JP4128422B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出装置に関し、特に、電磁授受方式において交番磁界の発生させることによる位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の位置検出装置として、特開昭６３−７０３２６号公報に開示されたものがある。
【０００３】
前途した位置検出装置では、タブレットと位置指示器との間で電磁波（交番磁界）のやり取りすることにより、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。それによれば、タブレット内の位置検出方向に並設された複数センサーコイルを順次選択して、電磁波（交番磁界）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磁波（交番磁界）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たものである。
【０００４】
図１は、位置検出器の概略構造が示したものである。図１における、１は共振回路を内蔵した位置指示器を示す。２は位置指示器の位置を検出するセンサ部を示す。通常、センサ部は、平面を構成し、大きさとしては、Ａ６〜Ｂ０サイズまで多様な種類存在する。このセンサ部は、ループコイル状のセンサコイルにより、位置指示器への送信受信を行っている。この図１には、煩雑を防ぐ為一方向に並設されたセンサコイルの一部のみが簡略化して記載されているが、本来は、センサ部の大きさにより、センサコイルの数は定まる。又、本来は図４に示すように隣接するセンサコイル同士は、重なり合う配置をしている。更に、本来直交するセンサコイルが並設されて、二次元の座標系を構成する。このセンサコイルは、切替スイッチ５により、位置指示器へ高周波信号によって発生する交番磁界を送信する送信回路４、または、位置指示器からの交番磁界を受信する受信回路６が接続できるようになっている。更に、コイル切替スイッチ３により、個々のセンサコイル２１、２２、２３、２４、２５等が送信回路４又は、受信回路６に接続されるようになっている。この切替スイッチ３は、マルチプレクサー等が使用されている。
【０００５】
図１に基づいて動作を説明する。まず始めに、センサ部２は切替スイッチ５により、送信回路４に接続され、コイル切替スイッチ３によりコイル２１が選択される。これにより、コイル２１には、高周波の電流が流れ、コイル２１に交番磁界が生じる。この交番磁界によりセンサ部上方の位置指示器１に内蔵されたコイルとコンデンサの共振回路が共振して、共振回路にエネルギーを蓄える。次に、切替スイッチ５によって、センサ部２が受信回路６側に接続される。これにより、センサコイル２１からの交番磁界送信はとまり、位置指示器の共振回路に蓄えられたエネルギーがセンサ側に放出され、受信回路に接続されたコイル２１は、アンテナのごとく共振回路からの放出された交番磁界を受信する。同様に、コイル２２、２３、２４、２５等においても、同じ動作を繰り返すことにより、位置指示器のセンサ部２に対する位置が各コイルに生じた電圧の大きさとして、表わされる。これを表わしたのが、図２である。位置指示器とセンサコイルとの位置が短いほど、受けるエネルギーは大きくなるので、受信回路を通して得られる電圧は、大きくなると考えられるので、電圧の一番大きいところ付近に位置指示器のコイルの中心が存在することになる。ここで、受信したコイルの電圧分布の二乗平均をとることにより、正確な位置が表わされる。
【０００６】
もう一つの方法として、特開平８−１６１１００号公報に記載されたいる選択方法が考えられている。図３において説明する。図３の（ａ）は、上記特開昭６３−７０３２６号公報記載の位置指示器の動作を簡略化して説明した図である。（ｂ）がもう一つのセンサ選択方法の概略を示している。動作としては、センサ上方の位置指示器のおおよその位置が判明した場合に、位置指示器に一番近いセンサコイルＢを選択し、高周波信号を流し交番磁界を発生させる。受信コイルは、一定の範囲内の端のコイルＡを選択して受信する。次に、センサコイルＢから送信された交番磁界を、センサコイルＢで受信する。このように、送信コイルを特定して、受信コイルを順次切り替える方法をとる。この方法によって、センサコイルの間隔を広く取れ、又、回路の簡素化等の効果が得られた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法では、複数のセンサコイルの中から１本のセンサコイルを選択して交番磁界を送信することにより、位置指示器にエネルギー（電力）を供給していた。この場合、位置指示器に供給するエネルギーの大きさは、送信されるエネルギーの大きさにより定まるので、ある程度限定されてしまう。すなわち、センサからの供給されるエネルギーが十分でない場合、共振回路で共振して、センサに送り返すエネルギーも十分でないため、センサ側において、位置指示器の正確な位置の検出結果が得られないこととなっていた。その他に、送受信のエネルギーが小さいことの影響として、外部からのノイズに対して、影響を受けやすくなるし、センサから位置指示器が離れてある場合だと、共振するに十分なエネルギーを得られなくなり、位置が検出できなくなり、いわゆる高さが取れないことなり、使用者にとって、使い勝手の悪いものとなってしまっていた。又、ペン形状をとる位置指示器の場合は、位置指示器の形状をより小型化する必要があり、位置指示器の中にある共振回路を小さくしなくてはならないという要請もあり、供給するエネルギーの増加が必要とされていた。
【０００８】
なお、上記の問題解決方法として、センサコイルに加える電圧を高くすることも考えられた。しかし、１本のセンサコイルにより大きな電流を流すことで、供給電圧を確保する場合は、ICの耐圧以上の電流を加えることができないという制限があり必要以上のエネルギーの確保が難しかった。
【０００９】
そこで、以上のような状況に鑑み、本発明は、従来のセンサ基板を用いるが、複数のコイルに同時に電流を流すことで、１本のセンサコイルに大きな電流を加えることなく、より大きなエネルギーを位置指示器に供給できるような位置検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の位置検出装置は、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、位置検出器の位置検出方向に並設された複数のセンサコイルが設けられるタブレットからなる位置検出装置であって、位置指示器より鉛直方向に前記タブレット上に投影した位置を、センサコイルのループの内側に含む特定本数のセンサコイルを、複数のセンサコイルの中から選択し、この選択した特定本数のセンサコイルに同時に電流を流すことによって、位置指示器に所定の周波数の交番磁界を送信する。一方、位置指示器は、タブレットから送信された所定の周波数の交番磁界を受信した後に、交番磁界の周波数と共振する周波数の信号を前記タブレットに送信し、タブレットは、前記位置指示器から送信される前記特定周波数の信号を、前記特定本数のセンサコイルで受信する。そして、上記特定本数のセンサコイルに発生する受信信号のレベルにより前記位置指示器による指示位置の座標値を求める、ことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の形態は、図には表わしていないが、マルチプレクサ−によって選択されるコイルを複数にして、複数のコイルに電流を流すことで、単一のコイルで発生する磁界よりも強い磁界を生させることを特徴とする。この方法によって、センサコイルに加える電圧を抑え、すなわち、ＩＣの駆動耐圧電流以下に抑えながら、強い交番磁界を発生させることができる。これによって、位置指示器の共振回路には、単一コイルより強い誘導電力が生じ、強い交番磁界をセンサコイルで受けることができ、強い受信信号（電圧分布）を得ることができようになる。
【００１４】
本発明の第二の形態では、第一の形態にて対して、センサコイルの選択を位置指示器の近傍において行うことによって、第一の形態において位置指示器のいない、すなわち共振しない位置からの交番磁界の供給をいう無駄を取り除くことができ、素早く正確な位置を検出することができることを特徴としている。
【００１５】
図４において説明する。位置指示器の検出する方法としては、２通りある。１つは、大まかな位置を調べるためにグランドスキャンである。これは、センサ基板の端から他の端まで１本づつセンサコイルに電流を流して、交番磁界を発生させる方法で検出する方法である。大まかな位置が検出できれば、その近傍において複数本のみを順番に選択するセクタースキャンがある。このセクタースキャンによって、正確な位置を素早く検出することが可能となる。
【００１６】
第二の形態においては、セクタースキャンに移行した場合位置指示器にエネルギーを多く供給する為に、複数本のセンサコイルを選択する方法として、位置指示器のセンサに投影された位置を内側に含むセンサコイルの中から選ぶこととする。図４においては、位置指示器１の鉛直方向に投影された位置をＰとしている。この位置Ｐを含むループコイル２１〜２６までの中から数本選択することによって、位置指示器１に対して、効率の良いエネルギー供給を行うことが可能となる。仮に、この範囲以外のセンサコイルから交番磁界は、位置指示器到達までに減衰してしまうので、効率が良くないこととなる。
【００１７】
本発明の第三の形態では、第一、二の形態において、選択されるセンサコイルを隣接して選択すると、交番磁界発生時において、相互インダクタンスによる損失が生じて供給するエネルギーの損失が生じてくる。そこで、本発明としては、疎なる組合せによって相互インダクタンスによる損失を回避して、より効率的にエネルギーの供給を目的としている。本発明の第三の形態としての実施例として、マルチプレクサーによって選択されるセンサコイルを１本隔てて、両側１本ずつとし、電流を流し交番磁界を発生させる。このとき、位置指示器の共振回路において誘導電圧が生じて、センサコイルからの送信が止まり、こん度は位置指示器から交番磁界の送信が行われたときに、選択され１本ずつのセンサコイルの中央に配置され１本のセンサコイルで受信を行うことによって、効率よくエネルギーを供給し、位置指示器からの交番磁界を受信できることを特徴とする。
【００１８】
図５において、コイル選択の手順を説明する。送信方向Ｓｔｅｐ１として、センサコイル２１、２３を選択して、電流を流し交番磁界を発生させる。次に、電流を止めて、センサコイル２２において位置指示器からの交番磁界を受信する。送信方向Ｓｔｅｐ２として、センサコイル２２、２４を選択送信し、２３で受信する。順次同様にセンサコイル２３、２５で送信、２４で受信してゆく。
【００１９】
本実施例の具体的な回路構成を、図６に示し、この図に基づいて動作を説明する。図１におけるコイル切替スイッチ３は、本実施例ではマルチプレクサ３１、３２、３３から構成される。各マルチプレクサは、センサコイル２１〜２１２に接続されるようになっている。本実施例においては、送受信切替回路は、存在しない。マルチプレクサ３１、３２は送信コイルを選択するのみに使用される。マルチプレクサ３３は、受信コイルの選択のみに使用される。動作の流れとしては、マルチプレクサ３１、３２、３３の個々にＳ１と表示されている端子が選択される。マルチプレクサ３１、３２において選択されたＳ１と表示されている端子の先にあるセンサコイル（ここでは、２１、２３）に電流を通して送信され、マルチプレクサ３３で選択されたＳ１表示の端子の先にあるセンサコイル（ここでは、２２）で、受信される。同様に、動作の手順として、各マルチプレクサにおけるＳ２表示の端子が選択され、信号の送受信後、Ｓ３表示の端子が選択され、信号の送受信が行われる。以下、同様な動作により、Ｓ４等の端子が順次選択され、送受信が行われる。
【００２０】
その他の、実施の形態として、送信コイルを２本ずつとして、受信コイルを中央の１本とした場合が、本発明の第三の実施例である。図７において、コイル選択の手順を説明する。送信方向Ｓｔｅｐ１として、センサコイル２１、２２、２４、２５を選択して、電流を流し交番磁界を発生させる。次に、電流を止めて、センサコイル２３において位置指示器からの交番磁界を受信する。送信方向Ｓｔｅｐ２として、センサコイル２２、２３、２５、２６を選択送信し、２４で受信する。順次同様にセンサコイル２３、２４、２６、２７で送信、２５で受信していく。本発明の実施により実施例２の形態より強い交番磁界を発生させることが可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
位置指示器に対して、効率的なエネルギー（電力）供給を行うことができる。このことによって、位置指示器としての一形態であるペンの形状を小さくすることができる。また、センサ平面に対して、位置指示器の高さをより大きくとれるので、使い勝手の良い位置検出装置を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の概略構成図
【図２】各センサコイルの受信信号レベルを示した図
【図３】従来の送受信コイル選択方法
【図４】第二実施形態の選択コイル位置
【図５】第三実施形態のコイル選択方法
【図６】第三実施形態の具体的構成図
【図７】第三実施形態のコイル選択方法
【符号の説明】
１ ：位置指示器
２ ：センサ部分
２１〜２１２：センサコイル
３ ：コイル切替スイッチ（マルチプレクサ）
３１〜３３ ：マルチプレクサ
４ ：送信回路
５ ：送受信切替スイッチ
６ ：受信回路

Claims (1)

1. 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、
   前記位置検出器の位置検出方向に並設された複数のセンサコイルが設けられるタブレットからなる位置検出装置であって、
   前記位置指示器より鉛直方向に前記タブレット上に投影した位置を、前記センサコイルのループの内側に含む特定本数のセンサコイルを、前記複数のセンサコイルの中から選択し、前記選択した特定本数のセンサコイルに同時に電流を流すことによって、前記位置指示器に所定の周波数の交番磁界を送信し、
   前記位置指示器は、前記タブレットから送信された前記所定の周波数の交番磁界を受信した後に、前記交番磁界の周波数と共振する周波数の信号を前記タブレットに送信し、
   前記タブレットは、前記位置指示器から送信される前記特定周波数の信号を、前記特定本数のセンサコイルで受信し、
   前記特定本数のセンサコイルに発生する受信信号のレベルにより前記位置指示器による指示位置の座標値を求める、
   ことを特徴とする位置検出装置。

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