JPS608709A

JPS608709A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPS608709A
Application number: JP11796983A
Authority: JP
Inventors: Azuma Murakami; 東村上; Yoshinori Taguchi; 田口　義徳
Original assignee: Wacom Co Ltd; Wakomu KK
Current assignee: Wacom Co Ltd; Wakomu KK
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1985-01-17

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】技術分野本発明は位置指定用磁気発生器で指定された位置を検出
する装置に関し、特に磁歪効果を有する磁歪伝達媒体を
伝搬する磁歪振動波を利用し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この種装置は、例えば特公昭５６−３２６６８号
公報に見られるように、位置指定用磁気発生器で瞬時的
磁場変動を発生させた時から、この瞬時的磁場変動によ
り磁歪伝達媒体中に生起した磁歪振動波が該磁歪伝達媒
体を伝搬し磁歪伝達媒体の端部に設けた検出コイルで検
出されるまでの時間を処理装置で算出し、この算出値か
ら位置指定用磁気発生器で指定された位置を検出するの
が一般的である。しかしながら、このような構成では、
位置指定用磁気発生器で瞬時的磁場変動を発生させたタ
イミングを処理装置側へ通知する必要性から、位置指定
用磁気発生器を信号線により処理装置に接続しておく必
要があり、位置指定用磁気発生器の移動範囲、取扱いが
著しく制御される欠点があると共に、その応用範囲も狭
かった。

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れない応用範囲
の広い位置検出装置を提供することを課題としている。

発明の原理磁歪伝達媒体中を磁歪振動波が伝搬する際、磁歪振動波
が存在する部位において機械的振動エネルギーの一部が
磁気的エネルギーに変換され、極部的に磁場変動が発生
する。そして、この磁場変動の大きさは機械的エネルギ
ーから電気的エネルギー（又は電気的エネルギーから機
械的エネルギー）への変換効率を示す係数（以下電気機
械結合係数という）が大きくなる程大きくなり、電気機
械結合係数はあるバイアス磁界付近で最大となる。

従って、はぼ全長にわたってコイルを巻回した磁歪伝達
媒体のある部位のみに位置指定用磁気発生器から電気機
械結合係数が大きくなる程度の磁気が加わっていると、
磁歪伝達媒体を伝搬してきた磁歪振動波がその位置に到
達したとき大きな磁場変動が生じることになり、そのと
きコイルに太きな誘導起電力（磁歪振動波による誘導電
圧）が発生する。従って、この大きな誘導起電力の発生
タイミングを検出すれば、磁歪振動波が位置指定用磁気
発生器で指定された位置まで到達するのに要した時間を
知ることができ、この時間から指定された位置を検出す
ることが可能となる。

又、磁歪伝達媒体に瞬時的変動磁場を印加して発生させ
た磁歪振動波の大きさも、電気機械結合係数が大きくな
る程大きくなる。従って、はぼ全長にわたってコイルを
巻回した磁歪伝達媒体のある部位のみに位置指定用磁気
発生器から電気機械結合係数が大きくなる程の磁気が加
わっていると、そのコイルにパルス電圧を印加した場合
、指定された部位でのみ大きな磁歪振動波が発生する。

そこで、磁歪伝達媒体の端部に設けた別のコイルで伝搬
してくる磁歪振動波を検出すれば、大きな磁歪振動波が
そのコイルに到達したとき誘導起電力（磁歪振動波によ
る誘導電圧）は大きくなり、このタイミングを検出する
ことで先と同様に指定された位置を検出することが可能
となる。

本発明は以上のような原理に基づき位置指定用磁気発生
器で指定された位置を検出するものであり、以下図面に
基づいて実施例を説明する。

発明の実施例第１図は本発明の一実施例の構成説明図である。

同図においては、１は磁歪効果を有する材料で作られた
磁歪伝達媒体であり、強磁性体であればどのようなもの
でも使用できるが、強い磁歪振動波を発生させる為に磁
歪効果の大きな材料たとえば鉄を多量に含むアモルファ
ス合金が特に望ましい。

又、磁石を接近させても磁化され難い保持力の小さな材
料が好ましい。アモルファス合金としては、例えばＦｅ
６７Ｃｏｔ２　Ｂ４　Ｓｉ／（原子％）　ｒ　ＦｅＨＢ
　１３．（Ｓｊ７）ＪＣ＾（ｙＸ子％）等が使用できる
。磁歪伝達媒体１は細長い形状をしており、その断面は
長方形の薄帯状か円形の線状が望ましく、薄帯状の場合
幅は数ｌｌｌｌ１１程度、厚さは数μｍ〜数１０μｍ程
度が製造も容易で且つ特性も良好である。アモルファス
合金は製造上、厚さが２０〜５０μｍの薄いものが作れ
るので、これを薄板状或は線状に切断すれば良い。

本実施例では、Ｆ　ｅ　＆／　ＢＢ、ｔ　Ｓ　ｉ、ｔ、
ｔｃｉ　（原子％）から成る幅２ｍｍ　、厚さ０．０２
ｍｍの磁歪伝達媒体を使用している。

２は磁歪伝達媒体１の一端に巻回された第１のコイルで
あり、巻回数は図示例では２回であるが、１回或は３回
以上にしても良い。この第１のコイル２は瞬時的磁場変
動コイル面に垂直に発生させて磁歪伝達媒体１の巻回部
位に磁歪振動波を生起させる為のものであり、コイル２
の一端２ａは、磁歪振動波を発生させるに足るパルス電
流を発生するパルス電流発生器３の子端子に接続され、
その他端２ｂはその一端子に接続される。

４はバイアス用磁性体であり、磁歪伝達媒体１の第１の
コイル２の巻回部分に磁歪伝達媒体１の長手方向に平行
なバイアス磁界を加える為のものである。このようにバ
イアス磁界を印加するのは。

少ない電流で大きな磁歪波振動の発生を可能にする為で
ある。即ち、磁歪伝達媒体１の電気機械結合係数は例え
ば第２図に示すようにあるバイアス磁界のとき最大とな
るから、このような磁気バイアスを第１のコイル２の巻
回部分に印加しておくことにより効率良く磁歪振動波を
発生することができる。この意味から、多少の消費電力
のロスを無視できる場合等にはバイアス用磁性体４を省
略する構成にすることもできる。なお、バイアス用磁性
体４は棒磁石以外にリンク状の磁石や電磁石に置き換え
ることが可能である。

又第１図において、磁歪伝達媒体１に巻回された第２の
コイル５は、磁歪伝達媒体１を伝搬する磁歪振動波によ
る誘導電圧を検出する為のものであり、磁歪伝達媒体の
広い範囲にわたって巻回され、巻回された領域が位置検
出領域となる。巻ピッチは誘導起電力を高める為に大き
い方が好ましく、例えばこの実施例では７タ一ン／ａｍ
としている。この第２のコイル５の両端５ａ、５ｂは処
理器６の入力端子にそれぞれ接続される。又７は位置指
定用磁気発生器を構成する棒磁石であり、この実施例で
は直径３ｍｍ　、長さ５０ｍｍの棒磁石を使用している
。本実施例では、この棒磁石７で指定された位置を検出
しようとするものである。

今、第１のコイル２と第２のコイル５の巻回方向が共に
左巻きであり、バイアス用棒磁石４及び第１のコイル２
にパルス電流の加わる極性並びに第２のコイル５の誘導
起電力の極性がそれぞれ図示の如きものであるとする。

又１位置指定用捧磁石７がＮ極を下にし、て第１のコイ
ル２のコイル面中心から距離Ｑの磁歪伝達媒体１上にあ
り、電気機械結合係数が大きくなる程度の磁気を真下の
磁歪伝達媒体１の一部に加えているものとする。

このような状態において、パルス電流発生器３からパル
ス電流が第１のコイル２に印加されると、第１のコイル
２で瞬時的磁場変動が発生し、これが原因で磁歪伝達媒
体■の第１のコイル２の巻回部分で磁歪振動波が生起す
る。この磁歪振動波は磁歪伝達媒体Ｊ固有の伝搬速度（
約５０００ｍ／秒）で磁歪伝達媒体１を長手方向に沿っ
て伝搬する。

そして、この伝搬中において、磁歪振動波が存在する磁
歪伝達媒体１の部位でその部位の電気機械結合係数の大
きさに応じて機械的エネルギーから磁気的エネルギーへ
の変換が行なわれ、その為第２のコイル５に誘導起電力
が発生する。

第３図は第２のコイル５に発生する誘導起電力の時間的
変化の一例を第１のコイル２にパルス電流を印加した時
刻を１＝０として図示したものである。同図に示すよう
に、誘導起電力の振幅は時刻ｔ＝０直後と時刻ｔｏから
１１〜１２秒経過したあたりで大きくなり、他の時刻で
は小さくなる。

時刻１＝０直後で誘導起電力の振幅が大きくなるのは、
第１のコイル２と第２のコイル５間の電磁誘導作用によ
るものであり、時刻ｔ＝ｔ　Ｉ〜ｔ２において１サイク
ルの誘導起電力の振幅が大きくなるのは、第１のコイル
２の巻回部分で発生した磁歪振動波が磁歪伝達媒体１を
伝搬して位置指定用棒磁石７の直下付近に到達し、その
部分で電気機械結合係数が大きくなった為である。位置
指定用棒磁石７を磁歪伝達媒体の長手方向に沿って移動
させると磁歪振動波による誘導電圧もそｈに応じて時間
軸上を移動する。従って、時刻ｔｏからｔ】〜ｔ２まで
の時間を測定することにより位置指定用棒磁石７で指定
された位置、即ち距離０を算出することができる。位置
を算出する為の伝搬時間としては、例えば第３図に示す
ように磁歪振動によるＭＲ電圧の振幅が閾値−Ｅｌより
小さくなった時点ｔ３．閾値Ｅ、ｌより大きくなった時
点ｔ４を使用しても良く、又、ゼロクロス点ｔ５を使用
しても良い。但し、磁歪振動による誘導電圧は最初の半
サイクルの振幅の方が大きくなる傾向があるので、時点
ｔ３か戒はｔ５を使用することが望ましい。

なお、第１図の構成において１位置指定用捧磁石７の極
性或はバイアス用棒磁石４の極性を図示と逆にした場合
、第１のコイル２或は第２のコイル５の巻き方向を逆向
きにした場合、及び第１のコイル２或は第２のコイル５
の接続を逆極性にした場合、いずれも磁歪振動波による
誘導電圧の極性が反転することが実験により確められて
いる。

また、ｔｏ面直後現れる誘導電圧は望ましくない波形で
あり、第１のコイル２と第２のコイル５との間隔を広げ
るか或はコイル間に磁気シールドを設けて十分小さくす
るのが好ましい。

第４図は位置検出用装置の検出部の実施例を示す一部破
断乎面図、第５図はその長手方向に沿う断面図である。

同図に示すように磁歪伝達媒体１を収容した第２のコイ
ル５は筐体３０の内部底面に設けた窪みに挿入され、必
要に応じて接着剤等で固定される。この際、本発明では
磁歪伝達媒体１の縦方向の振動モードによる磁歪振動波
の伝送を利用するから、磁歪伝達媒体１の縦方向の自由
度を制限しないようにすることが望ましい。第２のコイ
ル５及び第１のコイル２は筐体３０の側面から外部に取
り出され、第１図のパルス電流発生器３、処理器６に接
続される。バイアス用磁性体４は磁歪伝達媒体１の端部
に対向するように筐体３０の内部底面に設けられた窪み
に固定されているが、第１図に示しなように磁歪伝達媒
体１の上方、下方或は側方に並行に配置しても良い。筐
体３０には蓋３１が被せられており、この蓋３１の上で
位置指定用棒磁石７を移動させるものである。

第６図はパルス電流発生器３の実施例を示す電気回路図
であり、コンデン勺５０を抵抗５１　、５２を介して直
流電源５３により充電しておいた電荷を、コンデンサ５
０と抵抗５２の直列回路に並列に接続したサイリスタ５
４をオンさせることで該サイリスタ５４及び抵抗５２を
通して放電させ、抵抗５２の端子電圧を第１のコイル２
に印加する構成としたものである。なお、サイリスタ５
４は第１図の処理器６からトリガパルスがゲー１−に入
力されることでオンされる。

第７図は処理器６の実施例を示す要部ブロック図である
。同図において、電源Ｖｃと接地間に直列に接続された
抵抗６０とコンデンサ６１及びコンデンサ６１に並列に
接続されたスイッチ６３は、手動パルス発生器６４を構
成し、パルス出力はコンデンサ６１の端子から取出され
て切換スイッチ６５に入力される。測定指令パルスは、
この切換スイッチ６５を介して手動パルス発生器６４．
所定周期で１個のパルスを発生するパルス発生器６６又
はコンピュータ６７からワンショットマルチバイブレー
タ６８へ加えられる。このワンショットマルチバイブレ
ータ６８は測定指令パルスの立上りで動作し、パルス幅
約１５μｓｅｃのパルスを出力し、１６ビツトカウンタ
６９をクリアすると共にＲＳフリップフロップ７ｏ及び
ラッチ回路７１をリセットする。ＲＳフリップフロップ
７ｏのる出力はアンド回路７２にゲート信号として入力
されているので、ＲＳフリップフロップ７ｏがリセット
されると１６ビツトカウンタ６９は基準クロックパルス
発生器７３の出力パルス（パルス繰返シ周波数は例えば
１００ＭＨ２）のカウントを開始する。又、ワンショッ
トマルチバイブレータ６８の出力は、ｖ１分波形の十極
性分だけを出力する微分回路７４にも入力されており、
この微分回路７４でパルス電流発生器３へのトリガパル
スが発生され、第１のコイル２にパルス電流が印加され
る。

第２のコイル５で発生する誘導起電力は、−信号増幅器
７５で増幅され、比較器７６の手入カ端子及び比較器７
７の一人カ端子に入力される。比較器７６の一人カ端子
には例えば第３図の閾値Ｅ１に相当する電圧Ｅｒが印加
されており、比較器７６は信号増幅器７５の出力が電圧
Ｅｒより大きい間、即ち磁歪振動波による誘導電圧の正
極性部分を検出したときにその出力をハイレベルとする
。比較器７７の十入力端子には例えば第２図の閾値−Ｅ
ｌに相当する電圧−Ｅｒが印加されており、比較器７７
は信号増幅器７５の出力が電圧−Ｅｒより小さい間、即
ち磁歪振動による誘導電圧の負極性部分を検出したとき
にその出力をハイレベルとする。この比較器７６．７７
にて正、負のどちらの極性の閾値以上となったかの情報
は、或は比較器７６．７７の動作順の情報は、位置指定
用棒磁石７の磁歪伝達媒体Ｉに対向する極がＮ、Ｓのい
ずれであるかを示すものであり、その情報がラッチ回路
７１によりラッチされて、検知した磁性体の極性出力と
して出力端子８３．８４から出力される。

なお、極性検知を行なわない場合は、ラッチ回路７１は
省略され、比較器７６．７７もいずれか一方を省略する
ことができる。

さて、比較器７６．７７の出力はオア回路７８を介して
ＲＳフリップフロップ７０をヤットするので、そのＱ出
力によってアンド回路７２は閉ざされ、１６ビツトカウ
ンタ６９はカウント動作を停止する。このように、第２
のコイル５に磁歪振動波により誘導電圧が現われると１
６ビツトカウンタ６９はカウント動作を停止するので、
最初に測定指令が出てから゛の経過時間をカウンタのデ
ィジタル値として知ることができる。またこの値は、磁
歪振動波が毎秒約５０００　ｍの速さで進むことにより
、第１のコイル２から位置指定用磁性体７までの距離に
対応したものとなる。このようにしてディジタル値とし
て得られた位置データは、バッファ回路７９を介してＡ
Ｄ変換器８０に入力され、アナログ値として出力端子８
１から取り出され。

或はディジタル値として出力端子８２から取り出された
り、コンピュータ６７に入力されて処理されることにな
る。

第８図は位置指定用磁気発生器の別の実施例を示す外観
斜視図であり、断面が円形の円筒形磁性体９０をペン状
の細長い容器９１の先端に固定したものである。円筒形
磁性体９０としては短尺のもの或いは長尺のものを使用
することができる。

第９図（ａ）は短尺の円筒形磁性体の磁力線分布を示し
、第９図（ｂ）は長尺の円筒形磁性体の磁力線分布を示
す。第１０図（ａ）に示すように、磁歪伝達媒体１に垂
直に円筒形磁性体９０を配置すると、磁歪振動波が円筒
形磁性体９０に接近するときと遠ざかるときで磁歪伝達
媒体１に平行な方向の磁界の方向が反転するので、第２
のコイル５に誘起される磁歪振動による誘導電圧の極性
は、第９図（ｂ）に示すように円筒形磁性体９０の真下
を中心として反転する。

第１１図は位置指定用磁気発生器の更に別の実施例を示
す外観斜視図であり、リング状磁性体１００を底の平ら
なカーソル体１０１の頭部に設けた貫通孔１０２に水平
に挿入して固定したものである。リング状磁性体１００
の磁力線分布は、その中心線上に１本の円筒形磁性体を
置いたものとほぼ同様の効果を持つようになるので、位
置指定用磁気発生器として使用することができる。なお
、着磁方向は、上下方向、水平方向のいずれのものも使
用可能であり、水平方向に着磁したリング状磁性体は磁
歪伝達媒体１に接近させて使用するのに適し、上下方向
に着磁したリング状磁性体は離して使用するのに適して
いる。

第１２図は本発明の別の実施例の構成説明図である。こ
の実施例は複数本の磁歪伝達媒体１８〜１ｅを適当な間
隔を置いて平行に配置し、その端部に第１のコイル２を
巻回し、位置検出領域に第２のコイル５を巻回したもの
である。パルス電流発生器３から第１のコイル２にパル
ス電流が印加されることにより各磁歪伝達媒体１８〜１
ｅで同時に生起した磁歪振動波は、同一の速度で各磁歪
伝達媒体１８〜１ｅを伝搬し、磁歪振動波が位置指定用
磁性体のバイアス磁界に達したとき第２のコイル５の誘
導起電力は大きくなるものである。

この実施例によれば座標位置の検出領域を拡大すること
ができる。

以上の実施例では、巻回数の非常に大きい第２のコイル
５を磁歪振動波の検知用に使用した。その為、磁歪振動
波による誘導起電力は非常に大きなものとなり、その分
第１のコイル２に印加するパルス電圧の電圧値を低くで
き、回路の簡略化と省エネルギー化を達成することが可
能である。しかし発明の原理の項で述べたように、第２
のコイル５を磁歪振動波発生用としてパルス電流発生器
３に接続し、第１のコイル２を磁歪振動波検知用として
処理器６に接続する構成にすることもできる。

なお１以上の説明から明らかなように、本発明の位置検
出装置は、図形データ等をコンピュータ等に入力する為
の装置として使用できる他、移動物体に位置指定用磁性
体を取り付けておき、その移動経路に沿って磁歪伝達媒
体を配置しておくことで移動物体の位置を自動的に検知
する装置としても使用することが可能である。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、少なくとも１本の
磁歪伝達媒体に第１のコイルと第２のコイルとを巻回し
、この２個のコイル間で信号の授受を行なう構成であり
、位置を指定する為の位置指定用磁気発生器は装置のど
の部分とも接続されないから、位置指定用磁気発生器の
移動範囲に制限はなくなり、取扱いがすこぶる容易とな
る効果がある。従って、移動物体に位置指定用磁気発生
器を取り付けてその位置を自動的に検出する装置等広い
範囲への応用が可能となる。また、従来の磁歪方式の座
標位置検出装置は、時々磁石の控をこすりつけて磁歪伝
達媒体を磁化させておく煩しい操作が必要であったが、
本発明は、電気機械結合係数をある部位のみ変化させて
位置指定するため、そのような操作は全く不要となる。

更に、磁歪伝達媒体の電気機械結合係数は数Ｏｅの量で
最大となるから、位置指定用磁気発生器は検出面に必ず
しも近接させる必要はなく、数ｃｍ以上の間隔であって
も非常に高い分解能で位置検出できる装置を容易に製造
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成説明図、第２図は磁気
バイアス対電気機械結合係数の特性図、第３図は第２の
コイル５に発生するＭ導起電力の時間的変化の一例を示
す線図、第４図は位置検出装置の検出部の実施例を示す
一部破断乎面図、第５図はその長手方向に沿う断面図、
第６図はパルス電流発生器３の実施例の電気回路図、第
７図は処理器６の実施例を示す要部ブロック図、第８図
及び第１１図は位置指定用磁気発生器のそれぞれ異なる
別の実施例を示す外観斜視図、第９図は円筒形磁性体９
０の磁力線分布図、第１０図は磁歪振動波と位置指定用
磁気発生器との関係を説明する図、第１２図は本発明の
別の実施例の構成説明図である。１・・・磁歪伝達媒体、２・・・第１のコイル、３・・
・パルス電流発生器、５・・・第２のコイル、６・・・
処理器、７・・・位置指定用磁気発生器を構成する棒磁
石。特許出願人　株式会社ハツピーワール１−第８図第１Ｏ図（ｂ）□ 第１１図第１２図手続補正書（１劃１．事件の表示昭和５８年　特　許　願　第１１７９６９号２、発明の
名称位置検出装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人代表者　古　１）　元　男４、代理人６、補正の対象７゜補正の内容　１　＋−，、、ノ（１）特許請求の範囲を別紙の通り補正します。（２）明細書第２頁第１８行目［著しく制御される欠点」とあるのを、［著しく制限さ
れる欠点ｊと補正します。（３）明細書第６頁第７行目「瞬時的磁場変動コイル面に」とあるのを、［瞬時的磁
場変動髪コイル面に」と補正します。２、特許請求の範囲少なくとも１本の磁歪伝達媒体と、該少なくとも１本の
磁歪伝達媒体の一端に巻回された第１のコイルと、前記
少なくとも１本の磁歪伝達媒体の広い範囲にわたって巻
回された第２のコイルと、該第２のコイル又は前記第１
のコイルのどちらか一方にパルス電流を印加して前記少
なくとも１本の磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生起させる
パルス電流発生器と、該磁歪振動波が生起してから前記
第１のコイル又は第２のコイルの他方に磁歪振動波によ
る誘導電圧が現れるまでの時間を検知する処理器とを具
備したことを特徴とする位置検出装置。

Claims

【特許請求の範囲】

少なくとも１本の磁歪伝達媒体と、該少なくとも１本の
磁歪伝達媒体の一端に巻回された第１のコイルと、前記
少なくとも２本の磁歪伝達媒体の広い範囲にわたって巻
回された第２のコイルと、該第２のコイル又は前記第１
のコイルのどちらか一方にパルス電流を印加して前記少
なくとも１本の磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生起させる
パルス電流発生器と、該磁歪振動波が生起してから前記
第１のコイル又は第２のコイルの他方に磁歪振動波によ
る誘導電圧が現れるまでの時間を検知する処理器とを具
備したことを特徴とする位置検出装置。