專利名稱：坐標(biāo)輸入裝置及其輸入光筆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能按照加給輸入光筆的筆壓使輸入座標(biāo)中座標(biāo)的大小改變等取得各種信息的座標(biāo)輸入裝置及其輸入光筆。
在現(xiàn)有的這類座標(biāo)輸入裝置中，是在圖形輸入板的整個輸入座標(biāo)范圍內(nèi)，或者在輸入光筆中裝設(shè)壓力傳感器來檢測加于輸入光筆的壓力，與此相應(yīng)地，亦不存在要使座標(biāo)點的大小變化的想法。
然而，在圖形輸入板的整個座標(biāo)輸入范圍內(nèi)裝設(shè)壓力傳感器時，很難做到整個范圍內(nèi)的壓力傳感器特性一樣，因而很難在上述整個范圍內(nèi)準(zhǔn)確地檢測加給輸入光筆的筆壓。并且，在輸入光筆中設(shè)置壓力，傳感器時，為了由輸入光筆中取出壓感信息就必須要用到電纜等，這樣就存在著所謂的輸入工作中的操作性能不佳的問題。
本發(fā)明的第一目的是提供一種不必采用連接輸入光筆的電纜等、并能得到使座標(biāo)點的大小正確地隨筆壓變化的種種信息的座標(biāo)輸入裝置。為實現(xiàn)這一目的，在本發(fā)明的座標(biāo)輸入裝置中設(shè)有由X方向平行設(shè)置環(huán)形線圈組成的X方向環(huán)形線圈組和由Y方向平行設(shè)置多個環(huán)形線圈組成的Y方向環(huán)形線圈組所構(gòu)成的圖形輸入板;至少包含有線圈和電容器，具有按照筆壓來調(diào)諧頻率以改變作為中心的設(shè)定頻率的調(diào)諧回路的輸入光筆，由所述圖形輸入板的X方向環(huán)形線圈組中順次選擇一個線圈的X方向選擇裝置;由所述圖形輸入板的Y方向環(huán)形線圈組中順次選擇一個線圈的Y方向選擇裝置;產(chǎn)生所述設(shè)定頻率交流信號的信號發(fā)生裝置;檢測所述設(shè)定頻率交流信號的信號檢測裝置;將所述信號發(fā)生裝置和信號檢測裝置交替地順次聯(lián)接到由所述X方向和Y方向選擇裝置選擇出的各環(huán)形線圈的聯(lián)接切換裝置;根據(jù)所述檢測裝置由所述X方向和Y方向各環(huán)形線圈檢測到的交流信號求取所述輸入光筆所產(chǎn)生的X方向和Y方向座標(biāo)的座標(biāo)檢測裝置;根據(jù)所述信號檢測裝置由所述X方向或Y方向的一個環(huán)形線圈檢測的交流信號，以作為相對于所述設(shè)定頻率的相位變化檢測出所述輸入光筆調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率的變化的相位檢測裝置;根據(jù)所述的相位變化計算出與所述輸入光筆中筆壓成比例的座標(biāo)點的擴(kuò)展等信息的信息運算裝置。
按照本發(fā)明，通過聯(lián)接切換裝置將信號發(fā)生裝置聯(lián)接到被X方向選擇裝置由圖形輸入裝置X方向環(huán)形線圈組中選擇的一個環(huán)形線圈，加上設(shè)定頻率的交流信號，這一環(huán)形線圈就產(chǎn)生電波，此電波激勵圖形輸入板上的輸入光筆的調(diào)諧回路線圈，就使得該調(diào)諧回路產(chǎn)生所述設(shè)定頻率的感應(yīng)電壓。
此后，聯(lián)接切換裝置將信號發(fā)生裝置與所述的那一環(huán)形線圈斷開，而代之以聯(lián)接信號檢測裝置，這一環(huán)形線圈即不再產(chǎn)生電波，而是其所在所述調(diào)諧回路中已產(chǎn)生的感應(yīng)電壓在此調(diào)諧回路的線圈中產(chǎn)生電波，此電波又對所述那一環(huán)形線圈產(chǎn)生反向激勵，而使其產(chǎn)生交流信號，即感應(yīng)電壓。
藉助X方向和Y方向的選擇裝置及聯(lián)接切換裝置可對所有X方向和Y方向的環(huán)形線圈進(jìn)行電波的接受和發(fā)送操作，由信號檢測裝置檢測所述各相應(yīng)的感應(yīng)電壓，由于此感應(yīng)電壓的大小取決于各環(huán)形線圈與調(diào)諧回路線圈，亦即輸入光筆的距離，因而座標(biāo)檢測裝置要根據(jù)這些來計算輸入光筆在X方向和Y方向產(chǎn)生的輸入座標(biāo)。
而且，這時感應(yīng)電壓中存在有與輸入光筆的筆壓相應(yīng)的頻率和相位偏移，相位變化由相位檢測裝置加以檢測，并由信息運算裝置計算與輸入光筆的筆壓成比例的擴(kuò)展信息等的各種信息。
因此，采用本發(fā)明，只要改變作用于輸入光筆的筆壓，例如說就可以改變座標(biāo)點的大小，因而只要按使用通常的筆那樣的感覺來操縱輸入光筆就能在圖象輸入板上得到使用筆時同樣的圖象。由于是利用輸入光筆調(diào)諧回路上調(diào)諧頻率的變化來檢測筆壓，就不必象過去那樣在整個座標(biāo)輸入范圍內(nèi)裝設(shè)壓力傳感器，而且在此座標(biāo)輸入范圍內(nèi)那一部位都能準(zhǔn)確地按筆壓改變座標(biāo)點的大小。同時，該調(diào)諧回路主要的構(gòu)成部件為線圈和電容器，不用電纜等，而且也沒有電池和磁鐵等重部件，所以改善了輸入操作性能。此外，由于圖象輸入板上不必要特殊部件，可以大型化，而通過提高對所得到的感應(yīng)電壓的運算處理的精度，更可以取得增加座標(biāo)檢測精度等的優(yōu)點。
本發(fā)明的第二目的在于，提供一種無須電纜的、能得到與筆壓準(zhǔn)確相對應(yīng)的信息的座標(biāo)輸入裝置的輸入光筆。為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的座標(biāo)輸入裝置的輸入光筆作成為具有在光筆軸向可作稍許位移并可自由復(fù)位地保持著的芯體，能容納此芯體并使之可在其內(nèi)部自由滑動的線圈，聯(lián)接到此線圈的電容器，以及在所述芯體的與所述線圈一端相對應(yīng)位置上裝設(shè)的鐵氧體芯片。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)光筆一被加以筆壓;芯體即沿光筆軸向位移。這時，鐵氧體芯片在線圈端部移位，與這一位移量相對應(yīng)的線圈的導(dǎo)磁率改變而使電感變化，由該線圈和電容器組成的調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率發(fā)生少許變化，這就使得由座標(biāo)輸入裝置側(cè)發(fā)出的電波所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的相位及頻率發(fā)生變化，根據(jù)這一變化了的感應(yīng)電壓，在座標(biāo)輸入裝置側(cè)由線圈所發(fā)出的電波就得到與所述位移量、即筆壓相對應(yīng)的信息。
因此，如應(yīng)用本發(fā)明，隨著芯體位移而線圈的電感改變，從而使由此線圈和電容器組成的調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率發(fā)生變化，這樣采用依賴接受和發(fā)送圖象輸入板電波信號來作位置檢測的座標(biāo)輸入裝置，就能夠取得與所述調(diào)諧頻率的變化，亦即筆壓相對應(yīng)的信息，從而可以不需要與座標(biāo)輸入裝置之間的電纜;同時，因為所述調(diào)諧頻率的變化僅可由芯體的位移大小決定，所以無論在圖象輸入板的哪一部位，都可以得到與筆壓相應(yīng)的準(zhǔn)確信息;此外，由于只應(yīng)用了線圈、電容、鐵氧體芯片等小型、輕型的構(gòu)成部件，加上前面已說過的不用電纜就賦與了非常良好的輸入操作性能等優(yōu)點。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種不必采用電纜，而能取得準(zhǔn)確對應(yīng)于筆壓的信息的同時，相位變化范圍能更大的座標(biāo)輸入裝置的輸入光筆。為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提出了一種座標(biāo)輸入裝置的輸入光筆，它具有在光筆軸向可作稍許位移并可自由復(fù)位地保持著的芯體;能容納此芯體并使之可在其內(nèi)部自由滑動的線圈;聯(lián)接到此線圈的電容器;以及在所述芯體中與所述線圈的兩端部相對應(yīng)的位置上設(shè)置的鐵氧體芯片。
利用本發(fā)明時，給光筆一加上筆壓，芯體就在光筆軸向產(chǎn)生位移，這時，鐵氧體芯片也在線圈兩端發(fā)生位移。由于與這一位移的大小相應(yīng)的線圈的導(dǎo)磁率發(fā)生變化而使其電感改變，由此線圈和電容器組成的調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率也就隨之很少許變化，這就使得由座標(biāo)輸入裝置側(cè)發(fā)出的電波信號所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的相位及頻率改變，根據(jù)此改變了的電壓，由線圈發(fā)出的電波信號，在座標(biāo)輸入裝置側(cè)就可得到與所述位移量，亦即筆壓相對應(yīng)的信息。
由于此時是在線圈的兩端都分別配置有鐵氧體芯片，與在一端配置芯片的情況相比，就可以獲得更大的對應(yīng)于筆壓的信息變化量。關(guān)于上述以外的目的，結(jié)構(gòu)、效果，由以下的說明將會清楚。


圖1為本發(fā)明的座標(biāo)輸入裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2為圖象輸入板的X方向和Y方向環(huán)形線圈組的詳細(xì)組成圖。
圖3為輸入光筆剖視圖。
圖4為圖1中各部分的信號波形圖。
圖5為控制電路處理流程6(a)、(b)、(c)為說明控制電路進(jìn)行座標(biāo)檢測的基本操作的時序圖。
圖7為第一階段座標(biāo)檢測操作時由各環(huán)形線圈得到的檢測電壓說明圖。
圖8為說明第二階段以后的座標(biāo)檢測操作及相位檢測操作的時序圖。
圖9為主計算機(jī)的處理流程圖。
圖10為表示一邊改變筆壓一邊移動輸入光筆情況下的圖形的說明圖。
圖11(a)、(b)為輸出結(jié)果舉例說明圖。
圖12為本發(fā)明的輸入光筆另一實施例的剖視圖。
圖13(a)、(b)為表示鐵氧體芯片與線圈的位置間關(guān)系的說明圖。
圖1所示為本發(fā)明的座標(biāo)輸入裝置的一個實施例，圖中10-圖象輸入板;20-輸入光筆;30-控制電路;31-信號發(fā)生裝置(電路);32，33-X方向和Y方向選擇裝置(電路);34，35-發(fā)送接受切換電路;36-XY切換電路;37-接收信號定時切換電路，34、35，36、37-組成聯(lián)接切換裝置;38-帶通濾波器(BPF)，它構(gòu)成信號檢測裝置;39-檢波器;40-低通濾波器(LPF)，39和40包含后述的控制電路30的處理在內(nèi)組成座標(biāo)檢測裝置;41，42-相位檢波器(PSD);43，44-低通濾波器(LPF)，41、42、43、44包含后述的控制電路30的處理在內(nèi)組成相位檢測裝置;45、46-驅(qū)動電路;47、48-放大器;49-包含后述的擴(kuò)展信息計算裝置在內(nèi)的主計算機(jī);50-顯示裝置;51-輸出裝置。
圖2詳細(xì)說明組成圖象輸入板10的X方向環(huán)形線圈組11和Y方向環(huán)形線圈組12。X方向環(huán)形線圈組11由沿X方向互相平行且重疊的多個(例如48個)環(huán)形線圈(如11-1、11-2……11-48)組成。并且Y方向環(huán)形線圈組12則由沿Y方向互相平行且重疊的多個(同樣為48)環(huán)形線圈(如12-1、12-2……12-48)組成。此X方向環(huán)形線圈組11和Y方向環(huán)形線圈組12互相緊密地疊合著(不過在圖中為了便于理解它們是分開示出的)，并且被裝在一個圖中未示出的非金屬材料的盒體中。同時在此各環(huán)形線圈是由一匝組成的，但在需要時亦可由多匝組成。
圖3表示輸入光筆20的具體結(jié)構(gòu)。它由如下部件組成由合成樹脂等非金屬材料做成的光筆軸21;裝有鐵氧體芯片23的芯體22;在有貫通孔的鐵氧體磁芯25上繞制的線圈24。(貫通孔可容納芯體22，并使之可在其內(nèi)部自由滑動);夾住芯體22后端的芯座26;支撐芯座26使其可能相對光筆軸21作少許位移的彈簧27;電容器28。
所述線圈24和電容器28如圖1所示那樣，互相直接連接，構(gòu)成通常的調(diào)諧電路29。此線圈24的電感和電容器28的電容按照使其調(diào)諧(共振)頻率大致等于設(shè)定的頻率f0取值。這時芯體22處于被芯座26所支撐的狀態(tài)，鐵氧體芯片23位于圖示的線圈24的端部。當(dāng)輸入光筆20在圖形輸入板上一開始操作，按照這時的筆壓，芯體22，亦即鐵氧鐵芯片23就產(chǎn)生位移，由此而使線圈24的電感發(fā)生變化，這樣前面所說過的調(diào)諧電路29中的調(diào)諧頻率亦稍有改變。
下面結(jié)合其組成來說明所述裝置的操作。首先，對圖形輸入板10與光筆20間電波信號的收發(fā)情況和此時所得到的信號，利用圖4來給予說明。
所述控制電路30由通常的微處理機(jī)等組成。它在控制信號發(fā)生電路31的同時，還按照圖5所示的流程圖通過選擇電路32和33對圖形輸入板10的各環(huán)形線圈的切換進(jìn)行控制。同時還對XY切換電路36和接收定時切換電路37進(jìn)行座標(biāo)檢測方向切換控制。此外，還對低通濾波器40、43、44的輸出進(jìn)行模-數(shù)(A/D)變換，進(jìn)行后述的運算處理，來求取輸入光筆20所產(chǎn)生的輸入座標(biāo)，變檢測所收到信號的相位，將所有這些信息傳送給主計算機(jī)49。
選擇電路32從所述X方向環(huán)形線圈組11中順次選取一個環(huán)形線圈，并且選擇電路33則從所述Y方向環(huán)形線圈組12中順次選取一個環(huán)形線圈，各自根據(jù)來自控制電路30的信息進(jìn)行操作。
接收發(fā)送切換電路34交替地將所述被選擇出的X方向一個環(huán)形線圈連接到驅(qū)動電路45和放大器47，而接收發(fā)送切換電路35則交替地將所述被選擇出的Y方向一個環(huán)形線圈連接到驅(qū)動電路46和放大器48，它們按照后述的接收發(fā)送切換信號進(jìn)行操作。
信號發(fā)生電路31產(chǎn)生設(shè)定頻率。(例如500KHg)的矩形波信號A、滯后此矩形波信號90°的信號B、設(shè)定為頻率fk(例如15.625KHg)的接收發(fā)送信號C和收信定時信號D。在將所述矩形波信號A按原樣傳送到相位檢波器41的同時，由圖中未示出的低通濾波器將具變換成正弦波信號E，并將其通過XY切換電路36傳送到驅(qū)動電路45和46中的一個。矩形波信號B被傳送給相位檢波器42。接收發(fā)送切換信號C傳送到接收發(fā)送切換電路34和35，而收定時信號D則被傳送給收信定時切換電路37。
現(xiàn)假設(shè)控制電路30發(fā)出的選擇X方向的信息被送給XY切換電路36和收信定時切換電路37，所述正弦波信號E即被送至驅(qū)動電路45而被變換成平衡信號并被傳送給接收發(fā)送切換電路34。由于此接收發(fā)送切換電路34按照接收發(fā)送切換信號C轉(zhuǎn)換連接到驅(qū)動電路45和放大器47中的一個，因而從接收發(fā)送切換電路34輸出到選擇電路32的信號即成為在時間T(＝1/2fK)，在此即為每32Ms，輸出或不輸出500KHg信號的信號F。
所述信號F通過選擇電路32被送到圖象輸入板10的X方向的一個環(huán)形線圈11-i(i＝1，2……48)，此環(huán)形線圈11-i按照所述信號F產(chǎn)生電波。
這時如果輸入光筆20在圖象輸入板10上呈大致為直立狀態(tài)、亦即保持在使用狀態(tài)，此電波就激勵輸入光筆20中的線圈24，而使其調(diào)諧電路29產(chǎn)生與所述信號F同步的感應(yīng)電壓G。
此后，在進(jìn)入信號F中無信號期間，即進(jìn)入接收信號期間的同時，環(huán)形線圈11-i被換接到放大器47側(cè)，此環(huán)形線圈11-i發(fā)生的電波立即消失，但所述感應(yīng)電壓G則隨調(diào)諧回路29中所產(chǎn)生的損耗而逐漸衰減。
另一方面，因所述感應(yīng)電壓G而產(chǎn)生的在調(diào)諧電路29中流動的電流。使得線圈24產(chǎn)生電波。由于此電波反向激勵已被連接到放大器47的環(huán)形線圈11-i，在此環(huán)形線圈11-i中就產(chǎn)生因線圈24所發(fā)出的電波所促成的感應(yīng)電壓，此感應(yīng)電壓只有在接受信號的期間內(nèi)，才由接收發(fā)送切換電路34傳送到放大器47，經(jīng)放大后成為接收信號H，并被傳送到收信定時切換電路37。
在收信定時切換電路37輸入被選中的X方向和Y方向中的一方的信息(這里選擇的是X方向的信息)，和實際上是接收發(fā)送切換信號C的反向信號的收信定時信號D時，當(dāng)此信號D為高(H)電平期間輸出接收到的信號H，而當(dāng)其為低(L)電平期間則無任何輸出，因此就在其輸出得到信號I(實際上與接收到的信號H是同一個)。
所述信號I被送至帶通濾波器38。此帶通濾波器38系一固有振蕩頻率為頻率f0的陶磁濾波器。將具有相應(yīng)于所述信號I中頻率f0成分的能量的振幅的信號J(嚴(yán)格說，是聚合起來的數(shù)個輸入給帶通濾波器38的信號I)送至檢波器39和相位檢波器41、42。
輸入的信號J經(jīng)所述檢波器39檢波，整流成為信號K之后，為截止頻率足夠低的低通濾波器40變換成具有大致相當(dāng)于所述振幅的1/2的電壓、例如Vx的直流信號L，被傳送給控制電路30。
所述信號L的電壓值Vx取決于輸入光筆20和環(huán)形線圈11-i間的距離，在本發(fā)明中，此電壓值大致與該距的4次方成反比，由于環(huán)形線圈11-i被切換時，電壓值要發(fā)生變化，在控制電路30中就將各環(huán)形線圈中每次所得的電壓Vx變換成數(shù)字信號。由對這些信息進(jìn)行后面要談的運算處理，來求得由輸入光筆20所產(chǎn)生的X方向輸入座標(biāo)。同時對于由輸入光筆20所產(chǎn)生的Y方向輸入座標(biāo)亦由同樣方式求得。
另一方面，在相位檢波器41和42中，所述矩形波信號A和B被作為檢波信號輸入。此時，如認(rèn)為信號J的相位和矩形波信號A的相位大致上相同，相位檢波器41的輸出恰巧就是信號J作正向倒轉(zhuǎn)了的信號M1(實際上與信號K是同一個)。同時，相位檢波器42輸出正負(fù)兩邊對稱的信號M2。
所述信號M1，與前述同樣的低通濾波器43變換成具有大致相當(dāng)于信號J的振幅的1/2的電壓值、即Vx的直流信號N1(實際上與信號L是同一個)，并被送到控制電路30。同時，信號M2為同樣的低通濾波器44變換成直流信號N2，并被送到控制電路30。這時由于相位檢波器42的信號M2的正負(fù)兩邊的波形相同，因而低通濾波器44的輸出電壓值為O(V)。
控制電路30被用來將低通濾波器43和44的輸出，即這里的信號N1和N2，變換成數(shù)字信號值，并應(yīng)用這一數(shù)字值進(jìn)行下列式(1)的運算處理，以及求出加到相位檢波器41和42的信號，在這里即信號J和矩形波信號A，的相位差Q。
Q＝-tan-1(VQ/vp)……(1)式中Vp為對應(yīng)于低通濾波器43的輸出的數(shù)字信號輸出值;Vq為對應(yīng)于低通濾波器44的輸出的數(shù)字信號值。比如在前面談到的信號J的情況下，信號N1的電壓值為Vx，信號N2的電壓值為O(V)，即VQ＝O，所以相位差Q＝O°。
但是，所述信號J的相位隨輸入光筆20的調(diào)諧電路29的調(diào)諧頻率變化。就是說，當(dāng)調(diào)諧電路29的調(diào)諧頻率與設(shè)定的頻率f0一致時，調(diào)諧電路29中在發(fā)送信息期間和接收信息期間全都產(chǎn)生頻率為f0的感應(yīng)電壓。而且由于與之同步的電流的流通，所述收信信號H(及I)的頻率和相位即和矩形波信號一致，所述信號J的相位也就與矩形波信號A一致。
另一方面，如果調(diào)諧電路29的調(diào)諧頻率與設(shè)定的頻率f0不一致，例如說其頻率略低于頻率f0，如為f1，則雖然在信號發(fā)送期間，調(diào)諧電路29中產(chǎn)生頻率為f0的感應(yīng)電壓，但此時，在此調(diào)諧電路29中流通相位滯后的感應(yīng)電流，而且由于在信號接收期間其中產(chǎn)生頻率接近于f1的感應(yīng)電壓并流通與之同步的感應(yīng)電流，所以所述收信信號H(或I)的頻率即低于矩形波信號A的頻率，而其相位也就稍稍滯后。如前面已談到的那樣，帶通濾波器38僅只以頻率f0作為其振蕩頻率，這種輸入信號頻率偏移即被作為相位滯后被輸出，從而所述信號J的相位就較之收信信號H(或I)更為滯后。
相反，在調(diào)諧電路29的調(diào)諧頻率稍高于設(shè)定的頻率f0，例如說為f2的情況下，在信號發(fā)送期間，雖然在調(diào)諧電路29中產(chǎn)生頻率為f0的感應(yīng)電壓，但此時該調(diào)諧電路29中流通著相位超前的感應(yīng)電流。而且，在信號接收期間，由于其中產(chǎn)生頻率近似f2的感應(yīng)電壓，并流通著與其同步的感應(yīng)電流，所述收信信號H(或I)的頻率即要略高于矩形波信號A的頻率，而且其相位稍許超前。在帶通濾波器38中，其輸入信號頻率偏高的偏移，與前述情況相反，被作為相位超前被輸出。因而，所述信號J的相位較之收信信號H(或I)要更加超前。
如前面已說過的，調(diào)諧電路29的調(diào)諧頻率隨所加給光筆20的筆壓變化，所以按所述公式(1)所求的相位差Q也跟隨此筆壓改變。在本實施例中。予先設(shè)定當(dāng)輸入光筆20完全不加予筆壓時，所述相位差Q為-60°;而在加予最大筆壓時，相位差Q成為60°。
將所述已求得的相位差Q加上40°，使之變換成-20°～100°范圍數(shù)值的相位信息，然后將其與X方向和Y方向的座標(biāo)值同時送往主計算機(jī)49(其實，所述的增加40°也可在主計算機(jī)49方向進(jìn)行)。
下面按照圖5至圖9，對座標(biāo)檢測操作，同時對將相位信息變換為座標(biāo)點擴(kuò)展的情況作詳細(xì)說明。
首先，將裝置接通電源，進(jìn)入檢測開始狀態(tài)?？刂齐娐?0將作X方向選擇的信息(命令)發(fā)給XY切換電源36和收信定時切換電路37。與此同時，以在圖形輸入板10的X方向環(huán)形線圈11-1～11-48中選擇第一個環(huán)形線圈11-1的信息(命令)，發(fā)給選擇電路32，將此環(huán)形線圈11-1連接到接收發(fā)送切換電路34。
接收發(fā)送切換電路34根據(jù)前面說過的接收發(fā)送切換信號C，將環(huán)形線圈11-1交替地連接到驅(qū)動電路45和放大器47。這時，驅(qū)動電路45即在32μs的發(fā)送信號期間，將如圖6(a)所示的16個500KHg的正弦波信號送到此環(huán)形線圈11-1(不過在圖4中的圖面安排上，僅只作出了其中的5個)。
所述接收和發(fā)送信號的切換，按圖6(b)所示，對一個環(huán)形線圈、這里即11-1執(zhí)行7次反復(fù)。這7次反復(fù)進(jìn)行接收和發(fā)送信號的時間與選取一個環(huán)形線圈的時間(448μs)相當(dāng)。
這時放大器47的輸出，對于一個環(huán)形線圈，其7次收信時間每次都取得感應(yīng)電壓。這一感應(yīng)電壓象前面說過的那樣通過收信定時切換電路37被送到帶通濾波器38作平均化處理，再經(jīng)過檢波器39、相位檢波器41和42、以及低通濾波器40、43、44送給控制電路30。
控制電路30將所述低通濾波器40的輸出值進(jìn)行A/D變換后輸入，并將其作為取決于輸入光筆20與環(huán)形線圈11-1間距離的檢測電壓、例如Vx1暫時存儲。
接著，控制電路30將選擇環(huán)形線圈11-2的信息(命令)送往選擇電路32，將此環(huán)形線圈11-2連接到接收發(fā)送切換電路34上，取得取決于輸入光筆20與環(huán)形線圈11-2間距離的檢測電壓Vx2，并加以存儲。此后，同樣地將環(huán)形線圈11-3～11-48順次與接收發(fā)送電路34相連接并將如圖6(C)中所示的各環(huán)形線圈每個的取決于輸入光筆20與其在X方向的距離的檢測電壓Vx1～Vx48〔但圖6(C)中僅只作出了其中一部分的模擬量圖形〕加以存儲。
實際檢測電壓，如圖7所示，是以輸入光筆20所放置的部位(XP)為中心的前后數(shù)個環(huán)形線圈中取得的。
控制電路30檢驗前述被存儲電壓的電壓值是否超過一定的檢測電平。如果低于一定的檢測電平，再次重復(fù)選擇X方向各環(huán)形線圈和電壓檢測操作。而如果其大于一定的檢測電平，則進(jìn)入下面的處理。
接著，控制電路30給XY切換電路36和收信定時切換電路37發(fā)送選擇Y方向的信號(命令)。與前述同樣切換選擇電路33和接收發(fā)送切換電路35，將低通濾波器40在接收和發(fā)送電波時的輸出值作A/D變換所取得的、決定于輸入光筆20與Y方向各環(huán)形線圈12-1～12-48間距離的電壓暫時存儲。然后，與前述同樣地進(jìn)行電平檢驗，在低于一定的檢測電平時，再次回到對Y方向各環(huán)形線圈的選擇和電壓檢測操作。而如果高于一定的檢測電平的話，則由已被存儲的電壓值出發(fā)，進(jìn)行如后述的處理，來求出輸入光筆20的X方向和Y方向的座標(biāo)值。
下面，控制電路30將在所述X方向環(huán)形線圈11-1～11-48(或Y方向環(huán)形線圈12-1～12-48)中選擇獲得最大檢測電壓的環(huán)形線圈(峰值線圈)的信號(命令)送給選擇電路32(或33)所述接收發(fā)送電波操作重復(fù)數(shù)次，例如7次，對由低通濾波器43和44所得的輸出值作A/D變換，按前述過程求出相位差Q。
將所述相位差Q加上40°，變換成相位信息，與前面說過的輸入光筆20的X方向和Y方向的座標(biāo)值同時傳送給主計算機(jī)49。
據(jù)此第一階段的座標(biāo)檢測操作和相位檢測操作結(jié)束。接著，控制電路30如圖8所示執(zhí)行第二階段以后的座標(biāo)檢測操作。向選擇電路32發(fā)送信息(命令)，使之以所述X方向的環(huán)形線圈11-1～11-48中取得最大檢測電壓的環(huán)形線圈為中心，選擇其前后一定數(shù)量的環(huán)形線圈，例如只是10個。同時也向選擇電路33發(fā)送信息(命令)，使之以Y方向的環(huán)形線圈12-1～12-48中取得最大檢測電壓的環(huán)形線圈為中心，選擇其前后一定數(shù)量的，同樣也僅為10個環(huán)形線圈，以前述同樣地輸出值的運行，來實現(xiàn)對輸入光筆20的X方向和Y方向座標(biāo)的檢測操作和相位檢測操作。將所得到的座標(biāo)值和相位信息傳送給主計算機(jī)。然后，重復(fù)上述過程。
還有，對前面已談到的電平檢驗的詳細(xì)說明對檢測電壓的最大值是否達(dá)到檢測電平和哪一個環(huán)形線圈是具有最大檢測電壓值的環(huán)形線圈進(jìn)行檢驗，如果沒有達(dá)到檢測水平，就停止以后的座標(biāo)運算等，以及在接著的座標(biāo)檢測操作和相位檢測操作中設(shè)定選擇的環(huán)形線圈中心的處理。
為了求得X方向和Y方向的座標(biāo)值、例如所述的座標(biāo)值XP，其運算方法之一是以適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)來近似地表徵所述檢測電壓Vx1～Vx48的最大值的附近波形，并求取該函數(shù)的極大值的座標(biāo)。
例如在圖6(C)中以2次函數(shù)來近擬表徵最大檢測電壓為Vx3及其兩旁的檢測電壓Vx2和Vx4，按照下述即可進(jìn)行計算(如以X1～X48作為各環(huán)形線圈11-1～11-48的中心位置的座標(biāo)，則以△X作為其間距)。首先，由各電壓和座標(biāo)值得Vx2＝a(X2-XP)2+b (2)Vx3＝a(X3-XP)2+b (3)Vx4＝a(X4-XP)2+b (4)這里a、b為常數(shù)(a＜0)。而且X3-X2＝△X(5)X4-X2＝2△X(6)將式(5)、(6)代入式(3)、(4)整理后得XP＝X2+△X/2｛(3Vx2-4Vx3+Vx4)/(Vx2-2Vx3+Vx4)｝ (7)從而，即由各檢測電壓Vx1～Vx48中提取出在所述電平檢驗過程中所要求的最大檢測電壓值和其左右的檢測電壓值。由上述電壓值和取得最大檢測電壓值的環(huán)形線圈的前面一個環(huán)形線圈的座標(biāo)值(已知)，執(zhí)行相當(dāng)于前述的式(7)的運算，就可以求得輸入光筆20的座標(biāo)值XP。
另一方面，主計算機(jī)49按圖9中的流程圖將控制電路30送來的數(shù)據(jù)中，只有超過1°的數(shù)據(jù)才作為有效數(shù)據(jù)的所述相位信息予以存儲。并將此相位信息變換成座標(biāo)點的擴(kuò)展信息，例如說變換成與該座標(biāo)信息成比例的園的直徑。在由圖象存儲器(圖中未作出)中的所述X方向和Y方向座標(biāo)值所指定的座標(biāo)位置上，畫出具有所述直徑的園的圖象，并由顯示裝置50予以顯示。
由于在控制電路30傳送數(shù)據(jù)期間，所述的處理過程重復(fù)進(jìn)行，如果一面改變筆壓一面移動輸入光筆20的話，就使得如圖所示那樣的沿著座標(biāo)點的軌跡0°直徑變化的園的圖象連續(xù)排列，得到如同普通使用筆(作出的)一樣的圖形。此外，根據(jù)需要所獲得的圖象還可以由輸出裝置51作成硬拷貝，圖11(a)中所示即為這種輸出的結(jié)果舉例。而且，如果對所述園的內(nèi)部進(jìn)行涂抹處理，就得到如圖11(b)所示那樣更自然的輸出結(jié)果。
圖12和圖13中所示為本發(fā)明輸入光筆20的另一實施例。圖中，凡與前述實施例相同的組成部分以同一符號表示。亦即，在圖12中，21為由合成樹脂等非金屬材料構(gòu)成的光筆軸;22為設(shè)置有鐵氧體芯片23和23′的芯體，24為繞制在設(shè)有貫通孔的鐵氧體磁芯25上的線圈，貫通孔允許芯體22在其內(nèi)部自由滑動的并將其保持住;26為夾住芯體后端的芯體座;27為使芯體座26可相對光筆軸21作少量位移的支撐用彈簧;28為電容器。
所述線圈24與電容器28互相直接相連，構(gòu)成一般的調(diào)諧電路29。此線圈24的電感和電容器28的容量值，按照使該調(diào)諧電路的調(diào)諧(共振)頻率大致等于設(shè)定的頻率f0加以設(shè)計。在此，在芯體22被芯體座26保持的狀態(tài)時，鐵氧體芯片23和23′位于線圈24的兩端。當(dāng)此輸入光筆20在所述的圖形輸入板10上操作時，與這時的筆壓相應(yīng)，芯體22，亦即鐵氧體芯片23和23′產(chǎn)生移動，因此而使線圈24的電感發(fā)生變化，所述的調(diào)諧電路29的調(diào)諧頻率亦隨著有少許改變。
圖13詳細(xì)作出了鐵氧體芯片23和23′與線圈24之間的位置關(guān)系。圖13(a)所示為芯體22毫米受壓時的情況，此時鐵氧體芯片23整體的2/3被包含在線圈24(實際上是鐵氧體芯片25)之內(nèi)，1/3露出在線圈24之外;而鐵氧體芯片23′則以其一端與線圈24的端部相接地全部處于線圈24之外。圖13(b)表示使芯體22作最大滑動時(壓下時)的狀態(tài)，此時，鐵氧體芯片23其整個都被包納在線圈24之內(nèi)，而鐵氧體芯片23′則以其一端以前述滑動量離開線圈24的端部，整個按所述滑動大小置身于線圈24之外。圖中所標(biāo)的數(shù)值是作為舉例，當(dāng)然不限定于這些數(shù)值。
而且，設(shè)置2個鐵氧體芯片的目的是使相對于芯體24的滑動大小來說，線圈的電感變化值更大。和設(shè)置一個鐵氧體芯片，例如只有23時的情況相比，可以使前面說過的相位變化范圍增大1.5～2倍。
另外，實施例中環(huán)形線圈個數(shù)及其排列方式僅為一舉例，不用說，也并不僅限于這樣。
而且，在前述實施例中是將筆壓的變化變換成座標(biāo)點的擴(kuò)展，但由改變主計算機(jī)方向的程序可以將此筆壓變化變換成任何信息，例如可以根據(jù)筆壓相應(yīng)地來改變座標(biāo)點或座標(biāo)點所指定區(qū)域的色彩和亮度等，可在各種設(shè)計方向應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種座標(biāo)輸入裝置，其特征在于由下列部件組成由包含許多在X方向并行排列的環(huán)形線圈的X方向環(huán)形線圈組和包含許多在Y方向并行排列的環(huán)形線圈的Y方向線圈組所構(gòu)成的圖形輸入板；具有其調(diào)諧頻率以設(shè)定的頻率為中心隨筆壓作相應(yīng)變化的調(diào)諧電路的輸入光筆；順次由所述圖形輸入板的X方向環(huán)形線圈組中選擇一個環(huán)形線圈的X方向選擇裝置；順次由所述圖形輸入板的Y方向環(huán)形線圈組中選擇一個環(huán)形線圈的Y方向選擇裝置；產(chǎn)生所述設(shè)定的頻率的交流信號發(fā)生裝置；檢測所述設(shè)定的頻率的交流信號的信號檢測裝置；將所述信號發(fā)生裝置與信號檢測裝置順次地交替連接到所述X方向和Y方向選擇裝置所選擇出的X方向和Y方向的各環(huán)形線圈的連接切換裝置；根據(jù)所述信號檢測裝置，由所述X方向和Y方向各環(huán)形線圈中所檢測的交流信號，求取由所述輸入光筆所產(chǎn)生的X方向和Y方向輸入座標(biāo)的座標(biāo)檢測裝置；根據(jù)所述信號檢測裝置，由所述X方向和Y方向的一個環(huán)形線圈所檢測的交流信號；以作為相對于所述設(shè)定的頻率的相位的變化來檢測所述輸入光筆的調(diào)諧電路中調(diào)諧頻率的變化的相位檢測裝置；和根據(jù)所述相位變化，計算出與比例于所述輸入光筆的筆壓的座標(biāo)點有關(guān)的信息的信息運算裝置。
2.權(quán)利要求1所述的座標(biāo)輸入裝置，其特征是所述與座標(biāo)點有關(guān)的信息是指座標(biāo)點的擴(kuò)展信息。
3.權(quán)利要求1所述的座標(biāo)輸入裝置，其特征是所述與座標(biāo)點有關(guān)的信息是指座標(biāo)點或座標(biāo)點所指定區(qū)域的色彩和亮度。
4.座標(biāo)輸入裝置的輸入光筆，其特征是具有至少包含有線圈和電容器的調(diào)諧頻率隨筆壓以設(shè)定頻率為中心變化的調(diào)諧電路。
5.座標(biāo)輸入裝置的輸入光筆，其特征是具有在光筆軸向可作少許位移，并可自由復(fù)位地保持住的芯體具有容納該芯體、并容許其在內(nèi)部自由滑動的線圖;具有連接到該線圈的電容器。在所述芯體中與所述線圈的端部相對應(yīng)的位置設(shè)置有鐵氧體芯片。
6.座標(biāo)輸入裝置的輸入光筆，其特征是具有在光筆軸向可以作少許位移、并可自由復(fù)位地保持住的芯體;具有容納該芯體、并允許其在內(nèi)部自由滑動的線圈;具有連接到該線圈的電容器;在所述芯體中與所述線圈的兩端相對應(yīng)的位置設(shè)置有鐵氧體芯片。
全文摘要
設(shè)置有一由X方向的多個環(huán)形線圈和Y方向的多個環(huán)形線圈所組成的圖形輸入板，以及一具有按照筆壓以調(diào)諧頻率在中心改變設(shè)定頻率的調(diào)諧回路的輸入光筆；根據(jù)信號檢出裝置由所述X方向和Y方向各環(huán)形線圈所檢出的交流信號。坐際檢測單元求出由所述輸入光筆所產(chǎn)生的X方向和Y方向的輸入坐標(biāo)，同時相位檢測單元檢測出作為相對于所述設(shè)定頻率的相位變化的所述輸入光筆中調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率的變化；根據(jù)此相位變化就可計算出與所述輸入光筆中筆壓成比例的坐標(biāo)的擴(kuò)展等各種信息。
文檔編號G06K11/06GK1035376SQ8810758
公開日1989年9月6日 申請日期1988年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月24日
發(fā)明者村上東, 山並嗣也, 舟橋孝彥, 仙田聰明, 千敏秀 申請人:株式會社瓦科姆