JP2002508060A - 位置検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.測定経路に沿って相対運動するように取り付けられた第1および第2の部材 を備え、 前記第1の部材は磁界を発生するための磁界発生装置を備え、 前記第2の部材は、前記磁界発生装置と誘導結合する第1および第2の導体を 備え、前記第1の導体は測定経路に沿って第1の特性寸法を有し幾何的に変動し ながら広がり、前記第2の導体は測定経路に沿って第2の異なる特性寸法を有し 幾何的に変動しながら広がり、その結果、前記磁界発生装置によって発生された 磁界に応答して、第1の信号が第1の受信回路に発生し、前記第1の信号は前記 第1の導体と前記磁界発生装置との相対的位置および方位に応じて変動し、第2 の異なる信号が第2の受信回路に発生し、前記第2の信号は前記第2の導体と前 記磁界発生装置との相対的位置および方位に応じて変動し、 さらに前記2つの導体の前記幾何的変動のそれぞれの特性寸法の間の関係を使 って前記第1および第2の信号を処理し、前記2つの可動部材の相対的位置およ び方位を決定する手段を備える位置検出装置。 2.前記第1および第2の信号が前記2つの可動部材に応じて実質的に正弦曲線 で変動するように、前記導体および前記磁界発生装置が配置されていることを特 徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 3.前記2つの可動部材の前記相対的方位が前記正弦曲線変動の位相ずれを引き 起こすことを特徴とする請求項2に記載の位置検出装置。 4.前記第2の部材は、さらに、前記磁界発生装置と誘導結合する第3および第 4の導体を有し、前記第3の導体が前記第1の導体と同じ特性寸法を有し幾何的 に変動しながら広がり、前記第4の導体が前記第2の導体と同じ特性寸法を有し 幾何的に変動しながら広がっており、前記第1および第3の導体が前記測定経路 に沿って互いに相対的にずれており、前記第2および第4の導体が前記測定経路 に沿って互いに相対的にずれており、かつ前記磁界発生装置によって発生された 磁界に応答して、第3の信号が第3の受信回路に発生し、前記第3の信号は前記 第3の導体および前記磁界発生装置の相対的位置および方位に応じて変動し、第 4の信号が第4の受信回路に発生し、前記第4の信号は前記第4の導体および前 記磁界発生装置の相対的位置および方位に応じて変動することを特徴とする前記 請求項のいずれか1項に記載の位置検出装置。 5.位相が90度異なる対を形成するように、前記第1および第3の導体が前記 測定経路に沿って間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項4に記載の位 置検出装置。 6.位相が90度異なる対を形成するように、前記第2および第4の導体が前記 測定経路に沿って間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項4または5に 記載の位置検出装置。 7.前記処理手段が、前記第1および第2の信号を処理して前記相対位置および 方位に依存する第1の値と、前記相対位置および方位に依存する第2の異なる値 とをもたらすように動作可能であることを特徴とする前記請求項のいずれか一項 に記載の位置検出装置。 8.前記処理手段が、前記第1および第2の値の重み付けした組み合わせを実行 することにより前記相対位置および方位を決定するように動作可能であり、適用 される前記重み付けが前記導体の幾何的変動の特性寸法に依存することを特徴と する請求項7に記載の位置検出装置。 9.前記導体が周期的であり、個々の導体の前記特性寸法がピッチを有すること を特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 10.前記導体がテーパ形であり、端部から中央の交差点に向かって狭くなって 複数の実質的に三角形のループを定義し、前記特性寸法が前記各導体のテーパを 有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の位置検出装置。 11.前記処理手段が、前記第1および第2の信号を処理し、(i)前記2つの 可動部材の相対的方位に依存しない前記2つの可動部材の相対的位置を指示する 概略測定値と、(ii)前記2つの可動部材の相対的方位に依存する前記2つの 可動部材の相対的位置を指示する精密測定値とをもたらすことを特徴とする前記 請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 12.前記相対的方位が前記概略測定値に対して前記精密測定値の明白な相対的 ずれを引き起こすことを特徴とする請求項11に記載の位置検出装置。 13.前記ずれは2つの可動部材の間の測定経路に沿った相対的傾き角の約2倍 であることを特徴とする請求項12に記載の位置検出装置。 14.前記傾き角が既知であり、前記精密測定値から前記部材の相対的位置を決 定するために使われることを特徴とする請求項12または13に記載の位置検出 装置。 15.前記磁界発生装置は動力源を有するコイルを有することを特徴とする前記 請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 16.前記磁界発生装置は、共振装置、短絡コイルおよび導電性スクリーンの少 なくとも1つを有することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載 の位置検出装置。 17.前記磁界発生装置はインダクタおよびキャパシタ共振回路を有することを 特徴とする請求項16に記載の位置検出装置。 18.前記磁界発生装置がセラミック共振装置を有することを特徴とする請求項 16または17に記載の位置検出装置。 19.前記第2の部材は、さらに、前記磁界発生装置を励起するための励磁回路 を有することを特徴とする請求項16乃至18のいずれか一項に記載の位置検出 装置。 20.前記励磁回路は、測定経路上で前記磁界発生装置と実質的に一定の結合を 有するように配置されていることを特徴とする請求項19に記載の位置検出装置 。 21.前記第1の受信回路は、前記第1の導体を有し、前記第2の受信回路は前 記第2の導体を有することを特徴とする請求項20に記載の位置検出装置。 22.前記第3の受信回路は前記第3の導体を有し、前記第4の受信回路は前記 第4の導体を有し、前記処理手段は前記位置および方位情報を導出する目的で前 記第1および第3の受信回路からの信号を組み合わせ、前記第2および第4の受 信回路からの信号を組み合わせるように動作可能である、請求項4に従属する場 合の請求項21に記載の位置検出装置。 23.前記受信信号の各々は測定経路に沿って前記位置とともに正弦曲線で変動 し、前記正弦曲線変動の最大振幅は前記磁界と前記導体の間の間隙に応じて変動 し、かつ前記処理手段が前記第1および第3の受信回路からの信号を組み合わせ かつ/または前記第2および第4の受信回路からの信号を組み合わせて前記第1 と第2の部材の間の間隙の指示値を決定するように動作可能であることを特徴と する請求項22に記載の位置検出装置。 24.前記処理手段は、前記第1および第3の受信回路に受信された信号から導 出された測定値、ならびに前記第2および第4の受信回路に受信された信号から 導出された測定値のレシオメトリック・アークタンジェントを決定することによ り前記位置情報を抽出するように動作可能であることを特徴とする請求項22ま たは23に記載の位置検出装置。 25.前記処理手段は、前記第1および第3の受信回路からの信号から抽出され た位置情報と前記第2および第4の受信回路からの信号から抽出された位置情報 を組み合わせ、前記2つの可動部材の方位に依存しない概略位置測定値をもたら し、前記相対的方位に依存する精密位置測定値をもたらすように動作可能である ことを特徴とする請求項24に記載の位置検出装置。 26.前記励磁回路が前記第1および第2の導体を有することを特徴とする請求 項19に記載の位置検出装置。 27.前記励磁回路は前記第1および第3の導体を有し、前記第1の受信回路は 前記第2の導体を有し、前記第2の受信回路は前記第4の導体を有する、請求項 4に従属する場合の請求項26に記載の位置検出装置。 28.さらに、前記励磁回路に励起信号を印加するための駆動手段を有すること を特徴とする請求項19乃至27のいずれか一項に記載の位置検出装置。 29.前記駆動手段は、前記第1および第3の導体両方を励起するように動作可 能であり、前記処理手段は前記第1および第3の導体を励起した結果として前記 第2および第4の導体から受信された信号を処理するように動作可能であること を特徴とする請求項27に従属する場合の請求項28に記載の位置検出装置。 30.前記処理手段は、前記第1の導体が励起されたときに前記第2の導体で受 信される信号と前記第3の導体が励起されたときに前記第4の導体で受信される 信号とを組み合わせ、前記第1の導体が励起されたときに前記第4の導体に受信 される信号と前記第3の導体が励起されたときに前記第2の導体に受信される信 号とを組み合わせるように動作可能であることを特徴とする請求項29に記載の 位置検出装置。 31.前記組み合わせが前記信号の和および差を得ることを含むことを特徴とす る請求項30に記載の位置検出装置。 32.前記処理手段は、前記組み合わされた信号のレシオメトリック・アークタ ンジェントを決定することにより前記組み合わされた信号から位置情報を抽出し て前記2つの可動部材の方位に依存しない概略位置測定値をもたらし、前記相対 的方位に依存する精密位置測定値をもたらすように動作可能であることを特徴と する請求項30または31に記載の位置検出装置。 33.前記駆動手段は前記励起信号のパルスを前記励磁回路に第1の時間間隔の 間印加するように動作可能であり、前記処理手段は、前記第1の時間間隔の後に 引き続く第2の時間間隔の間に前記誘起された信号励起信号を処理するように動 作可能であることを特徴とする請求項28またはそれに従属するいずれか一項に 記載の位置検出装置。 34.前記導体は、前記測定経路に沿って連続して配置された少なくとも2つの ループを形成するように配置され、各ループが前記経路に沿って広がり、前記ル ープが直列に接続され、かつ共通のバックグラウンド交番磁界により隣接する前 記ループに誘起されるEMFが互いに逆であるように配置されることを特徴とす る前記請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 35.前記ループは概ね四角の形状を有することを特徴とする請求項34に記載 の位置検出装置。 36.前記ループは概ね六角の形状を有することを特徴とする請求項34に記載 の位置検出装置。 37.各ループが1つまたは複数巻回の導体を有することを特徴とする請求項3 4乃至36のいずれか一項に記載の位置検出装置。 38.前記第1および第2の信号が時間変動する信号であって、その振幅は前記 2つの可動部材の相対的位置および方位に応じて変動することを特徴とする前記 請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 39.前記処理手段は、受信信号を復調するための復調装置を有することを特徴 とする請求項38に記載の位置検出装置。 40.前記導体は、1つまたは複数の基板に固着された電線から形成されること を特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 41.前記第1および第2の導体が実質的に同一平面内にまたは実質的に平行な 面内に形成されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の位置検出 装置。 42.前記第2の部材は固定され、前記第1の部材は可動とすることを特徴とす る前記請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 43.複数の第1の部材の相対的位置および方位を検出するように配置され、各 々が第1の部材を特徴づけるそれぞれの磁界発生装置を有することを特徴とする 前記請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 44.測定平面内のにおいて第11および第2の方向で相対運動するように取り 付けられた第1および第2の部材と、 前記第1の方向における前記第1および第2の部材の相対的位置および方位を 導出するための請求項1乃至43のいずれか一項に記載の第1の位置検出装置と 、 前記第2の方向における前記第1および第2の部材の相対的位置および方位を 導出するための請求項1乃至43のいずれか一項に記載の第2の位置検出装置と 、 前記測定平面内における前記第1および第2の部材の相対的方位を決定するた めに、前記第1および第2の方向の前記相対的方位を組み合わせる手段と を有することを特徴とする2次元位置検出装置。 45.前記第1の部材は実質的に異なる方向にそれぞれ異なる磁界を発生するよ うに動作可能な第1および第2の磁界発生装置を有し、前記処理手段は前記2つ の磁界発生装置からの信号を識別して前記平面内の前記相対的位置および方位を 決定するように動作可能であることを特徴とする請求項44に記載の位置検出装 置。 46.前記第1の磁界発生装置は前記平面と実質的に直交する方向の磁界を作り 出すように動作可能であり、前記処理手段は前記第1の磁界発生装置から受信し た信号を処理して、前記第1および第2の部材の相対的位置の精密および概略位 置測定値を決定するように動作可能であり、前記第2の磁界発生装置は前記平面 に対し実質的に所定の角度で傾いている方向の磁界を発生するように動作可能で あり、前記処理手段は前記第2の磁界発生装置からの信号を処理して、前記平面 内における前記第1および第2の部材の相対的方位を決定するように動作可能で あることを特徴とする請求項45に記載の位置検出装置。 47.前記第1および第2の磁界発生装置が互いに一致することを特徴とする請 求項46に記載の位置検出装置。 48.前記第1および第2の磁界発生装置は所定の距離だけ互いに分離しており 、前記処理手段は前記第1および第2の磁界発生装置から受信した信号を処理し て、前記第1および第2の部材の完全な相対的位置を決定するように動作可能で あることを特徴とする請求項45または46に記載の位置検出装置。 49.3つの一致した磁界発生装置を含み、各々異なる方向に磁界を発生するよ うに配置され、前記処理手段は前記磁界発生装置から受信した信号を処理し、前 記第1および第2の部材の完全な相対的位置を導出できるように配置されている ことを特徴とする請求項45乃至47のいずれか一項に記載の位置検出装置。 50.前記磁界発生装置が駆動されるコイルおよび/または共振装置を有するこ とを特徴とする請求項44乃至49のいずれか一項に記載の位置検出装置。 51.前記磁界発生装置はインダクタおよびキャパシタ共振回路を有することを 特徴とする請求項50に記載の位置検出装置。 52.2つの異なる方向に使われる巻線が実質的に同じ形状を有することを特徴 とする請求項44乃至50のいずれか一項に記載の位置検出装置。 53.前記請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置に使用するための共振装 置の組み合わせであって、各々誘起コイルおよびキャパシタを備える第1および 第2の異なる共振装置を有し、各共振装置のコイルの中心点が同一であり、前記 コイルの軸が互いに相対的に傾いていることを特徴とする共振装置の組み合わせ 。 54.更に、誘起コイルおよびキャパシタを備える第3の共振装置を有し、前記 第3の共振装置のコイルの中心点が他の2つの共振装置のコイルの中心点に一致 しており、前記位置検出装置が、前記3つの異なる共振装置によって前記受信巻 線中に誘起された信号によって位置検出装置の一部を形成する受信巻線中に誘起 された信号から、前記共振装置の組み合わせを備える対象物の完全な位置を決定 することができるように、前記第3の共振装置のコイルの軸が他の2つの共振装 置のコイルの軸に対して傾いていることを特徴とする請求項53に記載の共振装 置の組み合わせ。 55.測定経路に沿って相対運動するように取り付けられた第1および第2の部 材を備え、 前記第1の部材は磁界を発生するための磁界発生装置を含み、 前記第2の部材は前記磁界発生装置と誘導結合した第1および第2の導体を含 み、前記第1の導体と前記磁界発生装置の間の磁気結合が第1の空間周波数で変 動し、前記第2の導体と前記磁界発生装置の間の磁気結合が第2の空間周波数で 変動し、その結果、前記磁界発生装置によって発生された磁界に応答して、第1 の信号が第1の受信回路に発生し、前記第1の信号は前記第1の導体と前記磁界 発生装置との相対的位置および方位に応じて変動し、第2の異なる信号が第2の 受信回路に発生し、前記第2の信号は前記第2の導体と前記磁界発生装置との相 対的位置および方位に応じて変動し、 さらに、前記第1および第2の信号を処理して前記2つの可動部材の相対的位 置および方位を前記第1および第2の空間周波数に依存して決定する手段を備え る位置検出装置。 56.測定平面内で相対運動するように取り付けられた第1および第2の部材を 備え、 前記第1の部材が磁界を発生するための磁界発生装置を含み、 前記第2の部材が、前記平面内の2つの異なる方向における前記第1および第 2の部材の相対的位置および方位を感知するための第1および第2の回路群を含 み、 さらに、前記2つの方向の相対的方位を使って、前記平面内における前記第1 および第2の部材の相対的方位を決定する手段を備え、 各巻線群が前記磁界発生装置と誘導結合した第1および第2の導体を含み、前 記第1の導体が前記対応する方向に沿って第1の特性寸法を有し幾何的に変動し ながら広がり、前記第2の導体が前記対応する方向に沿って第2の異なる特性寸 法を有し幾何的に変動しながら広がることを特徴とする位置検出装置。 57.請求項1から42のいずれか一項に記載の位置検出装置に使用するための 複数の成形された導体を製造する方法であって、 導体が測定経路に沿ってそれぞれの特性寸法を有し幾何的に変動しながら測定 経路に広がるように、配線を巻線織機上に要求されたように巻線するステップと 、 配線を1つまたは複数の基板に固着させるステップと を備えることを特徴とする方法。 58.測定経路に沿って相対運動するように取り付けられた第1および第2の部 材を備え、 前記第1の部材は磁界を発生するための磁界発生装置を備え、 前記第2の部材は、第1および第2のそれぞれ前記磁界発生装置と誘導結合し た導体を含む回路を備え、前記第1の回路の導体が測定経路に沿って第1の特性 寸法を有し幾何的に変動しながら広がり、前記第2の回路の導体が測定経路に沿 って第2の異なる特性寸法を有し幾何的に変動しながら広がり、その結果、前記 磁界発生装置によって発生された磁界に応答して、第1の信号が前記第1の回路 に発生し第2の異なる信号が前記第2の回路に発生し、前記第1および第2の信 号がいずれも前記2つの可動部材の相対的位置および方位に応じて変動し、 さらに、前記第1および第2の信号を処理して、前記相対的位置および方位、 前記2つの導体の幾何的変動のそれぞれの特性寸法の間の関係を決定する手段を 備える位置検出装置。 59.測定経路に沿って相対運動するように取り付けられた第1および第2の部 材を備え、 前記第1の部材は磁界を発生するための磁界発生装置を備え、 前記第2の部材は、前記測定経路に沿って広がり前記磁界発生装置と誘導結合 した第1および第2の周期的巻線を備え、前記第1の巻線の周期が前記第2の巻 線の周期と異なり、その結果、前記磁界発生装置によって発生された磁界に応答 して、第1の信号が前記第1の回路に発生し第2の異なる信号が前記第2の回路 に発生し、前記第1および第2の信号がいずれも前記2つの部材の相対的位置お よび方位に応じて実質的に正弦曲線で変動し、 さらに、前記第1および第2の信号を処理して、前記相対的位置および方位に 依存する第1の値および前記相対的位置および方位に依存する第2の異なる値を 提供する手段と、 前記第1および第2の値を組み合わせて前記巻線の2つの周期の間の関係に依 存する前記位置および方位を決定する手段とを備える位置検出装置。 60.前記組み合わせる手段が前記第1および第2の値の和および差を決定する ための加算および減算手段を有することを特徴とする請求項59に記載の位置検 出装置。 61.X−Y方向に相対運動するように取り付けられた第1および第2の部材を 備え、 前記第1の部材は、実質的に第1の方向の磁界を発生するための第1の磁界発 生装置および実質的に前記第1の方向と異なる第2の方向の磁界を発生するため の第2の磁界発生装置を有し、 前記第2の部材は、測定経路に沿って広がり前記第1および第2の磁界発生装 置と誘導結合した2組の周期的巻線を有し、各組が第1および第2の周期的巻線 を含み、前記第1の巻線の周期が前記第2の巻線の周期と異なり、その結果、前 記磁界発生装置の各々によって発生された磁界に応答して、第1の信号が前記第 1の回路に発生し第2の異なる信号が前記第2の回路に発生し、前記第1および 第2の信号がいずれも前記2つの部材の相対的位置および方位に応じて変動し、 さらに前記磁界発生装置の各々からの前記第1および第2の信号を処理して、 前記相対的位置および方位に依存する第1の値および前記相対的位置および方位 に依存する第2の異なる値を提供する手段と、 前記第1および第2の値を組み合わせて、前記相対的X−Y位置を決定し、か つ前記巻線の2つの周期の間の関係に依存する前記相対的方位を決定する手段と を備えることを特徴とするX−Yディジタイジング・システム。 62.位置検出装置から得られる信号を処理するための処理回路であって、請求 項1乃至61のいずれか一項に記載の位置検出装置で使用される処理回路のすべ ての技術的特徴を含む処理回路。 63.添付の図面を参照して本明細書で実質的に記載した如き処理回路。 64.X−Yディジタイジング・タブレットであって、可動部材の前記ディジタ イジング・タブレットに対して相対的な第1の方向の位置を決定するための第1 の巻線群と、前記部材の前記タブレットに対して相対的な第2の方向の位置を決 定するための第2の巻線群とを備え、 前記巻線の各々は、対応する測定経路に沿って広がる導体を含み、かつ所定の 空間周波数を有する磁界に対して感度を有し、 各々の巻線は前記測定経路に沿って連続して配置された少なくとも2つのルー プを含み、各ループが前記経路に沿って広がり、前記ループが直列に接続され、 共通のバックグラウンド交番磁界により隣接する前記ループに誘起されるEMF が互いに逆であるように配置されることを特徴とするX−Yディジタイジング・ タブレット。 65.前記請求項のいずれか一項に記載の位置検出装置を備えるパーソナル・コ ンピュータであって、前記第2の部材が前記導体を含み、前記受信回路が前記コ ンピュータのディスプレイの後ろに位置し、前記第1の部材が前記ディスプレイ 上の位置を指し示すためのポインティング・デバイスを含み、前記位置検出装置 から決定された前記スタイラスと前記ディスプレイの相対的位置が前記ディスプ レイ上に表示された情報を制御するために使用されることを特徴とするパーソナ ル・コンピュータ。 66.測定経路に沿って相対運動するように取り付けられた第1および第2の部 材を備え、 前記第1の部材は、各々が前記測定経路に沿って異なる特性寸法を有し幾何的 に変動しながら広がる複数の導体を有し、 前記第2の部材は前記導体の1つに印加された入力駆動信号に応答して他方の 前記導体中に出力信号が誘起されるように、前記導体と相互作用する手段を有し 、前記出力信号が前記経路に沿って前記第1および第2の部材の間の相対的位置 の関数として変動するように、前記相互作用手段および前記幾何的に変動する導 体が配置され、 さらに、前記信号を処理して前記相対的位置を導出する手段と を備えることを特徴とする位置検出装置。 67.測定経路に沿って相対運動するように取り付けられた第1および第2の部 材の間の相対的位置および方位を検出する方法であって、 前記第1の部材の上に磁界を発生するための磁界発生装置を提供するステップ と、 前記磁界発生装置または前記第2の部材と誘導結合した第1および第2の導体 を提供するステップであって、前記第1の導体が測定経路に沿って第1の特性寸 法を有し幾何的に変動しながら広がり、前記第2の導体が測定経路に沿って第2 の異なる特性寸法を有し幾何的に変動しながら広がり、その結果、前記磁界発生 装置によって発生された磁界に応答して、第1の信号が第1の受信回路に発生し 、前記第1の信号が前記第1の導体と前記磁界発生装置との相対的位置および方 位に応じて変動し、第2の異なる信号が第2の受信回路に発生し、前記第2の信 号が前記第2の導体と前記磁界発生装置との相対的位置および方位に応じて変動 するステップと、 前記磁界発生装置を使って磁界を発生するステップと、 前記受信回路から前記第1および第2の信号を受信するステップと、 前記第1および第2の信号を処理して、前記2つの導体の前記幾何的変動の特 性寸法それぞれの間の関係を使って、前記2つの可動部材の相対的位置および方 位を決定するステップと 有することを特徴とする検出方法。
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