JP4619268B2 - 位置検出方法及び位置検出システム - 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）等の入力システム等に利用され、共振回路を有し位置を指示するための指示器と、前記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指示器による指示位置を検出する位置検出装置とを用いた位置検出方法及びこれに適した位置検出システムに関する。

従来から、ＣＡＤの入力装置やコンピュータの入力システム等として、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、前記指示器による指示位置を前記位置検出装置で検出するようにした電磁結合方式の位置検出システムが利用されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の位置指示システムにおいて、指示器による指示位置を確実に検出するため、指示器と位置検出装置のセンサコイル間で、各センサコイル毎に複数回送受信を繰り返し、得られた受信信号値の合計を用いて位置を検出するように構成している。

図４は、指示器と１つのセンサコイル間で行う送受信動作のタイミング図で、位置検出装置から指示器に送信する位置検出用信号を示すタイミング図である。図４に示すように、各センサコイル毎に、送信期間において位置検出装置から指示器に信号を送信すると共に受信期間において指示器からの位置指示用信号を位置検出装置のセンサコイルで検出するような送受信走査を所定回数（図４の例では４回）行い、得られた受信信号値の合計を用いて指示器による指示位置を算出するようにしている。

この場合、位置検出装置から送信する位置検出用信号の周波数は指示器に含まれる共振回路の共振周波数にほぼ一致するように構成されており、これにより、指示器に対する励振効率を大きくすることができるため、より正確な位置検出が可能になる。
特開平５−８８８１１号公報

しかしながら、製造時のバラツキ等により、指示器の共振周波数は必ずしも位置検出用信号の周波数に完全一致する訳ではなく又、筆圧を検出する方法として信号の周波数を若干ずらすように構成する場合があり、このような場合、前記のように複数回繰り返して得られた受信信号の合計値が、回数分程大きくならない場合がある。
図５は、この様子を示す波形図である。図５において、位置検出装置から送信される位置検出用信号が、信号５０１で示すように、指示器の共振周波数（例えば、５００ｋＨｚ）に一致する場合には、指示器を効率的に励振できるため、指示器からは大きな位置指示用信号が出力される。

しかしながら、位置検出用信号が信号５０２、５０３に示すように、前記共振周波数から大きくずれると、指示器に対する励振効率が低下してしまうため、指示器から出力される位置指示用信号のレベルは低下する。
したがって、位置検出装置から送信される位置検出用信号と指示器の共振周波数とのズレによって、指示器による指示位置の検出精度が低下する恐れがあるという問題がある。

特に、指示器の共振回路のＱが高い場合、位置検出用信号の周波数と指示器の共振周波数が僅かにズレた場合でも励振効率が大きく低下してしまうため、位置指示用信号が大きく低下し、位置検出精度が低下する恐れがあるという問題がある。
また、指示器が筆圧等の付加情報を送信するために共振周波数を変化させる機能を有する場合、位置検出用信号の周波数と指示器の共振周波数の差が大きくなるため、付加情報の検出精度が低下する恐れがあるという問題がある。

本発明は、位置を検出するための信号の周波数と指示器の共振周波数のズレに基づく検出精度の低下を抑制することを課題としている。

本発明によれば、共振回路を有し位置を指示するための指示器と位置検出装置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指示器による指示位置を検出する位置検出方法において、信号送信手段がコイル手段に含まれるコイルに駆動電流を供給することによって前記指示器に信号を送信し、受信手段が前記コイル手段に含まれる複数のコイルを順次選択して前記指示器からの信号を受信し、検出手段が前記受信手段で受信した信号に基づいて前記指示器による指示位置を検出し、前記信号送信手段は、前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に対応する位相変化量を記憶する位相変化量記憶手段を参照して、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に基づいて、前記コイル手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相変化量を決定し、次回の駆動において、前記駆動電流または電圧の位相を前記位相変化量だけ変えることを特徴とする位置検出方法が提供される。

信号送信手段は、指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に対応する位相変化量を記憶する位相変化量記憶手段を参照して、コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に基づいて、前記コイル手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相変化量を決定し、次回の駆動において、前記駆動電流または電圧の位相を前記位相変化量だけ変える。
ここで、前記信号送信手段は、前記コイル手段中の駆動対象コイル毎に所定回数ずつ前記駆動電流を供給して駆動すると共に、前記所定回数毎に、各駆動電流または電圧の位相を変えるように構成してもよい。

また、本発明によれば、共振回路を有し位置を指示するための指示器と、前記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指示器による指示位置を検出する位置検出装置とを有する位置検出システムにおいて、前記位置検出装置は、複数のコイルを有し、前記指示器に信号を送信すると共に前記指示器からの信号を受信するためのコイル手段と、前記コイル手段に含まれる複数のコイルを順次選択して前記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指示器による指示位置を検出する検出手段と、前記コイル手段が前記信号を発生するように前記コイル手段に駆動電流を供給すると共に、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に基づいて、前記コイル手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相を変える信号送信手段とを備えて成ることを特徴とする位置検出システムが提供される。
信号送信手段は、コイル手段が信号を発生するように前記コイル手段に駆動電流を供給すると共に、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に基づいて、前記コイル手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相を変える。

ここで、前記コイル手段の複数のコイルは、前記指示器に信号を送信する送信専用コイルと、前記指示器からの信号を受信する受信専用コイルとを有し、前記信号送信手段は前記送信専用コイルに駆動電流を供給し、前記受信手段は前記受信専用コイルを順次選択して前記指示器からの信号を受信するように構成してもよい。
また、前記コイル手段の複数のコイルは、前記指示器に対する信号送信と前記指示器からの信号受信とを兼用するコイルであり、前記信号送信手段が前記駆動電流を供給するコイルと前記受信手段が選択して前記指示器からの信号を受信するコイルは、同一のコイルであるように構成してもよい。
また、前記コイル手段の複数のコイルは、前記指示器に対する信号送信と前記指示器からの信号受信とを兼用するコイルであり、前記信号送信手段が前記駆動電流を供給するコイルと前記受信手段が選択して前記指示器からの信号を受信するコイルは、異なるコイルであるように構成してもよい。

また、本発明によれば、共振回路を有し位置を指示するための指示器と、前記指示器との間で電磁結合によって信号の送受信を行う位置検出装置を有し、前記指示器と位置検出装置との間で信号の送受信を行うことによって前記指示器による指示位置を検出するようにした位置検出システムにおいて、前記位置検出装置に設けられ、前記指示器に信号を送信する複数の送信専用コイルを有するコイル手段と、前記指示器に設けられ、前記コイル手段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指示器による指示位置を検出する検出手段と、前記コイル手段が前記信号を発生するように前記コイル手段に駆動電流を供給すると共に、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記受信手段が受信した信号の位相差に基づいて、前記受信手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相を変える信号送信手段とを備えて成ることを特徴とする位置検出システムが提供される。

検出手段は、受信手段で受信した信号に基づいて指示器による指示位置を検出する。信号送信手段は、コイル手段が前記信号を発生するように前記コイル手段に駆動電流を供給すると共に、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記受信手段が受信した信号の位相差に基づいて、前記受信手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相を変える。

また、前記信号送信手段は、前記コイル手段中の駆動対象コイル毎に所定回数ずつ前記駆動電流を供給して駆動すると共に、前記所定回数毎に、各駆動電流または電圧の位相を変えるように構成してもよい。
また、前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に対応する位相変化量を記憶する位相変化量記憶手段を有し、前記信号送信手段は、前記位相変化量記憶手段を参照して、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に基づいて位相変化量を決定し、次回の駆動において、前記駆動電流または電圧の位相を前記位相変化量だけ変えるように構成してもよい。
また、前記指示器は、前記共振回路の共振周波数を変更する共振周波数変更手段を備えて成るように構成してもよい。

本発明に係る位置検出方法によれば、位置検出用信号の周波数と指示器の共振周波数のズレに基づく検出精度の低下を抑制することが可能になる。
また、本発明に係る位置検出システムによれば、位置検出用信号の周波数と指示器の共振周波数のズレに基づく検出精度の低下を抑制することが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係る位置検出システムのブロック図である。
図１において、位置検出システムは、共振回路を有し位置を指示するための指示器１２０と、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、指示器１２０による指示位置を検出する位置検出装置１００とを備えている。
指示器１２０は、共振回路を有し位置を指示する装置であり、コイル１２１およびコイル１２１に並列接続されたコンデンサ１２２を有している。コイル１２１及びコンデンサ１２２によって共振回路が構成されている。また、コンデンサ１２２には可変容量コンデンサ１２３が並列接続されている。使用者の操作によって、可変容量コンデンサ１２３の容量を変化させることによって、指示器１２０の共振周波数を変えることができる。

例えば、指示器１２０をペン形状の部材に収納するように構成した場合、使用者がペン先に圧力（筆圧）を加えることによって可変容量コンデンサ１２３の容量値を変化させ、これによって共振周波数を変えて、筆圧等の付加情報を位置検出装置１００側に送信できる。ここで、可変容量コンデンサ１２３は共振周波数変更手段を構成している。
位置検出装置１００は、制御部１０１、位置検出用信号を生成する位相追従機能付き送信信号発生部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、複数の送信コイル１１１、１１２の中のいずれかの送信コイルを選択し定電流ドライバ１０３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。

ここで、送信コイル１１１、１１２及びセンサコイル１１４、１１５はコイル手段を構成し、制御部１０１、位相追従機能付き送信信号発生部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、制御部１０１、受信選択部１０８及び受信アンプ１０９は受信手段を構成し、制御部１０１及び検出部１１０は検出手段を構成している。
また、位相追従機能付き送信信号発生部１０２、ドライバ１０３、選択部１０４、送信コイル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、位相追従機能付き送信信号発生部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。
位相追従機能付き送信信号発生部１０２は、その詳細な動作説明は後述するが、制御部１０１の制御の下、指示器１２０の指示位置を検出するための位置検出用信号等を生成する。

位相追従機能付き送信信号発生部１０２は、制御部１０１の制御によって、送信コイル１１１、１１２から指示器１２０に送信した位置検出用信号と指示器１２０から受信した位置指示用信号の位相差に基づいて、位置指示用信号の受信信号レベルが大きくなるように、送信コイル１１１、１１２に供給する駆動電流の位相を制御する機能を有している。
尚、位相追従機能付き送信信号発生部１０２を、発振回路、予め定めたプログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）によって構成された制御部等で構成し、制御部１０１で検出した位相差に基づいて、前記制御部がプログラムを実行して算出処理を行い、センサコイル１１４、１１５で受信する位置指示用信号の受信レベルが大きくなるように前記発振回路の出力信号の位相を制御するようにしても実現可能である。

この場合、予め、前回の走査においてセンサコイルで受信した受信信号の位相に対して、送受信後に送信信号の位相をどれくらい変化（追従）させれば良いか実験的に求めておく。位相追従機能付き送信信号発生部１０２は、走査で得られた受信信号の位相から、先の実験的に求めた適切な追従位相の値に合わせた送信位相で位置検出用信号を送信する。これにより、指示器１２０の共振周波数から周波数ずれが調整される効果が得られる。送信信号の位相調整による受信信号の位相への影響を考慮して受信位相を算出し、適切な追従位相値を予測する。

ドライバ１０３は、位相追従機能付き送信信号発生部１０２からの位置検出用信号を増幅して送信選択部１０４に出力する。
送信選択部１０４は、制御部１０１の制御に応答して、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。例えば、送信選択部１０４は、内部に切換スイッチを有しており、制御部１０１の制御によって前記切換えスイッチを切換えることにより、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。

本実施の形態では、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の外側に複数回巻回されて配設されている。外側送信コイル１１１はセンサ部１０５の外周部に沿って配設されている。送信コイル１１２は送信コイル１１１と同心状に複数回巻回されて配設されている。

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。

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から検出信号を受信して、前記検出信号のレベル及び位相に相当する信号又はデータを出力する。

制御部１０１は、検出部で検出した検出信号のレベルに基づいて、指示器１２０のＸ座標位置及びＹ座標位置（ＸＹ座標）を算出する。これによって、位置指示器による指示位置の検出が行われる。
制御部１０１は、検出した指示器１２０のＸＹ座標位置に応じて、後述するように、位相追従機能付き送信信号発生部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は、本実施の形態に係る位置検出システムの動作を示すタイミング図である。本実施の形態では、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、指示器１２０による指示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を用いて複数回数（本実施の形態では４回）ずつ検出することによって、指示器１２０による指示位置をより正確に検出するようにしている。即ち、複数の位置検出用信号２０１ａ〜２０１ｄを用いて複数回指示器１２０に信号を送信し、指示器１２０から、位置検出用信号２０１ａ〜２０１ｄに対応する複数の位置指示用信号２０２ａ〜２０２ｄを受信することによって、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１１５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３は、本実施の形態に係る位置検出システムの動作を示すタイミング図で、一つのセンサコイルについて行う所定回数（本実施の形態では４回）の送受信動作タイミングを示しており、送信期間ａ〜ｄにおいて送信コイル１１１又は１１２から出力される位置検出用信号の波形を示している。
図３に示すように、各送信期間ａ〜ｄの位置検出用信号の位相は相互に異なっている。図３では、送信期間ａ、ｂ、ｃ、ｄにおける位置検出用信号の位相は、送信期間ａにおける位置検出用信号の位相を基準として、各々、０度、９０度、１８０度、２７０度となるようにして、各位置検出用信号の位相を順次９０度ずつ異なるように構成している。

尚、前記各位置検出用信号の位相の全てが相互に異なるように構成する必要は必ずしもなく、前記複数の位置検出用信号の中、少なくとも２つの位置検出用信号の位相が異なるように構成してもよい。また、各位置検出用信号の位相を順次９０度ずつ異なるように構成しているが、これは一例であり、他の角度であってもよい。
即ち、駆動対象コイル毎に所定回数ずつ駆動電流を供給して駆動すると共に、前記所定回数毎に、各駆動電流の位相を変えるようにすればよい。

以下、図１〜図３を用いて、本実施の形態に係る位置検出システムの動作を詳細に説明する。
先ず、位置検出システムの動作を概略説明すると、位相追従機能付き送信信号発生部１０２は制御部１０１の制御により、所定の位相（例えば、移相量が０度）で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。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へ（Ｋ１側からＫ１０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。

このとき、位置検出装置１００が指示器１２０の位置を検出済みの場合には、指示器１２０近傍の所定数（例えばＸセンサコイル６つ、Ｙセンサコイル６つ）について位置検出動作（セクタスキャン動作）を行い、電源投入時等のように指示器１２０の位置を検出していない場合には、全てのセンサコイル１１４、１１５について位置検出動作（オールスキャン動作）を行う。
前記走査により、例えば、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。

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は前記検出信号を検出して、そのレベル及び位相に相当する信号又はデータを制御部１０１に出力する。制御部１０１は、制御部１０１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所定回数（本実施の形態では４回）行い、制御部１０１内の前記メモリに記憶する。制御部１０１は、制御部１０１内の前記メモリに記憶した前記４回分のデータの合計値を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Ｘ方向センサコイル１１４に関して、所定数（例えば６つ）のセンサコイルについて順次行う（センサコイルＫ２、・・・Ｋ６）ことによって、検出部１１０は前記Ｘ方向センサコイルの検出信号レベル（Ｘ方向検出信号レベル）を取得し、制御部１０１は前記データを前記メモリに記憶する。

制御部１０１は、Ｘ方向センサコイル１１４の検出信号レベルのうちの所定数の点（例えば上位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、指示器１２０の指示位置のＸ座標に相当する。
次に、位置検出装置１００は、前記同様の動作をＹ軸方向センサコイル１１５について順次行い、指示器１２０のＹ方向の指示位置を検出する。

以上のようにして、制御部１０１は指示器１２０のＸ座標及びＹ座標（ＸＹ座標）を検出する。
尚、前記のようなセクタスキャン動作において、指示器１２０の信号強度が所定値に達しない場合、即ち、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（オールスキャン動作）を行う。

制御部１０１は、一旦、指示器１２０による指示位置を検出すると、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、指示器１２０の指示位置が属する領域において、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。

同時に、制御部１０１は、図３に示すように、送信コイル１１１、１１２が指示器１２０に送信した位置検出用信号の位相（位相追従機能付き送信信号発生部１０２がドライバ１０３及び送信選択部１０４を介して送信コイル１１１、１１２に出力した駆動信号の位相に相当する。）と、指示器１２０から受信した位置指示用信号の位相（指示器１２０が送信した位置指示用信号の位相にほぼ相当する。）との間の位相差に基づいて、センサコイル１１４、１１５で受信する位置指示用信号の受信信号レベルが大きくなるよう送信コイル１１１、１１２に供給する駆動電流の位相を変えるように、位相追従機能付き送信信号発生部１０２に対して指示する。尚、この場合、制御部１０１は位相追従機能付き送信信号発生部１０２が駆動電圧の位相を変えるように指示してもよい。

即ち、前述したように図３において、本実施の形態では１つのセンサコイルについて位置検出動作を行う場合、４回の位置検出動作を行うようにしており、各位置検出動作において位相追従機能付き送信信号発生部１０２が出力する位置検出用信号は、位相が相互に異なるようにしている。例えば、図３では、各位置検出用信号の位相が９０度ずつ異なるようにしている。
これにより、位相追従機能付き送信信号発生部１０２から出力される位置検出用信号がＦＭ変調されたような効果が得られて、位置検出用信号の周波数成分中に、指示器１２０の共振周波数に近い成分の信号が発生し、指示器の励振効率を向上させることが可能になる。

特に、指示器１２０によって筆圧等の付加情報を送信する場合、使用者は可変容量コンデンサ１２３の容量値を変更するような操作を行うと、指示器１２０の共振回路の共振周波数が変化する。この場合でも、位置検出装置１００は、前記動作によって位相追従機能付き送信信号発生部１０２から出力する駆動電流の位相を変えることにより、指示器１２０の励振効率を向上させることが可能になり、付加情報の検出精度の低下を抑制することが可能になる。

したがって、位置検出用信号の基本周波数と指示器１２０の共振回路の共振周波数との間でズレがある場合でも、センサコイル１１４、１１５では、より大きなレベルの位置指示用信号を受信することが可能になり、位置検出用信号の周波数と指示器の共振周波数のズレに基づく検出精度の低下を抑制することが可能になる。
また、位相追従機能付き送信信号発生部１０２は、制御部１０１の制御の下、駆動する送信コイル１１１、１１２毎に所定回数ずつ駆動電流を供給して駆動し、前記駆動するコイルに供給する駆動電流の位相が、各駆動毎に相互に異なるように構成しているため、より高精度な検出が可能になる。

以上述べたように、本実施の形態に係る位置検出システムによれば、指示器１２０から出力される信号の位相ズレを検出することによって指示器１２０の共振周波数のズレを検出して、そのズレの量に合わせて、位置検出用信号の位相を逐次追従させて変化させているので、指示器１２０の励振効率を向上させることが可能になり、検出精度の低下を抑制することが可能になる。

尚、前記位相変更動作を行うタイミングは、１回又は複数回の送受信毎に行う等、種々の変更が可能である。
また、前記位相ズレの検出は、駆動電流の位相に対する受信信号（センサコイルで検出した位置指示信号）の位相差に基づいて行うことができる。この場合、例えば、前回走査した際の受信信号位相から予想する方法、前回走査時の１センサコイル毎の受信信号の位相から予想する方法、前回走査した際の１回又は複数回の送受信毎の受信信号の位相から予想する方法等がある。

また、位置検出装置１００から位置指示器に送信する信号は、位置指示器１２０による指示位置を検出するための信号のみならず、位置検出には関係しないものも含む信号、例えば、位置指示器１２０のコンデンサに電荷を貯めるだけのエネルギを供給する信号や、位置指示器１２０の返信モードを変更させるためのコマンドの役割をする信号等を含む信号を使用することが可能である。

また、本実施の形態では、制御部１０１は、位置検出用信号を生成する際にＣＰＵで所定の算出処理を行うことにより、位置検出用信号の位相と位置指示用信号の位相の差に基づいて位置指示信号の受信信号レベルが大きくなるように、位相追従機能付き送信信号発生部１０２を制御して、位置検出信号の位相を制御するように構成したが、位相追従機能付き送信信号発生部１０２の信号によって指示器１２０に送信した信号と指示器１２０から受信した信号の位相差に対応する位相変化量を記憶する位相変化量記憶手段（図示せず）を設けておき、前記位相変化量記憶手段を参照して、送信コイル１１１、１１２が指示器１２０に送信した信号とセンサコイル１１４、１１５が指示器１２０から受信した信号の位相差に基づいて位相変化量を決定し、前記駆動電流の位相を前記位相変化量だけ変化させるように構成してもよい。

また、制御回路１０１は、前記駆動電流の位相を変化させるように位相追従機能付き送信信号発生部１０２を制御したが、駆動電圧の位相を制御するように位相追従機能付き送信信号発生部１０２を制御するように構成してもよい。即ち、制御部１０１は、位相追従機能付き送信信号発生部１０２を、駆動するコイルに供給する駆動電流または電圧の位相を直接変えるよう制御し、その結果として駆動電流の位相を変えるように構成してもよい。

また、前記実施の形態では、指示器１２０の位置の算出処理を簡単にする等のために複数の送信コイル１１１、１１２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又、送信コイル１１１、１１２は複数ではなく１つだけでもよい。
また、前記実施の形態では、センサ部１０５に配設した送信専用の送信コイル１１１、１１２から指示器１２０に信号を送信し、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、コイル手段に含まれる複数のコイルに、指示器１２０に信号を送信する送信専用コイルと、指示器１２０からの信号を受信する受信専用コイルとが含まれるように構成し、前記送信専用コイルに駆動電流を供給して位置指示器１２０に信号を送信し、前記受信専用コイルを順次選択して指示器１２０からの信号を受信するように構成してもよい。 また、前記コイル手段に含まれる複数のコイルに、指示器１２０に対する信号送信と指示器１２０からの信号受信とを兼用するコイルが含まれるように構成し、前記駆動電流を供給して位置指示器に信号を送信するコイルと、指示器１２０からの信号を受信するコイルが、同一のコイルであるように構成してもよい。

また、前記コイル手段の複数のコイルは、指示器１２０に対する信号送信と指示器１２０からの信号受信とを兼用するコイルとし、前記駆動電流を供給するコイルと指示器１２０からの信号を受信するコイルは、異なるコイルであるように構成してもよい。
また、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、これによって前記指示器による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、位置検出装置１００側に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、コイルを有する指示器に電磁結合で信号を送信すると共に、前記指示器で前記コイルからの信号を電磁結合で検出し、前記指示器で検出した信号に基づいて前記指示器による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。
即ち、共振回路を有し位置を指示するための指示器と、前記指示器との間で電磁結合によって信号の送受信を行う位置検出装置を有し、前記指示器と位置検出装置との間で信号の送受信を行うことによって前記指示器による指示位置を検出するようにした位置検出システムにおいて、前記位置検出装置に設けられ、前記指示器に信号を送信する複数の送信専用コイルを有するコイル手段と、前記指示器に設けられ、前記コイル手段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指示器による指示位置を検出する検出手段と、前記コイル手段が前記信号を発生するように前記コイル手段に駆動電流を供給すると共に、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記受信手段が受信した信号の位相差に基づいて、前記受信手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相を変える信号送信手段とを備えて成るように構成してもよい。この場合、検出手段及び信号送信手段は、必ずしも前記位置検出装置側に配設する必要はなく、前記指示器側に配設したり、あるいは、独立した他の構成要素として構成してもよい。

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）等の入力システム、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システム等に利用可能である。

本発明の実施の形態に係る位置検出システムのブロック図である。 本発明の実施の形態に係る位置検出システムの動作を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態に係る位置検出システムの動作を示すタイミング図である。 従来の位置検出システムのタイミング図である。 従来の位置検出システムの動作を説明するための信号波形図である。

符号の説明

１００・・・位置検出装置
１０１・・・制御手段、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位相追従機能付き送信信号発生部
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・・・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・・・コイル手段を構成する送信コイル
１１３・・・受信部
１１４、１１５・・・コイル手段を構成するセンサコイル
１２０・・・指示器
１２１・・・共振回路を構成するコイル
１２２・・・共振回路を構成するコンデンサ
１２３・・・共振周波数変更手段を構成する可変容量コンデンサ

Claims (10)

1. 共振回路を有し位置を指示するための指示器と位置検出装置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指示器による指示位置を検出する位置検出方法において、
   信号送信手段がコイル手段に含まれるコイルに駆動電流を供給することによって前記指示器に信号を送信し、
   受信手段が前記コイル手段に含まれる複数のコイルを順次選択して前記指示器からの信号を受信し、
   検出手段が前記受信手段で受信した信号に基づいて前記指示器による指示位置を検出し、
   前記信号送信手段は、前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に対応する位相変化量を記憶する位相変化量記憶手段を参照して、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に基づいて、前記コイル手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相変化量を決定し、次回の駆動において、前記駆動電流または電圧の位相を前記位相変化量だけ変えることを特徴とする位置検出方法。
2. 前記信号送信手段は、前記コイル手段中の駆動対象コイル毎に所定回数ずつ前記駆動電流を供給して駆動すると共に、前記所定回数毎に、各駆動電流または電圧の位相を変えることを特徴とする請求項１記載の位置検出方法。
3. 共振回路を有し位置を指示するための指示器と、前記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指示器による指示位置を検出する位置検出装置とを有する位置検出システムにおいて、
   前記位置検出装置は、複数のコイルを有し、前記指示器に信号を送信すると共に前記指示器からの信号を受信するためのコイル手段と、前記コイル手段に含まれる複数のコイルを順次選択して前記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指示器による指示位置を検出する検出手段と、前記コイル手段が前記信号を発生するように前記コイル手段に駆動電流を供給すると共に、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に基づいて、前記コイル手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相を変える信号送信手段とを備えて成ることを特徴とする位置検出システム。
4. 前記コイル手段の複数のコイルは、前記指示器に信号を送信する送信専用コイルと、前記指示器からの信号を受信する受信専用コイルとを有し、
   前記信号送信手段は前記送信専用コイルに駆動電流を供給し、前記受信手段は前記受信専用コイルを順次選択して前記指示器からの信号を受信することを特徴とする請求項３記載の位置検出システム。
5. 前記コイル手段の複数のコイルは、前記指示器に対する信号送信と前記指示器からの信号受信とを兼用するコイルであり、
   前記信号送信手段が前記駆動電流を供給するコイルと前記受信手段が選択して前記指示器からの信号を受信するコイルは、同一のコイルであることを特徴とする請求項３記載の位置検出システム。
6. 前記コイル手段の複数のコイルは、前記指示器に対する信号送信と前記指示器からの信号受信とを兼用するコイルであり、
   前記信号送信手段が前記駆動電流を供給するコイルと前記受信手段が選択して前記指示器からの信号を受信するコイルは、異なるコイルであることを特徴とする請求項３記載の位置検出システム。
7. 共振回路を有し位置を指示するための指示器と、前記指示器との間で電磁結合によって信号の送受信を行う位置検出装置を有し、前記指示器と位置検出装置との間で信号の送受信を行うことによって前記指示器による指示位置を検出するようにした位置検出システムにおいて、
   前記位置検出装置に設けられ、前記指示器に信号を送信する複数の送信専用コイルを有するコイル手段と、
   前記指示器に設けられ、前記コイル手段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指示器による指示位置を検出する検出手段と、
   前記コイル手段が前記信号を発生するように前記コイル手段に駆動電流を供給すると共に、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記受信手段が受信した信号の位相差に基づいて、前記受信手段による信号の受信信号レベルが大きくなるように前記コイル手段に供給する駆動電流または電圧の位相を変える信号送信手段とを備えて成ることを特徴とする位置検出システム。
8. 前記信号送信手段は、前記コイル手段中の駆動対象コイル毎に所定回数ずつ前記駆動電流を供給して駆動すると共に、前記所定回数毎に、各駆動電流または電圧の位相を変えることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一に記載の位置検出システム。
9. 前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に対応する位相変化量を記憶する位相変化量記憶手段を有し、
   前記信号送信手段は、前記位相変化量記憶手段を参照して、前記コイル手段が前記指示器に送信した信号と前記指示器から受信した信号の位相差に基づいて位相変化量を決定し、次回の駆動において、前記駆動電流または電圧の位相を前記位相変化量だけ変えることを特徴とする請求項３、４、５、６又は８記載の位置検出システム。
10. 前記指示器は、前記共振回路の共振周波数を変更する共振周波数変更手段を備えて成ることを特徴とする請求項３乃至９のいずれか一に記載の位置検出システム。

Images