JPH06332603A

JPH06332603A - ワイヤレス座標読取装置

Info

Publication number: JPH06332603A
Application number: JP11690493A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Watazumi; 輝博綿住; Masatoshi Sakata; 正俊阪田; Shigetaka Mizoguchi; 繁孝溝口; Seiichi Nakano; 誠一中野; Toshihiro Arai; 利博新井
Original assignee: Hitachi Seiko Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】コイルやコンデンサの部品精度のばらつきを許
容でき、しかも多数（４個以上）のスイッチ状態を容易
に、しかも少ないスイッチ数で多くのスイッチ状態を検
出可能なワイヤレス座標読取装置を提供すること。【構成】座標指示器にコイルと、複数のコンデンサとス
イッチを直並列に接続たコンデンサ回路と、複数の抵抗
器とスイッチを直並列に接続した抵抗回路とを設け、コ
イルとコンデンサ回路と抵抗回路を直列に接続して、回
路の共振周波数と損失とをそれぞれ独立して可変可能に
構成し、また、タブレットに可変発振回路を設け、複数
の周波数の交流信号を励磁ライン群に供給可能に構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤレス座標読取装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平４−４４１１６号公報には、座標
指示器で操作したスイッチを判別することができるワイ
ヤレス座標読取装置の技術が開示されている。以下、図
面を用いて説明する。◆図７は座標読取装置の構成図、
また、図８は座標指示器の回路構成図である。同図にお
いて、１は励磁ライン２群とセンスライン３群が敷設さ
れたタブレット。４は励磁走査回路で、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
述する制御回路９からの励磁選択信号ＤＡに従って励磁
回路５から供給される交流信号ＤＳを指定された励磁ラ
イン２に印加する。なお、交流信号ＤＳは制御回路９か
ら供給される基準周波数のデジタル信号ＤＣを励磁回路
５で所定の交流信号に変換したものである。６はセンス
走査回路で、電子的スイッチ素子で構成されており、制
御回路９からのセンス選択信号ＳＡによって指定された
センスライン３を選択し、センスライン３に誘導される
信号（以下、検出信号ＩＳ）を位相検出回路７および増
幅検波回路８に出力する。位相検出回路７は検出信号Ｉ
Ｓとデジタル信号ＤＣの位相を比較し位相差信号ＰＳを
制御回路９に出力する。増幅検波回路８は検出信号ＩＳ
を増幅検波して検出信号の振幅信号ＡＳを制御回路９に
出力する。制御回路９はマイクロプロセッサによって構
成され、上記したＤＡ、ＤＣ、ＳＡなどの信号を出力す
る。また、制御回路９は振幅信号ＡＳと位相差信号ＰＳ
から演算により座標値を求めるとともに、後述する方法
により座標指示器１０のどのスイッチが操作されたかを
判別する。すなわち、座標指示器１０の回路は、直列に
接続したスイッチと抵抗（Ｓ₁₁，Ｒ₁₁など）と、コイル
Ｌ₁₁およびコンデンサＣ₁₁，Ｃ₁₂とを接続したＬＣ共振
回路である。いま、すべてのスイッチがオフの時の共振
周波数をｆ_A（ただし、ｆ_A＝１／｛２π√（Ｌ₁₁・
Ｃ₁₁）｝）とすると、少なくとも１つのスイッチがオン
することにより共振周波数はｆ_B（ただし、ｆ_B＝１／
［２π√｛（Ｌ₁₁・（Ｃ₁₁＋Ｃ₁₂）｝］）に変化する。
また、スイッチに直列に接続された抵抗の値に応じてＬ
Ｃ共振回路の損失（すなわち検出信号の位相）も変化す
る。そこで、検出信号ＩＳの位相の変化を検出し、どの
スイッチがオンであるかを判別する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、コイルおよび
コンデンサの部品精度はばらつきが大きく、また温度変
動により特性が大幅に変化するため、上記ＬＣ共振回路
では検出信号ＩＳの位相が大幅に変動する。たとえば図
８におけるスイッチをＳ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₁₃の３個、コイル
Ｌ₁₁のインダクタンスをＬ₁₁＝０．６ｍＨ，コンデンサ
Ｃ₁₁，Ｃ₁₂の静電容量をＣ₁₁＝４００ｐＦ，Ｃ₁₂＝８０
ｐＦ、抵抗Ｒ₁₁〜Ｒ₁₃の抵抗値をＲ₁₁＝１３．２ｋΩ，
Ｒ₁₂＝５ｋΩ，Ｒ₁₃＝２ｋΩとするとき、スイッチオ
フ、Ｓ₁₃のみオン、Ｓ₁₂のみオン、Ｓ₁₁のみオンに対応
する周波数応答は図９に実線で示すＰ_0L、Ｐ_1L、Ｐ_2L、
Ｐ_3Lとなる。いま、励磁ライン２群に周波数ｆ₁（約３
１０ＫＨｚ）の交流信号を印加し、座標指示器１０のＬ
Ｃ共振回路とセンスライン３間の電磁結合による検出信
号ＩＳの位相を測定すると、スイッチ状態に対応してＡ
〜Ｄ点の位相角が得られる。ここで温度変動などにより
Ｃ₁₁、Ｃ₁₂の値が５％減少あるいはＬ₁₁の値が５％減少
したとすると、位相特性は点線で示すＰ_0H、Ｐ_1H、
Ｐ_2H、Ｐ_3Hのように変化するため、Ｃ点の位相角はスイ
ッチＳ₁₂とＳ₁₁のうちのどちらがオンしたものか判別不
能となる。図９から明らかなように、上記の場合には励
磁ライン２群に印加する交流信号ＤＳの周波数を例えば
３１５ＫＨｚにすれば、Ｃ₁₁、Ｃ₁₂の値あるいはＬ₁₁が
５％変動した場合でもスイッチ状態を正しく検出でき
る。しかし、部品精度のばらつきだけでなく温度変動に
よる特性の変化まで含めると、適切な周波数の範囲が狭
く、しかも回路定数を最適化する作業は非常に難かし
い。さらに、スイッチの数を４個以上に増やすために
は、コイルやコンデンサの部品精度のばらつきを１％以
下にする必要があった。◆本発明の目的はコイルやコン
デンサの部品精度のばらつきを許容でき、しかも多数
（４個以上）のスイッチ状態を容易に、しかも少ないス
イッチ数で検出することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、座標指
示器にコイルと、複数のコンデンサとスイッチを直並列
に接続したコンデンサ回路と、複数の抵抗器とスイッチ
を直並列に接続した抵抗回路とを設け、コイルとコンデ
ンサ回路と抵抗回路を直列に接続して、回路の共振周波
数と損失とをそれぞれ独立して可変可能に構成し、ま
た、タブレットに可変発振回路を設け、複数の周波数の
交流信号を励磁ライン群に供給可能に構成することによ
り解決される。

【０００５】

【作用】座標指示器の回路はコイルと複数のコンデンサ
とスイッチを直並列に接続したコンデンサ回路と、複数
の抵抗器とスイッチを直並列に接続した抵抗回路の直列
回路である。従って、共振周波数および損失をそれぞれ
単独に可変でき、コイルやコンデンサの部品精度のばら
つきを考慮した共振周波数と損失を設定できる。したが
って、スイッチの多重押しが可能になり、スイッチの数
を減らすことができる。さらに、座標指示器のコンデン
サ回路によって決まるＬＣ共振回路の共振周波数に対し
て一定値だけ低い周波数とした時の位相検出回路の出力
と、一定値だけ高い周波数とした時の位相検出回路の出
力の差からスイッチの状態を確実に判別できる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２に
より説明する。なお、図１は座標読取装置の構成図、図
２は座標指示器の回路構成図である。また、図７ないし
図８と同じものは同一の符号を付してある。２０は励磁
走査回路で、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、後述する制御回路２２からの
励磁選択信号ＤＡに従って可変発振回路２１から供給さ
れる交流信号ＶＤＳを指定された励磁ライン２に印加す
る。なお、交流信号ＶＤＳは基準周波数のデジタル信号
ＤＣを制御回路２２から入力される周波数指定信号ＦＳ
に対応する周波数の交流に変換した信号である。６はセ
ンス走査回路で、制御回路２２からのセンス選択信号Ｓ
Ａによって指定されたセンスライン３を選択し、検出信
号ＩＳを位相検出回路７および増幅検波回路８に出力す
る。位相検出回路７は検出信号ＩＳと交流信号ＶＤＳの
位相を比較し位相差信号ＰＳを制御回路２２に出力す
る。増幅検波回路８は増幅検波した検出信号ＩＳの振幅
信号ＡＳを制御回路２２に出力し、座標値算出のための
情報を提供する。制御回路２２はマイクロプロセッサに
よって構成され、上記したＤＡ、ＦＳ、ＳＡなどの信号
を出力する。また、制御回路２２は振幅信号ＡＳと位相
差信号ＰＳから演算により座標値を求めるとともに操作
されたスイッチを判別する。２３は座標指示器で、コイ
ル２４（インダクタンスＬ₁）と複数のコンデンサとス
イッチを直並列に接続したコンデンサ回路２５と複数の
抵抗とスイッチを直並列に接続した抵抗回路２６とを直
列に接続したＬＣＲ共振回路を備えている。

【０００７】以下動作を説明する前に、共振周波数およ
び共振回路の損失（すなわち検出信号の位相）をそれぞ
れ４通りに切換ることができることを下記（ａ），
（ｂ）により、また、コイルやコンデンサの部品精度の
ばらつきを許容できることを下記（ｃ）により説明す
る。◆ （ａ）：共振周波数をそれぞれの間隔が等しい４つの周
波数に切換える例◆ なお、共振周波数の切換えは図３に示すコンデンサ回路
２５により行う。◆コンデンサ回路２５を４個のコンデ
ンサＣ₁〜Ｃ₄と２個のスイッチＳ₃、Ｓ₄とで構成する。
いま、コイル２４のインダクタンスＬ₁を０．６ｍＨと
し、Ｃ₁＝１３０ＰＦ、Ｃ₂＝１８０ＰＦ、Ｃ₃＝７５Ｐ
Ｆ、Ｃ₄＝９１ＰＦにすると、スイッチＳ₃、Ｓ₄のオ
ン、オフにより座標指示器の共振周波数は次のようにな
る。◆ （１）スイッチＳ₃、Ｓ₄ともオフのとき：５０７ＫＨｚ
◆ （２）スイッチＳ₃オン、Ｓ₄オフのとき：４３７ＫＨｚ
◆ （３）スイッチＳ₃オフ、Ｓ₄オンのとき：３６８ＫＨｚ
◆ （４）スイッチＳ₃、Ｓ₄ともオンのとき：２９８ＫＨｚ
◆ なお、端子Ａ、Ｂ間の静電容量Ｃ_ABはそれぞれ１６４Ｐ
Ｆ，２２１ＰＦ,３１１ＰＦ,４７７ＰＦである。

【０００８】（ｂ）：共振回路の損失を間隔をあけて４
通りに切換える例◆ なお、損失の切換えは図４に示す抵抗回路２６により行
う。◆抵抗回路２６を３個の抵抗Ｒ₁〜Ｒ₃と２個のスイ
ッチＳ₁、Ｓ₂とで構成する。いま、Ｒ₁＝２６７Ω、Ｒ₂
＝１００Ω、Ｒ₃＝３０Ωにすると、スイッチＳ₁、Ｓ₂
のオン、オフにより端子Ｂ、Ｃ間の合成抵抗値Ｒ_BCすな
わち座標指示器の共振回路の損失は次のようになる。◆ （５）スイッチＳ₁、Ｓ₂ともオフのとき：１００Ω◆ （６）スイッチＳ₁オン、Ｓ₂オフのとき：５７Ω◆ （７）スイッチＳ₁オフ、Ｓ₂オンのとき：２７Ω◆ （８）スイッチＳ₁、Ｓ₂ともオンのとき：０Ω◆ すなわち共振回路の損失を間隔がほぼ等しい１００Ω、
５７Ω、２７Ω、０Ωの４通りに切換えできる。◆ （ｃ）：コイルやコンデンサの部品精度のばらつきを許
容できることの例。◆ 座標指示器２３の部品定数を上記（ａ），（ｂ）と同じ
とし、スイッチＳ₃とＳ₄はオンとする。そして、コイル
２４のインダクタンスＬ₁を０．５７ｍＨ〜０．６ｍＨ
の範囲で０．０１ｍＨおきに変化させる。また、励磁ラ
イン２群に印加する交流信号の周波数を、Ｌ₁＝０．５
７ｍＨとして計算で得られる共振周波数３０５ＫＨｚよ
りも１０ＫＨｚ大きい３１５ＫＨｚ（ｆ₂）と、Ｌ₁＝
０．６ｍＨのときの共振周波数よりも１０ＫＨｚ小さい
２８８ＫＨｚ（ｆ₁）とする。◆上記の条件において、
スイッチＳ₁とＳ₂のオン／オフを組合せた時のコイルに
流れる電流の位相を計算すると図５に示すものとなる。
なお、同図において、曲線Ｐにおける添字の０〜３はス
イッチ状態（０：Ｓ₁，Ｓ₂ともオン、１：Ｓ₁オフ，Ｓ₂
オン、２：Ｓ₁オン，Ｓ₂オフ、３：Ｓ₁，Ｓ₂ともオフ）
を、また添字のＡ〜Ｄはコイルのインダクタンスの違い
（Ａ：０．６０ｍＨ、Ｂ：０．５９ｍＨ、Ｃ：０．５８
ｍＨ、Ｄ：０．５７ｍＨ）を示している。また、０〜３
のスイッチ状態に対応する位相差、すなわち周波数ｆ₁
のときの位相Ｐ（ｆ₁）と周波数ｆ₂のときの位相Ｐ（ｆ
₂）との差である（Ｐ（ｆ₁）−Ｐ（ｆ₂））の計算結果
を表１に示す。なお、同表には、本発明と従来技術との
差を明らかにするため、従来技術の計算結果（励磁ライ
ン２群に印加する交流信号の周波数をｆ₃（＝２７０Ｋ
Ｈｚ）としたときのＰ（ｆ₃））も示してある。

【０００９】

【表１】

【００１０】同表により本発明と従来技術とを比較する
と以下のようになる。◆ （イ）本発明では各スイッチ状態における位相差が２〜
４゜であり、従来技術の位相差２〜６゜に対して変動幅
が小さい。◆ （ロ）本発明ではスイッチ状態を判定する位相の範囲が
それぞれのスイッチ状態に対応して１４〜１６゜と広
く、従来技術の２〜３゜に対して位相マージンが大幅に
向上している。◆ 上記（イ），（ロ）により、本発明では、スイッチ状態
の判別が容易で、コイルのインダクタンスのばらつきも
許容できる。◆なお、上記した従来技術の場合、コイル
のインダクタンスの変動を許容し、かつスイッチ状態を
正しく検出できるのは、位相角の差が明らかでかつ交差
しない範囲である。図５において上記条件を満足するの
は、周波数が約２７０ＫＨｚ±５ＫＨｚの範囲だけであ
り、各スイッチ状態間の位相の差（以下、位相マージ
ン）が少ないから、位相測定の分解能やノイズの影響を
考慮すると安定にスイッチ状態を判定するのは困難であ
る。

【００１１】以下、図６により動作について説明する。
◆スイッチＳ₁〜Ｓ₄の状態を（Ａ）〜（Ｃ）の手順によ
り識別する。なお、上記（ａ），（ｂ）で説明したよう
に、それぞれスイッチ２個で４通りに切換えできるか
ら、スイッチＳ₁〜Ｓ₄を多重押しすることにより、１６
通りのスイッチ状態を検出できる。そして、回路定数を
上記（ａ），（ｂ）と同じにすると、周波数特性は図６
のようになる。すなわち、スイッチＳ₃とＳ₄の組合せに
より共振周波数が４群で、かつ各群の中でスイッチＳ₁
とＳ₂の組合せに応じて位相が４通りに分かれ（Ｐ₀₀〜
Ｐ₀₃、Ｐ₁₀〜Ｐ₁₃、Ｐ₂₀〜₂₃、Ｐ₃₀〜₃₃）、さらにコイ
ル電流（Ｉ₀₀〜Ｉ₀₃、Ｉ₁₀〜₁₃、Ｉ₂₀〜₂₃、Ｉ₃₀〜₃₃）
の特性が４群に分かれる。◆ （Ａ）制御回路２２から可変発振回路２１に対して図６
のｆ_Lに相当する周波数指定信号ＦＳを出力し、さらに
励磁選択信号ＤＡを出力して励磁ラインの１本を選択す
る。この状態でセンス選択信号ＳＡを出力して検出信号
の振幅信号ＡＳがある一定のレベル（座標指示器２３が
励磁ライン上にある時とない時を区別する閾値）以上あ
るかどうかを判定する。振幅信号が一定のレベル以下
（以下、ＡＳオフと言う）の時はセンス選択信号ＳＡを
切換えてすべてのセンスラインを走査する。次に励磁選
択信号ＤＡを切換えてすべてのセンスラインを走査する
手順（以下、ラインスキャンと言う）を繰り返して、振
幅信号が一定のレベル以上（以下、ＡＳオン）となるま
ですべての励磁ラインを切換えてラインスキャンを行な
う（以下、エリアスキャンと言う）。もし、エリアスキ
ャンが終了してもＡＳオンとならなかった場合、周波数
指定信号ＦＳとして図６のｆ_Hに相当する周波数を出力
してエリアスキャンを行なう（以下、Ｆスキャンと言
う）。もしＦスキャンが終了してもＡＳオンとならなか
った場合は、周波数指定信号ＦＳをｆ_Lとｆ_Hに交互に切
換えながらＦスキャンを繰り返す。なお、本実施例で
は、位相の正／負を判定することにより、ｆ_Lとｆ_Hの２
つで４通りの判別を行なうようにしている。◆ （Ｂ）上記Ｆスキャンの途中でＡＳオンを検出した場
合、位相差信号ＰＳを測定して位相の正／負を判定す
る。この位相の正／負と周波数指定信号（ｆ_L／ｆ_H）の
組合せにより共振周波数が４通りの内いずれか（スイッ
チＳ₃とＳ₄の組合せが０〜３のどれか）が判定可能とな
る。◆ （Ｃ）ＡＳオンを検出した場合は上記（Ｂ）の共振周波
数判定に加えて、励磁選択信号ＤＡとセンス選択信号Ｓ
ＡをＡＳオンを検出した時のままの状態にして周波数指
定信号ＦＳを上記（Ｂ）で判定した共振周波数から一定
の周波数だけ低い周波数（前記した図５のｆ₁相当周波
数）に切換えた時の位相差信号ＰＳ１と、周波数指定信
号ＦＳを共振周波数から一定の周波数だけ高い周波数
（前記した図５のｆ₂相当周波数）に切換えた時の位相
差信号ＰＳ２を測定し、ＰＳ１とＰＳ２の差を計算して
表１のＰ（ｆ₁）−Ｐ（ｆ₂）に基づいてスイッチＳ₁と
Ｓ₂の状態（０〜３）を判定する。

【００１２】なお、本実施例においては、スイッチ状態
を検出するための周波数ｆ₁，ｆ₂を共振周波数に対して
±１０ＫＨｚとしたが、上下の幅は違いをもたせても良
い。また、スイッチを多重押しする方法について具体的
に述べなかったが、例えばスイッチ１、２、３、４にそ
れぞれ重み付けコード１、２、４、８を対応させてお
き、スイッチ１と３を押したときにコード５（＝１＋
４）を出力するなどの方法をとれば良い。そして、座標
指示器のスイッチボタンの表面に「１」、「２」、
「４」、「８」を刻印しておき、例えばスイッチコード
６を入力する時には「２」と「４」を押す（押したキー
の加算値が入力するコードとなる）などとすれば操作性
を向上させることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればコイ
ルやコンデンサの部品精度のばらつきを許容でき、しか
も多数（４個以上）のスイッチ状態を容易に、しかも少
ないスイッチ数で多くのスイッチ状態を検出できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による座標読取装置の構成図。

【図２】本発明による座標指示器の回路構成図。

【図３】コンデンサ回路の回路例。

【図４】抵抗回路の回路例。

【図５】本発明における周波数と位相との関係。

【図６】本発明における共振周波数と位相角との関係。

【図７】従来の座標読取装置の構成図。

【図８】従来の座標指示器の回路構成図。

【図９】従来の周波数と位相との関係。

【符号の説明】

１タブレット２励磁ライン３センスライン７位相検出回路２１可変発振回路２３座標指示器２４コイル２５コンデンサ回路２６抵抗回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野誠一神奈川県海老名市上今泉2100番地日立精工株式会社内 (72)発明者新井利博神奈川県海老名市上今泉2100番地日立精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コイルと、複数のコンデンサとスイッチを
直並列に接続したコンデンサ回路と、複数の抵抗器とス
イッチを直並列に接続した抵抗回路とからなり、コイル
とコンデンサ回路と抵抗回路を直列に接続し、回路の共
振周波数と損失とをそれぞれ独立して可変可能に構成し
た座標指示器と、可変発振回路を備え、複数の周波数の
交流信号を励磁ライン群に供給可能に構成したタブレッ
トとからなり、複数の周波数の交流信号を励磁ライン群
に順に供給し、供給した交流信号とセンスライン群に誘
導された誘導信号とから座標指示器が置かれた位置の座
標値と座標指示器スイッチの状態とを判別することを特
徴とするワイヤレス座標読取装置。
【請求項２】励磁ライン群に与える交流信号の周波数を
座標指示器のコンデンサ回路によって決まるＬＣ共振回
路の共振周波数より一定値だけ低い周波数とした時の位
相検出回路の出力と、一定値だけ高い周波数とした時の
位相検出回路の出力との差から前記座標指示器のスイッ
チの状態を判別することを特徴とする請求項１に記載の
ワイヤレス座標読取装置。