JP2971488B2

JP2971488B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP2971488B2
Application number: JP28285289A
Authority: JP
Inventors: 東村上; 嗣也山並; 孝彦舟橋
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1999-11-08
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: US5466896A; WO1991006907A1; DE69033803T2; EP0499641B1; JPH03147012A; DE69033803D1; EP0499641A4; EP0499641A1

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よる指定位置の座標値等を求め
る位置検出装置に関するものである。

（従来の技術）この出願に先立ち、出願人は特願昭61−213970号（特
開昭63−70326号公報参照）（以下、先願と称す。）に
おいて、センス部と位置指示器との間で電波を送受して
該位置指示器による指定位置の座標値等を求める位置検
出装置について提案した。

前記先願の内容を簡単に説明する。まず、多数のルー
プコイルを位置検出方向に並設してなるセンス部の一の
ループコイルに交流信号を加えて電波を発生させ、該電
波により位置指示器に内蔵した同調回路を励振させる。
この際、該同調回路から発信される電波を前記ループコ
イルに受信させ、誘導電圧を発生させる。これを多数の
ループコイルについて順次切替えて繰返し、各ループコ
イルに発生する誇導電圧、即ち、受信信号の振幅及び位
相角を検出し、これらに基づいて指定位置の座標値等を
求めていた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、前記装置では少なくとも位置指示器の
位置を最初に求める時に全てのループコイルを切替えな
ければならないため、その検出に時間がかかり、特にセ
ンス部が大きくなる、即ちループコイルの数が増す程、
時間がかかるという欠点があった。

また、前記装置では受信信号中より実際にループコイ
ルに加えた交流信号に対応する信号の振幅及び位相角を
検出するのに、該交流信号の周波数に対応する周波数成
分のみを通過させるセラミックフィルタを用いていたた
め、周波数の異なる２つ以上の交流信号を用いようとす
ると各周波数毎に対応したセラミックフィルタを設けな
ければならず、従って、交流信号の周波数を増やして複
数の位置指示器を同時に使用可能とすることが難しいと
いう欠点があった。

また、前記セラミックフィルタは過渡応答特性が悪い
ため、その出力より安定した受信信号を取出すには一の
ループコイルについて電波の送受信を複数回繰返さなけ
ればならず、従って、一のループコイルの選択に長い時
間が必要となり、ループコイルの切替えのスピードを速
くすることが難しいという欠点があった。

さらにまた、前記セラミックフィルタは機械的な振動
子を含むものであって固有の大きさを有し、また、多数
のループコイルの切替には各ループコイルに対応した多
数のアナログスイッチを必要とするため、部品の実装面
積や高さを小さくしたり、全体をIC化したりすることが
難しいという欠点があった。

本発明の目的は位置指示器の位置を最初に求めるのに
要する時間を短縮することにある。また、本発明の他の
目的はハードウェアの変更を必要とすることなく使用す
る交流信号の周波数、位相、振幅を自由に設定でき、複
数の位置指示器を同時に使用可能とすることにある。ま
た、本発明のさらに他の目的はループコイルの切替えの
スピードを速くすることにある。本発明のさらに他の目
的は部品の実装面積や高さを小さくする、あるいはIC
化、低消費電力化並びにローコスト化を可能とすること
にある。

（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、多数のループコ
イルを位置検出方向に並設してなるセンス部と、少なく
ともコイルを有する位置指示器との間の電磁作用に基づ
いて位置指示器による指定位置の座標値等を求める位置
検出装置において、前記多数のループコイル中の一連に
並設されたループコイルを含む複数のグループ内より同
時に各々一のループコイルをその相対位置が所定数以上
各グループ内及びグループ同士に跨って同一又は対称と
ならないように選択する選択手段と、前記ループコイル
の選択により得られる信号振幅のパターンに基づいて多
数のループコイル中の位置指示器がその上に位置するル
ープコイルを判別する判別手段と、任意の交流信号に対
応するディジタルデータを発生するディジタルデータ発
生手段と、該ディジタルデータをアナログ信号に変換す
るディジタル・アナログ変換手段と、受信信号を所定周
期でサンプリングしてディジタルデータに変換するアナ
ログ・ディジタル変換手段と、該ディジタルデータに所
定の演算を施して受信信号中の任意の周波数成分に対す
る振幅及び位相角を算出する演算手段とを具備した位置
検出装置を提案する。

（作用）本発明によれば、選択手段により同時に選択されるル
ープコイルの位置は所定数以上各グループ内及びグルー
プ同士に跨って同一又は対称でないため、位置指示器の
位置によって得られる信号振幅のパターンが異なり、こ
のパターンに基づいて判別手段により位置指示器がその
上に位置するループコイルが判別される。

また、ディジタルデータ発生手段より発生されたディ
ジタルデータがディジタル・アナログ変換手段に送出さ
れて通常のアナログ交流信号に変換されるが、該交流信
号の周波数、位相、振幅は記憶手段よりディジタル・ア
ナログ変換手段に送出されるディジタルデータによって
任意に設定される。また、受信信号はアナログ・ディジ
タル変換手段にてディジタルデータに変換され、さらに
演算手段にて該ディジタルデータに基づく演算が行なわ
れて受信信号中の任意の周波数成分に対する振幅及び位
相角が算出される。

（実施例）第１図は本発明の位置検出装置の一実施例を示すもの
で、図中、１はセンス部、２は切替部、３は位置指示
部、４は信号発生部、５は信号検出部、６は制御部、７
はインタフェース部、８は処理部である。

第２図はセンス部１と切替部２の詳細を示すもので、
図中、11−０〜11−23はループコイル、21,22,23,24は
アナログスイッチである。

各ループコイル11−０〜11−23は略長方形をなし、位
置検出方向、例えばＸ方向に長い方の辺が直交する如く
並設されている。前記ループコイル11−０〜11−23は一
連に並設された８本のループコイルを含む３つのグルー
プI,II,IIIを形成する。即ち、グループＩはループコイ
ル11−０〜11−７からなり、また、グループIIはループ
コイル11−８〜11−15からなり、また、グルプIIIはル
ープコイル11−16〜11−23からなっている。グループI,
II,IIIの各ループコイルの一端はアナログスイッチ21,2
2,23の８個の選択端子にそれぞれ接続され、また、他端
は共通に接地されている。アナログスイッチ21,22,23の
切替端子はアナログスイッチ24の切替端子に共通に接続
されている。また、アナログスイッチ24の２個の選択端
子はそれぞれ信号発生部４及び信号検出部５に接続され
ている。各アナログスイッチ21〜24は制御部６より送出
される情報に従って切替端子を一の選択端子に接続する
如くなっている。なお、前記センス部１全体のループコ
イルの本数、グループ数及び各グループ内のループコイ
ルの本数は一例であってこれに限定されるものではな
く、また、各グループを構成するループコイルの本数は
同一でなくても良い。

ここで、グループＩの各ループコイル11−０〜11−７
とアナログスイッチ21の選択端子との接続は端子番号の
順、即ち、「0,1,2,3,4,5,6,7」の順となっているが、
グループIIの各ループコイル11−８〜11−15は端子番号
「0,2,1,4,3,6,5,7」の順にアナログスイッチ22の選択
端子に接続されており、また、グループIIIの各ループ
コイル11−16〜11−23は端子番号「2,0,4,1,6,3,7,5」
の順にアナログスイッチ23の選択端子に接続されてい
る。これは各アナログスイッチ21,22,23によって同時に
選択されるループコイルの相対位置が所定数、ここでは
４本以上各グループ内及びグループ同士に跨って同一又
は対称とならないようにするためである。即ち、各アナ
ログスイッチの端子番号「0,1,2,3,4,5,6,7」の選択端
子に接続されたループコイルを「C₀,C₁,C₂,C₃,C₄,C₅,
C₆,C₇」とすると、例えばループコイル11−０〜11−３
による「C₀,C₁,C₂,C₃」という相対位置（並び）は他の
グループ中にもあるいは２つのグループに跨る場合にも
存在せず、また、「C₃,C₂,C₁,C₀」という並びも存在し
ない。

位置指示器（以下、入力ペンと称す。）３は第３図に
示すように合成樹脂等の非金属素材からなる筺体31の内
部にその先端寄りから、ボールペン等の芯体32と、該芯
体32を摺動自在に収容し得る透孔を備えたフェライトコ
ア33と、コイルバネ34と、スイッチ351,フェライトコア
33の周囲に巻回されたコイル352,コンデンサ353及び354
からなる同調回路35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36が取付けられている。

前記コイル352とコンデンサ353は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いる。該コイ
ル352及びコンデンサ353の数値は所定の周波数foを共振
（同調）周波数とする値に設定されている。また、コン
デンサ354はスイッチ351を介してコンデンサ353の両端
に並列に接続されており、該スイッチ351がオンとなっ
た時、前述した共振周波数を小さく（低く）する作用を
行なう。なお、スイッチ351は筺体31を手等で保持し、
芯体32の先端をセンス部１の入力面（図示せず）に押付
けることによって筺体31内に押込むと、その後端により
コイルバネ34を介して押圧され、オンとなる如くなって
いる。

信号発生部４は第１図に示すようにランダムアクセス
メモリ（RAM）41、ディジタル・アナログ変換器（DAコ
ンバータ）42、低域フィルタ（LPF）43及びドライブア
ンプ44からなっており、任意の周波数、位相、振幅を有
する交流信号を発生する。

RAM41は処理部８又はホストコンピュータに予め用意
された任意の交流信号に対応する複数ビット、ここでは
６ビットのディジタルデータのうち、発生しようとする
交流信号に対応するデータを記憶する。DAコンバータ42
はRAM41より読出されるディジタルデータを順次アナロ
グパルス（PAM）信号に変換する。第４図はDAコンバー
タ42における変換特性を示すものである。低域フィルタ
43は前記PAM信号中より高周波成分を除去し、そのエン
ベロープ成分のみを出力する。ドライブアンプ44は前記
エンベロープ成分を適当なレベルまで増幅し、目的とす
る交流信号として出力する。前記RAM41におけるデータ
の書込み及び読出し、並びにDAコンバータ42における変
換は制御部６からの情報に従って実行される。なお、RA
M41の代わりに少なくとも一つの交流信号に対応するデ
ィジタルデータを記憶したリードオンメモリを用いても
良く、また、処理部８に高速なCPUを用いればバスバッ
ファとしても良い。

信号検出部５はプリアンプ51、アンプ52,53、減衰器
（ATT）54、アナログ・ディジタル変換器（ADコンバー
タ）55及び演算回路56からなっており、受信信号中の任
意の周波数成分に対する振幅及び位相角を検出する。

プリアンプ51、アンプ52,53及び減衰器54は受信信号
を適当なレベルまで増幅する。ADコンバータ55は増幅後
の受信信号を所定の周期、ここでは250nsecでサンプリ
ングし、６ビットのディジタルデータに変換する。第５
図はADコンバータ55における変換特性を示すものであ
る。演算回路56は前記ディジタルデータを用いて所定の
演算、例えば後述する離散フーリエ変換演算を行ない、
受信信号中の任意の周波数成分に対する振幅及び位相角
を算出する。前記減衰器54における減衰度の調節、ADコ
ンバータ55における変換、並びに演算回路56における演
算は制御部６からの情報に従って実行される。

制御部６は処理部８よりの指令に基づいて動作し、予
め設定されたシーケンスに従って各部のタイミングを制
御する。なお、消費電力を減らすため、電波を発生（送
信）する時は信号検出部５を待機状態とし、また、電波
を受信する時は信号発生部４を待機状態とし、さらにま
た、一定時間以上受信信号が得られない、即ち位置指示
器が検出されない時は信号発生部４及び信号検出部５と
もに待機状態とする。

インタフェース部７はホストコンピュータとの間でデ
ータをやりとりするためのもので、該ホストコンピュー
タのバスラインに直結した少なくとも２つのレジスタか
らなっている。該レジスタはFIF0メモリ構造になってお
り、ホストコンピュータはこのレジスタを数回アクセス
することにより決められたデータフォーマットに従って
データを読出す如くなっている。

処理部８は指定位置の座標値の計算等を行なうととも
に、ホストコンピュータとのデータ伝送、各部の総合的
なコントロールを行なうもので、周知のマイクロプロセ
ッサ、必要なプログラムやデータが書込まれたROM,RAM
等からなっている。

第６図は処理部８における処理の流れ図であり、以
下、これに従って、本装置の動作を説明する。

まず、処理部８は各部をリセットし（S1）、信号発生
部４のRAM41に予め用意した周波数fo、ここでは500kHz
の正弦波信号に対応するディジタルデータを書込む（S
2）。詳しくは所定の送信期間、ここでは32μsec内に送
出可能な500kHzの16波の正弦波信号を表わす128個の６
ビットのディジタルデータである。次に、処理部８はア
ナグスイッチ21〜23を端子番号「0,1,2,34,5,6,7」の順
に切替えさせる切替データを制御部６に書込む（S3）と
ともに、該制御部６に電波の送受信を実行させる（S
4）。

第７図は前述した電波の送受信に関わる制御部６にお
ける処理の流れ図である。まず、制御部６は切替えデー
タの１番目、ここでは端子番号「０」を選択させるデー
タをアナログスイッチ21〜23に送出し（sp1）、信号発
生部４を起動するとともに該信号発生部側を選択させる
データをアナログスイッチ24に送出する（sp2）。次
に、制御部６はクロックを供給してRAM41内のディジタ
ルデータをDAコンバータ42に順次転送し、DA変換を実行
させて該ディジタルデータをPAM信号に変換させる（sp
3）。

第８図（ａ）はこの際、前記DAコンバータ42により出
力されるPAM信号を示すものである。このPAM信号は前述
したように低域フィルタ43により高周波成分が除去され
て第８図（ｂ）に示すようなエンベロープ成分、即ち50
0kHzの交流信号とされ、さらにドライブアンプ44により
適当なレベルまで増幅されて切替部２に送出される。

前述したPAM信号は実際にはプラス成分又はマイナス
成分のみの単極性信号であるが、図面では理解し易くす
るために両極性信号として表わした（なお、実際には低
域フィルタ43又はドライブアンプ44もしくはその間に挿
入された図示しないコンデンサにより直流分がカットさ
れて両極性信号となる。）。

前記交流信号はアナログスイッチ24を通り、アナログ
スイッチ21〜23によりそれぞれ選択されたセンス部１の
ループコイルC₀、即ち11−0,11−8,11−17に供給され、
電波となって発信する。

この際、センス部１上にて入力ペン３が略直立状態、
即ち使用状態に保持されていると、該電波は入力ペン３
のコイル352を励振し、その同調回路35に前記交流信号
に同期した誘導電圧を発生させる。

一方、制御部６は前述した32μsecの送信期間が終了
すると、信号発生部４を待機状態にし信号検出部５を起
動するとともに該信号検出部側を選択させるデータをア
ナログスイッチ42に送出する（sp4）。

アナログスイッチ24が切替えられるとループコイル11
−0,11−8,11−17よりの電波は直ちに消滅するが、入力
ペン３の同調回路35に発生した誘導電圧はその損失に応
じて徐々に減衰するとともにコイル352より電波を発信
させる。該電波はアナログスイッチ24を介して信号検出
部５に接続されたループコイル11−0,11−8,11−17を逆
に励振するため、該ループコイル11−0,11−8,11−17に
はコイル352からの電波による誘導電圧（受信信号）が
発生する。第９図（ａ）（ｂ）はセンス部１における送
信信号及び受信信号の波形の一例を示すものである。

前記受信信号はプリアンプ51、アンプ52,53及び減衰
器54により適当なレベルまで増幅されてADコンバータ55
に入力される。

制御部６は信号検出部５を起動した後、クロックを供
給してADコンバータ55により受信信号を250nsec毎に128
回サンプリングさせAD変換を実行させるとともに、演算
回路56により後述する離散フーリエ変換演算を行わせ
（sp5）、その結果を処理部８へ送出する（sp6）。な
お、前述した受信信号を250nsec毎に128回サンプリング
するのに要する時間（32μsec）を受信期間と称する。

次に、制御部６はアナログスイッチ21〜23に対する切
替データを２番目、ここでは端子番号「１」を選択させ
るデータに更新させて前述したステップsp1〜sp6の処理
を実行させ、ループコイルC₁、即ち11−1,11−10,11−1
9に対応する演算結果を得てこれを処理部８へ送出し、
以下、切替データを８番目まで更新して繰返す（sp7,sp
8）。

ここで、前述した演算結果のうちの振幅について注目
すると、入力ペン３のＸ方向の位置によってアナログス
イッチ21〜23が切替られた時に得られる値がそれぞれ異
なる。

第10図（ａ）は入力ペン３が第２図中の位置Ａ、即ち
ループコイル11−４上にある時にアナログスイッチ21〜
23の切替えに応じて得られる受信信号の振幅（レベル）
の変化の一例を示すもので、図中、s₀,s₁,s₂,s₃,s₄,s₅,
s₆,s₇はアナログスイッチ21〜23において端子番号「0,
1,2,3,4,5,6,7」の選択端子がそれぞれ選択されたタイ
ミングを示し、また、e₀,e₁,e₂,e₃,e₄,e₅,e₆,e₇は前記
タイミングにそれぞれ対応したレベルを示す。また、第
10図（ｂ）は入力ペン３が第２図中の位置Ｂ、即ちルー
プコイル11−11上にある時の第10図（ａ）と同様な図で
あり、また、第10図（ｃ）は入力ペン３が第２図中の位
置Ｃ、即ちループコイル11−18上にある時の第10図
（ａ）と同様な図である。

前記第10図（ｂ）又は（ｃ）における受信信号レベル
の変化のパターンが第10図（ａ）の場合と異なるのは前
述したセンス部１の各ループコイルの相対位置関係によ
るものである。このパターンは入力ペン３が位置するル
ープコイルによって全て異なり、これより一義的に決定
できる。

例えば e₄＞e₃＞e₅＞e₂ 又は e₄＞e₃＝e₅＞e₂（＝e₆）又は e₄＞e₅＞e₃＞e₆ であればループコイル11−４上に入力ペン３が位置し、 e₄＞e₁＞e₃＞e₂ 又は e₄＞e₁＝e₃＞e₂（＝e₆）又は e₄＞e₃＞e₁＞e₆ であればループコイル11−11上に入力ペン３が位置し、 e₄＞e₀＞e₁＞e₂ 又は e₄＞e₀＝e₁＞e₂（＝e₆）又は e₄＞e₁＞e₀＞e₆ であればループコイル11−18上に入力ペン３が位置して
いることになる。

処理部８は各ループコイル11−０〜11−23上に入力ペ
ン３が位置している際にそれぞれ得られる前記パターン
を予め登録しており、前記ステップS4の処理の結果とし
て得られたパターンより入力ペン３がその上に位置す
る、即ち最も近いループコイルを判別する（S5）。

ところで、本装置では後述するように入力ペン３に最
も近いループコイル及びその両側のループコイルから得
られる受信信号レベルに基づいて補間演算を行なって最
終的な座標値を算出している。このため、第10図（ａ）
のような形状のパターン（単峰特性）で各受信信号が得
られることが望ましく、そのためには入力ペン３が最も
近接しているループコイルに応じてループコイルの切替
えの順序を変えれば良い。

例えば前述した位置Ｂ上に入力ペン３がある場合、ア
ナログスイッチ21〜23の切替えを端子番号「0,2,1,4,3,
6,5,7」の順序で行なえば第11図（ａ）に示されるよう
な単峰特性を備えた受信信号レベルが得られる。また、
位置Ｃ上に入力ペン３がある場合、アナログスイッチ21
〜23の切替えを端子番号「7,2,0,4,1,6,3,7」の順序で
行なえば第11図（ｂ）に示されるような単峰特性を備え
た受信信号レベルが得られる。

処理部８は各ループコイル11−０〜11−23上に入力ペ
ン３が位置している際に前述した単峰特性を備えた受信
信号レベルが得られるアナログスイッチの切替え順序を
予め登録しており、前記ステップS5の処理の結果として
得られた入力ペン３に最も近いループコイルに応じたア
ナログスイッチ21〜23の切替えデータを制御部６に書込
む（S6）とともに、該制御部６に前記ステップS4と同様
な電波の送受信を実行させる（S7）。

処理部８は前記ステップS7の処理の結果より得られた
受信信号レベルのパターンが単峰特性になっているか否
かを調べ（S8）、なっていなければステップS3〜S7の処
理を繰返す。単峰特性が得られればその時の結果から後
述する如く入力ペン３による指定位置の座標値、位相情
報を計算し（S9）、さらにこれらをインタフェース部７
に書込んで（S10）、ホストコンピュータへ転送する。
以下、ステップS6〜S10の処理を繰返す。

次に、信号検出部５の演算回路56における離散フーリ
エ変換演算及びこれによって得られる結果について説明
する。

ADコンバータ55にて所定の周期（ここでは250nsec）
でサンプリングされディジタル値に変換されたデータを
v_i（ｉはサンプリング番号）とすると、受信期間中に挿
入可能な波の数ｋによって表わされる周波数成分に対応
する変換値v_kは次のように表わされる。

但し、Ｎはサンプリング数で、ここでは128である。
また、ｋは整数で０〜（Ｎ−１）、即ち０〜127であ
る。また、サンプリング番号ｉは１〜128であり、その
受信信号に対する位置を第12図に示す。

前記（１）式中の２πに相当する波長は32μsec、即
ち周波数は31.25kHzであるから、ｋ＝０の時のv_kは直流
成分を、また、ｋ＝１の時のv_kは31.25（kHz）×１＝3
1.25kHzの周波数成分を、また、ｋ＝２の時のv_kは31.25
（kHz）×２＝62.5kHzの周波数成分を、また、……ｋ＝
16の時のv_kは31.25（kHz）×16＝500kHzの周波数成分
を、また、……を表わしている。

従って、送信信号の周波数成分、即ち500kHzに対応す
るｋの値、即ちｋ＝16の時のv_kを求めれば入力ペン３よ
り発信された電波に対応する受信信号を取出すことがで
きる。

ここで、複素数の計算は次のように表わせる。

e^-j ^θ＝Cos θ−j Sin θ ……（２）即ち、実数部はreal（e^-j ^θ）＝Cos θ、虚数部はima
ge（e^-j ^θ）＝−Sin θであるので、前記（１）式の実
数部はと表わされ、また、虚数部はと表わされ、さらに、となる。従って、実際には（３），（４），（５）式の
演算を行なうことにより受信信号の振幅が求められる。
また、受信信号の位相角は次の式によって求められる。

θ_ｋ＝tan^-1（B_k/A_k） ……（６）なお、後述するように送信信号中に２以上の周波数成
分を混合し、これらの周波数に対応する同調回路をそれ
ぞれ備えた２以上の入力ペン又はこれらの周波数に対応
する２以上の同調回路を備えた入力ペンを用いるような
場合にはそれぞれの周波数成分に対応するｋの値のv_k、
θ_ｋを求めれば良い。

次に、処理部８における指定位置の座標値及び位相情
報の計算について説明する。

入力ペン３の位置に最も近接したループコイルより得
られる受信信号のレベルをE₀とし、その前後のループコ
イルよりそれぞれ得られる受信信号のレベルをE₁,E₂（E
₀＞E₁＞E₂）とすると、その時の入力ペン３の位置x_cと
各ループコイルの位置との関係は第13図（ａ）又は
（ｂ）のようになる。ここで、x_nは入力ペン３に最も近
接したコイル番号ｎのループコイルの中心位置、x_n-1は
コイル番号（ｎ−１）のループコイルの中心位置、x_n+1
はコイル番号（ｎ＋１）のループコイルの中心位置であ
る。なお、ここでいうコイル番号とは第２図において左
端のループコイルを１番目として右方向に数えた時の番
号である。

第13図（ａ）の場合、即ちレベルE₁が（ｎ−１）番目
のループコイルに対応している場合、x₀（ループコイル
11−０の左端）を原点とする入力ペン３の座標値x_cは各
ループコイル間のピッチをＰとすると次の式によって求
められる。

x_c＝（ｎ−１）Ｐ＋（E₀−E₁）／（2E₀−E₁−E₂）・Ｐ＋P/2 ……（７）また、第13図（ｂ）の場合、即ちレベルE₁が（ｎ＋
１）番目のループコイルに対応している場合の同様な座
標値x_cは次の式によって求められる。

x_c＝（ｎ−１）Ｐ＋（E₀−E₂）／（2E₀−E₁−E₂）・Ｐ＋P/2…… （８）従って、処理部８では信号検出部５によって求められ
る受信信号の振幅より前記E₀,E₁,E₂を取出し、E₁が（ｎ
−１）番目又は（ｎ＋１）番目のいずれのループコイル
に対応しているかを判別し、（７）式又は（８）式の計
算を行なって座標値x_cを求める。

また、入力ペンの位相情報とは入力ペンの同調回路に
おける同調周波数のわずかな変化によって生じる送信信
号と受信信号との位相角の差のことであり、ここでは送
信信号の位相角は０゜に設定されているため、信号検出
部５によって求められる受信信号の位相角θ_ｋがそのま
ま用いられる。

前述したように同調回路35の同調周波数は入力ペン３
のスイッチ351のオン・オフによって変化するため、前
記位相情報も該スイッチ351のオン・オフに対応して変
化する。従って、該位相情報の変化より前記スイッチ35
1のオン・オフを検出（例えばホストコンピュータにお
いて）することができる。なお、このスイッチ351のオ
ン（又はオフ）の状態は入力ペン３による指定位置の座
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
て用いられる。

前記実施例によれば、センス部１のループコイルの切
替えは測定開始当初より８回の切替えで良いため、入力
ペン３の位置を最初に求めるのに必要とする時間を大幅
に短縮することができる。一般に、前述したセンス部の
グループ数をｍとすれば、全てのループコイルを順次選
択する場合の1/mの時間で済むことになる。また、前記
実施例では各グループ毎のループコイルに対応してアナ
ログスイッチを設けたが、各グループにおいて同時に選
択されるループコイル同士を接続してからアナログスイ
ッチに接続しても良く、この場合はアナログスイッチが
１個で済むことになる。また、この場合、センス部と切
替部との間の配線の数はアース線を含めて９本で良いか
ら、センス部を他の部分と別の基板、例えば部品をハン
ダ付けできないフィルム基板上に構成することもでき、
センス部のコストを下げることが可能となる。

また、前記実施例によれば、信号発生部４のRAM41に
書込むディジタルデータによってループコイルより発生
する電波の周波数、位相、振幅を任意に設定することが
でき、２以上の周波数を有する電波を発生する場合でも
それぞれの発振器を必要とすることがなく、また、信号
検出部５の演算回路56により受信信号に離散フーリエ変
換演算を加えてその任意の周波数成分に対する振幅及び
位相角を算出するようになしたため、２以上の周波数を
有する電波を発生した場合でもそれぞれについてその振
幅及び位相角を確実に算出することができ、また、従来
のようなセラミックフィルタが不要となるため、一のル
ープコイルに対する電波の送受信をそれぞれ１回で済ま
せることができ、その切替えのスピードを大幅に向上さ
せることができるとともに、基板上の部品の実装高さや
面積を小さくでき、また、センス部を除く全体をIC化で
き、コストを下げることができる。

また、前記実施例によれば、電波の送信期間中は信号
検出部５を待機状態とし、電波の受信期間中は信号発生
部４を待機状態としたため、消費電力を小さくできる。

なお、前記実施例はＸ方向の一方向のみの指定位置の
座標値を検出するものであるが、センス部１と同様な他
のセンス部を互いに直交する如く極く近接して重ね合わ
せ、これに切替部２と同様な切替部を接続し、さらにこ
れらの２つの切替部と信号発生部４及び信号検出部５と
の間に切替回路を設けるとともに、制御部６並びに処理
部８のプログラムを若干変更すれば、Ｘ方向及びＹ方向
の２方向の指定位置の座標値を検出することができるこ
とはいうまでもない。

また、前記実施例におけるセンス部１、切替部２の構
成及びこれに基づくループコイルの切替え制御と、信号
発生部４及び信号検出部５による信号処理とは必ずしも
同時に行なう必要があるものではなく、通常のセンス部
及び切替部と前記信号発生部４及び信号検出部５とを組
合わせても良く、また、前記センス部１、切替部２及び
これに基づくループコイルの切替え制御と通常の信号発
生部及び信号検出部とを組合せても良い。

第14図は送信信号の位相を変えた時にDAコンバータ42
より出力されるPAM信号の一部を示すもので、第14図
（ａ）は０゜の位相で出力した信号、第14図（ｂ）は45
゜の位相で出力した信号、第14図（ｃ）は90゜の位相で
出力した信号である。なお、ループコイルに大きな電流
をいきなり流したり切ったりすると大きな逆起電力が生
じて電子部品を破壊する恐れがあるため、一つの周波数
成分のみしか含まない送信信号を０゜以外の位相で送出
することはない。

第15図はDAコンバータ42より出力されるPAM信号の他
の例を示すもので、第15図（ａ）は周波数437.5kHz（32
μsecの送信期間に14波）の送信信号に対応した信号、
第15図（ｂ）は375kHz（32μsecの送信期間に12波）の
送信信号に対応した信号を示す。

また、第16図はDAコンバータ42より出力されるPAM信
号のさらに他の例を示すもので、第16図（ａ）は周波数
500kHzの送信信号と周波数437.5kHzの送信信号とを混合
した信号、第16図（ｂ）は500kHzの送信信号と437.5kHz
の送信信号と375kHzの送信信号とを混合した信号を示
す。なお、前記信号は全て位相角が０゜で振幅が第16図
（ａ）では1/2、第16図（ｂ）では1/3の信号を混合した
ものである。この際、第16図（ａ）又は（ｂ）の信号を
そのまま出力すると前述したようにループコイルに大き
な電流をいきなり流したり切ったりすることになるた
め、実際にはこれらの信号における位相角０゜の位置
（図中、イ，ロ）より送出する（なお、この場合の位相
情報は各周波数毎に前記イ又はロの位置に対する位相角
と受信信号の位相角との差をとって求めることにな
る。）。

なお、これまでの説明ではセンス部のループコイルと
同調回路を備えた位置指示器との間で電波を往復させて
指定位置の座標値等を求める装置について述べたが、本
発明はセンス部のループコイルと位置指示器のコイルと
の間の電磁作用に基づいて指定位置の座標値等を求める
装置であれば、どのような装置であっても適用可能であ
る。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、センス部のルー
プコイルよりその相対位置が所定数以上各グループ内及
びグループ同士に跨って同一又は対称とならないように
各グループから同時に選択し、この際、得られる信号振
幅のパターンから位置指示器がその上に位置するループ
コイルを判別するようになしたため、従来のように検出
開始時に全てのループコイルを選択する必要がなく、位
置指示器の指定位置の座標値を最初に求めるまでに要す
る時間を大幅に短縮することができる。

また、本発明によれば、任意に発生したディジタルデ
ータをディジタル・アナログ変換して交流信号を発生
し、また、受信信号をアナログ・ディジタル変換しこれ
に所定の演算を施して受信信号中の任意の周波数成分に
対する振幅及び位相角を求めるようになしたため、任意
の周波数、位相、振幅を有する電波を発生することがで
きるとともに任意の周波数成分に対する振幅及び位相角
を検出することができ、同調周波数の異なる同調回路を
それぞれ有する複数の位置指示器又は同調周波数の異な
る複数の同調回路を有する位置指示器を同時に使用する
ことができ、また、それらの位置も直ちに検出すること
ができる。

また、本発明によれば、セラミックフィルタを必要と
しないため、一のループコイルに対する電波の送受信を
それぞれ１回で済ませることができ、その切替えのスピ
ードを大幅に向上させることができるとともに、アナロ
グスイッチの数を減らすことができ、多数の発振器を必
要とすることもないため、部品の実装面積や高さを小さ
くしたり、センス部を除く部分を全てIC化することがで
き、小形且つ低消費電力でローコストな装置を実現する
ことができる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置検出装置の一実施例を示す構成
図、第２図はセンス部及び切替部の詳細な構成を示す
図、第３図は入力ペンの断面図、第４図はDAコンバータ
の変換特性を示す説明図、第５図はADコンバータの変換
特性を示す説明図、第６図は処理部における処理の流れ
図、第７図は制御部における処理の流れ図、第８図
（ａ）（ｂ）は信号発生部におけるPAM信号及びそのエ
ンベロープ成分を示す波形図、第９図（ａ）（ｂ）は送
信信号及び受信信号の一例を示す波形図、第10図（ａ）
（ｂ）（ｃ）はループコイルを順番に切替えた時の受信
信号の変化を示す図、第11図（ａ）（ｂ）はループコイ
ルを入力ペンの位置に応じて切替えた時の受信信号の変
化を示す図、第12図は受信信号に対するサンプリング番
号の位置を示す図、第13図（ａ）（ｂ）は入力ペンとル
ープコイルとの位置関係を示す図、第14図（ａ）（ｂ）
（ｃ）は位相を変えた時のPAM信号の一部を示す波形
図、第15図（ａ）（ｂ）はPAM信号の他の例を示す波形
図、第16図（ａ）（ｂ）はPAM信号のさらに他の例を示
す波形図である。１……センス部、２……切替部、３……入力ペン（位置
指示器）、４……信号発生部、５……信号検出部、６…
…制御部、７……インタフェース部、８……処理部。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−26720（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−278626（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06F 3/03 325

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のループコイルを位置検出方向に並設
してなるセンス部と、少なくともコイルを有する位置指
示器との間の電磁作用に基づいて位置指示器による指定
位置の座標値等を求める位置検出装置において、前記多数のループコイル中の一連に並設されたループコ
イルを含む複数のグループ内より同時に各々一のループ
コイルをその相対位置が所定数以上各グループ内及びグ
ループ同士に跨って同一又は対称とならないように選択
する選択手段と、前記ループコイルの選択により得られる信号振幅のパタ
ーンに基づいて多数のループコイル中の位置指示器がそ
の上に位置するループコイルを判別する判別手段と、任意の交流信号に対応するディジタルデータを発生する
ディジタルデータ発生手段と、該ディジタルデータをアナログ信号に変換するディジタ
ル・アナログ変換手段と、受信信号を所定周期でサンプリングしてディジタルデー
タに変換するアナログ・ディジタル変換手段と、該ディジタルデータに所定の演算を施して受信信号中の
任意の周波数成分に対する振幅及び位相角を算出する演
算手段とを具備したことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】多数のループコイルを位置検出方向に並設
してなるセンス部と、少なくともコイルを有する位置指
示器との間の電磁作用に基づいて位置指示器による指定
位置の座標値等を求める位置検出装置において、任意の交流信号に対応するディジタルデータを発生する
ディジタルデータ発生手段と、該ディジタルデータをアナログ信号に変換するディジタ
ル・アナログ変換手段と、受信信号を所定周期でサンプリングしてディジタルデー
タに変換するアナログ・ディジタル変換手段と、該ディジタルデータに所定の演算を施して受信信号中の
任意の周波数成分に対する振幅及び位相角を算出する演
算手段とを具備したことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】任意の交流信号として少なくとも２つの異
なる周波数を有する信号を混合した交流信号を用いたこ
とを特徴とする請求項（１）又は（２）記載の位置検出
装置。
【請求項４】所定の演算として離散フーリエ変換を用い
たことを特徴とする請求項（１）乃至（３）いずれか記
載の位置検出装置。
【請求項５】互いに直交する２つの位置検出方向に対す
る指定位置の座標値を検出するようになしたことを特徴
とする請求項（１）乃至（４）いずれか記載の位置検出
装置。