JPH0131205B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本考案は、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タブレツトに装備された
マトリツクス状の電気導体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。 従来、座標検出装置について、電気絶縁材料よ
り成るシート部材の表裏に２本の電気導体線を相
互に電気角で90゜位相をずらして平行に配置した
Ｘ軸用ベース又はＹ軸用ベースと、格子状に形成
された座標域検出用ベース（Ｘ軸、Ｙ軸にそれぞ
れ１つ）を用いたタブレツトおよび座標検出装置
が特公昭53−34855号公報により知られている。
さらに、米国特許第364796号明細書には、座標域
検出用ベースを使用しない座標検出装置が紹介さ
れている。前者は後者のＸ軸、Ｙ軸ベースに座標
域検出用ベースを付加したものである。 座標検出装置は、タブレツトに埋込まれた電気
導体線と励磁装置との間およびＸ軸ベースとＹ軸
ベースとＸ、Ｙ座標域検出用ベースとの間にそれ
ぞれ絶縁シート部材が挿入されている。そのた
め、励磁装置から発生する交流信号が減衰され、
Ｓ／Ｎ比が悪化する。さらに、格子間をスキヤン
ニングする必要があり装置が複雑である。又、後
者は励磁装置をタブレツト上面から離さずに移動
させないと検出信号が途切れてしまい座標を検出
することができない。即ち、電気導体線の１ピツ
チ内の相対座標が判明するのみであるということ
があつた。 本発明は上記従来の欠点を除去したもので、座
標域検出用ベースを使用せずに、したがつて格子
間スキヤンニングする複雑な装置を不要とし、簡
単な構成で絶対座標を検出することのできる座標
検出装置を提供することを目的とする。 この目的を達成するため、本発明は、等間隔で
配置された平行部分を有する電気導体線であり、
隣接した電気導体線に電流が互いに反対方向に流
れるような蛇行形状をなす第１の電気導体線およ
びこの第１の電気導体線の半分の間隔ずれて配置
された第２の電気導体線を有する第１のＸ軸ベー
スと、この第１のＸ軸ベースと異なる間隔で配置
された平行部分を有する電気導体線であり隣接し
た電気導体線に電流が互いに反対方向に流れるよ
うな蛇行形状をなす第３の電気導体線およびこの
第３の電気導体線の半分の間隔ずれて配置された
第４の電気導体線を有する第２のＸ軸ベースとを
有し、この第１のＸ軸ベースおよび第２のＸ軸ベ
ースと同様の構成から成る第１のＹ軸ベースおよ
び第２のＹ軸ベースをＸ軸ベースと直交配置した
タブレツトを有する。さらに、このタブレツトを
使用してタブレツト面上に交番磁界信号により指
示されたカーソルの位置を検出するために、前記
各電気導体線を接続し、これら電気導体線に発生
した信号を順次切換える切換回路と、第１の電気
導体線と第２の電気導体線のうちの一方の信号、
および第３の電気導体線と第４の電気導体線のう
ちの一方の信号を積分する積分器と、この積分器
からの出力信号と他方の電気導体線の信号とを加
算する加算器と、この加算器の出力を基準信号と
比較しその位相差に対応する信号を出力する比較
器であつて、前記加算器の出力が第１の電気導体
線と第２の電気導体線から得られたものである場
合は前記位相差をその電気導体線の間隔に応じた
周波数に基づいたパルス数として取出し、前記加
算器の出力が第３の電気導体線と第４の電気導体
線から得られたものである場合は前記位相差をそ
の電気導体線の間隔に応じた周波数に基づいたパ
ルス数として取出すように構成した比較器と、こ
の比較器からの出力信号により励磁装置の位置を
演算するデータ処理装置とを設けたことを特徴と
する。 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。 第１図は座標検出装置のタブレツトのＸ軸（又
はＹ軸）用ベースを示し、ＡおよびＢに示される
如く２組の平行に配置された４種類の電気導体線
１，２および電気導体線３，４（以下、これらを
導線１，２，３，４という。）から構成される。
実線で描かれた導線１と破線で描かれた導線２と
はそれぞれ等間隔で配列される。隣接した導線
５，６，７の両端を交互に接続部８，９により接
続して１本の蛇行形状をなす導線１を形成する。
この導線１の平行部分の間隔は一定（ｐ／２）で
ある。導線２は導線１に対してその間隔の半分
（ｐ／４）だけずれて配置されていて、導線１と
同様に平行部分の両端が交互に接続されている。
２つの導線１，２が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とき、このシ
ート上にコイル等の励磁装置１０が置かれ、この
励磁装置１０が所定の周波数の交流信号により励
磁された場合、導体１，２の出力端子１１，１２
にあらわれる信号E₁₁，E₁₂は、第２図Ａに示され
る如く、励磁装置１０が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8KHz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（以下、励磁装置１
０の中心と総称する。）が導線１の直上に置いて
あるときは、導線１の出力電圧は０である。励磁
装置１０の中心が導線５と導線６との中央部分に
置いてあるとき、および導線６と導線７との中央
部分に置いてあるときは、端子１１，１１′間に
は最大の出力電圧が得られるが、その極性は互い
に逆になる。端子１１と端子１１′との間に得ら
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Ａを変調する振幅変調出力であ
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。即
ち、導線１は電気角のπ／２毎にならべられてい
る。以下、電気角でπに相当する導線２本の間隔
ｐを１ピツチと称して説明する（導線２において
も同様である。）。この現象は前記特公昭53−
34855号公報又は米国特許第3647963号明細書によ
り明らかであるから、ここでは詳細な説明を省略
する。 導線３および導線４は、第１、第２の導線１，
２の間隔（ｐ／２）と異つた間隔（ｑ／２）で等
間隔に平行に配列され、かつ、その両端部がそれ
ぞれ接続されることにより蛇行する形状に形成さ
れることは導線１，２の場合と同じである。導線
３と導線４とは互いに間隔の半分（ｑ／４）だけ
ずれて配置されている。このことが、導線１と導
線２との関係と同じに出力信号の電気角にすれば
π／４の位相差をもつことになる。 ここで、実線で描いた導線１と導線３とを比較
すると、導線１が全長ｌを５ピツチで等分割して
いるのに対し、導線３は４ピツチで等分割してい
る。即ち、ｌ＝5p＝4qという関係である。一般
に、導体のピツチ数をｎとすると、 ｌ＝np＝（ｎ−１）ｑ の関係にある。 励磁装置１０に励磁信号E₁＝A₁cosωtを印加す
ると、導線１の出力端子１１，１１′間および導
線２の出力端子１２，１２′間には第２図Ａに示
す如く、それぞれ、 E₁₁＝A₂cos（2π・ｒ／ｐ）cosωt E₁₂＝A₂sin（2π・ｒ／ｐ）cosωt なる出力信号が発生する。ここで、ｒは導線５の
ピツチ数を数える基準位置Ｒから励磁装置までの
長さである。信号E₁₁を時間ｔで積分した信号を
E₁₁′とすると、 E₁₁′＝∫E₁₁dt ＝A₂cos（2π・ｒ／ｐ）sinωt となる。この信号E₁₁′と信号E₁₂とを加算した信
号をE₁₀とすると、 E₁₀＝E₁₁′＋E₁₂ ＝A₂sin（ωt＋2π・ｒ／ｐ） となる。 したがつて、基準位置Ｒから励磁装置１０まで
の移動長さｒに比例する位相変調信号が信号E₁₀
により与えられる。即ち、励磁信号E₁と変調信
号E₁₀との位相（₁）を比較することにより、両
者の位相差（2π・ｒ／ｐ）から励磁装置１０の
基準位置Ｒからの変位量（ｒ＝ｐ・₁／2π）を
検出することが可能となる。 又、励磁装置１０に励磁信号E₁を印加すると
導線３の出力端子１３，１３′間および導線４の
出力端子１４，１４′間には、第２図Ｂに示す如
く、それぞれ、 E₁₃＝A₂cos（2π・ｓ／ｑ）cosωt E₁₄＝A₂sin（2π・ｓ／ｑ）cosωt なる信号が発生する。ここで、ｓは導線３のピツ
チ数を数える基準位置Ｓから励磁装置１０までの
長さである。信号E₁₃を時間ｔで積分した信号を
E₁₃′とすると、 E₁₃′＝A₂cos（2π・ｓ／ｑ）sinωt となる。この信号E₁₃′と信号E₁₄とを加算した信
号をE₁₅とすると、 E₁₅＝E₁₃′＋E₁₄ ＝A₂sin（ωt＋2π・ｓ／ｑ） となる。 したがつて、基準位置Ｓから励磁装置１０まで
の移動長さｓに比例する位相変調信号が信号E₁₅
により与えられるから、励磁信号E₁と変調信号
E₁₅との位相（₂）とを比較することにより、両
者の位相差（2π・ｓ／ｑ）から変位量（ｓ＝
ｑ・₂／2π）を検出することができる。 ここで、前述の如く、導線を平行に並べた方向
の全長ｌはｌ＝np＝（ｎ−１）ｑの関係に置かれ
ているから、ピツチｑはｑ＝ｌ／（ｎ−１）であ
る。２種類の長さｐとｑとの差は ｑ−ｐ＝ｌ／（ｎ−１） −ｌ／ｎ＝ｌ／ｎ・
（ｎ−１）となるから、第１図に示したように導
線１の２番目のピツチ範囲内における長さｓとｒ
との差はｌ／ｎ・（ｎ−１）、ｍ番目のピツチ範囲
内においては（ｍ−１）・ｌ／ｎ・（ｎ−１）とな
る。したがつて、長さｒとｓとを検出して比較す
ることにより、励磁装置１０が導線１の何番目の
ピツチに存在するかを判別することができる。即
ち、励磁装置１０が導線１の基準線Ｕから距離Ｘ
だけ離れたＶの位置（ｍ番目のピツチの範囲内）
に置かれていたとすればＸ＝（ｍ−１）ｐ＋ｒが
励磁装置１０の位置を示す。 これまでの説明はＸ座標の検出についてのみ述
べたが、Ｙ座標についても同様の原理で座標値を
検出することができる。Ｙ座標を検出するための
導線の配置はＸ座標検出用導線１，２，３，４と
は直交させる必要がある。 第３図は、このような導線を施したベースを示
すもので、１５は第１のＸ軸ベース、１６は第２
のＸ軸ベースであり、それぞれ絶縁物から成る基
板上に導線１，２，３，４が配線されている。導
線は基板の表面に又は内在させることができ、プ
リント配線技術により形成されることおよび基板
の中に埋設されることができる。さらに、このベ
ースは第１のベースと第２のベースを接着し一体
に形成することや１枚の基板の片面又は両面に積
層することによつても作成することができる。 第４図は前述の原理を用いて座標値を検出する
ための回路のブロツク図である。 図で、１７は高周波のクロツク発信器、１８は
クロツク発信器１７からのクロツク信号を所定の
周波数に分周する分周器である。分周器１８から
は、周波数f₁，f₂，f₃の３種類のクロツク信号が
出力される。周波数f₃のクロツク信号はフイルタ
１９を介して励磁装置１０に印加される。周波数
f₁および周波数f₂のクロツク信号は切換装置２０
を経て後述する比較器２８に供給される。２１は
第１のＸ軸ベース、第２のＸ軸ベース、第１のＹ
軸ベース、第２のＹ軸ベースを重ね合せて構成す
るタブレツトで、Ｘ軸出力端子２１ａ、Ｙ軸出力
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又は増幅器２
４との接続関係を切換える時分割切換回路であ
る。２３，２４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波
形変換器で、矩形波信号は分周器１８の出力と共
に比較器２８に印加される。比較器２８では分周
器１８からの基準信号（矩形波f₃）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。この検出信号
は位相差がパルス数に変換された信号形態を有す
る。２９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込んでタブレツト２１上に
置かれた励磁装置１０の座標値を演算する。 第５図は第４図のブロツク図の具体的回路構成
を示すものである。第５図において、第４図と同
一部分には同一符号が付されている。 切換回路２２は２個の時分割切換回路３０ａ，
３０ｂから成り、その出力信号は変圧器３１，３
２を介して演算増幅器３３，３４へ印加される。
２５は積分用コンデンサである。３５，３６は演
算増幅器、３７，３８はコンデンサ、３９，４
０，４１，４２，４３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。４６はフリツプフロツプ
である。フリツプフロツプ４６は分周器１８から
の周波数f₃の矩形波信号によりセツトされ、波形
変換器２７からの信号によりリセツトされる。４
７はカウンタで、フリツプフロツプ４６の出力、
即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分周器１８からの高い
周波数のクロツク信号により内挿する（計数す
る）。この計数は次のようにして行われる。フリ
ツプフロツプ４６への波形変換器２７からのリセ
ツト信号が、ピツチｐを有する導線１，２の信号
を処理したものであれば、カウンタ４７へ内挿さ
れるクロツク信号の周波数はf₁であり、ピツチｑ
を有する導線３，４の信号を処理したものであれ
ば、カウンタ４７へ内挿されるクロツク信号の周
波数はf₂である。そして、この内挿するクロツク
信号の切換は、処理装置２９からの切換信号によ
り切換動作を行う切換装置２０により行われる。
なお、後述するように、周波数f₁，f₂はピツチ
ｐ，ｑに対してf₂／f₁＝ｑ／ｐになるように選定
されている。以上の構成において、比較器２８は
Ｄフリツプフロツプ等で構成するラツチ回路でも
よく、波形変換器２７の出力により分周器１８か
らの出力（f₃）をラツチするようにしても両信号
の位相差を検出することができる。この検出方法
は分周器１８の出力（f₃）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２９においては、演算式を用いて
励磁装置１０の位置を演算する。 ここで、下記の具体的数値例に基づいてデータ
処理装置２９の動作を説明する。

【表】 なお、Ｘ軸ベース、Ｙ軸ベース共に同一作用の
ため、以下、Ｘ軸ベースについて説明する。 第１、第２の電気導体線、即ち導線１，２のカ
ウンタを1000進カウンタとしたので、導線１，２
についての１パルス当りの分解能はピツチが20mm
であるから20／1000＝0.02mmである。今、第３、
第４の電気導体線、即ち導線３，４についての分
解能を導線１，２と等しくなるようにするには、
カウンタを25／0.02＝1250、つまり1250進カウン
タとすればよい。そこで、励磁装置１０の位置Ｘ
に対するカウンタの内容（パルス数Ｆ）を表すと
第６図のようになる。図でJ₁，J₂，J₃，J₄，J₅は
１ピツチ毎の導線１（間隔20mm）の位置、K₁，
K₂，K₃，K₄は１ピツチ毎の導線３（間隔25mm）
の位置であり、位置J₁〜J₅におけるパルス数Ｆは
前述のように1000、位置K₁〜K₄におけるパルス
数Ｆは1250である。励磁装置１０が第１図、第２
図および第６図に示すように点ａに置かれると、
その励磁信号はタブレツト２１のＸ軸のベースに
同じ周波数の交番信号（以下、搬送信号と総称す
る。）を誘起する。この搬送信号は、励磁装置１
０の置かれた位置に応じて振幅変調される。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E₁₁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E₁₂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E₁₀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E₁₀は波形変換器２７で波
形変換された後比較器２８に印加され、分周器１
８からの基準矩形波信号（周波数f₃）と位相を比
較され、位相差に応じたパルス数F₁（このとき用
いられるクロツクパルスの周波数は導線１，２の
ピツチ数ｐに応じた周波数f₁である。）のデータ
信号E₂₀に変換される。このデータ信号E₂₀のパル
ス数F₁は第１図、第２図および第６図の位置ａ
に励磁装置１０が置かれた場合の基準位置Ｒから
の変位量ｒに対応する。 同様に、切換回路２２は次のタイミングで導線
３からの出力E₁₃を増幅器２３を介して積分器２
５で積分して加算器２６に入力し、次に導線４か
らの出力E₁₄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E₁₅は波
形変換器２７で波形変換された後比較器２８に印
加され、分周器１８からの基準矩形波信号（周波
数f₃）と位相を比較され、位相差に応じたパルス
数F₂（このとき用いられるクロツクパルスの周波
数は導線３，４のピツチ数ｑに応じた周波数f₂で
ある。）のデータ信号E₃₀に変換される。このデー
タ信号E₃₀のパルス数F₂は励磁装置１０が置かれ
た位置ａの、基準位置Ｓからの変位量ｓに対応す
る。 データ演算装置２８においては、時分割により
入力されるデータ信号E₂₀，E₃₀およびピツチ数ｍ
との関係から励磁装置１０の位置Ｘを演算する。
比較器２８からのデータ信号E₂₀のパルス数F₁は
位置Ｘの変化に従い、パルス数０〜999の間で周
期性を有し、基準となる導線１のところで最大パ
ルス数から最小パルス数への不連続点を有する。
一方、データ信号E₃₀のパルス数F₂は位置Ｘの変
化に従い、パルス数０〜1249の間で周期性を有
し、基準となる導線３のところで最大パルス数か
ら最小パルス数への不連続点を有する。 ここで、励磁装置１０が置かれた位置ａが導線
１又は導線３の第何番目のピツチにあるか（ピツ
チ数）をみるため、ΔF＝F₁−F₂なるΔFを求める
と下記表のようになる。

【表】 これを第６図の位置Ｘに合致させて図示すると
第７図のようになる。励磁装置１０が第６図の位
置ａに置された場合、パルス数F₁は550（第６図
の点J_a）、パルス数F₂は300（点K_a）であるから、
ΔF＝550−300＝250となり、前記表から位置ａが
位置K₁〜J₂にあることが判る。したがつて、導
線１を基準にしたときの励磁装置１０の位置ａは
第２番目のピツチに存在していることとなる。こ
の場合、位置ａの座標Ｘは Ｘ＝｛（ｍ−１）・Ｆ＋F₁｝・Ｇ ＝｛（２−１）・1000＋550｝×0.02 ＝1550×0.02＝31 なお、ｍはピツチ数で２、Ｆは歩進パルス数で
1000、F₁は位相差に対応するパルス数で550、Ｇ
は１パルス当りの分解能で0.02である。したがつ
て、励磁装置１０の位置ａは31mmである。 又、導線３を基準にすると、ピツチ数ｍは前記
の表により２、パルス数Ｆは1250、パルス数F₁
は300であるから、 Ｘ＝｛（２−１）・1250＋300｝×0.02＝31 となり、全く同じ値が得られる。 このように、本実施例では、従来の座標検出装
置のように座標域の検出にスキヤンニングを行う
必要はなく、簡単な演算を行うのみで励磁装置の
座標を検出することができる。 以上述べたように、本発明では、第１のピツチ
で配列された導線を有する第１のベースと、第２
のピツチで配列された導線を有する第２のベース
を設け、各ベースで得られる位相差をそのピツチ
に応じた周波数に基づいてパルス数に変換するよ
うにしたので、スキヤンニングのための複雑な構
成を必要とせず、簡単な構成で励磁装置の絶対座
標を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明の実施例に係る座標検出
装置の電気導体線の配列図、第２図Ａ，Ｂは第１
図に示す各電気導体線に生じる信号の変化を示す
波形図、第３図は第１図に示す各電気導体線を配
列したタブレツトの一部破断斜視図、第４図は本
発明の実施例に係る座標検出装置の回路構成のブ
ロツク図、第５図は第４図に示すブロツク図の具
体的回路図、第６図は励磁装置の位置と第５図に
示される回路におけるカウンタの内容との関連を
示すグラフ、第７図は第６図における２つの曲線
の差を示すグラフである。 １，２，３，４……電気導体線、１７……クロ
ツク、１８……分周器、１９……フイルタ、２０
……切換装置、２２……時分割切換装置、２３，
２４……増幅器、２５……積分器、２６……加算
器、２７……波形変換器、２８……比較器、２９
……データ処理装置、４６……フリツプフロツ
プ、４７……カウンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発振回路と、この発振回路からの基準信号に
   より励磁される励磁装置と、この励磁装置のＸ座
   標とＹ座標を連続した電気角で検出する第１のピ
   ツチで配列された第１の電気導体線と第２の電気
   導体線を有する第１のＸ軸ベースおよび第１のＹ
   軸ベースと、前記第１のピツチと異る第２のピツ
   チで配列された第３の電気導体線と第４の電気導
   体線を有する第２のＸ軸ベースおよび第２のＹ軸
   ベースと、前記各電気導体線の信号を順次切換え
   る切換回路と、前記各ベースにおける一方の電気
   導体線からの信号を積分する積分器と、この積分
   器からの出力信号と前記各ベースにおける他方の
   電気導体線の信号とを加算する加算器と、この加
   算器の出力と前記基準信号とを比較して、両者の
   位相差を、比較した信号に関与した電気導体線の
   ピツチに応じた周波数に基づいてパルス数に変換
   して出力する比較器と、この比較器からの出力信
   号により前記励磁装置の位置を演算するデータ処
   理装置とから成ることを特徴とする座標検出装
   置。