JPS60231231A - 位置検出装置 - 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】 （技術分野） ＋　ｆｉ　ｔ＋ＲＩＪ　Ｍ響化φ０１　ｍムムル耶ζシ
トｙ　ｕｓ田ん＋＋ｎえられた磁性体の透磁率の変化に
基づいて位置指定用磁気発生器で指定された位置を検出
する位置検出装置に関するものである。

（従来技術と問題点） 従来の位置検出装置としては、磁歪伝達媒体の一端また
は位置指示ペンの先端に設けた駆動コイルにパルス電流
を印加して前記磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生起させた
時点より、位置指示ペンの先端または磁歪伝達媒体の一
端に設けた検出コイルに前記磁歪振動波に基づく誘導電
圧を検出するまでの時間を処理器等で測定し、これより
位置指示ペンの指示位置を算出する如くなしたものがあ
った。この装置では位置検出装置は比較的良好であるが
、ペンと処理器等との間でタイミング信号等を授受する
ため、ペンと装置との間にロードを必要としその取扱い
が著しく制限されると共に、他の機器からの誘導を受け
やすく誤動作したり、また逆にノイズの発生源となる可
能性もあり、更にペンを磁歪伝達媒体に対して垂直に保
持し、かつかなり近接させて指示しな（プればならない
等の問題点があった。

また、従来の他の位置検出装置としでは、複数の駆動線
と検出線とを互いに直交して配置し、駆動線に順次、電
流を流すとともに検出線を順次選択して誘導電圧を検出
し、フェライトのような磁性体を有Ｊる位置指示ペンで
指定した位置を大きな誘導電圧が誘起された検出線の位
置より検出するようになしたものがあった。この装置で
は位置指示ペンをコードレスとづることができるが、座
標位置の分解能が線の間隔で決まり、分解能を上げるた
めに線の間隔を小さくするとＳＮ比及び安定度が悪くな
り、従って分解能を上げることが困難であり、また駆動
線と検出線の交点の真上の位置検出が困難であり、更に
位置指示ペンを線に極く接近ざｔ！なければならず入力
面上に厚みのある物を置いて使用できない等の問題点が
あった。

（発明の目的） 本発明はこのような従来の欠点を改善したものであり、
位置指定用磁気発生器がどこにも接続さねず操ｆ１竹が
良く、また外部からの誘導に強く且つノイズを放出する
ことの４【い高精度な位置検出装置を提供することを課
題としている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す一部切欠分解斜視図で
ある。同図において、１０はＸ方向位置検出部、２０は
Ｙ方向位置検出部、３０は駆動電流源、４１、４２は信
号選択手段１例えばマルチプレクサ、５０は位置指定用
磁気発生器２例えば棒磁石、６０は処理装置である。

Ｘ方向位置検出部１０は平板状の磁性体１１と励磁線１
２ａ　〜１２ｉと検出線１３ａ〜１３ｈと絶縁シート１
４゜１５とからなっている。磁性体１１は絶縁シート１
４゜１５間に挾まれている。また、磁性体１１どしては
磁石を接近させ【も磁化され難く、即ち保持力が小さく
且つ透磁率（μ）の高い材料、例えばアモファス合金、
パーマロイ合金等が好ましい。アモルファス合金として
は、例えばＦ　ｅ　７９Ｂ　１ｅｓ　ｊ　ｓ（原子％）
　（保持力０．２Ｑｅ、透磁率（μ）−１４，０００）
等が使用できる。また、磁性体１１は平板（シート）状
であるが、アモルファス合金は製造上、厚さが２０〜５
０μｍの薄いものを作れるので、これをそのまま適用し
てもよい。まｌ〔、長尺の磁性体、例えば断面長方形の
薄帯状か断面円形の線状のアモルファス合金を多数互い
に平行かつ密接さ−Ｕ−Ｃシー１〜状となしたものを用
いることもできる。なお、この場合は各磁性体の長手方
向と位置検出方向（ここではＸ方向）どが一致するよう
配置した方が良い結果が４９られる。

各励磁線１２ａ〜１２ｉは、絶縁シート１４の上面に配
設された部分く以下、上半部と称す。）と絶縁シー１−
１５の−１・面に配設された部分（以下、下半部ど称′
？１つ）とが、それらの一端でそれぞれ連続しくなッテ
おり、励磁線１２ａ、　１２ｂ、　１２Ｇ、　１２ｄ。

１２ｅ　、　１２ｆ　、　１２（］　、　１２ｈの上半
部の他端と、励磁線１２ｂ、　１２Ｃ，１２ｄ、　１２
ｅ、　１２ｆ、　１２ｇ、　１２ｈ。

１２ｉの上半部の他端とがそれぞれ接続され、叩ち励磁
線１２ａ〜１２ｉは１列に接続され、励磁線１２ａの上
半部の他端と励磁線１２ｉの下半部の他端は駆動電流源
３０に接続される。また、各励磁線１２ａ〜１つ；　け
■イ；白シ古六背ス女白　ロｎ敷■六＾［−込。

て所定間隔をおいて互いに平行に配置されている。

各検出線１３ａ〜１３ｈは、絶縁シート１４の上面に配
設された部分（以下、上半部と称す。）と絶縁シート１
５の下面に配設された部分（以下、下半部と称す。）と
が、それらの一端でそれぞれ連続してなっており、検出
線１３ａ〜１３ｈの上半部の他端はそれぞれマルチプレ
クサ４１に接続され、検出線１３ａ〜１３ｈの下半部の
他端は共通に接地される。

また、各検出線１３ａ〜１３ｈはそれぞれ励磁線１２ａ
〜１２ｉのそれぞれの間に互いに平行に配置されている
。

Ｙ方向位置検出部２０は平板状の磁性体２１と励磁線２
２ａ　〜２２ｉと検出線２３ａ〜２３ｈと絶縁シニト２
４゜２５どからなっており、その細部の構造はＸ方向位
置検出部１０と同様である。Ｙ方向位置検出部２０はＸ
方向位置検出部１０の下部に、図示しない絶縁シート等
を介して、励磁線及び検出線が互いに直交する如くでき
るだけ近接して重ね合わされる（但し、図面では構造を
わかりやすくするため、Ｘ方向位置検出部１０とＹ方向
位置検出部２０とは離して猫いでいる。）。また各励磁
線２２ａ〜２２ｉは駆動電流源３０に接続され、各検出
線２３ａ〜２３ｈはマルチプレクサ４２に接続される。

駆動電流源３０は所定周期の交番電流（ここでいう交番
電流どは正弦波、矩形波、三角波等の全てを含む）を常
時、励磁線１２ａ−・１２；及び２２ａ〜２２１に送出
覆る。また、マルチプレクサ４１．４２は処理装置６０
からの制御信号に従っＣ検出線１３ａ〜１３ｈ及び２３
ａ〜２３ｈの出力信号を処理装置６ｏへ選択的に送出す
る如くなっている。

このような構成において、検出線１３ａ〜１３ｈ及び２
３ａ〜２３ｈには前記励磁線１２ａ　〜１２ｉ及び２２
ａ〜２２ｉを流れる交番電流に基づく電磁誘導により誘
導電圧が発生する。この電磁誘導は磁性体１１及び２１
を介して行なわれるため、磁性体１１及び２１の透磁率
が大きい程、前記誘導電圧の電圧値は大きくなる。とこ
ろで、磁性体１１及び２１の透磁率は外部から加わる磁
気バイアスによって大ぎく変化する。その変化のようす
は磁性体の組成、前記交流電流の周波数、あるいは磁性
体に熱処理を加えること等によって異なり、第２図に示
すようにある磁気バイアスを加えた時に最大となるよう
に設定することができる。従ってこの場合、磁性体１１
及び２１に磁気バイアスを加えると、励磁線１２ａ〜１
２　ｉ　、　２２ａ　〜２２　ｉから検出線１３ａ〜１
３ｈ、２３ａ〜２３ｈへ誘起する電圧も大きくなる。

今、第１図において、位置指定用棒磁石５ｏがＮ極を下
にして検出線１３ａからＸ方向の距離Ｘ、及び検出線２
３ａがらＹ方向の距離ｙ、だけ隔てたＸ方向位置検出部
１０の位置Ａ上にあり、透磁率が大きくなる程痕の磁気
バイアスを磁性体１１及び１２に加えでいるものとする
。

この時、Ｘ方向の検出線１３ａ〜１３ｈには第３図に示
すような誘導電圧ｖ１〜ｖ８が発生する。第３図におい
て、横軸は検出線１３ａ〜１３ｈの位置をそれぞれ×１
〜×８とするＸ方向の座標位置を示し、縦軸は電圧値を
示しているが、前記各電圧ｖ１〜ｖ８は位＠Ａ直下で最
大値（ＮＡ犬値）となる。前記各電圧ｖ１〜ｖ８はマル
チプレクサ４１より得られるので、これらより誘起電圧
が極大値となるＸ８標値を処理装置６ｏで演算してめれ
ば、棒磁石５０のＸ座標値Ｘ　をめることができる。

座標値Ｘｓをめる算出方法の一つとして、第３図におけ
る極大値付近の波形を適当な函数で近似し、その函数の
極大値の座標をめる方法がある。例えば、各検出線１３
ａ〜１３ｈの間隔をｌＪｘとし、第３図において座標×
３から座標×５までを２次函数（図中、実線で示す）で
近似すると、次のようにして算出することができる。ま
ず、各検出線の電圧と座標値より ｖ３＝ａ　（ｘ３−ｘ、）　＋ｂ　川−（１）Ｖ４＝ａ
　（ｘ４−ｘ、）　＋ｂ　川・−・（２）Ｖ５＝ａ　（
ｘ５−ｘ、）、＋ｂ　・旧・・（３）どなる。ここで、
ａ、ｂは定数（ａ＜ｏ）ｒある。

ま１〔、 Ｘ　４Ｘ　３−ΔＸ　・・・・・・（４）Ｘ５−Ｘ３　
＝　２　／ｘ　−・・Ａ５）となる。（４）、（５）式
を（２）、（３）式に代入して整理覆ると、 と、なる。従って、検出線１３ｃ、　１３ｄ、　１３ｅ
に誘起する電圧ｖ３．ｖ４．ｖ５、及び検出線１３ｃの
座標値×３　（既知）から処理装置６０で（６）式の演
算を行なうことにより棒磁石５０のＸ座標値を算出でき
る。また、棒磁石５０をＹ軸に沿って動がしでも同一の
Ｘ座標値が得られる。

また、Ｙ方向の検出線２３ａ　ヘ２３ｈにも第３図と同
様な誘導電圧が得られ、前記同様の演算処理によってＹ
座標値ｙ８をめることができる。

位置指定用棒磁石５０の先端から発せられる磁界は、第
４図に示すように該棒磁石５ｏの中心線の延長トの一点
ｒから発する如く近似される。従って磁性体１１及び２
１より前記点ｒまでの距離に相当する位置に入力面１０
０を形成り−れば、棒磁石が磁性体１１及び２１に対し
て傾いても（但し、図示例では二点鎖線で示り一磁性体
１１を基準として棒磁石５ｏが傾いた状態にあることを
示しＣいる。）磁性体の同−・位置に対する磁界のｈ向
は変わらず、その検出位置も変わらず、従って、棒磁石
５０の傾きに影響されず位置指定が可能どなる。なお、
実験では傾きが±３０°以内で、誤差±０．５＃以下を
達成している（入力面の高さ１２ｍｍ）。

第５図は駆動電流源３０の具体例を示すものである。同
図において、３１はファンクションジー［ネレータ、例
えばインターシル製ＩＣ，８０３８ぐあり、二１ンデン
４）Ｃど抵抗Ｒの値で定まる所定の周波数の正弦波信号
を出力する。また３２はパワードライバであり、オペア
ンプど電流増幅器とからなっており、前記正弦波信号を
電流増幅しく励！１線１２ａ〜１２ｉ、２２ａ〜２２ｉ
へ送出覆る。

第６図は位置指定用磁気発生器５０の具体例を示’Ｕ’
　ｌｌｌＩｉ面図、第７図はその電気回路図である。同
図にｄ３いて、５１は合成樹脂等からなるペン状の容器
Ｃあり、その一端には先端先細状の棒磁石５２が軸方向
に摺動自在に収容されている。また、５３は操作スイッ
チぐ、棒磁石５２の他端に対向して取り付（Ｊられでい
る。また、５４は超音波信号の送信機、５５は超音波の
送波器で、電池５６とどもに容器５１内の適所に収納さ
れている。前記容器５１を保持しゴムカバー５７を取り
（＝Ｊけた棒磁石５２の先端を入力面に押し当てれば、
該棒磁石５２がスライドしてスイッチ５３がオンし、こ
れによって、送信ｍ５４内の発振回路５４ａ及び増幅器
５４ｂが動作し、送波器５５より測定開始を示す信号９
例えば所定周波数の連続パルス信号を超音波信号に変え
て発信する。

第８図は処理装置６０の具体的構成を示す回路ブロック
図である。同図に（１５いて、前述しＩ〔送波器５５よ
り測定開始を示す超音波信号が送出されると、該超音波
信号は受波器６１で受波され、更に受信器６２″ｃ増幅
・波形整形されて入力バッフ１６３に送出される。演算
処理回路６４は人力バッファ６３より前記測定開始信号
を読み取り、測定開始を認識すると、出力バッファ６５
を介して切換回路６６及びマルチプレクサ４１へ制御信
号を送り、Ｙ方向の検出線１３ａ〜１３ｈの誘導雷１モ
を増幅器６７へ順次入力する。

前記各誘導電圧は増幅器６７ｒ増幅され検波器６８　’
−（−整流されて直流電圧に変換され、更にアノ−１］
グーデイジタル（Ａ／［））変換器６９に′ｃｆイジタ
ル値に変換され入力バッフ／７６３を介して演算処理回
路６４に送出される。演算処理回路６４では前記各誘導
雷Ｆ１（ディジタル値）をメモリ７０に一時記憶し、こ
れらの中にリピークイ１近の電圧値を検出する。

この検出方法どじＣは、例えば各誘導゛電圧の大小を順
次比較し、ある電Ｌ１−９仮りにｖｋが直前の電１’ｆ
Ｅ　Ｖ　より人さく、かつ次の電圧ｖｋ、）１よりも１
（−１ 人サイ時（Ｖｋ、＜’Ｖ、＞Ｖｋ、１）　に７［圧Ｖｋ
をピーク電圧どしで検出づ゛ることができる。演算処理
回路６４は前記電ＦＥＶ、Ｖ、Ｖ　を取りに−１ｋ　ｋ
ｌｌ 出し、これらをそれぞれ前記（６）式におりる雷１４Ｖ
、Ｖ、Ｖ５どして（６）式の演算処理を行な４ い、Ｘ座標値をめる。

次に演算処理回路６４は出力バッファ６５を介して切換
回路６６及びマルチプレクサ４２に制御信号を送り、Ｙ
方向の検出線２３ａ〜２３ｈの誘導電圧を順次入力し、
前述と同様の処理を行ないＹ座標値をめる。このように
してめられたディジタル値のＸ及びＹ座標値は出力バッ
ファ７１を介してディジタル表示器（図示せず）に送出
され表示され、またはコンピュータ（図示せず）に送出
され処理されたり、あるいはディジタル−アナ１１グ（
Ｄ／Ａ）変換器７２を介してアナログ信号に変換され処
理される。

なお、実施例中の励磁線及び検出線の本数は一例であり
、これに限定されないことはいうまでもない。また、検
出線の間隔は２〜６ｍｍＦ１度であれば、比較的精度良
く位置検出ができることが実験により確かめられている
。また、位置指定用磁気発生器も棒磁石に限定されるこ
とはなく、板、リング、鉤体等でもよく、あるいは電磁
石でもよい。

まＩこ、前記実施例におい゛Ｃ１測定開始を丞り一信号
を位置指定用磁器発生器５０から処理装置６０まで超音
波信号を用いで伝送したが赤外線等の光信ケ）を用いで
も良い。また、前記測定開始を示す信号は単に座標検出
のタイミングを演算処理回路６４に認識させる為のもの
であるから特に磁気発生器５０より送ることを要するも
のではなく、処理装置６０自体に設けたキーボードその
他のスイッチ回路より前記タイミングを認識さけ゛る信
号を送る如くなしても良い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、平板状の磁性体に
励磁線と検出線とを交互に並設してなるＸ方向位置検出
部と、該Ｘ方向位置検出部と同様の構成を有し、かつこ
れと重ね合わされたＹ方向位置検出部ど、前記Ｘ方向及
びＹ方向の各励磁線に所定周期の交番電流を加える駆動
電流源と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各磁性体に局部的な
磁気バイアスを加える位置指定用磁気発生器ど、前記Ｘ
方向及びＹ方向の各検出線にそれぞれ接続されたＸ方向
及びＹ方向の信号選択手段と、該Ｘ方向及びＹ方向の信
号選択手段より取り出される各誘導電圧から前記位置指
定用磁気発生器の指示座標を算出する処理装置とを具備
したので、励磁線と検出線との間の磁束変化が磁性体内
のみで行なわれ、その結合が密で検出電圧が大きくなり
、従ってＳＮ比が良くなり、また外部からの誘導を受け
にくくかつ外部への誘導ノイズの発生が少ない。また、
磁性体にわずかの磁気バイアスを加えるのみで位置指定
できるため、位置指定用磁気発生器を磁性体に近接させ
る必要がなく、有効読取り高さを人さくどろごとができ
、また強磁性体以外の金属を入力面上に載置することも
できる。また更に、タイミング検出等の信号を必要とせ
ず、位置指定用磁気発生器をコードレスどすることもで
き、操作性が良いなどの利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供するもの（、第１図は本発明の
一実施例を示す一部切欠分解斜視図、第２図は磁気バイ
アス対透磁率の特性図、第３図はＸ方向の各検出線に発
生する＠導電１工の一例を示すグラフ、第４図は位置指
定用棒磁石より磁性体に印加される磁束のようすを示づ
説明図、第５図は駆動電流源の具体例を示す電気回路図
、第６図は位置指定用磁気発生器の具体例を示す断面図
、第７図はその電気回路図、第８図は処理装置の具体的
構成を示す回路ブ「１ツク図である。 １０・・・Ｘ方向位置検出部、２０・・・Ｙ７’ｉ向位
置検出部、３０・・・駆動電流源、４１．４２・・・マ
ルチプレクサ、５０・・・位置指定用磁気発生器、６０
・・・処理装置、１１．２１・・・磁ｆ１体、１２ａ　
〜１２　ｉ　、　２２ａ　〜２２　ｉ−・・励磁線、１
３ａ−１３ｈ　、　２３ａ　〜２３ｈ−・・検出線。 第２図 第３図 Ｘ方向の處領し刻Ｖ 第４図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平板状の磁性体に励磁線と検出線とを交互に並設してな
   るＸ方向位置検出部と、該Ｘ方向位置検出部と同様の構
   成を有し、かつこれと重ね合わされたＹ方向位置検出部
   と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各励磁線に所定周期の交番
   電流を加える駆動電流源と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各
   磁性体に局部的な磁気バイアスを加える位置指定用磁気
   発生器と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各検出線にそれぞれ
   接続されたＸ方向及−びＹ′ＪＪ向の信号選択手段と、
   該Ｘ方向及びＹ方向の信号選択手段より取り出される各
   誘導電圧から前記位置指定用磁気発生器の指示座標を算
   出する処理装置とを具備したことを特徴とする位置検出
   装置。