JPH02103431A - 筆圧検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、入力ペンに加わる筆圧を検出する筆圧検出装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来のこの種の筆圧検出装置では、タブレットの筆圧検
出範囲全体もしくは入力ペンに感圧センサを設けて入力
ペンに加わる筆圧を検出していた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、タブレットの筆圧検出範囲全体に感圧セ
ンサを設けるものでは、該範囲全体における感圧センサ
の特性を一様とするのが困難であり、従って、入力ペン
に加わる筆圧を前記全ての範囲において正確に検出する
のが困難であり、また、入力ペンに感圧センサを設ける
ものでは該入力ペンよりその感圧情報を取出すためのケ
ーブル等が必要不可欠となり、従って、入力作業時の操
作性が良くないため通常の筆圧を検出することができな
いという問題点があった。

本発明は前記問題点を除去し、入力ペンにケーブル等を
接続する必要がなく、しかも通常の筆圧を高精度で検出
できる筆圧検出装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明では前記問題点を解決するため、少なくとも一の
ループコイルよりなるタブレットと、少なくともコイル
とコンデンサを含み、筆圧に応じて同調周波数が所定の
周波数を中心として変化する同調回路を有する入力ペン
と、前記所定の周波数の交流信号を発生する信号発生手
段と、前記所定の周波数の交流信号を検出する信号検出
手段と、前記ループコイルに順次、前記信号発生手段並
びに信号検出手段を交互に接続する接続切替手段と、前
記ループコイルから前記信号検出手段により検出される
交流信号に基づいて、前記入力ペンの同調回路における
同調周波数の変化を前記所定の周波数に対する位相の変
化として検出する位相検出手段とからなる筆圧検出装置
を提案する。

（作　用） 本発明によれば、タブレットのループコイルに接続切替
手段を介して信号発生手段が接続され、所定の周波数の
交流信号が加えられると、該ループコイルより電波が発
生し、該電波はタブレット上の入力ペンの同調回路のコ
イルを励振し、該同調回路に前記所定の周波数の誘導電
圧を発生させる。

その後、接続切替手段によって前記ループコイルより信
号発生手段が切離され、代りに信号検出手段が接続され
ると、該ループコイルより電波は発生しなくなるが、代
りに前記同調回路に発生した誘導電圧に基づいて該同調
回路のコイルより電波が発生し、該電波は前記ループコ
イルを逆に励振し、交流信号、即ち誘導電圧を発生させ
る。

前記電波の送受信は接続切替手段によって行なわれ、前
記誘導電圧が信号検出手段により検出される。

また、この時の誘導電圧は入力ペンの筆圧に応じた周波
数及び位相のずれを伴っているが、これが位相検出手段
により位相の変化として検出される。

（実施例） 第１図は本発明の筆圧装置の一実施例を示すもので、図
中、１０はタブレット、２０は入力ペン、３０は制御回
路、３１は信号発生手段（回路）３２は選択回路である
。また、３４は送受切替回路、３７は受信タイミング切
替回路であり、これらは接続切替手段を構成する。また
、３８は帯域フィルタ（Ｂ　Ｐ　Ｆ）であり、これは信
号検出手段を構成する。また、３９は検波器、４０は低
域フィルタ（ＬＰＦ）　、４１．４２は位相検波器（Ｐ
ＳＤ）　、４３．４４は低域フィルタ（Ｌ　Ｐ　Ｆ）で
あり、これらは後述する制御回路３０における処理を含
めて位相検出手段を構成する。また、４５は駆動回路、
４７は増幅器、５０は表示装置である。

第２図はタブレット１０を構成するループコイル群１１
の詳細を示すものである。ループコイル群１１は互いに
平行で且つ重なり合う如く配置された多数、例えば４８
本のループコイル１１−１．１１−２．・・・・・・１
１−４８からなり、さらに図示しない非金属素材からな
るケースに収容されている。なお、ここでは各ループコ
イルを１ターンで構成したが、必要に応じて複数ターン
となしても良い。

第３図は入力ペン２０の具体的な構造を示すもので、合
成樹脂等の非金属素材からなるペン軸２１と、フェライ
トチップ２２を備えた芯体２３と、芯体２３をその内部
に摺動自在に収容し得るコイル２４と、芯体２３の後端
を保持する芯ホルダ２５と、芯ホルダ２５をペン軸２１
に対してわずかに変位可能に支持するバネ２６と、コン
デンサ２７とからなっている。

前記コイル２４とコンデンサ２７は第１図にも示すよう
に互いに直列に接続され、周知の同調回路２８を構成す
る如くなっており、該コイル２４のインダクタンス及び
コンデンサ２７の容量値は、その同調（共振）周波数が
ほぼ所定の周波数ｆＯとなる値に設定されている。ここ
で、芯体２３が芯ホルダ２５に保持された状態において
、フェライトチップ２２はコイル２４の端部に位置する
如くなっており、タブレット１０上で入力ベン２０を操
作すると、その時の筆圧に応じて芯体２３、即ちフェラ
イトチップ２２が移動し、これによってコイル２４のイ
ンダクタンスが変化し、前述した同調回路２８における
同調周波数がわずかに変化する如くなっている。

次に前記装置の動作をその構成とともに説明するが、ま
ず、タブレット１ｏとベン２ｏとの間で電波が送受信さ
れるようす並びにこの際、得られる信号について、第４
図に従って説明する。

前記制御回路３０は周知のマイクロプロセッサ等より構
成され、信号発生回路３１を制御するとともに、第５図
に示すフローチャートに従って選択回路３２を介してタ
ブレット１ｏの各ループコイルの切替を制御し、また、
受信タイミング回路３７に対して位相検出位置の切替を
制御し、さらにまた、低域フィルタ４０．４３．４４が
らの出力値をアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換し、
後述する演算処理を実行して入力ベン２０による入力位
置を求め、さらに受信信号の位相を検出しする。

選択回路３２は前記ループコイル群１１より一のループ
コイルを順次選択するものであり、制御回路３０からの
情報に従って動作する。

送受切替回路３４は前記選択されたーのループコイルを
駆動回路４５並びに増幅器４７に交互に接続するもので
あり、後述する送受切替信号に従って動作する。

信号発生回路３１は所定の周波数ｆＯ１例えば５００ｋ
Ｈｚの矩形波信号Ａ５該矩形波信号Ａの位相を９０″遅
らせた信号Ｂ、所定の周波数ｆｋ。

例えば１５．６２５ｋ　Ｈｚの送受切替信号Ｃ及び受信
タイミング信号りを発生する。前記矩形波信号Ａはその
まま位相検波器４１に送出されるとともに、図示しない
低域フィルタにより正弦波信号Ｅに変換され、駆動回路
４５に送出され、また、矩形波信号Ｂは位相検波器４２
に送出され、また、送受切替信号Ｃは送受切替回路３４
に送出され、さらにまた、受信タイミング信号りは受信
タイミング切替回路３７に送出される。

前記正弦波信号Ｅは駆動回路４５に送出され平衡信号に
変換され、さらに送受切替回路３４に送出されるが、該
送受切替回路３４は送受切替信号Ｃに基づいて駆動回路
４５又は増幅器４７のいずれか一方を切替接続するため
、送受切替回路３４より選択回路３２に出力される信号
は時間Ｔ（−１／２ｆｋ）、ここでは３２μｓｅｃ毎に
５００ｋＨｚの信号を出したり出さなかったりする信号
Ｆとなる。

前記信号Ｆは選択回路３２を介してタブレット１０の一
のループコイル１１−ｉ　　（ｉ−１，２゜・・・・・
・４８）に送出されるが、該ループコイル１１−ｉは前
記信号Ｆに基づく電波を発生する。

この際、タブレット１０上にて入力ベン２０が略直立状
態、即ち使用状態に保持されていると、該電波は入力ベ
ン２０のコイル２４を励振し、その同調回路２８に前記
信号Ｆに同期した誘導電圧Ｇを発生させる。

その後、信号Ｆにおいて信号無しの期間、即ち受信期間
に入るとともにループコイル１１−１が増幅器４７側に
切替えられると、該ループコイル１１−１よりの電波は
直ちに消滅するが、前記誘導電圧Ｇは同調回路２８内の
損失に応じて徐々に減衰する。

一方、前記誘導電圧Ｇに基づいて同調回路２８を流れる
電流はコイル２４より電波を発信させる。該電波は増幅
器４７に接続されたループコイル１１−１を逆に励振す
るため、該ループコイル１１−１にはコイル２４からの
電波による誘導電圧が発生する。該誘導電圧は受信期間
の間のみ送受切替回路３４より増幅器４７に送出され増
幅されて受信信号Ｈとなり、さらに受信タイミング切替
回路３７に送出される。

受信タイミング切替回路３７には送受切替信号Ｃの反転
信号である受信タイミング信号りが入力されており、該
信号りがハイ（Ｈ）レベルの期間は受信信号Ｈを出力し
、ロー（Ｌ）レベルの期間は何も出力しないため、その
出力には信号■（実質的に受信信号Ｈと同一）が得られ
る。

前記信号Ｉは帯域フィルタ３８に送出されるが、該帯域
フィルタ３８は周波数ｆＯを固有の振動数とするセラミ
ックフィルタであり、前記信号Ｉ中の周波数ｆＯ酸成分
エネルギーに応じた振幅を有する信号Ｊ（厳密には、数
個の信号Ｉが帯域フィルタ３８に入力され収束した状態
において）を検波器３９及び位相検波器４１．４２に送
出する。

前記検波器３９に入力された信号Ｊは検波・整流され、
信号にとされた後、遮断周波数の充分低い低域フィルタ
４０にて前記振幅のほぼ１／２に対応する電圧値、例え
ばＶを有する直流信号りに変換され、制御回路３０に送
出される。

前記信号りの電圧値Ｖは入力ベン２０とループコイル１
１−１との間の距離に依存した値、ここではほぼ距離の
４乗に反比例した値を示し、ループコイル１１−１が切
替えられると変化するため、制御回路３０において、各
ループコイル毎に得られる電圧値Ｖをディジタル値に変
換し、これらに後述する演算処理を実行することにより
、入力ベン２０による入力位置が求められる。

一方、位相検波器４１及び４２には前記矩形波信号Ａ及
びＢが検波信号として入力されており、この時、信号Ｊ
の位相が矩形波信号Ａの位相とほぼ一致しているとする
と、位相検波器４１はちょうど信号Ｊを正側に反転した
信号Ｍｌ　　＜実質的に信号にと同一）を出力し、また
、位相検波器４２は正側及び負側に対称な波形を有する
信号Ｍ２を出力する。

前記信号Ｍｌは前記同様の低域フィルタ４３にて信号Ｊ
の振幅のほぼｌ／２に対応する電圧値、即ちＶを有する
直流信号Ｎｌ　　（実質的に信号りと同一）に変換され
制御回路３０に送出され、また、信号Ｍ２は同様の低域
フィルタ４４にて直流信号Ｎ２に変換され制御回路３０
に送出されるが、ここでは位相検波器４２の信号Ｍ２に
おいて正側及び負側の成分が同一であるため、低域フィ
ルタ４４の出力の電圧値はＯ［Ｖ］　となる。

制御回路３０では低域フィルタ４３及び４４の出力値、
ここでは信号Ｎ１及びＮ２をディジタル値に変換し、さ
らにこのディジタル値を用いて下記（１）式の演算処理
を行ない、位相検波器４１及び４２に加わった信号、こ
こでは信号Ｊと矩形波信号Ａとの位相差θを求める。

θ−−ｊａｎ　”　（ＶＱ　／ＶＰ　）　　　　　　−
”１１）但し、ＶＰは低域フィルタ４３の出力に対応す
るディジタル値を、また、ＶＱは低域フィルタ４４の出
力に対応するディジタル値を示す。例えば、前述した信
号Ｊの場合、信号Ｎｌの電圧値はＶであるが、信号Ｎ２
の電圧値は０［ｖ］、即ちＶＱ−０であるから位相差θ
−０″となる。

ところで、前記信号Ｊの位相は入力ベン２０の同調回路
２８における同調周波数に対応して変化する。即ち、同
調回路２８における同調周波数が所定の周波数ｆＯと一
致している場合、同調回路２８には信号の送信期間及び
受信期間とも周波数ｆＯの誘導電圧が発生し、また、こ
れに同期した誘導電流が流れるため、前記受信信号Ｈ（
又はＩ）の周波数及び位相は矩形波信号Ａと一致するこ
とになり、前記信号Ｊの位相も矩形波信号Ａと一致する
。

一方、同調回路２８における同調周波数が所定の周波数
ｆＯと一致していない、例えば周波数ｆＯよりわずかに
低い周波数、例えばｆｌの場合、信号の送信期間におい
て、同調回路２８には周波数ｆＯの誘導電圧が発生する
が、その時、該同調回路２８には位相遅れを伴う誘導電
流が流れ、また、信号の受信期間においてはほぼ周波数
ｆ１の誘導電圧及びこれに同期した誘導電流が流れるた
め、前記受信信号Ｈ（又はＩ）の周波数は矩形波信号Ａ
の周波数よりわずかに低く、また、その位相もやや遅れ
たものとなる。前述したように帯域フィルタ３８は周波
数ｆＯのみを振動数とするものであるから、その入力信
号の低い方への周波数のずれは位相遅れとして出力され
ることになり、従って、前記信号Ｊの位相は受信信号Ｈ
（又はＩ）よりさらに遅れたものとなる。

また、逆に同調回路２８における同調周波数が所定の周
波数ｆＯよりわずかに高い周波数、例えばｆ２の場合、
信号の送信期間において、同調回路２８には周波数ｆＯ
の誘導電圧が発生するが、その時、該同調回路２８には
位相進みを伴う誘導電流が流れ、また、信号の受信期間
においてはほぼ周波数ｆ２の誘導電圧及びこれに同期し
た誘導電流が流れるため、前記受信信号Ｈ（又はＩ）の
周波数は矩形波信号Ａの周波数よりわずかに高く、また
、その位相もやや進んだものとなる。帯域フィルタ３８
において、その入力信号の高い方への周波数のずれは、
前述した場合とは逆に位相進みとして出力されることに
なり、従って、前記信号Ｊの位相は受信信号Ｈ（又は■
）よりさらに進んだものとなる。

前述したように同調回路２８の同調周波数は人力ペン２
０に加わる筆圧に応じて変化するため、前記（１）式に
より求められる位相差θも該筆圧に対応して変化する。

本実施例では、入力ペン２゜に筆圧が全く加わらない状
態で前記位相差θが６０″程度となり、最も筆圧が加わ
った状態で６０″程度となるよう予め設定されている。

前記水められた位相差θは４０°加算され、＝２０°〜
１００°の範囲の値の筆圧値に変換される。

次に、第５図乃至第９図に従って、筆圧検出動作及び位
相検出動作について詳細に説明する。

まず、装置全体の電源が投入され、測定開始状態になる
と、制御回路３０は情報を受信タイミング切替回路３７
に送出するとともに、タブレット１０のループコイル１
１−１〜１１−４８のうち、最初のループコイル１１−
１を選択する情報を選択回路３２に送り、該ループコイ
ル１１−１を送受切替回路３４に接続する。

送受切替回路３４は前述した送受切替信号Ｃに基づいて
、ループコイル１１−１を駆動回路４５並びに増幅器４
７に交互に接続するが、この際、駆動回路４５は３２μ
ＳｅＧの送信期間において、第６図（ａ）に示すような
５００ｋＨｚの１６個の正弦波信号を該ループコイル１
１−１へ送る（なお、第４図では図面の都合上、そのう
ちの５個のみを表示している。）。

前記送信及び受信の切替は第６図（ｂ）に示すように一
のループコイル、ここでは１１−１に対して７回繰返さ
れる。この７回の送信及び受信の繰返し期間が、一のル
ープコイルの選択期間（４４８μｓｅｃ　）に相当する
。

この時、増幅器４７の出力には一のループコイルに対し
て７回の受信期間毎に誘導電圧が得られるが、この誘導
電圧は前述したように受信タイミング切替回路３７を介
して帯域フィルタ３８に送出され平均化され、検波器３
９、位相検波器４１．４２及び低域フィルタ４０，４３
．４４を経て制御回路３０に送出される。

制御回路３０は前記低域フィルタ４０の出力値をＡ／Ｄ
変換して入力し、入力ベン２０とループコイル１１−１
との距離に依存した検出電圧、例えばＶｌとして一時記
憶する。

次に、制御回路３０はループコイル１１−２を選択する
情報を選択回路３２に送り、該ループコイル１１−２を
送受切替回路３４に接続し、入力ベン２０とループコイ
ル１１−２との距離に比例した検出電圧ｖ２を得てこれ
を記憶し、以後、同様にループコイル１１−３〜１１−
４８を順次、送受切替回路３４に接続し、第６図（Ｃ）
に示すような各ループコイル毎の入力ベン２ｏとの距離
に比例した検出電圧ｖ１〜Ｖ４８（但し、第６図（Ｃ）
にはその一部のみをアナログ的な表現で示す。）を記憶
する。

実際の検出電圧は、第７図に示すように入力ベン２０が
置かれた位置（ｐ）を中心として、その前後の数本のル
ープコイルのみに得られる。

制御回路３０は前記記憶した検出電圧の電圧値が一定の
検出レベル以上であるか否かをチエツクし、一定の検出
レベル以下であれば、再度、各ループコイルの選択及び
電圧検出を繰返し、また、一定の検出レベル以上であれ
ば、次の処理へ進む。

次に、制御回路３０は前記ループコイル１１−１〜１１
−４８のうち、最大の検出電圧が得られたループコイル
（ピークコイル）を選択する情報を選択回路３２に送出
し、前記電波の送受信を複数回、例えば７回繰返させ、
その時、低域フィルタ４３及び４４より得られた出力値
をＡ／Ｄ変換し、前述したようにして位相差θを算出す
る。

前記位相差θは４０″加算され、筆圧値とされて表示装
置５０に表示される。

このようにして第１回目の筆圧検出動作が終了すると、
制御回路３０は第２回目以降の筆圧検出動作として、前
記ループコイル１１−１〜１１−４８のうち、最大の検
出電圧が得られたループコイルを中心として、その前後
の一定数、例えば１０本のループコイルのみを選択する
情報を選択回路３２に送出し、前記同様にして出力値を
得て入力ペン２０に対する筆圧検出動作を行ない、以下
、これらを繰返す。

なお、実施例中のループコイルの本数やその並べ方は一
例であり、これに限定されないことはいうまでもない。

また、本実施例ではコイル２４のインダクタンスを変化
するようにしたが、コンデンサ２７の容量を変化するよ
うにしても同様の効果を得ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、入力ペンの同調回
路における同調周波数の変化を利用して筆圧を検出して
いるので、従来のように筆圧検出範囲全体に感圧センサ
を設ける必要がなく、しかも該筆圧検出範囲のいずれの
部位においても筆圧を正確に検出することができ、また
、該同調回路はコイルとコンデンサを主要な構成要素と
するものであって、ケーブル等が不要であり、また、電
池や磁石等の重量のある部品が不要であり、従って、入
力時の操作性が良い等の利点がある。

従って、本発明は、例えば、筆圧の時間的変化により、
予め登録されている本人の筆跡と同一か否かの判定を行
う装置等に用いても好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の筆圧検出装置の一実施例を示す構成図
、第２図はタブレットのループコイル群の詳細な構成図
、第３図は入力ペンの断面図、第４図は第１図の各部の
信号波形図、第５図は制御回路における処理の流れ図、
第６図（ａ）　、　（ｂ）　。 （ｃ）は制御回路における基本的な筆圧検出動作を示す
タイミング図、第７図は第１回目の筆圧検出動作の際に
各ループコイルより得られる検出電圧を示す図である。 １０・・・タブレット、１１・・・ループコイル群、２
０・・・入力ペン、２４・・・コイル、２７・・・コン
デンサ、２８・・・同調回路、３０・・・制御回路、３
１・・・信号発生回路、３２・・・選択回路、３４・・
・送受切替回路、３７・・・受信タイミング切替回路、
３８・・・帯域フィルタ、３９・・・検波器、４０，４
３．４４・・・低域フィルタ、４１．４２・・・位相検
波器、５０・・・表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも一のループコイルよりなるタブレットと、 少なくともコイルとコンデンサを含み、筆圧に応じて同
   調周波数が所定の周波数を中心として変化する同調回路
   を有する入力ペンと、 前記所定の周波数の交流信号を発生する信号発生手段と
   、 前記所定の周波数の交流信号を検出する信号検出手段と
   、 前記ループコイルに、前記信号発生手段並びに信号検出
   手段を交互に接続する接続切替手段と、前記ループコイ
   ルから前記信号検出手段により検出される交流信号に基
   づいて、前記入力ペンの同調回路における同調周波数の
   変化を前記所定の周波数に対する位相の変化として検出
   する位相検出手段と からなる筆圧検出装置。