JPS584382B2 - 座標読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、座標指示器から発生する交番磁界をタブレ
ット上に敷設した導線に加え、この導線に誘起する誘導
電圧の大きさを検出して、座標指示器の位置を決定する
自動座標読取装置に関する。

ある種の用途に用いられる座標読取装置にあっては、１
つのタブレット上にて複数の座標指示器を使用して作業
を行ない、各座標指示器別の位置座標出力が得られるよ
うな機構が要求されている。

この要求を実現するために、従来、座標指示器毎にそれ
から発生する交番磁界の周波数モードを異ならせるとと
もに、誘導信号の検出系には各周波数モードを弁別する
回路を設け、これによって各座標指示器を区別して座標
値検出処理を行なう方式が提案されていた。

しかしこの方式では、励磁信号を作る発振回路や周波数
混合回路、また周波数モードを弁別するフィルタ回路等
が複数必要であって、回路コストが極めて大きくなると
ともに、それら回路の精度が各指示器毎の位置検出精度
に影響するため、回路調整が極めて面倒である等の欠点
があって、現実的ではなかった。

この発明は上記の点に鑑みなされたもので、複数の座標
指示器に順次択一的に励磁信号を供給して交番磁界を発
生させるとともに、その励磁切換速度より充分高速にタ
ブレットの導線の束査を行ない、時分割的に各座標指示
器に関する座標検出処理を行なうように構成した座標読
取装置を捉供するものである。

以下、この発明の−実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図に示すように、タブレット１の基本構造は、適宜
な絶縁性基板２の表面側に折返し形の複数のＸ軸センス
線Ｘｌ（Ｘ１，Ｘ２，・・・・・・Ｘｏ）が一定のピッ
チで平行に配設されているとともに、その裏面側にはセ
ンス線Ｘｉと直交してそれと同じ形態の複数のＹ軸セン
ス線Ｙｌ（￥１＋Ｙ２＋・・・・・・Ｙｍ）が同じピッ
チで平行に配設されたものである。

Ｘ軸センス線Ｘｉの各一端はデコーダからなるＸ軸走査
回路３Ｘの各出力端に接続され、同じくＹ軸センス線Ｙ
ｊの各一端はＹ軸走査回路３Ｙに接続されている。

また、各センス線Ｘｉ，Ｙｊの他端はそれぞれダイオー
ドＤを介して共通の出力線ｌに接続されている。

走査回路３Ｘ，３Ｙは、後述するように、Ｘ１→Ｘ２・
・・・・・→Ｘｏ→Ｙ１→Ｙ２・・・・・・→Ｙｍとい
う順番で各センス線に走査信号を順次印加する。

この実施例では３つの座標指示器４ａ，４ｂおよび４ｃ
が用意されている。

そのうち座標指示器４ａと４ｂは同じもので、ボールペ
ンのごとき筆記具を内蔵したペンの先端部分に所定径の
励磁巻線５を装着したものである。

この２つの指示器４ａ，４ｂを単にペンとも称す。

また座標指示器４ｃは、タブレット１上を滑らかに摺動
ずる平盤状のカーソルに所定径の励磁巻線５を装着した
もので、これを単にカソールとも称す。

なお、これら３つの指示器のいずれかを差す場合には、
座標指示器４と記す。

ペン４ａ，４ｂには、図示していないが、その先端に一
定以上の圧力（筆圧）を加えたときに動作するペンスイ
ッチが内蔵されていて、そのスイッチ出力が座標読取の
指令信号となる。

一般には、タブレット１上で通常の筆記を行なうような
形で、ペン４ａ，４ｂでもって座標指示を行なう。

したがって、手書き文字等の情報をダイレクトに入力す
る際等に利用される、一方、カーソル４Ｃは、タブレッ
ト１上に置いた図面の必要なポイントの座標を高精度に
読取らせる場合等に主に用いられる。

このように、座標指示器には各種の性格をもつ形態のも
のがある。

６は所定周波数ｆ。

の励磁信号を発生する発振器、７は発振器６の出力を増
幅する増幅器、８は増幅器７の出力を３つの座標指示器
４ａ，４ｂ，４ｃの励磁巻線５に択一的に切換供給する
励磁切換回路である。

この切換回路８はＣ−ＭＯＳ型アナグ爾スイッチで構成
され、その切換動作は後述する演算制御部１６により制
御される。

切換回路８を介して励磁巻線５に励磁信号が供給される
座標指示器４からは、周波数ｆ。

の交番磁界が発生する。

交番磁界を発生する座標指示器４がタブレット１上に置
かれると、その交番磁界の磁気誘導によって、座標指示
器４の近傍のセンス線Ｘｉ，Ｙｊに周波数ｆｏの交流信
号が誘起される。

センス線Ｘｉ，Ｙｊに誘起された誘導信号は、そのセン
ス線Ｘｉ，Ｙｊに走査回路３Ｘ，３Ｙからの走査信号が
印加されたときにのみ、その走査信号に重畳されてダイ
オードＤを通過して出力線ｌに導出される。

つまり出力線ｌには、センス線走査に伴つて、各センス
線での誘導信号が順番に現われる。

出力線ｌに現われる信号は増幅器９で増幅されて、周波
数ｆ。

を通過帯域とする帯域沖波器１０に供給される。

これによって、上記交番磁界による誘導信号が弁別され
、帯域Ｐ波器１０からは例えば第２図ａに示す形の信号
が出力される。

この出力は増幅器１１で増幅され、整流回路１２で全波
整流され、さらに低域Ｐ波器１３で平滑され、第２図ｂ
に示すような滑らかな波形の信号となる。

この第２図ｂにおける各電圧Ｖ，，Ｖ２，・・・・・・
が各センス線の誘導信号レベルに対応する訳である。

低域ｐ波器１３の出力は増幅器１４を経て、Ａ／Ｄ変換
器１５に入力される。

ところで、上述のようにペン４ａ，４ｂとカーソル４ｃ
とではその形態が大きく異なるため、多くの場合、その
励磁巻線５の径や巻数が異なるし、タブレット１上を指
示した際のタブレット１面と励磁巻線５間の距離も異な
る。

このためペン４ａ，４ｂとカソール４ｃとではタブレッ
ト１に対する電磁的結合特性が異なり、一般にはカーソ
ル４ｃの方が大きな誘導信号が得られる。

このようなペン４ａ，４ｂとカーソル４ｃとの間の誘導
レベルの差を補償するため、上記増幅器９の利得を操作
する。

すなわち、２３は増幅器９の利得に係わる帰環抵抗値を
２段階に切換える利得切換回路であって、この切換回路
２３はＣ−ＭＯＳ型アナグロスイッチで構成され、その
切換動作は演算制御部１６により上記励磁切換回路８と
関連して制御される。

詳説すると、切換回路８によってペン４ａまたは４ｂに
励磁信号を供給するときには、切換回路２３によって増
幅器９の利得をペン４ａ，４ｂによる誘導信号処理用の
高い値にセットし、切換回路８によってカソール４ｃに
励磁信号を供給するときには、切換回路２３によって増
幅器９の利得をカソール４ｃによる誘導信号処理用の低
い値にセットするのである。

上記演算制御部１６はファームウエア化されたマイクロ
コンピュータを中心に構成されるもので、マイクロプロ
セッサ１７，メモリ１８，インターフエイス１９．２０
等からなる。

この演算制御部１６は、上記切換回路８および２３を制
御する他、アドレスレジスタ２１を介して上記センス線
の走査を制御し、同時にＡ／Ｄ変換器１５の出力に基づ
いて座標値を求める処理を行ない、さらに外部機器２２
間の入出力処理等、本装置の主要な処理を統轄する。

演算制御部１６による基本制御動作の概略を第３図のフ
ローチャートに従って説明する。

このフローチャートは３つの座標指示器４ａ，４ｂ，４
ｃを同時並行的に使用する場合のものである。

まず最初のステップ１で、切換回路８を制御して第１の
ペン４ａの励磁巻線５に励磁信号を供給し、ペン４ａか
ら交番磁界を発生せしめるとともに、切換回路２３を制
御して増幅器９の利得を高い値にセットする。

次のステップ２はペン４ａによる指示座標を検出するル
ーチンで、詳細は後述するが、要するにセンス線を高速
で走査し、そのときＡ／Ｄ変換器１５から得られる誘導
電圧を順次導入し、その各電圧値から指示点の座標値を
求める訳である。

このステップ２の座標検出ルーチンにて座標値が求まれ
ば、その値を第１のペン４ａによる指示位置として一時
記憶し、また一定レベル以上の誘導電圧が得られなけれ
は（ペン４ａでもってタブレット１上が指示されていな
い）、後述の無効処理を実行し、次のステップ３へ進む
。

ステップ３では、切換回路８を制御して第２のペン４ｂ
の励磁巻線５に励磁信号を供給し、ペン４ｂから交番磁
界を発生せしめる。

次のステップ４は上記ステップ２と同じ座標検出ルーチ
ンであって、このルーチンの実行により指示座標値が求
まれば、その値を第２のペン４ｂによる指示位置として
一時記憶しておく。

そして次のステップ５では、切換回路８を制御してカー
ソル４ｃの励磁巻線５に励磁信号を供給し、カーソル４
ｃから交番磁界を発生せしめるとともに、切換回路２３
を制御して増幅器９の利得を低くずる。

次のステップ６は上記の座標検出ルーチンであって、こ
れの実行によって指示座標値が求まれば、その値をカー
ノル４ｃによる指示位置として一時記憶する。

次のステップ７は出力ルーチンであって、上記ステップ
２，４，６の座標検出ルーチンにてそれぞれ求められた
座標値を、第１のペン４ａ，第２のペン４ｂ、カーソル
４ｃにそれぞれ対応させた形で所定の外部機器２２に出
力する。

そして制御を最初のステップに戻す。

以上のステップ１〜７が高速に繰返されることにより、
３つの座標指示器４ａ，４ｂ，４ｃから順次択一的に交
番磁界が発生し、各座標指示器４ａ，４ｂ，４ｃを励磁
する毎に座標検出ルーチンが実行されて、それぞれの指
示位置の座標値が出力されるのである。

近年の技術では、上記の処理速度は充分に高くすること
ができ、したがって時分割的処理であるが、３つの座標
指示器４ａ，４ｂ，４ｃの同時並行的な使用が可能で、
各指示器毎のサンプリング速度も充分高くとれる。

なお、ペン４ａとカーソル４ｃの２つを使用する場合に
は、その２つの座標指示器を交互に励磁すれば良いのは
勿論である。

つまり、図示していないが、所定の入力手段により各座
標指示器の使用あるいは不使用を演算制御部１６に入力
するようになっていて、それに応じて演算制御部１６に
よる切換回路８および２３の制御モードが選択される訳
である。

ここで、座標検出の詳細について説明する。

座標指示器４でタブレット１上を指示した場合、その指
示点の近傍では、指示点との距離が小さいセンス線程、
大きな誘導電圧が得られる。

例えばＸ軸に関し、センス線ＸｉとＸｉ＋１との間でＸ
１よりに指示点があるとすると、指示点に最も近いセン
ス線Ｘｉから最犬の誘導電圧Ｖｐが得られ、その両隣の
センス線Ｘｉ−１とＸｉ＋１からは、それぞれ誘導電圧
Ｖｐ−１，Ｖｐ＋１（この例ではｖｐ−１＜Ｖｐ＋１）
が得られる。

ここで、センス線の配列ピッチをＴとし、センス線Ｘｉ
と指示点間の距離を△Ｘとすると、指示点の座標値Ｘは
、 Ｘ＝ＴＸｉ＋△Ｘ と表わせる。

このうちのデータ（ＴＸｌ）は最大値を生じたセンス線
のアドレスから容易に得られる。

△Ｘは補間距離と呼ばれ、この実施例では次のように求
める。

すなわち、センス線Ｘｉから得られた最犬の誘導電圧Ｖ
ｐと、その両隣のセンス線Ｘｌ−１，Ｘｉ＋１から得ら
れた誘導電圧ｖｐ−１，Ｖｐ＋−１に基づき、（Ｖｐ−
Ｖｐ−１）と（Ｖｐ−Ｖｐ＋１）との比から距離△Ｘを
決定する。

具体的には、次式（１）で定義される電圧比Ｑを求める
。

このＱは、０≦△Ｘ≦Ｔ／２の範囲の△Ｘに対して、０
≦Ｑ≦１の範囲の値をとる△Ｘの−義関数であって、次
のように表わぜる。

上式（２）の関数表を予め実験的に求めておけば、Ｖｉ
，Ｖｉ−１，Ｖｉ＋１を検出し、式（１）の電圧比Ｑを
算出して、式（２）の補間関数表から補間距離△Ｘが求
まる。

つまり、最終的な座標値は次のようになる。

ところで、ペン４ａ．４ｂとカーソル４ｃとではタブレ
ット１に対する電磁的結合特性が異なることを前に説明
したが、この相異は上記補間関数にも影響する。

したがって本実施例では、ペン４ａ，４ｂ用の補間関数
とカーソル４ｃ用の補間関数とをそれぞれ実験的に求め
、その２種の関数表データを演算制御部１６内のメモリ
に予め記憶してある。

そして、第３図のステップ２および４ではペン用の補間
関数表に基づいて△Ｘを求め、ステップ６ではカーソル
用の補間関数表から△Ｘを求めるのである。

第４図は上記座標検出ルーチンの内容を表わすフローチ
ャートである。

これに従って演算制御部１６の動作を一応説明する。

まず、ステップ１のイニシャライザルーチンを実行し、
内部のレジスタ（■ｏ）および（Ｓｘ）を０にする。

次のステップ２で、レジスタ（Ｓｘ）の内容Ｏを上記ア
ドレスレジスタ２１に書き込む。

これによって、センス線Ｘ１に走査信号が印加され、上
記Ａ／Ｄ変換器１５にはセンス線Ｘ１で得られた検出電
圧■１が入力される。

次のステップ３にて、検出電圧入力が安定する適宜なタ
イミングでＡ／Ｄ変換器１５を起動する。

次のステップ４にて、Ａ／Ｄ変換器１５からの変換終了
信号を待ち、変換終了したならば、次のステップ５にて
、デイジタル変換された検出電圧■１を取込み、内部の
レジスタ（■１）にストアする。

次のステップ６では、レジスタ（■１）の内容、つまり
検出電圧■１が、予め設定してあるしきい値Ｖｎ（ノイ
ズレベルより多少大きい）より大きいか否かを判定する
。

（■１）＜（Ｖｎ）の場合はステップ１０ヘジャンプし
、（Ｖｔ）≧（Ｖｎ）の場合は次のステップ７にて、（
■１）の値が（Ｖｏ）の値より大きいか否かを判定する
。

（■ｏ）の値は上述のように０であるので、まず（■１
）≧（■ｏ）と判定される。

その場合、次のステップ８で（ＶＯ）の値をレジスタ（
ｖ−ｉ）に移し、さらに次のステップ９にて（■１）の
値を（Ｖｏ）に移す。

そして、ステップ１０でＸ軸センス線アドレス（Ｓｘ）
をインクリメントし、ステップ１１で（Ｓｘ）がＸ軸セ
ンス線の最終アドレスかどうかをチェックし、最終アド
レスになっていない間はステップ２へ戻る。

以上のようにしてＸ軸の走査が進む。

このとき、タブレット１上に交番磁界を発生する座標指
示器４がないと、上記しきい値（Ｖｎ）以上の検出電圧
が得られないまま、Ｘ軸の最終アドレスまで走査が進む
。

すると、ステップ１１にてＮＯと判定され、その場合、
ステップ１２の無効処理ルーチンを実行し、外部機器に
無効信号を出力し、ランプ等を点灯させる。

また、座標指示器４でタブレット１上を指示しておれば
、Ｘ軸の走査が指示位置に近ずくにつれて検出電圧は増
加し、Ｘ軸の走査が指示位置を越えると、検出電圧が減
少する。

この検出電圧の増加から減少への変化がステップ７で検
出される。

つまり、検出電圧が増加しているとき、レジスタ（ＶＯ
）には常に最大値がストアされており、最新の検出電圧
（Ｖ１）が（■ｏ）以下になると、ステップ７でＮＯと
判定される。

そしてその時点においては、レジスタ（■ｏ）には検出
電圧の最大値がス１・アされ、レジスク（ｖ−ｉ）には
最大値を生じたセンス線Ｘｉの１アドレス手前のセンス
線Ｘｉ−１からの検出電圧がストアされ、レジスタ（■
＋１）にはセンス線Ｘｉの１アドレス後のセンス線Ｘ１
＋１からの検出電圧がストアされる。

ステップ７でＮＯと判定されると、ステップ１３へ進み
、（Ｖ−１）の値と（Ｖ＋１）の値の大小を判別し、そ
れに応じてステップ１４または１４′にて式（１）の電
圧比Ｑを算出する。

次のステップ１５または１５′にて、計算されたＱをも
とに上述した補間関数表（いわゆるＲＯＭテーブル）か
ら、式（２）に表わされる補間距離△Ｘを求める。

次にステップ１６または１６′にて、求められた補間距
離△Ｘと最大値を生じたセンス線アドレスとから、式（
３）に表わされるＸ座標を計算し、所定のレジスタに一
時記憶する。

次に、図ではステップ１７として示しているが、Ｘ座標
を検出する上記の制御をＹ軸について行ない、指示位置
のＹ座標を求めて一時記憶するのである。

なお、このステップ１７中にも、上記ステップ１２と同
じ無効処理ルーチンを含んでいる。

なお、上記ステップ６におけるしきい値Ｖｎが一定であ
ると、座標指示器４をタブレット１に接近、離間させる
過渡状態にて、いわゆるチャタリング現象を生じ易い。

これを防ぐため、各座標指示器毎に、最新の走査終了時
点でその指示器が無効状態（タブレット上にない）にあ
るが、有効であるか（タブレット上を指示している）を
記憶し、次の走査に際して、無効状態の指示器について
は上記しきい値Ｖｎを適宜に大きな値にセットし、有効
な指示器については上記しきい値Ｖｎを適宜に小さな値
にセットする。

これにより、座標指示器の近接、離間動作と、有効、無
効の判定動作の間にいわゆるヒステリシスが生じ、チャ
タリングを防止できるのである。

以上詳細に説明したように、この発明に係る座標読取装
置は、複数の座標指示器に順次択一的に励磁信号を供給
して交番磁界を発生させるとともに、その励磁切換速度
より充分高速にセンス線走査を行ない、各座標指示器毎
にその指示座標値を検出するものであるから、従来のよ
うに各座標指示器毎にそれから発生する交番磁界の周波
数モードを異ならせる方式に比べ、回路的構成は非常に
簡単になるとともに、座標指示器の種類によって異なる
特性の補償も簡単である等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る座標読取装置の全体的な構成を示
すブロック図、第２図ａ，ｂは誘導信号の波形図、第３
図は本装置の基本動作のフローチャート、第４図は座標
検出ルーチンのフローチャートである。 １・・・・・・タブレット、Ｘｉ，Ｙｊ・・・・・・セ
ンス線、ｌ・・・・・・出力線、３Ｘ，３Ｙ・・・・・
・走査回路、４ａ，４ｂ・・・・・・座標指示器（ペン
）、４ｃ・・・・・・座標指示器（カーソル）、５・・
・・・・励磁巻線、６・・・・・・発振器、８・・・・
・・励磁切換回路、１６・・・・・・演算制御部、２３
・・・・・・利得切換回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数のセンス線を一定間隔で敷設してなるタブレッ
   トと、このタブレット上に交番磁界を印加するための励
   磁巻線を有する複数の座標指示器と、この複数の座標指
   示器の励磁巻線に対して励磁信号を順次択一的に供給す
   る励磁切換回路と、この励磁切換回路の切換動作より充
   分高速に上記センス線を走査して、上記交番磁界によっ
   て各センス線に誘起される誘導信号を検出し、その誘導
   信号レベルから交番磁界を発生している座標指示器の位
   置を求める演算制御部とを備え、各座標指示器毎にその
   位置座標を検出できるようにした座標読取装置。