Сетка координатных шин планшета для устройства считывания графической информации

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может найти применение в крупноформатных планшетных устройствах для считывания графической информации (дигитайзерах). Задачей полезной модели является упрощение конструкции, повышение надежности, расширение класса крупноформатных дигитайзеров. Задача решается за счет того, что сетка координатных шин планшета для устройства считывания графической информации, содержащая группу параллельных попарно соединенных перемычками в основной последовательный контур координатных шин, выполненных по форме меандр, в которую с целью упрощения и расширения функциональных возможностей введены дополнительные последовательные контуры, подобные основному, причем каждый из этих контуров располагается на продолжении соседнего с ним, ориентирован по отношению к нему зеркально подобно и удален от соседних контуров в направлении осей координатных шин на минимальные расстояния между концами одноименных координатных шин и зеркально расположенных попарно соединяющих их перемычек.

Предлагаемое техническое решение относится к области автоматики и вычислительной техники и может найти применение, в частности, в крупноформатных индукционных планшетных устройствах для считывания графической информации (дигитайзерах), а также при создании оригинальных конструкций дигитайзеров, выполненных в портативном варианте, например, в виде двух и более секций, соединенных в стык, в форме стола-книги, складной гармошки и.т.п., не имеющих аналогов в мировой практике.

Известны сетки координатных шин планшета для устройств считывания графической информации, содержащие группу из множества параллельных уложенных с периодом d координатных шин, попарно соединенных соединительными проводниками (перемычками) в последовательную цепь, по форме отвечающей графикам периодических двоично квантованных функций с чередующимися единичными и нулевыми значениями [1]. (В теории сигналов подобные по форме двоично квантованные периодические сигналы с равными в пределах периода длительностями единичного и нулевого значений называют «меандром»). Меандр имеет скважность, т.е. отношение длительности единичного состояния сигнала к периоду его повторения Q=0,5.

Известны подобные вышеупомянутым сетки координатных шин планшета для считывания графической информации, в которых некоторые шины выполнены в виде двух и более параллельных линейных проводников каждая с целью упрощения планшета [2].

Наиболее близким аналогом предлагаемому техническому решению (прототип) является сетка, содержащая по одной дополнительной координатной шине с каждой стороны, которые объединены соединительными проводниками между их одноименными концами в замкнутую рамку, причем свободный конец первой по счету координатной шины сетки непосредственно, а одноименный конец последней по счету координатной шины - через перемычку между ним и одноименным концом близлежащей дополнительной координатной шины связаны с входными клеммами сетки [3]. Другими словами, соединительные проводники рамки совместно с дополнительными координатными шинами составляют так называемый корректирующий контур. Его соединительные проводники, установленные вблизи перемычек сетки, гасят паразитный сигнал, наводимый в последних. Дополнительные координатные шины корректирующего контура стабилизируют точность считывания информации путем компенсации методической погрешности измерений из-за ограниченности набора координатных шин, моделирующих координатную систему устройства для считывания графической информации в направлении соответствующей оси координат.

Известно несколько конструкций названных сеток, изготовленных в виде механически натянутых проводников-струн, закрепленых клеем на плоской несущей основе (например, на стекле), либо уложенных в специально прорезанные канавки в плите из диэлектрического материала и т.д.

Наиболее перспективны конструкции координатных матриц из сеток упомянутых видов, полученные электрохимическим травлением по методу печатного монтажа. Методом печатного монтажа изготавливают сравнительно малогабаритные по площади конструкции, приемлемые для производства малоформатных дигитайзеров (форматов А₄, А₃, A ₂). Крупноформатные сетки для крупноформатных дигитайзеров (форматов A₁, А₀, 2А₀), габариты которых превышают 600×800 мм², по имеющимся у автора данным печатным монтажом не изготавливаются из-за отсутствия необходимого оборудования и принципиальных сложностей процесса электрохимического травления крупноформатных заготовок.

В крупноформатных сетках вида [1-3], полученных электрохимическим травлением, состоящих из секций, соединенных встык, координатные шины каждой секции соединены с одноименными проводниками соседней секции в местах их стыковки пайкой или сваркой. При этом число таких соединений достигает нескольких сотен. Такие конструкции сеток сложны в изготовлении, ненадежны, не позволяют в принципе создавать портативные крупноформатные дигитайзеры в виде раскрывающейся двухсекционной папки, в виде нескольких секций, смонтированных встык, в виде складной гармошки и т.п.Это является существенным недостатком рассмотренных сеток.

Задачей предлагаемой полезной модели является существенное упрощение конструкции, повышение надежности координатных шин, что позволит расширить класс крупноформатных дигитайзеров, построенных с их использованием.

Поставленная задача достигается тем, что в сетку, содержащую группу параллельных координатных шин, попарно соединенных одноименными концами с помощью перемычек в основной

последовательный контур, расположенный параллельно плоскости считывания, введены дополнительные группы координатных шин, уложенных в плоскостях, параллельных плоскости считывания, так, что проекции координатных шин каждой группы на плоскость считывания лежат на продолжении одноименных шин соседних групп, причем координатные шины каждой последующей группы смещены в направлении осей одноименных координатных шин соседней с ней группы на расстояния, равные их длинам, и соединены попарно в пределах каждой группы перемычками в зеркально подобные, а при одинаковой длине координатных шин - в зеркально симметричные дополнительные последовательные контуры, расположенные каждый по отношению к соседним контурам на минимально возможных удалениях, не допускающих гальванического контакта, при этом каждый последующий дополнительный контур перемычкой соединен с предыдущим в единую последовательную цепь, а свободные концы основного и последнего дополнительного контуров подключены непосредственно или через корректирующий контур к клеммам подключения сетки.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где: на фиг.1 показана сетка, состоящая из двух групп координатных шин; на фиг.2 показана сетка, состоящая из трех групп координатных шин.

Сетка, показанная на фиг.1, содержит первую группу параллельных координатных шин 1-5, уложенных с заданным периодом d в плоскости, параллельной плоскости считывания, и последовательно соединенных друг с другом соединительными проводниками 6-9 по форме меандр, вторую группу параллельных координатных шин 10-14, уложенных с заданным периодом d в плоскости, параллельной плоскости укладки координатных шин первой группы, и

последовательно соединенных друг с другом соединительными проводниками 15-18 по форме противофазный меандр таким образом, что вторая и первая группы координатных шин оказываются зеркально симметричными, а при неодинаковых длинах их координатных шин -зеркально подобными. Первая и вторая группы объединены в сетку координатных шин с помощью перемычки 19, соединяющей их в последовательную цепь, подключенную одним концом (шина 1) к входной клемме 20 непосредственно, и другим концом - к входной клемме 21 через корректирующий контур, состоящий из четырех проводников 22-25, связанных в последовательную цепь с помощью перемычек 26 и 27, и катушку 28 возбуждения сетки. Стрелками на схеме фиг.1 обозначены направления мгновенных значений токов, возбуждаемых в сетке магнитным полем переменного (например, синусоидального) тока возбуждения, протекающего по катушке 28.

Первая группа координатных шин 1-5 сетки вместе с перемычками 6-9 и проводниками 23 и 24 корректирующего контура составляют 1-ю секцию сетки. Вторая группа координатных шин 10-14 вместе с перемычками 15-18 и проводниками 22 и 25 корректирующего контура составляют 2-ю секцию сетки. Обе секции объединены в единую координатную сетку перемычками 19, 26 и 27.

Сетка, показанная на фиг.2, содержит: первую группу из параллельных координатных шин 29-33, уложенных с заданным периодом d в плоскости, параллельной плоскости считывания, и последовательно соединенных друг с другом соединительными проводниками 34-37 по форме меандр; вторую группу из параллельных координатных шин 38-42, уложенных с заданным периодом d в плоскости, параллельной плоскости укладки координатных шин первой группы, и последовательно соединенных друг с другом

соединительными проводниками 43-46 по форме противофазный (по отношению к первой группе) меандр; третью группу из параллельных координатных шин 47-51, уложенных с периодом d в плоскости, параллельной плоскости размещения второй группы координатных шин, и последовательно соединенных друг с другом соединительными проводниками 52-55 по форме противофазный (по отношению ко второй группе) меандр. По аналогии с конструкцией сетки по фиг.2 каждая группа координатных шин по отношению к соседним группам является зеркально симметричной, а при разных длинах одноименных координатных шин - зеркально подобна. Первая, вторая и третья группы объединены в сетку координатных шин с помощью перемычек 56 и 57, соединяющих их в последовательную цепь, подключенную одним концом (шина 29) к входной клемме 58 непосредственно, и другим концом (координатная шина 51) - к входной клемме 59 через корректирующий контур, состоящий из проводников 60-67, связанных в последовательную цепь с помощью перемычек 68-71. Цифрой 72 обозначена катушка возбуждения сетки. Стрелками на фиг.2 обозначены направления мгновенных значений токов, возбуждаемых в сетке током катушки 72 возбуждения.

Первая группа координатных шин 29-33 сетки вместе с перемычками 34-37 и проводниками 63, 65 корректирующего контура составляют 1-ю секцию сетки по фиг.2. 2-я и 3-я секции имеют аналогичный вид.

Сетка координатных шин, показанная на фиг.1, функционирует следующим образом. При пропускании через катушку 28 электрического синусоидального тока возбуждения вида i=I_msint частоты , поступающего от внешнего источника, в окружающем пространстве возбуждается пульсирующее по синусоидальному закону

магнитное поле той же частоты. Взаимодействуя с координатными шинами 1-5, 10-14, соединительными перемычками 6-9 и 15-18 и проводниками 22-25 корректирующего контура, упомянутое магнитное поле возбуждает в них ЭДС взаимоиндукции вида

где А_sin(x) - амплитудно-координатная характеристика сигнала e(x,t), характеризующая амплитуду наведенной ЭДС как функцию координаты x центра симметрии катушки 28 и времени t. При соответствующем выборе шага d укладки координатных шин сетки по фиг.1 и радиуса укладки витков катушки 28 амплитудно-координатная характеристика А_sin(x) с высокой точностью описывается синусоидальной функцией измеряемой координаты x вида

Для получения значений считываемых координат координатная индукционная система дигитайзера по каждому направлению измерений должна иметь еще не менее одной сетки, подобной представленным на фиг.1, уложенной по отношению к имеющейся со сдвигом на четверть периода d по направлению измеряемой координаты (x). Сигнал, наведенный в этой дополнительной сетке (на фиг.1 условно не показанной) с учетом ее пространственного сдвига на по аналогии с вышеизложенным будет также описываться синусоидальной функцией, подобной (1):

где

Суммирование сигналов (1) и (3) с поворотом фазы синусоиды (1) на (так наз. «векторное» суммирование [4]) доставляет результирующий фазомодулированный сигнал постоянной (в данном случае единичной) амплитуды

где

Из соотношения (5) видно, что в пределах периода d фазовое рассогласование (x) сигнала e(x,t) (относительно синусоидального сигнала тока возбуждения, имеющего нулевую фазу) линейно зависит от считываемой координаты х. Функция измеряемой координаты x представляет собой пилообразную периодическую функцию

Сетка по фиг.2 функционирует аналогично. Таким образом, с помощью указанных (на фиг.1 и фиг.2) сеток координатных шин в паре с аналогичными сетками, уложенными со сдвигом на можно однозначно измерять координату x в пределах каждого периода d. Это обеспечивает функционирование сетки по фиг.1 по известному из [1-4] способу. Действительно, из рассмотрения чертежей фиг.1 и фиг.2 следует, что направление мгновенных значений наведенных ЭДС и порождаемых ими токов в каждой координатной шине основной сетки совпадает с направлением ЭДС и токов в каждой одноименной координатной шине дополнительной сетки (обозначено стрелками). В

то же время направления мгновенных значений ЭДС и токов в соединительных перемычках попарно противоположны и при малых расстояниях между ними (=0.2÷1.0 мм.) практически компенсируют друг друга. Поэтому их вклад в совокупный измерительный сигнал ЭДС, снимаемый с входных клемм, не существенен и им можно пренебречь. Из приведенных рассуждений следует, что предложенные сетки электрически эквивалентны существующим сеткам-аналогам и сетке-прототипу.

Покажем преимущества предложенного технического решения.

Первое преимущество. Очевидно, что, независимо от числа проводников, образующих основную и дополнительные группы координатных шин, для построения предлагаемой сетки из m групп (m=2,3,...,M) требуется всего 3(m-1) соединительных перемычек. Конкретно: для сеток по фиг.1 и фиг.2 число перемычек равно 3 и 6 соответственно. В то же время для построения аналогичных секционных сеток из м секций по N координатных шин в каждой секции потребуется N(M-1) перемычек и т.п.

Теперь рассмотрим пример, близкий к практике. Пусть требуется изготовить сетку координатных шин для устройства считывания графической информации формата A₁(600×840 мм²) с шагом укладки координатных шин d=15 мм. С учетом краевого эффекта размеры такой сетки в направлении, ортогональном направлению измерений, равны примерно 960 мм, а в направлении измеряемой координаты - 620 мм. С учетом реальных возможностей производства для изготовления такой сетки методом печатного монтажа потребуется расчленение ее не менее, чем на две секции примерно равных размеров (по 420 и 600 мм ² каждая). В этом случае число координатных шин сетки (вместе с проводниками корректирующего контура) составит по каждой секции

примерно N=600:15=40 шин. Для их соединения потребуется 40 перемычек. В предлагаемом изобретении для этого потребуется всего 3 перемычки.

Второе преимущество состоит в практической возможности создания конструкций портативных дигитайзеров в форме стола-книги, в виде складывающейся канцелярской папки, в виде складной гармошки и т.п. Это достигается за счет того, что каждая группа координатных шин сетки отстоит от соседних с ней групп на минимально возможном расстоянии , исключающем гальванический контакт, и благодаря минимальному фиксированному числу перемычек, выполненных, например, в виде гибкого шлейфа.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Заявка ФРГ №2647053, МКИ G 01 D 5/12, опубл. 1997.

2. А.с. СССР №4838325 МКИ G 06 K, 11/06; Опубл. в БИ. - 1992, №41

3. Заявка Японии №58-16507, МКИ G 06 K 11/06, Опубл. 1983 г (прототип).

4. Алексеев Г.И. Электромагнитные планшетные устройства ввода. Мн.: Наука и техника, 1985. 239 с.

Сетка координатных шин планшета для устройства считывания графической информации, содержащая группу параллельных линейных проводников - координатных шин, попарно соединенных одноименными концами с помощью перемычек в основной последовательный контур, выполненный по форме меандр, расположенный параллельно плоскости считывания, отличающаяся тем, что дополнительно содержит группы координатных шин, уложенных в плоскостях, параллельных плоскости считывания, так, что проекции координатных шин каждой группы на плоскость считывания лежат на продолжениях проекций одноименных координатных шин соседних групп, причем координатные шины каждой последующей группы смещены в направлении осей одноименных координатных шин соседней с ней предыдущей группы на расстояния, равные их длинам, и соединены попарно в пределах каждой группы перемычками в зеркально подобные дополнительные последовательные контуры, расположенные каждый по отношению к соседним контурам на минимально возможных удалениях, причем каждый последующий дополнительный контур перемычкой соединен с предыдущим в единую последовательную цепь, а свободные концы основного и последнего дополнительного контуров подключены к входным клеммам сетки.