JPH0210968B2 - - Google Patents

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JPH0210968B2
JPH0210968B2 JP59149053A JP14905384A JPH0210968B2 JP H0210968 B2 JPH0210968 B2 JP H0210968B2 JP 59149053 A JP59149053 A JP 59149053A JP 14905384 A JP14905384 A JP 14905384A JP H0210968 B2 JPH0210968 B2 JP H0210968B2
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Yoshinori Taguchi
Tsugunari Yamanami
Yasuhiro Fukuzaki
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Wakomu KK
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は任意の指示位置の座標値を簡易かつ正
確に検出し得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、その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
や、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等があつた。
(発明が解決しようとする問題点) 前者の装置は位置検出精度が比較的良好である
が他の機器からの誘導を受けやすく誤動作した
り、逆にノイズの発生源となる恐れがあり、また
後者の装置は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、かつ駆動線と検出線の交
点の真上の位置検出が困難であり、更にこれらの
装置では位置指示ペンを磁歪伝達媒体や検出線等
に極く接近させなければ位置検出の精度が極端に
低下したり、または検出不能となるため入力板面
上の高さ方向を含めた、いわゆる3次元的な位置
検出ができないという問題点があつた。
本発明は前述したような従来の問題点を解決
し、位置指定用磁気発生器がどこにも接続されず
操作性がよく、しかも外部からの誘導ノイズ等に
強い高精度な位置検出装置、並びにこれに加えて
X方向及びY方向の座標値とともにZ方向の座標
値を検出し得る位置検出装置を提供することを目
的とするものである。
(発明の構成) 本発明は前記問題点を解決するため、平板状の
磁性体11か又は、複数の長尺の磁性体片を互い
にほぼ平行に配列してなる磁性体片群2組を互い
に直角方向に重ね合わせて構成した磁性体16の
上下両面を一連に覆う如くX方向及びY方向に
各々、励磁線122a〜122i及び132a〜
132iと検出線123a〜123h及び133
a〜133hとを交互に配設してなるタブレツト
部10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20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31,32
と、前記磁性体11あるいは16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40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し、またはこれに加えて
X方向及びY方向の各誘導電圧のうちで最も大き
な電圧値を、予め設定した少なくとも1つの閾値
と比較することにより、前記位置指定用磁気発生
器による指定位置のZ方向の座標値を求める処理
装置50とを具備したことを特徴とするものであ
る。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例の要部構成を示すも
ので、図中、10はタブレツト部、20は駆動電
流源、31,32は信号選択手段、例えばマルチ
プレクサ、40は位置指定用磁気発生器、例えば
棒磁石、50は処理装置である。
タブレツト部10は、平板状の磁性体11とX
方向導体部12とY方向導体部13とからなつて
いる。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
0.2Oe、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
薄いものを作れるので、これをそのまま適用して
もよい。
X方向導体部12は、銅線のような線状導体を
多数平行にプラスチツクフイルム121等でラミ
ネートしたものからなつており、該線状導体が励
磁線122a〜122iと検出線123a〜12
3hを構成する如くなつている。このX方向導体
部12は長手方向の略中央付近で二つ折りにさ
れ、その間に前記磁性体11が収納される如くな
つている。X方向導体部12の磁性体11の下面
11bの下に位置する部分12b側の各励磁線1
22a,122b,122c,122d,122
e,122f,122g,122hの一端は、磁
性体11の上面11aの上に位置する部分12a
側の励磁線122b,122c,122d,12
2e,122f,122g,122h,122i
の一端にそれぞれ接続され、即ち励磁線122a
〜122iは直列に接続され、励磁線122aの
他端と励磁線122iの他端は駆動電流源20に
接続される。また、各励磁線122a〜122i
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。部
分12a側の各検出線123a〜123hの一端
はそれぞれマルチプレクサ31に接続され、部分
12b側の一端は共通に接地される。また、各検
出線123a〜123hはそれぞれ励磁線122
a〜122iのそれぞれの間に互いに平行に配置
されている。
Y方向導体部13は、プラスチツクフイルム1
31と励磁線132a〜132iと検出線133
a〜133hとからなつており、その細部の構造
はX方向導体部12と同様である。第2図に示す
ように、Y方向導体部13の磁性体11の上面1
1aの上に位置する部分13aはX方向導体部1
2の部分12aの上に、またY方向導体部13の
磁性体11の下面11bの下に位置する部分13
bはX方向導体部12の部分12bの上になる如
く配置される。また各励磁線132a〜132i
は駆動電流源20に接続され、各検出線133a
〜133hはマルチプレクサ32に接続される。
なお、X方向導体部12とY方向導体部13との
配置は、部分13aの上に部分12aが位置し、
部分13bの上に部分12bが位置する如くなし
ても良い。また、これらタブレツト部10は、外
部からの誘導やノイズの発散を防ぐため、第3図
に示すように非磁性の金属、例えばアルミ板14
でその上部を覆う如くなしても良い。なお、15
は合成樹脂等からなる保持板である。
駆動電流源20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122a〜122i及
び132a〜132iに送出する。また、マルチ
プレクサ31,32は処理装置50からの制御信
号に従つて検出線123a〜123h及び133
a〜133hの出力信号を処理装置50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123a〜1
23h及び133a〜133hには前記励磁線1
22a〜122i及び132a〜132i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を介して行な
われるため、磁性体11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4
図に示すように所定量の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
てこの場合は、磁性体11に前記所定量程度の磁
気バイアスを加えると、励磁線122a〜122
i,132a〜132iから検出線123a〜1
23h,133a〜133hへ誘起する電圧が大
きくなる。
今、第1図において位置指定用棒磁石40がN
極を下にして検出線123aからX方向の距離
xs、また検出線133aからY方向の距離ysだけ
隔てたY方向導体部13の位置A(Z方向の距離
は0とする。)上にあり、前記所定量程度の磁気
バイアスを磁性体11に加えているものとする。
この時、X方向の検出線123a〜123hに
は第5図に示すような誘導電圧V1〜V8が発生す
る。第5図において、横軸は検出線123a〜1
23h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3
1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50で演算して求め
れば、棒磁石40のX座標値xsを求めることがで
きる。
座標値xsを求める算出方法の一つとして、第5
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123a〜123hの間隔
をΔxとし、第5図において座標x3から座標x5
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−xs2+b …(1) V4=a(x4−xs2+b …(2) V5=a(x5−xs2+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、 xs=x3+Δx/2{(3V3−4V4+V5) /(V3−2V4+V5)} …(6) となる。従つて、検出線123c,123d,1
23eに誘起する電圧V3,V4,V5、及び検出線
123cの座標値x3(既知)から処理装置50で
(6)式の演算を行なうことにより棒磁石40のX座
標値を算出できる。また、棒磁石40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133a〜133hにも
第5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ysを求めることができ
る。
また、前述したように位置指定するためには磁
性体11に局部的に数0e程度の磁気バイアスを与
えるのみで良いから、位置指定用棒磁石40を磁
性体11よりZ方向に多少離隔させて用いること
もできる。ここで、位置指定用棒磁石40のN極
側の一端より磁性体11に加わる磁気バイアス量
(即ち、磁界強さ)は該磁性体11と棒磁石40
の一端との間の距離、即ちZ方向の距離の2乗に
反比例する。従つて、位置指定用棒磁石40のZ
方向の距離を0とした時、例えば第6図に示すよ
うにタブレツト部10の上部に通常形成される入
力面70上に棒磁石40の一端が接した時に、該
棒磁石40より磁性体11に加えられる磁気バイ
アスが前記透磁率を最大とする値になるよう棒磁
石40の磁界強さを設定すれば、該棒磁石40の
Z方向の距離の略2乗に反比例して透磁率が減少
し、検出線123a〜123h,133a〜13
3hへの誘導電圧が減少する。第5図において、
V3〜V5は棒磁石40のN極側の一端を前記位置
A上でZ方向にわずかの距離(5mm程度)をおい
て保持した場合の誘導電圧を示すものである。
指示位置における誘導電圧値Vsは磁性体11
の透磁率の変化特性、棒磁石40の磁界強さ及び
Z方向の距離で決まるから、該電圧Vsがわかれ
ば棒磁石40のZ方向の距離(位置)を算出する
ことができる。しかしながら、実際には該電圧
Vsを電圧V3〜V5より式を用いて算出することが
困難であるので、棒磁石40のZ方向の正確な距
離を知ることはできない。そこで電圧Vsの代り
に指示位置に最も近い検出線の電圧、即ち誘導電
圧V1〜V8の中で最も大きな電圧値(第5図の例
ではV4)を取り出し、これを予めいくつか設定
した閾値電圧VTと比較し、その結果より棒磁石
40のZ方向のおおよその距離を求めることがで
きる。なお、棒磁石40の指示位置が各検出線の
中間付近に位置する場合と各検出線付近に位置す
る場合とでは、Z方向の距離が同一でも前記最も
大きな誘導電圧の電圧値にかなりの相違が生じる
ことになるが、予めその差を考慮して閾値を設定
しておくこともでき、また検出線及び励磁線の本
数を増し間隔を詰めて差を少なくすることもでき
る。
第7図は駆動電流源20の具体例を示すもので
ある。同図において、21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22はパワー
ドライバであり、オペアンプと電流増幅器とから
なつており、前記正弦波信号を電流増幅して励磁
線122a〜122i,132a〜132iへ送
出する。
第8図は位置指定用磁気発生器40の具体例を
示す断面図、第9図はその電気回路図である。同
図において、41は合成樹脂等からなるペン状の
容器であり、その一端には同じく合成樹脂等から
なる先端先細状の中空スライド管42が軸方向に
摺動自在に収容されている。また、43は前記ス
ライド管42内に収納される如く容器41の一端
に取り付けられた棒磁石である。また、44は容
器41の側面より操作可能な位置に取り付けられ
た操作スイツチであり、45は超音波信号の送信
機、46は超音波の送波器で、電池47とともに
容器41内の適所に収納されている。前記容器4
1を保持し中空スライド管42の先端を入力面に
接触させ位置指定し、スイツチ44を操作すれ
ば、送信機45内の発振回路45a及び増幅器4
5bが動作し、送波器46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。この時、容器41を入力
面に対して強く押し付けると、スライド管42が
容器41内にスライドし棒磁石43の先端が入力
面に近接し、また逆に軽く押し付けるとスライド
管42がスプリング48の弾撥力により突出した
ままとなり棒磁石43の先端が入力面より離れる
ことになり、従つて棒磁石43のZ方向の指示位
置を容易に変えることができる。
第10図は処理装置50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46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51で受波され、
更に受信器52で増幅・波形整形されて入力バツ
フア53に送出される。演算処理装置54は入力
バツフア53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55を介し
て切換回路56及びマルチプレクサ31へ制御信
号を送り、X方向の検出線123a〜123hの
誘導電圧を増幅器57へ順次入力する。前記各誘
導電圧は増幅器57で増幅され検波器58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59にてデイジタル値に
変換され入力バツフア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では前記各
誘導電圧(デイジタル値)をメモリ60に一時記
憶し、これらの中より最大の電圧値を有する誘導
電圧Vk(k=1、2…8)を検出する。更に演算
処理回路54はメモリ60内より前記誘導電圧
Vkとその前後の誘導電圧Vk-1,Vk+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。また一方、前記最大の誘導電圧Vkと予
め閾値メモリ61内に記憶させた所定の閾値電圧
VTとを比較し、棒磁石40のZ座標値を求める。
次に演算処理回路54は出力バツフア55を介
して切換回路56及びマルチプレクサ32に制御
信号を送り、Y方向の検出線133a〜133h
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、
Y及びZの座標値は出力バツフア62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63を介してアナログ信号に変
換され処理される。前記Z座標値は立体物(但
し、高さの極く低いものに限る。)を入力面上に
載置してその形状を入力する場合の他、入力図形
の線の太さのパラメータ等として用いることもで
きる。なお、Y方向の誘導電圧よりZ座標値を求
めることができるのはいうまでもない。
また、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
により確かめられている。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。
前記実施例において、測定開始を示す信号を位
置指定用磁気発生器40から処理装置50まで超
音波信号を用いて伝送したのは、位置指定用磁気
発生器40をコードレスとし操作性を良くするた
めであつて、コードを用いて電気信号のまま伝送
しても良いことはいうまでもない。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54に認識させる為のものであるか
ら特に磁気発生器40より送ることを要するもの
ではなく、処理装置50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。
第11図は本発明の磁性体の別の実施例を示す
ものである。同図において、16は磁性体であつ
て、例えば直径が0.13mmのアモルフアスワイヤ
(磁性体片)161を複数本、所定間隔(1〜2
mm)をおいて互いにほぼ平行に配列し、これ(磁
性体片群)をプラスチツクフイルム162等でラ
ミネートしたシート163を2枚、そのワイヤが
X方向及びY方向に沿つて互いに直交する如く重
ね合わせてなつており、より検出精度を上げるこ
とができる。
(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
磁性体か又は、複数の長尺の磁性体片を互いにほ
ぼ平行に配列してなる磁性体片群2組を互いに直
角方向に重ね合わせて構成した磁性体の上下両面
を一連に覆う如くX方向及びY方向に各々、励磁
線と検出線とを交互に配設してなるタブレツト部
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、前記磁性体に局部
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、
X方向及びY方向の励磁線並びに検出線を共通の
磁性体の周囲に配設したため、X方向及びY方向
の励磁線並びに検出線と位置指定用磁気発生器と
の間の距離がほぼ同一となり、その検出出力がX
方向及びY方向でほぼ同一となり、従つて、検出
精度が向上し、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。
また、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とともに、
X方向またはY方向の各誘導電圧のうちで最も大
きな電圧値を、予め設定した少なくとも1つの閾
値と比較することにより、位置指定用磁気発生器
による指定位置のZ方向の座標値を求める処理装
置を具備したものによれば、前述した効果に加え
てX方向及びY方向のいわゆる2次元の座標値と
ともにこれらに直交するZ方向の座標値を入力す
ることができ、立体物の形状を直接入力したり、
2次元の座標値以外のパラメータを位置指定とと
もに変化させることが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図はタブレツト部のY方向の励磁線に沿う断面
図、第3図はタブレツト部にアルミ板による覆い
を取りつけた状態を示す一部切欠斜視図、第4図
は磁気バイアス対透磁率の特性図、第5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6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7図は駆
動電流源の具体例を示す電気回路図、第8図は位
置指定用磁気発生器の具体例を示す断面図、第9
図はその電気回路図、第10図は処理装置の具体
的構成を示す回路ブロツク図、第11図は磁性体
の別の実施例を示す一部切欠斜視図である。 10……タブレツト部、20……駆動電流源、
31,32……マルチプレクサ、40……位置指
定用磁気発生器、50……処理装置、11,16
……磁性体、122a〜122i,132a〜1
32i……励磁線、123a〜123h,133
a〜133h……検出線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 平板状の磁性体か又は、複数の長尺の磁性体
    片を互いにほぼ平行に配列してなる磁性体片群2
    組を互いに直角方向に重ね合わせて構成した磁性
    体の上下両面を一連に覆う如くX方向及びY方向
    に各々、励磁線と検出線とを交互に配設してなる
    タブレツト部と、 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、 前記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。 2 タブレツト部の周囲を非磁性金属で覆うよう
    になしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の位置検出装置。 3 平板状の磁性体か又は、複数の長尺の磁性体
    片を互いにほぼ平行に配列してなる磁性体片群2
    組を互いに直角方向に重ね合わせて構成した磁性
    体の上下両面を一連に覆う如くX方向及びY方向
    に各々、励磁線と検出線とを交互に配設してなる
    タブレツト部と、 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、 前記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
    算出するとともに、X方向またはY方向の各誘導
    電圧のうちで最も大きな電圧値を、予め設定した
    少なくとも1つの閾値と比較することにより、前
    記位置指定用磁気発生器による指定位置のZ方向
    の座標値を求め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。 4 タブレツト部の周囲を非磁性金属で覆うよう
    になしたことを特徴とする特許請求の範囲第3項
    記載の位置検出装置。
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