JPH0361208B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電磁誘導型デイジタイザにおける
座標読取装置に関するものである。

〔従来の技術と問題点〕

従来、座標読取装置として用いられている電磁
誘導型デイジタイザの代表的なものとしては、平
板にそれぞれ一定の小さな間隔を置いて平行に並
べられた多数の導体よりなるＸ方向及びＹ方向の
２組の平行導体群を互いに絶縁状に布設してタブ
レツトを形成すると共に、タブレツトの面に近接
してこれと平行に移動するカーソルにカーソルコ
イルを取付け、カーソルコイルまたは平行導体に
数ヘルツ乃至数メガヘルツの交流を印加し、電磁
誘導によつて最大の起電力が誘起された平行導
体、あるいはカーソルコイルに最大の起電力を誘
起させた平行導体を検出して、カーソルの座標位
置を読取るようにしたものがある。

このような電磁誘導型デイジタイザの原理を第
８図により説明すると、カーソル内のコイル（カ
ーソルコイル）Ｃに交流電圧Vcを印加すれば、
例えば、一端側を共通に接続した各組の導体によ
つてそれぞれ形成されるｍ個のループコイルX_i
（ｉ＝１〜ｍ）及びｎ個のループコイルY_j（ｊ＝
１〜ｎ）には、交流の起電力が誘起される。従つ
て、２個のスイツチSx，Syを切換えて各ループ
コイルX_i及びY_jに誘導される起電力を検出し、
起電力が最大となるＸ，Ｙのループコイルのアド
レスを読取ることにより、カーソルコイルＣある
いはカーソルの位置を知ることができる。

この方法によると、位置の読取分解能は、ルー
プコイル間隔即ち導体間隔によつて決定されるた
め、分解能を向上させるには、導体間隔を必要な
分解能まで小さくするか、あるいは各導体間の位
置を何等かの方法で計測できるようにする必要が
ある。ところが、導体間隔を0.5ミリメートル程
度以下とすることは、製造技術上からも品質保持
の面からも困難であるため、それ以上の分解能が
要求される場合は、導体間の位置を何等の方法で
計測しなければならない。

第９図は、導体間隔ｄのループコイルＬに対し
て直径が導体間隔ｄにほぼ等しいカーソルコイル
Ｃを横方向に移動させた時、カーソルコイルＣに
よりループコイルＬに誘起される起電力のピーク
値の変化を示す。

上記のような起電力の変化を利用して導体間の
細部位置を知る方法が提案され、実用化されてい
る。その一例を第１０図により説明すると、導体
の一端部を奇数番目は奇数番目どうし、偶数番目
は偶数番目どうし共通に接続することにより、隣
り合うループコイルL_iとL_i+1（ｉは正の整数）が
互いに半分ずつ重なり合うようにしたタブレツト
で（第１０図ａ）、第９図の場合同様、１つのル
ープコイルを形成する２本の導体間の間隔ｄをカ
ーソルコイルＣの直径ｄにほぼ等しくすると、カ
ーソルコイルＣがループコイルL_i及びL_i+1に対し
てそれぞれ第１０図ａに示すような位置にある
時、ループコイルL_i及びL_i+1に誘導される起電力
e_i及びe_i+1は、それぞれ第１０図ｂに示すような
波形となり、そのピーク値がそれぞれ第９図の
e_a，e_bまたはe_cに対応する。そして、起電力e_i+1
の位相を90゜進ませることによりe′_i+1とし、これ
にe_iを加えるとe_pで示すような波形が得られる。

この合成波形e_pは元のe_iまたはe_i+1に対して位
相差を有し、この位相差はループコイルL_i及び
L_i+1に対するカーソルコイルＣの位置によつて変
化する。従つて、e_iまたはe_i+1とe_pとの位相差を
測定することによつてカーソルコイルＣの位置を
知ることができる。しかしながら、この方法で
は、移相、波の重ね合わせ、位相差の測定等かな
り複雑な操作や処理が必要な上、高い精度を得る
ことが困難である。

また、他の例としては特開昭第52−96825号公
報に開示されたものがある。これは、第１１図に
示すように、カーソル径ｄを導体間隔ｌの３倍程
度とし、誘導起電力が最大となるループの起電力
e_nと２番目に大きいループの起電力e_sとが導体間
細部位置とある関数関係にあることを利用したも
のである。ただし、この関数は１次関数とはなら
ず、複雑な計算を必要とするか、実験値等を
ROM（リードオンリーメモリ）に記憶させる等
の校正を行う必要があり、回路が複雑化すると共
にデータ処理、操作が面倒である。

さらに、例えば特開昭第55−96411号公報には、
タブレツトにおける誘導電圧の最大値V₁と、そ
の最大値を生じた導体（センス線）の両側のセン
ス線の誘導電圧V₂及びV₃をそれぞれ検出し、
（V₁−V₂）と（V₁−V₃）の比Ｑから上記最大値
を生じたセンス像と座標指示器の指示位置間の距
離を求めるようにした座標読取装置の補間方式が
開示されている。しかしながら、この補間方式で
は、あらかじめ実験的に求められたＱの関数とし
ての補間値ΔX＝g^-1（Ｑ）の関数表を記憶するた
めのROM及びこれからのデータの読み出し並び
にこれに付随する操作が必要であり、しかも誘起
電圧は常に最大電圧を生じたセンス線とその両隣
りのセンス線についてしか用いないため、実際の
測定時には座標指示器が相当の速度で移動し、複
雑な動きを伴うことなどにより、これらの測定値
間の関係が上記の関数表作成時と常に同じ関係で
得られるとは限らず、例えば最大の誘導電圧を生
じたセンス線のどちらかの側のセンス線の誘導電
圧が関数表作成時の関係を満たす値から著しくず
れると、座標値から大きく狂つてしまうという信
頼性上の問題がある。

この発明は上記のような事情に鑑みなされたも
ので、その目的は、電磁誘導型デイジタイザのカ
ーソルの座標位置を簡単化された回路構成及び処
理により常に高精度、高分解能及び信頼性を以て
読取ることが可能な座標読取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〕

上記目的達成のためこの発明は、平板にそれぞ
れ一定の間隔を置いて平行に並べられた多数の導
体よりなるＸ方向及びＹ方向の２組の平行導体群
を互いに絶縁状に布設してなるタブレツトと、上
記タブレツトの面に近接してこれと平行に移動さ
れるカーソルと、そのカーソルにタブレツトの面
を平行に取付けられ、かつタブレツトの所要数の
平行導体を含む直径を有するカーソルコイルと、
上記のカーソルコイル又は平行導体のいずれか一
方に交流を印加した際、電磁誘導により他方に誘
起された起電力の測定結果によりカーソルコイル
の中心位置を検出する演算装置とからなる座標読
取装置において、カーソルコイルの中心の両側に
位置する各平行導体に対応した起電力分布のデー
タを取込む手段と、取込まれた起電力分布のデー
タからカーソルコイルの中心の両側にあつて起電
力分布曲線が直線的でありかつ対称関係を満たす
範囲にある各導体を選択する手段と、このように
して選択された各導体に対応した起電力分布デー
タ上の各２点を結ぶ二つの直線の交点の座標を演
算する手段とを有する構成としたものである。

〔作用〕

上記の構成を有するこの発明の座標読取装置に
あつては、カーソルコイルとタブレツトの平行導
体間の電磁誘導により得られる起電力分布が、カ
ーソルコイルの中心を中心としてほぼ対称な分布
曲線を描くか、あるいは少なくとも部分的にこの
ような対称性を持つ分布曲線を描くことに着目
し、この分布曲線上カーソルコイルの中心の両側
にあつて起電力の分布曲線が直線的でかつ互いに
対称関係を満たす導体を選択し、中心対称の各２
点を結ぶ直線の交点の座標によりカーソルコイル
の中心の座標を直接的に求めるものである。

〔実施例〕

以下、この発明の座標読取方法の実施例につい
て図面を参照しつつ説明するが、カーソルコイル
のＸ座標とＹ座標の読取りは全く同様に行われる
ので、、以下の説明はＸ座標についてのみ行う。

まず、この発明の一実施例の原理を第１図に基
づいて説明すると、有効磁束径ｄのカーソルコイ
ルが隣接導体同士がループコイルをなす平行導体
が間隔（即ちループ中心距離）ｌで布設されたタ
ブレツトのループ群に磁場を作用させる。なお、
第１図においては、各ループコイルはその中心線
Ｘ＝X_i（ｉは正の整数）で表されている。磁場は
カーソルコイルの中心を通る軸線Ｘ＝X_pに対し
てほぼ対称状に形成される。この軸線Ｘ＝X_pは、
相隣る２つのループコイルＸ＝X_oとＸ＝X_o+1と
の間にあることは起電力測定により知ることがで
きるが、その正確な座標は未知である。なお、デ
イジタイザの分解能は有効磁束径ｄと導体間隔ｌ
の比ｄ／ｌと共に高くなるので、この比を所望の
分解能に応じて決めればよいが、例えば10乃至30
（10l≦ｄ≦30l）の程度に設定される。ただし、
要求される分解能を維持する範囲でこの比を10よ
り小さくすることももちろん可能である。

ループコイルX_iに誘導される起電力E_iは、第１
図に示すような起電力分布曲線Ｅ＝Ｅ（ｘ）を描
く。このＥ（ｘ）はやはり軸線（対称軸）ｘ＝X_p
の両側で直線部分があり、またＸ＝X_pに関して
ほぼ対称状になるか、あるいは少なくとも一部に
対称な部分がある。この対称軸の位置、即ちカー
ソルコイルの中心の座標は直線性及び対称性を利
用することにより、以下のようにして求めること
ができる。

はじめに、曲線Ｅ（ｘ）において、起電力増加
側（図示例においては対称軸の左側）ループコイ
ルと起電力減少側（対称軸の右側）ループコイル
とからそれぞれ２コイルループを選択し、これら
の各２ループコイルの起電力を結ぶ直線の傾きに
よつて曲線Ｅ（ｘ）の中心座標を求める方法を第
２図に基づいて説明する。

第２図に示すように、起電力分布曲線Ｅ（ｘ）
の起電力増加側と起電力減少側からそれぞれ２個
のループコイルx_a，x_b（x_a＜x_b）とx_c，x_d（x_c＜
x_d）を選択する。なお、ここで選択されるループ
コイルx_a，x_bとx_c，x_dは、ループコイルx_a，x_b間
の起電力Ｅ（ｘ）の増加率とループコイルx_c，x_d
間の起電力Ｅ（ｘ）の減少率とがほぼ等しければ、
どのループコイルであつても良い。従つて、次の
式を満足すれば良い。

Ｅ（x_b）−Ｅ（x_a）／x_b−x_a ＝Ｅ（x_d）−Ｅ（x_c）／x_d−x_c（x_b＜x_c） このことは、ループコイルx_a，x_b及びx_c，x_dに
対応するＥ（ｘ）上の各点がその直線部分に存在
するか、あるいはそれぞれ互いに対称位置にある
ことを意味しているので、Ｅ（x_i）＝E_iとすると、
カーソルコイルの中心点x_pは、点（x_a，E_a），
x_b，E_b）を通る直線と点（x_c，E_c），（x_d，E_d）
を通る直線の交点のＸ座標として求められる。即
ち、次の方程式の解として求められる。

E_b−E_a／x_b−x_a（ｘ−x_a）＋E_a ＝−E_b−E_a／x_b−x_a（ｘ−x_c）＋E_c 従つて、ｘ＝１／２｛（x_a＋x_c） ×E_c−E_a／E_b−E_a（x_b−x_a）｝＝x_p ループコイルx_a，x_bが互いに隣り合うループコ
イルであれば、x_b−x_a＝ｌであるから、 x_p＝１／２（x_a＋x_c＋E_c−E_a／E_b−E_aｌ） となる。

また、上記起電力分布曲線Ｅ（ｘ）の中心の両
側にあつて互いに対称な２点が存在する場合、例
えば点（x_a，E_a）と点（x_d，E_d）が互いに対称
であるとすると、これらの各点をそれぞれ通り傾
きの絶対値が等しい２本の直線を与える他の各１
点としての点（x_b，E_b）及び（x_c，E_c）をそれぞ
れ選び出し、その２本の直線の交点を上記の式で
求めることにより、カーソルコイルの中心座標を
得ることも可能である。

次に、この発明で可能な座標読取方法の他の例
を第３図及び第４図を参照しつつ説明する。第３
図には３つの起電力分布曲線E_o（ｘ）、E_o-1（ｘ）
及びＥ（ｘ）が描かれているが、これらの曲線は
いずれも第１図の場合と同様にして得ることがで
きる。E_o（ｘ）及びE_o-1（ｘ）は、カーソルコイル
の中心がそれぞれｘ＝x_o及びｘ＝x_o-1にある時こ
れらの中心に関して対称状に得られ、Ｅ（ｘ）は
カーソルコイルの中心がx_o-1とx_oとの間のｘ＝x_p
（x_p＝x_o−Δx，０＜Δx＜ｌ）にある時の起電力
分布を表している。ここで、軸線ｘ＝x_oに関して
対称なｘ＝x_a及びｘ＝x_bにある２つのループコイ
ルを選択すると、E_o（x_a）＝E_o（x_b）となる。そし
て、Ｅ（ｘ）上の点Ｅ（x_a）またはＥ（x_b）とE_o
（x_a）との差ΔEは、Ｅ（ｘ）がE_o-1（ｘ）に近付く
に従いΔxと共に増加するが、E_o（ｘ）及びＥ（ｘ）
は、ｘ＝x_a及びｘ＝x_bの近くでほぼ直線であれ
ば、次の関係を満たすということが知られてい
る。

2E_o（x_a）＝Ｅ（x_a）＋Ｅ（x_b） ここでΔE＝Ｅ（x_a）−Ｅ（x_b）であるから、 ΔE＝１／２（Ｅ（x_a）−Ｅ（x_b）） そして、Ｅ（ｘ）はΔxと共に変化するから、
ΔEはΔxの関係となる。

一方、起電力分布曲線Ｅ（ｘ）がほぼ直線状に
なるループコイルは実測により決定することがで
きる。即ち、上記のｘ＝x_a及びｘ＝x_bをそのよう
に選択することができる。すると、ΔEとΔxは第
４図に示すように次の関係を満たす。

ΔE＝mΔx ここでｍは定数であり、あらかじめ実験的に求
めることができる。

従つて、x_pを求めるには、まず最大起電力が誘
起されたループコイルの横座標（x_o）を求め、次
にこのループコイルからあらかじめ定められた距
離にあるｘ＝x_a及びｘ＝x_bの誘起起電力Ｅ（x_a）
及びＥ（x_b）を測定すれば、前出の式によりまず
ΔEが求まり、次いでΔxが求まる。すると、x_pは
x_p＝x_o−Δxとして与えられる。ここでは、ΔEを
用いてΔxを求めたが、ΔEの代わりにＥ（x_a）／
Ｅ（x_b）を用いることも可能である。

この発明の座標読取方法においては、タブレツ
トのループコイルとカーソルコイルとの間に適宜
のフイードバツク制御をかけ、起電力分布曲線に
おいて算術平均Ｅ（x_a）＋Ｅ（x_b）／２が常にあらかじ め求められたE_o（x_a）に等しくなるように制御し
ても良い。このようにすると、分布曲線Ｅ（ｘ）
のｘ＝x_a及びｘ＝x_bにおける直線性が良くなるの
で、前出のＥ（x_a），Ｅ（x_b）よりΔEを求める式の
信頼度が改善される。この場合、ｍは
E_o-1（x_a）−E_o（x_a）／ｌの一定値としてあらかじめ求 めることができる。すると、x_pは前出の式に基づ
き、次式によつて与えられる。

Δx＝ΔE／ｍ x_p＝x_o−Ｅ（x_a）−Ｅ（x_b）／2m 上記の実施例においては、導体の一端をループ
コイルが形成されるように共通に接続したタブレ
ツトを用いたが、第５図ａ及びｂに示すように、
起電力測定時にスイツチングしない導体の一端側
をオープンのままにしたタブレツトや、接地した
タブレツトを用いることも可能である。

さらに、第６図に示すように、カーソルコイル
及びタブレツトを、最大起電力がカーソルコイル
のＸ軸方向の両端部に対応するタブレツト上の位
置に誘起され、カーソルコイルの中心に対応する
位置ｘ＝x_pの起電力が最低になる分布曲線Ｅ（ｘ）
が得られるようにし、Ｅ（ｘ）のほぼ直線状の部
分にあるｘ＝x_oに関して対称なｘ＝x_a及びｘ＝x_b
の２つのループコイルを選ぶと、これら２つのル
ープコイルの起電力はやはり前出のΔEを求める
式を満たす。この場合も、ｘ＝x_a及びｘ＝x_bにお
ける直線性はカーソルコイルとタブレツトの導体
間にフイードバツク制御をかけることにより改善
することができる。

なお、以上の実施例においては、カーソルコイ
ルに電圧を印加し、タブレツトのループコイルま
たは導体に発生する起電力を測定したが、タブレ
ツトのループコイルまたは導体に順次電圧を印加
しカーソルコイルに誘導される起電力に基づいて
分布を求め、カーソルコイルの中心座標を算出す
るようにしても良い。

次に、この発明の座標読取装置で使用するデイ
ジタイザの一例を第７図により説明する。

第７図に示すように、デイジタイザのタブレツ
トには多数の導体１，……が一定間隔で配置さ
れ、すべての導体１，……は一端が結線されてシ
ヨートしており、多端は所定の本数毎にマルチプ
レクサ等のように複数本から多くても１本を選択
する切換器M_i（ｉ＝１，……，ｎ）に接続されて
いる。各切換器M_iの出力は１つ置きに結線され、
即ち、奇数番目の切換器M₁，M₃……の出力及び
偶数番目の切換器M₂，M₄……の出力は、それぞ
れ結線されて、増幅器AMPの入力信号となつて
いる。

上記切換器M_iは、マイクロプロセツサMPCに
よつて隣接する２個が選択され、さらに選択され
た２個の切換器は各切換器の同じ位置の導体（一
方の切換器の導体がその切換器において左側から
ｍ番目であれば、他方の切換器もその切換器にお
いて左側からｍ番目である）が選択される。従つ
て、２つの導体により形成されるループコイルに
誘起される起電力は、増幅器AMPに入力される。

このように、切換器M_i及びその導体を順次切
換えると、導体によつて形成される各ループコイ
ルの起電力のピーク値は、第１図のような分布を
示す。上記増幅器AMPの出力は、サンプルホー
ルド回路SHによつて、そのピーク値がアナログ
−デイジタル変換器ADによつてデイジタル化さ
れた後、マイクロプロセツサMPCに取込まれる。
マイクロプロセツサMPCは、前述の各実施例の
原理に基づき、取込まれた起電力分布のデータか
らカーソルコイルの中心の両側にあつて起電力分
布が直線的でありかつ対称関係を満たす範囲にあ
る各導体を選択するプログラムを実行する。更に
このようにして選択された各導体に対応した起電
力分布データ上の各２点を結ぶ二つの直線の交点
の座標を演算するプログラムを実行する。その結
果カーソルコイルの中心位置の座標が算出され
る。

なお、マイクロプロセツサMPCは、選択され
たループコイルのピーク値を入力すると、次の切
換器または導体を選択するが、この選択におい
て、まず各切換器M_iの導体は、例えば各切換器
の左側を選択するようにしておき、切換器M_iを
順次選択して行き、選択した導体のループコイル
によるピーク値が所定値以上になつた時から、切
換器の導体を順次選択するようにしておけば、カ
ーソルコイルの中心位置の座標を短時間で読取る
ことができる。

カーソルコイルがタブレツトの両端位置にある
ときは、この発明の原理によるとカーソルコイル
の中心位置を求めることはできないが、そのよう
な範囲は読取り不可能な範囲として扱えばよい。
また、上記のカーソルによりタブレツト上に置か
れた画像の輪郭をトレースする際は、カーソルコ
イルの中心に表示された十字形カーソルの支点を
その輪郭に合わせて行えばよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の座標読取装置
によれば、電磁誘導型デイジタイザのカーソルコ
イルとタブレツトの平行導体間の電磁誘導により
得られる起電力分布の対称性に基づく演算によつ
て直接的にカーソルコイルの中心位置の座標を求
めるようにしたため、簡単化された回路構成及び
処理により、常に高精度、高分解能及び信頼性を
以て座標読取りを行うことができ、電磁誘導型デ
イジタイザの性能向上に著しい貢献をなすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の座標読取装置の一実施例の
原理を説明するためのループコイルに発生する起
電力を示すグラフ、第２図、第３図及び第４図は
そのより詳細な作用を説明するためのグラフ、第
５図ａ及びｂはこの発明で使用するデイジタイザ
の一例を示す略図、第６図はこの発明で使用可能
な起電力分布曲線の他の一例を示すグラフ、第７
図はこの発明で使用するデイジタイザの構成の一
例を示すブロツク図、第８図は従来のデイジタイ
ザの一例を示す略図、第９図はカーソルコイルに
よつて発生するループコイルの誘起起電力を示す
グラフ、第１０図ａは従来のデイジタイザの一例
のループコイルの一部を示す結線図、第１０図ｂ
はその誘起起電力の波形図、第１１図は座標読取
装置の他の従来例を説明するためのグラフであ
る。 １……導体、G_i……導体群、AMP……増幅器、
AD……アナログ−デイジタル変換器、M_i……切
換器、SH……サンプルホールド回路、MPC……
マイクロプロセツサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平板にそれぞれ一定の間隔を置いて平行に並
   べられた多数の導体よりなるＸ方向及びＹ方向の
   ２組の平行導体群を互いに絶縁状に布設してなる
   タブレツトと、上記タブレツトの面に近接してこ
   れと平行に移動されるカーソルと、そのカーソル
   にタブレツトの面と平行に取付けられ、かつタブ
   レツトの所要数の平行導体を含む直径を有するカ
   ーソルコイルと、上記のカーソルコイル又は平行
   導体のいずれか一方に交流を印加した際、電磁誘
   導により他方に誘起された起電力の測定結果によ
   りカーソルコイルの中心位置を検出する演算装置
   とからなる座標読取装置において、カーソルコイ
   ルの中心の両側に位置する各平行導体に対応した
   起電力分布のデータを取込む手段と、取込まれた
   起電力分布のデータからカーソルコイルの中心の
   両側にあつて起電力分布曲線が直線的でありかつ
   対称関係を満たす範囲にある各導体を選択する手
   段と、このようにして選択された各導体に対応し
   た起電力分布データ上の各２点を結ぶ二つの直線
   の交点の座標を演算する手段とを有することを特
   徴とする座標読取装置。