JP2002531902A - 位置センサ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
携帯デジタルアシスタント、携帯電話、ウェブブラウザなどの消費者向け電子装置で使用するための低価格x−yデジタイジングシステムを提供する。ディジタイザは共振スタイラスと、共振スタイラスを励磁する励磁巻線と、スタイラスにより発生される信号を感知する１組のセンサ巻線とを含み、その信号からスタイラスのx−y位置を判定する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は位置センサ及びその部品に関する。本発明は、特に、コードレススタ
イラスと共に動作するx−yデジタイジングタブレットに関するが、それにのみ限
定されるわけではない。本発明は、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、携
帯電話、ウェブブラウザ又はそれらの組み合わせを具現化した製品などのハンド
ヘルド電子装置の表示部の背後に埋め込むのに特に有用である。 【０００２】 米国特許第４，８７８，５５３号は、共振スタイラスを使用するx−yデジタイ
ジングタブレットを開示している。このデジタイジングタブレットは、x方向及
びy方向に配列された、多数の互いに重なり合うが個々に分かれているループコ
イルを具備する。それらのループコイルはスイッチングマトリクスを介して励磁
回路と受信回路とに接続している。システムは、各々のループコイルがまず送信
回路に接続され、次に受信回路に接続されるように構成されている。システムは
、最大の出力信号レベルを提供する励磁コイルとセンサコイルの組み合わせを検
出することにより、スタイラスの現在位置を識別する。最大信号レベルを有する
ループコイルに隣接するループコイルから受信された信号を使用して２次形の補
間を実行することにより、スタイラスのより正確な判定が得られる。このシステ
ムの問題点の１つは、システムの応答時間とタブレットの正確さについて共に満
足できる結果を得るのが困難なことである。すなわち、精度を高くするためには
多数の重なり合うループコイルが必要であるが、ループコイルの数が増すにつれ
て、システムの応答時間は長くなる。このシステムにおけるもう１つの問題は、
重なり合うループコイルの縁部に相対的に広い「不感帯」があり、そのために、PD
Aや携帯電話などのハンドヘルドコンピュータ装置のように、スペースが重大な
要因となるケースでは問題を生じる。 【０００３】 このシステムのもう１つの問題は、消費者市場をターゲットとするハンドヘル
ド携帯通信情報装置に埋め込むには高価すぎることである。従来の方法は、それ
らの用途で抵抗タッチスクリーンを使用するというものである。このタッチスク
リーンは、通常、装置の液晶表示部を覆うように配置される。しかし、そのよう
な抵抗タッチスクリーンを使用した場合、LCDのコントラストが低下する、他の
光源からのグレアや反射を増加させる、摩耗しやすい、製品が著しく分厚くなる
などの問題が起こる。更に、異なる物体がタッチスクリーンと接触したときに、
それらの物体の識別がなされないため、意図せずにタッチスクリーンに触れてし
まった場合に対処できない。その結果、ユーザはシステムを使用するときに装置
に手を乗せることができず、通常の書き込みやすい態勢でシステムを使用できな
くなる。 【０００４】 本件出願人は、以前の国際出願WO９８／５８２３７の中で、そのような消費者
向けの用途により適する、上記のシステムに代わる電磁x−yデジタイジングシス
テムを説明している。このシステムは、装置の液晶表示部の背後に埋め込むこと
ができる１組の周期センサ巻線と、励磁巻線とを使用する。動作中、励磁巻線は
共振スタイラスを起動し、スタイラスはセンサ巻線に信号を誘起する。センサ巻
線が周期性を持っているため、センサ巻線からの出力信号はスタイラスとセンサ
巻線との相対位置に伴って周期的に変化する。このシステムは数個の巻線しか必
要としないので、(全ての巻線を並列して読み取れるために)システムの正確さと
応答時間について前述と同じような問題は起こらず、また、巻線の数が少ないこ
とによって、基板の縁部の「不感帯」を縮小できる。更に、巻線の数が少ないため
、センサから処理回路への接続も少なくて済み、また、励磁巻線の銅の量を増や
し且つ基板の縁部で過剰なスペースを使用せずに基板の縁部に巻線を配分するこ
とにより、高い効率を得るように最適化することができた１つの励磁巻線のみを
使用するので、電力消費も少ない。 【０００５】 この以前の国際出願の中で認められているように、センサ巻線及び励磁巻線と
、共振スタイラスとの結合を最大限にし且つ望ましくない空間調波信号を抑制す
るためには、センサ巻線と励磁巻線の巻き数をできる限り多くすることが望まし
い。出願人の以前の国際出願に記載されているシステムに伴う問題点の１つは、
巻線がワイヤ接合技法により形成されているために、分解能が低く(例えば、１
ミリメートル当たりのワイヤ数は３)、所定の面積のセンサ領域に対して形成で
きる巻きの数が限られてしまうことである。分解能を向上させるために使用でき
る別の技法はプリント回路基板を使用する方法である。しかし、プリント回路基
板を使用すると、製造コストを低減し、特に縁部において無駄になる基板の領域
を縮小するために、必要とされるプリント回路基板層の数を最小にし且つ層の間
で必要となる貫通接続部、すなわち、ビアの数を最小にするように巻線を設計す
るという問題が生じる。 【０００６】 これら周知の２つの電磁x−yデジタイジングシステムに共通するもう１つの問
題は、スタイラスがデジタイジングタブレットに対して傾いている場合に測定値
に位置誤差が取り込まれてしまうことである。出願人の上記の国際出願には、ス
タイラスの傾きを少なくするために周期センサ巻線により出力された信号を処理
する技法が提案されている。同様に、米国特許第４，８７８，５５３号の所有者
は、欧州特許第Ａ−０６８０００９号の中で、スタイラスの傾きの影響を少なく
するために重なり合うループコイルから受信された信号を処理する技法を説明し
ている。しかし、これらの技法によれば、より多くのセンサコイルから信号を読
み取り、その後、それらの信号を処理して、傾きの測定値を判定しなければなら
ないため、位置測定値を判定するのに要する時間が長くなる。 【０００７】 先に説明した電磁x−yデジタイジングシステムのもう１つの問題は、従来のペ
ンの作用を模倣すべき場合に、スタイラスが書き込み面に押し付けられたとき、
それを検出することができなければならないという点である。これは、通常、ス
タイラスの共振周波数がスタイラスの先端に加えられる圧力に伴って変化するよ
うにスタイラスを設計することにより実現される。このため、スタイラスを自然
に使用しているという感覚を与えつつ、システムが信頼性をもって「スタイラス
ダウン」を検出できるように共振スタイラスを設計するにはどうすべきかという
問題が持ち上がる。この種のスタイラスの従来のいくつかの構造が米国特許第５
，５６５，６３２号に開示されている。しかし、それらのシステムには、スタイ
ラスに圧力が加えられたときに所望の共振周波数の変化を反復可能に確実に得な
ければならないという問題がある。 【０００８】 本発明の他の様々な特徴及び面は、添付の図面を参照しながら説明される以下
の実施例の説明から明白になるであろう。 【０００９】 図１はハンドヘルドパーソナルデジタルアシスタント(PDA)１を示し、PDA１は
、その液晶標示部３の下方に配置されたx−yデジタイジングシステム(図示せず)
を採用している。x−yデジタイジングシステムはLCD３に対する共振スタイラス
の有無とそのx−y位置を検出するように動作する。PDA１はデジタイジングシス
テムから出力された位置信号を使用して、LCD３に表示される情報を制御すると
共に、PDA１の動作機能を制御する。図示されているように、PDA１は、LCD３の
下方に、オン／オフボタン７と、PDA１の様々に異なる機能を制御するために使
用されるいくつかの制御ボタン９−１から９−４とを含む複数の押しボタンを更
に含む。 【００１０】 図２は、図１に示すPDA１のA−A断面図である。図示されているように、PDA１
は、この実施例では１．５mmから３mmの厚さである液晶標示部３を含む。このLC
D３の下方に、LCD３にバックライトを照射するエレクトロルミネセントバックラ
イト１１がある。この実施例では、このバックライト層１１の厚さは約１５０μ
mである。これらの層の下方には、前述のx−yデジタイジングシステムの一部を
形成する厚さ０．２mmのセンサプリント回路基板(PCB)１３がある。このセンサP
CB１３は、共振スタイラス５との間で信号を送受信するために使用される励磁巻
線及びセンサ巻線を支持している。センサPCB１３の下方には、PDAの機能を制御
するための電子回路と、センサPCB１３の巻線から受信される信号を処理し且つ
センサPCB１３の巻線へ送信される信号を制御するための電子回路とを支持する
プリント回路基板１５がある。 【００１１】 図２に示すように、この実施例では、センサプリント回路基板１３とエレクト
ロルミネセントバックライト１１との間に、液晶標示部３及びバックライト１１
からの雑音がx−yデジタイジングシステムを妨害することを少なくするために、
接地静電スクリーン１７が設けられている。この実施例においては、この静電ス
クリーンは、厚さが約１０μmであり且つ磁気感知機能を妨害しないように相対
的に高い表面抵抗率(例えば、平方当たり１オームを越える)を有する連続したカ
ーボンインクの層から形成されている。更に、図２に示すように、センサPCB１
３の下方には、センサPCB１３を磁性スクリーン２１に接合するための５０μmの
感圧接着剤の層１９があり、この実施例では、層１９は２５μmのスピンメルト
リボン(例えば、ドイツ、ハーナウのVacuumschmelzeが製造しているVitrovac６
０２５)の層である。当業者には理解されるであろうが、磁性スクリーン２１は
、例えば、センサPCB１３の背後の電子回路によりx−yデジタイジングシステム
に対して引き起こされるおそれのある妨害を減少させるために設けられている。
また、磁性スクリーン２１は磁束がセンサPCB１３上のセンサ巻線の背後を通過
するための透磁経路を形成するため、x−yデジタイジングシステムの感度を向上
させる。従来の磁性スクリーンは珪素鋼か、あるいは鉄粉末又はフェライト粉末
を含有するプラスチック材料又はゴム材料を使用していた。しかし、そのような
従来のスクリーンはこの実施例で使用する２５μmのスピンメルトリボンの層と
比較して相対的に厚く、重いものであった。この利点は、スピンメルトリボンの
固有透磁率が非常に高く(例えば、１００００を越える)、そのために、２５μm
程度の薄さでも効率の良いシールドとして機能し、スペースを節約できるために
得られる。更に、従来のスクリーンとは異なり、スピンメルトリボンの透磁率は
加工されるとき又は衝撃を受けたときにも低下しないので、特に、PDAや携帯電
話などの携帯機器で使用する場合に、従来の磁性スクリーンと比較して寿命が長
い。このスピンメルトリボンはアモルファスであるため、従来のシステムで使用
されていた粒状遮蔽材料(珪素鋼など)と関連して起こっていた磁界ひずみの問題
が解決されるという利点も有する。図２に示すように、この実施例ではプラスチ
ック製である外側ケーシングがこれらの層を包囲し、機械的に支持している。 【００１２】 x−yディジタイザの動作の概要 図３は、デジタイジングシステムの処理回路の機能ブロック線図を概略的に示
す。更に、図３は、励磁巻線及びセンサ巻線が共振スタイラス５とどのように作
用し合うかも示している。すなわち、図３は、励磁巻線２９と、x位置を感知す
る２つのxセンサ巻線３１及び３３と、y位置を感知する２つのyセンサ巻線３５
及び３７とを概略的に示す。各々の巻線はセンサPCB１３上のプリント導線によ
り形成されている。以下に更に詳細に説明するが、センサ巻線３１、３３、３５
及び３７は周期性を有し、互いに対して９０度の空間位相にある。従って、以下
の説明中、xセンサ巻線３１をsin xセンサ巻線といい、xセンサ３３をcos xセン
サ巻線といい。yセンサ巻線３５をsin yセンサ巻線といい、yセンサ巻線３７をc
os yセンサ巻線という。矢印３９により示すように、これらの巻線は、使用中、
共振スタイラス５の共振回路４１(コンデンサ４３及びインダクタコイル４５を
含む)と磁気的に結合するように動作する。 【００１３】 動作中、励磁電流は励磁ドライバ５１を介して励磁巻線２９に印加される。こ
の実施例では、励磁電流は、ピーク値が約１００mAであり且つ基本周波数成分(F 0 )が共振回路４１の共振周波数と一致する約１００kHzである正パルスと負パル
スの系列から構成されている。この励磁信号は、スイッチ５５を介して励磁ドラ
イバ５１に印加される適切な励磁電圧を発生する可変周波数発生器５３により発
生される。この実施例では、発生器５３により発生される励磁電圧の周波数は、
デジタル処理／信号発生装置５９の一部を形成する励磁／受信周波数制御回路５
７により設定される。当業者には理解されるであろうが、このような可変周波数
発生器５３を使用することにより、異なる共振周波数を有するスタイラスを使用
しても動作するようにデジタイジングシステムを再構成することが可能になる。 【００１４】 励磁巻線２９を流れる励磁電流は、矢印３９−１により指示するように共振回
路４１と磁気的に結合して、共振回路４１を共振させる対応する電磁界を発生す
る。この実施例では、励磁巻線２９は共振器との結合を、LCD３に対するスタイ
ラスのx−y位置に対して、できる限り一定に保持するように配置されている。共
振器４１が共振しているとき、共振器４１は独自の電磁界を発生し、その電磁界
は、矢印３９−２、３９−３、３９−４及び３９−５により表されているように
、センサ巻線３１、３３、３５及び３７とそれぞれ磁気的に結合する。以下に更
に詳細に説明するが、センサ巻線３１、３３、３５及び３７は、それらと共振ス
タイラスとの結合がスタイラスのx位置又はy位置に伴って変化し且つそれらの巻
線と励磁巻線２９との直接結合はできる限り少なくなるように設計されている。
従って、センサ巻線で受信された信号は共振器４１とそれぞれ対応するセンサ巻
線との磁気結合に伴って変化するだけにとどめるべきである。そのため、センサ
巻線で受信された信号を適切に処理することにより、センサ巻線に対する共振器
４１、従って、共振スタイラス５のx−y位置を判定することができる。 【００１５】 この実施例では、励磁電流は励磁巻線２９に連続しては印加されない。連続し
て印加されるのではなく、励磁電流のバースト(励磁電流の１２個の正パルスと
、１２個の負パルスとから構成される)が印加され、励磁バーストの印加はスイ
ッチ５５を開閉することによって制御される。図３に示すように、これは、デジ
タル処理／信号発生ユニット５９の一部を形成する励磁ゲート制御器６１により
制御される。この実施例では、励磁巻線からセンサ巻線へのあらゆる漏出(break
through)の影響を少なくするために、センサ巻線で誘起される信号を励磁電流の
バーストとバーストの間でのみ検出する。これは、デジタル処理／信号発生ユニ
ット５９の一部を形成する受信ゲート制御器６７によってスイッチ６３及び６５
の位置を制御することにより実現される。この動作モードをパルスエコーといい
、共振器４１が励磁電流のバーストが終了した後にも共振し続けるためにこれが
機能する。 【００１６】 センサ巻線及びその相対位置が周期性をもっているため、共振回路４１から４
つのセンサ巻線で誘起される４つの信号を次のように近似することができる。 【００１７】 【数１】 【００１８】 【００１９】 【数２】 【００２０】 【００２１】 【数３】 【００２２】 【００２３】 【数４】 【００２４】 式中、Aは、特に、巻線からスタイラスまでの距離及びセンサ巻線の巻き数に
よって決まる結合係数であり、xはセンサ巻線に対する共振スタイラスのx位置で
あり、yはセンサ巻線に対する共振スタイラスのy位置であり、Lxはセンサ巻線の
x方向の空間波長であって通常はx方向の基板の幅よりわずかに大きく(この実施
例では７０mm)、Lyはセンサ巻線のy方向の空間波長であって通常はy方向の基板
の幅よりわずかに大きく(この実施例では５０mm)、e-t/τは励磁信号のバースト
が終了した後の共振器信号の指数減衰であって、τは特に共振回路４１の品質係
数によって決まる共振器定数であり、φは励磁電流の基本周波数と、共振器４１
の共振周波数との差によって起こる電気的移相である。この実施例では、共振ス
タイラス５は、その共振周波数がスタイラスの先端に加えられる圧力に応じて変
化するように設計されている。この周波数の変化によって、移送φが変化する。 【００２５】 方程式(１)から(４)からわかるように、センサ巻線で誘起される信号のピーク
振幅はx位置又はy位置いずれかのsin又はcosとして変化する。このことが図４a
及び図４bに示されている。すなわち、図４aは、センサ巻線３１で誘起される信
号のピーク振幅及びセンサ巻線３３で誘起される信号のピーク振幅がセンサ巻線
に対する共振スタイラスのx位置に応じてどのように変化するかを示し、図４bは
、センサ巻線３５及びセンサ巻線３７で誘起される信号のピーク振幅がセンサ巻
線に対する共振スタイラスのy位置に応じてどのように変化するかを示す。図４
に示すように、x方向の巻線のピッチ(Lx)はy方向の巻線のピッチ(Ly)より大きい
。これは、この実施例においては測定領域が長方形であるためである。 【００２６】 従って、当業者には理解されるであろうが、センサ巻線で誘起される信号から
、適切な復調と処理により、共振スタイラス５のx−y位置情報と移相φの双方を
判定することができる。図３に示すように、この復調は、受信信号を可変周波数
発生器５３により発生される励磁電圧とミキサ６９−１から６９−８において混
合することにより実現される。この実施例では、励磁信号の同相成分と直交位相
成分を各々のセンサ巻線で誘起された信号と混合する。これにより、各々の復調
信号の同相(I)成分と、直交位相(Q)成分が発生される。この実施例では、全ての
センサ巻線からの復調信号の同相成分を使用して位置情報を判定し、１つのセン
サ巻線からの復調信号の同相成分と直交位相成分を使用して、電気的移相(すな
わちφ)を判定する。図３に示すように、これらのミキサからの出力はそれぞれ
対応する積分器７１−１から７１−８に入力され、積分器は、リセット後、(ミ
キサにより出力された時変成分の影響を取り除くために)１／F0の倍数である時
間周期にわたってミキサからの出力を積分する。下記の方程式は積分器７１−１
から７１−４からの出力を近似するものである。 【００２７】 【数５】 【００２８】 【００２９】 【数６】 【００３０】 【００３１】 【数７】 【００３２】 【００３３】 【数８】 【００３４】 式中、A1は、とりわけ定数A、共振器τ及び積分周期に応じて変化する定数で
ある。x位置ではなく、y位置に応じて変化する点を除いて、同様の信号が積分器
７１−５から７１−８から得られる。 【００３５】 図３に示すように、積分器７１の出力はアナログ／デジタル変換器７３に入力
され、アナログ／デジタル変換器７３はそれらの出力をデジタル値に変換し、デ
ジタル値はデジタル処理／信号発生ユニット５９のA／Dインタフェースユニット
７５に入力される。そこで、デジタル処理／信号発生ユニット５９はsin_x_I信
号とcos_x_I信号の比に対してアークタンジェント関数(atan２)を実行して、共
振スタイラスのx位置を判定すると共に、同様にsin_y_I信号とcos_y_I信号の比
に対してアークタンジェント関数を実行して、共振スタイラス５のy位置を判定
する。また、デジタル処理／信号発生ユニット５９は、移相角φを判定するため
に、１つのセンサ巻線からの信号の直交位相成分と同相成分の比に対してアーク
タンジェント関数を計算する。 【００３６】 図３に示すように、各々のセンサ巻線で誘起される信号の同相成分と直交位相
成分を計算する。これは、あるx位置及びy位置においては、センサ巻線からの同
相成分と直交位相成分の比が信頼の置けないものになるためである。これは、si
n 位置成分又はcos 位置成分がほぼ０である場合に起こる。従って、この実施例
では、デジタル処理／信号発生ユニット５９はsin巻線とcos巻線双方からの同相
信号及び直交位相信号の加重組み合わせを使用して位相角φを判定する。 【００３７】 図５は、共振スタイラス５を励磁巻線及びセンサ巻線に近づけ、その後、LCD
画面３と接触させたときのcos_x_I信号とcos_x_Q信号との関係を表すグラフであ
る。当初、スタイラス４１が励磁巻線及びセンサ巻線の範囲外にあるときには、
同相成分と直交位相成分は共に０である。スタイラス５がPDA５に接近するにつ
れて、それらの電圧は増加する。この段階で、励磁周波数と共振器の共振周波数
との位相差は一定である。このことは、図５では、グラフの初めの直線部分８１
により示されている。しかし、共振スタイラスがLCD３の表面に近づくにつれて
、磁性スクリーン２１はスタイラスに離調効果を与えるため、スタイラスの共振
周波数は減少し、その結果、位相角φが変化する。この離調は、図５では、グラ
フの最初の湾曲部分８３により示されている。図５に示すグラフにおいて、点８
５は、共振スタイラス５がLCD３と接触した時点を表す。以下に更に詳細に説明
するが、スタイラスの先端に圧力を加えると、スタイラスの共振周波数が変化す
る。これにより、同相成分と直交位相成分が変化し、その結果、グラフは湾曲経
路をたどって点８７に至る。従って、同相成分と位相外れ成分との比の閾値を設
定することにより、共振スタイラスの「ペンダウン」があったか否かについて判
定を下すことができる。しかし、LCD３の表面に対してスタイラスを傾けた場合
であっても離調は起こり、それにより、位相角φは変化してしまうので、使用す
べき閾値を判定する場合には慎重に考慮しなければならない。 【００３８】 図６は、共振スタイラスの様々に異なる傾斜角度について共振スタイラスと液
晶表示部との間の間隙に応じて移相φがどのように変化するかを示す２つのグラ
フ９１及び９３を示す。すなわち、曲線９１は、スタイラスの長手方向軸が液晶
表示部の表面に対して垂直である場合の間隙に応じた移相φの変化を示し、曲線
９３は、スタイラスがある角度で傾いているときのその変化を示す。図６に示す
ように、間隙が広いとき、双方の場合に共通して、移相φは一定である(この実
施例では約−４５°である)。しかし、間隙が狭くなるにつれて、間隙が０にな
って、スタイラスがLCD３の表面と接触するまで、磁性シールド２１の離調効果
により移相φは変化する。図６に示すように、垂直に保持されたスタイラスがLC
D表示部と接触したとき(但し、先端に圧力は加えられていない)、移相φは−３
０°であるが、スタイラスを傾けた場合には−１０°である。双方のスタイラス
に圧力を加えると、垂直に保持したスタイラスの場合、移相φは−３０°から＋
１０°に変化し、傾けたスタイラスの場合には、−１０°から＋３０°に変化す
る。図６に示すように、この実施例では、スタイラスがLCD表示部に対して垂直
に保持されているか又はある角度をなしているかに関わらず「スタイラスダウン
」が検出されるように、閾値は約０°に設定されている。すなわち、この実施例
においては、上限閾値と、下限閾値とを有する閾値帯を使用しており、その上限
閾値はスタイラスダウンを検出するために使用され、下限閾値はスタイラスアッ
プを検出するために使用される。当業者は図６から理解できるであろうが、スタ
イラスダウンを検出できるようにするためには、移相が閾値を通ったことを確実
に表せる最小位相変化が存在していなければならない。これは共振周波数の非常
に大きな変化を確実に得ることにより実現できるが、その結果、共振周波数と励
磁周波数とが一致しなくなるために、積分器から出力される信号のレベルが低下
するので、そのようにして実現するのは好ましくない。更に、スタイラスを＋９
０°まで下げたときに移相φが変化する場合、その時点で同相信号成分は存在し
ない。従って、周波数の変化は移相を４５°未満に保つのが好ましい。そのため
、これは最大周波数偏移を定義する。 【００３９】 図３に戻ると、デジタル処理／信号発生ユニット５９が共振スタイラスの現在
x−y位置を判定し、スタイラスがLCD３と接触したか否かを判定した後、ユニッ
ト５９はこの情報をインタフェースユニット７７を介してPDA電子機器へ出力す
る。この情報はPDA電子機器により、LCD３に表示される情報及びPDAの機能モー
ドを制御するために使用される。この実施例では、デジタル処理／信号発生ユニ
ット５９は、スタイラスがPDAの付近にある場合に上記の計算を毎秒約１００回
実行するように動作する。しかし、スタイラスが存在しないことをシステムが検
出したときには、システムは、まず、待機状態に入り、その間、上記の励磁と処
理は毎秒約２０回実行される。この待機状態で所定の長さの時間が経過した後、
システムは休眠状態に入り、その場合には、上記の計算は毎秒約２回実行される
。スタイラスの存在が再び検出されると、処理は毎秒１００回の速度で再開され
る。 【００４０】 以上、本実施例のデジタイジングシステムがセンサ巻線に対する共振スタイラ
スのx−y位置をどのようにして判定するかを簡単に説明した。この実施例で使用
される特定の形態の励磁巻線及びセンサ巻線、並びにこの実施例で使用される特
定の共振スタイラスについて以下に更に詳細に説明する。 【００４１】 ディジタイザの巻線 図７aは、この実施例で使用される形態の励磁巻線２９を示す。巻線２９はセ
ンサPCB１３の両側の５回巻きの矩形導線から形成され、それらの導線は一部が
図中符号９７で示されている穴又はビアを通して直列に接続されている。図７a
では、センサPCB１３の上部層の導線は実線で示され、センサPCBの下部層の導線
は破線で示されている。また、図７aは、励磁巻線２９の端部を励磁ドライバ５
１に接続するために使用される２つの接続パッド１０１及び１０３も示している
。図示されているように、励磁巻線２９は接続パッド１０３から延び出し、励磁
巻線２９が他方の接続パッド１０１に到達するまで、センサPCB１３の上部層と
下部層とに交互に巻きつけられる徐々に広がる矩形の螺旋パターンを描いている
。図７aに示すように、接続パッド１０１及び１０３はセンサPCB１３の上部層に
あるので、接続パッド１０１及び１０３の付近にある励磁巻線２９の軌道はセン
サPCB１３の下部側にのみ規定されている。その結果、センサ巻線のこの部分に
おける軌道の間隔はより狭くなっている。この実施例では、励磁巻線２９はセン
サ巻線（図示せず）の外側に巻きつけられている。励磁巻線２９は矩形であるた
め、励磁電流が巻線に印加されたときに巻線が発生する電磁界は基板の中心では
x方向とy方向の双方でほぼ均一であるが、励磁巻線が配置されている基板の縁に
向かって増加する。しかし、当業者には理解されるであろうが、この変化は処理
機器により実行される比率アークタンジェントの計算において相殺されるので、
問題にはならない。 【００４２】 図７bは、sin xセンサ巻線３１を形成するプリント導線を示す。この場合にも
、センサPCB１３の上部層のプリント導線は実線で示され、下部層のプリント導
線は破線で示されている。図示するように、センサPCB１３の上部層には、ほぼy
方向に延びる導線トラックが備えられ、センサPCB１３の下部層には、ほぼx方向
に延びる導線トラックが備えられており、上部層の導線トラックの端部は、図中
で一部が符号９７で示されているビア穴を通して下部層の導線軌道の端部に接続
されている。また、図７bは、sin xセンサ巻線３１をディジタイザの電子回路に
接続するために設けられた２つの接続パッド１０５及び１０７も示している。当
業者には理解されるであろうが、x方向及びy方向に延びる導線トラックのうち、
一部のトラックにある９９のような凹凸部分は、他のセンサ巻線の導線トラック
に接続するために使用されるビア穴を介して導線トラックを通すために設けられ
ている。 【００４３】 図示されているように、sin xセンサ巻線３１の導線トラックはx方向に沿って
順に配列される２組のループ３２−１及び３２−２を形成するように接続されて
おり、各ループはx方向に沿って広がり、共通の背景交番磁界により同じ組のル
ープで誘起された起電力(EMF)が加算され且つ共通の背景交番磁界により第１の
組のループ３２−１で誘起されたEMFが第２の組のループ３２−２で誘起されるE
MFとは逆向きになるように、直列に接続されている。図示されているように、こ
の実施例では、ループの各組３２−１及び３２−２には３つのループがあり、各
組のループは同様の面積の領域を包囲するように配置されている。従って、その
ような背景磁界により第１の組のループ３２−１で誘起されるEMFは、第２の組
のループ３２−２で誘起されるEMFとほぼ相殺し合う。しかし、当業者には理解
されるであろうが、センサ巻線３１を横断するように点磁界源(又は共振スタイ
ラスのような類似物)を移動させると、点磁界源とセンサ巻線３１との磁気結合
は点磁界源のx位置に伴って変化する。x方向に延びる導線トラックの付近の縁部
を除いて、y方向にはほとんど又は全く変化がない。２組のループ３２−１及び
３２−２の「８の字」形接続の結果、x位置に伴うこの変化を正弦波形状である
と近似することができる。当業者には理解されるであろうが、y方向に延びるセ
ンサ巻線３１の導線トラックをx方向に適切に位置決めすることにより、この変
化を更に正弦波形状に近づけることができる。本出願人の先の国際出願PCT／GB
９９／０１６３８に説明されているように、これは、それらの導線トラックを適
切に配置することによって、変化の望ましくない空間調波成分を除去できるから
である。この調波抑制技法の詳細については、上記の国際出願を参照のこと。当
業者には理解されるであろうが、それは、このほぼ正弦形状の変化によって、共
振スタイラス５によりセンサ巻線３１で誘起された信号がほぼスタイラス５のx
位置の正弦として変化するピーク振幅を有するためである。 【００４４】 図７cは、cos xセンサ巻線３３を形成するプリント導線を示す。この場合にも
、センサPCB１３の上部層のプリント導線は実線で示され、下部層のプリント導
線は破線で示されている。sin xセンサ巻線３１と同様に、y方向に延びる導線ト
ラックの大半はセンサPCB１３の上部層に設けられ、x方向に延びる導線トラック
の大半はセンサPCB１３の下部層に設けられており、上部層の導線トラックの端
部は一部が図中符号９７で示されているビア穴を通して下部層の導線トラックの
端部に接続されている。また、図７cは、cos xセンサ巻線３３をディジタイザの
電子回路に接続するために設けられた２つの接続パッド１０９及び１１１も示し
ている。 【００４５】 図示されているように、cos xセンサ巻線３３の導線トラックは、x方向に沿っ
て順に配列された３組のループ３４−１a、３４−２及び３４−１bを形成するよ
うに接続されており、各ループはx方向に沿って広がり、共通の背景交番磁界に
より同じ組のループで誘起されたEMFが加算され且つ共通の背景交番磁界により
第１の組のループ３４−１a及び第３の組のループ３４−１bで誘起されたEMFが
第２の組のループ３４−２で誘起されるEMFとは逆の向きになるように直列に接
続されている。sin x巻線と同様に、ループの各組には３つのループがあり、第
２の組のループは第１の組及び第３の組のループが包囲している組み合わせ領域
と同様の面積の領域を包囲するように配置されている。その結果、背景磁界によ
りループで誘起されるEMFはほぼ相殺し合う。しかし、sin xセンサ巻線の場合と
同様に、共振スタイラス５をセンサ巻線３３を横断するように移動させると、共
振スタイラス５とcos xセンサ巻線３３との磁気結合はスタイラス５のx位置に伴
って変化する。導線ループの向きが交互になっているため、x位置に伴うこの変
化を正弦波形状であると近似することができる。しかし、cos xセンサ巻線３３
の各組のループは巻線ピッチ(Lx)の４分の１ずつx方向にずれているので、正弦
波状の変化はsin xセンサ巻線３１の変化に対して直交する位相を成す。そのた
め、共振スタイラス５によりセンサ巻線３３で誘起される信号は、ほぼスタイラ
スのx位置の余弦として変化するピーク振幅を有する。 【００４６】 図７d及び図７eは、sin yセンサ巻線３５及びcos yセンサ巻線３７を形成する
プリント導線を示す。これらの図に示すように、これらの巻線は、９０°回転さ
れている点を除いて、sin x巻線及びcos x巻線に類似している。図７d及び図７e
に示すように、sin yセンサコイル３５はsin xセンサ巻線３１と接続パッド１０
７を共有し、cos yセンサ巻線３７はcos xセンサ巻線３３と接続パッド１１１を
共有している。図７fは、センサPCB１３のプリント導線の上部層を示し、図７g
はプリント導線の下部層を示すが、これらのプリント導線は一体となって励磁巻
線２９と、センサ巻線３１、３３、３５及び３７とを形成している。図７に示す
回路基板においては、導線トラックは約０．１３mmの幅を有し、隣接するトラッ
クの最小間隙はそれとほぼ同じである。PCB上でトラックの幅とその間隙距離を
これより狭めることは可能であるが、その場合、製造精度を向上させなければな
らず、また、製造の歩留まりが低下するため、コスト高になる。 【００４７】 センサ巻線の設計 当業者には理解されるであろうが、センサ巻線の設計はディジタイザの最も重
要な面の１つである。設計に際しては、所定の面積のプリント回路基板に対して
、デジタイジング面積を最大にし、且つセンサ巻線の正確さとそこからの信号レ
ベルとをできる限り高くしなければならない。当業者には理解されるであろうが
、x方向センサ巻線３１及び３３の重要な面は、y方向に延びる巻線３１及び３３
の導線トラックのx位置である。同様にy方向センサ巻線３５及び３７の設計の重
大な面は、x方向に延びる巻線３５及び３７の導線トラックのy位置である。以下
の説明中、これらの導線を１次感知導線といい、それらの１次感知導線の端部を
他の１次感知導線に接続するトラックを接続導線という。 【００４８】 センサ巻線を設計するときの第１の作業は、x位置センサ巻線３１及び３３に
ついて１次感知導線の適切なx位置を識別すると共に、y位置センサ巻線３５及び
３７の１次感知導線の適切なy位置を識別することである。この実施例では、こ
れは、要求されるsin／cos感度を実現するために、x方向、y方向にそれぞれ正弦
密度(sinusiodal density)をほぼ得るように１次感知導線を配列することにより
実現される。この実施例では、正確なy方向位置感知の範囲を最大限に広げるた
めに、sin xセンサ巻線３１及びcos xセンサ巻線３３の接続導線(導線３１−１
から３１−１２及び導線３３−１から３３−１４)を、sin yセンサ巻線３５及び
cos yセンサ巻線３７の最も外側の１次感知導線(それぞれ、導線３５−１及び３
５−２と、３７−１及び３７−２)の中に配置している。このことは図７f及び図
７gに示されている。そのようにせずに、x方向センサ巻線の接続導線をy方向セ
ンサ巻線の最も外側の１次感知導線を越えて配置すると、正確なy方向位置感知
の範囲が狭くなり、その結果、PCBセンサ基板１３の上部にある感知されない領
域の「不感帯」が広がってしまうであろう。これは、この実施例のハンドヘルド
PDAシステムのようにスペースが重大な要因になっている場合には問題である。
図７gに示すように、sin xセンサ巻線３１の接続導線(導線３１−１から３１−
１２)は、cos xセンサ巻線３３の接続導線(導線３３−１から３３−１４)と交互
に配置されており、それらはsin yセンサ巻線及びcos yセンサ巻線の他の１次感
知導線の間に配置されている。最も外側の位置にsin x導線トラック及びcos x導
線トラックのうちどれを配置するかを選択する場合、まず、外側の巻線を優先す
るのが好ましい。それは、外側の巻線が共振器磁界を最も良く感知するからであ
る。 【００４９】 この実施例におけるセンサ巻線の設計のもう１つの新規な面は、各センサ巻線
の各組のループが相互接続されているという点である。先に出願人によりWO９８
／５８２３７の中で提案されたシステムでは、徐々に小さくなる導線トラックの
連続する螺旋を規定することによりセンサ巻線の各組のループを形成し、次に、
端部を２つの螺旋状に巻きつけられた導線トラックの内側で接続することにより
２組のループを接続させていた。従来の「sin」センサ巻線の場合、一方の螺旋巻
線の内側から他方の螺旋巻線の内側へ接続するために必要とされる接続において
は、センサPCB１３の側部にもう１本の接続導線を設けなければならず、従来の「
cos」センサ巻線の場合にも、センサPCBの側部に更に２本の接続導線を設けなけ
ればならない。それらの追加の接続導線のために追加の列を規定しなければなら
ないため、従来のこれらのセンサ巻線はPCBの側部に過剰なスペースを必要とし
、従って、所定の大きさの回路基板の有効面積が狭くなる。更に、それらの追加
の接続導線はその他の接続導線の間隔を設定する際の妨げとなり、そのために、
接続導線の付近では、共振スタイラスからの磁界に対するセンサ巻線の感度が正
弦特性を損ない、その結果、S／N比や、オフセットの問題を引き起こしていた。 【００５０】 図７に示すセンサ巻線を設計するとき、巻線、すなわち、ループの接続はセン
サPCB１３の中央領域における交差接続(図７bに示す１２１など)により行われる
。図７bから図７eに示すように、交差接続は２層センサ回路基板１３の両側の導
線によって行われる。これにより、交差面積が小さくなり、関連する２組の導線
が相互に近接して通過するために、ほぼ相殺し合うスプリアス磁界を発生させる
ので、共振器磁界に対するセンサ巻線のsin／cos感度の低下は最小限に抑えられ
る。この新規な設計方法を使用すれば、交差領域の位置は重大な問題ではない。
従って、図７に示すように、全てのセンサ巻線をこのようにして両面PCB上に衝
突することなく接続できる。 【００５１】 図８は、図７b及び図７cに示す巻線に類似するsin xセンサ巻線１３１とcos x
センサ巻線１３３をどのようにして設計するかを示す。まず、各々のループの組
で必要なループの数を決定する。先に述べた通り、また、図８に示すように、こ
の実施例では、各ループの組１３２−１及び１３２−２に３つのループがある。
そこで、各ループ内で、共振器磁界に対する巻線の正弦感度を規定し且つ励磁巻
線との結合をできる限り少なくするような電流の流れ方向を認識することが重要
である。これは、電流の流れ方向が同じ組のループにおける方向と同じになり且
つ隣接する組のループにおける電流の流れ方向とは逆になるように保証すること
により実現される。このことは図８aにsin xセンサ巻線について示され、図８b
にcos xセンサ巻線について示されている。１次感知導線(図８a及び図８bに示す
巻線のy方向に延びる導線)をx方向に沿って適切な位置に配置したならば、適切
な交差接続１３７及び１３９を形成することによりループを直列に接続すると共
に、巻線を処理回路に接続できるように適切な接続端子１４１及び１４３を設け
る。このことは、図８aに示すsin xセンサ巻線及び図８bに示すcos xセンサ巻線
について、図８c及び図８dにそれぞれ示されている。当業者には理解されるであ
ろうが、各センサ巻線の導線はPCB１３の表面領域全体にわたって走っているた
め、センサ巻線への接続１４１及び１４３は、センサPCB１３上のほぼどの箇所
からでも大きな妨害なく行うことができる。これは、(米国特許第４，８７８，
５５３号に説明されているシステムのように)並列ループコイルのアレイを使用
し、全てのループコイルに対して接続を成立させるために接続導線の長いトラッ
クが必要である従来のシステムとは対照的である。それらの追加の接続導線は回
路板上でスペースを取り、更に、スプリアス電磁妨害を受けやすい。 【００５２】 スタイラス この実施例のスタイラスは、従来提案されていたスタイラスに関連する諸問題
を克服したもので、低コストの大量生産及び低電力動作により適している。また
、この実施例のハンドヘルドPDAのようなスペースが重大な要因になる用途に十
分適用できるコンパクトな構造である。更に、長期間にわたって特性が安定した
ままであり、温度変化の影響を受けない。先に述べた通り、この実施例の共振ス
タイラス５は、インダクタコイル４５と、コンデンサ４３とを含む共振回路４１
を具備する。また、共振スタイラスは、スタイラスの先端をデジタイジングシス
テムの書き込み面と接触させたときに共振回路４１の共振周波数が変化するよう
に設計されている。以下、図９から図１４を参照して、これらの機能を実現する
この実施例で使用される共振スタイラスの特定の構造を説明する。スタイラスの
説明中、ユーザがスタイラスを持ちやすい書き込み位置に保持することによって
起こるスタイラスの傾きを自動的に補正する新規な構成にも焦点を当てる。 【００５３】 図９aは、この実施例で使用される共振スタイラス５の構成要素の展開図であ
る。図示されているように、スタイラスは、中空の前部本体部分１５２(図１０a
に横断面図で示す)と、中空の後部本体部分１５４(図１０bに横断面図で示す)と
から構成されるスタイラス本体１５１を具備し、本体は、インダクタコイル４５
及びコンデンサ４３を含む共振回路と、直径２mmのフェライトロッド１５３と、
第１の移動制限部材１５５(図１１に更に詳細に示す)と、第２の移動制限部材１
５７(図１２に更に詳細に示す)と、ペン先部分１５９と、ばね１６３とを収納し
ている。 【００５４】 図９bは、組み立てた後のスタイラス５を横断面図で示す。スタイラス５は、
コンデンサ４３(この実施例では面実装コンデンサである)をインダクタコイル４
５の端部にはんだ付けし、スタイラスが使用中に濡れても確実に動作し続けるよ
うに、その接続部を絶縁保護コーティング(図示せず)で被覆することにより組み
立てられる。次に、この実施例ではアセタールから製造されているペン先部分１
５９をフェライトロッド１５３の一端部に嵌め込む。その後、フェライトロッド
１５３にコイル４５を嵌め込み、第１の移動制限部材１５５をフェライトロッド
１５３の自由端部に押しかぶせる。更に、第２の移動制限部材１５７を第１の移
動制限部材１５５と合わせて組み立て、コンデンサ４３を第２の移動制限部材１
５７にある凹部１６５に挿入する。その後、この組み立て体を前部本体部分１５
２に挿入し、ばね１６３を後部本体部分１５４に差し込む。後部本体部分１５４
のネック部１６６を前部本体部分１５２に押し入れて嵌め込み、それにより、フ
ェライト組み立て体を前部本体部分１５２の中へ押し込む。これらの構成要素を
一体に保持するため、前部本体部分１５２と後部本体部分１５４との間の接合部
に接着剤を塗布しても良い。 【００５５】 図９から図１２を参照して説明すると、組み立て後、コイル４５の正面(ペン
先部分１５９に対向する面４５a)は前部本体部分１５２の段部１６７に当接し、
コイル４５の背面(ばね１６３に対向する面４５b)は第２の移動制限部材１５７
の第１の正面(ペン先部分１５９に対向する面１５７a)に当接する。第２の移動
制限部材１５７の背面(ばね１６３に対向する面１５７b)は後部本体部分１５４
の正面(ペン先部分１５９に対向する面１５４a)に当接する。このように、この
実施例では、コイル４５がフェライトロッド１５３の背面(ばね１６３に対向す
る面１５３a)に向かって位置決めされた状態で、インダクタコイル４５と第２の
移動制限部材１５７をスタイラス本体１５１に関して所定の位置に固定する。 【００５６】 ペン先部分１５９と、フェライトロッド１５３と、第１の移動制限部材１５５
はスタイラス本体１５１の内部に摺動自在に装着され、前部本体部分１５２の前
端部１６１に向かって(ばね１６３により)ばねの力で偏向されている。しかし、
この方向のフェライト集成部品の動きは、第１の移動制限部材１５５の正面(ペ
ン先部分１５９に対向する面１５５a)がインダクタコイル４５の背面４５bと当
接していることによって制限される。ばね１６３の偏向力に抗してスタイラスの
ペン先部分１５９に圧力を加えると、第１の移動制限部材１５５の背面(ばね１
６３に対向する面１５５b)が第２の移動制限部材の第２の正面(同様にペン先部
分１５９に対向する面１５７b)に当接するまで、フェライト集成部品は後部本体
部分１５４に向かって動く。従って、図９bに示すように、ペン先部分１５９の
端部に圧力が加わったとき、フェライト集成部品は所定の距離(d0)(以下、クリ
ック距離という)を動くだけである。この動きによって、フェライトロッドの背
面１５３aとインダクタコイル４５の背面４５bとの距離d1は広がる。当業者には
理解されるであろうが、その結果、フェライトロッド１５３とコイル４５との結
合が大きくなるために、コイル４５のインダクタンスは増加し、そのため、共振
回路の共振周波数は減少する。共振周波数の正確な変化量はクリック距離d0のみ
ならず、ペン先部分１５９が押し付けられる前のd1の初期値及びインダクタコイ
ル４５の巻線とフェライトロッド１５３との間隙によっても左右される。 【００５７】 スタイラスのユーザは、スタイラスの書き込み動作が従来のペンにできる限り
似たものになるように、通常、クリック距離d0を、例えば、０．５mm未満程度の
できる限り短い距離にすることを望む。従って、そのような小さなクリック距離
でも所望の周波数変化が実現されるようにスタイラスのその他の部分を設計する
ことが重要である。 【００５８】 図１３は、コイル巻線とフェライトロッドとの間隙を様々に設定した場合の距
離d1に伴う共振周波数の変化を示す座標グラフである。すなわち、線１７５は、
コイル４５の巻線とフェライトロッド１５３との間隙が小さいときの距離d1に伴
う共振周波数の変化を示し、線１７７は、コイル４５の巻線とフェライトロッド
１５３との間隙が広いときの距離d1に伴う共振周波数の変化を示す。図１３に示
すように、コイル４５の巻線とフェライトロッド１５３との間隙を広くとると、
信頼できる検出を確実に実行するためにデジタイジングシステム全体が要求する
所定の周波数変化(dF)を実現するための所要クリック距離d0が増加する。更にコ
イル巻線を追加することによりこれを補正することは可能であるが、巻線を追加
すれば、コイルの直径又は長さが増し、スタイラスの直径をできる限り小さくす
べきであることを考えると、これは共に望ましくなく、また、コイルが余りに長
くなれば、クリック距離d0に対して得られる周波数の変化(dF)が減少する結果を
更に招いてしまうので、巻線を追加することは好ましくない。 【００５９】 従って、この実施例では、インダクタコイル４５を自己接合巻線として製造し
ている。そのため、巻型は必要なく、フェライトロッドはコイル４５の内側を直
接に摺動する。先に説明した通り、巻型で直径が増すと、性能は低下すると考え
られる。この実施例では、コイル４５は標準の自己接合エナメルグレードＩ銅線
から製造されている。当業者には理解されるであろうが、硬質のフェライトロッ
ド１５３とやわらかな銅線及びコーティングとの組み合わせは、耐摩耗性の点で
理想的である。 【００６０】 図１３に示すグラフから当業者には理解されるであろうが、ペン先部分１５９
を押し付けていないときのスタイラスの共振周波数と、ペン先部分１５９を押し
付けたときの共振周波数の変化が厳密に制御されることを保証するためには、d1 の初期値と、d1の変化(すなわち、d0)の双方の許容差を厳密に設定しなければな
らない。この実施例では、低コスト生産を行うため、共振要素とばねは別として
スタイラスのその他の全ての部品を射出成形工程で製造している。d1の初期値は
第１の移動制限部材１５５と、特に面１５５aにおける穴１８１の深さ(dh)とに
よって決まる。この第１の移動制限部材１５５は射出成形により製造されるので
、(フェライトロッド１５３との隙間のない締まり嵌めを確保するために)穴１８
１について厳密な直径許容差を保持することは可能であり、また、深さdhについ
て厳密な許容差を実現することも可能である。この深さは、ペン先部分１５９を
押し付けていないときは、ばね１６３が第１の移動制限部材の正面１５５aをコ
イル４５の背面４５bに押し付け、それにより、フェライトロッド１５３が必要
とされる厳密な初期距離d1だけ突出するように、所要初期距離d1に設定される。
更に、この実施例では、コイルの背面４５bにひびなどの損傷が起こりにくくし
、背面が第１の移動制限部材１５５に対してより再現性の高い端部ストッパを形
成するようにするため、コイル４５からコンデンサ４３への接続はコイルの正面
４５aから行われる。従って、これにより、初期共振器周波数を正確に、繰り返
し設定することが可能になる。 【００６１】 図９bに示すように、また、先に論じたように、ペン先部分１５９を押し付け
ると、第１の移動制限部材１５５は第２の移動制限部材の中でクリック距離d0だ
け摺動する。図９bからわかるように、このクリック距離は図１１aに示す、第１
の移動制限部材１５５の正面１５５aと背面１５５bとの距離d2と、図１２aに示
す、第２の移動制限部材１５７の第１の正面１５７aと第２の正面１５７bとの距
離d3とにより規定される。これら２つの要素も同様に射出成形工程を利用して製
造されるので、各々の射出成形工具の１つの部品によって臨界寸法が形成される
ため、それらの距離の値を正確に制御することができる。射出成形工具を各部品
について厳密に同じ位置に近接させることは困難であるため、成形工程において
射出成形工具に対して相対的に移動する部品により確定される寸法を低コストで
、高い信頼性をもって制御することははるかに難しい。加えて、成形作業が次々
に進む間に工具加工の温度が変化し、それによっても、許容差に不都合が生じる
であろう。更に、型の内部では、重要な面１５７a及び１５７bと、面１５５a及
び１５５bも、クリック距離d0と比較して相対的に近接する位置にある。従って
、距離がより広い場合と比べて、成形工具の熱膨張又は収縮の影響はそれほど重
大にはならない。 【００６２】 温度の変化があってもクリック距離d0がほぼ一定のままであるように、第１の
移動制限部材１５５及び第２の移動制限部材１５７は同じような熱膨張率を有す
る材料から製造されるべきである。クリック距離d0の熱安定性を高レベルで保た
なければならないシステムにおいては、距離d3は距離d2よりわずかに長いため、
第２の移動制限部材は第１の移動制限部材よりわずかに小さい熱膨張率を有して
いるべきである。このようにすれば、クリック距離d0を十分に制御でき、また、
d1の初期値も十分に制御されるので、共振器周波数偏移dFも十分に制御される。 【００６３】 この実施例では、ペン先部分に圧力が加えられていないときの距離d1の初期値
は約２．３mmである。圧力が加わると、d1は０．３mm変化する。図１３の線１７
５により示すように、その結果、周波数は下方へ約１．５%変化する。先に説明
したように、下方への周波数偏移は透磁性磁性スクリーンを使用するシステムに
適している。これは、下向きの周波数偏移がスタイラスの共振周波数を減少させ
る効果も有し、それにより、２つの効果が部分的に相殺し合わないからである。
スタイラスのペン先部分に圧力を加えると、共振周波数が増加するようにスタイ
ラスを設計したならば、スクリーンによる離調の量が一定ではなくなるので、信
頼できる検出を確保するために周波数偏移をより大きくすることが必要になるで
あろう。 【００６４】 スタイラスの傾き不感度 先に述べた通り、スタイラスを使用するx−yデジタイジングシステムの問題点
の１つは、スタイラスがセンサ巻線に対して傾いている場合に測定値に位置誤差
が取り込まれてしまうことである。従来のシステムはその傾きを測定し、補正し
ようと試みていた。この傾きの測定には更に別の部品や計算が必要であるため、
コストと複雑さが増す。以下に提示する新規な解決方法はスタイラスの傾きを本
質的に補正するもので、付加的な部品又は処理を必要としない。簡単に言えば、
先に図７を参照して説明したセンサ巻線のような周期的巻線の場合、フェライト
ロッドと共振器の組み合わせの磁気中心をスタイラスの所望の測定ポイントから
(センサ巻線の周期に対して)約１空間ラジアンだけ離して配置することにより、
スタイラスの傾きが補正されることを出願人は発見した。この実施例では、x方
向とy方向のsin／cosピッチが異なる場合、これを実現するフェライトロッドの
長さは平均ピッチの約４分の１である(すなわち、[Lx＋Ly]／８)。次に、その理
由を説明する。 【００６５】 図１４は、LCD表示部３の平面及びセンサ基板１３の平面に対して垂直な方向
に対して角度αxだけ傾いてきるスタイラス２０５を概略的に示す。図１４に示
すように、スタイラス２０５は、スタイラス２０５の軸２１５上に磁気中心を有
し且つ軸２１５に沿って磁界を放射する基本磁界放射器２１１を含む。この磁界
放射器２１１によりセンサPCB１３上のsin xセンサ巻線及びcos xセンサ巻線で
誘起される信号レベルは、復調後、指数項を無視すると、 【００６６】 【数９】 【００６７】 【００６８】 【数１０】 【００６９】 式中、xpは磁界放射器要素２１１の磁気中心に対応するx位置である。図１４
に示すように、磁気中心はスタイラス軸２１５に沿って距離l１ずれている。従
って、スタイラスの先端のx位置(xtip)はxpと次の式に示すような関係にある。 【００７０】 xp = xtip + l1sinαx （１１） 従って、l1をLx／２πと等しくすれば、処理回路により計算される要素の見か
けの位置はほぼ必要とされるxtipになる。これは、αxがほぼsinαxに等しいた
めに、他方の項がほぼ相殺されてしまうからである。角度αxが小さい場合には
、この近似は数学的にのみ真であるが、発明者は、約±４５°までのはるかに大
きな傾斜角度に対しては、この近似が実際には機能しないことを発見した。従っ
て、アークタンジェント計算からセンサの電子回路が計算する位置は、傾斜角度
αxに関わらずおよそスタイラスの先端位置である。 【００７１】 これは、スタイラスの先端から所定の距離(この実施例では、約１０mm)だけ離
間した小型コイル又は巻きつけフェライトによって、所要の傾き不感度が得られ
ることを表している。しかし、磁界を集中させるためには長いフェライト要素が
好ましいため、これが最適のシステムであるとは言えない。更に、センサ巻線で
誘起される信号レベルを増大させるためには、フェライトをスタイラスの先端(
すなわち、センサ基板)により近接させるべきである。スタイラスの先端に近接
する位置からスタイラスの軸に沿って延び、有効平均位置がl1である(必ずしも
単純な平均でなくて良いが、磁界のあらゆる影響を考慮する)ようなフェライト
ロッドを使用することにより、これらの問題は解決される。発明者は、実験の結
果、所望の結果を実現するためには、フェライトロッドをセンサ巻線のピッチの
約４分の１にすべきであることを気づいた。 【００７２】 当業者には理解されるであろうが、見かけの位置をスタイラスの先端に対応し
ないように変更するために、フェライトロッドの長さを変えても良い。例えば、
スタイラス軸と、スタイラスの先端とセンサ基板との間の平面(例えば、表示装
置の上面又は画素の有効平面)との交差点に近接させるために、フェライトロッ
ドを短くしても良い。 【００７３】 当業者には理解されるであろうが、上記のスタイラスは、米国特許第５，５６
５，６３２号に記載されているような、同様の方式で動作する従来のスタイラス
と比較していくつかの利点を有する。すなわち、 (ｉ) 共振スタイラスの初期共振周波数、クリック距離及びペン先部分に圧力
が加わることによって起こる共振周波数の変化を高い信頼性をもって、繰り返し
定義できる。 【００７４】 (ii) クリック距離d0が熱に対して安定するように確保できる。 【００７５】 (iii) フェライトロッドは、亀裂が入る可能性のある領域である穴又はその他
の形状を含まない単純な構成要素であるので、スタイラスは特に衝撃に強い。ペ
ン先部分から落とした場合、その衝撃はフェライトロッドの長さに沿って伝達さ
れる。亀裂という観点から見て主に関係する部分はロッドの端部である。この実
施例では、フェライトロッドの端部をきつく嵌合するプラスチック部品に押し込
み、圧縮状態でそれらを保持している。フェライトや他の類似する磁性材料のよ
うなセラミック材料は、圧縮状態にあるとき、より衝撃に対する耐性を増す。ま
た、単純な円筒形のフェライトロッドを使用しているために、形状が単純である
ので、製造コストがかからない。更に、非常に厳密な直径許容差と、相対的に厳
密な長さ許容差を保つことが可能になる。フェライトロッドはコイルの内側で、
過剰な間隙を作ることなく自由に動くように設計されているので、直径許容差は
重要である。 【００７６】 (iv) インダクタコイルはフェライトロッドの長さと比較して相対的に短く、
ペン先部分から離れた端部に配置されている。これにより、dF／dd1の量は大き
くなり、必要とされる周波数の変化dFに対してクリック距離d0をできる限り短く
するためには望ましい。コイルを長くするか、又はコイルをペン先部分に更に近
接させた場合には、dF／dd1は小さくなり、所望の周波数変化dFに対してクリッ
ク距離d0を長くとらなければならなくなるであろう。このコイル位置によって、
スタイラスの直径をペン先部分に向かってテーパをつけることも可能になり、そ
の結果、ユーザのペンの使い心地が改善される。コイルがペン先部分により近接
していれば、プラスチックの壁が薄くなるので、テーパ形状は不可能になると考
えられる。 【００７７】 (v) スタイラスの設計では、相対的に大きい従来の金属偏向ばね１６３を使用
している。このため、ペンに上質な感覚を与えるためにペン先部分に加えるべき
作動力を小さくすることがより容易になる。これは、ユーザがこの実施例ではLC
Dの表面である書き込み面を強く押す必要がなく、過剰な力によるLCDの損傷がな
くなることも意味している。 【００７８】 (vi) 共振回路のインダクタコイルは、巻き数が一定であるように巻きつけら
れなければならない。その結果、コイルをフェライトロッド及びコンデンサと結
合して使用した場合、相対的に一定した共振周波数が得られる。ところが、コイ
ルのワイヤ直径にはばらつきがあるので、巻き数が一定であっても、インダクタ
コイルの巻線長さにも変動が起こりうる。しかし、スタイラスの後部本体部分と
前部本体部分とをすべり締まり嵌め構造にすることにより、後部本体部分はコイ
ルを前部本体部分と第２の移動制限部材との間に挟み込むまで前部本体部分の内
部へ滑り込むため、このインダクタコイルの長さの変動は補償される。 【００７９】 (vii) 第２の移動制限部材１５７は第１の移動制限部材１５５にかぶせて嵌め
込まれるため、組み立てが容易である。しかし、この構造は本来非対称であるに
もかかわらず、組み立てが終了した後には、ペン先部分１５９はスタイラス本体
１５１の長手方向軸に沿ってのみ動くように拘束されるため、スタイラスはユー
ザには対称形であるように見える。 【００８０】 (viii) ペン先部分１５９は比較的鋭く、テーパ形状になっているので、ユー
ザはスタイラスを多くのユーザにとって正常な書き込み態勢である角度で使用す
ることができる。これを実現することは、フェライトロッド１５３をできる限り
ペン先部分の端に近づけることが重要であるため、困難である。これが不可能で
あると、先に説明したのと同じシステムの傾き不感度を実現するためには、ペン
のフェライトロッド１５３を短縮しなければならないであろう。しかし、フェラ
イトロッドを短くすると、共振回路の有効磁気横断面とQ係数が共に減少してし
まい、その結果、信号レベルが低下するので、システム性能が低下する。図９に
示す構成は、どのようにしてフェライトロッドをペン先部分の端部に近づけて配
置できるかを示している。 【００８１】 (ix) 先に説明したスタイラスの構造はフェライトロッドの長さのばらつきに
相対的に適応しやすい。許容差を厳密に定められているd1の初期値とクリック距
離d0は、ペン先部分１５９から離れたインダクタコイル４５の遠い側の端部にあ
る構成要素によって設定される。ロッドの長さが変わっても、単にペン先部分１
５９の軸方向位置が変わるだけである。しかし、ペン先部分１５９は制約なく長
い軸方向距離に沿って自在に動くことができる。スタイラスの磁気結合共振回路
の有効磁気中心は、ロッドの長さの差があっても、ペン先部分の先端から相対的
に一定した位置にとどまる。これは、ロッドの長さに関わらず、フェライトロッ
ドがペン先部分に端部ストッパに当接するまで完全に押し込まれるためである。
ペン先部分に対するフェライトロッドのペン先部分側端部の位置は、反対側の端
部より大きく装置の有効磁気中心の位置に影響を及ぼす。通常、スタイラスの有
効磁気中心の位置は、先に述べたセンサ巻線と関連させて使用したときに、指示
される位置がペン先部分の先端の半径の中心となるように設定されている。 【００８２】 (x) 共振器の初期共振周波数の許容差は十分厳密に設定されており、且つ周波
数の変化の許容差も十分厳密に設定されているので、共振器から受信される信号
が位置測定に十分な大きさを確実に保つようにするために、(例えば、送信パル
スの数を減少させるか、又は異なる狭帯域周波数で送信するかのいずれかにより
)励磁信号のエネルギーを相対的に広い周波数帯域に拡張する必要はない。従っ
て、システムの電力効率は向上し、その結果、ハンドヘルドPDAのバッテリーの
寿命が長くなる。 【００８３】 変形例及び代替実施例 上記の実施例では、共振スタイラスを利用して動作するx−yデジタイジングタ
ブレットを含むハンドヘルドパーソナルデジタルアシスタントを説明した。シス
テムをそのような低コスト、大量生産の用途に適合させるディジタイザ巻線及び
スタイラスの様々な新規な特徴を説明した。上述のシステムの新規な面の多くが
互いに無関係であることは当業者には理解されるであろう。例えば、上述のスタ
イラスを米国特許第４，８７８，５５３号又はWO９８／５８２３７に記載されて
いる従来のディジタイザ巻線と組み合わせて動作させることは可能であり、また
、上述のディジタイザ巻線を米国特許第５，５６５，６３２号に記載されている
スタイラスのような従来のスタイラス、又は他の何らかの磁界発生装置又は磁界
変化装置と組み合わせて動作させることも可能である。 【００８４】 次に、いくつかの変形例及び代替実施例を説明する。 【００８５】 先に述べた通り、センサ巻線の設計はディジタイザの多くの重大な面の１つで
あり、センサ巻線のデジタイジング領域の面積を最大にすることを含む。各々の
センサ巻線を複数の１次感知導線と、それらの１次感知導線を相互接続する接続
導線とに分割することができる。先に説明した３回巻きのセンサ巻線の場合、そ
れらの接続導線はセンサPCBの縁部で５列の導線トラックを必要としていた。図
１５aは、内側ループ２３３及び２３５の接続導線が外側ループ２３７及び２３
９及び２４１及び２４３の接続導線の間にそれぞれ交互配置されているようなsi
n xセンサ巻線２３１のループを概略的に示す。当業者には理解されるであろう
が、図１５aに示す巻線を図８bに示すcos x巻線の上に重ね合わせると、センサP
CBの両側に４列の接続トラックを設けるだけで済む。従って、この交互配置構成
によって、接続トラックに必要なスペースが縮小されるので、センサPCBの側の「
不感帯」は縮小される。当業者には理解されるであろうが、sin xセンサ巻線につ
いて接続トラックを交互配置するのではなく、図１５bにcos xセンサ巻線２４５
について示すように、cos xセンサ巻線でこの交互配置を行うことも可能である
。更に、当業者には理解されるであろうが、y位置センサ巻線でも同様の交互配
置技法を実行できる。 【００８６】 上記の実施例は、装置のLCDの背後に埋め込まれるデジタイジングシステムを
採用したハンドヘルドパーソナルデジタルアシスタントを説明していた。当業者
には理解されるであろうが、上述のデジタイジングシステムを様々な用途に使用
できる。しかし、PDA、ウェブブラウザ、携帯電話などの、低コスト、大量販売
の製品に適用すると特に有用である。図１６は、携帯電話２５１を液晶表示部２
５５を含むように適応させ、表示部の下に、共振スタイラス２５７の位置を感知
するように動作する、先に説明したようなx−yの組のディジタイザ巻線を設けた
構成を示す。デジタイジングシステムは、例えば、携帯電話から別の人物へ送信
できる短いテキストメッセージをユーザが作成するときに使用されれば良い。例
えば、携帯電話がオーガナイザを含む場合、ディジタイザを使用してオーガナイ
ザからのデータの入力、操作及び出力を制御することができる。 【００８７】 第１の実施例では、ディジタイザシステムはいくつかのセンサ巻線と、励磁巻
線と、共振スタイラスとを使用していた。別の実施例においては、共振スタイラ
スではなく、短絡コイル又は磁界集中手段(フェライト片など)を使用できるであ
ろう。しかし、そのような実施例では、センサ巻線で誘起される信号レベルが低
下し、励磁信号が終了した後は非共振要素が「鳴り」続けることができないため、
システムはパルスエコー動作モードでは動作できないと考えられる。更に別の代
替実施例においては、受動スタイラスではなく、先に論じたセンサ巻線と共に電
動スタイラスを使用できるであろう。この場合、スタイラスはそれ独自の磁界を
発生させるために給電されるので、励磁巻線を設ける必要はないが、スタイラス
に位相基準信号を供給するために励磁巻線を設けても良い。スタイラスに供給さ
れる電力はスタイラス内部に収納されたバッテリーにより与えられるか、又はス
タイラスをリード線を介して電源に接続することにより供給されれば良い。その
ような給電スタイラスの実施例は可能であるが、スタイラスの価格が高くなり且
つ／又はスタイラスに接続するリード線が必要であるために、ユーザが通常時に
装置を使用する際の妨げになるので、給電スタイラスの使用が好ましくないこと
は当業者には理解されるであろう。 【００８８】 上記の実施例では、スタイラスは自己接合銅線から形成されたインダクタコイ
ルを使用し、巻型を有していなかった。先に述べた通り、これにより、フェライ
トコアとコイルの巻線との間の間隙を非常に狭くできるという利点が得られる。
当業者には理解されるであろうが、この利点は、従来より採用されている相対的
に厚い巻型ではなく、例えば、紙製又はプラスチック製の薄い巻型を使用した場
合にも得られる。添付の請求の範囲における用語「巻型なしコイル」はそのような
代替構成を包含するものである。 【００８９】 上記の実施例では、共振スタイラスは１つ設けられていた。当業者には理解さ
れるであろうが、異なる共振周波数を有する複数のスタイラスを使用しても、シ
ステムは動作できる。その場合、各スタイラスにはシステム内で異なる機能が割
り当てられることになる。 【００９０】 上記の実施例では、フェライトロッドは、常に、インダクタコイルの背面から
d1の初期値以上の長さだけ突出していた。インダクタコイルがフェライトロッド
とほぼ接触する状態になければ、dF／dd1はより小さくなるので、d1の初期値を
、コイルが第１の移動制限部材の端部も包囲していない限り、第１の移動制限部
材をフェライトロッドに装着することがもはや不可能になるまで減少させる必要
が生じるであろう。しかし、これにより、コイルの直径が更に大きくなるか、又
はフェライトロッドを非円筒形状に変形しなければならなくなり、そのため、コ
スト高になると共に、構造がもろくなると考えられる。 【００９１】 上記の実施例では、移動制限部材はインダクタコイルの背後に配置されていた
。移動制限部材をペン先部分に向かってインダクタコイルの前に配置することも
可能であるが、そのようにすると、ペン先部分に向かってそれらの部品を収納す
るためのスペースが狭くなってしまうために好ましくない。更に、偏向ばね１６
３をスタイラスの背後に向かって設けてあるが、このばねの代わりに、インダク
タコイルのペン先部分側端部に力の弱いばねを配置しても良い。しかし、そのよ
うな実施例においては、ペン先部分に対する作動力を小さく保つためにばねを短
く形成しなければならず、従って、望ましくないほどワイヤの直径を小さくしな
ければならないために、部品コストがかさみ、その上、組み立てが難しくなる。
更に、ペン先部分の端部で金属ばねを使用すると、共振器の磁気作用に悪影響が
出る。金属ではなく、プラスチックのばね構造を使用することも可能であろうが
、プラスチックは時間の経過と共に亀裂を生じ易く、戻し力が損なわれる結果と
なる。 【００９２】 上記の実施例のスタイラスの場合、スタイラスのペン先部分に圧力が加えられ
ていないとき、第１の移動制限部材はインダクタコイルの背面に当接している。
この状態は、フェライトロッドが初めにコイルから突出する距離d1の初期値を規
定する。当業者には理解されるであろうが、d1のこの初期値を規定するために別
の部材を使用することも可能である。しかし、この場合、コイルと、フェライト
ロッドをその遠い側の端部でペン先部分から離間させるように保持する何らかの
構成要素との接触を回避することが重要であろう。d1の初期値は小さいため、こ
の保持要素はフェライトロッドに沿ってフェライトロッドを保持すべき長さをほ
とんど持たないと考えられる。従って、フェライトロッドを保持するのは難しく
、接着剤による貼り合わせなどのコストのかかる製造作業が必要になるであろう
。 【００９３】 上記の実施例のスタイラスでは、フェライトロッドの長さはスタイラスの傾き
の影響を少なくするように選択されていた。当業者には理解されるであろうが、
傾き不感度を実現するために、フェライトコアを有するコイルを使用する必要は
ない。コイルを適切に構成することにより、同様の傾き不感度が得られる。コイ
ルは、この場合にも、コイルの平均磁心が所望の見かけの測定点からほぼピッチ
／２Пとなるように構成されるべきである。 【００９４】 図１７aから図１７dは、スタイラスの４つの代替形態を概略的に示す。すなわ
ち、図１７aは、フェライトコア１５３の端部に装着された先端部１５９を示す
。また、図１７aは、フェライトコア１５３がコイル４５を貫通している構成を
示し、この実施例では、コイル４５はスタイラスハウジング２７５にも固定され
ている。図示されているように、この形態のスタイラスの場合、内部溝穴２７９
を有する移動制限部材２７７はフェライトロッド１５３と共に動くように結合さ
れ、ばね１６３により先端部１５９に向かってばねの力で偏向されている。図示
されているように、溝穴２７９の内側に設けられたピン２８１もスタイラスハウ
ジングに固定されている。従って、この実施例では、溝穴２７９の長さが先端部
１５９の移動範囲を規定する。図１７bは、この場合、移動制限部材２７７がハ
ウジング２７５に対して固定され且つピン２８１はばね１６３により偏向される
フェライトロッドと共に動くように装着されている点を除いて、図１７aの実施
例に類似する実施例を示す。 【００９５】 上記の実施例では、フェライトロッドの端部と、コイルの端部との初期距離(d 1 )は、スタイラスのクリック距離(d0)と共に固定されていた。図１７cは、フェ
ライトロッドの端部とコイルの端部との初期距離(d1)のみが移動制限部材２８５
の中心孔２８３により固定されているような実施例を概略的に示す。従って、共
振回路の初期周波数のみが固定されている。当業者には理解されるであろうが、
この実施例では、クリック距離は、ペン先部分をスタイラスハウジング内に押し
込むことができる距離によって制限されるだけである。 【００９６】 上記の実施例では、フェライトコアは先端部と共に動くように装着され、コイ
ルはハウジングに固定されていた。当業者には理解されるであろうが、フェライ
トコアをハウジングに対して固定し且つコイルを先端部と共に動くように装着し
ても、スタイラスは機能できる。そのような実施例は図１７dに概略的に示され
ており、図１７dに示すように、コイル４５は先端部１５９と共に動くように装
着され、フェライトコア１５３はハウジング２７５に固定されている。スタイラ
スのその他の様々な変形構成は当業者には明白であろうが、ここでは更に説明し
ない。 【００９７】 上記の実施例では、２つのミキサと、積分器とから構成される処理チャネルを
センサ巻線ごとに設けている。代替実施例においては、全てのセンサ巻線で誘起
される信号を時分割多重化方式で処理するために１つの処理チャネルを使用して
も良い。これにより処理回路の複雑さは軽減されるが、位置測定値を獲得するた
めに要する時間が長くなることは当業者には理解されるであろう。 【００９８】 上記の実施例では、センサ巻線は、測定範囲にわたり正弦の１つの周期として
ほぼ変化する共振器からの磁界に対して感度を示すように配列されていた。当業
者には理解されるであろうが、この感度が正弦の複数の周期を通して変化するよ
うにセンサ巻線を配列しても良い。この場合、システムは共振スタイラスがその
時点で位置している現在周期を追跡しなければならない。そのような多周期巻線
の例は出願人の以前の国際出願WO９８／５８２３７に記載されている。別の代替
構成は、共振器からの磁界に対するセンサ巻線の感度が測定領域にわたって正弦
の一部分として変化するようにセンサ巻線を配列する構成である。そのような実
施例は、測定領域が矩形であるような用途において、xセンサ巻線のピッチとyセ
ンサ巻線のピッチが確実に等しくなるようにするために特に有用である。当業者
には理解されるであろうが、これにより、スタイラスを先に説明したように設計
した場合には、システムの傾き不感度が改善される。 【００９９】 上記の実施例では、励磁巻線は共振器を励磁するために使用され、センサ巻線
で受信された信号を利用して、共振器の位置を識別していた。別の実施例におい
ては、共振器を励磁するためにセンサ巻線を使用し、励磁巻線で受信された信号
を利用して、共振器の位置を識別しても良い。そのような実施例では、センサ巻
線を順次励磁することが必要になるか、又はセンサ巻線を一斉に励磁するのであ
れば、処理回路が受信信号を区別できるように、各々のセンサ巻線に別個の励磁
周波数を印加することが必要になるであろう(そのためには、共振器に、異なる
周波数で共振する別個の共振回路を設けなければならない)。あるいは、センサ
巻線の１つを使用して共振器を励起し、別のセンサ巻線で共振器からの信号を受
信することにより、システムを動作させることも可能であろう。そのようなシス
テムの動作方式は出願人の以前の国際出願WO９８／５８２３７に記載されている
。 【０１００】 上記の実施例では、励磁巻線はセンサ巻線の外側に巻きつけられていた。セン
サ巻線の測定範囲をセンサPCBの周囲に向かってできる限り拡張するために、励
磁コイルの巻線の一部をセンサ巻線の導線と交互に配置しても良い。この構成は
、センサ基板全体にわたり均一な外側コイル磁界／感度を保つのに有用であり、
その結果、センサシステムのダイナミックレンジを最小にし、従って、構成を簡
単にするのにも役立つ。 【０１０１】 励磁巻線及びセンサ巻線を支持するセンサPCBを可撓性プリント回路基板上に
製造しても良い。この場合、コイルを処理回路に接続するための可撓性延出部分
を形成するように接続部分を延長しても良い。また、センサ基板の厚さを、例え
ば、０．２mm未満までできる限り薄くする目的で、可撓性PCBを使用することも
可能である。 【０１０２】 先に説明した通り、各々のセンサ巻線は複数の１次感知導線と、１次感知導線
を相互接続する複数の接続導線とを具備する。上述の実施例では、x位置センサ
巻線の１次感知導線はほぼy方向に配置され、y位置センサ巻線の１次感知導線は
ほぼx方向に延出していた。当業者には理解されるであろうが、これは不可欠で
はなく、１次感知導線は関連する測定方向と交わっているだけで良い。 【０１０３】 上記の実施例では、センサPCBとLCDのバックライトとの間に、カーボンインキ
の層から形成される静電スクリーンが設けられていた。蒸着アルミニウム被覆膜
、あるいは交差パターンにより陰影を施したフィッシュボーン又は櫛形銅層など
の他の導電層を使用しても良い。あるいは、エレクトロルミネセントバックライ
ト層１１の底面を接地できるのであれば、静電スクリーンに変わって、この層が
有効に静電スクリーンとして機能できる。 【０１０４】 上記の実施例では、液晶タイプの表示装置を使用するハンドヘルドパーソナル
デジタルアシスタントを説明した。当業者には理解されるであろうが、上記のデ
ィジタイザシステムをTFTスクリーンなどの他の種類のスクリーンと組み合わせ
て使用することも可能である。 【０１０５】 上記の実施例では、センサPCBはハンドヘルドPDA装置のLCDのすぐ下に配置さ
れていた。当業者には理解されるであろうが、センサPCBをLCDの下方に配置する
必要はなく、例えば、その一方の側に配置することも可能である。しかし、セン
サPCBを脇に配置すると、装置全体が大型になってしまう。 【０１０６】 上記の実施例では、各々のセンサ巻線は導線の３回巻きを使用して形成されて
いた。当業者には理解されるであろうが、導線の１回巻きを使用してセンサ巻線
を形成することも可能である。しかし、１回巻きを使用すると、共振器により発
生される磁界に対するセンサ巻線の感度の正弦特性が損なわれ、出力される信号
レベルも低下するため、好ましくない。従って、センサ巻線の巻き数をできる限
り多くするのが好ましい。 【０１０７】 上記の実施例では、センサ巻線のうち１つの巻線の同相信号と直角位相信号を
使用して、励磁周波数と、共振器の共振周波数との周波数差を示す共振器の電気
的位相情報を判定していた。この実施例では、励磁周波数は固定されていた。こ
れに代わる実施例においては、判定された電気的位相情報を使用して、検出され
る共振器位相を所定の値に維持するために励磁周波数を制御することが可能であ
る。このようにすることの利点は、積分器から出力され、位置測定計算に使用さ
れる信号レベルが最大になるという点である。 【０１０８】 上記の実施例では、共振器の電気的位相情報を判定する元になる同相出力及び
直角位相出力を発生するために、センサ巻線で誘起される信号を励磁信号及びそ
の励磁信号の９０°移相した信号と混合していた。当業者には理解されるであろ
うが、この共振器の電気的位相情報を抽出する際には、共振器信号の０交差のタ
イミングなどの他の技法を使用することも可能であるが、この技法は雑音の影響
を受けやすいので好ましくない。 【０１０９】 上記の実施例では、２次元x−yデジタイジングシステムを説明した。しかし、
当業者には理解されるであろうが、本発明のいくつかの面は２次元位置符号器に
限定されない。すなわち、本発明のいくつかの面を１次元線形位置符号器又は回
転位置符号器に組み込むことができる。例えば、先に説明した共振スタイラスを
線形位置符号器に使用できるであろう。 【０１１０】 上記の実施例では、センサ巻線から出力された信号を使用し、アークタンジェ
ント計算を実行することにより位置測定値を求めていた。当業者には理解される
であろうが、そのようなアークタンジェント計算を実行せずに、受信信号から位
置情報を抽出することは可能である。出願人の以前の国際出願WO９８／００９２
１又はWO９０／３４１７１は、センサ巻線で誘起された信号から位置情報を判定
する別の技法を開示している。 【０１１１】 上記の実施例では、相互に直角の位相で位置に伴って変化する信号を発生する
ために、x方向とy方向のそれぞれで２つの直角位相センサ巻線を使用していた。
当業者には理解されるであろうが、これは不可欠ではない。巻線が測定軸に沿っ
て０でない又は１８０°の倍数でない何らかの移相の分だけ離間している限り、
センサ巻線で誘起される信号を処理して、位置情報を抽出することは可能である
。 【０１１２】 その他の様々な変形例及び代替実施例は当業者には明白であろう。 【図面の簡単な説明】 【図１】 ハンドヘルドパーソナルデジタルアシスタント(PDA)の液晶表示部の背後に配
置され、共振スタイラスの(x，y)位置を感知することができるx−yデジタイジン
グシステムを含むPDAの概略図である。 【図２】 デジタイジングシステムのセンサプリント回路基板と、液晶表示部との位置関
係を示す、図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの横断面図を概略的に示
す。 【図３】 x−yデジタイジングシステムの励磁／処理装置を示し且つデジタイジングシス
テムの励磁巻線と共振スタイラスとの磁気結合、並びに共振スタイラスとデジタ
イジングシステムの一部を形成する４つのセンサ巻線との磁気結合を示す概略機
能ブロック線図である。 【図４a】 デジタイジングシステムのxセンサ巻線で誘起される信号のピーク振幅が液晶
表示部に対するスタイラスの位置のx座標に応じてどのように変化するかを近似
して概略的に示す。 【図４b】 デジタイジングシステムのyセンサ巻線で誘起される信号のピーク振幅が液晶
表示部に対するスタイラスの位置のy座標に応じてどのように変化するかを近似
して概略的に示す。 【図５】 共振スタイラスがデジタイジングシステムに接近し、パーソナルデジタルアシ
スタントの表示部の表面と接触する間に、センサ巻線の１つから出力される信号
から発生される電気的位相信号がどのように変化するかを示すグラフである。 【図６】 液晶表示部に対するスタイラスの異なる傾斜角度について、共振スタイラスに
より発生される信号の電気的位相がスタイラスと液晶表示部の表面との間の間隙
に応じてどのように変化するかを示すグラフである。 【図７a】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成する励磁巻線の形態を示す。 【図７ｂ】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成するsin xセンサ巻線の形態を示す。 【図７c】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成するcos xセンサ巻線の形態を示す。 【図７d】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成するsin yセンサ巻線の形態を示す。 【図７e】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成するcos yセンサ巻線の形態を示す。 【図７f】 図７aから図７eに示す巻線を支持するプリント回路基板の上部層を示す。 【図７g】 図７aから図７eに示す巻線を支持するプリント回路基板の下部層を示す。 【図８a】 図７bに示す巻線に近いsin xセンサ巻線の理想的ではあるが、実用には向かな
い形態を示す。 【図８b】 図７cに示す巻線に近いcos xセンサ巻線の理想的ではあるが、実用には向かな
い形態を示す。 【図８c】 図７bに示す巻線に類似する実用的なセンサ巻線を形成するために、図８aに示
す実用には向かない巻線にいくつかの交差接続部分をどのようにして追加できる
かを示す。 【図８d】 図７cに示す巻線に類似する実用的なセンサ巻線を形成するために、図８bに示
す実用には向かない巻線にいくつかの交差接続部分をどのようにして追加できる
かを示す。 【図９a】 図１に示す共振スタイラスの展開斜視図である。 【図９b】 組み立て後の共振スタイラスの横断面図である。 【図１０a】 共振スタイラス本体の前部の横断面図である。 【図１０b】 共振スタイラス本体の後部の横断面図である。 【図１１a】 共振スタイラスの一部を形成する第１の運動制限部材の平面図である。 【図１１b】 図１１aに示す第１の運動制限部材の横断面図である。 【図１１c】 第１の運動制限部材をその第１の端部から見た端面図である。 【図１１d】 第１の運動制限部材をその他方の端部から見た端面図である。 【図１２a】 共振スタイラスの一部を形成する第２の運動制限部材の平面図である。 【図１２b】 図１２aに示す第２の運動制限部材の横断面図である。 【図１２c】 第２の運動制限部材をその一端部から見た端面図である。 【図１２d】 第２の運動制限部材をその他端部から見た端面図である。 【図１３】 共振スタイラスの一部を形成するコイルと、コイルに対して移動するフェライ
トコアとの距離を変えたときに共振スタイラスの共振周波数の変化がどのように
変わるかを示すグラフである。 【図１４】 スタイラスの傾きがディジタイザシステムに対するスタイラスの見かけの位置
にどのような影響を及ぼすかを概略的に示す。 【図１５a】 x方向に延出する接続導線について感知領域の縁部で必要とされるスペースを
少なくするために交互配置技法を採用したsin xセンサ巻線の理想的ではあるが
、実用には適さない形態を示す。 【図１５b】 x方向に延出する接続導線について感知領域の縁部で必要とされるスペースを
少なくするために交互配置技法を採用したcos xセンサ巻線の理想的ではあるが
、実用には適さない形態を示す。 【図１６】 液晶表示部を含み、表示部の下方に、表示部に対する共振スタイラスの位置を
感知するように動作可能であるデジタイジングシステムのセンサ巻線及び励磁巻
線を含む携帯電話を示す斜視図である。 【図１７a】 スタイラスの第１の代替形態を概略的に示す。 【図１７b】 スタイラスの第２の代替形態を概略的に示す。 【図１７c】 スタイラスの第３の代替形態を概略的に示す。 【図１７d】 スタイラスの第４の代替形態を概略的に示す。
イラスと共に動作するx−yデジタイジングタブレットに関するが、それにのみ限
定されるわけではない。本発明は、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、携
帯電話、ウェブブラウザ又はそれらの組み合わせを具現化した製品などのハンド
ヘルド電子装置の表示部の背後に埋め込むのに特に有用である。 【０００２】 米国特許第４，８７８，５５３号は、共振スタイラスを使用するx−yデジタイ
ジングタブレットを開示している。このデジタイジングタブレットは、x方向及
びy方向に配列された、多数の互いに重なり合うが個々に分かれているループコ
イルを具備する。それらのループコイルはスイッチングマトリクスを介して励磁
回路と受信回路とに接続している。システムは、各々のループコイルがまず送信
回路に接続され、次に受信回路に接続されるように構成されている。システムは
、最大の出力信号レベルを提供する励磁コイルとセンサコイルの組み合わせを検
出することにより、スタイラスの現在位置を識別する。最大信号レベルを有する
ループコイルに隣接するループコイルから受信された信号を使用して２次形の補
間を実行することにより、スタイラスのより正確な判定が得られる。このシステ
ムの問題点の１つは、システムの応答時間とタブレットの正確さについて共に満
足できる結果を得るのが困難なことである。すなわち、精度を高くするためには
多数の重なり合うループコイルが必要であるが、ループコイルの数が増すにつれ
て、システムの応答時間は長くなる。このシステムにおけるもう１つの問題は、
重なり合うループコイルの縁部に相対的に広い「不感帯」があり、そのために、PD
Aや携帯電話などのハンドヘルドコンピュータ装置のように、スペースが重大な
要因となるケースでは問題を生じる。 【０００３】 このシステムのもう１つの問題は、消費者市場をターゲットとするハンドヘル
ド携帯通信情報装置に埋め込むには高価すぎることである。従来の方法は、それ
らの用途で抵抗タッチスクリーンを使用するというものである。このタッチスク
リーンは、通常、装置の液晶表示部を覆うように配置される。しかし、そのよう
な抵抗タッチスクリーンを使用した場合、LCDのコントラストが低下する、他の
光源からのグレアや反射を増加させる、摩耗しやすい、製品が著しく分厚くなる
などの問題が起こる。更に、異なる物体がタッチスクリーンと接触したときに、
それらの物体の識別がなされないため、意図せずにタッチスクリーンに触れてし
まった場合に対処できない。その結果、ユーザはシステムを使用するときに装置
に手を乗せることができず、通常の書き込みやすい態勢でシステムを使用できな
くなる。 【０００４】 本件出願人は、以前の国際出願WO９８／５８２３７の中で、そのような消費者
向けの用途により適する、上記のシステムに代わる電磁x−yデジタイジングシス
テムを説明している。このシステムは、装置の液晶表示部の背後に埋め込むこと
ができる１組の周期センサ巻線と、励磁巻線とを使用する。動作中、励磁巻線は
共振スタイラスを起動し、スタイラスはセンサ巻線に信号を誘起する。センサ巻
線が周期性を持っているため、センサ巻線からの出力信号はスタイラスとセンサ
巻線との相対位置に伴って周期的に変化する。このシステムは数個の巻線しか必
要としないので、(全ての巻線を並列して読み取れるために)システムの正確さと
応答時間について前述と同じような問題は起こらず、また、巻線の数が少ないこ
とによって、基板の縁部の「不感帯」を縮小できる。更に、巻線の数が少ないため
、センサから処理回路への接続も少なくて済み、また、励磁巻線の銅の量を増や
し且つ基板の縁部で過剰なスペースを使用せずに基板の縁部に巻線を配分するこ
とにより、高い効率を得るように最適化することができた１つの励磁巻線のみを
使用するので、電力消費も少ない。 【０００５】 この以前の国際出願の中で認められているように、センサ巻線及び励磁巻線と
、共振スタイラスとの結合を最大限にし且つ望ましくない空間調波信号を抑制す
るためには、センサ巻線と励磁巻線の巻き数をできる限り多くすることが望まし
い。出願人の以前の国際出願に記載されているシステムに伴う問題点の１つは、
巻線がワイヤ接合技法により形成されているために、分解能が低く(例えば、１
ミリメートル当たりのワイヤ数は３)、所定の面積のセンサ領域に対して形成で
きる巻きの数が限られてしまうことである。分解能を向上させるために使用でき
る別の技法はプリント回路基板を使用する方法である。しかし、プリント回路基
板を使用すると、製造コストを低減し、特に縁部において無駄になる基板の領域
を縮小するために、必要とされるプリント回路基板層の数を最小にし且つ層の間
で必要となる貫通接続部、すなわち、ビアの数を最小にするように巻線を設計す
るという問題が生じる。 【０００６】 これら周知の２つの電磁x−yデジタイジングシステムに共通するもう１つの問
題は、スタイラスがデジタイジングタブレットに対して傾いている場合に測定値
に位置誤差が取り込まれてしまうことである。出願人の上記の国際出願には、ス
タイラスの傾きを少なくするために周期センサ巻線により出力された信号を処理
する技法が提案されている。同様に、米国特許第４，８７８，５５３号の所有者
は、欧州特許第Ａ−０６８０００９号の中で、スタイラスの傾きの影響を少なく
するために重なり合うループコイルから受信された信号を処理する技法を説明し
ている。しかし、これらの技法によれば、より多くのセンサコイルから信号を読
み取り、その後、それらの信号を処理して、傾きの測定値を判定しなければなら
ないため、位置測定値を判定するのに要する時間が長くなる。 【０００７】 先に説明した電磁x−yデジタイジングシステムのもう１つの問題は、従来のペ
ンの作用を模倣すべき場合に、スタイラスが書き込み面に押し付けられたとき、
それを検出することができなければならないという点である。これは、通常、ス
タイラスの共振周波数がスタイラスの先端に加えられる圧力に伴って変化するよ
うにスタイラスを設計することにより実現される。このため、スタイラスを自然
に使用しているという感覚を与えつつ、システムが信頼性をもって「スタイラス
ダウン」を検出できるように共振スタイラスを設計するにはどうすべきかという
問題が持ち上がる。この種のスタイラスの従来のいくつかの構造が米国特許第５
，５６５，６３２号に開示されている。しかし、それらのシステムには、スタイ
ラスに圧力が加えられたときに所望の共振周波数の変化を反復可能に確実に得な
ければならないという問題がある。 【０００８】 本発明の他の様々な特徴及び面は、添付の図面を参照しながら説明される以下
の実施例の説明から明白になるであろう。 【０００９】 図１はハンドヘルドパーソナルデジタルアシスタント(PDA)１を示し、PDA１は
、その液晶標示部３の下方に配置されたx−yデジタイジングシステム(図示せず)
を採用している。x−yデジタイジングシステムはLCD３に対する共振スタイラス
の有無とそのx−y位置を検出するように動作する。PDA１はデジタイジングシス
テムから出力された位置信号を使用して、LCD３に表示される情報を制御すると
共に、PDA１の動作機能を制御する。図示されているように、PDA１は、LCD３の
下方に、オン／オフボタン７と、PDA１の様々に異なる機能を制御するために使
用されるいくつかの制御ボタン９−１から９−４とを含む複数の押しボタンを更
に含む。 【００１０】 図２は、図１に示すPDA１のA−A断面図である。図示されているように、PDA１
は、この実施例では１．５mmから３mmの厚さである液晶標示部３を含む。このLC
D３の下方に、LCD３にバックライトを照射するエレクトロルミネセントバックラ
イト１１がある。この実施例では、このバックライト層１１の厚さは約１５０μ
mである。これらの層の下方には、前述のx−yデジタイジングシステムの一部を
形成する厚さ０．２mmのセンサプリント回路基板(PCB)１３がある。このセンサP
CB１３は、共振スタイラス５との間で信号を送受信するために使用される励磁巻
線及びセンサ巻線を支持している。センサPCB１３の下方には、PDAの機能を制御
するための電子回路と、センサPCB１３の巻線から受信される信号を処理し且つ
センサPCB１３の巻線へ送信される信号を制御するための電子回路とを支持する
プリント回路基板１５がある。 【００１１】 図２に示すように、この実施例では、センサプリント回路基板１３とエレクト
ロルミネセントバックライト１１との間に、液晶標示部３及びバックライト１１
からの雑音がx−yデジタイジングシステムを妨害することを少なくするために、
接地静電スクリーン１７が設けられている。この実施例においては、この静電ス
クリーンは、厚さが約１０μmであり且つ磁気感知機能を妨害しないように相対
的に高い表面抵抗率(例えば、平方当たり１オームを越える)を有する連続したカ
ーボンインクの層から形成されている。更に、図２に示すように、センサPCB１
３の下方には、センサPCB１３を磁性スクリーン２１に接合するための５０μmの
感圧接着剤の層１９があり、この実施例では、層１９は２５μmのスピンメルト
リボン(例えば、ドイツ、ハーナウのVacuumschmelzeが製造しているVitrovac６
０２５)の層である。当業者には理解されるであろうが、磁性スクリーン２１は
、例えば、センサPCB１３の背後の電子回路によりx−yデジタイジングシステム
に対して引き起こされるおそれのある妨害を減少させるために設けられている。
また、磁性スクリーン２１は磁束がセンサPCB１３上のセンサ巻線の背後を通過
するための透磁経路を形成するため、x−yデジタイジングシステムの感度を向上
させる。従来の磁性スクリーンは珪素鋼か、あるいは鉄粉末又はフェライト粉末
を含有するプラスチック材料又はゴム材料を使用していた。しかし、そのような
従来のスクリーンはこの実施例で使用する２５μmのスピンメルトリボンの層と
比較して相対的に厚く、重いものであった。この利点は、スピンメルトリボンの
固有透磁率が非常に高く(例えば、１００００を越える)、そのために、２５μm
程度の薄さでも効率の良いシールドとして機能し、スペースを節約できるために
得られる。更に、従来のスクリーンとは異なり、スピンメルトリボンの透磁率は
加工されるとき又は衝撃を受けたときにも低下しないので、特に、PDAや携帯電
話などの携帯機器で使用する場合に、従来の磁性スクリーンと比較して寿命が長
い。このスピンメルトリボンはアモルファスであるため、従来のシステムで使用
されていた粒状遮蔽材料(珪素鋼など)と関連して起こっていた磁界ひずみの問題
が解決されるという利点も有する。図２に示すように、この実施例ではプラスチ
ック製である外側ケーシングがこれらの層を包囲し、機械的に支持している。 【００１２】 x−yディジタイザの動作の概要 図３は、デジタイジングシステムの処理回路の機能ブロック線図を概略的に示
す。更に、図３は、励磁巻線及びセンサ巻線が共振スタイラス５とどのように作
用し合うかも示している。すなわち、図３は、励磁巻線２９と、x位置を感知す
る２つのxセンサ巻線３１及び３３と、y位置を感知する２つのyセンサ巻線３５
及び３７とを概略的に示す。各々の巻線はセンサPCB１３上のプリント導線によ
り形成されている。以下に更に詳細に説明するが、センサ巻線３１、３３、３５
及び３７は周期性を有し、互いに対して９０度の空間位相にある。従って、以下
の説明中、xセンサ巻線３１をsin xセンサ巻線といい、xセンサ３３をcos xセン
サ巻線といい。yセンサ巻線３５をsin yセンサ巻線といい、yセンサ巻線３７をc
os yセンサ巻線という。矢印３９により示すように、これらの巻線は、使用中、
共振スタイラス５の共振回路４１(コンデンサ４３及びインダクタコイル４５を
含む)と磁気的に結合するように動作する。 【００１３】 動作中、励磁電流は励磁ドライバ５１を介して励磁巻線２９に印加される。こ
の実施例では、励磁電流は、ピーク値が約１００mAであり且つ基本周波数成分(F 0 )が共振回路４１の共振周波数と一致する約１００kHzである正パルスと負パル
スの系列から構成されている。この励磁信号は、スイッチ５５を介して励磁ドラ
イバ５１に印加される適切な励磁電圧を発生する可変周波数発生器５３により発
生される。この実施例では、発生器５３により発生される励磁電圧の周波数は、
デジタル処理／信号発生装置５９の一部を形成する励磁／受信周波数制御回路５
７により設定される。当業者には理解されるであろうが、このような可変周波数
発生器５３を使用することにより、異なる共振周波数を有するスタイラスを使用
しても動作するようにデジタイジングシステムを再構成することが可能になる。 【００１４】 励磁巻線２９を流れる励磁電流は、矢印３９−１により指示するように共振回
路４１と磁気的に結合して、共振回路４１を共振させる対応する電磁界を発生す
る。この実施例では、励磁巻線２９は共振器との結合を、LCD３に対するスタイ
ラスのx−y位置に対して、できる限り一定に保持するように配置されている。共
振器４１が共振しているとき、共振器４１は独自の電磁界を発生し、その電磁界
は、矢印３９−２、３９−３、３９−４及び３９−５により表されているように
、センサ巻線３１、３３、３５及び３７とそれぞれ磁気的に結合する。以下に更
に詳細に説明するが、センサ巻線３１、３３、３５及び３７は、それらと共振ス
タイラスとの結合がスタイラスのx位置又はy位置に伴って変化し且つそれらの巻
線と励磁巻線２９との直接結合はできる限り少なくなるように設計されている。
従って、センサ巻線で受信された信号は共振器４１とそれぞれ対応するセンサ巻
線との磁気結合に伴って変化するだけにとどめるべきである。そのため、センサ
巻線で受信された信号を適切に処理することにより、センサ巻線に対する共振器
４１、従って、共振スタイラス５のx−y位置を判定することができる。 【００１５】 この実施例では、励磁電流は励磁巻線２９に連続しては印加されない。連続し
て印加されるのではなく、励磁電流のバースト(励磁電流の１２個の正パルスと
、１２個の負パルスとから構成される)が印加され、励磁バーストの印加はスイ
ッチ５５を開閉することによって制御される。図３に示すように、これは、デジ
タル処理／信号発生ユニット５９の一部を形成する励磁ゲート制御器６１により
制御される。この実施例では、励磁巻線からセンサ巻線へのあらゆる漏出(break
through)の影響を少なくするために、センサ巻線で誘起される信号を励磁電流の
バーストとバーストの間でのみ検出する。これは、デジタル処理／信号発生ユニ
ット５９の一部を形成する受信ゲート制御器６７によってスイッチ６３及び６５
の位置を制御することにより実現される。この動作モードをパルスエコーといい
、共振器４１が励磁電流のバーストが終了した後にも共振し続けるためにこれが
機能する。 【００１６】 センサ巻線及びその相対位置が周期性をもっているため、共振回路４１から４
つのセンサ巻線で誘起される４つの信号を次のように近似することができる。 【００１７】 【数１】 【００１８】 【００１９】 【数２】 【００２０】 【００２１】 【数３】 【００２２】 【００２３】 【数４】 【００２４】 式中、Aは、特に、巻線からスタイラスまでの距離及びセンサ巻線の巻き数に
よって決まる結合係数であり、xはセンサ巻線に対する共振スタイラスのx位置で
あり、yはセンサ巻線に対する共振スタイラスのy位置であり、Lxはセンサ巻線の
x方向の空間波長であって通常はx方向の基板の幅よりわずかに大きく(この実施
例では７０mm)、Lyはセンサ巻線のy方向の空間波長であって通常はy方向の基板
の幅よりわずかに大きく(この実施例では５０mm)、e-t/τは励磁信号のバースト
が終了した後の共振器信号の指数減衰であって、τは特に共振回路４１の品質係
数によって決まる共振器定数であり、φは励磁電流の基本周波数と、共振器４１
の共振周波数との差によって起こる電気的移相である。この実施例では、共振ス
タイラス５は、その共振周波数がスタイラスの先端に加えられる圧力に応じて変
化するように設計されている。この周波数の変化によって、移送φが変化する。 【００２５】 方程式(１)から(４)からわかるように、センサ巻線で誘起される信号のピーク
振幅はx位置又はy位置いずれかのsin又はcosとして変化する。このことが図４a
及び図４bに示されている。すなわち、図４aは、センサ巻線３１で誘起される信
号のピーク振幅及びセンサ巻線３３で誘起される信号のピーク振幅がセンサ巻線
に対する共振スタイラスのx位置に応じてどのように変化するかを示し、図４bは
、センサ巻線３５及びセンサ巻線３７で誘起される信号のピーク振幅がセンサ巻
線に対する共振スタイラスのy位置に応じてどのように変化するかを示す。図４
に示すように、x方向の巻線のピッチ(Lx)はy方向の巻線のピッチ(Ly)より大きい
。これは、この実施例においては測定領域が長方形であるためである。 【００２６】 従って、当業者には理解されるであろうが、センサ巻線で誘起される信号から
、適切な復調と処理により、共振スタイラス５のx−y位置情報と移相φの双方を
判定することができる。図３に示すように、この復調は、受信信号を可変周波数
発生器５３により発生される励磁電圧とミキサ６９−１から６９−８において混
合することにより実現される。この実施例では、励磁信号の同相成分と直交位相
成分を各々のセンサ巻線で誘起された信号と混合する。これにより、各々の復調
信号の同相(I)成分と、直交位相(Q)成分が発生される。この実施例では、全ての
センサ巻線からの復調信号の同相成分を使用して位置情報を判定し、１つのセン
サ巻線からの復調信号の同相成分と直交位相成分を使用して、電気的移相(すな
わちφ)を判定する。図３に示すように、これらのミキサからの出力はそれぞれ
対応する積分器７１−１から７１−８に入力され、積分器は、リセット後、(ミ
キサにより出力された時変成分の影響を取り除くために)１／F0の倍数である時
間周期にわたってミキサからの出力を積分する。下記の方程式は積分器７１−１
から７１−４からの出力を近似するものである。 【００２７】 【数５】 【００２８】 【００２９】 【数６】 【００３０】 【００３１】 【数７】 【００３２】 【００３３】 【数８】 【００３４】 式中、A1は、とりわけ定数A、共振器τ及び積分周期に応じて変化する定数で
ある。x位置ではなく、y位置に応じて変化する点を除いて、同様の信号が積分器
７１−５から７１−８から得られる。 【００３５】 図３に示すように、積分器７１の出力はアナログ／デジタル変換器７３に入力
され、アナログ／デジタル変換器７３はそれらの出力をデジタル値に変換し、デ
ジタル値はデジタル処理／信号発生ユニット５９のA／Dインタフェースユニット
７５に入力される。そこで、デジタル処理／信号発生ユニット５９はsin_x_I信
号とcos_x_I信号の比に対してアークタンジェント関数(atan２)を実行して、共
振スタイラスのx位置を判定すると共に、同様にsin_y_I信号とcos_y_I信号の比
に対してアークタンジェント関数を実行して、共振スタイラス５のy位置を判定
する。また、デジタル処理／信号発生ユニット５９は、移相角φを判定するため
に、１つのセンサ巻線からの信号の直交位相成分と同相成分の比に対してアーク
タンジェント関数を計算する。 【００３６】 図３に示すように、各々のセンサ巻線で誘起される信号の同相成分と直交位相
成分を計算する。これは、あるx位置及びy位置においては、センサ巻線からの同
相成分と直交位相成分の比が信頼の置けないものになるためである。これは、si
n 位置成分又はcos 位置成分がほぼ０である場合に起こる。従って、この実施例
では、デジタル処理／信号発生ユニット５９はsin巻線とcos巻線双方からの同相
信号及び直交位相信号の加重組み合わせを使用して位相角φを判定する。 【００３７】 図５は、共振スタイラス５を励磁巻線及びセンサ巻線に近づけ、その後、LCD
画面３と接触させたときのcos_x_I信号とcos_x_Q信号との関係を表すグラフであ
る。当初、スタイラス４１が励磁巻線及びセンサ巻線の範囲外にあるときには、
同相成分と直交位相成分は共に０である。スタイラス５がPDA５に接近するにつ
れて、それらの電圧は増加する。この段階で、励磁周波数と共振器の共振周波数
との位相差は一定である。このことは、図５では、グラフの初めの直線部分８１
により示されている。しかし、共振スタイラスがLCD３の表面に近づくにつれて
、磁性スクリーン２１はスタイラスに離調効果を与えるため、スタイラスの共振
周波数は減少し、その結果、位相角φが変化する。この離調は、図５では、グラ
フの最初の湾曲部分８３により示されている。図５に示すグラフにおいて、点８
５は、共振スタイラス５がLCD３と接触した時点を表す。以下に更に詳細に説明
するが、スタイラスの先端に圧力を加えると、スタイラスの共振周波数が変化す
る。これにより、同相成分と直交位相成分が変化し、その結果、グラフは湾曲経
路をたどって点８７に至る。従って、同相成分と位相外れ成分との比の閾値を設
定することにより、共振スタイラスの「ペンダウン」があったか否かについて判
定を下すことができる。しかし、LCD３の表面に対してスタイラスを傾けた場合
であっても離調は起こり、それにより、位相角φは変化してしまうので、使用す
べき閾値を判定する場合には慎重に考慮しなければならない。 【００３８】 図６は、共振スタイラスの様々に異なる傾斜角度について共振スタイラスと液
晶表示部との間の間隙に応じて移相φがどのように変化するかを示す２つのグラ
フ９１及び９３を示す。すなわち、曲線９１は、スタイラスの長手方向軸が液晶
表示部の表面に対して垂直である場合の間隙に応じた移相φの変化を示し、曲線
９３は、スタイラスがある角度で傾いているときのその変化を示す。図６に示す
ように、間隙が広いとき、双方の場合に共通して、移相φは一定である(この実
施例では約−４５°である)。しかし、間隙が狭くなるにつれて、間隙が０にな
って、スタイラスがLCD３の表面と接触するまで、磁性シールド２１の離調効果
により移相φは変化する。図６に示すように、垂直に保持されたスタイラスがLC
D表示部と接触したとき(但し、先端に圧力は加えられていない)、移相φは−３
０°であるが、スタイラスを傾けた場合には−１０°である。双方のスタイラス
に圧力を加えると、垂直に保持したスタイラスの場合、移相φは−３０°から＋
１０°に変化し、傾けたスタイラスの場合には、−１０°から＋３０°に変化す
る。図６に示すように、この実施例では、スタイラスがLCD表示部に対して垂直
に保持されているか又はある角度をなしているかに関わらず「スタイラスダウン
」が検出されるように、閾値は約０°に設定されている。すなわち、この実施例
においては、上限閾値と、下限閾値とを有する閾値帯を使用しており、その上限
閾値はスタイラスダウンを検出するために使用され、下限閾値はスタイラスアッ
プを検出するために使用される。当業者は図６から理解できるであろうが、スタ
イラスダウンを検出できるようにするためには、移相が閾値を通ったことを確実
に表せる最小位相変化が存在していなければならない。これは共振周波数の非常
に大きな変化を確実に得ることにより実現できるが、その結果、共振周波数と励
磁周波数とが一致しなくなるために、積分器から出力される信号のレベルが低下
するので、そのようにして実現するのは好ましくない。更に、スタイラスを＋９
０°まで下げたときに移相φが変化する場合、その時点で同相信号成分は存在し
ない。従って、周波数の変化は移相を４５°未満に保つのが好ましい。そのため
、これは最大周波数偏移を定義する。 【００３９】 図３に戻ると、デジタル処理／信号発生ユニット５９が共振スタイラスの現在
x−y位置を判定し、スタイラスがLCD３と接触したか否かを判定した後、ユニッ
ト５９はこの情報をインタフェースユニット７７を介してPDA電子機器へ出力す
る。この情報はPDA電子機器により、LCD３に表示される情報及びPDAの機能モー
ドを制御するために使用される。この実施例では、デジタル処理／信号発生ユニ
ット５９は、スタイラスがPDAの付近にある場合に上記の計算を毎秒約１００回
実行するように動作する。しかし、スタイラスが存在しないことをシステムが検
出したときには、システムは、まず、待機状態に入り、その間、上記の励磁と処
理は毎秒約２０回実行される。この待機状態で所定の長さの時間が経過した後、
システムは休眠状態に入り、その場合には、上記の計算は毎秒約２回実行される
。スタイラスの存在が再び検出されると、処理は毎秒１００回の速度で再開され
る。 【００４０】 以上、本実施例のデジタイジングシステムがセンサ巻線に対する共振スタイラ
スのx−y位置をどのようにして判定するかを簡単に説明した。この実施例で使用
される特定の形態の励磁巻線及びセンサ巻線、並びにこの実施例で使用される特
定の共振スタイラスについて以下に更に詳細に説明する。 【００４１】 ディジタイザの巻線 図７aは、この実施例で使用される形態の励磁巻線２９を示す。巻線２９はセ
ンサPCB１３の両側の５回巻きの矩形導線から形成され、それらの導線は一部が
図中符号９７で示されている穴又はビアを通して直列に接続されている。図７a
では、センサPCB１３の上部層の導線は実線で示され、センサPCBの下部層の導線
は破線で示されている。また、図７aは、励磁巻線２９の端部を励磁ドライバ５
１に接続するために使用される２つの接続パッド１０１及び１０３も示している
。図示されているように、励磁巻線２９は接続パッド１０３から延び出し、励磁
巻線２９が他方の接続パッド１０１に到達するまで、センサPCB１３の上部層と
下部層とに交互に巻きつけられる徐々に広がる矩形の螺旋パターンを描いている
。図７aに示すように、接続パッド１０１及び１０３はセンサPCB１３の上部層に
あるので、接続パッド１０１及び１０３の付近にある励磁巻線２９の軌道はセン
サPCB１３の下部側にのみ規定されている。その結果、センサ巻線のこの部分に
おける軌道の間隔はより狭くなっている。この実施例では、励磁巻線２９はセン
サ巻線（図示せず）の外側に巻きつけられている。励磁巻線２９は矩形であるた
め、励磁電流が巻線に印加されたときに巻線が発生する電磁界は基板の中心では
x方向とy方向の双方でほぼ均一であるが、励磁巻線が配置されている基板の縁に
向かって増加する。しかし、当業者には理解されるであろうが、この変化は処理
機器により実行される比率アークタンジェントの計算において相殺されるので、
問題にはならない。 【００４２】 図７bは、sin xセンサ巻線３１を形成するプリント導線を示す。この場合にも
、センサPCB１３の上部層のプリント導線は実線で示され、下部層のプリント導
線は破線で示されている。図示するように、センサPCB１３の上部層には、ほぼy
方向に延びる導線トラックが備えられ、センサPCB１３の下部層には、ほぼx方向
に延びる導線トラックが備えられており、上部層の導線トラックの端部は、図中
で一部が符号９７で示されているビア穴を通して下部層の導線軌道の端部に接続
されている。また、図７bは、sin xセンサ巻線３１をディジタイザの電子回路に
接続するために設けられた２つの接続パッド１０５及び１０７も示している。当
業者には理解されるであろうが、x方向及びy方向に延びる導線トラックのうち、
一部のトラックにある９９のような凹凸部分は、他のセンサ巻線の導線トラック
に接続するために使用されるビア穴を介して導線トラックを通すために設けられ
ている。 【００４３】 図示されているように、sin xセンサ巻線３１の導線トラックはx方向に沿って
順に配列される２組のループ３２−１及び３２−２を形成するように接続されて
おり、各ループはx方向に沿って広がり、共通の背景交番磁界により同じ組のル
ープで誘起された起電力(EMF)が加算され且つ共通の背景交番磁界により第１の
組のループ３２−１で誘起されたEMFが第２の組のループ３２−２で誘起されるE
MFとは逆向きになるように、直列に接続されている。図示されているように、こ
の実施例では、ループの各組３２−１及び３２−２には３つのループがあり、各
組のループは同様の面積の領域を包囲するように配置されている。従って、その
ような背景磁界により第１の組のループ３２−１で誘起されるEMFは、第２の組
のループ３２−２で誘起されるEMFとほぼ相殺し合う。しかし、当業者には理解
されるであろうが、センサ巻線３１を横断するように点磁界源(又は共振スタイ
ラスのような類似物)を移動させると、点磁界源とセンサ巻線３１との磁気結合
は点磁界源のx位置に伴って変化する。x方向に延びる導線トラックの付近の縁部
を除いて、y方向にはほとんど又は全く変化がない。２組のループ３２−１及び
３２−２の「８の字」形接続の結果、x位置に伴うこの変化を正弦波形状である
と近似することができる。当業者には理解されるであろうが、y方向に延びるセ
ンサ巻線３１の導線トラックをx方向に適切に位置決めすることにより、この変
化を更に正弦波形状に近づけることができる。本出願人の先の国際出願PCT／GB
９９／０１６３８に説明されているように、これは、それらの導線トラックを適
切に配置することによって、変化の望ましくない空間調波成分を除去できるから
である。この調波抑制技法の詳細については、上記の国際出願を参照のこと。当
業者には理解されるであろうが、それは、このほぼ正弦形状の変化によって、共
振スタイラス５によりセンサ巻線３１で誘起された信号がほぼスタイラス５のx
位置の正弦として変化するピーク振幅を有するためである。 【００４４】 図７cは、cos xセンサ巻線３３を形成するプリント導線を示す。この場合にも
、センサPCB１３の上部層のプリント導線は実線で示され、下部層のプリント導
線は破線で示されている。sin xセンサ巻線３１と同様に、y方向に延びる導線ト
ラックの大半はセンサPCB１３の上部層に設けられ、x方向に延びる導線トラック
の大半はセンサPCB１３の下部層に設けられており、上部層の導線トラックの端
部は一部が図中符号９７で示されているビア穴を通して下部層の導線トラックの
端部に接続されている。また、図７cは、cos xセンサ巻線３３をディジタイザの
電子回路に接続するために設けられた２つの接続パッド１０９及び１１１も示し
ている。 【００４５】 図示されているように、cos xセンサ巻線３３の導線トラックは、x方向に沿っ
て順に配列された３組のループ３４−１a、３４−２及び３４−１bを形成するよ
うに接続されており、各ループはx方向に沿って広がり、共通の背景交番磁界に
より同じ組のループで誘起されたEMFが加算され且つ共通の背景交番磁界により
第１の組のループ３４−１a及び第３の組のループ３４−１bで誘起されたEMFが
第２の組のループ３４−２で誘起されるEMFとは逆の向きになるように直列に接
続されている。sin x巻線と同様に、ループの各組には３つのループがあり、第
２の組のループは第１の組及び第３の組のループが包囲している組み合わせ領域
と同様の面積の領域を包囲するように配置されている。その結果、背景磁界によ
りループで誘起されるEMFはほぼ相殺し合う。しかし、sin xセンサ巻線の場合と
同様に、共振スタイラス５をセンサ巻線３３を横断するように移動させると、共
振スタイラス５とcos xセンサ巻線３３との磁気結合はスタイラス５のx位置に伴
って変化する。導線ループの向きが交互になっているため、x位置に伴うこの変
化を正弦波形状であると近似することができる。しかし、cos xセンサ巻線３３
の各組のループは巻線ピッチ(Lx)の４分の１ずつx方向にずれているので、正弦
波状の変化はsin xセンサ巻線３１の変化に対して直交する位相を成す。そのた
め、共振スタイラス５によりセンサ巻線３３で誘起される信号は、ほぼスタイラ
スのx位置の余弦として変化するピーク振幅を有する。 【００４６】 図７d及び図７eは、sin yセンサ巻線３５及びcos yセンサ巻線３７を形成する
プリント導線を示す。これらの図に示すように、これらの巻線は、９０°回転さ
れている点を除いて、sin x巻線及びcos x巻線に類似している。図７d及び図７e
に示すように、sin yセンサコイル３５はsin xセンサ巻線３１と接続パッド１０
７を共有し、cos yセンサ巻線３７はcos xセンサ巻線３３と接続パッド１１１を
共有している。図７fは、センサPCB１３のプリント導線の上部層を示し、図７g
はプリント導線の下部層を示すが、これらのプリント導線は一体となって励磁巻
線２９と、センサ巻線３１、３３、３５及び３７とを形成している。図７に示す
回路基板においては、導線トラックは約０．１３mmの幅を有し、隣接するトラッ
クの最小間隙はそれとほぼ同じである。PCB上でトラックの幅とその間隙距離を
これより狭めることは可能であるが、その場合、製造精度を向上させなければな
らず、また、製造の歩留まりが低下するため、コスト高になる。 【００４７】 センサ巻線の設計 当業者には理解されるであろうが、センサ巻線の設計はディジタイザの最も重
要な面の１つである。設計に際しては、所定の面積のプリント回路基板に対して
、デジタイジング面積を最大にし、且つセンサ巻線の正確さとそこからの信号レ
ベルとをできる限り高くしなければならない。当業者には理解されるであろうが
、x方向センサ巻線３１及び３３の重要な面は、y方向に延びる巻線３１及び３３
の導線トラックのx位置である。同様にy方向センサ巻線３５及び３７の設計の重
大な面は、x方向に延びる巻線３５及び３７の導線トラックのy位置である。以下
の説明中、これらの導線を１次感知導線といい、それらの１次感知導線の端部を
他の１次感知導線に接続するトラックを接続導線という。 【００４８】 センサ巻線を設計するときの第１の作業は、x位置センサ巻線３１及び３３に
ついて１次感知導線の適切なx位置を識別すると共に、y位置センサ巻線３５及び
３７の１次感知導線の適切なy位置を識別することである。この実施例では、こ
れは、要求されるsin／cos感度を実現するために、x方向、y方向にそれぞれ正弦
密度(sinusiodal density)をほぼ得るように１次感知導線を配列することにより
実現される。この実施例では、正確なy方向位置感知の範囲を最大限に広げるた
めに、sin xセンサ巻線３１及びcos xセンサ巻線３３の接続導線(導線３１−１
から３１−１２及び導線３３−１から３３−１４)を、sin yセンサ巻線３５及び
cos yセンサ巻線３７の最も外側の１次感知導線(それぞれ、導線３５−１及び３
５−２と、３７−１及び３７−２)の中に配置している。このことは図７f及び図
７gに示されている。そのようにせずに、x方向センサ巻線の接続導線をy方向セ
ンサ巻線の最も外側の１次感知導線を越えて配置すると、正確なy方向位置感知
の範囲が狭くなり、その結果、PCBセンサ基板１３の上部にある感知されない領
域の「不感帯」が広がってしまうであろう。これは、この実施例のハンドヘルド
PDAシステムのようにスペースが重大な要因になっている場合には問題である。
図７gに示すように、sin xセンサ巻線３１の接続導線(導線３１−１から３１−
１２)は、cos xセンサ巻線３３の接続導線(導線３３−１から３３−１４)と交互
に配置されており、それらはsin yセンサ巻線及びcos yセンサ巻線の他の１次感
知導線の間に配置されている。最も外側の位置にsin x導線トラック及びcos x導
線トラックのうちどれを配置するかを選択する場合、まず、外側の巻線を優先す
るのが好ましい。それは、外側の巻線が共振器磁界を最も良く感知するからであ
る。 【００４９】 この実施例におけるセンサ巻線の設計のもう１つの新規な面は、各センサ巻線
の各組のループが相互接続されているという点である。先に出願人によりWO９８
／５８２３７の中で提案されたシステムでは、徐々に小さくなる導線トラックの
連続する螺旋を規定することによりセンサ巻線の各組のループを形成し、次に、
端部を２つの螺旋状に巻きつけられた導線トラックの内側で接続することにより
２組のループを接続させていた。従来の「sin」センサ巻線の場合、一方の螺旋巻
線の内側から他方の螺旋巻線の内側へ接続するために必要とされる接続において
は、センサPCB１３の側部にもう１本の接続導線を設けなければならず、従来の「
cos」センサ巻線の場合にも、センサPCBの側部に更に２本の接続導線を設けなけ
ればならない。それらの追加の接続導線のために追加の列を規定しなければなら
ないため、従来のこれらのセンサ巻線はPCBの側部に過剰なスペースを必要とし
、従って、所定の大きさの回路基板の有効面積が狭くなる。更に、それらの追加
の接続導線はその他の接続導線の間隔を設定する際の妨げとなり、そのために、
接続導線の付近では、共振スタイラスからの磁界に対するセンサ巻線の感度が正
弦特性を損ない、その結果、S／N比や、オフセットの問題を引き起こしていた。 【００５０】 図７に示すセンサ巻線を設計するとき、巻線、すなわち、ループの接続はセン
サPCB１３の中央領域における交差接続(図７bに示す１２１など)により行われる
。図７bから図７eに示すように、交差接続は２層センサ回路基板１３の両側の導
線によって行われる。これにより、交差面積が小さくなり、関連する２組の導線
が相互に近接して通過するために、ほぼ相殺し合うスプリアス磁界を発生させる
ので、共振器磁界に対するセンサ巻線のsin／cos感度の低下は最小限に抑えられ
る。この新規な設計方法を使用すれば、交差領域の位置は重大な問題ではない。
従って、図７に示すように、全てのセンサ巻線をこのようにして両面PCB上に衝
突することなく接続できる。 【００５１】 図８は、図７b及び図７cに示す巻線に類似するsin xセンサ巻線１３１とcos x
センサ巻線１３３をどのようにして設計するかを示す。まず、各々のループの組
で必要なループの数を決定する。先に述べた通り、また、図８に示すように、こ
の実施例では、各ループの組１３２−１及び１３２−２に３つのループがある。
そこで、各ループ内で、共振器磁界に対する巻線の正弦感度を規定し且つ励磁巻
線との結合をできる限り少なくするような電流の流れ方向を認識することが重要
である。これは、電流の流れ方向が同じ組のループにおける方向と同じになり且
つ隣接する組のループにおける電流の流れ方向とは逆になるように保証すること
により実現される。このことは図８aにsin xセンサ巻線について示され、図８b
にcos xセンサ巻線について示されている。１次感知導線(図８a及び図８bに示す
巻線のy方向に延びる導線)をx方向に沿って適切な位置に配置したならば、適切
な交差接続１３７及び１３９を形成することによりループを直列に接続すると共
に、巻線を処理回路に接続できるように適切な接続端子１４１及び１４３を設け
る。このことは、図８aに示すsin xセンサ巻線及び図８bに示すcos xセンサ巻線
について、図８c及び図８dにそれぞれ示されている。当業者には理解されるであ
ろうが、各センサ巻線の導線はPCB１３の表面領域全体にわたって走っているた
め、センサ巻線への接続１４１及び１４３は、センサPCB１３上のほぼどの箇所
からでも大きな妨害なく行うことができる。これは、(米国特許第４，８７８，
５５３号に説明されているシステムのように)並列ループコイルのアレイを使用
し、全てのループコイルに対して接続を成立させるために接続導線の長いトラッ
クが必要である従来のシステムとは対照的である。それらの追加の接続導線は回
路板上でスペースを取り、更に、スプリアス電磁妨害を受けやすい。 【００５２】 スタイラス この実施例のスタイラスは、従来提案されていたスタイラスに関連する諸問題
を克服したもので、低コストの大量生産及び低電力動作により適している。また
、この実施例のハンドヘルドPDAのようなスペースが重大な要因になる用途に十
分適用できるコンパクトな構造である。更に、長期間にわたって特性が安定した
ままであり、温度変化の影響を受けない。先に述べた通り、この実施例の共振ス
タイラス５は、インダクタコイル４５と、コンデンサ４３とを含む共振回路４１
を具備する。また、共振スタイラスは、スタイラスの先端をデジタイジングシス
テムの書き込み面と接触させたときに共振回路４１の共振周波数が変化するよう
に設計されている。以下、図９から図１４を参照して、これらの機能を実現する
この実施例で使用される共振スタイラスの特定の構造を説明する。スタイラスの
説明中、ユーザがスタイラスを持ちやすい書き込み位置に保持することによって
起こるスタイラスの傾きを自動的に補正する新規な構成にも焦点を当てる。 【００５３】 図９aは、この実施例で使用される共振スタイラス５の構成要素の展開図であ
る。図示されているように、スタイラスは、中空の前部本体部分１５２(図１０a
に横断面図で示す)と、中空の後部本体部分１５４(図１０bに横断面図で示す)と
から構成されるスタイラス本体１５１を具備し、本体は、インダクタコイル４５
及びコンデンサ４３を含む共振回路と、直径２mmのフェライトロッド１５３と、
第１の移動制限部材１５５(図１１に更に詳細に示す)と、第２の移動制限部材１
５７(図１２に更に詳細に示す)と、ペン先部分１５９と、ばね１６３とを収納し
ている。 【００５４】 図９bは、組み立てた後のスタイラス５を横断面図で示す。スタイラス５は、
コンデンサ４３(この実施例では面実装コンデンサである)をインダクタコイル４
５の端部にはんだ付けし、スタイラスが使用中に濡れても確実に動作し続けるよ
うに、その接続部を絶縁保護コーティング(図示せず)で被覆することにより組み
立てられる。次に、この実施例ではアセタールから製造されているペン先部分１
５９をフェライトロッド１５３の一端部に嵌め込む。その後、フェライトロッド
１５３にコイル４５を嵌め込み、第１の移動制限部材１５５をフェライトロッド
１５３の自由端部に押しかぶせる。更に、第２の移動制限部材１５７を第１の移
動制限部材１５５と合わせて組み立て、コンデンサ４３を第２の移動制限部材１
５７にある凹部１６５に挿入する。その後、この組み立て体を前部本体部分１５
２に挿入し、ばね１６３を後部本体部分１５４に差し込む。後部本体部分１５４
のネック部１６６を前部本体部分１５２に押し入れて嵌め込み、それにより、フ
ェライト組み立て体を前部本体部分１５２の中へ押し込む。これらの構成要素を
一体に保持するため、前部本体部分１５２と後部本体部分１５４との間の接合部
に接着剤を塗布しても良い。 【００５５】 図９から図１２を参照して説明すると、組み立て後、コイル４５の正面(ペン
先部分１５９に対向する面４５a)は前部本体部分１５２の段部１６７に当接し、
コイル４５の背面(ばね１６３に対向する面４５b)は第２の移動制限部材１５７
の第１の正面(ペン先部分１５９に対向する面１５７a)に当接する。第２の移動
制限部材１５７の背面(ばね１６３に対向する面１５７b)は後部本体部分１５４
の正面(ペン先部分１５９に対向する面１５４a)に当接する。このように、この
実施例では、コイル４５がフェライトロッド１５３の背面(ばね１６３に対向す
る面１５３a)に向かって位置決めされた状態で、インダクタコイル４５と第２の
移動制限部材１５７をスタイラス本体１５１に関して所定の位置に固定する。 【００５６】 ペン先部分１５９と、フェライトロッド１５３と、第１の移動制限部材１５５
はスタイラス本体１５１の内部に摺動自在に装着され、前部本体部分１５２の前
端部１６１に向かって(ばね１６３により)ばねの力で偏向されている。しかし、
この方向のフェライト集成部品の動きは、第１の移動制限部材１５５の正面(ペ
ン先部分１５９に対向する面１５５a)がインダクタコイル４５の背面４５bと当
接していることによって制限される。ばね１６３の偏向力に抗してスタイラスの
ペン先部分１５９に圧力を加えると、第１の移動制限部材１５５の背面(ばね１
６３に対向する面１５５b)が第２の移動制限部材の第２の正面(同様にペン先部
分１５９に対向する面１５７b)に当接するまで、フェライト集成部品は後部本体
部分１５４に向かって動く。従って、図９bに示すように、ペン先部分１５９の
端部に圧力が加わったとき、フェライト集成部品は所定の距離(d0)(以下、クリ
ック距離という)を動くだけである。この動きによって、フェライトロッドの背
面１５３aとインダクタコイル４５の背面４５bとの距離d1は広がる。当業者には
理解されるであろうが、その結果、フェライトロッド１５３とコイル４５との結
合が大きくなるために、コイル４５のインダクタンスは増加し、そのため、共振
回路の共振周波数は減少する。共振周波数の正確な変化量はクリック距離d0のみ
ならず、ペン先部分１５９が押し付けられる前のd1の初期値及びインダクタコイ
ル４５の巻線とフェライトロッド１５３との間隙によっても左右される。 【００５７】 スタイラスのユーザは、スタイラスの書き込み動作が従来のペンにできる限り
似たものになるように、通常、クリック距離d0を、例えば、０．５mm未満程度の
できる限り短い距離にすることを望む。従って、そのような小さなクリック距離
でも所望の周波数変化が実現されるようにスタイラスのその他の部分を設計する
ことが重要である。 【００５８】 図１３は、コイル巻線とフェライトロッドとの間隙を様々に設定した場合の距
離d1に伴う共振周波数の変化を示す座標グラフである。すなわち、線１７５は、
コイル４５の巻線とフェライトロッド１５３との間隙が小さいときの距離d1に伴
う共振周波数の変化を示し、線１７７は、コイル４５の巻線とフェライトロッド
１５３との間隙が広いときの距離d1に伴う共振周波数の変化を示す。図１３に示
すように、コイル４５の巻線とフェライトロッド１５３との間隙を広くとると、
信頼できる検出を確実に実行するためにデジタイジングシステム全体が要求する
所定の周波数変化(dF)を実現するための所要クリック距離d0が増加する。更にコ
イル巻線を追加することによりこれを補正することは可能であるが、巻線を追加
すれば、コイルの直径又は長さが増し、スタイラスの直径をできる限り小さくす
べきであることを考えると、これは共に望ましくなく、また、コイルが余りに長
くなれば、クリック距離d0に対して得られる周波数の変化(dF)が減少する結果を
更に招いてしまうので、巻線を追加することは好ましくない。 【００５９】 従って、この実施例では、インダクタコイル４５を自己接合巻線として製造し
ている。そのため、巻型は必要なく、フェライトロッドはコイル４５の内側を直
接に摺動する。先に説明した通り、巻型で直径が増すと、性能は低下すると考え
られる。この実施例では、コイル４５は標準の自己接合エナメルグレードＩ銅線
から製造されている。当業者には理解されるであろうが、硬質のフェライトロッ
ド１５３とやわらかな銅線及びコーティングとの組み合わせは、耐摩耗性の点で
理想的である。 【００６０】 図１３に示すグラフから当業者には理解されるであろうが、ペン先部分１５９
を押し付けていないときのスタイラスの共振周波数と、ペン先部分１５９を押し
付けたときの共振周波数の変化が厳密に制御されることを保証するためには、d1 の初期値と、d1の変化(すなわち、d0)の双方の許容差を厳密に設定しなければな
らない。この実施例では、低コスト生産を行うため、共振要素とばねは別として
スタイラスのその他の全ての部品を射出成形工程で製造している。d1の初期値は
第１の移動制限部材１５５と、特に面１５５aにおける穴１８１の深さ(dh)とに
よって決まる。この第１の移動制限部材１５５は射出成形により製造されるので
、(フェライトロッド１５３との隙間のない締まり嵌めを確保するために)穴１８
１について厳密な直径許容差を保持することは可能であり、また、深さdhについ
て厳密な許容差を実現することも可能である。この深さは、ペン先部分１５９を
押し付けていないときは、ばね１６３が第１の移動制限部材の正面１５５aをコ
イル４５の背面４５bに押し付け、それにより、フェライトロッド１５３が必要
とされる厳密な初期距離d1だけ突出するように、所要初期距離d1に設定される。
更に、この実施例では、コイルの背面４５bにひびなどの損傷が起こりにくくし
、背面が第１の移動制限部材１５５に対してより再現性の高い端部ストッパを形
成するようにするため、コイル４５からコンデンサ４３への接続はコイルの正面
４５aから行われる。従って、これにより、初期共振器周波数を正確に、繰り返
し設定することが可能になる。 【００６１】 図９bに示すように、また、先に論じたように、ペン先部分１５９を押し付け
ると、第１の移動制限部材１５５は第２の移動制限部材の中でクリック距離d0だ
け摺動する。図９bからわかるように、このクリック距離は図１１aに示す、第１
の移動制限部材１５５の正面１５５aと背面１５５bとの距離d2と、図１２aに示
す、第２の移動制限部材１５７の第１の正面１５７aと第２の正面１５７bとの距
離d3とにより規定される。これら２つの要素も同様に射出成形工程を利用して製
造されるので、各々の射出成形工具の１つの部品によって臨界寸法が形成される
ため、それらの距離の値を正確に制御することができる。射出成形工具を各部品
について厳密に同じ位置に近接させることは困難であるため、成形工程において
射出成形工具に対して相対的に移動する部品により確定される寸法を低コストで
、高い信頼性をもって制御することははるかに難しい。加えて、成形作業が次々
に進む間に工具加工の温度が変化し、それによっても、許容差に不都合が生じる
であろう。更に、型の内部では、重要な面１５７a及び１５７bと、面１５５a及
び１５５bも、クリック距離d0と比較して相対的に近接する位置にある。従って
、距離がより広い場合と比べて、成形工具の熱膨張又は収縮の影響はそれほど重
大にはならない。 【００６２】 温度の変化があってもクリック距離d0がほぼ一定のままであるように、第１の
移動制限部材１５５及び第２の移動制限部材１５７は同じような熱膨張率を有す
る材料から製造されるべきである。クリック距離d0の熱安定性を高レベルで保た
なければならないシステムにおいては、距離d3は距離d2よりわずかに長いため、
第２の移動制限部材は第１の移動制限部材よりわずかに小さい熱膨張率を有して
いるべきである。このようにすれば、クリック距離d0を十分に制御でき、また、
d1の初期値も十分に制御されるので、共振器周波数偏移dFも十分に制御される。 【００６３】 この実施例では、ペン先部分に圧力が加えられていないときの距離d1の初期値
は約２．３mmである。圧力が加わると、d1は０．３mm変化する。図１３の線１７
５により示すように、その結果、周波数は下方へ約１．５%変化する。先に説明
したように、下方への周波数偏移は透磁性磁性スクリーンを使用するシステムに
適している。これは、下向きの周波数偏移がスタイラスの共振周波数を減少させ
る効果も有し、それにより、２つの効果が部分的に相殺し合わないからである。
スタイラスのペン先部分に圧力を加えると、共振周波数が増加するようにスタイ
ラスを設計したならば、スクリーンによる離調の量が一定ではなくなるので、信
頼できる検出を確保するために周波数偏移をより大きくすることが必要になるで
あろう。 【００６４】 スタイラスの傾き不感度 先に述べた通り、スタイラスを使用するx−yデジタイジングシステムの問題点
の１つは、スタイラスがセンサ巻線に対して傾いている場合に測定値に位置誤差
が取り込まれてしまうことである。従来のシステムはその傾きを測定し、補正し
ようと試みていた。この傾きの測定には更に別の部品や計算が必要であるため、
コストと複雑さが増す。以下に提示する新規な解決方法はスタイラスの傾きを本
質的に補正するもので、付加的な部品又は処理を必要としない。簡単に言えば、
先に図７を参照して説明したセンサ巻線のような周期的巻線の場合、フェライト
ロッドと共振器の組み合わせの磁気中心をスタイラスの所望の測定ポイントから
(センサ巻線の周期に対して)約１空間ラジアンだけ離して配置することにより、
スタイラスの傾きが補正されることを出願人は発見した。この実施例では、x方
向とy方向のsin／cosピッチが異なる場合、これを実現するフェライトロッドの
長さは平均ピッチの約４分の１である(すなわち、[Lx＋Ly]／８)。次に、その理
由を説明する。 【００６５】 図１４は、LCD表示部３の平面及びセンサ基板１３の平面に対して垂直な方向
に対して角度αxだけ傾いてきるスタイラス２０５を概略的に示す。図１４に示
すように、スタイラス２０５は、スタイラス２０５の軸２１５上に磁気中心を有
し且つ軸２１５に沿って磁界を放射する基本磁界放射器２１１を含む。この磁界
放射器２１１によりセンサPCB１３上のsin xセンサ巻線及びcos xセンサ巻線で
誘起される信号レベルは、復調後、指数項を無視すると、 【００６６】 【数９】 【００６７】 【００６８】 【数１０】 【００６９】 式中、xpは磁界放射器要素２１１の磁気中心に対応するx位置である。図１４
に示すように、磁気中心はスタイラス軸２１５に沿って距離l１ずれている。従
って、スタイラスの先端のx位置(xtip)はxpと次の式に示すような関係にある。 【００７０】 xp = xtip + l1sinαx （１１） 従って、l1をLx／２πと等しくすれば、処理回路により計算される要素の見か
けの位置はほぼ必要とされるxtipになる。これは、αxがほぼsinαxに等しいた
めに、他方の項がほぼ相殺されてしまうからである。角度αxが小さい場合には
、この近似は数学的にのみ真であるが、発明者は、約±４５°までのはるかに大
きな傾斜角度に対しては、この近似が実際には機能しないことを発見した。従っ
て、アークタンジェント計算からセンサの電子回路が計算する位置は、傾斜角度
αxに関わらずおよそスタイラスの先端位置である。 【００７１】 これは、スタイラスの先端から所定の距離(この実施例では、約１０mm)だけ離
間した小型コイル又は巻きつけフェライトによって、所要の傾き不感度が得られ
ることを表している。しかし、磁界を集中させるためには長いフェライト要素が
好ましいため、これが最適のシステムであるとは言えない。更に、センサ巻線で
誘起される信号レベルを増大させるためには、フェライトをスタイラスの先端(
すなわち、センサ基板)により近接させるべきである。スタイラスの先端に近接
する位置からスタイラスの軸に沿って延び、有効平均位置がl1である(必ずしも
単純な平均でなくて良いが、磁界のあらゆる影響を考慮する)ようなフェライト
ロッドを使用することにより、これらの問題は解決される。発明者は、実験の結
果、所望の結果を実現するためには、フェライトロッドをセンサ巻線のピッチの
約４分の１にすべきであることを気づいた。 【００７２】 当業者には理解されるであろうが、見かけの位置をスタイラスの先端に対応し
ないように変更するために、フェライトロッドの長さを変えても良い。例えば、
スタイラス軸と、スタイラスの先端とセンサ基板との間の平面(例えば、表示装
置の上面又は画素の有効平面)との交差点に近接させるために、フェライトロッ
ドを短くしても良い。 【００７３】 当業者には理解されるであろうが、上記のスタイラスは、米国特許第５，５６
５，６３２号に記載されているような、同様の方式で動作する従来のスタイラス
と比較していくつかの利点を有する。すなわち、 (ｉ) 共振スタイラスの初期共振周波数、クリック距離及びペン先部分に圧力
が加わることによって起こる共振周波数の変化を高い信頼性をもって、繰り返し
定義できる。 【００７４】 (ii) クリック距離d0が熱に対して安定するように確保できる。 【００７５】 (iii) フェライトロッドは、亀裂が入る可能性のある領域である穴又はその他
の形状を含まない単純な構成要素であるので、スタイラスは特に衝撃に強い。ペ
ン先部分から落とした場合、その衝撃はフェライトロッドの長さに沿って伝達さ
れる。亀裂という観点から見て主に関係する部分はロッドの端部である。この実
施例では、フェライトロッドの端部をきつく嵌合するプラスチック部品に押し込
み、圧縮状態でそれらを保持している。フェライトや他の類似する磁性材料のよ
うなセラミック材料は、圧縮状態にあるとき、より衝撃に対する耐性を増す。ま
た、単純な円筒形のフェライトロッドを使用しているために、形状が単純である
ので、製造コストがかからない。更に、非常に厳密な直径許容差と、相対的に厳
密な長さ許容差を保つことが可能になる。フェライトロッドはコイルの内側で、
過剰な間隙を作ることなく自由に動くように設計されているので、直径許容差は
重要である。 【００７６】 (iv) インダクタコイルはフェライトロッドの長さと比較して相対的に短く、
ペン先部分から離れた端部に配置されている。これにより、dF／dd1の量は大き
くなり、必要とされる周波数の変化dFに対してクリック距離d0をできる限り短く
するためには望ましい。コイルを長くするか、又はコイルをペン先部分に更に近
接させた場合には、dF／dd1は小さくなり、所望の周波数変化dFに対してクリッ
ク距離d0を長くとらなければならなくなるであろう。このコイル位置によって、
スタイラスの直径をペン先部分に向かってテーパをつけることも可能になり、そ
の結果、ユーザのペンの使い心地が改善される。コイルがペン先部分により近接
していれば、プラスチックの壁が薄くなるので、テーパ形状は不可能になると考
えられる。 【００７７】 (v) スタイラスの設計では、相対的に大きい従来の金属偏向ばね１６３を使用
している。このため、ペンに上質な感覚を与えるためにペン先部分に加えるべき
作動力を小さくすることがより容易になる。これは、ユーザがこの実施例ではLC
Dの表面である書き込み面を強く押す必要がなく、過剰な力によるLCDの損傷がな
くなることも意味している。 【００７８】 (vi) 共振回路のインダクタコイルは、巻き数が一定であるように巻きつけら
れなければならない。その結果、コイルをフェライトロッド及びコンデンサと結
合して使用した場合、相対的に一定した共振周波数が得られる。ところが、コイ
ルのワイヤ直径にはばらつきがあるので、巻き数が一定であっても、インダクタ
コイルの巻線長さにも変動が起こりうる。しかし、スタイラスの後部本体部分と
前部本体部分とをすべり締まり嵌め構造にすることにより、後部本体部分はコイ
ルを前部本体部分と第２の移動制限部材との間に挟み込むまで前部本体部分の内
部へ滑り込むため、このインダクタコイルの長さの変動は補償される。 【００７９】 (vii) 第２の移動制限部材１５７は第１の移動制限部材１５５にかぶせて嵌め
込まれるため、組み立てが容易である。しかし、この構造は本来非対称であるに
もかかわらず、組み立てが終了した後には、ペン先部分１５９はスタイラス本体
１５１の長手方向軸に沿ってのみ動くように拘束されるため、スタイラスはユー
ザには対称形であるように見える。 【００８０】 (viii) ペン先部分１５９は比較的鋭く、テーパ形状になっているので、ユー
ザはスタイラスを多くのユーザにとって正常な書き込み態勢である角度で使用す
ることができる。これを実現することは、フェライトロッド１５３をできる限り
ペン先部分の端に近づけることが重要であるため、困難である。これが不可能で
あると、先に説明したのと同じシステムの傾き不感度を実現するためには、ペン
のフェライトロッド１５３を短縮しなければならないであろう。しかし、フェラ
イトロッドを短くすると、共振回路の有効磁気横断面とQ係数が共に減少してし
まい、その結果、信号レベルが低下するので、システム性能が低下する。図９に
示す構成は、どのようにしてフェライトロッドをペン先部分の端部に近づけて配
置できるかを示している。 【００８１】 (ix) 先に説明したスタイラスの構造はフェライトロッドの長さのばらつきに
相対的に適応しやすい。許容差を厳密に定められているd1の初期値とクリック距
離d0は、ペン先部分１５９から離れたインダクタコイル４５の遠い側の端部にあ
る構成要素によって設定される。ロッドの長さが変わっても、単にペン先部分１
５９の軸方向位置が変わるだけである。しかし、ペン先部分１５９は制約なく長
い軸方向距離に沿って自在に動くことができる。スタイラスの磁気結合共振回路
の有効磁気中心は、ロッドの長さの差があっても、ペン先部分の先端から相対的
に一定した位置にとどまる。これは、ロッドの長さに関わらず、フェライトロッ
ドがペン先部分に端部ストッパに当接するまで完全に押し込まれるためである。
ペン先部分に対するフェライトロッドのペン先部分側端部の位置は、反対側の端
部より大きく装置の有効磁気中心の位置に影響を及ぼす。通常、スタイラスの有
効磁気中心の位置は、先に述べたセンサ巻線と関連させて使用したときに、指示
される位置がペン先部分の先端の半径の中心となるように設定されている。 【００８２】 (x) 共振器の初期共振周波数の許容差は十分厳密に設定されており、且つ周波
数の変化の許容差も十分厳密に設定されているので、共振器から受信される信号
が位置測定に十分な大きさを確実に保つようにするために、(例えば、送信パル
スの数を減少させるか、又は異なる狭帯域周波数で送信するかのいずれかにより
)励磁信号のエネルギーを相対的に広い周波数帯域に拡張する必要はない。従っ
て、システムの電力効率は向上し、その結果、ハンドヘルドPDAのバッテリーの
寿命が長くなる。 【００８３】 変形例及び代替実施例 上記の実施例では、共振スタイラスを利用して動作するx−yデジタイジングタ
ブレットを含むハンドヘルドパーソナルデジタルアシスタントを説明した。シス
テムをそのような低コスト、大量生産の用途に適合させるディジタイザ巻線及び
スタイラスの様々な新規な特徴を説明した。上述のシステムの新規な面の多くが
互いに無関係であることは当業者には理解されるであろう。例えば、上述のスタ
イラスを米国特許第４，８７８，５５３号又はWO９８／５８２３７に記載されて
いる従来のディジタイザ巻線と組み合わせて動作させることは可能であり、また
、上述のディジタイザ巻線を米国特許第５，５６５，６３２号に記載されている
スタイラスのような従来のスタイラス、又は他の何らかの磁界発生装置又は磁界
変化装置と組み合わせて動作させることも可能である。 【００８４】 次に、いくつかの変形例及び代替実施例を説明する。 【００８５】 先に述べた通り、センサ巻線の設計はディジタイザの多くの重大な面の１つで
あり、センサ巻線のデジタイジング領域の面積を最大にすることを含む。各々の
センサ巻線を複数の１次感知導線と、それらの１次感知導線を相互接続する接続
導線とに分割することができる。先に説明した３回巻きのセンサ巻線の場合、そ
れらの接続導線はセンサPCBの縁部で５列の導線トラックを必要としていた。図
１５aは、内側ループ２３３及び２３５の接続導線が外側ループ２３７及び２３
９及び２４１及び２４３の接続導線の間にそれぞれ交互配置されているようなsi
n xセンサ巻線２３１のループを概略的に示す。当業者には理解されるであろう
が、図１５aに示す巻線を図８bに示すcos x巻線の上に重ね合わせると、センサP
CBの両側に４列の接続トラックを設けるだけで済む。従って、この交互配置構成
によって、接続トラックに必要なスペースが縮小されるので、センサPCBの側の「
不感帯」は縮小される。当業者には理解されるであろうが、sin xセンサ巻線につ
いて接続トラックを交互配置するのではなく、図１５bにcos xセンサ巻線２４５
について示すように、cos xセンサ巻線でこの交互配置を行うことも可能である
。更に、当業者には理解されるであろうが、y位置センサ巻線でも同様の交互配
置技法を実行できる。 【００８６】 上記の実施例は、装置のLCDの背後に埋め込まれるデジタイジングシステムを
採用したハンドヘルドパーソナルデジタルアシスタントを説明していた。当業者
には理解されるであろうが、上述のデジタイジングシステムを様々な用途に使用
できる。しかし、PDA、ウェブブラウザ、携帯電話などの、低コスト、大量販売
の製品に適用すると特に有用である。図１６は、携帯電話２５１を液晶表示部２
５５を含むように適応させ、表示部の下に、共振スタイラス２５７の位置を感知
するように動作する、先に説明したようなx−yの組のディジタイザ巻線を設けた
構成を示す。デジタイジングシステムは、例えば、携帯電話から別の人物へ送信
できる短いテキストメッセージをユーザが作成するときに使用されれば良い。例
えば、携帯電話がオーガナイザを含む場合、ディジタイザを使用してオーガナイ
ザからのデータの入力、操作及び出力を制御することができる。 【００８７】 第１の実施例では、ディジタイザシステムはいくつかのセンサ巻線と、励磁巻
線と、共振スタイラスとを使用していた。別の実施例においては、共振スタイラ
スではなく、短絡コイル又は磁界集中手段(フェライト片など)を使用できるであ
ろう。しかし、そのような実施例では、センサ巻線で誘起される信号レベルが低
下し、励磁信号が終了した後は非共振要素が「鳴り」続けることができないため、
システムはパルスエコー動作モードでは動作できないと考えられる。更に別の代
替実施例においては、受動スタイラスではなく、先に論じたセンサ巻線と共に電
動スタイラスを使用できるであろう。この場合、スタイラスはそれ独自の磁界を
発生させるために給電されるので、励磁巻線を設ける必要はないが、スタイラス
に位相基準信号を供給するために励磁巻線を設けても良い。スタイラスに供給さ
れる電力はスタイラス内部に収納されたバッテリーにより与えられるか、又はス
タイラスをリード線を介して電源に接続することにより供給されれば良い。その
ような給電スタイラスの実施例は可能であるが、スタイラスの価格が高くなり且
つ／又はスタイラスに接続するリード線が必要であるために、ユーザが通常時に
装置を使用する際の妨げになるので、給電スタイラスの使用が好ましくないこと
は当業者には理解されるであろう。 【００８８】 上記の実施例では、スタイラスは自己接合銅線から形成されたインダクタコイ
ルを使用し、巻型を有していなかった。先に述べた通り、これにより、フェライ
トコアとコイルの巻線との間の間隙を非常に狭くできるという利点が得られる。
当業者には理解されるであろうが、この利点は、従来より採用されている相対的
に厚い巻型ではなく、例えば、紙製又はプラスチック製の薄い巻型を使用した場
合にも得られる。添付の請求の範囲における用語「巻型なしコイル」はそのような
代替構成を包含するものである。 【００８９】 上記の実施例では、共振スタイラスは１つ設けられていた。当業者には理解さ
れるであろうが、異なる共振周波数を有する複数のスタイラスを使用しても、シ
ステムは動作できる。その場合、各スタイラスにはシステム内で異なる機能が割
り当てられることになる。 【００９０】 上記の実施例では、フェライトロッドは、常に、インダクタコイルの背面から
d1の初期値以上の長さだけ突出していた。インダクタコイルがフェライトロッド
とほぼ接触する状態になければ、dF／dd1はより小さくなるので、d1の初期値を
、コイルが第１の移動制限部材の端部も包囲していない限り、第１の移動制限部
材をフェライトロッドに装着することがもはや不可能になるまで減少させる必要
が生じるであろう。しかし、これにより、コイルの直径が更に大きくなるか、又
はフェライトロッドを非円筒形状に変形しなければならなくなり、そのため、コ
スト高になると共に、構造がもろくなると考えられる。 【００９１】 上記の実施例では、移動制限部材はインダクタコイルの背後に配置されていた
。移動制限部材をペン先部分に向かってインダクタコイルの前に配置することも
可能であるが、そのようにすると、ペン先部分に向かってそれらの部品を収納す
るためのスペースが狭くなってしまうために好ましくない。更に、偏向ばね１６
３をスタイラスの背後に向かって設けてあるが、このばねの代わりに、インダク
タコイルのペン先部分側端部に力の弱いばねを配置しても良い。しかし、そのよ
うな実施例においては、ペン先部分に対する作動力を小さく保つためにばねを短
く形成しなければならず、従って、望ましくないほどワイヤの直径を小さくしな
ければならないために、部品コストがかさみ、その上、組み立てが難しくなる。
更に、ペン先部分の端部で金属ばねを使用すると、共振器の磁気作用に悪影響が
出る。金属ではなく、プラスチックのばね構造を使用することも可能であろうが
、プラスチックは時間の経過と共に亀裂を生じ易く、戻し力が損なわれる結果と
なる。 【００９２】 上記の実施例のスタイラスの場合、スタイラスのペン先部分に圧力が加えられ
ていないとき、第１の移動制限部材はインダクタコイルの背面に当接している。
この状態は、フェライトロッドが初めにコイルから突出する距離d1の初期値を規
定する。当業者には理解されるであろうが、d1のこの初期値を規定するために別
の部材を使用することも可能である。しかし、この場合、コイルと、フェライト
ロッドをその遠い側の端部でペン先部分から離間させるように保持する何らかの
構成要素との接触を回避することが重要であろう。d1の初期値は小さいため、こ
の保持要素はフェライトロッドに沿ってフェライトロッドを保持すべき長さをほ
とんど持たないと考えられる。従って、フェライトロッドを保持するのは難しく
、接着剤による貼り合わせなどのコストのかかる製造作業が必要になるであろう
。 【００９３】 上記の実施例のスタイラスでは、フェライトロッドの長さはスタイラスの傾き
の影響を少なくするように選択されていた。当業者には理解されるであろうが、
傾き不感度を実現するために、フェライトコアを有するコイルを使用する必要は
ない。コイルを適切に構成することにより、同様の傾き不感度が得られる。コイ
ルは、この場合にも、コイルの平均磁心が所望の見かけの測定点からほぼピッチ
／２Пとなるように構成されるべきである。 【００９４】 図１７aから図１７dは、スタイラスの４つの代替形態を概略的に示す。すなわ
ち、図１７aは、フェライトコア１５３の端部に装着された先端部１５９を示す
。また、図１７aは、フェライトコア１５３がコイル４５を貫通している構成を
示し、この実施例では、コイル４５はスタイラスハウジング２７５にも固定され
ている。図示されているように、この形態のスタイラスの場合、内部溝穴２７９
を有する移動制限部材２７７はフェライトロッド１５３と共に動くように結合さ
れ、ばね１６３により先端部１５９に向かってばねの力で偏向されている。図示
されているように、溝穴２７９の内側に設けられたピン２８１もスタイラスハウ
ジングに固定されている。従って、この実施例では、溝穴２７９の長さが先端部
１５９の移動範囲を規定する。図１７bは、この場合、移動制限部材２７７がハ
ウジング２７５に対して固定され且つピン２８１はばね１６３により偏向される
フェライトロッドと共に動くように装着されている点を除いて、図１７aの実施
例に類似する実施例を示す。 【００９５】 上記の実施例では、フェライトロッドの端部と、コイルの端部との初期距離(d 1 )は、スタイラスのクリック距離(d0)と共に固定されていた。図１７cは、フェ
ライトロッドの端部とコイルの端部との初期距離(d1)のみが移動制限部材２８５
の中心孔２８３により固定されているような実施例を概略的に示す。従って、共
振回路の初期周波数のみが固定されている。当業者には理解されるであろうが、
この実施例では、クリック距離は、ペン先部分をスタイラスハウジング内に押し
込むことができる距離によって制限されるだけである。 【００９６】 上記の実施例では、フェライトコアは先端部と共に動くように装着され、コイ
ルはハウジングに固定されていた。当業者には理解されるであろうが、フェライ
トコアをハウジングに対して固定し且つコイルを先端部と共に動くように装着し
ても、スタイラスは機能できる。そのような実施例は図１７dに概略的に示され
ており、図１７dに示すように、コイル４５は先端部１５９と共に動くように装
着され、フェライトコア１５３はハウジング２７５に固定されている。スタイラ
スのその他の様々な変形構成は当業者には明白であろうが、ここでは更に説明し
ない。 【００９７】 上記の実施例では、２つのミキサと、積分器とから構成される処理チャネルを
センサ巻線ごとに設けている。代替実施例においては、全てのセンサ巻線で誘起
される信号を時分割多重化方式で処理するために１つの処理チャネルを使用して
も良い。これにより処理回路の複雑さは軽減されるが、位置測定値を獲得するた
めに要する時間が長くなることは当業者には理解されるであろう。 【００９８】 上記の実施例では、センサ巻線は、測定範囲にわたり正弦の１つの周期として
ほぼ変化する共振器からの磁界に対して感度を示すように配列されていた。当業
者には理解されるであろうが、この感度が正弦の複数の周期を通して変化するよ
うにセンサ巻線を配列しても良い。この場合、システムは共振スタイラスがその
時点で位置している現在周期を追跡しなければならない。そのような多周期巻線
の例は出願人の以前の国際出願WO９８／５８２３７に記載されている。別の代替
構成は、共振器からの磁界に対するセンサ巻線の感度が測定領域にわたって正弦
の一部分として変化するようにセンサ巻線を配列する構成である。そのような実
施例は、測定領域が矩形であるような用途において、xセンサ巻線のピッチとyセ
ンサ巻線のピッチが確実に等しくなるようにするために特に有用である。当業者
には理解されるであろうが、これにより、スタイラスを先に説明したように設計
した場合には、システムの傾き不感度が改善される。 【００９９】 上記の実施例では、励磁巻線は共振器を励磁するために使用され、センサ巻線
で受信された信号を利用して、共振器の位置を識別していた。別の実施例におい
ては、共振器を励磁するためにセンサ巻線を使用し、励磁巻線で受信された信号
を利用して、共振器の位置を識別しても良い。そのような実施例では、センサ巻
線を順次励磁することが必要になるか、又はセンサ巻線を一斉に励磁するのであ
れば、処理回路が受信信号を区別できるように、各々のセンサ巻線に別個の励磁
周波数を印加することが必要になるであろう(そのためには、共振器に、異なる
周波数で共振する別個の共振回路を設けなければならない)。あるいは、センサ
巻線の１つを使用して共振器を励起し、別のセンサ巻線で共振器からの信号を受
信することにより、システムを動作させることも可能であろう。そのようなシス
テムの動作方式は出願人の以前の国際出願WO９８／５８２３７に記載されている
。 【０１００】 上記の実施例では、励磁巻線はセンサ巻線の外側に巻きつけられていた。セン
サ巻線の測定範囲をセンサPCBの周囲に向かってできる限り拡張するために、励
磁コイルの巻線の一部をセンサ巻線の導線と交互に配置しても良い。この構成は
、センサ基板全体にわたり均一な外側コイル磁界／感度を保つのに有用であり、
その結果、センサシステムのダイナミックレンジを最小にし、従って、構成を簡
単にするのにも役立つ。 【０１０１】 励磁巻線及びセンサ巻線を支持するセンサPCBを可撓性プリント回路基板上に
製造しても良い。この場合、コイルを処理回路に接続するための可撓性延出部分
を形成するように接続部分を延長しても良い。また、センサ基板の厚さを、例え
ば、０．２mm未満までできる限り薄くする目的で、可撓性PCBを使用することも
可能である。 【０１０２】 先に説明した通り、各々のセンサ巻線は複数の１次感知導線と、１次感知導線
を相互接続する複数の接続導線とを具備する。上述の実施例では、x位置センサ
巻線の１次感知導線はほぼy方向に配置され、y位置センサ巻線の１次感知導線は
ほぼx方向に延出していた。当業者には理解されるであろうが、これは不可欠で
はなく、１次感知導線は関連する測定方向と交わっているだけで良い。 【０１０３】 上記の実施例では、センサPCBとLCDのバックライトとの間に、カーボンインキ
の層から形成される静電スクリーンが設けられていた。蒸着アルミニウム被覆膜
、あるいは交差パターンにより陰影を施したフィッシュボーン又は櫛形銅層など
の他の導電層を使用しても良い。あるいは、エレクトロルミネセントバックライ
ト層１１の底面を接地できるのであれば、静電スクリーンに変わって、この層が
有効に静電スクリーンとして機能できる。 【０１０４】 上記の実施例では、液晶タイプの表示装置を使用するハンドヘルドパーソナル
デジタルアシスタントを説明した。当業者には理解されるであろうが、上記のデ
ィジタイザシステムをTFTスクリーンなどの他の種類のスクリーンと組み合わせ
て使用することも可能である。 【０１０５】 上記の実施例では、センサPCBはハンドヘルドPDA装置のLCDのすぐ下に配置さ
れていた。当業者には理解されるであろうが、センサPCBをLCDの下方に配置する
必要はなく、例えば、その一方の側に配置することも可能である。しかし、セン
サPCBを脇に配置すると、装置全体が大型になってしまう。 【０１０６】 上記の実施例では、各々のセンサ巻線は導線の３回巻きを使用して形成されて
いた。当業者には理解されるであろうが、導線の１回巻きを使用してセンサ巻線
を形成することも可能である。しかし、１回巻きを使用すると、共振器により発
生される磁界に対するセンサ巻線の感度の正弦特性が損なわれ、出力される信号
レベルも低下するため、好ましくない。従って、センサ巻線の巻き数をできる限
り多くするのが好ましい。 【０１０７】 上記の実施例では、センサ巻線のうち１つの巻線の同相信号と直角位相信号を
使用して、励磁周波数と、共振器の共振周波数との周波数差を示す共振器の電気
的位相情報を判定していた。この実施例では、励磁周波数は固定されていた。こ
れに代わる実施例においては、判定された電気的位相情報を使用して、検出され
る共振器位相を所定の値に維持するために励磁周波数を制御することが可能であ
る。このようにすることの利点は、積分器から出力され、位置測定計算に使用さ
れる信号レベルが最大になるという点である。 【０１０８】 上記の実施例では、共振器の電気的位相情報を判定する元になる同相出力及び
直角位相出力を発生するために、センサ巻線で誘起される信号を励磁信号及びそ
の励磁信号の９０°移相した信号と混合していた。当業者には理解されるであろ
うが、この共振器の電気的位相情報を抽出する際には、共振器信号の０交差のタ
イミングなどの他の技法を使用することも可能であるが、この技法は雑音の影響
を受けやすいので好ましくない。 【０１０９】 上記の実施例では、２次元x−yデジタイジングシステムを説明した。しかし、
当業者には理解されるであろうが、本発明のいくつかの面は２次元位置符号器に
限定されない。すなわち、本発明のいくつかの面を１次元線形位置符号器又は回
転位置符号器に組み込むことができる。例えば、先に説明した共振スタイラスを
線形位置符号器に使用できるであろう。 【０１１０】 上記の実施例では、センサ巻線から出力された信号を使用し、アークタンジェ
ント計算を実行することにより位置測定値を求めていた。当業者には理解される
であろうが、そのようなアークタンジェント計算を実行せずに、受信信号から位
置情報を抽出することは可能である。出願人の以前の国際出願WO９８／００９２
１又はWO９０／３４１７１は、センサ巻線で誘起された信号から位置情報を判定
する別の技法を開示している。 【０１１１】 上記の実施例では、相互に直角の位相で位置に伴って変化する信号を発生する
ために、x方向とy方向のそれぞれで２つの直角位相センサ巻線を使用していた。
当業者には理解されるであろうが、これは不可欠ではない。巻線が測定軸に沿っ
て０でない又は１８０°の倍数でない何らかの移相の分だけ離間している限り、
センサ巻線で誘起される信号を処理して、位置情報を抽出することは可能である
。 【０１１２】 その他の様々な変形例及び代替実施例は当業者には明白であろう。 【図面の簡単な説明】 【図１】 ハンドヘルドパーソナルデジタルアシスタント(PDA)の液晶表示部の背後に配
置され、共振スタイラスの(x，y)位置を感知することができるx−yデジタイジン
グシステムを含むPDAの概略図である。 【図２】 デジタイジングシステムのセンサプリント回路基板と、液晶表示部との位置関
係を示す、図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの横断面図を概略的に示
す。 【図３】 x−yデジタイジングシステムの励磁／処理装置を示し且つデジタイジングシス
テムの励磁巻線と共振スタイラスとの磁気結合、並びに共振スタイラスとデジタ
イジングシステムの一部を形成する４つのセンサ巻線との磁気結合を示す概略機
能ブロック線図である。 【図４a】 デジタイジングシステムのxセンサ巻線で誘起される信号のピーク振幅が液晶
表示部に対するスタイラスの位置のx座標に応じてどのように変化するかを近似
して概略的に示す。 【図４b】 デジタイジングシステムのyセンサ巻線で誘起される信号のピーク振幅が液晶
表示部に対するスタイラスの位置のy座標に応じてどのように変化するかを近似
して概略的に示す。 【図５】 共振スタイラスがデジタイジングシステムに接近し、パーソナルデジタルアシ
スタントの表示部の表面と接触する間に、センサ巻線の１つから出力される信号
から発生される電気的位相信号がどのように変化するかを示すグラフである。 【図６】 液晶表示部に対するスタイラスの異なる傾斜角度について、共振スタイラスに
より発生される信号の電気的位相がスタイラスと液晶表示部の表面との間の間隙
に応じてどのように変化するかを示すグラフである。 【図７a】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成する励磁巻線の形態を示す。 【図７ｂ】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成するsin xセンサ巻線の形態を示す。 【図７c】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成するcos xセンサ巻線の形態を示す。 【図７d】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成するsin yセンサ巻線の形態を示す。 【図７e】 図１に示すパーソナルデジタルアシスタントの一部を形成するデジタイジング
システムの一部を形成するcos yセンサ巻線の形態を示す。 【図７f】 図７aから図７eに示す巻線を支持するプリント回路基板の上部層を示す。 【図７g】 図７aから図７eに示す巻線を支持するプリント回路基板の下部層を示す。 【図８a】 図７bに示す巻線に近いsin xセンサ巻線の理想的ではあるが、実用には向かな
い形態を示す。 【図８b】 図７cに示す巻線に近いcos xセンサ巻線の理想的ではあるが、実用には向かな
い形態を示す。 【図８c】 図７bに示す巻線に類似する実用的なセンサ巻線を形成するために、図８aに示
す実用には向かない巻線にいくつかの交差接続部分をどのようにして追加できる
かを示す。 【図８d】 図７cに示す巻線に類似する実用的なセンサ巻線を形成するために、図８bに示
す実用には向かない巻線にいくつかの交差接続部分をどのようにして追加できる
かを示す。 【図９a】 図１に示す共振スタイラスの展開斜視図である。 【図９b】 組み立て後の共振スタイラスの横断面図である。 【図１０a】 共振スタイラス本体の前部の横断面図である。 【図１０b】 共振スタイラス本体の後部の横断面図である。 【図１１a】 共振スタイラスの一部を形成する第１の運動制限部材の平面図である。 【図１１b】 図１１aに示す第１の運動制限部材の横断面図である。 【図１１c】 第１の運動制限部材をその第１の端部から見た端面図である。 【図１１d】 第１の運動制限部材をその他方の端部から見た端面図である。 【図１２a】 共振スタイラスの一部を形成する第２の運動制限部材の平面図である。 【図１２b】 図１２aに示す第２の運動制限部材の横断面図である。 【図１２c】 第２の運動制限部材をその一端部から見た端面図である。 【図１２d】 第２の運動制限部材をその他端部から見た端面図である。 【図１３】 共振スタイラスの一部を形成するコイルと、コイルに対して移動するフェライ
トコアとの距離を変えたときに共振スタイラスの共振周波数の変化がどのように
変わるかを示すグラフである。 【図１４】 スタイラスの傾きがディジタイザシステムに対するスタイラスの見かけの位置
にどのような影響を及ぼすかを概略的に示す。 【図１５a】 x方向に延出する接続導線について感知領域の縁部で必要とされるスペースを
少なくするために交互配置技法を採用したsin xセンサ巻線の理想的ではあるが
、実用には適さない形態を示す。 【図１５b】 x方向に延出する接続導線について感知領域の縁部で必要とされるスペースを
少なくするために交互配置技法を採用したcos xセンサ巻線の理想的ではあるが
、実用には適さない形態を示す。 【図１６】 液晶表示部を含み、表示部の下方に、表示部に対する共振スタイラスの位置を
感知するように動作可能であるデジタイジングシステムのセンサ巻線及び励磁巻
線を含む携帯電話を示す斜視図である。 【図１７a】 スタイラスの第１の代替形態を概略的に示す。 【図１７b】 スタイラスの第２の代替形態を概略的に示す。 【図１７c】 スタイラスの第３の代替形態を概略的に示す。 【図１７d】 スタイラスの第４の代替形態を概略的に示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ
)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，
ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，
ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ
Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ
，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，
ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ
Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ
，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，
ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ
Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ
，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
(71)出願人 Ｈａｒｓｔｏｎ Ｍｉｌｌ， Ｈａｒｓｔ
ｏｎ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅｓｈｉｒｅ
ＣＢ２ ５ＮＨ， Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎ
ｇｄｏｍ
(72)発明者 エリー， デビッド， トーマス， エリ
オット
イギリス国 ケンブリッジシャー シービ
ー２ ５エヌエイチ， ハーストン， ハ
ーストン ミル， シナプティックス
（ユーケー）リミテッド内
(72)発明者 コリンズ， イーアン， ピーター
イギリス国 ケンブリッジシャー シービ
ー２ ５エヌエイチ， ハーストン， ハ
ーストン ミル， シナプティックス
（ユーケー）リミテッド内
(72)発明者 コーウッド， ピーター， デビッド
イギリス国 ケンブリッジシャー シービ
ー２ ５エヌエイチ， ハーストン， ハ
ーストン ミル， シナプティックス
（ユーケー）リミテッド内
(72)発明者 ブレイス， スティーブン， ローランド
イギリス国 ケンブリッジシャー シービ
ー２ ５エヌエイチ， ハーストン， ハ
ーストン ミル， シナプティックス
（ユーケー）リミテッド内
Ｆターム(参考） 5B068 AA22 AA32 BB15 BC03 BC12
BD02 BD07 BE06 BE15 CC11
5B087 AA05 AE09 BC03 BC11 BC26
BC34 CC02 CC16 CC24 CC32
DJ03
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 測定方向に沿って順に配列された少なくとも２組のループを
具備し、各ループは測定方向と交差する複数の１次導線と、測定方向に沿って延
び、前記１次導線を相互接続する複数の接続導線とを具備し、 前記少なくとも２組のループのループは、隣接するループの１次導線の間の複
数の交差接続部により相互に直列接続されている、位置検出器で使用するための
巻線。 【請求項２】 前記交差接続部は前記１次導線の中央部分に設けられている
請求項１記載の巻線。 【請求項３】 測定方向に沿って順に配列された少なくとも２組のループを
具備し、各組のループは、外側ループと内側ループと少なくとも１つの中間ルー
プとを含み、 各ループは、測定方向と交差する複数の１次導線と、測定方向に沿って延び、
前記１次導線を相互接続する複数の接続導線とを具備し、 前記内側ループの接続導線は、前記少なくとも１つの中間ループの接続導線と
外側ループの接続導線との間に配置されている、位置検出器で使用するための巻
線。 【請求項４】 前記導線は、前記測定方向に沿って広がる絶縁体基板の上の
複数の導線トラックにより形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載
の巻線。 【請求項５】 前記導線は、プリント回路基板上の複数の導線トラックによ
り形成されている請求項４記載の巻線。 【請求項６】 前記プリント回路基板は２層プリント回路基板である請求項
５記載の巻線。 【請求項７】 前記少なくとも２組のループのループは、共通の背景交番磁
界により同じ組のループで誘起されるEMFが加算され、かつ、共通の背景交番磁
界により一方の組のループで誘起される起電力が他方の組のループで誘起される
起電力と相対するように配列されている請求項１から６のいずれか１項に記載の
巻線。 【請求項８】 各ループの組は同じ数のループを含む請求項１から７のいず
れか１項に記載の巻線。 【請求項９】 各ループの組はほぼ同じ面積の領域を包囲するように配置さ
れている請求項１から８のいずれか１項に記載の巻線。 【請求項１０】 前記１次導線は前記測定方向に沿って密度を増減させなが
ら配列されている請求項１から９のいずれか１項に記載の巻線。 【請求項１１】 隣接する１次導線の間隔は前記測定方向に沿って正弦波的
に変化する請求項１０記載の巻線。 【請求項１２】 ほぼx−y位置検出器の測定領域全体にわたって広がる第１
の巻線と、 ほぼx−y位置検出器の測定領域全体にわたって広がる第２の巻線とを具備し、 前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、絶縁体基板の両面に形成され且つ適切
な箇所でその基板を通して接続される複数の導線により形成され、 前記第１の巻線の導線は、ほぼ前記y方向に延び且つ前記測定領域にわたって
配列された複数の１次導線と、前記x方向に延びる前記測定領域の側部でほぼ前
記x方向に延出する複数の接続導線とを含み、 前記第２の巻線の導線は、ほぼ前記x方向に延び且つ前記測定領域にわたって
配列された複数の１次導線と、前記y方向に延びる前記測定領域の側部でほぼ前
記y方向に延びる複数の接続導線とを含み、 前記第１の巻線の接続導線は、前記第２の巻線の最も外側の１次導線より前記
測定領域の中央部分に近接するように配置されている、x−y位置検出器で使用す
るための装置。 【請求項１３】 前記導線は、プリント回路基板上の複数の導線トラックに
より形成されている請求項１２記載の装置。 【請求項１４】 前記プリント回路基板は可撓性プリント回路基板である請
求項１３記載の装置。 【請求項１５】 前記第１の巻線の導線は、x方向に沿って順に配列された
少なくとも２組のループを形成するように配置され、かつ、前記第２の巻線の導
線は、y方向に沿って順に配列された少なくとも２組のループを形成するように
配置されている請求項１２から１４のいずれか１項に記載の装置。 【請求項１６】 前記第１及び第２の巻線の前記少なくとも２組のループの
ループは、共通の背景交番磁界により同じ組のループで誘起される起電力が加算
され、かつ共通の背景交番磁界により一方の組のループで誘起される起電力が他
方の組のループで誘起される起電力に相対するように配置されている請求項１５
記載の装置。 【請求項１７】 各ループの組は同じ数のループを含む請求項１５又は１６
記載の装置。 【請求項１８】 各組のループはほぼ同じ面積の領域を包囲するように配置
されている請求項１５から１７のいずれか１項に記載の装置。 【請求項１９】 前記第１の巻線の１次導線は前記x方向に沿って密度を増
減させながら配列されている請求項１２から１８のいずれか１項に記載の装置。 【請求項２０】 前記第２の巻線の１次導線は前記y方向に沿って密度を増
減させながら配列されている請求項１２から１９のいずれか１項に記載の装置。 【請求項２１】 前記第１の巻線の１次導線の間隔は前記x方向に沿って正
弦波的に変化する請求項１９記載の装置。 【請求項２２】 前記第２の巻線の１次導線の間隔は前記y方向に沿って正
弦波的に変化する請求項２０記載の装置。 【請求項２３】 x−y位置検出器の測定領域のほぼ全体にわたって広がる第
３の巻線及び第４の巻線を更に具備し、 前記第３の巻線及び第４の巻線は、前記絶縁体基板の両面に形成され且つ適切な
箇所で基板を通して接続された複数の導線により形成され、 前記第３の巻線の導線は、ほぼ前記y方向に延び且つ前記測定領域の全体にわ
たって配列された複数の１次導線と、前記x方向に延びる前記測定領域の側部で
ほぼ前記x方向に延びる複数の接続導線とを含み、 前記第４の巻線の導線は、ほぼ前記x方向に延び且つ前記測定領域の全体にわ
たって配列された複数の１次導線と、前記y方向に延びる前記測定領域の側部で
ほぼ前記y方向に延びる複数の接続導線とを含む請求項１２から２２のいずれか
１項に記載の装置。 【請求項２４】 前記第３の巻線の接続導線は、前記第２の巻線の最も外側
の１次巻線より測定領域の中央部分に近接している請求項２３記載の装置。 【請求項２５】 前記第３の巻線の接続導線は、前記第４の巻線の最も外側
の１次巻線より測定領域の中央部分に近接している請求項２３又は２４記載の装
置。 【請求項２６】 前記x方向に延びる導線の大半は前記絶縁体基板の一方の
面に形成され且つ前記y方向に延びる前記導線の大半は前記絶縁体基板の他方の
面に形成されている請求項１２から２５のいずれか１項に記載の装置。 【請求項２７】 前記絶縁体基板の周囲に沿って複数回巻きつけられた導線
から構成される巻線を更に具備する請求項１２から２６のいずれか１項に記載の
装置。 【請求項２８】 測定領域の周囲に沿って複数回巻きつけられた導線から構
成される第１の巻線と、 ほぼ測定領域に沿って広がり且つ測定領域内で測定方向に沿って順に配列され
た少なくとも２つの直列接続されたループから構成されており、各ループは、測
定方向と交差する複数の１次導線と、測定方向に沿って延び、１次導線を相互接
続する複数の接続導線とを具備する第２の巻線とを具備し、 前記第２の巻線の前記１次導線の少なくとも１つは前記第１の巻線の複数回巻
きの導線の間に配置されている、位置検出器で使用するための装置。 【請求項２９】 前記第１の巻線及び第２の巻線は絶縁体基板の両面に形成
され、適切な箇所で基板を通して接続されている請求項２７記載の装置。 【請求項３０】 前記導線はプリント回路基板上の複数の導線トラックによ
り形成されている請求項２９記載の装置。 【請求項３１】 前記第２の巻線は、測定経路に沿って順に配列された少な
くとも２組のループを具備し、前記少なくとも２組のループのループは、共通の
背景交番磁界により同じ組のループで誘起される起電力が加算され且つ共通の背
景交番磁界により一方の組のループで誘起される起電力が他方の組のループで誘
起される起電力に相対するように配列されている請求項２８から３０のいずれか
１項に記載の装置。 【請求項３２】 各ループの組は同じ数のループを含む請求項３１記載の装
置。 【請求項３３】 各組のループはほぼ同じ面積の領域を包囲するように配置
されている請求項３１又は３２記載の装置。 【請求項３４】 前記第２の巻線の１次導線は、前記測定方向に沿って密度
を増減させながら配列されている請求項１２から１８のいずれか１項に記載の装
置。 【請求項３５】 前記第２の巻線の１次導線の間隔は前記測定方向に沿って
正弦波的に変化する請求項３４記載の装置。 【請求項３６】 ほぼ測定領域にわたって広がり且つ測定領域内で第２の異
なる測定方向に沿って順に配列された少なくとも２つの直列族接続されたループ
を具備する第３の巻線を更に具備し、各ループは、第２の測定方向と交差する複
数の１次導線と、第２の測定方向に沿って延び、１次導線を相互接続する複数の
接続導線とを具備する請求項２８から３５のいずれか１項に記載の装置。 【請求項３７】 前記第２の測定方向は前記第２の巻線の測定方向に対して
ほぼ垂直である請求項３６記載の装置。 【請求項３８】 前記第３の巻線の１次導線の少なくとも１つは前記第１の
巻線の複数回巻きの導線の間に配置されている請求項３６又は３７記載の装置。 【請求項３９】 磁界を感知又は発生する少なくとも１つの導線の層と、 前記少なくとも１つの導線の層の下方に配置され、該導線の層の背後へ磁束が
通過するための透磁経路を備える磁性材料の層とを具備する、位置検出器で磁界
を感知又は発生するときに使用するための変換器であって、 前記磁性材料の層はスピンメルトリボンから形成されていることを特徴とする
変換器。 【請求項４０】 前記導線の層は、少なくとも一方の面で複数の導線トラッ
クを支持するプリント回路基板を具備する請求項３９記載の装置。 【請求項４１】 前記変換器は線形位置検出器で使用するのに適している請
求項３９又は４０記載の装置。 【請求項４２】 前記変換器は２次元線形位置検出器で使用するのに適して
いる請求項４１記載の装置。 【請求項４３】 前記スピンメルトリボン層は１５μmから５０μmの厚さで
ある請求項３９から４２のいずれか１項に記載の装置。 【請求項４４】 細長いハウジングと、 前記ハウジングの一端に装着され、ハウジングに対して後退位置から延出位置
まで第１の方向に軸方向に動くと共に、延出位置から後退位置まで第２の、逆方
向に動く移動自在の先端部分と、 前記ハウジング内部に固定され、前記第２の方向に向いた当接面を有する感知
コイルと、 前記先端部分に装着され、前記コイルに対して移動する磁束結合要素と、 前記ハウジングに対する先端部分の、前記延出位置と前記後退位置との間の移
動の範囲を規定する移動制限手段であって、 前記磁束結合要素に装着され、前記第１の方向に向いた第１の当接面と、前記
第２の方向に向いた第２の当接面とを有する第１の制限要素と、 前記ハウジング内部に、前記コイルに軸方向に隣接して固定され、前記第１の
方向に向いた第１及び第２の当接面を有し、第１の当接面はコイルの当接面に接
触している第２の制限要素とを具備する移動制限手段とを具備し、 前記先端部分が後退位置にあるとき、第１の制限要素の第２の当接面は第２の
制限要素の第２の当接面に接触し、前記先端部分が延出位置にあるときには、第
１の制限要素の第２の当接面はコイルの当接面に接触するように構成されている
、位置検出器と共に使用するためのスタイラス。 【請求項４５】 前記磁束結合要素は細長く、第１の制限要素は前記細長い
磁束結合要素を受け入れて、保持するための所定の深さの盲穴であり、先端部分
が前記延出位置にあるとき、前記細長い要素の端部は前記コイルの当接面から所
定の距離にある請求項４４記載のスタイラス。 【請求項４６】 前記第１の制限要素は前記第２の制限要素の溝通路の中で
摺動する請求項４４又は４５記載のスタイラス。 【請求項４７】 先端部分の移動範囲は、前記第２の制限要素の第１の当接
面と第２の当接面との距離と、前記第１の制限要素の第１の当接面と第２の当接
面との距離との差により規定される請求項４４から４６のいずれか１項に記載の
スタイラス。 【請求項４９】 前記第１の制限要素及び第２の制限要素は射出成形工程に
より形成される請求項４４から４７のいずれか１項に記載のスタイラス。 【請求項５０】 細長いハウジングと、 前記ハウジングの一端に装着され、ハウジングに対して後退位置から延出位置
まで第１の方向に軸方向に動くと共に、延出位置から後退位置まで第２の、逆方
向に動く運動自在の先端部分と、 ハウジング内部に固定され、前記第２の方向に向いた当接面を有する感知コイ
ルと、 先端部分に装着され、コイルに対して運動する磁束結合要素と、 ハウジングに対する先端部分の、前記延出位置と前記後退位置との間の運動の
範囲を規定する運動制限手段であって、磁束結合要素に装着され、前記第１の方
向に面して、先端部分が前記延出位置にあるときに前記コイルの当接面に接触す
る当接面を有する制限要素を具備する運動制限手段とを具備する、位置検出器と
共に使用するためのスタイラスにおいて、 前記磁束結合要素は細長く、制限要素は、前記細長い要素を受け入れて、保持
するための所定の深さの盲穴であり、先端部分が前記延出位置にあるとき、前記
細長い要素の端部は前記コイルの当接面から所定の距離にあることを特徴とする
スタイラス。 【請求項５１】 細長いハウジングと、 ハウジングの一端に装着され、後退位置と延出位置との間で軸方向に動く運動
自在の先端部分と、 巻型なし感知コイルと、 コイルを貫通する磁束結合要素とを具備し、 前記巻型なしコイル及び前記磁束結合要素は前記先端部分の運動に伴って相対
運動するように装着されており、そのため、前記コイルのインダクタンスは前記
先端部分の運動に伴って変化する、位置検出器と共に使用するためのスタイラス
。 【請求項５２】 細長いハウジングと、 ハウジングの一端に装着され、ハウジングに対して後退位置から延出位置まで
第１の方向に軸方向に動くと共に、延出位置から後退位置まで第２の、逆方向に
動く移動自在の先端部分と、 感知コイルと、 磁束結合要素とを具備し、 前記感知コイル及び前記磁束結合要素は前記先端部分の移動に伴って相対移動
するように装着されており、そのため前記コイルのインダクタンスは前記先端部
分の移動に伴って変化し、 ハウジングに対する先端部分の前記延出位置と前記後退位置との間の移動の範
囲を規定する移動制限手段を特徴とし、前記移動制限手段は、先端部分と共に動
くように装着された第１の制限要素と、ハウジングに固定された第２の運動制限
要素とを具備し、 前記第１の制限要素及び第２の制限要素は前記第１の方向に向いた第１の当接
面と、前記第２の方向に向いた第２の当接面とを具備し、且つ先端部分が後退位
置にあるとき、第１の制限要素の第２の当接面は第２の制限要素の第１の当接面
と接触し、先端部分が延出位置にあるときには、前記第１の制限要素の第１の当
接面は前記第２の制限要素の第２の当接面と接触するように構成されているスタ
イラス。 【請求項５３】 前記第１の制限要素は溝穴を有する細長い部材から構成さ
れ、且つ前記第２の制限部材は前記溝穴の中で摺動する手段を具備する請求項５
２記載のスタイラス。 【請求項５４】 細長いハウジングと、 前記ハウジングの一端に装着され、ハウジングに対して後退位置から延出位置
まで第１の方向に軸方向に動くと共に、延出位置から後退位置まで第２の、逆方
向に動く移動自在の先端部分と、 当接面を有する感知コイルと、 磁束結合要素であって、 前記感知コイル及び前記磁束結合要素は前記先端部分の運動に伴って相対移動
するように装着されており、そのため、前記コイルのインダクタンスは前記先端
部分の移動に伴って変化するような磁束結合要素と、 前記先端部分と共に動くように装着され、且つ前記第１の方向に面して、先端
部分が前記延出位置にあるときに前記コイルの当接面と接触する当接面を有する
制限要素を具備し、ハウジングに対する先端部分の移動を制限する手段とを具備
する、位置検出器と共に使用するためのスタイラスにおいて、 前記磁束結合要素は細長く、制限要素は、前記細長い要素を受け入れて、保持
するための、前記当接面にある所定の深さの盲穴であり、先端部分が前記延出位
置にあるとき、前記細長い要素の端部は前記コイルの当接面から所定の距離にあ
ることを特徴とするスタイラス。 【請求項５５】 前記磁束結合要素はフェライトロッドである請求項４４か
ら５４のいずれか１項に記載のスタイラス。 【請求項５６】 前記コイルは、ハウジングの軸とほぼ同軸である軸を有す
るソレノイドコイルである請求項４４から５５のいずれか１項に記載のスタイラ
ス。 【請求項５７】 先端部分を前記延出位置に向かって付勢する付勢手段を更
に具備する請求項４４から５６のいずれか１項に記載のスタイラス。 【請求項５８】 前記偏向手段は、前記ハウジング及び前記運動制限手段に
抗して作用するばね手段である請求項５７記載のスタイラス。 【請求項５９】 前記コイルは自己接合ワイヤにより形成されている請求項
４４から５８のいずれか１項に記載のスタイラス。 【請求項６０】 前記コイルの端部に接続されて、共振回路を形成するコン
デンサを更に具備する請求項４４から５９のいずれか１項に記載のスタイラス。 【請求項６１】 前記ハウジングは、締まり嵌めにより互いに嵌合される前
部と後部とを具備する請求項４４から６０のいずれか１項に記載のスタイラス。 【請求項６２】 測定経路に沿って広がり且つ所定のピッチを有する少なく
とも１つの周期巻線と、 所望の見かけの測定点から前記周期巻線のピッチの約１／(２π)の位置に配置
される平均磁気中心を有する磁界発生器を備えるスタイラスとを具備する位置セ
ンサ。 【請求項６３】 前記所望の見かけの測定点はほぼスタイラスの先端部分で
ある請求項６２記載のセンサ。 【請求項６４】 測定経路に沿って相対的に移動自在である第１の部材と第
２の部材の位置を検出する方法であって、 前記第１の部材及び第２の部材のうち一方に請求項１から１１のいずれか１項
に記載の巻線又は請求項１２から４３のいずれか１項に記載の装置を設ける工程
と、 他方の部材に磁界発生器を設ける工程と、 前記発生器によって磁界を発生する工程と、 発生された磁界を前記巻線又は前記装置により検出し、そこから前記第１の部
材及び前記第２の部材の相対位置を判定する工程とを含む方法。 【請求項６５】 測定経路に沿って相対的に移動自在である第１の部材と第
２の部材の位置を検出する方法であって、 前記第１の部材及び第２の部材のうち一方に請求項１から１１のいずれか１項
に記載の巻線又は請求項１２から４３のいずれか１項に記載の装置を設ける工程
と、 他方の部材に磁界検出器を設ける工程と、 前記巻線又は前記装置によって磁界を発生する工程と、 発生された磁界を前記磁界検出器により検出し、そこから前記第１の部材及び
前記第２の部材の相対位置を判定する工程とを含む方法。 【請求項６６】 測定経路に沿って相対的に移動自在である第１の部材と第
２の部材の位置を検出する方法であって、 前記第１の部材及び第２の部材のうち一方に巻線を設ける工程と、 他方の部材に請求項４４から６１のいずれか１項に記載のスタイラスを設ける
工程と、 前記スタイラスによって磁界を発生する工程と、 発生された磁界を前記巻線により検出し、そこから前記第１の部材及び前記第
２の部材の相対位置を検出する工程とを含む方法。 【請求項６７】 測定経路に沿って相対的に移動自在である第１の部材と第
２の部材の位置を検出する方法であって、 前記第１の部材及び第２の部材のうち一方に巻線を設ける工程と、 他方の部材に請求項４４から６１のいずれか１項に記載のスタイラスを設ける
工程と、 前記巻線によって磁界を発生する工程と、 発生された磁界を前記スタイラスにより検出し、そこから前記第１の部材及び
前記第２の部材の相対位置を検出する工程とを含む方法。 【請求項６８】 請求項１から１１のいずれか１項に記載の巻線と、請求項
４４から６１のいずれか１項に記載のスタイラスとの組み合わせ。 【請求項６９】 請求項１２から４３のいずれか１項に記載の装置と、請求
項４４から６１のいずれか１項に記載のスタイラスとの組み合わせ。 【請求項７０】 請求項１から１１のいずれか１項に記載の巻線又は請求項
１２から４３のいずれか１項に記載の装置を具備する携帯データ入出力装置。 【請求項７１】 請求項１から１１のいずれか１項に記載の巻線又は請求項
１２から４３のいずれか１項に記載の装置と、請求項４４から６１のいずれか１
項に記載のスタイラスとを具備する携帯データ入出力装置。 【請求項７２】 表示装置を更に具備し、前記巻線又は装置は表示装置の背
後に配置されている請求項７０又は７１記載の装置。 【請求項７３】 請求項４４から６１のいずれか１項に記載のスタイラスを
具備する携帯データ入出力装置。 【請求項７４】 前記装置はパーソナルデジタルアシスタントである請求項
７０から７３のいずれか１項に記載の装置。 【請求項７５】 前記装置は携帯電話である請求項７０から７３のいずれか
１項に記載の装置。
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