JPH0784708A

JPH0784708A - 座標読取装置

Info

Publication number: JPH0784708A
Application number: JP22737093A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Mitsuoka; 靖幸光岡; Hideki Kitajima; 秀樹北島
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】コンピュータ等の外部装置へ座標情報を入力
する座標読取装置に関して、ペン状の座標指示器が検出
装置上で傾いた場合でも、精度良く座標算出ができる座
標読取装置を提供する。【構成】ペン状の座標指示器内部の磁束発生源の長さ
Ｌ（ｍｍ）と、前記座標指示器先端から前記磁束発生源
の下端までの距離Ｒ（ｍｍ）と、センスライン幅Ｗ（ｍ
ｍ）の関係を次式のように規定した。 W²/72 - W/4 + 5.45 - L/4 ≦ R ≦ W²/72 - W/4 + 7.0
5 - L/4 ただし、13 ≦ L ≦ 25, 2.5 ≦ R ≦ 10, 15 ≦ W
≦ 33 に制限する。【効果】ペン状の座標指示器が傾いた場合の誤差（傾
き誤差）を１ｍｍ以内に抑えることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ等の外部
装置へ座標情報を入力する座標読取装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】これまで、電磁誘導現象を利用して座標
指示器が指示する座標を読み取る座標読取装置には様々
な方式が提案されてきた。例えば、座標指示器と検出装
置が信号線で接続されている座標読取装置においては、
座標指示器内部に磁束発生源であるコイル（空芯または
フェライトなどのコアを有していても良い）を有し、そ
のコイルに座標指示器の外部から交流電圧を印加する。
そして、前記コイルから生じる交番磁界を検出装置本体
に敷設されているセンスラインで受信し、そのセンスラ
インに生じる誘導信号を検出することにより、座標を読
み取っていた。

【０００３】さらに、座標指示器と検出装置が信号線で
接続されていない座標読取装置の１例について説明す
る。図２に従来の座標読取装置の構成図を示し、この図
をもとに座標を検出する動作について説明する。励磁ラ
イン９０３に代表される励磁ライン群とセンスライン９
０２に代表されるセンスライン群を直交して敷設し、そ
れぞれを第１の走査回路９０８および第２の走査回路９
０９に接続して順次選択するように構成する。第１の走
査回路９０８には励磁回路９１５から励磁信号ｓ９０６
が供給されているので、選択された励磁ライン９０３は
励磁信号ｓ９０６により交番磁界を発生する。座標指示
器９０６は前記励磁信号ｓ９０６の周波数に共振する共
振回路（図示していない）を有し、この共振回路は、磁
束発生源であるコイル（フェライトからなるコアを有す
る場合が多い）と、コンデンサから構成されている。そ
して座標指示器９０６をセンスライン上に置くと、励磁
ライン９０３、座標指示器９０６、センスライン９０２
の三者間の結合によってセンスライン９０２には誘導信
号ｓ９０１が発生する。この誘導信号ｓ９０１を第２の
走査回路９０９によって順次選択し、信号処理回路９０
４に導いて振幅信号ｓ９０５とし、さらにこの信号を座
標検出回路９０５に入力して誘導信号ｓ９０１の分布状
態から座標を算出する。ここで制御回路９１１は、励磁
回路９１５、第１および第２の走査回路９０８、９０
９、座標検出回路９０５を制御するものである。

【０００４】次に、座標算出方法について説明する。座
標算出方法についても多くの方式があるが、ここでは図
２で示した構成からなる座標読取装置における座標算出
方法の１例について、図３から図６を用いて簡単に説明
する。もちろん、この座標算出方式は、他の座標読み取
り方式にも適用できるものである。図３は励磁ライン群
とセンスライン群の一部を拡大したものである。図４と
図５はそれぞれ、座標指示器がセンスラインｘ４の中心
線Ｌ０上にあるときと、センスラインｘ４とｘ５から等
距離にある線Ｌ１上にある場合の、各センスラインｘ３
からｘ５に誘導される誘導信号の大きさを示す。

【０００５】まず、座標指示器が図３に示すセンスライ
ンｘ４の中心線Ｌ０上に位置する場合について説明す
る。このとき、センスラインｘ３からｘ５に表れる誘導
信号の振幅は、図４に示すようにセンスラインｘ４の誘
導信号の振幅Ｖx4が最も大きくなり、センスラインｘ３
とｘ５の誘導信号の振幅Ｖ_x3、Ｖ_x5は、座標指示器とセ
ンスラインｘ３および座標指示器とセンスラインｘ５の
距離が同じため等しくなる。

【０００６】次に、座標指示器が図３に示すセンスライ
ンｘ４とｘ５から等距離にある線Ｌ１上に位置する場合
について説明する。このとき、センスラインｘ４とｘ５
の誘導信号の振幅Ｖ_x4とＶ_x5は、座標指示器とセンスラ
インｘ４および座標指示器とセンスラインｘ５の距離が
同じため等しくなる。

【０００７】ここで、本出願人が提案した方式（特開昭
５５−９６４１１号）を適用し座標を算出することがで
きる。すなわち上記誘導信号の振幅を基に次式で定義さ
れる計算を行う。Ｑ＝（Ｖ_p −Ｖ_p+1 ）／（Ｖ_p −Ｖ_p-1 ）（式１）ただし、Ｖ_p+1 ＞Ｖ_p-1 上式において、Ｖ_x4をＶ_p に、Ｖ_x3をＶ_p-1 に、Ｖ_x5を
Ｖ_p+1 に代入し、座標指示器をｘ軸に平行にＬ０からＬ
１へ移動させたときの（式１）に示すＱの変化を図６に
示す。座標指示器がＬ０の位置にあるときＱ＝１とな
り、座標指示器がＬ１の位置にあるときＱ＝０となる事
は上述した説明より明らかである。また、座標指示器が
Ｌ０とＬ１の間に位置するとき、Ｑはこの位置と１対１
に対応した０＜Ｑ＜１の範囲の値をとる。したがって、
このＱの特性をあらかじめ実験的に求めておくことによ
り、誘導信号の振幅からＱを算出し、このＱからＬ０−
Ｌ１間における座標指示器の詳細な位置を求めることが
できる。

【０００８】つまり誘導信号の振幅が最大となるセンス
ラインの位置により、座標指示器のｘ方向（図３の横方
向）の大まかな位置がわかり、さらにＱから求められる
詳細な位置を前記大まかな位置に加減算することによ
り、ｘ方向の正確な座標を求めることができる。ｙ座標
についても同様であるので説明を省略する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の座標
読取装置においてペン形状の座標指示器を使用する場
合、ペン形状の座標指示器の傾き角によって算出される
座標が変化するため、使い勝手が悪いという課題があっ
た。

【００１０】ペン形状の座標指示器ではなく、検出装置
上に密着して使用されるいわゆるカーソルと呼ばれる座
標指示器の場合は、座標指示器が検出装置上で傾くこと
はなかった。ところが、ペン形状の座標指示器の場合
は、検出装置上で様々な方向に傾いた状態で使用される
ことが多い。

【００１１】ペン形状の座標指示器内部の磁束発生源か
ら生じる磁束の検出装置上での分布状態は、座標指示器
の傾き角によって変化する。その結果、各センスライン
に生じる誘導信号の振幅の分布状態が変化する。そのた
め、誘導信号の振幅の分布状態から座標指示器の指示し
ている座標を算出する方式においては、座標指示器の傾
き角によって算出される座標が変化するのである。

【００１２】通常、ペン形状の座標指示器は、検出装置
上で垂直に保持されているときに正確な座標が算出され
るように設計されているため、座標指示器を垂直から傾
ける（傾き角を大きくする）ほど算出される座標の値は
大きく変化する。そこで、座標指示器が垂直時の算出座
標と傾いたときの算出座標の差を傾き誤差と呼ぶ。従来
は、傾き角が４５度程度で２〜３ｍｍの傾き誤差が生じ
ていたため、使い勝手が悪いという課題があった。

【００１３】そこで本発明の目的は、従来のこのような
課題を解決するために、ペン形状の座標指示器が検出装
置上で傾いた場合でも、正確な座標算出ができるように
することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、磁束発生源を有する座標指示器と、前記
磁束発生源から発生する磁束を検出する複数のセンスラ
インと、前記センスラインに生じる誘導信号の振幅情報
から前記座標指示器が指示する座標を算出する座標算出
手段とから構成され、前記磁束発生源の長さをＬ（ｍ
ｍ）、前記センスラインの幅をＷ（ｍｍ）、前記座標指
示器の先端から前記磁束発生源の下端までの距離をＲ
（ｍｍ）とした場合、前記ＬとＷとＲが W²/72 - W/4 + 5.45 - L/4 ≦ R ≦ W²/72 - W/4 + 7.0
5 - L/4， 13 ≦ L ≦ 25，2.5 ≦ R ≦ 10，15 ≦ W ≦ 33 で示される条件を満たすようにした。

【００１５】

【作用】上記のように構成された座標読取装置において
は、ペン形状の座標指示器が検出装置上で傾き、磁束発
生源から発生する磁束の検出装置上での分布状態が変化
した場合でも、センスラインに生じる誘導信号の振幅の
分布状態の変化は小さくなる。その結果、誘導信号の振
幅の分布状態から座標指示器が指示する座標を算出する
方式においては、傾き誤差は非常に小さくできる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明による実施例を図に基づき説
明する。図１（ａ）は本発明の座標読取装置における各
種パラメータを示す図、図１（ｂ）は本発明の座標読取
装置におけるパラメータ間の関係を示す図である。ペン
状の座標指示器７（以下単に座標指示器と呼ぶ）の先端
から座標指示器７の内部に設けられている磁束発生源１
の下端までの距離（回転半径）をＲ（ｍｍ）、磁束発生
源１の長さをＬ（ｍｍ）、座標算出手段（図示しない）
に接続され、磁束発生源１から発生する磁束を検出する
センスライン４の幅をＷ（ｍｍ）、座標指示器７はｘｚ
平面内で傾くと仮定し、その傾き角をθとする。ここ
で、磁束発生源１は空芯のコイルでも良いし、フェライ
トなどからなるコアを有するコイルでも良いが、通常は
コアを有している場合が多いため、以下の説明では磁束
発生源１の長さＬとしてはコアの長さを意味する。

【００１７】図２で示した座標読取装置において、以上
のパラメータを様々に変化させてセンスライン４に生じ
る誘導信号の振幅分布を測定し、式１で示した座標算出
方法を用いて座標を算出した。そして、座標指示器７の
傾き角θが４５度以内で傾き誤差が非常に小さくなる条
件を求めたところ、図１（ｂ）にプロットした結果とな
った。そこで、傾き誤差に最も影響が大きいパラメータ
は回転半径Ｒであったことから、回転半径Ｒに関して各
実験結果の近似式を求めたところ、次式のようになっ
た。

【００１８】 R ＝ W2/72 - W/4 + 6.25 - L/4 （式２）また、図１（ｂ）は、磁束発生源１の長さＬを変えて上
式をグラフで示した図である。次に、解析においても傾
き誤差が小さくなる条件を求めた。解析方法としては、
図２で示した座標読み取り方式とは異なるが、座標指示
器７内部の磁束発生源１が空芯のコイルであると仮定
し、そのコイルに一定の電流を流したときに発生する磁
束分布をビオ・サバールの式を用いて計算し、センスラ
イン４に誘導される信号の振幅から座標を算出した。そ
して、図１（ａ）で示したパラメータを変化させて傾き
誤差が小さくなる条件を求めたところ、磁束発生源１が
コアを有する実験とコアを有さない解析との違いがある
ため定数項は＋１だけ異なったが、実験から求めた条件
である式２とほぼ一致した。

【００１９】また、上述した実験や解析ともに、座標指
示器７はｘｚ平面で傾くと仮定したが、どの方向に傾い
ても傾き誤差はｘｚ平面で傾いたときより大きくなるこ
とはなかった。ところで、上記パラメータは座標読取装
置の設計仕様に応じて、さまざまに変える必要がある。
例えば回転半径Ｒは、座標指示器７のデザインや使いや
すさの点からできるだけ大きくしたい。また、センスラ
イン幅Ｗは、精度を良くするためには小さい方が有利で
ある。さらに、磁束発生源１の長さＬは、座標指示器７
と検出装置との電磁結合を強めて読み取り高さを大きく
するために、できるだけ大きくしたい。しかし、これら
の要求は傾き誤差を小さくするためには相反するもので
ある。

【００２０】そこで、通常では傾き誤差は小さいほど良
いが、設計上の自由度を制限しないために±１ｍｍ以下
の傾き誤差を許容し、この範囲で要求仕様を満たす様に
最適なパラメータを決定する。上述した解析および実験
双方での回転半径Ｒによる傾き誤差の変化率は約０．８
であったため、傾き誤差が±１ｍｍ以下となる条件は、
式２の回転半径Ｒに関して±０．８ｍｍの範囲を許容
し、次式のようになる。

【００２１】 W2/72 - W/4 + 5.45 - L/4 ≦ R ≦ W2/72 - W/4 + 7.05 - L/4 （式３）ただし、各パラメータは設計上次式の範囲に制約され
る。 13 ≦ L ≦ 25 2.5 ≦ R ≦ 10 15 ≦ W ≦ 33 以上は電磁誘導現象を利用して座標を読み取る多くの方
式の中で、図２で示した検出装置本体と座標指示器との
間を信号線で接続する必要のないワイヤレス座標読取装
置を実現する一方式を例に取り述べてきた。しかし、本
発明の内容は、上述した座標読み取り方式に限らず、電
磁誘導を利用した他の座標読み取り方式においても適用
可能である。以下本発明を適用可能な新しい座標読み取
り方式の１例について簡単に述べる。

【００２２】図７は新しい座標読み取り方式による座標
読取装置の構成図である。図において、６は制御回路、
７は座標指示器、８は増幅回路、９は増幅回路８の出力
に接続される発振信号処理回路、Ｓ１'はセンスライン
ｙ１〜ｙｎを有する第１のセンスライン群、２は増幅回
路８の出力に接続され第１のセンスライン群Ｓ１'を順
次選択する第１の走査回路、Ｓ２'はセンスラインｘ１
〜ｘｍを有する第２のセンスライン群、３は増幅回路８
の入力に接続され第２のセンスライン群Ｓ２'を順次選
択する第２の走査回路、ｓ１０１は発振信号、ｓ１０２
は入力信号、ｓ１０３は第１のセンスライン群Ｓ１'を
選択する選択信号、ｓ１０４は第２のセンスライン群Ｓ
２'を選択する選択信号である。

【００２３】また、図８は図７における発振信号処理回
路９の構成を示す構成図である。図において、１１は整
流回路、１２は平滑回路、１３はＡＤ変換回路である。
以下にこの座標読み取り装置の動作について説明する。
第１の走査回路２は制御回路６より出力される選択信号
ｓ１０３により順次センスラインｙ１，ｙ２・・・と走
査していく。そして第１のセンスライン群Ｓ１'のセン
スラインｙｋを選択した場合を考える。このとき第２の
走査回路３は制御回路６より出力される選択信号ｓ１０
４により第２のセンスライン群Ｓ２'を順次走査してい
き、今、センスラインｘｋを選択しているとする。この
ように、第１及び第２の走査回路によって、第１及び第
２のセンスライン群をマトリクス状に選択することがで
きる。

【００２４】第１のセンスライン群Ｓ１'と第２のセン
スライン群Ｓ２'は平面上に直交した状態に敷設され、
第１のセンスラインｙｋは第１の走査回路２を介して増
幅回路８の出力に接続され、第２のセンスラインｘｋは
第２の走査回路３を介して増幅回路８の入力に接続され
ている。このように第１と第２のセンスラインが直交し
た状態においては互いに結合はなく、座標指示器７がな
ければ増幅回路８の入出力間で帰還は発生せず、発振は
発生しない。しかし、座標指示器７を各センスライン群
に近づけることにより座標指示器７に設けられた共振回
路（図示しない）が第１および第２のセンスラインと結
合すると、ここに増幅回路８の出力、第１のセンスライ
ンｙｋ、共振回路、第２のセンスラインｘｋ、増幅回路
８の入力を一連の経路とした正帰還ループが構成され、
共振回路の共振周波数による発振が発生する。

【００２５】この正帰還ループに現れる発振振幅は、第
１および第２のセンスラインと共振回路との距離で決ま
る帰還量に応じて変化し、距離が近いほど帰還量は増加
し大きな発振振幅が得られる。従って、発振信号ｓ１０
１を発振信号処理回路９を経て制御回路６で処理するこ
とにより、この発振振幅から座標指示器７の位置情報を
得ることができる。ただし、発振信号処理回路９では、
発振信号ｓ１０１を図８に示す整流回路１１及び平滑回
路１２にて波形整形し、その大きさ（振幅）をＡＤ変換
回路１３で順次デジタル化する。以上により、発振信号
の分布状態を得ることができるので、図２で示した座標
読み取り方式の場合と同様に座標を算出することができ
る。

【００２６】この座標読み取り装置においても、座標指
示器７に設けられた共振回路を構成しているコイルある
いはコアは磁束発生源１と考えることができて、式３で
示した本発明を適用することにより、座標指示器７の傾
き角に関係なく傾き誤差が±１ｍｍ以下と、非常に精度
良く座標算出ができるようになった。

【００２７】さらに、上述した２つの座標読み取り方式
のように、座標指示器内部に電源を有さず、かつ、座標
指示器が検出装置と信号線で接続されていない方式に限
らず、座標指示器と検出装置が信号線で接続されている
か、あるいは座標指示器内部に電源を持つことにより、
座標指示器内部の磁束発生源から磁界を発生させ、その
磁界を検出装置側のセンスラインで検出する方式に関し
ては、全てに本発明を適用できることは言うまでもな
い。

【００２８】また座標算出方法に関しても、式１で述べ
た座標算出方法に限らず、検出装置のセンスラインに誘
導する誘導信号の振幅分布から座標を算出する方式な
ら、本発明を適用することにより、座標指示器の傾きに
関係なくセンスラインに生じる誘導信号の振幅の分布状
態の変化は小さくなるため、精度良く座標算出できるこ
とは言うまでもない。

【００２９】また、通常は座標指示器と検出装置との電
磁結合を大きくし、読み取り高さを高くする必要から、
磁束発生源としてはコアを有することが多い。そのた
め、式２および式３は磁束発生源がコアを有する場合に
ついての条件であるが、磁束発生源がコアを有さない場
合に関しては、式２および式３の定数項に＋１すれば良
いという実験結果が得られている。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、座
標読取装置の各種パラメータが式３で示した条件式を満
足するように設定することにより、ペン形状の座標指示
器の傾き角に関係なく傾き誤差は±１ｍｍ以内と精度良
く座標を読み取ることができるため、コストアップする
ことなく使い勝手の良い座標読取装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の座標読取装置における各種パラメータ
と、パラメータ間の関係を示す図である。

【図２】従来の座標読取装置の構成図である。

【図３】座標算出方法を説明するための説明図である。

【図４】図３のＬ０上に座標指示器がある場合の誘導信
号の振幅を示す図である。

【図５】図３のＬ１上に座標指示器がある場合の誘導信
号の振幅を示す図である。

【図６】座標指示器が図３のＬ０からＬ１の間にある場
合のＱの変化を示す図である。

【図７】新しい座標読み取り方式による座標読取装置の
構成図である。

【図８】図７における発振信号処理回路の構成を示す構
成図である。

【符号の説明】

１磁束発生源２第１の走査回路３第２の走査回路４センスライン６制御回路７座標指示器８増幅回路９発振信号処理回路１１整流回路１２平滑回路１３ＡＤ変換回路９０２センスライン９０３励磁ライン９０４信号処理回路９０５座標検出回路９０６座標指示器９０８第１の走査回路９０９第２の走査回路９１１制御回路９１５励磁回路Ｓ１' 第１のセンスライン群Ｓ２' 第２のセンスライン群ｓ１０１発振信号ｓ１０２入力信号ｓ１０３、ｓ１０４選択信号ｓ９０１誘導信号ｓ９０５振幅信号ｓ９０６励磁信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁束発生源を有する座標指示器と、前記磁束発生源から発生する磁束を検出する複数のセン
スラインと、前記センスラインに生じる誘導信号の振幅情報から前記
座標指示器が指示する座標を算出する座標算出手段とか
ら構成され、前記磁束発生源の長さをＬ（ｍｍ）、前記センスライン
の幅をＷ（ｍｍ）、前記座標指示器の先端から前記磁束
発生源の下端までの距離をＲ（ｍｍ）とした場合、前記
ＬとＷとＲが W²/72 - W/4 + 5.45 - L/4 ≦ R ≦ W²/72 - W/4 + 7.0
5 - L/4， 13 ≦ L ≦ 25 2.5 ≦ R ≦ 10 15 ≦ W ≦ 33 で示される条件を満たすことを特徴とする座標読取装
置。