JPH0210443B2

JPH0210443B2 -

Info

Publication number: JPH0210443B2
Application number: JP59088176A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Taguchi; Tsugunari Yamanami
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1984-05-01
Publication date: 1990-03-08
Also published as: JPS60231231A

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）従来の位置検出装置としては、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
ルに前記磁歪振動波に基づく誘導電圧を検出する
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算出する如くなしたものがあ
つた。こ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て垂直に保持し、かつ
かなり近持させて指示しなければならない等の問
題点があつた。

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、フエライトのような磁
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つた。この装置では位置
指示ペンをコードレスとすることができるが、座
標位置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、従つ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真上の位
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つた。

（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課題としている。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す一部切欠分解
斜視図である。同図において、１０はＸ方向位置
検出部、２０はＹ方向位置検出部、３０は駆動電
流源、４１，４２は信号選択手段，例えばマルチ
プレクサ、５０は位置指定用磁気発生器，例えば
棒磁石、６０は処理装置である。

Ｘ方向位置検出部１０は平板状の磁性体１１と
励磁線１２ａ〜１２ｉと検出線１３ａ〜１３ｈと
絶縁シート１４，１５とからなつている。磁性体
１１は絶縁シート１４，１５間に挾まれている。
また、磁性体１１としては磁石を接近させても磁
化され難く、即ち保持力が小さく且つ透磁率
（μ）の高い材料、例えばアモルフアス合金、パ
ーマロイ合金等が好ましい。アモルフアス合金と
しては、例えばFe₇₉B₁₆Si₅（原子％）（保持力
0.2e、透磁率（μ）＝14000）等が使用できる。ま
た、磁性体１１は平板（シート）状であるが、ア
モルフアス合金は製造上、厚さが20〜50μｍの簿
いものを作れるので、これをそのまま適用しても
よい。また、長尺の磁性体、例えば断面長方形の
簿帯状か断面円形の線状のアモルフアス合金を多
数互いにかつ密接させてシート状となしたものを
用いることもできる。なお、この場合は各磁性体
の長手方向と位置検出方向（ここではＸ方向）と
が一致するように配置した方が良い結果が得られ
る。

各励磁線１２ａ〜１２ｉは、絶縁シート１４の
上面に配設された部分（以下、上半部と称す。）
と絶縁シート１５の下面に配設された部分（以
下、下半部と称す。）とが、それらの一端でそれ
ぞれ連続してなつており、励磁線１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，
１２ｈの下半部の他端と、励磁線１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，
１２ｉの上半部の他端とがそれぞれ接続され、即
ち励磁線１２ａ〜１２ｉは直列に接続され、励磁
線１２ａの上半部の他端と励磁線１２ｉの下半部
の他端は駆動電流源３０に接続される。また、各
励磁線１２ａ〜１２ｉはＸ方向と直交する方向、
即ちＹ方向に沿つて所定間隔をおいて互いに平行
に配置されている。

各検出線１３ａ〜１３ｈは、絶縁シート１４の
上面に配設された部分（以下、上半部と称す。）
と絶縁シート１５の下面に配設された部分（以
下、下半部と称す。）とが、それらの一端でそれ
ぞれ連続してなつており、検出線１３ａ〜１３ｈ
の上半部の他端はそれぞれマルチプレクサ４１に
接続され、検出線１３ａ〜１３ｈの下半部の他端
は共通に接地される。また、各検出線１３ａ〜１
３ｈはそれぞれ励磁線１２ａ〜１２ｉのそれぞれ
の間に互いに平行に配置されている。

Ｙ方向位置検出部２０は平板状の磁性体２１と
励磁線２２ａ〜２２ｉと検出線２３ａ〜２３ｈと
絶縁シート２４，２５とからなつており、その細
部の構造はＸ方向位置検出部１０と同様である。
Ｙ方向位置検出部２０はＸ方向位置検出部１０の
下部に、図示しない絶縁シート等を介して、励磁
線及び検出線が互いに直交する如くできるだけ近
接して重ね合わされる（但し、図面では構造をわ
かりやすくするため、Ｘ方向位置検出部１０とＹ
方向位置検出部２０とは離して描いている。）。ま
た各励磁線２２ａ〜２２ｉは駆動電流源３０に接
続され、各検出線２３ａ〜２３ｈはマルチプレク
サ４２に接続される。

駆動電流源３０は所定周期の交番電流（ここで
いう交番電流とは正弦波、短形波、三角波等の全
てを含む）を常時、励磁線１２ａ〜１２ｉ及び２
２ａ〜２２ｉに送出する。また、マルチプレクサ
４１，４２は処理装置６０からの制御信号に従つ
て検出線１３ａ〜１３ｈ及び２３ａ〜２３ｈの出
力信号を処理装置６０へ選択的に送出する如くな
つている。

このような構成において、検出線１３ａ〜１３
ｈ及び２３ａ〜２３ｈには前記励磁線１２ａ〜１
２ｉ及び２２ａ〜２２ｉを流れる交番電流に基づ
く電磁誘導により誘導電圧が発生する。この電磁
誘導は磁性体１１及び２１を介して行なわれるた
め、磁性体１１及び２１の透磁率が大きい程、前
記誘導電圧の電圧値は大きくなる。ところで、磁
性体１１及び２１の透磁率は外部から加わる磁気
バイアスによつて大きく変化する。その変化のよ
うすは磁性体の組成、前記交流電流の周波数、あ
るいは磁性体に熱処理を加えること等によつて異
なり、第２図に示すようにある磁気バイアスを加
えた時に最大となるように設定することができ
る。従つてこの場合、磁性体１１及び２１に磁気
バイアスを加えると、励磁線１２ａ〜１２ｉ，２
２ａ〜２２ｉから検出線１３ａ〜１３ｈ，２３ａ
〜２３ｈへ誘起する電圧も大きくなる。

今、第１図において、位置指定用棒磁石５０が
Ｎ極を下にして検出線１３ａからＸ方向の距離
X_s及び検出線２３ａからＹ方向の距離y_sだけ隔
てたＸ方向位置検出部１０の位置Ａ上にあり、透
磁率が大きくなる程度の磁気バイアスを磁性体１
１及び２１に加えているものとする。

この時、Ｘ方向の検出線１３ａ〜１３ｈには第
３図に示すような誘導電圧V₁〜V₈が発生する。
第３図において、横軸は検出線１３ａ〜１３ｈの
位置をそれぞれx₁〜x₈とするＸ方向の座標位置を
示し、縦軸は電圧値を示しているが、前記各電圧
V₁〜V₈は位置Ａ直下で最大値（極大値）となる。
前記各電圧V₁／V₈はマルチプレクサ４１より得
られるので、これらより誘起電圧が極大値となる
Ｘ座標値を処理装置６０で演算して求めれば、棒
磁石５０のＸ座標値x_sを求めることができる。

座標値x_sを求める算出方法の一つとして、第３
図における極大値付近の波形を適当な函数で近似
し、その函数の極大値の座標を求める方法があ
る。例えば、各検出線１３ａ〜１３ｈの間隔を
Δxとし、第３図において座標x₃から座標x₅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
検出線の電圧と座標値より V₃＝ａ（x₃−x_s）²＋ｂ ……(1) V₄＝ａ（x₄−x_s）²＋ｂ ……(2) V₅＝ａ（x₅−x_s）²＋ｂ ……(3) となる。ここで、ａ，ｂは定数（ａ＜０）であ
る。

また、 x₄−x₃＝Δx ……(4) x₅−x₃＝2Δx ……(5) となる。(4)，(5)式を(2)，(3)式に代入して整理する
と、 x_s＝x₃＋Δx／２（3V₃−4V₄＋V₅／V₃−2V₄＋V₅）…(6
) となる。従つて、検出線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ
に誘起する電圧V₃，V₄，V₅、及び検出線１３ｃ
の座標値x₃（既知）から処理装置６０で(6)式の演
算を行なうことにより棒磁石５０のＸ座標値を算
出できる。また、棒磁石５０をＹ軸に沿つて動か
しても同一のＸ座標値が得られる。

また、Ｙ方向の検出線２３ａ〜２３ｈにも第３
図と同様な誘導電圧が得られ、前記同様の演算処
理によつてＹ座標値y_sを求めることができる。

位置指定用棒磁石５０の先端から発せられる磁
界は、第４図に示すように該棒磁石５０の中心線
の延長上の一点ｒから発する如く近似される。従
つて磁性体１１及び２１より前記点ｒまでの距離
に相当する位置に入力面１００を形成すれば、棒
磁石が磁性体１１及び２１に対して傾いても（但
し、図示例では二点鎖線で示す磁性体１１を基準
として棒磁石５０が傾いた状態にあることを示し
ている。）磁性体の同一位置に対する磁界の方向
は変わらず、その検出位置も変わらず、従つて、
棒磁石５０の傾きに影響されず位置指定が可能と
なる。なお、実験では傾きが±30゜以内で、誤差
±0.5mm以下を達成している（入力面の高さ12
mm）。

第５図は駆動電流源３０の具体例を示すもので
ある。同図において、３１はフアンクシヨンジエ
ネレータ、例えばインターシル製IC、8038であ
り、コンデンサＣと抵抗Ｒの値で定まる所定の周
波数の正弦波信号を出力する。また３２はパワー
ドライバであり、オペアンプ電流増幅器とからな
つており、前記正弦波信号を電流増幅して励磁線
１２ａ〜１２ｉ，２２ａ〜２２ｉへ送出する。

第６図は位置指定用磁気発生器５０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、５１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５
２が軸方向に摺動自在に収容されている。また、
５３は操作スイツチで、棒磁石５２の他端に対向
して取り付けられている。また、５４は超音波信
号の送信機、５５は超音波の送波器で、電池５６
とともに容器５１内の適所に収納されている。前
記容器５１を保持しゴムカバー５７を取り付けた
棒磁石５２の先端を入力面に押し当てれば、該棒
磁石５２がスライドしてスイツチ５３がオンし、
これによつて、送信機５４内の発振回路５４ａ及
び増幅器５４ｂが動作し、送波器５５より測定開
始を示す信号，例えば所定周波数の連続パルス信
号を超音波信号に変えて発信する。

第８図は処理装置６０の具体的構成を示す回路
ブロツク図である。同図において、前述した送波
器５５より測定開始を示す超音波信号が送出され
ると、該超音波信号は受波器６１で受波され、更
に受信器６２で増幅・波形整形されて入力バツフ
ア６３に送出される。演算処理回路６４は入力バ
ツフア６３より前記測定開始信号を読み取り、測
定開始を認識すると、出力バツフア６５を介して
切換回路６６及びマルチプレクサ４１へ制御信号
を送り、Ｘ方向の検出線１３ａ〜１３ｈの誘導電
圧を増幅器６７へ順次入力する。前記各誘導電圧
は増幅器６７で増幅され検波器６８で整流されて
直流電圧に変換され、更にアナログ―デイジタル
（Ａ／Ｄ）変換器６９にてデイジタル値に変換さ
れ入力バツフア６３を介して演算処理回路６４に
送出される。演算処理回路６４では前記各誘導電
圧（デイジタル値）をメモリ７０に一時記憶し、
これらの中よりピーク付近の電圧値を検出する。
この検出方法としては、例えば各誘導電圧の大小
を順次比較し、ある電圧，仮りにV_kが直前の電
圧V_k-1より大きく、かつ次の電圧V_k+1よりも大
きい時、（V_k-1＜V_k＞V_k+1）に電圧V_kをピーク
電圧として検出することができる。演算処理回路
６４は前記電圧V_k-1，V_k，V_k+1を取り出し、こ
れらをそれぞれ前記(6)式における電圧V₃，V₄，
V₅として(6)式の演算処理を行ない、Ｘ座標値を
求める。

次に演算処理回路６４は出力バツフア６５を介
して切換回路６６及びマルチプレクサ４２に制御
信号を送り、Ｙ方向の検出線２３ａ〜２３ｈの誘
導電圧を順次入力し、前述と同様の処理を行ない
Ｙ座標値を求める。このようにして求められたデ
イジタル値のＸ及びＹ座標値は出力バツフア７１
を介してデイジタル表示器（図示せず）に送出さ
れ表示され、またはコンピユータ（図示せず）に
送出され処理されたり、あるいはデイジタル―ア
ナログ（Ｄ／Ａ）変換器７２を介してアナログ信
号に変換され処理される。

なお、実施例中の励磁線及び検出線の本数は一
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、検出線の間隔は２〜６mm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
により確められている。また、位置指定用磁気発
生器も棒磁石に限定されることはなく、板，リン
グ，角体等でもよく、あるいは電磁石でもよい。

また、前記実施例において、測定開始を示す信
号を位置指定用磁器発生器５０から処理装置６０
まで超音波信号を用いて伝送したが赤外線等の光
信号を用いても良い。また、前記測定開始を示す
信号は単に座標検出のタイミングを演算処理回路
６４に認識させる為のものであるから磁気発生器
５０より送ることを要するものではなく、処理装
置６０自体に設けたキーボードその他のスイツチ
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。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、平板状の
磁性体にその位置検出方向と直交する如く励磁線
とを交互に並設してなるＸ方向及びＹ方向位置検
出部と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各励磁線に所定
周期の交番電流を加える駆動電流源と、前記Ｘ方
向及びＹ方向の各磁性体に局部的な磁気バイアス
を加え且つどこにも接続されない位置指定用磁気
発生器と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各検出線にそ
れぞれ接続されたＸ方向及びＹ方向の信号選択手
段と、該Ｘ方向及びＹ方向の信号選択手段より取
り出される各誘導電圧から前記位置指定用磁気発
生器による指定位置のＸ方向及びＹ方向の座標値
を算出する処理装置とを具備したため、励磁線と
検出線との間の磁束変化が磁性体内でのみ行なわ
れ、その結合が密で検出電圧が大きくしかもSN
比が良く、また、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、また、位
置指定用磁気発生器は位置検出のためのタイミン
グ信号等を装置側へ送る必要がなく、装置との間
をコードレスとすることができ、コードがその疲
労により断線したり、からみついたり、じやまし
たりすることがなく、従つて、操作性が良く、位
置指定用磁気発生器を任意の位置に容易に移動さ
せることができ、また、磁性体にわずかの磁気バ
イアスを加えるのみで位置指定できるため、位置
指定用磁気発生器をタブレツトに必ずしも近接さ
せる必要はなく、数cm以上の間隔をあけても良
く、また、磁性体以外の物体を介在させても良
く、これらの場合でも高い分解能で位置検出でき
る等の効果が得られる。

【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
本発明の一実施例を示す一部切欠分解斜視図、第
２図は磁気バイアス対透磁率の特性図、第３図は
Ｘ方向の各検出線に発生する誘導電圧の一例を示
すグラフ、第４図は位置指定用棒磁石より磁性体
に印加される磁束のようすを示す説明図、第５図
は駆動電流源の具体例を示す電気回路図、第６図
は位置指定用磁気発生器の具体例を示す断面図、
第７図はその電気回路図、第８図は処理装置の具
体的構成を示す回路ブロツク図である。１０…Ｘ方向位置検出部、２０…Ｙ方向位置検
出部、３０…駆動電流源、４１，４２…マルチプ
レクサ、５０…位置指定用磁気発生器、６０…処
理装置、１１，２１…磁性体、１２ａ〜１２ｉ，
２２ａ〜２２ｉ…励磁線、１３ａ〜１３ｈ，２３
ａ〜２３ｈ…検出線。

Claims

【特許請求の範囲】１平板状の磁性体にその位置検出方向と直交す
る如く励磁線と検出線とを交互に並設してなるＸ
方向及びＹ方向位置検出部と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各励磁線に所定周期の
交番電流を加える駆動電流源と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各磁性体に局部的な磁
気バイアスを加え且つどこにも接続されない位置
指定用磁気発生器と、前記Ｘ方向及びＹ方向の各検出線にそれぞれ接
続されたＸ方向及びＹ方向の信号選択手段と、該Ｘ方向及びＹ方向の信号選択手段より取り出
される各誘導電圧から前記位置指定用磁気発生器
による指定位置のＸ方向及びＹ方向の座標値を算
出する処理装置とを具備したことを特徴とする位置検出装置。