JPS6035682B2 - 座標読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ｛１｝ 発明の技術分野 本発明は座標読取装置、いわゆるディジタィザに関し、
複数の駆動コイルによって平面坂上に形成された回転磁
界の位相から指定の位置の座標を読み取る形式の座標謙
取装置に関する。

‘２｝ 技術の背景 座標謙取装置は、平面板上に置かれたペンの座標を読取
る装置であり、例えば自動設計・製図技術分野において
重要な役割を果す図形情報処理システムに用いられるも
のである。

この種の座標読取装置としては、第１に静電結合方法、
第２に電磁譲導方法、第３にオーミック方法が提案され
ているが、本発明はこの中で第２の電磁誘導方法をベー
スにし、特に回転磁界の位相から位置検出する形式の座
標読取装置に言及する。

‘３｝ 従釆技術と問題点 一般の上記形式の座標論取装置は、平面坂上に並列して
配置された複数のコイルを有し、相互に位相のずれた複
数の駆動信号をそれぞれ該複数のコイルに通電すること
により前記平面板の上方に該平面板上の位置に応じて位
相の異なる回転磁界を形成する交流磁界発生器があり、
該平面板の上方に位置して前記回転磁界を検出する磁界
検出器からなるものである（特開昭５７一９８０８１号
参照）。

この場合、平面坂上の一端側から池端側に向って丁度ｏ
ｏから３６００ まで連続的に位相の変化する回転磁界
を形成しているので、前記磁界検出器（前述のペン）に
よって検出した磁界の位を知り、これによって自己の置
かれた座標を知ることができる。ところが上記形式の座
標読取装置では精度に関し禾だ十分でない。

つまり、前記回転磁界の位相は、前記平面板上の一端側
から他端側に向ってリニャに変化すべきであるところ、
実際には大略Ｓ字状にうねりを含み、とても完全なりニ
ャリティーは望めなかった。ただし平面坂上の中央部分
では良好なりニヤリティーを呈している。このため、平
面板上の端から端までどこをとっても高精度に位置検出
のできる座標読取装置の出現が望まれていた。このよう
な要請に応えるべく従来次のような提案（持磯昭５６一
２０９７８び号）がなされた。

第１図は本発明の前提をなす従釆の座標読取装置を示す
漠式図である。本図において、座標読取装置１０は、交
流磁界発生器１１と、該発生器１１に位相のずれた駆動
信号を供給する駆動部１３と、いわゆるペンをなす磁界
検出器１２と協働する。その他のブロックは、検出器１
２からの出力を処理して、座標出力を生成する部分であ
る。発生器１ １に設けた平面板の上方には回転磁界Ｍ
が形成され、それぞれ矢印で表示するように位相が異な
る。この位相の変化からペン１２の位置が分る。このよ
うな回転磁界Ｍを分布形成せしめるべく、発生器１１に
は複数のコイル群が内蔵される。第２Ａ図は回転磁界を
形成する複数のコイルの配列を、一次元座標論取につい
て示す平面図であり、第２Ｂ図は回転磁界を形成する複
数のコイルの配列を、二次元座標論取について示す断面
図である。

第２Ａ図中、２１〜２５が複数の駆動コイル群であり、
相互に位相のずれた駆動信号０，〜？５を受信する。も
しｘ−ｙ二次元で行うならば、第２Ｂ図の示す如く、前
記駆動コイルと直交する駆動コイル群２１′〜２５′を
設け、それぞれに駆動信号Ｊ，′〜少５′を与える。な
お、以後の説明は、簡単のため、一次元の場合を例にと
って行つｏこれら相互に位相のずれた駆動信号を図示す
ると第３図の如くなる。

第３図は第２Ａ図および第２Ｂ図に示した駆動信号◇．
〜◇５の波形を示す波形図である。本図より明らかなと
おり、各々の駆動信号の位相は相互に一定量ずつシフト
している。この位相のずれが、回転磁界Ｍの位相を連続
的に変化させることになる。第４Ａ図、第４Ｂ図、第４
Ｃ図および第４Ｄ図はそれぞれ本発明の前提をなす従来
の座標論取装置の原理説明に用いるグラフである。

このうち第４Ｂ図のグラフは前述したりニャリティーに
相当するカーブを示しており、理想的な場合に相当する
。つまり、リニャリティーは最良である。このようにリ
ニャリティーが良好ならば検出位相ｏｘ（回転磁界Ｍの
位相）から正確に位置ｘが求まる。ところが実際には、
そのカーブは第４Ｂ図の点線の如く両端近傍でうねりを
生じ、正確な位置ｘを全平面板に亘つて得ることは困難
であった。そこで第４Ｂ図のカーブを得るのに用いた基
本波（第３図）の成分（例えば４ｋ比）に加えて、第ｎ
次高調波成分を導入する。周波数がｎ倍のものについて
見ると、第４Ｂ図と同様のカーブが繰り返しｎ回現われ
、第４Ａ図に示す領域■，■・・・・・・■が定義され
る。各領域のピークは位相２ｍ‘こ相当し、左から順次
２汀、２×２汀……かけと変化する。このようにセグメ
ント化したカーブは、第４Ｂ図のカーブに比して遥かに
リニャリティーが良い（詳細な理由は後述する）。第４
Ｃ図はその２汀、２×２汀……松竹の変化を直線的に引
き伸ばして表わす。そこで先ず、ベン１２の位置が各領
域内のどこにあるかを正確に知る。

然しながら、この場合、当該領域が全体として何番目の
領域にあるかは分らない。このため、再びリニヤリテイ
ーの良好でない基本波成分の信号を利用する。第４Ｄ図
は本発明の前提をなす従釆の検出原理を簡略に示してお
り、ベン１２の置かれた位置を位相表示で８ｎ（一点鎖
線）とすると、高調波成分による該当領域のカーブＣか
ら正確に位置ｘを読取り、次に当該領域が何番目の領域
であるかを基本波成分によるカーブＣ′から知る（図中
○印の交点参照）。かくして、どの領域内のどの位置か
が割り出出される。再び第１図に戻ると、磁界検出器１
２内の検出巻線１４は基本波成分にのみ感応し、第４Ｄ
図に示したカーブ〇を第２検出器１６より抽出する（こ
れは従前どおり）。

一方、磁界検出器１２内の検出巻線１５は第ｎ次高調波
成分にのみ感応し、第４Ｄ図に示したカーブＣを第１検
出器１７より抽出する。処理回路１８は、これらカーブ
Ｃおよび〇の情報をもとに、目的とする座標位置を割り
出す。検出巻線１４が感応すべきものは、駆動信号のう
ちの基本波成分（例えば４ｋＨｚ）のみである。

この駆動信号は第３図に示す如く矩形波であるから、そ
の中に多数の高調波を必然的に内蔵している。その一部
を、例えば第８次高調波（４ｋＨｚの基本波に対して３
２ｋ比）として検出巻線１５から捨し、出している。つ
まり前記高調波成分は自然発生したものを流用し、フィ
ルタリングして利用しているに過ぎない。第１図におい
て前記検出巻線１４および１５の位置が高低にずれてい
る理由は次のとおりである。

本発明の基本をなす前記の座標読取装置（特開昭５７一
職０８１号）では、平面板のｘ方向（ｙ方向でも同じ）
の位相変化率をａとすると、ａ・ｈニ１を満足する高さ
ｈの位置（ベン先から測って）に検出巻線を置くことが
好ましいことが証明されている。

好ましいとは、ベンの懐きに拘らずかなり精度の高い読
取りが行えることを意味する。要するに、平面板上の磁
界の位相変化率が大きければ大きい程、検出巻線の位置
を下げるのが好ましい。検出巻線１５についてみると、
これが担うべき位相変化率ａは、第４Ａ図に示す位相変
化率であり、第４Ｂ図に示す基本波成分対応の位相変化
率に比してｎ倍となる。位相変化率ａがｎ倍になれば、
上記ａ・ｈニ１より、検出巻線１５の高さｈを１／ｎに
引き下げることができる。かくして検出巻線１５の高さ
は検出巻線１４の高さに比して１／ｎに引き下げること
ができる。

ここで検出巻線の高さを引き下げることの利点を考察す
る。検出巻線が高いレベルにあるとき、該検出巻線はか
なり広範囲の駆動コイル（第２Ａ図の２１〜２５）の影
響を受けることになる。そうすると、読取精度に悪影響
を及ぼす。この結果、検出巻線の高さが低ければ低い程
、前記の悪影響を受けにくく、リニャリティーが良好と
なる。第４Ａ図に示す各領域のカーブが示すリニャリテ
ィーが良いのは、低い位置に置かれた検出巻線からの出
力を取扱っているからである。さらに発展させると、第
１図に示した高い位置にある検出巻線１４は無い方が良
いということになる。

そこで該検出巻線１４を排除する。つまり低い位置に暦
かれた検出巻線１５だけで第ｎ次高調波成分のみならず
、基本波成分までも取扱う‘という手法も提案した。こ
れについては本発明の要旨と関係がないので説明を省略
する。ところで上記した従来の読取装置において不都合
な問題点を生じた。

この問題点はやはり謙取精度に関するものであり、前述
の第４Ｄ図を参照すれば、各カーブＣで規定される三角
波に対応する各領域間の境界近傍において読取誤りを生
ずる場合がある、というものである。この原因は、同図
のカーブ〇で表わされる基本波成分によって読み取るべ
き位置ｘがどの領域にあるかを判別する訳であるが、こ
の場合、境界近傍に位置ｘが存するとその左右（一側又
は十側）いずれの領域に属するか正確に見分けられない
ことが多いことにある。すなわち基本波成分によって定
められるカーブＣ′の精度が、高調波成分によって定め
られるカーブＣの精度に比してかなり劣ることに起因す
る。もしカーブ〇が完全なりニャリティーをもって検出
されるなら上記のような不都合な問題点は生じないであ
ろうが、実際上、そのような完全リニャリティーをカー
ブＣ′に期待するのは至難である。【４）発明の目的 本発明は上記問題点に鑑み、ベンがそのような境界近傍
範囲内に置かれたとしても高精度に座標の読取が行える
座標読取装置を提案することを目的とするものである。

（５｝ 発明の構成上記目的を達成するために本発明は
、高調波成分を用いてなされる領域内位置の読取データ
（第１読取データが、基本波成分を用いてなされる領域
自体の位置を示す領域位置の読取データ（第２読取デー
タ）に比して十分に精度が高いことに着目し、該第１読
取データをもとにして一旦談第２読取データに所定の補
正を加え、補正が加えられた後の第２読取データと該第
１読取データを合成して目的とする座標読取データを得
るようにしたことを特徴とするものである。

【６） 発明の実施例 第５図ＡおよびＢは本発明の原理説明に用いるグラフで
ある。

本図のＡおよびＢの各藤軸は高調波成分を用いて表わさ
れる領域内の位置データを示し、同Ａの縦軸は第１読取
データを示し、同Ｂの縦軸はオフセットデータ（後述）
を示す。要約して結論から言うと、本発明の原理は次の
とおりである。領域間の境界近傍にペンが置かれている
とき、この事実は高調波成分を用いた既述の第１読取デ
ータによって正確に把握される。しかも該第１読取デー
タによれば隣接するｋ番目の領域および（ｋ十１）（ｋ
はＩＳｋＳｎなる自然数）番目の領域のうち、いずれの
領域にペンが属しているかも分る。なぜなら、当該境界
近傍において、ｋ番目の領域に属していれば第１読取デ
ータは取り得る最大の値‘ＦＦＦ’に近い値を示してお
り、逆に当該境界を越えた（ｋ＋１）番目の領域に属し
ていれば該第１議取データは取り得る最小の値‘０００
’ に近い値を示しているからである。これは、第１稀
取デー外まいずれの領域においても前記最小の値（一側
）から前記最大の値（十側）まで連続的に変化し得るも
のであって、領域が次々に変わっても同様のデータの線
返しとして第１読敬データが現われるからである。かく
して、第１読取データによって、ベンが境界近傍に置か
れており、しかも当該境界に対しｋ番目又は（ｋ＋１）
番目の領域に置かれていることまで正確に判別される。
そこで基本波成分を用いて表わされる第２読取データ（
領域読取データ）が当該境界近傍で不正確であることか
ら、該第２読取データに対して強制的にオフセットデー
タを加えた上で最終的な第２読取データとする。このオ
フセットデー外ま、境界近傍にある該第２読取データを
より境界から遠ざかった位置における第２読取デー外こ
改めるものであり、いずれの領域にあるかのみを判別す
るための第２読取デー外ことつては、なるべく各領域の
中央近傍（第４０図の○印参照）でその第２読取データ
を決定した方がより正確であることは明らかである。具
体的には、ある境界に対し一側の領域にあるときは、第
２諸取データに対しより−（マイナス）の所定量のオフ
セットデータを加え、逆にその十側の領域にあるときは
、第２説取データに対しより十（プラス）の所定量のオ
フセットデータを加える。このオフセットデータ量は境
界近傍（直近）に近づく程大となるように選ばれる。境
界近傍であっても、当該境界から比較的遠いところにあ
るときはそれ程大きなオフセットデータ量を加える必要
はない。第５図ＡおよびＢを参照すると、先ず同Ａにお
いて、各領域（高調波成分を用いて表わされる領域）の
長さをＬであるものとする。なお、同Ａの三角波形は既
述した第４Ａ図および第４Ｄ図に示した三角波形と同じ
である。上記長さＬはカウント値換算でＩＦＦＦ’（‘
’は１６隻表示を意味する）に対応するものとする。こ
こにいうカウント値とは第１図の第１検出器１７からの
高調波信号をアナログノディジタル変換したものを所定
期間計数したものであり、この所定期間は第１図の駆動
部１３によって定められる。第５図Ａの横軸に沿ったと
ころにある記号■は既述のペン（磁界検出巻線１２）の
先端位暦を表わす。

図ではペンを領域間の境界上に置いた場合を示す。ペン
の先端を■に置いたとき基本波成分を用いて得られる第
２読取データのバラッキ範囲はＥ，およびＥ２で示され
、いわば第２読取データの誤差（ｅｒｒｏｒ）の範囲で
ある。Ｅ，はペンが境界より十側の領域に傾斜した場合
に顕著な誤差であり、Ｅ２は逆に境界より一側の領域に
煩斜した場合に顕著な誤差である。既述のカウント値換
算でＥ，は‘０００，〜‘６００’、Ｅ２は‘ＡＯ○，
〜‘ＦＦＦ’であるものとする。通常Ｅ，の大きさとＥ
２の大きさは同じである。第５図Ｂは既述したオフセッ
トデータ（ＯＦＳ）の大きさを定める手法を図解的に示
しており、第１読取データによって例えば■が境界上に
あることが分れば、最大でＹ．、最少でＹ３のオフセッ
トデータを第２読取データに加える。ここにＹ，はＹ，
＝Ｌ−Ｅ， であり、カウント値換算ならば Ｙ，二‘ＦＦＦ’−‘６００’ ＝‘班Ｆ’である。

Ｙ，は最大のオフセットデータでありその（Ｌ−Ｅ，）
を超えてはならない。このＹ，が当てはまるのは、■に
あるペンが最高に十側に煩いていて、最大誤差であるＥ
，が第２読取データに含まれているときであり、このよ
うな状態で（Ｌ−Ｅ，）を超えるオフセットデータを第
２説取データに加えてしまったら、このオフセットを加
えた後の第２読取データは最早当該領域を示さず、これ
より十側にあるとなりの領域を示すという事態を招く。
前記Ｙ３は上記最小のオフセットデータであり、ベンが
■上で直立しているときに相当する。この場合は、Ｙ３
＝Ｅ， とし、カウント値検算で Ｙ３＝‘６００’ とする。

このような直立状態では、第２読取デー夕に対し単に誤
差範囲を超えるに十分なオフセットデータを加えれば良
い。次にペンの先端■が十側誤差の末端である‘６００
’ にあるときを考える。

‘６００’にあることは、第１読取データから分る。こ
のような場合に、第２読取データに加えるべきオフセッ
トデー夕の最大はＹ２、最小は０である。ここにＹ２は
Ｙ２＝Ｌ‐２Ｅ，であり、カウント値換算で Ｙ２＝‘ＦＦＦ’−２ב６００’ ＝‘３ＦＦ’であ
る。

Ｙ２＝Ｌ−斑，としたのは、ベンの先端が６００’ に
ある状態で、第２読取データに対し、これ以上のオフセ
ットデータを加えると、このオフセットを加えた後の第
２読取データは技早当該領域を示さず、これより十側に
あるとなりの領域を示すという事態を招く。なお、ベン
の先端が‘６００’を超える位置にあるときは、オフセ
ットを加える必要はない。このような位置にあれば領域
の中央近傍であるから第２読取データが領域の判別を誤
るということは考えられない。かくして、第５図Ａにお
けるＹ，とＹ２を結ぶ線分とＹ３と０を結ぶ線分とで囲
まれた左下がりのハッチング領域からオフセットデータ
が定まる。

ペンの先端が‘０００’から‘６側’までの間の任意の
位置×に置かれたとすると、任意の×に対し、オフセッ
トデータはＥ，一×＜ＯＦＳ十＜（Ｌ−Ｅ，）−× で定まる。

ＯＦＳ＋は十（プラス）のオフセットを加えることを意
味し、第２読取データをより十側にオフセットすること
を意味する。なお、Ｅ，一Ｘは前記のＹ３とＹ４を結ぶ
線分の一次式に相当する。上記の説明はペンの先端が、
当該領域の‘０００〜‘６００’ に置かれたケースを
想定しているが、オフセットデータを一（マイナス）の
オフセット（ＯＦＳ‐）とすれば、該ペンの先端が領域
‘ＡＯＯ’から‘ＦＦＦ’に置かれたときについても同
じである。

このような位置（‘ＡＯＯ’ 〜‘ＦＦＦ’）にペンの
先端が置かれているときは、第２読取データに対しこれ
を、より一側にオフセットせしめるようなオフセットデ
ータを加える。オフセットデータＯＦＳ‐のとるべき範
囲は、×十（Ｅ２一Ｌ）＜ＯＦＳ−＜Ｘ−Ｅ２ で定められている。

これら一次式×十（Ｅ２一Ｌ）および×−Ｅ２は、第５
図Ｂの右下がりのハッチングを付した領域の下限および
上限の各線分に相当する。上述の説明により本発明の原
理が明らかになったので最後にその実現例を示す。

第６図は第５図ＡおよびＢを用いて説明した本発明の原
理を具体的に実施するための一回路例を示すブロック図
である。

本図において、、６１−１は第１読取データの入力レジ
スタであり第１図の第１検出器１７からの第１読取デー
タ（各領域内位置データ）を一時ストアする。６１−２
は第２諺取データの入力レジスタであり第１図の第２検
出器１６からの第２読取データ（何番目の領域かを示す
領域説取データ）を一時ストアする。これらの読取デー
外ま演算回路６４（加算器で構成できる。）を通して合
成され最終的な読み取るべき座標データＯＵＴとなる。
第７図ＡおよびＢは座標データＯＵＴの従来におけるデ
ータフオーマットおよび本発明に基づくデータフオーマ
ットをそれぞれ示す図であり、同図Ａにおいて０‘ま第
２読取データエリア、１は第１読取データエーＪアであ
り、例えばそれぞれ３ビットおよび９ビットの構成であ
って全体として１２ビットからなる。同図Ｂにおけるデ
ータフオーマットでは第１読取データエリア１は従来と
変わらないが、第２謎取データエリアは、該第１読取デ
ータに基づく既述したオフセットデータＯＦＳ士による
補正が加えられた上で新たな精度の高い第２読取データ
となり第２読取データエリア０′内におさめられる。第
６図に戻ると、オフセットデータ 士は例えばＲＯＭ（
ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）６２より出力される。

つまり、入力レジスタ６１−１内の第１読取データの内
容を見て、第５図Ｂにおいて説明した一定の関係から、
各第１読取デー外こ対応したオフセットデータＯＦＳ士
をＲＯＭ６２より取り出し、加算器６３において、レジ
スタ６１一２からの第２読取データに加える。ただし、
第６図の構成は一例であり、マイクロプロセッサにより
プログラム制御して同様の動作を行わせることも勿論可
能である。‘７｝ 発明の効果 以上詳細に説明したとおり本発明によれば、各領域間の
境界近傍においても高精度な読取が行える座標読取装置
が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の前提をなす従来の座標論取装置を示す
模式図、第２Ａ図は回転磁界を形成する複数のコイルの
配列を、一次元座標読取について示す平面図、第２Ｂ図
は回転磁界を形成する複数のコイルの配例を、二次元座
標読取について示す平面図、第３図は第２Ａ図および第
２Ｂ図に示した駆動信号？，〜◇５の波形を示す波形図
、第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図および第４Ｄ図はそれ
ぞれ本発明の前提をなす従来の座標読取装置の原理説明
に用いるグラフ、第５図ＡおよびＢは本発明の原理説明
に用いるグラフ、第６図は第５図ＡおよびＢを用いて説
明した本発明の原理を具体的に実施するための一回路例
を示すブロック図、第７図ＡおよびＢは座標データＯＵ
Ｔの従来におけるデータフオーマットおよび本発明に基
づくデータフオーマットをそれぞれ示す図である。 １０・・・・・・座標論取装置、１２・・・・・・磁界
検出器、１１・・・・・・交流磁界発生器、１３・・・
・・・駆動部、２１〜２５，２１′，２５′・・・・・
・駆動コイル、１８・・・・・・処理回路ト６２…・・
・ＲＯＭ、６３・…・・加算器、６４……演算回路、Ｍ
・・・・・・回転磁界、◇，〜め５，◇，′〜少５′・
・・・・・駆動信号、ＯＦＳ・・・・・・オフセットデ
ータ。 第１図 第２Ａ図 第２Ｂ図 第３図 第４Ａ図 第４Ｂ図 第４ｃ図 第４０図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平面板上に並列して配列された複数のコイルを有し
   、相互に位相のずれた複数の駆動信号をそれぞれ該複数
   のコイルに通電することにより、前記平面板の上方に該
   平面板上の位置に応じて位相の異なる回転磁界を形形成
   する交流磁界発生器と、 前記平面板の上方に位置して
   前記回転磁界を検出する磁界検出器と、該磁界検出器か
   らの出力を入力として該回転磁界の位相を検出し、前記
   平面板上に置かれた前記磁界検出器の位置を読み取る処
   理回路とを有し、該処理回路が、前記磁界検出器の出力
   から前記駆動信号の基本波成分とその第ｎ次の高調波成
   分（ｎは２以上の整数）とを取り出し、該高調波成分か
   ら前記平面板上の位置をｎ個の連続した領域に区分して
   、各該領域内での位置を読み取る領域内位置読取回路と
   、前記基本波成分を用いて当該領域が、ｎ個の中の何番
   目の領域であるかを判別して前記磁界検出器の置かれた
   平面板の位置を読み取る領域読取回路と、前記領域内位
   置読取回路からの第１読取データと該領域読取回路から
   の第２読取データを合成して読み取るべき座標データを
   出力する演算回路とからなる座標読取装置において、
   前記第１読取データが前記領域の間の境界近傍範囲内に
   あることを検出する第１手段と、該第１読取データが当
   該境界の一側の領域にあるか又は＋側の領域にあるかを
   判別する第２手段と、該第２手段の判別結果に基づき前
   記−側の領域にあるか前記＋側の領域にあるかに応じて
   それぞれ−のオフセツトデータ又は＋のオフセツトデー
   タを前記第２読取データに加える第３手段とを有し、前
   記演算回路において合成されるべき前記第２読取データ
   として前記オフセツトデータを加えた第２読取データを
   用いることを特徴とする座標読取装置。 ２ 第３手段において、第１読取データが当該境界から
   より遠ざかる位置を示すのに応じてオフセツトデータの
   値を零に向つて小さく設定する特許請求の範囲第１項記
   載の座標読取装置。 ３ 第１手段および第２手段が、第１読取データによつ
   て指定された対応する−のオフセツトデータ又は＋のオ
   フセツトデータを出力するＲＯＭによつて構成され、第
   ３手段が加算器によつて構成される特許請求の範囲第２
   項記載の座標読取装置。 ４ 第１手段、第２手段および第３手段を、所定のプロ
   グラムによつて制御されるマイクロプロセツサによつて
   構成する特許請求の範囲第２項記載の座標読取装置。