JPS6019833B2 - デイジタイザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光結合方式によりタブレット上のカーソルの
位置を謙取るディジタィザに関するものである。

ディジタィザは図面等のアナログ表示からディジタル形
式のデータを導き出すのに好適なものあるが、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
て測定するかによって様々な種類がある。

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。この中で光式のディジタィザは、
通常、カーソルに発光素子を取付け、タブレット上に受
光素子を一面に配列してカーソルからの光を受けた受光
素子を検出することにより、カーソルの位置を知るよう
に構成してある。しかしながら、その分解能はタブレッ
ト上に配置された受光素子の間隔で決まるため、高分解
館は期待できないという問題があった。本発明は、この
ような点に鑑み、比較的簡単な構成により容易に高分解
館を実現し得る安価なデイジタィザを提供することであ
る。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明に係るディジタィザの一実施例を示す要
部構成図である。同図において、タブレット１１は発光
素子１２ｘ，１２Ｙを配設してなる作業板である。発光
素子１２ｘ及び１２Ｙはそれぞれ等間隔に配列されたｎ
個の短冊状の発光素子より構成され、１２ｘと１２Ｙは
互いに直交関係に配設されている。２１ｘは発光素子１
２ｘ，〜１２ｘｎを１個ずつ順次に走査して駆動する×
軸スイッチ回路、２１Ｙは同様に発光素子１２Ｙ，〜１
２Ｙｎを１個ずつ順次走査して駆動するＹ軸スイッチ回
路である。

このスイッチ２１ｘ，２１Ｙは、それぞれ入力端２３ｘ
，２３Ｙに印加されるパルスＰ２に同期して順次各素子
に電流を供聯合し、短冊状の素子を発光させる。第２図
は発光素子駆動の様子を示す図で、同図イはＸ軸スイッ
チ回路２１ｘの走査により縦一列の素子による点滅光が
横方向に進行する様子を示し、同図口はＹ軸スイッチ回
路２１Ｙにより横一列の素子による点滅光が縦方向に進
行する様子を示すものである。なお、一般に発光素子は
透明でないために縦と横の発光素子は重ならないように
なっていて、縦と横の列の交差点にある発光素子は×軸
スイッチ回路２１ｘ，Ｙ軸スイッチ回路２１Ｙのいずれ
によっても点滅できるようになっている。第３図は入力
端２３ｘに印加されるパルスＰ２と発光素子１２ｘ，〜
１２ｘｎの駆動のタイミングを示すが、スイッチ回路２
１ｘは入力端子２２ｘに入力されるパルスＰ，によって
も駆動されるようになっており、従って第４図に示すよ
うに順次発光素子を駆動するようになっている。前記パ
ルスＰ．及びＰ２は第１図の発振器２５の基準クロック
を適宜分周して得たもので、パルスＰ，はこのクロック
を第１の分周器２６で分周したパルス「パルスＰ２は第
２の分周器２７でパルスＰ，を１′２に分筒して得たパ
ルスである。３１はタブレット１１上で手動による位置
付けが可能なカーソルで、その中央部には受光素子３２
を取付けられ、タブレット上の進行波を受光し電気信号
に変換して増幅器４１へ送出するものである。

増幅器４１は同調機能を持ち、発光素子の点滅周波数に
のみ高い増幅率を持つ。４２は整流器で、増幅器４１の
出力を整流する働きをもつ。

４３はバンドパスフイルタで、増幅器４１の出力の基本
波のみ取り出すものである。

増幅器４１の出力は第５図イに示すような波形で、その
発生時間は端のループで１２ｘ，（又は１２Ｙ，）に対
するカーソル３１の離間距離に対応している。同図口は
整流器２の出力である４４はこの発生時間を検出するカ
ウンタで、発光素子１２ｘ（又は１２Ｙ）の駆動開始時
からフィル夕４３の出力信号が正から負へ移る際に零を
横切るまでにかかる時間をクロツ計数によって測定する
ようになっている。この場合、零を横切る点はカーソル
３１の位置より９０ｏずれているので、最初に駆動され
る発光素子より９びずれた位相で発生する駆動信号をス
タートパルスとしてカウンタ４４に与えてクロツクを計
数するようにしている。このような構成における本発明
の動作を次に説明する。

まず、×軸に関するディジタィジング動作について述べ
る。第１及び第２の分周器２６，２７で得たパルスＰ，
，Ｐ２に基づき、スイッチ回路２１ｘにより第４図に示
すようにパルスＰ２に同期して発光素子１２ｘ，，１２
ｘ２，……１２ｘｎを順次駆動する。これにより点滅発
光帯が第２図のイに示すように移行し、その進行波は位
置付けした力−ソル３１の受光素子３２で検出して増幅
器４１で適宜に増幅し整流器４２によって第５図口に示
すような脈流信号を得る。続いて、バンドパスフィルタ
４３により脈流信号の基本波を検出し「第６図の口に示
すような正弦波状の出力を得る。一方、カゥンタ４４は
第６図イに示すような、スイッチ回路２１ｘの出力端２
４ｘより与えられるスタートパルスＰｓにより発振器２
５からのクロツクの計数を開始し、その後基本波が第６
図の口に示すように零を横切る時点まで計数動作を続行
する。このときのカウンタ４４の計数値はカーソル３１
の発光素子１２ｘ，からの離間距離に対応しているので
、従ってこの計数値をもとにタブレット１１上のカーソ
ル３１の位置を読取ることができる。Ｙ軸方向について
も上述と同様な動作によりその位置を謙取ることができ
る。

このようにしてカーソル３１の位置座標を謙取ることが
できる。

しかしながら、このようなデイジタィザに生ずる誤差は
主としてフィル夕４３に依存している。すなわち、フィ
ル夕の中心周波数が温度変化や部品の経時変化等で変動
すると通過周波数の位相が変化し、直接カーソル位置の
測定誤差となる。これを解決するためには、一例として
第７図に示すように増幅器４１と整流器４２の間にアナ
ログスイッチ５１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な構成とする。このような構成にお
いて、第８図に示すようにカーソル３１の位置測定の間
にスイッチ５１を切換えて校正モードとし、校正用の模
擬入力をスイッチ５１を介して整流器４２に入力し、時
間差を測定してフィル夕４３を含む検出系の校正を行な
うことによって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、校正モードはカーソル位置測定後毎
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。第９図はカーソルの位置
に対する測定誤差を示すもので、ディジタィズ領域の中
央部では小さい誤差であるが端部では急激に大きい誤差
となる。

これは発光素子が有限なためにフィル夕４３の通過前と
通過後の信号とではそのピークに位相のずれが生じ、こ
れが誤差となるためである。第１０図は第９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得るデイ
ジタィザの実施例を示す構成図で、整流器４２のかわり
に可変スレッシュホールドの整流回路６１を挿入接続し
た点を除いては第１図のものと同じである。

この整流回路６１の出力波形を第１１図に示す。同図は
スレッシュホールド・レベルを適宜に高くしてカーソル
の外側に位置する発光素子からの情報である両サイドの
低レベルの信号を除去する様子を示したものである。こ
のような除去により、発光素子列が有限であることの影
響を除去することができ「第１２図に見らるように実質
上全面が使用可能範囲となる。第１３図は本発明の他の
実施例で、フィル夕４３の出力電圧を常に一定にして、
整流回路６１のスレツシュホ−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ィジタ
イザの構成図である。

すなわち、前述した第１０図のディジタィザにピーク電
圧検出器７１と比較器７２を追加し、更に増幅器４１を
可変ゲイン増幅器４１ａに置き替えたものである。この
ピーク検出器７１‘まフィル夕４３の出力電圧のピーク
を検出し、これを比較器７２において比較電圧と比較す
る。この比較結果に基づき可変ゲイン増幅器４１ａのゲ
インを制御してフィル夕４２の出力電圧を一定に保つ。
従って、整流回路６１に入力される信号の大きさは常に
一定となり、たとえカーソルがタブレット１１面より浮
き上ってその出力信号が小さくなったとしても、スレツ
シュホールド・レベルは一定にしたままで位置測定をす
ることができる。第１４図は他の実施例で、スレッシュ
ホールド制御回路８１を用いた点を除仇ま第１０図のも
のと同じである。

このスレッシュホールド制御回路８１はバンドパスフィ
ルタ４３のピーク値出力に関連してスレッシュホールド
・レベルを定めるもので、例えばフィル夕４３のピーク
値が１／２倍になると整流回路６１のスレッシュホール
ド・レベルも１／２倍にするようになっている。この結
果前述と同様に発光素子の有限性による影響を除去する
ことができる。以上に述べたディジタィザの分解能は、
主としてフィル夕４３の短期安定度で決まる。

この短期安定度とは数１０〜数１００ＫＨｚのオーダの
位相のフラツシキで、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って除去でき
るが、この短期安定度は一般には周期測定を何回か行な
って平均化する以外には手頃な解決策がない。例えば、
３６仇舷を０．１肌の分解度で測定するには位相の短期
安定度が０．１０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１５図はこの問題を解決する
ための構成を示すもので、第１４図（なお、第１０図及
び第１３図も含む）と異なる点は発光素子駆動にモード
可変型のスイッチ回路２１１ｘ，２１１Ｙを用いたこと
で．ある。２１ １ｘ，２１ １Ｙは、前述のスイッチ
回路２１ｘ，２１Ｙが有する機能のほかある一定間隔離
れた複数の発光素子に同一電流を同時に印加できるモー
ド持っている。

第１６図はこの様子を示ししたもので、同図イのモード
Ａ（微測定）では測定範囲のＮ本の発光素子に同一電流
が流れ、同図口のモードＢ（粗測定）では１本の発光素
子のみに電流が流れることを示してある。図中破線で示
した波形はフィル夕４３の出力を示すもので、モードＡ
では３６００の位相変化によって測定する範囲がモード
Ｂの１′Ｍこなっており、したがっ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１６図イからも明らかなように３６０ｏ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によっ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１７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綴り
混ぜ、Ｘ軸位置測定において校正モード→モ−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８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１５図のディジタイザにおいて、
モードＡでのフィル夕４３の出力波形の周波数はモード
ＢでのそれのＮ倍である。

したがって検出系として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、系の簡略化を図
る上でスイッチ回路にはモードＡのときのみ一方の入力
パルスＰ２を更に１／Ｎに分撤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。なお
、実施例ではタブレット上に発光素子を配し、カーソル
に受光素子を搭載した場合を示したが、これに限らず逆
にタブレット上に受光素子を同様に配列すると共にカー
ソルに発光素子を搭載してもよい。

この場合、カーソルの発光素子は第１の分周器２６より
出力されるパルスＰ，より駆動されて点滅光をタブレッ
ト上の受光素子に投射し、×軸スイッチ回路２１ｘ，Ｙ
軸スイッチ回路２．１Ｙはその受光素子からの出力をマ
ルチブレツクスして増幅器４１に順次つなぎかえる役割
を果すように構成する。以上説明したように、本発明に
よれば、比較的簡単な穣成により位置に比例した出力が
直接得られるので補間や非線形補正を全く必要としない
ので、高速で安価なディジタイザを実現することができ
る。

また、カーソルとタブレットの間隔が離れて力…ソルの
出力が小さくなっても、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ィ
ジタィザを実現することができる。

更に、模擬入力を印加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
定によって発光素子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図は本発明に係るディジタィザの実施例を示す要部
構成図、第２図は発光素子駆動の様子を説明する図、第
３図及び第４図は受光素子駆動のタイミングを示す図、
第５図は増幅器４１の出力波形図、第６図はカゥンタ４
３の動作を説明するための図、第７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８図は校正
モードを実施する場合の動作遷移図、第９図及び第１２
図はタブレット上でのカーソル位置と誤差との関係を示
す図、第１０図は本発明の他の実施例図、第１１図は整
流回路６１の機能を説明するための図、第１３図ないし
第１５図は本発明の更に他の実施例図、第１６図はモー
ドＡ及びモードＢを説明するための図、第１７図は第１
６図のディジタィザの動作遷移図である。 １１…タブレット、！２ｘ，１２Ｙ…発光素子、２１ｘ
，２１Ｙ，２１１ｘ，２１１Ｙ…スイッチ回路、２５・
・・発振器、２６，２７・・・分周器、３１・・・カー
ソル、３２・・・受光素子、４１，４１ａ・・・増幅器
、４２・・・整流器、４３・・・バンドパスフィルタ、
４４…カウンタ、５１…アナログイツチ、６１…整流回
路、７１・・・ピーク電圧検出器、７２…比較器〜 ８
１・・・スレッシュホールド制御回路。 図鍵 図 Ｎ 鍵 第３図 帯ム図 第５図 第６図 第７図 絹８図 絹１１図 第９図 第１２図 第１６図 精１７図 図 ○ 鰐 図 ｈ 鍵 図 態 図 山 鯉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基準クロツクを分周して所定の周波数のクロツクパ
   ルスを得る分周手段と、短冊状に形成された複数個の発
   光素子または受光素子を配置してなる作業板と、前記作
   業板の方に発光素子を配置する構成としたときは前記分
   周手段から与えられるパルスに同期して前記作業板上の
   複数個の発光素子をリニア走査し点滅光の進行波を発生
   させこの進行波を作業板上で位置付け可能なカーソルに
   取付けられた受光素子で検出するようにし、逆に前記作
   業板の方に受光素子を配置する構成としたときはカーソ
   ルの方に発光素子を取付けこの発光素子より点滅光を発
   生させて作業板上に配列された複数個の受光素子を前記
   分周手段から与えられるパルスに同期してリニア走査し
   前記点滅光を検出するようにした進行波検出手段と、こ
   の進行波検出手段の出力信号を検波する検波手段と、こ
   の検波手段からの出力の基本波のみを通過するバンドパ
   スフイルタと、前記進行波検出手段からの信号により計
   数動作を開始し前記バンドパスフイ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ツ
   クを計数するカウンタを具備し、前記カウンタの計数値
   より前記作業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イジタイザ。 ２ 前記作業板上に配列する発光素子または受光素子同
   士を互いに直交関係で配置し、２次元座標の読み取りが
   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
   項記載のデイジタイザ。 ３ 前記カーソルの位置測定の間に検出系の構成を行う
   ように構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のデイジタイザ。 ４ 前記検波手段は、適宜に任意のスレツシユホールド
   ・レベルで整流することができるように構成されたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のデイジタイザ
   。 ５ 前記検波手段は、前記バンドパスフイルタの出力に
   関連して入力信号を増幅制御し、一定のスレツシユホー
   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項記載のデイジタイザ。 ６ 前記進行波検出手段は、更に作業板上の発光素子ま
   たは受光素子を一定間隔ごとに同時に駆動することがで
   きるように構成し、微測定および粗測定によりカーソル
   位置を測定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項記載のデイジタイザ。