JPS626251B2

JPS626251B2 -

Info

Publication number: JPS626251B2
Application number: JP59033083A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Taguchi; Tsugunari Yamanami
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1984-02-23
Filing date: 1984-02-23
Publication date: 1987-02-09
Also published as: JPS60176134A

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
つた。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
問題点があつた。

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、フエライトのような磁
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つた。この装置では位置
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、従つ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つた。

（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、４１，４２は信号選択手段、例えばマルチ
プレクサ、５０は位置指定用磁気発生器、例えば
棒磁石、６０は処理装置である。

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１３ａ〜
１３ｈと絶縁シート１４，１５とからなつてい
る。各磁性体１１ａ〜１１ｅ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
平行に取り付けられている。また磁性体１１ａ〜
１１ｅ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（μ）の高い
材料、例えばアモルフアス合金、パーマロイ合金
等が好ましい。アモルフアス合金としては、例え
ばFc₇₉B₁₆Si₅（原子％）（保持力0.2Oe、透磁率μ
＝14000）などが使用できる。また、磁性体１１
ａ〜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
の場合は数mm程度、厚さは数μｍ〜数10μｍ程度
が製造も容易で且つ特性も良好である。アモルフ
アス合金は製造上、厚さが20〜50μｍ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１５の下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
れ連続してなつており、励磁線１２ａ〜１２ｂ，
１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２
ｈの下半部の他端と、励磁線１２ｂ，１２ｃ，１
２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ
の上半部の他端とがそれぞれ接続され、即ち励磁
線１２ａ〜１２ｉは直列に接続され、励磁線１２
ａの上半部の他端と励磁線１２ｉの下半部の他端
は駆動電流源３０に接続される。また各励磁線１
２ａ〜１２ｉ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１５の下面に配設された部分（以
下、下半部と称す。）とが一端でそれぞれ連続し
てなつており、検出線１３ａ〜１３ｈの上半部の
他端はそれぞれマルチプレクサ４１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２１ａ〜
２１ｅと励磁線２２ａ〜２２ｉと検出線２３ａ〜
２３ｈと絶縁シート２４，２５とからなつてお
り、その細部の構造はＸ方向位置検出部１０と同
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
して、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、図面では構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２０とは離
して描いている。）。また各励磁線２２ａ〜２２ｉ
は駆動電流源３０に接続され、各検出線２３ａ〜
２３ｈはマルチプレクサ４２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）を常時、励磁線１２ａ〜１２ｉ及び２
２ａ〜２２ｉに送出する。また、マルチプレクサ
４１，４２は処理装置６０からの制御信号に従つ
て検出線１３ａ〜１３ｈ及び２３ａ〜２３ｈの出
力信号を処理装置６０へ選択的に送出する如くな
つている。

また、４３は測定開始等の指示を処理装置６０
へ通知する為の超音波信号を発信する送波器、４
４はこの超音波信号を受信する受波器であり、こ
の実施例では発信・受信兼用の超音波セラミツク
マイクロホンを両者に使用している。なお、送波
器４３、受波器４４の使用例については後で詳細
に説明する。

このような構成において、検出線１３ａ〜１３
ｈ及び２３ａ〜２３ｈには前記励磁線１２ａ〜１
２ｉ及び２２ａ〜２２ｉを流れる交番電流に基づ
く電磁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〜１１ｅ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〜１１ｅ及び２１ａ〜２１ｅの透磁率は、
外部より加わる磁気バイアスによつて第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。従つて、磁性体１１
ａ〜１１ｅ及び２１ａ〜２１ｅに磁気バイアスを
加えると、励磁線１２ａ〜１２ｉ，２２ａ〜２２
ｉから検出線１３ａ〜１３ｈ，２３ａ〜２３ｈへ
誘起する電圧も小さくなる。

今、第１図において、位置指定用棒磁石５０が
Ｎ極を下にして検出線１３ａからＸ方向の距離ｘ
_S及び検出線２３ａからＹ方向の距離ｙ_Sだけ隔て
たＸ方向位置検出部１０の位置Ａ上にあり、透磁
率が小さくなる程度の磁気バイアスを磁性体１１
ｂ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〜１３ｈには第
３図に示すような誘導電圧V₁〜V₈が発生する。
第３図において、横軸は検出線１３ａ〜１３ｈの
位置をそれぞれx₁〜x₈とする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Ａの両側で一旦減少しその後再度
増加して位置Ａ直下では元の電圧とほぼ等しくな
つている。これは棒磁石５０より磁性体１１ｂに
入射する磁束が、該棒磁石５０の真下では磁性体
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４１より得られ
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６０で演算して求
めれば、棒磁石５０のＸ座標値Ｘ_Sを知ることが
できる。

座標値ｘ_Sを求める算出方法の一つとして、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求める方法
がある。例えば、各検出線１３ａ〜１３ｈの間隔
をΔｘとし、第３図において座標x₃から座標x₅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 V₃＝ａ（x₃−ｘ_S）^２＋ｂ ……(1) V₄＝ａ（x₄−ｘ_S）^２＋ｂ ……(2) V₅＝ａ（x₅−ｘ_S）^２＋ｂ ……(3) となる。ここで、ａ、ｂは定数（ａ＜０）であ
る。また、 x₄−x₃＝Δｘ ……(4) x₅−x₃＝２Δｘ ……(5) となる。(4)、(5)式を(2)、(3)式に代入して整理する
と、ｘ_S＝x₃＋Δｘ／２（３Ｖ_３−４Ｖ_４＋Ｖ_５／Ｖ_３−
２Ｖ_４＋Ｖ_５）……(6) となる。従つて、検出線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ
に誘起する電圧V₃，V₄，V₅を処理装置６０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５０のＸ座標値を算出できる。また、棒
磁石５０をＹ軸に沿つ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〜２３ｈ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
理によつてＹ座標値ｙ_Sを求めることができる。

位置指定用棒磁石５０の先端から発せられる磁
界は、第４図に示すように該棒磁石５０の中心線
の延長上の一点ｒから発する如く近似される。従
つて磁性体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１
００を形成すれば、棒磁石５０が磁性体１１ａ〜
１１ｅ及び２１ａ〜２１ｅに対して傾いても（但
し、図示例では二点鎖線で示す磁性体１１ａを基
準として棒磁石５０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、従つ
て、棒磁石５０の傾きに影響されず位置指定が可
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）。

第５図は駆動電流源３０の具体例を示すもので
ある。同図において、３１はフアンクシヨンジエ
ネレータ、例えばインターシル製IC、8038であ
り、コンデンサＣと抵抗Ｒの値まで定まる所定の
周波数の正弦波信号を出力する。また３２はパワ
ードライバであり、オペアンプと差動増幅器とか
らなつており、前記正弦波信号を電流増幅して励
磁線１２ａ〜１２ｉ，２２ａ〜２２ｉへ送出す
る。

第６図は位置指定用磁気発生器５０の具体例を
示す断面図、第７図はその電気回路図である。同
図において、５１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５
２が軸方向に摺動自在に収容されている。また、
５３は操作スイツチで、棒磁石５２の他端に対向
して取り付けられている。また、５４は超音波信
号の送信機、５５は電池で、送波器４３とともに
容器５１内の適所に収納されている。前記容器５
１を保持しゴムカバー５６を取り付けた棒磁石５
２の先端を入力面に押し当てれば、該棒磁石５２
がスライドしてスイツチ５３がオンし、これによ
つて送信機５４内の発振回路５４ａ及び増幅器５
４ｂが動作し、送波器４３より測定開始を示す信
号、例えば所定周波数の連続パルス信号を超音波
信号に変えて発信する。

第８図は処理装置６０の具体的構成を示す回路
ブロツク図である。同図において、前述した送波
器４３より測定開始を示す超音波信号が送出され
ると、該超音波信号は受波器４４で受波され、更
に受信器６１で増幅・波形整形され、元の信号、
例えば所定周期の連続パルス信号に戻され、入力
バツフア６２に送出される。演算処理装置６３は
入力バツフア６２より前記連続パルス信号を読み
取り測定開始を認識すると、出力バツフア６４を
介して切換回路６５及びマルチプレクサ４１へ制
御信号を送り、Ｘ方向の検出線１３ａ〜１３ｈの
誘導電圧を増幅器６６へ順次入力する。前記各誘
導電圧は増幅器６６で増幅され検波器６７で整流
されて直流電圧に変換され、更にアナログ−デイ
ジタル（Ａ／Ｄ）変換器６８にてデイジタル値に
変換され入力バツフア６２を介して演算処理装置
６３に送出される。演算処理装置６３では前記各
誘導電圧（デイジタル値）をメモリ６９に一時記
憶し、これらの中よりピーク付近の電圧値を検出
する。この検出方法としては、例えば各誘導電圧
の大小を順次比較し、ある電圧、仮りにＶ_kが直
前の電圧Ｖ_k-1より大きく、かつ次の電圧Ｖ_k+1よ
りも大きい時Ｖ_k-1＜Ｖ_k＞Ｖ_k+1）に電圧Ｖ_kをピ
ーク電圧として検出することができる。演算処理
装置６３は前記電圧Ｖ_k-1，Ｖ_k，Ｖ_k+1を取り出
し、これらをそれぞれ前記(6)式における電圧
V₃，V₄，V₅として(6)式の演算処理を行ない、Ｘ
座標値を求める。

次に演算処理装置６３は出力バツフア６４を介
して切換回路６５及びマルチプレクサ４２に制御
信号を送り、Ｙ方向の検出線２３ａ〜２３ｈの誘
導電圧を順次入力し、前述と同様の処理を行ない
Ｙ座標値を求める。このようにして求められたデ
イジタル値のＸ及びＹ座標値は出力バツフア７０
を介してデイジタル表示器（図示せず）に送出さ
れ表示され、またはコンピユータ（図示せず）に
送出され処理されたり、あるいはデイジタル−ア
ナログ（Ｄ／Ａ）変換器７１を介してアナログ信
号に変換され処理される。

第９図は本発明の別の実施例を示す斜視図であ
り、ここではＸ方向位置検出部のみを示す。同図
において、８０はＸ方向位置検出部であり、長尺
の磁性体８１ａ〜８１ｆと励磁線８２ａ〜８２ｊ
と検出線８３ａ〜８３ｇとからなつている。各磁
性体８１ａ〜８１ｆはその長手方向をＸ方向に沿
う如く互いに平行に配置されている。なお、磁性
体８１ａ〜８１ｆの材質等は前記実施例の場合と
同様である。各励磁線８２ａ〜８２ｊは磁性体８
１ａ〜８１ｆの周囲にそ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設されている
が、励磁線８２ａ，８２ｂ間及び８２ｉ，８２ｊ
間の間隔は他の間隔より小さく設定されている。
また、各励磁線８２ａ〜８２ｊは各磁性体８１ａ
〜８１ｆにそれぞれ対応する各部分が隣接する部
分毎に逆方向に配設され、更にまた磁性体８１
ａ，８１ｆに対応する前記部分は他の部分より小
さく、即ち磁性体に近接して取り付けられてい
る。また各励磁線８２ａ〜８２ｊは電流を流した
時に各磁性体８１ａ〜８１ｆに生起する磁束が同
一となるように直列に接続され、その両端は駆動
電流源３０に接続している。

各検出線８３ａ〜８３ｇはそれぞれ励磁線８２
ｂ〜８２ｉのそれぞれの間に互いに平行に、且つ
磁性体８１ａ〜８１ｆの長手方向と直交する如く
該磁性体８１ａ〜８１ｆの周囲に配設されてい
る。また、各検出線８３ａ〜８３ｇは各磁性体８
１ａ〜８１ｆにそれぞれ対応する各部分が隣接す
る部分毎に逆方向に配設され、更にまた磁性体８
１ａ，８１ｆに対応する前記部分は他の部分より
小さく、即ち磁性体に近接して取り付けられてい
る。また各検出線８３ａ〜８３ｇの一端はマルチ
プレクサ４１に接続され、他端は共通に接地され
ている。

上記構成によれば、励磁線８２ａ〜８２ｊに駆
動電流を流した時に前記各部分に生起する磁束が
磁性体毎に逆方向となるため、互いに打ち消し合
つて外部へ発する誘導やノイズが弱められ、また
検出線８３ａ〜８３ｇに一方向の磁束が加わつた
時に各部分より生起される電流が互いに逆方向と
なるため、外部からの誘導やノイズが互いに打ち
消し合つて弱められ、SN比の良い誘導電圧を取
り出すことができる。また磁性体８１ａ〜８１ｆ
の長手方向の両端に当たる部分ではその励磁線の
本数が他の部分より多いため、検出電圧が低下す
ることがない。また、複数並設した磁性体のうち
の両端の磁性体、即ち８１ａと８１ｆに対する励
磁線及び検出線が他の磁性体より近接して配設さ
れているため電磁結合が密となり、この部分にお
ける検出電圧も低下することがない。

なお、この実施例では各磁性体毎に磁束や電流
の向きが逆方向となるよう励磁線及び検出線を設
けているが、隣接する２本またはそれ以上の磁性
体毎に逆方向となるようにしても良い。

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２〜６mm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
磁気発生器も棒磁石に限定されることはなく、
板、リング、角体等でもよく、あるいは電磁石で
もよい。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、互いにほ
ぼ平行に配列された複数の長尺の磁性体にそれら
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Ｘ方向位置検出部と、該Ｘ方向
位置検出部と同様の構造を有しかつこれと重ね合
わされたＹ方向位置検出部と、前記Ｘ方向及びＹ
方向の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Ｘ方向及びＹ方向の各磁性体に
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Ｘ方向及びＹ方向の各検出線にそれ
ぞれ接続されたＸ方向及びＹ方向の信号選択手段
と、該Ｘ方向及びＹ方向の信号選択手段より取り
出される各誘導電圧から前記位置指定用磁気発生
器の指示座標を算出する処理装置とを具備したの
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、その結合が密で検出電圧が大き
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
を大きくとることができ、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で、第１図は
本発明の一実施例を示す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す説明図、第５図
は駆動電流源の具体例を示す電気回路図、第６図
は位置指定用磁気発生器の具体例を示す断面図、
第７図はその電気回路図、第８図は処理装置の具
体的構成を示す回路ブロツク図、第９図は本発明
の別の実施例におけるＸ方向位置検出部の斜視図
である。１０……Ｘ方向位置検出部、２０……Ｙ方向位
置検出部、３０……駆動電流源、４１，４２……
マルチプレクサ、５０……位置指定用磁気発生
器、６０……処理装置、１１ａ〜１１ｅ，２１ａ
〜２１ｅ……磁性体、１２ａ〜１２ｉ，２２ａ〜
２２ｉ……励磁線、１３ａ〜１３ｈ，２３ａ〜２
３ｈ……検出線。

Claims

【特許請求の範囲】１互いにほぼ平行に配列された複数の長尺の磁
性体にそれら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Ｘ方向位置検出部
と、該Ｘ方向位置検出部と同様の構造を有しかつ
これと重ね合わされたＹ方向位置検出部と、前記
Ｘ方向及びＹ方向の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Ｘ方向及びＹ方向
の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Ｘ方向及びＹ方向の各
検出線にそれぞれ接続されたＸ方向及びＹ方向の
信号選択手段と、該Ｘ方向及びＹ方向の信号選択
手段より取り出される各誘導電圧から前記位置指
定用磁気発生器の指示座標を算出する処理装置と
を具備したことを特徴とする位置検出装置。２Ｘ方向及びＹ方向の励磁線より生起される磁
束またはＸ方向及びＹ方向の励磁線に生起する電
流の方向が、各磁性体毎或いは隣接する２以上の
磁性体毎に逆方向となるようにＸ方向及びＹ方向
の励磁線を構成したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の位置検出装置。３Ｘ方向及びＹ方向の検出線より生起される磁
束またはＸ方向及びＹ方向の検出線に生起する電
流の方向が、各磁性体毎或いは隣接する２以上の
磁性体毎に逆方向となるようにＸ方向及びＹ方向
の検出線を構成したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の位置検出装置。４互いにほぼ平行に配列された複数のＸ方向及
びＹ方向の磁性体のうちの両端の磁性体に対応す
るＸ方向及びＹ方向の励磁線またはＸ方向及びＹ
方向の検出線のいずれか一方或いはＸ方向及びＹ
方向の励磁線及びＸ方向及びＹ方向の検出線を該
磁性体に対してより密接して配設したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項乃至第３項いずれか
１項記載の位置検出装置。５Ｘ方向及びＹ方向の磁性体の長手方向の両端
に配設された励磁線の数を他の部分に配設された
励磁線より多く配設したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項乃至第４項いずれか１項記載の位
置検出装置。