JPH0253128A - 位置検出装置 - 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、位置指示器の指定位置を検出する位置検出装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来の位置検出装置としては、磁歪伝達媒体の一端又は
位置指示器の先端に設けた駆動コイルにパルス電流を印
加して前記磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生起させた時点
より、位置指示器の先端又は磁歪伝達媒体の一端に設け
た検出コイルに前記磁歪振動波に基づく誘導電圧を検出
するまでの時間を処理装置等でｎ１定し、これより位置
指示器の指・定位置を算出する如くなしたものがあった
。

また、従来の他の位置検出装置としては、複数の駆動線
と検出線とを互いに直交して配置し、駆動線に順次電流
を流すとともに検出線を順次選択して誘導電圧を検出し
、フェライトのような磁性体を有する位置指示器で指定
した位置を大きな誘導電圧が誘起された検出線の位置よ
り検出するようになしたものがあった。

（発明が解決しようとする課題） 前者の装置では位置検出精度は比較的良好であるが、タ
イミング信号等を授受するために位置指示器と処理装置
等との間にコードを必要とし、その取扱いが著しく制限
されるとともに、位置指示器を磁歪伝達媒体に対して垂
直に保持し且つかなり近接させて使用しなければならな
かった。

また、後者の装置では位置指示器をコードレスとするこ
とはできるが、座標位置の分解能が線の間隔で決まり、
分解能を上げるために線の間隔を小さくするとＳＮ比及
び安定度が悪くなり、従って分解能を上げることが困難
であり、また、駆動線と検出線の交点の真上の位置検出
が困難であり、さらに位置指示器を線に極く接近させな
ければならないという問題点があった。

本発明は位置指示器がどこにも接続されず操作性が良く
、高精度な位置検出が可能な位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明では前記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するとともに該多数のループコ
イルの両端に多数のコンデンサをそれぞれ接続してなる
位置検出部と、前記多数のループコイルに所定の周波数
の交流信号を供給する信号発生回路と、コイルとコンデ
ンサを含み、前記所定の周波数を同調周波数とする同調
回路を有する位置指示器と、前記多数のループコイルよ
り一のループコイルを選択する選択回路と、前記選択回
路に選択情報を送出して前記多数のループコイルにそれ
ぞれ発生する電圧を順次検出し、該多数の電圧より位置
指示器の指定位置を算出する処理装置とからなる位置検
出装置、並びに多数のループコイルをＸ方向及びＸ方向
に並設するとともに該Ｘ方向及びＸ方向の多数のループ
コイルの両端に多数のコンデンサをそれぞれ接続してな
るＸ方向及びＸ方向の位置検出部と、前記Ｘ方向及びＸ
方向の多数のループコイルに所定の周波数の交流信号を
供給する信号発生回路と、コイルとコンデンサを含み、
前記所定の周波数を同調周波数とする同調回路を有する
位置指示器と、前記Ｘ方向及びＸ方向の多数のループコ
イルよりＸ方向及びＸ方向の一のループコイルを選択す
るＸ方向及びＸ方向の選択回路と、前記Ｘ方向及びＸ方
向の選択回路にＸ方向及びＸ方向の選択情報を送出して
前記Ｘ方向及びＸ方向の多数のループコイルにそれぞれ
発生する電圧を順次検出し、該Ｘ方向及びＸ方向の多数
の電圧より位置指示器のＸ方向及びＸ方向の指定位置を
算出する処理装置とからなる位置検出装置を提案する。

（作　用） 本発明によれば、位置検出部の多数のループコイル及び
多数のコンデンサには信号発生回路より発生される所定
の周波数の交流信号が加えられて共振し、該多数のルー
プコイルからはそれぞれ電波が発生される。該電波は位
置検出部上で位置指定を行なう位置指示器の同調回路内
のコイルに受信されるが、この際、ループコイル及びコ
ンデンサ中の電磁エネルギーは位置指示器の同調回路に
移動、即ち吸収され、該同調回路に前記交流信号に同期
した誘導電圧を発生させるとともに、コンデンサの両端
間の電圧を低下させる。

前記電磁エネルギーの移動はループコイルと位置指示器
のコイルとの電磁結合によって行なわれるため、前記コ
ンデンサの両端間の電圧はループコイルと位置指示器の
コイルとの距離に依存し、該距離が小さい程、小さくな
る。従って、位置指示器を置いた位置（指定位置）に最
も近いループコイルに対応するコンデンサの両端間の電
圧を最小として、該指定位置から離れるに従って徐々に
大きくなる電圧が各コンデンサの両端間に発生する。

前記多数のコンデンサの両端間の電圧は選択回路を介し
て順次検出され、さらに処理装置により演算処理され、
その値が最小となる位置、即ち位置指示器の指定位置の
座標値が求められる。

なお、位置指示器を位置検出方向に直交する方向に沿っ
て動かしても、各ループコイルと位置指示器との距離は
変わらないので、同一の座標値が得られる。

また、本発明によれば、Ｘ方向及びＹ方向において、ル
ープコイルと位置指示器のコイルとの間の電磁結合に基
づく各コンデンサの両端間の電圧が求められ、これより
位置指示器のＸ方向及びＹ方向のいわゆる２次元の指定
位置の座標値が求められる。

（実施例） 第１図は本発明の位置検出装置の第１の実施例を示すも
ので、図中、１は位置検出部、２は信号発生回路、３は
位置指示器、４は選択回路、５は処理装置である。

位置検出部１は、互いに平行な導体を有する多数、例え
ば４８本のループコイル１１−１．１１−２．・・・・
・・１１−４８が矢印イ方向（以下、位置検出方向と称
す。）に並設され、さらにその各両端間にコンデンサＣ
がそれぞれ接続されてなっている。また、各ループコイ
ル１１−１〜１１−４８は互いに平行で且つ重なり合う
如く配置されるとともに、その一端は全て選択回路４に
接続され、他端は共通に接地されている。また、各ルー
プコイル１１−１〜１１−４８は図面上１ターンで示さ
れているが、実際には２０〜３０ターンで構成されてい
る。なお、コンデンサＣは各ループコイルとともに周知
の共振（同調）回路を構成するためのものであり、その
容量値は各ループコイルの誘導値とともに所定の周波数
ｆＯにおいて電圧と電流の位相が同相で共振（同調）す
る値に設定されている。

信号発生回路２は、前述した所定の周波数の交流信号を
発生し、これを各ループコイル１１−１〜１１−４８に
供給するものであり、抵抗Ｒを介して各ループコイル１
１−１〜１１−４８に接続されている。

位置指示器３は、位置検出部１上で位置を指定するため
のものであり、コイルとコンデンサを含む同調回路３１
を内蔵している。

第２図は位置指示器（以下、ペンと称す。）３の詳細な
構造を示すもので、合成樹脂等の非金属素材からなるペ
ン軸３２の内部にその先端寄りから、ボールペン等の芯
体３３と、該芯体３３を摺動自在に収容し得る透孔を備
えたフェライトコア３４と、コイルバネ３５と、スイッ
チ３１１　、　　フェライトコア３４の周囲に巻回され
たコイル３１２゜コンデンサ３１３からなる同調回路３
１とが一体的に組合されて内蔵され、その後端にはキャ
ップ３６が取付けられてなっている。

前記コイル３１２とコンデンサ３１３は第３図にも示す
ようにスイッチａｌｌを介して互いに直列に接続されて
おり、該スイッチ３１１がオンとなった時、周知の共振
回路を構成する如くなっている。該コイル３１２及びコ
ンデンサ３１３の数値は所定の周波数ｆＯにおいて、電
圧と電流の位相が同相で共振（同調）する値に設定され
ている。なお、スイッチ３１１はペン軸３２を手等で保
持し、芯体３３の先端を位置検出部１の入力面（図示せ
ず）に押付けることによってペン軸３２内に押込むと、
その後端によりコイルバネ３５を介して押圧され、オン
となる如くなっている。

選択回路４は、前記多数のループコイル１１−１〜１１
−４８より一のループコイルを選択するものであり、処
理装置５からの選択情報に基づいて一のループコイルを
選択し、その信号を処理装置５に出力する如くなってい
る。

第３図は同調回路３１及び処理装置５の詳細とともに装
置全体の構成を示すもので、図中、５１は制御回路、５
２は増幅器、５３は検波器、５４は低域フィルタ（Ｌ　
Ｐ　Ｆ）であり、これらは処理装置５を構成する。

制御回路５１は周知のマイクロプロセッサ等より構成さ
れ、位置検出部１の各ループコイルの切替を制御すると
ともに、低域フィルタ５４からの出力値をアナログ・デ
ィジタル（Ａ／Ｄ）変換し、後述する演算処理を実行し
てベン３による指定位置の座標値を算出する。

次に、動作について説明する。

位置検出部１の各ループコイル１１−１〜１１−４８及
びコンデンサＣには前述したように信号発生回路２より
所定の周波数ｆＯ１例えば５００ｋＨｚの交流信号（例
えば正弦波信号）が供給されており、各ループコイル１
１−１〜１１−４８及びコンデンサＣは該周波数ｆＯで
共振し、電波を発生する。

ここで、位置検出部１上にてベン３が略直立状態に保持
され且つそのスイッチ３１１がオンとなっていると、各
ループコイル１１−１〜１１−４８及びコンデンサＣの
電波はベン３のコイル３１２に受信されるが、この際、
各ループコイル１１−１〜１１−４８及びコンデンサＣ
中の電磁エネルギーはベン３の同調回路３１に移動、即
ち吸収され、該同調回路３１に前記交流信号に同期した
周波数ｆＯの誘導電圧を発生させるとともに、各ループ
コイル１１−１〜１１−４８に対応したコンデンサＣの
両端間の電圧を低下させる。

前記電磁エネルギーの移動は各ループコイル１１−１〜
１１−４８とベン３のコイル３１２との電磁結合によっ
て行なわれるため、ループコイル１１−１〜１１−４８
に対応したコンデンサＣの両端間の電圧はループコイル
１１−１〜１１−４８とベン３のコイル３１２との距離
に依存し、該距離が小さい程、小さくなる・。

従って、ベン３を置いた位置（指定位置）に最も近いル
ープコイルに対応したコンデンサＣの両端間の電圧を最
小として、該指定位置から離れるに従って徐々に大きく
なる電圧が各ループコイル１１−１〜１１−４８に対応
したコンデンサＣの両端間に発生する。

各ループコイル１１−１〜１１−４８に対応したコンデ
ンサＣの両端間の電圧は制御回路５１よりの選択情報に
基づいて切替えられる選択回路４を介して増幅器５２に
順次入力され増幅され、検波器５３で検波・整流され、
さらに遮断周波数の充分低い低域フィルタ５４にて直流
電圧に変換され、制御回路５１に送出される。

第４図は各ループコイルに対応したコンデンサＣの両端
間の電圧の一例を示すもので、ここではベン３による指
定位置を含む一部のループコイルに対応するコンデンサ
Ｃの両端間の電圧値を示す。

図中、横軸は位置検出方向（以下、これをＸ方向と称す
。）の座標位置を示し、ｘ１〜ｘ８はループコイル１１
−１〜１１−８のＸ方向における座標値を表わし、また
、縦軸は電圧値を示し、ｖｌ〜Ｖ８はループコイル１１
−１〜１１−８の両端間の電圧値を表わしている。

制御回路５〕は各ループコイル１１−１〜１１−４８に
対応するコンデンサＣの両端間の直流電圧を前記選択情
報に同期して読取り、Ａ／Ｄ変換し、これらのディジタ
ル値を一時記憶し、そのうちの最小値が所定のレベル以
下か否かをチエツクし、所定レベル以下、即ちベン３に
よる位置指定がなされていれば、後述する演算処理を実
行してベン３による指定位置の座標値を算出し、以下、
これを繰返す。

なお、検出電圧の最小値が所定レベル以下でなければベ
ン３による位置指定がなされていないと判断し−て以後
の座標計算等を停止させる。

座標値ｘｐを求める算出方法の一つとして、前記検出電
圧Ｖｉ　−Ｖ４ｇの極小値付近の波形を適当な函数で近
似し、その函数の極小値の座標を求める方法がある。

例えば第４図において、最小値の検出電圧Ｖ４と、その
両側の検出電圧ｖ３及びＶ５を２次函数で近似すると、
次のようにして算出することができる（但し、各ループ
コイル１１−１〜１１−４８の中心位置の座標値をｘ１
〜ｘ４８とし、その間隔をΔＸとする。）。まず、各電
圧と座標値より、 Ｖ３−ａ　（ｘ３−ｘｐ　）　　　＋ｂ　　　　−−（
１）Ｖ４−ａ（ｘ４−ｘｐ）　　＋ｂ　　　　−・”（
２）Ｖ５−ａ（ｘ５−ｘｐ）　　　＋ｂ　　　　−−−
−−−（３）となる。ここで、ａ、ｂは定数（ａｇｏ）
である。

また、 ｘ４−ｘ３−Δｘ　　　　　　　　　　＝　＝１（４）
ｘ５−ｘ３−２ΔＸ　　　　　　　　・・・・・・（５
）となる。（４）、（５）式を（２）　、　（３）式に
代入して整理すると、 ｘｐ−ｘ３＋Δｘ／２　　（（３Ｖ３−４Ｖ４＋Ｖ５　
）　／　（Ｖ３−２Ｖ４　＋ｖ５　）　１・・・・・・
（６） となる。

従って、各検出電圧ｖ１〜Ｖ４８より最小値の検出電圧
及びその前後の検出電圧を抽出し、これらと該最小値の
検出電圧が得られたループコイルの１つ前のループコイ
ルの座標値（既知）とから前述した（６）式に相当する
演算を行なうことにより、ベン３の指定位置の座標値ｘ
ｐを算出できる。

なお、ベン３の同調回路３１によって両端間の電圧値が
低下するコンデンサに対応するループコイルは該ベン３
が置かれた位置を中心としてその前後の数本のみであり
、また、前述したように位置検出に必要な電圧値は最小
値を示す電圧値とその前後の電圧値との３つの値である
から、制御回路５１は２回目以降の位置検出においてル
ープコイル１１−１〜１１−４８のうち、最小の電圧値
が得られたループコイルを中心としてその前後の一定数
、例えば１０本のループコイルのみを選択する情報を選
択回路４に送出し、前記同様にして電圧値を得てベン３
に対する位置検出を行なうようにしても良い。

第５図は本発明の第２の実施例を示すもので、ここでは
、Ｘ方向及びＹ方向の位置検出を行なう例を示す。即ち
、図中、１ａ及び１ｂはＸ方向及びＹ方向の位置検出部
で、第１の実施例における位置検出部１が２組、そのル
ープコイルが互いに直交する如く重ね合わされたもので
ある。また、４ａ及び４ｂはＸ方向及びＹ方向の選択回
路、５２ａ及び５２ｂはＸ方向及びＹ方向の増幅器であ
り、それぞれ第１の実施例における選択回路４、増幅器
５２と同様な構成を有している。

５５はＸＹ切替回路であり、信号発生回路２から入力さ
れる正弦波信号を位置検出部１ａ又は１ｂのいずれか一
方に加え、位置検出する方向を選択するためのものであ
る。また、５６は受信信号切替回路であり、増幅器５２
ａ又は５２ｂからの受信信号を検出する方向に対応して
検波器５３に加えるためのものである。また、５１ａは
制御回路であり、ｘｙ切替回路５５及び受信信号切替回
路５６を制御し、Ｘ方向及びＹ方向の位置検出を交互に
行なわせるようになした点を除いて前記制御回路５１と
同様である。従って、本実施例によれば、ベン３に対す
るＸ方向及びＹ方向の２方向の位置（座標）検出が容易
にできる。なお、その他の構成・作用は第１の実施例と
同様である。

また、実施例中のループコイルの本数やその並べ方は一
例であり、これに限定されないことはいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、位置検出部の多数
のループコイル及び多数のコンデンサに所定の周波数の
交流ｔＷ号を加えて電波を発生させ、該所定の周波数を
同調周波数とする位置指示器の同調回路により前記電波
を吸収させることによって各ループコイルに対応するコ
ンデンサの両端間の電圧を変化させ、該多数の電圧より
位置指示器の指定位置を算出するようになしたため、多
数のループコイル及び多数のコンデンサには交流信号を
常時加えるのみで良くその駆動回路が簡単となり、また
、各コンデンサの両端間の電圧の読取り速度は処理装置
の処理能力に合わせて任意に設定でき、また、位置検出
部側及び位置指示器側ともコイル及びコンデンサからな
る同調回路を構成しているため位置検出の精度が高く、
また、位置指ポロ側にはコイルとコンデンサを主要な要
素とする同調回路を設けるのみで良く、コードが不要と
なり且つ電池や磁石等の重量のある部品が不要となり、
その分、操作性が良くなる。また、位置検出部には特別
な部品を必要としないため、大型化でき、電子黒板等へ
の適用が可能となり、また、得られた誘導電圧に対する
演算処理の精度を上げることによって、位置検出精度を
上げることもできる。また、位置検出部をＸ方向及びＹ
方向に設けたものによれば、Ｘ方向及びＹ方向の２方向
の位置検出が可能となる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置検出装置の第１の実施例を示す構
成図、第２図は位置指示器の断面図、第３図は位置指示
器の同調回路、処理装置の詳細とともに装置全体の構成
を示す図、第４図はループコイルより得られる検出電圧
の一例を示す図、第５図は本発明の第２の実施例を示す
装置全体の構成図である。 １・・・位置検出部、１１−１〜１１−４８・・・ルー
プコイル、２・・・信号発生回路、３・・・位置指示器
、４・・・選択回路、５・・・処理装置、３１・・・同
調回路、１ａ及び１ｂ・・・Ｘ方向及びＹ方向の位置検
出部、４ａ及び４ｂ・・・Ｘ方向及びＹ方向の選択回路
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数のループコイルを位置検出方向に並設すると
   ともに該多数のループコイルの両端に多数のコンデンサ
   をそれぞれ接続してなる位置検出部と、 前記多数のループコイルに所定の周波数の交流信号を供
   給する信号発生回路と、 コイルとコンデンサを含み、前記所定の周波数を同調周
   波数とする同調回路を有する位置指示器と、 前記多数のループコイルより一のループコイルを選択す
   る選択回路と、 前記選択回路に選択情報を送出して前記多数のループコ
   イルにそれぞれ発生する電圧を順次検出し、該多数の電
   圧より位置指示器の指定位置を算出する処理装置と からなる位置検出装置。
2. （２）多数のループコイルをＸ方向及びＹ方向に並設す
   るとともに該Ｘ方向及びＹ方向の多数のループコイルの
   両端に多数のコンデンサをそれぞれ接続してなるＸ方向
   及びＹ方向の位置検出部と、前記Ｘ方向及びＹ方向の多
   数のループコイルに所定の周波数の交流信号を供給する
   信号発生回路と、 コイルとコンデンサを含み、前記所定の周波数を同調周
   波数とする同調回路を有する位置指示器と、 前記Ｘ方向及びＹ方向の多数のループコイルよりＸ方向
   及びＹ方向の一のループコイルを選択するＸ方向及びＹ
   方向の選択回路と、 前記Ｘ方向及びＹ方向の選択回路にＸ方向及びＹ方向の
   選択情報を送出して前記Ｘ方向及びＹ方向の多数のルー
   プコイルにそれぞれ発生する電圧を順次検出し、該Ｘ方
   向及びＹ方向の多数の電圧より位置指示器のＸ方向及び
   Ｙ方向の指定位置を算出する処理装置と からなる位置検出装置。