JPH0368408B2

JPH0368408B2 -

Info

Publication number: JPH0368408B2
Application number: JP61202483A
Authority: JP
Inventors: Azuma Murakami; Tsugunari Yamanami; Toshiaki Senda
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1986-08-28
Filing date: 1986-08-28
Publication date: 1991-10-28
Also published as: JPS6356716A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、平面上の所定位置において位置指示
器が操作された場合にその使用状態の連続的な変
化、特に座標入力装置における位置指示器の使用
状態の連続的な変化を検出するのに適した方式に
関するものである。

（従来の技術）従来の位置指示器の状態検出方式として、例え
ば座標入力装置において、タブレツト上の入力す
べき座標位置のみを指定した位置指示器の状態
（以下、ペンダウン状態と称す。）を検出する方式
としては、位置指示器にスイツチ手段を設けて、
ペンダウン時のみ、該スイツチ手段をオン（又は
オフ）し、該スイツチ手段のオン（又はオフ）に
基づくタイミング信号を、コードを介してあるい
は超音波や赤外線を用いて位置検出回路に送るよ
う構成されたものがあつた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、位置指示器よりコードを用いて
タイミング信号を送るものでは該コードが位置指
示器の操作性を悪くし、また、超音波や赤外線を
用いてタイミング信号を送るものでは、位置指示
器自体にこれらの送信機や信号発生回路、電池等
を設けなければならず、構成が複雑化し、大型且
つ大重量となり、これによつて、位置指示器の操
作性を悪くするという問題点があつた。

本発明は、位置指示器の操作性を落とすことな
くその使用状態の変化、特に連続的な変化を検出
し得る方式を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明では前記問題点を解決するため、位置指
示器の使用状態の連続的な変化を検出する位置指
示器の状態検出方式において、コイル及びコンデ
ンサあるいはこれに加えて抵抗を含み且つ該コイ
ル又はコンデンサもしくは抵抗のいずれかの値を
使用状態に応じて連続的に変化させることにより
外部信号に対して互いに同等な同調周波数で且つ
位相の連続的な変化を伴つて応答して電波を発信
する同調回路を位置指示器に設け、前記同調周波
数と同等な周波数の交流信号を平面上の所望の位
置に配設されたアンテナコイルに間欠的に加えて
電波を発信させ、該電波の発信を停止した際に前
記同調回路が応答した信号を前記アンテナコイル
に受信させ、前記アンテナコイルの発信信号に対
する受信信号の位相の変化より位置指示器の使用
状態の連続的な変化を検出することを特徴とする
とともに、特にこのような状態検出方式に関する
技術を座標入力装置に応用したものとして、座標
入力部を構成するタブレツトと、スタイラスペン
等の位置指示器と、タブレツトを駆動し且つ位置
指示器による座標入力位置を検出する位置検出回
路とを備えた座標入力装置において、前記アンテ
ナコイルを上記タブレツトの座標入力範囲の周囲
に設けたことも特徴としている。

（作用）本発明によれば、位置指示器の使用状態によ
り、同調回路はそのコイルとコンデンサと抵抗の
いずれかの値が変化してアンテナコイルの発信信
号に対して位相が変化して応答し、発信する。ア
ンテナコイルがこれを受信する。該受信によつて
位置指示器の位置動作状態が検出される。そして
受信信号の位相の変化に応じて位置指示器の使用
状態が識別される。

（実施例）以下、図示した実施例に基づいて、本発明の位
置指示器の状態検出方式を具体的に説明する。な
お、本発明は平面上の所望の位置にある位置指示
器の使用状態の連続的な変化を検出できるもので
あるが、本実施例では座標入力装置に応用したも
のについて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、図
中、１はタブレツト、２は位置指示器（以下、入
力ペンと称す。）、３は位置検出回路、４はタイミ
ング制御回路である。

タブレツト１は、合成樹脂製の筐体１１にタブ
レツト本体１２およびアンテナコイル１３を収納
してなるもので、タブレツト本体１２は位置検出
回路３に接続され、また、アンテナコイル１３は
タイミング制御回路４に接続されている。

タブレツト本体１２は、位置検出回路３に駆動
されて、入力ペン２により指定された位置を検出
する検出部を構成するもので、該タブレツト本体
１２は筐体１１のほぼ中央に配置されている。な
お、筐体１１の上面パネル１１ａに描かれている
枠１４はその座標入力範囲を示す。

該タブレツト本体１２および位置検出回路３と
しては、例えば本件出願人の出願にかかる特願昭
58−238532号の「座標位置検出装置」（特開昭60
−129616号公報参照）あるいは特願昭59−33083
号の「位置検出装置（特開昭60−176134号参照）
を用いることができる。前者においてはタブレツ
ト本体１２の表面と平行に、且つ互いに直交させ
た多数の磁歪伝達媒体を配設して、これに各一端
から他端に向けて周期的に磁歪振動を伝搬させ、
入力ペン２が近づくと、これに設けた棒磁石によ
り磁歪振動がその個所で増大することを利用し
て、その個所までの伝搬時間から位置検出回路３
がそのXY座標を検出する。また後者において
は、直交配列された各磁性体を交流励磁して各検
出コイルによつてその誘導電圧をとり出すように
し、同様な入力ペンが近づくと磁性体の透磁率が
局部的に変化して誘導電圧が変化することを利用
してXY座標を検出する。

アンテナコイル１３は、塩化ビニル等の絶縁被
覆を施した導線を、タブレツト本体１２の座標入
力範囲の周囲、ここでは前記枠１４の周囲の筐体
１１の上面パネル１１ａの裏面に配設してなるも
のである。なお、図示例では１ターンとなしてい
るが、必要に応じて複数ターンとしても良い。

入力ペン２は、位置指定用の磁気発生器、例え
ば棒磁石２１と、コイルとコンデンサと抵抗とを
含む同調回路２２を内蔵している。

第２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材料からなるペン軸２３
の内部に、ボールペン等の芯体２４と、該芯体２
４を摺動自在に収容し得る透孔を備えた棒磁石２
１と、コイルバネ２５と、スイツチ２２１、鉄心
入りコイル２２２、コンデンサ２２３、微調節用
の可変コンデンサ２２４および圧力可変コンデン
サ２２５とからなる同調回路２２とが一体的に組
合わされて内蔵され、その後端にはキヤツプ２６
が取付けられてなつている。

前記スイツチ２２１は、芯体２４を、例えばそ
の先端をタブレツト面に押付けることによつて、
ペン軸２３内に押込むと、その後端によりコイル
バネ２５を介して押圧され、オンする如くなつて
いる。そして芯体２４の押圧力に応じて圧力可変
コンデンサ２２５の容量が変化するようになつて
いて、後記する如く、その押圧力に応じた前記容
量の変化に基づいて、描く線の太さを指定するよ
うにしている。第３図にも示すように、コンデン
サ２２３、可変コンデンサ２２４、および圧力可
変コンデンサ２２５は互いに並列に接続され、さ
らにこれらの一端にコイル２２２の一端がスイツ
チ２２１を介して接続され、また、これらの他端
にコイル２２２の他端が接続されて、並列共振回
路２２を構成している。

なお、共振回路２２はアンテナコイル１３より
発信される電波の周波数に共振（同調）すべく、
可変コンデンサ２２４によつて調節して設定され
る。共振回路２２は圧力可変コンデンサ２２５の
容量が変化することによつて、選択度Ｑ＝Ｒ／
（ωOL）（但し、ωOは共振角速度、Ｒは共振回路
の抵抗値、Ｌはインダクタンス）が変化して位相
ずれが生ずる。そして同時に共振周波数も変化す
るが共振を可能にしている。

第３図はタイミング制御回路４の詳細な構成を
示すもので、図中、４０１は発振器（OSC）、４
０２は分周カウンタ、４０３，４０４はナンドゲ
ート、４０５は送信端子、４０６は受信端子、４
０７，４０８は受信切替スイツチ、４０９，４１
０，４１１は増幅器、４１２はフイルタ、４１
３，４１３′は位相検波器（PSD）、４１４は移
送器（SHIFT）、４１５，４１５′は低減フイル
タ（LPF）４１６は位相角演算器（PHASE）、
４１７は出力端子である。

第４図は第３図の各部における信号波形図であ
る。以下、動作について詳細に説明する。

発振器４０１より発生した、例えば910KHzの
クロツクパルスは、分周カウンタ４０２で1/2お
よび1/32に分周される。ナンドゲート４０３の一
方の入力端子には、1/2に分周された455KHzのパ
ルス信号Ａが入力され、他方の入力端子には1/32
に分周された28.44KHzのパルス信号（パルス幅
17.6μs）が入力され、その出力はさらにナンドゲ
ート４０４に送出されて、第４図に示すように、
17.6μs毎に455KHzのパルス信号を出したり、出
さなかつたりする信号Ｂとなる。

該信号Ｂは、送信端子４０５を介してアンテナ
コイル１３に送出され、さらに電波として発信さ
れる。この時、例えば入力ペン２の同調回路２２
において、スイツチ２２１がオンであると、該同
調回路２２は送られてくる電波に共振する。而し
て、該回路は送信側の発信が停止する間も減衰し
ながら共振し続けるため、第４図に示すような信
号Ｃを発生し、該信号Ｃはコイル２２２より電波
として発信され、アンテナコイル１３に受信され
る。

受信切替スイツチ４０７，４０８は、前記
28.44KHzのパルス信号により17.6μs毎に切替えら
れているため、送信停止期間の間のみ、受信端子
４０６よりの信号を取入れる。該受信信号は同調
回路２２のスイツチ２２１がオンであれば、第４
図に示す信号Ｄとなり、オフであれば信号D′と
なる。該受信信号Ｄは、増幅器４０９，４１０に
より増幅され、信号Ｅとなり、さらに共振周波数
455KHzのメカニカルフイルタ４１２を通して雑
音成分が除去され、増幅器４１１を介して位相検
波器４１３，４１３′に送出される。なお、増幅
器４１０はオートレベルコントロール機能を有し
ていて、信号Ｅを一定振幅にする。

位相検波器４１３には前記455KHzのパルス信
号Ａが入力されており、この時、受信信号Ｅの位
相をパルス信号Ａの位相と一致させているので、
第４図に示すような、ちようど、受信信号Ｅを折
返した信号Ｆを出力する。

移送器４１４はパルス信号Ａを90゜進めて、そ
の信号を位相検波器４１３′に与えており、位相
検波器４１３′は信号Ｅと、信号Ａを90゜進めた信
号とを受けて、後記する信号F′を出力する。

前記信号Ｆ，F′は、遮断周波数の充分低い低域
フイルタ４１５，４１５′にて平坦な信号に変換
され、位相角演算器４１６に入力される。

ここで、位相検波器４１３の入力として、分周
カウンタ４０２の1/2分周による信号をeRとする
と、第５図Ａを参照し、これは振幅１の方形波で
あるから、その角速度をωRとすると、フーリエ
展開により、 eR＝(4/π)｛sinωRt＋(1/3)sin3ωRt ＋（1/5）sin5ωRt＋…｝ …(1) となる。そして増幅器４１１側からの信号をeiと
して、これは最大値ES、角速度ωSの同期成分eS
と、最大値EN、角速度ωNの雑音である非同期
成分eNよりなるものとすると、角速度ωS＝ωR
であるから、 ei＝eS＋eN＝ESsinωRt＋ENsinωNt …(2) となる。

信号eRとeSとが同相のときは、位相検波器４
１３の出力をeO（第３図及び第４図の信号Ｆ）と
すると、 eO＝eR×ei ＝（４／π）｛ESsinωRt｝｛sinωRt＋(1/3)sin3ωRt＋…｝＋(4/π)｛ENsinωNt｝｛sinωRt ＋(1/3)sin3ωRt＋…｝＝（４／π）ES｛sin²ωRt ＋(1/3)sinωRt・sin3ωRt＋…｝＋(4/π)EN｛sinωNt・sinωRt ＋(1/3)sinωNt・sin3ωRt＋…｝ …(3) となる。ここで、(3)式の第１項のsin²ωRtのみに
直流成分が含まれ、他は交流成分であるから、次
段の低減フイルタ４１５の出力として、直流成分
のみに注目して、これを直流力とすると、
sin²ωRt＝（1/2）｛１−cos2ωRt｝より、＝（２／π）ES …(4) となる。(4)式は第５図Ａにおける信号eOの平均
値である。

つぎに、圧力可変コンデンサ２２５の容量が変
化して信号eRとeSとに位相差φが生ずると、(3)
式の第１項をe′Oとおき、 e′O＝（４／π）ES｛sin（ωRt−φ）sinωRt｝＝（４／π）ES（1/2）｛cosφ−cos（2ωRt＋φ）｝ …(5) となる。(5)式の第２項は交流成分であるから、直
流出力は＝（２／π）EScosφ …(6) となり、φ＝180゜と仮定すると、＝−（２／π）Es となる。(6)式は第５図Ｃにおける信号eOの平均
値であり、該信号が位相角演算器４１６に入
力される。

つぎに、第５図のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに示すよう
に、信号eSの信号eRに対する位相差φがそれぞ
れ0゜、90゜、180゜、270゜となつたときを考えると、
例えば90゜と270゜の位相差に対しては、(6)式のφ
＝90゜あるいはφ＝270゜として、eO＝０となる。
よつてこれらの位相差領域を含めて信号eOを検
出するために、移相器４１４によつて、第６図に
示すように信号eRが90゜進められる。これによつ
て(6)式のcosφはsinφに置き換えられ、この場合
の第６図に示す信号e90（第３図の信号F′）の平均
値を90とすると、 90＝（２／π）ESsinφ …(7) となり、該信号90が位相角演算器４１６に入力
される。位相角演算器４１６は(6)式と(7)式とから
位相角を演算する。90／＝sinφ／cosφより、 φ＝tan^-1（90／） …(8) となり、(8)式の位相角φの信号が出力端子４１７
から、タブレツト１内のマイクロコンピユータ
（図示せず）に出力される。

なお、本実施例においては、圧力可変コンデン
サ２２５によつて同調回路２２の応答する位相を
変えるようにしたが、その代わりに感圧ゴムなど
による可変抵抗を用いるとか、コイル２２２のイ
ンダクタンスを可変してもよい。

第７図は芯体２４の押圧力ｇと、描く線の太さ
を指定するコードとの対応図であり、アナログ的
な押圧力に応じて出力端子４１７から出力される
位相角φの信号に基づいて、マイクロコンピユー
タによつて線の太さを示すデイジタルコードに変
換されて、その太さが指定される。なお、押圧力
が０の場合は、(8)式の信号，90が共に０とな
るので位相角φは不定となり、位相角演算器４１
６が該不定なるを検知して、スイツチ２２１がオ
フであることが判別される。これを判別するに当
つては、信号と90とに対してそれぞれ０をわ
ずかに上まわるしきい値を設けて、そのしきい値
との比較結果の論理和を監視すればよい。このよ
うにして位相角φが検出されたときはペンダウン
状態であり、不定のときはペンダウン状態でない
と定義付けて、該判別信号を位置検出回路３に送
るようにすれば、入力ペン２をタブレツト１上で
操作し、座標入力したい位置で該入力ペン２の先
端をタブレツト１上に押付けることによつて連続
的な押圧力の変化を検出できる。

なお、入力ペンとしては側面にスイツチを備え
たものを用いても良く、また、スイツチ自体は必
要不可欠なものではない。また、前記説明では位
相の連続的な変化に対応して線の太さを変える点
について言及したが、指示位置あるいはその指示
領域の色相や濃度（明度）を変えるようになして
も良い。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、位置指示
器と他の回路との間にコードが不要であることは
もとより、コイルとコンデンサとを含む同調回路
を設けるのみで良く、従来のような複雑な信号発
生回路や電池等も不要となした上で、位置指示器
の使用状態に応じた信号がコードなしで受信さ
れ、しかも位置指示器に設けたスイツチの動作状
態が同様にコードなしで識別されるので、例えば
入力ペンの押圧力に応じて描く線の太さの指定な
ども可能にした上で、極めて操作性の良い位置指
示器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明を座標入力装置に応用した場合
のものについて示している。第１図は本発明の実
施例を示す座標入力装置の斜視図、第２図は入力
ペンの断面図、第３図はタイミング制御回路のブ
ロツク図、第４図は第３図の各部の波形図、第５
図、第６図は第３図の各位相検波器の動作を説明
する波形図、第７図は芯体の押圧力と線の太さ指
定との対応図である。１……タブレツト、２……入力ペン（位置指示
器）、３……位置検出回路、４……タイミング制
御回路、１３……アンテナコイル、１４……座標
入力範囲、２２……同調回路、２２１……スイツ
チ、２２５……圧力可変コンデンサ。

【特許請求の範囲】

１座標検出装置の入力ペンにおいて、ペンカバ
ーと、前記ペンカバーの一端に固定されたダイヤ
フラム状の支持部材と、一端が前記ペンカバーの
一端より突出するように、前記支持部材で揺動可
能に支持されたペンと、それぞれ蛇腹部を持ち径
の異なる一対の筒状で内部が連通するように一体
に形成された容器からなり、大径の容器が前記ペ
ンと対向するように前記ペンカバーに固定された
増幅器と、前記ペンと前記増幅器の各対向部に結
合されたワイヤと、前記増幅器の小径の容器側に
固定された磁石と、この磁石が軸方向に移動可能
に嵌合するように、前記ペンカバーに固定された
コイルとを具備したことを特徴とする座標検出装
置の入力ペン。

Claims

記アンテナコイルを上記タブレツトの座標入力範
囲の周囲に設けたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の位置指示器の状態検出方式。