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Die Erfindung bezieht sich auf einen Koordinatenleser als ein
Eingabegerät für digitale Geräte wie Computer.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen nach dem
Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeitenden
Koordinatenleser, der elektromagnetische Kopplung zwischen einer
Erregungsspule, die in einer Koordinatenanzeigeeinrichtung zum
Anzeigen eines Eingabepunktes angeordnet ist, und jeweils einer
Abtastleitung, die in einer als Leseplatte ausgebildeten Platte
angeordnet ist und eine große Anzahl von Schleifen bildet,
verwendet sowie Induktionssignale vergleicht und berechnet, die
mittels der Abtastleitungen induziert werden, um den
Koordinatenwert der Position der Koordinatenanzeigeeinrichtung zu
berechnen.
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In den Patent Abstracts of Japan, 7. Auflage, Nr. 282 (P-243)
[1327], 16. Dezember 1983; & JP-A-58 159191 (Hitachi Seiko
K.K.) ist ein Koordinatenleser mit einer
Koordinatenanzeigeeinrichtung, die eine Erregungsspule zum Erzeugen eines
elektromagnetischen Feldes aufweist, einem Erregungsschaltkreis zum
Treiben der Erregungsspule, Abtastleitungen, die
elektromagnetisch gekoppelte Signale von der Erregungsspule empfangen,
wobei jede Leitung der Abtastleitungen eine Schleife bildet, und
einer Einrichtung zum Vergleichen der Amplitude eines Signals,
das in eine der Abtastleitungen induziert wurde, mit den
Amplituden von Signalen, die in zu der einen Abtastleitung
gegenüberliegende Abtastleitungen induziert wurden, und zum
Berechnen des Koordinatenwerts der Position der
Koordinatenanzeigeeinrichtung.
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Weiterhin sind herkömmliche Koordinatenlese-Einrichtungen in
der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 16317/1984 mit der
Bezeichnung "Verfahren und Gerät zum Lesen von Koordinaten" und
in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 35069/1984 mit
der Bezeichnung "Interpolationsverfahren für Koordinatenleser",
die beide auf die Anmelderin zurückgehen, beschrieben.
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Nachstehend wird ein typischer, herkömmlicher Koordinatenleser
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das einen herkömmlichen
Koordinatenleser zeigt. Das Bezugszeichen 101 bezeichnet eine Platte,
in der Abtastleitungen S100, . . ., S10n, die aus leitfähigem
Material bestehen und eine große Anzahl von Schleifen bilden,
eingearbeitet sind. Das Bezugszeichen 102 bezeichnet eine
Koordinatenanzeige, in der sich eine Erregungsspule 103 zum
Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes befindet. Das
Bezugszeichen 104 bezeichnet einen Erregungsschaltkreis zum Erregen der
Erregungsspule 103. Das Bezugszeichen 105 bezeichnet einen
Abtastschaltkreis, der aus einer großen Anzahl von Umschalt-
Schaltungen besteht. Jeweils ein Ende jeder Abtastleitung S10n
ist mit einem Ende von jeweils einem der Abtastschaltkreise 105
verbunden, wobei das andere Ende über eine gewöhnliche
Signalleitung mit einem Analogschaltkreis 106 verbunden ist. Das
Bezugszeichen 108 bezeichnet einen Steuerschaltkreis, der die
gesamte Arbeitsweise des Koordinatenlesers steuert und einen
Koordinatenwert berechnet.
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Der Koordinatenleser mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau
berechnet den Koordinatenwert auf die nachfolgend beschriebene
Weise. Die Koordinatenanzeigeeinrichtung 102 erzeugt ein
magnetisches Wechselfeld mittels des Erregungsschaltkreises 104. Der
Steuerschaltkreis 108 gibt eine Abtastadresse 110 an die
Abtastschaltkreise und schließt diese sequentiell derart, daß
jeweils eine der Abtastleitungen mit dem analogen Schaltkreis 106
verbunden wird. Wenn die Koordinatenanzeigeeinrichtung auf der
Platte in diesem Zustand plaziert wird, wird aufgrund der
elektromagnetischen Kopplung zwischen der Erregungsspule 103 und
der Abtastleitung S10n ein Induktionssignal auf der
Abtastleitung erzeugt. Dieses Induktionssignal wird in den
Analogschaltkreis 106 über den Abtastschaltkreis 105 eingegeben, dort
verstärkt, einer Wellenform-Aufbereitung unterzogen und
anschließend an den Steuerschaltkreis 108 gegeben. Der
Steuerschaltkreis 108 empfängt sequentiell die Induktionssignale, die
jeweils von einer Abtastschleife induziert werden, vergleicht die
Amplitude von diesen Signalen und berechnet den Koordinatenwert
der Position der Koordinatenanzeigeeinrichtung.
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In dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Koordinatenleser
ist jede Abtastleitung mit jeweils einem der Abtastschaltkreise
verbunden. Aus diesem Grund vergrößert sich zur Konstruktion
einer Platte mit einer großen Leseoberfläche die Anzahl der
Abtastleitungen und ebenfalls die Anzahl der Abtastschaltkreise.
Dieses führt zu erhöhten Herstellungskosten und zu einem
schlechten Störverhältnis.
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Prinzipiell kann eine Platte mit einer großen Leseoberfläche
auch ohne erhöhte Anzahl von Abtastleitungen konstruiert
werden, indem der Abstand zwischen den Abtastleitungen vergrößert
wird. Bei einem derartigen System muß jedoch zum Erhalt einer
bestimmten Auflösung die Auflösung zwischen den Abtastleitungen
erhöht werden und der Analogschaltkreis wird stark belastet.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Koordinatenleser zu
schaffen, der mit gegenüber herkömmlichen Abtastschaltkreisen
kleineren Abtastschaltkreisen aufgebaut ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen
Koordinatenleser nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion mit
einer Koordinatenanzeigeeinrichtung, die zum Erzeugen eines
elektromagnetischen Feldes eine Erregungsspule aufweist, einem
Erregungsschaltkreis zum Treiben der Erregungsspule,
Abtastleitungen, die elektromagnetisch gekoppelte Signale von der
Erregungsspule empfangen, wobei jede Leitung der Abtastleitungen
eine Schleife bildet, und eine Einrichtung zum Vergleichen der
Amplitude eines in eine der Abtastleitungen induzierten Signals
mit der Amplitude von Signalen, die in zu dieser Abtastleitung
gegenüberliegenden Abtastleitungen induziert werden, und zum
Berechnen des Koordinatenwerts der Position der
Koordinatenanzeigeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abtastleitungen eine erste und eine zweite Gruppe von Abtastleitungen
aufweisen, wobei jede Leitung der ersten Gruppe mit einer
entsprechenden Leitung in der zweiten Gruppe seriell verbunden ist,
daß die von den Leitungen jeder Gruppe gebildeten Schleifen
derart angeordnet sind, daß die Phase eines in der ersten
Gruppe von Abtastleitungen induzierten Signals gegenüber der
Phase eines in der zweiten Gruppe von Abtastleitungen
induzierten Signals entgegengesetzt ist, daß eine
Abtastschaltkreiseinrichtung zum sequentiellen Auswählen jeder Leitung in der
ersten Gruppe vorgesehen ist, und daß eine Phasenunterscheidungs-
Einrichtung zum Vergleich der Phase des Signals der von der
Abtastschaltkreis-Einrichtung gewählten Abtastleitung mit der
Phase des Signals, das zum Treiben der Erregungsspule verwendet
wird, vorgesehen ist, um zu bestimmen, ob sich die
Koordinatenanzeigeeinrichtung näher zu der ersten oder zu der zweiten
Gruppe von Abtastleitungen befindet.
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Bei dem Koordinatenleser mit dem vorstehend beschriebenen
Aufbau hat der Abtastschaltkreis eine Größe, die gleich der Hälfte
eines herkömmlichen Abtastschaltkreises ist, wobei wenn ein
Abtastschaltkreis angewählt ist, zwei Abtastleitungen
gleichzeitig angewählt werden. Durch die Bereitstellung des
Phasenunterscheidungs-Schaltkreises ist es trotzdem möglich, zu erfassen,
von welcher der Abtastleitungen das Induktionssignal erfaßt
wurde, und die Position auf der Platte kann gleicherfaßen wie
bei herkömmlichen Koordinatenlesern berechnet werden.
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Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Koordinatenlesers gemäß
einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
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Fig. 2 zeigt ein Schaltdiagramm eines in Fig. 1 verwendeten
Abtastschaltkreises;
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Fig. 3 zeigt ein Schaltdiagramm eines in Fig. 1 verwendeten
Phasenunterscheidungs-Schaltkreises;
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Fig. 4 zeigt ein Wellenformdiagramm der Fig. 3; und
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Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen
Koordinatenlesers.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben. Die X- und Y-Achsen der Abtastleitungen des
gezeigten Koordinatenlesers sind derart angeordnet, daß sie sich
einander rechtwinklig kreuzen, wobei allerdings in dem
Blockdiagramm gemäß Fig. 1 und dem Schaltkreisdiagramm des
Abtastschaltkreises gemäß Fig. 2 lediglich die X-Achse gezeigt ist.
Der Aufbau und die Arbeitsweise der Y-Achse ist gleich dem der
X-Achse.
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Zunächst soll unter Bezugnahme auf die Fig. 1 der Aufbau des
Koordinatenlesers gemäß einem erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen
Steuerschaltkreis. Ein Steuersignal zum Steuern des gesamten
Koordinatenlesers und ein Eingangssignal zum Berechnen der
Koordinaten sind mit diesem Schaltkreis verbunden. Das
Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Platte, an der Abtastleitungen Sn
angebracht sind. Das Verfahrens zum Anbringen dieser
Abtastleitungen wird nachfolgend noch beschrieben. Das Bezugszeichen 2
bezeichnet eine Koordinatenanzeigeeinrichtung, die mit einer
Erregungsspule 3 zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes
ausgestattet ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen
Erregungsschaltkreis, der mit der Erregungsspule verbunden ist. Die
Bezugszeichen 5a und 5b bezeichnen Abtastschaltkreise, die mit
den Abtastleitungen Sn verbunden sind. Eine Abtastadressleitung
10 ist mit dem Steuerschaltkreis 8 verbunden. Dieser
Abtastschaltkreis wird nachstehend detailliert beschrieben. Das
Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Analogschaltkreis, dessen
Eingänge mit den Ausgängen der vorstehend beschriebenen
Abtastschaltkreise 5a und 5b verbunden sind. Der Analogschaltkreis 6
hat zwei Ausgänge, wobei einer mit dem vorstehend beschriebenen
Steuerschaltkreis 8 verbunden ist und der andere mit einem
Phasenunterscheidungs-Schaltkreis 7. Der Phasenunterscheidungs-
Schaltkreis 7 hat zwei Eingänge, von denen einer mit dem
Analogschaltkreis 6 und der andere mit dem Erregungsschaltkreis 4
verbunden ist. Der Ausgang des
Phasenunterscheidungs-Schaltkreises 7 ist mit dem Steuerschaltkreis 8 verbunden. Der
Phasenunterscheidungs-Schaltkreis 7 wird nachstehend detailliert
beschrieben. Der erfindungsgemäße Koordinatenleser
unterscheidet sich von herkömmlichen Koordinatenlesern in dem Aufbau
seiner Abtastleitungen Sn und der Abtastschaltkreise 5a, 5b sowie
in dem Phasenunterscheidungs-Schaltkreis 7.
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Nachstehend werden die Abtastleitungen beschrieben. Die
folgende Beschreibung bezieht sich auf den beispielhaften Fall,
bei dem 64 Abtastleitungen S0... S63 angeordnet sind. Zunächst
werden die Abtastleitungen in 4 Gruppen geteilt, wobei jede
dieser Gruppen aus 16 Abtastleitungen besteht. Diese Gruppen
werden mit "G1 (S0-S15), G2 (S16-S31), G3 (S32-S47) bzw.
G4 (S48-S63)" bezeichnet. Ein Ende jeder Abtastleitungen von
G1 und G3 ist auf die gleiche Weise wie bei herkömmlichen
Koordinatenlesern mit den Abtastschaltkreisen 5a, 5b verbunden.
Eines der Enden jeder Abtastleitung von G2 und G4 ist mit dem
anderen Ende jeder Abtastleitung von G1 und G3 in einem
derartigen Verhältnis verbunden, daß S0 zu S16, S1 zu S17, . . ., S47 zu
S63 jeweils mit einem Abstand von 15 Abtastleitungen dazwischen
korrespondiert und genauer, die Richtungen der Schleifen der
Abtastleitungen zueinander entgegengesetzt sind. Fig 1 zeigt
den Fall, bei dem G1 und G3 im Uhrzeigersinn angebracht sind,
während G2 und G4 im Gegenuhrzeigersinn angebracht sind. Das
andere Ende jeder Abtastleitung von G2 und G4 ist auf bekannte
Weise geerdet.
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Nun soll der Aufbau des Abtastschaltkreises unter Bezugnahme
auf die Fig. 2 beschrieben werden. Das Bezugszeichen 50
bezeichnet ein Dekodier-IC, wozu beispielsweise das IC "SN
74LS138" (hergestellt von Texas Instruments) verwendet werden
können. Die Bezugszeichen 51 bis 54 bezeichnen analoge Schalt-
ICs, wozu beispielsweise die ICs "CD4051B" (hergestellt von
RCA) verwendet werden können. Symbole SCA0 bis SCA7 bezeichnen
Abtastadressen, die von dem Steuerschaltkreis 8 eingespeist und
zur Auswahl der Abtastleitungen benutzt werden. Dieser
Abtastschaltkreis unterscheidet sich von einem herkömmlichen
Schaltkreis in der Verbindung von SCA4. Die Abtastleitungen S0 bis
S15 sind mit den analogen Schalt-ICs 51 und 52 verbunden und
S32 bis S47 mit 53 und 54. Obwohl die Abtastleitungen S16 bis
S31 und S48 bis S63 in diesem Schaltkreisdiagramm nicht gezeigt
sind, sind sie mit S0 bis S15 und S32 bis S47 - wie bereits
beschrieben - seriell verbunden.
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Fig. 3 zeigt den Aufbau des
Phasenunterscheidungs-Schaltkreises. Dieser Schaltkreis hat einen herkömmlichen Aufbau, wobei
das Induktionssignal 71 von dem Analogschaltkreis 6 mit dem D-
Eingang eines D-Flip-Flops 70 und ein Erregungssignal 72 von
dem Erregungsschaltkreis 4 als Referenzsignal zum Vergleich der
Phasen mit dem CK-Eingang des D-Flip-Flops 70 verbunden ist.
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Im folgenden soll die Arbeitsweise und die Berechnungsmethode
des Koordinatenwerts unter Bezugnahme auf die Figs. 1, 2 und 4
beschrieben werden. Zur Auswahl der Abtastleitungen gibt der
Steuerschaltkreis 8 die Abtastadresse 10 an die
Abtastschaltkreise
5a und 5b ab. Da die Abtastleitungen von G1 und die
Abtastleitungen von G2 wie bereits beschrieben in Serie mit einem
der Abtastschaltkreise verbunden sind, werden pro bestimmtes
Adressignal zwei Abtastleitungen ausgewählt. Wenn
beispielsweise das Adressignal 20H (Hexadezimalzahl) ist, wird die
Abtastleitung S8 und die damit in Serie geschaltete Abtastleitung
S24 gleichzeitig ausgewählt.
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Es soll nun angenommen werden, daß die
Koordinatenanzeigeeinrichtung 2 in der Nähe einer der Abtastleitungen von G1
plaziert ist. Wird zu diesem Zeitpunkt die sequentielle Abtastung
mittels Anlegen des Adressignals SCAn an die Abtastschaltkreise
5a und 5b durchgeführt, werden in Fig. 4 gezeigte
Induktionssignale 71a sequentiell in den analogen Schaltkreis gegeben. Der
exakte Koordinatenwert zwischen den Abtastleitungen kann durch
Vergleich und Berechnung der Amplituden der Induktionssignale,
wie bereits bei herkömmlichen Koordinatenlesern bekannt,
berechnet werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Koordinatenleser
sind die G1-Abtastleitungen und die G2-Abtastleitungen in Serie
mit dem gleichen Abtastschaltkreis verbunden und das
Induktionssignal 71a ist in diesem Fall das gleiche wie das
Induktionssignal 71b, wenn die Koordinatenanzeigeeinrichtung in der
Nähe der G2-Abtastleitungen plaziert ist, uns zwar solange, wie
deren Amplituden erfaßt werden. Aus diesem Grunde muß zur
Erfassung, neben welchen Gruppen die
Koordinatenanzeigeeinrichtung plaziert ist, eine andere als die Amplitudeninformation
mittels anderer Einrichtungen erfaßt werden.
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Wie vorstehend beschrieben, sind die Schleifenrichtungen der
G1-Abtastleitungen und der G2-Abtastleitungen entgegengesetzt.
Daher ist das Phasenverhältnis zwischen den Induktionssignalen
71a und 71b entgegengesetzt. Der
Phasenunterscheidungs-Schaltkreis 7 dient zur Erfassung eines derartigen
Phasenverhältnisses. Der Phasenunterscheidungs-Schaltkreis 7 erfaßt das
verstärkte und hinsichtlich seiner Wellenform aufbereitete
Induktionssignal
71 von dem Analogschaltkreis und das
Erregungssignal 72 von dem Erregungsschaltkreis als Referenzsignal,
vergleicht beide miteinander und gibt ein
Phasenunterscheidungssignal 73 ab, das den Zustand 0 oder 1 gemäß einem Vorlauf oder
einer Verzögerung der Phase abgibt. Der in Fig. 3 gezeigte
Schaltkreis empfängt das Induktionssignal 71 und das
Erregungssignal 72 und gibt das Phasenunterscheidungssignal 73 derart
ab, daß 0 erzeugt wird, wenn hinsichtlich des Erregungssignals
72 ein Vorlauf der Phase des Induktionssignals 71 vorhanden ist
bzw. wenn eine Phasenverzögerung des Induktionssignals 71
hinsichtlich des Erregungssignals 72 vorhanden und die Phase des
Induktionssignals 71 um 180º gedreht ist. Wenn der Schaltkreis
derart aufgebaut ist, daß das Phasenunterscheidungssignal 73 zu
0 wird, wenn die Koordinatenanzeigeeinrichtung neben den
G1-Abtastleitungen plaziert wird und zu 1 wenn die Anzeige neben den
G2-Abtastleitungen plaziert ist, wird dieses
Phasenunterscheidungssignal 73 ein Signal, das mit dem Adressignal SCA
korrespondiert und eine Erfassung, neben welchen der G1- und
G2-Abtastleitungen die Koordinatenanzeigeeinrichtung plaziert ist,
wird ermöglicht.
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Der Aufbau der Abtastleitungen und Abtastschaltkreise sowie des
Phasenunterscheidungs-Schaltkreises ist nicht auf die
vorstehend beschriebenen Ausführungen beschränkt, sondern es können
verschiedene Einrichtungen verwendet werden. Hinsichtlich des
Aufbaus der Abtastleitungen und der Abtastschaltkreise ist es
lediglich erforderlich, daß der Abstand zwischen den beiden
Abtastleitungen, die mit einem Abtastschaltkreis verbunden werden
sollen, derart groß ist, daß das Signal, das in die jeweils
andere Abtastleitung induziert wird, vernachlässigbar klein wird,
wenn sich die Erregungsspule über einer der Abtastleitungen
befindet. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
beträgt der Abstand der Abtastleitungen 6,4 mm. Da 16
Abtastleitungen zu einer Gruppe zusammengefaßt sind, sind die beiden in
Serie geschalteten Abtastleitungen voneinander um 102,4 mm
getrennt.
Der Abstand kann größer oder kleiner sein als dieser
Wert, wenn der vorstehend beschriebene Einfluß berücksichtigt
wird.
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Der Phasenunterscheidungs-Schaltkreis wird verwendet, um die
Phasen der Induktionssignale unter Berücksichtigung der
Erregungssignale zu unterscheiden. Daher können, von dem
Phasenunterscheidungsschaltkreis des vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiels abgesehen, verschiedene Einrichtungen wie ein
Abtast- und Halteschaltkreis, ein Analogrechner, und ähnliches
verwendet werden.
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Wie vorstehend beschrieben, werden 2 Abtastleitungen, die
voneinander um eine bestimmte Entfernung getrennt sind, in Serie
mit dem gleichen Abtastschaltkreis verbunden, so daß die
Schleifenrichtungen einander entgegengesetzt sind. Zudem wird
ein Phasenunterscheidungs-Schaltkreis verwendet, um die Phasen
der Induktionssignale, die in die beiden Abtastleitungen
induziert werden, zu unterscheiden. Somit ist durch die vorliegende
Erfindung ein Koordinatenleser geschaffen, bei dem gegenüber
herkömmlichen Koordinatenlesern kleinere Abschaltkreise
verwendet werden können und der trotzdem die gleichen Eigenschaften
aufweist.
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Bei den vorstehend beschriebenen Koordinatenlesern ist die
Abtastung der Abtastleitungen erforderlich, um den
Koordinatenwert zu berechnen. Somit ist der Abtastschaltkreis ein
wichtiger Schaltkreis, da dieser für diesen Zweck unabdingbar ist,
und für die Kosten und die Zuverlässigkeit des
Koordinatenlesers bestimmend. Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß
die Größe des Abtastschaltkreises auf die Hälfte eines
herkömmlichen Abtastschaltkreises reduziert werden kann. Des weiteren
ermöglicht die vorliegende Erfindung, da der zusätzlich
benötigte Phasenunterscheidungsschaltkreis als extrem einfacher
Schaltkreis konstruiert werden kann, die Reduzierung der
Herstellungskosten und die Verbesserung der Leserzuverlässigkeit.
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Diese Faktoren sind für einen Koordinatenleser von großem
Ausmaß noch wichtiger.