JP2006024127A - 情報伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池等の比較的安定な電源を別途必要とすることなく、しかもアナログ情報を安定して検出でき、対応するデジタル情報を伝送し得る情報伝送装置を提供すること。
【解決手段】一定の電圧まで充電された可変コンデンサが所定の抵抗を通して放電され、その端子電圧が一定の閾値電圧を下回るまでの間、一定の周波数の交流信号を計数する（ｓｔｅｐ３〜ｓｔｅｐ８）ことにより得られた筆圧に対応するバイナリコードの連続量情報Ａをグレイコードに変換して連続量情報Ｂとし（ｓｔｅｐ９）、このグレイコードの連続量情報Ｂの‘０’及び‘１’に応じて共振回路を開放及び短絡状態とすることにより、当該連続量情報Ｂを伝送する。
【選択図】図３

Description

本発明は、外部から送信される電磁波に応答してデジタル情報を伝送する装置に関するものである。

従来より、外部から送信される電磁波を受信し、これに応答して自身の状態に応じたデジタル情報や内部に保持（記憶）しているデジタル情報を含む電磁波を発信し、これらの情報を外部へ伝送する装置（以下、情報伝送装置と呼ぶ。）が知られている。

このような装置の一つに、電磁誘導方式のデジタイザにおいて使用されるワイヤレスタイプの位置指示器（特許文献１、２参照）がある。

前述した位置指示器は、外部から送信される電磁波に同調する共振回路と、操作に対応した情報及び／または予めメモリ等に記憶した情報であって、２ビット以上の２進符号からなるデジタル情報を発生するデジタル情報発生手段と、前記電磁波の少なくとも一部に同期したタイミングに前記２進符号の‘０’または‘１’のいずれか一方に応じて共振回路の特性を変化させる共振特性制御手段とを備え、この共振回路の特性の変化を情報の受信側において識別させることによって、デジタル情報を伝送するようにしていた。

また、この種の信号伝送装置では、外部から送信される電磁波により共振回路に生起した誘導電圧から各部、即ちデジタル情報発生手段や共振特性制御手段を駆動するための電源を抽出する電源抽出手段を設けることにより、電池などの電源を不要とすることが可能であった。
特開平３−１８９７１６号公報 特開平７−１７５５７２号公報

ところで、前述した共振特性制御手段としては、２進符号の‘０’または‘１’のいずれか一方に応じて共振回路を構成する素子に別の素子を接続させることにより、発信する電磁波の周波数を変化させるものと、同じく２進符号の‘０’または‘１’のいずれか一方に応じて共振回路を構成する素子の両端を短絡（ショート）させることにより、発信する電磁波自体が有る状態（オン）と無い状態（オフ）とに変化させるものがある。

ここで、後者の共振特性制御手段を用いた場合、共振回路を構成する素子以外の素子を必要とせず、また、情報の受信側においても所定のタイミングにおける受信信号のレベル検出のみで良く、フィルタや位相検波回路等を必要とする電磁波の周波数の変化の識別が不要であるという利点があった。

一方、後者の共振特性制御手段を用いた場合、共振回路が短絡されている間は当該共振回路から電源を抽出できないため、電源抽出手段より各部に供給される電源電圧が不安定になり易いという問題があった。

特に、デジタル情報発生手段が、筆圧などの連続量で表される操作に対応するアナログ情報を検出し、該アナログ情報をデジタル情報（２進符号）に変換するものである場合において、アナログ情報の変化に伴って２進符号（バイナリコード）に桁上がり又は桁下がりが発生し、符号中に含まれる‘０’と‘１’の数が大幅に変動すると、電源電圧が非常に不安定になり、これによってアナログ情報の検出が不安定になり、検出精度が低下してしまう恐れがあった。

本発明は、電池等の比較的安定な電源を別途必要とすることなく、しかもアナログ情報を安定して検出でき、対応するデジタル情報を伝送し得る情報伝送装置を提供することを目的とする。

本発明では前記目的を達成するため、共振回路と、外部から送信される電磁波により共振回路に生起した誘導電圧から各部を駆動するための電源を抽出する電源抽出手段と、アナログ情報を検出し、該アナログ情報に対応する２ビット以上の２進符号からなるデジタル情報を発生するデジタル情報発生手段と、前記電磁波の少なくとも一部に同期したタイミングに前記２進符号の‘０’または‘１’のいずれか一方に応じて共振回路を短絡状態とする共振特性制御手段とを備え、前記２進符号として、隣接するアナログ情報に対応する２つの符号間の相違が常に一つのビット値のみであるものを用いて前記デジタル情報を伝送することで、電源電圧の変動を抑え、アナログ情報を安定して検出可能とすることを特徴とする。

前記構成によれば、検出すべきアナログ情報が変化し、これに対応するデジタル情報が変化する場合でも、該変化したデジタル情報間におけるビット値の変化は常に一つのみ、つまり符号中の‘０’が１個のみ‘１’へ変化もしくは‘１’が１個のみ‘０’へ変化するだけであるため、電源抽出手段より各部に供給する電源電圧を比較的安定させることが可能となる。

このような２進符号としてグレイコードと呼ばれるものを用いることができる。４ビットのグレイコードを、一般的なバイナリコードとともに表１に示す。

このようにグレイコードでは、連続的に値が変化する際に、一度に変化するのは常に１ビットのみである。バイナリコードにおける桁上がり又は桁下がりのように、‘０’と‘１’の数が大きく変動することはない。

この際、デジタル情報発生手段は、アナログ情報をバイナリコード化する符号化手段と、バイナリコードをグレイコードに変換するコード変換手段とから構成することができる。

また、この際、アナログ情報を時間の長さに変換し、該変換された時間中、一定の周波数の交流信号を計数することによりバイナリコード化する符号化手段を用いることができる。

以上説明したように、本発明によれば、外部から送信される電磁波に応答してデジタル情報を伝送する際、電池等の比較的安定な電源を別途必要とすることなく、しかもアナログ情報を安定して検出できる。

図１は本発明の信号伝送装置の実施の形態の一例、ここではデジタイザの位置指示器として構成した例を示すもので、図中、１は共振回路、２はスイッチ、３は電源抽出回路、４は電源用コンデンサ、５は検波回路、６は積分回路、７，８はバッファ、９は可変コンデンサ、１０は抵抗、１１はマイコンである。

共振回路１は、コイル１ａ及びコンデンサ１ｂからなり、タブレット（図示せず）から送信される電磁波の周波数とほぼ同じ共振周波数を有する。スイッチ２は、マイコン１１からの制御に従ってオン・オフ制御され、コンデンサ１ｂの両端間を開放または短絡状態に変化させることにより共振回路１の特性を変更、ここでは動作状態又は動作停止状態に変更してタブレット側へ送信する信号を変化、即ち信号有り又は信号無しに変化させる。電源抽出回路３は、共振回路１に発生する交流の誘導電圧を整流して電源用コンデンサ４に蓄え、バッファ７，８及びマイコン１１に電源を供給する。

検波回路５及びバッファ７は、タブレットから送信される電磁波によって共振回路１に発生した信号（の包絡線成分）に応じたパルス信号を積分回路６及びマイコン１１に供給する。積分回路６及びバッファ８は、検波回路５及びバッファ７からの信号が一定時間以上継続した場合のみ出力を立ち上げ、当該信号をマイコン１１に供給する。

可変コンデンサ９は、検出すべきアナログ情報、ここでは位置指示器における筆圧に対応して容量値が連続的に変化する。抵抗１０は、可変コンデンサ９の両端に接続され、この可変コンデンサ９及び抵抗１０により位置指示器における筆圧、即ちアナログ情報を時間の長さに変換するための時定数回路が構成される。

マイコン１１は、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、ＲＯＭ内に書き込まれたプログラムに従って動作する周知のマイクロコンピュータである。

一般に、マイコンは複数の入出力端子を備えており、これらをＲＯＭ内に書き込まれるプログラムによって任意に設定することができるようになっており、本実施の形態では、図１に示すようにマイコン１１に設けられた入出力端子のうち５本を用いている。

即ち、Ｐ０端子は入力端子として設定してバッファ７からの信号を供給している。また、Ｐ１端子も入力端子として設定してバッファ８からの信号を供給している。また、Ｐ２端子は可変コンデンサ９に接続され、出力端子として設定して可変コンデンサ９の充電を行うとともに、入力端子として設定して該可変コンデンサ９（時定数回路）の電圧を検出する。また、Ｐ３端子は出力端子として設定してスイッチ２へ接続し、これをオンまたはオフ状態に制御する。また、端子Ｐ４（ex.clk）は入力端子として設定して共振回路１へ接続され、内蔵するタイマー（カウンタ）により該共振回路１から得られるタブレットの送信信号の波の数を計数する。

次に、このように構成した実施の形態の動作の概要を説明する。図２は第１の実施の形態における動作を示すもので、図２においてａ〜ｆは図１において同一記号で示した部分の各信号波形である。

位置指示器における連続量で表される操作情報を検出するためタブレットからは、図２のａに示すようなタイミングで電磁波が送信される。即ち、５００μｓ程度の長い送信（以下、バーストと呼ぶ。）の後、１００μｓ程度の送信停止期間をおいて、５０μｓ程度の短い送信（以下、同期信号と呼ぶ。）及び１００μｓ程度の送信停止期間（タブレットでの受信期間）を繰り返す。このバーストに続く複数回、ここでは４回の短い同期信号のタイミングにおいて後述するように４ビットのデジタル情報をタブレット側で検出する。

図３は本実施の形態におけるマイコン１１のプログラムに対応する動作フローチャートである。これに基づいて詳しく説明する。

マイコン１１は非動作時、クロックを停止した低消費電力の状態（スリープ状態）になっており、電源の消費を極力抑えるようにしている。

図１の位置指示器がタブレット上に置かれるとタブレットからの信号によって共振回路１に信号が発生する。この信号により電源用コンデンサ４が充電され、一定以上の電圧に達するとマイコン１１は動作を開始する。まず、マイコン１１はＰ０，Ｐ１，Ｐ４の各端子を入力に設定して、Ｐ３の端子を出力に設定する（ＳＴＥＰ１）。続いてマイコン１１は、Ｐ１端子からの信号の立上りエッジ（バースト）を検出する（ＳＴＥＰ２）と、筆圧（連続量）検出処理に入る。

マイコン１１は、カウンタをクリアし（ＳＴＥＰ３）、Ｐ２端子をハイレベルの出力に設定する（ＳＴＥＰ４）ことで可変コンデンサ９を所定の電圧まで充電する（図２中のｅの(1),(2) ）。

次に、マイコン１１はＰ２端子を入力側に設定して電圧の監視を開始する（ＳＴＥＰ５）とともに、Ｐ４端子から入力される送信信号の波の数をカウンタにより計数し始める（ＳＴＥＰ６）。Ｐ２端子が入力側に設定されると可変コンデンサ９に充電された電荷が抵抗１０を通して放電され、端子電圧は電荷の放電に従って後々に降下していく（図２中のｅの(3) ）。

マイコン１１は、端子電圧が一定の電圧（閾値）を下回ったことを検出する（ＳＴＥＰ７）（図２中のｅの(4) ）と、カウンタによる計数を停止し、この時の計数値を連続量情報Ａとして保存する（ＳＴＥＰ８）。

放電によりＰ２端子の電圧が一定の閾値を下回るまでの時間ｉは、可変コンデンサ９の容量、即ち加えられた筆圧の大きさにより決定される。従って、この時間ｉに対応するカウンタの計数値、つまり連続量情報Ａは筆圧をバイナリコード化したものとみなすことができる。

以上の筆圧検出処理完了後、マイコン１１は、前記連続量情報Ａを演算処理によってバイナリコードからグレイコードに変換、具体的には連続量情報Ａとこれを１ビット右シフトしたＡ’とから排他的論理和演算によってグレイコードに変換し、これを連続量情報Ｂとして保存する（ＳＴＥＰ９）。例えば、連続量情報Ａが”０１１０”であった場合、この変換によって得られる連続量情報Ｂは”０１０１”となる。

バースト期間終了後、マイコン１１はタブレットへのデータ送信処理に入る。即ち、マイコン１１は、タブレットからの同期信号であるＰ０端子の信号の立上りに同期してＰ３端子を連続量情報Ｂの値（２進数）の下位ビットから順に制御し、タブレットへ送信する（ＳＴＥＰ１０）。

例えば、連続量情報Ｂとして前述した”０１０１”という情報が得られたとする。下位ビットから送信する場合、第一ビットは”１”であるから、タブレットからの同期信号を検出するとＰ３端子をスイッチ２をオンするように制御し、共振回路１をショートさせる。これにより共振回路１の信号がなくなり、タブレット側でこれを検知することで”１”が伝送される。次に、第二ビットは”０”であるから、タブレットからの同期信号に対しマイコン１１は何も行わない。これにより共振回路１の信号はそのままとなり、タブレット側でこれを検知することで”０”が伝送される。なお、スイッチ２は、オン制御された場合、マイコン１１もしくは適切な外部回路により、一定時間（次のビットに影響しない程度（例えば１００μｓ程度）の時間）経過後にオフに戻される如くなっているものとする。

以下、同様にして最終ビットまでをタブレットに返信すると、マイコン１１は次のバースト期間を待って、再び筆圧検出処理に入る。

以上の実施の形態において、ＳＴＥＰ３〜８の処理が前述した時定数回路とともに請求項でいう符号化手段を構成し、ＳＴＥＰ９の処理が請求項でいうコード変換手段を構成し、これらによって請求項でいうデジタル情報発生手段が構成される。また、ＳＴＥＰ１０の処理がスイッチ２とともに請求項でいう共振特性制御手段を構成する。

なお、前記実施の形態では、マイコンを用いているが、ロジック回路の組み合わせで処理するようにしても良い。また、マイコン内部のカウンタが計数するのは、マイコンのクロック信号でも良い。

また、実施の形態に用いるタブレットとしては、位置指示器からの信号の有無によって操作などの情報を信号レベルとして検出する構成のものを用いれば良く、例えば特開平８−１７１４４８号公報の第１の実施の形態や特開平８−３０３７４号公報などに開示されたような構成のものを用いれば良い。

なお、本発明はデジタイザの位置指示器に限らず、各種の計測用のセンサ回路や商品管理もしくは万引き防止用のタグなどに用いることができる。

本発明の信号伝送装置の実施の形態の一例を示す構成図 実施の形態の一例における動作を示す波形図 実施の形態の一例における動作を示すフローチャート

符号の説明

１：共振回路、１ａ：コイル、１ｂ：コンデンサ、２：スイッチ、３：電源抽出回路、４：電源用コンデンサ、５：検波回路、６：積分回路、７，８：バッファ、９：可変コンデンサ、１０：抵抗、１１：マイコン。

Claims (4)

1. 共振回路と、
   外部から送信される電磁波により共振回路に生起した誘導電圧から各部を駆動するための電源を抽出する電源抽出手段と、
   アナログ情報を検出し、該アナログ情報に対応する２ビット以上の２進符号からなるデジタル情報を発生するデジタル情報発生手段と、
   前記電磁波の少なくとも一部に同期したタイミングに前記２進符号の‘０’または‘１’のいずれか一方に応じて共振回路を短絡状態とする共振特性制御手段とを備え、
   前記２進符号として、隣接するアナログ情報に対応する２つの符号間の相違が常に一つのビット値のみであるものを用いて前記デジタル情報を伝送することで、電源電圧の変動を抑え、アナログ情報を安定して検出可能とする
   ことを特徴とする情報伝送装置。
2. 前記２進符号としてグレイコードを用いたことを特徴とする請求項１記載の情報伝送装置。
3. アナログ情報をバイナリコード化する符号化手段と、
   バイナリコードをグレイコードに変換するコード変換手段とからなるデジタル情報発生手段を備えた
   ことを特徴とする請求項２記載の情報伝送装置。
4. 符号化手段として、
   アナログ情報を時間の長さに変換し、該変換された時間中、一定の周波数の交流信号を計数することによりバイナリコード化する符号化手段を用いた
   ことを特徴とする請求項３記載の情報伝送装置。

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