JP3270544B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁波等を発振するペ
ン・カーソル等により電磁波等をワイヤグリッド等で受
信して座標入力を行う座標入力装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁波等を用いた座標入力装置に
位置を指示するペン・カーソル等は、通常図８の様に構
成されていた。図８において、２は電磁界発生用コイル
等（超音波を用いた場合は圧電スピーカなどとなる）の
出力部、４は出力部２の励振部、９はマイクロプロセッ
サなどの制御部、１０は電源であり、ペン本体１に内蔵
されている。

【０００３】図９に図８の従来例における出力部２への
典型的な入力電圧例を示す。即ち、出力部２へは一定の
周波数及び振幅等を有する波形が、常時あるいは図９の
様に間欠的に入力され、入力される波形の周波数及び振
幅は、外来ノイズの態様あるいは出力部２により外環境
に実際に誘起される電磁界強度等との相関を持つことな
く制御される構造となっていた。

【０００４】図１０は、従来例における典型的な受信部
（ワイヤグリッド等）側の構成例である。即ち、受信側
制御部１９からの制御により、マルチプレクサ１７が作
動し、Ｘ，Ｙ各方向に設置された各グリッド１１にペン
１からの出力で誘起された電圧を、アンプ２０を介して
順次取り込む。図１１はその様子を表す図である。すな
わち、マルチプレクサ１７の設定が次々と変わり、アン
プ２０にはマルチプレクサ１７により選ばれたグリッド
に発生した電圧が入力される。アンプ２０はその入力電
圧を増幅して出力する。

【０００５】図１２はグリッドから取り込まれた誘起電
圧に基づいて入力された座標位置をＸまたはＹいずれか
の方向について推定する様子を示している。即ち、各グ
リッドは通常数mm〜数１０mmの間隔で設置されている
が、この間隔のグリッドの誘起電圧から１／１０mm〜１
／１００mm程度の座標精度を得るために、通常同図の実
線１２１の様な推定曲線のパターンをペンからの出力の
指向性パターン等をもとにあらかじめ定めておき、各グ
リッドの誘起電圧の態様に当該推定曲線のパターンをマ
ッチングさせ、そのゼロクロス点（図１２の場合）、ピ
ーク点等から座標位置を算出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、出力部２への入力電圧波形が、外来ノイズの
態様あるいは出力部２により外環境に実際に誘起される
電磁界強度等により変化する構成とはなっていないた
め、次のような欠点があった。

【０００７】（１）使用中、当該入力電圧波形に類似す
る周波数及び振幅を持った成分を含む外来ノイズが到来
した場合、当該ノイズによる干渉によって当該座標入力
装置の精度・応答性等の性能が大きく劣化する恐れがあ
る。

【０００８】（２）当該座標入力装置の基本方式を左右
することなく外来ノイズ到来下の性能劣化耐性を高める
には、出力部２への入力電圧の振幅を一律に高めるしか
なく、このことは電源１０の電力消費を高めることとな
り、特にワイヤレスペンなどにおいては、電源１０のコ
スト，重畳，あるいは交換頻度の増加を誘起し、甚だ不
都合であった。

【０００９】（１）について、図１２，図１３を用いて
更に説明する。

【００１０】前に説明したとおり、通常座標検知媒体側
（以下受信側という）の座標推定方法は、通常ペン・カ
ーソル等の指向性パターンの歪みが十分小さい状態で検
知できることを前提としており、ペン・カーソル等によ
りグリッドに誘起される電圧のパターン（以下受信パタ
ーンという）が外来ノイズにより歪んだり変動したりす
ると、推定座標に誤差やジッタが混入することとなる。
受信側でのＳ／Ｎ比と座標推定誤差との関係は通常図１
３のとおりであり、Ｓ／Ｎ比が劣化すると急激に誤差が
増大することから、例えば大電流を通電する電源コード
やＣＲＴディスプレイが近傍にあるなどにより外来ノイ
ズが大きい場合、急激に推定精度が劣化することとなっ
ていた。

【００１１】また、座標位置の推定アルゴリズムによっ
ては、Ｓ／Ｎ比の低い状態で推定精度を上げようとする
ことにより、演算時間が増大してそれが座標入力の応答
性の劣化となって現れる場合もあった。

【００１２】本発明は上記従来例に鑑みて成されたもの
で、精度が高く安定した座標入力ができる座標入力装置
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために本発明の座標入力装置は次のような構成から
なる。信号を出力する座標指示手段と、該座標指示手段
から出力される信号を検出して前記指示手段により指示
された座標位置を決定する本体とを具備する座標入力装
置であって、前記指示手段は、可変周波数の信号を発信
する発信手段と、可変周波数の信号を受信する受信手段
と、該受信手段により受信する信号の周波数を変更する
手段と、該受信手段により受信した、前記発信手段以外
の信号源からの信号のうち最も信号レベルの低い周波数
を選択する選択手段とを備え、該選択手段により選択さ
れた周波数を前記発信手段の発信周波数とすることを特
徴とする。

【００１４】また好ましくは、前記本体は、可変周波数
の信号を受信する受信手段と、該受信手段により受信す
る信号の周波数を変更する手段と、該受信手段により受
信した信号のうち最も信号レベルの高い周波数を選択す
る選択手段とを備え、該選択手段により選択された周波
数を前記受信手段の受信周波数とする。

【００１５】また好ましくは、前記信号は電磁波であ
る。

【００１６】

【実施例】

［実施例１］本発明の実施例として電磁波をグリッドで
検知して入力を行う座標入力装置を説明する。

【００１７】図１は本発明の特徴を最も良く表わす図面
である。同図において、１はペン・カーソル等の座標指
示具の筺体（以下、座標指示具そのものを称してペン１
と呼ぶ）、２は電磁波等を出力するためのコイル等の出
力媒体（以下“出力コイル”という）、３はペン１の媒
体の近傍の電磁界強度等を検知するためのコイル，セン
サ等（以下“検知コイル”という）、４は出力コイル２
に電磁波等を発生させるための信号を供給する励振部、
５は検知コイル３の出力のうち、励振部４から出力され
る波形の周波数成分のみを抽出するためのバンド・パス
フィルタ（ＢＰＦ）、６は励振部４の出力波形の振幅を
制御するためのＤ／Ａ変換回路、７はバンド・パスフィ
ルタ５を包絡線検波するための検波器、８は検波器７の
出力をデジタル化して制御部９に伝達するためのＡ／Ｄ
変換回路、１０はペン１の各回路に電力を供給するため
の電源、１１は出力コイル２からの電磁波等を受信する
ことにより指示された座標を検知するワイヤグリッド等
の座標検知媒体（以下、グリッド１１と呼ぶ）、１７は
受信側制御部１９からの指示により、Ｘ，Ｙの各方向に
展開されたグリッドのうち各方向毎にひとつを選択し、
当該選択されたグリッドに誘起された電圧を自動利得調
整機能付アンプ１８に伝えるためのマルチプレクサ、１
８はペン・カーソル等にからの出力が変化しても受信側
制御部１９に一定振幅の信号が入力される様に自動的に
利得が制御される自動利得制御機能（ＡＧＣ）付アン
プ、１９はマルチプレクサ１７による制御及び座標の推
定及び推定結果の外部への出力を司る受信側制御部であ
る。

【００１８】図２は図１の座標入力装置の動作を表わす
図である。図２においては、出力コイル２への信号電圧
の入力が停止している状態で、制御部９は、検知コイル
３，ＢＰＦ５，検波器７，Ａ／Ｄ変換器８を通じて、出
力コイル２が出力すべき周波数成分の外来ノイズがペン
１の近傍に到来していないかどうかを検知する。その結
果により、図１３に示した許容されるＳ／Ｎ比を確保す
るよう、予め規定された振幅レベルの信号波形を出力コ
イル２に印加する。従って、ノイズが到来している状態
にあっては、当該ノイズの振幅に応じて割増された振幅
の信号波形が出力コイル２に印加されることとなる。一
般に、ペン１により座標を指示している状態において
は、ペン１とグリッド１１とは略接触に近い状態にある
ことから、図２のような制御を行うことにより、グリッ
ド１１においては適正な信号対雑音比が保たれることと
なる。

【００１９】一方、受信側においては、自動利得調整機
能付アンプ１８の利得が自動調整され、図２に示す様に
受信側制御部１９に入力される信号の振幅は一定に保た
れる。即ち、その分だけ外来ノイズが抑制されることと
なる。

【００２０】また、上記外来ノイズの検知は出力コイル
２への電圧供給開始時に一回だけ行うことも可能だが、
出力コイル２への電圧供給を間欠的とし、各サイクルの
電圧供給開始直前で上記ノイズの検知及び上記信号波形
の振幅の調整を行うことにより、外来ノイズの態様が変
動する場合においても、当該変動に適応した振幅の調整
が可能となる。

【００２１】更に本実施例では、出力コイル２から発生
する電磁波の周波数は常に一定であり、グリッド１１で
は常に単一の周波数に着目して処理を行えば良く、受信
側の回路が比較的簡単ですむという利点がある。

【００２２】

【他の実施例】

［実施例２］図３は本発明の第２の実施例の座標指示具
の図である。同図において、１２はＤ／Ａ変換器６の出
力電圧に従って出力周波数を変える電圧制御発振器（Ｖ
ＣＯ）、１３，２１はそれぞれ出力コイル３及びグリッ
ド１１の出力電圧のうち、特定の周波数成分だけを乗積
検波するため、可変の周波数を発生するＶＣＯ、２２，
１４は乗積検波回路を構成するそれぞれローパスフィル
タ（ＬＰＦ）、１５はＶＣＯの出力信号とＬＰＦの出力
信号とを乗算する乗算回路である。

【００２３】図４は図３の実施例の動作を示した図であ
る。

【００２４】第１の実施例においては、外来ノイズの態
様に応じて出力コイル２への印加電圧の振幅を調整した
のに対し、本実施例においては、当該印加電圧の周波数
を変化させている。即ち、図４に示すとおり、出力コイ
ル２への入力電圧、即ち、ＶＣＯ１２の出力電圧の供給
開始に先立って、制御部９はＤ／Ａ変換器６を通じてＶ
ＣＯ１３を制御し、あらかじめ規定された複数の周波数
成分（図４の場合ｆ₁，ｆ₂ ）においてＬＰＦ１４，乗
算回路１５による乗積検波を行うことによって、当該各
周波数成分の外来ノイズの電磁界強度を検知する。その
後、該複数の周波数のうちノイズレベルの最も低い周波
数（図４の場合ｆ₁ ）を選択し、ＶＣＯ１２を制御し
て、出力コイル２にこの選択された周波数の信号電圧
（振幅は特に規定しない）を印加する。ＶＣＯ１２への
電圧の印加を間欠的とし、各サイクル毎に周波数の調整
を行うことにより、外来ノイズの態様が変動する場合に
おいても適用できることは第１の実施例と同様である。

【００２５】本実施例における受信側の処理を図４によ
り説明する。即ち、受信側制御部１９はＶＣＯ２１を制
御して、あらかじめ規定された複数の周波数成分の乗積
検波を行い、最大の振幅レベルをもつ周波数（図４の場
合ｆ₁ ）を検知し、以後当該周波数により座標検知を行
うことになる。

【００２６】このことから容易にわかるとおり、ペン１
から出力される周波数ｆ₁ の電磁波の振幅レベルは、当
該電磁波がグリッド１１上に誘起する電圧が、外来ノイ
ズにより誘起される電圧のうち上記あらかじめ規定され
た他の周波数（図４の場合ｆ ₂ ）により誘起される成分
を常に越える様に設定される必要がある。

【００２７】本実施例は使用する周波数帯域付近に、例
えばインバータやＤＣ／ＤＣコンバータによるノイズ
等、狭帯域かつ大振幅のノイズがある場合において、適
正な信号対雑音比を確保したい場合に有効である。また
出力コイル等の出力側の振幅は、上述のとおり、あらか
じめ規定された複数の周波数成分のノイズレベルのうち
の最大値を越えていれば良く（図４の場合、Ｓｆ₁ ／Ｎ
ｆ₂ ＞１であれば良い）、第１の実施例に比べて当該出
力側の振幅を小さく保つことができ、電力消費低減の観
点からも有効である。

【００２８】［実施例３］図５は本発明の第３の実施例
である。実施例２では周波数の選択を離散的な複数の周
波数の中から行ったのに対し、本実施例ではＶＣＯ１３
の発振周波数をあらかじめ規定された周波数範囲（図５
の場合ｆ₁ 〜ｆ₂ ）で連続的に変化（走査）させ、最も
ノイズレベルの低い周波数（図５の場合ｆ_opt ）をＶＣ
Ｏ１２の周波数として選択している。本実施例は、座標
指示具から発振する周波数を連続的な範囲から選択する
という点以外は実施例２と同様な動作をする。

【００２９】本実施例では、外来ノイズがかなり広い帯
域にわたって高レベルを持ち、かつその周波数スペクト
ルに大きな凸凹がある場合に有効である。

【００３０】［実施例４］図６は、本発明の第４の実施
例である。

【００３１】上述の実施例においては、出力コイルと検
知コイルを別々に設置していたが、本実施例において
は、３端子コイル１６を用いることにより、出力コイル
と検知コイルとの機能を一体化している。これにより、
ペン１の小型・計量化を図ることができる。

【００３２】［実施例５］図７は本発明の第５の実施例
の動作例を示す図である。本実施例の装置の構成は実施
例１あるいは実施例４に準ずるものである。

【００３３】上述の各実施例においては、出力コイル２
からの出力が停止している場合の外来ノイズの検知に検
知コイル３を用いていたが、本実施例は、検知コイル３
の出力の状態を励振部４の出力の振幅制御にフィードバ
ックさせた例である。

【００３４】すなわち、出力コイル２から発振した電磁
波を検知コイル３で検知し、その振幅に応じて励振部４
から出力コイル２に与える信号の振幅を制御する。図７
に則して説明すれば、ＢＰＦ５から出力される信号の振
幅レベルが下がれば、励振部４の出力を増大してペン１
からの出力信号レベルを上げ、常に一定のレベルに保っ
ておくことができる。

【００３５】［実施例６］上述の各実施例では、主とし
て電磁波を用いた座標入力方式について述べたが、他の
方式、例えば静電結合方式や超音波を用いた方式等につ
いても上記実施例に相当する機能を有する座標入力装置
を実現できる。

【００３６】例えば、超音波を用いた座標入力装置を図
１４に示した。図において振動ペン３は振動子駆動回路
２により振動子４が駆動され、その先端のコーン５から
超音波振動を発する。また、受信側は、電磁波を受信す
るグリッドに代わってペン３から伝播された振動を伝え
るアクリル板等の振動伝達板８とそれに伝えられた振動
を電気信号に変換する圧電素子等のセンサ６（複数）、
センサ６の出力信号を検出する信号波形検出回路９、入
力された座標位置等を表示するディスプレイ１１とそれ
を駆動するディスプレイ駆動回路１０、それらをまとめ
て制御し、座標位置の算出等の演算を行う演算制御回路
１を備えている。受信側では、振動子駆動回路２を駆動
してから信号波形検出回路９による振動検出までの遅延
時間を測定し、その値から各センサから振動源までの距
離を算出してそれを元に演算制御回路１によって幾何学
的に座標位置を算出する。

【００３７】このような超音波振動を利用した座標入力
装置にあっても、実施例１〜４の各実施例に相当する機
能を持たせることができる。たとえば、振動子駆動回路
２を駆動しない状態で信号波形検出回路９により検出す
る信号のをノイズと見なし、ノイズが検出された場合に
はペン３から発する振動のレベルを上げる。センサ６の
出力信号を直接信号波形検出回路９に入力せず、一旦Ａ
ＧＣ（不図示）を介してから信号波形検出回路９に入力
すれば検出されるノイズレベルを下げることができる。

【００３８】また、座標指示をする場合には振動ペン３
を板８に押圧するため、ペン３の先端から発生する音圧
のレベルが低下する等の影響をうけたり、また、電源電
圧の変動により出力レベルの変動が生ずることもある
が、こういったペン３からの出力レベルの変動を補正す
ることもできる。たとえば、ペン３内にコーン５あるい
は振動子４の振動を検出するセンサを設け、その振動を
演算制御回路１に入力して入力される信号レベルの変動
に応じて、振動子駆動回路２から出力する振動子４を駆
動するための信号出力を制御する。こうすることによっ
て振動伝達板８には常に一定レベルの振動が与えられる
ことになる。

【００３９】以上の様に、上記説明した座標入力装置
は、 （１）外来ノイズが発生した場合にも、消費電力の増大
を最小限に抑えたままで、信号対雑音比を大きく改善す
ることができ、精度応答性の劣化を最小限に抑えること
ができる。

【００４０】（２）超音波発生用スピーカの押圧による
音圧低下や、電源電圧の変動等による出力レベルの低下
を検知し、かつ補正することができ、常に安定した座標
入力性能を得ることができる。

【００４１】（３）上記ペン・カーソル等とグリッド等
との間は、特に有線で結合する必要がなく、いわゆる
“コードレスデジタイザ”の性能改善に有効であるとい
う効果を得ることができる。

【００４２】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても、１つの機器から成る装置に適用
しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることは言うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】以上の様に、上記説明した座標入力装置
は、精度が高く安定した座標入力を行うことができる。
特に、外来ノイズが発生した場合にも、消費電力の増大
を最小限に抑えたままで、信号対雑音比を大きく改善す
ることができ、精度応答性の劣化を最小限に抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の座標入力装置の構成を示す
図である。

【図２】実施例１の動作を説明する図である。

【図３】実施例２の座標入力装置の構成を示す図であ
る。

【図４】実施例２の動作を説明する図である。

【図５】実施例３の動作を説明する図である。

【図６】実施例４の座標入力装置の構成を示す図であ
る。

【図７】実施例５の動作を説明する図である。

【図８】従来の座標入力指示具の構成を示す図である。

【図９】従来の座標入力装置において指示具により入力
された信号の検出出力例を示す図である。

【図１０】従来の座標入力装置の構成例を示す図であ
る。

【図１１】従来の座標入力装置の動作例を説明する図で
ある。

【図１２】推定座標位置算出の説明図である。

【図１３】グリッド上のＳ／Ｎ比と座標推定誤差との関
係を示す図である。

【図１４】実施例６の超音波を用いた座標入力装置の構
成を示す図である。

【符号の説明】

１…座標指示ペンの筺体、 ２…出力コイル、 ３…検知コイル、 ４…励振部、 ５…バンドパスフィルタ、 ６…Ｄ／Ａ変換器、 ７…検波器、 ８…Ａ／Ｄ変換器、 ９…制御部、 １０…電源、 １２，１３…ＶＣＯ、 １４…ローパスフィルタ、 １５…乗算回路、 １６…コイル、 １７…マルチプレクサ、 １８…自動利得調整機能付アンプ、 １９…受信側制御部、 ２０…アンプ、 ２１…ＶＣＯ３、 ２２…ローパスフィルタである。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号を出力する座標指示手段と、該座標
   指示手段から出力される信号を検出して前記指示手段に
   より指示された座標位置を決定する本体とを具備する座
   標入力装置であって、前記指示手段は、 可変周波数の信号を発信する発信手段と、 可変周波数の信号を受信する受信手段と、 該受信手段により受信する信号の周波数を変更する手段
   と、 該受信手段により受信した、前記発信手段以外の信号源
   からの信号のうち最も信号レベルの低い周波数を選択す
   る選択手段とを備え、 該選択手段により選択された周波数を前記発信手段の発
   信周波数とすることを特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 前記本体は、可変周波数の信号を受信す
   る受信手段と、該受信手段により受信する信号の周波数
   を変更する手段と、該受信手段により受信した信号のう
   ち最も信号レベルの高い周波数を選択する選択手段とを
   備え、該選択手段により選択された周波数を前記受信手
   段の受信周波数とすることを特徴とする請求項１記載の
   座標入力装置。
3. 【請求項３】 前記信号は電磁波であることを特徴とす
   る請求項１又は２記載の座標入力装置。