JPH0447320A - 高さ情報を検出するワイヤレス座標読取装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンピュータ等の外部装置へ座標入力を行う
座標読取装置に関し、特に座標読取装置本体と座標指示
器との間を信号線で接続する必要のないワイヤレス座標
読取装置に関するものである。

［発明の概要］ 本発明はセンスライン板に敷設された複数の励磁ライン
に順次交流信号を与えると同時にセンスラインを順次選
択し、コイルとコンデンサによる共振回路を有する座標
指示器がセンスライン板上に置かれた場合、励磁ライン
、コイル、センスライン３者間の電磁結合によってセン
スラインに誘導した誘導信号から座標値を求めるワイヤ
レス座標読取装置において、座標指示器の置かれた位置
の高さ情報も検出することのできる座標読取装置を実現
することを目的としている。

このために本発明では、センスライン板の下に金属板を
設け、センスラインに誘導した誘導信号の位相を検出す
る位相検出回路と、検出した位相信号を高さ情報に変換
する制御回路とを設けて座標読取装置を構成した。

座標指示器に内臓されるコイルがセンスライン板上に配
置された金属板から離れるにつれ、コイルのインダクタ
ンスが変化し、誘導信号の位相が変化することを利用し
、位相信号を検出して高さ情報に変換するようにしてい
るのである。

［従来の技術］ 座標読取装置において高さ情報を得る技術としては、誘
導信号の振幅を利用する技術が知られている。第８図は
、その説明図である。

励磁ライン１０２とセンスライン１０３を直交して配置
してセンスライン板１０１を構成し、励磁ライン１０２
に交流信号を与え、センスライン１０３上に誘導される
誘導信号を観測する。座標指示器１０４はコイル１０５
とコンデンサによる共振回路を内臓している。

図のように座標指示器１０４をセンスライン板１０１上
に置くと、励磁ライン１０２、コイル１０５、センスラ
イン１０３の３者の電磁結合によってセンスライン１０
３上には誘導信号が発生する。座標指示器１０４がセン
スライン板１０１直上にあれば誘導信号の振幅は大きく
なり、センスライン板１０１から離れれば振幅は小さ（
なっていく、誘導信号を増幅検波し振幅を測定すれば、
座標指示器の高さ情報を求めることができるのである。

［発明が解決しようとする課題］ 以上の説明は原理を述べたものであって、実際には励磁
ライン１０２とセンスライン１０３とを複数設けてセン
スライン板１０１とし、座標指示器１０４はセンスライ
ン板１０１平面上任意の位置に置かれる。第８図に示し
たように固定点に置かれることはない。

このため、高さ情報として誘導信号の振幅を用いる技術
では、座標指示器が置かれた平面上の位！によっても振
幅が変化してしまい、精度よく高さ情報を検出すること
ができないという問題があった。

たとえば、第８図に示した直線Ｘ上を座標指示器１０４
が移動していく場合、第９図に示すように、誘導信号の
振幅はセンスライン１０３の中央で最大になり周辺に移
動するに従って減少してしまう。

本発明は、従来の技術における上記の問題点を解決する
ためになされたものである。主たる目的は、座標読取装
置本体と座標指示器との間を信号線で接続する必要のな
いワイヤレス座標読取装置であって、座標指示器の置か
れた位置の高さ情報も検出することのできるワイヤレス
座標読取装置を実現することであり、より具体的な目的
は、位置による影響を受けることなく、精度よい高さ情
報を検出することのできるワイヤレス座標読取装置を実
現することである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明では、複数の励磁ラ
イン群と複数のセンスライン群を重ねて配！したセンス
ライン板と、センスライン板上に置かれ、コイルとコン
デンサによる共振回路を有する座標指示器とによって構
成され、励磁ライン群に順次交流信号を与えると同時に
、センスライン群を順次選択し、センスラインに誘導し
た誘導信号から座標指示器が置かれた位置の座標値を求
めるワイヤレス座標読取装置において、センスライン板
上に配置される金属板と、励磁ライン群に与えた交流信
号と、センスラインに誘導した誘導信号とを入力して、
誘導信号の位相を検出し位相信号として出力する位相検
出回路と、座標読取装置各部を制御するとともに、位相
信号を入力して、位相信号を座標指示器がセンスライン
板上に置かれた位置の高さ情報に変換する制御装置とを
設けて座標読取装置を構成した。

［作　用］ このように構成した座標読取装置において、励磁ライン
群に順次交流信号を与え、同時にセンスライン群を選択
していく過程で、選択された励磁ラインとセンスライン
の近傍に座標指示器が置かれていると、センスラインに
は誘導信号が発生する。

一方座標指示器に内臓されたコイルのインダクタンスは
、コイルとセンスライン板上に配置された金属板との間
の距離によって変化する。このインダクタンスの変化は
コイルの構成する共振回路の共振周波数を変化させ、前
記誘導信号の位相を変化させる要因となる。

位相検出回路は、センスラインに誘導した誘導信号の位
相を検出して位相信号とし、制御回路はこの位相信号を
入力して高さ情報に変換しているのである。

［実施例］ （第１の実施例による座標読取装置の構成）以下本発明
の第１の実施例を第１図ないし第６図に基づき説明する
。

まず、構成について説明する。第１図、第２図および第
３図に本発明による座標読取装置の構成図を示す。

第１図において、１はセンスライン板であり、励磁ライ
ン群２とセンスライン群３が敷設されている。励磁ライ
ン群２とセンスライン群３は折り返しループをなし、お
互いが等間隔になるよう並べられている。第１の実施例
では、励磁ライン群２とセンスライン群３とは直交して
配置されている。

第１図では図示していないが、第２図のセンスライン板
の断面図に示すように、センスライン板１の下にはスペ
ーサ１４をはさんで金属板１３が配置されている。

４は励磁走査回路であり、励磁ライン群２の各励磁ライ
ンが接続される。励磁走査回路４はアナログスイッチ等
の複数の電子的スイッチ素子で構成されており、後述す
る励磁回路６から供給される励磁信号ｄｓを、選択した
１本の励磁ラインに与えるようになっている。

５はセンス走査回路であり、センスライン群３の各セン
スラインが接続される。励磁走査回路４と同様に電子的
スイッチ素子で構成され、センスラインの１本を選択し
て、後述する増幅検波回路７および位相検出回路８に接
続するようになっている。

６は励磁回路である。１１ｉ述する制御回路９から励磁
クロックｄｃを入力し、これを波形整形、増幅して励磁
信号ｄｓとして出力する。

７はセンスライン群３に誘導した誘導信号ｉ３を増幅検
波し、誘導信号の振幅信号ａｓを出力する増幅検波回路
である。この回路は座標値算出のために使われる。

８は誘導信号ｉｓの位相信号ｐｓを検出する位相検出回
路である。詳細な構成図を第３図に示す。

８１は増幅回路、８２はコンパレータである。増幅回路
８１には、センス走査回路５から誘導信号ｊｓが入力さ
れる。コンパレータ８２の出力は排他的論理和回路８３
の一方の入力に接続される。

排他的論理和回路８３の他方の入力には、励磁クロック
ｄｃが入力され、出力は抵抗とコンデンサによって構成
される積分回路８４に接続されている。この回路では励
磁クロックｄｃを基準位相信号とし、誘導信号ｉｓの位
相を積分回路８４に充電される電圧信号として検出する
ようになっている。

この実施例に示した位相検出回路８の構成は、励磁クロ
ックｄｃに対して誘導信号ｉｓの位相の差を検出する回
路であり、進み、遅れは検出できない、しかし、設計事
項として、位相検波するための基準信号の取り方、回路
による位相の反転、遅れ等のために誘導信号が基準信号
と比較して進み、遅れの挙動を示すことも考えられる。

このような場合は、位相の進み遅れを検出する回路を設
ければよい、この回路は容易に実現できる。

位相検出回路の構成は本発明にとって本質的なものでは
なく、要は２つの信号の位相差を検出する回路であれば
いいのであって、この回路に限定されるものではない。

ふたたび第１図にもどり説明を続ける。制御回路９は各
部を制御するとともに、各信号を入力して演算し、座標
′値および高さ情報を求める。前記励磁走査回路４には
選択する励磁ラインを指示するドライブアドレスｄａｄ
ｒｓを、センス走査回路５には選択するセンスラインを
指示するセンスアドレス５ａｄｒｓを与える。また、座
標値を算出するために振幅信号ａｓを、高さ情報を算出
するために位相信号ｐｓを入力する。この制御回路９は
マイクロプロセッサによって実現され、各演算処理はプ
ログラムによって行われる。

座標指示器１０はコイル１１とコンデンサ１２による共
振回路によって構成されている。この共振回路の共振周
波数は、前記励磁クロックｄｃの周波数周辺にしておく
、必ずしも一致させる必要はない。

（座標読取装置の走査と座標算出の動作について） 次に動作について説明する。まず励磁ライン群２とセン
スライン群３を選択する動作と座標算出動作について説
明する。

制御回路９は、ドライブアドレスｄａｄｒｓを出力して
励磁ラインの１本を選択する。これによって励磁図Ｉａ
６の出力が選択された励磁ラインに接続され、励磁ライ
ンは交流磁界を発生する。制御回路９は１本の励磁ライ
ンを選択している間に、センスアドレス５ａｄｒｓを出
力してセンスライン群３を順次選択していく、！！択さ
れたセンスラインは増幅検波回路７および位相検出回路
８に接続されることになる。制御回路９はこの操作をく
りかえす、この操作を「走査」と呼ぶ。

座標指示器１０がセンスライン板１上にない場合は、励
磁ライン群２とセンスライン群３とが直交している関係
から、選択された励磁ラインには何の信号も誘導されな
い、しかし、座標指示器１０がセンスライン板ｌ上に置
かれると、センスライン群３の各センスラインには、セ
ンスライン板ｌと座標指示器１０との位置関係に応じた
誘導信号ｉｓが誘導される。これは励磁ライン、コイル
１１、センスラインの３者間のｔｍ結合による効果のた
めである。

第４図は、誘導信号ｉｓを走査のタイミング図として示
したものである。第１図を例にして、励磁ライン群２を
図の上部から下部へ、センスライン群３を図の左から右
へ走査した場合を示している。コイル１１の位置ｐは励
磁ラインｄ２とセンスラインｓ２の交差する領域にある
。

いま、励磁ラインｄＯとセンスラインｓＯが選択されて
いるような場合、すなわち、両者の交差する領域がコイ
ル１１の位置ｐから遠く離れている場合は誘導信号ｉｓ
は観測されない、励磁ラインとセンスラインの交差する
領域がコイルの位置ｐに近づくにつれ誘導信号ｉ＄は大
きくなり、励磁ラインｄ２とセンスラインｓ２が選択さ
れたときに最大となる。誘導信号ｉｓは第４図のタイミ
ング図に示したような分布になる。

誘導信号ｉｓは、増幅検波回路７によって振幅信号ａｓ
に変換され、その大きさが制御回路９によって読み取ら
れる。座標算出の方法は本発明の主旨ではないので詳細
は省略するが１．制御回路９は第４図のタイミング図で
示すところの信号１ｓｐＸｉｓｘｌＳｉｓｘｈ、１ｓｙ
ｌｓ　１ｓｙｈの振幅信号から座標指示器１０の置かれ
た位置の座標値を算出する。

（高さ情報を算出する動作について） 次に高さ情報を算出する動作について説明する。

コイルに金属が近づくとインダクタンスが変化すること
が知られている０本座標読取装置では、センスライン板
１の下に金属板１３が置かれている。このため、座標指
示器１０がセンスライン板１の上で上下すると、コイル
１１のインダクタンスが変化する。このインダクタンス
の変化をとらえて高さ情報に変換することが本発明の主
旨である。

制御回路９は前述したようにセンスライン板１の走査を
行う、その間誘導信号ｉｓは位相検出回路８に入力され
て位相信号ｐｓに変換される。

位相検出回路８の動作を第５図のタイミング図によって
説明する９図において、ｄＣは励磁クロック、ｄｓは励
磁信号、ｉｓは誘導信号である。

座標指示器１０がセンスライン板１の直上に置かれてい
る場合、すなわち高さＯの状態で、誘導信号ｉｓは励磁
信号ｄｓに対して一定の位相差をもって誘導している。

誘導信号ｉｓが処理される過程を説明する。まず誘導信
号ｉｓは位相検波回路８内の増幅回路８１によって増幅
され、さらにコンパレータ８２によって方形波に変換さ
れ、誘導信号整形波ｉｐとなる。誘導信号整形波ｉｐと
励磁クロックｄｃは排他的論理和回路８３によって位相
検波され、検波信号ｐｐとなる。さらに検波信号ｐｐは
積分回路８４によって直流信号に変換され位相信号ｐ３
となるのである。

コイルは金属板に近づくにしたがってインダクタンスが
小さくなる。したがって、逆に座標指示器１０がセンス
ライン板１から離れるにつれ、コイル１１のインダクタ
ンスは大きくなり、この結果共振回路の共振周波数は低
くなっていく。この効果は誘導信号ｉｓの位相を遅らせ
る方向に影響を与える。第５図において、誘導信号ｊｓ
ｈは、座標指示器１０がセンスライン板１から離れた場
合のものであり、座標指示器ＩＯがセンスライン板１直
上に置かれていたときの誘導信号ｉｓよりも遅れている
ことを示している。この信号は同様に位相検出回路８に
よって位相信号ｐｓｈに変換される０回路の動作から明
かなように位相信号ｐｓｈの大きさは位相信号ｐｓより
も大きくなり、位相の変化を検出できることがわかる。

制御回路９は、走査処理の過程で、位相信号ｐＳをＡ／
Ｄ変換し、その大きさ゛を取り込む、そして、第４図に
示したところの、座標を算出するために使われる信号ｉ
ｓｐが発生したときの位相信号ｐｓを高さ情報を算出す
るための位相情報として採用する。

位相信号ｐｓを採用するタイミングは、上記信号ｉｓｐ
が発生した場合に限られるわけではなく、誘導信号が発
生していれば位相検出は可能なので、特定のタイミング
でサンプリングすればよい、しかし、Ｓ／Ｎを考慮する
と、最も大きい誘導信号であるｉｓｐの位相を検出する
ことが好ましい。

高さに対する位相信号ｐｓの傾向を図示すると、第６図
のようになる１図のようにカーブは直線ではなく、位相
信号ｐｓはそのままでは高さ情報にはならない、制御回
路９は、位相信号ｐｓを入力することによって、これを
高さ情報に変換する。

詳細は省略するが、第６図に示す高さ一位相の傾向を変
換表の形で記憶しておき、位相信号ｐｓを入力して変換
表をひき、高さを求めることは簡単に実現することがで
きる。

（第２の実施例による座標読取装置の構成）本発明の主
旨は、コイルのインダクタンスがセンスライン板の下に
置かれた金属板からの距離によって変化し、これが励磁
ライン、コイル、センスライン３者間の電磁結合によっ
て生じる誘導信号の位相を変化させることを検出して高
さ情報を得ることで、ある、したがって励磁ラインおよ
びセンスラインの配置については第１の実施例に限られ
るものではない。

第７図は、第２の実施例の構成図である０図に示すよう
にこの実施例の場合は、励磁ライン群２２はセンスライ
ン群３と直交せず同一方向に配置されている。さらに両
者は一部がオーバーラツプするようになっている。その
他の構成は第１の実施例と同様である。

このように構成したセンスライン板２１で、励磁回路４
によって１本の励磁ラインを選択して励磁信号を与え、
同時にこの励磁ラインにオーバーラツプする１本のセン
スラインを選択すると、このセンスラインには励磁ライ
ンとの電磁結合による誘導信号が発生する。

第１の実施例と異なることは、座標指示器１０がセンス
ライン板２１上になくても誘導信号が発生することであ
る。しかし、座標指示器１０がセンスライン板２１上に
置かれると、結合はより強くなり、大きな誘導信号が発
生する。したがって、誘導信号の振幅を観測することに
よって座標値を求めることはでき、高さ情報を算出する
ための位相信号も検出することができる。

誘導信号はコイルを介して結合する信号と、直接励磁ラ
インと結合する信号の和になるので、位相信号は、第１
の実施例に比較すると基準となる、すなわち高さ０での
値は異なる。しかし、励磁ライン群直接結合する信号の
位相は一定であるのに対し、コイルを介して結合する信
号の位相は、檀いかわらずセンスライン板の下に配置さ
れた金（板からの距離の影響を受けるので、第１の実施
θと同様に位相信号から高さ情報を算出すること力でき
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では複数の励磁ライン群と
複数のセンスライン群とを重ねて配置したセンスライン
板の下に金属板を設け、座標指牙器を励磁信号に共振す
るように構成したことにＪっで、励磁ライン、座標指示
器、センスラインσ３者間の電磁結合による誘導信号の
位相から座桟指示器の置かれた位置の高さを求めている
。したがって、誘導信号の振幅情報を利用しないので、
位置の影響を受けないで精度よく高さ情報を求ゲること
のできる、ワイヤレス座標読取装置を実ヰすることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるワイヤレス座標読取装置の第１の
実施例の構成図、第２図はセンスライン板の断面図、第
３図は位相検出回路の構成図、第４図は誘導信号の発生
タイミング図、第５図は位相検出動作のタイミング図、
第６図は高さに対する位相信号の変化を示すグラフ、第
７図は第２の実施例の構成図、第８図は従来の高さ検出
技術の説明図、第９図は誘導信号の振幅の分布図である
。 １・・・・・センスライン板 ２・・・・・励磁ライン群 ３・・・・・センスライン群 ４・・・・・励磁走査回路 ５・・・・・センス走査回路 ６・・・・・励磁回路 ７・・・・・増幅検波回路 ８・・・・・位相検出回路 ９・・・・・制御回路 １０・・・・・座標指示器 １１・・・・・コイル １２　・　・　・　・ ・コンデンサ 以 上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ、複数の励磁ライン群と複数のセンスライン群を重ね
   て配置したセンスライン板と、 ｂ、該センスライン板上に置かれ、コイルとコンデンサ
   による共振回路を有する座標指示器 とによって構成され、前記励磁ライン群に順次交流信号
   を与えると同時に、前記センスライン群を順次選択し、
   該センスラインに誘導した誘導信号から前記座標指示器
   が置かれた位置の座標値を求めるワイヤレス座標読取装
   置において、 ｃ、前記センスライン板下に配置される金属板と、 ｄ、前記励磁ライン群に与えた交流信号と、前記センス
   ラインに誘導した誘導信号とを入力して、該誘導信号の
   位相を検出し位相信号として出力する位相検出回路と、 ｅ、座標読取装置各部を制御するとともに、前記位相信
   号を入力して、該位相信号を前記座標指示器が前記セン
   スライン板上に置かれた位置の高さ情報に変換する制御
   装置 とを設けたことを特徴とする高さ情報を検出するワイヤ
   レス座標読取装置。