(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振回路を有する位置指示器と、該位置指示器内の共振回路を共振させ得る信号を送信する送信手段、前記位置指示器内の共振回路から共振の結果返ってくる信号を受信し得る受信手段、該受信手段により受信した信号を処理し位置指示器の状態を検出する信号処理手段、ほぼ同一平面内に設けられ互いに直交する２方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）に多数配設されたセンサコイル、該センサコイルと前記送信手段又は受信手段を選択的に接続する接続手段を有するタブレットとからなるデジタイザのセンサコイルスキャン方法であって、
前記複数のＸ軸方向のセンサコイルのうちの一つから送信し、該送信を止めた直後に、該送信したＸ軸方向のセンサコイルから一定の数のコイルを飛ばして空間的距離を隔てた他のＸ軸方向のセンサコイルで受信するというプロセスを、前記Ｘ軸方向の複数センサコイルのうちのいくつかについて繰り返し、その結果得られた受信信号を処理することにより前記位置指示器の前記タブレットに対する座標情報を検出することを特徴とするセンサコイルスキャン方法。
【請求項２】
共振回路を有する位置指示器と、該位置指示器内の共振回路を共振させ得る信号を送信する送信手段、前記位置指示器内の共振回路から共振の結果返ってくる信号を受信し得る受信手段、該受信手段により受信した信号を処理し位置指示器の状態を検出する信号処理手段、ほぼ同一平面内に設けられ互いに直交する２方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）に多数配設されたセンサコイル、該センサコイルと前記送信手段又は受信手段を選択的に接続する接続手段を有するタブレットとからなるデジタイザのセンサコイルスキャン方法であって、
前記複数のＹ軸方向のセンサコイルのうちの一つから送信し、該送信を止めた直後に、該送信したＹ軸方向のセンサコイルから一定の数のコイルを飛ばして空間的距離を隔てた他のＹ軸方向のセンサコイルで受信するというプロセスを、前記Ｙ軸方向の複数センサコイルのうちのいくつかについて繰り返し、その結果得られた受信信号を処理することにより前記位置指示器の前記タブレットに対する座標情報を検出することを特徴とするセンサコイルスキャン方法。
【請求項３】
前記コイルを飛ばす数が１本であることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサコイルスキャン方法。
【請求項４】
前記コイルを飛ばす数が２本であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサコイルスキャン方法。
【請求項５】
前記コイルを飛ばす数が３本であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサコイルスキャン方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電磁作用により位置指示器の座標情報を検出し、コンピュータに座標情報を入力するデジタイザ及びそのセンサコイルスキャン方法に関する。特に、位置指示器とタブレットとの間で電磁的な相互作用をするデジタイザ及びその座標検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタイザはコンピュータに座標情報を入力する機器であって、位置指示器（スタイラスペン、カーソル等と呼ばれるもの）とタブレット（板状のもの）とからなる。位置指示器とタブレットとが電磁的な結合をするものについて、送受信デジタイザと呼ばれる従来の技術が知られている。
【０００３】
送受信デジタイザは、図２に示すように、タブレット側に設けられたループコイル群（Ｘ軸コイルＸ０１−Ｘ４０及びＹ軸コイルＹ５１−Ｙ８０。ここで、それぞれ４０本及び３０本としたのは例示である。また、図２には省略して５本又は４本を描いてある。）、そのループコイル群との間で電磁的な相互作用をするコイルを有する位置指示器４２０（コイルとコンデンサからなる共振回路を内蔵しており、それらの素子の値から定まる固有共振周波数、例えば５００キロヘルツにより共振することにより電磁的結合を実現する）、特定周波数（位置指示器の固有共振周波数）の信号をループコイル群に送出する送信回路４３０、ループコイル群から出力される信号を受信する受信回路４４０、その受信した信号を処理し指示器の状態を検出する信号処理回路４５０を有する。送信回路と受信回路との双方がタブレット側にあるのでこの種のデジタイザを送受信デジタイザと呼ぶことにする。ここで、Ｘ軸コイルとは、Ｘ軸方向に配設されたコイルをいう。言換えれば、その長手方向が、Ｙ軸に平行なコイルである。その出力値がＸ座標の検出に用いられるので、Ｘ軸コイルと呼ばれる。また、Ｙ軸コイルとは、Ｙ軸方向に配設されたコイル、言換えれば、その長手方向が、Ｘ軸に平行に設けられたコイルをいう。その出力値がＹ座標の検出に用いられるのでＹ軸コイルと呼ばれる。これらのループコイルは位置検出コイル又はセンサコイルと呼ばれることもある(以下、本明細書では、特に混同するおそれがない場合には単に「コイル」と略す)。
【０００４】
従来の送受信デジタイザの動作を簡単に説明する。送信回路４３０からの信号をいずれのコイルに供給するか（またはいずれのコイルからの信号を受信回路４４０に渡すか）は、送受切替スイッチ４３５、Ｘ軸コイル選択スイッチ４０６及びＹ軸コイル選択スイッチ４１６の働きによる。これらの３つのスイッチは図示しない制御回路により制御される。Ｘ軸コイル又はＹ軸コイルの一つが選択されてから３２マイクロ秒の間（以下、「単位期間」という）、そのコイルに５００キロヘルツの信号が供給される。（３２マイクロ秒、５００キロヘルツの大きさは例示である。）それにより交番磁界が発生し、もしもその近傍に位置指示器４２０が存在すれば、位置指示器４２０内の共振回路が励振され、共振を始める。次の単位期間に、タブレット側の同じコイルを選択し続けたまま、送受切替スイッチ４３５を切り替えることにより今度は位置指示器４２０からタブレット側に返ってくる交番磁界を受信し、その信号を受信回路４４０に渡す。位置指示器４２０内の共振回路の共振は減衰していくもののすぐには消滅しないので、受信回路４４０により信号を検出できる。この信号の大きさ（電圧レベル）は、タブレット側の選択されたコイルが位置指示器４２０の位置に近ければ近いほど大きなものとなる。
【０００５】
この一連の動作をＸ軸コイルＸ０１からＸ４０まで行い、さらにＹ軸コイルＹ５１からＹ８０まで行うことにより、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれの信号のレベルの分布が取得できる。コイルピッチを適当にとれば、隣合う３つのコイルに信号を取得できる。このレベル分布を放物線とみなしてその頂点を求めることにより位置指示器の座標を求めることができる。この計算をＸ軸、Ｙ軸それぞれ行うことにより、位置指示器４２０のタブレットに対する２次元座標が求められる。この計算は図示しない制御回路と信号処理回路４５０などの働きによる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べた送受信デジタイザでは、デジタイザの電源投入の際、又は一旦位置指示器が検出できる範囲外に出てから再び入った際には、位置指示器がいずれの場所にあるかの概略位置が不明なため、位置検出領域全体に対してセンサコイルのスキャンをかける必要が生じる。この際のスキャンを概略位置検出動作と呼ぶ。概略位置が分かってしまえば、その近傍のセンサコイルのみにスキャンをかければよいので、座標検出に要する時間は比較的短くてすむ(詳細位置検出動作)。しかし、概略位置検出に要する時間は比較的長く掛かる。特にデジタイザの座標検出領域が広くなればなるほど（たとえばＡ０サイズ）長時間かかってくる。
【０００７】
概略位置検出動作のやり方にはオールスキャンを選ぶかスキップスキャンを選ぶかという選択の余地があることが知られている。オールスキャンは文字どおりＸ軸ループコイルのすべて、Ｙ軸ループコイルのすべてに対してスキャンをかけることである。上の例では、４０本と３０本、計７０本のコイルをスキャンすることになる。スキップスキャンの例としては、山本正育と米田武とが共同で提案したものがある（特開平８−２８６８１４）。
【０００８】
スキップスキャンの一例について図面を参照しつつ説明する。図３は、スキップスキャン方法の一例を示す図である。図３は、センサコイルを多数配設したタブレットと位置指示器との関係を横方向から見て「模式的」に表している。「模式的」というのは、センサコイルについては実際の形状（ループ形状）を無視して直線であるかのように一重丸、又は二重丸で表し、位置指示器については鉛筆のシルエットのような形状により輪郭のみを表していることを意味する。左から１番目、３番目、５番目、７番目（奇数番目）のコイルを一重丸で表している。左から２番目、４番目、６番目（偶数番目）のコイルを二重丸で表している。以下、左から１番目のコイルをコイル１というように省略して表現する。コイル１、コイル３、コイル５をそれぞれ中心とする曲線弧が描かれている。これらの曲線弧は、コイル１、コイル３、コイル５から発せられた交番磁界が位置指示器内の共振回路を励振し、位置指示器を検出する限界を示している。
【０００９】
さらに、図３で下から上へ向く矢印はコイルから発して位置指示器へ向かう交番磁界を表し、上から下へ向く矢印は位置指示器（さらにいえば、その中にある共振回路を構成するコイル）から発してタブレット側のセンサコイルへ向かう交番磁界を表している。図３には位置指示器を４つ表示してあるが、４つの位置指示器が同時にタブレット上に存在することを意味するものではなく、図に描かれた位置に位置指示器が位置する場合にデジタイザがこの位置指示器を検出可能であることを意味する。
【００１０】
ここで、「読み取り高さ」という概念を考える。「読み取り高さ」とは、位置指示器がタブレットからどれだけ高いところに存在する場合にそれを検出できるかという高さの限界をいう。通常、タブレット板面からの鉛直距離をもって表される。上述した送受信デジタイザにおいて奇数番のコイルのみを検出に用い、偶数番のコイルをスキップする（飛ばす）というスキップスキャンを実行することを考える。すると、図３を見てわかるように、検出に用いる奇数番のコイルの真上においては読み取り高さが高く、スキップする偶数番のコイルの真上にあっては、読み取り高さが低い。その結果、タブレット板面上で場所によって読み取り高さが異なるという現象が生じる。図３に破線で描いた水平線２本はこの事情を表している。２本の水平線のうち高いほうは、検出に用いるコイルの近くにおける読み取り高さを表し、低いほうの水平線はスキップするコイルの近くにおける読み取り高さを表している。
【００１１】
この現象は、「読み取り高さに変動幅がある」と捉えることができる。この変動幅の大きさは、スキップ率が大きくなるほど大きい。図３において交番磁界の限界を示す曲線弧を山にたとえれば、スキップ率が大きくなることにより隣り合う山のピッチが大きくなり、それだけ谷が深くなるからである。ここで、スキップ率とは、検出するコイルを飛ばす割合であって、２本に1本を飛ばす場合は５０パーセント、４本のうち３本を飛ばす場合は７５パーセントとなる。
【００１２】
読み取り高さの変動幅が大きいことがデジタイザによる座標入力操作にどのような影響を与えるかを考える。そもそも上述したようにスキップスキャンは大型のデジタイザほどその必要性が高い。ところで、大型のデジタイザの用途の一つとして、その板面に大きな図面を貼り付けて、それをコンピュータに座標情報を入力しようとする場合に用いるという用途がある。そのような入力操作では、広い板面上を飛び飛びに入力する（位置指示器を用いて飛び飛びの場所を操作者が指示する）ことが頻繁になされる。したがって、位置指示器がどこにあるかを見失って、概略位置が不明な状態からの位置検出の必要性が高くなる。
【００１３】
もしも、厚い図面を貼り付けている場合や、紙を何枚も重ね貼りした場合には、入力場所によっては、「読み取り高さの変動幅」の狭間に入ってしまうことになる可能性がある。この場合に、スキップしたコイルでもう一度検出動作をやり直すこととする解決法も考えられる。しかし、概略位置検出動作にかかる時間を短くするというスキップスキャンの本来の目的からは遠くなる解決法である。
【００１４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、スキップスキャンの際の「読取り高さの変動幅」をより小さくしたデジタイザ及びセンサコイルスキャン方法を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のセンサコイルスキャン方法は、共振回路を有する位置指示器と、該位置指示器内の共振回路を共振させ得る信号を送信する送信手段、位置指示器内の共振回路から共振の結果返ってくる信号を受信し得る受信手段、該受信手段により受信した信号を処理し位置指示器の状態を検出する信号処理手段、ほぼ同一平面内に設けられ互いに直交する２方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）に多数配設されたセンサコイル、該センサコイルと前記送信手段又は受信手段を選択的に接続する接続手段を有するタブレットとからなるデジタイザのセンサコイルスキャン方法であって、複数のＸ軸方向のセンサコイルのうちの一つから送信し、該送信を止めた直後に、該送信したＸ軸方向のセンサコイルから一定の数のコイルを飛ばして空間的距離を隔てた他のＸ軸方向のセンサコイルで受信するというプロセスを前記Ｘ軸方向の複数センサコイルのうちのいくつかについて繰り返し、その結果得られた受信信号を処理することにより位置指示器のタブレットに対する座標情報を検出することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明のセンサコイルスキャン方法は、共振回路を有する位置指示器と、該位置指示器内の共振回路を共振させ得る信号を送信する送信手段、位置指示器内の共振回路から共振の結果返ってくる信号を受信し得る受信手段、該受信手段により受信した信号を処理し位置指示器の状態を検出する信号処理手段、ほぼ同一平面内に設けられ互いに直交する２方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）に多数配設されたセンサコイル、該センサコイルと前記送信手段又は受信手段を選択的に接続する接続手段を有するタブレットとからなるデジタイザのセンサコイルスキャン方法であって、複数のＹ軸方向のセンサコイルのうちの一つから送信し、該送信を止めた直後に、該送信したＹ軸方向のセンサコイルから一定の数のコイルを飛ばして空間的距離を隔てた他のＹ軸方向のセンサコイルで受信するというプロセスを前記Ｙ軸方向の複数センサコイルのうちのいくつかについて繰り返し、その結果得られた受信信号を処理することにより位置指示器のタブレットに対する座標情報を検出することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るスキャン方法の説明図である。装置構成は図２に示す従来の装置の構成と同じである。図１は、スキップ率５０パーセントで、奇数番のコイルのみを検出に用いることとした場合について図示している。奇数番のコイルとは、Ｘ軸コイルについては、Ｘ０１、Ｘ０３、Ｘ０５、…（途中省略）…、Ｘ３９をいい、Ｙ軸コイルについては、Ｙ５１、Ｙ５３、Ｙ５５、…（途中省略）…、Ｙ７９をいう。今、図１がＸ軸コイルを示しているものと考えると、図１の一重丸で示したものが左からＸ０１、Ｘ０３、Ｘ０５、Ｘ０７を示していることとなる。
【００１９】
以下、図１と図２とを同時に参照しつつ、本発明に係るスキャン方法について説明する。便宜上、Ｘ座標の概略位置検出におけるスキップスキャンのそれについて説明する。Ｙ座標の概略位置検出も同様になされる。
【００２０】
まず、第一単位期間において、図示しない制御部の制御により、送受切替スイッチ４３５が送信回路からの信号をＸ軸コイル選択スイッチ４０６に接続するとともに、Ｘ軸コイル選択スイッチ４０６がＸ軸コイルＸ０１を選択する（このことを以下単に「Ｘ０１から送信する」と表現する）。このときＸ０１から上方に向けて交番磁界が発せられる（図１においてもっとも左の一重丸から上方に向いている上向きの矢印３本）。そして、この付近にもしも位置指示器が存在すれば、その交番磁界は位置指示器に設けられた共振回路を励振し、共振回路は振動を始める。
【００２１】
次に、第二単位期間において、図示しない制御部の制御により、送受切替スイッチ４３５が第一単位期間における接続を切断し、Ｘ軸コイル選択スイッチ４０６がＸ軸コイルＸ０３を選択し、Ｘ軸コイルＸ０３に発生した信号は受信回路４４０に送られ、さらにその出力は信号処理回路４５０に送られる（このことを以下単に「Ｘ０３で受信する」と表現する）。もしも、この付近に位置指示器が存在していれば、送信回路４３０からの信号を切断することにより、共振回路の強制振動は終わり、自由振動に移る。この自由振動は減衰していくが、すぐにはなくならないから、共振回路を構成するコイルから交番磁界が発生する状態が暫時保たれる。その交番磁界の影響でＸ軸コイルＸ０３には信号が発生する。それを受信回路４４０で検出して信号処理回路４５０に送ることとなる。
【００２２】
さらに、第三単位期間において、Ｘ０３から送信し、第四単位期間において、Ｘ０５で受信する。第五単位期間において、Ｘ０５で送信し、第六単位期間において、Ｘ０７で受信する。以下、同様に繰り返して、第三十七単位期間において、Ｘ３７で送信し、第三十八単位期間において、Ｘ３９で受信する。このようなスキャン方法を採用する際の読取り高さを測定すると、図１に示す点線のように、ほぼ一定の高さをもつことがわかる。
【００２３】
ここで、このような結果をもたらすべくコイル配置及びそのスキャン方法が満たすべき条件について整理して考えてみる。まず第一に、センサコイルが等間隔で多数配設されていること、第二に、連続するｎ本のうち（ｎ−１）本をスキップするスキップスキャンでありスキップ率が一定していること（ｎは、２,３,４等の整数）、第三に、検出に用いるコイルを一方の端から他方の端へ順番に番号付けして考えたとき、1番目のコイルで送信する送信期間、2番目のコイルで受信する受信期間、2番目のコイルで送信する送信期間、3番目のコイルで受信する受信期間というように繰り返して続いていくスキャン方法であることである。
【００２４】
スキップ率については、上述したが２本に１本をスキップする場合は５０パーセント、3本に2本をスキップする場合は６７パーセント、４本に３本をスキップする場合は７５パーセントとなる。スキップ率７５パーセントのときを例にとって検出に用いるコイルを考えると、Ｘ０４、Ｘ０８、Ｘ１２、Ｘ１６、Ｘ２０、Ｘ２４、Ｘ２８、Ｘ３２、Ｘ３６、Ｘ４０を検出に用い、他のコイルをスキップすることになる。
【００２５】
【実施例】
[実施例１]
ここで、ｎを１とする特別の場合について考えてみる。ｎが１のとき、ｎ−１はゼロとなるから、もはやスキップするとはいえない。しかし、従来の送受信デジタイザのスキャン方法とは違う新しいスキャン方法である。つまり、Ｘ軸コイルのスキャンについて具体的に言えば、第一単位期間にＸ０１で送信、第二単位期間にＸ０２で受信、第三単位期間にＸ０２で送信、第四単位期間にＸ０３で受信、第五単位期間にＸ０３で送信、第六単位期間にＸ０４で受信、第七単位期間にＸ０４で送信、…(途中省略)…、第七十六単位期間にＸ３９で受信、第七十七単位期間にＸ３９で送信、第七十八単位期間にＸ４０で受信するというスキャン方法である。Ｙ軸コイルについても同様である。このｎが１であるとした特別の場合も、読取り高さの変動が小さいという効果は同様に得られる。
【００２６】
[実施例２]
上述の実施形態では、Ｘ軸コイルもＹ軸コイルもそれぞれ等間隔に配設され、スキップ率も一定であるとした。その場合には、読取り高さはほぼ一定の高さをタブレット板面上の全面において得られる。しかし、この等間隔性が厳密に守られない場合でも、読取り高さの変動を小さくするという本発明の課題を達成できる。検出に用いるコイル間では、読取り高さがほぼ直線的に得られるからである。
【００２７】
[実施例３]
上述の実施形態では、Ｘ軸とＹ軸との双方について、スキップスキャンをすることとしたが、スキップスキャンをいずれか一軸についてのみ実行して、位置指示器の検出がなされた場合には、詳細位置検出動作に入ることとする実施例も可能である。
【００２８】
[実施例４]
上述の実施形態では、スキャン方向を定め、順を追ってスキップスキャンすることとしたが、順次スキャンせずに、ランダムに選んでスキャンすることとする実施例も可能である。その場合でも、ある単位期間において送信を実行したら、その送信に用いたコイルと所定の空間距離を隔てたコイル（同じ軸に属するコイル）で、その直後の単位期間において受信するということを守りさえすれば、読取り高さの変動を小さくするという本発明の効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
上述の構成によって、概略位置検出動作を速く行える。送受信デジタイザのスキップスキャンにおいて、読取り高さの変動幅を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスキャン方法の説明図
【図２】送受信デジタイザの構成図
【図３】スキップスキャン方法の一例を示す図
【符号の説明】
Ｘ０１−Ｘ４０  Ｘ軸コイル
Ｙ５１−Ｙ８０  Ｙ軸コイル
４０６  Ｘ軸コイル選択スイッチ
４１６  Ｙ軸コイル選択スイッチ
４２０  位置指示器
４３０  送信回路
４３５  送受切替スイッチ
４４０  受信回路
４５０  信号処理回路
【図１】
0004128296.tif 000002
【図２】
0004128296.tif 000003
【図３】
0004128296.tif 000004