JPS6270926A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、位置指定用磁気発生器により磁界を加えられ
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百を検出する位置検出装置に関する
ものである。

（従来の技術） 従来の位１．９１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１辰動波に基づ
く誘導雷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０出する如くなした
ものがあった。また、従来の他の位置検出装置としては
、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する
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。

（発明が解決しようとする問題点） 曲者の装置では位置検出精度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コ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で垂直に保持し
、かつかなり近接させて指示しなければならない等の問
題点があった。また、後者の装置では位置指示ペンをコ
ードレスとすることができるが、座標付性の分解能が線
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
貞上の位置検出が困難であり、更に位置指示ペンを線に
極く接近させ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。

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ず操作性が良
く、また外部からの誘導に強く且つノイズを放出するこ
とのない高精度な位置検出装置を提供することを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 本発明の位置検出装置は、第１図に示すように所定間隔
隔てて互いにほぼ平行に配列された複数の長尺の磁性体
１１８〜１１ｈと、該複数の磁性体１１ａ〜１１ｈのそ
れぞれについてその広い範囲に亘って巻回された複数の
コイル１２ａ〜１２ｈとを備えた位置検出部１０と、定
常的な磁界を発生する位置指定用磁気発生器２０と、コ
イルのインダクタンスを電気信号に変換する変換回路３
０と、該変換回路３０と前記位置検出部１０の複数のコ
イル１２ａ〜１２ｈとを切替え接続する信号選択回路４
０と、前記位置検出部１０の複数のコイル１２ａ〜１２
ｈのそれぞれに対応した電気信号から前記位置指定用磁
気発生器２０の指示位置を算出する位置検出回路５０と
からなっている。

（作用） 前記コイル１２ａ〜１２ｈのインダクタンスＬを式で表
わすと、 し−μ・ＳＮ２／Ｊ となる。（但し、ここで、Ｓは磁性体の断面積、Ｎはコ
イルの巻き数、ｌは磁性体の長さＣある。）ここで、Ｓ
、Ｎ、１は位置検出部１０の具体的な構成によって定ま
り、変化しないと仮定できるから、前記インダクタンス
Ｌは磁性体１１ａ〜１１ｈの透ｔａ″４＜μに比例する
。

ところで、磁性体１１８〜１１ｈの透磁率μは外部から
加わる磁気バイアスによつＬ大きく変化する。その変化
のようずは磁性体の組成、前記交流電流の周波数、ある
いは磁性体に熱処理、又は磁場処理を加えることなどに
よって異なるが、例えば第２図に示すように磁気バイア
スを加えれば加える稈、小さくなる。従って、この時、
位置指定用磁気発生器２０をｌｌｌｌｆｌ体１１８〜１
１ｈの上部に位置させ、その先端より定常的なｆｉｌ（
以下、磁気バイアスと称す。）を加えると、各コイルの
インダクタンスは、該位置指定用磁気発生器２０を買い
た位置に最も近い磁性体のコイルのインダクタンスを極
小値として、ここから離れるに従って徐々に大きくなる
。

ここで、インダクタンスＬを直接求めることも可能であ
るが、以後の処理が困難であるので、変換回路３０と信
号選択回路４０とにより各コイル１２ａ〜１２ｉのイン
ダクタンスＬを電気信号、例えば電圧に変換する。第３
図は、各コイル１２ａ〜１２ｈのインダクタンスＬに対
応した電圧値■１〜ｖ８を示すもので、横軸は磁性体１
１８〜１１ｈに直交する方向（以下、これをＸ方向とす
る。）の座標位置を示し、縦軸は電圧を示している。な
お、座標値×１〜×８は各コイル１２ａ〜１２ｈのＸ方
向における位置を示ず。位置検出回路５０で各電圧Ｖ　
−ｖ８を取出し、これより電正値が極小値となるＸ座標
値を演算処理して求めれば、位置指定用磁気発生器２０
のＸ座４Ｆｉ値Ｘ。

を求めることができる。

また、位置指定用磁気発生器２０を磁性体１１８〜１１
ｈに沿って動かしても、各磁性体に与える磁気バイアス
昂は変わらないので、同一のＸ座標値が得られる。

また、２つの位置検出部１０を互いに直交させて組合せ
れば、Ｘ及びＹ方向のいわゆる２次元座標値を求めるこ
ともできる。

座標値Ｘ　を求める算出方法の一つとし−Ｃ１第３図に
おける極小値付近の波形を適当な函数で近似し、その函
数の極小値の座標を求める方法がある。例えば、各磁性
体１１ａ〜１１ｈの間隔（実質上、コイル１２ａ〜１２
ｈの各コイル同士の間隔に相当する。）をΔＸとし、第
３図において座標Ｘ　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、各電圧値と座標１的より、Ｖ
３＝ａ　（ｘＳ−ｘＳ）　　＋ｂ　　　＝−・−（１）
Ｖ４＝ａ　（ｘ４−ｘ、）　　＋ｂ　　　−−−−・−
（２）Ｖ　　＝ａ　（ｘＳ−ｘＳ）　　＋ｂ　　　−・
−・−（３）となる。ここで、ａ、ｂは定数（ａ＞Ｏ）
である。

また、 Ｘ４　Ｘ３＝Δｘ・・・・・・（４） ｘ　５　　ｘ　３＝　２Δｘ　　　　　　　　・・−・
−（５）となる。（４）、　（５１式を（２）、　（３
）式に代入して整理すると、 ｘ　　　　　＝Ｘ　　３　−ト　　Ｊｘ／２　　　（（
３Ｖ　　３　−４Ｖ　　４十Ｖ５）／　（Ｖ３−２Ｖ４
＋Ｖ、、））・・・・・・（６） となる。従って、コイル１２ｃ、１２ｄ、１２ｅのイン
ダクタンスＬに対応する電圧Ｖ３．　Ｖ４゜ｖ５、及び
座標値×３　（既知）から位置検出回路５０で（６）式
の演算を行なうことにより位置指定用磁気発生器２０の
Ｘ座標値×５を算出できる。

前述したように、コイル１２ａ〜１２ｈは各磁性体１１
８〜１１ｈ周囲の全域に亘って巻回されているので、各
コイルのインダクタンスを大きくすることができ、検出
信号のレベル変化を大きくすることができ、従って、位
置検出範囲を大きくとることが可能となる。また、位置
検出の為に位置指定用磁気発生器２０と他の装置との間
に信号をやりとりする必要がないため、コードレスとす
ることができ、更にまた、位置指定の為に必要とする磁
気バイアスの母は第２図に示でように数エルステッド（
Ｏｅ）程度で良いので、該位置指定用磁気発生器２０は
位置検出部１０より多少離しても位置指定が可能となり
、また、位置検出部１０の裏面からの位置指定も可能と
なる。

（実施例） 第４図は位置検出部１０の具体的な構成を示す一部破断
乎面図、第５図は第４図のＡ−Ａ”線矢視方向断面図で
ある。磁性体１１８〜１１ｈとしては、磁石を接近させ
ても磁化されがたく、即ち保持力が小さく、かつ透磁率
の高い材料、例えば直径が約０．１ｍｎ＋の断面円形状
のアモルファスワイヤであり、各磁性体１１８〜１１ｈ
は互いに所定間隔（約５ＩＩｌｌｌｌ）離れて平行に並
べられている。

また、アモルファスワイヤとしては、例えば（Ｆｅ１−
ｘＣＯｘ）７５Ｓｉ１ｏＢ１、（原子％）（Ｘは、Ｆｅ
とＣＯとの割合を示すもので、０〜１の値をとる。）等
が用いられる。該磁性体１１ａ〜１１ｈは円筒状の絶縁
性部材、例えばエンバイアチューブ１３ａ〜１３ｈの内
部にそれぞれ収容されでいる。コイル１２ａ〜１２ｈは
、前記エンバイフチ１−ブ１３ａ〜１３ｈの表面に巻回
されている。

コイル１２ａ〜１２ｈは全て同一方向（この実施例では
左巻き）に巻回され、それぞれの一端は変換回路３０に
共通に接続され、他端は信号選択回路４０に接続されて
いる。これらの磁性体、エンバイアチューブ、及びコイ
ルからなる位置検出部１０は、非磁性の金属ケース１４
の内部に接着剤等で固定される。また、金属ブース１４
の上部には非磁性の金属よりなる蓋１５が被せられる。

第６図は位置指定用磁気発生器２０の具体例を示す断面
図、第７図はその電気回路図である。

同図において、２１は合成樹脂等からなるペン状の容器
であり、その一端には先端先細状の棒磁石２２が軸方向
に摺動自在に収容されている。また、容器２１の他端側
には周方向に亘って透明なプラスチック等からなる赤外
線透過窓２３が設りられ、その内側には円１１Ｅ体の周
面にクロムメッキ等を施した反則体２４と、赤外線発光
ダイオード２５とが収納されている。２６ａ、２６ｂは
操作スイッチで、操作スイッチ２６ａは容器２１の先端
側の一側に取付（プられ、操作スイッチ２６ｂは棒磁石
２２の他端に対向して取付けられている。また、２７は
信号発生回路、２８は゛重油で、容器２１内の適所に収
納されている。信号発生回路２７は、測定開始、位置入
力等の位置検出回路５０に対する複数（ここでは３通り
）の命令を幾つかのパルス信号の組合せによる複数のコ
ード信号にそれぞれ変換づ−るもので、デコーダ２７ａ
とコード信号発生器２７Ｅ）とダイオード駆動用トラン
ジスタ２７ｃとを備え、操作スイッチ２６ａ、２６ｂの
オン・オフの組合せ゛に従って、コード信号を発生し、
発光グイオード２５を駆動する。面して、操作スイッチ
２６ａをオンすると、測定開始のコードを示す赤外線信
号がダイオード２５より反射体２／Ｉ、透過窓２３を介
して発信され、そのままカバー２９を取り付けた棒磁石
２２の先端を入力面に押し当てると、該棒磁石２２がス
ライドしてスイッチ２６ｂがオンし、位置入力のコード
信号を示す赤外線信号が発信される如くなっている。

第８図は変換回路３０の具体例を示寸もので、図中、３
１は積分回路、３２はバンドパスフィルタ、３３は演算
回路である。積分回路３１はその入力端子３４に後述す
る位置検出回路５０の演算処理回路からのクロックパル
ス（またはこれを分周したパルス）を受け、これを積分
し、三角波信号に変換する。バンドパスフィルタ３２で
は、前記三角波信号を正弦波信号に変換し、これを演算
回路３３に送出する。演算回路３３は、演算増幅Ｂ５３
ａと抵抗３３ｂとコンデンサ３３Ｃとからなっており、
該演算増幅器３３ａの反転入力端子には抵抗３３ｂを介
して前記正弦波信号が人力され、また、反転入力端子と
出力端子との間にはコンデン１す３３０が接続され、更
に非反転入力端子は１８地されている。また、前記コイ
ル１２ａ〜１２ｈは信号選択回路、例えば周知のマルチ
プレクサ４０を介して、そのうちの１つがコンデンサ３
３Ｇと並列に接続され、並列共振回路をｈ′４成する如
くなっている。

ここで、前記正弦波信号の周波数ｆを銭並列共振回路の
共振周波数ｆ。（−１／２πＥ「で）に設定する（但し
、しは磁性体に磁気バイアスを加えない時の各コイルの
インダクタンス、Ｃはコンデンサ３３Ｃの容量値である
。）。この時、該並列共振回路のインピーダンスＺの絶
対値１２１は最大となるが、周知のようにＬ又はＣが変
化すると該絶対値１２１は減少する。従って、位置指定
用磁気発生器２０にＪ：り磁性体に磁気バイアスを加え
られ、インダクタンスＬが減少したコイルを含む前記並
列共振回路のインピーダンスの絶対値１２１も減少する
。

一方、抵抗３３ｂの抵抗値をＲ１とし、演算回路３３の
入力電圧を■１、出力電圧をｖ２とすると、 ｖ２−−　（Ｚ／Ｒ１）　・■１ となる。ここで、Ｒ１及び１を−・定とづ−ると、出力
電圧ｖ２はインピーダンスＺに依存することになる。前
述したようにコイルのインダクタンスＬが減少すると、
インピーダンスＺ１即ち絶対値１２１も減少することに
なり、従って、出力電圧■２も減少する。即ち、インダ
クタンスＬの減少を出力電圧■２の減少として検出づる
ことができる。なお、基準（入力）１３号にクロックパ
ルスを用いたのは位置検出回路５０と同期をとるためで
ある。

第９図は位置検出回路５０の具体的構成を示す回路ブロ
ック図である。同図において、前述した位置指定用磁気
発生器２０の発光ダイオード２５より、測定開始のコー
ドを示す赤外線信号が発信されると、該赤外線信号は赤
外線受光ダイオード５１で受信され、更に受信１１５２
で増幅・波形整形され、元のコード信号に変換され、更
に測定開始の命令信号に戻され、入力バッファ５３に送
出される。演算処理回路５４は入力バッファ５３より前
記命令信号を読み取り、測定開始を認識すると、出力バ
ッフ７５５を介してマルチプレクサ４０へ制御信号を送
り、変換回路３０とコイル１２ａ〜１２ｈとの接続を次
々に切替える。該変換回路３０により変換された各コイ
ル１２ａ〜１２ｈのインダクタンスに対応する電圧は、
増幅器５６へ入力され、増幅され、更に検波器５７で整
流されて直流電圧に変換され、更にアナログ−ディジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器５８にてディジタル値に変換され入
力バッファ５３を介して演算処理回路５４に送出される
。演算処理回路５４では該ディジタル値を前記制御信号
に同期して読み取り、これらをメモリ５９に一時記憶す
る。更に演算処理回路５４は、これらの中より前記極小
値付近の電圧値を検出し、更に前記（６）式に従ってＸ
座標値を静出する。

第１０図は極小値付近の電Ｌ［値を検出する処理の流れ
を、また第１１図は滴点処理の流れを示すもので、図中
、ＳＮはステップナンバー、Ｏ８はインダクタンスを測
定するコイルの番号を示すコイルスキャンナンバー、Ｓ
Ｄはコイルのインダクタンスに対応するディジタル値を
示すサンプリングデータ、ＬＩ　１は所定の判定レベル
、ＣＮは検出された極小値に最も近い電圧を示すコイル
の番号を示すセンターコイルナンバー、Ｍｌ、Ｍ２はメ
モリに一時記憶するデータ、ＤＩ　、　Ｄ２　、　Ｄ３
　。

Ｄ４　、Ｄ５は、それぞれ番号が（ＣＮ−２＞。

（ＣＮ−１＞、（ＣＮ）、（ＣＮ＋１）、（ＣＮ→２）
のコイルのインダクタンスを測定した時にサンプリング
されたデータである。

このようにして求められたディジタル値のＸ座標値は、
一旦、メモリ５９に記憶されるが、前記測定開始を示す
信号が出されている間、上述したような測定及び演痒が
所定時間毎に繰返され、その値は更新される。次に、位
置指定用磁気発生器２０より位置指定のコードを示す赤
外線信号が発信され、受光ダイオード５１、受信１５２
、入力バッファ５３を介して演算処理回路５４に認識さ
れると、その時点における前記ディジタル値のＸ座標値
が入力値として、出力バッフ７６０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−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器６１を介してア
ナログ信号に変換され処理される。

なお、実施例中の磁性体及びコイル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。また磁性
体の間隔は２〜５ｍｍ程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永久磁石に限定されることは
＜Ｔ　＜電磁石でもよい。

また、前記実施例において、測定開始、位置指定等を示
す信号を位置指定用Ｉｌ器発生器２０から位置検出回路
５０まで赤外線信号を用いて伝送したが超音波信号を用
いてら良い。また、前記測定開始、位置指定等を示す信
号は、単にそのタイミングを演算処理回路５４に認識さ
せる為のらのであるから、特に磁気発生器２０より送る
ことを要するものではなく、位置検出回路５０自体に設
けたキーボード、その伯のスイッチ回路より前記タイミ
ングを認識させる信号を送る如くなしても良い。

第１２図は本発明の他の実施例を示すものである。同図
において、７１及び７２はＸ方向及びＹ方向の位置検出
部、７３及び７４はＸ方向及びＹ方向用の信号選択回路
で、それぞれ前記位置検出部１０、信号選択回路４０と
同様な構成を有しており（但し、図面では簡略のためそ
の細部については省略する。）、該位置検出部７１．７
２についてはその各磁性体がそれぞれＸ方向及びＹ方向
に直交する如く、互いに重ね合わされている。

また、７５は位置検出回路で、Ｘ方向及びＹ方向の位置
検出を交互に行なわせるようにした点を除いて前記位置
検出回路５０と同様である。従って、この実施例によれ
ば、Ｘ方向及びＹ方向の２方向の位置（座標）検出が容
易に出来る。なお、位置指定用磁気発生器、変換回路の
構成は前記実施例と同じで良い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、コイルは磁性体周
囲の全域に亘って巻回されているので、コイルのインダ
クタンスを大きくでき、その変換電圧を大きくすること
ができ、且つその゛電圧の出力変化も大きくでき、従っ
て、位置検出範囲を大きくとることが可能となる。また
、各磁性体に対して一種類のコイルを設けるのみで良い
ので、位置検出部の構成を簡単にすることができる。ま
た、位置検出の為に位置指定用磁気発生器と伯の装置と
の間に信号をやりとりする必要がないためコードレスと
することができ、更にまた、位置指定の為に必要とする
磁気バイアスの母は、数エルステッド（Ｏｅ）程度で良
いので、該位置指定用磁気発生器は位置検出部より多少
離しても位置指定が可能であり、位置検出部の裏面から
の位置指定も可能であり、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、コイルの磁束変化は
主として磁性体内で行なわれる為、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くなる。

また、位置検出部をＸ方向及びＹ方向に設けたものによ
れば、Ｙ方向及びＹ方向の２方向の位置検出が可能とな
る等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供するもので、第１図は本発明の
主要な構成を示す説明図、第２図は磁気バイアス対透磁
率の特性図、第３図はコイルのインダクタンスに対応す
る電圧値の一例を示すグラフ、第４図は位置検出部１０
の具体的な構成を示す一部破断乎面図、第５図は第４図
のＡ−Ａ　−線矢視方向断面図、第６図は位置指定用磁
気発生器の具体的な構成を示す断面図、第７図はその電
気回路図、第８図は変換回路の具体的な回路図、第９図
は位置検出回路の具体的な構成を示す回路ブロック図、
第１０図は極小値付近の電圧値を検出する処理の流れを
示す図、第１１図は油筒処理の流れを示す図、第１２図
は本発明の他の実施例を示す説明図である。 １０・・・位置検出部、２０・・・位置指定用磁気発生
器、３０・・・変換回路、４０・・・信号選択回路、５
０・・・位置検出回路、１１ａ〜１１ｈ・・・磁性体、
１２ａ〜１２ｈ・・・コイル、７１・・・Ｘ方向（３７
β検出部、７２・・・Ｙ方向位置検出部。 特許出願人　　株式会社　ワコム 代理人弁理士　　吉　１）精　孝 第１図 第２図 モ＆菫勺り、ノ儲７又（Ｏｅ） 第３図 Ｘ方向め滲標位置 第４図 ５」 第５図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定間隔隔てて互いにほぼ平行に配列された複数
   の長尺の磁性体と、該複数の磁性体のそれぞれについて
   その広い範囲に亘つて巻回された複数のコイルとを備え
   た位置検出部と、定常的な磁界を発生する位置指定用磁
   気発生器と、コイルのインダクタンスを電気信号に変換
   する変換回路と、該変換回路と前記位置検出部の複数の
   コイルとを切替え接続する信号選択回路と、前記位置検
   出部の複数のコイルのそれぞれに対応した電気信号から
   前記位置指定用磁気発生器の指示位置を算出する位置検
   出回路とからなる位置検出装置。
2. （２）所定間隔隔てて互いにほぼ平行に配列された複数
   の長尺のＸ方向の磁性体と、該複数のＸ方向の磁性体の
   それぞれについてその広い範囲に亘って巻回された複数
   のＸ方向のコイルとを備えた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且つこれと重ね合わ
   されたＹ方向位置検出部と、定常的な磁界を発生する位
   置指定用磁気発生器と、コイルのインダクタンスを電気
   信号に変換する変換回路と、該変換回路と前記Ｘ方向及
   びＹ方向位置検出部の複数のコイルとを切替え接続する
   Ｘ方向及びＹ方向の信号選択回路と、前記Ｘ方向及びＹ
   方向位置検出部の複数のコイルのそれぞれに対応した電
   気信号から前記位置指定用磁気発生器のＸ方向及びＹ方
   向の指示位置を算出する位置検出回路とからなる位置検
   出装置。