JPH0772968A - 座標読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワイヤレス座標読取装置において、回路の簡
素化を計り、また座標指示器を無調整化して、製造工程
を簡素化するとともに、座標指示器の傾き検出を可能と
する。 【構成】 座標指示器８は共振回路を有する。第１のセ
ンスライン群Ｓ１と第２のセンスライン群Ｓ２とは直接
の電磁結合がないように敷設する。第１および第２の走
査回路１、２は前記センスライン群を順次選択する。座
標指示器８がセンスライン群に近接すると、これらと増
幅回路４および位置反転回路３とによって正帰還ループ
回路が構成され発振信号１０１が発生する。発振信号１
０１が共振回路を介して第２のセンスライン群Ｓ２に結
合した入力信号１０２の振幅は座標指示器８の指示位置
情報を有するので、座標検出回路５はこれを入力し指示
位置を算出する。また、位相反転回路３により逆相検出
を行ない傾き検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ等の電子
機器へ座標情報を入力する座標読取装置に関し、特に電
磁誘導現象を応用したワイヤレス座標読取装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の座標読取装置としては、本出願人
の発明した特開平０４−７７２０号がある。この座標読
取装置は励磁回路から発生した励磁信号でセンスライン
を励磁し、センスラインから発生した磁界によって位置
指示器に備えた共振回路を共振させ、共振回路から発生
した磁界を他のセンスラインで検出し、この検出信号を
増幅して検出信号の振幅から位置情報を得ていた。

【０００３】また、位置指示器に備えたスイッチ等の状
態設定手段の設定状態を本体側で検出する手段として、
位置指示器に備えた共振回路の共振周波数を状態設定手
段によって僅かに変化させ、位置入力装置本体側で基準
となる励磁信号とセンスラインからの検出信号との位相
差を検出することによって設定状態の検出を実現してい
た。

【０００４】また位置指示器にスイッチを多数搭載し、
多数の状態設定を必要としたり、位置指示器に筆圧検出
機能を設けるなどの状態設定の拡張を必要とする場合に
は、本体側に僅かな位相の変化を精度よく、しかも安定
して検出することのできる検出回路を搭載して検出精度
を確保するとともに、位置指示器の製造時において、共
振回路の共振周波数を精度よく調整し、調整後において
も温度変化、経時変化等、周囲環境変化に対して高い安
定性を得られるように安定度の良い部品を使用するなど
して実現していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
式による従来の座標読取装置では、励磁用センスライン
から所定の周波数の交流磁界を常に発生させておく必要
があるため、専用の励磁回路が必要であった。また、座
標指示器の共振回路の共振周波数は励磁回路が発生する
交流磁界の周波数近傍に合わせる必要があるため、座標
指示器にトリマコンデンサを設けるなどして調整する必
要があり、これが製造コストを上げる要因の一つとなっ
ていた。また長期的に共振周波数を安定に保つことも困
難な課題であった。このように従来の座標読取装置で
は、回路規模、製造コスト、また製品の安定性などの面
で解決すべき課題を有していた。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その第１の目的は、励磁信号などの基準信号
によって共振回路を励磁し、その応答を検出するという
従来の方法によらず、励磁回路を排除して回路の簡素化
を計った座標読取装置を提供することである。

【０００７】また第２の目的は座標指示器を無調整とし
て製造コストを削減するとともに、長期的に安定して使
用できる座標読取装置を提供することである。さらに第
３の目的は座標指示器の傾き角度を検出することのでき
る座標読取装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、位相反転回路と、増幅回路と、ＸＹ直交
座標軸の一方の軸に平行で、かつ複数のセンスラインか
らなる第１のセンスライン群と、この第１のセンスライ
ン群を順次選択する第１の走査回路と、他方の軸に平行
でかつ複数のセンスラインからなる第２のセンスライン
群と、この第２のセンスライン群を順次選択する第２の
走査回路と、座標検出回路と、共振回路を有する座標指
示器とによって構成し、座標検出回路は、第１及び第２
の走査回路を走査して第１及び第２のセンスラインを選
択し、共振回路が第１及び第２のセンスラインの双方と
電磁結合することによって、位相反転回路と増幅回路と
第１及び第２のセンスラインとともに正帰還ループによ
る発振回路を形成したときに、この発振回路が発生する
発振の振幅情報から座標指示器の座標情報を算出するよ
うに座標読取装置を構成した。

【０００９】

【作用】本発明による座標読取装置では、共振回路が第
１の走査回路によって選択される第１のセンスライン
と、第２の走査回路によって選択される第２のセンスラ
インの双方と磁気結合することによって、位相反転回
路、増幅回路、第１のセンスライン、共振回路、第２の
センスラインを一連の経路とした正帰還ループが構成さ
れ、共振回路の共振周波数による発振が発生する。正帰
還ループによる発振は、このループを構成する回路が発
生する雑音、自然雑音等によって励起される。

【００１０】また、座標指示器が傾いた場合は、座標指
示器の共振回路から発生する逆相成分の磁界分布が大き
く変化し、このとき、位相反転回路で位相を反転させる
ことにより、この逆相成分による発振が可能となる。こ
の発振の振幅情報は、第１及び第２のセンスラインと共
振回路との距離で決まる帰還量に応じて変化するので、
座標検出回路はこの振幅情報を入力して座標指示器の座
標情報を得ることができる。

【００１１】

【実施例】次に本発明の第１の実施例を図１ないし図６
に基づき説明する。図１は本実施例の構成図である。図
において、Ｓ１はセンスラインｙ１〜ｙｎを有する第１
のセンスライン群である。各センスラインは矩形状をな
したコイルであって、その長辺はＸＹ直交座標軸のＸ軸
に平行で、お互いはＹ軸方向に等間隔に敷設されてい
る。１はこれら第１のセンスライン群Ｓ１を順次選択す
る第１の走査回路である。Ｓ２はセンスラインｘ１〜ｘ
ｍを有する第２のセンスライン群である。これらは前記
第１のセンスライン群Ｓ１と同形状であり、それらと直
交して敷設されている。２はこれら第２のセンスライン
群Ｓ２を順次選択する第２の走査回路である。３は位相
反転回路であり、その入力は第２の走査回路２に、また
出力は増幅回路４に接続されている。位相反転回路３
は、制御信号１０４により位相特性が制御され、入力信
号１０２とほぼ同相または逆相の信号１０３を出力す
る。４は所定振幅の発振信号１０１を得る増幅回路であ
り、出力は第１の走査回路１に接続されている。５は座
標検出回路であり、第１および第２の走査回路１、２を
選択するとともに、第２の走査回路２からの入力信号１
０２を入力し、これを基に座標値を算出するようになっ
ている。以上の各回路によって座標検出装置本体が構成
されている。

【００１２】一方、８は座標指示器であり、図示しない
がコイルを含む共振回路を有している。本実施例では、
コイルとコンデンサを並列に接続した並列共振回路を用
いた。これは座標検出装置本体上の座標読み取り位置を
指示するために使われる。図２に、第１の走査回路１の
構成図を示す。第１の走査回路１はアナログスイッチな
どの複数の電子スイッチ２１１〜２１ｎとデコーダ２０
１によって構成され、座標検出回路５より出力される選
択信号１０５によって前記スイッチの一回路を閉じ、第
１のセンスライン群Ｓ１の一本のセンスラインを増幅回
路４の出力に接続するようになっている。また第２の走
査回路２の詳細は図示しないが、第１の走査回路１と同
一の構成であり、位相反転回路３の入力に接続される点
が異なっている。

【００１３】図３に、位相反転回路３の構成図を示す。
３０はアナログスイッチ、３１はオペアンプ、３２〜３
５は抵抗素子である。この位相反転回路３は、周知の回
路であり、制御信号１０４により入力信号１０２を切り
替えて、オペアンプ３１を反転または非反転増幅器とし
て動作させるものである。

【００１４】図４に、座標検出回路５の構成図を示す。
５０は増幅回路、５１は整流回路、５２は平滑回路、５
３はＡ／Ｄ変換回路、５４は一般的なＣＰＵ回路で構成
される制御回路である。第２の走査回路２より導かれる
入力信号１０２は、これらの回路によって検波され、包
絡線信号に変換され、その大きさがデジタル信号に変換
されて制御回路５４に入力される。制御回路５４はこの
信号を基に座標を算出する。

【００１５】以下本実施例の動作について説明する。図
５ないし図６に、発振信号の波形図および座標算出のた
めの説明図を示す。第１の走査回路１は座標検出回路５
より出力される選択信号１０５により、まず第１のセン
スライン群Ｓ１のセンスラインｙ１を選択する。すなわ
ち、図２においてデコーダ２０１は選択信号１０５によ
りアナログスイッチ２１１をオンし、増幅回路４の出力
を第１のセンスラインｙ１へ接続する。一方、第２の走
査回路２は、この間に座標検出回路５より出力される選
択信号１０６により第２のセンスライン群Ｓ２をｘ１，
ｘ２・・・ｘｍと順次選択していく。

【００１６】第２のセンスライン群の走査が一通り終了
したならば、次に第１の走査回路１は第１のセンスライ
ン群Ｓ１のセンスラインｙ２を選択し、第２の走査回路
２は前回同様に第２のセンスライン群Ｓ２をｘ１，ｘ２
・・・ｘｍと順次選択していく。

【００１７】以下同様にこの走査を繰り返し、最後に第
１の走査回路１は第１のセンスライン群Ｓ１のセンスラ
インｙｎを選択し、第２の走査回路２はこの間に第２の
センスライン群Ｓ２をｘ１，ｘ２・・・ｘｍと順次選択
していく。座標検出回路５は、上記のように各センスラ
インを順次選択することによって得られた入力信号１０
２を、図４に示す増幅回路５０、整流回路５１及び平滑
回路５２にて増幅・波形整形し、その大きさ（振幅）を
Ａ／Ｄ変換回路５３で順次デジタル化し、さらに制御回
路５４により順次処理する。

【００１８】次に、この場合に発生する入力信号１０２
の大きさについての詳細を図５を基に説明する。図５
は、座標指示器８が図１のＡ部に位置しているときの波
形図で、第１の走査回路１および第２の走査回路２へ入
力される選択信号１０５、１０６と座標検出回路５にお
いてＡＤ変換される前の発振信号（図４の信号１５１）
を示す。

【００１９】ａは、Ａ部の真下すなわち第１のセンスラ
インｙ４と第２のセンスラインｘ４が選択されたときの
発振信号であり走査の中で発生した信号のうち最も大き
な信号となる。これは、第１のセンスラインｙ４と第２
のセンスラインｘ４とが、ともに座標指示器８と最も距
離の近いセンスラインであるため、共振回路との結合度
が最も大きく、従って最も大きな帰還量が得られるから
である。

【００２０】ｂおよびｃは、Ａ部の左右すなわち第１の
センスラインｙ４と第２のセンスラインｘ３が選択され
たとき、および第１のセンスラインｙ４と第２のセンス
ラインｘ５が選択されたときの発振信号である。この場
合、座標指示器８の共振回路と第１のセンスラインｙ４
の結合度は同じであるが、第２のセンスラインの距離が
離れている分、発振信号ｄおよび発振信号ｅの大きさは
発振信号ａより小さくなる。

【００２１】またｄおよびｅは、Ａ部の上下すなわち第
１のセンスラインｙ３と第２のセンスラインｘ４が選択
されたとき、および第１のセンスラインｙ５と第２のセ
ンスラインｘ４が選択されたときの発振信号である。こ
の場合、座標指示器８の共振回路と第２のセンスライン
ｘ４の結合度は同じであるが、第１のセンスラインの距
離が離れている分、発振信号ｂおよび発振信号ｃの大き
さは発振信号ａより小さくなる。

【００２２】以上、発振信号ａ〜ｅについて説明した
が、他の信号についても第１のセンスライン群Ｓ１およ
び第２のセンスライン群Ｓ２の中から選択されるセンス
ラインの位置と座標指示器８の位置関係によりその大き
さは決まる。なお、第１のセンスライン群Ｓ１と第２の
センスライン群Ｓ２とは直交しているので、基本的に第
１のセンスライン群Ｓ１と第２のセンスライン群Ｓ２と
の間に結合は無く、座標指示器８が存在しない状態にお
いて発振は起こらない。したがって、以上説明したよう
に、第１のセンスライン群Ｓ１および第２のセンスライ
ン群Ｓ２の中から選択されるセンスラインの位置と座標
指示器８の位置関係により発振信号の大きさが変わる。

【００２３】次に上記５つの発振信号ａ〜ｅに着目し、
座標算出の方法について説明する。最初に、Ｘ座標の算
出方法について発振信号ａ、ｂ、ｃに着目し説明する。
図６（１）は、図１に示すＡ部周辺を拡大したものであ
り、この図を基に座標指示器８がセンスラインｙ４の中
心上をセンスラインｘ４の中心Ｌ０からセンスラインｘ
４とセンスラインｘ５の中間Ｌ１へ移動する場合を考え
る。図６（２）および（３）は、座標指示器８がＬ０お
よびＬ１に位置しているときの発振信号ａ、ｂ、ｃにつ
いて示したものである。

【００２４】まず、座標指示器８がＬ０に位置する場合
について説明する。前述したように発振信号ａは、セン
スラインｙ４を選択している間にセンスラインｘ４を、
発振信号ｂはセンスラインｘ３を、発振信号ｃはセンス
ラインｘ５を選択したときの信号である。このとき、発
振信号ａが最も大きな値になり、発振信号ｂとｃは、座
標指示器８とセンスラインｘ３の距離および座標指示器
８とセンスラインｘ５の距離が同じため等しくなる。

【００２５】次に、座標指示器８がＬ１に位置する場合
について説明する。このとき発振信号ａとｃは、座標指
示器８とセンスラインｘ４の距離および座標指示器８と
センスラインｘ５の距離が同じため等しくなる。ここ
で、本出願人が提案した方式（特開昭５５−９６４１１
号）を適用し座標を算出することができる。すなわち上
記発振信号を基に次式で定義される計算を行う。

【００２６】 Ｑ＝（Ｖ_p −Ｖ_p+1 ）／（Ｖ_p −Ｖ_p-1 ） 式−１ ただし、Ｖ_p+1 ＞Ｖ_p-1 上式において、発振信号ａをＶpに、発振信号ｂをＶp-1
に、発振信号ｃをＶp+1に代入し、座標指示器８をＬ０
からＬ１へ移動させたときの式−１に示すＱの変化を図
６（４）に示す。座標指示器８がＬ０の位置にあるとき
Ｑ＝１となり、座標指示器８がＬ１の位置にあるときＱ
＝０となる事は上述した説明より明らかである。また、
座標指示器８がＬ０とＬ１の間に位置するときＱは、こ
の位置と１対１に対応した０＜Ｑ＜１の範囲の値をと
る。したがって、このＱの特性をあらかじめ実験的に求
めておくことにより、発振信号ａ、ｂ、ｃからＱを算出
し、このＱからセンスライン上のＬ０−Ｌ１間における
座標指示器８の詳細な位置を求めることができる。さら
に、このＱと発振信号ａを検出したセンスラインの位置
によりＸ座標を求めることができる。この座標算出方式
の詳細については、特開昭５５−９６４１１号に述べら
れている。

【００２７】Ｙ座標についても上述したＸ座標と同様に
考えることができる。図６（１）において、座標指示器
８がセンスラインｘ４の中心上をセンスラインｙ４の中
心Ｌ０からセンスラインｙ４とセンスラインｙ５の中間
Ｌ２へ移動する場合を考える。図６（５）および（６）
は、座標指示器８がＬ０およびＬ２に位置しているとき
の発振信号ａ、ｄ、ｅについて示したものである。

【００２８】まず、座標指示器８がＬ０に位置する場合
については、前記Ｘ座標の算出方法で説明した通りであ
る。座標指示器８がＬ２に位置する場合、このとき発振
信号ａとｅは、座標指示器８とセンスラインｙ４の距離
および座標指示器８とセンスラインｙ５の距離が同じた
め等しくなる。

【００２９】したがって、前述したＸ座標の場合と同様
に座標指示器８をＬ０からＬ２へ移動させたときのＱの
特性は、図６（７）に示したようになる。Ｘ座標の場合
と同様にこのＱの特性を用いてＹ座標を求めることがで
きる。なお、以上の処理は、一般的なＣＰＵ回路で構成
される制御回路５４（図４記載）において行われる。

【００３０】次に、傾き角度の検出方法について説明す
る。図７は、座標指示器８から発生する磁界の分布を示
したものであり、上下方向はそれぞれ正相／逆相成分の
磁界の大きさを示す。座標指示器８が垂直になっている
場合は、図７（１）の様に左右対照の磁界分布となり、
座標指示器８が図７（２）の様に右に傾いた場合は、斜
線で示した逆相成分の左右の分布が大きく変化する。そ
こで、この逆相成分の大きさを検出し座標指示器８の傾
きを検出することが可能となる。なお、前述までの説明
は、図７の正相成分の磁界を検出して座標算出を行なっ
ていたのである。

【００３１】ここで、正帰還ループにおける発振の位相
条件に着目すると、例えば、位相反転回路３が制御信号
１０４により非反転増幅動作とし、上記正相成分の信号
で発振が行なわれている場合、磁界の逆相成分では、位
相は１８０度異なるため発振は起きない。そこで、制御
信号１０４により位相反転回路３を反転増幅動作とする
と、今度は、位相反転回路３で位相を１８０度回転させ
たため、逆相成分で発振が発生し、逆相成分の大きさを
座標検出回路５にて検出することができ、左右の逆相成
分の大きさを比較することにより座標指示器８の傾きを
検出することが可能となる。

【００３２】なお、本実施例では、位相反転回路３は増
幅回路４の前段にしているが、この順序を入れ替えても
良い。また、増幅回路４は発振信号１０１を所定の振幅
の信号とするため飽和動作させても良いが、増幅回路４
にＡＧＣ回路を付加して動作させた方がより安定した発
振動作を得られる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施例を図８ないし
図９に基づき説明する。図８は本実施例の構成図であ
る。図において、３ａは第２の実施例の位相反転回路で
あり、他は図１と同一のものを示す。図９は、位相反転
回路３ａの構成図であり、第１のセンスライン群Ｓ１お
よび第１の走査回路１（図２記載）の１つのセンスライ
ンｙｋについて示したものである。位相反転回路３ａ
は、例えばアナログスイッチ７４ＨＣ４０５２により構
成され、制御信号１０４によりセンスラインｙｋの接続
が切り替えられる。

【００３４】同図から明らかな様に、位相反転回路３ａ
によりセンスラインｙｋの接続を切り替えることによ
り、正帰還ループにおける位相を１８０度回転させるこ
とができ、前述した第１の実施例と同様、逆相成分での
発振が可能となり、逆相成分の大きさにより傾き検出を
座標検出回路５にて検出することができる。

【００３５】次に、本発明の第３の実施例を図１０に基
づき説明する。図１０は本実施例の構成図であり、記号
は図８と同一のものを示す。本実施例は、位相反転回路
３ａを、第２のセンスラインＳ２と第２の走査回路２の
間に挿入したものであり、動作については第２の実施例
と同様である。

【００３６】以上説明した実施例に限らず、増幅器の出
力、第１のセンスライン、共振回路、第２のセンスライ
ン、増幅器の入力を一連の経路とした正帰還ループのい
ずれの場所においても、位相を１８０度変化させられる
位相反転回路を設けることにより、傾き検出が可能とな
ることは明らかである。

【００３７】また、これらの実施例では第１のセンスラ
イン群と第２のセンスライン群とが直接結合しないよう
に、両者を直交して敷設したものについて説明した。し
かし以上に説明したように、本発明の座標読取装置で
は、発振信号の発振周波数は、両センスライン群間に直
接の結合を生じない敷設方法はその他種々考えられる。
図示しないが、たとえば同一方向に敷設した二本のセン
スラインをその一部が重なるように敷設すれば直接結合
をキャンセルすることができる。この場合も共振回路が
近接した場合には結合が生じるので、ここに説明した原
理によって座標を検出することができる。このようなセ
ンスラインを複数敷設することによって座標読取装置を
構成することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、増
幅回路の正帰還ループの中に座標指示器の共振回路を挿
入するという簡単な構成によって、座標指示器の位置に
関連した発振信号を得、これより座標を算出するように
座標読取装置を構成した。したがって励磁回路が不要と
なり回路の簡素化を計ることができた。

【００３９】また、発振信号の発振周波数は座標指示器
の共振回路の共振周波数となるので、共振周波数の設定
が任意に行えることから、座標指示器は無調整とするこ
とができ、製造工程の簡素化を計ることができた。さら
に共振周波数が変動しても座標算出には影響がないの
で、長期的に安定した座標読取装置を実現することがで
きた。

【００４０】さらに、位相反転回路により逆相成分の信
号を検出することができるので、傾き検出が可能な座標
読取装置を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による座標読取装置の第１の実施例の構
成図である。

【図２】本発明の座標読取装置の第１の実施例における
第１の走査回路の構成図である。

【図３】本発明の座標読取装置の第１の実施例における
位相反転回路の構成図である。

【図４】本発明の座標読取装置の第１の実施例における
座標検出回路の構成図である。

【図５】本発明の座標読取装置の第１の実施例における
発振信号の波形図である。

【図６】本発明の座標読取装置の第１の実施例における
座標算出のための説明図である。

【図７】本発明の座標読取装置の第１の実施例における
座標指示器から発生する磁界の分布図である。

【図８】本発明による座標読取装置の第２の実施例の構
成図である。

【図９】本発明の座標読取装置の第２の実施例における
位相反転回路の構成図である。

【図１０】本発明による座標読取装置の第３の実施例の
構成図である。

【符号の説明】 １ 第１の走査回路 ２ 第２の走査回路 ３ 位相反転回路 ４、５０ 増幅回路 ５ 座標検出回路 ８ 座標指示器 ５１ 整流回路 ５２ 平滑回路 ５３ Ａ／Ｄ変換回路 ５４ 制御回路 １０１ 発振信号 １０２ 入力信号 １０４ 制御信号 １０５、１０６ 選択信号 Ｓ１ 第１のセンスライン群 ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４〜ｘｍ−１、ｘｍ 第２のセン
スライン ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４〜ｙｎ−１、ｙｎ 第１のセン
スライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位相反転回路と、増幅回路と、ＸＹ直交
   座標軸の一方の軸に平行で、かつ複数のセンスラインか
   らなる第１のセンスライン群と、該第１のセンスライン
   群を順次選択する第１の走査回路と、他方の軸に平行で
   かつ複数のセンスラインからなる第２のセンスライン群
   と、該第２のセンスライン群を順次選択する第２の走査
   回路と、座標検出回路とによって構成される座標検出装
   置本体、および共振回路を有する座標指示器とによって
   構成され、前記座標検出回路は、前記第１及び第２の走
   査回路を制御して前記第１及び第２のセンスラインを選
   択し、前記共振回路が前記第１及び第２のセンスライン
   の双方と電磁結合することによって、前記位相反転回路
   と前記増幅回路と前記第１及び第２のセンスラインとと
   もに正帰還ループによる発振回路を形成したときに、該
   発振回路が発生する発振の振幅情報から前記座標指示器
   の座標情報を算出するように構成したことを特徴とする
   座標読取装置。