JPH0215896B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はペン、カーソル等の座標指示装置に装
備されたコイル等の励磁装置から交流磁界信号を
発生させて、この信号を平行に配列された電気導
体線を有するタブレツトに印加し、タブレツトに
装備されたマトリクス状の電気導体線に誘起され
る交流信号を検出して励磁装置の指示座標位置を
検出する装置（以下座標検出装置と総称する）に
関するものである。 従来、座標検出装置について、電気絶縁材料よ
り成るシート部材の表裏に２本の電気導体線を相
互に電気角で90゜の位相をずらして平行に配置し
たＸ軸用ベース又はＹ軸用ベースと、格子状に形
成された座標域検出用ベース（Ｘ、Ｙ軸に夫々１
つ）を用いたタブレツト及び座標検出装置が特公
昭53−34855号公報により知られている。更に米
国特許3647963号公報には座標域検出用ベースを
使用しない座標検出装置が紹介されている。 前者は後者のＸ軸、Ｙ軸ベースに座標域検出用
ベースを付加したものである。座標検出装置はタ
ブレツトに埋め込まれた電気導体線と励磁装置と
の間及びＸ軸ベースとＹ軸ベースと、Ｘ、Ｙ座標
域検出用ベースとの間に夫々絶縁シート部材が挿
入されている。そのため励磁装置から発生する交
流信号が減衰され、そしてＳ／Ｎ比が悪化する。
更に、格子間をスキヤニングする必要があり装置
が複雑である。また、後者は、励磁装置をタブレ
ツト上面から離さずに移動させないと検出信号が
途切れてしまい座標を検出することができない、
即ち電気導体線の１ピツチ内の相対座標が判明す
るのみであるということがあつた。 本発明は上記従来の欠点を除去したもので、座
標域検出用ベースを使用せずに、したがつて格子
間スキヤニングする複雑な装置を不要とし、簡単
な構成で絶対座標を検出することのできる座標検
出装置を提供することを目的とする。 上記目的を達成するために本発明においては、
等間隔（Ｐ／２）で配置された平行部分を有する電 気導体線であり、隣接した電気導体線に電流が互
いに反対方向に流れるような蛇行形状を為す第１
の電気導体線及びこの第１の電気導体線の半分の
間隔ずれて配置された第２の電気導体線を有する
第１のＸ軸ベースと、この第１のＸ軸ベースと異
なる間隔（ｑ／２）で配置された平行部分を有する 電気導体線であり隣接した電気導体線に電流が互
いに反対方向に流れるような蛇行形状を為す第３
の電気導体線及びこの第３の電気導体線の半分の
間隔ずれて配置された第４の電気導体線を有する
第２のＸ軸ベースとを有することを特徴とし、更
にこの第１及び第２のＸ軸ベースと同様の構成か
ら成る第１及び第２のＹ軸ベースをＸ軸ベースと
直交配置したタブレツトを有する。更にこのタブ
レツトを使用してタブレツト面上に交番磁界信号
による指示されたカーソルの位置を検出するため
に、第１の電気導体線からの出力信号と第２の電
気導体線からの出力信号とを加算する第１の加算
器と、第３の電気導体線からの出力信号と第４の
電気導体線からの出力信号とを加算する第２の加
算器と、第１の加算器の出力とカーソルの励磁信
号との位相を比較する第１の比較器と、第２の加
算器の出力と励磁信号との位相を比較する第２の
比較器と、第１の比較器及び第２の比較器の出力
信号を比較し両者の差を予め決められた演算手順
により演算するか、または両者の差を予め決めら
れたデータと比較した結果をもとに、所定の基準
とする電気導体線の位置を判別し、その基準線か
らカーソルまでの位置を加算することによりカー
ソルの位置を検出する処理装置を有する。 以下本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説
明する。第１図は本発明に係る座標検出装置に使
用するＸ軸（又はＹ軸）用ベースでＡ及びＢに示
される如く２組の平行の配置された４種類の電気
導体線１，２及び３，４（以下導線１，２，３，
４，という）から構成される。実線で描かれた導
線１と破線で描かれた導線２とは、夫々等間隔で
配列される。隣接した導線５，６，７に互いに反
対方向に電流が流れるように、導線５，６，７の
両端を交互に接続部８，９により接続し、１本の
蛇行形状を為す導線１を形成する。この導線１の
平行部分の間隔は一定（ｐ／２）である。導線２は 導線１に比べて間隔の半分だけ（ｐ／４）ずれて配 置されていて、導線１と同様に平行部分の両端が
交互に接続されている。２つの導線１及び２が互
いに電気的に電気絶縁された状態でシート状に重
ね合わされている時、このシート上にコイル等の
励磁装置１０が置かれ、この励磁装置１０が所定
の周波数の交流信号により励磁された場合、導体
１及び２の出力端子１１，１２に表われる信号
は、第２図に示される如く、励磁装置１０が置か
れた導線に直交する方向の位置により決められ
る。励磁装置１０が8KHzの交流信号で励磁され
ているならば、励磁装置１０のコイルの中心（以
下励磁装置１０の中心と総称する）が導線１の真
上に置いてある時は、導線１には出力電圧が零で
ある。励磁装置１０の中心が導線５と６との中央
部分に置いてある時及び導線６と７との中央部分
に置いてある時には端子１１，１１′間には最大
の出力電圧が得られるが、その極性が互いに逆に
なる。端子１１と端子１１′との間に得られる出
力電圧とは、例えば8KHzの交流信号を搬送信号
とした振幅変調出力であり、励磁装置１０の置か
れた位置に応じて変調出力は正弦波形状又は余弦
波形状に変化する。即ち、導線１は電気角のπ／２ 毎にならべられている。以下、電気角でπに相当
する導線２本の間隔Ｐを１ピツチと称して説明す
る。（導線２においても同様である。）この現象は
特公昭53−34855号公報又は米国特許3647963号に
より明らかであるからここでは詳細な説明を省略
する。第１図Ｂに示す如く、導線３及び４は、第
１及び第２の導線１及び２の間隔（Ｐ／２）と異つ た間隔（ｑ／２）で等間隔に平行して配列され、且 つその両端部が夫々接続されることにより蛇行す
る形状に形成されることは導線１及び２の場合と
同じである。導線３と導線４とは互いに間隔の半
分（ｑ／４）だけずれて配置されている。このこと が導線１と導線２との関係と同じに出力信号の電
気角にすればπ／４の位相差を持つことになる。 実線で描いた導線１と導線３とを比較すると、
全長ｌを夫々５ピツチと４ピツチに等分割する。
即ち、ｌ＝5P＝4qという関係である。一般に、
導体のピツチ数をｎとするとｌ＝np＝（ｎ―１）
ｐの関係にある。励磁装置１０に励磁信号E₁＝
A₁cos wtを印加すると導線１の出力端子１１，
１１′間及び導線２の出力端子１２，１２′間に
は、第２図Ａに示す如く、夫々E₁₁＝A₂cos（2π・
ｒ／Ｐ）・cos wt，E₁₂＝A₂sin（2π・ｒ／Ｐ）・cos w
tな る出力信号が発生する。ここにｒは導線５のピツ
チ数を数える基準位置Ｒから励磁装置１０までの
長さである。信号E₁₁を時間ｔで積分した信号を
E₁₁′とするとE₁₁′＝∫E₁₁・dt＝A₂cos（2π・ｒ／Ｐ
）・ sin wtとなる。 E₁₁′と信号E₁₂とを加算した信号をE₁₀とすると
E₁₀はE₁₀＝E₁₁′＋E₁₂＝A₂sin（wt＋2πｒ／Ｐ）とな る。従つて、基準位置Ｒから励磁装置１０までの
移動長さｒに比例する位相変調信号が信号E₁₀に
より与えられる。すなわち、励磁信号E₁と変調
信号E₁₀との位相（₁）を比較することにより、
両者の位相差（2π・ｒ／Ｐ）から励磁装置１０の基 準位置Ｒからの変位量（ｒ＝Ｐ₁／2π）を検出する ことが可能となる。 また、励磁装置１０に励磁信号E₁を印加する
と導線３の出力端子１３，１３′間及び導線４の
出力端子１４，１４′には、第２図Ｂに示す如く、
夫々E₁₃＝A₂cos（2π・ｓ／ｑ）・cos wt、E₁₄＝A₂sin （2π・ｓ／ｑ）・cos wtなる信号が発生する。ここに ｓは導線３のピツチ数を数える基準位置Ｓから励
磁装置１０までの長さである。信号１３を時間積
分した信号E₁₃′（E₁₃′＝A₂cos（2π・ｓ／ｐ）・sin
wt） 信号E₁₄とを加算した信号E₁₅（E₁₅＝E′₁₃＋E₁₄＝
A₂sin（wt＋2π・ｓ／Ｐ）を得ることができる。 従つて、基準位置Ｓから励磁装置１０までの移
動長さｓに比例する位相変調信号が信号E₁₅によ
り与えられるから、励磁信号E₁と変調信号E₁₅と
の位相（₂）とを比較することにより、両者の
位相差（2π・ｓ／Ｐ）から変位量（ｓ＝ｑ・₂／2π
） を検出することができる。 ここで、前述の如く導線を平行に並べた方向の
全長ｌはｌ＝np＝（ｎ―１）ｑの関係に置かれて
いるから、ピツチｑはｑ＝ｌ／ｎ−１である。２種 類の長さｐとｑとの差はｑ―ｐ＝ｌ／ｎ−１−ｌ／ｎ＝ ｌ／ｎ（ｎ−１）となるから、第１図に示したように 導線１の２番目のピツチ範囲内におけるｑとｐと
の差はｌ／ｎ・（ｎ−１）、ｍ番目のピツチ内では （ｍ−１）・ｌ／ｎ・（ｎ−１）となる。従つて、長さ
ｐとｑとを 検出して、比較することにより励磁装置１０が導
線１の何番目のピツチに存在するかを判別するこ
とができる。すなわち、励磁装置１０が導線１の
基準線Ｕから距離Ｘだけ離れたＶの位置（ｍ番目
のピツチの範囲内）に置かれていたとすれば、Ｘ
＝（ｍ−１）ｐ＋ｑが励磁装置１０の位置を示す。
これまでの説明はＸ座標の検出についてのみ述べ
たが、Ｙ座標についても同様の原理で座標値を検
出することができる。Ｙ座標を検出するための導
線の配置はＸ座標検出用導線１，２，３，４とは
直交させる必要がある。１５及び１６は第１のＸ
軸ベース及び第２のＸ軸ベースで、夫々絶縁物か
ら成る基板上に導線１，２及び３，４が配線され
ている。導線は基板の表面に又は内在させること
ができ、例えば、プリント配線技術により形成さ
れること及び基板の中に理設されることができ
る。更にこのベースは、第１のベースと第２のベ
ースを接着し一体に形成することが１枚の基板の
片面又は両面に積層することによつても作成する
ことができる。第４図は本発明の回路構成を示す
ブロツク図で、第１図乃至第３図と同一符号は同
一部分を示す。同図において、１７は高い周波数
のクロツク発信器、１８はカウンタでクロツク信
号を所定の周波数に分周する。カウンタ１８の出
力はフイルタ１９を介して励磁装置１０に印加さ
れると同時に比較器２０に供給される。２１は第
１のＸ軸ベース１５、第２のＸ軸ベース１６、及
び第１のＹ軸ベース、第２のＹ軸ベースを重ね合
わせて構成するタブレツトでＸ軸出力端子２１
ａ、Ｙ軸出力端子２１ｂを有し、出力端子２１
ａ，２１ｂは共に切替回路２２に接続される。２
２は所定の周期で入力を選択し、後述の増幅器２
３又は２４との接続関係を切換える時分割切換回
路である。２３及び２４は増幅器、２５は増幅器
２３に接続された積分器である。２６は増幅器２
４と積分器２５の出力を加算する加算器である。
２７は加算器２６の出力（正弦波）を矩形波に変
換する変換器で、矩形波信号はカウンタ１８の出
力と共に比較器２０に印加される。比較器２０で
はカウンタ１８からの基準信号（矩形波）と変換
器２７からの信号との位相を比較し、その位相差
に対応する検出信号が出力される。検出信号は位
相差がパルス幅、電圧値、パルス数、又は数値信
号等の信号形態で表わされる。２８はデータ処理
装置で、比較器２０からの位相差信号データを取
り込んで、タブレツト２１上に置かれた励磁装置
１０の座標値を演算する。第５図には具体的回路
構成を示す。同図において第４図と同一符号は同
一部分を示す。切換回路２２は２個の時分割切換
回路２９及び３０から成りその出力信号は変圧器
３１及び３２を介して演算増幅器３３，３４へ印
加される。２５は積分用コンデンサである。３
５，３６は演算増幅器、３７，３８はコンデン
サ、３９，４０，４１，４２及び４３は抵抗器で
ある。４４は波形変換器２７を構成する演算増幅
器３６の一方側入力端子に接続された可変抵抗器
で直流電源４５の出力電圧を調節する。４６はフ
リツプフロツプでカウンタ１８からの矩形波信号
によりセツトされ、波形変換器２７からの信号に
よりリセツトされる。４７はカウンタでフリツプ
フロツプ４６の出力、すなわち基準矩形波信号と
波形変換器２７からの信号との位相差に応じた時
間を、クロツク信号発生器１７からの高い周波数
のクロツク信号により内挿する（計数する）。 なお、比較器２０はＤフリツプフロツプ等で構
成するラツチ回路でもよく、波形変換器２７の出
力によりカウンタ１８の出力をラツチするように
しても両信号の位相差を検出することもできる。
この検出方法はカウンタ１８の出力の位相と励磁
装置１０の励磁電流の位相とが一定の関係にある
ことが必要である。２つの信号の位相差を検出す
る回路構成はすでに多数知られているので、これ
らのうちの使用可能なものを選択することが適当
である。データ処理装置２８においては演算式を
用いて励磁装置１０の位置を演算する方法と、あ
らかじめ用意したデータテーブルを用いて検索に
より励磁装置１０の位置を求める方法とのどちら
でも採用することができる。以下具体的な下記数
値例に基づいてデータ演算装置２８の動作を説明
する。

【表】 本実施例の説明をわかり易くするために、カウ
ンタ１８を1000進カウンタとした。Ｘ軸ベース、
Ｘ軸ベース共に同一作用のためＸ軸ベースについ
て説明する。第１の導線上及び第２の導線上にお
いて、クロツクパルス数の1000パルスを、夫々ピ
ツチｐ及びｑに対応させるとピツチｐ，ｑとカウ
ンタ１８の内容は第６図のようになる。分解能は
第１の導線（ベース）上では１パルス当り0.02
mm、第２の導線（ベース）上では１パルス当り
0.025mmである。丸印は第１の導線の配置（間隔
20mm）で、白ヌキと黒ヌリは隣接した導体（電流
の向きが逆）を示す。同様に三角印は第３の導線
の配置（間隔25mm）で、白ヌキと黒ヌリは隣接し
た導体を示す。励磁装置１０がａ点に置かれる
と、クロツク信号は1000進カウンタ１８で1/1000
に分周されその出力はフイルタ１９を通つて励磁
信号となる。励磁装置１０から放出された励磁信
号は、タブレツト２１のＸ軸のベースに励磁信号
と同じ周波数の交番信号（以下搬送信号と総称す
る）を誘起する。 この搬送信号は、励磁装置１０の置かれた位置
により振幅変調される。振幅変調のされ方は第２
図において説明したとおりで、Ｘ軸ベースからの
出力端子２１ａからは、この変調された信号が得
られる。切換回路２２では導線１からの出力E₁₁
を、増幅器２３を介して積分器２５で積分して加
算器２６に入力し、次に導線２からの出力E₁₂を
増幅器２４を介して加算器２６に入力する。加算
器２６で加算された信号E₁₀は搬送信号の振幅変
調を他の搬送信号の位相変調に変換したもので、
この信号E₁₀は波形変換器２７で波形変換された
後比較器２０に印加される。信号E₁₀はカウンタ
１８からの基準矩形波信号と位相を比較された位
相差に応じたパルス数F₁のデータ信号E₂₀に変換
される。このデータ信号E₂₀のパルス数Ｆは第１
図、２図、３図及び第６図の位置ａに励磁装置１
０が置かれた場合の変位量ｒに対応する。同様
に、次のタイミングで切換回路２２は、導線３か
らの出力E₁₃を増幅器２３を介して積分器２５で
積分して加算器２６に入力し、次に導線４からの
出力E₁₄を増幅器２４を介して加算器２６に入力
する。加算器２６で加算された信号１５は波形変
換器２７で波形変換された後比較器２０に印加さ
れる。信号E₁₅はカウンタ１８からの基準矩形波
信号と位相を比較され、位相差に応じたパルス数
F₂のデータ信号E₃₀に変換される。このパルス数
F₂は第１図ａに示した変位量ｓに対応する。デ
ータ演算装置２８においては、時分割により入力
されるデータ信号E₂₀、E₃₀及びピツチ数ｍとの関
係から励磁装置１０の位置Ｘを演算する。比較器
２０からのデータ信号E₂₀のパルス数F₁は、位置
Ｘの変化（第６図０−J₁−J₂−J₃−J₄−J₅）に従
い、パルス数０〜999の間で周期性を有し、基準
となる導線１のところで最大パルス数から最小パ
ルス数に不連続点を有する。この不連続点の近辺
でパルス数F₁が所定の数（Ｆ／２＝500パルス）よ り大きいか又は小さいかを判断すれば、励磁装置
１０が導線１の何番目のピツチ内に置かれている
かが判別できる。すなわち、F₁＞F₂ならば△Ｆ
＝F₁−F₂、F₁＜F₂ならば△Ｆ＝Ｆ＋F₁−F₂とな
る△Ｆを演算により定義する。第６図に示すよう
に、データ信号E₃₀は位置の変化（０−K₁−K₂−
K₃−K₄）によりパルス数０〜999の間で周期性を
有する。このデータ信号E₂₀とE₃₀とのパルス数の
差を△Ｆとすると、△Ｆによつて表わされる位相
差データは第７図のようにパルス数０〜999の間
で変化する。このデータ△Ｆのパルス数により、
励磁装置１０の置かれているピツチ数ｍを判別す
る。 ピツチ数ｍを判別するためのデータの構成を第
１表に示す。

【表】 すなわち、第１表によれば、第６図の点ａに励
磁装置１０が置かれていれば、データ△Ｆが350
であり且つF₁が750であるから500≦F₁＜1000に
該当し、従つてピツチ数ｍは１である。この時の
励磁装置１０の置かれているＸ座標はＸ＝（ｍ×
Ｆ＋△Ｆ）・Ｇ＝（１×1000＋350）・Ｇ＝1350・Ｇ
である。ここにＧは定数で、パルス数を所望の単
位距離に換算するためのものである。第１表にお
いて、０≦F₁＜500のときのデータ△Ｆの値を０
〜100，200〜300……、としたが、ノイズ等によ
りデータに±100パルスの範囲で誤差の存在する
可能性が有る場合には、このデータを第２表のよ
うに拡張することもできる。 尚、データ処理装置２８におけるピツチ数ｍの
判別は数値演算によること、データテーブル

【表】 により引出すこと等によつてもできることはいう
までもない。 以上述べた如く本発明は、等間隔に配置された
平行部分を有する導線であり、且つ隣接した導線
に電流が互いに反対方向に流れるような蛇行形状
を為す第１の導線及びこの第１の導線の半分の間
隔ずれて配置された第２の導線を有する第１のＸ
軸ベースと、この第１のＸ軸ベースの導線と異な
る間隔で配置された平行部分を有する導線であり
且つ隣接した導線に電流が互いに反対方向に流れ
るような蛇行形状を為す第３の導線及びこの第３
の導線の半分の間隔ずれて配置された第４の導線
を有する第２のＸ軸ベースとを有することを特徴
とし、更にこの第１及び第２のＸ軸ベースと同様
の構成から成る第１及び第２のＹ軸ベースをＸ軸
ベースと直交して配置したタブレツトを有する座
標検出装置である。更に本発明は、このタブレツ
トを使用してタブレツト面上に交番励磁信号を発
生する励磁装置の置かれた位置を検出するため
に、第１の導線と第２の導線からの信号の一方の
信号を積分し、他方の信号に加算した信号を第１
の加算信号とし、次に第３の導線と第４の導線か
らの信号を積分し、他方の信号に加算した信号を
第２の加算信号とし、上記の第１の加算信号と第
２の加算信号とを基準信号と比較し、その位相差
に対応する位相差信号を基に上記励磁装置の位置
を演算するデータ処理装置とから成る座標検出装
置である。この本発明によれば、従来の座標検出
装置のように座標域検出用ベースを使用せずに座
標域を判別できるので、格子間をスキヤニングす
ることが無く構成が簡単で且つ検出時間を短縮す
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは本発明に係る座標検出装置に
使用するＸ軸（又はＹ軸）用ベースを示す導体の
配置図である。第２図Ａ及びＢは第１図の導体に
より検出される信号の変化を示す特性図である。
第３図はＸ軸用ベースの一部断面図である。第４
図は、本発明の回路構成を示すブロツク図であ
る。第５図は第４図の具体的回路図である。第６
図及び第７図は位相差△Ｆの変化を示す特性図で
ある。 １乃至９……電気導体線、１０……励磁装置、
１１乃至１４……端子、ｐ，ｑ……ピツチ、Ｒ，
Ｓ……基準位置、１５……第１のＸ軸ベース、１
６……第２のＸ軸ベース、１７……クロツク発振
器、１８……カウンタ、１９……フイルタ、２０
……比較器、２１……タブレツト、２２……切換
回路、２３，２４……増幅器、２５……積分器、
２６……加算器、２７……波形変換器、２８……
データ処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発振回路と、この発振回路により励磁される
   励磁装置と、この励磁装置の位置を連続した電気
   角でＸ座標及びＹ座標を検出する第１のピツチｐ
   で配列された第１の電気導体線を有する第１のＸ
   軸ベース及び第１のＹ軸ベースと、前記第１の電
   気導体線と異る第２のピツチｑで配列された第２
   の電気導体線を有する第２のＸ軸ベース及び第２
   のＹ軸ベースと、上記第１のＸ軸ベース及び第２
   のＸ軸ベースから検出される信号により励磁装置
   のＸ軸座標を演算し、且つ上記第１のＹ軸ベース
   及び第２のＹ軸ベースから検出される信号により
   励磁装置のＹ軸座標を演算する検出装置とを備え
   たことを特徴とする座標検出装置。 ２ 第１のＸ軸ベース及び第１のＹ軸ベースを構
   成する第１（第３）の電気導体線のピツチｐと、
   第２のＸ軸ベース及び第２のＹ軸ベースを構成す
   る第２（第４）の電気導体線のピツチｑと、第１
   （第３）の電気導体線のピツチ数ｎと、第２、（第
   ４）の電気導体線のピツチ数（ｎ―１）との関係
   がnp＝（ｎ―１）・ｑであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の座標検出装置。 ３ 検出装置はタブレツトの出力端子に接続され
   た切換回路と、この切換回路により順次切換えて
   出力される第１（第３）の電気導体線からの信号
   と第２（第４）の電気導体線からの信号の一方の
   信号を積分する積分器と、この積分器からの出力
   と上記他方の信号とを加算する加算器と、この加
   算器の出力を基準信号と比較しその位相差に対応
   する信号を出力する比較器と、この比較器からの
   位相差信号を取り込んで励磁装置の位置を演算す
   るデータ処理装置とから成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項及び第２項記載の座標検出装
   置。