JPH0844482A

JPH0844482A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH0844482A
Application number: JP18032794A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Imai; 康章今井
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】電磁ノイズを発生せず、また外部や自機の内
部回路の電磁ノイズに影響されず、検出精度が高く、筆
圧の検出が可能であり、低消費電流で安価に実施できる
座標入力装置を提供する。【構成】ＸＹ座標軸のそれぞれに沿って複数のストラ
イプ状の磁気抵抗素子パターン３、３を付着させた平面
部材２、２をそれぞれの磁気抵抗素子パターン３、３が
対向するようにスペーサ１１を介して配置し、先端に磁
性体を設けたペン１により上側の平面部材２上に座標入
力を行なわせ、ＸＹ軸に沿ったそれぞれの磁気抵抗素子
パターン３、３の出力変化を介してペンによる入力座標
を検出する。平面部材２は透明材料とし、座標入力部の
下部には、コンピュータ８の表示部９を配置し、平面部
材２を介して表示部９を視認できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は座標入力装置、特に２次
元座標値を検出しコンピュータ等に入力する座標入力装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータやＬＣＤ
（液晶表示装置）の低消費電力化や小型薄型化に伴い、
キーボードの無いペン入力コンピュータが登場した。こ
の種の機器は、その使い勝手や携帯性を武器にコンピュ
ータ市場に新しい分野を切り開きつつあり、将来は、手
帳やノートに代わるペーパーレス化時代のツールとして
期待されている。

【０００３】この種の装置では、ペン入力を検出する装
置を有する。従来より、座標入力技術としては、電磁結
合方式や静電容積方式、抵抗膜方式、超音波方式が知ら
れている。

【０００４】図８、図９は、従来例の一例として電磁結
合方式の座標入力装置の構造を示している。図８は電磁
結合方式の座標入力装置を持つペンコンピュータの概略
構成をしている。

【０００５】図８のように、装置は入力／表示部である
タブレット／ＬＣＤ部１００と、演算処理／インターフ
ェイス部であるプリント回路基板部２００から構成され
る。プリント回路基板部２００は、下ケース３００で補
強されている。タブレット／ＬＣＤ部１００は、入力部
がＬＣＤの表示面に重ね合わされて構成されているの
で、キーボードの無い携帯性に優れたコンピュータが構
成できる。

【０００６】プリント回路基板部２００には、ＡＣアダ
プタ４００の入力コネクタや電池２１０、インバータ２
１１、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１２等の電源部、さら
に、演算処理する論理回路部２２０、ＩＣカード２３０
を装着可能なメモリ部、インターフェイスコネクタ２４
０等から構成される。タブレット／ＬＣＤ部１００とプ
リント回路基板部２００はインターフェイスケーブル５
００により接続されている。

【０００７】図９は、タブレット／ＬＣＤ部１００のタ
ブレットを電磁結合方式にて構成する場合の検出原理を
説明する。タブレット表面にはループアンテナ群１０１
が多数個配置されており、このループアンテナ群１０１
はＸ座標検出用の３個のループコイルＸ１、Ｘ２、Ｘ３
とＹ座標検出用の３個のループコイルＹ１、Ｙ２、Ｙ３
とで構成される。

【０００８】一方、電子ペンの先端には、送受信コイル
１０２が埋め込まれており、コイルとコンデンサから成
る共振回路を構成する。電子ペンはこの共振回路を持つ
だけで、電池を内蔵していない。

【０００９】このような構成において、電子ペンの送受
信コイル１０２の共振周波数に合う信号が、高周波の信
号源１０３、１０４よりループアンテナ群１０１に入力
すると、電子ペンの共振周波数に合う電磁波がループア
ンテナから放出される。

【００１０】電子ペンの送受信コイル１０２は共振し電
磁エネルギを蓄積する。次の瞬間にタブレット上のルー
プアンテナ群は受信回路１０５、１０６に接続され、受
信状態に切り替わり、送受信コイル１０２から放出され
る電磁波を検出する。上記の送信および受信時に時分割
でコイルＸ１〜Ｘ３、Ｙ１〜Ｙ３を用い、これら各ルー
プコイルの検出信号の強度分布から、ペン先の位置を求
めることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
電磁結合方式のペン入力タブレットは、多数個のループ
アンテナで構成された無線局である。したがって、外部
に電磁ノイズを輻射する問題を回避するのが困難であ
り、また、図８に破線の矢印で示すように、自身のＤＣ
−ＤＣコンバータ２１２や論理回路部２２０から発生す
る近傍磁界により検出精度に影響を受ける問題がある。
さらに、筺体シールドが、ループアンテナ１０１と電子
ペン内部の送受信コイル１０２の間で授受される電磁波
を撹乱する問題がある。

【００１２】また、上記の電磁結合方式は、高周波回路
を使うため、消費電流も多く、また、制御回路も含める
と、価格も比較的高くなる問題がある。

【００１３】その他の座標入力方式としては、抵抗膜方
式や静電容量方式があるが、静電容量方式は、電磁結合
方式同様に高周波回路を使うため、消費電流も多く、コ
スト的な問題がある。

【００１４】抵抗膜方式は、消費電流は少なく価格は安
いが、検出精度が電磁結合方式や静電容量方式と比較し
て一桁落ちる問題がある。さらに、静電容量方式と抵抗
膜方式は筆圧の検出ができないという問題がある。

【００１５】本発明の課題は、以上の問題を解決し、電
磁ノイズを発生せず、また外部や自機の内部回路の電磁
ノイズに影響されず、検出精度が高く、筆圧の検出が可
能であり、低消費電流で安価に実施できる座標入力装置
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明においては、２次元座標値を検出しコンピ
ュータ等に入力する座標入力装置において、座標を指示
するための先端に着磁された磁性体を有するぺンと、２
次元座標の２本の座標軸のそれぞれに沿って複数のスト
ライプ状の磁電変換素子を付着させた平面部材と、前記
平面部材上の所望の位置に前記ペン先端を配置すること
により、前記ペンの磁性体による前記磁電変換素子の出
力変化を検出し、この検出結果に基づき前記ペンによる
入力座標を演算出力する検出回路から成る構成を採用し
た。

【００１７】

【作用】以上の構成によれば、ペンの磁性体による磁電
変換素子の出力変化を介してペンによる入力座標を検出
することができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の
詳細を説明する。本発明の座標入力装置は、磁気抵抗素
子等の磁電変換素子を用いて座標入力を行なう。以下で
は、座標入力装置をペンコンピュータに適用した実施例
を説明する。

【００１９】図１は本発明の座標入力装置を採用したペ
ンコンピュータの第１の実施例を示している。

【００２０】本実施例では、先端に磁性体を保持したぺ
ン１のぺン先を、平面部材２の表面に接触させた状態で
自在に移動して座標入力を行なう。

【００２１】平面部材２は透明であり、夫々、Ｘ座標検
出用とＹ座標検出用の２枚用いられる。これらの２枚の
平面部材２の対向面には、磁電変換素子として、磁気抵
抗素子パターン３が形成される。磁気抵抗素子パターン
３は、パーマロイなどの磁気抵抗素子材料を塗布した
後、櫛歯状にエッチングすることにより形成される。

【００２２】磁気抵抗素子パターン３の歯部の端部に
は、コネクタランドパターン４が設置され、平面部材の
相当箇所をコネクタ５に差し込むと、磁気抵抗素子と位
置検出回路が接続される。このような構成により、ワイ
ヤーボンディングやリードの半田付けと比較して、組立
性が向上する。

【００２３】コネクタからはフレキシブル基板（ＦＰ
Ｃ）６が引き出され、後述の位置検出回路と接続されて
いる。

【００２４】以上のようにして、コンピュータ８の座標
入力部が構成される。コンピュータ８の上面には、スイ
ッチ７が設けられ、このスイッチ７はファンクションキ
ーなどを構成し、公知の種々の情報処理のための操作、
座標系の原点リセット等の特殊操作を行なうためのもの
である。

【００２５】座標入力面を構成する平面部材２の大き
さ、サイズは、コンピュータ８の表示部９の大きさ、サ
イズに一致しており、その座標も一致する。ペン１の入
力座標系と表示部９の座標系は、通常、座標検出処理に
おいて１対１に対応づけられる。

【００２６】図４は磁電変換素子である磁気抵抗素子の
磁場の強さの変化に対する電気抵抗値の依存性のグラフ
を示している。図示のように、磁場がかかると、Ｎ極Ｓ
極に関係なく電気抵抗値は減少し、外部磁界のある強さ
で飽和する。

【００２７】つまり、磁気抵抗素子は、磁界のない時が
最も電気抵抗値が高く、磁界の変化に対応する抵抗値変
化の割合は３〜４％程度である。なお磁気抵抗素子材料
としては、代表的なものにパーマロイがある。

【００２８】図２に平面部材２、および磁気抵抗素子３
を構成する磁性層の構成例を示す。前記のように、平面
部材２は透明であり、平面部材２を介して図１のコンピ
ュータ８の表示部９に表示される情報を視認することが
できる。平面部材２の材質としては、石英ガラスなどの
強化硝子やプラスチックなどが最適である。

【００２９】下側の平面部材２の上側表面には、Ｘ方向
磁気抵抗素子３０１であるパーマロイが約５００オング
ストロームの厚さで蒸着され、Ｘ軸方向に一定の間隔を
おいて、例えば８０μｍ、一定の幅（例えば２０μｍ）
のストライプ状に複数条、Ｙ軸方向に平行にエッチング
されている。この寸法設定により、０．１ｍｍの検出精
度が確保でき、この場合、磁気抵抗素子を遮光部材と考
えると、コンピュータ表示部９からの光の透過率は８０
％となる。磁気抵抗素子３上には、保護層である窒化シ
リコンの層１０を約２μｍの厚さで蒸着しておく。

【００３０】同様の部材を９０度平面内で回転し、磁性
層を上向きに配置したものがＹ座標検出用の平面部材２
であり、これら２枚の平面部材２をスペーサ１１を介し
て積層することにより座標入力部が構成される。

【００３１】図２右上には、ぺン１の先端部の構造を示
してある。図示のように、握り部１５の先端に、着磁さ
れた磁性体１３（この場合ペン先がＮ極となっている）
が固着されている。

【００３２】さらに、磁性体１３を包むように非磁性体
から成る接触部１４が握り部１５先端に設けられてい
る。この接触部１４は、弾性部材ｌ２を介して保持され
ている。接触部１４は、ペン先を保護するとともに、筆
圧に応じた磁場を平面部材２の磁気抵抗素子パターン３
に作用させるためのものである。

【００３３】すなわち、ペン１の先端接触部１４が平面
部材の表面に接触すると、対応する座標のＸおよびＹ方
向の座標を検出するための磁気抵抗素子３の電気抵抗値
が小さくなる。ペン１を更に強く押すと、磁性体ｌ３と
接触部１４間の空隙が減少し、磁気抵抗素子の磁気抵抗
値は更に小さくなる。この変化の大きさを筆圧情報とし
て検出することができる。

【００３４】図５に本発明による位置検出回路の例を示
す。図５において、ＸおよびＹ方向磁気抵抗素子は切替
装置としてのマルチプレクサ１６に入力し、平面部材２
の磁気抵抗素子３の本数に対応した数値にプリセットさ
れたカウンタ１７の示すカウント値に対応した一本の磁
気抵抗素子と定電流源１８を接続する。定電流源１８は
基準抵抗１９を介してマルチプレクサ１６に入力し、磁
気抵抗素子に電流を供給する。

【００３５】抵抗値検出回路２０は基準抵抗１９の両端
のグラウンドからの電圧値、ＶｉとＶｒを計測し、以下
の計算を行って磁気抵抗素子の抵抗値Ｒｉを出力する。
すなわち、基準抵抗１９の抵抗値をＲＳとすると、Ｒｉ＝Ｖ／Ｉ＝Ｖｉ／（（Ｖｒ−Ｖｉ）／Ｒｓ）＝Ｖｉ*ＲＳ／（Ｖｒ−Ｖｉ）抵抗値検出回路２０は、ＲＡＭ２１、比較器２２、演算
処理回路２３に測定した抵抗値のデジタルデータを出力
する。基準抵抗１９の両端の電圧Ｖｉ、Ｖｒは、抵抗値
検出回路２０に入力した時点で、ＡＤコンバータにより
デジタル変換される。

【００３６】ＲＡＭ２１に入力されたデータはカウンタ
１７に対応する番地、つまり、平面部材２上の所定の磁
気抵抗素子パターン３に対応する番地、に記憶され、カ
ウンタ値が一巡してもう一度同じ番地をカウントした
時、比較器２２は、再び抵抗値検出回路２０の出力する
値とＲＡＭから出力される同じ番地の一巡前の値を比較
する。一方、演算処理回路２３に入力されたデータは、
筆圧の検出に使用される。

【００３７】比較器２２の出力特性を図７に示す。図示
のように、今回の値Ｒｔが、前の値Ｒｔ−１よりＲｄ以
上小さくなったとき、Ｈｉｇｈレベルを出力する。つま
り、比較器２２は、次のように±Ｒｄだけヒステリシス
を持っている。

【００３８】Ｌｏｗ→Ｈｉｇｈ：Ｒｔ−Ｒｔ−１＜ −ＲｄＨｉｇｈ→Ｌｏｗ：Ｒｔ・Ｒｔ−１＞Ｒｄ比較器２２の出力は演算処理回路２３に入力され、比較
器出力２２がＬｏｗからＨｉｇｈレベルになったとき、
演算処理回路２３は、カウンタ値を読み取りその値をぺ
ン１の位置座標として出力する。比較器２２の出力がＬ
ｏｗレベルになると、その座標の出力を取りやめる。

【００３９】また、前述のように、演算処理回路２３
は、抵抗値検出回路２０の出力とＲＡＭ２１の値から、
比較器出力２２がＬｏｗからＨｉｇｈレベルになったタ
イミングで、変化量の大きさを検出し、変化量の大きさ
に応じた筆圧信号を出力する。比較器出力２２がＬｏｗ
レベルになると、その出力を取りやめる。

【００４０】以下に、図６のタイミングチャートを参照
して、上記構成における座標検出動作を説明する。図６
の一点鎖線の部分に注目すると、カウンタ１７は番地デ
ータ（１０１１０１１１）を出力する。マルチプレクサ
１６は、クロックの立ち上がりのタイミングで（１０１
１０１１１）番地の磁気抵抗素子と定電流源１８を接続
し、所定の動作により、抵抗値検出回路２０は抵抗値２
４の測定値を出力する。

【００４１】比較器２２は、ＲＡＭ２１に記録されてい
る一巡前の（１０１１０１１１）番地の抵抗値データと
抵抗値出力２４である今回のデータを比較し、抵抗値が
小さくなっていることを検出し、比較出力２７を出力す
る。

【００４２】演算処理回路２３は、比較器出力がＨｉｇ
ｈレベルになったことを確認し、ペン１の座標データと
して座標データ（１０１１０１１１）を、比較器出力が
Ｌｏｗレベルに戻るまで出力する。

【００４３】また、演算処理回路２３は、一巡前と今回
の抵抗値の変化量を計測し、その変化量に応じて、図７
の右側に示す筆圧値を比較器出力がＬｏｗレベルに戻る
まで出力する。

【００４４】一方、ＲＡＭ２１は、クロック２８の立下
がり、即ち、図５において、インバータ２９のクロック
出力の立上がりタイミングで、（１０１１０１１１）番
地の記憶内容を更新する。

【００４５】このようにして、各磁気抵抗素子のメッシ
ュ上の点を順次走査し、その点における抵抗値を測定
し、ＲＡＭ２１に格納するとともに、ＲＡＭ２１に格納
された前回の同じメッシュ上の点の抵抗値との比較に基
づき、その点にペンが存在するかどうかを判定すること
により、座標検出、およびその際の筆圧検出を行なう。

【００４６】以上のような処理により、ペン１の座標検
出が行なえ、磁気抵抗素子のパターンピッチのオーダの
精度で座標検出が可能となる。表示部９を視認するため
の透過率を８０％程度確保することを考えても、前述の
寸法設定によれば１０μｍオーダの座標検出精度を達成
することができる。

【００４７】また、以上の構成では、磁場の変化を検出
するために磁気抵抗素子に流す電流は１ｍＡ以下でよ
く、低消費電力化が実現できる。さらに、ループアンテ
ナなどが無いため、電磁ノイズを放射せず、また、内部
回路によって影響を受けないなどの優れた利点がある。

【００４８】なお、図５の検出回路では、磁気抵抗素子
のメッシュ上の交点を全て走査するようになっている。
磁気抵抗素子の歯数が増えてくると検出速度が間に合わ
なくなる可能性がある。その場合には、例えば、Ｘ座
標、Ｙ座標で夫々１回路づつ図５と同様の構成を用い、
これらを並列に動作させることにより、検出速度の問題
を解決できる。

【００４９】また、図２に示した座標検出部は図３のよ
うに構成することもできる。図３の構成で図２と異なる
ところは、一枚の平面部材２の上に、ガラスなどの絶縁
性を有する保護層１０を介してＸおよびＹ方向検出用の
磁気抵抗素子３０１、３０２を重ねて蒸着エッチングし
たこと、また、保護用平面部材１２をスペーサ１１を介
して座標入力面に配置した点である（ここでは図２と異
なりｙ軸方向からの側面を図示している）。

【００５０】図３の構成によれば、一枚の基板にＸＹ座
標検出素子を形成してあるため、２枚の平面部材間の位
置合わせをする必要がなく、組立性が向上し、また、座
標検出精度や絶対座標についての製品間のばらつきがな
くなる、という利点がある。

【００５１】さらに、図３の構成では、保護用平面部材
１２の側からぺンｌを当てて座標入力を行なうようにな
っているので、保護用平面部材１２には前述の平面部材
２ほどの強度が必要なく、薄く構成できるため、磁気抵
抗素子の抵抗値変化が増大し、信号のＳＮ比が向上し、
筆圧感度も向上するという利点がある。

【００５２】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、２次元座標の２本の座標軸のそれぞれに沿って複数
のストライプ状の磁電変換素子を付着させた平面部材上
に座標入力を行なわせ、ペンの磁性体による磁電変換素
子の出力変化を介してペンによる入力座標を検出する構
成なので、電磁ノイズを発生せず、また外部や自機の内
部回路の電磁ノイズに影響されず、検出精度が高く、筆
圧の検出が可能であり、低消費電流で安価に実施できる
優れた座標入力装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による座標入力装置の入力部の構成を示
した斜視図である。

【図２】図１の装置の座標検出素子部を説明する断面図
である。

【図３】図１の装置の座標検出素子部の異なる構成を説
明する断面図である。

【図４】図１の装置に用いられる磁気抵抗素子の動作原
理を説明するグラフ図である。

【図５】図１の装置に用いられる座標検出回路のブロッ
ク図である。

【図６】図５における座標検出処理を説明するタイミン
グチャート図である。

【図７】図５中の比較器２２の出力特性を示すグラフ図
である。

【図８】従来の座標検出入力装置を説明する斜視図であ
る。

【図９】従来の座標検出方法の一つである電磁結合方式
の検出原理を説明する斜視図である。

【符号の説明】

１ペン２平面部材３磁気抵抗素子パターン４コネクタランドパターン５コネクタ８コンピュータ９表示部１２弾性部材１３磁性体１４接触部１６マルチプレクサ１７カウンタ１８定電流源２０抵抗値検出回路２１ＲＡＭ２２比較器２３演算処理回路３０１磁気抵抗素子パターン３０２磁気抵抗素子パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元座標値を検出しコンピュータ等に
入力する座標入力装置において、座標を指示するための先端に着磁された磁性体を有する
ぺンと、２次元座標の２本の座標軸のそれぞれに沿って複数のス
トライプ状の磁電変換素子を付着させた平面部材と、前記平面部材上の所望の位置に前記ペン先端を配置する
ことにより、前記ペンの磁性体による前記磁電変換素子
の出力変化を検出し、この検出結果に基づき前記ペンに
よる入力座標を演算出力する検出回路から成ることを特
徴とする座標入力装置。
【請求項２】前記２次元座標の２本の座標軸のそれぞ
れに沿って設けられた複数のストライプ状磁電変換素子
が、同一の平面部材上に絶縁保護層を介して交差するよ
うに配置されることを特徴とする請求項１に記載の座標
入力装置。
【請求項３】前記平面部材の磁電変換素子が配置され
る面と反対側の面から前記ペンの先端を接触させるか、
前記平面部材上に保護部材を設けることにより、磁電変
換素子に直接ペンが接触しないように構成したことを特
徴とする請求項１または２に記載の座標入力装置。
【請求項４】前記磁電変換素子が磁気抵抗素子である
ことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記
載の座標入力装置。
【請求項５】前記ペン先端の磁性体の外側に、座標入
力面との接触圧力により変位する接触部を設け、前記磁
気抵抗素子の出力変化を介して入力時の筆圧を検出する
ことを特徴とする請求項１〜４までのいずれか１項に記
載の座標入力装置。
【請求項６】前記検出回路は、２次元座標の２本の座
標軸のそれぞれに沿って配置された複数の磁電変換素子
が形成するメッシュ上の各交点を順次走査して抵抗値を
測定し、直前の走査におけるその走査点の抵抗値からの
変化を検出することにより、ペンの入力座標を検出する
ことを特徴とする請求項１〜５までのいずれか１項に記
載の座標入力装置。