DE2621337A1 - Positionstableausystem mit markierungsstift - Google Patents

Positionstableausystem mit markierungsstift

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Description

Aktenzeichen der Anmelderin:
PO 974 025
Positionstableausystem. mi t_Markierungsstift
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Position eines auf ein zweidimensionales Tableau mit zwei Feldern durch elektrische Signale beaufschlagbarer X- und Y-Leiter aufsetzbaren kapazitiv mit den Leitern koppelbaren MarkierungsStiftes, wobei jeder Leiter mit einer Treiberschaltung verbunden ist.
Nach dem US-Patent 3 582 962 und der US-Patentanmeldung Serialnr. 335 577 ist ein Tableausystem mit einem Satz von X- und Y-Leitern ! und einen kapazitiv zu diesen Leitern koppelbaren Markierungsstift beschrieben. Die Leiter werden mit einer Wechselspannung beauf- ! schlagt, wobei die Amplitude dieser Wechselspannung linear in j jeder Koordinatenrichtung - ausgehend von einem Grundpotential - ! ansteigt. Die Positionsanzeigeoperation erfolgt für jede Koordina-j tenrichtung separat. Beim Betrieb wird über einem bestimmten : Punkt der Markierungsstift positioniert; Er empfängt über die ; kapazitive Kopplung zu den X™ und Y-Drähten eine Spannung. Diese Spannung wird zu einer Referenzspannung ins Verhältnis gesetzt, j die empfangen würde, wenn der Stift an einer Position aufgesetzt I würde, die einer maximale Spannung entspricht. Das Verhältnis des Stiftsignales zu der Referenzspannung entspricht der Position des Stiftes.
609851/0706
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues verbessertes Tableausystem mit Markierungsstift anzugeben, welches eine höhere Auflösung gestattet.
Diese Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Koordinatenrichtung ein Schieberegister vorgesehen ist, dessen aufeinanderfolgende Stufen jeweils den aufeinanderfolgenden Leitern - mit Ausnahme des ersten Leiters - zugeordnet sind, daß jede Treiberschaltung als ODER-Glied einen ersten und einen zweiten Eingang hat, daß der erste Treiberschaltungseingang mit jeweils einem ersten UND-Glied verbunden ist, welches von einem Referenz-Signal und einer binären Impulsfolge beaufschlagbar ist, daß der zweite Treiberschaltungseingang mit jeweils einem zweiten UND-Glied verbunden ist,, welches mit der binären Impulsfolge und einem dem Inhalt der zugeordneten Schieberegisterstufe entsprechenden binären Signal beaufschlagbar ist, daß der Inhalt des Schieberegisters durch Schiebeimpulse in beiden Richtungen verschiebbar ist und eine Leitung "gleicher Inhalt" vorgesehen ist, um alle Schieberegisterstufen mit dem gleichen Inhalt zu laden, daß ein durch die Schiebeimpulse beaufschlagbarer Auf/Abwärts-Zähler vorgesehen ist, welcher bei Aktivierung der Leitung "gleicher Inhalt" rücksetzbar ist, daß der Markierungsstift über einen Detektor und einen Analog/Digital-Konverter mit einem Prozessor verbunden ist, durch den beim Auftreten einer Inhaltsänderung in der der Position des MarkierungsStiftes entsprechenden Schieberegisterstufe bei einer Schiebeoperation nach ursprüngliche« Ladevorgang der Zählerstand als Leiteradresse auslesbar ist, welche der Grob-Position des Markierungsstiftes auf dem Tableau entspricht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch den Prozessor neben der Grob-Position auch die Fein-Position des MarkierungsStiftes zwischen zwei Leitern aus dem Verhältnis des Markierungsstiftsignales zu einem Referenzsignal bestimmbar ist.
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I - 3 -
Durch die erfindungsgemäße Treiberanordnung ist eine höhere Auflösung des Systems bedingt. Viele Register und die damit verbundene Logik kann in die Tableaustruktur integriert werden, wobei nur eine kleine Anzahl von Leitungsverbindungen zu den zugeordneten Steuereinrichtungen erforderlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des Tableausystems.
Fig. 2 eine Kurvenschar für den Markierungsstift
Position = f (Stiftsignal); Parameter; Stifthöhe über dem Tableau.
Fig. 3 eine Kurvenschar für den Markierungsstift
Position = f (Siftsignal/Referenzwert); Parameter = Stifthöhe über dem Tableau.
Das Tableau 12 nach Fig. 1 hat zwei Schichten dielektrischen Materials, von denen eine jede für jede Koordinatenrichtung einen Satz von Leitern aufweist. In Fig. 1 sind vorzugsweise die X-Leiter 14, 15, 16 und 17 dargestellt. Die Leiter 14 und 15 sind benachbart. Der Leiter 16 am linken Rand des Tableaus ist geerdet und nicht aktiviert. Vorzugsweise sind die Leiter ungefähr 1/8 ZoIi. voneinander entfernt. Die zwei Lagen von Leitern und ihre dielektrischen Träger sind vorzugsweise mit eine:. Material wie Glas abgedeckt, welches die Oberfläche des Tableaus bildet. Der Tableaubenutzer kann somit Papier auf das Tableau legen.
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Ein Stift 13 ist auf der Tableauoberflache oder auf dem Papier positionierbar. Der Stift empfängt ein digitales Positionssignal von den Leitern in seiner Nähe. Dieses digitale Positionssignal kann als X-Adresse oder Y-Adresse, bestehend aus zwei Teilen, aufgefaßt werden. Der erste Teil oder die Grobadresse identifiziert die Stiftposition in Nummern der entsprechenden X- bzw. Y- | Leiter. Der zweite Teil oder Feinadresse gibt den Ort des Stiftes ■ im Zwischenraum benachbarter Drähte an. ·
Der Markierungsstift ist in dem IMB-Technical Disclosure Bulletin November 1974 auf Seite 96 beschrieben. Der Stift 13 ist kapazitiv mit den Leitern gekoppelt; er empfängt ein Wechselspannungssignal von diesen Leitern und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal auf der Leitung 23. Ein Detektorschaltkreis 24 empfängt das Wechselspannungssignal auf der Leitung 23 und erzeugt ein Gleichspannungssignal auf der Leitung 25. Die Amplitude des Signals auf den Leitungen 23 und 25 hängt von dem Aktivierungsmuster und der Stiftposition in dem Aktivierungsmuster ab, wie späterhin , noch erklärt wird. Ein Analog/Digitalkonverter 27 empfängt das Signal auf der Leitung 25 und erzeugt einen entsprechenden digita-[ len Wert auf der Leitung 28. Anordnung und Verfahren für die i Konvertierung eines analogen Signals in ein digitales Signal sind ' bekannt. Ein Prozessor 30 erzeugt aus dem digitalen Stiftsignal j auf Leitung 28 eine Stiftpositionsadresse und beaufschlagt das Tableau mit entsprechenden Steuersignalen, wie späterhin noch j genauer erklärt wird. Die durch den Prozessor 30 gebildete Stift- ' adresse wird normalerweise in einem Anwendungsprogramm weiter verarbeitet; sie kann aber auch als Eingabe für ein Datensichtgerät verwendet werden. i
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Die Treiberschaltungen 32, 33 und 34 sind nur auszugsweise für bestimmte X-Leiter gezeigt. Der Treibersatz für die Y-Leiter und die Torschaltungen (Block 20) sind identisch aufgebaut. Jeder ■Treiber stellt ein logisches ODER-Glied mit zwei Eingängen dar. Der Treiber 32 empfängt Eingaben von den UND-Gliedern 46 und 47. ; Jedes UND-Glied empfängt auf einem seiner beiden Eingänge eine binäre Oszillator (21)-Impulsfolge. (Eine Folge von 0- und 1-Bits)« iDas UND-Glied 46 und die entsprechenden UND-Glieder der anderen Treiber empfangen ein Steuersignal von einer Stufe des Schieberegisters 40. Das UND-Glied 47 und das entsprechende Glied von jedem anderen Treiber empfängt ein Referenz-Steuersignal von der Leitung 48. Wenn das Referenzsignal einen logischen Level "1" hat, wird durch das Glied 47 und den Treiber 32 der Leiter 14 und entsprechende X-Leiter mit dem Oszillator-Signal beaufschlagt. Wenn das Referenzsignal einen logischen Level i:0" hat,, würde das Oszillatorsignal durch das Glied 46 und den Treiber 32 bzw. entsprechende an die zugeordneten X-Leiter gelegt werden; dies aber nur, wenn die zugeordnete Stufe des Registers 40 eine logische Eins aufweist. Diese Operation aktiviert die Tableaudrähte. Im Komplementstatus hält ein Treiber ein "festes" Potential (z.B. Masse) an seinem Ausgang und der zugeordnete Draht wird nicht aktiviert.
Das Schieberegister ist eine Anordnung untereinander verbundener Verriegelungsschaltungen, welche auf Zeitgabe-- und Steuersignale ansprechen, um die Inhalte einer jeden Verriegelungsschaltung nach; rechts (aufwärts) oder nach links (abwärts) zu verschieben. Im Register 40 geht das Bit in der rechtesten Stufe bei einer Aufwärtsverschiebung verloren, wobei die am weitesten links gelegene Stufe ein Null-Bit empfängt. Bei einer AbwärtsverSchiebung verliert die am weitesten links liegende Stufe ihren Inhalt und die am weitesten rechts liegende Stufe empfängt ein Einserbit. Das Register 40 hat vorzugsweise für jeden X-Treiber eine Bitposition.
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Ein Aktivierungsmuster wird durch Signale auf den drei Eingangsleitungen 41, 42 und 43 in das Register 40 gesetzt. In Antwort auf ein Signal "alles Einsen" auf Leitung 41 wird jede Stufe auf eine "Eins" gesetzt und in Antwort auf ein Signal auf Leitung 42 oder 43 wird das Register 40 aufwärts (nach rechts) oder abwärts 1(nach links) verschoben. In den Tableauoperationen, die später noch beschrieben werden, wird das Register 40 zuerst auf Einsen gesetzt und dann aufwärts verschoben, bis ein Signal vom Stift angibt, daß die Drähte rechts der Stiftposition aktiviert und die Drähte links der Stiftposition nicht aktiviert sind. Diese Operation identifiziert die Stiftposition bezüglich zwei benachbarter Drähte z.B. 14 und 15, wobei ein Stiftamplitudensignal vorgesehen wird. Das Referenzsignal auf Leitung 48 bedingt dann, daß alle Drähte aktiviert werden und ein Stiftreferenzpositionssignal auf den Leitungen 23,- 25 und 28 erzeugt wird. Diese Operationen werden später ausführlicher beschrieben. Ein Zähler 44 zählt die Operationen auf das Schieberegister 40, um die Adresse benachbarter Leiter zu identifizieren, bei denen ein "Null auf Eins-übergang" erfolgt. Die Leitung 41 sieht ein Signal "Rücksetzen" vor, um den Zähler auf durchweg Null zurückizusetzen, wenn das Register 40 durchweg mit Einsen geladen wird. Die Leitung 42 sieht ein Signal "Aufwärtszählen" vor, um den Zähler vorzuschalten, wenn das Register 40 nach rechts verschoben wird und die Leitung 43 sieht ein Signal "Abwärtszählen" vor, um eine Eins vom Zählerinhalt zu subtrahieren, wenn das Register 40 nach links verschoben wird. Solchermaßen - für ein Adreßsystem, in welchem die Leiter numeriert sind von links nach rechts; beginnend mit Draht 16 als Nr. 0 - identifiziert der Zählerstand im Zähler 44 den linken Leiter von einem Leiterpaar, wenn ein "Null- auf Eins-übergang" erfolgt. Der Zähler 44 ist vorzugsweise außerhalb der Tableaustruktur lokalisiert, um elektrische Verbindungen zu umgehen, die andererseits zum Auslesen des Zählers erforderlich wären. Die Zählerfunktion kann vom Prozessor 30 übernommen werden.
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Fig. 2 zeigt die Amplitude des Stiftsignals auf den Leitungen 23, 25, 28 als eine Funktion der X-Position. Die Markierungen der X-Achse geben die Position der Leiter entlang der X-Achse des Tableaus an. Ein Leiter, der durch eine Adresse X gekennzeichnet ist und Leiter links dieser Position, sind unaktiviert, was durch leine Null an diesen Positionen angezeigt wird. (Der aktuelle Wert der Adresse X wird im Zähler 44 gehalten); die Drähte rechts :davon sind aktiviert, was durch eine Eins gekennzeichnet ist. Das Stiftsignal an irgendeiner Position entlang der X-Achse ist ,eine Funktion der Stifthöhe, die als Parameter für die Kur -
Ivenschar nach Fig. 2 erscheint. Die höchste Amplitudenkurve h1
1 ist auf die größte kapazitive Kopplung zwischen dem Stift und den Leitern bezogen, die dann auftritt, wenn die Stifthöhe sehr ^niedrig ist. Im Gegensatz dazu ist die niedrigste Amplitudenkurve :h3 eine Charakteristik für eine größere Stifthöhe. In jeder von diesen Kurven empfängt ein Stift im Bereich von unaktivierten ,Leitern ein relativ niedriges Potential; sobald aber der Stift nach rechts bewegt wird, steigt die Signalamplitude an. In dem Bereich zwischen den benachbarten Null- und Eins-Leitern und für ,eine signifikante Distanz auf jeder Seite dieser Leiter, hat die j charakteristische Kurve eine positive Schräge und ist entsprechend linear. Sobald der Stift weiter nach rechts bewegt wird, nähert sich die Amplitude einem Grenzwert, der Referenzwert genannt wird. Die Referenzwerte sind durch gestrichelte Darstellungen der drei Kurvenverläufe von Fig. 2 gezeigt. Die charakteristischen Kurven von Fig. 2 haben die Eigenschaft, daß die Amplitude von dem Referenzwert doppelt so hoch wie die Amplitude des Stiftsignales in der Mitte des Raumes zwischen dem Null-Leiter und dem Eins-Leiter ist.
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Die Kurven nach Fig. 2 können analytisch durch die Betrachtung entwickelt werden, daß ein einzelner aktivierter Draht ein elektrisches Feld erzeugen würde, welches mit der Stifthöhe und der Distanz entlang der X-Achse auf jeder Seite des aktivierten Leiters abfällt. Die Summe von diesen Feldern für den aktivierten Leiters ergibt die Kurven nach Fig. 2. ι
Fig. 3 zeigt eine Kurvenschar Position = f(Stiftsignal/Referenzwert) für verschiedene Stifthöhen h1, h2 und h3. Diese Kurven ergeben sich aus den Angaben in Fig. 2. Es ist ersichtlich, daß diese Kurven in dem Bereich zwischen den Leitern X und X+1 linear sind und für einen kleinen Bereich außerhalb dieser Leiter. Weil die Stiftamplitude an dem Mittelpunkt nur die Hälfte der Referenzamplitude beträgt, kreuzen sich die Kurven an einem Punkt.
Der Stift wird auf die Tableauoberfläche oder in einer fixierten Höhe über der Tableauoberfläche aufgesetzt. Die Operation erfolgt gemäß der einzelnen Kurven von Fig. 2 und der entsprechenden Kurven von Fig. 3. Das Minimumstiftsignal und das Maximumstiftsignal an der Adresse X+1 sind leicht für eine bestimmte Tableauanordnung zu ermitteln und diese Werte werden wie später noch beschrieben wird zur weiteren Positionsermittlung benutzt. Ein Merkmal des Tableaus besteht darin, daß der Bereich dieser Werte ;
dem kleinen Abstand zwischen zwei benachbarten Leitern entspricht. Früher wäre ein solcher Bereich über eine Anzahl von Leitern verteilt gewesen.
Angenommen, der Benutzer hätte den Stift auf dem Tableau an einer Stelle mit der Adresse Xx Yy positioniert, wobei X und Y die Zahlen sind, die die Leiter links der Stiftposition identifizieren und χ und y die Abstände von diesen Drähten zur aktuellen Stiftposition darstellen. Die Genauigkeit von dem analogen Schaltkreis begrenzt die Genauigkeit der Angabe von χ und y; aber mit dem verbesserten Stiftsignalbereich kann der Abstand zwischen
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benachbarten Leitern 200-fach aufgelöst werden. Wenn der Stift auf die Tableauoberflache aufgesetzt wird, erscheint ein Stiftsignal auf Leitung 28, um eine Positionabfühloperation zu starten. Dieses Signal kann vorgesehen werden durch Aktivierung jedes der X-Leiter in Antwort auf das Referenzsignal auf Leitung 48.
In Antwort auf das Signal, welches angibt, eine Stiftpositionsoperation zu starten ist, sieht der Prozessor 30 oder andere entsprechende Signalquellen das Signal "Alles Einsen" auf der Leitung 41 vor im Zusammenhang mit der Aktivierung aller X-Leiter, ausgenommen des am weitesten links gelegenen Leiters 16. Der Prozessor 30 empfängt dann das digitale Signal auf Leitung 48 und vergleicht diesen Wert mit dem digitalen Wert für die Minimum- und Maximumwerte, die auftreten.· wenn sich der Stift in dem Bereich eines Null- auf Eins-Überganges befindet.
Wenn der Stift nicht in dem ersten Raum rechts des Leiters 16 ist (d.h. der Stift ist nicht an der Adresse X=O), ist der Wert auf Leitung 28 größer als das Maximum von diesem Bereich und in Antwort auf den Vergleich liefert der Prozessor einen Impuls auf Leitung 42 an das Schieberegister 40 und schaltet den Zähler 44 aufwärts. '·
Diese Operation erfolgt wiederholend, bis der Vergleich zeigt, daß; das Stiftsignal in dem Bereich der Amplituden liegt, welche auf- ι treten, wenn sich der Stift in dem Null- auf Eins-übergang be- ; findet. Der Zähler 44 enthält diese Adresse. Für einige Operationen ist diese Auflösung der X-Adressen ausreichend. Die gleiche Operation wird mit Y-Schaltkreisen 20 zur Bildung der Y-Adresse durchgeführt.
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Für eine genauere Adresse wird das Inkrement der Stiftsposition χ von dem benachbarten Nullstatusdraht erfaßt. Der Prozessor 30, oder eine andere Signalquelle, liefern das Referenzsignal, um jedem der X-Leiter den Referenzwert zu geben und ein Stiftreferenzsignal erscheint auf dem Eingang 28 des Prozessors. Das Verhältnis von dem Stiftsignal zu dem Referenzsignal ist aber gleich dem Verhältnis des Wertes χ zu der Spanne zwischen benachbarten Leitern.
_ (Stiftsignal) (Spanne)
x ~ Referenzsignal
Der Prozessor 30 führt diese Operation durch, um die Werte der x-Komponente der Stiftadresse zu ermitteln. Der Prozessor 30 steuert dann das Tableau zur Durchführung dieser Operationen, um die Y-Koordinaten Y und y zu ermitteln. Die Adresse kann direkt in einer graphischen Operation benutzt werden, ohne Bezug zur physikalischen Abmessung, die diese Adresse repräsentiert; die Adresse kann aber ebensogut auch in die entsprechenden physikalischen Abmessungen umgewandelt werden.
In anderen Ausführungsformen können die Treiber und/oder die zugeordneten logischen Schaltkreise außerhalb der Tableaustruktur lokalisiert werden, wobei die Verbindungen zu den Tableauleitern durch eine entsprechend große Anzahl von Leitern erfolgt. Ebenso kann aber auch eine große Anzahl von Leitern zum Tableau nach Fig. 1 vorgesehen werden, um ein paralleles Laden des Register 40 vom Prozessor 30 zu bewirken.
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Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Anordnung zur Bestimmung der Position eines auf ein zwei-
    ! dimensionales Tableau mit zwei Feldern durch elektrische Signale beaufschlagbarer X- und Y-Leiter aufsetzbaren kapazitiv mit den Leitern koppelbaren Markierungsstiftes, wobei jeder Leiter mit einer Treiberschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Koordinatenrichtung ein Schieberegister 40 vorgesehen ist, dessen aufeinanderfolgende Stufen jeweils den aufeinanderfolgenden Leitern - mit Ausnahme des ersten Leiters (16) - zugeordnet sind,
    daß jede Treiberschaltung als ODER-Glied (32, 33, 34) einen ersten und einen zweiten Eingang hat, daß der erste Treiberschaltungseingang mit jeweils einem ersten UND-Glied (47) verbunden ist, welches von einem Referenz-Signal (48) und einer binären Impulsfolge (21) beaufschlagbar ist,
    daß der zweite Treiberschaltungseingang mit jeweils einem zweiten UND-Glied (46) verbunden ist, welches mit der binären Impulsfolge (21) und einem dem Inhalt der zugeordneten Schieberegisterstufe entsprechenden binären Signal beaufschlagbar ist,
    daß der Inhalt des Schieberegisters 40 durch Schiebepulse in beide Richtungen verschiebbar ist (42, 43) und eine Leitung (41) "gleicher Inhalt" vorgesehen ist, um alle Schieberegisterstufen mit dem gleichen Inhalt zu laden,
    daß ein durch die Schiebepulse beaufschlagbarer Auf/Abwärts-Zähler (44) vorgesehen ist, welcher bei Aktivierung der Leitung "gleicher Inhalt" rücksetzbar ist, daß der Harkierungsstift über einen Detektor (24) und einen Analog/Digital-Konverter (27) mit einem Prozessor (30) verbunden ist, durch den beim Auftreten einer Inhaltsänderung in der der Position des Markierungsstiftes entsprechenden
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    Schieberegisterstufe bei einer Schiebeoperation nach ursprünglichem Ladevorgang der Zählerstand als Leiteradresse auslesbar ist, welche der Grob-Position des Markierungsstiftes auf dem Tableau entspricht.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Prozessor neben der Grob-Position auch die Fein-Position des Markierungsstiftes zwischen zwei Leitern aus dem Verhältnis des Markierungsstiftsignales zu einem Referenzsignal bestimmbar ist.
  3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (40) und die logischen Schaltkreise (46, 47, 32-34) in der Tableaustruktur integriert sind.
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DE2621337A 1975-06-02 1976-05-14 Positionstableauanordnung mit Markierungsstift Expired DE2621337C2 (de)

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