JPS59189437A - 空間座標を検出するための改良形システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は可動物体、例えば鉛筆状のスタイラス（「ス
タイラス」及び「プローブ」はここでは交換可能に便用
される）の空間座標の亀気的表示を検出して決定する改
良形システムに、更に又、この物体の二次元座標系に対
する位置をこの物体の第３の直交次元における変量に関
係なく正確に決定すると共にこの物体のこの第３次元に
おける位置をも測定する改良形システムに関する。この
システムはそれゆえ使用が一層容易で適応性が一層大き
く且つ広範囲の諸特徴を持っている。

二次元座標系（例えば、Ｘ−Ｙ座標系）における物体の
位置乞決定するための多数の技法が現在利用可能である
。その種の一つの技法は入力装置としていわゆる「ビッ
トバッド」と共に動作する電子式スタイラスを便用して
おり、これはコンピュータグラフィックス及び計算機利
用設計（ＣＡＤ）システムに幾何学的座標を与えるのに
使用することができる。このような装置のうち最もよく
知られているものの中にはもはや広く使用されてはいな
いげれどもランドタブレット（Ｒａｎｄ　Ｔａｂｌｅｔ
）があり、これは手持ち式スタイラスグローブにより検
出することのできる種種の符号化パルスを保持した二次
元（Ｘ−Ｙ）配列の導体を使用している。このようにし
て、任意の時点でグローブに誘起された特定の時間依存
性パルスパターンによりグローブのＸ−Ｙ座標位置が決
定される。

従来の諸技法はスタイラスに直接接触させられた又は容
量結合された加電圧導電面ン利用して二次元ポテンショ
メータに類似した方法でスタイラス位置の電気的表示を
得ている。スタイラス点は普通のポテンショメータのワ
イパ接点に対応し且つ有限抵抗率の導電面はポテンショ
メータの抵抗素子に対応する。普通のポテンショメータ
においては、ワイパは線状に前後に滑動するが、二次元
ポテンショメータ位置センサにおいては、スタイラスは
無論導電面上どこでも移動することができる。二次元位
置を検出する更に別の方法においては、スタイラスは剛
性のある又は糸状の部材によって一対のポテンショメー
タに取り付けられており、これの抵抗はスタイラスがＸ
及びＹ軸に沿って滑動するにつれてスタイラスの位置を
変える。

更に、たわみ性の導電膜を使用して、スタイラス又はそ
の他の物体が一層ポテンショメータ面に押し尚てられた
ときにこの面に接触させることができる。これらの技法
の幾つかのものの例はエル・レイフェル（Ｌ．Ｒｅｉｆ
ｆｅｌ）の米国特許第３６１７６３０号、アール・ディ
ー・ブラッドショー（Ｒ，Ｄ、Ｂｒａｄｓｈａｗ　）外
の米国特許第３４２３５２８号、エイ・ビー・イー・エ
リス（Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｅｅｌｉｓ）の米国特許第３４９７
６１７号、エル・シー・マラバード（Ｌ、Ｃ，Ｍａｌａ
ｖａｒｄ　）の米国特許第３６３２８７４号、及び日本
国特許第１７５１３８号に記載されている。

更に最近の装置はグローブから放出させた超音波音響パ
ルスの数個のマイクロホンの到達時点を判断して、この
マイクロホン配列体により定義される二次元又は三次元
の組の軸に対するプローブ位置を識別するディジタル座
標符号を指定している。更に別の技法は鉄合金線の直交
配列体に送出された比較的遅く移動する磁気ひずみパル
スの伝搬時間を利用している。この技法においては、ス
タイラスは磁気パルスの通過を検出するコイルを一般に
備えており、これによってそれの位置を検出することが
できる。この技法の変形のものにおいては、コイル自体
が磁束パルスン送出し、そしてこれがｘ−ｙ座標平面の
周辺において検出されてスタイラスの位置が決定される
。

手持ち式スタイラス又はプローブの位置を表すＸ−Ｙ座
標信号乞決定するこれらの既に開示された技法の多くは
有用ではあるが、それぞれの技法には上記の動作原理に
特有の固有の欠点がある。

スタイラスと導電面との間にオーム接触を伴うポテンシ
ョメータ法は導電面又はスタイラスに対する汚染、物理
的摩損又はその他の損傷により引き起こされる不正確さ
を受けやすい。たわみ性膜の技法は膜の破損又は切断ケ
受けやすい。音響法は周囲のスプリアス効果６受けやす
く、且つ所安の音源（通常スパータギャップ）は一般に
比較的短寿命であり又は範囲が限定されている。磁気ひ
ずみ法は特殊の製造及び校正技術乞必要とし、且つ主座
標平面に直角な方向における習得範囲が狭い。

前述の技法の多くは不透明な構造を必要とするので、あ
る種の用途においてはその有用性が限られる。

発明の要約 この発明は、エネルギーを付与された導電面に対して可
動物体、例えばスタイラス又はプローブの空間座標の電
気的表示を検出し且つ決定する改良形システムからなっ
ている。そのような導電面は平面でもよく、又は更に一
般的には任意の形状のものでよい。この発明は、二次元
座標系（例えば、ｘ−ｙ）に対する物体の位置を第３の
一般に直交する座標（例えば、高さすなわち「ｈ」）に
無関係にＸ及びＹ座標の許容領域に近い範囲にわたって
使用者が決定できるようにするものである。

この発明は又直交座標の値を決定することも可能にする
。

適当な頻度で、印加電位により主要な座標軸（例えば、
Ｘ軸及びＹ軸）に平行な方向に電流が流されて加電圧（
エネルギーを付与された）導電面上の各位置に対してた
だ一組の電圧が与えられる。タイミング・スイッチング
装置はＸ及びＹ方向の電圧がグローブによって検出され
る基準点を導電面上であちこち迅速に移動させる。加電
圧導電面の実質上反対の辺又は隅における二つの所定の
基準点の切換えにより、導電面上の任意の位置に関連し
た各座標軸て対する一対の電圧が発生される。

導電面と関連に使用されるグローブは電界との容量結合
によってＸ及びＹ電圧を検出する。基準点の高速切換え
によりプローブは実質上同一のプローブ高さ及び環境条
件下で各座標に対する二つの電圧測定値を検出すること
ができる。この電圧信号を電子装置により調整した後、
可変利得増幅装置及び制御ループはプローブの直交座標
（すなわち、高さすなわち「ｈ」）の変化に直接関係し
て変化する項で各対の信号を乗算する。そのような可変
項による２対の信号の乗算によシ高さに実質上無関係な
電圧信号が生じる。このようにして生じた電圧信号は導
電面上の高さに無関係なスタイラスの位置を表すＸ−Ｙ
座標を決定するためにマイクロプロセッサによって処理
される。更に、直交方向におけるスタイラス位置の変化
に関係して変わる利得（規準化）項を監視することによ
って、第３の独立したシステム入力変数として使用する
ことのできるスタイラスの高さｈの正確な測定値が得ら
れる。

この発明においては一つのグローブにより二つ以上の導
電面を使用して一層大きい利用者適応性を得ることがで
きる。ポーリング装置は空間座標を決定するために前述
の過程を開始する前に利用者がプローブをどの導電面に
置いているかを決定する。

又、種種の導電面が異なった駆動周波数を利用ずれは周
波数選択法により導電面の識別が可能である。又は、種
種の導電面を時分割多重化法により駆動すれば時間選択
法により導電面の識別が可能である。

導電面は、透明であれば、あらゆる形式の可視媒体及び
可視指標の前面に配置して、この可視媒体又は指標に対
する可動スタイラスの可視整合を行うことができる。

この発明のこれら及びその他の利点は最近計量に認めら
れ且つよく受け入れられている。例えは、この発明は最
近ネットワータテンビジョン視聴者に対してフットボー
ル競技を図解するのに使用され、又ウオルトテイズニー
ワールドのエプコットセンタ（ＥＰＣＯＴ　Ｃｅｎｔｅ
ｒ　ａｔ　Ｗａｌｔ　ＤｉｓｎｅｙＷｏｒｌｄ）におい
て「即席芸術」を創直するのに使用されている。

この発明の王な目的は、二次元導電面（例えば、Ｘ及び
Ｙ）に対する物体の座漂をＸ−Ｙ導電面の寸法にほぼ等
しい範囲にわたって正確に決定する改良形装置を与える
ことによって、従来の技法における前述の限界及びその
他の欠点を克服することである。

この発明の別の目的は、第３の直交方向の寸法（例えば
、高さ「ｈ」）における実質的な変動による重大な誤差
又は変化を伴うことなくプローブの位置を決定すること
である。

この発明の別の目的は、信号源の変動又は導電面におけ
る電気的非直課性のようなシステム欠陥による誤差を最
小限にすることである。

この発明の別の目的は、透明なポリカーボネートのよう
な絶縁材料の薄い層によって完全に保護されることので
きる、がんじょうで衝撃に強いスタイラス位置検出素子
を与えることである。

この発明の別の目的は、導電面に直角な方向におけるス
タイラスの位置を決定するための装置を与えることであ
る。

この発明のこれら及びその他の目的及び利点は、限定で
はなく例示のつもりで、この発明の採択した実施例につ
いての次の詳細な説明によって与えられる。

採択した実施例の詳細な説明 この発明の採択した実施例は第１図における加電圧（エ
ネルギーを付与された）導電面１０及び１２として実質
上一様な導電率の導電材料の連続面（例えば、透明なア
セテート基板上又はガラス基板上に付着した金の薄い層
）を便用している。

更に一般的には、この導電媒質は、例えは、金属、イオ
ン又は有機物からなることかでき、又電動面基体は任意
の物理的に適当な材料であればよく、又は耐導電面はそ
れ自体が基体であってもよい。

シート状の電流が導電面に確立され、この電流は最初一
方の座標軸に平行な方向に流れ、次に他方の座標軸に平
行な方向に流れる。

採択した別の実施例においては、これらの電流の流れは
異なった周波数で同時に生じる。

電流が流れている利得の抵抗率が一様であり且つこの電
流を送出する接触点がプローブから十分に離れていて導
体の端に現れることのある摂動を全く拾わないようにな
っているならば、電位はプローブと基準点との間の変位
の増大と共に増大する。スタイラス（第１図参照）によ
って検出されるのはこの増大する電位である。

別の実施例においては、一様でない抵抗率を持った加電
圧導電面が使用されている。この場合には、電位はスタ
イラスと基準点との間の変位の増大により非線形的に増
大するが、しかし、電位はやはり変位の単調関数であっ
て、基準点に関する変位位置と電位と間には単一の相関
関係が生じる。変位位置はこの場合面導体の抵抗関数の
マツプを参照することによって決定される。このような
抵抗マップは、例えば、ＣＰＵ２（第１図参照）によっ
てアクセスされる記憶装置に記憶することができよう。

一様な抵抗率平面の場合、電流がＸ方向に流れている時
だけを考えて、全電流差■が長さＤの基準点に対する面
からなる一様抵抗性シートを駆動するものと仮定する。

附与のＸ座標Ｘｉにおけるスタイラス位置は次式によっ
て表される電圧Ｖｉ（Ｘ）を受ける。

スタイラスが電流シートに実際に接触するとしたならば
、Ｋは１になるであるう。スタイラスが電流シートに容
量結合される場合には、Ｋはもはや１にはならず、スタ
イラスと電流シートとの間の容量結合の関数であるｘ（
ｈ）になる。この結合係数はスタイラスと電流シートと
の間の離隔距離（「ｈ」）と共に変化する。スタイラス
・基準点間入力インピーダンスと共にそれはＶとＸとの
間の簡単な関係を混乱させる分圧器を形成するが、これ
はｈか狼立に変化できるからである。この結合係数がｈ
と共に変化する場合には、基準点１に対する任意所与の
Ｘ座標においてスタイラスの受ける電圧は次式によって
与えられる。

この発明は「基準点切換」法を利用してスタイラス高さ
ｈに無関係にＸ座標及びＸ座標の位置を測定するもので
ある。この技法においては、電流シートにおける電位降
下を測定するための基準点はシートの実質上反対の縁部
における二つの基準点の間で暁知の回数切り換えられる
。式（２）が一つの基準点から測定されたときの任意所
与のＸ座標における電圧を表しているとすれば、反対の
縁部における第２基準点から測定された電圧は次のよう
になる。

この二つの過圧■１及び■２は任意の距離Ｘ及び任意の
高さｈにおいてスタイラスによって検出することができ
る。この技法を１更用することによって、これら二つの
電圧の和をＸに全く無関係なものとして計算することか
できる。すなわち、Ｘ１＋Ｘ２は基準点１からのスタイ
ラスの「Ｘｊ軸変位と基準点２からのスタイラスの「Ｘ
」軸変位との和である。それゆえＸ１＋Ｘ２は、公称上
Ｄに等しい基準点１と２との間の「Ｘ」変位に等しい定
数である。従って、式４ｂによって示されたように、Ｖ
１＋Ｖ２はスタイラス位置に無関係である。

この和Ｋ（ｈ）Ｖはなおｈに依存しているが、しかし、
Ｘ座標の高さに無関係な測定はこの和を用いて利得Ｇ（
ｈ）の自動利得制御（「ＡＧＣ」）回路１８（第１図参
照）を駆動することによって得られる。Ｇ（ｈ）はスタ
イラス高さｈに正比列して変化する利得関数である。従
って、ＡＧＣ回路１８はｓ＝Ｋ（ｈ）ＶＧ（ｈ）を強制
するが、このＳはある種の定数である。例えば、スタイ
ラス１４が電流シートから遠ざかるように移動させられ
る（ｈが増大する）につれて、Ｋ（ｈ）及びＧ（ｈ）が
それぞれ減小及び増大するので、Ｓはすべてのｈにおい
て一定にとどまる。

このような一定関係を強制することによって、スタイラ
ス高さに無関係にＸ座標の位置を示す出力電圧を測定す
ることができる。すなわち、任意所与のＸ座標Ｘにおけ
る式（２）で示される瞬時スタイラス電圧に利得Ｇ（ｈ
）を適用することによって次のようになる。

従って、この出力電圧は、毎号電圧レベルに影響を与う
ることがあるようなスタイラス高さ及びその他の多くの
摂動因子に関係のないスタイラス１４のＸ座標位置の尺
度を表すが、但しこれらの因子はＶ１及びｖ２が測定さ
れる時間中同一であることが必要である。

式（５）の結果はこれの項のすべてを計算機で計算する
ことによりＡＧＣ回路なしで実現することができる。こ
の場合項Ｇ（ｈ）は増幅器の可変利得ではなくスタイラ
ス信号から決定される変数を表しているにすぎない。

前記の論述カ奄流がＸ方向に流れているときたげを考慮
したものである。電流がＹ方向に流れているときにＹ座
標を同様に決定できることは明白である。前記の計算に
おいてＶ１ではなくＶ２の測定値を便用できることも又
明らかである。前記の「基準点切換Ｊ法を三位置間の基
準点の切換についてのみ説明してきたけれども、両部の
諸式に類似した数学的関係に基づいて三つ以上の位置の
間での切換により同じ結果を得ることができることは理
解されるはずである。

前述のように、ＡＧＣ回路１８の利得Ｇ（ｈ）はスタイ
ラス高さｈに関係している。それゆえ、任意の時点にお
けるスタイラス高さｈは、Ｘ及びＹ座標位置に関係のな
いスタイラス高さの尺度を表ずＧ（ｈ）を監視すること
によって決定することができる。それゆえＧ（ｈ）を測
定すれば別の独立したシステム入力変数としてスタイラ
ス高さを使用する手段が与えられる。そのような第３の
独立入力変数から得られる利点の実用的な例は、測定さ
れた座標を変換してグローブの動きを追跡する図式表示
にする映像装置を用いてこの発明により発生される線の
幅を制御して、その図式表示に利用できる色の輝度を変
え、又図式記号の大きさを変えるようにすることがでさ
ることである。

この発明の別の実施例Ｖ１＋Ｖ２の和を前述の一定値に
するためにＡＧＣ回路１８を用いることをしないで電圧
比Ｖ１／Ｖ２を使用している。式（２）及び（３）を調
べれば明らかになることであるが、電圧比Ｖ１／Ｖ２も
又スタイラス高さに無関係である。すなわち、 マイクロプロセッサ装置又はその他の周知の計算装置に
よってこの比を容易に計算してＸ座標位置を決定するこ
とができる。この技法を用いれば、Ｖ１＋Ｖ２の和は、
式（４ｂ）によって示されたように、採択した実施例の
前述の方法と同様に第３のシステム入力変数を与える。

ＸがＤに近ついたときの電圧比に相当の影響を及ぼすと
思われる零又は非常に小さいＶ２による誤差を防ぐため
に、Ｘが変わり得る有効範囲をほぼ０．１Ｄと０．９Ｄ
の間に限定することが望ましい。そのような限定は、Ｘ
が０．１Ｄ未満であるか又は０．９Ｄを越えるような外
縁部には利用者が物理的に接近できないように導紙面を
設計することによって行うことができる。

式（５）及び式（６）はＶ１及びＶ２がＸの一次関数で
あり且つ高さの依存性が分離関数Ｋ（ｈ）であるものと
仮定している。しかしながら、そのような一次の電圧関
数は、Ｖ１及びＶ２がＸの単調関数であるかぎり、この
発明の有効な動作には必要でない。Ｖ１及びｖ２が一次
関数でない場合には、ディジタル・ルックアップテーブ
ルのような利用可能な手法を用いて任意所与のＶ、及び
Ｖ２に対するＸの値を確認することができる。

Ｘ座標、基準点１及び２、導電面１０に対するスタイラ
ス１４の位置、並びに電圧Ｖ１及びＶ２の間の関係は第
９図に概略的に図示されている。

この発明はこれまで主として平面直綴座標系について説
明してきたが、その他の導体形状及び座標系がこの発明
の精神から外れることなく使用され得ることは明白であ
る。例えば、平面の代わりに球面又は円注面の一部分を
便用してもよい。更に、この座標検出法の用途は数平方
フィートの有効面積を必要とするが、この発明は数十平
方フィートに及ぶ非常に大きいセンサについても有効に
便用されている。このような大きいセンサに対しては最
大スタイラス距離ｈは数フィートより大きいことがある
。

今度はとの発明の採択した実施例について詳細に説明す
る。前述の「基準点切換」法を利用した実際の回路構成
についての論述に加えて、同様の方法による幾つかのセ
ンサ面での単一スタイラスの動作を可能にする方法につ
いても説明する。この結果は、例えば、スタイラスを用
いて、一つのセンサ面（すなわち、調色板）に接触して
から、カラー表示装置に取り付けられた別のセンサ（す
なわち、カンバス）に図形を実際に描くことによって一
般的なシステム特徴を選択′するようにするのに有利で
ある。

第１図について述べると、算術論理装置を備えた中央処
理装置（「ＣＰＵ」）２はタイミング発生器４と共に動
作してシステムにそれぞれＸ及びＹの駆動・タイミング
波形２４及び２６を力える。

ＣＰＵ２及びタイミング発生器４から適当な信号を受け
ると、駆動緩衝増幅器群６及び８は変圧器群１４４（第
６図参照）に電流を供給し、この変圧器群は、以下にお
いて「導電面」と呼ばれるセンサ面を通るＸ及びＹの電
流の流れを供給する。

第１図の実施例は二つのそのような導電面１０及び１２
を示している。スタイラス（プローブ）１４はこの導電
面の電位に容量結合されている。

自動利得制御（「ＡＧＣ」）回路部１８及びアナログ−
ディジタル変換（「ＡＤＣ」）回路部１６はスタイラス
１４からの出力信号を調整しディジタル化してＣＰＵ２
に入力する。

駆動増幅器群６及び８はそれぞれ導電面１０及び１２に
交流を供給する。タイミング発生器４は入力信号を緩衝
増幅器群６及び８に供給してこれらが導電面１０及び１
２の各対の縁部に交互に電流を供給するようにする。す
なわち、電流は短時間Ｘ軸に垂直な一対の対立する縁部
（例えば、第４図の縁部８１及び８５）に供給され、次
に短時間Ｙ軸に垂直な対立する縁部（例えば、第４図の
縁部８３及び８７）に供給される。

前に説明したように、面１０及び１２は一様な抵抗率の
連続した導電材料１３４（第６図参照）で構成されてい
る。それゆえ、任意の時点において、交流シート状或流
が一方の対の対立縁部間を流れており、その後その電流
は他方の対の対立縁部間を流れる。スタイラス１４によ
って測定される交流電位はそれゆえ時間及び位置の変数
であって、どちらの対の縁部が電流を供給されているが
ということと式（２）によって表されるよりなスタイラ
ス１４の相対位置とによって決まる。

採択した実施例は谷面の２対の縁部に交互に電流が供給
される時間領域多重化法を採用しているが、この発明は
周波数多重化法を用いて実現することもできるものと理
解されるべきである。周波数多重化法では、異なった周
波数の二つの交流が同時に２対の縁部間に印加される。

この発明はＸ軸及びＹ軸を直角に駆動することによって
実現することもできるものと理解されるべきである。

「基準点切換」法を実現するためには、各軸に対して二
つの基準点を固定することが必要である。

第４図に図示した導電面及び駆動回路部４８の採択した
実施例においては、導電面８２の斜めに対向する二つの
隅８４及び８８はそれぞれ一対のＦＥＴ８６及び８９で
共通の電位（又は接地）に交互にクランプされる。第４
図に図示された実施例において選ばれた隅は左下（「Ｌ
Ｌ」）隅８８及び右上（「ＵＲ」）隅８４であるけれど
も、その他の位置も又適当である。左下隅８８が共通電
位にクランプされると、これに対して測定されるスタイ
ラス電位は、式（２）で示されたように、スタイラス１
４が右縁部８１の方へ移動させられるにつれて増大する
。同様に、電流がＹ方向に流れているその後の時点にお
いてに、共通電位に対して測定されるスクイラス電位は
（Ｙを変数としたときの式（２）で示されるように）ス
タイラスが上縁部８３の方へ移動させられるにつれて増
大する。

同様に、右上隅８４が共通電位にクランプされたときに
は、共通電位に対して測定されたスタイラス電位はスタ
イラスが左縁部８５又は下縁部８７の方へ移動するにつ
れて増大する（Ｘ及びＹをそれぞれ変数としたときの式
（３）による）。前述のように、スクイラス１４が導電
面８２から離して持ち上げられるにつれて、左下隅８８
及び右上隅８４に対して測定されたスタイラス電位、従
って時間についての二つの信号の平均電位は、関数Ｋ（
ｈ）によって説明されるようなスタイラス１４と導電面
８２との間のキャパシタンスの減小（又はインピーダン
スの増大）のために減小する。

第２図に図示されたタイミング発生器４に対する回路構
成によりそれぞれシステムに対してＸ及びＹの、駆動・
タイミング波形２４及び２６が供給される。以下に論述
されるこれらの信号は、８ビツト二進計数器５４によっ
て出力された２０〜２７の信号５６と、デコーダ論理回
路５８によって出力されたＸ、駆動信号２４、Ｙ駆動信
号２６、基準信号２８、標本化信号３０、ＩＮＣ０ＮＶ
（変換開始）信号３２、ＤＡＯ信号４２及びＤＡＩ信号
４４からなっている。

タイミング発生器４（第１図参照）は高周波発振器５２
．８ビツト二進計数器５４、及びこれの出力信号５６を
解読するデコーダ論理回路５８からなっている。選択し
た発振周波数は導電面によって発生される交番電界が容
量結合のスタイラス１４によって容易に測定されること
を確保するために十分に高く（例えば、１ＭＨｚ）なっ
ている。

タイミング発生器４に含まれたすべての部品は市販され
ているものである。デコーダ論理回路５８はルックアッ
プテーブルＰＲＯＭ、ＰＡＬ又は逐次論理回路素子から
なっている。

第３図はこの発明の採択した実施例において利用される
種種の信号の間の時間関係を図屑したものである。二進
計数器５４からデコーダ論理回路５８に出力された２６
信号６０及び２７信号６２のテイジタル論胛状態はＸ駆
動波形２４及びＹ駆動波形２６が交互にオン・オフにな
る様子を図解している（８ビツト計数器５４からのそれ
ら二つの信号だけが例示の目的で示されている）。第３
図に図示されたように、２６信号が「１」であり且つ２
７信号が「０」であるときにはＹ、駆動２６は有効であ
る。同様に、両方の信号が「１」であるときにもＸ駆動
２６は有効であり、又その他の二つの論理状態において
はＸ駆動２４が有効である。このように、Ｘ駆動２４が
有効であるときにはＹ駆動２６がオフでるり、又この逆
も成り立つ。

Ｘ駆動波形２４及びＹ駆動波形２６を「オン」にし次に
「オフ」にするタイミング発生器４によって発生された
包絡波形は、各駆動波形が等しい時間の間有効であるこ
と且つ又両駆動波形が決して同時にオンにならないこと
を確保するように５０％の衝撃係数を待っている。タイ
ミング発生器４は又、Ｘ及びＹ駆動の包絡周波数の２分
の１の周波数で発振する、第３図に図示した基準波形２
８を発生する。この基準波形２８は導電面８２の左下隅
８８及び右上隅８４にそれぞれ接続させたＦＥＴ８９及
び８６を制御してこの二隅のＦＥＴ８９及び８６を交互
に低インピーダンス状態及び高インピーダンス状態に切
り換える。ＦＥＴ８９及び８６はＸ駆動波形２４及びＹ
駆動波形２６が切り換えられる繰返し率の２分の１の率
で切り換えられるので、導電面８２の任意の点における
電位の働きは第３図においてＸ１、Ｘ２及びＹ２として
示した四つの期間に分割され得る。これら四つの期間は
等しい持続時間のものである。期間Ｘ１においてはＸ駆
動２４が有効であって右上隅８４が共通電位にクランプ
される。期間Ｙ１においては、Ｘ駆動２６が有効である
が右上隅８４はやはり共通電位にクランプされる。領域
Ｘ２においては、Ｘ駆動２４が有効であり、又領域Ｙ２
においてはＹ駆動２６が有効である。四つの期間の順序
は交換可能であるが、しかし、ここでは順序は第３図に
示したようにＸ１、Ｙ１、Ｘ２及びＹ２であるものと仮
定されており、第３図のＶＬＬ６４及びＶＵＲ６６はそ
れぞれ左下隅ＦＥＴ８９及び右上隅ＦＥＴ８６での四つ
の時間領域における（ドレイン・ソース間）電位を表し
ている。

タイミング発生器４は、ＣＰＵ２．ＡＤＣ１６，及び標
本化保持（サンプル及びホールド）増幅器１２６に送ら
れる付加的タイミング信号を発生する。ＡＤＣ１６はＡ
ＤＣ１６の変換過程を匪始ずる１呂号（「ＩＮＣ０ＮＶ
」信号）を受ける。タイミング発生器４は標本化保持壇
幅器回路１２６（第５図参照）をトリガする別の信号（
「標本化」信号）を発生し、そして回路１２６の出力は
ＡＤＣ１６においてディジタル化される。タイミング発
生器４はＣＰＵ２に対して他の二つの信号、すなわし「
ＤＡＯ」信号４２及び「ＤＡＩ」信号４４を出力し、こ
れによってＣＰ０２はその後の計算を容易にするために
テータを読み取っている時間を決定することができる。

前述の語信号間の時間関係は以下において論述する。

第４図は第１図の導電面・緩衝駆動回路部４８の更に詳
細な線図である。他の多くの形式の駆動製置を使用する
ことかできるけれども、この採択した実施例はそれぞれ
多重二次巻線８０及び９４を備えた変圧器７８及び９２
を利用して導電面８２に所要の電位差を与えている。典
型的な変圧器配線方式では、谷導電面には２対の辺があ
って、これが対応する２組の変圧器とオーム接触をして
いる。それゆえ、第４図に図示した採択した実施例にお
いては、一方の変圧器７８はその二次巻線８０が一万の
対の辺８３−８７（例えば、Ｙ軸に垂直なもの）に接続
され、且つ他方の変圧器９２はその二次巻線９４が他方
の対の辺８１−８５（例えば、Ｘ軸に垂直なもの）に接
続されている。

すなわち、第４図に例示したように、変圧器組９２及び
９４はＸ軸を駆動し、且つ変圧型組７８及び８０はＹ軸
を駆動する。

変圧器９２及び７８の一次巻線はそれぞれＸ及びＹの駆
動緩衝緩衝器９０及び７６に接続されている。これらの
緩衝増幅器はそれぞれＸ及びＹの変圧器９２及び７８を
駆動する前にタイミング発生器４により発生されたディ
ジタル駆動方形波信号を（高次周波数の高調波を除去す
ることによって）調整する。

第４図において、タイミング発生器４からのＸ駆動波形
２４及びＸ駆動波形２６は論理スイッチ７４に入力され
、そしてこのスイッチはＣＰＵ　２からの制御信号７９
によって有効にされる。このようにして、ＣＰＵ２は適
当な時点で論理スイッチ７４をオン・オフすることによ
って導電面を有効にすることができる。第１図の採択し
た実施例はそのような二つの制御信号２０及び２２を使
用しており、これらはそれぞれ導電面１０及び１２に対
する駆動緩衝増幅器６及び８に入力される。

前述のタイミング発生器４からの基準信号２８（第１図
及び第４図参照）はＦＥＴ緩衝増幅器９８及び１０２に
加えられる。この基準信号２８は右上増幅器９８に送ら
れ、これの出力は左下隅ＦＥＴ８６のゲート電位を変え
る信号を供給したので、これによって導電面８２の左下
隅８４への本流が制御される。左下隅ＦＥＴ８６はそれ
ゆえこの信号によって基準信号２８と同期して低インピ
ーダンス状態及び高インピーダンス状態に交互に駆動さ
れ、そして左下隅ＦＥＴ８６が低インピーダンス状態に
あるときには共通電位にクランプされる。

基準信号２８は又インバータ（正負変換器）１００に加
えられ、そしてとれの出力は左下ＦＥＴ緩衝増幅器１０
２に加えられる。この緩衝増幅器からの出力信号は左下
隅ＦＥＴ８９のゲート電位を変え、これによって導電面
８２の左下隅８８への電流が制御される。従って、左下
隅ＦＥＴ８９も又低インピーダンス状態及び高インピー
ダンス状態に交互に駆動されるが、しかしそれは右上隅
ＦＥＴ８６とは時間的に１８０位相外れになっている。

このようにして、導電板８２の左下隅８４及び左下隅８
８は交互に共通電位にクランプされる。

第５図はＡＧＣ及びＡＤＣ回路部５０を示している。前
に述べたように、スタイラス１４は導電板８２上の又流
電位を検出するのに使用される。スタイラス１４は利得
が電圧制御される高入力インピーダンス前置増幅器（第
７図）からなっている。

この前置増幅器の利得は利得制御電圧３４によって変え
られるので、ＡＤＣ１２８によってディジタル化される
電圧はＡＤＣ１２８の全範囲を利用することが確実に可
能である。利得レベル電圧３４は、以下において述べる
ように、第５図に示したＡＧＯ回路部１０８の出力によ
って与えられる。

スタイラス１４によって検出された導電面８２の交流電
流はスタイラス１４と面８２との共同動作点における三
次元位置に対応する。スタイラス信号Ｖｓ３６は普通設
訓の交流結合形差動増幅器１０４に加えられる。この増
幅器の基準電位は基準接地であり、従って選択された基
準階信号と実質上同じでるる。増幅されたスタイラス信
号ＶＳは次に精密整流器１０６によって整流されて整流
スタイラス信号ＶＲ６８を出力する。

整流信号ＶＲ６８は次にＡＧＣ積分器回路１０８の加算
入力１１６において直流基準電流と加え合わされる。Ａ
ＧＣ積分器回路１０８は直流基準抵抗１１４、加算入力
抵抗１１６、及びコノデンサ１２０を諦えており、これ
らは演算増幅器１１０と共に、入力信号の積分値を出力
する積分器回路を構成している。スタイラス１４か導電
板８２上の一つの位置に保持された任意の時点において
、ＡＧＣ積分器回路１０８は、四つの整流スタイラス信
号の時間平均の和ＶＸ１＋Ｖｙ１＋ＶＸ２＋Ｖｙ２が前
記の基準位置切換法に従って所定の定数Ｓに等しく保持
されるようにし、且つこの定数をスタイラス高さの変更
時にも維持する。前述のように、この発明によって測定
されたＸ及びＹ座標位置はこの時間平均の和が一定に保
持されているときにはスタイラス高さｈに無関係である
。従って、スライラスが面８２の近似寸法内にあるとき
に（例えば、スタイラス１４は１平方フイート（０．０
９ｍ２）の面に対しては面８２上１フィート（０．３ｍ
）以上の所にあることができる）発生される信号に調和
するように設計されたＡＧＣ積分器回路１０８の範囲内
においては、ＡＧＣ積分器回路１０８は四つの位置依存
電圧の１侍間平均和を一定に保持する。

この発明の別の採択した実施例はそのような信号の和を
定数に等しく維持する代わりにスタイラス１４から得ら
れた信号の絶対変動範囲を単に制限するためにＡＧＣ増
幅器を使用している。他の種種の技法を同じ目的のため
に利用することができるが、ある場合には、測定チャネ
ルのダイナミックレンジが十分であるならばそのような
技法は全く使用する必要がない。

スタイラス１４の高さの非常に速い変動に対しては、Ａ
ＧＣ積分器回路１０８の時定数な非常に長くして所要の
時間平均和を維持できないようにしてもよい。しかしな
がら、選ばれた時定数は四つすべての期間の信号の平均
を積分できるように十分に長くなげればならない。約２
０ＫＨＺの、駆動切換速度に対しては、約２５ミリ秒の
時定数で十分である。後述のＣＰＵ　２によって行われ
る計算に、計算されたＸ、Ｙ位置の値に影響を与えるこ
となくスタイラス高さの急速な変動が行われることを許
容するものである。

このように、ＡＧＣ積分器回路１０８は四つの電圧信号
の和（ＶＸ１＋ＶＹ１＋ＶＸ２＋ＶＹ２）の平均値を連
続的に積分してこれを直流基準電圧１１２と比較する。

この平均電位信号が時間と共に変化するときにはＡＧＣ
積分回路１０８の出力はそれに対応して反対方向に変化
する。すなわち、時間平均スタイラス心付が減小すると
、ＡＧＣ積分器回路１０８によって発生される出力電圧
は増大し、これによりスクイラス前置増幅器の利得は増
大する。逆に、時間平均スタイラス電位が増大すると、
ＡＧＯ積分器回路１０８によって発生される出力電圧は
減小し、このためにスタイラス前置増幅器の利得は減小
する。

ＡＧＣ積分器回路１０８によって出力された利得制御旧
圧信号３４はスタイラス高さｈに反比例し、式（５）で
示されたように、一定の倍率係数がＡＧＣ積分器回路１
０８によって維持されることを可能にする。このように
して、２対の出力電圧、ＶＸ１、ＶＸ２及びＶＹ１、Ｖ
Ｙ２によりＸ及びＹ座標はｈに無関係に確認される。

整流スタイラス信号ＶＲ６８は又アナログスイッチ１２
４に送られる。ＡＧＣ積分器回路１０８から出力された
利得制御電圧信号３４はアナログスイッチ１２４の他方
の入力に送られる。アナログスイッチ１２４はＣＰＵ２
によって出力された高さ制御信号４０によって制御され
る。このようにして、ＣＰＵ　２は整流スタイラス位置
信号ｖＲ６８又は利得制御電圧信号３４を選択的に入力
する。

アナログスイッチ１２４の出力は標本化保持増幅器１２
６に送られ、これのゲートはタイミング発生器４によっ
て発生された標本化信号３０によって制御される。標本
化保持増幅器１２６は次にその出力信号ＶＳＨ７０をタ
イミング発生器４からの変換開始（「ＩＮ　Ｃ０ＮＶ」
）信号３２の受領時にＡＤＣ回路１２８に送る。

襟本化保持増幅器１２６及びＡＤＣ回路１２８に対する
タイミング信号は第３図に図示されている。標本化信号
３０は四つすべての期間に対して発生され、そしてこの
信号が論理値「１」になったときには、アナログスイッ
チ１２４によって送られたデータか標本化保持増幅器１
２６に入力される。このデータが標本化されて保持され
た後、ＩＮ　Ｃ０ＮＶ信号３２はその後のＣＰＵ　２へ
の出力のためにＡＤＣ回路１２８によるそのアナログデ
ータ偏分の対応ディジタル信号への変換を開始する。

ＡＤＣ回路１２８は高速で連続して四つすべての期間に
対するＶＳＨ信号７６をディジタル化し、そしてこのデ
ィジタル化出力をその後の計算のためにＣＰＵ２に送る
。ＡＤＣ回路１２８はデータレディ信号４６（「ＤＲ」
）を与えるが、これはＣＰＵ２によって使用されてその
データ入力をＡＤＣ回路１２８からのデータの出力と同
筋させる。第３図に図示したように、ＤＲ信号４６は信
号変換が完了した少し後に論理値「１」になる。

標本化保持増幅器１２６及びＡＤＣ回路１２８は普通設
計のものであって市販されている部品である。しかしな
がら、ＡＤＯ回路１２８はＸ及びＹ駆動周期が完成され
るのに要する時間よりも小さい期間に変換を行わなけれ
ばならない。この発明に使用するのに適する市販のＡＤ
Ｃ回路はフラッシュ形式又はＳＡＲ素子である。この発
明の採択した実施例においては、アナログ・デバイシズ
（Ａｎａｌｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅｅ）のＡＤ５７１ＪＤ　
ＳＡＲＡＤＣが使用されている。このＡＤＣに関する変
換時間は２５マイクロ秒である。

前述のように、ＣＰＵ　２によって読み取られる他の二
つのタイミング信号ＤＡ０及びＤＡＩも又タイミング発
生器４によって発生される。これらの信号によりＣＰＵ
２はその後の計算を容易にするために四つの期間のどれ
からデータを読み取っているかを決定することができる
。例えば、第３図に示したように、ＤＡＯ及びＤＡＩが
両方共論理値「１」であるとぎにはＣＰＵ２はＸ１期間
からデータを読み取っている。その他の三つの時間領域
も同様の方法で決定される。

第３図は又調整されたスタイラス信号の各段階の波形を
図示している。ＶＳ３６は前に述べたように増幅器１０
４に送られるスタイラス信号を表している。第３図に見
られるように、Ｖｓ３６はスタイラス１４に入力された
利得制御電圧３６と導電板の縁部に対するそれの位置と
によって決まる量だけＶＬＬ信号６４及びＶＵＲ信号６
６とは異なっている。信号ＶＲ６８は前述のように精密
整流器１０６に送られた後の整流ｖｓ倍信号６を表して
いる。ＶＳＨ信号７０は標本化保持増幅器１２６からＡ
ＤＣ回路１２８に送られるアナログ信号を表している。

前に述べたように、標本化信号３０が論理値「１」にな
ると、ｖｓＨ信号７０は変化して、標本化保持増幅器１
２６からＡＤＣ回路１２８への新入力情報を表す。有効
データ信号７２はＡＤＣ回路１２８のディジタル出力の
表示である。

ｃｐｕ　２は市販のマイクロプロセッサ又はコンピュー
タ構成部分で構成されている。ＣＰＵ　２は（１）ＡＤ
Ｏ回路１２８のデータ及びタイミング信号を読み取り且
つ高さ制＃信号を標本化保持アナログスイッチに出力す
る入出力能力、（２）高速計算能力、（３）バッファＲ
ＡＭ、及び（４）符号記憶用のＰＲＯＭ又はその他の不
運発性記憶装置、を持っていることが必要である。この
発明の採択した実施例は、例えば、ｉＳＢＸ３３１高速
浮動小数点計算モジュールを備えたインテル（Ｉｎｔｅ
ｌ）ｉＳＢＣ　８０／２４ＣＰＵボードにむけるインテ
ル８０８５Ａマイクロプロセツサで実施することができ
る。

ｃｐｕ　２は二つの主要な機能を持っている。第１に、
スタイラス高さｈに無関係にＸ及びＹ座標位置を決定す
るのに必要とされる高速計算を行う。

第２に、多数の導電板について一つのスタイラスを使用
することを可能にする。

ＣＰＵ　２は四つの電圧ＶＸ１、ＶＹ１、ＶＸ２及びＶ
Ｙ２のディジタル値を順次入力することによってスタイ
ラス１４の迅速な移動を処理する。そして次に二つの和
を計算する。すなわち、 ＣＰＵ　２は次に、所定のレンジ定数ＲＸ及びＲｙをこ
の二つの座標電圧対のそれぞれの和で除算し且つその値
を乗数として用いてスタイラス１４のＸ及びＹ座標位置
を決定することによってスタイラス１４の高さ無関係Ｘ
−Ｙ位置を決定する。すなわち、 そのような所定のレンジ定数はアナログスタイラス信号
をディジタル化するのに利用されるビットの数によって
決まる。例えば、スタイラス信号が１０ビツトにディジ
タル化される場合には、レンジ定数はＸ及びＹの値で０
から１０２４．４でに及ぶことができるように決定され
る。

加えて、ＣＰＵ　２はＸ及びＹ座標にオフセット定数（
例えば、Ｘｏｆｆ及びＹｏｆｆ）を加えることによって
Ｘ及びＹ座標を規準化することができる。

ＣＰＵ　２は又定数Ｒｘ及びＲｙを規準化することによ
ってＸ及びＹの値のレンジを変えることができる。

この発明のある採択した実施例においては、スタイラス
は第７図に示したように構成されている。

スタイラスはＦＥＴ１５２のゲートに接続されたピック
アップ・アンテナ１５０からなっている。

ＦＥＴ１５２はスタイラス信号に対して相互コンダクタ
ンス前置増幅器として役立つ。ＦＥＴ１５２のゲートは
抵抗１５４によりバイアスを受けている。ＦＥＴ１５２
の出力はシールドケーブル１６０によりスタイラス・デ
コーダ回路部に送られる。

アンテナ１５０の一部分及びＦＥＴ１５２はファラデー
かで１５６に封入されている。スクイラスのピックアッ
プ・アンテナ１５０の一部分はセンサ面の出力を検出す
るためにファラデーかでの外側にとどまっている。全ス
□タイラス組立体は絶縁材料１５８の内部に封入されて
いる。

第６図について述べると、面８２の導電層１３４は、以
下において論述されるように、導電材料からなる任意の
連続シート又は半連続シート（例えば、網目又は微細孔
を食刻されたもの）であればよい。そのような材料は光
学的に透明、半透明又は不透明のものでよい。面８２は
、透明であれば、図形表示装置における空間座標の電気
的表示を明示する。ＣＲＴ又は後部スクリーン投影装置
のような可視表示装置（図示せず）の前面に配置される
ことができるので有利である。光学的に透明な導電材料
の中でこの発明における導電層１３４に適しているのは
、石英、ガラス又は光学級（ｏｐｔｉｃａｌ　ｇｒａｄ
ｅ）アセテートの透明な基板上に付着した酸化第一すず
、酸化インジウム又は薄い金属膜である。極端ながんじ
ょうさ、大寸法又は曲面を必要とする状況下では針金の
網目又は食刻したシートを使用してもよい。

導電面構造の採択した実施例は第６図に図示されている
。それは感圧接着層を用いて互いに重ねられた七つの層
からなっている。導電面８２は商用級（Ｃｏｍｍｅｒｃ
ｉａｌ　ｇｒａｄｅ）ブレクシグラスの透明片からなる
支持基部面１３０上に構成されている。接着層１３４は
導電材料層１３４を基部面１３０に接着するのに１更用
される両面マイラ接着層である。導を層１３４は光学級
アセテート基板上に付着した薄い金の膜のはくからなっ
ている。

このアセテート基板は７／１０００インチ（１８／１０
００ｃｍ）の公称淳さを持っており、又は金は２５オー
ム毎平方の抵抗率で刺着している。

片面マイラ感圧接着剤の保護層１３８は導電膜を磯城的
ひつかき又はその他の摩損から保護するために導電膜上
に重ねられている。この保護層１３８は変圧器１４４と
金はくとのオーム接触が容易に行われるように全周囲に
２分の１インチ（１，３ｃｍ）の縁を残すように導電層
１３４の金はく上に重ねられている。

印刷配線板１４０は両面接着層１４２を用いて保護マイ
ラ接着層１３８上に重ねられている。印刷配線板１４０
は導電板が光学的に透明であるように中央に穴を備えて
いる。印刷配線板１４．０は縁部に変圧器１４４が取り
付けられている。変圧器１４４の二次巻線は周辺に明け
られた穴１４６を通して印刷配線板１４０上で相互接続
されている。両面接着剤層１４２も又その周辺に明げら
れた穴をその中央部１（切られた穴とを備えており、こ
れらの穴は印刷配線板１４０の穴と一致している。

変圧器二次巻線と導電層１３４の金膜との間には周辺の
穴１４６を市販の銀導電エポキシで満たすことによって
オーム接触が行われている。全導電面８２は４分の１イ
ンチ未満の厚さを持っており、文面８２の周辺は典型的
には垂直１０インチ、水平１５インチである。

この発明における導電面は平面である必要はない。例え
ば、第１０図に図示した別の採択した実施例では導電面
８２は球の一部分である。穴１７０の四つの群又は領域
（すなわち、２対の領域）を経て駆動電流を加えるため
にオーム接触が設けられている。

第６図に図示した採択した実施例においては。

５個の変圧器１４４が導電材料層１３４を駆動するのに
使用されている。各組の変圧器に必要とされる二次巻線
の数は導電面の実際の寸法によって決まる。多くの二次
巻線を使用すれば面の縁部の近くにおいて導成位線が一
層線形になり、そのために一層連続的な電流シートが得
られる。例えば、１０インチ（２５ｃｍ）と１５インチ
（３８ｃｍ）の寸法を持った面ではこの結果は面の縁部
に沿って１インチ（２．５ｃｍ）ごとに一つの二次巻線
を設けることによって満足に達成される。採択した実施
例では、５個の変圧器１４４に＆まそれぞれ一つの一次
巻線と五つの独立した二次巻線とがある。これは構成の
都合によるものである。それより多い又は少ない二次巻
線を各変圧器に使用してもよい。

例えば、垂直１０インチ（２５ｃｍ）、水平１５インチ
（３８ｃｍ　）の面には１０インチ（２５ｃｍ）縁部に
接続された二つの変圧器からの１０個の二次巻線と１５
インチ（３８ｃｍ）縁部に接続された三つの変圧器から
の１５個の二次巻線とを設ければよいであるう。１０イ
ンチ（２５ｃｍ　）縁部に接続された二つの変圧器の二
つの一次巻線は並列に接続されてＸ駆動緩衝増幅器９０
（第４図参照）によって駆動される。同様に、１５イン
チ（３８ｍ）縁部に接続された三つの変圧器の三つの一
次巻線は並列に接続されてＸ駆動緩衝増幅器７６によっ
て駆動される。

二次巻線は交流電流が一方の縁部から他方の縁部へ連続
シートとして流れるように適尚な順序及び適当な位相関
係で導電板８２に接続されている。

変圧器１４４は中心タップ付き一次巻線と五つの二次巻
線とを備えている。変圧器１４４は一次対二次の巻線比
が１対１であり、且つ通常のフェライトＥ−Ｅボビン巻
きのものである。

この発明の多重導電面形実施例においては、ＣＰＵ　２
は各導電面についてＸ駆動及びＸ駆動を順次オン・オフ
することによってどの導電面にスタイラス１４が配置さ
れているかを決定する。

ＣＰＵ　２はこのようにして導電面のポーリングを行い
ながら、利得制御電圧信号３４をＡＤＯ回路１２８に入
力し、それをＡＧＣ積分器回路１０８の飽和レベルに近
い所定値と比較する。そのような飽和レベルはスタイラ
ス１４が導電面８２から十分に離れて配置されたときに
達成される。利得制御電圧信号３４がこの所定レベルに
達して、スタイラス１４がポーリングを受けている面上
にないか又はこれから離れすぎていることが表示された
ならば、ＣＰＵ　２は順次残りの面のポーリングを行う
。第１利得制御電圧信号３４がそのような飽和レベルに
達していない場合には、ＣＰＵ２は前述のよってスタイ
ラス１４のＸ及びＹ座標位置の計痺を続行する。ＣＰＵ
　２は利得制御電圧信号３４が飽和レベルより低くとど
まっているかぎり有効面上のＸ及びＹ駆動信号を維持す
る。

この発明の別の実施例においては各導電面８２を異なっ
た基本駆動周波数で駆動することによって多重導電面を
解読することができる。この実施例では、スタイラス信
号は既述のＡＧＣ１８及びＡＤＣ１６の外にトーンデコ
ーダ回路部（図示せず）にも送られ、そしてこれの出力
は既述のようにＣＰＵ　２に送られる。トーンデコーダ
回路部はスタイラス信号の基本周波数を検出するのに役
立つ。スタイラス信号の基本周波数はどの導電面にスタ
イラス１４が配置されているかによって決まっている。

従って、ＣＰＵ２はトーンデコーダ回路部の出力からス
タイラス１４がどのＳ電面に配置されているかを決定す
ることができる。

この発明の更に別の実施例においては、第８図に示した
ように、多重が電圧導電面を利用して三次元空間におけ
るスタイラス１４の位置を決定することができる。この
実施例においては二つの加眠圧導電而１７２及び１７４
が図示したよ５に互いに角度φで配置されている。スタ
イラス１４のＸ、Ｙ位置はまず加電圧導電面１７４上で
決定され、次に他方の加電圧導電面１７２上で決定され
る。スタイラス１４の三次元位置位置は加電圧導電面１
７４に対する加電圧導電面１７２の直交成分Ｘ、Ｙを計
算することによって決定される。

この発明の更に別の実施例においてに三つ以上の加電圧
導電面を相互に角度をして配置して三次元空間における
スタイラス位置を一層精密に決定することができる。

これまで採択した実施例に関してこの発明を説明してき
たけれども、この発明から離れることなく多くの改変及
び変更が行われ得ることは技術に通じた者には明白であ
ろう。従って、そのようなすべての改変及び変更は特許
請求の範囲の記載によって定義されたこの発明の精神及
び碩囲内に含まれるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の空間座標検出システムの採択した実
施例を示す構成図である。 第２図は第１図のタイミング発生器４の回路図である。 第３図はこの発明の採択した実施例に使用される種種の
信号の間の時間関係を示す時間図である。 第４図は第１図のブロック４８における加電圧導電面・
駆動回路部の回路図である。 第５図は第１図のブロック５０における自動利得制御・
アナログーティジタル変換回路部の回路図である。 第６図は第１図における導電面１０及び１２の構造を示
す概略図である。 第７図はこの発明の採択した実施例に使用されるスタイ
ラスの概略図である。 第８図はこの発明の別の採択した実施例において利用さ
れる多重導電面の斜視図である。 第９図にこの発明の採択した実施例において電圧Ｖ１及
びＶ２が決定される二つの基準点と電圧Ｖ１及びｖ２と
の関係を示す概略図である。 第１０図は導覗面が球の一部分であるこの発明の別の採
択した実施例を示ず概略図である。 これらの図面において、１０．１２は導電面、１４はス
タイラス、２は中央処理装置、４−タイミング発生器、
６，８は駆動緩衝増幅器群、１４４は変圧器群、１６は
アナログ−ディジタル変換回路部、１８は自動利得制御
回路部、８１，８５、８３、８７は縁部、８２は導電面
、８４．８８は隅、８６．８９はＦＥＴ　、７８　、９
２は変圧器、１３０は支持基部面、１３２は接着層、１
３４は導電材料層、１３８は保護層、１４０は印刷配線
板、１４２は接着層、１４６は穴、１７２，１７４は加
電圧導電面を示す。 特許出願人　インターランド・コーポレーション代理人
弁理士　湯浅恭三 （外４名）

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１及び第２の対の領域を備えた導電面装置、前
   記の導電面装置の第１対の領域と前記の導電面装置の第
   ２対の領域とに交互に電流を供給するための駆動装置、 前記の導電面装置における第１及び第２の位置ケ交互に
   基準電位にクランプするための基準位置切換装置であっ
   て、前記の駆動装置が第１及び第２対の領域のそれぞれ
   に電流を供給している間に第１及び第２位置を交互に基
   準電位にクランプする前記の基準位置切換装置、 最も近接した点における前記の導電面装置の電位に関係
   した電位信号を与えるためのグローブ装置であって、前
   記の導電面装置の第１位置が前記の基準位置切換装置に
   よって基準電位にクランプされたときには第１電位信号
   を与え１つ又前記の導電面装置の第２位置が前記の基準
   位置切換装置によって基準電位にクランプされたときに
   は第２電位信号を与える前記のプローブ装置、並びに前
   記の駆動装置が前記の導電面装置の第１対の領域に電流
   を供給している時間中に前記の第１及び第２電位信号と
   前記の第１及び第２電位信号の俺との関係から前記の導
   電面装置に対する前記のグローブ装置の第１座標位置を
   決定し且つ前記の駆動装置か前記の導亀面装置の第２対
   の領域に電流を供給している時間中に前記の第１及び第
   ２電位信号と前記の第１及び第２電位信号の値との関係
   から前記の導電面装置に対する前記のプローブ装置の第
   ２座標位置を決定するためのプロセッサ装置、を備えて
   いる、導電面に対するプローブの空間位置を決定するた
   めの装置。
2. （２）前記の第１電位信号及び前記の第２電位信号の和
   を定数に等しく維持するための増幅器であってつざの利
   得が前記のプローブ装置と前記の導電面装置との間の直
   交距離に従って変わるようになっている制御利得増幅器
   装置を更に備えていて、前記のプロセッサ装置が、前記
   の駆動装置が第１対の領域に電流を供給している時間中
   に前記の第１及び第２の電位信号の前記の定数和の値と
   前記の第１及び第２の電位信号の値との関係から第１座
   標位置を決定し、且つ又前記の駆動装置が第２対の領域
   に電流を供給している時間中に前記の第１及び第２の電
   位信号の前記の定数和の値と前記の第１及び第２の電位
   信号の値との関係から前記のグローブ装置の第２座標位
   置を決定するようになっている、特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。
3. （３）前記の基準位置切換装置が前記の導電面装置にお
   ける三つ以上の位置を基準電位にクランプし、前記のグ
   ローブ装置が、前記の導眠面装置の各位置が基準電位に
   クランプされたときに別別の電位信号を与え、且つ前記
   のプロセッサ装置がこの電位信号とこれの各値との関係
   から第１及び第２の座標位置を決定するようになってい
   る、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
4. （４）前記の導電面装置が非平面状の面からなっている
   、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
5. （５）前記の導電面装置が平面状の面からなっている、
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。
6. （６）前記の駆動装置が誘導結合によって第１対及び第
   ２対の領域に電流を特徴する特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。
7. （７）前記のプロセッサ装置が前記の制御利得増幅器装
   置の利得から前記のグローブ装置と前記の導電面装置と
   の間の直交距離を特徴する特許請求の範囲第２項に記載
   の装置。
8. （８）少なくとも一つの付加的導電面装置を更に備えて
   おり、前記のグローブ装置が前記の導電面装置の上方に
   配置されでいないときには、前記の制御利得増幅器装置
   の利得が、前記の導電面装置に電流が供給されていて前
   記のグローブ装置によって第１及び第２の電位信号が発
   生されているときの所定レベルを越え、且つ又、前記の
   プロセッサ装置が附記の駆動装置を制御して前記の導電
   面装置の一つに電流を供給するようにし、且つ前記の導
   電面装置の前記の一つに電流が供給されている間に前記
   のプロセッサ装置が前記の制御利得増幅器装置の利得を
   決定し、且つ利得が所定レベルより小さい場合には前記
   の導電面装置の前記の一つに対する前記のプローブ装置
   の位置が決定され、且つ利得が所定レベルを越えている
   場合には前記のプロセッサ装置が前記の駆動装置に前記
   の導電面装置の前記の一つへの電流の供給をやめさせる
   前記の装置面装置の別のものへ電流を供給させるように
   し、このようにして前記の導電面装置のそれぞれが前記
   のプロセッサ装置によりボーリングを受け且つ前記のグ
   ローブ装置が上方に配置されている前記の導電面装置の
   一つに対する前記のプローブ装置の位置が決定される、
   特許請求の範囲第２項に記載の装置。
9. （９）前記のグローブ装置がこれと前記の導電面装置と
   の間の容量結合によって、それぞれ、基準電位に交互に
   クランプされた第１位置及び第２位置に対する前記の第
   １電位信号及び第２電位信号を与える、特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。
10. （１０）前記の第１及び第２対の領域のそれぞれが電気
    接点の配列を備えている、特許請求の範囲第１項に記載
    の装置。
11. （１１）前記の導電面装置の複数の点とそれの周辺との
    間のインピーダンスに対応するデータが記憶装置に記憶
    され、且つこのデータが前記の第１及び第２電位信号か
    ら前記の導電面装置上の位置座標を決定するために前記
    のプロセッサ装置によって利用される、特許請求の範囲
    第１項に記載の装置。
12. （１２）前記の導電面装置が実質上方形であり且つ前記
    の基準位置切換装置によって基準電位にクランプされる
    前記の第１及び第２の位置が前記の導電面装置の対何す
    る隅である、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
13. （１３）前記の駆動装置が更に、 少なくとも一つの一次巻線及び少なくとも一つの二次巻
    線をそれぞれ備えた第１及び第２の変圧器装置を有して
    おり、前記の第１変圧器装置の前記の少なくとも一つの
    一次巻線が前記の導電面装置の第１対の領域の第１領域
    に接続され且つ前記の第１変圧器装置の前記の少なくと
    も一つの二次巻線が前記の導電面装置の第１対の領域の
    第２領域に接続され、前記の第２変圧器装置の前記の少
    なくとも一つの一次巻線が前記の導電面装置の前記の第
    ２対の領域の第１領域に接続され且つ前記の第２変圧器
    装煮の前記の少なくとも一つの二次巻線が前記の導電面
    装置の第２対の領域の第２領域に接続されている、特許
    請求の範囲第１項に記載の装置。
14. （１４）前記の第１及び第２の変圧器装置が二つ以上の
    二次巻線を備えており、前記の第１変圧器装置の前記の
    二次巻線が、第１対の領域の第１領賊と第２領域との間
    に連続シート状に交流電流を流すような順序及び位相関
    係において第１対の領域の第２領賊に接続されており且
    つ前記の第２変圧器装置の前記の二次巻線が、第２対の
    領域の第１領域と第２領域との間に連続シート状に交流
    電流を流すような順序及び位相関係において第２対の領
    域の第２領域に接続されている、特許請求の範囲第１３
    項に記載の装置。
15. （１５）前記の第１及び第２変圧器装置のそれぞれが二
    つ以上の一次巻線を備えており、且つ前記の第１変圧器
    装蓋の一次巻線が並列に接続され且つ前記の第２変圧器
    装置の一次巻線が並列に接続されている、特許請求の範
    囲第１３項に記載の装置。
16. （１６）前記のプローブ装置が更に、第１及び第２電位
    信号を整流してこれの時間平均値を与えるようにするだ
    めの整流装置を備えており、且つ前記の制御利得増幅器
    装置が更に自動利得制御回路装置を備えていて、これの
    出力が第１及び第２電位信号の時間平均値に反比例して
    いる、特許請求の範囲第２項に記載の装置。
17. （１７）前記の導電面装置が更に電合体基板上に付着し
    た金膜を有している、特許請求の範囲第１項に記載の装
    置。
18. （１８）前記の導電面装置が更に、 支持基体、 導電層、 前記の４電層を前記の支持基体に接着するための第１層
    装置、 前記の導電層を保護するために前記の導電層の上に付着
    した第２層装置であって、電気的接続を行うために前記
    の導電層の周辺に沿って露出条片部を残すような寸法に
    なっている前記の第２層装置、 内部に穴を備えた印刷配線板、及び 前記の印刷配線板を前記の第２層装置に接着するための
    第３層装置 を備えている、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
19. （１９）導電面装置、 前記の導電面装置に電圧を加えるための加電圧装置、 複数の基準装置、 前記の基準装置のそれぞれを識別するための識別装置。 前記の識別装置によって識別された基準装置と前記の導
    電面装置に前記のプローブ装置の位置とに対応する信号
    を発生するためのグローブ装置、前記のグローブ装置に
    よって与えられる信号と前記の加電圧装置とに応答して
    前記の導電面装置に対する前記のプローブ装置の位置を
    一義的に表す出力信号を発生する信号処理装置 を備えている、面に対する物体の空間座標を決定するた
    めの装置、
20. （２０）前記の導電面装置が少なくとも第１及び第２対
    の領域を備えていて、この領域のそれぞれがほぼ直線状
    であって前記の導電面装置の所望動作領域の一つの境界
    の近くにあり、前記の第１対の領域が互いてほぼ平行で
    あり且つ前記の第２対の領域が互いにほぼ平行であり、
    且つ前記の加電圧装置が少なくとも第１及び第２組の射
    影出力装置を備えていて、この出力装置のそれぞれが少
    なくとも一つの出力対を備えており、前記の出力対のそ
    れぞれが池の前記の出力対から実質上電気的に分離され
    ている、特許請求の範囲第１９項に記載の装置。
21. （２１）前記の第１及び第２組の射影出力装置の出力対
    のそれぞれが変圧器巻線の両端部からなっている、特許
    請求の範囲第２０項に記載の装置。
22. （２２）前記の第１及び第２組の射影出力装置のそれぞ
    れが少なくとも一対の有効な固体式発生器を備えており
    、前記の対の発生器のそれぞれが他の前記の対の発生器
    から実質上電気的に分離されている、特許請求の範囲第
    ２０項に記載の装置。
23. （２３）前記の第１対の領域が第１期間中前記の加電圧
    装置によって紙圧を加えられ且つ前記の第２対の領域が
    第２期間中電圧２加えられ、これによって、前記の信号
    処理装置力装置が第１期間中前記の第１対の領域に直交
    する座標軸に対する前記のプローブ装置の位置を一義的
    に表す出力信号を発生し且つ前記の第２期間中前記の第
    ２対の領域に直交する座標軸に対する前記のグローブ装
    置の位置を一義的に表す出力信号を発生する、特許請求
    の範囲第２０項に記載の装置。
24. （２４）前記の加電圧装置が前記の第１及び第２期間中
    にそれぞれ前記の第１及び第２対の領域に電圧を加える
    ためのスイッチング装置を備えている、特許請求の範囲
    第２３項に記載の装置。
25. （２５）第１軸に沿って導電面に電圧を加えて、この導
    電面の近傍に第１軸に沿って電界を発生させること、物
    体の位置と第１基準位置との間の第１電界電位差を検出
    すること、 物体の位置と第２基準位管との間の第２電界電位差を検
    出すること、 第１及び第２の検出電位差を加算すること、第１及び第
    ２の電位差を第１倍率変数によって規準化して、加算し
    た和を定数に等しくすること、規準化された第１電位差
    から第１座標を決定すること、 第１軸に実質上直交する第２軸に沿って導電面に電圧を
    加えて、この導電面の近傍において第２軸に沿って電界
    を発生させること、 物体の位置と第１基準位置との間の第３電界電位差を検
    出すること、 物体の位置と第２基準位置との間の第４電界電位差を検
    出すること、 第３及び第４の検出電位差を加算すること、第３及び第
    ４の検出電位差を第２倍率変数によって規準化して、加
    算した和を定数に等しくすること、並びに 規準化された第３電位差から第２座標を決定すること からなる、面に対する物体の少なくとも二つの空間座標
    を決定するための方法。
26. （２６）第１及び第２の検出電位差が規準化される第１
    倍率変数に注目し、且つ この倍率変数を第３の直交座標に関係させる所定データ
    の表から第３の直交座像宛決定することによって、導電
    面に概して直交する物体の第３空間座標を決定すること
    を更に含んでいる、特許請請求範囲第２５項に記載の方
    法。
27. （２７）前記の第１倍率変数及び第２倍率変数が等しく
    なっている、特許請求の範囲第２５項に記載の方法。
28. （２８）導電面装置、 前記の、導電面装置に対するプローブ装置の位置に関係
    したプローブ匿号を与えろための可動式のプローブ装置
    、 プローブ信号に応答して前記のプローブ装置の位置によ
    って一義的に決定される出力データを与える信号処理装
    置 を備えている、面に対するグローブの位置な翻訳するこ
    とによって入カデータをデータ処理装置に与えるための
    装置。
29. （２９）前記の導電面装置が透明であって、更にこれと
    整合した指標装置を備えていて人間がこの指標装置に対
    して前記のグローブ装置の位置を視覚により合わせるこ
    とができろようになっている、特許請求の範囲第２８項
    に記載の装置。
30. （３０）前記の導電面装置を覆う第１絶縁装置、及び前
    記のプローブ装置を包囲する第２絶縁装置を更に備えて
    いて、これにより前記の導電面装置と前記のプローブ装
    置とか装置の操作員による接触から絶縁されている、 特許請求の範囲第２９項に記載の装置。
31. （３１）第１導電面装置、 前記の第１導電面装置に隣接し且つこれとほぼ直交する
    第２導電面装置、 前記の第１及び第２の導電面装置に電圧を加えるための
    加電圧装置、 前記の第１及び第２の導電面装置に対するプローブ装置
    の位置に関係したプローブ信号を与えるためのグローブ
    装置、 前記の第１及び第２の導電面装置のうちの少なくとも選
    択された一つのものに対する前記のプローブ装置の位置
    を一義的に表す出力データを発生するための、プローブ
    信号に応答する信号処理装置 を備えている、少なくとも二つの面に対する物体の少な
    くとも三つの空間座標を決定するための装置。
32. （３２）複数の導電面装置、 前記の導電面装置上それぞれに、前記の導電面装置の他
    のものが給電されろ加電圧周波数とは異なった加電圧周
    波数で電圧を加えるための加電圧装置、 前記の導電面装置のそれぞれにおける複数の基準装置、 前記の基準装置のそれぞれを選択するための選択装置、 前記の導電面装置のうちの少なくとも一つのものへの電
    圧印加に応答して、選択された基準装置と、前記の導電
    面装置のうちの少なくとも一つのものに関するプローブ
    装置の位置と、前記の導電面装置のうちの前記の少なく
    とも一つのものの加電圧周波数とに対応するプローブ信
    号を与えろグローブ装置、 グローブ信号に応答して、前記の導電面装置のうちの前
    記の少なくとも一つのものの加電圧周波数を検出し、こ
    れによってプローブ信号が前記の導電面装置のとれに応
    答しているかを決定するデコーダ装置、及び グローブ信号と前記の加電圧装置とに応答して、グロー
    ブ信号が応答している前記の導電面装置のそれぞれに対
    する前記のプローブ装置の位置をー義的に表す出力信号
    を発生する信号処理装置を備えている、面に対する物体
    の空間座標を決定するための装置、
33. （３３）第１及び第２の対の領域を備えた導電面装置、
    前記の４酸面装置の第１対の領域に第１周波数の交流を
    供給し且つ前記の導電面装置の第２対の領域に第２周波
    数の交流を供給するための駆動装置、 前記の導電面装置の第１及び第２の位置を交互に基準電
    位にクランプするための基準位置切換装置であって、前
    記の駆動装置が第１対及び第２対の領域のそれぞれに電
    流を供給している間に第１及び第２の位置を交互に基準
    電位にクランプする前記の基準位置切換装置、 最も近い前記の導電面装置上の点における前記の導電面
    装置の電位に関係した電位信号を与えるためのプローブ
    装置であって、前記の導電面装置の第１位置が前記の基
    準位置切換装置によって基準電位にクランプされたとき
    の第１電位信号と前記の導電面装置の第２位置が前記の
    基準位置切換装置によって基準電位にクランプされたと
    きの第２電位信号とを与える前記のプローブ装置、並び
    に 前記の第１及び第２の電位信号と前記の導電面装置の第
    １対の領域に供給された前記の第１周波数の交流から得
    られた前記の第１及び第２の電位信号の値との関係から
    前記の導電面装置に対する前記のプローブ装置の第１座
    標位置を決定し且つ又前記の第１及び第２の電位信号と
    前記の導電面装置の第２対の領域に供給された前記の第
    ２周波数の交流から得られた前記の第１及び第２の電位
    信号の値との関係から前記の導電面に対する前記のプロ
    ーブ装置の第２座標位置を決定するためのプロセッサ装
    置 を備えている、導電面に対するプローブの空間位置を決
    定するための装置。
34. （３４）第１及び第２の対の領域を備えた導電面装置、
    前記の第１対及び第２対の領域に直角位相で電流を供給
    して、電流が１周期の４分の１の位相差で前記の第１対
    及び第２対の領域に供給されるようにする駆動装置、 前記の４電面裟置の第１及び第２の位置を交互に基準電
    位をクランプするための基準位置切換装置であって、前
    記の駆動装置が第１対及び第２対の領域に電流を供給し
    ている間に第１及び第２の位置を交互に基準電位にクラ
    ンプする前記の基準位置切換装置、 最も近い前記の導電面装置の点における前記の導電面装
    置の電位に関係した電位信号を与えるためのグローブ装
    置であって、前記の導電面装置の第１位置が前記の基準
    位置切換装置によって基準電位にクランプされたときの
    第１電位信号と前記の導電面装置の第２位置が前記の基
    準位置切換装置によって基準電位にクランプされたとき
    の第２電位信号とを与える前記のプローブ装置、前記の
    第１及び第２の電位信号と前記の導電面装置の第１対の
    領域に４分の１周則離れた二つの前記の位相の第１のも
    ので供給された電流から得られた前記の第１及び第２の
    電位信号の値との関係から前記の導電面装置に対する前
    記のプローブ装置の第１座標位置を決定し且つ又前記の
    第１及び第２の電位信号と前記の導電面装置の第２対の
    領域に４分の１周期前れた二つの前記の位相の第２のも
    ので供給された電流から得られた前記の第１及び第２の
    電位信号の値との関係から前記の導電面装置に対する前
    記のプローブ装置の第２座標位置を決定するためのプロ
    セッサ装置 を備えている、導電面に対するプローブの空間位置を決
    定するための装置。
35. （３５）前記のグローブ装置から得られる信号の絶対変
    動範囲を制限するための制御利得増幅器装置を更に備え
    ている、特許請求の範囲第１項に記載の装置。