JPS5935069B2 - 座標読取装置の補間方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、座標指示器から発生する交番磁界をタブレ
ット上に敷設した導線に加え、この導線に誘起する誘導
電圧の大きさを検出して、座標指示器の位置を決定する
自動座標読取装置に関する。

タブレットと座標指示器間の電気的な結合を利用する座
標読取装置は、数種の動作原理のものが知られている。
この種の装置にあつては、例えばタブレット上の読取メ
ディアの厚みや材質によるタブレットと座標指示器間の
電磁的結合度合の変化や、検出信号の増幅系のゲイン変
動等に影響されず、正確な座標出力を得るようにするこ
とが重要な課題である。この技術的課題に関し、特公昭
５３−１９３８０号には、いわゆるランド・タブレット
方式の静電結合形座標読取装置において、タブレットの
各走査線に走査信号を加え、ペン（座標指示器）でもつ
て各走査線から誘導される信号を逐次検出し、その検出
信号レベルを比較してそのうちの最大値と、その両側の
走査線からの誘導信号レベルとをそれぞれ除算すること
によつて、読取メディアの厚み等によつて異なるパラメ
ータを除去する技術が開示されている。

この例では、検出信号の最大値とその両側の走査線から
得られた検出信号の値とのそれぞれの比が距離（座標値
）を算出する式に含まれるため、３種類の除算を必要と
していた。また、この除算をアナログ信号で処理するか
らアナログ除算素子のドリフトや周辺素子の特性偏差に
より演算精度は低く、また、もしこれをディジタル信号
処理するとしても、除算回数を多く必要とする算出式な
ので、大きな演算時間が必要で、読取動作の高速化を阻
害する、等の問題点が指摘される。本発明の基本的な目
的は、多数のセンス線を一定間隔で敷設してなるタブレ
ットと、このタブレット上に交番磁界を印加するための
励磁巻線を有する座標指示器とを備え、上記交番磁界に
よつて各センス線に誘起される誘導電圧の大きさから座
標指示器の位置を求める電磁誘導形座標読取装置におい
て、上述の技術的課題を達成することである。

この目的に立脚し、本出願人は、各センス線から得られ
る誘導電圧の最大値と２番目の値の比によつて距離を決
定する座標値算出方式を先に開発しており、それについ
ては既に特許出願（（特願昭５１−１３５９４（特開昭
５２−９６８２５号）））をしている。

この技術によつて相当な効果は得られたが、より高分解
能および高信頼性を目差す場合、検出される電圧比と距
離との関数関係の直線性が悪いという点と、上記タブレ
ツトと指示器間の電磁的結合度合の変化や検出信号増幅
系のゲイン変動あるいはオフセツトによる影響を完全に
除去できていない等の欠点が無視できなくなつてきた。
そこで本発明では、電磁誘導形の座標読取装置において
、誘導電圧の最大値Ｖｐと、その最大値を生じた両側の
センス線の誘導電圧値Ｖｐ−１およびＶｐ＋１をそれぞ
れ検出し、（Ｖ１−Ｖ２）と（Ｖｌ３）の比から指示位
置を決定することによつて、読取メデイアの変化等に影
響されない高分解能、高信頼性の装置を実現するととも
に、除算の回数を最少限にとどめて、演算の簡素化およ
び高速化を計つた。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図に示すように、タブレツト１の基本構造は、適宜
な絶縁性基板２の表面側に折返し形の複数のＸ軸センス
線Ｘｉ（Ｘｌ，Ｘ２，・・・・・・Ｘｎ）が一定のピツ
チで平行に配設されているとともに、その裏面側にはセ
ンス線Ｘｉと直交してそれと同じ形態の複数のＹ軸セン
ス線Ｙｊ（Ｙｌ，Ｙ２，・・・・・・Ｙｍ）が同じピツ
チで平行に配設されたものである。

Ｘ軸センス線Ｘｉの各一端はデコーダからなるＸ軸走査
回路３Ｘの各出力端に接続され、同じくＹ軸センス線Ｙ
ｊの各一端はＹ軸走査回路３Ｙに接続されている。

また、各センス線Ｘｉ，Ｙｉの他端はそれぞれダイオー
ドＤを介して共通の出力線ｔに線続されている。走査回
路３Ｘ，３Ｙは、後述するように、Ｘ１→Ｘ２・・・→
Ｘｎ→Ｙ１→Ｙ２・・・→Ｙｍという順番で各センス線
に走査信号を順次印加する。また、４はボールペンのご
とき筆記具を内蔵しているペン形の座標指示器であつて
、その先端部分に所定径の励磁巻線５が装着されている
。

励磁巻線５は水晶発振器６の出力を増幅する増幅器７に
接続されていて、一定周波数Ｆ。の励磁信号が印加され
、その周波数Ｆ。の交番磁界を発生する。さらに座標指
示器４には、その先端に一定以上の圧力（筆圧）が加わ
つたとき閉じるベンスイツチ８が内蔵されている。タブ
レツト１上に座標指示器４を立てるように置くと、励磁
巻線５から発生する交番磁界の磁気誘導によつて、これ
の近傍のセンス線Ｘｉ，Ｙｊに交番磁界と同じ周波数Ｆ
。

の交流信号が誘起される。センス線Ｘｉ，Ｙｊに誘起さ
れた誘導信号は、そのセンス線Ｘｉ，Ｙｊに走査回路３
Ｘ，３Ｙからの走査信号が印加されたときにのみ、その
走査信号に重畳されてダイオードＤを通過して出力線ｔ
に導出される。つまり出力線ｔには、センス線ｔには、
センス線走査に伴つて、各センス線での誘導信号が順番
に現われる。出力線ｔに現われる信号は増幅器９で増幅
されて、周波数Ｆ。

を通過帯域とする帯域濾波器１０に供給される。これに
よつて、上記交番磁界による誘導信号が弁別され、帯域
濾波器１０からは例えば第２図ａに示す形の信号が出力
される。この出力は増幅器１１で増幅され、整流回路１
２で全波整流され、さらに低域濾波器１３によつて平滑
され、第２図ｂに示すような滑らかな波形信号となる。
この第２図ｂにおける各電圧Ｖｌ，Ｖ２・・・が各セン
ス線の誘導信号レベルに対応する訳である。低域濾波器
１３の出力は増幅器１４を経て、Ａ／Ｄ変換器１５に入
力される。演算制御部１６はフアームウエア化されたマ
イクロコンピユータを中心に構成されるもので、マイク
ロプロセツサ１７、メモリ１８、インターフエイス１９
，２０等からなる。

この演算制御部１６は、アドレスレジスタ２１を介して
上記センス線の走査を制御するとともに、Ａ／Ｄ変換器
１５の出力に基づき座標値を算出する他、外部機器２２
間の入出力処理等、本装置の主要な処理を統轄する。座
標指示器４の指示位置と各センス線の誘導信号レベルの
関係について説明する。

第３図には指示位置と、隣接する３本のセンス線Ｘｉ−
１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１のそれぞれの誘導電圧Ｖｉ−１，Ｖ
ｉ，Ｖｉ＋１の関係を示しており、横軸に励磁巻線５の
中心の位置（指示位置）をとり、縦軸に電圧をとつてい
る。このグラフに示すように、センス線Ｘｉの誘導電圧
Ｖｉは、励磁巻線５の中心がセンス線Ｘｉの中心線Ｐｉ
上にあるときに最大となり、これを中心として左右対称
の特性曲線となる。

さらに詳細には、タブレツト１上において励磁巻線５の
中心がセンス線Ｘｉの中心線Ｐｉから遠ざかるにつれて
、相当の範囲では、誘導電圧Ｖｉが単調減少する。勿論
、他のセンス線の誘導電圧の変化特性も同じである。例
えば第３図において、励磁巻線５の中心が線ａ上にあれ
ば、これに一番近いセンス線Ｘｉから最大の誘導電圧Ｖ
ｐが得られ、充に近いセンス線Ｘｉ＋１から２番目に大
きな誘導電圧ＶＰ＋１が得られ、次に近いセンス線Ｘｉ
−１から３番目に大きな誘導電圧，一，が得られる。

ここで、センス線の配列ピツチをＴとし、センス線Ｘｉ
と指示位置ａ間の距離をΔＸとすると、指示位置の座標
値Ｘは次のように表わせる。Ｘ＝ＴＸｉ＋ΔＸ データＴＸｉは最大値を生じたセンス線のアドレスから
容易に得られる。

ΔＸは補間距離データと呼ばれ、これを求める演算方式
が本発明の対象である。各センス線Ｘｉに誘起される電
圧Ｖｉは、第３図から明らかなように、中心線Ｑｉと指
示位置間の距離ΔＸの関数ではある。

すなわち、Ｖｉ＝ｆ（ΔＸ）と表わせる。しかし、検出
電圧Ｖｉは、励磁巻線５とセンス線間の誘電率や検出回
路のゲイン等の乗数がかかつている他、励磁巻線５とタ
ブレツト１の高さ方向の距離に大きく影響される。した
がつて、１本のセンス線の検出電圧ＶｉでのみΔＸを求
めるのでは、極めて精度が悪い。

本発明では、上記の種々のパラメータの影響を除くべく
多くの実験および理論解析を行ない、その結果、次のよ
うな演算方式を開発した。すなわち、センス線Ｘｉから
得られた検出電圧ｐと、その両隣のセンス線Ｘｉ−１，
Ｘｉ＋１から得られた検出電圧ＶＰ−：，ＶＰ＋１に基
づき、（Ｖ，−Ｖ，−１）と（Ｖ，−Ｖ，＋１）との比
から距離ΔＸを決定する。

具体的な算出式をあげて説明すると、 なる式で定義される電圧比Ｑを求める。

このＱは、指示位置が中心線Ｐｉ上にあつてΔＸ＝０で
あれば、Ｖ，−１＝Ｖ，−１となるので、Ｑ＝１となる
。

また、指示位置がセンス線ＸｉとＸｉ−１のちようど中
央（またはＸｉ（５Ｘｉ＋１の中Ｔ央）にあつてΔＸ＝
フであれば、ＶＰ＝ＶＰ−１（または、ＶＰ＝Ｖ，＋１
）となるので、Ｑ＝０とＴなる。

そして、０〈ΔＸく一の路囲のΔＸに対し０
） ２て、ＱはΔＸに１対１に対応する
Ｏ＜Ｑく１の範囲の値をとる。

つまり、ＱはΔＸの一義関数であつて、次のように表わ
せる。

Ｑ＝ｇ（ΔＸ） ΔＸ＝ｇ（Ｑ） ・・・・・・・・・ （２）上
式（２）の関数表を予め実験的に求めておけば、Ｖｉ，
Ｖｉｌ，Ｖｉ＋１を検出し、式（１）の電圧比Ｑを算出
して、式（２）の補間関数表からΔＸが求まる。

すなわち、最終的な座標値は次のようになる。● Ｏ〜
〜′ノ第４図には、具体的な実施装置において実験的に
求められたΔＸ＝ｉ（Ｑの関数特性を示しており、実線
がその特性である。

また点線で示しているのは、同じ実施装置において前述
の特願昭５１一１３５９４号に開示した方式、すなわち
、誘導電圧の最大値Ｖａと２番目の値Ｖｂを検出し、Δ
Ｘ＝Ｆ（Ｖａ／Ｖｂ）なる補間関数でもつてΔＸを求め
る方式での特性曲線である。

このグラフから明らかなように、本発明による特性曲線
は、一点鎖線で示す、ΔＸ＝ＴＴ−ー一Ｑの直線に極め
て近く、従来の方式のものより格段に直線性が向上して
いる。

このように補間関数の直線性が良いということは、入力
Ｑから出力ΔＸを求める処理が容易となり、かつ高分解
能が得られやすいことを意味している。

例えば、最近のデイジタル演算技術では、上記のような
一定の関数演算を処理するのに、予め求めた関数表デー
タをＲＯＭに記憶しておき、入力に対応する出力を読出
すというような手法が良く用いられる。このような演算
手法を用いる場合、関数の直線性が良ければ、高い分解
能を少ないＲＯＭ容量でもつて実現できるのである。ま
た本発明の方式によれば、励磁巻線５とセンス線間の誘
電率、検出回路のゲインやオフセツト、あるいは励磁巻
線５とタブレツト１間の高さ方向の距離等による影響を
極めて良好に除去できる。つまり、これら変動要因によ
るパラメータを考えると、検出電圧Ｖｉは次のように表
わせる。Ｖｉ−Ａｆ（ΔＸ）＋ｂここで、ａおよびｂが
上記各要因によるパラメータである。

このようなパラメータが含まれていても、上記式（１）
で求まる電圧比Ｑは、パラメータＡ，ｂが除去されたデ
ータとなる。したがつて、極めて高精度に補間距離ΔＸ
が求まるのである。しかも本発明では、最少限の１回の
除算でもつてこの高精度を実現することができるのであ
る。次に、演算匍卿部１６の基本動作、つまりセンス線
を走査して座標値を出力する制御を、第５図のフローチ
ヤートに従つて順番に説明する。まず、ステツプ１のイ
ニシヤライザルーチンを実行し、内部のレジスタ（ＶＯ
）および（Ｓｘ）をＯにする。次のステツプ２で、レジ
スタ（Ｓｘ）の内容０を上記アドレスレジスタ２１に書
き込む。これによつて、センス線Ｘ１に走査信号が印加
され、上記Ａ／Ｄ変換器１５にはセンス線Ｘ１で得られ
た検出電圧Ｖ１が入力される。

次のステツプ３にて、検出電圧入力が安定する適宜なタ
イミングでＡ／Ｄ変換器１５を起動する。次のステツプ
４にて、Ａ／Ｄ変換器１５からの変換終了信号を待ち、
変換終了したならば、次のステツプ５にて、デイジタル
変換された検出電圧Ｖ１を取込み、内部のレジスタ（）
にストアする。次のステップ６では、レジスタ（）の内
容、つまり検出電圧Ｖ１が、予め設定してあるしきい値
ＶｎＯｉｓｅ（ノイズレベルより僅かに大きな値）より
大きいか否かを判定する。（Ｖ１）く（ＶｎＯｉｓｅ）
の場合はステツプ１０へジヤンプし、（Ｖ１）≧（Ｖｎ
Ｏｉｓｅ）の場合は次のステツプ７にて、（Ｖ１）の値
が（ＶＯ）の値より大きいか否かを判定する。（ＶＯ）
の値は上述のように０であるので、まず（Ｖ１）≧（Ｖ
Ｏ）と判定される。その場合、次のステツプ８で（ＶＯ
）の値をレジスタ（Ｖ−１ ）に移し、さらに次のステ
ツプにて（Ｖ１）の値を（ＶＯ）に移す。そして、ステ
ツプ１０でＸ軸センス線アドレスＳｘをインタリメント
し、ステツプ１１でＳｘがＸ軸センス線の最紙アドレス
になつていない間はステツプ２へ戻る。以上のようにし
てＸ軸の走査が進む。このとき、タブレツト１上に座標
指示器４がないと、（ＶｎＯｉｓｅ）以上の検出電圧が
得られないまま、Ｘ軸の最終アドレスまで走査が進む。
すると、ステツプ１１にてＮＯと判定され、その場合、
ステツプ１２の無効処理ルーチンを実行し、外部機器に
無効信号を出力し、ランプ等を点灯させる。また、座標
指示器４でタブレツト１上を指示しておれば、Ｘ軸の走
査が指示位置に近ずくにつれて検出電圧は増加し、Ｘ軸
の走査が指示位置を越えると、検出電圧が減少する。こ
の検出電圧の増加から減少への変化がステツプｒで検出
される。つまり、検出電圧が増加しているとき、レジス
タ（ｏ）には常に最大値がストアされており、最新の検
出電圧（）が（ＶＯ）以下になると、ステツプ７でＮＯ
と判定される。そしてその時点においては（ＶＯ）には
検出電圧の最大値がストアされ、レジスタ（Ｖ−１）に
は最大値を生じたセンス線Ｘｉの１アドレス手前のセン
ス線Ｘｉ−，からの検出電圧がストアされ、レジスタ（
Ｖ＋１）にはセンス線Ｘｉの１アドレス後のセンス線Ｘ
ｉ＋１からの検出電圧がストアされる。ステツプ７でＮ
Ｏと判定されると、ステツプ１３へ進み、（Ｖ−１）の
値と（＋１）の値の大小を判別し、それに応じてステツ
プ１４または１４５にて式（１）の電圧比Ｑを算出する
。

次にステツプ１５または１５２にて、計算されたＱをも
とに上述のごときＲＯＭテーブル（補間関数表）から、
式（２）に表わされる補間距離ΔＸを求める。次にステ
ツプ１６または１６′にて、求められた補間距離ΔＸと
最大値を生じたセンス線アドレスとから、式（３）に表
わされるＸ座標を計算し、レジスタＸにストアする。次
に、図ではステツプ１７として示しているが、Ｘ座標を
検出する上記の匍脚をＹ軸について行なう。

そしてステツプ１８で、検出されたＸ，Ｙ座標値を外部
機器に出力する。以上詳細に説明したように、本発明に
係る補間方式によれば、除算を１回しか含まない簡単な
演算でもつて、タブレツト上の読取メデイアの厚みのば
らつき、座標指示器から発生する交番磁界強度の変動、
誘導信号検出系のゲイン変動、オフセツト等の影響が極
めて良好に除去できるとともに、補間関数の直線性が非
常に良く、高分解能、高信頼性が実現できるとともに、
高速の読取りも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る座標読取装置の全体的な構成を示
すプロツク図、第２図Ａ，ｂは誘導信号の波形図、第３
図は指示位置と誘導信号レベルの関係を示す説明図、第
４図は補間関数の特性図、第５図は本発明に係る装置の
基本動作を示すフローチヤートである。 １・・・・・・タブレツト、Ｘｉ，Ｙｊ・・・・・・セ
ンス線、ｔ・・・・・・出力線、３Ｘ，３Ｙ・・・・・
・走査回路、４・・・・・・座標指示器、５・・・・・
・励磁巻線、１６・・・・・・演算制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数のセンス線を一定間隔で敷設してなるタブレッ
   トと、このタブレット上に交番磁界を印加するための励
   磁巻線を有する座標指示器とを備え、前記交番磁界によ
   つて各センス線に誘起される誘導信号を各センス線を走
   査して順次検出し、その誘導信号レベルから座標指示器
   の位置を決定する座標読取装置において、誘導信号の最
   大値Ｖｐと、その最大値を生じたセンス線の両隣のセン
   ス線からの誘導信号Ｖｐ＾−＾１およびＶｐ＾＋＾１を
   検出して（Ｖｐ−Ｖｐ＾−＾１）と（Ｖｐ−Ｖｐ＾＋＾
   １）との比、即ちＱ＝（Ｖｐ−Ｖｐ＾＋＾１）／（Ｖｐ
   −Ｖｐ＾−＾１）（ただし、Ｖｐ＾−＾１＜Ｖｐ＾＋＾
   １のとき）なる電圧比Ｑ（０≦Ｑ≦１）を求め、この電
   圧比Ｑと、前記最大値を生じたセンスラインと座標指示
   器の指示位置間の距離とを対応させた補間関数の値に従
   つて前記座標指示器の指示位置を求めることを特徴とす
   る座標読取装置の補間方式。