(57)【要約】【課題】位置検出用の導線等を備えていないタブレットを用いつつも、指示装置の傾斜にかかわらず高い精度で位置を検出できる。【解決手段】第１及び第２の磁気センサ９，１１は、第１及び第２の磁界Ｈ1，Ｈ2について３次元的な磁界成分を検出する。位置算出部は、これらの３次元的な磁界成分に基づき、ペン５の指し示す任意の位置を求める。これにより、たとえペン５が傾斜姿勢でも、ペン５が同一位置ならば磁界ベクトルに伴う平面Ｓが傾斜するだけでタブレット１上における平面との交線は不変である。よって位置検出用の導線等を備えていないタブレット１を用い、ペン５が傾斜していたとしても高い精度で位置検出が可能である。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指示装置で指示されたタブレット上の任意位置を位置算出部が検出する位置検出装置において、
前記タブレットは、位置検出用の導線が非埋設であり、かつ、３次元的な磁界成分を検出可能な第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを備え、
前記指示装置は、
前記タブレットの指示範囲内における任意位置を指示したことを示す二つのタイミング信号を、それぞれ異なるタイミングで出力する信号出力手段と、
前記信号出力手段から出力された第１のタイミング信号に基づいて、第１の磁界を発生させる第１のコイルと、
前記信号出力手段から出力された第２のタイミング信号に基づいて、第２の磁界を発生させる第２のコイルとを備え、
前記位置算出部は、
前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサによって検出された前記第１の磁界及び前記第２の磁界の３次元的な磁界成分に基づき、前記指示装置によって指示された前記タブレット上の任意位置を算出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記位置算出部は、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサが設けられた前記タブレット上の座標と、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサによって検出された磁界成分とに基づいて前記任意位置を算出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置検出装置において、
前記位置算出部は、前記任意位置（ｘ，ｙ）を次の式にしたがって求める
ｘ＝｛−Ｂ・（Ｐ1x＋Ａ・Ｐ1y）＋Ａ・（Ｐ2x＋Ｂ・Ｐ2y）｝／（Ａ−Ｂ）
ｙ＝｛（Ｐ1x＋Ａ・Ｐ1y）＋（Ｐ2x＋Ｂ・Ｐ2y）｝／（Ａ−Ｂ）
但し、上記のＰ1xを前記第１の磁気センサのｘ座標とし、Ｐ1yを前記第１の磁気センサのｙ座標とし、Ｐ2xを前記第２の磁気センサのｘ座標とし、Ｐ2yを前記第２の磁気センサのｙ座標とし、
Ａ＝（Ｖ1z/C1・Ｖ1x/C2−Ｖ1x/C1・Ｖ1z/C2）／（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）
Ｂ＝（Ｖ2z/C1・Ｖ2x/C2−Ｖ2x/C1・Ｖ2z/C2）／（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）
とし、
Ｖ1x/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1x/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1y/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1y/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1z/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1z/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、
さらに、
Ｖ2x/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2x/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2y/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2y/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2z/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2z/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とする。
【請求項４】
請求項２に記載の位置検出装置において、
前記位置算出部は、三次元曲面ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０とした場合、この式と、次の二式とに基づいて三次元的な前記任意位置（ｘ，ｙ，ｚ）を求める
ｚ＝｛−（Ａ1−Ａ2）・ｙ＋（Ｐ1x＋Ａ1・Ｐ1y＋Ｂ1・Ｐ1z）−（Ｐ2x＋Ａ2・Ｐ2y＋Ｂ2・Ｐ2z）｝／（Ｂ1−Ｂ2）
ｘ＝｛（Ａ1・Ｂ2−Ｂ1・Ａ2）・ｙ−Ｂ2・（Ｐ1x＋Ａ1・Ｐ1y＋Ｂ1・Ｐ1z）＋Ｂ1・（Ｐ2x＋Ａ2・Ｐ2y＋Ｂ2・Ｐ2z）｝／（Ｂ1−Ｂ2）
但し、上記のＰ1xを前記第１の磁気センサのｘ座標とし、Ｐ1yを前記第１の磁気センサのｙ座標とし、Ｐ1zを前記第１の磁気センサのｚ座標とし、Ｐ2xを前記第２の磁気センサのｘ座標とし、Ｐ2yを前記第２の磁気センサのｙ座標とし、Ｐ2zを前記第２の磁気センサのｚ座標とし、
Ａ1＝（Ｖ1z/C1・Ｖ1x/C2−Ｖ1x/C1・Ｖ1z/C2）／（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）
Ｂ1＝（Ｖ1x/C1・Ｖ1y/C2−Ｖ1y/C1・Ｖ1x/C2）／（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）
Ａ2＝（Ｖ2z/C1・Ｖ2x/C2−Ｖ2x/C1・Ｖ2z/C2）／（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）
Ｂ2＝（Ｖ2x/C1・Ｖ2y/C2−Ｖ2y/C1・Ｖ2x/C2）／（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）
とし、
Ｖ1x/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1x/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1y/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1y/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1z/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ1z/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、
さらに、
Ｖ2x/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2x/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2y/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2y/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2z/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、
Ｖ2z/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とする。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の位置検出装置において、前記第１の磁気センサ及び第２の磁気センサは、磁気インピーダンス効果に基づき磁界成分を検出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の位置検出装置において、前記信号出力手段は、前記指示装置の先端部に設けられた圧電素子からの信号に基づき信号を出力することを特徴とする位置検出装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の位置検出装置において、前記信号出力手段は、操作者が任意に操作するスイッチからの信号に基づき信号を出力することを特徴とする位置検出装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の位置検出装置において、前記指示装置は、前記タブレットの指示範囲内の任意位置を光で示す光照射手段を備えていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の位置検出装置において、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、前記タブレット上の前記指示装置による指示範囲外に設けられていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の位置検出装置において、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、前記指示装置による指示方向を中心にして同軸に設けられていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１１】
位置検出用の導線が非埋設で構成されたタブレット上における任意位置を指示するための指示装置において、
任意位置が指示された時点で、それぞれ異なるタイミングで第１の磁界と第２の磁界を発生する第１のコイル及び第２のコイルを内蔵し、
前記第１の磁界及び前記第２の磁界の３次元的な磁界成分に基づき、指示された前記タブレット上の任意位置を算出させることを特徴とする指示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の指示装置において、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、指示方向を中心にして同軸に設けられていることを特徴とする指示装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の指示装置において、
前記タブレットの指示範囲内における任意位置を指示したことを示す二つのタイミング信号を、それぞれ異なるタイミングで出力する信号出力手段を備え、
前記第１のコイルは、前記信号出力手段から出力された第１のタイミング信号に基づき第１の磁界を発生し、
前記第２のコイルは、前記信号出力手段から出力された第２のタイミング信号に基づき第２の磁界を発生することを特徴とする指示装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の指示装置において、
前記信号出力手段は、前記指示装置の先端部に設けられた圧電素子からの信号に基づき信号を出力することを特徴とする指示装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の指示装置において、
前記信号出力手段は、操作者が任意に操作するスイッチからの信号に基づき信号を出力することを特徴とする指示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外観がペン形状等を呈する指示装置によって指示されたタブレット上における任意位置を求めるための位置検出装置及びこれに用いる指示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の装置（第１の装置）としては、タブレットに多数の導線等を配し、この上をスタイラスペンで指示した際に、タブレットの導線等に誘起する電圧に基づいて、スタイラスペンで指示した座標を検出するものが例示される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、タブレットに導線等を備えていない装置（第２の装置）としては、ペンから仮想の磁力線を発生させ、タブレットに設けられた３個のセンサによって磁界強度を検出し、これらに基づき位置検出を行うものが例示される（例えば、特許文献２を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１９１４１６号公報（第３頁右下欄、第１図）
【特許文献２】
特開平９−４４２８７号公報（段落番号［００１３］、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来例に係る第１の装置は、スタイラスペンを傾けた状態で使用しても位置検出の誤差が小さいが、多数の導線をタブレットに備える必要があって、位置算出の計算が複雑化し、タブレットが大型になるほど重量・コストが嵩む。また、導線等の存在により視認性が劣るので、ディスプレイ装置の前面に配備するには不適切である等の問題がある。
【０００６】
また、第２の装置は、タブレットに導線等を設ける必要はなく、上記の第１の装置のような問題点はない。しかしながら、スタイラスペンを傾けて使用すると、磁界強度が変わる関係上、位置検出の精度が低くなるという問題がある。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、磁界ベクトルから得られる平面とタブレット上の交線に基づき位置検出を行うことにより、位置検出用の導線等を備えていないタブレットを用いつつも、指示装置の傾斜にかかわらず高い精度で位置検出が可能な位置検出装置及びこれに用いる指示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、指示装置で指示されたタブレット上の任意位置を位置算出部が検出する位置検出装置において、前記タブレットは、位置検出用の導線が非埋設であり、かつ、３次元的な磁界成分を検出可能な第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを備え、前記指示装置は、前記タブレットの指示範囲内における任意位置を指示したことを示す二つのタイミング信号を、それぞれ異なるタイミングで出力する信号出力手段と、前記信号出力手段から出力された第１のタイミング信号に基づいて、第１の磁界を発生させる第１のコイルと、前記信号出力手段から出力された第２のタイミング信号に基づいて、第２の磁界を発生させる第２のコイルとを備え、前記位置算出部は、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサによって検出された前記第１の磁界及び前記第２の磁界の３次元的な磁界成分に基づき、前記指示装置によって指示された前記タブレット上の任意位置を算出することを特徴とするものである。
【０００９】
（作用・効果）指示装置の信号出力手段からの第１のタイミング信号に基づき第１の磁界が第１のコイルから発生され、第２のタイミング信号に基づき第２の磁界が第２のコイルから発生される。このように異なるタイミングで発生された第１の磁界及び第２の磁界について、タブレットが備える第１の磁気センサ及び第２の磁気センサは、第１の磁界及び第２の磁界について３次元的な磁界成分を検出する。位置算出部は、これらの第１の磁界及び第２の磁界の３次元的な磁界成分に基づき、指示装置の指し示す任意の位置を求める。
【００１０】
本構成では、タブレット上に第１のコイルが第１の磁界を発生させるが、これによる磁界ベクトルは、タブレット上の任意位置と指示装置の中心軸を含む平面上に常に存在する。この平面を求めることができれば、平面とタブレット上との交線を求めることができる。また、このような平面とタブレット上の交線をもう一つ得ることができれば、交線同士の交点が指示装置の指し示している位置の座標となる。そこで、第１のコイルによる第１の磁界とは異なるタイミングで第２のコイルによる第２の磁界を発生させることにより、二つ目の磁界ベクトルを得る。これによりもう一つの交線を得ることができ、交線同士の交点から座標を求めることができる。
【００１１】
たとえ指示装置が傾いた状態で使用されていたとしても、指示位置が同一であるならば、平面が傾斜するだけでタブレット上における平面との交線は不変である。したがって、指示装置が傾斜しても高い精度で位置検出が可能である。
【００１２】
なお、ここでいう指示装置としては、例えば、ペン型のものが挙げられ、タブレットとしては、デスク上に置いて使用する平板状の形態のものや、パーソナルコンピュータ等の画面に設けられた透明で薄板状の部材からなる入力装置等が挙げられる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記位置算出部は、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサが設けられた前記タブレット上の座標と、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサによって検出された磁界成分とに基づいて前記任意位置を算出することが好ましい。
【００１４】
（作用・効果）タブレットにおける第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの既知の座標と、これらの磁気センサによって検出された磁界成分とに基づき、指示装置の指示位置を求めることができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の位置検出装置において、前記位置算出部は、前記任意位置（ｘ，ｙ）を次の式にしたがって求める
ｘ＝｛−Ｂ・（Ｐ1x＋Ａ・Ｐ1y）＋Ａ・（Ｐ2x＋Ｂ・Ｐ2y）｝／（Ａ−Ｂ）
ｙ＝｛（Ｐ1x＋Ａ・Ｐ1y）＋（Ｐ2x＋Ｂ・Ｐ2y）｝／（Ａ−Ｂ）
但し、上記のＰ1xを前記第１の磁気センサのｘ座標とし、Ｐ1yを前記第１の磁気センサのｙ座標とし、Ｐ2xを前記第２の磁気センサのｘ座標とし、Ｐ2yを前記第２の磁気センサのｙ座標とし、
Ａ＝（Ｖ1z/C1・Ｖ1x/C2−Ｖ1x/C1・Ｖ1z/C2）／（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）
Ｂ＝（Ｖ2z/C1・Ｖ2x/C2−Ｖ2x/C1・Ｖ2z/C2）／（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）
とし、
Ｖ1x/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1x/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1y/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1y/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1z/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1z/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、さらに、Ｖ2x/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2x/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2y/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2y/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2z/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2z/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とするのが好ましい。
【００１６】
（作用・効果）指示装置によって指示されたタブレット上の平面における任意位置の座標を（ｘ，ｙ）とした場合には、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの座標とこれらからの出力信号に基づき、上記の式によって任意位置を算出することができる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の位置検出装置において、前記位置算出部は、三次元曲面ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０とした場合、この式と、次の二式とに基づいて三次元的な前記任意位置（ｘ，ｙ，ｚ）を求める
ｚ＝｛−（Ａ1−Ａ2）・ｙ＋（Ｐ1x＋Ａ1・Ｐ1y＋Ｂ1・Ｐ1z）−（Ｐ2x＋Ａ2・Ｐ2y＋Ｂ2・Ｐ2z）｝／（Ｂ1−Ｂ2）
ｘ＝｛（Ａ1・Ｂ2−Ｂ1・Ａ2）・ｙ−Ｂ2・（Ｐ1x＋Ａ1・Ｐ1y＋Ｂ1・Ｐ1z）＋Ｂ1・（Ｐ2x＋Ａ2・Ｐ2y＋Ｂ2・Ｐ2z）｝／（Ｂ1−Ｂ2）
但し、上記のＰ1xを前記第１の磁気センサのｘ座標とし、Ｐ1yを前記第１の磁気センサのｙ座標とし、Ｐ1zを前記第１の磁気センサのｚ座標とし、Ｐ2xを前記第２の磁気センサのｘ座標とし、Ｐ2yを前記第２の磁気センサのｙ座標とし、Ｐ2zを前記第２の磁気センサのｚ座標とし、
Ａ1＝（Ｖ1z/C1・Ｖ1x/C2−Ｖ1x/C1・Ｖ1z/C2）／（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）
Ｂ1＝（Ｖ1x/C1・Ｖ1y/C2−Ｖ1y/C1・Ｖ1x/C2）／（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）
Ａ2＝（Ｖ2z/C1・Ｖ2x/C2−Ｖ2x/C1・Ｖ2z/C2）／（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）
Ｂ2＝（Ｖ2x/C1・Ｖ2y/C2−Ｖ2y/C1・Ｖ2x/C2）／（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）
とし、
Ｖ1x/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1x/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1y/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1y/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1z/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、Ｖ1z/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第１の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、さらに、Ｖ2x/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2x/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｘ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2y/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2y/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｙ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2z/C1を、前記第１の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とし、Ｖ2z/C2を、前記第２の磁界に応じて前記第２の磁気センサのｚ軸素子から出力された信号とするのが好ましい。
【００１８】
（作用・効果）指示装置によって指示されたタブレット上の三次元的な任意位置の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とした場合には、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの座標とこれらからの出力信号に基づき、上記の式によって三次元的な任意位置を算出することができる。
【００１９】
ここでいう三次元的な任意位置とは、例えば、タブレットが湾曲した構造を有するディスプレイ面等に設けられている場合における位置である。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の位置検出装置において、前記第１の磁気センサ及び第２の磁気センサは、磁気インピーダンス効果に基づき磁界成分を検出することが好ましい。
【００２１】
（作用・効果）磁気インピーダンス効果(Magneto-Impedance effect; MI effect)に基づく磁気センサは、超高感度であるという性質がある。したがって、この種の磁気センサを第１の磁気センサ及び第２の磁気センサに用いることにより、検出位置のさらなる高精度化が可能となる。
【００２２】
また、請求項１から５のいずれかに記載の位置検出装置において、前記信号出力手段は、前記指示装置の先端部に設けられた圧電素子からの信号に基づき信号を出力したり（請求項６）、操作者が任意に操作するスイッチからの信号に基づき信号を出力したりするのが好ましい（請求項７）。
【００２３】
（作用・効果）圧電素子を指示装置の先端部に設けることにより、指示装置を操作者がタブレット上に押しつけるだけでその時の位置を算出させることができる（請求項６）。また、操作者がスイッチを操作するだけでその時の位置を算出させることができる（請求項７）。
【００２４】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の位置検出装置において、前記指示装置は、前記タブレットの指示範囲内の任意位置を光で示す光照射手段を備えていることが好ましい。
【００２５】
（作用・効果）指示装置がタブレット上に当接しない非接触の形態である場合には、光照射手段から指示位置を光で示すことにより、どこを指示しているかが操作者に容易に分かる上、タブレットや指示装置が摩耗することがない。また、位置を検出させるためには、スライドスイッチや押しボタンスイッチなどの明示的な手段を併用することが好ましい。
【００２６】
例えば、大勢の人の前に設けられたスクリーンと、これに二つの磁気センサを設けてタブレットを構成した場合、レーザあるいはＬＥＤ等の発光手段を備えた光照射手段によって指示先が光で示されることにより、操作者が意図する位置を容易に指示させることができる。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の位置検出装置において、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、前記タブレット上の前記指示装置による指示範囲外に設けられていることが好ましい。
【００２８】
（作用・効果）磁気センサを指示範囲内に設けた構成では、第１の磁気センサと第２の磁気センサとを結ぶ線上を指示装置で指示することが起こり得る。この場合には、平面とタブレット上の交線が二つとも重なってしまい、それらの交点を求めることができなくなって、指示された任意位置の座標を算出できなくなる。このような不都合を回避するために、磁気センサを上記の範囲に設けることが好ましい。
【００２９】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の位置検出装置において、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、前記指示装置による指示方向を中心にして同軸に設けられていることが好ましい。
【００３０】
また、請求項１１に記載の発明は、位置検出用の導線が非埋設で構成されたタブレット上における任意位置を指示するための指示装置において、任意位置が指示された時点で、それぞれ異なるタイミングで第１の磁界と第２の磁界を発生する第１のコイル及び第２のコイルを内蔵し、前記第１の磁界及び前記第２の磁界の３次元的な磁界成分に基づき、指示された前記タブレット上の任意位置を算出させることが好ましい。
【００３１】
（作用・効果）指示装置は、第１の磁界と第２の磁界とを発生する、受信手段とは異なる送信手段としての第１のコイル及び第２のコイルを内蔵した形態である。第１の磁界及び第２の磁界の３次元的な磁界成分に基づいて、タブレット上の任意位置を算出させることができる。
【００３２】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の指示装置において、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、指示方向を中心にして同軸に設けられていることが好ましい。
【００３３】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載の指示装置において、前記タブレットの指示範囲内における任意位置を指示したことを示す二つのタイミング信号を、それぞれ異なるタイミングで出力する信号出力手段を備え、前記第１のコイルは、前記信号出力手段から出力された第１のタイミング信号に基づき第１の磁界を発生し、前記第２のコイルは、前記信号出力手段から出力された第２のタイミング信号に基づき第２の磁界を発生することが好ましい。
【００３４】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の指示装置において、前記信号出力手段は、前記指示装置の先端部に設けられた圧電素子からの信号に基づき信号を出力することが好ましい。
【００３５】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の指示装置において、前記信号出力手段は、操作者が任意に操作するスイッチからの信号に基づき信号を出力することものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１及び図２はこの発明の一実施例に係り、図１は実施例に係る位置表示装置の概略構成を示す図であり、図２はペンの概略構成を示すブロック図である。
【００３７】
位置検出装置は、タブレット１と、位置算出部３と、ペン５とを備えている。タブレット１は、位置検出用に格子状の導線等を備えておらず、図面の奥行き方向（ｚ方向）にやや厚みのある平板状を呈している。その手前面には、ペン５による任意の位置検出が可能な指示範囲７を有する。枠線７ａは、その指示範囲７を操作者に明示的に表すために付されている。
【００３８】
図１に示したタブレット１の上端部と枠線７ａの上線との間には、二つの磁気センサ９，１１が埋設されている。ここでは、これらを第１の磁気センサ９と、第２の磁気センサ１１と称する。第１の磁気センサ９と第２の磁気センサ１１とは、いわゆる３軸タイプのセンサであって、３次元的な磁界成分を検出可能である。これらには、磁気インピーダンス効果(Magneto-Impedance effect; MI effect)を利用したものを採用するのが好ましい。このタイプのセンサは、超高感度であるので、検出位置のさらなる高精度化が可能である。
【００３９】
タブレット１に埋設された両磁気センサ９，１１からは、信号線が延出されており、これは位置算出部３に接続されている。位置算出部３は、例えば、図示しないマイクロコンピュータやメモリ等を備えており、後述するようにして第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１からの出力電圧を信号として取り込み、それらの３次元的な磁界成分に係る信号に基づいてペン５の先端部５ａが指し示す指示範囲７内の任意位置を算出する。
【００４０】
上記の位置算出部３は、算出結果に基づく位置情報を、例えば、図示しないコンピュータのインターフェイスを介してドライバソフトウエアに与える。コンピュータは、ドライバソフトウエアからの位置情報に基づいて、例えば、ペン５の先端部５ａの位置を画面上に表示する等の処理を行う。
【００４１】
ペン５は、筆記用具程度あるいはそれよりやや大きな外形を呈し、先端部５ａが尖頭状を呈する。その内部には、長手方向に所定の間隔を隔てて、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２とが取り付けられている。また、それらは、指示方向を中心にして同軸とされている。なお、図２では、図示の関係上、そのようには描かれていない。
【００４２】
ペン５の先端部５ａ付近には、圧電素子１７が埋設されている。図示省略しているが、この圧電素子１７には、先端部５ａがタブレット１に押圧された際の圧力が伝達されるように、ペン５の先端部５ａが構成されている。ペン５の先端部５ａがタブレット１に対して押圧されると、圧電素子１７からは「指示信号」が出力される。
【００４３】
ペン５の先端部５ａの反対側には、コントローラ１９が設けられている。このコントローラ１９は、押圧信号を受けて、上述した第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２を駆動する。具体的には、押圧信号を受けて、異なる二つのタイミング信号、つまり第１のタイミング信号と第２のタイミング信号を出力し、両コイルＣ１，Ｃ２を駆動する（詳細後述）。なお、圧電素子１７に圧力を加えると、その瞬間にパルス電圧が発生し、これをトリガーにしてペン５内のコントローラ１９が駆動され、圧電素子１７に付与されていた圧力がなくなると、押圧時とは逆極性のパルス電圧が発生し、これによりコントローラ１９は動作を停止する。したがって、例えば、一筆書きの場合には、ペン５の移動中にも位置検出を行わせるために、コントローラ１９側で押圧期間だけ指示信号をラッチするのが好ましい。これにより所定周期で二つのコイルＣ１，Ｃ２が駆動され、その周期で位置検出を行わせることができる。
【００４４】
ここで図３を参照する。なお、図３は、コントローラ及びその周辺の回路図である。なお、この図では、上述した圧電素子１７をスイッチＳＷで等価的に表している。
【００４５】
圧電素子１７からの「指示信号」は、コントローラ１９内の水晶発振器２１に与えられる。この水晶発振器２１は、指示信号の入力に基づいて、一定周波数の矩形波信号を出力するタイプのものであり、例えば、１ＭＨｚ以上の一定周波数で矩形波電圧信号を出力する。
【００４６】
この構成において、電源電圧を３．３Ｖとし、第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２の巻数を３００とし、両コイルＣ１，Ｃ２の直径をそれぞれ５ｍｍとすると、両コイルＣ１，Ｃ２に流れる電流を安定させるためには、周波数を約４０ｋＨｚ以下にする必要がある。そこで、まず、水晶発振器２１から出力されるＭＨｚオーダの矩形波電圧信号を、クロック信号として４ビットバイナリカウンタ２３に与える。そして、４ビットバイナリカウンタ２３の出力ＱＤを、Ｄフリップフロップ２５のクロック信号として与える。Ｄフリップフロップ２５からは出力信号Ｑとその反対値である出力信号Ｑバーが出力されるが、そのうちの出力信号Ｑ（第１のタイミング信号であって後述する第１の駆動信号ＤＳ１）をトランジスタ２７に与え、出力信号Ｑバー（第２のタイミング信号であって後述する第２の駆動信号ＤＳ２）をトランジスタ２９に与える。つまり、上記の構成により、水晶発振器２１の矩形波電圧信号を分周するのである。
【００４７】
これにより各トランジスタ２７，２９は、各々第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２を水晶発振器２１の出力信号の周波数よりも低い一定の周波数で駆動することになり、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２とに安定した電流を供給することができる。その結果、それぞれ異なる微小時間差のタイミングで磁界を発生させることができる。
【００４８】
なお、駆動周波数をさらに低くする必要がある場合には、さらにフリップフロップを追加すればよい。また、所要の周波数の駆動信号を直接的に発生させる回路を用いてもよい。
【００４９】
図４を参照して、第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１について説明する。なお、図４は、磁気センサの概略構成を模式的に示した図である。
【００５０】
ここでは両磁気センサ９，１１は同一の構成であるので、第１の磁気センサ９を例に採って説明する。第１の磁気センサ９は、上述したように３軸タイプのものであり、ｘ，ｙ，ｚの三方向にそれぞれＭＩ素子９ｘ，９ｙ，９ｚを備えている。換言すると、各々のＭＩ素子９ｘ，９ｙ，９ｚが互いに直交するように取り付けられている。異なるタイミングで第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２から磁界が発生されると、それぞれの磁界成分が電圧値Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚとして第１の磁気センサ９により検出され、これらは上述した位置算出部３に出力される。
【００５１】
次に、図５を参照して、上述したコントローラ１９による両コイルＣ１，Ｃ２の駆動タイミングと、上述した両磁気センサ９，１１による信号の検出タイミングについて説明する。なお、図５は、コントローラからの信号及び磁気センサの検出信号におけるタイミングの一例を説明するためのタイミングチャートである。
【００５２】
上述したようにコントローラ１９は、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２に対して異なるタイミングで磁界を発生させる。つまり、第１の駆動信号ＤＳ１によって第１のコイルＣ１が駆動されるが、それに伴う第１の磁界によって第１の磁気センサ９のＭＩ素子９ｘ，９ｙ，９ｚに生じた誘導起電力をトリガーとして、遅れ時間ｔｄ後から所定の計測時間ｔｍx内で第１の磁気センサ９におけるｘ成分（電圧）を検出する（Ｖｘ）。次に、この検出タイミングから遅れ時間ｔｄxy後に計測時間ｔｍy内で第１の磁気センサ９におけるｙ成分（電圧）を検出し（Ｖｙ）、遅れ時間ｔｄyz後に計測時間ｔｍz内で第１の磁気センサ９におけるｚ成分（電圧）を検出する（Ｖｚ）。
【００５３】
そして、上記同様に、第２の駆動信号ＤＳ２によって第２のコイルＣ２が駆動されるが、それに伴う第２の磁界によって第１の磁気センサ９のＭＩ素子９ｘ，９ｙ，９ｚに生じた誘導起電力をトリガーとして、第１の駆動信号ＤＳ１と同様に各磁界成分を検出する。
【００５４】
上述したのは、第１の磁界成分及び第２の磁界成分を第１の磁気センサ９で検出する例であるが、同様にして第２の磁気センサ１１によっても両コイルＣ１，Ｃ２による各々の磁界成分を検出する。検出された磁界成分に相当する電圧値は、全て位置算出部３が記憶する。
【００５５】
次に、図６及び図７を参照して、検出原理及びペン入力への適用について説明する。なお、図６は原理を説明するための模式図であり、図７はペン入力への適用を説明するための模式図である。
【００５６】
例えば、ペン５が操作者によって通常の筆記用具を扱うように傾斜姿勢で支持され、その先端部５ａが指示範囲７ａ内のＯ点に位置された状態で、ペン５が押圧されたものとする。すると、圧電素子１７からの指示信号に基づき、両コイルＣ１，Ｃ２に駆動電流が異なるタイミングで供給され、第１の磁界と第２の磁界の３次元的な磁界成分が両磁気センサ９，１１で検出される。これに基づき位置算出部３が次のようにして先端部５ａの位置を算出する。なお、説明の都合上、本明細書においてはベクトルには符号の前に「ｖ」を付することにする。
【００５７】
タブレット１の指示範囲７ａ上に第１のコイルＣ１が形成する磁界ベクトルｖＨ１は、タブレット１面上の任意の点Ｐと両コイルＣ１，Ｃ２の中心軸を含む平面Ｓ上に常時存在する。したがって、この平面Ｓを求めることができれば、タブレット１面上との交線ＰＯを求めることができる。二つの磁気センサによって二つの直線が得られるので、その交点がペン５の先端部５ａの座標となる。平面Ｓを求めるためには、ベクトルがもう一つあればよいが、それは第２のコイルＣ２によって形成される磁界ベクトルｖＨ２によって得られる。
【００５８】
そこで、上述した構成のペン５を採用し、二つの磁界ベクトルを区別するために微小時間間隔をおいて磁界を発生させる。これにより、点Ｐ上に二つのベクトルを得ることができる。したがって、これらのベクトルに垂直かつ点Ｐを含む平面Ｓが求められ、平面Ｓとタブレット１面（ｘ−ｙ平面）との交線ＰＯ（平面Ｓの式においてｚ＝０としたもの）は、点Ｐとペン５の先端部５ａの座標Ｏとを結んだ直線となる。ここでは、二つの磁気センサ９，１１がタブレット１に設けられているので、直線を二つ求めることでペン５の先端部５ａの座標を求めることができる。
【００５９】
以上が概要であるが、詳細は以下のようになる。
上述した第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１は、それぞれ電圧信号ｖＶ＝（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を出力するが、これは検出しようとしている磁界ベクトルｖＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）と次のように比例関係にある。なお、符号αは、磁気センサに固有の比例定数とする。
ｖＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（α・Ｖｘ，α・Ｖｙ，α・Ｖｚ）
【００６０】
図６に示した磁界ベクトル平面Ｓの算出は、次のようにして行う。
第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１によって二つの磁界ベクトルを求めることにより、平面Ｓを求めることができる。第１のコイルＣ１による磁界ベクトルｖＨ1は、次の式で表される。
【００６１】
ｖＨ1＝（Ｈ1x，Ｈ1y，Ｈ1z）＝α1・ｖＶ1
＝（α1・Ｖ1x，α1・Ｖ1y，α1・Ｖ1z）
【００６２】
ここでは、第１のコイルＣ１による磁界ベクトルｖＨ1で誘起される第１の磁気センサ９の出力電圧Ｖ1＝（Ｖ1x，Ｖ1y，Ｖ1z）としている。
【００６３】
第２のコイルＣ２による磁界ベクトルｖＨ2は、次の式で表される。
【００６４】
ｖＨ2＝（Ｈ2x，Ｈ2y，Ｈ2z）＝α2・ｖＶ2
＝（α2・Ｖ2x，α2・Ｖ2y，α2・Ｖ2z）
【００６５】
ここでは、第２のコイルＣ２による磁界ベクトルｖＨ2で誘起される第２の磁気センサ１１の出力電圧Ｖ2＝（Ｖ2x，Ｖ2y，Ｖ2z）としている。
【００６６】
上記の二つの磁界ベクトルｖＨ1，ｖＨ2の法線ベクトルをｖｎ＝（ａ，ｂ，ｃ）とし、両磁気センサ９，１１の座標ベクトルをｖＰで表すと、磁界ベクトル平面Ｓは、
【００６７】
ｖｎ・（ｖｘ−ｖＰ）＝０
ａ・（ｘ−Ｐx）＋ｂ・（ｙ−Ｐy）＋ｃ・ｚ＝０
【００６８】
この「ｎ」は、平面Ｓの法線ベクトルであるから、二つの磁界ベクトルｖＨ1，ｖＨ2に対して垂直である。このことから、「ｎ」は、二つの磁界ベクトルｖＨ1，ｖＨ2の外積であるので、次の式で表される。
【００６９】
ｖｎ＝ｖＨ1×ｖＨ2
＝（Ｈ1y・Ｈ2z−Ｈ1z・Ｈ2y，Ｈ1z・Ｈ2x
−Ｈ1x・Ｈ2z，Ｈ1x・Ｈ2y−Ｈ1y・Ｈ2x）
【００７０】
これにより磁界ベクトル平面Ｓは、次の式で表される。
【００７１】
（Ｈ1y・Ｈ2z−Ｈ1z・Ｈ2y）・（ｘ−Ｐx）＋
（Ｈ1z・Ｈ2x−Ｈ1x・Ｈ2z）・（ｙ−Ｐy）＋
（Ｈ1x・Ｈ2y−Ｈ1y・Ｈ2x）・ｚ＝０
【００７２】
次に、タブレット１の指示範囲７との交線ＰＯを算出する。この場合には、ｚ＝０として、
（Ｈ1y・Ｈ2z−Ｈ1z・Ｈ2y）・（ｘ−Ｐx）＋
（Ｈ1z・Ｈ2x−Ｈ1x・Ｈ2z）・（ｙ−Ｐy）＝０
となるので、
【００７３】
（ｘ−Ｐx）＋（（Ｈ1z・Ｈ2x−Ｈ1x・Ｈ2z）／
（Ｈ1y・Ｈ2z−Ｈ1z・Ｈ2y））・（ｙ−Ｐy）＝０
と表される。
【００７４】
ここで、第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１の出力する電圧信号をそれぞれ（Ｖ1x，Ｖ1y，Ｖ1z）及び（Ｖ2x，Ｖ2y，Ｖ2z）とすると、
（Ｈ1z・Ｈ2x−Ｈ1x・Ｈ2z）／（Ｈ1y・Ｈ2z−Ｈ1z・Ｈ2y）＝
（Ｖ1z・Ｖ2x−Ｖ1x・Ｖ2z）／（Ｖ1y・Ｖ2z−Ｖ1z・Ｖ2y）
となる。
【００７５】
上式を係数Ａで置換する。
（Ｖ1z・Ｖ2x−Ｖ1x・Ｖ2z）／（Ｖ1y・Ｖ2z−Ｖ1z・Ｖ2y）＝Ａ  … (1)
【００７６】
すると、直線ＰＯは、次の(2)式で表される。
【００７７】
（ｘ−Ｐｘ）＋Ａ・（ｙ−Ｐｙ）＝０  …  (2)
【００７８】
以上が、一つの磁気センサ９と先端部５ａを通る直線ＰＯを求める手法である。
【００７９】
次に、第１及び第２の磁気センサ９，１１を用いた場合の手法について説明する。
【００８０】
第１の磁気センサ９での磁界ベクトルから得られた直線をＬ1とし、第２の磁気センサ１１での磁界ベクトルから得られた直線をＬ2とし、その交点を求めることにより、ペン５の先端部５ａの位置座標Ｏが得られる。また、二つの磁界ベクトル平面の交線を求め、その交線はペン５の中心軸線であり、この中心軸線とタブレット１面との交点を求めるという手法もある。
【００８１】
ここでは、
第１の磁気センサ９の座標ベクトルをｖＰ1＝（Ｐ1x，Ｐ1y，０）
第２の磁気センサ１１の座標ベクトルをｖＰ2＝（Ｐ2x，Ｐ2y，０）
第１のコイルＣ１の磁界による第１の磁気センサ９の出力電圧ベクトルを
ｖＶ1/C1＝（Ｖ1x/C1，Ｖ1y/C1，Ｖ1z/C1）
第２のコイルＣ２の磁界による第１の磁気センサ９の出力電圧ベクトルを
ｖＶ1/C2＝（Ｖ1x/C2，Ｖ1y/C2，Ｖ1z/C2）
第１のコイルＣ１の磁界による第２の磁気センサ１１の出力電圧ベクトルを
ｖＶ2/C1＝（Ｖ2x/C1，Ｖ2y/C1，Ｖ2z/C1）
第２のコイルＣ２の磁界による第２の磁気センサ１１の出力電圧ベクトルを
ｖＶ2/C2＝（Ｖ2x/C2，Ｖ2y/C2，Ｖ2z/C2）
とする。
【００８２】
直線Ｌ１は、上記の(1),(2)式より、
【００８３】
Ａ＝（Ｖ1z/C1・Ｖ1x/C2−Ｖ1x/C1・Ｖ1z/C2）／
（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）  …  (3)
【００８４】
（ｘ−Ｐ1x）＋Ａ（ｙ−Ｐ1y）＝０      …  (4)
【００８５】
で表すことができる。
【００８６】
第２の磁気センサ１１により得られた直線Ｌ2は、上述した直線Ｌ1と同様に求められる。
【００８７】
Ｂ＝（Ｖ2z/C1・Ｖ2x/C2−Ｖ2x/C1・Ｖ2z/C2）／
（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）  …  (5)
【００８８】
（ｘ−Ｐ2x）＋Ａ（ｙ−Ｐ2y）＝０      …  (6)
【００８９】
で表すことができる。
【００９０】
これらの二直線Ｌ１，Ｌ２の交点がペン５の先端側５ａの座標（任意位置）であり、交点Ｏ＝（ｘ，ｙ）は次の(7),(8)式で表すことができる。
【００９１】
ｘ＝｛−Ｂ・（Ｐ1x＋Ａ・Ｐ1y）＋Ａ・（Ｐ2x＋Ｂ・Ｐ2y）｝／（Ａ−Ｂ）  …  (7)
ｙ＝｛（Ｐ1x＋Ａ・Ｐ1y）−（Ｐ2x＋Ｂ・Ｐ2y）｝／（Ａ−Ｂ）  …  (8)
【００９２】
上記の(3),(5)式に第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１の出力電圧値を代入し、得られたＡ，Ｂと、二つの磁気センサ９，１１の座標値Ｐ1，Ｐ2とを(7)式に代入することにより、ペン５の先端部５ａの座標を求めることができる。この演算は、上述した位置算出部３によって実行され、位置情報として出力される。
【００９３】
なお、上述した第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１のタブレット１への取付位置は任意であるが、指示範囲７の外に取り付けることが好ましい。両磁気センサ９，１１を指示範囲７内に設けた構成では、第１の磁気センサ９と第２の磁気センサ１１とを結ぶ線上をペン５で指示することが起こり得る。この場合には、平面Ｓとタブレット１上の交線が二つとも重なってしまい、それらの交点を求めることができなくなって、指示された任意位置の座標を算出できなくなるからである。
【００９４】
本実施例によれば、異なるタイミングで発生された第１の磁界及び第２の磁界について、タブレット１が備える第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１は、第１の磁界及び第２の磁界について３次元的な磁界成分を検出する。位置算出部３は、これらの第１の磁界及び第２の磁界の３次元的な磁界成分に基づき、ペン５の指し示す任意の位置を求める。これにより、たとえペン５が傾斜姿勢で使用されていたとしても、ペン５の指示位置が同一であるならば、磁界ベクトルに伴う平面Ｓが傾斜するだけでタブレット１上における平面Ｓとの交線は不変である。したがって、位置検出用の導線等を備えていないタブレット１を用い、ペン５が傾斜していたとしても高い精度で位置検出が可能である。
【００９５】
なお、ペン５は、上述したように先端部５ａ側に圧電素子１７を備える必要はなく、図８に示すように構成してもよい。ここで図８は、ペンの変形例を示すブロック図である。
【００９６】
本変形例に係るペン５Ａは、先端部５ａ側に、図示しない光学系を備え、その奥側にレーザ照射器３１を備えている。その照射光は、上述した第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２の中心軸に一致している。また、指示信号をコントローラ１９に与えるためのスイッチＳＷが、ペン５Ａの先端部５ａ側の側面に取り付けられている。このスイッチＳＷは、操作者が意図した時点で指示信号を出力できるものであれば押しボタン式、スライド式、静電式等の種々のスイッチを採用可能である。
【００９７】
本発明における光照射手段に相当するレーザ照射器３１は、ペン５Ａの先端部５ａ側に可視レーザを照射する。操作者は、ペン５の先端部５ａ側をタブレット１から離間させた状態で移動させつつ、タブレット１上に照射された可視レーザが指示範囲７内の所望位置に移動した時点でスイッチＳＷを作動させる。これに基づきコントローラ９は上述したように異なるタイミングで第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２とを駆動する。また、レーザの照射は、スイッチＳＷに連動させてもよい。
【００９８】
なお、光照射手段は、レーザ照射器３１に代えてＬＥＤ照射器などを採用してもよい。この場合のＬＥＤは高輝度であることが好ましい。
【００９９】
このようなペン５Ａの変形例によると、操作者がスイッチＳＷを操作するだけで、その時のタブレット１上の、レーザにより指示される点の位置を算出させることができる。また、ペン５Ａがタブレット１上に当接しない非接触の形態であるので、タブレット１やペン５Ａが摩耗することなく長寿命化を図ることができる。また、離れた位置で使用しても、レーザ照射器３１で指示位置を示すことにより、どこを指示しているかが操作者に容易に分かる。
【０１００】
なお、レーザの照射をスイッチＳＷに連動させた場合には、ペン５Ａを離間させていることから指示位置が不明確となることがある。そこで、スイッチＳＷが操作されて一定時間の経過後に、磁界を発生させて位置が算出されるようにしてもよい。この際には、スイッチＳＷを操作後に位置が算出されるまでの間は、そのことを操作者に明示的に知らせるためにレーザ光を点滅発光させるようにしてもよい。
【０１０１】
本変形例は、例えば、大勢の人の前に設けられたスクリーンと、これに二つの磁気センサを設けてタブレット１を構成した場合に有用である。つまり、スクリーンから離れた位置でペン５Ａを使用しても指示先が光で示されることにより、操作者が意図する位置を容易に指示させることができ、その位置をコンピュータ等に表示させることもできる。
【０１０２】
＜三次元座標の例＞
上記の例では、タブレット１の指示範囲７が平面である場合を例に採って説明したが、本発明は非平面である場合も適用することができる。
【０１０３】
ここでいう非平面としては、例えば、図９に示す例が挙げられる。なお、図９は三次元座標検出の説明に供する図であり、（ａ）は指示範囲内の一部が矩形状に形成されたタブレットであり、（ｂ）は指示範囲内の一部が半球状に形成されたタブレットであり、（ｃ）は指示範囲内の一部が湾曲形成されたタブレットである。
【０１０４】
この場合におけるタブレット１の指示範囲７が非平面とは、予め決められた三次元形状に整形されているものをいう。図９（ａ）は、矩形状の突起が指示範囲７Ａに形成されたタブレット１を示している。図９（ｂ）は、半球状の突起が指示範囲７Ｂに形成されたタブレット１を示し、図９（ｃ）は、指示範囲７Ｃが湾曲形成されたタブレット１を示している。もちろん、これらの形状に限定されるものではなく、種々の三次元形状に形成されたタブレット１であっても以下のようにして指示した任意位置を算出することができる。
【０１０５】
３次元形状を入力面として座標を指示する場合、上述したように二つの交線の交点と考えるよりも、両コイルＣ１，Ｃ２の中心軸直線が３次元曲面を貫く点を考えた方が理解が容易である。なお、ここではタブレット１が図９（ａ）〜図９（ｃ）のような形状であって、その形状のあらゆる点の座標が既知であるとする。
【０１０６】
第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２が形成する磁界を第１の磁気センサ９及び第２の磁気センサ１１が検知して、磁界ベクトル平面を二つ得ることができるので、これらの二平面の交線（両第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２の中心軸直線）を求める。得られた中心軸直線と３次元曲面との交点を求めることで、ペン５の先端部５ａの座標を求めることができる。この交点を求める際には、３次元形状が、ある式で表せる場合には、それらの式から交点が得られる。式で表せない場合は、タブレット１の三次元形状の表面における座標データと中心軸直線の式から交点を得ることができる。
【０１０７】
以下に、三次元形状のタブレット１におけるペン５の座標算出手法について説明する。なお、三次元形状は図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように種々の形状があるので、ここでは一般式でその形状を表すためにｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０とする。因みに、ｚ＝０とすることで、上述した平面形状のタブレット１を表すことができる。
【０１０８】
第１の磁気センサ９によって得られる第１の磁界ベクトル平面をＳ１とし、第２の磁界ベクトル平面をＳ２とすると、第１の磁界ベクトル平面Ｓ１は次の式で表される。
【０１０９】
（Ｈ1y/C1・Ｈ1z/C2−Ｈ1z/C1・Ｈ1y/C2）・（ｘ−Ｐ1x）＋
（Ｈ1z/C1・Ｈ1x/C2−Ｈ1x/C1・Ｈ1z/C2）・（ｙ−Ｐ1y）＋
（Ｈ1x/C1・Ｈ1y/C2−Ｈ1y/C1・Ｈ1x/C2）・（ｚ−Ｐ1z）＝０
となるので、
【０１１０】
（ｘ−Ｐ1x）＋｛（（Ｈ1z/C1・Ｈ1x/C2−Ｈ1x/C1・Ｈ1z/C2）／
（Ｈ1y/C1・Ｈ1z/C2−Ｈ1z/C1・Ｈ1y/C2）｝・（ｙ−Ｐ1y）＋
｛（Ｈ1x/C1・Ｈ1y/C2−Ｈ1y/C1・Ｈ1x/C2）／
（Ｈ1y/C1・Ｈ1z/C2−Ｈ1z/C1・Ｈ1y/C2）｝・（ｚ−Ｐ1z）＝０
と表される。
【０１１１】
なお、ここでは、
第１の磁気センサ９の座標ベクトルをｖＰ1＝（Ｐ1x，Ｐ1y，Ｐ1z）
第２の磁気センサ１１の座標ベクトルをｖＰ2＝（Ｐ2x，Ｐ2y，Ｐ2z）
第１のコイルＣ１の磁界による第１の磁気センサ９の出力電圧ベクトルを
ｖＶ1/C1＝（Ｖ1x/C1，Ｖ1y/C1，Ｖ1z/C1）
第２のコイルＣ２の磁界による第１の磁気センサ９の出力電圧ベクトルを
ｖＶ1/C2＝（Ｖ1x/C2，Ｖ1y/C2，Ｖ1z/C2）
第１のコイルＣ１の磁界による第２の磁気センサ１１の出力電圧ベクトルを
ｖＶ2/C1＝（Ｖ2x/C1，Ｖ2y/C1，Ｖ2z/C1）
第２のコイルＣ２の磁界による第２の磁気センサ１１の出力電圧ベクトルを
ｖＶ2/C2＝（Ｖ2x/C2，Ｖ2y/C2，Ｖ2z/C2）
とする。
【０１１２】
ここで上記の式を係数Ａ1及びＢ1で置換すると、
Ａ1＝（Ｖ1z/C1・Ｖ1x/C2−Ｖ1x/C1・Ｖ1z/C2）／
（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）  …  (10)
Ｂ1＝（Ｖ1x/C1・Ｖ1y/C2−Ｖ1y/C1・Ｖ1x/C2）／
（Ｖ1y/C1・Ｖ1z/C2−Ｖ1z/C1・Ｖ1y/C2）  …  (11)
となる。
【０１１３】
すると、第１の平面Ｓ１は、次の式で表される。
【０１１４】
（ｘ−Ｐ1x）＋Ａ1・（ｙ−Ｐ1y）＋Ｂ1・（ｚ−Ｐ1z）＝０     …  (12)
【０１１５】
第２の平面Ｓ２は、同様にして、
【０１１６】
（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）・（ｘ−Ｐ2x）＋
（Ｖ2z/C1・Ｖ2x/C2−Ｖ2x/C1・Ｖ2z/C2）・（ｙ−Ｐ2y）＋
（Ｖ2x/C1・Ｖ2y/C2−Ｖ2y/C1・Ｖ2x/C2）・（ｚ−Ｐ2z）＝０
となる。
【０１１７】
ここで上記の式を係数Ａ2及びＢ2で置換すると、
Ａ2＝（Ｖ2z/C1・Ｖ2x/C2−Ｖ2x/C1・Ｖ2z/C2）／
（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）  …  (13)
Ｂ2＝（Ｖ2x/C1・Ｖ2y/C2−Ｖ2y/C1・Ｖ2x/C2）／
（Ｖ2y/C1・Ｖ2z/C2−Ｖ2z/C1・Ｖ2y/C2）  …  (14)
となる。
【０１１８】
すると、第２の平面Ｓ２は、次の式で表される。
【０１１９】
（ｘ−Ｐ2x）＋Ａ2・（ｙ−Ｐ2y）＋Ｂ2・（ｚ−Ｐ2z）＝０     …  (15)
【０１２０】
上記(12),(15)式で表される二つの平面Ｓ１，Ｓ２の交線が両コイルＣ１，Ｃ２の中心軸直線Ｌｃとなり、これを求めると次の(16),(17)式で表される。
【０１２１】
ｚ＝｛−（Ａ1−Ａ2）・ｙ＋（Ｐ1x＋Ａ1・Ｐ1y＋Ｂ1・Ｐ1z）−
（Ｐ2x＋Ａ2・Ｐ2y＋Ｂ2・Ｐ2z）｝／（Ｂ1−Ｂ2）  …  (16)
【０１２２】
ｘ＝｛（Ａ1・Ｂ2−Ｂ1・Ａ2）・ｙ−Ｂ2・（Ｐ1x＋Ａ1・Ｐ1y＋
Ｂ1・Ｐ1z）＋Ｂ1・（Ｐ2x＋Ａ2・Ｐ2y＋Ｂ2・Ｐ2z）｝／（Ｂ1−Ｂ2） …  (17)
【０１２３】
上記の(16),(17)式をｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０に代入して、ｙを求め、次いでこのｙの値を(16),(17)式に代入することにより、ペン５の先端部５ａが当接しているタブレット１における三次元曲面上の座標を求めることができる。
【０１２４】
但し、ｙについて解く必要があるので、あまりに高次の関数であると、容易に求めることができないことがある。その場合には、次に示す手法によって座標を決定するか、数値的に最適解を得るための計算を行わなければならない。数値的に最適解を得るためには、計算負荷が大きくなる。
【０１２５】
三次元形状が数式によって表すことができない場合には、その形状を計測等して座標データを予め位置算出部３内のメモリ（図示省略）に記憶しておく。そして、上記の(16),(17)式にｙの値を指示範囲７内で順次に代入してゆき、算出された（ｘ，ｙ，ｚ）の組と指示範囲７の座標データとを比較して、一致する又はある誤差範囲内のものを探索することで座標を決定することができる。なお、この場合における座標の位置精度は、予め格納してある座標データの細かさに依存することになる。
【０１２６】
このようにタブレット１の指示範囲７が三次元形状を呈する場合であっても、本発明はその指示された任意位置を算出することができる。しかも、ペン５が傾斜姿勢であっても正確に位置を求めることができる。
【０１２７】
上記のような位置検出装置は、例えば、腕の外形に沿って湾曲形成された液晶表示装置を備えた、いわゆるウエアラブルコンピュータにおいて、その液晶表示装置面にて指示された位置を算出する場合に有用である。
【０１２８】
また、上述した位置検出装置は、必ずしも実際にペン５を曲面に押しあてることによって指示される必要はなく、ホログラム映像における座標検出が例示される。この場合には、その映像の各座標データは既知であるので、ホログラム映像と両磁気センサ９，１１との位置関係Ｐ1，Ｐ2を求めることでペン５の先端部５ａの座標を得ることができる。
【０１２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、異なるタイミングで発生された第１の磁界及び第２の磁界について、タブレットが備える第１の磁気センサ及び第２の磁気センサは、第１の磁界及び第２の磁界について３次元的な磁界成分を検出する。位置算出部は、これらの第１の磁界及び第２の磁界の３次元的な磁界成分に基づき、指示装置の指し示す任意の位置を求める。
【０１３０】
これにより、たとえ指示装置が傾いた状態で使用されていたとしても、指示位置が同一であるならば、磁界ベクトルに伴う平面が傾斜するだけでタブレット上における平面との交線は不変である。したがって、位置検出用の導線等を備えていないタブレットを用い、指示装置が傾斜していたとしても高い精度で位置検出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る位置表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】ペンの概略構成を示すブロック図である。
【図３】コントローラ及びその周辺の回路図である。
【図４】磁気センサの概略構成を模式的に示した図である。
【図５】コントローラからの信号及び磁気センサの検出信号におけるタイミングの一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】原理を説明するための模式図である。
【図７】ペン入力への適用を説明するための模式図である。
【図８】ペンの変形例を示すブロック図である。
【図９】三次元座標検出の説明に供する図であり、（ａ）は指示範囲内の一部が矩形状に形成されたタブレットであり、（ｂ）は指示範囲内の一部が半球状に形成されたタブレットであり、（ｃ）は指示範囲内の一部が湾曲形成されたタブレットである。
【符号の説明】
１  …  タブレット
３  …  位置算出部
５  …  ペン（指示装置）
５ａ  …  先端部
７  …  指示範囲
９  …  第１の磁気センサ
１１  …  第２の磁気センサ
Ｃ１  …  第１のコイル
Ｃ２  …  第２のコイル
１７  …  圧電素子
１９  …  コントローラ（信号出力手段）
【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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