专利名称：数字化器及其位置确定方法
技术领域：
本发明涉及用于计算由在图形输入板上的一个位置指示器指明的位置坐标的数字化器，它根据建立在该位置指示器和配置在图形输入板上的位置相关联的大量回路线圈之间相互作用的结果而产生的一输出信号的基础上计算位置坐标，以及涉及用于该数字化器的位置确定方法。
例如，这一类型的通常的数字化器披露在日本专利申请，申请号为4-328472中(日本专利公开号6-149449)。
该数字化器的结构将参照
图15加以描述。
在该数字化器的图形输入板1上，例如，X方向的回路线圈(X1，X2，X3，…)被顺序配置在X方向上，而Y方向的回路线圈(Y1，Y2，Y3，…)被顺序配置在Y方向上。
该X方向的回路线圈经由X轴扫描器11有选择地连接到一电压放大器13的输入端。Y方向的回路线圈经由Y轴扫描器12有选择地连接到一电压放大器16的输入端。应注意，该电压放大器13的输出端被连接到一电流放大器14的输入端并能够同配置在图形输入板1上的一环绕线圈101一起构成一所谓的封闭回路。
假设一位置指示器2被置于图形输入板1上，当位于位置指示器2的一线圈L附近的一X轴回路线圈经由X轴扫描器11连接于该电压放大器13的输入端时，该X轴回路线圈同连接到电流放大器14输出端的该环绕线圈101一起在图形输入板1上构成一封闭回路。该位置指示器2的线圈L、放大器14和13和连接于放大器14和13的X轴回路线圈、以及环绕线圈101构成一连接系统。相应于环流噪声或电路本身作为触发器形成的噪声，就会在该连接系统的固有频率处产生振荡，在此时刻，自电压放大器13的输出就输入到应用电路40。
与此同时，当顺序地转换回路线圈时，该Y轴扫描器12测量在相应的Y轴回路线圈中产生的感应信号，并经由电压放大器16输出该信号到应用电路40，随同这种作用，就能获得Y轴输出信号分布。
其后，当顺序地转换该X轴回路线圈时，该X轴扫描器11被顺序形成一些振荡系统，每一个振荡系统与如上所述情况是等效的，而对每个振荡系统的来自电压放大器13的输出被依次测量和存贮在应用电路40中。随同这种作用，就能获得X轴输出信号分布。
该应用电路40根据两轴侧的输出分布结果来计算和确定由位置指示器2所指明的X轴和Y轴位置。
上述装置利用位置指示器基于在每个方向上回路线圈的顺序数和相应的电压电平分布来获得所指明的坐标值。这是基于这样假设的基础上，即如图16所示，在每个方向上回路线圈的顺序数和相应的电压电平分布近似于一个二次函数。
考虑到一回路线圈(例如，一回路线圈X1)和该位置指示器2的线圈L之间的相互关系，当线圈L位于回路线圈X1的中心附近时呈现出一种最大或最小输出信号电平，而当线圈L靠近回路线圈X1的一端部时，该输出信号电平逐渐减小或增大。
如上所述，通常的数字化器在相应的考虑到输出信号电平特性(输出分布特性)，如一种二次函数的电平特性之上计算位置坐标。因此，当输出信号能被近似为一种二次函数时，能够减化该数字化器的结构。但是，如果，上述电压电平的分布状态与二次函数相差太多，则由位置指示器指明的位置坐标不能精确计算，另外，为获得位置坐标需要大量计算步骤，其结果是延长了处理时间。
从而本发明的目的是，即使输出信号与二次函数相差很大时也能确保一预定位置检测的精确性。
本发明的另一目的是缩短为计算处理过程所需时间。
为实现上述目的，相应于本发明提供了一种数字化器，它包括一个图形输入板，在该板上位置相关联地配置有大量回路线圈；和一个位置指示器，它具有至少一个线圈，该线圈同在图形输入板上的每个回路线圈电磁地相互作用以便在每个回路线圈中产生一预定信号；包含有信号检测装置，它从配置在图形输入板上的一回路线圈组中选出两个相邻线圈作为一回路线圈对并在由所选定的回路线圈对和位置指示器之间相互作用而产生的信号之间获得一“和”和一“差”；和位置检测装置，它用于确定在图形输入板上由位置指示器在基于在由信号检测装置所获信号之间的“和”、“差”基础上所指明的一位置。
图1所示为本发明第1实施例的方框图；图2所示为第1实施例装置的主要部分的配置的电路图；图3所示为第1实施例该装置怎样检测由位置指示器指明的坐标的图4所示为第1实施例装置的回路线圈的配置和在相应的回路线圈中产生的信号基础上的“差”信号之间的相互关系图；图5所示为根据第2实施例的一装置怎样检测由位置指示器指明的坐标的图形；图6是第二实施例该装置的回路线圈的配置和在相应的回路线圈中产生的信号的基础上的差信号的图形；图7是相应于第3实施例的一装置的方框图；图8是相应于第4实施例一装置的方框图；图9是相应于第5实施例的一装置的方框图；图10是第5实施例的该装置的主要部分配置的电路图；图11是由第5实施例的该装置所检测的什么样位置的曲线图；图12是相应于第6实施例的一装置的方框图；图13A和13B是位置指示器的线圈直径和每个回路线圈的配置状态之间的相互关系的视图；图14A和14B是位置指示器的线圈直径和每个回路线圈的配置状态之间的另一种相互关系的视图；图15是通常装置的方框图；和图16A和16B是由通常装置检测的什么样位置的图形；本发明的实施例以下将随同附图加以描述。
图1是相应于本发明第1实施例的一数字化器，参照图1，一位置确定元件组被配置在图形输入板1上。位置确定元件组的构成是，多个X轴回路线圈(X1，X2，X3，…)依次配置在X轴上，和多个Y轴回路线圈(Y1，Y2，Y3，…)依次配置在Y轴上。如图2由实线所表明的，一X轴回路线圈组(以下称为实线回路线圈组)的回路线圈X1，X3，X5，…以这样方式配置，即回路线圈X1的右长边导线和回路线圈X3的左长边导线，该回路线圈X3的右长边导线和回路线圈X5的左长边导线，该回路线圈X5的右长边导线和回路线圈X7的左长边导线，…相互绝缘并相互紧密接触，相互邻接或相互叠放。
相类似，在图2中由虚线所示，一X轴回路线圈组(以下称为虚线回路线圈组)的回路线圈X2，X4，X6，…以这样方式配置，即回路线圈X2的右长边导线和回路线圈X4的左长边导线，该回路线圈X4的右长边导线和回路线圈X6的左长边导线，该回路线圈X6右长边导线和回路线圈X8的左长边导线，…相互绝缘并相互接触配置，相互邻接或相互叠放。该实线回路线圈组和虚线回路线圈相互移位一半间距。应注意，相应的Y轴回路线圈组的以如上所述相同的方式配置。
如图1所示，相应方向的位置确定元件组分别连接到X轴和Y轴的扫描器11和12。这些元件由来自控制装置15的地址控制信号选择并被有选择地连接到相应轴侧的放大器组13和16，该放大器组13和16分别由加法放大器131和161及减法放大器132和162构成。应注意，来自X轴和Y轴放大器组13和16的输出信号是数据，每个都包含有相应方向上的位置信息，如后面将要描述的那样，每个信息都被传送到控制装置15。在此情况下，这个实施例的装置中，来自X轴放大器13的减法放大器132和Y轴放大器16的减法放大器162的输出信号能被有选择地连接到电流放大器14的输入端。
在这一实施例的装置中，一环绕线圈101也被配置在环绕该在图形输入板上的位置确定元件组，该环绕线圈101被连接到电流放大器14的输出端。
在X轴和Y轴放大器组13和16的加法放大器131和161对在两个选定的位置确定元件中产生的信号进行加运算；减法放大器132和162对在两个选定的位置确定元件中产生的信号进行减运算。该电流放大器14作为饱和放大器，用于甚至输入信号是非常小的情况下产生最大输出。
第1转换开关164将来自减法放大器132和162的输出进行转换，将选定的输出送到电流放大器14。第2转换开关165将来自相应放大器的输出加以转换，并将选定的输出送至ADC166(模/数转换器)和频率计数器167。在此情况下，该ADC166获得该输入信号的数字值并将它输出到控制装置15。该频率计数器167获得输入信号的频率并将它输出到控制装置15。
控制装置15控制X轴和Y轴扫描器11和12以转换相应回路线圈的连接，并从ADC 166和频率计数器167获得每一个上述信号，从而检测由位置指示器2指明的位置坐标及其运作情况。
位置指示器2包括作为一位置指示元件的线圈L(以下称位置元件L)，第1和第2电容器221和222和一开关23。当用户开/关该开关23时，就被有选择地形成了多个不同的LC电路(相应于位置指示元件L的负载)。
假设位置指示器2(位置指示元件L)被置于图形输入板1上，在此情况下，当在某一轴侧的相邻回路线圈，例如，一对相邻X轴回路线圈(位置确定元件)，在相应于来自控制装置15的一地址信号经由X轴扫描器11被连接到X轴放大器组13的减法放大器132的输入端时，就由一对相邻位置确定元件、X轴放大器组13的减法放大器132，电流放大器14、环绕线圈101、位置指示元件L和该对相邻位置确定元件构成一连接系统。
当满足振荡条件时，这样一种连接回路，就会由该电路自身引起的噪声所触发，在它固有频率上形成振荡。如上所述，由于电流放大器14是一饱和放大器，即使当来自X轴的减法放大器132的输出很小时，该输出也能被放大成最大输出值。从而能获得被迅速稳定的振荡状态。
在该实施例的装置中，这样一种振荡状态用于产生来自位置指示器2的位置指示元件L的稳定磁场。以这样振荡状态来自位置指示元件L的稳定磁场下，在另一轴侧的位置确定元件组中产生的信号被利用。在另一轴侧的位置确定元件组中产生的每个信号都包含有从一个相应位置确定元件到该位置指示元件的距离相关联的信息。在此情况下，这样一个输出将被称之为位置关联信号。
根据来自控制装置15的一命令，在一轴侧的一位置确定元件被固定作为一振荡系统，和在另一轴侧的位置确定元件利用另一轴侧的扫描器被依次转换，从而依次获得不同的位置关联信号。随同这一操作，在图形输入板1上由位置指示器2指明的位置坐标就能被获得。
下面将详细描述本实施例的该装置的位置坐标确定操作。
由于对在图形输入板1上由位置指示器2(位置指示元件L)指明的位置所进行的X轴和Y轴位置检测操作包括了类似的操作，因此，以下将主要描述X轴方向的位置检测操作，如果需要也将描述Y轴方向的位置检测操作。
考虑图2中的两个回路线圈X5和X7(或Y轴回路线圈Y5和Y7)，这些回路线圈X5和X7以绝缘状态相互紧密接触(这些回路线圈的相对长边实际被相互叠放)。当位置指示器2的位置指示元件L横跨回路线圈X5和X7时，假定VX5和VX7是被产生的输出电压，因而由位置指示器2的位置指示元件L产生有稳定磁场，这些信号VX5和VX7以图3所示的方式变化。当位置指示元件L被置于相应回路线圈的中心附近时，在回路线圈X5和X7和位置指示器2的位置指示元件L之间相互作用基础上的输出电平曲线呈现最大(或最小)输出电平。当位置指示元件L从该相应回路线圈的中心移动时，这些输出电平逐渐减少(或增加)。这个减少(或增加)的区域能被考虑认为是接近线性变化的区域。
如果在回路线圈X5和X7之间的重叠部分被看作在X轴上的一基准位置(通常，是配置回路线圈的方向)，和，如图3所示，信号VX5的负线性区域由(－ax＋b)表示，信号VX7的正线性区域由(ax＋b)表示。这是因为回路线圈X5和X7由相同材料制成，具有相同的形状，仅只它们被配置的位置不同。
两个信号VX5和VX7的“和”的绝对值变成一常数值2b，这些信号的“差”由具有一斜率2ax的一直线表示。考虑图2所示的两个回路线圈X5和X7，当位置指示元件L处在这些线性区域里时，这两个信号的“和”的绝对值是一常数值，这两个信号之间的“差”被表示为在线性区域里的位置X(或Y)的一线性函数。从而如图4所示，当这样的线性区域在位置确定方向上被依次配置时，就能在一宽范围里读出坐标值。
在此情况下，从而，当位置指示元件L位于该线性区域外侧时，这两个信号“和”的绝对值所呈现的值要小于(或大于)上述值，也就是，这个“和”的绝对值在线性区域内才呈现最大(或最小)值。
在本实施例的装置中，应用上述位置确定原理，因而由位置指示元件L指示的坐标值能够从在回路线圈中产生的信号之间的“和”和“差”来获得，这些回路线圈的相对长边导线相互紧密配置。
具有上述结构的本实施例的装置的详细操作下面将予以描述。
如上所述，本实施例的装置的位置确定元件可被分类为两组，即由包括回路线圈X1，X3，X5，…的实线表明的回路线圈组和由包括回路线圈X2，X4，X6，…的虚线所表示的回路线圈组。在该装置中，由位置指示器2的位置指示元件L所指明的坐标，几乎都是按照5个过程并周期性地和连续地使用这些过程所确定的。
过程(1)从Y轴振荡系统获得输出信号的步骤。
在控制装置15中的一信号检测装置15A自图形输入板1输出一模式指示命令和一扫描器指示命令到图形输入板1。
响应该模式指示命令，图形输入板1的每一部分都被设置或适于执行从Y轴振荡系统输出信号的所需步骤；响应其后的扫描器指示命令，指明相应轴的扫描器11和12的选择的连接状态。更具体地，从内装ROM中读出一与该操作模式相关联的程序，和，根据模式指示命令，该图形输入板1的每一部分都被设置在一预定状态。根据其后的扫描器指示命令，用于转换每个扫描器的连接的X和Y地址信号被输出到每个扫描器11和12。在这个操作模式中，由依次转换Y轴回路线圈而依次构成不同的振荡系统，并从所构成的振荡系统输出所需要的信号。在此情况下，从而该扫描器指示命令是用于选择Y轴回路线圈的一序列数信号。在这个状态中，一连接转换命令仅只提供给Y轴扫描器12。
随同上述操作，由一选定的Y轴回路线圈、Y轴电压放大器组16的减法的放大器162、电流放大器14、环绕线圈101、和该选定的Y轴回路线圈构成一连接系统。假如位置指示器2的位置指示元件L是处于选定Y轴回路线圈附近时，该连接系统形成一振荡系统的连接系统响应作为触发器的环境电子噪声波，并且该振荡系统对应于从选定Y轴回路线圈到位置指示元件L的距离在一相应强度上开始振荡。
该信号检测装置15A在一振荡稳定的级上(振荡电压变常数值的一级)接收测量数据，即，该信号检测装置15A执行对第2转换开关165(图1)到端点C(在此时刻，第1转换开关164被连接到端点b)的控制。该第2转换开关165被连接到Y轴电压放大器组16的减法放大器162的输出端，以便于将来自振荡系统的振荡输出送到ADC166和频率计数器167。ADC166将振荡输出的幅度(电平)转换为数字值，该值是从选定的Y轴回路线圈到位置指示元件L的距离的函数。
频率计数器167获得输入信号的频率，该信号是建立在每单位时间信号的重复计数(周期)的基础上。位置指示器2的运行状态能利用开关23或类似装置改变位置指示元件L的负载的方法加以改变。位置指示元件L的改变导致来自上述振荡系统的振荡输出的频率改变，从而，频率计数器167的输出表示着位置指示器2自身的运行状态。
由信号检测装置15A接收的这些数据的AD数据和上述扫描器命令信号，即，所选定Y轴回路线圈的序列数的数据，作为数据对而被存贮在内装存贮器15C中。另外，频率数据(来自频率计数器的输出)以这样的方式存贮在内装存贮器15C中，该方式就是，能由基于连续测量操作的基础上由连续输入的频率数据对数据进行依次更新。如果需要，这样的频率数据可被转换为与位置指示器2相关联的一操作状态信号。
随同上述操作就获得一Y轴振荡系统的输出信号。随后，信号检测装置15A输出扫描器指示命令，在该命令中包含着表明可被用于选择的Y轴回路线圈的序列数的变化信息。响应该命令，下一个Y轴振荡系统的一振荡输出开始被检测。
那就是，在这种操作模式中，来自基于选定的Y轴位置确定元件(例如，回路线圈Y1的一振荡系统，回路线圈Y2的一振荡系统，回路线圈Y3的一振荡系统，…)基础上的相应振荡系统的输出信号被依次输入到信号检测装置15A。该信号检测装置15A依次存贮这些输出信号到内装存贮器15C中。
过程(2)确定稳定的Y轴振荡系统的步骤。
在控制装置15中的位置确定装置15B比较来自相应Y轴振荡系统的输出信号幅度，这些输出信号是以上述操作模式被获得的。确定呈现有最大值的(稳定的振荡运行)一Y轴振荡系统，即一Y轴回路线圈的序列数。
过程(3)获取来自X轴位置确定元件对的感应信号的步骤。
当呈现有最大振荡输出的振荡系统的序列数，例如，对应于Y轴回路线圈的序列数被确定时，捕获来自X轴位置确定元件对的感应信号的步骤就开始了。
在这种操作模式中，信号检测装置15A输出一模式指示命令，以设定图形输入板1的每个部分。在此情况下，来自信号检测装置15A的一扫描器指示命令，用于固定以上所确定序列数的Y轴回路线圈。在考虑X轴回路线圈时，由图2所示，当依次改变指定的序列数时，扫描器指定信号依次地选取每组的回路线圈对。在呈现该最大振荡输出的Y轴振荡系统的振荡基础上，由该位置指示器2的位置指示元件L产生一稳定的磁场，从而，一稳定的效应作用在一所选定的X轴回路线圈对上。应注意，在此情况下，第1转换开关164仍然连接在端点b上。
按照扫描器指示命令，该信号检测装置15A输出一X地址信号给X轴扫描器11，以便选择具有指定序列数的一X轴回路线圈对。随后，该第2转换开关165被连接到端点b，以便将从X轴电压放大器13的加法放大器131的一输出信号，即来自所选定X轴回路线圈对的一“和”信号送到ADC166和频率计数器167。
由ADC166、频率计数器167、和其后单元所执行的操作是和从许多振荡系统捕获输出信号的步骤所执行的操作是相同的。所选定的X轴回路线圈对的序列数和感应信号的“和”数据被依次以成对的形式存贮在控制装置15中的内装存贮器15C中。另外，由频率计数器167获得的频率数据被依次更新。
过程(4)X轴位置确定步骤。
位置确定装置15B执行X轴位置确定步骤是上述从X轴确定元件对中捕获感应信号的步骤。
那就是，位置确定装置15B以上述步骤执行下述有关从许多X轴回路线圈对获得的“和”数据的计算和存贮
①由相应的相邻X轴回路线圈对所获得的“和”数据的绝对值被依次计算，确定呈现最大计算结果的回路线圈对的序列数。
更特别地，能被获得最大计算结果的一回路圈对的序列数由其后的计算所确定，例如，以下相应“和”数据的绝对值的计算；来自第1组的相邻回路线圈对X1和X3的输出数据的“和”的绝对值；来自第2组的相邻回路线圈对X2和X4的输出数据的“和”的绝对值；来自第1组的相邻回路线圈对X3和X5的输出数据的“和”的绝对值；来自第2组的相邻回路线圈对X4和X6的输出数据的“和”的绝对值；来自第1组的相邻回路线圈对X5和X7的输出数据的“和”的绝对值，…。
假设，如图2所示，来自第1组的相邻回路线圈对X5和X7的输出数据的和的绝对值是最大值，在此情况，它被确定该位置指示器2的位置指示元件L是位于由标记符号X5X7所指明的线性区域里。
②获得来自指定X轴回路线圈对的输出之间的“差”信号。
该信号检测装置15A连接该X轴扫描器11到早先指定序列数的回路线圈对(呈现最大“和”数据的回路线圈对)，和，连接该第2转换开关165到端点a，以便连接该X轴电压放大器组13的减法放大器132的输出端到下一级，从而获得来自指定X轴回路线圈的输出之间的“差”。
例如，参照图2，来自回路线圈X5和X7的输出之间的“差”表现为来自减法放大器132的一个输出，这个“差”输出表示在指定线性区域X5X7中的一个X轴位置。
在X方向上的线性区域X5X7的绝对位置是已知的，因为该回路线圈的位置早已被确定。随同上述操作，从而在控制装置15中的位置确定装置15B能够获得在X方向上的位置指示元件L的绝对位置。
过程(5)从X轴振荡系统获得输出信号的步骤，和，确定一稳定的X轴振荡系统的步骤。
这些步骤同上述从Y轴振荡系统获得输出信号和除两轴以外，确定一稳定的Y轴振荡系统的步骤一样。执行这些步骤，以便识别一振荡系统，即能产生最大振荡输出的X轴振荡系统中的一振荡系统，以便去确定一Y轴位置。
在此情况下，靠近位置指示器2的X轴回路线圈，在早先从X轴回路线圈对获取“和”信号和类似内容和步骤中能够被识别出某些量值。事实上，不像上述情况开始的那样，没有执行输出信号的获取步骤，而是选择了一予测的X轴回路线圈(例如，在上述步骤中已经产生最大“和”信号的X轴回路线圈对的序列数附近的一个回路线圈)，从而确定该呈现最大(稳定的)振荡输出的形成一振荡系统的一X轴回路线圈的序列数。随同上述操作，X轴回路线圈选择操作能被减至最少，和，位置确定速度能被提高。
过程(6)捕获来自Y轴位置确定元件对的感应信号和Y轴位置确定步骤。
这些步骤，除了方向性以外，同上述那些步骤也是一样的。
通过执行上述每个操作模式，能够确定位置指示器2的位置指示元件L的X和Y的坐标值。
应注意，如果需要，位置指示器2的转换开关23的开/关操作的操作信息从内装存贮器15C读出并被输出到主装置。
下面将参照图5和6描述本发明第2实施例的一装置。
第2实施例的该装置在图形输入板1上配置回路线圈的方法不同于第1实施例的装置，那就是，回路线圈每个相互移位2P/3(在第1实施例的装置中是2/P)，这里P是每个回路线圈的宽度，如图6所示。
现在看相邻回路线圈Ai和A(i＋1)，在此情况下，如图5所示，类似的一线性区域，一“和”信号，和一“差”信号等能被获得。图5所示每个信号作为一种模式，实际上，由于靠近线性区域的端部每个信号的线性度变差，所以，在此状态下不能完成高精度的位置确定。无论如何，在这样情况下，如果通过实验测算出线性度变化的程度，那么就能在线性区域的端部附近进行精确校正。
如上所述，以上所述每个实施例的装置所例证的数字化方案是这样，即，当位置指示器2位于每个回路线圈的中心附近时，是建立在基于位置指示器2和每个呈现有最大输出电平的回路线圈之间相互作用的基础上所产生的一输出信号。然而，很显然，本发明能提供一种数字化器，类似于日本专利公开号3-241415所披露的一种数字化器，即，当位置指示器2位于一回路线圈中心附近时，输出信号呈现最小输出电平，和，当位置指示器2逼近回路线圈端部时，该输出电平逐渐增加。在此情况下，具有最小输出电平的信号可以被选作为“和”信号。
以上实施例的装置是一种无绳型的，然而，本发明不局限于这点并能提供任一类型的装置，只要图形输入板上由于位置指示器2的作用下，在每个回路线圈中能产生的信号。
图7是本发明第3实施例的一种配置的方框图。由于在随后的每个实施例中的位置指示器2的结构都与图1的所示的一样，因此位置指示器2的图示就省略了，图7方框图中图形输入板1上所示的仅只一线圈L。
图7所示第3实施例的装置中，振荡系统利用来自加法放大器131的一输出完成振荡，由于在一个轴侧上能够完成振荡的位置检测(仅只一个轴侧的位置)，则该指定的坐标检测步骤能被化简，从而，位置检测能以较高的速度进行。
下面将描述第3实施例的该装置的一指出的坐标检测操作，首先描述X坐标检测操作。
过程(1)捕获来自X轴振荡系统的输出信号的步骤。
在一轴侧上选出回路线圈对，以便依次形成不同的振荡系统，例如，信号检测装置15A输出1X地址信号到图形输入板1，以便选择一对回路线圈。在这一方法中，回路线圈对X1X3，X2X4，X3X5，X4X6，…是依次被选择的。每次选择一对回路线圈，第2转换开关165被控制转换到端点b，以便提供来自加法放大器131的一输出，即来自选定回路线圈对的一“和”信号到信号检测装置15A。在此时刻，“和”信号由ADC166进行A/D转换并输入到信号检测装置15A。信号检测装置15A存贮/保持该由它自身已经输出的X地址信号和彼此相对应的输入“和”信号的值。
过程(2)确定稳定的X轴振荡系统的步骤。
基于来自以上述步骤所获得的相应振荡系统的输出，位置确定装置15B确定具有大输出电平的一回路线圈对[即，位置指示器2(位置指示元件L)所在的一回路线圈对]。那就是，该位置确定装置15B对在上述步骤中存贮/保持的“和”信号的值进行比较，并确定指明具有最大输出电平的一回路线圈对的X地址。
过程(3)确定X轴坐标值的步骤。
当上述X轴地址被输出到X轴扫描器11时，作为在确立一稳定的X轴振荡系统的步骤中呈现最大输出电平的一对的回路线圈对被相互连接，来自该回路线圈对的一振荡输出被测量(输出检验)。如果该测量值已经达到一预定输出值它被确定为该位置指示器2没有移动，并进行下一步的操作。如果该测量值没有达到予定值，它被确定为该位置指示器2已经移动。以上过程(1)和(2)将被重复执行。
当来自加法放大器131的输出，即一“和”信号被获得时，该信号检测装置15A控制/转换该第2转换开关165到端点a，以便捕获来自减法放大器132的一“差”信号。在这个输出和X地址的基础上，位置确定装置15B计算一X轴坐标值。
以上已经描述了X坐标确定操作，Y坐标确定操作以如同X坐标确定操作一样的相同方法进行。
注意，该装置能在另一轴侧利用振荡系统，更特殊的是，在该Y坐标确定操作中，基于在以上X坐标确定操作中确定的回路线圈对基础上的该振荡系统被用作为一振荡系统，和，Y轴扫描器12依次转换/连接回路线圈对(Y1Y3，Y2Y4，Y3Y5，Y4Y6，…)，以便从相应的回路线圈对(来自加法放大器161的“和”输出)送去获得的感应电压，从而在从呈现最大感应电压的一回路线圈对的一“差”信号的基础确定Y坐标值。
图8是根据本发明第4实施例的一装置，在该第4实施例的装置中，在一轴侧的每个回路线圈对被用于一振荡系统的振荡，而在另一轴侧的每个回路线圈对被用于位置检测。
以下将描述第4实施例的该装置的操作。首先描述X坐标值检测操作。
过程(1)捕获得来自Y轴振荡系统的输出信号和确定稳定的振荡系统的步骤。
在Y轴侧(振荡轴)上的回路线圈对每隔一予定的线圈宽度被依次选择，例如，选择的线圈对Y1Y3，Y4Y6，Y7Y9，…(粗检测)。以这种方法从回路线圈对中选定的一回路线圈对(例如，回路线圈对Y4Y6)被确定为是具有呈现最大输出电平的一回路线圈对。另外，对围绕确定的回路线圈对的那些回路线圈对(例如，回路线圈对Y3Y5和Y5Y7)的振荡系统的输出加以检验，从而确定构成呈现最大输出电平的一振荡系统的的一回路线圈对(例如，回路线圈对Y3Y5)，这也称之为靠近搜索检测(near search)。
过程(2)形成Y轴振荡系统的步骤。
由在过程(1)的步骤所确定的回路线圈对(Y3Y5)被相互连接，以便形成基于这个回路线圈对基础上的一振荡系统。
过程(3)确定X轴回路线圈对的步骤。
X轴扫描器11如同在Y轴侧那样以相同的方法被用于进行粗检测(转换开关/连接回路线圈对X1X3，X4X6，X7X9，…)，和转换开关32被转换，从而从相应的X轴回路线圈对获得感应电压(来自加法放大器161的“和”输出)。这些回路线圈对中的一个呈现最大感应电压值的回路线圈对被确定(例如，回路线圈对X4X6)，和，从围绕该确定的回路线圈对的那些回路线圈对中(例如，回路线圈对X3X5和X5X7)来的感应电压，由靠近检测所获得。另外，围绕该确定的回路线圈对的那些回路线圈对中呈现最大电压的一回路线圈对(例如，回路线圈对X5X7)被确定为是位置指示器2所在位置的一回路线圈对。
过程(4)X坐标检测步骤。
以上所确定的回路线圈对(X5X7)被相互连接，并检验其“和”输出以便确定是否该输出是等于或大于一予定电平，如果该输出等于或大于该予定电平，那么，一“差”输出，即来自减法放大器162的一输出就被获得，在这些输出的基础上计算X坐标值。
以上描述了X坐标值检测操作，由于Y轴坐标值检测操作，除了在过程(1)至(4)中涉及Y轴(X轴是振荡轴)的步骤以外，与上述操作是相同的，所以其中的描述就被省略了。
参考图8，检测/积分电路33和34用于通过检测输入波形获得电压电平信号和积分该检测出的波形。该相同的功能可在控制装置15中由软件加以实现。
图9是相应于本发明第5实施例的一装置，图10所示是第5实施例的该装置的主要部分。在第5实施例的该装置中，扫描器18被用作为如X和Y轴扫描器11和12这两个方面的作用，来自加法放大器191的一输出被用于一振荡系统。在该装置中，是根据选择地址的值来确定X轴回路线圈和Y轴回路线圈的连接。随同这种配置，线圈扫描次数被降低为M＋N，而现有技术中为M×N(M是X轴回路线圈数，N是Y轴回路线圈数)，从而实现了高速扫描操作。这种配置对于具有大量回路线圈的大尺寸的数字化器尤为有效。
在第5实施例的该装置中，回路线圈对(X1X3，X2X4，…，Y2Y4，Y3Y1，…)，从一端到另一端被依次选择，而X和Y轴被看作为是一个轴，和，所选定的回路线圈对依次获得"和"输出(来自加法器191的输出)。在此情况下，振荡输出锋值分别从X和Y轴回路线圈组获得。两个呈现最大振荡输出电平的回路线圈对，即位置指示器2的线圈L在X和Y轴所在的位置的回路线圈对(在图11中的回路线圈对X2X4和Y4Y2)被确定。
随后，呈现最大振荡输出电平的回路线圈对中的一个(X2X4)被选择，和，来自选定线圈对的振荡输出(“和”输出)被再次检验，如果这个振荡输出等于或大于一予定值，则一“差”输出(来自减法放大器192的一输出)是所需要的并被保持，和，相应回路线圈对的位置被加以计算。
随后，选择另一回路线圈对(Y4Y2)，并按以上所述相同的方法执行检验振荡输出和计算回路线圈对的位置(Y坐标)。
图12是本发明第6实施例的一装置，该第6实施例的该装置是正交型的，它是利用加法放大器161构成的X和Y轴回路线圈对基础上的振荡系统。
当要得到X坐标值时，转换开关32和33的相应端点被设置成图12所示的状态，X和Y轴扫描器11进行操作。X轴扫描器11固定连接回路线圈对X1X3，与此同时，当在一个周期里由Y轴扫描器12进行回路线圈对的连接时，Y轴扫描器12依次转换连接回路线圈对Y1Y3，Y2Y4，Y3Y5，…，该X轴扫描器11固定连接下一个回路线圈对X2X4。从而，如上所述，Y轴扫描器12完成该相同的操作。
在这样的操作被重复进行之后，当X和Y轴回路线圈对的交叉点达到位置指示器2的线圈L的位置时，就由Y轴回路线圈对，位置指示器2的线圈L，X轴回路线圈加法放大器161，电流放大器14，和该Y轴回路线圈构成了一振荡系统。一具有最大振荡输出的，即，对应于来自加法放大器161的最大输出的X和Y轴回路线圈对的振荡系统被确定，和，那些回路线圈对的连接被固定。另外，来自具有该最大输出的(即，来自减法放大器162的一输出)振荡系统的一“差”输出被获得，和相应于回路线圈对的一位置(X坐标)被计算。
当要得到Y坐标值时，转换开关32和33的相应端点被转换成的状态与图12所示相反，和，所进行的连接转换操作与在X坐标检测操作的方法相同。当两个选定的回路线圈对的交叉点达到位置指示器2的线圈L的位置时，就由X轴回路线圈对，位置指示器2的线圈L，就由Y轴回路线圈对，加法放大器161，电流放大器14，和该X轴回路线圈对构成了一振荡系统。在此情况下，具有最大振荡输出的一振荡系统被选择，和来自具有最大输出的该振荡系统的“差”输出被获得，从而以如上所述的相同方法获得相应于线圈对的一位置(Y坐标)。
如上所述，按照本发明，由位置指示器2所指明的位置坐标是利用在图形输入板1上两相邻回路线圈产生的信号之间的“和”与“差”来获得的。
下面将详细描述，每个回路线圈的位置和位置指示器2的线圈L的直径之间的详细关系。
图1所示第1实施例的装置中，也如图2所示，例如，由实线表示的回路线圈X1，X3，X5，…的右长边导线和回路线圈X3，X5，和X7的左长边导线被相互电绝缘并彼此相邻配置，类似地，由虚线表示的回路线圈X2，X4，X6，…的右长边导线和回路线圈X4，X6，和X8的左长边导线被相互电绝缘并彼此相邻配置。这些实线回路线圈和虚线回路线圈彼此移位间距一半(即，每个回路线圈的短导线长度的1/2)。
假设在图2中，位置指示器2的线圈L横起，例如，在每个回路圈的边导线的垂直方向上(即，短边导线的方向上)的相邻回路线圈X5和X7，在此情况下，如图3和4所示，“和”和“差”信号从同时选定的回路线圈X5和X7获得。
如果上述实线和虚线回路线圈的配置间距(即，每个回路线圈的短边导线长度W的1/2)被设置成等于位置指示器2的线圈L的直径D，那么，“和”和“差”信号能从回路线圈对中精确获得，和，相应的回路线圈对能不浪费任何空间地配置在图形输入板1上。
假设，被同时选定的回路线圈X5和X7具有相同的形状和相同的输出信号特性，在此情况下，如图13A所示，当相应于流动在回路线圈X5和X7中的电流11和I2流动在回路线圈X5的右长边导线和回路线圈X7的相信邻左长边导线中时，它们相互抵消。总的回路线圈对X5X7变成等价于一个回路线圈X，这类似于图13B所示。其结果是，从回路线圈对X5X7的相应线圈获得的“和”信号相对相邻长边导线部分(对应图3的坐标原点)的每一个视为中呈现恒定的平的特性(常数值，和“差”信号可以用中心在坐标原点的直线表示的线性函数以表示。
如上所述，具有相同形状和相同输出信号特性的回路线圈对，按照位置指示器2的线圈L的直径被依次配置在短边导线的方向上，这种配置方法就是，每对相邻长边导线部分被配置在几乎是相同位置。随同这种配置，能够从选定的一回路线圈对的信号中精确获得“和”和“差”信号，并且相应的回路线圈能不浪费任何空间的情况下配置在图形输入板1上。
图14A所示的情况是，其中位置指示器2的直径D被设置成几乎等于每个回路线圈X1，X2，X3，…的短边导线长度W，虽然图14A所示的是直径D和X轴方向的每个回路线圈的长度W之间的相互关系，但这也适用于Y轴方向的每个回路线圈。
如果位置指示器2的线圈L的直径C以这种方法设置，该相应的回路线圈能在图形输入板的同一平面上配置成彼此相邻的一组。从而，在选择/扫描每个回路线圈时是依次选择相邻回路线圈对X1X2，X2X3，X3X4，…，而代替第1实施例的装置中的每隔一个选择回路线圈对的方法。
图14B所示的情况是，其中位置指示器2的线圈L的直径D被设置成等于每个回路线圈的短边导线长度W的1/3。
在这种配置中，例如，回路线圈X1，X4，X7，X10，…被配置为第1组(在图14B中由实线表示的一回路线圈组)；回路线圈X2，X5，X8，X11，…作为第2组(图14B中由点线表示的一回路线圈组)；和，回路线圈X3，X6，X9，X12，…，作为第3组(图14B中由点划线表示的一回路线圈组)，另外，每组的配置间距被设置成每个回路线圈的短边导线长度W的1/3。
在选择/扫描每个回路线圈对中，首先同时选中第1组的回路线圈X1和X4，随后分别是第2组的回路线圈X2和X5，和，同时选择第3组的回路线圈X3和X6，之后是选择第1组的回路线圈X4和X7。在这种方法中，每隔两个的回路线圈对被同时选中。
虽然在图14B所示是X轴方向的回路线圈的配置，但这也适用于Y轴方向的回路线圈。如图14B所示的，每隔两个回路线圈被移位P/3并被配对和选择，从而，同图14A中的回路线圈的配置相比较，由于线性区域的端部彼此相接能够予防精度的降低。
如上已经描述过的，相应于本发明，由位置指示器指明的位置坐标，是利用在图形输入板上两个回路线圈产生的信号之间的“和”和“差”来获得的，甚至假如输出信号极大地偏离一二次函数，也能保证一予定位置的检测精度。
当来自一轴侧的一选定的回路线圈对的一“和”信号呈现最大或最小值时，该回路线圈对被固定为一振荡系统，当来自另一轴侧的所选定回路线圈对的“和”信号呈现最大或最小值时，一“差”信号被获得。随同这一操作，当由位置指示器指明的位置不用任何振荡器而被检测到时，能够精确获得该指明的位置坐标。
另外，当一回路线圈对被选择作为振荡系统和来自加法放大器的输出呈现最大值时，就捕获到来自减法放大器的一“差”信号输出，从而在位置检测中的处理时间能被极大地缩短。
进而，由于回路线圈对是从每个回路线圈组有选择地抽取，所以在位置检测中用于扫描回路线圈所需的时间能被缩短。
再者，由于一个扫描器用于X和Y轴扫描器这两方面，无需对X和Y轴进行转换，其结果是构成经济(节省)的装置。
由X和Y轴回路线圈对构成一振荡系统，由于这一理由，利用所形成的振荡系统，可同时检测X和Y坐标位置。
根据位置指示器的线圈直径，可依次配置相应的回路线圈，从而回路线圈能被适当地配置在图形输入板上。
权利要求
1.一种数字化器，包括一图形输入板(1)，在该输入板上配置有位置相关联的大量回路线圈(X1，X2，X3，…，Y1，Y2，Y3，…)，和一位置指示器(2)，该位置指示器具有至少一个线圈(L)，该线圈同在上述图形输入板上的每个回路线圈产生相互的电磁作用，以在每个回路线圈中产生一预定信号，其特征在于包括信号检测装置(15A)，用于选择从来自在所述图形输入板上配置的所述回路线圈组中的作为一回路线圈对的两相邻回路线圈，并且捕获所述选择的回路线圈对和所述位置指示器之间的相互作用而产生的信号之间的一“和”和“差”；和位置确实装置(15B)，用于在所述图形输入板上确定由所述位置指示器在由所述信号检测装置所获得的信号之间的“和”和“差”基础上所指明的一位置。
2.根据权利要求1的一种数字化器，其中所述回路线圈组是这样配置在所述图形输入板上的，即，所述回路线圈组被分为一个轴上的一个回路线圈组和垂直于这一轴的另一轴上的一个回路线圈组，和，所述信号检测装置在一轴上固定一个选定的回路线圈作为一振荡系统，用于当来自所述所选定回路线圈的一信号的绝对值是一最大值时激发该相互作用，并且当来自在另一轴上所选定的一回路线圈对的一个“和”信号的绝对值是最大值时捕获该“差”信号。
3.根据权利要求1的一种数字化器，其中所述回路线圈组是这样配置在所述图形输入板上的，即，所述回路线圈组被分为在一轴上的一个回路线圈组和在垂直于这一轴的另一轴上的一个回路线圈组，所述数字化器进一步包括一加法放大器(131，161)和一减法放大器(132，162)，分别用于在产生的信号的基础上分别输出"和"和"差"信号；当一回路线圈对被选择作为一振荡系统，用于激发该相互作用时所述信号检测装置捕获从所述减法放大器输出的一个“差”信号，所述加法放大器呈现一最大值。
4.根据权利要求2的一种数字化器，其中所述信号检测装置从所述在一轴上的所述回路线圈组和在另一轴上的所述回路线圈组中有选择地抽取回路线圈对。
5.根据权利要求2的一种数字化器，其中一种选择装置(18)既作为用于从在一轴上所述回路线圈组中选择一回路线圈对的第1选择装置(11)，也作为用于从在另一轴上所述回路线圈组中选择一回路线圈对的第2选择装置(12)。
6.根据权利要求1的一种数字化器，其中所述回路线圈组是这样配置在图形输入板上，即，所述回路线圈组被分为在一轴上的一个回路线圈组和垂直于这一轴的另一轴上的一个回路线圈组，并且，用于激发相互作用的一振荡系统是由从在一轴上的所述回路线圈组所选择的一回路线圈对和从在另一轴上的所述回路线圈组中选择的一回路线圈对所构成。
7.根据权利要求1的一种数字化器，其中所述回路线圈组的所述回路线圈是按照所述位置指示器的一线圈直径被依次配置的。
8.用于数字化器的一种位置确定方法，该数字化器包括一图形输入板(1)，在该输入板上配置有位置相关联的大量回路线圈(X1，X2，X3，…，Y1，Y2，Y3，…)，和一位置指示装置(2)，它具有至少一个线圈(L)，该线圈同在所述图形输入板上的每个回路线圈相互产生电磁作用，以便在每个回路线圈中产生一预定信号，该特征在于包括以下步骤从所述回路线圈组中选择两个相邻线圈作为一回路线圈对；计算由所述选定的回路线圈对和所述位置指示器之间的相互作用而产生的信号之间的“和”和“差”；和确定在所述图形输入板上由所述位置指示器在计算产生的信号之间的"和"和"差"的基础上所指明的一位置。
全文摘要
一种数字化器及其方法，包括在图形输入板上配置有位置相关联的多个回路线圈，位置指示器至少有一个线圈，同每个回路线圈相互产生电磁作用，在后者中产生一预定信号。该数字化器也包括信号检测装置和位置确定装置。从图形输入板上的回路线圈组中选择两个相邻回路线圈作为一回路线圈对，并从由该线圈对和位置指示器间作用所产生的信号之间获得“和”和“差”；在图形输入板上确定一个由位置指示器根据所获信号之间的“和”和“差”所指明的位置。
文档编号G06F3/046GK1115063SQ9510409
公开日1996年1月17日 申请日期1995年3月31日 优先权日1994年3月31日
发明者松岛惠一 申请人:葛拉天狄克株式会社