JP2010055385A - 複数の指示具を識別可能なデジタイザ - Google Patents

Abstract

【課題】指示具に電気的部品を設けることなく、駆動信号と検出信号が同位相か逆位相かにより複数の指示具を識別可能なデジタイザを提供する。
【解決手段】複数の指示具１００を識別可能なデジタイザは、駆動ループ配線群１０と、検出ループ配線群２０と、これらが配置される検出面３０と、識別部４０と検出部５０とから構成される。駆動ループ配線群１０及び検出ループ配線群２０は、Ｕ字型の直線状のループ配線がその長手方向にそれぞれ直交して平行に複数配置されてなる。指示具１００は、ループ配線のループ幅と略同一又は狭い直径の磁性体又は導電体からなる先端部材１０１，１０２を有する。そして、識別部４０は、駆動信号と検出信号が同位相か逆位相かに基づき、先端部材が磁性体なのか導電体なのかを識別する。検出部５０は、駆動ループ配線群１０と検出ループ配線群２０の電磁結合度の変化に基づき、指示具の１００指示位置を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の指示具を識別可能なデジタイザに関し、特に、指示具に電気的部品を設けることなく複数の指示具を識別可能なデジタイザに関する。

指示具の識別機能を有するデジタイザとしては、例えば光学型のものや電磁誘導型のものが存在している。光学型のデジタイザとしては、例えば特許文献１に開示のものがある。これは、光源と、偏光板と、検出面の周りに設けられる再帰反射枠とを用いて、再帰反射部材を有する指示具と指等の再帰反射部を有さない指示具を識別して、三角測量の原理により指示位置をそれぞれ検出できるものである。

また、電磁誘導型のデジタイザとしては、例えば特許文献２に開示のものがある。これは、まず、検出面の直交する複数のループコイルにより所定の周波数の電波を送信し、指示具に設けられる共振回路で受信する。その際、電波を受信した共振回路から発信される電波を同じループコイルで受信することで誘導電圧を測定する。これを、ループコイルを順次切り替えて受信することで、指示位置を検出できるものである。そして、共振回路の共振周波数における電流の位相を電圧の位相に対して所定時間遅らせた共振回路と遅らせていない共振回路をそれぞれ有する２つ指示具では、これらの指示具によって受信される受信信号の位相が異なる。したがって、位相の変化を用いて指示具を識別することが可能であった。
特開２００１−１４２６２９号公報 特開昭６３−７０３２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示のデジタイザは、三角測量の原理を用いるものであるため、光源から遠くなればなるほど位置検出精度が悪くなるものであり、検出面内での指示位置によって検出精度に斑があった。また、検出面の周りに再帰反射枠が必要となり、デザイン上の制約もあった。

また、特許文献２に開示のデジタイザは、指示具に共振回路を設けるものであるため、指示具に要するコストが高かった。さらに、指示具の共振回路は、周囲温度変化等により、コイルのインダクタンスやコンデンサのキャパシタンスが変化してしまう場合がある。このため、特許文献２に開示のデジタイザでは、周囲温度変化等による位相の変化があると、指示具を識別する上で誤認識する場合があった。これを防止するために、所定の補償回路等を設ける必要があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、指示具に電気的部品を設けることなく、駆動信号と検出信号が同位相か逆位相かにより複数の指示具を識別可能なデジタイザを提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、複数の指示具を識別可能な本発明のデジタイザは、Ｕ字型の直線状の駆動ループ配線がその長手方向に平行に複数配置され、それぞれに駆動信号が印加される駆動ループ配線群と、Ｕ字型の直線状の検出ループ配線がその長手方向に平行に複数配置され、それぞれから検出信号が検出される検出ループ配線群であって、検出ループ配線はその長手方向が駆動ループ配線の長手方向に直交するように配置される、検出ループ配線群と、駆動ループ配線群及び検出ループ配線群が配置される検出面と、Ｕ字型の駆動ループ配線及び／又は検出ループ配線のループ幅と略同一又は狭い直径の磁性体又は導電体からなる先端部材を有する、検出面上に指示される指示具と、駆動信号と検出信号が同位相か逆位相かに基づき、指示具の先端部材が磁性体なのか導電体なのかを識別する識別部と、指示具を検出面上に指示することによる駆動ループ配線群と検出ループ配線群の電磁結合度の変化に基づき、指示具の指示位置を検出する検出部と、を具備するものである。

ここで、駆動ループ配線群は、各駆動ループ配線が他の駆動ループ配線の幾つかとオーバラップするように配置され、検出ループ配線群は、各検出ループ配線が他の検出ループ配線の幾つかとオーバラップするように配置されても良い。

また、識別部は、識別結果に応じて指示具に持たせる機能を切り替えて識別するよう構成しても良い。

また、指示具は、磁性体からなる先端部材及び導電体からなる先端部材をそれぞれ有し、さらに、指示具は、これらを切り替えて指示具先端に繰り出す繰り出し機構を具備するものであっても良い。

複数の指示具を識別可能な本発明のデジタイザには、指示具に電気的部品を設けることなく、駆動信号と検出信号が同位相か逆位相かにより指示具を識別可能であるという利点がある。また、検出面内での指示位置や周囲温度変化の影響を受けずに、正確に指示具の識別が可能であると共に指示位置を検出できるという利点もある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図１は、複数の指示具を識別可能な本発明のデジタイザを説明するための概略構成図である。図示の通り、本発明のデジタイザは、指示具１００と、これを検出する位置検出装置からなるものであり、位置検出装置は、駆動ループ配線群１０と、検出ループ配線群２０と、駆動ループ配線群１０及び検出ループ配線群２０が配置される検出面３０と、識別部４０と、検出部５０とからなる。

駆動ループ配線群１０は、Ｕ字型の直線上の駆動ループ配線１０_ｔ１〜１０_ｔ８が長手方向に平行に複数配置されて構成されている。そして、それぞれの駆動ループ配線に駆動信号が印加されている。具体的には、発振器１２と駆動ループ配線切替器１３とを用いて、発振器１２を駆動ループ配線１０_ｔ１〜１０_ｔ８に順次接続していく。それぞれの駆動ループ配線の一端には高周波の駆動信号が印加され、他端はグラウンドに接続されている。なお、図示例では駆動ループ配線群１０は８本の駆動ループ配線１０_ｔ１〜１０_ｔ８で構成された例を示したが、これはあくまでも一例であり、本発明はこれに限定されず、ループ配線の本数や大きさについては検出面の大きさや検出分解能等に応じて種々変更可能である。

次に、検出ループ配線群２０は、Ｕ字型の直線上の検出ループ配線２０_ｒ１〜２０_ｒ８が長手方向に平行に複数配置されて構成されている。また、検出ループ配線２０_ｒ１〜２０_ｒ８は、その長手方向が駆動ループ配線１０_ｔ１〜１０_ｔ８の長手方向に直交するように配置されている。そして、それぞれの検出ループ配線から検出信号が検出される。なお、検出ループ配線の一端は同期検波部２５に接続されるようになっており、他端はグラウンドに接続されている。具体的には、検出ループ配線切替器２３とアンプ２４と同期検波部２５とを用いて、同期検波部２５を検出ループ配線２０_ｒ１〜２０_ｒ８に順次接続していき、検出ループ配線群２０から誘導電流又は誘導電圧を順次検出部５０で検出する。同期検波部２５には、発振器１２からの出力も接続され、発振器１２からの出力と検出ループ配線群２０からの出力の積を取り、これを時間積分する。検出部５０では、具体的には誘導電流又は誘導電圧の振幅の変化を測定する。なお、検出ループ配線毎に別々に検出回路を設けたり周波数フィルタ回路等を組み合わせたりすることで、すべての検出ループ配線から一度に検出信号を検出するように構成しても良い。また、図示例では検出ループ配線群２０は８本の検出ループ配線で構成された例を示したが、駆動ループ配線と同様、これはあくまでも一例であり、本発明はこれに限定されず、ループ配線の本数については検出面の大きさや検出分解能等に応じて種々変更可能である。

これらの駆動ループ配線切替器１３や検出ループ配線切替器２３等は、マイクロコンピュータ６０で制御され、所望な出力が得られるよう構成されている。具体的には、まず１つ目の駆動ループ配線１０_ｔ１に駆動ループ配線切替器１３を介して発振器１２を接続し、アンプ２４を検出ループ配線群２０の各検出ループ配線２０_ｒ１〜２０_ｒ８に順次接続してそのときの出力信号を測定する。そして次に２つ目の駆動ループ配線１０_ｔ２に発振器１２を接続し、アンプ２４を検出ループ配線群２０の各検出ループ配線２０_ｒ１〜２０_ｒ８に順次接続してそのときの出力信号を同期検波部２５を介して検出部５０にて測定する。これを繰り返すことで、検出面３０における各駆動ループ配線と検出側ループ配線の交点をＸＹ座標とするすべての位置における出力信号を測定することができる。

ここで、図示例の検出面３０では、駆動ループ配線群１０が、各駆動ループ配線が他の駆動ループ配線の幾つかとオーバラップするように配置されている。また、検出ループ配線群２０も、各検出ループ配線が他の検出ループ配線の幾つかとオーバラップするように配置されている。具体的には、例えば図示例のように、隣り合うループ配線同士が分解能を高めるために、ループ配線のループ幅Ｗよりも隣り合うループ配線の配置ピッチＰが狭く配置され、一部オーバラップしている。一例を挙げると、ループ配線のループ幅Ｗは例えば２１ｍｍ、配置ピッチＰが６ｍｍである。なお、本発明は必ずしも図示例のようにオーバラップしたものには限定されず、所定の間隔を開けて重ならないように配置されるものであっても良い。

次に、このように構成された検出面上に指示される指示具について説明する。本発明のデジタイザの指示具は、Ｕ字型の駆動ループ配線又は検出ループ配線のループ幅と略同一又は狭い直径の磁性体又は導電体からなる先端部材を有するものである。具体的には、例えば、指示具１００は、その先端部に磁性体からなる先端部材１０１を有している。また、指示具１００は、その先端部に導電体からなる先端部材１０２を有していても良い。このような先端部材１０１又は先端部材１０２は、ループ幅Ｗよりも狭い直径を有するように構成されている。即ち、指示具１００は、先端部材１０１又は先端部材１０２の大部分が直交するループ配線の内側に入るような大きさを有している。なお、先端部材として用いられる磁性体の材料としては、例えば、フェライトやアルニコ、パーマロイ等が挙げられる。また、導電体の材料としては、例えば、銅やアルミニウム等が挙げられる。

本発明のデジタイザでは、指示具の先端部材を、ループ配線のループ幅と略同一又は狭い直径を有するように構成することで、後述のように、検出信号の振幅が大きくなり、また、先端部材が磁性体か導電体かにより検出される検出信号の位相の向きが反転することになる。なお、駆動ループ配線と検出ループ配線は必ずしも同一のループ幅を有するものには限定されず、また、先端部材の直径も、ループ幅が狭いほうのループ配線のループ幅と略同一又は狭い直径となるように構成されていれば良い。また、先端部材の形状については、検出面へのタッチを考慮すると円形且つ先端部が丸みを帯びていることが好ましいが、特にこれに限定されるものではない。

さて、このような構成の指示具と位置検出装置において、まず、指示具の指示位置検出について先に説明する。指示具の指示位置検出の手法は、これまで本願発明者により種々出願されている電磁結合を利用した位置検出装置の手法と同様である。具体的には、指示具１００が検出面３０上に入力されていない状態では、駆動ループ配線群１０と検出ループ配線群２０は直線状に直交しているため電磁結合はせず、駆動ループ配線群１０を駆動していても、検出ループ配線群２０からは誘導電流又は誘導電圧は出力されない。そして、例えば、指示具１００が磁性体からなる先端部材１０１を有している場合、これが検出面３０上に入力されると、駆動ループ配線群１０と検出ループ配線群２０の交点部分のうち、指示具１００の指示位置近傍の交点部分では電磁結合度が変化し、検出ループ配線群２０から誘導電流又は誘導電圧が出力される。そこで、検出部５０では、この電磁結合度の変化に基づく誘導電流等の出力が得られたＸＹ座標を検出することにより、検出面３０上に置かれた指示具１００の指示位置座標を検出することが可能である。

また、例えば、指示具１００が導電体からなる先端部材１０２を有している場合には、これが検出面３０上に入力されると、駆動ループ配線群１０と検出ループ配線群２０の交点部分のうち、指示具１００の指示位置近傍の交点部分では電磁結合度が変化し、検出ループ配線群２０から誘導電流又は誘導電圧が出力される。そこで、検出部５０では、この電磁結合度の変化に基づく誘導電流等の出力が得られたＸＹ座標を検出することにより、検出面３０上に置かれた指示具１００の指示位置座標を同様に検出することが可能である。

次に、本発明のデジタイザにおける、複数の指示具を識別する識別部について説明する。識別部４０は、駆動信号と検出信号が同位相か逆位相かに基づき、指示具１００の先端部材が磁性体なのか導電体なのかを識別するものである。識別部４０には、検出ループ配線群２０からの検出信号が、同期検波部２５を介して入力される。識別部４０では、検出信号の位相差を検出する。以下、図２を用いて検出信号の位相についてより具体的に説明する。

図２は、本発明のデジタイザの駆動信号と検出信号の関係を説明するための図である。図２（ａ）が駆動ループ配線と検出ループ配線の関係を説明するための概略斜視図であり、図２（ｂ）が駆動信号を表すグラフであり、図２（ｃ）が磁性体の先端部材の指示具の場合の検出信号を表すグラフであり、図２（ｄ）が導電体の先端部材の指示具の場合の検出信号を表すグラフである。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図示の通り、発振器１２により駆動ループ配線１０_ｔを駆動すると、駆動ループ配線１０_ｔには駆動電流ｉ_ｔが流れる。駆動信号である駆動電流ｉ_ｔは、図２（ｂ）に示されるように、例えば正弦波である。このような状態のところに、ループ幅よりも狭い直径の先端部材を有する指示具１００が入力される。ここで、指示具１００として、磁性体の先端部材１０１を有するものが入力された場合、駆動ループ配線１０_ｔの電流が増加するのに従い、検出面３０に垂直な方向の磁界が増加する。このとき、検出ループ配線２０_ｒでは、この磁界の変化を妨げるような方向に誘導電流が発生する。例えば、図示例のように、駆動ループ配線１０_ｔも検出ループ配線２０_ｒも共に右巻きの同方向のループで構成される場合、駆動ループ配線１０_ｔの電流が増加するのに従い、検出面３０に対して下向きの磁界が増加するので、この磁界の変化を妨げるように、検出ループ配線２０_ｒには左巻きの誘導電流が発生する。即ち、このときには、図２（ｃ）に示されるように、駆動信号と逆位相の検出信号が検出されることになる。

一方、指示具１００として、導電体の先端部材１０２を有するものが入力された場合、駆動ループ配線１０_ｔの電流が増加するのに従い、検出面３０に垂直な方向の磁界が増加する。このとき、先端部材１０２の導電体では、この磁界の変化を妨げるような方向に渦電流が発生する。次に、この先端部材１０２に発生した渦電流により、駆動ループ配線１０_ｔの電流の増加による磁界の方向とは反対方向に、検出面３０に垂直な方向の磁界が増加する。そして、検出ループ配線２０_ｒでは、この磁界の変化を妨げるような方向に誘導電流が発生する。例えば、図示例のように、駆動ループ配線１０_ｔも検出ループ配線２０_ｒも共に右巻きの同方向のループで構成される場合、駆動ループ配線１０_ｔの電流が増加するのに従い、検出面３０に対して下向きの磁界が増加するので、この磁界を妨げるように、先端部材１０２の導電体に左巻きの渦電流が発生する。さらに、この渦電流により発生する上向きの磁界の変化を妨げるように、検出ループ配線２０_ｒには右巻きの誘導電流が発生する。即ち、このときには、図２（ｄ）に示されるように、駆動信号と同相の検出信号が検出されることになる。

このように、指示具１００の先端部材が磁性体か導電体かにより、検出される信号の位相が反転することが分かる。したがって、駆動信号と検出信号の位相を検出することで、指示具１００の先端部材が磁性体なのか導電体なのかを識別することが可能となる。なお、駆動ループ配線と検出ループ配線のどちらかを、図示例とは反対に左巻きにした場合等には、出力される検出信号が反転することになる。しかしながら、本発明によれば、駆動信号と検出信号が同位相か逆位相かに基づき指示具の識別を行っており、本発明の検出原理によれば、導電体と磁性体では検出される電流の向きが反転するため、ループ配線を巻く向き等は特に図示例のものに限定されるものではない。

上述のようにして検出された指示位置座標情報と識別情報は、その後パーソナルコンピュータ等の電子計算機へ送られ、所定のソフトウェア等への入力情報として用いられる。なお、上述の説明では、識別部において指示具の識別を行っているが、本発明はこれに限定されず、識別部では位相が同位相か逆位相かのみの識別を行い、電子計算機へ送られた後、電子計算機上で種々の指示具の識別を行っても勿論構わない。

本発明のデジタイザによれば、上述のように、指示具の先端部材を、導電体としたものと磁性体としたものをそれぞれ用いることで、複数の指示具を識別可能となる。これにより、識別部では、識別結果に応じて指示具に持たせる機能を切り替えて識別することも可能となる。即ち、例えば検出信号が駆動信号と同位相の場合には、入力された指示具を黒ペンとして認識し、逆位相の場合には、入力された指示具を消しゴムとして認識する等が可能である。さらに、磁性体からなる先端部材を有する指示具と導電体からなる先端部材を有する指示具をそれぞれ２人で分けて用いて入力することで、各人の入力を分けて認識して指示位置を検出することも可能である。

さらに、１つの指示具に磁性体からなる先端部材と導電体からなる先端部材をそれぞれ設けるようにしても良い。例えば、指示具本体の一端側に磁性体を、他端側に導電体を先端部材として設けることで、消しゴム付鉛筆の如く、１つの指示具に対して２つの機能を持たせるように構成することも可能である。

また、１つの指示具に磁性体からなる先端部材と導電体からなる先端部材をそれぞれ設けるようにして、これらを切り替えて指示具先端に繰り出すように構成しても良い。図３は、本発明のデジタイザの指示具の一例を説明するための概略横断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図示の通り、指示具１００は、磁性体からなる先端部材１０１と、導電体からなる先端部材１０２を有している。先端部材１０１及び先端部材１０２は、それぞれ軸部を介して繰り出し機構１１０に接続されている。そして、これらが指示具１００の外枠を画定する筐体１０５に収められている。繰り出し機構１１０は、回転軸部１０７を、指示具１００の長手方向を軸に回転させることで、繰り出し機構１１０に接続される先端部材１０１又は先端部材１０２を排他的に筐体１０５外に繰り出すように構成されているものである。

このように構成された指示具を用いた場合、本発明のデジタイザでは、先端部材１０１を繰り出した指示具１００により検出面に入力を行った場合と、先端部材１０２を繰り出した指示具１００により検出面に入力を行った場合とでは、駆動信号に対する検出信号の位相が反転するため、どちらの先端部材を繰り出して入力を行ったかが識別部により識別可能となる。

上述したように、本発明のデジタイザに拠れば、指示具には、その先端部に磁性体か導電体を設ければ良いだけであり、電気的部品を設ける必要がないため、識別可能な指示具を非常に安価に構成できる。また、駆動信号に対する検出信号の位相は、常に磁性体と導電体とで反転するため、周囲の環境に影響を受けることなく、安定した識別が可能である。

なお、複数の指示具を識別可能な本発明のデジタイザは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明のデジタイザは、同位相か逆位相かにより指示具を識別するものであるが、これにさらに電気的部品を設けることで、他の識別方式を組み合わせることも可能である。また、指示具の先端部材の太さや形状を変えることで、その太さや形状に基づき指示具を識別する方式を組み合わせても良い。

図１は、複数の指示具を識別可能な本発明のデジタイザを説明するための概略構成図である。 図２は、本発明のデジタイザの駆動信号と検出信号の関係を説明するための図である。 図３は、本発明のデジタイザの指示具の一例を説明するための概略横断面図である。

符号の説明

１０ 駆動ループ配線群
１２ 発振器
１３ 駆動ループ配線切替器
２０ 検出ループ配線群
２３ 検出ループ配線切替器
２４ アンプ
２５ 同期検波部
３０ 検出面
４０ 識別部
５０ 検出部
６０ マイクロコンピュータ
１００ 指示具
１０１，１０２ 先端部材
１０５ 筐体
１０７ 回転軸部
１１０ 繰り出し機構

Claims (4)

1. 複数の指示具を識別可能なデジタイザであって、該デジタイザは、
   Ｕ字型の直線状の駆動ループ配線がその長手方向に平行に複数配置され、それぞれに駆動信号が印加される駆動ループ配線群と、
   Ｕ字型の直線状の検出ループ配線がその長手方向に平行に複数配置され、それぞれから検出信号が検出される検出ループ配線群であって、前記検出ループ配線はその長手方向が前記駆動ループ配線の長手方向に直交するように配置される、検出ループ配線群と、
   前記駆動ループ配線群及び前記検出ループ配線群が配置される検出面と、
   前記Ｕ字型の駆動ループ配線及び／又は検出ループ配線のループ幅と略同一又は狭い直径の磁性体又は導電体からなる先端部材を有する、前記検出面上に指示される指示具と、
   前記駆動信号と前記検出信号が同位相か逆位相かに基づき、前記指示具の先端部材が磁性体なのか導電体なのかを識別する識別部と、
   前記指示具を前記検出面上に指示することによる前記駆動ループ配線群と前記検出ループ配線群の電磁結合度の変化に基づき、指示具の指示位置を検出する検出部と、
   を具備することを特徴とするデジタイザ。
2. 請求項１に記載のデジタイザにおいて、前記駆動ループ配線群は、各駆動ループ配線が他の駆動ループ配線の幾つかとオーバラップするように配置され、前記検出ループ配線群は、各検出ループ配線が他の検出ループ配線の幾つかとオーバラップするように配置されることを特徴とするデジタイザ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のデジタイザにおいて、前記識別部は、識別結果に応じて指示具に持たせる機能を切り替えて識別することを特徴とするデジタイザ。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のデジタイザにおいて、前記指示具は、磁性体からなる先端部材及び導電体からなる先端部材をそれぞれ有し、さらに、前記指示具は、これらを切り替えて指示具先端に繰り出す繰り出し機構を具備することを特徴とするデジタイザ。