JPH0210444B2

JPH0210444B2 -

Info

Publication number: JPH0210444B2
Application number: JP59101931A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Taguchi; Tsugunari Yamanami
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1984-05-21
Publication date: 1990-03-08
Also published as: JPS60245027A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は任意の指示位置の座標値、特にＸ，Ｙ
及びＺ方向の３次元的な座標値を検出することが
できる位置検出装置に関するものである。

（従来技術と問題点）従来の位置検出装置としては、磁歪伝達媒体の
一端または位置指示ペンの先端に設けた駆動コイ
ルにパルス電流を印加して前記磁歪伝達媒体に磁
歪振動波を生起させ、その時点より位置指示ペン
の先端または磁歪伝達媒体の一端に設けた検出コ
イルに前記磁歪振動波に基づく誘導電圧を検出す
るまでの時間を処理器等で測定し、これより位置
指示ペンの指示位置を算出する如くなしたもの
や、複数の駆動線と検出線とを互いに直交して配
置し、駆動線に順次電流を流すとともに検出線を
順次選択して誘導電圧を検出し、フエライトのよ
うな磁性体を有する位置指示ペンで指定した位置
を大きな誘導電圧が誘起された検出線の位置より
検出するようになしたもの等があつた。前者の装
置は位置検出精度が比較的良好であるが他の機器
からの誘導を受けやすく誤動作したり、逆にノイ
ズの発生源となる恐れがあり、また後者の装置は
座標位置の分解能が線の間隔で決まり、分解能を
上げるために線の間隔を小さくするとSN比及び
安定度が悪くなり従つて分解能を上げることが困
難であり、かつ駆動線と検出線の交点の真上の位
置検出が困難であり、更にこれらの装置では位置
指示ペンを磁歪伝達媒体や検出線等に極く接近さ
せなければ位置検出の精度が極端に低下したり、
または検出不能となるため入力板面上の高さ方向
を含めた、いわゆる３次元的な位置検出ができな
いという問題点があつた。

（発明の目的）本発明は前述したような従来の問題点を解決
し、Ｘ，Ｙ及びＺ方向の３次元方向の位置検出が
可能で、しかも外部からの誘導ノイズ等に強い高
精度な位置検出装置を提供することを目的とした
ものである。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す一部切欠分解
斜視図である。同図において、１０はＸ方向位置
検出部、２０はＹ方向位置検出部、３０は駆動電
流源、４１，４２は信号選択手段、例えばマルチ
プレクサ、５０は位置指定用磁気発生器、例えば
棒磁石、６０は処理装置である。

Ｘ方向位置検出部１０は平板状の磁性体１１と
励磁線１２ａ〜１２ｉと検出線１３ａ〜１３ｈと
絶縁シート１４，１５とからなつている。磁性体
１１は絶縁シート１４，１５間に挾まれている。
また、磁性体１１としては磁石を接近させても磁
化され難く、即ち保持力が小さく且つ透磁率
（μ）の高い材料、例えばアモルフアス合金、パ
ーマロイ合金等が好ましい。アモルフアス合金と
しては、例えばFe₇₉B₁₆Si₅（原子％）（保持力
0.2Oe、透磁率（μ）＝14000）等が使用できる。
また、磁性体１１は平板（シート）状であるが、
アモルフアス合金は製造上、厚さが20〜50μｍの
薄いものを作れるので、これをそのまま適用して
もよい。また、長尺の磁性体、例えば断面長方形
の薄帯状か断面円形の線状のアモルフアス合金を
多数互いに平行かつ密接させてシート状となした
ものを用いることもできる。なお、この場合は各
磁性体の長手方向と位置検出方向（ここではＸ方
向）とが一致するよう配置した方が良い結果が得
られる。

各励磁線１２ａ〜１２ｉは、絶縁シート１４の
上面に配設された部分（以下、上半部と称す。）
と絶縁シート１５の下面に配設された部分（以
下、下半部と称す。）とが、それらの一端でそれ
ぞれ連続してなつており、励磁線１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，
１２ｈの下半部の他端と、励磁線１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，
１２ｉの上半部の他端とがそれぞれ接続され、即
ち励磁線１２ａ〜１２ｉは直列に接続され、励磁
線１２ａの上半部の他端と励磁線１２ｉの下半部
の他端は駆動電流源３０に接続される。また、各
励磁線１２ａ〜１２ｉはＸ方向と直交する方向、
即ちＹ方向に沿つて所定間隔をおいて互いに平行
に配置されている。

各検出線１３ａ〜１３ｈは、絶縁シート１４の
上面に配設された部分（以下、上半部と称す。）
と絶縁シート１５の下面に配設された部分（以
下、下半部と称す。）とが、それらの一端でそれ
ぞれ連続してなつており、検出線１３ａ〜１３ｈ
の上半部の他端はそれぞれマルチプレクサ４１に
接続され、検出線１３ａ〜１３ｈの下半部の他端
は共通に接地される。また、各検出線１３ａ〜１
３ｈはそれぞれ励磁線１２ａ〜１２ｉのそれぞれ
の間に互いに平行に配置されている。

Ｙ方向位置検出部２０は平板状の磁性体２１と
励磁線２２ａ〜２２ｉと検出線２３ａ〜２３ｈと
絶縁シート２４，２５とからなつており、その細
部の構造はＸ方向位置検出部１０と同様である。
Ｙ方向位置検出部２０はＸ方向位置検出部１０の
下部に、図示しない絶縁シート等を介して、励磁
線及び検出線が互いに直交する如くできるだけ近
接して重ね合わされる（但し、図面では構造をわ
かりやすくするため、Ｘ方向位置検出部１０とＹ
方向位置検出部２０とは離して描いている。）。ま
た各励磁線２２ａ〜２２ｉは駆動電流源３０に接
続され、各検出線２３ａ〜２３ｈはマルチプレク
サ４２に接続される。

駆動電流源３０は所定周期の交番電流（ここで
いう交番電流とは正弦波、短形波、三角波等の全
てを含む）を常時、励磁線１２ａ〜１２ｉ及び２
２ａ〜２２ｉに送出する。また、マルチプレクサ
４１，４２は処理装置６０からの制御信号に従つ
て検出線１３ａ〜１３ｈ及び２３ａ〜２３ｈの出
力信号を処理装置６０へ選択的に送出する如くな
つている。

このような構成において、検出線１３ａ〜１３
ｈ及び２３ａ〜２３ｈには前記励磁線１２ａ〜１
２ｉ及び２２ａ〜２２ｉを流れる交番電流に基づ
く電磁誘導により誘導電圧が発生する。この電磁
誘導は磁性体１１及び２１を介して行なわれるた
め、磁性体１１及び２１の透磁率が大きい程、前
記誘導電圧の電圧値は大きくなる。ところで、磁
性体１１及び２１の透磁率は外部から加わる磁気
バイアスによつて大きく変化する。その変化のよ
うすは磁性体の組成、前記交流電流の周波数、あ
るいは磁性体に熱処理を加えること等によつて異
なり、第２図に示すように所定量の磁気バイアス
を加えた時に最大となるように設定することがで
きる。従つてこの場合は、磁性体１１及び２１に
前記所定量程度の磁気バイアスを加えると、励磁
線１２ａ〜１２ｉ，２２ａ〜２２ｉから検出線１
３ａ〜１３ｈ，２３ａ〜２３ｈへ誘起する電圧が
大きくなる。

今、第１図において、位置指定用棒磁石５０が
Ｎ極を下にして検出線１３ａからＸ方向の距離
x_s、また検出線２３ａからＹ方向の距離y_sだけ隔
てたＸ方向位置検出部１０の位置Ａ（Ｚ方向の距
離は０とする。）上にあり、前記所定量程度の磁
気バイアスを磁性体１１及び２１に加えているも
のとする。

この時、Ｘ方向の検出線１３ａ〜１３ｈには第
３図に示すような誘導電圧V₁〜V₈が発生する。
第３図において、横軸は検出線１３ａ〜１３ｈの
位置をそれぞれx₁〜x₈とするＸ方向の座標位置を
示し、縦軸は電圧値を示しているが、前記各電圧
V₁〜V₈は位置Ａ直下で最大値（極大値）となる。
前記各電圧V₁〜V₈はマルチプレクサ４１より得
られるので、これらより誘起電圧が極大値となる
Ｘ座標値を処理装置６０で演算して求めれば、棒
磁石５０のＸ座標値x_sを求めることができる。

座標値x_sを求める算出方法の一つとして、第３
図における極大値付近の波形を適当な函数で近似
し、その函数の極大値の座標を求める方法があ
る。例えば、各検出線１３ａ〜１３ｈの間隔を
Δxとし、第３図において座標x₃から座標x₅まで
を２次函数（図中、実線で示す）で近似すると、
次のようにして算出することができる。まず、各
検出線の電圧と座標値より V₃＝ａ（x₃−x_s）²＋ｂ ……(1) V₄＝ａ（x₄−x_s）²＋ｂ ……(2) V₅＝ａ（x₅−x_s）²＋ｂ ……(3) となる。ここで、ａ，ｂは定数（ａ＜０）であ
る。また、 x₄−x₃＝Δx ……(4) x₅−x₃＝2Δx ……(5) となる。(4)，(5)式を(2)，(3)式に代入して整理する
と、 x_s＝x₃＋Δx／２（3V₃−4V₄＋V₅／V₃−2V₄＋V₅）…(6
) となる。従つて、検出線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ
に誘起する電圧Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５、及び検出線１
３ｃの座標値x₃（既知）から処理装置６０で(6)式
の演算を行なうことにより棒磁石５０のＸ座標値
を算出できる。また、棒磁石５０をＹ軸に沿つて
動かしても同一のＸ座標値が得られる。

また、Ｙ方向の検出線２３ａ〜２３ｈにも第３
図と同様な誘導電圧が得られ、前記同様の演算処
理によつてＹ座標値y_sを求めることができる。

また、前述したように位置指定するためには磁
性体１１及び２１に局部的に数Oe程度の磁気バ
イアスを与えるのみで良いから、位置指定用棒磁
石５０を磁性体１１及び２１よりＺ方向に多少離
隔させて用いることもできる。ここで、位置指定
用棒磁石５０のＮ極側の一端より磁性体１１及び
２１に加わる磁気バイアス量（即ち、磁界強さ）
は該磁性体１１及び２１と棒磁石５０の一端との
間の距離、即ちＺ方向の距離の２乗に反比例す
る。従つて、位置指定用棒磁石５０のＺ方向の距
離を０とした時、例えば第４図に示すように位置
検出部１０及び２０の上部に通常形成される入力
面１００上に棒磁石５０の一端が接した時に、該
棒磁石５０より磁性体１１及び２１に加えられる
磁気バイアスが前記透磁率を最大とする値になる
よう棒磁石５０の磁界強さを設定すれば、該棒磁
石５０のＺ方向の距離の略２乗に反比例して透磁
率が減少し、検出線１３ａ〜１３ｈ，２３ａ〜２
３ｈへの誘導電圧が減少する。第３図において、
V₃′〜V₅′は棒磁石５０のＮ極側の一端を前記位置
Ａ上でＺ方向にわずかの距離（５mm程度）をおい
て保持した場合の誘導電圧を示すものである。

指示位置における誘導電圧値V_sは磁性体１１
及び２１の透磁率の変化特性、棒磁石５０の磁界
強さ及びＺ方向の距離で決まるから、該電圧V_s
がわかれば棒磁石５０のＺ方向の距離（位置）を
算出することができる。しかしながら、実際には
該電圧V_sを電圧V₃〜V₅より式を用いて算出する
ことが困難であるので、棒磁石５０のＺ方向の正
確な距離を知ることはできない。そこで電圧V_s
の代りに指示位置に最も近い検出線の電圧、即ち
誘導電圧V₁〜V₈の中で最も大きな電圧値（第３
図の例ではV₄）を取り出し、これを予めいくつ
か設定した閾値電圧V_Tと比較し、その結果より
棒磁石５０のＺ方向のおおよその距離を求めるこ
とができる。なお、棒磁石５０の指示位置が各検
出線の中間付近に位置する場合と各検出線付近に
位置する場合とでは、Ｚ方向の距離が同一でも前
記最も大きな誘導電圧の電圧値にかなりの相違が
生じることになるが、予めその差を考慮して閾値
を設定しておくこともでき、また検出線及び励磁
線の本数を増し間隔を詰めて差を少なくすること
もできる。

第５図は駆動電流源３０の具体例を示すもので
ある。同図において、３１はフアンクシヨンジエ
ネレータ、例えばインターシル製IC、8038であ
り、コンデンサＣと抵抗Ｒの値で定まる所定の周
波数の正弦波信号を出力する。また３２はパワー
ドライバであり、オペアンプと電流増幅器とから
なつており、前記正弦波信号を電流増幅して励磁
線１２ａ〜１２ｉ，２２ａ〜２２ｉへ送出する。

第６図は位置指定用磁気発生器５０の具体例を
示す断面図、第７図はその電気回路図である。同
図において、５１は合成樹脂等からなるペン状の
容器であり、その一端には同じく合成樹脂等から
なる先端先細状の中空スライド管５２が軸方向に
摺動自在に収容されている。また、５３は前記ス
ライド管５２内に収納される如く容器５１の一端
に取り付けられた棒磁石である。また、５４は容
器５１の側面より操作可能な位置に取り付けられ
た操作スイツチであり、５５は超音波信号の送信
機、５６は超音波の送波器で、電池５７とともに
容器５１内の適所に収納されている。前記容器５
１を保持し中空スライド管５２の先端を入力面に
接触させ位置指定し、スイツチ５４を操作すれ
ば、送信機５５内の発振回路５５ａ及び増幅器５
５ｂが動作し、送波器５６より測定開始を示す信
号、例えば所定周波数の連続パルス信号を超音波
信号に変えて発信する。この時、容器５１を入力
面に対して強く押し付けると、スライド管５２が
容器５１内にスライドし棒磁石５３の先端が入力
面に近接し、また逆に軽く押し付けるとスライド
管５２がスプリング５８の弾溌力により突出した
ままとなり棒磁石５３の先端が入力面より離れる
ことになり、従つて棒磁石５３のＺ方向の指示位
置を容易に変えることができる。

第８図は処理装置６０の具体的構成を示す回路
ブロツク図である。同図において、前述した送波
器５６より測定開始を示す超音波信号が送出され
れると、該超音波信号は受波器６１で受波され、
更に受信器６２で増幅・波形整形されて入力バツ
フア６３に送出される。演算処理回路６４は入力
バツフア６３より前記測定開始信号を読み取り、
測定開始を認識すると、出力バツフア６５を介し
て切換回路６６及びマルチプレクサ４１へ制御信
号を送り、Ｘ方向の検出線１３ａ〜１３ｈの誘導
電圧を増幅器６７へ順次入力する。前記各誘導電
圧は増幅器６７で増幅され検波器６８で整流され
て直流電圧に変換され、更にアナログ―デイジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器６９にてデイジタル値に変換
され入力バツフア６３を介して演算処理回路６４
に送出される。演算処理回路６４では前記各誘導
電圧（デイジタル値）をメモリ７０に一時記憶
し、これらの中より最大の電圧値を有する誘導電
圧V_k（ｋ＝１，２……８）を検出する。更に演算
処理回路６４はメモリ７０内より前記誘導電圧
V_kとその前後の誘導電圧V_k-1，V_k+1を取り出し、
これらをそれぞれ前記(6)式における電圧V₃，V₄，
V₅として(6)式の演算処理を行ない、Ｘ座標値を
求める。また一方、前記最大の誘導電圧V_kと予
め閾値メモリ７１内に記憶させた所定の閾値電圧
V_Tとを比較し、棒磁石５０のＺ座標値を求める。

次に演算処理回路６４は出力バツフア６５を介
して切換回路６６及びマルチプレクサ４２に制御
信号を送り、Ｙ方向の検出線２３ａ〜２３ｈの誘
導電圧を順次入力し、前述と同様の処理を行ない
Ｙ座標値を求める。このようにして求められたデ
イジタル値のＸ，Ｙ及びＺの座標値は出力バツフ
ア７２を介してデイジタル表示器（図示せず）に
送出され表示され、またはコンピユータ（図示せ
ず）に送出され処理されたり、あるいはデイジタ
ル―アナログ（Ｄ／Ａ）変換器７３を介してアナ
ログ信号に変換され処理される。前記Ｚ座標値は
立体物（但し、高さの極く低いものに限る。）を
入力面上に載置してその形状を入力する場合の
他、入力図形の線の太さのパラメータ等として用
いることもできる。

なお、Ｙ方向の誘導電圧よりＺ座標値を求める
ことができるのはいうまでもない。

また、実施例中の励磁線及び検出線の本数は一
例であり、これに限定されないことはいうまでも
ない。また、検出線の間隔は２〜６mm程度であれ
ば、比較的精度良く位置検出ができることが実験
により確かめられている。また、位置指定用磁気
発生器も棒磁石に限定されることはなく、板、リ
ング、角体等でもよく、あるいは電磁石でもよ
い。

前記実施例において、測定開始を示す信号を位
置指定用磁気発生器５０から処理装置６０まで超
音波信号を用いて伝送したのは、位置指定用磁気
発生器５０をコードレスとし操作性を良くするた
めであつて、コードを用いて電気信号のまま伝送
しても良いことはいうまでもない。また、前記測
定開始を示す信号は単に座標検出のタイミングを
演算処理回路６４に認識させる為のものであるか
ら特に磁気発生器５０より送ることを要するもの
ではなく、処理装置６０自体に設けたキーボード
その他のスイツチ回路より前記タイミングを認識
させる信号を送る如くなしても良い。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、平板状の
磁性体にその位置検出方向と直交する如く励磁線
と検出線とを交互に並設してなるＸ方向及びＹ方
向位置検出部と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各励磁
線に所定周期の交番電流を加える駆動電流源と、
前記Ｘ方向及びＹ方向の各磁性体に局部的な磁気
バイアスを加え且つどこにも接続されない位置指
定用磁気発生器と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各検
出線にそれぞれ接続されたＸ方向及びＹ方向の信
号選択手段と、該Ｘ方向及びＹ方向の信号選択手
段より取り出される各誘導電圧から前記位置指定
用磁気発生器による指定位置のＸ方向及びＹ方向
の座標値を算出するとともに、Ｘ方向又はＹ方向
の各誘導電圧のうちで最も大きな電圧値を、予め
設定した少なくとも１つの閾値と比較することに
より、前記位置指定用磁気発生器による指定位置
のＺ方向の座標値を求める処理装置とを具備した
ため、Ｘ方向及びＹ方向のいわゆる２次元の座標
値とともにこれらに直交するＺ方向の座標値を入
力することができ、立体物の形状を直接入力した
り、２次元の座標値以外のパラメータを位置指定
とともに変化させることができ、また、励磁線と
検出線との間の磁束変化が磁性体内でのみ行なわ
れ、その結合が密で検出電圧が大きくしかもSN
比が良く、また、外部からの誘導を受けにくく且
つ外部への誘導ノイズの発生が少なく、また、位
置指定用磁気発生器は位置検出のためのタイミン
グ信号等を装置側へ送る必要がなく、装置との間
をコードレスとすることができ、コードがその疲
労により断線したり、からみついたり、じやまし
たりすることがなく、従つて、操作性が良く、位
置指定用磁気発生器を任意の位置に容易に移動さ
せることができ、また、磁性体にわずかの磁気バ
イアスを加えるのみで位置指定できるため、位置
指定用磁気発生器をタブレツトに必ずしも近接さ
せる必要はなく、数cm以上の間隔をあけても良
く、また、磁性体以外の物体を介在させても良
く、これらの場合でも高い分解能で位置検出でき
る等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供するもので、第１図は
本発明の一実施例を示す一部切欠分解斜視図、第
２図は磁気バイアス対透磁率の特性図、第３図は
Ｘ方向の各検出線に発生する誘導電圧の一例を示
すグラフ、第４図は位置指定用棒磁石より磁性体
に印加される磁束のようすを示す説明図、第５図
は駆動電流源の具体例を示す電気回路図、第６図
は位置指定用磁気発生器の具体例を示す断面図、
第７図はその電気回路図、第８図は処理装置の具
体的構成を示す回路ブロツク図である。１０…Ｘ方向位置検出部、２０…Ｙ方向位置検
出部、３０…駆動電流源、４１，４２…マルチプ
レクサ、５０…位置指定用磁気発生器、６０…処
理装置、１１，２１…磁性体、１２ａ〜１２ｉ，
２２ａ〜２２ｉ…励磁線、１３ａ〜１３ｈ，２３
ａ〜２３ｈ…検出線。

Claims

【特許請求の範囲】１平板状の磁性体にその位置検出方向と直交す
る如く励磁線と検出線とを交互に並設してなるＸ
方向及びＹ方向位置検出部と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各励磁線に所定周期の
交番電流を加える駆動電流源と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各磁性体に局部的な磁
気バイアスを加え且つどこにも接続されない位置
指定用磁気発生器と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各検出線にそれぞれ接
続されたＸ方向及びＹ方向の信号選択手段と、該Ｘ方向及びＹ方向の信号選択手段より取り出
される各誘導電圧から前記位置指定用磁気発生器
による指定位置のＸ方向及びＹ方向の座標値を算
出するとともに、Ｘ方向又はＹ方向の各誘導電圧
のうちで最も大きな電圧値を、予め設定した少な
くとも１つの閾値と比較することにより、前記位
置指定用磁気発生器による指定位置のＺ方向の座
標値を求める処理装置とを具備したことを特徴とする位置検出装置。