JP6846285B2 - 位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置及び位置検出方法に関する。

近年、液晶パネルのような表示装置上に、表示装置上の指定された位置を検出するタッチパッド等のセンサが組み合わされて設けられた、タッチパネル等の位置検出装置が広く使用されている。
このような位置検出装置に対する入力は、例えば位置検出装置への正確な入力が必要となる場合には、先の尖った棒状のスタイラスペンを用いて行われることがある。現在、様々な種類のスタイラスペンが使用されているが、その中でも特に、アクティブ静電結合方式のスタイラスペンが普及しつつある。

図１２に示されるように、アクティブ静電結合方式のスタイラスペン１０１は、複数の、例えば２つの第１電極１０１ａ及び第２電極１０１ｂと、これらを駆動する図示されない駆動電源を備えている。第１電極１０１ａは、スタイラスペン１０１の軸Ｃ方向の一端に設けられ、第２電極１０１ｂは、軸Ｃの周囲に、例えば軸Ｃを囲うようにリング状に設けられている。駆動電源により駆動された各電極１０１ａ、１０１ｂが送信する信号を、位置検出装置１００上のセンサ１００ａが静電結合により受信することにより、スタイラスペン１０１により指示された位置が検出される。
特許文献１には、上記のような支持体、位置検出装置及び位置検出方法が開示されている。

このような複数の電極１０１ａ、１０１ｂを備えた指示器１０１を使用すると、例えば、センサ１００ａ上の各電極１０１ａ、１０１ｂの検出座標Ａ、Ｂと、指示器１０１の軸Ｃ方向における第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂの距離Ｌを基に、軸Ｃの傾きθや回転角φ等を導出することが可能である。

上記のような指示器１０１の位置を検出するに際し、位置検出装置１００は、例えば次のように第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂを走査することがある。
まず、第１電極１０１ａを走査して、図１３に示される位置Ａを検出する。図１３においては、センサ１００ａは、方向Ｘ及び方向Ｙの各々に延びる複数の導体により形成されている。これら導体の各々は所定の幅を備えており、異なる方向に延びる導体が交差した部分の各々には、導体同士がオーバーラップされてセンサ単位１００ｂが形成されている。
位置Ａは、走査処理による負荷を低減するため、例えばＹ方向においては、直近の走査の結果として取得された第１電極１０１ａの位置の近傍に限定して走査される。図１３においては、第１電極１０１ａの位置検出のために走査される領域がＲＡとして示されている。

図１３においては、ＰＡとして示される領域内の第１電極１０１ａが当接されたセンサ単位１００ｂを含めた複数のセンサ単位１００ｂにおいて、第１電極１０１ａが検出されている。これらの、第１電極１０１ａが検出された領域ＰＡ内のセンサ単位１００ｂに対し、例えば検出信号の値を重みとして座標の加重平均を計算することで位置座標を計算し、これにより第１電極１０１ａの位置Ａを検出する。
実際には、第１電極１０１ａはセンサ１００ａに密接されており、密接されたセンサ単位１００ｂは特に強い信号を検出する。したがって、第１電極１０１ａの位置は、検出信号の値の最大値を計算することで検出されてもよい。

その後、図１４に示されるように、基本的には第１電極１０１ａと同様に、第１電極１０１ａの位置検出のために走査された領域ＲＡ内で第２電極１０１ｂを走査して、位置Ｂを検出する。

特開２０１１−１６４８０１号公報

上記のように第２電極１０１ｂは、軸Ｃの周囲に第１電極１０１ａに比べると大きな体積で形成されている。このため、センサ１００ａは第２電極１０１ｂとして大きな領域ＰＢを検出する。したがって、上記のように領域ＲＡ内で第２電極１０１ｂを走査すると、特に指示器１０１を大きく傾けた場合などにおいては、図１４に領域ＰＢＯとして示されるように、領域ＰＢが領域ＲＡ内に納まらないことがある。すなわち、領域ＰＢＯに属するセンサ単位１００ｂにおいては、領域ＲＡの外に位置しているため、第２電極１０１ｂの検出のために領域ＲＡを走査しても信号が検出されない。

ここで、第２電極１０１ｂは位置検出装置１００から図１２に示される高さＨだけ離れて位置づけられているため、第１電極１０１ａに比べると、第２電極１０１ｂのセンサ１００ａによる検出値は全体的に小さな値となる。すなわち、第２電極１０１ｂの信号を検出する複数のセンサ単位１００ｂにおいては、センサ単位１００ｂ間の検出信号の値の差分も小さいものとなる。したがって、検出信号の値の最大値を計算することで位置座標を計算すると誤差が大きくなる可能性がある。このため、検出信号の値を重みとして座標の加重平均を計算する場合が多い。

しかし、上記領域ＰＢＯとして示されるように信号が検出されないセンサ単位１００ｂがあると、加重平均の計算にはこれらのセンサ単位１００ｂは反映されない。このような場合には、計算された位置座標Ｂｃは、実際の位置Ｂとは異なるものとなる。このように、位置Ｂの計算精度が低減することがある。
位置Ｂの計算精度が低減すると、これを基に算出される傾きなどの値にも誤差が生じ得る。

本発明が解決しようとする課題は、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出装置及び位置検出方法を提供することである。

本発明に係る位置検出装置は、ペン状の指示器の位置を検出する位置検出装置であって、前記指示器は、軸方向の一端に設けられた第１電極と、前記軸の周囲に設けられた第２電極を備え、前記第１電極の位置と、前記第２電極の位置を検出する平面状のセンサと、制御部を備え、該制御部は、前記センサ上の第１方向と、該第１方向とは異なる第２方向の各々における、前記第１電極の前記位置を、特に前記第２方向においては任意の操作の結果に基づいて定めた第１範囲内の領域を走査することで検出する、第１電極位置検出部と、該第１電極位置検出部により検出された前記第１電極の前記位置を基準とした前記第１及び第２方向上の所定の大きさの領域内において、前記第２電極を走査し、前記第２電極の走査基準位置を計算する、第２電極走査基準位置計算部と、前記第１及び第２方向の各々における前記第２電極の前記位置を、特に前記第２方向においては、前記第２電極走査基準位置計算部により計算された前記走査基準位置を基準とした第２範囲内の領域を走査することで検出する、第２電極位置検出部と、を備える。
上記のような構成によれば、第２電極の最終的な位置を検出する際に、第１電極の位置を基準とした所定の大きさの領域において一度第２電極の位置を走査し、特に第２方向においては、この走査の結果を基に計算された走査基準位置を基準とした第２範囲内の領域を走査している。すなわち、第２電極の最終的な位置を、第１電極の位置検出時に用いられた領域とは異なる、より適切な領域で走査することが可能である。このため、第２電極の信号を検出可能であるにもかかわらず、走査範囲の外であるために検出できないセンサ単位が生じる可能性を低減できる。したがって、第２電極の位置の計算精度が向上し、指示器の位置を精度よく検出することができる。

本発明の一態様においては、前記第２電極走査基準位置計算部は、前記所定の大きさの領域を、前記第１電極の前記位置を中心として設定する。
上記のような構成によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出装置が実現可能である。

本発明の別の態様においては、前記第２電極走査基準位置計算部は、前記所定の大きさの領域内で前記第２電極を走査した結果、検出値が最も高い位置を前記走査基準位置として設定する。
上記のような構成によれば、所定の大きさの領域内において検出値が最も高い位置を走査基準位置とすることで、走査基準位置を高い値の検出が想定される第２電極の位置に近づけることができる。これにより、第２電極の位置の計算精度が向上し、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出装置が実現可能である。

本発明の別の態様においては、前記第２電極位置検出部は、前記第２範囲を、前記走査基準位置を中心として設定する。
上記のような構成によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出装置が実現可能である。

本発明の別の態様においては、前記第１電極位置検出部は、前記第１範囲を、前回検出された前記第１電極の前記位置を基に決定する。
上記のような構成によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出装置が実現可能である。

本発明の別の態様においては、前記第１電極位置検出部は、初回の前記第１電極の前記位置を、前記第１及び第２方向の各々の全域を走査することにより検出する。
上記のような構成によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出装置が実現可能である。

また、本発明に係る位置検出方法は、軸方向の一端に設けられた第１電極と、前記軸を囲うように設けられた第２電極を備えたペン状の指示器の位置を検出する位置検出方法であって、平面状のセンサにより、該センサ上の第１方向と、該第１方向とは異なる第２方向の各々における、前記第１電極の前記位置を、特に前記第２方向においては任意の操作の結果に基づいて定めた第１範囲内の領域を走査することで検出し、検出された前記第１電極の前記位置を基準とした前記第１及び第２方向上の所定の大きさの領域内において、前記第２電極を走査し、前記第２電極の走査基準位置を計算し、前記第１及び第２方向の各々における前記第２電極の前記位置を、特に前記第２方向においては、計算された前記走査基準位置を基準とした第２範囲内の領域を走査することで検出する。
上記のような方法によれば、最終的な第２電極の位置を検出する際に、第１電極の位置を基準とした所定の大きさの領域において一度第２電極の位置を走査し、特に第２方向においては、この走査の結果を基に計算された走査基準位置を基準とした第２範囲内の領域を走査している。すなわち、最終的な第２電極の位置を、第１電極の位置検出時に用いられた領域とは異なる、より適切な領域で走査することが可能である。このため、第２電極の信号を検出可能であるにもかかわらず、走査範囲の外であるために検出できないセンサ単位が生じる可能性を低減できる。したがって、第２電極の位置の計算精度が向上し、指示器の位置を精度よく検出することができる。

本発明の一態様においては、前記所定の大きさの領域を、前記第１電極の前記位置を中心として設定する。
上記のような方法によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出方法が実現可能である。

本発明の別の態様においては、前記所定の大きさの領域内で前記第２電極を走査した結果、検出値が最も高い位置を前記走査基準位置として設定する。
上記のような方法によれば、所定の大きさの領域内において検出値が最も高い位置を走査基準位置とすることで、走査基準位置を高い値の検出が想定される第２電極の最終的な位置Ｂに近づけることができる。これにより、第２電極の位置の計算精度が向上し、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出方法が実現可能である。

本発明の別の態様においては、前記第２範囲を、前記走査基準位置を中心として設定する。
上記のような方法によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出方法が実現可能である。

本発明の別の態様においては、前記第１範囲を、前回検出された前記第１電極の前記位置を基に決定する。
上記のような方法によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出方法が実現可能である。

本発明の別の態様においては、初回の前記第１電極の前記位置を、前記第１及び第２方向の各々の全域を走査することにより検出する。
上記のような方法によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出方法が実現可能である。

本発明によれば、指示器の位置を精度よく検出可能な、位置検出装置及び位置検出方法を提供することができる。

本発明の実施形態における位置検出装置と、これと共に使用される指示器の説明図である。 前記実施形態における位置検出装置の説明図である。 前記実施形態における位置検出装置の、制御部の信号処理ブロック図である。 前記実施形態における位置検出装置の説明図である。 前記実施形態における位置検出装置の説明図である。 前記実施形態における位置検出装置の説明図である。 前記実施形態における位置検出装置の説明図である。 前記実施形態における位置検出装置の説明図である。 前記実施形態における位置検出方法のフローチャートである。 前記実施形態における位置検出装置の説明図である。 前記実施形態における位置検出装置の、実験結果の説明図である。 従来の位置検出装置と指示器の説明図である。 従来の位置検出装置の説明図である。 従来の位置検出装置の説明図である。

本発明に係る位置検出装置は、ペン状の指示器の位置を検出する位置検出装置であって、指示器は、軸方向の一端に設けられた第１電極と、軸の周囲に設けられた第２電極を備え、第１電極の位置と、第２電極の位置を検出する平面状のセンサと、制御部を備え、制御部は、センサ上の第１方向と、第１方向とは異なる第２方向の各々における、第１電極の位置を、特に第２方向においては任意の操作の結果に基づいて定めた第１範囲内の領域を走査することで検出する、第１電極位置検出部と、第１電極位置検出部により検出された第１電極の位置を基準とした第１及び第２方向上の所定の大きさの領域内において、第２電極を走査し、第２電極の走査基準位置を計算する、第２電極走査基準位置計算部と、第１及び第２方向の各々における第２電極の位置を、特に第２方向においては、第２電極走査基準位置計算部により計算された走査基準位置を基準とした第２範囲内の領域を走査することで検出する、第２電極位置検出部と、を備える。
また、本発明に係る位置検出方法は、軸方向の一端に設けられた第１電極と、軸を囲うように設けられた第２電極を備えたペン状の指示器の位置を検出する位置検出方法であって、平面状のセンサにより、センサ上の第１方向と、第１方向とは異なる第２方向の各々における、第１電極の位置を、特に第２方向においては任意の操作の結果に基づいて定めた第１範囲内の領域を走査することで検出し、検出された第１電極の位置を基準とした第１及び第２方向上の所定の大きさの領域内において、第２電極を走査し、第２電極の走査基準位置を計算し、第１及び第２方向の各々における第２電極の位置を、特に第２方向においては、計算された走査基準位置を基準とした第２範囲内の領域を走査することで検出する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態における位置検出装置１と、これと共に使用される指示器１０１の説明図である。図２は、位置検出装置１の説明図である。
指示器１０１は、ペン状を成しており、軸Ｃ方向の一端に設けられた第１電極１０１ａと、軸Ｃの周囲に設けられた第２電極１０１ｂ、及び、これらを駆動する図示されない駆動電源を備えている。
第２電極１０１ｂは、本実施形態においては、軸Ｃを囲うようにリング状に設けられている。
第１及び第２電極１０１ａ、１０１ｂは、後述する位置検出装置１のセンサ２と静電結合することにより、位置検出装置１に対して信号を送信する。

位置検出装置１は、本実施形態においては、タブレット型の情報端末である。位置検出装置１は、例えば液晶パネル等の表示装置の表面上に、平面状で静電容量方式のセンサ２を備えたものである。位置検出装置１においては、液晶パネルの表示領域の略全面にわたってセンサ２が設けられて、表示領域全体がセンサによる位置検出可能領域１ａとなっている。位置検出装置１のセンサ２は、位置検出可能領域１ａ内に指示器１０１が位置づけられた場合に、第１電極１０１ａの位置と第２電極１０１ｂの位置を検出して、指示器１０１によって指示された位置を検出する。

センサ２は、第１方向に延在する複数の第１方向導体３と、第１方向と直交する第２方向に延在する複数の第２方向導体４を備えている。本実施形態においては、第１方向は紙面横方向である方向Ｘであり、第２方向は紙面縦方向である方向Ｙである。
第１方向導体３と第２方向導体４の各々は、位置検出可能領域１ａ内の表示装置の所定の画素数に導体３、４の一本が対応して、所定の幅を備えるように形成され、表示装置の画素よりも粗い格子状となるように設けられている。

位置検出装置１は、選択回路５を備えている。第１及び第２方向導体３、４の各々の末端は、選択回路５に接続されている。選択回路５は、第１及び第２方向導体３、４の各々を所定の順序で選択することにより、指示器１０１の第１及び第２電極１０１ａ、１０１ｂから各導体３、４に送信された信号を受信する。
選択回路５は、各導体３、４から受信した信号を制御部１０へ送信する。

制御部１０は、選択回路５を制御して選択回路５に第１電極１０１ａ、第２電極１０１ｂの走査を指示し、その結果を検出信号として受信する。制御部１０は、後に詳細に説明するように、受信した検出信号から第１電極１０１ａ、第２電極１０１ｂの位置座標を計算し、位置を検出する。
以下の説明で、制御部１０あるいは制御部１０を構成する各構成要素が第１電極１０１ａ及び第２電極１０１ｂを走査すると記載するときは、制御部１０が選択回路５を直接、あるいは図示されないタッチコントローラ等の他の構成要素を指示、制御して、走査制御を行うことを意味するものとする。
制御部１０は、検出した第１電極１０１ａ、第２電極１０１ｂの位置情報を信号処理部６へ送信する。

信号処理部６は、制御部１０から第１電極１０１ａ、第２電極１０１ｂの位置情報を受信し、指示器１０１の傾きの導出等の様々な信号処理を実行する。
制御部１０と信号処理部６は、本実施形態においては、例えば１つのマイクロプロセッサ内に実装されているが、個別に実装されていてもよい。

次に、制御部１０を詳細に説明する。図３は、制御部１０の信号処理ブロック図である。制御部１０は、第１電極位置検出部１１、第２電極走査基準位置計算部１２、第２電極位置検出部１３、及び、第１電極位置座標保存部１４を備えている。

第１電極位置検出部１１は、センサ２上の第１方向Ｘと第２方向Ｙの各々における第１電極１０１ａの位置Ａを検出する。
図４は、位置検出可能領域１ａの説明図である。図４においては、第１方向導体３と第２方向導体４が交差してオーバーラップした部分に相当する、センサ２の一つの単位がセンサ単位７として矩形で示されている。位置検出可能領域１ａは、センサ単位７が第１方向Ｘと第２方向Ｙの各々に格子状に整列されることで構成されている。後に説明する図５乃至図８も同様に、整列されたセンサ単位７が示されている。

図４は特に、一定期間指示器１０１を検出していない状態の位置検出装置１に対し、位置検出可能領域１ａの中のある位置に指示器１０１の第１電極１０１ａを当接させた状況下における、位置検出可能領域１ａを示している。すなわち、センサ２が、これまでは検出していなかった第１電極１０１ａの検出信号を、ある時点において初めて検出した状況を示すものである。
このような状況においては、第１電極位置検出部１１は、第１方向Ｘと第２方向Ｙの各々の全域において、すなわち位置検出可能領域１ａの全域において、第１電極１０１ａを走査する。

図４においては、第１電極１０１ａの近傍に位置して第１電極１０１ａの信号を検出し得る領域が、初回走査時の第１電極検出領域ＰＡ０として示されている。第１電極１０１ａの初回の走査の結果、初回走査時の第１電極検出領域ＰＡ０を含み得る複数のセンサ単位７が、第１電極１０１ａの信号を検出する。
第１電極位置検出部１１は、第１電極１０１ａの信号を検出した複数のセンサ単位７に対して、検出信号の値の最大値を計算し、または、検出信号の値を重みとして座標の加重平均を計算する。これにより、第１電極位置検出部１１は、初回走査時の第１電極位置座標Ａ０（初回の第１電極の位置）を計算し、これを位置Ａとして検出する。

第１電極位置検出部１１は、検出した位置Ａ（位置座標Ａ０）を第１電極位置座標保存部１４へ保存する。

位置検出装置１は、上記のように第１電極１０１ａの位置Ａ０を初回に検出した後、更に所定の検出間隔の経過後に、再度第１電極１０１ａの位置を検出する。図５は、図４と同様に位置検出可能領域１ａの説明図であるが、図４に示されるものより所定の検出間隔が経過した後の時点の状況を示すものである。このような状況においては、第１電極１０１ａは、使用者の操作によって位置検出可能領域１ａに当接されながらスライドされて、初回の第１電極１０１ａの位置Ａ０とは異なる位置に在る可能性がある。

ここで、第１電極１０１ａの検出間隔を適切に短くすることにより、使用者の通常使用時におけるスライド操作によって移動し得る第１電極１０１ａの最大距離を、一定の短い距離に収めることが可能である。本実施形態においては、この第１電極１０１ａの最大距離を、センサ単位７において例えば２〜３個分とするように、検出間隔を設定している。
このような場合には、初回の位置検出から所定の検出間隔経過後の時点における位置検出においては、初回走査時の第１電極位置座標Ａ０から第２方向Ｙにおいて、例えば３〜４個分のセンサ単位７の範囲を走査すれば、この時点に第１電極１０１ａが位置し得るほぼ全てのセンサ単位７を走査可能である。

このような考えに基づき、第１電極位置検出部１１は、第２方向Ｙにおいては、第１電極位置座標保存部１４に保存した第１電極位置座標Ａ（第１電極の位置）を基に、これを中心として第２方向Ｙに略一定の幅の第１範囲Ｒ１を設定する。この場合においては、基準となる第１電極位置座標Ａは、初回の位置座標Ａ０に相当する。第１電極位置検出部１１は、第１方向Ｘにおいては全域を、第２方向Ｙにおいては第１範囲Ｒ１を、すなわち、図５にＲＡとして示される第１電極局所走査領域ＲＡを局所的に走査する。

本実施形態においては、第１範囲Ｒ１は、８個分のセンサ単位７に相当する領域である。図５においては、この時点において第１電極１０１ａの近傍に位置して第１電極１０１ａの信号を検出し得る領域が、第１電極検出領域ＰＡとして示されている。第１範囲Ｒ１の値は、上記のように、この領域ＰＡの大きさや、検出間隔の設定値等に依存して決定、変更され得る。更には、指示器１０１に対する反応速度等も考慮して決定され得る。

この時点における第１電極１０１ａの走査の結果、第１電極検出領域ＰＡを含み得る複数のセンサ単位７が、第１電極１０１ａの信号を検出する。
第１電極位置検出部１１は、第１電極１０１ａの信号を検出したこれら複数のセンサ単位７に対して、検出信号の値の最大値を計算し、または、検出信号の値を重みとして座標の加重平均を計算する。これにより、第１電極位置検出部１１は、この時点における第１電極位置座標Ａを計算し、これを位置Ａとして検出する。

第１電極位置検出部１１は、検出した位置Ａを第１電極位置座標保存部１４へ、既に保存されている位置情報に代えて保存する。

以上のように、第１電極位置検出部１１は、初回の第１電極１０１ａの位置Ａ０を、第１及び第２方向Ｘ、Ｙの各々の全域１ａを走査することにより検出する。
また、第１電極位置検出部１１は、センサ２上の第１方向Ｘと第２方向Ｙの各々における第１電極１０１ａの位置Ａを、特に第２方向Ｙにおいては、任意の操作の結果に基づいて定めた、より具体的には前回検出された第１電極１０１ａの位置を基に決定された、第１範囲Ｒ１内の領域を走査することで検出する。

第１電極位置検出部１１は、検出した位置Ａを第２電極走査基準位置計算部１２へ送信する。

第２電極走査基準位置計算部１２は、第１電極位置検出部１１から位置Ａを受信する。
第２電極走査基準位置計算部１２は、この位置Ａを基準とした所定の大きさの領域内で第２電極１０１ｂを走査し、第２電極１０１ｂの走査基準位置Ｂｔを計算する。

図６は、図５の位置Ａ近傍の拡大図である。第２電極１０１ｂは、指示器１０１上において第１電極１０１ａから一定の位置に設けられている。このため、位置検出可能領域１ａ上において、第２電極１０１ｂの位置Ｂとして最終的に検出され得るセンサ単位７は、位置Ａから一定の範囲内に位置するはずである。
一般的に指示器１０１は、第１電極１０１ａの周囲がテーパー状に形成されており、第１電極１０１ａを位置検出可能領域１ａに当接させた状態で一定の角度以上倒すことが出来ない。したがって、この一定の範囲は、図１２にＬとして示される、指示器１０１の軸Ｃ上における第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂの距離よりも、実際には短い距離である。

図６においては、この一定の範囲が、第１電極近傍走査領域（所定の大きさの領域）Ｓとして示されている。本実施形態においては、第１電極近傍走査領域Ｓは、第１電極１０１ａの位置Ａを中心とした５×５の範囲のセンサ単位７に相当する領域である。第１電極近傍走査領域Ｓの大きさは、上記のように、指示器１０１における軸Ｃ上の第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂの距離や、第１電極１０１ａのテーパー状部分の角度に依存して決定、変更され得る。

第２電極走査基準位置計算部１２は、上記のように決定された第１電極近傍走査領域Ｓ内において、第２電極１０１ｂを走査する。図７は、この状況を示した説明図である。図７においては、第２電極１０１ｂの近傍に位置して第２電極１０１ｂの信号を検出し得る第１電極近傍走査領域Ｓ内の領域が、基準位置検出領域ＰＢＳとして示されている。第１電極近傍走査領域Ｓ内の第２電極１０１ｂの走査の結果、基準位置検出領域ＰＢＳを含み得る複数のセンサ単位７が、第２電極１０１ｂの信号を検出する。

第２電極走査基準位置計算部１２は、第２電極１０１ｂの信号を検出した複数のセンサ単位７に対して、検出信号の値の最大値を計算する。そして、第２電極走査基準位置計算部１２は、当該最大値を示したセンサ単位７を第２電極走査基準位置（走査基準位置）Ｂｔとして設定する。
第２電極走査基準位置Ｂｔは、上記のように第２電極１０１ｂの位置Ｂとして最終的に検出され得るセンサ単位７を含み得るように定められた第１電極近傍走査領域Ｓ内に位置するセンサ単位７で、最大の信号値が検出されたものである。したがって、第２電極走査基準位置Ｂｔは、最終的に第２電極１０１ｂの位置Ｂとして検出され得る候補となる位置である。

以上のように、第２電極走査基準位置計算部１２は、第１電極位置検出部１１により検出された第１電極１０１ａの位置Ａを基準とした第１及び第２方向Ｘ、Ｙ上の所定の大きさの領域Ｓ内において、第２電極１０１ｂを走査し、第２電極１０１ｂの走査基準位置Ｂｔを計算する。
より詳細には、第２電極走査基準位置計算部１２は、所定の大きさの領域Ｓを、第１電極１０１ａの位置Ａを中心として設定する。
また、第２電極走査基準位置計算部１２は、所定の大きさの領域Ｓ内で第２電極１０１ｂを走査した結果、検出値が最も高い位置を走査基準位置Ｂｔとして設定する。

第２電極走査基準位置計算部１２は、計算した第２電極走査基準位置Ｂｔを第２電極位置検出部１３へ送信する。

第２電極位置検出部１３は、第２電極走査基準位置計算部１２から第２電極走査基準位置Ｂｔを受信する。
第２電極位置検出部１３は、特に第２方向Ｙにおいては、この第２電極走査基準位置Ｂｔを基準とした一定の領域で第２電極１０１ｂを走査し、第２電極１０１ｂの位置Ｂを検出する。

上記のように、第２電極走査基準位置Ｂｔは、最終的に第２電極１０１ｂの位置Ｂとして検出され得る候補となる位置である。したがって、第２電極１０１ｂの信号を検出し得るセンサ単位７が位置検出可能領域１ａ上の広範囲に分布するとしても、第２電極走査基準位置Ｂｔを中心とした一定の範囲内の領域を走査すれば、図１４に示される検出外領域ＰＢＯのように、一つの方向に偏って第２電極１０１ｂの信号を検出し得るセンサ単位７が走査されないという状況は回避可能である。

このような考えに基づき、図８に示されるように第２電極位置検出部１３は、第２方向Ｙにおいては第２電極走査基準位置Ｂｔを基に、これを中心として第２方向Ｙに略一定の幅の第２範囲Ｒ２を設定する。第２電極位置検出部１３は、第１方向Ｘにおいては全域を、第２方向Ｙにおいては第２範囲Ｒ２を、すなわち、図８にＲＢとして示される第２電極局所走査領域ＲＢを局所的に走査する。

本実施形態においては、第２範囲Ｒ２は、８個分のセンサ単位７に相当する領域である。図８においては、この時点において第２電極１０１ｂの近傍に位置して第２電極１０１ｂの信号を検出し得る領域が、第２電極検出領域ＰＢとして示されている。第２範囲Ｒ２の値は、上記のように、第２電極１０１ｂの信号を検出し得る領域ＰＢの大きさを含むように決定される。

この時点における第２電極１０１ｂの走査の結果、第２電極検出領域ＰＢを含み得る複数のセンサ単位７が、第２電極１０１ｂの信号を検出する。
第２電極位置検出部１３は、第２電極１０１ｂの信号を検出したこれら複数のセンサ単位７に対して、検出信号の値を重みとして座標の加重平均を計算する。これにより、第２電極位置検出部１３は第２電極位置座標Ｂを計算し、これを位置Ｂとして検出する。

図８に示される例においては、第２電極１０１ｂの位置Ｂとして最終的に検出され得るセンサ単位７を含み得るように第１電極近傍走査領域Ｓの大きさが適切に設定され、かつ、第２電極走査基準位置Ｂｔを中心として適切な範囲で第２電極局所走査領域ＲＢが設定されている。このため、第２電極走査基準位置Ｂｔと、第２電極位置検出部１３により計算された第２電極位置座標Ｂは一致しており、結果として第２電極検出領域ＰＢ全域が第２電極局所走査領域ＲＢに含まれている。すなわち、第２電極局所走査領域ＲＢに相当する全てのセンサ単位７における信号値が検出されて、位置Ｂの検出に反映されている。

以上のように、第２電極位置検出部１３は、第１及び第２方向Ｘ、Ｙの各々における第２電極１０１ｂの位置Ｂを、特に第２方向Ｙにおいては、第２電極走査基準位置計算部１２により計算された走査基準位置Ｂｔを基準とした第２範囲Ｒ２内の領域を走査することで検出する。
より詳細には、第２電極位置検出部１３は、第２範囲Ｒ２を、走査基準位置Ｂｔを中心として設定する。

制御部１０は、第１電極位置検出部１１が検出した位置Ａと第２電極位置検出部１３が検出した位置Ｂを、信号処理部６へ送信する。

次に、上記位置検出装置１を使用した位置検出方法を、図１乃至図９、図１２を用いて説明する。図９は、制御部１０内の処理を示したフローチャートである。

指示器１０１が、その第１電極１０１ａが位置検出装置１の位置検出可能領域１ａに接触するように位置検出装置１上に位置付けられると、指示器１０１からセンサ２に送信された信号を、第１方向導体３と第２方向導体４の各々を介して選択回路５が受信する。
選択回路５は、各導体３、４から受信した信号を制御部１０へ送信する。

制御部１０は、処理を開始する（ステップＳ１）。
第１電極位置検出部１１は、図４に示されるように、第１方向Ｘと第２方向Ｙの各々の全域において、すなわち位置検出可能領域１ａの全域において、第１電極１０１ａを走査する（ステップＳ２）。
第１電極位置検出部１１は、第１電極１０１ａの信号を検出した複数のセンサ単位７に対して、検出信号の値の最大値を計算し、または、検出信号の値を重みとして座標の加重平均を計算する。これにより、第１電極位置検出部１１は、初回走査時の第１電極位置座標Ａ０を計算し、これを位置Ａとして検出する。
第１電極位置検出部１１は、検出した位置Ａ（位置座標Ａ０）を第１電極位置座標保存部１４へ保存する。

第１電極位置検出部１１は、図５に示されるように、ステップＳ２から所定の検出間隔が経過した後に、第１電極位置座標保存部１４に保存した第１電極位置座標Ａを基に、これを中心として第２方向Ｙに略一定の幅の第１範囲Ｒ１を設定する（ステップＳ３）。この場合においては、基準となる第１電極位置座標Ａは、初回の位置座標Ａ０に相当する。

第１電極位置検出部１１は、第１方向Ｘにおいては全域を、第２方向Ｙにおいては第１範囲Ｒ１を、すなわち、図５にＲＡとして示される第１電極局所走査領域ＲＡを局所的に走査する（ステップＳ４）。

第１電極１０１ａの走査の結果、第１電極検出領域ＰＡを含み得る複数のセンサ単位７が、第１電極１０１ａの信号を検出する。第１電極位置検出部１１は、第１電極１０１ａの信号を検出したこれら複数のセンサ単位７に対して、検出信号の値の最大値を計算し、または、検出信号の値を重みとして座標の加重平均を計算する。これにより、第１電極位置検出部１１は第１電極位置座標Ａを計算し、これを位置Ａとして検出する（ステップＳ５）。
第１電極位置検出部１１は、検出した位置Ａを第１電極位置座標保存部１４へ、既に保存されている位置情報に代えて保存する。

第１電極位置検出部１１は、検出した位置Ａを第２電極走査基準位置計算部１２へ送信する。

第２電極走査基準位置計算部１２は、第１電極位置検出部１１から位置Ａを受信する。
第２電極走査基準位置計算部１２は、図６に示されるように、第１電極位置検出部１１により検出された第１電極１０１ａの位置Ａを基準とした第１及び第２方向Ｘ、Ｙ上の所定の大きさの領域Ｓを第１電極近傍走査領域Ｓとして設定する。第２電極走査基準位置計算部１２は、第１電極近傍走査領域Ｓを、第１電極１０１ａの位置Ａを中心として設定する（ステップＳ６）。

第２電極走査基準位置計算部１２は、図７に示されるように、第１電極近傍走査領域Ｓ内において、第２電極１０１ｂを走査する（ステップＳ７）。

第１電極近傍走査領域Ｓ内の第２電極１０１ｂの走査の結果、基準位置検出領域ＰＢＳを含み得る複数のセンサ単位７が、第２電極１０１ｂの信号を検出する。第２電極走査基準位置計算部１２は、第２電極１０１ｂの信号を検出した複数のセンサ単位７に対して、検出信号の値の最大値を計算する。そして、第２電極走査基準位置計算部１２は、当該最大値を示したセンサ単位７を第２電極走査基準位置（走査基準位置）Ｂｔとして設定する（ステップＳ８）。

第２電極走査基準位置計算部１２は、計算した第２電極走査基準位置Ｂｔを第２電極位置検出部１３へ送信する。

第２電極位置検出部１３は、第２電極走査基準位置計算部１２から第２電極走査基準位置Ｂｔを受信する。
第２電極位置検出部１３は、図８に示されるように、第２方向Ｙにおいては第２電極走査基準位置Ｂｔを基に、これを中心として第２方向Ｙに略一定の幅の第２範囲Ｒ２を設定する（ステップＳ９）。

第２電極位置検出部１３は、第１方向Ｘにおいては全域を、第２方向Ｙにおいては第２範囲Ｒ２を、すなわち、図８にＲＢとして示される第２電極局所走査領域ＲＢを局所的に走査する（ステップＳ１０）。

第２電極１０１ｂの走査の結果、第２電極検出領域ＰＢを含み得る複数のセンサ単位７が、第２電極１０１ｂの信号を検出する。第２電極位置検出部１３は、第２電極１０１ｂの信号を検出したこれら複数のセンサ単位７に対して、検出信号の値を重みとして座標の加重平均を計算する。これにより、第２電極位置検出部１３は第２電極位置座標Ｂを計算し、これを位置Ｂとして検出する（ステップＳ１１）。
制御部１０は、第１電極位置検出部１１が検出した位置Ａと第２電極位置検出部１３が検出した位置Ｂを、信号処理部６へ送信する。

信号処理部６は、制御部１０から第１電極１０１ａ、第２電極１０１ｂの位置情報Ａ、Ｂを受信し、指示器１０１の傾きの導出等の様々な信号処理を実行する。

ステップＳ１１から所定の検出間隔が経過した後に、制御部１０は、第１電極１０１ａの反応の有無を判定する（ステップＳ１２）。第１電極１０１ａの反応が有る場合は、ステップＳ３に戻り位置Ａと位置Ｂの検出を繰り返す。反応が無い場合は処理を終了する（ステップＳ１３）。

次に、上記の位置検出装置１及び位置検出方法の効果について説明する。

上記のような構成によれば、第２電極１０１ｂの最終的な位置Ｂを検出する際に、第１電極１０１ａの位置Ａを基準とした所定の大きさの領域Ｓにおいて一度第２電極１０１ｂの位置を走査し、特に第２方向Ｙにおいては、この走査の結果を基に計算された走査基準位置Ｂｔを基準とした第２範囲Ｒ２内の領域を走査している。すなわち、第２電極１０１ｂの最終的な位置Ｂを、第１電極１０１ａの位置検出時に用いられた領域ＲＡとは異なる領域ＲＢで走査することが可能である。
より詳細には、第２電極１０１ｂの位置Ｂとして最終的に検出され得るセンサ単位７を含み得るように第１電極近傍走査領域Ｓの大きさが適切に設定されている。また、この第１電極近傍走査領域Ｓから第２電極走査基準位置Ｂｔが決定されている。更に、第２電極走査基準位置Ｂｔを中心として適切な範囲で第２電極局所走査領域ＲＢが設定されている。このため、第２電極走査基準位置Ｂｔと、第２電極位置検出部１３により計算された第２電極位置座標Ｂは多くの場合一致し、結果として第２電極検出領域ＰＢ全域が第２電極局所走査領域ＲＢに含まれる。すなわち、第２電極局所走査領域ＲＢに相当するほぼ全てのセンサ単位７における信号値が検出されて、位置Ｂの検出に反映される。
このように、第２電極１０１ｂの信号を検出可能であるにもかかわらず、走査範囲の外であるために検出できないセンサ単位７が生じる可能性を低減できる。したがって、第２電極１０１ｂの位置Ｂの計算精度が向上し、指示器１０１の位置を精度よく検出することができる。

また、所定の大きさの領域Ｓ内において検出値が最も高い位置を走査基準位置Ｂｔとすることで、走査基準位置Ｂｔを高い値の検出が想定される第２電極１０１ｂの最終的な位置Ｂに近づけることができる。これにより、第２電極１０１ｂの位置Ｂの計算精度が向上し、指示器１０１の位置を精度よく検出することができる。

また、初回のみに実行される、図９のステップＳ２に相当する位置検出可能領域１ａの全域での走査を除き、頻繁に繰り返される、ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ１０に相当する各走査は、局所的な領域ＲＡ、Ｓ、ＲＢに対して行われる。したがって、指示器１０１に対する高い反応速度を実現することができる。

［各領域の大きさの決定］
次に、図１０を用いて、第１電極近傍走査領域Ｓの大きさについて検討する。
図１０（ａ）は、あるデータにおける第１電極局所走査領域ＲＡ内の、第１電極位置検出部１１によって第１電極位置座標Ａが計算された部分近傍の、センサ単位７毎の検出信号値を示す説明図である。
第１電極１０１ａの検出信号値として比較的大きな値が検出されているセンサ単位７が、第１電極局所走査領域ＲＡ内に含まれている。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示される第１電極局所走査領域ＲＡの全域で第２電極１０１ｂを走査した場合の、センサ単位７毎の検出信号値を示す説明図である。実際には第２電極走査基準位置計算部１２は、上記のように第１電極近傍走査領域Ｓ内のみを走査するが、ここでは説明のため第１電極局所走査領域ＲＡに対して走査した結果が示されている。
第１電極近傍走査領域Ｓの位置や大きさが適切に設定された結果、第２電極１０１ｂの検出信号の最大値を有するセンサ単位７が第１電極近傍走査領域Ｓ内に含まれて、第２電極走査基準位置Ｂｔとして設定されている。

図１０（ｃ）は、第２電極位置検出部１３による、第２電極局所走査領域ＲＢ内の第２電極１０１ｂの走査結果に関し、センサ単位７毎の検出信号値を示す説明図である。第２範囲Ｒ２の位置や大きさが適切に設定された結果、第２電極１０１ｂの検出信号値として比較的大きな値が検出されているセンサ単位７が、第２電極局所走査領域ＲＢ内に含まれている。

［実験結果］
次に、図１１を用いて、上記実施形態に関する実験結果について説明する。

図１１（ａ）、（ｂ）は、指示器１０１を第２方向Ｙに向けて倒した場合に、倒した角度と、それに伴う第２電極位置座標ＢのＹ座標の変化の度合いを示したグラフである。
図１１（ａ）は、従来のように、第２方向Ｙにおける第２電極１０１ｂの走査を、第２電極局所走査領域ＲＢではなく第１電極局所走査領域ＲＡに対して行った場合の結果である。これに対し図１１（ｂ）は、第２電極１０１ｂの走査を、上記実施形態のように第２電極局所走査領域ＲＢに対して行った場合の結果である。

図１１（ａ）においては、指示器１０１を６０°以上傾けた場合にＴとして示されるように、図１４に示されるように第２電極１０１ｂを検出する一部のセンサ単位７が第１電極局所走査領域ＲＡ内に納まらないため、Ｙ座標がこれ以上変化せず飽和している。したがって、正確に第２電極１０１ｂの位置Ｂを検出できていない。

これに対し、図１１（ｂ）においては、指示器１０１を６０°以上傾けた場合においても、第２電極１０１ｂを検出するセンサ単位７が第２電極局所走査領域ＲＢ内に納まるため、Ｙ座標が正常に推移している。すなわち、正確に第２電極１０１ｂの位置Ｂが検出されている。

なお、本発明の位置検出装置及び位置検出方法は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。

例えば、上記実施形態及び各変形例においては、位置検出装置はタブレット型の情報端末であったが、これに限られず、スマートホンや、据え置き型のディスプレイなど、表示装置とセンサを備えた他の物であってもよいのは言うまでもない。
また、上記実施形態においては、表示装置としては液晶パネルが使用されていたが、これに限られず、例えば有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）等の、他の表示装置が使用されてもよいのは言うまでもない。

また、上記実施形態においては、指示器１０１の第２電極１０１ｂは軸Ｃを囲うようにリング状に設けられていたが、これに限られない。例えば、同じ機能を備えた複数の第２電極が、軸Ｃを中心として周方向に互いに離間して設けられた結果、リング状に形成されていてもよいし、他の態様で整列されていても構わない。

また、上記実施形態においては、第１電極位置検出部１１及び第２電極位置検出部１３は、第２方向Ｙにおいては、一定の幅の第１及び第２範囲Ｒ１、Ｒ２を設定し、この領域に対して第１及び第２電極１０１ａ、１０１ｂを走査したが、これに限られない。
例えば、走査範囲を第１方向Ｘに対して設定し、第１方向Ｘに対して限定された領域で、及び、第２方向Ｙに対しては全域で、第１及び第２電極１０１ａ、１０１ｂを走査してもよい。
あるいは、走査範囲を第１及び第２方向Ｘ、Ｙの双方に対して設定し、第１及び第２方向Ｘ、Ｙの双方に対して限定された領域で、第１及び第２電極１０１ａ、１０１ｂを走査してもよい。

また、上記実施形態においては、第１電極近傍走査領域Ｓは、第１電極１０１ａの位置Ａを中心として、また、第２範囲Ｒ２は、第２電極走査基準位置Ｂｔを中心として設定されていたが、これに限られない。
例えば、使用者が第１電極１０１ａを手前側に、すなわち第２方向Ｙの各図における下側に傾けることが多い場合においては、領域Ｓや範囲Ｒ２を、位置Ａ、Ｂｔの下側に広く、上側に狭くなるように設定してもよい。これにより、下側に傾けた際の精度をより高め、かつ、走査領域をできるだけ小さくして反応速度を高めることが出来る。
同様に、第１方向Ｘ上の左右何れかに偏って、領域Ｓが設定されてもよい。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１ 位置検出装置
１ａ 位置検出可能領域（第１及び第２方向の各々の全域）
２ センサ
１０ 制御部
１１ 第１電極位置検出部
１２ 第２電極走査基準位置計算部
１３ 第２電極位置検出部
１０１ 指示器
１０１ａ 第１電極
１０１ｂ 第２電極
Ａ０ 初回走査時の第１電極位置座標（初回の第１電極の位置）
Ａ 第１電極位置座標（第１電極の位置）
Ｂ 第２電極位置座標（第２電極の位置）
Ｂｔ 第２電極走査基準位置（走査基準位置）
Ｃ 軸
Ｒ１ 第１範囲
Ｒ２ 第２範囲
ＲＡ 第１電極局所走査領域
ＲＢ 第２電極局所走査領域
Ｓ 第１電極近傍走査領域（所定の大きさの領域）
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向

Claims (12)

1. ペン状の指示器の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記指示器は、軸方向の一端に設けられた第１電極と、前記軸の周囲に設けられた第２電極を備え、
   前記第１電極の位置と、前記第２電極の位置を検出する平面状のセンサと、制御部を備え、
   該制御部は、
   前記センサ上の第１方向と、該第１方向とは異なる第２方向の各々における、前記第１電極の前記位置を、特に前記第２方向においては任意の操作の結果に基づいて定めた第１範囲内の領域を走査することで検出する、第１電極位置検出部と、
   該第１電極位置検出部により検出された前記第１電極の前記位置を基準とした前記第１及び第２方向上の所定の大きさの領域内において、前記第２電極を走査し、前記第２電極の走査基準位置を計算する、第２電極走査基準位置計算部と、
   前記第１及び第２方向の各々における前記第２電極の前記位置を、特に前記第２方向においては、前記第２電極走査基準位置計算部により計算された前記走査基準位置を基準とした第２範囲内の領域を走査することで検出する、第２電極位置検出部と、
   を備える、位置検出装置。
2. 前記第２電極走査基準位置計算部は、前記所定の大きさの領域を、前記第１電極の前記位置を中心として設定する、請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記第２電極走査基準位置計算部は、前記所定の大きさの領域内で前記第２電極を走査した結果、検出値が最も高い位置を前記走査基準位置として設定する、請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記第２電極位置検出部は、前記第２範囲を、前記走査基準位置を中心として設定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 前記第１電極位置検出部は、前記第１範囲を、前回検出された前記第１電極の前記位置を基に決定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
6. 前記第１電極位置検出部は、初回の前記第１電極の前記位置を、前記第１及び第２方向の各々の全域を走査することにより検出する、請求項１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
7. 軸方向の一端に設けられた第１電極と、前記軸を囲うように設けられた第２電極を備えたペン状の指示器の位置を検出する位置検出方法であって、
   平面状のセンサにより、該センサ上の第１方向と、該第１方向とは異なる第２方向の各々における、前記第１電極の前記位置を、特に前記第２方向においては任意の操作の結果に基づいて定めた第１範囲内の領域を走査することで検出し、
   検出された前記第１電極の前記位置を基準とした前記第１及び第２方向上の所定の大きさの領域内において、前記第２電極を走査し、前記第２電極の走査基準位置を計算し、
   前記第１及び第２方向の各々における前記第２電極の前記位置を、特に前記第２方向においては、計算された前記走査基準位置を基準とした第２範囲内の領域を走査することで検出する、位置検出方法。
8. 前記所定の大きさの領域を、前記第１電極の前記位置を中心として設定する、請求項７に記載の位置検出方法。
9. 前記所定の大きさの領域内で前記第２電極を走査した結果、検出値が最も高い位置を前記走査基準位置として設定する、請求項７または８に記載の位置検出方法。
10. 前記第２範囲を、前記走査基準位置を中心として設定する、請求項７から９のいずれか一項に記載の位置検出方法。
11. 前記第１範囲を、前回検出された前記第１電極の前記位置を基に決定する、請求項７から１０のいずれか一項に記載の位置検出方法。
12. 初回の前記第１電極の前記位置を、前記第１及び第２方向の各々の全域を走査することにより検出する、請求項７から１１のいずれか一項に記載の位置検出方法。

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