DE69018122T2 - Digitalisiertafel. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Digitalisiertafel mit elektromagnetischer Kopplung, und insbesondere eine Digitalisiertafel, in der Lokalisierungsspulen angeordnet sind, welche ein Raster bilden, einen auf dieser Tafel frei beweglichen Positionszeiger, der eine Sendespule besitzt, die durch einen Wechselstrom gespeist wird, und eine Auswerteschaltung, welche Signale empfängt, die in den Lokalisierungsspulen durch elektromagnetische Kopplung mit der Sendespule induziert werden, und die Berechnungsmittel enthält, um aus der Amplitude des Signals der Lokalisierungsspulen eine erste Koordinate x, gemessen in einer ersten Richtung der Tafel, und eine zweite Koordinate y, gemessen in einer zweiten Richtung der Tafel zu ermitteln, wodurch die Position der Sendespule in bezug auf die Tafel bestimmt wird.
• Eine solche Tafel ist in der EP-A-0 307 667 beschrieben. bei dieser Tafel nach dem Stand der Technik werden die Positionskoordinaten anhand der Amplituden der erfaßten Signale, die in den Spulen der Tafel durch die Sendespule induziert werden, bestimmt. Diese Funktion wird durch eine Interpolation der Amplitude verwirklicht. Hierfür wird eine Kurve, die z.B. eine quadratische Funktion darstellt, durch die Amplituden einer Gruppe von Detektionsspannungen von denjenigen Spulen gelegt, die beiderseits der Spule mit der am meisten kennzeichnenden Detektionsspannung angeordnet sind.
• Ein Nachteil bei einer solchen Tafel liegt in der Tatsache, daß sämtliche der Detektionsspannungen miteinander zu vergleichen sind, um die am meisten kennzeichnende zu bestimmen.
• Dieses dem Stand der Technik entsprechende Verfahren hat auch den Nachteil, daß es Einschränkungen aufgrund des approximierten Kurvenverlaufs zur Nachbildung des wahren Zusammenhangs zwischen den Detektionsspannungen benachbarter Spulen aufweist.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher eine Digitalisiertafel mit elektromagnetischer Kopplung, durch die die meisten der obengenannten Nachteile beseitigt werden, wobei diese Tafel dadurch gekennzeichnet ist, daß die Auswerteschaltung mindestens Mittel zur Kombination der von den Lokalisierungsspulen erhaltenen Signale umfaßt, um die folgenden Größen zu liefern:
• P1x = Vix f1 (xi); und
• P2x = Vix f2 (xi),
• wobei
• der Wert i von 1 bis n läuft;
• n die Anzahl der Lokalisierungsspulen bxi angibt;
• Vix die Amplitude eines von der Lokalisierungsspule bxi über die Sendespule erhaltenen Signals bezeichnet;
• xi die Positionskoordinate der Spule bxi in der Tafel, gemessen in der ersten Richtung der Tafel, unter Bezug auf einen festgelegten Ursprung ist;
• f1(xi) ein erster Gewichtungsfaktor für die Amplitude ist, dessen Größe von xi abhängt; und
• f2(xi) ein zweiter Gewichtungsfaktor für die Amplitude ist, der sich vom ersten Gewichtungsfaktor unterscheidet und dessen Größe von xi abhängig ist;
• die Koordinate x der Position der Sendespule auf der Tafel unter Bezug auf den Nullpunkt wie folgt gegeben ist:
• x f3(P1x/P2x)
• wobei f3 eine dritte Funktion bezeichnet.
• In den nachstehenden Absätzen wird beschrieben, wie eine Koordinate der Sendespule in Bezug auf die Tafel (x-Richtung) erhalten wird. Es versteht sich von selbst, daß die andere Koordinate, die in der Tafelebene senkrecht hierzu verläuft (y-Richtung), genau so zu betrachten ist. Da diese in gleicher Weise wie die Koordinate x festgelegt ist, wird hierauf der Kürze halber nicht nochmals eingegangen. Tatsächlich genügt das Ersetzen der verwendeten Bezeichnungen (x, xi, P1x, P2x, Lx) durch die jeweils entsprechenden Bezeichnungen (y, yi, P1y, P2y, Ly), um die Angaben auf ein zweidimensionales System (x und y) zu extrapolieren.
• Durch Multiplizieren oder durch Gewichten jeder Amplitude Vix mit zwei festgelegten Gewichtungsfaktoren mittels zweier unterschiedlicher Gewichtungsfunktionen f1(x) und f2(x) und durch anschließende Aufsummierung der für jede der Gewichtungsfunktionen erhaltenen Resultate werden zwei Signale P1x und P2x für eine bestimmte Positionskoordinate erhalten. Die Gewichtung und die Aufsummierung können in einfacher Weise durch ein analoges Netzwerk erfolgen, da die Signale einer bestimmten Spule ständig durch den gleichen oder die beiden gleichen Gewichtungsfaktor(en) gewichtet werden. Die Verwendung eines eventuellen Ahalog/Digitalwandlers bleibt damit auf die Wandlung der Signale P1x und P2x beschränkt.
• Die Gewichtungsfunktionen können aus einer Vielzahl von Funktionen gewählt werden. Für eine Ausführungsform mit mindestens einer Gruppe von Lokalisierungsspulen, die wechselweise in einer ersten Richtung der Tafel angeordnet sind, und die mindestens einen Bereich umfassen, der mindestens einen Teil der Erstreckung der Tafel in dieser Richtung abdeckt, ist es jedoch vorteilhaft, die folgenden Funktionen zu verwenden:
• f1(xi) = cos(2π xi/Lx)
• f2(xi) = sin(2π xi/Lx); und
• f3(P1x/P2x) ≈ (Lx/2π) arctan(P1x/P2x);
• Lx ist hierbei die Größe des Bereichs, gemessen in der x- Richtung der Tafel. Die Koordiante der Position x und die beiden Signale P1x und P2x sind daher untereinander durch eine einfache rationale Funktion verknüpft.
• Damit wird der Bereich der Tafel durch einen Kreis angenähert, wobei die Positionskoordinate einer jeden Spule innerhalb des Bereichs entsprechend einem Winkel 2π xi/Lx in bezug auf einen festgelegten Ursprung konvertiert wird. Der Beitrag einer jeden Spule wird durch Projektion auf die beiden orthogonalen Achsen in zwei Komponenten zerlegt. Die erhaltenen Komponenten einer jeden Achse werden kumuliert, wodurch die für die x-Koordinate der Position der Sendespule repräsentativen Größen P1x und P2x gegeben sind.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein numerischer Wert der rationalen Funktion P1x/P2x durch eine einzige Analog/Digital-Wandlungsoperation erhalten, die in einem nachfolgend beschriebenen und als "Verhältnisbildung" bezeichneten Schritt vorgenommen wird. Zunächst wird eine jede der für P1x bzw. P2x kennzeichnenden Spannungen ausgewertet und dann diejenige mit dem größten Wert als Referenzspannung für den Analog/Digitalwandler gewählt, so daß von diesem unmittelbar ein digitaler Wert der rationalen Funktion erhalten wird, wobei die andere der beiden Spannungen als Signalspannung an den analogen Eingang angelegt wird. Genauer gesagt, der Ausgang des Wandlers ist gleich dem Verhältnis der Signalspannung am Analogeingang zur Referenzspannung und damit eine Funktion des Wertes P1x/P2x. Wenn sich herausstellt, daß der Wert P2x der kleinere ist, so daß der Ausgang des Wandlers eine Funktion von P2x/P1x sein muß, ist es ebenfalls leicht, mittels der trigonometrischen Gleichung arctan (P1x/P2x) = π/2 - arctan(P2x/P1x) den für x erhaltenen Wert zu bestimmen, indem die Funktion x = Lx/2π/ arctan(P1x/P2x) verwendet wird.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt daher außerdem:
• - ein Netzwerk zur Bestimmung der Signale P1x und P2x;
• - eine Schaltung zur Bestimmung, welches der beiden Signale P1x und P2x den größeren Wert aufweist;
• - einen Analog/Digitalwandler mit einem Referenzspannungseingang (Pref) und einem Eingang für ein Analogsignal (Pin), das bezogen auf die Referenzspannung in einen digitalen Wert gewandelt werden soll;
• - eine erste Umschalteinrichtung, die mit der Schaltung derart zusammenarbeitet, daß das Signal (P1x oder P2x) mit dem jeweils größeren Wert an den Referenzeingang (Pref) des Analog/Digitalwandlers gelegt wird;
• - eine zweite Umschalteinrichtung, die mit der Schaltung derart zusainmenarbeitet, daß das Signal (P2x oder P1x) mit dem jeweils kleineren Wert an den Signaleingang (Pin) des Ahalog/Digitalwandlers gelegt wird; und
• - einen Rechner, um aus dem Ausgang des Analog/Digitalwandlers den Wert x = (Lx/2π/) arctan(Pin/Pref) oder x = π//2 - (Lx/2π/) arctan(Pin/Pref) zu bestimmen.
• Dieser Lösungsansatz für das Problem unterscheidet sich klar vom herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung eines digitalen Wertes für die Amplitude der beiden Signale P1x und P2x, das in einer aufeinanderfolgenden Wandlung der beiden Signale mittels eines Analog/Digitalwandlers mit anschließender Bestimmung des Verhältnisses zwischen diesen mit Hilfe eines Mikroprozessors besteht.
• Bei diesem letztgenannten Verfahren ist die Genauigkeit am größten, wenn die Größe eines der beiden Signale gleich der Größe des Referenzsignals des Analog/Digitalwandlers ist. Da es in der Praxis nicht möglich ist, den Pegel des größeren Signals auf einem festgelegten Wert zu halten, folgt daher, daß die Wandlung nahezu niemals fit der größtmöglichen Genauigkeit erfolgt. Im Gegensatz dazu wird durch die Verwendung eines der beiden Signale P1x oder P2x als Referenzsignal entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sichergestellt, daß die Wandlung stets beim optimalen Arbeitspunkt des Wandlers ausgeführt wird.
• Insbesondere wird es dadurch möglich, eine freie Wandlung aller Parameter zu realisieren, die auf die Größe der beiden Signale P1x und P2x Einfluß nehmen, z.B. Anderungen der Versorgungsspannung des Qszillators im Positionszeiger, Anderungen des Abstandes zwischen, Positionszeiger und Digitalisierfläche, Anderungen der Verstärkungsfaktoren der Verstärkerschaltungen etc. Hieraus resultiert, daß die Wandlung mit größtmöglicher Genauigkeit erfolgt, wie auch immer die Größe der Signale P1x und P2x sein mag.
• Da der gewandelte Wert eine direkte Funktion des Verhältnisses der Größen der beiden Signale P1x und P2x ist, ist es außerdem nicht mehr erforderlich, einen Mikroprozessor zur numerischen Berechnung dieses Verhältnisses einzusetzen, so daß ein Zeitgewinn bei der Berechnung resultiert.
• Es ist außerdem anzumerken, daß bei dieser Ausführungsform ausschließlich auf eine von den Signalen P1x und P2x unabhängige Referenzspannung am Eingang des Analog/Digitalwandlers zurückgegriffen wird, um dasjenige mit dem jeweils größeren Pegel zu bestimmen. Damit ist es nicht erforderlich, eine hochgenaue Referenzspannungsquelle bereitzustellen. Tatsächlich genügt eine kostengünstig herzustellende Spannungsteilerbrücke mit zwei Widerständen.
• Letztlich ist festzustellen, daß durch die dauernde Einhaltung des optimalen Arbeitspunktes des Analog/Digitalwandlers die Verwendung einer Einrichtung mit geringerem Auflösungsvermögen - und damit niedrigeren Kosten - möglich wird, wobei stets eine Genauigkeit entsprechend der herkömmlichen Methode der Herleitung eines numerischen Wertes aus dem Signal für P1x/P2x eingehalten wird.
• Außerdem erlaubt die Verwendung eines Phasenreferenzsignals aus dem Signal der Sendespule eine synchrone Erkennung, wodurch der Störabstand erhöht wird.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt daher außerdem Mittel zur synchronen Erkennung, die ein Phasenreferenzsignal aus dem Signal der Sendespule benutzen, und die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Anordnung der Lokalisierungsspulen durch zwei Untergruppen mit jeweils gleichen Anzahlen von Spulen gebildet wird, wobei eine erste Untergruppe einen ersten Bereich der Tafel und die zweite Untergruppe einen zweiten Bereich der Tafel abdeckt, und daß jede Spule der ersten Untergruppe an einer Position in einem ersten Bereich der Tafel und mit einem ersten Wicklungssinn mit einer Spule der zweiten Untergruppe an der gleichen Position im zweiten Bereich der Tafel und mit einem entgegengesetzten Wicklungssinn gegenüber der ersten in Serie geschaltet ist.
• Ein einfaches erfindungsgemäßes Verfahren zur Aufsummierung der Detektierungsspannungen kann in der Anwendu g der Invertierung der Phasen der induzierten Detektierungsspannungen bestehen. Die Anzahl der Multiplikationen wird damit um den Faktor zwei reduziert. Beispielsweise sei der Wert für P1x durch den folgenden Ausdruck gegeben:
• In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Tafel so ausgeführt, daß die Tafel in mindestens einer Richtung zwei Spulen enthält, die die Tafel in mehrere aufeinanderfolgende Zonen gleicher Größe in dieser Richtung unterteilen, und daß erste Spulen jede Zone unterteilen und so ein sich in gleichen Abständen entsprechend der Länge dieser Zonen wiederholendes Muster entlang dieser Richtung bilden, wobei diejenigen ersten Spulen, die die gleichen Positionen in den verschiedenen Zonen einnehmen, so in Serie geschaltet sind, daß die Position der Sendespule in der betreffenden Richtung in Bezug auf die Tafel mittels einer Auswerteschaltung durch Identifizierung der Zone der Tafel, in der sich die Sendespule befindet, sowie mittels von zweiten Lokalisierungsspulen erhaltenen Signalen und durch Lokalisierung der Sendespule in dieser Zone mittels von den ersten Lokalisierungss len erhaltenen Signalen bestimmt werden kann.
• Diese Anordnung ermöglicht die Reduzierung der Anzahl von Verbindungen zwischen den Lokalisierungsspulen und der Auswerteschaltung um die Hälfte. Die Serienschaltung zweier Spulen mit der gleichen Position in der ersten und der zweiten Hälfte der Zone und mit entgegengesetztem Wicklungssinn erlaubt die direkte Summierung der Beiträge der beiden Spulen, da deren Positionen im jeweiligen Bereich bei Koordinaten liegen, die einer Winkeldifferenz von 180º entsprechen.
• Diese Ausführungsform ist nicht nur aufgrund der geringen Anzahl von zwischen den Spulen herzustellenden Verbindungen vorteilhaft, sondern auch aufgrund der Tatsache, daß die Gewichtungsfunktion auf ein einfaches Netzwerk mit geringem Kostenaufwand beschränkt werden kann.
• Die Erfindung wird anhand der folgenden kennzeichnenden, jedoch nicht erschöpfenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich; es zeigen:
• Fig. 1 eine stark schematisierte Übersichtszeichnung der Spulenanordnung einer Digitalisiertafel mit elektromagnetischer Kopplung gemäß der Erfindung,
• Fig. 2A ein Blockschaltbild der Schaltungen im Positionszeiger der Tafel der Fig. 1,
• Fig. 2B die Wellenform des Versorgungsstroms für die Sendespule des Positionszeigers der Fig. 2A,
• Fig. 3 ein allgemeines Funktionsschema der Auswerteschaltung der Tafel nach Fig. 1,
• Fig. 4 ein detaillierteres Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der Taktableitungsschaltung zeigt, die einen Teil der Auswerteschaltung der Fig. 3 bildet,
• Fig. 5 bis 7 verschiedene Anordnungen der Lokalisierungsspulen, die die Tafel entlang einer Richtung der Tafel in mehrere Zonen teilen,
• Fig. 8 einen Kurvenverlauf, der die Anderung des Flusses in einer Lokalisierungsspule als Funktion der Position des Positionszeigers der Digitalisiertafel wiedergibt,
• Fig. 9 und 10 Blockschaltbilder zweier Ausführungsformen der Zonenidentifizierungsschaltung, die einen Bestandteil der Auswerteschaltung der Fig. 3 bildet, und die es ermöglicht, anhand der Signale von den Lokalisierungsspulen, deren Anordnung in den Fig. 6 bzw. 7 dargestellt ist, diejenige Zone zu identifizieren, in der sich der Positionszeiger der Tafel befindet,
• Fig. 11 eine Anordnung der Lokalisierungsspulen, die eine Zone der Tafel in einer Richtung der Tafel abdecken,
• Fig. 12 Kurvenverläufe, die die Anderung des Flusses in den Lokalisierungsspulen, die in einer Anordnung nach Fig. 11 eine Zone der Tafel abdecken, als Funktion der Position des Positionszeigers in dieser Zone wiedergeben,
• Fig. 13 ein Blockschaltbild der Lokalisierungsschaltung, die einen Teil der in Fig. 3 wiedergegebenen Auswerteschaltung bildet, und die Signale von den Lokalisierungsspulen erhält, die eine Anordnung nach Fig. 11 aufweisen,
• Fig. 14 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Schritte zur Berechnung einer Koordinate ausgehend vom Schritt der "Verhältnisbildung", und
• Fig. 15 ein Schaltschema zur Koordinatenberechnung ausgehend vom Schritt der "Verhältnisbildung".
• Eine erfindungsgemäße Digitalisiertafel umfaßt Lokalisierungsspulen, die ein Raster bilden und die auf einer ebenen Unterlage angeordnet sind, so daß eine Tafel von z.B. rechtwinkliger Form entsteht, und wobei eine Sendespule in einem über die gesamte Oberfläche der Tafel beweglichen Positionszeiger angebracht ist.
• Die Fig. 1 zeigt eine spezielle Anordnung der Lokalisierungsspulen. Die Lokalisierungsspulen sind in zwei Gruppen unterteilt. Eine erste Gruppe wird zur Bestimmung der Position der Sendespule in einer ersten Richtung (X) der Tafel herangezogen. Die zweite Gruppe wird zur Bestimmung der Position der Sendespule in einer zweiten Richtung (Y) der Tafel, die sich von der ersten unterscheidet, herangezogen. Die Richtungen X und Y stehen beispielsweise senkrecht aufeinander und sind zu den Seiten der Tafel parallel.
• In jeder Gruppe sind die Lokalisierungsspulen in zwei Untergruppen geteilt. Daher umfaßt die Gruppe der Lokalisierungsspulen zur Bestimmung der Position der Sendespule in der X- Richtung eine erste Untergruppe von Spulen Bx1 bis Bxm, die die Tafel in aufeinanderfolgende Zonen gleicher Länge Lx unterteilt, und eine zweite Untergruppe von Spulen bx1 bis bxm, die jede Zone in der X-Richtung unterteilt und ein sich wiederholendes Muster mit einem Abstand gleich der Länge einer Zone bildet. In der zweiten Gruppe der Spulen bx1 bis bxm sind die Spulen, die die gleiche Position in jeder Zone einnehmen, in Serie geschaltet. Wie die Fig. 1 zeigt, bilden die Spulen Bx1 bis Bxm und bx1 bis bxn rechteckige Windungen, die in der Y-Richtung erstreckt sind, und deren Länge exakt gleich der Abmessung der Tafel in Y-Richtung ist. Die Spulen bx1 bis bxn unterteilen jede Zone in regelmäßiger Weise. Im dargestellten Beispiel bilden die Spulen bx1 bis bxn gleichverteilte Windungen mit einem Intervall gleich ihrer Länge.
• Die Gruppe der Lokalisierungsspulen, die zur Bestimmung der Position der Sendespule in Y-Richtung herangezogen wird, umfaßt eine erste Untergruppe von Spulen By1 bis Byp, die die Tafel in aufeinanderfolgende Zonen gleicher Länge Ly unterteilt, und eine zweite Untergruppe von Spulen by1 bis byq, die jede Zone in der Y-Richtung unterteilt. Die Anordnung der Spulen By1 bis Byp und by1 bis byq in Y-Richtung entspricht derjenigen der Spulen Bx1 bis Bxm und bx1 bis bxn in der X-Richtung.
• Die im gegenüber der Tafel frei beweglichen Positionszeiger eingebaute Sendespule L hat einen Durchmesser D, der mindestens gleich dem Abstand der Spulen bx1 bis bxn und der Spulen by1 bis byq ist. Entsprechend dem dargestellten Beispiel wird der Durchmesser D vorzugsweise so gewählt, daß die Sendespule an jeder beliebigen Stelle der Tafel zwei der Spulen bx1 bis bxn und zwei der Spulen by1 bis byq überdeckt.
• Die in den Lokalisierungsspulen durch die Sendespule L bei Speisung durch Wechselstrom induzierten Signale werden von einer Auswerteschaltung 20 übernommen, um die Berechnung der Positionskoordinaten der Sendespule, also des Positionszeigers, in den Achsenrichtungen X und Y durchzuführen. Die spezifischen Formen der Anordnung der Lokalisierungsspulen und die Ausführung der Auswerteschaltung werden weiter unten detailliert beschrieben.
• Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird die Verbindung zwischen dem Positionszeiger und den übrigen Komponenten der Digitalisiertafel auf drahtlosem Weg verwirklicht.
• Zu diesem Zweck umfaßt der Positionszeiger 10, wie in der Fig. 2A gezeigt, in einem Gehäuse zusammengefaßt die Spule L, einen Oszillator 12 zur Erzeugung des Wechselstroms für die Speisung der Spule L und eine unabhängige elektrische Stromquelle 14 zur Versorgung des Oszillators und der anderen aktiven Schaltungskomponenten des Positionszeigers.
• Die Digitalisiertafel kann zur Erfassung von Vorlagen oder zur Steuerung eines Bildschirmzeigers verwendet werden.
• Im ersten Fall (Modus "Markieren") wird die Abstrahlung durch das Schließen eines Unterbrecherschalters 11 zwischen der Versorgung 14 und dem Oszillator 12 aktiviert. Um den Stromverbrauch zu reduzieren,wird die Abstrahlung automatisch nach Ablauf einer festgelegten Zeit nach der Freigabe des Unterbrecherschalters 11 beendet. Der Oszillator 12 liefert dabei eine zusammenhängende Folge von Sinuswellen über ein analoges Gatter 16 an die Spule L.
• Im zweiten Fall betätigt der Benutzer eine spezielle Drucktaste, um das System in den Modus "Kursor" zu bringen, und versetzt den Positionszeiger auf der Tafel, bis eine gewünschte Position auf dem Bildschirm erreicht ist; der Benutzer kann dabei durch Betätigung einer speziellen Taste einen Befehl auslösen (Modus "Auslösung").
• Die Modi "Kursor" und "Auslösung" unterscheiden sich vom Modus "Markieren" durch eine Modulation des Versorgungsstroms für die Spule L. Diese Modulation ist z.B. eine getastete Amplitudenmodulation, die mittels einer Logikschaltung 18 realisiert wird, die das Gatter 16 zwischen dem Oszillator 12 und der Spule L steuert. In Reaktion auf die Betätigung der Taste "Kursor" 17, erzeugt die Schaltung 18 Impulse der Dauer k und der Periode K, die an einen Steuereingang des Gatters 16 gelegt werden, um die vom Oszillator 12 erzeugte Schwingungsfolge während einer festgelegten Zeit in periodischer Weise zu unterbrechen, wie dies in der Fig. 2B gezeigt ist. In gleicher Weise erfolgt eine Reaktion auf die Betätigung der Taste "Auslösen" 19, wobei die Unterscheidung zwischen den Tasten 17 und 19 durch eine Modifikation der Periode K und/oder der Dauer k der Unterbrechungen verwirklicht wird.
• Die Schaltung 18 enthält beispielsweise einen steuerbaren Frequenzteiler 18a, der ein rechteckförmiges Taktsignal C1 erhält, das mittels einer Schaltung 18b zur Signalformung und Frequenzteilung vom Oszillator 12 abgeleitet wird. Ein Flip-Flop 18c übernimmt die Signale vom Ausgang des Frequenzteilers 18a und das Taktsignal C1, um die Steuerimpulse für das Sperren des Gatters 16 bereitzustellen. Die Dauer k dieser Impulse ist gleich derjenigen der Impulse des Takt signals C1, während ihre Periode K durch die Ansteuerung des Frequenzteilers 18a über die Taste 17 oder die Taste 18 bestimmt wird.
• Die Fig. 3 gibt eine stark schematisierte Form der Lokalisierungsschaltung wieder.
• Für jede der Richtungen X und Y werden die von der ersten Gruppe der Lokalisierungsspulen Bx1 bis Bxm bzw. By1 bis Byp erzeugten Signale zur Bestimmung der Zone der Tafel herangezogen, in der sich der Positionszeiger mit der Sendespule L befindet, und damit eine grobe Lokalisierung vorgenommen, während die von der zweiten Gruppe der Lokalisierungsspulen bx1 bis bxn bzw. by1 bis byq erzeugten Signale zur genauen Bestimmung der Position des Positionszeigers innerhalb der erkannten Zone herangezogen werden, und damit eine exakte Lokalisierung erfolgt.
• Die von den Spulen Bx1 bis Bxm erhaltenen Signale werden mittels Verstärkerschaltungen 22x verstärkt. Die Erkennungsschaltungen 24x übernehmen die Signale von den Verstärkerschaltungen, um sie an eine Auswerteeinheit 30 für Größe und Vorzeichen der Signale der Spulen Bx1 bis Bxm weiterzugeben. In gleicher Weise sind Verstärkerschaltungen 22y und Erkennungsschaltungen 24y zwischen die Spulen By1 bis Byp und die Auswerteeinheit 30 geschaltet.
• Die von den Spulen bx1 bis bxn erhaltenen Signale werden mittels der Schaltungen 32x, 34x verstärkt und kombiniert, wobei diese ausgangsseitig mit einer Schaltung zur Erkennung und Wandlung 40 verbunden sind. Ebenso werden die von den Spulen by1 bis byq erhaltenen Signale mittels der Schaltungen 32y und 34y verstärkt und kombiniert, wobei diese ausgangsseitig mit der Schaltung 40 verbunden sind. Diese letztere liefert numerische Informationen zur Berechnung der Position des Positionszeigers in einer Zone der Tafel an die Auswerteschaltung 30.
• Die Auswertung der von den Lokalisierungsspulen abgegebenen Signale wird weiter unten detailliert beschrieben. Diese Auswertung arbeitet insbesondere nach dem Prinzip der synchronen Erkennung. Hierzu werden die von den Lokalisierungsspulen abgegebenen Signale oder Linearkombinationen dieser Signale auf analogem Weg mit einem zum Versorgungsstrom der Sendespule phasengleichen rechteckförmigen Taktsignal H multipliziert.
• Der Wegfall einer Leitungsverbindung zwischen dem Positionszeiger und der Auswerteschaltung der Digitalisiertafel macht es erforderlich, das Taktsignal aus den von den Lokalisierungsspulen erhaltenen Signalen zu extrahieren.
• Hierfür werden die Ausgangssignale der Schaltungen 32x, 34x, 32y und 34y an eine Schaltung zur Maximalwerterkennung 52 geliefert, die Bestandteil der Taktableitungsschaltung 50 (Fig. 4) bildet. Die Schaltung 52 wählt unter den Signalen, die sie erhält, dasjenige mit dem höchsten Wert aus und legt dieses an einen Vollweggleichrichter 54. Das gleichgerichtete Signal wird mittels einer Schwellwerterkennungsschaltung 56 in Impulse gewandelt, deren Ausgang im Zustand "High" ist, wenn der Wert des Eingangssignals unter einem festgelegten Schwellwert liegt. Die von der Schaltung 56 erzeugten Impulse werden durch ein Flip-Flop 58 in ein Rechtecksignal gewandelt, wobei der Ausgang auf eine Phasenverriegelungsschleife 60 wirkt. Das gleichgerichtete Signal am Ausgang des Gleichrichters 54 liefert eine Referenzfrequenz mit dem doppelten Wert der Versorgung der Sendespule. Diese Frequenz wird durch das Flip-Flop 58 durch zwei geteilt, so daß die Phasenverriegelungsschleife 60 das Taktsignal H liefert, das phasengleich zum Versorgungsstrom der Spule L ist. Das Signal H wird an die Schaltungen 24x, 24y und 40 gelegt, in denen die synchrone Erkennung abgewickelt wird.
• Im dargestellten Beispiel erhält die Taktableitungsschaltung 50 Signale, die sich aus bestimmten Kombinationen der von den Lokalisierungsspulen gelieferten Signale zusammensetzen. Selbstverständlich kann die Ableitung des Taktsignals H aus allen Signalen erfolgen, die entweder direkt von den Lokalisierungsspulen erhalten werden oder als Linearkombinationen aus diesen gebildet werden.
• In allen Fällen erhält die Taktableitungsschaltung vorteilhafterweise mehrere simultane Signale, um dasjenige mit dem höchsten Pegel auswählen zu können. Damit wird eine Entsynchronisierung der Phasenverriegelungsschleife vermieden, die möglich wäre, wenn nur ein Signal von den Lokalisierungsspulen zugrundegelegt wird, und dieses Signal einen Wert von Null oder nahezu Null aufweist.
• Wie weiter in der Fig. 4 gezeigt, ist das Ausgangssignal der Schaltung 52 zur Maximalwerterkennung zusätzlich an eine Schaltung 62 zur Unterbrechungserkennung geführt, die bei jeder Unterbrechung ein Signal zum Nullsetzen an einen Zähler 64 liefert. Der Zähler 64 erhält das Taktsignal H an seinem Zähleingang. Das Ausgangssignal der Schaltung zur Unterbrechungserkennung veranlaßt unmittelbar vor dem Rücksetzen des Zählers auf Null das Laden des Inhalts des Zählers 64 in ein Register 66. Der Inhalt des Registers 66, der kennzeichnend für die Periode der Unterbrechungen des von der Sendespule erzeugten Signals ist, wird an die Auswerteeinheit 30 übergeben, um zu bestimmen, welche der Tasten am Positionszeiger betätigt wurde.
• Die Anordnung der Lokalisierungsspulen Bx1 bis Bxm und By1 bis Byp ist so gewählt, daß die Anzahl von Verbindungen soweit wie möglich reduziert wird, ohne die Leistungsmerkmale des Lokalisierungssystems zu verringern.
• Hierfür können Spulen mit einer Größe entsprechend der Länge der von ihnen definierten Zonen Verwendung finden, wobei eine Spule mit einem ersten Wicklungssinn, die den Anfang einer Zone der Tafel definiert, mit einer Spule, die eine zweite Zone der Tafel definiert und einen zur ersten umgekehrten Wicklungssinn aufweist, in Serie geschaltet ist. Eine solche Anordnung ist schematisch in der Fig. 5 für die Spulen Bx1 bis Bxm dargestellt, wobei diese acht Zonen definieren (m gleich 8 im dargestellten Beispiel).
• Zwei in Serie geschaltete Spulen mit entgegengesetztem Wicklungssinn können nicht aneinander anschließen, ohne daß der Nachteil einer Zone auftritt, in der der Fluß zu Null wird, und in der es nicht möglich ist, die Position der Sendespule festzustellen.
• Die Fig. 8 zeigt die Anderung der induzierten Spannung einer Lokalisierungsspule B in Abhängigkeit von der Position des Mittelpunktes der Sendespule in bezug auf die Lokalisierungsspule B (schematisch gestrichelt dargestellt). Wenn die Mitte der Sendespule die Lokalisierungsspule B verläßt und sich von dieser entfernt, kehrt sich die induzierte Spannung um und geht anschließend gegen Null.
• Die Erkennung dSr Zone der Tafel, in der sich die Sendespule in Y-Richtung befindet, wird durch synchrone Erkennung auf Basis der von den Lokalisierungsspulen Bxl bis Bxm erzeugten und durch die jeweiligen Verstärkerschaltungen 22x1 bis 22xm' (Fig. 9) verstärkten Signale bewirkt. Die Spulen Bxl bis Bxm sind paarweise in Serie geschaltet, wobei m' hier gleich m/2 ist. Die synchrone Erkennung besteht in der Multiplikation der Signale mit dem in Phase mit dem Versorgungsstrom der Sendespule L liegenden Taktsignal H. Diese Erkennung wird durch die Schwellwerterkennungsschaltungen 24x1 bis 24xm' ausgeführt, die jeweils mit den Ausgängen der Verstärker 22x1 bis 22xm' verbunden sind und das Taktsignal H erhalten.
• Die Bestimmung der Position der Sendespule erfolgt einerseits durch die Erkennung des Vorliegens eines Signals, dessen absolute Größe einen festgelegten Schwellwert überschreitet, und andererseits durch Erkennung des Vorzeichens des induzierten Signals. Hierbei ist anzumerken, daß die Information hinsichtlich des Vorzeichens aufgrund des Vorhandenseins von synchronen Detektoren erhalten werden kann, die die Phasengleichheit bzw. die Gegenphasigkeit des induzierten Signals und des Taktsignals H erfassen.
• Die Werte desjenigen in Serie geschalteten Paares von Lokalisierungsspulen, für das das größte induzierte Signal erhalten wurde, und die Vorzeichenangabe werden an die Auswerteeinheit 30 übermittelt, mit der die Zone der Tafel in X-Richtung bestimmt werden kann, in der sich die Sendespule L befindet.
• Die Signale der Spulen By1 bis Byp werden in der gleichen Weise mittels der Verstärker 22y und der Schwellwerterkennungsschaltungen 24y ausgewertet, um die Zone der Tafel in Y-Richtung zu bestimmen, in der sich die Sendespule L befindet.
• Die Polaritätsumkehr der in einer Lokalisierungsspule B durch die Sendespule L induzierten Spannung, wenn die letztere die Lokalisierungsspule B verläßt (Fig. 8), kann zum Auftreten scheinbarer Zonen bei Abtastungen führen, bei denen die induzierte Spannung nach der Polaritätsumkehr einen Wert erreicht, dessen Größe einen Schwellwert für die Erkennung überschreitet. In einem solchen Fall wird die Information so interpretiert, als ob sich die Sendespule auf Höhe derjenigen Lokalisierungsspule befinden würde, die in Serie mit der Lokalisierungsspule B geschaltet ist, und die einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweist.
• Um dieses Phänomen zu vermeiden, kann ein größerer Schwellwert gewählt werden, da der außerhalb einer Lokalisierungsspule induzierte inverse Signalpegel kleiner ist als das im Inneren der Spule induzierte Signal.
• Ein anderes Mittel zur Vermeidung des Auftretens scheinbarer Zonen besteht in einer Vertauschung der Reihenfolge der Spulen mit umgekehrtem Wicklungssinn gegenüber den Spulen mit fortlaufendem Wicklungssinn derart, daß sichergestellt ist, daß niemals zwei Lokalisierungsspulen mit fortlaufendem Wicklungssinn in Serie mit jeweils zwei benachbarten Lokalisierungsspulen mit umgekehrtem Wicklungssinn geschaltet sind. Eine solche Anordnung ist in der Fig. 6 dargestellt. Die Anzahl der Lokalisierungsspulen in diesem Beispiel ist acht, wobei die Spulen Bx1, Bx2, Bx3, Bx4 und Bx5 fortlaufenden Wicklungssinn haben, und die Spulen Bx6, Bx7 und Bx8 umgekehrten Wicklungssinn aufweisen und jeweils mit den Spulen Bx1, Bx3 und Bx5 in Serie geschaltet sind. Eine analoge Anordnung kann für die Spulen By1 bis Byp vorgesehen werden.
• Die von den Spulen Bx1 bis Bx8 abgegebenen Signale werden durch eine Schaltung entsprechend Fig. 9 ausgewertet, wobei die Anzahl der Verstärkerschaltungen und der Erkennungsschaltungen gleich fünf ist.
• Eine Reduzierung der Anzahl der Verbindungen kann überdies durch eine Anordnung der Lokalisierungsspulen wie in der Fig. 7 dargestellt erzielt werden.
• Die Spulen Bx1 bis Bxm weisen in diesem Fall Längen in X- Richtung auf, die nicht alle gleich sind und die Vielfache der Länge Lx der Zonen der Tafel, die durch sie definiert werden, bilden. Die Lokalisierungsspulen Bx1 bis Bxn sind so ineinandergeschachtelt, daß mindestens einige Zonen der Tafel in mehrere Lokalisierungsspulen eingeschlossen sind.
• Im dargestellten Beispiel beträgt die Anzahl der Lokalisierungsspulen Bx1 bis Bxm vier, wobei diese in X-Richtung acht Zonen definieren. Die von den Lokalisierungsspulen gelieferten Signale bilden eine Positionskodierung für die Sendespule. Die dabei verwendete Kodierung ist z.B. ein Gray-Code, wobei zwei Spulen Bx1 und Bx3 in Serie geschaltet sind und jeweils die Zonen 1, 2 und 5, 6 abdecken, eine Spule Bx2 die Zonen 2, 3, 4 und 5 abdeckt und eine Spule Bx4 die Zonen 4, 5, 6 und 7 abdeckt. Eine analoge Anordnung kann für die Spulen By1 bis Byp vorgesehen werden.
• Die Auswertung der von den Spulen Bx1 bis Bx4 abgegebenen Signale erfolgt mittels der Schaltung nach der Fig. 10. Die Summe der Signale der Spulen Bx1 und Bx3 wird durch eine Verstärkerschaltung 22x'1 verstärkt, während die Signale der Spulen Bx2 und Bx4 durch die Verstärkerschaltungen 22x'2 und 22x'3 verstärkt werden. Die Schwellwerterkennungsschaltungen 24x'1 bis 24x'3 erhalten die Ausgangssignale der Verstärker 22x'1 bis 22x'3 sowie das Taktsignal H, um eine synchrone Erkennung vorzunehmen.
• Die Ausgangssignale der Schwellwerterkennungsschaltungen 24x'1 bis 24x'3 werden in binärer Form an die Auswerteeinheit 30 übertragen, wobei die Kombination der Signale die Kodierung zur Identifizierung derjenigen Zone der Tafel bildet, in der sich die Sendespule befindet.
• Wie für die Zonenlokalisierungsspulen Bx1 bis Bxm und By1 bis Byp wird die Anordnung der Spulen bxl bis bxn und by1 bis byq so gewählt, daß die Anzahl der Verbindungen mit der Auswerteeinrichtung reduziert wird. Die Spulen bx1 bis bxn sind beispielsweise wie in der Fig. 11 gezeigt angeordnet. Eine gleiche Anordnung kann auch für die Spulen by1 bis byq verwendet werden.
• In diesem Beispiel beträgt die Anzahl der Spulen bxl bis bxn acht (n = 8), die regelmäßig über die Länge Lx einer Zone der Tafel in X-Richtung verteilt sind. Die Spulen bx1 bis bx8 sind in gleichen Abständen zueinander verteilt, die gleich ihrer Breite sind. Wie bei den Spulen zur Lokalisierung der Zonen ist die Anzahl der Verbindungen zum Auswerte-System dadurch verringert, daß die Spulen paarweise mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Serie geschaltet sind. Damit wird jede der Spulen bx1 bis bx4 in der ersten Hälfte der Zone der Tafel und mit einem ersten Wicklungssinn mit einer Spule bx5 bis bx8 an der gleichen Stelle in der zweiten Hälfte der Zone, die einen zum ersten umgekehrten Wicklungssinn aufweist, in Serie geschaltet. Das von den Spulen bx1 bis bx8 in einer Zone gebildete Muster wird in jeder der anderen Zonen wiederholt, wobei alle Spulen, die in den verschiedenen Zonen die gleiche Position einnehmen, in Serie geschaltet sind.
• Die Fig. 12 zeigt einen Verlauf der an den Anschlüssen der vier Spulenpaare bx1-bx5, bx2-bx6, bx3-bx7 und bx4-bx8 erhaltenen Spannung als Funktion der Position der Sendespule in der Zone.
• Die genaue Bestimmung der Position der Sendespule in einer Zone der Tafel in X-Richtung erfolgt durch Interpolation, wobei die Spannungen bix von den Spulen bxi kombiniert werden. Hierfür wird eine Zone der Tafel durch einen Kreis angenähert und die Position einer Lokalisierungsspule in eine Polarkoordinate 2π xi/Lx gewandelt, wobei xi die Positionskoordinate der Spule bxi, gemessen in X-Richtung gegenüber einem festgelegten Ursprung, bezeichnet. Die Spannungen bix werden auf zwei senkrecht aufeinanderstehende Achsen projiziert und die so erhaltenen Beiträge summiert, so daß sich ergibt:
• Pcx = bix cos(2π xi/Lx), und
• Psx = bix sin(2π xi/Lx)
• Die Größen Pcx und Psx sind der Kosinus und der Sinus des Winkels, der die Polarkoordinate der Sendespule in der Zone der Tafel bestimmt. Die kartesische Koordinate x gibt die Position der Sendespule in X-Richtung gegenüber einem festgelegten Ursprung an und ist somit wie folgt gegeben:
• x = Lx/2π arctan(Psx/Pcx)
• Die Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform der Auswerteschaltungen für die Signale der Spulen bxi, wenn diese eine Anordnung nach Fig. 11 aufweisen.
• Unter Annahme der Mitte der Spule bx1 als Ursprung drücken sich die MaximalwertePcx undPsx wie folgt aus:
• Pcx = blx cos 0 + b2x cos π/4 + b3x cos π/2 + b4x cos 3π/4 + b5x cos π + b6x cos 5π/2 + b7x cos 3π/2 + b8x cos 7π/4
• Psx = b1x sin 0 + b2x sin π/4 + b3x sin π/2 + b4x sin 3π/4 + b5x sin π + b6x sin 5π/2 + b7x sin 3π/2 + b8x sin 7π/4
• d.h.:
• Pcx = (b1x - b5x) + (b2x - b6x) - (b4x - b8x)
• Psx = (b2x - b6x) + (b3x - b7x) + (b4x - b8x)
• Die Spannungen (b1x - b5x), (b2x - b6x), (b3x - b7x) und (b4x - b8x) werden durch Serienschaltung der Spulen bx1 und bx5, bx2 und bx6, bx3 und bx7 und bx4 und bx8 mit entgegengesetztem Wicklungssinn erhalten. Die Verstärkerschaltungen 32x1, 32x2 und 32x3 erhalten die Spannungen (b1x - b5x), (b2x - b6x) und (b4x - b8x), um zu (b1x - bSx), 2 (b2x - b6x) bzw. -2 (b4x - b8x) proportionale Signale zu liefern.
• In gleicher Weise erhalten die Verstärkerschaltungen 34x1, 34x2 und 34x3 die Spannungen (b2x - b6x), (b3x - b7x) und (b4x - b8x), um zu (b2x - b6x), (b3x - b7x) bzw. (b4x - b8x) proportionale Signale zu liefern.
• Eine Summationsschaltung 42xc übernimmt die Ausgänge der Verstärkerschaltungen 32x1, 32x2 und 32x3, um ein für den Wert Pcx repräsentatives Signal zu erzeugen. Das Ausgangssignal der Schaltung 42xc wird an eine Schaltung 44xc zur synchronen Erkennung gelegt, die das Taktsignal H erhält, und deren Ausgang über ein Tiefpaßfilter 46xc mit einem ersten Eingang eines Multiplexers 48 verbunden ist.
• In gleicher Weise erzeugt eine Summationsschaltung 42xs ein für den Wert Psx repräsentatives Signal aus dem Ausgang der Verstärker 34x1, 34x2 und 34x3. Eine Schaltung 44xc zur synchronen Erkennung, die das Taktsignal H erhält, ist mit dem Ausgang der Summationsschaltung 42xs verbunden, wobei ihr Ausgang über ein Tiefpaßfilter 46xc mit einem zweiten Eingang des Multiplexers 48 verbunden ist.
• Unter der Voraussetzung einer Anordnung der Spulen by1 bis byq in Y-Richtung identisch derjenigen der Spulen bx1 bis bxn in X-Richtung umfaßt die Schaltung nach Fig. 13 darüber hinaus Verstärkerschaltungen 32y1, 32y2 und 32y3, die die Spannungen (b1y - b5y), (b2y - b6y) und (b4y - b8y) erhalten, um mittels einer Summationsschaltung 42yc Signale zu liefern, die zu
• (b1y - b5y), (b2y - b6y) bzw. - (b4y - b8y)
• proportional sind, sowie Verstärkerschaltungen 34y1, 34y2 und 34y3, die die Spannungen (b2y - b6y), (b3y - b7y) und (b4y - b8y) erhalten, um mittels einer Summationsschaltung 42ys Signale zu liefern, die zu
• (b2y - b6y), (b3y - b7y) bzw. (b4y - b8y)
• proportional sind.
• Die Schaltungen 44yc und 44ys zur synchronen Erkennung, die das Taktsignal H erhalten, sind mit den Ausgängen der Summationsschaltungen 42yc bzw. 42ys verbunden, um über Tiefpaßfilter 46yc und 46ys für die Werte Pcy und Psy repräsentative Signale an einen dritten und einen vierten Eingang des Multiplexers 48 zu liefern.
• Der Multiplexer 48 wird durch die Auswerteeinheit 30 gesteuert, um dessen Eingänge nacheinander mit einen Analog/Digitalwandler 49 zu verbinden, dessen Ausgang mit der Auswerteeinheit 30 verbunden ist.
• Die mit den Ausgängen der Tiefpaßfilter verbundenen Vorzeichendetektoren 47xc, 47xs, 47yc und 47ys bestimmen die Vorzeichen der durch die Schaltung zur synchronen Erkennung erzeugten Signale und übergeben diese Vorzeichenwerte an die Auswerteeinheit 30. Diese ist entsprechend programmiert, um die Koordinatenwerte x = Lx/2 arctan(Psx/Pcx) und y = Ly/2 arctan(Psy/Pcy) aus den vom Analog/Digitalwandler 49 und den Vorzeichendetektoren erhaltenen Daten zu berechnen.
• Die Ausgangssignale der Tiefpaßfilter sind außerdem an einen Maximalwertdetektor 43 geführt, der unter den erhaltenen Signalen dasjenige mit dem größten Wert auswählt und dieses an einen Schwellwertdetektor 45 anlegt. Dessen Ausgang ist mit der Auswerteeinheit 30 verbunden, die daraus ein Signal zur automatischen Steuerung des Verstärkungsfaktors der Eingangsverstärker ableitet.
• Die Wandlung der Signale Psx und Pcx in einen digitalen Wert für die Koordinate x und die Wandlung der Signale Psy und Pcy in einen digitalen Wert für die Koordinate y kann vorzugsweise (z.B. für den Fall der Koordinate x) durch Verwendung eines der beiden Signale (Psx oder Pcx) als Referenzspannung Er und des anderen Signals (Pxc oder Psx) als Signalspannung Es eines Analog/Digitalwandlers 100 erfolgen. Man behandelt hierbei die Signale Psx bzw. Pcx entsprechend den oben beschriebenen Signalen P1x und P2x. Das als Referenzspannung für den Analog/Digitalwandler 100 dienende Signal ist dabei dasjenige der Signale Psx oder Pcx mit dem jeweils größeren Wert. Auf diese Weise bildet der Ausgang SN des Wandlers 100 eine unmittelbare Funktion des Wertes Psx/Pcx, wenn das Signal Pcx an den Referenzspannungseingang gelegt ist, oder des Wertes Pcx/Psx, wenn umgekehrt das Signal Psx als Referenzspannung dient.
• Hieraus folgt, daß vom Analog/Digitalwandler 100 unmittelbar ein gewandelter Wert, der eine Funktion des Größenverhältnisses der beiden Signale Psx und Pcx ist, d.h. das Ergebnis einer als "Verhältnisbildung" bezeichneten Auswertung erhalten wird, wodurch sich die Verwendung eines Rechners zur Bestimmung dieses Verhältnisses auf numerischem Weg erübrigt. Es genügt daher, den vom Analog/Digitalwandler 100 ausgegebenen Wert an den Rechner 30 als Variable zur Bestimmung der Koordinate x zu übermitteln. Ist daher Pcx das größere Signal, so ist der vom Wandler gelieferte "Verhältniswert" SN3 gleich Psx/Pcx, so daß die Koordinate x mittels der trigonometrischen Funktion x = (Lx/2π) arctan(SN3) bestimmt werden kann.
• Im Fall, daß das Signal Psx den größeren Wert aufweist, liefert der Wandler ein Ausgangssignal SN4 = Pcx/Psx. Hieraus ist die Koordinate x ebenfalls in einfacher Weise zu bestimmen, indem auf die trigonometrische Gleichung: arctan(z) = π/2 - arctan (1/z) zurückgegriffen wird, so daß die Koordinate x = π/2 - (Lx/2π) arctan(SN4) vom Rechner 30 bestimmt werden kann.
• Diese Berechnung der Koordinate x kann vorzugsweise unter Steuerung durch ein Programm im Rechner 30 ausgeführt werden, wobei von diesem ein elektronisch ansteuerbares Umschaltnetzwerk 110 gesteuert wird, mit dem die Eingänge Er und Es des Analog/Digitalwandlers 100 entsprechend dem Flußdiagramm der Fig. 14 selektiv mit den in Frage kommenden Signalen beschaltet werden können. In diesem Schema verwendet das Programm als Daten den digitalen Ausgang SN des Wandlers 100, dessen Werte je nach Programmschritt mit SN1 bis SN4 bezeichnet werden.
• Ein Beispiel einer Schaltung zur Bestimmung der Koordinate x wie oben beschrieben ist in der Fig. 15 wiedergegeben.
• Das elektronisch ansteuerbare Umschaltnetzwerk 110 besteht aus zwei Umschaltern C1 und C2, die jeweils mit einem Pol mit dem Referenzspannungseingang Er bzw. dem Signalspannungseingang Es des Analog/Digitalwandlers 100 verbunden sind.
• Der Umschalter C1 erlaubt mit Hilfe von Steuerbefehlen, die über einen Steuerbus CC1 vom Rechner 30 geliefert werden, die selektive Verbindung des Eingangs Er mit einem der drei Signale Uref, Psx und Pcx.
• In analoger Weise erlaubt der Umschalter C2 mit Hilfe von Steuerbefehlen, die über einen Steuerbus CC2 vom Rechner 30 geliefert werden, die selektive Verbindung des Eingangs Es mit einem der beiden Signale Pcx und Psx.
• Die Funktionsfolge der Umschalter C1 und C2 während eines Berechnungszyklus für die Koordinate x läuft in der folgenden Weise ab.
• In einem ersten Schritt wird bestimmt, welches der Signale Psx und Pcx den größeren Wert aufweist. Der Umschalter C1 wird vom Rechner 30 so angesteuert, daß der Eingang Er des Wandlers 100 mit dem Kontakt des Signals Uref verbunden wird. Dieses Signal bildet eine von den Signalen Psx und Pcx unabhängige Referenzspannung, um einen Vergleich der beiden letzteren zu ermöglichen. Es ist anzumerken, daß der Wert von Uref nicht kritisch ist, und daß seine Genauigkeit keinen Einfluß auf das Ergebnis der Berechnung der Koordinate x hat. Daher kann Uref in einfacher Weise mit Hilfe eines durch die beiden Widerstände R1 und R2 gebildeten Spannungsteilers aus einer Potentialdifferenz +V gewonnen werden.
• Bei mit der Referenzspannung Uref verbundenem Eingang Er des Wandlers 100 wird der Umschalter C2 vom Rechner 30 über einen Steuerbus CC2 so angesteuert, daß der Signaleingang Es des Wandlers 100 mit dem Signal Psx verbunden wird. Der Rechner 30 liest und speichert den vom Ausgang SN des Wandlers 100 generierten digitalen Momentanwert SN1 (gleich Psx/Uref). Anschließend steuert er den Umschalter C2 so um, daß der Eingang Es mit dem anderen Signal Pcx verbunden ist, und liest und speichert den Momentanwert SN2 (gleich Pcx/Uref) vom Ausgang SN des Wandlers 100. Daraufhin nimmt der Rechner 30 einen Vergleich der beiden Werte SN1 und SN2 vor und bestimmt denjenigen mit dem größeren Wert. Nach Abschluß dieser Operation erfolgt die Auswertung durch die eigentliche "Verhältnisbildung".
• Der Rechner 30 stellt den Umschalter C1 so ein, daß das Signal mit dem höheren Wert (Psx oder Pcx) mit dem Eingang Er des Wandlers verbunden wird, und den Umschalter C2 so, daß das andere Signal (Pcx oder Psx) mit dem Eingang Es verbunden wird. Bei dieser Konfiguration kann der Rechner 30 den digitalen Wert (SN3 oder SN4) des Verhältnisses der beiden Signale Psx und Pcx direkt vom Ausgang SN des Wandlers 100 übernehmen, wobei dieser stets größer als eins ist. Aufgrund dieser Tatsache kann die Koordinate x in einfacher Weise durch Auswertung einer trigonometrischen Funktion bestimmt werden, wobei diese Koordinate gegeben ist durch:
• x = π/2 - (Lx/2π) arctan(SN3), wenn das Signal Psx an den Eingang Er angelegt ist, oder durch:
• x = (Lx/2π) arctan(SN4), wenn das Signal Pcx an den Eingang Er angelegt ist.
• Die Auswertung dieser Funktionen kann in einfacher Weise durch entsprechende Programmbefehle erfolgen.
• Es versteht sich von selbst, daß die Koordinate y in identischer Weise aus den Werten Ly, Psy und Pcy anstelle der Werte Lx, Psx und Pcx erhalten werden kann.
• Um Angaben zur Position des Positionszeigers in bezug auf die Tafel in numerischer Form bereitzustellen, werden die Positionskoordinaten x und y des Positionszeigers in einer Zone der Tafel durch die Auswerteschaltung 20 mit der Information zur Identifikation der Zone der Tafel, in der sich der Positionszeiger befindet, kombiniert. Die resultierenden Daten werden an eine anwenderseitige Schaltung (nicht dargestellt) übergeben.

Claims (10)

1. Digitalisiertafel bestehend aus einer Tafel, in der Lokalisierungsspulen (bx1 bis bxn, by1 bis byq) angeordnet sind, die ein Raster bilden, einem auf dieser Tafel frei beweglichen Positionszeiger (10), der eine Sendespule (L) besitzt, die durch einen Wechselstrom gespeist wird, und einer Auswerteschaltung (20), welche Signale empfängt, die in den Lokalisierungsspulen durch elektromagnetische Kopplung mit der Sendespule induziert werden, und die Berechnungsmittel (30) enthält, um aus der Amplitude des Signals der Lokalisierungsspulen (bx1 bis bxn, by1 bis byq) eine erste Koordinate (x), gemessen in einer ersten Richtung Richtung der Tafel, und eine zweite Koordinate (y), gemessen in einer zweiten Richtung der Tafel zu ermitteln, wodurch die Position der Sendespule in bezug auf die Tafel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung mindestens Mittel zur Kombination der von den Lokalisierungsspulen (bx1 bis bxn) erhaltenen Signale für die Lieferung folgender Größen enthält:

wobei

der Wert i von 1 bis n läuft;

n die Anzahl der Lokalisierungsspulen bxi angibt;

Vix die Amplitude eines von der Lokalisierungsspule bxi über die Sendespule erhaltenen Signals bezeichnet;

xi die Positionskoordinate der Spule bxi in der Tafel, gemessen in der ersten Richtung der Tafel, unter Bezug auf einen festgelegten Ursprung ist;

f1(xi) ein erster Gewichtungsfaktor für die Amplitude ist, dessen Größe von xi abhängt; und

f2(xi) ein zweiter Gewichtungsfaktor für die Amplitude ist, der sich vom ersten Gewichtungsfaktor unterscheidet und dessen Größe von xi abhängig ist;

die Koordinate x der Position der Sendespule auf der Tafel unter Bezug auf den Nullpunkt wie folgt gegeben ist:

x = f3(P1x/P2x)

wobei f3(x) einen unter anderem von f1(xi) und f2(xi) bestimmten Zusammenhang angibt.

2. Tafel nach Anspruch 1, die mindestens eine Anordnung von Lokalisierungsspulen (bx1 bis bxn) umfaßt, die gegeneinander in der ersten Richtung der Tafel angeordnet sind und einen Bereich abdecken, der mindestens einen Teil der Länge der Tafel in dieser Richtung belegt, dadurch gekennzeichnet, daß gilt:

f1(xi) = sin(2πxi/Lx);

f2(xi) = cos(2πxi/Lx); und

f3(P1x/P2x) ≈ Lx/2π arctan(P1x/P2x);

Lx ist hierbei die Größe des Bereichs, gemessen in der betreffenden Richtung der Tafel.

3. Tafel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel zur Bestimmung der ersten Koordinate (x) enthält, wobei diese Mittel folgendes umfassen:

- ein analoges Schaltnetzwerk zur Bestimmung der Signale P1x und P2x;

- eine Schaltung zur Feststellung, welches der Signale P1x und P2x den höheren Pegel aufweist;

- einen Analog/Digitalwandler mit einem Referenzspannungseingang (Pref) und einem Eingang für ein analoges Signal (Pin), das relativ zur Referenzspannung in einen numerischen Wert zu wandeln ist;

- eine erste Umschalteinrichtung, die mit der Schaltung in der Weise zusammenarbeitet, daß das Signal P1x oder P2x mit dem jeweils höheren Pegel an den Referenzeingang (Pref) des Analog/Digitalwandlers gelegt wird;

- eine zweite Umschalteinrichtung, die mit der Schaltung in der Weise zusammenarbeitet, daß das Signal P2x oder P1x mit dem jeweils niedrigeren Pegel an den Signaleingang (Pin) des Analog/Digitalwandlers gelegt wird; und

- einen Rechner zur Bestimmung des Wertes x = (Lx/2π) arctan(Pin/Pref) oder π/2 - (Lx/2π) arctan(Pin/Pref) aus dem Ausgangswert des Analog/Digitalwandlers;

4. Tafel nach Anspruch 2 oder 3, die Mittel zur Synchronisierung anhand eines Phasenreferenzsignals (H) aus dem Signal der Sendespule besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Lokalisierungsspulen (bxi bis bxn) durch zwei Untergruppen mit jeweils gleichen Anzahlen von Spulen gebildet wird, wobei eine erste Untergruppe einen ersten Bereich der Tafel und die zweite Untergruppe einen zweiten Bereich der Tafel abdeckt, und daß jede Spule der ersten Untergruppe an einer Position in einem ersten Bereich der Tafel und mit einem ersten Wicklungssinn mit einer Spule der zweiten Untergruppe an der gleichen Position im zweiten Bereich der Tafel und mit einem entgegengesetzten Wicklungssinn gegenüber der ersten in Serie geschaltet ist.

5. Tafel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tafel mindestens in der ersten Richtung der Tafel zweite Spulen (Bx1 bis Bxm) umfaßt, durch die die Tafel in dieser Richtung in mehrere aufeinander folgende Zonen gleicher Größe (Lx/2π) unterteilt wird, und weiter erste Spulen (bx1 bis bxn) umfaßt, die jede Zone unterteilen und so ein sich in gleichen Abständen entsprechend der Länge dieser Zonen wiederholendes Muster entlang dieser Richtung bilden, wobei diejenigen ersten Spulen, die die gleichen Positionen in den verschiedenen Zonen einnehmen, so in Serie geschaltet sind, daß die Position der Sendespule (L) in der betreffenden Richtung in Bezug auf die Tafel mittels einer Auswerteschaltung (20) durch Identifizierung der Zone der Tafel, in der sich die Sendespule befindet, sowie mittels von zweiten Lokalisierungsspulen erhaltenen Signalen und durch Lokalisierung der Sendespule in dieser Zone mittels von den ersten Lokalisierungsspulen erhaltenen Signalen bestimmt werden kann.

6. Tafel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die mit einem drahtlosen Positionszeiger und Mitteln zur Synchronisierung anhand eines Phasenreferenzsignals (H) aus dem Signal der Sendespule versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionszeiger eine lokale Oszillatorschaltung (12) zur Speisung der Spule umfaßt, wobei die Auswerteschaltung eine Taktableitungsschaltung (50) zur Lieferung des Phasenreferenzsignals (H) aus mindestens einem der von den Lokalisierungsspulen erhaltenen Signale umfaßt, wobei die Taktableitungsschaltung eine Schaltung zur Maximalwerterkennung (52) zur Auswahl des Signals mit der höchsten Amplitude aus einer Vielzahl von Signalen, von denen jedes aus mindestens einem der von den Lokalisierungsspulen erhaltenen Signale gebildet wird, eine Signalformungsschaltung (54, 56, 58) für ein ausgewähltes Signal und eine Phasenverriegelungsschleife (60), die das ausgewählte und geformte Signal übernimmt und das Phasenreferenzsignal (H) liefert, und daß in mindestens einer Richtung der Tafel die Lokalisierungsspulen mindestens zweite Spulen (Bx1 bis Bxm) beinhalten, welche die Tafel in dieser Richtung in mehrere aufeinanderfolgende Zonen gleicher Größe (Lx) unterteilen, und daß die ersten Spulen (bx1 bis bxn) jede Zone unterteilen und ein sich in gleichen Abständen entsprechend der Länge dieser Zonen wiederholendes Muster entlang dieser Richtung bilden, wobei diejenigen ersten Spulen, die die gleichen Positionen in den verschiedenen Zonen einnehmen, so in Serie geschaltet sind, daß die Position der Sendespule (L) in der betreffenden Richtung in Bezug auf die Tafel mittels einer Auswerteschaltung (20) durch Identifizierung der Zone der Tafel, in der sich die Sendespule befindet, sowie mittels von zweiten Lokalisierungsspulen erhaltenen Signalen und durch Lokalisierung der Sendespule in dieser Zone mittels von den ersten Lokalisierungsspulen erhaltenen Signalen bestimmt werden kann.

7. Tafel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionszeiger (10) mindestens eine Drucktaste (17, 19) enthält, deren Betätigung von der Auswerteschaltung erkannt werden muß, und Kodierungsmittel (18, 16) besitzt, die in Reaktion auf die Betätigung der Taste eine Modifikation des von der Sendespule (L) abgegebenen Signals bewirken, und daß die Auswerteschaltung Erkennungsmittel (62, 64, 66) umfaßt, die ein aus mindestens einem der von den Lokalisierunsspulen empfangenen Signale gebildetes Signal erhalten, um die eventuelle Modifikation des von der Sendespule abgegebenen Signals zu erkennen und eine Information bezüglich der Betätigung der Drucktaste zu liefern.

8. Tafel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierungsmittel in Reaktion auf die Betätigung der Drucktaste (17, 19) so wirksam werden, daß sie das von der Sendespule (L) abgegebene Signal während einer festgelegten Zeitdauer in periodischer Weise unterbrechen.

9. Tafel nach Anspruch 5 oder 6 mit synchronen Erkennungseinrichtungen, die ein Phasenreferenzsignal (H) des Signals von der Sendespule verwenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lokalisierungsspule, die eine Zone der Tafel definiert und einen ersten Wicklungssinn aufweist, mit einer Lokalisierungsspule, die eine andere Zone der Tafel definiert und einen zur ersten umgekehrten Wicklungssinn aufweist, in Serie geschaltet ist, und daß die in Serie geschalteten Lokalisierungsspulen nicht aufeinanderfolgende Zonen der Tafel definieren.

10. Tafel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Spulen um ein Vielfaches der Länge einer Zone unterschiedliche Größen aufweisen und so ineinandergeschachtelt sind, daß die Kombination der von den Spulen empfangenen Signale eine Positionskodierung für diejenige Zone bildet, in der sich die Sendespule befindet.