JPH03241415A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は入力用指示器による指定位置の座標値を検出す
るとともに該座標値に基づく画像等を表示する座標入力
装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の座標入力装置としては、磁歪伝達媒体の一端又は
入力用指示器の先端に設けた駆動コイルにパルス電流を
印加して前記磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生起させた時
点より、入力用指示器の先端又は磁歪伝達媒体の一端に
設けた検出コイルに前記磁歪振動波に基づく誘導電圧を
検出するまでの時間を処理装置等で測定し、これより入
力用指示器による指定位置の座標値を算出する如くなし
たものがあった。

また、従来の他の座標入力装置としては、複数の駆動線
と検出線とを互いに直交して配置し、駆動線に順次電流
を流すとともに検出線を順次選択して誘導電圧を検出し
、フェライトのような磁性体を有する入力用指示器で指
定した位置の座標値を大きな誘導電圧が誘起された検出
線の位置より検出するようになしたものがあった。

（発明が解決しようとする課題） 前者の装置では座標検出精度は比較的良好であるか、タ
イミング信号等を授受するために入力用指示器と処理装
置等との間にコードを必要とし、その取扱いが著しく制
限されるとともに、入力用指示器を磁歪伝達媒体に対し
て垂直に保持し且つかなり接近させて使用しなければな
らなかった。

また、後者の装置では入力用指示器をコードレスとする
ことはできるが、座標値の分解能が線の間隔で決まり、
分解能を上げるために線の間隔を小さくするとＳＮ比及
び安定度が悪くなり、従って分解能を上げることが困難
であり、また、駆動線と検出線の交点の真上の座標検出
が困難であり、さらに入力用指示器を線に極く接近させ
なければならないという問題点があった。

本発明は入力用指示器がどこにも接続されず操作性が良
く、高精度な座標検出が可能であり、且つ該座標値に基
づく画像等を表示し得る座標入力装置を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明では前記目的を達成するため、コイルを含む受動
回路を有する入力用指示器と、多数のループコイルを位
置検出方向に並設してなる位置検出部、前記多数のルー
プコイルのそれぞれに抵抗を介して交流信号を供給する
信号供給手段、前記多数のループコイルの両端間にそれ
ぞれ発生する電圧を検出する電圧検出手段及び前記多数
の電圧に基づいて入力用指示器による指定位置の座標値
を検出する座標検出手段を有するタブレットと、表示装
置とを備えた座標入力装置、該座標入力装置において表
示装置として平面形のものを用い、これをタブレット上
に重ね合わせた座標入力装置、これらの座標入力装置に
おいて交流信号の周波数として所定の周波数を用いると
ともに入力用指示器のコイルに該所定の周波数で共振す
る共振回路を構成し得る容量値を備えたコンデンサを接
続した座標入力装置、並びに該座標入力装置において位
置検出部の多数のループコイルに所定の周波数で共振す
る共振回路を構成し得る容量値を備えたコンデンサをそ
れぞれ接続した座標入力装置を提案する。

（作　用） 本発明によれば、信号供給手段よりインピーダンスとし
て抵抗を介して交流信号が供給され、位置検出部の多数
のループコイルはそれぞれ電磁波を発生する。該電磁波
は位置検出部上で位置指定を行なう入力用指示器の受動
回路内のコイルに受信されるが、この際、ループコイル
内の電磁エネルギーの一部は該受動回路に移動、即ち吸
収され、ループコイル両端間の電圧を低下させる。

前記電磁エネルギーの移動はループコイルと入力用指示
器のコイルとの電磁誘導によって行なわれるため、前記
ループコイルの両端間の電圧は該ループコイルと入力用
指示器のコイルとの距離に依存し、該距離が小さい程、
小さくなる。従って、入力用指示器を置いた位置（指定
位置）に最も近いループコイルの両端間の電圧を最小と
して、該指定位置から離れるに従って徐々に大きくなる
電圧が各ループコイルの両端間に発生する。

前記多数のループコイルの両端間の電圧は電圧検出手段
により順次検出され、さらに座標検出手段により演算処
理され、その値が最小となる位置、即ち入力用指示器に
よる指定位置の座標値が求められる。

なお、入力用指示器を位置検出方向に直交する方向に沿
って動かしても、各ループコイルと入力用指示器との距
離は変わらないので、同一の座標値が得られる。

また、前記得られた指定位置の座標値に基づく画像等が
表示装置に表示される。

また、本発明によれば、表示装置の表示面上で入力用指
示器を操作すると、これに対応して座標入力がなされ、
その結果が表示される。

また、本発明によれば、位置検出部の各ループコイルよ
り発信する電磁波は入力用指示器のコイルに共振状態で
受信されることになり、従って、その電磁誘導の結合の
度合が大きくなり、指定位置付近の電圧変化が急峻とな
る。

また、本発明によれば、位置検出部の各ループコイルは
共振状態で電磁波を発信し、また、入力用指示器のコイ
ルも共振状態で該電磁波を受信することになり、従って
、その電磁誘導の結合の度合がさらに大きくなり、指定
位置付近の電圧値の変化かより急峻となる。

（実施例） 第１図は本発明の座標入力装置の一実施例の概☆を示す
もので、図中、１はタブレット、２は入力用指示器１例
えば入力ペン、３は表示装置、４はホストコンピュータ
である。

第２図はタブレット１の詳細を後述する入力ペン２の同
調回路とともに示すもので、図中、５は位置検出部、６
は信号発生回路、７及び８はＸＹ切替回路、９及び１０
は選択回路、１１及び１２は増幅器、１３は検波器、１
４は低域フィルタ（ＬＰＦ）　、１５は制御回路である
。なお、これらは全て非金属素材からなるケース１ａに
収容されている。

第３図は入力ペン２の詳細な構造を示すもので、合成樹
脂等の非金属素材からなるペン軸１６の内部にその先端
寄りから、ボールペン等の芯体１７と、該芯体１７を摺
動自在に収容し得る透孔を備えたフェライトコア１８と
、コイルバネ１９と、スイッチ２０．フェライトコア１
８の周囲に巻回されたコイル２１．コンデンサ２２から
なる同調回路２３とが一体的に組合されて内蔵され、そ
の後端にはキャップ２４が取付けられてなっている。

前記コイル２１とコンデンサ２２は第２図にも示すよう
にスイッチ２０を介して互いに直列に接続されており、
該スイッチ２０がオンとなった時、周知の共振回路を構
成する如くなっている。該コイル２１及びコンデンサ２
２の数値は所定の周波数ｆｏにおいて、電圧と電流の位
相が同相で共振（同調）する値に設定されている。なお
、スイッチ２０はペン軸１６を手等で保持し、芯体１７
の先端を表示装置３の上面等に押付けることによってペ
ン軸１６内に押込むと、その後端によりコイルバネ１９
を介して押圧され、オンとなる如くなっている。

表示装置３は、例えば交差させた複数の水平電極及び垂
直電極間に液晶媒体を介在した周知のマトリクス形−成
品表示パネルの裏面に、電波を通過させ得る反射層を設
けた平面形のもので、タブレット１のケース１ａ上に重
ね合わされて一体化されている。前記反射層は酸化チタ
ン等の白色顔料を塗布することにより又は白色のポリエ
チレンテレフタレート等のプラスチック板を取付けるこ
と等により構成される。また、表示装置３の表示面積は
、例えばタブレット１の位置検出部５における入力範囲
とほぼ等しく設定され、その表示位置が位置検出部５に
おける入力位置と一致するようタブレット１上に重ねら
れている。

ホストコンピュータ４は、タブレット１より送出される
指示位置の座標値を受信し、所定のデータ処理を行ない
、得られた画像情報等を表示装置３に送出して表示する
。

第４図は位置検出部５を構成するＸ方向のループコイル
群５ｘ及びＹ方向のループコイル群５ｙの詳細を示すも
のである。Ｘ方向のループコイル群５ｘはＸ方向に沿っ
て互いに平行で且つ重なり合う如（配置された多数、例
えば４８本のループコイル５ｘ−１，５ｘ−２，・・・
・・・５ｘ　−４８からなり、また、Ｙ方向のループコ
イル群５ｙはＹ方向に沿って互いに平行で且つ重なり合
う如く配置された多数、同じく４８本のループコイル５
ｙ−１，５ｙ−２，・・・・・・５ｙ−４８からなり、
該Ｘ方向のループコイル群５ｘとＹ方向のループコイル
群５ｙとは互いに密接して重ね合わされ（但し、図面で
は理解し易いように両者を離して描いている。）でいる
。

Ｘ方向の各ループコイル５ｘ　−１〜５ｘ　−４８の一
端は全て選択回路９に接続されるとともに抵抗Ｒを介し
てＸＹ切替回路７に接続され、他端は共通に接地され、
また、Ｙ方向の各ループコイル５ｙ−１〜５ｙ−４８の
一端は全て選択回路１０に接続されるとともに抵抗Ｒを
介してＸＹ切替回路７に接続され、他端は共通に接地さ
れている。

また、各ループコイル５ｘ−１〜５ｘ　−４８及び５ｙ
−１〜５ｙ　−４８は図面上１ターンで示されているが
、実際には２０〜３０ターンで構戊されており、また、
その各両端間にはコンデンサＣがそれぞれ接続されてい
る。なお、コンデンサＣは各ループコイルとともに周知
の共振（同調）回路を構戊するためのものであり、その
容量値は各ループコイルの容量値とともに所定の周波数
ｆｏにおいて電圧と電流の位相が同相で共振（同調）す
る値に設定されている。

信号発生回路６は前述した所定の周波数ｆｏの交流信号
を発生し、これをＸＹ切替回路７へ供給する。

ＸＹ切替回路７は前記交流信号を位置検出部５のＸ方向
のループコイル群５ｘ又はＹ方向のループコイル群５ｙ
のいずれか一方に加えるためのものであり、また、ＸＹ
切替回路８は増幅器１１又は１２の出力のうちのいずれ
か一方を検波器１３へ送出するためのものである。これ
らは制御回路１５より供給される座標検出方向の選択情
報に従って動作する。

選択回路９はＸ方向のループコイル群５ｘより一のルー
プコイルを選択するためのものであり、また、選択回路
１０はＹ方向のループコイル群５ｙより一のループコイ
ルを選択するためのものである。これらは制御回路１５
より供給されるループコイルの選択情報に従って動作す
る。

増幅器１１及び１２はそれぞれ選択回路９及び１０によ
り選択されｆこ−のループコイルの一端とグランドとの
間、即ち−のループコイルの両端間の電圧を増幅する。

検波器１３はＸＹ切替回路８より出力される交流電圧信
号を整流するものであり、また、低域フィルタ１４はこ
れを平滑して直流電圧信号に変換するものである。

制御回路１５は周知のマイクロプロセッサ等より構成さ
れ、第５図に示すフローチャートに従ってＸ方向及びＹ
方向の各ループコイルの切替を制御するとともに、低域
フィルタ１４からの出力電圧をアナログ・ディジタル（
Ａ／Ｄ）変換し、後述する演算処理を実行して入力ペン
２による指定位置の座標値を算出し、これをホストコン
ピュータ４へ送出する。

次に、動作につい”Ｃ説明する。

今、制御回路１５よりＸ方向を選択する情報がＸＹ切替
回路７及び８に供給されているとすると、位置検出部５
のＸ方向のループコイル５ｘ−１〜５ｘ　−４８には前
述したように信号発生回路６よりＸＹ切替回路７を介し
て所定の周波数ｆｏの交流信号、例えば５００　ｋ　Ｈ
ｚの正弦波信号が供給され、該ループコイル５ｘ−１〜
５Ｘ　−４８及びコンデンサＣは該周波数ｆＯで共振し
、電磁波を発生する。

ここで、表示装置３を介してタブレット１の位置検出部
５上にて入力ペン２が略直立状態に保持され、且つその
スイッチ２０がオンとなっていると、各ループコイル５
ｘ−１〜５ｘ　−４８からの電磁波は入力ペン２のコイ
ル２１に受信される。

この際、各ループコイル５ｘ−１〜５ｘ　−４８中の電
磁エネルギーの一部は入力ペン２の同調回路２３に移動
、即ち吸収されるため、各ループコイル５ｘ−１〜５ｘ
　−４８の両端間の電圧′が低下する。

前記電磁エネルギーの移動は各ループコイル５ｘ−１〜
５ｘ　−４８と入力ペン２のコイル２１との電磁誘導に
よって行なわれるため、各ループコイル５ｘ−１〜５ｘ
　−４８の両端間の電圧は各ループコイル５ｘ−１〜５
ｘ　−４８と入力ペン２のコイル２１との距離に依存し
、該距離が小さい程、小さくなる。

従って、入力ペン２を置いた位置（指定位置）に最も近
いループコイルの両端間の電圧を最小として、該指定位
置から離れるに従って徐々に大きくなる電圧が各ループ
コイル５ｘ−１〜５ｘ　−４８の両端間に発生する。

各ループコイル５Ｘ−１〜５ｘ　−４８の両端間の電圧
は制御回路１５よりの選択情報に基づいて切替えられる
選択回路９を介して増幅器１１に順次入力され増幅され
、ＸＹ切替回路８を介して検波器１３で整流され、さら
に低域フィルタ１４にて直流電圧に変換され制御回路１
５に送出される。

第６図はＸ方向の各ループコイルの両端間の電圧の一例
を示すもので、ここでは入力ペン２による指定位置（ｘ
ｐ　）を含む一部のループコイルの両端間の電圧値を示
す。図中、横軸はＸ方向の座標位置を示し、ｘｉ−ｘ８
はループコイル５ｘ１〜５ｘ−８のＸ方向における座標
値を表わし、また、縦軸は電圧値を示し、■１〜Ｖ８は
ループコイル５ｘ−１〜５ｘ−８の両端間の電圧値を表
わしている。

制御回路１５は各ループコイル５ｘ−１〜５ｘ−４８の
両端間の直流電圧をループコイルの選択情報に同期して
読取り、Ａ／Ｄ変換し、これらのディジタル値を一時記
憶し、そのうちの最小値が所定のレベル以下か否かをチ
エツクし、所定レベル以上であれば再度、Ｘ方向の各ル
ープコイルの選択及び電圧検出を繰返し、また、所定レ
ベル以下であれば次の処理へ進む。

次に、制御回路１５はＸＹ切替回路７及び８にＹ方向の
選択情報を送出し、Ｙ方向の各ループコイル５ｙ−１〜
５ｙ−４８に５００ｋＨｚの正弦波信号を供給して電磁
波を発生させるとともに、選択回路９及び１０にループ
コイルの選択情報を送出してＹ方向の各ループコイル５
ｙ−１〜５ｙ４８の両端間の直流電圧を読取り、Ａ／Ｄ
変換して一時記憶する。この後、前記同様にレベルチエ
ツクを行ない、所定レベル以上であれば再度、Ｘ方向の
各ループコイルの選択及び電圧検出を繰返し、また、所
定レベル以下であれば前記記憶した電圧値より後述する
演算処理を実行して入力ペン２による指定位置のＸ方向
及びＹ方向の座標値を算出し、ホストコンピュータ４へ
送出し、以下、これを繰返す。

座標値ｘｐを求める算出方法の一つとして、前記検出電
圧Ｖ１〜Ｖ４８の極小値付近の波形を適当な函数で近似
し、その函数の極小値の座標を求める方法がある。

例えば第６図において、最小値の検出電圧Ｖ４と、その
両側の検出電圧Ｖ３及びＶ５を２次函数で近似すると、
次のようにして算出することができる（但し、各ループ
コイル５ｘ−１〜５ｘ　−４８の中心位置の座標値をＸ
１〜ｘ４８とし、その間隔をΔＸとする。）。まず、各
電圧と座標値より、 Ｖ３　＝ａ　（ｘ３−ｘｐ　）　２＋ｂ　　　−・・・
・・（１）Ｖ４　＝ａ　（ｘ４−ｘｐ　）　２＋ｂ　　
　−・・・・・（２）Ｖ５　＝ａ　（ｘ５−ｘｐ　）　
２＋ｂ　　　・・・・・・（３）となる。ここで、ａ、
ｂは定数（ａ＞０）である。

また、 ｘ４−ｘ３−Δｘ　　　　　　　　　−−−−（４）ｘ
５−Ｘ３　＝２ΔＸ　　　　　　　・・・・・・（５）
となる。ここで、（４）、　　（５）式を（２）。

（３）式に代入して整理すると、 ｘｐ　＝ｘ３＋Δｘ／２　（（３Ｖ３−４Ｖ４＋Ｖ５　
）／　　（Ｖ３　−２Ｖ４　　＋Ｖ５　））・・・・・
・　（６） となる。

従って、各検出電圧Ｖｌ　−Ｖ４８より最小値の検出電
圧及びその前後の検出電圧を抽出し、これらと該最小値
の検出電圧が得られたループコイルの１つ前のループコ
イルの座標値（既知）とから前述した（６）式に相当す
る演算を行なうことにより、入力ペン２による指定位置
の座標値ｘｐを算出できる。

なお、入力ペン２の同調回路２３によって両端間の電圧
値が低下するループコイルは該入力ペン２が置かれた位
置を中心としてその前後の数本のみであり、また、前述
したように座標検出に必要な電圧値は最小値を示す電圧
値とその前後の電圧値との３つの値であるから、制御回
路１５は２回目以降の座標検出においてループコイル５
ｘ−１〜５ｘ−４８及び５ｙ−１〜５ｙ　−４８のうち
、最小の電圧値が得られたループコイルを中心としてそ
の前後の一定数、例えば１０本のループコイルのみを選
択する情報を選択回路９及び１０に送出し、前記同様に
して電圧値を得て入力ペン２に対する座標検出を行なう
ようにしても良い。

一方、ホストコンピュータ４は制御回路１５より指定位
置の座標値を受信すると、予め用意された各種のプログ
ラムに従う演算処理を実行し、得られた画像、例えば入
力ペン２の指定位置をドツト表示した画像を表示装置３
に送出し、これをその画面上に表示させる。従って、タ
ブレット１上に重ねた表示装置３の上でスイッチ２０を
オンとなした入力ペン２を操作すると、その軌跡通りの
図形が表示装置３に表示される。

なお、前記実施例では位置検出部の各ループコイル及び
入力ペン２のコイルにコンデンサを接続し共振状態で用
いたが、必ずしも共振させる必要はなく、コンデンサは
なくても良い。また、実施例中のループコイルの本数や
その並べ方は一例であり、これに限定されないことはい
うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、コイルを含む受動
回路を有する入力用指示器と、多数のループコイルを位
置検出方向に並設してなる位置検出部、前記多数のルー
プコイルのそれぞれに抵抗を介して交流信号を供給する
信号供給手段、前記多数のループコイルの両端間にそれ
ぞれ発生する電圧を検出する電圧検出手段及び前記多数
の電圧に基づいて入力用指示器による指定位置の座標値
を検出する座標検出手段を有するタブレットと、表示装
置とを備えたため、多数のループコイルには交流信号を
供給するのみで良くその駆動が簡単であり、また、各ル
ープコイルの両端間の電圧は任意の速度で読取ることが
でき、従って、座標検出速度の向上が容易であり、また
、入力用指示器にはコイルを含む受動回路を設けるのみ
で良く、コードが不要となり且つ電池や磁石等の重量の
ある部品が不要となり、その分、操作性が良く、また、
検出した指定位置の座標値に基つく画像等を表示装置に
表示することができる。また、位置検出部には特別な部
品を必要としないため、大型化が容易であり、従って、
電子黒板等への適用が可能であり、また、得られた電圧
に対する演算処理の精度を上げることによって座標検出
精度を上げることもできる。

また、本発明によれば、タブレット上に平面形の表示装
置を重ね合わせたので、入力用指示器を保持する手元と
その入力結果を同時に見ながら入力作業を行なうことが
できる。

また、本発明によれば、位置検出部の各ループコイルよ
り発信する電磁波に対して入力用指示器のコイルが共振
状態となるため、指定位置付近における電圧値の変化が
急峻となり、座標検出精度を高めることが可能となる。

また、本発明によれば、位置検出部の各ループコイル及
び入力用指示器のコイルとも共振状態となるため、指定
位置付近における電圧値の変化がより急峻となり、座標
検出精度をより高めることが可能となるとともに、消費
電力を減らすことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の座標入力装置の一実施例の概要を示す
構成図、第２図は入力ペンの同調回路とともにタブレッ
トの詳細を示す構成図、第３図は入力用指示器の断面図
、第４図は位置検出部のループコイル群の詳細な構成図
、第５図は制御回路における処理の流れ図、第６図はル
ープコイルより得られる検出電圧の一例を示す図である
。 １・・・タブレット、２・・・入力ペン、３・・・表示
装置、４・・・ホストコンピュータ、５・・・位置検出
部、５ｘ−１〜５ｘ−４８，５ｙ　−１〜５ｙ　−４８
・・・ループコイル、６・・・信号発生回路、９，１０
・・・選択回路、１３・・・検波器、１４・・・低域フ
ィルタ、１５・・・制御回路、２１・・・コイル、２３
・・・同調回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）コイルを含む受動回路を有する入力用指示器と、 多数のループコイルを位置検出方向に並設してなる位置
   検出部、前記多数のループコイルのそれぞれに抵抗を介
   して交流信号を供給する信号供給手段、前記多数のルー
   プコイルの両端間にそれぞれ発生する電圧を検出する電
   圧検出手段及び前記多数の電圧に基づいて入力用指示器
   による指定位置の座標値を検出する座標検出手段を有す
   るタブレットと、 表示装置とを備えた ことを特徴とする座標入力装置。
2. （２）表示装置として平面形のものを用い、これをタブ
   レット上に重ね合わせたことを特徴とする請求項（１）
   記載の座標入力装置。
3. （３）交流信号の周波数として所定の周波数を用いると
   ともに入力用指示器のコイルに該所定の周波数で共振す
   る共振回路を構成し得る容量値を備えたコンデンサを接
   続したことを特徴とする請求項（１）又は（２）記載の
   座標入力装置。
4. （４）位置検出部の多数のループコイルに所定の周波数
   で共振する共振回路を構成し得る容量値を備えたコンデ
   ンサをそれぞれ接続したことを特徴とする請求項（３）
   記載の座標入力装置。