JPS6130287B2

JPS6130287B2 -

Info

Publication number: JPS6130287B2
Application number: JP56113193A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kuwabara; Toshio Iino
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1981-07-20
Filing date: 1981-07-20
Publication date: 1986-07-12
Also published as: JPS5814287A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電磁結合方式によりカーソルの位置
を測定するデイジタイザに関するものである。

デイジタイザは図面等のアナログ表示からデイ
ジタル形式のデータを導き出すのに好適なもので
あるが、位置付け要素であるカーソルやペンの位
置をいかなる手段を用いて測定するかによつて
様々な種類がある。代表的なものとして、機械
式、静電式、電磁式、音響式、光式の手段があ
る。この中機械式は操作性に難点があり、静電式
と光式はデイジタイズ媒質の材料に制限を受け、
また音響式は気温などの変化を受けやすいので、
現在では電磁式が最も汎用性に富び欠点の少ない
ものと言われている。電磁式すなわち電磁結合方
式にも種々のものがあるが、第１図にその従来の
電磁結合方式によるデイジタイザの一例を示す。
第１図は特に位置検出部の要部を示す説明的構成
図である。すなわち、第１図イに示す平面板１に
形成されたジグザグ状の２相検出ループ（Xcos
線、Xsin線よりなる検出ループ）２，３で、カ
ーソル４かから発生する磁束を検出し、その位相
からカーソル４の位置を検出するものである。こ
の場合、カーソル４の相対位置と検出ループ２の
起電流との関係は、第１図ロに示すような関係に
あり、起電流より相対位置を検出することができ
る。しかし、第１図イに示すようなループにおい
ては１ピツチ隣りに位置した場合との区別がつか
ないので、第１図ハに示すような区域検出用ルー
プ５をもう１組併設し、判別できるように構成し
ている。

そのため、多数のループ基板を必要とし、これ
に関連して回路が複雑となるばかりでなく全体と
しても高価にもなるという欠点があつた。

本発明の目的は、このような欠点を解消し、従
来のデイジタイザと同程度の精度で位置座標を読
み取ることのできる安価なデイジタイザを提供す
ることにある。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。第
２図は本発明に係るデイジタイザの一実施例を示
す要部構成図である。第２図において、30は磁束
発生コイル（図示せず）を有し、その中央部分に
位置合せ用の指標（十字状マークなど）を備えオ
ペレータが絶縁板２０上を自由に任意方向に移動
し得るように構成された磁束発生カーソルで、発
振器２６の基準クロツクを第１の分周器２７で分
周して得たパルスP₁によつて磁束発生コイルが駆
動されるようになつている。２０はプリント板又
はガラス等のような絶縁板で、その表面に複数の
導体ループ２１（図では６個のループ２１_１〜２
１_６を示す）を一定のピツチで配設したものであ
る。導体ループ２１の端はスイツチ２２に接続さ
れ、このスイツチは入力端２４に印加されるパル
スP₂に同期してループ２１_１〜２１_６の出力信号
を順次切換えて同調回路３１へ導くようになつて
いる。パルスP₂は前記磁束発生カーソル３０を付
勢するパルスP₁を第２の分周器２８で分周して得
ており、実施例では第３図に示すようにパルスP₁
を1/2分周したものとなつている。同調回路３１
は第４図に示すようなバンドパス特性を有し、そ
の同調周波数をカーソル３０に与えられるパルス
P₁の周波数と等しくなつたもので、導体ループ２
１_１〜２１_６に生ずる起電力信号の中からパルス
励磁によつて生じた高調波を減衰除去して同調周
波数近傍の信号のみを通過するように作用するも
のである。同調回路３１の出力は増幅器３２を介
して有極性検波器３３に導かれている。この検波
器３３としては同期検波器などを使用することが
できる。検波器３３の出力は第５図に示すような
波形で、この波形の生ずる発生時間は外側のルー
プ２１_１からカーソル３０までの離間距離に対応
している。バンドパスフイルタ３４は検波器３３
の出力の基本波（第６図のロ）のみ取り出すもの
である。カウンタ３５は、スイツチ２２がループ
出力を走査し始めてからフイルタ３４の出力が正
から負に向う途中で零を横切るまでの期間発振器
２６のクロツクを計数する。この場合、零を横切
る点はカーソル３０の位置より90゜ズレているの
で、最初に走査される導体ループ２１_１より90゜
位相のずれた位置に配設されている導体ループ
（２１_i）を選択し駆動するときのパルスP₂がスイ
ツチ２２の出力端２５より出力され、このパルス
をカウンタ３５のスタートパルスとして使用して
いる。

なお、前記導体ループ２１_iが何番目の導体ル
ープに当たるかは、導体ループの数と導体ループ
のスキヤン周波数（パルスP₂の周波数）によつて
定まる。

このような構成における本発明の動作を次に説
明する。発振器２６のクロツクを分周器２７で分
周して得た第３図のイに示すパルスP₁によつてカ
ーソル３０のコイルを付勢し磁束を発生させる。
そこで、パルスP₁を更に分周器２７で分周して得
た第３図ロに示すパルスP₂に同期して、同図ハ〜
チに示すように導体ループ２１_１〜２１_６を順次
に選択する。導体ループに生じた信号は同調回路
３１を介して高調波が除去され、続いて増幅器３
２で適宜に増幅された後有極性検波器３３に導か
れる。この交流信号はここで検波され第５図に示
すような脈流信号となる。続いて、バンドパスフ
イルタ３４により脈流信号の基本波を検出し第６
図ロに示すような正弦背状の出力を得る。一方、
カウンタ３５は第６図イに示すような、スイツチ
２２の出力端２５より与えられるスタートパルス
により、発振器２６からのクロツクの計数を開始
し、前記基本波が零を横切る時点で第６図ハのよ
うに計数動作を停止する。このときのカウンタ３
５の計数値はカーソル３０の導体ループ２１_１か
らの離間距離に対応している。この対応関係につ
いて詳述すれば次の通りである。

今かりに、カウンタが、導体ループ２１_１を選
択するときのパルスP₂をスタートパルスとして受
けて計数動作を開始し、導体ループからの信号の
ピーク値を検出した時点で計数動作を停止するよ
うになつているとすると、カーソル３０が導体ル
ープ２１_１上にある場合にはスイツチ２２で走査
を開始した直後に信号の最大値が検出され（した
がつてカウンタの計数値は零）、カーソル３０が
導体ループ２１_６の上にある場合には操作の最後
の時点で信号のピークが検出される（カウンタの
計数値は最大となる）。この場合、カウンタの計
数値はカーソル３０の導体ループ２１_１からの離
間距離に対応する。

ところで、本発明では、上記のようなピーク値
検出時点ではなく、このピーク時点より90゜位相
のずれたゼロクロスの時点を参照してカウンタの
計数動作の開始と停止を行うようにしている。た
だし、この場合、計数動作の開始と停止のタイミ
ングが位相分にして90゜だけずれただけであり、
カウンタの計数値は上記と同様にカーソル３０の
導体ループ２１_１からの離間距離に対応する。こ
のようにして絶縁板２０上のカーソル３０の位置
を検出することができる。

なお、第２図に示す実施例はカーソル３０の１
次元的位置を測定する場合のものであるが、２次
元的位置を測定する場合には第７図のように構成
すればよい。すなわち、第２図に示す絶縁板２０
をもう１組使用し、互いに導体ループが直交する
ように配置する。新たな絶縁板２０ａの導体ルー
プはスイツチ２２と同様のスイツチ２２ａで切換
え選択される。スイツチ２２ａもまたパルスP₂に
よつて駆動されるが、スイツチ２２とスイツチ２
２ａは時分割で交互に駆動されるように構成して
ある。例えば、絶縁板２０ではカーソル３０のＸ
軸方向の位置を、絶縁板２０ａではＹ軸方向の位
置を読み取るものとすれば、スイツチ２２，２２
ａの駆動と同期してＸ軸座標及びＹ軸座標を交互
に検出することができる。なお、この場合は、検
出系３１〜３５をＸ線座標検出とＹ軸座標検出に
兼用したが、この検出系も２組用意し、各座標を
同時に測定するように構成してもよい。

更に、絶縁板は１枚にし、その表側と裏側に互
いに直交する導体ループをそれぞれ形成したもの
であつてもよい。また、スイツチ２２，２２ａ
も、１組にまとめて同様に作用させることもでき
る。

第２図及び第７図において検波器３３は有極性
型のものとしたが、フイルタ３４に十分に大きい
Ｑがあり高調波を減衰除去することができれば、
ダイオードなどの無極性検波器を使用することも
でき、構成の簡単化に役立つ。しかし、このよう
な原理に基づくデイジタイザにおいて最も大きな
誤差を生ずる可能性はバンドパスフイルタ３４に
ある。すなわち、フイルタの中心周波数が温度変
化や部品の経時変化等で変化すると、通過周波数
の位相が変化し、直接にカーソル位置の測定誤差
となる。これを解決するために、一例として、第
８図に示すように増幅器３２と検波器３３又は３
３ａとの間にアナログスイツチ４１を挿入接続
し、模擬入力により検出系の校正ができるように
構成する。このような構成によれば、第９図に示
すようにカーソル３０の位置測定の間にスイツチ
４１を切換えて校正モードとし、校正用の模擬入
力をスイツチ４１を介して検波器３３ａに印加し
て時間差を測定しフイルタ３４を含む検出系の校
正を行ない、カーソル位置の実測値を補正するこ
とができる。この場合校正モードは必ずしも第９
図のようにカーソル位置測定後に毎回設ける必要
はなく、検出系の安定時間を考慮して適当に間引
いた間隔としてもよい。

なお、模擬入力を与える代りに第１０図に示す
ように絶縁板（図示せず）裏側の定められた位置
に固定の磁束発生カーソル３０ａを配設し、カー
ソル３０と３０ａとの入力をスイツチ４１ａで択
一的に切換え付勢することにより校正することも
できる。

第１１図は第２図又は第７図のデイジタイザを
用いて測定を行なつた場合の誤差曲線を示すもの
で、縦軸は誤差、横軸はカーソルの位置（Ｘ軸又
はＹ軸方向の位置）を表わす。デイジタイズ領域
の中央部は誤差が小さいが、端に近づくにつれて
急激に誤差が増大する。これは第１２図からも明
らかなようにカーソル３０が端に近づくにつれ
て、導体ループが有限なために片側のサイドロー
プが減少し、フイルタ３４を通過した後の出力信
号のピークと通過前の信号のピークとに位相のず
れが生ずるためである。

第１３図は第１１図に示す誤差の小さい範囲い
わゆる使用可能範囲を拡大したデイジタイザの実
施例を示す構成図で、検波器３３とフイルタ３４
の間に可変スレツシヨルドの整流回路５１を挿入
接続した点を除いては第７図のものと同じであ
る。この整流回路５１の出力波形を第１４図に示
す。第１４図のイは検波器３３として有極性型の
ものを使用した場合でかつ整流回路５１のスレツ
シヨルド・レベルを零とした場合の出力波形（実
線部）を示し、また第１４図のロは無極性検波器
３３ａを使用した場合であつてかつスレツシヨル
ド・レベルを適宜に高くした場合の出力波形（実
線部）を示す。要するに、この整流回路５１を使
用することにより、カーソルの外側に位置する導
体ループからの情報であるサイドローブを除去
し、ループ２１，２１ａが有限であることの影響
を除去することができる。第１５図は第１３図の
デイジタイザにおいて実測した誤差分布図であつ
て、実質上全面が使用可能範囲となつていること
を示している。

第１６図は本発明の他の実施例で、フイルタ３
４の出力電圧を常に一定にし、整流回路５１のス
レツシヨド・レベルを一定にしたままでカーソル
位置を測定することのできるデイジタイザの構成
図である。すなわち、前述した第１３図のデイジ
タイザにピーク電圧検出器６１と比較器６２を追
加し、更に増幅器３２を可変ゲイン増幅器３２ａ
に置き替えたものである。このピーク検出器６１
はフイルタ３４の出力電圧のピークを検出し、こ
れを比較器６２で比較電圧と比較する。その比較
結果に基づき可変ゲイン増幅器３２ａのゲインを
制御し、フイルタ３４の出力電圧を一定に保持す
る。したがつて、整流回路５１に入力される信号
の大きさは常に一定となり、たとえカーソルと導
体ループとの間隔が大きくなつてカーソルの出力
電圧が小さくなつたとしても、スレツシヨルドは
一定のレベルにしたままで位置測定をすることが
できる。

第１７図は他の実施例で、スレツシヨルド制御
回路７１を用いた点を除けば第７図のものと同じ
である。このスレツシヨルド制御回路７１はバン
ドパスフイルタ３４のピーク値出力に関連してス
レツシヨルド電圧を定めるもので、例えばフイル
タ３４のピーク値が1/2になると整流回路５１の
スレツシヨルド電圧も1/2にする。この結果前述
と同様にカーソル信号のサイドロープの影響を除
去した測定を行なうことができる。

以上に述べたデイジタイザの分解能は、主とし
てフイルタ３４の短期安定度で決まる。この短期
安定度とは数10〜数100KHzのオーダの位相のフ
ラツキで、ドリフトのような遅い位相の変化は前
述した校正モードを採用することによつて除去で
きるが、この短期安定度は一般には周期測定を何
回か行なつて平均化する以外には手頃な解決策が
ない。例えば、360mmを0.1mmの分解能で測定する
には位相の短期安定度が0.1゜以下である必要が
あるが、これはかなり実現性が困難である。第１
８図はこの問題を解決するための構成を示すもの
で、第１７図（第７図、第１３図及び第１６図も
含む）と異なる点は導体ループの選択にモード可
変型のスイツチ８１，８１ａを用いたことであ
る。このスイツチ８１，８１ａは、ある一定間隔
ごとに並列的にループを同時選択してゆくモード
も持つている。第１９図はこの様子を示したもの
で、同図イのモードＡ（微測定）では測定範囲の
Ｎ本のループが順次に選択され、同図ロのモード
Ｂ（粗測定）では１本のロープのみが順次に選択
される様子を示してある。図中波線で示した波形
はフイルタ３４の出力を示すもので、モードＡで
は360゜の位相変化によつて測定する範囲がモー
ドＢの１／Ｎになつており、したがつてそれだけ
分解能を向上させることができる。

ただしこの場合、モードＡのみでは第１９図イ
からも明らかなように360゜位相のずれた位置で
はそれらは互いに区別がつかないので、モードＢ
によつてこの区別を行なう。ただし、モードＢは
前記区別ができればよいだけであるから、特に高
分解能を必要としない。第２０図は動作遷移の一
例を示すもので、特に前述した校正モードを織り
混ぜ、Ｘ軸位置測定において校正モード→モード
Ａ→モードＢ、Ｙ軸位置測定において校正モード
→モードＡ→モードＢという順序で位置測定動作
が行なわれる様子を示してある。

なお、第１８図のデイジタイザにおいて、モー
ドＡでのフイルタ３４の出力波形の周波数はモー
ドＢでのそれのＮ倍である。したがつて検出系と
してＮ倍の周波数信号に適したもう１組の検出系
を用意する必要があるが、系の簡略化、低廉化を
図る上でスイツチ８１，８１ａにはモードＡのと
きのみ一方の入力パルスP₂を更に１／Ｎに分周し
て入力するように構成することにより検出系を１
組とすることができる。

以上説明したように、本発明のデイジタイザに
よれば、従来のデイジタイザが必要とした区域検
出用の導体ループを使用することなく、高精度、
高速でカーソルの位置座標を測定することがで
き、また、信号検出にも高価なAD変換器などを
要することなく更に位置に比例した出力が直接得
られることから補間や非線形補正を全く必要とし
ないので高速で安価なデイジタイザを実現するこ
とができる。

また、カーソルと導体ループの間隔が離れてカ
ーソルの出力が小さくなつても、位相を検出して
いるので出力の大小は誤差にならず、環境条件の
影響を受けにくいデイジタイザを実現することが
できる。

更に、模擬入力あるいはあらかじめ位置付けし
た導体ループ及びカーソルを配設して校正するこ
とにより容易に検出系のドリフト等による位相変
化の影響を除去することができ、またモードＡと
モードＢとによる微測定と粗測定によつて導体ル
ープ等の密度を上げることなく容易に分解能の向
上を図ることができるなど、実用に供してその効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のデイジタイザの要部構成図、第
２図は本発明に係るデイジタイザの実施例を示す
要部構成図、第３図は導体ループの選択のタイミ
ングを示す図、第４図は同調回路３１の周波数特
性を示す図、第５図は検波器３３の出力波形図、
第６図はカウンタ３５の動作を説明するための
図、第７図、第１３図、第１６図、第１７図及び
第１８図は本発明の他の実施例を示す要部構成
図、第８図及び第１０図は校正モードを実現する
場合に採用する部分の要部構成図、第９図は校正
モードを実施する場合の動作遷移図、第１１図及
び第１５図は絶縁板上でのカーソル位置と誤差と
の関係を示す図、第１２図はバンドパスフイルタ
３４の入力と出力との関係を示す図、第１４図は
整流回路５１の機能を説明するための図、第１９
図は第１８図のデイジタイザで実施するモードＡ
とモードＢを説明するための図、第２０図は第１
８図のデイジタイザの動作遷移図である。２０，２０ａ……絶縁板、２１，２１ａ，２１
_１〜２１_６，２１ｃ……導体ループ、２２，２２
ａ……スイツチ、２６……発振器、２７……第１
の分周器、２８……第２の分周器、３０，３０ａ
……磁束発生カーソル、３１……同調回路、３
２，３２ａ……増幅器、３３，３３ａ……バンド
パスフイルタ、３５……カウンタ、４１，４１ａ
……アナログスイツチ、５１……整流回路、６１
……ピーク電圧検出器、６２……比較器、７１…
…スレツシヨルド制御回路、８１，８１ａ……電
流スイツチ。

Claims

【特許請求の範囲】１基準クロツクを分周して所定の周波数のクロ
ツクパルスを得る手段と、前記クロツクに同期し
て磁束を発生する磁束発生カーソルと、前記磁束
発生カーソルより発生する磁束を検出するための
複数個の導体ループを配置してなる絶縁板と、前
記分周手段から与えられるパルスに同期して前記
導体ループを順次に選択するスイツチと、前記ス
イツチからの出力信号を検波する有極性検波器
と、該検波器からの出力の基本数のみを通過する
バンドパスフイルタと、前記スイツチからの信号
により計数動作を開始し前記バンドパスフイルタ
からの出力信号に基づき計数動作を停止するよう
に構成され前記クロツクを計数するカウンタを具
備し、前記導体ループの出力信号の位相に対応し
て得られた前記カウンタの計数値より前記絶縁板
上のカーソルの位置を検出できるようにしたこと
を特徴とするデイジタイザ。２２組の導体ループを互いに直交関係で配置
し、２次元の座標読取りができるようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のデイジ
タイザ。３前記検波器として無極性検波器を使用したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のデイ
ジタイザ。４前記カーソルの位置測定の間に検出系の校正
を行うように構成したことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のデイジタイザ。５前記バンドパスフイルタの部分は、可変スレ
ツシヨルドの整流回路を前段に含み、前記検波器
の出力を適宜のスレツシヨルド・レベルで整流す
るように構成されたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のデイジタイザ。６前記バンドパスフイルタの部分は、可変スレ
ツシヨルドの整流回路を前段に含み、前記検波器
の出力を適宜のスレツシヨルド・レベルで整流す
るように構成されると共に、前記検出器の部分
は、前記バンドパスフイルタの出力に応じて入力
信号の増幅率を制御するように構成され、前記ス
レツシヨルド・レベルを一定にしたままで位置測
定が行われるようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のデイジタイザ。７前記スイツチを、更に一定間隔ごとの導体ル
ープを同時に選択できるように構成し、微測定及
び粗測定によりカーソル位置を測定するように構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のデイジタイザ。