JP3910814B2 - 位置検出装置及びその位置指示器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、コンピュータに図形や文字を入力するために用いられる位置検出装置及びその位置指示器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の位置検出装置として、特開昭６４−５３２２３号公報（先願１）に開示されたものがある。
【０００３】
前述した位置検出装置では、位置指示器にコイルとコンデンサからなる共振回路を設け、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、その位置指示器による指示位置の座標値を求めるようにしている。これによれば、タブレット内の位置検出方向に並設された複数のループコイルを順次選択して電波を放射するとともに、位置指示器に設けられた共振回路から再放射される電波を受信し、その受信信号強度の分布より指示位置の座標値を求めるようにしていた。
【０００４】
この種の位置検出装置では、指示位置の座標値の外に、実際に入力すべき指示位置を特定した状態を表す情報として、例えば線の太さや色相や明度などを連続的に変化させるための情報を座標値とともに入力したいという要求がある。
【０００５】
前述した先願１では、共振回路を構成するコイルとして筆圧に応じてインダクタンスが連続的に変化するコイルを用い、該筆圧に応じて共振周波数が連続的に変化するようになし、この共振周波数の連続的な変化を位相角の連続的な変化として検出することにより筆圧を求めるようにしていた。
【０００６】
しかしながら、検出しようとする筆圧の範囲に対応した位相角の範囲は、タブレットに対する位置指示器の距離や傾き角度などの要因によって変化するとともに、コイルのインダクタンス自体の経時変化によっても変わり、筆圧を正確に検出することができないという問題があった。
【０００７】
また、出願人は、特開平７−２２５６４４号公報（先願２）において、筆圧の他に赤、緑、青の３色をそれぞれ連続量として設定することにより、色合いや色の濃さなどを入力することのできるペンについて提案した。即ち、筆圧および３色の量をそれぞれ設定するために４個の可変容量コンデンサを設け、異なる４つのタイミングにそれぞれ、これらの４つの可変容量コンデンサを順次共振回路に接続することにより、これらの４つの連続量を独立して求めることができるようになしていた。
【０００８】
この装置では、いずれの可変容量コンデンサも接続しない時の信号位相を予め求めるようにしたため、前述した先願１のようなコイルのインダクタンスが経時変化することによる影響は無くなる。しかしながら、求めようとする連続量の範囲に対応した位相角の範囲は、先願１と同様、タブレットに対するペンの距離や傾き角度などの要因によって変化するため、連続量を正しく求めることができなかった。
【０００９】
また、出願人は、特開平５−３１３４３９号公報（先願３）において、位置指示器内部において連続量を２進コードに変換してタブレットに返すことにより連続量を検出する位置指示器を提案した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この装置によれば、タブレットに対する位置指示器の高さや傾きに影響されることなく連続量を正確に求めることができるが、位置指示器の構成が複雑になるという問題点があった。また、１つの連続量を２進コードで返信するために送受信をそのビット数だけ繰り返さなければならず、サンプリング速度が低下するという問題点があった。
【００１１】
本発明は、このような問題点に対して、位置指示器の構成を複雑にすることなく、低コストで操作に応じた連続量を正確に検出することのできる位置検出装置及びその位置指示器を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、操作に応じた連続量を速いサンプリング速度で、かつ正確に検出することのできる位置検出装置及びその位置指示器を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、少なくともコイルとコンデンサを含む共振回路を備えた位置指示器と、該位置指示器に対して電磁波を送受信することにより該位置指示器による指示位置の座標値を求めるタブレットとからなり、該タブレットから所定のタイミング情報を含む電磁波を発生し、該電磁波を受信した位置指示器の共振回路に生起する誘導電圧より前記所定のタイミング情報を抽出し、該所定のタイミング情報に基づく特定のタイミングに操作に応じて位置指示器の共振回路の共振特性を制御し、該特定のタイミングに位置指示器の共振回路から発生する電磁波の位相または強度を検出する位置検出装置において、次に説明するような構成を有する。
【００１４】
即ち、位置指示器には、
所定のタイミング情報に基づく第１の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の当該位置指示器に加えられた連続的な操作量に応じた値となるように制御する第１の共振特性制御手段と、
所定のタイミング情報に基づく第２の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の最大値となるように制御する第２の共振特性制御手段と、
所定のタイミング情報に基づく第３の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の最小値となるように制御する第３の共振特性制御手段とを設ける。
【００１５】
また、タブレットには、
前記第１、第２及び第３の特定のタイミングに位置指示器の共振回路から発生する電磁波の位相または強度を、それぞれ第１、第２及び第３の検出値として取得する検出値取得手段と、
前記第２及び第３の検出値の一方を上限とし他方を下限として、前記第１の検出値を前記上限から下限までの間のどのレベルにあるかを比例計算することにより前記連続的な操作量を求める処理手段とを設ける。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
（第１の実施の形態の構成）
図１は本発明による位置指示器の第１の実施の形態の構成を示すものである。
【００１７】
図中、１１ａはコイル、１１ｂはコンデンサであり、これらは一定の周波数ｆ0で共振する共振回路１１を構成している。また、１２は共振回路１１に発生した高周波電圧より電源を抽出するための電源回路である。
【００１８】
１３は共振回路１１に発生する信号（ｂ）から送受信に対応したタイミングを検出するための検波回路であり、該検波回路１３の出力端はコンパレータ１４に接続され、タブレットでの電波の送受信に対応したクロック信号（ｃ）が抽出される。このクロック信号（ｃ）はシフトレジスタ１５のクロック入力端子に接続されている。
【００１９】
また、クロック信号（ｃ）は積分回路１６に接続され、後述する連続送信期間にのみ電圧を発生するような信号（ｄ）を得る。この信号（ｄ）はシフトレジスタ１５のリセット端子に供給されている。また、この信号（ｄ）はインバータ１７、微分回路１８およびコンパレータ１９を介して、連続送信が終了してから次の送信期間が終了する程度までの期間の幅だけハイレベルを出力するような信号（ｅ）を生成する。この信号（ｅ）はシフトレジスタ１５のデータ入力端子に接続されている。
【００２０】
また、シフトレジスタ１５からは３つの出力（Ｑ０〜Ｑ２）が同一時定数の微分回路２０，２１，２２にそれぞれ接続されている。微分回路２０，２１，２２はインバータ２３，２４，２５にそれぞれ接続されている。
【００２１】
インバータ２５には、感圧導電性ゴムなどにより構成される可変抵抗素子２８が接続され、可変抵抗素子２８はダイオード３１を介して共振回路１１に接続されている。
【００２２】
可変抵抗素子２８は圧力に応じて抵抗値が変化する素子であり、本実施の形態ではこれをペンの筆圧検出に利用するものとして説明する。ここで、検出しようとする筆圧が０ｇから５００ｇの範囲であるものとする。また、この範囲の荷重において可変抵抗素子２８の抵抗値はＲｍａｘ〜Ｒｍｉｎの範囲で変化するものとする。
【００２３】
インバータ２４には、可変抵抗素子２８が取り得る抵抗の最大値Ｒｍａｘと同一値の抵抗２７が接続され、この抵抗２７はダイオード３０を介して共振回路１１に接続されている。また、インバータ２３には、可変抵抗素子２８が取り得る抵抗の最小値Ｒｍｉｎと同一値の抵抗２６が接続され、この抵抗２６はダイオード２９を介して共振回路１１に接続されている。
【００２４】
図２は本発明による位置検出装置のうちの位置指示器を除いた部分、即ちタブレットの第１の実施の形態の構成を示すものである。
【００２５】
図中、４１はループコイル群でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ、Ｘ１〜Ｘ４０及びＹ１〜Ｙ４０として配置されている。これらのループコイルは各ループコイルを選択する選択回路４２に接続されている。
【００２６】
４３は前述した位置指示器の共振周波数ｆ0と同一周波数で発振する発振回路であり、該発振回路４３は電流ドライバ４４を介して送受切替回路４５の送信側（Ｔ）に接続されている。この送受切替回路４５は選択回路４２に接続され、選択されたループコイルからは周波数ｆ0の電波が位置指示器に対して放射される。
【００２７】
送受切替回路４５の受信側（Ｒ）は増幅回路４６に接続され、該増幅回路４６は検波回路４７に接続されている。また、検波回路４７はローパスフィルタ４８に接続され、ローパスフィルタ４８は積分アンプ４９に接続され、受信信号を一定時間貯えて保持する。積分アンプ４９によって保持された電圧は、ＡＤ変換回路５０に出力され、ＡＤ変換回路５０の出力はＣＰＵ５１に接続されている。
【００２８】
ＣＰＵ５１は、制御信号（情報）を選択回路４２、送受切替回路４５、積分アンプ４９、ＡＤ変換回路５０にそれぞれ送出する。
【００２９】
（第１の実施の形態の動作）
次に、前述した図１および図２に基づいて本実施の形態の動作を説明する。
【００３０】
本実施の形態ではまず、位置指示器がループコイル群４１によって形成される位置検出面上のどの位置に置かれたかをおよそ検出するための全面スキャン動作が従来の装置の場合と同様にして行われる。
【００３１】
この全面スキャン動作は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各４０本のループコイルの全てを順次切り替えながら電波を送受し、所定値以上の信号レベルが受信されるかどうかを検出し、さらに信号レベルが最も大きいループコイル（ピークコイル）を抽出する。
【００３２】
次に、上記全面スキャン動作によって位置指示器のおよその位置が分かった後の動作について説明する。本実施の形態では位置指示器がループコイルＸ７およびＹ５の交点付近に置かれていたものとして動作を説明する。
【００３３】
図３は、位置指示器のおよその位置が分かった後の動作における各部の動作波形の概略を示したものである。図３において、ａ〜ｊの記号で示されているものは図１および図２において同一記号で示された部分の波形を表している。
【００３４】
まず、ＣＰＵ５１は選択回路４２に対してループコイルＸ７（ピークコイル）を選択するとともに送受切替回路４５に対して送信側（Ｔ）にするような制御信号を加える。そうするとループコイルＸ７からは周波数ｆ0の電波が放射される。この電波の放射を比較的長い時間（連続送信期間）、例えば１ｍＳの間継続させる。続いて、ＣＰＵ５１は送受切替回路４５に対して受信側（Ｒ）にするような制御信号を加える。
【００３５】
電波の送信が終了してもしばらくの期間は共振回路１１には信号が残るため、この信号がタブレットでは信号（ｉ）として検出される。この受信期間は共振回路１１の信号が十分減衰するまでの期間（例えば１００μＳ）続けられる。
【００３６】
前述した連続送信に続く受信期間が終了すると、可変抵抗素子２８に加えられている筆圧を検出するために、比較的短い送信期間（例えば５０μＳ）と受信期間（例えば１００μＳ）とをそれぞれ３回繰り返す。
【００３７】
この第１回目の送受信時には、図３に示すようにシフトレジスタ１５の端子Ｑ０がハイレベルに立ち上がるため、この立ち上がりエッジから微分回路２０の時定数で決まる時間だけ信号ｆはローレベルとなり、この間に共振回路１１の両端の信号ｂはダイオード２９および抵抗２６により減衰される。
【００３８】
また、第２回目の送受信時も同様にして、共振回路１１の両端の信号ｂはダイオード３０および抵抗２７により減衰される。
【００３９】
また、第３回目の送受信時も同様にして、共振回路１１の両端の信号ｂはダイオード３１および可変抵抗素子２８により減衰される。
【００４０】
ここで、１〜３回目にタブレットで受信される信号の強度は、それぞれ抵抗２６，２７および可変抵抗素子２８の値に対応するため、これらの積分出力ｊのレベルをそれぞれＶａ，Ｖｂ，Ｖｐとすると、図３に示すように、ＶａはＶｂより低く、ＶｐはＶａとＶｂとの間の値となる。即ち、加えている筆圧の荷重が０の時にはＶｐ＝Ｖｂとなり、最大荷重（５００ｇ）の時にはＶｐ＝Ｖａとなるから、ＶｐがＶａからＶｂの間のどのレベルにあるかを比例計算すれば、検出しようとする荷重範囲において筆圧値を正確に求めることができる。この動作は本発明の特徴である。
【００４１】
前述した筆圧検出期間が終了すると、ＣＰＵ５１はＹ軸座標値を検出するための動作とＸ軸座標値を検出するための部分スキャン動作を行う。この動作は従来の装置の場合と同様にして行う。
【００４２】
上述した第１の実施の形態における位置検出動作の処理の流れを図４に示す。なお、図４において、ｉは筆圧検出期間における電波送受信の回数を表しており、Ｖ１＝Ｖａ，Ｖ２＝Ｖｂ，Ｖ３＝Ｖｐである。
【００４３】
（第１の実施の形態の拡張）
本実施の形態では、連続量の検出を感圧導電ゴムによる可変抵抗素子を用いたが他の方法でも良い。
【００４４】
可変抵抗素子に加える荷重が０ｇの時の抵抗値がほぼ無限大である場合には、位置指示器における微分回路２１、インバータ２４、抵抗２７及びダイオード３０、並びに筆圧検出期間の２回目の送受信を省略して、連続送信直後の受信レベルをＶｂとして用いても良い。
【００４５】
［第２の実施の形態］
（第２の実施の形態の構成）
図５は本発明による位置指示器の第２の実施の形態の構成を示すもので、図中、第１の実施の形態と同一構成部分は同一符号で示している。図５の構成が第１の実施の形態（図１）と異なっている点は、各微分回路２０，２１，２２と共振回路１１との間の回路構成である。
【００４６】
図５において、微分回路２０，２１，２２はコンパレータ６１，６２，６３にそれぞれ接続され、コンパレータ６１，６２，６３はアナログスイッチ６７，６８，６９の制御端子にそれぞれ接続されている。
【００４７】
６６は筆圧に応じて容量が変化する可変容量コンデンサであり、該可変容量コンデンサ６６はアナログスイッチ６９を介して共振回路１１に並列に接続されている。ここで、検出しようとする筆圧が０ｇから５００ｇの範囲であるものとし、この範囲の荷重において可変容量コンデンサ６６の静電容量はＣｍｉｎ〜Ｃｍａｘの範囲で変化するものとする。
【００４８】
コンデンサ６４は、可変容量コンデンサ６６が取り得る容量の最小値Ｃｍｉｎと同一容量値のコンデンサであり、このコンデンサ６４はアナログスイッチ６７を介して共振回路１１に並列に接続されている。また、コンデンサ６５は、可変容量コンデンサ６６が取り得る容量の最大値Ｃｍａｘと同一容量値のコンデンサであり、このコンデンサ６５はアナログスイッチ６８を介して共振回路１１に並列に接続されている。
【００４９】
図６は本発明によるタブレットの第２の実施の形態の構成を示すもので、第１の実施の形態と同一構成部分は同一符号で示している。図６の構成が第１の実施の形態（図２）と異なっている点は、位置指示器から返ってくる信号の位相を検出して筆圧を求めるため、もう１つの受信系統が付加されている点である。
【００５０】
図６において、７１は同期検波回路であり、増幅回路４６に接続されている。発振回路４３は同期検波回路７１に接続され、位相検出のための基準となるクロックを供給している。同期検波回路７１は、ローパスフィルタ７２に接続され、ローパスフィルタ７２は積分アンプ７３に接続され、受信信号を一定時間貯えて保持する。積分アンプ７３によって保持された電圧は、ＡＤ変換回路７４に出力され、ＡＤ変換回路７４の出力はＣＰＵ５１に接続されている。
【００５１】
（第２の実施の形態の動作）
次に、前述した図５および図６に基づいて本実施の形態の動作を説明する。
【００５２】
本実施の形態でも第１の実施の形態の場合と同様に、まず、位置指示器がループコイル群４１によって形成される位置検出面上のどの位置に置かれたかをおよそ検出するための全面スキャン動作を行う。
【００５３】
次に、上記全面スキャン動作によって位置指示器のおよその位置が分かった後の動作について説明する。本実施の形態では位置指示器がループコイルＸ７およびＹ５の交点付近に置かれていたものとして動作を説明する。
【００５４】
図７は、位置指示器のおよその位置が分かった後の動作における各部の動作波形の概略を示したものである。図７において、ａ〜ｋの記号で示されているものは図５および図６において同一記号で示された部分の波形を表している。
【００５５】
本実施の形態でも図７に示すように、連続送信期間に続いて、筆圧検出期間、Ｙ座標検出期間、Ｘ座標検出期間を繰り返し行っている点は第１の実施の形態の場合と同じである。また、信号ａ〜ｊの様子は第１の実施の形態の場合とほぼ同じである。但し、筆圧検出期間において積分出力（ｊ）のレベルは変化せず、同期検波回路７１からの信号による積分出力（ｋ）のレベルが変化している点が第１の実施の形態の場合と異なっている。
【００５６】
図７において、連続送信およびそれに続く受信期間が終了すると、可変容量コンデンサ６６に加えられている筆圧を検出するために、比較的短い送信期間（例えば５０μＳ）と受信期間（例えば１００μＳ）とをそれぞれ３回繰り返す。
【００５７】
この第１回目の送受信時には、信号ｆはハイレベルとなり、アナログスイッチ６７は導通する。このためコンデンサ６４は共振回路１１に接続されるので共振回路１１の共振周波数は僅かに変化する。同期検波回路７１はこの共振回路から返ってくる信号の周波数変化を位相の変化として捉えることにより、積分アンプ７３からはその位相に対応したレベルの信号ｋが出力される。
【００５８】
また、第２回目の送受信時も同様にして、コンデンサ６５は共振回路１１に接続され、コンデンサ６５の静電容量に対応した信号ｋが出力される。
【００５９】
また、第３回目の送受信時も同様にして、可変容量コンデンサ６６は共振回路１１に接続され、その時の筆圧に対応した信号ｋが出力される。
【００６０】
ここで、１〜３回目に積分アンプ７３から出力される信号ｋの強度は、それぞれコンデンサ６４，６５および可変容量コンデンサ６６の値に対応するため、これらをそれぞれＶａ，Ｖｂ，Ｖｐとすると、図６に示すように、ＶｐはＶａとＶｂとの間の値となる。即ち、加えている筆圧の荷重が０の時にはＶｐ＝Ｖａとなり、最大荷重（５００ｇ）の時にはＶｐ＝Ｖｂとなるから、ＶｐがＶａからＶｂの間のどのレベルにあるかを比例計算すれば、検出しようとする荷重範囲において筆圧値を正確に求めることができる。この動作は本発明の特徴である。
【００６１】
前述した筆圧検出期間が終了すると、ＣＰＵ５１は第１の実施の形態の場合と同様にＹ軸座標値とＸ軸座標値を検出するための動作を行う。
【００６２】
上述した第２の実施の形態における位置検出動作の処理の流れは、基本的に第１の実施の形態の場合と同様である。
【００６３】
（第２の実施の形態の拡張）
本実施の形態では、コンデンサ６４，６５および可変容量コンデンサ６６を共振回路１１と接続するためにアナログスイッチを用いたが、第１の実施の形態と同じようにダイオードを介して接続するようにしても良い。
【００６４】
本実施の形態では、可変容量コンデンサの静電容量が大きいほど積分アンプ７３の出力値が小さくなるようにしているが、この関係が逆になるように同期検波回路７１を構成しても良い。
【００６５】
［第３の実施の形態］
（第３の実施の形態の構成）
図８は本発明による位置指示器の第３の実施の形態の構成を示すもので、図中、第１の実施の形態と同一構成部分は同一符号で示している。
【００６６】
図中、１１ａはコイル、１１ｂはコンデンサであり、これらは一定の周波数ｆ0で共振する共振回路１１を構成している。また、１２は共振回路１１に発生した高周波電圧より電源を抽出するための電源回路である。
【００６７】
１３は共振回路１１に発生する信号（ｂ）から送受信に対応したタイミングを検出するための検波回路であり、該検波回路１３の出力端はコンパレータ１４に接続され、タブレットでの電波の送受信に対応したクロック信号（ｃ）が抽出される。
【００６８】
クロック信号（ｃ）は積分回路１６に接続され、後述する連続送信期間にのみ電圧を発生するような信号（ｄ）を得る。また、クロック信号（ｃ）はアンドゲート８０の一方の入力端およびワンショットモノマルチ回路８１に接続されている。
【００６９】
アンドゲート８０の出力端はカウンタ回路８２のクロック入力端子に接続され、積分回路１６の出力はカウンタ回路８２のリセット端子に接続されている。また、カウンタ回路８２から出力される下位３ビットの出力端子Ｑ０〜Ｑ２はアナログマルチプレクサ８３のセレクト端子に接続されている。カウンタ回路８２の出力端子Ｑ３はインバータ８４を介してアンドゲート８０のもう一方の入力端に接続されている。
【００７０】
ワンショットモノマルチ回路８１の出力端はアナログマルチプレクサ８３のイネーブル端子に接続されている。また、アナログマルチプレクサ８３の共通端子は共振回路１１のＧＮＤ側に接続され、３ビットの入力信号Ｑ０〜Ｑ２の値に対応して抵抗および可変抵抗素子が選択されて共振回路１１に接続されるようになっている。しかし、この３ビットの入力信号Ｑ０〜Ｑ２の値が（０００）の時と（１１１）の時には何も接続されない。
【００７１】
８４〜８７は可変抵抗素子であり、操作に応じてそれぞれの抵抗値が変化する。また、８８〜９２は抵抗である。
【００７２】
図９は本発明による位置指示器の第３の実施の形態の外観を示したもので、これは筆圧および３種類のアナログ量を操作によって入力するためのものである。図９において、８４’は筆圧検出部であり、ここに加えられた荷重により可変抵抗素子８４の抵抗値が変化するようになっている。また、８５’，８６’，８７’はダイアルであり、これらの操作によりそれぞれ可変抵抗素子８５，８６，８７の抵抗値が変化するようになっている。
【００７３】
本実施の形態では３つのダイアルによって赤、青、緑の３原色の配分を設定することで筆圧の他に色相を入力することのできる電子ペンとして用いることができる。
【００７４】
本装置では筆圧検出部８４’に加えられる荷重を、例えば０〜５００ｇの範囲で検出するものとする。また、可変抵抗素子８４は荷重が０の時には抵抗値は無限大となり、５００ｇの時にはＲＡｍｉｎとなるものとする。
【００７５】
可変抵抗素子８５〜８７は、ダイアル８５’〜８７’の操作によって０〜ＲＢｍａｘの範囲で抵抗値が変化するものとする。
【００７６】
また、抵抗８８〜９１の値は、可変抵抗素子８４の最小値ＲＡｍｉｎと同一値とし、抵抗９２は可変抵抗素子８４の最小値ＲＡｍｉｎと可変抵抗素子８５〜８７の最大値ＲＢｍａｘとを加算した値（ＲＡｍｉｎ＋ＲＢｍａｘ）とする。
【００７７】
本実施の形態の位置指示器と共に用いるタブレットとしては図２に示した構成のもので良い。
【００７８】
（第３の実施の形態の動作）
次に、前述した図８およびそれに用いるタブレットとして図２に基づいて本実施の形態の動作を説明する。
【００７９】
本実施の形態でも第１、第２の実施の形態の場合と同様に、まず、位置指示器がループコイル群４１によって形成される位置検出面上のどの位置に置かれたかをおよそ検出するための全面スキャン動作を行う。
【００８０】
次に、上記全面スキャン動作によって位置指示器のおよその位置が分かった後の動作について説明する。本実施の形態では位置指示器がループコイルＸ７およびＹ５の交点付近に置かれていたものとして動作を説明する。
【００８１】
図１０は、位置指示器のおよその位置が分かった後の動作における各部の動作波形の概略を示したものである。図１０において、ａ〜ｊの記号で示されているものは図８および図２において同一記号で示された部分の波形を表している。
【００８２】
まず、ＣＰＵ５１は選択回路４２に対してループコイルＸ７を選択するとともに送受切替回路４５に対して送信側（Ｔ）にするような制御信号を加える。そうするとループコイルＸ７からは周波数ｆ0の電波が放射される。この電波の放射を比較的長い時間（連続送信期間）、例えば１ｍＳの間継続させる。続いて、ＣＰＵ５１は送受切替回路４５に対して受信側（Ｒ）にするような制御信号を加える。
【００８３】
電波の送信が終了してもしばらくの期間は共振回路１１には信号が残るため、この信号がタブレットでは信号（ｉ）として検出される。この受信期間は共振回路１１の信号が十分減衰するまでの期間（例えば１００μＳ）続けられる。この時に検出される信号レベルＶ０は共振回路には抵抗は何も接続されない状態での値となる。
【００８４】
前述した連続送信に続く受信期間が終了すると、筆圧検出部８４’に加えられている荷重およびダイアル８５’〜８７’の設定値を検出するために、比較的短い送信期間（例えば５０μＳ）と受信期間（例えば１００μＳ）とをそれぞれ６回繰り返す。
【００８５】
この第１回目の送受信時には、図１０に示すようにアナログマルチプレクサ８３は１番の端子を選択して共振回路１１には抵抗Ｒ９１が接続されるので、この期間にタブレットで検出される信号レベルＶ１は抵抗値ＲＡｍｉｎに対応した値となる。
【００８６】
また、第２回目の送受信時には、アナログマルチプレクサ８３は２番の端子を選択して共振回路１１には抵抗９２が接続されるので、この期間にタブレットで検出される信号レベルＶ２は抵抗値ＲＢｍａｘとＲＡｍｉｎの合計値に対応した値となる。
【００８７】
また、第３回目の送受信時には、アナログマルチプレクサ８３は３番の端子を選択して共振回路１１には可変抵抗素子８４が接続されるので、この期間にタブレットで検出される信号レベルＶ３は可変抵抗素子８４で設定された値に対応した値となる。
【００８８】
この値は筆圧検出部８４’に加えられている荷重を表しており、この荷重が０〜５００ｇの範囲において既に求まっているＶ０からＶ１の範囲で変化する。この時の信号レベルＶ３が位置指示器の高さや傾きなどによって変化しても、その変化に対応してＶ０およびＶ１も変化するため、これらの比例計算を行うことにより正確な荷重値を求めることができる。この動作は本発明の特徴である。
【００８９】
その計算方法としては、例えば次の式
荷重＝（Ｖ０−Ｖ３）×５００（ｇ）／（Ｖ０−Ｖ１）
のように行うことができる。
【００９０】
また、第４回目の送受信時には、アナログマルチプレクサ８３は４番の端子を選択して共振回路１１には可変抵抗素子８５および８８が接続されるので、この期間にタブレットで検出される信号レベルＶ４は可変抵抗素子８５で設定された値に対応した値となる。
【００９１】
この値はダイアル８５’の設定状態を表しており、この設定によりＶ４はＶ１からＶ２の範囲で変化する。この時の信号レベルＶ４が指示器の高さや傾きなどによって変化しても、その変化に対応してＶ１およびＶ２も変化するため、これらの比例計算を行うことによりダイアルの設定状態を安定して求めることができる。
【００９２】
ここで、ダイアル８５’が赤色の量（Ｒ）を設定するものとし、その値が０〜１００の範囲であるとすれば、その計算方法としては、例えば次の式
Ｒ＝（Ｖ４−Ｖ１）×１００／（Ｖ２−Ｖ１）
のように行うことができる。同様にして、ダイアル８６’および８７’の設定値も次の式
Ｇ＝（Ｖ５−Ｖ１）×１００／（Ｖ２−Ｖ１）
Ｂ＝（Ｖ６−Ｖ１）×１００／（Ｖ２−Ｖ１）
で求めることができる。
【００９３】
前述した筆圧検出期間が終了すると、ＣＰＵ５１は第１、第２の実施の形態の場合と同様にＹ軸座標値とＸ軸座標値を検出するための動作を行う。
【００９４】
上述した第３の実施の形態における位置検出動作の処理の流れは、連続送信期間においても信号検出を行い、操作情報検出期間（第１の実施の形態では筆圧検出期間）における電波の送受信回数が６回となる点を除いて、基本的に第１の実施の形態の場合と同様である。
【００９５】
（第３の実施の形態の拡張）
本実施の形態では、可変抵抗素子８５〜８７にそれぞれ抵抗値がＲＡｍｉｎの抵抗を直列に接続してダイアルの設定が最低の場合の基準値を筆圧検出の際の基準値であるＶ１と共通にできるようにしているが、この抵抗値を他の値として別のタイミングで基準値を求めるようにしても良い。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、操作に応じて電気抵抗または静電容量またはインダクタンスの電気的特性値が連続的に変化する可変素子を共振回路に接続して特定のタイミングに共振特性を連続的に変化させるとともに、その変化に応じた信号レベルもしくは信号位相を検出し、また、他のタイミングにおいて、前記可変素子が操作により取り得る最大値と同一の素子を共振回路に接続して、その時の信号レベルもしくは信号位相を検出し、さらに他のタイミングに、前記可変素子が操作により取り得る最小値と同一の素子を共振回路に接続して、その時の信号レベルもしくは信号位相を検出するように構成したので、位置指示器の高さや傾きなどによって信号レベルや信号位相が変化しても、操作に応じた連続量を正確に検出することができる。
【００９７】
また、本発明では１つの連続量の検出および連続量の最大基準値および最小基準値の検出をそれぞれ１回の送受信で行うことができ、操作に応じた連続量を速いサンプリング速度で正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置指示器の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】本発明のタブレットの第１の実施の形態を示す構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態の動作を示す波形図
【図４】第１の実施の形態における位置検出動作の処理の流れ図
【図５】本発明の位置指示器の第２の実施の形態を示す構成図
【図６】本発明の位置検出装置の第２の実施の形態を示す構成図
【図７】本発明の第２の実施の形態の動作を示す波形図
【図８】本発明の位置指示器の第３の実施の形態を示す構成図
【図９】本発明の位置指示器の第３の実施の形態を示す外観図
【図１０】本発明の第３の実施の形態の動作を示す波形図
【符号の説明】
１１ａ：コイル、１１ｂ：コンデンサ、１１：共振回路、１２：電源回路、１３：検波回路、１４，１９，６１〜６３：コンパレータ、１５：シフトレジスタ、１６：積分回路、１７，２３〜２５，８４：インバータ、１８，２０〜２２：微分回路、２６，２７，８８〜９２：抵抗、２８，８４〜８７：可変抵抗素子、２９〜３１：ダイオード、４１：ループコイル群、４２：選択回路、４３：発振回路、４４：電流ドライバ、４５：送受切替回路、４６：増幅回路、４７：検波回路、４８，７２：ローパスフィルタ、４９，７３：積分アンプ、５０，７４：ＡＤ変換回路、５１：ＣＰＵ、６４，６５：コンデンサ、６６：可変容量コンデンサ、６７〜６９：アナログスイッチ、７１：同期検波回路、８０：アンドゲート、８１：ワンショットモノマルチ回路、８２：カウンタ回路、８３：アナログマルチプレクサ、８４’：筆圧検出部、８５’〜８７’：ダイアル。
【発明の属する技術】
本発明は、コンピュータに図形や文字を入力するために用いられる位置検出装置及びその位置指示器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の位置検出装置として、特開昭６４−５３２２３号公報（先願１）に開示されたものがある。
【０００３】
前述した位置検出装置では、位置指示器にコイルとコンデンサからなる共振回路を設け、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、その位置指示器による指示位置の座標値を求めるようにしている。これによれば、タブレット内の位置検出方向に並設された複数のループコイルを順次選択して電波を放射するとともに、位置指示器に設けられた共振回路から再放射される電波を受信し、その受信信号強度の分布より指示位置の座標値を求めるようにしていた。
【０００４】
この種の位置検出装置では、指示位置の座標値の外に、実際に入力すべき指示位置を特定した状態を表す情報として、例えば線の太さや色相や明度などを連続的に変化させるための情報を座標値とともに入力したいという要求がある。
【０００５】
前述した先願１では、共振回路を構成するコイルとして筆圧に応じてインダクタンスが連続的に変化するコイルを用い、該筆圧に応じて共振周波数が連続的に変化するようになし、この共振周波数の連続的な変化を位相角の連続的な変化として検出することにより筆圧を求めるようにしていた。
【０００６】
しかしながら、検出しようとする筆圧の範囲に対応した位相角の範囲は、タブレットに対する位置指示器の距離や傾き角度などの要因によって変化するとともに、コイルのインダクタンス自体の経時変化によっても変わり、筆圧を正確に検出することができないという問題があった。
【０００７】
また、出願人は、特開平７−２２５６４４号公報（先願２）において、筆圧の他に赤、緑、青の３色をそれぞれ連続量として設定することにより、色合いや色の濃さなどを入力することのできるペンについて提案した。即ち、筆圧および３色の量をそれぞれ設定するために４個の可変容量コンデンサを設け、異なる４つのタイミングにそれぞれ、これらの４つの可変容量コンデンサを順次共振回路に接続することにより、これらの４つの連続量を独立して求めることができるようになしていた。
【０００８】
この装置では、いずれの可変容量コンデンサも接続しない時の信号位相を予め求めるようにしたため、前述した先願１のようなコイルのインダクタンスが経時変化することによる影響は無くなる。しかしながら、求めようとする連続量の範囲に対応した位相角の範囲は、先願１と同様、タブレットに対するペンの距離や傾き角度などの要因によって変化するため、連続量を正しく求めることができなかった。
【０００９】
また、出願人は、特開平５−３１３４３９号公報（先願３）において、位置指示器内部において連続量を２進コードに変換してタブレットに返すことにより連続量を検出する位置指示器を提案した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この装置によれば、タブレットに対する位置指示器の高さや傾きに影響されることなく連続量を正確に求めることができるが、位置指示器の構成が複雑になるという問題点があった。また、１つの連続量を２進コードで返信するために送受信をそのビット数だけ繰り返さなければならず、サンプリング速度が低下するという問題点があった。
【００１１】
本発明は、このような問題点に対して、位置指示器の構成を複雑にすることなく、低コストで操作に応じた連続量を正確に検出することのできる位置検出装置及びその位置指示器を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、操作に応じた連続量を速いサンプリング速度で、かつ正確に検出することのできる位置検出装置及びその位置指示器を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、少なくともコイルとコンデンサを含む共振回路を備えた位置指示器と、該位置指示器に対して電磁波を送受信することにより該位置指示器による指示位置の座標値を求めるタブレットとからなり、該タブレットから所定のタイミング情報を含む電磁波を発生し、該電磁波を受信した位置指示器の共振回路に生起する誘導電圧より前記所定のタイミング情報を抽出し、該所定のタイミング情報に基づく特定のタイミングに操作に応じて位置指示器の共振回路の共振特性を制御し、該特定のタイミングに位置指示器の共振回路から発生する電磁波の位相または強度を検出する位置検出装置において、次に説明するような構成を有する。
【００１４】
即ち、位置指示器には、
所定のタイミング情報に基づく第１の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の当該位置指示器に加えられた連続的な操作量に応じた値となるように制御する第１の共振特性制御手段と、
所定のタイミング情報に基づく第２の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の最大値となるように制御する第２の共振特性制御手段と、
所定のタイミング情報に基づく第３の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の最小値となるように制御する第３の共振特性制御手段とを設ける。
【００１５】
また、タブレットには、
前記第１、第２及び第３の特定のタイミングに位置指示器の共振回路から発生する電磁波の位相または強度を、それぞれ第１、第２及び第３の検出値として取得する検出値取得手段と、
前記第２及び第３の検出値の一方を上限とし他方を下限として、前記第１の検出値を前記上限から下限までの間のどのレベルにあるかを比例計算することにより前記連続的な操作量を求める処理手段とを設ける。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
（第１の実施の形態の構成）
図１は本発明による位置指示器の第１の実施の形態の構成を示すものである。
【００１７】
図中、１１ａはコイル、１１ｂはコンデンサであり、これらは一定の周波数ｆ0で共振する共振回路１１を構成している。また、１２は共振回路１１に発生した高周波電圧より電源を抽出するための電源回路である。
【００１８】
１３は共振回路１１に発生する信号（ｂ）から送受信に対応したタイミングを検出するための検波回路であり、該検波回路１３の出力端はコンパレータ１４に接続され、タブレットでの電波の送受信に対応したクロック信号（ｃ）が抽出される。このクロック信号（ｃ）はシフトレジスタ１５のクロック入力端子に接続されている。
【００１９】
また、クロック信号（ｃ）は積分回路１６に接続され、後述する連続送信期間にのみ電圧を発生するような信号（ｄ）を得る。この信号（ｄ）はシフトレジスタ１５のリセット端子に供給されている。また、この信号（ｄ）はインバータ１７、微分回路１８およびコンパレータ１９を介して、連続送信が終了してから次の送信期間が終了する程度までの期間の幅だけハイレベルを出力するような信号（ｅ）を生成する。この信号（ｅ）はシフトレジスタ１５のデータ入力端子に接続されている。
【００２０】
また、シフトレジスタ１５からは３つの出力（Ｑ０〜Ｑ２）が同一時定数の微分回路２０，２１，２２にそれぞれ接続されている。微分回路２０，２１，２２はインバータ２３，２４，２５にそれぞれ接続されている。
【００２１】
インバータ２５には、感圧導電性ゴムなどにより構成される可変抵抗素子２８が接続され、可変抵抗素子２８はダイオード３１を介して共振回路１１に接続されている。
【００２２】
可変抵抗素子２８は圧力に応じて抵抗値が変化する素子であり、本実施の形態ではこれをペンの筆圧検出に利用するものとして説明する。ここで、検出しようとする筆圧が０ｇから５００ｇの範囲であるものとする。また、この範囲の荷重において可変抵抗素子２８の抵抗値はＲｍａｘ〜Ｒｍｉｎの範囲で変化するものとする。
【００２３】
インバータ２４には、可変抵抗素子２８が取り得る抵抗の最大値Ｒｍａｘと同一値の抵抗２７が接続され、この抵抗２７はダイオード３０を介して共振回路１１に接続されている。また、インバータ２３には、可変抵抗素子２８が取り得る抵抗の最小値Ｒｍｉｎと同一値の抵抗２６が接続され、この抵抗２６はダイオード２９を介して共振回路１１に接続されている。
【００２４】
図２は本発明による位置検出装置のうちの位置指示器を除いた部分、即ちタブレットの第１の実施の形態の構成を示すものである。
【００２５】
図中、４１はループコイル群でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ、Ｘ１〜Ｘ４０及びＹ１〜Ｙ４０として配置されている。これらのループコイルは各ループコイルを選択する選択回路４２に接続されている。
【００２６】
４３は前述した位置指示器の共振周波数ｆ0と同一周波数で発振する発振回路であり、該発振回路４３は電流ドライバ４４を介して送受切替回路４５の送信側（Ｔ）に接続されている。この送受切替回路４５は選択回路４２に接続され、選択されたループコイルからは周波数ｆ0の電波が位置指示器に対して放射される。
【００２７】
送受切替回路４５の受信側（Ｒ）は増幅回路４６に接続され、該増幅回路４６は検波回路４７に接続されている。また、検波回路４７はローパスフィルタ４８に接続され、ローパスフィルタ４８は積分アンプ４９に接続され、受信信号を一定時間貯えて保持する。積分アンプ４９によって保持された電圧は、ＡＤ変換回路５０に出力され、ＡＤ変換回路５０の出力はＣＰＵ５１に接続されている。
【００２８】
ＣＰＵ５１は、制御信号（情報）を選択回路４２、送受切替回路４５、積分アンプ４９、ＡＤ変換回路５０にそれぞれ送出する。
【００２９】
（第１の実施の形態の動作）
次に、前述した図１および図２に基づいて本実施の形態の動作を説明する。
【００３０】
本実施の形態ではまず、位置指示器がループコイル群４１によって形成される位置検出面上のどの位置に置かれたかをおよそ検出するための全面スキャン動作が従来の装置の場合と同様にして行われる。
【００３１】
この全面スキャン動作は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各４０本のループコイルの全てを順次切り替えながら電波を送受し、所定値以上の信号レベルが受信されるかどうかを検出し、さらに信号レベルが最も大きいループコイル（ピークコイル）を抽出する。
【００３２】
次に、上記全面スキャン動作によって位置指示器のおよその位置が分かった後の動作について説明する。本実施の形態では位置指示器がループコイルＸ７およびＹ５の交点付近に置かれていたものとして動作を説明する。
【００３３】
図３は、位置指示器のおよその位置が分かった後の動作における各部の動作波形の概略を示したものである。図３において、ａ〜ｊの記号で示されているものは図１および図２において同一記号で示された部分の波形を表している。
【００３４】
まず、ＣＰＵ５１は選択回路４２に対してループコイルＸ７（ピークコイル）を選択するとともに送受切替回路４５に対して送信側（Ｔ）にするような制御信号を加える。そうするとループコイルＸ７からは周波数ｆ0の電波が放射される。この電波の放射を比較的長い時間（連続送信期間）、例えば１ｍＳの間継続させる。続いて、ＣＰＵ５１は送受切替回路４５に対して受信側（Ｒ）にするような制御信号を加える。
【００３５】
電波の送信が終了してもしばらくの期間は共振回路１１には信号が残るため、この信号がタブレットでは信号（ｉ）として検出される。この受信期間は共振回路１１の信号が十分減衰するまでの期間（例えば１００μＳ）続けられる。
【００３６】
前述した連続送信に続く受信期間が終了すると、可変抵抗素子２８に加えられている筆圧を検出するために、比較的短い送信期間（例えば５０μＳ）と受信期間（例えば１００μＳ）とをそれぞれ３回繰り返す。
【００３７】
この第１回目の送受信時には、図３に示すようにシフトレジスタ１５の端子Ｑ０がハイレベルに立ち上がるため、この立ち上がりエッジから微分回路２０の時定数で決まる時間だけ信号ｆはローレベルとなり、この間に共振回路１１の両端の信号ｂはダイオード２９および抵抗２６により減衰される。
【００３８】
また、第２回目の送受信時も同様にして、共振回路１１の両端の信号ｂはダイオード３０および抵抗２７により減衰される。
【００３９】
また、第３回目の送受信時も同様にして、共振回路１１の両端の信号ｂはダイオード３１および可変抵抗素子２８により減衰される。
【００４０】
ここで、１〜３回目にタブレットで受信される信号の強度は、それぞれ抵抗２６，２７および可変抵抗素子２８の値に対応するため、これらの積分出力ｊのレベルをそれぞれＶａ，Ｖｂ，Ｖｐとすると、図３に示すように、ＶａはＶｂより低く、ＶｐはＶａとＶｂとの間の値となる。即ち、加えている筆圧の荷重が０の時にはＶｐ＝Ｖｂとなり、最大荷重（５００ｇ）の時にはＶｐ＝Ｖａとなるから、ＶｐがＶａからＶｂの間のどのレベルにあるかを比例計算すれば、検出しようとする荷重範囲において筆圧値を正確に求めることができる。この動作は本発明の特徴である。
【００４１】
前述した筆圧検出期間が終了すると、ＣＰＵ５１はＹ軸座標値を検出するための動作とＸ軸座標値を検出するための部分スキャン動作を行う。この動作は従来の装置の場合と同様にして行う。
【００４２】
上述した第１の実施の形態における位置検出動作の処理の流れを図４に示す。なお、図４において、ｉは筆圧検出期間における電波送受信の回数を表しており、Ｖ１＝Ｖａ，Ｖ２＝Ｖｂ，Ｖ３＝Ｖｐである。
【００４３】
（第１の実施の形態の拡張）
本実施の形態では、連続量の検出を感圧導電ゴムによる可変抵抗素子を用いたが他の方法でも良い。
【００４４】
可変抵抗素子に加える荷重が０ｇの時の抵抗値がほぼ無限大である場合には、位置指示器における微分回路２１、インバータ２４、抵抗２７及びダイオード３０、並びに筆圧検出期間の２回目の送受信を省略して、連続送信直後の受信レベルをＶｂとして用いても良い。
【００４５】
［第２の実施の形態］
（第２の実施の形態の構成）
図５は本発明による位置指示器の第２の実施の形態の構成を示すもので、図中、第１の実施の形態と同一構成部分は同一符号で示している。図５の構成が第１の実施の形態（図１）と異なっている点は、各微分回路２０，２１，２２と共振回路１１との間の回路構成である。
【００４６】
図５において、微分回路２０，２１，２２はコンパレータ６１，６２，６３にそれぞれ接続され、コンパレータ６１，６２，６３はアナログスイッチ６７，６８，６９の制御端子にそれぞれ接続されている。
【００４７】
６６は筆圧に応じて容量が変化する可変容量コンデンサであり、該可変容量コンデンサ６６はアナログスイッチ６９を介して共振回路１１に並列に接続されている。ここで、検出しようとする筆圧が０ｇから５００ｇの範囲であるものとし、この範囲の荷重において可変容量コンデンサ６６の静電容量はＣｍｉｎ〜Ｃｍａｘの範囲で変化するものとする。
【００４８】
コンデンサ６４は、可変容量コンデンサ６６が取り得る容量の最小値Ｃｍｉｎと同一容量値のコンデンサであり、このコンデンサ６４はアナログスイッチ６７を介して共振回路１１に並列に接続されている。また、コンデンサ６５は、可変容量コンデンサ６６が取り得る容量の最大値Ｃｍａｘと同一容量値のコンデンサであり、このコンデンサ６５はアナログスイッチ６８を介して共振回路１１に並列に接続されている。
【００４９】
図６は本発明によるタブレットの第２の実施の形態の構成を示すもので、第１の実施の形態と同一構成部分は同一符号で示している。図６の構成が第１の実施の形態（図２）と異なっている点は、位置指示器から返ってくる信号の位相を検出して筆圧を求めるため、もう１つの受信系統が付加されている点である。
【００５０】
図６において、７１は同期検波回路であり、増幅回路４６に接続されている。発振回路４３は同期検波回路７１に接続され、位相検出のための基準となるクロックを供給している。同期検波回路７１は、ローパスフィルタ７２に接続され、ローパスフィルタ７２は積分アンプ７３に接続され、受信信号を一定時間貯えて保持する。積分アンプ７３によって保持された電圧は、ＡＤ変換回路７４に出力され、ＡＤ変換回路７４の出力はＣＰＵ５１に接続されている。
【００５１】
（第２の実施の形態の動作）
次に、前述した図５および図６に基づいて本実施の形態の動作を説明する。
【００５２】
本実施の形態でも第１の実施の形態の場合と同様に、まず、位置指示器がループコイル群４１によって形成される位置検出面上のどの位置に置かれたかをおよそ検出するための全面スキャン動作を行う。
【００５３】
次に、上記全面スキャン動作によって位置指示器のおよその位置が分かった後の動作について説明する。本実施の形態では位置指示器がループコイルＸ７およびＹ５の交点付近に置かれていたものとして動作を説明する。
【００５４】
図７は、位置指示器のおよその位置が分かった後の動作における各部の動作波形の概略を示したものである。図７において、ａ〜ｋの記号で示されているものは図５および図６において同一記号で示された部分の波形を表している。
【００５５】
本実施の形態でも図７に示すように、連続送信期間に続いて、筆圧検出期間、Ｙ座標検出期間、Ｘ座標検出期間を繰り返し行っている点は第１の実施の形態の場合と同じである。また、信号ａ〜ｊの様子は第１の実施の形態の場合とほぼ同じである。但し、筆圧検出期間において積分出力（ｊ）のレベルは変化せず、同期検波回路７１からの信号による積分出力（ｋ）のレベルが変化している点が第１の実施の形態の場合と異なっている。
【００５６】
図７において、連続送信およびそれに続く受信期間が終了すると、可変容量コンデンサ６６に加えられている筆圧を検出するために、比較的短い送信期間（例えば５０μＳ）と受信期間（例えば１００μＳ）とをそれぞれ３回繰り返す。
【００５７】
この第１回目の送受信時には、信号ｆはハイレベルとなり、アナログスイッチ６７は導通する。このためコンデンサ６４は共振回路１１に接続されるので共振回路１１の共振周波数は僅かに変化する。同期検波回路７１はこの共振回路から返ってくる信号の周波数変化を位相の変化として捉えることにより、積分アンプ７３からはその位相に対応したレベルの信号ｋが出力される。
【００５８】
また、第２回目の送受信時も同様にして、コンデンサ６５は共振回路１１に接続され、コンデンサ６５の静電容量に対応した信号ｋが出力される。
【００５９】
また、第３回目の送受信時も同様にして、可変容量コンデンサ６６は共振回路１１に接続され、その時の筆圧に対応した信号ｋが出力される。
【００６０】
ここで、１〜３回目に積分アンプ７３から出力される信号ｋの強度は、それぞれコンデンサ６４，６５および可変容量コンデンサ６６の値に対応するため、これらをそれぞれＶａ，Ｖｂ，Ｖｐとすると、図６に示すように、ＶｐはＶａとＶｂとの間の値となる。即ち、加えている筆圧の荷重が０の時にはＶｐ＝Ｖａとなり、最大荷重（５００ｇ）の時にはＶｐ＝Ｖｂとなるから、ＶｐがＶａからＶｂの間のどのレベルにあるかを比例計算すれば、検出しようとする荷重範囲において筆圧値を正確に求めることができる。この動作は本発明の特徴である。
【００６１】
前述した筆圧検出期間が終了すると、ＣＰＵ５１は第１の実施の形態の場合と同様にＹ軸座標値とＸ軸座標値を検出するための動作を行う。
【００６２】
上述した第２の実施の形態における位置検出動作の処理の流れは、基本的に第１の実施の形態の場合と同様である。
【００６３】
（第２の実施の形態の拡張）
本実施の形態では、コンデンサ６４，６５および可変容量コンデンサ６６を共振回路１１と接続するためにアナログスイッチを用いたが、第１の実施の形態と同じようにダイオードを介して接続するようにしても良い。
【００６４】
本実施の形態では、可変容量コンデンサの静電容量が大きいほど積分アンプ７３の出力値が小さくなるようにしているが、この関係が逆になるように同期検波回路７１を構成しても良い。
【００６５】
［第３の実施の形態］
（第３の実施の形態の構成）
図８は本発明による位置指示器の第３の実施の形態の構成を示すもので、図中、第１の実施の形態と同一構成部分は同一符号で示している。
【００６６】
図中、１１ａはコイル、１１ｂはコンデンサであり、これらは一定の周波数ｆ0で共振する共振回路１１を構成している。また、１２は共振回路１１に発生した高周波電圧より電源を抽出するための電源回路である。
【００６７】
１３は共振回路１１に発生する信号（ｂ）から送受信に対応したタイミングを検出するための検波回路であり、該検波回路１３の出力端はコンパレータ１４に接続され、タブレットでの電波の送受信に対応したクロック信号（ｃ）が抽出される。
【００６８】
クロック信号（ｃ）は積分回路１６に接続され、後述する連続送信期間にのみ電圧を発生するような信号（ｄ）を得る。また、クロック信号（ｃ）はアンドゲート８０の一方の入力端およびワンショットモノマルチ回路８１に接続されている。
【００６９】
アンドゲート８０の出力端はカウンタ回路８２のクロック入力端子に接続され、積分回路１６の出力はカウンタ回路８２のリセット端子に接続されている。また、カウンタ回路８２から出力される下位３ビットの出力端子Ｑ０〜Ｑ２はアナログマルチプレクサ８３のセレクト端子に接続されている。カウンタ回路８２の出力端子Ｑ３はインバータ８４を介してアンドゲート８０のもう一方の入力端に接続されている。
【００７０】
ワンショットモノマルチ回路８１の出力端はアナログマルチプレクサ８３のイネーブル端子に接続されている。また、アナログマルチプレクサ８３の共通端子は共振回路１１のＧＮＤ側に接続され、３ビットの入力信号Ｑ０〜Ｑ２の値に対応して抵抗および可変抵抗素子が選択されて共振回路１１に接続されるようになっている。しかし、この３ビットの入力信号Ｑ０〜Ｑ２の値が（０００）の時と（１１１）の時には何も接続されない。
【００７１】
８４〜８７は可変抵抗素子であり、操作に応じてそれぞれの抵抗値が変化する。また、８８〜９２は抵抗である。
【００７２】
図９は本発明による位置指示器の第３の実施の形態の外観を示したもので、これは筆圧および３種類のアナログ量を操作によって入力するためのものである。図９において、８４’は筆圧検出部であり、ここに加えられた荷重により可変抵抗素子８４の抵抗値が変化するようになっている。また、８５’，８６’，８７’はダイアルであり、これらの操作によりそれぞれ可変抵抗素子８５，８６，８７の抵抗値が変化するようになっている。
【００７３】
本実施の形態では３つのダイアルによって赤、青、緑の３原色の配分を設定することで筆圧の他に色相を入力することのできる電子ペンとして用いることができる。
【００７４】
本装置では筆圧検出部８４’に加えられる荷重を、例えば０〜５００ｇの範囲で検出するものとする。また、可変抵抗素子８４は荷重が０の時には抵抗値は無限大となり、５００ｇの時にはＲＡｍｉｎとなるものとする。
【００７５】
可変抵抗素子８５〜８７は、ダイアル８５’〜８７’の操作によって０〜ＲＢｍａｘの範囲で抵抗値が変化するものとする。
【００７６】
また、抵抗８８〜９１の値は、可変抵抗素子８４の最小値ＲＡｍｉｎと同一値とし、抵抗９２は可変抵抗素子８４の最小値ＲＡｍｉｎと可変抵抗素子８５〜８７の最大値ＲＢｍａｘとを加算した値（ＲＡｍｉｎ＋ＲＢｍａｘ）とする。
【００７７】
本実施の形態の位置指示器と共に用いるタブレットとしては図２に示した構成のもので良い。
【００７８】
（第３の実施の形態の動作）
次に、前述した図８およびそれに用いるタブレットとして図２に基づいて本実施の形態の動作を説明する。
【００７９】
本実施の形態でも第１、第２の実施の形態の場合と同様に、まず、位置指示器がループコイル群４１によって形成される位置検出面上のどの位置に置かれたかをおよそ検出するための全面スキャン動作を行う。
【００８０】
次に、上記全面スキャン動作によって位置指示器のおよその位置が分かった後の動作について説明する。本実施の形態では位置指示器がループコイルＸ７およびＹ５の交点付近に置かれていたものとして動作を説明する。
【００８１】
図１０は、位置指示器のおよその位置が分かった後の動作における各部の動作波形の概略を示したものである。図１０において、ａ〜ｊの記号で示されているものは図８および図２において同一記号で示された部分の波形を表している。
【００８２】
まず、ＣＰＵ５１は選択回路４２に対してループコイルＸ７を選択するとともに送受切替回路４５に対して送信側（Ｔ）にするような制御信号を加える。そうするとループコイルＸ７からは周波数ｆ0の電波が放射される。この電波の放射を比較的長い時間（連続送信期間）、例えば１ｍＳの間継続させる。続いて、ＣＰＵ５１は送受切替回路４５に対して受信側（Ｒ）にするような制御信号を加える。
【００８３】
電波の送信が終了してもしばらくの期間は共振回路１１には信号が残るため、この信号がタブレットでは信号（ｉ）として検出される。この受信期間は共振回路１１の信号が十分減衰するまでの期間（例えば１００μＳ）続けられる。この時に検出される信号レベルＶ０は共振回路には抵抗は何も接続されない状態での値となる。
【００８４】
前述した連続送信に続く受信期間が終了すると、筆圧検出部８４’に加えられている荷重およびダイアル８５’〜８７’の設定値を検出するために、比較的短い送信期間（例えば５０μＳ）と受信期間（例えば１００μＳ）とをそれぞれ６回繰り返す。
【００８５】
この第１回目の送受信時には、図１０に示すようにアナログマルチプレクサ８３は１番の端子を選択して共振回路１１には抵抗Ｒ９１が接続されるので、この期間にタブレットで検出される信号レベルＶ１は抵抗値ＲＡｍｉｎに対応した値となる。
【００８６】
また、第２回目の送受信時には、アナログマルチプレクサ８３は２番の端子を選択して共振回路１１には抵抗９２が接続されるので、この期間にタブレットで検出される信号レベルＶ２は抵抗値ＲＢｍａｘとＲＡｍｉｎの合計値に対応した値となる。
【００８７】
また、第３回目の送受信時には、アナログマルチプレクサ８３は３番の端子を選択して共振回路１１には可変抵抗素子８４が接続されるので、この期間にタブレットで検出される信号レベルＶ３は可変抵抗素子８４で設定された値に対応した値となる。
【００８８】
この値は筆圧検出部８４’に加えられている荷重を表しており、この荷重が０〜５００ｇの範囲において既に求まっているＶ０からＶ１の範囲で変化する。この時の信号レベルＶ３が位置指示器の高さや傾きなどによって変化しても、その変化に対応してＶ０およびＶ１も変化するため、これらの比例計算を行うことにより正確な荷重値を求めることができる。この動作は本発明の特徴である。
【００８９】
その計算方法としては、例えば次の式
荷重＝（Ｖ０−Ｖ３）×５００（ｇ）／（Ｖ０−Ｖ１）
のように行うことができる。
【００９０】
また、第４回目の送受信時には、アナログマルチプレクサ８３は４番の端子を選択して共振回路１１には可変抵抗素子８５および８８が接続されるので、この期間にタブレットで検出される信号レベルＶ４は可変抵抗素子８５で設定された値に対応した値となる。
【００９１】
この値はダイアル８５’の設定状態を表しており、この設定によりＶ４はＶ１からＶ２の範囲で変化する。この時の信号レベルＶ４が指示器の高さや傾きなどによって変化しても、その変化に対応してＶ１およびＶ２も変化するため、これらの比例計算を行うことによりダイアルの設定状態を安定して求めることができる。
【００９２】
ここで、ダイアル８５’が赤色の量（Ｒ）を設定するものとし、その値が０〜１００の範囲であるとすれば、その計算方法としては、例えば次の式
Ｒ＝（Ｖ４−Ｖ１）×１００／（Ｖ２−Ｖ１）
のように行うことができる。同様にして、ダイアル８６’および８７’の設定値も次の式
Ｇ＝（Ｖ５−Ｖ１）×１００／（Ｖ２−Ｖ１）
Ｂ＝（Ｖ６−Ｖ１）×１００／（Ｖ２−Ｖ１）
で求めることができる。
【００９３】
前述した筆圧検出期間が終了すると、ＣＰＵ５１は第１、第２の実施の形態の場合と同様にＹ軸座標値とＸ軸座標値を検出するための動作を行う。
【００９４】
上述した第３の実施の形態における位置検出動作の処理の流れは、連続送信期間においても信号検出を行い、操作情報検出期間（第１の実施の形態では筆圧検出期間）における電波の送受信回数が６回となる点を除いて、基本的に第１の実施の形態の場合と同様である。
【００９５】
（第３の実施の形態の拡張）
本実施の形態では、可変抵抗素子８５〜８７にそれぞれ抵抗値がＲＡｍｉｎの抵抗を直列に接続してダイアルの設定が最低の場合の基準値を筆圧検出の際の基準値であるＶ１と共通にできるようにしているが、この抵抗値を他の値として別のタイミングで基準値を求めるようにしても良い。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、操作に応じて電気抵抗または静電容量またはインダクタンスの電気的特性値が連続的に変化する可変素子を共振回路に接続して特定のタイミングに共振特性を連続的に変化させるとともに、その変化に応じた信号レベルもしくは信号位相を検出し、また、他のタイミングにおいて、前記可変素子が操作により取り得る最大値と同一の素子を共振回路に接続して、その時の信号レベルもしくは信号位相を検出し、さらに他のタイミングに、前記可変素子が操作により取り得る最小値と同一の素子を共振回路に接続して、その時の信号レベルもしくは信号位相を検出するように構成したので、位置指示器の高さや傾きなどによって信号レベルや信号位相が変化しても、操作に応じた連続量を正確に検出することができる。
【００９７】
また、本発明では１つの連続量の検出および連続量の最大基準値および最小基準値の検出をそれぞれ１回の送受信で行うことができ、操作に応じた連続量を速いサンプリング速度で正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置指示器の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】本発明のタブレットの第１の実施の形態を示す構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態の動作を示す波形図
【図４】第１の実施の形態における位置検出動作の処理の流れ図
【図５】本発明の位置指示器の第２の実施の形態を示す構成図
【図６】本発明の位置検出装置の第２の実施の形態を示す構成図
【図７】本発明の第２の実施の形態の動作を示す波形図
【図８】本発明の位置指示器の第３の実施の形態を示す構成図
【図９】本発明の位置指示器の第３の実施の形態を示す外観図
【図１０】本発明の第３の実施の形態の動作を示す波形図
【符号の説明】
１１ａ：コイル、１１ｂ：コンデンサ、１１：共振回路、１２：電源回路、１３：検波回路、１４，１９，６１〜６３：コンパレータ、１５：シフトレジスタ、１６：積分回路、１７，２３〜２５，８４：インバータ、１８，２０〜２２：微分回路、２６，２７，８８〜９２：抵抗、２８，８４〜８７：可変抵抗素子、２９〜３１：ダイオード、４１：ループコイル群、４２：選択回路、４３：発振回路、４４：電流ドライバ、４５：送受切替回路、４６：増幅回路、４７：検波回路、４８，７２：ローパスフィルタ、４９，７３：積分アンプ、５０，７４：ＡＤ変換回路、５１：ＣＰＵ、６４，６５：コンデンサ、６６：可変容量コンデンサ、６７〜６９：アナログスイッチ、７１：同期検波回路、８０：アンドゲート、８１：ワンショットモノマルチ回路、８２：カウンタ回路、８３：アナログマルチプレクサ、８４’：筆圧検出部、８５’〜８７’：ダイアル。
Claims (2)
- 少なくともコイルとコンデンサを含む共振回路を備えた位置指示器と、該位置指示器に対して電磁波を送受信することにより該位置指示器による指示位置の座標値を求めるタブレットとからなり、該タブレットから所定のタイミング情報を含む電磁波を発生し、該電磁波を受信した位置指示器の共振回路に生起する誘導電圧より前記所定のタイミング情報を抽出し、該所定のタイミング情報に基づく特定のタイミングに操作に応じて位置指示器の共振回路の共振特性を制御し、該特定のタイミングに位置指示器の共振回路から発生する電磁波の位相または強度を検出する位置検出装置において、
位置指示器に、
所定のタイミング情報に基づく第１の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の当該位置指示器に加えられた連続的な操作量に応じた値となるように制御する第１の共振特性制御手段と、
所定のタイミング情報に基づく第２の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の最大値となるように制御する第２の共振特性制御手段と、
所定のタイミング情報に基づく第３の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の最小値となるように制御する第３の共振特性制御手段とを設け、
タブレットに、
前記第１、第２及び第３の特定のタイミングに位置指示器の共振回路から発生する電磁波の位相または強度を、それぞれ第１、第２及び第３の検出値として取得する検出値取得手段と、
前記第２及び第３の検出値の一方を上限とし他方を下限として、前記第１の検出値を前記上限から下限までの間のどのレベルにあるかを比例計算することにより前記連続的な操作量を求める処理手段とを設けた
ことを特徴とする位置検出装置。 - 少なくともコイルとコンデンサを含む共振回路を備え、タブレットから発生する所定のタイミング情報を含む電磁波によって共振回路に生起する誘導電圧より該所定のタイミング情報を抽出し、該所定のタイミング情報に基づく特定のタイミングに操作に応じて共振回路の共振特性を制御する位置指示器において、
所定のタイミング情報に基づく第１の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の当該位置指示器に加えられた連続的な操作量に応じた値となるように制御する第１の共振特性制御手段と、
所定のタイミング情報に基づく第２の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の最大値となるように制御する第２の共振特性制御手段と、
所定のタイミング情報に基づく第３の特定のタイミングにおける共振回路の共振特性が、該共振特性の所定の可変範囲内の最小値となるように制御する第３の共振特性制御手段とを設けた
ことを特徴とする位置指示器。
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