JP2000122800A

JP2000122800A - 位置検出装置

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Publication number: JP2000122800A
Application number: JP29632298A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Ishimura; 善文石村; Koji Tomizawa; 宏次冨澤
Original assignee: Sega Enterprises Ltd
Current assignee: Sega Corp
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2018-10-19
Also published as: KR100362861B1; US6469696B1; KR20000056990A; JP4151130B2

Abstract

(57)【要約】【課題】遅延時間調整回路を必要としない安価の位置検
出装置を提供する。【解決手段】縦方向及び横方向にそれぞれ複数配列され
たアンテナを有する平面部材と、縦方向に配列されたア
ンテナを、縦方向における正方向及び負方向に順次駆動
し、横方向に配列されたアンテナを、横方向における正
方向及び負方向に順次駆動することによって、アンテナ
から電波を順次放射させる制御部と、平面部材上で、順
次放射された電波を受信する受信部と、受信された電波
のレベルに基づいて、受信部の平面部材上での位置を検
出する検出部とを備えることを特徴とする位置検出装置
が提供される。そして、上記検出部は、縦方向及び横方
向の正方向に順次放射される電波のレベルから検出され
る位置と、負方向に順次放射される電波のレベルから検
出される位置との平均値を受信部の位置として検出す
る。これにより、遅延時間調整回路による調整なく、検
出部によって検出される受信部の位置のばらつきをなく
すことができ、しかも、受信部の正確な位置を検出する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦方向及び横方向
にそれぞれ複数のアンテナがマトリックス状に配列され
たタブレット上の指示された位置を検出する位置検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数のアンテナがマトリックス状に配列
されたタブレットと呼ばれる平面部材と、タブレット上
の位置を指示するためのタッチペンとを備え、タッチペ
ンが指示した位置を検出することができる位置検出装置
が、従来より知られている。

【０００３】図６は、位置検出装置を幼児学習用玩具と
して使用される電子装置に適用した場合の使用例を示す
図である。図６（ａ）において、玩具１は、ブックタブ
レット２ａ及びフロントタブレット２ｂを有し、ブック
タブレット２ａ上には、所定の絵本４が載置される。そ
して、遊戯者が、タッチペン５を、絵本４に触れさせる
か、接近させるかによって、その位置の図形、文字及び
記号などが選択され、図６（ｂ）に示すように、選択さ
れた図形などをモニタ６に表示させることができる。

【０００４】さらに、遊戯者が、タッチペン５により、
好きな図形や文字をフロントタブレット２ｂ上で描く
と、タッチペン５でなぞられた軌跡をモニタ６に表示さ
せることもできる。

【０００５】図７は、タッチペン５によりタブレット上
の位置を検出する原理を説明するための図である。図７
に示すように、タブレット２は、横方向に配列された複
数のアンテナ２０Ｘと、縦方向に配列された複数のアン
テナ２０Ｙとを有する。そして、アンテナ駆動部８は、
検出制御回路９の制御に基づいて、横方向のアンテナ２
０Ｘに対して、右から左のアンテナの順に、縦方向のア
ンテナ２０Ｙに対して、上から下のアンテナの順に、こ
れらのアンテナを駆動し、アンテナから電波を順次放射
させる。

【０００６】各アンテナから放射される電波は、タッチ
ペン５に内蔵された受信アンテナ（図示せず）によって
受信される。このとき、受信される各電波のレベルのう
ち、タッチペン５の指示位置に最も近い受信アンテナか
ら放射された電波のレベルが最も大きくなる。そして、
検出制御回路９は、縦方向及び横方向それぞれに対し
て、最大レベルに対応する位置を、タッチペンの指示位
置として検出することができる。

【０００７】図８は、タッチペン５のブロック構成図で
ある。図８において、タブレット２のアンテナから放射
される電波は、タッチペン５の先端部分に内蔵された受
信アンテナ５１によって受信される。受信信号は、バッ
ファアンプ５２によって増幅され、さらに、セラミック
フィルタ５３を通過する。セラミックフィルタ５３は、
単一の周波数を通過させ、それ以外の周波数を遮断する
特性を有し、ノイズ除去に用いられる。

【０００８】さらに、受信信号は、アナログ回路５４に
含まれる比較回路により、所定のしきい値レベルで比較
されたレベル信号に変換される。そして、レベル信号
は、遅延時間調整回路５５、コネクタを経由して、タッ
チペン５の指示位置を検出するための演算回路（図示せ
ず）に入力される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】遅延時間調整回路５５
が設けられるのは、以下の理由による。セラミックフィ
ルタ５３は遅延を有し、その遅延時間は個々にばらつき
がある。このため、複数のタッチペン５によって別々
に、タブレット２上の同じ位置を指示した場合に、内蔵
されたセラミックフィルタ５３の遅延時間のばらつきに
より、異なる指示位置が検出されてしまう。例えば、タ
ッチペン５が、タブレットの中央を指示している場合で
あっても、検出される指示位置は、縦方向及び横方向と
もに、アンテナの駆動方向にずれてしまう。このとき、
セラミックフィルタ５３の遅延時間のばらつきにより、
そのずれ幅が各タッチペン５毎に異なってしまう。この
ような不都合を防止するために、遅延時間調整回路５３
によって、セラミックフィルタ５３の遅延時間のばらつ
きを調整し、タッチペン内部全体の遅延時間が、全ての
タッチペン５で一定になるように調整される。

【００１０】しかしながら、遅延時間調整回路５３の付
加により、タッチペン５のコストは上昇し、ひいては位
置検出装置全体のコストが上昇する。

【００１１】従って、本発明の目的は、セラミックフィ
ルタ５３の遅延時間を調整する必要のない、即ち、遅延
時間調整回路５５を必要としない安価の位置検出装置を
提供することにある。

【００１２】さらに詳しくは、本発明の目的は、遅延時
間調整回路５５を用いることなく、複数の各タッチペン
による同一指示位置に対する検出位置が一定になる位置
検出装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明の位置検出装置の構成は、縦方向及び横方向
にそれぞれ複数配列されたアンテナを有する平面部材
と、縦方向に配列されたアンテナを、縦方向における正
方向及び負方向に順次駆動し、横方向に配列されたアン
テナを、横方向における正方向及び負方向に順次駆動す
ることによって、アンテナから電波を順次放射させる制
御部と、平面部材上で、順次放射された電波を受信する
受信部と、受信された電波のレベルに基づいて、受信部
の平面部材上での位置を検出する検出部とを備えること
を特徴とする。

【００１４】そして、上記検出部は、縦方向及び横方向
の正方向に順次放射される電波のレベルから検出される
位置と、負方向に順次放射される電波のレベルから検出
される位置との平均値を受信部の位置として検出する。

【００１５】これにより、遅延時間調整回路による調整
なく、検出部によって検出される受信部の位置のばらつ
きをなくすことができ、しかも、受信部の正確な位置を
検出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲が、本
実施の形態に限定されるものではない。

【００１７】図１は、本発明の実施の形態における位置
検出装置のブロック構成図である。図１では、学習用玩
具としての電子装置に適用される位置検出装置が例示さ
れる。図１において、位置検出装置は、マトリックス状
にアンテナが配列された２つのタブレット（ブックタブ
レット２ａ、フロントタブレット２ｂ）２と、タッチペ
ン５が、演算駆動部１０とつながっている。演算駆動部
１０は、後に詳述するように、タブレット２のアンテナ
の駆動と、タッチペン５で受信される受信レベルに基づ
いて、タッチペンの指示位置（座標）の演算を行う。

【００１８】カートリッジコネクタ１２には、例えば、
ブックタブレット２ａに載置される絵本に対応する画像
処理プログラムなどを格納したカートリッジＲＯＭ（図
示せず）が差し込まれ、これらのプログラムは、ＣＰＵ
１１によって処理される。

【００１９】ＣＰＵ１１は、上記プログラムと演算駆動
部１０により求められたタッチペン５の座標とに基づい
て、座標に対応する画像処理を行い、画像信号を生成す
る。画像信号はモニタに出力され、所定の画像がモニタ
画面に表示される。例えば、求められた座標を含む絵本
上の図形、文字及び記号などなどがモニタに表示され
る。なお、ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１での処理におい
て、一時的にデータを記憶するためのメモリである。

【００２０】図２は、演算駆動部１０のブロック構成図
である。また、図３は、タブレット２の断面図及びタッ
チペン５における受信信号及びレベル信号の例を示す図
である。具体的には、図３（ａ）は、図１のA−A'線の
断面図であり、横方向に配列された８本のアンテナ（20
ａ〜20h）のうち、タブレット２の表面カバー２１上か
ら、アンテナ20d上をタブレット５が指示している状態
が示されている。さらに、図３（ｂ）〜（ｅ）は、図３
（ａ）の状態におけるタッチペン５の受信信号及びレベ
ル信号を示す図である。図３を参照しながら、図２の演
算駆動部１０の動作について説明する。

【００２１】図２において、コントローラ１０１は、ア
ップダウンカウンタ（以下、単にカウンタという）１０
２のアップカウント及びダウンカウントの制御、タッチ
ペン５からのレベル信号の立ち下がり及び立ち上がりエ
ッジの検出、レベル信号とクロック１０３からのクロッ
ク信号との同期制御などを行う。

【００２２】カウンタ２からの駆動信号は、タブレット
２に供給される。そして、カウンタ１０２がアップカウ
ントすると、図３（ａ）のアンテナ20a〜20hは、アンテ
ナ20a、20b、20c、…、20hの順（右方向）に所定カウン
ト（例えば１６カウント）毎に順次電波を放射する。図
３（ｂ）に、その時のタッチペン５による受信信号（実
線）が示される。タッチペン５は、アンテナ20dに最も
近い位置にあるので、タッチペン５の受信レベルは、ア
ンテナ20dから放射される電波に対して最も高くなる。
しかしながら、受信信号は、タッチペン５内のセラミッ
クフィルタ５３を通過することにより遅延する。セラミ
ックフィルタ５３通過後の受信信号は、点線Nに示され
るように、実線Mと比較して、右方向にずれる。従っ
て、図３（ｃ）に示されるように、タッチペン５内の比
較回路でしきい値レベル（ｔｈ）で比較されることによ
って出力されるレベル信号もずれたままである。そし
て、コントローラ１０１からの制御信号に基づいて、こ
のレベル信号の立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッ
ジに対応するカウンタの値は、それぞれＸ座標データ
ラッチ１０５ａ及び１０５ｂに保持される。

【００２３】右方向の電波放射が終了すると、次に、左
方向の電波放射が行われる。即ち、カウンタ１０２はダ
ウンカウントし、電波は、アンテナ20h、20g、20f、
…、20aの順に順次１６カウント毎に放射される。図３
（ｄ）に、その時のタッチペン５による受信信号（実
線）が示される。タッチペン５は、アンテナ20dに最も
近い位置にあるので、タッチペン５の受信レベルは、図
３（ｂ）と同様に、アンテナ20dから放射される電波に
対して最も高くなる。そして、左方向に順次電波を放射
しているので、セラミックフィルタ５３通過後の受信信
号は、点線Ｎ'に示されるように、実線M'と比較して左
方向にずれる。従って、図３（ｅ）に示されるように、
比較回路から出力されるレベル信号も左方向にずれる。
このレベル信号の立ち下がりエッジ及び立ち上がりエ
ッジのカウンタの値は、それぞれＸ座標データラッチ
１０５ｃ及び１０５ｄに保持される。

【００２４】Ｘ座標データラッチ１０５ａ、１０５ｂ、
１０５ｃ及び１０５ｄに保持されたカウンタ値は、Ｘ座
標用演算器１０６ａに入力される。Ｘ座標用演算器１０
６ａは、右方向放射におけるＸ座標Ｘ(R)、左方向放射
におけるＸ座標Ｘ(L)をそれぞれ、Ｘ(R)＝（のカウンタ値＋のカウンタ値）／２ …（１）Ｘ(L)＝（のカウンタ値＋のカウンタ値）／２ …（２）により求める。即ち、立ち下がりエッジと立ち上がりエ
ッジとの間の中心位置をタッチペン５の指示位置として
求める。そして、求められたＸ座標Ｘ(R)、Ｘ(L)は、Ｘ
座標レジスタ１０７ａに保持される。

【００２５】しかしながら、上述したように、求められ
たＸ座標Ｘ(R)、Ｘ(L)は、それぞれ右方向及び左方向に
ずれた座標であって、タッチペン５が指示している真の
座標Ｘ(Ｄ)ではない。そこで、その真の座標Ｘ(D)を求
めるために、さらに次の演算を行う。

【００２６】Ｘ(D)＝（Ｘ(R)＋Ｘ(L)）／２ …（３）即ち、右方向放射及び左方向放射におけるずれ量は同じ
であるので、真の座標Ｘ(D)は、Ｘ座標Ｘ(R)とＸ(L)の
平均値、即ちＸ座標Ｘ(R)とＸ(L)間の中心座標として求
めることができる。なお、この（３）式による演算は、
本実施の形態においては、図１のＣＰＵ１１により行わ
れるが、演算駆動部１０内に、（３）式の演算を行う別
の演算器が設けられてもよい。

【００２７】Ｙ座標についても、Ｘ座標と同様である。
横方向の電波放射が終了すると、次に縦方向の電波放射
が行われる。カウンタ１０２がアップカウント及びダウ
ンカウントすることにより、電波は、縦方向に配列され
たアンテナから、上方向及び下方向の双方向に順次放射
される。そして、タッチペン５からのレベル信号の立ち
上がりエッジ及び立ち下がりエッジは、それぞれ、Ｙ座
標データラッチ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ及び１０
８ｄに保持され、Ｙ座標演算器１０６ｂが式（１）及び
（２）と同様の演算を行うことによって、上方向放射に
おけるＹ座標Ｙ(R)と下方向放射におけるＹ座標Ｙ(L)が
求められる。

【００２８】求められたＹ座標Ｙ(R)とＹ(L)は、Ｙ座標
レジスタ１０７ｂに保持される。そして、それらは、プ
ロセッサ１１が上記（３）式と同様の演算を行うことに
より、真のＹ座標Ｙ(D)が求められる。

【００２９】このように、アンテナ２０からの電波の順
次放射を、従来の一方向だけでなく、双方向とすること
により、遅延による座標のずれを相殺することができる
ので、遅延を調整することなく、常に正確な座標を求め
ることができる。

【００３０】従って、従来タッチペン５内に内蔵されて
いた遅延調整回路が不要となるので、その調整の手間の
削減と、コスト削減を図ることができる。

【００３１】なお、電波の順次放射を、従来の一方向か
ら双方向とすることで、位置検出に必要な時間が従来よ
り２倍となるが、アンテナの本数を従来の本数のほぼ半
分とすることにより、位置検出時間を従来と同じに維持
することができる。

【００３２】アンテナの本数を削減すると、アンテナ間
の間隔が広くなり、位置検出の精度が粗くなることが懸
念されるが、本発明の実施の形態では、アンテナの駆動
信号レベルを上げることによって（例えば２倍）、電波
の出力レベルを増し、受信信号のレベルも上げる。そし
て、受信信号をレベル信号に変換する際の、比較回路に
おけるしきい値レベル（ｔｈ）を高くすることにより、
従来と同等の精度を維持することができる。例えば、従
来は、全てアナログ処理による位置検出を行っていたた
め、2.5Vのサイン波信号をアンテナに供給することによ
り電波を放射させていたが、本発明の実施の形態におい
ては、位置検出をデジタル処理で行うため、5Vの矩形波
信号がアンテナに供給される。

【００３３】また、電波の出力レベルが上げられ、且
つ、アンテナ間の間隔が拡大したことで、タッチペン５
がアンテナ上を指示してしていない場合、受信信号波形
の歪みが顕著に現れる場合がある。図４は、受信信号の
歪みを説明するための図である。図４（ａ）は、タッチ
ペン５がアンテナ上を指示している場合の受信信号であ
って、歪みはない。また、図４（ｂ）は、タッチペン５
がアンテナ間のちょうど中央を指示している場合の受信
信号波形であって、この場合も、両側のアンテナからの
距離が等距離なので、歪みは発生しない。一方、図４
（ｃ）、（ｄ）は、タッチペン５がアンテナ上から少し
ずれた位置を指示している場合の受信信号の例であっ
て、ピークに対して左右対称の形状とならない歪んだ波
形となる。このように、受信信号波形に歪みが生じる
と、座標の検出位置にずれが生じる。

【００３４】受信信号の歪みが生じる原因は、タッチペ
ン５とその両側にあるアンテナからのそれぞれの距離の
差が大きくなり、一方のアンテナによる受信レベルと、
他のアンテナによる受信レベルとの差が拡大するからで
ある。従来、アンテナ間隔は比較的狭く（アンテナ本数
が多いため）、且つ電波の出力レベルも比較的低かった
ため、この受信レベルの差は小さく、受信信号の歪み
は、問題にならない程度に小さかった。本発明の実施の
形態においては、このような問題を解決するために、タ
ッチペン５と両側のアンテナとの距離差を小さくするた
めに、アンテナとそれを覆う表面カバー２１との間にス
ペーサ２２が配置される。図５は、アンテナ２０と表面
カバー２１との間にスペーサ２２が配置されたタブレッ
ト２の部分断面図である。これにより、タッチペン５と
両側のアンテナ２０との距離差が縮小するので、受信信
号の歪みを抑えることができる。

【００３５】また、アンテナと表面カバーとの間に電波
を減衰させるシートを挟むことによって、受信信号の歪
みを防止することもできる。

【００３６】このように、位置検出の精度を下げること
なく、アンテナ本数を従来より減らすことによって、タ
ブレットのコストも削減することができるので、遅延調
整回路の削減とともに、位置検出装置全体のコスト削減
が達成される。

【００３７】

【発明の効果】以上、本発明によれば、タッチペンに内
蔵されるセラミックフィルタの遅延を調整することな
く、タッチペンの正確な指示位置を求めることが可能と
なるので、遅延調整回路が不要となり、位置検出装置の
コスト削減を図ることができる。

【００３８】また、アンテナとタッチペンの先端部分と
の間に所定の間隔を設けることにより、アンテナの本数
を削減し、アンテナ間の距離が拡大した場合に生じやす
い受信信号の歪みを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における位置検出装置のブ
ロック構成図である。

【図２】演算駆動部１０のブロック構成図である。

【図３】タブレット２の断面図及びタッチペン５におけ
る受信信号及びレベル信号の例を示す図である。

【図４】受信信号の歪みを説明するための図である。

【図５】アンテナ２０と表面カバー２１との間にスペー
サ２２が配置されたタブレット２の部分断面図である。

【図６】位置検出装置を幼児学習用玩具として使用され
る電子装置に適用した場合の使用例を示す図である。

【図７】タッチペン５によりタブレット上の位置を検出
する原理を説明するための図である。

【図８】タッチペン５のブロック構成図である。

【符号の説明】

２タブレット５タッチペン６モニタ１０演算駆動部１１ＣＰＵ２０アンテナ２１表面カバー２２スペーサ１０１コントローラ１０２アップダウンカウンタ１０４Ｘ座標データラッチ１０５Ｙ座標データラッチ１０６演算器１０７レジスタ

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦方向及び横方向にそれぞれ複数配列され
たアンテナを有する平面部材と、該縦方向に配列されたアンテナを、縦方向における正方
向及び負方向に順次駆動し、該横方向に配列されたアン
テナを、横方向における正方向及び負方向に順次駆動す
ることによって、該アンテナから電波を順次放射させる
制御部と、該平面部材上で、該順次放射された電波を受信する受信
部と、該受信された電波のレベルに基づいて、該受信部の該平
面部材上での位置を検出する検出部とを備えることを特
徴とする位置検出装置。
【請求項２】請求項１において、前記検出部は、縦方向及び横方向の正方向に順次放射さ
れる電波のレベルから検出される位置と、負方向に順次
放射される電波のレベルから検出される位置との平均値
を前記受信部の位置として検出することを特徴とする位
置検出装置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記平面部材は、前記アンテナと前記受信部との間に所
定間隔を生成するスペーサを有することを特徴とする位
置検出装置。
【請求項４】所定の本に描かれた文字、図形、記号など
の情報を出力する電子装置において、縦方向及び横方向にそれぞれ複数配列されたアンテナを
有し、該アンテナ上に該本が載置される載置台と、該縦方向に配列されたアンテナを、縦方向における正方
向及び負方向に順次駆動し、該横方向に配列されたアン
テナを、横方向における正方向及び負方向に順次駆動す
ることによって、該アンテナから電波を順次放射させる
制御部と、該本上の位置を指示し、該指示した位置で該順次放射さ
れた電波を受信するペン状体と、該受信された電波のレベルに基づいて、該ペン状体の位
置を検出する検出部と、該検出された位置に対応する該情報を出力する出力部と
を備えることを特徴とする電子装置。