DE8717887U1

DE8717887U1 - Positionszeiger

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Publication number: DE8717887U1
Application number: DE8717887U
Authority: DE
Original assignee: Wacom Co Ltd
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1987-07-22
Publication date: 1991-02-28
Anticipated expiration: 1997-07-23
Also published as: DE254297T1; US4786765A; EP0432139A2; EP0254297A3; EP0432139A3; DE3789922T2; USRE34187E; EP0254297A2; EP0432139B1; EP0254297B1; DE3789922D1

Description

TER MEER - MÜLLER - STEiINMtISXERJa *>AfrPNBR· · · BESCHREIBUNG

Die Erfindung betriill einen Positionszeiger für die Angabe von Positionen auf einer Tafel einer Koordinateneingabeeinrichtung. 5

In der europäischen Patentanmeldung Nr 0 159 498 wird eine Koordinate neingabeeinrichtung beschrieben, bei der mit Hilfe eines Positionszeigers bestimmte Positionen auf einer Tafel angegeben werden können. In der Tafel sind eine Anzahl parallel zueinander verlaufender Erregungs- und Meßleitungen verlegt, die von magnetisierbaren Körpern gekreuzt werden. Ein an der Spitze des Positionszeigers angebrachter Permanentmagnet erhöht lokal die magnetische Kopplung zwischen den Erregungs- und Meßschleifen und gestattet es auf diese Weise, die Koordinaten der angegebenen Position elektronisch zu erfassen. Der Positionszeiger enthält darüber hinaus einen batteriebetriebenen Ultraschallgeber, mit dem ein den aktivierten oder nicht aktivierten Zustand des Positionszeigers repräsentierendes Signal an das Koordinateneingabegerät übermittelt wird.

Daneben sind auch Koordinateneingabesysteme bekannt, bei denen der Posiüonszeiger eine Spule und eine zugehörige Steuerschaltung enthält, so daß mit Hilfe der Spule unmittelbar ein elektromagnetisches Signal von dem Positionszeiger gesendet werden kann, das von einer Meßeinrichtung in der Tafel des Koordinateneingabegerätes empfangen wird und die Bestimmung der angezeigten Position gestattet.
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Bei beiden bekannten Systemen besteht Jedoch der Nachteil, daß in dem Positionszeiger eine Batterie für die Spannungsversorgung des Ultraschallgebers bzw. der Spule untergebracht sein muß.

Andererseits sind Systeme bekannt, bei denen der Positionszeiger über ein Kabel mit dem Koordinateneingabegerät verbunden ist. so daß Zustande- oder Zeitgebersignale über das Kabel übertragen werden können. In diesem Fall braucht der Posltlonszeiger zwar nicht mit einer Batterie ausgerüstet zu sein, doch erweist sich in diesem Fall das Kabel bei der Handhabung des Positionszeigers oftmals als hinderlich.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Positionszeiger für ein Koordinateneingabegerät zu schaffen, der weder eine eigene Batterie noch eine Kabelverbindung mit dem Koordinateneingabegerät erfordert.

TER MEER - MÜLLER - STBINMEISTEFSä J=AAT-NER'

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung weist der Positionszeiger einen passiven elektromagnetischen Schwingkreis auf, der lediglich einen Kondensator (eine Kapazität) und eine Spule (eine Induktivität) enthält und derart gestaltet und in dem Positionszeiger angeordnet ist, daß er elektromagnetische Signale mit einer Frequenz in der Nähe seiner Resonanzfrequenz von dem Koordinateneingabegerät empfangen und an dieses zurücksenden kann. Bei dieser Lösung wiru somit die Energie, die zur Übertragung von Signalen von dem Positionszeiger zum Koordinateneingabegerät benötigt wird, von dem Koordinateneingabegerät selbst geliefert und drahtlos in den Schwingkreis des Positionszeigers eingekoppelt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erflndungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugt 1st der Positionszeiger mit einer Einrichtung versehen, die es gestattet, den Schwingkreis durch Ändern der Kapazität oder der Induktivität zu verstimmen, so daß anhand der unterschiedlichen Eigenfrequenzen bzw. anhand der unterschiedlichen Phase des an das Koordinateneingabegerät zurückgesandten Resonanzsignals eine Vielzahl verschiedener Signale unterschieden werden kann. Diese Unterscheidung mehrerer Signale gestattet es beispielsweise, den Positionszeiger als "Schreibstift", der auf unterschiedllehe Farben umschaltbar ist, oder wahlweise auch als "Radiergummi" zum Löschen von zuvor eingegebenen Koordinatenwerten zu benutzen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungs- und Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Positionszeigers anhand der Zeichnungen näher erläntert.

Es zeigen:

Flg. 1 ein Koordinateneingabegertc mit einem als Eingabestift

ausgebildeten Positionszeiger gemäß einem ersten Aus

führungsbeispiel der Erfindung;

Flg. 2 ein Schnittbild des Eingabestiltes;

TER MEER - MÜLLER - STjHIN^EISTfff? «i

Flg. 3 ein Schaltbild einer Schaltung in dem Positionszeiger

und einer Steuerschaltung in dem Koordinateneingabegerät;

Fig. 4 Wellenformen verschiedener Signale in der Schaltung ge

mäß Figur 3;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Koordinateneingahe-

systems mit einem Eingabestift gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 ein Schnittbild des Eingabestiftes gemäß Figur 5;

Fig. 7 ein Schaltbild einer Schaltung in dem Eingabestift und

dem Koordinateneingabegerät gemäß Figur 5;

Fig 8 Wellenformen verschiedener Signale in der Schaltung ge

mäß Figur 7;

Fig. 9 ein Diagramm zur Illustration der Wirkung eines Phasen

detektors in der Schaltung gemäß Figur 7;

Fig. 10 ein Schaltbild eines Eingabestiftes und eines Koordinateneingabegerätes gemäß einer abgewandelten Ausführungsform;

Fig. 11 ein Wellenformdiagramm zur Illustration der Wirkungsweise eines Phasendetektors bei der Schaltung gemäß Figur 10;
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FIg. 12 ein Schnittbild eines Eingabestiftes gemäß einem dritten

Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 13 ein Schaltbild des Eingabestift es und des Koordinate-

neingabegerätes gemäJ3 Figur 12;

Fig. 14 Wellenformen verschiedener Signale in der Schaltung ge

mäß Figur 13;

TER MEER - MÜLLER - ST.SlNMfelSTEFi& J³AfITNER: *.

FIg 15 und 16 Wellenformdiagraitime zur Illustration der Wirkungsweise eines Phasendetektors in der Schaltung gemäß Figur 13; und

Fig. 17 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Andruck

kraft eines Innenteils des Eingabestiftes und der Breite der eingegebenen Linien illustriert.

Figur 1 zeigt ein Beispiel eines Koordinateneingabesystems mit einer Tafel 1, einem als Schreibstift ausgebildeten Positionszeiger 2, einer Posiüonserfassungsschaltung 3 und einer Steuei schaltung 4.

Die T-JeI 1 ist so ausgebildet, daJ3 ein Tafelteil 12 und eine Antennenschleife 13 in einem Gehäuse 11 aus nichtmetallischem Material wie z.B. Kunststoff untergebracht sind. Das Tafelteil 12 Ist mit der Positionserfassungsschaltung 3 und die Antennenschleife mit der Steuerschaltung 4 verbunden. Dac Tafelteil 12 wird durch den Eingabestift 2 angesteuert und enthält einen Erfassungsabschnitt zur Erfassung der durch den Eingabestift 2 angegebenen Positionen. Das Tafelteil 12 ist im wesentlichen In der Mitte des Gehäuses 11 angeordnet, und ein auf ein unteres Paneel 11a des Gehäuses aufgezeichneter Rahmen 14 gibt den Koordinateneingabebereich an, innerhalb dessen Koordinaten mit Hilfe des Eingabestiftes eingegeben werden können.

Hinsichtlich des Aufbaus und der Wirkungsweise des Tafelteils 12 und der Positionserfassungsschaltung 3 kann beispielsweise auf die japanischen Patentanmeldungen Nr. 32 344/1984 (Offenlegungsnummer 176 133/1985) und Nr. 238 532/1983 {Offenlegungsnummer 1239 616/1985) verwiesen werden.

Das erstere Gerät ist so ausgebildet, daß eine Vielzahl magnetostriktiver Ubertragungsmedien parallel zur Oberfläche angeordnet sind, und zwar derart, daß einige der Übertragungsmedien im rechten Winkel zu den anderen verlaufen, und daß periodisch magnetostriktive Schwingungen erregt werden, die sich von einem Ende des Übertragungsmediums zum anderen ausbreiten. Wenn sich der Eingabestift 2 dem Tafelteil 12 nähert, wird die magnetostriktive Schwingung an dieser Stelle mittels eines in dem Eingabestift enthaltenen Stabmagneten verstärkt. Aufgrund dieses Effektes ermittelt die Positionserfassungsschaltung 3 die X- und Y-Koordlnaten der eingegebenen Position anhand der Laufzeiten der magnetostriküven Schwingungen bis

TER MEER - MÜLLER - STEiINMSlSTERtA p*A*RTNf H; ;" ;

&tgr;&iacgr; dieser Position. Bei der Ausführungsform gemäß der letztgenannten Veröffentlichung ist das Gerät hingegeben so ausgebildet, daß magnetostrictive Medien so angeordnet sind, daß sie rechtwinklig zueinander verlaufen. Die magnetostrlktiven Medien werden mit Hilfe eines Wechselstroms erregt, und die hierdurch induzierten Spannungen werden mit Hilfe von Meßschleifen aufgenommen. Wenn ein Eingabestift, der ähnlich wie bei dem zuerst genannten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, in die Nähe des Tafelteils gebracht wird, ergibt sich aufgrund des oben erwähnten Effekts eine lokale Erhöhung der Permeabilität des magnetostrlktiven Mediums und somit eine Änderung der induzierten Spannung.

Die Antennenschleife 13 ist so ausgeführt, daß ein mit einer Isolierung aus Polyvinylchlorid versehener Leiterdraht um den Rand des Koordinateneingabebereiches des Tafelteils 12 gelegt ist. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel verläuft der Leiterdraht auf der Rückseite des oberen Paneels lla des Gehäuses 11 um den Rahmen 14. Obwohl der Leiterdraht im gezeigten Beispiel nur eine einzige Windung bildet, kann der Leiterdraht auch in mehreren Windungen verlegt sein.

Der Eingabestift 2 weist einen Schwingkreis 22 auf und enthält einen Magnetfelderzeuger zur Angabe der einzugebenden Position, beispielsweise einen Stabmagneten 21, sowie eine Spule und einen Kondensator.

Der Eingabestift 2 weist im einzelnen den in Figur 2 gezeigten Aufbau auf und enthält die folgenden Bauteile: ein Innenteil 24. den Stabmagneten 21 mit einer durchgehenden Bohrung, in der das InnenteÜ 24 gleitend beweglich aufgenommen wird, eine Schraubenfeder 25. und den Schwingkreis 22, der einen Schalter 221, eine Spule 222 mit Kern, einen Kondensator 223 und einen veränderlichen Kondensator 224 aufweist. Die genannten Bauteile sind In der angegebenen Reihenfolge In einem Gehäuse 23 des Schreibstiftes angeordnet, das aus einen nichtmagnetischen Material wie beispielsweise Kunststoff oder Aluminium besteht. Das Innenteil 24 bildet dabei eine Spitze an einem Ende des Gehäuses 23. Eine Kappe 26 ist am entgegengesetzten, hinteren Ende des Gehäuses angeordnet.
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Der Schalter 221 ist so angeordnet, daß er durch das hintere Ende des Innenteils 24 über die Schraubenfeder 25 eingeschaltet wird, wenn das Innenteil 24 in das Innere des Gehäuses 23 eingedrückt wird, beispielsweise indem die Spitze gegen die Oberfläche der Tafei angedrückt wird. Wie in Figur

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3 dargestellt 1st. sind der Kondensator 223 und der verändei liehe Kondensator 224 zueinander parallel geschaltet. Ein Ende der Spule 222 1st über der Schalter 221 Jeweils mit einer Seite des Kondensators 223 und des veränderlichen Kondensators 224 verbunden, und die Jeweiligen anderen Seiten der Kondensatoren sind mit dem anderen Ende der Spule verbunden, so daß ein bekannter Parallelschwingkreis gebildet wird.

Die Kenndaten der Spule 222, des Kondensators 223 und des veränderlichen Kondensators 24 sind derart ausgewählt, daß sie auf die Frequenz von Radiowellen abgestimmt sind, die von der Antennenschleife 13 des Koordinateneingabegerätes ausgesandt werden.

Zur Erläuterung eines Beispiels für die Verwendungsweise des Schreibstiftes 2 1st In Figur 3 auch der detaillierte Aufbau der Steuerschaltung 4 des Koordinateneingabegerätes gezeigt, mit dem zusammen der Schreibstift 2 benutzt wird. In Figur 3 bezeichnen die Bezugszeichen 401 einen Oszillator, 402 einen Frequenzdemultiplikationszähler. 403 und 404 NAND-Gatter, 405 einen Übertragungsanschluß, 406 einen Empfangsanschluß, 407 und 408 Empfangs-Wechselschalter, 409.410,411 Verstärker. 412 ein Filter. 413 einen Phasendetektor, 414 einen Tiefpaß, 415 einen Differenzverstärker und 416 einen Ausgangsanschluß.

Figur 4 gibt die Wellenformen von Signalen in verschiedenen Abschnitten der Schaltung gemäß Figur 3 an. Anschließend erfolgt eine detaillierte Beschrelbung der Wirkungsweise des Systems.

Ein vom Oszillator 401 erzeugter Taktimpuls von z.B. 910 kHz wird durch den Frequenzdemultiplikationszähler 402 einer Frequenzteilung mit den Verhältnissen 1/2 und 1/32 unterzogen. E"" Impulssignal A von 445 kHz, das durch die Teilung der Frequenz im Verhältais 1/2 erzielt wurde, wird zu einem Eingangsanschluß des NAND-Gatters 403 gegeben, während ein Impulssignal von 28.44 kHz, das durch Teilung der Frequenz im Verhältnis 1/32 erhalten wurde, in den anderen Eingangsanschluß eingegeben wird. &Oacgr;"» Ausgangssignal des NAND-Gatters 403 wird an das NAND-Gatter 404 wsEätgeleitet und bildet ein Signal B. Dieses Signal Ist ein 445 kHij-r. &ldquor;»signal, das mit der Frequenz von 28.44 kHz abwechselnd gesendet wird und unterbrochen 1st, wie In Figur 4 gezeigt ist.

Das Signal B wird über den Obertragungsanschiuß 405 zur Antennenschleiie

• ·

TER MEER - MÜLLER - StfelNMJEISTE*l§ 85P/JRJNER : :

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übermittelt und in Form von Radiowellen gesendet Während der Sendeperiode schwingt der Schwingkreis 22 des Eingabestiftes 2 mit den gesendeten Radiowellen, wenn der Schalter 221 In dem Schwingkreis eingeschaltet 1st. Da der Schwingkreis 22. wenn auch gedämpft, weiterschwingt, wenn die Sendung der Radiowellen abbricht liefert der Schwingkreis ein in Figur 4 gezeigtes Signal C. das als Radiowelle durch die Spule 222 zurückgesendet und von der Antennenschleife 13 empfangen wird.

Da die Empfangs-Umschalter 407,408 durch das oben erwähnte 28.44 IcHz-Signal umgeschaltet wurden, empfangen die Umschalter 407.408 die Signal von dem Empfangsanschluß 406 nur während der Periode. In der die Sendung unterbrochen ist. Das Eingangssignal entspricht dem Signal D in Figur 4. wenn der Schalter 221 in dem Schwingkreis geschlossen 1st. und entspricht dem Signal D', wenn der Schalter ausgeschaltet ist. Das Signal D wird durch die Verstärker 409,410 zu einem Signal E verstärkt. Ein Rauschanteil wird durch ein mechanisches Filter 412, das eine Resonanzfrequenz von 455 kHz aufweist, unterdrückt, und das so erhaltene Signal wird über den Verstärker 411 zum Phasendetektor 413 übertragen.

Das 455 kHz-Impulssignal A wurde bereits in den Phasendetektor 413 eingegeben. Wenn die Phase des Eingangssignals E mit der Phase des Impulssignals A übereinstimmt, wird das in Figur 4 gezeigte Signal F ausgegeben, das durch Invertieren der negativen Halbweüen aus dem Signal E hervorgeht.

Das Signal F wird durch den Tiefpaß 414, der eine hinreichend niedrige Abschneidfrequenz aufweist. In ein geglättetes Signal umgewandelt, und dieses Signal wird in einen der Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkers 415 eingegeben. Eine vorher bestimmte Schwellenspannung V-j Hegt am anderen Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 415 an. Das Ausgangssignal des Tiefpasses wird mit der Schwellenspannung Vj verglichen, und ein konstantes hohes (H) Signal G wird am AusgangsanschlujS 416 abgegeben.

Wenn Im Fall des Signals D' das Signalniveau "0" ist, wird ebenso wie der Pegel der Signale E und F auch der Pegel des Signals G niedrig (L). 35

Das Signal G wird an die Posltlonserfasungssehaltung 3 übertragen, und es gilt die Definition, daß ein hoher Pegel des Signals G dem aktiven Zustand des Eingabestiftes und ein niedriger Pegel aus Signals G dem Inaktiven Zustand des Eingabestiftes entspricht. Auf diese Weise kann die Eingabe der

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Position einfach bewirkt werden. Indem die Spitze des Etagabestiftes 2 an der gewünschten Position gegen die Tafel 1 des Koordinatenetagabegerätes angedrückt wird.

5 Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Eta- und Ausschalten des Schalters ta dem Schwingkreis eta Umschalten bewirkt wird, um den Zustand des Schreibstiftes zu signalisieren, ist alternaO r auch eine Anordnung möglich. In welcher die Kapazität des Kondensators in dem Schwingkreis ta Abhängigkeit von der Handhabung des Etagabestiftes verändert wird, so daß die Phase des reflektierten Signals und damit die Wellenform des Signals F verändert wird und sich eine Änderung des Ausgangspegels des Tiefpasses ergibt. In diesem Fall ist der Schalter ta dem Schwingkreis entbehrlich.

Figuren 5 und 6 zeigen einen Eingabestift 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieser Etagabestift weist einen Stabmagneten 21 für die Angabe der Position und zwei Schwingkreise 22a,22b, die eine beiden Schwingkreisen gemeinsame Spule und Je einen Kondensator enthalten.

Der Aufbau des Etagabestiftes ist im einzelnen in Figur 6 gezeigt. Die beiden Schwingkreise 22a.22b enthalten Schalter 221a,221b, die die Spule 222 mit Eisenkern, die beiden Kondensatoren 223a,223b und zwei variable Kondensatoren 224a.224b zur Feinabstimmung (Figur 7).

Der Schalter 221a ist derart angeordnet, daJJ beim Eindrücken des Innenteils 24 in das Innere des Gehäuses 23, z.B. wenn dessen Spitze gegen die Oberfläche der Tafel gedrückt wird, der Schalter durch Druck des hinteren Endes des Innenteils über die Schraubenfeder 25 eingeschaltet wird. Der Schalter 221b liefert Jedesmal wenn er durch Druckbetätigung eingeschaltet wird, während der Schalter 221 geschlossen ist, ein Signal an einen gesonderten Host-Computer (nicht gezeigt) und dient beispielsweise zum Umschalten der Farbe der eingegebenen Objekte entsprechend der Anzahl der Einschaltoperationen. Wie weiterhin aus Figur 7 hervorgeht, sind der Kondensator 221a und der variable Kondensator 224a parallel zueinander geschaltet. Ein Ende der Spule 222 1st über den Schalter 221a mit einer Seite der beiden Kondensatoren verbunden, während das andere Ende der Spule direkt mit den beiden anderen Enden der Kondensatoren verbunden 1st, e ) da/} ein Parallelresonanzkreis 22a gebildet wird. Der Kondensator 223b, der variable Kondensator 224b, die Spule 222 und der Schalter 221b sind In ahn-

TER MEER - MÜLLER - STEiNMfilSTEAj& pAtJTjMER \ \ \

licher Weise miteinander verbunden. In diesem Fall ist die Anordnung so getroffen, daß der zweite Parallelresonanzkreis 22b gebildet wird, wenn beide Schalter 221a und 221b geschlossen sind. Die Schwingkreise 22a.22b sind so abgestimmt, daß der Schwingkreis 22a durch die von der Antennenschleife 13 gesendeten Radiowellen zu Resonanzschwingungen mit der gleichen Frequenz und der gleichen Phase angeregt wird, wohingegen der Schwingkreis 22b zu Schwingungen mit einer Phasendifferenz von 180° angeregt wird. Bei der oben beschriebenen Einstellung der Schwingkreise 22a.22b wird die Güte Q = R/ooqL) (wobei coq die Resonanzfrequenz. R der Widerstand des Schwingkreises und L die Induktivität ist) verändert, so daß sich eine Phasenverschiebung ergibt. Obgleich sich damit auch die Resonanzfrequenz geringfügig ändert, bleibt eine Resonanz möglich.

In Figur 7 ist der detaillierte Aufbau der Steuerschaltung 4 gezeigt, mit der sich die Eigenschaften des Eingabestixles gemäß dem zweiten Ausführungsbei:· piel ausnutzen lassen. Die Steuerschaltung 4 gemäß Figur 7 unterscheidet sich von dxir Schaltung gemäß Figur 3 vor allem dadurch, daß anstelle des einzigen Differen^/erstärkers 415 zwei Differenzverstärker 415a,415b mit Ausgangsanschlüssen 416a und 416b vorgesehen sind.

Eine vom Oszillator 401 erzeugte Taktimpulsfolge mit einer Frequenz von z.B. 910 kHz wird durch den Frequenzdemultipllkationszähler 402 in den Verhältnissen 1/2 und 1/32 geteilt. Das Impulsssignal A von 455 kHz gelangt zu dem einen Eingangsanschluß des NAND-Gatters 403, und das Impulssignal von 28,44 kHz (mit einer Impulsdauer von 17,6 &mgr;&bgr;) wird auf den anderen Eingangsanschluß gegeben. Der Ausgang des NAND-Gatters 403 ist mit dem NAND-Gatter 404 verbunden und liefert ein Signal B, das einem intermittierend In Intervallen von Jeweils 17.3 &mgr;&bgr; abgegebenen 455 kHz-Impulssignal entspricht.

Das Signal B wird über den UbertragungsanschluJJ 405 an die Antennenschleife 13 weitergeleitet und in Form von Radiowellen gesendet. Wenn der Schalter 221 des Schwingkreises 22a des Eingabestiftes 2 eingeschaltet 1st, schwingt der Schwingkreis mit den gesendeten Radiowellen mit. Wenn die Sendung unterbrochen ist. so schwingt der Schwingkreis 22a gedämpft aus und erzeugt das In Figur 8 gezeigte Signal C. das durch die Spule 222 In Form von Radiowellen abgestrahlt und von der Antennenschleife 13 empfangen wird.

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Die Empfangs-Wechselschalter 407 und 408. die alle 17,6 &mgr;&bgr; durch das 28,44 kHz-Impulssignai umgeschaltet werden, nehmen von dem EmpfangsanschlujS 406 nur dann Signale auf, wenn die Sendung über die Antennenschleife 13 ausgesetzt ist Das Eingangssignal wird zu dem in Figur 8 gezeigten Signal D, wenn der Schalter 221a des Schwingkreises 22a geschlossen Ist, und wird zu dem Signal D'. wenn der Schalter geöffnet ist. Das Signal D wird durch die Verstärker 409 und 410 zu dem Signal E verstärkt, wobei ein Rauschanteil durch das eine Resonanzfrequenz von 455 kHz aufweisende mechanische Filter 412 ausgesondert wird. Das Signal wird übe'' .&idigr;&egr;&eegr; Verstärker 411 zum Phasendetekt^r 413 übertragen.

Das 455 kHz-Impulssignal wird ebenfalls in den Phasendetektor 413 eingegeben. Wenn die Phasen des Eingangssignals E und des Impulssignals A übereinstimmen, wird das in Figur 8 gezeigte Signal F abgegeben, das durch Invertieren der negativen Halbwellen aus dem Signal E hervorgeht.

Das Signal F wird mittels des Tiefpasses 414 mit einer ausreichend niedrigen Abschneidfrequenz in ein geglättetes Signal umgewandelt und an die Eingangsanschlüsse der Differenzverstärker 415a und 415b gegeben. Eine vorausberechnete Schwellenspannung + Vp liegt am anderen Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 415a an. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 414 wird mit der Schwellenspannung V_T verglichen, und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird ein Signal Ga mit hohem Pegel (H) am AusgangsanschluJS 416a abgegeben.

Wenn im Fall des Signals D' der Signalpegel, einschließlich den beiden Signalen E und F, gleich "0" Ist, wird der Pegel (nicht gezeigt) des Signals Ga niedrig (L₁).

Das Signal Ga wird an die Posiüonserfassungsschaltung 3 übermittelt, und es gilt die Definition, daß ein Signal Ga mit hohem Pegel dem aktiven Zustand des Eingabestiftes und ein Signal mit niedrigem Pegel dem inaktiven Zustand des Eingabestiftes entspricht. Wie bei dem zuvor beschriebenen Beispiel können somit die Koordinaten einfach eingegeben werden, indem der Eingabestift mit seiner Spitze gegen die Tafel 1 angedrückt wird.

Zur Erläuterung des Falles, daJ3 der Schalter 221b betätigt wird, sollen im folgenden die Wellenformen des Phasendetektcio 413 betrachtet werden, einschließlich des Falles, daJ3 der Schalter 221 allein betätigt wurde.

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Das durch die Frequenzteilung im Verhältnis 1/2 durch den Frequenzdemultlplikationszähler 402 erhaltene Signal, das in den Phasendetektor 413 eingegeben wird, soll mit eR bezeichnet werden. Wenn dieses Signal gemäß Figur 9(A) ein Rechtecksignal mit der Amplitude 1 und der Kreisfrequenz cor ist, so liefert eine Fourier-Entwicklung die folgende Formel:

e_R = (4/&pgr;) (sin co_R t + (1/3) sin 3co_R t

+ (l/R) sin 5to_Rt + ...} (1)

Weiterhin soll angenommen werden, d<iß das von dem Verstärker 411 gelieferte Signal, das im folgenden mit e_t bezeichnet wird, eine synchrone Komponente es mit einem Maximalwert E₃ und einer Kreisfrequenz co₃ sowie eine asynchrone Komponente ejyj enthält, die ein Rauschsignal darstellt und durch einen Maximalwert E_n und Kreisfrc -juenz Co_n gekennzeichnet ist. Wegen CO₃ = cor gilt:

ej = Cc + ej\j = E₃ sin cor t

+ E_n sin Co_n t (2)

Wenn nur der Schalter 221 eingeschaltet ist, sind die Phasen der Signale eR und e₃ identisch, und wenn das Ausgangssignal des Phasendetektors 413 mit eQ bezeichnet wird, so gilt:

e₀ = eR &khgr; e_t = (4/&pgr;) (E_s sin co_R t)
(sin G)_Rt + (1/3) sin 3 cur t+ ...)

+ (4 (&pgr;) (E_n sin Co_n t)(sin cur t
+ (1/3) sin 3 cor t + ...}
= (4/&pgr;) E₃ (sin² cor t

+ (1/3) sin cor t · sin 3cor t + ...)
+ (4/&pgr;) Ej$ (sin cojj t · sin ©r t

+ (1/3) sincoMt»sin3e>Rt + ...) (3)

Eine Gleichstromkomponente (DC) ist nur in dem ersten Term sin² coRt enthalten, während die übrigen Tenne reine Wechselstromkomponenten sind. Für das Ausgangssignal eo des Tiefpasses 414, der das Signal des Phasendetektors aufnimmt, ist nur der Gleichstromanteil von Interesse. Wegen SIn²CORt = (1/2) (1 - cos 2cöRt} gilt:

e₀ = (2/&pgr;) E₈ (4)

• ·

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Die Formel (4) ergibt einen Mittelwert des Signals eg in Figur 9(A).

Wenn beide Schalter 221a und 221b eingeschaltet sind, besteht eine Phasendifferenz &phgr; = 180° zwischen den Signal e^ und dem Signal es, und wenn der erste Term der Formal (3) mit e'o bezeichnet wird, so ergibt sich:

e'o = (4/&pgr;) E_s (sin (co_R t - &phgr;)

sinco_R ti = (4/&pgr;) Eo (1/2)
(cos &phgr; - cos (2o)r t + &phgr;)) (5)

Da der zweite Term in dieser Formal ein Wechselstromsignal ist, gilt für das Gleichstromsignal &q:

e₀ = (2/&pgr;) E_s cos &phgr; (6)

wegen &phgr; = 180° erhält man schließlich

e₀ = - (2/&pgr;) E_s

Die Formal (6) gibt einen Mittelwert des Signals eg gemäß Figur 9(C) an. Das Signal eg wird In die Differenzverstärker 415a, 415b eingegeben. Der Differenzverstärker 415b vergleicht das Signal mit einer vorbestimmten Schwellenspannung -VT und liefert ein Signal G^ mit niedrigem Pegel (L) am Ausgangsanschluß 416b.

Wenn der Schalter 221b geöffnet ist, ist das Signal e₀ ständig größer als der Schwellenwert -V-j·. und das Signal Gb hat ständig einen hohen Pegel (H) (nicht gezeigt).

Figur 10 zeigt ein Schaltbild für einen modifizierten Eingabestift, der vier Schwingkreise REj-RE₄ und vier zugehörige Schalter SW₁ - SW₄ zum wahlweisen Einschalten eines der Schwingkreise aufweist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu den in Figur 7 gezeigten Komponenten ein Phasenschieber 417 vorgesehen, mit dem das Signal e^, das durch Frequenzteilung im Verhältnis 1/2 erhalten wurde, um 90° vorgerückt wird. Außerdem Ist ein weiterer Phasendetektor 413' zur Aufnahme des Signals vom Phasenschieber 417 und vom Verstärker 411 sowie ein weiterer Tiefpaß 414' vorgesehen, der eine Gleichstromkomponente aus dem

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Ausgangssignal des Phasendetektors 413' ausfiltert, und mit insgesamt vier Differenzverstärkern 415a-415d werden Betriebsssignale für die vier Schalter SW₁ bis SW₄ gebildet.

Die Schwingkreise REj bis RE4 dienen beispielsweise zur Kennzeichnung unterschiedlicher Farben oder zur Kennzeichnung eines Löschbetriebs und werden ausgewählt, indem beispielsweise die Kappe 26 des Eingabestiftes gedreht wird.

Nachfolgend sollen die Unterschiede der In Figur 10 gezeigten Schaltung gegenüber der Schaltung gemäß Figur 7 erläutert werden.

Gemäß Figur 9 weisen die durch die durch die Schwingkreise RE₁-RE₄ erzeugten Signale e_s die Phasendifferenzen 0°. 90°, 180° und 270° bezogen auf das Signal e_Q auf, wie in den Teilen (A). (B). (C) und (D) der Figur 9 illustriert wird. Wenn beispielsweise für die Phasendifferenzen von 90° und 270° die Werte &phgr; = 90° und &phgr; = 270° in die Formel (6) eingesetzt werden, so ist e₀ = 0. Um das Signal eg in den Fällen &phgr; = 90° und &phgr; = 270° zu erfassen, ist das Signal eR um 90° vorgerückt, wie in Figur 11 gezeigt wird. Folglich wird cos &phgr; ersetzt durch sin &phgr;, und das Ausgangssignal des Tiefpasses 414' nimmt den Mittelwert eo = (2/&pgr;) E_s des Signals e₀ gemäß Figur H(B) an, wenn &phgr; = 90°. Wenn &phgr; = 270° ist, nimmt dieses Ausgangssignal den Mittelwert eg = -(2/&pgr;) Es des Signals gemäß Figur 11 (D) an. Entsprechend werden Ausgangaüignale Gc, Gd durch die Differenzverstärke 415c und 415d gebildet.

Figuren 12 bis 17 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält der Eingabestift gemäß Figur 12 außer dem Kondensator 223 und dem veränderlichen Kondensator 224 für die Feinabstimmung noch einen druckabhängigen Kondensator 225. Durch die auf das Innenteil 24 des Schreibstiftes wirkende Druckkraft wird nicht nur der Schalter 221 eingeschaltet, sondern auch die Kapazität des druckabhängigen Kondensators 225 verändert, so daß die Dicke einer mit Hilfe des Schreibstiftes gezeichneten Linie anhand der Kapazitätsänderung entsprechend dem Anpreßdruck des Schreibstiftes bestimmt werden kann. Gemäß Figur 13 sind der Kondensator 223, der veränderliche Kondensator 224 und der druckabhängige Kondensator 225 zueinander parallel geschaltet. Ein Ende der Spule 222 1st mit einer Seite der parallel geschalteten Kondensatoren über den Schalter 221 verbunden, und die andere Seite der Kondensatoren

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- 14 -

1st mit dem anderen Ende der Spule 222 verbunden, so daß ein Parallelschwingkreis 22 gebildet wird.

Der Schwingkreis 22 wird mit Hilfe des veränderlichen Kondensators 224 so abgestimmt. daß er durch die von der Antennenschleife 13 gesendeten Radiowellen zu Resonanzschwingungen angeregt wird. Da sich die Kapazität des druckabhängigen Kondensators 225 ändert, ergibt sich auch eine Änderung der Güte Q = R/[wqL) des Schwingkreises, so daß eine Phasenverschiebung entsteht. Die Resonanzfrequenz verschiebt sich dabei nur so wenig, daß nach wie vor Resonanz stattfindet.

Die In Figur 13 gezeigte Steuerschaltung des Koordinateneingabegerätes unterscheidet sich von der Schaltung gemäß Figur 10 dadurch, daß anstelle der Differenzverstärker ein Phasenwinkelrechner 416 mit einem Ausgangsanschiuß 418 vorgesehen 1st.

Der Verstärker 410 weist eine automatische Niveauregelung auf, so daß das Ausgangssignal E auf eine feste Amplitude eingestellt wird.

Der Phasendetektor 413 liefert das Signal F. das durch Invertieren der unteren Halbwellen aus dem Signal E hervorgeht, wie in Figur 14 gezeigt ist. Der Phasenschieber 417 erzeugt, das um 90° vorgerückte Inipulssignal und liefert dieses Signal an den Phasendetektor 413'. Anhand dieses Signals und des Signals E bildet der Phasendetektor 413' ein Ausgangssignal F", das weiter unten näher erläutert werden soll.

Die Signale F, F' werden In den Tiefpässen 414,414" geglättet und an den Phasenwinkelrechner 416 übermittelt.

Für das durch Frequenzteilung mit dem Verhältnis 1/2 In dem Frequenzdemultiplikationszähler 402 gebildete Signal eR gemäß Figur 15(A) liefert eine Fourier-Reihenentwicklung:

^eR = (⁴/^&pgr;) (^sln (Or t + (1/3) sin
+(1/5JSUiS(DRt + ...) (7)

Weiterhin soll auch in diesem Fall angenommen werden, daß das vom Verstärker 411 gelieferte Signal ej eine synchrone Komponente eg mit einem Maximalwert Eg und einer Kreisfrequenz e>g sowie eine asynchrone Kompo-

TER MEER - MÜLLER - STKNMEISTER3& (>A^TN£R · "· *

-15 - I

nente epj (Rauschen) mit einem Maximalwert E_n und einer Kreisfrequenz Co_n enthalt. Wegen &ohgr;₃ = <br gilt:

ej = es + ew = E₈ sin cor t
+ E_n sin (O_n t (8)

Wenn die Signale eR und es phasengleich sind, ergibt sich für das Ausgangssignal eo des Phasendetektors (das Signal F In Figuren 13 und 14):

eg = eR &khgr; ej = (4/&pgr;) {Es "Jn ojr t)

{sin (Or t + (1/3) sin 3 cor t + ...)

+ (4/&pgr;) (E_n sin (O_n t){sin w_R t

+ (1/3) sin 3 (Or _t+ j
= (4/&pgr;) E_s (sin² ojr t
+ (1/3) sin (ORt »sin 3(0Rt + ...)

+ (4/&pgr;) E_n (sin (O_n t · sin (Or t

+ (1/3JsIn(OMt^sInS(ORt + ...) (9)

Da eine Gleichstromkomponente nur In dem ersten Term sin² oor t enthalten 1st und der Rest aus Wechselstromkomponenten besteht, und da für das Ausgangssignal eg des Tiefpasses 414 nur der Gleichstromanteil von Bedeutung 1st, gilt wegen sin² gor t = (1 /2) (1 - cos 2cor t):

e_o = (2/n)E_s (10)

Die Formel (10) gibt einen Mittelwert des Signals eg gemäJJ Figur 15(A) an.

Wenn sich die Kapazität des druckabhängigen Kondensators 125 ändert und eine Phasendifferenz &pgr; zwischen den Signalen eR und es auftritt, so ergibt sich für den ersten Term eg der Formel (9):

e'o = (4/&pgr;) E_s (sin ((o_R t - &phgr;)
sin (or t} » (4/&pgr;) E_s (1/2)

(COS &phgr; - COS (2(0r t + &phgr;)) (11)

Da der zweite Term eine Wechselstromkomponente ist, ergibt sich für den Gleichstromanteil eg:

TER MEER - MÜLLER - ST^INMpSTERte J»A&TNERJ · ·

&eacgr;₀ = (2/&pgr;) E₃ cos &phgr; (12)

Unter der Annahme &phgr; = 180° ergibt sich:
e₀ = -(2/&pgr;) E₃

Die Formel (12) gibt einen Mittelwert des Signals eg gemäß Figur ISr.C) an. Dieses Signal wird dem Phasenwinkelrechner 416 zugeführt.

Nachfolgend soll angenommen werden, daß die Phasenverschiebung des Signals e₃ in Bezug auf das Signal e^ 0°, 90°. 180° bzw. 270° beträgt, wie In Figuren 15(A). (B). (C) und (D) illustriert ist. Bezüglich der PhasendüTerenzen 90° und 270° gilt beispielsweise, daß eg = Null wird, wenn &phgr; in Formel (12) gleich 90° oder gleich 270° ist. Um das Signal eg im Bereich dieser Phasendifferenzen zu erfassen, wird das Signal e^ mit Hilfe des Phasenschiebers 417 um 90° vorgerückt, wie in Figur 16 gezeigt ist. Folglich wird der Ausdruck cos &phgr; in der Formel (12) ersetzt durch den Ausdruck sin &phgr;. und der Mittelwert egg eines in Figur 16 gezeigten Signals egg (das Signal F' in Figur 13) ergibt sich aus der folgenden Formel:

e₉₀ = (2/&pgr;) E₃ sin &phgr; (13)

Das Signal egg wird dem Phasenwinkelrechner 416 zugeführt. Der Phasenwinkelrechner 416 berechnet den Phasenwinkel anhand der Formeln (12) und (13). Da egg/eg = sin &phgr;/cos &phgr; ist. gilt:

&phgr; = tan'¹ (egg/eg) (14)

Vom Ausgangsanschluß 418 des Phasenwinkelrechners wird somit ein Signal, das einen Phasenwinkel &phgr; gemäß Figur (14) repräsentiert, an einen nicht gezeigten Mikrocomputer übermittelt, der in der Tafel 1 untergebracht ist.

Obgleich bei diesem Ausführungsbeispiel die Phase des Schwingkreises 22 mit Hilfe eines druckveränderlichen Kondensators 225 verändert wird, ist es alternativ auch möglich, einen druekveränderbaren Widerstand aus druckempfindlichem Gummi oder dergleichen zu verwenden, oder die Induktivität der Spule 222 zu verändern.

Figur 17 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Andruckkraft (g)

TER MEER - MÜLLER - STdlNMEISTER:& PARtTNER : I

— 2—;

- 17 -

des Innenteils 24 des Schreibstiftes und Codes zum Erkennen der Größe einer gezeichneten Linie angibt Ein Signal, das einen Phasenwinkel &phgr; repräsentiert und vom Ausgangsanschluß 418 entsprechend der Jeweiligen Andruckkraft ausgegeben wird, wird durch den Mikrocomputer in einen Digltal- code umgewandelt der die Dicke der Linie bestimmt Wenn die Andruckkraft 0 ist werden beide Signale e₀ und eg₀ to Formel (14) Null, so daß der Phasenwinkel &phgr; nicht definiert 1st. Der Phasenwlnkelrechner 416 erkennt diesen Zustand und stellt anhand dieses Zustands fest daß der Schalter 221 geöffnet ist. Bei dieser Überprüfung werden für die Signale eg, egg Schwellenwerte verwendet, die etwas größer sind als Null, und es wird die logische Summe der Ergebnisse der entsprechenden Schwellenwertvergleiche überwacht. Wenn vereinbart ist, daß der Eingabestift aktiv ist, wenn eine Bestimmung des Phasenwinkels &phgr; möglich ist und Inaktiv ist, wenn der Phasenwinkel nicht definiert ist, und wenn ein entsprechendes Signal an die Positionser fassungsschaltung 3 übermittelt, so läßt sich eine bestimmte Position einfach ai^.^r der Tafel 1 angeben, indem der Eingabestift 2 an der gewünschten Stelle gegen die Tafelejerfläche angedrückt wird.

Claims

TER MEER - MÜLLER - 5JEW

- 18 -

SCHÜTZANSPRÜCHE

&Mgr; 1. Positionszeiger für die Angabe von Positionen auf einer Tafel (1). einer

j* Koordinateneingabeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Positions-

% 5 zeiger (2) eüaen durch einen Kondensator (223.224; 223a.224a.223b.224b)

und eine Spule (222) gebildeten passiven Schwingkreis (22;22a.22b;RE₁.RE₂.RE₃.RE₄) aufweist, der für den Empfang elektromagnetischer Wellen von der Koordinateneingabeeinrichtung und die Rückstrahlung eines Resonanzsignals an die Koordinateneingabeein.vjhtung ausgebildet ist.
2. Posiüonszeiger nach Anspruch 1, ^kennzeichnet durch einen in dem Schwingkreis angeordneten Schalter (221;221a,221b;SW_lfSW₂, SW₃,SW₄) zum öffnen und Schließen des Schwingkreises.

15
3. Positionszeiger nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere Schwingkreise (22a,22b;REj.RE₂RE₃,RE₄). die verschiedene Resonanzfrequenzen und/oder verschiedene Kreisgüten aufweisen und jeweils einen Schalter (2213,22IbJSW^SW₂₁SW₃₁SW₄) zum öffnen und Schließen des betreffenden Schwingkreises enthalten.
4. Positionszeiger nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis einen Kondensator (225) enthält, dessen Kapazität mittels einer Betätigungseinrichtng (24,25) veränderbar ist.

25
5. Positionszeiger nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Scijwingkreis eine Spule enthält, deren Induktivität mittels einer Betätigungseinrichtung veränderbar ist.
6. Positionszeiger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis einen Widerstand enthält, dessen Widerstand3wert mittels einer Betätigungseinrichtung veränderbar ist.
7. Positionszeiger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Positlonszeiger ein langgestrecktes, schreibstiftförmiges Gehäuse (23) aufweist, in dem der Schwingkreis untergebracht ist.

TER MEER - MÜLLER - STEfölMEISf E^ & P/&?TNER
8. Po9itlonszeiger nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daJ3 das Gehäuse (23) an einem Ende mit einer beweglichen Spitze (24) versehen ist. die ein Betätigungsglied für den Schalter (221;221a) oder den veränderbaren Kondensator, die veränderbare Spule 5 oder den veränderbaren Widerstand bildet.