JPS61220018A - 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】 （産業上の利用分野） 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基づいて、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。

（従来の技術） 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導電
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。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。

（発明が解決しようとする問題点） 前者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かった。

また、後者の装置では位置指示ペンをコードレスとする
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すると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
なかった。さらに従来、位置入力のタイミングをペンの
操作に関連付けようとする場合は、ペン自体にスイッチ
、あるいはなんらかの信号の発生回路を取付ける必要が
あり、構成が複雑となり、また故障し易い等の問題点が
あった。

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目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 本発明の位置検出装置は、第１図に示すように互いにほ
ぼ平行に配列された複数の長尺の磁性体１１と、該複数
の磁性体１１の周囲にその長手方向と直交する方向に所
定間隔隔てて配設された複数の励磁線１２ａ〜１２ｈと
、前記複数の磁性体１１及び該複数の励磁線１２ａ〜１
２ｈの周囲のほぼ全域に亘って複数回巻回された検出線
１３とを備えた位置検出部１０と、定常的な磁界を発生
する位置指定用磁気発生器、例えば入力ペン２０と、所
定周期の交番電流を発生する駆動電流源３ｏと、前記励
磁線１２ａ〜１２ｈのそれぞれに前記所定周期の交番電
流を次々に切替えて加える信号選択回路４０と、前記検
出線１３に誘起する誘導電圧を次々に取出し、これらの
差分を取り、該差分電圧が所定の基準電圧と等しくなる
位置を算出し、これより前記入力ベン２０による位置検
出部１０上の指定位置を求めるとともに、前記差分電圧
の傾きを算出し、これより前記入力ベン２０の前記位置
検出部１０に対する高さを求める位置検出回路５０とか
らなっている。

（作用） 前記励磁線１２ａ〜１２ｈのいずれか一つに駆動電流源
３０及び信号選択回路４０より交番電流（例えば正弦波
等）を流すと、その周囲に磁束（磁界）が発生し、この
磁束による電磁誘導によって検出線１３に誘導電圧が発
生する。この電磁誘導は磁性体１１を介して行なわれる
ため、該磁性体１１の透磁率μが大きい程、前記誘導電
圧の電圧値は大きくなる。これを式で表わすと、誘導電
圧Ｖは、 Ｖ＝Ｌ　（ｄ　ｉ／ｄｔ）−μ・ＳＮ２／Ｊ（ｄｉ／ｄ
ｔ） となる（但し、ここで、Ｓは磁性体１１の断面積、Ｎは
検出線１３の巻回数、）は磁性体１１の長さである。）
。

ところで、磁性体１１の透磁率μは、外部から加わる定
常的な磁界（以下、磁気バイアスと称す。）によって大
きく変化する。その変化のようすは磁性体の組成、前記
交流′Ｒ流の周波数、あるいは磁性体に熱処理、又は磁
場処理を加えること等によって異なるが、ここでは第２
図に示すように僅かな磁気バイアスを加えた時に最大と
なり、それ以上の磁気バイアスを加えれば加える程減少
するものとする。

而して、棒磁石を内蔵する入力ペン２０の一端２０ａを
磁性体１１の上部に位置させると、第３図に示すように
磁性体１１に該一端２０ａより出た磁束が交差する。こ
の時、磁束は該一端２゜ａ直下では磁性体１１にほぼ直
交し、また、その両側では徐々に磁性体１１に沿う如く
なる。磁性体１１に加えられる磁気バイアス＆は磁束と
磁性体１１との交差する角度が小さい程大きくなるため
、前記入力ペン２０の一端２０ａ直下で一番小さく、こ
こから離れるに従って徐々に大きくなる。

従って、第３図に示すように、通常、位置検出５Ｓ１０
の上部に形成される入力面１ｏｏに前記入力ペン２０の
一端２０ａが当てられた時、その一端２０ａ直下の磁性
体１１に加えられる磁気バイアス量を、前記透磁率が最
大になる僅かな磁気バイアス量に設定すると、第４図に
示すように該入力ペン２０を置いた位ＩＩ（指定位置）
に最も近い励磁線に交番電流を加えた際に検出線１３に
発生する電圧を極大値として、交番電流を加えた励磁線
の位置が該指定位置から離れるに従って徐々に小さくな
る電圧Ｖ。−ｖｌが発生する。第４図において、横軸は
磁性体１１に沿う方向、（以下、これをＸ方向とする。

）の座標位置を示し、縦軸は電圧値を示している。ここ
で、座標値Ｘｏ〜Ｘ　は各電圧Ｖ　　−Ｖ７が発生した
時に交番電流Ｇ を加えた励磁線１２ａ〜１２ｈの位置を示す。位置検出
回路５０で各電圧Ｖ　　−Ｖ７を取出し、これより誘起
電圧が極大値となるＸ座標値を演算処理して求めれば、
入力ペン２０の指定位置の座標値Ｘ　を求めることがで
きる。

座標値Ｘ、を求める方法として、第４図における極大値
付近の波形を適当な二次函数で近似し、その函数の極大
値のＸ座標値として求める方法がある。また、函数の極
大値のＸ座標を求める方法は種々あるが、極大値（極小
値でも同様）においてはその差分が「０」である点に着
目して、前記函数に対する差分方程式をたて、その差分
が「０」となる座標位置を算出し、これより前記極大値
の座標値Ｘ、を求めることができる。

各検出電圧Ｖｏ−Ｖ７について、それぞれ差分（電圧値
の差）、即ち（Ｖｌ−Ｖｏ）、（ｖ２−ｖｌ）、（ｖ３
−ｖ２）、・・・・・・（Ｖ７−Ｖ６）を算出すると、
第５図に示すような差分電圧値ｖ　　、　ｖ　　、　ｖ
　　、−−−−−−ｖｌが得られる。第５図においで、
横軸はＸ方向の座標位置を示し、縦軸は電圧値を示す。

但し、ここでは差分「０」を正の値の所定の基準レベル
Ｖ、に設定している。図中、■　と■４との間で電圧値
が前記基準Ｖ　しｔ ベルを交差しており、この間で差分が「０」となってい
ることがわかる。

また、入力ペン２０を磁性体１１に直交する方向に沿っ
て動かしても、各磁性体に与える磁気バイアス量のＸ方
向における比率は変わらないので、同一の座標値Ｘ、が
得られる。

また、２つの位置検出部１０を互いに直交させて組合せ
れば、Ｘ及びＹ方向のいわゆる２次元座標値を求めるこ
ともできる。

一方、位置指定するためには磁性体１１に局部的に数Ｏ
ｅ程度の磁気バイアスを与えるのみで良いから、入力ペ
ン２０を磁性体１１より高さくＺ）方向に多少離隔させ
て用いることもできる。

第３図において破線により示すように、入力ペン２０の
一端２０ａを入力面１００より高さｈだけ離すと、その
一端２０ａ直下における磁束と磁性体１１との交差する
角度は変化せず、磁性体１１に与える磁気バイアス量も
変化しないが、その両側においては磁束と磁性体１１と
の交差する角度が大きくなるため、磁気バイアス量も小
さくなり、透磁率、即ち誘導電圧は大きくなる。

第４図において、電圧Ｖ　′〜ｖ７−は、入カペン２０
の一端２０ａを前記位置上で２方向にわずかの距離（例
えば５１１１１Ｉ程度）をおいて保持した場合の誘導（
検出）電圧を示す。前記検出電圧ｖ　−■　と検出電圧
Ｖ　′〜ｖ７′とを比較す０７　　　　　　　　　　　
Ｇ ると、電圧の増加の度合は指定位置付近ではほぼ変わら
ず、Ｘ方向の距離が指定位置から離れれば離れる程大き
くなり、その曲線の曲りは緩か、即ちその差分が減少し
ているのがわかる。

検出電圧Ｖ。′〜ｖ７−について、前記同様それぞれ差
分を算出すると、第６図に示すような差分電圧値ｖ１′
、ｖ　′、ｖ　−１・・・・”Ｖ７′が得られる。第５
図及び第６図かられかるように、差分の減少は基準レベ
ル■１　　を横切る線の傾きの減少として現れ、両者は
ほぼ比例関係にある。即ち、高さｈはこの各検出電圧の
差分の傾きに比例することになる。従って、予め高さｈ
と該差分の傾きとの関係を求めておき、前記各電圧ｖ０
〜ｖ７より差分を求め、さらにその傾きを求めれば、入
力ペン２０の高さｈを算出することができる。

また、入力する位置を指定する場合、所定のタイミング
信号を位置検出回路５０に入力する必要があるが、前記
入力ペン２０の高さをパラメータとして、例えば入力ペ
ン２０の一端２０ａの高さが、入力面１００に対して０
．５ａｍ＋以下となった時、前記タイミング信号を発生
させるようにすることができ、この場合は入力ペン２０
には棒磁石のみ設ければ良い。

次に、実際に差分が「０」となるＸ座標値、例えば×　
１前記座標値ｘ８、及び２方向の高さｈを求める式につ
いて述べる。まず、各検出電圧、例えばＶ（ｘ）を二次
函数の一般式で表わすと、次式のようになる。

Ｖ　（ｘ）−ａｘ２＋ｂｘ＋ｃ　　　　−−−−−−（
１）各励磁線１２ａ〜１２ｉの間隔をｄとすると、差分
方程式ΔｄＶ　（ｘ）は、 ＡｄＶ　（ｘ）−（Ｖ　（ｘ＋ｄ）−Ｖ　（ｘ））／ｄ
　　　　　　　　　・・・・・・（２）となる。従って
、 ＡｄＶ　（ｘ−ｄ）−（Ｖ　（ｘ）　−Ｖ　（ｘ−ｄ）
　）／ｄ　　　　　　　・・・・・・（３）になる。（
３）式に前記（１）式を代入し整理すると、ＡｄＶ　（
ｘ−ｄ）−ａ　（（２ｘ＋ｂ／ａ）−ｄ）・・・・・・
（４） となる。ところで、ＡｄＶ（ｘ−ｄ）−０を満足するＸ
座標値Ｘｑは、前記（４）式よりｘ　　＝−ｂ／２ａ＋
ｄ／２　　　　　　・・・・・・（５）となる。函数の
頂点の座標値はＸ、であるから、θＶ（ｘ　　）／θｘ
−２ａｘｓ＋ｂ−Ｏ、°、　　ｘ　　−−ｂ／２ａ　　
　　　　　　　　　・・・・・・（６）となる。（６）
式に前記（５）式に代入し整理すると、ｘ　　−ｘ　　
−ｄ／２　　　　　　　　　・・・・・・（７）ｑ となる。即ち、ＡｄＶ（ｘ−ｄ）が０となる点のＸ座標
値Ｘｑを求め、それよりｄ／２を引けば、゛函数の頂点
の座標ｘ３が求められることになる。

次に座標値Ｘ、について考える。ＡｄＶ（ｘ−ｄ）が０
となる座標値Ｘ、は、第４図において基準レベル■　の
前後の差分電圧値■３と■４とのＩｎ（座標値×３と×
４とのＩＩ）であるから、前記（４）式より、 ｖ　　−ａ（（２ｘ３＋ｂ／ａ）−ｄ）・・・・・・（
８）ｖ４−ａ　（（２ｘ４＋ｂ／ａ）−ｄ）−−−−−
・（９）となり、これを整理して、 ｖ　　−ｖ　　−２ａ　（ｘ３−ｘ４）、’、　　２ａ
−（ｖ　　−ｖ　　）／（Ｘ３−Ｘ４−）Ｘ３　　Ｘ４
−　　ｄであるから、 ２ａ−−（ｖ３−ｖ４）／ｄ　　　　　−・・・・・（
１Ｇ）となる。ここで、２ａは差分曲線における傾きを
示すものであるから、Ｚ方向の高さｈは、ｈ−Ａ　ｌ　
２　ａ　ｌ　　　　　　　　　　　・・・・・・（１１
）なる式より求められる。なお、Ａは比例定数であり、
実験的に求められる。第７図はａと入力ペン２０の２方
向の高さｈとの関係の一例を示すもので、ｈ−０（１１
１１）の時のａを１とした場合のｈに対するａの変化を
示す。

また、検出電圧の前記（６）式より ｂ／ａ−ｃｉ＝−２ｘ、　　　　　　　　−−−−−−
（１２）であるから、これを前記（８）、（９）式に代
入すると、Ｖ３−２ａ　（ｘ３−ｘ、）　　　　　・・
・・・・（１３）ｖ　　−２ａ　（ｘ４−ｘｑ）　　　
　　−・・−（１４）となる。さらに該（１３）、　（
１４）式の両辺をそれぞれ削ると、 ｖ　　／　Ｖ　　−（Ｘ　　　Ｘ　　）　／　（Ｘ　４
−Ｘ　ｑ　）３　　４　　３　　ｑ となる。Ｖ　３／　Ｖ　４−８と置き、整理すると、ｘ
　　＝　（ｘ　　−Ｂｘａ　）／　（Ｉ　　Ｂ）・・・
・−（１５） となる。座標Ｘ３．Ｘ４は既知であるから、Ｘ。

は■３とｖ４との比より求めることができ、ざらに前記
（７）式より頂点の座標Ｘ、を求めることができる。

（実施例） 第８図は位置検出部１０の具体的な構成を示す分解斜視
図である。同図において、１１０ａ。

１１０ｂはシールド板、１２０ａ　〜１２０ｃは磁性体
板、１３０ａ　、　　１３０ｂは導体板であり、シール
ド板１１０ａ、磁性体板１２０ａ、導体板１３０ａ、磁
性体板１２０ｂ、導体板１３０ａ、磁性体板１２０Ｃ，
シールド板１１０ｂの順に重ね合わされている。

シールド板１１０ａ　、　　１１０ｂは、ガラスエポキ
シ等の絶縁性基板１１１の片面に非磁性金属板、例えば
銅板１１２を貼着したプリント基板を用いている。

磁性体板１２０ａ〜１２０ｃは、第９図に示すように複
数（図示例では８本）の長尺の磁性体１１をほぼ平行に
配列し、これを２枚のガラスエポキシ等の絶縁性基板１
２１，１２２の間に挟持し、加熱圧着等により一体化し
てなるものである。ここで、磁性体１１としては磁石を
接近させても磁化され難く、即ち保持力が小さく、且つ
透磁率の高い材料、例えば直径が約０．１麿の断面円形
状のアモルファスワイヤが用いられる。アモルファスワ
イヤとしては、例えば（Ｆ　ｅ　１−Ｘ　ＣＯｘ　）　
ｙｓｓ　ｉ　１゜８．５（原子％）（ＸはＦｅとＣＯと
の割合を示すもので、０〜１の値をとる。）等が適して
いる。

導体板１３０ａ、　　１３０ｂは、第１０図に示すよう
にガラスエポキシ等の絶縁性基板の片面に銅板を貼着し
たプリント基板１３１にエツチング加工を施し、複数（
図示例では１７本）の両端にランド孔を有する線状の導
体１３２を形成してなるものである。

前記各基板間は接着シートにより接着・固定される。こ
の時、磁性体板１２０ａ〜１２０Ｇの磁性体１１はＸ方
向に沿って配置され、導体板１３０ａ。

１３０ｂの導体はＸ方向に直交する方向に配置される。

なお、他の製造方法として、磁性体板の両外側にプリン
ト基板を接着・固定し、その後、エツチング処理により
導体を形成し、もしくは形成せず、前記シールド板１１
０ａ、ｌｉ性体板１２０ａ、導体板１３０ａの組、導体
板１３０ｂ、磁性体板１２０Ｃ。

シールド板１１０ｂの組を作成し、これらの間に磁性体
板１２０ｂを挟み、さらに接着・固定するようになして
も良い。位置検出部１０全体の厚さは、実際は２〜３履
程度であるが、第８図乃至第１０図では厚さ方向のみを
拡大して表わしている。

導体板１３０ａと１３０ｂの各導体は、上下に重なり合
う導体同士が一端のランド孔にてスルーホール処理によ
り接続され、磁性体板１２０ｂ中の磁性体１１の周囲を
巻回する励磁線１２ａ〜１２ｈ及び検出線１３を交互に
形成する。各励磁線１２ａ〜１２ｈの導体板１３Ｏａ側
の他端は、それぞれ信号選択回路４０に接続され、励磁
線１２ａ〜１２ｈの導体板１３０ｂ側の他端は共通に接
地される。また、検出線１３の導体板１３０ａ側の他端
は、隣接する検出線１３の導体板１３０ｂ側の他端に接
続され、即ち直列に接続され、検出線１３の両端は位置
検出回路５０に接続される。

なお、前記位置検出部１０において、磁性体板１２０ａ
　、　　１２０Ｃは、第１１図に示すようにその中の磁
性体１１により励磁線の周囲に発生する磁束の通り道を
構成し、より大きな電磁誘導を得るためのものであり、
特に設けなくても良い。また、シールド板１１０ａ　、
　　１１０ｂは外部からのノイズの混入、及び外部への
誘導雑音の放出を防止するためのものであり、特に設け
なくても良い。

第１２図は磁性体板の他の例を示すもので、多数の絶縁
性１１ｉ１２３をほぼ平行に配列し、該絶縁性繊Ｈ１２
３の間に複数の長尺の磁性体１１を所定間隔隔てて配列
した縦糸群（または横糸群）１２４と、多数の絶縁性繊
維１２５からなる横糸群（または縦糸群）１２６とを平
織し□、織物状となし、これらをエポキシ樹脂等の絶縁
性樹脂で固めて板状となしたものである。この磁性体板
によれば、厚さをより小さくでき、更に薄い位置検出部
１０を構成することができる。なお、絶縁性繊＠　１２
３゜１２５としては例えば、ガラス繊維が用いられる。

また、図面上では各ｍＩｉ及び磁性体の間が離れて示さ
れているが、実際には隙間なく構成されるものであり、
また、磁性体間には２本の繊維が配列されているが、実
際には磁性体間の間隔を保持する為に必要な本数の繊維
が配列される。

第１３図は入力ベン２０の具体例を示す断面図、第１４
図はその電気口路図である。同図において、２１は合成
樹脂等からなるペン状の容器であり、その一端には先端
先細状の棒磁石２２が軸方向に摺動自在に収容されてい
る。また、容器２１の他端側には周方向に亘って透明な
プラスチック等からなる赤外線透過窓２３が設けられ、
その内側には円錐体の周面にクロムメッキ等を施した反
射体２４と、赤外線発光ダイオード２５とが収納されて
いる。２６ａ、２６ｂは操作スイッチで、操作スイッチ
２６ａは容器２１の先端側の一側に取付けられ、操作ス
イッチ２６ｂは棒磁石２２の他端に対向して取付けられ
ている。また、２７は信号発生回路、２８は電池で、容
器２１内の適所に収納されている。信号発生回路２７は
、測定開始、位置入力等の位置検出回路５０に対する複
数（ここでは３通り）の命令を幾つかのパルス信号の組
合せによる複数のコード信号にそれぞれ変換するもので
、デコーダ２７ａとコード信号発生！！２７ｂとダイオ
ード駆動用トランジスタ２７ｃとを備え、操作スイッチ
２６ａ、２６ｂのオン・オフの組合せに従って、コード
信号を発生し、発光ダイオード２５を駆動する。而して
、操作スイッチ２６ａをオンすると、測定開始のコード
を示す赤外線信号がダイオード２５より反射体２４、透
過窓２３を介して発信され、そのままカバー２９を取り
付けた棒磁石２２の先端を入力面に押し当てると、該棒
磁石２２がスライドしてスイッチ２６ｂがオンし、位置
入力のコード信号を示す赤外線信号が発信される如くな
っている。

第１５図は駆動電流源３０の具体例を示すもので、図中
、３１は積分回路、３２はバンドパス−フィルタである
。積分回路３１はその入力端子３３に後述する位置検出
回路５０の演算処理回路からのクロックパルス（または
これを分周したパルス）を受け、これを積分し、三角波
信号に変換する。バンドパスフィルタ３２では、前記三
角波信号を正弦波信号に変換し、その出力端子３４より
信号選択回路４０に送出する。なお、基準（入力）信号
にクロックパルスを用いたのは位置検出回路５０と同期
をとるためである。

第１６図は信号選択回路４０の具体例を示すもので、図
中、４１はマルチプレクサ、４２はドライバ回路である
。マルチプレクサ４１は１つの入力端子と、複数（図示
例では８個）の出力端子を有する周知のもので、位置検
出回路５０からの切換信号に従って、入力信号、即ち駆
動電流源３０からの交番電流を各出力端子に切換えて送
出する。ドライバ回路４２は複数のＮＰＮトランジスタ
からなるもので、各トランジスタのコレクタは＋（プラ
ス）の電源に接続され、またベースはマルチプレクサ４
１の出力端子に接続され、更にエミッタは位置検出部１
０の各励磁線１２ａ〜１２ｈに接続され、選択された励
磁線のみに増幅した交番電流を送出する如くなっている
。

第１７図は励磁線が多数（ここでは１６本）の場合に有
効な信号選択回路４０の他の構成例を示す。同図におい
て、４３．４４は出力端子が４個のマルチプレクサ、４
５．４６は４個のトランジスタからなるドライバ回路で
あって、ドライバ回路４５の各トランジスタは同数に群
分けされた励磁線１２−の各群に共通に接続され、゛ま
た、ドライバ回路４６の各トランジスタは各群の励磁線
のうちの１つにそれぞれ接続され、マルチプレクサ４３
．４４の両方に選択された励磁線のみに交番電流が加え
られる如くなっている。この構成によれば、多数の励磁
線を選択切換え可能な信号選択回路を少ない出力端子の
マルチプレクサにより構成することができ、各励磁線と
ドライバ回路との間の配線も少なくすることができる。

第１８図は位置検出回路５０の具体的構成を示す回路ブ
ロック図、第１９図は各部の信号を示す図である。前述
した入力ベン２０の発光ダイオード２５より、測定開始
のコードを示す赤外線信号が発信されると、該赤外線信
号は赤外線受光ダイオード５１で受信され、更に受信１
１５２で増幅・波形整形され、元のコード信号に変換さ
れ、更に測定開始の命令信号に戻され、入力バッファ５
３に送出される。演算処理回路５４は入力バッフ７５３
より前記命令信号を読み取り、測定開始を認識すると、
出力バッフ？５５を介して信号選択回路４０へ切換信号
Ｓ１を送り、駆動信号源３０の駆動電流を励磁線１２ａ
〜１２ｈへ次々に切換えて入力する。

この時、検出ｌ１１１３に発生する誘導電圧は増幅器５
６へ入力され、増幅され、更に検波器５７で整流されて
直流電圧の検波信号Ｓ２に変換され、さらに差分検出回
路５８に送られ、差分検出信号Ｓ５に変換される（但し
、この差分検出信号Ｓ５はディジタル値に変換する必要
性から単極性、ここでは正の電圧信号となるようレベル
シフトされる。）。なお、差分検出回路５８には演算制
御回路５４より後述するように２つのサンプリングパル
ス８３．８４が出力バッファ５５を介して入力されてい
る。差分検出信号Ｓ５はアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ
）変換！１５９にてディジタル値に変換され入力バッフ
ァ５３を介して演算処理回路５４に送出されるが、演算
処理回路５４では前記切換信号に同期して該ディジタル
値を読み取る。

さらに演算処理回路５４は前記各差分電圧値（ディジタ
ル値）をメモリ６０に一詩記憶し、これらの中より前記
基準レベル■１より大きい電圧値のうちで一番小さいも
のと、■、より小さい電圧値のうちで一番大きいもの、
即ちその前後の電圧値Ｖｌ及びｖ、＋１を検出する。次
に演算処理回路５４は該電圧値■ｋ　−ｖｋ＋１とその
Ｘ座標値×に、ｘｋ＋１をメモリ６０より取出し、これ
らをそれぞれ前記（１５）式における電圧Ｖ、Ｖ４゜Ｘ
３．Ｘａとして、（１５）式の演算処理を行ない、座標
値Ｘ、を求め、さらに（７）式の演算を行い、座標値Ｘ
、を求める。また、必要に応じて（１１）式の演算を行
い、高さｈを求める。

このようにして求められたディジタル値のＸ座標値Ｘ、
（又は座標値×８と高さｈ）は、一旦、メモリ６０に記
憶されるが、前記測定開始を示す信号が出されている間
、上述したような測定及び演算が所定時間毎に繰返され
、その値は更新される。次に、入力ペン２０より位置入
力のコードを示す赤外線信号が発信され、受光ダイオー
ド５１、受信機５２、入力バッファ５３を介して演算処
理回路５４に認識されると、その時点における前記ディ
ジタル値のＸ座標値が入力値として、出力バッフ？６１
を介してディジタル表示器（図示せず）に送出され表示
され、またはコンピュータ（図示せず）に送出され処理
されたり、あるいはディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ　）
変換器６２を介してアナログ信号に変換され処理される
。

第２０図は差分検出回路５８の具体的回路を示すもので
ある。前記検波信号Ｓ２は入力端子５８ａよりマルチプ
レクサ５８ｂ、５８ｃに送出される。該マルチプレクサ
５８ｂには基準レベルサンプリングパルスＳ３が演算処
理回路５４より供給されており、該パルスのハイレベル
期間、検波信号Ｓ２の電圧がコンデンサＣ１及びオペア
ンプＯＰ１からなるサンプルホールド回路５８ｄに保持
される。また同様に、マルチプレクサ５８ｃには差分レ
ベルサンプリングパルスＳ４が演算処理回路５４より供
給されており、該パルスのハイレベル期間、検波信号Ｓ
２の電圧がコンデンサＣ２及びオペアンプＯＰ２からな
るサンプルホールド回路５８ｅに保持される。サンプル
ホールド回路５８ｄ、５８ｅに保持された電圧は差動増
幅器５８ｆに入力され、その差分に相当する差分検出信
号Ｓ５が出力端子５８ａより送出される。

前述した実施例において、測定開始、位置入力等を示す
信号を入力ペン２０から位置検出回路５０まで赤外線信
号を用いて伝送したが、超音波信号を用いても良い。ま
た、これらの信号は単に位置検出回路５０の動作開始や
座標値の入力のタイミングを演算処理回路５４に認識さ
せるためのものであるから特に入力ペン２０より送るこ
とを要するものではなく、位置検出回路５０自体に設け
たキーボードその他のスイッチ回路より送る如くなして
も良い。

また、入力ペン２０の高さを位置入力のパラメータとし
て使用することもできる。即ち、測定開始の信号はキー
ボードその他のスイッチ回路より送り、この状態で入力
ペン２０の一端が位置検出部１０の入力面１００に押付
けられ、高さｈが所定の値、例えば前述した０、５履以
下になった時、これを演算処理回路５４で検出し、位置
入力の信号としてＷｌｍｌする。

第２１図はこの時使用する入力ベン７０を示すもので、
合成樹脂からなるペン軸状の容器７１の一端７２に、先
端先細状の棒磁石７３がＮ極を先端方向に向けて収容さ
れ、ざらに棒磁石７３の先端にプラスチック等のカバー
７４を取付けてなっている。従って、入力ベン７０自体
に前述したような電気回路や電池を設ける必要がなく、
且つ該入力ペン７０の操作に関連して位置入力すること
が可能となり、操作性の悪化をきたすことがない。

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２〜６履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永久磁石に限定される
ことはなく電磁石でもよい。

第２２図は本発明の他の実施例を示すものである。同図
において、８１及び８２はＸ方向及びＹ方向の位置検出
部、８３及び８４はＸ方向及びＹ方向用の信号選択回路
で、それぞれ前記位置検出部１０、信号選択回路４０と
同様な構成を有しており（但し、図面では簡略のためそ
の細部については省略する。）、該位置検出部８１．８
２についてはその各磁性体がそれぞれＸ方向及びＹ方向
に直交する如く、互いに重ね合わされている。

また、８５は位置検出回路で、Ｘ方向及びＹ方向の位置
検出を交互に行なわせるようにした点を除いて前記位置
検出回路５０と同様である。従って、この実施例によれ
ば、Ｘ方向及びＹ方向の２方向、さらに必要であればＺ
方向の位Ｗ！１（座標）検出が容易に出来る。この場合
、Ｚ方向の位置検出はＸ方向の位置検出部８１、又はＹ
方向の位置検出部８２のいずれの信号から求めても良い
。なお、位置指定用磁気発生器、駆動電流源の構成は前
記実施例と同じで良い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、位置検出方法とし
て差分検出方式を採用したため、位置検出精度を上げる
ことができるとともに、高さ方向の位置検出が可能とな
り、位置指定用磁気発生器の位置検出部に対する高さを
位置指定時のタイミング検出のパラメータとすることが
でき、位置指定用磁気発生器自体に電気回路や電池を設
けることなく、且つ該位置指定用磁気発生器の操作に関
連して位置指定することが可能となる。また、検出線は
磁性体及び励磁線周囲の全域に亘って複数回巻回されて
いるので、該検出線に大きな誘導電圧が発生することに
なり、且つ誘導電圧の出力変化が大きくなり、従って、
位置検出範囲を大きくとることが可能となる。また、位
置検出の為に位置指定用磁気発生器と他の装置との間に
信号をやりとりする必要がないためコードレスとするこ
とができ、更にまた、位置指定の為に必要とする磁気バ
イアスのｌは、数エルステッド（Ｏｅ）程度で良いので
、該位置指定用磁気発生器は位置検出部より多少離して
も位置指定が可能であり、位置検出部の裏面からの位置
指定も可能であり、強磁性体以外の金属を入力面上に載
置することもできる。また、励磁線と検出線との間の磁
束変化が磁性体内で行なわれ、その結合が密でＳＮ比が
良くなり、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くなる。また、位置検出部を
Ｘ方向及びＹ方向に設けたものによれば、Ｘ方向及びＹ
方向の２方向、又はこれに加えて高さく２）方向の３方
向の位置検出が可能となる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供するもので、第１図は本発明の
主要な構成を示す説明図、第２図は磁気バイアス対透磁
率の特性図、第３図は位置指定用磁気発生器より磁性体
に印加される磁束のようすを示す図、第４図は検出線に
発生するＸ導電圧の一例を示すグラフ、第５図は差分電
圧値の一例を示すグラフ、第６図は差分電圧値の一例を
示すグラフ、第７図は差分電圧値と位置指定用磁気発生
器のＺ方向の高さとの関係の一例を示すグラフ、第８図
は位置検出部１０の具体的な構成を示す分解斜視図、第
９図は磁性体板の製造のようすを示す図、第１０図は導
体板の斜視図、第１１図は励磁線の周囲の磁束のようす
を示す図、第１２図は磁性体板の他の例を示す要部斜視
図、第１３図は入力ペンの具体的な構成を示す断面図、
第１４図はその電気回路図、第１５図は駆動電流源の具
体的な構成を示す回路図、第１６図は信号選択回路の具
体的な回路図、第１７図は信号選択回路の他の具体的な
回路図、第１８図は位置検出回路の具体的な構成を示す
回路ブロック図、第１９図は第１８図の各部における信
号波形を示す図、第２０図は差分検出回路の具体的な構
成を示す回路図、第２１図は入力ペンの他の実施例を示
す断面図、第２２図は本発明の他の実施例を示す説明図
である。 １０・・・位置検出部、２０・・・入力ペン、３０・・
・駆動電流源、４０・・・信号選択回路、５０・・・位
置検出回路、１１・・・磁性体、１２ａ〜１２ｈ・・・
励磁線、１３・・・検出線、８１・・・Ｘ方向位置検出
部、８２・・・Ｙ方向位置検出部。 特許出願人　　株式会社　ワコム 代理人弁理士　　古　１）精　孝 第２図 第３図 ２方向の高ざ　ｈ ｌ！ｌＩＬ！ｉ 樅喝−日 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１６図 第１８図 第２０図 第２１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いにほぼ平行に配列された複数の長尺の磁性体
   と、該複数の磁性体の周囲にその長手方向と直交する方
   向に所定間隔隔てて配設された複数の励磁線と、前記複
   数の磁性体及び該複数の励磁線の周囲のほぼ全域に亘つ
   て複数回巻回された検出線とを備えた位置検出部と、定
   常的な磁界を発生する位置指定用磁気発生器と、所定周
   期の交番電流を発生する駆動電流源と、前記励磁線のそ
   れぞれに前記所定周期の交番電流を次々に切替えて加え
   る信号選択回路と、前記検出線に誘起する誘導電圧を次
   々に取出し、これらの差分を取り、該差分電圧が所定の
   基準電圧と等しくなる位置を算出し、これより前記位置
   指定用磁気発生器による位置検出部上の指定位置を求め
   るとともに、前記差分電圧の傾きを算出し、これより前
   記位置指定用磁気発生器の前記位置検出部に対する高さ
   を求める位置検出回路とからなる位置検出装置。
2. （２）互いにほぼ平行に配列された複数の長尺のＸ方向
   の磁性体と、該複数のＸ方向の磁性体の周囲にその長手
   方向と直交する方向に所定間隔隔てて配設された複数の
   Ｘ方向の励磁線と、前記複数のＸ方向の磁性体及び該複
   数のＸ方向の励磁線の周囲のほぼ全域に亘つて複数回巻
   回されたＸ方向の検出線とを備えたＸ方向位置検出部と
   、該Ｘ方向位置検出部と同様の構成を有し且つこれと重
   ね合わされたＹ方向位置検出部と、定常的な磁界を発生
   する位置指定用磁気発生器と、所定周期の交番電流を発
   生する駆動電流源と、前記Ｘ方向及びＹ方向の励磁線の
   それぞれに前記所定周期の交番電流を次々に切替えて加
   えるＸ方向及びＹ方向の信号選択回路と、前記Ｘ方向及
   びＹ方向の検出線に誘起する誘導電圧を次々に取出し、
   これらの差分を取り、該差分電圧が所定の基準電圧と等
   しくなる位置を算出し、これより前記位置指定用磁気発
   生器によるＸ方向及びＹ方向の位置検出部上の指定位置
   を求めるとともに、前記差分電圧の傾きを算出し、これ
   より前記位置指定用磁気発生器の前記Ｘ方向又はＹ方向
   の位置検出部に対する高さを求める位置検出回路とから
   なる位置検出装置。