JP5345050B2 - 指示体、位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は指示体、位置検出装置及び位置検出方法に関し、より詳細には、静電結合方式を適用した指示体、位置検出装置及び位置検出方法に関する。

従来、コンピュータ装置上で描画やイラスト作成などに用いられるポインティングデバイスの一つとして、ペンタブレットと呼ばれる位置検出装置が開発されている。このような位置検出装置は、通常、略平板状の位置検出器（タブレット）と、ユーザが位置検出器上で操作するペン形状の専用の指示体とで構成される。

上述のような位置検出装置において、従来、例えば、静電結合方式を採用した位置検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。静電結合方式の位置検出装置は、主に、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）を含む指示体と、所定パターンで配列された導体群を有するセンサ部を備える位置検出器とで構成される。そして、センサ部上に置かれた指示体から導体群に所定の信号を送信し、位置検出器でその送信信号に基づいて指示体の指示位置を特定する。

特開平８−５０５３５公報

静電結合方式の位置検出装置において、通常、指示体からセンサ部に送信する信号の周波数は１種類である。それゆえ、このような位置検出装置では、指示体の指示位置の検出は可能であるが、例えば指示体の筆圧に関する情報、ペンダウンに関する情報等の位置情報以外の情報を検出することは困難である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、位置検出装置、特には静電結合方式の位置検出装置において、指示体が指示する位置だけでなく、例えば筆圧情報等の位置情報以外の情報をより容易に検出することである。

上記問題を解決するために、本発明の位置検出装置は、位置指示のための信号を送信する指示体と、前記指示体によって位置指示されるとともに前記指示体から送信された位置指示のための信号を受信するセンサ部と該センサ部で受信された前記位置指示のための信号に基づいて前記指示体がセンサ部にて指示した位置を検出するための位置検出器を備えており、前記指示体は、筐体から突出して位置指示に供されるペンチップと、第１の周波数の信号及び該第１の周波数の信号とは異なる第２の周波数の信号が生成され、前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差が前記ペンチップへの押圧力に対応して制御されるとともに前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数信号が前記時間差にて別個に前記位置検出装置に供給される送信信号生成部を備え、前記位置検出器は、前記指示体が前記センサ部にて指示した位置を前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号の少なくとも一方の信号に基づいて検出するとともに、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との間の時間差に基づいて前指示体が前記センサ部にて位置指示した際の押圧力を検出する構成を備える。

本発明の他の位置検出装置では、位置指示のための信号を送信する指示体と、前記指示体によって位置指示されるとともに前記指示体から送信された位置指示のための信号を受信するセンサ部と該センサ部で受信された前記位置指示のための信号に基づいて前記指示体がセンサ部にて指示した位置を検出するための位置検出器を備えており、前記指示体は、筐体から突出して位置指示に供されるペンチップと、該ペンチップへの押圧力に対応して静電容量が変化する可変容量コンデンサと、前記可変容量コンデンサに蓄電される電荷に基づいて時間幅を決定する遅延設定回路と、前記可変容量コンデンサに蓄電された電荷を所定のタイミングで放電させる制御回路と、前記遅延設定回路で決定したパルス幅のパルス信号による送信信号を生成する送信信号生成部とを備えており、前記位置検出器は、前記指示体が前記センサ部にて指示した位置を前記パルス信号の存在に基づいて検出するとともに、前記パルス信号の時間幅に基づいて前指示体が前記センサ部にて位置指示した際の押圧力を検出する構成を備える。

また、本発明の位置指示器は、筐体から突出して位置指示に供されるペンチップと、第１の周波数の信号及び該第１の周波数の信号とは異なる第２の周波数の信号が生成され、前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差が前記ペンチップへの押圧力に対応して制御されるとともに前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数信号が前記時間差にて別個に前記位置検出装置に供給される送信信号生成部とを備える。

また、本発明の他の位置指示器では、筐体から突出して位置指示に供されるペンチップと、該ペンチップへの押圧力に対応した送信信号を生成するための送信信号生成部を備えており、前記送信信号生成部は、前記押圧力に対応して静電容量が変化する可変容量コンデンサと、前記可変容量コンデンサに蓄電される電荷に基づいて時間幅を決定する遅延設定回路と、前記可変容量コンデンサに蓄電された電荷を所定のタイミングで放電させる制御回路とを備えており、前記送信信号生成部から出力される信号の時間幅が前記ペンチップの押圧力に対応して変化する構成としたものである。

更に、本発明の位置検出信号生成方法では、次のような手順により位置検出用信号を生成する。すなわち、指示体から位置指示のための信号を送信し、センサ部では前記指示体によって位置指示されるとともに前記指示体から送信された位置指示のための信号を受信し、位置検出器では該センサ部で受信された前記位置指示のための信号に基づいて前記指示体がセンサ部にて指示した位置を検出するようにした位置検出用信号生成方法であって、前記指示体では、第１の周波数の信号及び該第１の周波数の信号とは異なる第２の周波数の信号を生成するとともに前記指示体が前記センサ部にて位置指示した際の押圧力に対応して前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差を制御し、前記位置検出器では、前記指示体が前記センサ部にて指示した位置を前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号の少なくとも一方の信号に基づいて検出するとともに、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との間の時間差に基づいて前記指示体が前記センサ部にて位置指示した際の押圧力を検出するようにした位置検出用信号生成方法。

また、本発明の他の位置検出信号生成方法では、静電結合方式の位置検出器とともに使用可能な指示体を用いた位置指示方法であって、第１の周波数の信号及び該第１の周波数の信号とは異なる第２の周波数の信号を生成し、前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差を前記ペンチップへの押圧力に対応して制御し、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数信号を前記時間差にて別個に前記位置検出装置に供給するようにした。

本発明によれば、指示体にて少なくとも２つの信号を生成し、例えば筆圧情報等の位置情報以外の情報を２つの信号の間の時間差として送信し、あるいは指示体にてパルス信号を生成し、パルス信号のパルス幅を制御することで斯かる情報を送信しており、指示体の指示位置だけでなく、例えば筆圧情報等の位置情報以外の情報をより容易に検出することができる。

本発明の実施形態に係る位置検出装置の外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る指示体の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る位置検出器の概略構成図である。 検波部の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る指示体における筆圧に応じた位相差の生成を説明するための図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）は、位置検出器における位置検出及び筆圧検出を行うための動作手順を示すフローチャートである。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１及び第２の周波数の信号を同時に送信する場合における指示体の位置検出及び筆圧検出の原理を説明するための図である。 変形例１の指示体の概略構成図である。 変形例２の指示体の概略構成図である。 変形例３の位置検出器の概略構成図である。 変形例４の位置検出器の概略構成図である。 変形例４の位置検出器の動作を説明するための図である。 変形例５の指示体の要部の概略構成図である。

以下、本発明の位置検出装置の一実施形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。

［位置検出装置の構成］
図１に、本実施形態の位置検出装置の外観斜視図を示す。なお、本実施形態では、位置検出装置としてペンタブレットを用いた例を説明する。位置検出装置１は、ペン形状の指示体２と、平板形状の位置検出器３とで構成される。

指示体２は、位置検出器３のスキャン可能領域３ａ上で使用する。このスキャン可能領域３ａ上では、位置検出器３により指示体２の指示位置（座標）が検出できるようになっている。

位置検出器３は、図示しない外部機器（例えば、コンピュータ装置等）に接続される。位置検出器３は、指示体２が指示した位置を検出し、その位置情報を外部機器に出力する。そして、外部機器の表示画面（不図示）上では、位置検出器３から入力された位置情報に対応する位置にポインタが表示される。

［指示体の構成］
図２に、本実施形態の指示体２の概略構成を示す。指示体２は、第１電極２０と、第２電極２１と、可変容量コンデンサ２２と、集積回路２３と、コイル２４と、電源生成回路２５と、これらの構成部材を内包する、例えば金属あるいは導電性材料から成る筐体１２９とを備える。

第１電極２０は、棒形状を有しており、その一方の先端部は筐体１２９の一方の端部から突き出るように配置され、例えば金属あるいは導電性材料から構成されたペンチップである。すなわち、筐体１２９から突き出た先端部は指示体２のペンチップとして機能すると共に第１電極２０としても機能する。一方、第２電極２１は、略円筒形状の電極であり、第１電極２０を取り巻くように配置される。また、第１電極２０及び第２電極２１は、集積回路２３に接続され、集積回路２３から第１電極２０及び第２電極２１に高周波信号が印加されることにより、集積回路２３によって生成された送信信号が第１電極２０及び第２電極２１を介して位置検出器３に送信される。

筆圧検出素子としての可変容量コンデンサ２２は、ペンチップに印加された圧力、いわゆる筆圧により容量が変化する。具体的には、第１電極２０を構成するペンチップに圧力が加えられると、第１電極２０に加えられた圧力が可変容量コンデンサ２２を構成する一対の電極（不図示）のうちの一方の電極に伝達されるように構成される。それゆえ、指示体２を位置検出器３に接触させた際に第１電極２０が位置検出器３から押されると、可変容量コンデンサ２２の一方の電極が押圧されることとなり、可変容量コンデンサ２２の一対の電極間の特性が変化することになる。その結果として可変容量コンデンサ２２の容量が変化する。すなわち、可変容量コンデンサ２２の容量は筆圧に対応して変化することになる。なお、筆圧を検出する素子としては、可変コイルまたは可変抵抗を用いてもよいし、可変容量コンデンサ、可変コイル及び可変抵抗のいずれかを含む共振回路を用いてもよい。

集積回路２３は、第１の周波数信号生成部２６及び第２の周波数信号生成部２７を含む送信信号生成部２８を備える。また、集積回路２３のグランド端子は筐体１２９に接続される。本実施形態では、第１の周波数信号生成部２６から出力される第１の周波数ｆ１の高周波信号（第１送信信号）を位置検出のために用い、第１の周波数ｆ１の高周波信号（第１送信信号）と第２の周波数信号生成部２７から出力される第２の周波数ｆ２の高周波信号（第２送信信号）とを筆圧検出のために用いる。また、集積回路２３の出力は、第１電極２０及び第２電極２１に各々接続されており、所定のタイミングで第１の周波数ｆ１の信号及び第２の周波数ｆ２の信号を第１電極２０及び第２電極２１にそれぞれ出力する。なお、本実施形態では、第１の周波数信号生成部２６から出力される信号の第１の周波数ｆ１は、第２の周波数信号生成部２７から出力される信号の第２の周波数ｆ２とは異なるように構成されている。

また、第２の周波数信号生成部２７は可変容量コンデンサ２２と協働するように構成されており、図５を参照して後述するように、可変容量コンデンサ２２の容量変化に応じて第２の周波数ｆ２の信号の発生タイミングが制御される。従って、可変容量コンデンサ２２の容量変化に応じて第１の周波数信号生成部２６から出力される第１の周波数ｆ１の信号と第２の周波数ｆ２の信号との間の位相差が変化することになる。すなわち、本実施形態では、第１の周波数ｆ１の信号と第２の周波数ｆ２の信号との間の位相差が、指示体２に加えられた圧力に対応して変化するように構成されている。

さらに、集積回路２３は、送信信号生成部２８の動作を制御する制御回路（不図示）を備え、動作制御に必要なクロック信号等は制御回路により生成される。なお、集積回路２３は、後述するコイル２４及び電源生成回路２５により生成される電力により駆動される。

コイル２４は、位置検出器３を構成する、後述するセンサ部３０の励磁コイル３５から送出される励磁信号を受信する。これにより、コイル２４に高周波信号が誘起される。そして、この誘起された高周波信号は、電源生成回路２５に供給される。

電源生成回路２５は、整流回路（不図示）を有する。電源生成回路２５では、コイル２４から入力された高周波信号を、整流回路により、整流して直流電圧に変換する。そして、電源生成回路２５は、変換された直流電圧を集積回路２３の駆動用電源として集積回路２３に供給する。

［位置検出器の構成］
図３に、位置検出器３の概略構成を示す。位置検出器３は、主に、指示体２の指示位置を検出するセンサ部３０と、センサ部３０を構成する複数の導体を選択するための選択回路４０と、位置検出回路５０とで構成される。なお、図３では、受信信号の処理の流れを実線矢印で示し、制御信号、クロック信号等の流れは破線矢印で示す。ただし、図３では、説明を簡略化するため、受信系回路群５１の制御信号、クロック信号等の流れを示す破線矢印は省略する。

センサ部３０は、図３中のｘ方向（所定方向）に延在した複数の第１導体３１（第１の導体）からなる第１導体群３２と、第１導体３１の延在方向と交差する方向、すなわち、図３中のｙ方向に延在した複数の第２導体３３（第２の導体）からなる第２導体群３４と、それらの導体群の周囲に設けられた励磁コイル３５とを備える。第１導体群３２を構成する複数の第１導体３１は、所定間隔で図３中のｙ方向に並列配置される。一方、第２導体群３４を構成する複数の第２導体３３もまた、所定の間隔で図３中のｘ方向に並列配置される。

なお、第１導体３１及び第２導体３３は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる透明電極や、銅箔等で形成される。なお、第１導体群３２及び第２導体群３４は、樹脂材料等からなるスペーサやガラス基板等（不図示）に積層される。また、ガラスなどの基板の一方の面に第１導体３１及び第２導体３３をマトリックス上に配置することもできる。この構成の場合には、第１導体３１と第２導体３３が交差する領域に絶縁材を介在させることで第１導体３１と第２導体３３との間の電気的絶縁性を確保することができるため、基板の一方の面における同一層に実質的に第１導体３１と第２導体３３とを配置することができる。第１導体群３２及び第２導体群３４を構成する各導体は、選択回路４０に接続され、励磁コイル３５は、位置検出回路５０内の後述するドライブ回路６１に接続される。

第１導体３１及び第２導体３３の本数及びピッチは、センサ部３０のサイズや必要とする検出精度等に応じて適宜設定される。また、本実施形態では、第１導体３１及び第２導体３３として直線状の導体を例示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１導体３１及び第２導体３３がともに延在方向に対して交差する方向に蛇行していてもよい。また、例えば、第１導体３１及び第２導体３３の一方をリング状の導体で構成し、他方をリング状導体の中心から半径方向に延在する導体で構成してもよい。

選択回路４０は、第１導体群３２及び第２導体群３４から所定の導体を、例えば順次選択するなど、所定の順序で選択する。この選択回路４０による導体選択制御は、後述する制御部６３が中央演算処理部６２と協働することで出力される制御信号（図３中の破線矢印）により制御される。

位置検出回路５０は、受信系回路群５１と、発振器６０と、ドライブ回路６１と、中央演算処理部６２（ＣＰＵ：Central Processing Unit）と、制御部６３とを備える。

受信系回路群５１は、受信アンプ５２と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路５３と、検波部５４と、記憶部５５と、位置及び筆圧算出部５６（検出部）とで構成される。そして、受信アンプ５２、Ａ／Ｄ変換回路５３、検波部５４、記憶部５５、並びに、位置及び筆圧算出部５６は、選択回路４０側からこの順で接続される。

受信アンプ５２は、選択回路４０で選択された所定の導体から供給される受信信号を増幅する。そして、受信アンプ５２は、この増幅された受信信号をＡ／Ｄ変換回路５３に出力する。Ａ／Ｄ変換回路５３は、増幅された受信信号をアナログデジタル変換して、変換したデジタル信号を検波部５４に出力する。

検波部５４は、受信信号に対して同期検波を行い、第１の周波数ｆ１の信号及び第２の周波数ｆ２の信号を検出する。そして、検波部５４は、導体毎に検出した第１の周波数ｆ１の信号及び第２の周波数ｆ２の信号を記憶部５５に出力する。

図４に、検波部５４の概略構成を示す。本実施形態では、上述のように、指示体２から送信される送信信号として使用する周波数が２種類あるので、検波部５４を２つの同期検波器（第１同期検波器５４ａ及び第２同期検波器５４ｂ）で構成する。第１同期検波器５４ａでは、同期信号として使用される第１の周波数ｆ１の信号が入力されることで、受信信号に含まれる第１の周波数ｆ１の信号が抽出される。一方、第２同期検波器５４ｂでは、第２の周波数ｆ２の信号が入力されることで、受信信号に含まれる第２の周波数ｆ２の信号が抽出される。なお、第１同期検波器５４ａ及び第２同期検波器５４ｂは、ともに、通信技術の分野で従来用いられている同期検波器で構成することができる。なお、この例では、検波部５４には２つの同期検波器が備えられているが、検波部５４に設けられる検波器の数は指示体２から送信される送信信号に含まれる周波数の数に対応する。また、検波器としては同期検波器に限るものではない。

図３に戻り、位置及び筆圧算出部５６は、記憶部５５に記憶された各周波数の情報を用いて指示体２の指示位置（座標）及び筆圧を算出する。具体的には、位置及び筆圧算出部５６は、第１の周波数ｆ１の受信信号のレベルを検出し、そのレベルと所定の閾値とを比較することで第１の周波数ｆ１が指示体２から送信されたことを認識し、指示体２の位置検出を行う。また、同様にして、第２の周波数ｆ２の受信信号のレベルを検出し、そのレベルと所定の閾値とを比較することで第２の周波数ｆ２が指示体２から送信されたことを認識する。その他の周波数が存在する場合についても同様な周波数認識処理が行われる。また、位置及び筆圧算出部５６は、第１の周波数ｆ１の受信信号と第２の周波数ｆ２の受信信号との間の位相差を求め、この位相差に基づいて筆圧を求める。

発振器６０は、所定周波数の交流信号をドライブ回路６１に出力する。ドライブ回路６１は、発振器６０から入力された交流信号を電流に変換して励磁コイル３５に供給する。

中央演算処理部６２と協働する制御部６３は、位置検出回路５０内の各部に制御信号（図３中の破線矢印）を出力するとともに、受信系回路群５１内の位置及び筆圧算出部５６の算出結果を中央演算処理部６２を介して外部機器に出力する。なお、制御部６３は、中央演算処理部６２によってその動作が制御される。

［位置検出装置の動作］
次に、本実施形態の位置検出装置１の動作、並びに、位置及び筆圧検出の原理を図５〜７を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施形態に係る指示体における筆圧に応じた位相差の生成を説明するための図である。図６（ａ）、図６（ｂ）は、位置検出器における位置検出及び筆圧検出を行うための動作手順を示すフローチャートである。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１及び第２の周波数の信号を同時に送信する場合における指示体の位置検出及び筆圧検出の原理を説明するための図である。

図５は、図２における指示体２が備える集積回路２３の要部構成例を示す。第１電極２０のペンチップを介して印加される押圧力に応じて容量Ｃが変化する可変容量コンデンサ２２の一端はグラウンドに接続される。その他端は抵抗１０を介して電源生成回路２５に接続されて所定の電圧Ｖｃｃが供給される。また、スイッチ１１は可変容量コンデンサ２２の両端に並列的に接続される。タイミング制御回路１３は、所定の周期でスイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。すなわち、スイッチ１１は一旦ＯＮとされて可変容量コンデンサ２２の電荷を放電させた後にＯＦＦとされる。

タイミング制御回路１３はスイッチ１１をＯＦＦとするとともに、第１の周波数信号生成部２６に作用して第１周波数ｆ１の信号の生成を指示する。スイッチ１１がＯＦＦとされると、可変容量コンデンサ２２は抵抗１０を介して次第に充電されるため、可変容量コンデンサ２２の両端での電位は、筆圧に対応して変化した容量Ｃに依存して、次第に上昇する。遅延設定回路１２は、抵抗１０と可変容量コンデンサ２２との接続点の電位を所定のスレッショルド値Ｖｔｈと比較する。

遅延設定回路１２は、可変容量コンデンサ２２の電位が所定の電位Ｖｔｈに達すると、第２の周波数信号生成部２７に作用して第２周波数ｆ２の信号の生成を指示する。この構成により、ペンチップに印加された筆圧に対応して変化した容量Ｃに基づいて、第１の周波数信号生成部２６による第１周波数ｆ１の信号と第２の周波数信号生成部２７による第２周波数ｆ２の信号との間の信号生成タイミング、すなわち第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号との間の時間差（Δｔ）、すなわち位相が変化することになる。この位相差を検出することで筆圧が検出可能となる。

この構成によれば、ペンチップがセンサ部から離間した状態、すなわちホバリング状態もまた検出することができる。具体的には、ペンチップに圧力が印加されない場合には、第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号との間の時間差（Δｔ）が筆圧検出のために通常に使用される時間差よりも長く（あるいは短く）なるように、遅延設定回路１２の遅延特性を設定し、あるいは遅延設定回路１２を構成する。

位置検出器３では、検出された第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号との間の時間差が所定の範囲内にある場合、指示体２がセンサ部３０にタッチしていることを認識することができる。一方、検出された第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号との間の時間差が所定の範囲外にあることを認識することで指示体２がホバリング状態にあることを検出することができる。更には、ペンチップに圧力が印加されない場合には、第２の周波数信号生成部２７から信号が出力されないように、タイミング制御回路１３の周期よりも長い時間遅延量を遅延設定回路１２に設定しておき、位置検出器３では第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号の存在有無を認識することで指示体２がタッチ状態あるいはホバリング状態にあることを検出することができる。具体的には、第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号における一方の信号のみが存在あるいは存在しないことが検出された場合には指示体２はホバリング状態にあり、第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号がともに検出された場合には指示体２はタッチ状態にあることを検出することができる。

次に、位置検出器３の動作を、図６（ａ）、図６（ｂ）、及び図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照しながら説明する。図７（ａ）に示すように、第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号は周波数多重されて指示体２から送信される。また、この周波数多重化された信号は、所定の周期Δｔ１毎に送信動作が繰り返される。この構成により、所定の周期Δｔ１毎に、第１電極２０を介して印加される押圧力に対応した可変容量コンデンサ２２の容量Ｃに基づいて第１周波数ｆ１の信号と第２周波数ｆ２の信号との間の位相差が検出される。位置検出器３は、指示体２の位置検出を次のようにして行う。まず、選択回路４０は、センサ部３０の導体群から所定の導体を選択する（ステップＳ１１）。次いで、受信系回路群５１は、受信信号Ｓｐ１（図７（ｂ）参照）を検出し（ステップＳ１２）、受信信号Ｓｐ１を増幅及びアナログデジタル変換する。

次いで、検波部５４内の第１同期検波器５４ａは、受信信号に含まれる第１の周波数ｆ１の信号Ｐ１を抽出する。そして、記憶部５５は、第１同期検波器５４ａから出力された第１の周波数ｆ１の信号Ｐ１（図７（ｃ）参照）を記憶する（ステップＳ１３）。

次いで、位置検出器３は、信号受信に供される導体を全て選択したかどうかを判定する（ステップＳ１４）。

信号受信に供される導体の全てが未だ選択されていない場合、すなわち、ステップＳ１４がＮＯ判定の場合には、ステップＳ１１の動作に戻り、受信系回路群５１は、受信信号Ｓｐ１を検出する。その後、受信系回路群５１は、ステップＳ１４の判定がＹＥＳ判定となるまで、上記ステップＳ１１〜Ｓ１４の動作を繰り返す。

そして、信号受信に供される導体が全て選択された場合、すなわち、ステップＳ１４がＹＥＳ判定となった場合、受信系回路群５１内の位置及び筆圧算出部５６は、記憶部５５に記憶された第１の周波数ｆ１の受信信号Ｐ１の信号レベルを所定の閾値と比較して、指示体２のよる指示位置を検出する（ステップＳ１５）。

上述したステップＳ１１〜Ｓ１５の動作により、指示体２の位置検出が行われる。更には、位置検出器３は、指示体２の筆圧を次のようにして位置検出動作と同時に検出する。図６（ｂ）を参照し、まず、選択回路４０は、センサ部３０の導体群から所定の導体を選択する（ステップＳ１６）。次に、受信系回路群５１は、受信信号Ｓｐ１（図７（ｂ）参照）を検出し（ステップＳ１７）、受信信号Ｓｐ１を増幅及びアナログデジタル変換する。

次いで、検波部５４内の第２同期検波器５４ｂは、受信信号に含まれる第２の周波数ｆ２の受信信号Ｐ２を抽出する。そして、記憶部５５は、第２同期検波器５４ｂから出力された第２の周波数ｆ２の受信信号Ｐ２（図７（ｄ）参照）を記憶する（ステップＳ１８）。

次いで、位置検出器３は、信号受信に供される導体が全て選択されたか否かを判定する（ステップＳ１９）。

信号受信に供される導体の全てが未だ選択されていない場合、すなわち、ステップＳ１９がＮＯ判定の場合には、ステップＳ１６の動作に戻り、受信系回路群５１は、受信信号を検出する。その後、受信系回路群５１は、ステップＳ１９の判定がＹＥＳ判定となるまで、上記ステップＳ１６〜Ｓ１９の動作を繰り返す。

そして、信号受信に供される導体が全て選択された場合、すなわち、ステップＳ１９がＹＥＳ判定となった場合、受信系回路群５１内の位置及び筆圧算出部５６は、記憶部５５に記憶された第１の周波数ｆ１の受信信号Ｐ１及び第２の周波数ｆ２の受信信号Ｐ２を読み出して、各周波数の受信信号の間の位相差を算出する。そして、算出した位相差に基づいて、指示体２の筆圧を検出する（ステップＳ２０）。

上述したステップＳ１１〜Ｓ１５及びＳ１６〜Ｓ２０の同時的動作により、指示体２の位置検出及び筆圧検出が行われる。すなわち、受信信号Ｓｐ１が検波部５４に入力されると、第１同期検波器５４ａからは、受信信号Ｓｐ１に含まれる第１の周波数ｆ１の信号Ｐ１が抽出され、第２同期検波器５４ｂからは、受信信号Ｓｐ１に含まれる第２の周波数ｆ２の信号Ｐ２が抽出される（図７（ｃ）及び図７（ｄ）参照）。従って、指示体２から、第１の周波数ｆ１の信号及び第２の周波数ｆ２の信号を同時に送信しても、検波部５４により、第１の周波数ｆ１の信号Ｐ１と第２の周波数ｆ２の信号Ｐ２とが別個に抽出される。

それゆえ、検出期間Δｔ１において、第１同期検波器５４ａから出力される第１の周波数ｆ１の信号Ｐ１のレベルを所定の閾値と比較することで、指示体２による指示位置を検出することができる。また、この例では、検出期間Δｔ１において、第１同期検波器５４ａから出力される第１の周波数ｆ１の受信信号Ｐ１と第２同期検波器５４ｂから出力される第２の周波数ｆ２の受信信号Ｐ２との間の位相差を算出することにより、指示体２の筆圧を検出することができる。なお、二つの信号の間の位相差を検出するための回路は、周知の技術であるのでその説明を割愛する。

なお、ステップＳ１１〜Ｓ１５及びＳ１６〜Ｓ２０で示される各々の一連の処理が終了すると、位置検出及び筆圧検出の動作開始から所定の時間Δｔ１が経過するまで待機し、その後上記のステップＳ１１〜Ｓ１５及びＳ１６〜Ｓ２０の動作が繰り返される。

上述のように、本実施形態では、指示体２から周波数の異なる２つの送信信号を送信し、これらの送信信号を位置検出器３で受信し、少なくとも一方の送信信号に基づいて指示体２による指示位置を検出する構成に加え、２つの送信信号間の位相差を求める構成を備えているので、例えば筆圧情報などの位置情報以外の情報を容易に検出することができる。

上記実施形態では、指示体２から送信される２つの異なる周波数の信号（第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号）を用いて、指示体２の位置及び筆圧を求める例を説明したが、本発明はこれに限定されない。指示体から送信される第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号を用いて、指示体の位置だけでなく、例えば指示体がセンサ部に接しているか否かの情報（以下、ペンダウン情報という）を検出することもできる。

図２に戻り、第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号が同時に送信される構成においては、第１電極２０が押圧されたことに対応した可変容量コンデンサ２２の容量の変化に応じて指示体２から送信される第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号との間の位相差が変化し、この位相差の変化で筆圧が検出される。従って、この構成においては、位相差を検出することでペンダウンの有無を認識することができる。すなわち、第１電極が押圧されていないときの第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号との間の位相差に変化がない場合には指示体２はペンダウンの状態になく、及びこの位相差に変化があった場合には指示体２はペンダウンの状態にある、ということを識別することができる。

［変形例１］
図８を参照して、ペンダウン情報の取得についての他の例を説明する。この例では、第１電極２０が押圧されたかどうかに応じて第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号の送信を制御する構成を備える。具体的には、第１電極２０が押圧されない場合には第２の周波数ｆ２の信号が送信されない構成を備える。変形例１では、指示体内にスイッチを備え、指示体から送信される第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号を用いて、指示体の位置及び指示体がセンサ部に近接している状態（ホバリング状態）及び指示体がセンサ部に接している状態（ペンダウン状態）を検出する例について説明する。

図８に、この例の指示体の概略構成を示す。なお、図８において、上記実施形態（図２）と同様の構成には、同じ符号を付して示す。

この例の指示体１００は、棒形状の第１電極２０と、スイッチ１０１（第１スイッチ）と、集積回路１０２と、コイル２４と、電源生成回路２５と、これらの構成部材を内包する、例えば金属あるいは導電性材料から成る筐体１２９とを備える。スイッチ１０１及び集積回路１０２以外の構成は、上記実施形態と同様であるので、ここでは、スイッチ１０１及び集積回路１０２の構成についてのみ説明する。

スイッチ１０１の一端は、後述する集積回路１０２内の切替スイッチ１０３に設けられた切換動作を制御するための制御端子に接続され、その他端は筐体１２９に接続される。また、スイッチ１０１は第１電極２０に係合された構造を備えており、第１電極２０がセンサ部にて押圧されると、スイッチ１０１がＯＮ状態となるように構成される。

集積回路１０２は、第１の周波数信号生成部２６及び第２の周波数信号生成部２７を含む送信信号生成部２８と、切替スイッチ１０３（第２スイッチ）とを備える。なお、送信信号生成部２８は、上記実施形態と同様の構成である。また、集積回路１０２のグランド端子は筐体１２９に接続される。

切替スイッチ１０３は、その入力端子が第１の周波数信号生成部２６及び第２の周波数信号生成部２７の出力端子にそれぞれ接続され、その出力端子が第１電極２０に接続される。そして、切替スイッチ１０３は、第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号のいずれの信号を送信するかを選択する。この切替スイッチ１０３の切替動作は、スイッチ１０１の接続状態（ＯＮまたはＯＦＦ状態）により制御される。具体的には、スイッチ１０１がＯＦＦ状態である場合、すなわち指示体１００がセンサ部３０上に浮いているホバリング状態の場合には、切替スイッチ１０３は第１の周波数信号生成部２６に接続され、スイッチ１０１がＯＮ状態である場合、すなわち指示体１００がセンサ部３０に接しているペンダウン状態となった場合には、切替スイッチ１０３は第２の周波数信号生成部２７に接続される。

指示体１００がセンサ部３０上から離間している場合、すなわち指示体１００がホバリング状態にある場合には、指示体１００からは第１周波数ｆ１の信号がセンサ部３０に送信される。検波部５４では、第１の周波数ｆ１の信号Ｐ１が検出され、あるいは第２周波数ｆ２の信号Ｐ２が検出されないことに対応して、指示体１００がホバリング状態にあること、及び第１周波数ｆ１の信号Ｐ１の検出に基づいて、ホバリング状態における指示体１００の位置検出を行うことができる。一方、指示体１００がセンサ部３０に接している場合には、切替スイッチ１０３によって、指示体１００からは第１周波数ｆ１の信号に代えて、第２周波数ｆ２の信号がセンサ部３０に送信される。この変形例１の実施態様では、検波部５４で第２周波数ｆ２の信号Ｐ２が検出され、あるいは第１周波数ｆ１の信号Ｐ１が検出されないことに対応して、指示体１００がペンダウン状態にあること、及び第２周波数ｆ２の信号Ｐ２の検出に基づいて、ペンダウン状態における指示体１００の位置検出を行うことができる。すなわち、この例では、指示体１００から送信される信号の周波数の使用状況を識別することにより、指示体１００がセンサ部３０に接しているか否かを判定することができる。

［変形例２］
変形例２では、指示体から送信される３つの異なる周波数の信号（第１周波数ｆ１の信号、第２周波数ｆ２の信号、および第３周波数ｆ３の信号）を用いて、指示体の位置、筆圧及び指示体に設けられたサイドスイッチの操作情報を検出可能な指示体の構成例を説明する。

図９に、この例の指示体の概略構成を示す。なお、図９において、図２に示される実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して示す。

この例の指示体１１０は、棒形状の第１電極２０と、略半円筒形状の第２電極２１ａ及び略半円筒形状の第２電極２１ｂから構成される第２電極２１と、可変容量コンデンサ２２と、集積回路１１１と、コイル２４と、電源生成回路２５と、これらの構成部材を内包し、例えば金属あるいは導電性材料から成る筐体１２９と、筐体１２９の側面の一部には指などで操作可能な操作スイッチいわゆるサイドスイッチ１１３を備える。集積回路１１１、サイドスイッチ１１３、略半円筒形状の第２電極２１ａ、及び略半円筒形状の第２電極２１ｂ以外の構成は、上記実施形態と同様であるので、ここでは、集積回路１１１、サイドスイッチ１１３、略半円筒形状の第２電極２１ａ、及び略半円筒形状の第２電極２１ｂの構成についてのみ説明する。

集積回路１１１は、第１の周波数信号生成部２６、第２の周波数信号生成部２７、および第３周波数信号生成部２９を含む送信信号生成部１１５と、切替スイッチ１１２とを備える。

この例では、第１の周波数信号生成部２６及び第２の周波数信号生成部２７に加え、第３の周波数信号生成部２９を備える。第１の周波数信号生成部２６から出力される第１周波数ｆ１の信号は棒形状の第１電極２０に供給される。第２の周波数信号生成部２７から出力される第２周波数ｆ２の信号は略半円筒形状の第２電極２１ａに供給される。第３周波数信号生成部２９から出力される第３周波数ｆ３の信号は、切替スイッチ１１２を介して略半円筒形状の第２電極２１ｂに供給される。既述したように、指示体１１０が指示するセンサ部上の位置は第１の周波数信号生成部２６によって生成される第１周波数ｆ１の信号によって検出される。また、図５を用いて説明したように、指示体１１０に印加される圧力、いわゆる筆圧は、棒形状の第１電極２０が筆圧に応じて可変容量コンデンサ２２を押圧し、これによって可変容量コンデンサの容量が変化することで検出される。すなわち、可変容量コンデンサの容量が変化することによって、第１の周波数信号生成部２６によって生成される第１周波数ｆ１の信号に対する、第２の周波数信号生成部２７によって生成される第２周波数ｆ２の信号の生成タイミングが変化することとなる。従って、第２周波数ｆ２の信号と第１周波数ｆ１の信号との間の位相差を位置検出回路側で検出することで筆圧を求めることができる。

切替スイッチ１１２は、その入力端子の一端が第３の周波数信号生成部２９の出力端子に接続され、その他端は第１電極２０を構成する略半円筒形状の第２電極２１ｂに接続される。切替スイッチ１１２は、サイドスイッチ１１３の操作に対応して第３周波数ｆ３の信号を選択的に略半円筒形状の第２電極２１ｂに供給する。

サイドスイッチ１１３は、例えば、パーソナルコンピューターで使用されるマウスの右クリックボタンあるいは左クリックボタンの機能を実現するために設けられており、集積回路１１１内の切替スイッチ１１２に作用して、切替スイッチ１１２の切替動作を制御する。

このような構成の指示体１１０では、筆圧すなわち、可変容量コンデンサ２２の容量変化に応じて、第１の周波数信号生成部２６から送信する第１周波数ｆ１の信号に対する第２の周波数信号生成部２７から送信する第２周波数ｆ２の信号の生成タイミングが変化することとなり、これによって、両信号間の位相が変化することとなり、筆圧を検出することができる。また、この例の指示体１１０では、サイドスイッチ１１３を押すことでＯＮ状態にすることにより切替スイッチ１１２が制御されて、第３の周波数信号生成部２９によって生成される第３周波数ｆ３の信号が略半円筒形状の第２電極２１ｂを介して位置検出器側に送信される。位置検出回路側では周波数ｆ３の信号の存在を検出することによりサイドスイッチ１１３の操作を検出できる。なお、この例では、第２電極２１は、略半円筒形状の第２電極２１ａと略半円筒形状の第２電極２１ｂに二分割された構成を備えているが、この構成に限るものではない。例えば、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２を使用する場合には、第２電極２１を４分割し、互いが向かい合う電極片をペアとして構成し、ペアを構成する電極片に同一の周波数を有する信号を供給しても良い。第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２、及び第３周波数ｆ３を使用する場合には、第２電極２１を６分割し、互いが向かい合う電極片をペアとして構成し、ペアを構成する電極片に同一の周波数を有する信号を供給しても良い。すなわち、第２電極２１を、使用する周波数の数に対応した所定の数に分割するとともに、所定の位置に配置された電極片をペアと成し、ペアを構成する電極片に同一の周波数を有する信号を供給するようにする。この構成によれば、センサ部３０に対する指示体の外周面の位置依存性、すなわち、センサ部３０に対する電極片の物理的な遠近関係を低減させることができる。なお、これまでの例では、第１周波数ｆ１の信号は第１電極２０に供給され、第２周波数ｆ２の信号は第２電極２１ａに供給され、第３周波数ｆ３の信号は第２電極２１ｂに供給されるものとして説明した。各々の信号を所定の電極を介して送信する他の例として、各信号は互いに弁別可能な周波数を有しているため、これらの信号を抵抗などを介して信号加算した後に所望の電極に供給することもできる。例えば、第１周波数ｆ１の信号、第２周波数ｆ２の信号、および第３周波数ｆ３の信号の各々を抵抗を介して信号加算し、第１の電極２０に供給することもできる。あるいは、第２周波数ｆ２の信号と第３周波数ｆ３の信号の各々を抵抗を介して信号加算し、図２に示す第２電極２１に、あるいは図９に示す第２電極２１ａ及び／又は第２電極２１ｂに供給することもできる。

［変形例３］
上記実施形態の位置検出器３では、選択回路４０により、第１導体群３２及び第２導体群３４内から所定の導体を選択する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。選択回路を２つの選択回路で構成し、その一方を第１導体群３２から所定の導体を選択する選択回路として用い、他方を第２導体群３４から所定の導体を選択する選択回路として用いてもよい。変形例３では、そのような構成例について説明する。

図１０に、変形例３の位置検出器の概略構成を示す。なお、図１０において、上記図３に示す実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して示す。また、図１０では、説明を簡略化するため、選択回路２０１周辺の構成のみを示す。

この例の位置検出器２００の選択回路２０１は、第１導体群３２から所定の第１導体３１を所定の順序で選択する第１選択回路２０２と、第２導体群３４から所定の第２導体３３を所定の順序で選択する第２選択回路２０３とで構成される。また、第１選択回路２０２及び第２選択回路２０３は、受信系回路群５１に接続される。なお、この例の位置検出器２００における、選択回路２０１以外の構成は、上記実施形態と同様である。

この例の位置検出器２００では、第１導体群３２から所定の第１導体３１を選択する第１選択回路２０２の動作と、第２導体群３４から所定の第２導体３３を選択する第２選択回路２０３の動作とを中央演算処理部６２と協働して動作する制御部６３の制御のもとに行う。この場合、第１選択回路２０２の出力信号と第２選択回路２０３の出力信号のそれぞれが受信系回路群５１に入力される。この例では、第１選択回路２０２から供給される信号と第２選択回路２０３から供給される信号が受信系回路群５１の内部にて信号重畳されると共に、制御部６３の制御による所定の第１導体３１と所定の第２導体３３の選択動作に対応して、指示体の位置検出及び筆圧検出が行われる。なお、第１選択回路２０２及び第２選択回路２０３の切替動作は、制御部６３から出力される制御信号により制御される。

この例の構成によれば、第１選択回路２０２と第２選択回路２０３が互いに分離されているため、第１導体群３２と第２導体群３４とを同時に信号受信状態とすることができる。従って、この構成によれば検出速度を向上させることができる。さらに、それぞれの選択回路を規模の小さな回路で構成することができ、位置検出器２００としての回路レイアウトの自由度が増す。

また、変形例３の位置検出器２００の構成においては、周波数の異なる信号で構成される各々の出力信号を受信系回路群５１で、例えば抵抗などを介して信号加算して一つの信号として、信号処理する。一方、第１選択回路２０２の出力信号を処理する受信系回路群と、第２選択回路２０３の出力信号を処理する受信系回路群とを別個に設けることもできる。この場合には、両方の受信系回路群の各々で、指示体の位置検出及び筆圧検出の両方を行ってもよいし、両方の受信系回路群で指示体の位置検出を行うとともに一方の受信系回路群で指示体の筆圧検出を更に行う構成を採用することもできる。後者を適用した場合、その構成は、前者の構成より簡易になる。

［変形例４］
上記実施形態及び変形例１〜３では、位置検出装置がペンタブレットである場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。位置検出装置が、ペンタブレットの機能だけでなく、ユーザが指を位置検出器の画面にタッチして所定の操作を行うタッチパネルの機能を備えることもできる。変形例４は、ペンタブレット及びタッチパネル兼用の位置検出装置を説明するものであり、指示体としてのペンを検出する場合には、第１導体群３２を構成する導体及び第２導体群３４を構成する導体を各々受信導体として機能させ、ペンとは種類の異なる指示体としての指を検出する場合には、第１導体群３２を構成する導体及び第２導体群３４を構成する導体の一方の導体を送信導体として機能させて所定の信号を供給し、他方の導体は受信導体として機能させるものである。

図１１に、この例の位置検出装置における位置検出器の概略構成を示す。なお、この例の位置検出装置では、指示体としてのペンは、上記実施形態及び変形例１〜３のいずれかを用いることができる。それゆえ、ここでは、位置検出器の構成についてのみ説明する。なお、図１１において、図３に示される実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して示す。また、図１１では、受信信号の処理の流れを実線矢印で示し、制御信号、クロック信号等の流れは破線矢印で示す。ただし、図１１では、説明を簡略化するため、受信系回路群５１の制御信号、クロック信号等の流れを示す破線矢印は省略する。また、この例では、ペンのみならず、例えば指などといった他の種類の１つあるいは複数の指示体を実質的に同時に検出できる構成を備えている。

この例の位置検出器２１０は、主に、ペン、指など種類の異なる複数の指示体の指示位置を検出するセンサ部３０と、センサ部３０を構成する複数の導体を選択するための選択回路２２０と、位置検出回路２３０とで構成される。なお、センサ部３０は、図３に示される実施形態と同様の構成であるので、ここでは、センサ部３０の構成の説明は省略する。なお、この実施形態では、指示体としては、ペンに限るものではなく、１本あるいは複数の指、手のひらなども含む。

選択回路２２０は、第１選択回路２２１と、第２選択回路２２２とから構成される。第１選択回路２２１は、図１１中のｙ方向に並列配置された複数の第１導体３１からなる第１導体群３２に接続され、第１導体群３２から所定の第１導体３１を所定の順序で選択する。一方、第２選択回路２２２は、図１１中のｘ方向に並列配置された複数の第２導体３３からなる第２導体群３４に接続され、第２導体群３４から所定の第２導体３３を所定の順序で選択する。なお、第１選択回路２２１及び第２選択回路２２２の切替え制御は、中央演算処理部６２と協働する制御部６３から出力される制御信号により制御される。導体選択手順の一例としては、まず第１選択回路２２１によって、第１導体群３２を構成する所定の第１導体３１を選択するとともに、第２選択回路２２２によって第２導体群３４を構成する各々の第２導体３３を所定の手順で順次選択する。第２導体群３４を構成する各々の第２導体３３が全て選択されると、第１選択回路２２１によって、所定の手順で次の第１導体３１を選択し、第２導体群３４を構成する各々の第２導体３３を所定の手順で順次選択する。このような導体選択手順を繰り返すことで、センサ部３０に置かれたペン、指など種類の異なる指示体を実質的に同時に検出可能となる。

位置検出回路２３０は、受信系回路群５１と、発振器６０と、ドライブ回路６１と、中央演算処理部６２と、制御部６３と、送信信号生成部２３１と、第１切替部２３２と、第２切替部２３３とを備える。この例の位置検出回路２３０は、図３に示される実施形態の位置検出回路５０の構成において、さらに送信信号生成部２３１、第１切替部２３２、及び第２切替部２３３を備える。送信信号生成部２３１及び第１切替部２３２、及び第２切替部２３３以外の構成は、上記実施形態と同様である。

送信信号生成部２３１は、位置検出器２１０を指による操作を受け付けるタッチパネルとして動作させる際に、第１導体群３２内の所定の第１導体３１に供給するための送信信号を生成する。なお、送信信号生成部２３１では、ペン形状の指示体から送信される周波数（例えば、第１周波数ｆ１の信号及び第２周波数ｆ２の信号）とは異なる新たな周波数ｆ３を有する信号を生成することが好ましいが、指操作ならびにペン操作が認識できる構成であれば良い。すなわち、周波数情報による識別、位相情報による識別、あるいはペンと指の操作を時分割的に識別することによって、ペンあるいは指などの指示体の種類が識別できる構成であればこれに限るものではない。また、位置検出装置がタッチパネルとして動作している際、ユーザの指が接している位置では、例えば指を介して電流がグラウンドに分流されることによって、あるいは交差する導体間における電流移動が生じることによって、タッチ位置における導体の交差点を介して得られる受信信号のレベルが変化するため、受信系回路群５１では、このレベル変化を検出してタッチ位置２次元的に検出することができる。

第１切替部２３２は、位置検出器２１０をペン形状の指示体の操作を受け付けるペンタブレットとして動作させる際の信号の流れと、指示体としての指による操作を受け付けるタッチパネルとして動作させる際の信号の流れを切替える。具体的には、位置検出器２１０をペンタブレットとして動作させる際には、第１導体群３２は受信導体として作用するので、第１選択回路２２１の出力端子は第１切替部２３２のスイッチＳＷ２を介して第２切替部２３３の一方の入力端子に接続される。一方、第１切替部２３２のスイッチＳＷ１は、スイッチＳＷ２と連動して、送信信号生成部２３１と第１選択回路２２１とを非接続状態とする。位置検出器２１０をタッチパネルとして動作させる際には、第１導体群３２は送信導体として作用するので、送信信号生成部２３１の出力端子は第１切替部２３２のスイッチＳＷ１を介して第１選択回路２２１に接続される。一方、第１切替部２３２のスイッチＳＷ２は、スイッチＳＷ１と連動して、第１選択回路２２１と第２切替部２３３の一方とを非接続状態とする。なお、この第１切替部２３２及び第２切替部２３３の切り替え動作は、中央演算処理部６２と協働する制御部６３から出力される制御信号（図１１中の破線矢印）により制御される。また、指による操作を受け付けるタッチパネルとして動作させる際には、第２切替部２３３は、制御部６３による制御に従い、第１切替部２３２を介した送信信号生成部２３１と第１選択回路２２１との接続動作に連動して、第２選択回路２２２が第２切替部２３３の他方の入力端子を介して受信アンプ５２に接続される。第１切替部２３２及び第２切替部２３３がこのように制御されることで、第１選択回路２２１を介して第１導体群３２を構成する第１導体３１に、送信信号生成部２３１によって生成された送信信号が順次供給されるとともに、第２選択回路２２２によって第２導体群３４を構成する第２導体３３が順次選択されて受信アンプ５２に接続されることで、指による操作を２次元的に検出することができる。一方、ペンの操作を受け付けるペンタブレットとして動作させる際には、第２切替部２３３は、制御部６３の制御に従い、第１切替部２３２を介した第１選択回路２２１と、第２選択回路２２２とを交互に受信アンプ５２に接続する。第１切替部２３２及び第２切替部２３３がこのように制御されることで、ペンの操作を２次元的に検出することができる。

ここで、この例の位置検出装置におけるタッチパネルとしての機能とペンタブレットとしての機能の動作例を説明する。図１２にその動作の一例を示す。図１２に示す例では、タッチパネルの動作とペンタブレットとしての動作を所定時間毎に切り換える。具体的には、制御部６３の制御に従い、第１切替部２３２及び第２切替部２３３を所定時間毎に連動させて切り換えることで、指及びペン等の指示体の存在、あるいは指示体が指示する位置を検出する。この例では、所定間隔（例えば１０ｍｓ）でペンの位置及び筆圧検出動作（ペンタブレット機能）と、タッチ位置の検出動作（タッチパネル機能）とを交互に繰り返す。また、この例の位置検出装置では、指示体としての指を検出するためのタッチパネルとしての機能と、他の種類の指示体としてのペンを検出するためのペンタブレットとしての機能を時分割で切り替える構成を備えるものであるが、いずれの機能で動作する場合でも第２導体群３４を構成する第２導体３３は常に信号受信に供される。従って、受信系回路群５１として、指を検出するために使用される送信信号生成部２３１から供給される送信信号と、ペンから供給される送信信号とを同時に検出可能な回路構成を備えることで、ｘ方向における指位置を求める際にペン位置をも同時に求める。すなわち、ｘ方向においては、指位置のみならずペン位置をも同時に求めることで、ペン位置を求める次の処理としては、ｘ方向でのペン位置は既に取得されているために、ｙ方向におけるペン位置を求めれば良いことになる。このような回路構成を備えることで、センサ部３０におけるペンと指の同時検出を高速に行うことができる。

なお、この例の位置検出装置の動作は、図１２の例に示す時分割動作に限定されない。例えば、時分割動作を採用することなく、センサ部３０上で指及びペンの存在を同時に検出することもできる。ペンから第１の周波数の信号及び該第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号が送信される場合を想定した場合、図１１における送信信号生成部２３１において、ペンに割り当てられたこれらの周波数とは異なる第３の周波数の信号を備える送信信号を生成し、第１切替部２３２のスイッチＳＷ１、第１選択回路２２１を介して第１導体群３２を構成する複数の第１の導体３１に所定の順序で第３の周波数の送信信号を繰り返し供給する。受信系回路群５１を構成する受信アンプ５２には、第２選択回路２２２及び第２切替部２３３を介して、選択された導体が接続される。なお、第２選択回路２２２は、第２導体群３４を構成する複数の第２導体３３に対して、所定の順序による選択動作によって所定の導体を選択する。検波部５４では、供給された信号から第１、第２、及び第３の各周波数の有無を検出するとともに、その信号レベルもまた検出する。すなわち、上記の動作は、タッチ位置の検出動作（タッチパネル機能）を検出するための動作と同じである。従って、この動作状態における指位置の検出動作は既述した通りである。この動作状態において、ペンが操作された場合には、ペンから送信された第１の周波数あるいは第２の周波数の少なくとも一方の周波数を検波部５４で検出することでペン操作の存在を認識できる。ペン操作の存在の認識に基づいてペンタブレットとしての機能に切り換えることで、ペン位置が２次元的に検出できる。また、位置検出回路２３０において、指及びペンという２つの指示体の存在が同時に検出された場合には、図１２に示したようにタッチパネル機能とペンタブレット機能を時分割的に切り換えることで、あたかも同時に指とペンの操作を検出することができる。また、ペンと指が同時に検出された場合には、ペンあるいは指の一方を検出するための動作（タッチパネル機能あるいはペンタブレット機能）に移行するよう、制御部６３にその機能選択の優先度を設定することができる。

［変形例５］
図５では、指示体が指示する位置を検出するための第１周波数ｆ１の信号と、指示体に加えられた圧力（筆圧）に応じて変化する可変容量コンデンサ２２の容量に対応して第１周波数ｆ１の信号と第１周波数ｆ１の信号とは周波数の異なる第２周波数ｆ２の信号との間の位相差から筆圧を検出する構成が示されている。

図１３に示される集積回路１５では、指示体が指示する位置を検出するための周波数情報と、指示体に加えられた圧力（筆圧）に応じて変化する可変容量コンデンサ２２の容量に対応した時間情報を１つの信号に含ませて指示体から送信する構成を示す。なお、図５と同様の構成には、同じ符号を付して示す。第１電極２０を介して印加される押圧力に応じて容量Ｃが変化する可変容量コンデンサ２２の一端はグラウンドに接続される。その他端は抵抗１０を介して電源生成回路２５に接続されて所定の電圧Ｖｃｃが供給される。また、スイッチ１１は可変容量コンデンサ２２の両端に並列的に接続される。タイミング制御回路１３は、所定の周期でスイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。すなわち、スイッチ１１は一旦ＯＮとされて可変容量コンデンサ２２の電荷を放電させた後にＯＦＦとされる。図１３では、タイミング制御回路１３はスイッチ１１をＯＦＦとするとともに、例えばＲＳ型フリップフロップで構成される、パルス信号生成回路１４のリセット端子（Ｒ）に信号を供給することで反転出力端子Ｑ_ＩＮＶに初期値として論理信号１を出力する。スイッチ１１がＯＦＦとされると、可変容量コンデンサ２２は抵抗１０を介して次第に充電されるため、可変容量コンデンサ２２の両端での電位は、筆圧に対応して変化した容量Ｃに依存して、次第に上昇する。遅延設定回路１２は、抵抗１０と可変容量コンデンサ２２との間の中点の電位を所定のスレッショルド値Ｖｔｈと比較する。遅延設定回路１２は、可変容量コンデンサ２２の電位が所定の電位Ｖｔｈに達すると、パルス信号生成回路１４のセット端子（Ｓ）に信号を供給することで反転出力端子Ｑ_ＩＮＶから出力されていた論理信号１を論理信号０に変化させる。この構成により、パルス信号生成回路１４の反転出力端子Ｑ_ＩＮＶからは、タイミング制御回路１３がスイッチ１１をＯＮ／ＯＦＦ制御する周期ｔで論理信号１が定期的に出力されるとともに、筆圧に対応して変化した可変容量コンデンサ２２の容量Ｃに依存した時間ｔ_１の経過後に論理信号０に変化する。すなわち、筆圧に応じてパルス幅が変動するＰＷＭ（パルス幅変調）信号が周期的に半導体１５から出力されることとなり、このパルス信号の存在を位置検出器３によって検出することで指示体が指示する位置を検出することができるとともに、パルス信号のパルス幅を検出することで指示体に加えられた圧力を求めることができる。なお、パルス信号の存在を検出するための検出回路及びパルス信号のパルス幅を求めるための回路については既に知られている回路を適用することができる。

なお、本実施例では、所定の導体を選択するための選択回路４０を備えた構成を示したが、本発明においては選択回路は必ずしも必要とはされない。例えば、第１導体群３２を構成する第１導体３１の各々に対して個々の受信回路を備えることで選択回路４０は必要とされない。また、同様の理由によって、図１０に示される位置検出器２００においても、第１選択回路２０２、第２選択回路２０３は必ずしも必要とはされない。更には、図１１に示される検出装置２３０における第１選択回路２２１は、送信信号を所定の導体に供給するために設けられているが、互いが固有の周波数を有する複数の送信信号を生成するための送信信号生成部から、信号送信導体としての第１導体３１の各々に固有の周波数を有する送信信号を供給し、受信導体としての第２導体３３の各々に、前記固有の周波数を有する複数の信号を受信し受信周波数の分析を行うことができる個々の受信回路を設けることで、第１選択回路２２１、第２選択回路２２０は必ずしも必要とはされない。

上記実施形態及び変形例１〜４では、センサ部の励磁コイルからの励磁信号を受信して、指示体内の集積回路の駆動電圧を生成する例を説明したが、本発明はこれに限定されず、指示体内部に例えば蓄電池のような電源を備えていてもよい。また、受信系回路群５１内の検波部５４には、各送信信号に対応する周波数の参照信号で同期検波可能な複数の同期検波器を設けた構成で説明したがこの構成に限るものではない。ペンの操作を受け付けるペンタブレットとして動作させる場合には、指示体としてのペンから送信された信号を受信して、その受信信号の信号レベルの他に、周波数の情報、あるいは必要に応じ周波数及び位相の情報を抽出可能な受信信号分析機能が発揮されれば良く、アナログフィルタ、あるいはデジタルフィルタ、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）などのデジタル信号処理で実現することもできる。更には、指による操作を受け付けるタッチパネルとして動作させる場合も同様であり、位置検出回路に備えられた送信信号生成部で生成された送信信号に対応した信号を受信し、その受信信号の信号レベルの他に、周波数の情報、あるいは必要に応じ周波数及び位相の情報を抽出可能な受信信号分析機能として発揮されれば良い。また、図９に示すサイドスイッチ１１３の操作有無の検出に関し、サイドスイッチ１１３からの操作信号を図５の遅延設定回路１２に供給し、電位Ｖｔｈを切り替える構成を備えることでサイドスイッチ１１３が操作されたことを検出することができる。すなわち、サイドスイッチ１１３が操作されたことに対応して遅延設定回路１２で設定される電位Ｖｔｈを、例えば高電位に切り替える。電位Ｖｔｈが高電位に設定されることで、指示体による押圧力が同一であっても、電位Ｖｔｈが高電位に設定されることで遅延設定回路１２からの出力される信号が更に所定の時間遅延されて出力されることになる。この構成によって、サイドスイッチ１１３の操作に対応して、第１の周波数の信号に対する第２の周波数の信号の生成タイミングが制御されることになり、この結果、サイドスイッチ１１３の操作有無を検出することができる。

１…位置検出装置、２…指示体、３…位置検出器、１４…パルス信号生成回路、１５…集積回路、２０…第１電極、２１…第２電極、２２…可変容量コンデンサ、２３…集積回路、２４…コイル、２５…電源生成回路、２６…第１の周波数信号生成部、２７…第２の周波数信号生成部、２８…送信信号生成部、２９…第３の周波数信号生成部、３０…センサ部、３１…第１導体、３２…第１導体群、３３…第２導体、３４…第２導体群、４０…選択回路、５０…位置検出回路、５１…受信系回路群、５２…受信アンプ、５３…Ａ／Ｄ変換回路、５４…検波部、５５…記憶部、５６…位置及び筆圧算出部、６０…発振器、６１…ドライブ回路、６２…中央演算処理部、６３…制御部、１２９…筐体、２３２…第１切替部、２３３…第２切替部

Claims (20)

1. 位置指示のための信号を送信する指示体と、
   前記指示体によって位置指示されるとともに前記指示体から送信された位置指示のための信号を受信するセンサ部と該センサ部で受信された前記位置指示のための信号に基づいて前記指示体がセンサ部にて指示した位置を検出するための位置検出器を備えた位置検出装置であって、
   前記指示体は、
   筐体から突出して位置指示に供されるペンチップと、
   第１の周波数の信号及び該第１の周波数の信号とは異なる第２の周波数の信号が生成され、前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差が前記ペンチップへの押圧力に対応して制御されるとともに前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号が前記時間差にて別個に前記位置検出装置に供給される送信信号生成部を備え、
   前記位置検出器は、
   前記指示体が前記センサ部にて指示した位置を前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号の少なくとも一方の信号に基づいて検出するとともに、
   前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との間の時間差に基づいて前指示体が前記センサ部にて位置指示した際の押圧力を検出する、ようにしたことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記指示体は、ペンチップへの押圧力を検出するための圧力検出素子を備え、前記送信信号生成部は該圧力検出素子からの信号に基づいて前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記ペンチップは導電体を含んでおり、前記送信信号生成部によって生成された少なくとも１つの信号は前記ペンチップを介して送信されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記センサ部には励磁コイルが備えられており、前記指示体には前記励磁コイルから送出された励磁信号を受信して前記指示体に備えられた送信信号生成部を駆動するための電源を生成するための電源生成回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 前記位置検出器は、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との間の時間差が所定の範囲外であるとき、あるいは前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との一方のみの存在を検出したとき、前記指示体が前記センサ部に対してホバリング状態にあることを検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
6. 前記指示体の側面には操作スイッチが設けられており、該操作スイッチの操作に対応して前記送信信号生成部から更に第３の周波数の信号が生成されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
7. 前記センサ部には、第１の方向に配置された複数の導体と前記第１の方向に交差する第２の方向に配置された複数の導体を備えるとともに、前記位置検出器には、所定の周波数の信号を生成するための送信信号生成部と、前記送信信号生成部にて生成された信号の前記第１の方向に配置された複数の導体への供給と前記第１の方向に配置された複数の導体に生起した信号の受信を切り替えるための切替部とが更に備えられており、前記切替部を制御することで前記指示体とは種類が異なる他の指示体によって指示されたセンサ部上の位置を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
8. 前記切替部を所定の周期で切替制御することによって、前記第１の方向及び前記第２の方向に配置された導体に生起した信号を前記位置検出器で検出することで前記指示体による指示を検出するとともに、前記第１の方向に配置された導体に前記位置検出器に備えられた前記送信信号生成部で生成された信号を供給するとともに前記第２の方向に配置された導体に生起した信号を前記位置検出器で検出することで前記指示体とは種類の異なる他の指示体による指示を検出するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
9. 前記種類の異なる他の指示体とは指であることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
10. 前記位置検出器に備えられた前記送信信号生成部において複数種類の信号が生成され、該生成された複数種類の信号が前記第１の方向に配置された複数の導体に供給するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
11. 前記位置検出器に備えられた送信信号生成部によって生成される信号の周波数は、前記指示体に備えられた送信信号生成部によって生成される前記第１の周波数及び前記第１の周波数とは異なる第２の周波数とは異なっていることを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
12. 静電結合方式の位置検出器とともに使用可能な指示体であって、
    筐体から突出して位置指示に供されるペンチップと、
    第１の周波数の信号及び該第１の周波数の信号とは異なる第２の周波数の信号が生成され、前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差が前記ペンチップへの押圧力に対応して制御されるとともに前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号が前記時間差にて別個に前記位置検出器に供給される送信信号生成部と、
    を含む指示体。
13. 前記指示体には、ペンチップへの押圧力を検出するための圧力検出素子を備え、該圧力検出素子からの信号に基づいて前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との間の生成タイミングを制御するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の指示体。
14. 前記指示体の筐体側面には操作スイッチが設けられており、該操作スイッチの操作に対応して前記送信信号生成部から更に第３の周波数の信号が生成されるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の指示体。
15. 前記ペンチップは導電体を含んでおり、前記送信信号生成部によって生成された少なくとも１つの信号は前記ペンチップを介して送信されるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の指示体。
16. 前記ペンチップへの押圧力に対応して設定される時間差が所定の範囲内になるようにし、
    前記ペンチップが前記位置検出器と接触していないホバリング状態にあるとき、前記所定の範囲以外の時間差となるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の指示体。
17. 位置指示のための信号を送信する指示体と、前記指示体によって位置指示されるとともに前記指示体から送信された位置指示のための信号を受信するセンサ部と該センサ部で受信された前記位置指示のための信号に基づいて前記指示体がセンサ部にて指示した位置を検出するための位置検出器を備えた位置検出装置であって、
    前記指示体は、
    筐体から突出して位置指示に供されるペンチップと、
    該ペンチップへの押圧力に対応して静電容量が変化する可変容量コンデンサと、
    前記可変容量コンデンサに蓄電される電荷に基づいて時間幅を決定する遅延設定回路と、
    前記可変容量コンデンサに蓄電された電荷を所定のタイミングで放電させる制御回路と、
    前記遅延設定回路で決定した時間幅のパルス信号による送信信号を生成する送信信号生成部とを備えており、
    前記位置検出器は、前記指示体が前記センサ部にて指示した位置を前記パルス信号の存在に基づいて検出するとともに、前記パルス信号の時間幅に基づいて前指示体が前記センサ部にて位置指示した際の押圧力を検出する、ようにしたことを特徴とする位置検出装置。
18. 静電結合方式の位置検出器とともに使用可能な指示体であって、
    筐体から突出して位置指示に供されるペンチップと、
    該ペンチップへの押圧力に対応した送信信号を生成する送信信号生成部を備えた指示体であって、
    前記送信信号生成部は、
    前記押圧力に対応して静電容量が変化する可変容量コンデンサと、
    前記可変容量コンデンサに蓄電される電荷に基づいて時間幅を決定する遅延設定回路と、
    前記可変容量コンデンサに蓄電された電荷を所定のタイミングで放電させる制御回路と、
    を備えており、
    前記送信信号生成部から出力されるパルス信号の時間幅が前記ペンチップの押圧力に対応して変化することを特徴とする指示体。
19. 指示体から位置指示のための信号を送信し、センサ部では前記指示体によって位置指示されるとともに前記指示体から送信された位置指示のための信号を受信し、位置検出器では該センサ部で受信された前記位置指示のための信号に基づいて前記指示体がセンサ部にて指示した位置を検出するようにした位置検出方法であって、前記指示体では、第１の周波数の信号及び該第１の周波数の信号とは異なる第２の周波数の信号を生成するとともに前記指示体が前記センサ部にて位置指示した際の押圧力に対応して前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差を制御し、前記位置検出器では、前記指示体が前記センサ部にて指示した位置を前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号の少なくとも一方の信号に基づいて検出するとともに、前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号との間の時間差に基づいて前記指示体が前記センサ部にて位置指示した際の押圧力を検出するようにした位置検出方法。
20. 静電結合方式の位置検出器とともに使用可能な指示体を用いた位置指示方法であって、
    第１の周波数の信号及び該第１の周波数の信号とは異なる第２の周波数の信号を生成し、
    前記第１の周波数の信号の生成から前記第２の周波数の信号の生成までの時間差をペンチップへの押圧力に対応して制御し、
    前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号を前記時間差にて別個に前記位置検出器に供給する、ようにした位置指示方法。

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