JPH02120923A - 位置検知装置 - Google Patents

位置検知装置

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JPH02120923A
JPH02120923A JP1224302A JP22430289A JPH02120923A JP H02120923 A JPH02120923 A JP H02120923A JP 1224302 A JP1224302 A JP 1224302A JP 22430289 A JP22430289 A JP 22430289A JP H02120923 A JPH02120923 A JP H02120923A
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axis
windings
coil
winding
position sensing
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Timothy R Craig
ティモシー・リード・クレイグ
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/046—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04101—2.5D-digitiser, i.e. digitiser detecting the X/Y position of the input means, finger or stylus, also when it does not touch, but is proximate to the digitiser's interaction surface and also measures the distance of the input means within a short range in the Z direction, possibly with a separate measurement setup

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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】 発明の背景 発明の分野 この発明はデジタイザタブレット上の針の位置を決める
ために用いられるかもしれないような、物体の位置から
コンピュータデータを発生するための装置に関する。
先行技術の概要 これらのタブレット上で用いられる針は実質的にはいか
なる種類の指示装置であってもよい。これはペンのよう
な物体または鋭敏な点を示す十字線を有するすべりバッ
クのような形をとり得る。
書込タブレットからのコンピュータデータの形でｘ−ｙ
の位置情報を得るための様々な既知の方法がある。針は
能動的な受け面上で書くとき受動的であり得、（たとえ
ば抵抗性および容量性方法）、また針は受動的な面の上
で書くとき能動的であり得、（たとえば光学、音、赤外
線または電磁気的方法）または機械的リンク仕掛けが用
いられ得る（たとえば写図器）。
受動的針／能動的面の方法は、針とそれ以外の指し示さ
れた物体をたしかに区別することができないのでしばし
ば誤りを犯しやすい。この問題は読出が行なわれること
を信号で伝える、手動で操作されるスイッチを設けるこ
とによって克服され得る。通常このスイッチは針の先端
に接続され、かつ、それゆえ必然的に針と製図面とがい
くらか接触していなければならない。
能動的針／受動的面の方法は針と製図面とが直接接触し
ていなければならない必要性を回避するが、しかしもし
針から伝達された信号が検出装置（これはタブレットの
表面にすらないかもしれない）によって受けられる前に
何らかの方法で不明瞭にされるなら効果的ではない。こ
れらのすべての方法の中で、電磁誘導は、受動的技術の
欠点を回避するのみならずその伝播が大抵の介在媒体に
よる影響を比較的受けないという望ましい利点を有する
。
前述のこれらのすべての方法はデジタイザの表面の“Ｘ
”と“ｙ“軸の変位をａｌ定することのみに用いられる
。
既知のデジタイザ技術は電磁的に結合された２つのコイ
ルアレイからなる位置検知装置を用い、その１つのコイ
ルアレイは製図面内に保持されかつもう１つのコイルは
製図針内に入れられている。
もし製図面が、このような長方形のコイルの２つの組を
含み、１組の長軸が他方の組の長袖と直角をなすなら、
そのとき装置は針の先端が製図面に近いとき針の先端の
（ｘ、　　ｙ）座標を発生するために用いられｉする。
針の中に収納された特別に構成されたコイルアレイは針
の回転およびｘ−ｙ軸に沿った垂直位置からの針の傾斜
角度を表現するデータを与えるような検知装置とともに
用いられてもよい。
付勢された水平コイルはその軸が、直列に接続されかつ
対向する方向に交互に巻回されたコイルのアレイの軸に
平行になるように位置決めされる。
電圧は後者のコイル内で誘起されそれによってこれらの
コイルからの組合わされた信号の位相および振幅は、影
響を与える磁界が右巻きまたは左蓚きに巻回された受信
コイルの上にあるかどうかを反映する。この配列は添付
の図面の第１図に示される。
伝達コイルが第１図の“Ａ゛に位置決めされるとき、組
合４つされた信号の誘起された起動力は伝達コイルの起
動力と位相が一致するであろう。もし同じ伝達コイルが
コイル“Ｂ″を覆って位置決めされるなら、結果として
生じる起動力は位相を反転させる。
位置検知のこの方法は、コイルの受ける方の組のどの１
つのコイルのどちらの側でも伝達コイルの位置を反映す
るために追加の情報を必要とする。
すなわち第１図の位置″Ｘ”は位置“Ｙ”と同じ結果と
しての起動力を引き起こすであろう。　この曖昧さは第
１の組と同じ、コイルの第２の組を追加しかつそれらを
第１の組と交互に重ねることによって避けられ得る。添
付の図面の第２図を参照。
第１図のコイルの組のために発生された結果としての起
動力は、 ５ＩＮ（ｖｔ）ｓｌＮ（２πｄ／Ｐ）　　　　　　＝−
（１）の式と非常に緊密に比例することが明示され得、
それから、変位されたコイルには、“ｄ″がＰ／４によ
って変位され得ることを除いて同じ結果が得られるであ
ろう。発生された起動力（２）のための式はそれから、
およそ ５ＩＮ（ｖＬ）ＳＩＮ（２π（ｄ＋Ｐ／４）／Ｐ）−５
ＩＮ（２πｄ／Ｐ＋π／２） になり恒等式　Ｃ０３（Ａ）　−ＳＩＮ　（Ａ＋π／２
）を用いると ｅ、ｍ、ｒ　（２）　−ＳＩＮ　（ｗｔ）　Ｃ０３（２
ｚｒｄ／Ｐ）　　−（２）になる。
伝達コイルを駆動する信号は既知の位相なので受信コイ
ルの両方の組からの結果としての出力は“ｄ″のみに比
例するとみなされ得る。
このように受信コイルのピッチ“Ｐ″をさしわたるソー
スコイルの変位のＳＩＮおよびＣＯ８を示す１組の信号
が存在する。それゆえこれらの信号が、変調は厳密には
必要ではないが、適切に変１週された後、これらの信号
から“ｄ”を解明することが可能である。
検知コイルの細長いという特質は、主としてその短い軸
をさしわたす磁界の変化を検出することによって、装置
が実用的なデジタイザタブレットおよび針として動作す
ることを許容する。　この特質を有する装置は英国特許
出願番号１５３６１２３において論じられている。
この型の構造の欠点は位置上の座標の情報および針の垂
直からの傾斜角度の表示しか発生することができないと
いうことである。針の回転位置に関する情報を得ること
は不可能である。
発明の概要 この発明はこれを克服しかつ回転検知が変換器に組入れ
られることを許容することをｉ」的とする。
この発明に従うと、ここで、第２のソースコイルと第１
ソースのコイルが互いに直角になるように第１のソース
コイルをさしわたして第２のソースコイルが置かれるこ
とが提案される。別の駆動電流か第１の駆動電流と直角
位相にある新しいコイルに与えられる。コイルを互いに
直角に置くことによってそれらの間のいかなる相互誘導
をも回避する。第２のコイルはここで起動力が受信コイ
ルの組に誘起されるように正しい配向にあるが、この信
号の位相はその駆動電流の位相を反映して９０°変位さ
れるであろう。発生磁界は既に既知の形のブレーナ検出
器によって検出される。
このシステムは３６０度の回転にわたって送信器の位置
を明白に反映するという利点を有する。
おそらくはコンピュータである処理手段は、出力起動力
から必要とされるデータを発生するために供給され得る
。
この装置はまた上に述べられたように配列された巻線と
ともに作られ得るが、しかし起動力はその代わりに、デ
ジタイザタブレット内のコイルを付勢することによって
極度に発生された磁界によってコイル内に誘起される。
好ましい配列では、さらに別の巻線がその輔が自由軸と
平行するように配置されて設けられる。
このコイルの出力は線形な位置データを発生するために
用いられてもよい。
この装置の１つの配列においては、各々の巻線は単一の
連続するコイルから作られる。これは、もしコイルが互
いを介して巻回されるならコイルの理論上最適な配列が
達成され得るという１１１点を有する。
代替的に、各々の巻線は複数個の別のしかし電気的に接
続されたコイルから形成される。これは、２つのコイル
を一緒に巻回すという困難を伴なうことなくコイルの最
適に近い配列が達成され得るという利点を有する。
一般的な配列においては、巻線はしばしば製図針の彰で
手で掴める装置内に収納される。
この好ましい配列はコイル巻線の軸とキャリアの長軸と
の交点の位置が調節可能であることを許容する。これは
キャリアを垂直の方に傾けることによって引き起こされ
るエラーが最小化されることを許容する。
この処理手段は出力を処理しコンピュータデータへの変
換のために利用可能な直流成分を与える復調器および積
分器を含んでもよい。さらに別の微分手段が、出力信号
から角速度および角加速度に対する値を発生ずるために
含まれてもよい。
詳細な説明 述べられる実施例は針に組込まれるコイルの形状および
、以下のものに関して、完全なデジタイザが針の位置お
よび動きに関するデータを発生するような既知のデジタ
イザタブレット技術とともに用いられる信号処理の方法
である。
ａ）　　受（Ｘコイルアレイを含む製図面上の針の先端
の絶対的座標（ｘ、　　ｙ）　　；ｂ）　針の絶対的な
軸の回転； Ｃ）　受信コイルアレイの平面に垂直な線からの針の傾
斜。
第３図において、信号発生器２０は直角位相の２つの交
流波形を生み出す。これらは電子スイッチ２２を介して
針２４に送られる。針２４内のコイルはタブレット２６
内のコイル１２内に起動力を誘起する磁界を発生する。
これらの起動力は増幅器２８およびその後アナログ−デ
ィジタル変換器３０に送られる。ディジタル信号はそれ
から必要とされる出力信号を発生するディジタル信号プ
ロセッサ３２によって処理される。ディジタル信号プロ
セッサはまた信号発生器２０から位相基阜信号を受けか
つ電子スイッチを制御することができる。
針２４は、各々のコイルユニットを交流電流で逐次的に
能動化することによって受信コイル内の起動力を誘起す
るように、特定的な形状でコイルユニット１０．１４お
よび１６のアレイ１７を含む。コイルの好ましい配列は
第８図に示され後で述べられる。第４図はこのアレイが
デジタイザ針２４にとのようにして組込まれるかを示す
。ここで、回転データ伝達巻線１０および１４．および
位置データ伝達巻線１６は針の本体に据付けられる。巻
線のこの配列は第８図に示されるものと緊密に対応する
ことがわかるであろう。
タブレットコイル］２からの受けられた信号は位相およ
び振幅情報を含みかつコンピュータに生データを与える
ために用いられそこから針の位置、回転および傾斜のＡ
ｐｊ定か引き出され（する。この実施例がここで、伝達
コイルの複雑な形状が、既に存在するデジタイザ技術を
用いてそれ自身の回転を検出することが可能になるよう
に、どのようにして構成されるかを示しながら述べられ
るであろう。第１図において述べられる技術は垂直に配
向されて示されるソースコイル１０がどのようにして起
動力をコイル１２の受信の組内に誘起するかを示す。
もし同し伝達コイルがその主軸がタブレットコイル１２
の主軸と垂直な平面にあるように直径の軸のまわりを回
転させられるなら、そのとき受けられた信号対に与える
明らかな影響は、Ｐ／４のソースコイル１０の位置の違
いに等しい９０°の位相変化である。これは第３図に示
される。
このホモ方向に配向されたコイル１０が受信コイル１２
を横切るに従って、起動力はＰ／４たけオフセットされ
た垂直コイルと類似の受信組内において発生するであろ
う。
ソースコイル１０が第６図の軌道“ｄ“に沿って動くに
つれて、受けられた信号の位相において変化は生じない
。針２４はソースコイル１０が、針が傾けられるにつれ
てこの曲線に従うように形作られる。それゆえ、針２４
の傾斜にかかわりなく、−貫した読出を達成することか
可能である。
さらに、針の先端１８とコイルアレイ１７の中心との距
離はｐ　／　２に設定される。これによって信号におけ
る可能な限り最大の変化が所勺の針の動きから得られる
ことを確実にする。
この水平コイル１０か同し平面で“Ｕ″から“Ｖ″への
配向で垂直軸のまわりを回転すると、そのときこの構造
の各々の端部からのフラックス経路は等しい強さでしか
し反対極性で受信コイル１２の長軸を横切るであろう。
ここで正味の起動力は受信コイル１２に誘起されない。
第７図を参照して、第２のソースコイル１４がここで第
１のコイル１０と互いに直角になるように第１のコイル
１０と交差するように置かれる。
別の駆動電流は第１の駆動電流と直角位相である新しい
コイル１４に与えられる。コイル１０および１４を互い
に直角に置くことによってそれらの間の相互誘導が回避
される。
第２のコイル１４はここで、起動力が受信組内に誘起さ
れるように正しい配向にあるが、この信号の位相はその
駆動電流の位相を反映して９０゜変位されるであろう。
完全な送信器コイルアセンブリ１７がそのもとの水平位
置に回転して戻されるに従って、受けられた起動力の位
相はこの回転に従うであろう。このシステムは３６０°
の回転にわたって送信器アセンブリの回転を明白に反映
するであろう。
実際の伝達コイルアセンブリ１７はそれゆえデジタイザ
２６の表面の上の絶対位ＩＮを発生する垂直コイル１６
および、受けられた信号を発生ずる互いに直角に形成さ
れた対の水！１シコイル１０および１４であり、それに
よって垂直コイル１６の位相に対応する位相はアセンブ
リの回転の測定されたものになるであろう。
コイルは互いを貫通するように、容易には巻回されず、
それゆえ３つの中実コイルの効果は第８図の配列のもの
に近い。
伝達コイル１２．１−４および１６の各々は交流電流に
よって次から次へ駆動され、各々の能動化されたコイル
は特有の駆動力をタブレットコイル１２内に誘起させる
。この誘起された起動力は処理手段によって受けられそ
れによって針２４の位置および回転を得るために変調さ
れる。受けられた振幅情報は一定の限度内で針２４とタ
ブレットとの距離を示す近似データとして用いられ得る
。
位置および回転のデータはそれから３次元で位置および
角速度および角加速度のための値を得るために処理手段
によって微分されてもよい。
４、図面の簡単説明 第１図は通常の受信コイルアレイを有する既知のデジタ
イザ配列を示す。
第２図は交互に重ねられるタイプの受信コイルアレイを
示す。
第３図は付勢および処理手段の可能な配列の略図を示す
。
第４図はコイルがデジタイザ針内にどのように配列され
てもよいかを示す。
第５図は伝達コイルを回転させる効果を示す。
第６図は伝達コイルが、位相変化を引き起こすことなく
そこを通ることができる軌道を示す。
第７図は２つの垂直コイル巻線の配列を示す。
第８図は伝達および受信コイルの実際的な配列を示す。
図において１２はタブレットコイル、１０．１４および
１６は伝達コイル、１７は伝達コイルアセンブリ、２４
は針、２６はデジタイザを示す。
＼ 手続捕丁書（方式） 平成１年１０月２４日 １．１１Ｆ件の表示 平成１年特シ′１願第２２４３０２号 ２、発明の名称 位置検知装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　イギリス、ビー・ニス・８４・オウ・ジェイブ
リストル、クリ７トン、カレドニア・ブレイス、１７氏
　名　テ、イモシー・リード・フレイブ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２丁目１番２９号　住友銀行
南森町ビル６、補正の対象 図面全図 ７、補正の内容 別紙のとおり。
更はありません。
なお、 図面は内容についての変 手続補正書（方式） １．事件の表示 平成１年特許願第２２４３０２号 ２、発明の名称 位置検知装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　イギリス、ビー・ニス・８４・オウ・ジエイブ
リストル、クリ７トン、カレドニア・ブレイス、１７氏
　名　ティモジ−・リード・フレイブ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２丁目１番２９号　住友銀行
南森町ビル６、補正の対象 図面の第８図 ７、補正の内容 （１）　ａ墨を用いて描いた図面全図は平成１年１０月
２４日付の手続補正書（方式）にて補充致しました。
（２）　鮮明に描いた図面の第８図を提出致します。
以上

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）位置検知装置であって、 自由軸と、 伝達部分とを備え、前記伝達部分は第１巻線および第２
    巻線を有し、前記第１および第２巻線の各々は磁界を発
    生するためのものであり、前記第１および第２巻線は各
    々が軸を有し、前記第１および第２巻線の前記軸が前記
    自由軸と相互に垂直であり、 受け部分をさらに備え、前記受け部分は前記第１および
    第２巻線によって発生された磁界を受けるとき起動力を
    発生しかつ前記起動力に対応する出力を発生するための
    複数個の細長い巻線を有し、直角位相の２つの交流波形
    を与えるための手段を備え、前記２つの交流波形は前記
    第１および第２巻線にそれぞれ与えられて前記第１およ
    び第２の巻線が前記磁界を発生するようにし、かつ前記
    自由軸に関する回転情報を与えるために前記受信手段の
    前記出力を分析するための手段をさらに備える位置検知
    装置。
  2. （２）自由軸と平行に配列された軸を有するさらに別の
    コイル巻線を備え、それによって前記自由軸の線形位置
    データを発生する、請求項１に記載の位置検知装置。
  3. （３）巻線の少なくとも１つは、単一の連続するコイル
    である、請求項１に記載の位置検知装置。
  4. （４）巻線の少なくとも１つは複数個の、軸方向に整列
    され電気的に接続された別のコイルである、請求項１に
    記載の位置検知装置。
  5. （５）前記自由軸を規定する手で掴める装置をさらに備
    え、前記第１および第２巻線は前記手で掴める装置に固
    定され、かつ 前記受け部分に隣接する表面をさらに備え、前記手で掴
    める装置は前記表面と接触するための接触部分を有する
    、請求項１に記載の位置検知装置。
  6. （６）前記手で掴める装置は前記自由軸に対応する縦方
    向の軸に沿って細長くかつ、前記縦軸装置と前記第１お
    よび第２巻線の前記軸との交点の位置は、縦軸が前記表
    面と垂直な位置から変位されるとき解明された回転のエ
    ラーを制御するために手で掴める装置の残りに関して調
    節可能である、請求項５に記載の位置検知装置。
  7. （７）前記分析手段は受け部分の前記出力を変調しかつ
    統合するように配置され、結果としての直流成分はコン
    ピュータデータへの変換のために利用可能である、請求
    項１に記載の位置検知装置。
  8. （８）前記分析手段は前記受け部分の出力を微分するた
    めに配列され、それによって巻線の角速度または角加速
    度を引き出す、請求項１ないし７のいずれかに記載の位
    置検知装置。
  9. （９）位置検知装置であって、 自由軸と、 伝達部分とを備え、前記伝達部分は磁界を発生するため
    の複数個の細長い巻線を有し、 第１巻線および第２巻線を有する受け部分とをさらに備
    え、前記第１および第２巻線の各々は前記磁界を受ける
    とき起動力を発生し、かつ前記磁界に対応する出力を発
    生するためのものであり、前記第１および第２巻線は、
    各々軸を有し、前記第１および第２巻線の前記軸が前記
    自由軸と相互に垂直であり、 前記長い巻線が前記磁界を発生することを引き起こすた
    めに直角位相の２つの交流波形を前記受け部分の前記細
    長い巻線に与えるための手段、および 前記自由軸に関連する回転情報を与えるために前記受け
    手段の前記出力を分析するための手段とを備える位置検
    知装置。
  10. （１０）自由軸と平行に配列された軸を有するさらに別
    のコイル巻線を有し、それによって前記自由軸の線形位
    置データを発生する、請求項９に記載の位置検知装置。
  11. （１１）前記自由軸を規定する手で掴める装置を備え、
    前記第１および第２巻線は前記手で掴める装置に固定さ
    れ、かつ 前記受け部分に隣接する表面とをさらに備え、前記手で
    掴める装置は前記表面と接触するために接触部分を有す
    る、請求項９に記載の位置検知装置。
  12. （１２）前記手で掴める装置は前記自由軸に対応する縦
    軸方向に長く、かつ前記縦軸装置と前記第１および第２
    巻線の前記軸との交点の位置は縦軸が前記表面と垂直な
    位置から変位されるとき解明された回転のエラーを制御
    するために手で掴める装置の残りに関して調節可能であ
    る、請求項１１に記載の位置検知装置。
JP1224302A 1988-09-02 1989-08-30 位置検知装置 Pending JPH02120923A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
GB888821675A GB8821675D0 (en) 1988-09-02 1988-09-02 Rotation & displacement sensing apparatus
GB8821675.9 1988-09-02

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US (1) US4975546A (ja)
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