JPS60176133A - 位置検出装置 - 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】 （技術分野） 本発明は位置指定用磁気発生器により磁界を加えられた
磁性体の透磁率の変化に暴づいて位置指定用磁気発生器
で指定された位置を検出する位置検出装置に関するもの
である。

（従来技術と問題点） 従来の位置検出装置としては、磁歪伝達媒体の一端また
は位置指示ペンの先端に設けた駆動コイルにパルス電流
を印加して前記磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生起させた
時点より、位置指示ペンの先端または磁歪伝達媒体の一
端に設けた検出コイルに前記磁歪振動波に基づく誘ｓｉ
！圧を検出するまでの時間を処理器等で測定し、これよ
り位置指示ペンの指示位置を算出する如くなしたものが
あった。この装置では位置検出精度は比較的良好である
が、ペンと処理器等との間でタイミング信号等を授受す
るため、ペンと装置との間にコードを必要としその取扱
いが著しく制限されると共に、他の機器からの誘導を受
けやすく誤動作したり、また逆にノイズの発生源となる
可能性もあり、更にペンを磁歪伝達媒体に対して垂直に
保持し、かつかなり近接させて指示しなければならない
等の問題点があった。

また、従来の他の位置検出装置としては、複数の駆動線
と検出線とを互いに直交して配置し、駆動線に順次、電
流を流すとともに検出線を順次選択して誘導電圧を検出
し、フェライトのような磁性体を有する位置指示ペンで
指定した位置を大きな誘導電圧が誘起された検出線の位
置より検出するようになしたものがあった。この装置で
は位置指示ペンをコードレスどすることができるが、座
標位置の分解能が線の間隔で決まり、分解能を上げるた
めに線の間隔を小さくづるとＳＮ比及び安定度が悪くな
り、従って分解能を上げることが困難であり、また駆動
線と検出線の交点の真上の位置検出が困難であり、更に
位置指示ペンを線に極く接近させなければならず入力面
上に厚みのある物を置いて使用できない等の問題点があ
った。

（発明の目的） 本発明はこのような従来の欠点を改善したものであり、
位置指定用磁気発生器がどこにも接続されず操作性が良
く、また外部からの誘導に強く且つノイズを放出するこ
とのない高精度な位置検出装置を提供することを課題と
している。

（発明の実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す一部切欠分解斜視図で
ある。同図において、１０はＸ方向位置検出部、２０は
Ｙ方向位置検出部、３０は駆動電流源、３１、３２はマ
ルチプレクサ、３３は処理装置、３４は位置指定用磁気
発生器、例えば棒磁石である。

Ｘ方向位置検出部１０は長尺の磁性体１１ａ〜１１ｅと
励磁線１２ａ　〜１２ｉと検出線１３８〜１３ｈと絶縁
シート１４．１５とからなっている。各磁性体１１ａ〜
ｌｉｅは絶縁シート１４．１５間にその長手方向をＸ方
向に沿う如く互いに平行に取りイ」けられている。

また磁性体１１ａ〜１１ｅどしては磁石を接近させ（も
磁化され難く、即ら保持力が小ざく且つ透磁率（μ）の
高い材料、例えばアモルファス合金、パーマロイ合金等
が好ましい。アモルファス合金としては、例えばＦ　ｅ
　７９８１６８１　ｓ　（原子％）（保持力０．２０ｅ
　、透磁率μｍ１４，０００）などが使用できる。また
、磁性体１１ａ〜１１ｅは細長い形状をしており、その
断面は長方形の薄帯状か円形の線状が望ましく、薄帯状
の場合幅は数１程度、厚さは数μｍ〜ｍ置数μＩＰｉ！
度が製造も容易で且つ特性も良好である。アモルファス
合金は製造上、厚さが２０〜５０μ讃の薄いものを作れ
るので、これを切断して薄帯状としても良く、また断面
円形の線状のものも作れるのでこれをそのまま適用して
も良い。

各励磁線１２ａ〜１２ｉは、絶縁シート１４の上面に配
設された部分（以下、上半部と称す。）と絶縁シート１
５の上面に配設された部分（以下、゛下半部と称す。）
とがそれらの一端でそれぞれ連続してな°っており、励
磁［１１２ａ　、　１２ｂ　、　１２ｃ　、　１２ｄ　
。

１２ｅ　、　１２ｆ　、　１２ｇ　、　１２ｈの１：半
部の他端と、励磁線１２ｂ　、　１２ｃ　、　１２ｄ　
、　１２ｅ　、　１２ｆ　、　１２ｇ　、　１２ｈ　。

１２ｉの上半部の他端とがそれぞれ接続され、即ら励磁
１１１２ａ　〜１２ｉは直列に接続され、励磁＠１２ａ
の上半部の他端と励１ｍ線１２ｉの下半部の他端は駆動
電流源３０に接続される。また各励磁１１１２ａ〜１２
１は磁性体１１ａ〜１１ｅの長手方向と直交する如く所
定間隔をおいて互いに平行に配置されている。

各検出線１３ａ〜１３ｈは、絶縁シート１４の上面に配
設された部分（以下、上半部と称す。）と絶縁シート１
５のＦ面に配設された部分（以Ｆ、Ｆ半部と称す。）と
が一端でそ゛れぞれ連続してなっており、検出１１１３
ａ〜１３ｈの上半部の他端はそれぞれマルチプレクサ３
１に接続され、検出線１３ａ〜１３ｈの下半部の他端は
共通に接地される。また各検出線１３ａ〜１３ｈはそれ
ぞれ励磁線１２ａ〜１２ｉのそれぞれの間に互いに平行
に、且つ磁性体１１ａ〜１１ｅの長手方向と直交°する
如く配置されている。

Ｙ方向位置検出部２０は長尺の磁性体２１８〜２１ｅと
励磁線２２ａ　〜２２ｉ　と検出ｌ１１２３ａ　〜２３
ｈと絶縁シート２４．２５とからなってｌ１３す、その
細部の構造はＸ方向位置検出部１０ζ同様である。Ｙ方
向位置検出部２０はＸ方向位置検出部１０の下部に、図
示しない絶縁シート等を介し°Ｃ１磁性体、励磁線並び
に検出線が互いに直交する如くできるだけ近接して重ね
合わされる（但し、図面ではＷＪ造をわかりやすくする
ため、Ｘ方向位置検出部１０とＹ方向位置検出部２′Ｏ
とは離しで描いている。）。また、各励磁線２２８〜２
２１は駆動電流１ｉ１３Ｇに接続され、各検出＠　２３
ａ〜２３ｈはマルチプレクサ３２に接続される。

駆動電流源３０は所定周期の交番電流（ここでいう交番
電流とは正弦波、矩形波、三角波等の全てを含む）を當
時、励磁線１２ａ〜１２ｉ及び２２ａ〜２２ｉに送出す
る。また、マルチプレクサ３１．３２は処理装置３３か
らの制御信号に従って検出ＩＱ１３ａ〜１３ｈ及び２３
ａ〜２３ｈの出力信号を処理装置３３へ選択的に送出す
る如くなっている。

このような構成におい゛（、検出ＦＡ１３ａ〜１３１１
及び２３ａ　〜２３１＋には前記励磁ｌ＠１２ａ　〜１
２ｉ及び２２ａ〜２２ｉを流れる交番電流に基づく電１
１誘導により誘導電圧が発生する。この電磁誘導は磁性
体１１ａ〜ｌｌｅ及び２１ａ〜２１ｅを介して行なわれ
るため、磁性体１１ａ〜１１ｅ及び２１ａ〜２１ｅの透
磁率が大きい程、前記誘導電圧の電圧値は大きくなる。

ところで、磁性体１１ａ〜ＩＬｅ及び２１ａ〜２１ｅの
透磁率は、外部より加わる磁気バイアスによって第２図
に示すように変化し、磁気バイアスが強くなると、該透
磁率は急激に小さくなる。従って、磁性体１１ａ〜ｌｉ
ｅ及び２１ａ〜２１ｃに磁気バイアスを加えると、励磁
線１２ａ〜１２ｉ　、　２２ａ〜２２ｉから検出１！１
３ａ　〜１３ｈ　、　２３ａ　〜２３ｈ　ヘ誘起するｍ
ｆｌも小さくなる。

今、第１図において、位置指定用棒磁石３４がＮ極を下
にして検出線１３ａからＸ方向の距離×８及び検出線２
３ａからＹ方向の距離ｙ　だけ隔てたＸ方向位置検出部
１０の位置Ａ上にあり、透磁率が小さくなる程痕の磁気
バイアスを磁性体１１ｂ及び１２ｄに加えているものと
する。

この時、Ｘ方向の検出線１３ａ〜１３１１には第３図に
示すような誘導電圧ｖ１〜ｖ８が発生ずる。

第３図において、横軸は検出線１３ａ〜１３ｈの位置を
それぞれ×１〜×８どするＸ方向の座標位置を示し、縦
軸は電圧値を示しているが、前記各電圧ｖ１〜ｖ８は位
置△の両側で一旦減少しその後再度増加して位置△直下
では元の電圧とほぼ等しくなっている。これは棒磁石３
４より磁性体１１ｂに入射する磁束が、該棒磁石３４の
直下では磁性体１１ｂとほぼ直交するため透磁率への影
響が小さく、その両側では磁性体１１ｂの長手方向に通
る磁束が増加し透磁率が減少するためである。前記各電
圧Ｖ１〜ｖ８はマルチプレクサ３１にり得られるので、
これらより誘起電圧が一旦減少し次にピークとなるＸ座
標値を処理装置３３で演算してめれば、棒磁石３４のＸ
座標値×、を知ることができる。

座標値Ｘ　をめる篩用方法の一つとして、第３図におけ
るピーク点付近の波形を適当な函数で近似し、その函数
のピーク点の座標をめる方法がある。例えば、各検出線
１３８〜１３１１の間隔をＡｘとし、第３図において座
標×３から座標×５までを２次函数（図中、実線で示す
）で近似すると、次のようにして算出することができる
。まず、各検出線の電圧と座標値より Ｖ　＝ａ　（ｘ３−ｘ、）　十ｂ　−−−−・−＝（１
）Ｖ　＝ａ　（ｘ４−ｘ、）　十ｂ　−＝−−（２）Ｖ
　＝ａ（Ｘ５−Ｘ、）”４−ｂ　・・・・・−（３）と
なる。ここで、ａ、ｂは定数（ａ＜Ｏ）である。

また、 Ｘ　４　Ｘ　３　＝Ａ　×　・・・・・・・・・・・・
（４）×５−×３−２／１Ｘ　・・・・・・・・・・・
・（５）となる。（４）、（５）式を（２）、　（３）
式に代入して整理すると、 □・（６） どなる。従って、検出線１３ｃ　、　１３ｄ　、　１３
ｅに誘起する電ＪＪＥＶ３．Ｖ４．Ｖ５を処理１１３３
へ送出し、（６）式の演算を行なうことにより、位置指
定用棒磁石３４のＸ座標値を算出できる。また−１電磁
石３４をＹ軸に沿って動かしても同一のＸ座標値が得ら
れる。

また、Ｙ方向の検出線２３ａ〜２３１１にも第３図と同
様な誘導電圧が得られ、前記同様の演算処理によってＹ
座標値ｙ、をめることができる。

位置指定用棒磁石３４の先端から５Ｒ，ｉ！られる磁界
は、第４図に示づように該棒磁石３４の中心線の延長上
の一点ｒから光り−る如く近似される。従って、磁性体
１１ａ〜１１ｅ及び２１ａ〜２１ｅより前記点ｒまでの
距離に相当する位置に入力面４０を形成すれば、棒磁石
３４が磁性体１１ａ〜１１０及び２１ａ〜２１ｅに対し
Ｃ傾いても１１し、図示例では二点鎖線で示す磁性体１
１ａを基準として棒磁石３４が傾いた状態にあることを
示している。）磁性体の同一位置に対する磁界の方向は
変わらず、その検出位置も変わらず、従って、棒磁石３
４の傾きに影響されず位置指定がｄ能となる。なお、実
験では傾きが±　３０°以内で、誤差±０．５ｍｍ以下
を達成している（入力面の高さ１２ｍｍ）。

なお、実施例中の磁性体、励磁線及び検出線の本数は一
例であり、これに限定されないことはいうまでもない。

また検出線の間隔は２へ６ｍｍ程度であれば比較的精度
良く位置検出ができることが実験により確かめられてい
る。また、位置指定用磁気発生器も棒１［ｉに限定され
ることはなく、板、リング、内体等でもよく、あるいは
電磁石でもよい。

前記実施例はＸ方向及びＹ方向の２方向の位置を検出す
る場合について述べたが、一方向の位置検出を行なう装
置を構成することもできる。この場合には磁界方向の長
さが短かい角柱状の磁石をその磁界の方向が磁性体の長
手方向と略平行となる如く検出面上に載置して位置指定
をすることもできる。この時、該磁石の載置位置（指示
位置）直下において最も電圧値が小さくその両側では次
第に増加する誘導電圧が得られるが、前述と同様に曲線
近似によりその座標位置をめることができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、長尺の磁性体にそ
の長手方向と直交する如く励磁線と検出線とを交互に並
設してなる位置検出部と、前記各励磁線に所定周期の交
番電流を加える駆動電流源と、前記各磁性体に局部的な
磁気バイアスを加える位置指定用磁気発生器と、前記各
検出線より取り出される誘導電圧より前記位置指定用磁
気発生器の指示位置を検出する検出手段とを具備したの
で、励磁線と検出線との間の磁束変化が磁性体内でのみ
行なわれ、その結合が密ぐ検出電圧が太きくＳＮ比が良
く、また、外部からの誘導を受けにくくかつ外部への誘
導ノイズの発生が少ない。

また、磁性体にわずかの磁気バイアスを加えるのみで位
置指定できるため、位置指定用磁気発生器を磁性体に近
接させる必要がなく、有効読取り高さを大きくどること
ができ、また、強磁性体以外の金属の間に挾むこともで
きる。更に、タイミング検出等の信号を必要とせず位置
指定用磁気発生器をコードレスとすることもでき、操作
性が良い等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供するものぐ、第１図は本発明の
一実施例を承り一部切欠分解斜視図、第２図は磁気バイ
アス対透磁率の特性図、第３図はＸ方向の各検出線に発
生する誘導電圧の一例を示すグラフ、第４図は位置指定
用棒磁石より磁性体に印加される磁束のようすを示１−
説明図である。 １０・・・Ｘ方向位置検出部、２０・・・Ｙ方向位置検
出部、１１８〜１１（！　、　２１ａ〜２１０・・・磁
性体、１２ａ〜１２ｉ　、　２２ａ　〜２２ｉ　・・・
励磁線、１３ａ　〜１３ｈ　、　２３ａ　〜２３ｈ　０
０．検出線、１４．１５．２４．２５・・・絶縁シート
、３０・・・駆動電流源、３１．３２・・・マルチプレ
クサ、３３・・・処理装置、３４・・・位置指定用磁気
発生器。 第２図 第３図 Ｘ方向の屋標位濫 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 長尺の磁性体にその長手方向と直交する如く励磁線と検
   出線とを交互に並設してなる位置検出部と、前記各励磁
   線に所定周期の交番電流を加える駆動電流源と、前記各
   磁性体に局部的な磁気バイアスを加える位置指定用磁気
   発生器と、前記各検出線より取り出されるＭＳ電圧より
   前記位置指定用磁気発生器の指示位置を検出する検出手
   段とを具備したことを特徴とする位置検出装置。