JP5918919B2 - 電磁誘導式のセンサー・パネル、および指示誤差を低減する方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ペンで操作する電磁誘導式座標検出装置の周辺部での指示精度を向上する技術に関する。

タブレット端末、スマートフォンおよびノートブック型パーソナル・コンピュータなどの携帯式電子機器には、入力装置としてデジタイザ・タブレット（以後、デジタイザという。）という座標検出装置を搭載したり、外部インターフェースに接続したりする場合がある。デジタイザは、位置指示器（電子ペン）を使って入力する。デジタイザの動作原理の１つに電磁誘導を利用するものがある。電磁誘導式のデジタイザは、センサー・パネルと電子ペンの間で伝搬する電磁波の磁束を利用して、センサー・パネルに形成されたコイル・アレイが電子ペンの位置を検出する。

デジタイザを使用すると電子ペンでセンサー・パネルに描いた手書きの文字や図形をシステムに認識させることができる。特許文献１は、入力ペンを利用した電磁誘導式の位置検出装置を開示する。位置検出装置は、共振回路を組み込んだ入力ペンに対して、座標上に配置した複数のセンサー・コイルから順番に電磁波の送信および受信を繰り返す。センサー・コイルは入力ペンがセンサー・コイルから受け取った電磁波エネルギーで発信する電磁波を受信してその強度や位相から入力ペンの位置や入力ペンの筆圧を検出する。

特許文献２は、検出可能領域の端部において高精度でかつ確実な信号受信ができるようにした電磁誘導式の位置検出装置を開示する。同文献には、センサー基板の下方にシールド板を配置し、シールド板に重ねて強磁性材料からなるシールド層を設けることが記載されている。特許文献３は、電磁誘導式の座標検出装置に、座標検出に用いないダミー・センス線を設けることにより有効エリアを拡大する方法を開示する。

同文献には、センス部のうち有効エリアの中央部から遠い部分においても中央部分と同様の磁束の通過条件を整えるために、ダミー・センス線として機能するメッシュ・アースを設けること、メッシュ・アースを構成するグランド線の間隔をセンス線の間隔に一致させることが望ましいことが記載されている。非特許文献１は、電磁誘導方式デジタイザについて開示する。

特開昭６３−７０３２６号公報 特開２００６−３０９３０８号公報 特開平６−２３０８８１号公報

電磁誘導方式デジタイザ、［online］、ワコム、［平成２５年９月２５日検索］、インターネット、〈URL：http://tablet.wacom.co.jp/what/news-img/W8002basis.pdf〉

デジタイザのセンサー・パネルには、コイル辺が一定のコイル・ピッチになるように複数のループ状のセンサー・コイルを配列する。電子ペンがあるセンサー・コイルの中心に位置するときに当該センサー・コイルの信号強度が最大になる。座標の検出を行うときには、センサー・コイルの全体をスキャンして最も誘起電圧（信号強度）が高いセンサー・コイルとその両側のセンサー・コイルを３個抽出し、抽出したセンサー・コイルの誘起電圧を重みとする重心座標を計算する。このような座標の検出方法を３点補完方式という。

特許文献１の図１および特許文献２の図３に記載するように、同一形状のセンサー・コイルを配列すると、端部のコイル辺のピッチが内側のコイル辺のピッチに比べて広くなる。そして、電子ペンが最も端部に近いセンサー・コイルのコイル中心よりもさらに端部に近付くと、そこには、コイル中心を備えるセンサー・コイルが存在しない状態になる。このとき最も外側のセンサー・コイルの信号強度が最大で、その１つ内側のセンサー・コイルの信号強度が２番目になる。

この場合に座標を検出するときは、２個のセンサー・コイルの信号強度を重みとする重心を計算する。原理上、実際の電子ペンの位置よりも検出した座標は内側に寄るが、その誤差を解消するために信号強度に応じて一定の補正をしている。このような座標の検出方法を２点補完方式という。２点補完する領域では、電子ペンが外側に移動するほど信号強度が弱くなり、Ｓ／Ｎ比が低下するために電子ペンの位置と検出座標の差（以後、指示誤差という。）が増大する。

デジタイザが検出する電子ペンの位置をユーザはデジタイザに表示されたカーソルで知ることができるため、意図する座標に入力することは可能であるが、指示誤差により支障をきたすグラフィック・デザインのような特殊な作業にはこれまでは周辺領域を使用しないようにしていた。その結果、有効に活用できるデジタイザの操作面が有効な表示領域よりも狭くなっていた。またグラフィック・デザイン以外の作業でも指示誤差があると使いにくいという側面もあった。

そこで本発明の目的は、座標検出装置の周辺部における指示誤差を低減する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、座標検出装置の３点補完ができる領域を拡大する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、周辺部において挿入していたダミー・ワイヤを不要にする方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、２点補完による座標検出の指示誤差を軽減する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を採用することが可能なセンサー・パネル、座標検出装置、電子機器および座標検出装置の製造方法を提供することにある。

センサー・パネルは、コイル・アレイの中央部に所定のコイル辺ピッチで配列した同一のコイル幅の第１のセンサー・コイル群と、コイル・アレイの周辺部に配列し第１のセンサー・コイル群よりコイル幅が狭い第２のセンサー・コイル群とを含む。この構成により、３点補完ができる領域が拡大し、さらにコイル幅の短縮により２点補完による指示誤差を抑制することができる。

第２のセンサー・コイル群のコイル辺ピッチは第１のセンサー・コイル群の所定のコイル辺ピッチとすることができる。この場合、位置指示器が放射する磁束の分布を中央部と周辺部で一致させることができ、かつ、ダミー・ワイヤを設ける必要がなくなる。第２のセンサー・コイル群を構成する各センサー・コイルのコイル幅は、内側から外側に向かって徐々に短くすることができる。

第１のセンサー・コイル群を構成するセンサー・コイルの中に他のセンサー・コイルの外側のコイル辺と内側のコイル辺を交互に配列し、第２のセンサー・コイル群を構成する最も外側のセンサー・コイルのコイル幅の中に他のセンサー・コイルの外側のコイル辺だけを配列することができる。各センサー・コイルの巻数をｎとし、所定のコイル辺ピッチを１としたとき、第２のセンサー・コイル群の各センサー・コイルのコイル幅を内側から外側に向かって内側に隣接するセンサー・コイルのコイル幅よりｎピッチずつ短縮することができる。

第１のセンサー・コイル群を構成するセンサー・コイルのコイル幅の中に入る他のセンサー・コイルのコイル辺の組の数をｍとしたときに、コイル幅の短縮を開始するセンサー・コイルをコイル・アレイの外側からｍ／２番目のコイルとすることができる。第２のセンサー・コイル群を構成するセンサー・コイルのコイル・ピッチは、第１のセンサー・コイル群を構成するセンサー・コイルのコイル・ピッチよりもｎ／２ピッチだけ小さくすることができる。各センサー・コイルの巻数ｎが２以上のとき、各センサー・コイルのコイル辺の組のコイル辺ピッチを中央部の所定のコイル辺ピッチに等しくすることができる。本発明にかかるセンサー・パネルは、座標検出装置に適用したり、電子機器に適用したりすることができる。

本発明により、座標検出装置の周辺部における指示誤差を低減する方法を提供することができた。さらに本発明により、座標検出装置の３点補完ができる領域を拡大する方法を提供することができた。さらに本発明により周辺部において挿入していたダミー・ワイヤを不要にする方法を提供することができた。さらに本発明により、２点補完による座標検出の指示誤差を軽減する方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を採用することが可能なセンサー・パネル、座標検出装置、電子機器および座標検出装置の製造方法を提供することができた。

センサー・パネルを搭載する携帯式電子機器の一例としてのタブレット端末１０の外形を示す図である。 ディスプレイ・システム１１の構成を説明するための断面図である。 タブレット端末１０の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。 これまでのコイル・アレイ２６の構成の一例を説明するための図である。 センサー・コイルの形状およびパラメータを説明するための図である。 これまでのコイル群２２１の配列を説明するための図である。 デジタイザ１００の構成の概要を説明するための機能ブロック図である。 電子ペン３１の構成の一例を説明するための図である。 図６に示したこれまでのコイル群２２１の断面を模式的に示した図である。 コントローラ８１が３点補完方式および２点補完方式で座標を検出する様子を説明する図である。 周辺部でコイル幅を短縮して指示誤差を軽減することが可能な本実施の形態にかかるセンサー・パネルを説明するための図である。 本発明の適用ができるコイル・アレイの構造の一例を説明する図である。 本発明の適用ができるコイル・アレイの構造の一例を説明する図である。

［タブレット端末］
図１は、デジタイザを搭載する携帯式電子機器の一例としてのタブレット端末１０の外形を示す平面図である。タブレット端末１０は、センサー・パネル２５（図２）を含むディスプレイ・アセンブリ１１を搭載する。ディスプレイ・アセンブリ１１の表示領域には、グラフィック領域１２を定義している。グラフィック領域１２は、センサー・パネル２５に対する電子ペン３１（図２）の指示誤差が少ない領域として、ディスプレイ・アセンブリ１１の表示面の中で、四方の筐体の縁１３に近い領域を除いた中央部に位置している。

図２は、ディスプレイ・アセンブリ１１の構成を説明するための断面図である。なお、本明細書においては同一の要素には図面に同一の参照番号を付与して説明する。ディスプレイ・アセンブリ１１は、上からタッチ・パネル２１、ＬＣＤ２３、センサー・パネル２５、およびシールド・パネル２７が積層されている。ディスプレイ・アセンブリ１１の表面はタッチ・パネル２１およびセンサー・パネル２５の操作面２２を構成する。

ディスプレイ・アセンブリ１１は、操作面２２に対する指の接近を検出してタッチ・パネル２１が座標データを生成し、センサー・パネル２５が電子ペン３１の接近を検出して座標データを生成し電子ペン３１の押圧を検出して筆圧データを生成する。なお本発明は、電子機器に外部インターフェースで接続する分離型のデジタイザに適用することもできる。また、タッチ・パネル２１は本発明に必須の要素ではない。

図３は、タブレット端末１０の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。タブレット端末１０は、ＳＯＣ（System on a chip）タイプの組込システム（Embedded System）５０に、例示的にシステム・メモリ５１、ＬＣＤ２３、タッチ・パネル２１、デジタイザ１００、ＷＡＰＮ（Wireless Personal Area Network）モジュール５３、ＷＷＡＮ（Wireless Wide Area Network）モジュール５５、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）モジュール５７、およびＳＳＤ５９が接続されている。デジタイザ１００は、センサー・パネル２５を含む。

組込システム５０は、ＣＰＵコア、ＧＰＵ、メモリ・コントローラ、Ｉ／Ｏコントローラ、およびファームウェアＲＯＭなどで構成されている。ＳＳＤ５９は、ＣＰＵコアが実行するアプリケーション・プログラム、オペレーティング・システム、デバイス・ドライバなどのソフトウェアを格納する。タブレット端末１０のハードウェアおよびソフトウェアの構成は周知である。

［センサー・パネルのコイル・アレイ］
図４は、センサー・パネル２５に形成されたこれまでのコイル・アレイ２６を説明するための図である。図５は、図４に示したコイル群２２１を構成する２個のセンサー・コイル２５１、２５３の形状およびパラメータを説明する図である。図６は、コイル群２２１におけるセンサー・コイルの配列方法を説明する図である。図４に示すようにコイル・アレイ２６は電子ペン３１との間での電磁波干渉を利用して座標を検出するＸ軸方向のコイル群２２１とＹ軸方向のコイル群２２３で構成している。コイル・アレイ２６には、Ｘ軸方向とＹ軸方向に中央部を占める中央領域２０１、２０３、および中央領域２０１、２０３の両端を占める周辺領域２０５〜２１１を定義しているがその意義は後に詳述する。

コイル群２２１、２２３は、ループ状の複数のセンサー・コイルで構成している。これまでのコイル群２２１、２２３では、図５に示すループ状のセンサー・コイル２５１、２５３をＸ軸方向とＹ軸方向に規則的に配列する。コイル・アレイ２６は印刷回路基板（ＰＣＢ）の表面にコイル群２２１を裏面にコイル群２２３をパターン形成したり、コイル群２２１とコイル群２２３を別々のＰＣＢにパターン形成した後に積層したりして構成する。

各センサー・コイルの巻数ｎは特に限定する必要はないが、以下においては巻数ｎを２として説明する。図５に示すように、コイル群２２１の一部を構成する隣接する２個のセンサー・コイル２５１、２５３は矩形状に形成して、長手方向にコイル軸２５１ａ、２５３ａを定義している。センサー・コイル２５３はセンサー・コイル２５１にＸ軸方向に隣接するように配列する。センサー・コイルの方向については以後、コイル・アレイ２６の外延に近い方を外側といい、中央に近い方を内側ということにする。

センサー・コイル２５１のコイル軸２５１ａに平行な部分をコイル辺２５１ｂ〜２５１ｅという。コイル群２２１を構成する各センサー・コイルのコイル辺はＸ軸に垂直に配列し、コイル群２２３を構成する各センサー・コイルのコイル辺はＹ軸に垂直に配列する。コイル軸２５１ａを挟んで一方を構成する２個のコイル辺２５１ｂ、２５１ｃの組および他方を構成する２個のコイル辺２５１ｄ、２５１ｅの組を、以後それぞれコイル辺の組ということにする。コイル軸２５１ａがコイル・アレイ２６のＸ軸方向の中心よりも左側に位置するとき、コイル辺の組２５１ｂ、２５１ｃは外側に位置し、コイル辺の組２５１ｄ、２５１ｅは内側に位置する。コイル軸２５１ａが中心よりも右側に位置するとき、コイル辺の組２５１ｄ、２５１ｅは外側に位置し、コイル辺の組２５１ｂ、２５１ｃは内側に位置する。

各コイル辺の組を構成するコイル辺２５１ｂと２５１ｃの間隔、およびコイル辺２５１ｄと２５１ｅの間隔はともに同一にしておりこれをコイル辺ピッチＰｉということにする。コイル辺ピッチＰｉという呼び方は、隣接する他のセンサー・コイルのコイル辺との間隔にも適用する。コイル辺ピッチＰｉは、中央領域２０１においてコイル辺の組または異なるコイル辺が形成するコイル辺ピッチに相当し、コイル・アレイ２６全体における最小のコイル辺ピッチに相当する。各センサー・コイルとそれに隣接するセンサー・コイルの間隔をコイル・ピッチＰｃといい、コイル辺の組の中でコイル軸２５１ａに近い２本のコイル辺２５１ｃ、２５１ｅの間隔をコイル幅Ｗｉということにする。

コイル・ピッチＰｃおよびコイル幅Ｗｉはともにコイル辺ピッチＰｉのピッチ数で特定する。コイル群２２１の各センサー・コイルとコイル群２２３の各センサー・コイルはコイル軸方向の長さは異なるが、巻数ｎ、コイル幅Ｗｉおよびコイル辺の組のコイル辺ピッチＰｉはすべて同じにしている。以下では、コイル辺ピッチＰｉを１としてコイル群２２１について説明するが、コイル群２２３については同様にして理解することができる。

図６においてコイル群２２１は、コイル幅Ｗｉが２１ピッチで巻数ｎが２のセンサー・コイルを４ピッチのコイル・ピッチＰｃで配列している。コイル群２２１は、順番に配列した＃１から＃ｓまでのｓ本のセンサー・コイルを含んでいる。センサー・コイル＃１の外側（左側）のコイル辺の組における外側のコイル辺と、センサー・コイル＃ｓの外側（右側）のコイル辺の組における外側のコイル辺は、コイル・アレイ２６の外延を形成する。

コイル幅Ｗｉは、センサー・コイルを順番に配列したときに、あるセンサー・コイルのコイル辺の組の間に他のセンサー・コイルの一方のコイル辺の組が入るように設定している。図６ではたとえばセンサー・コイル＃６のコイル辺の組の間に、＃１の内側のコイル辺の組、＃７の外側のコイル辺の組、＃２の内側のコイル辺の組というように他のセンサー・コイル＃１〜＃５、＃７〜＃１１の内側のコイル辺の組と外側のコイル辺の組が交互に１０個だけ挿入されている。結果としてセンサー・コイル＃６の外側（左側）のコイル辺の組より内側では、コイル辺が１ピッチで配列される。

しかし、センサー・コイル＃６の外側のコイル辺の組よりも外側では、内側のコイル辺の組が入るセンサー・コイルが存在しないため、コイル辺の組が３ピッチ間隔で配列される。結果として、コイル辺は、１ピッチと３ピッチで交互に配列される。同様に、センサー・コイル＃（ｓ−５）の外側（右側）のコイル辺の組よりも、内側ではコイル辺が１ピッチずつ配列されるが、外側ではコイル辺が１ピッチと３ピッチで交互に配列される。

電子ペン３１が放射した電磁波の磁束はＰＣＢに形成されたコイル辺の密度の影響を受ける。したがって、コイル・アレイ２６の全体に渡ってコイル辺ピッチを均一にして透過する磁束の分布が電子ペン３１の場所によって変化しないようにすることが望ましい。また、センサー・コイルに流れる電流が生成した磁界によって、シールド・パネル２７に発生した渦電流は、センサー・コイルの信号強度に影響を与える。これらの影響を軽減するためにこれまではコイル・アレイ２６の外延の近くでコイル辺ピッチが３になる区間に点線で示した２本のダミー・ワイヤ２６１、２６３を１ピッチ間隔で設けている。

図４、図６に示すように、コイル・アレイ２６には、Ｘ軸方向に中央領域２０１と周辺領域２０５、２０７を定義し、Ｙ軸方向に中央領域２０３と周辺領域２０９、２１１を定義する。本実施の形態では後に説明するように、デジタイザ１００が座標を検出する方法として精度の高い３点補完方式と精度の低い２点補完方式を採用する。中央領域２０１、２０３は、コイル・アレイ２６を平面的にみたときに各コイル辺がコイル辺ピッチＰｉで均等に配列され、かつ３点補完が可能な領域に相当する。

中央領域２０１と中央領域２０３で囲まれた領域は、高い指示精度が要求されるグラフィック・デザインのような作業に使用が可能であり、本実施の形態では図１のグラフィック領域１２に一致させている。なお本発明の適用においては、グラフィック領域１２と、中央領域２０１と中央領域２０３で囲まれた領域を必ずしも一致させる必要はない。中央領域２０１、２０３は、コイル辺が最小のコイル辺ピッチＰｉで均等に配列しているためダミー・ワイヤを設ける必要はない。

周辺領域２０５〜２１１はコイル辺が均等のピッチで配列されておらず、かつ最小のコイル辺ピッチＰｉよりも広い部分があるため、ダミー・ワイヤ２６１、２６３を設ける必要がある領域である。中央領域２０１に電子ペン３１を位置付けたときは３点補完が可能である。周辺領域２０５、２０７においては、電子ペン３１を中央領域２０１に近い位置に位置付けたときは３点補完ができるが、それよりもコイル・アレイ２６の外延に近いに位置付けたときは３点補完ができないため２点補完をすることになる。

［デジタイザ］
図７は電磁誘導式のデジタイザ１００の構成の概要を説明するための機能ブロック図である。図８は、電子ペン３１の構成の一例を説明するための図である。図８（Ａ）は、電子ペン３１の概要を示す図で、図８（Ｂ）は共振回路３７の回路図である。電子ペン３１は先端にセンサー・パネル２５の座標を指示するペン先３３が形成されている。電子ペン３１は内部に、圧力伝達機構３５、および共振回路３７を収納する。

共振回路３７は、コイルＬ、コンデンサＣ１、可変コンデンサＣ２で構成された並列共振回路である。センサー・パネル２５の各センサー・コイルが放射した電磁波をコイルＬが受信したときに共振回路３７に流れた共振電流がエネルギー源となってコイルＬから電磁波を放射する。また、操作面２２を指示した状態で電子ペン３１が押圧されると、ペン先３３は内部に沈んで圧力伝達機構３５に圧力を伝える。

ペン先３３の圧力は、ペンで紙に描くときの筆圧感をユーザに与える。圧力伝達機構３５は、可変コンデンサＣ２の静電容量を圧力に応じて変化させる。可変コンデンサＣ２の静電容量が変化すると共振周波数が変化し、よって、コイルＬが放射する電磁波の周波数も変化する。共振回路３７は、可変コンデンサＣ２に代えて圧力に応じてリアクタンスが変化する可変リアクトルを設けることもできる。電子ペン３１が放射した磁束は、電子ペン３１の近傍に位置するセンサー・コイルに誘起電圧（信号強度）を誘起する。デジタイザ１００は、センサー・コイルの座標と信号強度からＸ軸方向とＹ軸方向における電子ペン３１の座標を検出する。

電子ペン３１の操作には、アップ操作、ダウン操作、および筆圧操作がある。アップ操作は電子ペン３１をセンサー・パネル２５が入力を検出できない位置に位置付ける操作で、ダウン操作は検出できる位置に位置付ける操作で、筆圧操作は電子ペン３１のペン先３３をタッチ・パネル２１の操作面２２に押し付ける操作をいう。筆圧操作が行われると、可変コンデンサＣ２の静電容量が変化するため、共振周波数もわずかにドリフトする。

デジタイザ１００は、送信モードで送信した電磁波の周波数と受信モードで受信した電磁波の周波数との差を検出することで、可変コンデンサＣ２の静電量の変化量、すなわちペン先３３に加えられた圧力を検出する。選択回路７１は、コントローラ８１から受け取った選択信号に基づいて、コイル群２２１、２２３のセンサー・コイルを１個ずつ順番に選択し、切換回路７５を通じて送信回路７７または受信回路７９を経由するループ回路を形成する。

切換回路７５は、選択信号により所定のセンサー・コイルが選択されている間に、コントローラ８１から受け取った切換信号でループ回路を送信回路７７と受信回路７９に対して所定の時間間隔で交互に複数回切り換える。切換信号が送信回路７７を選択する時間の動作を送信モード（送信期間）といい、受信回路７９を選択する時間の動作を受信モード（受信期間）という。

コントローラ８１は、１つのセンサー・コイルを選択する間に、複数の送信期間と受信期間を形成するように切換信号を生成する。選択されたセンサー・コイルに対して送信回路７７は送信期間の間に高周波の励振電流を供給する。励振電流が流れたセンサー・コイルは電磁波を放射する。ダウン操作または筆圧操作が行われた電子ペン３１のコイルＬは、電磁波に共振して共振回路３７に共振電流が流れる。

共振回路３７に流れる共振電流が電子ペン３１のコイルＬから放射する磁束を、送信期間につづく受信期間の間に同一のセンサー・コイルが受信する。受信回路７９は受信期間の間に検出したセンサー・コイルの誘起電圧をディジタル・データに変換してコントローラ８１に送る。センサー・コイルの誘起電圧は電子ペン３１がコイル軸に近付くほど大きくなるため、コントローラ８１は電子ペン３１が所定の座標に位置付けられている間に順番に選択した各センサー・コイルの誘起電圧を検出することで、電子ペン３１に近い位置に存在する複数のセンサー・コイルを特定して座標データを生成する。このとき、コントローラ８１は、後に説明する３点補完方式および２点補完方式を採用する。

コントローラ８１は、切換信号および選択信号を生成し、かつ、センサー・コイルの誘起電圧から座標データを生成する。筆圧操作で電子ペン３１が操作面２２に押し付けられたときは、電子ペン８９の可変コンデンサの静電容量が変化して共振回路に流れる共振電流の周波数が変化する。コントローラ８１は、送信期間に送信した励振電流の周波数と受信期間に検出した誘起電圧の周波数の差を計算して筆圧データを生成する。コントローラ８１は座標データおよび筆圧データを組込システム５０に送出する。

［３点補完方式と２点補完方式］
図９は、図６に示したこれまでのコイル群２２１の断面を模式的に示した図である。センサー・コイル＃ｓの近辺に配列するセンサー・コイル、およびコイル群２２３においてコイル・アレイ２６の外延の近辺に配列するセンサー・コイルについても同様に理解することができる。図１０は、図９に示した電子ペン３１がセンサー・コイル＃４のコイル軸＃ｃ４から外側に移動したときに、コントローラ８１が３点補完および２点補完で座標を検出する様子を説明する図である。コントローラ８１は、コイル群２２１を構成するセンサー・コイルの中から、最も信号強度の大きいセンサー・コイルとその両側にあるセンサー・コイルを抽出する。

あるセンサー・コイルの信号強度は、コイル軸に電子ペン３１が位置付けられたときに最大になり、その両隣に同じピッチで配列されたセンサー・コイルの信号強度がその次になる。信号強度が上位３個のセンサー・コイルの信号強度と座標の組を（ｇ１，ｘ１）、（ｇ２，ｘ２）、（ｇ３，ｘ３）としたときに、電子ペン３１のｘ方向の座標は式（１）のとおりである。

ｘ＝（ｇ１＊ｘ１＋ｇ２＊ｘ２＋ｇ３＊ｘ３）／（ｇ１＋ｇ２＋ｇ３） （１）
式（１）では信号強度を重みとして保有する複数の座標の重心を計算している。式（１）を用いて電子ペン３０の座標を計算することを３点補完という。図１０（Ａ）は、電子ペン３１をコイル軸＃ｃ４の位置ａに位置付けた状態を示しており、センサー・コイル＃４の信号強度が最大で、センサー・コイル＃３、＃５の信号強度がともに同じ値で２番目である。図１０（Ｂ）は電子ペン３１をコイル軸＃ｃ３と＃ｃ２の間でかつ＃ｃ３寄りの位置ｂに位置付けた状態を示しており、センサー・コイル＃３の信号強度が最大で、センサー・コイル＃２が２番目で、センサー・コイル＃４が３番目となる。図１０（Ａ）、（Ｂ）では、信号強度が最大のセンサー・コイルの両側に２番目と３番目の信号強度のセンサー・コイルが存在するために、コントローラ８１は３点補完をして座標を検出することができる。

図１０（Ｃ）は、電子ペン３１をコイル軸＃ｃ２と＃ｃ１の中間の位置ｃに位置付けた状態を示している。位置ｃは３点補完が可能な理論的な境界に相当する。コントローラ８１は、電子ペン３１が位置ｃよりも外側に位置付けられたときは２点補完をし、内側に位置付けられたときは３点補完をする。なおコイル・アレイ２６の右端においても、電子ペン３１がセンサー・コイル＃ｓに近付くに従って同様の位置で、３点補完から２点補完に移行する。

図１０（Ｃ）の状態では２個のセンサー・コイルの信号強度がともに同じ値で最大となり、信号強度が最大の１個のセンサー・コイルの両側にそれぞれ続く信号強度の大きさのセンサー・コイルが存在しない。コントローラ８１は信号強度が山状になる隣接する３個のセンサー・コイルを検出しないときに３点補完から２点補完に切り換えて、上位２個のセンサー・コイルの重心を式（１）で計算しさらにセンサー・コイル＃１、＃２の信号強度の絶対値で座標を補正する。

図１０（Ｄ）は、は電子ペン３１をコイル軸＃ｃ１の位置ｄに位置付けた状態を示しており、センサー・コイル＃１の信号強度が最大で、内側のセンサー・コイル＃２が２番目である。図１０（Ｅ）、（Ｆ）は、電子ペン３１がさらに外側の位置ｅ、位置ｆに移動するに従って、センサー・コイル＃１とセンサー・コイル＃２の信号強度が徐々に弱くなっていることを示している。

コントローラ８１は、図１０（Ｃ）〜（Ｆ）の状態で２点補完をする際には、重心の座標をセンサー・コイル＃１、＃２の信号強度で補正する必要があるが、信号強度が弱くなるにしたがってＳ／Ｎ比が低下するため３点補完より精度が低くなる。この結果から、図９のように周辺領域２０５について、コイル軸＃ｃ１と＃ｃ２の中間の位置ｃからコイル・アレイ２６の外延を形成するセンサー・コイル＃１の外側のコイル辺の組までの間に２点補完領域２１３を定義し、２点補完領域２１３に続いて内側に３点補完領域２１５を定義することができる。

これまでの説明から、ダミー・ワイヤ２６１、２６３の挿入位置、２点補完領域２１３、３点補完領域２１５、周辺領域２０５および中央領域２０１の関係を整理すると、中央領域２０１はダミー・ワイヤ２６１、２６３が存在せず、かつ、３点補完できる領域に相当する。周辺領域２０５は、ダミー・ワイヤ２６１、２６３を設ける領域で、内側に存在する３点補完領域２１５の一部と外側に存在する２点補完領域２１３で構成される。指示誤差は、中央領域２０１が最も小さく、それに続いて周辺領域２０５に含まれる３点補完領域２１５が小さく、２点補完領域２１３が最も大きい。なお、本明細書においては、３点補完は３個以上のセンサー・コイルの信号を検出する場合の例示であり、４個以上のセンサー・コイルを利用する場合も含む。

［周辺部でコイル辺ピッチを均等にする方法］
図１１は、周辺部でコイル幅Ｗｉを短縮して指示誤差を軽減することが可能な本実施の形態にかかるコイル・アレイを説明するための図である。図１１は図９に対応しており、コイル群２２２は中央領域２０２では図９のコイル群２２１と同様に、巻数ｎが２、コイル幅Ｗｉが２１ピッチ、コイル辺ピッチＰｉが１ピッチ、コイル・ピッチＰｃが４ピッチである。コイル群２２２は、センサー・コイル＃５〜＃１のコイル幅Ｗｉを外側に向かって順番に２ピッチの短縮幅ΔＷｉずつ狭くしている。センサー・コイル＃５〜＃１については、コイル番号＃ｒのセンサー・コイルのコイル幅Ｗｉ＃（ｒ）を、式（２）で計算する。
Ｗｉ＃（ｒ）＝Ｗｉ＃（ｒ＋１）−ΔＷｉ （２）

センサー・コイル＃１〜＃５は、内側のコイル辺の組が他のセンサー・コイルのコイル辺の組との間で形成するコイル辺ピッチが変わらないように配列するため、外側のコイル辺の組の位置は徐々に内側にシフトする。センサー・コイル＃５〜＃１のコイル幅Ｗｉは、Ｗｉ＃（５）＝Ｗｉ＃（６）−２＝１９、Ｗｉ＃（４）＝１７、Ｗｉ＃（３）＝１５、Ｗｉ＃（２）＝１３、Ｗｉ＃（１）＝１１となり、センサー・コイル＃６より外側のセンサー・コイルのコイル・ピッチＰｃは３になる。

コイル群２２２を平面的にみると、センサー・コイル＃１のコイル幅の中に、センサー・コイル＃２〜＃６のそれぞれの外側のコイル辺の組が挿入され、センサー・コイル＃６〜＃１のそれぞれの外側のコイル辺の組はコイル辺ピッチが１になるように配列される。コイル群２２２では、図９のコイル群２２１とは異なって周辺部に周辺領域２０５に相当する領域は存在せず２点補完領域２１４だけが存在する。このコイル構造にはさまざまな効果がある。まず、２点補完領域２１４ではコイル辺が最小のコイル辺ピッチで均等に配列されるため、従来のコイル群２２１のようにダミー・ワイヤ２６１、２６３を設ける必要がなくなる。また、電子ペン３１が放射する磁束の中央領域２０２と２点補完領域２１４における透過条件がダミー・ワイヤを配置するよりも均一になるため指示誤差が低下する。

図９のコイル群２２１では、２点補完領域２１３の幅が１３．５ピッチであるが、図１１のコイル群２２２では２点補完領域２１４の幅が８ピッチで５．５ピッチ減っている。３点補完ができる中央領域２０２は、同じく３点補完ができる中央領域２０１よりもコイル・アレイの両側で５．５ピッチずつ拡大することができるため、図１のグラフィック領域１２の面積を拡大することができる。また、コイル軸＃ｃ６より外側ではコイル・ピッチＰｃが３になっているためコイル群２２１よりも３点補完および２点補完のいずれについても指示誤差を軽減することができる。

［一般的なコイル・アレイの構造］
図１１では、特定の構造のコイル・アレイを例示してコイル辺ピッチを均等にする方法を説明したが、本発明では巻数ｎ、コイル幅Ｗｉ、コイル・ピッチＰｃ、および短縮幅ΔＷｉのパラメータをさまざまな値にすることができる。図１２、図１３は、本発明の適用ができるコイル・アレイの構造の一例を説明する図である。前提として、すべてのセンサー・コイルの巻数ｎは同じとし、コイル辺ピッチＰｉは２点補完領域２１４および中央領域２０２の全体に渡って均一であるとする。また、ｎが２以上のときは、コイル辺の組が形成するコイル辺ピッチＰｉをコイル・アレイ全体のコイル辺ピッチとする。

ただし、外側のコイル辺の組が、図９の周辺領域２０５に入るセンサー・コイルのコイル幅Ｗｉを中央領域２０１に入るセンサー・コイルのコイル幅よりも狭くしてダミー・ワイヤの数を減らしたり、３点補完のできる領域を拡大したりするコイル構造も、コイル・アレイもコイル群２２２と同等の効果を奏する限り本発明の範囲に含むものとする。最初に巻数ｎを所定の設計条件で決定した後に、コイル・ピッチＰｃをＰｃ＝２×ｎピッチとして設定する。

コイル・ピッチＰｃを２ｎピッチよりも大きくすると、中央領域でコイル辺ピッチが均一にならなかったり、１ピッチより大きくなったりするので好ましくない。つぎに、中央領域２０２において、１個のセンサー・コイルのコイル幅Ｗｉの中に入るコイル辺の組の数をｍとしたときにコイル幅Ｗｉとコイル辺の組の数ｍの関係を式（３）で計算する。

Ｗｉ＝ｍ×ｎ＋１ （３）
このときの様子を、図１３（Ｇ）を参照して説明する。コイル・アレイを平面的にみたときに、センサー・コイル３１７の両側のコイル辺の組の間には１７ピッチのコイル幅Ｗｉの中に、それぞれ２個のコイル辺で構成されたコイル辺の組の数ｍが８個入っている。つぎに式（３）を満たすコイル幅Ｗｉの中で、平面的にみたときにコイル辺同士が重ならないコイル幅Ｗｉを選択する。図１２、図１３の（Ａ）〜（Ｈ）は、このようにして選択した、巻数ｎ、コイル幅Ｗｉ、挿入するコイル辺の組の数ｍのパターンの一部を示している。

式（３）で計算したコイル幅Ｗｉは、コイル・アレイの中央部に配列するコイル幅を短縮しないセンサー・コイルに適用する。コイル・アレイの外延に近い位置に＃１から＃ｑまで順番に配列するセンサー・コイルについては、短縮幅をΔＷｉとしたときに式（２）でコイル幅を計算する。ここにΔＷｉはｎピッチとする。

短縮を開始するセンサー・コイル＃ｑの番号ｑは、ｍ／２として求める。コイル幅を短縮したセンサー・コイル＃ｑより外側のセンサー・コイルのコイル・ピッチは、コイル幅を短縮しない内側のセンサー・コイルのコイル・ピッチよりΔＷｉ／２だけ小さくなる。図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、巻数ｎが１の場合を示している。この場合ｍ／２で計算した短縮を開始するセンサー・コイル３０１〜３０５より外側に配列したセンサー・コイルのコイル幅Ｗｉを、式（２）で計算して１つ前のセンサー・コイルのコイル幅Ｗｉより１ピッチずつ短縮する。

図１２（Ｄ）〜図１３（Ｇ）は、巻数ｎが２の場合を示している。この場合、短縮を開始するセンサー・コイル３０７〜３１３より外側に配列したセンサー・コイルを１つ前のセンサー・コイルのコイル幅Ｗｉより２ピッチずつ短縮する。図１３（Ｈ）は、巻数ｎが３の場合を示している。この場合、短縮を開始するセンサー・コイル３１５より外側に配列したセンサー・コイルを１つ前のセンサー・コイルのコイル幅Ｗｉより３ピッチずつ短縮する。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１０ タブレット端末
１１ ディスプレイ・アセンブリ
１２ グラフィック領域
２２ 操作面
２５ センサー・パネル
２６ コイル・アレイ
２７ シールド・パネル
３１ 電子ペン
３７ 共振回路
５０ 組込システム
２０１、２０３ 中央領域
２０２ 中央領域（３点補完領域）
２０５〜２１１ 周辺領域
２１３、２１４ ２点補完領域
２１５ ３点補完領域
２２１、２２２ Ｘ軸方向のコイル群
２２３ Ｙ軸方向のコイル群
２５１、２５３ センサー・コイル
２５１ａ、２５１ｂ コイル軸
２５１ｂ、２５１ｄ、２５１ｅ、２５１ｆ コイル辺
２６１、２６３ ダミー・パターン
３０１〜３１１ コイル幅の短縮開始コイル
Ｗｉ コイル幅
Ｐｉ コイル辺ピッチ
Ｐｃ コイル・ピッチ
ΔＷｉ コイルの短縮幅

Claims (7)

1. 電磁誘導を利用して位置指示器の座標を出力する座標検出装置に搭載が可能で、複数のループ状のセンサー・コイルからなるコイル・アレイが形成されたセンサー・パネルであって、
   前記コイル・アレイの中央部に所定のコイル辺ピッチを形成するように配列した同一のコイル幅の複数のセンサー・コイルを含む第１のセンサー・コイル群と、
   前記コイル・アレイの周辺部に配列した複数のセンサー・コイルを含む第２のセンサー・コイル群とを有し、
   前記センサー・コイルの巻数をｎとし前記所定のコイル辺ピッチを１としたときに、前記第２のセンサー・コイル群の各センサー・コイルのコイル幅を前記コイル・アレイの内側から外側に向かって内側に隣接するセンサー・コイルのコイル幅よりｎピッチずつ短縮したセンサー・パネル。
2. 前記第２のセンサー・コイル群が形成する各センサー・コイルは、内側のコイル辺および外側のコイル辺と他のセンサー・コイルのコイル辺との間で形成するコイル辺ピッチが前記所定のコイル辺ピッチに等しい請求項１に記載のセンサー・パネル。
3. 前記第１のセンサー・コイル群を構成するセンサー・コイルの中に入る他のセンサー・コイルのコイル辺の組の数をｍとしたときに、前記コイル・アレイの外側からｍ／２番目のセンサー・コイルからコイル幅を短縮した請求項１に記載のセンサー・パネル。
4. 前記第２のセンサー・コイル群を構成するセンサー・コイルのコイル・ピッチが、前記第１のセンサー・コイル群を構成するセンサー・コイルのコイル・ピッチよりもｎ／２ピッチだけ小さい請求項１に記載のセンサー・パネル。
5. 各センサー・コイルの巻数ｎを２以上としたときに、各センサー・コイルのコイル辺の組のコイル辺ピッチが前記所定のコイル辺ピッチに等しい請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンサー・パネル。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載されたセンサー・パネルを含む座標検出装置。
7. 請求項６に記載した座標検出装置を搭載する電子機器。

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