DE4402602C2

DE4402602C2 - Device for determining coordinates with a wireless pen

Info

Publication number: DE4402602C2
Application number: DE4402602A
Authority: DE
Inventors: Koichiro Katabami; Mitsuo Kazama; Atsushi Takenawa
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2014-01-29
Also published as: DE4402602A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Koordi natenbestimmung, bei der ein kabelloser Stift in Kontakt mit einer Tafel gebracht wird, wobei eine Information betreffend die Kontaktposition auf der Tafel als digitaler Wert ausgege ben wird. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Vorrich tung zum Erfassen und Bestimmen von Koordinaten, die eine Resonanzschaltung innerhalb eines Stiftes als Einrichtung zum Bestimmen der Kontaktposition und der Andruckkraft des Stiftes auf der Tafel verwendet.The invention relates to a device for coordinating Identification of a wireless pen in contact with is brought to a board, with information regarding the contact position on the board as a digital value will. More specifically, the invention relates to a device device for acquiring and determining coordinates, the one Resonance circuit within a pin as a device for Determine the contact position and the pressing force of the pen used on the chalkboard.

Als Koordinatenbestimmungseinrichtung für eine Tafel unter Verwendung eines kabellosen Stiftes ist ein Vorschlag gemacht worden, wonach eine aktive Schaltung mit einer Batte rie in dem Stift angeordnet worden ist, um die Sendefrequenz zu verändern. Ein weiterer Vorschlag ist bekannt, wonach als ähnliche Technik zu einer Koordinatenbestimmungseinrichtung vom elektrostatischen Kopplungstyp ein elektromagnetischer Kopplungstyp verwendet wird und nur eine passive Resonanz schaltung in dem Stift angeordnet ist.As a coordinate determination device for a board using a wireless pen is a suggestion after which an active circuit with a battery rie has been arranged in the pen to the transmission frequency to change. Another proposal is known, according to which similar technology to a coordinate determination device of the electrostatic coupling type is an electromagnetic one Coupling type is used and only a passive resonance circuit is arranged in the pin.

Da bei den herkömmlichen Vorrichtungen nach dem be schriebenen Stand der Technik die Batterie in dem Stift ist, wird die Vorrichtung schwer, und bei Verbrauch der Energie der Batterie muß die Batterie ausgetauscht werden. Bei dem elek tromagnetischen Typ trat darüber hinaus eine Fehlfunktion auf, wenn ein Metallring, wie etwa ein Fingerring einer Bedienper son, auf die Tafel gebracht wurde. Da darüber hinaus eine pa rasitäre Kapazität der Schaltung vorliegt, war die Verstärkung eines von der parasitären Kapazität herrührenden Signals groß.Since in the conventional devices after the be written prior art is the battery in the pen the device becomes heavy, and when the energy of the Battery, the battery must be replaced. With the elec tromagnetic type also malfunctioned, when a metal ring, such as an operator’s finger ring son, was put on the board. Since, in addition, a pa there was rapid capacity of the circuit, was the gain of a signal originating from the parasitic capacitance is large.

Als Signalquelle wurde ein Sinuswellensignal oder ein Pulssignal verwendet. Bei einem Aufbau wie beschrieben wird nur ein Signal mit einem Pegel unterhalb einer Versor gungsspannung erhalten, wenn nicht eine Booster-Schaltung im Einzelfall einbezogen ist, was zu dem Problem führt, daß eine relativ hohe Versorgungsspannung verwendet werden sollte, um die Genauigkeit der Koordinatenbestimmung und das Nutz/Rausch- Verhältnis (S/N) der Signale zu verbessern.A sine wave signal or uses a pulse signal. With a structure as described only a signal with a level below a versor receive voltage, if not a booster circuit in the Individual cases are involved, which leads to the problem that a relatively high supply voltage should be used to the accuracy of the coordinate determination and the useful / noise Improve ratio (S / N) of signals.

Aus der EP-A-511 406 ist eine Vorrichtung zur Koor dinatenbestimmung für einen kabellosen Stift auf einer Tafel bekannt. Der Stift enthält einen Resonanzkreis. Mit dem Stift werden Induktionssignale in Leitungen einer Tafel erzeugt. Die Bestimmung der Koordinaten und des Schaltzustands des Stiftes erfolgt unter Auswertung von Amplitude und Phase der Indukti onssignale. From EP-A-511 406 is a device for coarse Identification of a wireless pen on a blackboard known. The pen contains a resonant circuit. With the pen induction signals are generated in lines of a panel. The Determination of the coordinates and the switching status of the pen takes place by evaluating the amplitude and phase of the inductors on signals.

Die EP-A-475 219 beschreibt eine kabellose Vorrich tung zum Lesen von Koordinaten. Dabei werden durch Nahebringen einer Spule in Leseschleifen induzierte Signale ausgewertet.EP-A-475 219 describes a wireless device device for reading coordinates. In doing so, bring them closer Signals induced by a coil in reading loops are evaluated.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Koordinatenbestimmung eines Stiftes auf einer Tafel sowie zur Bestimmung der Andruckkraft des Stiftes auf der Tafel zu schaffen, und zwar unter Verwendung der Kapazitätskopplung mit einer in dem Stift angeordneten Parallelresonanzschaltung.The object of the invention is a device for Coordinate determination of a pen on a blackboard and for Determine the pressing force of the pen on the board create, using the capacity coupling with a parallel resonance circuit arranged in the pin.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, the task is with a Device according to claim 1 solved. Advantageous design conditions are the subject of the subclaims.

Nach der Erfindung kann die Koordinatenbestimmung mittels eines Stiftes ohne die Verwendung eines Kabels und ohne das Vorsehen einer Batterie mit hoher Effizienz erreicht werden, und es kann die Koordinatenbestimmung mit hoher Ver läßlichkeit frei von Fehlfunktionen auch dann erreicht werden, wenn eine andere leitfähige Substanz als die Resonanzschaltung der Tafel nahekommt. Darüber hinaus können der Betriebszustand eines Schalters an dem Stift sowie der Schreibdruck des Stif tes erfaßt werden. Da darüber hinaus bei dem Stift kein Kabel verwendet wird, kann eine Bedienperson bei Verlust eines Stif tes einen neuen Stift zu geringen Kosten kaufen, weil der Auf bau des Stiftes einfach ist, was zu einer Verringerung der wirtschaftlichen Lasten beim Neukauf eines Stiftes für den Be diener führt. Wie bei dem vierten der nachstehend erläuterten Beispiele gezeigt ist, ist es darüber hinaus möglich, ein Si gnal mit dem etwa 1,27fachen Pegel der Versorgungsspannung zu verwenden, ohne eine eigene Booster-Schaltung einzubeziehen, wodurch die Erfassung mit hoher Effizienz sowie eine Koordina tenbestimmung mit hoher Genauigkeit möglich sind. Anders herum ist es darüber hinaus im Falle derselben Genauigkeit wie bei dem Stand der Technik möglich, die Versorgungsspannung ent sprechend zu senken.According to the invention, the coordinate determination by means of a pen without the use of a cable and achieved without the provision of a battery with high efficiency be, and it can coordinate determination with high Ver nonchalance free of malfunctions can also be achieved if a different conductive substance than the resonance circuit comes close to the tablet. In addition, the operating status a switch on the pen and the writing pressure of the pen tes are recorded. In addition, there is no cable for the pen is used, an operator can lose a pen tes buy a new pen at low cost because of the on construction of the pen is simple, resulting in a reduction in economic burdens when buying a pen for the Be servant leads. As with the fourth of those explained below Examples shown, it is also possible to use a Si gnal with about 1.27 times the level of the supply voltage use without including your own booster circuit, thereby capturing with high efficiency as well as a coordina determination with high accuracy are possible. The other way round it is also in the case of the same accuracy as in possible in the prior art, the supply voltage ent lowering speaking.

Nachstehend ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Dabei zeigenThe invention is more preferred below Embodiments with reference to the accompanying Drawing explained in more detail with further details. Here demonstrate

Fig. 1 den Aufbau der gesamten Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 shows the structure of the entire apparatus according to a first embodiment,

Fig. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels; Fig. 2 is an electrical equivalent circuit diagram of the first embodiment;

Fig. 3 eine Frequenzkennlinie des Pegels nach dem er sten Ausführungsbeispiel; Fig. 3 is a frequency characteristic of the level according to the first embodiment;

Fig. 4 den Aufbau der gesamten Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel; Figure 4 shows the structure of the entire device according to a second embodiment.

Fig. 5 eine elektrisches Ersatzschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels; Fig. 5 is an electrical equivalent circuit diagram of the second embodiment;

Fig. 6 eine Stiftschaltung mit einem Stiftschalter nach dem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 6 is a circuit pin with a pin switch according to the second embodiment;

Fig. 7 eine Frequenzkennlinie des Pegels nach dem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 7 is a frequency characteristic of the level according to the second embodiment;

Fig. 8 eine weitere Stiftschaltung, die eine feinere Ermittlung des Zustands des Stiftes ermöglicht, als diejenige nach dem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 8 shows a further pin circuit which allows a finer determination of the state of the pin, than that according to the second embodiment;

Fig. 9 den Aufbau der gesamten Vorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel; Fig. 9 shows the structure of the entire apparatus according to a third embodiment;

Fig. 10 ein elektrisches Ersatzschaltbild des dritten Ausführungsbeispiels; Fig. 10 is an electrical equivalent circuit diagram of the third embodiment;

Fig. 11 eine Frequenzkennlinie des Pegels nach dem dritten Ausführungsbeispiel; FIG. 11 is a frequency characteristic of the level according to the third embodiment;

Fig. 12 den Aufbau der gesamten Vorrichtung nach dem vierten Ausführungsbeispiel und Fig. 12 shows the structure of the entire device according to the fourth embodiment and

Fig. 13 eine graphische Darstellung einer Rechteck welle und eine Grundwellenkomponente davon nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Fig. 13 wave a graphical representation of a rectangle and a fundamental wave component thereof according to the fourth embodiment.

Nachstehend ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Er findung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben. Fig. 1 zeigten den Gesamtaufbau der Vorrichtung. In Wirklich keit sind Tafelelektrodenleitungen 1, 1, . . . sowohl in der X- als auch in der Y-Achse angeordnet; in den Figuren sind sie jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nur in der X-Richtung ge zeigt. Als Spannungssteuerung Vs2 dient eine Frequenzwobbel spannungsquelle, die die Elektrodenleitungen 1, 1, . . . der Tafel über einen Widerstand Rs3 und einen Analogschalter SW4 sequen tiell ansteuert. Eine Schaltung eines Stiftes 5 setzt sich aus einer Parallelresonanzschaltung zusammen, die passive Ele mente, wie eine Spule L6 und einen Kondensator C7 aufweist. Eine leitende Schreibspitze 8 des Stiftes 5 ist mit einem Ende der die Spule L6 und den Kondensator C7 aufweisenden-Parallel resonanzschaltung verbunden, und das andere Ende der die Spule L6 und den Kondensator C7 aufweisenden Parallelresonanzschal tung ist elektrisch mit einem Gehäuse verbunden.A first embodiment of the invention is described below with reference to FIGS . 1 to 3. Fig. 1 showed the overall structure of the device. In reality, table electrode lines 1 , 1 ,. . . arranged in both the X and Y axes; in the figures, however, they are only shown in the X direction for reasons of clarity. A frequency sweep voltage source, which connects the electrode lines 1 , 1 ,. . . the table sequentially controls a resistor Rs3 and an analog switch SW4. A circuit of a pin 5 is composed of a parallel resonance circuit which has passive elements, such as a coil L6 and a capacitor C7. A conductive writing tip 8 of the pen 5 is connected to one end of the parallel resonance circuit comprising the coil L6 and the capacitor C7, and the other end of the parallel resonance circuit comprising the coil L6 and the capacitor C7 is electrically connected to a housing.

Die leitende Schreibspitze 8 des Stiftes 5 und die Elektrodenleitungen 1, 1, . . . der Tafel sind kapazitiv mit geringer Kapazität gekoppelt. Das Gehäuse des Stiftes 5 weist eine in Fig. 1 mit Zp bezeichnete Fehlsignal-Rückführim pedanz durch den menschlichen Körper auf, und zwar durch die Kapazität bezüglich der Tafelgehäuseerdung und den Effekt der elektromagnetischen Wellenabstrahlimpedanz an den Raum. Durch diese Konfiguration ändert sich die von der Signalquellenseite zu der Lastseite der Spannung in diesem Zustand gesehene Impe danz mit der Frequenz, und der Strom in dem Widerstand 3 än dert sich entsprechend der Signalfrequenz, weshalb er als Än derung des Spannungspegels an einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand Rs3 und dem Analogschalter SW4 erscheint. Fig. 2 stellt ein Ersatzschaltbild der Signalschaltung dar. Der Wi derstand Rsp11 ist ein kombinierter Ersatzwiderstand der Wi derstände des Analogschalters SW4 und der von dem Analogschal ter ausgewählten Elektrodenleitung 1 der Tafel. Cc12 bezeich net eine Koppelkapazität der leitenden Schreibspitze 8 des Stiftes 5 und der ausgewählten Elektrodenleitung der Tafel. L23, C24 und RQ25 entsprechen der inneren Schaltung des Stiftes 5 und stehen für die Wirkkomponenten zum Bestimmen der Güte Q der Spule 6, des Kondensators 7 bzw. der Resonanzschaltung. RM und CM stehen für den Widerstandsteil bzw. den Kapazitätsteil der Fehlerrückführ-Impedanz Zp. Daraus ergibt sich, daß die Resonanzcharakteristik der Resonanzschal tung des Stiftes 5 bei Wobbeln der Signalfrequenz als Pegelän derung am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand Rs3 und dem Ersatzwiderstand Rsp11 angesehen werden kann, daß jedoch die Charakteristik eine Kopplung mit geringer Kapazität ist, bei spielsweise weniger als einige Picofarad, so daß das Minimum und das Maximum jeweils durchgängig nur in der Nachbarschaft des Resonanzpunktes der Schaltung des Stiftes 5 auftreten, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Kommt andere leitende Substanz als die Resonanzschaltung der Tafel nahe, so treten das Maximum A und das Minimum B nicht kontinuierlich auf, wodurch jede Fehl funktion ausgeschlossen ist. The conductive writing tip 8 of the pen 5 and the electrode lines 1 , 1 ,. . . the panel are capacitively coupled with low capacitance. The housing of the pin 5 has a false signal feedback impedance denoted by Zp in FIG. 1 through the human body, namely due to the capacitance with respect to the panel housing ground and the effect of the electromagnetic wave radiation impedance on the room. With this configuration, the impedance seen from the signal source side to the load side of the voltage in this state changes with frequency, and the current in the resistor 3 changes according to the signal frequency, which is why it changes as the voltage level at a connection point between the Resistor Rs3 and the analog switch SW4 appears. Fig. 2 shows an equivalent circuit diagram of the signal circuit. The Wi resistor Rsp11 is a combined equivalent resistor of the Wi resistors of the analog switch SW4 and the electrode line 1 selected from the analog switch ter of the panel. Cc12 denotes a coupling capacitance of the conductive writing tip 8 of the pen 5 and the selected electrode line of the board. L23, C24 and RQ25 correspond to the inner circuit of the pin 5 and stand for the active components for determining the quality Q of the coil 6 , the capacitor 7 and the resonance circuit. RM and CM stand for the resistance part and the capacitance part of the fault feedback impedance Zp. It follows that the resonance characteristic of the resonance circuit device of the pin 5 when wobbling the signal frequency as level change at the connection point between the resistor Rs3 and the equivalent resistor Rsp11 can be viewed, but that the characteristic is a coupling with low capacitance, for example less than some Picofarad, so that the minimum and the maximum occur consistently only in the vicinity of the resonance point of the switching of the pin 5 , as shown in Fig. 3. If a conductive substance other than the resonance circuit of the panel comes close, the maximum A and the minimum B do not occur continuously, so that any malfunction is excluded.

Der Analogschalter SW4 schaltet die Tafelelektroden leitungen 1, 1, . . . sequentiell an, wobei jedesmal eine Überwa chungseinrichtung 10 das Minimum A und das Maximum B sucht. Es werden diejenigen Elektrodenleitungen ausgewählt, die die drei größten Werte der Pegeldifferenz zwischen dem Minimum A und dem Maximum B aufweisen, wobei eine von ihnen eine größere Pe geldifferenz hat. Aus den Positionen dieser drei Elektroden und der erfaßten Pegeldifferenz führt die Überwachungseinrich tung 10 eine Zeileninterpolation durch, und zwar unter Verwen dung einer entsprechenden Tabelle oder durch Berechnung, um die genaue Position des Stiftes 5 auf der Tafel zu bestimmen. Die Koordinaten des Stiftes 5 werden in den beiden Richtungen der X- und der Y-Achse in derselben Weise gewonnen, um sie dann als Digitalwerte auszugeben.The analog switch SW4 switches the table electrode lines 1 , 1 ,. . . sequentially, each time a monitoring device 10 searches the minimum A and the maximum B. Those electrode lines are selected which have the three largest values of the level difference between the minimum A and the maximum B, one of them having a larger level difference. From the positions of these three electrodes and the detected level difference, the monitoring device 10 carries out a line interpolation, using an appropriate table or by calculation to determine the exact position of the pin 5 on the board. The coordinates of the pen 5 are obtained in the two directions of the X and Y axes in the same way in order to then output them as digital values.

Nachstehend ist der Betrieb der Vorrichtung beschrie ben. Von der Spannungssteuerung Vs2 werden Signalspannungen an den Analogschalter SW4 gegeben, und der Analogschalter SW4 schaltet sukzessiv die Spannungen von der Spannungssteuerung 2 an die Elektrodenleitungen 1, 1, . . . durch. An jeder Elektro denleitung 1 werden das Minimum A und das Maximum B von dem Pegeldetektor 9 erfaßt, und die entsprechenden Ergebnisse wer den an die Überwachungseinrichtung 10 gegeben. Die Überwa chungseinrichtung 10 mißt jeweils eine Pegeldifferenz zwischen dem Minimum A und dem Maximum B an den erfaßten Elektrodenlei tungen 1, 1, . . . , um drei Elektrodenleitungen auszuwählen, die eine höhere Pegeldifferenz haben. Die Überwachungseinrichtung 10 verwendet eine Wandlungstabelle auf der Grundlage von tatsächlich gemessenen Daten oder führt eine Zeileninterpola tion durch Berechnung durch, um eine genaue Positionskoordi nate der leitenden Schreibspitze 8 des Stiftes 5 auf der Tafel zu bestimmen und auszugeben. Es bedarf keiner weiteren Erwäh nung, daß exakt dasselbe Ergebnis auch dann erreicht werden kann, wenn die Tafelelektrodenleitung einen Widerstand hat, wie etwa ein ITO-Film. The operation of the device is described below. Signal voltages are supplied from the voltage control Vs2 to the analog switch SW4, and the analog switch SW4 successively switches the voltages from the voltage control 2 to the electrode lines 1 , 1 ,. . . by. At each electrical denleitung 1 , the minimum A and maximum B are detected by the level detector 9 , and the corresponding results who the given to the monitoring device 10 . The monitoring device 10 measures a level difference between the minimum A and the maximum B at the detected electrode lines 1 , 1 ,. . . to select three electrode lines that have a higher level difference. The monitor 10 uses a conversion table based on actually measured data or performs a line interpolation by calculation to determine and output an accurate position coordinate of the conductive writing tip 8 of the pen 5 on the board. There is no need to mention that the exact same result can be obtained even if the panel electrode line has a resistance, such as an ITO film.

Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 8 erläutert. Fig. 4 zeigt den Aufbau der gesamten Vorrichtung. Dieses zweite Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß die Resonanzfrequenz einer Resonanzschaltung innerhalb des Stiftes entsprechend dem Betriebszustand eines Seitenschalters des Stiftes und entsprechend dem Druck auf die leitende Schreib spitze des Stiftes verschoben wird. Der übrige Aufbau und der Betrieb sind die gleichen wie die in dem ersten Ausführungs beispiel, und es sind dieselben Bezugszeichen für Elemente in dem zweiten Ausführungsbeispiele wie in dem ersten Ausfüh rungsbeispiel verwendet worden. Eine abermalige Beschreibung dieser Elemente unterbleibt.A second exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to FIGS. 4 to 8. Fig. 4 shows the structure of the entire device. This second embodiment is characterized in that the resonance frequency of a resonance circuit within the pen is shifted in accordance with the operating state of a side switch of the pen and in accordance with the pressure on the conductive writing tip of the pen. The other structure and operation are the same as those in the first embodiment, and the same reference numerals have been used for elements in the second embodiment as in the first embodiment. There is no further description of these elements.

Lediglich die elektrische Schaltung nach Fig. 5 wird beschrieben. Ein Widerstand Rsp11 stellt einen Kombinationswi derstand der Widerstände des Analogschalters SW und der Taf elektrodenleitungen 1, 1, . . . dar. Cc12 ist ein Koppelkonden sator der leitenden Schreibspitze 8 des Stiftes 5 und der Ta felelektrodenleitungen 1, 1, . . . Eine Spule L23, ein Kon densator C24, zusätzliche Kondensatoren C1 (21) und C2 (22) sowie RQ25 bilden die innere Schaltung des Stiftes 5 und stel len Wirkwiderstandskomponenten zum Bestimmen der Güte Qs der Spule 6, des Kondensators 20 und der Resonanzschaltung dar. RM und CM sind eine Widerstandskomponente bzw. eine Kapazitäts komponente einer Fehlerrückführ-Impedanz Zp. Daraus wird klar, daß die Resonanzcharakteristik der Resonanzschaltung des Stif tes 5 bei Wobbeln der Signalfrequenz als Pegeländerung am Ver bindungspunkt zwischen dem Widerstand Rs3 und dem Ersatzwider stand Rsp11 angesehen werden kann. Da jedoch die Charakteri stik diejenige einer Kopplung mit geringer Kapazität ist, nämlich von weniger als einigen Picofarad, erscheinen das Minimum A und das Maximum B durchgängig nur in der Nachbarschaft des Resonanzpunktes der Schaltung des Stiftes 5, ähnlich Fig. 3.Only the electrical circuit according to FIG. 5 is described. A resistor Rsp11 represents a Kombinationswi the resistance of the resistors of the analog switch SW and the Taf electrode lines 1 , 1 ,. . . Cc12 is a coupling capacitor of the conductive writing tip 8 of the pen 5 and the panel electrode lines 1 , 1 ,. . . A coil L23, a capacitor C24, additional capacitors C1 ( 21 ) and C2 ( 22 ) and RQ25 form the inner circuit of the pin 5 and stel len resistance components for determining the quality Qs of the coil 6 , the capacitor 20 and the resonance circuit. RM and CM are a resistance component and a capacitance component of a fault feedback impedance Zp. It is clear from this that the resonance characteristic of the resonance circuit of the pin 5 when wobbling the signal frequency as a level change at the connection point between the resistor Rs3 and the equivalent resistor Rsp11 can be regarded. However, since the characteristic is that of a coupling with a small capacitance, namely less than a few picofarads, the minimum A and the maximum B appear consistently only in the vicinity of the resonance point of the switching of the pin 5 , similar to FIG. 3.

Wie in einem Ersatzschaltbild innerhalb eines einen Stiftschalter enthaltenden Stiftes nach Fig. 6 gezeigt, ist der parallel zu dem Schalter SW2 (19) geschaltete Kondensator C2 (22) parallel zu dem Kondensator C20 der Parallelresonanz schaltung einbezogen, und zwar durch die Ver schiebung der leitenden Schreibspitze 8 in den Stift 5 hinein, abhängig von dem Kontaktzustand der leitenden Schreibspitze 8 mit der Tafel (ob die Schreibspitze der Tafel nahe ist oder dagegengedrückt wird). Durch den auf dem Mantel des von den Fingern der Bedienperson gehaltenen Stiftes 5 angeordneten Schalter SW1 wird darüber hinaus der in Serie mit dem Schalter SW1 (18) geschaltete Kondensator C1 (21) parallel zu dem Kon densator C20 der Parallelresonanzschaltung einbezogen, um die Resonanzfrequenz zu senken. Da die Werte dieser Kondensatoren C1 und C2 sich voneinander unterscheiden, sind gemäß den Kom binationen EIN/AUS von SW1 und SW2 vier Resonanzfrequenzen vorhanden. Demzufolge ist die Erfassungspegelcharakteristik gemäß Fig. 7 derart, daß das Minimum und das Maximum in vier Arten gemäß dem Schaltzustand des Stiftes 5 verschoben sind. Die Überwachungseinrichtung 10 bestimmt eine genaue Positions koordinate auf der Tafel, an der die leitende Schreibspitze 8 des Stiftes 5 Kontakt hat, und zwar in der oben beschriebenen Weise, und dekodiert einen Schaltzustand des Stiftes 5 ent sprechend dem Frequenzverschiebungswert des Minimums/Maximums bei dem vorgenannten Erfassungspegel, um die Positionsinforma tion in digitaler Form auszugeben.As shown in an equivalent circuit diagram within a pin containing a pin switch according to FIG. 6, the capacitor C2 ( 22 ) connected in parallel with the switch SW2 ( 19 ) is included in parallel with the capacitor C20 of the parallel resonance circuit, namely by shifting the conductive one Writing tip 8 into pen 5 , depending on the state of contact of the conductive writing tip 8 with the tablet (whether the writing tip is close to or pressed against the tablet). The switch SW1 arranged on the jacket of the pin 5 held by the fingers of the operator also includes the capacitor C1 ( 21 ) connected in series with the switch SW1 ( 18 ) in parallel with the capacitor C20 of the parallel resonance circuit in order to increase the resonance frequency reduce. Since the values of these capacitors C1 and C2 differ from each other, four resonance frequencies are present according to the combinations ON / OFF of SW1 and SW2. Accordingly, the detection level characteristic of FIG. 7 is such that the minimum and maximum are shifted in four ways according to the switching state of the pen 5 . The monitoring device 10 determines an exact position coordinate on the board at which the conductive writing tip 8 of the pen 5 has contact, in the manner described above, and decodes a switching state of the pen 5 accordingly the frequency shift value of the minimum / maximum at the aforementioned Detection level to output the position information in digital form.

Gemäß Fig. 6 spricht der Schalter SW2 nur dann an, wenn die leitende Schreibspitze 8 einen bestimmten Grad der Verschiebung in den Stift 5 hinein erreicht hat. Demgegenüber ist es nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 möglich, den Grad der Verschiebung der leitenden Schreibspitze 8 feiner zu bestimmen. Mit anderen Worten können mehrere Werte des auf die leitende Schreibspitze 8 wirkenden Drucks erfaßt werden. Dazu ist ein veränderlicher Kondensator Cv vorgesehen, der kontinuierlich entsprechend dem Schreibdruck verändert wird, und zwar anstelle von SW2 und C2 in Fig. 6, um die Resonanz frequenz kontinuierlich zu verändern, so daß die Überwachungs einrichtung 10 eine Mehrwert-Erfassung des Schreibdrucks durchführt, um diesen digital auszugeben.Referring to FIG. 6, the switch SW2 is responsive only if the conductive pen tip 8 has reached a certain degree of shift in the pin 5 into it. In contrast, according to the exemplary embodiment according to FIG. 8, it is possible to determine the degree of displacement of the conductive writing tip 8 more precisely. In other words, several values of the pressure acting on the conductive writing tip 8 can be detected. For this purpose, a variable capacitor Cv is provided, which is continuously changed in accordance with the writing pressure, namely instead of SW2 and C2 in FIG. 6, in order to continuously change the resonance frequency, so that the monitoring device 10 carries out a value-added detection of the writing pressure, to output it digitally.

Nachstehend ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11 erläutert. Fig. 9 zeigt den Aufbau der gesamten Vorrichtung. Parasitäre Kapazitäten Cs21 (31), Cs22 (31), . . . und Cs2n (31) bilden in Verbindung mit der Signalverstärkung eine parasitäre Impedanz, haben jedoch eine vernachlässigbare Parallelresonanzcharakte ristik im Hinblick auf die Kombination einer Spule Lp32 mit einem Widerstand Rd33, die parallel zu dem Pegeldetektor 9 liegen. Die übrige Auslegung und der Betrieb sind die gleichen wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel, und es sind diesel ben Bezugszeichen den gleichen Teilen wie den in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten zugeordnet, wobei auf ihre Be schreibung verzichtet wird.A third embodiment of the invention is explained below with reference to FIGS. 9 to 11. Fig. 9 shows the structure of the entire device. Parasitic capacities Cs21 ( 31 ), Cs22 ( 31 ),. . . and Cs2n ( 31 ) form a parasitic impedance in connection with the signal amplification, but have a negligible parallel resonance characteristic with regard to the combination of a coil Lp32 with a resistor Rd33, which are parallel to the level detector 9 . The other configuration and operation are the same as those in the first embodiment, and the same reference numerals are assigned to the same parts as those shown in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

Das elektrische Ersatzschaltbild ist in Fig. 10 gezeigt. Rsp11 ist ein kombinierter Widerstand der Widerstände des Analogschalters SW4 und der Tafelelektrodenleitungen 1, 1, . . . , und Cc12 ist eine Kopplungskapazität der leitenden Schreibspitze 8 des Stiftes 5 und der Tafelelektrodenleitungen 1, 1 . . . L34, C35 und RW36 stellen eine innere Schaltung des Stiftes 5 dar und sind Wirkkomponenten zum Festlegen der Güte Qs der Spule 6, des Kondensators 7 und der Resonanzschaltung. RM und CM sind eine Widerstandskomponente bzw. eine Kapazitätskomponente einer Fehlerrückführ-Impedanz Zp. Cs1 und Cs2 sind Ersatzkapazitäten der parasitären Kapazitäten. Es ist hieraus klar, daß die Reso nanzcharakteristik der Resonanzschaltung des Stiftes 5, bei Wobbeln der Signalfrequenz als Pegeländerung an dem mit der Spannungssteuerung Vs2 verbundenen Widerstand Rs3 angesehen werden kann. Da die Charakteristik eine Kopplung mit geringer Kapazität ist, etwa weniger als einige Picofarad, können das Minimum und das Maximum der Schaltung für den Stift 5 nach Fig. 11 nur in der Nähe des Resonanzpunktes kontinuierlich er scheinen. Dem Stand der Technik ohne die Spule Lp32 und den Widerstand Rd33 entspricht eine Pegelkurve D unterhalb der Si gnalpegelerfassungscharakteristik in Fig. 11, die ein Erfas sungspegel ist, der von der wegen der parasitären Kapazität von der unnötigen Lastimpedanz bewirkten Signalverstärkung be gleitet wird. Die parasitäre Lastimpedanz der Schaltung mit einer Spule Lp32 und einem Dämpfungswiderstand Rd33, in etwa entsprechend der parasitären Kapazität, wird wegen der Reso nanzcharakteristik davon in dem Wobbelfrequenzband groß. Dem zufolge wird die parasitäre Last gering, und der Erfassungspe gel kann geeignet abgenommen werden, wie durch die Pegelkurve U oben in Fig. 11 gezeigt. Selbst wenn eine andere leitfähige Substanz als die Resonanzschaltung der Tafel nahekommt, er scheinen das Minimum A und das Maximum B nicht durchgängig, wodurch Fehlfunktionen vermieden sind.The electrical equivalent circuit diagram is shown in FIG. 10. Rsp11 is a combined resistance of the resistors of the analog switch SW4 and the panel electrode lines 1 , 1 ,. . . , and Cc12 is a coupling capacitance of the conductive writing tip 8 of the pen 5 and the panel electrode lines 1 , 1 . . . L34, C35 and RW36 represent an internal circuit of the pin 5 and are active components for determining the quality Qs of the coil 6 , the capacitor 7 and the resonance circuit. RM and CM are a resistance component and a capacitance component of a fault feedback impedance Zp. Cs1 and Cs2 are equivalent capacitances of the parasitic capacitances. It is clear from this that the resonance characteristic of the resonance circuit of the pin 5 , when wobbling the signal frequency, can be regarded as a level change at the resistor Rs3 connected to the voltage control Vs2. Since the characteristic is a coupling with a small capacitance, for example less than a few picofarads, the minimum and maximum of the circuit for the pin 5 according to FIG. 11 can only appear continuously in the vicinity of the resonance point. The prior art without the coil Lp32 and the resistor Rd33 corresponds to a level curve D below the signal level detection characteristic in FIG. 11, which is a detection level which is accompanied by the signal amplification caused by the unnecessary load impedance due to the parasitic capacitance. The parasitic load impedance of the circuit with a coil Lp32 and a damping resistor Rd33, approximately corresponding to the parasitic capacitance, becomes large because of the resonance characteristic thereof in the wobble frequency band. Accordingly, the parasitic load becomes small, and the detection level can be appropriately decreased as shown by the level curve U above in FIG. 11. Even when a conductive substance other than the resonance circuit comes close to the panel, the minimum A and maximum B do not appear to be continuous, thereby preventing malfunction.

Als nächstes wird der Betrieb der Vorrichtung be schrieben. Signalspannungen von der Spannungssteuerung Vs2 werden an den Widerstand Rs3 und den Analogschalter Sw4 gege ben, und der Analogschalter Sw4 schaltet nacheinander eine elektrische Verbindung zwischen dem Widerstand Rs3 und der Elektrodenleitung 1. Das Minimum A und das Maximum B werden für jede Elektrodenleitung 1, 1, . . . gemessen und erfaßt, und zwar von dem Pegeldetektor, und die entsprechenden Ergebnisse werden an die Überwachungseinrichtung 10 gegeben. Der Signal pegel an dem Pegeldetektor 9 wird analysiert. Sind wie bei der herkömmlichen Schaltung die Spule Lp32 und der Widerstand Rd33 nicht vorhanden, ist unter dem Einfluß der parasitären Lastim pedanz der parasitären Kapazitäten Cs1 und Cs2 in dem Ersatz schaltbild der Schaltung nach Fig. 10 die Last entsprechend groß, und der Erfassungspegel ist entsprechend gering. Bei der vorliegenden Schaltung mit der Spule Lp32 und dem Widerstand Rd33 ist demgegenüber die Parallelresonanzcharakteristik der parasitären Kapazitäten Cs1 und Cs2 vernachlässigbar, und die parasitäre Lastimpedanz, einschließlich der parasitären Kapa zitäten Cs1 und Cs2 steigt (die parasitäre Last wird gering), wodurch die auf die parasitären Elemente zurückzuführende Ver stärkung des Signals verringert wird, um den Erfassungspegel zu verbessern. Der Widerstand Rd33 ist ein Dämpfungswider stand, was dazu führt, daß die Resonanzcharakteristik gemäßigt wird und ein Extremum nicht an nur einem Punkt der Wobbelfre quenz erzeugt wird. Gemäß der vorstehenden Analyse dient die Spule Lp32 als eine die parasitäre Kapazität kompensierende Induktivität, und der Widerstand Rd33 dient als ein die para sitäre Kapazität kompensierender Widerstand. Die Überwachungs einrichtung 10 ermittelt die genauen Positionskoordinaten auf der Tafel und gibt sie aus, wenn die leitende Schreibspitze 8 des Stiftes kontaktierend angeordnet wird, und zwar in dersel ben Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 und mit einem bes seren Nutz/Rauschverhältnis (S/N) des Signals.Next, the operation of the device will be described. Signal voltages from the voltage controller Vs2 are given to the resistor Rs3 and the analog switch Sw4, and the analog switch Sw4 sequentially switches an electrical connection between the resistor Rs3 and the electrode line 1 . The minimum A and the maximum B are for each electrode line 1 , 1 ,. . . measured and detected by the level detector and the corresponding results are given to the monitoring device 10 . The signal level at the level detector 9 is analyzed. If, as in the conventional circuit, the coil Lp32 and the resistor Rd33 are not present, the load is correspondingly large under the influence of the parasitic load impedance of the parasitic capacitances Cs1 and Cs2 in the equivalent circuit diagram of the circuit according to FIG. 10, and the detection level is corresponding low. In contrast, in the present circuit with the coil Lp32 and the resistor Rd33, the parallel resonance characteristic of the parasitic capacitances Cs1 and Cs2 is negligible, and the parasitic load impedance, including the parasitic capacitances Cs1 and Cs2, increases (the parasitic load becomes low), which leads to the parasitic elements due to amplification of the signal is reduced in order to improve the detection level. The resistor Rd33 is a damping resistor, which means that the resonance characteristic is moderated and an extremum is not generated at only one point of the wobble frequency. According to the above analysis, the coil Lp32 serves as a parasitic capacitance compensating inductor, and the resistor Rd33 serves as a parasitic capacitance compensating resistor. The monitoring device 10 determines the exact position coordinates on the board and outputs them when the conductive writing tip 8 of the pen is arranged in contact, in the same manner as in the embodiment 1 and with a better use / noise ratio (S / N ) of the signal.

Die Resonanzschaltung aus Lp, Rd, Cs1 und Cs2 hat eine kleine Güte Q und hat eine vernachlässigbare Resonanzcharakte ristik, die die Signalpegelerfassungscharakteristik im Hin blick auf das Maximum/Minimum kaum negativ beeinflußt. Dies ist auf die Resonanzschaltung in dem Stift 5 zurückzuführen.The resonance circuit made up of Lp, Rd, Cs1 and Cs2 has a small quality factor Q and has a negligible resonance characteristic which hardly influences the signal level detection characteristic with regard to the maximum / minimum. This is due to the resonance circuit in pin 5 .

Nachstehend ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 13 beschrieben. Fig. 12 zeigt den Aufbau der gesamten Vorrichtung. Ein Rechteckwellen-Wobbelgenerator 42 steuert sequentiell die Elektrodenleitungen 41, 41, . . . einer Tafel 51 über einen Wi derstand Rs43 und über Analogschalter SW44 und SW45 mit einer Wechselspannung an. Die Elektrodenleitungen 41, 41, . . . auf der Achse X und die Elektrodenleitungen 41, 41, . . . auf der Achse Y werden mit derselben Zeitteilung von den Analogschal tern SW44 bzw. SW45 angesteuert. Unmittelbar vor einem Pegel detektor 49 ist ein Bandpaßfilter 48 vorgesehen, um nur die Grundwellenkomponente des Rechtecksignals durchzulassen und alle Hochfrequenz-Wellenkomponenten auszufiltern. Der übrige Aufbau sowie der Betrieb sind die gleichen wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels, und es wird auf entsprechende Be schreibung verzichtet.A fourth embodiment of the invention is described below with reference to FIGS. 12 and 13. Fig. 12 shows the structure of the entire device. A square wave wobble generator 42 sequentially controls the electrode lines 41 , 41 ,. . . a panel 51 via a resistor Rs43 and via analog switches SW44 and SW45 with an alternating voltage. The electrode lines 41 , 41,. . . on the X axis and the electrode lines 41 , 41,. . . on the Y axis are controlled with the same time division by the analog switches SW44 and SW45. Immediately before a level detector 49 , a bandpass filter 48 is provided in order to pass only the fundamental wave component of the square-wave signal and to filter out all high-frequency wave components. The rest of the structure and the operation are the same as those of the first embodiment, and the corresponding description is omitted.

Nachstehend sind die Vorteile der vorliegenden Schal tung detailliert erläutert. Die Wechselsignalquelle erzeugt eine Frequenzwobbel-Rechteckwelle, hat jedoch eine ausreichend gemäßigte Wobbelrate, so daß alle Wechselsignalkanäle als li neare Elemente angesehen werden können. Das Rechteckwellensi gnal wird einer Entwicklung nach Fouriereihen unterzogen, um eine Antwort der Schaltung auf entsprechende Frequenzen zu erhalten. Es sei hier angenommen, daß die Amplitude der kontinuierlichen Rechteckwelle 1 ist. Diese Rechteckwelle wird nach der Fouriereihe entwickelt, die als Alternativausdruck angesehen wird. Es ergibt sich folgendes:The advantages of the present circuit are explained in detail below. The alternating signal source generates a frequency wobble square wave, but has a sufficiently moderate wobble rate so that all alternating signal channels can be regarded as linear elements. The square wave signal is subjected to Fourier series development in order to obtain a response of the circuit to corresponding frequencies. It is assumed here that the amplitude of the continuous square wave is 1 . This square wave is developed according to the Fourier series, which is considered an alternative expression. The following results:

(4/π/sinω1t + a2sinω2t + a3sinω3t + . . . (4 / π / sinω1t + a2sinω2t + a3sinω3t +...

worinwherein

ω1 = 2πf1 = 2π/T = Winkelfrequenz der Grundwelle
ω2 = 2ω1 = Winkelfrequenz der zweiten höheren Harmonischen
a2 = Amplitude der zweiten höheren Harmonischen (Pegel)
ω3 = 3ω1 = Winkelfrequenz der dritten höheren Harmonischen
a3 = Amplitude der dritten höheren Harmonischen (Pegel)
f = 3, 14 . . .
f1 = 1/T = Winkelfrequenz der Grundwelle
T = Periode der Rechteckwelle
t = Zeit.ω1 = 2πf1 = 2π / T = angular frequency of the fundamental wave
ω2 = 2ω1 = angular frequency of the second higher harmonic
a2 = amplitude of the second higher harmonic (level)
ω3 = 3ω1 = angular frequency of the third higher harmonic
a3 = amplitude of the third higher harmonic (level)
f = 3.14. . .
f1 = 1 / T = angular frequency of the fundamental wave
T = period of the square wave
t = time.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, hat die Grundwel lenkomponente (Winkelfrequenz ω) einen 4/π-fachen Spannungspe gel (Spitzenwert) des ursprünglichen Rechteckwellen-Spannungs pegels. Diese Beziehung ist in Fig. 13 dargestellt. Eine Rechteckwelle 52 hat im wesentlichen die Amplitude des Versor gungsspannungspegels, wobei ihre Grundwellenkomponente 53 eine in Fig. 13 gezeigte Phase hat. Der Spitzenwert liegt bei etwa dem 1,27fachen der Rechteckwellen-Amplitude. Ein Signalgene rator mit keiner besonderen Boosterschaltung kann keine Spit zenspannung oberhalb der Gesamtversorgungsspannung liefern. Das vorliegende System verwendet eine Grundwellenkomponente mit einem Spitze-zu-Spitze-Pegel, der das 1,27fache der Am plitude der Versorgungsspannung beträgt. Da, um zu der Schal tung nach Fig. 12 zurückzukehren, die Analogschalter 44 und 45 jeweils für eine ausreichend lange Zeitspanne mit einem Elek trodenleiter 41 verbunden sind, kann die an das Bandpaßfilter 48 gegebene Wellenform als im wesentlichen kontinuierliche Welle angesehen werden. Das Bandpaßfilter 48 läßt nur die Grundwellenkomponente hindurch, während alle anderen Frequenzkomponenten herausgefiltert werden. Da der Wechselsignalkanal als lineares Element angesehen werden kann, ist er äquivalent zu einem Aufbau, der einen Sinuswel lengenerator mit einem Spitze-zu-Spitze-Pegel mit dem 1,27fa chen der Amplitude der Gesamtversorgungsspannung anstelle des Rechteckwellen-Wobbelgenerators 42 aufweist. Eine Erfassungs- und Überwachungseinrichtung 49 berechnet eine genauere Stift positionskoordinate aus dem Erfassungssignalpegel von den Elektrodenleitungen 41 und gibt sie digital aus, und zwar nach einem Verfahren gleich demjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.As can be seen from the above, the basic wave component (angular frequency ω) has a 4 / π times the voltage level (peak value) of the original square wave voltage level. This relationship is shown in Fig. 13. A square wave 52 has substantially the amplitude of the supply voltage level, and its fundamental wave component 53 has a phase shown in FIG. 13. The peak value is approximately 1.27 times the square wave amplitude. A signal generator with no special booster circuit cannot deliver a peak voltage above the total supply voltage. The present system uses a fundamental component with a peak-to-peak level that is 1.27 times the amplitude of the supply voltage. Since, to return to the circuit of FIG. 12, the analog switches 44 and 45 are each connected to an electrode conductor 41 for a sufficiently long period of time, the waveform given to the bandpass filter 48 can be regarded as a substantially continuous wave. The bandpass filter 48 passes only the fundamental component while all other frequency components are filtered out. Since the alternating signal channel can be regarded as a linear element, it is equivalent to a structure which has a sine wave lengenerator with a peak-to-peak level with the 1.27 times the amplitude of the total supply voltage instead of the square wave wobble generator 42 . A detection and monitoring device 49 calculates a more precise pin position coordinate from the detection signal level from the electrode lines 41 and outputs it digitally, specifically using a method similar to that of the exemplary embodiment according to FIG. 1.

Claims

1. Coordinate determination apparatus comprising:

a panel with a plurality of electrode lines ( 1 ; 41 ) which are arranged along a coordinate axis,
- A frequency sweep generator ( 2 ; 42 ), from which the electrode lines ( 1 ; 41 ) of the board can be controlled sequentially with a frequency sweep signal via a signal line,
- A pen ( 5 ), the inside with a parallel resonance circuit ( 6 , 7 ) is provided, one end of which can be coupled with the electrode lines ( 1 ; 41 ) capacitive-conductive tip ( 8 ) of the pin ( 5 ) and the other end are electrically connected to a conductor on the outer housing of the pin ( 5 ), and
- A level detector ( 9 ; 49 ) which is connected to the signal line between the frequency sweep generator ( 2 ; 42 ) and the electrode lines ( 1 ; 41 ).

2. Apparatus according to claim 1, wherein the level detector ( 9 ; 49 ) the continuous occurrence of a minimum and a maximum in the level-frequency characteristic of the detected Si gnals in the vicinity of the resonance frequencies of the panel and the parallel resonance circuit ( 6 , 7 ) in the pin ( 5 ) detected and classified and that electrode line ( 1 ; 41 ) with which the pin ( 5 ) has been brought into contact is determined by the classification in order to output a contact position of the pin ( 5 ) on the board.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the Re resonance frequency of the parallel resonance circuit ( 6 , 7 ) in the pin ( 5 ) is changed in order to determine the pressure with which the pin ( 5 ) is pressed against the board .

4. Device according to one of the preceding claims, further a level detector ( 9 ; 49 ) connected in parallel inductance ( 32 ) with a resistance component ( 33 ) aufwei send.

5. Device according to one of the preceding claims, in which the frequency sweep generator ( 42 ) emits a square wave signal and the level detector ( 49 ) has a bandpass filter ( 48 ) which only allows the fundamental wave component of the square wave signal to pass, so that the coordinate determination by means of the level the fundamental wave component.