JPH07113870B2

JPH07113870B2 - 反射型位置指示器

Info

Publication number: JPH07113870B2
Application number: JP61278881A
Authority: JP
Inventors: 嗣也山並; 孝彦舟橋; 聡明仙田
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1986-11-25
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1995-12-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPS63132324A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、タブレットと位置指示器との間で電波をやり
とりして位置を検出する位置検出装置の位置指示器に関
するものである。

（従来の技術）この出願に先立ち、本件出願人は特願昭61-213970号
（昭和61年９月12日出願）（以下、先願と称す。）にお
いて、タブレットと位置指示器との間で電波をやりとり
して位置指示器の指定位置を検出する位置検出装置につ
いて提案した。

先願の内容を簡単に説明すると、多数のループコイルを
位置検出方向に並設してなる位置検出部（タブレット）
のうちの一のループコイルに所定の周波数の信号を加え
て該一のループコイルより電波を発信させ、該電波を、
位置指示器に設けたコイルとコンデンサを含み前記信号
の周波数とほぼ同一の同調周波数を有する同調回路で受
信させ、この時、共振した該同調回路のコイルより再度
発信される電波を、前記信号の供給を停止した前記一の
ループコイルに受信させ、該一のループコイルに発生す
る誘導電圧を検出し、これらを前記多数のループコイル
に対して全て繰返し、得られた多数の誘導電圧値より該
誘導電圧が最大となる位置、即ち位置指示器の指定位置
を検出するようになしたものです。

（発明が解決しようとする問題点）前記装置における位置指示器の同調回路は、コイル，コ
ンデンサ等の受動素子のみからなっており、該同調回路
に発生した信号は時間とともに減衰し、且つそのコイル
はループコイルから発信された電波より出力の小さい電
波しか発信することができなかったため、電波障害の多
い環境等では外部よりループコイル側に混入するノイズ
等によって誤動作し、正確な位置検出ができないことが
あった。また、該同調回路のコイルから発信される電波
を強くするため、ループコイル側から発信する電波を強
くすると、タブレットの周囲に発信される電波が強くな
り、特にタブレットが電子黒板装置のように大きい場
合、逆にこの装置の電波が他の装置に悪影響を与える恐
れがあり、また、消費電力が大きくなるという問題点が
あった。

本発明は前記従来の問題点を除去し、受信した電波を増
幅してタブレット側に伝送し得る反射型の位置指示器を
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）本発明では前記目的を達成するため、定常的に閉である
第１の同調回路からなる第１の状態と、操作者の操作に
よって構成される前記第１の同調回路と同調周波数の異
なる第２の同調回路からなる第２の状態とを、前記操作
者の操作によって任意に且つ択一的に選択可能に構成さ
れ、前記第１および第２の同調回路はいずれもタブレッ
トから発信される電波に同調可能で、位置指示器が前記
第１又は第２の状態のいずれであるかを前記第１又は第
２の同調回路からタブレットに反射する異なる電波によ
って通知するように構成された反射型位置指示器におい
て、第１又は第２の同調回路に発生する信号を増幅し、
これを該第１又は第２の同調回路に正帰還する増幅回路
を設けた。

（作用）本発明によれば、タブレット上に置き、該タブレットよ
り電波を発信させると、該電波に基づいて第１又は第２
の同調回路が励振され、誘導電圧を発生する。該誘導電
圧は増幅回路により増幅され、第１又は第２の同調回路
内に正帰還されて電流を流し、この電流は該第１又は第
２の同調回路より電波をタブレットに送信、即ち反射さ
せ、これによってタブレット上の位置が求められる。こ
の際、操作状態を変えると、動作する同調回路が第１又
は第２の同調回路のいずれかに切り替わり、これがタブ
レットに対して異なる電波を反射させ、これによって操
作状態を伝達する。

（実施例）第１図は本発明の反射型位置指示器（以下、入力ペンと
称す。）の一実施例を示すものである。図中、11は合成
樹脂等の非金属素材からなるペン状の軸体であって、そ
の内部に先端寄りから、ボールペン等の芯体12と、該芯
体12を摺動自在に収容し得る透孔を備えたフェライトコ
ア13と、コイルバネ14と、スイッチ151,フェライトコア
13の周囲に巻回されたコイル152を含む同調回路15と、
フェライトコア13の周囲に巻回されたコイル161を含む
増幅回路16と、電池17とが一体的に組合されて内蔵さ
れ、その後端にキャップ18が取付けられて入力ペン１を
構成する如くなっている。

第２図は同調回路15および増幅回路16の詳細を示すもの
である。

同調回路15は、スイッチ151、コイル152、コンデンサ15
3,154、および半固定コンデンサ155からなっており、前
記コイル152とコンデンサ153,半固定コンデンサ155とは
互いに並列に接続され、周知の並列共振回路を構成する
如くなっており、該コイル152およびコンデンサ153,155
の数値は後述する交流信号の周波数f0において、電圧と
電流の位相が同相で共振（同調）する値に設定されてい
る。また、コンデンサ154はスイッチ151を介してコイル
152およびコンデンサ153,155の両端に接続されており、
スイッチ151がオンした時、前述した並列共振回路にお
ける電流の位相を所定角度、例えば90°遅らせる容量を
有する。なお、スイッチ151は、芯体12の先端をタブレ
ットの入力面に押付けることによって、該芯体12を軸体
11内に押込むと、その後端によりコイルバネ14を介して
押圧され、オンする如くなっている。

ここで、前述したコイル152、コンデンサ153および可変
コンデンサ155からなる回路が定常的に閉である第１の
同調回路を構成し、また、スイッチ151、コイル152、コ
ンデンサ153,154および可変コンデンサ155からなる回路
が操作者の操作（ここでは芯体12を軸体11内に押込むこ
とによりスイッチ151をオンとすること）によって構成
され前記第１の同調回路と同調周波数の異なる第２の同
調回路を構成する（なお、前述した「定常的」という概
念には「操作者の操作をしない状態」も含むものとす
る。）。また、第１および第２の同調回路は、前記操作
者の操作によって任意に且つ択一的に選択される如くな
っている。

また、増幅回路16はコイル161、FET162、トランジスタ1
63、およびその他のコンデンサ，抵抗素子，チョークコ
イル等からなっている。前記FET162は、第３図に示すよ
うにその動作点がＣ級動作範囲の点ａに設定されてお
り、同調回路15が周波数f0の電波を受信し、該同調回路
15に所定レベル以上の信号が発生した時のみ、該信号を
該FET162,トランジスタ163等により増幅し、これをコイ
ル161,152を介して同調回路15に正帰還する如くなって
いる。

第４図は前記入力ペン１を用いた座標入力装置の主要な
構成を示すもので、図中、２はタブレット、３は位置検
出回路であり、これらが装置本体を構成する。

第５図はタブレット２および位置検出回路３の詳細を示
すもので、図中、21は位置検出部、22,23は選択回路、2
4,25は接続切替回路であり、これらはタブレット２を構
成し、また、301は処理装置、302は波形整形回路、303
は位相器、304はXY切替回路、305,306は駆動回路、307,
308は増幅器、309は帯域フィルタ（BPF）、310,311は位
相検波器（PSD）、312,313は低域フィルタ（LPF）、31
4,315はアナログ・ディジタル変換器（ADコンバータ）
であり、これらは位置検出回路３を構成する。

前記位置検出部21は、第６図に示すようにＸ方向に沿っ
て並設してなる多数、例えば48本のループコイル21-x1,
21-x2,……21-x48と、Ｙ方向に沿って並設してなる多
数、例えば48本のループコイル21-y1,21-y2,……21-y48
とが互いに極く接近して重ね合わされている（但し、図
面上では理解し易いように両者を離して示してい
る。）。ループコイル21-x1〜21-x48および21-y1〜21-y
48において、各ループコイルは互いに平行で且つ重なり
合う如く配置されている。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。該位置検出部21としては、例えば周知の
プリント基板にエッチング加工を施すこと等によって形
成した多数の平行な導体をジャンパ線等で接続すること
により、前記多数のループコイルとなしたものを用いる
ことができる。

選択回路22は、前記ループコイル21-x1〜21-x48より一
のループコイルを順次選択するものであり、また、選択
回路23は前記ループコイル21-y1〜21-y48より一のルー
プコイルを順次選択するものであり、これらは処理装置
301からの情報に基づいて動作する。

接続切替回路24は、前記選択回路22によって選択された
一のループコイルを駆動回路305および増幅器307に交互
に接続するものであり、また、接続切替回路25は、前記
選択回路23によって選択された一のループコイルを駆動
回路306および増幅器308に交互に接続するものであり、
これらは後述する送受切替信号に基づいて動作する。

次に動作について説明するが、まず、位置検出部21と入
力ペン１との間で位置検出のための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７図に従
って説明する。

処理装置301は、図示しない発振器からのクロックに基
づいて周波数f0、例えば500kHzの交流信号、例えば矩形
波信号Ａを発生し、また、周波数15.625kHzの送受切替
信号Ｂを発生する。

前記矩形波信号Ａは波形整形回路302に送出され波形整
形され、さらに位相器303に送出される。位相器302は前
記矩形波信号Ａの位相をそのまま（０°）とした信号、
および90°遅らせた信号Ｃを作成し、これらを位相検波
器310および311にそれぞれ送出する。

また一方、矩形波信号ＡはXY切替回路304を介して駆動
回路305又は306のいずれか一方、例えば駆動回路305に
送出され、ここで平衡信号に変換され接続切替回路24に
送出されるが、該接続切替回路24は前記信号Ｂにより切
替制御されているため、接続切替回路24より選択回路22
に出力される信号は32μsec毎に500kHzのパルス信号を
出したり出さなかったりする信号Ｄとなる。

該信号Ｄは選択回路22を介して位置検出部21の一のルー
プコイル、例えば21-xi（ｉ＝1,2,3,……48）に送出さ
れるが、この時、該ループコイル21-xiは前記信号Ｄに
基づく電波を発生する。

この際、位置検出部21のループコイル21-xi付近にて入
力ペン１が略直立状態に保持されていると、該電波は入
力ペン１のコイル152を励振し、その同調回路15に前記
信号Ｄに同期した誘導電圧を発生する。

その後、信号Ｄ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21-xiが増幅器307側に切
替えられると、該ループコイル21-xiよりの電波は直ち
に消滅するが、該電圧Ｅは増幅回路16で増幅され、コイ
ル161,152を介して同調回路15に正帰還されるため、該
同調回路15中にほぼ一定電圧の誘導電圧Ｅが発生する。

一方、前記誘導電圧Ｅに基づいて同調回路15を流れる電
流は、コイル152より電波を発信させる。該電波は増幅
器307に接続されたループコイル21-xiを逆に励振するた
め、該ループコイル21-xiにはコイル152からの電波によ
る誘導電圧Ｆが発生する。

接続切替回路24は、前記送受切替信号Ｂにより切替えら
れているため、送信停止期間の間のみ、ループコイル21
-xiよりの誘導電圧Ｆを取入れる。該誘導電圧Ｆは増幅
器307により増幅され、周波数f0を中心とする通過帯域
を有する帯域フィルタ309に送出されノイズ成分が除去
され、さらに位相検波器310および311にそれぞれ送出さ
れる。

位相検波器310には前記矩形波信号Ａが検波信号として
入力されており、この時、信号Ｆの位相が矩形波信号Ａ
の位相と一致していれば、ちょうど信号Ｆをプラス側に
反転した信号Ｇを出力する。該信号Ｇは遮断周波数の充
分低い低域フィルタ312にて電圧ＶHの平坦な信号Ｈに変
換される。

また、位相検波器311には矩形信号Ｃが検波信号として
入力されており、この時、信号Ｆの位相が矩形波信号Ｃ
の位相と一致していれば、前記同様、信号Ｆをプラス側
に反転した信号Ｉを出力する。該信号Ｉは前記同様の低
域フィルタ313にて電圧VJの平坦な信号Ｊに変換され
る。

ここで、入力ペン１において、スイッチ151がオフとな
っている場合は、前述したように同調回路15の共振周波
数における電圧と電流の位相がそれぞれ一致しており、
受信信号Ｆと矩形波信号Ａの位相もそれぞれ一致する。
従って、この時は低域フィルタ312の出力のみに電圧が
現われ、低域フィルタ313の出力には電圧は現われな
い。

また、入力ペン１において、スイッチ151がオンとなっ
ている場合は、前述したように同調回路15の共振周波数
における電流の位相が電圧の位相に対して90°遅れるこ
とになり、受信信号Ｆの位相も矩形波信号Ａの位相に対
して90°遅れる、即ち矩形波信号Ｃの位相と一致するこ
とになる。従って、この時は低域フィルタ313の出力の
みに電圧が現われることになる（なお、この際の位相遅
れが90°未満であれば、低域フィルタ312および313の出
力の両方に、該位相遅れ量に対応した値の電圧値が現わ
れることになる。）。

前記低域フィルタ312,313の出力はそれぞれADコンバー
タ314,315にてディジタル値に変換され、処理装置301に
送出される。処理装置301は前記ADコンバータ314,315の
出力値に対して、下記式（１），（２）に示す演算処理
を施す。

Vx＝（VP²＋VQ²）^1/2 ……（１）Ｖ_θ＝tan^-1（VQ/VP） ……（２）ここで、VPはADコンバータ314の出力値、VQはADコンバ
ータ315の出力値である。また、電圧Vxは入力ペン１と
ループコイル21-xiとの距離に比例した値を示し、電圧
Ｖ_θは入力ペン１の同調回路15における電圧と電流の位
相差に比例した値を示す。

前記電圧Vxの値は、ループコイル21-xiが切替えられ、
該ループコイル21-xiと入力ペン１との距離が変わると
変化し、これより後述する如くして入力ペン１の位置が
検出される。

前記電圧Ｖ_θの値はスイッチ151のオン・オフのみによ
って変化するため、該電圧Ｖ_θを所定の閾値電圧と比較
することによって、該スイッチ151のオン・オフが識別
される。

次に第８図乃至第10図に従って、本発明の装置における
座標入力のようすを説明する。

まず、装置全体の電源が投入され、測定開始状態になる
と、処理装置301はXY切替回路304にＸ方向の選択信号を
送出し、さらに位置検出部21のＸ方向のループコイル21
-x1〜21-x48のうち、最初のループコイル21-x1を選択す
る情報を選択回路22に送り、該ループコイル21-x1を接
続切替回路24に接続する。接続切替回路24は前述した送
受切替信号Ｂに基づいて、ループコイル21-x1を駆動回
路305および増幅器307に交互に切替制御する。

この際、駆動回路305は32μsecの送受期間において、第
８図（ａ）に示すような500kHzの16個のパルス信号（な
お、第７図では図面の都合上、そのうちの４個のみを示
している。）を該ループコイル21-x1へ送る。前記送信
および受信の切替は第８図（ｂ）に示すように一のルー
プコイル、ここでは21-x1に対して７回繰返される。こ
の７回の送信およ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。

位相検波器310,311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低域フィルタ312,313にて平均
化され、ADコンバータ314,315にてディジタル値に変換
され、処理装置301に送出される。この時、ADコンバー
タ314,315の出力値は、前記（１）式の演算処理によ
り、入力ペン１とループコイル21-x1との距離に比例し
た検出電圧、例えばVx1に変換され、一時記憶される。

次に処理装置301はループコイル21-x2を選択する情報を
選択回路22に送り、該ループコイル21-x2を接続切替回
路24に接続し、入力ペン１とループコイル21-x2との距
離に比例した検出電圧Vx2を得てこれを記憶し、以後、
同様にループコイル21-x3〜21-x48を順次接続切替回路2
4に接続し、第８図（ｃ）に示すような各ループコイル
毎の入力ペン１との距離に比例した検出電圧Vx1〜Vx48
（但し、第８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９図に示すように入力ペン１が置
かれた位置（xp）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。

処理装置301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時、これらの電圧値より後述する
如くして入力ペン１のＸ方向の位置を表わす座標値を算
出し、これを図示しない記憶部に転送する。

次に処理装置301は、XY切替回路304にＹ方向の選択信号
を送出し、前記同様にして選択回路23および接続切替回
路25を切替えた時のADコンバータ314,315の出力値に前
記（１）式の演算処理を施すことによって得られるＹ方
向の各ループコイル21-y1〜21-y48と入力ペン１との距
離に比例した検出電圧を一時記憶し、入力ペン１のＹ方
向の位置を表わす座標値を算出し、これを前記記憶部に
転送する。

このようにして第１回目の位置検出が終了すると、処理
装置301は第10図に示すように第２回目以降の位置検出
として、前記ループコイル21-x1〜21-x48および21-y1〜
21-y48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22および23に送出
し、前記同様にして出力値を得て入力ペン１に対する位
置検出を行ない、得られた座標値を前記記憶部に転送
し、その値を更新する。

なお、第10図中、レベルチェックとは検出電圧の最大値
およびその前後のいくつかの電圧値が前記検出レベルに
達しているか否か、および最大値の検出電圧を有するル
ープコイルがどのループコイルであるかをチェックし、
検出レベルに達していなければ座標計算を停止し、ま
た、次回の検出動作において選択するループコイルの中
心を設定する。

一方、処理装置301は入力ペン１に対する前記各検出電
圧とともに、入力ペン１の同調回路15における電圧と電
流の位相差に比例した検出電圧Ｖ_θを前記（２）式の演
算処理より算出し、該検出電圧Ｖ_θを常に所定の閾値電
圧と比較している。従って、この際、入力ペン１のスイ
ッチ151をオンすると、処理装置301は前記比較結果より
これを検出し、この時点における前記ＸおよびＹ方向の
座標値を指定位置の座標値として、図示しない他の電子
計算機等に送出する。

座標値xpを求める算出方法の一つとして、前記検出電圧
Vx1〜Vx48の極大値付近の波形を適当な函数で近似し、
その函数の極大値の座標を求める方法がある。

例えば第８図（ｃ）において、最大値の検出電圧Vx3
と、その両側の検出電圧Vx2およびVx4を２次函数で近似
すると、次のようにして算出することができる（但し、
各ループコイル21-x1〜21-x48の中心位置の座標値をx1
〜x48とし、その間隔をΔｘとする。）。まず、各電圧
と座標値より、 Vx2＝ａ（x2-xp）²＋ｂ ……（３） Vx3＝ａ（x3-xp）²＋ｂ ……（４） Vx4＝ａ（x4-xp）²＋ｂ ……（５）となる。ここで、a,bは定数（ａ＜ｏ）である。また、 x3-x2＝Δｘ ……（６） x4-x2＝２Δｘ ……（７）となる。（６），（７）式を（４），（５）式に代入し
て整理すると、 xp＝x2＋Δx/2｛（3Vx2−4Vx3 ＋Vx4）／（Vx2−2Vx3＋Vx4）｝ ……（８）となる。

従って、各検出電圧Vx1〜Vx48より、前記レベルチェッ
クの際に求められた最大値の検出電圧およびその前後の
検出電圧を抽出し、これらと該最大値の検出電圧が得ら
れたループコイルの１つ前のループコイルの座標値（既
知）とから前述した（８）式に相当する演算を行なうこ
とにより、入力ペン１の指定位置の座標値を算出でき
る。

なお、前記実施例では指定位置の座標値の特定を、スイ
ッチ151の操作に伴って入力ペン１の同調回路15より位
置検出部21へ送出する電波の位相を変えることにより行
なったが、入力ペン１に既知の信号発生器を設け、前記
スイッチ151の操作に伴って該信号発生器より特定のパ
ターンを有する信号を発生させ、赤外線や超音波又は電
波等を用いて入力ペン１より発信させ、これを位置検出
回路３側で検出するようになしても良い。

また、前述したように同調回路15における位相差の変化
を用いないで指定位置の座標値を特定する場合、同調周
波数f0で且つ電圧と電流の位相差０°の同調回路、同調
周波数f0で且つ位相差90°の同調回路をそれぞれ有する
位置指示器を用意し、処理装置301において、ADコンバ
ータ314,315の各出力値毎に前記（８）式の演算処理を
行なうようにすれば、他の構成を変更することなく、２
つの位置指示器の位置検出を同時に行なうこともでき
る。

また、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。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、第１又は第２の同
調回路に受信された電波は、増幅回路により増幅されて
該第１又は第２の同調回路に正帰還され、該増幅された
信号に基づいて第１又は第２の同調回路より電波として
発信されるため、先願の場合に比べて強い電波をタブレ
ット側に送ることができ、外部よりの妨害電波に影響さ
れず、常に正確な位置検出とともに操作状態の識別を行
なわせることができ、しかもタブレット側の電波の強度
を強くする場合に比べて周囲に与える影響を少なくする
ことができ、且つ消費電力が少なくて済む等の利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反射型位置指示器の一実施例を示す構
成図、第２図は反射型位置指示器の電気回路部の詳細を
示す図、第３図は増幅回路中のFETの動作のようすを示
す図、第４図は本発明の反射型位置指示器を用いた座標
入力装置の概要を示す図、第５図はタブレットおよび位
置検出回路の詳細な構成を示す図、第６図は位置検出部
の詳細な構成図、第７図は第５図の各部の波形図、第８
図（ａ）（ｂ）（ｃ）は基本的な検出動作を示すタイミ
ング図、第９図は第１回目の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、第10図は第２回目
以降の検出動作を示すタイミング図である。１……入力ペン、２……タブレット、３……位置検出回
路、15……同調回路、16……増幅回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定常的に閉である第１の同調回路からなる
第１の状態と、操作者の操作によって構成され前記第１
の同調回路と同調周波数の異なる第２の同調回路からな
る第２の状態とを、前記操作者の操作によって任意に且
つ択一的に選択可能に構成され、前記第１および第２の同調回路はいずれもタブレットか
ら発信される電波に同調可能で、位置指示器が前記第１又は第２の状態のいずれであるか
を前記第１又は第２の同調回路からタブレットに反射す
る異なる電波によって通知するように構成された反射型
位置指示器において、第１又は第２の同調回路に発生する信号を増幅し、これ
を該第１又は第２の同調回路に正帰還する増幅回路を設
けたことを特徴とする反射型位置指示器。