JP2583512B2

JP2583512B2 - 位置指示器の同調回路

Info

Publication number: JP2583512B2
Application number: JP15658687A
Authority: JP
Inventors: 嗣也山並; 聡明仙田; 敏秀千頭
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPS642121A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、位置指示器の状態を識別する方式又は位置
指示器の指定位置を検出するとともにその状態を識別す
る装置に用いる位置指示器の同調回路に関するものであ
る。

（従来の技術）この出願に先立ち、本件出願人は特願昭61−215696号
（昭和61年９月16日出願）（以下、先願１と称す。）に
おいて、タブレットと位置指示器との間で電波をやりと
りすることにより位置指示器の状態、例えば入力すべき
座標を指定した位置指示器の状態（以下、ペンダウン状
態と称す。）を識別（検出）する方式について提案し、
また、特願昭61−213970号（昭和61年９月12日出願）
（以下、先願２と称す。）において、タブレットと位置
指示器との間で電波をやりとりすることにより位置指示
器の指定位置を検出するとともにその状態を識別する装
置について提案した。

先願１の内容を簡単に説明すると、タブレットの座標
入力範囲の周囲に設けたアンテナコイルに所定の周波数
の信号を加えて電波を発信させ、該電波を位置指示器に
設けた同調回路に受信させ、この時、共振（同調）した
前記同調回路のコイルより発信される電波を、前記信号
の供給を停止したアンテナコイルに受信させることによ
って、該アンテナコイルに誘導電圧を発生させるととも
に、前記同調回路内の信号の位相を位置指示器の状態の
変化に伴って変化させるようになし、該同調回路内の信
号の位相の変化を前記誘導電圧の位相から検出し、これ
によって位置指示器の状態を識別するようになしたもの
である。

また、先願２の内容を簡単に説明すると、多数のルー
プコイルを位置検出方向に並設してなるタブレットのう
ちの一のループコイルに所定の周波数の信号を加えて該
一のループコイルより電波を発信させ、該電波を位置指
示器に設けた同調回路に受信させ、この時、共振（同
調）した前記同調回路のコイルより発信される電波を、
前記信号の供給を停止した前記一のループコイルに受信
させることによって、該一のループコイルに誘導電圧を
発生させ、これらを前記多数のループコイルの全てに対
して繰返し、各ループコイルに発生した多数の誘導電圧
よりその電圧値が最大となる位置、即ち位置指示器の指
定位置を検出するとともに、前記同調回路内の信号の位
相を位置指示器の状態の変化に伴って変化させるように
なし、該同調回路内の信号の位相の変化を前記誘導電圧
の位相から検出し、これによって位置指示器の状態を識
別するようになしたものである。

前記同調回路内の信号の位相を変化させる場合、位相
を遅らせる場合と、位相を進ませる場合とがあり、いず
れの場合でも該位相の変化を検出し、位置指示器の状態
を識別することが可能である。

従来、位相を遅らせる場合はコイルと該コイルに直列
に接続されたコンデンサを基本構成とする同調回路にお
いて、操作が加えられない定常状態では切断し、操作が
加えられて動作した時に接続する、いわゆるノーマルオ
ープン接点を有するスイッチを介して前記コンデンサに
他のコンデンサを並列に接続し、位置指示器をペンダウ
ン状態とした時、即ち前記スイッチを動作させた時、回
路内の容量値を大きくすることによって共振周波数を小
さくし、実質的に回路内の信号の位相を遅らせ、誘導電
圧の位相を遅らせるようになしていた。

一方、位相を進ませる場合はコイルと該コイルに直列
に接続されたコンデンサを基本構成とする同調回路にお
いて、ノーマルオープン接点を有するスイッチを介して
前記コイルに他のコイルを並列に接続し、位置指示器を
ペンダウン状態とした時、即ち前記スイッチを動作させ
た時、回路内の誘導値を小さくすることによって共振周
波数を大きくし、実質的に回路内の信号の位相を進ま
せ、誘導電圧の位相を進ませるようになしていた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、一般に、所望の誘導値を有するコイル
を得ることは困難であり、また、コイルの誘導値は周囲
温度によって変化し易く、さらにコイルはその損失も大
きいという欠点があり、前述したように他のコイルを並
列に接続して前記同調回路内の信号の位相を進ませよう
とする場合、その進み位相角を精度良く設定し、また、
維持することは困難であり、また、損失の変化に伴って
同調回路内の減衰定数も変化し、誘導電圧のレベルが変
化するため、正確な位相角の検出が困難になるという問
題点があった。

本発明は前記問題点を除去し、コイルを使用すること
なく、信号の位相を進ませることのできる位置指示器の
同調回路を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明では前記問題点を解決するため、コイルと該コ
イルに直列に接続されたコンデンサを有し、タブレット
側より発信された電波を受信し、この際、回路内に発生
する信号に基づいて電波を発生させ、タブレット側に返
送する位置指示器の同調回路において、ノーマルクロー
ズ接点を備えたオフスイッチと該オフスイッチに直列に
接続された他のコンデンサとからなる移相回路を、少な
くとも一つ設けた。

（作用）本発明によれば、タブレット側より発信された電波は
位置指示器の同調回路に受信されるが、この時、位置指
示器が所定の状態となり、オフスイッチに操作が加えら
れて動作すると、他のコンデンサが回路から切離され、
これによって回路内の容量値が小さくなり、共振周波数
が大きくなり、実質的に回路内の信号の位相が進む。

（実施例）第１図は本発明の位置指示器の同調回路の第１の実施
例を示すもので、図中、１はコア入りコイル、2,3はコ
ンデンサ、４はオフスイッチである。

前記コイル１とコンデンサ２は互いに直列に接続され
ている。また、オフスイッチ４は操作が加えられない定
常状態（非動作時）においては接続し、操作が加えられ
て動作した時に切断する、いわゆるノーマルクローズ接
点を有するもので、該オフスイッチ４を介してコンデン
サ３は前記コンデンサ２に並列に接続されている。これ
らのコイル１及びコンデンサ2,3は周知の共振回路を構
成する如くなっており、該コイル１の誘導値並びにコン
デンサ２及び３の容量値の和は所定の周波数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２及び３の容量値の割
合はオフスイッチ４を動作し、その接点が切断された
時、前述した共振回路における電流の位相を所定角度進
ませ、後述する受信信号の位相を、例えば45゜進ませる
値に設定されている。

第２図は前記同調回路を設けた位置指示器の一を示す
もので、ここでは位置指定手段として定常的な磁界を発
生する磁気発生器を備えた位置指示器、例えばスタイラ
スペン（以下、単にペンと称す。）10に適用した場合を
示す。該ペン10は、合成樹脂等の非金属材料からなるペ
ン軸11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12と、該芯体12を摺動自在に収容し得る透孔を
備えた棒磁石（磁気発生器）13と、コイルバネ14と、コ
ア入りコイル1,コンデンサ2,3及びオフスイッチ４から
なる前記同調回路、例えば15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16が取付けられてなっ
ている。なお、オフスイッチ４は芯体12の先端を後述す
るタブレットの入力面に押し付けることによってペン軸
11内に押込む（ペンダウン状態）と、その後端によりコ
イルバネ14を介して押圧され動作し、その接点が切断さ
れる如くなっている。

第３図は前記ペン10を用いた座標入力装置の概要を示
すもので、図中、20はタブレット、30は位置検出回路、
40はタイミング制御回路である。

タブレット20は、非磁性金属の筐体21にタブレット本
体22及びアンテナコイル23を取付けてなるもので、タブ
レット本体22は位置検出回路30に接続され、また、アン
テナコイル23はタイミング制御回路40に接続されてい
る。

タブレット本体22は位置検出回路30に駆動され、ペン
10の棒磁石13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22は筐体21のほぼ中
央に収納されている。なお、筐体21の上面パネル21aに
描かれている枠24はその座標入力範囲を示す。

該タブレット本体22及び位置検出回路30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23は、絶縁被覆された導体をタブレッ
ト本体22の座標入力範囲、即ち前記枠24の周囲の筐体21
に上面パネル21a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。

タイミング制御回路40はオフスイッチ４の動作状態を
検出し、ペン10の状態を識別するためのもので、その詳
細な構成を前記同調回路15とともに第４図に示す。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（PS
D）、411,412は低域フィルタ（LPF）である。

第５図は第４図の各部における信号波形図である。以
下、ペン10の状態識別動作について説明する。

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10
の同調回路15における電圧と電流の位相差を算出し、そ
のオフスイッチ４の動作状態、即ちペン10の状態を識別
し、これを位置検出回路30の送出する。

タイミング回路402は所定の周波数f0の矩形波信号
Ａ、該矩形信号Ａの位相を90゜進ませた信号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23
に切替接続するため、アンテナコイル23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23より電波として発信される。

この際、タブレット20の座標入力範囲24内において、
ペン10が略直立状態、即ち使用状態に保持されている
と、前記電波はペン10のコイル１を励振し、その同調回
路15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23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23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15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15を流れる
電流は、コイル１より電波を発信させる。該電波はアン
テナコイル23を逆に励振するため、該アンテナコイル23
にはコイル１からの電波による誘導電圧が発生する。該
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には実質的に送受切替信
号Ｃの反転信号である受信タイミング信号Ｄが入力され
ており、該信号Ｄがハイ（Ｈ）レベルの期間は受信信号
Ｈを出力し、ロー（Ｌ）レベルの期間は何も出力しない
ため、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、該信号Ｉは帯域フィルタ408に送出され
る。

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。

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15にお
ける電圧と電流の位相差を表わしており、前記位相差θ
＝０゜の場合、同調回路15における電圧と電流は同相で
あり、そのオフスイッチ４接点は接続している、即ち、
オフスイッチ４は動作しておらず、ペン10はペンダウン
状態でないことがわかる（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15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。）。

また、帯域フィルタ408から前記信号Ｊより位相が45
゜進んだ信号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θ＝45゜となる。従って、この時の受信信号と矩形
波信号Ａとの位相差θ＝45゜であるから、同調回路15に
おける電流の位相は電圧の位相より前記所定角度進んで
おり、そのオフスイッチ４の接点は切断されている、即
ちオフスイッチ４は動作しており、ペン10はペンダウン
状態であることがわかることがわかる。

このように制御回路401において、低域フィルタ411及
び412の出力値から受信信号と矩形波信号Ａとの位相差
を算出し、これに基づいて同調回路15における電圧と電
流の位相差を検出でき、そのオフスイッチ４の動作状
態、即ちペン10がペンダウン状態であるか否かを正確に
識別することができる。

なお、ここで識別されたペン10がペンダウン状態であ
るか否かを示す情報はタブレット20及び位置検出回路30
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、前記同調回路15を備えたペン10は、従来技術の
項で述べたように同調回路15における反射電波に基づい
て位置検出を行なう装置に対して同様に使用できるが、
この場合、棒磁石13は不要となる。

第６図は本発明の同調回路の第２の実施例を示すもの
で、ここでは２つの進み位相角と２つの遅れ位相角を実
現したものを示す。同図において、51はコア入りコイ
ル、52,53,54,55,56はコンデンサ、57,58はスイッチ、5
9,60はオフスイッチである。コイル51とコンデンサ52は
互いに直列に接続され、また、コンデンサ53及び54はス
イッチ57及び58を介してコンデンサ52に並列に接続さ
れ、さらにまた、コンデンサ55及び56はオフスイッチ59
及び60を介してコンデンサ52に並列に接続されている。

前記コイル51の誘導値並びにコンデンサ52,55及び56
の容量値の和は前記所定の周波数f0において、電圧と電
流の位相が同相で共振する値に設定されている。また、
コンデンサ55の容量値はオフスイッチ59を動作し、該コ
ンデンサ55を切断した時、回路の位相を進ませ、受信信
号の位相を一定角度、例えば30゜進ませる値に設定さ
れ、また、コンデンサ56の容量値はオフスイッチ60を動
作し、該コンデンサ56を切断した時、回路の位相を進ま
せ、受信信号の位相を一定角度、例えば60゜進ませる値
に設定されている。また、コンデンサ53の容量値はスイ
ッチ57を動作し、該コンデンサ53を接続した時、回路の
位相を遅らせ、受信信号の位相を一定角度、例えば30゜
遅らせる値に設定され、さらにまた、コンデンサ54の容
量値はスイッチ58を動作し、該コンデンサ54を接続した
時、回路の位相を遅らせ、受信信号の位相を一定角度、
例えば60゜遅らせる値に設定されている。

このような同調回路を備えた位置指示器を前記座標入
力装置に用いた場合も、前記同様にしてその回路におけ
る電圧と電流の位相差が算出され（但し、遅れ位相は負
の符号を持つ値として）、各スイッチ57〜60の動作状態
が検出され、位置指示器の状態が識別される。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、電波を送受信す
るコイルに直列に接続されたコンデンサに対して、オフ
スイッチを介して他のコンデンサを並列に接続したた
め、該オフスイッチを動作し、その接点を切断すること
により、回路内の容量値を小さくし、その共振周波数を
大きくし、実質的に回路内の信号の位相を進ませること
ができ、一方、コンデンサの容量値は一般に正確であ
り、周囲温度によってあまり変化しないため、その進み
位相角を精度良く設定し、維持することができ、また、
コンデンサはその損失も小さいため、これを切断しても
同調回路内の減衰定数があまり変化せず従って、常に正
確な進み位相角を検出でき、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図は本発明の位置指示器の同調回路の第１の実施例
を示す図、第２図は第１図の同調回路を備えたスタイラ
スペンの断面図、第３図は第２図のスタイラスペンを用
いた座標入力装置の概要を示す斜視図、第４図はタイミ
ング制御回路の詳細な構成図、第５図は第４図の各部の
信号波形図、第６図は本発明の位置指示器の同調回路の
第２の実施例を示す図である。１……コア入りコイル、2,3……コンデンサ、４……オ
フスイッチ、10……スタイラスペン、15……同調回路、
20……タブレット、30……位置検出回路、40……タイミ
ング制御回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コイルと該コイルに直列に接続されたコン
デンサを有し、タブレット側より発信された電波を受信
し、この際、回路内に発生する信号に基づいて電波を発
生させ、タブレット側に返送する位置指示器の同調回路
において、ノーマルクローズ接点を備えたオフスイッチと該オフス
イッチに直列に接続された他のコンデンサとからなる移
相回路を、少なくとも一つ設けたことを特徴とする位置指示器の同調回路。
【請求項２】コイルと該コイルに直列に接続されたコン
デンサを有し、タブレット側より発信された電波を受信
し、この際、回路内に発生する信号に基づいて電波を発
生させ、タブレット側に返送する位置指示器の同調回路
において、ノーマルクローズ接点を備えたオフスイッチと該オフス
イッチに直列に接続された他のコンデンサとからなる移
相回路と、ノーマルオープン接点を備えたスイッチと該スイッチに
直列に接続された別のコンデンサとからなる移相回路と
を、それぞれ少なくとも一つずつ設けたことを特徴とする位置指示器の同調回路。