JP5852631B2 - 位置指示器 - Google Patents
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Description
さらに、タブレットを液晶パネルなどの表示装置と一体とすることによって画面に表示された箇所を電子ペンなどの位置指示器により直接入力するという形態の位置検出装置も提案されている。(例えば、特許文献2参照)
さらに、位置指示器には固有のID情報や筆圧情報だけでなく多種類の情報を有し、タブレットからの命令によって必要な情報を選択して取得するような位置検出装置が提案されている。(例えば、特許文献3参照)
また、位置指示器には電源を設けて信号を発信することにより、ITO(Indium Tin Oxide)膜のような抵抗値の高いコイルを使った透明センサータブレットを液晶パネルの前面に配置したようなものも提案されている。(例えば、特許文献4参照)
しかし、上記のような装置において、例えば特許文献3に示したように位置指示器に固有IDなどを含む複数種類の情報を設けてタブレットで検出しようとすると、これらの情報の全てを送信しなければならず転送速度が大幅に低下してしまうという問題がある。
本発明は上記の問題点に対して、位置指示器には電源手段を設けて信号を発信するとともに固有IDなどを含む複数種類の情報を設けて、タブレットではこれらの情報の中から必要な情報を選択して取得することができ、さらに、大型の表示装置であっても前面にタブレットセンサを配置することができる位置検出装置を提供することを目的とする。
本発明は、さらに位置指示器に設ける電源として電池交換や充電を頻繁に行わなくても済む低消費な位置指示器を実現することを目的とする。
そして、本発明の位置指示器は、タブレットが座標を検出する為の位置指示信号を連続的に送信する第一の期間と、連続的に送信された後、位置指示信号の連続的送信を休止するとともに、タブレットからの信号を受信し増幅器を通じて増幅させる第二の期間と、タブレットへ、検出された筆圧又は複数種類の情報を前記位置指示信号よりも短い信号で構成される複数信号を用いて送信する第三の期間を通して、位置指示信号と複数種類の情報を間欠的に送信することを特徴としている。
また、本発明によれば、位置指示器からの信号送信のタイミングに同期してタブレットから制御信号を送信するようにしたため、制御信号の送受信を短時間で確実に行うことができる。このため、位置指示器からタブレットへの情報の転送速度をさらに高めることができる。
また、本発明によれば、位置指示器がタブレット上に無い場合には位置指示器からの信号送信を停止するようにしたので、位置指示器の消費電力を節約でき、電池交換や充電を頻繁に行わなくても済むという効果もある。
1.第1の実施例(基本構成例)
2.第2の実施例(回転角情報を有する位置指示器を使用する例)
3.第3の実施例(ペン先およびイレーサを備えた位置指示器を使用する例)
[位置検出装置の外観説明]
図1は、本発明の位置検出装置の一実施例としての外観図を示す。本実施例による位置検出装置10は、ペン形状の位置指示器と、タブレットとで構成される。
次に、図2を参照して、位置指示器の構成について説明する。位置指示器はペン形状を有しており、1bは芯体で、芯体1bの先端部分は本体1aから突出している。この芯体1bの先端部分をペン先としてタブレット面に接触するようにして操作する。12は中空形状のコイルで、コイル12中を芯体1bが貫いている。さらに芯体1bの先端部分と逆側には可変容量コンデンサ23が配置されている。
Unit)を用いることができる。
切替回路19は、S/P変換回路18から出力される選択信号Skに応じて、ID格納メモリ20、筆圧検出回路21、スライダ検出回路22のいずれかを選択して、上記選択した回路からの信号をコントロール回路13に供給する。
次に、図4を参照して、タブレットの構成について説明する。タブレットは、液晶パネル等よりなる表示部2bの上面にセンサガラス206が重ねられて構成される。センサガラス206には、フレキシブル基板202〜フレキシブル基板205が接続されている。
次に、本実施例の動作について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
(1)座標検出期間
(2)コマンド送信期間
(3)タイミング抽出期間
(4)データ受信期間
(5)位置指示器がタブレット上に降ろされたときの初期動作
実際の動作は、(5)、(1)〜(4)の順に行われるが、説明を分かりやすくするために、説明は上記の順番で行うものとする。
図6に基づき、タブレットから位置指示器に対して筆圧情報を要求するコマンド“101”を送信した場合の動作について説明する。
位置指示器のコントロール回路13は、タブレットで座標を検出するために必要な時間、例えば1mS以上の間、コイル12から連続して信号を送信するよう、発振制御信号Scを発振回路11に供給する。これにより、発振制御信号Scが供給されている間、コイル12にはコイル信号Sdが発生し、このコイル信号Sdによる交流磁界が送信されるようになる。この動作を連続送信動作と呼ぶことにする。位置指示器が連続送信動作を行う期間は、タブレットにおいて座標検出が行われる期間であると同時に、位置指示器においては後述する筆圧情報およびスライダ情報を検出する期間でもある。
タブレットのCPU33は、検波出力Srの電圧が一定の閾値Vth以下となることにより連続送信の終了を検出すると、コマンド送信動作に移行する。このとき、選択回路31は位置指示器に最も近いループコイルが選択されたままの状態を維持する。
CPU33は、切替回路34を送信側(T)に切替えるような送受切替信号Smを送出する。さらにCPU33は、スイッチ40に対して送信制御信号Snを送出する。この送信制御信号Snは例えば128μS毎に、「1」、「0」、「1」と順次出力する。
位置指示器において、タブレットからの3ビットのコマンドが検出されると、位置指示器のコントロール回路13は、クロック信号Saに同期して2回の信号送信を行う。具体的には、コントロール回路13はクロック信号Saが「1」の期間に発振制御信号Scも「1」となるように制御して、図6に示すようにコイル12からはクロック信号Saに同期した間欠的な信号が2回送信される。
位置指示器では、2回の信号送信を終了すると、筆圧検出回路21は、続くクロック信号Saの立ち上がりに同期して、筆圧情報を送信データSbとして送出する。
図7は、タブレットから位置指示器に対してコマンド“100”を送信して、ID情報を検出する場合の動作について示したものである。
図8は、タブレットから位置指示器に対してコマンド“110”を送信して、スライダ情報を要求する動作について示したものである。
次に、位置指示器がタブレット上に無い状態からタブレット上に降ろされたときに、前述した図6〜8に示した動作にどのようにして移行するのかについて説明する。本実施例では、位置指示器がタブレット上に無い状態として、第1実施形態および第2実施形態について説明する。
図9は、位置指示器がタブレット上に降ろされたときの初期動作の第1の実施形態について示したものである。図9において、クロック信号Sa〜Srの横軸は時間を示し、それぞれ図3および図5の同一記号で表示された箇所の信号波形を示している。
図10は、位置指示器がタブレット上に降ろされたときの初期動作の第2の実施形態について示したものである。図10において、クロック信号Sa〜Srの横軸は時間を示し、それぞれ図3および図5の同一記号で表示された箇所の信号波形を示している。
本実施形態では、位置指示器は信号を送信せず、位置指示器のコントロール回路13は、スイッチ15をオンとするような制御信号Seを送出して増幅回路14を動作させておく。(以下、休止状態と呼ぶ)
前述した第1の実施例によれば、位置指示器は、連続送信動作終了後にタブレットからのコマンド信号を受信可能な状態とし、タブレットは、位置指示器からの連続送信終了タイミングを検波出力Srの低下という形で認識した後に、位置指示器へのコマンド送信を開始する。すなわち、連続送信動作の終了時刻が位置指示器とタブレットとの間で共有され、互いに共通する時間にコマンドの通信が短時間で行われる。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。第2実施例では、タブレット面に垂直方向を軸とした位置指示器の回転角を求めることができるようにした例について示す。出願人は、このような位置検出装置について特開平8−30374号公報として既に開示している。本実施例は、これに改良を加えることにより、抵抗値の高いITO膜等で形成したループコイルを用いたタブレット面においても、位置指示器の回転角を求めることができるようにした例について示す。本実施例では、タブレットは図4および図5に示した第1実施例で用いたものと同じ構成とする。
図11は、本実施例における位置指示器の位置指示部の構造を示す断面図である。図11に示すように、位置指示部には磁性体コア51と磁性体コア52の2本の磁性体コアが設けられている。これらの磁性体コア51及び52に使用する材料としてはフェライト材が望ましいが、他の材料を使用してもよい。また、コアを設けない構成としてもよい。
図12は、本実施例による位置指示器の内部構成を示した図である。図12において、図3および図11と同一の構成箇所には同一の符号を付してある。位置指示器には、発振回路11と、コイル53及びコイル54と、コントロール回路13、増幅回路14、スイッチ15、検波回路16、コンパレータ17、S/P変換回路18、切替回路19、ID格納メモリ20、筆圧検出回路21、クロック発生回路25、電源26、が設けられている。
スイッチ55がオフ状態のときにはコイル53の両端は開放されるので、コイル53はコイル54から発生する磁界に対して影響を与えない。従って、タブレットでは磁性体コア51と磁性体コア52との中間位置の座標が検出される。
従って、スイッチ55がオフ状態のときにタブレットで検出される座標値と、スイッチ55がオン状態のときにタブレットで検出される座標値とによって、タブレット面に垂直方向を軸とする位置指示器の回転角を求めることができる。
次に、図13を参照して、本実施例の動作について説明する。図13は、タブレット2から位置指示器に対してコマンド“110”を送信して、位置指示器のタブレット面に垂直方向を軸とする回転角を検出する動作の様子を示したものである。図13において、クロック信号Sa〜Srの横軸は時間を示し、それぞれ図5および図12の同一記号で表示された箇所の信号波形を示している。
CPU33は、A/D変換回路39からの出力結果を調べて、検波出力Srに一定時間、例えば128μS以上の期間継続して電圧が発生した際に位置指示器からの連続送信動作が開始されたものと判断し、続けて、図6および図7の場合と同様な座標検出動作を行う。
このとき、検波回路37からの検波出力Srには、選択したループコイルと位置指示器のコイル54との距離に応じた電圧が現れる。すなわち、位置指示器に最も近いループコイルX11およびループコイルY8を選択した際に最も高い電圧が得られるような電圧分布となる。この電圧分布におけるピークレベルと隣り合うコイルの電圧とから、位置指示器の指示位置のX座標値およびY座標値を求めることができる。このとき求められる座標値は、磁性体コア51と磁性体コア52との中間位置を示すものとなる。以下の説明においては、この座標を第一座標と称する。
このとき、タブレットから1ビットの信号を送信する期間(ここでは128μS)を、位置指示器でのクロック信号Saの周期とおよそ一致させておけば、クロック信号Saに同期して、タブレットから送信された信号を抽出することができる。すなわち、図13に示すようにクロック信号Saの立下りタイミングでコンパレータ17の出力Sgの値を読めば、タブレットから送信された信号を、「1」、「1」、「0」の順に抽出することができる。ここまでの動作は、図6および図7の場合と全く同様に行われる。
本実施例では、タブレットからのコマンドが“110”のときに回転角検出のための動作を行うようにしたが、他のコマンドを割り当ててもよい。
本実施例によれば、前述した第1実施例による効果に加えて以下のような効果が得られる。すなわち、第2実施例では、タブレットから位置指示器へのコマンドの通信を短時間で行うことができるので、タブレット面に垂直方向を軸とする位置指示器の回転角の検出が可能で、かつサンプリング速度の速い位置検出装置を実現することができる。
また、本実施例においても、タブレットからの信号を位置指示器で増幅するようにしたため、タブレットからの信号が微弱であってもコマンドとして正確に抽出できるようになる。従って、タブレットのループコイルを抵抗値の高いITO膜等で形成することが可能となり、透明のループコイルを有するセンサガラス206を表示部2bの前面に配置することができるようになる。
次に、本発明の第3の実施例について説明する。本実施例では、位置指示器に2つの位置指示部(ペン側およびイレーサ側)を設け、タブレット面に向けられている位置指示器の方向を検出するようにしたものである。
図14は、本実施例による位置指示器の構造を示す断面図である。本実施例も位置指示器はペン形状をしており、芯体1bの先端部分は本体1aから突出している。この芯体1bの先端部分をタブレット面に接触するようにして操作する。62は中空形状のコイルで、コイル62中を芯体1bが貫いている。さらに芯体1bの先端部分と逆側には可変容量コンデンサ73が配置されている。
図15は、本実施例による位置指示器の内部構成について示した図である。位置指示器を構成する各部は、ペン先側の動作に関する部分とイレーサ側の動作に関する部分とが含まれる。そしてこれらのブロックは、コントロール回路56によって制御される。
図16は、本実施例のタブレット内部構成例について示した図である。図16において、図5と同一構成の箇所には同一の符号を付してあり、詳細な説明は省略する。図16に示すタブレットも、ループコイル群30と、選択回路31、CPU33、切替回路34、増幅回路35、BPF36、検波回路37、S/H回路38、A/D変換回路39、信号発生回路41、より構成されている。即ち、本実施例でのタブレットには第1実施例におけるスイッチ40が無い。これは位置指示器がタブレットに送信する情報が、ペン側又はイレーサ側の筆圧情報のみであるため、タブレットから位置指示器に対してコマンドを送信する必要が無いためである。
次に、本実施例の動作について以下の順序で説明する。
(1)ペン先側がタブレット上に置かれたときの初期動作
(2)ペン先側がタブレット上に置かれたときの座標及び筆圧検出動作
(3)イレーサ側がタブレット上に置かれたときの初期動作
(4)イレーサ側がタブレット上に置かれたときの座標及び筆圧検出動作
本実施例では、位置指示器がタブレット上に無い状態(初期状態)では、位置指示器はコイル62およびコイル79のどちらからも信号送信をせず、位置指示器のコントロール回路56は、スイッチ66およびスイッチ70を共にオンとすることにより、ペン先側とイレーサ側のどちらからでもタブレットからの信号が受信できるようになっている。
図18は、前述した初期動作によって位置指示器がループコイルX11とループコイルY8の交点付近に存在することが判明した後に、座標および筆圧検出動作を繰り返し行う際の動作について示したものである。
図19は、位置指示器のイレーサ側がタブレット上に降ろされたときの初期動作を示すタイミングチャートである。図19において、クロック信号Sa〜Srの横軸は時間を示し、それぞれ図15および図16の同一記号で表示された箇所の信号波形を示している。イレーサ側がタブレット上に降ろされたときの初期動作は、ペン先側の場合と全く同様に行われる。
図20は、前述した初期動作によって位置指示器がループコイルX22とループコイルY17の交点付近に存在することが判明した後に、座標および筆圧検出動作を繰り返し行う際の動作について示したものである。この動作は、図18において説明したペン先側の動作と全く同様に行われる。
本実施例によれば、位置指示器がタブレット上に存在しない場合には、位置指示器からの信号送信が行われないため、位置指示器の消費電力を節減することができる。すなわち、位置指示器の電池交換や充電を頻繁に行わなくても済むようになる。
Claims (5)
- 電源手段を備え、
本体の一端より突出してペン先を構成する芯体と、
複数種類の情報を格納する情報格納手段と、
前記芯体を通じて印加される筆圧を検出する筆圧検出手段と、
タブレットに向けて送信する情報送信手段と、
前記タブレットからの信号を受信し、受信した信号を増幅する増幅器を有する位置指示器において、
前記タブレットが座標を検出する為の位置指示信号を連続的に送信する第一の期間と、
連続的に送信された後、前記位置指示信号の連続的送信を休止するとともに、前記タブレットからの信号を受信し前記増幅器を通じて増幅させる第二の期間と、
前記タブレットへ検出された筆圧又は前記複数種類の情報を前記位置指示信号よりも短い信号で構成される複数信号を用いて送信する第三の期間を通して、
前記位置指示信号と前記複数種類の情報を間欠的に送信することを特徴とする位置指示器。 - 前記第一の期間では、連続的に送信すると共に、前記芯体に印加される筆圧を前記筆圧検出手段において検出することを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
- 前記タブレットからの制御信号を受信する制御信号受信手段を有し、
前記第二の期間において、前記制御信号を受信することを特徴とする請求項2に記載の位置指示器。 - 前記制御信号受信手段は、
増幅回路および検波回路が含まれることを特徴とする請求項3に記載の位置指示器。 - 前記制御信号の内容に応じて、前記情報格納手段に格納された複数種類の情報の中から一つの情報を選択する情報選択手段を有し、
前記制御信号に基づいて、選択された情報を送信することを特徴とする請求項4に記載の位置指示器。
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