JPH05250084A - コードレスデジタイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自己発振型のコードレスデジタイザにおける
入力ペンの筆圧の検出を簡単な構成で行う。 【構成】 位置指示器とタブレットとの間で自己発振系
を構成したコードレスデジタイザにおける入力ペンに機
械共振系を設け、筆圧に応じてその共振周波数が連続的
に可変されるよう構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、面上の指示位置座標を
読み取るためのデジタイザに関するもので、特に上記読
み取るべき位置を指示するための位置指示器がタブレッ
ト本体に接続しないいわゆるコードレスデジタイザに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種コードレスデジタイザは、
いずれの方式においても独立に動作する発振器を有して
いた。例えば、電磁誘導方式のコードレスデジタイザに
おいては、位置指示器とタブレットとの間での磁界結合
を利用するものであるので、位置指示器で磁界を発生さ
せる方式においても、あるいはタブレットから磁界を発
生する方式においてもいずれの場合にも磁界発生のため
の発振器を有していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、このような
装置においては発振器を設ける必要があるので装置がそ
の分複雑になる欠点があった。この欠点をなくすため、
本出願人は、平成４年２月２１日付けで特許出願した
「コードレスデジタイザ」において自己発振型のコード
レスデジタイザを提案した。この装置は、タブレットに
設けられた例えばループコイル群の内の少なくとも２本
について増幅器で接続し、コイルまたはコンデンサのい
ずれかまたは両方を有した位置指示器とで自己発振系を
構成したものである。タブレット上に位置指示器を近接
させると、位置指示器のコイルなどが周囲の雑音電波等
により励振され、これがトリガとなって上記それぞれの
要素があたかも発振器を構成するが如く連続でかつ安定
に発振する。この発振における増幅器の出力レベルは、
位置指示器の指示位置と上記ループコイルとの距離に応
じて変化するので、指示位置の検出が可能になる。ま
た、この時の発振周波数は、この自己発振系固有の値を
とる。従って、位置指示器のコイルあるいはコンデンサ
の定数等を位置指示器の操作状態に応じて変化させるよ
う構成することにより、位置指示器の操作状態をも検出
することができる。

【０００４】ところでこのようなデジタイザにおいて
は、位置指示器としてペン形式のものを使用し、筆記感
覚と同様な感覚で各種のデータを入力できるようにした
ものがある。このような装置は、紙の上に文字を描くと
同様に強い力で筆記したときには濃くまた太く、弱い力
の時には薄くまた細く描画できることが望ましい。この
ため、従来のこの種装置においては何らかの手段により
入力ペンの筆圧情報を位置データの入力とともに入力で
きるよう構成していた。

【０００５】特公平３−６８４０８号公報記載のデジタ
イザにおいては、タブレット板に設けられたアンテナコ
イルから間欠的に電波を発信し、この電波を入力ペンの
ＬＣ同調回路が受け上記アンテナコイルが不作動状態に
ある時該電波を逆に返し、該電波の性質を調べることに
より入力ペンの筆圧を検出するよう構成していた。具体
的には、この入力ペンのＬＣ同調回路のコイルまたはコ
ンデンサのインダクタンスまたはキャパシタンスを入力
ペンの筆圧に応じて連続的に可変するように構成し、該
戻された電波の位相の変化を検出して筆圧の検出を行う
ようにしたものである。このように、この装置は入力ペ
ンの筆圧を精度よく検出することができ優れた方式であ
るが、タブレット上にアンテナコイルを設け、該アンテ
ナコイルから間欠的に電波を発生させるとともにそれが
不作動中に該入力ペンからのいわゆる反射電波を受けそ
の位相を調べるという複雑な動作を必要とする欠点があ
った。この発明は、この点を改善するためになされたも
ので比較的簡単な動作で入力ペンの位置検出とともに筆
圧の検出も可能なコードレスデジタイザを提供すること
を目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、この発明にお
いては、タブレットに配置された複数の導体が増幅器に
より接続され、位置指示器としての入力ペンに配置され
たコイルまたはコンデンサが上記タブレットに近接され
たとき、該タブレットの複数の導体、増幅器及び入力ペ
ンのコイルまたはコンデンサが固有の周波数特性を有す
る自己発振系を構成し、上記入力ペンに電気機械変換素
子を含む機械共振系を設けるとともに該入力ペンのタブ
レットに対する押圧（筆圧）に応じて該機械共振系の共
振周波数が連続的に可変されるよう上記機械共振系を上
記入力ペンに取り付け、上記自己発振系が発振状態にあ
る時の上記増幅器の出力信号を利用して上記位置指示器
のタブレット上の指示位置を検出するとともに該出力信
号の上記入力ペンの機械共振系の共振周波数の変化に基
づくこの自己発振系の周波数変化を検出して上記入力ペ
ンの筆圧を検出するよう構成した。

【０００７】

【作用】自己発振系を構成するデジタイザの増幅器から
の出力信号の周波数を測定するだけであるので、簡単な
動作で入力ペンの筆圧を検出することができる。

【０００８】

【実施例】図１〜図６は、本発明に関わる電磁誘導型コ
ードレスデジタイザの構成を示すもので、図１はこのデ
ジタイザに使用される入力ペンの主要部の構成を示す説
明図、図２はこの入力ペンを用いたコードレスデジタイ
ザの出力周波数と筆圧との関係を表すグラフ、図３は周
波数検出方式の１例を示す説明図、図４はこのコードレ
スデジタイザの全体の構成を示す説明図、図５は図４に
示した各ループコイル群のスキャン動作を示す説明図、
図６は図４に示したデジタイザの位置検出方法の１例を
示す説明図である。

【０００９】最初に、図４〜図６を参照してこの発明に
関わるデジタイザの構成及び動作を説明する。図４を参
照する。タブレット１には、Ｘ方向に順次配置されたＸ
側ループコイル群Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・とＹ方向に
順次配置されたＹ側ループコイル群Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、
・・・が設けられている。Ｘ側ループコイル群はＸ軸ス
キャナ１１に各々接続され、Ｙ側ループコイル群はＹ軸
スキャナ１２に各々接続されている。Ｘ軸スキャナ１１
は図示しない制御回路からのＸアドレス信号に基づいて
測定の各タイミングにおいていずれかのＸ側ループコイ
ルを選択して電圧増幅器１３の入力側に接続し、Ｙ軸ス
キャナ１２は同様なＹアドレス信号の下に測定の各タイ
ミングにおいていずれかのＹ側ループコイルを選択して
電流増幅器１４の出力側に接続する。電圧増幅器１３の
出力信号は電流増幅器１４の入力信号となる。従って、
この装置においては、Ｘ側ループコイル群の選択された
ループコイル、電圧増幅器１３、電流増幅器１４及びＹ
側ループコイル群の選択されたループコイルがいずれか
の測定タイミングにおいて接続される。そして、電圧増
幅器１３の出力ｅ０が利用回路１５に取り込まれ位置指
示器２の位置決定に利用され、電流増幅器１４の出力ｅ
ｄもまた所定の処理が施されて利用回路１５に取り込ま
れスイッチ識別あるいは位置指示器の筆圧検出のためた
め利用される。

【００１０】なお、この装置においては、上述の電圧増
幅器１３はこの自己発振系において飽和しない領域とな
るものを選択し、また電流増幅器１４は飽和領域で使用
されるかまたは短時間で飽和するものであることが望ま
しい。電圧増幅器１３の出力ｅ０は位置決定に利用され
るので位置の再現性を良好にするために飽和しない領域
で使用することが望ましく、また電流増幅器１４の出力
ｅｄは自己発振系の一方のループコイルを駆動する出力
となるので系の安定発振のために早い立ち上がりが望ま
れるからである。一方、位置指示器２は、この実施例装
置においては、ペン形状のハウジングを有しいわゆる入
力ペンとして構成され、図４上方に示されるように、コ
イル２１と圧電振動子２２１とコンデンサ２２２及びス
イッチ２３から構成されている。この装置の圧電振動子
２２１は、この回路にあって機械共振系を構成してい
る。この位置指示器２の機械共振系（圧電振動子）２２
１は、例えば位置指示器２のタブレット１に対する接触
圧に応じてその共振周波数が連続的に可変するよう取り
付けられている。コンデンサ２２２はスイッチ２３を介
してこの位置指示器２に並列に接続されたものでスイッ
チ２３のオンオフ動作を識別するために利用される。こ
の位置指示器２を上記のように構成されたタブレット上
に位置づけると、この位置指示器２のコイル２１がスキ
ャナー切り換えのショックまたは周囲の雑音電波等を拾
いこの系において発振動作が開始される。

【００１１】図５に示すように、この装置においては、
Ｙ軸スキャナ１２は所定のタイミングで各Ｙ側ループコ
イルを順次増幅器１３の出力側に接続する。そして、こ
のＹ軸スキャナ２１がいずれかのＹ側ループコイルを選
択しているときＸ軸スキャナ１１が動作して各Ｘ側ルー
プコイルを順次増幅器１３の入力側に接続する。ここで
は、Ｘ軸スキャナ１１がそれぞれのＸ側ループコイルを
選択している１つのタイミングが１つの測定タイミング
となる。

【００１２】そして、各測定タイミングにおいて、利用
回路１５は電圧増幅器１３の出力ｅ０をそれぞれ取り込
み、図６に示すような処理を行う。図６は利用回路１５
の処理の１つであるタブレット１上の位置指示器２の指
示位置を決定するための１つの方式を示す模式図であ
る。図５に示すように、Ｙ軸スキャナ１２がループコイ
ルＹ１を選択し、Ｘ軸スキャナ１１が各Ｘ側のループコ
イルを選択した際の増幅器１３の各出力レベル（図６
）、Ｙ軸スキャナ１２がループコイルＹ２を選択し、
Ｘ軸スキャナ１１が各Ｘ側のループコイルを選択した際
の電圧増幅器１３の各出力レベル（図６）、Ｙ軸スキ
ャナ１２がループコイルＹ３を選択し、Ｘ軸スキャナ１
１が各Ｘ側のループコイルを選択した際の電圧増幅器１
３の各出力レベル（図６）、・・・・というように各
測定のタイミングにおける電圧増幅器１３の出力レベル
をデータとして、利用回路１５は位置指示器２のタブレ
ット１上の指示位置を決定する。

【００１３】次に、図１〜図３を用いてこのコードレス
デジタイザにおける入力ペンの筆圧検出の具体的な方法
について説明する。図１は、上述した位置指示器と同一
の電気的構成を有する入力ペン２の具体的構成の説明図
である。ハウジング２０はペン形状を有している。ペン
先２６の上部には鉄心２５またはフェライトコアが取り
付けられている。この場合、この鉄心２５及びペン先２
６は上下方向に若干の自由度が設けられており微少な範
囲で垂直に移動可能に保持されている。この鉄心２５の
上方には、緩衝材２４を介してハウジング２０に固定さ
れた圧電振動子（機械共振系）２２１が取り付けられて
いる。従って、ペン先２６がタブレット面に接触された
際の筆圧の大小により鉄心２５の先端の機械共振系２２
１に対する加圧力が連続的に変動する。機械共振系は、
駆動電力に応じた固有の共振周波数を有しているが、上
記のように機械的な圧力を加えることにより機械振動が
徐々に抑えられ従って共振周波数も徐々に低下する。こ
のように、この装置においては入力ペン２の筆圧に伴う
上下ストロークを不必要に大きくすることがないように
配慮している。筆圧に応じてストロークが大きく変動す
ることは筆記感覚を損なうからである。この鉄心２５の
周囲にコイル２１が設けられ、このコイル２１のリード
線が機械共振系２２１に接続され入力ペン２の電気回路
が構成される。さらにこの回路にコンデンサ２２２とス
イッチ２３とが並列に接続されている。

【００１４】図２はこの入力ペン２の筆圧と図４に示す
増幅器１３または１４の出力信号の周波数との関係を示
したものである。筆圧を大きくすることにより、入力ペ
ン２の機械共振系２２１の共振周波数が小さくなるの
で、出力周波数は連続的に小さくなる。図３は図１に示
す増幅器１３または１４の出力信号の周波数の検出の説
明図である。図３に示すように、この装置においては出
力信号ｅ０またはｅｄの零クロス点を検出し、この零ク
ロス点と次の零クロス点がどの程度の時間間隔で検出さ
れるかを測定することにより周波数を検出している。出
力信号ｅｄの零クロス点を検出する零クロス検出回路１
５１と、この回路のスタート信号及びストップ信号間の
基準クロック（ＲＣＬＫ）を計数するカウンタ１５２を
設けている。この計数値が利用回路１５へ送られ周波数
が検出される。

【００１５】なお、利用回路１５の取り込まれたデータ
は入力ペン２のスイッチ２３の操作によってもコンデン
サ２２２が付加されるのでその周波数が変化する。従っ
て、利用回路１５においてはこの点についても出力デー
タの周波数成分を測定することにより入力ペン２のスイ
ッチ２３の操作状態をも検出している。このように、こ
の装置においては、タブレット１に対する入力ペン２の
接触圧あるいはそのスイッチのオンオフ識別などを可能
にしている。さらに、上述したようにこれらの周波数解
析を電流増幅器１４の出力信号に基づき行うよう構成す
ることにより十分に大きな出力信号を周波数解析に利用
することができる利点があるとともに位置の決定のため
の信号と異なる信号であるので位置決定と独立して入力
ペン２の操作状態を検出することができ、回路構成がそ
の分単純になる利点がある。

【００１６】なお、上記装置は電磁結合型に属するもの
であるが、いわゆる静電結合型のデジタイザにも適用で
きる。この場合には、静電結合のための電極として上述
のようなループコイルを用いることもできあるいは単に
導体を用いても良い。さらに、機械共振系として圧電振
動子を用いた例を示したが、圧電素子または磁歪素子等
を用いて機械共振系を構成してもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
入力ペンの機械共振系を設け筆圧に応じてその共振周波
数を連続的に可変するよう構成し、自己発振系の一方の
導体に供給する信号を電流増幅器により増幅するように
構成したので高いレベルの出力信号を得ることができ
る。従って、比較的簡単な構成で位置検出とともに入力
ペンの筆圧及び操作状態を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示すデジタイザの入力ペン
を示す構成説明図である。

【図２】入力ペンの筆圧と出力信号の周波数の関係を示
す説明図である。

【図３】周波数の検出の１例を示す説明図である。

【図４】本発明の１実施例を示すデジタイザの全体構成
を示すブロック図である。

【図５】図１のデジタイザのスキャン動作を示す説明図
である。

【図６】図１に示したデジタイザの位置決定方法の１例
を示す模式図である。

【符号の説明】

１：タブレット ２：位置指示器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タブレットに配置された複数の導体が増幅
   器により接続され、位置指示器としての入力ペンに配置
   されたコイルまたはコンデンサが上記タブレットに近接
   されたとき、該タブレットの複数の導体、増幅器及び入
   力ペンのコイルまたはコンデンサが固有の周波数特性を
   有する自己発振系を構成し、 上記入力ペンに電気機械変換素子を含む機械共振系を設
   けるとともに該入力ペンのタブレットに対する押圧（筆
   圧）に応じて該機械共振系の共振周波数が連続的に可変
   されるよう上記機械共振系を上記入力ペンに取り付け、 上記自己発振系が発振状態にある時の上記増幅器の出力
   信号を利用して上記位置指示器のタブレット上の指示位
   置を検出するとともに該出力信号の上記入力ペンの機械
   共振系の共振周波数の変化に基づくこの自己発振系の周
   波数変化を検出して上記入力ペンの筆圧を検出するよう
   構成したコードレスデジタイザ。