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppa aus Primärwicklungen eine ganzzahlige Anzahl aus Priinärwicklu.ngnps.aran aufweist, die Übertrager jedes Paares entgegengesetzt gepolt sind,wenigstens diese ganzzahlige Anzahl an Gruppen von Sekundärwicklungen vorhanden ist und die Anordnung der Glieder eine Anordnung von Druckknöpfen ist.
3. 3. Tastatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Komparator (30, 32, 34) zur Bestimmung der Polarität eines durch die Änderung der Gegeninduktivität zwischen den Primär- und Sekunda*wicklungen eines Übertragers hervorgerufenen Signales aufweist und da durch bestimmt ist, welcher Druckschalter eines Paares be tätigt worden ist, und eine Logikschaltvmg (36) auf den

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   Komparator anspricht, und eine digitale Anzeige der Polarität der Änderung der Gegeninduktivität abgibt.
4. 4. Tastatur nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseeinrichtung eine Signalquelle und
   eine Abtasteinrichtung (50) zur Verbindung eines der ganzzahligen Anzahl von Paaren der Primärwicklungen mit der
   Signalquelle zu einem Zeitpunkt aufweist.
5. 5. Tastatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Sperrschaltkreis (52, 54,
   56, 57) aufweist, der die Abtastvorrichtung anhält, wenn
   die Schaltung eine elektrische Anzeige über die Betätigung
   eines Schalterknopfes abgibt.
6. 6. Tastatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung des Magnetflusses ein Stück aus ferromagneticchem Material ist.
7. 7. Tastatur nach Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung des Magnetflusses ein Metallstück ist.
8. 8. Tastatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ganzzahlige Anzahl Eins ist.

   m~ *3 mm

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9. 9. Tastatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine digitale Kodiervorrichtung (36, 38, 50, 58) aufweist, die auf die Komparatorschaltung und die Abtastvorrichtung anspricht, und diese digitale
   Kodiervorrichtung ein den betätigten Schalterknopf entsprechendes digitales Ausgangssignal abgibt.
10. 10. Tastatur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrvorrichtung (90, 32) das den aufeinanderfolgenden Abtastungen der Abtastvorrichtung entsprechende digitale Ausgangssignal vergleicht, und die
    Abtastvorrichtung ein Ausgangssignal abgibt, wenn derselbe .Schalterknopf während wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen bewegt worden ist.
11. 11. Tastatur nach Anspruch 7, in welcher die Druckschalter
    über der gedruckten Schaltung durch Federglieder gehalten sind, "dadurch gekennzeichnet , daß die
    Übertrager Metallfolienspiralen auf ein Schaltbrett mit
    einer gedruckten Schaltung sind und ein Schall:erknopf
    durch Niederdrücken betätigt ist und dabei das Metallstück dem Übertrager näherbringt.

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