DE2142676B2 - Vorrichtung zur elektronischen Aufnahme des augenblicklichen Ortes einer Abtastsonde auf der Oberfläche einer Platte - Google Patents

Vorrichtung zur elektronischen Aufnahme des augenblicklichen Ortes einer Abtastsonde auf der Oberfläche einer Platte

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DE2142676B2 DE2142676A DE2142676A DE2142676B2 DE 2142676 B2 DE2142676 B2 DE 2142676B2 DE 2142676 A DE2142676 A DE 2142676A DE 2142676 A DE2142676 A DE 2142676A DE 2142676 B2 DE2142676 B2 DE 2142676B2
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Description

dl
σ = — ·
T dl
genügt, worin ε die Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Materials der Platte, T die Dauer des anregenden elektrischen Wechselpotentials und dl bzw. dl die Dicken der leitfähigen Auflage bzw. des piezoelektrischen Materials der Platte sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Auflage kleiner ais 0,2 mm ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Auflage elektrisch leitfähige Folie oder elektrisch leitfähiges Papier vorgesehen ist, bei der bzw. bei dem die elektrische Leitfähigkeit 6 der Bedingung nach Anspruch 8 genügt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage auf der Oberfläche fest aufgebracht ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertegerät so ausgebildet ist, daß es aus den mit der Sonde im Betriebsfall piezoelektrisch bewirkten elektrischen Signalen das Aufliegen der Sonde auf der Oberfläche feststellt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Druck bewirkten elektrischen Signale von den Elektroden an den Seiten der vorgegebenen Fläche abgegriffen werden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertegerät so ausgebildet ist, daß es aus der Höhe der durch Druck bewirkten elektrischen Signale den augenblicklichen Auflagedruck der Sonde ermittelt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle, die rechteckförmig Spannungsimpulse an die Elektrode der Sonde zuführt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle mit Spannungsimpulsen von etwa 0,2 bis 1 μββϋ Dauer.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die der Sonde zugeführten Impulse von solcher Dauer sind, daß ein mechanischer Wellenzug mit im wesentlichen nur einer Schwingung erzeugt wird.
20. Anwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Schrifterkennung von insbesondere handgeschriebener Schrift.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Aufnahme des augenblicklichen Ortes
einer Sonde auf der Oberfläche einer Platte aus piezoelektrischem Material, wobei auf der Oberfläche der Platte an wenigstens zwei zueinander im Winkel stehenden Seiten einer vorgegebenen Fläche der Oberfläche der Platte im wesentlichen streifenförmige Elektroden mit Gegenelektrode angeordnet sind und wobei die Sonde eine Elektrode aufweist. Die Vorrichtung ist insbesondere zur augenblicklichen Aufnahme eines mit einem als Sonde aurgebildeten Stift geschriebenen Schriftzuges bestimmt.
Im Patent 2115 367.3 ist eine Vorrichtung zur elektronischen Aufnahme des augenblicklichen Ortes der Spitze einer Abtastsonde auf der Oberfläche einer Platte vorgeschlagen, wobei in dieser Vorrichtung an den Seiten einer vorgegebenen Fläche der Platte Elektrodenpaare zur Erzeugung mechanischer Wellen in der Platte vorgesehen und die Elektroden so angeordnet und zueinander ausgerichtet sind, daß die durch Anlegen elektrischer Signale an die Elektroden in der Platte erzeugten mechanischen Wellenzüge die Platte im Bereich der vorgegebenen Fläche in zwei zueinander nicht parallelen Richtungen durchlaufen und bei der die Abtastsonde über eine elektrische Leitung mit einem elektrischen Auswertegerät verbunden ist, das die Laufzeit einer impulsförmigen Welle zwischen dem Ort ihrer Erzeugung, d. h. in dem jeweiligen Elektrodenpaar, und dem augenblicklichen Ort der Sonde auf der Oberfläche der Platte ermittelt. Die dort vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich weiter dadurch aus, daß eine Plat'e aus piezoelektrischem Material vorgesehen ist und die Abtastsonde zum Abtasten eines elektrischen Potentials bzw. Potentialunterschiedes auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Elektroden auf der Oberfläche der Platte im rechten Winkel zueinander angeordnet und streifenförmig aasgebildet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Lösung des Problems anzugeben, auf elektronische Weise den augenblicklichen Ort einer Sonde auf der Oberfläche einer Platte zu ermitteln. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Vorrichtung ein hohes Auflösungsvermögen haben. Vorzugsweise soll die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu geeignet sein, einen auf der Platte oder auf einem auf der Platte aufliegenden Blatt Papier handgeschriebenen Schriftzug elektionisch aufzunehmen.
Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs beschriebene Vorrichtung gelöst, die erfindungsgernäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sonde mit Elektrode so ausgebildet ist, daß mit ihr bei direkter oder indirekter Auflage der Elektrode auf der Oberfläche der Platte am Ort der Sonde ein elektrisches Wechselpotential an das Material der Platte angelegt werden kann, daß die Elektroden mit Gegenelektrode zur Auskopplung der elektrischen Signale vorgesehen sind, die von die Elektroden erreichenden mechanischen Wellenzügen ausgelöst sind, die sich in die Platte fortpflanzen und wobei diese Wellenzüge am Ort der Sonde durch das dort angelegte Wechselpotential erzeugt sind, daß ein elektronisches Auswertegerät vorgesehen ist, das so ausgebildet ist, daß es die Laufzeiten der einzelnen mechanischen Wellenzüge vom augenblicklichen Ort der Sonde bis zur jeweiligen Elektrode mit Gegenelektrode ermittelt und daß die Elektrode der Sonde mit einem elektronischen Gerät zur Erzeugung des Wechselpotentials zur Anregung eines jeweils einzelnen mechanischen Wellenzuges in dem piezoelektrischen Material elektrisch leitend verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles und seiner Varianten erläutert.
F i g. 1 zeigt die Aufsicht auf die Platte einer Vorrichtung nach der Erfindung sowie das Auswertegerät und die Sonde;
Fig.2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung ίο nach Fig. 1, und zwar ein Teilstück im Schnitt AA', wobei weiter hinten liegende Einzelheiten der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind.
Mit 1 ist die Platte aus piezoelektrischem Material
bezeichnet. Vorzugsweise ist die Platte in Richtung ihrer Dicke polarisiert. Insbesondere ist diese Platte so dünn gehalten, daß sie als Folie zu bezeichnen ist.
Die Dicke der Platte oder Folie ist insbesondere so gering, daß sie klein gegenüber der Länge eines in der Platte oder Folie mit der Sonde 10 erzeugbaren
ao Wellenzuges ist.
Die Sonde 10 ist über eine elektrische Verbindungsleitung 12 mit einem Auswertegerät 20 elektrisch verbunden. An ihrer Spitze hat die Sonde 10 eine Elektrode 11, die beim Schreiben mit der Sonde auf dei Platte 1 über die Oberfläche der Platte hinweggeführt wird.
Vorzugsweise befindet sich auf der Oberfläche der Platte 1 eine in einem geringen Grad elektrisch leitfähige Auflage 30. Die Leitfähigkeit <5 der Auflage 30 ist vorzugsweise so gewählt, daß sie der Bedingung
σ =
dl dl
genügt. In dieser Formel ist r die Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Materials der Platte 1, T die Dauer eines im folgenden noch näher zu beschreibenden elektrischen Impulses, dl die Dicke der leitfälligen Auflage und d 2 die Dicke des piezoelektrischen Materials der Platte 1. Als derartige Auflage kann z. B. eine entsprechende Folie vorgesehen sein. Als Auflage, gegebenenfalls auch zusätzlich zu einer bereits vorhandenen derartigen Auflage, kann ein Blatt Papier lose aufgelegt sein, das bezüglich seiner elektrischen Leitfähigkeit vorteilhafterweise der oben angegebenen Bedingung entspricht. Während des Betriebes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird an die Elektrode 11 an der Spitze der Sonde 10 ein elektrisches Wechselpotential angelegt. Vorzugsweise besteht dieses Potential aus einer periodischen Folge von insbesondere rechteckförmigen Impulsen, die von dem Auswertegerät 20 geliefen werden. Beim Aufliegen der Elektrode 11 auf der Oberfläche des piezoelektrischen Materials der Platte 1 bzw. auf der Oberfläche der Auflage 30 werden durch das Wechselpotential an der Elektrode 11 in dem piezoelektrischen Material am Ort der Spitze der Sonde mechanische Wellenzüge erzeugt. Diese Wellenzüge breiten sich mit kreisförmigen Wellenfronten in der Platte aus. Vorzugsweise sind für das Wechselpotential Impulsdauern vorgesehen, bei denen ein Impuls einen Wellenzug erzeugt, der im wesentlichen nur aus einer Schwingung besteht.
Beim Eintritt eines Wellenzuges in den Bereich der Elektroden 4 bzw. 6 wird zwischen der Elektrode 4 bzw. der Elektrode 6 und der GeeenelektrnHe ein
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5 6
elektrisches Signal erzeugt und ist zwischen jeweili- Materials der Auflage und der Dicke der Auflage
ger Elektrode und Gegenelektrode abnehmbar. wird erreicht, daß das Wechselpotential an der Spitze
Die Elektroden 4 und 6 sind vorteilhafterweise in der Sonde, wie vorgesehen, nur in einem eng be-
einem rechten Winkel zueinander an zwei Seiten grenzten Bereich der Oberfläche des piezoelek-
einer vorgegebenen Fläche auf der Oberfläche der 5 trischen Materials wirksam ist. Insbesondere ist vor-
Platte 1 angeordnet. Die jeweilige Gegenelektrode gesehen, daß diese Auflage auf der Oberfläche des
befindet sich auf der gegenüberliegenden Fläche der piezoelektrischen Materials in engem Kontakt mit
Platte aus piezoelektrischem Material. Vorzugsweise der Oberfläche auf dieser fest aufgebracht ist, so daß
ist für die Elektroden 4 und 6 eine gemeinsame Ge- an jeder Stelle der Oberfläche ein guter galvanischer
genelektrode 5 vorgesehen, die als ganzflächige gut io Kontakt zwischen der Auflage und der Oberfläche
leitfähige Beschichtung der Rückseite des piezoelek- besteht. Für diesen Zweck hat sich das Aufdampfen
trischen Materials der Platte ausgebildet ist. Diese eines Halbleiters mit entsprechender elektrischer
Beschichtung wirkt auch als Gegenelektrode für die Leitfähigkeit als vorteilhaft erwiesen. Sofern der von
Elektrode 11 an der Spitze der Sonde 10. der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufzunehmende
Mit 8 ist ein akustischer Sumpf am Rande der 15 Schriftzug auf ein auf der Platte 1 aufliegendes Blatt
Platte bezeichnet. Papier aufgezeichnet wird, ist es vorteilhaft, hierfür
Die Elektroden 4 und 6 sowie die Gegenelek- ein Papier zu verwenden, das eine Leitfähigkeit auf-
trode5 sind mit dem Auswertegerät 20 durch die weist, die der voranstehend angegebenen Bedingung
elektrischen Verbindungsleitungen 24, 26 und 22 entspricht. Ist das Papier elektrisch nicht leitend,
verbunden. 20 kommt es zu einer kapazitiven Einkopplung in die
Mit Hilfe des Auswertegerätes 20 werden die Platte. In diesem Falle ist die Auflage der Elektrode
Laufzeiten eines mechanischen Wellenzuges zum 11 auf der Platte 1 indirekt.
Zeitpunkt seines Entstehens am augenblicklichen Ort Mit der Sonde 10 wird beim Schreiben ein gewisder Sonde auf der Oberfläche der Platte 1 bis zum ser Druck auf das piezoelektrische Material der Erreichen der Elektrode 4 bzw. der Elektrode 6 er- as Platte 1 ausgeübt. Dieser Druck erzeugt in dem mittelt. Aus diesen Laufzeiten können nach bekann- piezoelektrischen Material ein elektrisches Signal, ten Verfahren elektrische Signale gebildet werden, das von der Elektrode 4 und/oder der Elektrode 6 die den kartesischen Koordinaten des augenblickli- aufgenommen wird. Das durch den Druck erzeugte chen Ortes der Spitze auf der Platte 1 entsprechen. Signal ist gegenüber den durch die elektrischen Im-Für die Ermittlung der Laufzeiten verwertet das 30 pulse der Elektrode 11 bewirkten Signalen wesentlich Auswertegerät die zeitlich zuerst auftretende Flanke niederfrequenter. Demzufolge ist es möglich, diese des an den Elektroden 4 bzw. 6 auftretenden Span- beiden Arten von auftretenden Signalen voneinander nungssignals. Es kommt zu Kompensationen von Si- zu trennen. Durch Auswertung des durch Druck vergnalen von denjenigen Teilen der Wellenzüge, die die ursachten niederfrequenten Signals kann der Zeit-Elektroden 4 bzw. 6 aus nicht senkrechter Richtung 35 punkt des Aufsetzen? bzw. des Abhebens der Spitze erreichen. der Sonde von der Oberfläche der Platte 1 festgestellt
Vorteilhafterweise ist an den Rändern der Platte 1 werden. Insbesondere kann aus der jeweiligen Höhe ein akustischer Sumpf 8 vorgesehen, durch den ver- der durch Druck erzeugten Signale der augenblickhindert wird, daß mechanische Wellenzüge am Rand liehe Auflagedruck der Spitze der Sonde auf der der Platte reflektiert werden. 40 Oberfläche der Platte festgestellt und ausgewertet
Zur Verbesserung der Einkopplung des Wechsel- werden. Die zeitliche Folge des angezeigten Auflagepotentials von der Elektrode 11 der Sonde 10 in das druckes kann als zusätzliche· Information bei Aufgapiezoelektrische Material der Platte 1 ist die bereits ben der Zeichenerkennung, insbesondere bei der oben erwähnt elektrisch leitfähige Auflage 30 auf der automatischen Erkennung von Unterschriften, geOberfläche des piezoelektrischen Materials vorgese- 45 nutzt werden. Der zeitliche Verlauf des Auflagedrukhen. Insbesondere wird durch eine oder durch meh- kes beim Schreiben einer Unterschrift ist ein indivirere entsprechende Auflagen ein guter galvanischer duelles Merkmal. Insbesondere kann bei einem Kontakt zwischen der Spitze und dem piezoelek- Sichtgerät 201 die Helligkeit der Wiedergabe enttrischen Material hergestellt. Durch die oben angege- sprechend dem festgestellten Druck gesteuert werbene Bemeng der elektrischen Leitfähigkeit des so den.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur elektronischen Aufnahme des augenblicklichen Ortes einer Sonde auf der S Oberfläche einer Platte aus piezoelektrischem Material, wobei auf der Oberfläche der Platte an wenigstens zwei zueinander im Winkel stehenden Seiten einer vorgegebenen Fläche (2) der Oberfläche der Platte im wesentlichen streifenfönnige Elektroden mit Gegenelektrode angeordnet sind und wobei die Sonde eine Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (10) mit Elektrode (11) so ausgebildet ist, daß mit ihr bei direkter oder indirekter Auflage der Elektrode auf der Oberfläche der Platte (1) am Ort der Sonde ein elektrisches Wechselpotential an das Material der Platte angelegt werden kann, daß die streifenförmigen Elektroden (4, 6) mit Gegenelektrode (S) zur Auskopplung der elektrischen Signale vorgesehen sind, die von die Elektroden erreichenden mechanischen Wellenzüge ausgelöst sind, die sich in der Platte fortpflanzen und wobei diese Wellenzüge am Ort der Sonde durch das dort angelegte Wechselpotential erzeugt sind, daß ein elektronisches Auswertegerät (20) vorgesehen ist, das so ausgebildet ist, daß es die Laufzeiten der einzelnen mechanischen Wellenzüge vom augenblicklichen Ort der Sonde bis zur jeweiligen Elektrode mit Gegenelektrode ermittelt und daß die Elektrode der Sonde mit einem elektronischen Geräx (21) zur Erzeugung des Wechselpotentials zur Anregung eines jeweils einzelnen mechanischen Wellenzuges in dem piezoelektrischen Material elektrisch leitend (12) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Oberfläche der Platte aus piezoelektrischem Material gegenüberliegende Fläche als Gegenelektrode elektrisch gut leitfähig ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung der permanenten Polarisation in der Platte aus piezoelektrischem Material senkrecht zur Oberfläche gerichtet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Elektroden auf der Oberfläche der Platte angeordnet und die Gegenelektroden auf der gegenüberliegenden Fläche vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Platte eine dünne Folie mit einer Dicke zwischen 0,1 und 1 mm, vorzugsweise 0,3 mm, vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde als Schraubstift ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrode (10) der Sonde die Kugel in einer Kugelschreibermine vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand der Platte ein akustischer Sumpf (8) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als piezoelektrisches Material für die Platte ein gegebenenfalls dotiertes bzw. substituiertes Bleizirkonat-Titanat verwendet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Platte eine elektrisch leitfähige Auflage vorgesehen ist, deren Dicke gering ist und deren elektrische Leitfähigkeit δ der Bedingung
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