(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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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