CN1016907B

CN1016907B - 位置测定装置

Info

Publication number: CN1016907B
Application number: CN89100565A
Authority: CN
Inventors: 村上东; 山并嗣也; 舟桥孝彦; 仙田聡明
Original assignee: Wacom Co Ltd
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1989-01-28
Publication date: 1992-06-03
Also published as: KR890012171A; KR970010374B1; DE68915794D1; DE68915794T2; EP0326396A3; US4948926A; JPH01194019A; EP0326396A2; CN1035556A; EP0326396B1

Abstract

一种测定一输入笔所指位置的位置测定装置包括：由第一、二线圈组(67，73)构成的位置测定区(11)，每个线圈由多个环路线圈组成；带有以预定频率作调谐频率的调谐电路(86)的输入笔(12)：逐个选择位置测定区中第一、二线圈组的环路线圈的选择装置(13，14)；将预定频率交流信号供给环路线圈的信号发生装置(28)；从环路线圈探测预定频率交流信号的信号探测装置(24至27)：在测得的交流信号的基础上确定输入笔所指位置的控制装置(29)。

Description

本发明涉及一种用于测定无线位置指示器所指定的一位置测定区的位置的位置测定装置，尤其涉及一种包括一装有调谐电路的位置指示器和一装有电波传送用环路线圈的位置测定区的位置测定装置，藉此，利用位置指示器电波的反射，能测定位置测定区的一个指定位置。

人们已广泛应用下述设备作为图象/守符输入装置，它系由二部分组成：一个位置测定区，它装有在X方向和Y方向以预定间隔排列的大量信号线;及一个用于指示位置测定区内一适当测量位置的位置指示器，其中由位置指示器指定的位置是通过依次驱动X方向和Y方向的信号线，以获得其X-Y坐标来识别的。此种设备通称为“图形输入装置”或“数字转换器”。

1983年5月10日公开的未审查日本专利58-176933号揭示了一种图形信息输入装置，即属上述那种设备之一。该图形信息输入设备具有一位置测定区，其中多根驱动线在X方向间隔排列，多根测定线在Y方向垂直于驱动线间隔排列;及一个带有铁氧体之类磁性材料的位置指示器。在揭示出的设备中，驱动线相继供有电流，而测定线被依次选取，因而位置指示器指出的位置就由感应最高电压的测定线的位置识别。

揭示的设备有一优点，即位置指示器易于操纵，因为该位置指示器可作为仅有磁信号传送功能的无线装置提供。可测定的位置测定区的位置为一由驱动线和测定线围绕的矩形位置。因此，坐标位置的分辨率由线路的间距决定。通过减小线路间距可获得较高的分辨率，但这种减小的间距必将降低测定信号的信噪比S/N，以及测定性能的稳定性，因而分辨率的提高本身也有限。另外，颇难测定正好位于驱动线和测定线的各交叉点之上的位置。再者，该揭示设备还有一个问题，即如果位置指示器不能置于紧邻各根驱动线之处，位置便难以测定。

因而，本专利申请的受让人早已提出一种位置测定装置，它揭示于1988年3月16日提交的公开号为0，259，894的欧洲专利申请（该申请对应于1987年9月14日提出的申请号为95，702的美国专利申请）中。提出的装置有一个位置测定区，其中，在X方向和Y方向按预定间隔设置多个矩形图形的环路线圈，并使一个具有包括一线圈和一电容的调谐电路的位置指示器与环路线圈产生的电波发生共振。提出的装置还有一个用于逐个相继选择环路线圈的选择电路，一个用于产生预定频率交流信号以供给环路线圈的输送线路，一个用于从环路线圈感应的各种电压中测出与输送电路的交流信号频率大致相同的感应电压的接收电路，一个将所选环路线圈连到输送线路和接收线路的转接电路，和一个用于在环路线圈感应电压的电平基础上确定位置指示器所指位置的控制装置。

在提出的位置测定装置中，由选择电路从多个环路线圈中选出一个环路线圈，并通过转接电路将输送电连到选中的环路线圈，使一股交流电流被供给环路线圈，藉此，该环路线圈产生电波。这样产生的电波激励指出位置测定区上一个位置的位置指示器中的线圈，从而在该线圈中感应出一个与交流电流同步的电压。如果转接电路从输送电路侧转到接收电路侧，选中的环路线圈发出的电波就会停止。此后，接收电路连到由转接电路选中的环路线圈，同时，停止供给交流电流，使得电波消失。同时，对应于感应电压的一股电流在位置指示器的调谐电路中流动，使调谐电路中的线圈产生一电波。该电波反过来激励所选择并连到接收电路的环路线圈，因而在该环路线圈中感应出一个电压。前述电波输送和接收间的转换在所有环路线圈上依次进行。由于这种电波输送与接收之间的转换依赖于每个环路线圈与位置指示器中线圈之间的共振，环路线圈中感应电压的电平与环路线圈和位置指示器的线圈之间的距离有这样一种依赖关系，即最靠近位置指示器所指示的当前位置的环路线圈中，感应电压的电平最高，随着环路线圈的与位置指示器的线圈之间距离的增大，感应电压的电平逐渐减小。这些环路线圈中感应电压的电平由控制装置进行处理，位置指示器所指示位置的坐标能用在环路线圈中显示最高感应电压电平的环路线圈位置识别。由于位置指示器所指位置由这样测出的感应电压确定，可以通过提高控制装置对众多环路线圈中感应电压电平的数学运算的精确性来增大位置测定的精确性。这样，就能提供一种高分辨率位置测定装置。

本发明的一个目的在于提供一种包括一无线位置指示器的位置测定装置，该指示器和该装置的任何固定部分都不连接，这样，除获得位置测定高精确度外还便于操作，同时，亦能测定一矩形坐标***中所指位置的二维坐标值。

本发明的另一目的在于提供一种包括一带有多个环路线圈的位置测定区的位置测定装置，各环路线圈分别由多个线圈构成，并以预定间隔排列，从而获得高分辨率。

本发明的又一目的在于提供一种包括一些用于选择环路线圈的转接装置的位置测定装置，这样实现了部件数量的减少，并使装置的重量降低。

为了实现上述目的，本发明提供了一种位置测定装置，它包括：一个在一底座上装有第一和第二线圈组的位置测定区，每个线圈组由多个环路线圈构成;一个带有一调谐电路的位置指示器，调谐电路包括至少一个线圈和一个电容，并有一预定频率作为调谐频率。用于逐个依次选择位置测定区的第一和第二线圈组的环路线圈的选择装置;用于向环路线圈提供一预定频率交流信号的信号发生装置;用于探测环路线圈的预定频率交流信号的信号探测装置;和在信号探测装置从第一和第二线圈组中各个环路线圈探测到的交流信号的基础上，确定位置指示器所指位置的控制装置。第一和第二线圈组中每个环路线圈由若干连续形成的大致矩形的线圈分节构成。第一线圈组的环路线圈沿着位置测定方向排列，相互位移一预定间距d₁，第一线圈组的每个环路线圈的每个矩形线圈分节由一大致垂直于位置测定方向延伸的第一部分、一与第一部分间隔预定间距P₁并大致平行延伸的第二部分、及一连接第一部分前端与第二部分起端的第三部分构成。同样，第二线圈组的环路线圈沿位置测定方向排列，相互位移一预定间距d₂，第二线圈组中每个环路线圈的每个矩形线圈分节由一大致垂直于位置测定方向延伸的第四部分、一与第四部分间隔一预定间距P₂并大致平行延伸的第五部分、及一连接第四部分前端与第五部分起端的第六部分构成。

如前所述，位置指示器除了由一个线圈和一个电容构成的调谐电路外不需要其它东西，因而，该位置指示器可作为一无线装置设置。此外，该位置指示器不需要任何磁体和任何电源。位置测定区的环路线圈组合成第一和第二线圈组，每组由多个线圈分节构成，并排列得覆盖近乎位置测定区的整个表面。因此，与一般位置测定区相比，这种位置测定区的环路线圈数可显著减少，从而，选择装置中选择元件的数量也显著减少。此外，第一和第二线圈组中每一组由多个有相同形状、且分别以间距为d₁和d₂的位移值排列的环路线圈分节构成，因而能够测出彼此相合的电压的电平。因此，随着测定电压的数量的增加，位置测定装置的位置测定精度增大了。同时，装置的分辨率也提高了。

本发明的其它特点和优点将从以下结合附图作出的说明中显现出来，其中：

图1为显示本发明位置测定装置一实施例的基本结构的方框图;

图2为用于说明构成一图形输入装置的X和Y方向环路线圈的基本图案的布线图;

图3为在图形输入装置X方向上环路线圈的局部剖视图;

图4为显示输入笔内部结构的部分剖视的平面图;

图5为显示输入笔的电路结构的线路图;

图6为显示在图1实施例不同部分获得的信号的波形的波形图;

图7a和7b是显示第一线圈组中各个环路线圈以及从环路线圈测得的电压变化的图表，其中，图7a显示第一线圈中组环路线圈的型式，图7b显示从这些型式环路线圈测得的相应电压波形;

图8a和8b是显示第一和第二线圈组中每组所选的环路线圈，以及从这些环路线圈上测得的电压变化的图表，其中，图8a显示环路线圈的型式，图8b显示从这些型式环路线圈测得的相应电压波形;

图9为用于说明一个要测量位置的计算的波形图;

图10为显示坐标△x和△x′与真实位置之间的关系的波形图;

图11为显示控制装置的操作的流程图;

图12为用于说明环路线圈形状不同的另一实施例的布线图;

图13为一用于说明环路线圈形状不同的又一实施例的布线图;

图1显示本发明位置测定装置的一个实施例。在该实施例中，本装置用作一个用来测定在两维方向，即X和Y方向指示的位置的数字转换器。位置测定区（后称“图形输入区”）10带有在X和Y方向以预定间隔排列在底座上的环路线圈，这将在后面描述，在该区域中要确定的位置由一个位置指示器（后称“输入笔”）11指示，指示器的细节也将在以后描述。选择装置13和14连到图形输入区10，它们可以由公知的多路转换器构成，用来依次转接X和Y方向的环路线圈。这些选择装置13和14分别连到输送/接收转换电路15和16，以传送信号到环路线圈和从环路线圈接收信号。输送/接收转换电路15和16的接收端连到一接收定时转换装置19，装置19可由开关组成，以便通过放大器17和18实现在X和Y方向上定时接收信号。输送/接收转换电路15和16的输送端连到一X-Y转换装置23，该装置可由开关构成，以对在X和Y方向上通过驱动电路21和22进行的信号输送作出转换。这些选择装置13和14、输送/接收转换电路15和16、接收定时转换装置19以及X-Y转换装置23构成一转接装置。

接收定时转换装置19通过一个构成一信号探测装置的带通滤波器24连到一检波器25、一第一鉴相器（PD）26和一第二鉴相器（PD）27。第一鉴相器（PD）26和一信号发生器28连到X-Y转换电路23。信号发生器28还连到接收定时转换电路19，使得接收定时转换装置19得到控制，而不会在信号发生器28产生的信号提供给输送/接收转换电路15和16时，连接到放大器17和18中的任何一个。信号发生器28的工作由微处理机构成的控制装置29控制。检波器25、第一鉴相器26和第二鉴相器27分别通过一个第一低通滤波器（LPF）31、一个第二低通滤波器（LPF）32和一个第三低通滤波器（LPF）33连到控制装置29。接上该控制装置29是为了控制选择装置13和14、接收定时转换装置19和X-Y转换装置23的转改操作。

图2示出一个X方向的环路线圈和一个Y方向的环路线圈，它们从图形输入区10的众多X和Y方向环路线圈中选出，以说明环路线圈的基本型式。X方向环路线圈41有一第一线圈分节43、一第二线圈分节44、一第三线圈分节45及一第四线圈分节46。大致呈矩形的第一线圈分节43由一个从连接端42在Y方向延伸的第一部分43a、一个从第一部分43a的末端大致垂直于第一部分43a延伸的延伸长度相当于预定间距Px的长度的第二部分43b、一个从第二部分43b的末端大致垂直于第二部分43b延伸而使得电流的方向或者磁力线的方向能够倒转的第三部分43c构成。与此类似，第二线圈分节44由一个垂直于一连接部分43d延伸的第一部分44a、一个第二部分44b和一个第三部分44c构成，其中，连接部分43d垂直于第一线圈43的第三部分43c，从第三部分43c的末端延伸出相当于间距Px的长度。同样，第三线圈分节45由一接在连接部分44d上的第一部分45a、一个第二部分45b和一个第三部分45c构成。同样，第四线圈分节46由一接在连接部分45d上的第一部分46a、一第二部分46b和一第三部分46c构成。环路线圈41还有一第五线圈分节47、一第六线圈分节48和一第七线圈分节49。第五线圈分节47由第一部分47a、第二部分47b和第三部分47c构成，其中，第一部分47a垂直于一连接部分46d延伸，连接部分46d从第四线圈分节46c终端垂直于第四线圈分节46c的第三部分46延伸，使得第五线圈分节47的第一部分47a与第四线圈分节46的第三部分46a隔开一微小距离并行排列，第二部分47b垂直于第一部分47a并从其末端延伸相当于间距Px的长度，第三部分47c从第二部分47b的末端垂直于第二部分47b延伸，使得电流方向或者磁力线方向能够倒转，并且，第三部分47c与第三线圈分节45的第三部分45c隔开一微小距离并行排列。同样，第六线圈分节48由一接在连接部分47d上的第一部分48a、一第二部分48b和一第三部分48c构成。同样，第七线圈分节49由一接在连接部分48d上的第一部分49a、一第二部分49b和一第三部分49c构成。第七线圈分节49的第三部分49c连到连接端51。因此，相同方向的电流或磁力线在两个间隔一微小距离的相邻部分中流动，例如在第一和第七线圈分节43和49的第三部分43c和49c中流动，因而，即使信号发生器28的信号输出较低，通常也能获得一较高的输出。

在图2中，Y方向环路线圈52由虚线画出，以区别于X方向环路线圈41。Y方向环路线圈52有七个线圈分节（第一线圈分节54到第七线圈分节59），其排列方式与X方向环路线圈41的方式相同。Y方向环路线圈52中各个线圈分节的布置类似X方向环路线圈41中各个线圈分节的布置。因而，在此省略Y方向环路线圈52的那些线圈分节的细节描述。Y方向环路线圈52排列成这样，即其每个线圈分节的第一和第三部分以大约90°的角度与X方向环路线圈41的每个线圈分节的第一和第三部分相交。Y方向环路线圈52接在连接端61和62之间。

描述图2环路线圈的型式是为了更好理解该实施例的结构。在该实施例中，8个环路线圈排列成图3所示那样，藉以形成一图形输入区11。为简化起见，图3中仅示出X方向的线圈。X方向线圈组合成两个线圈组，包括由四个环路线圈63、64、65、和66构成的第一X方向线圈组67，和由四个环路线圈68、69、71和72构成的第二X方向线圈组73。每个线圈组67和73均由四个环路线圈组成的理由是为了提高分辨率。

环路线圈63由m个大致呈矩形的线圈分节63-1、63-2、63-3…、63-m构成，各个线圈分节具有在Y方向延伸但在延伸方向倒转的长侧，使得其中流过的电流或磁力线的方向沿着位置测定方向，即沿着X方向，每隔预定间距P₁交替地反转。同样，环路线圈64、65 和66分别由m个线圈分节64-1、64-2、64-3、…、64-m、65-1、65-2、65-3、…、65-m和66-1、66-2、66-3、…、66-m组成。在图3和以下的描述中，线圈从图的左边开始编号，以简化描述。此外，环路线圈63到66在X方向上以彼此位移一距离d₁而排列。

另一方面，第二X方向线圈组73的环路线圈68由（m-1）个大致呈矩形的线圈分节68-1、68-2、68-3、…、68-（m-1）构成，各个线圈分节分别具有在X方向延伸但在延伸方向反转的长侧，使得其中流过的电流或磁力线的方向沿着X方向每隔预定间距P₂交替反转。同样，环路线圈69、71和72分别由（m-1）个线圈分节69-1、69-2、69-3…、69（m-1）、71-1、71-2、71-3、…、71（m-1）和72-1、72-2、72-3、…、72（m-1）构成。环路线圈68到72以在X方向位移一距离d₂的方式排列。

在该实施例中，第一X方向线圈组67和第二X方向线圈组73排列成彼此重叠，使得其起始端，即环路线圈63的线圈分布63-1的一端63-1a和环路线圈68的线圈分节68-1的一端68-1a互相叠合。然而，这种叠合不总是需要的。在图中，分别示出线圈63和68，以资区别。位置测定区在一个由标号74指示的点划线围住的范围内。环路线圈63至72与选择装置13的选择元件（未示出）配合使用。例如，环路线圈63和68与选择装置13的一个第一选择元件（未示出）配合使用;环路线圈64和69与选择装置13的一个第二选择元件（未示出）配合使用。如上所述，四对环路线圈依次由选择装置13的选择元件选中。因此，选择装置的选择元件结构简化。

图形输入区11的Y方向的第一和第二Y方向线圈组也一样地互相重叠排列，以使其位置测定方向相交叉。X方向和Y方向环路线圈排列在底座上。

图4示出输入笔12的详细结构。输入笔12有一由合成树脂之类非金属材料制成、类似圆珠笔形状的空心、一端逐渐变细的壳体76，和类似于圆珠笔笔芯的指示部件77。指示部77***壳体76变细的部分，使指示部件77的一端可相对壳体76的顶端移动。指示部件77可滑动***一铁氧体磁芯78的一个中心孔中。指示部件77的相反端碰到一螺旋弹簧79的一端。螺旋弹簧79的另一端隔开一预定距离对着按钮开关81。开关81安装在固定于壳体76内的底座82上。如图5所示，调谐电路86由一绕在铁氧体磁芯78上的线圈83和装在壳体76内的电容84和85构成。帽盖78可移动地装在壳体76的后端。

简言之，如图5所示，调谐电路86由一个线圈83与分别直接地和通过开关81连到线圈83一端的电容84和85构成。从图5也可理解，线圈83与电容84串联连接，从而构成一个人们熟知的谐振电路。线圈83和电容84的电感和电容值选择得使调谐电路能以一预定频率fo发生谐振。另一方面，电容85通过开关81与电容84并接。电容的并联连接用于在开关81闭合时减小或降低谐振频率fo。当指示部件77的指示端被压在图形输入区11的输入表面（未示出）上，从而在壳体76被手或类似物握住之际，缩入壳体76时，开关78被指示部件77的后端通过螺旋弹簧79压紧，使开关81闭合。反之，当指示部件77放松时，开关81打开。

以下将更详细地说明本实施例的工作。首先，参照图6，就图形输入区11与输入笔12之间的电波交换以及由于电波交换而获得的信号开始描述。

控制装置29控制信号发生器28，同时根据以后将描述的流程表通过选择装置13和14控制图形输入区11的环路线圈的转接。此外，控制装置29控制X-Y转换装置23和接收定时转换装置19在坐标测定方向的转换工作。另外，控制装置29通过用A/D转换处理代表第一、第二和第三低通滤波器31、32和33输出电压的电平的信号，获得由输入笔12指示位置的坐标，此外，测出接收信号的相位，以鉴别开关的状态。

选择装置13在控制装置29给出的信息的基础上依次从第一和第二X方向线圈组67和73中选出一个环路线圈。另一方面，选择装置14依次从未示出的第一和第二Y方向线圈组中选出一个环路线圈。输送/接收转换电路15交替将选中的X方向环路线圈接到驱动电路21和放大器17。另一方面，输送/接收转换电路16交替将选中的Y方向环路线圈接到驱动电路22和放大器18。

信号发生器28产生一个具有预定频率fo的方波信号A、一个相位滞后于方波信号A的相位90°的信号B、一个具有预定频率fk的输送/转换信号C和一个接收定时信号D。方波信号A直接输送给第一鉴相器26，由一未示出的低通滤波器转变成一正弦波信号E，然后通过X-Y转换装置23送到驱动电路21和22中选中的一个。方波信号B送到第二鉴相器27。输送/接收转换信号C送到输送/接收转换电路15和16。接收定时信号D被供给接收定时转换装置19。

如果X方向选择的信息从控制装置29供给X-Y转换装置23和接收定时转换装置19，则正弦波信号E被供给驱动电路21，转变成一补偿了的信号，然后供给输送/接收转换电路15。由于输送/接收转换电路15在输送/接收转换信号C的基础上连接驱动电路21和放大器17中选中的一个，所以从输送/接收转换电路15传送给选择装置13的信号由一具有频率Fo的间歇信号F代表，并且每隔一个周期T（＝1/2fk）传到选择装置13。

信号F通过选择装置13传送给图形输入区11的X方向环路线圈中选中的一个，如环路线圈63，使得环路线圈63在信号F的基础上产生一个电波。

如果输入笔12竖在图形输入区11上，换言之，如果输入笔12正在使用，则上述电波激励了输入笔12的线圈83，因而在调谐电路86中感应出一个与信号F同步的电压G。

当信号F的持续时间终止时，接收周期开始。接收周期开始后，环路线圈11转接到放大器17一侧，使环路线圈11产生的电波立即消失。然而，感应电压G随着调谐电路86中的能耗而逐渐衰减。

另一方面，由于感应电压G而在调谐电路86中流动的电流用作从线圈83发送一个电波。由于该电波反过来激励连接放大器17的环路线圈63，在该环路线圈63中由于线圈83的电波而感应出一个电压，该感应电压在接收周期通过输送/接收转换电路15加到放大器，并由放大器放大成一接收信号H。该接收信号H被加到接收定时转换装置19。

接收定时转换装置19接收到X方向选择信息和Y方向选择信息中的选中者。如果X方向选择信息和基本由输送/接收转换信号C反相而成的接收定时信号D被供给接收定时转换装置19，则作为其输出得到一信号I，因为当信号D处于高电平时接收信号H通过，而当信号D处于低电平时接收信号H不通过。信号I与接收信号H大致相同。

信号I被加到由具有一特定频率fo的陶瓷滤波器构成的带通滤波器24。通过滤波器24，幅度相应于信号I中频率后fo成分的能量的信号J（严格地说，在几个信号I由带通滤波器24集中的状态下）被加到检波器25和第一与第二鉴相器26和27。

这样加到检波器25的信号J经过检波和整流，转换成信号L。然后信号L由具有足够低截断频率的第一低通滤波器31转换成电压电平（例如V₁）相当于信号J大约一半幅度的直流信号Q。这样得到的信号Q传给控制装置29。

信号Q的电压电平V₁依赖于输入笔12和环路线圈63之间的距离。然而，如前所述，由于环路线圈63由在图形输入区11大致整个表面上形成的线圈分节63-1到63-m构成，所以实际上，电压电平V₁由输入笔12相对于线圈分节63-1到63-m的位置决定。这也适用于选中其它环路线圈64到72的情况。

图7a和7b显示第一X方向线圈组67中环路线圈63至66，和输入笔12沿着图形输入区11的X方向移动情况下线圈中测定电压的变化。图7a示出第一X方向线圈组67中的环路线圈63至66;而图7b示出对应于这些环路线圈的测定电压的波形。在图7b中，V₁代表环路线圈63的测定电压。电压V₁大致为一正弦波电压，它在线圈分节63-1至63-m的中间附近具有最大值，而在线圈边界附近具有最小值。同样，V₂、V₃和V₄分别代表环路线圈64、45和66的测定电压。电压V₂、V₃和V₄以同于电压V₁的方式变化。然而，由于环路线圈63至66在X方向上等距d₁布置，电压V₁、V₂、V₃和V₄依次以相当于X方向上距离d₁的值滞后。由线圈分节63-1、64-1、…、66-1和63-m、64-m…、66-m围住的部分被设计位于测定区74的外侧。由于这些测定电压依赖于输入笔12的X方向位置，因而即使输入笔12平行于Y方向移动，测得电压的电平也不会改变。

关于第二X方向线圈组73中的环路线圈68至72，电压以同于前面所述的方式测定。在这种情况下，一个环路线圈中电压的相邻最大值（或最小值）之间的距离等于环路线圈中线圈的间距P₂，环路线圈68至72中相邻电压的相位差等于d₂。

图8a和8b示出第一X方向线圈组67中环路线圈63和第二X方向线圈组73中环路线圈68的测定电压V₁和V₅。图8a示出环路线圈63和68的型式;图8b示出对应于这些线圈的测定电压的波形。尽管图8a示出环路线圈63有六个线圈分节，而环路线圈68有五个线圈分节的情况，但是必须理解，图8a仅仅显示环路线圈的基本结构，实际上，第一线圈组中的每个环路线圈具有m个线圈分节，第二线圈组中每个环路线圈具有（m-1）个线圈分节。

现在假定输入笔12放在图7b中X方向的位置Xo处，从环路线圈63、64、65和66可分别测到电压V₁₀、V₂₀、V₃₀和V₄₀。由于V₁至V₄的电平每隔一个间距P₁重复一次，所以，即使当输入笔12放置在一个整数倍于间距P₁与位置Xo的差距的位置（例如Xo′）上。也能从环路线圈63至66测到上述电压V₁₀至V₄₀。然而，在包含位置Xo的一个任意间距P₁中能测到电压V₁₀至V₄₀的位置是在一维上确定。因此，从一预定位置开始，例如，从电压V₄和V₁相交的位置开始，间距P₁距离内的位置Xo的坐标△X可从电压V₁₀至V₄₀获得。

图9为说明要测量的一个任意位置Xo的计算的图表。在图10中，峰值点对应于位置Xo，因而，从电压V₁₀和V₂₀之间的中点位置Xc（图7b中电压V₁和V₂相交的位置）到峰值点的坐标dx通过使用基于差分法的最大电压V₂₀及电压V₁₀和V₃₀的以下列方程（3）计算出。

dx＝｛｜V₂₀-V₁₀｜｝/｛｜V₂₀-V₁₀｜+｜V₃₀-V₂₀｜｝·d₁……（3）

方程（3）经归纳成为：

dx＝｛｜V_n-V_n-1｜｝/｛｜V_n-V_n-1｜+｜V_n+1-V_n｜｝·d₁……（3）′

在方程（3）′中，V_n表示最高电压，V_n-1表示从中测到电压V_n的线圈之前的一个线圈的电压，而V_n+1表示从中测到电压V_n的线圈之后的一个线圈的电压。

由于坐标dx是基于电压V₁和V₂相交处位置的坐标值，所以，与坐标△X的值相比，该坐标值减小了间距d₁。

简言之，当最大电压为V₁时，坐标dx的值基于电压V₄和V₁相交处的位置，而当最大电压为V₂、V₃或者V₄时，坐标dx的值基于电压V₁和V₂相交处的位置，或基于电压V₂和V₃相交处的位置，或基于电压V₃和V₄相交处的位置。

因此，为了获得基于电压V₄和V₁相交处位置的坐标△X，必须在判定电压V₁至V₄中那个是最大值的基础上，给坐标dx加上整数（0到3）倍个距隔d₁。因而，当最大电压为V₁时，可得到坐标△X如下：

△Xdx……（4-1）

当最大电压为V₂时，可得到坐标△X如下：

△X＝dx+d₁……（4-2）

当最大电压为V₃时，可得到坐标△X如下：

△X＝dx+2d₁……（4-3）

当最大电压为V₄时，可得到坐标△X如下：

△X＝dx+3d₁……（4-4）

另一方面，从一预定位置开始，例如从线圈72中测到的电压V₈与线圈68中测到的电压V₅相交处的位置开始，在间距P₂的距离内位置Xo的坐标△X′，可以同于上述的方式在从第二X方向线圈组的环路线圈测得的电压的基础上获得。

图10显示由第一和第二X方向和第二X方向线圈组67和73获得的坐标△X和△X′与X方向实际位置之间的关系。在图10中，实线91表示坐标△X，虚线92表示坐标△X′。

坐标△X和△X′之间的差别基于第一和第二X方向线圈组67和73中间距P₁和P₂之间的差别。对应于处于线圈组67的任一个线圈中的输入笔12的位置，产生一个与间距P₁和P₂之差值的整倍数成正比的差值。在这个差值的基础上，能倒推得到输入笔12所处的X方向实际位置Xo。

例如，当输入笔12处在线圈组67中环路线圈63的线圈分节63-1之中时，△X-△X′0。当输入笔12处于线圈分节63-2中时，△X-△X′＝P₂-P₁。当输入笔12处于线圈分节63-3中时，△X。△X′＝2（P-P）。因此，当线圈分节63-1、63-2、…63-m由K（K＝0，1，2…，m-1）（称“间距号”）代表时，可得到以下方程。

K（△X-△X′）/（P₂-P₁）…（5）

因此，位置坐标Xo可由下列方程（6）获得。

Xo+KP₁+△X……（6）

在这种情况下，X方向的原点是电压V₄和V₁相交处的位置。（在图形输入区11上，原点是比线圈分节63-1的中心位置差 (d₁)/2 的位置）。

输入笔12所指的Y方向位置也可用和前面相同的方式获得。

另一方面，第一和第二鉴相器26和27接收到如图6所示作为探测信号的方波信号A和B。如果信号J的相位与方波信号A的相位一致，第一鉴相器26产生一信号R₁（与信号L基本相同），它是通过将信号J翻转到正侧而形成的。第二鉴相器27产生一信号R₂，信号R₂有一正、负侧对称的波形。

信号R₁由第二低通滤波器32转换成一直流信号U₁（与信号Q基本相同），信号U₁的电压电平V₁相当于信号J波幅的一半左右，使这样获得的信号U₁传送到控制装置29。信号R₂也由类似的低通滤波器44转换成一直流信号U₂，使这样获得的信号U₂传送到控制装置29。由于第二鉴相器27中的信号R₂的正侧成分与其负侧成分相同，低通滤波器44的输出电压电平成为零伏。

在控制装置29中，第二和第三低通滤波器32和33的输出信号U和U转换成相应的数字信号，并按照下列方程（6）经过数字运算，以获得加到第一和第二鉴相器26和27的信号之间，即信号J和方波信号A之间的相位差θ。

θ＝-tan^-1（Vq/Vp）……（6）

在方程（6）中，Vp表示第二低通滤波器32的输出所对应的数字值，而Vq表示第三低通滤波器33的输出所对应的数字值。例如，对于上述信号J来说，由于信号U²的电压电平为零伏，即Vq＝0，尽管信号U₁的电压电平为V₁，相位差0仍为0°。

信号J的相位差随着输入笔12中调谐电路86的调谐后频率而变化。换句话说，当调谐电路86的调谐后频率与预定频率fo相同，则在信号输送周期和信号接收周期中都感应出一个频率为fo的电压。此外，一感应电流同步于电压流动，使得接收信号H（或I）的频率和相位与方波信号A的频率和相位相同，结果，信号J的相位与方波信号A的相位相同。

另一方面，当调谐电路中调谐后频率与预定频率fo不同，具有略微低于频率fo的频率f₁时，在输送周期中，调谐电路86感应出一频率为fo的电压。这时，在调谐电路83中有一相位滞后的感应电流流动。在接收周期中，调谐电路86中感应出一具有频率f₁的电压，并且与电压同步产生一感应电流，因而，接收信号H（或I）的频率略低于方波信号A的频率，同时，信号H的相位也略微滞后。由于如上所述，带通滤波器24用来仅仅通过频率fo，所以，输入信号频率的转入低侧作为相位的滞后送出，因而，信号J的相位比接收信号H（或I）更滞后。

相反，当调谐电路86的调谐后频率是略高于预定频率fo的一个频率f₂，则在输送周期中，调谐电路86中感应出一频率为fo的电压，而流动的感应电流有一超前相位。反之，在接收周期中，调谐电路86中感应出一频率大致为f₂的电压，并产生与该电压同步的感应电流，因而，接收信号H（或I）的频率略高于方波信号A的频率，同时，信号H的相位略微超前。在带通滤波器24中，输入信号的频率朝较高频率的偏移是作为一超前的相位送出，因而信号J的相位更超前于接收信号H（或I）。

如上所述，调谐电路中的调谐后频率随输入笔中开关81的开/关状态而变化，从而使由方程（6）得到的相位差θ随开关81的开/关状态而变化。因此，开关81的开/关状态可通过相位差θ的变化而探测到。这样测到的开关81的闭合（或打开）状态用作用来指示输入笔12所指位置的坐标值中实际要输入的一个值的信息。

下面参照图11所示流程图描述控制装置29的工作。

当电源接通，向整个装置供电时，位置测定工作即开始。控制装置29给X-Y转换装置23和接收定时转换装置19均提供选择X方向的信息。同时，控制装置29给选择电路13提供指令，以使选择电路13从图形输入区11的第一X方向线圈组67的环路线圈63至66中选出第一环路线圈63，从而将环路线圈63连到输送/接收转换电路15。

输送/接收转换电路15根据输送/接收转换信号c将环路线圈63交替地接到驱动电路21和放大器17。在时间T的输送周期中，驱动电路21给环路线圈63输送频率为fo的16个正弦波信号。为说明起见，在图6中示出了这16个信号中的5个。

对于每个环路线圈，例如，对于环路线圈63，输送和接收之间的转换重复7次。这7个输送和接收之间转换循环的总周期相当于每个环路线圈中的周期。

因而，对每个环路线圈来说，在7个信号接收周期中的每一个中，在放大器17的输出得到感应电压。在每个环路线圈的7个信号接收周期中得到的感应电压如前所述通过接收定时转换装置19被传送到带通滤波器24，并由带通滤波器24求平均值。然后，求得平均值的电压通过第一、第二和第三低通滤波器31、32和33被送到控制装置29。

低通滤波器31的输出信号被控制装置29处理，以便转换成对应于输入笔12与环路线圈63之间的距离的测定电压V₁₁。测定电压V₁₁被暂时贮存。

然后，控制装置29给选择电路13发出指令，使选择电路13选择第二环路线圈64，以使环路线圈64连到输送/接收转换电路15。因此获得正比于输入笔12与环路线圈64之间距离的测定电压V₁₂，并存贮起来。通过将环路线圈依次接到输送/接收转换电路15，对所有余下的环路线圈65和66都进行前述工作，藉此获得了对应于输入笔与各个环路线圈之间X方向距离的各个测定电压V₁₁到V₁₄，并存贮起来。

然后，控制装置29给X-Y转换装置23与接收定时转换装置19提供选择Y方向的信息。如上所述，进行选择电路14与输送/接收转换电路16之间的转换，从而通过发送和接收电波时对低通滤波器输出作A/D转换而获得对应于输入笔与第一Y方向线圈组中各个环路线圈之间距离的测定电压，并将其暂时存贮起来（步骤S₁）。

然后，控制装置29在所存电压值的基础上根据方程（3）′和方程（4-1）至（4-4）中的选中者进行一数学运算，从而在第一X和Y方向线圈组的基础上算出坐标△X和△Y，并存贮起来。（步骤S₂）。

然后，控制装置29给X-Y转换装置23和接收定时转换装置19发送选择X方向的信息，使得选择电路与输送/接收转换电路15之间的转换象前述方式一样进行。结果，通过发送和接收到电波时对第一低通滤波器31的输出作A/D转换而获得对应于输入笔与第二X方向线圈组73的各个环路线圈68至72之间距离的测定电压，并将其暂时贮存起来。然后，控制装置29给X-Y转换装置23和接收定时转换装置19发送选择Y方向的信息。如上所述，进行选择电路14与输送/接收转换电路16之间的转换，从而通过发送和接收电波时对第一低通滤波器31的输出进行A/D转换，而获得对应于输入笔12与第二Y方向线圈组中各环路线圈之间距离的测定电压，并将其暂时贮存起来（步骤S₃）。

然后，控制装置29在所存电压值的基础上，根据方程（3）′与方程（4-1）至（4-4）中的选中者进行一数学运算，从而在第二X和Y方向线圈组的基础上算出坐标△X′和△Y′，并存贮起来（步骤S₄）。

此外，控制装置29在所存坐标值△X、△X′、△Y和△Y′的基础上，根据方程（5）进行一数学运算，从而算出间距号Kx和Ky（步骤S₅）。

然后，控制装置29在一些间距号、间距P和坐标△X、△Y的基础上，根据方程（6）进行一数学运算，从而算出实际坐标Xo和Yo（步骤S₆）。

此外，控制装置29给选择电路13（或14）发送指令，使选择电路13选择X方向环路线圈63至72（或Y方向环路线圈）中的任一个，以使电波的发送和接收重复数次，例如7次。接着，从第二和第三低通滤波器32和33获得的输出值转换成相应的数字信号，使相位差θ以与上述相同的方式算出，进而辨别出开关81的开/关状态（步骤S₇）。

这样得到的坐标Xo和Yo以及对开关81辨别的结果被传送到一计算机（未示出）或类似物（步骤S₈）。所述工作被重复。

因此，当输入笔12在图形输入区11上***作时，由输入笔12指示的所有位置的坐标传送给计算机或类似物。如果开关81在这情况下被闭合，就将开关81的关闭状态的识别信息传给计算机或类似物，使得计算机能识别在这个时间点上作为一个要输入坐标值的坐标值。

前述实施例显示了这种情况，即，环路线圈中每个均由矩形线圈分节以这样方式构成，即将一导体从一端侧朝相反端侧以预定间距一再倒转，以形成线圈分节的一部分，然后从相反端侧朝一端侧以预定间距又一再倒转，以形成余下的线圈分节，如图2所示。然而，应该理解到，环路线圈的型式不限于该特定实施例，而能够例如以图12所示方式形成。简言之，第一X方向线圈组中的线圈93可以这样一种方式构成，即将一个导体从一端侧朝相反端侧以预定间距P_x一再反转，以形成给定数量大致呈矩形的线圈分节，然后在线圈分节达到相反端侧后，将该导体的末端直接连到连接端。同样，第一Y方向线圈组中的线圈94可以这样一种方式构成，即将一导体从一端侧朝相反端侧一再反转，以形成给定数量大致呈矩形的线圈分节，然后在线圈分节达到相反端侧后，将导体的末端直接连到连接端。另一方面，第二X和Y方向线圈组中的线圈可以大致形成矩形，使得电流或磁力线的方向在X和Y方向上每隔预定间距Px′、Py′交替地反转，如前面所述。

如图13所示，为了在信号发生器28输出电平较低时增大测定区中输出电波的能量，可设置双倍线圈95，使输入笔12能稳定地产生电波，从而实现可靠的位置测定。在这种情况下，尽管最好通过垂直地将一个线圈放在另一个上来形成这种双重结构，但是该双重结构也可通过将一些线圈重叠成使其互相水平地位移一微小距离而形成。当然，线圈也可具有任何适当的三层或三层以上的多层结构。

在前述实施例中，输送/接收转换电路15和16是为了传送信号到环路线圈和从输入笔12接收信号而设置的。简单地说，环路线圈既用作为发送天线，又用作为接收天线。然而，前述环路线圈63至72只能用作发送信号发生器28产生的信号的天线，而隔着隔缘体设置在环路线圈63至72上，与环路线圈63至72形状相同的另一环路线圈组合体只用作接收天线。这些发送线圈和这些接收线圈可以垂直地一个放在另一个上，或者换种方式彼此略微水平错开。在这种结构中，输送/接收转换电路15和16可以省去，以简化装置的结构。

虽然前述实施例示出了这种情况，即X方向和Y方向的第一和第二线圈组中每个均由四个环路线圈构成，以增大装置的分辨率，但是，每个线圈组当然也可由五个或更多环路线圈构成，以进一步增大分辨率。如果不需要这种高分辨率，第一和第二线圈组中每个可以由二个环路线圈构成。在这种情况下，输入笔12所指位置在两个不同测定电压的基础上确定。

本发明的位置测定装置可以这样一种方式构成，即在图形输入区上设置一个平面型显示单元，例如液晶显示单元，以便在显示单元上结合输入和输出实时显示出输入结果。此外，位置测定装置可以用作为一终端装置，以通过连接计算机的调制解调器和电话线路在装置的用户之间传递诸如手字字母/字符的信息。此外，输入结果可以通过打印机制成硬拷贝。

以上联系较佳实施例对本发明作了描述，应该理解，本发明不限于描述中的任何细节，可在不脱离本发明的精神的情况下对其进行各种改变。

Claims

1、一种位置测定装置，其特征在于，它包括：

一个带有装在一底座上的重叠的第一和第二线圈组的位置测定区，每个所述线圈组包括多个环路线圈；

一个带有一调谐电路的位置指示器，其调谐电路包括至少一个线圈和一个电容，并具有预定的谐振频率；

用于逐个依次选择所述位置测定区中所述第一和第二线圈组中所述环路线圈的选择装置；

给所述环路线圈加上一个具有所述预定频率的交流信号的信号发生装置；

用于从所述环路线圈探测具有所述预定频率的所述交流信号的信号探测装置；

根据所述信号测定装置从每个所述第一和第二线圈组中每个所述环路线圈探测到的所述交流信号，确定所述位置指示器相对于所述线圈组位置的控制装置；

每个所述第一和第二线圈组的每个所述环路线圈包括多个连续形成的大致矩形的线圈分节；

所述第一线圈组中每个所述环路线圈的每个所述矩形线圈分节包括沿大致垂直于一个位置测定方向延伸彼此由一预定间距P1隔开的平行的第一和第二部分，以及连接所述第一和第二部分的对应端的第三部分；

所述第一线圈组中所述环路线圈的相邻对的第一部分布置成沿所述位置测定方向相互平移一预定间距d1，

所述第二线圈组中每个所述环路线圈的每个所述矩形线圈分节包括沿大致垂直于所述位置测定方向延伸、彼此由一预定间距P1隔开的平行的第四和第五部分，以及连接所述第四和第五部分对应端的第六部分；

所述第二线圈组中所述环路线圈的相邻对的第四部分布置成沿所述位置测定方向相互平移一预定间距d2。

2、如权利要求1所述的位置测定装置，其特征在于，d1和d2中每一个小于P1或P2。

3、如权利要求2所述的位置测定装置，其特征在于，所述位置测定区包括X方向第一和第二线圈组和Y方向第一和第二线圈组，所述第一和第二线圈组在X方向和Y方向分别并排排列，所述控制装置根据由所述信号探测装置从所述X方向第一和第二线圈组及所述Y方向第一和第二线圈组测到的交流信号，确定X和Y方向上由所述位置指示器指示的位置。

4、如权利要求2所述的位置测定装置，其特征在于，所述选择装置包括一连到每个所述第一和第二线圈组的所述环路线圈的多路转换器，以便逐个依次选择每个所述第一和第二线圈组的所述环路线圈，所述多路转换器由所述控制装置控制。

5、如权利要求2所述的位置测定装置，其特征在于，所述第一线圈组的每个所述环路线圈包括从所述底座的第一端连续延伸到相对的第二端的第一串所述大致矩形的线圈分节，以及从所述底座的第二端连续延伸到第一端的第二串所述大致矩形的线圈分节，所述第一和第二串大致矩形的线圈分节通过一相当于所述第三部分的连接部分相连，而其中所述第二线圈组的每个所述环路线圈包括一从所述底座的第一端连续延伸到第二端的第三串所述大致矩形的线圈分节，以及一从所述底座的第二端连续延伸到第一端的第四串所述大致矩形的线圈分节，所述第三和第四串大致矩形的线圈分节通过相当于所述第六部分的另一连接部分连接。

6、如权利要求2的位置测定装置，其特征在于，每个所述环路线圈包括多个相同形状环路线圈的组合体。

7、如权利要求1所述的位置测定装置，其特征在于它还包括将所述信号发生装置和所述信号探测装置交替地连接到选中的环路线圈的转接装置，使每个所述环路线圈交替地将具有谐振频率的电波发送到调谐电路和从调谐电路接收具有谐振频率的电波。