DE1774172A1

DE1774172A1 - Anordnung zur Erzeugung von elektrischen Analogsignalen,die X- und Y-Koordinaten eines von Hand gefuehrten Taststifts auf einer Unterlage repraesentieren

Info

Publication number: DE1774172A1
Application number: DE19631774172
Authority: DE
Inventors: Walter Angst; Seifert Ludwik I; John Goddlet Jun; Ranson Joseph Von; Michael Wegryn
Original assignee: KOLLSMAN INSTRUMENTS CORP; Kollsman Instrument Corp
Current assignee: KOLLSMAN INSTRUMENTS CORP; Kollsman Instrument Corp
Priority date: 1962-05-18
Filing date: 1963-05-17
Publication date: 1972-01-20
Also published as: US3151927A; DE1763261A1; DE1772290A1; DE1772338A1; DE1264122B

Description

FATENTANWÄITE DIPL-JNG. CURT WALLACH _M^ DIPL.-ING. GONTHER KOCH 1/74172 DR. TINO HAIIACH K 49 772 IXc/42m⁶,Tr.A.III · MUMCHiHX I <· APR. 1961

Kollsman Instrument Corporation un*e«z«chen. 6756'ΪΙΙ - Dr.P/E

Anordnung zur Erzeugung von elektrischen Analogsignalen, die X-und Y-Koordinaten eines von Hand geführten Taststifts auf einer Unterlage repräsentieren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von elektrischen Analogsignalen, die die X-und Tf» Koordinaten eines von Hand geführten Tastsliftes auf einer Unterlage repräsentieren, insbesondere zur Verwendung bei einem Datenprojektor mit einem Stichel, mittels dessen ein undurchsichtiges Diapositiv in Abhängigkeit von einem Spannungesignal geritzt werden kann, wobei die Richtung der Sticherbewegung durch die Polarität des Spannungssignals und die durch den Stichel zurückgelegte Strecke durch die Größe des Spannungssignals bestimmt wird.

Projektionssysteme zur graphischen Darstellung und zum Analysieren von Daten sind "bereits bekannt. Ein befflbnders vorteilhaftes System dieser Art ist in der Stammanmeldung zur vorläufigen Anmeldung, die zu der DAS 1 264 122 geführt hat, beschrieben worden. Hierin wird insbesondere eine*Einrichtung zur Verstellung und Führung eines Schreibstichels in oinea Koordinatenschreiber beschrieben, bei dem die vom Schreibstichel erzeugte Aufzeichnung mit Durchlicht projezierbar ist»

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und wobei die Bewegung des Schreibstichels durch ein Antriebsaggregat bewirkt wird, das Stellmotoren aufweist, die über flexible Bänder mit dem Schreibstichel verbunden sind, die geeignet sind die Rotation des Stellmotors in Translationsbewegunjen des Stichels zu verwandeln.

Es besteht insbesondere in Verbindung mit derartigen Systemen der Wunsch,eine Aufzeichnungsvorrichtung zu besitzen, die es dem Benutzer ermöglicht, eine Aufzeichnung mit Hilfe eines Schreibstiftes herzustellen, der gleichzeitig die Bewegung des Schreibstichels steuert. Die Erfindung schlägt vor, hierzu eine Anordnung der eingangs genannten Art zu verwenden, die gekennzeichnet ist durch erste Mittel sum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Magnetfeldes in der Ebene dieser ersten Mittel bewegbare zweite Mittel zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten Spannung, die dem ersten bzw. dem zweiten Magnetfeld proportional sind, was auf die induktive Kopplung dazwischen zurückzuführen ist, sowie dritte Mittel zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten Gruppe von binären Signalen, die in einer proportionalen Beziehung zu dem ersten und zweiten Spannungssignal stehen, wobei die erste und zweite Gruppe binärer Signale die Stellung der beweglichen Mittel gegenüber den ersten Mitteln repräsentieren und wobei die erste und die zweite Gruppe binärer Auegangssignale zum Antreiben des Stichele des Datenprojektors zur Verfügung stehen.

Die erfindungsgemäße Anordnung wandelt die mit der "'Hand hergestellte Aufzeichnung in binär verschlüsselte Zeichen ua»

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durch v;elche die Augenblickswerte der Koordinaten der graphischen Darstellung-repräsentiert werden. Die aus dem Auf-. Zeichnungssystem abgeleiteten Koordinaten stehen gleiehieitig zur Verwendung in einem Digitalrechner zur Verfügung, während die binär verschlüsselten Koordinatenwerte den Servoeinrichtungen zum Betätigen des Stichels aufgedrückt werden können.

Die erfindungcjeciäße Anordnung unfaßt vorzugsweise eine Aufzeichnungstafel mit einer Katrix aus isolierten Leitern, ™ denen nacheinander Impulse zugeführt v/erden. Ein einen Bestandteil des Schreibstiftes für das Aufsei chnungssystem bildender Sticheläbertrager TuKLt das Vorhandensein der Impulse in den dem übertrager asi nächsten benachbarten Leitern ab. Die Impulse werden mit einem Bezu^szeitsignal verglichen, welches die Koordinatenlage der Leiter repräsentiert, um ein binär verschlüsseltes Ausgangssignal zu erzeugen, das ein Maß für die Koordinaten des Schreibstiftes ist. Diese Aufgabe wird für beide Koordinatenachsen gelöst, so daß die Stellung des m Schreibstiftes nahe der Grenzen der 'Aufzeichnunge-tfel eindeutig festgelegt ist. Der in den Schreibstift tuitergebracbte Übertrager ist so ausgebildet, dai? er für die Eingange impulsenergie innerhalb eines außerordentlich kleinen Flächenstücke der Tafel empfindlich ist, um zu gewährleisten, daß die Koordinatenwerte mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Der Schreibstift erfüllt daher doppelte Aufgabe, d.h. er wirkt als die Impulse fühlender Übertrager sowie als gewähn-

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liehe Schreibfeder, mittels deren eine graphische Darstellung auf einer durchscheinenden Auflage einer Aufzeichnungstafel hergestellt werden kann, so daß der Benutzer die Informationen während der Schreibperiode ständig beobaditen kann. 'Bei der Schreibflüssigkeit für den Schreibstift kann es sich jedoch auch um eine' nicht schmierende mit Hilfe eines Lösuijpmittels zu löschende Flüssigkeit handeln, so daß die Schrift direkt auf die Oberfläche der Aufzeichnungstafel aufgebracht und wieder entfernt werden kann. In das durchscheinende Zeichenpapier kann ein Koordinatengitter eingraphiert werden, um

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die Aufgabe der Bedienungsperson eine Aufzeichnung/der Hand herzustellen, zu erleichtern. Die aus Kunststoff hergestellte Schreibplatte kann mit ihre Ränder beleuchtenden Mitteln ver-, sehen werden, damit sie auch bei schwacher Umgebüngabeleuchtung benutzt werden kann.

er

Der Schreibstift ist vorzugsweise so ausgebildet, daß/die Impulse, welche in der Leitermatrix der Schreibtafel erzeugt werden, ohne Rücksicht, auf die Winkelstellung des Schreibstiftes gegenüber seiner Längsachse'aufnehmen kann. Sa die Iapulse für die X-und die Y-Koordinaten der Leitermatrix nicht gleichzeitig auftreten, braucht man in dem Schreibstift nur einen für Impulse emp»findlichen übertrager vorzusehen.

Weitere Einzelheiten undiVorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgende'n Figurenbeschreibung.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungege- * mäßen Anordnung zum Aufzeichnen von Datenj

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Pig. 2 zeigt perspektivisch in stark vergrößertem Maßstab einen Teil der Anordnung nach Pig» Ij

fig. 3 iat ein Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 . längs der Linie 14—14 j ·

Fig. 4 zeigt schematisch äen mit der Hand zu "betätigenden Schreibstift der Datenaufzeichnungseinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5 zeigt schematisch eine Ausbildungsform eines' im Zusammenhang mit der erfindungsgeniäßen Anordnungfeu ver- . m wendenden Digitalanalogumsetsers;

Fig. 6 und 7 zeigen zwei verschiedene Ausbildungsformen von Digitalanalogumsetzern nach Fig· 5·

Im folgenden werden die Mittel zum Zuführen der Eingangssignale zum Datenprojektor beschrieben. Gemalö der Erfindung wird die in Fig. 1 gezeigte Ziffernschreibeinrichtung 300 verwendet, um die binär verschlüsselten X- und Y-Koordinaten für die dem Datenprojektor zugeordneten Digital-Analog-Umsetzer zu liefern,

so daß der Schreibstichel 103 in der beechriebenen Weiee durch ^ die mit Gleichstrom betriebenen Drehvorrichtungen betätigt wirf

Das Ziffernschreibsystem 300 umfaßt eine Schreibplatte 301 mit einer ebenen Oberfläche, über die ein Schreibstift 302 mit der Hand geführt wird. Der Benutzer des Systems zeichnet die Informationen in der üblichen Weise auf, so daß der Aufzeichnungsvorgang nachgeahmt und gleichzeitig an einert anderen Stell wiedergegeben werden kann, wobei eine nicht bemerkbare zeit-

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Hohe Verzögerung eintritt} zu diesem Zweck dienen der Datenprojektor und das Ziffernschreibsyatem nach Fig. 1.

Die denX- und Y-Werten bzw. den Waagerecht- und Senkrechtwerten zugeordnete Aufzeichnungsplatte 301 besteht gemäß Pig.2 und 3 aus einem Geflecht 330 aus rechtwinkelig zueinander angeordneten Drähten, die in eine Tafel 331 aus klarem Kunststoff eingebettet sind. Dieses Drahtgeflecht setzt sich aus zahlrei-φ chen in gleichmäßigen Abständen verteilten Drähten 332 zusammen, die sich parallel zur Kante 333 der Tafel 331 erstrecken, sowie aus einem zweiten Satz von in gleichen Abständen verteilten Drähten 334, die mit den Drähten 332 verflochten und rechtwinkelig dazu angeordnet sind. Jeder Draht 332 ist einem X-Wert zugeordnet, während jeder Draht 334 einem X-Wert augeordnet ist, wobei diese Koordinatenwerte längs der zueinander rechtwinkligen Kanten der Tafel gemessen werden. Die Drähte 332 und 334 sind ständig elektrisch gegeneinander isoliert. Die Tafel besteht aus einem Epoxykunststoff, und die Drähte bilden ein gewöhnliches Geflecht.

Bei dem Ziffernschreibsystem 300 wird auf elektromagnetischem Wege der Ort eines Impulses ermittelt, der eine bestimmte Y- oder X-Eingangsleitung passiert j zu diesem Zweck werden erstens der Schreibplatte Impulse entnommen, zweitens wird dem Schreiber eine Aufzeichnung des vorher durchgeführten Schreib-Vorgangs geliefert, und drittens wird die Nachfüftrbewegung des Stichels im Projektor eingeleitet; diese Funktionen werden Nachstehend näher erläutert. Die von dem Schreibstift 302 auf-

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genommene elektromagnetische Energie wird durch hier nicht gezeigte, dem Schreibstift zugeordnete Übertragermittel umgtwandelt, um eine Spannung zu erzeugen, welche die *om Sehidbstift 302 aufgenommene elektromagnetische Strahlung repräsentiert. Diese Spannung wird über eine leitung 306a einem Videoverstärker 304 zugeführt, dessen Ausgangssignal über eine Lei-.tung 304a zu einer Und-Sperre 301 mit zwei Eingängen gelangt. Das Ausgangssignal *vird ferner der der Y-Achse zugeordneten Schaltung über eine leitung 3C4b zugeführt. Die hier nicht ge-

zeigte, dor Y-A.eh3e zugeordnete Z if ferns ehr eibschal tung ist ^ von gleicher Konstruktion wie der in Fig. 1 mit 350 bezeichnete Teil des Ziffernsehreibsystems 300, mittels deaeen die binär verschlüsselten X-Werte in der nachfolgend beschriebenen Weise abgeleitet werden. . ·

Die Zeitmarkenimpulsquelle 305 des Ziffernechreibsy«te*ö 300 liefert die Zeitmarkenimpulse für die zeitabhär^ige Steuerung des Systems. Die Frequenz der Zeitmarkenimpulee ergibt eich bei der bevorzugten Ausbildungsform aus der Annahme einer Schreib- M geschwindigkeit von etwa 230 mm/se"c und einer Unterteilung d»r ^ Schreibplatte mit den Abmessungen von etwa 760 X 760 MB durch ein Drahtgewebe nach Fig. 2, das 1000 waagrechte und 100Ö senkrechte Drähte umfaßt. Im Hinblick auf diese Zahlenwertt beträgt die höchste Geschwindigkeit des Schreibstiftes gegenflbtr der Schreibplatte 300 Drähte je Sekunde, d.h. für jeden Draht s/teht 1/300seczur Verfügung.

Um eine Stichelbewegung abzugreifen, die einem Drahtabetand.

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gleichwertig ist, wie es nachstehend beschrieben wird, wird die gesamte Zahl der Drähte, d.h. 1000 Drähte in einer koordinatenrichtung, in I/3OO see abgetastet. Hieraus ergibt eich eine Impulsfrequfina von 300 000 Hz. Um die Unterscheidung der X-Werte von den Y-Werten zu erleichtern, werden die zugehörigen Zeitmarkenimpul.se abwechselnd ausgenutzt, d.h. die Frequenz der Zeitmarkeninpulse wird auf 600 000/sec verdoppelt. Der Ausgang der Quelle 305 für die Zeitmarkenimpulse ist mit einer Wählstufe 306 für die abv/echselnd aufeinander folgenden Zeitmarkenimpulse verbunden; diese Stufe umfaßt eine Flip-Flop-Schal tung mit zwei daran angeschlossenen Und-Sperren, mittels deren die X-Impulse von den X-Imptilsen getrennt werden.

Das X-Ausgangssignal der Impulswählstufe 306 wird einer Schaltmatrix 307 und gleichzeitig einer binären Zählstufe 308 für 10 Bits zugeführt. Die Zähletufe 308 erzeugt beim Eintreffen von Impulsen aus der Wählstufe 306 ein 10 binäre Bit* enthaltendes Wort, das durch die der X-Achse zugeordnete Schaltmatrix 307 entschlüsselt wird, welche das von der Zählstufe 308 abgegebene, 10 binäre Bits enthaltene Wort entschlüsselt, so daß nur einem der 1000 Ausgänge 3Q7a ein Impuls zugeführt wirdj dieser Impuls gelangt zn dem zugehörigen Draht 313a, welcher mit dem ihm zugeordneten Draht 332 der Sehreibplatte 301 verbunden ist, wie es aus Pig. 1 und 3 ersichtlich ist. Das X-AuSfpings signal der Impuls wählstufe 306 wird der der X-Achse zugeordneten Sehaltaatrix 7 zugeführt, so daß den Ausgangs-

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leitungen 307a der Schaltmatrix ein Impuls nur dann zugeführt wird, wenn gleichzeitig ein Zählerergebnis in der 10 Bits zählenden Stufe 308 und ein vom Impulswähler 306 abgegebener X-Impuls vorhanden sind. Hierdurch wird das gleichzeitige Auftreten eines Impulses in einer der X-Leitungen 332 und einer der Y-Ieitungen 334 verhindert. Eine Matrixschaltung dieser Art ist auf Seite 56 bis 60 des Werks "Digital Computer Components and Circuits" von R.K. Richards (Van ITostrand, 1957) beschrieben. Der in der betreffenden X-Ieitung 332 der Schreib-

platte erzeugte Impuls wird induktiv auf den Schreibstift 302 übertragen, der diesen Impuls nach einer Verstärkung durch den Videoverstärker 304 der Und-Sperre 310 gleichzeitig mit einem Ausgangsimpuls der Impulswählstufe 306 zuführt. Die ühd-Sperre 31Ö hat zwei gemeinsame Ausgangsverbindungan, welche eine erste Ausgangsklemme bzw. Leitung 310a umfassen, die jbu , einer binären Zählatufe 309 führt, mittels deren die Zählung verhindert wird, während eine zweite Ausgangsleitung 310b mit Signalauagabesperren 311 verbunden ist, um das der X-AelMMM zugeordnete binäre Zählergebnis aus der binären ZSltistufe 309 J...-.'- \ in einen Pufferspeicher 312 zu überführen. Da» an £en küM-r'^^/'_;'_m gangsklemmen 312a des Pufferspeichers 312 erscheinende Au·-*-^i?. gangssignal in Form binärer Bits wird dann dem in Pig. 5 gezeigten Digital-Analog-Umsetzer zugeführt, dessen Ausgangs-

den Gleichstrommotor " ·

signal/für die waagrechte Verstellung des Stichels speist.

Die Drähte 332 und 334 der Schreibtafel 301 sind am einen Ende mit den Waagrecht- oder X-Eingangsleitungen 313a und am

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anderen Ende mit den Senkrecht- oder Y-Eingangsleitungen 5t3b verbunden. Das andere Ende jedes Drahtes ist an einen BeIa- - J stungswiderstand ange silos sen, dessen anderes Ende geerdet ist. ^; Jedem Draht wird nacheinander von der Impulsechaltmatrix aus über die der X-Achse bzw. der Y-AdBe zugeordnete Schaltmatrix ein Impuls zugeführt. Die Widerstandswerte der hier nicht gezeigten Belastungswiderstände sind so gewählt, daß eine Re-' flexion der hindurchgeschickten Impulse vemLeden wird.

Der durch einen bestimmten Draht geschickte Impuls erzeugt ein den Draht umgebendes Magnetfeld, das sich entsprechend dee

fließenden Strom aufbaut und wieder zusammenbricht* Der Kunst- j stoff, aus dem die Tafel 331 besteht, hat eine hohe Permeabilität, da dem Epoxykunststoff pulverisierte Eisenverbindungen j beigemischt sind. Die Verwendung eisenhaltiger Verbindungen \

bewirkt, daß das magnetische Induktionsfeld so geformt wird, \ daß es sich oberhalb der Sehreibfläche erstreckt, wobei der ; Eadius des Magnetfeldes oberhalb der Tafel 331 klein und innerhalb des Kunstatoffmaterials groß ist, so daß praktdsoh der gesamte Abfall der elektromotorischen Kraft in der UageTaung ^ der magnetischen Kraftlinien unmittelbar oberhalb der Schreibtafsl erfolgt. Die Drähte 332 und 334 haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine geringe Permeabilität, so daß sie das Magnetfeld sich kreuzender Drähte nicht stören. Da außerdem die I-Drähte rechtwinklig zu den Y-Drähten verlaufen, t.'itfc keine Wechselwirkung zwischen den zueinander rechtwinkligen Magnetfeldern auf.

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In den Kunststoff der Schreibplatte kann ein Koordinatengitter, eingraviert sein, da3 durch ein durchscheinendes .oder durchsichtiges Papier hindurch zu erkennen ist» Di· ge&rte Tafel kann dann von den Rändern aus beleuchtet werden, so daß sie auch bei shwacher Umgebungsbeleuchtung benutzbar ist.

Damit die durch die Drähte 332 und 334 erzeugten Impulse nachgewiesen werden können, sind gemäß Pig. 4 in den Schreibstift 302 zwei kleine Wicklungen 360 und 361 rechtwinklig einander eingebaut. Diese Wicklungen sind so geschaltet» daß sie die elektromotorische Kraft summieren, welche durch die wirksame Komponente eines variierenden Magnetfeldes über die eine oder andere Wicklung oder beide Wicklungen zur Wirkung komat. De zwischen den Wicklungen 360 und 361 eine Phasenverschiebung von 90° besteht, sind die Wicklungen unempfindlich für die Richtung des Magnetfeldes, so daß die Winkelstellung des Stiftes 302 bezogen auf seine eigene Längsachse ohne Einfluß auf die yähigkeit des Stiftes 302 bleibt, den betreffenden Impule aufzunehmen.

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Wenn die Wicklungen in die Höhe des Kreuzungspunktee sw«i*iv ; ;* Drähte der Schreibplatte gebracht werden, wird in den Wioklungen immer dann eine elektromotorische Kraft erzeugt, wtnn ein Impils einen bestimmten Draht durchläuft. Hierbei werden awei Impulse gefühlt, von denen der eine den X-Wert und 4*r andere den Y-Wert darstellt. Die Abstände zwischen den Ia-

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pulsen betragen mindestens einen ^eitmarkenimpuls und" höclistens 2000 Zeitmarkeninipulse. .

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In Pig. 1 ist der Schreibstift 302 schematisch dargestellt! gemäß Pig. 4 umfaßt der Schreibstift einen äußeren zylindrischen Halter mit einer öffnung 362a am unteren Ende. In dem Zylinder 36? ist ein zweites zylindrisches Bauteil 363 so an-'geordnet, daß sein unteres Ende 366 au3 der öffnung 362a des" zylindrischen Halters 362 herausragt. Dae zylindrische Bauteil 363 ist innerhalb des zylindrischen Halters 362 durch Federmittel 368 vorgespannt, durch die das innere zylindrische Bauteil 363 senkrecht nach unten gedrückt wird. Ein Mikroschalter 367 ist zwischen der Innenfläche 369 des zylindrischen Halters 362 und der Außenfläche 370 des inneren zylindrischen Bauteils 363 angeordnet. In dem zylindrischen Bauteil 363 befindet sich ein Behälter 364 für die Schreibfltissigkeit| dieser Behälter ist mit den unteren Ende 366 des inneren Zylinders durch ein Rohr 365 verbunden. Unmittelbar oberhalb des Endes 366 sind die beiden Wicklungen 36Ο und 361 angeordnet, zwischen denen ein Phasenabstand von 90° vorhanden ist, so daß infolge des variierenden Magnetfeldes eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, die durch die Winkellage des.Schreib-Stiftes 302 bezogen auf seine eigene Längsachse 371 nicht beeinflußt wird. Die äußersten.Klemmen der Wicklungen 360 und 361 sind durch Leitungen 36Oa und 361a mit dem in Pig. 1 gezeigten Videoverstärker 304 verbunden. Die von dem Mikroechalter 367 ausgehenden Leitungen 37? und 373 sind an hier nicht gezeigte Energiezuführungsmittel angeschlossen, damit der Betrieb des Protektors eingeleitet und gleichzeitig elnp hier nicht gezeigte Anzeigelampe auf der Schreibplatte 301. nach Pig. 1 eingeschaltet werden kann. Die Verwendung einet Anzei-

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gelampe ist vorteilhaft, denn sie zeigt den Beginn des Schreibvorgangs an und gibt ein .annäherndes Maß für den Mindeetwtrt des Schreibdrucks.

Der Schreibstift 302 arbeitet wie folgt: Wenn die Spitze 366 des Stiftes in Berührung mit der Schreibfläche gebracht wird, wird der innere Zylinder 363 gegenüber dem äußeren Zy- ' linder 362 entgegen" der Kraft der Feder 368 nach oben bewegt, so daß die hier nicht gezeigten Kontakte des Mikrosehaltera 367. geschlossen werden, um den Schreibvprgang einzuleiten. Die durch die Drähte 332 und 334 der Matrix nach Pig. 2 erzeugten Magnetfelder werden von den Wicklungen 360 und 361 aufgenom men, die eine elektromotorische Kraft erzeugen und sie über die Leitungen 36Oa und 361a dem Videoverstärker 304 zuführen.

In Verbindung mit dem Schreibstift arbeiten die Mittel zum Erzeugen der der X-Achse bzw. der waagreehten Achse zugeordneten Impulse wie folgt:

Die Quelle 305 für die Zeitmarkenimpulse arbeitet mit einer Frequenz von 600 IEz, so daß jeder'Impuls ein» Länge tos. 0,8 ζ 10" see hat. Bei der hier beschriebenen AusbL ldungsfor» btträgt die Anstiegdauer der Impulse 10# der Impulsbreite, ao daß sich eine Videobandbreite in der Größenordnung von 4 MHz ergibt. Am Ausgang 305a der Zeitmarkenimpulsquelle 305 stehen somit Zeitinarkenimpulse mit einer Frequenz von 600 kHz zur Verfügung; diese Impulse werden der Impulswählstufe 306 zugeführt, durch welche jeweils ein erater Impuls dem X-Außgang * und jeder swtiifce Impuls dem Y-A.usgang zugeführt wird. Der X-

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Iikpulsausgang 30.6a ist an die erste Stufe der ZahleinriohtuHg 308 für 10 binäre Bits und außerdem an die der X-Achse züge« ordnete Schaltmatrix 307 angeschlossen. Die Auagangasignale "der Zählstufe 308 für 10 binäre Bits dienen als Eingangeeignale für die Schaltmatrix 307, 30 daß in jedem Augenblick nur einer der 1000 Ausgangsdrähte 307a abgefühlt wird. Die Ausgangsdrähte 307a sind mit den zugehörigen Eingangsdrähten 313a verbunden, die ihrerseits an die X-Matrixdrähte 332 der-Schreibplatte 301 angeschlossen sind. Der Schreibstift 302 erzeugt eine Spur T, wobei in den Wicklungen.360 und 361 eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, welche auf das H-FeId zurückzuführen ist, das z.B. durch den X-Draht 332' erzeugt wirdJ d* bei der "bevorzugten Ausbildungsform die Abmessungen der Schreibplatte 301 etwa 760 χ 760mm betragen, und da 1000 I-Drähte vorhanden sind, ist ein Auflösungsvermögen von etwa 0,75mm gegeben. Da die Stärke des Magnetfeldes in umgekehrten Verhältnis mit dem Quadrat des Abstandes von dem Draht variiert, geht die Feldstärke auf beiden Seiten jedes Drahtes, z.B. des Drahtes 332' in Fig. 1 rasch zurück. Dieses Abfallen der magnetischen feldstärke wird weiter durch die Form dea Felde© eelbet ■/; verstärkt, so daß die zueinander rechtwinkligen Wicklungen und 361 (Fig. 4) das Magnetfeld desjenigen X-Drahtes aufnehmen, welcher ihnen am nächsten benachbart ist. Im gleichen Zeitpunkt wird dae in der Ausgangsleitung 306a erscheinende Sign*l des Impulswählers 306 der der X-Achse zugeordneten binären Zähleinrichtung 309 zugeführt, die ein binär verschlüsselte*. Zählergebnis erzeugt, wobei die Zählung, im Zeitpunkt· 0 be-

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ginnt, d.h. wenn die X-Drähte 332 vom linken Rand der Schreibplatte 301 aus abgetastet werden, und wobei sich das Zählergebnis um 1 erhöht, wenn die Abtastung der X-Drähte «um rechten Hand der Platte 301 fortschreitet. Es sei bemerkt, 'daß am Ende des Zählvorgangs, d.h. beim Erreichen des dezimalen Zählergeb^nisses TOGO binäre Zähleinrichtung· für die X-Achse automatisch auf 0 zurückgestellt wird, um eineneue Zählung zu beginnen. Somit steht die zeitliche lage der dem Impul ihler entnommenen Impulse, d.h. das Zählergebnis für die abgelaufene Λ Zeit, welches in der binären Zähleinrichtung 309 für die X-Achse gespeichert wird, in einer direkten Beziehung zur X-Stellung der Schreibplatte 301. Der gemäß Fig. 4 in den Geberwicklungen 360 und 361 des Schreibstiftes 302 erzeugte Ausgangsimpuls wird über die Leitung 36Oa dem Videoverstärker 304 zugeführt. Der Videovex^itäker hat einen Vevstärkungsgrad von annähernd 20, und er bewirkt eine erhebliche Verminderung der Störsignale, die vom Verbindungskabel zwischen dem Schreibstift und dem Eingang des Verstärkers 304 aufgenommen werden. Das verstärkte Ausgangssignal wird über eine leitung 304a in " Form eines Impulses der Und-Sperre 310 zugeführt. Dieser Ausgangsimpuls des Videoverstärkers 304 tritt gleichzeitig mit dem X-Impuls der X-Ausgangsleitung 306a des Impulswählers 306 auf, so daß der Impuls die Und-Sperre 310 passieren kann. Von dieser Und-Sperre aus gelangt der Inpils über eine'leitung 310a zur Zähleinrichtung 309 für die X-Achse, um den Zählvorgang der Einrichtung 309 kurzzeitig zu unterbrechen. Der der lind-Sperre 310 entnommene Impuls wird außerdem über eine leitung *310b Signallesesperren 311 zugeführt, die es ermöglichen, die -

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Ausgangssignale aller Stufen der binären Zähleinrichtung 309 in einen Pufferspeicher 312 zu überführen, der dann dae bi~^! när verschlüsselte Dezimalwort dem Digital-Analog-Umsetzer des Datenprojektors 10 über Pufferausgangsmittel 312a.zuführt. Da die Zähleinrichtung zehn binäre Bits verarbeitet, kann ein Zählergebnis von 1024 erreicht werden. Jödoch werden in der X-IIidofcng und in der Y-Richtung jeweils nur 1000 DÄte verwendet, so daß man die übrigen Zählergebnisse zum Zurückstellen usw* benutzen kann.

Um eine binär verschlüsselte dezimale Wiedergabe der Y-Werte zu gewinnen, ist es, wie schon erwähnt, erforderlich, den in Fig. 1 von einer gestrichelten linie 350 umgebenen Teil dee Schreibsystems doppelt vorzusehen und das zweite dieser Aggregate mit dem Schreibstift 302 und dem Impulswähler 306 zu verbinden, wie es in Fig. 1 durch die Ausgangsleitungen 304b und 306b angedeutet ist.. Der in einem Draht der X-Matrix auftretende Impuls, z.B. der Impuls in dem X-Draht 332' nach Fig.. 1, wird nicht mit einem Y-Impuls verwechselt, der durch einen,Y-der Matrix erzeugt wird, denn es muß eine zeitliche, etimmung mit der durch den Schreibstift 3Q2 erzeugte»'· motorischen Kraft und dem X*- Ausgangs signal des Impulswähler i " 306, das in der Ausgangsleitung 306a erscheint, bestehen,- Au?·* ßerdem ist der übertrager des Schreibstiftes, der .geilE8 Jig»4 die X-Wicklungen 360 und 361 umfaßt, so ausgebildet., daß tr für- die Binsangfs impuls energie nur innerhalb einer sehr kiel·* nen Fläche der Schreibplatte empfindlich ist, wobei, dlne.e. Fläche in der Größenordnung dea halben Abstaades zwischen

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nachbarten Drähten liegt, so daß eine Auflösung ersielt wir4p. die dem Abstand zwischen zwei benachbarten Drähten entspricht¹»/ '.>■

Der Schreibstift 302 erzeugt nicht nur die binär verschlüeAel- ■ te Wiedergabe der X-Werte und der Y-HTerte, sondern er erzeugt auch die Spur T entweder auf der Oberseite der Schreibplatte 301 oder auf einem dünnen Papierblatt, das auf die Schreibplatte gelegt werden kann. Damit direkt auf der Schreibplatte 301 geschrieben werden kann, wählt nan eine Schreibflüssigkeit, ^ die nicht schmiert und sich mit Hilfe, eines Lösungsmittels wieder entfernen läßtj die Schreibflüssigkeit muß sich leicht auf die Schreibplatte aufbringen und wieder entfernen lassen. In die Oberseite der Schreibplatte aus Kunststoff kann ein Koordinatengitter eingraviert sein, das auch nach dem Auflegen eines durchscheinenden oder durchsichtigen Papiers sichtbar bleibt, um der Bedienungsperson das Beschreiben der Platte 301 zu erleichtern.

Die in Figur 5, 6 und 7 gezeigte Digital-Analog-Umsetzer- ,. schaltung dient dazu, die digitalen Ausgangssignale des Rechengeräts in dazu proportionale analoge Signale zu verwandeln, mittels deren die Gleichstrom-Servomotoren, entsprechend den Y- und X-Koordinaten verstellt werden, welche die Stellung dee Schreibaticheis 103 bestimmen. Dem noch zu beschreibenden Ziffernschreiber nach Fig. 1 werden die digitalen Informationen in Form paralleler binärer Wörter zu je zehn Bite entnommen, die auf eine noch zu erläuternde Weise in Abständen von 1 Milli- -"-.unde zur Verfügung stehen.

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Fig. 5 veranschaulicht das Verfahren zum Umwandeln digitaler Informationen in analoge Spannungen. Man kann die gezeigte •Schaltung wie folgt analysieren: Die Stärke des Stroms I, der Ton der mit H bezeichneten Bezugsklemme zur Erdungsklemme 281 der Digital-Analog-Um3etzerschaltung 280 fließt, ist gleich E_Bez Ra + Rgj hierin ist RA der Widerstand zwischen der Klemme 282, an der die Bezugsspannung E erscheint, und der Ausgangsklemme 28?, und R-p ist der- Widerstand zwischen der Ausgangsklemme 283 und der Erdungskiemme 281. Dieser Strom läßt sich wie folgt darstellen:

^{G 0}

^GA ⁰B

Hierin sind G^ und G_ß Leitfähigkeitswerte rait G^ = 1/R^ und Gg

1/R_b usw.

Die Ausgangs spannung E ist gleich IR^. Hierin ist R₃ = I/G3· Wenn I aus der obigen Gleichung eingesetzt wird, folgt, daß

-¹O Bezug *—Τ-7Γ-. Hieraus ergibt sich, daß ^bA ^B

G_Ä + G_B = 1/R_B + 1/R₀ + 1R₁ + 1/Rg + ... 1/R_n Inders ausgedrückt ist G^ + Gg gleich d§m Gesamtwert der leitfähigkeit G qller Widerstände R in der Schaltung 280, und zwar ohne Rücksicht auf die zu verschlüsselnden binären Bits.

Die stabilen Schalter S_Q bis S_n arbeiten derart, daß ein einem Schalter zugeführtes Eingangssignal in Form einer binären 1 bewirkt, daß das Ausgangssignal des stabilen Schaltere gleloh E_Bez ist. Die binären Eingangssignale werden den Eingangslei-

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tungen zugeführt, die in Fig. 5 mit A_Q bis A₁ bezeichnet -.i ■£. sind. Das ITichtvorhandensein einer binären 1, d.h. das Tor- ' handensein einer binären 0, bewirkt, daß das Ausgangs signal . -der betreffenden stabilen Schalter S_Q bis S_-1 auf das Erdpo- V tential festgelegt ist. Die Widerstände R_Q bis R₁ haben ti- ' derstandswerte, die dem Gewicht der binären Bitstellung proportional sind, welche sie repräsentieren und dem zugehörigen Schalter entsprechen, so daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, das· eine analoge Spannung ist, welche au dem binär verschlüsselten Dezimalziffer-Eingangssignal proportional ist.

Tie stabilen Schalter S bis S₁ weiien verwendet, da die Digitalumsetzung mit einer Geschwindigkeit von 1 Millisekunde erfolgt und die erforderliche Beruhigungszeit gleich 1/1OO einer Millisekunde ist. Die Schalter S bis S « sind so ausgebildet, daß sie im binären 1-Zustand oder im binären 0-Zustand den gleichen Widerstand haben. Beim binären 1-Zustand wird an R₁ die volle BezugsSpannung S angelegt. Beim binären Q-Zustand wird R₁ geerdet. Die höchsten Forderungen werden ia dieser Beziehung bei den binären Bits der höcheten drößenord-· nung gestellt, wo Abweichungen vom idealen Verhalten Atr Schalter den größten Fehler bezüglich des Ausgangssignals hervorrufen. Es hat sich gezeigt, daß die erforderliche Genauigkeit bezüglich des Arbeitens der Schalter bei einem 0.1-System erzielt wird, wenn man mehrere Transistoren umfassende Sperren-Schaltungen verwendet.

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Ein weiteres Problem, das sich bei der Anordnung nach Pig. 5 ergityt, ist in Pig. 6 dargestellt. Da die Wideretände H₁ bis R₁Q im umgekehrten Verhältnis zum Bitgewicht "gewogen" sind, ist das Verhältnis R₁A₁₀ = 2⁹/i = 512. Bei diesem Bereich der Widerstandswerte ergeben sich erhebliche Schaltechwierigkeiten, denn die Widerstandslast für die Bezugsspannung variiert entsprechend dem binären Eingangssignal, das gemäß Fig. 5 den Klemmen A₀ bis A₁ zugeführt wird. Diese Schwierigkeiten verringern sich, wenn man das in Fig. 7 gezeigte gleichwertige Widerstandsnetzwerk verwendet, bei dem Widerstände Ra und Rb vorgesehen sind, um das Ausgangssignal zu dämpfen und so die Schaltschv/ierigkeiten zu verringern.

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Claims

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. CURT WALUCH 177£ T7? DIPL-ING. GONTHIR KOCH Iff« If* OR. TINO HAiIACH ' y g . . · MUNCHIN* K 49 772 IXc/42m ,ΪΓ.Α.ΙΙΙ Kollsman Instrument Corporation Ψ****»**· 6756 IJI - Dr.J/B Patentansprüche

1. Anordnung zur Erzeugung von elektrischen Analogsignalen, die die X und Y Koordinaten einea vo-n Hand geführten Taststifts auf eine Unterlage repräsentieren.insbesondere zur Verwendung bei einem Datenprojektor mit einem Stichel, mittels dessen ein undurchsichtiges Diapositiv in Abhängigkeit von einem Spannungssignal geritzt werden kann, wobei die Richtung der Stiahelbewegung durch die Polarität des Spannung signals und die durch den Stichel zurückgelegte Strecke durch die Größe des Spannungssignals bestimmt wird, gekennzeichnet durch erste Mittel (301, 330, 331, 332, 334) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Magnetfeldes,in der Ebene diefler ersten Mittel bewegbare zweite Mittel (302) zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten Spannung, die 'dem ersten bzw. dem zweiten Magnetfeld proportional sind, was auf die induktive Kopplung dazwischen zurückzuführen ist, aowie dritte Mittel. (305, 306, 307, 308) zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten Gruppe von binären Signalen, die in ,einer proportionalen Beeiehung au Äem ersten und aweiten Spannungateignal stehen, wobei die erste und zweite Gruppe binäre*

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Signale die Stellung der beweglichen Mittel (302) gegenüber den ersten Mitteln (301, 330 bis 334) repräsentieren und wobei die erste und die zweite Gruppe binärer Ausgangssignale zum Antreiben des Stichels des Dätenprojektors aur Verfügung stehen.

2. Anordnung nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch an die dritten Mittel- angeschlossene Analogdigitalumsetzer (2SO), durch welche die erste und die zweite Gruppe binärer Signale in ·. erste und zweite anäoge Spannungen verwandelt werden.

3. Anordung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die erste und die zweite Gruppe binärer Ausgangssignale zum Antreiben des Stichels (103) des Datenprojektors zur Verfügung stehen, wobei die ersten

eine Mittel eine ■ Schreibplatte (301) umfassen, in die/Matrix

(330) eingebettet ist, welche sich aus einem ersten Satz (332) von den Abständen verteilten parallelen Leitern zu-

sammensetzt, die sich rechtwinkelig zu den Leitern eines zweiten Satzes(334) von Leitern erstrecken.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiter des ersten und des zweiten Satzes (332, 334) nach Art eines Korbgeflechtes miteinander verflochten sind.

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5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4» gekennzeichnet durch Oszillatormittel (305) sowie Schaltmittel (306, 307), die mit den Oszillatormitteln verbunden sind und dazu dienen, den Leitern des ersten Satzea (332) nacheinander wahlweise Impulse zuzuführen.

6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 i)is 5, gekennzeichnet durch an den Oszillator (305) angeschlossene erste binäre Zählmittel (308) zum Erzeugen eines zweiten binären Signals an deren Ausgang, da« die Zahl der von dem Ausgang des Oszillators (305) aus empfangenen Impulse repräsentiert, wobei der Ausgang der ersten binären Zählmittel an die Schaltmatrix (330) angeschlossen ist.

7· Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

an g.ek e η η ζ e i c h η et durch/die Oszillatormittel

■

(305) angeschlossene zweite binäre Zählmittel (309) zum ^ Erzeugen eines an ihrem Ausgang erscheinenden dritten binären Ausgingssignals, das die Zahl der Impulse repräsentiert, die von Speichermitteln am Ausgang des Oszillat) rs aus zugeführt werden, wobei die zweiten binären Zählmittel geeignet sind, die Zufuhr dee dritten binären Signals zn den Speichermitteln (312) in Abhängigkeit von gleichzxfeitigern Auftreten der ersten Spannung und der Ausgangs^impulae des Oszillators (305) den. Eingangsklemmen der zweiten binären Zählmittel (308) zu steuern.

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8. Xnordnung nach, einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten binären Zählmittel (308) eine Koinzidenzsperre (310) zum

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Aufnehmen der ersten Spannung und des Oszillatorausgpgssignals umfassen, wobei die Koinzidenzsparre geeignet ist» ein Steuersignal zu erzeugen, damit das Ausgangssignal der binären Zählmittel (308) beim gleichzeitigen Auftreten der ersten Spannung und der Oszillatorausgangsimpulse den Speiübermitteln (312) zugeführt wird.

9· Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzei chnet durch zwischen den zweiten binären Zählmitteln (308) und den Speichermitteln (312) angeschlossene Sperrenschaltungsmittel (311) zum Zuführen des Ausgangssignals der zweiten binären Zählmittel (308) zum Ausgang der Speichermittel (312) in Abhängigkeit vom Steuersignal der Koinzidenzsperre (310).

10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» gekennzeichnet durch Verstärkermittel (3Of)'-zum Verstärken der durch die zweiten beweglichen Mittel " (302) erzeugten ersten unä zweiten Spannung.

11. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ijie 10, ' gekennze i chne t durch an die Oszillatormittel (30$) angeschlossene zweite Schaltmittel (entsprechend 307)» duröh welche den leitern des «weiten Satzes ('334') wahl*· "' weise nacheinander Impulse zugeführt werden«

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12. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch an die Oszillatorait**!.·; (305) angeschlossene dritte binäre Zählraittel (entsprechend' 308) zum Erzeugen eines zweiten "binären Ausgangssignals, das die Zahl der vom Oszillatoraus^ing aus empfangenen Impulse repräsentiert, wobei die Ausgangsklemme der dritten binären Zählmittel mit der Schaltmatrix (330) verbunden ist.

13. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12_t ge k e η η ζ e. i c h η e t durch an die Oszillatormittel angeschlossene vierte binäre Zählmittel (entsprechend 309) zum Erzeugen eines vierten binären Ausgangssignals, das die Zahl der von den Speichermitteln am Oszillatorausgang aus empfangenen Impulse repräsentiert, wobei die vierten binären Zählaittel geeignet sind, das "vierte binäre. Signal den Speichermitteln (entsprechend 312) in Abhängigkeit vom gleichzeitigen Auftreten der zweiten Spannung und des Oszillatorausgangsimpulses an den Eingangsklemmen der vierten binären Zählmittel (entsprechend 309) zuzuführen.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Mittel einen mit der : Hand zu betätigenden Stift (302) umfassen, ferner » in dem Stift untergebrachte Induktionsmittel (360, 361) zum !Erzeugen der ersten und der zweiten Spannung in Abhängigkeit von dem ersten bzw. dem zweiten Magnetfeld.

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15·. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden ·■'·.'■ ⁱ Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in i dem Stift (302) untergebrachtes Strömungemittel zua gen einer sichtbaren Spur(F)der Stiftbewegung gleichzeitig mit der Erzeugung der die erste und die zweite Spannung repräsentierenden binären Ausgangssignale»

16. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden P Ansprüche, gekennzeichnet durch Schaltmittel (367) und Vorspannmittel (368), um die Schaltmittel (367) in Richtung auf eine geöffnete Stellung vorzuspannen, wobei auch diese Mittel in dem Stift (302) untergebracht sind, wobei der Stift geeignet ist, die Schaltmittel entgegen der Vorspannkraft zu betätigen, wenn der Stift eine Spur (ϊ) erzeugt,oine Energiequelle, wobei die Schaltmittel geeignet sind, die Energiequelle an den Datenprojektor anzuschließen, wenn der Stift zur Anlage an der Schreibplatte (301) gebracht wird.

17· Anordnung naoh einem oder mehreren der vorhergehenden

¹ ' f

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet » 6kB sämtliche leiter (332, 334) gegeneinander elelctriech iio- . liert sind. -:, . ,.

18. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die , Schreibplatte (301) aus einem Kunststoff besteht, der mit

ν einer pulverisierten eisenhaltigen Verbindung kombiniert

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ist,·· um die Porm der Magnetfelder zu ändern, die in der Umgebung der Leiter (332, 334) des ersten und des zweiten Satftes erzeugt werden.

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