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JP4540088B2 - 位置検出装置 - Google Patents

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JP4540088B2
JP4540088B2 JP2001254453A JP2001254453A JP4540088B2 JP 4540088 B2 JP4540088 B2 JP 4540088B2 JP 2001254453 A JP2001254453 A JP 2001254453A JP 2001254453 A JP2001254453 A JP 2001254453A JP 4540088 B2 JP4540088 B2 JP 4540088B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータに図形や文字を入力するために用いられる位置検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の位置検出装置として、特開昭63−70326号公報に開示されたものがある。
【0003】
前述した位置検出装置では、タブレットと位置指示器との間で電波をやりとりすることにより、その位置指示器による指示位置の座標値を求めるようにしている。これによれば、タブレット内の位置検出方向に並設された複数のループコイルを順次選択して電波を放射するとともに、位置指示器に設けられた共振回路から再放射される電波を受信し、その受信信号強度の分布より指示位置の座標値を求めるようにしていた。
【0004】
この種の位置検出装置は、コンピュータの入力装置として表示装置であるCRTモニタとともに使用されることが多い。このCRTモニタは、電子ビームを強力な磁界により制御しているため、強い電磁ノイズを放射している。そのため、前述したような位置検出装置では、CRTモニタから放射されるノイズの影響を受け、座標値を安定して検出できないという問題があった。
【0005】
また、この種の位置検出装置では、CRTモニタからのノイズの外に、ラジオ放送局からの電波の影響を受けることがあった。
【0006】
このような外来ノイズの影響を少しでも緩和するため、前述した従来例では、1本のループコイルにつき複数回の送受信を行い、平均化することによりノイズの影響を減らすようになしていた。また、受信回路として目的の周波数成分のみを強く受信するためのバンドパスフィルタを設けていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CRTモニタからのノイズやラジオ局からの電波に含まれる周波数成分が、タブレットにおいて受信しようとする周波数と一致する場合には、前述した手法ではその影響を取り除くことは困難であった。
【0008】
本発明は、このような問題点に対して、外来ノイズの周波数成分が受信しようとする周波数と一致する場合においても、ノイズの影響を受け難く、座標値を安定して検出できる位置検出装置を提供することを目的とする。
【0009】
【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、少なくともコイルとコンデンサを含む共振回路を備えた位置指示器と、位置検出方向に並設された複数のループコイルを備え、位置指示器に対して所定の周波数の電磁波を送受信した時に前記複数のループコイルに発生する受信信号のレベルより位置指示器による指示位置の座標値を求めるタブレットとからなる位置検出装置において、タブレットに、位置指示器に対する電磁波の送受信を同一のループコイルを選択した状態で少なくとも2回続けて行う送受信制御手段と、前記電磁波の送受信を少なくとも2回続けて行う際の各回の送受信における信号の位相差を制御する位相差制御手段と、ループコイルに発生する受信信号を前記位相制御した信号を検波クロックとして同期検波する同期検波回路と、前記同期検波して得られた少なくとも2回の電磁波の送受信に基づく少なくとも2つの受信信号のレベルの平均値または合計値を計算する信号レベル処理手段とを設けたことを特徴とする。
【0010】
前記構成によれば、少なくとも2回続けて行う送受信の際に位置指示器とタブレットとの間でやりとりされる信号の各回毎の位相差を調節する機能を備えている。このため、これらの送受信によって得られた信号レベルの平均または合計を求める際にノイズの影響が互いにキャンセルされるように位相差を調整することができ、外来ノイズの影響を受けない安定した座標検出が可能となる。
【0011】
ここで、前記位相差制御手段は、電磁波の送受信の開始タイミングを各回毎に変化させることによって実現でき、簡単な構成で実現できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
(第1の実施の形態の構成)
図1は本発明の位置検出装置の第1の実施の形態を示すものである。
【0013】
図1において、1は位置検出部であり、複数、ここでは40本のループコイルがX軸方向及びY軸方向にそれぞれ、ループコイルX1〜X40及びループコイルY1〜Y40として配置されてなっている。これらのループコイルは各ループコイルを選択する選択回路2に接続されている。
【0014】
前記選択回路2は送受切替回路3に接続され、該送受切替回路3の受信側(R)は増幅回路4に接続され、この増幅回路4の出力は同期検波回路5に接続されている。また、同期検波回路5の出力は積分回路6に接続され、この積分回路6の出力はAD変換回路7に接続され、さらにこのAD変換回路7の出力はCPU(中央処理装置)8に接続されている。
【0015】
また、9は位置検出部1から放射しようとする所定の周波数f0のちょうど32倍の周波数で発信する発振回路である。発振回路9はCPU8、カウンタ回路10及びスイッチ回路11にそれぞれ接続されている。カウンタ回路10の出力はスイッチ回路11に接続されている。
【0016】
スイッチ回路11の出力は分周比1/32の分周回路12に接続され、該分周回路12の出力は送受切替回路3の送信側(T)に接続され、位置検出部1中の選択されたループコイルから周波数f0の交流磁界が放射される。また、分周回路12の出力は同期検波回路5の検波クロック入力端子にも接続されている。
【0017】
CPU8は、後述する各種の制御信号(情報)を選択回路2、送受切替回路3、積分回路6、AD変換回路7及びカウンタ回路10にそれぞれ送出する。
【0018】
これらの符号1〜12で示される要素によりタブレットが構成される。
【0019】
また、図1において、13は位置指示器であり、その内部にはコイル14、筆圧センサ15及び筆圧検出回路16が設けられている。コイル14は図示しないコンデンサと接続されて周波数f0の共振回路をなしている。筆圧検出回路16はICを含む電子回路によって構成され、筆圧センサ15からのアナログ信号を時分割のデジタル信号に変換して、このデジタル信号をコイル14を通して位置検出部1に返信している。この位置指示器の動作については、例えば特開平5−313439号公報において開示されているので、ここでは省略する。
【0020】
図2は同期検波回路の具体的構成の一例を示すもので、アナログスイッチ、オペアンプ及び抵抗素子(R1,R2)を用いた周知の回路である。図3は図2の同期検波回路の動作の一例を示す波形図である。検波クロックが正の半サイクルの時は入力信号が非反転で出力され、負の半サイクルの時は入力信号が反転されて出力される。従って、この出力信号を一定期間積分すれば、目的とする周波数成分、即ち検波クロックの周波数成分のみを取り出すことができる。
【0021】
図4はカウンタ回路の具体的構成の一例を示すもので、図中、101はカウンタ、102はコンパレータ、103はフリップフロップである。
【0022】
カウンタ101のクロック端子は発振回路9と接続され、出力端子Q0〜Q5はコンパレータ102の入力端子A0〜A5に接続されている。コンパレータ102の入力端子B0〜B5はCPU8と接続され、出力端子はフリップフロップ103のリセット端子に接続されている。フリップフロップ103のクロック端子はCPU8と接続され、D端子は電源(ハイレベル)と接続され、Q出力端子はカウンタ101のリセット端子及びスイッチ回路11に接続されている。
【0023】
前記構成において、CPU8からのトリガパルスがフリップフロップ103に入ると、その立ち上がりエッジで出力端子Qが立ち上がり、カウンタ101は発振回路9の発振信号のカウント動作を開始する。コンパレータ102の入力端子B0〜B5には予めCPU8から所定の値が入力・設定されており、この値とカウンタ101の計数値が一致すると、コンパレータ102の出力端子が立ち上がる。この立ち上がりのタイミングでフリップフロップ103がリセットされるため、フリップフロップ103のQ出力、即ちカウンタ回路10の出力は、発振回路9の発振信号をちょうどCPU8から設定された値(0から31の範囲)だけカウントした時間に相当する幅のパルス信号となる。
【0024】
(第1の実施の形態の動作)
まず、位置指示器13が位置検出部1のどの位置に置かれたかをおおよそ検出するための全面スキャン動作が従来の装置の場合と同様に行われる。
【0025】
この全面スキャン動作は、X軸方向及びY軸方向の各40本のループコイルの全てを順次切り替えながら電波を送受信し、所定値以上の信号レベルが受信されるかどうかを検出し、さらに信号レベルが最も大きいループコイル(ピークコイル)を抽出する。
【0026】
この全面スキャン動作は、位置指示器13がおよそどの位置に置かれているのかを最初に検出するためのものであるから外来ノイズによる影響は問題とならない。従って、この全面スキャン動作の期間中、CPU8はスイッチ回路11を常にオン状態とするようにカウンタ回路10を制御する、具体的にはカウンタ回路10にトリガパルスを供給しない。
【0027】
次に、上記全面スキャン動作によって位置指示器13のおおよその位置が分かった後の部分スキャン動作について説明する。
【0028】
図5、図6は本実施の形態における部分スキャン動作時の各部の信号波形を示すもので、図5は説明のため全面スキャン動作の場合と同様にカウンタ回路10にトリガパルスを供給せず、スイッチ回路11を常にオン状態に保持して本来の作用が現れないようにした時の波形図、図6は本発明による実際の動作時の波形図である。
【0029】
図5、図6中、aは位置検出部1のループコイルからの送信信号、bは位置指示器13からの受信信号、cは増幅回路4からの出力信号、dは同期検波回路5に供給される検波クロック信号、eはCPU8からカウンタ回路10に入力されるトリガパルスである。また、fはCRTモニタから飛び込んでくるノイズであり、このノイズは周波数f0成分を多く含んでいる。また、gは同期検波回路5の出力信号、hは積分回路6の出力信号である。これらの各信号a〜hは図1における(a)〜(h)にそれぞれ対応している(但し、fは除く)。
【0030】
図5、図6では位置指示器がループコイルX7付近に置かれている場合のX方向の部分スキャン動作について示している。CPU8は後述するように、ループコイルX7を中心とする前後5本のループコイルX5〜X9について順次切り替えながら各ループコイルにおける位置指示器13からの信号レベルを検出する。この時、1本のループコイルについて2回の送受信を行い、2回の信号レベル(AD変換回路7の出力値)の平均値により座標計算を行う。
【0031】
ここで、1回の送受信は3つの動作ステップ(期間)がある。
【0032】
まず、CPU8は選択回路2にループコイルX7を選択させるとともに送受切替回路3を送信側(T)に切り替える。これによりループコイルX7からは周波数f0の信号が位置指示器13に対して送信される。
【0033】
次に、CPU8は選択回路2にループコイルX5を選択させるとともに送受切替回路3を受信側(R)に切り替える。これにより位置指示器13からの信号がループコイルX5から検出され、同期検波回路5を経由して積分回路6に入力される。
【0034】
さらに、CPU8は送受切替回路3を送信でも受信でもない側(N)に切り替える。これにより位置指示器13からの信号は積分回路6に入力されなくなるので、積分回路6は一定の出力値を保持する。この間にCPU8はAD変換回路7を動作させ、その出力値を信号レベルとして読み取る。
【0035】
CPU8は同様にして、送信時にはループコイルX7を選択し受信時にはループコイルX5を選択してもう一度送受信動作を行う。これによりループコイルX5に対する信号レベルの検出が完了する。
【0036】
また、CPU8はループコイルX6〜9についても、信号レベルの検出のための動作を前記同様にして実行する。また、ここでは省略したが、CPU8は前述したX方向の部分スキャン動作に引き続き、Y方向のピークコイルを中心とするY方向の5本のループコイルについて前記同様な動作(Y方向の部分スキャン動作)を行わせる。
【0037】
CRTモニタからのノイズは周波数f0成分を多く含んでおり、図5に示した例の場合、検波出力信号gにはノイズパルスが図示の如く現れる。このノイズパルスは積分回路6によって積算され、検出される各信号レベルに影響を与えるので、位置指示器13の指示位置を正確に求めることができない。
【0038】
次に、本発明による実際の動作、即ちCPU8からカウンタ回路10にトリガパルスeを供給した場合の部分スキャン動作について図6を用いて説明する。
【0039】
図6において、各ループコイルにつき1回目の送受信が終わり、送受切替回路3の状態をNとしている期間にCPU8はカウンタ回路10に対し予め設定してておいた最適値を設定する。続いてCPU8はカウンタ回路10にトリガパルスを出力する。
【0040】
カウンタ回路10は図4において説明したように、該トリガパルスが入力されてから、前記予め設定された値のクロック数に相当する幅のパルス信号を出力する。このパルス信号はスイッチ回路11に入力され、該パルス幅の期間だけ、スイッチ回路11はオフ状態となり、分周回路12の動作がその期間だけ停止する。即ち、1回目の送受信と2回目の送受信との間に前記パルス幅に相当するわずかな遅延が発生する。
【0041】
この遅延時間は発振回路9からのクロックを0〜31の範囲でカウントしたものであるから、周波数f0の1サイクルの範囲となる。この動作は本発明の特徴の一つである。
【0042】
前述したCPU8からカウンタ回路10に設定する最適値として、CRTノイズeと検波クロックdとの位相関係が送受信の1回目と2回目とでちょうど反転した関係となる値とすることにより、同期検波回路5の出力に現れるCRTノイズの極性を送受信の1回目と2回目とで反対にすることができる。従って、これらの同期検波回路5の出力に基づくAD変換回路7の出力値を平均化または加算すればCRTノイズの影響を打ち消し合わせることが可能となり、正確な座標値の算出が可能となる。
【0043】
図7は1回目の送受信と2回目の送受信との間を時間調整することにより、ノイズの影響をキャンセルできる原理について示したものである。
【0044】
上述した第1の実施の形態における位置検出動作全体の処理の流れを図8に、また、図8中の部分ループコイル選択・信号送受動作の処理の流れ(但し、Y方向の動作についてはX方向の場合と同様であるから省略した。)を図9に示す。なお、図9において、iは送信時に選択するループコイル(即ち、ピークコイル)の番号、kは受信時に選択するループコイルの番号、mは同一受信コイル選択時の送受信の回数、nは受信コイルを変えた場合の送受信の回数を表している。
【0045】
(第1の実施の形態の拡張)
本実施の形態では、前記時間調整をクロックをカウントすることにより行っているが、他の方法を用いても良い。また、同期検波回路としてアナログスイッチを用いて極性を切り替えるようにしているが、アナログ乗算器等を用いても良い。
【0046】
また、本実施の形態では、送信周波数f0の32倍の周波数のクロックでカウントするようにしているが、これに限定されるものではなく、他の周波数のクロックを用いても良い。
【0047】
また、本実施の形態では、外来ノイズとしてCRTモニタの場合についてその効果を説明したが、f0に近い周波数で送信されるラジオ放送局付近においても、上記説明と全く同じ原理によりラジオ電波の影響をキャンセルすることができる。また、それ以外でも予めノイズ源が分かっていれば、周波数f0の成分を多く含むノイズについて影響をキャンセルすることが可能である。
【0048】
また、本実施の形態では、1回目の送受信終了時のみ時間調整を行っているが、これを1回目と2回目の両方で行っても良い。
【0049】
また、本実施の形態では、1本のループコイルにつき送受信を2回行って平均化しているが、これを4回行って平均化しても良い。4回行う場合には、前述した時間調整を1回目と3回目の送受信終了時に行えば良く、また、毎回行っても良い。
【0050】
さらに、本実施の形態では、1回目と2回目との間の時間調整の長さとして、予め求めておいた値を設定するようにしているが、電源投入時に全ての設定時についてテストし、最もノイズの影響が少なくなる値を自動的に求めて設定できるようにしても良い。
【0051】
[第2の実施の形態]
(第2の実施の形態の構成)
図10は本発明の位置検出装置の第2の実施の形態を示すもので、図中、第1の実施の形態と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【0052】
本実施の形態の構成が第1の実施の形態と異なる点は、同期検波回路〜AD変換回路までの受信部が2系統設けられ、それぞれの同期検波回路に90度位相のずれた検波クロックが供給されている点である。
【0053】
即ち、図10において、20は同期検波回路であり、その入力は増幅回路4の出力に接続され、出力は積分回路21に接続されている。この積分回路21の出力はAD変換回路22に接続され、さらにこのAD変換回路22の出力はCPU8に接続されている。
【0054】
また、23は分周比1/16の分周回路であり、その入力はスイッチ回路11の出力に接続され、その出力は分周比1/2の分周回路24及びクロック生成回路25に接続されている。この分周回路24の出力は送受切替回路3の送信側(T)に接続され、第1の実施の形態の場合と同様に周波数f0の信号を位置検出部1に供給する。
【0055】
また、クロック生成回路25は、f0の2倍の周波数の信号から互いに位相が90°ずれた周波数f0の2つのクロック信号を生成し、これらをそれぞれ同期検波回路5,20に検波クロックとして供給している。
【0056】
これらの符号1〜11,20〜25で示される要素によりタブレットが構成される。
【0057】
また、図10において、26は位置指示器であり、その内部にはコイル27、該コイル27と接続して周波数f0に共振させるための図示しないコンデンサ及び筆圧に応じて静電容量が変化する可変容量コンデンサ28が設けられている。可変容量コンデンサ28もコイル27に接続されており、筆圧に応じて共振周波数をわずかに変化させる如くなっている。
【0058】
(第2の実施の形態の動作)
本実施の形態では、筆圧に応じて受信される信号位相が変化するので、前述した2系統の受信部によりそれぞれの信号レベルを求め、その割合より受信信号の位相角を求め、これにより位置指示器26に加えられた筆圧を求めるようになしている。なお、これらの動作については従来技術で述べた公報やその関連出願に開示されているので、ここでは省略する。
【0059】
この実施の形態の場合も、最初に全面スキャン動作を行い、位置指示器のおおよその位置を求めてから部分スキャン動作を行う点は第1の実施の形態の場合と同様である。第1の実施の形態と異なるのは、図6において、同期検波出力、積分出力がもう1系統存在する点だけである。
【0060】
本実施の形態においてもCPU8からカウンタ回路10に対して予め設定してておいた最適値を設定し、続いて第1の実施の形態の場合と同様にトリガパルスを出力すれば、カウンタ回路10は前記予め設定された値のクロック数に相当する幅のパルス信号を出力する。このパルス信号はスイッチ回路11に入力され、該パルス幅の期間だけ、スイッチ回路11はオフ状態となり、分周回路23,24の動作がその期間だけ停止する。即ち、1回目の送受信と2回目の送受信との間に前記パルス幅に相当するわずかな遅延が発生する。
【0061】
従って、第1の実施の形態の場合と同様に、CRTノイズと検波クロックとの位相関係が送受信の1回目と2回目とでちょうど反転した関係となるため、2つの同期検波回路5,20の出力に現れるCRTノイズの極性を送受信の1回目と2回目とで反対にすることができる。
【0062】
従って、これらの同期検波回路5,20の出力に基づくAD変換回路7,22の出力値を平均化または加算すればCRTノイズの影響を打ち消し合わせることが可能となり、正確な座標値並びに受信信号の位相角の算出が可能となる。
【0063】
上述した第2の実施の形態における位置検出動作全体の処理の流れ、並びに部分ループコイル選択・信号送受動作の処理の流れは、基本的に第1の実施の形態の場合と同様である。
【0064】
(第2の実施の形態の拡張)
本実施の形態では、前記時間調整をクロックをカウントすることにより行っているが、他の方法を用いても良い。また、同期検波回路としてアナログスイッチを用いて極性を切り替えるようにしているが、アナログ乗算器等を用いても良い。
【0065】
また、本実施の形態では、外来ノイズとしてCRTモニタの場合についてその効果を説明したが、f0に近い周波数で送信されるラジオ放送局付近においても、上記説明と全く同じ原理によりラジオ電波の影響をキャンセルすることができる。また、それ以外でも予めノイズ源が分かっていれば、周波数f0の成分を多く含むノイズについて影響をキャンセルすることが可能である。
【0066】
また、本実施の形態では、1回目の送受信終了時のみ時間調整を行っているが、これを1回目と2回目の両方で行っても良い。
【0067】
また、本実施の形態では、1本のループコイルにつき送受信を2回行って平均化しているが、これを4回行って平均化しても良い。4回行う場合には、前述した時間調整を1回目と3回目の送受信終了時に行えば良く、また、毎回行っても良い。
【0068】
さらに、本実施の形態では、1回目と2回目との間の時間調整の長さとして、予め求めておいた値を設定するようにしているが、電源投入時に全ての設定時についてテストし、最もノイズの影響が少なくなる値を自動的に求めて設定できるようにしても良い。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、位置指示器に対する電磁波の送受信を少なくとも2回続けて行うとともに、これらの送受信の間に時間調整を行うことにより、1回目の受信時と2回目の受信時とで混入するノイズの極性を反転させてキャンセルすることを可能とした。このことにより、従来、除去することが困難であった位置指示器の共振周波数と同一周波数成分を強く含む外来ノイズに対しても、その影響を受けずに指示位置の座標値を安定して検出可能な位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位置検出装置の第1の実施の形態を示す構成図
【図2】同期検波回路の具体的構成の一例を示す回路図
【図3】図2の同期検波回路の動作の一例を示す波形図
【図4】カウンタ回路の具体的構成の一例を示す回路図
【図5】本発明の第1の実施の形態における部分スキャン動作時の各部の信号の一例を示す波形図
【図6】本発明の第1の実施の形態における部分スキャン動作時の各部の信号の他の例を示す波形図
【図7】本発明におけるノイズキャンセルの原理図
【図8】第1の実施の形態における位置検出動作全体の処理の流れ図
【図9】図8中の部分ループコイル選択・信号送受動作の処理の流れ図
【図10】本発明の位置検出装置の第2の実施の形態を示す構成図
【符号の説明】
1:位置検出部、2:選択回路、3:送受切替回路、4:増幅回路、5,20:同期検波回路、6,21:積分回路、7,22:AD変換回路、8:CPU、9:発振回路、10:カウンタ回路、11:スイッチ回路、12,23,24:分周回路、13,26:位置指示器、25:クロック生成回路。

Claims (2)

  1. 少なくともコイルとコンデンサを含む共振回路を備えた位置指示器と、位置検出方向に並設された複数のループコイルを備え、位置指示器に対して所定の周波数の電磁波を送受信した時に前記複数のループコイルに発生する受信信号のレベルより位置指示器による指示位置の座標値を求めるタブレットとからなる位置検出装置において、
    タブレットに、
    位置指示器に対する電磁波の送受信を同一のループコイルを選択した状態で少なくとも2回続けて行う送受信制御手段と、
    前記電磁波の送受信を少なくとも2回続けて行う際の各回の送受信における信号の位相差を制御する位相差制御手段と、
    ループコイルに発生する受信信号を前記位相制御した信号を検波クロックとして同期検波する同期検波回路と、
    前記同期検波して得られた少なくとも2回の電磁波の送受信に基づく少なくとも2つの受信信号のレベルの平均値または合計値を計算する信号レベル処理手段とを設けた
    ことを特徴とする位置検出装置。
  2. 前記位相差制御手段は、電磁波の送受信の開始タイミングを各回毎に変化させることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
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