數字化器及其位置確定方法

專利名稱：數字化器及其位置確定方法
技術領域：
本發明涉及用于計算由在圖形輸入板上的一個位置指示器指明的位置坐標的數字化器，它根據建立在該位置指示器和配置在圖形輸入板上的位置相關聯的大量回路線圈之間相互作用的結果而產生的一輸出信號的基礎上計算位置坐標，以及涉及用于該數字化器的位置確定方法。
例如，這一類型的通常的數字化器披露在日本專利申請，申請號為4-328472中(日本專利公開號6-149449)。
該數字化器的結構將參照

圖15加以描述。
在該數字化器的圖形輸入板1上，例如，X方向的回路線圈(X1，X2，X3，…)被順序配置在X方向上，而Y方向的回路線圈(Y1，Y2，Y3，…)被順序配置在Y方向上。
該X方向的回路線圈經由X軸掃描器11有選擇地連接到一電壓放大器13的輸入端。Y方向的回路線圈經由Y軸掃描器12有選擇地連接到一電壓放大器16的輸入端。應注意，該電壓放大器13的輸出端被連接到一電流放大器14的輸入端并能夠同配置在圖形輸入板1上的一環繞線圈101一起構成一所謂的封閉回路。
假設一位置指示器2被置于圖形輸入板1上，當位于位置指示器2的一線圈L附近的一X軸回路線圈經由X軸掃描器11連接于該電壓放大器13的輸入端時，該X軸回路線圈同連接到電流放大器14輸出端的該環繞線圈101一起在圖形輸入板1上構成一封閉回路。該位置指示器2的線圈L、放大器14和13和連接于放大器14和13的X軸回路線圈、以及環繞線圈101構成一連接系統。相應于環流噪聲或電路本身作為觸發器形成的噪聲，就會在該連接系統的固有頻率處產生振蕩，在此時刻，自電壓放大器13的輸出就輸入到應用電路40。
與此同時，當順序地轉換回路線圈時，該Y軸掃描器12測量在相應的Y軸回路線圈中產生的感應信號，并經由電壓放大器16輸出該信號到應用電路40，隨同這種作用，就能獲得Y軸輸出信號分布。
其后，當順序地轉換該X軸回路線圈時，該X軸掃描器11被順序形成一些振蕩系統，每一個振蕩系統與如上所述情況是等效的，而對每個振蕩系統的來自電壓放大器13的輸出被依次測量和存貯在應用電路40中。隨同這種作用，就能獲得X軸輸出信號分布。
該應用電路40根據兩軸側的輸出分布結果來計算和確定由位置指示器2所指明的X軸和Y軸位置。
上述裝置利用位置指示器基于在每個方向上回路線圈的順序數和相應的電壓電平分布來獲得所指明的坐標值。這是基于這樣假設的基礎上，即如圖16所示，在每個方向上回路線圈的順序數和相應的電壓電平分布近似于一個二次函數。
考慮到一回路線圈(例如，一回路線圈X1)和該位置指示器2的線圈L之間的相互關系，當線圈L位于回路線圈X1的中心附近時呈現出一種最大或最小輸出信號電平，而當線圈L靠近回路線圈X1的一端部時，該輸出信號電平逐漸減小或增大。
如上所述，通常的數字化器在相應的考慮到輸出信號電平特性(輸出分布特性)，如一種二次函數的電平特性之上計算位置坐標。因此，當輸出信號能被近似為一種二次函數時，能夠減化該數字化器的結構。但是，如果，上述電壓電平的分布狀態與二次函數相差太多，則由位置指示器指明的位置坐標不能精確計算，另外，為獲得位置坐標需要大量計算步驟，其結果是延長了處理時間。
從而本發明的目的是，即使輸出信號與二次函數相差很大時也能確保一預定位置檢測的精確性。
本發明的另一目的是縮短為計算處理過程所需時間。
為實現上述目的，相應于本發明提供了一種數字化器，它包括一個圖形輸入板，在該板上位置相關聯地配置有大量回路線圈；和一個位置指示器，它具有至少一個線圈，該線圈同在圖形輸入板上的每個回路線圈電磁地相互作用以便在每個回路線圈中產生一預定信號；包含有信號檢測裝置，它從配置在圖形輸入板上的一回路線圈組中選出兩個相鄰線圈作為一回路線圈對并在由所選定的回路線圈對和位置指示器之間相互作用而產生的信號之間獲得一“和”和一“差”；和位置檢測裝置，它用于確定在圖形輸入板上由位置指示器在基于在由信號檢測裝置所獲信號之間的“和”、“差”基礎上所指明的一位置。
圖1所示為本發明第1實施例的方框圖；圖2所示為第1實施例裝置的主要部分的配置的電路圖；圖3所示為第1實施例該裝置怎樣檢測由位置指示器指明的坐標的圖4所示為第1實施例裝置的回路線圈的配置和在相應的回路線圈中產生的信號基礎上的“差”信號之間的相互關系圖；圖5所示為根據第2實施例的一裝置怎樣檢測由位置指示器指明的坐標的圖形；圖6是第二實施例該裝置的回路線圈的配置和在相應的回路線圈中產生的信號的基礎上的差信號的圖形；圖7是相應于第3實施例的一裝置的方框圖；圖8是相應于第4實施例一裝置的方框圖；圖9是相應于第5實施例的一裝置的方框圖；圖10是第5實施例的該裝置的主要部分配置的電路圖；圖11是由第5實施例的該裝置所檢測的什么樣位置的曲線圖；圖12是相應于第6實施例的一裝置的方框圖；圖13A和13B是位置指示器的線圈直徑和每個回路線圈的配置狀態之間的相互關系的視圖；圖14A和14B是位置指示器的線圈直徑和每個回路線圈的配置狀態之間的另一種相互關系的視圖；圖15是通常裝置的方框圖；和圖16A和16B是由通常裝置檢測的什么樣位置的圖形；本發明的實施例以下將隨同附圖加以描述。
圖1是相應于本發明第1實施例的一數字化器，參照圖1，一位置確定元件組被配置在圖形輸入板1上。位置確定元件組的構成是，多個X軸回路線圈(X1，X2，X3，…)依次配置在X軸上，和多個Y軸回路線圈(Y1，Y2，Y3，…)依次配置在Y軸上。如圖2由實線所表明的，一X軸回路線圈組(以下稱為實線回路線圈組)的回路線圈X1，X3，X5，…以這樣方式配置，即回路線圈X1的右長邊導線和回路線圈X3的左長邊導線，該回路線圈X3的右長邊導線和回路線圈X5的左長邊導線，該回路線圈X5的右長邊導線和回路線圈X7的左長邊導線，…相互絕緣并相互緊密接觸，相互鄰接或相互疊放。
相類似，在圖2中由虛線所示，一X軸回路線圈組(以下稱為虛線回路線圈組)的回路線圈X2，X4，X6，…以這樣方式配置，即回路線圈X2的右長邊導線和回路線圈X4的左長邊導線，該回路線圈X4的右長邊導線和回路線圈X6的左長邊導線，該回路線圈X6右長邊導線和回路線圈X8的左長邊導線，…相互絕緣并相互接觸配置，相互鄰接或相互疊放。該實線回路線圈組和虛線回路線圈相互移位一半間距。應注意，相應的Y軸回路線圈組的以如上所述相同的方式配置。
如圖1所示，相應方向的位置確定元件組分別連接到X軸和Y軸的掃描器11和12。這些元件由來自控制裝置15的地址控制信號選擇并被有選擇地連接到相應軸側的放大器組13和16，該放大器組13和16分別由加法放大器131和161及減法放大器132和162構成。應注意，來自X軸和Y軸放大器組13和16的輸出信號是數據，每個都包含有相應方向上的位置信息，如后面將要描述的那樣，每個信息都被傳送到控制裝置15。在此情況下，這個實施例的裝置中，來自X軸放大器13的減法放大器132和Y軸放大器16的減法放大器162的輸出信號能被有選擇地連接到電流放大器14的輸入端。
在這一實施例的裝置中，一環繞線圈101也被配置在環繞該在圖形輸入板上的位置確定元件組，該環繞線圈101被連接到電流放大器14的輸出端。
在X軸和Y軸放大器組13和16的加法放大器131和161對在兩個選定的位置確定元件中產生的信號進行加運算；減法放大器132和162對在兩個選定的位置確定元件中產生的信號進行減運算。該電流放大器14作為飽和放大器，用于甚至輸入信號是非常小的情況下產生最大輸出。
第1轉換開關164將來自減法放大器132和162的輸出進行轉換，將選定的輸出送到電流放大器14。第2轉換開關165將來自相應放大器的輸出加以轉換，并將選定的輸出送至ADC166(模/數轉換器)和頻率計數器167。在此情況下，該ADC166獲得該輸入信號的數字值并將它輸出到控制裝置15。該頻率計數器167獲得輸入信號的頻率并將它輸出到控制裝置15。
控制裝置15控制X軸和Y軸掃描器11和12以轉換相應回路線圈的連接，并從ADC 166和頻率計數器167獲得每一個上述信號，從而檢測由位置指示器2指明的位置坐標及其運作情況。
位置指示器2包括作為一位置指示元件的線圈L(以下稱位置元件L)，第1和第2電容器221和222和一開關23。當用戶開/關該開關23時，就被有選擇地形成了多個不同的LC電路(相應于位置指示元件L的負載)。
假設位置指示器2(位置指示元件L)被置于圖形輸入板1上，在此情況下，當在某一軸側的相鄰回路線圈，例如，一對相鄰X軸回路線圈(位置確定元件)，在相應于來自控制裝置15的一地址信號經由X軸掃描器11被連接到X軸放大器組13的減法放大器132的輸入端時，就由一對相鄰位置確定元件、X軸放大器組13的減法放大器132，電流放大器14、環繞線圈101、位置指示元件L和該對相鄰位置確定元件構成一連接系統。
當滿足振蕩條件時，這樣一種連接回路，就會由該電路自身引起的噪聲所觸發，在它固有頻率上形成振蕩。如上所述，由于電流放大器14是一飽和放大器，即使當來自X軸的減法放大器132的輸出很小時，該輸出也能被放大成最大輸出值。從而能獲得被迅速穩定的振蕩狀態。
在該實施例的裝置中，這樣一種振蕩狀態用于產生來自位置指示器2的位置指示元件L的穩定磁場。以這樣振蕩狀態來自位置指示元件L的穩定磁場下，在另一軸側的位置確定元件組中產生的信號被利用。在另一軸側的位置確定元件組中產生的每個信號都包含有從一個相應位置確定元件到該位置指示元件的距離相關聯的信息。在此情況下，這樣一個輸出將被稱之為位置關聯信號。
根據來自控制裝置15的一命令，在一軸側的一位置確定元件被固定作為一振蕩系統，和在另一軸側的位置確定元件利用另一軸側的掃描器被依次轉換，從而依次獲得不同的位置關聯信號。隨同這一操作，在圖形輸入板1上由位置指示器2指明的位置坐標就能被獲得。
下面將詳細描述本實施例的該裝置的位置坐標確定操作。
由于對在圖形輸入板1上由位置指示器2(位置指示元件L)指明的位置所進行的X軸和Y軸位置檢測操作包括了類似的操作，因此，以下將主要描述X軸方向的位置檢測操作，如果需要也將描述Y軸方向的位置檢測操作。
考慮圖2中的兩個回路線圈X5和X7(或Y軸回路線圈Y5和Y7)，這些回路線圈X5和X7以絕緣狀態相互緊密接觸(這些回路線圈的相對長邊實際被相互疊放)。當位置指示器2的位置指示元件L橫跨回路線圈X5和X7時，假定VX5和VX7是被產生的輸出電壓，因而由位置指示器2的位置指示元件L產生有穩定磁場，這些信號VX5和VX7以圖3所示的方式變化。當位置指示元件L被置于相應回路線圈的中心附近時，在回路線圈X5和X7和位置指示器2的位置指示元件L之間相互作用基礎上的輸出電平曲線呈現最大(或最小)輸出電平。當位置指示元件L從該相應回路線圈的中心移動時，這些輸出電平逐漸減少(或增加)。這個減少(或增加)的區域能被考慮認為是接近線性變化的區域。
如果在回路線圈X5和X7之間的重疊部分被看作在X軸上的一基準位置(通常，是配置回路線圈的方向)，和，如圖3所示，信號VX5的負線性區域由(－ax＋b)表示，信號VX7的正線性區域由(ax＋b)表示。這是因為回路線圈X5和X7由相同材料制成，具有相同的形狀，僅只它們被配置的位置不同。
兩個信號VX5和VX7的“和”的絕對值變成一常數值2b，這些信號的“差”由具有一斜率2ax的一直線表示。考慮圖2所示的兩個回路線圈X5和X7，當位置指示元件L處在這些線性區域里時，這兩個信號的“和”的絕對值是一常數值，這兩個信號之間的“差”被表示為在線性區域里的位置X(或Y)的一線性函數。從而如圖4所示，當這樣的線性區域在位置確定方向上被依次配置時，就能在一寬范圍里讀出坐標值。
在此情況下，從而，當位置指示元件L位于該線性區域外側時，這兩個信號“和”的絕對值所呈現的值要小于(或大于)上述值，也就是，這個“和”的絕對值在線性區域內才呈現最大(或最小)值。
在本實施例的裝置中，應用上述位置確定原理，因而由位置指示元件L指示的坐標值能夠從在回路線圈中產生的信號之間的“和”和“差”來獲得，這些回路線圈的相對長邊導線相互緊密配置。
具有上述結構的本實施例的裝置的詳細操作下面將予以描述。
如上所述，本實施例的裝置的位置確定元件可被分類為兩組，即由包括回路線圈X1，X3，X5，…的實線表明的回路線圈組和由包括回路線圈X2，X4，X6，…的虛線所表示的回路線圈組。在該裝置中，由位置指示器2的位置指示元件L所指明的坐標，幾乎都是按照5個過程并周期性地和連續地使用這些過程所確定的。
過程(1)從Y軸振蕩系統獲得輸出信號的步驟。
在控制裝置15中的一信號檢測裝置15A自圖形輸入板1輸出一模式指示命令和一掃描器指示命令到圖形輸入板1。
響應該模式指示命令，圖形輸入板1的每一部分都被設置或適于執行從Y軸振蕩系統輸出信號的所需步驟；響應其后的掃描器指示命令，指明相應軸的掃描器11和12的選擇的連接狀態。更具體地，從內裝ROM中讀出一與該操作模式相關聯的程序，和，根據模式指示命令，該圖形輸入板1的每一部分都被設置在一預定狀態。根據其后的掃描器指示命令，用于轉換每個掃描器的連接的X和Y地址信號被輸出到每個掃描器11和12。在這個操作模式中，由依次轉換Y軸回路線圈而依次構成不同的振蕩系統，并從所構成的振蕩系統輸出所需要的信號。在此情況下，從而該掃描器指示命令是用于選擇Y軸回路線圈的一序列數信號。在這個狀態中，一連接轉換命令僅只提供給Y軸掃描器12。
隨同上述操作，由一選定的Y軸回路線圈、Y軸電壓放大器組16的減法的放大器162、電流放大器14、環繞線圈101、和該選定的Y軸回路線圈構成一連接系統。假如位置指示器2的位置指示元件L是處于選定Y軸回路線圈附近時，該連接系統形成一振蕩系統的連接系統響應作為觸發器的環境電子噪聲波，并且該振蕩系統對應于從選定Y軸回路線圈到位置指示元件L的距離在一相應強度上開始振蕩。
該信號檢測裝置15A在一振蕩穩定的級上(振蕩電壓變常數值的一級)接收測量數據，即，該信號檢測裝置15A執行對第2轉換開關165(圖1)到端點C(在此時刻，第1轉換開關164被連接到端點b)的控制。該第2轉換開關165被連接到Y軸電壓放大器組16的減法放大器162的輸出端，以便于將來自振蕩系統的振蕩輸出送到ADC166和頻率計數器167。ADC166將振蕩輸出的幅度(電平)轉換為數字值，該值是從選定的Y軸回路線圈到位置指示元件L的距離的函數。
頻率計數器167獲得輸入信號的頻率，該信號是建立在每單位時間信號的重復計數(周期)的基礎上。位置指示器2的運行狀態能利用開關23或類似裝置改變位置指示元件L的負載的方法加以改變。位置指示元件L的改變導致來自上述振蕩系統的振蕩輸出的頻率改變，從而，頻率計數器167的輸出表示著位置指示器2自身的運行狀態。
由信號檢測裝置15A接收的這些數據的AD數據和上述掃描器命令信號，即，所選定Y軸回路線圈的序列數的數據，作為數據對而被存貯在內裝存貯器15C中。另外，頻率數據(來自頻率計數器的輸出)以這樣的方式存貯在內裝存貯器15C中，該方式就是，能由基于連續測量操作的基礎上由連續輸入的頻率數據對數據進行依次更新。如果需要，這樣的頻率數據可被轉換為與位置指示器2相關聯的一操作狀態信號。
隨同上述操作就獲得一Y軸振蕩系統的輸出信號。隨后，信號檢測裝置15A輸出掃描器指示命令，在該命令中包含著表明可被用于選擇的Y軸回路線圈的序列數的變化信息。響應該命令，下一個Y軸振蕩系統的一振蕩輸出開始被檢測。
那就是，在這種操作模式中，來自基于選定的Y軸位置確定元件(例如，回路線圈Y1的一振蕩系統，回路線圈Y2的一振蕩系統，回路線圈Y3的一振蕩系統，…)基礎上的相應振蕩系統的輸出信號被依次輸入到信號檢測裝置15A。該信號檢測裝置15A依次存貯這些輸出信號到內裝存貯器15C中。
過程(2)確定穩定的Y軸振蕩系統的步驟。
在控制裝置15中的位置確定裝置15B比較來自相應Y軸振蕩系統的輸出信號幅度，這些輸出信號是以上述操作模式被獲得的。確定呈現有最大值的(穩定的振蕩運行)一Y軸振蕩系統，即一Y軸回路線圈的序列數。
過程(3)獲取來自X軸位置確定元件對的感應信號的步驟。
當呈現有最大振蕩輸出的振蕩系統的序列數，例如，對應于Y軸回路線圈的序列數被確定時，捕獲來自X軸位置確定元件對的感應信號的步驟就開始了。
在這種操作模式中，信號檢測裝置15A輸出一模式指示命令，以設定圖形輸入板1的每個部分。在此情況下，來自信號檢測裝置15A的一掃描器指示命令，用于固定以上所確定序列數的Y軸回路線圈。在考慮X軸回路線圈時，由圖2所示，當依次改變指定的序列數時，掃描器指定信號依次地選取每組的回路線圈對。在呈現該最大振蕩輸出的Y軸振蕩系統的振蕩基礎上，由該位置指示器2的位置指示元件L產生一穩定的磁場，從而，一穩定的效應作用在一所選定的X軸回路線圈對上。應注意，在此情況下，第1轉換開關164仍然連接在端點b上。
按照掃描器指示命令，該信號檢測裝置15A輸出一X地址信號給X軸掃描器11，以便選擇具有指定序列數的一X軸回路線圈對。隨后，該第2轉換開關165被連接到端點b，以便將從X軸電壓放大器13的加法放大器131的一輸出信號，即來自所選定X軸回路線圈對的一“和”信號送到ADC166和頻率計數器167。
由ADC166、頻率計數器167、和其后單元所執行的操作是和從許多振蕩系統捕獲輸出信號的步驟所執行的操作是相同的。所選定的X軸回路線圈對的序列數和感應信號的“和”數據被依次以成對的形式存貯在控制裝置15中的內裝存貯器15C中。另外，由頻率計數器167獲得的頻率數據被依次更新。
過程(4)X軸位置確定步驟。
位置確定裝置15B執行X軸位置確定步驟是上述從X軸確定元件對中捕獲感應信號的步驟。
那就是，位置確定裝置15B以上述步驟執行下述有關從許多X軸回路線圈對獲得的“和”數據的計算和存貯
①由相應的相鄰X軸回路線圈對所獲得的“和”數據的絕對值被依次計算，確定呈現最大計算結果的回路線圈對的序列數。
更特別地，能被獲得最大計算結果的一回路圈對的序列數由其后的計算所確定，例如，以下相應“和”數據的絕對值的計算；來自第1組的相鄰回路線圈對X1和X3的輸出數據的“和”的絕對值；來自第2組的相鄰回路線圈對X2和X4的輸出數據的“和”的絕對值；來自第1組的相鄰回路線圈對X3和X5的輸出數據的“和”的絕對值；來自第2組的相鄰回路線圈對X4和X6的輸出數據的“和”的絕對值；來自第1組的相鄰回路線圈對X5和X7的輸出數據的“和”的絕對值，…。
假設，如圖2所示，來自第1組的相鄰回路線圈對X5和X7的輸出數據的和的絕對值是最大值，在此情況，它被確定該位置指示器2的位置指示元件L是位于由標記符號X5X7所指明的線性區域里。
②獲得來自指定X軸回路線圈對的輸出之間的“差”信號。
該信號檢測裝置15A連接該X軸掃描器11到早先指定序列數的回路線圈對(呈現最大“和”數據的回路線圈對)，和，連接該第2轉換開關165到端點a，以便連接該X軸電壓放大器組13的減法放大器132的輸出端到下一級，從而獲得來自指定X軸回路線圈的輸出之間的“差”。
例如，參照圖2，來自回路線圈X5和X7的輸出之間的“差”表現為來自減法放大器132的一個輸出，這個“差”輸出表示在指定線性區域X5X7中的一個X軸位置。
在X方向上的線性區域X5X7的絕對位置是已知的，因為該回路線圈的位置早已被確定。隨同上述操作，從而在控制裝置15中的位置確定裝置15B能夠獲得在X方向上的位置指示元件L的絕對位置。
過程(5)從X軸振蕩系統獲得輸出信號的步驟，和，確定一穩定的X軸振蕩系統的步驟。
這些步驟同上述從Y軸振蕩系統獲得輸出信號和除兩軸以外，確定一穩定的Y軸振蕩系統的步驟一樣。執行這些步驟，以便識別一振蕩系統，即能產生最大振蕩輸出的X軸振蕩系統中的一振蕩系統，以便去確定一Y軸位置。
在此情況下，靠近位置指示器2的X軸回路線圈，在早先從X軸回路線圈對獲取“和”信號和類似內容和步驟中能夠被識別出某些量值。事實上，不像上述情況開始的那樣，沒有執行輸出信號的獲取步驟，而是選擇了一予測的X軸回路線圈(例如，在上述步驟中已經產生最大“和”信號的X軸回路線圈對的序列數附近的一個回路線圈)，從而確定該呈現最大(穩定的)振蕩輸出的形成一振蕩系統的一X軸回路線圈的序列數。隨同上述操作，X軸回路線圈選擇操作能被減至最少，和，位置確定速度能被提高。
過程(6)捕獲來自Y軸位置確定元件對的感應信號和Y軸位置確定步驟。
這些步驟，除了方向性以外，同上述那些步驟也是一樣的。
通過執行上述每個操作模式，能夠確定位置指示器2的位置指示元件L的X和Y的坐標值。
應注意，如果需要，位置指示器2的轉換開關23的開/關操作的操作信息從內裝存貯器15C讀出并被輸出到主裝置。
下面將參照圖5和6描述本發明第2實施例的一裝置。
第2實施例的該裝置在圖形輸入板1上配置回路線圈的方法不同于第1實施例的裝置，那就是，回路線圈每個相互移位2P/3(在第1實施例的裝置中是2/P)，這里P是每個回路線圈的寬度，如圖6所示。
現在看相鄰回路線圈Ai和A(i＋1)，在此情況下，如圖5所示，類似的一線性區域，一“和”信號，和一“差”信號等能被獲得。圖5所示每個信號作為一種模式，實際上，由于靠近線性區域的端部每個信號的線性度變差，所以，在此狀態下不能完成高精度的位置確定。無論如何，在這樣情況下，如果通過實驗測算出線性度變化的程度，那么就能在線性區域的端部附近進行精確校正。
如上所述，以上所述每個實施例的裝置所例證的數字化方案是這樣，即，當位置指示器2位于每個回路線圈的中心附近時，是建立在基于位置指示器2和每個呈現有最大輸出電平的回路線圈之間相互作用的基礎上所產生的一輸出信號。然而，很顯然，本發明能提供一種數字化器，類似于日本專利公開號3-241415所披露的一種數字化器，即，當位置指示器2位于一回路線圈中心附近時，輸出信號呈現最小輸出電平，和，當位置指示器2逼近回路線圈端部時，該輸出電平逐漸增加。在此情況下，具有最小輸出電平的信號可以被選作為“和”信號。
以上實施例的裝置是一種無繩型的，然而，本發明不局限于這點并能提供任一類型的裝置，只要圖形輸入板上由于位置指示器2的作用下，在每個回路線圈中能產生的信號。
圖7是本發明第3實施例的一種配置的方框圖。由于在隨后的每個實施例中的位置指示器2的結構都與圖1的所示的一樣，因此位置指示器2的圖示就省略了，圖7方框圖中圖形輸入板1上所示的僅只一線圈L。
圖7所示第3實施例的裝置中，振蕩系統利用來自加法放大器131的一輸出完成振蕩，由于在一個軸側上能夠完成振蕩的位置檢測(僅只一個軸側的位置)，則該指定的坐標檢測步驟能被化簡，從而，位置檢測能以較高的速度進行。
下面將描述第3實施例的該裝置的一指出的坐標檢測操作，首先描述X坐標檢測操作。
過程(1)捕獲來自X軸振蕩系統的輸出信號的步驟。
在一軸側上選出回路線圈對，以便依次形成不同的振蕩系統，例如，信號檢測裝置15A輸出1X地址信號到圖形輸入板1，以便選擇一對回路線圈。在這一方法中，回路線圈對X1X3，X2X4，X3X5，X4X6，…是依次被選擇的。每次選擇一對回路線圈，第2轉換開關165被控制轉換到端點b，以便提供來自加法放大器131的一輸出，即來自選定回路線圈對的一“和”信號到信號檢測裝置15A。在此時刻，“和”信號由ADC166進行A/D轉換并輸入到信號檢測裝置15A。信號檢測裝置15A存貯/保持該由它自身已經輸出的X地址信號和彼此相對應的輸入“和”信號的值。
過程(2)確定穩定的X軸振蕩系統的步驟。
基于來自以上述步驟所獲得的相應振蕩系統的輸出，位置確定裝置15B確定具有大輸出電平的一回路線圈對[即，位置指示器2(位置指示元件L)所在的一回路線圈對]。那就是，該位置確定裝置15B對在上述步驟中存貯/保持的“和”信號的值進行比較，并確定指明具有最大輸出電平的一回路線圈對的X地址。
過程(3)確定X軸坐標值的步驟。
當上述X軸地址被輸出到X軸掃描器11時，作為在確立一穩定的X軸振蕩系統的步驟中呈現最大輸出電平的一對的回路線圈對被相互連接，來自該回路線圈對的一振蕩輸出被測量(輸出檢驗)。如果該測量值已經達到一預定輸出值它被確定為該位置指示器2沒有移動，并進行下一步的操作。如果該測量值沒有達到予定值，它被確定為該位置指示器2已經移動。以上過程(1)和(2)將被重復執行。
當來自加法放大器131的輸出，即一“和”信號被獲得時，該信號檢測裝置15A控制/轉換該第2轉換開關165到端點a，以便捕獲來自減法放大器132的一“差”信號。在這個輸出和X地址的基礎上，位置確定裝置15B計算一X軸坐標值。
以上已經描述了X坐標確定操作，Y坐標確定操作以如同X坐標確定操作一樣的相同方法進行。
注意，該裝置能在另一軸側利用振蕩系統，更特殊的是，在該Y坐標確定操作中，基于在以上X坐標確定操作中確定的回路線圈對基礎上的該振蕩系統被用作為一振蕩系統，和，Y軸掃描器12依次轉換/連接回路線圈對(Y1Y3，Y2Y4，Y3Y5，Y4Y6，…)，以便從相應的回路線圈對(來自加法放大器161的“和”輸出)送去獲得的感應電壓，從而在從呈現最大感應電壓的一回路線圈對的一“差”信號的基礎確定Y坐標值。
圖8是根據本發明第4實施例的一裝置，在該第4實施例的裝置中，在一軸側的每個回路線圈對被用于一振蕩系統的振蕩，而在另一軸側的每個回路線圈對被用于位置檢測。
以下將描述第4實施例的該裝置的操作。首先描述X坐標值檢測操作。
過程(1)捕獲得來自Y軸振蕩系統的輸出信號和確定穩定的振蕩系統的步驟。
在Y軸側(振蕩軸)上的回路線圈對每隔一予定的線圈寬度被依次選擇，例如，選擇的線圈對Y1Y3，Y4Y6，Y7Y9，…(粗檢測)。以這種方法從回路線圈對中選定的一回路線圈對(例如，回路線圈對Y4Y6)被確定為是具有呈現最大輸出電平的一回路線圈對。另外，對圍繞確定的回路線圈對的那些回路線圈對(例如，回路線圈對Y3Y5和Y5Y7)的振蕩系統的輸出加以檢驗，從而確定構成呈現最大輸出電平的一振蕩系統的的一回路線圈對(例如，回路線圈對Y3Y5)，這也稱之為靠近搜索檢測(near search)。
過程(2)形成Y軸振蕩系統的步驟。
由在過程(1)的步驟所確定的回路線圈對(Y3Y5)被相互連接，以便形成基于這個回路線圈對基礎上的一振蕩系統。
過程(3)確定X軸回路線圈對的步驟。
X軸掃描器11如同在Y軸側那樣以相同的方法被用于進行粗檢測(轉換開關/連接回路線圈對X1X3，X4X6，X7X9，…)，和轉換開關32被轉換，從而從相應的X軸回路線圈對獲得感應電壓(來自加法放大器161的“和”輸出)。這些回路線圈對中的一個呈現最大感應電壓值的回路線圈對被確定(例如，回路線圈對X4X6)，和，從圍繞該確定的回路線圈對的那些回路線圈對中(例如，回路線圈對X3X5和X5X7)來的感應電壓，由靠近檢測所獲得。另外，圍繞該確定的回路線圈對的那些回路線圈對中呈現最大電壓的一回路線圈對(例如，回路線圈對X5X7)被確定為是位置指示器2所在位置的一回路線圈對。
過程(4)X坐標檢測步驟。
以上所確定的回路線圈對(X5X7)被相互連接，并檢驗其“和”輸出以便確定是否該輸出是等于或大于一予定電平，如果該輸出等于或大于該予定電平，那么，一“差”輸出，即來自減法放大器162的一輸出就被獲得，在這些輸出的基礎上計算X坐標值。
以上描述了X坐標值檢測操作，由于Y軸坐標值檢測操作，除了在過程(1)至(4)中涉及Y軸(X軸是振蕩軸)的步驟以外，與上述操作是相同的，所以其中的描述就被省略了。
參考圖8，檢測/積分電路33和34用于通過檢測輸入波形獲得電壓電平信號和積分該檢測出的波形。該相同的功能可在控制裝置15中由軟件加以實現。
圖9是相應于本發明第5實施例的一裝置，圖10所示是第5實施例的該裝置的主要部分。在第5實施例的該裝置中，掃描器18被用作為如X和Y軸掃描器11和12這兩個方面的作用，來自加法放大器191的一輸出被用于一振蕩系統。在該裝置中，是根據選擇地址的值來確定X軸回路線圈和Y軸回路線圈的連接。隨同這種配置，線圈掃描次數被降低為M＋N，而現有技術中為M×N(M是X軸回路線圈數，N是Y軸回路線圈數)，從而實現了高速掃描操作。這種配置對于具有大量回路線圈的大尺寸的數字化器尤為有效。
在第5實施例的該裝置中，回路線圈對(X1X3，X2X4，…，Y2Y4，Y3Y1，…)，從一端到另一端被依次選擇，而X和Y軸被看作為是一個軸，和，所選定的回路線圈對依次獲得"和"輸出(來自加法器191的輸出)。在此情況下，振蕩輸出鋒值分別從X和Y軸回路線圈組獲得。兩個呈現最大振蕩輸出電平的回路線圈對，即位置指示器2的線圈L在X和Y軸所在的位置的回路線圈對(在圖11中的回路線圈對X2X4和Y4Y2)被確定。
隨后，呈現最大振蕩輸出電平的回路線圈對中的一個(X2X4)被選擇，和，來自選定線圈對的振蕩輸出(“和”輸出)被再次檢驗，如果這個振蕩輸出等于或大于一予定值，則一“差”輸出(來自減法放大器192的一輸出)是所需要的并被保持，和，相應回路線圈對的位置被加以計算。
隨后，選擇另一回路線圈對(Y4Y2)，并按以上所述相同的方法執行檢驗振蕩輸出和計算回路線圈對的位置(Y坐標)。
圖12是本發明第6實施例的一裝置，該第6實施例的該裝置是正交型的，它是利用加法放大器161構成的X和Y軸回路線圈對基礎上的振蕩系統。
當要得到X坐標值時，轉換開關32和33的相應端點被設置成圖12所示的狀態，X和Y軸掃描器11進行操作。X軸掃描器11固定連接回路線圈對X1X3，與此同時，當在一個周期里由Y軸掃描器12進行回路線圈對的連接時，Y軸掃描器12依次轉換連接回路線圈對Y1Y3，Y2Y4，Y3Y5，…，該X軸掃描器11固定連接下一個回路線圈對X2X4。從而，如上所述，Y軸掃描器12完成該相同的操作。
在這樣的操作被重復進行之后，當X和Y軸回路線圈對的交叉點達到位置指示器2的線圈L的位置時，就由Y軸回路線圈對，位置指示器2的線圈L，X軸回路線圈加法放大器161，電流放大器14，和該Y軸回路線圈構成了一振蕩系統。一具有最大振蕩輸出的，即，對應于來自加法放大器161的最大輸出的X和Y軸回路線圈對的振蕩系統被確定，和，那些回路線圈對的連接被固定。另外，來自具有該最大輸出的(即，來自減法放大器162的一輸出)振蕩系統的一“差”輸出被獲得，和相應于回路線圈對的一位置(X坐標)被計算。
當要得到Y坐標值時，轉換開關32和33的相應端點被轉換成的狀態與圖12所示相反，和，所進行的連接轉換操作與在X坐標檢測操作的方法相同。當兩個選定的回路線圈對的交叉點達到位置指示器2的線圈L的位置時，就由X軸回路線圈對，位置指示器2的線圈L，就由Y軸回路線圈對，加法放大器161，電流放大器14，和該X軸回路線圈對構成了一振蕩系統。在此情況下，具有最大振蕩輸出的一振蕩系統被選擇，和來自具有最大輸出的該振蕩系統的“差”輸出被獲得，從而以如上所述的相同方法獲得相應于線圈對的一位置(Y坐標)。
如上所述，按照本發明，由位置指示器2所指明的位置坐標是利用在圖形輸入板1上兩相鄰回路線圈產生的信號之間的“和”與“差”來獲得的。
下面將詳細描述，每個回路線圈的位置和位置指示器2的線圈L的直徑之間的詳細關系。
圖1所示第1實施例的裝置中，也如圖2所示，例如，由實線表示的回路線圈X1，X3，X5，…的右長邊導線和回路線圈X3，X5，和X7的左長邊導線被相互電絕緣并彼此相鄰配置，類似地，由虛線表示的回路線圈X2，X4，X6，…的右長邊導線和回路線圈X4，X6，和X8的左長邊導線被相互電絕緣并彼此相鄰配置。這些實線回路線圈和虛線回路線圈彼此移位間距一半(即，每個回路線圈的短導線長度的1/2)。
假設在圖2中，位置指示器2的線圈L橫起，例如，在每個回路圈的邊導線的垂直方向上(即，短邊導線的方向上)的相鄰回路線圈X5和X7，在此情況下，如圖3和4所示，“和”和“差”信號從同時選定的回路線圈X5和X7獲得。
如果上述實線和虛線回路線圈的配置間距(即，每個回路線圈的短邊導線長度W的1/2)被設置成等于位置指示器2的線圈L的直徑D，那么，“和”和“差”信號能從回路線圈對中精確獲得，和，相應的回路線圈對能不浪費任何空間地配置在圖形輸入板1上。
假設，被同時選定的回路線圈X5和X7具有相同的形狀和相同的輸出信號特性，在此情況下，如圖13A所示，當相應于流動在回路線圈X5和X7中的電流11和I2流動在回路線圈X5的右長邊導線和回路線圈X7的相信鄰左長邊導線中時，它們相互抵消。總的回路線圈對X5X7變成等價于一個回路線圈X，這類似于圖13B所示。其結果是，從回路線圈對X5X7的相應線圈獲得的“和”信號相對相鄰長邊導線部分(對應圖3的坐標原點)的每一個視為中呈現恒定的平的特性(常數值，和“差”信號可以用中心在坐標原點的直線表示的線性函數以表示。
如上所述，具有相同形狀和相同輸出信號特性的回路線圈對，按照位置指示器2的線圈L的直徑被依次配置在短邊導線的方向上，這種配置方法就是，每對相鄰長邊導線部分被配置在幾乎是相同位置。隨同這種配置，能夠從選定的一回路線圈對的信號中精確獲得“和”和“差”信號，并且相應的回路線圈能不浪費任何空間的情況下配置在圖形輸入板1上。
圖14A所示的情況是，其中位置指示器2的直徑D被設置成幾乎等于每個回路線圈X1，X2，X3，…的短邊導線長度W，雖然圖14A所示的是直徑D和X軸方向的每個回路線圈的長度W之間的相互關系，但這也適用于Y軸方向的每個回路線圈。
如果位置指示器2的線圈L的直徑C以這種方法設置，該相應的回路線圈能在圖形輸入板的同一平面上配置成彼此相鄰的一組。從而，在選擇/掃描每個回路線圈時是依次選擇相鄰回路線圈對X1X2，X2X3，X3X4，…，而代替第1實施例的裝置中的每隔一個選擇回路線圈對的方法。
圖14B所示的情況是，其中位置指示器2的線圈L的直徑D被設置成等于每個回路線圈的短邊導線長度W的1/3。
在這種配置中，例如，回路線圈X1，X4，X7，X10，…被配置為第1組(在圖14B中由實線表示的一回路線圈組)；回路線圈X2，X5，X8，X11，…作為第2組(圖14B中由點線表示的一回路線圈組)；和，回路線圈X3，X6，X9，X12，…，作為第3組(圖14B中由點劃線表示的一回路線圈組)，另外，每組的配置間距被設置成每個回路線圈的短邊導線長度W的1/3。
在選擇/掃描每個回路線圈對中，首先同時選中第1組的回路線圈X1和X4，隨后分別是第2組的回路線圈X2和X5，和，同時選擇第3組的回路線圈X3和X6，之后是選擇第1組的回路線圈X4和X7。在這種方法中，每隔兩個的回路線圈對被同時選中。
雖然在圖14B所示是X軸方向的回路線圈的配置，但這也適用于Y軸方向的回路線圈。如圖14B所示的，每隔兩個回路線圈被移位P/3并被配對和選擇，從而，同圖14A中的回路線圈的配置相比較，由于線性區域的端部彼此相接能夠予防精度的降低。
如上已經描述過的，相應于本發明，由位置指示器指明的位置坐標，是利用在圖形輸入板上兩個回路線圈產生的信號之間的“和”和“差”來獲得的，甚至假如輸出信號極大地偏離一二次函數，也能保證一予定位置的檢測精度。
當來自一軸側的一選定的回路線圈對的一“和”信號呈現最大或最小值時，該回路線圈對被固定為一振蕩系統，當來自另一軸側的所選定回路線圈對的“和”信號呈現最大或最小值時，一“差”信號被獲得。隨同這一操作，當由位置指示器指明的位置不用任何振蕩器而被檢測到時，能夠精確獲得該指明的位置坐標。
另外，當一回路線圈對被選擇作為振蕩系統和來自加法放大器的輸出呈現最大值時，就捕獲到來自減法放大器的一“差”信號輸出，從而在位置檢測中的處理時間能被極大地縮短。
進而，由于回路線圈對是從每個回路線圈組有選擇地抽取，所以在位置檢測中用于掃描回路線圈所需的時間能被縮短。
再者，由于一個掃描器用于X和Y軸掃描器這兩方面，無需對X和Y軸進行轉換，其結果是構成經濟(節省)的裝置。
由X和Y軸回路線圈對構成一振蕩系統，由于這一理由，利用所形成的振蕩系統，可同時檢測X和Y坐標位置。
根據位置指示器的線圈直徑，可依次配置相應的回路線圈，從而回路線圈能被適當地配置在圖形輸入板上。
權利要求
1.一種數字化器，包括一圖形輸入板(1)，在該輸入板上配置有位置相關聯的大量回路線圈(X1，X2，X3，…，Y1，Y2，Y3，…)，和一位置指示器(2)，該位置指示器具有至少一個線圈(L)，該線圈同在上述圖形輸入板上的每個回路線圈產生相互的電磁作用，以在每個回路線圈中產生一預定信號，其特征在于包括信號檢測裝置(15A)，用于選擇從來自在所述圖形輸入板上配置的所述回路線圈組中的作為一回路線圈對的兩相鄰回路線圈，并且捕獲所述選擇的回路線圈對和所述位置指示器之間的相互作用而產生的信號之間的一“和”和“差”；和位置確實裝置(15B)，用于在所述圖形輸入板上確定由所述位置指示器在由所述信號檢測裝置所獲得的信號之間的“和”和“差”基礎上所指明的一位置。
2.根據權利要求1的一種數字化器，其中所述回路線圈組是這樣配置在所述圖形輸入板上的，即，所述回路線圈組被分為一個軸上的一個回路線圈組和垂直于這一軸的另一軸上的一個回路線圈組，和，所述信號檢測裝置在一軸上固定一個選定的回路線圈作為一振蕩系統，用于當來自所述所選定回路線圈的一信號的絕對值是一最大值時激發該相互作用，并且當來自在另一軸上所選定的一回路線圈對的一個“和”信號的絕對值是最大值時捕獲該“差”信號。
3.根據權利要求1的一種數字化器，其中所述回路線圈組是這樣配置在所述圖形輸入板上的，即，所述回路線圈組被分為在一軸上的一個回路線圈組和在垂直于這一軸的另一軸上的一個回路線圈組，所述數字化器進一步包括一加法放大器(131，161)和一減法放大器(132，162)，分別用于在產生的信號的基礎上分別輸出"和"和"差"信號；當一回路線圈對被選擇作為一振蕩系統，用于激發該相互作用時所述信號檢測裝置捕獲從所述減法放大器輸出的一個“差”信號，所述加法放大器呈現一最大值。
4.根據權利要求2的一種數字化器，其中所述信號檢測裝置從所述在一軸上的所述回路線圈組和在另一軸上的所述回路線圈組中有選擇地抽取回路線圈對。
5.根據權利要求2的一種數字化器，其中一種選擇裝置(18)既作為用于從在一軸上所述回路線圈組中選擇一回路線圈對的第1選擇裝置(11)，也作為用于從在另一軸上所述回路線圈組中選擇一回路線圈對的第2選擇裝置(12)。
6.根據權利要求1的一種數字化器，其中所述回路線圈組是這樣配置在圖形輸入板上，即，所述回路線圈組被分為在一軸上的一個回路線圈組和垂直于這一軸的另一軸上的一個回路線圈組，并且，用于激發相互作用的一振蕩系統是由從在一軸上的所述回路線圈組所選擇的一回路線圈對和從在另一軸上的所述回路線圈組中選擇的一回路線圈對所構成。
7.根據權利要求1的一種數字化器，其中所述回路線圈組的所述回路線圈是按照所述位置指示器的一線圈直徑被依次配置的。
8.用于數字化器的一種位置確定方法，該數字化器包括一圖形輸入板(1)，在該輸入板上配置有位置相關聯的大量回路線圈(X1，X2，X3，…，Y1，Y2，Y3，…)，和一位置指示裝置(2)，它具有至少一個線圈(L)，該線圈同在所述圖形輸入板上的每個回路線圈相互產生電磁作用，以便在每個回路線圈中產生一預定信號，該特征在于包括以下步驟從所述回路線圈組中選擇兩個相鄰線圈作為一回路線圈對；計算由所述選定的回路線圈對和所述位置指示器之間的相互作用而產生的信號之間的“和”和“差”；和確定在所述圖形輸入板上由所述位置指示器在計算產生的信號之間的"和"和"差"的基礎上所指明的一位置。
全文摘要
一種數字化器及其方法，包括在圖形輸入板上配置有位置相關聯的多個回路線圈，位置指示器至少有一個線圈，同每個回路線圈相互產生電磁作用，在后者中產生一預定信號。該數字化器也包括信號檢測裝置和位置確定裝置。從圖形輸入板上的回路線圈組中選擇兩個相鄰回路線圈作為一回路線圈對，并從由該線圈對和位置指示器間作用所產生的信號之間獲得“和”和“差”；在圖形輸入板上確定一個由位置指示器根據所獲信號之間的“和”和“差”所指明的位置。
文檔編號G06F3/046GK1115063SQ9510409
公開日1996年1月17日 申請日期1995年3月31日 優先權日1994年3月31日
發明者松島惠一 申請人:葛拉天狄克株式會社