JP4364685B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
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。
このように、前記特許文献1に記載された位置検出システムでは、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。
しかしながら、受信センサコイル1002が存在しないために前記位置指示器の位置が検出不能な領域、即ち、送信コイル1001と受信センサコイル1002との間の無効エリア1003が大きくなってしまうという問題がある。
本発明は、電磁結合方式の位置検出装置において、位置指示器の位置を検出不能な領域を小さくすることを課題としている。
前記信号送信手段は、前記位置指示器が、送信コイル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、該送信コイルを駆動する信号の位相を制御することで、前記位置指示器を同相の信号で励磁するように構成してもよい。
また、前記位置指示器の位置を検出可能なセンサ領域は、第1の位相の信号で励磁したときに前記第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で位置指示器を励磁する第1領域、前記第1の位相の信号で励磁したときに前記第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で位置指示器を励磁する第2領域、前記第1の位相を逆転した第2の位相の信号で励磁したときに前記第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で位置指示器を励磁する第3領域に区分され、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第1の位相の信号で励磁し、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第1の位相の信号で励磁し、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第2の位相の信号で励磁するように構成してもよい。
また、前記各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を備えて成るように構成してもよい。
また、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、本発明によれば、電磁結合方式の位置検出装置において、位置指示器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。また、検出誤差を抑制することが可能になる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る位置検出システムの構成を示すブロック図である。
本第1の実施の形態に係る位置検出システムは、位置を指示するための位置指示器120及び位置指示器120の位置を検出するための位置検出装置100を備えている。
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、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駆動する送信選択部104、センサ領域であるセンサ部105、コンデンサ106、抵抗107、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、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、検出部109は検出手段を構成している。
送信信号発生部102は、制御部102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。
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、少ない電力で、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、略(例えば、±20%の誤差範囲内で)等しければよい。
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。
図3は、本第1の実施の形態に係る位置検出システム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3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4〜図6は、本第1の実施の形態に係る位置検出システム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。
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。
送信コイル111、112の選択動作を、図3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、位置検出用信号として位相が逆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。
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。
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。
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3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。
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。
図3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5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5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6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6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。
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。
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。
本第2の実施の形態に係る位置検出システムは、位置を指示するための位置指示器120及び位置指示器120の位置を検出するための位置検出装置700を備えている。
位置指示器120は、前記第1の実施の形態と同様に、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。
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、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701、703は受信手段を構成し、検出部702、704は検出手段を構成している。
制御部101は、位置検出装置700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、第1受信アンプ701、第1検出部702、第2受信アンプ703、第2検出部704を制御する。
本第2の実施の形態では、前記第1の実施の形態と同様に、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、相互に重ならないように並設されており、各送信コイル111、112の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。外側の送信コイル111は、内側の送信コイル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。
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。
受信アンプ701は制御部101の制御により、受信選択部108からのX方向検出信号を増幅して検出部702に出力する。検出部702は、受信アンプ701からのX方向検出信号に基づいて、位置指示器120のX座標位置を算出し、制御部101に出力する。
制御部101は、検出部702、704で検出した位置指示器120のX座標位置及びY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。
以下、図7、図8を用いて、本第2の実施の形態の動作を詳細に説明する。尚、本第2の実施の形態における送信コイル111、112の選択、駆動動作は、前記第1の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
この場合の動作を概略説明すると、位置検出装置700は、制御部101の制御の下、送信コイル111、112を図3に示すように選択駆動すると共に、これに同期して受信選択部108が、全てのX方向センサコイル114を順次走査することによってX方向の走査を行うと共に、前記X方向の走査と並行して全てのY方向センサコイル115を順次走査することによってY方向の走査(オールスキャン)を行い、位置指示器120の位置を検出する。
位置検出装置700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(コイルK1)側から他端部(コイルK10)側へ順次選択して走査し、同時に、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ように、受信選択部108を制御する。これにより、第1番目のX方向センサコイルK1が位置指示用信号202aを受信すると共に、第1番目のY方向センサコイルL1が位置指示用信号202aを受信する。
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702内の前記メモリに記憶する。検出部702は、検出部702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。
Y方向センサコイルL1について前記動作を4回行い、検出部704内の前記メモリに記憶する。検出部704は、検出部704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Y方向センサコイルL1のY方向検出信号レベルとして、前記メモリに記憶する。
以上述べたように、本第2の実施の形態においても、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。また、位置指示器120を常に同相の信号で励振させることが可能になる。したがって、位置指示器120に生じる残留誘導電圧の影響で、位置指示器120の検出位置の誤差を抑制することが可能になる。
また、本第2の実施の形態ではX方向センサコイル114の走査とY方向センサコイル115の走査を並行して行うように構成しているため、前記第1の実施の形態と比べてセンサコイルのスキャンレートを2倍にすることが可能になり、短時間での位置検出が可能になる。
本第3の実施の形態に係る位置検出システムのブロック図は省略するが、前記第1の実施の形態の位置検出装置100が2つの送信コイル111、112を備えているのに対して、本第3の実施の形態の位置検出装置は3つの送信コイル901、902、903を備えている点で相違しているが、その他の構成は図1と同様である。尚、本第3の実施の形態における位置検出装置を、前記第2の実施の形態と同様に、X方向用の受信アンプ及び検出部、Y方向用の受信アンプ及び検出部を用いて、X方向検出信号及びY方向検出信号を並行して検出するように構成してもよい。
図9において、C1〜C18はX方向センサコイルである。信号906は、外側送信コイル901に位置検出用信号を供給した場合に、外側送信コイル901から放出される交番磁界の信号レベルを示している。信号905は、中央側送信コイル902に位置検出用信号を供給した場合に、中央側送信コイル902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904は、内側送信コイル903に位置検出用信号を供給した場合に、内側送信コイル901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、位置指示器が、選択した送信コイル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、該送信コイルを駆動する信号の位相を逆転し、位置指示器に常に同相の位置検出用信号を交番磁界で送信するように構成している。
同時に、制御部は、位置指示器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(例えば、位置指示器が位置する左側の領域5のセンサコイルC1、C2及び位置指示器120が位置する左側の領域5に隣接して配設された他の領域(左側の領域4)の複数のセンサコイルC3、C4)を順次選択走査(セクタスキャン)して、位置指示器の位置検出を行う。
位置指示器が左側の領域3に存在する場合には、外側送信コイル901から位置検出用信号を送信して位置指示器の位置検出動作を行う。この場合には、位置指示器は送信コイル901の内側に位置するため、送信信号発生部からは正相の位置検出用信号が送信コイル901へ供給される。位置検出器からの信号の受信は、左側の領域3に存在するセンサコイルC5、C6及び左側の領域3の周辺に配設されたセンサコイルC4、C7で行う。
位置指示器が左側の領域2に存在する場合には、中央側送信コイル902から位置検出用信号を送信して位置指示器の位置検出動作を行う。この場合にも、位置指示器は送信コイル902の内側に位置するため、送信信号発生部からは正相の位置検出用信号が送信コイル902へ供給される。位置検出器からの信号の受信は、左側の領域2に配設されたセンサコイルC7、C8及び左側の領域2の周辺に配設された複数のセンサコイルC6、C9で行う。
これにより、位置指示器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。また、位置指示器を常に同相の信号で励振することによって位置検出を行うことにより、残留誘導電圧の影響によって生じる検出位置の誤差を抑制することが可能になる。
また、前記信号送信手段は、前記位置検出手段が検出した前記位置指示器の位置及び選択した送信コイルの相対的位置関係から、前記位置指示器に対して供給する位置検出用信号の位相が逆転しないように該選択した送信コイルを駆動するように構成している。例えば、前記信号送信手段は、前記位置指示器が、選択した送信コイルの内側(センサ領域の中央側)に位置する場合と外側(センサ領域の外周部側)に位置する場合とによって、該選択した送信コイルを駆動する信号の位相を逆転し前記位置指示器に常に同相の位置検出用信号を送信するように構成しているため、位置指示器120に生じる残留誘導電圧の影響で、位置指示器120の検出位置に生じる誤差を抑制することが可能になる。
また、複数の送信コイル111、112は位置検出用信号の送信専用の送信コイルであり又、センサコイル114、115は位置指示信号の受信専用のセンサコイルであるため、センサコイルが送信コイルを兼ねる方式に比べて、送信コイルの本数を少なくすることが可能であり、送信選択部の回路規模を小さくすることが可能になる。
また、前記実施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、送信コイルは複数であればいくつでもよい。
また、送信コイル111、112、901〜903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、本実施の形態では、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。
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、701、703・・・受信手段を構成する受信アンプ
110、702、704・・・検出手段を構成する検出部
111、112・・・送信コイル
114、115・・・センサコイル
Claims (5)
- 共振回路を構成する少なくとも1つのコイルを備えた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、
前記位置指示器に備えられた前記コイルを励磁するための複数の送信コイルと、
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、
前記複数の送信コイルを前記位置指示器の位置に応じて選択し、該選択した送信コイルを駆動すると共に前記選択した送信コイルと前記位置指示器との間の位置関係に応じて前記選択した送信コイルに供給する信号の位相を制御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位置検出手段とを備えて成ることを特徴とする位置検出装置。 - 前記信号送信手段は、前記位置指示器が、送信コイル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、該送信コイルを駆動する信号の位相を制御することで、前記位置指示器を同相の信号で励磁することを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
- 前記位置指示器の位置を検出可能なセンサ領域は、第1の位相の信号で励磁したときに前記第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で位置指示器を励磁する第1領域、前記第1の位相の信号で励磁したときに前記第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で位置指示器を励磁する第2領域、前記第1の位相を逆転した第2の位相の信号で励磁したときに前記第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で位置指示器を励磁する第3領域に区分され、
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第1の位相の信号で励磁し、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第1の位相の信号で励磁し、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第2の位相の信号で励磁することを特徴とする請求項2記載の位置検出装置。 - 前記各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を備えて成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載の位置検出装置。
- 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4記載の位置検出装置。
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