JPH0667790A

JPH0667790A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH0667790A
Application number: JP22394892A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Chikami; 敏秀千頭
Original assignee: Wacom Co Ltd
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1994-03-11

Abstract

(57)【要約】【目的】正確な調整作業を必要とせず、生産性を向上
し得る座標入力装置を提供する。【構成】座標指示器１に発振器１４及びこれを駆動す
る電池１５を設けることにより、センス部２側から該座
標指示器１に電磁エネルギーを供給させる必要をなく
し、また、センスコイル２−１〜２−８に発生した誘導
電圧を、互いに９０°異なる所定の周波数の交流信号を
それぞれ検波信号とした位相検波器７，８に送出し、こ
れによって得られる信号から制御回路１２において位相
角を一定の時間を隔てて２回求め、その２つの位相角の
差を求めて誘導電圧の周波数の変化を検出することによ
り、座標指示器１の発振器１４における発振周波数の変
化、即ちスイッチ１４ａのオン・オフを識別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コードレスの座標指示
器によって座標を入力する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この出願に先立ち、出願人は特願昭６１
−２１３９７０号（特開昭６３−７０３２６号公報参
照）において、共振回路のみを有し且つコードレスの位
置指示器（座標指示器）の指示位置を検出し得る位置検
出装置（座標入力装置）を提案した。

【０００３】前記装置の内容を簡単に説明すると、位置
検出方向に並設してなる複数のループコイル（センスコ
イル）より一のセンスコイルを選択し、これに所定の周
波数の交流信号を供給して電波を送信させ、該電波を座
標指示器に設けた共振回路に受信させる。この際、該電
波によるエネルギーを受けた共振回路から発生する電波
を前記一のセンスコイルに受信させ、誘導電圧を発生さ
せる。これを複数のセンスコイルについて順次切替えて
繰返し、各センスコイルに発生した誘導電圧の大きさに
基づいて共振回路の位置、即ち指示位置の座標値を求め
る如くなしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記装
置において、座標指示器の共振回路はセンスコイル側よ
り送信される電波のみからエネルギーを得て電波を発生
するものであったため、センスコイル側において必要な
強度の受信信号（誘導電圧）を得るには、共振回路の共
振周波数をセンスコイル側より送信する電波の周波数、
即ち前記所定の周波数と正確に一致させなければなら
ず、その調整に手間がかかるという問題があった。ま
た、前記装置では座標指示器のペンダウン状態等を識別
するため、スイッチ等の操作に応じて共振回路の共振周
波数をわずかに変化させるようになし、この共振周波数
のわずかな変化を受信信号から検出して前述したペンダ
ウン状態等を識別するようになしているが、具体的には
受信信号の前記所定の周波数を基準とした位相角を検出
して識別するようになしていたため、共振周波数を前記
所定の周波数とさらに正確に一致させなければならず、
その調整に非常に手間がかかるという問題があった。

【０００５】本発明は前記従来の問題点に鑑み、正確な
調整作業を必要とせず、生産性を向上し得る座標入力装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【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、状態に応じて発振周波数が変化する発振
器、該発振器からの交流信号に基づいて交流磁界を発生
する磁界発生器及びこれらの駆動電源を有する座標指示
器と、所定間隔を隔てて位置検出方向に並設してなる複
数のセンスコイルを有するセンス部と、該センス部の複
数のセンスコイルより一のセンスコイルを順次選択する
選択手段と、センスコイルに発生する誘導電圧のレベル
を検出する第１の検出手段と、複数のセンスコイルにそ
れぞれ発生する誘導電圧のレベルに基づいて前記座標指
示器の指示位置を求める座標算出手段と、センスコイル
に発生する誘導電圧の所定の周波数に対する位相角を検
出する第２の検出手段と、前記位相角を一定の時間を隔
てて２回取り出し、これらの差を求める位相差算出手段
と、前記位相角の差から座標指示器の状態を識別する識
別手段とを備えた座標入力装置を提案する。

【０００７】

【作用】本発明によれば、センス部の複数のセンスコイ
ルは座標指示器から発生する交流磁界により励振され、
該交流磁界の周波数と同一の周波数を有する誘導電圧が
それぞれ発生するが、第１の検出手段により検出される
各誘導電圧のレベルは各ループコイルと座標指示器との
距離に依存したものとなり、これらに基づいて座標算出
手段により座標指示器の指示位置の座標値が算出され
る。また、座標指示器の磁界発生器から発生する交流磁
界はセンス部のセンスコイルに誘導電圧を発生させる
が、該センスコイルに発生する誘導電圧の周波数は一般
に、所定の周波数と異なるため、第２の検出手段により
該所定の周波数に対する位相角として検出される。この
際、検出される位相角は時間とともに変化するが、その
変化は誘導電圧の周波数が所定の周波数より高いか低い
かによって変化の向き、即ちプラスかマイナスかが異な
るとともに、周波数の差の絶対値によって変化の速度が
異なる。このため、一定の時間を隔てて位相角を２回取
り出し、その差を位相差算出手段によって算出し、さら
に該位相角の差から識別手段によって座標指示器の状態
が識別される。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の座標入力装置の一実施例を示
すもので、図中、１は座標指示器、２はセンス部、３は
選択回路、４は受信アンプ、５は発振器、６は検波器、
７，８は位相検波器（ＰＳＤ）、９，１０，１１は低域
フィルタ（ＬＰＦ）、１２は制御回路である。

【０００９】座標指示器１はコイル１３、発振器１４及
びその駆動電源、例えば電池１５からなっており、発振
器１４は通常、周波数ｆ1 の交流信号をコイル１３に供
給し、所定の操作、ここではスイッチ１４ａをオンとし
た状態では該周波数ｆ1 とわずかに異なる周波数、例え
ばｆ2 の交流信号をコイル１３に供給するもので、オペ
レータの操作に応じて任意の位置に移動し得る。なお、
座標指示器１としては周知のペン又はカーソルのいずれ
でも良く、ペンの場合、スイッチ１４ａはペン先あるい
はペン軸の側面のいずれに設けられたスイッチでも良
い。

【００１０】センス部２は位置検出方向、例えばｘ方向
に互いにほぼ平行に並設された複数、ここでは８個のセ
ンスコイル２−１〜２−８からなっており、その各一端
は選択回路３に接続され、また、その各他端は共通に接
地されている。選択回路３は制御回路１２より加えられ
る所定の選択信号に従って、センスコイル２−１〜２−
８より一のセンスコイルを順次選択する。

【００１１】受信アンプ４は前記選択された一のセンス
コイルに発生し、選択回路３を介して送られてくる誘導
電圧を増幅し、これを検波器６及び位相検波器７，８へ
送出する。発振器５は前述した周波数ｆ1 及びｆ2 とわ
ずかに異なる周波数、例えばｆo を有し且つ位相角が互
いに９０°異なる２つの交流信号を位相検波器７，８に
それぞれ送出する。

【００１２】検波器６は前記誘導電圧、即ち受信信号を
検波・整流して低域フィルタ９へ送出し、また、位相検
波器７，８は前述した周波数ｆo を有し且つ位相角が互
いに９０°異なる２つの交流信号をそれぞれ検波信号と
して受信信号を位相検波し、低域フィルタ１０，１１へ
送出する。低域フィルタ９〜１１は前述した周波数ｆo
〜ｆ2 より充分低い遮断周波数を有しており、検波器６
及び位相検波器７，８の出力信号を直流信号に変換して
制御回路１２に送出する。

【００１３】制御回路１２は周知のマイクロプロセッサ
等により構成され、図２に示す流れ図に従って選択回路
３を介してセンス部２の各センスコイルの切替を制御
し、また、低域フィルタ９〜１１からの出力を前記切替
タイミングに対応してアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）
変換し、所定の演算処理を実行して座標指示器１による
指示位置の座標値を算出するとともに、後述する受信信
号の位相角の変化を検出して座標指示器１内のスイッチ
１４ａの状態を識別する。

【００１４】以下、図２に従って前記装置の動作につい
て述べる。

【００１５】座標指示器１において、電池１５より電源
が供給された発振器１４はスイッチ１４ａがオフとされ
た状態では周波数ｆ1 の交流信号を発生し、これをコイ
ル１３に供給する。該周波数ｆ1 の交流信号が供給され
たコイル１３は周波数ｆ1 の交流磁界を発生する。

【００１６】一方、センス部２の各センスコイル２−１
〜２−８は選択回路３により、そのうちの一のセンスコ
イルが選択されており、この際、該センス部２上にて座
標指示器１が使用状態、即ちコイル１３の軸方向がセン
ス部２の各センスコイルの付設面と直交するように保持
されていると、該コイル１３からの交流磁界は前記選択
されているセンスコイルを励振し、周波数ｆ1 の誘導電
圧を発生させる。

【００１７】前記誘導電圧は受信アンプ４により増幅さ
れ、検波器６及び低域フィルタ９を介して電圧値として
制御回路１２へ送出される。その後、選択回路３により
選択される一のセンスコイルが順次切替えられ、各セン
スコイル２−１〜２−８に発生する誘導電圧の電圧値が
制御回路１２へ送出される。制御回路１２は前記各誘導
電圧の電圧値を順次Ａ／Ｄ変換して一時記憶する（ステ
ップｓ１）。

【００１８】前記各センスコイル２−１〜２−８より取
出される誘導電圧の電圧値、例えばＶ1 〜Ｖ8 は各セン
スコイルと座標指示器１との距離に依存し、この距離が
小さいほど大きくなる。従って、各センスコイル２−１
〜２−８より取出される誘導電圧の電圧値は、図３に示
すように座標指示器１の指示位置に最も近いセンスコイ
ル、例えば２−４に対応する誘導電圧Ｖ4 を最大とし
て、対応するセンスコイルが指示位置から離れるに従っ
て徐々に小さくなる。

【００１９】制御回路１２は前記記憶した誘導電圧の電
圧値が一定の検出レベル以上であるか否かをチェックし
（ステップｓ２，３）、一定の検出レベル以下であれば
再度、各センスコイルの選択及び誘導電圧検出・記憶を
繰返し、また、一定の検出レベル以上であれば所定の演
算処理を実行して電圧値の分布が極大となる位置、即ち
指示位置の座標値を算出する（ステップｓ４）。

【００２０】次に、制御回路１２はセンスコイル２−１
〜２−８のうち、最大の誘導電圧が得られたセンスコイ
ル（ピークコイル）、ここではセンスコイル２−４の１
つ前のセンスコイル、即ち２−３を選択回路３を介して
選択し、この際、該センスコイル２−３に発生する誘導
電圧を受信アンプ４、位相検波器７，８及び低域フィル
タ１０，１１を介して入力させる（ステップｓ５）。

【００２１】前述したように位相検波器７，８には、周
波数ｆo を有し且つ位相角が互いに９０°異なる２つの
交流信号がそれぞれ検波信号として入力されているた
め、該位相検波器７，８からは誘導電圧の位相角成分に
対応した信号が得られ、低域フィルタ１０，１１からは
該位相角成分に対応した電圧値が得られる。

【００２２】制御回路１２は前記低域フィルタ１０，１
１からの電圧値をＡ／Ｄ変換し、これらを用いて、 θ＝−Ｔａｎ^-1（Ｖq ／Ｖp ） ……(1) （但し、Ｖp は低域フィルタ１０の出力に対応するディ
ジタル値、Ｖq は低域フィルタ１１の出力に対応するデ
ィジタル値）の演算処理を行い、センスコイル２−３に発生した誘導
電圧の位相角θ₁ を求める（ステップｓ６）。

【００２３】次に、制御回路１２はセンスコイル２−１
〜２−８のうち、最大の誘導電圧が得られたセンスコイ
ル（ピークコイル）、ここでは２−４を選択回路３を介
して選択し、この際、該センスコイル２−４に発生する
誘導電圧を前記同様に、受信アンプ４、位相検波器７，
８及び低域フィルタ１０，１１を介して入力し（ステッ
プｓ７）、Ａ／Ｄ変換し、これらを用いて前記(1) 式の
演算処理を行い、センスコイル２−４に発生した誘導電
圧の位相角θ₂ を求める（ステップｓ８）。

【００２４】ここで、前述したように座標指示器１の発
振器１４の発振周波数ｆ1 と、発振器５の発振周波数ｆ
o とは一致しないので、検出される位相角は時間ととも
に変化し、その変化は周波数ｆ1 が周波数ｆo より高い
場合はプラスに変化し、低い場合はマイナスに変化す
る。このため、例えばｆ1 ＞ｆo ＞ｆ2 とすれば、前記
ピークコイルの１つ前のセンスコイルを選択した際に得
られる位相角θ₁ とピークコイルを選択した際に得られ
る位相角θ₂ との関係は、座標指示器１のスイッチ１４
ａをオフとした状態においては図４(a) に示すようにな
り、また、スイッチ１４ａをオンとした状態においては
図４(b) に示すようになる。

【００２５】従って、制御回路１２において位相角θ₁
及びθ₂ の差θ_S を求め（ステップｓ９）、該位相差θ
_S がプラスであるかマイナスであるかを判別することに
より、座標指示器１のスイッチ１４ａのオン・オフを識
別することができる（ステップｓ１０）。このようにし
て得られたスイッチ１４ａのオン・オフ情報は前述した
座標値とともに図示しない上位装置に転送される（ステ
ップｓ１１）。

【００２６】このように前記実施例によれば、座標指示
器１はその内蔵する発振器１４からの交流信号に基づい
てコイル１３より自発的に交流磁界を発生し、これによ
ってセンス部２の各センスコイルを励振して誘導電圧を
発生させるから、該座標指示器１に対してセンス部２側
より電磁エネルギーを供給する、即ち電波を送信する必
要がなく、また、位置指示器１側の状態の変化、即ち発
振器１４の発振周波数の変化を、発振器５の発振周波数
との違いから生じる位相角の変化状態より識別するよう
になしたため、発振器１４の発振周波数を発振器５の発
振周波数と正確に一致させる作業が必要なくなり、その
分、生産性を向上させることができる。また、センス部
２側より電波を送信する必要がなくなったため、パター
ンインピーダンスの高いセンス部、例えばＰＥＴに銀ペ
ーストパターンを形成したもの等を用いることができ、
コストダウンを図ることができるとともに、電波の送受
信に伴うロスがなくなり、耐ノイズ性を向上させること
ができる。

【００２７】なお、前記実施例ではピークコイルとその
１つ前のセンスコイルとを選択して位相角を検出するよ
うになしたが、ピークコイル同士、あるいはピークコイ
ルとその１つ後のセンスコイルとを選択しても良く、充
分なレベルの誘導電圧が得られれば、どのセンスコイル
を選択しても良い。また、位相角の変化の速度は前記周
波数の差の絶対値によって異なり、該差の絶対値が大き
い程速く変化するため、該差の絶対値から周波数の変
化、即ちスイッチのオン・オフを識別することも可能で
あり、前記位相差θ_S の符号と組合せてより多くのスイ
ッチのオン・オフを識別することもでき、さらにまた、
周波数の連続的な変化を識別することもでき、位置指示
器においてペン先に加わる圧力（筆圧）に応じて発振器
の発振周波数が連続的に変化するようになしておくこと
により、該筆圧を識別することもできる。

【００２８】図５は筆圧に応じて発振周波数が変化する
位置指示器の回路構成の一例を示す。図中、１６は可変
容量コンデンサであり、外部から加わる圧力、ここでは
筆圧に応じて容量値が変化する。該可変容量コンデンサ
１６としては、例えば特開平４−９６２１２号公報に開
示されたものを用いることができる。また、１７は水晶
振動子、１８，１９はインバータ、２０，２１は抵抗、
２２，２３はコンデンサ、２４は半固定コンデンサであ
り、これらは水晶振動子１７の固有振動数、ここではｆ
o を基本発振周波数とし、前記可変容量コンデンサ１６
の容量値に応じて周波数が変化する周知の発振回路を構
成する。

【００２９】また、前記実施例では受信信号を２つの位
相検波器を通して位相角成分に対応した電圧値を得て位
相角を検出するようになしたが、特開平３−１４７０１
２号公報に開示されているように直接、アナログ・ディ
ジタル変換して位相角を検出するようになしても良い。

【００３０】また、前述した実施例は一方向の位置検出
を行うものであるが、センスコイル２−１〜２−８と同
様な複数のセンスコイルをこれと直交する如く配置し、
前記同様な選択回路を設けるとともに他の回路を切替え
使用して交互にその位置検出を行うことにより、直交す
る２方向の指示位置を検出できることはいうまでもな
い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、座
標指示器はその発振器からの交流信号に基づいて磁界発
生器より自発的に交流磁界を発生し、これによってセン
ス部の各センスコイルを励振して誘導電圧を発生させる
から、該座標指示器に対してセンス部より電磁エネルギ
ーを供給する、即ち電波を送信する必要がなく、また、
位置指示器側の状態の変化、即ち発振周波数の変化を、
所定の周波数との違いから生じる位相角の変化状態より
識別するようになしたため、座標指示器の発振器の発振
周波数を正確に調整する作業が必要なくなり、その分、
生産性を向上させることができる。また、センス部より
電波を送信する必要がなくなったため、パターンインピ
ーダンスの高いセンス部を用いることができ、コストダ
ウンを図ることができるとともに、電波の送受信に伴う
ロスがなくなり、耐ノイズ性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の座標入力装置の一実施例を示す構成図

【図２】図１の装置の制御回路における動作の流れ図

【図３】センスコイルに発生する誘導電圧の一例を示す
図

【図４】座標指示器側の発振周波数とタブレット側の発
振周波数との相違に基く位相角の変化のようすを示す図

【図５】筆圧に応じて発振周波数が変化する位置指示器
の回路構成の一例を示す図

【符号の説明】

１…座標指示器、２−１〜２−８…センスコイル、３…
選択回路、４…受信アンプ、５…発振器、６…検波器、
７，８…位相検波器（ＰＳＤ）、９，１０，１１…低域
フィルタ（ＬＰＦ）、１２…制御回路、１３…コイル、
１４…発振器、１５…電池。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】状態に応じて発振周波数が変化する発振
器、該発振器からの交流信号に基づいて交流磁界を発生
する磁界発生器及びこれらの駆動電源を有する座標指示
器と、所定間隔を隔てて位置検出方向に並設してなる複数のセ
ンスコイルを有するセンス部と、該センス部の複数のセンスコイルより一のセンスコイル
を順次選択する選択手段と、センスコイルに発生する誘導電圧のレベルを検出する第
１の検出手段と、複数のセンスコイルにそれぞれ発生する誘導電圧のレベ
ルに基づいて前記座標指示器の指示位置を求める座標算
出手段と、センスコイルに発生する誘導電圧の所定の周波数に対す
る位相角を検出する第２の検出手段と、前記位相角を一定の時間を隔てて２回取り出し、これら
の差を求める位相差算出手段と、前記位相角の差から座標指示器の状態を識別する識別手
段とを備えたことを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】座標指示器がカーソルであることを特徴
とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項３】座標指示器がペンであることを特徴とす
る請求項１記載の座標入力装置。
【請求項４】ペン先に設けられたスイッチがオン又は
オフとなった状態を識別するようになしたことを特徴と
する請求項３記載の座標入力装置。
【請求項５】ペン軸の側面に設けられたスイッチがオ
ン又はオフとなった状態を識別するようになしたことを
特徴とする請求項３記載の座標入力装置。
【請求項６】ペン先に加わる圧力を識別するようにな
したことを特徴とする請求項３記載の座標入力装置。