CN102023778A - 位置检测装置以及位置指示器 - Google Patents

Abstract

一种位置检测装置以及位置指示器，即使在大型化的位置检测区域的中央附近，也能强烈地检测出来自位置指示器的信号。位置检测装置具备位置指示器(1)，该位置指示器(1)具有：第一线圈(11)；第二线圈(12)，相对于第一线圈(11)间隔预定的距离配置；和信号传递部(14)，将第二线圈(12)检测出励磁信号时产生的感应电流传递至第一线圈(11)。并且，将第二线圈(12)产生的感应电压传递至第一线圈(11)，第一线圈11将位置指示信号发送至环路线圈。

Description

位置检测装置以及位置指示器

技术领域

本发明涉及一种例如检测位置指示器在预定区域中的位置的位置检测装置以及位置指示器，涉及用户利用位置指示器在位置检测装置上描画坐标及图形等或进行预定的输入操作时所适用的位置检测装置以及位置指示器。

背景技术

以往开发有作为在电脑装置等上进行照片加工或者制作图表等时使用的输入装置的位置检测装置。通常位置检测装置由大致平板状的数位板、用户在数位板上操作的笔状的位置指示器构成。

位置检测装置有例如利用电磁感应方式的位置检测装置。在具备该位置检测装置的数位板内，X方向以及Y方向上分别配置有多个环路线圈，在位置指示器内设有共振电路。在数位板的上表面上设定有用于检测位置指示器所指示的坐标位置的位置检测区域。位置检测区域有时被称为将电磁感应方式的位置指示器指示的位置输入至位置检测装置的“位置检测面”。并且，数位板按依次切换的各环路线圈对位置指示器内的共振电路进行由电磁感应作用引起的预定频率的电磁波的接收发送，以检测位置指示器的指示位置。

作为这种装置，例如专利文献1以及2中公开的技术被实用化。

在专利文献1中公开有根据环路线圈中产生的感应电压求出位置指示器的指定位置的位置检测装置。

在专利文献2中公开有将以连续量表示的操作所对应的信息编码后反馈到位置检测装置的位置指示器。

根据专利文献1以及2所公开的技术，在位置指示器上设置共振电路并在数位板和位置指示器之间接收发送电磁波，由此检测位置指示器所指示的数位板上的位置。并且，通过将位置指示器无线化且不设置电池来实现操作性极优的位置指示器以及位置检测装置。

但是，近年来随着液晶显示装置的实用化的进展，对将上述的位置检测装置与液晶显示装置组合起来并且可以直接用笔在想描画的地方进行输入的方式的位置检测装置的要求越来越高。在上述方式下使用位置检测装置时出现了无法将数位板的感测线圈配置在液晶面板的前表面上的问题。在这里，将液晶显示装置和数位板一体化的现有的装置中，形成上述环路线圈的感测部设置在液晶的背面。因此，需要把完成的液晶面板分解后组合感测部，出现了增加作业工时、不易进行液晶面板的更换等问题。所以，近年来越来越希望将数位板的感测部透明化并配置在液晶面板的前表面。作为透明导电材料，众所周知的有ITO膜，但是因为电阻值高而无法由其发送电力。

作为解决该问题的方法有在数位板的位置检测区域的外周设定发送用励磁线圈的提案。例如，在专利文献3中公开有在数位板的位置检测区域的外周设置励磁线圈的例。

若使用如上述在外周设置了励磁线圈的数位板，则也可以在位置指示器的主体中不内置电池等，可以由外周线圈供给强电力。并且，用于位置检测的线圈可以专用于接收，所以可以做到透明化。

专利文献1：日本特开昭63-070326号公报

专利文献2：日本特开平7-175572号公报

专利文献3：日本特开平5-088811号公报

但是，若位置检测区域变大，则在中央部附近被检测的信号就变弱，所以为了在位置检测区域的中央部也获得足够强的信号，必须将从外周线圈供给的电力设得非常高。因此，出现了特别是笔记本电脑等移动设备的电池的使用时间缩短的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题提出的，其目的在于实现一种位置检测装置，不需要在位置指示器上设置电池等，能够将数位板的感测线圈配置在液晶面板的前表面，并且在笔记本等移动设备中也不大会对电池的使用时间产生影响。

本发明涉及的一种位置检测装置，包括：数位板，在位置检测区域上设置有多个环路线圈，在位置检测区域的外周设置有卷绕的励磁线圈；和大致棒状的位置指示器，从励磁线圈对位置指示器发送信号，并且由多个环路线圈检测来自位置指示器的信号，上述位置检测装置的特征在于，位置指示器具有：第一线圈，被配置在靠近位置检测区域的一端部上；第二线圈，与第一线圈分离配置；以及信号传递部，连接第一线圈和第二线圈，通过来自励磁线圈的信号在第二线圈中感应产生的电信号经由信号传递部传递至第一线圈，从第一线圈对环路线圈发送信号。

此外，第一线圈和第二线圈并联连接或串联连接，并且也可以构成共振电路。

如此一来，从位置检测区域分离的线圈接收从励磁线圈发送的信号，从靠近位置检测区域而使用的线圈向环路线圈发送信号，由此检测位置指示器的位置。

根据本发明，在位置指示器上从位置检测面分离的位置设置有与位置指示信号发送用的线圈不同的信号检测用的线圈，并且将信号检测用的线圈所产生的电信号传递至位置指示信号发送用的线圈，所以即使位置指示器位于位置检测区域的中央部也可以检测出强信号。因此，可以减少从外周的励磁线圈发送的电力，还可以在移动设备中长时间维持电池的使用时间。

并且，来自位置指示器的信号的发送是通过位置检测区域的外周上所设置的励磁线圈进行的，所以可以由在玻璃面上形成的ITO膜等透明电极来形成检测来自位置指示器的信号的传感器，并可以在液晶面板的前表面上配置数位板的感测线圈。并且，不需要在位置指示器上设置电池等，可以实现使用性能好的位置检测装置。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式中的位置检测装置的简要结构图。

图2是表示本发明的一个实施方式中的位置指示器的内部结构例的框图。

图3是表示本发明的一个实施方式中的位置指示器所具备的第一以及第二线圈的配置例的说明图。

图4是表示本发明的一个实施方式中的数位板部分的立体结构例的说明图。

图5是表示本发明的一个实施方式中的数位板的内部结构例的框图。

图6是表示本发明的一个实施方式中的励磁线圈引起的磁场分布的例子的说明图。

图7是表示用于本发明的一个实施方式中的位置指示器在中央区域时也能够向感测玻璃发送强的位置指示信号的基本原理的例子的说明图。

图8是表示本发明的其他实施方式中的位置指示器的内部结构例的框图。

具体实施方式

以下，参照附图具体说明本发明的位置检测装置的一个实施方式。但是本发明不局限于该实施方式。

<位置检测装置的结构>

图1表示本实施方式的位置检测装置10的外观透视图。

位置检测装置10具备大致棒状的位置指示器1和平板状的数位板2。位置指示器1呈笔状，其具有笔尖部1a和尾部1b。在笔尖部1a收容有第一线圈11，在尾部1b收容有第二线圈12(参照后述的图3)。

数位板2由位置检测区域2a和周围的外框2b构成。数位板2可以检测位置指示器1在外框2b的内部形成的位置检测区域2a上所指示的位置的坐标。

数位板2与未图示的外部的电脑装置连接。数位板2检测位置指示器1所指示的位置的坐标(以下称“指示位置”)，使该指示位置相关的信息输出至电脑装置。并且，电脑装置使与从数位板2输入的坐标对应的线条等显示在作为液晶显示装置使用的液晶面板32(参照后述的图4)的画面上。

在本例中使笔尖部1a接近位置检测区域2a而使用。笔尖部1a用于描画线条或选择预定的指令。另一方面，使尾部1b接近位置检测区域2a是为了擦掉已描画的线条等。

图2表示位置指示器1的内部结构例。

位置指示器1在笔尖部1a上具备第一线圈11，在尾部1b上具备第二线圈12。第一线圈和第二线圈都在未图示的铁素体芯上卷绕形成，并间隔预定的距离配置。并且，在本实施例中第一线圈11和第二线圈12作为并联连接的合成线圈使用。并且，位置指示器1具备电容器13，第一线圈11、第二线圈12以及电容器13构成了共振电路，根据来自数位板2的外周上所配置的励磁线圈30(参照后述的图4)的由预定的频率f0的磁场构成的信号共振。在本实施例中以下称该频率f0的磁场的信号为励磁信号。

并且，位置指示器1具备信号传递部14，该信号传递部14使第一线圈11检测励磁信号时产生的感应电流传递至第二线圈12，并使第二线圈12检测来自励磁线圈30的励磁信号时产生的感应电流传递至第一线圈11。在本例中作为信号传递部14使用了导线。

具体地，在第一线圈11接近位置检测区域2a的中央区域而使用的状态下，使第二线圈12中产生的感应电流传递至第一线圈11，第一线圈将基于磁场的信号发送至数位板2(环路线圈41(参照后述的图5))。在本实施例中将从第一线圈发送至数位板2的基于磁场的信号称为位置指示信号。

另一方面，在第一线圈11接近位置检测区域2a的中央区域以外的周边部而使用的状态下，由于来自励磁线圈30的磁场，与在第二线圈12中产生的感应电流相比，在第一线圈11中产生的感应电流大，所以从第一线圈11向数位板2发送位置指示信号。

接着，说明位置指示器1的基本结构。其具备以下部分：电源提取电路15，从在共振电路中产生的感应电流提取电源并向后述的各电路供给电源；和定时提取电路16，根据通过从数位板2放射的磁场而在共振电路中产生的感应电压检测预定的定时信号。定时提取电路16从来自数位板2的励磁信号的连续放射时间和周期中提取定时信号。即，来自数位板2的励磁信号连续放射预定期间以上，之后在比该预定期间充分小的一定周期且以预定的持续时间间歇性放射励磁信号，由此提取定时信号。

并且，位置指示器1具备：延迟电路17，使由定时提取电路16提取的定时信号延迟一定时间；和连续信号检测电路18，根据由定时提取电路16提取的定时信号检测连续信号。

连续信号检测电路18由以下部分构成：由二极管构成的检波电路；由电阻及电容器构成的积分电路；由电阻以及缓冲放大器构成的波形整形电路。并且，输入到连续信号检测电路18的定时信号被二极管整流，被电阻以及电容器积分之后进一步被电阻以及缓冲放大器波形整形，由此连续信号检测电路18检测出连续性脉冲信号。

并且，位置指示器1具备检测以连续量表示的操作、在本例中检测笔尖部1a的笔压并转换为数字数据的笔压/时间转换电路19。笔压/时间转换电路19通过由电阻值根据笔压变化(具体地，随着笔压增加，电阻值也随之增加)的可变电阻元件以及电容器构成的微分电路构成。该数字数据作为笔压信号输出至计数器20。

其中，代替可变电阻元件，也可以使用电容值根据笔压变化的电容器或者电感值根据笔压变化的电感元件。

并且，位置指示器1具备以下部分：计数器20，在从笔压/时间转换电路19输出信号的期间，根据从数位板2放射的励磁信号对在共振电路中产生的感应电流的频率进行计数；P/S转换电路21，使并行数据转换为串行数据；以及开关22，根据从P/S转换电路21输入的笔压信息控制接通(ON)或断开(OFF)。

P/S转换电路21与由数位板2以一定的周期间歇性放射励磁信号并由定时提取电路16提取的定时信号同步地，将计数器20的计数值依次传输至共振电路，使共振电路的共振特性变化。

图3表示位置指示器1具备的第一线圈11和第二线圈12的配置例。位置指示器1在数位板2的位置检测区域2a上使用时，位置指示器1具备的第一线圈11接近位置检测面。

其中，为了正确检测位置指示器1的坐标位置，第一线圈11配置在作为位置指示器1的一端部的笔尖部1a上。

另一方面，第二线圈12配置在从第一线圈11相隔预定距离配置的尾部1b上。配置在尾部1b上的第二线圈12在通常的使用状态下设置在从第一线圈11相对于位置检测面向上方分离的位置。第一线圈11和第二线圈12由信号传递部14电连接，该信号传递部14在第一线圈11和第二线圈12之间相互传递基于从数位板2接收的励磁信号的感应电流。在通常的使用状态下，信号传递部14将在第二线圈12上感应产生的电信号(感应电流)传递至第一线圈11。并且，磁场(位置指示信号)通过接近位置检测区域2a的第一线圈11被传输至环路线圈41(参照后述的图5)。

图4表示数位板部分的立体结构。

数位板2具备液晶面板32和感测玻璃33。感测玻璃33由厚度约为0.4mm的两张玻璃粘贴而成，在各玻璃上由ITO膜形成有后述的环路线圈41(参照图5)的图案。即，在一张玻璃上和另一张玻璃上分别通过蚀刻形成有X1～X40和Y1～Y30的图案。这些玻璃是通过使ITO膜的表面相互相对并在中间夹持透明的绝缘片而制成的。

并且，数位板2具备以聚酰亚胺材料为基础的挠性基板34、35。挠性基板34连接到感测玻璃33的X1～X40各行的图案，形成用于形成环路的折回部分。同样地，挠性基板35也连接在感测玻璃33的X1～X40各行的图案上并与选择电路42连接。上述结构对于Y1～Y30的环路线圈也是同样的。并且，在位置检测区域2a的外围卷绕有励磁线圈30。

为排除周围的金属物体或噪声的影响，在液晶面板32的背面上设有具有适度导电性的屏蔽板31。

图5表示数位板2的结构例。

数位板2具备多个环路线圈41，该多个环路线圈41在X轴方向以及Y轴方向上分别作为X1～X40以及Y1～Y30在预定方向上大致并列配置。由环路线圈41构成的位置检测区域2a与液晶面板32(参照图4)形成一体，以使位置检测区域2a与液晶面板32的显示面积相一致的方式确定环路线圈41的尺寸及排列间隔。并且，多个环路线圈41从位置检测区域2a上的位置指示器1接收指示位置指示器1的位置的位置指示信号。作为X1～X40以及Y1～Y30在预定方向上并列设置的多个环路线圈41连接到选择各环路线圈的选择电路42上。

由选择电路42选择的输出端连接到放大电路43，该放大电路43连接到以f0为中心频率的带通滤波器44，带通滤波器44连接到检波电路45。并且，检波电路45连接到采样保持电路46，由采样保持电路46保持的电压连接到A/D转换电路47，A/D转换电路47的输出连接到CPU48。

数位板2具备励磁线圈30，该励磁线圈30位于多个环路线圈41的周围并以包围位置检测区域2a的外围的方式卷绕。在图5中用两圈例示了励磁线圈30，但实际上是卷绕八圈到十多圈。励磁线圈30连接到驱动电路40，驱动电路40连接到以频率f0振荡的振荡电路49。并且，励磁线圈30具有向位置指示器1发送励磁信号的功能。

CPU48分别向驱动电路40、选择电路42、采样保持电路46以及A/D转换电路47发送控制信号。其中，CPU48向驱动电路40供给控制信号，以从励磁线圈30发送励磁信号进行接通(ON)或断开(OFF)控制。CPU48根据环路线圈41接收的位置指示信号检测位置指示器1在位置检测区域2a中的位置。

这里对数位板2检测位置指示器1的位置的动作进行说明。

由用户的操作将位置指示器1置于位置检测区域2a内时，CPU48对X轴环路线圈组中位置指示器1所在位置附近的多个线圈进行接收发送动作。并且，CPU48根据由X轴环路线圈组检测的位置指示信号的电平分布求出位置指示器1的指示位置的X坐标值。接着，CPU48对Y轴环路线圈组中位置指示器1所在位置附近的多个线圈进行接收发送动作。并且，CPU48根据由Y轴环路线圈组检测的位置指示信号的电平分布求出位置指示器1的指示位置的Y坐标值。这些坐标的检测以与现有的位置检测装置相同的步骤进行。

接着，CPU48为了检测对位置指示器1的8位笔压而从励磁线圈30持续发送预定时间(例如1毫秒)以上。之后，以与检测坐标时相同的定时，进行励磁线圈30的发送和电平按笔压信息的各位变化的信号接收的接收发送动作。该接收发送动作例如持续进行8次。这时选择电路42选择离位置指示器1最近的环路线圈(可以是X轴也可以是Y轴)接收位置指示信号。如此一来可以在数位板2中检测位置指示器1的笔压信息。

然后，说明即使位置指示器1在位置指示区域2a的中央区域中也可以使强位置指示信号返回至数位板2的原因。

图6表示由励磁线圈30产生的磁场分布的例。在这种位置检测装置中有时在位置检测区域2a的背面配置屏蔽板31。这时由励磁线圈30产生的磁场中从位置检测区域2a的检测面的背面绕回的磁场被该屏蔽板31屏蔽。因此，位置检测区域2a的中央领域的磁场会变得极为微弱。

另一方面，在离位置检测区域2a的中央区域的检测面处于某个高度时，由于磁场分布的特性，与位置检测区域2a的检测面附近相比，磁场比较强。

但是，因为需要通过配置在位置检测区域2a或者感测玻璃33上的环路线圈检测位置指示器1发送的位置指示信号，所以位置指示器1所具备的线圈为了发送位置指示信号而必须在离位置检测区域2a的检测面近的位置使用。

另一方面，现有的具有一个线圈的位置指示器，在比较小的位置检测区域的数位板的情况下，即使是在中央区域时也接收来自励磁线圈的磁场，用同一个线圈向数位板反馈磁场的信号，并通过数位板2的环路线圈检测该信号方面没有障碍。但是，在具有大的位置检测区域的数位板的情况下，在中央区域从励磁线圈接收的磁场变得微弱，所以来自位置指示器1的位置指示信号变得极为微弱，环路线圈处接收的位置指示信号变得极为微弱。因此，若使用现有的位置指示器，则在比较大的数位板中是不能检测位置指示器的位置。

图7表示用于位置指示器1在中央区域时也能够向感测玻璃33发送强的位置指示信号的基本原理。

在位置指示器1上除了设置有用于数位板2检测坐标的第一线圈11外，还设置有用于检测励磁线圈30发送的励磁信号的第二线圈12。第一线圈11和第二线圈12并联连接。

用户将位置指示器1的笔尖部1a靠近位置检测区域2a的中央区域时，尾部1b位于比位置检测区域2a的检测面高的位置。在中央区域中的位置指示器1中，比位置检测区域2a的检测面高的位置的第二线圈12从励磁线圈30接收比第一线圈11强的励磁信号，并产生感应电流。并且，第二线圈12被励磁产生的感应电流经由信号传递部14传递至第一线圈11，并可以使第一线圈11产生强磁场。因为该磁场充分接近位置检测区域2a的检测面，所以环路线圈41可以检测位置指示器1产生的强位置指示信号。因此，即使位置指示器1位于中央区域，数位板2也可以正确地检测位置。

根据以上说明的实施方式，因为不需要使励磁线圈30产生的励磁信号很强，所以可以得到限制数位板2的消耗电力的效果。因此可以抑制从外围的励磁线圈30发送的电力，在移动设备中使用时也可以使电池的使用时间维持很久。并且，不需要在位置指示器1上设置电池等，可以实现使用性能良好的位置检测装置10。

并且，根据从数位板2的励磁线圈30发送的励磁信号而在位置指示器1的第二线圈12产生的感应电流通过信号传递部14传递至第一线圈11，从第一线圈11放射与第二线圈12中产生的感应电流的大小对应的位置指示信号。因此，即使位置指示器1置于位置检测区域2a的中央区域也可以放射强位置指示信号，所以数位板2可以正确地检测位置指示器1的位置。

并且，在数位板2中，可以将发送线圈和接收线圈分离，由此作为接收线圈的环路线圈41可以是作为透明电极而公知的电阻值较高的ITO膜，可以使其形成在玻璃面上。并且，位置指示器1发送信号是通过在位置检测区域2a的外周设置的励磁线圈来进行的，所以检测来自位置指示器1的信号的传感器可以由在玻璃面上形成的ITO膜等透明电极形成。因此，可以将环路线圈41配置在液晶面板32的前表面。上述结构的情况下，数位板2的制造工序中没有必要分解液晶面板32，具有提高数位板2的产量的效果。

并且，在该实施例中，也可以通过从励磁线圈30向位置指示器1发送励磁信号来向位置指示器1供给电力。这是因为，通过来自励磁线圈30的励磁信号，第二线圈12被励磁而产生感应电压，可由电源提取电路15提取并储存电力。因此，可以根据被提取的电力使内部的IC等电路动作。并且，也可以不在位置指示器1内设置电池等，可使位置指示器1轻量化，并可以在位置指示器1上设置多个信息，因此具有可以根据来自数位板2的指示进行复杂处理的效果。

其中，上述实施方式涉及的位置指示器1中第一线圈11和第二线圈12并联而构成共振电路，但是也可以串联连接而构成共振电路，也没有必要一定是共振电路。并且，两个线圈中配置在上方的线圈的位置，优选根据数位板的尺寸和屏蔽板的材质被确定为，能够在中央区域最强地检测到励磁信号。

图8是表示位置指示器1的其他结构例的框图。在以下的说明中，已在上述的实施方式中说明的图2所对应的部分上标注相同的标号，省略详细说明。

图8A表示第一线圈11和第二线圈12串联连接时的位置指示器1的内部结构例。

在这种情况下，也可以由第一线圈11、第二线圈12以及电容器13构成共振电路。

图8B表示信号传递部14具备放大感应电压的强度的放大部51时的位置指示器1的内部结构例。

在本例中，作为放大部51例如使用放大器。这时，即使第二线圈12接收的励磁信号的强度很小，位置指示器1也可以放大强度并传递至第一线圈11。因此具有可以进行更稳定的位置检测的效果。其中，第一线圈11和第二线圈12各自构成共振电路，由第二线圈12的共振电路得到的感应电压被放大部51放大后传递至第一线圈11的共振电路。

并且，在本实施例中，来自励磁线圈30的励磁信号由第二线圈12接收并产生感应电流，传递感应电流至第一线圈11，再从第一线圈11向数位板2发送位置指示信号。

此外，在第二线圈12接近位置检测区域2a而使用时，也可以由第一线圈11接收来自励磁线圈30的磁场，产生的感应电流传递至第二线圈12，由第二线圈12向数位板2发送位置指示信号。

Claims (7)

1.一种位置检测装置，

包括：数位板，在预定方向上并列设置有多个环路线圈，在位置检测区域的外周设置有卷绕的励磁线圈；和

大致棒状的位置指示器，

从上述励磁线圈对位置指示器发送信号，并且由上述多个环路线圈检测来自位置指示器的信号，由此检测位置指示器在该数位板上的指示位置，

上述位置检测装置的特征在于，

上述位置指示器具有：

第一线圈，被配置在靠近上述数位板的位置检测面的一端部上；

第二线圈，从上述第一线圈分离配置；以及

信号传递部，连接上述第一线圈和上述第二线圈，

由来自上述励磁线圈的信号在上述第二线圈中感应产生的电信号通过上述信号传递部传递至上述第一线圈，

从上述第一线圈对上述环路线圈发送信号。

2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，

上述第一线圈和第二线圈串联连接或者并联连接。

3.根据权利要求2所述的位置检测装置，其特征在于，

上述位置指示器具备电容器，

由上述第一线圈、上述第二线圈及上述电容器构成共振电路。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的位置检测装置，其特征在于，

上述信号传递部具备放大部，放大上述第二线圈中感应产生的电信号。

5.一种电磁感应方式的位置指示器，输入位置检测面上的坐标位置，

在位置指示部设置有第一线圈，

在通常的使用状态下从该第一线圈相对于位置检测面向上方分离的位置设置有第二线圈，

设置有信号传递单元，将该第二线圈中感应产生的电信号传递至该第一线圈。

6.根据权利要求5所述的位置指示器，其特征在于，

上述第一线圈和第二线圈相互串联连接或者并联连接。

7.根据权利要求6所述的位置指示器，其特征在于，

由上述第一线圈和第二线圈相互串联连接或者并联连接而成的合成线圈和电容器构成共振电路。

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