JPH01113822A - 座標検出装置 - 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］ 本発明はペン、カーソル等の座標指示装置に装備された
コイル等の励磁装置から交流磁界信号を発生させて、こ
の信号を平行に配列された電気導体線（以下、導線とい
う）を有するタブレットに印加し、タブレットに装備さ
れたマトリクス状の導線に誘起される交流信号を検出し
て励磁装置の指示座標位置を検出する装置（以下、座標
検出装置と総称する）に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、座標検出装置は、ペン又はカーソルと。

このペン又はカーソルに装置されたコイルに正弦波電圧
を供給する装置と検出用の導線が配列されたＸ軸用ベー
ス及びＹ軸用ベースを備えたタブレットと、検出用の導
線に発生する信号を演算処理ルペン又はカーソルが置か
れたタブレット上の位置（Ｘ座標位置、Ｘ座標位置）を
求める装置等で構成されている。

第７図は従来のＸ軸層ベースの説明図である。

同図（Ａ）に示すＸ軸層ベースは、導線１と導線２をＩ
８えている。実線で描かれた導線１は、平行に隣接配置
された部分導線５，６．７の両端を交互に接続線８，９
により接続して一本の蛇行形状を成すように構成されて
おり、平行部分の部分導線５．６．７の間隔は一定（ｐ
／２）になっている。

破線で描かれた導線２は導線１と同一形状であり、導線
１に対してｐ／４だけずらして配置されている。この２
つの導線１，２は、互いに電気的に絶縁された状態でシ
ート状に重ね合わされている。

尚、１１．１１は導線１の出力端子を示し、１２．１２
は導線２の出力端子を示している。

今、このＸ軸ベース上に励磁装置ＩＯを置き励磁装置１
０に所定周波数の交流信号を供給すると、導線１，２の
出力端子１１．１２に現れる信号Ｅユ、、Ｅ１゜は、第
８図（Ａ）に示される如く、励磁装置１０の置かれた導
線に直交する方向の位置Ｘにより決定される。励磁装置
１０が例えば８ｋ）ｌｚの交流信号で励磁されているな
らば、励磁装置１０のコイルの中心（励磁装置１０の中
心）を導線１の真上に置いであるときは、導線１の出力
電圧は０である。励磁装置１０の中心が部分導線５，６
間あるいは６，７間の中央部分に置かれたときは、端子
１１．１１間には最大の電圧が現れるが、その極性は、
部分導線５゜６間と、６，７間で互いに逆になる。端子
１１．１１間に得られる出力電圧とは、例えば８ｋＨｚ
の交流信号を搬送信号とした振幅（第８図（Ａ））を変
調する振幅変調ｊＪ５力であり、励磁装置１０の置かれ
た位置に応じて変調出力は正弦波形状又は余弦波形状に
変化する。導線１の部分導線５，６．７が電気角π毎に
並べられているためである。以下、電気角で２πに相当
する間隔（第７図（Ａ）ではｐ）を１ピッチという。

第７図（Ｂ）は、前述したＸ軸層ベースに重ねて使用す
る第２のＸ軸層ベースである。この第２のＸ軸層ベース
は、導線３と導線４を備えている。

この導線３，４の関係は、前述した導線１，２の関係と
同じであるが、導線３，４では、１ピッチを９（≠ｐ）
とし、互いにｑ／４ずらして配置されている。第７図の
例で導線１と導線３を比較すると、導線１が全長Ｑを５
ピッチで等分割しているのに対し導線３は４ピッチで等
分割している。即ち、Ｑ＝５ｐ＝４ｑという関係にある
。一般に。

導線のピッチ数をｎとすると、ｆｆ＝ｎｐ＝（ｎ−１）
ｑの関係に選ぶと都合がよいが、これに限るわけではな
い。この導線３，４の出力端子１３．１３間＋　１４．
１４間に現れる信号Ｅ工１．Ｅ１４を第８図（Ｂ）に示
す。導線３，４の出力信号は、第８図（Ｂ）に示される
ように、第８図（Ａ）と同じく正弦波形状。

余弦波形状であるが、１ピッチの長さが異なる分だけ周
期が異なっている。

励磁装置１０をＸ軸出ベース上に置いて導線１゜２の出
力信号を得、この信号から求めることができるのは、部
分導線５，６．７間内における励磁装置１０の配置位置
だけであり、基準位＠Ｒからどれだけ離れたどの部分導
線５，６．７からの位置であるかは判別できない。これ
は、導線１，２の出力信号が周期的な信号であるためで
ある。そこで１周期の異なる信号（第８図（Ｂ））を第
２のＸ軸層ベースから得、導線１，２，３．４の出力信
号から励磁装置ｌＯの基準位置Ｒに対する配置位置を求
めるのである。この第２のＸ軸層ベースの代わりに、例
えば特公昭５３−３４８５５号公報記載の様に、セレク
タ導線を格子状に配した座標域検出用ベースを用いるこ
ともできる。

尚、従来の座標検出装置に関連するものとして、特開昭
５８−１９１０９１号、特開昭５８−１５９１９１号が
ある。

［発明が解決しようとする問題点］ 励磁装置に励磁信号Ｅ１＝Ａ１ｃｏｓωｔを印加すると
、第１導線及び第２導線の出力信号Ｅ１□。

Ｅｌ、は、理論的には Ｅ１１＝Ａ、ｃｏｓ　（２ｔｃ　ｌｌｒ／ｐ）　ｃｏｓ
ｗ　ｔＥ１２＝Ａ、ｓｉｎ　（２π０ｒ／ｐ）　ｃｏｓ
ωｔとなるが、実際には位置ｒによる振幅は完全な余弦
波、正弦波とはならず歪みを有している。つまり、上記
式でｒ＝Ｊは正確にはｒ斗Ｊとなる。従って、例えば前
述した第２のＸ軸周ベースを使用した場合に基準位置Ｒ
から励磁装置のタブレット上の配置位置までの移動位置
ｒを求める方法を例に説明すると、移動位置ｒに比例す
る位相変調信号Ｅ、、は、理論的には Ｅ工。＝／Ｅ工、ｄｔ＋Ｅ工。

＝Ａ、ｓｉｎ　（（１１ｔ＋２π・ｒ／ｐ）となるとこ
ろが、実際には Ｅ、。＝Ａ＊ｆ（ｒ／ｐ）ｓｉｎ（ｃ、＋ｔ＋　２　ｘ
・ｒ／ｐ　＋ｆ（ｒ））となる６つまり、振幅２位相共
に位置ｒの関数と成り、位相変調信号Ｅ１゜は周期的な
誤差を含むことになる。このことは、検出したＸ、Ｙ座
標位置が周期的な誤差を含むことを意味し、高精度のＸ
。

Ｙ座標位置の検出を阻害する要因となっている。

本発明の目的は、上述した周期的誤差を排除して高精度
の座標位置の検出を可能番ビする座標検出装置を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、発振回路と、この発振回路により励磁され
る励磁装置と、電気角２πを１ピッチとして平行導線部
分を配列した蛇行形状の第１の導線と第２の導線とを１
７４ピッチずらして配置した座標軸用ベースを有するタ
ブレットと、該タブレット上に前記励磁装置を置いて励
磁したとき前記第１の導線と前記第２の導線に誘起され
る信号から該励磁装置の座標位置に応じた位相変調信号
を作る手段と、該位相変調信号から前記励磁装置の座標
位置を演算するデータ処理装置とを備えてなる座標検出
装置において、前記第１．第２の導線と同一寸法形状の
第３．第４の導線を第１．第２の導線に対して１／８ピ
ッチずらして前記タブレットに配置し、前記データ処理
装置は、前記第１、第２の導線対を選択したときに得ら
れる位相変調信号値と、前記第３．第４の導線対を選択
したときに得られる位相変調信号値とから位相変調信号
値の真値を求め、この真値により励磁装置の座標位置を
求めることで、達成される。

［作用］ 第１．第２の導線対を選択したときに得られる位相変調
信号値に含まれる誤差の周期と、第３゜第４の導線対を
選択したときに得られる位相変調信号値に含まれる誤差
の周期とは、位相がπ＝１８０°ずれている。従って、
面位相変調信号値を用いて周期的誤差をキャンセルする
ことで位相変調信号値の真値を求めることができる。こ
の位相変調信号の真値により励磁装置の座標位置を求め
れば、高精度の座標位置が検出できる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図を参照して説
明する。尚、以下に説明する実施例は、第１のＸ、Ｙ軸
周ベースの他に前述した第２のＸ。

Ｙ軸周ベース（第１．第２のＹ軸周ベースは第１゜第２
のＸ軸周ベースを物理的に所定角例えば９０’回転させ
て配置したものである。）重ねたものをタブレットとし
た場合であるが、本発明は、セレクタ導線を配した座標
域検出用ベースを用いた座標検出装置にも適用できるこ
とはいうまでもない。

第１図は、本発明の一実施例に係るＸ軸ベースの平面図
である。このＸ軸ベースは、平行導線部分の間隔がρ／
２の蛇行形状を成した第１の導線１と、第１の導線１と
同一寸法同一形状で第１の導線１に対してｐ／４ずらし
て配置された第２の導Ｊｔｌｔ２の他に、第１の導線１
と同一寸法同一形状で第１の導線１に対してｐ／８ずら
して配置された第３の導線１０１と、第１の導線１と同
一寸法同一形状で第２の導線２に対して上記ずらしと同
一方向にｐ／８ずらして配置された第４の導線１０２と
を設けである。図示しないＹ軸ベースにも同様に第３．
第４の導線を設ける。

第２図は、第１図に示すＸ軸ベースと第７図（Ｂ）に示
す第２のＸ軸ベースと図示しない第１゜第２のＹ軸ベー
スを一体にしたタブレットを備える座標検出装置の電気
回路図である。同図において、１７は高い周波数のクロ
ック発振器、１８はカラン゛りでクロック信号を所定の
周波数に分周する。

カウンタ１８の出力はフィルタ１９を介して励磁装置１
０に印加されると同時に比較器２０に供給される。

２１は第１のＸ軸ベース、第２のＸ軸ベース及び第１の
Ｙ軸ベース、第２のＹ軸ベースを重ね合わせて構成する
タブレットであり、このタブレット２１はＸ軸出力端子
（第１．第２．第３．第４の導線Ｌ　、　２　、１０１
．１０２の出力端子）　２１ａ、　Ｙ軸出力端子（図示
しない第１．第２．第３．第４の各導線の出力端子）　
２１ｂを有し、出力端子２１ａ、　２１ｂは共に切換回
路２２に接続される。２２は所定の周期で入力を選択し
、後述の増幅器２３又は２４との接続関係を切換える時
分割切換回路である。２３及び２４は増幅器、２５は増
幅器２３に接続された積分器である。

２６は増幅器２４と積分器２５の出力を加算する加算器
である。２７は加算器２６の出力（正弦波）を矩形波に
変換する変換器で、矩形波信号はカウンタ１８の出力と
共に比較器２０に印加される。比較器２０ではカウンタ
１８からの基準信号（矩形波）と変換器２７からの矩形
波信号との位相を比較し、その位相差に対応する検出信
号が出力される。検出信号は位相差がパルス幅、電圧値
、パルス数、又は数値信号等の信号形態で表わされる。

２８はデータ処理装置で、比較器２０からの位相差信号
データを取り込んで、タブレット２１上に置かれた励磁
袋［１０の座標値を演算する。第３図には具体的回路構
成を示す。同図において第２図と同一符号は同一部分を
示す。切換回路２２は２個の時分割切換回路２９及び３
０から成りその出力信号は変圧器３１及び３２を介して
演算増幅器３３．３４へ印加される。３５．３６は演算
増幅器、　３７．３８はコンデンサ、３９．４０．４１
．４２及び４３は抵抗器である。４４は波形変換器２７
を構成する演算増幅器３６の一方側入力端子に接続され
た可変抵抗器で直流電源４５の出力電圧を調節する。４
６はフリップフロップでカウンタ１８からの矩形波信号
によりセットされ、波形変換器２７からの信号によりリ
セットされる。４７はカウンタでフリップフロップ４６
の出力、すなわち基準矩形波信号と波形変換器２７から
の信号との位相差に応じた時間を。

クロック信号発生器１７からの高い周波数のクロック信
号によ。り内挿する　（計数する）。

なお、比較器２０はＤフリップフロップ等で構成するラ
ッチ回路でもよく、波形変換器２７の出力によりカウン
タ１８の出力をラッチするようにしても両信号の位相差
を検出することもできる。この検出方法はカウンタ１８
の出力の位相と励磁装置１０の励磁電流の位相とが一定
の関係にあることが必要である。２つの信号の位相差を
検出する回路構成はすでに多数知られているので、これ
らの゛うちの使用可能なものを選択することが適当であ
る。データ処理装置２８においては演算式を用いて励磁
装置ＩＯの位置を演算する方法と、あらかじめ用意した
データテーブルを用いて検索により励磁装置１０の位置
を求める方法とのどちらでも採用することができる。以
下具体的な下記数値例に基づいてデータ処理装置２８の
動作を説明する。

数値例　全長Ｑ＝１００ｍｍ 本実施例の説明をわかり易くするために、カウンタ１８
を１０００進カウンタとしたＸ軸ベース、Ｙ軸ベース共
に同一作用のためＸ軸ベースについて説明する。第１の
導線上及び第２の導線上において、クロックパルス数の
１０００パルスを、夫々ピッチｐ及びｑに対応させると
ピッチＰ＋　ｑとカウンタ１８の内容は第４図のように
なる。分解能は第１の導線（ベース）上では１パルス当
り０．０２ｍｍ、第２の導線（ベース）上では１パルス
当り０．０２５ｍｍである。丸印は第１の導線の配置（
間隔２０ｍｍ）で、白ヌキと黒ヌリは隣接した導体（電
流の向きが逆）を示す。同様に三角印は導線３の配置（
間隔２５ｎｍ）で、白ヌキと黒ヌリは隣接した導体を示
す。励磁ルタ１９を通って励磁信号となる。励磁装置１
０から放出された励磁信号は、タブレット２１のＸ軸の
ベースに励磁信号と同じ周波数の交番信号（以下搬送信
号と呼称する）を誘起する。この搬送信号は、励磁装置
１０の置かれた位置により振幅変調される。

振幅変調のされ方は第８図において説明したとおりで、
Ｘ軸ベースからの出力端子２１ａからは、この変調され
た信号が得られる。切換回路２２では導線１からの出力
Ｅ工、を、増幅器２３を介して積分器２５で積分して加
算器２６に入力し、次に導線２からの出力Ｅ　ｘ　ｔを
増幅器２４を介して加算器２６に入力する。加算器２６
で加算された信号Ｅ工。は搬送信号の振幅変調を他の搬
送信号の位相変調に変換したもので、この信号Ｅ１゜は
波形変換器２７で波形変換された後比較器２０に印加さ
れる。信号Ｅ１ｏはカウンタ１８からの基準矩形波信号
と位相を比較され位相差に応じたパルス数Ｆ１のデータ
信号ＥＬ、に変換される。このデータ信号Ｅ２６のパル
ス数Ｆ１は第７図、第８図及び第４図の位置ａに励磁装
置１０が置かれた場合の変位量ｒに対応する。同様に、
次のタイミングで切換回路２２は、導線３からの出力Ｅ
工、を増幅器２３を介して積分器２５で積分して加算器
２６に入力し１次に導線４からの出力ＥＬ４を増幅器２
４を介して加算器２６に入力する。加算器２６で加算さ
れた信号Ｅ□、は波形変換器２７で波形変換された後比
較器２０に印加される。信号Ｅ工、はカウンタ１８から
の基準矩形波信号と位相を比較され、位相差に応じたパ
ルス数Ｆ、のデータ信号Ｅ、。に変換される。このパル
ス数Ｆ、は第７図（Ａ）に示した変位量Ｓに対応する。

データ処理装置２８においては、時分割により入力され
るデータ信号Ｅ、。、Ｅ、。及びピッチ数ｍとの関係か
ら励磁装置１０の位置Ｘを演算する。比較器２０からの
データ信号Ｅ！。のパルス数Ｆ１は、位置Ｘの変化（第
４図０−Ｊ、−Ｊ、−Ｊ３−Ｊ、−Ｊ、）に従い、パル
ス数Ｏ〜９９９の間で周期性を有し、基準となる導線１
のところで最大５００パルス）より大きいか又は小さい
かを判断すれば、励磁装置１０が導線１の何番目のピッ
チ内に置かれているかが判別できる。すなわち、Ｆ工＞
Ｆ。

ならばΔＦ：Ｆ１−Ｆ、、Ｆ、＜Ｆ２ならばΔＦ＝Ｆ＋
Ｆ、−Ｆ、となるΔＦを演算により定義する。第４図に
示すように、データ信号Ｅ３゜は位置の変化（０−Ｋｌ
　−Ｋ、−Ｋ、　−Ｋ４）によりパルス数Ｏ〜９９９の
間で周期性を有する。このデータ信号Ｅ、。

とＥ３ｏとのパルス数の差をΔＦとすると、ΔＦによっ
て表わされる位相差データは第５図のようにパルス数Ｏ
〜９９９の間で変化する。このデータΔＦのパルス数に
より、励磁装置１０の置かれているピッチ数ｍを判別す
る。

ピッチ数ｍを判別するためのデータの構成を第１表に示
す。

第１表 すなわち、第１表によれば、第４図の点ａに励磁装置１
０が置かれていれば、データΔＦが３５０であり且つＦ
ｌが７５０であるから５００≦Ｆ　１（１０００に該当
し、従ってピッチ数ｍは１である。この時の励磁装置ｌ
Ｏの置かれているＸ座標はＸ＝　（ｍＸＦ＋ΔＦ）・Ｇ
　＝　（Ｉ　Ｘ　１０００＋３５０）・Ｇ　＝　１３５
０・Ｇである。ここにＧは定数で、パルス数を所望の単
位距離に換算するためのものである。第１表において、
０≦、Ｆ、＜５００のときのデータΔＦの値を０〜１０
０．２００〜３００・・・、としたが、ノイズ等により
データに±１００パルスの範囲で誤差の存在する可能性
が有る場合には、このデータを第２表のように拡張する
。

第２表 尚、データ処理装置２８におけるピッチ数ｍの判別は数
値演算によること、データテーブルにより引出すこと等
によってもできることはいうまでもない。

以上説明したのはＸ座標の検出方法であるが。

このままでは、前述した周期的誤差を排除することはで
きない。この周期的誤差は、ピッチｐに対してｐ／４を
周期として発生し、その誤差の大きさは、ｐの±１％程
度（ｐ＝２５ｎｎの場合±０．２５ｍｍ）である。第６
図（Ａ）は、導線１，２から得られた位相出力Ｉと、導
線１０１．１０２から得られた位相出力Ｈの位相差を示
す図であり、その位相差は、導線１．２と導線１０１．
１０２の配置位置の差ｐ／８に起因する。上述した様に
、導線１．２に誘起する′信号を使用したときの加算器
２６の出力信号の位相誤差は、ｐ／４の周期でウネルこ
とになる。これは、第６図（Ｂ）の特性線■の様になる
。また、導線１０１．１０２に誘起する信号を使用した
時の加算器２６からの出力信号の位相誤差も、ｐ／４の
周期でウネルことになる。しかし、これは第６図（Ｂ）
の特性線■に示す様に、特性線■に対してｐ／８ずれ極
性が逆になる。

そこで１本実施例では、導線対１，２を選択したときの
信号値と導線対１０１．１０２を選択したときの信号値
から、次の様な演算により周期的誤差を排除し正確な座
標位置を求める。いま、導線対ｌ。

２を選択したときに比較器２０からデータ処理装置２８
に入力する信号をＰＤＩ、この真値をＰＤｌｏ。

導線対１０１．１０２を選択したときに比較器２０から
データ処理装置２８に入力する信号をＰＤｌｏｌ、この
真値をＰＤＩＯＩＯ１両真値の差をＰＤ　（ｐ／８）、
各誤差を十ｄｌ、−ｄ２とすると、 Ｐ　Ｄ　１　＝　Ｐ　Ｄ　１　ｏ　＋　ｃｌ　ＩＰ　Ｄ
ＩＯ１＝　Ｐ　ＤＩＯｌ、　−ｄ　２ＰＤ１ｏ＝ＰＤ１
０１ｏ＋ＰＤ　（ｐ／８）ゆえに、 ＰＤ１ｏ＝　（ＰＤ１＋ＰＤ１０１＋ＰＤ（ｐ／８）　
　（ｄｉ　　ｄ２））×１７２ ｄ１押ｄ２であるため、 ＰＤｌ、＝　（ＰＤ１＋ＰＤ１０１＋ＰＤ（Ｐ／８））
Ｘｉ／２として求める。ここで、両頁値の差ＰＤ（ｐ／
８）あり、上式に基づいて演算した信号値により座標位
置を求めれば、その座標位置の値は前述した周期的誤差
を排除した値となる。尚、上記演算は、データ処理装置
２８への入力信号値を基に行なったが、各入力値に従っ
て先に前述したように座標位置Ｘｉ、Ｘｌ０Ｉを求め、
この求めた座標位置Ｘ１゜Ｘ　１０１とその真値Ｘｌｏ
、　Ｘ１０１ｏとにより前記演算と同様の演算を行なっ
て真値Ｘｌｏを求めてもよいことはいうまでもない、。

尚、実施例では第２のＸ、Ｙ軸ベースを用いた座標検出
装置について述べたが、セレクタ導線を配した座標域検
出用ベースを用いた座標検出装置にも本発明を適用でき
ることはいうまでもない。

［発明の効果］ 本発明によれば、座標検出誤差を従来に比べ１／２〜１
／３に低減することができ、高精度の座標検出装置を安
価に提供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に係る座標検出装置に使用す
るＸ軸ベースの平面図、第２図は本発明の一実施例に係
る座標検出装置の電気回路図、第３図は第２図に示す電
気回路図の具体的構成図。 第４図及び第５図は位相差の変化を示す特性図、第６図
（Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施例に係る位相出力及び
位相誤差低減原理の説明図、第７図（Ａ）。 （Ｂ）は従来のＸＩＩＩ＆ベース、第２Ｘ軸ベースの平
面図、第８図（Ａ）、（Ｂ）は第７図（Ａ）、（Ｂ）に
示す、導線から出力される信号変化を説明する特性図で
ある。 １・・・第１の導線、２・・・第２の導線、３．４・・
・導線、１０・・・励磁装置、１７・・・クロック発振
器、１８・・・カウンタ、２０・・・比較器、２１・・
・タブレット、２２・・・切換回路、２３．２４・・・
増幅器、２５・・・積分器、２６・・・加算器。 ２８・・・データ処理装置、１０１・・・第３の導線、
１０２・・・第４の導線。 特許出願人　　日立精工株式会社 代理人　弁理士　　秋　本　正　実（外１名）第１１ｉ
Ａ 第２ｇＪ 第３　図 ’ｌｉ４　　ｍ 第　５　図 第６１１ 第７　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、発振回路と、この発振回路により励磁される励磁装
   置と、電気角２πを１ピッチとして平行導線部分を配列
   した蛇行形状の第１の導線と第２の導線とを１／４ピッ
   チずらして配置した座標軸用ベースを有するタブレット
   と、該タブレット上に前記励磁装置を置いて励磁したと
   き前記第１の導線と前記第２の導線に誘起される信号か
   ら該励磁装置の座標位置に応じた位相変調信号を作る手
   段と、該位相変調信号から前記励磁装置の座標位置を演
   算するデータ処理装置とを備えてなる座標検出装置にお
   いて、前記第１、第２の導線と同一寸法形状の第３、第
   ４の導線を第１、第２の導線に対して１／８ピッチずら
   して前記タブレットに配置し、前記データ処理装置は、
   前記第１、第２の導線対を選択したときに得られる位相
   変調信号値と、前記第３、第４の導線対を選択したとき
   に得られる位相変調信号値とから位相変調信号値の真値
   を求め、この真値により励磁装置の座標位置を求めるこ
   とを特徴とする座標検出装置。