(57)【要約】【課題】限られた検出領域内で安定した高精度な検出を可能とする。【解決手段】略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイル１で構成される距離測定領域１０と、各平面状コイル１と導電体との距離変化を距離検出手段３２で検出する動作を順次切り替えるための走査手段２２と、距離測定領域１０に接触される検出対象物によって、平面状コイル１と導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段３２が平面状コイル１における導電体との距離変化を検出する動作を走査手段２２で切り替えることにより、複数の平面状コイル１で検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段３４とを備え、隣接する平面状コイル１同士の間隔が、１個の平面状コイル１の大きさと略等しくなるように、各平面状コイル１同士が離間して配置されている。【選択図】図１
2008040835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備え、
隣接する平面状コイル同士の間隔が、１個の平面状コイルの大きさと略等しくなるように、各平面状コイル同士が離間して配置されてなることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項２】
略同一平面上にマトリクス状に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備え、
前記複数の平面状コイルを、１行又は１列のライン毎に分割した状態で、
隣接するラインを飛び越したライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作と、
前段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作と、
前段及び前々段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作と、
前段、前々段及び前々々段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作と、
を順次行うよう前記走査手段で切り替えて、すべての平面状コイルに対して時分割で導電体との距離変化を測定するよう構成されてなることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項３】
略同一平面上にマトリクス状に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備え、
前記複数の平面状コイルを、格子状に隣接する４個の平面状コイルで構成された１ブロック毎に分割した状態で、個々のブロックに対して、１ブロックを構成する平面状コイルの内、一の平面状コイルが、すべてのブロックにつき対応する位置に位置する平面状コイルが同一のタイミングで前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を、１ブロックを構成する４個の平面状コイルに対して順次行うよう前記走査手段で切り替えてなることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項４】
略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備え、
前記走査手段が、前記複数の平面状コイルの内、所定のブロック単位で選択した平面状コイルについて導電体との距離変化を測定し、距離変化が検出された平面状コイルを抽出して、該平面状コイルを含む一定の精査領域を設定し、該精査領域に含まれる平面状コイルに対して更に導電体との距離変化を測定することを特徴とする位置測定センサ。
【請求項５】
略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備え、
前記複数の平面状コイルは、略等しい面積の第１コイルと第２コイルを積層してなり、前記第１コイルの、コイルパターン同士のスペースに、第２コイルのコイルパターンが位置するように配置されてなることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の位置測定センサであって、
前記平面状コイルが多層基板で構成され、前記第１コイルと第２コイルとが異なる層にパターンを形成されてなることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の位置測定センサであって、
前記平面状コイルが、丸形又は角形のスパイラルコイルであることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の位置測定センサであって、
位置測定センサが、前記距離測定領域に置かれたペン先の座標位置を検出するタブレットであることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一に記載の位置測定センサであって、
位置測定センサが、前記距離測定領域に置かれた指の指紋のパターンを検出する指紋センサであることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項１０】
略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルと、
各平面状コイルと離間して配置されるよう保持された複数の導電体と、
各平面状コイルと導電体とを対向させた姿勢で、これらを離間させて保持すると共に、弾性変形することにより平面状コイルと導電体との間の距離変化を変更可能な弾性部材と、
で構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備え、
隣接する平面状コイル同士の間隔が、１個の平面状コイルの大きさと略等しくなるように、各平面状コイル同士が離間して配置されてなることを特徴とする位置測定センサ。
【請求項１１】
略同一平面上にマトリクス状に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備える位置測定センサを用いた位置測定方法であって、
前記複数の平面状コイルを、１行又は１列のライン毎に分割した状態で、
前記走査手段が、隣接するラインを飛び越したライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する工程と、
前記走査手段が、前段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する工程と、
前記走査手段が、前段及び前々段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する工程と、
前記走査手段が、前段、前々段及び前々々段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して前記導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する工程と、
を含み、
上記工程を順次繰り返すことで、すべての平面状コイルに対して時分割で導電体との距離変化を測定可能に構成されてなることを特徴とする位置測定方法。
【請求項１２】
略同一平面上にマトリクス状に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備える位置測定センサを用いた位置測定方法であって、
前記複数の平面状コイルを、格子状に隣接する４個の平面状コイルで構成された１ブロック毎に分割した状態で、個々のブロックに対して、
前記走査手段が、１ブロックを構成する平面状コイルの一である第１位置の平面状コイルを選択すると共に、すべてのブロックにつき第１位置と対応する位置にある平面状コイルすべてを選択し、各々導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する工程と、
前記走査手段が、前段で選択された第１位置の平面状コイルと隣接する第２位置の平面状コイルを選択すると共に、すべてのブロックにつき第２位置と対応する位置にある平面状コイルすべてを選択し、各々導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する工程と、
前記走査手段が、前段で選択された第２位置の平面状コイルと隣接し、かつ第１位置と異なる第３位置の平面状コイルを選択すると共に、すべてのブロックにつき第３位置と対応する位置にある平面状コイルすべてを選択し、各々導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する工程と、
前記走査手段が、前段で選択された第３位置の平面状コイルと隣接し、かつ第１位置及び第２位置と異なる第４位置の平面状コイルを選択すると共に、すべてのブロックにつき第４位置と対応する位置にある平面状コイルすべてを選択し、各々導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する工程と、
を含み、
上記工程を順次繰り返すことで、すべての平面状コイルに対して時分割で導電体との距離変化を測定可能に構成されてなることを特徴とする位置測定方法。
【請求項１３】
略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、
前記平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、
前記距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と前記平面状コイルの距離に応じて、前記発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と前記平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、
各平面状コイルと導電体との距離変化を前記距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、
前記距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、前記距離検出手段が前記平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を前記走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段と、
を備える位置測定センサを用いた位置測定方法であって、
前記走査手段が、前記複数の平面状コイルの内、所定のブロック単位で選択した平面状コイルについて導電体との距離変化を測定する工程と、
距離変化が検出された平面状コイルを抽出して、該平面状コイルを含む一定の精査領域を設定し、該精査領域に含まれる平面状コイルに対して更に導電体との距離変化を測定する工程と、
を含むことを特徴とする位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状の距離測定領域に接触された検出対象物との距離変化に基づき、圧力や座標位置、パターン等を検出可能な位置測定センサ及び位置測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面状の距離測定領域に検出対象物を接触させ、物理的な押圧を検出して座標位置や圧力、パターンなどを検出するセンサが開発されている。例えばタッチパネルやタッチスクリーンは、パネルに表示されたメニューを指やペンで押すことによってコンピュータを操作する入力装置であり、この押圧位置の検出に上記センサが利用されている。あるいはタブレットやデジタイザなどの入力装置においても同様に、ペンなどで指定された位置の検出にセンサが利用される。さらには、指紋のパターンを読み取る指紋センサ等に利用されている。
【０００３】
座標位置の検出方式として従来考案されている電気的結合方式としては、大きく分けて電磁誘導方式と静電結合による方式がある。電磁誘導方式による座標入力装置は、例えば特許文献１に一の基本原理が開示されている。この方法では、Ｘ軸及びＹ軸両方向が互いに直交するようにタブレット側に配置されたループ状コイルと、情報入力指示器との間で電磁波信号の送受信を行い、情報入力指示器で指示された座標位置を特定する。
【０００４】
このような入力装置を備えた座標入力装置に配置されている、電磁波信号を送受するループ状コイル及び選択回路を図１９に示す。複数のループ状コイル６は２次元的に配置され、各々の座標位置におけるループ状コイル６は互いに重なり合うように配線されており、ループ状コイル６の切り替えは２つの選択回路７により構成されている。
【０００５】
しかしながら、表示画面内にループ状コイル状の電極を透明性導電膜で配設する方法では、通常の櫛型電極に比べて、一電極当たりの配線長が大きくなることによってコイル自体の抵抗値が高くなる欠点や、電極がループ形状であるため配線領域が大きくなる等の欠点があった。さらに、この座標検出をタブレット等の座標入力装置に適用した場合、検出領域のエッジ部分での位置検出精度が悪くなるという問題もあった。
【０００６】
このようなセンサにおいて、分解能を向上させるには平面状コイルをより小さくし、多数の平面状コイルを配置することが考えられる。限られた面積の検出領域内に多数の平面状コイルを配置するには、平面状コイル同士の間隔を狭くして配置する必要がある。しかしながら、平面状コイル同士が隣接すると、これらの発振回路が干渉してしまい、正確な検出ができなくなるという問題があった。一方、平面状コイルを徒に離間させて配置すると、検出領域内に配置できる平面状コイルの数が少なくなり、分解能が低下する。
【特許文献１】特開平２−１６２４１０号公報
【特許文献２】特許第３３５２６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものである。本発明の一の目的は、限られた検出領域内で安定した高精度な検出を可能とした位置測定センサ及び位置測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の位置測定センサは、略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備え、隣接する平面状コイル同士の間隔が、１個の平面状コイルの大きさと略等しくなるように、各平面状コイル同士が離間して配置されている。
【０００９】
第２の位置測定センサは、略同一平面上にマトリクス状に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備え、複数の平面状コイルを、１行又は１列のライン毎に分割した状態で、隣接するラインを飛び越したライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作と、前段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作と、前段及び前々段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作と、前段、前々段及び前々々段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作とを順次行うよう走査手段で切り替えて、すべての平面状コイルに対して時分割で導電体との距離変化を測定するよう構成できる。
【００１０】
第３の位置測定センサは、略同一平面上にマトリクス状に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備え、複数の平面状コイルを、格子状に隣接する４個の平面状コイルで構成された１ブロック毎に分割した状態で、個々のブロックに対して、１ブロックを構成する平面状コイルの内、一の平面状コイルが、すべてのブロックにつき対応する位置に位置する平面状コイルが同一のタイミングで導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を、１ブロックを構成する４個の平面状コイルに対して順次行うよう走査手段で切り替えることができる。
【００１１】
第４の位置測定センサは、略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備え、走査手段が、複数の平面状コイルの内、所定のブロック単位で選択した平面状コイルについて導電体との距離変化を測定し、距離変化が検出された平面状コイルを抽出して、該平面状コイルを含む一定の精査領域を設定し、該精査領域に含まれる平面状コイルに対して更に導電体との距離変化を測定できる。
【００１２】
第５の位置測定センサは、略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備え、複数の平面状コイルは、略等しい面積の第１コイルと第２コイルを積層してなり、第１コイルの、コイルパターン同士のスペースに、第２コイルのコイルパターンが位置するように配置できる。
【００１３】
第６の位置測定センサは、平面状コイルが多層基板で構成され、第１コイルと第２コイルとが異なる層にパターンを形成できる。
【００１４】
第７の位置測定センサは、平面状コイルが、丸形又は角形のスパイラルコイルとできる。
【００１５】
第８の位置測定センサは、位置測定センサが、距離測定領域に置かれたペン先の座標位置を検出するタブレットとできる。
【００１６】
第９の位置測定センサは、位置測定センサが、距離測定領域に置かれた指の指紋のパターンを検出する指紋センサとできる。
【００１７】
第１０の位置測定センサは、略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルと、各平面状コイルと離間して配置されるよう保持された複数の導電体と、各平面状コイルと導電体とを対向させた姿勢で、これらを離間させて保持すると共に、弾性変形することにより平面状コイルと導電体との間の距離変化を変更可能な弾性部材とで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備え、隣接する平面状コイル同士の間隔が、１個の平面状コイルの大きさと略等しくなるように、各平面状コイル同士が離間して配置されるよう構成できる。
【００１８】
第１１の位置測定方法は、略同一平面上にマトリクス状に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備える位置測定センサを用いた位置測定方法であって、複数の平面状コイルを、１行又は１列のライン毎に分割した状態で、走査手段が、隣接するラインを飛び越したライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して導電体との距離変化を距離検出手段で検出する工程と、走査手段が、前段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して導電体との距離変化を距離検出手段で検出する工程と、走査手段が、前段及び前々段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して導電体との距離変化を距離検出手段で検出する工程と、走査手段が、前段、前々段及び前々々段で選択されなかった１行又は１列のライン同士を選択し、該選択されたラインにおいて、さらに隣接する平面状コイルを飛び越した平面状コイル同士を選択し、該選択されたすべての平面状コイルに対して導電体との距離変化を距離検出手段で検出する工程とを含み、上記工程を順次繰り返すことで、すべての平面状コイルに対して時分割で導電体との距離変化を測定可能に構成できる。
【００１９】
第１２の位置測定方法は、略同一平面上にマトリクス状に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備える位置測定センサを用いた位置測定方法であって、複数の平面状コイルを、格子状に隣接する４個の平面状コイルで構成された１ブロック毎に分割した状態で、個々のブロックに対して、走査手段が、１ブロックを構成する平面状コイルの一である第１位置の平面状コイルを選択すると共に、すべてのブロックにつき第１位置と対応する位置にある平面状コイルすべてを選択し、各々導電体との距離変化を距離検出手段で検出する工程と、走査手段が、前段で選択された第１位置の平面状コイルと隣接する第２位置の平面状コイルを選択すると共に、すべてのブロックにつき第２位置と対応する位置にある平面状コイルすべてを選択し、各々導電体との距離変化を距離検出手段で検出する工程と、走査手段が、前段で選択された第２位置の平面状コイルと隣接し、かつ第１位置と異なる第３位置の平面状コイルを選択すると共に、すべてのブロックにつき第３位置と対応する位置にある平面状コイルすべてを選択し、各々導電体との距離変化を距離検出手段で検出する工程と、走査手段が、前段で選択された第３位置の平面状コイルと隣接し、かつ第１位置及び第２位置と異なる第４位置の平面状コイルを選択すると共に、すべてのブロックにつき第４位置と対応する位置にある平面状コイルすべてを選択し、各々導電体との距離変化を距離検出手段で検出する工程とを含み、上記工程を順次繰り返すことで、すべての平面状コイルに対して時分割で導電体との距離変化を測定可能に構成できる。
【００２０】
第１３の位置測定方法は、略同一平面上に並べて配置された複数の平面状コイルで構成される距離測定領域と、平面状コイルと電気的に接続された複数の発振回路と、距離測定領域に接近する検出対象物が有する導電体と平面状コイルの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化することを検出し、これに基づいて導電体と平面状コイルとの距離変化を検出可能な距離検出手段と、各平面状コイルと導電体との距離変化を距離検出手段で検出する動作を順次切り替えるための走査手段と、距離測定領域に接触される検出対象物によって、平面状コイルと導電体との間の距離が変化されることを、距離検出手段が平面状コイルにおける導電体との距離変化を検出する動作を走査手段で切り替えることにより、複数の平面状コイルで検出された距離変化を収集して、距離変化に基づき検出対象物の位置を演算可能な位置演算手段とを備える位置測定センサを用いた位置測定方法であって、走査手段が、複数の平面状コイルの内、所定のブロック単位で選択した平面状コイルについて導電体との距離変化を測定する工程と、距離変化が検出された平面状コイルを抽出して、該平面状コイルを含む一定の精査領域を設定し、該精査領域に含まれる平面状コイルに対して更に導電体との距離変化を測定する工程とを含むことができる。
【発明の効果】
【００２１】
第１発明及び第１０発明によれば、複数の平面状コイルで同時に距離測定を行っても、平面状コイル間の干渉を防止でき、距離測定領域を構成するすべての平面状コイルで同時に高速なサンプリングが可能となる。
【００２２】
第２発明及び第１１発明によれば、複数の平面状コイルを高密度に配置できると共に、ラインを飛び越して距離検出を行うため、距離検出のタイミングを隣接する平面状コイル間でずらすことができ、平面状コイル間の干渉を防止できる。
【００２３】
第３発明及び第１２発明によれば、複数の平面状コイルを高密度に配置できると共に、距離検出のタイミングを隣接する平面状コイル間でずらすことにより平面状コイル間の干渉を防止できる。
【００２４】
第４発明及び第１３発明によれば、すべての平面状コイルについて距離測定を行うのでなく、先に大まかな検出を行い、変化が検出された平面状コイルの周辺について詳細な検出を行うことによって効率の良い検出が可能となる。
【００２５】
第５発明及び第６発明によれば、平面状コイルを複数層とすることで巻数を増やし、あるいは面積を小型化できる。例えば同じ面積であれば倍の巻き数を確保でき、また同じ巻き数を得るために面積を半分にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための位置測定センサ及び位置測定方法を例示するものであって、本発明は位置測定センサ及び位置測定方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２７】
本発明の実施の形態１に係る位置測定センサ１００の構成を図１のブロック図に示す。この図に示す位置測定センサ１００は、平面状コイル１を複数、マトリクス状に配置した距離測定領域１０と、各平面状コイル１に接続された発振回路７６と、マトリクスの各セルに相当する平面状コイル１を選択するために、行、列を各々切り替える２つの選択回路２０と、選択回路２０の選択動作を制御する走査手段２２と、走査手段２２を制御すると共に、選択回路２０で選択されたセルにつき、信号を取得し、必要な演算を行う演算部３０と、演算結果を出力する出力部４０とを備える。演算部３０は、距離検出手段３２と、位置演算手段３４とを含む。演算部３０は、ＡＳＩＣなどで構成される。発振回路７６は、好ましくは平面状コイル１の裏面に配置する。これにより、センサの小型化に貢献できる。
【００２８】
距離測定領域１０に配置された各平面状コイル１は、各々発振回路７６と接続されており、平面状コイル１に対向するよう近接する導電性部材があると、発振回路７６で発振周波数を測定することにより平面状コイル１と導電性部材との間の距離、あるいは距離変化を距離検出手段３２で検出する。
【００２９】
ここで、静電結合に基づく変位検出について説明する。静電結合分布インダクタンス型変位検出では、距離を測定するインダクタと導電体を静電的に結合する。静電結合を最大にするために、距離を測定するためのインダクタを２次元状の構造にする。２次元状に分布する平面状インダクタに導電体を接近させると、静電結合が最大になるので、距離を測定する平面状インダクタの感度が増加し、消費電力が最小になる。２次元状に分布する平面状インダクタと導電体が静電的に結合すると、２次元状に分布する平面状インダクタの導体部と導電体は等価的にキャパシタとなる。すなわち、２次元状に分布する平面状インダクタの導体部は分布キャパシタの一方の電極となり、他方の電極は導電体になる。一般的に、回路に流れる電流の周波数が高くなると、キャパシタに流れる電流は増加するが、平面状インダクタに流れる電流は減少する。２次元状に分布する平面状インダクタと導電体の距離が短くなると、分布キャパシタの容量は増加するので、２次元状に分布する平面状インダクタのインダクタンスが等価的に減少する。すなわち、インダクタンスが減少するので、発振回路７６に流れる電流の周波数は増加する。したがって、周波数の変化を検出すれば、２次元状に分布する平面状インダクタと導電体の距離の変化を測定することが可能になる。
【００３０】
変位センサの回路図を図２に示す。この変位センサは、発振回路が発振コイルＬ１とキャパシタＣ１が直列に接続されたＬＣ発振回路で構成され、ＣＭＯＳインバータ（発振用）７２及び（バッファ用）７３が接続されている。発振回路を高周波で発振させ、発振コイルＬ１から発される磁界によって、導電体６０の表面に電磁誘導による誘導電流が発生し、電磁エネルギーとして消費する。導電体６０が移動して発振コイルＬ１に接近すると、発振回路に発振周波数の変化が生じる。なお図２の例では、ＣＭＯＳインバータ（発振用）７２の入力側に回路自体の抵抗成分Ｒ１が存在しているが、別途抵抗を付加することもできる。また、入力側に接続するキャパシタＣ１は、固定式とする他、他のキャパシタと交換可能とすることもできる。特に、キャパシタＣ１を可変コンデンサとすることで、ＬＣ発振回路の発振周波数を調整可能とし、装置毎の素子の特性ばらつき等に起因する発振周波数の不一致を解消することもできる。さらにＣＭＯＳインバータ（発振用）７２の出力側をフィードバックすることで、フィードバック制御による出力安定化を図ることもできる。
【００３１】
次に、変位センサで変位量を検出する検出システムのブロック図を図３に示す。このブロック図は、発振回路７６、周波数カウンタ７７、バッファ回路７８及び制御回路７９を備える。これらは専用ＩＣにより構成できる。検出対象に圧力が加えられて検出対象面が移動すると、変位センサに内蔵される発振回路７６の周波数ｆが変化する。周波数カウンタ７７を用いて、周波数ｆを測定し、測定データをバッファ回路７８に格納する。周波数カウンタ７７とバッファ回路７８は制御回路７９によって制御される。バッファ回路７８に格納されているデータを読み出すことにより、変位を測定することが可能となる。また必要に応じて駆動電力を安定化させる安定化電源回路８０を付加することもできる。また図３の回路例では、周波数カウンタの出力を変調する変調回路を設けず、周波数カウンタの結果を直接出力することで回路の簡素化と処理の軽減を図っている。ただ、変調回路等を設けて変調して伝送することも可能である。
【００３２】
この変位センサの動作原理を、図４のブロック図に基づいて説明する。この図は、変位の測定対象物である導電体６０と、変位センサを構成するセンサＩＣ９５と、測定結果を表示するための表示部９８とを示している。変位センサは、測定対象物の導電体に対してセンサＩＣ９５を対向させて、分布インダクタンスとの間で分布キャパシタンスを生じさせ、これによってＬＣ発振回路を構成し、発振周波数をセンサＩＣ９５の周波数カウンタによって計測する。センサＩＣ９５は周波数カウンタのカウント値をデジタル信号として表示部９８に出力し、表示部９８は長さの単位に変換して表示する。周波数カウンタでカウントするデジタル回路は、簡単な構成で実現できる。従来のようなアンプは不要とできる。特に、アナログ系のセンサでは、測定値の瞬間的な測定となるため、瞬間的に得られたデータを高精度で検出しようとすれば分解能の高い高性能なアンプが必要となり、コストが高くなる。これに対して、カウンタは安価であり、しかも累積的な計数で処理されるため、サンプリング時間を長くすることで分解能を向上できる。この結果、極めて安価な回路を使用して高精度な測定が実現される。またアナログ回路で問題となり得るドリフト等の問題もなく、２万回転以上の回転数にも対応可能な高性能な変位センサが実現できる。さらにデジタル信号による処理が行えるため、Ａ／Ｄ変換器等も不要で、直接コンピュータ等に出力が可能となる。センサＩＣ９５にはチップサイズパッケージ等、小型化したタイプが好適に使用できる。図５に示すように、対向する金属等の導電体とセンサＩＣ９５との距離に応じて、発振回路７６の発振周波数は変化する。特に、図５においてＡで示すように、０ｍｍ〜１ｍｍの範囲で発振周波数の変化が大きいため、この領域を使用すれば極めて高分解能で精度の高い測定が可能となる。この方式は渦電流方式と似ているが、高周波帯域を使用して分解能を格段に向上できる。特に発振周波数が数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚといった高いオーダで使用できるため、対向する導電性部材の厚みによる影響を殆ど受けることなく、変位を高精度で測定できる。さらに回路の小型化も実現でき、低消費電力での駆動が可能となる。
【００３３】
以上の静電結合分布インダクタンス型変位センサは、空間分解能が高くμｍ〜ｎｍオーダでも瞬時に測定できリアルタイム処理に適しており、またデジタル出力が得られるためＡ／Ｄ変換が不要である等の利点が得られる。なお上記の実施例では、変位センサとして静電結合分布インダクタンス型変位センサを使用した。このような変位センサは、本出願人が先に開発した距離測定用ＩＣが利用できる。この距離測定用ＩＣの詳細は、特許文献２に記載されるので、詳細説明を割愛する。ただ、他の方式を利用した変位センサとして、例えばレーザ光変位センサや静電容量型変位センサ、渦電流型変位センサ等を利用することも可能である。このようにセンサＩＣにカウンタ基板を一体に組み込むことで、変位センサの更なる小型化、低消費電力化を図ることができる。
（選択回路２０）
【００３４】
このようにして各セルでの距離又は距離変化を測定することができる。一方、セルの選択は図１に示す選択回路２０にて行われる。選択回路２０は行方向のセルの選択を行う行選択回路２０Ａと、列方向のセルの選択を行う列選択回路２０Ｂとで構成される。またこれらの選択回路２０Ａ、Ｂは、演算部３０によって走査手段２２を介して制御される。選択回路２０で選択されたセルにつき、距離検出結果が演算部３０に集められる。演算部３０は、各セルでの距離検出結果に基づいて、距離検出手段３２で、導電体との距離を測定する一方、位置演算手段３４で、距離変化を生じたセルの位置を取得する。これにより、検出対象物の導電体が距離測定領域１０のどの位置に接しているかを位置演算手段３４で検出できる。
（一括方式）
【００３５】
距離検出手段３２で各セルの距離測定を行うタイミングは、すべてのセルで一斉に行う一括方式と、時分割で走査して行うスキャン方式がある。一括方式では、隣接するセル同士の間隔が狭いと、平面状コイル１に誘導される誘導電位が干渉して、正確な発振周波数を測定することができなくなり、測定精度が低下するという問題がある。そこで、図６に示すように、距離測定領域１０Ａに配置する平面状コイル１Ａ同士の間隔を、平面状コイル１Ａの大きさ分だけ離間させるように配置する。この方式であれば、同時に距離検出を行っても、隣接するセル同士での相互への干渉が抑制されるので、正確な検出結果を維持できる。これによれば、同時にすべてのセルの距離測定を行えるため、同時に高速サンプリングが必要な用途や、応答速度が要求される位置測定用途等に好適に使用できる。
【００３６】
なお、最低でも平板状のコイルとほぼ同じ間隔を隔てることで、干渉防止効果が得られるため、平面状コイル１Ａの大きさ以上の間隔を隔ててセルを配置しても良い。ただ、距離をあける程、距離測定領域１０Ａに配置できるセルの数が少なくなるため、好ましくは平面状コイル１Ａとほぼ等しい大きさを離間させてセルを配置する。
【００３７】
このようなコイル配置が好適に利用できる例としては、１軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）に配置し、軸と直交して搬送される検出対象物に対して、高速に時系列情報をサンプリングする用途、例えば鉄鋼の圧延ラインにおいて搬送される鋼板の厚みを測定し、フィードバック制御を実施する際に、フィードバック情報として上記コイルセンサを使用できる。また、２軸（ＸＹ，ＹＺ，ＸＺ軸）の面に対して平行して搬送される検出対象物に対して、表面の微少な違いにより移動量の検出及び移動速度の検出が可能となる。
（スキャン方式）
【００３８】
以上のように、隣接するコイル間の干渉が発生しない配置として、コイルサイズと同等のスペースを設ける配置では、一斉にデータ収集が可能となる反面、セル同士の間がセルの大きさ分だけ離間される結果、距離測定領域１０Ａに配置可能なセルの数が少なくなり、分解能が低下するという問題がある。一方で、セル同士の間隔を詰めて配置すると、隣接するセル同士を同時に距離測定することができなくなる。そこで、距離測定のタイミングをずらした時分割によって、この問題を解決できる。図７に、このようなスキャン方式の一例を示す。図７の例では、平面状コイル１Ｂをマトリックス状に配置している。まず図７（ａ）に示すように、行方向のラインを一ラインおきに選択する。さらに各ラインについて、１セルおきに平面状コイル１Ｂを選択する。そしてこれら選択されたセルについて、同時に距離検出を行う。また、図７（ａ）に示すように、各行を左から右に（あるいは右から左に）走査するように順次セルを切り替えて、距離検出を順次行うように構成しても良い。
【００３９】
次に図７（ｂ）に示すように、前段の図７（ａ）で選択されたラインと異なるラインを、同様に１ラインおきに選択し、さらに各ライン上のセルを１セルおきに選択して同様に距離検出を行う。距離検出は、選択されたセルすべてを同じタイミングで行う他、図７（ｂ）に示すように右から左に（あるいは左から右に）走査して行ってもよい。
【００４０】
次いで、前段の図７（ｂ）及び前々段の図７（ａ）で選択されていないセルを選択する。図７（ｃ）の例では、列方向のラインを１ラインおきに選択し、さらに各ライン上のセルを１セルおきに選択する。選択されたセルにつき、同様に同時に距離測定、あるいは上から下に（あるいは下から上に）向かって順次走査するように距離測定を行う。なお、この例では列方向への選択を示したが、選択されたセルにつき見方を変えると、図７（ｂ）と同じ行方向のラインを選択し、かつ１セルおきに選択したものと捉えることもできる。
【００４１】
最後に、前段の図７（ｃ）、前々段の図７（ｂ）及び前々々段の図７（ａ）で選択されていないセルを選択する。図７（ｄ）の例では、列方向のラインにつき、図７（ｃ）と異なる列を１ラインおきに選択し、さらに各ライン上のセルを１セルおきに選択する。同様に選択されたセルにつき、同時に距離測定、あるいは下から上に（あるいは上から下に）向かって順次走査するように距離測定を行う。なお、図７（ｄ）の例では列方向への選択を示したが、選択されたセルにつき見方を変えると、図７（ａ）と同じ行方向のラインを選択し、かつ１セルおきに選択したものと捉えることもできる。
【００４２】
以上のようにして、飛び越し式（インターレース式）の選択又は走査を、１セルおきに計４回行うことで、すべてのセルにつき距離検出を行うことができる。これにより、セル同士の間隔を詰めて配置しても、干渉を回避して安定した距離検出を行える。
【００４３】
また、上記の順序は一例であって、これに限定されない。例えば図７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｃ）の順に走査することでも、同様の効果を得ることができる。
（他のスキャン方式）
【００４４】
以上は、マトリクス状のセルをライン毎に分割して、順次距離測定を行う手順を説明した。また、セルを時分割で選択して距離測定するスキャン方式は、これに限らず、ブロック毎に分割して、ブロックを構成するセル毎に順次距離測定を行うこともできる。この手順を、図８に基づいて説明する。まず図８（ａ）に示すように、格子状に隣接する４個のセルを１ブロックとして、距離測定領域１０をブロック毎に分割する。次に、ブロックを構成する４個のセルを区別するため、識別情報を付与する。図８（ａ）では、距離測定領域１０のマトリクスの左上のブロックをブロック１とし、このブロック１の左上のセルをセル１とし、時計回りに、右上のセルをセル２、右下をセル３、左下をセル４として、セルの識別情報を割り振る。この識別情報は、すべてのブロックに対して、各セルを区別するために用いられる。そして、図８（ａ）に示すように、各ブロックのセル１に対応するセルを選択する。この結果、選択されたセルは、すべて離間した状態となるので、同時に距離測定を行っても相互の干渉を回避できる。
【００４５】
次に図８（ｂ）に示すように、すべてのブロックでセル２に対応するセルを選択して、同様に距離測定を行う。さらに図８（ｃ）に示すようにセル３に対応するセル、次いで図８（ｄ）に示すようにセル４に対応するセルを順次選択して、各々距離測定を行う。このようにして、すべてのセルを順次選択して距離測定を行うことができ、測定結果を演算部３０の位置演算手段３４に集めて（図１）、検出対象物の位置を特定できる。また、上記の選択順序も一例であって、例えばセルの選択を反時計回りに切り替えたり、あるいは図８（ａ）、図８（ｃ）、図８（ｂ）、図８（ｄ）の順に選択することでも同様の結果を得ることができる。
【００４６】
なお図８（ａ）におけるセルの選択パターンは、実質的には上述した図７（ａ）と同様となる。このように、セルの選択パターンは種々の方法が考えられるが、選択された結果としては同様になるものがあり、結果として得られたパターンを同視することができる。
【００４７】
このように、格子状に時分割（４分割）してスキャンすることで、より精度の高い位置情報検出が可能となる。特に全エリアの詳細データを必要とする場合に有効となる。一方、コイルの数が膨大になるとデータ処理に時間を要する欠点があるので、この方式は高速応答が要求されない用途や、平面状コイル１Ｃの数が少ないものの測定に適している。
【００４８】
また、セル同士を、セルに対応したサイズだけ離間させるという観点から、上記の例では選択されたセルの周囲からセルを排除するような選択パターンを採用したが、セルの形状や特性、検出で要求される精度等に応じて、一部でセルが隣接することを許容した選択パターンを採用することもできる。例えば図９の例では、ほぼ正方形状の平面状コイル１Ｄを市松模様状に選択している。この場合は斜め方向でセルが隣接されることとなるが、用途や目的に応じて多少の干渉による精度低下が許容される場合には、このような配置も利用できる。図９の選択パターンを使用すれば、２回の選択乃至走査ですべてのセルについて距離測定が実行できるので、応答速度の速い検出が実現できる。
（ズームスキャン方式）
【００４９】
以上は、マトリクスを構成するすべてのセルについて順次距離検出を行う例を示した。一方、すべてのセルで常時距離検出を行う必要のない用途も考えられる。例えば、タブレットやトラックパッドの座標位置抽出においては、ペンや指で指示された位置の近傍のみで距離検出を行えば足りる。次に、このような用途に適したスキャン方法として、ズームスキャン方式を図１０に基づいて説明する。図１０において、図１０（ａ）はマトリクスの１セルを構成する平面状コイル１Ｅを示し、図１０（ｂ）は複数のセルの集合からなるブロックを示し、図１０（ｃ）は複数のブロックからなる距離測定領域１０の全体を示している。図１０（ｃ）に示すように、マトリクス状の距離測定領域１０を複数のブロックに分割する。この例ではｎ行×ｎ列のブロックに分割している。各ブロックは、図１０（ｂ）に示すようにｋ行×ｋ列のセルで構成される。このような構成において、検出対象物の位置測定を行うには、まずブロック単位で距離測定を行う。いずれかのブロックで距離変化が検出されると、そのブロック、あるいは該ブロックを含む周辺の数ブロックについて、セル単位での距離測定を行う。図１０の例では、まず図１０（ｃ）によるブロック単位の走査を行う。この走査は複数のセルを一纏めにして走査するため、走査回数や演算量が少なくて済み、高速に大まかな測定を行うことができる。これによって、ブロック（０，０）で検出対象物の存在が検出されると、図１０（ｂ）のようにブロック（０，０）内でセル単位での走査を行い、より詳細な位置測定が行われる。このような、粗い走査と詳細な走査という２段階の走査によって、測定処理を簡素化して高速化と軽負荷化を測ることができる。
【００５０】
また、ズームスキャン方式において好ましくは、距離測定領域１０のブロック数を規定するｎと、１ブロックのセル数を規定するｋとを等しくする。これにより、内部の演算が容易となる。なお、ズームスキャン方式においては上述した一括方式、スキャン方式のいずれも適用できることはいうまでもない。
【００５１】
このようにズームスキャン方式では、マトリクス状に配置された平面状コイル１ＥをＸ軸、Ｙ軸それぞれに（０，０）〜（ｎ，ｎ）のブロックに分割し、ブロック単位で走査し（粗走査）、ブロックの代表データで検出対象物が検出された際、その周辺を詳細に走査する（詳細走査）。これにより正確なポイントの検出及び高速検出が可能となる。この方式は、広範囲の中で大まかな位置を高速に検出する際に、全体ブロックの各代表を走査できるので好適となる。
（平面状コイル１）
【００５２】
以上の例では、平面状コイル１として角形のスパイラルコイルを使用した。図１１（ａ）に、角形スパイラルコイル２の平面図を、図１１（ｂ）に、角形スパイラルコイル２の断面図を示す。角形スパイラルコイル２は、矩形状の領域に高密度で配置することが容易であリ、実装密度が高いという利点を有する。ただ、角形コイルに限られず、図１２（ａ）に示すように丸形のスパイラルコイル４を使用することも可能である。図１２（ｂ）に、丸形のスパイラルコイル４の断面図を示す。丸形スパイラルコイル４は位置検出を高精度に行うことができるという特長がある。これらの平面状コイル１は構成が簡単で、極めて小型化することができる利点が得られる。
【００５３】
分解能を高めるため、限られた面積の距離測定領域により多くのコイルを配置するよう、コイルの小型化と巻線数の増加が望まれている。ただ、コイルの小型化を目指すと、コイルの線幅が細くなると共に巻数が少なくなり、製造が複雑化し、精度も低下する傾向にある。そこで、コイルの小型化を測りつつ、巻数を確保するために、本実施の形態では図１３及び図１４に示すように、コイルを多層化する構成を採用することもできる。図１３（ａ）は、角形スパイラルコイル３を２層構造とし、図１３（ｂ）に示すように上下の層でコイルをオフセット状に配置している。これにより、コイルの線幅を維持しつつ、実質的に巻数を増やすことができる。コイルの線幅（パターン幅）が広いほど、コイルの抵抗を小さくして発振を安定化させることができ、より高精度な検出が可能となる。図１４（ａ）、（ｂ）の丸形スパイラルコイル５の２層構造も、同様の利点が得られる。
【００５４】
このような２層構造は、コイルのパターンを形成する基板を両面基板や積層基板などの多層基板とすることで、容易に実現できる。上下層のコイルは、スルーホール等を介して接続できる。平面状コイル１は厚さが極めて薄いため、両面基板としても実質的な厚さを大きくすることなく、巻数を増やすことが可能となる。このように、コイルの小型化と巻数増加による高性能化を測ることができる。
（座標入力装置）
【００５５】
以上のような位置測定センサを使用して、タブレットやタッチパネル等の座標入力装置、あるいは指紋センサなどの凹凸パターン検出装置を構成することができる。図１５に、本実施の形態に係る位置測定センサで座標入力装置を構成した例を示す。この図では、ペン入力によるタブレット２００を示している。タブレット２００の検出面を、上述したマトリクス状の距離測定領域１０とし、ペンの先端に導電体である金属を設けることで、ペン先の位置と、ペン先とタブレット２００の距離、すなわち筆圧を検出できる。距離測定領域１０に実装された平面状コイル１に対してペン先の金属が近づくことにより、対応する位置のセンサコイルが反応し、周波数が増加する。周波数情報のピーク値によって座標ＸＹ位置を演算部３０の位置演算手段３４（図１）が検出することで、軌跡に追従した情報を検出できる。この例では小型の平面状コイル１として、０．１ｍｍ角のスパイラルコイルを配置しているので、分解能を０．１ｍｍ以下と高精度にできる。また従来のループ状コイルを使用した電磁誘導式のタブレットでは、端部での感度が悪くなり、精度が低下するという問題があったが、本実施の形態では、このような精度の低下が無く、全面に渡って均一な精度を発揮できるという利点が得られる。
【００５６】
また、タブレット２００のデータ収集のためのスキャン方式は、上述したズームスキャン方式が好適に利用できる。すなわち、距離測定領域１０の全面でなく、ペン先の部分のみを検出すれば足りるため、高速でより効率の良い検出が実現できる。例えば、粗走査では１０ｍｍ角程度で距離測定領域１０を走査し、ペン先の存在及び大まかな位置が特定されると、この近傍での詳細位置を検出することができる。また、平面状コイル１を距離測定領域１０に密に実装し、スキャン方式により時分割で走査することにより、隣接するコイル間の干渉を防止して安定したデータ測定が可能となる。
（指紋特徴データ抽出）
【００５７】
次に、距離測定領域１０に指を接触させて指紋を読み取る指紋センサ３００に適用する例を、図１６に基づいて説明する。図１６（ａ）の断面図に示すように、指紋は指先の凹凸で構成されているため、指を距離測定領域１０に押し当てて、各位置における凹凸を検出することで、指紋パターンを抽出することが可能となる。図１６（ｂ）は、このような指紋検出の様子を示している。距離測定領域１０には、図１６（ａ）の断面図及び図１６（ｂ）の平面図に示すように、平面状コイル１がマトリクス状に多数配置されており、指先が近づくことにより対応する平板状にて指紋の凹凸が検出される。この例では平面状コイル１として、更に小型の１０μｍ角のスパイラルコイルを配置しているので、分解能を１０μｍ以下と極めて高精度にできる。スパイラルコイルのパターン間は０．１μｍ程度であり、既存のセンサの中では光センサを除き最も小さい部類となる。またこの場合のデータ収集は、広い面積での検出が必要となるため、ズームスキャン方式は不適であり、時分割のスキャン方式によって、各点での距離データを収集する。これにより、隣接する平面状コイル１間の干渉を防止し、より安定した指紋パターンの検出が可能となる。
（タッチパネル）
【００５８】
上記の例では指が導電体であることを利用して、各平面状コイル１と指の表面との距離測定を行った。このように、検出対象物自体が導電体の場合は、図１７の断面図に示すように、距離測定領域１０として、平面状コイル１を弾性シート等、表面が変形可能な弾性部材５０内に埋設して、弾性シート表面と平面状コイル１との表面を測定することにより、距離や座標を検出できる。一方、検出対象物が絶縁体の場合は、この構成では距離を検出できない。そこで、図１８に示すように、予め弾性シートなどの弾性部材５０Ｂ内に、平面状コイル１と対向する姿勢で離間した状態に導電体６２を保持する構成としてもよい。弾性シートの表面を押圧すると、導電体６２が平面状コイル１に向かって押し出され、導電体６２と平面状コイル１間の距離が変化するので、結果的に弾性シートに接触した検出対象物の座標や距離を検出できる。また押圧状態を解除すると、弾性シートが元の形状に復帰するので導電体６２と平面状コイル１間の距離が初期値に戻る。この構成であれば、導電体に限らずあらゆる検出対象物に対して、座標や距離などの検出が可能となる。例えば指、プラスチックなどに対応したタッチパネル等に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の位置測定センサ及び位置測定方法は、タブレットやタッチパネル、指紋センサ等に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置測定センサを示すブロック図である。
【図２】変位センサの発振回路を示す回路図である。
【図３】変位センサの構成を示すブロック図である。
【図４】変位センサの動作原理を示すブロック図である。
【図５】導電体とセンサＩＣとの距離に応じて、発振回路の発振周波数が変化する様子を示すグラフである。
【図６】距離測定領域における平面状コイルの配置の一例を示す平面図である。
【図７】ライン単位のスキャン方式の一例を示す平面図である。
【図８】ブロック単位のスキャン方式の一例を示す平面図である。
【図９】平面状コイルを市松模様状に配置した距離測定領域を示す平面図である。
【図１０】ズームスキャン方式を示す平面図であり、（ａ）はコイル、（ｂ）はブロック、（ｃ）は距離測定領域の平面図をそれぞれ示す。
【図１１】角形スパイラルコイルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図をそれぞれ示す。
【図１２】丸形スパイラルコイルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図をそれぞれ示す。
【図１３】２層構造とした角形スパイラルコイルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図をそれぞれ示す。
【図１４】２層構造とした丸形スパイラルコイルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図をそれぞれ示す。
【図１５】本実施の形態に係る位置測定センサをタブレットに適用した例を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図をそれぞれ示す。
【図１６】本実施の形態に係る位置測定センサを指紋センサに適用した例を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図をそれぞれ示す。
【図１７】平面状コイルを配置した距離測定領域の断面図である。
【図１８】平面状コイル及び導電体を配置した距離測定領域の断面図である。
【図１９】従来の座標入力表示装置で適用されるループコイル状センサを示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１００…位置測定センサ
２００…タブレット
３００…指紋センサ
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…平面状コイル
２、３…角形スパイラルコイル；４、５…丸形スパイラルコイル
６…ループ状コイル
７…選択回路
１０、１０Ａ…距離測定領域
２０、２０Ａ、２０Ｂ…選択回路
２２…走査手段
３０…演算部
３２…距離検出手段
３４…位置演算手段
４０…出力部
５０、５０Ｂ…弾性部材
６０、６２…導電体
７２…ＣＭＯＳインバータ（発振用）；７３…ＣＭＯＳインバータ（バッファ用）
７６…発振回路
７７…周波数カウンタ
７８…バッファ回路
７９…制御回路
８０…安定化回路
９５…センサＩＣ
９８…表示部
Ａ…高分解能領域；ＢＫ…ブロック
Ｃ１…キャパシタ；Ｌ１…発振コイル；Ｒ１…抵抗成分；Ｗ…検出対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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