JPS593794B2 - デイジタイザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁結合方式によるカーソルの位置を測定す
るデイジタイザに関するものである。

デイジタイザは図面等のアナログ表示からデイジタル形
式のデータを導き出すのに好適なものであるが、位置付
け要素であるカーソルやペンの位置をいかなる手段を用
いて測定するかによつて様様な種類がある。代表的なも
のとして、機械式、静電式、電磁式、音響式、光式の手
段がある。この中機械式は操作性に難点があり、静電式
と光式はデイジダース媒質の材料に制限を受け、また音
響式は気温などの変化を受けやすいので、現在では電磁
式が最も汎用性に富み欠点の少ないものと言われている
。電磁式すなわち電磁結合方式にも種々のものがあるが
、第１図にその従来の電磁結合方式によるデイジタイザ
の一例を示す。第１図は特に位置検出部の要部を示す説
明的構成図である。すなわち、第１図イに示す平面板１
に形成されたジグザグ状の２相検出ループ（ＸｃＯｓ線
、Ｘｓｉｎ線よりなる検出ループ）２，３で、カーソル
４から発生する磁束を検出し、その位相からカーソル４
の位置を検出するものである。この場合、カーソル４の
相対位置と検出ループ２の起電流との関係は、第１図口
に示すような関係にあり、起電流より相対位置を検出す
ることができる。しかし、第１図イに示すようなループ
においては１ピツチ隣りに位置した場合との区別がつか
ないので、第１図ハに示すような区域検出用ループ５を
もう１組併設し、判別できるように構成している。その
ため、多数のルーブ基板を必要とし、これに関連して回
路が複雑となるばかりでなく全体として高価にもなると
いう欠点があつた。

本発明の目的は、このような欠点を解消し、従来のデイ
ジタイザと同程度の精度で位置座標を読み取ることので
きる安価なデイジタイザを提供することにある。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第２図は本発明に係るデイジタイザの一実施例を示す要
部構成図である。第２図において、２０はプリント板又
はガラス等のような絶縁板で、その表面に複数の導体ル
ープ２１（図では６個のループ２１１〜２１６を示す）
を単一極を有するように配設している。導体ループ２１
の端はスイツチ２２に接続されており、このスイツチは
入力端２４に印加されるパルスＰ２に同期してループ２
１１〜２１６に順次電流を供給することができるもので
ある。第３図イに入力端２４に印加されるパルスＰ２と
ループ２１１〜２１６の電流供給のタイミングを示す。
更に、このスィツチ２２は入力端２３に入力されるパル
スＰ１によつても駆動され、第３図口に示すように供給
電流をパルスＰ１に同期して断続する。前記パルスＰ１
及びＰ２は第２図の発振器２６の基準クロツクを適宜分
周して得たもので、パルスＰ１はこのクロツクを第１の
分周器２７で分周したパルス、パルスＰ２はパルスＰ１
を第２の分周器２８で分周したパルスである。この場合
、第３図口からも明らかなように第２の分周器２８では
１／２分周を行なつている。３０は導体ループ２１の作
る磁束を検出する磁束検出カーソルで、少なくとも１個
の磁束検出コイル（図示せず）を有し、その中央部分に
位置合せ用の十字状マーク等の指標（図示せず）を備え
たもので、オペレータが絶縁板２０上を任意の方向に移
動することができるように構成してある。

３２は増幅器で、前置した同調回路３１の出力を増幅す
る。

同調回路３１は第４図に示すようなバンドパス特性を有
し、その同調周波数はスイツチ２２の入力端２３に与え
られるパルスＰ１の周波数と等しくなるように構成した
もので、カーソル３０に生ずる起電力信号の中パルス励
磁によつて生じた高調波を減衰除去し、同調周波数近傍
の信号のみ通過するように作用するものである。３３は
有極性検波器で、例えば同期検波器などが使用できる。

３４はバンドパスフイルタで、検波器３３の出力の基本
波（第６図の口）のみ取り出すものである。

検波器３３の出力は第５図に示すような波形で、この波
形の生じる発生時間はカーソル３０の端のループ２１１
からの離間距離に対応している。３５はこの発生時間を
検出するカウンタで、ループ２１の電流駆動開始時から
フイルタ３４の出力信号が正から負に向つて移る際に零
を横切るまでの時間の間発振器２６のクロツクを計数す
るようになつている。

この場合、零を横切る点はカーソル３０の位置より９０
０ズレているので、最初に励磁される導体ループ２１１
より９０でずれた位置相当で発生する励磁信号がスター
トパルスとして与えられ、これによりカウンタ３５がク
ロツク計数を開始するように構成してある。このような
構成における本発明の動作を次に説明する。

第１及び第２の分周器２７，２８において発振器２６の
クロツクを分周して得たパルスＰｌ，Ｐ２に基づき、ス
イツチ２２により第３図口に示すようなタイミングで導
体ループ２１１〜２１６を順次電流駆動する。ループ２
１１〜２１６で順次に発生する磁束は位置付けしたカー
ソル３０で検出される。カーソル３０の出力は同調回路
３１を介して高調波が除去された後、増幅器３２で適宜
に増幅されて有極性検波器３３に導かれる。この交流信
号はここで検波され第５図に示すような脈流信号となる
。続いて、バンドパスフイルタ３４により脈流信号の基
本波を検出し第６図口に示すような正弦波状の出力を得
る。一方、カウンタ３５は第６図イに示すような、スイ
ツチ２２の出力端２５より与えられるスタートパルスに
より、発振器２６からのクロツクの計数を開始し、前記
基本波が零を横切る時点で第６図ハのように計数動作を
停止する。このときのカウンタ３５の計数値はカーソル
３０の導体ループ２１１からの離間距離に対応している
ので、このようにして絶縁板２０上のカーソル３０の位
置を検出することができる。なお、第２図に示す実施例
はカーソル３０の１次元的位置を測定する場合のもので
あるが、２次元的位置を測定する場合には第７図のよう
に構成すればよい。

すなわち、第２図に示す絶縁板２０をもう１組使用し、
互いに導体ループが直交するように配置する。新たな絶
縁板２０ａはスイツチ２２と同様のスイツチ２２ａで電
流駆動する。スイツチ２２ａもまたパルスＰｌ，Ｐ２に
よつて駆動されるが、スイツチ２２とスイツチ２２ａは
時分割で交互に駆動されるように構成してある。例えば
、絶縁板２０ではカーソル３０のＸ軸方向の位置を、絶
縁板２０ａではＹ軸方向の位置を読み取るものとすれば
、スイツチ２２，２２ａの駆動と同期してＸ軸座標及び
Ｙ軸座標を交互に検出することができる。なお、この場
合は、検出系３１〜３５をＸ軸座標検出とＹ軸座標検出
に兼用したが、この検出系も２組用意し各座標を同時に
測定するように構成してもよい。更に、絶縁板は１枚に
し、その表側と裏側に互いに直交する導体ループをそれ
ぞれ形成したものであつてもよい。

また、スイツチ２２，２２ａも１組にまとめて同様に作
用させることもできる。第２図及び第７図において検波
器３３は有極性型のものとしたが、フイルタ３４に十分
に大きいＱがあり高調波を減衰除去することができれば
、ダイオードなどの無極性検波器を使用することもでき
、構成の簡単化に役立つ。しかし、このような原理に基
づくデイジタイザにおいて最も大きな誤差を生ずる可能
性はバンドパスフイルタ３４にある。すなわち、フイル
タの中心周波数が温度変化や部品の経時変化等で変化す
ると、通過周波数の位相が変化し、直接にカーソル位置
の測定誤差となる。これを解決するために、一例として
、第８図に示すように増幅器３２と有極性検波器３３（
又は無極性検波器３３ａ）との間にアナログスイツチ４
１を挿入接続し、模擬入力により検出系の校正ができる
ように構成する。このような構成によれば、第９図に示
すようにカーソル３０の位置測定の間にスイツチ４１を
切換えて校正モードとし、校正用の摸擬入力をスイツチ
４１を介して検波器３３ａに印加して時間差を測定しフ
イルタ３４を含む検出系の校正を行ない、カーソル位置
の実測値を補正することができる。この場合校正モード
は必ずしも第９図のようにカーソル位置測定後に毎回設
ける必要はなく、検出系の安定期間を考慮して適当に間
引いた間隔としてもよい。なお、摸擬入力を与える代り
に第１０図に示すように絶縁板（図示せず）裏側の定め
られた位置に固定の磁束検出カーソル３０ａを配設し、
力ーソル３０と３０ａとの出力をスイツチ４１ａで択一
的に切換え選択してその出力の差をとることによつて校
正することもできる。第１１図は第２図又は第ｒ図のデ
イジタイザを用いて測定を行なつた場合の誤差曲線を示
すもので、縦軸は誤差、横軸はカーソルの位置（Ｘ軸又
はＹ軸方向の位置）を表わす。

デイジダース領域の中央部は誤差が小さいが、端に近づ
くにつれて急激に誤差が増大する。これは第１２図から
も明らかなようにカーソル３０が端に近づくにつれて、
導体ループが有限なために片側のサイドロープが減少し
、フイルタ３４を通過した後の出力信号のピークと通過
前の信号のピークとに位相のずれが生ずるためである。
第１３図は第１１図に示す誤差の小さい範囲いわゆる使
用可能範囲を拡大したデイジタィザの実施例を示す構成
図で、検波器３３とフイルタ３４の間に可変スレツシヨ
ルドの整流回路５１を挿入接続した点を除いては第７図
のものと同じである。

この整流回路５１の出力波形を第１４図に示す。第１４
図のイは検波器３３として有極性型のものを使用した場
合でかつ整流回路５１のスレツシヨルド・レベルを零と
した場合の出力波形（実線部）を示し、また第１４図の
口は無極性検波器３３ａを使用した場合であつてかつス
レツシヨルド・レベルを適宜に高くした場合の出力波形
（実線部）を示す。要するに、この整流回路５１を使用
することにより、カーソルの外側に位置する導体ループ
からの情報であるサイドロープを除去し、ループ２１，
２１ａが有限であることの影響を除去することができる
。第１５図は第１３図のデイジタイザにおいて実測した
誤差分布図であつて、実質上全面が使用可能範囲となつ
ていることを示している。第１６図は本発明の他の実施
例で、フイルタ３４の出力電圧を常に一定にし、整流回
路５１のスレツシヨルド・レベルを一定にしたままでカ
ーソル位置を測定することのできるデイジタイザの構成
図である。

すなわち、前述した第１３図のデイジタイザにピーク電
圧検出器６１と比較器６２を追加し、更に増幅器３２を
可変ゲイン増幅器３２ａに置き替えたものである。この
ピーク検出器６１はフイルタ３４の出力電圧のピークを
検出し、これを比較器６２で比較電圧と比較する。その
比較結果に基づき可変ゲイン増幅器３２ａのゲインを制
御し、フイルタ３４の出力電圧を一定に保持する。した
がつて、整流回路５１に入力される信号の大きさは常に
一定となり、たとえカーソルと導体ループとの間隔が大
きくなつてカーソルの出力電圧が小さくなつたとしても
、スレツシヨルドは一定のレベルにしたままで位置測定
をすることができる。第１７図は他の実施例で、スレツ
シヨルド制御回路７１を用いた点を除けば第７図のもの
と同じである。

このスレツシヨルド制御回路７１はバンドパスフイルタ
３４のピーク値出力に関連してスレツシヨルド電圧を定
めるもので、例えばフイルタ３４のピーク値が１／２に
なると整流回路５１のスレツシヨルド電圧も１／２にす
る。この結果前述と同様にカーソル信号のサイドロープ
の影響を除去した測定を行なうことができる。以上に述
べたデイジタイザの分解能は、主としてフイルタ３４の
短期安定度で決まる。

この短期安定度とは数１０〜数１００ＫＨ２のオーダの
位相のフラツキで、ドリフトのような遅い位相の変化は
前述した校正モードを採用することによつて除去できる
が、この短期安定度は一般には周期測定を何回か行なつ
て平均化する以外には手頃な解決策がない。例えば、３
６０朋を０．１關の分解能で測定するには位相の短期安
定度が０．１の以下である必要があるが、これはかなり
実現性が困難である。第１８図はこの問題を解決するた
めの構成を示すもので、第１７図（第７図、第１３図及
び第１６図も含む）と異なる点は導体ループの電流１駆
動にモード可変型の電流スイツチ８１，８１ａを用いた
ごとである。このスイツチ８１，８１ａは、ある一定間
隔離れた複数のループに同一電流を印加できるモードを
持つている。第１９図はこの様子を示したもので、同図
イのモードＡ（微測定）では測定範囲のＮ本のループに
同一電流が流れ、同図口のモードＢ（粗測定）では１本
のループのみに電流が流れることを示してある。図中破
線で示した波形はフイルタ３４の出力を示すもので、モ
ードＡでは３６００の位相変化によつて測定する範囲が
モードＢの１／Ｎになつており、したがつてそれだけ分
解能を向上させることができる。ただしこの場合、モー
ドＡのみでは第１９図イからも明らかなように３６０み
位相のずれた位置ではそれらは互いに区別がつかないの
でモードＢによつてこの区別を行なう。

゛ただし、モードＢは前記区別ができればよいだけであ
るから、特に高分解能を必要としない。第２０図は動作
遷移の一例を示すもので、特に前述した校正モードを織
り混ぜ、Ｘ軸位置測定において佼正モード→モードＡ→
モードＢ．Ｙ軸位置測定において校正モード→モードＡ
→モードＢという順序で位置測定動作が行なわれる様子
を示してある。なお、第１８図のデイジタイザにおいて
、モードＡでのフイルタ３４の出力波形の周波数はモー
ドＢでのそれのＮ・倍である。

したがつて検出系としてＮ倍の周波数信号に適したもう
１組の検出系を用意する必要があるが、系の簡略化、低
廉化を図る上で電流スイツチ８１，８１ａにはモードＡ
のときのみ一方の入力パルスＰ２を更に１／Ｎに分周し
て入力するように構成することにより検出系を１組とす
ることができる。以上説明したように、本発明のデイジ
タイザによれば、従来のデイジタイザが必要とした区域
検出用の導体ループを使用することなく、高精度、高速
でカーソルの位置座標を測定することができ、また導体
ループの１駆動に安価なデイジタル素子を使用すること
ができる外、信号検出にも高価なＡＤ変換器などを要す
ることなく更に位置に比例した出力が直接得られること
から補間や非線形補正を全く必要としないので高速で安
価なデイジタイザを実現することができる。

また、カーソルと導体ループの間隔が離れてカーソルの
出力が小さくなつても、位相を検出しているので出力の
大小は誤差にならず、環境条件の影響を受けにくいデイ
ジタイザを実現することができる。

更に、摸擬入力あるいはあらかじめ位置付けした導体ル
ープ及びカーソルを配設して校正することにより容易に
検出系のドリフト等による位相変化の影響を除去するこ
とができ、またモードＡとモードＢとによる微測定と粗
測定によつて導体ループ等の密度を上げることなく容易
に分解能の向上を図ることができるなど、実用に供して
その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のデイジタイザの要部構成図、第２図は本
発明に係るデイジタイザの実施例を示す要部構成図、第
３図は導体ループの電流駆動のタイミングを示す図、第
４図は同調回路３１の周波数特性を示す図、第５図は検
波器３３の出力波形図、第６図はカウンタ３５の動作を
説明するための図、第７図、第１３図、第１６図、第１
７図及び第１８図は本発明の他の実施例を示す要部構成
図、第８図及び第１０図は校正モードを実現する場合に
採用する部分の要部構成図、第９図は校正モードを実施
する場合の動作遷移図、第１１図及び第１５図は絶縁板
上でのカーソル位置と誤差との関係を示す図、第１２図
はバンドパスフイルタ３４の入力と出力との関係を示す
図、第１４図は整流回路５１の機能を説明するための図
、第１９図は第１８図のデイジタイザで実施するモード
ＡとモードＢを説明するための図、第２０図は第１８図
のデイジタイザの動作遷移図である。 ２０，２０ａ・・・・・・絶縁板、２１，２１ａ，２１
１〜２１６，２１ｃ・・・・・・導体ルーブ、２２，２
２ａ・・・・・・スイツチ、２６・・・・・・発接器、
２７・・・・・・第１の分周器、２８・・・・・・第２
の分周器、３０，３０ａ・・・・・・磁束検出カーソル
、３１・・・・・・同調回路、３２，３２ａ・・・・・
・増幅器、３３，３３ａ・・・・・・検波器、３４・・
・・・・バンドパスフイルタ、３５・・・・・・カウン
タ、４１，４１ａ・・・・・・アナログスイツチ、５１
・・・・・・整流回路、６１・・・・・・ピーク電圧検
出器、６２・・・・・・比較器、７１・・・・・・スレ
ツシヨルド制御回路、８Ｌ８１ａ・・・・・・電流スイ
ツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基準クロックを分周して所定の周波数のクロックパ
   ルスを得る分周手段と、単一極を有するように複数個の
   導体ループを配置してなる絶縁板と、前記分周手段から
   与えられるパルスに同期して前記複数個の導体ループを
   端から配列順に順次電流駆動してゆくスイッチと、前記
   導体ループより発生する磁束を検出する磁束検出カーソ
   ルと、該磁束検出カーソルの出力信号を検波する検波手
   段と、該検波手段からの出力の基本波のみを通過するバ
   ンドパスフィルタと、前記スイッチからの信号により計
   数動作を開始し前記バンドパスフィルタからの出力信号
   に基づき計数動作を停止するように構成され前記クロッ
   クを計数するカウンタを具備し、前記カウンタの計数値
   より前記絶縁板上のカーソルの位置を検出できるように
   したことを特徴とするディジタイザ。 ２ 前記検波手段は有極性検波器であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のディジタイザ。 ３ 前記検波手段は無極性検波器であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のディジタイザ。 ４ 前記検波手段は、磁束検出カーソルからの入力又は
   校正用模擬入力を択一的に選択できるように構成された
   ものであり、校正用模擬入力を選択した場合に検出系の
   校正ができるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のディジタイザ。 ５ 前記検波手段は、適宜に任意のスレッショルド・レ
   ベルで整流することができるように校正されたものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のディジ
   タイザ。 ６ 前記検波手段は、前記バンドパスフィルタの出力に
   関連して入力信号を増幅制御し、一定のスレッショルド
   ・レベルで整流することができるようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のディジタイザ。 ７ 前記スイッチは、一定間隔ごとの前記導体ループを
   同一電流で駆動することができるようなスイッチである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のディジタ
   イザ。 ８ 基準クロックを分周して所定の周波数のクロックパ
   ルスを得る分周手段と、単一極を有するように複数個の
   導体ループを配置してなる絶縁板を２組用意しこれらを
   その導体ループが直交するように配置し、前記分周手段
   から与えられるパルスに同期して前記２組の複数個の導
   体ループを絶縁板の端から配列順に順次電流駆動してゆ
   くスイッチと、前記２組の導体ループより発生する磁束
   をそれぞれ検出する磁束検出カーソルと、該磁束検出カ
   ーソルの出力信号を検波する検波手段と、該検波手段か
   らの出力の基本波のみを通過するバンドパスフィルタと
   、前記スイッチからの信号により計数動作を開始し前記
   バンドパスフィルタからの出力信号に基づき計数動作を
   停止するように構成され前記クロックを計数するカウン
   タを具備し、前記カウンタの計数値より前記絶縁板上の
   カーソルの２次元的位置を検出できるようにしたことを
   特徴とするディジタイザ。 ９ 前記検波手段と、前記バンドパスフィルタと、前記
   カウンタからなる信号処理系を前記各絶縁板に対応して
   ２系統設け、磁束検出カーソルからの信号を個別に受信
   処理し、前記絶縁板上のカーソルの２次元的位置を検出
   できるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第８
   項記載のディジタイザ。