CN100452086C - 三维信息检测装置、三维信息检测传感器装置及三维信息指示装置 - Google Patents

三维信息检测装置、三维信息检测传感器装置及三维信息指示装置 Download PDF

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Abstract

可检测指示装置在三维空间中的位置和方向。利用控制部(210)依次选择三维信息传感器装置(102)的传感器线圈(109)，同时，在三维信息指示装置(101)的指示线圈(103～105)与传感器线圈(109)之间通过电磁耦合进行信号的收发，由检测部(202)检测由选择后的传感器线圈接收到的信号，根据由检测部(202)检测到的检测信号，由控制部(210)计算指示装置(101)在三维空间中的位置及方向。

Description

三维信息检测装置、三维信息检测传感器装置及三维信息指示装置
技术领域
本发明涉及一种使用三维信息指示装置及三维信息传感器装置来检测有关上述三维信息指示装置在三维空间中的坐标或方向的三维信息的三维信息检测装置，尤其涉及使用电磁耦合来检测三维信息用的三维信息检测装置、三维信息传感器装置和三维信息指示装置。
背景技术
以前开发出使用指示装置及传感器装置，通过利用上述指示装置与传感器装置之间的电磁耦合来检测上述指示装置的姿势的姿势检测装置。例如，在特开2000-99259号公报中记载如下的结构：使用由具有指示线圈的球形指示装置和具有传感器线圈的传感器装置构成的检测装置，通过上述传感器装置来检测上述指示装置的姿势。
但是，在上述公报中记载的检测装置中，虽然可能检测指示装置的倾斜或水平方向位置，但存在所谓不能检测三维空间中的坐标的问题。
本发明要以可检测出指示装置在三维空间中的位置以及方向作为课题。
发明内容
根据本发明，提供一种三维信息检测装置，其特征在于：具备具有至少一个指示线圈的指示单元；彼此交叉地沿检测面配置、与上述指示线圈电磁耦合的多个传感器线圈；切换选择上述传感器线圈的选择单元；利用上述指示线圈与选择的上述传感器线圈之间的电磁耦合产生收发信号的信号产生单元；检测由上述选择的传感器线圈或上述指示线圈接收的信号的信号检测单元；和根据由上述信号检测单元检测出的检测信号，计算上述指示单元在三维空间中的位置和方向的计算单元。信号检测单元检测由选择单元选择的传感器线圈或指示单元的指示线圈接收到的信号。计算单元根据上述信号检测单元检测到的检测信号来计算上述指示单元在三维空间中的位置和方向。
这里，也可是如下的构成：上述计算单元根据上述检测单元检测到的检测信号中峰值附近至少三点的信号，计算上述指示单元的X轴坐标和Y轴坐标，同时，根据上述检测信号在规定电平值中的坐标幅度来得到上述指示单元的高度。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元根据由上述检测单元检测到的检测信号的关系来得到上述指示单元的倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的构成：上述指示单元具有作为上述指示线圈的两个纵向卷绕线圈，上述计算单元根据上述两个纵向卷绕线圈的合成双峰信号的左右比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元根据上述检测信号的次级信号比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元根据上述检测信号的左右单侧幅度比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元使用得到的倾角θ及方位角φ来补正检测出的X轴坐标、Y轴坐标及高度。
另外，也可是如下的构成：上述指示单元具有一个指示线圈。
另外，也可是如下的构成：上述指示单元具有多个指示线圈。
另外，也可是如下的构成：上述多个指示线圈的中心轴彼此垂直配置。
另外，也可是如下的构成：上述多个指示线圈的中心位置配置成相同。
另外，也可是如下的构成：上述多个指示线圈中至少一个指示线圈的中心位置按照偏离其它指示线圈的中心位置而配置。
另外，也可是如下的构成：上述指示单元具有球体，上述指示线圈配置在上述球体内。
另外，也可是如下的构成：上述指示线圈中的至少一个卷绕在铁氧体芯或其它磁性材料上。
另外，也可是如下的构成：上述信号产生单元产生对应于上述指示线圈的多个频率的信号，在上述各指示线圈和上述选择后的传感器线圈之间收发不同频率的信号。
另外，也可是如下的构成：通过从上述信号产生单元向上述指示线圈提供电流，从上述指示线圈发送信号，上述检测单元检测由上述传感器线圈产生的信号。
另外，也可是如下的构成：通过从上述信号产生单元向上述传感器线圈提供电流，从上述传感器线圈发送信号，上述检测单元检测由上述指示线圈产生的信号。
另外，也可是如下的构成：通过从上述信号产生单元向上述传感器线圈提供电流，从上述传感器线圈发送信号，上述指示线圈接收上述信号后，返送到上述传感器线圈，上述检测单元检测由上述传感器线圈接收的信号。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元计算上述指示单元的延长线与上述检测面的交叉点。
另外，也可是如下的构成：具备配置成彼此交叉且与上述传感器线圈交叉的多个斜传感器线圈。
另外，根据本发明，提供一种三维信息传感器装置，其特征在于：具备彼此交叉地沿检测面配置、与指示单元的指示线圈电磁耦合的多个传感器线圈；切换选择上述传感器线圈的选择单元；利用上述指示线圈与选择后的上述传感器线圈之间的电磁耦合产生收发信号的信号产生单元；检测由上述选择后的传感器线圈或上述指示线圈接收的来自上述信号产生单元的信号的信号检测单元；和根据由上述信号检测单元检测出的信号，计算上述指示单元的位置和方向的计算单元。信号检测单元检测由选择单元选择后的传感器线圈或指示单元的指示线圈接收到的来自信号产生单元的信号。计算单元根据上述信号检测单元检测到的检测信号来计算上述指示单元的位置和方向。
这里，也可是如下的构成：上述计算单元根据上述检测单元检测到的检测信号中峰值附近至少三点的信号，得到上述指示单元的X轴坐标和Y轴坐标，同时，根据上述检测信号在规定电平值中的坐标幅度来得到上述指示单元的高度。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元根据由上述检测单元检测到的检测信号的关系来得到上述指示单元的倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的构成：上述指示单元具有作为上述指示线圈的两个纵向卷绕线圈，上述计算单元根据上述两个纵向卷绕线圈的合成双峰信号的左右比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元根据上述检测信号的次级信号比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元根据上述检测信号的左右单侧幅度比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元使用得到的倾角θ及方位角φ来补正检测出的X轴坐标、Y轴坐标及高度。
另外，也可是如下的构成：具备配置成彼此交叉且与上述传感器线圈交叉的多个斜传感器线圈。
另外，根据本发明，提供一种三维信息指示装置，具备在与多个传感器线圈之间通过电磁耦合进行信号转移的多个指示线圈，其特征在于：上述多个指示线圈由两个指示线圈构成，上述各指示线圈的中心位置配置在彼此偏离的位置上，同时，上述各指示线圈的中心轴配置成彼此垂直。两个指示线圈的中心位置配置在彼此偏离的位置上，同时，上述各指示线圈的中心轴配置成彼此垂直。
这里，也可是如下的构成：上述各指示线圈卷绕在磁性材料上。
另外，也可是如下的构成：具备与上述各指示线圈连接而分别构成不同频率的共振电路的多个共振用电容，。
另外，也可是如下的构成：具备多个串联共振电路，串联连接在上述各共振电路上，具有与对应的共振电路相同的共振频率。
另外，也可是如下的构成：具备发送信号输出电路，通过上述串联共振电路，从对应于上述串联共振电路的指示线圈输出上述发送信号输出电路的输出信号。
另外，也可是如下的构成：具备向上述发送信号输出电路提供驱动功率的电池。
附图说明
图1是概念性地表示本发明第1实施方式的整体结构的结构图。
图2是本发明第1实施方式的框图。
图3是本发明第1实施方式中使用的三维指示装置的框图。
图4是用于说明本发明实施方式动作的时限图。
图5是表示本发明第1实施方式中的CPU的主处理的流程图。
图6是表示本发明第1实施方式中的CPU的主处理的流程图。
图7是表示本发明第1实施方式中的三维信息指示装置的图。
图8是本发明第1实施方式的特性图。
图9是本发明第1实施方式的特性图。
图10是本发明第1实施方式的特性图。
图11是本发明第1实施方式的特性图。
图12是本发明第1实施方式的特性图。
图13是本发明第1实施方式的特性图。
图14是本发明第1实施方式的特性图。
图15是本发明第1实施方式中使用的方向判断用图表特性图。
图16是本发明第1实施方式的特性图。
图17是本发明第1实施方式的特性图。
图18是本发明第1实施方式的特性图。
图19是本发明第1实施方式的特性图。
图20是本发明第1实施方式的动作说明图。
图21是本发明第2实施方式的框图。
图22是表示本发明第2实施方式中的CPU的主处理的流程图。
图23是表示本发明第2实施方式中的CPU的主处理的流程图。
图24是表示本发明第2实施方式中的三维信息指示装置的图。
图25是本发明第2实施方式的特性图。
图26是本发明第2实施方式中使用的方向判断用图表特性图。
图27是本发明第2实施方式的特性图。
图28是用于说明本发明第2实施方式中三维信息指示装置的方向判断处理的图。
图29是本发明第3实施方式的特性图。
图30是本发明第3实施方式的特性图。
图31是本发明第3实施方式的特性图。
图32是表示本发明第3实施方式中计算三维信息指示装置的方位角的实例的图。
图33是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
图34是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
图35是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
图36是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
图37是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
图38是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
图39是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
图40是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
图41是表示本发明其它实施方式中的三维信息指示装置的图。
符号说明：
100三维信息检测装置，101构成三维信息指示单元的三维信息指示装置，102构成三维信息检测单元的三维信息传感器装置，103～105、200、2601～2603、2701、2702、2801、2802、2901～2903、3001～3003、3101、3102、3201、3202、3301三维信息指示线圈，106、107、2004、2604～2606、2703、2803、2804、2904、3103、3302芯，108信号电缆，109三维信息传感器线圈，201接收电路，202构成信号检测单元的检测部，203振荡电路，207发送信号产生电路，204构成存储单元的存储器，205构成选择单元和计算单元的CPU，206构成信号产生单元的送信控制部，208选择电路，209送信电路，210控制部，2002斜传感器线圈，306、307、308信号输出电路，3004、3203、3402球体
具体实施方式
下面，使用附图来说明本发明的实施方式。另外，在各图中，对相同部分标以相同符号。
图1是概念性地表示本发明第1实施方式中的三维信息检测装置的结构斜视图。
该第1实施方式的三维信息检测装置100具备用于指示三维空间中XYZ坐标和方向即三维信息的三维信息指示装置101、以及用于检测三维信息指示装置101在三维空间中的三维信息(XYZ坐标和方向)的三维信息传感器装置102。
三维信息指示装置101构成指示单元，具备作为第一线圈的多个指示线圈103～105。多个指示线圈103～105如下构成，至少一个指示线圈(第一指示线圈)103的中心位置偏离其它指示线圈(第二指示线圈)104及指示线圈(第三指示线圈)105的中心位置，同时，各指示线圈103～105的中心轴垂直配置。
即形成如下的结构：指示线圈103(下面，必要时称为笔形(pen)线圈，另外，必要时将从指示线圈103接收到的检测信号称为笔形信号。)的中心位置配置在偏离指示线圈104(下面，必要时称为第一圆柱线圈或纵向卷绕线圈，另外，必要时将接收来自指示线圈104的信号得到的检测信号称为第一圆柱信号。)、指示线圈105(下面，必要时称为第二圆柱线圈或纵向卷绕线圈，另外，必要时将接收来自指示线圈105的信号得到的检测信号称为第二圆柱信号。)的中心位置的位置上，指示线圈104、105的中心位置配置在同一位置上，通过指示线圈103～105的中心的中心轴彼此垂直构成。
指示线圈103圈绕在由磁性材料构成的芯106上，指示线圈104、105卷绕在由磁性材料构成的芯107上。另外，指示线圈103～105分别如后所述通过信号电缆108连接在构成传感器装置102的电路元件上。另外，指示装置101按照放置在笔形容器中、在手持状态下进行操作的方式而形成(下面，必要时将放置于笔形容器中的指示装置称为3D笔。)。
另一方面，三维信息传感器装置102在检测面即传感器装置102的平坦上面(指示装置101侧的面)的整个区域中具备彼此垂直(在该第1实施方式中为X轴方向及Y轴方向)配置的作为第二线圈的多个传感器线圈109。
图2是图1所示三维信息检测装置100的框图。
在图2中，多个传感器线圈109由沿X轴方向并排设置的多个传感器线圈(X传感器线圈)和沿Y轴方向并排设置的多个传感器线圈(Y传感器线圈)构成，通过具有放大电路的接收电路201，连接在构成信号检测单元的检测部202上。
检测部202具备生成用于检波接收到的信号的多种频率信号(在该第1实施方式中为频率fu、fv、fw)的振荡电路203和检波电路(未图示)。
构成信号产生单元的送信控制部206具备具有生成多种频率信号(在该第1实施方式中为频率fu、fv、fw)的振荡电路的发送信号产生电路207、指定时限和将由发送信号产生电路207生成的信号在指定时限有选择地切换并输出给送信电路209的选择电路208。送信电路209具有放大电路，其输出部分别通过由多个信号电缆构成的信号电缆108连接到指示装置101的对应线圈103～105上。
为了获得同步而连接检测部202和送信控制部206。另外，检测部202及送信控制部206连接到控制它们的控制部210上。
控制部210具备事先存储后述的各种图表和处理程序的存储器204；通过执行存储器204中存储的程序、参照上述图表进行指示装置101的三维坐标和方向的计算处理、传感器线圈109的选择控制处理、检测部202及送信控制部206的同步控制处理等各种处理的中央处理装置(CPU)205。传感器线圈109、接收电路201、检测部202、送信控制部206、送信电路209及控制部210配备在传感器装置102中。
这里，控制部210构成处理单元，存储器204构成存储单元，CPU205构成进行传感器线圈109的选择控制处理的选择单元、计算指示装置101的三维信息的计算单元、和进行检测部202及送信控制部206的同步控制的同步控制单元。
图3是表示指示装置101结构的框图。指示装置101具备分别包含指示线圈103～105的三个信号输出电路306～308。
图3中，对信号输出电路306进行说明时，电容301相对于卷绕在磁性材料芯上的指示线圈103并联连接。指示线圈103和电容301构成共振频率fu的并联共振电路。由线圈302及电容303构成的共振频率fu的串联共振电路304通过信号电缆108与由指示线圈103和电容301构成的并联共振电路串联连接。
由串联共振电路304及阻抗匹配用缓冲电路305构成的滤波电路309包含于送信电路209中。
虽然信号输出电路307、308与信号输出电路306结构相同，但对于具有指示线圈104的信号输出电路307而言，在电容与指示线圈104并联连接成共振频率fv的并联共振电路这一点上与信号输出电路306不同。另外，对于具有指示线圈105的信号输出电路308而言，在电容与指示线圈105并联连接成共振频率fw的并联共振电路这一点上与信号输出电路306不同。
另外，滤波电路310、311与滤波电路309结构相同，但滤波电路310与滤波电路309的不同之处在于具有共振频率fv的串联共振电路，另外，滤波电路311与滤波电路309的不同之处在于具有共振频率fw的串联共振电路。滤波电路310、311还与滤波电路309一样包含在送信电路209中，分别通过信号电缆108连接在输出电路307、308上。另外，滤波电路309～311也可不设置在送信电路209中，而设置在指示装置101中。
图4是说明该第1实施方式的动作的时限图。另外，图4中表示传感器线圈109具有沿X轴方向并联设置的103个X传感器线圈及沿与其垂直的Y轴方向并联设置的78个Y传感器线圈的实例。另外，还同时记述了相对上述X、Y传感器线圈旋转规定角度后配置的斜传感器线圈(第三线圈)的时限，但通过后述的其它实施例的动作来说明上述斜传感器线圈的动作，该第1实施方式中说明不存在上述斜传感器线圈的情况。
首先，当说明图4中动作的概况时，三维信息传感器装置102为了检测三维信息指示装置101在三维空间中的位置及方向，由发送信号产生电路207生成对应于各指示线圈103～105的共振频率fu、fv、fw的频率fu、fv、fw的信号，并通过选择电路器电路208在规定时限进行切换选择，通过送信电路209及信号电缆108输出给对应于上述频率fu、fv、fw的信号输出电路306～308。
从而，由指示装置101对各指示线圈103-105提供对应于各指示线圈的共振频率的信号，在发送期间，从该指示线圈输出对应频率的信号。
在从传感器装置102接收到的信号频率为fu的情况下，从指示线圈103输出信号，在从传感器装置102接收到的信号频率为fv的情况下，从指示线圈104输出信号，在从传感器装置102接收到的信号频率为fw的情况下，从指示线圈105输出信号。
当从各指示线圈103-105输出信号时，通过电磁耦合，在传感器线圈109中产生信号。在上述发送期间内的接收期间中，通过在规定时限扫描传感器线圈109的X传感器线圈及Y传感器线圈，从接近指示装置101的传感器线圈得到强的检测信号，越远离指示装置101，则得到越弱的检测信号。
参照图4来说明上述动作，如图4所示，首先，在发送期间，从送信控制部206通过送信电路209及信号电缆108向指示装置101发送对应于共振频率fu的频率fu的信号。在指示装置101中，从构成共振频率fu的共振电路的指示线圈103输出信号。另外，虽然上述发送也包含上述接收期间并在上述整个发送期间中进行，但在上述接收期间以外，传感器装置102不进行接收动作。
接着，在上述接收期间，通过电磁耦合，由利用控制部210的选择控制选择后的X传感器线圈中的一个传感器线圈接收从指示线圈103输出的信号。上述传感器线圈接收到的信号由接收电路201放大后，由检测部202检波从而进行信号电平的检测。每一个X传感器线圈重复四次上述发送动作及接收动作(图4(b))，将得到的各检测信号电平存储在未图示的缓冲存储器中，并将其和设为由该传感器线圈检测出的检测信号电平，将上述检测信号电平的数据与上述检测出的传感器线圈对应后存储到存储器204中。
对全部X传感器线圈(该实施方式中为103个)、全部Y传感器线圈(该实施方式中为78个)就频率fu进行上述动作(图4(c))。
在上述动作后，也就频率fv、fw的信号进行上述同样的动作。此时，在指示装置101中，从指示线圈104输出频率fv的信号，另外，从指示线圈105输出频率fw的信号。
如上所述，通过进行关于频率fu、fv、fw的动作，完成一个周期的动作(图4(d))。
另外，在该实施方式中，虽然结构具有如下方式：在从指示装置101在整个发送期间发送信号的同时，在上述发送期间内的接收期间，由传感器装置102来接收信号，但也可是按照从指示装置完成信号真相(信号真相)后由传感器装置102进行接收动作的方式而形成，交替进行来自指示装置101的发送动作和传感器装置102的接收动作。
图5及图6是表示该第1实施方式的三维信息检测装置中的处理的流程图。
图7是用于说明该第1实施方式动作的模式图，是表示指示装置101的XYZ坐标及方向(距垂直线的倾角θ及以X轴为基准的方位角φ)的图。
下面用图1-图7来说明该第1实施方式的动作。
首先，进行控制部210的存储器204、CPU205、送信控制部206、控制部210及检测部202内设置的上述缓冲存储器的初始化处理(图5的步骤S11)。
下面，如图4所示，从传感器装置102侧向指示装置101侧按指定时限依次发送频率不同的信号，同时，在传感器装置102侧，通过电磁耦合，进行接收并检测来自指示装置101的信号的处理。
即，首先，通过切换送信控制部206的选择器208，选择发送给指示装置101的信号频率(步骤S12)。如图4(d)所示，因为上述频率的选择是在指定时限按频率fu、fv、fw的顺序反复进行的，所以首先选择选择器208的连接以输出频率fu的信号。
接着，切换选择经电磁耦合接收来自指示装置101的信号的传感器线圈109(步骤S13)。
在该状态下，从送信控制部206向指示装置101输出信号fu的信号，由上述选择的传感器线圈109接收，并由检测部202进行电平检测。通过在指定时限依次选择传感器线圈109的全部X传感器线圈及全部Y传感器线圈，进行上述检测动作(全局扫描)(步骤S14)。
判断是否对三种频率fu、fv、fw的信号进行上述动作，当判断未对频率fu、fv、fw的信号全部完成上述动作时，返回步骤S12，当判断完成对频率fu、fv、fw的信号全部的动作时，移到步骤S16(步骤S15)。
通过上述处理，从指示装置101接收到的信号的检测电平及对应于该检测电平的传感器线圈数据按每个频率fu、fv、fw存储在存储器204中。
在步骤S16中，参照事先存储在存储器204中的关于接收电平的图表，对传感器线圈109的接收电平补偿步骤S12-S15中的传感器线圈109接收电平的差异(步骤S16)。对全部步骤信号fu、fv、fw进行上述电平补偿。另外，在步骤S16中，补偿由Y传感器线圈检测到的信号电平峰值，使之与由X传感器线圈检测到的信号电平峰值一致。
图8-图11是说明步骤S16中电平补偿的特性图，是表示存储器204中事先存储的电平补偿图表的图。
图8是指示装置101的前端部A位于离开上述检测面规定距离后的位置(在该实施方式中粘述检测面上方100mm的位置)、同时指示装置101处于垂直(倾角θ＝0度)的状态下，边沿X轴方向从一端的X传感器线圈到另一端的X传感器线圈移动，边绘制各X传感器线圈和各Y传感器线圈检测出的信号电平的峰值信号LUxm、Luym的图。另外，所谓图8纵轴的笔信号表示是由各传感器线圈109检测从笔形线圈103输出信号的信号电平。
图9是表示为了使如上所述检测出的各峰值信号LUxm、LUym与原点(检测面的中央部)附近的峰值信号的电平一致并平坦化检测电平而与各峰值信号LUxm、LUym相乘用的补偿系数(X轴方向补偿系数)的图。另外，图9中所示X轴方向补偿系数被作为补偿系数图表而事先存储在存储器204中。
图10是指示装置101的前端部位于离开上述检测面规定距离后的位置(在该实施方式中粘述检测面上方100mm的位置)、同时指示装置101处于垂直(倾角θ＝0度)的状态下，边沿Y轴方向从一端的Y传感器线圈到另一端的Y传感器线圈移动，边绘制各X传感器线圈和各Y传感器线圈检测出的信号电平的峰值信号LUxm、LUym的图。
图11是表示为了使如上所述检测出的各峰值信号LUxm、LUym与原点(检测面的中央部)附近的峰值信号的电平一致并平坦化检测电平而与各峰值信号LUxm、LUym相乘用的补偿系数(Y轴方向补偿系数)的图。另外，图11中所示Y轴方向补偿系数被作为补偿系数图表而事先存储在存储器204中。
在步骤S16中，对频率信号fu、fv、fw，参照上述补偿系数图表(参照图9、图11)，补偿传感器线圈109的接收电平差异，另外，补偿由Y传感器线圈检测出的信号电平的峰值，使之与由X传感器线圈检测出的信号电平的峰值一致。
接着，CPU205根据从指示线圈103接受检测到的检测信号(笔信号fu)中最大的检测信号电平和上述最大检测信号电平点两侧附近的两点的检测信号电平，通过使用抛物线近似的公知方法，计算最大信号电平点的X坐标及该坐标的电平，作为最大信号电平Xu，另外，计算Y轴方向最大电平点的Y坐标及该Y坐标点的电平，作为最大信号电平Yu(步骤S17)。主信号的峰值信号坐标表示指示装置101的前端(笔端)位置，所以对应于主信号最大信号电平Xu、Yu的的X坐标、Y坐标表示指示装置101的笔端坐标。
之后，CPU205根据信号Xu或Yu，计算笔信号fu的最大信号电平的半值幅度(步骤S18)。接着，CPU205计算圆柱信号fv、fw的检测信号电平LV、LW的平方和平方根，算出合成双峰信号(圆柱合成信号)LVW(步骤S19)。用LVW＝√-(LV2+LW2)来表示此时的圆柱合成信号LVW。
之后，CPU205通过上述抛物线近似来计算圆柱合成信号LVW的两个电平峰值中高电平的坐标和信号电平。(步骤S21)。
图12是表示步骤S17-S21计算出的各信号电平的波形的图，表示X轴方向分量。图12中，LUxm是笔信号fu的X轴分量LUx的最大信号电平，LVWx是圆柱合成信号LVW的X轴分量。另外，LVWx_right、LVWx_left分别是圆柱合成信号LVW的X分量LVWx的右侧峰值、左侧峰值。步骤S18中的半值幅度为笔信号的X轴分量LUx的半值幅度Xwidth。
接着，CPU205参照存储器204中事先存储的方位角图表(参照图13)，暂定根据作为圆柱合成信号LVW的X分量的LVWx和作为Y轴分量的LVWy的左右信号比求出水平方位角φ(步骤S22)。
图13是表示上述方位角图表的图，是表示圆柱合成信号LVW的左右峰之比的方位角相关性的数据。另外，图13中的符号含义如下。
设
ΔLVWx＝LVWx_right-LVWx_left
SLVWx＝LVWx_right+LVWx_left
ΔLVWy＝LVWy_right-LVWy_left
SLVWy＝LVWy_right+LVWy_left
另外，设ratio_x＝ΔLVWx/SLVWx
ratio_y＝ΔLVWy/SLVWy，则
ratio＝√-(ratio_x2+ratio_y2)
ratio_y/x＝ratio_y/ratio_x。
参照图13的方位角图表，暂定将对应于计算出的圆柱合成信号LVW的左右峰之比ratio_y/x的方位角φ0(＝tan-1(ratio_y/x)*180/π(度))设为方位角φ0。
接着，判断笔信号的X轴分量信号LUx及Y轴分量信号LUy的电平数据中哪一个电平数据可用于计算半值幅度，选择可计算半值幅度的轴的数据一方(步骤S23)。例如，判断LUxm和LUym中哪个信号电平大，因为信号电平大的一方可靠性高，所以使用信号电平大的一方的信号电平数据。
之后，根据选择的轴的电平数据的峰值电平信号LUxm或LUym的半值幅度，参照存储器204中事先存储的半值幅度图表(参照图14)，计算Z轴坐标Zu(步骤S24、S25)。即，在步骤S23中，在选择X轴的电平数据LUx的情况下，根据峰值电平信号LUxm的半值幅度Xwidth来计算Z轴坐标Zu(步骤S24)，在步骤S23中，在选择Y轴的电平数据LUy的情况下，根据峰值电平信号LUym的半值幅度Ywidth来计算Z轴坐标Zu(步骤S25)。
另外，步骤S24、S25中得到的Z轴坐标Zu为指示装置101的笔端坐标。
图14是表示信号LUxm的半值幅度Xwidth与指示装置101前端部高度(Z轴坐标)之间关系的数据，表示选择的信号为X轴的电平数据LUx的信号。对应于如此计算出的半值幅度Xwidth的高度成为指示装置101前端部的Z轴坐标。另外，选择的信号为Y轴的电平数据LUy的情况下，半值幅度图表也变为与图14一样的特性数据，因为该数据的半值幅度也事先存储在存储器204中，所以在步骤S23中选择Y轴电平数据的情况下，在步骤S25中参照该Y轴用半值幅度图表来计算Z轴坐标。
之后，CPU205根据圆柱合成信号LVW的X轴分量的两个峰值的大小关系与Y轴分量的两个峰值的大小关系，参照事先存储在存储器204中的图15的象限判断图表，判断方位角φ的象限(步骤S26)。如图15所示，方位角φ在ratio_x为正、ratio_y为正时判断为第一象限，在ratio_x为负、ratio_y为正时判断为第二象限，在ratio_x为负、ratio_y为负时判断为第三象限，在ratio_x为正、ratio_y为负时判断为第四象限。
之后，CPU205根据圆柱合成信号LVW的电平比，参照存储器204中事先存储的图16的倾角图表来计算倾角θ的X轴分量θx(步骤S27)。图16是表示倾角θ的X轴分量θx与LUx、LVWx_left、LVWx_right、ratio_x的关系的图。因为信号比ratio_x单调增加，所以计算信号比ratio_x并对应于该信号比ratio_x的X轴方向的倾角θx为所求的X轴分量θx。
另外，为了计算倾角θ的Y轴方向分量θy，在存储器204中存储与图16一样的倾角图表。即，存储表示倾角θ的Y轴分量θy与LUy、LVWy_left、LVWy_right、ratio_y的关系的数据作为图表。与倾角θx的情况一样，因为信号比ratio_y单调增加，所以CPU205计算出信号比ratio_y后，参照图表，计算Y轴方向的倾角θy(步骤S28)。
接着，CPU205利用下式计算方位角φ(步骤S29)。
φ0＝tan-1(ratio_y/x)*180/π(度)
其中，暂定方位角为暂定确定在-90度≤φ0≤90度的范围内的方位角φ。
之后，CPU205根据X轴方向分量θx及Y轴方向分量θy来计算指示装置101的倾角θ(步骤S30)。
之后，在使用Z轴坐标(高度)Zu的同时，参照事先存储在存储器204中的图17的倾角衬偿图表，补偿倾角θ(步骤S31)。图17所示倾角补偿图表的实例虽然表示在保持倾角θ为45度的状态下变化高度时，显示指示装置101的前端高度Zu为100mm的状态下ratio_x和ratio_x的信号比相对于高度的关系的数据，但上述倾角补偿图表中也可存储关于其它倾角θ的数据。高度变高时，上述信号比变小，检测出的倾角θ小，所以通过将上述图表的倒数作为补偿系数与检测信号比ratio_x相乘来进行补偿，得到正确的θx。
对于θy而言，因为存储器204中也存储与图17一样的关于检测信号比ratio_y的倾角补偿图表，所以与θx一样参照上述倾角补偿图表进行补偿，得到正确的θy。
之后，CPU205根据补偿后的θx、θy，计算合成方位角φ(＝tan-1(tanθy/tanθx)*180/π(度))(步骤S33)。
接着，CPU205根据圆柱合成信号LVW的电平比，与步骤S26一样，参照上述象限判断图表，修改并判断补偿后的方位角φ的象限(步骤S34)。从而得到正确的方位角φ。
下面，CPU205根据倾角θ的X轴分量θx及Y轴分量θy，参照存储器204中事先存储的图18的半值幅度倾角相关性图表，补偿Z轴坐标(步骤S35)。图18是表示笔信号半值幅度的倾角θ相关性的数据，表示将指示装置101的前端保持在100mm并使倾角θ变化时的信号半值幅度的变化。因为倾角θ变大时检测高度的误差变大，所以通过向检测信号的半值幅度乘上补偿系数，可得到正确的Z轴坐标。上述补偿系数在图18中是用上述倾角θ时的半值幅度除以倾角θ＝0度时的半值幅度后的值。另外，此时得到的Z坐标是指示装置101的笔端坐标。
接着，CPU205根据倾角θ的X轴分量θx及Y轴分量θy，参照存储器204中事先存储的图19的坐标补偿图表，补偿X轴坐标及Y轴坐标(步骤S36)。
在图19的坐标补偿图表中存储表示ΔX的倾角θ与高度h相关性的图表。这里，ΔX是从检测来自笔线圈103信号的X传感器线圈的峰值X坐标Xm中减去倾角θ为0度时的峰值X坐标后的值。如图19所示，若倾角θ一定，则高度h与ΔX因为存在随着高度h增加ΔX减少的关系，所以根据上述求出的倾角θ和高度h来求ΔX。利用该关系，参照图19的图表求ΔX，通过加上负的ΔX，补偿X坐标，得到正确的X坐标。同样，通过对Y坐标也进行补偿，得到正确的Y坐标。另外，此时得到的X坐标、Y坐标是指示装置101的笔端坐标。
通过重复上述处理，可检测指示装置101在三维空间中的XYZ坐标、方位角φ及倾角θ。
如上所述，根据检测来自两个纵向卷绕线圈104、105的信号所得的合成双峰信号的左右比，可得到倾角θ及方位角φ。
另外，因为通过上述处理求出指示装置101的笔端位置，所以根据后述的图20的关系，可从笔端B的三维坐标(XG、YG、Z)几何学地计算出指示装置101的笔线圈103的三维重心坐标(XGG、YGG、ZC)。
下面说明计算指示装置101的延迟线与上述检测面交叉的点(的：目标)target时的处理。
图20是用于说明计算上述目标target的XY坐标时的处理的图。
图20中，指示装置101放置在笔形容器C内，在指示装置101的前端设置笔端。设指示线圈103的重心位置的XY坐标为(XGG、YGG)，Z坐标为Zc，指示装置101的笔端B的X、Y坐标为(XG，YG)，Z坐标为Z，指示线圈103的重心位置和笔端距离国L，目标target的X、Y坐标为(Xtar，Ytar)，用下式计算上述目标targrt的XY坐标。
XG＝XGG-(L·cosθ)·tanθ·cosθ
YG＝YGG-(L·cosθ)·tanθ·sinθ
Z＝ZC-(L·cosθ)
Xtar＝XG-Z·tanθ·cosφ
Ytar＝XG-Z·tanθ·sinφ
由此可求出目标target的位置。
下面说明本发明的第2实施方式。在指示装置仅有单一的指示线圈的情况等时，指示装置处于水平(与上述检测面平行)位置的同时，处于与X传感器线圈或Y传感器线圈平行的位置的情况下，因为与指示装置平行的X传感器线圈或Y传感器线圈与指示线圈不能电磁耦合，所以不能得到检测信号。该第2实施方式是不产生相关问题的实例。
图21是根据该第2实施方式的三维信息检测装置的框图，与图2具有相同功能的部分标以相同符号。
图21的传感器装置与图2的传感器装置的主要不同点在于在传感器线圈109上重叠配置使与传感器线圈109结构相同的传感器线圈在检测面内旋转指定角度后(本实施方式中为45度)的斜传感器线圈2002。
传感器线圈109具备沿X轴方向(φ＝0度)并排设置的多个X传感器线圈及沿Y轴方向(φ＝90度)并排设置的多个Y传感器线圈，另外，斜传感器线圈2002具备沿从上述X轴方向旋转45度后的X’轴方向(φ＝45度)并排设置的多个X’传感器线圈及沿与X’传感器线圈垂直的Y’轴方向(φ＝135度)并排设置的多个Y’传感器线圈。
另外，指示装置也可使用图2的指示装置101，但在该第2实施方式中，使用仅有卷绕在由磁性材料构成的芯2004上的单一指示线圈的指示装置。图24是说明该第2实施方式动作的模式图，是表示三维信息指示装置2001的XYZ坐标及方向(倾角θ及以X轴为基准的方位角φ)的图。指示装置2001形成具有卷绕在芯2004上的单一指示线圈2003(必要时称为笔线圈)的结构。
另外，在该第2实施方式中如下动作，在图4(c)、(d)中，不使用频率fv、fw的信号，而仅使用频率fu的信号，通过电磁耦合，由传感器线圈109及斜传感器线圈2002接收并检测来自指示线圈2003的信号。
图22及图23是表示该第2实施方式的三维信息检测装置的处理的流程图。
下面，用图4、图21至图24来说明该第2实施方式的动作。
首先，进行传感器装置2000的控制210中设置的存储器204及CPU2045、送信控制部206、控制部210及检测部202内设置的缓冲存储器的初始化处理(图22的步骤S211)。
下面，从传感器装置2000侧向指示装置2001侧发送频率fu的信号，同时，在传感器装置2000侧，通过电磁耦合，进行接收并检测来自指示装置2001的信号的处理。
即，首先，通过切换送信控制部206的选择器208，选择发送给指示装置2001的信号频率(步骤S212)。另外，因为在该第2实施方式的情况下，仅使用一种频率fu，所以不需要用来选择多个频率信号的选择器开关及步骤212，但为了使用图1所示的具有多个指示线圈的指示装置，故说明使用选择器开关208及步骤212。
接着，如图4所述，依次切换选择经电磁耦合接收来自指示装置2001的信号的传感器线圈109及斜传感器线圈2002(步骤S213)。
在该状态下，依次由传感器线圈109及斜传感器线圈2002接收从指示装置2001输出的信号后进行电平检测的全局扫描(步骤S214)。
通过上述全局扫描，送信控制部206向送信电路209输出频率fu的信号。送信电路209经信号电缆108将从送信控制部206输入的频率fu的信号提供给指示装置2001。被选择的传感器线圈109及斜传感器线圈2002通过电磁耦合接收来自指示装置2001的信号。检测部202通过接收电路201接收由上述传感器线圈1009及斜传感器线圈2002接收到的信号，并检测上述信号的电平，将从指示装置2001接收到的信号的检测电平及对应于该检测电平的传感器线圈109、2002的数据存储在存储器204中。
之后，判断是否对全部传感器线圈109及斜传感器线圈2002进行过上述动作，若判断未对全部传感器线圈109、2002完成上述动作，则返回步骤S212，当判断完成对全部传感器线圈109、2002的动作时，移到步骤S216(步骤S215)。
在步骤S216中，与上述第1实施方式中使用图8-图11的图表来进行传感器线圈的电平补偿一样，参照事先存储在存储器204中的图表，补偿传感器线圈109的X传感器线圈及Y传感器线圈、斜传感器线圈2002的X’传感器线圈及Y’传感器线圈的接收电平的差异(步骤S216)。另外，在步骤S216中，在倾角θ＝0度的状态下补偿由Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈检测到的信号电平峰值，使之与由X传感器线圈检测到的信号电平峰值一致。
接着，对于各X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈，根据各传感器线圈检测信号的最大电平点的检测信号电平和上述最大电平点两侧附近两点的检测信号电平，通过使用抛物线近似的公知方法，计算X传感器线圈中的最大信号电平点的X坐标及该坐标的电平，作为最大信号电平Xu，另外，计算Y传感器线圈中的最大信号电平点的Y坐标及该坐标的电平，作为最大信号电平Yu，计算X’传感器线圈中的最大电平点的X坐标及该坐标的电平，作为最大信号电平Xu’，另外，计算Y’传感器线圈中的最大信号电平点的Y坐标及该坐标的电平，作为最大信号电平Yu’(步骤S217)。另外，对应于信号电平Xu、Yu、Xu’、Yu’的坐标为显示装置101的笔端坐标。
图25是表示X传感器线圈通过上述动作检测出的信号的特性图。
接着，与上述第1实施方式一样，计算笔信号fu的最大信号电平的半值幅度(步骤S218)。
接着，如下所述，利用根据X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈的坐标决定的信号强度算出加权平均求出重心坐标，得到正确的重心坐标(步骤S219)。此时，从X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈中的三个传感器线圈可独立得到相同的X坐标(或Y坐标)，但这三个信号的信号强度不同。因为信号强度越小，则由信号跳动等引起的误差越大，信号强度越大，则可得到可靠性高的数据，所以与单纯平均相比，通过对应于信号强度，根据加权平均，可得到正确的重心坐标。
首先，因为通常需要次级信号大的一方的信号坐标，所以在LUxs1＜LUxs2的情况下，对各Y传感器线圈、X’传感器线圈及Y’传感器线圈检测出的信号电平乘以指定系数，与X传感器线圈的信号电平一致。另外，上述指定系数例如在传感器装置102的检测面中央部，利用高度100mm、倾角θ取得数据，事先获得各Y传感器线圈、X’传感器线圈及Y’传感器线圈的检测信号电平与X传感器线圈的信号电平一致的系数。作为上述规定系数，例如选定为LUx＝1*LUx，LUx’＝1.455*LUx’，LUy＝1.123*LUy，LUy’＝1.325*LUy’。
接着，判断大小，得到LUx_med及LUx_min。LUx_med是LUxs1、LUxm及LUxs2中的中间大小的值(LUx_med＝Median(LUxs1，LUxm，LUxs2))，或LUxs1及LUxs2中大的一方的值(LUx_med＝Max(LUxs1，LUxs2))。另外，LUx_min是LUxs1、LUxm及LUxs2中的最小值(LUx_min＝Min(LUxs1，LUxm，LUxs2))，或LUxs1及LUxs2中小的一方的值(LUx_min＝Min(LUxs1，LUxs2))。
接着，根据下式求出X传感器(φ＝0度)上的坐标。Xm是取最大值LUxm时的X坐标值，X_med是取中间值LUx_med时的X坐标值。
XG＝((LUxm-LUx_min)*Xm+(LUx_med-LUx_min)*X_med)/(LUxm-2*LUx_min+LUx_med)
同样，根据下式求出X’传感器(φ＝45度)上的坐标。
接着，根据下式求出X传感器(φ＝0度)上的坐标。X’m是取最大值LUx’m时的X’坐标值，X’_med是取中间值LUx’_med时的X’坐标值。
X’G＝((LUx’m-LUx’_min)*X’m+(LUx’_med-LUx’_min)*X’_med)/(LUx’m-2*LUx’_min+LUx’_med)
同样，根据下式求出Y传感器(φ＝90度)上的坐标。
YG＝((LUym-LUy_min)*Ym+(LUy_med-LUy_min)*Y_med)/(LUx’m-2*LUx’_min+LUx’_med)
最后，根据下式求出Y’传感器(φ＝135度)上的坐标。
Y’G＝((LUy’m-LUy’_min)*Y’m+(LUy’_med-LUy’_min)*Y’_med)/(LUy’m-2*LUx’_min+LUx’_med)
即，将LUxs1及LUxs2中大的一方作为LUx_med，将小的一方作为LUx_min。
设各X、Y、X’、Y’传感器线圈的原点(在本实施方式中，为传感器线圈109及斜传感器线圈2002的中央部)为X0、Y0、X’0、Y’0时，通过加权平均，线圈重心坐标(XGG，YGG)如下。
ΔXG＝XG-X0
ΔX’G＝X’G-X’0
ΔYG＝YG-Y0
ΔY’G＝Y’G-Y’0
XGG＝X0+(LUxm*ΔXG+LUx’m*(ΔX’G/√-2)-LUy’m*(ΔY’G/√-2))/(LUxm+LUx’m*+LUy’m)
YGG＝Y0+(LUx’m*(ΔX’G/√-2)+LUym*ΔYG+LUy’m*(ΔY’G/√-2))/(LUx’m*+LUym+LUy’m)
接着，判断由X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈检测出的检测信号的最小信号电平LUxmin、中间信号电平LUxmed(步骤S220)。
接着，根据下式求出由X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈检测出的检测信号的峰值信号电平的平均值LUm_av、最小信号电平的平均值LUmin_av、中间信号电平的平均值LUmed_av(步骤S221)。
LUm_av＝(LUxm+LUx’m+LUym+LUy’m)/4
LUmin_av＝(LUxmin+LUx’min+LUymin+LUy’min)/4
LUmed_av＝(LUxmed+LUx’med+LUymed+LUy’med)/4
这里，用LUxm、LUx’m、LUym、LUy’m表示X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈的峰值信号电平，用Luxmin、LUx’min、Luymin、LUy’min表示最小信号电平，用LUxmed、LUx’med、LUymed、LUy’med表示中间信号电平。
接着，用下式来计算X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈检测的检测信号峰值信号电平、最小信号电平、中间信号电平的与上述各平均值的偏差(步骤S222)。
LUxm_dev＝LUxm-LUm_av
LUx’m_dev＝LUx’m-LUm_av
LUym_dev＝LUym-LUm_av
LUy’m_dev＝LUy’m-LUm_av
这里，分别用LUxm_dev、LUx’m_dev、LUym_dev、LUy’m_dev表示X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈的最大值信号电平的偏差。
另外，
LUxmin_dev＝LUxmin-LUmin_av
LUx’min_dev＝LUx’min-LUmin_av
LUymin_dev＝LUymin-LUmin_av
LUy’min_dev＝LUy’min-LUmin_av
这里，分别用LUxmin_dev、LUx’min_dev、LUymin_dev、LUy’min_dev表示X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈的最小值信号电平的偏差。
另外，
LUxmed_dev＝LUxmed-LUmed_av
LUx’med_dev＝LUx’med-LUmed_av
LUymed_dev＝LUymed-LUmed_av
LUy’med_dev＝LUy’med-LUmed_av
这里，分别用LUxmed_dev、LUx’med_dev、LUymed_dev、LUy’med_dev表示X传感器线圈、Y传感器线圈、X’传感器线圈、Y’传感器线圈的中间值信号电平的偏差。
下面，用下式来计算上述各偏差的平方和平方根(步骤S23)。
LUm_am＝√-((LUxm_dev2+LUx’m_dev2+LUym_dev2+LUy’m_dev2)/2)
LUmin_am＝√-((LUxmin_dev2+LUx’min_dev2+LUymin_dev2+LUy’min_dev2)/2)
LUmed_am＝√-((LUxmed_dev2+LUx’med_dev2+LUymed_dev2+LUy’med_dev2)/2)
这里，分别用LUm_am、LUmin_am、LUmed_am来表示峰值信号、最小信号、中间信号偏差的平方和平方根。
下面用下式来求出峰值信号、最小信号、中间信号的包络线(步骤S24)。
LUm_en＝LUm_av-LUm_am
LUmin_en＝LUmin_av-LUmin_am
LUmed_en＝LUmed_av-LUmed_am
这里，分别用LUm_en、LUmin_en、LUmed_en来表示峰值信号、最小信号、中间信号的包络线。
下面，用下式，根据包络线比ratio来计算倾角θ(步骤S225)。
ratio＝(LUmed_en-LUmin_en)/(LUm_en-LUmin_en)
θ＝ratio*180/π(度)
下面，用下式，根据峰值信号、cos(2φ)、sin(2φ)，通过傅立叶变换(DFT(离散傅立叶变换)，计算方位角φ0(在-90度≤φ0≤90度的范围内代表暂定的φ值)(步骤S226)。另外，下式表示作为一实例代入指定数值进行计算的公式。
(LUxm*sin(2*0°)+LUx’m*sin(2*45°)+LUym*sin(2*90°)+LUy’m*sin(2*135°))/(LUxm*cos(2*0°)+LUx’m*cos(2*45°)+LUym*cos(2*90°)+LUy’m*cos(2*135°))
＝(LUxm*0+LUx’m*1+LUym*0+LUy’m*(-1))/(LUxm*1+LUx’m*0+LUym*(-1)+LUy’m*0)
＝(LUx’m-LUy’m)/(LUxm-LUym)
＝(26074-20691)/(23552-24149)
＝5383/(-597)
＝-9.01675
φ0＝(1/2)*tan-1((LUx’m-LUy’m)/(LUxm-LUym))*180/π(度)
＝(1/2)*tan-1*(-9.01675)*180/π(度)＝(1/2)*(-1.46034)*180/π(度)
＝0.73017*180/π(度)
＝-41.8(度)
另外，利用根据信号的右次级信号LUs2的三点近似法得到的峰值信号的方向来判断象限，根据φ0来计算一般的方位角φ(步骤S27)。图26是表示计算方位角φ用的方位角图表的图，事先存储在存储器204中。图27和图28是说明上述方位角图表中使用的记号的图。
根据上述方位角图表得到方位区域为2。例如，在得到图27的信号的情况下，一般的方位角φ为
φ＝φ0+90(度)＝-41.8+90(度)＝48.2(度)
通过反复上述处理，可检测指示装置2001在三维空间中的XYZ坐标、方位角φ及倾角θ。另外，这里得到的XYZ坐标是指示装置2001的线圈2003的重心坐标，但可使用图20几何学地求出指示装置2001的笔端XYZ坐标。
如上所述，根据检测信号的次级信号比可得到倾角θ及方位角φ。
另外，在该第2实施方式中，也可通过进行图6的处理步骤S35、S36来进行XYZ坐标的补偿处理。
下面，作为检测倾角θ及方位角φ用的其它实例，说明根据检测信号左右单侧比检测倾角θ及方位角φ的方法来作为实施例3。根据该实施方式3的三维信息检测装置与上述第1实施方式的不同点在于CPU205的倾角θ及方位角φ的计算方法不同，除此以外的结构与上述第1实施方式相同。下面主要说明倾角θ及方位角φ的计算方法。
图29是表示由X传感器线圈检测出的笔线圈信号LUx的图。
如图29所示，以检测信号的主信号峰的峰值的X坐标Xm为界，设主信号左单侧半值幅度为Xwidth50_left，右单侧半值幅度为Xwidth50_right。另外，设主信号左单侧25％值幅度为Xwidth25_left，右单侧25％值幅度为Xwidth25_right。
首先，计算各幅度和各比率的情况下，计算50％值单侧幅度Xwidth50_left、Xwidth50_right。接着，计算25％值单侧幅度Xwidth25_left、Xwidth25_right。之后，计算50％值左右单侧幅度比Xwidth50_left/right＝Xwidth50_left/Xwidth50_right。之后，计算25％值左右单侧幅度比Xwidth25_left/right＝Xwidth25_left/Xwidth25_right。
接着，进行倾角θ的检测。当X传感器线圈的50％值左右单侧幅度比与25％值左右单侧幅度比向方位角φ＝0度方向倾斜时，对倾角θ进行绘制，形成如图30所示图表。图30所示单侧幅度比率的倾角相关性图表事先存储在存储器204中
因为25％值左右单侧幅度比光滑变化，所以使用25％值左右单侧幅度比。使用图30的单侧幅度比率的倾角相关性图表，若求出该图表的纵轴((Xwidth25_left/righ)-1)，则可检测倾角θ。
下面，检测方位角φ。此时，首先，计算Y传感器线圈的25％值左右单侧幅度比。也使用Y传感器线圈的检测信号LUy来同样计算25％值左右单侧幅度比((Ywidth25_left/righ)-1)。例如，倾角θ＝45度不变，旋转方位角φ一周(0～360度)，对方位角φ绘制X和Y的25％值左右单侧幅度比形成图31。另外，图31所示的25％值的单侧幅度比率的倾角相关性图表事先存储在存储器204中。
下面，在进行方位角φ的计算时，首先，由下式计算暂定的方位角φ0。
φ0＝tan-1((Ywidth25_left/right)-1)/((Xwidth25_left/right)-1))*180/π(度)
对方位角φ取数据时，该暂定的方位角φ0如图32的表所示。图32是根据(主信号的25％值的左右单侧幅度的比率-1)、((Xwidth25_left/righ)-1)的符号sign((Xwidth25_left/righ)-1)和((Ywidth25_left/righ)-1)的符号sign((Ywidth25_left/righ)-1)来判断象限，求出一般方位角φ的实例(高度为100mm，倾角φ＝45度)。另外，图32所示象限判断图表事先存储在存储器204中。根据X传感器线圈的检测信号LUx和Y传感器线圈的检测信号LUy的左右次级信号的大小关系，计算一般的方位角φ。
如上所述，可根据检测信号的左右单侧幅度比来得到倾角θ和方位角φ。
下面，说明指示装置的其它实施方式。图33～图41是表示本发明的实施方式中的三维信息指示装置的其它实施方式。
各种指示装置，也包含上述实施方式1、2所示的指示装置，各不相同，分为有多个指示线圈的(图7、图33～图41)和有单一指示线圈的(图24、图40、图41)。另外，有多个线圈的指示装置又分为配置成至少一个指示线圈的中心位置偏离其它指示线圈的中心位置的结构(图7、图33～图35)和配置成多个指示线圈都配置在同一中心位置的结构(图36～图39)。
图33～图35所示的指示装置是具有多个指示线圈、至少一个指示线圈的中心位置偏离其它指示线圈的中心位置来配置、同时、上述各指示线圈的中心轴垂直配置的指示装置的实例。因为指示线圈的中心位置错位配置，所以无论传感器装置和指示装置间的信号是否同步，都可检测指示装置的表里(检测指示装置是朝向传感器装置侧还是朝向传感器装置的相反侧)。
图33中，三维信息指示装置是在磁性材料构成的多个圆柱形芯2604～2606上分别卷绕了多个指示线圈2601～2603的结构，各指示线圈2601～2603配置成在中心位置错位的同时、中心轴垂直。
图34中，三维信息指示装置是在磁性材料构成的单一圆柱形芯2703的两端卷绕了多个(两个)指示线圈2701、2702的结构，各指示线圈2701、2702配置成中心位置错位、同时中心轴一致。
图35中，三维信息指示装置是在磁性材料构成的小直径圆柱形芯2803、由磁性材料构成的大直径圆柱形芯2804上分别卷绕了一个指示线圈2801、2802的结构，各指示线圈2801、2802配置成中心位置错位、同时中心轴垂直。
图36～图39所示三维信息指示装置是具有多个指示线圈、所有指示线圈的中心位置配置在同一位置上、同时、各指示线圈的中心轴垂直配置的指示装置实例。因为各指示线圈的中心位置配置在同一位置上，所以在传感器装置与指示装置间的信号不同步的情况下，不能检测指示装置的表里。
图36中，三维信息指示装置是在磁性材料构成的圆柱形芯2904上卷绕了多个(三个)指示线圈2901～2903的结构，各指示线圈2901～2903配置成中心位置一致的同时，中心轴垂直。
图37中，三维信息指示装置是在球体3004内卷绕了多个指示线圈3001～3003的结构，各指示线圈3001～3003配置成中心位置一致的同时，中心轴垂直。
图38中，三维信息指示装置是在磁性材料构成的单一圆柱形芯3103上卷绕了多个(两个)指示线圈3101、3102的结构，各指示线圈3101、3102配置成中心位置一致，同时中心轴一致。
图39中，三维信息指示装置是在球体3203内卷绕了多个(两个)指示线圈3201、3202的结构，各指示线圈3201、3202配置成中心位置一致，同时中心轴垂直。
图40、图41所示指示装置是具有单一指示线圈的指示装置的实例。因为仅有单一指示线圈，所以在传感器装置与指示装置间的信号不同步的情况下，不能检测指示装置的表里。
图40中，三维信息指示装置是在磁性材料构成的圆柱形芯3302上卷绕了一个指示线圈3301的结构。
图41中，三维信息指示装置是在球体3402内卷绕了单一指示线圈3401的结构，配置成指示线圈3401的中心位置与球体3402的中心一致。
另外，虽然在上述各实施例中，计算方位角φ或倾角θ等的情况下，通过参照存储器204中事先存储的图表来进行，但也可是如下的构成：事先在存储器204中，作为程序存储计算方位角φ或倾角θ等用的算式(近似式)，由CPU205执行上述算式。
另外，在上述各实施例中，虽然由三维信息指示装置接受产生于三维信息传感器装置的传感器线圈的信号，并从三维信息指示装置向三维信息传感器装置返回信号，由与向三维信息指示装置发送信号的传感器线圈相同的传感器线圈接收来自三维信息指示装置的信号，在三维信息传感器装置侧检测三维信息指示装置的位置或方向，但也可由不同的传感器线圈进行信号的发送、接收。
另外，也可以是三维信息指示装置的指示线圈及三维信息传感器装置的传感器线圈构成振荡电路，当存在三维信息指示装置时，三维信息传感器装置自身振荡的方式。
并且，也可以在三维信息指示装置内设置从电源或其它接收电源供给的电源电路的同时，设置信号产生电路，产生在与三维信息传感器装置之间收发信用的信号。
另外，也可构成为在三维信息指示装置侧内置从电源或其它接收电源供给的电源电路、产生收发信用信号的信号产生电路、上述信号的收发信电路、计算部及通过红外线或电波等无线发送计算结果的送信电路，另一方面，形成在三维信息传感器装置侧平面配备构成共振电路的多个线圈的结构，由支撑台侧接收并返回从三维信息指示装置侧发送的信号，并由三维信息指示装置的收发信电路接收后，通过上述计算部计算三维信息，通过上述送信电路向上位装置等其它装置发送该计算结果。
另外，也可在三维信息指示装置侧内置从电源或其它接收电源供给的电源电路、产生收发信用信号的信号产生电路、上述信号的收发信部、将接收信号处理成规定发送格式的信号处理部、通过红外线或电波等无线发送上述信号处理结果的送信电路，另一方面，在三维信息传感器装置侧平面或曲面地配备构成共振电路的多个传感器线圈的同时，设置接收来自上述送信电路的信号后计算三维信息指示装置的位置或方向的计算部。
另外，也可在三维信息指示装置侧内置从电源或其它接收电源供给的电源电路、信号的接收部、将接收信号处理成规定发送格式的信号处理部、通过红外线或电波等无线发送上述信号处理结果的送信电路，另一方面，在三维信息传感器装置侧设置构成代振电路的多个传感器线圈、切换选择上述传感器线圈的选择电路、产生收发信用信号的信号产生电路、接收来自上述送信电路的信号后计算三维信息指示装置的三维信息的计算部。
另外，也可是如下的结构：在三维信息指示装置侧内置从电源或其它接收电源供给的电源电路、信号的接收部、三维信息计算部及通过红外线或电波等无线发送计算结果的送信电路，另一方面，在三维信息传感器装置侧配备构成共振电路的多个传感器线圈及信号产生电路，边切换选择上述传感器线圈，边向上述三维信息指示装置发送来自上述信号产生电路的信号，在上述三维信息指示装置侧计算三维信息，无线发送给上位装置等其它装置。
另外，在上述各实施例中，虽然以将三维信息指示装置放置于笔形容器中为实例进行了说明，但也可以是放置在球体内的结构。
另外，也可是具备磁性屏蔽材料的结构，以不受到妨碍指示线圈与传感器线圈的电磁耦合的背面(指示装置检测面的里面)的影响。
另外，对于在三维信息指示装置侧设置送信电路作为结构的情况等，也可是指示线圈不形成共振电路的结构。
另外，对于在三维信息传感器装置侧设置送信电路作为结构的情况等，也可是传感器线圈不形成共振电路的结构。
再者，在指示线圈和三维信息传感器装置构成共振电路的情况下，不必使收发信号一定与上述共振电路的共振频率完全一致，只要是在能实质上获得接收信号程度的差异范围内的信号、即只要有与上述共振频率相关的信号即可。
另外，指示装置的位置也可对应于指示装置的使用方式来求出笔端位置和线圈重心位置之一，但在将指示装置放置在笔形容器中使用的方式，优选用图20来最终求出笔端位置。
如上所述，上述各实施方式中的三维信息检测装置，其特征在于：具备具有至少一个指示线圈的指示装置101；彼此交叉地沿检测面配置、与上述指示线圈电磁耦合的多个传感器线圈109；切换选择传感器线圈109的选择单元；利用上述指示线圈与选择的上述传感器线圈之间的电磁耦合产生收发信号的信号产生单元；检测由上述选择的传感器线圈或上述指示线圈接收的信号的信号检测单元；和根据由上述信号检测单元检测出的检测信号，计算上述指示单元在三维空间中的位置和方向的计算单元。因此，可检测指示装置101在三维空间内的位置和方向。
这里，也可以是如下的结构：具备事先存储有关于检测信号的特性数据的存储单元，上述计算单元参照上述图表，根据由检测单元检测到的检测信号，计算指示装置101在三维空间中的位置和方向。
另外，也可是如下的结构：具备事先存储有基于检测信号来计算指示装置101在三维空间中的位置和方向用的近似式的存储单元，上述计算单元使用上述近似式，根据由检测单元检测到的检测信号，计算指示装置101在三维空间中的位置和方向。
另外，也可是如下的结构：上述计算单元根据上述检测单元检测到的检测信号中峰值附近至少三点的信号，计算指示装置101的X轴坐标和Y轴坐标，同时，根据上述检测信号在规定电平值中的坐标幅度来得到指示装置101的高度。
另外，也可是如下的结构：上述计算单元根据由上述检测单元检测到的检测信号的关系来得到上述指示单元的倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的结构：上述指示单元具有作为上述指示线圈的两个纵向卷绕线圈，上述计算单元根据上述两个纵向卷绕线圈的合成双峰信号的左右比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的结构：上述计算单元根据上述检测信号的次级信号比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的结构：上述计算单元根据上述检测信号的左右单侧幅度比来得到上述倾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的结构：上述计算单元使用得到的倾角θ及方位角φ来补正检测出的X轴坐标、Y轴坐标及高度。
另外，也可是上述指示单元具有一个指示线圈的结构。
另外，指示装置101具有多个指示线圈。
另外，上述多个指示线圈的中心轴按照彼此垂直而配置。
另外，上述多个指示线圈的中心位置按照相同而配置。
另外，上述多个指示线圈中至少一个指示线圈的中心位置按照偏离其它指示线圈的中心位置而配置。
另外，上述指示单元具有球体，上述指示线圈配置在上述球体内。
另外，上述指示线圈中的至少一个卷绕在铁氧体芯或其它磁性材料上。
另外，也可是如下构成：上述信号产生单元产生对应于上述指示线圈的多个频率的信号，在上述各指示线圈和上述选择后的传感器线圈之间收发不同频率的信号。
另外，也可是如下的构成：通过从上述信号产生单元向上述指示线圈提供电流，从上述指示线圈发送信号，上述检测单元检测由上述传感器线圈产生的信号。
另外，也可是如下的构成：通过从上述信号产生单元向上述传感器线圈提供电流，从上述传感器线圈发送信号，上述检测单元检测由上述指示线圈产生的信号。
另外，也可是如下的构成：通过从上述信号产生单元向上述传感器线圈提供电流，从上述传感器线圈发送信号，上述指示线圈接收上述信号后，返送到上述传感器线圈，上述检测单元检测由上述传感器线圈接收的信号。
另外，也可是如下的构成：上述计算单元计算上述指示单元的延长线与上述检测面的交叉点。
另外，也可是如下的构成：具备配置成彼此交叉且与在上述传感器线圈交叉的多个斜传感器线圈。
另外，根据本发明实施方式的三维信息检测方法，其特征在于：选择单元切换选择与具有至少一个指示线圈的指示单元电磁耦合且彼此交叉地沿检测面配置的多个传感器线圈，信号产生单元利用通过在上述指示线圈与选择后的上述传感器线圈之间的电磁耦合产生收发信号，信号检测单元检测由上述选择后的传感器线圈或上述指示线圈接收的来自上述信号产生单元的信号，计算单元根据由上述信号检测单元检测出的信号计算上述指示单元的位置和方向。因此，可检测指示装置在三维空间内的位置和方向。
另外，在上述方法中，也可是具有如下特征的构成：上述计算单元根据上述检测单元检测到的检测信号中峰值附近至少三点的信号，得到上述指示单元的X轴坐标和Y轴坐标，同时，根据上述检测信号在规定电平值中的坐标幅度来得到上述指示单元的高度。另外，也可是具有如下特征的构成：上述计算单元根据由上述检测单元检测到的检测信号的关系来得到上述指示单元的倾角θ及方位角φ。另外，也可是具有如下特征的构成：上述指示单元具有作为上述指示线圈的两个纵向卷绕线圈，上述计算单元根据上述两个纵向卷绕线圈的合成双峰信号的左右比来得到上述倾角θ及方位角φ。另外，也可是具有如下特征的构成：上述计算单元根据上述检测信号的次级信号比来得到上述倾角θ及方位角φ。另外，也可是具有如下特征的结构：上述计算单元根据上述检测信号的左右单侧幅度比来得到上述倾角θ及方位角φ。另外，也可是具有如下特征的构成：上述计算单元使用得到的倾角θ及方位角φ来补正检测出的X轴坐标、Y轴坐标及高度。
另外，本发明的实施方式中的三维信息传感器装置，其特征在于：具备彼此交叉地沿检测面配置、与指示单元的指示线圈电磁耦合的多个传感器线圈；切换选择上述传感器线圈的选择单元；利用上述指示线圈与选择后的上述传感器线圈之间的电磁耦合产生收发信号的信号产生单元；检测由上述选择后的传感器线圈或上述指示线圈接收到的来自上述信号产生单元的信号的信号检测单元；和根据由上述信号检测单元检测出的信号，计算上述指示单元的位置和方向的计算单元。因此，可检测指示装置在三维空间内的位置和方向。
另外，本发明实施方式中的三维信息指示装置，具备在与多个传感器线圈之间通过电磁耦合进行信号转移的多个指示线圈，其特征在于：上述多个指示线圈由两个指示线圈构成，上述各指示线圈的中心位置配置在彼此偏离的位置上，同时，上述各指示线圈的中心轴配置成彼此垂直。因此，可指示三维空间内的位置和方向。
根据本发明的三维信息检测装置，可检测指示装置在三维空间内的位置和方向。
另外，根据本发明的三维信息传感器装置，可检测指示装置在三维空间内的位置和方向。
另外，根据本发明的三维信息指示装置，可指示三维空间内的位置和方向。

Claims (34)

1.一种三维信息检测装置，其特征在于：具备
由3个指示线圈构成的指示单元；
彼此交叉地沿检测面配置、与所述指示线圈电磁耦合的多个传感器线圈；
切换选择所述传感器线圈的选择单元；
利用所述指示线圈与选择的所述传感器线圈之间的电磁耦合产生收发多个频率信号的信号产生单元；
检测由所述选择后的传感器线圈或所述指示线圈接收的信号的信号检测单元；和
根据由所述信号检测单元检测出的检测信号，计算所述指示单元在三维空间中的位置和方向的计算单元。
2.根据权利要求1所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述计算单元根据所述检测单元检测到的检测信号中峰值附近至少三点的信号，计算所述指示单元的X轴坐标和Y轴坐标，同时，根据所述检测信号在规定电平值中的坐标幅度来得到所述指示单元的高度。
3.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述计算单元根据由所述检测单元检测到的检测信号的关系来得到所述指示单元的倾角θ及方位角φ。
4.根据权利要求3所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述指示单元具有作为所述指示线圈的两个纵向卷绕线圈，所述计算单元根据所述两个纵向卷绕线圈的合成双峰信号的左右比来得到所述倾角θ及方位角φ。
5.根据权利要求3所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述计算单元根据所述检测信号的次级信号比来得到所述倾角θ及方位角φ。
6.根据权利要求3所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述计算单元根据所述检测信号的左右单侧幅度比来得到所述倾角θ及方位角φ。
7.根据权利要求3所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述计算单元使用得到的倾角θ及方位角φ来补正检测出的X轴坐标、Y轴坐标及高度。
8.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述指示单元具有一个指示线圈。
9.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述指示单元具有多个指示线圈。
10.根据权利要求9所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述多个指示线圈的中心轴配置成彼此垂直。
11.根据权利要求10所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述多个指示线圈的中心位置配置成相同。
12.根据权利要求10所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述多个指示线圈中至少一个指示线圈的中心位置按照偏离其它指示线圈的中心位置的方式配置。
13.根据权利要求1所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述指示单元具有球体，所述指示线圈配置在所述球体内。
14.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述指示线圈中的至少一个卷绕在铁氧体芯或其它磁性材料上。
15.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述信号产生单元产生对应于所述指示线圈的多个频率的信号，在所述各指示线圈和所述选择后的传感器线圈之间收发不同频率的信号。
16.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
通过从所述信号产生单元向所述指示线圈提供电流，从所述指示线圈发送信号，所述检测单元检测由所述传感器线圈产生的信号。
17.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
通过从所述信号产生单元向所述传感器线圈提供电流，从所述传感器线圈发送信号，所述检测单元检测由所述指示线圈产生的信号。
18.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
通过从所述信号产生单元向所述传感器线圈提供电流，从所述传感器线圈发送信号，所述指示线圈接收所述信号后，返送到所述传感器线圈，所述检测单元检测由所述传感器线圈接收的信号。
19.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
所述计算单元计算所述指示单元的处长线与所述检测面的交叉点。
20.根据权利要求1或2所述的三维信息检测装置，其特征在于：
具备配置成彼此交叉且与所述传感器线圈交叉的多个斜传感器线圈。
21.一种三维信息传感器装置，其特征在于：具备
彼此交叉地沿检测面配置、与指示单元的指示线圈电磁耦合的多个传感器线圈；
切换选择所述传感器线圈的选择单元；
利用所述指示线圈与选择的所述传感器线圈之间的电磁耦合产生收发多个频率信号的信号产生单元；
检测由所述选择后的传感器线圈或所述指示线圈接收的来自所述信号产生单元的信号的信号检测单元；和
根据由所述信号检测单元检测出的信号，计算所述指示单元的位置和方向的计算单元。
22.根据权利要求21所述的三维信息传感器装置，其特征在于：
所述计算单元根据所述检测单元检测到的检测信号中峰值附近至少三点的信号，得到所述指示单元的X轴坐标和Y轴坐标，同时，根据所述检测信号在规定电平值中的坐标幅度来得到所述指示单元的高度。
23.根据权利要求21或22所述的三维信息传感器装置，其特征在于：
所述计算单元根据由所述检测单元检测到的检测信号的关系来得到所述指示单元的倾角θ及方位角φ。
24.根据权利要求23所述的三维信息传感器装置，其特征在于：
所述指示单元具有作为所述指示线圈的两个纵向卷绕线圈，所述计算单元根据所述两个纵向卷绕线圈的合成双峰信号的左右比来得到所述倾角θ及方位角φ。
25.根据权利要求24所述的三维信息传感器装置，其特征在于：
所述计算单元根据所述检测信号的次级信号比来得到所述倾角θ及方位角φ。
26.根据权利要求24所述的三维信息传感器装置，其特征在于：
所述计算单元根据所述检测信号的左右单侧幅度比来得到所述倾角θ及方位角φ。
27.根据权利要求21或22所述的三维信息传感器装置，其特征在于：
所述计算单元使用得到的倾角θ及方位角φ来补正检测出的X轴坐标、Y轴坐标及高度。
28.根据权利要求21或22所述的三维信息传感器装置，其特征在于：
具备配置成彼此交叉且与所述传感器线圈交叉的多个斜传感器线圈。
29.一种三维信息指示装置，具备在与多个传感器线圈之间通过电磁耦合进行信号转移的多个指示线圈，其特征在于：
所述多个指示线圈由两个指示线圈构成，所述各指示线圈的中心位置配置在彼此偏离的位置上，同时，所述各指示线圈的中心轴配置成彼此垂直；以及
具备在两个指示线圈中产生不同频率的共振电路。
30.根据权利要求29所述的三维信息指示装置，其特征在于：
所述各指示线圈卷绕在磁性材料上。
31.根据权利要求29或30所述的三维信息指示装置，其特征在于：
具备与所述各指示线圈连接而构成不同频率共振电路的多个共振用电容。
32.根据权利要求29所述的三维信息指示装置，其特征在于：
具有与所述各共振电路相串联、并与所对应的共振电路具有相同共振频率的多个串联共振电路。
33.根据权利要求32所述的三维信息指示装置，其特征在于：
具备发送信号输出电路，通过所述串联共振电路，从对应于所述串联共振电路的指示线圈输出所述发送信号输出电路的输出信号。
34.根据权利要求33所述的三维信息指示装置，其特征在于：
具备向所述发送信号输电路提供驱动功率的电池。
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