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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine graphische Tafel, welche
die nachfolgenden Elemente umfasst:
- – eine Anordnung
im Wesentlichen paralleler Elektroden, und
- – eine
Steuerschaltung um während
einer Detektionsperiode den Elektroden eine Reihe auf einander folgender
Muster anzubieten, wobei jedes Muster einen Signalwert aus etwa
wenigstens zwei Standardwerten für
jede Elektrode darstellt, um für
jede Elektrode mit Hilfe der genannten Präsentation eine Reihe aufeinander
folgender Codeelemente zu bilden, die für die betreffende Elektrode
repräsentativ
ist.
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Eine
Tafel dieser Art ist aus der Europäischen Patentanmeldung
EP 622 754 A1 bekannt.
Die Tafel wird u. a. als ein graphisches Eingabegerät benutzt, über das
bestimmte Daten einem Datenverarbeitungssystem zugeführt werden.
Dazu umfasst die bekannte Tafel eine Anordnung parallel gegliederter Elektroden
und einen Signalsensor in Form eines Stiftes, der gegenüber den
Elektroden verlagert werden kann. Die relative Lage des Stiftes
gegenüber den
Elektroden bildet eines der Daten, die dem Datenverarbeitungssystem
von der Tafel angeboten werden. Die bekannte Tafel umfasst eine
Steuerschaltung, die den Elektroden bestimmte Muster von Signalen
zuführt,
wobei die Elektroden in Reaktion darauf die gegebenen Signale in
den Stift induzieren. Die induzierten Signale werden einer Detektionsschaltung
der Tafel zugeführt.
Die relative Lage des Stiftes wird durch Analyse der präsentierten
Signale und der detektierten Signale bestimmt. In einer sog. Koordinatendetektionsperiode
bietet die Steuerschaltung der bekannten Tafel den Elektroden eine Vielzahl
aufeinander folgender Muster, wobei dann jeweils einer einzigen
Elektrode eine Spannungsdifferenz gegenüber den anderen Elektroden
gegeben wird. Das in den Stift induzierte Signal ist zu dem Zeitpunkt,
wo das Muster mit der Spannungsdifferenz derjenigen Elektrode, welcher
der Stift am nächsten liegt,
angeboten wird, maximal. Wegen der Präsentation der Muster wird während der
Detektionsperiode eine Reihe von Codeelementen, dargestellt durch
Signalpegel, an jeder Elektrode gebildet, wobei die genannte Reihe
für die
betreffende Elektrode relevant ist. Die Detektionsschaltung kann
auf diese Art und Weise die relative Lage des Stiftes bestimmen,
und zwar jeweils in einer Koordinatendetektionsperiode. Es ist aber
ein Nachteil der bekannten Tafel, dass die Koordinatendetekti onsperiode
relativ lang ist, so dass eine relativ lange Zeitperiode erforderlich
ist zum Bestimmen der augenblicklichen Lage des Signalsensors gegenüber den
Elektroden.
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Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine graphische
Tafel der oben beschriebenen Art zu schaffen, wobei die Bestimmung der
augenblicklichen Lage des Signalsensors schneller durchgeführt wird
als bei der bekannten Tafel. Dazu weist die graphische Tafel nach
der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Steuerschaltung
die genannte Reihe mit einer Anzahl Codeelemente präsentiert,
wobei diese Anzahl wesentlich geringer ist als die Anzahl Elektroden,
wobei die jeweils verschiedenen Reihen mit Codeelementen zusammen
einen Code bilden, der im Wesentlichen über die Signalwerte gleichmäßig verteilt
ist. Durch die Präsentation
einer viel kürzeren
Reihe von Mustern ist die Zeit, erforderlich zur Detektion der relativen
Lage des Signalsensors viel kürzer
als bei der bekannten Tafel. Die verschiedenen Reihen von Codeelementen
bilden nun einen Code, dessen Verteilung besser ist als die des
bekannten Codes, so dass jede Reihe dennoch für die betreffende Elektrode
repräsentativ
ist. Weil die relative Lage des Signalsensors schneller bestimmt
werden kann, kann die Zeit zwischen der Bestimmung aufeinander folgender
relativer Lagen des Signalsensors reduziert werden. Folglich kann
ein bewegender Signalsensor genauer von der Tafel befolgt werden.
Dies ist wichtig, beispielsweise wenn die graphische Tafel benutzt
wird zur Überprüfung einer
Handschrift, indem ein Benutzer mit Hilfe des Signalsensors Text
auf der Tafel schreibt.
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Die
Bestimmung der relativen Lage eines Signalsensors auf Basis eines
Codes, der für
die genannte Lage in der graphischen Tafel repräsentativ ist, ist an sich bekannt.
Dies ist beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung
EP 455 985 A1 beschrieben
worden. Darin gewährleistet
eine komplexe geometrische Struktur der Elektroden, dass die zu detektierenden
Signale in einer bestimmten relativen Lage einen einzigartigen Code
bilden. Dies ist eine Konstruktion, die von derjenigen der graphischen
Tafel nach der vorliegenden Erfindung völlig abweicht, wobei die einzelnen
Elektroden sich parallel über eine
bestimmte Länge
der Tafel erstrecken und nicht miteinander verbunden sind. Die Struktur
der aus
EP 455 985 A1 bekannten
Tafel ist schwer herstellbar und wegen der verschiedenen Verbindungen
hat sie eine relativ kleine aktive Oberfläche, auf der die relative Lage
des Stiftes ermittelt werden kann.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass die Codeelemente zweiwertig sind. Es handelt
sich auf diese Weise um zwei Standardwerte, wobei in Reaktion auf
ein bestimmtes Muster eine Elektrode mit dem einen oder dem anderen
Standardwert als Signalwert präsentiert
wird. Dadurch ist es leichter die Codeelemente in dem Signalsensor
zu unterscheiden. Wenn ein Binärcode
verwendet wird, entspricht die Anzahl erforderlicher Muster einer Zweierpotenz,
wobei zwei dieser Potent wenigstens der Anzahl zu detektierender
Stellen auf der Tafel entspricht. Wenn beispielsweise 64 Positionen
detektiert werden sollen, erfordert die graphische Tafel nach der
vorliegenden Erfindung nur sechs Muster gegenüber den 64 Mustern, die bei
der bekannten Tafel erforderlich sind.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass die Reihe von Codeelementen Worte eines Gray-Codes bilden. Eine
bestimmte Reihe von Codeelementen weicht dann von der angrenzenden Reihe
ab, und zwar in Bezug auf nur ein einziges Codeelement. Dies verbessert
das Unterscheiden, wenn der Signalsensor sich in der Nähe der Grenze zwischen
den betreffenden Elektroden befindet.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass sie einen Festspeicher aufweist zur Speicherung
der Reihe von Mustern, wobei die Steuerschaltung die Reihe von Mustern
aus dem Festspeicher empfängt.
Die Reihe von Mustern wird im Voraus bestimmt und in dem Speicher
gespeichert, so dass diese nicht während der Detektionsperiode bestimmt
zu werden brauchen. Die Steuerschaltung kann danach die Muster unmittelbar
aus dem Speicher auslesen zur Präsentation
der Elektroden. Dies spart Zeit, so dass die Bestimmung der augenblicklichen
Lage des Signalsensors gegenüber
den Elektroden schneller ist.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass die Steuerschaltung aneinander grenzende Elektroden
zu einer Subanordnung gruppiert, um die Anordnung in im Wesentlichen
gleich große Subanordnungen
von Elektroden aufzuteilen, wodurch auf diese Art und Weise für jede Unteranordnung
eine Reihe aufeinander folgender Codeelemente gebildet wird, die
für die
betreffende Unteranordnung repräsentativ
ist. Eine Anzahl Elektroden werden danach derart gruppiert, dass
sie eine Subanordnung bilden und sie alle die gleichen Signalwerte empfangen,
was zu einem stärkeren
Signal führt,
das von dem Signalsensor aufgenommen werden soll. Bei der Präsentation
der Reihe von Mustern wird für jede
Subanordnung eine Reihe von Codeelementen gebildet, die für die betreffende
Subanordnung repräsentativ
ist.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass die Steuerschaltung vorgesehen ist zum Durchführen eines
Interpolationsschrittes, der die Selektion aus der Reihe von Mustern
mit einer Repräsentation
für wechselnde
Signalwerte für
aufeinander folgende Subanordnungen umfasst, und die wiederholte
Präsentation
dieses Musters mit einer gegenseitigen Verschiebung, einen Bruchteil
der Länge
einer Subanordnung betragend. Der Interpolationsschritt verbessert
die Auflösung
bei der Bestimmung der relativen Lage des Signalsensors, entsprechend
dem Abstand zwischen den äußersten
Elektroden in der Subanordnung, wenn eine Anzahl Elektroden gruppiert
sind zum Bilden einer Subanordnung. Weil das Muster mit einer Abwechselung
von Signalwerten für
die aufeinander folgenden Subanordnungen einige Male angeboten wird,
und zwar jeweils mit einer geringfügigen Verschiebung, wird der Übergang
von dem einen Signalwert zu dem anderen zu einem bestimmten Zeitpunkt
durch den Signalsensor gehen. Die augenblickliche Position des Signalsensors
kann auf Basis der Signale, die über
diese Muster präsentiert
werden, genauer bestimmt werden.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass die Steuerschaltung dazu vorgesehen ist, bei
der Präsentation
eines Musters der Reihe den Elektroden in der Nähe einer Grenze der Subanordnung
mit einem Spannungspegel zu versehen, der höher ist als der Spannungspegel,
der dem höheren Wert
der Standardwerte entspricht und/oder darauf einen Spannungspegel
schafft, der niedriger ist als der Spannungspegel, der dem niedrigeren
der Standardwerte entspricht. Dies kompensiert Randeffekte in Gebieten
in dem Muster, wobei die Darstellung des Signalwertes für die Elektroden
den Wert ändert.
Dadurch, dass die Spannung an den Elektroden in der Nähe der Grenze,
wo ein derartiger Übergang
auftritt, höher
gemacht wird als die Spannung für
den restlichen Teil der Elektroden der Subanordnung, wenn die Subanordnung
den hohen Signalpegel empfängt, oder
dadurch, dass sie niedriger gemacht wird, wenn die Subanordnung
den niedrigen Signalwert empfängt,
werden Randeffekte kompensiert.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass die graphische Tafel Folgendes umfasst:
- – einen
Signalsensor, der gegenüber
den Elektroden verlagerbar ist um Signale aufzunehmen, die von den
Elektroden in Reaktion auf ein bestimmtes Muster erzeugt werden
sollen, und
- – eine
Detektionsschaltung, die mit dem Signalsensor gekoppelt ist um während der
Detektionszeit auf Basis der aufgenommenen Signale eine aktuelle
Position des Signalsensors gegenüber den
Elektroden zu ermitteln,
- – wobei
die Tafel ein Messelement aufweist zum Messen eines aktuellen Rauschpegels,
wobei die Detektionsschaltung den aktuellen Pegel des in dem Signalsensor
aufgenommenen Signals mit dem gemessenen aktuellen Rauschpegel vergleicht
und wobei die Steuerschaltung einen Interpolationsschritt auf Basis
dieses Vergleichs durchführt.
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Die
Steuerschaltung kann dann Muster präsentieren, die ansteigend kleinere
Subreihen enthalten aus denen die augenblickliche Lage des Signalsensors
mit einer. zunehmenden Auflösung
ermittelt werden kann, bis der Zeitpunkt, wo das Signal von der
Subreihe gegenüber
dem Rauschpegel zu schwach wird um eine zuverlässige Ermittlung zu ermöglichen.
Daraufhin findet ein Interpolationsschritt mit dem letzten Muster
statt. Durch die Messung des augenblicklichen Rauschpegels an der
Tafel kann die Steuerschaltung die Präsentation zunehmend feinerer
Muster möglichst
lange fortsetzen und nur dann, wenn es erforderlich ist, mit dem
Interpolationsschritt fortfahren. Dadurch kann die augenblickliche
Lage des Signalsensors in einer minimalen Anzahl Schritte ermittelt
werden, angepasst an die Umstände.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass die Steuerschaltung dazu vorgesehen ist, nebst
einem Muster eine invertierte Version des betreffenden Musters zu
präsentieren.
Durch die Präsentation
eines Musters sowie der invertierten Version tritt in dem Signalsensor
ein stärkeres
Signal auf. Folglich ist die Messung weniger empfindlich für Rauschstörungen und
DC-Offset.
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Eine
Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass die Tafel eine Wiedergabeanordnung aufweist,
wobei die Anordnung von Elektroden eine funktionelle Einheit bildet
zum Erzeugen eines Bildes an der Wiedergabeanordnung. Wenn die Tafel
mit einer Wiedergabeanordnung kombiniert wird, werden die Elektroden
einen Teil der Zeit zum Erzeugen eines Bildes an der Wiedergabeanordnung
benutzt und einen Teil der Zeit, wobei es sich um die sog. Koordinatendetektionsperiode
handelt, zum Ermitteln der augenblicklichen Lage des Signalsensors.
Die vorliegende Erfindung bietet eine kürzere Koordinatendetektionsperiode.
Auf diese Weise kann mehr Zeit zum Erzeugen des Bildes reserviert
werden und/oder die augenblickliche Lage des Signalsensors kann öfter ermittelt
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden
Fall näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Anzahl Teile der graphischen Tafel
nach der vorliegenden Erfindung,
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2 die
Reihe von Mustern von Signalen wie diese den Elektroden bei der
bekannten graphischen Tafel zugeführt werden,
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3 eine
Reihe von Mustern, wie diese den Elektroden in der graphischen Tafel
nach der vorliegenden Erfindung präsentiert werden,
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4 eine
alternative Reihe von Mustern nach der vorliegenden Erfindung,
-
5 eine
Reihe von Mustern nach der vorliegenden Erfindung zur Bildung der
Reihe eines "Gray-Codes",
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6 eine
Reihe von Mustern nach der vorliegenden Erfindung zur Bildung der
Reihe eines Vier-Elemente-Gray-Codes,
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7 eine
Tafel, wobei die Anordnung von Elektroden in eine Anzahl Subanordnungen
aufgeteilt ist,
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8 eine
detaillierte Darstellung der Signale, die in dem Stift für einen
Teil eines Musters auftreten,
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9 eine
Darstellung des Interpolationsschrittes nach der vorliegenden Erfindung,
und
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10 eine
schematische Darstellung der Anwendung der vorliegenden Erfindung
bei einer graphischen Tafel, die mit einer Wiedergabeanordnung integriert
ist.
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Entsprechende
Bezugszeichen in der Zeichnung bezeichnen ähnliche oder entsprechende
Elemente.
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1 zeigt
schematisch eine Anzahl Teile der graphischen Tafel nach der vorliegenden
Erfindung. Eine graphische Tafel 100 dieser Art wird als graphische
Eingabeanordnung benutzt zur Präsentation
von Daten zu einem Datenverarbeitungssystem, beispielsweise einem
Computer. Die Tafel umfasst eine Arbeitsfläche 102 und einen
Stift 104, wobei die relative Lage des Stiftes gegenüber der
Arbeitsfläche einen
Teil der gelieferten Daten bildet. Die Tafel umfasst eine Anzahl
paralleler Elektroden 106–110, denen bestimmte
Signale zugeführt
werden, die von dem Stift durch kapazitive Kopplung aufge nommen werden.
Unter Ansteuerung einer Steuereinheit 112 bietet eine Steuerschaltung 114 Elektroden
bestimmte Signalmuster und die von dem Stift aufgenommenen Signale
werden einer Detektionsschaltung 116 zugeführt. Auf
Basis der über
den Stift 104 empfangenen Signale und der Bekanntschaft
mit den Signalen, die über
die Steuereinheit geliefert werden, bestimmt die Detektionsschaltung
die relative Lage des Stiftes gegenüber den Elektroden. Die bestimmte Lage
kann über
eine Schnittstelleneinheit 118 einem Datenverarbeitungssystem
zugeführt
werden. Der Stift kann mit Hilfe einer Drahtverbindung mit der Detektionsschaltung
gekoppelt werden. Es ist aber auch möglich, dass der Stift mit einem
Sender 120 versehen wird zum Übertragen der aufgenommenen
Information, wobei diese Information danach von einem mit der Detektionsschaltung
gekoppelten Empfänger 122 empfangen
wird. Dies bietet den Vorteil, das ein Benutzer nicht von einer
verdrahteten Verbindung zwischen dem Stift und der Tafel behindert
wird. Eine spezielle Ausführungsform
der Tafel benutzt einen optischen Sender und Empfänger. Die
relative Lage des Stiftes quer zu den Elektroden 106–110 kann
auf diese Art und Weise ermittelt werden. Um die Bestimmung der
relativen Lage auch in der anderen Richtung der Oberfläche 102 zu
ermöglichen,
kann die Tafel auf ähnliche
Weise mit Elektroden 124–128, die sich quer
zu den Elektroden 106–110 erstrecken,
und mit einer Steuerschaltung 130 zum Betreiben der genannten
Elektroden versehen werden. In der Ausführungsform der Tafel aus 1 werden
die Muster, die zur Detektion benutzt werden, in einem Festwertspeicher 132 gespeichert.
Dies ist eine der Möglichkeiten zur
Präsentation
der Muster durch die Steuerschaltung. Vor der Verwendung können die
Muster unmittelbar dem Speicher entnommen werden und es ist keine
Zeit erforderlich zum Berechnen der Muster. Dies spart zeit beim
Bestimmen der Lage.
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Wie
bereits erwähnt,
ist die Kopplung zwischen den Elektroden der Tafel und dem Stift
kapazitiv. Die vorliegende Erfindung kann aber auch in einer Tafel
mit einem anderen Typ einer magnetischen Kopplung zu dem Stift angewandt
werden oder wobei es zwischen dem Stift und der Tafel einen direkten Kontakt
gibt. Für
die vorliegende Erfindung reicht es, wie dies bei jeder Tafel der
Fall sein wird, dass Signale, die den Elektroden der Tafel angeboten
werden, in dem Stift aufgenommen werden können. Offenbar ist das Äußere des
Stiftes nicht von Bedeutung. Er kann als Stift ausgebildet sein,
aber andere geeignete Formen für
einen Signalsensor sind ebenfalls denkbar.
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2 zeigt
die Reihe von Signalmustern, wie diese den Elektroden bei der bekannten
graphischen Tafel angeboten werden. Diese Reihe wird während einer
bestimmten Koordinatendetektionsperiode, in der die relative Lage
des Stiftes in einer der Richtungen der Tafel bestimmt wird, präsentiert.
Eine Reihe enthält
die Signalmuster, wie diese den Elektroden zu einem bestimmten Zeitpunkt
und im Wesentlichen simultan angeboten werden. Die Reihe 202 zeigt
das erste Muster der Reihe, die Reihe 204 das zweite Muster
usw. bis einschließlich
der Reihe 206, die das letzte Muster der Reihe zeigt. Eine "0" in dem Muster stellt einen Signalpegel
für die
betreffende Elektrode dar, was einem niedrigen Standardwert entspricht
und eine "1" stellt einen Signalpegel
für die Elektrode
dar, was einem hohen Standardwert entspricht. Der aktuelle Wert
der Spannung an einer Elektrode ist für die vorliegende Erfindung
nicht wichtig, solange die zwei verschiedenen Werte in dem Stift
unterschieden werden können.
Für den
niedrigen Standardpegel beispielsweise könnte das Fehlen eines expliziten
Signals an der Elektrode gewählt werden.
Die Anzahl Elemente in einem Muster, d. h. in einer bestimmten Reihe
in 2, entspricht der Anzahl Elektroden der Tafel.
Eine Spalte in 2 zeigt die Reihe von Signalen,
die während
des Empfangs der Reihe von Mustern an einer bestimmten Elektrode
gebildet werden. Die Spalte 208 zeigt die Reihe von Signalen
für die
erste Elektrode, die Spalte 210 für die zweite Elektrode usw.
bis einschließlich der
Spalte 212 für
die letzte Elektrode. Die Muster aus 2 beziehen
sich auf die graphische Tafel mit 8 Elektroden. Diese Anzahl ist
vorwiegend zur Erläuterung
gewählt
worden, weil eine praktische graphische Tafel eine viel größere Anzahl
Elektroden aufweisen wird, d. h. sogar einige Hundert. Jede der
Reihe von Mustern der bekannten Tafel enthält eine "1" für jeweils
eine andere Elektrode. Für
jede Elektrode führt
dies zu einer Reihe von Codeelementen, welche die Signale mit je
einem anderen Pegel sind, der für die
betreffende Elektrode repräsentativ
ist. Wenn der Stift sich in einer bestimmten relativen Lage befindet, in
der er die Reihe von Codeelementen "00100000" detektiert, auf deren Basis die Detektionsschaltung bestimmen
kann, dass diese Position sich in der Nähe der dritten Elektrode befindet.
Die Anzahl Muster, die in einer Reihe erforderlich sind, entspricht
der Anzahl Elektroden in der bekannten Tafel. In dem Beispiel nach 2 sind
acht Muster erforderlich und eine Tafel mit beispielsweise 200 Elektroden
erfordert 200 Muster, die während
der betreffenden Koordinatendetektionsperiode präsentiert werden müssen.
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3 zeigt
eine Reihe von Mustern, wie diese den Elektroden in der graphischen
Tafel nach der vorliegenden Erfindung präsentiert werden. Darin enthält ein Muster
verschiedene "1"en, was bedeutet, dass
bei der Präsentation
eines derartigen Musters mehrere Elektroden einen hohen Signalpegel
empfangen. Wenn ein Muster auf diese Art und Weise zusammengesetzt
wird, bieten die Reihen mit Codeelementen, die auf den Elektroden
gebildet sind, eine Verbesserung in Bezug auf die Anzahl für eine bestimmte
Länge zu
unterscheidender Positionen. Die Reihen mit Codeelementen sind nun
Codeworte, die zusammen einen Code bilden mit einem Deckungsgrad über 1-aus-n-Code
entsprechend der bekannten Tafel. Dies ist weil die Reihen mit Codeelementen auf
mehr symmetrische Art und Weise über
die Signalwerte verteilt werden als in einem 1-aus-n-Code. 3 zeigt
ein Beispiel, wobei es sich um drei Muster handelt, d. h. 302, 304 und 306,
wobei eine repräsentative
Reihe von Codeelementen für
jede der 8 Elektroden gebildet wird. Für das erste Muster 302 werden
die Elektroden in zwei Hälften
aufgeteilt, wobei jeder derselben ein bestimmter Signalpegel zugeordnet
wird. Dies ist, weil das Muster für die vier Elektroden auf der
linken Seite eine "0" hat und für die vier Elektroden
auf der rechten Seite eine "1" hat. Daraufhin werden
diese Hälften
in dem Muster 304 halbiert, so dass sie wieder einen eigenen
Signalpegel haben. Die linke Hälfte
des Musters 302 wird in eine linke Hälfte, die ein Viertel der gesamten
Anzahl ist, mit "0"en und in eine rechte
Hälfte
mit "1"en aufgeteilt. Dasselbe
gilt für
die rechte Hälfte
des Musters 302. Zum Schluss werden die Teile des Musters 304 wieder
halbiert, was zu einer Abwechselung von "0"en und "1"en führt,
und zwar entsprechend dem Muster 306. Die Reihe von Codeelementen,
die für
die jeweiligen Elektroden gebildet werden, sind nun Codeworte entsprechend
dem bekannten Binärcode.
Unter Verwendung dieses Codes können
mit Hilfe von drei Bits acht verschiedene Worte gebildet werden,
und zwar entsprechend der Tatsache, dass auf diese Art und Weise
drei Muster erforderlich sind zum Bilden einer repräsentativen
Reihe für
jede der acht Elektroden. Wenn die vorliegende Erfindung für das genannte
Beispiel einer Tafel mit 200 Elektroden verwendet wird, wobei dieser
Code verwendet wird, werden nur acht Muster erforderlich sein gegenüber den
200 Mustern, die bei der bekannten Tafel erforderlich sind. Die
Zeit erforderlich zum Ermitteln der relativen Lage des Stiftes wird
auf diese Art und Weise wesentlich reduziert.
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3 zeigt
die vorliegende Erfindung auf Basis eines binären Codes, wobei eine Elektrode
einen Signalwert aus zwei möglichen
Standardwerten empfängt.
Die vorlie gende Erfindung kann aber auch dadurch benutzt werden,
dass ein Signalwert aus einer größeren Anzahl
von Standardwerten gewählt wird.
In dem Fall werden Codeelemente eines Codes mit einer größeren Wurzel
gebildet, d. h. mit einer Wurzel gleich der Anzahl Standardwerte.
Für eine bestimmte
Länge kann
eine Reihe dann eine größere Anzahl
verschiedener Werte annehmen, so dass mit Hilfe einer derartigen
Reihe eine größere Anzahl
Positionen unterschieden werden kann. Wenn drei Standardwerte für den Signalwert
einer Elektrode verwendet werden, können mit Hilfe einer Reihe
von vier Codeelementen bereits 34 (= 81)
verschiedene Positionen angegeben werden. Eine noch größere Anzahl
Standardwerte ist denkbar, so dass eine noch größere Anzahl Positionen unterschieden
werden kann mit einer möglicherweise
kürzeren
Reihe von Codeelementen.
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4 zeigt
eine alternative Reihe von Mustern nach der vorliegenden Erfindung.
Die Reihenfolge, in der die Muster einer Reihe präsentiert
werden, ist nicht wichtig bei dem Erhalten einer repräsentativen
Reihe von Codeelementen auf jeder der Elektroden. Das erste Muster 402 ist
dasselbe wie das Muster 304 und das Muster 404 ist
dasselbe wie das Muster 302. In diesem Fall ergibt die
Reihe von drei Mustern wieder eine repräsentative Reihe von Codeelementen
für jede
der acht Elektroden. Das Austauschen von zwei oder mehr Elementen
in jedem der Muster ergibt ebenfalls eine Reihe von Mustern, wobei
die Reihe von acht Codeelementen jeder der Elektroden für die betreffende
Elektrode repräsentativ
ist. So ergibt beispielsweise das Austauschen der Spalten 408 und 410 eine
Reihe mit drei neuen Mustern, die aber dennoch acht verschiedene
Reihen von Codeelementen bilden.
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5 zeigt
eine Reihe von Mustern nach der vorliegenden Erfindung zur Bildung
von Reihen eines Gray-Codes. Die Reihen von Mustern 502, 504 und 506 werden
derart zusammengesetzt, dass jede der Reihen auf den Elektroden
zu bildender Codeelemente die Eigenschaft hat, dass sie in Bezug
auf nur ein einziges Codeelement von einer angrenzenden Reihe abweicht.
Die Elemente bilden auf diese Weise Codeworte eines sog. Gray-Codes.
Diese Reihen bieten eine bessere Möglichkeit einer Unterscheidung
zwischen zwei benachbarten Reihen. Wenn beispielsweise der Stift
in einer Lage zwischen der Elektrode, auf der die Reihe 508 gebildet
ist, und der Elektrode, auf der die Reihe 510 gebildet
ist, liegt, muss auf Basis der aufgenommenen Signale entschieden
werden, ob die Reihe "011" oder die Reihe "010" empfangen worden
ist. Durch Verwendung dieser Reihe von Mustern kann während der
Bestimmung Unsicherheit über
nicht mehr als nur eines der Elemente entstehen, wobei diese Unsicherheit
in einer weiteren Bearbeitung gelöst werden soll. Dies ist einfacher
als wenn es eine Unsicherheit über
eine größere Anzahl
Elemente gibt, wie dies in Mustern auftreten kann, die in den 3 oder 4 dargestellt
ist. In dem Fall einer größeren Anzahl
Codeelemente je Reihe, nimmt die Gefahr, dass eine größere Anzahl
Elemente zwischen zwei benachbarten Reihen nach diesen Figuren anders
ist, wesentlich zu und es ist vorteilhaft, die Reihe nach einem
Gray-Code zu verwenden. Sogar längere
Reihen behalten dann die Eigenschaft bei, dass zwei aneinander grenzende
Reihen in Bezug auf nur ein einziges Element voneinander abweichen.
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6 zeigt
eine Reihe von Mustern nach der vorliegenden Erfindung zur Bildung
von Reihen eines Vier-Elemente-Gray-Codes. Die Muster 602, 604, 606 und 608 bilden
Reihen von vier Codeelementen in jeder der 16 Positionen, wobei
eine Reihe (beispielsweise 610) von einer angrenzenden
Reihe, wie 612 und 614, in nur einem einzigen
Element abweichen. Die Muster können
dadurch gebildet werden, dass die in dem Muster verfügbaren Positionen
gegenüber
dem vorhergehenden Muster halbiert werden und dadurch, dass allen
erhaltenen Teilen ein Wert "0" oder "1" zugeordnet werden, wobei aneinander
grenzende Teile einen entgegengesetzten Wert erhalten. Die Teile
eines Musters werden danach so gegliedert, dass die Mitten der Teile
des augenblicklichen Musters an Stellen der Grenzen zwischen den Teilen
des vorhergehenden Musters liegen. Weiterhin beträgt die Größe der Teile
an den Rändern
die Hälfte von
der der restlichen Teile des Musters. Die Muster aus 6 bilden
ein Beispiel des Obenstehenden. Das Muster 602 hat zwei
Randteile von 8 Positionen und keine restlichen Teile (was dann
16 Positionen wäre).
Das Muster 604 hat einen restlichen Teil von 8 Positionen
und zwei Randteile von 4 Positionen. Die Mitte des restlichen Teils
belegt die entsprechende Position der Begrenzung zwischen den zwei
Teilen des vorhergehenden Musters 602. Das Muster 606 hat
drei Teile von 4 Positionen und zwei Randteile von 2 Positionen,
wobei die Position der Begrenzungen zwischen in dem Muster 604 wieder
den Mitten der Teile in dem Muster 606 entsprechen. Das
Muster 608 hat sieben Teile von 2 Positionen und zwei Randteile
von 1 Position. Es sei bemerkt, dass die Reihen von Codeelementen
nach wie vor Worte eines Gray-Codes sind, wenn Muster in den Reihen
ausgetauscht werden.
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7 zeigt
eine Tafel, wobei die Gliederung von Elektroden in eine Anzahl Subanordnungen
aufgeteilt ist. Wenn die Tafel viele Elektroden aufweist, kann sie
gewählt
werden um die Muster auf einem Pegel zu verwenden, der gröber ist
als die einzelne Elektrode. Eine Subanordnung angrenzender Elektroden
wird dann derart betrachtet, als gäbe es nur eine Elektrode und
alle Elektroden empfangen dieselben Signalwerte, wodurch auf diese
Art und Weise eine Reihe von Codeelementen gebildet wird, die für die betreffende
Subanordnung repräsentativ
ist. Der Vorteil dabei liegt in der Tatsache, dass der Pegel des in
den Stift aufgenommenen Signals höher ist als in dem Fall eines
Signalwertes je einzelne Elektrode. Die Elektrodenanordnung 702 ist
dargestellt zum Aufteilen in acht Subanordnungen von je vier Elektroden,
beispielsweise 704. Jedes der Muster 706, 708 und 710 umfasst
32 Positionen, wobei untereinander gleiche Werte für jeweils
vier aneinander grenzende Elektroden dargestellt werden. Für die Subanordnung 704 bilden
die Muster die Reihen von Codeelementen 712 und wenn der
Stift sich in der Nähe
einender Elektroden in der Subanordnung befindet, wird er die Reihe "110" aufnehmen.
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8 ist
eine detaillierte Darstellung der Signale, die in dem Stift für einen
Teil eines Musters auftreten. Wenn ein bestimmter Teil 802 eines
Musters den Elektroden zugeführt
wird, entsteht auf ideale Art und Weise ein Signal in dem Stift,
dessen Wert als eine Funktion der Position durch die Linie 804 dargestellt
wird. Solange der Stift sich auf der linken Seite der Elektrode 806 befindet,
ist das aufgenommene Signal maximal und wenn der Stift die Begrenzung
zwischen den Elektroden 806 und 808 passiert, wird
das Signal abrupt minimal. Wegen der gegenseitigen Beeinflussung
tritt kein akuter Übergang
in der Praxis auf, sondern eher ein allmählicher Übergang, wie beispielsweise
durch die Linie 810 dargestellt. Es dürfte einleuchten, dass wenn
der Signalpegel an der Elektrode niedrig ist, dieser Effekt zum
Aufnahmen des Signals und zum Unterscheiden der Signalwerte "0" und "1" wesentlich
ist. Die Gruppierung einer Anzahl Elektroden zum Bilden einer Subanordnung,
wie anhand der 7 beschrieben, kann dann auf
vorteilhafte Weise benutzt werden. Eine Lösung für den allmählichen Übergang ist, Elektroden in
der Nähe des Übergangs
mit einer Spannung zu versehen, die höher oder niedriger ist als
der Wert, der dem betreffenden Signalpegel entspricht. In dem in 8 dargestellten
Beispiel empfängt
die Elektrode 806 eine Spannung, die höher ist als diejenige, die
von der Elektrode auf der linken Seite empfangen wird und die Elektrode 808 empfängt eine
Spannung, die niedriger ist als diejenige, die von der Elektrode
auf der rechten Seite empfangen worden ist. Dadurch ist der Signalübergang
steiler und die Positionen in der Nähe der Begrenzung zwischen
der Elektrode 806 und 808 kann besser unterschieden
werden.
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9 zeigt
den Interpolationsschritt nach der vorliegenden Erfindung. Wenn
eine Prozedur, wie anhand der 7 beschrieben,
enthüllt,
dass der Stift sich in der Suban ordnung 704 befindet, wird
zur genaueren Ermittlung der Lage ein Interpolationsschritt durchgeführt. Dazu
wird ein Muster 902 mit einer Abwechselung von Gruppen
mit "0"en und Gruppen mit "1"en wiederholt präsentiert, und zwar jeweils über einen
bestimmten Bruchteil gegenüber
den Elektroden verschoben. Die Gruppen sind so groß wie die
Subanordnung und in dem vorliegenden Beispiel werden sie um jeweils
den Abstand von einer Elektrode verschoben. Während des Interpolationsschrittes
wird der Stift, der sich in der Subanordnung 704 befindet,
Signale aufnehmen, die dem maximalen Wert entsprechen, die dem minimalen
Wert entsprechen und die dem Übergang
entsprechen, wie durch die Linie 810 in 8 angegeben.
Durch die Verschiebung des Musters wird während des Interpolationsschrittes
immer ein Übergang
zwischen "0" und "1" den Stift passieren. Unter Anwendung
einer linearen Interpolation kann die Detektionsschaltung aus den
jeweiligen Signalen die Position des Stiftes ermitteln, und zwar
mit einer Genauigkeit, die besser ist als der Abstand zwischen zwei
Elektroden.
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Das
anhand der 7 beschriebene Verfahren gruppiert
eine Anzahl Elektroden zum Bilden einer Subanordnung und die Lage
des Stiftes wird mit einer Genauigkeit bestimmt, die dem Abstand
zwischen den äußersten
Elektroden in der Subanordnung entspricht. Bei gegebener Subanordnung,
worin der Stift sich befindet, wird bei dem Verfahren nach 9 die
Stelle des Stiftes gegenüber
der betreffenden Subanordnung mit einer Genauigkeit bestimmt, die
besser ist als der Abstand zwischen zwei Elektroden. Die Kombination
der zwei Methoden ergibt eine Positionsbestimmung, die genauer ist
und weniger Zeit erfordert als bei der bekannten Tafel. Bei einer spezifischen
Ausführungsform
hat die graphische Tafel 640 Elektroden verfügbar 4,
wobei diese Elektroden in 64 Subanordnungen zu je 10 Elektroden
aufgeteilt sind, und zwar auf eine Art und Weise, entsprechend derjenigen,
die in 7 angewandt worden ist. Während eines ersten Schrittes
wird danach die Position des Stiftes bestimmt, und zwar unter Verwendung
einer Reihe von 6 Mustern mit einer Genauigkeit, die einem Abstand
von 10 Elektroden entspricht. Dies ist weil die 6 Muster Reihen
von Codeelementen ergeben, die eine Länge von 6 Bits haben und imstande
sind, 64 Werte darzustellen. Daraufhin wird während eines Interpolationsschrittes
ein Muster mit abwechselnd 10 "0"en und 10 "1"en sechsmal präsentiert, jeweils mit einer
Verschiebung um zwei Elektroden. Dies ergibt die Lage des Stiftes
in der Subanordnung mit einer Genauigkeit, die besser ist als der
Abstand zwischen zwei Elektroden. Im Großen und Ganzen erfordert die
Bestimmung der relativen Lage des Stiftes nur 12 Muster.
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Die
Kombination der zwei Methoden hat den zusätzlichen Effekt in einem Sinne,
dass das zweite Verfahren an einer Stelle angewandt wird, wo das erste
Verfahren anhalten soll. Wie aus 7 ersichtlich,
betreffen die Muster des ersten Verfahrens zunächst große Gruppen von Elektroden mit
denselben Werten, so dass das von dem Stift aufzunehmende Signal
stark ist. Für
jedes nachfolgende Muster werden die Gruppen halbiert und die Stärke des
Signals nimmt ab. Dies setzt sich fort, bis das Signal zu schwach
wird, dies im Vergleich zu dem Störungspegel, wie dieser mit
entsprechender Genauigkeit aufgenommen wird. Daraufhin wird der
beschriebene Interpolationsschritt mit einem Muster durchgeführt, das
ebenso viele Elektroden je Gruppe enthält, wie es Elektroden in der
kleinsten Gruppe in dem letzten Muster des ersten Verfahrens gibt.
Die Zusammenarbeit zwischen den zwei Methoden hat einen adaptiven
Effekt in einer bestimmten Ausführungsform
der Tafel nach der vorliegenden Erfindung. Dazu wird die Tafel aus 1 mit
einem Messelement 134 versehen, das den augenblicklichen
Rauschpegel in der Nähe
der Tafel misst. Das erste Verfahren wird angewandt mit zunehmend
kleineren Gruppen von Elektroden angewandt bis der Punkt erreicht
worden ist, an dem das Signal des Musters zu schwach werden würde im Vergleich
zu dem augenblicklich gemessenen Rauschpegel. Daraufhin wird ein
Interpolationsschritt durchgeführt
zum Ermitteln der Lage des Stiftes mit einer höheren Genauigkeit, wobei das
Muster von dem letzten verwendeten Muster in dem ersten Verfahren
abhängig
ist. Die adaptive Kombination bietet den Vorteil, dass das erste
Verfahren möglichst lange
fortgesetzt wird, so dass im Großen und Ganzen weniger Muster
erforderlich sind. Die Entscheidung in Bezug auf die Umschaltung
von dem einen Verfahren auf das andere Verfahren kann auf einer Tafel
basiert sein, wobei der maximale Rauschpegel, bei dem das Muster
verwendet werden kann, wird je Mustertyp bestimmt. Dieser maximale
Rauschpegel könnte
auch mit den Mustern in dem Festwertspeicher 132 gespeichert
werden.
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Bei
einer bestimmten Ausführungsform
der graphischen Tafel nach der vorliegenden Erfindung folgt der
Präsentation
eines bestimmten Musters die Präsentation
eines Musters, das eine invertierte Version des bestimmten Musters
ist. Wenn das in dem Stift empfangene Signal durch die zwei Muster
verschieden gemessen wird, wird ein Signal erhalten, das viel stärker ist
als das Signal, das durch ein einziges Muster erhalten wird. Die
Messung wird dann weniger empfindlich für Störungen und für DC-Offset. Sogar
wenn nach diesem Verfahren im Grunde zweimal mehr Muster angeboten
werden müssen,
ist die Situation in der Praxis weniger schädlich. Dies ist weil Messung
entsprechend dem beschriebenen ersten Verfahren längere Zeit
fortgesetzt werden kann, so dass weniger Muster in dem Interpolationsschritt
erforderlich sind. Weiterhin wird die vorliegende Erfindung in Kombination
mit einer Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung
angewandt, wobei die Präsentation eines
Musters und der invertierten Version den großen Vorteil bietet, dass die
mittlere DC-Spannung je Pixel Null ist. Dies vermeidet, dass während der
Koordinatendetektionsperiode eine Bildzerstörung der Muster auftritt.
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung in
Kombination mit einer mit einer Wiedergabeanordnung integrierten
Tafel. Bei einer derartigen Tafel, wie beispielsweise in der genannten
Europäischen
Patentanmeldung
EP 622 754
A1 beschrieben, werden die Elektroden, die zum Erzeugen
des Bildes an der Wiedergabeanordnung verwendet werden, ebenfalls
benutzt zum Ermitteln der Lage des Stiftes. Bei der bekannten Tafel
gibt es abwechselnd eine Wiedergabeperiode zum Erzeugen des Bildes
und eine Koordinatendetektionsperiode zum Ermitteln der Lage des
Stiftes quer zu den Spaltenelektroden, welche die x-Koordinate nach
3 des
genannten Bezugsmaterials ist. Wenn die Spannungen an den Elektroden
auf geeignete Art und Weise gewählt
worden sind, wird das Signal von den Signalen, die während der
Detektionsperiode präsentiert
werden, nicht beeinträchtigt.
Die y-Koordinate wird in der Wiedergabeperiode dadurch ermittelt,
dass Signale benutzt werden zur Ermittlung der Lage des Stiftes,
die ebenfalls zum Erzeugen des Bildes bestimmt werden. In der Tafel
nach der vorliegenden Erfindung werden die Muster, wie diese oben anhand
der
6,
7 und
9 beschrieben worden
sind, während
der genannten Koordinatendetektionsperiode präsentiert. Dadurch kann eine kürzere Detektionsperiode
gewählt
werden, so dass die Frequenz der Erzeugung des Bildes derart gewählt werden
kann, dass diese höher
ist, wodurch das wiedergegebene Bild verbessert wird. Als Alternative
einer höheren
Bildfrequenz kann eine höhere Frequenz
der Ermittlung der Lage des Stiftes gewählt werden. Schnelle Bewegungen
des Stiftes können dann
besser befolgt werden. Es ist aber auch möglich, eine bestimmte Kombination
aus einer höheren Bildfrequenz
und einer höheren
Frequenz der Ermittlung der Lage des Stiftes zu verwenden.
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10 zeigt
schematisch die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer graphischen
Tafel, die mit einer Wiedergabeanordnung integriert ist. Die Tafel
umfasst einen Schalter 1002, wodurch der Wiedergabeanordnung
Daten ggf. aus dem Speicher 1004 oder aus dem Speicher 132 zugeführt werden können. Der
Speicher 1004 enthält
die Bilddaten, wie diese von einem externen System geliefert werden, wozu
die Tafel als eine Wiedergabeeinheit geschaltet ist. Der Speicher 132 enthält die den
Elektroden zum Ermitteln der Lage des Stiftes angebotenen Muster. Der
Schalter 1002 wird von der Steuereinheit 112 gesteuert
oder er bildet einen Teil der Steuereinheit 112. Während der
Wiedergabeperiode, angegeben durch das Bezugszeichen 1006,
empfangen die Elektroden die Bilddaten, während sie zum Ermitteln der
Lage während
der Detektionsperiode die Muster empfangen, angegeben durch das
Bezugszeichen 1008. Es ist ein wichtiger Vorteil der vorliegenden
Erfindung, dass sie in einer allgemein verfügbaren Wiedergabeanordnung
angewandt werden kann, ohne dass die Wiedergabeanordnung dazu modifiziert
werden muss.
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Um
es zu ermöglichen,
dass die vorliegende Erfindung in integrierten Tafeln angewandt
werden kann, reicht es, wenn die Wiedergabeanordnung von einem sog.
Matrix-adressierten
Typ ist. Dies bedeutet, dass ein Pixel über eine separate x-Elektrode
und y-Elektrode
betrieben werden kann. Ein Beispiel einer derartigen Wiedergabeanordnung
ist eine LCD-Wiedergabeanordnung, wie diese in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist. Eine Plasma-Wiedergabeanordnung ist
ein anderes Beispiel in dieser Hinsicht.