JP2513687B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、位置指示器に対する操作者の操作状態を検
出し得る座標入力装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、位置指示器に対する操作者の操作状態、例えば
タブレット上の入力すべき座標位置のみを指定した状態
（以下、ペンダウン状態と称す。）を検出し得る座標入
力装置（デジタイザ）としては、位置指示器にスイッチ
手段を設けて、ペンダウン時のみ、該スイッチ手段のオ
ン（又はオフ）に基づくタイミング信号をコードを介し
て、あるいは超音波や赤外線を用いて位置検出回路に送
るよう構成されたものがあった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、位置指示器よりコードを用いてタイミ
ング信号を送るものでは該コードが位置指示器の操作性
を悪くし、また、超音波や赤外線を用いてタイミング信
号を送るものでは、位置指示器自体にこれらの送信機や
信号発生回路、電池等を設けなければならず、構成が複
雑化し、大型且つ大重量となり、また、電池の交換や充
電を頻繁に行なわなければならず、これらが位置指示器
の操作性を悪くするという問題点があった。

本発明は、位置指示器の操作性を落すことなく、操作
者の操作状態を正確に検出し得る座標入力装置を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明では前記目的を達成するため、定常的に閉であ
りタブレットに対し操作者が操作をしない状態を通知す
る第１の同調回路と、操作者の操作によって構成され前
記第１の同調回路と同調周波数が異なりタブレットに対
し操作者が前記操作をした状態を通知する第２の同調回
路とを有する位置指示器に対する操作者の操作状態を検
出する座標入力装置であって、前記第１と第２の同調回
路が同調し得る一の周波数の交流信号に基づいて電波を
発信する電波発信手段と、前記位置指示器の第１又は第
２の同調回路から反射される前記同調に起因する電波を
受信する電波受信手段と、前記一の周波数を有する交流
信号を電波受信手段に直接送出した際の信号と前記電波
受信手段で受信した信号の位相差を検出する位相差検出
手段とを有し、該位相差検出手段によって検出された位
相差より、前記位置指示器よりタブレットに反射された
電波が前記第１又は第２の同調回路のいずれから反射さ
れた電波であるかを検出し、前記位置指示器に対する操
作者の操作がなされたか否かを検出するようになした座
標入力装置を提案する。

（作用） 本発明によれば、電波発信手段より発信された一の周
波数の交流信号に基づく電波は位置指示器の第１又は第
２の同調回路を励振し、該第１又は第２の同調回路より
同様な電波を発生、即ち反射させる。前記第１又は第２
の同調回路から反射される電波は電波受信手段によって
受信される。この際、受信された信号の位相は前記第１
又は第２の同調回路における同調周波数と電波発信手段
より発信される電波の周波数との相違に基づく位相に、
電波受信手段における位相のずれ（誤差）が加わったも
のとなる。前記位相のずれは電波受信手段に前記交流信
号を直接送出した時にも発生するから、これらを差引く
ことにより前記第１又は第２の同調回路における同調周
波数と電波発信手段より発信される電波の周波数との相
違のみに基づく位相、いいかえればタブレットに反射さ
れた電波が前記第１又は第２の同調回路のいずれから反
射された電波であるかが検出され、位置指示器に対する
操作者の操作がなされたか否かが検出される。

（実施例） 第１図は本発明の座標入力装置の概要を示すもので、
図中、１はタブレット、２は位置指示器、３は位置検出
回路、４はタイミング制御回路である。

タブレット１は、非磁性金属の筐体11にタブレット本
体12及びアンテナコイル13を取付けてなるもので、タブ
レット本体12は位置検出回路３に接続され、また、アン
テナコイル13はタイミング制御回路４に接続されてい
る。

タブレット本体12は、位置検出回路３に駆動され、位
置指示器２により指定された位置を検出する検出部を構
成するもので、該タブレット本体12は筐体11のほぼ中央
に収納されている。なお、筐体11の上面パネル11aに描
かれている枠14はその座標入力範囲を示す。

前記タブレット本体12及び位置検出回路３としては、
例えば本件出願人の出願にかかる特願昭59−32244号の
「位置検出装置」（特開昭60−176133号公報参照）、又
は特願昭58−238532号の「座標位置検出装置」（特開昭
60−129616号公報参照）を用いることができる。

アンテナコイル13は、絶縁被覆された導体をタブレッ
ト本体12の座標入力範囲、即ち前記枠14の周囲の筐体11
の上面パネル11aの表面に配設してなるものである。な
お、図面上、１ターンのコイルで示されているが、実際
には数ターンのコイルからなっている。

位置指示器２はスタイラスペン（以下、単にペンと称
す。）であり、位置指定用の磁気発生器、例えば磁石21
と同調回路22とを内蔵する。

第２図はペン２の詳細な構造を示すもので、合成樹脂
等の非金属材料からなるペン軸23の内部にその先端寄り
から、ボールペン等の筆記用の芯体24と、該芯体24を摺
動自在に収容し得る透孔を備えた棒磁石21と、コイルバ
ネ25と、スイッチ221,コア入りコイル222,コンデンサ22
3及び224からなる同調回路22とが一体的に組合わされて
内蔵され、その後端にはキャップ26が取付けられてなっ
ている。

前記コイル222とコンデンサ223は第３図にも示すよう
に互いに直列に接続され、周知の共振回路を構成する如
くなっており、該コイル222及びコンデンサ223の数値は
所定の周波数f0において、電圧と電流の位相が同相で共
振（同調）する値に設定されている。また、コンデンサ
224はスイッチ221を介してコンデンサ223の両端に並列
に接続されており、該スイッチ221がオンとなった時、
前述した共振回路における電流の位相を所定角度遅ら
せ、後述する受信信号の位相を、例えば45°遅らせる作
用を行なう。なお、スイッチ221は芯体24の先端を位置
検出部１の入力面に押し付けることによってペン軸23内
に押込むと、その後端によりコイルバネ25を介して押圧
され、オンとなる如くなっている。

ここで、前述したコイル222及びコンデンサ223からな
る回路が定常的に閉でありタブレットに対し操作者が操
作をしない状態を通知する第１の同調回路を構成し、ま
た、スイッチ221、コイル222及びコンデンサ223,224か
らなる回路が操作者の操作によって構成され前記第１の
同調回路と同調周波数が異なりタブレットに対し操作者
が前記操作をした状態を通知する第２の同調回路を構成
する。

第３図は前記同調回路22並びにタイミング制御回路４
の詳細な構成を示すものである。同図において、401は
制御回路、402はタイミング回路、403は低域フィルタ
（LPF）、404は駆動回路、405は送受切替回路、406は増
幅器、407は受信タイミング切替回路、408は帯域フィル
タ（BPF）、409,410は位相検波器（PSD）、411,412は低
域フィルタ（LPF）である。

ここで、前述したアンテナコイル13、タイミング回路
402、低域フィルタ403、駆動回路404及び送受切替回路4
05が電波発振手段を構成し、また、アンテナコイル13、
送受切替回路405、増幅器406、受信タイミング切替回路
407及び帯域フィルタ408が電波受信手段を構成し、ま
た、位相検波器409,410及び低域フィルタ411,412が位相
差検出手段を構成する。

第４図は第３図の各部における信号波形図である。以
下、動作について詳細に説明する。

制御回路401は周知のマイクロプロセッサ等より構成
され、タイミング回路402及び受信タイミング切替回路4
07を制御するとともに低域フィルタ411,412からの出力
値をアナログ・ディジタル（A/D）変換し、さらに後述
する演算処理を実行し、ペン２の同調回路22における電
圧と電流の位相差を算出し、そのスイッチ221の状態を
検出し、これを位置検出回路３に送出する。

タイミング回路402は所定の周波数f0の矩形波信号
Ａ、該矩形波信号Ａの位相を90°遅らせた信号Ｂ、所定
の周波数fkの送受切替信号Ｃ及び受信タイミング信号Ｄ
を発生する。前記矩形波信号Ａは位相検波器409に送出
されるとともに低域フィルタ403にて正弦波信号Ｅに変
換されて駆動回路404及び受信タイミング切替回路407に
送出され、また、矩形波信号Ｂは位相検波器410に送出
され、また、送受切替信号Ｃは送受切替回路405に送出
され、さらにまた、受信タイミング信号Ｄは受信タイミ
ング切替回路407に送出される。

前記正弦波信号Ｅは駆動回路404にて平衡信号に変換
され、さらに送受切替回路405に送出されるが、該送受
切替回路405は送受切替信号Ｃに基づいて駆動回路404及
び増幅器406のいずれか一方を交互にアンテナコイル13
に切替接続するため、アンテナコイル13には時間Ｔ（＝
1/2fk）毎に周波数f0の正弦波信号を出したり、出さな
かったりする信号Ｆが入力され、該信号Ｆはアンテナコ
イル13より電波として発信される。

この際、タブレット１の座標入力範囲14内において、
ペン２が略直立状態、即ち使用状態に保持されている
と、前記電波は入力ペン２のコイル222を励振し、その
同調回路22に前記信号Ｆに同期した誘導電圧Ｇを発生さ
せる。

その後、送受切替回路405によりアンテナコイル13が
増幅器406側に切替えられる、即ち受信期間に入ると、
該アンテナコイル13よりの電波は直ちに消滅するが、前
記誘導電圧Ｇは同調回路22内の損失に応じて徐々に減衰
する。

一方、前記誘導電圧Ｇに基づいて同調回路22を流れる
電流は、コイル222より電波を発信させる。該電波はア
ンテナコイル13を逆に励振するため、該アンテナコイル
13にはコイル222からの電波による誘導電圧が発生す
る。誘導電圧は受信期間の間のみ送受切替回路405より
増幅器406に送出され増幅されて受信信号Ｈとなり、さ
らに受信タイミング切替回路407に送出される。

受信タイミング切替回路407は前述した正弦波信号
（校正信号）Ｅ又は受信信号Ｈのいずれか一方を帯域フ
ィルタ408に出力するためのもので、前記受信タイミン
グ信号Ｄがハイ（Ｈ）レベルの期間は正弦波信号Ｅ又は
受信信号Ｈのうち、制御回路401より供給される校正信
号／受信信号（S/R）選択信号に基づいて選択された信
号を出力し、ロー（Ｌ）レベルの期間は何も出力しな
い。なお、受信タイミング信号Ｄは実質的に送受切替信
号Ｃの反転信号である。また、S/R選択信号は受信タイ
ミング信号Ｄのハイ／ローの繰返し、即ち送信及び受信
の繰返しが所定数、例えば７回連続する時間毎に切替え
られる。

今、受信タイミング切替回路407にS/R選択信号のうち
の受信信号の選択信号が入力されているとすると、その
出力には信号Ｉ（実質的に受信信号Ｈと同一）が得られ
る。該信号Ｉは帯域フィルタ408に送出されるが、該帯
域フィルタ408は周波数f0を中心とする通過帯域を有す
るフィルタであり、前記信号Ｉ中の周波数f0成分のエネ
ルギーに応じた振幅を有する信号Ｊ（厳密には、数個の
信号Ｉが帯域フィルタ408に入力され収束した状態にお
いて）を位相検波器409及び410に送出する。

位相検波器409及び410には前記矩形波信号Ａ及びＢが
検波信号としてそれぞれ入力されており、この時、信号
Ｊの位相が矩形波信号Ａの位相とほぼ一致しているとす
ると、位相検波器409はちょうど信号Ｊを正側に反転し
た信号K1を出力し、また、位相検波器410は正側及び負
側に対称な波形を有する信号K2を出力する。

前記信号K1は遮断周波数の充分低い低域フィルタ411
にて信号Ｊの振幅のほぼ1/2に対応する電圧値、例えばV
1を有する直流信号L1に変換され制御回路401に送出さ
れ、また、信号K2は同様の低域フィルタ412にて直流信
号L2に変換され制御回路401に送出されるが、ここでは
信号K2において正側及び負側の成分が同一であるため、
低域フィルタ412の出力の電圧値は０［Ｖ］となる。

制御回路401では低域フィルタ411及び412の出力値、
ここでは信号L1及びL2をA/D変換し、さらにこのディジ
タル値を用いて下記（１）式の演算処理を行ない、位相
検波器409及び410に加わった信号、ここではＪと矩形波
信号Ａとの位相差θを算出する。

θ＝−tan^-1（VQ/VP） ……（１） ここで、VPは低域フィルタ411の出力に対応するディジ
タル値を、また、VQは低域フィルタ412の出力に対応す
るディジタル値を示す。例えば、前述した信号Ｊの場
合、信号L1の電圧値はV1であるが、信号L2の電圧値は０
［Ｖ］、即ちVQ＝０であるから位相差θ＝０°となる。

ところで、帯域フィルタ408としては機械的な振動成
分を伴うセラミックフィルタを使用しているが、その振
動周波数は周囲の温度変化に伴って僅かに変化し、該フ
ィルタに入力されると信号と該フィルタが出力する信号
との間に位相変化をもたらすことがある。このため、前
述した受信信号Ｈ（又は信号Ｉ）と信号Ｊとの位相は必
ずしも一致しているとは限らず、従って、前記求められ
た位相差θは受信信号Ｈ（又は信号Ｉ）と矩形波信号Ａ
との位相差、言替えれば同調回路22における電圧と電流
との位相差をそのまま表わしているという保証はない
（なお、受信信号Ｈ（又は信号Ｉ）と矩形波信号Ａとの
位相差及び同調回路22における電圧と電流の位相差は０
°の場合を除いて同一でないが、固定的な一定の関係に
ある。）。

一方、受信タイミング切替回路407にS/R選択信号のう
ちの校正信号の選択信号が入力されると、その出力には
正弦波信号Ｅのうちの受信期間に対応する部分に相当す
る信号Ｍが得られる。該信号Ｍは帯域フィルタ408にて
前記信号Ｊと同様な波形（但し、振幅，位相については
同一とは限らない。）の信号に変換され、さらに位相検
波器409,410及び低域フィルタ411,412を経て制御回路40
1に送出され、前記同様な処理が行なわれ、位相差θが
算出される。

前記信号Ｍは矩形波信号Ａを低域フィルタ403に通す
ことによって得られた正弦波信号Ｅの一部であり、常に
矩形波信号Ａと同一位相であると考えられるから、この
際、制御回路401において得られる位相差θは帯域フィ
ルタ408に入力される信号と該帯域フィルタ408が出力す
る信号との間における位相のずれを表わすことになる。

従って、受信信号Ｈ（又はＩ）が帯域フィルタ408に
送出された時、即ち制御回路401がS/R選択信号のうちの
受信信号の選択信号を送出している時に得られた位相差
をθｒとし、信号Ｍが帯域フィルタ408に送出された
時、即ち制御回路401がS/R選択信号のうちの校正信号の
選択信号を送出している時に得られた位相差をθｓとし
た場合、下記（２）式に示すように位相差θｒから位相
差θｓを減算することにより、該フィルタ408における
位相のずれの影響をキャンセルし、受信信号Ｈ（又は信
号Ｉ）と矩形波信号Ａとの真の位相差θｏ、即ち同調回
路22における電圧と電流との位相差を求めることができ
る。

θｏ＝θｒ−θｓ ……（２） 第５図は前述した位相差θr,θs,θｏの関係を示すも
のである。第５図（ａ）は帯域フィルタ408において位
相のずれがない、即ち位相差θｓ＝０°の場合の例を示
し、この時、位相差θｒとθｏは等しい。また、第５図
（ｂ）は周囲の温度変化等により、帯域フィルタ408に
おいて位相のずれが発生した場合の例を示し、この時、
位相差θｒはθｓとθｏとの和で示される。なお、第５
図（ｂ）では位相のずれとして、遅れ位相が発生した場
合の例を示したが、進み位相が発生した場合でも前記関
係は同様である。

前述した例において、位相差θｓ＝０°とすると、受
信信号Ｈ（又は信号Ｉ）と矩形波信号Ａとの位相差θｏ
＝θｒ＝０°であるから、同調回路22における電圧と電
流は同相であり、そのスイッチ221はオフ状態であるこ
とがわかる。

また、制御回路401が受信タイミング切替回路407にS/
R選択信号のうちの受信信号の選択信号を入力している
時、帯域フィルタ408から前記信号Ｊより位相が45°遅
れた信号Ｊ′が出力されたとすると、該信号Ｊ′は前記
同様、位相検波器409及び410に送出され、信号K1′及び
K2′となるが、信号K1′における正側及び負側の成分の
比率と、信号K2′における正側及び負側の成分の比率と
は等しいため、該信号K1′及びK2′は低域フィルタ411
及び412にて、それぞれ同一の電圧値、例えばV2を有す
る信号L1′及びL2′となって制御回路401に送出され
る。

制御回路401は前記同様に信号L1′及びL2′をA/D変換
し、前記（１）式の演算処理を行なうが、信号L1′及び
L2′の電圧値が共にV2であり、VP＝VQであるので、位相
差θｒ＝−45°となる。さらに制御回路401は前記同様
に受信タイミング切替回路407にS/R選択信号のうちの校
正信号の選択信号を入力し位相差θｓを求めるが、該位
相差θｓ＝０°とすると、この時の受信信号と矩形波信
号Ａとの位相差θｏ＝θｒ＝−45°であるから、同調回
路22における電流の位相は電圧の位相より前記所定角度
遅れており、そのスイッチ221はオン状態であることが
わかる。

このように制御回路401において、受信信号の選択信
号と校正信号の選択信号を交互に出力し、該受信信号の
選択信号を送出した時の低域フィルタ411及び412の出力
値から位相差θｒを算出し、また、該校正信号の選択信
号を送出した時の低域フィルタ411及び412の出力値から
位相差θｓを算出し、該位相差θｒとθｓの差を算出す
ることにより、受信信号と矩形波信号Ａとの位相差θ
ｏ、即ち同調回路22における電圧と電流の位相差を正確
に検出でき、そのスイッチ221のオン又はオフを常に正
確に検出することができる。

なお、ここで検出されたスイッチ221のオン又はオフ
の状態を示す情報はタブレット１及び位置検出回路３に
より検出された座標値のうちで、実際に入力すべき値を
指定する情報等として使用される。

また、前記実施例ではスイッチ221のオン・オフによ
り同調回路22における電圧と電流の位相差を変化させる
ようになしたが、該同調回路22のコンデンサ223とし
て、ペン２の操作状態の変化に応じて容量値が変化する
素子を用いることにより、前記位相差を変化させる如く
なすこともでき、スイッチそのものは必ずしも必要不可
欠なものではない。

さらにまた、前記実施例では、受信信号と矩形波信号
Ａとの位相差として、同相又は45°遅らせた２つの状態
を設定したが、これらに限定されることはなく、位相を
進ませた状態等も含めて多数設定し且つこれらを検出す
ることもできる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、定常的に閉であ
りタブレットに対し操作者が操作をしない状態を通知す
る第１の同調回路と、操作者の操作によって構成され前
記第１の同調回路と同調周波数が異なりタブレットに対
し操作者が前記操作をした状態を通知する第２の同調回
路とを有する位置指示器に対し、前記第１と第２の同調
回路が同調し得る一の周波数を有する交流信号に基づい
て電波発信手段より電波を発信するとともに前記第１又
は第２の同調回路から反射される電波を電波受信手段で
受信し、該受信した信号と電波受信手段に前記交流信号
を直接送出した時の信号との位相差を検出し、これらか
ら前記位置指示器よりタブレットに反射された電波が前
記第１又は第２の同調回路のいずれから反射された電波
であるかを検出し、位置指示器に対する操作者の操作が
なされたか否かを検出するようにしたため、装置の受信
系において位相のずれが発生した場合でも同調回路にお
ける同調周波数と電波発信手段より発信される電波の周
波数との相違のみに基づく位相差を検出でき、これより
第１又は第２の同調回路のいずれが電波を反射したかを
正確に検出でき、従って、位置指示器に対する操作者の
操作がなされたか否かを常に正確に検出することがで
き、また、位置指示器と他の回路との間にコードが不要
であることはもとより、コイルとコンデンサとを含む同
調回路を設けるのみで良く、従来のような複雑な信号発
生回路や電池等も不要となり、極めて操作性の良い位置
指示器を提供できる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の座標入力装置の概要を示す斜視図、第
２図はスタイラスペンの断面図、第３図は同調回路並び
にタイミング制御回路の詳細な構成図、第４図は第３図
の各部の信号波形図、第５図（ａ）（ｂ）は位相差θr,
θs,θｏの関係を示す図である。 １…タブレット、２…スタイラスペン、３…位置検出回
路、４…タイミング制御回路、13…アンテナコイル、14
…座標入力範囲、22…同調回路。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】定常的に閉でありタブレットに対し操作者
   が操作をしない状態を通知する第１の同調回路と、操作
   者の操作によって構成され前記第１の同調回路と同調周
   波数が異なりタブレットに対し操作者が前記操作をした
   状態を通知する第２の同調回路とを有する位置指示器に
   対する操作者の操作状態を検出する座標入力装置であっ
   て、 前記第１と第２の同調回路が同調し得る一の周波数の交
   流信号に基づいて電波を発信する電波発信手段と、 前記位置指示器の第１又は第２の同調回路から反射され
   る前記同調に起因する電波を受信する電波受信手段と、 前記一の周波数を有する交流信号を電波受信手段に直接
   送出した際の信号と前記電波受信手段で受信した信号と
   の位相差を検出する位相差検出手段とを有し、 該位相差検出手段によって検出された位相差より、前記
   位置指示器よりタブレットに反射された電波が前記第１
   又は第２の同調回路のいずれから反射された電波である
   かを検出し、前記位置指示器に対する操作者の操作がな
   されたか否かを検出するようになした ことを特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】電波発信手段及び電波受信手段を交互に動
   作させるようになしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の座標入力装置。
3. 【請求項３】電波発信手段を構成するコイルと電波受信
   手段を構成するコイルを兼用させるようになしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の座標入力装置。
4. 【請求項４】位置を指示する手段として、定常的な磁場
   を発生する磁石を用いたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第３項いずれか記載の座標入力装置。
5. 【請求項５】操作者の操作をした状態がペンダウン状態
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４
   項いずれか記載の座標入力装置。