JP2011065197A - 位置情報生成方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ペン先の押圧力に対する配慮が不要であることに加え、検出用の線状電極を位置指定領域内に高密度に配置する必要もなく、加えて比較的に簡単な回路構成で高精度な位置情報を生成すること。
【解決手段】 一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、位置指定具の受信電極と固定電位点との間に誘起される交流電圧を検知する一方、一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ一対の電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、位置指定具の受信電極と固定電位点との間に誘起される交流電圧を検知し、それら検知される一対の誘起電圧に基づいて、位置指定具の突起部先端の所定方向における位置情報を生成する。
【選択図】 図６

Description

この発明は、例えばＧＵＩ（Graphical User Interface）が組み込まれたコンピュータ応用玩具の入力装置等として好適な位置情報入力方法及び装置に係り、特に、静電容量式の位置情報入力方法及び装置に関する。
本出願人は、先に、ＧＵＩ（Graphical User Interface）が組み込まれたコンピュータ応用玩具の入力装置等として好適な抵抗式の位置情報入力装置を種々提案している。
この抵抗式の位置情報入力装置は、その表面に位置指定が可能な矩形輪郭のＸＹ座標領域（指定対象領域）が担持された座標盤（領域担持物体）と、尖った先端部を座標盤の表面に押し当てることで任意の座標を指定可能なペン（位置指定具）とを有する。
座標盤の表面には、表面に抵抗層となるカーボン印刷層を有する２枚のシートを微細な隙間（例えば、０．１ｍｍ）を隔てて対向配置してなる感圧層が存在する。この感圧層を構成する２枚のシートの一方におけるＸ方向両端縁部にはＸ方向位置検知用の一対の基準側電極が、またＹ方向両端縁部にはＹ方向位置検知用の一対の基準側電極がそれぞれ配置されている。他方のシートには、Ｘ方向位置検知用及びＹ方向位置検知用の検知電極が配置されている。
Ｘ方向の基準側電極に基準となる直流電圧を印加した状態において、座標盤上の任意の位置にペンの先端が押し当てられると、Ｘ方向の検知電極にはその押し当てられた点のＸ方向位置に対応する分圧電圧が生ずる。また、Ｙ方向の基準側電極に基準となる直流電圧を印加した状態において、座標盤上の任意の位置にペンの先端が押し当てられると、Ｙ方向の検知電極にはその押し当てられた点のＹ方向位置に対応する分圧電圧が生ずる。したがって、上述のＸ方向位置検知動作とＹ方向位置検知動作とを高速で交互に繰り返すことにより、ペンの先端を押し当てることで指定された任意の位置に対応するＸＹ座標情報を生成することができる。
しかしながら、このような抵抗式の位置情報生成装置にあっては、表面に抵抗層となるカーボン印刷層を有する２枚のシートを微細な隙間（例えば、０．１ｍｍ）を隔てて対向配置するために、シート全面に亘って均一な間隔でスペーサ突部を分散配置することが必要となり、それらのスペーサ突部の部分においては抵抗層同士が接触不能となることから、座標検知不能の盲点が生ずること、抵抗層同士を接触させるに要する押圧力の設定が微妙であることから、操作者のペン押圧力によっては動作不良を起こしかねないこと、感圧層を構成するシートの剛性から座標盤の表面を曲面形状とすることが困難であること、等々の問題点が指摘されている。
一方、上述の問題点を解決できるものとしては、静電容量式の位置情報生成装置が従来より種々知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
それらの静電容量式の位置情報生成装置は、その表面に位置指定が可能な矩形輪郭のＸＹ座標領域（指定対象領域）が担持された座標盤（領域担持物体）と、尖った先端部を座標盤の表面に接近させることで任意の座標を指定可能なペン（位置指定具）とを有する。
座標盤の表面には、Ｘ方向へと延びる互いに平行な複数本の第１の線状電極と、Ｙ方向へ伸びる互いに平行な複数本の第２の線状電極とが配置される。それらの線状電極は、液晶表示器の場合には、コモン電極とセグメント電極とに相当する。
第１の線状電極の一本を順次に選択しかつ第２の線状電極を構成する一連の電極を一巡走査しつつ選択する動作を繰り返す状態において、ペンの先端が座標盤の表面に接近すると、その先端位置に対応する第１及び第２の電極同士の交点における電極間電位差が変化し、又はペンに組み込まれた受信電極に電圧変化が現れる。それらの変化タイミングと第１及び第２の電極の選択状態とを照合することで、ペンの先端が接近した位置に対応するＸＹ座標情報が生成される。
特開２００２−３４２０３３公報 特開平８−３０５４９３号公報
しかしながら、上述の静電容量式の位置情報生成装置にあっては、ペン先と座標盤とを接触させる必要がないため、ペン先の押圧力に対する配慮が不要である反面、位置検知精度を上げるためには、第１及び第２の線状電極を座標盤上に高密度に配置せねばならないことに加え、それらの選択駆動のためには、複雑な回路構成を有する走査駆動回路を用意せねばならず、低コストに製作し得ないと言う問題点がある。
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ペン先の押圧力に対する配慮が不要であることに加え、検出用の線状電極を位置指定領域内に高密度に配置する必要もなく、加えて比較的に簡単な回路構成で高精度な位置情報を生成することが可能な位置情報生成方法及び装置を提供することにある。
この発明の他の目的とするところは、ペン等の位置指定具の先端を座標盤表面にさほど接近させずとも、その位置を高精度に検知して対応する位置情報を生成することができ、これにより座標盤上に書籍を載せたその上からでも、任意の位置を指定して位置情報を生成すると言った、所謂「ブックマット式タブレット」としての応用も可能な位置情報生成方法及び装置を提供することにある。
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解される筈である。
上述の技術的な課題は、以下の構成を有する位置情報生成方法及び装置によって解決することができるものと考えられる。
すなわち、この発明の位置情報生成装置は、その表面に所定方向における位置指定が可能な指定対象領域（その領域輪郭は矩形に限らず、またその表面は平面、曲面を問わない）が担持された領域担持物体（平板状、円筒状、球状、その他任意の立体形状を問わない）と、前記領域担持物体の表面に接近させることで、前記指定対象領域内における所定方向における任意の位置を指定可能な位置指定具（必ずしもペン形状に限らず、球状、円筒状、立方体等々あらゆる形状を含む）とを包含している。
前記領域担持物体は、前記指定対象領域の所定方向（一般的には、直線に沿う方向であるが、それ以外の円周に沿う方向、円弧に沿う方向、任意の曲線に沿う方向も含む）における両端部に離隔されて配置される一対の送信電極（その形状は線状に限らず、点状、帯状等々任意の形状を含む）を有し、前記位置指定具は、前記一対の送信電極のそれぞれとの間の静電容量を介して電圧（電極間の印加電圧が交流であれば、その交流波形に応じた電圧）が誘起される受信電極（その形状は、通常は、点状乃至線状となるであろう）を有する。
上述の位置情報生成装置は、さらに、前記一対の送信電極の一方の電位を所定電位（一般的にはグランド電位であるが、それ以外の任意の直流値を有する固定電位であってもよい）に固定し、かつ前記一対の送信電極間に所定値（その大きさは、必要とする位置検知感度により決定される）を有する交流電圧（その波形は正弦波、矩形波、鋸歯状波、三角波等々の任意の波形を採用できる）を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知（この検知は、一般的には整流平滑により得られた直流電圧を検知するものであるが、交流電圧波形の各瞬時値を直接に検知してそのピーク値を求めるものでもよい）する一方、前記一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記一対の電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知される一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の所定方向における位置情報を生成する（この位置情報の生成は、一対の誘起電圧値のそれぞれを所定の演算式に代入して求める演算手法でもよいし、予め演算結果を収めたテーブルを参照して該当する位置情報を読み出すテーブルルックアップ手法でもよい）位置情報生成手段を有し、それにより、前記位置情報生成手段により生成される位置情報を前記位置指定具により指定された指定対象領域内の所定方向における位置情報として出力する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、基本的には非接触指示が可能な静電容量式であることから、ペン先の押圧力に対する配慮が不要であることに加え、基本的には一対の送信電極があれば足りるため、検出用の線状電極を位置指定領域内に高密度に配置する必要もなく、加えて、僅か２回の検知動作で所定方向全長のどこが位置指定されたかを検知できるため、複雑な順次走査回路を組む必要もなく、比較的に簡単な回路構成で高精度な位置情報を生成することが可能となる。しかも、静電容量式であることから、使用される交流電源の周波数と電極配置さえ工夫すれば、位置指定領域を構成する座標盤と位置指定具先端との感知距離を容易に増大させることができるから、ペン等の位置指定具の先端を座標盤表面にさほど接近させずとも、その位置を高精度に検知して対応する位置情報を生成することができ、これにより座標盤上に書籍を載せたその上からでも、任意の位置を指定して位置情報を生成すると言った、所謂「ブックマット式タブレット」としての応用も可能となる。
上述の位置情報生成装置においては、前記指定対象領域内にあって、前記一対の送信電極間には、１又は２以上の補助電極が所定間隔で配置されており、それらの補助電極のそれぞれには、前記一対の送信電極間に印加される電圧を分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられる、ようにしてもよい。
このような構成によれば、一対の送信電極間に配置される補助電極のそれぞれが、それぞれ該当する分圧電位の電極として機能することから、位置指定領域を覆う空間電位は、所定方向の距離に応じた比例分布に補正されることとなり、その結果、指定位置検知精度を向上させることができる。
上述の位置精度生成装置においては、前記一対の送信電極間に印加される交流電圧は、２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの高周波領域の交流電圧としてもよい。
このような構成によれば、コンピュータ入力用タブレット、ブックマット式タブレット等の用途を想定した場合、要求される操作性乃至位置指定精度を十分に満足させることができる。このとき、印加電圧周波数が２０ｋＨｚよりも低いと可聴ノイズとの関係で不都合があり、逆に５００のＨｚよりも高いと放送周波数との関係で不都合がある。
上述の位置情報生成装置にあっては、前記位置情報生成手段が、スイッチ回路と、交直変換回路と、制御手段との３つに区分して実現されるようにしてもよい。
ここで、スイッチ回路は、前記一対の送信電極の一方に接続される第１の出力端子と、前記一対の送信電極の他方に接続される第２の出力端子とを有し、前記第１の出力端子を交流電源にかつ前記第２の出力端子を固定電位点にそれぞれ接続する第１の状態と、前記第１の出力端子を固定電位点にかつ前記第２の出力端子を交流電源にそれぞれ接続する第２の状態とに、外部からの制御で切換設定が可能とされている。
また、交直変換回路は、前記受信電極に誘起される所定周波数の交流信号を、その交流電圧値に対応する直流電圧値を有する直流信号に変換する。
また、制御手段は、例えばマイクロプロセッサ等により構成され、前記スイッチ回路を第１の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込むと共に、前記スイッチ回路を第２の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込み、それら読み込まれた一対の電圧値に基づいて、前記位置指定具により指定された位置に対応する位置情報を生成する。
このような構成によれば、前記位置情報生成手段として必要な機能を、スイッチ回路と、交直変換回路と、制御手段との３つに区分して実現したことから、回路全体の簡素化並びに制御の容易化を図ることが可能となる。
また、前記交直変換回路としては、前記受信電極に誘起される微弱な信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプの出力信号中から所定周波数の交流信号を抽出するバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタで抽出された所定周波数の交流信号を整流する整流回路と、前記整流回路から出力される脈流信号を平滑化する平滑回路とを包含する、ものであってもよい。
このような構成によれば、バンドパスフィルタにてノイズ成分が除去されることとも相俟って、印加交流電圧に対応する一対の誘起電圧に相当する直流電圧を、簡単な回路構成で、精度良く確実に取得することができる。
別の一面から見た本発明の位置情報生成装置は、その表面に位置指定が可能な指定対象領域が担持された領域担持物体と、前記領域担持物体の表面に接近させることで、前記指定対象領域内の第１方向及び第２方向おける任意の位置を指定可能な位置指定具とを包含する。
前記領域担持物体は、前記指定対象領域の前記表面に沿った第１方向における両端部に離隔されて配置される第１方向位置検知用の一対の送信電極と、前記指定対象領域の前記表面に沿った第２方向における両端部に離隔されて配置される第２方向位置検知用の一対の送信電極とを有する。ここで、第１方向と第２方向とは異なる方向であって、典型的には、それらの方向は互いに直交する関係にある。もっとも、それらの方向は必ずしも直交する関係に限定されるものではない。
前記位置指定具は、前記第１方向の一対の送信電極、又は、前記第２方向の一対の送信電極との間の静電容量を介して電圧が誘起される受信電極を有する。
以上の構成に加えて、この位置情報生成装置にあっては、前記第１方向の一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記第１方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記第１方向の一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記第１方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の第１方向における位置情報を生成し、かつ前記第２方向の一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記第２方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記第２方向の一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記第２方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の第２方向における位置情報を生成する位置情報生成手段とを有し、それにより、前記位置情報生成手段により生成された第１方向及び第２方向の位置情報を前記位置指定具により指定された指定対象領域内の位置情報として出力する、ようになつている。
このような構成によれば、基本的には非接触指示が可能な静電容量式であることから、ペン先の押圧力に対する配慮が不要であることに加え、第１及び第２方向のそれぞれについて、基本的には一対の送信電極があれば足りるため、検出用の線状電極を位置指定領域内に高密度に配置する必要もなく、加えて、各方向毎に、僅か２回の検知動作で所定方向全長のどこが位置指定されたかを検知できるため、複雑な順次走査回路を組む必要もなく、比較的に簡単な回路構成で高精度な位置情報を生成することが可能となる。しかも、静電容量式であることから、使用される交流電源の周波数と電極配置さえ工夫すれば、位置指定領域を構成する座標盤と位置指定具先端との感知距離を容易に増大させることができるから、ペン等の位置指定具の先端を座標盤表面にさほど接近させずとも、その位置を高精度に検知して対応する位置情報を生成することができ、これにより座標盤上に書籍を載せたその上からでも、任意の位置を指定して位置情報を生成すると言った、所謂「ブックマット式タブレット」としての応用も可能となる。
上述の位置情報生成装置にあって、前記第１方向位置検知用の一対の送信電極、及び／又は、第２方向位置検知用の一対の送信電極は、一対の線状電極であってもよい。
このような構成によれば、第１及び第２方向のいずれについても、指定対象領域内において、各方向における距離に応じて変化する電界強度分布を容易に作り出すことができ、これにより位置情報の精度を向上させることができる。このとき、前記第１方向と前記第２方向とが互いに直交する関係にあれば、直交２軸を有する二次元座標系における指定位置情報の生成に好適なものとなる。
上述の位置情報生成装置にあって、前記第１方向位置検知用の一対の線状電極は、第１方向の両端部にあって、前記指定対象領域の縁部に沿って配置され、かつ前記第２方向位置検知用の一対の線状導体は、第２方向の両端部にあって、前記指定対象領域の縁部に沿って配置される、ようにしてもよい。
すなわち、指定対象領域が矩形輪郭を有するものに限らず、長円形状、扇形状、菱形状と言ったように、矩形状以外の輪郭を有する場合には、その領域を挟んで第１及び第２方向に対向する一対の縁部（例えば、弧状縁部）に沿うようにして、線状電極を配置することで、指定対象領域の輪郭形状に拘わらず、その内部の第１及び第２方向における指定位置を正確に検知し、対応する２方向の位置情報を生成することができる。
上述の位置情報生成装置にあっては、前記指定対象領域内にあって、前記第１方向位置検知用の一対の送信電極間には、１又は２以上の第１方向位置検知用の補助電極が所定間隔で配置されており、それらの補助電極のそれぞれには、前記第１方向位置検知用の一対の送信電極間に印加される電圧を分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられ、さらに前記第２方向位置検知用の一対の送信電極間には、１又は２以上の第２方向位置検知用の補助電極が所定間隔で配置されており、それらの補助電極のそれぞれには、前記第２方向位置検知用の一対の送信電極間に印加される電圧を分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられる、ようにしてもよい。
このような構成によれば、第１及び第２方向のそれぞれにおいて、一対の送信電極間に配置される補助電極のそれぞれが、それぞれ該当する分圧電位の電極として機能することから、位置指定領域を覆う空間電位は、第１及び第２方向のいずれにおいても、所定方向の距離に応じた比例分布に補正されることとなり、その結果、指定位置検知精度を向上させることができる。
上述の位置精度生成装置においては、前記一対の送信電極間に印加される交流電圧は、２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの高周波領域の交流電圧としてもよい。
このような構成によれば、コンピュータ入力用タブレット、ブックマット式タブレット等の用途を想定した場合、要求される操作性乃至位置指定精度を十分に満足させることができる。このとき、印加電圧周波数が２０ｋＨｚよりも低いと可聴ノイズとの関係で不都合があり、逆に５００のＨｚよりも高いと放送周波数との関係で不都合がある。
上述の位置情報生成装置にあっては、前記位置情報生成手段が、スイッチ回路と、交直変換回路と、制御手段とに区分して実現されるようにしてもよい。
ここで、スイッチ回路は、前記第１方向位置検知用の一対の送信電極の一方に接続される第１の出力端子と、前記第１方向位置検知用の一対の送信電極の他方に接続される第２の出力端子と、前記第２方向位置検知用の一対の送信電極の一方に接続される第３の出力端子と、前記第２方向位置検知用の一対の送信電極の他方に接続される第４の出力端子とを有し、前記第１の出力端子を交流電源に、前記第２の出力端子を固定電位点に、かつ前記第３及び第４の出力端子を前記固定電位点に導通させる第１の状態と、前記第１の出力端子を固定電位点に、前記第２の出力端子を交流電源に、かつ前記第３及び第４の出力端子を前記固定電位点に導通させる第２の状態と、前記第３の出力端子を交流電源に、前記第４の出力端子を固定電位点に、かつ前記第１及び第２の出力端子を前記固定電位点に導通させる第３の状態と、前記第３の出力端子を固定電位点に、前記第４の出力端子を交流電源に、かつ前記第１及び第２の出力端子を前記固定電位点に導通させる第４の状態とに、外部からの制御で切換設定が可能とされている。
また、交直変換回路は、前記受信電極に誘起される所定周波数の交流信号を、その交流電圧値に対応する直流電圧値を有する直流信号に変換する。
また、制御手段は、例えばマイクロプロセッサ等で構成され、前記スイッチ回路を第１の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込むと共に、前記スイッチ回路を第２の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込み、それら読み込まれた一対の電圧値に基づいて、前記位置指定具により指定された第１方向の位置に対応する位置情報を生成し、前記スイッチ回路を第３の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込むと共に、前記スイッチ回路を第４の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込み、それら読み込まれた一対の電圧値に基づいて、前記位置指定具により指定された第２方向の位置に対応する位置情報を生成する。
このような構成によれば、前記位置情報生成手段として必要な機能を、スイッチ回路と、交直変換回路と、制御手段との３つに区分して実現したことから、回路全体の簡素化並びに制御の容易化を図ることが可能となる。
また、交直変換回路としては、前記受信電極に誘起される微弱な信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプの出力信号中から所定周波数の交流信号を抽出するバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタで抽出された所定周波数の交流信号を整流する整流回路と、前記整流回路から出力される脈流信号を平滑化する平滑回路とを包含するようにしてもよい。
このような構成によれば、バンドパスフィルタにてノイズ成分が除去されることとも相俟って、印加交流電圧に対応する一対の誘起電圧に相当する直流電圧を、簡単な回路構成で、精度良く確実に取得することができる。
さらに、別な一面から見た本発明は、位置情報生成方法として把握することもできる。すなわち、この位置情報生成方法は、その表面に所定方向における位置指定が可能な指定対象領域が担持された領域担持物体と、前記領域担持物体の表面に接近させることで、前記指定対象領域内の所定方向における任意の位置を指定可能な位置指定具とを包含すると共に、前記領域担持物体は、前記指定対象領域の所定方向における両端部に離隔されて配置される一対の送信電極を有し、前記位置指定具は、前記一対の送信電極のそれぞれとの間の静電容量を介して電圧が誘起される受信電極を有る、ことを前提とする。
そして、このような前提の下に、本発明の位置情報生成方法は、前記一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記一対の電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知される一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の所定方向における位置情報を生成する位置情報生成ステップを有するものであり、それにより、前記位置情報生成手段により生成される位置情報を前記位置指定具により指定された指定対象領域内の所定方向における位置情報として出力する、ことを特徴とするものである。
また、別の一面から見た本発明の位置情報生成方法は、その表面に位置指定が可能な指定対象領域が担持された領域担持物体と、前記領域担持物体の表面に接近させることで、前記指定対象領域内の第１方向及び第２方向における任意の位置を指定可能な位置指定具とを包含すると共に、前記領域担持物体は、前記指定対象領域の前記表面に沿った第１方向における両端部に離隔されて配置される第１方向位置検知用の一対の送信電極と、前記指定対象領域の前記表面に沿った第２方向における両端部に離隔されて配置される第２方向位置検知用の一対の送信電極とを有し、前記位置指定具は、前記第１方向の一対の送信電極、又は、前記第２方向の一対の送信電極との間の静電容量を介して電圧が誘起される受信電極を有することを前提とするものであります。
そして、このような前提の下に、本発明の位置情報生成方法は、第１のステップと第２のステップを有することを特徴とするものであります。
ここで、第１のステップは、前記第１方向の一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記第１方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記第１方向の一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記第１方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の第１方向における位置情報を生成するものであります。
また、第２のステップは、前記第２方向の一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記第２方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記第２方向の一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記第２方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の第２方向における位置情報を生成するものであります。
本発明によれば、ペン先の押圧力に対する配慮が不要であることに加え、検出用の線状電極を位置指定領域内に高密度に配置する必要もなく、加えて比較的に簡単な回路構成で高精度な位置情報を生成することができ、さらにペン等の位置指定具の先端を座標盤表面にさほど接近させずとも、その位置を高精度に検知して対応する位置情報を生成することができ、これにより座標盤上に書籍を載せたその上からでも、任意の位置を指定して位置情報を生成すると言った、所謂「ブックマット式タブレット」としての応用も可能な位置情報生成方法及び装置を実現することができる。
以下に、この発明に係る位置情報生成方法及び装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係る位置情報生成装置の一例を示す外観斜視図（第１実施形態）が図１に示されている。同図に示されるように、この位置情報生成装置は、本発明の領域担持物体として機能する座標盤１と、本発明の位置指定具として機能するペン２とから概略構成されている。
この例における座標盤１は、その上面に長方形状の窓を有する窓枠状外観を呈する。その長方形状の窓には、その表面が平坦な樹脂製の表面板１０が嵌め込まれ、その表面板１０の上面ほぼ中央には、直交２軸を有するＸＹ座標系を用いての位置指定が可能な長方形状の指定対象領域１ａが定義されている。図示の指定対象領域１ａは、Ｘ方向へと延びる互いに平行な２本の長辺とＹ方向へと延びる互いに平行な２本の短辺とを有する。
指定対象領域１ａのＸ方向における両端部には、Ｙ方向へと延びる互いに平行な２本の短辺に沿うようにして、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極５１，５２が配置されている。換言すれば、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極５１，５２は、指定対象領域１ａの表面に沿ったＸ方向における両端部に離隔されて配置されるのである。また、それらの一対の送信電極を構成する第１の送信電極５１及び第２の送信電極は５２は、図１からも明らかなように、いずれも直線状の線状電極とされている。
同様にして、指定対象領域１ａのＹ方向における両端部には、Ｘ方向へと延びる互いに平行な２本の長辺に沿うようにして、Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極６１，６２が配置されている。換言すれば、Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極６１，６２は、指定対象領域１ａの表面に沿ったＹ方向における両端部に離隔されて配置されるのである。また、それらの一対の送信電極を構成する第１の送信電極６１及び第２の送信電極は６２は、図１からも明らかなように、いずれも直線状の線状電極とされている。
それら４本の線状電極５１，５２，６１，６２の材質乃至配置構造については、印刷技術を利用して表面板１０の表面又は裏面に形成したり、導電性テープを表面板１０の表面又は裏面に貼付したり、導電性線材（銅やアルミの電線材等）を表面板１０の表面又は裏面に敷設する等々の適宜な手法を採用すれば良く、この例にあっては、図３に示されるように、表面板１０の下面側に、導電性線材５１ａ、５２ａを埋設することにより、線状電極５１，５２が構成されている。
一方、位置指定具として機能するペン２は、樹脂製基体を有すると共に、図１に示されるように、尖った先端部を有し、その先端部には、図３に示されるように、導電性物質で構成される受信電極７が幾分突出するようにして配置されている。そして、このペン２の先端を指定対象領域１ａの上面（表面）に接近させることで、指定対象領域１ａ内のＸ方向（第１方向）及びＹ方向（第２方向）おける任意の位置を指定可能とされている。
加えて、指定対象領域１ａ内にあって、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極５１，５２間には、１又は２以上（この例では２以上）のＸ方向位置検知用の補助電極５３，５３，５３・・・が所定間隔で配置されており、それらの補助電極５３，５３，５３・・・のそれぞれには、後に詳細に説明するように、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極５１，５２間に印加される電圧を分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられ、さらにＹ方向位置検知用の一対の送信電極６１，６２間には、１又は２以上（この例では２以上）のＹ方向位置検知用の補助電極６３，６３，６３・・・が所定間隔で配置されており、それらの補助電極６３，６３，６３・・・のそれぞれには、Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極６１，６２間に印加される電圧を分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられる。
なお、それらの補助電極５３，６３のの材質乃至配置構造については、送信用電極５１，５２，６１，６２と同様である。
領域担持物体として機能する座標盤１の本体内部には、位置情報生成装置の機能実現に必要な各種の回路を搭載した基板（図示せず）が収容されており、この基板上の回路に対する通電は電源コード３を介して行われ、ペン２に誘起された電圧信号はケーブル２ａを介して基板上の回路へと伝達され、基板上の回路により最終的に生成された指定位置データはケーブル４を介して外部へと送出される。
次に、座標盤１の本体内部に収容された基板搭載回路の動作を説明する前に、本発明に係る位置情報生成装置における指定座標の読取原理について、図３〜図６を参照しながら説明する。
今仮に、説明の便宜のために、指定対象領域が一次元領域（すなわち、直線状領域）であったものと想定する。その場合、図６（ａ）に示されるように、先ず、一対の送信電極（ＴＥ１，ＴＥ２）の一方（ＴＥ２）の電位をスイッチＳＷ０２のｂ側接続により所定電位（例えば、ＧＮＤ電位）に固定し、かつ一対の送信電極（ＴＥ１，ＴＥ２）間にスイッチＳＷ０１のｂ側接続により所定値を有する交流電圧（ＡＣ）を印加した状態において、位置指定具の受信電極（ＲＥ）と固定電位点（ＧＮＤ）との間に誘起される交流電圧（Ｖ２）を一対の誘起電圧の一方として検知（交流電圧計Ｍにて検知）する。
次に、一対の送信電極（ＴＥ１，ＴＥ２）の他方（ＴＥ１）をスイッチＳＷ０１のａ側接続により所定電位（例えば、ＧＮＤ電位）に固定し、かつ前記一対の電極（ＴＥ１，ＴＥ２）間にスイッチＳＷ０２のａ側接続により所定値を有する交流電圧（ＡＣ）を印加した状態において、位置指定具の受信電極（ＲＥ）と固定電位点（ＧＮＤ）との間に誘起される交流電圧（Ｖ１）を一対の誘起電圧の他方として検知（交流電圧計Ｍにて検知）する。
ここで、受信電極（ＲＥ）の指定位置と第１送信電極（ＴＥ１）との距離を（Ｌ１）、受信電極（ＲＥ）の指定位置と第２送信電極（ＴＥ２）との距離を（Ｌ２）、第１送信電極（ＴＥ１）と第２送信電極（ＴＥ２）との距離を（Ｌ０）、受信電極（ＲＥ）と第１送信電極（ＴＥ１）との間の結合容量を（Ｃ１）、受信電極（ＲＥ）と第２送信電極（ＴＥ２）との結合容量を（Ｃ２）とする。なお、ここで言う距離とは、指定対象領域の表面に沿う距離のことである。
すると、交流電圧計（Ｍ）の入力容量が無視し得る程小さいと仮定すれば、例えば、第１送信電極（ＴＥ１）と受信電極（ＲＥ）との指定対象領域の表面に沿う距離（Ｌ１）の値は、次式（式１）により求められる。

Ｌ１＝Ｌ０×｛Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）｝ （式１）
また、第２送信電極（ＴＥ１）と受信電極（ＲＥ）との指定対象領域の表面に沿う距離（Ｌ２）の値は、次式（式２）により求められる。
また、

Ｌ２＝Ｌ０×｛Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）｝ （式２）
したがって、ＸＹ座標上の指定位置を求める場合であれば、Ｘ方向並びにＹ方向のそれぞれについて、一対の誘起交流電圧を求めることにより、目的とする指定位置の位置情報を生成することができるのである。
もっとも、交流電圧計（Ｍ）には、通常、入力容量が存在するため、受信電極（ＲＥ）と第１、第２送信電極（ＴＥ１，ＴＥ２）との距離が大きすぎて、結合容量（Ｃ１，Ｃ２）の値が小さくなると、この方法では距離計測誤差が無視し得ない値となる虞が存在する。これは、指定対象領域１ａのＸ方向距離又はＹ方向距離が大きい場合、或いは指定対象領域表面（上面）と受信電極（ＲＥ）との間隔が大きい場合等に生ずる問題である。
そのような場合には、図６（ｂ）に示されるように、指定対象領域内にあって、一対の送信電極（ＴＥ１，ＴＥ２）間には、１又は２以上の補助電極（ＡＥ）を所定間隔で配置し、それらの補助電極（ＡＥ）のそれぞれに、一対の送信電極（ＴＥ１，ＴＥ２）間に印加される電圧（ＡＣ）を分圧して得られる１又は２以上の電位を並び順に印加するように構成すればよい。すなわち、図６（ｂ）の例にあっては、一対の送信電極（ＴＥ１，ＴＥ２）間には、２個の抵抗素子（Ｒａ，Ｒｂ）が直列接続されており、それらの抵抗素子（Ｒａ，Ｒｂ）間の接続点に現れる分圧電位が補助電極（ＡＥ）に与えられている。
このとき、補助電極（ＡＥ）と第１送信電極（ＴＥ１）との距離を（Ｌａ）、補助電極（ＡＥ）と第２送信電極（ＴＥ２）との距離を（Ｌｂ）とすれば、理想的な指定対象領域を前提とすれば、次式（式３）の関係が成立することが好ましい。もっとも、Ｒａ，Ｒｂ，Ｌａ，Ｌｂの関係は、指定対象領域のサイズ、形状、表面の凹凸、曲面度等々により最適な値を求めねばならない。

Ｒａ／Ｒｂ＝Ｌａ／Ｌｂ （式３）
このように補助電極を追加すれば、その補助電極との間にも結合容量ＣＸが生ずることから、一般的には、Ｘ方向並びにＹ方向に沿う電界分布が距離に比例する関係に修正されることから、位置指定精度並びに検知感度が向上することが確かめられた。
なお、念のため付言すれば、このように補助電極（ＡＥ）を追加したとしても、上記式（１）、式（２）の関係は変わることはなく、それらの式に一対の誘起電圧（Ｖ１，Ｖ２）を代入することにより、目的とする指定位置の位置情報を生成することができる。
以上説明した指定位置の座標読取原理は、本発明者等が開発したスイッチ回路８を使用することにより、図４及び図５に示されるように、簡単な構成で効率よく実現することができる。
図４に示されるように、このスイッチ回路８には、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極の一方５１に接続される第１の出力端子８１と、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極の他方５２に接続される第２の出力端子８２と、Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極の一方６１に接続される第３の出力端子８３と、Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極の他方６２に接続される第４の出力端子８４とを有する。
また、このスイッチ回路８は、図５の表に示されるように、第１の出力端子８１を交流電源に、第２の出力端子８２を固定電位点（ＧＮＤ）に、かつ前記第３及び第４の出力端子８３，８４を固定電位点（ＧＮＤ）に接続させる第１の状態（ＳＷ３＝ａ，ＳＷ１，２，４＝ｂ）と、第１の出力端子８１を固定電位点（ＧＮＤ）に、第２の出力端子８２を交流電源に、かつ前記第３及び第４の出力端子８３，８４を固定電位点（ＧＮＤ）に接続させる第２の状態（ＳＷ４＝ａ，ＳＷ１，２，３＝ｂ）と、第３の出力端子８３を交流電源に、第４の出力端子８４を固定電位点（ＧＮＤ）に、かつ前記第１及び第２の出力端子８１，８２を固定電位点（ＧＮＤ）に接続させる第３の状態（ＳＷ２＝ａ，ＳＷ１，３，４＝ｂ）と、第３の出力端子８３を固定電位点（ＧＮＤ）に、第４の出力端子８４を交流電源に、かつ第１及び第２の出力端子８１，８２を固定電位点（ＧＮＤ）に接続させる第４の状態（ＳＷ１＝ａ，ＳＷ２，３，４＝ｂ）とに、外部からの制御で切換設定が可能とされている。
したがって、図５の表に示されるように、外部からの制御によって、スイッチ回路８を第４の状態に設定することにより、Ｙ方向第１電極６１と受信電極７との電圧を、スイッチ回路８を第３の状態に設定することにより、Ｙ方向第２電極６２と受信電極７との電圧を、スイッチ回路８を第２の状態に設定することにより、Ｘ方向第１電極５１と受信電極７との電圧を、スイッチ回路８を第１の状態に設定することにより、Ｘ方向第２電極５２と受信電極７との電圧をそれぞれ検知するとが可能となるのである。
次に、以上説明した電極配置並びにスイッチ回路８を含む位置情報生成装置の全体を図７〜図１１を参照して詳細に説明する。
図７に示されるように、この位置情報生成装置は、その表面に位置指定が可能な指定対象領域１ａが担持された領域担持物体である座標盤１と、座標盤１の表面に接近させることで、指定対象領域１ａ内のＸ方向及びＹ方向おける任意の位置を指定可能な位置指定具であるペン２とを含んで構成される。
座標盤１は、指定対象領域１ａの表面に沿ったＸ方向における両端部に離隔されて配置されるＸ方向位置検知用の一対の送信電極５１，５２と、指定対象領域１ａの表面に沿ったＹ方向における両端部に離隔されて配置されるＹ方向位置検知用の一対の送信電極６１，６２とを有する。
座標盤１には、図８に示されるように、指定対象領域１ａ内にあって、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極５１，５２間には、１又は２以上（この例では２以上）のＸ方向位置検知用の補助電極５３，５３，５３・・・が所定間隔で配置されており、それらの補助電極５３，５３，５３・・・のそれぞれには、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極５１，５２間に印加される電圧を抵抗列（Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３・・・Ｒ１ｎ）を介して分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられている。同様にして、Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極６１，６２間にも、１又は２以上（この例では２以上）のＹ方向位置検知用の補助電極６３，６３，６３・・・が所定間隔で配置されており、それらの補助電極６３，６３，６３・・・のそれぞれには、前記Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極６１，６２間に印加される電圧を抵抗列（Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３・・・Ｒ２ｎ）を介して分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられている。
位置指定具として機能するペン２は、図３に示されるように、Ｘ方向の一対の送信電極５１，５２、又は、Ｙ方向の一対の送信電極６１，６２との間の静電容量を介して電圧が誘起される受信電極７を有する。
スイッチ回路８は、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極の一方５１に接続される第１の出力端子８１と、Ｘ方向位置検知用の一対の送信電極の他方５２に接続される第２の出力端子８２と、Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極の一方６１に接続される第３の出力端子８３と、Ｙ方向位置検知用の一対の送信電極の他方６２に接続される第４の出力端子８４とを有する。
そして、このスイッチ回路８は、第１の出力端子８１を交流電源に、第２の出力端子８２を固定電位点に、かつ前記第３及び第４の出力端子８３，８４を固定電位点（ＧＮＤ）に接続させる第１の状態と、第１の出力端子８１を固定電位点（ＧＮＤ）に、前記第２の出力端子８２を交流電源に、かつ前記第３及び第４の出力端子８３，８４を固定電位点（ＧＮＤ）に接続させる第２の状態と、第３の出力端子８３を交流電源に、第４の出力端子８４を固定電位点（ＧＮＤ）に、かつ前記第１及び第２の出力端子８１，８２を固定電位点（ＧＮＤ）に接続させる第３の状態と、第３の出力端子８３を固定電位点（ＧＮＤ）に、前記第４の出力端子８４を交流電源に、かつ第１及び第２の出力端子８１，８２を固定電位点（ＧＮＤ）に接続させる第４の状態とに、外部からの制御で切換設定が可能とされいる。なお、それらの第１〜第４の状態は、後述するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）の端子Ｔ０２，Ｔ０３，Ｔ０４，Ｔ０５からの操作信号により制御される。
制御手段として機能するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１５０は、５個の出力端子（Ｔ０１，Ｔ０２，Ｔ０３，Ｔ０４，Ｔ０５）と１個の入力端子（Ｔ０６）とを有する。出力端子Ｔ０１からは周波数２０ｋＨｚを有する矩形波が常時出力されるようにプログラムされている。使用周波数としては、２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ程度の高周波帯の周波数が好ましい。出力端子Ｔ０２〜Ｔ０５からは、位相の異なる４系統のゲート制御信号がサイクリックに出力されるようにプログラムされている。それら位相の異なる４系統のゲート制御信号によって、スイッチ回路８内のゲート列８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅが順に択一的に開くように制御されることにより、トランジスタ列８０ｆ，８０ｇ，８０ｈ，８０ｉが順次択一的に駆動され、これにより先に説明したスイッチ回路８における第１乃至第４の状態が作り出される。
制御手段として機能するマイクロプロセッサ１５０は、４系統のゲート制御信号を介してスイッチ回路８の状態を制御することにより、Ｘ方向の一対の送信電極の一方５１の電位を所定電位に固定し、かつＸ方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧（２０ｋＨｚ）を印加した状態において、ペン２の受信電極７と固定電位点（ＧＮＤ）との間に誘起される交流電圧（２０ｋＨｚ）を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、Ｘ方向の一対の送信電極の他方５２を所定電位（ＧＮＤ）に固定し、かつＸ方向の一対の送信電極５１，５２間に所定値を有する交流電圧（２０ｋＨｚ）を印加した状態において、ペン２の受信電極７と固定電位点（ＧＮＤ）との間に誘起される交流電圧（２０ｋＨｚ）を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、ペン２の先端のＸ方向における位置情報を生成する。
また、制御手段として機能するマイクロプロセッサ１５０は、Ｙ方向の一対の送信電極の一方６１の電位を所定電位（ＧＮＤ）に固定し、かつＹ方向の一対の送信電極６１，６２間に所定値を有する交流電圧（２０ｋＨｚ）を印加した状態において、ペン２の受信電極７と固定電位点（ＧＮＤ）との間に誘起される交流電圧（２０ｋＨｚ）を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、Ｙ方向の一対の送信電極の他方６２を所定電位（ＧＮＤ）に固定し、かつＹ方向の一対の送信電極６１，６２間に所定値を有する交流電圧（２０ｋＨｚ）を印加した状態において、ペン２の受信電極７と固定電位点（ＧＮＤ）との間に誘起される交流電圧（２０ｋＨｚ）を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、ペン２の突起部先端のＹ方向における位置情報を生成することとなる。
ここで、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１５０による交流誘起電圧の検知は、受信電極７に誘起される所定周波数（２０ｋＨｚ）の交流信号を、その交流電圧値に対応する直流電圧値を有する直流信号に変換する交直変換回路を介して行われる。
図７に示されるように、交直変換回路は、受信電極７に誘起される微弱な信号を増幅するプリアンプと、プリアンプの出力信号中から所定周波数の交流信号を抽出するバンドパスフィルタ１２０と、バンドパスフィルタ１２０で抽出された所定周波数（２０ｋＨｚ）の交流信号を整流する整流回路１３０と、整流回路１３０から出力される脈流信号を平滑化する平滑回路１４０とを包含する。
図９に示されるように、ペン２内には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２０１と抵抗２０２，２０３とが組み込まれており、またその出力側には、図７に示されるように、抵抗回路１１０が設けられており、これらによって、受信電極７に誘起される微弱な信号を増幅するプリアンプが実現されている。
また、図１０に示されるように、抵抗１２０ａ，１２０ｄ、コンデンサ１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｆ、演算増幅器１２０ｅにより、２０ｋＨｚ成分を取り出すためのバンドパスフィルタが構成されている。
また、図１１に示されるように、抵抗１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｇ、演算増幅器１３０ｃ，１３０ｈ、ダイオード１３０ｄ，１３０ｅにより能動型の全波整流回路が構成されており、抵抗１４０ａ、コンデンサ１４０により、平滑回路が構成されている。
そして、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１５０では、交直変換回路を構成する平滑回路１４０から出力される直流電圧を端子Ｔ０６から読み込むことにより、Ｘ，Ｙ各方向毎に、一対の誘起交流電圧の大きさに対応する直流電圧を求め、これを先説明した（式１）や（式２）に当て嵌めることにより、Ｘ，Ｙ各方向における指定位置情報を求め、これを指定位置データとしてケーブル４を介してコンピュータ等の情報処理装置、コンピュータ応用ゲーム機等々に送出するのである。
なお、以上の説明では、指定対象領域１ａとして長方形のものを示したが、図２に示されるように、地球儀のような球体の領域担持物体であれば、その表面を経度方向並びに緯度方向に区画することにより、適当な大きさの非長方形の指定対象領域１ａ−１，１ａ−２，１ａ−３を形成し、その外周縁部に沿って、曲線的に送信用線状電極を配置するような態様にも本発明は適用が可能である。
加えて、本発明にあっては、指定対象領域１ａの表面から距離を隔てても位置指定が可能であるから、上述の座標盤１の場合であれば、その上に本を置いてさらにその上からペン２で位置指定すると言った所謂ブックマット式タブレットとしても応用が可能である。
本発明によれば、ペン先の押圧力に対する配慮が不要であることに加え、検出用の線状電極を位置指定領域内に高密度に配置する必要もなく、加えて比較的に簡単な回路構成で高精度な位置情報を生成することができ、さらにペン等の位置指定具の先端を座標盤表面にさほど接近させずとも、その位置を高精度に検知して対応する位置情報を生成することができ、これにより座標盤上に書籍を載せたその上からでも、任意の位置を指定して位置情報を生成すると言った、所謂「ブックマット式タブレット」としての応用も可能な位置情報生成方法及び装置を実現することができる。
本発明に係る位置情報生成装置の外観斜視図（第１実施形態）である。 本発明に係る位置情報生成装置の外観斜視図（第２実施形態）である。 受信電極と一対の送信電極との間の容量結合を示す概念図である。 指定位置のＸＹ座標読取原理の説明図（その１）である。 指定位置のＸＹ座標読取原理の説明図（その２）である。 座標読取原理を示す説明図である。 位置情報読取装置の全体回路図である。 位置指定領域の詳細回路図である。 ペンの詳細回路図である。 バンドパスフィルタの詳細回路図である。 整流及び平滑回路の詳細回路図である。
符号の説明
１ 座標盤（領域担持物体）
１ａ 指定対象領域
２ ペン（位置指定具）
２ａ ケーブル
３ 電源コード
４ ケーブル（指定位置データ出力用）
５１ Ｘ方向の直線状第１電極
５２ Ｘ方向の直線状第２電極
５１ａ Ｘ方向の直線状第１導体
５２ａ Ｘ方向の直線状第２導体
６１ Ｙ方向の直線状第１電極
６２ Ｙ方向の直線状第２電極
７ 受信電極
８ スイッチ回路
８１ 第１の出力端子
８２ 第２の出力端子
８３ 第３の出力端子
８４ 第４の出力端子
１０ 表面板
１１０ 抵抗回路
１２０ バンドパスフィルタ
１３０ 整流回路
１４０ 平滑回路
１５０ マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）
ＡＣ 交流電源
ＧＮＤ グランド電位点
ＴＥ１ 第１送信電極
ＴＥ２ 第２送信電極
ＲＥ 受信電極
ＡＥ 補助電極
Ｌ０ 第１送信電極と第２送信電極との距離
Ｌ１ 受信電極と第１送信電極との距離
Ｌ２ 受信電極と第２送信電極との距離
Ｌａ 補助電極と第１送信電極との距離
Ｌｂ 補助電極と第２送信電極との距離
Ｃ１ 受信電極と第１送信電極との結合容量
Ｃ２ 受信電極と第２送信電極との結合容量
ＣＸ 受信電極と補助電極との結合容量
Ｍ 交流電圧計
ＳＷ０１ 第１スイッチ
ＳＷ０２ 第２スイッチ
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ
ＳＷ３ 第３スイッチ
ＳＷ４ 第４スイッチ

Claims (15)

  1. その表面に所定方向における位置指定が可能な指定対象領域が担持された領域担持物体と、
    前記領域担持物体の表面に接近させることで、前記指定対象領域内における所定方向における任意の位置を指定可能な位置指定具とを包含し、
    前記領域担持物体は、
    前記指定対象領域の所定方向における両端部に離隔されて配置される一対の送信電極を有し、
    前記位置指定具は、
    前記一対の送信電極のそれぞれとの間の静電容量を介して電圧が誘起される受信電極を有し、さらに
    前記一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記一対の電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知される一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の所定方向における位置情報を生成する位置情報生成手段を有し、
    それにより、前記位置情報生成手段により生成される位置情報を前記位置指定具により指定された指定対象領域内の所定方向における位置情報として出力する、ことを特徴とする位置情報生成装置。
  2. 前記指定対象領域内にあって、前記一対の送信電極間には、１又は２以上の補助電極が所定間隔で配置されており、それらの補助電極のそれぞれには、前記一対の送信電極間に印加される電圧を分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられる、ことを特徴とする請求項１に記載の位置情報生成装置。
  3. 前記一対の送信電極間に印加される交流電圧は、２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの高周波帯域の交流電圧である、ことを特徴とする請求項１に記載の位置情報生成装置。
  4. 前記位置情報生成手段が、
    前記一対の送信電極の一方に接続される第１の出力端子と、
    前記一対の送信電極の他方に接続される第２の出力端子とを有し、
    前記第１の出力端子を交流電源にかつ前記第２の出力端子を固定電位点にそれぞれ接続する第１の状態と、
    前記第１の出力端子を固定電位点にかつ前記第２の出力端子を交流電源にそれぞれ接続する第２の状態とに、
    外部からの制御で切換設定が可能なスイッチ回路と、
    前記受信電極に誘起される所定周波数の交流信号を、その交流電圧値に対応する直流電圧値を有する直流信号に変換する交直変換回路と、
    前記スイッチ回路を第１の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込むと共に、前記スイッチ回路を第２の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込み、それら読み込まれた一対の電圧値に基づいて、前記位置指定具により指定された位置に対応する位置情報を生成する制御手段とを包含する、ことを特徴とする請求項１に記載の位置情報生成装置。
  5. 前記交直変換回路が、
    前記受信電極に誘起される微弱な信号を増幅するプリアンプと、
    前記プリアンプの出力信号中から所定周波数の交流信号を抽出するバンドパスフィルタと、
    前記バンドパスフィルタで抽出された所定周波数の交流信号を整流する整流回路と、
    前記整流回路から出力される脈流信号を平滑化する平滑回路とを包含する、ことを特徴とする請求項４に記載の位置情報生成装置。
  6. その表面に位置指定が可能な指定対象領域が担持された領域担持物体と、
    前記領域担持物体の表面に接近させることで、前記指定対象領域内の第１方向及び第２方向おける任意の位置を指定可能な位置指定具とを包含し、
    前記領域担持物体は、
    前記指定対象領域の前記表面に沿った第１方向における両端部に離隔されて配置される第１方向位置検知用の一対の送信電極と、
    前記指定対象領域の前記表面に沿った第２方向における両端部に離隔されて配置される第２方向位置検知用の一対の送信電極とを有し、
    前記位置指定具は、
    前記第１方向の一対の送信電極、又は、前記第２方向の一対の送信電極との間の静電容量を介して電圧が誘起される受信電極を有し、さらに
    前記第１方向の一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記第１方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記第１方向の一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記第１方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の第１方向における位置情報を生成し、かつ
    前記第２方向の一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記第２方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記第２方向の一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記第２方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の第２方向における位置情報を生成する位置情報生成手段とを有し、
    それにより、前記位置情報生成手段により生成された第１方向及び第２方向の位置情報を前記位置指定具により指定された指定対象領域内の位置情報として出力する、ことを特徴とする位置情報生成装置。
  7. 前記第１方向位置検知用の一対の送信電極、及び／又は、第２方向位置検知用の一対の送信電極は、一対の線状電極である、ことを特徴とする請求項６に記載の位置情報生成装置。
  8. 前記第１方向と前記第２方向とが互いに直交する関係にある、ことを特徴とする請求項７に記載の位置情報生成装置。
  9. 前記第１方向位置検知用の一対の線状電極は、第１方向の両端部にあって、前記指定対象領域の縁部に沿って配置され、かつ前記第２方向位置検知用の一対の線状導体は、第２方向の両端部にあって、前記指定対象領域の縁部に沿って配置される、ことを特徴とする請求項７に記載の位置情報生成装置。
  10. 前記指定対象領域内にあって、前記第１方向位置検知用の一対の送信電極間には、１又は２以上の第１方向位置検知用の補助電極が所定間隔で配置されており、それらの補助電極のそれぞれには、前記第１方向位置検知用の一対の送信電極間に印加される電圧を分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられ、さらに前記第２方向位置検知用の一対の送信電極間には、１又は２以上の第２方向位置検知用の補助電極が所定間隔で配置されており、それらの補助電極のそれぞれには、前記第２方向位置検知用の一対の送信電極間に印加される電圧を分圧して得られる１又は２以上の電位が並び順に与えられる、ことを特徴とする請求項６に記載の位置情報生成装置。
  11. 前記一対の送信電極間に印加される交流電圧は、２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの高周波帯域の交流電圧である、ことを特徴とする請求項６に記載の位置情報生成装置。
  12. 前記位置情報生成手段が、
    前記第１方向位置検知用の一対の送信電極の一方に接続される第１の出力端子と、
    前記第１方向位置検知用の一対の送信電極の他方に接続される第２の出力端子と、
    前記第２方向位置検知用の一対の送信電極の一方に接続される第３の出力端子と、
    前記第２方向位置検知用の一対の送信電極の他方に接続される第４の出力端子とを有し、
    前記第１の出力端子を交流電源に、前記第２の出力端子を固定電位点に、かつ前記第３及び第４の出力端子を前記固定電位点に接続させる第１の状態と、
    前記第１の出力端子を固定電位点に、前記第２の出力端子を交流電源に、かつ前記第３及び第４の出力端子を前記固定電位点に接続させる第２の状態と、
    前記第３の出力端子を交流電源に、前記第４の出力端子を固定電位点に、かつ前記第１及び第２の出力端子を前記固定電位点に接続させる第３の状態と、
    前記第３の出力端子を固定電位点に、前記第４の出力端子を交流電源に、かつ前記第１及び第２の出力端子を前記固定電位点に接続させる第４の状態とに、
    外部からの制御で切換設定が可能なスイッチ回路と、
    前記受信電極に誘起される所定周波数の交流信号を、その交流電圧値に対応する直流電圧値を有する直流信号に変換する交直変換回路と、
    前記スイッチ回路を第１の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込むと共に、前記スイッチ回路を第２の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込み、それら読み込まれた一対の電圧値に基づいて、前記位置指定具により指定された第１方向の位置に対応する位置情報を生成し、
    前記スイッチ回路を第３の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込むと共に、前記スイッチ回路を第４の状態に設定して、前記交直変換回路から得られる直流信号の電圧値を読み込み、それら読み込まれた一対の電圧値に基づいて、前記位置指定具により指定された第２方向の位置に対応する位置情報を生成する制御手段とを包含する、ことを特徴とする請求項６に記載の位置情報生成装置。
  13. 前記交直変換回路が、
    前記受信電極に誘起される微弱な信号を増幅するプリアンプと、
    前記プリアンプの出力信号中から所定周波数の交流信号を抽出するバンドパスフィルタと、
    前記バンドパスフィルタで抽出された所定周波数の交流信号を整流する整流回路と、
    前記整流回路から出力される脈流信号を平滑化する平滑回路とを包含する、ことを特徴とする請求項１２に記載の位置情報生成装置。
  14. その表面に所定方向における位置指定が可能な指定対象領域が担持された領域担持物体と、
    前記領域担持物体の表面に接近させることで、前記指定対象領域内の所定方向における任意の位置を指定可能な位置指定具とを包含し、
    前記領域担持物体は、
    前記指定対象領域の所定方向における両端部に離隔されて配置される一対の送信電極を有し、
    前記位置指定具は、
    前記一対の送信電極のそれぞれとの間の静電容量を介して電圧が誘起される受信電極を有し、さらに
    前記一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記一対の電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知される一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の所定方向における位置情報を生成する位置情報生成ステップを有し、
    それにより、前記位置情報生成手段により生成される位置情報を前記位置指定具により指定された指定対象領域内の所定方向における位置情報として出力する、ことを特徴とする位置情報生成方法。
  15. その表面に位置指定が可能な指定対象領域が担持された領域担持物体と、
    前記領域担持物体の表面に接近させることで、前記指定対象領域内の第１方向及び第２方向における任意の位置を指定可能な位置指定具とを包含し、
    前記領域担持物体は、
    前記指定対象領域の前記表面に沿った第１方向における両端部に離隔されて配置される第１方向位置検知用の一対の送信電極と、
    前記指定対象領域の前記表面に沿った第２方向における両端部に離隔されて配置される第２方向位置検知用の一対の送信電極とを有し、
    前記位置指定具は、
    前記第１方向の一対の送信電極、又は、前記第２方向の一対の送信電極との間の静電容量を介して電圧が誘起される受信電極を有し、さらに
    前記第１方向の一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記第１方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記第１方向の一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記第１方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の第１方向における位置情報を生成する第１のステップと、
    前記第２方向の一対の送信電極の一方の電位を所定電位に固定し、かつ前記第２方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の一方として検知する一方、前記第２方向の一対の送信電極の他方を所定電位に固定し、かつ前記第２方向の一対の送信電極間に所定値を有する交流電圧を印加した状態において、前記位置指定具の前記受信電極と前記固定電位点との間に誘起される交流電圧を一対の誘起電圧の他方として検知し、それら検知された一対の誘起電圧に基づいて、前記位置指定具の突起部先端の第２方向における位置情報を生成する第２のステップとを有し、
    それにより、前記第１及び第２のステップにより生成された第１方向及び第２方向の位置情報を前記位置指定具により指定された指定対象領域内の位置情報として出力する、ことを特徴とする位置情報生成方法。
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