JPS6367622A - 位置指示器の状態検出方式 - 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、座標入力装置における位置指示器の状態を検
出する方式に関するものである。

（従来の技術） 従来、座標入力装置において、タブレット上の入力すべ
き座標位置のみを指定した位置指示器の使用状態（以下
、ペンダウン状態と称す。）を検出する方式としては、
位置指示器にスイッチ手段を設けて、ペンダウン時のみ
、該スイッチ手段をオン（又はオフ）し、該スイッチ手
段のオン（又はオフ）に基づくタイミング信号を、コー
ドを介しであるいは超音波や赤外線を用いて位置検出回
路に送るよう構成されたものがあった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、位置指示器よりコードを用いてタイミン
グ信号を送るものでは該コードが位置指示器の操作性を
悪くし、また、超音波や赤外線を用いてタイミング信号
を送るものでは、位置指示器自体にこれらの送信機や信
号発生回路、電池等を設けなければならず、構成が複雑
化し、大型且つ大ｆｆ１ｆｆｉとなり、これによって、
位置指示器の操作性を悪くするという問題点があった。

本発明は、位置指示器の操作性を落すことなく、その使
用状態と座標入力位置とを検出し得る方式を提供するこ
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、座標入力部を構
成するタブレットと、スタイラスペン等の位置指示器と
、タブレットを駆動し且つ位置指示器による座標入力位
置を検出する位置検出回路とを備えた座標入力装置にお
いて、タブレットの座標入力範囲の周囲にアンテナコイ
ルを設けるとともに、コア入りのコイルとコンデンサと
で組をなしていて位置指示器の使用状態に応じて前記コ
イルとコアとの電磁結合を変化させることにより外部信
号に対して位相の変化を伴って応答して電波を発信する
同調回路を位置指示器に設け、前記同調周波数と同等な
周波数の交流信号を前記アンテナコイルに間欠的に加え
て電波を発信させ、該電波の発信を停止した際に前記同
調回路が応答した信号を前記アンテナコイルに受信させ
て、前記アンテナコイルの発信信号に対して前記受信信
号の位相の変化によって位置指示器の使用状態を識別す
るとともに、前記位置指示器の座標入力位置を検出する
ようになした。

（作　用） 本発明によれば、位置指示器の使用状態により、同調回
路はそのコイルとコアとの電磁結合が変化してアンテナ
コイルの発信信号に対して位相が変化して応答し、発信
する。アンテナコイルがこれを受信し、該受信信号の位
相の変化によって位置指示器の使用状態が識別され、そ
して該使用状態における位置指示器の座標入力位置が検
出される。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すもので、図中、１はタ
ブレット、２は位置指示器（以下、入力ペンと称す。）
、３は位置検出回路、４はタイミング制御回路である。

タブレット１は、合成樹脂製の筐体１１にタブレット本
体１２およびアンテナコイル１３を収納してなるもので
、タブレット本体１２は位置検出回路３に接続され、ま
た、アンテナコイル１３はタイミング制御回路４に接続
されている。

タブレット本体１２は、位置検出回路３に駆動されて、
入力ペン２により指定された座標入力位置を検出する検
出部を構成するもので、該タブレット本体１２は筺体１
１のほぼ中央に配置されている。なお、筺体１１の上面
パネル１１ａに描かれている枠１４はその座標入力範囲
を示す。

該タブレット本体１２および位置検出回路３としては、
例えば本件出願人の出願にかかる特願昭５８−２３８５
３２号の「座標位置検出装置」（特開昭６０−１２９６
１６号公報参照）あるいは特願昭５９−３３０８３号の
［位置検出装置（特開昭６０−１７６１３４号参照）を
用いることができる。前者においてはタブレット本体１
２の表面と平行に、且つ互いに直交させた多数の磁歪伝
達媒体を配設して、これに各一端から他端ニ向けて周期
的に磁歪振動を伝搬させ、入力ペン２が近づくと、これ
に設けた棒磁石により磁歪振動がその個所で増大するこ
とを利用して、その個所までの伝搬時間から位置検出回
路３がそのＸＹ座標を検出する。また後者においては、
直交配列された各磁性体を交流励磁して各検出コイルに
よってその誘導電圧をとり出すようにし、同様な入力ペ
ンが近づくと磁性体の透磁率が局部的に変化して誘導電
圧が変化することを利用してＸＹ座標を検出する。

アンテナコイル１３は、塩化ビニル等の絶縁被覆を施し
た導線を、タブレット本体１２０座橢入力範囲の周囲、
ここでは前記枠１４の周囲の筐体１１の上面パネル１１
ａの裏面に配設してなるものである。なお、図示例では
１ターンとなしているが、必要に応じて複数ターンとし
ても良い。

入力ペン２は、位置指定用のｔｎ気発生器、例えば棒磁
石２１と、コイルとコンデンサと抵抗とを含む同調回路
２２を内蔵している。

第２図は入力ペン２の詳細な構造を示すもので、合成樹
脂等の非金属材料からなるペン軸２３の内部に、ボール
ペン等の芯体２４と、該芯体２４を摺動自在に収容し得
る透孔を備えた棒磁石２１と、コイルバネ２５と、フェ
ライトコアなどのコア２２１入りのコイル２２２、コン
デンサ２２３、微調節用の可変コンデンサ２２４とから
なる同調回路２２とが一体的に組合わされて内蔵され、
その後端にはキャップ２６が取付けられてなっている。

前記コア２２１は、芯体２４を、例えばその先端をタブ
レット面に押付けることによって、ペン軸２３内に押込
むと、その後端によりコイルバネ２５に抗して移動して
、コイル２２２との電磁結合が変化する如くなっていて
、後記する如く、その電磁結合の変化に基づいて、入力
ベン２の使用状態を識別するようにしている。第３図に
も示すように、コンデンサ２２３と可変コンデンサ２２
４は互いに並列に接続され、その各端にコイル２２２の
各端が接続されて、並列共振回路２２を構成している。

なお、共振回路２２はアンテナコイル１３より発信され
る電波の周波数に共振（同調）すべく、可変コンデンサ
２２４によって調部して設定される。

共振回路２２は、コア２２１とコイル２２２との電磁結
合が変化して、そのインダクタンスが変化することによ
って、選択度Ｑ−Ｒ／（ωＯ［）（但しω０は共振角速
度、Ｒは共振回路の抵抗値、Ｌはインダクタンス）が変
化して位相ずれが生ずる。

そして同時に共振周波数も変化するが共振を可能にして
いる。

第３図はタイミング制御回路４の詳細な構成を示すもの
で、図中、４０１は発振器（Ｏ３Ｃ）、４０２は分周カ
ウンタ、４０３．４０４はナントゲート、４０５は送信
端子、４０６は受信端子、４０７．４０８は受信切替ス
イッチ、４０９．４１０．４１１は増幅器、４１２はフ
ィルタ、４１３は位相検波器（ＰＳＤ）、４１４は低域
フィルタ（ＬＰＦ　）　　４１５はコンパレータ、４１
６は出力端子である。

第４図は第３図の各部における信号波形図である。以下
、動作について詳細に説明する。

発振器４０１より発生した、例えば９１０ＫＨｚのクロ
ックパルスは、分周カウンタ４０２で１／２および１／
３２に分周される。ナントゲート４０３の一方の入力端
子には、１／２に分周された４５５にＨ２のパルス信号
Ａが入力され、他方の入力端子には１／３２に分周され
た２８．４４に１１２のパルス信号（パルス幅１７．６
ＩＩｓ）が入力され、その出力はさらにナントゲート４
０４に送出されて、第４図に示すように、１７．６Ｊｊ
ｓ毎に４５５に＋１２のパルス信号を出したり、出さな
かったりする信号Ｂとなる。

該信号Ｂは、送信端子４０５を介してアンテナコイル１
３に送出され、さらに電波として発信される。該同調回
路２２は送られてくる電波に共振する。而して、該回路
は送信側の発信が停止する間も減衰しながら共振し続け
るため、第４図に示すような信号Ｃを発生し、該信号Ｃ
はコイル２２２より電波として発信され、アンテナコイ
ル１３に受信される。

受信切替スイッチ４０７．４０８は、前記２８．４４に
Ｈ２のパルス信号により１７．６１Ｊｓ毎に切替えられ
ているため、送信停止期間の間のみ、受信端子４０６よ
りの信号を取入れ、第４図に示す信号りとなる。該受信
信号りは、増幅器４０９，４１０により増幅され、信号
Ｅとなり、さらに共振周波数４５５にｌｌｚのメカニカ
ルフィルタ４１２を通して雑音成分が除去され、増幅器
４１１を介して位相検波器４１３に送出される。

なお、増幅器４１０はオートレベルコントロール機能を
有していて、信号Ｅを一定振幅にする。

位相検波＠４１３には前記４５５ＫＨｚのパルス信号Ａ
が入力されており、この時、受信信号Ｅの位相とパルス
信号Ａの位相とが一致しているならば、第４図に示すよ
うな、ちょうど、受信信号Ｅを折返した信号Ｆを出力す
る。しかしながら本発明は信号Ａと信号Ｅどの位相の変
化特性を扱うものである。

信号Ｆは、遮断周波数の充分低い低域フィルタ４１４に
て平坦な信号に変換され、コンパレータ４１５に入力さ
れる。

ここで、位相検波器４１３の入力として、分周力ゥンタ
４０２の１／２分周による信号をｅＲとすると・第５図
（＾）を参照し、これは振幅１の方形波であるから、そ
の角速度をｅＲとザると、フーリエ展開により、 ｅＲ＝　（４／７ｒ）（ｓｉｎ　ｅＲｔ＋（１／３）Ｓ
ｉｎ３ωＲｔ＋（１１５）ｓｉｎ５ωＲｔ　＋・）　　
　　・＝　−＝　（１）となる。そして増幅器４１１側
からの信号をｅｉ　として、これは最大値ＥＳ、角速度
ωＳの同期成分ｅＳと、最大値ＥＮ、角速度ωＮの雑音
である非同期成分ｅＮよりなるものとすると、角速度ω
Ｓ−ωＲであるから、 ｅｉ　＝ｅＳ　＋　ｅＮ　＝ＥＳ　ｓｉｎ　ｅＲｔ＋Ｅ
Ｎ　ｓｉｎ　ωＮ　ｔ　　・−・・・（２）となる。

本実施例においては、入力ベン２をタブレット面に押付
けたときに信号ｅＲと信号ｅｓとが同相になるようにし
ており、信号ｅｌｉとｅＳとが同相のときは、位相検波
器４１３の出力をｅｏ　（第３図及び第４図の信号Ｆ〉
とすると、 ｅｏ　−ｅＲｘｅｉ　＝　（４／π）（ＥＳ　ｓｉｎ　
ωＲｔ）（ｓｉｎωＲｔ　　＋（１／３）ｓｉｎ３　ｅ
Ｒｔ　　＋−・−・・−）＋（４／１（ＥＮ　ｓｉｎ　
ωＨｔＨｓｉｎ　ｅＲｔ＋（１／３）ｓｉｎ３ωＲｔ　
　＋・−・−・）−（４／　π）　ＥＳ　（ｓｉｎ”　
ｅＲｔ＋（１／３）ｓｉｎ　ｅＲｔ　−５ｉｎ３ωＲｔ
　　＋−・−・・）＋（４＃ｒ）　　ＥＮ　（ｓｉｎω
Ｎ　　ｔ　−ｓｉｎ　ｅＲｔ＋（ｔ／３）ｓｉｎ　ｏｏ
Ｎ　　ｔ　−５ｉｎ３ωＲｔ　　＋−・−−−−）・・
・・・・・・・（３） となる。ここで、（３）式の第１項のｓｉｎ　　ωＲｔ
のみに直流成分が含まれ、他は交流成分であるから、次
段の低域フィルタ４１４の出力として、直流成分のみに
注目して、これを直流出力００とすると、５ｉｎ２ωｎ
　ｔ　−（１／２）（１−ｃｏｓ２　ｅＲｔ　）より、
ｅｏ　＝（２／　π）　ＥＳ　　＝（４）となる。（４
）式は第５図（Ａ）における信号ｅＯの平均値であり、
該信＠ｅＯがコンパレータ４１５の一方の入力端子に入
力される。

つぎに、入力ベン２をタブレット面から離したことによ
り、コイル２２２のインダクタンスが変化して、信号ｅ
Ｒとｅｓとに位相差φが生ずると、（３）式の第１項を
ｅ’ｏとおき、 ｅ’　０　＝（４／　π）　ＥＳ　（ｓｉｎ（ωＲｔ　
−φ）ｓｉｎ　　ｅＲｔ　）＝（４／　　π）　　ＥＳ
　　（１／２）（ｃｏｓφ−ｃｏｓ（２ωＲｔ　＋φ）
）　・・・・・・・・・（５）となる。（５）式の第２
項は交流成分であるから、直流出力ｅＯは ｅｏ　＝（２／　π）　ＥＳ　ｃｏｓφ　　・・−・・
・（６）となり、φ＝１８０’と仮定すると、 ｅｏ−−（２／π）Ｅｓ となる。（６）式は第５図（Ｃ）における信号ｅＯの平
均値であり、該信号ｅＯがコンパレータ４１５の一方の
入力端子に入力される。このようにして、信号ｅＯは、
第５図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）を参照して、信号ｅｎ
とｅｓとの位相差φ＝０のときが最大、φ＝１８０’の
ときが最小であって、位相差φの変化に応じてその間の
値をとる。

本実施例においては、入力ベン２をタブレット面から離
したことにより、コイル２２２のインダクタンスの変化
によって、位相差φが約１８０°変化するようにしてい
て、コンパレータ４１５は、入力ベン２がタブレット面
に押付けられたときの位相差φ＝０の状態と、離したこ
とによるφ−〇以外の状態とを確実に判別するようにし
ている。コンパレータ４１５の他方の入力端子には、予
め所定の閾値電圧十ＶＴが入力されており、前記低域フ
ィルタ　４１４の出力は閾値電圧ＶＴと比較され、」ン
バレータ４１５の出力端子４１６の信号Ｇは位相差φ＝
Ｏのときはハイ（旧レベルとなり、位相差φが例えば数
十度変化すると、Ｄ　−（Ｌ）レベルとなる。

なお、信号り一の場合、信号Ｅ、Ｆとも全て「０」レベ
ルであり、信号Ｇもロー（Ｌ）レベルとなる。よって入
力ベン２の使用状態が無接点で識別される。

前記信号Ｇがハイレベルの時はペンダウン状態であり、
ローレベルの時はペンダウン状態ではないと定義付けて
、該信号Ｇを位置検出回路３に送るようにすれば、入力
ベン２をタブレット１上で操作し、座標入力したい位置
で該入力ベン２の先端をタブレット１上に押付けるのみ
で、座標入力することかできる。

なお、本実施例においては、芯体２４の移動に伴って、
コア２２１を移動させることによってコイル２２２のイ
ンダクタンスを変化させるようにしたが、コア２２１は
固定したままで、棒磁石２１を同様に移動させてコア２
２１に近づけたり離したりして変化させてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、位置指示器と他の
回路との間にコードが不要であることはもとより、コイ
ルとコンデンサとを含む同調回路を設けるのみで良く、
従来のような複雑な信号発生回路や電池等も不要となり
、しかも位置指示器は無接点でその使用状態が識別され
るので、極めて操作性が良く且つ動作の安定した位置指
示器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す位置指示器の斜視図、第
２図は入力ペンの断面図、第３図はタイミング制御回路
のブロック図、第４図は第３図の各部の波形図、第５図
は第３図の位相検波器の動作を説明する波形図である。 １・・・タブレット、２・・・入力ペン（位置指示器）
、３・・・位置検出回路、４・・・タイミング制御回路
、１３・・・アンテナコイル、１４・・・座標入力範囲
、２２・・・同調回路、２２１・・・コア、２２２・・
・コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 座標入力部を構成するタブレットと、スタイラスペン等
   の位置指示器と、タブレットを駆動し且つ位置指示器に
   よる座標入力位置を検出する位置検出回路とを備えた座
   標入力装置において、タブレットの座標入力範囲の周囲
   にアンテナコイルを設けるとともに、 コア入りのコイルとコンデンサとで組をなしていて位置
   指示器の使用状態に応じて前記コイルとコアとの電磁結
   合を変化させることにより外部信号に対して位相の変化
   を伴つて応答して電波を発信する同調回路を位置指示器
   に設け、 前記同調周波数と同等な周波数の交流信号を前記アンテ
   ナコイルに間欠的に加えて電波を発信させ、該電波の発
   信を停止した際に前記同調回路が応答した信号を前記ア
   ンテナコイルに受信させて前記アンテナコイルの発信信
   号に対して前記受信信号の位相の変化によって位置指示
   器の使用状態を識別するとともに、前記位置指示器の座
   標入力位置を検出することを特徴とする 位置指示器の状態検出方式。