JP6021174B2 - 位置検出装置およびその位置指示器 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置およびその位置指示器に関するものであり、特に、ペン形状の位置指示器の傾き、またはタブレット面に対する垂直方向を軸とした回転角が検出できる位置検出装置およびその位置指示器に関するものである。

この種の装置としては特許文献１（特開平０８−３０３７４号公報）に開示された電磁誘導方式の位置検出装置がある。特許文献１の実施例によれば、ペン形状の位置指示器の先端部に２本の磁性体コアを並設し、一方の磁性体コアのみに巻いた制御コイルと、２本の磁性体コアを束ねて巻いた送信コイルとを設ける。そして、制御コイルの両端を電子的なスイッチによりオンまたはオフ状態に制御する。これにより、送信コイルに流れる電流による磁束の分布を制御して、位置検出装置（以下、この明細書ではタブレットと記載する。）では２つの座標位置として求めるとともに、位置指示器のペン軸を中心とした回転角を計算するようにしている。

また、特許文献１の他の実施例では、ペン形状の位置指示器の先端部に３本の磁性体コアを並設し、各磁性体コアに巻いた３つの制御コイルと、３本の磁性体コアを束ねて巻いた送信コイルとを設ける。そして、各制御コイルを同様に制御することにより、タブレットに対する位置指示器の傾きを計算するようにしている。

特開平０８−３０３７４号公報

上述した特許文献１のペン形状の位置指示器では、先端部に２本の磁性体コアを並べて配置するためペンが太くなってしまうという問題があった。この問題を解決するために磁性体コアを細くしようとすると次のような問題点があった。

第１の問題点として、２本の磁性体コアの中心間の距離が短くなるため、タブレットで検出される２つの座標間距離も近くなる。このため回転角を計算するときの分解能や精度が悪くなってしまう。これは制御コイルを制御するスイッチにも起因している。このアナログスイッチは半導体回路によって構成されるためオンしたときの抵抗値を十分に下げることが難しい。このため、制御コイルが取り囲む磁性体コアを通過する磁束を十分に抑えることができない。そのため、タブレットで検出される２つの座標は実際のコア位置よりも接近した値として求められるからである。

磁性体コアを細くするときの第２の問題点は、ペンの落下等による衝撃でコアが破損しやすくなることである。近年、この種の装置は用途が携帯型タブレットへと移行していることも、ペンのスリム化に対する要求が高まっている理由の一つである。

また、特許文献１に記載の位置検出装置の他の問題点（第３の問題点）として、タッチ検出との一体化が難しいということがある。近年、静電誘導方式のマルチタッチ入力が広く用いられるようになり、マルチタッチ入力とペン入力とが併用できるタブレット装置に対する要求が高まっている。しかし、静電誘導方式のタブレットではＸ方向およびＹ方向に電極を並べたセンサーが用いられているのに対して、特許文献１の電磁誘導方式のタブレットはループ状のコイルを並べたセンサーとする必要があるため、タブレットセンサーを共通化することが難しい。

本発明は前述した第１、第２および第３の問題点の全てを解決することを目的とする。すなわち、本発明の第１の目的は、タブレット面に対する回転角度や傾きを正確に求めることができ、かつ、細い位置指示器を提供することにある。

本発明の第２の目的は、細く作っても落下等の衝撃によって破壊されることがなく丈夫な位置指示器を提供することにある。

本発明の第３の目的は、静電結合方式によるタッチパネルのセンサー部をタブレット部として兼用することができる位置検出装置を提供することにある。

本発明では前記目的を達成するため、タブレットと位置指示器間の静電結合を用いた位置検出装置について提案する。特許文献１に記載の発明のように電磁誘導を用いる場合、前述した通り、位置指示器のコイルを細くすると座標や回転角検出の精度を著しく劣化させるだけでなく、コイルの芯であるコア材が破損しやすくなる。本発明は、位置指示部にコイルを使う必要のない静電結合方式の位置検出装置について改良を行うものであり、以下のような構成を有する。

前記位置指示器は、前記位置指示器のペン先側の先端部分に位置する位置指示部に配置した複数の電極と、前記複数の電極の中から予め決められたパターンに基づいて送信する交流信号を供給する電極を選択する切替回路と、前記タブレットで位置を検出させるための信号と、前記複数の電極についての前記切替回路による選択の状態を示す符号情報とを含む前記交流信号を生成する信号発生器と、を備え、前記切替回路により選択された前記電極から、前記信号発生器で生成された前記交流信号を送信する。

タブレットは、前記位置指示器から送信される前記交流信号を受信する平板状に配設された複数電極と、前記複数電極により受信される前記交流信号に含まれる前記符号情報を抽出する抽出手段と、前記複数電極により受信される前記交流信号に含まれる連続信号の区間において前記平板状に配設された複数電極のそれぞれに誘導される信号レベルの分布より前記位置指示器からの信号源のタブレット面における座標位置を求める信号位置検出手段と、前記抽出手段で抽出される前記符号情報ごとに、対応する前記連続信号の区間において前記信号位置検出手段で求められた複数の前記座標位置より、前記位置指示器のタブレット面に対する垂直方向を軸とした回転角を計算する回転角計算手段とを備える。

また、本発明の別の形態として、前述した構成に併せて以下のような構成を有する。
位置指示器は、前記位置指示器のペン先側の先端部分に位置する位置指示部に配置した少なくとも３つの電極と、前記少なくとも３つの電極の中から予め決められたパターンに基づいて送信する交流信号を供給する電極を選択する切替回路と、前記タブレットで位置を検出させるための信号と、前記少なくとも３つの電極についての前記切替回路による選択の状態を示す符号情報とを含む前記交流信号を生成する信号発生器と、を備え、前記切替回路により選択された前記電極から、前記信号発生器で生成された前記交流信号を送信する。

前記タブレットは、前記位置指示器から送信される前記交流信号を受信する平板状に配設された複数電極と、前記複数電極により受信される前記交流信号に含まれる前記符号情報を抽出する抽出手段と、前記複数電極により受信される前記交流信号に含まれる連続信号の区間において前記平板状に配設された前記複数電極のそれぞれに誘導される信号レベルの分布より前記位置指示器からの信号源のタブレット面における座標位置と信号強度とを求める信号位置検出手段と、前記抽出手段で抽出される前記符号情報ごとに、対応する前記連続信号の区間において前記信号位置検出手段で求められる少なくとも３つの前記座標位置および少なくとも３つの前記信号強度より、前記位置指示器の前記タブレット面に対する傾斜角度を計算する傾斜角度計算手段とを備える。

本発明によれば、位置指示器の位置指示部に複数の電極を設けて駆動する電極を時系列に切替えるようにしたため、位置指示器のタブレット面に対する垂直方向を軸とした回転角度や位置指示器のタブレット面に対する傾きを求めることができる。

本発明によれば、タブレットとの静電結合を用いるようにしたため、回転角や傾きを求めることのできる位置指示器を細い形状で実現することができる。

本発明によれば、位置指示器にフェライトコア等の磁性材を用いる必要がないため、回転角や傾きを求めることのできる位置指示器を細い形状としても、落下等の衝撃によって破損することがない。

本発明によれば、タブレットとの静電結合により座標位置を求めるようにしたため、タブレットセンサーを静電方式のタッチパネルと共通化することができるとともに、回転角や傾きを求めることのできる位置指示器を実現することができる。

本発明の第１実施例の位置指示器における位置指示部の構造図である。 本発明の第１実施例の位置指示器における芯１１の断面図である。 本発明の第１実施例の位置指示器の回路構成図である。 本発明の第１実施例の位置指示器の動作を説明するための図である。 タブレットの構成図である。 タブレットにおけるＸ軸全面スキャン動作を説明するための図である。 タブレットにおける部分スキャンへの移行動作を説明するための図である。 本発明の第１実施例のタブレットにおける部分スキャン動作を説明するための図である。 回転角計測原理を説明するための図である。 本発明の第２実施例の位置指示器における位置指示部の構造図である。 本発明の第２実施例の位置指示器における電極の配置を示した図である。 本発明の第２実施例の位置指示器の回路構成図である。 本発明の第２実施例の位置指示器の動作を説明するための図である。 本発明の第２実施例のタブレットにおける部分スキャン動作を説明するための図である。 本発明の第３実施例の位置指示器における位置指示部の構造図である。 本発明の第３実施例の位置指示器における電極の配置を示した図である。 本発明の第３実施例の位置指示器の回路構成図である。 本発明の第３実施例の位置指示器の動作を説明するための図である。 本発明の第３実施例のタブレットにおける部分スキャン動作を説明するための図である。 本発明の第３実施例の位置指示器の傾き計測の原理を説明するための図である。 位置指示器先端部の他の形状の例を説明するための図である。

以下、図参照しながら、この発明の位置検出装置およびその位置指示器の実施の形態として、３つの実施例について具体的に説明する。

［第１実施例］
図１は本発明による第１実施例の位置指示器における位置指示部の構造を示した図である。図１において、１１はペン先に加わる圧力を伝達する芯で、プラスチック等の絶縁材により成型されている。１２は芯１１を介して加えられる筆圧によって容量が変化する可変容量コンデンサで、たとえば特開平０４−９６２１２号公報（文献２）に開示したようなものを用いる。可変容量コンデンサ１２は、上記文献２に開示されたように芯１１との結合部を備え、該結合部は芯１１に加えられる筆圧に応じて芯１１とともに僅かに移動するように構成されている。

１３および１４は電極で、芯１１に埋め込まれている。図２は電極１３、１４が埋め込まれた芯１１を切断したときの断面図である。１５はプリント基板で、可変容量コンデンサ１２の端子および電極１３、１４が接続されるとともに後述する回路部品が実装されている。以下、１３をＬ電極、１４をＲ電極と呼んで説明を行う。

図３は本発明による第１実施例の位置指示器の回路構成図である。図３において、図１と同一のものは同一符号で示す。即ち、１２は可変容量コンデンサ、１３はＬ電極、１４はＲ電極である。トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３は発振回路を構成し、コイルＬ１およびコンデンサＣ１、Ｃ２による共振周波数で発振する。コイルＬ２はコイルＬ１と結合しており、コイルＬ１に発生する交流電圧を昇圧することにより高い電圧の信号をＬ電極１３およびＲ電極１４に供給している。１６はコイルＬ２に発生した信号（ｄ）をＬ電極１３またはＲ電極１４のどちらか一方のみに供給するためのアナログスイッチである。

１７は所定のプログラムによって動作するマイクロプロセッサ、１８は電池である。マイクロプロセッサ１７の端子Ｐ１からの出力信号（ｂ）はトランジスタＴＲ４を介して前述した発振回路をオンまたはオフ状態に制御する。端子Ｐ２からの出力信号（ａ）はアナログスイッチ１６に供給されている。本実施例では、端子Ｐ２からの出力信号（ａ）がロウレベルの時にはＬ電極１３側を選択し、ハイレベルの時にはＲ電極１４側を選択するようにしている。

マイクロプロセッサ１７は後述するように、端子Ｐ３を所定のプログラムに基づきハイレベル出力または入力状態とすることにより可変容量コンデンサ１２を充放電して、芯１１に加えられる筆圧値を求める。

１９は電池１８の電圧を昇圧して高い電圧ＶＰの電源を生成するＤＣ／ＤＣコンバータである。電圧ＶＰは、アナログスイッチ１６を動作させる電源として用いられ、コイルＬ２に発生する信号ｄの振幅よりも高い電圧とする必要がある。コンデンサＣ３は、コイルＬ２に発生する信号（ｄ）が、ゼロ〜ＶＰの範囲で振れるようにオフセット電圧を加えるためのものである。

図４は、このように構成した第１実施例の位置指示器の動作を示した図で、図３における信号ａ、ｂ、ｃ、ｄの変化の様子を示している。マイクロプロセッサ１７は、端子Ｐ２（信号ａ）をロウレベルとした状態で、端子Ｐ１（信号ｂ）が一定期間ハイレベルを維持するように制御する。これによってＬ電極１３からは一定期間連続して信号（ｄ）を放射する（図４の、連続送信期間：Ｌ）。この連続送信期間中に、マイクロプロセッサ１７は端子Ｐ３を制御して可変容量コンデンサ１２に加えられた筆圧を求める。即ち、マイクロプロセッサ１７は端子Ｐ３をハイレベル出力とすることにより可変容量コンデンサ１２を充電する。

次いで、端子Ｐ３を入力状態に切替える。このとき、可変容量コンデンサ１２に蓄えられた電荷はこれと並列に接続した抵抗によって放電されるため、可変容量コンデンサ１２の電圧（ｃ）は徐々に低下する。端子Ｐ３を入力状態に切替えてから電圧ｃがしきい値以下に低下するまでの時間Tpを求める。この時間Tpが求める筆圧に相当するものであり、本実施例では筆圧を１０ビットの値として求める。

この連続送信期間（Ｌ）を終了すると、マイクロプロセッサ１７は所定の周期（Td）で端子Ｐ１をハイまたはロウレベルに制御することによりＡＳＫ（amplitude-shift keying）変調を行う。このとき初回は必ずハイレベルとする（図４の、スタート信号：Ｌ）。これは、以降のデータ送出タイミングをタブレット側で正確に判定することができるようにするためである。

このスタート信号（Ｌ）に続くTdの期間は、ここでは端子Ｐ１をロウレベルとする（図４の、符号：Ｌ）。これは後述するように、端子Ｐ２（信号ａ）をハイレベルとした場合との区別をするためである。

符号（Ｌ）に続いて、前述した動作により求めた１０ビットの筆圧データを順次送信する。即ち、送信データが０のときは端子Ｐ１をロウレベルとして、送信データが１のときは端子Ｐ１をハイレベルとして制御する（図４の、筆圧データ送信期間：Ｌ）。図４では、送信する筆圧が「０１０１１１０１０１」の場合について示している。

１０ビットの筆圧データの送信を終了すると、マイクロプロセッサ１７は端子Ｐ２（信号ａ）をハイレベルとしてアナログスイッチ１６をＲ側に切替える。これによってＲ電極１４から信号が送信されるようになる。このときも、前述したＬ電極による送信の場合と全く同様に端子Ｐ１およびＰ３を制御して、連続送信（Ｒ）、スタート信号（Ｒ）、符号（Ｒ）、筆圧データ送信（Ｒ）の処理を順次行う。このとき、符号（Ｒ）の際には端子Ｐ１をハイレベルとする。

本実施例の位置指示器では、Ｌ電極のみを選択する第１のパターンと、Ｒ電極のみを選択する第２のパターンとを交互に切替ながら送信を行う。また、第１のパターンで選択した際にはスタート信号に続く「符号」情報を”０”とし、第２のパターンで選択した際にはスタート信号に続く「符号」情報を”１”としている。このような動作は、直前に行われた連続送信がＬ電極からのものか、Ｒ電極からのものかを、タブレット側で識別するためであり、本発明の特徴の一つである。

図５は、本実施例におけるタブレットの構成図を示したものである。本実施例はタブレットとして、前述したように構成した位置指示器２０の指示位置および回転角度を求めるとともに、指ｆｇによるタッチ位置検出も可能な構成について示す。

図５において、２０は図１〜３に示した位置指示器で、位置指示器２０から送信する信号の周波数をｆ１とする。２１は透明なガラスを基材とするタブレットセンサーである。タブレットセンサー２１の表面にはＸ方向に配列したＸ電極群が、裏面にはＹ方向に配列したＹ電極群がそれぞれ設けられている。これらのＸ電極群およびＹ電極群は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により透明な電極として形成されている。また、タブレットセンサー２１は図示しない表示装置の上に配置されており、その表示箇所を位置指示器２０またはユーザーの指ｆｇ等で直接入力することができるようになっている。

２２はＸ電極群の中から１本の電極を選択するＸ選択回路、２３はＹ電極群の中から１本の電極を選択するＹ選択回路である。本実施例ではＸ電極が４０本（X1〜X40）、Ｙ電極が３０本（Y1〜Y30）として説明する。

２４は、本実施例をタッチ検出として動作させる際にＹ電極に駆動信号を供給するための発振器で、発振周波数をｆ２とする。２５は切替回路で、Ｙ選択回路２３により選択されたＹ電極を、発振器２４または後述する増幅回路側のどちらに接続するかを切替える。２６は、本実施例のタブレットの各部を制御するコントロール回路である。即ち、本装置をタッチ検出として動作させるときはコントロール回路２６から切替回路２５への制御信号ｅをハイレベル「１」として発振器２４側を選択する。また、本装置が位置指示器２０を検出するときは、制御信号ｅをロウレベル「０」として増幅回路側を選択する。

２７は切替回路で、Ｘ選択回路２２により選択されたＸ電極、または切替回路２５を経由してＹ選択回路２３により選択されたＹ電極、のどちらかを選択して増幅回路２８に接続する。即ち、本装置をタッチ検出として動作させるときはコントロール回路２６から切替回路２７への制御信号ｆをロウレベル「０」として、Ｘ選択回路２２側を選択する。また、本装置が位置指示器２０を検出する動作とし、位置指示器２０のＸ軸座標を求めるときは、制御信号ｆをロウレベル「０」として、Ｘ選択回路２２側を選択する。また、本装置が位置指示器２０を検出する動作とし、位置指示器２０のＹ軸座標を求めるときは、制御信号ｆをハイレベル「１」として、Ｙ選択回路２３側を選択する。

図５において、２８は増幅回路であり、２９はゲインコントロール回路である。増幅回路２８の出力は、ゲインコントロール回路２９に接続され、コントロール回路２６からの制御信号ｇによって適切なレベルの出力信号となるように設定される。

３０は周波数ｆ1または周波数ｆ2を中心とした所定の帯域幅を有するバンドパスフィルター回路である。この中心周波数はコントロール回路２６からの制御信号ｈによって切替えられ、本装置が位置指示器２０を検出する動作を行うときには周波数をｆ1とし、タッチ検出動作を行うときは周波数がｆ2となるように切替える。

また、図５において、３１は検波回路、３２はＡＤ（analog/Digital）変換器、３３はマイクロプロセッサである。そして、バンドパスフィルター回路３０の出力信号は検波回路３１によって検波され、コントロール回路２６からの制御信号ｊに基づきＡＤ変換回路３２によってデジタル値に変換される。このデジタルデータｋはマイクロプロセッサ３３によって読み取られ処理される。

コントロール回路２６は、制御信号ｍをＸ選択回路２２に、制御信号ｎをＹ選択回路２３に、それぞれ供給することによりＸ電極群およびＹ電極群の中からそれぞれ１本の電極を選択する。

マイクロプロセッサ３３は、内部にＲＯＭおよびＲＡＭを備えるとともにＲＯＭに格納されたプログラムによって動作する。そして、マイクロプロセッサ３３は、コントロール回路２６が所定のタイミングに制御信号ｅ〜ｊおよびｍ、ｎを出力するように、制御信号ｐを出力してコントロール回路２６を制御する。

このように構成した本実施例のタブレットがタッチ検出を行うときの動作について簡単に説明する。前述したように、タッチ検出の際には、切替回路２５を発振回路２４側に接続して、Ｙ選択回路２３により選択されたＹ電極に駆動信号を供給する。また、Ｘ選択回路２２により選択されたＸ電極は、切替回路２７を経由して増幅回路２８に接続され、増幅回路２８からの信号レベルは、ゲインコントロール回路２９、バンドパスフィルター回路３０、検波回路３１を経由してＡＤ変換回路３２によってデジタル値に変換される。

このとき、Ｘ選択回路２２およびＹ選択回路２３によって選択された各電極の交点に指がタッチされていると、前記検出される信号レベルは指が無いときのレベルよりも低下する。従って、Ｘ電極とＹ電極の全ての交点について指が無いときの信号レベルを予め求めておけば、信号レベルが低下した位置よりタッチ位置を求めることができる。

一方、本実施例のタブレットが位置指示器２０の指示位置および回転角を検出するときの動作について以下に説明する。マイクロプロセッサ３３は、制御信号ｅをロウレベル「０」として切替回路２５を増幅回路側に選択し、制御信号ｆをロウレベル「０」として切替回路２７をＸ電極側に選択、するようにコントロール回路２６に対して制御信号ｐを出力する。この状態では、選択回路２２によって選択されたＸ電極のみが増幅回路２８に接続されて、Ｙ電極は増幅回路２８と発振回路２４のどちらにも接続されない。

図６は、タブレットセンサー２１上において、位置指示器２０のおよそのＸ方向位置を求めるためのＸ軸全面スキャン動作について示したものである。マイクロプロセッサ３３はコントロール回路２６に対して、選択回路２２が電極Ｘ１を選択するような制御信号ｍを出力させ、そのときの信号レベル（ｋ）を読み取る。マイクロプロセッサ３３はコントロール回路２６に対して、選択回路２２を電極Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４・・と順次切替ながら信号レベル（ｋ）を読み取る。

このとき、Ｘ１〜Ｘ４０の全ての電極で検出される信号レベルが所定値に達していなければ、位置指示器２０はタブレットセンサー２１上に無いものと判断して、図６の動作を繰り返す。Ｘ１〜Ｘ４０のいずれかの電極から所定値以上のレベルの信号が検出された場合には、マイクロプロセッサ３３は、最も高い信号レベルが検出されたＸ電極の番号（図６ではＸ１１）を記憶する。

位置指示器２０が電極Ｘ１１付近にあることが判ったら、マイクロプロセッサ３３は部分スキャンへの移行動作を行う。図７は、タブレットにおける部分スキャンへの移行動作を説明するための図である。この部分スキャンへの移行動作は、位置指示器２０が図４に示すような動作を繰り返すときに、位置指示器２０からの連続送信期間の開始時刻を検出することにより、マイクロプロセッサ３３が、位置指示器２０の動作とタイミングを合わせるとともに、Ｙ軸についておよその位置を求めるための動作である。

図７において、マイクロプロセッサ３３は選択回路２２が、前述したＸ軸全面スキャン動作において求まった電極Ｘ１１を選択するようにコントロール回路２６を制御する。このとき、位置指示器２０から送信される信号に対応した信号が電極Ｘ１１に誘導され、検波回路３１にはその信号レベルに対応した電圧が発生する。マイクロプロセッサ３３は一定の周期でＡＤ変換回路３２を動作させて、その信号レベル（ｋ）を読み取る。この、ＡＤ変換回路３２を動作させる周期は、位置指示器２０が筆圧データ送信期間に送信する周期よりも十分に短い時間とする。

マイクロプロセッサ３３は、ＡＤ変換回路３２により出力される信号レベルが一定時間（Ts）継続して所定値以上であったときに、位置指示器２０の連続送信期間が開始されたと判断して、Ｙ軸全面スキャン動作へ移行する（図７）。この時間Tsは、位置指示器２０が筆圧データ送信期間に送信する周期よりも十分に長い時間とする。

マイクロプロセッサ３３は、制御信号ｆをハイレベル「１」として切替回路２７をＹ電極側に選択するようにコントロール回路２６を制御する。また、選択回路２３がＹ１からＹ３０までを順次選択して、ＡＤ変換回路３２を動作させて信号レベル（ｋ）を読み取る。このときマイクロプロセッサ３３は、最も大きい信号レベルが検出された電極を記憶しておく。本実施例では、電極Ｙ２０から最も大きい信号レベルが検出されたものとして説明を行う。

選択回路２３が最後の電極Ｙ３０を選択して信号レベルの検出を終了したら、マイクロプロセッサ３３は位置指示器２０からの連続送信期間の終了を待つための動作を行う。マイクロプロセッサ３３は、制御信号ｆをロウレベル「０」として切替回路２７をＸ電極側に選択するようにコントロール回路２６を制御する。また、選択回路２２が電極Ｘ１１を選択するように制御を行う。このとき、位置指示器２０からの送信が継続していれば前述した所定値以上のレベルの信号が検出される。受信信号レベルが所定値に達しなくなった時刻が位置指示器２０からの連続送信の終了時刻となる。続いて、位置指示器２０は筆圧データ送信期間となるが、このとき位置指示器２０の詳細な位置が求まっていないため、ここでは筆圧データは読まずに図８に示す部分スキャン動作へ移行する。

図８は、本実施例のタブレットにおける部分スキャン動作を説明するための図である。マイクロプロセッサ３３は、電極Ｘ１１を選択した状態で、ＡＤ変換回路３２により出力される信号レベルが一定時間（Ts）継続して所定値以上であったときに、位置指示器２０の連続送信期間が開始されたと判断して、座標検出動作へ移行する（図８のステップ１）。この時間Tsは図７で説明したのと同様で、位置指示器２０が筆圧データ送信期間に送信する周期よりも十分に長い時間とする。

マイクロプロセッサ３３は、位置指示器２０からの信号のＸ座標を求めるため、制御信号ｆをロウレベル「０」としたまま、選択回路２２がＸ１１を中心とする５本の電極（Ｘ９〜Ｘ１３）を順次選択して、ＡＤ変換回路３２を動作させて信号レベルを読み取る（ステップ１）。このとき、最も高い信号レベルが検出された電極の番号（ここではＸ１１）、およびその信号レベル（Vpx0）、またその両隣の電極により検出されたレベルをVax0、Vbx0として保存する（ステップ１）。

次にマイクロプロセッサ３３は、位置指示器２０からの信号のＹ座標を求めるため、制御信号ｆをハイレベル「１」として、選択回路２３がＹ２０を中心とする５本の電極（Ｙ１８〜Ｙ２２）を順次選択して、信号レベルを読み取る（ステップ１）。このとき、最も高い信号レベルが検出された電極の番号（ここではＹ２０）、およびその信号レベル（Vpy0）、またその両隣の電極により検出されたレベルをVay0、Vby0として保存する（ステップ１）。ここで求まった信号レベルVpx0、Vax0、Vbx0、Vpy0、Vay0、Vby0、は後述する計算式による座標値の計算に用いられる。

次いで、マイクロプロセッサ３３は位置指示器２０からの連続送信期間の終了を待つための動作を行う。マイクロプロセッサ３３は、制御信号ｆをロウレベル「０」として、選択回路２２が前述した座標検出動作においてピークが検出された電極Ｘ１１を選択するように制御を行う。このとき、受信される信号レベルが所定値に達しなくなった時刻が位置指示器２０からの連続送信の終了時刻となる（ステップ１）。

マイクロプロセッサ３３は、位置指示器２０からの連続送信の終了を検出すると、筆圧データに先立って送信されるスタート信号のタイミングを検出する動作に入る（ステップ２）。マイクロプロセッサ３３は、電極Ｘ１１を選択した状態でＡＤ変換回路３２を繰り返し起動するように制御して、信号レベルが前述した所定値以上となった時刻をt1として記憶する。マイクロプロセッサ３３は、時刻 t1から一定時間Twだけ待った時刻より位置指示器からのデータ受信動作を開始する（ステップ２）。この時間Twは、位置指示器２０からのスタート信号の送信を終了した後、タブレットで受信される信号レベルがほぼ無くなるまでとし、予め求めておいた時間とする。

マイクロプロセッサ３３は、前述した待ち時間がTwに達すると同時に、図示しないタイマーを起動する。このタイマーはゼロから前述したTdの時間（位置指示器２０からのデータ送信周期）に一致する値までを繰り返しカウントする（ステップ２）。タイマーの１周期の動作期間中、マイクロプロセッサ３３はＡＤ変換回路３２を繰り返し起動して信号レベルを読み取る。この間の信号レベルが一度も前述した所定値に達しなければ位置指示器２０からの送信が無かったものと判断してその回のデータを「０」として保存し、その間に所定値以上の信号レベルが検出された場合には位置指示器２０からの送信が有ったものと判断してその回のデータを「１」として保存する（ステップ２）。

前述したタイマーのカウントを１１回行い、１１ビットのデータが保存される。このとき初回のデータが図４で示した「符号」に相当する。図８のステップ２ではこの符号が０であるから、ステップ１で求めた信号レベルVpx0、Vax0、Vbx0、Vpy0、Vay0、Vby0、より計算される座標は位置指示器２０のＬ電極に相当する座標位置であることが判る。残りの１０ビットデータはステップ１の期間に位置指示器２０で計測された筆圧値を現している。

なお、ステップ２ではＸ軸電極の中から最大レベルが検出された電極（Ｘ１１）を選択してデータの受信を行ったが、これをＹ軸電極の中で最大レベルが検出された電極（Ｙ２０）を選択して行っても良い。

ステップ２において１１ビットのデータ受信を終了すると、位置指示器２０からの連続送信期間の開始を検出する動作へ移行する。マイクロプロセッサ３３は、電極Ｘ１１を選択した状態で受信される信号レベルを繰り返し検出する。この受信レベルが一定時間（Ts）継続して所定値以上であったときに、位置指示器２０の連続送信期間が開始されたと判断して、座標検出動作へ移行する（図８のステップ３）。

マイクロプロセッサ３３は、位置指示器２０からの信号のＸ座標を求めるため、制御信号ｆをロウレベル「０」としたまま、選択回路２２がＸ１１を中心とする５本の電極（Ｘ９〜Ｘ１３）を順次選択して、ＡＤ変換回路３２を動作させて信号レベルを読み取る（ステップ３）。このとき、最も高い信号レベルが検出された電極の番号（ここではＸ１１）、およびその信号レベル（Vpx1）、またその両隣の電極により検出されたレベルをVax1、Vbx1 として保存する（ステップ３）。

次にマイクロプロセッサ３３は、位置指示器２０からの信号のＹ座標を求めるため、制御信号ｆをハイレベル「１」として、選択回路２３がＹ２０を中心とする５本の電極（Ｙ１８〜Ｙ２２）を順次選択して、信号レベルを読み取る（ステップ３）。このとき、最も高い信号レベルが検出された電極の番号（ここではＹ２０）、およびその信号レベル（Vpy1）、またその両隣の電極により検出されたレベルをVay1、Vby1として保存する（ステップ３）。ここで求まった信号レベルVpx1、Vax1、Vbx1、Vpy1、Vay1、Vby1、は後述する計算式による座標値の計算に用いられる。

次いで、マイクロプロセッサ３３は位置指示器２０からの連続送信期間の終了を待つための動作を行う。マイクロプロセッサ３３は、制御信号ｆをロウレベル「０」として、選択回路２２が前述した座標検出動作においてピークが検出された電極Ｘ１１を選択するように制御を行う。このとき、受信される信号レベルが所定値に達しなくなった時刻が位置指示器２０からの連続送信の終了時刻となる（ステップ３）。

マイクロプロセッサ３３は、位置指示器２０からの連続送信の終了を検出すると、筆圧データに先立って送信されるスタート信号のタイミングを検出する動作に入る（ステップ４）。マイクロプロセッサ３３は、電極Ｘ１１を選択した状態でＡＤ変換回路３２を繰り返し起動するように制御して、信号レベルが前述した所定値以上となった時刻をt2として記憶する。マイクロプロセッサ３３は、時刻t2から一定時間Twだけ待った時刻より位置指示器２０からのデータ受信動作を開始する（ステップ４）。このTwはステップ２のときと同じ時間とする。

マイクロプロセッサ３３は、前述した待ち時間がTwに達すると同時に、タイマーを起動し、前述したステップ２のときと全く同様にして位置指示器２０からの１１ビットのデータを受信する（ステップ４）。この初回のデータが図４で示した「符号」に相当する。図８のステップ４ではこの符号が１であるから、ステップ３で求めた信号レベルVpx1、Vax1、Vbx1、Vpy1、Vay1、Vby1、より計算される座標は位置指示器２０のＲ電極に相当する座標位置であることが判る。残りの１０ビットデータはステップ３の期間に位置指示器２０で計測された筆圧値を現している。このように位置指示器２０からの特定のデータ値によって位置指示器のどの電極からの送信であるかを識別するようにしているのは本発明の特徴の一つである。

なお、ステップ４でもＸ軸電極の中から最大レベルが検出された電極（Ｘ１１）を選択してデータの受信を行ったが、これをＹ軸電極の中で最大レベルが検出された電極（Ｙ２０）を選択して行っても良い。

本実施例では、位置指示器２０からの送信がＬ電極とＲ電極により交互に繰り返されるため、タブレット側の動作としては図８のステップ１〜ステップ４を繰り返し行うことにより、位置指示器２０の座標と回転角および筆圧を継続して求めることができる。

それでは、前述したステップ１およびステップ３において求められた受信レベルより位置指示器２０の座標位置および回転角度を求める方法について説明する。

ステップ１で求められた受信レベルVpx0、Vax0、Vbx0、Vpy0、Vay0、Vby0、より位置指示器のＬ電極による座標値（X0、Y0）は次の（１）式、（２）式によりそれぞれ計算される。

但し、Px0はＸ軸で最大レベルが検出された電極（ここではＸ１１）の座標位置とし、DxはＸ軸電極間の配列ピッチ、とする。

但し、Py0はＹ軸で最大レベルが検出された電極（ここではＹ２０）の座標位置とし、DyはＹ軸電極間の配列ピッチ、とする。

同様にしてステップ３で求められた受信レベルVpx1、Vax1、Vbx1、Vpy1、Vay1、Vby1、より位置指示器のＲ電極による座標値（X1、Y1）は次の（３）式、（４）式によりそれぞれ計算される。

但し、Px1はＸ軸で最大レベルが検出された電極（ここではＸ１１）の座標位置とし、DxはＸ軸電極間の配列ピッチ、とする。

但し、Py1はＹ軸で最大レベルが検出された電極（ここではＹ２０）の座標位置とし、DyはＹ軸電極間の配列ピッチ、とする。

図９は、２つの座標値（X0、Y0）および（X1、Y1）より位置指示器２０のタブレット面に垂直方向を軸とした回転角度θを計算するための原理図である。この図では、Ｙ軸の正方向を基準（θ＝０）とし、θの範囲を−１８０°＜θ≦＋１８０°として、座標値（X1、Y1）に対応するＲ電極の向きを定義するものである。このとき、位置指示器２０の回転角θは、X0、Y0、X1、Y1、より次の（５）式〜（９）式ように計算される。

本実施例では、回転角の基準をＹ軸正方向としてＲ電極の向きを角度として求めるようにしたが、Ｘ軸を基準として定義しても良いし、Ｌ電極の向きを求めるようにしても良い。

本実施例では、位置指示器２０のＬ電極によるデータ送信時とＲ電極によるデータ送信時とで同一の情報（筆圧）を送っているが、一方を他の情報としても良いし、一方のデータは符号情報のみとして時間を短縮するようにしても良い。また、データの送信はＬ電極またはＲ電極の一方のみとして、タブレットは位置指示器２０からのデータの送信が有ったかどうかによって直前の連続送信が行われた電極を判定するようにしても良い。また、Ｌ電極からの送信とＲ電極からの送信とで送信する周波数を変えて識別するようにしても良いし、連続送信の長さを変えて識別するようにしても良い。

本実施例では、位置指示器の電極が芯１１の先端部に露出するようにしているが、芯１１を構成するプラスチック等の材料で覆うようにしても良い。

［第２実施例］
図１０は本発明による第２実施例の位置指示器における位置指示部の構造を示した図である。図１０において図１と同様に構成される部分には同じ参照符号を付す。即ち、１２は筆圧によって容量が変化する可変容量コンデンサ、１５はプリント基板である。可変容量コンデンサ１２には芯３５が結合され、芯３５の先端に加わる筆圧が検出されるようになっている。３６は筐体で、その先端部には芯３５が通り抜ける穴が空けられている。

筐体３６の先端部には２つの電極３７および３８が設けられており、図１１はその配置を示した図である。ここで、３７をＬ電極、３８をＲ電極と呼んで説明を行う。

図１２は本発明による第２実施例の位置指示器の回路構成図である。図１２において、図３または図１０と同様に構成される部分には同じ参照符号を付す。即ち、１２は可変容量コンデンサ、３７はＬ電極、３８はＲ電極、１７はマイクロプロセッサ、１８は電池、１９はＤＣ／ＤＣコンバータである。

図１２に示した第２実施例の位置指示器２０の構成と図３に示した第１実施例の位置指示器の構成とで異なる点は、第１実施例では２つの電極を交互に切替えてコイルＬ２に接続していたのに対して、本実施例では、電極３７（Ｌ電極）は常時コイルＬ２と接続されており、電極３８（Ｒ電極）とコイルＬ２間にはアナログスイッチ３９が設けられてオンまたはオフに制御される点である。

即ち、マイクロプロセッサ１７の端子Ｐ２（信号ａ）をハイレベルとしたときは、アナログスイッチ３９はオン状態となるため、コイルＬ２に発生した信号（ｄ）はＬ電極とＲ電極の両方に加えられる。また、マイクロプロセッサ１７の端子Ｐ２（信号ａ）をロウレベルとしたときは、アナログスイッチ３９はオフ状態となるため、コイルＬ２に発生した信号（ｄ）はＬ電極のみに加えられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１９により得られる電圧ＶＰは、第１実施例と同様にアナログスイッチ３９を動作させる電源として用いられる。

図１３は、第２実施例による位置指示器の動作を示した図で、図１２における信号ａ、ｂ、ｃ、ｄの変化の様子を示している。マイクロプロセッサ１７は、端子Ｐ２（信号ａ）をハイレベルとした状態で、端子Ｐ１（信号ｂ）が一定期間ハイレベルを維持するように制御する。これによってＬ電極とＲ電極から一定期間連続して信号（ｄ）を放射する（図１３の、連続送信期間：Ｌ＋Ｒ）。この連続送信期間中に、マイクロプロセッサ１７は第１実施例と同様にして可変容量コンデンサ１２に加えられた筆圧を求める。

この連続送信期間を終了すると、マイクロプロセッサ１７は第１実施例のときと全く同様にして周期Tdで端子Ｐ１を制御することによりＡＳＫ変調を行う。このときのスタート信号に続く符号（Ｌ＋Ｒ）は、直前の連続送信が２つの電極によるものであったことを示す”０”とする。この符号送信に続いて、前述した連続送信期間に求めた１０ビットの筆圧データを第１実施例と同様に送信する。

筆圧データの送信を終了すると、マイクロプロセッサ１７は端子Ｐ２（信号ａ）をロウレベルとしてアナログスイッチ３９をオフとする。これによってＬ電極３７からのみ信号が送信されるようになる。このときも、同様に端子Ｐ１を制御して連続送信（Ｌ）を行うと共に筆圧検出を行う。

この連続送信期間を終了すると、マイクロプロセッサ１７は端子Ｐ２（信号ａ）をハイレベルとして、以後のデータ送信が２つの電極によって行われるようにする。これは、２つの電極で送信することにより、筆圧などのデータがタブレットで確実に検出できるようにするためである。マイクロプロセッサ１７は前述したのと同様に、周期Tdで端子Ｐ１を制御することによりＡＳＫ変調を行う。このときのスタート信号に続く符号（Ｌ）は、直前の連続送信がＬ電極のみによるものであったことを示す”１”とする。この符号送信に続いて、前述した連続送信期間に求めた１０ビットの筆圧データを順次送信する。

本実施例の位置指示器では、Ｌ電極とＲ電極の両方を選択する第１のパターンと、Ｌ電極のみを選択する第２のパターンとを交互に切替ながら送信を行う。また、第１のパターンで選択した際にはスタート信号に続く「符号」情報を”０”とし、第２のパターンで選択した際にはスタート信号に続く「符号」情報を”１”としている。このような動作は、直前に行われた連続送信が２つの電極からのものか、Ｌ電極のみによるものかを、タブレット側で識別するためであり、本発明の特徴の一つである。

本実施例でもタブレットは第１実施例と同じ構成のもの（図５）を用いる。以下、図５のタブレット上に本実施例の位置指示器が置かれたときの指示位置および回転角を検出する動作について説明する。

本実施例でも、位置指示器のおよその位置を求めるための動作は第１実施例と同様にして、図６および図７で示したように行われる。なお、図７において、位置指示器からの連続送信を検出した後のＹ軸全面スキャン動作は、位置指示器からの送信が２つの電極による連続送信期間であっても良いし、Ｌ電極のみによる連続送信期間であっても良い。本実施例でも、図６のＸ軸全面スキャン動作において電極Ｘ１１から最大レベルの信号が検出され、図７のＹ軸全面スキャン動作において電極Ｙ２０から最大レベルの信号が検出されたものとして説明を行う。

図１４は、第２実施例の部分スキャン動作について示したものである。本実施例による部分スキャン動作が、第１実施例の部分スキャン動作（図８）と異なるのは次の点である。本実施例では、位置指示器からの「符号」データが”０”として送信された直前の座標検出動作（図１４のステップ１）によって求められる座標がＬ電極とＲ電極との中間位置（即ち、芯３５の位置）を示しており、位置指示器からの「符号」データが”１”として送信された直前の座標検出動作（図１４のステップ３）によって求められる座標がＬ電極に対応した位置を示している。その他の動作は第１実施例のときと同様である。

本実施例でも、ステップ１で求められた受信レベルVpx0、Vax0、Vbx0、Vpy0、Vay0、Vby0、より、前述した（１）式および（２）式を用いて、位置指示器のＬ電極とＲ電極の中間位置を示す座標値が（X0、Y0）として計算される。

また、ステップ３で求められた受信レベルVpx1、Vax1、Vbx1、Vpy1、Vay1、Vby1、より、前述した（３）式および（４）式を用いて、位置指示器のＬ電極の位置に対応した座標値が（X1、Y1）として計算される。

本実施例においても図９の原理図を適用して、Ｙ軸の正方向を基準（θ＝０）とし、θの範囲を−１８０°＜θ≦＋１８０°として、座標値（X1、Y1）に対応するＬ電極の向きを定義する。このとき、位置指示器の回転角θは、X0、Y0、X1、Y1、を用いて、前述した（５）式〜（９）式により全く同様に計算される。

本実施例では、位置指示器の２つの電極によるデータ送信時とＬ電極のみによるデータ送信時とで同一の情報（筆圧）を送っている。しかし、一方を他の情報としても良いし、一方のデータは符号情報のみとして時間を短縮するようにしても良い。また、データの送信は２つの電極による送信時のみとして、タブレットは位置指示器からのデータの送信が有ったかどうかによって判定するようにしても良いし、連続送信の長さを変えて識別するようにしても良い。

本実施例では、位置指示器の電極を筐体３６の先端部に設けたが、第１実施例と同様に芯３５に設けても良い。

［第３実施例］
図１５は本発明による第３実施例の位置指示器における位置指示部の構造を示した図である。本実施例では位置指示部に３つの電極を配置して、位置指示器の回転角と合わせてタブレットに対する傾きを求める例について示す。

図１５において図１０と同様に構成される部分には同じ参照符号を付す。即ち、１２は筆圧によって容量が変化する可変容量コンデンサ、１５はプリント基板、３５は芯、３６は筐体である。

筐体３６の先端部には３つの電極４０、４１および４２が設けられており、図１６はその配置を示した図である。これらの３つの電極は、図示しない結線によってプリント基板１５に接続されている。

図１７は本発明による第３実施例の位置指示器の回路構成図である。図１７において、図１５または図３と同様に構成される部分には同じ参照符号を付す。即ち、１２は可変容量コンデンサ、４０〜４２は電極、１７はマイクロプロセッサ、１８は電池、１９はＤＣ／ＤＣコンバータである。

図１７に示した構成が第１実施例（図３）と異なるのは、第１実施例では２つの電極を交互に切替えてコイルＬ２に接続していたのに対して、本実施例では、３つの電極４０〜４２を順次切替えてコイルＬ２に接続する点である。電極４０〜４２とコイルＬ２間にはアナログマルチプレクサ４３が設けられて、マイクロプロセッサ１７の２つの端子（Ｐ２およびＰ４）の設定により、電極４０、電極４１、電極４２の中から１つが選択される。マイクロプロセッサ１７の２つの端子（Ｐ２およびＰ４）による信号を、ここでは総称して”信号ａ”と呼ぶ。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１９により得られる電圧ＶＰは、第１実施例と同様にアナログマルチプレクサ４３を動作させる電源として用いられる。

図１８は、第３実施例による位置指示器の動作を示した図で、図１７における信号ａ、ｂ、ｃ、ｄの変化の様子を示している。マイクロプロセッサ１７は、信号ａによる設定が電極４０を選択するようにした状態で、端子Ｐ１（信号ｂ）が一定期間ハイレベルを維持するように制御する。これによって電極４０から一定期間連続して信号（ｄ）を放射する（図１８の、連続送信期間１）。この連続送信期間中に、マイクロプロセッサ１７は第１実施例と同様にして可変容量コンデンサ１２に加えられた筆圧を求める。

この連続送信期間を終了すると、マイクロプロセッサ１７は第１実施例のときと全く同様にして周期Tdで端子Ｐ１を制御することによりＡＳＫ変調を行う。このときの”スタート信号”に続く”符号”は、直前の連続送信が電極４０によるものであったことを示す”０”とする。この符号送信に続いて、前述した連続送信期間１に求めた１０ビットの筆圧データを第１実施例と同様に送信する。

筆圧データの送信を終了すると、マイクロプロセッサ１７は、信号ａによる設定を、電極４１を選択するよう切替えて、同様に端子Ｐ１を制御して連続送信を行う（図１８の、連続送信期間２）。このとき、本実施例では連続送信期間１のときに行ったような筆圧検出は行わないものとする。

この連続送信期間２を終了すると、マイクロプロセッサ１７は、信号ａによる設定が電極４１を選択したままの状態で、周期Tdで端子Ｐ１を制御することによりＡＳＫ変調を行う。このときのスタート信号に続く”符号”を”１”として送信する。

この符号送信を終えると、マイクロプロセッサ１７は、信号ａによる設定を、電極４２を選択するよう切替えて、同様に端子Ｐ１を制御して連続送信を行う（図１８の、連続送信期間３）。このときも、連続送信期間１のときに行ったような筆圧検出は行わないものとする。

この連続送信期間を終了すると、マイクロプロセッサ１７は、信号ａによる設定が電極４２を選択したままの状態で、周期Tdで端子Ｐ１を制御することによりＡＳＫ変調を行う。このときも、スタート信号に続く”符号”を”１”として送信する。

本実施例の位置指示器では、電極４０のみを選択する第１のパターンと、電極４１のみを選択する第２のパターンと、電極４２のみを選択する第３のパターンとを設け、第１のパターンに続いて第２のパターン、第２のパターンに続いて第３のパターン、第３のパターンに続いて第１のパターン、のように順次繰り返して送信を行う。また、第１のパターンで選択した際にはスタート信号に続く「符号」情報を”０”とし、第２のパターンおよび第３のパターンで選択した際にはスタート信号に続く「符号」情報を”１”としている。このため、タブレット側では前述した送信の順番を考慮して、位置指示器のどの電極から送信された信号であるかを識別することができるのである。これらの動作は本発明の特徴の一つである。

本実施例でもタブレットは第１実施例と同じ構成のもの（図５）を用いる。以下、図５のタブレット上に本実施例の位置指示器が置かれたときの指示位置、回転角およびタブレット面に対する傾きを検出する動作について説明する。

本実施例でも、位置指示器のおよその位置を求めるための動作は第１実施例と同様にして、図６および図７で示したように行われる。なお、図７において、位置指示器からの連続送信を検出した後のＹ軸全面スキャン動作は、位置指示器からの送信がどの電極による連続送信期間であっても良い。本実施例でも、図６のＸ軸全面スキャン動作において電極Ｘ１１から最大レベルの信号が検出され、図７のＹ軸全面スキャン動作において電極Ｙ２０から最大レベルの信号が検出されたものとして説明を行う。

図１９は、第３実施例の部分スキャン動作について示したものである。本実施例でも、位置指示器からの一定時間（Ts）以上継続した信号を検出した後、Ｘ軸およびＹ軸の座標検出動作を行い、位置指示器からの連続送信に続いて送られるデータを受信する。このデータは、図１８でも示したように、”スタート信号”に続いて送信されるものである。本実施例では、”スタート信号”の直後に続く”符号”として”０”を受信した場合には継続してデータの受信動作を行い、１０ビットの筆圧データを受信するが、”符号”として”１”を受信した場合にはデータ受信動作は終了して、位置指示器からの連続送信を検出するための動作に移行する。

図１９では、ステップ２において、符号として”０”が受信されたので、その直前の座標検出動作（ステップ１）では位置指示器の電極４０から送信された信号によるレベルと座標位置が求められ、これに続く座標検出動作（ステップ３）では位置指示器の電極４１から送信された信号によるレベルと座標位置が求められ、さらに続いて行われる座標検出動作（ステップ５）では位置指示器の電極４２から送信された信号によるレベルと座標位置が求められる。

なお、本実施例では、ステップ１、ステップ３、ステップ５の各座標検出動作において得られた受信レベルを用いて位置指示器の傾きを求めるため、これらの各座標検出動作において、タブレット回路（図５）のゲインコントロール回路２９に設定されるゲイン値を共通とする。

ステップ１で求められた受信レベルVpx1、Vax1、Vbx1、Vpy1、Vay1、Vby1、より位置指示器の電極４０による座標値（X1、Y1）は前述の（３）式および（４）式により計算される。

また、ステップ３で求められた受信レベルVpx2、Vax2、Vbx2、Vpy2、Vay2、Vby2、より位置指示器の電極４１による座標値（X2、Y2）は次の（１０）式、（１１）式により求められる。

但し、Px2はＸ軸で最大レベルが検出された電極（ここではＸ１１）の座標位置とし、DxはＸ軸電極間の配列ピッチ、とする。

但し、Py2はＹ軸で最大レベルが検出された電極（ここではＹ２０）の座標位置とし、DyはＹ軸電極間の配列ピッチ、とする。

また、ステップ５で求められた受信レベルVpx3、Vax3、Vbx3、Vpy3、Vay3、Vby3、より位置指示器の電極４２による座標値（X3、Y3）は次の（１２）式、（１３）式により求められる。

但し、Px3はＸ軸で最大レベルが検出された電極（ここではＸ１１）の座標位置とし、DxはＸ軸電極間の配列ピッチ、とする。

但し、Py3はＹ軸で最大レベルが検出された電極（ここではＹ２０）の座標位置とし、DyはＹ軸電極間の配列ピッチ、とする。

位置指示器の芯３５に相当する座標値（X0、Y0）は、求まった３つの座標値（X1、Y1）、（X2、Y2）、（X3、Y3）の中心点として以下の（１４）式、（１５）式で求めることができる。

本実施例においても図９の原理図を適用して、Ｙ軸の正方向を基準（θ＝０）とし、θの範囲を−１８０°＜θ≦＋１８０°として、座標値（X1、Y1）に対応する電極４０の向きを定義することにする。このとき、位置指示器の回転角θは、X0、Y0、X1、Y1、を用いて、前述した（５）式〜（９）式により全く同様に計算される。

本実施例では、位置指示器の３つの電極からの各受信信号強度により、位置指示器の傾きを求めることができる。受信信号強度として、Ｘ軸座標検出の際のレベルを用いても良いし、Ｙ軸座標検出の際のレベルを用いても良いが、ここでは、Ｘ軸座標検出の際のレベルを用いることにする。

電極４０による受信信号強度（V1）は、タブレットのＸ電極位置による下記の（１６）式の補正計算により求められる。

また、電極４１による受信信号強度（V2）は、次の（１７）式により求められる。

また、電極４２による受信信号強度（V3）は、次の（１８）式により求められる。

図２０は、３つの電極からの受信信号強度、V1, V2, V3を用いて位置指示器の傾きを求めるための原理図である。図２０は、タブレットのセンサー面（図５の２１）からの高さ方向をｚ軸に取り、位置指示器の電極４０、４１、４２の先端に相当する点をそれぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃとして構成される正三角形の中心Ｇがｙｚ面上に、また電極４０の先端に相当する点Ａがｚ軸上にくるように座標軸を設定している。このときの各点の座標を、Ａ点（０、０、ｚ１）、Ｂ点（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、Ｃ点（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、Ｇ点（０、ｙｇ、ｚｇ）として表すと、位置指示器の傾き（θｘ、θｙ）は次の（１９）式、（２０）式に示すように求められる。

ここで、位置指示器の３つの電極の先端位置であるＡ点、Ｂ点、Ｃ点とタブレットセンサー面からの距離（ｚ１、ｚ２、ｚ３）は受信信号強度、V1, V2, V3にほぼ反比例するので、αを比例係数として以下の（２１）式、（２２）式のように表す。

ここで、α/ｒは定数であるからこの値をあらかじめ求めておけば前記関係式よりθｘ、θｙを求めることができる。

本実施例では、位置指示器の３つの電極を筐体３６の先端部に設けたが、第１実施例のように芯に設けても良い。

本実施例では、位置指示器の回転角と傾きの検出ができるので、先端部の形状を、たとえば図２１に示すような非対称として、ソフトウェアにおいて、求められた回転角や傾きに応じた描画を行うようにしても良い。

１１、３５…芯、１２…可変容量コンデンサ、１３、１４、３７、３８、４０、４１、４２…電極、１５…プリント基板、１６、３９…アナログスイッチ、１７、３３…マイクロプロセッサ、１８…電池、１９…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０…位置指示器、２１…タブレットセンサー、２２、２３…選択回路、２４…発振回路、２５、２７…切替回路、２６…コントロール回路、２８…増幅回路、２９…ゲインコントロール回路、３０…バンドパスフィルター回路、３１…検波回路、３２…ＡＤ変換回路、３６…筐体、４３…アナログマルチプレクサ

Claims (11)

1. 交流信号を送信する位置指示器と、タブレットとの容量結合によって、前記位置指示器のタブレット上での指示位置を求める位置検出装置において、
   前記位置指示器は、
   前記位置指示器のペン先側の先端部分に位置する位置指示部に配置した複数の電極と、
   前記複数の電極の中から予め決められたパターンに基づいて送信する交流信号を供給する電極を選択する切替回路と、
   前記タブレットで位置を検出させるための信号と、前記複数の電極についての前記切替回路による選択の状態を示す符号情報とを含む前記交流信号を生成する信号発生器と、
   を備え、
   前記切替回路により選択された前記電極から、前記信号発生器で生成された前記交流信号を送信するものであり、
   前記タブレットは、
   前記位置指示器から送信される前記交流信号を受信する平板状に配設された複数電極と、
   前記複数電極により受信される前記交流信号に含まれる前記符号情報を抽出する抽出手段と、
   前記複数電極により受信される前記交流信号に含まれる連続信号の区間において前記平板状に配設された複数電極のそれぞれに誘導される信号レベルの分布より前記位置指示器からの信号源のタブレット面における座標位置を求める信号位置検出手段と、
   前記抽出手段で抽出される前記符号情報ごとに、対応する前記連続信号の区間において前記信号位置検出手段で求められた複数の前記座標位置より、前記位置指示器のタブレット面に対する垂直方向を軸とした回転角を計算する回転角計算手段と
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記位置指示器において、
   前記位置指示部には、前記複数の電極として第１の電極および第２の電極を配置し、
   前記切替回路は、前記第１および第２の電極を交互に選択して前記交流信号を供給するものであることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記位置指示器において、
   前記位置指示部には、前記複数の電極として第１の電極および第２の電極を配置し、
   前記切替回路は、前記第１の電極と前記第２の電極との両方を選択する状態と、前記第１の電極のみを選択する状態とに切り替えることができるものであり、
   前記タブレットにおいて、
   前記信号位置検出手段は、前記抽出手段で抽出された前記符号情報が、前記第１の電極と前記第２の電極との両方を選択している状態を示しているときには、前記第１の電極と前記第２の電極の中間位置に相当する座標位置を第１の座標位置として求め、前記符号情報が前記第１の電極のみを選択している状態を示しているときには、前記位置指示器の前記第１の電極の位置に相当する座標位置を第２の座標位置として求め、
   前記回転角計算手段は、前記信号位置検出手段により求められた、前記第１の座標位置と前記第２の座標位置より前記位置指示器のタブレット面に対する垂直方向を軸とした回転角を計算するようにした、
   ことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
4. 交流信号を送信する位置指示器と、タブレットとの容量結合によって、前記位置指示器のタブレット上での指示位置を求める位置検出装置において、
   前記位置指示器は、
   前記位置指示器のペン先側の先端部分に位置する位置指示部に配置した少なくとも３つの電極と、
   前記少なくとも３つの電極の中から予め決められたパターンに基づいて送信する交流信号を供給する電極を選択する切替回路と、
   前記タブレットで位置を検出させるための信号と、前記少なくとも３つの電極についての前記切替回路による選択の状態を示す符号情報とを含む前記交流信号を生成する信号発生器と、
   を備え、
   前記切替回路により選択された前記電極から、前記信号発生器で生成された前記交流信号を送信するものであり、
   前記タブレットは、
   前記位置指示器から送信される前記交流信号を受信する平板状に配設された複数電極と、
   前記複数電極により受信される前記交流信号に含まれる前記符号情報を抽出する抽出手段と、
   前記複数電極により受信される前記交流信号に含まれる連続信号の区間において前記平板状に配設された前記複数電極のそれぞれに誘導される信号レベルの分布より前記位置指示器からの信号源のタブレット面における座標位置と信号強度とを求める信号位置検出手段と、
   前記抽出手段で抽出される前記符号情報ごとに、対応する前記連続信号の区間において前記信号位置検出手段で求められる少なくとも３つの前記座標位置および少なくとも３つの前記信号強度より、前記位置指示器の前記タブレット面に対する傾斜角度を計算する傾斜角度計算手段と
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
5. 前記位置指示器の前記切替回路が、前記少なくとも３つの電極の中から予め決められた順番で１つを選択するようにしたことを特徴とする、請求項４記載の位置検出装置。
6. タブレットとの容量結合によってタブレット上での指示位置を入力するために用いる位置指示器であって、
   ペン先側の先端部分に位置する位置指示部に配置してタブレットに対して信号を送信する複数の電極と、
   前記複数の電極の中から予め決められたパターンに基づいて送信する交流信号を供給する電極を選択する切替回路と、
   前記タブレットで位置を検出させるための信号と、前記複数の電極についての前記切替回路による選択の状態を示す符号情報とを含む前記交流信号を生成する信号発生器と、
   を備え、
   前記切替回路により選択された前記電極から、前記信号発生器で生成された前記交流信号を送信することを特徴とする位置指示器。
7. 前記位置指示部には、前記複数の電極として第１の電極および第２の電極を配置し、
   前記切替回路は、前記第１および第２の電極を交互に選択して前記交流信号を供給するものであることを特徴とする請求項６記載の位置指示器。
8. 前記位置指示部には、前記複数の電極として第１の電極および第２の電極を配置し、
   前記切替回路は、前記第１の電極と前記第２の電極との両方を選択する状態と、前記第２の電極のみを選択する状態とに切り替えることができるものであることを特徴とする請求項６記載の位置指示器。
9. 前記複数の電極は、前記位置指示部であって、かつ、ペン軸方向に垂直な面上に、設けられることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の位置指示器。
10. 前記位置指示部には荷重に応じて移動可能な芯体を備え、前記複数の電極が、前記芯体と一体に構成される、ことを特徴とする請求項９記載の位置指示器。
11. 前記位置指示部は、芯体を収納する筐体を備え、前記複数の電極が、前記筐体の先端部に設けられる、ことを特徴とする請求項９記載の位置指示器。

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