DE69911641T2

DE69911641T2 - Positionssensor

Info

Publication number: DE69911641T2
Application number: DE69911641T
Authority: DE
Inventors: David Thomas Eliot Harston ELY; Ian Peter Harston COLLINS; Peter David Harston CAUWOOD; Steven Roland Harston BRACE
Original assignee: Synaptics UK Ltd
Current assignee: Synaptics UK Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: MXPA01005267A; US6667740B2; JP2002531902A; US20020179339A1; DE69911641D1; US20010001430A1; HK1040795A1; US6888538B2; AU1397700A; HK1040795B; CA2352363A1; ATE250784T1; WO2000033244A2; WO2000033244A3; EP1135745B1; EP1135745A2; AU769964B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Positionssensor und Teile für diesen. Die Erfindung ist insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, für x-y-Digitalisiertabletts relevant, die mit einem schnurlosen Stift arbeiten. Die Erfindung ist besonders nützlich für das Einbetten hinter der Anzeige einer handgehaltenen elektronischen Vorrichtung in der Art eines persönlichen digitalen Assistenten (PDA), eines Mobiltelefons, eines Web-Browsers oder von Produkten, bei denen Kombinationen von diesen verwendet werden.
In US-A-4 878 553 ist ein x-y-Digitalisiertablett offenbart, bei dem ein Resonanzstift verwendet wird. Das Digitalisiertablett weist eine große Anzahl überlappender, jedoch getrennter Schleifenwicklungen auf, die in x- und in y-Richtung Array-förmig angeordnet sind. Diese Schleifenwicklungen sind über eine Schaltmatrix mit einer Anregungsschaltung und einer Empfangsschaltung verbunden. Das System ist so eingerichtet, daß jede der Schleifenwicklungen zuerst mit der Sendeschaltung und dann mit der Empfangsschaltung verbunden wird. Das System identifiziert die aktuelle Position des Stifts durch Erfassen der Kombination von Anregungswicklungen und Sensorwicklungen, die die größten Ausgangssignalpegel liefert. Eine genauere Bestimmung der Stiftposition wird erhalten, indem eine quadratische Interpolation unter Verwendung der von den Schleifenwicklungen neben der Schleifenwicklung mit dem maximalen Signalpegel empfangenen Signale ausgeführt wird. Ein bei diesem System auftretendes Problem besteht darin, daß ein Kompromiß zwischen der Ansprechzeit des Systems und der Genauigkeit des Tabletts auftritt. Insbesondere ist für eine hohe Genauigkeit eine große Anzahl überlappender Schleifenwicklungen erforderlich, wobei jedoch die Ansprechzeit des Systems abnimmt, wenn die Anzahl der Schleifenwicklungen zunimmt. Ein anderes Problem, das mit diesem System verbunden ist, besteht darin, daß es ein verhältnismäßig großes "totes Band" am Rand der überlappenden Schleifenwicklungen aufweist, was zu Problemen führt, wenn der Platz kritisch ist, wie es bei handgehaltenen Computervorrichtungen in der Art von PDAs und bei Mobiltelefonen der Fall ist.
Ein anderes bei diesem System auftretendes Problem besteht darin, daß es zu kostspielig ist, um in handgehaltene tragbare Kommunikations- und Informationsvorrichtungen eingebettet zu werden, die auf Endkundenmärkte abzielen. Die herkömmliche Vorgehensweise besteht darin, bei diesen Anwendungen einen resistiven Berührungsbildschirm zu verwenden. Dieser Berührungsbildschirm wird gewöhnlich über der Flüssigkristallanzeige der Vorrichtung angeordnet. Das Problem, das bei der Verwendung solcher resistiver Berührungsbildschirme auftritt, besteht jedoch darin, daß dadurch der Kontrast der LCD verschlechtert wird, daß dadurch Blendungen und Reflexionen von anderen Lichtquellen verstärkt werden, daß sie abnutzungsanfällig sind und daß dadurch die Produktdicke erheblich vergrößert wird. Weiterhin kann dabei nicht einem versehentlichen Kontakt mit dem Berührungsbildschirm Rechnung getragen werden, weil nicht zwischen einem Kontakt von verschiedenen Objekten unterschieden wird. Daher kann der Benutzer seine Hand nicht auf die Vorrichtung legen, wenn er sie verwendet, wodurch er daran gehindert werden kann, seinen normalen, bequemen Schreibstil zu verwenden.
Der Anmelder hat in seiner früheren internationalen Anmeldung WO-A-98/58237 ein alternatives elektromagnetisches x-y-Digitalisiersystem beschrieben, das besser für solche Endkundenanwendungen geeignet ist. Bei diesem System wird ein Satz periodischer Sensorwicklungen und eine Anregungswicklung verwendet, welche hinter der Flüssigkristallanzeige der Vorrichtung eingebettet werden können. Beim Betrieb führt die Anregungswicklung einem Resonanzstift Energie zu, und der Resonanzstift induziert wiederum Signale in den Sensor wicklungen. Infolge der periodischen Natur der Sensorwicklungen ändern sich die Ausgangssignale von ihnen periodisch mit der relativen Position zwischen dem Stift und den Sensorwicklungen. Weil dieses System nur einige Wicklungen benötigt, tritt nicht der gleiche Kompromiß zwischen der Systemgenauigkeit und der Ansprechzeit auf (weil alle Wicklungen parallel ausgelesen werden können), und das "tote Band" am Rand der Platte kann kleiner gemacht werden, weil es weniger Wicklungen gibt. Weil es weniger Wicklungen gibt, müssen bei dem Sensor weniger Verbindungen zur Verarbeitungselektronik eingerichtet werden, und das System benötigt weniger Leistung, weil nur eine einzige Anregungswicklung verwendet wird, die für eine hohe Wirksamkeit optimiert werden kann, indem die Kupfermenge erhöht wird und sie an dem Rand der Platte verteilt wird, ohne daß übermäßig Platz am Rand der Platte verwendet wird.
Wie in dieser früheren internationalen Anmeldung erkannt wurde, ist es wünschenswert, die Anzahl der Windungen bei den Sensorwicklungen und der Anregungswicklung zu maximieren, um die Kopplung zwischen diesen Wicklungen und dem Resonanzstift zu maximieren und die Unterdrückung unerwünschter räumlicher harmonischer Signale zu ermöglichen. Ein Problem bei dem in der früheren internationalen Anmeldung des Anmelders beschriebenen System besteht darin, daß die Wicklungen durch eine Drahtbondtechnologie gebildet werden, welche den Nachteil einer geringen Auflösung aufweist (beispielsweise drei Drähte je Millimeter), wodurch die Anzahl der Windungen begrenzt wird, die für eine gegebene Sensorfläche gebildet werden können. Eine andere verwendbare Technik, durch die die Auflösung erhöht werden kann, besteht in der Verwendung gedruckter Schaltungsplatten. Bei der Verwendung gedruckter Schaltungsplatten ergibt sich jedoch das Problem, die Wicklungen so zu entwerfen, daß die Anzahl der erforderlichen Schichten der gedruckten Schaltungsplatten minimiert wird, und die Anzahl der Durchgangsverbindungen oder Durchgangslöcher, die zwischen den Schichten erforderlich sind, minimiert wird, um die Herstellungskosten und die verschwendeten Flächen der Platte, insbesondere an den Rändern, zu verringern.
Ein weiteres Problem, das diesen beiden bekannten elektromagnetischen x-y-Digitalisiersystemen gemeinsam ist, besteht darin, daß ein Positionsfehler in die Messungen eingebracht wird, falls der Stift in Bezug auf das Digitalisiertablett geneigt wird. In der vorstehend erwähnten internationalen Anmeldung des Anmelders wurde eine Technik zum Verarbeiten der von den periodischen Sensorwicklungen ausgegebenen Signale vorgeschlagen, um die Wirkung der Stiftneigung zu verringern. In ähnlicher Weise hat der Inhaber von US-A-4 878 553 in EP-A-0 680 009 eine Technik zum Verarbeiten der von den überlappenden Schleifenwicklungen empfangenen Signale zum Verringern der Wirkung der Stiftneigung beschrieben. Es ist bei diesen Techniken jedoch erforderlich, die Signale von mehreren der Sensorspulen auszulesen und diese Signale nachfolgend zu verarbeiten, um den Neigungsmeßwert zu bestimmen, wodurch die zum Bestimmen eines Positionsmeßwerts erforderliche Zeit verlängert wird.
Ein anderes Problem, das bei den vorstehend beschriebenen elektromagnetischen x-y-Digitalisiersystemen auftritt, besteht darin, daß sie, wenn sie die Wirkung eines herkömmlichen Stifts nachbilden sollen, in der Lage sein müssen, zu erkennen, wenn der Stift gegen die Schreibfläche gedrückt wird. Dies wird gewöhnlich dadurch erreicht, daß der Stift so entworfen wird, daß sich seine Resonanzfrequenz mit dem auf die Spitze des Stifts ausgeübten Druck ändert. Dies führt zu Problemen in der Hinsicht, wie der Resonanzstift entworfen werden soll, so daß das System das "Absetzen des Stifts" zuverlässig erfassen kann, während gleichzeitig ein Stift bereitgestellt wird, der sich bei der Verwendung natürlich anfühlt. Mehrere Entwürfe aus dem Stand der Technik dieses Stifttyps sind in US-A-5 565 632 offenbart. Es ist bei diesen Systemen jedoch problematisch zu gewährleisten, daß eine gewünschte und wiederholbare Resonanzfrequenzänderung erhalten wird, wenn auf den Stift Druck ausgeübt wird.
In US-A-5 136 125, das die Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs 1 darstellt, ist ein Positionssensor beschrieben, der eine Wicklung mit zwei Schleifensätzen zum Erfassen der Position eines Stifts aufweist. Jede Schleife weist mehrere Primärleiter, die die Meßrichtung kreuzen, und mehrere Verbindungsleiter, die sich entlang der Meßrichtung erstrecken, auf. Die Schleifen der Wicklung sind durch mehrere Querverbindungen zwischen den Primärleitern der benachbarten Schleifen in Reihe miteinander verbunden.
Die vorliegende Erfindung weist eine Wicklung zur Verwendung in einem Positionsdetektor auf, wobei die Wicklung wenigstens zwei Schleifensätze aufweist, die in einer Meßrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei jeder Schleifensatz eine äußere Schleife, eine innere Schleife und wenigstens eine dazwischenliegende Schleife aufweist,
wobei jede Schleife mehrere die Meßrichtung kreuzende Primärleiter und mehrere in der Meßrichtung verlaufende Verbindungsleiter zum Verbinden der Primärleiter miteinander aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter für die innere Schleife zwischen den Verbindungsleitern für wenigstens eine der dazwischenliegenden Schleifen und den Verbindungsleitern für die äußere Schleife angeordnet sind.
Verschiedene andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung als Beispiel dienender Systeme anhand der anliegenden Zeichnung verständlich werden, wobei:
1 eine schematische Ansicht eines handgehaltenen persönlichen digitalen Assistenten (PDA) ist, der ein x-y-Digitalisiersystem aufweist, das sich hinter der Flüssigkristallanzeige des PDAs befindet und das die (x, y)-Position eines Resonanzstifts messen kann,
2 schematisch eine Schnittansicht des in 1 dargestellten persönlichen digitalen Assistenten zeigt, worin die Positionsbeziehung zwischen einer gedruckten Sensor-Schaltungsplatte des Digitalisiersystems und der Flüssigkristallanzeige dargestellt ist,
3 ein schematisches Funktionsblockdiagramm ist, in dem die Anregungs- und Verarbeitungselektronik des x-y-Digitalisiersystems dargestellt ist und die magnetische Kopplung zwischen einer Anregungswicklung des Digitalisiersystems und dem Resonanzstift und die magnetische Kopplung zwischen dem Resonanzstift und vier Sensorwicklungen, die Teil des Digitalisiersystems sind, dargestellt sind,
4a schematisch eine Näherung der Art zeigt, in der sich die Spitzenamplitude der in den x-Sensorwicklungen des Digitalisiersystems induzierten Signale mit der x-Koordinate der Position des Stifts in bezug auf die Flüssigkristallanzeige ändert,
4b schematisch eine Näherung der Art zeigt, in der sich die Spitzenamplitude der in den y-Sensorwicklungen des Digitalisiersystems induzierten Signale mit der y-Koordinate der Position des Stifts in bezug auf die Flüssigkristallanzeige ändert,
5 eine Auftragung ist, in der die Art dargestellt ist, in der sich ein von einem durch eine der Sensorwicklungen ausgegebenen Signal erzeugtes elektrisches Phasensignal ändert, wenn der Resonanzstift in die Nähe des Digitalisiersystems gebracht wird und in Kontakt mit der Oberfläche der Anzeige auf dem persönlichen digitalen Assistenten gebracht wird,
6 eine Auftragung ist, in der die Art dargestellt ist, in der sich die elektrische Phase des von dem Resonanzstift erzeugten Signals mit dem Zwischenraum zwischen dem Stift und der Oberfläche der Flüssigkristallanzeige für verschiedene Stiftneigungen in bezug auf die Flüssigkristallanzeige ändert,
7a die Form der Anregungswicklung zeigt, die Teil des Digitalisiersystems ist, das Teil des in 1 dargestellten persönlichen digitalen Assistenten ist,
7b die Form einer sin-x-Sensorwicklung des Digitalisiersystems zeigt, das Teil des in 1 dargestellten persönlichen digitalen Assistenten ist,
7c die Form einer cos-x-Sensorwicklung des Digitalisiersystems zeigt, das Teil des in 1 dargestellten persönlichen digitalen Assistenten ist,
7d die Form einer sin-y-Sensorwicklung des Digitalisiersystems zeigt, das Teil des in 1 dargestellten persönlichen digitalen Assistenten ist,
7e die Form einer cos-y-Sensorwicklung des Digitalisiersystems zeigt, das Teil des in 1 dargestellten persönlichen digitalen Assistenten ist,
7f die obere Schicht einer gedruckten Schaltungsplatte zeigt, die die in den 7a bis 7e dargestellten Wicklungen trägt,
7g eine untere Schicht der gedruckten Schaltungsplatte zeigt, die die in den 7a bis 7e dargestellten Wicklungen trägt,
8a eine ideale, jedoch praktisch nicht verwirklichbare Form der sin-x-Sensorwicklung zeigt, die die in 7b dargestellte Wicklung annähert,
8b eine ideale, jedoch praktisch nicht verwirklichbare Form der cos-x-Sensorwicklung zeigt, die die in 7c dargestellte Wicklung annähert,
8c die Art zeigt, in der eine Anzahl überkreuzter Verbindungen zur in 8a dargestellten praktisch nicht verwirklichbaren Wicklung hinzugefügt werden kann, um eine praktisch verwirklichbare Sensorwicklung ähnlich der in 7b dargestellten Wicklung zu bilden,
8d die Art zeigt, in der eine Anzahl überkreuzter Verbindungen zur in 8b dargestellten praktisch nicht verwirklichbaren Wicklung hinzugefügt werden kann, um eine praktisch verwirklichbare Sensorwicklung ähnlich der in 7c dargestellten Wicklung zu bilden,
9a eine perspektivische Einzelteilansicht des in 1 dargestellten Resonanzstifts ist,
9b eine Schnittansicht des zusammengesetzten Resonanzstifts ist,
10a eine Schnittansicht eines vorderen Abschnitts des Resonanzstiftkörpers ist,
10b eine Schnittansicht eines hinteren Abschnitts des Resonanzstiftkörpers ist,
11a eine Draufsicht eines ersten Bewegungsbegrenzungselements ist, das Teil des Resonanzstifts ist,
11b eine Schnittansicht des in 11a dargestellten ersten Bewegungsbegrenzungselements ist,
11c eine Endansicht des ersten Bewegungsbegrenzungselements von einem ersten Ende davon ist,
11d eine Endansicht des ersten Bewegungsbegrenzungselements von seinem anderen Ende ist,
12a eine Draufsicht eines zweiten Bewegungsbegrenzungselements ist, das Teil des Resonanzstifts ist,
12b eine Schnittansicht des in 12a dargestellten zweiten Bewegungsbegrenzungselements ist,
12c eine Endansicht des von seinem einen Ende betrachteten zweiten Bewegungsbegrenzungselements ist,
12d eine Endansicht des von seinem anderen Ende betrachteten zweiten Bewegungsbegrenzungselements ist,
13 eine Auftragung ist, in der die Art dargestellt ist, in der eine Änderung der Resonanzfrequenz des Resonanzstifts für verschiedene Abstände zwischen einer Spule, die Teil des Resonanzstifts ist, und einem Ferritkern, der sich in bezug auf die Spule bewegt, variiert,
14 schematisch die Art zeigt, in der die Neigung des Stifts die anscheinende Position des Stifts in bezug auf das Digitalisiersystem beeinflußt,
15a eine ideale, jedoch praktisch nicht verwirklichbare Form einer sin-x-Sensorwicklung zeigt, bei der eine Verschachtelungstechnik verwendet wird, um den an den Rändern des Meßbereichs erforderlichen Platz zum Verbinden von Leitern, die in x-Richtung verlaufen, zu verringern,
15b eine ideale, jedoch praktisch nicht verwirklichbare Form einer cos-x-Sensorwicklung zeigt, bei der eine Verschachtelungstechnik verwendet wird, um den an den Rändern des Meßbereichs erforderlichen Platz zum Verbinden von Leitern, die in x-Richtung verlaufen, zu verringern,
16 eine perspektivische Ansicht ist, in der ein Mobiltelefon dargestellt ist, das eine Flüssigkristallanzeige und Sensorwicklungen und Anregungswicklungen eines Digitalisiersystems unter der Anzeige aufweist, wodurch die Position eines Resonanzstifts in bezug auf die Anzeige gemessen werden kann,
17a eine erste alternative Form eines Stifts schematisch zeigt,
17b eine zweite alternative Form eines Stifts schematisch zeigt,
17c eine dritte alternative Form eines Stifts schematisch zeigt und
17d eine vierte alternative Form eines Stifts schematisch zeigt.
1 zeigt einen handgehaltenen persönlichen digitalen Assistenten (PDA) 1, bei dem ein x-y-Digitalisiersystem (nicht dargestellt) verwendet wird, das sich unterhalb einer Flüssigkristallanzeige 3 des PDAs 1 befindet. Das x-y-Digitalisiersystem ist in der Lage, das Vorhandensein und die x-y-Position eines Resonanzstifts 5 in bezug auf die LCD 3 zu erfassen. Die vom Digitalisiersystem ausgegebenen Positionssignale werden vom PDA 1 verwendet, um Informationen zu steuern, die auf der LCD 3 angezeigt werden, und um die Betriebsfunktion des PDAs 1 zu steuern. Wie dargestellt ist, weist der PDA 1 auch eine Anzahl von Drucktasten unterhalb des LCD 3, einschließlich einer Ein-Aus-Taste 7 und einer Anzahl von Steuertasten 9-1 bis 9-4 auf, welche verwendet werden, um verschiedene Funktionen des PDAs 1 zu steuern.
2 zeigt eine Schnittansicht von A-A des in 1 dargestellten PDAs 1. Wie dargestellt ist, weist der PDA 1 eine Flüssigkristallanzeige 3 auf, die gemäß diesem Beispiel zwischen 1,5 mm und 3 mm dick ist. Unterhalb der LCD 3 befindet sich eine elektrolumineszente Hintergrundbeleuchtung 11 zum Bereitstellen einer Hintergrundbeleuchtung für die LCD 3. Gemäß diesem Beispiel weist diese Hintergrundbeleuchtungsschicht 11 eine Dicke von etwa 150 μm auf. Unterhalb dieser Schichten befindet sich eine 0,2 mm dicke gedruckte Sensor-Schaltungsplatte (PCB) 13, die Teil des vorstehend erwähnten x-y-Digitalisiersystems ist. Diese Sensor-PCB 13 trägt die Anregungswicklung und die Sensorwicklungen, die zum Senden von Signalen zum Resonanzstift 5 und zum Empfangen von Signalen von diesem verwendet werden. Unterhalb des Sensor-PCBs 13 befindet sich eine gedruckte Schaltungsplatte 15, die die Elektronik zum Steuern der Funktionen des PDAs und die Elektronik zum Verarbeiten der von den Wicklungen auf der Sensor-PCB 13 empfangenen Signale und zum Steuern der zu den Wicklungen auf der Sensor-PCB 13 gesendeten Signale trägt.
Wie in 2 dargestellt ist, ist in diesem Beispiel eine geerdete elektrostatische Abschirmung 17 zwischen der gedruckten Sensor-Schaltungsplatte 13 und der elektrolumineszenten Hintergrundbeleuchtung 11 bereitgestellt, um das Rauschen von der Flüssigkristallanzeige 3 und der Hintergrundbeleuchtung 11 zu verringern, das das x-y-Digitalisiersystem stört. Gemäß diesem Beispiel besteht diese elektrostatische Abschirmung aus einer durchgehenden Schicht aus Kohlenstofftinte, die in etwa 10 μm dick ist und einen verhältnismäßig hohen spezifischen Oberflächenwiderstand (beispielsweise > 1 Ohm je Quadratzentimeter) aufweist, so daß sie die magnetische Erfassungsfunktion nicht stört. Weiterhin befindet sich, wie in 2 dargestellt ist, unterhalb der Sensor-PCB 13 eine 50 μm dicke Schicht aus druckempfindlichem Klebstoff 19 zum Bonden der Sensor-PCB 13 auf eine magnetische Abschirmung 21, die in diesem Beispiel eine 25 μm messende Schleuderschmelzband-Schicht ist (beispielsweise Vitrovac 6025, hergestellt von Vacuumschmelze, Hanau, Deutschland). Wie Fachleute verstehen werden, ist die magnetische Abschirmung 21 bereitgestellt, um jegliche Störungen zu verringern, die an dem x-y-Digitalisiersystem, beispielsweise durch die Elektronik hinter der Sensor-PCB 13, hervorgerufen werden können. Sie erhöht auch die Empfindlichkeit des x-y-Digitalisiersystems, weil sie einen permeablen Weg für den magnetischen Fluß bereitstellt, so daß dieser hinter den Sensorwicklungen auf der Sensor-PCB 13 entlangläuft. Herkömmliche magnetische Abschirmungen haben entweder Siliciumstahl oder ein Kunststoff- oder Gummimaterial verwendet, das Eisen oder Ferritpulver enthält. Diese herkömmlichen Abschirmungen sind jedoch verhältnismäßig dick und schwer im Vergleich mit der im vorliegenden Beispiel verwendeten 25 μm messenden Schleuderschmelzband-Schicht. Dieser Vorteil ergibt sich daraus, daß das Schleuderschmelzband eine sehr hohe Eigenpermeabilität (beispielsweise größer als 10000) aufweist, die es ermöglicht, daß eine geringe Dicke von beispielsweise 25 μm als eine wirksame Abschirmung wirkt, wodurch Platz gespart wird. Weiterhin nimmt die Permeabilität des Schleuderschmelzbands anders als bei Abschirmungen aus dem Stand der Technik nicht ab, wenn es bearbeitet oder Stößen ausgesetzt wird, und seine Lebensdauer ist daher größer als bei den herkömmlichen magnetischen Abschirmungen, insbesondere wenn es bei tragbaren Einrichtungen, wie PDAs und tragbaren Telefonen, verwendet wird. Dieses Schleuderschmelzband hat auch den Vorteil, daß es die Feldverzerrungsprobleme löst, die den gekörnten Abschirmungsmaterialien (wie Siliciumstahl) eigen sind, welche bei den Systemen aus dem Stand der Technik verwendet werden, weil es amorph ist. Wie in 2 dargestellt ist, umgibt ein äußeres Gehäuse 21, das gemäß dieser Ausführungsform beispielsweise aus Kunst stoff besteht, diese Schichten und gibt ihnen mechanische Unterstützung.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ARBEITSWEISE DES X-Y-DIGITALISIERERS
3 zeigt schematisch ein Funktionsblockdiagramm der Verarbeitungselektronik des Digitalisiersystems. 3 zeigt auch die Art, in der die Anregungswicklung und die Sensorwicklungen mit dem Resonanzstift 5 wechselwirken. Insbesondere zeigt 3 schematisch eine Anregungswicklung 29, zwei x-Sensorwicklungen 31 und 33 zum Erfassen der x-Position und zwei y-Sensorwicklungen 35 und 37 zum Erfassen der y-Position. Jede dieser Wicklungen ist durch gedruckte Leiter auf der Sensor-PCB 13 gebildet. Wie nachstehend in näheren Einzelheiten erklärt wird, sind die Sensorwicklungen 31, 33, 35 und 37 periodisch und stehen in einer räumlichen Phasenquadratur zueinander. Daher wird in der folgenden Beschreibung die x-Sensorwicklung 31 als die sin-x-Sensorwicklung bezeichnet, die x-Sensorwicklung 33 als die cos-x-Sensorwicklung bezeichnet, die y-Sensorwicklung 35 als die sin-y-Sensorwicklung bezeichnet und die y-Sensorwicklung 37 als die cos-y-Sensorwicklung bezeichnet. Wie durch die Pfeile 39 dargestellt ist, sind diese Wicklungen bei der Verwendung in der Lage, magnetisch mit einem Resonanzkreis 41 (der einen Kondensator 43 und eine Induktorspule 45 enthält) in dem Resonanzstift 5 zu koppeln.
Beim Betrieb wird ein Anregungsstrom über einen Anregungstreiber 51 der Anregungswicklung 29 zugeführt. In diesem Beispiel weist der Anregungsstrom eine Folge positiver und negativer Impulse mit einem Spitzenwert von etwa 100 mA und einer Grundfrequenzkomponente (F₀) von etwa 100 kHz auf, die an die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 41 angepaßt ist. Dieses Anregungssignal wird durch einen veränderlichen Frequenzgenerator 53 erzeugt, der eine geeignete Anregungsspannung erzeugt, die über einen Schalter 55 an den Anregungstreiber 51 angelegt wird. In diesem Beispiel wird die Frequenz der Anregungsspannung vom Generator 53 durch eine Anregungs-/Empfangsfrequenz-Steuerschaltung 57 festgelegt, die Teil einer Digitalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinheit 59 ist. Wie Fachleute verstehen werden, kann das Digitalisiersystem durch die Verwendung eines solchen veränderlichen Frequenzgenerators 53 so rekonfiguriert werden, daß es mit einem Stift mit einer anderen Resonanzfrequenz zusammenarbeitet.
Der in der Anregungswicklung 29 fließende Anregungsstrom erzeugt ein entsprechendes elektromagnetisches Feld, das, wie durch den Pfeil 39-1 angegeben ist, magnetisch mit dem Resonanzkreis 41 gekoppelt ist und bewirkt, daß er in Resonanz schwingt. In diesem Beispiel ist die Anregungswicklung 29 so eingerichtet, daß die Kopplung mit dem Resonator so konstant wie möglich mit der x-y-Position des Stifts in bezug auf die LCD 3 gehalten wird. Wenn der Resonator 41 in Resonanz schwingt, erzeugt er sein eigenes elektromagnetisches Feld, das, wie durch die Pfeile 39-2, 39-3, 39-4 und 39-5 dargestellt ist, magnetisch mit den Sensorwicklungen 31, 33, 35 bzw. 37 gekoppelt ist. Wie nachstehend in näheren Einzelheiten erklärt wird, sind die Sensorwicklungen 31, 33, 35 und 37 so ausgelegt, daß die Kopplung zwischen ihnen und dem Resonanzstift von der x- oder y-Position des Stifts abhängt, so daß es eine minimale direkte Kopplung zwischen ihnen und der Anregungswicklung 29 gibt. Daher sollte das von den Sensorwicklungen empfangene Signal nur von der magnetischen Kopplung zwischen dem Resonator 41 und der jeweiligen Sensorwicklung abhängen. Folglich kann durch geeignete Verarbeitung der in den Sensorwicklungen empfangenen Signale die x-y-Position des Resonators 41 und damit des Resonanzstifts 5 in bezug auf die Sensorwicklungen bestimmt werden.
In diesem Beispiel wird der Anregungsstrom der Anregungswicklung 29 nicht kontinuierlich zugeführt. Vielmehr werden Bursts des Anregungsstroms (die 12 positive und 12 negative Impulse des Anregungsstroms aufweisen) zugeführt, wobei das Zuführen der Anregungs-Bursts durch Öffnen und Schließen des Schalters 55 gesteuert wird. Wie in 3 dargestellt ist, wird dies durch eine Anregungs-Gattersteuerung 61 ausgeführt, die Teil der Digitalverarbeitungsund Signalerzeugungseinheit 59 ist. In diesem Beispiel werden die in den Sensorwicklungen induzierten Signale zum Verringern der Wirkung jeglicher Durchbrüche von der Anregungswicklung zu den Sensorwicklungen nur zwischen den Bursts des Anregungsstroms erfaßt. Dies wird durch Steuern der Positionen der Schalter 63 und 65 mit der Empfangs-Gattersteuerung 67 erreicht, die Teil der Digitalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinheit 59 ist. Dieser Betriebsmodus wird als Impulsecho bezeichnet und arbeitet, weil der Resonator 41 weiter in Resonanz schwingt, nachdem der Burst des Anregungsstroms beendet wurde.
Infolge der periodischen Natur der Sensorwicklungen und ihrer relativen Positionen können die vom Resonanzkreis 41 in den vier Sensorwicklungen induzierten Signale folgendermaßen genähert werden:
wobei A ein Kopplungskoeffizient ist, der unter anderem vom Abstand des Stifts von den Wicklungen und der Wicklungsanzahl in den Sensorwicklungen abhängt, x die x-Position des Resonanzstifts in bezug auf die Sensorwicklungen ist, y die y-Position des Resonanzstifts in bezug auf die Sensor wicklungen ist, L_x eine räumliche Wellenlänge der Sensorwicklungen in x-Richtung ist und typischerweise etwas größer ist als die Breite der Platte in x-Richtung (und in diesem Beispiel 70 mm beträgt), L_y eine räumliche Wellenlänge der Sensorwicklungen in y-Richtung ist und typischerweise etwas größer ist als die Breite der Platte in y-Richtung (und in diesem Beispiel 50 mm beträgt), e^–t/τ der exponentielle Abfall des Resonatorsignals nach Ende des Bursts des Anregungssignals ist, wobei τ eine Resonatorkonstante ist, die unter anderem vom Qualitätsfaktor des Resonanzkreises 41 abhängt, und ϕ eine elektrische Phasenverschiebung ist, die durch eine Differenz zwischen der Grundfrequenz des Anregungsstroms und der Resonanzfrequenz des Resonators 41 hervorgerufen wird. In diesem Beispiel ist der Resonanzstift 5 so ausgelegt, daß sich seine Resonanzfrequenz mit dem auf die Spitze des Stifts ausgeübten Druck ändert. Diese Frequenzänderung bewirkt eine Änderung der Phasenverschiebung ϕ.
Wie anhand der Gleichungen (1) bis (4) ersichtlich ist, ändert sich die Spitzenamplitude der in den Sensorwicklungen induzierten Signale als der Sinus oder der Kosinus der xoder der y-Position. Dies ist in den 4a und 4b dargestellt. Insbesondere zeigt 4a die Art, in der sich die Spitzenamplitude des in der Sensorwicklung 31 induzierten Signals und des in der Sensorwicklung 33 induzierten Signals mit der x-Position des Resonanzstifts in bezug auf die Sensorwicklungen ändert, und 4b zeigt die Art, in der sich die Spitzenamplitude der in der Sensorwicklung 35 und der Sensorwicklung 37 induzierten Signale mit der y-Position des Resonanzstifts in bezug auf die Sensorwicklungen ändert. Wie in 4 dargestellt ist, ist der Abstand (Lx) der Wicklungen in x-Richtung größer als der Abstand (Ly) der Wicklungen in y-Richtung. Dies liegt daran, daß in diesem Beispiel die Meßfläche rechteckig ist.
Wie Fachleute verstehen werden, können sowohl die x-y-Positionsinformationen des Resonanzstifts 5 als auch die Phasenverschiebung ϕ daher anhand der in den Sensorwicklungen induzierten Signale durch geeignete Demodulation und Verarbeitung bestimmt werden. Wie in 3 dargestellt ist, wird diese Demodulation durch Mischen der empfangenen Signale mit der durch den veränderlichen Frequenzgenerator 53 erzeugten Anregungsspannung in den Mischern 69-1 bis 69-8 erreicht. In diesem Beispiel werden eine phasengleiche Komponente und eine Quadratur-Phasenkomponente des Anregungssignals mit dem in jeder der Sensorwicklungen induzierten Signal gemischt. Hierdurch werden eine phasengleiche Komponente (I) und eine Quadratur-Phasenkomponente (Q) von jedem der demodulierten Signale erzeugt. In diesem Beispiel werden die phasengleichen Komponenten der demodulierten Signale von allen Sensorwicklungen verwendet, um die Positionsinformationen zu bestimmen, und die phasengleichen Komponenten und die Quadratur-Phasenkomponenten des demodulierten Signals von einer der Sensorwicklungen werden zum Bestimmen der elektrischen Phasenverschiebung (d. h. von ϕ) verwendet. Wie in 3 dargestellt ist, wird die Ausgabe von diesen Mischern in jeweilige Integratoren 71-1 bis 71-8 eingegeben, die, nachdem sie zurückgesetzt wurden, die Ausgaben von den Mischern über einen Zeitraum integrieren, der ein Vielfaches von 1/F₀ ist (zum Entfernen der Wirkung der sich zeitlich ändernden Komponentenausgabe von dem Mischer). Die folgenden Gleichungen nähern die Ausgaben von den Integratoren 71-1 bis 71-1 an:

wobei A₁ eine Konstante ist, die unter anderem von der Konstanten A, der Resonatorperiode τ und der Integrationsperiode abhängt. Ähnliche Signale werden von den Integratoren 71-5 bis 71-8 erhalten, wobei diese jedoch von der y-Position statt von der x-Position abhängen.
Wie in 3 dargestellt ist, werden die Ausgaben von den Integratoren 71 in einen Analog-Digital-Wandler 73 eingegeben, der die Ausgaben in Digitalwerte umwandelt, welche in die A- und D-Schnittstelleneinheit 75 in der Digitalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinheit 59 eingegeben werden. Die Digitalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinheit 59 führt dann eine Arkustangensfunktion (atan 2) an dem Verhältnis zwischen dem sin_x_I-Signal und dem cos_x_I-Signal aus, um die x-Position des Resonanzstifts zu bestimmen, und sie führt in ähnlicher Weise eine Arkustangensfunktion an dem Verhältnis zwischen dem sin_y_I-Signal und dem cos_y_I-Signal aus, um die y-Position des Resonanzstifts 5 zu bestimmen. Die Digitalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinheit 59 berechnet auch eine Arkustangensfunktion für das Verhältnis zwischen der Quadratur-Phasenkomponente und der phasengleichen Komponente der Signale anhand einer der Sensorwicklungen, um den Phasenwinkel ϕ zu bestimmen.
Wie in 3 dargestellt ist, werden die phasengleiche Komponente und die Quadratur-Phasenkomponente für das in jeder der Sensorwicklungen induzierte Signal berechnet. Dies liegt daran, daß bei bestimmten x- und y-Positionen das Verhältnis zwischen den phasengleichen Komponenten und den Quadratur-Phasenkomponenten der Sensorwicklungen nicht zuverlässig ist. Dies geschieht, wenn die Sinus- oder die Kosinus-Positionskomponenten in etwa null sind. Daher bestimmt in diesem Beispiel die Digitalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinheit 59 den Phasenwinkel ϕ unter Verwendung einer gewichteten Kombination der phasengleichen Signale und der Quadraturphasensignale sowohl von den Sinusals auch von den Kosinus-Wicklungen, wobei die Gewichtung von der bestimmten x- und y-Position des Stifts abhängt.
5 ist eine Auftragung des cos_x_I-Signals gegen das cos_x_Q-Signal, wenn der Resonanzstift 5 in die Nähe der Anregungs- und Sensorwicklungen gebracht wird und dann abgesenkt und in Kontakt mit dem LCD-Bildschirm 3 gebracht wird. Zunächst, wenn der Stift 41 außerhalb des Bereichs der Anregungs- und Sensorwicklungen ist, sind sowohl die phasengleiche Komponente als auch die Quadratur-Phasenkomponente null. Wenn der Stift 5 näher an den PDA 5 gebracht wird, nehmen diese Spannungen zu. In diesem Stadium ist jede Phasendifferenz zwischen der Anregungsfrequenz und der Resonanzfrequenz des Resonators konstant. Dies ist in 5 durch den anfänglichen geraden Linienabschnitt der Auftragung bei 81 dargestellt. Wenn der Resonanzstift jedoch der Oberfläche der LCD 3 näher kommt, hat die magnetische Abschirmung 21 eine Verstimmungswirkung auf den Stift, wodurch bewirkt wird, daß seine Resonanzfrequenz abnimmt, was wiederum zu einer Änderung des Phasenwinkels ϕ führt. Diese Verstimmung ist in 5 durch den anfänglichen gekrümmten Abschnitt 83 der Auftragung dargestellt. In der in 5 dargestellten Auftragung stellt der Punkt 85 den Punkt dar, an dem der Resonanzstift 5 in Kontakt mit der LCD 3 gebracht ist. Wie nachstehend in näheren Einzelheiten erklärt wird, ändert sich die Resonanzfrequenz des Stifts, wenn Druck auf die Spitze des Stifts ausgeübt wird. Dies ändert die phasengleiche Komponente und die Quadratur-Phasenkomponente und bewirkt, daß die Auftragung dem gekrümmten Weg zum Punkt 87 folgt. Daher kann durch Begrenzen des Verhältnisses zwischen der phasengleichen Komponente und der außerphasigen Komponente bestimmt werden, ob ein "Aufsetzen" des Resonanzstifts auftritt. Es muß jedoch sorgfältig vorgegangen werden, wenn der zu verwendende Schwellenwert bestimmt wird, weil das Neigen des Stifts in bezug auf die Oberfläche der LCD 3 auch ein Verstimmen und damit eine Änderung des Phasenwinkels ϕ hervorruft.
6 zeigt zwei Auftragungen 91 und 93, worin die Art dargestellt ist, in der sich die Phasenverschiebung ϕ mit dem Zwischenraum zwischen dem Resonanzstift und der Flüssigkristallanzeige für verschiedene Neigungen des Stifts ändert. Insbesondere zeigt die Kurve 91 die Art, in der sich die Phasenverschiebung ϕ mit diesem Zwischenraum ändert, wenn die Längsachse des Stifts zur Oberfläche der Flüssigkristallanzeige senkrecht steht, und die Kurve 93 zeigt diese Änderung, wenn der Stift unter einem Winkel geneigt ist. Wie in 6 dargestellt ist, ist die Phasenverschiebung ϕ für große Zwischenräume in beiden Fällen konstant (in diesem Beispiel bei in etwa –45°). Wenn sich der Zwischenraum jedoch verkleinert, ändert die Verstimmungswirkung der magnetischen Abschirmung 21 die Phasenverschiebung ϕ, bis der Zwischenraum null ist, wenn der Stift in Kontakt mit der Oberfläche der LCD 3 gebracht ist. Wie in 6 dargestellt ist, ist die Phasenverschiebung ϕ –30°, wenn der vertikal gehaltene Stift in Kontakt mit der LCD-Anzeige gebracht ist (wenn jedoch kein Druck auf die Spitze ausgeübt wird), während sie für den geneigten Stift –10° beträgt. Wenn Druck auf beide Stifte ausgeübt wird, ändert sich die Phasenverschiebung ϕ für den vertikal gehaltenen Stift von –30° bis +10° und für den geneigten Stift von –10° bis +30°. Wie in 6 dargestellt ist, ist bei diesem Beispiel ein Schwellenwert von etwa 0° festgelegt, so daß das Aufsetzen unabhängig davon erfaßt wird, ob der Stift vertikal oder unter einem Winkel zur LCD-Anzeige gehalten wird. Insbesondere wird in diesem Beispiel ein Schwellenwertband mit einem oberen Schwellenwert und einem unteren Schwellenwert verwendet, wobei der obere Schwellenwert zum Erfassen des Aufsetzens des Stifts verwendet wird und der untere Schwellenwert zum Erfassen des Anhebens des Stifts verwendet wird. Wie Fachleute 6 entnehmen werden, muß es zum Ermöglichen des Erfassens des Aufsetzens des Stifts eine minimale Phasenänderung geben, die gewährleistet, daß die Phasenverschiebung durch den Schwellenwert läuft. Wenngleich dies erreicht werden kann, indem eine sehr große Änderung der Resonanzfrequenz gewährleistet wird, ist dies nicht bevorzugt, weil hierdurch wegen der Fehlanpassung zwischen der Resonanzfrequenz und der Anregungsfrequenz die Signalpegelausgabe von den Integratoren verringert wird. Falls die Phasenverschiebung ϕ weiterhin beim Aufsetzen des Stifts auf +90° geändert wird, tritt an diesem Punkt keine phasengleiche Signalkomponente auf. Daher hält die Änderung der Frequenz die Phasenverschiebung vorzugsweise unter 45°. Hierdurch wird daher eine maximale Frequenzverschiebung definiert.
Zu 3 zurückkehrend sei bemerkt, daß die Digitalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinheit 59, nachdem sie die aktuelle x-y-Position des Resonanzstifts bestimmt hat und bestimmt hat, ob der Stift in Kontakt mit der LCD 3 gebracht worden ist, diese Informationen über die Schnittstelleneinheit 77 an die PDA-Elektronik ausgibt. Diese Informationen werden dann von der PDA-Elektronik verwendet, um die auf der LCD 3 angezeigten Informationen und den Funktionsmodus des PDAs zu steuern. In diesem Beispiel ist die Digitalverarbeitungs- und Signalerzeugungseinheit 59 in der Lage, die vorstehenden Berechnungen etwa 100 Mal je Sekunde auszuführen, wenn sich der Stift in der Nähe des PDAs befindet. Wenn das System jedoch erfaßt, daß der Stift nicht vorhanden ist, tritt es zunächst in einen Bereitschaftszustand ein, in dem die erwähnte Anregung und Verarbeitung etwa 20 Mal je Sekunde ausgeführt wird. Nach der vorbestimmten Zeitdauer in diesem Bereitschaftszustand tritt das System in einen Schlafzustand ein, in dem die vorstehenden Berechnungen etwa 2 Mal je Sekunde ausgeführt werden. Sobald das Vorhandenseins des Stifts wieder erfaßt wird, wird die Verarbeitung bei der Rate von 100 Mal je Sekunde wiederaufgenommen.
Vorstehend wurde die Art kurz beschrieben, in der das Digitalisiersystem des vorliegenden Beispiels die x-y- Position des Resonanzstifts in Bezug auf die Sensorwicklungen bestimmt. Die spezielle Form der verwendeten Anregungs- und Sensorwicklungen und der spezielle verwendete Resonanzstift in diesem Beispiel werden nun in näheren Einzelheiten beschrieben.
DIGITALISIERERWICKLUNGEN
7a zeigt die Form der in diesem Beispiel verwendeten Anregungswicklung 29. Die Wicklung 29 besteht aus fünf Windungen eines rechteckigen Leiters auf jeder Seite der Sensor-PCB 13, die über Löcher oder Durchgangslöcher in Reihe geschaltet sind, von denen einige mit 97 bezeichnet sind. In 7a sind die Leiter auf der oberen Schicht der Sensor-PCB 13 als durchgezogene Linien dargestellt, während jene auf der unteren Schicht der Sensor-PCB als unterbrochene Linien dargestellt sind. 7a zeigt auch die zwei Anschlußstellen 101 und 103, die zum Verbinden der Enden der Anregungswicklung 29 mit dem Anregungstreiber 51 verwendet werden. Wie dargestellt, geht die Anregungswicklung 29 von der Anschlußstelle 103 aus und folgt einem zunehmend rechteckigen Spiralmuster, das abwechselnd auf die obere Schicht und dann die untere Schicht der Sensor-PCB 13 gewickelt wird, bis die Anregungswicklung 29 die andere Anschlußstelle 101 erreicht. Wie in 7a dargestellt ist, sind die Bahnen der Anregungswicklung 29, die in der Nähe der Anschlußstellen 101 und 103 liegen, nur auf der Unterseite der Sensor-PCB 13 bereitgestellt, weil sich die Anschlußstellen 101 und 103 auf der oberen Schicht der Sensor-PCB 13 befinden. Daher ist der Abstand zwischen den Bahnen in diesem Abschnitt der Sensorwicklung kleiner. In diesem Beispiel ist die Anregungswicklung 29 um die Außenseite der Sensorwicklungen (nicht dargestellt) gewickelt. Infolge der rechteckigen Form der Anregungswicklung 29 ist das elektromagnetische Feld, das sie erzeugt, wenn ihr der Anregungsstrom zugeführt wird, in der Mitte der Platte sowohl in xals auch in y-Richtung im wesentlichen homogen, es nimmt jedoch zum Rand der Platte hin zu, wo sich die Anregungswicklung befindet. Wie Fachleute jedoch verstehen werden, spielt diese Änderung keine Rolle, weil sie in der von der Verarbeitungselektronik ausgeführten Verhältnis-Arkustangensberechnung aufgehoben wird.
7b zeigt die gedruckten Leiter, welche die sin-x-Sensorwicklung 31 bilden. Wiederum sind die gedruckten Leiter auf der oberen Schicht der Sensor-PCB 13 als durchgezogene Linien dargestellt, während jene auf der unteren Schicht als unterbrochene Linien dargestellt sind. Wie dargestellt ist, sind die Leiterbahnen, die im wesentlichen in y-Richtung verlaufen, auf der oberen Schicht der Sensor-PCB 13 bereitgestellt und sind jene, die im wesentlichen in x-Richtung verlaufen, auf der unteren Schicht der Sensor-PCB 13 bereitgestellt, und die Enden der Leiterbahnen auf der oberen Schicht sind mit den Enden der Leiterbahnen auf der unteren Schicht an den Durchgangslöchern verbunden, von denen einige mit 97 bezeichnet sind. 7b zeigt auch die zwei Anschlußstellen 105 und 107, die zum Verbinden der sin-x-Sensorwicklung 31 mit der Digitalisierelektronik bereitgestellt sind. Wie Fachleute verstehen werden, sind die Einsenkungen in manchen der Leiterbahnen, die sich in x- und in y-Richtung erstrecken, wie bei 99, bereitgestellt, um die Leiterbahn an Durchgangslöchern vorbeizuleiten, die verwendet werden, um die Leiterbahnen der anderen Sensorwicklungen zu verbinden.
Wie dargestellt ist, sind die Leiterbahnen der sin-x-Sensorwicklung 31 zur Bildung von zwei Schleifensätzen 32-1 und 32-2 verbunden, welche in x-Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei alle Schleifen in x-Richtung verlaufen und hintereinandergeschaltet sind, so daß sich die in den Schleifen desselben Satzes von einem gemeinsamen Hintergrund-Wechselmagnetfeld induzierten elektromotorischen Kräfte (EMK) addieren und die im ersten Schleifensatz 32-1 durch ein gemeinsames Hintergrund-Wechselmagnetfeld induzierten EMKs den im zweiten Schleifensatz 32-2 induzierten EMKs entgegenwirken. Wie dargestellt ist, gibt es in diesem Beispiel in jedem Schleifensatz 32-1 und 32-2 drei Schleifen, und jeder Schleifensatz ist angeordnet, um eine ähnliche Fläche einzuschließen. Daher heben sich die durch ein solches Hintergrund-Magnetfeld in den Schleifen des ersten Satzes 32-1 induzierten EMKs mit den in den Schleifen des zweiten Satzes 32-2 induzierten EMKs im wesentlichen auf. Wie Fachleute jedoch verstehen werden, ändert sich, falls eine Punkt-Magnetfeldquelle (oder etwas ähnliches in der Art des Resonanzstifts) über die Sensorwicklung 31 bewegt wird, die magnetische Kopplung zwischen der Punktquelle und der Sensorwicklung 31 in Abhängigkeit von der x-Position der Punktquelle. Außer an den Rändern in der Nähe der Leiterbahnen, die in x-Richtung verlaufen, gibt es nur eine geringe oder keine Abhängigkeit von der y-Position. Wegen der "Achterverbindung" zwischen den zwei Schleifensätzen 32-1 und 32-2 kann diese Änderung mit der x-Position als sinusförmig genähert werden. Wie Fachleute verstehen werden, kann diese Änderung durch die geeignete Positionierung der Leiterbahnen der Sensorwicklung 31, die in y-Richtung verlaufen, in x-Richtung besser sinusförmig gemacht werden. Wie in der früheren internationalen Anmeldung PCT/GB99/01638 des Anmelders erklärt wurde, liegt dies daran, daß unerwünschte räumliche harmonische Komponenten der Änderung durch das geeignete Anordnen dieser Leiterbahnen entfernt werden können. Der Leser sei auf diese frühere internationale Anmeldung in Hinblick auf weitere Einzelheiten zu dieser harmonischen Unterdrückungstechnik verwiesen. Wie Fachleute verstehen werden, liegt es an dieser näherungsweise sinusförmigen Änderung, daß das vom Resonanzstift 5 in der Sensorwickung 31 induzierte Signal eine Spitzenamplitude aufweist, die sich in etwa mit dem Sinus der x-Position des Stifts 5 ändert.
7c zeigt die gedruckten Leiter, die die cos-x-Sensorwicklung 33 bilden. Wiederum sind die gedruckten Leiter auf der oberen Schicht der Sensor-PCB 13 als durchgezogene Linien dargestellt, während jene auf der unteren Schicht als unterbrochene Linien dargestellt sind. Wie bei der sin-x-Sensorwicklung 31 sind die meisten der Leiterbahnen, die in y-Richtung verlaufen, auf der oberen Schicht der Sensor-PCB 13 bereitgestellt und die meisten von denen, die in x-Richtung verlaufen, auf der unteren Schicht der Sensor-PCB 13 bereitgestellt und sind die Enden der Leiterbahnen auf der oberen Schicht mit den Enden der Leiterbahnen auf der unteren Schicht an den Durchgangslöchern verbunden, von denen einige mit 97 bezeichnet sind. 7c zeigt auch die zwei Anschlußstellen 109 und 111, welche zum Verbinden der cos-x-Sensorwicklung 33 mit der Digitalisierelektronik bereitgestellt sind.
Wie dargestellt ist, sind die Leiterbahnen der cos-x-Sensorwicklung 33 zur Bildung von drei Schleifensätzen 34-1a, 34-2 und 34-1b verbunden, welche in x-Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei alle Schleifen in x-Richtung verlaufen und hintereinandergeschaltet sind, so daß sich die in den Schleifen desselben Satzes von einem gemeinsamen Hintergrund-Wechselmagnetfeld induzierten EMKs addieren und die im ersten und dritten Schleifensatz 34-1a und 34-1b von einem gemeinsamen Hintergrund-Wechselmagnetfeld induzierten EMKs dem im zweiten Schleifensatz 34-2 induzierten EMKs entgegenwirken. Ebenso wie bei der sin-x-Wicklung gibt es in jedem Schleifensatz drei Schleifen, und die Schleifen im zweiten Schleifensatz sind so angeordnet, daß sie eine ähnliche Fläche wie die von den Schleifen im ersten und dritten Schleifensatz eingeschlossene kombinierte Fläche einschließen. Daher heben die in den Schleifen durch ein Hintergrund-Magnetfeld induzierten EMKs einander im wesentlichen auf. Ebenso wie bei der sin-x-Sensorwicklung hängt die magnetische Kopplung zwischen dem Resonanzstift 5 und der cos-x-Sensorwicklung 33 jedoch von der x-Position des Stifts 5 ab, wenn dieser über die Sensorwicklung 33 bewegt wird. Wegen des wechselnden Sinns der Leiterschleifen kann diese Änderung mit der x-Position sinusförmig angenähert werden. Weil die Schleifensätze der cos-x-Sensorwicklung 33 in x-Richtung jedoch um ein Viertel des Wicklungsabstands (L_x) verschoben sind, steht die sinusförmige Änderung in Phasenquadratur zur Änderung der sin-x-Sensorwicklung 31. Dadurch weist das in der Sensorwicklung 33 vom Resonanzstift 5 induzierte Signal eine Spitzenamplitude auf, die sich mit dem Kosinus der x-Position des Stifts 5 ändert.
Die 7d und 7e zeigen die gedruckten Leiter, welche die sin-y-Sensorwicklung 35 und die cos-y-Sensorwicklung 37 bilden. Wie in diesen Figuren dargestellt ist, ähneln diese Sensorwicklungen den sin-x- und den cos-x-Sensorwicklungen abgesehen davon, daß sie um 90° gedreht sind. Wie in den 7d und 7e dargestellt ist, teilt sich die sin-y-Sensorspule 35 die Anschlußstelle 107 mit der sin-x-Sensorwicklung 31 und teilt sich die cos-y-Sensorwicklung 37 die Anschlußstelle 111 mit der cos-x-Sensorwicklung 33. In 7f ist die obere Schicht der gedruckten Leiter der Sensor-PCB 13 dargestellt, und in 7g ist die untere Schicht der gedruckten Leiter der Sensor-PCB 13 dargestellt, welche zusammen die Anregungswicklung 29 und die Sensorwicklungen 31, 33, 35 und 37 bilden. In der in 7 dargestellten Schaltungsplatte haben die Leiterbahnen eine Breite von etwa 0,15 mm, und der minimale Zwischenraum zwischen benachbarten Bahnen ist etwa der gleiche. Wenngleich es möglich ist, feinere Bahnen und Zwischenraumabstände auf der PCB zu verwenden, werden hierdurch die Kosten infolge einer zusätzlichen Herstellungsgenauigkeit und niedrigerer Herstellungsausbeuten erhöht.
ENTWURF DER SENSORWICKLUNGEN
Wie Fachleute verstehen werden, ist der Entwurf der Sensorwicklungen einer der kritischsten Aspekte des Digitalisierers. Der Entwurf umfaßt für eine gegebene Fläche der gedruckten Schaltungsplatte das Maximieren der Digitalisierungsfläche und der Genauigkeit der Signalpegel der Sensorwicklungen. Wie Fachleute verstehen werden, ist der kritische Aspekt der x-Richtungs-Sensorwicklungen 31 und 33 durch die x-Positionen der Leiterbahnen der Wicklungen 31 und 33 gegeben, die in y-Richtung verlaufen. In ähnlicher Weise besteht der kritische Aspekt des Entwurfs der y-Positions-Sensorwicklungen 35 und 37 in der y-Position der Leiterbahnen der Wicklungen 35 und 37, die in x-Richtung verlaufen. In der folgenden Diskussion werden diese Leiter als die Primär-Meßleiter verwendet, und die Bahnen, die die Enden dieser Primär-Meßleiter mit anderen Primär-Meßleitern verbinden, werden als die verbindenden Leiter bezeichnet.
Die erste Aufgabe beim Entwurf der Sensorwicklungen besteht darin, die gewünschte x-Position der Primär-Meßleiter für die x-Positions-Sensorwicklungen 31 und 33 und die gewünschte y-Position der Primär-Meßleiter der y-Positions-Sensorwicklungen 35 und 37 zu identifizieren. In diesem Beispiel wird dies durch derartiges Anordnen der Primär-Meßleiter erreicht, daß sie in x-Richtung bzw. in y-Richtung eine in etwa sinusförmige Dichte aufweisen, um die erforderliche sin/cos-Empfindlichkeit zu erreichen. In diesem Beispiel sind zum Maximieren des Genauigkeitsgrads der y-Richtungs-Positionsmessung die Verbindungsleiter der sin-xund der cos-x-Sensorwicklungen 31 und 33 (die Leiter 31-1 bis 31-12 und 33-1 bis 33-14) innerhalb der äußersten Primär-Meßleiter der sin-y- und der cos-y-Sensorwicklungen 35 und 37 (die Leiter 35-1 und 35-2 bzw. 37-1 und 37-2) angeordnet. Dies ist in den 7f und 7g dargestellt. Die Alternative zum Anordnen der Verbindungsleiter der x-Richtungs-Sensorwicklungen über die Primär-Meßleiter der y-Richtungs-Sensorwicklungen hinaus würde zu einem verringerten Genauigkeitsgrad der y-Richtungs-Positionsmessung und damit zu einem größeren "toten Band" einer meßfreien Fläche am oberen Teil der PCB-Sensorplatte 13 führen. Dies ist ein Problem, wenn der Platz kritisch ist, wie beispielsweise beim handgehaltenen PDA-System des vorliegenden Beispiels. Wie in 7g dargestellt ist, sind die Verbindungsleiter der sinx-Sensorwicklung 31 (die Leiter 31-1 bis 31-12) mit den Verbindungsleitern der cos-x-Sensorwicklung 33 (den Leitern 33-1 bis 33-14) verschachtelt, und sie sind zwischen den anderen Primär-Meßleitern der sin-y- und der cos-y-Sensorwicklungen angeordnet. Wenn gewählt werden soll, welche der sin-x- und der cos-x-Leiterbahnen an der äußersten Position anzuordnen sind, wird vorzugsweise den äußeren Windungen Priorität gegeben, weil diese für das Resonator-Magnetfeld am empfindlichsten sind.
Ein anderer neuer Aspekt des Entwurfs der Sensorwicklungen in diesem Beispiel besteht in der Art, in der die Schleifen jedes Schleifensatzes jeder Sensorwicklung miteinander verbunden sind. In dem zuvor vom Anmelder in WO-A-98/58237 vorgeschlagenen System wurden die Schleifen jedes Schleifensatzes einer Sensorwicklung durch Bereitstellen einer sich ständig verkleinernden Spirale der Leiterbahn gebildet, und die zwei Schleifensätze wurden dann verbunden, indem die Enden auf der Innenseite der zwei spiralförmig gewickelten Leiterbahnen verbunden wurden. Im Fall der "Sinus-Sensorwicklung" erfordert die zum Verbinden der Innenseite einer Spiralwicklung mit der Innenseite der anderen Spiralwicklung erforderliche Verbindung einen zusätzlichen Verbindungsleiter auf der Seite der Sensor-PCB 13, und sie erfordert im Fall der "Kosinus-Sensorwicklung" zwei zusätzliche Verbindungsleiter auf der Seite der Sensor-PCB. Weil diese zusätzlichen Verbindungsleiter zusätzliche Reihen erfordern, erfordern diese Sensorwicklungen aus dem Stand der Technik einen übermäßigen Raum an den Seiten der PCB, weshalb die Flächenabdeckung für eine gegebene Größe einer Schaltungsplatte verringert wird. Zusätzlich stören diese zusätzlichen Verbindungsleiter den Abstand zwischen den anderen Verbindungsleitern und bewirken, daß die Empfindlichkeit der Sensorwicklungen von dem Magnetfeld des Resonanzstifts in der Nähe der Verbindungsleiter weniger sinusförmig ist, wodurch Signal-Rausch- und Offset-Schwierigkeiten hervorgerufen werden.
Beim Entwurf der in 7 dargestellten Sensorwicklungen ist die Verbindung zwischen den Windungen oder Schleifen durch Querverbindungen (wie bei 121 in 7b) im mittleren Bereich der Sensor-PCB 13 hergestellt. Wie in den 7b bis 7e dargestellt ist, sind die Querverbindungen durch Leiter auf entgegengesetzten Seiten der zweischichtigen Sensor-Schaltungsplatte 13 gebildet. Sie bewirken eine minimale Unterbrechung der sin/cos-Empfindlichkeit der Sensorwicklungen für das Resonator-Magnetfeld, weil der Überkreuzungsbereich klein ist und die beteiligten zwei Leitersätze dicht zueinander verlaufen, wodurch Störfelder erzeugt werden, die einander im wesentlichen entgegenwirken. Bei Verwendung dieses neuartigen Entwurfsansatzes ist die Position der Überkreuzungsbereiche nicht kritisch. Dies ermöglicht es daher, daß alle Sensorwicklungen in solcher Weise auf einer doppelseitigen PCB verbunden werden, ohne daß Zusammenstöße auftreten, wie in 7 dargestellt ist.
8 zeigt die Art, in der eine sin-x-Sensorwicklung 131 und eine cos-x-Sensorwicklung 133 ähnlich den in den 7b und 7c dargestellten entworfen werden. Zunächst wird die erforderliche Schleifenanzahl innerhalb jedes Schleifensatzes festgelegt. Wie vorstehend erwähnt wurde und wie in 8 dargestellt ist, gibt es in diesem Beispiel in jedem Schleifensatz 132-1 und 132-2 drei Schleifen. Es ist dann wichtig, die Richtung des Stromflusses innerhalb jeder Schleife zu identifizieren, wodurch die sinusförmige Empfindlichkeit der Wicklung von dem Resonator-Magnetfeld bereitgestellt wird und wodurch jede Kopplung mit der Anregungswicklung minimiert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß gewährleistet wird, daß die Richtung des Stromflusses in den Schleifen desselben Satzes gleich und der Richtung des Stromflusses in den Schleifen des benachbarten Satzes entgegengesetzt ist. Dies ist in 8a für die sin-x-Sensorwicklung und in 8b für die cos-x-Sensorwicklung dargestellt. Sobald die Primär-Meßleiter (die in y-Richtung der in den 8a und 8b dargestellten Wicklungen verlaufenden Leiter) an den geeigneten Positionen in x-Richtung angeordnet worden sind, werden die Schleifen in Reihe geschaltet, indem geeignete Querverbindungen 137 und 139 hergestellt werden und geeignete Verbindungsanschlüsse 141 und 143 bereitgestellt werden, so daß die Wicklungen mit der Verarbeitungselektronik verbunden werden können. Dies ist in den 8c und 8d für die in den 8a und 8b dargestellten sin-x- und cos-x-Sensorwicklungen dargestellt. Wie Fachleute verstehen werden, können die Verbindungen 141 und 143 mit den Sensorwicklungen von fast jedem Punkt auf der Sensor-PCB 13 hergestellt werden, ohne daß eine erhebliche Störung auftritt, weil die Leiter jeder Sensorwicklung über die gesamte Oberfläche der PCB 13 verlaufen. Dies steht in Gegensatz zu Systemen aus dem Stand der Technik, bei denen Arrays paralleler Schleifenwicklungen (in der Art der in US-A-4 878 553 beschriebenen) verwendet werden, wo lange Verläufe von Verbindungsleitern erforderlich sind, um eine Verbindung zu allen Schleifenwicklungen herzustellen. Diese zusätzlichen Verbindungsleiter nehmen Platz auf der Schaltungsplatte ein und sind auch für elektromagnetische Streuinterferenzen anfällig.
STIFT
Der Stift aus dem vorliegenden Beispiel überwindet eine Anzahl von Problemen bei früheren Stiften, die vorgeschlagen wurden, und er ist besser geeignet für eine kostengünstige Massenherstellung und einen Betrieb mit niedriger Leistungsaufnahme. Er ist auch ausreichend kompakt für platzkritische Anwendungen, wie den handgehaltenen PDA aus dem vorliegenden Beispiel. Weiterhin bleiben seine Eigenschaften über lange Zeiträume stabil, und sie sind unempfindlich für Temperaturänderungen. Wie vorstehend erwähnt wurde, weist der Resonanzstift 5 in diesem Beispiel einen Resonanzkreis 41 auf, der eine Induktorspule 45 und einen Kondensator 43 umfaßt. Der Resonanzstift ist auch so ausgelegt, daß sich die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 41 ändert, wenn die Spitze des Stifts abgesenkt und in Kontakt mit der Schreibfläche des Digitalisiersystems gebracht wird. Die spezielle Struktur des in diesem Beispiel verwendeten Resonanzstifts, wodurch diese Funktionen erreicht werden, wird nun mit Bezug auf die 9 bis 14 beschrieben. Die Beschreibung des Stifts hebt auch eine neuartige Konstruktion hervor, wodurch die Neigung des Stifts, die dadurch hervorgerufen wird, daß der Benutzer den Stift in einer bequemen Schreibposition hält, automatisch kompensiert wird.
9a zeigt eine Einzelteilansicht der Bestandteile des in diesem Beispiel verwendeten Resonanzstifts 5. Wie dargestellt ist, weist der Stift einen Stiftkörper 151 auf, der einen hohlen Vorderkörperabschnitt 152 (in 10a im Querschnitt dargestellt) und einen hohlen Hinterkörperabschnitt 154 (10b im Querschnitt dargestellt) aufweist, worin folgendes untergebracht ist: der Resonanzkreis mit der Induktorspule 45 und dem Kondensator 43, ein Ferritstab 153 mit einem Durchmesser von 2 mm, ein erstes Bewegungsbegrenzungselement 155 (in 11 in näheren Einzelheiten dargestellt), ein zweites Bewegungsbegrenzungselement 157 (in 12 in näheren Einzelheiten dargestellt), eine Spitze 159 und eine Feder 163.
9b zeigt den zusammengesetzten Stift 5 im Querschnitt. Der Stift 5 wird durch Löten des Kondensators 43 (der in diesem Beispiel ein oberflächenmontierter Kondensator ist) an die Enden der Induktorspule 45 und durch Bedecken der Verbindungen mit einer konformen Beschichtung (nicht dargestellt), um zu gewährleisten, daß der Stift auch noch arbeitet, wenn er bei der Verwendung feucht wird, zusammengesetzt. Die Spitze 159, die in diesem Beispiel aus Acetal besteht, wird dann über ein Ende des Ferritstabs 153 geschoben. Die Spule 45 wird dann über den Ferritstab 153 gepaßt, und es wird dann das erste Bewegungsbegrenzungselement 155 über das freie Ende des Ferritstabs 153 geschoben. Das zweite Bewegungsbegrenzungselement 157 wird dann zusammen mit dem ersten Bewegungsbegrenzungselement 155 montiert, und der Kondensator 43 wird in eine Vertiefung 165 im zweiten Bewegungsbegrenzungselement 157 eingebracht. Diese Anordnung wird dann in den Vorderkörperabschnitt 152 eingebracht, und die Feder 163 wird in den Hinterkörperabschnitt 154 eingebracht. Ein Hals 166 des Hinterkörperabschnitts 154 wird dann in den Vorderkörperabschnitt 152 geschoben und darin eingepaßt, wodurch die Ferritanordnung in den Vorderkörperabschnitt 152 geschoben wird. Es kann dann Klebstoff in die Verbindung zwischen dem Vorderkörperabschnitt 152 und dem Hinterkörperabschnitt 154 eingebracht werden, um die Bestandteile zusammenzuhalten.
Wie in den 9 bis 12 dargestellt ist, stößt im zusammengesetzten Zustand die vordere Fläche der Spule 45 (die Fläche 45a, die der Spitze 159 gegenübersteht) gegen eine Schulter 167 des Vorderkörperabschnitts 152, und die hintere Fläche der Spule 45 (die Fläche 45b, die der Feder 163 gegenübersteht) stößt gegen eine erste vordere Fläche des zweiten Bewegungsbegrenzungselements 157 (die Fläche 157a, die der Spitze 159 gegenübersteht). Die hintere Fläche des zweiten Bewegungsbegrenzungselements 157 (die Fläche 157, die der Feder 163 gegenübersteht) stößt gegen die vordere Fläche (die Fläche 154a) des Hinterkörperabschnitts 154 (die Fläche 154a, die der Spitze 159 gegenübersteht). Auf diese Weise werden die Induktorspule 45 und das zweite Bewegungsbegrenzungselement 157 in Bezug auf den Stiftkörper 151 an ihrer Position befestigt, wobei in diesem Beispiel die Spule 45 zur hinteren Fläche des Ferritstabs 153 hin (die Fläche 153a, die der Feder 163 gegenübersteht) positioniert ist.
Die Spitze 159, der Ferritstab 153 und das erste Bewegungsbegrenzungselement 155 sind innerhalb des Stiftkörpers 151 gleitend angebracht und zum vorderen Ende 161 des Vorderkörperabschnitts 152 hin vorgespannt (durch die Feder 163). Die Bewegung der Ferritanordnung in diese Richtung ist jedoch durch das Anstoßen einer vorderen Fläche des ersten Bewegungsbegrenzungselements 155 (die Fläche 155a, die der Spitze 159 gegenübersteht) an die hintere Fläche 45b der Induktorspule 45 begrenzt. Wenn Druck auf die Spitze 159 des Stifts gegen die Vorspannungskraft der Feder 163 ausgeübt wird, bewegt sich die Ferritanordnung zum Hinterkörperabschnitt 154 hin, bis die hintere Fläche des ersten Bewegungsbegrenzungselements 155 (die Fläche 155b, die der Feder 163 gegenübersteht) gegen eine zweite vordere Fläche des zweiten Bewegungsbegrenzungselements (die Fläche 157b, die auch der Spitze 159 gegenübersteht) stößt. Wie in 9b dargestellt ist, kann sich die Ferritanordnung daher nur um einen vorbestimmten Abstand (d₀) (nachstehend als der Klickabstand bezeichnet) bewegen, wenn ein Druck auf das Ende der Spitze 159 ausgeübt wird. Diese Bewegung vergrößert den Abstand d₁ zwischen der hinteren Fläche 153a des Ferritstabs und der hinteren Fläche 45b der Induktorspule 45. Wie Fachleute verstehen werden, wird hierdurch infolge einer stärkeren Kopplung zwischen dem Ferritstab 153 und der Spule 45 eine Erhöhung der Induktivität der Spule 45 hervorgerufen, was wiederum zu einer Verringerung der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises führt. Die genaue Änderung der Resonanzfrequenz hängt nicht nur vom Klickabstand d₀, sondern auch vom Anfangswert von d₁, bevor die Spitze 159 gedrückt wird, und vom Zwischenraum zwischen den Wicklungen der Induktorspule 45 und dem Ferritstab 153 ab.
Benutzer des Stifts möchten gewöhnlich, daß der Klickabstand d₀ so klein wie möglich ist, beispielsweise kleiner als 0,5 mm, so daß die Schreibwirkung des Stifts derjenigen eines herkömmlichen Stifts so ähnlich wie möglich ist. Es ist daher wichtig, den Rest des Stifts so zu entwerfen, daß gewährleistet ist, daß die gewünschte Frequenzänderung mit einem solchen kleinen Klickabstand erreicht wird.
13 ist eine kartesische Auftragung, in der die Art dargestellt ist, in der sich die Resonanzfrequenz für verschiedene Zwischanräume zwischen den Spulenwicklungen und dem Ferritstab mit dem Abstand d₁ ändert. Insbesondere zeigt die Auftragung 175 die Art, in der sich die Resonanzfrequenz mit dem Abstand d1 ändert, wenn es einen kleinen Zwischenraum zwischen den Wieklungen der Spule 45 und dem Ferritstab 153 gibt, während die Auftragung 177 die Art zeigt, in der sich die Resonanzfrequenz mit dem Abstand d₁ ändert, wenn es einen größeren Zwischenraum zwischen den Wicklungen der Spule 45 und dem Ferritstab 153 gibt. Wie in 13 dargestellt ist, vergrößert ein zu großer Zwischenraum zwischen den Wicklungen der Spule 45 und dem Ferritstab 153 den erforderlichen Klickabstand d₀ zum Erreichen einer vorbestimmten Frequenzänderung (dF), die das Gesamt-Digitalisiersystem benötigt, um eine zuverlässige Detektion zu gewährleisten. Wenngleich es möglich ist, dies zu kompensieren, indem weitere Spulenwicklungen hinzugefügt werden, ist dies nicht bevorzugt, weil hierdurch der Durchmesser oder die Länge der Spule vergrößert wird, was beides unerwünscht ist, weil der Stiftdurchmesser minimiert werden sollte und eine übermäßige Spulenlänge weitere Konsequenzen, einschließlich einer Verringerung der erhaltenen Frequenzänderung (dF) für den Klickabstand d₀, hat.
Daher ist in diesem Beispiel die Induktorspule 45 als eine selbstgebondete Wicklung hergestellt. Daher benötigt sie keinen Spulenkern, und der Ferritstab gleitet direkt innerhalb der Spule 45. Der Außendurchmesser für einen Spulenkern würde die vorstehend beschriebene Funktionsweise beeinträchtigen. In diesem Beispiel besteht die Spule 45 aus einem selbstbondenden, emaillierten I-Kupferdraht. Wie Fachleute verstehen werden, ist die Kombination aus dem harten Ferritstab 153 und dem weichen Draht und der Beschichtung für die Abnutzungsbeständigkeit ideal.
Wie Fachleute anhand der Auftragung in 13 verstehen werden, müssen sowohl der Anfangswert von d₁ als auch die Änderung von d₁ (d. h. d₀) mit engen Toleranzen versehen werden, um zu gewährleisten, daß die Resonanzfrequenz des Stifts, wenn nicht gegen die Spitze 159 gedrückt wird, und die Änderung der Resonanzfrequenz, wenn gegen die Spitze 159 gedrückt wird, streng gesteuert werden. In diesem Beispiel werden abgesehen von den Resonatorelementen und der Feder alle restlichen Teile des Stifts in einem Spritzgießprozeß hergestellt, um eine kostengünstige Herstellung zu erreichen. Der Anfangswert von d₁ ist durch das erste Bewegungsbegrenzungselement 155 und insbesondere durch die Tiefe (d_h) des Lochs 181 in der Fläche 155a festgelegt. Weil dieses erste Bewegungsbegrenzungselement 155 durch Spritzgießen hergestellt wird, ist es möglich, eine enge Toleranz für das Loch 181 einzuhalten (um einen engen Preßsitz mit dem Ferritstab 153 zu gewährleisten) und um eine enge Toleranz für die Tiefe d_h zu erreichen. Diese Tiefe ist auf den erforderlichen Anfangsabstand d₁ gelegt, so daß die Feder 163 die vordere Fläche 155a des ersten Bewegungsbegrenzungselements gegen die hintere Fläche 45b der Spule 45 drückt, wenn nicht gegen die Spitze 159 gedrückt wird, so daß der Ferritstab 153 um den genauen erforderlichen Anfangsabstand d₁ vorsteht. Zusätzlich werden in diesem Beispiel die Verbindungen von der Spule 45 zum Kondensator 43 von der vorderen Fläche 45a der Spule gemessen, um zu gewährleisten, daß die hintere Fläche 45b der Spule weniger fehlerhaft ist und einen besser reproduzierbaren Endanschlag für das erste Bewegungsbegrenzungselement 155 bereitstellt. Hierdurch wird daher gewährleistet, daß die anfängliche Resonatorfrequenz genau und wiederholbar festgelegt werden kann.
Wie in 9b dargestellt ist und wie vorstehend erörtert wurde, gleitet das erste Bewegungsbegrenzungselement 155 um den Klickabstand d₀ innerhalb des zweiten Bewegungsbegrenzungselements, wenn gegen die Spitze 159 gedrückt wird. Wie 9b entnommen werden kann, ist dieser Klickabstand d₀ daher durch den in 11a dargestellten Abstand d₂ zwischen der vorderen Fläche 155a und der hinteren Fläche 155b des ersten Bewegungsbegrenzungselements 155 und den in 12a dargestellten Abstand d₃ zwischen der ersten vorderen Fläche 157a und der zweiten vorderen Fläche 157b des zweiten Bewegungsbegrenzungselements 157 definiert. Weil diese beiden Elemente unter Verwendung eines Spritzgieß prozesses hergestellt werden, können diese Abmessungen wiederum genau gesteuert werden, weil die kritischen Abmessungen durch ein einziges Teil jedes Spritzgieß-Werkzeugs gebildet werden. Es ist viel schwieriger, preisgünstig und zuverlässig Abmessungen zu steuern, die durch Teile des Spritzgieß-Werkzeugs festgelegt sind, die sich beim Gießprozeß in bezug zueinander bewegen, weil es schwierig ist, das Werkzeug für jedes Teil dicht an genau die gleiche Position zu bringen. Zusätzlich kann die Temperatur des Werkzeugs zwischen Gießoperationen variieren, wodurch auch schlechte Toleranzen hervorgerufen werden können. Weiterhin liegen auch die kritischen Flächen 157a und 157b und die Flächen 155a und 155b, verglichen mit dem Klickabstand d₀, in der Form verhältnismäßig dicht beieinander. Daher ist die Wirkung einer thermischen Ausdehnung oder einer thermischen Schrumpfung des Gießwerkzeugs weniger wichtig als in einem Fall, in dem die Abstände größer sind.
Das erste und das zweite Bewegungsbegrenzungselement 155 und 157 sollten aus einem Material mit ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt werden, so daß der Klickabstand d₀ mit der Temperatur in etwa konstant bleibt. Bei Systemen, in denen ein hohes Maß einer thermischen Stabilität des Klickabstands d₀ erforderlich ist, sollte das zweite Bewegungsbegrenzungselement einen etwas niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben als das erste Bewegungsbegrenzungselement, weil der Abstand d₃ etwas größer ist als der Abstand d₂. Auf diese Weise kann der Klickabstand d₀ gut gesteuert werden, und weil der Anfangswert von d₁ auch gut gesteuert wird, wird auch die Resonatorfrequenzverschiebung dF gut gesteuert.
In diesem Beispiel beträgt der Anfangswert des Abstands d₁, wenn kein Druck auf die Spitze ausgeübt wird, in etwa 2,3 mm. Wenn ein Druck ausgeübt wird, wird d₁ um 0,3 mm geändert. Wie in der Auftragung 175 aus 13 dargestellt ist, führt dies zu einer Frequenzverringerung von etwa 1,5%. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die Frequenz verringerung für ein System geeignet, bei dem eine permeable magnetische Abschirmung verwendet wird, weil hierbei auch das Verringern der Resonanzfrequenz des Stifts bewirkt wird und sich die zwei Wirkungen daher nicht teilweise aufheben. Falls der Stift so ausgelegt wird, daß der Druck auf seine Spitze zu einer Erhöhung der Resonanzfrequenz führt, ist eine größere Frequenzänderung erforderlich, um eine zuverlässige Detektion zu gewährleisten, weil der Betrag der Verstimmung infolge der Abschirmung nicht konstant ist.
UNABHÄNGIGKEIT VON DER STIFTNEIGUNG
Wie vorstehend erwähnt wurde, besteht eines der bei x-y-Digitalisiersystemen, bei denen Stifte verwendet werden, auftretenden Probleme darin, daß ein Positionsfehler in die Messungen eingeführt wird, falls der Stift in bezug auf die Sensorwicklungen geneigt ist. Die Systeme aus dem Stand der Technik haben bis heute versucht, die Neigung zu messen und sie dann zu kompensieren. Diese Messung der Neigung erfordert zusätzliche Komponenten und Berechnungen, wodurch die Kosten und die Komplexität vergrößert werden. Die nachstehend präsentierte neuartige Lösung kompensiert die Stiftneigung schon an sich und benötigt keine weiteren Komponenten oder Verarbeitungen. Einfach ausgedrückt, hat der Anmelder herausgefunden, daß bei periodischen Wicklungen in der Art der vorstehend mit Bezug auf 7 beschriebenen Sensorwicklungen durch Anordnen des magnetischen Zentrums der Kombination aus dem Ferritstab und dem Resonator in etwa in einem räumlichen Radiant (in bezug auf die Periode der Sensorwicklungen) von dem gewünschten Meßpunkt des Stifts die Neigung des Stifts kompensiert wird. In diesem Beispiel, in dem der sin/cos-Abstand für die x- und die y-Richtung verschieden ist, ist die Länge des Ferritstabs, bei der dies erreicht wird, in etwa ein Viertel des durchschnittlichen Abstands (also [L_x + L_y]/8). Der Grund hierfür wird nun erklärt.
14 zeigt schematisch einen Stift 205, der um einen Winkel α_x gegen die Richtung geneigt ist, die zur Ebene der LCD-Anzeige 3 und zur Ebene der Sensorplatte 13 senkrecht steht. Wie in 14 dargestellt ist, weist der Stift 205 einen Elementarmagnetfeld-Emitter 211 auf, dessen magnetisches Zentrum auf der Achse 215 des Stifts 205 liegt und der ein Magnetfeld entlang der Achse 215 emittiert. Die in den sin-x- und cos-x-Sensorwicklungen auf der Sensor-PCB 13 durch den Magnetfeld-Emitter 211 induzierten Signalpegel sind nach der Demodulation bei Ignorieren der exponentiellen Terme:
wobei x_p die dem magnetischen Zentrum des Magnetfeld-Emitterelements 211 entsprechende x-Position ist. Wie in 14 dargestellt ist, ist das magnetische Zentrum entlang der Stiftachse 215 um einen Abstand 1₁ versetzt. Daher steht die x-Position der Spitze des Stifts (x_tip) nach der folgenden Gleichung in bezug zu x_p: xp + Xtip + 11 sin αx (11)
Falls daher 1₁ gleich L_x/2π gemacht wird, beträgt die durch die Verarbeitungselektronik berechnete scheinbare Position des Elements in etwa x_tip, wie es erforderlich ist. Dies liegt daran, daß der andere Term in etwa herausgehoben wird, weil α_x in etwa gleich sin α_x ist. Wenngleich diese Näherung nur für kleine Winkel α_x mathematisch gilt, haben die Erfinder herausgefunden, daß diese Näherung in der Praxis für viel größere Neigungswinkel von bis zu etwa ±45° gilt. Daher ist die Position, die die Sensorelektronik anhand der Arkustangensberechnung ermittelt, in etwa die vom Neigungswinkel α_x unabhängige Stiftspitzenposition.
Dies zeigt, daß eine kleine Spule oder ein bewickelter Ferrit in einem vorbestimmten Abstand (in diesem Beispiel etwa 10 mm) von der Stiftspitze zu der erforderlichen Neigungsunempfindlichkeit führt. Dies ist jedoch kein optimales System, weil ein langes Ferritelement zum Konzentrieren des Magnetfelds bevorzugt ist. Zusätzlich sollte der Ferrit dichter zur Stiftspitze (und damit zur Sensorplatte) verlaufen, um die in den Sensorwicklungen induzierten Signalpegel zu erhöhen. Durch die Verwendung eines Ferritstabs, der sich von einer Position in der Nähe der Stiftspitze entlang der Achse des Stifts erstreckt und dessen effektive durchschnittliche Position 11 ist (nicht notwendigerweise ein einfacher Durchschnitt, sondern unter Berücksichtigung aller Feldeffekte), werden diese Probleme gelöst. Die Erfinder haben durch Experimente herausgefunden, daß der Ferritstab in etwa ein Viertel des Abstands zwischen den Sensorwicklungen messen sollte, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen.
Wie Fachleute verstehen werden, kann die Länge des Ferritstabs modifiziert werden, um die anscheinende Position zu ändern, so daß sie nicht der Spitze des Stifts entspricht. Beispielsweise kann der Ferritstab verkürzt werden, um ihn an den Schnittpunkt zwischen der Stiftachse und einer Ebene zwischen der Stiftspitze und der Sensorplatte anzunähern (beispielsweise die obere Fläche einer Anzeigevorrichtung oder die wirksame Ebene der Pixel).
Wie Fachleute verstehen werden, weist der erwähnte Stift eine Anzahl von Vorteilen gegenüber Stiften aus dem Stand der Technik auf, die in ähnlicher Weise arbeiten, wie jene, die in US-A-5 565 632 beschrieben sind. Diese umfassen:

(i) die Fähigkeit zum zuverlässigen und wiederholten Festlegen einer anfänglichen Resonanzfrequenz des Resonanzstifts, des Klickabstands und der durch einen auf die Spitze ausgeübten Druck hervorgerufenen Änderung der Resonanzfrequenz.
(ii) Die Fähigkeit zum Gewährleisten, daß der Klickabstand d₀ thermisch stabil ist.
(iii) Der Stift ist gegenüber Stößen besonders widerstandsfähig, weil der Ferritstab eine einfache Komponente ohne Löcher oder andere Merkmale ist, die mögliche Bereiche für das Einleiten von Rissen sind. Wenn er auf die Spitze fällt, wird der Druck des Anpralls entlang dem Ferritstab übertragen. Die kritischsten Bereiche in Hinblick auf ein Brechen sind die Enden des Stabs. In diesem Beispiel werden die Enden des Ferritstabs in eng sitzende Kunststoffteile geschoben, die sie unter Kompression halten. Keramikmaterialien, wie Ferrit, und andere ähnliche magnetische Materialien sind stoßfester, wenn sie komprimiert werden. Die Verwendung eines einfachen zylindrischen Ferritstabs verringert infolge seiner einfachen Form auch die Herstellungskosten. Es wird dadurch auch ermöglicht, eine sehr enge Durchmessertoleranz und eine verhältnismäßig enge Längentoleranz einzuhalten. Die Durchmessertoleranz ist wichtig, weil der Ferritstab dafür ausgelegt ist, innerhalb der Spule frei, jedoch ohne einen erheblichen Zwischenraum zu laufen.
(iv) Die Induktorspule ist verglichen mit der Länge des Ferritstabs verhältnismäßig kurz und am fernen Ende von der Spitze getrennt angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein großer Betrag von dF/dd₁, was erwünscht ist, um den Klickabstand d₀ für eine erforderliche Frequenzänderung dF zu minimieren. Eine längere Spule oder eine Spule, die näher an der Spitze liegt, führt zu einem niedrigeren dF/dd₁, und der Klickabstand d₀ müßte für eine gewünschte Frequenzänderung dF vergrößert werden. Die Spulenposition ermöglicht es auch, daß der Durchmesser des Stifts zur Spitze hin verringert wird, wodurch dem Benutzer ein verbessertes Gefühl für den Stift gegeben wird. Falls die Spule dichter an der Spitze liegen würde, wäre die Durchmesserverringerung infolge der verringerten Kunststoffwanddicke nicht möglich.
(v) Die Stiftkonstruktion verwendet eine herkömmliche Metallvorspannungsfeder 163 mit einer verhältnismäßig hohen Größe. Hierdurch wird es leichter, eine niedrige Betätigungskraft für die Spitze zu erhalten, wodurch sich für den Stift ein qualitativ hochwertiger Eindruck ergibt. Dies bedeutet auch, daß der Benutzer nicht stark gegen die Schreibfläche drücken muß, die in diesem Beispiel die Oberfläche der LCD ist, die durch eine übermäßige Kraft beschädigt werden könnte.
(vi) Die Induktorspule des Resonanzkreises muß so gewickelt werden, daß die Anzahl der Windungen konstant ist. Dies führt zu einer verhältnismäßig konstanten Resonanzfrequenz, wenn die Spule in Zusammenhang mit dem Ferritstab und dem Kondensator verwendet wird. Weil sich der Drahtdurchmesser der Spule jedoch ändern kann, kann sich auch die Wicklungslänge der Induktorspule ändern, falls die Anzahl der Windungen konstant ist. Diese Änderung der Länge der Induktorspule wird durch die gleitende Preßsitzanordnung des Hinterkörperabschnitts mit dem Vorderkörperabschnitt des Stifts kompensiert, weil der Hinterkörperabschnitt in den Vorderkörperabschnitt gleitet, bis er die Spule sandwichförmig zwischen dem Vorderkörperabschnitt und dem zweiten Bewegungsbegrenzungselement aufnimmt.
(vii) Das zweite Bewegungsbegrenzungselement 157 paßt über das erste Bewegungsbegrenzungselement 155, wodurch die Montage erleichtert wird. Trotz der diesem Entwurf anhaftenden Asymmetrie erscheint der endgültige Stift dem Benutzer jedoch symmetrisch, weil die Spitze 159 darauf beschränkt ist, sich nur entlang der Längsachse des Stiftkörpers 151 zu bewegen.
(viii) Weil die Spitze 159 verhältnismäßig scharf ist und sich im Durchmesser verringert, wird es dem Benutzer ermöglicht, den Stift unter einem Winkel zu verwenden, der der normale Schreibstil der meisten Benutzer ist. Dies läßt sich schwer erreichen, weil es wichtig ist, daß der Ferritstab 153 so dicht wie möglich am Spitzenende liegt. Falls dies nicht der Fall ist, würde der Stift einen kürzeren Ferritstab 153 benötigen, um die gleiche Neigungs unempfindlichkeit des Systems zu erreichen, die vorstehend erörtert wurde. Durch das Verkürzen des Ferritstabs wird jedoch der effektive magnetische Querschnitt des Resonanzkreises und der Q-Faktor verkleinert, was beides zu reduzierten Signalpegeln führt, woraus sich eine schlechtere Leistungsfähigkeit des Systems ergibt. Der vorstehend in 9 dargestellte Entwurf zeigt, wie der Ferritstab in der Nähe des Spitzenendes angeordnet werden kann.
(ix) Der vorstehend beschriebene Stiftentwurf ist verhältnismäßig tolerant gegenüber Längenänderungen des Ferritstabs. Der mit einer engen Toleranz versehene Anfangswert von d₁ und der Klickabstand d₀ werden durch Komponenten am fernen Ende der Induktorspule 45, getrennt von der Spitze 159, festgelegt. Falls sich die Stablänge ändert, wird hierdurch einfach die axiale Position der Spitze 159 geändert. Die Spitze 159 kann sich jedoch ohne Einschränkung frei über einen erheblichen axialen Abstand bewegen. Das effektive magnetische Zentrum des magnetisch gekoppelten Resonanzkreises in dem Stift bleibt trotz verschiedener Stablängen an einer relativ konstanten Position von der Spitze. Dies liegt daran, daß der Ferritstab unabhängig davon, welches die Länge des Stabs ist, gegen einen Endanschlag vollständig in die Spitze geschoben wird. Die Position des Spitzenendes des Ferritstabs in bezug auf die Spitze beeinflußt die Position des effektiven magnetischen Zentrums der Vorrichtung stärker als sein entgegengesetztes Ende. Die Position des effektiven magnetischen Zentrums des Stifts ist gewöhnlich so festgelegt, daß die angegebene Position das Zentrum des Spitzenradius ist, wenn er in Zusammenhang mit den vorstehend erörterten Sensorwicklungen verwendet wird.
(x) Weil die anfängliche Resonanzfrequenz des Resonators mit einer guten Toleranz versehen ist und die Frequenzänderung auch mit einer guten Toleranz versehen ist, gibt es keine Notwendigkeit, die Energie des Anregungssignals über ein verhältnismäßig breites Frequenzband zu verteilen (beispielsweise entweder durch Verkleinern der Anzahl der Übertragungsimpulse oder durch Übertragen bei verschiedenen schmalbandigen Frequenzen), um zu gewährleisten, daß die vom Resonator rückempfangenen Signale für die Positionsmessung groß genug sind. Daher ist das System energiewirksamer, woraus sich eine längere Batterielebensdauer für den handgehaltenen PDA ergibt.

MODIFIKATIONEN UND ALTERNATIVEN
In dem vorstehenden Beispiel wurde ein handgehaltener persönlicher digitaler Assistent beschrieben, der ein x-y-Digitalisiertablett aufweist, das mit einem Resonanzstift arbeitet. Es wurden verschiedene neuartige Merkmale der Wicklungen des Digitalisierers und des Stifts beschrieben, welche das System für solche kostengünstigen Anwendungen mit großer Stückzahl geeignet machen. Der kundige Leser wird verstehen, daß viele der neuartigen Aspekte des beschriebenen Systems voneinander unabhängig sind. Beispielsweise kann der vorstehend beschriebene Stift mit den in US-A-4 878 553 oder WO-A-98/58237 beschriebenen bekannten Digitalisiererwicklungen arbeiten, und die vorstehend beschriebenen Digitalisiererwicklungen können mit bekannten Stiften in der Art der in US-A-5 565 632 beschriebenen oder mit einer beliebigen anderen bekannten, ein Magnetfeld erzeugenden oder ändernden Vorrichtung arbeiten.
Es wird nun eine Anzahl von Modifikationen und alternativen Beispielen beschrieben.
Wie vorstehend erwähnt wurde, ist der Entwurf der Sensorwicklungen einer der kritischsten Aspekte des Digitalisierers, und er umfaßt das Maximieren der Digitalisierungsfläche der Sensorwicklungen. Jede der Sensorwicklungen kann in eine Anzahl von Primär-Meßleitern und Verbindungsleitern unterteilt werden, welche die Primär-Meßleiter miteinander verbinden. Mit den vorstehend beschriebenen drei Windungen aufweisenden Sensorwicklungen benötigten diese Verbindungsleiter fünf Reihen von Leiterbahnen an den Rändern der Sensor-PCB. 15a zeigt schematisch die Schleifen einer sin-x-Sensorwicklung 231 gemäß der vorliegenden Erfindung, worin die Verbindungsleiter für die inneren Schleifen 233 und 235 zwischen den Verbindungsleitern für die äußeren Schleifen 237 und 239 bzw. 241 und 243 verschachtelt sind. Wie Fachleute verstehen werden, sind nur vier Zeilen von Verbindungsbahnen auf jeder Seite der Sensor-PCB erforderlich, falls die in 15a dargestellte Wicklung der in 8b dargestellten cos-x-Wicklung überlagert ist. Dieses Verschachteln verringert daher den für diese Verbindungsbahnen erforderlichen Platz, wodurch das "tote Band" auf der Seite der Sensor-PCB verringert wird. Wie Fachleute verstehen werden, kann dieses Verschachteln an Stelle des Verschachtelns der Verbindungsbahnen für die sin-x-Sensorwicklung an der cos-x-Sensorwicklung ausgeführt werden, wie in 15b für die cos-x-Sensorwicklung 245 dargestellt ist. Wie Fachleute verstehen werden, kann weiterhin eine ähnliche Verschachtelungstechnik an den y-Positions-Sensorwicklungen ausgeführt werden.
In dem vorstehenden Beispiel wurde ein handgehaltener persönlicher digitaler Assistent beschrieben, bei dem ein hinter der LCD der Vorrichtung eingebettetes Digitalisiersystem verwendet wird. Wie Fachleute verstehen werden, kann das vorstehend beschriebene Digitalisiersystem für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Es ist jedoch für kostengünstige Verbraucherprodukte mit hoher Stückzahl, wie PDAs, Web-Browser und Mobiltelefone und dergleichen, besonders nützlich. 16 zeigt die Art, in der ein Mobiltelefon 251 angepaßt werden kann, so daß es eine Flüssigkristallanzeige 255 und unterhalb der Anzeige einen xy-Satz von Digitalisiererwicklungen in der Art der vorstehend beschriebenen aufweist, wodurch die Position eines Resonanzstifts 257 erfaßt werden kann. Das Digitalisiersystem kann verwendet werden, um es dem Benutzer zu ermöglichen, beispielsweise kurze Textnachrichten zu erzeugen, die dann vom Mobiltelefon zu einer anderen Partei gesendet werden können. Falls das Mobiltelefon beispielsweise einen Organisator aufweist, kann der Digitalisierer verwendet werden, um die Eingabe, die Manipulation und die Ausgabe von Daten vom Organisator zu steuern.
In dem ersten Beispiel verwendete das Digitalisiersystem eine Anzahl von Sensorwicklungen, eine Anregungswicklung und einen Resonanzstift. Bei einem alternativen System könnte an Stelle eines Resonanzstifts ein Stift verwendet werden, der entweder eine Kurzschlußspule oder einen Magnetfeldkonzentrator (in der Art eines Ferritstücks) aufweist. Bei solchen Systemen würden jedoch niedrigere Signalpegel in den Sensorwicklungen induziert werden, und das System könnte nicht im Impulsecho-Betriebsmodus arbeiten, weil die nicht resonanten Elemente nach Ende des Anregungssignals nicht weiter "schwingen". Bei einem weiteren alternativen System könnte an Stelle eines passiven Stifts ein mit Leistung versorgter Stift mit den vorstehend erörterten Sensorwicklungen verwendet werden. Weil der Stift in diesem Fall Leistung zum Erzeugen seines eigenen Magnetfelds aufweist, ist die Anregungswicklung nicht erforderlich, wenngleich sie noch bereitgestellt werden kann, um den Stift mit einem Phasenreferenzsignal zu versorgen. Die dem Stift zugeführte Leistung kann entweder durch eine innerhalb des Stifts enthaltene Batterie oder durch Verbinden des Stifts über eine Leitung mit einer Leistungsquelle bereitgestellt werden. Wie Fachleute verstehen werden, sind diese mit Leistung versorgten Stiftsysteme, wenngleich sie möglich sind, nicht bevorzugt, weil sie die Kosten des Stifts erhöhen und/oder eine Leitung für den Stift benötigen, wodurch die normale Verwendung der Vorrichtung durch den Benutzer gestört wird.
In dem vorstehenden Beispiel verwendete der Stift eine aus selbstbondendem Kupferdraht gebildete Induktorspule und wies keinen Kern auf. Wie vorstehend erörtert wurde, weist dies den Vorteil auf, daß der Zwischenraum zwischen dem Ferritkern und den Wicklungen der Spule sehr klein gemacht werden kann. Wie Fachleute verstehen werden, ergibt sich dieser Vorteil selbst dann, wenn ein aus Papier oder Kunststoff gebildeter dünner Kern an Stelle des traditionell verwendeten herkömmlichen, verhältnismäßig dicken Kerns verwendet wird. Der Begriff "kernlose Spule" soll in den anliegenden Ansprüchen solche Alternativen abdecken.
Im vorstehenden Beispiel wurde ein einziger Resonanzstift bereitgestellt. Wie Fachleute verstehen werden, kann das System auch mit mehreren Stiften arbeiten, die verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen. Jedem Stift kann dann eine andere Funktion in dem System zugewiesen werden.
Bei dem Stift gemäß dem vorstehenden Beispiel steht der Ferritstab immer um eine Strecke von der hinteren Fläche der Induktorspule um einen Abstand vor, der größer oder gleich dem Anfangswert von d₁ ist. Falls die Induktorspule nicht in engem Kontakt mit dem Ferritstab steht, wäre dF/dd₁ kleiner, und der Anfangswert von d₁ müßte daher nicht bis zu dem Punkt verkleinert werden, an dem es nicht mehr möglich ist, das erste Bewegungsbegrenzungselement an dem Ferritstab anzubringen, es sei denn, die Spule umgibt auch das Ende des ersten Bewegungsbegrenzungselements. Hierdurch würde jedoch der Durchmesser der Spule weiter vergrößert werden oder es wäre erforderlich, den Ferritstab zu einer nichtzylindrischen Form zu modifizieren, wodurch die Kosten und die Zerbrechlichkeit vergrößert werden.
In dem vorstehenden Beispiel waren die Bewegungsbegrenzungselemente am hinteren Teil der Induktorspule angeordnet. Wenngleich es möglich ist, die Bewegungsbegrenzungselemente vor der Induktorspule zur Spitze hin anzuordnen, ist dies nicht vorteilhaft, weil es zum Spitzenende hin weniger Platz für diese Teile gibt. Wenngleich die Vorspannungsfeder 163 weiterhin zum hinteren Teil des Stifts hin bereitgestellt wurde, kann es durch eine Feder mit einer geringen Kraft am Spitzenende der Induktorspule ersetzt werden. Bei einem solchen Stift muß die Feder jedoch möglicherweise kurz gemacht werden und daher einen unerwünscht geringen Drahtdurchmesser aufweisen, um eine niedrige Betätigungskraft für die Spitze bereitzustellen, wodurch die Komponentenkosten und die Schwierigkeiten bei der Montage erhöht werden. Weiterhin kann die Verwendung einer Metallfeder am Spitzenende die magnetischen Eigenschaften des Resonators beeinträchtigen. Eine Kunststoffederanordnung könnte stattdessen verwendet werden, diese ist jedoch für ein Kriechen im Laufe der Zeit anfällig, was zu einem Verlust der Rückstellkraft führt.
Bei dem Stift gemäß dem vorstehenden Beispiel liegt das erste Bewegungsbegrenzungselement an die hintere Fläche der Induktorspule an, wenn auf die Stiftspitze kein Druck ausgeübt wird. Dieser Zustand definiert den Anfangswert des Abstands d₁, also des Abstands, um den der Ferritstab anfänglich von der Spule vorsteht. Wie Fachleute verstehen werden, ist es auch möglich, ein anderes Element zum Definieren des Anfangswerts von d₁ zu verwenden. Es wäre in diesem Fall jedoch wichtig, den Kontakt zwischen der Spule und jeder Komponente zu verhindern, die den Ferritstab am fernen Ende von der Spitze getrennt hält. Weil der Anfangswert von d₁ klein ist, hätte diese Haltekomponente eine geringe Länge entlang dem Ferritstab, über die sie gehalten werden könnte. Daher wäre es schwierig, den Ferritstab zu halten, und es können kostspielige Herstellungsvorgänge, wie ein Kleben, erforderlich sein.
Beim Stift aus dem vorstehenden Beispiel wurde die Länge des Ferritstabs gewählt, um die Wirkung der Stiftneigung zu verringern. Wie Fachleute verstehen werden, ist es nicht erforderlich, eine Spule zu verwenden, die einen Ferritkern aufweist, um eine Neigungsunempfindlichkeit zu erreichen. Eine ähnliche Neigungsunempfindlichkeit kann durch eine geeignete Anordnung von Spulen erreicht werden. Wiederum sollte die Anordnung der Spulen derart sein, daß das durchschnittliche magnetische Zentrum der Spulen in etwa um den Wert Abstand/2π vom gewünschten scheinbaren Meßpunkt entfernt ist.
Die 17a bis 17d zeigen schematisch vier alternative Formen des Stifts. Insbesondere zeigt 17a die Spitze 159, die am Ende des Ferritkerns 153 angebracht ist. 17a zeigt auch die Spule 45, durch die der Ferritkern 153 hindurchläuft und die in diesem Beispiel auch am Stiftgehäuse 275 befestigt ist. Wie dargestellt ist, ist bei dieser Form des Stifts ein Bewegungsbegrenzungselement 277 mit einem inneren Schlitz 279 zur Bewegung mit dem Ferritstab 153 verbunden und durch die Feder 163 zur Spitze 159 hin federvorgespannt. Wie dargestellt ist, ist innerhalb des Schlitzes 279 ein Stift 281 bereitgestellt, der auch am Stiftgehäuse befestigt ist. Daher definiert in diesem Beispiel die Länge des Schlitzes 279 den Ausmaß der Bewegung der Spitze 159. 17b zeigt ein ähnliches Beispiel, wobei jedoch in diesem Fall das Bewegungsbegrenzungselement 277 in Bezug auf das Gehäuse 275 befestigt ist und der Stift 281 zur Bewegung mit dem Ferritstab, der durch die Feder 163 federvorgespannt ist, montiert ist.
Im vorstehenden Beispiel waren sowohl der Anfangsabstand zwischen dem Ende des Ferritstabs und dem Ende der Spule (d₁) als auch der Klickabstand (d₀) des Stifts festgelegt. 17c zeigt schematisch ein Beispiel, in dem nur der Anfangsabstand zwischen dem Ende des Ferritstabs und dem Ende der Spule (d₁) durch die zentrale Bohrung 283 des Bewegungsbegrenzungselements 285 festgelegt ist. Daher ist nur die Anfangsfrequenz des Resonanzkreises festgelegt. Wie Fachleute verstehen werden, ist in diesem Beispiel der Klickabstand nur durch die Strecke begrenzt, um die die Spitze in das Stiftgehäuse gedrückt werden kann.
In den vorstehenden Beispielen war der Ferritkern für eine Bewegung mit der Spitze montiert, und die Spule war am Gehäuse befestigt. Wie Fachleute verstehen werden, kann der Stift auch funktionieren, wenn der Ferritkern in Bezug auf das Gehäuse befestigt ist und die Spule mit der Spitze beweglich montiert ist. Ein solches Beispiel ist in 17d schematisch dargestellt, worin gezeigt ist, daß die Spule 45 für eine Bewegung mit der Spitze 159 angebracht ist und der Ferritkern 153 am Gehäuse 275 befestigt ist. Verschiedene andere Modifikationen des Stifts werden Fachleuten einfallen, und sie werden hier nicht näher beschrieben.
Im vorstehenden Beispiel war für jede Sensorwicklung ein Verarbeitungskanal mit zwei Mischern und einem Integrator bereitgestellt. Bei einem alternativen System kann ein einziger Verarbeitungskanal verwendet werden, um die in allen Sensorwicklungen induzierten Signale zeitmultiplexiert zu verarbeiten. Wie Fachleute verstehen werden, wird hierdurch die zum Erhalten einer Positionsmessung erforderliche Zeit erhöht, wenngleich dadurch die Komplexität der Verarbeitungselektronik verringert wird.
Im vorstehenden Beispiel waren die Sensorwicklungen so eingerichtet, daß sie eine Empfindlichkeit für das Magnetfeld des Resonators aufwiesen, die sich über den Meßbereich in etwa wie eine einzige Periode einer Sinuswelle ändert. Wie Fachleute verstehen werden, können die Sensorwicklungen so eingerichtet werden, daß sich diese Empfindlichkeit über mehrere Perioden einer Sinuswelle ändert. In diesem Fall muß das System die aktuelle Periode verfolgen, in der sich der Resonanzstift befindet. Beispiele solcher mehrperiodischer Wicklungen können der früheren Internationalen Anmeldung WO-A-98/58237 entnommen werden. Eine andere Alternative besteht darin, daß die Sensorwicklungen so eingerichtet werden, daß sich ihre Empfindlichkeit für das Magnetfeld des Resonators über die Meßfläche über einen Bruchteil einer Sinuswelle ändert. Ein solches Beispiel ist bei Anwendungen besonders nützlich, bei denen die Meßfläche rechteckig ist, um zu gewährleisten, daß die Abstände der x-Sensorwicklungen und der y-Sensorwicklungen gleich sind. Wie Fachleute verstehen werden, wird hierdurch die Neigungsunempfindlichkeit des Systems verbessert, falls der Stift wie vorstehend beschrieben entworfen ist.
In dem vorstehenden Beispiel wurde die Anregungswicklung zum Zuführen von Energie zum Resonator verwendet, und die in den Sensorwicklungen empfangenen Signale wurden verwendet, um die Resonatorposition zu identifizieren. Bei einem alternativen System können die Sensorwicklungen verwendet werden, um dem Resonator Energie zuzuführen, und die an der Anregungswicklung empfangenen Signale können zum Identifizieren des Orts des Resonators verwendet werden. Bei einem solchen System müßte entweder den Sensorwicklungen wiederum Energie zugeführt werden, oder es müßte jeder Sensorwicklung eine eigene Anregungsfrequenz zugeführt werden (wofür in dem Resonator getrennte Resonanzkreise erforderlich wären, die bei diesen Frequenzen in Resonanz schwingen), falls den Sensorwicklungen gemeinsam Energie zugeführt wird, so daß die Verarbeitungselektronik die empfangenen Signale unterscheiden kann. Alternativ könnte das System durch Erregen des Resonators unter Verwendung einer der Sensorwicklungen und anschließendes Empfangen des Signals vom Resonator auf einer anderen Sensorwicklung arbeiten. Die Art, in der ein solches System arbeiten kann, ist in der früheren internationalen Anmeldung WO-A-98/58237 beschrieben.
Im vorstehenden Beispiel war die Anregungswicklung um die Außenseite der Sensorwicklungen gewickelt. Um den Meßbereich der Sensorwicklungen so weit wie möglich zum Rand der Sensor-PCB hin zu erweitern, können einige der Windungen der Anregungsspule alternativ mit den Leitern der Sensorwicklungen verschachtelt werden. Diese Anordnung kann auch dabei helfen, über die gesamte Sensorplatte ein gleichmäßiges äußeres Spulenfeld bzw. eine gleichmäßige Empfindlichkeit aufrechtzuerhalten, was dabei hilft, den Dynamikbereich des Sensorsystems zu minimieren und dadurch den Entwurf zu vereinfachen.
Die Sensor-PCB, die die Anregungs- und Sensorwicklungen trägt, kann auf einer flexiblen gedruckten Schaltungsplatte hergestellt werden. In diesem Fall kann der Verbindungsabschnitt erweitert werden, um einen flexiblen Ausläufer zum Verbinden der Spulen mit der Verarbeitungselektronik zu bilden. Eine flexible PCB kann auch verwendet werden, um die Dicke der Sensorplatte zu minimieren, beispielsweise auf weniger als 0,2 mm.
Wie vorstehend beschrieben wurde, weist jede der Sensorwicklungen eine Anzahl von Primär-Meßleitern und eine Anzahl von Verbindungsleitern zum Verbinden der Primär-Meßleiter miteinander auf. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel befanden sich die Primär-Meßleiter für die x-Positions-Sensorwicklungen im wesentlichen in der y-Richtung, während sich jene für die y-Positions-Sensorwicklungen im wesentlichen in der x-Richtung erstreckten. Wie Fachleute verstehen werden, ist dies nicht wesentlich, und die Primär-Meßleiter müssen nur die relevante Meßrichtung kreuzen.
In dem vorstehenden Beispiel war eine elektrostatische Abschirmung aus einer Schicht aus Kohlenstofftinte zwischen der Sensor-PCB und der Hintergrundbeleuchtung für die LCD bereitgestellt. Es können auch andere leitende Schichten, wie eine aufgedampfte Aluminiumfilm-Beschichtung oder eine quer gestreifte, fischgrätenförmige oder kammförmige Kupferschicht, verwendet werden. Falls alternativ die Basis der elektrolumineszenten Hintergrundbeleuchtungsschicht 11 geerdet werden kann, kann diese stattdessen wirksam als die elektrostatische Abschirmung wirken.
Im vorstehenden Beispiel wurde ein handgehaltener persönlicher digitaler Assistent beschrieben, bei dem eine Flüssigkristallanzeige verwendet wird. Wie Fachleute verstehen werden, kann das erwähnte Digitalisiersystem auch mit anderen Bildschirmtypen, wie TFT-Bildschirmen und dergleichen, verwendet werden.
Im vorstehenden Beispiel befand sich die Sensor-PCB direkt unterhalb der LCD der handgehaltenen PDA-Vorrichtung. Wie Fachleute verstehen werden, braucht die Sensor-PCB nicht unterhalb der LCD angeordnet werden, und sie kann beispielsweise auf einer Seite von dieser angeordnet werden. Falls dies jedoch der Fall ist, muß die Gesamtgröße der Vorrichtung höher sein.
Im vorstehenden Beispiel wurde jede der Sensorwicklungen unter Verwendung von drei Leiterwindungen gebildet. Wie Fachleute verstehen werden, können die Sensorwicklungen auch unter Verwendung einer einzigen Leiterwindung gebildet werden. Dies ist jedoch nicht bevorzugt, weil die Empfindlichkeit der Sensorwicklung von dem vom Resonator erzeugten Magnetfeld weniger sinusförmig ist und die ausgegebenen Signalpegel kleiner sind. Es ist daher bevorzugt, daß die Sensorwicklungen so viele Windungen wie möglich aufweisen.
Im vorstehenden Beispiel wurden die phasengleichen Signale und die Quadraturphasensignale von einer der Sensorwicklungen verwendet, um elektrische Phaseninformationen für den Resonator zu bestimmen, welche die Frequenzdifferenz zwischen der Anregungsfrequenz und der Resonanzfrequenz des Resonators angeben. In diesem Beispiel stand die Anregungsfrequenz fest. In einem alternativen Beispiel können die bestimmten elektrischen Phaseninformationen zum Steuern der Anregungsfrequenz verwendet werden, um eine erfaßte Resonatorphase bei einem vorbestimmten Wert zu halten. Der Vorteil hiervon besteht darin, daß dadurch die zur Positionsberechnung verwendete Signalpegelausgabe von den Integratoren maximiert wird.
In dem vorstehenden Beispiel wurden die in den Sensorwicklungen induzierten Signale mit dem Anregungssignal und einer um 90° phasenverschobenen Version des Anregungssignals gemischt, um phasengleiche Ausgaben und Quadraturphasenausgaben zu erzeugen, anhand derer die elektrischen Phaseninformationen des Resonators bestimmt wurden. Wie Fachleute verstehen werden, können auch andere Techniken verwendet werden, um diese elektrischen Phaseninformationen des Resonators zu extrahieren, wie der Zeitpunkt der Nulldurchgänge der Resonatorsignale, wenngleich diese Technik nicht bevorzugt ist, weil sie rauschempfindlich ist.
Im vorstehenden Beispiel wurden zweidimensionale x-y-Digitalisiersysteme beschrieben. Wie Fachleute verstehen werden, sind einige Aspekte der vorliegenden Erfindung jedoch nicht auf zweidimensionale Positionscodierer beschränkt. Insbesondere können einige Aspekte der vorliegenden Erfindung in einen eindimensionalen linearen oder drehbaren Positionscodierer aufgenommen werden. Beispielsweise könnte der vorstehend beschriebene Resonanzstift auch in einem linearen Positionsdetektor verwendet werden.
Im vorstehenden Beispiel wurden die von den Sensorwicklungen ausgegebenen Signale verwendet, und Positionsmessungen wurden durch Ausführen einer Arkustangensberechnung erhalten. Wie Fachleute verstehen werden, ist es möglich, den empfangenen Signalen Positionsinformationen zu entnehmen, ohne daß eine solche Arkustangensberechnung ausgeführt wird. In der früheren internationalen Anmeldung WO-A-98/00921 oder WO-A-90/34171 des Anmelders sind alternative Techniken zum Bestimmen der Positionsinformationen anhand der in den Sensorwicklungen induzierten Signale offenbart.
In den vorstehenden Beispielen wurden zwei Phasenquadratur-Sensorwicklungen sowohl in x- als auch in y-Richtung verwendet, um Signale zu erzeugen, die sich mit der Position in Phasenquadratur zueinander änderten. Wie Fachleute verstehen werden, ist dies nicht wesentlich. Solange die Wicklungen entlang der Meßachse um eine von null verschiedene Phasenverschiebung oder eine Phasenverschiebung, die kein Vielfaches von 180° ist, getrennt sind, können die in den Sensorwicklungen induzierten Signale verarbeitet werden, um die Positionsinformationen zu entnehmen.
Verschiedene andere Modifikationen und Alternativen werden Fachleuten einfallen.

Claims

Wicklung (231) zur Verwendung in einem Positionsdetektor, mit wenigstens zwei Schleifensätzen (233, 237, 239; 235, 241, 243), die in einer Meßrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei jeder Schleifensatz eine äußere Schleife (237; 241), eine innere Schleife (233; 235) und wenigstens eine dazwischenliegende Schleife (239; 243) aufweist; wobei jede Schleife mehrere die Meßrichtung kreuzende Primärleiter und mehrere in der Meßrichtung verlaufende Verbindungsleiter zum Verbinden der Primärleiter miteinander aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter für die innere Schleife (233; 235) zwischen den Verbindungsleitern für wenigstens eine der dazwischenliegenden Schleifen (239; 243) und den Verbindungsleitern für die äußere Schleife (237; 241) angeordnet sind.
Wicklung nach Anspruch 1, wobei die Leiter durch Leiterbahnen auf einer in der Meßrichtung verlaufenden Isolatorbasis (13) gebildet sind.
Wicklung nach Anspruch 2, wobei die Leiter durch mehrere Leiterbahnen auf einer gedruckten Schaltungsplatte (13) gebildet sind.
Wicklung nach Anspruch 3, wobei die gedruckte Schaltungsplatte (13) zweischichtig ist.
Wicklung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die gedruckte Schaltungsplatte (13) flexibel ist.
Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schleifen (233, 235, 237, 239, 241, 243) der wenigstens zwei Schleifensätze so angeordnet sind, daß in Schleifen des gleichen Satzes durch ein allgemeines Hintergrund-Wechselmagnetfeld induzierte EMKs aufsummiert werden und in den Schleifen eines Satzes durch ein allgemeines Hintergrund-Wechselmagnetfeld induzierte EMKs den in den Schleifen des anderen Satzes induzierten EMKs entgegenwirken.
Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Schleifensatz (233, 237, 239; 235, 241, 243) die gleiche Anzahl von Schleifen aufweist.
Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Schleifensatz (233, 237, 239; 235, 241, 243) so angeordnet ist, daß er im wesentlichen die gleiche Fläche einschließt.
Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Primärleiter mit abund zunehmender Dichte in der Meßrichtung angeordnet sind.
Wicklung nach Anspruch 9, wobei der Abstand zwischen benachbarten Primärleitern in sinusförmiger Weise längs der Meßrichtung variiert.
Gerät zur Verwendung in einem x-y-Positionsdetektor, mit einer ersten Wicklung (231), die eine Wicklung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche darstellt und im wesentlichen über die gesamte Meßfläche des x-y-Positionsdetektors verläuft; und einer zweiten Wicklung (35), die im wesentlichen über die gesamte Meßfläche des x-y-Positionsdetektors verläuft, wobei die erste und die zweite Wicklung (231; 35) durch mehrere Leiter gebildet sind, die auf zwei Seiten einer Isolatorbasis (13) gebildet und an vorgesehenen Stellen durch die Basis hindurch verbunden sind, die Leiter der ersten Wicklung (231) mehrere Primärleiter, die im wesentlichen in y-Richtung verlaufen und als Array über die Meßfläche verteilt sind, und mehrere Verbindungsleiter, die im wesentlichen in x-Richtung an den in x-Richtung verlaufenden Seiten der Meßfläche verlaufen, aufweisen, die Leiter der zweiten Wicklung (35) mehrere Primärleiter, die im wesentlichen in x-Richtung verlaufen und als Array über die Meßfläche verteilt sind, und mehrere Verbindungsleiter, die im wesentlichen in y-Richtung an den in y-Richtung verlaufenden Seiten der Meßfläche verlaufen, aufweisen, und die Verbindungsleiter der ersten Wicklung (231) näher an einem Zentralbereich der Meßfläche angeordnet sind als die äußersten Primärleiter der zweiten Wicklung (35).
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Leiter der zweiten Wicklung so angeordnet sind, daß sie wenigstens zwei in y-Richtung aufeinanderfolgende Schleifensätze bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Schleifen der wenigstens zwei Schleifensätze der zweiten Wicklung (35) so angeordnet sind, daß in Schleifen des gleichen Satzes durch ein allgemeines Hintergrund-Wechselmagnetfeld induzierte EMKs aufsummiert werden und in den Schleifen eines Satzes durch ein allgemeines Hintergrund-Wechselmagnetfeld induzierte EMKs den in den Schleifen des anderen Satzes induzierten EMKs entgegenwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei jeder Schleifensatz der zweiten Wicklung (35) die gleiche Anzahl von Schleifen aufweist.
Wicklung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei jeder Schleifensatz der zweiten Wicklung (35) so angeordnet ist, daß er im wesentlichen die gleiche Fläche einschließt.
Wicklung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Primärleiter der zweiten Wicklung (35) mit ab- und zunehmender Dichte längs der y-Richtung angeordnet sind.
Wicklung nach Anspruch 16, wobei der Abstand zwischen den Primärleitern der zweiten Wicklung (35) in sinusförmiger Weise längs der y-Richtung variiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, ferner mit einer dritten und einer vierten Wicklung (33, 37), die im wesentlichen über die gesamte Meßfläche des x-y-Positionsdetektors verlaufen, wobei die dritte und die vierte Wicklung (33, 37) durch mehrere Leiter gebildet werden, die auf den zwei Seiten der Isolatorbasis (13) gebildet und an geeigneten Stellen durch die Basis hindurch verbunden sind, die Leiter der dritten Wicklung (33) mehrere Primärleiter, die im wesentlichen in y-Richtung verlaufen und als Array über die Meßfläche verteilt sind, und mehrere Verbindungsleiter, die im wesentlichen in x-Richtung an den in x-Richtung verlaufenden Seiten der Meßfläche verlaufen, aufweisen, und die Leiter der vierten Wicklung (37) mehrere Primärleiter, die im wesentlichen in x-Richtung verlaufen und als Array über die Meßfläche verteilt sind, und mehrere Verbindungsleiter, die im wesentlichen in y-Richtung an den in y-Richtung verlaufenden Seiten der Meßfläche verlaufen, aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Verbindungsleiter der dritten Wicklung (33) näher an dem Zentralbereich der Meßfläche liegen als die äußersten Primärleitungen der zweiten Wicklung (37).
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Verbindungsleiter der dritten Wicklung (33) näher an dem Zentralbereich der Meßfläche liegen als die äußersten Primärwicklungen der vierten Wicklung (37).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die meisten der in x-Richtung verlaufenden Leiter auf einer Seite der Isolatorbasis (13) und die meisten der in y-Richtung verlaufenden Leiter auf der anderen Seite der Isolatorbasis (13) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, ferner mit einer Wicklung (29), die mehrere Leiterwindungen aufweist, die um den Umfang der Isolatorbasis (13) gewikkelt sind.
Vorrichtung zur Verwendung in einem Positionsdetektor, mit einer ersten Wicklung (29), die mehrere um einen Umfang einer Meßfläche gewikkelte Leiterwindungen aufweist; und einer zweiten Wicklung (231), die eine Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 darstellt, im wesentlichen über die Meßfläche verläuft und wenigstens zwei in Serie geschaltete Schleifen aufweist, die in einer Meßrichtung aufeinanderfolgend innerhalb der Meßfläche angeordnet sind, wobei jede Schleife mehrere die Meßrichtung kreuzende Primärleiter und mehrere in der Meßrichtung verlaufende Verbindungsleiter zum Verbinden der Primärleiter miteinander aufweist, wobei wenigstens einer der Primärleiter der zweiten Wicklung (231) zwischen den Leiterwindungen der ersten Wicklung (29) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, ferner mit einer dritten Wicklung (35), die im wesentlichen über die Meßfläche verläuft und wenigstens zwei in Serie geschaltete Schleifen aufweist, die in einer zweiten unterschiedlichen Meßrichtung aufeinanderfolgend innerhalb der Meßfläche angeordnet sind, wobei jede Schleife mehrere die zweite Meßrichtung kreuzende Primärleiter und mehrere in der zweiten Meßrichtung verlaufende Verbindungsleiter zur Verbindung der Primärleiter miteinander aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die zweite Meßrichtung im wesentlichen senkrecht zu der Meßrichtung der zweiten Wicklung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, wobei wenigstens eine der Primärleitungen der dritten Wicklung (35) zwischen den Leiterwindungen der ersten Wicklung (29) angeordnet ist.
Vorrichtung zur Verwendung beim Messen oder Erzeugen von Magnetfeldern in einem Positionsdetektor, mit einer Wicklung (231) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Messen oder Erzeugen von Magnetfeldern; und einer Schleuderschmelzband-Schicht (21), die unter der wenigstens einen Leiterschicht angeordnet ist, um einen Durchgangsweg für magnetischen Fluß hinter die Leiterschicht zu schaffen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Schleuderschmelzband-Schicht (21) zwischen 15 μm und 50 μm dick ist.
Kombination einer Wicklung (231) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Stift (5), wobei der Stift aufweist: ein längliches Gehäuse (152; 154); eine an einem Ende (152) des Gehäuses angebrachte bewegliche Spitze (159) zur axialen Bewegung relativ dazu in einer ersten Richtung von einer rückgezogenen in eine vorgeschobene Position und in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung von der vorgeschobenen in die rückgezogene Position; eine Meßspule (45), die in dem Gehäuse befestigt ist und eine in die zweite Richtung weisende Anstoßfläche aufweist; ein an der Spitze (159) angebrachtes Flußkopplungselement (153) zur Bewegung relativ zu der Spule (45); und eine Bewegungsbegrenzungseinrichtung (155, 157) zum Definieren des Bewegungsausmaßes der Spitze (159) relativ zu dem Gehäuse (152; 154) zwischen der vorgeschobenen und der rückgezogenen Position, wobei die Bewegungsbegrenzungseinrichtung aufweist: ein erstes Begrenzungselement (155), das an dem Flußkopplungselement (153) angebracht ist und eine erste, in die erste Richtung weisende Anstoßfläche und eine zweite, in die zweite Richtung weisende Anstoßfläche aufweist; und ein zweites Begrenzungselement (157), das axial neben der Spule (45) in dem Gehäuse befestigt ist und eine erste und eine zweite in die erste Richtung weisende Anstoßfläche aufweist, wobei die erste Anstoßfläche die Anstoßfläche der Spule kontaktiert, wobei die Anordnung so ausgelegt ist, daß, wenn die Spitze (159) in der rückgezogenen Position ist, die zweite Anstoßfläche des ersten Begrenzungselements (155) die zweite Anstoßfläche des zweiten Begrenzungselements (157) kontaktiert, und, wenn die Spitze (159) in der vorgeschobenen Position ist, die zweite Anstoßfläche des ersten Begrenzungselements die Anstoßfläche der Spule (45) kontaktiert.
Kombination nach Anspruch 29, wobei das Flußkopplungselement (153) länglich ist und das erste Begrenzungselement (155) eine Blindbohrung vorbestimmter Tiefe zum Aufnehmen und Halten des länglichen Flußkopplungselements (153) aufweist, wodurch, wenn die Spitze (159) in der vorgeschobenen Position ist, das Ende des länglichen Elements einen vorbestimmten Abstand von der Anstoßfläche der Spule (45) aufweist.
Kombination nach Anspruch 29 oder 30, wobei das erste Begrenzungselement (155) innerhalb eines Kanals des zweiten Begrenzungselements (157) gleitet.
Kombination nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei das Bewegungsausmaß der Spitze (159) durch den Unterschied zwischen dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Anstoßfläche des zweiten Begrenzungselements (157) und dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Anstoßfläche des ersten Begrenzungselements (155) definiert ist.
Kombination nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei das erste und das zweite Begrenzungselement (155, 157) durch ein Spritzgußverfahren hergestellt sind.
Kombination einer Wicklung (231) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Stift (5), wobei der Stift aufweist: ein längliches Gehäuse (152; 154); eine an einem Ende (152) des Gehäuses angebrachte bewegliche Spitze (159) zur axialen Bewegung relativ dazu in einer ersten Richtung von einer rückgezogenen in eine vorgeschobene Position und in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung von der vorgeschobenen in die rückgezogene Position; eine Meßspule (45), die in dem Gehäuse befestigt ist und eine in die zweite Richtung weisende Anstoßfläche aufweist; ein Flußkopplungselement (153), das an der Spitze (159) zur Bewegung relativ zu der Spule (45) angebracht ist; und eine Bewegungsbegrenzungseinrichtung (155, 157) zum Definieren des Bewegungsausmaßes der Spitze (159) relativ zu dem Gehäuse (152; 154) zwischen der vorgeschobenen und der rückgezogenen Position, wobei die Bewegungsbegrenzungseinrichtung ein Begrenzungselement (155) aufweist, das an dem Flußkopplungselement (153) angebracht ist und eine in die erste Richtung weisende Anstoßfläche zum Kontaktieren der Anstoßfläche, wenn die Spitze in der vorgeschobenen Position ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußkopplungselement (153) länglich ist und das Begrenzungselement (155) eine Blindbohrung vorbestimmter Tiefe zum Aufnehmen und Halten des länglichen Elements aufweist, wodurch, wenn die Spitze (159) in der vorgeschobenen Position ist, das Ende des länglichen Elements (153) einen vorbestimmten Abstand von der Anstoßfläche der Spule (45) aufweist.
Kombination einer Wicklung (231) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Stift (5), wobei der Stift (5) aufweist: ein längliches Gehäuse (152; 154); eine an einem Ende (152) des Gehäuses angebrachte bewegliche Spitze (159) zur axialen Bewegung zwischen einer rückgezogenen und einer vorgeschobene Position; eine kernlose Meßspule (45); und ein durch die Spule verlaufendes Flußkopplungselement (153), wobei die kernlose Spule (45) und das Flußkopplungselement (153) zur relativen Bewegung mit der Bewegung der Spitze (159) angebracht sind, wodurch sich die Induktivität der Spule (45) mit der Bewegung der Spitze (159) ändert.
Kombination einer Wicklung (231) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Stift (5), wobei der Stift (5) aufweist: ein längliches Gehäuse (152; 154); eine an einem Ende (152) des Gehäuses angebrachte bewegliche Spitze (159) zur axialen Bewegung relativ dazu in einer ersten Richtung von einer rückgezogenen in eine vorgeschobene Position und in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung von der vorgeschobenen in die rückgezogene Position; eine Meßspule (45); und ein Flußkopplungselement (153), wobei die Meßspule (45) und das Flußkopplungselement (153) zur relativen Bewegung mit der Bewegung der Spitze (159) angebracht sind, wodurch sich die Induktivität der Spule (45) mit der Bewegung der Spitze (159) ändert, gekennzeichnet durch eine Bewegungsbegrenzungseinrichtung (155, 157), die das Bewegungsausmaßes der Spitze relativ zu dem Gehäuse zwischen der vorgeschobenen und der rückgezogenen Position definiert, wobei die Bewegungsbegrenzungseinrichtung ein erstes Bewegungsbegrenzungselement (155), das zur Bewegung mit der Spitze (159) angebracht ist, und ein zweites an dem Gehäuse befestigtes Bewegungsbegrenzungselement aufweist, wobei das erste und das zweite Begrenzungselement (155, 157) eine erste in die erste Richtung weisende Anstoßfläche und eine zweite in die zweite Richtung weisende Anstoßfläche aufweisen, und die Anordnung so ausgelegt ist, daß, wenn die Spitze (159) in der rückgezogenen Position ist, die zweite Anstoßfläche des ersten Begrenzungselements (155) die erste Anstoßfläche des zweiten Begrenzungselements (157) kontaktiert, und, wenn die Spitze (159) in der vorgeschobenen Position ist, die erste Anstoßfläche des ersten Begrenzungselements (155) die zweite Anstoßfläche des zweiten Begrenzungselements (157) kontaktiert.
Kombination nach Anspruch 36, wobei das erste Begrenzungselement ein längliches Teil mit einem Schlitz aufweist, und das zweite Begrenzungselement eine Einrichtung enthält, die innerhalb des Schlitzes gleitet.
Kombination einer Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Stift (5), wobei der Stift (5) aufweist: ein längliches Gehäuse (152; 154); eine an einem Ende (152) des Gehäuses angebrachte bewegliche Spitze (159) zur axialen Bewegung relativ dazu in einer ersten Richtung von einer rückgezogenen in eine vorgeschobene Position und in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung von der vorgeschobenen in die rückgezogene Position; eine Meßspule (45) mit einer Anstoßfläche; ein Flußkopplungselement (153), wobei die Meßspule (45) und das Flußkopplungselement (153) zur relativen Bewegung mit der Bewegung der Spitze (159) angebracht sind, wodurch sich die Induktivität der Spule (45) mit der Bewegung der Spitze (159) ändert; und eine Einrichtung (155) zum Begrenzen der Bewegung der Spitze (159) relativ zu dem Gehäuse (152, 154), mit einem Begrenzungselement (155), das zur Bewegung mit der Spitze (159) angebracht ist und eine erste in die erste Richtung weisende Anstoßfläche zum Kontaktieren der Anstoßfläche der Spule (45), wenn die Spitze (159) in der vorgeschobenen Position ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußkopplungselement (153) länglich ist und das Begrenzungselement (155) eine Blindbohrung vorbestimmter Tiefe innerhalb der Anstoßfläche zum Aufnehmen und Halten des länglichen Elements (153) aufweist, wodurch, wenn die Spitze (159) in der vorgeschobenen Position ist, das Ende des länglichen Elements (153) einen vorbestimmten Abstand von der Anstoßfläche der Spule (45) aufweist.
Kombination nach einem der Ansprüche 29 bis 38, wobei das Flußkopplungselement (153) einen Ferritstab aufweist.
Kombination nach einem der Ansprüche 29 bis 39, wobei die Spule (45) ein Solenoid darstellt, dessen Achse im wesentlichen koaxial zur Gehäuseachse liegt.
Kombination nach einem der Ansprüche 29 bis 40, ferner mit einer Vorspanneinrichtung (163) zum Vorspannen der Spitze (159) in die vorgeschobene Position.
Kombination nach Anspruch 41, wobei die Vorspanneinrichtung (163) eine Federeinrichtung aufweist, die gegen das Gehäuse und die Bewegungsbegrenzungseinrichtung wirkt.
Kombination nach einem der Ansprüche 29 bis 42, wobei die Spule (45) durch einen selbstbondenden Draht gebildet ist.
Kombination nach einem der Ansprüche 29 bis 43, ferner mit einem an die Enden der Spule angeschlossenen Kondensator (45) zum Bilden eines Resonanzkreises (4).
Kombination nach einem der Ansprüche 29 bis 44, wobei das Gehäuse einen vorderen Bereich (152) und einen hinteren Bereich (154) aufweist, die im Preßsitz zusammenpassen.
Kombination einer Wicklung (231) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die periodisch ist, mit einem Stift (5), umfassend einen Magnetfeldgenerator (45) mit einem mittleren magnetischen Zentrum, das etwa das 1/2π-fache der Ganghöhe der periodischen Wicklung (231) von einem gewünschten scheinbaren Meßpunkt angeordnet ist.
Kombination nach Anspruch 46, wobei der gewünschte scheinbare Meßpunkt in etwa der Spitze (159) des Stifts (5) entspricht.
Verfahren zum Erfassen der Position eines ersten und eines zweiten Teils, die relativ längs eines Meßpfads bewegbar sind, wobei eine Wicklung (231) gemäß. einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 28 an dem ersten oder dem zweiten Teil vorgesehen wird; ein Magnetfeldgenerator (45) an dem anderen Teil vorgesehen wird; mittels des Generators (45) ein Magnetfeld erzeugt wird; und das erzeugte Magnetfeld mit der Wicklung (231) bzw. der Vorrichtung erfaßt und daraus die Relativposition des ersten und des zweiten Teils bestimmt wird.
Verfahren zum Erfassen der Position eines ersten und eines zweiten Teils, die längs eines Meßpfads relativ bewegbar sind, wobei eine Wicklung (231) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 28 an dem ersten oder dem zweiten Teil vorgesehen wird; ein Magnetfelddetektor (45) an dem anderen Teil vorgesehen wird; ein Magnetfeld mit der Wicklung (231) bzw. der Vorrichtung erzeugt wird; und das erzeugte Magnetfeld mit dem Magnetfelddetektor (45) erfaßt und daraus die Relativposition des ersten und des zweiten Teils bestimmt wird.
Tragbare Daten-Ein/Ausgabevorrichtung mit einer Wicklung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 28.
Vorrichtung nach Anspruch 50, ferner mit einem Display (3), wobei die Wicklung (231) bzw. die Vorrichtung hinter dem Display (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 50 oder 51, wobei die Vorrichtung ein persönlicher digitaler Assistent ist.
Vorrichtung nach Anspruch 50 oder 51, wobei die Vorrichtung ein Mobiltelefon ist.