JPH04293B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンピユータなどの電子機器に、手
書文字や図形などの情報を入力用ペンなどで入力
する際に用いて有効な座標入力装置に関する。

従来例の構成とその問題点 最近、手書き文字や図形情報を座標情報として
計算機などに入力する座標入力装置の需要が高ま
つている。

座標の検出原理として種々のものが考えられ、
使用されているが、中でも電磁誘導方式は精度が
高く、高信頼性であるため広く用いられている。
しかしながら、この方式では、入力用ペンあるい
はカーソルに内蔵された検出コイルで磁界の発生
あるいは検出を行なうため、入力ボードと検出コ
イルとの相対距離があまり大きいと座標の検出誤
差が生ずる場合が多い。したがつて検出コイルを
入力用ペンの極く先端に配置しなければならず、
ペン先が太くなつて操作性の悪いものになつた
り、また入力ボード上にあまり厚いメニユーシー
ト、保護シート等を置けないといつた問題があ
る。

発明の目的 本発明の目的は、入力ボードと検出コイルとの
相対距離があつても高精度の座標検出ができる座
標入力装置を提供することにある。

発明の構成 本発明の座標入力装置は、Ｘ方向およびＹ方向
に所定間隔あけてマトリクス状に配設された複数
本の導体を有し、かつ上記ＸまたはＹ方向の各導
体のうち、２本の導体を順次選択して外部より電
流を供給するように構成した入力ボードと、上記
入力ボードの面上に移動可能に位置される座標入
力用の検出コイルと、上記選択された２本の導体
を流れる電流により上記検出コイルに誘起される
誘導電圧をそれぞれ独立して検出する検出手段を
備え、上記選択された２本の導体において、一方
の導体を流れる電流の値と他方の導体を流れる電
流の値の和が一定となるよう上記２本の導体に流
す電流の値を相対的に変化させ、上記２本の導体
間に置かれた上記検出コイルにそれぞれの導体に
よつて発生せられる磁界にて誘起される各誘導電
圧の値の比が所定値になつた時の一方の導体の電
流値によつて上記検出コイルの位置を求めるよう
に構成するとともに、上記入力ボードと上記検出
コイルの相対距離に因る上記位置の検出誤差と、
上記検出コイルの開口面の径に因る上記位置の検
出誤差とが互いに補正するように上記相対距離あ
るいは上記検出コイルの開口面の径を設定するも
のであり、これにより、入力ボードと検出コイル
との相対距離があつても高精度の座標検出を可能
とするものである。

実施例の説明 以下、図面に基づき本発明の実施例を具体的に
説明する。第１図Ａ，Ｂは本発明の座標入力装置
の位置検出原理を示す概略図と磁界強度分布を示
すグラフである。第１図Ａにおいて、１，１は平
行に配設された導体で、２は導体１と同一平面上
に置かれた検出コイルであり、これは、たとえば
入力用ペンの先端に設けられている。

第１図Ａにおいて、各導体に電流を流した時、
導体を中心として同心円状の磁界が発生するが、
導体で囲まれた平面上ではその磁界はこの平面に
垂直となり、その磁界強度は次式のように表わさ
れる。

H₁＝I₁／2πx ……(1) H₂＝I₂／2π（ｄ−ｘ） ……(2) ただし、一方の導体に流す電流をI₁、これによ
る磁界をH₁、他方の導体に流す電流をI₂、これ
による磁界をH₂とする。ｄは両導体間の距離で
ある。

これを図示すれば第１図Ｂの磁界強度分布グラ
のようになる。次に検出コイル２を第１図のよう
にｘ＝x_pなる位置へ置いた時、検出コイル２に誘
起される電圧は、H₁による指定電圧をV₁，H₂に
よる誘導電圧をV₂とすれば、 V₁＝Ｋ・H₁＝Ｋ・I₁／2πx_p ……(3) V₂＝Ｋ・H₂＝Ｋ・I₂／2π（ｄ−x_p） ……(4) （ただし、Ｋは定数） と表わされる。従つて(3)，(4)両式により検出コイ
ル２の位置x_pを求めると(5)式のように表わされ
る。

x_p＝ｄ・I₁／I₂／V₁／V₂＋I₁／I₂ ……(5) ここで、V₁／V₂＝１、I₁＋I₂＝I₀（I₀は一定）とす れば、検出コイル２の位置x_pは、 x_p＝ｄ／I₀・I₁ ……(6) と表わされる。

すなわち、電流I₁，I₂によつて検出コイル２に
誘起される誘導電圧V₁，V₂の値の比が１となる
時のI₁の値を調べることにより、検出コイル２の
位置x_pを求めることができる。

第２図は、上記原理を具体化した本発明の座標
入力装置の一実施例を示すブロツク図で、１は入
力ボード３にピツチｄでマトリクス状に配設され
た導体、２は入力用ペンに付設された検出コイル
である。検出コイル２の開口面の径は、後で説明
するように設定してある。６はカウンタ８ａから
の２進コードに対応した電流値にI₁およびI₂を設
定し、かつ電流I₁とI₂の和が一定値I₀となるよう
に保つＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換回路、
５は電流I₁およびI₂をＸ方向またはＹ方向に分配
するためのスイツチ回路、４ａ，４ｂはカウンタ
８ｂからの２進コードにより、電流I₁およびI₂を
導体１へ分配するためのマルチプレクサである。
９は検出コイル２に誘起された２つの誘導電圧
V₁とV₂との比が１になることを検出し、かつ、
検出コイル２が電流の流れている導体間に存在す
るか否かを判定し、座標データを一時記憶するラ
ツチ回路１０をコントロールする検出回路、１１
は電流I₁，I₂と等しい高周波数電流を得るための
変調回路、７はカウンタ８ａ、変調回路１１、
Ｄ／Ａ変換回路６を駆動するためのクロツクパル
ス発生回路、１２はカウンタ８ａにプリセツトデ
ータを与えるプリセツト回路である。

以上のように構成された本実施例の座標入力装
置について、以下その動作を説明する。まず、カ
ウンタ８ｂの出力コードをマルチプレクサ４ａ，
４ｂに入力し、電流を流す２本の導体を選択す
る。この場合、選択される２本の導体は１本おき
に選択されるものとする。したがつて、選択され
た２本の導体の間隔はｄであり、入力ボード３全
体にわたつて切れ目なく座標検出を行なうには、
２本の導体間のｄ／４〜3d／４の間を使えばよ
い。

カウンタ８ａは、フルカウント数「48」でその
キヤリー出力をカウンタ８ｂに送る。ただしカウ
ンタ８ａにはプリセツト回路１３により「16」の
プリセツト値が与えてあり、このプリセツト値を
ｄ／４の電流値に対応させてある。したがつて、
クロツクパルス発生器７のクロツクパルスを32カ
ウントするとカウンタ８ａはキヤリーを出力す
る。すなわち、ｄ／４〜3d／４の間を32ステツ
プに分解することになる。カウンタ８ａよりキヤ
リー出力がカウンタ８ｂに与えられると、カウン
タ８ｂの出力コードが変化し、次の２本の導体を
選択し、以下同様の動作をくり返す。

一方、検出コイル２には、各導体からの誘導電
圧が発生するが、検出コイル２の両側の導体に電
流が流れ、かつ、検出コイル２に誘起される２つ
の誘導電圧V₁，V₂の比が１になつた時、検出回
路９はコントロール信号を出力し、カウンタ８ａ
および８ｂの出力コードをラツチ回路１０に記憶
する。カウンタ８ａ，８ｂの出力コードは入力面
３の座標値と対応しているため、ラツチ回路１０
の出力コードから検出コイル２の位置を知ること
ができる。

ところで、(6)式の関係は、入力ボードすなわち
導体１で構成される平面上に密接して検出コイル
２がある場合であるが、入力ボードと検出コイル
２とに相対距離がある場合（すなわち検出コイル
２が入力ボード上ある高さにある場合）には、実
際の検出コイル２の位置と(6)式で求められる位置
とには差が出る。

第３図は、検出コイル２が入力ボード上の高さ
ｈに位置する場合の断面図である。導体１には、
それぞれ電流I₁，I₂が流れているものとする。検
出コイル２の位置における磁界はそれぞれ次のよ
うに表わされる。

導体１から検出コイルを望む仰角をそれぞれ
α₁，α₂とすると、検出コイル２で検出される磁界
は次のように表わされる。

H″₁＝H′₁・cosα₁ ……(9) H″₂＝H′₂・cosα₂ ……(10) 一方、 であるから、検出コイル２に誘起される電圧は、
それぞれの電流に対応して次のように表わされ
る。

V′₁＝Ｋ・H″₁＝Ｋ・x_p・I₁／2π（x_p ²＋h²）……(1
3) V′₁＝Ｋ・H″₂＝Ｋ・（ｄ−x_p）・I₂／2π｛（ｄ−x
_p）²＋h²｝……(14) 座標検出の原理上、V′₁＝V′₂のときのI₁によつ
て座標が読み出されることになるので、この読み
出される座標をx_p′とすると、x′_pは次のように求
められる。

V′₁＝V′₂より、 x_p′＝ｄ／I₀・I₁ ＝x_p＋（ｄ−2x_p）h²／x_p（ｄ−x_p）＋²……(15) すなわち、（15）式の第２項が座標検出の誤差
となる。（15）式を書き直すと（16）式となる。

（x_p′／ｄ）−（x_p／ｄ） ＝｛１−２（x_p／ｄ）｝（ｈ／ｄ）²／（x_p／ｄ）
｛１−（x_p／ｄ）｝＋（ｈ／ｄ）²……(16) 第４図Ａは、（16）式により計算した検出コイ
ルの位置と検出誤差の関係を示すグラフである。
第４図Ａでは、 １／４≦x_p／ｄ≦３／４ の範囲しか示していないが、実用上はこの領域を
順次接続して広い入力ボードを構成することにな
るので、この範囲で考えればよい。第４図Ａによ
れば検出誤差は負傾斜となる。

ところで、(1)式、(2)式のように磁界強度が導体
からの距離に逆比例する関係は、検出コイルの開
口面積が充分に小さくないと成り立たない。現実
には、十分な誘導電圧を得るため開口面の径はあ
る程度大きくなり検出誤差となる。

いま、検出コイルの開口面形状を円とし、半径
をｒとするとき、半径ｒによる座標の検出誤差を
次に求める。

第５図は、２導体間の平面上における検出コイ
ルの位置図である。第５図において検出コイルの
中心を真の位置座標x_pとする。第５図において、
微小部分の面積ΔSは次式となる。

ΔS＝Δx｛√²−（−_p）²｝ ……(17) そこで、導体１を流れる電流I₁によつて発生す
る磁界は(1)式のH₁であるので、この微小部分の
磁界は（18）式となり、したがつて検出コイルの
開口面全面の磁界φ₀は（19）式となる。

μ・H₁・ΔS＝μI₁／2πx｛√²−（−_p）²｝・
Δx ……(18) φ₁＝2∫μH₁・ΔS μI₁／π∫^xp+r _xp-r√r²−（ｘ−x_p）²／ｘdx ＝μI₁（x_p−√_p ²−²） ……(19) ただし、μは透磁率、x₀＞ｒとする。

同様にして、導体１′を流れる電流によつて検
出コイルの開口面をよぎる磁束φ₂は次式のよう
に求められる。

φ₂＝μI₂｛（ｄ−x_p）−√（−_p）²−²｝ 検出コイルに誘導される電圧は、（19），（20）
式の磁界に比例する。座標検出の原理上、ふたつ
の誘導電圧が等しい時の(6)式によつて座標が求め
られるから、この座標をx′_pとすると、 φ₁＝φ₂ ……(21) x′_p＝ｄ／I₀・I₁ ……(22) の両式から次の関係が得られる。

（x′_p／ｄ）−（x_p／ｄ）＝１−（１＋Ａ）（x_p／ｄ）
／１＋Ａ……(23) ただし 第４図Ｂは、（24）式より計算した検出コイル
の位置と検出誤差の関係を示すゲグラフである。
第４図Ｂは、第４図Ａとは逆に正傾斜となるの
で、極性が相補関係となる。したがつて、ｈ／ｄ
が与えられたとき、ｒ／ｄすなわち検出コイル開
口面の径を適切に選べば、検出コイルの高さｈに
よる誤差を補正できることになる。また逆に、検
出コイルの開口面の径が決まつているとき、ｈを
適切に設定することにより補正が可能なことはも
ちろんである。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明の座標
入力装置は、検出コイルと入力ボードとの相対距
離があつても、これに因る誤差を検出コイルの開
口面の径を適切に設定することに補正でき、高精
度の座標検出が可能である。また、逆に検出コイ
ルの径に因る誤差を上記の相対距離を適切に設定
することで補正することも可能である。したがつ
て入力ボード検出コイルの設計の自由度が大き
く、高精度であるとともに操作性の良い装置とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明の座標入力装置の位置検
出原理を説明するための概念図と磁界強度分布を
示すグラフ、第２図は第１図の原理を具体化した
本発明の座標入力装置の一実施例を示すブロツク
図、第３図は検出コイルが入力ボード上に位置す
る場合の断面図、第４図Ａ，Ｂは検出コイルの位
置と検出誤差の関係を示すグラフ、第５図は２導
体間の平面上における検出コイルの位置関係図で
ある。 １……導体、２……検出コイル、３……入力ボ
ード、４ａ，４ｂ……マルチプレクサ、５……ス
イツチ回路、６……Ｄ／Ａ変換回路、７……クロ
ツクパルス発生回路、８ａ，８ｂ……カウンタ、
９……検出回路、１０……ラツチ回路、１１……
変調回路、１２……プリセツト回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｘ方向およびＹ方向に所定間隔あけてマトリ
   クス状に配設された複数本の導体を有し、かつ上
   記ＸまたはＹ方向の各導体のうち、２本の導体を
   順次選択して外部より電流を供給するように構成
   した入力ボードと、上記入力ボードの面上に移動
   可能に位置される座標入力用の検出コイルと、上
   記選択された２本の導体を流れる電流により上記
   検出コイルに誘起される誘導電圧をそれぞれ独立
   して検出する検出手段を備え、上記選択された２
   本の導体において、一方の導体を流れる電流の値
   と他方の導体を流れる電流の値の和が一定となる
   よう上記２本の導体に流す電流の値を相対的に変
   化させ、上記２本の導体間に置かれた上記検出コ
   イルにそれぞれの導体によつて発生せられる磁界
   にて誘起される各誘導電圧の値の比が所定値にな
   つた時の一方の導体の電流値によつて上記検出コ
   イルの位置を求めるように構成するとともに、上
   記入力ボードと上記検出コイルの相対距離に因る
   上記位置の検出誤差と、上記検出コイルの開口面
   の径に因る上記位置の検出誤差とが互いに補正す
   るように上記相対距離あるいは上記検出コイルの
   開口面の径を設定したことを特徴とする座標入力
   装置。