DE2624185A1

DE2624185A1 - Lichtgriffel fuer gasentladungsanzeigen

Info

Publication number: DE2624185A1
Application number: DE19762624185
Authority: DE
Inventors: Stanley Shu-Ku Hoo
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-05-29
Publication date: 1977-01-20
Also published as: US3958234A; GB1526034A; FR2315729A1; CA1054273A; FR2315729B1; JPS5441448B2; JPS522335A

Description

bu-fr

Anmelderin: International Business Machines

■ Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: KI 974 024

Lichtgriffel für Gasentladungsanzeigen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gasentladungsanzeigen der Art, wie sie zusammen mit vorliegender Erfindung verwendet werden können,- sind allgemein bekannt. Sie bestehen aus zwei Glasplatten, die im bestimmten Abstand voneinander über eine Dichtung zusammengehalten werden und so ein ionisierbares Medium einschließen. Ein Satz von im bestimmten Abstand zueinander horizontal verlaufenden Zeilenleitern befindet sich auf der einen Glasplatte und ein Satz vertikaler Spaltenleiter ι in entsprechend gleicher Anordnung der anderen. Wenn eine igeeignete Spannung zwischen einem Zeilenleiter und einem Spaltenleiter angelegt wird, erfolgt eine Ionisierung am betreffenden Kreuzungspunkt, so daß bei Entladung hiervon Licht abgestrahlt wird. Die Kreuzungspunkte nennt man Zellen und ein Anzeigemuster wird durch Ionisierung entsprechend ausgewählter Zellen gebildet, die zusammen mit den anderen mit einer Wechselspannung unterhalb der Zündspannung beaufschlagt werden. Die erste Ionisierung einer Zelle nennt man Schreiben _f wobei eine Wandladung entsteht. Die Entfernung der Wandladungen von einer vorher eingeschriebenen Zelle nennt man Löschen. Ein Schreibimpuls wird durch den Unterschied zwischen einem an die ausgewählte horizontale Leitung und einem an die ausgewählte vertikale Leitung angelegten Impuls gebildet. Entsprechende Spannungsamplituden nennt

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man Halbwählspannungen und Zellen eines Zeilen- oder Spaltenleiters,, die eine Halbwählspannung erhalten, nennt man halbgewählt. Die Schreib-Halbwählspannung muß hoch genug sein, um eine Auswahlspannung zur Ionisierung einer gewählten Zelle bereitstellen zu können, muß andererseits aber auch niedrig genug sein, um nicht andere halbgewählte Zellen versehentlich einzuschreiben. Nach jeweiligem Abschluß der Schreiboperation wird die periodische Lichtausgabe der Zelle durch die angelegte Wechselspannung beibehalten, die man Haltespannung nennt. Die Haltespannung wird ja wie gesagt gleichzeitig an alle Zellen angelegt und vorher eingeschriebene Zellen werden so periodisch ionisiert und sammeln damit Ladung für die jeweils nächste Halteoperation; die vorher gelöschten Zellen bleiben jedoch im entionisierten Zustand, da die Zündspannung ohne weiteres nicht überschritten wird.

Bei Gasentladungsanzeigen sind Transistorschalter für jede Zeilenleitung und jede Spaltenleitung vorgesehen _f die durch Adreßzähler gesteuert werden, um die einzelnen Zeilen- und Spaltenleiter zu verbinden, damit sie wahlweise Spannungen zum Schreiben und Löschen empfangen können.

Im Zusammenhang mit Kathodenstrahlröhren verwendete, durch Hand geführte Lichtgriffel sind allgemein bekannt. Diese Lichtgriffel ι werden im allgemeinen von Hand zum Bild und darüber geführt, ; um Lichtsignale von darunterliegenden leuchtenden Bereichen des Kathodenstrahlröhren-Bildschirms aufzunehmen. Zugeordnete Bauteile des Anzeigegerätes reagieren jeweils auf dieses Lichtsignal und lassen so die Koordinatenadresse des Lichtgriffels identifizieren. Mit Kathodenstrahlröhren verwendete Lichtgriffelsysteme neigen zu langsamer Reaktion bei Verfolgung der Bewegung des Lichtgriffels von einem leuchtenden Bereich zum anderen. Auf den Elektronenstrahl einer Kathodenstrahlröhre und nicht auf den Lichtpunkt reagierende Fühlersysteme sind ebenfalls bekannt. Es gibt viele Anwendungsprogramme, die ein Signal benutzen, das angibt, daß ein Lichtgriffel oder Elektronenstrahlfühier an den Bildschirm gehalten wird bs=·?, auf eine bestimmte Stelle des

Bildschirms gehalten wird. Ein Elektronenstrahl-Positionsfühler für Kathodenstrahlröhrenanzeige ist veröffentlicht in der US-Patentschrift Nr. 3 413 515. Lichtgriffel können ebenfalls für Gastafeln speziell ausgelegt sein, wie in US-Patentschrift Nr. 3 851 327 angegeben.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen verbesserten handgeführten Lichtgriffel mit zugehöriger Schaltung für einen Gasentladungsbildschirm bereitzustellen, um eine hohe Auflösung sowie ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis zu erzielen und entweder gezündete oder ausgelöschte Bereiche der Bildanzeige abfühlen zu können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.

Ein handgeführter Lichtgriffel oder eine Prüfspitze ist erfindungsgemäß für einen Benutzer vorgesehen, um auf Bilddarstellungen einer Gasentladungsanzeige zu weisen. Die Gasentladungsanzeige enthält wie gesagt eine Matrix aus horizontal in einem bestimmten Abstand voneinander verlaufenden Zeilenleitern und vertikal verlaufenden Spaltenleitern, die durch ein ionisierbares Medium voneinander getrennt sind. Der Lichtgriffel spricht auf leuchtende oder ausgelöschte Zellenbereiche an, die als solche an jedem Kreuzungspunkt der orthogonal zueinander verlaufenden Zeilen- und Spaltenleiter bzw. Zellenleitungen festgelegt sind.

ι Der Lichtgriffel und die zugehörige Schaltung ermöglichen eine ι genaue Bestimmung der Lage des Lichtgriffels auf dem Gasentladungsbildschirm. In der Spitze des Lichtgriffels befinden sich erfindungsgemäß drei oder mehr gegenseitig isolierte symmetrisch angeordnete coplanare Platten im gleichem Abstand voneinander. Bei Betrieb der Erfindung wird ein Spannungsimpuls wahlweise in jede Zellenleitung, jeder Gastafelkoordinate übertragen, so zuerst z.B. von links nach rechts in Spaltenleitungen und dann von oben nach unten in Zeilenleitungen. Die Platten im Licht-

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griffel koppeln Spannungsstöße in den vertikalen Spalten und horizontalen Zeilen kapazitiv in die zum Lichtgriffel gehörende Adreß- und Treiberschaltung. Der Lichtgriffel tätigt eine Abfühlung, wenn die Zellenleitung direkt unter der Lichtgriffelspitze gepulst wird. Die Zellenposition, definiert durch die jeweilige vertikale und horizontale Zellenleitung, die im Moment der Abfühlung gepulst werden, entspricht dann der Position des Lichtgriffels auf dem Gasentladungsbildschirm.

Eine erhöhte Auflösung der Abfühlposition erhält man durch drei oder mehr planare Bereiche des Lichtgriffels mit zugehöriger Schaltung. Wenn der Lichtgriffel auf den Bildschirm gesetzt wird, liegt eine der Platten, die einen bestimmten Abstand zueinander haben, links von einer Spaltenleitung der gewünschten Zelle und eine zugeordnete andere Platte liegt rechts von der Spaltenleitung. In ähnlicher Weise liegt dann eine der Platten über der Zeilenleitung der gewünschten Zelle und die zugeordnete Platte liegt darunter. Wenn die Zellenleitungen in Zeilenrichtung gepulst werden, wird zwischen dem Plattenpaar über und unter der gewünschten Zelle eine Differenzspannung erzeugt, die im wesentlichen eine ähnliche Größe hat, jedoch zeitlich versetzt ist. Die Differenzspannung wird in einem entsprechend angesteuerten Differentialverstärker kombiniert, der hinsichtlich gleicher Größe effektiv abfühlt, so daß das Ergebnis dieser Abfühlung in Kombination mit einem abgefühlten Pulssignal auf einer möglichen dritten Platte des Plattensatzes eine Zeilenabfühloperation signalisiert. Wenn in ähnlicher Weise die Zellenleitungen in Spaltenrichtung gepulst werden, wird zwischen einem anderen Plattensatz eine Differenzsspanung abgefühlt, die in Kombination mit einem abgefühlten Pulssignal auf einer möglichen anderen Platte eine Spaltenabfühlung signalisiert. Das Abfühlergebnis hinsichtlich Zeilen- und Spaltenposition zeigt dann die abgefühlte Zellenposition an.

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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand unten aufgeführter Zeichnungen mit Hilfe einer Ausführungsbeispielsbeschreibung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Teil-Schnittansicht einen

vereinfachten Gasentladungsbildschirm und deutet die kapazitive Kopplung zwischen einem Lichtgriffel mit einer Platte und den Spaltenleitungen des Gasentladungsbildschirms an,

Fig. 2 die Spannungs -Hüllkurve, für in die Prüfspitze

gemäß Fig. 1 induzierte Spannungen, wenn ein Abfühlsignal der Reihe nach von links nach rechts in den Spaltenleitungen der Fig. 1 gemäß Darstellung in Fig. 2A angelegt wird,

Fig. 3 eine stark vereinfachte Darstellung des Lichtgriffels mit zwei in einem bestimmten Abstand angeordneten Abfühlplatten gleichen Ausmaßes und eine zwischen diesen Platten orthogonal verlaufende repräsentative Spaltenleitung,

Fig. 4 den in beide Abfühlplatten der Fig. 3 jeweils

induzierten Signalverlauf, wenn Impulssignale i

der Reihe nach von links nach rechts an die j

Spaltenleitungen angelegt werden, j

Fig. 5 den sich aus der Kombination der Abfühlplatten-

signale gemäß Fig. 4 in einem Differentialladungsverstärker ergebenden Signalverlauf,

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Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Anordnung mit handgeführtem Lichtgriffel,

Fig. 7 eine Schema-Darstellung eines Teiles des Gasentladungsbildschirms mit überlagerung möglicher Lichtgriffelpositionen auf dem Bildschirm,

Fig. 8 in einem Flußdiagramm den Ablauf zum Anlegen

der Impulsspannungen an die Zeilen- und Spaltenleiter für eine Abfühloperation und zum Erzeugen der Koordinatenadreßdaten während der Abfühloperation,

Fig. 9 ein Blockschaltbild für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines Lichtgriffels mit vier Abfühlplatten,

Fig. 10 ein Schema zur Dateneingabe mit Hilfe des Lichtgriffels gemäß der Erfindung,

Fig. 11 eine Schnittansicht des handgeführten Lichtgriffels.

In Fig. 1 ist eine vereinfachte, nicht maßstabgetreue Darstellung einer Gastafel-Teilansicht im Schnitt gezeigt. Die Gastafel besteht aus einer oberen rechteckigen, transparenten, flachen Glastafel 10 und einer unteren ebensolchen Glastafel 11, die in bestimmtem Abstand voneinander durch einen Versiegelungswulst gehalten werden, der längs der Kanten der Tafeln verläuft, um zwischen den Tafeln einen Hohlraum 13 zu bilden, der mit einem geeigneten, ionisierbaren, leuchtenden Gas gefüllt ist. An der Innenfläche der unteren Tafel verlaufen in vorgegebenem Abstand voneinander eine Reihe sogenannter Spaltenleiter 16 und ähnlich an der Innenfläche der oberen Tafel eine Reihe sogenannter Zeilenleiter 18. Die Zeilen- und Spaltenleiter verlaufen rechtwinklig zueinander, so daß an jedem Koordinatenkreuzungspunkt eines Zeilen

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mit einem Spaltenleiter eine sogenannte Zelle entsteht. Wenn eine geeignete Spannung zwischen einem Zeilenleiter und einem Spaltenleiter anliegt, wird das Gas in dieser Zelle am Leiterschnittpunkt ionisiert bzw. die betreffende Gasentladungsstrecke gezündet und Licht ausgestrahlt. Durch selektives Anlegen entsprechender Spannungen an Zeilen- und Spaltenleiter kann jedes gewünschte Zellenmuster zur Bildung von Buchstaben, Zahlen oder anderer Zeichen eingestellt werden. Nachfolgend werden nur diejenigen Teile der Gastafel und der zugehörigen Schaltung beschrieben, die zum Verständnis des erfindungsgemäßen Lichtgriffels notwendig sind. Eine vollständige Beschreibung der Gastafel und ihrer Arbeitsweise findet sich in der Literatur. Wenn eine Zelle einmal gezündet ist, kann sie in diesem Zustand durch Anlegen geeigneter Haltespannungen in Form von Wechselspannungen an Zeilen- und Spaltenleiter in Form von kontinuierlich zugeführten Wechselspannungen gehalten werden oder sie kann gelöscht bzw. abgeschaltet werden, beide Operationen sind im einzelnen ebenfalls bereits an anderer Stelle in der Literatur beschrieben.

Wenn ein Lichtgriffel einen einzigen planaren Plattenbereich wie die Scheibe 21 besitzt, die in coplanarer Lage über der Oberfläche der oberen Platte 10 gehalten wird, dann findet eine kapazitive Kopplung zwischen Platte und jeder Spaltenleitung 16 statt, wie es durch Ersatzkapazitäten 22 angedeutet ist, bei denen das dazwischenliegende Glas und die Luft als Dielektrikum wirken. Die kapazitive Kopplung ist natürlich zwischen der Platte und der Spaltenleitung der Zelle unmittelbar darunter am größten und wird 'immer kleiner, je näher die Spaltenleitungen an den Kanten der Gastafel liegen. j

Wenn gemäß Fign. 2 und 2A ein geeigneter Spannungsimpuls 23, wie er durch den Impulsverlauf 24 dargestellt ist, an den äußerst linken Spaltenleiter angelegt wird, dann wird durch die oben erwähnte kapazitive Kopplung ein entsprechendes Signal 24a in Platte 21 induziert. Wenn ein Abfühlimpuls 23a mit derselben Größe dann schrittweise weiter jeweils an die nächste weiter links

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liegende Spaltenleitung und dann wiederum schrittweise an die jeweils nächstfolgenden Spaltenleitungen von links nach rechts angelegt wird, wie es durch aufeinanderfolgende Impulsverläufe in Fig. 2A gezeigt ist, dann werden Signale kapazitiv von jeder nachfolgenden Spaltenleitung 16 in die Platte 21 induziert. Bei erhöhter kapazitiver Kopplung- der Spaltenleitungen, die dichter an der Platte 21 liegen, induziert der jeweilige Abfühiimpuls von links nach rechts in den Spaltenleitungen progressiv größere Signale in der Platte, wobei das Signal mit dem größten Wert induziert wird, wenn die Spaltenleitung gepulst wird, die direkt unterhalb der Platte und damit dem Lichtgriffel liegt. Wenn der jeweilige Spaltenleiter von der Plattenposition nach rechts schrittweise gepulst wird, entsteht ein immer kleineres Signal in der Platte. Der kapazitive Charakter der Platte 21 in Verbindung mit der Charakteristik eines zugehörigen Verstärkers 28, der damit verbunden ist, läßt dann die einzelnen Signale am Ausgang des Verstärkers eine Signalhüllkurve 27 bilden.

Die Hüllkurve 27 in Fig. 2 kann natürlich dazu dienen, die Position der Platte 21 zu ermitteln, indem man registriert,- wann die Hüllkurve ihren höchsten Wert erreicht und weiche Spaltenleitung zu diesem Seitpunkt gepulst wird. Die Zeilenieitungen können in ähnlicher Weise von oben nach unten zur Erzeugung eines größten Seilensignales gepulst werden und die maximalen Signale in Seile und Spalte bessichnen dann die Seilen- and Spaltenkoordinaten der Lichtgriffelposition.

Die Benutzung eines Lichtgriffels mit einer Platte und die resultierende Signalhüllkurve, wie in Fig. 2 gezeigt, liefern unbefriedigende Ergebnisse in Bezug auf Genauigkeit bei Festlegung der Position des Lichtgriffels auf dem Bildschirm, was auf mehrere Faktoren zurückzuführen ist. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die in Fig. 1 gezeigte Gastafel nicht maßstabgerecht dargestellt ist. Der Abstand für die Spaltenleiter ist wesentlich größer dargestellt als es in Wirklichkeit der Fall j ist. Der Abstand zwischen benachbarten Leitern einer typischen '■

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Gastafel kann im Bereich von 1 mm liegen, während die Dicke der Glasplatte 10 etwa 6 mm betragen kann. Daraus geht hervor, daß die kapazitive Kopplung zwischen Lichtgriffel mit einer Platte und einer Anzahl von Spaltenleitern, die beispielsweise nebeneinander liegen, relativ ähnlich ist. Die Größe des vom Lichtgriffel abgefühlten Signales für eine Anzahl von Leitungen in unmittelbarer Nachbarschaft liegt also im selben allgemeinen Bereich und verflacht die Hüllkurve 27 in ihrem Maximum, so daß eine entsprechend ungenügende Auflösung zur Bestimmung der Lichtgriffelposition vorliegt. Da die Spaltenleiter 16 in der unteren Glasplatte 11 weiter vom Lichtgriffel 21 entfernt sind als die Zeilenleiter 18 auf der oberen Glasplatte 10 des Bildschirms und die Zeilenleiter teilweise eine Signalabgabe von den Spaltenleitern 16 blockieren bzw. abschirmen, muß eine Lichtgriffelschaltung zweckmäßiger Weise außerdem auch die resultierende Differenz bei der Absolutgröße der Abfühlhüllkurve entsprechend kompensieren; und zwar abhängig davon, ob der Bildschirm für die Abfühloperation in Zeilenrichtung oder Spaltenrichtung gepulst wird. Während des Gastafelbetriebes werden außerdem kontinuierlich Haltespannungen in Form entsprechender Wechselspannungen an alle Zeilen- und Spaltenleiter angelegt, um gezündete bzw. leuchtende Zellen in diesem Zustand zu halten, bis sie gelöscht werden. Diese zusätzlichen Spannungen wie beispielsweise diese Haltespannungen in der Gastafel überlagern als Störung die Abfühlimpulse 24a usw. und führen zu einem niedrigen Signal/Rauschverhältnis der erwünschten Lichtgriffelinformation.

Beim Versuch, die Nachteile eines Lichtgriffels 21 mit nur einer "■ kapazitiven Platte zu überwinden, wird der Fall eines schematisch j iin Fig. 3 dargestellten Lichtgriffeltyps untersucht, der in be- I jstimmtem Abstand zueinander zwei coplanare Platten A und B jeweils !gleicher Fläche besitzt. Der Abstand zwischen den Platten A und B ist vorzugsweise gleich dem Durchmesser der Platten. Nimmt man Jan, daß der Lichtgriffel mit zwei Platten in einer solchen Stellung auf dem Bildschirm steht, daß beispielsweise eine Spaltenlei-.tung 31 unter der Platte A liegt und die nächste Spaltenleitung 32

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im wesentlichen den gleichen Abstand zu den Platten A und B hat, während die dritte Spaltenleitung 33 rechts von der Platte B verläuft, so wird bei sequentiellem Anlegen einer Impuls-Abfühlspannung von links nach rechts bei einer Lichtgriffelfühloperation auf der Platte A eine Signalhüllkurve 35 erzeugt, die im wesentlichen eine ähnliche Form hat, wie sie für den Lichtgriffel mit nur einer Platte beschrieben ist (siehe Fig.2). Eine in der Form sehr ähnliche Hüllkurve 36 wird auf der rechten Platte B erzeugt, sie ist jedoch zeitlich im Diagramm nach rechts versetzt, da der Spaltenleiter unter der Platte B seine Impulse später erhält als derjenige unter der Platte A, so daß die Signalkurvenmaxima entsprechend auseinander liegen. Wenn die Signalkurven auf den Platten A und B separat an entsprechende Eingänge eines Differentialladungsverstärkers angelegt werden, dann ist dessen Ausgang gleich der Spannungsdifferenz der angelegten Plattenspannungen A und B zum jeweiligen Zeitpunkt. Fig. 5 stellt den Ausgangssignalverlauf des Verstärkers auf gleicher Zeitbasis wie Fig. 4 dar; woraus zu ersehen ist, daß beim Zeitintervall, wo der Spaltenleiter 32 zwischen den Platten A und B gepulst wird, die Signalausgänge A und B im wesentlichen gleiche Größe haben, wie vorher bereits gezeigt; einander jedoch aufheben und somit zu einem Abfühl-Ausgangssignal mit dem Wert 0 führen, wie es am Punkt 37 in Fig. 5 gezeigt ist, wenn die Zellenleitung zwischen den Platten A und B gepulst wird. Dies gilt allgemein. Während des Pulsens der anderen Leitungen sind die an den Platten A und B induzierten Spannungen nicht gleich, so daß dann immer ein Ausgangssignal des Differentialverstärkers vorliegt. Es ist klar, daß der Abfühlbereich in der Nähe der Position 37 der Fig. 5 sehr scharf definiert ist im Gegensatz zum abgerundeten Maximum ! der Kurve 27 eines Lichtgriffels mit nur einer Platte, wie in j Fig. 2 gezeigt, so daß dementsprechend ein Lichtgriffel mit bereits zwei Platten eine relativ wesentlich höhere Auflösung besitzt. Das Signal/Rauschverhältnis wird ebenfalls durch den Gleichtakteffekt der Differentialschaltung bei zwei Platten erheblich verbessert. Signale bedingt beispielsweise durch Halte-

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spannungen, die ja auf allen Zeilen- und Spaltenleitern kontinuierlich anliegen, werden nämlich durch beide Platten A und 3 gleichermaßen abgefühlt, so daß kein Netto-Differentialsignal entsteht. Außerdem bildet die Differenz im abgefühlten Signalpegel zwischen den Pulsen der Zeilen- und Spaltenleiter auf der oberen und unteren Glasplatte 10 bzw. 11 keinerlei Problem wie bei einem Lichtgriffel mit nur einer Platte, weil hier gerade nicht die Absolutgröße der an den Platten A und B induzierten Spannungen abgefühlt wird sondern nur die Größendifferenz.

Der mit zwei Platten ausgerüstete Lichtgriffel ist für den tatsächlichen Gebrauch nicht zweckmäßig, weil bei Benutzung als handgeführter Fühler keine Garantie dafür vorliegen kann, daß beide Platten A und B die gewünschte Zellenleitung erfassen, um oben erwähnte verbesserte Betriebsweise zu ermöglichen. Für eine parallel zur jeweiligen Mittellinie der Platten A und B liegende Zeilen- oder Spaltenleitung gilt, daß die Ausgabe des Differentialverstärkers immer 0 ist, weil dann jeder Leiter immer für die Platte A und für die Platte B äquivalent ist, so daß man unmöglich feststellen kann, ob es sich dabei um einen echten Ahfühlpunkt handelt oder nicht.

Es hat sich herausgestellt, daß mit drei oder mehr in gleichem Abstand voneinander angeordneten Abfühlplatten versehene handgeführte Lichtgriffel mit zugehöriger Schaltung die ganzen, oben erwähnten kapazitiven Differentialwirkungen eines Lichtgriffels mit zwei Platten besitzen, jedoch die oben genannten Mangel nicht aufweisen, die die Benutzung eines Lichtgriffels mit zwei Platten einschränkt. In den Fign. 6 und 11 ist ein handgeführter ^: Lichtgriffel 40 gezeigt, in dessen zylindrischem Hohlraum 40a i ein gedruckter Schaltungsträger 41 angeordnet ist, an den sich j eine verjüngte Stiftspitze 42 anschließt. Der typische Durch- j messer der Stiftspitze liegt im Bereich von annähernd 3 mm j und ist der Oberfläche der Gastafel angepaßt. In der Gastafel beträgt der typische Abstand zwischen aufeinanderfolgenden

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Spaltenleitern ungefähr 1 mm und in ähnlicher Weise der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zeilenleitern ebenfalls annähernd 1 mm. In räumlichem Abstand voneinander befinden sich in der Stiftspitze 42a isoliert gelagert drei kapazitive Abfühlplatten 44A, 44B und 44C, die in der vergrößerten Darstellung der Spitze 42 in Fig. 6 gezeigt sind. Die Platten 44A, B und C haben alle gleiche Flächenbereiche und der Abstand zwischen benachbarten Platten liegt vorzugsweise im Bereich des Durchmessers einer Platte. Die zum Stift oder Griffel 40 gehörende Schaltung ist in Fig. 6 rechts gezeigt und kann auf der Schaltkarte 41 angeordnet sein, wobei geeignete Kabelanschlüsse 47 Betriebsstrom zuführen und Abfühlsignale vom Lichtgriffel zu zugehörigen Schaltungen liefern. Die Stiftspitze 42 und die zugehörige Schaltkarte 41 sind gleitend im Griffelgehäuse 40a (siehe Fig. 11) so befetigt, daß Griffel und Karte in das Gehäuse gleiten,- wenn der Lichtgriffel den Bildschirm berührt, so daß das entsprechende Ende der Karte einen zugeordneten Druckschalter 48 betätigt. Durch Schließen des Schalters 48 wird die Lichtgriffelabfühloperation eingeleitet.

In Fig. 7 ist ein Teil einer Gastafel gezeigt, auf der eine Reihe von Spaltenleitern 16 gestrichelt dargestellt ist, und rechtwinklig dazu verlaufen die ausgezogen dargestellten Zeilenleiter 18. In der Mitte unten ist der Gastafel eine Darstellung der Spitze 42 eines handgeführten Lichtgriffels überlagert, in der die drei Plattenbereiche 44A, B und C mit gleichem Abstand so gezeigt sind, wie sie bei einem willkürlichem Aufsetzen des Fühlers auf die Tafel erscheinen können. Wenn die Spaltenleiter in dem vom Griffel erfaßten Bereich die Zahlen 19 und 11 tragen, : gezählt von der linken Seite der Tafel, und ähnlich die Zeilenleiter die Zahlen 14, 15 und 16, gezählt von oben nach unten, jso überlagert der Griffel einen Bereich, in dem der Spaltenleiter 10 ungefähr in der Mitte zwischen den Platten A und C und der Zeilenleiter 15 ungefähr in der Mitte zwischen den Platten jA und B liegt.

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Jetzt sei angenommen, daß die Position des Griffels auf der Gastafel abgefühlt werden soll. Wie oben beschrieben, werden die Spaltenleiter entsprechend von links nach rechts gepulst, wenn die Griffelspitze auf der Tafel liegt; die Abfühlung bzw. deren Einleitung wird gesteuert durch einen druckempfindlichen Mikroschalter im Lichtgriffel, der geschlossen ist, wenn die Griffelspitze auf der Gastafeloberfläche aufliegt.

Wenn der Abfühlimpuls den Spaltenleiter 10 zwischen den Platten A und C erregt, dann ist die jeweils auf Platte A und Platte C induzierte Spannungshüllkurve im wesentlichen in der Form identisch, wobei die Signalhüllkurve auf Platte 10 zeitlich nach rechts versetzt ist. Der Vorgang ist derselbe, wie er oben für den Lichtgriffel mit zwei Platten beschrieben ist und der Signal·- verlauf ist im wesentlichen derselbe wie im Zusammenhang mit Fig.4 beschrieben. Die Signalhüllkurve auf Platte A wird über Leiter übertragen (Fig. 6) und eine kapazitive Eingangsschaltung 54 wird mit dem Minuseingang eines konventionellen Differentialverstärkers 54 verbunden. In ähnlicher Weise wird die Signalhüllkurve auf der Platte C über einen Leiter 56 übertragen und eine kapazitive Eingangsschaltung 57 mit dem Pluseingang des Differentialverstärkers 54 verbunden. Verstärker zugehörige Kapazitätszweige 53 und 57 und Platten 44A und 44C bilden zusammen einen Differentialladungsverstärker. Die beiden Signalverläufe A und C, die an separate Eingänge des Verstärkers 54 angelegt werden, heben sich auf bekannter Weise im wesentlichen im Verstärker auf, wie es oben am Abfühlpunkt 37 im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 5 gezeigt ist. Das resultierende Null-Signal des Verstärkers 54 wird über eine Leitung 59 an den Eingang einer üblichen Null-Abfühlschaltung 60 angelegt. Die Null-Abfühlschaltung 60 erzeugt einen digitalen Eins-Ausgang \ auf Ausgangsleiter 61, wenn ihr Eingang nahe Null oder tatsächlich der Absolutwert von VA-VC nahe Null ist. Der Ausgang '■ der Null-Abfühlschaltung 60 ist eine binäre Null, wenn ein Si- j gnalpegel an ihrem Eingang liegt der wesentlich von Null verschie-i den ist. Unter oben genannten Bedingungen, bei denen der Ver- !

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Stärkerausgang am Abfühlpunkt Null ist, wird ein Einerausgangspegel entsprechend auf dem Leiter 61 erzeugt und einem UND-Glied 62 zugeführt.

In ähnlicher Weise wird ein anderer Differentialladungsverstärker durch einen Verstärker 63, sowie über Leiter 66 und 67 mit Platten 44A und 44B verbundene Kapazitätszweige 64, 65 gebildet. Der Ausgang dieses zweiten Verstärkers 63 wird mit einem Null-Detektor 68 verbunden, der genauso funktioniert wie der Null-Detektor 60. Die Ausgabe des Detektors 68 wird über den Leiter 70 an einen zweiten Eingang des UND-Gliedes 62 gelegt. Das auf Leitung 71 erscheinende Ausgangssignal des UND-Gliedes 62 ist eine binäre Eins nur dann, wenn ein Zeilenleiter der Gastafel innerhalb des Dreiecksbereiches 72 gepulst wird, der durch die gestrichelten Linien gebildet wird, die die Mittelpunkte der Platten 44A, 44B und 44C in Fig. 6 miteinander verbinden. Wenn ein Zeilen- oder Spaltenleiter der Gastafel außerhalb dieses Dreiecks liegt und gepulst wird, können die Ausgänge der Verstärker 54 und 63 nicht gleichzeitig Null sein und somit ist die Ausgabe des UND-Gliedes 62 eine binäre Null. Durch diese Anordnung der Platten 44A, B und C, der Verstärker 54, 63, der Null-Detektoren 60, 68 und des UND-Gliedes 62 wird die gewünschte Positionsabfühlfunktion des Griffels erreicht, wobei es keine Rolle spielt, wie die Griffelplatten 44 relativ zu den Leitern der Gastafel ausgerichtet sind.

Fig. 7 zeigt zwei mögliche Orientierungen bei normaler Be- J nutzung des handgeführten Griffels. Im links oben gezeigten Fall bestimmen die Zeilenleitung 10 oder 11 und die Spaltenleitung 6 die abgefühlte Position des Griffels. In dem in der Mitte unten gezeigten Fall definieren die Zeilenleitung 15 und die Spaltenleitung 10 die Abfühlposition.

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Falsche Abfühlergebnisse können hervorgerufen werden durch ,einen fehlerhaft oder gar nicht arbeitenden Gastafel-Leitungstreiber, oder wenn der gepulste Gastafelleiter sehr weit vom Griffel entfernt ist. Um diese Fälle auszuschließen, ist daher ein Nicht-Differentialladungsverstärker und ein Signaldetektor vorgesehen. In Fig. 6 ist die Platte 44B über die Leiter 74 und 75 mit dem Eingang eines Nicht-Differentialladungsverstärkers 76 verbunden, der einen Schwellenwertdetektor 78 speist. Der in üblicher Bauweise ausgeführte Detektor 78 erzeugt einen binären Einsausgang auf dem Leiter 79, wenn sein Eingang über einem vorgegebenen Schwellenwert V., liegt. Der Schwellenwertpegel V.. wird über einen Zweig 80 eingestellt. Die Ausgabe des Detektors 78 auf der Leitung 79 ist eine Eins, wenn ein gepulster Gastafelleiter existiert, der innerhalb des Abfühlbereichs des Griffels liegt, wobei Abfühlbereich durch V., festgesetzt wird. Signale auf den Leitern 71 und 79 werden an ein UND-Glied 82 geleitet, dessen Ausgangssignale auf Leitung 83 erscheinen. Die Signalgriff el-Abfüh·- lung entspricht einer binären Eins nur dann, wenn 1. keine fehlerhaften Abfühlbedingungen vorliegen und 2. die gepulste Gastafelleitung im Abfühldreieck 72 liegt. Wenn eine der Bedingungen 1 oder 2 nicht erfüllt ist, ist das Griffelabfühlsignal eine binäre Null.

Wenn bei Abtastung einer Zeile oder Spalte ein Abfühlsignal auf den Anschluß 83 übertragen wird, fällt die Erzeugung des Abfühlsignals natürlich mit der Taktierung der Schaltung zusammen, die mit diesem Moment das Impulssignal an den Zeilen- oder Spaltenleiter anlegt. Eine noch zu beschreibende Schaltung nutzt diese Koinzidenz zur Erzeugung eines Zeilen- und Spaltenadreßsignals ', für die Abfühlposition aus. <

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Die Abfühlung der Zeilen- und Spaltenposition mit Hilfe eines mit drei Platten versehenen Griffels und der zugehörigen Schaltung erfolgen in einer Umgebung, wo der Abstand der Leiter relativ zu den Abmessungen und dem Abstand der drei Platten 44 im oben genannten Bereich liegt. Wenn die Dichte der Leiter in der Gastafel beispielsweise verdoppelt wird, arbeitet der Griffel immer noch, unter diesen Umständen können bei zufällig gewählter Griffellage drei oder vier Zeilen- oder Spaltenleiter zwischen den Plattenpaaren AC und AB zu liegen kommen. Wenn die Abfühlimpulse über die Leiter übertragen werden, wählen die Plattenpaare AC und AB denjenigen Leiter aus, der zwischen ihnen am dichtesten zum Mittelpunkt liegt, so daß wie zuvor eine Null-Abfühlung signalisiert wird.

In Fig. 9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei der kapazitive Abfühlspitzenbereich des handgeführten Griffels vier, elektrisch voneinander getrennte Plattenbereiche 9OA, B, C und D gleicher Fläche enthält. Die einander gegenüber angeordneten Platten A und B treiben entsprechende Eingänge eines DifferentialVerstärkers 91, dessen Ausgang wiederum den Null-Abfühlschaltkreis 92, das ODER-Glied 93 und einen Eingang des UND-Gliedes 84 speist. In ähnlicher Weise treiben die einander gegenüber liegenden Platten C und D entsprechende Eingänge eines Differentialverstärkers 97, dessen Ausgang wiederum den Null-Abfühlschaltkreis 98, den anderen Eingang des UND-Gliedes 93 und schließlich einen Eingang des UND-Gliedes 84 speist. Der Abfühlbereich wird durch gestrichelte Linien abgegrenzt, die die Mittelpunkte der Platten A, B, C und D miteinander verbinden. Hierbei handelt es sich dann um ein Parallelogramm im Gegensatz zum Dreieck bei der Baueinheit mit drei Platten. Ein separater fünfter Plattenbereich 90 in der Nähe des Umfanges des Griffels | jspeist schließlich einen Schwellenwertdetektor 91, dessen Ausgang i wiederum den anderen Eingang des UND-Gliedes 84 speist. Die in j

!Fig. 9 gezeigte Schaltung arbeitet im wesentlichen insofern !ähnlich wie die vorher im Zusammenhang mit Fig.7 beschriebene,

als während einer Impulsabfühlung für eine Spalten- oder

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Zeilenleitung ein entsprechendes auf dem Fühlerpaar A und B oder C und D induziertes Signalpaar (und zwar abhängig von der beliebigen Ausrichtung der Spitze auf der Gastafel) über die zugehörigen Differentialladungsverstärker 91 bzw. 97 und die entsprechenden Null-Abfühlschaltkreise 92 oder 98 das UND-Glied 83 beaufschlagen, um einen Eingang zum UND-Glied 84 vorzubereiten. Durch die Abfühlwirkungen wird eine Spannung geeigneter Größe an einer fünften Platte 96 induziert und über einen Nicht-Differentialladungsverstärker 99 und einen Schwellenwertdetektor 100 wird der andere Eingang des UND-Gliedes 84 zur Anzeige einer Spalten- und Zeilenabfühlung erregt. Wenn sowohl eine Spaltenals auch eine Zeilenabfühlung nacheinander erfolgen, wird wie oben eine Zellenabfühlung signalisiert. Der fünfte Plattenbereich 96 braucht nicht die gezeigte Form zu haben _t sondern kann nach Bedarf auch ein größerer Bereich sein, der längs des Umfangs des Spitzenbereiches verläuft oder er kann eine Form der Platten 9OA bzw. B einnehmen.

Das Flußdiagramm in Fig. 8 zeigt das Verfahren zum sequentiellen Anlegen der Abfühlimpulse an die Spaltenleiter (X) und dann an die Zeilenleiter (Y) zur Durchführung der Lichtgriffelabfühloperation. Wenn der Lichtgriffel im Wirkungseingriff mit der Platte steht, dann wird die Griffelspitze 42 im Gehäuse 40a verschoben, (Fig. 11) um den vorher erwähnten Schalter 48 und damit einen Stromkreis zum Treiberblock 101 (X=1) zu schließen. Die Betätigung des Stromkreises 101 erregt die Pulsspaltentreiberschaltung 102, so daß sie einen Abfühlimpuls an dem äußersten linken Leiter oder den Leiter der Spalte 1 des Bildschirmes anlegt. Nimmt man an, daß kein Griffelabfühlsignal am Ausgangsanschluß 83 von Fig. 6 liegt, so betätigt der Griffelabfühlentschei" dungsblock 103 die Ausgangsleitung 104, um den X-Zähler oder die Spalte 106 auf die nächste Zahl vorzuschalten. Die vorgeschaltete Zahl 106 betätigt die Impulsschaltung 102, um den Abfühlimpuls an den zweiten Spaltenleiter anzulegen. Diese Vorschaltung des ! X-Zählers 106 wird schrittweise fortgesetzt,, so daß die Impuls- ;

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schaltung 102 nacheinander Impulse an die einzelnen Spaltenleiter anlegt, bis ein Griffelabfühlsignal auf der Leitung 83 über die Griffelabfühllogik 103 an den JA-Ausgang 107 geleitet wird. Wenn die JA-Leitung 107 erregt ist_f wird eine Spaltenleiter-Lokalisierungsschaltung 110 betätigt und der X-Zähler 106 stoppt natürlich mit der Zahl in der Abfühlspalte. Die Betätigung der Spalte 110 aktiviert eine Y=1 Treiberleitung 108.

Durch Aktivierung des Y=1 Treiberkreises 108 wird der Zeilenleitertreiberkreis 109 erregt _f um einen Abfühlimpuls an den ersten (obersten) Zeilenleiter anzulegen. Nimmt man an, daß durch die Abtastung des Zeilenleiters kein resultierendes Abfühlsignal erzeugt wird, so bleibt der Anschluß 83 niedrig und der Griffelabfühlentscheidungsblock 111 bringt den NEIN-Ausgang 112 hoch, um einen Y--Zähler oder Zeilenzähler auf die Zählposition 2 zu bringen. Dadurch wiederum wird die Pulszeilenleitungsschaltung 109 zur Erzeugung eines Abfühlimpulses auf den nächstfolgenden Zeilenleiter aktiviert. Die Vorschaltung des Y--Zählers wird schrittweise fortgesetzt, um das Anlegen des Abfühlimpulses an die nachfolgenden Y- oder Zeilenleiter zu steuern, bis ein Griffelabfühlsignal am Anschluß 83 von Fig. 6 erscheint. Das Griffelabfühlsignal am Anschluß 83 als Ergebnis einer Zeilenabfühlung wirkt über den Zeilenabfühlentscheidungsblock 108 und setzt die Vorschaltsignale für den Y-Zähler 113 sowie die Zeilenafofühloperation aus. Der logische Schaltkreis 111 betätigt auch die JA-Ausgangsleitung 116, um dem Schaltkreis 117 zu signalisieren, daß die Zeile abgefühlt ist, wodurch, wiederum der Schaltkreis 118 aktiviert wird, um anzuzeigen, daß Zeilen™ und Spaltenposition des Griffels abgefühlt sind. Die Aktivierung des Schaltkreises 118 betätigt den Leiter 119, um die Adreßzahl im X-Zähler 106 (Spaltenzähler und den Y-Zähier 113 (Zeilenzähler) auszulesen und die Koordinatenposition des Abfühlgriffels auf der Tafel zu signalisieren. Die Aktivierung des Schaltkreises 118 wiederum betätigt der, Endschaltkreis 12O₇ um das Ende dieser speziellen ir^ffelabfühloperation anzugeben, Dadurch läßt sich, sine sehr v"3:;"^e Koordinate«Lac;s des GrifJsls mit der GsstSifel

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St η q Q ö -5 / η 7 ε; a

Der X-Zähler 106 und der Y-Zähler 113 sowie die !zugehörigen Treiberschaltungen 102 bzw. 1O9 sind in vereinfachter Form in Fig. dargestellt und stellen die konventionelle Adressierschaltung dar, wie es bei Gastafeln üblich ist. Somit sind keine wesentlichen Schaltungsänderungen zur Anpassung des erfindungsgemäßen Lichtgriffels mit mehreren Platten und der zugehörigen in Fig. 6 ge- ;zeigten Schaltung bei Verwendung mit einer Gastafel erforder-

I lieh.

Oben ist eine Pulsierung der Zeilen-· und Spaltenleiter sequentiell leitungsweise beschrieben, man kann aber auch eine andere Pulsfolge wählen, um beispielsweise in einer Art Grobbetrieb jeden achten Leiter zu erregen und dann in einer Art Feinbetrieb diese acht Leitungen einzeln zu erregen, um die Lage des Griffels zu ermitteln.

Natürlich kann die X-Y-Position des erfindungsgemäßen Lichtgriffels mit mehreren Platten auch in jedem anderen Bildschirmgerät ermittelt werden, das Matrixadreßleiter zur Anzeige von Elementen enthält. Die Erfindung eignet sich natürlich auch ebensogut als graphisches Eingabeelement für jedes Informationsverarbeitungssystem.

Fig. 10 zeigt beispielsweise eine vereinfachte Darstellung eines graphischen Dateneingabegerätes mit einem Aufzeichnungsblatt 120, das über einer Tafel 121 liegt, auf der Koordinatenzeilenlexter 122 und Spaltenleiter 123 angeordnet sind. Ein frei beweglicher ähnlich dem erfindungsgemäßen Griffel wirk't mit dem Aufzeichnungsblatt zusammen, wobei in diesem Fall der Lichtgriffel mit einem Schreibstift an der Spitze ausgestattet ist, um auf dem Aufzeichnungsblatt schreiben und/oder zeichnen zu können. Diese Anordnung gestattet einer Bedienungskraft mit dem Griffel auf dem Aufzeichnungsblatt beliebig zu schreiben oder zu zeichnen, wobei durch gleichzeitiges Auslösen der Spalten- und Zeilenabfühloperatijan wie zuvor die geschriebenen oder gezeichneten Daten in entsprechende X-Y-Koordinatendaten zur direkten Eingabe in eine Datenverarbeitungsanlage übersetzt werden.

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Claims

PATENTANSPRUCHS

( 1. I Gasentladungsbildschirm sowohl mit orthogonal zueinander

V / ausgerichteten, auf zwei sich gegenüberliegenden, einen

Gasentladungsraum einschließenden Platten als Zeilen- und Spaltenleiter angeordneten, elektrischen, an Adressierschaltungen liegenden Leitern, die an den hierdurch gebildeten, Zellen definierenden Kreuzungsstellen bei wahlweiser Erregung zu Gasentladungen zu führen vermögen, als auch mit einem wahlweise in kapazitive Wechselwirkung mit den Zellen zu bringenden Lichtgriffel, indem er mit seiner Spitze über den Bildschirm geführt wird, dadurch gekennzei chnet,

daß die Lichtgriffelspitze (42) mindestens drei in einer Ebene liegende, in Arbeitslage im wesentlichen parallel zur Plattenoberfläche gehaltene, gleichgroße, in beliebiger Lage jeweils mindestens eine Kreuzungstelle erfassende Abtastplättchen (44) enthält, daß Abtastimpulse (23, 23a) jeweils aufeinanderfolgend auf die Zeilenleiter (18) mindestens eines Subbereiches und auf die Spaltenleiter (16) mindestens dieses Subbereiches des Gasentladungsbildschirms übertragbar sowie durch die Abtastplättchen (44) erfaßbar sind, daß Differentialverstärker (54, 63) vorgesehen sind, deren jeweilige Eingänge an unterschiedliche Abtastplättchenj (44) angeschlossen sind und daß an den Ausgängen der | Differentialverstärker (54, 63) je ein Nulldurchgangsdetektor (60, 68) angeschlossen ist, deren Ausgänge mit den Eingängen eines ersten UND-Gliedes (62) verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten UND-Gliedes (62) mit dem ersten Eingang eines zweiten UND-Gliedes (82) verbunden ist, dessen zweiter Eingang am Ausgang eines einstellbaren Schwellenwertdetektors (78) liegt, dessen Eingang seinerseits über einen Operationsverstärker (76) an einem der

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Abtastplättchen (44) oder einem gesonderten Plättchen in der Lichtgriffelspitze (42) angeschlossen ist, so daß auf der Ausgangsleitung (83) des zweiten UND-Gliedes (82) dann, und nur dann ein Ausgangssignal auftritt, wenn erstens der Abtastsignalpegel in einem durch den Schwellenwertdetektor (78) vorgegebenen Bereich und zweitens der impulsbeaufschlagte Koordinatenleiter im durch die Lichtgriffelspitze (42) erfaßten Bereich liegt.

3. Anordnungen nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß Mittel zur Erzeugung der jeweiligen Koordinaten-Adresse der Lichtgriffelspitze (42) auf dem Gasentladungsbildschirm im gemeinsamen Ansprechen auf die Adressierschaltung zum Anlegen der Abtastimpulse (23, 23a) und auf die Spalten und Zeilenerfassungssignale vorgesehen sind.

.4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtgriffelspitze (42) verschiebbar in einer Lichtgriffelhülle (40a) angeordnet ist, derart, daß beim Aufsetzen des Lichtgriffels (40) auf den Gasentladungsbildschirm durch die eingeschobene Lichtgriffelspitze (42) der Abtastzyklus einleitbar ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtastimpulsamplitude zu gering ist, um sowohl eine gelöschte Zelle zu zünden als auch eine gezündete in ihrem Betrieb zu stören.

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