WO1991006907A1 - Position detector - Google Patents

Description

糸田

位 置 検 出 装 置

技術分野

本発明は位置指示器によ る指定位置の座標値等を求 める に際 し 、 位置指示器の位置を最初に求める のに要 する 時間を短縮でき る位置検出装置、 及び複数の位置 指示器の同時使用を容易にする位置検出装置に関する も のであ る 。

背景の技術

こ の出願に先立ち 、 出願人は特願昭 6 1 一 2 1 3 9 7 ◦ 号 （特開昭 6 3 — 7 0 3 2 6 号公報参照 ） （ 以下、 先願と 称す。 ） にお いて 、 セ ンス部 と 位置指示器と の 間で電磁波を送受 して該位置指示器に よ る指定位置の 座標値等を求める位置検出装置について提案 した 。

前記先願の内容を簡単に説明する 。 まず、 多数のル ープコ イ ルを位置検出方向に並設 してなる セ ンス部の 一のループコ イ ルに交流信号を加えて電磁波を発生さ せ、 該電磁波に よ り 位置指示器に内蔵 した同調回路を 励振させる 。 こ の際、 該同調回路から発信される電磁 波を前記ループコ イ ルに受信させ、 誘導電圧を発生さ せる 。 これを多数のループコ イ ルについて順次切替え て緣返 し 、 各ループコ イ ルに発生する誘導電圧、 即ち 、 受信信号の振幅及び位相角 を検出 し 、 これ ら に基づい て指定位置の座標値等を求めて いた 。

しか しながら 、 前記装置では少な く と も位置指示器 の位置を最初に求める 時に全てのループコ イ ルを切替 えなければな らないため、 その検出に時間がかか り 、 特にセ ンス部が大き く なる 、 即ちループコ イ ルの数が 増す程、 時間がかかる と い う 欠点があ っ た 。

ま た 、 前記装置では受信信号中よ り 実際にル一アコ ィ ルに加えた交流信号に対応する信号の振幅及び位相 角 を検出する のに 、 該交流信号の周波数に対応する周 波数成分のみを通過させる セラ ミ ッ ク フ ィ ルタ を用い て いたため 、 周波数の異なる 2 以上の交流信号を用い よ う と する と 各周波数毎に対応 したセ ラ ミ ッ ク フ ィ ル タ を設けなければな らない。 従っ て 、 交流信号の周波 数を増や して複数の位置指示器を 同時に使用可能と す る こ と が難 しい と い う 欠点があ っ た 。

ま た 、 前記セ ラ ミ ッ ク フ ィ ルタは過渡応答特性が悪 いため、 その出力 よ り 安定 した受信信号を取出すには 一のルーアコ ィ ルについて電磁波の送受信を複数回綠 返さ なければな らない。 従っ て 、 一のループコ イ ルの 選択に長い時間が必要と な り 、 ループコ イ ルの切替え のス ピー ド を速く する こ と が難 しい と い う 欠点があ つ た 。

さ ら にま た 、 前記セラ ミ ッ ク フ ィ ルタは機械的な振 動子を含む も のであ っ て固有の大き さ を有 し 、 ま た 、 多数のループコ イ ルの切替には各ループコ イ ルに対応 した多数のアナログスィ ツ チを必要 と する ため、 部品 の実装面積や高さ を小さ く した り 、 全体を I C化 し ^ り する こ と が難 し い と い う 欠点があ っ た 。

発明の開示

本発明の第一の 目 的は位置指示器の位置を最初に求 める のに要する 時間を短縮する こ と にあ る 。

本発明は第一の 目的を達成する ため 、 多数のル一ァ コ イ ルを位置検出方向に並設 してなる セ ンス部と 、 少 な く と も コ イ ルを有する位置指示器と の間の電磁作用 に基づいて位置指示器に よ る指定位置の座標値等を求 める位置検出装置にお いて 、 前記多数のループコ イ ル 中の一連に並設されたループコ イ ルを含む複数のダル ーァ内よ り 同時に各々一のループコ イ ルを その相対位 置が所定数以上各グループ内及びグループ同士に跨 ό て 同一又は対称 と な らないよ う に選択する選択手段 と 、 前記ル一プコ イ ルの選択に よ り 得られる信号振幅のパ タ ー ンに基づいて 多数のループコ イ ル中の位置指示器 がその上に位置するループコ イ ルを判別する判別手段 と を具備 した 。

本発明によれば、 選択手段によ り 同時に選択される ループコ ィ ルの位置は所定数以上各グループ内及びグ ループ同士に跨っ て 同一又は対称でないため 、 位置指 示器の位置によ っ て得 られる信号振幅のパタ ー ンが異 な り 、 こ のパタ ー ンに基づいて判別手段によ り 位置指 示器がその上に位置するループコ イ ルが判別される 。 従っ て 、 従来のよ う に検出開始時に全てのループコ ィ ルを選択する必要がな く 、 位置指示器の指定位置の座 標値を最初に求める ま でに要する 時間を大幅に短縮す る こ と ができ る 。

本発明の第二の 目 的はハー ド ウ エ アの変更を必要 と する こ と な く 使用する交流信号の周波数、 位相 、 振幅 を 自 由に設定でき 、 複数の位置指示器を 同時に使用可 能と する こ と にあ る 。

本発明は第二の 目的を達成する ため 、 多数のループ コ イ ルを位置検出方向に並設 してなる セ ンス部 と 、 少 な く と も コ イ ルを有する位置指示器と の間の電磁作用 に基づいて位置指示器によ る指定位置の座標値等を求 める位置検出装置において 、 任意の交流信号に対応す る デ ィ ジタルデータ を発生する デー タ発生手段と 、 該 デ ィ ジタルデータ を アナロ グ信号に変換する デ ィ ジタ ル ， アナログ変換手段と 、 受信信号を所定周期でサン プ リ ング してデ ィ ジタルデータに変換する アナログ - デ ィ ジタル変換手段と 、 該デ ィ ジタルデータ に所定の 演算を施 して受信信号中の任意の周波数成分に対する 振幅及び位相角 を算出する演算手段と を具備 した 。

本発明によれば、 デー タ発生手段から発生されたデ ィ ジタルデータがデ ィ ジタル ■ アナロ グ変換手段に送 出されて通常のアナログ交流信号に変換される が、 該 交流信号の周波数、 位相 、 振幅は記憶手段よ り デ イ ジ タル · アナログ変換手段に送出される デ ィ ジタルデ一 タ によ っ て任意に設定される 。 ま た 、 受信信号はアナ ロ グ · デ ィ ジタル変換手段にてデ ィ ジタルデータ に変 換され 、 さ ら に演算手段にて該デ ィ ジタルデータ に基 づく 演算が行なわれて受信信号中の任意の周波数成分 に対する振幅及び位相角が算出 される 。 従っ て 、 任意 の周波数、 位相 、 振幅を有する電磁波を発生する こ と ができ る と と も に任意の周波数成分に対する振幅及び 位相角 を検出する こ と ができ 、 同調周波数の異なる 同 調回路を それぞれ有する複数の位置指示器又は同調周 波数の異なる複数の同調回路を有する位置指示器を 同 時に使用する こ と ができ 、 ま た 、 それ ら の位置も直ち に検出する こ と ができ る 。

ま た 、 本発明の第三の 目的はループコ イ ルの切替え のス ピ一 ド を速 く する こ と 及び部品の実装面積や高さ を小さ く する 、 あ る いは I C 化、 低消費電力化並びに ロ ー コ ス ト化を可能と する こ と にあ る 。

第三の 目 的を達成する ため、 本発明は 、 前述 した位 置検出装置にお いてセ ラ ミ ッ ク フ ィ ルタ を必要 と しな い構成 と な した 。 これによ り 、 一のループコ イ ルに対 する電磁波の送受信を それぞれ 1 回で済ませる こ と が でき 、 その切替えのス ピー ド を大幅に向上さ せる こ と ができ る と と も に 、 アナログスィ ッ チの数を減らすこ と ができ 、 多数の発振器を必要と する こ と も ないため 、 部品の実装面積や高さ を小さ く した り 、 セ ンス部を除 く 部分を全て I c 化する こ と ができ 、 小形且つ低消費 電力で口 一コ ス ト な装置を実現する こ と ができ る等の 利点があ る 。 前述 した以外の 目的、 構成、 効果については以下の 説明中 にお いて 明 ら かにする 。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の位置検出装置の一実施例を示す構 成図、 第 2 図はセ ンス部及び切替部の詳細な構成を示 す図、 第 3 図は入力ペンの断面図、 第 4 図は D A コ ン バータ の変換特性を示す説明図、 第 5 図は A D コ ンパ ータ の変換特性を示す説明図、 第 6 図は処理部におけ る処理の流れ図、 第 7 図は制御部における処理の流れ 図、 第 8 図 （a) (b)は信号発生部における P A M信号及 びそのエンベロ ープ成分を示す波形図、 第 9 図（a) (b) は送信信号及び受信信号の一例を示す波形図、 第 1 0 図 （ a ) ( 1) ) ( c ) はループコ イ ルを順番に切替えた時の受 信信号の変化を示す図、 第 1 1 図 （a) (b)はループコ ィ ルを入力ペンの位置に応 じて切替えた時の受信信号の 変化を示す図、 第 1 2 図は受信信号に対するサンプ リ ング番号の位置を示す図、 第 1 3 図 （a) (b) は入力べ ン と ループコ イ ル と の位置閧係を示す図、 第 1 4 図 （a ) (b) (c) は位相を変えた時の P A M信号の一部を示す 波形図 、 第 1 5 図 （a) (b)は P A M信号の他の例を示す 波形図、 第 1 6 図 （a) (b) は P A M信号のさ ら に他の 例を示す波形図であ る 。

発明を実施する ための最良の形態

第 1 図は本発明の位置検出装置の一実施例を示すも ので 、 図中 、 1 はセ ンス部、 2 は切替部、 3 は位置指 示器、 4は信号発生部、 5は信号検出部、 6は制御部、 7はイ ンタ フ ェ ース部、 8は処理部であ る 。

第 2図はセ ンス部 1 と 切替部 2の詳細を示す も ので 、 図中 、 1 1 — 0〜 1 1 — 2 3はループコ ィ ノレ 、 2 1 ， 2 2 ， 2 3 , 24はアナログス ィ ッ チであ る 。

各ループコ イ ル 1 1 — 0〜 1 1 一 2 3は略長方形を な し 、 位置検出方向 、 例えば X方向に長い方の辺が直 交する如 く 並設されて いる 。 前記ル一プコ イ ル 1 1 一 0〜 1 1 — 2 3は一連に並設された 8本のループコ ィ ルを含む 3つのグループ I ， Π , ΠΙを形成する 。 即ち 、 グループ Iはループコ イ ル 1 1 — 0〜 1 1 — 7カ> ら な り 、 ま た 、 グループ Iはループコ イ ル 1 1 一 8〜 1 1 — 1 5力 らな り 、 ま た 、 グループ ΠΙはループコ イ ル 1 1 一 1 6〜 ： L 1 — 2 3からなつ て いる 。 グループ I , H , ΠΙの各ループコ イ ルの一端はアナログスィ ッ チ 2 1 , 2 2 ， 2 3の 8個の選択端子にそれぞれ接続され 、 ま た 、 他端は共通に接地されて いる 。 アナロ グスィ ッ チ 2 1 ， 2 2 , 2 3の切替端子はアナログスィ ッ チ 2 4の切替端子に共通に接続されて いる 。 ま た 、 アナ口 グスィ ツ チ 24の 2個の選択端子はそれぞれ信号発生 部 4及び信号検出部 5に接続されて いる 。 各アナロ グ スィ ツ チ 2 1〜 2 4は制御部 6 よ り 送出 される情報に 従っ て切替端子を一の選択端子に接続する如 く なっ て いる 。 なお 、 前記セ ンス部 1全体のループコ イ ルの本 数、 グループ数及び各グループ内のループコ イ ルの本 数は一例であ って これに限定される も のではな く 、 ま た 、 各グループを構成するループコ イ ルの本数は同一 でな く て も 良い。

こ こで、 グループ Iの各ループコ イ ル 1 1 一 0 〜 1 1 — 7 と アナログスィ ツ チ 2 1 の選択端子 と の接続は 端子番号の順、 即ち 、 「 ◦ ， 1 ， 2 ， 3 , 4 , 5 , 6 , 7 」 の順と なっ て いる が、 グループ Eの各ループコ ィ ル 1 1 一 8〜 ： L 1 — 1 5 は端子番号 「 0 , 2 , 1 ， 4 ，

3 , 6 ， 5 , 7 」 の順にアナログスィ ッ チ 2 2 の選択 端子に接続されてお り 、 ま た 、 グループ DIの各ループ コ イ ル 1 1 一 1 6 〜 1 1 — 2 3 は端子番号 「 2 ， 0 ，

4 ， 1 , 6 ， 3 , 7 , 5 」 の順にアナログスィ ッ チ 2 3 の選択端子に接続されて いる 。 これは各アナログス イ ッ チ 2 1 ， 2 2 , 2 3 に よ っ て 同時に選択されるル —プコ イ ルの相対位置が所定数、 こ こ では 4本以上各 グループ内及びグループ同士に跨っ て 同一又は対称と な らないよ う にする ためであ る 。 即ち 、 各アナロ グス イ ッ チの端子番号 「 0 ， 1 ， 2 , 3 , 4 ， 5 , 6 ， 7 」 の選択端子に接続されたループコ イ ルを 「 C 。 ， C i ,

C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , C ₇ 」 と する と 、 例 えばループコ イ ル 1 1 — 0 〜 1 1 — 3 によ る 「 C 0 ， C 1 , C 2 ， C 3 」 と い う 相対位置 （ 並び 〉 は他のグ ループ中に も あ る いは 2 つのグループに跨る場合に も 存在せず、 ま た 、 r C s . C s . C i . C； 。 」 と い う 並び 存在 しない。 位置指示器 （ 以下、 入力ペン と 称す。 〉 3 は第 3 図 に示すよ う に合成樹脂等の非金属素材か ら なる筐体 3 1 の内部にその先端寄 り から 、 ボールペン等の芯体 3 2 と 、 該芯体 3 2 を摺動 自在に収容 し得る透孔を備え た フ ェ ラ イ 卜 コ ア 3 3 と 、 コ イ ルノ ネ 3 4 と 、 ス イ ツ チ 351 , フ ヱ ラ イ ト コ ア 3 3 の周囲に卷回された コ ィ ル 352 ， コ ンデンサ 353 及び 354 か らなる 同調回路 3 5 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 3 6 が取付けられて いる 。

前記コ イ ル 352 と コ ンデンサ 353 は互いに直列に接 続され、 周知の共振回路を構成する如く なつ て いる 。 該コ イ ル 352 及びコ ンデンサ 353 の数値は所定の周波 数 f o を共振 （ 同調 ） 周波数と する値に設定されて い る 。 ま た 、 コ ンデンサ 354 はス ィ ッ チ 351 を介 して コ ンデンサ 353 の両端に並列に接続されてお り 、 該ス ィ ツ チ 351 がオン と なっ た時、 前述 した共振周波数を小 さ く （ 低 く 〉 する作用を行な う 。 なお 、 ス ィ ッ チ 351 は筐体 3 1 を手等で保持 し 、 芯体 3 2 の先端をセ ンス 部 1 の入力面 （ 図示せず 〉 に押付ける こ と によ っ て箧 体 3 1 内に押込む と 、 その後端によ り コ イ ルバネ 3 4 を介 して押圧され 、 オン と なる如く なつ て いる 。

信号発生部 4 は第 1 図に示すよ う に ラ ンダムァク セ スメ モ リ （ R A M ) 4 1 、 デ ィ ジタル ■ アナログ変換 器 （ D A コ ンバータ 〉 4 2 、 低域フ ィ ルタ （ し P F ) 4 3 及び ド ラ イ ブアンプ 4 4 か らなつ てお り 、 任意の 周波数、 位相 、 振幅を有する交流信号を発生する 。

R A M 4 1 は処理部 8又はホ ス ト コ ン ピ ュータ に予 め用意された任意の交流信号に対応する複数ビ ッ ト 、 こ こ では 6 ビ ッ ト のデ ィ ジタルデー タ の う ち 、 発生 し よ う と する交流信号に対応する データ を記憶する 。 D A コ ンバータ 4 2 は R A M 4 1 よ り 読出される デ ィ ジ タルデー タ を順次アナログパル ス （ P A M ) 信号に変 換する 。 第 4 図は D A コ ンバータ 4 2 における変換特 性を示す も のであ る 。 低域フ ィ ルタ 4 3 は前記 P A M 信号中 よ り 高周波成分を除去 し 、 そのエンベロープ成 分のみを 出力する 。 ド ラ イ ブアンプ 4 4 は前記ェンべ ロープ成分を適当なレベルま で増幅 し 、 目的とする交 流信号と して 出力する 。 前記 R A M 4 1 におけるデ一 タの書込み及び読出 し 、 並びに D Aコ ンバータ 4 2 に おける変換は制御部 6 からの情報に従って実行される なお 、 R A M 4 1 の代わ り に少なく と も一つの交流信 号に対応する デ ィ ジタルデータ を記憶 した リ 一 ドオン リ メ モ リ を用いて も 良 く 、 また 、 処理部 8 に高速な C P U を用いればノ ス ノ ッ フ ァ と して も 良い。

信号検出部 5 はプ リ アンプ 5 1 、 アンプ 5 2 , 5 3 減衰器 （ A T T ) 5 4 、 アナログ . デ ィ ジタル変換器 ( A D コ ンバータ 〉 5 5 及び演算回路 5 6 か らなつ て お り 、 受信信号中の任意の周波数成分に対する振幅及 び位相角 を検出する 。

プ リ アンプ 5 1 、 アンプ 5 2 , 5 3 及び減衰器 5 4 は受信信号を適当なレベルま で増幅する 。 A D コ ンパ —タ 5 5 は増幅後の受信信号を所定の周期 、 こ こ では

2 5 0 n s e cでサンプ リ ング し 、 6 ビ ッ ト のデ ィ ジタル デー タ に変換する 。 第 5 図は A D コ ンバータ 5 5 にお ける変換特性を示すも のであ る 。 演算回路 5 6 は前記 デ ィ ジタルデータ を用いて所定の演算、 例えば後述す る離散フ ー リ エ変換演算を行ない 、 受信信号中の任意 の周波数成分に対する振幅及び位相角 を算出する 。 前 記減衰器 5 4 における減衰度の調節、 A D コ ンパ一 タ 5 5 における変換、 並びに演算回路 5 6 における演算 は制御部 6 からの情報に従っ て実行される 。

制御部 6 は処理部 8 よ り の指令に基づいて動作 し 、 予め設定された シーケ ンス に従って各部のタ イ ミ ング を制御する 。 なお 、 消費電力 を減らすため 、 電磁波を 発生 （ 送信 〉 する 時は信号検出部 5 を待機状態と し 、 ま た 、 電磁波を受信する 時は信号発生部 4 を待機状態 と し 、 さ ら にま た 、 一定時間以上受信信号が得 られな い、 即ち位置指示器が検出されない時は信号発生部 4 及び信号検出部 5 と も に待機状態と する 。

ィ ンタ フ エ ース部 7 はホス ト コ ン ピュ ー タ と の間で データ をや り と り する ための も ので、 該ホス ト コ ン ビ ユ ー タのノ ス ラ イ ンに直結 した少な く と も 2 つのレ ジ ス タ からなつ て いる 。 該レ ジス タ は F I F 0 メ モ リ 構 造になっ てお り 、 ホス ト コ ンピュー タ はこ のレ ジス タ を数回アク セスする こ と に よ り 決め られたデー タ フ ォ —マ ツ 卜 に従っ てデータ を読出す如く なつ て いる 。

処理部 Sは指定位置の座標値の計算等を行な う と と も に 、 ホス ト コ ンピュー タ と のデータ伝送、 各部の総 合的なコ ン ト ロールを行な う も ので、 周知のマイ ク ロ プロセ ッ サ、 必要なプログラムやデータが書込まれた R O M , R A M等からなっ て いる 。

第 6 図は処理部 8における処理の流れ図であ り 、 以 下、 これに従っ て 、 本装置の動作を説明する 。

まず、 処理部 8は各部を リ セ ッ ト し （ S 1 ) 、 信号 発生部 4 の R A M 4 1 に予め用意 した周波数 、 こ こ では 5 0 0 kH z の正弦波信号に対応する デ ィ ジタ ルデータ を書込む （ S 2 〉 。 詳 し く は所定の送信期間、 こ こ では 3 2 sec 内に送出可能な 5 ◦ 0 kH Z の 1 6波の正弦波信号を表わす 1 2 8個の 6 ビ ッ 卜 のデ ィ ジタルデータであ る 。 次に 、 処理部 8はアナロ グスィ ツ チ 2 1 〜 2 3 を端子番号 「 0 , 1 ， 2 ， 3 ， 4 , 5 , 6 , 7 」 の順に切替え させる切替データ を制御部 6 に 書込む （ S 3 〉 と と も に 、 該制御部 6 に電磁波の送受 信を実行させる （ S 4 ) 。

第 7図は前述 した電磁波の送受信に関わる制御部 6 における処理の流れ図であ る 。 まず、 制御部 6 は切替 えデータの 1 番目 、 こ こ では端子番号 「 0 」 を選択さ せる データ を アナロ グスィ ツ チ 2 1〜 2 3 に送出 し ( s p 1 ) 、 信号発生部 4 を起動する と と も に該信号 発生部側を選択さ せる データ を アナログスィ ツ チ 2 4 に送出する （ s p 2 〉 。 次に 、 制御部 6 はク ロ ッ ク を 供耠 して R A M 4 1 内のデ ィ ジタルデー タ を D A コ ン バータ 4 2 に順次転送 し 、 D A変換を実行させて該デ イ ジタルデータ を P A M信号に変換さ せる （ S P 3 〉 。

第 8 図 （ a ) はこ の際 、 前記 D A コ ンバータ 4 2 によ り 出力 される P A M信号を示すも のであ る 。 こ の P A M信号は前述 した よ う に低域フ ィ ルタ 4 3 によ り 高周 波成分が除去されて第 8 図 （b) に示すよ う なェンベロ ーァ成分、 即ち 5 0 0 kH z の交流信号 と され、 さ ら に ド ラ イ ブアンプ 4 4 によ り 適当なレベルま で増幅さ れて切替部 2 に送出 される 。

前述 した P A M信号は実際にはアラ ス成分又はマイ ナス成分のみの単極性信号であ る が、 図面では理解 し 易 く する ために両極性信号と して表わ した （ なお 、 実 際には低域フ ィ ルタ 4 3 又は ド ラ イ ブア ンプ 4 4 も し く はその間に挿入された図示 しないコ ンデンサに よ り 直流分がカ ッ ト されて両極性信号と なる 。 ） 。

前記交流信号はアナロ グス ィ ッ チ 2 4 を通 り 、 アナ ログスィ ツ チ 2 1 〜 2 3 によ り それぞれ選択されたセ ンス部 1 のループコ イ ル C 。 、 即ち 1 1 — 0 , 1 1 — 8 ， 1 1 一 1 7 に供耠され、 電磁波と なっ て発信する 。

こ の際 、 セ ンス部 1 上にて入力ペン 3 が略直立状態、 即ち使用状態に保持されて いる と 、 該電磁波は入力べ ン 3 のコ イ ル 352 を励振 し 、 その同調回路 3 5 に前記 交流信号に同期 した誘導電圧を発生さ せる 。 一方、 制御部 6は前述 した 3 2 sec の送信期間が 終了する と 、 信号発生部 4 を待機状態に し信号検出部 5 を起動する と と も に該信号検出部側を選択さ せる デ —タ を アナログスィ ッ チ 2 4 に送出する （ s p 4 〉 。

アナロ グスィ ツ チ 2 4が切替え られる と ループコ ィ ル 1 1 — ◦ , 1 1 — 8 ， 1 1 一 1 7 よ り の電磁波は直 ちに消滅する が、 入力ペン 3の同調回路 3 5 に発生 し た誘導電圧はその損失に応 じて徐々 に減衰する と と も にコ イ ル 352 よ り 電磁波を発信さ せる 。 該電磁波はァ ナログスィ ツ チ 2 4 を介 して信号検出部 5 に接続され たループコ イ ル 1 1 一 0 ， 1 1 — 8 , 1 1 — 1 7 を逆 に励振する ため 、 該ループコ イ ル 1 1 — 0 ， 1 1 一 8 ，

1 1 一 1 7 にはコ イ ル 352 からの電磁波に よ る誘導電 圧 （ 受信信号 〉 が発生する 。 第 9図（a) ( はセ ンス部

1 における送信信号及び受信信号の波形の一例を示す も のであ る 。

前記受信信号はプ リ アンプ 5 1 、 ア ンプ 5 2 ， 5 3 及び減衰器 5 4 によ り 適当なレベルま で増幅されて A Dコ ンバータ 5 5 に入力 される 。

制御部 6 は信号検出部 5 を起動 した後、 ク ロ ッ ク を 供耠 して A Dコ ンバータ 5 5 によ り 受信信号を 2 5 〇 nsec毎に 128 回サンプ リ ングさせ A D変換を実行さ せ る と と も に 、 演算回路 5 6 によ り 後述する離散フ ー リ ェ変換演算を行わせ （ s p 5 ) 、 その結果を処理部 8 へ送出する （ s p 6 〉 。 なお 、 前述 した受信信号を 2 5 0 usee毎に 128 回サンプ リ ングする のに要する 時間 ( 3 2 sec ) を受信期間 と 称する 。

次に 、 制御部 6 はアナロ グス ィ ツ チ 2 1 〜 2 3 に対 する切替データ を 2 番目 、 こ こ では端子番号 「 1 」 を 選択さ せる データ に更新さ せて前述 したス テ ッ プ s p l 〜 s _P 6 の処理を実行さ せ、 ルー プコ イ ル 、 即 ち 1 1 — 1 ， 1 1 — 1 0 ， 1 1 — 1 9 に対応する演算 結果を得て これを処理部 8へ送出 し 、 以下、 切替デ一 タ を 8番目 まで更新 して繰返す （ S P 7 ， S P 8 ) 。

こ こ で、 前述 した演算結果の う ちの振幅について注 目する と 、 入力ペン 3 の X方向の位置によ っ て アナ口 グスィ ツ チ 2 1 〜 2 3 が切替 られた時に得 られる値が それぞれ異なる 。

第 1 0 図 （a) は入力ペン 3 が第 2 図中の位置 A 、 即 ちループコ イ ル 1 1 — 4 上にあ る 時にアナロ グスイ ツ チ 2 1 〜 2 3 の切替え に応 じて得られる受信信号の振 幅 （ レベル 〉 の変化の一例を示すも ので、 図中 、 S o

S 1 , S 2 , S 3 , S 4 , S 5 , S 6 , S 7 はアナ口 グス ィ ッ チ 2 1 〜 2 3 にお いて端子番号 「 0 ， 1 , 2 3 , 4 , 5 , 6 ， 7 」 の選択端子がそれぞれ選択され た タ イ ミ ングを示 し 、 ま た 、 e 0 , e i ， e 2 ， e ₃ e 4 ， e 5 ， e 6 ， e ₇ ii前言己タ イ ミ ングにそれぞれ 対応 した レベルを示す。 ま た 、 第 1 0 図 （b) は入力ぺ ン 3 が第 2 図中の位置 B 、 即ちループコ イ ル 1 1 — 1 1 上にあ る 時の第 1 0 図 （a) と 同様な図であ り 、 ま た 第 1 0 図 （C) は入力ペン 3 が第 2 図中の位置 C 、 即ち ループコ イ ル 1 1 ― 1 8上にあ る 時の第 1 0 図 （a) と 同様な図であ る 。

前記第 1 ◦ 図 （ b ) 又は ） における受信信号レベル の変化のパターンが第 1 0 図 （a) の場合 と 異なる のは 前述 したセ ンス部 1 の各ループコ イ ルの相対位置関係 に よ る も のであ る 。 こ のパター ンは入力ペン 3 が位置 するループコ イ ルによ っ て全て異な り 、 これよ り 一義 的に決定でき る 。

例えば e 4 〉 e ₃ 〉 e ₅ > e ₂

又は e 4 > e 3 = e 5 > e ₂ ( = e e )

又は θ 4 > e ₅ > e ₃ > e ₆

であればループコ イ ル 1 1 一 4上に入力ペン 3 が位置 し 、

e 4 > e l > e 3 > e ₂

又は e 4 〉 e i = e 3 〉 e 2 ( = e ₆ )

又は e > e ₃ > e i > e ₆

であればループコ イ ル 1 1 — 1 1 上に入力ペン 3 が位 置 し 、

e 4 ノ β ο ノ β ι > e 2

又は Θ 4 > e o = e i > e 2 ( = e 6 )

又は e 4 > e i > e ₀ > e ₆

であればループコ イ ル 1 1 一 1 8上に入力ペン 3 が位 置 して いる こ と になる 。

処理部 8 は各ループコ イ ル 1 1 — 0 〜 1 1 — 2 3 上 に入力ペン 3 が位置 して いる 際にそれぞれ得られる前 記パター ンを予め登録 してお り 、 前記ステ ッ プ S 4 の 処理の結果と して得られたパタ ー ンよ り 入力ペン 3 力 その上に位置する 、 即ち最 も近いループコ イ ルを判別 する （ S 5 ) 。

と こ ろ で、 本装置では後述する よ う に入力ペン 3 に 最も近いループコ イ ル及びその両側のループコ ィ ルか ら得られ る受信信号レベルに基づいて補間演算を行な つ て最終的な座標値を算出 して いる 。 こ のため、 第 1 0 図 （a) のよ う な形状のパターン （ 単峰特性 〉 で各受 信信号が得られる こ と が望ま し く 、 そのためには入力 ペン 3 が最も近接 して いるループコ イ ルに応 じてルー プコ イ ルの切替えの順序を変えれば良い。

例えば前述 した位置 B上に入力ペン 3 があ る場合、 アナログスィ ツ チ 2 1 〜 2 3 の切替え を端子番号 「 0 , 2 , 1 , 4 , 3 , ら ， 5 , 7 」 の順序で行なえば第 1 1 図 （a) に示される よ う な単峰特性を備えた受信信号 レベルが得られる 。 ま た 、 位置 C上に入力ペン 3 があ る場合、 アナログスィ ッ チ 2 1 〜 2 3 の切替え を端子 番号 「 7 ， 2 , 0 , 4 , 1 , 6 , 3 , 7 」 の順序で行 なえば第 1 1 図 （b) に示される よ う な単峰特性を備え た受信信号レベルが得られる 。

処理部 8 は各ループコ イ ル 1 1 — 0 〜 1 1 — 2 3 上 に入力ペン 3 が位置 して いる 際に前述 した単峰特性を 備えた受信信号レベルが得られる アナログスィ ツ チの 切替え順序を予め登録 してお り 、 前記ステ ッ プ S 5 の 処理の結果 と して得られた入力ペン 3 に最も近いル一 プコ イ ルに応 じたアナログスィ ツ チ 2 1 〜 2 3 の切替 えデータ を制御部 ら に書込む （ S 6 ) と と も に 、 該制 御部 6 に前記ステ ッ プ S 4 と 同様な電磁波の送受信を 実行させる （ S 7 ) 。

処理部 8 は前記ステ ッ プ S 7 の処理の結果よ り得ら れた受信信号レベルのパターンが単峰特性になっ て い る か否かを調べ （ S 8 ) 、 なっ て いなければステ ッ プ S 3 〜 S 7 の処理を繰返す。 単峰特性が得られればそ の時の結果から後述する如く 入力ペン 3 によ る指定位 置の座標値、 位相情報を計算 し （ S 9 〉 、 さ ら にこれ ら を イ ンタ フ ヱ ース部 7 に書込んで （ S 1 0 ) 、 ホス ト コ ン ピ ュータへ転送する 。 以下、 ステ ッ プ S 6 〜 S 1 0 の処理を繰返す。

次に 、 信号検出部 5 の演算回路 5 6 における離散フ 一 リ エ変換演算及びこれによ つ て得られる結果につい て説明する 。

A D コ ンバータ 5 5 にて所定の周期 （ こ こでは 2 5

0 nsec ) でサンプ リ ングされデ ィ ジタル値に変換され たデータ を V i ( i はサンプ リ ング番号 ） とする と 、 受信期間中に揷入可能な波の数 k によ っ て表わされる 周波数成分に対応する変換値 V _k は次のよ う に表わさ れる 。 N

V _k = ( 1 / N ) ∑ V i _e - ^J « 2 ^ ( i - i ) t/N i 但 し 、 Nはサンプ リ ング数で、 こ こ では 1 2 8であ る ま た 、 kは整数で 0〜 （ N— 1 〉 、 即ち 0〜 1 2 7 で あ る 。 ま た 、 サンプ リ ング番号 i は 1 〜 1 2 8であ り その受信信号に対する位置を第 1 2 図に示す。

前記（1) 式中の 2 7ΖΓ に相当する波長は 3 2 / sec 、 即ち周波数は 31.25 k H Z であ る から 、 k = 0 の時の V k は直流成分を 、 ま た 、 k = 1 の時の V _k は 31.25 ( k H Z) X 1 = 31.25kH z の周波数成分を 、 ま た 、 k = 2 の時の v _k は 31, 25 ( kH z) X 2 - 62.5 kH z の周波数 成分を 、 ま た 、 = 1 6 の時の _1£ は 31.25( kH z) X 16= 5 0 0 kH z の周波数成分を 、 ま た 、 … を表わ して いる 。

従っ て 、 送信信号の周波数成分、 即ち 5 0 0 kH z に対応する kの値、 即ち k = 1 6 の時の v _k を求めれ ば入力ペン 3 よ り 発信された電磁波に対応する受信信 号を取出すこ と ができ る 。

こ こ で、 複素数の計算は次のよ う に表わせる 。

e "^J * = Cos ^ - j Sin Θ …… (2) 即ち 、 実数部は real ( e ) = Cos θ 、 虚数部は i mage ( e ) = - Si n ^ であ る ので、 前記（ 1 ) 式の 実数部は _N

A k = ( 1 N ) ∑ V i COS { 2 π ( i - 1 ) k N }

と 表わされ、 ま た 、 虚数部は N

B = ( 1 N ∑ v i Si n { 2 π ( 1 ) k / N }

と 表わされ、 さ ら に 、

V k = <f A + B …… （5) と なる 。 従っ て 、 実際には （ 3 )， ( 4) , (5) 式の演算を 行な う こ と によ り 受信信号の振幅が求め られる 。 ま た 受信信号の位相角は次の式によ つ て求め られる 。

θ = tan -¹ ( ί / A ^ ) …… （6) なお 、 後述する よ う に送信信号中に 2 以上の周波数 成分を混合 し 、 これ らの周波数に対応する 同調回路を それぞれ備えた 2 以上の入力ペン又はこれ らの周波数 に対応する 2 以上の同調回路を備えた入力ペンを用い る よ う な場合にはそれぞれの周波数成分に対応する k の値の v _k 、 Θ k を求めれば良い

次に 、 処理部 8 における指定位置の座標値及び位相 情報の計算について説明する 。

入力ペン 3 の位置に最も近接 したループコ イ ルよ り 得 られる受信信号のレベルを E o と し 、 その前後のル —プコ イ ルよ り それぞれ得られる受信信号のレベルを E 1 , E 2 ( E 0 > E 1 > E 2 ) と する と 、 その時の 入力ペン 3 の位置 X 。 と 各ループコ イ ルの位置と の関 係は第 1 3 図 （a) 又は （b) のよ う になる 。 こ こ で、 X n は入力ペン 3 に最も近接 した コ ィ ル番号 n のループ コ イ ルの中心位置、 X _n - 1 はコ イ ル番号 （ n — 1 ) の ル一プコ ィ ルの中心位置、 X n ₊ l はコ イ ル番号 （ n +

1 〉 のル一プコ イ ルの中心位置であ る 。 なお 、 こ こ で い う コ イ ル番号 と は第 2 図にお いて左端のループコ ィ ルを 1 番目 と して右方向に数えた時の番号であ る 。

第 1 3 図 (a) の場合、 即ち レベル E が （ n — 1 ) 番 目 のル一プコ イ ルに対応 して いる場合、 X 。 （ ルー プコ イ ル 1 1 — 0 の左端 〉 を原点 と する入力ペン 3 の 座標値 X c は各ループコ イ ル間の ピ ッ チを P と する と 次の式によ つ て求め られる 。

X n - 1 ) P + ( E 0 — E i )

( 2 E 0 - E 1 - E 2 ) · P + P / 2 ま た 、 第 1 3 図 （ b ) の場合、 即ち レベル E i が ( n + 1 ) 番目 のループコ イ ルに対応 して いる場合の同様な 座標値 x _c は次の式によ っ て求め られる 。

X c = ( n - l ) P + ( E o - E ₂ )

Z ( 2 E 。 一 E i — Ε ₂ 〉 · P + P / 2

… （8) 従っ て 、 処理部 8 では信号検出部 5 に よ っ て求め ら れる受信信号の振幅よ り 前記 E 。 ， ， E 2 を取出 し 、 が （ n — 1 〉 番目又は （ n + l 〉 番目 のいず れのループコ イ ルに対応 して いる かを判別 し 、 ( 7) 式 又は （8) 式の計算を行なっ て座標値 X 。 を求め ◊

ま た 、 入力ペンの位相情報 と は入力ペンの同調回路 における 同調周波数のわずかな変化によ っ て生 じ る送 信信号と 受信信号と の位相角の差のこ と であ り 、 こ こ では送信信号の位相角は 0 。 に設定されて いる ため 、 信号検出部 5 によ つ て求め られる受信信号の位相角 Θ _k がそのま ま用い られる 。

前述 した よ う に同調回路 3 5 の同調周波数は入力べ ン 3 のス ィ ツ チ 35 1 のオン ■ オフ によ っ て変化する た め 、 前記位相情報も該スィ ツ チ 35 1 のオン · オフ に対 応 して変化する 。 従っ て 、 該位相情報の変化よ り 前記 ス ィ ツ チ 35 1 のオン ■ オ フ を検出 （ 例えばホ ス ト コ ン ピュータ において ） する こ と ができ る 。 なお 、 こ のス ィ ツ チ 35 1 のオン （ 又はオ フ 〉 の状態は入力ペン 3 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 して用い られる 。

前記実施例によれば、 セ ンス部 1 のループコ イ ルの 切替えは測定開始当初よ り 8 回の切替えで良いため 、 入力ペン 3 の位置を最初に求める のに必要と する 時間 を大幅に短縮する こ と ができ る 。 一般に 、 前述したセ ンス部のグループ数を m と すれば、 全てのループコ ィ ルを順次選択する場合の 1 mの時間で済むこ と にな る 。 ま た 、 前記実施例では各グループ毎のループコ ィ ルに対応 して アナログス ィ ツ チを設けたが、 各グル一 プにおいて 同時に選択されるループコ ィ ル同士を接続 して から アナロ グスィ ッ チに接続 して も 良 く 、 こ の場 合はアナログス ィ ツ チが 1 個で済むこ と になる 。 ま た こ の場合、 セ ンス部 と 切替部と の間の配線の数はァー ス線を含めて 9 本で良いか ら 、 セ ンス部を他の部分 と 別の基板、 例えば部品をハ ンダ付けでき ない フ ィ ル ム 基板上に構成する こ と も でき 、 セ ンス部のコ ス ト を下 げる こ と が可能と なる 。

ま た 、 前記実施例に よれば、 信号発生部 4 の R A M 4 1 に書込むデ ィ ジタルデー タ によ っ てループコ イ ル よ り 発生する電磁波の周波数、 位相 、 振幅を任意に設 定する こ と ができ 、 2 以上の周波数を有する電磁波を 発生する場合でも それぞれの発振器を必要 と する こ と がな く 、 ま た 、 信号検出部 5 の演算回路 5 6 に よ り 受 信信号に離散フ ー リ エ変換演算を加えて その任意の周 波数成分に対する振幅及び位相角 を算出する よ う にな したため、 2以上の周波数を有する電磁波を発生 した 場合でも それぞれについて その振幅及び位相角 を確実 に算出する こ と ができ 、 ま た 、 従来のよ う なセ ラ ミ ツ ク フ ィ ルタが不要と なる ため、 一のループコ イ ルに対 する電磁波の送受信を それぞれ 1 回で済ませる こ と が でき 、 その切替えのス ピー ド を大幅に向上させる こ と ができ る と と も に 、 基板上の部品の実装高さや面積を 小さ く でき 、 ま た 、 セ ンス部を除 く 全体を I C 化でき 、 コス ト を下げる こ と ができ る 。

ま た 、 前記実施例によれば、 電磁波の送信期間中は 信号検出部 5 を待機状態と し 、 電磁波の受信期間中は 信号発生部 4 を待機状態と したため 、 消費電力 を小さ く で き る 。

なお 、 前記実施例は X方向の一方向のみの指定位置 の座標値を検出する も のである が、 セ ンス部 1 と 同様 な他のセ ンス部を互いに直交する如 く 極 く 近接 して重 ね合わせ、 これに切替部 2 と 同様な切替部を接続 し 、 さ ら にこれ ら の 2 つの切替部 と信号発生部 4 及び信号 検出部 5 と の間に切替回路を設ける と と も に 、 制御部 6 並びに処理部 8 のプロ グラム を若干変更すれば、 X 方向及び Y方向の 2 方向の指定位置の座標値を検出す る こ と ができ る こ と はい う ま でも ない。

ま た 、 前記実施例にお ける セ ンス部 1 、 切替部 2 の 構成及びこれに基づく ループコ イ ルの切替え制御 と 、 信号発生部 4 及び信号検出部 5 によ る信号処理と は必 ず し も 同時に行な う 必要があ る も のではな く 、 通常の セ ンス部及び切替部と 前記信号発生部 4 及び信号検出 部 5 と を組合わせて も 良 く 、 また 、 前記セ ンス部 1 、 切替部 2 及びこれに基づく ループコ イ ルの切替え制御 と 通常の信号発生部及び信号検出部と を組合わせて も 良い。

第 1 4 図は送信信号の位相を変えた時に D Aコ ンバ ータ 4 2 よ り 出力 される P A M信号の一部を示すも の で、 第 1 4 図 （ a ) は 0 ^β の位相で出力 した信号、 第 1 4 図 （b ) は 4 5 。 の位相で出力 した信号、 第 1 4 図 （C ) は 9 0 。 の位相で出力 した信号であ る 。 なお 、 ルー ァコ イ ルに大き な電流を い き な り 流 した り 切っ た り す る と 大き な逆起電力が生 じて電子部品を破壊する恐れ があ る ため 、 一つの周波数成分のみ しか含ま ない送信 信号を ◦ 以外の位相で送出する こ と はない。

第 1 5 図は D Aコ ンバー タ 4 2 よ り 出力 される P A M信号の他の例を示すも ので、 第 1 5 図 （a) は周波数 437.5kH z ( 3 2 u sec の送信期間に 1 4波 ） の送信 信号に対応 した信号、 第 1 5 図 （b) は 3 7 5 kH z ( 3 2 sec の送信期間に 1 2波 〉 の送信信号に対応 した信号を示す。

ま た 、 第 1 6 図は D Aコ ンノ ー タ 4 2 よ り 出力 され る P A M信号のさ ら に他の例を示すも ので、 第 1 6 図 (a) は周波数 5 0 0 kH z の送信信号 と 周波数 437.5k H Z の送信信号 と を混合 した信号、 第 1 6 図 （b) は 5 0 0 1^1 2 の送信信号 と 437.5{ 1~12 の送信信号と 3 7 5 kH z の送信信号 と を混合 した信号を示す。 なお 、 前記信号は全て位相角が 0 で振幅が第 1 6 図 （ a ) で は 1 Z 2 、 第 1 6 図 ） では 1 Z 3 の信号を混合 した も のであ る 。 こ の際、 第 1 6 図 （ a ) 又は （ b ) の信号を そのま ま 出力する と 前述 した よ う にループコ イ ルに大 き な電流を い き な り 流 した り 切っ た り する こ と になる ため、 実際にはこれ らの信号における位相角 0 。 の位 置 （ 図中 、 ィ ， 口 〉 よ り 送出する （ なお 、 こ の場合の 位相情報は各周波数毎に前記ィ 又は口の位置に対する 位相角 と 受信信号の位相角 と の差を と つ て求める こ と になる 。 〉 。 なお 、 これま での説明ではセ ンス部のループコ イ ル と 同調回路を備えた位置指示器 と の間で電磁波を往復 させて指定位置の座標値等を求める装置について述べ たが、 本発明はセ ンス部のループコ イ ル と 位置指示器 のコ イ ルと の間の電磁作用に基づいて指定位置の座標 値等を求める装置であれば、 どのよ う な装置であ っ て も適用可能であ る 。

Claims

請 求 の 範 囲

. 多数のループコ イ ルを位置検出方向に並設 し て なる セ ンス部 と 、 少な く と も コ イ ルを有する位置 指示器と の間の電磁作用に基づいて位置指示器に よ る 指定位置の座標値等を求める位置検出装置に おいて 、

前記多数のループコ イ ル中の一連に並設された ループコ イ ルを含む複数のグループ内よ り 同時に 各 々 一のルー プ コ イ ルを そ の相対位置が所定数以 上各グループ内及びグループ同士に跨っ て 同一又 は対称と な らないよ う に選択する選択手段と 、 前記ループコ イ ルの選択に よ り 得られる信号振 幅のノヽ。ターンに基づいて 多数のルーアコ ィ ゾレ中の 位置指示器がその上に位置するループコ イ ルを判 別する判別手段と を具備 した

こ と を特徴と する位置検出装置。

. 多数のループコ イ ルを位置検出方向に並設 して なる セ ンス部と 、 少な く と も コ イ ルを有する位置 指示器と の間の電磁作用に基づいて位置指示器に よ る指定位置の座標値等を求める位置検出装置に お いて 、

任意の交流信号に対応する デ ィ ジタルデー タ を 発生する デー タ発生手段と 、

該デ ィ ジタルデー タ を アナロ グ信号に変換する デ ィ ジタル ■ アナログ変換手段と 、 受信信号を所定周期でサンプ リ ング してデ ィ ジ タルデータ に変換する アナロ グ · デ ィ ジタル変換 手段と 、

該デ ィ ジタルデータ に所定の演算を施 して受信 信号中の任意の周波数成分に対する振幅及び位相 角 を算出する演算手段と を具備 した

こ と を特徴と する位置検出装置。

. 多数のループコ イ ルを位置検出方向に並設 して なる セ ンス部 と 、 少な く と も コ イ ルを有する位置 指示器と の間の電磁作用に基づいて位置指示器に よ る指定位置の座標値等を求める位置検出装置に お いて 、

前記多数のル一プコ ィ ル中の一連に並設された ループコ イ ルを含む複数のグループ内よ り 同時に 各々一のループコ ィ ルを その相対位置が所定数以 上各グループ内及びグループ同士に跨っ て 同一又 は対称 と な らないよ う に選択する選択手段と 、 前記ル一ァコ イ ルの選択によ り 得られる信号振 幅のノヽ。ターンに基づいて多数のルーアコ ィ ル中の 位置指示器がその上に位置するループコ イ ルを判 別する判別手段と 、

任意の交流信号に対応するデ ィ ジタルデータ を 発生する デー タ発生手段と 、

該デ ィ ジタルデータ を アナログ信号に変換する デ ィ ジタル · アナログ変換手段と 、 受信信号を所定周期でサンプ リ ング してデ ィ ジ タルデータ に変換する アナログ · デ ィ ジタル変換 手段と 、

該デ ィ ジタルデータ に所定の演算を施 して受信 信号中の任意の周波数成分に対する振幅及び位相 角 を算出する演算手段と を具備 した

こ と を特徴と する位置検出装置。

. 任意の交流信号と して少な く と も二つの異なる 周波数を有する信号を混合 した交流信号を用いた こ と を特徴 と する請求項 2 又は 3 記載の位置検出 . 所定の演算と して離散フ ー リ エ変換を用いた こ と を特徴と する請求項 2 又は 3 も し く は 4 記載の 位置検出装置。

. 互いに直交する 2 つの位置検出方向に対する指 定位置の座標値を検出する よ う にな した こ と を特 徴と する請求項 1 乃至 5 いずれか記載の位置検出