JPH05143224A

JPH05143224A - 電磁式デジタイザ・タブレツト

Info

Publication number: JPH05143224A
Application number: JP10097192A
Authority: JP
Inventors: Gregory F Russell; グレゴリー・フレイザー・ラツセル
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-05-06
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1993-06-11
Anticipated expiration: 2015-03-06
Also published as: JP3016455B2; US5136125A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】差動接続されたコイル対のアレイを使用し
て、共通モード・ノイズ信号の大幅な除去を実現し、マ
ルチプレクサの複雑さを低下させ、又センサ・グリッド
・コイルの有限の長さを補償することによって、デジタ
イザ・タブレットの境界付近での精度を向上させる。【構成】デジタイザ・タブレットは、検出面の外部に
配置されたポインティング装置によって生成された電磁
信号を検出するための検出面を画定する導体のアレイを
有し、決定された振幅に応答して、検出面に関連する座
標系に関するポインティング装置の位置と角度の両方を
正確に評価するための、データ・プロセッサを含む。導
体のアレイは、ｘ軸センサ・アレイとｙ軸センサ・アレ
イからなり、各センサ・アレイは、複数の差動式に相互
接続された重なり合うコイル対３を含む。コイル対の各
コイルは各端部に補助ループ２が結合された、主ループ
１を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全般的に電磁式（Ｅ
Ｍ）デジタル化装置と方法に関し、具体的には電磁デジ
タイザのコイル・グリッド・センサ・アレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの種類のＥＭデジタイザまたはデジ
タイザ・タブレットが、当技術分野で既知である。一般
に、デジタイザ・タブレットは、平面センサ・グリッド
の表面に対するプローブの位置を示す。ある種のデジタ
イザ・タブレットは、磁界の検出によって動作し、一方
の組が他方の組に対して直角に配向されている２組の導
体アレイを含む。この種のシステムでは、プローブを交
流信号で駆動して、導体アレイ内に信号を誘導する振動
磁界を発生させる。導体アレイ内の信号を検出し比較し
て、タブレットの表面に対するプローブの２次元位置を
決定する。

【０００３】導体アレイを駆動し、その電磁界をプロー
ブで検出するような、他の種類のデジタイザ・タブレッ
トも既知である。電界と抵抗ブリッジを用いて動作する
タブレットも既知である。磁気ひずみ要素を含むタブレ
ットも、当技術分野で十分に示されている。

【０００４】本発明は、特に磁界検出式タブレットを対
象とする。具体的に言うと、この種のタブレットは、１
対のコイルの相互インダクタンスを測定する。一方のコ
イルは、タブレット内にあり、もう一方のコイルは、プ
ローブ中に置かれる。このプローブは、本明細書ではス
タイラスまたはペンとも称する。ペンを、１本または複
数のワイヤを介してタブレットに物理的に結合すること
ができ、これを「テザード」ペンと称する。またペン
を、タブレットから物理的に切り離すこともでき、これ
を「アンテザード」ペンと称する。アンテザード・ペン
の方が、より自然なユーザ・インターフェースがもたら
されるという点で好ましい。

【０００５】多くのタブレットのセンサ・グリッド配置
構成は、タブレットのｘ軸とｙ軸に沿って配置された数
組の同一構造を持つ細長いループまたはコイルからな
る。ペン位置を推定する従来の方法の１つは、ペン近傍
のコイル内信号強度を測定し、各次元に沿った信号強度
のピークの位置を推定することである。これは、各次元
での信号導関数のゼロ交点を見つけるのと等価である。
すべての計算が導関数に対して行われるので、導関数の
測定値を参照するのが便利である。この測定値は、普通
は、コイル・アレイ中の隣接するコイル内の信号の差を
取ることによって得られる。

【０００６】従来型のデジタイザ・タブレットに伴う問
題点の１つは、それをＣＲＴディスプレイの近傍で使用
すること、及び外部の磁界がセンサ・グリッド・アレイ
に結合することに関するものである。マルチプレクサ回
路を介して差動増幅器にグリッド・コイルを結合するこ
とが、共通モードのノイズを削減するための既知の技法
である。

【０００７】もう１つの問題点は、センサ・グリッド・
コイルが有限の長さを有することに関するものである。
この結果、ペン位置がセンサ・グリッド・アレイの有効
区域の縁部またはその付近にある場合に、ペン位置推定
に誤差が生ずる。

【０００８】以下の年代順に並べられた米国特許は、当
技術分野で発行された多数の米国特許を代表するもので
ある。

【０００９】米国特許第４１８５１６５号明細書では、
ノーズ・ピースの周囲にコイルが配置されたペンを有す
る、デジタル化システムが記載されている。導体のグリ
ッドは、Ｘ方向とＹ方向に向いた平行に離隔した導体の
グループを含んでいる。ペンのコイルによって、Ｘ方向
とＹ方向の導体中で９６ｋＨｚの交流電圧が誘起され、
差動増幅器がマルチプレクサを介して単一のコイルの上
端と下端に接続されている。

【００１０】米国特許第４５５２９９１号明細書では、
少なくとも２つの導体グリッド・システムを含む２次元
デジタル化システムが記載されている。各グリッド・シ
ステムは、第１のピッチ間隔を有する複数の巻線と、第
１ピッチ間隔とはわずかな増分だけ異なる第２のピッチ
間隔を有する同数の巻線を有する。この技法は、粗位置
と精密位置の両方が測定できる。

【００１１】米国特許第４６４４１０２号明細書では、
マルチプレクサから入力を受け取り、出力信号をプロセ
ッサに供給する差動増幅器を含むデジタイザ・タブレッ
トが記載されている。２つのマルチプレクサと１つの差
動増幅器で、隣接する導体要素上の信号の直接比較を行
う。その結果得られる信号は、共通モード・ノイズと望
ましくない共通モード信号が取り除かれ、したがって、
信号対雑音比が向上する。

【００１２】米国特許第４７３６０７３号明細書では、
振動電流を用いてプローブ内のコイルを駆動し、その結
果、プローブが変化する磁界を発生する、信号源を有す
るデジタイザ・タブレットが記載されている。この磁界
は、互いに直角に向いた第１組と第２組のアレイ導体内
に、起電力を誘起する。帰還回路が設けられ、その結
果、差動増幅器が、導体内に誘起された信号を増幅でき
るようになっている。タブレットの縁部付近に帰還回路
を設けて、エッジ効果に起因する不正確さを処理する。

【００１３】米国特許第４８５９８１４号明細書では、
ポインティング装置の座標を計算するためにグリッド・
キャリア信号を処理する前に、検出されたグリッド・キ
ャリア信号から環境ノイズを検出し、これを相殺するデ
ジタル化システムが記載されている。差動式のノイズ削
減技法が開示されている。あるグリッド導体が検出のた
めに選択される時、ある本数のグリッド導体分だけ離れ
た位置にある別のグリッド導体が、差動検出されるグリ
ッド導体対の基準導体として選択される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術で教
示されておらず、したがって本発明で達成しようとする
目的は、差動接続されたコイル対のアレイを使用して、
共通モード・ノイズ信号の大幅な除去を実現すると同時
に、マルチプレクサの複雑さを低下させる、改良された
デジタイザ・タブレットである。

【００１５】本発明のもう１つの目的は、センサ・グリ
ッド・コイルの有限の長さを補償することによって、デ
ジタイザ・タブレットの境界付近での精度を向上させる
ことである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記その他の問題の克服
と、本発明の目的の実現は、検出面の外部に配置された
ポインティング装置によって発生される電磁信号を検出
するための検出面を画定する誘導子のアレイを有する、
デジタイザ・タブレットによって達成される。このタブ
レットは、誘導子のアレイに結合された、ポインティン
グ装置によって誘導子のアレイ内に誘起された電気信号
の振幅を決定するための回路を含む。また、このタブレ
ットは、決定された振幅に応答して、検出面に関連する
座標系に関する、ポインティング装置の位置と角度の両
方を正確に推定するためのデータ・プロセッサを含む。

【００１７】本発明の１実施例では、誘導子のアレイ
が、ｘ軸センサ・アレイを定義する第１アレイと、ｙ軸
センサ・アレイを定義する第２アレイから構成される。
ｘ軸センサ・アレイとｙ軸センサ・アレイは、それぞ
れ、共通モードの外部ノイズを除去するように差動式に
相互接続された複数のコイル対からなる。各アレイの相
互接続されたコイル対の個々のコイルは、互いに重なり
合っている。コイル対の各コイルは、第１の組の補助ル
ープが結合されている第１端部と、第２の組の補助ルー
プが結合されている反対側の第２端部とを有する主ルー
プを含む。補助ループの組は、導体のアレイの周辺に隣
接して配置されて、グリッド・コイルの有限の長さに起
因する測定値のひずみを削減する。１実施例では、補助
ループの各組が、３本の正巻線を含む。

【００１８】印刷技法を使用して電気伝導性インクのパ
ターンを描き、ｘ軸とｙ軸のセンサ・グリッドを組み立
てる、コイル・グリッド・センサ・アレイの実施例を開
示する。ガラス−エポキシ・プリント回路板などの基板
の片面上にグリッドを印刷し、基板の反対面には、磁気
シールドとして働く金属板を設ける。印刷技法によっ
て、ｘ軸とｙ軸のセンサ・グリッドが導電性シールドか
ら実質的に同じ距離に配置され、導電性シールドが近接
していることに起因する信号の減衰がほぼ等しい量にな
る。導電性シールドを使用すると、空間的に広い雑音の
場の打ち消しが強化されて、信号対雑音比が向上する。

【００１９】

【実施例】図１を参照すると、デジタイザ・タブレット
１０がブロック図の形で示されている。デジタイザ・タ
ブレット１０は、２つの重なり合ったコイル対のアレイ
１４からなるセンサ・グリッド１２を含んでいる。一方
のアレイ１４のコイル対が、他方のアレイのコイル対に
対して直角に配置されている。本発明の１態様によれ
ば、各コイル対の個々のコイルは、互いに差動結合され
る。図１では、コイル対の１方のアレイ１４だけが示さ
れている。使用中には、ペン１６が電磁信号を発生し、
この信号がセンサ・グリッド１２で検出される。

【００２０】ペン１６は、ペン・コイル１８とコイル駆
動回路２０を含んでいる。ペン・コイル１８は、通常は
フェライト・コア２２に巻き付ける。ペン１６の先端が
センサ・グリッド１２の上面に接触した時を示すため
に、通常は接点スイッチ２４を使用する。アンテザード
式プローブの場合、コイル駆動回路２０にスイッチの開
閉の情報を符号化する手段を含め、この情報を送り出し
てセンサ・グリッド１２で受け取るようにすることがで
きる。

【００２１】たとえば、センサ・グリッド１２内の各コ
イル対のインダクタンスは、幅１ｃｍ、長さ約２０ｃｍ
のコイルでは約０．１〜１．０μＨであり、ペン・コイ
ル１８のインダクタンスは、約１００〜２００μＨであ
る。

【００２２】図２は、センサ・グリッド１２内で、ｙ軸
センサ・アレイ１４ｂに対しｘ軸センサ・アレイ１４ａ
が直角に配向される様子を示す図である。各センサ・ア
レイ１４は同じ構成とすることができる。隣接するコイ
ル同士をオーバラップさせることは、必ずしも必要では
ないが、そうすると隣接するコイル間のコイル・ピッチ
または中心間間隔を同一に保ちながら、個々のコイルを
より広くすることができるため、受信信号の強度が増加
するので、そうすることが好ましい。

【００２３】図３は、ｘ軸センサ・アレイ１４ａまたは
ｙ軸センサ・アレイ１４ｂの一方の１つのコイル対３の
好ましい実施例を示す図である。本明細書では、用語
「コイル対」は、２つの相互接続されたコイルを含むも
のとみなす。本発明の１態様によれば、２つのコイルを
差動式に相互接続して、共通モードのノイズと干渉を削
減する。各コイルは、それぞれが少なくとも１本のルー
プからなる１本または複数の巻線から構成される。ルー
プは、ある区域を囲む１巻きの導体である。さらに、本
発明の１態様によれば、巻線は、主ループ１と、主ルー
プ１の各端部に位置する複数の補助ループ２を含むこと
が好ましい。

【００２４】本発明の補助ループ２の好ましい構成の１
つを図４に示す。この例によれば、コイルの幅（寸法
Ａ）は約１ｃｍであり、寸法（Ｂ）及び（Ｃ）も同様に
約１ｃｍである。主ループと補助ループを含むコイル対
３の全長は、必要なタブレット寸法に応じて決まり、２
０ｃｍないし３０ｃｍの値が典型的である。

【００２５】後で詳細に説明するように、補助ループ２
を使用して、有限長のコイルの長さを越えた部分の磁界
強度を予測し、これによってコイルの有限の長さを補償
する。

【００２６】デジタイザ・タブレット１０はさらに、ｘ
軸センサ・アレイ１４ａのコイル対から入力を受け取る
ｘ軸マルチプレクサ２６と、ｙ軸センサ・アレイ１４ｂ
のコイル対から入力を受け取るｙ軸マルチプレクサ２８
を含んでいる。コイル対は、ｘ軸マルチプレクサ２６及
びｙ軸マルチプレクサ２８の入力に直接に結合してよ
く、また、インピーダンス整合トランスを介して結合し
てもよい。ある特定のコイル対がＹアドレス信号（Ｙ−
ＡＤＤＲ）によって選択され、第２のコイル対がＸアド
レス信号（Ｘ−ＡＤＤＲ）によって選択される。これら
のアドレス信号は、共にプロセッサ３０が発生する。選
択されたｙ軸コイル対と選択されたｘ軸コイル対からの
信号出力は、マルチプレクサ３２に供給される。プロセ
ッサ３０が、増幅器／復調器／検出器（ＡＤＤ）ブロッ
ク３４に供給すべきｘ軸コイル対信号の１つを選択して
いる場合は、ある１つのｙ軸コイル対信号が選択され、
クロック位相回復回路３６に供給される。逆に、プロセ
ッサ３０がＡＤＤブロック３４に供給すべきｙ軸コイル
対信号の１つを選択している場合は、ある１つのｘ軸コ
イル対信号が選択され、クロック位相回復回路３６に供
給される。クロック位相回復回路３６は、フェーズ・ロ
ック・ループを含み、コヒーレント検出クロック（Ｂ）
を発生する。

【００２７】図１４及び図１５を参照すると、図１で
（Ａ）と記した信号は、マルチプレクサ３２からＡＤＤ
ブロック３４への入力である。この信号はペン状態情報
を伝えるために変調される５００ｋＨｚの信号である。
クロック位相回復回路３６は、コヒーレント検出クロッ
ク（Ｂ）である方形波信号を発生する。コヒーレント検
出クロックが低レベルの時には、信号（Ａ）の対応する
部分が、ＡＤＤブロック３４の出力部で反転される。す
なわち、コヒーレント検出クロックが信号（Ａ）と同相
である時には、図１４に示すように、出力信号（Ｃ）
は、正の全波整流信号に類似する。コヒーレント検出ク
ロックが信号（Ａ）と位相外れである時には、図１５に
示すように出力信号（Ｃ）は、負の全波整流信号に類似
する。コヒーレント検出クロックを用いると、差動式グ
リッドの実施態様では、コイル信号が、他のコイル信号
測定値に対して同相（＋）であるか位相外れ（−）であ
るかが決定できる。

【００２８】信号（Ｃ）は、積分型アナログ−デジタル
（Ａ／Ｄ）コンバータ３８に印加され、Ａ／Ｄコンバー
タ３８は、信号の振幅と符号をデジタル形式に変換し
て、プロセッサ３０に入力する。

【００２９】具体的に言うと、コイル信号の強度が、ペ
ン・コイル１８によってセンサ・グリッド１２内に誘起
された交流電圧の振幅に比例する符号付きの値で表され
る。信号強度は、誘起された電圧がペン・コイル１８の
電圧と同相の場合には正の符号を有し、誘起された電圧
がペン・コイル１８の電圧と位相外れの場合には負の符
号を有する。

【００３０】使用中には、プロセッサ３０が、複数の隣
接するコイル対を逐次走査し、各コイル対内に誘起され
た信号の強度を測定する。この測定値が、信号処理アル
ゴリズムで処理されて、ペン位置とペン傾斜の推定値を
もたらす。

【００３１】プロセッサ３０は、従来型のＲＳ−２３２
Ｃ直列通信回線などの通信回線３０ａによって外部ホス
トに接続され、コマンドとセットアップ情報をホストか
ら受け取る。プロセッサ３０は、ペン位置の推定を実行
するプログラム及びその他の、プログラムを記憶するメ
モリを含んでいる。動作中にプロセッサ３０は、センサ
・グリッド１２に対するペン１６の位置と、必要なら、
その角度とに関する情報のパケットを出力する。この情
報には、ｘ軸及びｙ軸のペン位置情報と、センサ・グリ
ッド１２のｘ−ｙ座標系に関するペンの向きに関する傾
斜情報（αとβ）が含まれる。

【００３２】さらに、本発明によって教示される改良さ
れたセンサ・グリッドの幾何形状に関して、図２及び図
３に示した差動接続されたコイル対を使用することによ
って、改良されたＳ／Ｎ比が達成される。各コイルは、
２本以上の反対方向のループを含む。この構成では、２
本のループ内で誘起される信号を同時に測定する。した
がって、ノイズ源または干渉源が部分的に打ち消され、
ノイズの勾配の影響だけが残る。これとは対照的に、ル
ープを順に測定する場合、測定値の間でのノイズ成分の
相関がなくなり、ノイズ成分は打ち消しあわずに互いに
加算されるようになる。

【００３３】上記の差動式グリッドの幾何形状を使用す
る時には、コヒーレント検出を実行するためにクロック
（Ｂ）が回復される。これは、前述したように、ｘ軸コ
イル対信号のうちの１つを選択してＡＤＤブロック３４
に供給すると同時に、あるｙ軸コイル対信号を選択して
クロック位相回復回路３６に供給すること、またはその
逆によって達成される。

【００３４】図示のセンサ・グリッド１２は、漂遊イン
ダクタンスを最小にし、または対称性を強化するように
最適化されておらず、差動接続式の幾何形状を例示した
ものにすぎない。さらに、本発明の教示は、特定のコイ
ルまたはコイル対の幾何形状のみに限定されるものと解
釈すべきではないことに留意されたい。たとえば、図５
に単純化された形で示した差動接続された構成は、図３
の構成と実質的に同じ電気的動作を実現する。

【００３５】本発明の１態様によれば、補助ループ２を
使用して、センサ・グリッドの長さを越える部分の測定
されない磁界の補償が行われる。図６を参照すると、ｘ
ループとｙループからなる従来技術のセンサ・グリッド
・アレイの一部分が示されている。タブレット有効区域
の範囲が、破線で示されている。図からわかるように、
有効区域の縁部を越える部分の測定されない磁界を最小
にするために、重なり合っているｘコイルとｙコイル
は、有効区域の縁部を越えてかなりの距離まで延びてい
る必要がある。

【００３６】この点に関連して、ペン１６の位置と傾斜
を推定するために開発されたアルゴリズムは、無限長コ
イルのモデルに基づいている。しかしながら、前述した
ように、ペン１６が有限のコイルの端部近くに位置する
時には、特にペンがＸ方向とＹ方向の両方に傾いている
時に、理想の信号からの大きな偏差が発生し得る。

【００３７】これらのコイル信号の偏差は、各コイルの
端部を補助ループ２で置き換えることによって、大幅に
減少する。補助ループの目的は、コイルの端部を越え
た、欠けているコイル区域を補償することなので、図４
に示す３つ組の補助ループが、所望の効果をもたらす。
この実施例では、３つ組の補助ループ２によって囲まれ
る面積は、幅（Ｂ）の欠けた状態の区域の面積の約３倍
である。３つ組の補助ループ２の面積は、３つ組の３つ
のループのそれぞれが囲む面積を加算することによって
得られる。

【００３８】補助ループ２の最適の幾何形状は、ペン・
コイル１８の幾何形状、センサ・グリッド１２ａと書込
み表面の間隔、及び磁気シールド１２ｂの材料の種類と
位置の関数である。

【００３９】本発明の好ましい構成では、ペン・コイル
１８は、長さ約１１ｍｍであり、ペン１６のチップの約
６ｍｍ上に位置する。センサ・グリッド１２ａと書込み
表面の間の距離は、約８ｍｍである。

【００４０】磁気シールド１２ｂを使用しない場合の好
ましい補助ループ２の構成を、図４に示す。この場合、
寸法Ａは０．７５ｃｍ、寸法Ｂは０．６５ｃｍ、寸法Ｃ
は０．７５ｃｍである。

【００４１】センサ・グリッド１２ａから０．０４０イ
ンチ（１．０１６ｍｍ）離して銅の磁気シールド１２ｂ
を用い、上述と同一仕様のペン１６を使用する場合、寸
法Ｂが０．４ｃｍ、寸法Ｃが０．５ｃｍの時に良い性能
が得られる。

【００４２】図１６を参照すると、非差動接続されたコ
イル・グリッドから得られる３つの信号波形が示されて
いる。信号波形Ａは、無限長のコイルから得られるはず
の信号、すなわち理想の信号を表す。信号波形Ｂは、有
限長のコイルから得られる信号を表し、これは、従来技
術に見られるものである。信号波形Ｃは、各端部に補助
ループ２を結合した有限長のコイルから得られる信号を
表す。図からわかるように、有限コイルの信号は、理想
信号から大きく逸脱しているが、補助ループ２を使用す
ると、理想信号に非常に近い信号が得られる。

【００４３】所与の応用分野に最適な補助ループ２の幾
何形状は、反復法を使うと最もよく特定できる。第１ス
テップで、当該の１組のペンの位置及び向きに対する理
想的なグリッド・コイル応答を計算する。この第１ステ
ップでは、無限コイル・モデルを使用し、自由度５
（ｘ、ｙ、ｚ、α、β）の相互インダクタンス計算に基
づく。第２ステップで、補助ループ２の初期構成または
第１構成からの応答を計算する。第３ステップで、初期
構成を修正し、修正された構成の応答を計算する。第２
ステップと第３ステップでは、信号対雑音比の期待され
る値または必要な値を取り入れる。この信号対雑音比を
使用して、この反復法の収束する方向が、電気的には正
しいかもしれないがノイズのために実用的でないコイル
構成にならないようにする。すなわち、最終的な幾何形
状が、それぞれ環境ノイズの受け取りに敏感なループを
多数含むかもしれないので、それを回避する。第４ステ
ップで、第１構成及び修正された第１構成のシミュレー
ション結果を第１ステップで決定された理想応答と比較
することによって、第１構成か修正された第１構成のい
ずれかを選択する。その後、第３ステップの手順に従っ
て、選択された最適構成を修正し、この修正されたモデ
ルの応答を計算する。この応答も理想応答と比較し、理
想値に最も近い応答を有する構成を選択する。この技法
を何度も繰り返した結果、補助ループのモデルは、最終
的に、選択された１組のペン位置について、前に決定さ
れた理想応答に最も近い応答を有するモデルに収束す
る。

【００４４】図８を参照すると、図４の補助ループ２を
構成するための技法が示されている。図からわかるよう
に、主ループ１の２つの部分を中央部分に折り込んで、
補助ループ２を形成する。この折り畳みの結果、図４に
示す３つの順巻線が形成される。

【００４５】本発明の教示は、図４に示した３つ組の補
助ループだけに限定されるものではない。たとえば、図
９は、コイルの末端に位置する５本のループと、主ルー
プの末端部分に接続する１本の逆ループからなる、１組
の補助ループを示している。

【００４６】図７を参照すると、本発明に従って構成さ
れたタブレット・センサ・グリッドの一部分が示されて
いる。図からわかるように、このタブレットの有効区域
は、それぞれの端部に補助ループが配置されている重な
り合ったｘコイル及びｙコイルによって画定される。各
主ループの有効区域の外側に延びる部分をよりコンパク
トな幾何形状に折り畳むのに役立つｘ補助ループ及びｙ
補助ループを使用することによって、図６のより長いル
ープと同様の信号誘導特性を維持しながら、必要面積が
大幅に減少する。

【００４７】補助ループ２を主ループ１に関して対称形
に整列する必要はない。たとえば、図１０は、１対の差
動接続された主ループ１が、その間を通る縦の対象軸を
有することを特徴とする、本発明のもう１つの実施例を
示している。補助ループ２の中心は、対称軸から、主ル
ープ１の中心よりも遠くに配置される。１例を挙げる
と、主ループ１の中心間間隔は、約１．５ｃｍであるの
に対して、補助ループ２の中心間間隔は、約２ｃｍであ
る。

【００４８】図１１を参照すると、センサ・グリッド１
２の好ましい１つの構成の横断面図が示されている。セ
ンサ・グリッド１２は、片面に導電性の磁気シールド１
２ｂを有する基板１２ａを含む。磁気シールド１２ｂと
反対側の面には、２つのコイル対のアレイ１４、具体的
にはｘ軸アレイ１４ａとｙ軸アレイ１４ｂが形成され
る。コイル対のアレイ１４は、シルク・スクリーン法な
どの印刷方法によって作成し、電気絶縁性材料の上に導
電性のトレースを画定することが好ましい。アレイ１４
を構成する、重なり合って差動式に相互接続されたコイ
ル対を形成するために、交差や類似の構造を収容するた
めのヴァイアを設ける。この技法を使用して、ｘ軸セン
サ・アレイ１４ａとｙ軸センサ・アレイ１４ｂの両方
を、絶縁マトリクス１２ｃ内に作成する。電磁妨害（Ｅ
ＭＩ）遮蔽のため、最上面の上にもう１つの導電性材料
１２ｄを設ける。書込み表面１２ｅは、実質的にセンサ
・アレイ構造の上方に隔置される。この実施例によれ
ば、図１２にも示すように、導体はそれぞれ、導電性の
銀インクの直線パターン４０からなり、各直線パターン
は、幅が約１０ミル（０．２５ｍｍ）で、２０ミル
（０．５１ｍｍ）の中心上に配置される。絶縁マトリク
ス１２ｃは、たとえばアクリルまたはラテックス・イン
クからなる。直線パターン４０を接触させて交差を実現
し、ｘ軸マルチプレクサ２６及びｙ軸マルチプレクサ２
８（図示せず）に接続されたトレース４４に直線パター
ン４０を結合するために、導電性パッド４２を基板１２
ａ上に設ける。磁気シールド１２ｂは、厚さ約１ミル
（０．０２５ｍｍ）の銅の層から構成することができ
る。厚さを約３ミル（０．０７６ｍｍ）ないし約４ミル
（０．１０２ｍｍ）に増加させるなら、アルミニウムを
使用してもよい。貴金属の層を使用してもよい。また、
磁気シールドは、上述の他の実施例の銅よりも導電度が
非常に低い材質から構成してもよい。たとえば、ミュー
メタルなど、鉄−ニッケルを主成分とする磁性合金を使
用してもよい。ミューメタルの場合、約２ミル（０．０
５１ｍｍ）の厚さにすると、適当な遮蔽がもたらされる
ことがわかっている。基板１２ａは、厚さ約０．０２イ
ンチ（０．５１ｍｍ）ないし約０．０４インチ（１．０
２ｍｍ）の従来型のガラス−エポキシ・プリント回路板
材料から構成することができる。

【００４９】銅からなる磁気シールドを使用する図１１
のセンサ・グリッド１２の代表的な概略寸法は、以下の
通りである。寸法インチ（ｍｍ）Ａ０．００１（０．０２５）Ｂ０．０２（０．５１）Ｃ０．００５（０．１２７）Ｄ０．００１（０．０２５）Ｅ０．３（７．６２）

【００５０】本発明の１態様によれば、印刷技法を使用
してセンサ・グリッド１２を作成することによって、ｘ
軸センサ・アレイ１４ａとｙ軸センサ・アレイ１４ｂ
を、磁気シールド１２ｂの平面から実質的に同じ距離に
配置することができる。これによって、それぞれのアレ
イ１４中で、信号が実質的に等しい量の損失を受けるこ
とが可能になる。この損失は、シールドが導電性である
場合には、磁気シールド１２ｂによる信号の打ち消しに
起因する。磁気シールド１２ｂは、電磁妨害に対処する
ために接地することができるが、磁気シールドとして機
能するためには接地する必要はない。磁気シールド１２
ｂとコイルの間の間隔を決定する際に重要な考慮点は、
センサ・グリッド１２の全厚である。可搬式データ入力
装置などの応用例では、センサ・グリッド１２はできる
限り薄く軽いことが好ましい。図からわかるように、図
１１に従って提供されるセンサ・グリッド１２を用いる
と、磁気シールド１２ｂを、センサ・グリッド・コイル
から０．０５インチ（１．２７ｍｍ）以内の範囲に配置
することが可能になる。

【００５１】本発明のもう１つの実施例を、図１３に立
面図で示す。この実施例では、対向する両側面に導電性
パターンを配置した、プリント回路板材料の層４６を設
ける。この実施例を用いると、従来式の多層回路ボード
技法による組み立てが可能になる。この実施例では、ｘ
グリッドと磁気シールド板の間の間隔と、ｙグリッドと
磁気シールド板の間の間隔をできる限り同じ値に近く保
つために、基板１２ａの厚さは約０．０２インチ（０．
５１ｍｍ）ないし０．０４インチ（１．０２ｍｍ）、層
４６の厚さは約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）と
する。ｘ軸センサ・アレイ１４ａとｙ軸センサ・アレイ
１４ｂの間での、間隔に起因する信号減衰の相違は、プ
ロセッサ３０によって補正を加えることによって補償で
きる。

【００５２】ペンによって発生した磁界の検出にコイル
・アレイを使用するデジタイザ・タブレットに関して本
発明を説明してきたが、本発明の教示は、コイル・アレ
イを駆動し、ペン・コイルを用いて磁界を検出するデジ
タイザ・タブレットにも適用されることを理解された
い。本発明の諸態様は、非差動接続式のコイルにも適用
される。たとえば、補助ループを、従来型の非差動接続
式コイルに使用することができる。また、上述のコイル
・グリッド・アレイ組立技法を、従来型の非差動接続式
コイルに使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成され操作される、デジタイ
ザ・タブレットのブロック図である。

【図２】一方の組のコイル対が他方の組のコイル対に対
して直角に配向されている、２組の重なり合って差動接
続されたコイル対からなるセンサ・グリッドを示す図で
ある。

【図３】センサ・グリッドの縁部付近で発生するエッジ
効果を補償するため、各コイルの端部に補助ループを含
む、差動コイル対の実施例を詳細に示す図である。

【図４】図３に示した補助ループの１つの幾何形状を詳
細に示す図である。

【図５】図３のコイル対の幾何形状と同等の電気的性能
を提供する、代替のコイル対の幾何形状を示す図であ
る。

【図６】従来技術に従って配列されたセンサ・グリッド
・コイルを示す図である。

【図７】本発明に従って、主ループの端部と離して配置
された補助ループを含むように配列されたセンサ・グリ
ッド・コイルを示す図である。

【図８】図４の補助ループを導出するため、主ループを
折り畳む技法を示す図である。

【図９】５本の順方向ループと１本の逆方向ループを有
するように構成された補助ループの実施例を示す図であ
る。

【図１０】各コイルの端部に、主ループの縦対称軸から
ずれている補助ループを含む、差動コイル対のもう１つ
の実施例を示す図である。

【図１１】基板と、基板の１表面上に配置された磁気シ
ールドを提供する平面状導体と、基板の反対の表面上に
配置された印刷方法によって形成されたセンサ・グリッ
ドとから構成されるデジタイザ・タブレットの、原寸に
比例しない横断面図である。

【図１２】図１１のデジタイザ・タブレット実施例の、
原寸に比例しない部分立面図である。

【図１３】多層プリント回路技術を使用して構成された
もう１つのデジタイザ・タブレット実施例の、原寸に比
例しない部分立面図である。

【図１４】図１のあるブロックの出力に対応する信号を
示し、センサ・グリッドから受け取った信号に対するコ
ヒーレント検出クロックの同相関係を具体的に示す図で
ある。

【図１５】センサ・グリッドから受け取った信号に対す
るコヒーレント検出クロックの位相外れ関係に対応する
信号を示す図である。

【図１６】非差動接続されたコイル・グリッドから得ら
れる３つの信号波形を示す図である。ただし、信号波形
Ａは、無限長のコイルから得られるはずの信号を表し、
信号波形Ｂは、有限長のコイルから得られる信号を表
し、信号波形Ｃは、各端部に補助ループを結合した有限
長のコイルから得られる信号を表す。

【符号の説明】

１主ループ２補助ループ３コイル対１０デジタイザ・タブレット１２センサ・グリッド１２ａ基板１２ｂ磁気シールド１２ｃ絶縁マトリクス１２ｄ導電性材料１２ｅ書込み表面１４アレイ１４ａｘ軸センサ・アレイ１４ｂｙ軸センサ・アレイ１６ペン１８ペン・コイル２０コイル駆動回路２２フェライト・コア２４接点スイッチ２６ｘ軸マルチプレクサ２８ｙ軸マルチプレクサ３０プロセッサ３２マルチプレクサ３４増幅器／復調器／検出器（ＡＤＤ）ブロック３６クロック位相回復回路３８アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ４２パッド４６層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部の可動誘導子と共に使用する固定され
た誘導子のアレイと、前記誘導子のアレイと前記可動誘
導子の間の相互誘導の大きさを決定する手段とを備え、
前記誘導子のアレイが、ｘ軸アレイとｙ軸アレイからな
り、ｘ軸アレイとｙ軸アレイが、それぞれ複数のコイル
からなる、電磁式デジタイザ・タブレットにおいて、前
記コイルの各々が第１端部及びそれと対向する第２端部
を有する主ループを含み、前記第１端部には第１の複数
の補助ループが結合され、前記第２端部には第２の複数
の補助ループが結合されていることを特徴とする、電磁
式デジタイザ・タブレット。
【請求項２】前記コイルがコイル対として配置され、前
記各コイル対の個々のコイルが互いに差動接続されるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の電磁式デジタイザ・
タブレット。
【請求項３】前記ｘ軸アレイと前記ｙ軸アレイが、それ
ぞれ共通基板の第１主表面に隣接して作成され、前記第
１主表面と反対側の共通基板の第２主表面に平板状の磁
気シールドが配置されていることを特徴とする、請求項
１に記載の電磁式デジタイザ・タブレット。
【請求項４】前記複数の補助ループが、それぞれ前記誘
導子のアレイの周囲に隣接して、その有効区域の外側に
配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電磁式
デジタイザ・タブレット。
【請求項５】前記複数の補助ループが、それぞれ前記複
数の補助ループが結合されている前記コイルの端部を越
える測定されない磁界を補償するように選択された構成
を有することを特徴とする、請求項１に記載の電磁式デ
ジタイザ・タブレット。
【請求項６】前記複数の補助ループが、それぞれ前記コ
イルの端部から離れて配置されて、前記補助ループと前
記コイルの端部の間に第１区域を画定し、前記補助ルー
プの各ループによって囲まれる面積の合計が前記第１区
域の面積の３倍にほぼ等しいことを特徴とする、請求項
１に記載の電磁式デジタイザ・タブレット。
【請求項７】前記複数の補助ループが、それぞれ外側の
第１ループ、前記第１ループ内に配置された第２ルー
プ、及び前記第２ループ内に配置された第３ループから
なることを特徴とする、請求項１に記載の電磁式デジタ
イザ・タブレット。