DE1920793B2 - Anordnung zur elektronischen Positionsbestimmung, insbesondere für computergesteuerte Bildschirmgeräte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elek- die erste (obere) Schicht entschieden werden kann, ironischen Positionsbestimmung eines auf eine durch ob sich der Sendestift über deren rechter oder linker elektrische Leiter matrixförmig in Felder aufge- Hälfte befindet, und daß auf Grund eines positiven teilte Fläche aufsetzbaren, ein elektromagnetisches oder negativen Ausgangssignals der zweiten Schicht Wechselfeld emittierenden Sendestiftes, bei welcher 5 die Position des Sendestiftes weiter eingeengt werden die in dem aufgesetzten Sendestift benachbarten kann dahingehend, ob sich dieser nun über dem Leiter induzierten Spannungen Signalauswertschal- ersten oder zweiten bzw. dritten oder vierten Viertel tungen zugeführt werden. dieser Schicht befindet usw. So trägt der Ausgangs-

Bisher sind eine Vielzahl solcher Anordnungen be- impuls jeder Leiterschicht dazu bei, die Position des kannt geworden, welche von verschiedenen Prin- io Sendestiftes nach einer Unterteilung gemäß dem zipien Gebrauch machen: . Dualsystem festzulegen. Die Leitungsführung für die

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 080 592 ist ein X- und Y-Koordinatenrichtungen erfolgt zueinander Tableau zur Positionskennzeichnung bekannt, bei orthogonal, jedoch jeweils getrennt in separaten dem zwei parallel zur Schreibfläche in Abstand von- Schichten. Die Ausgangsimpulse der einzelnen Leieinander angeordnete und sich kreuzende Koordi- 15 terschichten werden über Signalauswertschaltungen natenvielfachfelder in Form von elastischen Raster- einem Register zugeführt, in dem die Position des platten verwendet werden mit blanken Koordinaten- Sendestiftes nach dualen Gesichtspunkten gespeileitungen oder Rasterstreifen, die einzeln verteilt an eher wird.

eine sich an mindestens jeweils einer Querkante oder Im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 3,

Randkoordinate ihres Koordinatenvielfachfeldes er- zo November 1960, S. 22, ist eine Anordnung beschriestreckende und vorzugsweise streifenförmige Wider- ben, bei der ein ein magnetisches Feld erzeugender Standsbahn angeschlossen sind, und wobei durch den Sendestift und drei übereinanderliegende Ebenen Schreibdruck eines Sendestiftes die sich unter dem mit jeweils mäanderförmig verlaufenden Leiterzügen jeweiligen Druckpunkt kreuzenden Rasterstreifen in benutzt werden. Zwei dieser Leiterzüge sind orthomechanisch-elektrischen Kontakt gebracht werden 25 gonal zueinander, der dritte Leiterzug um 45° zu den mit einem über den Sendestift oder über eine leitende anderen versetzt angeordnet. Die bei Bewegung des Zwischenschicht angeschlossenen Pol einer Kon- Sendestiftes in den Leiterzügen induzierten Spannunstantstromquelle, deren anderer Pol jeweils an einem gen dienen der Positionsbestimmung des Sendestiftes. Ende der Widerstandsbahnen angeschlossen ist, und Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin,

wobei ferner die so gewonnenen Signalspannungen 30 Vol. 8, Nr. 11, April 1966, ist eine Anordnung bein an sich bekannter Weise gegebenenfalls verstärkt kannt, die von einer orthogonalen Leitermatrix und und/oder umgeformt weitergeleitet und zur Anzeige einem auf kapazitivem Wege ein elektromagnetisches und/oder Speicherung der Koordinatenwerte ver- Wechselfeld emittierenden Sendestift Gebrauch wendet werden. macht. Zur Auswertung der in den Leiterzügen in-

In der USA.-Patentschrift 3 342 935 ist eine An- 35 duzierten Spannungen sind Verstärker vorgesehen. Ordnung beschrieben, bei der matrixförmig orthogo- Alle diese genannten Anordnungen bedingen einen

nal zueinander angeordnete Leiter auf einem Tableau konstruktiven und damit auch kostenmäßig hohen zur Positionskennzeichnung alternierend mit ent- Aufwand. Wenn bei der zuletzt genannten Anordsprechenden Spannungen gespeist werden, die von nung bereits von einer einschichtigen orthogonalen einem auf dem Tableau aufgesetzten Empfangsstift 40 Leitermatrix in Verbindung mit einem ein elektroauf kapazitivem Wege erfaßt werden. Da die einge- magnetisches Wechselfeld emittierenden Sendestift speisten Spannungswerte mit dem durch den Emp- Gebrauch gemacht wird, so kann dieses allgemeine fangsstift erfaßten Signal synchronisiert sind, ist eine Prinzip hinsichtlich der speziellen Zuordnung der Positionsbestimmung möglich, Leiterzüge zu den Verstärkern und der Ausbildung

Nach der USA.-Patentschrift 2 527 835 ist ein 45 der Leitermatrix, besonders unter dem Aspekt einer Tableau für die Positionsbestimmung bekannt, bei Reduzierung der Verstärkerzahl zu einer erfindungsdem an randwärts angeordneten und jeweils gegen- gemäßen Lösung benutzt werden, überstehenden Elektroden in der X-Richtung eine Es ist Aufgabe der Erfindung, eine neue Anord-

Wechselspannung mit einer anderen Frequenz als in nung zur elektronischen Positionsbestimmung eines der F-Richtung eingespeist wird. Die Schreibfläche 50 auf eine durch elektrische Leiter matrixförmig in besteht aus einem Widerstandsmaterial. Die von dem Felder aufgeteilte Fläche aufsetzbaren, ein elektroauf der Schreibfläche aufzusetzenden Schreibstift er- magnetisches Wechselfeld emittierenden Sendestiftes faßten Spannungen werden frequenzmäßig gefiltert, zu schaffen, bei welcher die Zuordnung der Signalwobei aus der Höhe der Spannung der. einen bzw. ^ auswertschaltungen zu den Leiterzügen besonders anderen Frequenz auf die Position des Schreibstiftes 55 vorteilhaft ist.

bezüglich der Schreibfläche geschlossen werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

In der französischen Patentschrift 1485131 ist löst, daß alle Leiterenden einerseits geerdet und aneine Anordnung beschrieben, die einen ein elektro- dererseits mit den Eingängen von Differenzvermagnetisches Feld emittierenden Sendestift und ein stärkern derart verbunden sind, daß jeweils zwei mehrschichtiges Positionstableau umfaßt. Jede 60 parallel benachbarte Leiter mit den beiden Eingän-Schicht des Positionstableaus ist in einer ganz be- gen eines Differenzverstärkers verbunden sind, und stimmten Art und Weise von einem elektrischen daß mit Ausnahme der randwärts auf der Fläche Leiter durchzogen, an dessen Ausgangsklemmen je verlaufenden Leiter jeder Leiter jeweils einem Einnach Leitungsführung an der vom Sendestift erfaßten gang zweier benachbarter Differenzverstärker gestelle ein positiver oder negativer Impuls auftritt. 65 meinsam ist.

Die Leitungsführung der einzelnen untereinander- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

liegenden Schichten ist so gewählt, daß auf Grund ist es zur Verringerung der erforderlichen Verstärkereines positiven oder negativen Ausgangssignals für zahl vorteilhaft, wenn gleiche, parallel zueinander

verlaufende und an einem Ende geerdete Leiter in ihrer Gesamtheit parallel versetzt ein zweites Mal über die Fläche geführt sind, die dadurch hinsichtlich einer Ordinate in zwei Hälften geteilt ist, und daß eine Flächenhälfte mit einem mäanderförmig ausgebildeten Leitungszug überlagert ist, dessen Enden mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden sind.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Bestimmung der Position eines Sendestiftes auf einer Fläche unter Benutzung von Differenzverstärkern,

Fig. 2A, 2B eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems nach Fig. 1 mit einer reduzierten Anzahl von Differenz verstärkern; dabei zeigt

Fig. 2A eine schematische Darstellung des Verlaufes der Koordinatenleitungen und

Fig. 2B eine schematische Darstellung des Verlaufes der Leitungen zur Ermittlung der per Sendestift ausgewählten Flächenhälfte,

F i g. 3 ein Schaltbild eines Differenzverstärkers für das System nach Fi g. 1.

In F i g. 1 ist ein System zur Bestimmung der Position eines Sendestiftes auf einer Fläche unter Benutzung von Differenzverstärkern gezeigt. Der Bildschirm ist mit orthogonal verlaufenden Leitungen in x- und y-Richtung durchzogen. Alle diese Leitungen sind an ihrem einen Ende geerdet und führen mit ihrem anderen Ende zu Differenzverstärkern. Die Leitungen Vl und V 2 bieten die Eingänge für den Differenzverstärker 61 (FZl), dessen Ausgangssignal mit Xl gekennzeichnet ist. Die Leitungen V 2 und F 3 bilden die Eingänge für den Differenzverstärker 62 (VX 2), dessen Ausgangssignal mit X 2 bezeichnet ist. Analog dazu führen die Leitungen V 3 bis V 9 zu den Differenzverstärkern 63 bis 68 (FZ 3 bis FZ 8) mit den Ausgangssignalen Z 3 bis Z 8. In dergleichen Art und Weise sind die horizontal verlaufenden Leitungen Hl bis H 7 mit den Differenzverstärkern 71 bis 76 (VYl bis VY 6) mit den Ausgangssignalen Yl bis Y 6 verbunden. Jeder Leiter, mit Ausnahme der randwärts auf der Fläche verlaufenden, führt jeweils zu einem Eingang zweier benachbarter Differenzverstärker. Insgesamt umfaßt die Fläche 48 erfaßbare Positionsstellen, denen jeweils eines der sechs Ausgangssignale Yl bis Y 6 und eines der acht Ausgangssignale Zl bis Z 8 zugeordnet sind. Zur Erfassung einer Positionsstelle ist der Sendestift 15 in einem ausgewählten Feld aufzusetzen. Durch das von ihm ausgehende elektromagnetische Feld werden in den Leitungszügen Spannungen induziert, deren Folge unter anderem die Ströme /2 L, IiL, HR, 12 R, HA, I2A, HB, I2B sind. Die in den Leitungszügen der markierten Position induzierten Ströme sind wegen ihres geringsten Abstandes zum Sendestift am größten. Wegen ihrer Gleichphasigkeit in den Leitungen F5 und V6,VA und V3, HS und H6, H 4 und H 3 liefern die zugehörigen Verstärker 65 (FZ 5), 63 (FZ 3), 75 (VYS) und 73 (VY 3) keine Ausgangssignale.

Lediglich die Differenzverstärker 64 (FZ 4) und 74 (FY 4) sehen ein Ausgangssignal vor, da in den ihnen zugewiesenen Eingangsleitungen F 4 und F 5 bzw. HA und HS die induzierten Ströme entgegengesetzte Phase aufweisen. Die Signale Z 4 und Y 4 kennzeichnen die Position des Sendestiftes innerhalb der Fläche im Sinne rechtwinkliger Koordinaten. Bei diesem System ist der Einfluß induzierter Störfelder weitgehend ausgeschlossen, da diese in allen Leitern gleichphasige und zumeist sehr kleine Störsignale zur Folge haben, die zu keinen Ausgangssignalen an den Differenzverstärkern führen.

In F i g. 2 ist die schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Systems nach Fig. 1 mit einer reduzierten Anzahl von Differenzverstärkern gezeigt.

Die vertikal verlaufenden Leiter sind an ihrem einen Ende geerdet; sie werden unter Einhaltung ihres gegenseitigen Abstandes nicht nur einmal sondern zweimal über die horizontal verlaufenden Leiter geführt. Dadurch wird die Fläche in zwei Positionsstellenhälften (links und rechts) aufgeteilt, die durch untereinanderliegende Zonenfelder NR, die von einer Positionserfassung ausgeschlossen bleiben, getrennt sind. An ihrem anderen Ende werden die vertikal verlaufenden Leiter im Sinne von Fig. 1 den Differenzverstärkern 81 bis 85 zugeführt. Die Leitungszüge ViL und ViR korrespondieren, sie sind jeweils miteinander verbunden.

Bei der Positionsbestimmung muß zwischen den beiden Hälften der Fläche unterschieden werden. Dazu wird die linke Flächenhälfte mit einer in F i g. 2 B dargestellten Leiterschleife überlagert. Sämtliche Kreuzungsstellen sind voneinander isoliert. Sobald der Sendestift die linke Flächenhälfte erfaßt, werden in dieser Leiterschleife Ströme induziert, die über den Verstärker 96 ein Signal auslösen. Dieses Signal wird dazu benutzt, die Sendestiftposition auf der linken Flächenhälfte zu definieren. Ein Ausbleiben dieses Signals dient der Definition der Sendestiftpositionen auf der rechten Flächenhälfte.

Diese Methode, die in F i g. 2 lediglich für die vertikal verlaufenden Leiter beschrieben wurde und zur Reduzierung der Anzahl der Differenzverstärker führte, kann in analoger Weise auch auf die horizontal verlaufenden Leiter angewendet werden. Auf diese Weise wird die Fläche in Positionsstellen-Quadranten eingeteilt, wobei zur eindeutigen Feststellung der Lage jedes Quadranten noch ein zusätzlicher Verstärker mit einer angeschlossenen Leiterschleife nach Fig. 2B erforderlich wäre.

In F i g. 3 ist das Schaltbild eines Differenzverstärkers für die Systeme nach F i g. 1 und F i g. 2 gezeigt. Der Leiter Hi + 1 ist über den Widerstand 121 und den Koppelkondensator 122 mit der Basis des Transistors 120 verbunden, dessen Kollektor über den Widerstand 123 an die Spannungsquelle + F und an dessen Emitter der Leiter Hi angelegt ist. Zwischen der positiven (+F) und negativen Spannungsquelle (-F) liegen in Serie: Der Widerstand 124, die Diode 129 (in Flußrichtung gepolt) und der Widerstand 126. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 124 und der Diode 129 ist mit der Basis des Transistors 120 verbunden, dessen Kollektor an der Basis des Transistors 127 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 127 ist über den Widertand 128 mit der positiven Spannungsquelle (+F) verbunden. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird am Emitter des Transistors 127 abgenommen, der über den Widerstand 126 an die negative Spannungsquelle (-F) angeschlossen ist.

Werden in den Leitungen Hi + 1 und Hi durch

das vom Sendestift ausgehende elektromagnetische Wechselfeld Spannungen induziert, so daß die Leitung Hi + 1 gegenüber Hi negativ ist, so wird der Basisstrom Ib reduziert. Dies hat ein positiveres Potential an dem Kollektor des Transistors 120 zur Folge, wodurch der Transistor 127 in einen leitenderen Zustand versetzt wird, so daß der Strom/F ansteigt. Damit ist jedoch eine Anhebung des Basisstromes Ib verbunden. Dieser Vorgang dauert an, bis sich ein stabiles Gleichgewicht eingestellt hat. Sobald jedoch der Strom durch die Diode 129 unter IF sinkt, fällt der Transistor 120 in den nichtleitenden Zustand: Der Transistor 127 leitet mehr, seine Emitterspannung nähert sich dem Wert + V.

Während der Zeit, in der die Leitung Hi + 1 positiv gegenüber der Leitung Hi ist, ist der Ruhestatus wiederhergestellt, und am Ausgang des Differenzverstärkers lassen sich die entsprechenden positiven Halbwellen abnehmen. Diese können verstärkt und gefiltert werden, wenn ein logisches Signal erwünscht ist.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I-.- Anordnung zur elektronischen Positionsbestimmung eines auf eine durch elektrische Leiter matrixförmig in Felder aufgeteilte Fläche aufsetzbaren, ein elektromagnetisches Wechselfeld emittierenden Sendestiftes, bei welcher die in dem aufgesetzten Sendestift benachbarten Leiter induzierten Spannungen Signalauswertschaltungen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß alle Leiterenden einerseits geerdet und andererseits mit den Eingängen von Differenzverstärkern (61 bis 68, 71 bis 76) derart verbunden" sind, daß jeweils zwei parallel benachbarte Leiter mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden sind, und daß mit Ausnahme der randwärts auf der Fläche verlaufenden Leiter jeder Leiter jeweils einem Eingang zweier benachbarter Differenzverstärker gemeinsam ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleiche, parallel zueinander verlaufende und an einem Ende geerdete Leiter in ihrer Gesamtheit parallel versetzt ein zweites Mal über die Fläche geführt sind, die dadurch hinsichtlich einer Ordinate in zwei Hälften geteilt ist, und daß eine Flächenhälfte mit einem mäanderförmig ausgebildeten Leitungszug überlagert ist, dessen Enden mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers (96) verbunden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen