CN101387924B

CN101387924B - 位置指示器

Info

Publication number: CN101387924B
Application number: CN2008102138595A
Authority: CN
Inventors: 桂平勇次
Original assignee: Wacom Co Ltd
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP2009070004A; US20090065268A1; EP2037350B1; US8089008B2; EP2037350A3; CN101387924A; JP5011541B2; EP2037350B8; EP2037350A2

Abstract

一种位置指示器和连续量检测方法，以高分解能力并且短时间的实时检测连续量。施加起始脉冲则时间常数电路(1)充电至Vcc，充到可变电容器(C)的电荷经由电阻(R1)放电。当可变电容器(C)的电压(a)达到设定的基准电压(V1)时，比较器(2)输出信号(b)，时间计测电路(3)所计测的时间作为“T1”保存，并且输出开关切换信号(c)，将比较器(2)的基准电压设定为比V1稍低的V2，时间常数电路(1)的电阻值设定为比R1更大的R2，从而可变电容器(C)的放电速度变缓。可变电容器(C)的电压(a)达到基准电压V2，则从比较器(2)输出信号(b)，与之相对应，时间计测电路(3)所计测的时间作为“T2”保存。

Description

位置指示器

技术领域

本发明涉及一种检测出与连续量对应的操作信息并发送给写字板的位置指示器。

背景技术

作为这种装置存在专利文献1所公开的方法。根据该方法，例如利用时间常数电路将如笔压那样的连续量所表示的操作所对应的信息转换为时间的长度，在该转换的时间的期间，通过计测从写字板发送的交流信号的波的数量，将该连续量编码化并发送给写字板。根据该技术，写字板和位置指示器的距离以及位置关系不会对检测出的连续量造成影响，能够以低耗电正确的检测出连续量。

然而，如果想要提高所检测出的连续量的精度或分解能力，则必须提高从写字板发送的信号的频率或者增加检测时间。而如果提高频率会导致装置整体造价升高以及耗电增加。此外，如果增加检测时间会导致每单位时间的检测次数(采样速度)下降。

作为对以上问题点的改善，存在专利文献2所公开的方法。在专利文献2中，使用了特性对应于连续量而变化的元件的时间常数电路(time-constant circuit)中，切换时间常数为两阶段进行计测，从而实现了在短时间内进行高分解能力的检测。

专利文献1：日本专利特开平7-175572号公报

专利文献2：日本专利特开平2005-165768号公报

专利文献2中记载的发明，由于预知切换时间常数的时序，因此在实际检测之前，以值小的时间常数进行大概的计测之后再开始充电或者放电。此时，在经过了比最初计测的时间稍短的时刻的时候，将时间常数切换为值大的数值并进行详细的计测。根据这种方法，能够以高的分解能力实时检出连续量。

但是，专利文献2记载的发明中，由于进行两次充电或放电因此浪费时间，进而想要以高的分解能力检测会导致采样速度降低。

发明内容

本发明是鉴于以上问题点所产生的，目的在于提供一种位置指示器，能够以高分解能力、高速并实时的检测出连续量所对应的操作信息，再发送给写字板。

为了解决上述课题，实现本发明的目的，技术方案1的发明为一种位置指示器，使用时间常数电路将由连续量所表示的操作信息编码化并发送给写字板，其特征在于，包括：时间常数电路，将所述连续量所表示的操作信息编码化，电压比较电路，和检出电压设定电路，所述时间常数电路包括与所述连续量所表示的操作相对应而特性连续变化的元件，并且，时间常数对应于该元件的特性变化而变化，选择性的切换具有多个变化范围的时间常数电路，所述时间常数电路包括与所述连续量所表示的操作相对应而特性连续变化的元件，具有与该元件的特性变化相对应以预定变化范围变化的时间常数，由多个时间常数电路构成，所述检出电压设定电路能够选择性的输出多个电压值，所述电压比较电路比较从所述时间常数电路输出的电压和从所述检出电压设定电路提供的电压值，根据该比较的结果，能够选择性的切换所述多个时间常数电路，变更所述时间常数电路的时间常数和从所述检出电压设定电路输出的电压值。

技术方案2的发明为根据技术方案1所述的位置指示器，其特征在于，设定第1变化范围所对应的所述时间常数为第1变化范围，并设定从时间常数电路输出的电压，所述时间常数电路是设定了以第1范围变化的所述时间常数的时间常数电路，对设定了第1电压值的检出电压设定电路所输出的电压与提供给电压比较检出电路的该电压进行比较，对应于该比较结果的输出由电压检出电路检出为止的时间作为第1计测值，第1计测结束之后，设定第2变化范围所对应的所述时间常数为第2变化范围，并设定从时间常数电路输出的电压，所述时间常数电路是设定了以第2范围变化的所述时间常数的时间常数电路，对设定了第2电压值的检出电压设定电路所输出的电压与提供给电压比较检出电路的该电压进行比较，对应于该比较结果的输出由电压检出电路检出为止的时间作为第2计测值，根据该计测值将连续量所表示的操作信息编码化。

技术方案3的发明为根据技术方案2所述的位置指示器，其特征在于，构成所述时间常数电路的元件包括静电电容根据操作而变化的可变电容器和能够选择性的切换的电阻，从而能够变更时间常数。

技术方案4的发明为根据技术方案2所述的位置指示器，其特征在于，所述计测值为以下时间，即在通过电压设定电路设定了预定电压值的状态下，从所述时间常数电路充电或者放电开始，通过所述电压比较电路测定该时间常数电路的电压，直到检测出所述预定电压值的时间。

技术方案5的发明为根据技术方案2所述的位置指示器，其特征在于，通过具备对所述第1和第2计测值所对应的脉冲信号进行计数的计数器来进行上述编码化。

技术方案6的发明为根据技术方案2所述的位置指示器，其特征在于，设置有连续量计算单元，根据所述第1计测值和第2计测值以及两个时间常数变化范围的倍率，计算表示对所述元件的操作的连续量。

技术方案7的发明为根据技术方案2所述的位置指示器，其特征在于，具备包括电感和电容的共振电路，还具有进行该共振电路的短路控制的开关，通过基于所述计数器的计数值控制所述开关，将所述连续量所表示的操作信息发送给写字板侧。

技术方案8的发明为一种连续量检测方法，其特征在于，在设定第1范围变化的时间常数，设定电压比较电路的检测电压为第1电压值的状态下，求得第1计测值，所述第1计测值是从时间常数电路的充电或者放电开始，直到由所述电压比较电路检测出所述时间常数电路的电压达到了与所述第1电压值相当的值为止的时间，在结束了第1计测的同时，设定第2范围变化的时间常数，设定所述电压比较电路的检测电压为第2电压值，并且求得第2计测值，将连续量所表示的操作信息编码化并发送给写字板，所述第2计测值是从所述第1计测结束开始，再次由所述电压比较电路检测出所述时间常数电路的电压达到了与所述第2电压值相当的值为止的时间。

根据本发明，由于切换时间常数电路的时间常数变化范围并且切换放电或充电时的检出电压，因此，不需要进行用于预测第1次计测值(T1)的动作，能够以高分解能力并且短时间实时的计测连续量，所述时间常数电路包括对应于连续量所表示的操作而特性连续变化的元件。

附图说明

图1是用于本发明的连续量检测的基本构成图。

图2是表示用于本发明的连续量检测的基本动作的图。

图3A是表示时间常数电路的其他构成例的图。

图3B是表示时间常数电路的其他构成例的图。

图4是本发明的位置指示器的实施方式的构成图。

图5是位置指示器的结构图。

图6是表示写字板的构成例的图。

图7是实施方式的动作波形图。

具体实施方式

本发明为了实现前述的发明目的，改良了专利文献2所记载的装置，将用于检测时间常数电路的输出电压是否在预定电压值以上的检出电压切换设定为2种值。

以下根据图1和图2说明本发明的基本原理。

图1是用于本发明的连续量检测的基本构成图。如图1所示，比较器2的非反相输入端子连接包括可变电容器C和电阻(R1，R2)的时间常数电路1，能够通过将电阻值切换为R1和R2而将时间常数的变化范围设定为两种。

该部分与对比文件2是相同的构成，但是本发明进一步具有以下构成，即在比较器2的反相输入端子所施加的基准电压与时间常数的切换同步进行切换。比较器2的输出端与时间计测电路3连接。从时间计测电路3输出切换信号(c)，并提供给切换时间常数的开关SW2和切换基准电压的开关SW1。

图2是用于说明图1所示电路的基本动作的波形图。首先，初始状态下的切换信号(c)为“0”。在这种情况下，时间常数电路1的电阻经由开关SW2为R1，比较器2的基准电压经由开关SW1为V1。在这种状态下，通过供给起始脉冲并关闭开关SW3，时间常数电路1被充电至Vcc。起始脉冲结束后则充到可变电容器C的电荷经由电阻R1放电。

对应于该起始脉冲的下降沿，时间计测电路3开始第一次时间计测。直到可变电容器C的电压(a)达到作为比较器2的基准电压而设定的V1，从比较器2都输出信号(b)。时间计测电路3对应于从比较器2输出的信号(b)结束第一次时间计测，将计测的时间保存为“T1”。

第一次时间计测结束后，时间计测电路3立刻使切换信号(c)为高电平“1”，同时开始第二次时间计测。切换信号(c)成为“1”则比较器2的基准电压通过开关SW1被设定为仅比V1低一些的V2，因此比较器2的输出信号(b)成为低电平“0”。此时，时间常数电路1的电阻经开关SW2被选择为比R1更大的电阻R2，因此可变电容器C放电速度变缓。

直到可变电容器C的电压(a)达到比较器2的基准电压V2，从比较器2都输出信号(b)。时间计测电路3对应于从比较器2输出的信号(b)的上升沿而结束第二次时间计测，将计测的时间保存为“T2”。

本来要计测的时间是充到可变电容器C的电荷经电阻R2放电，直到达到基准电压V2时的时间。利用以下的计算式根据所计测的时间T1，T2计算该T。

T＝T2+(T1×R2/R1)

这里，如果将R1和R2的比率某种程度设定大一些，则能够提高作为放电时间而求得连续量时的分解能力。此外，不需要进行用于预测相当于T1的时间的充放电。

此外，作为本发明的时间常数电路1的构成，也可以考虑图1之外的图3A和图3B的构成。即，图3A的构成中，一端固定为Vcc的可变电容器C经起始脉冲充电，之后经由开关SW2’通过R1和R2放电。图3B的构成中，一端固定为0V(GND)的可变电容器C经起始脉冲放电，之后经由开关SW2”通过R1和R2充电。该图3A和图3B都是在起始脉冲结束后，比较器2的非反相输入端子的电压逐渐上升，因此将基准电压V1和V2设定为V1<V2。

图4是表示本发明的位置指示器的实施方式的构成的图。图示的构成为在写字板上进行操作的笔形状的位置指示器。表示了检测出笔压并作为12比特的2进制符号发送给写字板的例子。

图4中共振电路10包括线圈10a和电容器10b。此外，电源提取电路11从共振电路10所产生的信号提取电源，向后述各电路提供电源。进而检波电路12生成与来自写字板的信号的发送和发送停止的周期相对应的时钟。

从检波电路12输出的时钟提供给积分电路13。其积分值提供给比较器14，利用预定的阈值电压进行波形整形并转换为数字信号。本实施方式中，来自后述写字板的发送期间持续大约300μs以上，设定积分电路13的时间常数和比较器14的阈值，使得输出高电平。此外，脉冲产生电路15生成从检波电路12输出信号的上升沿开始预定时间宽度的脉冲，在这里为大约70μs的脉冲。

比较器16与电容对应于笔压变化的可变电容器17连接。并列的电阻R1和R2与该可变电容器17连接构成时间常数电路31。该时间常数电路由可变电容器17和R1或R2构成，因此对应于笔压在一定范围内变化。该时间常数电路31通过开关18切换电阻R1和R2，从而切换具有不同变化范围的时间常数电路。

这里，构成时间常数电路31的电阻R1和R2的关系为R2正好是R1的8倍。进而开关19使得可变电容器17充电至电源电压Vcc。基准电压产生电路20输出基准电压V1和V2。

此外，开关21从来自基准电压产生电路20的V1和V2的基准电压中选择一个提供给比较器16。这里，V1被设定为电源电压Vcc的 50％，V2被设定为电源电压Vcc的45％，以下将进行说明。控制电路22根据来自比较器14和比较器16的信号生成各种时序。

设置各为8比特的计数器23和24，对从时钟端子输入的时钟CLK计数并输出。此外，共振电路10产生的交流信号经由电容器25及开关26、开关27提供给计数器23、计数器24的各时钟端子。进而，加法电路28将从计数器23提供的8比特的输入数据(A0-A7)和从计数器24提供的5比特的输入数据(B0-B4)相加，输出9比特的数据(D0-D8)。

此外，并行串行转换电路29包含12比特的移位寄存器，在输入到LOAD端子的信号(d)的下降沿保存从D0-D11输入的12比特的数据，之后与来自CLK端子的时钟同步一比特一比特的依次从OUT端子输出。通过从并行串行转换电路29输出的输出信号控制开关30，其结果，控制共振电路10的两端是否短路。通过这样控制开关30，从共振电路10发出的电磁波包含编码化的连续量所表示的操作信息，并发送给写字板一侧。

图5表示图4所示的位置指示器36的结构。图5中与图4相同的部分标注相同的标号，省略了其说明。

图5中，设置了卷绕在圆筒形状的铁氧体材料34上的线圈10a和电容根据笔压而变化的可变电容器17，施加到笔尖(pen tip)的压力经由线圈10a的中空部再经由芯体35按压可变电容器17。进而电路基板32安装图4所示的各电路部件。

这里，在说明本实施方式的动作时，利用图6简单说明写字板的构成。写字板与专利文献1和2中说明的写字板具有同样的构成。位置检测部41配置了X轴方向的40根环形线圈X1-X40和Y轴方向的40根环形线圈Y1-Y40。

该环形线圈连接用于选择各环形线圈的选择电路42。该选择电路42连接信号的收发切换电路43。该收发切换电路43的接收侧端子R连接至放大器44。放大器44连接检波电路45。该检波电路45与低通滤波器46连接，该低通滤波器46与采样保持电路47连接。采样保持电路47连接AD转换电路48，该AD转换电路48连接至CPU(中央处理装置)49。

来自该CPU49的各种控制信号分别与上述的选择电路42、采样保持电路47、AD转换电路48、和收发切换电路43连接。此外，振荡器50产生与共振电路10的共振频率大致相同频率的交流信号，该交流信号转换为电流并经由电流驱动器51提供到收发切换电路43的端子T。

以下利用图4-6说明本实施方式的动作。本实施方式与专利文献1和专利文献2同样，通过接收从写字板进行了预定时间的发送之后位置指示器36的共振电路10所残留的信号，求得指示位置的坐标值。该坐标检出动作与现有装置相同，因此此处省略说明。

图7表示图4所示的本实施方式的位置指示器检测在图6的写字板上的笔压，并将其作为12比特的数字值发送给写字板的期间的动作。图7中的波形a-n是图4和图6中相同标号所表示部分的动作波形。

写字板上所具备的CPU49为了进行位置指示器36一侧的笔压检出动作，在大约1-2ms期间内连续发送信号。从连续发送开始大约经过300μs，从比较器14输出信号(d)。通过该信号(d)的输出，控制电路22开始动作。首先，从控制电路22的START端输出接通(ON)开关19的信号(e)。

通过该信号(e)，可变电容器17被充电至电源电压Vcc。对应于该信号(e)的下降沿，从控制电路22的E1端输出接通(ON)开关26的信号(j)。由此，计数器23接收时钟信号并开始计数动作。此时，从控制电路22的FINE端输出“0”值。由此，充到可变电容器17的电荷通过开关18、电阻R1放电。

比较器16的(-)侧输入端子经由开关SW21被施加基准电压V1，该V1如前述那样被设定为电源电压(Vcc)的50％，因此，如图7的信号(f)所示的那样，一旦可变电容器17的两端电压达到相当于该V1的电压，就从比较器16输出信号(g)。

一旦输出了该信号(g)，则控制电路22结束计数器23的动作，因此从E1端子输出的信号(j)成为“0”值，由此禁止了由开关26所控制的向计数器23提供时钟信号。与信号(j)为“1”值期间所相当的时间作为“T1”从计数器23输出至输出端子D0-D7。

控制电路22，在使从E1端子输出的信号(j)为“0”值的同时，将用于使计数器24开始工作的从E2端子输出的信号(k)设定为“1”值。根据该信号，由开关27控制的时钟信号被提供给计数器24。此外，控制电路22使开关18和开关21的切换信号(h)为“1”值。优选尽可能的使这些动作同时进行。

通过切换信号(h)成为“1”值，与可变电容器17连接的电阻切换为R2。R2是R1的8倍，因此可变电容器17的电压(f)下降的速度缓和为1/8。此外，由于提供给比较器16的(-)侧输入端子的电压变化为相当于电源电压(Vcc)的45％的V2，因此从比较器16输出的信号(g)立刻变为“0”值。

一旦可变电容器17的两端电压达到相当于V2的电压，则从比较器16输出信号(g)。控制电路22对应于信号(g)使得从E2端子输出的信号(k)成为“0”值，由此控制开关27，停止提供给计数器24的时钟信号，从而结束计数器24的动作。与信号(k)为“1”值期间所相当的时间作为“T2”从计数器24输出至输出端子D0-D7。

本实施方式所计测的时间为充到可变电容器17上的电荷在全部时间里通过电阻R2放电，直到达到基准电压V2的时间，设该时间为T，则通过下式计算T。

T＝T2+8×T1

加法电路28是进行相当于该式的计算的电路。计算的结果施加到并行串行转换电路29的输入D0-D11，该值对应于LOAD端子输入的信号(d)的下降沿被保存到内部的移位寄存器中。

在从写字板提供信号的连续发送期间内进行前述的笔压检出动作，但如果该连续发送期间结束，则CPU49进行接收动作。CPU49将此时检测出的信号电平的二分之一的值作为后述的数据检出时的基准电压保存。

接着，CPU49交互进行12次50μs时间宽度的信号发送以及100μs时间宽度的信号接收。通过该12次的发送接收，CPU49从并行串行转换电路29的OUT端子输出控制开关30的信号(m)。

此时，并行串行转换电路29与输入到CLK端子的信号的上升沿同步，依次输出从D0-D11端子输入并保存的值。并且，可以从最下位比特开始送出，也可以从最上位比特开始送出。

本实施方式中，从D0-D11端子输入的值为“0”值时从OUT端子输出“0”值，输入的值为“1”值时从OUT端子输出“1”值。如果从OUT端子输出“1”值则开关30闭合，因此共振电路10产生的信号(b)急速消减。

由此检波电路12的输出立刻为“0”值，但并行串行转换电路29的CLK端子被施加由脉冲产生电路15产生的总是大约70μs的一定宽度的脉冲信号。此外，并行串行转换电路29构成为从OUT端子输出“1”值时的信号的脉冲宽度正好与输入到CLK端子的信号的脉冲宽度相同。

通过本实施方式所计测的时间的最终值例如为2000，从写字板发送的信号的周期为2μs。如果通过专利文献1的构成的装置检测，需要大约4ms的时间。本实施方式例如计测T1＝230、T2＝160，则所需要时间共780μs。

此外，在通过专利文献2的装置进行检测的情况下，需要对相当于T1的部分进行2次计测，因此至少需要1.24ms。

[产业上利用的可能性]

本实施方式通过控制电路、计数器、加法电路、并行串行转换电路等各种专用电路实现，但也可以整合这些功能通过微处理器来实现。

本实施方式是计测可变电容器的放电时间，但也可以计测充电时间。此外，也可以预先求出可变电容器的最低电容所产生的值，设置减去该值的减法电路，输出值从0开始变化。此外，也可以设置使输出值不超过预定值的电路。

本实施方式使用了两个计数器进行测定，但也可以将初次的测定结果保存的缓冲器中，从而共用1个计数器。

本实施方式为了易于说明，操作信息仅为笔压，但也可以一起发送开关或固有ID信息等。此外，2种时间常数的比例为8倍，但是不限于此。此外，两个检测电压V1和V2的值也不限于本实施方式的值。

本实施方式利用共振电路的短路来发送数据，但也可以通过微小改变共振频率进行数据发送。此外，也可以通过共振电路其他的特性来进行数据发送。

此外，本发明不限于上述说明的实施方式，在不脱离权利要求所记载的范围的情况下可以进行各种变形。

Claims

1.一种位置指示器，其特征在于，

包括：时间常数电路，

电压比较电路，和

基准电压设定电路，

所述时间常数电路包括与施加到所述位置指示器的笔尖的压力相对应而特性连续变化的元件，具有与该元件的特性变化相对应以预定变化范围变化的时间常数，由多个时间常数分电路构成，

所述基准电压设定电路能够选择性的输出多个基准电压值，

所述电压比较电路比较从所述时间常数电路输出的电压和从所述基准电压设定电路提供的基准电压值，

根据该比较的结果，能够选择性的切换所述多个时间常数分电路，变更所述时间常数电路的时间常数和从所述基准电压设定电路输出的基准电压值。

2.根据权利要求1所述的位置指示器，其特征在于，

将第1变化范围所对应的所述时间常数作为第1时间常数，从所述时间常数电路输出与所述第1时间常数对应的电压，

所述电压比较电路对设定了第1基准电压值的所述基准电压设定电路所提供的第1基准电压与所述时间常数电路输出的电压进行比较，

求得第1计测值，所述第1计测值是从所述时间常数电路放电开始，直到由电压比较电路检测出所述时间常数电路的电压达到了与所述第1基准电压相当的值为止的时间，

第1计测结束之后，

将第2变化范围所对应的所述时间常数作为第2时间常数，从所述时间常数电路输出与所述第2时间常数对应的电压，

所述电压比较电路对设定了第2基准电压值的所述基准电压设定电路所提供的第2基准电压与所述时间常数电路输出的电压进行比较，

求得第2计测值，所述第2计测值是从所述第1计测结束开始，到再次由所述电压比较电路检测出所述时间常数电路的电压达到了与所述第2基准电压相当的值为止的时间，

根据所述第1计测值和所述第2计测值将连续量所表示的操作信息编码化。

3.根据权利要求2所述的位置指示器，其特征在于，构成所述时间常数电路的元件包括可变电容器和能够选择性的切换的电阻，从而能够变更时间常数，所述可变电容器的静电电容根据操作而变化。

4.根据权利要求2所述的位置指示器，其特征在于，通过具备对所述第1计测值和所述第2计测值所对应的脉冲信号进行计数的计数器来进行上述编码化。

5.根据权利要求4所述的位置指示器，其特征在于，具备包括线圈和电容的共振电路，以及接收所述计数器的输出的并行串行转换电路，还具有进行该共振电路的短路控制的开关，通过从所述并行串行转换电路输出的输出信号控制所述开关，将所述连续量所表示的操作信息发送给写字板侧。