JPS63285623A - 位置検出装置 - 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、コードレスの位置指示器の指定位置を検出す
るとともに、その状態を識別可能な位置検出装置に関す
るものである。

（従来の技術） 従来の位置検出装置としては、磁歪伝達媒体の一端又は
位置指示器の先端に設けた駆動コイルにパルス電流を印
加して前記磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生起させた時点
より、位置指示器の先端又は磁歪伝達媒体の一端に設け
た検出コイルに前記磁歪振動波に基づく誘導電圧を検出
するまでの時間を処理装置等で測定し、これより位置指
示器の指定位置を算出する妬くなしたものがあった。

また、従来の他の位置検出装置としては、複数の駆動線
と検出線とを互いに直交して配置し、駆動線に順次電流
を流すとともに検出線を順次選択して誘導電圧を検出し
、フェライトのような磁性体を有する位置指示器で指定
した位置を大きな誘導電圧が誘起された検出線の位置よ
り検出するようになしたものがあった。

（発明が解決しようとする問題点） 前者の装置では位置検出精度は比較的良好であるが、タ
イミング信号等を授受するために位置指示器と処理装置
等との間にコードを必要とし、その取扱いが著しく制限
されるとともに、位置指示器を磁歪伝達媒体に対して垂
直に保持し、且つかなり近接させて使用しなければなら
なかった。

また、後者の装置では位置指示器をコードレスとするこ
とはできるが、座標位置の分解能が線の間隔で決まり、
分解能を上げるために線の間隔を小さくするとＳＮ比及
び安定度が悪くなり、従って分解能を上げることが困難
であり、また、駆動線と検出線の交点の真上の位置検出
が困難であり、さらに位置指示器を線に極く接近させな
ければならなかった。

また、前述したいずれの装置においても、位置指示器に
おけるスイッチ等の状態を処理装置側に伝送するために
は、位置検出用とは別のコード又は超音波や赤外線等の
無線信号の送受信機が必要となるという問題点があった
。

本発明は、位置指示器がどこにも接続されず操作性が良
く、また、高精度な位置検出が可能であり、しかも位置
指示器の状態を識別できる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） 前記問題点を解決するため、第１発明として多数のルー
プコイルを位置検出方向に並設してなる位置検出部と、
前記多数のループコイルより一のループコイルを順次選
択する選択回路と、前記選択された一のループコイルを
所定の周波数の交流信号で駆動する送信回路と、フィル
とコンデンサを含み、前記所定の周波数を同調周波数と
し、電圧と電流の位相差をその状態に応じて変更可能と
なした同調回路を有する位置指示器と、前記選択された
一のループコイルに発生する電圧中、前記所定の周波数
とほぼ同一周波数の誘導電圧を検出する受信回路と、前
記選択された一のループコイルを前記送信回路及び受信
回路に交互に接続する送受切替回路と、各ループコイル
に発生する前記誘導電圧より位置指示器の指定位置を算
出するとともに、その位相を検出し、さらに前記交流信
号を直接、受信回路に送出した時の位相を検出し、これ
らから前記同調回路の位相差を検出し、位置指示器の状
態を識別するようになした処理装置とからなる位置検出
装置を提案し、また、第２発明として多数のループコイ
ルをＸ方向及びＹ方向にそれぞれ並設してなるＸ方向及
びＹ方向の位置検出部と、前記Ｘ方向及びＹ方向の多数
のループコイルより、Ｘ方向及びＹ方向の一のループコ
イルを順次選択するＸ方向及びＹ方向の選択回路と、前
記選択されたＸ方向及びＹ方向の一のループコイルを所
定の周波数の交流信号で駆動する送信回路と、コイルと
コンデンサを含み、前記所定の周波数を同調周波数とし
、電圧と電流の位相差をその状態に応じて変更可能とな
した同調回路を有する位置指示器と、前記選択されたＸ
方向及びＹ方向の一のループコイルに発生する電圧中、
前記所定の周波数とほぼ同一周波数の誘導電圧を検出す
る受信回路と、前記選択されたＸ方向及びＹ方向の一の
ループコイルを前記送信回路及び受信回路に交互に接続
するＸ方向及びＹ方向の送受切替回路と、Ｘ方向及びＹ
方向の各ループコイルに発生する前記誘導電圧より位置
指示器のＸ方向及びＹ方向の指定位置を算出するととも
に、その位相を検出し、さらに前記交流信号を直接、受
信回路に送出した時の位相を検出し、これらから前記同
調回路の位相差を検出し、位置指示器の状態を識別する
ようになした処理装置とからなる位置検出装置を提案す
る。

（作　用） 第１発明によれば、多数のループコイルのうちの一のル
ープコイルが選択回路により選択され、これに送受切替
回路により送信回路が接続され、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する
。該電波は位置検出部上で位置指定を行なう位置指示器
の同調回路内のコイルを励振し、該同調回路に前記交流
信号に同期した誘導電圧を発生させる。その後、送受切
替回路により前記選択された一のループコイルに受信回
路が接続されるとともに前記交流信号が切断されると前
記電波は消滅するが、位置指示器の同調回路に発生した
誘導電圧は該回路内に電流を流すとともに内部の損失に
基づいて徐々に減衰する。該同調回路を流れる電流は前
記一のループコイルに加えられた交流信号の周波数とほ
ぼ同一周波数の電波を同調回路内のコイルより発生させ
る。

該電波は受信回路に接続された前記一のループコイルを
逆に励振するため、該一のループコイルには前記交流信
号の周波数とほぼ同一周波数で且つ徐々に減衰する誘導
電圧が発生する。前記電波の送受信はループコイルを切
替えて順次繰返されるが、該ループコイルと位置指示器
のコイルとの共振によって行なわれるため、ループコイ
ルと位置指示器のコイルとの距離が小さい程、前記誘導
電圧の電圧値は大きくなる。従って、位置指示器を置い
た位置（指定位置）に最も近いループコイルに発生する
誘導電圧を最大として、該指定位置から離れるに従って
徐々に小さくなる誘導電圧が各ループコイルに発生する
。前記各誘導電圧の電圧値は処理装置により演算処理さ
れ、電圧値が極大値となる位置、即ち位置指示器の指定
位置の座標値が求められる。

なお、位置指示器を位置検出方向に直交する方向に沿っ
て動かしても、各ループコイルと位置指示器との距離は
変わらないので、同一の座標値が得られる。

一方、前記同調回路を流れる電流は電圧に対してその時
の位置指示器の状態に応じた位相差をもって流れ、一の
ループコイルに誘起される誘導電圧の位相は前記同調回
路における電圧と電流の位相差に基づく位相に、受信回
路における位相のずれが加わったものとなる。前記位相
のずれは受信回路に直接、交流信号を送出した時に検出
され、この位相のずれを前記一のループコイルに誘起さ
れる誘導電圧の位相から差引くことにより、前記誘導電
圧の位相、言替えれば同調回路における電圧と電流の位
相差が検出され、位置指示器の状態が識別される。

また、第２発明によれば、Ｘ方向及びＹ方向において、
ループコイルと位置指示器のコイルとの間の共振に基づ
く誘導電圧が求められ、これより位置指示器のＸ方向及
びＹ方向のいわゆる２次元の指定位置の座標値が求めら
れるとともに、前記同様、位置指示器の状態が職別され
る。

（実施例） 第１図は本発明の位置検出装置の第１の実施例を示すも
ので、図中、１は位置検出部、２は選択回路、３は送受
切替回路、４は位置指示器、５は送信回路、６は受信回
路１．７は処理装置である。

位置検出部１は、互いに平行な導体を有する多数、例え
ば４８本のループコイル１１−１゜１１−２．・・・・
・・１１−４８が、図中、矢印イ方向（以下、位置検出
方向と称す。）に並設されてなっている。また、各ルー
プコイル１１−１〜１１−４８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１１−１〜１１−４８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１
としては、例えば周知のプリント基板にエツチング加工
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２は、前記多数のループコイル１１−１〜１１
−４８より一のループコイルを順次選択するものであり
、前記ループコイル１１−１〜１１−４８の一端は一の
端子群２１にそれぞれ接続され、また、他端は他の端子
群２２にそれぞれ接続されている。端子群２１に対応す
る選択接点２３及び端子群２２に対応する選択接点２４
は互いに連動し、処理装置７からの情報に基づいて動作
し、一のループコイルを選択する如くなっている。該選
択回路２は、周知のマルチプレクサを多数組合せること
によって実現される。

送受切替回路３は、前記選択回路２に□よって選択され
た一のループコイルを送信回路５及び受信回路６に交互
に接続するものであり、前記選択回路２の選択接点２３
及び２４は、選択接点３１及び３２にそれぞれ接続され
ている。また、送信回路５の２つの出力端子は端子３３
．３５に接続され、また、受信回路６の２つの入力端子
は端子３４．３６に接続されている。前記端子３３゜３
４に対応する選択接点３１及び端子３５．３６に対応す
る選択接点３２は互いに連動し、後述する送受切替信号
に基づいて動作し、送信及び受信を切替える如くなって
いる。なお、該送受切替回路３も周知のマルチプレクサ
によって実現される。

位置指示器４はスタイラスペン（以下、単にペンと称す
。）であり、コイルとコンデンサを含む同調回路４１を
内蔵している。

第２図はベン４の詳細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４２の内部にその先端寄り
から、ボールペン等の芯体４３と、該芯体４３を摺動自
在に収容し得る透孔を備えたフェライトコア４４と、コ
イルバネ４５と、スイッチ４１１．フェライトコア４４
の周囲に巻回されたコイル４１２．コンデンサ４１３及
び４１４からなる同調回路４１とが一体的に組合されて
内蔵され、その後端にはキャップ４６が取付けられてな
っている。

前記コイル４１２とコンデンサ４１３は第３図にも示す
ように互いに直列に接続され、周知の共振回路を構成す
る如くなっており、該コイル４１２及びコンデンサ４１
３の数値は所定の周波数ｆＯ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４１４はスイッチ４１１を介してコンデン
サ４１３の両端に並列に接続されており、該スイッチ４
１１がオンとなった時、前述した共振回路における電流
の位相を所定角度遅らせ、後述する受信信号の位相を、
例えば４５″遅らせる作用を行なう。なお、スイッチ４
１１はペン軸４２を手等で保持し、芯体４３の先端を位
置検出部１の入力面（図示せず）に押付けることによっ
てペン軸４２内に押込むと、その後端によりコイルバネ
４５を介して押圧され、オンとなる如くなっている。

第３図は同調回路４１、送信回路５及び受信回路６の詳
細とともに装置全体の構成を示すもので、図中、５１は
タイミング回路、５２は低域フィルタ（ＬＰＦ）、５３
は駆動回路であり、これらは送信回路５を構成し、また
、６１は増幅器、６２は受信タイミング切替回路、６３
は帯域フィルタ（ＢＰＦ）、６４は検波器、６５．６６
は位相検波器（ＰＳＤ）、６７．６８．６９は低域フィ
ルタ（Ｌ　Ｐ　Ｆ）であり、これらは受信回路６を構成
する。

処理装置７は周知のマイクロプロセッサ等より構成され
、タイミング回路５１を制御するとともに位置検出部１
の各ループコイルの切替を制御し、また、低域フィルタ
６７〜６９か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ベン４による
指定位置の座標値を算出し、さらにそのスイッチ等の状
態を識別し、これに応じた処理を行なう。

次に動作について説明するが、まず、位置検出部１とペ
ン４との間で電波が送受信されるようす並びにこの除害
られる信号について、第４図に従つて説明する。

タイミング回路５１は所定の周波数ｆＯ１例えば５００
ｋＨｚの矩形波信号Ａ１該矩形波信号Ａの位相を９０″
遅らせた信号Ｂ１所定の周波数ｆｋ、例えば１５．６２
５ｋ　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は位相検波器６５に送出
されるとともに低域フィルタ５２により正弦波信号Ｅに
変換されて駆動回路５３及び受信タイミング切替回路６
２に送出され、また、矩形波信号Ｂは位相検波器６６に
送出され、また、送受切替信号Ｃは送受切替回路３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６２に送出される。

前記正弦波信号Ｅは駆動回路５３にて平衡信号に変換さ
れ、さらに送受切替回路３に送出されるが、該送受切替
回路３は送受切替信号Ｃに基づいて駆動回路５３及び増
幅器６１のいずれか一方を切替接続するため、送受切替
回路３より選択回路２に出力される信号は時間Ｔ（−１
／２ｆｋ）、ここでは３２：ｇｓｅｃ毎に５００ｋＨ２
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２を介して位置検出部１の一のル
ープコイル１１−ｉ　　（ｉ−１，２，・・・・・・４
８）に送出されるが、この時、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、位置検出部１のループコイル１１−１付近にて
ペン４が略直立状態、即ち使用状態に保持されていると
、該電波はベン４のコイル４１２を励振し、その同調回
路４１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が受信回路６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４１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４１を流れる
電流は、コイル４１２より電波を発信させる。該電波は
受信回路６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４１２
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３より増幅器６１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６２に送出される。

受信タイミング切替回路６２は前述した正弦波信号（校
正信号）Ｅ又は受信信号Ｈのいずれか一方を帯域フィル
タ６３に送出するためのもので、前記受信タイミング信
号りがハイ（Ｈ）レベルの期間は正弦波信号Ｅ又は受信
信号Ｈのうち、処理装置７より供給される校正信号／受
信信号（Ｓ／Ｒ）選択信号に基づいて選択された信号を
出力し、ロー（Ｌ）レベルの期間は何も出力しない。

なお、受信タイミング信号りは実質的に送受切替信号Ｃ
の反転信号である。また、Ｓ／Ｒ選択信号としては、位
置検出を実行している期間においては受信信号の選択信
号のみが受信タイミング切替回路６２に入力されるが、
状態識別を実行する期間においては受信タイミング信号
りのハイ／ロ一の繰返し、即ち送信及び受信の繰返しが
所定数、例えば７回連続する期間毎に受信信号の選択信
号及び校正信号の選択信号が切替えられて入力される。

今、受信タイミング切替回路６２にＳ／Ｒ選択信号のう
ちの受信信号の選択信号が入力されているとすると、そ
の出力には信号Ｉ　（実質的に受信信号Ｈと同一）が得
られる。該信号ｌは帯域フィルタ６３に送出されるが、
該帯域フィルタ６３は周波数ｆＯを中心とする通過帯域
を有するフィルタであり、前記信号！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■が帯域フィルタ６３に入力され収束し
た状態において）を検波器６４及び位相検波器６’５．
６６に送出する。

前記検波器６４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
６７にて、信号Ｊの振幅のほぼ１／２に対応する電圧値
、例えばＶＸを有する直流信号りに変換され、処理装置
７に送出される。

前記信号りの電圧値Ｖｘはベン４とループコイル１１−
１との間の距離に比例した値゛を示し、ループコイル１
１−１が切替えられると変化するため、各ループコイル
毎に得られる電圧値Ｖｘ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、ベン４に
よる指定位置の座標値が算出される。

一方、位相検波器６５及び６６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６５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６６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Ｍ１は前記同様の低域フィルタ６８にて信号Ｊ
の振幅のほぼ１／２に対応する電圧値、即ちＶｘを存す
る直流信号Ｎｌ　　（実質的に信号りと同一）に変換さ
れ処理装置７に送出され、また、信号Ｍ２は同様の低域
フィルタ６９にて直流信号Ｎ２に変換され処理装置７に
送出されるが、ここでは位相検波器６６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６９の出力の電圧値は０［ｖ］となる。

処理装置７では低域フィルタ６８及び６９の出力値、こ
こでは信号Ｎｌ及びＮ２をＡ／Ｄ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６５及び６６に加わった信号、ここではＪと
矩形波信号Ａとの位相差θを算出する。

θ−−’ｔ　ａ　ｎ　　（ＶＱ　／ＶＰ　）　　　−・
”（１）ここで、ｖＰは低域フィルタ６８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６９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Ｎ１の電圧値はＶＸ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−θ°となる。

ところで、帯域フィルタ６３としては機械的な振動成分
を伴うセラミックフィルタを使用しているが、その振動
周波数は周囲の温度変化に伴って僅かに変化し、該フィ
ルタに入力される信号と該フィルタが出力する信号との
間に位相変化をもたらすことがある。このため、前述し
た受信信号Ｈ（又は信号■）と信号Ｊとの位相は必ずし
も一致しているとは限らず、従って、前記衣められた位
相差θは受信信号Ｈ（又は信号りと矩形波信号Ａとの位
相差、言替えれば同調回路４１における電圧と電流の位
相差をそのまま表わしているという保証はない（なお、
受信信号Ｈ（又は信号■）と矩形波信号Ａとの位相差及
び同調回路４１における電圧と電流の位相差はθ″の場
合を除いて同一でないが、固定的な一定の関係にある。

）。

また一方、受信多イミング切替回路６２にＳ／Ｒ選択信
号のうちの校正信号の選択信号が入力されると、その出
力には正弦波信号Ｅのうちの受信期間に対応する部分に
相当する信号Ｅ−が得られる。該信号Ｅ′は帯域フィル
タ６３にて前記信号Ｊと同様な波形（但し、振幅１位相
については同一とは限らない。）の信号に変換され、さ
らに位相検波器６５．６６及び低域フィルタ６８゜６９
を経て処理装置７に送出され、前記同様な処理が行なわ
れ、位相差θが算出される。

前記信号Ｅ゛は矩形波信号Ａを低域フィルタ５２に通す
ことによって得られた正弦波信号Ｅの一部であり、常に
矩形波信号Ａと同一位相であると考えられるから、この
際、処理装置７において得られる位相差θは帯域フィル
タ６３に入力される信号と該帯域フィルタ６３が出力す
る信号との間における位相のずれを表わすことになる。

従って、受信信号Ｈ（又はＩ）が帯域フィルタ６３に送
出された時、即ち処理装置７がＳ／Ｒ選択信号のうちの
受信信号の選択信号を送出している時に得られた位相差
をθｒとし、信号Ｅ゛が帯域フィルタ６３に送出された
時、即ち処理装置７がＳ／Ｒ選択信号のうちの校正信号
の選択信号を送出している、時に得られた位相差をθＳ
とした場合、下記（２）式に示すように位相差θ「から
位相差θＳを減算することにより、帯域フィルタ６３に
おける位相のずれの影響をキャンセルし、受信信号Ｈ（
又は信号Ｉ）と矩形波信号Ａとの真の位相差θｏ１即ち
同調回路４１における電圧と電流との位相差を求めるこ
とができる。

θ０−θｒ−θＳ　　　　　　　　　・・・・・・（２
）第５図は前述した位相差θ「、θＳ、θ０の関係を示
すものである。第５図（ａ）は帯域フィルタ６３におい
て位相のずれがない、即ち位相差θｓ−０”の場合の例
を示し、この時、位相差θｒと００は等しい。また、第
５図（ｂ）は周囲の温度変化等により、帯域フィルタ６
３において位相のずれが発生した場合の例を示し、この
時、位相差θ「はθＳと００との和で示される。なお、
第５図（ｂ）では位相のずれとして、遅れ位相が発生し
た場合の例を示したが、進み位相が発生した場合でも前
記関係は同様である。

前述した例において、位相差θ５−０６とすると、受信
信号Ｈ（又は信号ｌ）と矩形波信号Ａとの位相差θ０−
θｒ−０’であるから、同調回路４１における電圧と電
流は同相であり、そのスイッチ４１１はオフ状態である
ことがわかる。

また、処理装置７が受信タイミング切替回路６２にＳ／
Ｒ選択信号のうちの受信信号の選択信号を入力している
時、帯域フィルタ６３から前記信号Ｊより位相が４５″
遅れた信号Ｊ゛が出力されたとすると、該信号Ｊ゛は前
記同様、位相検波器６５及び６６に送出され、信号Ｍｌ
’及びＭ２°となるが、信号Ｍ１°における正側及び負
側の成分の比率と、信号Ｍ２’における正側及び負側の
成分の比率とは等しいため、該信号Ｍｌ’及びＭ２°は
低域フィルタ６８及び６９にて、それぞれ同一の電圧値
、例えばＶＸ’を有する信号Ｎｌ’及びＮ２“となって
処理装置７に送出される。

処理装置７は前記同様に信号Ｎｌ’及びＮ２°をＡ／Ｄ
変換し、前記（１）式の演算処理を行なうが、信号Ｎ１
°及びＮ２°の電圧値が共にＶＸ’であり、ＶＰ−ＶＱ
であるので、位相差θｒ−−４５’となる。さらに処理
装置７は前記同様に受信タイミング切替回路６２にＳ／
Ｒ選択信号のうちの校正信号の選択信号を入力し位相差
θＳを求めるが、該位相差θｓ−０’とすると、この時
の受信信号と矩形波信号Ａとの位相差θ０−θｒ−−４
５’であるから、同調回路４１における電流の位相は電
圧の位相より前記所定角度遅れており、そのスイッチ４
１１はオン状態であることがわかる。

このように処理装置７において、受信信号の選択信号と
校正信号の選択信号を交互に出力し、該受信信号の選択
信号を送出した時の低域フィルタ６８及び６９の出力値
から位相差θｒを算出し、また、校正信号の選択信号を
送出した時の低域フィルタ６８及び６９の出力値から位
相差θＳを算出し、該位相差θ「とθＳの差を算出する
ことにより、受信信号と矩形波信号Ａとの位相差θｏ１
即ち同調回路４１における電圧と電流の位相差を正確に
検出でき、そのスイッチ４１１のオン又はオフを正確に
識別することができる。

なお、ここで識別されたスイッチ４１１のオン又はオフ
の状態を示す情報はベン４による指定位置の座標値のう
ちで、実際に入力すべき値を指定する情報等として使用
される。

次に第６図乃至第８図に従って、本発明の装置における
位置検出及びペン４の状態、ここではスイッチ４１１の
オン・オフ状態の識別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７は前述したＳ／Ｒ選択信号のうちの受信
信号の選択信号を受信タイミング切替回路６２に送出す
るとともに、位置検出部１のループコイル１１−１〜１
１−４８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２に送り、該ループコイル１ニー１を
送受切替回路３に接続する。送受切替回路３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を送
信回路５及び受信回路６に交互に切替制御する。

この際、送信回路５は３２μｓｅｃ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（なお、第４図では図面の都合上、そのうちの
５個のみを示している。）を該ループコイル１１−１へ
送る。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。

受信回路６の受信タイミング切替回路６２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帯域フィ
ルタ６３にて平均化され、検波器６４、位相検波器６５
．６６及び低域フィルタ６７〜６９を経て処理装置７に
送出される。

この時、低域フィルタ６７の出力値はＡ／Ｄ変換され、
ベン４とループコイル１１−１との距離に比例した検出
電圧、例えばＶｘｌとして一時記憶される（なお、実際
には低域フィルタ６８及び６９の出力値もＡ／Ｄ変換さ
れるが、この時点の値は採用されない。）。

次に処理装置７はループコイル１１−２を選択する情報
を選択回路２に送り、該ループコイル１１−２を送受切
替回路３に接続し、ベン４とループコイル１１−２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１１−３〜１１−４８を順次送
受切替回路３に接続し、第６図（ｅ）に示すような各ル
ープコイル毎のベン４との距離に比例した検出電圧Ｖｘ
ｌ〜Ｖｘ４ｇ　　（但し、第６図（ｅ）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図に示すようにベン４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７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
くしてベン４の指定位置を表わす座標値を算出する。

次に、処理装置７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を
検出し、これを選択する情報を選択回路２に送出し、ま
た、Ｓ／Ｒ選択信号のうちの受信信号の選択信号を受信
タイミング切替回路６２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６
８及び６９より得られた出力値をＡ／Ｄ変換し、これら
に対して前記（１）式の演算処理を実行し、位相差θｒ
を算出する。

また、処理装置７は最大の検出電圧が得られたループコ
イルを選択させたまま、Ｓ／Ｒ選択信号のうちの校正信
号の選択信号を受信タイミング切替回路６２に送出し、
前記電波の送受信（実際には、正弦波信号Ｅ′の受信タ
イミング切替回路６２に対する入力）を複数回、例えば
７回繰返させ、その時、低域フィルタ６８及び６９より
得られた出力値をＡ／Ｄ変換し、これらに対して前記（
１）式の演算処理を実行し、位相差θＳを算出する。

さらに、処理装置７は前記（２）式の演算処理を実行し
、受信信号と矩形波信号Ａとの位相差θ０を算出し、こ
れから同調回路４１における電圧と電流の位相差を検出
し、スイッチ４１１のオン・オフを識別する。

前記スイッチ４１１のオンφオフの識別結果は前述した
ベン４の指定位置を表わす座標値とともに図示しない上
位装置に転送される。

このようにして第１回目の位置検出及び状態識別が終了
すると、処理装置７は第８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２に送出し、前記
同様にして出力値を得てベン４に対する位置検出及びス
イッチ４１１のオンφオフ状態の識別を行ない、得られ
た座標値及び識別結果を転送し更新し、以下、これらを
繰返す。

従って、ベン４を位置検出部１上で操作すると、その間
のベン４による指定位置の座標値は全て上位装置に転送
され、また、この際、スイッチ４１１をオンにすると、
該オン状態の識別情報が上位装置に転送され、該上位装
置側ではこの時点の座標値を入力すべき座標値として認
識することが可能となる。

また、第８図中、レベルチェックとは検出電圧の最大値
が前記検出レベルに達しているか否か及び最大値の検出
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以後の座
標計算等を停止し、また、次回の位置検出動作及び状態
識別動作において選択するループコイルの中心を設定す
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Ｖｘｌ〜Ｖ　ｘ４ｇ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６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及び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１１−１〜１１−４８の中心位置の
座標値をＸ１〜ｘ４ｇ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　）　　　＋ｂ　　　　・−
−１３）Ｖｘ３−ａ（ｘ３−ｘｐ）　　　＋ｂ　　　　
・・・・・ｉ４）Ｖｘ４−ａ（ｘ４−ｘｐ）　　　＋ｂ
　　　　−・・・・・（５）となる。ここで、ａ、ｂは
定数（ａ＜０）である。

また、 ｘ３−ｘ２　＝Δｘ　　　　　　　　　　−−（８）ｘ
４−ｘ２　＝２ΔＸ　　　　　　　　・・・・・・（７
）となる。（８）　、　（７）式を（４）　、　（５）
式に代入して整理すると、 ｘｐ−ｘ２＋Δｘ／　２　　（（３Ｖｘ２−４　Ｖｘ３
＋　Ｖｘ４）　／　（Ｖｘ２−２　Ｖｘ３＋　Ｖｘ４）
　）・・・・・・（８） となる。

従って、各検出電圧Ｖｘｌ〜Ｖ　ｘ４ｇ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及びその
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、ペン４の指定位置の座標値ｘｐを算出
できる。

第９図は本発明の第２の実施例を示すもので、ここでは
Ｘ方向及びＹ方向の位置検出を行なう例を示す。即ち、
図中、１ａはＸ方向及びＹ方向の位置検出部で、第１の
実施例における位置検出部１が２組、そのループコイル
が互いに直交する如く重ね合わされたものである。また
、２ａ及び２ｂはＸ方向及びＹ方向の選択回路、３ａ及
び３ｂはＸ方向及びＹ方向の送受切替回路、５３ａ及び
５３ｂはＸ方向及びＹ方向の駆動回路、６１ａ及び６１
ｂはＸ方向及びＹ方向の増幅器であり、それぞれ第１の
実施例における選択回路２、送受切替回路３、駆動回路
５３、増幅器６１と同様な構成を有している。

５４はＸＹ切替回路であり、タイミング回路５１から低
域フィルタ５２を介して入力される正弦波信号を駆動回
路５３ａ又は５３ｂのいずれか一方に加え、位置検出す
る方向を選択するためのものである。また、６２′は受
信タイミング切替回路であり、増幅器６１ａ又は増幅器
６１ｂからの受信信号あるいは低域フィルタ５２からの
正弦波信号を、位置検出する方向、受信タイミング信号
並びにＳ／Ｒ選択信号に基づいて、選択的に帯域フィル
タ６３に送出するためのものである。また、７ａは処理
装置であり、ＸＹ切替回路５４及び受信タイミング切替
回路６２′を制御し、Ｘ方向及びＹ方向の位置検出を交
互に行なわせるようにした点を除いて、前記処理装置７
と同様である。

なお、処理装置７ａにおける第２回目以降の位置検出動
作及び状態識別動作のタイミングを第１０図に示す。

このように本実施例によれば、ペン４に対するＸ方向及
びＹ方向の２方向の位置（座標）検出が容易にできる。

なお、その他の構成・作用は第１の実施例と同様である
。

なお、第１又は第２の実施例において、位置検出部１又
は１ａにマイクロフォン等を取付けるとともに処理装置
７又は７ａに音声認識機能を持たせることにより、各種
の命令を音声にて行なうようにすることもでき、また、
第２の実施例において、処理装置７ａに文字認識機能を
持たせて、手書き文字入力用のタブレットとして使用す
ることもできる。

また、これまでの説明ではスイッチ４１１のオン・オフ
により同調回路４１における電圧と電流の位相差を変化
させるようになしたが、該同調回路４１のコンデンサ４
１３として、ペン４の操作状態の変化に応じて容量値が
変化する素子を用いることにより、前記位相差を変化さ
せる如くなすこともでき、スイッチそのものは必ずしも
必要不可欠なものではない。

また、受信信号と矩形波信号Ａとの位相差として、同相
又は４５°遅らせた２つの状態を設定したが、これらに
限定されることはなく、位相を進ませた状態等も含めて
多数設定し且つこれらを識別することもできる。

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、位置検出部のルー
プコイルより、所定の周波数を同調周波数とし電圧と電
流の位相差をその状態に応じて変更可能な同調回路を有
する位置指示器に対して電波を送信し、該同調回路より
逆に発信される電波をループコイルで受信し、この際、
発生する誘導電圧を検出し、これを多数のループコイル
の全てについて行ない、得られた多数の誘導電圧より位
置指示器の指定位置を検出するとともに、該反射信号の
位相を検出し、一方、前記交流信号を直接、受信回路に
送出した時の位相を検出し、これらから前記同調回路に
おける電圧と電流の位相差を検出するようになしたため
、受信回路において位相のずれが発生した場合でも同調
回路における電圧と電流の位相差、即ち位置指示器の状
態を常に正確に識別することができ、また、位置指示器
側にはコイルとコンデンサを主要な要素とする同調回路
を設けるのみで良く、コードが不要とｄり且つ電池や磁
石等の重量のある部品が不要となり、その分、操作性が
良くなる。また、位置検出部には特別な部品を必要とし
ないため、大型化テキ、電子黒板等への適用が可能とな
り、また、得られた誘導電圧に対する演算処理の精度を
上げることによって、位置検出精度をさらに上げること
もできる。また、位置検出部をＸ方向及びＹ方向に設け
たものによれば、Ｘ方向及びＹ方向の２方向の位置検出
が可能となる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置検出装置の第１の実施例を示す構
成図、第２図はスタイラスペンの断面図、第３図はスタ
イラスペンの同調回路、送信回路及び受信回路の詳細と
ともに装置全体の構成を示す図、第４図は第３図の各部
の信号波形図、第５図（ａ）　（ｂ）は位相差θｒ、θ
Ｓ、θ０の関係を示す図、第６図（ａ）　（ｂ）　（ｃ
）は第１の実施例における基本的な位置検出動作を示す
タイミング図、第７図は第１回目の位置検出動作の際に
各ループコイルより得られる検出電圧を示す図、第８図
は第２回目以降の位置検出動作及び状態識別動作を示す
タイミング図、第９図は本発明の第２の実施例を示す第
３図と同様な図、第１０図は第２の実施例における第８
図と同様な図である。 １・・・位置検出部、１１−１〜１１−４８・・・ルー
プコイル、２・・・選択回路、３・・・送受切替回路、
４・・・スタイラスペン、５・・・送信回路、６・・・
受信回路、７・・・処理装置、４１・・・同調回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数のループコイルを位置検出方向に並設してな
   る位置検出部と、 前記多数のループコイルより一のループコイルを順次選
   択する選択回路と、 前記選択された一のループコイルを所定の周波数の交流
   信号で駆動する送信回路と、 コイルとコンデンサを含み、前記所定の周波数を同調周
   波数とし、電圧と電流の位相差をその状態に応じて変更
   可能となした同調回路を有する位置指示器と、 前記選択された一のループコイルに発生する電圧中、前
   記所定の周波数とほぼ同一周波数の誘導電圧を検出する
   受信回路と、 前記選択された一のループコイルを前記送信回路及び受
   信回路に交互に接続する送受切替回路と、 各ループコイルに発生する前記誘導電圧より位置指示器
   の指定位置を算出するとともに、その位相を検出し、さ
   らに前記交流信号を直接、受信回路に送出した時の位相
   を検出し、これらから前記同調回路の位相差を検出し、
   位置指示器の状態を識別するようになした処理装置と からなる位置検出装置。
2. （２）多数のループコイルをＸ方向及びＹ方向にそれぞ
   れ並設してなるＸ方向及びＹ方向の位置検出部と、 前記Ｘ方向及びＹ方向の多数のループコイルより、Ｘ方
   向及びＹ方向の一のループコイルを順次選択するＸ方向
   及びＹ方向の選択回路と、前記選択されたＸ方向及びＹ
   方向の一のループコイルを所定の周波数の交流信号で駆
   動する送信回路と、 コイルとコンデンサを含み、前記所定の周波数を同調周
   波数とし、電圧と電流の位相差をその状態に応じて変更
   可能となした同調回路を有する位置指示器と、 前記選択されたＸ方向及びＹ方向の一のループコイルに
   発生する電圧中、前記所定の周波数とほぼ同一周波数の
   誘導電圧を検出する受信回路と、前記選択されたＸ方向
   及びＹ方向の一のループコイルを前記送信回路及び受信
   回路に交互に接続するＸ方向及びＹ方向の送受切替回路
   と、Ｘ方向及びＹ方向の各ループコイルに発生する前記
   誘導電圧より位置指示器のＸ方向及びＹ方向の指定位置
   を算出するとともに、その位相を検出し、さらに前記交
   流信号を直接、受信回路に送出した時の位相を検出し、
   これらから前記同調回路の位相差を検出し、位置指示器
   の状態を識別するようになした処理装置と からなる位置検出装置。