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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein eine Punktermittlungsvorrichtung und ein Verfahren zur Bereitstellung
von örtlicher
Information, wie Koordinateninformation, welche durch eine Zeigevorrichtung
angezeigt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere
eine Punktermittlungsvorrichtung, angepaßt für ein groß dimensioniertes System, welches
bei niedrigen Kosten und hoher Genauigkeit betrieben werden soll.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Konventionell ist es in verschiedenen
rechnergestützten
Arbeitsgebieten, wie Rechnergrafik und rechnergestütztes Konstruieren
(CAD) zum allgemeinen Wissen geworden, verschiedene Punktermittlungsvorrichtungen
zu verwenden, welche elektrische Signale analysieren, erzeugt durch
elektromagnetische Mittel, erregt durch eine Punktermittlungsvorrichtung,
um durch die Zeigevorrichtung angezeigte örtliche Information bereitzustellen.
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Ein typisches Beispiel konventionell
verwendeter Punktermittlungsvorrichtungen ist zusammengesetzt aus
einer Sensoreinheit, beinhaltend eine Mehrzahl von Schleifenwicklungen,
welche parallel zueinander in die zu ermittelnde Richtung angeordnet
sind, und einer Zeigevorrichtung, beinhaltend zumindest einen Abstimmkreis.
Jede der Schleifenwicklungen wird ausgewählt und erregt durch ein Wechselstromsignal,
um eine elektromagnetische Welle zu erzeugen, so dass der in der
Zeigevorrichtung enthaltene Abstimmkreis durch die elektromagnetische
Welle erregt wird. Da dieser erregte Abstimmkreis ebenfalls elektromagnetische
Welle erzeugt, empfängt
die oben gewählte
Schleifenwicklung diese elektromagnetische Welle von dem Abstimmkreis,
was in einer induzierten Spannung resultiert. Diese induzierte Spannung
wird als ein erstes empfangenes Signal ermittelt. Diese Operation
wird wiederholt durch nachfolgende Auswahl einer nach der anderen
von den Schleifenwicklungsfolgen, um Amplitude und Phasenwinkel
des jeweils empfangenen Signals zu ermitteln. Die so erhaltenen
Daten werden berechnet, um örtliche
Information, wie den Koordinatenwert, der den durch die Zeigevorrichtung
gezeigten Punkt repräsentiert,
zu liefern.
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Um die Amplitude und Phasenwinkel
von jeweils empfangenen Signalen zu ermitteln, gibt es zwei gewöhnlich bekannte
Verfahren, von welchen eines basiert auf analoger Phasendetektion,
wie in Bezug genommen durch die japanische Patentanmeldungsoffenlegung
Nr. 63-70326 (1988), und das andere basiert auf Hochgeschwindigkeits-AD-Transformation
und diskreter Fourier-Transformation,
wie in Bezug genommen durch die japanische Patentanmeldungsoffenlegung
Nr. 3-147012 (1991).
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Der oben beschriebene Sensor wird
weiter im Detail beschrieben. Wie oben diskutiert, beinhalten konventionelle
Sensoreinheiten eine Mehrzahl von Schleifenwicklungen, von welchen
jede in einer im Wesentlichen rechteckigen Gestalt (die Windungsanzahl
der Wicklung ist nicht begrenzt) geformt sind, welche parallel angeordnet
sind in der Positionsermittlungsrichtung, zum Beispiel X-Achsenrichtung. Um
Punktermittlung in dualen Achsen, zum Beispiel X und Y Achsen, auszuführen, ist
eine solche Schleifenwicklungskonfiguration jeweils angeordnet in
X und Y Achsen-Richtungen. Jede der Schleifenwicklungen ist mit
einem Paar aus einem Signalsender und einem Signalempfänger verknüpft. Das
Sender- und Empfängerpaar
sind auf beiden Seiten der longitudinalen Enden der Schleifenwicklung
lokalisiert. Gemäß dieser
Konfiguration wird, wenn der Sender ein Signal zu der verbundenen
Schleifenwicklung sendet und eine Zeigevorrichtung auf dieser Schleifenwicklung
lokalisiert ist, dann die Zeigevorrichtung ein Signal erzeugen aufgrund
der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen der Zeigevorrichtung
und dem gesendeten Signal. Dann wird dieses Signal von der Zeigevorrichtung
ermittelt durch den Signalempfänger.
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In alternativer Konfiguration ist
entweder der Sender oder der Empfänger einzig an der Schleifenwicklungsseite
angeordnet.
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In dem Fall nur des Senders ist eine
Zeigevorrichtung mit einem Empfängermechanismus
versehen, und der Sender ist an einem der longitudinalen Enden der
Schleifenwicklung angeordnet. Gemäß dieser Konfiguration wird,
wenn der Sender ein Signal an die verbundene Schleifenwicklung sendet
und die Zeigevorrichtung auf dieser Schleifenwicklung lokalisiert
ist, dann die Zeigevorrichtung ein Signal erzeugen aufgrund der elektromagnetischen
Wechselwirkung zwischen der Zeigevorrichtung und dem gesendeten
Signal. Dann wird dieses Signal von der Zeigevorrichtung ermittelt
durch den Empfängermechanismus,
enthalten in der Zeigevorrichtung.
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In dem Fall nur des Empfängers ist
eine Zeigevorrichtung mit einem Sendermechanismus versehen, und
der Empfänger
ist an einem der longitudinalen Enden der Schleifenwicklung angeordnet.
Gemäß dieser Konfiguration
wird, wenn der Sendermechanismus der Zeigevorrichtung ein Signal
an die Wicklung der Zeigevorrichtung sendet, dann die Zeigevorrichtung
ein Signal erzeugen aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung
zwischen der Zeigevorrichtung und der Schleifenwicklung unter der
Zeigevorrichtung. Dann wird dieses Signal von der Zeigevorrichtung
ermittelt durch den mit dieser Schleifenwicklung verbundenen Empfänger.
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In Ergänzung zu der oben beschriebenen
Konfiguration offenbart die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift
Nr. 5-241722 (1993) ein Beispiel einer Punktermittlungsvorrichtung,
welche eine Zeigevorrichtung dazu bringt, Selbstschwingung zu erzeugen
durch Bildung einer normalen Rückkopplungsschleife
eines Verstärkers,
wenn diese Zeigevorrichtung elektromagnetisch gekoppelt wird mit
zwei Kopplungsmitteln, welche von einer Kopplung mitein ander abgehalten
werden, und so wird die Selbstschwingung ermittelt als ein Zeigesignal
der Zeigevorrichtung.
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Außerdem offenbart die US-A-4205
199 eine Tabletteingabevorrichtung, beinhaltend ein Manipulationspad
mit einer Gruppe von parallelen Antriebsleitungen und einer Gruppe
von Abtastleitungen, welche parallel mit den Antriebsleitungen verflochten
sind. Ein Antriebsschaltkreis wird bereitgestellt, welcher die Antriebsleitungen
sequentiell scannt mit einem variablen Antriebsstrom. Wenn ein Eingabestift
einen Punkt auf der Oberfläche
des Manipulationspads anzeigt und wenn eine der zu diesem Punkt
angrenzenden Antriebsleitungen erregt ist, wird eine Spannung induziert
durch eine oder mehrere Abtastleitungen, die an die erregte Antriebsleitung
angrenzen. Eine Abtastschaltung wird bereitgestellt, welche die
Höhe oder
die Polarität
der induzierten Spannung ermittelt, dabei ermittelnd die Adresse
des durch den Zeigestift angezeigten Punktes.
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Außerdem ist aus der japanischen
Patent-Zusammenfassung vol. 013 Nr. 520 (P-963). JP 01211117A ein
Digitizer vom elektromagnetischen Induktions-Typ bekannt, um die
Positionsermittlung eines Koordinatenindikators rasch auszuführen und
um die Betriebsfähigkeit
zu steigern durch Ermittlung der elektromagnetischen Induktionsaktion
einer Schleifenwicklung, basierend auf der Änderung einer Resonanzschaltung.
Die Konstitution ist in einer solchen Weise, dass, wenn jeweilige
Schleifenwicklungen von einer ersten Schleifenwicklungsgruppe gescannt
werden durch eine Antriebsseitenscannschaltung, synchronisiert dazu,
und das Ausgabeterminal von jeweiligen Schleifenwicklungen von einer
zweiten Schleifenwicklungsgruppe sukzessive gescannt werden durch
eine Ermittlungsseitenscannschaltung, eine Spannung von ungefähr gleichem
Level induziert wird, ausgenommen der Nähe eines Koordinatenanzeigers
zu jeweiligen Wicklungen der zweiten Schleifenwicklungsgruppe. In
der Nähe
des Anzeigers wird, wenn die Wicklung der ersten Schleifenwicklungsgruppe
angetrieben wird, eine Wicklung, welche eine Resonanzschaltung wird,
zusammen mit einem Kondensator des Anzeigers angeregt, und die induzierte
Spannung der Wicklung der zweiten Schleifenwicklungsgruppe in der
Nähe wird
beeinflusst. Die verschiedene Ausgabe der Wicklungen der ersten
und zweiten Schleifenwicklungsgruppen wird in einen Computer eingegeben,
usw., und die Position des Anzeigers wird augenblicklich ermittelt.
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Als praktische Beispiele der oben
beschriebenen Punktermittlungsvorrichtungen gibt es ein bekanntes Tablett
und ein Berührungsdisplay,
verwendet als eine Eingabevorrichtung für verschiedene Computersysteme.
Ihr Sensorabschnitt weist im Allgemeinen keine große Fläche auf,
eher als der Bereich vom Typ B-5 bis A-4 der Größe von Papierbogen in japanischem
Industriestandard. Außerdem
gibt es wenig Beispiele von einer groß dimensionierten Punktermittlungsvorrichtung,
wie einem elektronischen Schwarzen Brett, dessen Sensor die große Fläche auch
vom Typ A-2 bis A-0 benötigt.
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Mit Bezug auf 22 wird ein Beispiel gezeigt einer Signalermittlungsoperation
in einer konventionellen Weise. Diese Zeichnung stellt dar, dass
ein Signal Vc durch die elektromagnetische Wirkungsweise zwischen
einer Zeigevorrichtung bei einem Punkt P und einer Schleifenwicklung
induziert wird, und dass das Signal Vc als ein Signal V ermittelt
wird durch einen Empfänger,
der an einem Ende O der Schleifenwicklung angeordnet ist. Im Allgemeinen
weist in Punktermittlungsvorrichtungen, die in dieser Weise aufgebaut
sind, jede Schleifenwicklung eine längere Schleife auf, die entlang
einer Achse verlängert
ist. Dieser Typ von Schleifenwicklung kann als eine uniform verteilte
konstante Schaltung betrachtet werden. Wenn elektrische Energie, wie
Spannung oder Strom, durch eine uniform verteilte konstante Schaltung
gesendet wird, wird die Intensität (Level)
dieser elektrischen Energie nach und nach verringert, und ihre Phase
wird simultan geändert,
wenn der Abstand "d" zwischen dem Empfänger und
der Zeigevorrichtung verlängert
wird. Diese Relation wird durch die folgende Gleichung dargestellt; P = √(R
+ jωL)(G
+ jωC) = α + jβ (1)
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In der Gleichung (1), stellen R [Ω/m], L [H/m],
C [F/m], und G [S/m] nicht-stationäre Leitungskonstanten dieser
Schleifenwicklung dar und hängen
von dem Material der Schleifenwicklung ab. ω = 2πf; f ist die Frequenz [Hz].
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In dem in 22 gezeigten Fall wird das empfangene
Signal V verkörpert
durch die folgende Gleichung (2) gemäß der arithmetischen Operation
der nicht-stationären
Leitungskonstanten-Schaltung; V = A·exp(–2ad)·exp(–2jβd) (2)
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In der Gleichung (2), verkörpert "A" eine Konstante, beinhaltend Konversionskonstante,
während
Sende- und Empfangsoperation; "exp(–2αd)" verkörpert den
gedämpften
Betrag; "exp((–2jβd)" verkörpert den
Phasenverzögerungsbetrag;
und "d" verkörpert den
Abstand zwischen O und P. Wie aus Gleichung (2) klar ist, hängen Level
und Phase des durch den Empfänger
empfangenen Signals von der Signalempfangsposition der Schleifenwicklung
ab. Der Level wird geschwächt,
und die Phase wird verzögert,
wenn der Abstand zwischen der Signalempfangsposition und dem Empfänger verlängert wird. 23(a) und 23(b) zeigen grafische Darstellungen
bezüglich Änderungen
in Level und Phase des durch den Empfänger jeweils empfangenen Signals. Die
in 23(a) gezeigten Daten
verkörpern
das Ergebnis von dem wie in 22 an
dem linken Ende der Schleifenwicklung positionierten Empfänger. Da
das Abtastgebiet der Punktermittlungsvorrichtung größer ist, neigt
das ermittelte Signal dazu, durch den Abstand "d" leicht
beeinflußt
zu werden. Außerdem
wird, da die nicht-stationäre
Leitungskonstante der einen Schleifenwicklung nicht immer gleich
zu der der anderen ist, die Differenz zwischen zwei oder mehr Schleifenwicklungen
naturgemäß in Reaktion
auf den Abstand "d" verstärkt. 23(a) und (b) zeigen die Amplitudendifferenz durch "ΔL". 23(b) zeigt
einen alternativen Fall, wo der Empfänger an der rechten Seite der
Schleifenwicklung angeordnet ist. Somit erscheint die Änderung in
Level und Phase des empfangenen Signals symmetrisch zu dem Fall
von 23(a).
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Das gleiche Phänomen erscheint, wenn ein Signal
von der Position O gesendet wird, um elektromagnetische Funktion
mit der Zeigevorrichtung bei Punkt P auszuüben.
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Wie oben diskutiert, hängt die
Leveldämpfung
und Phasenverzögerung
ab von dem Abstand zwischen der Zeigevorrichtung und dem Signalsender
oder -empfänger,
und die Variation in dem empfangenen oder gesendeten Signal, erzeugt
zwischen zwei oder mehr Schleifenwicklungen, resultiert in arithmetischen
Fehlern. Diese Fehler werden spürbarer
erzeugt, wenn die Länge
der Schleifenwicklung zunimmt.
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Typischerweise wird eine Schleifenwicklung
hergestellt durch Ausbildung eines schleifenförmigen Leiterbildes auf einem
Substrat durch Vakuum-Aufdampfen
oder auf drucktechnische Weise. Gewöhnlich dimensionierte Punktermittlungsvorrichtungen
gebrauchen Schleifenwicklungen, hergestellt aus Kupfer oder Silber, gebildet
auf einem Substrat durch Drucken. Allerdings liefern solche Metallablagerungs-Schleifenwicklungen relativ
hohe Impedanz, welche in einer für
normalen Gebrauch zu hohen Übertragungskonstante
resultiert. Daher gebrauchen groß dimensionierte Punktermittlungsvorrichtungen
aus Aluminium mittels Vakuum-Abscheidung hergestellte Schleifenwicklungen,
die eine niedrige Impedanz liefern. Derart hergestellte Schleifenwicklungen
sind von bemerkenswert hohen Kosten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Punktermittlungsvorrichtung bereitzustellen,
zur Bereitstellung örtlicher
Information, wie Koordinateninformation, welche angezeigt wird durch
eine Zei gevorrichtung, welche Ermittlungsfehler, verursacht durch
die Levelschwächung
und Phasenverzögerung,
verursacht beim Signalsenden oder -empfangen durch eine lange Schleifenwicklung,
abbaut.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine verbesserte Punktermittlungsvorrichtung bereitzustellen,
angepaßt
für ein
groß dimensioniertes
System.
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Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine verbesserte Punktermittlungsvorrichtung bereitszustellen
mit einer relativ einfachen Struktur, um die oben beschriebenen
Ermittlungsfehler abzubauen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine verbesserte Punktermittlungsvorrichtung bereitzustellen
mit einem Mittel zum Abhalten der Enden der Schleifenwicklungen
von einer Beeinflussung der magnetischen Wirkungsweise.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine verbesserte groß dimensionierte Punktermittlungsvorrichtung
bereitzustellen zur Realisierung der oben beschriebenen Vorteile
bei einem niedrigen Preis.
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Außerdem besteht die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren bereitzustellen
zur Realisierung der oben beschriebenen Aufgaben.
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Um die oben beschriebenen Aufgaben
zu verwirklichen, wird eine Punktermittlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung in den anhängenden
Vorrichtungsansprüchen
angegeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration
der Punktermittlungsvorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine schematische Darstellung, welche ein Paar aus Schleifenwicklungen
und deren zugeordnete Signalsende- und -empfangseinheiten, ange ordnet
an jeweiligen Enden des Schleifenwicklungspaares, gemäß der vorliegenden
Erfindung, zeigt;
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3 ist
eine schematische Darstellung, welche nur die Empfänger, angeordnet
an beiden Enden der Schleifenwicklung, gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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4 ist
eine schematische Darstellung, welche nur die Sender, angeordnet
an beiden Enden der Schleifenwicklung, gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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5 ist
eine graphische Wiedergabe, zeigend charakteristische Kurven von
dem Level und Phase von den empfangenen Signalen von den Schleifenwicklungen,
konfiguriert in 2;
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6 ist
eine schematische Darstellung, welche einen Sender, angeordnet an
einem Ende der Schleifenwicklungskonfiguration, und einen Empfänger, angeordnet
an dem anderen Ende, gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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7 ist
eine graphische Wiedergabe, zeigend charakteristische Kurven von
dem Level und Phase von den empfangenen Signalen von den Schleifenwicklungen,
konfiguriert in 6;
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8 ist
eine schematische Darstellung, welche modifizierte Konfigurationen
der Schleifenwicklung, angepaßt
für wechselnde
Sende- oder Empfangsoperation, zeigt;
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9 ist
eine schematische Darstellung und graphische Wiedergabe, erläuternd den
Aufhebungseffekt auf die Unregelmäßigkeit der Impedanz, erzeugt
in der Schleifenwicklung;
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10 ist
eine schematische Darstellung, welche verschiedene Konfigurationen
der kreuzartigen Ermittlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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11 ist
eine schematische Darstellung, welche einige Beispiele der vorliegenden
Erfindung, angewendet in verschiedenen Konfigurationen der Schleifenwicklungen,
zeigt;
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12 ist
eine schematische Darstellung, welche zwei Konfigurationen zeigt
zur Verwirklichung eines Selbstoszillations-Typ-Ermittlungsverfahrens
als konventionelle Technik (a) und die vorliegende Erfindung (b);
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13 ist
eine schematische Darstellung, welche verschiedene Konfigurationen
zeigt zur Verwirklichung eines Selbstoszillations-Typ-Ermittlungsverfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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14 ist
eine schematische Darstellung, welche zwei verschiedene Konfigurationen,
(a) und (b), zeigt, von denen jede nur eine doppelschleifige Wicklung
beinhaltet, und eine Konfiguration (c), beinhaltend eine doppelschleifige
Wicklung, kombiniert mit der vorliegenden Erfindung;
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15 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Verbesserung in
dem Verfahren zum Schleifenwicklungspaar-Überlappen;
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16 ist
eine schematische Darstellung, welche den Signalfehler zeigt, verursacht
durch die Leckage von magnetischem Fluss aufgrund der externen magnetischen
Wirkung in der Region des Schleifenendes (Drehende der Schleifenwicklung);
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17 ist
eine schematische Darstellung, welche verschiedene Konstitutionen
zeigt zur Aufhebung des Fehlers, verursacht durch die magnetische
Beeinflussung der Schleifenenden der Schleifenwicklungsanordnung
zum wechselnden Senden oder Empfangen.
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18 ist
eine schematische Darstellung, welche andere Konstitutionen zeigt
zum Schutz der Schleifenenden der Schleifenwicklungsanordnung vor
magnetischer Beeinflussung;
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19 ist
eine schematische Darstellung, welche verschiedene Anordnungen zeigt
von einem Sender oder Empfänger
in einer wechselnden Sende- oder Empfangsoperation;
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20 ist
eine schematische Darstellung, welche zwei Konstitutionen zeigt,
beinhaltend ein Mittel zur Durchführung einer Additionsoperation
in einem Vorverstärker
der Signalermittlungseinheit;
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21 ist
eine schematische Darstellung, welche zwei Konstitutionen zeigt,
beinhaltend ein Mittel zur Durchführung einer Additionsoperation
in einem Phasendetektor der Signalermittlungseinheit;
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22 ist
eine schematische Darstellung einer typischen, konventionellen Anordnung
von Schleifenwicklung und Sender und Empfänger; und
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23 ist
eine graphische Wiedergabe, die charakteristische Kurven von dem
Level und Phase von den empfangenen Signalen von der konventionellen
Schleifenwicklungsanordnung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Die vorliegende Erfindung wird verstanden
werden durch Diskussion einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen. 1 zeigt
ein Beispiel der Gesamtkonfiguration der Punktermittlungsvorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine
Sensoreinheit der Punktermittlungsvorrichtung. An beiden Seiten
der Sensortafel 10 sind je eine Mehrzahl von linken und
rechten Seitenschaltplatten 22 und 23 angeordnet.
Jede der Seitenschaltplatten 20 (21) beinhaltet
weiter eine Schleifenwicklungsschalteinheit 22 (23) und
eine Signalsende- und -empfangseinheit 24 (25).
Zusätzlich
ist dieser Punktermittlungsvorrichtung eine Zeigevorrichtung 30,
eine Additionseinrichtung 40, eine Signalermittlungseinheit 50,
ein Signalgenerator 60, eine Steuereinheit 70,
ein Signalprozessor 80, eine Interfaceeinheit 90 und
ein Hostcomputer 100 zugeordnet.
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Die Sensortafel 10 beinhaltet
weiter eine Mehrzahl von Schleifenwicklungspaaren 12. Die
Schleifenwicklungen von jedem Paar sind dicht angeordnet, und die
Paare sind parallel zueinander in der Punktabtastrichtung, repräsentiert
durch den Pfeil in 1,
angeordnet.
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2 zeigt
ein Schleifenwicklungspaar 12 und dessen zugeordnete Seitenschaltplatten 20 und 21. Das
Schleifenwicklungspaar 12 ist aus zwei Schleifenwicklungen 14 und 16 zusammengesetzt,
welche bezüglich
der zentralen Achse der Sensortafel symmetrisch angeordnet sind.
Obwohl 2 diese zwei
Schleifenwicklungen 14 und 16 separat voneinander
zeigt, sind sie tatsächlich
innig dicht sowie überlappend.
Die anderen Schleifenwicklungspaare sind auf die gleiche Weise wie
dieses konfiguriert. Die Seitenschaltplatten 20 und 21 beinhalten
Schalter S1 und S2 für
die Schleifenwicklungsschalteinheiten 22 und 23,
um jeweils entweder die Schleifenwicklung 14 oder 16 auszuwählen. Die
Seitenschaltplatten 20 und 21 beinhalten weiter
Schalter S3 und S4 für
die Signalsende- und -empfangseinheiten 24 und 25,
um jeweils entweder deren Sender oder Empfänger zu wählen. Das heißt, die
Schleifenwicklung 14, eine des Schleifenwicklungspaares 12,
wird wahlweise verbunden mit entweder dem Sender 201 oder
Empfänger 203 der
Signalsende- und -empfangseinheit 24 mittels des Schalters S3, während der
Schalter S1 geschlossen ist. Auch die andere Schleifenwicklung 16 wird
wahlweise verbunden entweder mit dem Sender 202 oder Empfänger 204 der
Signalsende- und -empfangseinheit 25 mittels des Schalters
S4, während
der Schalter S2 geschlossen ist.
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Die Sensortafel 10 ist aus
einem flexiblen Substrat gefertigt, auf welchem eine Mehrzahl von
Schleifenformmustern aus leitendem Material in einer Vakuum-Abscheidung oder
auf drucktechnische Weise gebildet sind. Die Schleifenwicklungspaare
sind parallel in der X-axialen Richtung und der Y-axialen Richtung,
einander senkrecht schneidend, gebildet, um Koordinatenwerte des
gezeigten Ortes in den zwei Axialrichtungen zu ermitteln.
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Die Sender 201 und 202 senden
das von dem Signalgenerator 60 zugeführte Signal jeweils an die Schleifenwicklungen 14 und 16.
Die Empfänger 203 und 204 empfangen
das Signal von den Schleifenwicklungen 14 und 16 und
senden das empfangene Signal an die Signalempfangseinheit 50.
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Die oben beschriebene Schaltoperation
der Schleifenwicklungsschalteinheiten 22 und 23 und
die Signalzufuhroperation zwischen dem Signalgenerator 60 und
der Signalermittlungseinheit 50 werden durch die Steuereinheit 70 in
Antwort auf das Befehlssignal von dem Signalprozessor 80 gesteuert.
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Die Zeigevorrichtung 30 ist
ein Cursor oder Zeigestift, dessen Gehäuse einen Abstimmkreis beinhaltet, zusammengesetzt
aus einer Spule, einem Kondensator und einem Schalter, als ein Beispiel.
Die Wicklung und Kondensator bilden eine Resonanzschaltung, aufweisend
eine spezifische Resonanzfrequenz. Ein typischerweise verwendeter
Cursor ist so aufgebaut, um die Kapazitanz der Resonanzschaltung
durch Drücken
eines Schalters zu variieren. Andererseits ist ein typischer Zeigestift
so aufgebaut, um die Kapazitanz der Resonanzschaltung zu variieren
durch Einschalten des Schalters, wenn die Zeigevorrichtung auf die
Sensortafel 10 gedrückt
wird. Die Kapazitanz der Resonanzschaltung wird so variiert, dass
die Resonanzfrequenz der Schaltung verringert wird.
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Der Signalgenerator 60 erzeugt
ein AC-Signal, aufweisend jede gewünschte Frequenz und Phase, durch
Kombination von Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), speichernd
AC-Signaldaten, Digital-Analog (DA)-Umwandler, und Tiefpassfilter
(LPF), und gibt dann das erzeugte Signal aus.
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Die Signalermittlungseinheit 50 verarbeitet
das empfangene Signal, um die Werte des Realteils und Imaginärteils der
beabsichtigten Frequenzkomponente des empfangenen Signals zu produzieren,
und betreibt dann arithmetisch die Amplitude und Phasenwinkel der
Frequenzkomponente gemäß den produzierten
Werten. Das Verarbeitungsverfahren des empfangenen Signals ist wohlbekannt
als analoge Phasendetektion, offenbart in der japanischen Patentpublikation
Nr. 2-53805/1990, oder digitale Fourier-Transformation, offenbart in
der japanischen Patentpublikation Nr. 3-147012/1991.
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Die Additionseinrichtung 40,
die in der Signalermittlungseinheit 50 enthalten ist, führt eine
Additionsoperation auf die Signale von den Schleifenwicklungen 14 und 16 durch.
Diese Addition hebt die Fehler in dem Level und Pha se der empfangenen
Signale auf. Der Betrieb und die Struktur der Additionseinrichtung 40 wird später im Detail
beschrieben.
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Die Steuereinheit 70 wird
in Antwort auf das Befehlssignal von dem Signalprozessor 80 aktiviert,
um das Timing von jeweiligen Einheiten in vorbestimmten Sequenzen
zu steuern.
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Die Interfaceeinheit 90 ist
vorgesehen, um Daten zwischen dem Signalprozessor 80 und
dem Hostcomputer 100 zu kommunizieren. Die Interfaceeinheit 90 beinhaltet
zumindest zwei FIFO-Typ-Register, direkt verbunden mit der Busleitung
des Hostcomputers 100, welcher es dem Register zugänglich macht,
die Daten von dem Prozessor 80 zu lesen.
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Der Prozessor 80 führt arithmetische
Operationen durch und die anderen verschiedenen Operationen, wie
Kommunikation mit dem Hostcomputer, und steuert allgemein die Einheiten
der Ermittlungsvorrichtung. Im Detail führt der Prozessor 80 arithmetische
Operationen aus, um die Koordinatenwerte der Zeigevorrichtung 30 in
Antwort zu der Information auf Amplitude und Phasenwinkel, gesendet
von der Signalermittlungseinheit 50, zu erhalten, und entscheidet
die Schaltbedingung der Zeigevorrichtung 30.
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Eine typische Operationssequenz der
Ermittlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird kurz beschrieben. Zuerst sendet der Prozessor 80 ein
Befehlssignal an den Signalgenerator 60, um eine Sinuswelle
zu erzeugen mit einer vorbestimmten Frequenz f0 für beispielsweise
500 kHz für
32 μsec,
und ein Schaltsignal an die Steuereinheit 70, um das Schleifenwicklungspaar
zu wählen.
Dann erlaubt die Steuereinheit 70 die Schaltoperation der
Schleifenwicklungsschalteinheiten 22 und 23 und
die Signal-(elektromagnetische Welle) Sende- und -empfangsoperation
der Signalsende- und -empfangseinheiten 24 und 25.
Nach dieser Operation führt
die Signalermittlungseinheit 50 die vorbestimmte Operation
auf das empfangene Signal, beinhaltend die Additionsoperation, aus
und sendet die Daten, repräsentierend
die Amplitude und Phasenwinkel der 500 kHz-Komponente des empfangenen
Signals, an den Signalpro zessor 80. Die Schleifenwicklungspaare
werden sukzessive nach und nach geschaltet, und die oben beschriebene
Operationssequenz wird auf das geschaltete Schleifenwicklungspaar
wiederholt, um das Muster resultierender Amplitudendaten zu bilden. Der
Prozessor 80 entscheidet, welches Schleifenwicklungspaar
durch die Zeigevorrichtung 30 gezeigt wird, mit Bezug auf
das Muster und führt
dann die arithmetische Operation durch, um den Koordinatenwert des
Ortes der Zeigevorrichtung 30 zu liefern. Dieses Ergebnis
und die Phasendaten werden an die Interfaceeinheit 90 gesendet.
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Ein typisches Beispiel der Additionsoperation,
die in der Additionseinrichtung 40 der Signalermittlungseinheit 50 durchgeführt wird,
wird im Detail in Verbindung mit 1 und 3 beschrieben. Zum leichteren Verständnis zeigt 3 nur die Empfänger an
beiden Seiten des Schleifenwicklungspaares. Bei dieser Konfiguration
ist der Sender in der Zeigevorrichtung enthalten, und die Signalverarbeitungsoperationen
werden auf die gleiche Weise wie in 2 durchgeführt.
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5 ist
eine graphische Wiedergabe zur Erläuterung der Additionsoperation
des empfangenen Signals von den Schleifenwicklungen 14 und 16,
konfiguriert in 3. In 5 repräsentiert die horizontale Achse den
Abstand zwischen einem Ende des Schleifenwicklungspaares und der
Zeigevorrichtung, und die vertikale Achse repräsentiert den Level (jede gewünschte Einheit)
und Phase des durch die elektromagnetische Wirkung erzeugten Signals.
Diese Daten resultieren von der Additionsoperation auf die empfangenen
Signale, produziert durch die Gleichung (2). Die zuvor beschriebene 23 zeigt, dass der Signallevel
verringert wird und die Phase verzögert wird, wenn der Abstand
zwischen dem Signalempfänger
und der Zeigevorrichtung, während 5 zeigt, dass die Additionsoperation
das empfangene Signal mit einem im Wesentlichen äquivalenten Level und Phase,
unabhängig
von der Distanz, liefern kann. Die in 5 gezeigten
Kurven steigen leicht an beiden Enden und sind symmetrisch bezüglich des
Zentrums des Schleifenwicklungspaares.
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In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung wird die Übertragungskonstante
der Leitungen zwischen dem Signalgenerator 60 und dem Sender
oder Empfänger
durch vorhergehende Kalibrierung korrigiert, so dass die Übertragungskonstante
ignoriert werden kann. 4 ist
eine schematische Darstellung, welche nur die Sender, angeordnet
an beiden Enden des Schleifenwicklungspaares, zeigt. Bei dieser
Konfiguration ist der Empfänger
in der Zeigevorrichtung enthalten. Wenn die Sender an beiden Enden
Signale an jeweilige Schleifenwicklungen bei gleicher Gelegenheit
senden, werden der Signallevel und -phase, resultierend von dieser
Konfiguration, im Wesentlichen gleich wie in 5 repräsentiert durch die Additionsoperation
auf die Signale von beiden Enden. Demgemäß kann die Zeigevorrichtung
eine elektromagnetische Wirkung mit dem gesendeten Signal erzeugen,
die einen äquivalenten
Level und Phase ungeachtet des Ortes des Schleifenwicklungspaars
aufweist.
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Da die in 2 gezeigte Konfiguration durch die in 3 und 4 gezeigten Konfigurationen kombiniert
ist, weist das empfangene Signal durch die Additionsoperation die
gleichen qualitativen Charakteristiken wie 5 auf.
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6 ist
eine schematische Darstellung, welche ein Beispiel einer Konstitution
zur Bereitstellung eines konstanten empfangenen Signals ohne Verwendung
der Additionseinrichtung zeigt. Bei dieser Konfiguration sendet
ein Sender, angeordnet an einem Ende von einer Schleifenwicklung 14,
ein Signal an die Zeigevorrichtung, und ein an dem gegenüberliegenden
Ende der anderen Schleifenwicklung 16 angeordneter Empfänger empfängt das
Signal, erzeugt durch die elektromagnetische Wirkung zwischen der
Zeigevorrichtung und dem gesendeten Signal. 7 zeigt charakteristische Kurven des
Levels und der Phase von den empfangenen Signalen von dieser Konfiguration.
Dies resultiert in einem Signal mit konstantem Level und Phase,
ungeachtet des Abstands.
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Tabelle 1 zeigt die Daten von dem
Signallevel und -phase, resultierend von der konventionellen Konfiguration,
gezeigt in 22, (Punkte 1 und 2)
und den verschiedenen Konfigurationen, gezeigt in 2 (Punkte 3 und 4), 3 und 4 (Punkte 5 und 6),
und 6 (Punkte 7 und 8),
wenn zwei aus üblich
verwendetem Metall (Silber oder Kupfer) und A1 hergestellte Mustertypen
verwendet werden. Um zu vergleichen, ist der Wert des in den Punkten 3, 4, 5 und 6,
verwendend die Additionsoperation, gezeigten Signallevels 1/2 repräsentiert,
und der Wert bei dem Abstand 0 m der konventionellen Beispiele Punkte 1 und 2 wird
als 1 angegeben. Der vorige ist der relative Wert zu dem späteren Wert
1. Der Wert innerhalb der Klammern repräsentiert die Phase, welche
relativ vorangeschritten oder verzögert ist von dem Wert, der
als 0 Grad gegeben ist, bei 0 m der konventionellen Konfiguration.
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Tabelle 1:
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Die Relation des Signallevels und
-phase mit Bezug auf den Abstand zwischen der Zeigevorrichtung und
dem Empfänger
oder Sender. Die Werte innerhalb der Klammern repräsentieren
die Phase, deren Einheit das Grad eines Winkels ist.
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Die Konstitutionen der oben beschriebenen
Punkte sind wie folgt. 1 und 2: Konventionelles Beispiel; 3 und
4: Sender und Empfänger
an beiden Enden; 5 und 6: Sender an beiden Enden oder Empfänger an
beiden Enden; 7 und 8: Sender an einem Ende und Empfänger an
dem anderen Ende.
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Die konventionelle Konfiguration
(Punkte 1 und 2) zeigt, dass der Level und die
Phase einfach variiert werden, wenn der Abstand vergrößert wird.
Speziell werden der Level und die Phase der Metallmusterprobe (Punkt 1)
bemerkenswert variiert bei dem Abstand 2 m. Auf der anderen Seite
können
die Konfigurationen gemäß der vorliegenden
Erfindung (Punkt 3 bis 8) den äquivalenten oder im Wesentlichen äquivalenten
Level und Phase, ungeachtet von dem Abstand, liefern. Es wird besonders
angemerkt, dass die Konfigurationen, die das Metallmuster verwenden
(Punkte 3, 5 und 7 gemäß der vorliegenden
Erfindung einen beinahe äquivalenten
Level und Phase ungeachtet des Abstands liefern können. Dieser
Effekt erlaubt die Verwendung eines niedrigpreisigen Metallmusters
für eine
groß dimensionierte
Punktermittlungsvorrichtung.
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In den in 2 und 4 gezeigten
Beispielen können
die Signale von den Sendern an beiden Enden bei gleicher Gelegenheit
oder wechselnd zu den jeweiligen Schleifenwicklungen nach und nach
gesendet werden. In dem Fall des wechselnden Sendens kann der gleiche
Effekt wie bei dem simultanen Sendebetrieb erreicht werden, wenn
ein Paar von empfangenen Signalen, entsprechend zu den gesendeten
Signalen, durch die Addiereinrichtung addiert werden. In dem Fall
der in 3 gezeigten Konfiguration,
wenn der Sender an der Zeigevorrichtung ein Signal zweimal sendet,
um die Signale wechselnd durch die jeweiligen Schleifenwicklungen
zu empfangen, kann das empfangene Signalpaar der Addieroperation
durch die Additionseinrichtung unterzogen werden. Diese wechselnde
Sende- oder Empfangsoperation kann die Schaltung und/oder Schleifenwicklung
vereinfachen.
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In den oben beschriebenen Konfigurationen
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Additionsoperation die Variationen in dem Signallevel
zu einigem Anteil aufheben. Da die Variationen in dem Signallevel von
dem Abstand abhängen,
werden die bei kürzerem
Abstand erzeugte Variation und die bei längerem Abstand gemeinsam addiert,
um den gemittelten Level ungeachtet des Abstands zu liefern.
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8 ist
eine schematische Darstellung, welche modifizierte und vereinfachte
Konfigurationen der Schleifenwicklung zeigt, angepaßt für wechselnde
Sende- oder Empfangsoperation. Die in 8(a) und (a') gezeigte
Konfiguration entspricht 2.
In der gezeigten Bedingung von (a) ist
ein Schalter S1 geschaltet, um wechselnd Signalsende- und -empfangsoperation
an dem linken Ende der Schleifenwicklung durchzuführen. Dann
wird der Schalter S1 und ein Schalter S2 geschlossen, und ein Schalter
S3 wird mit der Erdung verbunden. Außerdem wird ein Schalter S4
geöffnet,
um wechselnde Signalsende- und -empfangsoperation an dem rechten
Ende der Schleifenwicklung durchzuführen. Die Konstitution von (a') ist
eine Modifikation von (a),
deren Rückleitung
gemeinsam verwendet wird, wenn die Schleifenwicklungen parallel
angeordnet sind. In dieser Konstitution (a') werden
die gesendeten und empfangenen Signale von einem Ende umgekehrt
zu den Signalen des anderen Endes.
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Die in 8(b) und (b') gezeigte
Konfiguration entspricht 3.
In (b) führt
die gezeigte Bedingung den Empfang des Signals an dem linken Ende
durch. Dann werden Schalter S1 bis S4 geschaltet, um Signalempfangsoperation
an dem rechten Ende der Schleifenwicklung durchzuführen. Die
Konstitution von (b') ist von (b) modifiziert, deren Rückleitung
gemeinsam verwendet wird, wenn die Schleifenwicklungen parallel
angeordnet sind. Bei dieser Konstitution (b') werden
die empfangenen Signale von einem Ende umgekehrt mit den Signalen
des anderen Endes.
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Die in 8(c) und (c') gezeigte
Konfiguration entspricht 4.
In (c) führt die
gezeigte Bedingung zum Empfang des Signals an dem linken Ende. Dann
werden Schalter S1 bis S4 geschaltet, um Signalsendeoperation an
dem rechten Ende der Schleifenwicklung durchzuführen. Die Konstitution von (c') ist
eine Modifikation von (c),
deren Rückleitung
gemeinsam verwendet wird, wenn die Schleifenwicklungen parallel
angeordnet sind. Bei dieser Konstitution (c') werden
die empfangenen Signale von einem Ende umgekehrt mit den Signalen
des anderen Endes. In den obigen Konfigurationen ist es möglich, die
Signalempfangs- oder -sendeoperation an beiden Enden, wie gewünscht, zu
starten.
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Die in 8(d) gezeigte
Konfiguration entspricht 6,
welche Signalsendeoperation an einem Ende und Signalempfangsoperation
an dem anderen Ende durchführt.
Diese in 8 gezeigten
Wechsel-Signalsende- oder -empfang-Typ-Konfigurationen erlauben es dem
Muster der Schleifenwicklungen, einfach zu sein. Weiterhin können diese
Wechsel-Signalsende- oder -empfang-Konfigurationen vollständig die
Fehler aufheben, erzeugt durch die Ungleichheit in der Übertragungskonstante
der Schleifenwicklung aufgrund der Dimensionsunregelmäßigkeit
der Schleifenwicklung selbst. Dieser Effekt ist in 9 gezeigt, in welcher die Dimensionsunregelmäßigkeit
der Schleifenwicklung als der breitere Teil R1 und der engere Teil
R2 übertrieben
ist. Bei der Sendeoperation liefert der breitere Teil R1 einen sachte
abwärts-geneigten
Level aufgrund einer niedrigeren Impedanz, während der engere Teil R2 einen
steil abwärts-geneigten Level aufgrund
einer hohen Impedanz liefert. Auf der anderen Seite liefert bei
der Empfangsoperation der breitere Teil R1 einen sachte aufwärts-geneigten Level ,
während
der engere Teil R2 einen steil aufwärts-geneigten Level liefert.
Demgemäß kann die
Additionsoperation der gesendeten und empfangenen Signallevel einen
konstanten Level ungeachtet der Ungleichheit in der Übertragungskonstante
der Schleifenwicklung aufgrund der Dimensionsunregelmäßigkeit
der Schleifenwicklung liefern.
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Es ist möglich, das Verfahren zur Aufhebung
oder Reduktion der Fehler von dem Signal auf die anderen Punktermittlungsvorrichtungen,
verknüpft
mit einer Mehrzahl von Zeigevorrichtungen, verfügbar für verschiedene Frequenzen,
anzuwenden.
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Weiterhin ist die vorliegende Erfindung
nicht nur begrenzt auf die in 2 gezeigte
Konfiguration, worin das Signal von der Schleifenwicklung in der
Sensortafel zu der Zeigevorrichtung, aufweisend den Abstimmschaltkreis,
gesendet wird, und das abgestimmte Signal, erzeugt durch die elektromagnetische Wirkung
mit der Zeigevorrichtung, durch die Schleifenwicklung in der Sensortafel
empfangen wird, sondern auch auf die anderen, in 3 und 4 gezeigten
Konfigurationen, worin das Signal von der Zeigevorrichtung zu der Schleifenwicklung
in der Sensortafel gesendet wird und das Signal von der Schleifenwicklung
in der Sensortafel an die Zeigevorrichtung gesendet wird. Mit anderen
Worten kann die vorliegende Erfindung auf jegliche Konfigurationen
angewendet werden, worin die Koordinatenwerte der Zeigevorrichtung
durch das Signal, erzeugt durch die elektromagnetische Wirkung zwischen
der Schleifenwicklung und der Zeigevorrichtung, produziert werden.
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Hier nachfolgend werden die anderen
Konfigurationen der Schleifenwicklung beschrieben.
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10 zeigt
einen anderen Typ von Ausführungsbeispiel,
welcher eine Kreuztyp-Ermittlungsvorrichtung zum Senden in der X-Axial-Richtung
und Empfangen in der Y-Axial-Richtung, als ein Beispiel, bereitstellt. Im
Detail ist 10(a) ein
Beispiel einer solchen Kreuztyp-Ermittlungskonstitution zum Empfang
des Signals in der Y-Axial-Richtung, um die X-Koordinate der Zeigevorrichtung
zu ermitteln. Obwohl der Level des gesendeten Signals in der X-Axial-Richtung von
einem Sender A1 in Proportion zu dem Abstand entlang einer Schleifenwicklung 100 zwischen
dem Sender und dem ermittelten Punkt, wie in dem Graph von 10(a') gezeigt, verringert wird,
werden die empfangenen Signale von zwei Paaren von Schleifenwicklungen 402 für arithmetische
Operation verwendet. Der Level von diesen empfangenen Signalen ist
im Wesentlichen äquivalent,
wie gezeigt 1 bis 3 in dem Graph (a'), was ignoriert werden kann, so dass
die X-Koordinatendaten der Zeigevorrichtung mit weniger Fehlern
erhalten werden können.
Demgemäß werden
die von dem Sender A1 gesendeten Signale an beiden Enden empfangen
entlang der Y-Axial-Richtung durch Empfänger A2 und A3.
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10(b) zeigt
eine andere Konfiguration zum Senden des Signals in der Y-Axial-Richtung, um
die X-Koordinate der Zeigevorrichtung zu ermitteln. Bei dieser Konfiguration
sind die gesendeten Signale überlappt,
um die Fehler in den gesendeten Signalen aufzuheben. Obwohl das
empfangene Signal in der X-Axial-Richtung
eine ähnliche
charakteristische Kurve wie in 10(a') gezeigt
liefert, werden die empfangenen Signale von mehreren Paaren von
Schleifenwicklungen nach der Zeigevorrichtung nur verwendet für arithmetische
Operation. Der Level von diesen empfangenen Signalen ist im Wesentlichen äquivalent,
so dass die X-Koordinatendaten der Zeigevorrichtung mit geringerem
Fehler erhalten werden können. 10(c) zeigt eine andere
Konfiguration unter Gebrauch zweier Schleifenwicklungen in jede
Axialrichtung zum Senden und Empfangen der Signale an beiden Enden
und in beiden Axialrichtungen. Dies kann die Fehler in den gesendeten und
empfangenen Signalen bei der gleichen Gelegenheit aufheben.
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11 zeigt
verschiedene Konfigurationen der Schleifenwicklungen, in welchen
die vorliegende Erfindung angewendet ist. 11(a) ist ein Beispiel, welches zwei
Wicklungen beinhaltet zum Senden von einem Wicklungsende und Empfangen
von dem anderen Wicklungsende. Die Empfangswicklung ist bei dem
Zentrum umgekehrt, um das Gleichtakt-Magnetrauschen in dem empfangenen
Signal aufzuheben oder das gesendete Signal aufzuheben, um so sowohl
Sende- als auch Empfangsoperationen bei der gleichen Gelegenheit
durchzuführen. 11(b) ist das modifizierte
Beispiel von 11(a),
um sowohl Sende- als auch Empfangsoperationen an beiden Schleifenenden
bei der gleichen Gelegenheit durchzuführen. 11(c) ist ein anderes Beispiel, welches
zwei Wicklungen beinhaltet zum Senden von einem Wicklungsende und
Empfangen an dem anderen Wicklungsende. Die zwei Schleifenwicklungen
sind senkrecht zueinander, und die Sensortafel und jede Wicklung
treffen bei einem Winkel von 45° zusammen. 11(d) ist das modifizierte
Beispiel von 11(c),
um sowohl Sende- als auch Empfangsoperationen an beiden Schleifenenden
bei der gleichen Gelegenheit durchzuführen.
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Die Konfigurationen, wie in 10 und 11 gezeigt, halten jede der Sendewicklung
und der Empfangswicklung von elektromagnetischer Kopplung ab und
erlauben jeder Wicklung, die elektromagnetische Wirkung mit der
Zeigevorrichtung auf der Sensortafel zu erzeugen. Die japanische
Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 5-214722/1993 offenbart eine Konfiguration
unter Verwendung zweier Schleifenwicklungen, abgehalten von elektromagnetischer
Kopplung, wie in 10 und 11 gezeigt, um eine positive
Rückkopplungsschleife
zwischen dem Verstärker
und der Zeigevorrichtung auszubilden, so dass das oszillierte Signal
von dieser positiven Rückkopplungsschleife
ermittelt wird als das ermittelte Signal, das den Ort der Zeigevorrichtung repräsentiert.
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12 zeigt
zwei Konfigurationen zur Verwirklichung eines Selbstoszillationstyps
von Ermittlungsverfahren als konventionelle Technik (a) und die
vorliegende Erfindung (b). In 12(a) sind
die zwei Schleifenwicklungen 100 und 102 von elektromagnetischer
Kopplung abgehalten, aber es ist ihnen beiden ermöglicht, elektromagnetische
Wirkung mit einer Zeigevorrichtung zu erzeugen, wenn sie auf der
Sensortafel lokalisiert ist. Unter dieser Bedingung definieren die
Zeigevorrichtung 30 und diese zwei Schleifenwicklungen 100 und 102 eine
positive Rückkopplungsschleife
für einen
Verstärker "A", welcher oszilliert. Allerdings kann
dieses Ermittlungssystem auch durch eine lange Schleifenwicklung
beeinflusst werden. Um dieses Problem zu lösen, wird die in 12(b) gezeigte Konfiguration,
beinhaltend Schleifenwicklungspaare 400 und 402,
verwendet, um sowohl positive Rückkopplungsschleifen
für die
Verstärker
A1 und A2 zu bilden, um oszillierende Signale von beiden Enden in
jede Axial-Richtung
zu erzeugen. Diese erzeugten Signale werden addiert, um die Fehler in
dem Signallevel und -phase aufzuheben. Da die Verstärker von
diesem Ausführungsbeispiel
automatische Verstärkungskontroll-(AGC)funktion
oder Ausgabelimitierungsfunktion beinhalten, wird das oszillierte
Signal extrahiert von dem Eingabeterminal des Verstärkers. In
den in 13 gezeigten,
unten beschriebenen Konfigurationen wird das oszillierte Signal
auch in der gleichen Weise wie oben extrahiert. Nach dem Extrahieren werden
die oszillierten Signale von den Eingabeterminals der Verstärker A1
und A2 einer Additionsoperation unterzogen.
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13 zeigt
verschiedene Konfigurationen, welche modifizierte Beispiele von 12(b) sind. Das heißt, das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in diesen Konfigurationen mit einem einzelnen Verstärker verwirklicht,
um die Zeigevorrichtung unter Verwendung des oszillierten Signals
zu ermitteln. 13(a) ist
ein erstes Beispiel, um das Signalpaar von beiden Enden des Schleifenwicklungspaares 400 bei der
gleichen Gelegenheit zu empfangen und um das Signalpaar über eine
Additionseinrichtung in einen Verstärker A einzugeben. Dann führt der
Verstärker
A simultan Ausgabesignale an beide Enden des Schleifenwicklungspaares 402 zu.
Wenn die elektromagnetische Wirkung zwischen der Zeigevorrichtung
und dem Schleifenwicklungspaar 400 oder 402 erzeugt
wird, wird eine positive Rückkopplungsschleife
für den
Verstärker
A gebildet, um das oszillierte Signal zu senden. Die Addition der
Signale von beiden Enden des Schleifenwicklungspaares 400 und
die addierten Signale, zugeführt
an beide Enden des Schleifenwicklungspaares 402, können die
Fehler durch die Übertragungskonstanten
der Schleifenwicklungen der Schleifenwicklungspaare 400 und 402 von
den oszillierten Signalen eliminieren.
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13(b) ist
ein zweites Beispiel, welches zwei Schaltmittel beinhaltet in Ergänzung zu
der in 13(a) gezeigten
Konstruktion, um zwischen beiden Enden des Schleifenwicklungspaares 400 und
beiden Enden des Schleifenwicklungspaares 402 zu schalten,
so dass die oszillierten Signale wechselnd in regelmäßigen Intervallen
erzeugt werden. Diese abwechselnden oszillierten Signale werden
der Additionsoperation unterzogen, um die Fehler in den Signalen
aufzuheben. Diese Operation wird auf die Signale, extrahiert von dem
Eingabeterminal von dem Verstärker
A, angewendet.
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13(c) und 13(d) sind dritte und vierte
Beispiele, welche ein Schleifenwicklungspaar in X-Axial-Richtung
und eine einzelne Schleifenwicklung in Y-Axial-Richtung beinhalten.
In 13(c) werden die
Signale von beiden Enden des Schleifenwicklungspaares 400 in
den Verstärker
A über
die Addiereinrichtung eingegeben, und dann führt der Verstärker A das
addierte Signal zu einem Ende der einzelnen Wicklung 102.
In 13(d) werden die
Signale von beiden Enden des Schleifenwicklungspaars 400 abwechselnd
geschaltet bei einem regelmäßigen Intervall,
um ein Paar von oszillierten Signalen zu erzeugen. Diese oszillierten
Signale werden sukzessiv von dem Eingabeterminal des Verstärkers A
extrahiert und der Additionsoperation unterzogen.
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13(e) und 13(f) sind fünfte und
sechste Beispiele, welche eine einzelne Schleifenwicklung in X-Axial-Richtung
und ein Schleifenwicklungspaar in Y-Axial-Richtung beinhalten. In 13(e) wird das Signal von
einem Ende der einzelnen Schleifenwicklung 100 in den Verstärker A eingegeben,
und dann führt
der Verstärker
A das Signal an beide Enden des Schleifenwicklungspaars 402 bei
der gleichen Gelegenheit. In 13(f) werden
die Signale zu beiden Enden des Schleifenwicklungspaares 402 abwechselnd
geschaltet, um ein Paar von oszillierten Signalen bei regelmäßigen Intervallen
zu erzeugen. Diese oszillierten Signale werden nachfolgend extrahiert
von dem Eingabeterminal des Verstärkers A und dann der Additionsoperation
unterzogen.
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14 zeigt
verschiedene Konfigurationen zur Erläuterung der durch doppelschleifige
Wicklungen verursachten Effekte. Solche doppelschleifigen Wicklungen
liefern die Verbesserung hinsichtlich absoluter Empfindlichkeit
und weiter den Effekt, die Fehler durch die Position der Schleifenwicklung
zu einem gewissen Grad aufzuheben. In dem konventionell verwendeten
Maßstab
ist ein in 14(a) gezeigtes
Beispiel einer doppelschleifigen Wicklung in praktischen Szenarien
verfügbar
gewesen. Allerdings kann die relativ lange doppelschleifige Wicklung
nicht darin zufriedenstellen, die Fehler durch die Übertragungskonstante
der Schleifenwicklung aufzuheben. Um diesen Defekt, wie in 14(b) gezeigt, zu verbessern,
wird solch eine doppelschleifige Wicklung mit dem System gemäß der vorliegenden
Erfindung verknüpft,
um die Fehler durch die Übertragungskonstante
der Schleifenwicklung aufzuheben. Diese verbesserte Konstitution
kann den Fehleraufhebungseffekt aufgrund des Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung zusätzlich
zu der Verbesserung in absoluter Empfindlichkeit und dem Fehleraufhebungseffekt
durch diese doppelschleifige Wicklung liefern. Außerdem erlaubt
die in 14(c) gezeigte
Konstitution dem Schleifenmuster, einfach zu sein. Die doppelschleifige
Wicklung ist nicht vorteilhaft kombiniert mit der Schleifenwicklungspaar
beinhaltenden Konstitution, weil das kombinierte Muster zu kompliziert
wäre. Somit
ist die doppelschleifige Wicklung für jede der in 8 gezeigten Konstitutionen verfügbar.
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15 zeigt
zwei Konstitutionen zur Erläuterung
der Verbesserung in dem Verfahren zur Überlappung des Schleifenwicklungspaars.
In der in 15(a) gezeigten
Konstitution werden die Koordinaten der Spitzenwertlinie des addierten
Signallevels aufwärts
verschoben, wenn die Zeigevorrichtung an der linken Seite bezüglich des
Zentrums in 15 lokalisiert
wird, oder abwärts
verschoben, wenn die Zeigevorrichtung an der rechten Seite lokalisiert
wird. Die Koordinaten der Spitzenwertlinie des addierten Signallevels
sollten Idealerweise im Zentrum der Breite des Schleifenwicklungspaars
L1 und L2 liegen. Auf der anderen Seite kann die in 15(b) gezeigte Konstitution die Koordinaten
der Spitzenwertlinie des addierten Signallevels immer im Zentrum
der Breite des Schleifenwicklungspaars L1 und L2 halten, ungeachtet
der Position der Zeigevorrichtung auf dem Schleifenwicklungspaar.
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Das gleiche Phänomen würde bei der in 14 wie in 15 gezeigten
doppelschleifigen Wicklung erzeugt. Zum Beispiel werden bei der
in 14(b) gezeigten doppelschleifigen
Wicklung die Koordinaten der Spitzenwertlinie des addierten Signallevels
aufwärts
verschoben, wenn die Zeigevorrichtung an der linken Seite bezüglich des
Zentrums in 14 lokalisiert
wird, oder abwärts
verschoben, wenn die Zeigevorrichtung auf der rechten Seite lokalisiert
ist. Bei der in 14(a) gezeigten
doppelschleifigen Wicklung können
die Koordina ten der Spitzenwert-Linie des addierten Signallevels
immer in dem Zentrum der Breite des Schleifenwicklungspaares gehalten
werden, ungeachtet der Position der Zeigevorrichtung auf dem Schleifenwicklungspaar.
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16 zeigt
den Signalfehler, verursacht durch die Leckage an magnetischem Fluss
aufgrund der externen magnetischen Wirkung in der Region des Schleifenendes
oder des Wendeendes der Schleifenwicklung. Diese Konfiguration beinhaltet
zwei Sender an beiden Enden des Schleifenwicklungspaars. Wie in
dem Graph von 16 gezeigt,
ist der Level des gesendeten Signals von beiden Enden plötzlich angestiegen
in der Region der mit den Pfeilen ← → markierten Schleifenenden.
Diese plötzlich
angestiegenen Level können nicht
mit der oben beschriebenen Additionsoperation von beiden Signalen
aufgehoben werden. Um diesen Defekt zu beseitigen, wird die Punktermittlungsoperation
durchgeführt
unter Verwendung entweder des gesendeten Signals von dem Sender 1 an
dem linken Ende, wenn die Zeigevorrichtung in der Region d1, beinhaltend das
linke Schleifenende der Schleifenwicklung L2, lokalisiert ist, oder
des gesendeten Signals von dem Sender 2 an dem rechten
Ende, wenn die Zeigevorrichtung in der Region d2 lokalisiert ist,
beinhaltend das rechte Schleifenende der Schleifenwicklung L1. Diese
zwei Regionen d1 und d2 werden durch jede geeignete Weise definiert,
so durch Separierung des Schleifenwicklungspaares in linke und rechte
Halbseiten bezüglich
des Zentrums, wie in 16 gezeigt.
Wenn die Zeigevorrichtung auf einem Schleifenende von einer der
Schleifenwicklungen lokalisiert ist, wird die andere Schleifenwicklung
bevorzugt zum Senden oder Empfangen verwendet. Zur Signalempfangsoperation
werden die Empfänger
an beiden Enden selektiv verwendet in den separierten Regionen,
um das Schleifenende davor zu bewahren, die magnetische Beeinflussung
zu erleiden. In den in 8(a) bis 8(c) gezeigten Konfigurationen,
beinhaltend eine einzelne Schleifenwicklung, deren offenes Ende
mit dem Sender oder Empfänger
verbunden und Schleifenende durch Einschaltmittel umgewandelt wird,
kann, wenn die Zeigevorrichtung in einem Schaltmodus auf dem Schleifenende
lokalisiert ist, Sende- oder Empfangsoperation in dem anderen Schaltmodus
durchgeführt
werden.
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Bei den Konfigurationen ausgenommen
der Kreuztyp-Ermittlungsvorrichtungen, kann, nachdem der Punkt temporär ermittelt
ist, entschieden werden, welche Schleifenwicklung vorzugsweise zur
Durchführung der
Sende- oder Empfangsoperation verwendet wird. Bei der Kreuztyp-Ermittlungsvorrichtung,
wie in 10(a) gezeigt,
wird, wenn die Schleifenwicklung 100 senkrecht geschnitten
zu dem Schleifenwicklungspaar 402 in der oberen Hälfte lokalisiert
ist, d. h. dicht bei dem Empfänger
A2, und der Sender A1 ein Signal sendet, der Empfänger A2
aktiviert, um das Signal zur Ermittlung der Zeigevorrichtung zu
empfangen. Wenn die Schleifenwicklung 100 in der unteren
Hälfte
lokalisiert ist, d. h. dicht bei dem Empfänger A3, wird der Empfänger A3
aktiviert, um das Signal zur Ermittlung der Zeigevorrichtung zu
empfangen.
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17 zeigt
verschiedene Konstitutionen zur Aufhebung der Fehler, verursacht
durch die magnetische Beeinflussung an Schleifenenden der in 6 und 8(d) gezeigten Schleifenwicklung. Da
die in 6 und 8(d) gezeigten Konstitutionen
einen Sender an einem Ende und einen Empfänger an dem anderen Ende beinhalten,
kann das in 16 gezeigte
Verfahren nicht direkt auf diese Konstitutionen angewendet werden.
Die in 8(d) gezeigte
Konstitution kann umgekehrt dupliziert werden, wie in 17(a) gezeigt. Um leicht
zu verstehen, diese zwei Schleifenwicklungen sind voneinander separiert.
Tatsächlich
sind sie eng überlappt.
Das Sender- und Empfängerpaar 1 wird
verwendet, wenn die Zeigevorrichtung innerhalb der Region d1 lokalisiert
ist, während
das andere Paar 2 verwendet wird innerhalb der Region d2.
Diese Konfiguration und Schaltoperation kann die durch die magnetische
Beeinflussung an deren Schleifenenden verursachten Fehler eliminieren. 17(b) zeigt einen verschiedenen
Empfangstyp der in 17(a) gezeigten
Konstitution, um den Effekt der Aufhebung des Gleichtakt-Magnetrauschens
zu liefern. Weiterhin zeigt 17(c) eine
andere Konstitution, welche die Wendeenden der Schleifenwicklungen überhaupt
nicht beinhaltet. Bei dieser Konstitution entspricht jedes Ermittlungsmittel
jeder einzelnen geraden Leitung, welche mit einer gemeinsamen Erdungsleitung
als Rückleitung
verbunden ist.
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18 zeigt
andere Beispiele zum Schutz der Schleifenenden der Schleifenwicklungsanordnung
vor magnetischer Beeinflussung. In der in 18(a) gezeigten Konstitution sind die
Wendeenden der Schleifenwicklungen 12 auf dem bedruckten
Substrat auf die Seitenschaltplatten 20 gelegt, um die
Schleifenenden vor der Änderung
des magnetischen Flusses zu bewahren. Außerdem können einige Leiter, verbunden
mit den zugeordneten Sendern oder Empfängern, auf das bedruckte Substrat
gelegt werden. 18(b) zeigt
ein Beispiel zur Bereitstellung einer magnetischen Abschirmung,
welche durch Umschließen
des Schleifenendes oder Terminals der Schleifenwicklung 12 mit
besonderem Material, welches einen magnetischen Abschirmeffekt aufweist,
oder geerdeten leitfähigen
Materialien 301 und 302 gebildet ist.
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19 zeigt
verschiedene Anordnungen von einem Sender oder Empfänger bei
einer alternierenden Sende- oder Empfangsoperation. Wie oben erläutert, wird,
obwohl solcher abwechselnder Sende- oder Empfangsbetrieb durch zwei
Sender oder Empfänger,
angeordnet an jeweiligen Enden der Schleifenwicklung, durchgeführt wird,
nur einer verwendet zur Durchführung
einer solchen Operation. Demgemäß kann ein
Sender oder Empfänger
zur Durchführung
von Sende- oder Empfangsoperationen von jedem Ende geschaltet werden,
wie in 19(a) oder 19(b) gezeigt. Diese Konfigurationen
können
solche Sender- oder Empfänger
reduzieren. Aus dem gleichen Grund können abwechselnde Sende- und
Empfangsoperationen simultan durchgeführt werden eher durch einen
Sender und einen Empfänger,
welche abwechselnd mittels Schaltmitteln mit dem einen der Enden
verbunden werden, wie in 19(c) gezeigt,
als durch die ein Paar von Sendern und ein Paar von Empfängern beinhaltende
Konstitution. Auch die in 19 gezeigten
Konstitutionen können auf
die ge gebenen Beispiele, beinhaltend zumindest eines der Schaltmittel,
wie in 16 und 17 gezeigt, angewendet werden.
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20 und 21 zeigen verschiedene Beispiele
von Mitteln zur Durchführung
von Additionsoperation. Wie in 20(a) und 20(b) gezeigt, wird die
Additionsoperation in einem Vorverstärker durchgeführt, welcher
ein Signaleingabeabschnitt der Signalermittlungseinheit 50 ist.
Diese Anordnung ist besonders effektiv für simultan empfangene Signale.
Im Detail zeigt 20(a) ein
Beispiel von Additionsoperation, angepaßt für die von jeweiligen Schleifenwicklungen
des Schleifenwicklungspaares erzeugten Gleichtaktsignale. Diese
Signale werden simultan in das gleiche Eingabeterminal des arithmetischen
Verstärkers
eingegeben, um sie zu addieren. Die addierten Signale werden geeignet
verstärkt
und dann an den nachfolgenden Phasendetektor ausgegeben. 20(b) zeigt ein anderes
Beispiel von Additionsoperation, angepaßt für die Umkehrphasensignale,
erzeugt von den zwei Schleifenwicklungen, welche umgekehrt zueinander
gewunden sind. Diese Umkehrphasensignale werden jeweils in das Gleichtakt-Eingabeterminal
und das Umkehrphase-Eingabeterminal eingegeben,
so dass diese Signale addiert werden können und das Gleichtaktrauschen
von diesen Signalen bei gleicher Gelegenheit eliminiert werden kann.
Dieser arithmetische Verstärker
wirkt als ein Differentialverstärker.
Diese addierten Signale werden geeignet verstärkt und dem sukzessiven Prozess
zugeführt.
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21 zeigt
zwei Beispiele zur Durchführung
der Additionsoperation in dem Phasendetektor der Signalermittlungseinheit 50 und
sind besonders effektiv für
den abwechselnden Empfang. Im Detail zeigt 21(a) ein Beispiel unter Verwendung eines
analogen Phasendetektors, welcher eine Signalverarbeitungsschaltung
ist zur Erzeugung des Realteilanteiles der gewünschten Frequenzkomponente
des empfangenen Signals durch Integration nach Multiplikation des
empfangenen Signals und 0°-ermittelten
Signals, und des imaginären
Zahlenanteils durch Integration nach Multiplikation des empfangenen
Sig nals und 90°-ermittelten
Signals. Die empfangenen Signale von abwechselndem Empfang beinhalten
ein Paar von Signalen, erzeugt von jeweiligen Schleifenwicklungen,
bei einer regelmäßigen Intervallperiode.
Eine Serie von den Signalpaaren werden sukzessive integriert durch
den Integrator, wie in 21(a) gezeigt,
um ein Ausgabesignal des Phasendetektors zu erzeugen. Dieses Ausgabesignal
wird dann an einen Analog-Digital-Umwandler und weiter an eine Arithmetikeinheit
zugeführt,
um die Amplitude und Phasenwinkel repräsentierenden Werte zu erzeugen. Alternativ
können
jeweilige Signale durch eine Arithmetikeinheit speichernd Additionsoperation
unterzogen werden nach der Phasenermittlung und der Analog-Digital-Umwandlung. 21(b) zeigt ein Beispiel
unter Verwendung eines digitalen Phasendetektors, welcher eine Signalverarbeitungsschaltung
ist zur Erzeugung des realen Zahlenanteils und imaginären Zahlenanteils
der gewünschten
Frequenzkomponente der empfangenen Signale mittels diskreter Fourier-Transformation
durch eine Multipliziereinheit nach Analog-Digital-Umwandlung bei
Hochgeschwindigkeitsabtastung. Demgemäß wird ein Paar von Signalen,
empfangen mittels abwechselndem Empfang, durch einen Speicher nach
dem diskrete-Fourier-Transformations-Schritt
addiert.
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Wie in der obigen Erläuterung
detailliert, stellt ein typisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung eine Konstitution bereit zum Senden von Signalen von beiden
Enden der elektromagnetischen Kopplungsmittel zu der Zeigevorrichtung
und/oder zum Empfangen der durch die elektromagnetische Wirkung
zwischen den elektromagnetischen Kopplungsmitteln und der Zeigevorrichtung
erzeugten Signalen an beiden Enden. Die Fehler aufgrund der Variationen,
verursacht in dem Signallevel und -phase in Antwort auf die Übertragungskonstante
der elektromagnetischen Kopplungsmittel, können durch Addition dieses
empfangenen Signalpaares verringert werden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung liefert die Konstitution zum Senden von Signalen von einem
Ende der elektromagneti schen Kopplungsmittel zu der Zeigevorrichtung
und zum Empfangen an dem anderen Ende der durch die elektromagnetische
Wirkung zwischen den elektromagnetischen Kopplungsmitteln und der
Zeigevorrichtung erzeugten Signale. Die Fehler aufgrund der Variationen,
verursacht in dem Signallevel und -phase in Antwort auf die Übertragungskonstante
der elektromagnetischen Kopplungsmittel, können aufgehoben werden.
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Außerdem kann ein anderes Ausführungsbeispiel
der Punktermittlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
die in dem Signallevel erzeugte Fluktuation aufgrund der uneinheitlichen
Impedanz von einer Schleifenwicklung verringern. Als ein Ergebnis
kann die Phasenermittlungsgenauigkeit der Punktermittlungsvorrichtung
verbessert werden.
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Da noch weiteres Ausführungsbeispiel
der Punktermittlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt wird mit Mitteln zur Eliminierung der durch die magnetische
Wirkung an dem Wendeende der Schleifenwicklung erzeugten Fehler,
kann diese Vorrichtung die Genauigkeit einer Punktermittlungsoperation
liefern.
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Die Verwendung von sowohl Sende-
und Empfangsoperationen simultan an beiden Enden der elektromagnetischen
Kopplungsmittel kann eine Hochgeschwindigkeits-Ermittlungsoperation
liefern. Abwechselnde Operation gestattet es dem Muster der elektromagnetischen
Kopplungsmittel und dessen zugeordneter Schaltung, vereinfacht zu
werden.
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Da verschiedene Konstitutionen gemäß der vorliegenden
Erfindung das empfangene Signal mit weniger Fehlern oder aufgehobenen
Fehlern erzeugen können,
kann die arithmetische Operation der Koordinaten oder ON- oder OFF-Unterscheidungsoperation
bezüglich
der Zeigevorrichtung genau durchgeführt werden. Besonders wird
dieser Effekt bemerkenswert gezeigt in der ein groß dimensioniertes
und hoch impedanziges elektromagnetisches Kopplungsmittel aufweisenden
Punktermittlungsvorrichtung. Demgemäß kann das elektromagnetische
Kopplungsmittel, wie eine Schleifenwicklung, eher herge stellt werden
aus gewöhnlich
verwendeten leitfähigen
Metallmaterialien, welche im Vergleich mit Aluminium relativ preiswert
sind, und in einer preiswerten Siebdrucktechnik, als durch eine
hochpreisige Vakuum-Abscheidung. Folglich können Ermittlungsvorrichtung
und -verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung vorteilhaft auf ein groß bemessenes Computergrafiksystem
mit einer hohen Genauigkeit und einem niedrigen Preis angewendet
werden.
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Da offenbar viele weitgehend verschiedene
Ausführungsbeispiele
von dieser Erfindung gebildet werden können, versteht es sich, dass
die Erfindung nicht auf deren spezifische Ausführungsbeispiele, ausgenommen
wie in den anhängenden
Ansprüchen
definiert, begrenzt ist.
