JP4318596B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）、コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）等の入力装置等として使用され電磁結合によって位置指示器の指示位置を検出する位置検出装置に関する。

従来から、ＣＡＤの入力装置やコンピュータの入力装置等として、位置指示器と位置検出装置間で電磁結合により信号を送受信し、前記位置指示器の指示位置を検出するようにした電磁結合方式の位置検出装置が利用されている。
例えば、特許文献１に記載された発明のように、位置検出装置におけるセンサ領域の外周部に送信コイルを配設する方式においては、１つの送信コイルを配設するように構成している。
図１１は、前記特許文献１に記載された位置検出装置のセンサ部の概略構成を示す図である。図１１において、複数のセンサコイル１００２の外周部には、１つの送信コイル１００１が配設されている。尚、図を簡略化するために、センサコイル１００２はＸ方向のセンサコイルのみを示しており、Ｙ方向のセンサコイルは省略している。

図１１において、送信コイル１００１から位置検出用信号を電磁結合によって位置指示器（図示せず）に送信し、次に、複数のセンサコイル１００２を順次選択駆動することにより、前記位置指示器からの位置指示信号を電磁結合によって複数のセンサコイル１００２で順次受信し、複数のセンサコイル１００２で受信した検出信号に基づいて前記位置指示器の位置を検出する。
このように、前記特許文献１に記載された位置検出装置では、１つの送信コイル１００１を使用することにより、位置検出に使用する位置検出用信号の送信回路が簡単になるという利点がある。
特開平５−８８８１１号公報

しかしながら、前記位置検出装置においては、送信コイル１００１を駆動する所定の単位時間幅の駆動時間においては、図１２に示すように最初から最後まで最大振幅値となるような交番信号である駆動電流を供給している。したがって、送信コイル１００１と基準電位間には図１３に示すような大きな値の電圧が生じるため、送信コイル１００１の定電流ドライバ等に大きな電圧用の回路素子が必要になり又、電源も大きな電圧の電源が必要になるという問題がある。
これを防止する方法として、送信コイル１００１とともに直列共振回路を構成するような直列共振用コンデンサを送信コイル１００１に接続することが考えられるが、単に直列共振回路を構成しただけでは、図１４に示すように、過渡電圧が大きくなり、低電圧化は困難という問題がある。

即ち、図１４において、送信コイル１００１の両端電圧は小さいが、送信コイル１００１に前記コンデンサを接続して直列共振回路を構成しても、電流の供給開始時（即ち、供給電流の立ち上がり時）に、前記コンデンサに電荷がチャージされて保持された状態となるため、前記コンデンサには直流電圧Ｖｃがバイアス電圧として印加されているのと同じ状態となり、前記コンデンサの両端電圧と送信コイル１００１の両端電圧の和は、依然として大きな電圧になってしまう。したがって、前記のように、送信コイルを駆動するための回路に高電圧用の回路素子が必要になり又、大きな電圧の電源が必要になるという問題がある。

本発明は、位置検出装置において、低電圧駆動でも良好に位置指示器の位置等を検出することができるようにすることを課題としている。

本発明によれば、少なくとも１つのコイルを有し位置を指示するための位置指示器との間で、電磁結合によって信号の送受信を行うことにより前記位置指示器の指示位置を検出する位置検出装置において、前記位置指示器に位置検出用信号を送信するための送信コイルと、前記位置指示器からの信号を受信するための複数のセンサコイルと、前記送信コイルが前記位置検出用信号を発生するように前記送信コイルに駆動電流を供給する信号送信手段と、前記複数のセンサコイルを順次選択して前記位置指示器からの信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した信号に基づいて前記位置指示器の指示位置を検出する検出手段と、前記送信コイルとともに直列共振回路を構成するコンデンサとを備えて成り、前記信号送信手段は、交番信号を発生する交番信号発生手段と、前記交番信号発生手段から出力される交番信号の包絡線が所定形状になるように前記交番信号の振幅を制御する振幅制御手段と、前記振幅制御手段で制御された振幅の前記交番信号に対応する波形の電流を前記駆動電流として前記送信コイルに供給する電流供給手段とを有し、前記送信コイルに対する前記駆動電流の供給開始時及び供給停止時に、前記コンデンサの両端電圧が基準電位を中心とする交番信号になるように前記駆動電流を制御することを特徴とする位置検出装置が提供される。
前記交番信号発生手段は、所定レベルの最大振幅値を有する交番信号を発生し、前記振幅制御手段は、前記交番信号の包絡線が正側及び負側に各々、台形状になるように前記交番信号の振幅を制御するように構成してもよい。
また、前記送信コイルは複数の送信コイルによって構成されると共に、前記コンデンサは前記複数の送信コイルに共通接続された単一のコンデンサであるように構成してもよい。
また、前記各送信コイルと前記コンデンサによって構成される直列共振回路の共振周波数は前記駆動電流の周期に略等しいように構成してもよい。
また、前記信号送信手段は、前記位置指示器の位置に応じて前記複数の送信コイルのうちのいずれかを選択し、前記位置検出用信号を送信するように該選択した送信コイルに前記駆動電流を供給するように構成してもよい。

本発明によれば、電磁結合方式の位置検出装置において、低電圧駆動でも良好に位置指示器の位置等を検出することが可能になる。

以下、本発明の最良の形態に係る位置検出装置及び前記位置検出装置に適した電流駆動回路について、図面を用いて説明する。尚、各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の最良の形態に係る位置検出装置１００のブロック図である。
図１において、位置を指示するための位置指示器１２０及び位置指示器１２０の位置を電磁結合によって検出する位置検出装置１００によって、電磁結合方式の位置検出システムが構成されている。

位置指示器１２０は、少なくとも１つのコイルを有し位置を指示するための装置であり、前記コイルにはコンデンサが接続されており、前記コイル及びコンデンサによって共振回路が構成されている。
位置検出装置１００は、制御部１０１、位置検出用信号を生成する送信信号発生部１０２、送信コイル駆動用の交番信号である所定の定電流信号（駆動電流）を出力する定電流ドライバ１０３、位置検出用信号を供給する送信コイルを選択し定電流ドライバからの駆動電流で駆動する送信選択部１０４、センサ領域であるセンサ部１０５、共振用コンデンサ１０６、受信選択部１０８、受信アンプ１０９、検出部１１０を備えている。

尚、制御部１０１は信号送信手段、受信手段及び検出手段を構成し、送信信号発生部１０２、定電流ドライバ１０３及び送信選択部１０４は信号送信手段を構成し、受信選択部１０８及び受信アンプ１０９は受信手段を構成し、定電流ドライバ１０３は電流供給手段を構成し、検出部１１０は検出手段を構成している。
また、送信信号発生部１０２、ドライバ１０３、選択部１０４、コイル１１１、１１２及びコンデンサ１０６は電流供給回路を構成している。

制御部１０１は、位置検出装置１００全体を制御すると共に、送信信号発生部１０２、ドライバ１０３、送信選択部１０４、受信選択部１０８、受信アンプ１０９、検出部１１０を制御する。
送信信号発生部１０２は、制御部１０１の制御の下、位置指示器１２０の指示位置を検出するための位置検出用信号を生成する。ドライバ１０３は、送信信号発生部１０２からの位置検出用信号を増幅して信号選択部１０４に出力する。送信選択部１０４は、制御部１０１の制御により複数の送信コイル１１１、１１２の中から１つを選択し、該選択した送信コイルに位置検出用信号を供給して駆動する。

本最良の形態では、複数の送信コイルとして２つの送信コイル１１１、１１２を有している。複数の送信コイル１１１、１１２は、中心が略同一位置になるように（同心状に）配設されている。外側（センサ領域１０５の外周側）の送信コイル１１１は、内側（センサ領域１０５の中央側）の送信コイル１１２の外側に配設されている。また、外側送信コイル１１１はセンサ部１０５の外周部に配設されている。

複数の送信コイル１１１、１１２には、単一のコンデンサ１０６が共通接続されている。コンデンサ１０６は各送信コイル１１１、１１２とともに直列共振回路を構成する。即ち、コンデンサ１０６と送信コイル１１１は直列共振回路を構成し又、コンデンサ１０６と送信コイル１１２は直列共振回路を構成している。前記各直列共振回路の共振周波数は、送信選択部１０４を介して送信コイル１１１、１１２に入力される信号の周波数に等しくなるように設定されている。このように、送信コイル１１１、１１２とコンデンサ１０６が各々、直列共振回路を構成しているため、低い電圧で、送信コイル１１１、１１２から位置指示器１２０に信号を送信することが可能になる。尚、前記各直列共振回路の共振周波数は、送信コイル１１１、１１２に入力される信号の周波数と完全に等しい必要はなく、実用上、略（例えば、±４０％の誤差範囲内で）等しければよい。

センサ部１０５は、複数の送信コイル１１１、１１２、複数のセンサコイルを有する受信部１１３を備えている。受信部１１３は、Ｘ方向に並設された複数のセンサコイル（Ｘ方向センサコイル）１１４、及び、Ｘ方向に直交するＹ方向に並設された複数のセンサコイル（Ｙ方向センサコイル）１１５によって構成されている。
尚、外側送信コイル１１１及び内側送信コイル１１２は、少なくとも一方をセンサコイル１１４、１１５の外側に配設するように構成してもよい。また、外側送信コイル１１１及び内側送信コイル１１２は、いずれもセンサコイル１１４、１１５の外側に配設しないように構成してもよい、即ち、いずれもセンサコイル１１４、１１５と重なるように配設してもよい。

受信選択部１０８は、制御部１０１の制御により、複数のセンサコイル１１４、１１５を順次選択して走査し、選択したセンサコイル１１４、１１５で検出した検出信号を受信アンプ１０９へ出力する。受信アンプ１０９は制御部１０１の制御により、受信選択部１０８からの検出信号を増幅して検出部１１０に出力する。検出部１１０は、受信アンプ１０９からの検出信号に基づいて、位置指示器１２０のＸ座標位置及びＹ座標位置（ＸＹ座標）を算出し、制御部１０１に出力する。制御部１０１は、検出部１１０で検出した位置指示器１２０のＸＹ座標位置に応じて、後述するように、送信信号発生部１０２が出力する信号の位相の制御、送信選択部１０４による送信コイル１１１、１１２の選択制御等の各種制御を行う。

図２及び図３は、図１の位置検出装置１００の構成要素の一部を詳細に示すブロック図である。図４は、本最良の形態において、送信選択部１０４から送信コイル１１１、１１２に供給される交番信号としての駆動電流の信号波形を示す図であり、所定の単位時間幅で供給される駆動電流の波形図である。図５は、本最良の形態において、送信選択部１０４から送信コイル１１１、１１２と所定の基準電位間に生じる交番信号としての電圧信号の波形を示す図であり、所定の単位時間幅における電圧の波形図である。

図２において、送信信号発生部１０２は、交番信号である擬似的な正弦（ＳＩＮ）波を発生する交番信号発生手段としての疑似ＳＩＮ波発生回路２０１、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１から出力される信号の包絡線を所定形状に制御するための振幅制御信号を発生する振幅制御手段としての振幅制御値発生回路２０２、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１から出力される疑似正弦波信号と振幅制御値発生回路２０２から出力される振幅制御信号とを乗算することによって前記疑似正弦波信号の振幅を前記振幅制御信号で制御した波形の信号を出力するデジタル乗算器２０３、デジタル乗算器２０３の出力信号をデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換することによってでデジタル乗算器２０３の出力信号に対応するアナログ信号を出力するＤ／Ａ変換器２０４、Ｄ／Ａ変換器２０４の出力信号中の低周波成分を通過させて駆動信号として定電流ドライバ１０３に出力する低周波フィルタ（ＬＰＦ）２０５を備えている。尚、デジタル乗算器２０３、デジタル／アナログ変換器２０４、低域フィルタ２０５は電流供給手段を構成している。

また、図３において、送信選択部１０４は、切換スイッチ１３０を有しており、制御部１０１の制御によって切り換えスイッチ１３０を切り換えることにより、定電流ドライバ１０３からの駆動信号を送信コイル１１１又は送信コイル１１２に選択的に供給するように構成されている。送信コイル１１１はセンサ部１０５の外周部に複数回巻回されて配設されおり又、送信コイル１１２は送信コイル１１１と同心状に送信コイル１１１よりも内側に複数回巻回されて配設されている。

振幅制御値発生回路２０２は、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１から出力される信号の振幅の包絡線が正側及び負側に各々、台形状になるように、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１の出力信号の振幅を台形状に制御するための振幅制御信号を出力する。また、振幅制御値発生回路２０２は、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１の出力信号が供給停止状態から最大振幅値に立ち上がるまでの時間ｋＴが、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１の出力信号の周期Ｔの整数ｋ（ｋは正の整数）倍の時間となるように、振幅制御値発生回路２０２の出力信号の振幅を制御する。ここで、前記整数ｋ倍は、整数ｋ倍そのもの及び整数ｋ倍そのもの±３５％の範囲を含む値、即ち、略整数ｋ倍を意味している。但し、略整数ｋ倍は、整数ｋ倍そのもの±３５％の範囲外の値を積極的に排除する意味ではない。

また、振幅制御値発生回路２０２は、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１の出力信号が最大振幅値から供給停止状態に立ち下がるまでの時間ｎＴが、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１の出力信号の周期Ｔの整数ｎ（ｎは正の整数）倍の時間となるように、振幅制御値発生回路２０２の出力信号の振幅を制御する。ここで、前記整数ｎ倍は、整数ｎ倍そのもの及び整数ｎ倍そのもの±３５％の範囲を含む値、即ち、略整数ｎ倍を意味している。但し、略整数ｎ倍は、整数ｎ倍そのもの±３５％の範囲外の値を積極的に排除する意味ではない。

また、振幅制御値発生回路２０２は、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１の出力信号が最大振幅値を継続する時間ｍＴが、前記駆動電流の周期Ｔの整数ｍ倍の時間となるように、振幅制御値発生回路２０２の出力信号の振幅を制御する。ここで、前記整数ｍ倍は、（整数ｍ−０．３５）倍以上で（整数ｍ＋０．３５）倍以下の範囲を含む値、即ち、略整数ｍ倍を意味している。但し、略整数ｍ倍は、（整数ｍ−０．３５）倍以上で（整数ｍ＋０．３５）倍以下の範囲以外の値を積極的に排除する意味ではない。

これにより、定電流ドライバ１０３からは、図４に示すように示すような駆動電流が出力される。即ち、駆動電流が供給停止状態（０ｍＡ）から最大振幅値（図４では１０ｍＡ）に立ち上がるまでの時間ｋＴは、前記駆動電流の周期Ｔの整数ｋ倍の時間となっている。また、前記駆動電流が前記最大振幅値から供給停止状態になるまでに要する時間ｎＴが、前記駆動電流の周期Ｔの整数ｎ倍の時間となっている。また、前記最大振幅値が継続する継続時間ｍＴは、前記駆動電流の周期Ｔの整数ｍ倍の時間となっている。また、駆動電流の包絡線は、正側及び負側に各々、台形状になっており又、電流０を基準に線対称となっている。尚、図４の例では立ち上がり時間ｋＴと立ち下がり時間ｎＴが等しくなるように構成している（ｋ＝Ｔ）が、異なるようにしてもよい。

送信コイル１１１、１１２に供給される駆動電流がこのような信号波形であるため、共振用コンデンサ１０６には立ち上がり時等に電荷がチャージされない。
即ち、送信コイル１１１、１１２に対する駆動電流の供給開始時、最大振幅継続時及び供給停止時に、コンデンサ１０６の両端電圧が基準電位Ｖrefを中心とする交番信号になるように前記駆動電流を制御しているため、共振用コンデンサ１０６には立ち上がり時等に電荷がチャージされない。尚、本実施の形態では、前記基準電位Ｖrefを電源電圧の約１／２の電位としているが、回路構成に応じて異なる電位に設定できる。

したがって、送信コイル１１１、１１２と所定の基準電位Ｖref間に生じる電圧振幅は、図５に示すように、駆動電流の立ち上がり時間ｋＴ及び立ち下がり時間ｎＴ内では、ある程度の電圧が発生するが、駆動電流の立ち上がり時間ｋＴ内、駆動電流が最大振幅値に安定している時間ｍＴ内及び駆動電流の立ち下がり時間ｎＴ内のいずれにおいても、送信コイル１１１、１１２と基準電位Ｖref間に発生する電圧は低い値に抑制される。
尚、振幅制御値発生回路２０２は、必ずしも疑似ＳＩＮ波発生回路２０１の出力信号の立ち上がり及び立ち下がりの双方の振幅を制御する信号を発生する必要はなく、使用態様に応じて、疑似ＳＩＮ波発生回路２０１の出力信号の立ち上がりの振幅のみを制御するような信号を発生するように構成してもよい。

図６は、本最良の形態に係る位置検出装置の動作を示すタイミング図である。本最良の形態では、Ｘ方向センサコイル１１４の走査（スキャン）を完了した後に、Ｙ方向センサコイル１１５の走査を行うことにより、位置指示器１２０の位置を検出するようにしている。Ｘ方向センサコイル１１４及びＹ方向センサコイル１１５の各々において、１つのセンサコイルについて、所定単位時間幅の位置検出用信号２０１ａ〜２０１ｄを用いて４回ずつ検出することによって、位置指示器１２０の位置をより正確に検出するようにしている。
尚、図１において受信選択部、受信アンプ、検出部をＸ軸用とＹ軸用の２系統設けることにより、Ｘ方向センサコイル１１４とＹ方向センサコイルを同時に走査できるように構成することも可能であり、この場合のタイミングは、Ｘ軸スキャンとＹ軸スキャンが同時に並行して行われることになる。

図７は、本最良の形態に係る位置検出装置における送信コイル１１１、１１２の選択、駆動動作を説明するための説明図である。尚、図７には、Ｘ方向センサコイル１１４のみ示しているが、Ｙ方向センサコイル１１５についても同様の選択、駆動動作が行われる。
図７において、Ｋ１〜Ｋ１０は、図１に示したＸ方向センサコイルＫ１〜Ｋ１０である。信号３０１は、外側送信コイル１１１を駆動することによって外側送信コイル１１１から放出される交番磁界の信号レベルを示している。また、信号３０２は、内側送信コイル１１２を駆動することによって内側送信コイル１１２から放出される交番磁界の信号レベルを示している。

図７に示すように、センサ領域は領域１〜領域３の３つの領域に区分されている。第１領域１は、位置検出信号の位相が正相（第１の位相）の場合に内側送信コイル１１２の出力レベルが外側送信コイル１１１の出力レベルよりも大きい領域である。第２領域２は、位置検出信号の位相が正相（第１の位相）の場合に外側送信コイル１１１の出力レベルが内側送信コイル１１２の出力レベルよりも大きい領域である。また、第３領域３は、位置検出信号の位相が前記正相を反転した逆相（第２の位相）の場合に内側送信コイル１１２の出力レベルが外側送信コイル１１１の出力レベルよりも大きい領域である。
図８〜図１０、本最良の形態に係る位置検出装置における送信コイル１１１、１１２の選択切換動作を説明するための説明図である。

以下、図１〜図１０を用いて、本最良の形態に係る位置検出装置の動作を詳細に説明する。
先ず、電源投入時等、位置検出装置１００が位置指示器１２０の位置を把握していない場合の検出動作（オールスキャン動作）を説明する。
オールスキャン動作を概略説明すると、位置検出装置１００は、制御部１０１の制御の下、受信選択部１０８が一端部側のセンサコイルＫ１から他端部側センサコイルＫ１０まで順次走査すると共に、位置指示器１２０が位置する領域において最も大きな位置検出用信号を供給可能な送信コイル１１１、１１２を正相又は逆相で選択駆動し、位置指示器のＸ方向における位置を検出する。Ｙ方向についても同様にして、Ｙ方向センサコイル１１５を一端部側から他端部側へ順次走査すると共に、位置指示器１２０が位置する領域において最も大きな位置検出用信号を供給可能な送信コイル１１１、１１２を正相又は逆相で選択駆動し、位置指示器１２０のＹ方向における位置を検出する。これにより、位置指示器１２０のＸＹ座標を検出する。

次に、オールスキャンによる前記位置検出動作を詳述すると、送信信号発生部１０２は制御部１０１の制御により、所定の単位時間幅の位置検出用信号を出力する。ドライバ１０３は制御部１０１の制御により、前記位置検出用信号を増幅して出力する。送信選択部１０４は制御部１０１の制御により、複数の送信コイル１１１、１１２の中のいずれか１つの送信コイルを選択し、ドライバ１０３からの前記位置検出用信号を該選択した送信コイルに出力する。
送信コイル１１１、１１２の選択動作を、図７を参照して説明すると、領域３内のセンサコイルＫ１、Ｋ２、Ｋ９、Ｋ１０を選択して位置指示器１２０からの位置指示信号を受信する場合には、内側送信コイル１１２から位置検出用信号を送信して位置指示器１２０の位置検出動作を行う。この場合、送信信号発生部１０２は制御部１０１の制御により、所定の単位時間幅の位置検出用信号として位相が逆相の信号を送信する。

領域２内のセンサコイルＫ３、Ｋ４、Ｋ７、Ｋ８で位置指示器１２０からの位置信号を受信する場合には、外側送信コイル１１１から所定単位時間幅の位置検出用信号を送信して位置指示器１２０の位置検出動作を行う。この場合、送信信号発生部１０２は制御部１０１の制御により、位置検出用信号として位相が正相の信号を送信する。
また、領域１内のセンサコイルＫ５、・・・、Ｋ６で位置指示器１２０からの位置信号を受信する場合には、内側送信コイル１１２から所定単位時間幅の位置検出用信号を送信して位置指示器１２０の位置検出動作を行う。この場合には、送信信号発生部１０２は制御部１０１の制御により、位置検出用信号として位相が正相の信号を送信する。

送信選択部１０４で選択した送信コイル（例えば送信コイル１１１）からは、図２に示すように、所定の単位時間幅の位置検出用信号２０１ａが出力される。位置指示器１２０は、選択した送信コイル１１１からの位置検出用信号２０１ａを電磁結合によって受信し、位置指示用信号２０２ａを位置検出装置１００に対して返送する。
位置検出装置１００側では、制御部１０１は、受信選択部１０８がＸ方向センサコイル１１４を一端部側から他端部側（Ｋ１からＫ１０側）へ順次選択して走査するように、受信選択部１０９を制御する。これにより、先ず第１番目のＸ方向センサコイルＫ１が位置指示用信号２０２ａを受信する。尚、この場合、位置指示用信号２０２ａを受信するのは、領域３に配設されたＸ方向センサコイルＫ１であるため、前記位置指示用信号２０２ａを出力する送信コイルは内側送信コイル１１２である。

Ｘ方向センサコイルＫ１で受信した前記位置指示用信号は、Ｘ方向検出信号として、受信選択部１０８を介して受信アンプ１０９に出力される。前記Ｘ方向検出信号は受信アンプ１０９で増幅された後、検出部１１０に出力される。検出部１１０は前記検出信号のレベルを、検出部１１０の内部に設けられている記憶手段としてのメモリ（図示せず）に一旦記憶する。
Ｘ方向センサコイルＫ１について前記動作を４回行い、検出部１１０内の前記メモリに記憶する。検出部１１０は、検出部１１０内の前記メモリに記憶した前記４回分のデータの平均値をＸ方向センサコイルＫ１のＸ方向検出信号レベルとして、前記メモリに記憶する。

前記動作を全Ｘ方向センサコイル１１４についてセンサコイルＫ１からセンサコイルＫ１０まで順次行うことによって、検出部１１０は、全Ｘ方向センサコイルＫ１〜Ｋ１０の検出信号レベル（Ｘ方向検出信号レベル）を取得して、前記メモリに記憶する。尚、前述したように、位置指示器１２０の属する領域１〜３に応じて、位置指示器１２０に最大の位置検出用信号を供給可能な送信コイル１１１又は送信コイル１１２が選択されると共に、位置検出信号の位相が逆転しないように選択された送信コイル１１１又は送信コイル１１２が駆動され、常に正相の信号が位置検出用信号として位置指示器１２０に送信される。
検出部１１０は、全Ｘ方向センサコイルＫ１〜Ｋ１０の検出信号レベルのうちの上位３点を選択し、前記３点の検出レベルを用いて放物線近似により、最大レベル点を算出する。前記最大レベル点の座標が、位置指示器１２０のＸ座標に相当する。
位置指示器１２０の信号強度が所定値に達しない場合、即ち、位置指示器１２０が検出されなかった場合は、全Ｘ方向センサコイルＫ１〜Ｋ１０のスキャンを繰り返す。

次に、位置検出装置１００は、前記同様の動作を全Ｙ軸方向センサコイル１１５について順次行う。
即ち、制御部１０１は、全Ｙ方向センサコイル１１５を一端部（コイルＬ１）側から他端部（コイルＬ１０）側へ順次選択して走査する。検出部１１０は、Ｘ方向センサコイル１１４について行ったのと同様の方法で、位置指示器１２０のＹ座標を算出する。尚、センサ領域はＹ方向にも図７と同様に３つの領域に区分されており、選択するＸ方向センサコイル１１４の属する領域１〜３に応じて送信コイル１１１、１１２を選択駆動したのと同様に、選択するＹ方向センサコイル１１５の属する領域に応じて、送信選択部１０４が送信コイル１１１又は送信コイル１１２を選択すると共に、位置検出信号の位相が逆転しないように選択された送信コイル１１１又は送信コイル１１２が駆動され、常に正相の信号が位置検出用信号として位置指示器１２０に送信される。

以上のようにして、検出部１１０は位置指示器１２０のＸ座標及びＹ座標（ＸＹ座標）を検出する。
検出部１１０は、このようにして検出した位置指示器１２０のＸＹ座標のデータを制御部１０１に出力する。
制御部１０１は、一旦、位置指示器１２０の位置を検出すると、後述するようにして、位置指示器１２０と複数の送信コイル１１１、１１２との相対的な位置関係に応じて、位置指示器１２０が位置する領域において、位置指示器１２０に最大の位置検出信号を供給できるよう、複数の送信コイル１１１、１１２の中のいずれか一つを選択するように送信選択部１０４を制御すると共に、位置指示器１２０に供給する所定単位時間幅の位置検出用信号の位相が常に正相となるよう（逆転しないよう）該選択した送信コイルを正相又は逆相で駆動するように送信信号発生部１０２を制御する。

同時に、制御部１０１は、位置指示器１２０が位置する領域及びその周辺領域に配設された所定数のセンサコイル１１４、１１５（例えば、位置指示器１２０が位置する領域のセンサコイル及び位置指示器１２０が位置する領域に隣接して配設された他の領域の複数のセンサコイル）を順次選択走査（セクタスキャン）して、位置指示器１２０の位置検出を行う。
次に、位置指示器１２０と送信コイル１１１、１１２の相対的位置関係に応じて、複数の送信コイル１１１、１１２を選択して正相又は逆相駆動すると共にセクタスキャンする場合の動作を説明する。尚、位置指示器１２０が、選択駆動する送信コイルの内側に位置するかあるいは外側に位置するかに応じて、該送信コイルを駆動する信号の位相を逆転し位置指示器１２０に常に同相の所定単位時間幅の位置検出用信号を送信するようにしている。

図７において、送信選択部１０４は、複数の送信コイル１１１、１１２の中から送信コイルを選択する場合、位置指示器１２０が位置する領域において位置指示器１２０に最も強い信号を送信可能な送信コイルを選択する。
即ち、位置指示器１２０が領域１に存在する場合には、内側送信コイル１１２から位置検出用信号を送信して位置指示器１２０の位置検出動作を行う。この場合には、位置指示器１２０は、選択した送信コイル１１２の内側（センサ領域１０５の中央側）に位置するため、送信信号発生部１０２が送信コイル１１２側へ出力する位置検出用信号の位相は正相である。

図８は、位置指示器１２０が領域１に存在する場合の送信コイル１１１、１１２の駆動動作を示している。図８に示すように、位置指示器１２０が領域１に存在する場合には、外側送信コイル１１１は駆動せずに、内側送信コイル１１２のみを正相で駆動する。内側送信コイル１１２に矢印方向（正相）の電流を流して、所定単位時間幅の正相の位置検出信号を交番磁界で発生させる。位置指示器１２０は、電磁結合によって所定単位時間幅の正相の位置検出信号で励振される。
位置指示器１２０が領域２に存在する場合には、外側送信コイル１１１から位置検出用信号を送信して位置指示器１２０の位置検出動作を行う。この場合にも、位置指示器１２０は、選択した送信コイル１１１の内側に位置するため、送信信号発生部１０２が送信コイル１１１側へ出力する位置検出用信号の位相は正相である。

図９は、位置指示器１２０が領域２に存在する場合の送信コイル１１１、１１２の駆動動作を示している。図９に示すように、位置指示器１２０が領域２に存在する場合には、内側送信コイル１１２は駆動せずに、外側送信コイル１１１のみを正相で駆動する。外側送信コイル１１１に矢印方向（正相）の電流を流して、正相の位置検出信号を交番磁界で発生させる。位置指示器１２０は、電磁結合によって正相の位置検出信号で励振される。

図１０は、位置指示器１２０が領域３に存在する場合の送信コイル１１１、１１２の駆動動作を示している。図１０に示すように、位置指示器１２０が領域３に存在する場合には、外側送信コイル１１１は駆動せずに、内側送信コイル１１２のみを逆相で駆動する。内側送信コイル１１２に矢印方向（逆相）の電流を流して、正相の位置検出用信号を交番磁界で発生させる。この場合も、位置指示器１２０は、電磁結合によって正相の信号で励振される。

以上のように、前記信号送信手段は、前記複数の送信コイル１１１、１１２が配設されたセンサ領域１０５を複数の領域１〜３に区分し、位置指示器１２０が位置する領域において位置指示器１２０に対して最も大きな位置検出用信号を供給可能な送信コイルを選択して駆動することにより位置指示器１２０に位置検出用信号を供給するように構成している。
また、位置指示器１２０が、駆動する送信コイルの内側（センサ領域の中央側）に位置するか、あるいは、駆動するコイルの外側（センサ領域の周辺側）に位置するかによって、該送信コイルを駆動する位置検出用信号の位相を逆転させている。したがって、位置指示器１２０は常に同相（正相）の信号で励振されることになる。

一旦位置指示器１２０のコイルが励磁されると、励磁が停止しても、発生した誘導電圧は徐々に減少するが、次の励磁までに全てが消滅する訳ではなく、位置指示器１２０には残留誘導電圧が存在する。位置検出装置１２０の位置を検出するときには、前記残留誘導電圧を考慮して計算を行うが、位置指示器１２０の位置によって逆相の励磁が行われると、前記残留誘導電圧が打ち消されてしまうことになる。これにより、位置指示信号が本来の強度とならず、その結果、位置指示器１２０の検出位置に誤差が生じることになる。本実施の形態のように、送信コイルから送出される位置検出信号を常に同一極性（同相）にすることにより、前記残留誘導電圧の影響によって生じる位置検出誤差を抑制することが可能になる。

前記の如く送信コイル１１１、１１２を選択駆動すると共に、これに同期して、制御部１０１は、位置指示器１２０が位置する領域及びその周辺領域に配設された所定数のセンサコイル１１４、１１５（例えば、位置指示器１２０が位置する領域のセンサコイル及び位置指示器１２０が位置する領域に隣接して配設された他の領域の複数のセンサコイル）を順次選択走査（セクタスキャン）して、位置指示器１２０の位置検出を行う。
以後、前記動作を繰り返すことにより、位置指示器１２０の位置を検出する。

以上述べたように、本発明の最良の形態に係る位置検出装置によれば、少なくとも１つのコイルを有し位置を指示するための位置指示器１２０との間で、電磁結合によって信号の送受信を行うことにより位置指示器１２０の指示位置を検出する位置検出装置１００において、位置指示器１２０に位置検出用信号を送信するための送信コイル１１１、１１２と、位置指示器１２０からの信号を受信するための複数のセンサコイル１１４、１１５と、送信コイル１１１、１１２が前記位置検出用信号を発生するように送信用コイル１１１、１１２に駆動電流を供給する信号送信手段と、複数のセンサコイル１１４、１１５を順次選択して位置指示器１２０からの信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した信号に基づいて位置指示器１２０の指示位置を検出する検出手段と、送信コイル１１１、１１２とともに直列共振回路を構成するコンデンサ１０６とを備えて成り、前記信号送信手段は、送信コイル１１１、１１２に対する前記駆動電流の供給開始時及び供給停止時に、コンデンサ１０６の両端電圧が基準電位を中心とする交番信号になるように前記駆動電流を制御することを特徴としている。

また、前記位置検出装置１００における前記信号送信手段は、送信コイル１１１、１１２に対する前記駆動電流の供給開始時に、前記駆動電流が供給停止状態から最大振幅値に立ち上がるまでの時間ｋＴが、前記駆動電流の周期Ｔの整数ｋ倍（略整数ｋ倍の範囲の値を含む）の時間となるように前記駆動電流を供給している。
また、前記信号送信手段は、更に、送信コイル１１１、１１２に対する前記駆動電流の供給停止時には、前記駆動電流が最大振幅値から供給停止状態になるまでに要する時間ｎＴが、前記駆動電流の周期Ｔの整数ｎ倍（略整数ｎ倍の範囲の値を含む）の時間となるように前記駆動電流を供給している。

また、前記信号送信手段は、更に、送信コイル１１１、１１２に対する前記駆動電流の供給中は、前記駆動電流が最大振幅値を継続する時間ｍＴが、前記駆動電流の周期Ｔの整数ｍ倍（略整数ｍ倍の範囲の値を含む）の時間となるように前記駆動電流を供給している。
また、前記信号送信手段は、所定レベルの最大振幅値を有する交番信号を発生する交番信号発生手段と、前記交番信号発生手段から出力される交番信号の立ち上がり時に、前記交番信号が供給停止状態から前記最大振幅値に立ち上がるまでの時間ｋＴが、前記交番信号の周期Ｔの整数ｋ倍（略整数ｋ倍の範囲の値を含む）の時間となるように前記前記交番信号の振幅を制御する振幅制御手段と、前記振幅制御手段で制御された振幅の前記交番信号に対応する波形の電流を前記駆動電流として送信コイル１１１、１１２に供給する電流供給手段とを備えている。

また、前記振幅制御手段は、更に、送信コイル１１１、１１２に対する前記駆動電流の供給停止時には、前記交番信号が前記最大振幅値から供給停止状態になるまでに要する時間ｎＴが、前記交番信号の周期Ｔの整数ｎ倍（略整数ｎ倍の範囲の値を含む）の時間となるように前記交番信号の振幅を制御し、前記電流供給手段は、前記振幅制御手段で制御された振幅の前記交番信号に対応する波形の電流を前記駆動電流として送信コイル１１１、１１２に供給している。

また、前記振幅制御手段は、更に、送信コイル１１１、１１２に対する前記駆動電流の供給中は、前記交番信号が前記最大振幅値を継続する時間ｍＴが、前記交番信号の周期Ｔの整数ｍ倍（略整数ｍ倍の範囲の値を含む）の時間となるように前記交番信号の振幅を制御し、前記電流供給手段は、前記振幅制御手段で制御された振幅の前記交番信号に対応する波形の電流を前記駆動電流として送信コイル１１１、１１２に供給している。
また、前記振幅制御手段は、前記交番信号の包絡線が正側及び負側に各々、台形状になるように前記交番信号の振幅を制御している。
したがって、電磁結合方式の位置検出装置１００において、低電圧駆動でも良好に位置指示器の位置等を検出することが可能になる。

また、前記信号送信手段は、位置指示器１２０の位置に応じて前記複数の送信コイルのうちのいずれかを選択し、前記位置検出用信号を送信するように該選択した送信用コイルに前記駆動電流を供給している。
また、前記信号送信手段は、位置指示器１２０が、送信コイル１１１、１１２の内側に位置する場合と外側に位置する場合とによって、該送信コイル１１１、１１２を駆動する信号の位相を逆転し位置指示器１２０に常に同相の位置検出用信号を送信している。
また、複数の送信コイル１１１、１１２は、第１の送信コイルと、前記第１の送信コイルの外側に同心状に配設された第２の送信コイルによって構成されている。

また、位置指示器１２０の位置を検出可能なセンサ領域を、前記位置検出用信号を第１の位相で送信したときに前記第１の送信コイルが前記第２の送信コイルよりも大きなレベルの位置検出用信号を送信可能な第１領域、前記位置検出用信号を前記第１の位相で送信したときに前記第２の送信コイルが前記第１の送信コイルよりも大きなレベルの位置検出用信号を送信可能な第２領域、前記位置検出用信号を前記第１の位相を逆転した第２の位相で送信したときに前記第１の送信コイルが前記第２の送信コイルよりも大きなレベルの位置検出用信号を送信可能な第３領域に区分し、前記信号送信手段は、前記位置指示器が前記第１領域に位置するときは前記第１の送信コイルから前記位置検出用信号を前記第１の位相で送信するようにし、前記位置指示器が前記第２領域に位置するときは前記第２の送信コイルから前記位置検出用信号を前記第１の位相で送信するようにし、前記位置指示器が前記第３領域に位置するときは前記第１の送信コイルから前記位置検出用信号を前記第２の位相で送信するようにしている。

また、前記受信手段は、前記位置指示器が前記第１領域に位置するときは前記第１領域及びその周辺に配設された所定の複数のセンサコイルを順次選択して前記位置指示器からの信号を受信し、前記位置指示器が前記第２領域に位置するときは前記第２領域及びその周辺に配設された所定の複数のセンサコイルを順次選択して前記位置指示器からの信号を受信し、前記位置指示器が前記第３領域に位置するときは前記第３領域及びその周辺に配設された所定の複数のセンサコイルを順次選択して前記位置指示器からの信号を受信するようにしている。
したがって、位置指示器１２０の位置を検出不能な領域を小さくすることが可能になる。

尚、前記最良の形態では、振幅制御値発生回路２０２で台形状の信号を発生させることにより、送信コイルに対する駆動電流の立ち上がりと立ち下がりを直線的に変化させたが、振幅制御値発生回路２０２で発生する信号の形態を変えることにより、立ち上がり時には所定の曲線に沿って単調増加するように構成してもよく又、立ち下がり時には所定の曲線に沿って単調減少するように構成してもよく、さらには、種々の曲線で立ち上がりや立ち下がりを行うように構成してもよい。

また、前記最良の形態では、交番信号である擬似的ＳＩＮ波信号を疑似ＳＩＮ波発生回路２０１で発生すると共に、前記擬似的ＳＩＮ波信号を振幅制御値発生回路２０２で制御することによって図４に示すような駆動電流を発生させているが、信号送信手段を、図４に示したような信号の立ち上がりから立ち下がりまでの全波形データを予め記憶手段に記憶しておき、前記記憶手段に記憶した波形データを随時読み出すことによって、図４に示した波形の駆動電流を出力するように構成してもよい。

また、前記最良の形態では、位置指示器の位置の算出処理等が簡単になるように複数の送信コイルを同心状に配設したが、必ずしも同心状に配設する必要はなく、相互に重なるように複数の送信コイルを配設する等、種々の態様に複数の送信コイルを配設するように構成可能である。
また、前記最良の形態では送信コイルが２つの例と３つの例で説明したが、送信コイルはいくつでもよい。
また、送信コイル１１１、１１２は、必ずしもセンサコイル１１４、１１５の外側に配設する必要はない。

また、本最良の形態では、位置指示器１２０を励磁する位置検出用信号の位相が同相になるように駆動したが、同相にする必要がない場合には位相を逆転して同相にする必要はない。
また、コンデンサ１０６と接地電位間にキャリブレーション用の抵抗器を配設すると共にコンデンサ１０６と前記抵抗器との接続点を受信選択部１０８に接続するように構成し、送信信号発生部１０２側から送信コイル１１１、１１２を介して受信選択部１０８側にキャリブレーション用信号を供給し、コンデンサ１０６と前記抵抗器の接続点の電位を検出部１１０で検出し、送信コイル１１１、１１２の特性の相違等による測定誤差の発生を防止するために補正を行うようにしてもよい。

また、前記最良の形態では、センサ部１０５に配設した送信専用の送信コイル１１１、１１２から位置指示器１２０に信号を送信し、位置指示器１２０からの信号を検出専用のセンサコイル１１４、１１５で受信するように構成したが、他の構成の位置検出装置にも適用可能である。
例えば、信号送信及び信号検出を兼用した複数の送受信用コイルをマトリクス状に配設し、前記各送受信コイルから順次、コイルを有する位置指示器に電磁結合で信号を送信すると共に、前記信号を送信した送受信コイルで前記位置指示器からの電磁結合で信号を検出し、これによって前記位置指示器の指示位置を検出するようにした位置検出装置にも適用可能である。また、信号送信用の複数の送信コイルをマトリクス状に配設し、前記各送信コイルから順次、コイルを有する位置指示器に電磁結合で信号を送信すると共に、前記位置指示器で前記コイルからの信号を電磁結合で検出し、前記位置指示器で検出した信号に基づいて前記位置指示器の指示位置を検出するようにした位置検出装置にも適用可能である。

ＣＡＤ（Computer Aided Design）、コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話機、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）等の入力装置、３次元空間における入力装置の位置や姿勢等の３次元情報を検出する検出装置等に利用可能である。
また、ＲＦ−ＩＤ等、識別コード、信号あるいはエネルギ等を出力するためのコイルに電流を供給する回路にも適用可能である。

本発明の最良の形態に係る位置検出装置のブロック図である。 本発明の最良の形態に使用する構成要素の詳細ブロック図である。 本発明の最良の形態に使用する構成要素の詳細ブロック図である。 本発明の最良の形態の動作を説明するための信号の波形図である。 本発明の最良の形態の動作を説明するための信号の波形図である。 本発明の最良の形態のタイミング図である。 本発明の最良の形態の動作説明図である。 本発明の最良の形態の動作説明図である。 本発明の最良の形態の動作説明図である。 本発明の最良の形態の動作説明図である。 従来の位置検出装置の動作を説明するための概略図である。 従来の位置検出装置の動作説明図である。 従来の位置検出装置の動作説明図である。 従来の位置検出装置の動作説明図である。

符号の説明

１００・・・位置検出装置
１２０・・・位置指示器
１０１・・・信号送信手段、受信手段及び検出手段を構成する制御部
１０２・・・信号送信手段を構成する送信信号発生部
１０３・・・信号送信手段及び電流供給手段を構成するドライバ
１０４・・・信号送信手段を構成する送信選択部
１０５・・・センサ部
１０６・・・コンデンサ
１０８・・・受信手段を構成する受信選択部
１０９・・・受信手段を構成する受信アンプ
１１０・・・検出手段を構成する検出部
１１１、１１２・・・送信コイル
１１３・・・受信部
１１４、１１５・・・センサコイル
２０１・・・交番信号発生手段としての疑似ＳＩＮ波発生回路
２０２・・・振幅制御手段としての振幅制御値発生回路
２０３・・・電流供給手段を構成するデジタル乗算器
２０４・・・電流供給手段を構成するデジタル／アナログ変換器
２０５・・・電流供給手段を構成する低域フィルタ

Claims (5)

1. 少なくとも１つのコイルを有し位置を指示するための位置指示器との間で、電磁結合によって信号の送受信を行うことにより前記位置指示器の指示位置を検出する位置検出装置において、
   前記位置指示器に位置検出用信号を送信するための送信コイルと、前記位置指示器からの信号を受信するための複数のセンサコイルと、前記送信コイルが前記位置検出用信号を発生するように前記送信コイルに駆動電流を供給する信号送信手段と、前記複数のセンサコイルを順次選択して前記位置指示器からの信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した信号に基づいて前記位置指示器の指示位置を検出する検出手段と、前記送信コイルとともに直列共振回路を構成するコンデンサとを備えて成り、
   前記信号送信手段は、交番信号を発生する交番信号発生手段と、前記交番信号発生手段から出力される交番信号の包絡線が所定形状になるように前記交番信号の振幅を制御する振幅制御手段と、前記振幅制御手段で制御された振幅の前記交番信号に対応する波形の電流を前記駆動電流として前記送信コイルに供給する電流供給手段とを有し、前記送信コイルに対する前記駆動電流の供給開始時及び供給停止時に、前記コンデンサの両端電圧が基準電位を中心とする交番信号になるように前記駆動電流を制御することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記交番信号発生手段は、所定レベルの最大振幅値を有する交番信号を発生し、
   前記振幅制御手段は、前記交番信号の包絡線が正側及び負側に各々、台形状になるように前記交番信号の振幅を制御することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記送信コイルは複数の送信コイルによって構成されると共に、前記コンデンサは前記複数の送信コイルに共通接続された単一のコンデンサであることを特徴とする請求項１又は２記載の位置検出装置。
4. 前記各送信コイルと前記コンデンサによって構成される直列共振回路の共振周波数は前記駆動電流の周期に略等しいことを特徴とする請求項３記載の位置検出装置。
5. 前記信号送信手段は、前記位置指示器の位置に応じて前記複数の送信コイルのうちのいずれかを選択し、前記位置検出用信号を送信するように該選択した送信コイルに前記駆動電流を供給することを特徴とする請求項３又は４記載の位置検出装置。

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