TWI476794B - 位置指示器、位置檢測裝置及線圈捲繞方法 - Google Patents

Description

位置指示器、位置檢測裝置及線圈捲繞方法

本發明，例如係有關於適合於適用在藉由電磁感應作用來將位置指示器所作了指示的位置(以下，稱為「指示位置」)檢測出來的情況中之線圈、位置指示器、位置檢測裝置以及線圈捲繞方法。

於先前技術中，作為藉由電磁感應作用來檢測出指示位置之位置檢測裝置，例如係週知有在專利文獻1以及2中所揭示之技術。此些之技術，係在位置指示器中設置線圈，並在位置檢測裝置中設置感測線圈，之後，藉由在位置檢測裝置與位置指示器而將由電磁波所成之訊號作受、送訊，而使位置檢測裝置檢測出指示位置。

近年來，液晶顯示裝置之實用化係在進行，而係要求有：將位置檢測裝置與液晶顯示裝置作組合，並能夠藉由直接以筆來對於欲作描繪之場所作指示來進行描繪等之資訊輸入的位置檢測裝置。作為此種位置檢測裝置，例如，係存在有專利文獻3中所揭示之位置檢測裝置。此位置檢測裝置，係經由配置在液晶面板前面之感測線圈，而將位置指示器之線圈所產生的訊號之磁場成分檢測出來。

又，在專利文獻4中，係對於被使用於專利文獻3所揭示之技術中的位置指示器之構成有所記載。在專利文獻3以及4中所揭示之技術，係在位置指示器中設置電源，並從線圈而產生交流磁場，來藉由其與配置在液晶面板之前面的由透明導電材(ITO膜)所成之感測線圈間的電磁感應作用，而檢測出液晶面板上之指示位置。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]　日本特開昭63-70326號公報

[專利文獻2]　日本特開平7-175572號公報

[專利文獻3]　日本特開2007-257359號公報

[專利文獻4]　日本特開2007-164356號公報

在專利文獻3所揭示之位置檢測裝置中，係經由配置在液晶面板前面之感測線圈，而將位置指示器之線圈所產生的磁場成分檢測出來。圖8，係為對於在專利文獻3等之先前技術之位置指示器中所使用的線圈之其中一例作展示者。在先前技術之位置指示器中所使用的線圈，係如圖8中所示一般，為將導線103捲繞在鐵氧體芯102上所作成者。位置檢測裝置，係藉由以並列設置在觸控板處之感測線圈來檢測出從此線圈101所送訊出之交流磁場，而求取出指示位置。

但是，在先前技術之位置指示器中，會由於在線圈101處施加交流電壓一事，而使得線圈101全體成為電極並產生交流電場。經由此交流電場，在觸控板之感測線圈的各線(line)處會產生由靜電感應所致之感應電壓。

此時，若是感測線圈之電阻值為充分低，則在感測線圈之各線處所感應之電壓係成為略均一。因此，係能夠藉由使用差動放大器等來將此影響排除。然而，若是為了實現透明之感測器而在感測線圈處使用ITO膜，則感測線圈之電阻值係會成為數kΩ～數十kΩ而為高。

此時，由於在各線處所產生之靜電感應電壓係會因應於與線圈間之距離而成為相異，因此，會對於當藉由感測線圈而檢測出前述之交流磁場時的檢測值造成影響。其結果，係成為難以將位置指示器之指示位置正確地檢測出來。

本發明，係以提供一種：在利用電磁感應作用而將被放置在電阻為高之感測線圈上的位置指示器之指示位置檢測出來的位置指示器中，能夠將位置指示器與感測線圈間之由於靜電感應所導致的影響排除並正確地檢測出指示位置的位置指示器，作為目的。

本發明之位置指示器，其特徵為：係具備有一種線圈，該線圈，係為將導線作了複數捲繞之略棒狀的線圈，並為由從其中一端部而朝向另外一端部來以特定旋轉方向作捲繞之第1導線、和從前述另外一端部而朝向前述其中一端部來以前述特定旋轉方向作捲繞之第2導線所成，第1導線與第2導線，係在另外一端部處而被作連接，被作了捲繞的第1導線與第2導線，係被交互鄰接地作配置。

又，本發明，係為一種位置檢測裝置，其特徵為：係為由具有上述線圈之位置指示器所構成的位置檢測裝置。

若依據本發明，則在被作了捲繞之相鄰的導線處，係被施加有正負相反之略相同電位的電壓。因此，從相鄰之導線所產生的電場，係相互抵消，而能夠對於從線圈而來之電場的輻射作抑制。

又，若是將此線圈使用在位置指示器中，則觸控板之感測線圈係不會有受到其與位置指示器間的靜電感應之影響的情況，而能夠僅將由於電磁感應所導致的訊號檢測出來，並正確地求取出座標。

〈第1實施例〉

針對本發明之第1實施例作說明。

〈線圈之構造〉

圖1，係對於身為本發明之特徵的線圈之第1實施例的線圈捲線作展示。

構成線圈1之導線3，係具備有特定之長度，將導線3之特定部分設定為中點4，並將相對於此中點4之導線3的兩端部，分別設為第1端部5a、第2端部5b。而後，將從中點4起直到第1端部5a為止之導線3的部分設為第1導線3a，並將從中點4起直到第2端部5b為止之導線3的部分設為第2導線3b。

作為線圈之捲繞方法的概念，第1導線3a，係從其中一方之端部而朝向另外一方之端部來以特定之旋轉方向而被作捲繞。在一直捲繞至另外一方之端部處之後，在中點4處作折返，並以相同之旋轉方向來作為第2導線3b而進行捲繞並回到其中一方之端部處。此情況下之被捲繞於線圈之各部分處的第1導線3a與第2導線3b，係交互被相鄰接地作配置。

〈關於位置指示器〉

圖2，係對於第1實施例之位置指示器10作展示。

在本實施例中之位置指示器10，係具備有筆前端部10a、和筆軸10b、和線圈1、和將被施加於筆前端部10a處之筆壓檢測出來的筆壓感測器12、以及振盪電路13。

本實施例之線圈1，係為將被捲繞在鐵氧體芯2之周圍的導線3(參考後述之圖7)以特殊之編繞法來形成者，關於作捲繞之工程，係於後再述。線圈1與鐵氧體芯2，係被配置在筆前端部10a之近旁。筆軸10b，係在其之前端部處而被形成有將芯體11作插通之透孔。線圈1，係在被形成有能夠將芯體11可自由滑動地作插通之透孔的鐵氧體芯2上將李茲線作捲繞，而構成之，並被配置在筆軸10b之前端側處。

振盪電路13，係與線圈1一同產生交流訊號，並從線圈1來對於觸控板31(參考後述之圖9)而送訊位置指示訊號。作為內藏在位置指示器10中之電源，係可使用電池，亦可如同在專利文獻3中所揭示一般，使用藉由從觸控板31所供給而來之激磁訊號而被作充電的電源。

筆壓感測器12，係為可變容量電容器，並可設為如同在日本特開平5-275283號公報中所揭示一般之因應於筆壓來改變振盪頻率者，亦可設為採用在專利文獻1中所揭示一般之方法而將筆壓變換為2進位碼並經由該2進位碼來對於在線圈1處所產生之訊號施加調變。

〈線圈+科比茲振盪電路〉

圖3，係為在本實施例中所使用之科比茲型振盪電路的電路圖。

本例之振盪電路13，係具備有相互被作了串聯連接之2個的電容器15a、15b，和被與2個的電容器15a、15b作了並聯連接之線圈1，並構成為週知之科比茲型振盪電路。電容器15a、15b，其靜電容量係為相等，電容器15a、15b所被作連接之中點，係被與特定之固定電位(於本例中，係為電源之負端(GND))作連接。在如此這般所構成之科比茲型振盪電路中，在線圈1之兩端處，係出現有以GND電位作為基準並以相同之振幅而將相位相互作了180°之反轉的訊號。

此時，在線圈1處所出現之電壓，係成為如同圖4一般。亦即是，在線圈1之各捲線處，由於正側之電壓與負側之電壓係交互出現，因此，各捲線所輻射出之電場係相互抵消，而不會對於周圍造成影響。此點，係成為本發明的特徵。

若依據以上所說明了的第1實施例，則由於在位置指示器10中，係具備有以從導線2之始端側與終端側起來交互地使每一捲繞相互作鄰接之方式來將導線作了捲繞的線圈1，因此，線圈之相鄰接的導線3所輻射之電場係相互抵消，而能夠將從線圈1而來之電場的輻射減少。

進而，在本實施例中，由於係使用有科比茲型振盪電路，因此，在線圈1之兩端處，係成為出現有相同振幅而相位相互反轉了180°之訊號，線圈1之相鄰的導線3所輻射出之電場係完全地相互抵消，因此，能夠實現一種電場輻射極少之位置指示器。

故而，觸控板31，係不會受到由於位置指示器10與感測線圈間之靜電感應所導致的影響，而能夠將電阻為高之感測線圈上的位置指示器10之指示位置正確地檢測出來。

〈第2實施例〉

接下來，針對本發明之第2實施例作說明。

在本例中，係針對在從被捲繞在鐵氧體芯2上之導線3的中點4來拉出了中點端子之線圈21處所適用了的例子作說明。於以下之說明中，對於和已在第1實施例中所說明了的圖相對應之部分處，係附加相同之符號，並省略詳細之說明。

圖5，係為對於線圈21之線圈捲線作展示的圖。

在線圈21中，係從導線3之中點4而拉出中點端子22，在此點上，係與線圈1相異。

圖6，係為在本實施例中所使用之哈特萊型振盪電路的電路圖。

本例之振盪電路13，係在線圈21處連接有1個的電容器23，並構成週知之哈特萊型振盪電路。被連接在線圈21之中點4處的中點端子22，係被與特定之固定電位(在本例中，係為電源之正端(VCC))作連接。

在哈特萊型振盪電路中，在線圈21之兩端處，係出現有以VCC電位作為基準並以相同之振幅而將相位相互作了180°之反轉的訊號。此時，在線圈21中所出現之電壓，係如同上述之圖4中所示一般，在各捲線處，係交互出現有正側之電壓與負側之電壓。

在本實施例中，亦同樣的，由於係具備有以從導線3之始端側與終端側起來交互地使每一捲繞相互作鄰接之方式來將導線作了捲繞的線圈21，因此，線圈21之相鄰接的導線3所輻射之電場係相互抵消，而能夠將從線圈21而來之電場的輻射減少。進而，在本實施例中，由於係使用有哈特萊型振盪電路，因此，在線圈21之兩端處，係成為出現有以中點端子22之電位作為基準而為相同振幅且將相位相互反轉了180°之訊號，線圈21之相鄰的導線3所輻射出之電場係完全地相互抵消，因此，能夠實現一種電場輻射極少之位置指示器。

故而，就算在觸控板31處使用了電阻為高之感測線圈，由位置指示器10與感測線圈間之靜電感應所導致的影響亦會消失，而具有能夠將指示位置正確地檢測出來的效果。

〈導線之捲繞方法〉

圖7，係為對於用以製造出圖1中所示的線圈1之工程作說明者。

圖7A，係為針對導線3而展示其之構成者。

本例之導線3，係具備有特定之長度，將相對於導線3之中點4的兩端部，分別設為第1端部5a、第2端部5b。而後，將從中點4起直到第1端部5a為止之導線3的部分設為第1導線3a，並將從中點4起直到第2端部5b為止之導線3的部分設為第2導線3b。

圖7B，係為對於將鐵氧體芯2放置在導線3之中點4處的狀態作展示。

在本例之線圈1的製造工程中，圖7B之狀態係成為導線3之捲繞起始狀態。

圖7C，係對於將第1導線部分3a在鐵氧體芯2上作了半圈的捲繞之狀態作展示。此時，第1導線部分3a係沿著鐵氧體芯2之周圍而被作了半圈的捲繞。

圖7D，係對於將第2導線部分3b在鐵氧體芯2上作了半圈的捲繞之狀態作展示。此時，第2導線部分3b係沿著鐵氧體芯2之周圍而被作了半圈的捲繞。而，第2導線部分3b，係被重疊於已被作了半圈之捲繞的第1導線部分3a的上部處。

圖7E，係對於將第1導線部分3a在鐵氧體芯2上而更進一步作了1圈的捲繞之狀態作展示。此時，係以與被捲繞在鐵氧體芯2上之第2導線部分3b相鄰接的方式，而將第1導線部分3a沿著鐵氧體芯2之周圍作1圈的捲繞，並與第2導線部分3b相重疊。

進而，雖並未圖示，但是，係以與被捲繞在鐵氧體芯2上之第1導線部分3a相鄰接的方式，而將第2導線部分3b沿著鐵氧體芯2之周圍作1圈的捲繞，並與第1導線部分3a相重疊。

圖7F，係展示完成後的線圈1。

在將第1導線部分3a與第2導線部分3b以特定之圈數而反覆捲繞在鐵氧體芯2上之後，將第1端部5a和第2端部5b拉出。

經由如此這般地將導線3捲繞在鐵氧體芯2上，而形成線圈1。

另外，在上述之第1以及第2實施形態中，作為線圈1、21之中芯，係使用鐵氧體芯，但是，亦可使用其他的材料，又，亦可將固定部從線圈1、21而拔出，並設為空芯線圈。又，作為振盪電路13之元件，雖係使用了NPN型電晶體，但是，係並不被限定於此。又，捲繞在線圈1、21上之導線3，係可使用單線，亦可將細的導線作複數根的束起並作使用。又，在上述實施例中，雖係以交互地使每一圈相互作鄰接的方式來將導線作捲繞而形成線圈，但是，亦可設為以交互各2圈地、或者是交互各複數圈地來使其作鄰接的方式，來作捲繞、配置。

圖9，係為對於具備著具有如同前述一般之構成以及作用的位置指示器10之本發明的位置檢測裝置(以下，稱為「筆觸控板」)30之第1實施例作展示者。

筆觸控板30，係具備有筆形狀之位置指示器10、和觸控板狀之觸控板31。位置指示器10，係具備有筆前端部10a，在筆前端部10a處，係被收容有線圈1。

觸控板31，係被與未圖示之外部的電腦裝置作連接，並具備有將位置指示器10之指示位置檢測出來的功能。位置指示器10，係在被設定於觸控板31之上面處的位置檢測區域31a上作使用。而，觸控板31，係能夠在位置檢測區域31a上而檢測出位置指示器10所指示之座標位置。相關於觸控板31所檢測出的位置指示器10之指示位置的資訊，係被輸出至電腦裝置處。而，電腦裝置，係將與從觸控板31所輸入之座標相對應的線畫等，顯示在連接於外部之未圖示的液晶顯示裝置的畫面上。

圖10，係為對於觸控板31之構成作展示的區塊圖。

觸控板31，係在X軸方向以及Y軸方向上，分別具備有作為X1～X20以及Y1～Y20而在特定方向上被作了略平行的配置之複數的迴圈線圈41。經由迴圈線圈41所構成之位置檢測區域31a的迴圈線圈41，係依存於觸控板之大小來決定其之尺寸或者是配列節距。而，複數之迴圈線圈41，係從存在於位置檢測區域31a處之位置指示器10，而受訊代表位置指示器10之指示位置的位置指示訊號。作為X1～X20以及Y1～Y20而被作了配置的複數之迴圈線圈41，係被連接於對各迴圈線圈作選擇之選擇電路42處。

藉由選擇電路42所被選擇了的輸出端，係被連接於放大電路43處，放大電路43，係被連接於以位置指示器之訊號所具備的頻率f₀ 作為中心頻率之帶通濾波器44處。帶通濾波器44，係被連接於檢波電路45處。又，檢波電路42，係被連接於取樣保持電路46處，經由取樣保持電路46而被作了保持的電壓，係在A/D變換電路47處，被由類比訊號而變換為數位訊號。A/D變換電路47所輸出之數位訊號，係被輸入至CPU48處。

CPU48，係對於選擇電路42、取樣保持電路46以及A/D變換電路47送出控制訊號，並且根據經由迴圈線圈41所受訊之位置指示訊號，來求取出在位置檢測裝區域31a處之位置指示器10的指示位置。

關於其動作，當位置指示器10並不存在於觸控板31上的情況時，係進行觸控板全體之掃描。具體而言，X軸迴圈線圈、Y軸迴圈線圈，係經由選擇電路22而以從X1至X20、從Y1至Y20之順序來一次一根地被作選擇，同時，CPU48，係經由放大電路43、檢波電路45、取樣保持電路46、A/D變換電路47，來對於從各別所選擇了的迴圈線圈而來之輸出訊號的有無以及準位作檢測。

若是經由使用者之操作而使得位置指示器10被放置在位置檢測區域31a內，則係從位置指示器10之近旁的迴圈線圈41而檢測出訊號。當從迴圈線圈41而檢測出了訊號的情況時，係移行至僅針對以被檢測出了最強之訊號的迴圈線圈號碼作為中心之數根(5～7根左右)的迴圈線圈而進行掃描的步驟。

上述動作，係對於X軸迴圈線圈與Y軸迴圈線圈41之雙方而進行，從各迴圈線圈而來之訊號的準位之檢測結果，係展現2維之分布。藉由此訊號準位之分布，而計算出位置指示器之在觸控板上的位置。

本發明係並不被於前所述且藉由圖面而作了展示之實施形態所限定，在不脫離其要旨之範圍內，係可作各種之變形實施。例如，在振盪電路中，係並不被限定於科比茲型振盪電路或者是哈特萊型振盪電路。

1．．．線圈

2．．．鐵氧體芯

3．．．導線

3a．．．第1導線

3b．．．第2導線

4．．．中點

5a．．．第1端部

5b．．．第2端部

10．．．位置指示器

10a．．．筆前端部

10b‧‧‧筆軸

11‧‧‧芯體

12‧‧‧筆壓感測器

13‧‧‧振盪電路

15a、15b‧‧‧電容器

21‧‧‧線圈

22‧‧‧中點端子

23‧‧‧電容器

30‧‧‧位置檢測裝置

31‧‧‧觸控板

31a‧‧‧位置檢測區域

31b‧‧‧外框

41‧‧‧迴圈線圈

42‧‧‧選擇電路

43‧‧‧放大電路

44‧‧‧帶通濾波器

45‧‧‧檢波電路

46‧‧‧取樣保持電路

47‧‧‧A/D變換電路

48‧‧‧CPU

101‧‧‧線圈

102‧‧‧鐵氧體芯

103‧‧‧導線

[圖1]對於本發明之第1實施例中的線圈之例作展示的外觀圖。

[圖2]對於本發明之第1實施例中的位置指示器之內部構造作展示的圖。

[圖3]對於在本發明之第1實施例中的所使用的科比茲型振盪電路之例作展示的電路圖。

[圖4]對於由本發明所構成之線圈的基本原理作展示之說明圖。

[圖5]對於本發明之第2實施例中的線圈之例作展示的外觀圖。

[圖6]對於在本發明之第2實施例中的所使用的哈特萊型振盪電路之例作展示的電路圖。

[圖7]對於本發明之第1實施例中的線圈之捲繞法的例子作展示之說明圖。

[圖8]對於先前技術的線圈之例作展示的外觀圖。

[圖9]位置檢測裝置之外觀圖。

[圖10]對於觸控板之內部構成例作展示的圖。

1．．．線圈

2．．．鐵氧體芯

3．．．導線

3a．．．第1導線

3b．．．第2導線

4．．．中點

5a．．．第1端部

5b．．．第2端部

Claims (5)

1. 一種位置指示器，其特徵為，係具備有：振盪電路，係送訊用以對於位置作指示之位置指示訊號；和線圈，係由從其中一端部而朝向另外一端部來以特定旋轉方向作捲繞之第1導線、和從前述另外一端部而朝向前述其中一端部來以前述特定旋轉方向作捲繞之第2導線所成，前述第1導線與前述第2導線，係在前述另外一端部處而被作連接，被作了捲繞的第1導線與第2導線，係被相互交叉且交互平行而鄰接地作配置，進而，藉由在第1導線和第2導線中而以相同之旋轉方向來流動電流，而使從第1導線和第2導線而來之電場輻射相互抵消。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之位置指示器，其中，前述振盪電路，係為具備有相互作了串聯連接之2個的電容器，並將前述線圈與前述2個的電容器並聯地作了連接所構成者，前述2個的電容器所被作連接之中點，係被連接於特定之固定電位，並構成科比茲(Colpitts)型振盪電路。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之位置指示器，其中，前述振盪電路，係具備有被與前述線圈作連接並構成共振電路之電容器，前述線圈之中點，係被與特定之固定電位作連接，並構成哈特萊型振盪電路。
4. 一種位置檢測裝置，係具備有：位置指示器，係具備有將用以進行位置指示之磁場作 輻射的線圈；和觸控板(tablet)，係具備有用以進行由前述位置指示器所致之位置指示的輸入面，並經由從前述位置指示器所輻射出之磁場來檢測出前述輸入面上之前述位置指示器所作了指示的位置，該位置檢測裝置，其特徵為：前述位置指示器，係具備有：振盪電路，其係產生代表指示位置之位置指示訊號，並具備有線圈，該線圈，係由從其中一端部而朝向另外一端部來以特定旋轉方向作捲繞之第1導線、和從前述另外一端部而朝向前述其中一端部來以前述特定旋轉方向作捲繞之第2導線所成，並且前述第1導線與前述第2導線，係在前述另外一端部而被作連接，且被作了捲繞的第1導線與第2導線，係被相互交叉且交互平行而作配置，進而，藉由在第1導線和第2導線中而以相同之旋轉方向來流動電流，而使從第1導線和第2導線而來之電場輻射相互抵消，該位置指示器，係從前述線圈而送訊前述位置指示訊號。
5. 一種線圈捲繞方法，其特徵為：係從特定之導線的一點，而將直到其中一方的端部為止之部分作為第1導線，並將直到另外一方之端部為止的部分作為第2導線，前述導線，係將前述一點固定在略棒狀之磁性體上， 第1導線，係被作半圈捲繞，接著，第2導線，係被作半圈捲繞，並與第1導線相重疊，進而，第1導線和第2導線，係在每一圈，沿著被捲繞在近旁之導線而以相互交叉且交互平行而鄰接地作配置的方式來作捲繞，藉由此，而反覆捲繞特定之圈數，並被拉出。