JP6012038B2 - 電磁誘導方式の位置検出センサ及び位置検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばタブレット型端末等の電子機器の入力デバイスとして用いられる電磁誘導方式の指示体位置検出装置の指示位置検出センサに関する。

近年、タブレット型端末やスマートフォン等と呼ばれる高機能携帯電話端末等の入力デバイスとして電磁誘導方式の位置入力装置が用いられている。この位置入力装置は、ペン型に形成された位置指示器（ペン型位置指示器）と、このペン型位置指示器を用いて、ポインティング操作や文字及び図等の入力を行う入力面を有する指示体位置検出装置から成る。ペン型位置指示器は、コイルとコンデンサからなる共振回路を備える。一方、指示体位置検出装置は、横方向（Ｘ軸方向）に複数のループコイルを配設したＸ軸方向のループコイル群と、縦方向（Ｙ軸方向）に複数のループコイルを配設したＹ軸方向のループコイル群とを積層させた位置検出センサを備える。

そして、位置検出センサ部分に配設された複数のループコイルから所定の順番で１つのループコイルを選択し、この選択したループコイルからペン型位置指示器に対して送信信号を送信する。これにより、ペン型位置指示器のコンデンサが充電される。次に、送信に用いたループコイルを受信回路に接続してペン型位置指示器の共振回路から送信される信号を受信して、受信信号に基づいて指示位置の検出を行う。このような信号の送受を、ループコイルを順次に替えて行うことにより、位置検出センサ上のペン型位置指示器による指示位置が検出される。

なお、電磁誘導方式の位置入力装置による位置の算出方法として、ペン型位置指示器からの信号を最も強く受信しているループコイルの受信信号レベルとその両側のループコイルの受信信号レベルに基づいて計算する方法が知られている。通常は、３つのループコイルの受信信号に基づいてペン型位置指示器の位置が算出される（３点検出法）。更に、後に記す特許文献１には、ループコイルが配置された位置検出センサ周辺部（位置検出センサの縦方向の周辺部、横方向の周辺部）では、３つのループコイルから受信信号が得られず、２つのループコイルの受信信号レベルに基づいて計算する方法（２点検出法）を併用する発明が開示されている。

この２点検出法により今までペン型位置指示器を検出できない位置検出センサ周辺部の領域を縮小することが可能となった。また、位置検出センサの周辺部より更に外側の位置検出センサ端部付近においては、１つのループコイルからしか受信信号が得られず、位置の算出はできない。そのため、位置検出センサの端部付近において、ペン型位置指示器による指示位置を１つのループコイルでしか検出できない部分をいわゆる無効エリアとして取り扱ってきた。

なお、電磁誘導方式の位置入力装置は、パーソナルコンピュータなどの外部入力装置として用いられるほか、上述もしたように、タブレット型端末や高機能携帯電話端末の入力デバイスとしても利用されている。この場合、電磁誘導方式の位置入力装置は、ＬＣＤなどからなる表示部に対して積層するように配置され、タブレット型ＰＣや高機能携帯電話端末と一体の構成とされて用いられる。

特開平５−１８１５９４号公報

従来からの位置検出センサの端部におけるペン型位置指示器による指示位置の検出方法では、２点検出法により、隣接する２つのループコイルの受信信号レベルの比率に依存する所定の関係式に基づいて位置を算出してきた。ここで、図８Ａに示すように、Ｘ軸方向の幅（横幅）Ｄの複数のループコイルＸ_０、Ｘ_１、Ｘ_２、…をピッチＰでＸ軸方向に配置すると共に、Ｙ軸方向にも所定幅のループコイルＹ_０、Ｙ_１、Ｙ_２、…を所定ピッチで配置して構成する従来の位置検出センサについて考える。

図８ＡにおいてＸ軸方向の左端部分に着目するとき、端部から２番目のループコイルＸ_１より外側のエリアでは一番端のループコイルＸ_０でしか信号が得られない。２番目のループコイルＸ_１でも微弱な信号は得られるが、ループコイルの中心から離れるに従ってサイドローブとしての２次的なピークが生じる場合がある。そのため、上述したように、ループコイルＸ_０とループコイルＸ_１の受信信号の信号レベルの比率に依存する所定の関係式に基づいて正確な位置を計算できず、座標飛びによる誤検出が生じるのである。

具体的には、図８Ａに示した位置検出センサの左下端部を拡大して示した図８Ｂにおいて、通常、ループコイルＸ_０とループコイルＸ_１が受信するペン型位置指示器からの信号の分布ＳＸ_０、ＳＸ_１は、ペン型位置指示器の位置に応じて、図８Ｃに示すように、ループコイルＸ_０、Ｘ_１の短辺方向の中点Ｓ０、Ｓ１をピーク位置とするものとなる。

これにより、少なくとも隣接する２つのループコイルが受信するペン型位置指示器からの信号の比率に基づいて、ペン型位置指示器による指示位置を後述する計算式に基づき特定できる。そして、図８Ｃに示したように、ループコイルＸ_０、Ｘ_１等における受信する信号の分布（受信信号分布）は、中点Ｓ０、Ｓ１から遠ざかる方向に行くほど信号レベルが低下していく。しかし、ペン型位置指示器による指示位置が中点Ｓ０、Ｓ１から一定以上はなれると、信号レベルが上昇に転じいわゆるサイドロープが生じる。そのため、全く異なる位置でありながら、全く同じ信号比率の状態となる位置が発生することがある。この場合、ペン型位置指示器は所定の位置にあるにもかかわらず、位置検出装置側ではペン型位置指示器の指示位置をより内側に位置していると検出してしまう場合があると考えられるのである。

このため、従来は、上述もしたように、この誤検出を生じやすい部分（結果としてペン型位置指示器による指示位置を１つのコイルでしか検出できない部分）を無効エリアとしていた。そして、この無効エリアを利用して、位置検出用センサのループコイルの一部を集中して配置させてオーバーラップエリアとしていた。例えば、無効エリアＯＡｒの内側部分は、Ｙ軸方向に配列されるループコイルＹ_０、Ｙ_１、Ｙ_２、…の短辺部分を重なりあうように密集させていた。また、このエリアは液晶を押さえるベゼルの下に配置することでこの無効エリアを覆い隠していた。

しかし、近年、スマートフォンなどの位置入力装置を備えた機器の急速な普及に伴い、位置入力装置について、表示領域や検出領域のサイズを変えずに、製品サイズを小型化したいという要求がある。あるいは、製品サイズを変えずに表示領域を更に大きくしたいという要求がある。この要求を満足するためには、表示領域周辺の液晶パネルを組上げるためのフレーム（ベゼル）部分をより狭くする必要がある。しかし、単に位置入力装置と一体になった液晶パネルのフレーム（ベゼル）を狭くすると、位置入力用のセンサの無効エリアをフレームの下に配置していたため、無効エリアが表示領域にはみ出してくる。この部分で、無理やり、２つのループコイルの算出法（２点検出法）を適用すると、指示位置の誤検出を生じさせる可能性がある。

この問題の解決方法として、無効エリアを狭くするため、個々のループコイルの配置を密にして、さらに、ループコイルの導線幅が通常１００μｍであれば、半分の５０μｍにするなどして、オーバーラップエリアＯＶを狭くすることが考えられる。また、検出センサを構成する基板を多層化することも考えられる。しかし、これらの方法を取る場合には、当然ながらコストアップに繋がってしまう。

以上のことに鑑み、この発明は、コストアップに繋がるような大きな変更を伴うことなく、無効エリアを狭くしても、端部部分における指示位置を正確に検出することが可能な電磁誘導方式の位置検出センサを実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の電磁誘導方式の位置検出センサは、
指示体から送信される信号を受信することで前記指示体による指示位置を検出する位置検出装置に用いられる位置検出センサであって、
導線を巻回して形成される複数のターンからなる少なくとも前記指示体からの信号を受信するための複数のループコイルと、
該複数のループコイルが配置される基板と、を備え、
前記基板には、前記複数のループコイルが少なくとも前記基板の一方向に並べて配置されることにより、前記指示体による指示位置を検出するための位置検出エリア及び該位置検出エリアの外縁と前記基板の外周との間に無効エリアが形成され、
前記複数のループコイルのうち前記一方向の端に位置するループコイルは、その一部が前記無効エリアに位置し、他の部分は前記位置検出エリアに位置するように配置されており、前記複数のループコイルのうちの前記一方向の端に位置するループコイルに近接して配置されたループコイルは、該近接して配置されたループコイルが有する複数のターンのうちの少なくとも１つのターンが、前記一方向の幅と他のターンの前記一方向の幅とが異なる幅で形成され、前記複数のターンのうちの少なくとも１つのターンの一部が、前記一方向の端に位置するループコイルの前記無効エリアに配置された一部と、前記位置検出エリアに配置された部分との間に配置されるようにした、
ことを特徴とする。

この請求項１に記載の電磁誘導方式の位置検出センサによれば、複数のループコイルのうち一方向の端に位置するループコイルは、その一部が無効エリアに位置し、他の部分は位置検出エリアに位置するように配置されて、複数のループコイルのうちの当該一方向の端に位置するループコイルに近接して配置されたループコイルは、該近接して配置されたループコイルが有する複数のターンのうちの少なくとも１つのターンが、前記一方向の幅と他のターンの前記一方向の幅とが異なる幅で形成され、前記複数のターンのうちの少なくとも１つのターンの一部が、当該一方向の端に位置するループコイルの無効エリアに配置された一部と、位置検出エリアに配置された部分との間に配置される。このようにして、複数のターンからなるループコイルにおけるペン型位置指示器からの信号の受信信号分布を目的する分布状態にする。

これにより、一方向の端に位置する複数のターンのループコイルと、これに隣接する複数のターンのループコイルとの関係では、２点検出法を用いた場合であっても、誤検出を生じさせないようにすることができる。したがって、位置検出センサの端部部分におけるペン型位置指示器による指示位置の誤検出が防止でき、位置検出センサの無効エリアを狭くして、検出領域（位置検出が可能なエリア）を拡大できる。

この発明によれば、コストアップに繋がるような大きな変更を伴うことなく、無効エリアを狭くして、位置検出が可能なエリアを拡大できる電磁誘導方式の位置検出センサが実現できる。これにより、ベゼルの幅を狭くするいわゆる狭額縁化に対応できる。

実施の形態の位置入力装置の構成例を説明するための図である。 実施の形態のセンサ部（位置検出センサ）２０の構成を説明するための図である。 実験により確認されたこの発明の効果について説明するための図である。 センサ部２０のこの発明の適用のない左端側の特性を示す図である。 センサ部２０のこの発明が適用された右端側の特性を左右反転させた図である。 ２ターンのループコイルの各ターンのコイルの配置位置のバリエーションを説明するための図である。 ２ターンのループコイルの各ターンのコイルの配置位置のバリエーションを説明するための図である。 電磁誘導型の指示体位置検出装置で用いられる従来の位置検出センサの従来例について説明するための図ある。

以下、図を参照しながら、この発明の電磁誘導方式の位置検出センサの一実施の形態について説明する。

［位置入力装置の概略構成の説明］
先ず、この発明による電磁誘導方式の位置検出センサが用いられて構成される位置（座標）入力装置（以下、単に位置入力装置と記載する。）の概略構成について説明する。図１は、この実施の形態の電磁誘導方式の位置検出センサが用いられて構成される位置入力装置の構成例を説明するための図である。図１に示すように、この実施の形態の位置入力装置は、ペン型位置指示器１００と指示体位置検出装置２００とにより構成される。ペン型位置指示器１００は、図１に示すように、コイル１０１と、このコイル１０１に並列に接続されるコンデンサ１０２とから構成される共振回路を内蔵している。

一方、指示体位置検出装置２００のセンサ部（位置検出センサ）２０においては、基板２３の上面及び裏面のそれぞれの面に、Ｘ軸方向ループコイル群２１とＹ軸方向ループコイル群２２とが、空間的に重なるようにされて配設されている。なお、以下に説明する実施の形態においては、図１に示すように、センサ部２０の基板２３の横方向をＸ軸方向、縦方向をＹ軸方向としている。

図１に示すように、Ｘ軸方向ループコイル群２１は、Ｘ軸方向に配列されたｎ（ｎは２以上の整数）本の矩形のループコイル２１Ｘ_０〜２１Ｘ_ｎからなっている。また、Ｙ軸方向ループコイル群２２は、Ｙ軸方向に配列されたｍ（ｍは２以上の整数）本のループコイル２２Ｙ_０〜２２Ｙ_ｍからなっている。このセンサ部２０においては、Ｘ軸方向ループコイル群２１のループ部とＹ軸方向ループコイル群２２のループ部とにより、位置検出エリア２５が構成される。

センサ部２０は、図示を省略したコネクタ部を介して、位置検出回路２６に接続されている。この位置検出回路２６は、選択回路２６１、発振器２６２、電流ドライバ２６３、送受信切り替え回路２６４、受信アンプ２６５、検波回路２６６、ローパスフィルタ２６７、サンプルホールド回路２６８、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路２６９および処理制御部２６０を備えている。Ｘ軸方向ループコイル群２１及びＹ軸方向ループコイル群２２は、選択回路２６１に接続される。この選択回路２６１は、２つのループコイル群２１、２２のうちの一のループコイルを、処理制御部２６０からの制御信号に従って順次選択する。

発振器２６２は、周波数ｆ０の交流信号を発生する。この交流信号は、電流ドライバ２６３に供給されて電流に変換された後に、送受信切り替え回路２６４へ送出される。送受信切り替え回路２６４は、処理制御部２６０の制御により、選択回路２６１によって選択されたループコイルが接続される接続先（送信側端子Ｔ、受信側端子Ｒ）を、所定時間毎に切り替える。送信側端子Ｔには電流ドライバ２６３が、受信側端子Ｒには受信アンプ２６５が、それぞれ接続されている。

したがって、送信時には、送受信切り替え回路２６４の送信側端子Ｔを介して、電流ドライバ２６３からの交流信号が、選択回路２６１で選択されているループコイルに供給される。また、受信時には、選択回路２６１で選択されたループコイルに発生する誘導電圧は、選択回路２６１及び送受信切り替え回路２６４の受信側端子Ｒを介して受信アンプ２６５に供給されて増幅され、検波回路２６６へ送出される。

検波回路２６６によって検波された信号は、ローパスフィルタ２６７およびサンプルホールド回路２６８を介してＡ／Ｄ変換回路２６９に供給される。Ａ／Ｄ変換回路２６９では、アナログ信号をディジタル信号に変換し、処理制御部２６０に供給する。処理制御部２６０は、位置検出のため制御を行う。すなわち、処理制御部２６０は、選択回路２６１におけるループコイルの選択、送受信切り替え回路２６４での信号切り替え制御、サンプルホールド回路２６８のタイミングなどを制御する。

処理制御部２６０は、送受信切り替え回路２６４を送信側端子Ｔに接続するように切り替えることにより、Ｘ軸方向ループコイル群２１あるいはＹ軸方向ループコイル群２２のうち、選択回路２６１で選択されているループコイルを通電制御して電磁波を送出させる。ペン型位置指示器１００の共振回路は、このループコイルから送出された電磁波を受けて、エネルギーを蓄える。

次に、処理制御部２６０は、送受信切り替え回路２６４を受信側端子Ｒに接続するように切り替える。すると、Ｘ軸方向ループコイル群２１及びＹ軸方向ループコイル群２２の各ループコイルには、ペン型位置指示器１００から送信される電磁波によって誘導電圧が発生する。処理制御部２６０は、この各ループコイルに発生した誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて、センサ部２０の位置検出エリア２５におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の指示位置の座標値を算出する。そして、処理制御部２６０は、算出した座標値の情報を、例えば外部のパソコンなどに供給する。

［センサ部２０の具体的な構成例］
次に、この発明が適用されたこの実施の形態のセンサ部（位置検出センサ）２０のより具体的な構成について説明する。この実施の形態のセンサ部２０が用いられる指示体位置検出装置２００では、センサ部２０の端部からある程度は離れた検出領域では、隣接する３つのループコイルからの信号に基づいてペン型位置指示器１００による指示位置を検出する３点検出法を用いる。

そして、この実施の形態のセンサ部２０が用いられる指示体位置検出装置２００では、センサ部２０の端部付近においては、隣接する２つのループコイルからの信号に基づいてペン型位置指示器１００による指示位置を検出する２点検出法を用いる。そこで、センサ部２０の具体的な構成について説明する前に、ペン型位置指示器１００による指示位置を検出するための３点検出法と２点検出法の概要について説明する。

ここでは、センサ部２０上におけるＸ軸方向のペン型位置指示器１００の指示位置を検出する場合を例にして説明する。この場合、指示体位置検出装置２００では、Ｘ軸方向に並べられた全てのＸ軸方向のループコイル２１Ｘ_０〜２１Ｘ_ｎを順次に切り替えて、ペン型位置指示器１００がセンサ部２０上のどの辺りにあるかを検出するためいわゆるグローバルスキャンを行う。

そして、検出された最も信号レベルが高いループコイルの当該信号レベルをVPとし、その両隣のループコイルの信号レベルをVL，VRとすると、ペン型位置指示器１００のＸ軸方向の指示位置を示すＸ座標は、次の（１）式により計算することができる。
Ｘ ＝ Px + (DX/2)*(VR-VL)/(2*VP-VR-VL) …（１）
（１）式において、Pxはピークレベルが検出されたループコイルの座標、DXはＸ軸方向に配列されたループコイルの配列間隔を表している。このように、３点検出法を用いる場合には、信号レベルの最も高いループコイルの信号レベルと、この信号レベルの最も高いループコイルの両隣のループコイルの信号レベルを上記（１）式に代入することによって、ペン型位置指示器１００による指示位置を正確に特定できる。

これに対して、２点検出法は、隣接する２つのループコイルの信号レベルの比率による関係式から距離を算出する。この２点検出法は、上述もしたように、センサ部２０の端部付近での指示位置の検出に用いられる。そこで、センサ部２０において、最左端のループコイル２１Ｘ_０と、これより１つ内側に配置されたループコイル２１Ｘ_１とを用いる場合を例にして説明する。

この場合、ループコイル２１Ｘ_０の信号レベルを値ａとし、ループコイル２１Ｘ_１の信号レベルを値ｂとすると、当該２つのループコイルの信号レベルによって正規化した２つの信号レベルの比率Ｒは、次の（２）式により計算することができる。
Ｒ ＝ （ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ） …（２）
そして、２つのループコイルの信号レベルが同じ大きさの場所を基準にして、ペン型位置指示器１００がセンサ端部に向かうに従って、（２）式で算出される正規化した２つの信号レベルの比率Ｒの値が大きくなるという特徴がある。この特徴に基づいて、若干の補正をこの比率にかけることで、当該正規化した２つの信号レベルの比率Ｒに応じて、ペン型位置指示器１００による指示位置を特定できる。

なお、ここでは、Ｘ軸方向の座標位置（Ｘ軸座標）を特定する場合を例にして説明したが、Ｙ軸方向についてもＹ軸方向のループコイル２２Ｙ_０〜２２Ｙ_ｍを用いて、同様に、３点検出法、２点検出法を用いて、指示位置を特定できる。このような、３点検出法、２点検出法を用いてペン型位置指示器１００の指示位置の検出が可能なセンサ部２０の具体的な構成について説明する。

図２は、この実施の形態のセンサ部２０の構成を説明するための図である。図２において、図２Ａは、センサ部２０の全体構成を示し、また、図２Ｂは、センサ部２０の左下端部を拡大して示している。また、図２Ｃは、センサ部２０の左端部に位置するＸ軸方向のループコイル２１Ｘ_０、２１Ｘ_１のペン型位置指示器１００からの受信信号の分布を示している。

図２Ａに示すように、この実施の形態のセンサ部２０は、Ｘ軸方向ループコイル群２１は、導線の巻数が２ターンで、短辺方向の幅（横幅）が所定幅Ｄである複数のループコイル２１Ｘ_０、２１Ｘ_１、２１Ｘ_２、…が、所定ピッチＰでＸ軸方向に配設されて構成されている。なお、説明を簡単にするため図２においては省略したが、Ｙ軸方向ループコイル群２２もまた、巻数が２ターンで、短辺方向の幅が所定幅である複数のループコイル２２Ｙ_０、２２Ｙ_１、２２Ｙ_２、…が、所定ピッチでＹ軸方向に配設されて構成されている。

そして、図２Ａに示すように、センサ部２０は、外枠ＯＦｍで示される全体が基板２３である。また、内枠ＩＦｍで示した内側がペン型位置指示器１００による指示位置の検出が可能な位置検出エリア２５になる。なお、外枠ＯＦｍと内枠ＩＦｍとで挟まれた部分が、例えばベゼル（フロントパネル）等により覆われて無効エリアＯＡｒとなる部分である。そして、この実施の形態においては、図２Ａに示したように、センサ部２０の左端側は、従来のセンサ部に比べて無効エリアが狭くする必要があるものとする。

この場合に、図８を用いて従来のセンサ部と同様に、横幅ＤのループコイルをピッチＰでＸ軸方向に配置してＸ軸方向ループコイル群を構成しただけでは、センサ部２０の左端部におけるペン型位置指示器１００による指示位置の誤検出を生じさせる可能性がある。この場合の誤検出は、ベゼル上にペン型位置指示器１００が来たとしても、ペン型位置指示器１００の実際のペン先の位置よりも、上述したようにセンサ部２０の端部付近で用いられる２点検出法により求めたペン先の座標値が内側にくるという現象が起きるために生じる。

そこで、この実施の形態のセンサ部２０においては、左端部から２番目に配置されるループコイル２１Ｘ_１の配置の仕方に従来にない工夫をしている。まず、この実施の形態のセンサ部２０においては、図２Ａに示すように、最左端側に配置するループコイル２１Ｘ_０については、その左側の長辺部分を無効エリアＯＡｒの左端側に位置させ、右側の長辺部分は内枠ＩＦｍの内側の位置検出エリア２５内に位置させる。このようなループコイル２１Ｘ_０の配置の仕方は従来のセンサ部と同様である。

そして、ループコイル２１Ｘ_０の右隣に位置するループコイル２１Ｘ_１については、図２Ａに示すように、左側の長辺部分の２本のコイルの内、１本を従来の無効エリアＯＡｒを跨ぐように無効エリアＯＡｒの左端側、すなわち、ループコイル２１Ｘ_０の左側の長辺部分の近傍に位置させる。なお、この無効エリアＯＡｒは、Ｙ軸方向ループコイル群２２の各ループコイルの短辺部分が重なりあって密集しており、オーバーラップエリアでもある。また、ループコイル２１Ｘ_１の左側の長辺部分の２本のコイルの内、他の１本についてはループコイルの横幅Ｄの大きさにより内枠ＩＦｍの内側の位置検出エリア２５内、又は、オーバーラップエリアの右側に位置させる。また、ループコイル２１Ｘ_１の右端側の長辺部分の２本のコイルは内枠ＩＦｍの内側の位置検出エリア２５内に位置させる。

このように、２ターンのループコイル２１Ｘ_１の左側の長辺部分は、ターン毎に異なる位置に配置される。これにより、ループコイル２１Ｘ_１がペン型位置指示器１００から受信する信号の分布（受信信号分布）を所望の分布（端部に向けて信号の裾野を少し持ち上げる）となるようにする。これにより、ループコイル２１Ｘ_１と近隣のループコイルとの受信信号分布において両信号レベルの正規化した比率Ｒが同じなる部分が複数ヶ所発生することを防止する。

より詳しくは、図２Ｂに拡大して示すように、ループコイル２１Ｘ_０については、その左側の長辺部分は無効エリアＯＡｒの左端側に位置し、右側の長辺部分は内枠ＩＦｍの内側の位置検出エリア２５内に位置する。これに対して、ループコイル２１Ｘ_１は、１ターン目のループコイルＴ１の左側の長辺部分は図８を用いて説明した従来のセンサ部のループコイルＸ_１の場合と同様の位置にある。しかし、ループコイル２１Ｘ_１の２ターン目のループコイルＴ２の左側の長辺部分は、左隣のループコイル２１Ｘ_０の左側の長辺部分の近傍に位置する。また、ループコイル２１Ｘ_１の右端側の長辺部分は１ターン目及び２ターン目のコイルＴ１、Ｔ２の長辺部分はいずれもＩＦｍの内側（位置検出エリア２５内）のほぼ同じ位置にある。

なお、この明細書においては、ループコイル２１Ｘ_１等は、右から左に巻回して形成した場合の最初のターンを１ターン目、次のターンを２ターン目というように数えるものとしている。

そして、図２Ｃに示すように、ループコイル２１Ｘ_０の受信信号分布は、ループコイル２１Ｘ_０の短辺方向の中点Ｓ０を基準にしてほぼ線対称の特性を有する。これに対して、この実施の形態のセンサ部２０の場合には、図２Ｃに示すように、ループコイル２１Ｘ_１の受信信号分布は、左側の長辺部分の２ターン目のコイルＴ２を無効エリアＯＡｒの左端側に位置させることによって、非線対称となりセンサ部２０の左端側に受信信号分布の広がりを持たせることができる。

これにより、センサ部２０の左端側の内枠ＩＦｍの内側部分においては、ループコイル２１Ｘ_０とループコイル２１Ｘ_１とにおいて、受信信号分布における両信号レベルの正規化した比率Ｒが同じとなる位置が複数ヶ所発生しない。したがって、センサ部２０の左端側においては、ペン型位置指示器１００による指示位置の誤検出を発生させることもなく、位置検出エリア２５を拡大させることができる。

なお、ここでは説明を簡単するため、センサ部２０の左端側に配置されるＸ軸方向ループコイル群に属するループコイルにこの発明を適用した場合を例に説明したが、これに限るものではない。センサ部２０のＸ軸方向の右端側にも、また、Ｙ軸方向の両端部にも、この発明を適用でき、これらの場合にも同様の効果を得ることができる。

図３は、実験により確認されたこの発明の効果について説明するための図である。図３は、右端側にだけこの発明を適用したセンサ部２０を構成し、当該センサ部２０上をペン型位置指示器１００がＸ軸方向に移動した場合のＸ軸方向ループコイル群２１の各ループコイルの受信信号分布とエラー率との計測結果を示す図である。当該センサ部２０については、左右の両端から同じ距離分離れた位置に外形端を設定している。

なお、エラー率は、ペン型位置指示器１００による実際の指示位置と、センサ部２０を通じて検出した指示位置のずれの大きさを示すものである。そして、図３の右端部ではエラー率がマイナスになっているが、これはペン型位置指示器１００の移動方向に応じたものであり、エラーがより少ないことを意味するものではない。エラー率は、値０（ゼロ）からの絶対値で把握される。

そして、図３に示したエラー率からも分かるように、この発明が適用されていない左端部の外形端近傍のエラー率は急激に大きくなっているが、この発明が適用された右端側の外形端近傍のエラー率は、左端部に比べて非常に小さいことが分かる。そして、センサ部２０の端部付近については、上述もしたように、２点検出法が用いられるが、この２点検出法を用いてペン型位置指示器１００による指示位置を検出する場合について、さらに、考察する。

図４は、この例のセンサ部２０のこの発明の適用のない左端部側の特性を示す図であり、上段の受信信号の分布のグラフは、図３に示した左端部側のループコイルの受信信号の分布のグラフに対応している。また、図４の下段のグラフは、最左端に位置するループコイル２１Ｘ_０の受信信号の信号レベルを「ａ」とし、ループコイル２１Ｘ_０の右隣のループコイル２１Ｘ_１の受信信号の信号レベルを「ｂ」として、２点検出法により求めた両信号レベルａ、ｂによって正規化した２つの信号レベルの比率Ｒのグラフである。この２点検出法により求めた正規化した両信号レベルの比率Ｒに応じて、左端部付近でのペン型位置指示器１００による指示位置が特定される。

また、図５は、この例のセンサ部２０のこの発明が適用された右端部側の特性を示す図を図４と比較しやすいように左右反転させたものである。上段の受信信号の分布のグラフは、図３に示した右端部側のループコイルの受信信号の分布のグラフに対応している。また、図５の下段のグラフは、最右端に位置するループコイル２１Ｘ_ｎの受信信号の信号レベルを「ａ」とし、ループコイル２１Ｘ_ｎの左隣のループコイル２１Ｘ_ｎ−１の受信信号の信号レベルを「ｂ」として、２点検出法により求めた両信号レベルａ、ｂによって正規化した２つの信号レベルの比率Ｒのグラフである。この２点検出法により求めた正規化した両信号レベルの比率Ｒに応じて、右端部付近でのペン型位置指示器１００による指示位置が特定される。

そして、図４の下段に示した比率のグラフを見ると分かるように、ループコイル２１Ｘ_０の受信信号の信号レベル「ａ」とループコイル２１Ｘ_１の受信信号の信号レベル「ｂ」との正規化した比率Ｒは、位置Ｌ１においては、両信号レベルは同じであるので、「０」となる。そして、ペン型位置指示器１００の指示位置が、位置Ｌ１→Ｌ２→Ｌ３→Ｌ４→Ｌ５→Ｌ６の様に左端側に移動していくと、ループコイル２１Ｘ_０の受信信号の信号レベル「ａ」とループコイル２１Ｘ_１の受信信号の信号レベル「ｂ」との正規化した比率Ｒは徐々に大きくなって行く。

しかし、左端側の外形端近傍の位置Ｌ７では、ループコイル２１Ｘ_０の受信信号の信号レベル「ａ」とループコイル２１Ｘ_１の受信信号の信号レベル「ｂ」との正規化した比率Ｒは、直前の位置Ｌ６の正規化した比率Ｒよりも低下してしまう。この場合、ペン型位置指示器１００の指示位置がセンサ部２０条の位置Ｌ７にあるにもかかわらず、指示体位置検出装置２００においては、ペン型位置指示器１００の指示位置が位置Ｌ６の右側にあると誤検出してしまうのである。

これに対して、この発明が適用されたセンサ部２０の右端部では、図５の下段に示した比率のグラフを見ると分かるように、指示位置に応じた信号レベルの比率に逆転現象は起こっていない。すなわち、図５の下段のグラフに示すように、ループコイル２１Ｘ_ｎの受信信号の信号レベル「ａ」とループコイル２１Ｘ_ｎ−１の受信信号の信号レベル「ｂ」との正規化した比率Ｒは、位置Ｒ１においては、両信号レベルは同じであるので「０」となる。

そして、ペン型位置指示器１００の指示位置が、位置Ｒ１→Ｒ２→Ｒ３→Ｒ４→Ｒ５→Ｒ６→Ｒ７の様に左端側に移動していくと、ループコイル２１Ｘ_０の受信信号の信号レベル「ａ」とループコイル２１Ｘ_１の受信信号の信号レベル「ｂ」との正規化した比率Ｒは、徐々に大きくなる。そして、右端側の外形端近傍の位置Ｒ７では、ループコイル２１Ｘ_０の受信信号の信号レベル「ａ」とループコイル２１Ｘ_１の受信信号の信号レベル「ｂ」との正規化した比率Ｒは、直前の位置Ｒ６での正規化した比率Ｒよりも大きい。

従って、この発明を適用したセンサ部２０の右端側では、ループコイル２１Ｘ_ｎの受信信号の信号レベル「ａ」とループコイル２１Ｘ_ｎ−１の受信信号の信号レベル「ｂ」との正規化した比率Ｒは、リニア（線形）に変化し、正規化した比率Ｒの逆転現象は生じない。すなわち、この発明を適用したセンサ部２０の右端側では、ペン型位置指示器１００の指示位置の誤検出を発生させないのである。

このように、この発明を用いることにより、センサ部２０の端部付近において、２点検出法を用いても、ペン型位置指示器１００の指示位置の誤検出を発生させないという顕著な効果を奏することができる。これにより、コストアップに繋がるような大きな変更を伴うことなく、無効エリアを狭くしても、センサ部の端部部分におけるペン型位置指示器による指示位置を正確に検出することが可能な電磁誘導方式の位置検出センサが実現できる。

［ループコイルの配置のバリエーション］
上述した実施の形態では、図２を用いて説明したように、センサ部２０に設けられるループコイルを２ターンの構成とし、センサ部２０の端部から２番目のループコイルの１ターンを端部側に位置させる場合を例にして説明した。しかし、これに限るものでは無い。センサ部２０を構成するループコイルの配置については、種々のバリエーションが考えられる。

図６は、巻数が２ターンのループコイルの各ターンのコイルの配置位置のバリエーションを説明するための図である。図６Ａは、従来の２ターンのループコイルを示している。これに対して、図２を用いて説明したこの発明の場合には、図６Ｂに示すように、ループコイル２１Ｘ_１の１ターン目のコイルＴ１の左側の長辺部分は本来の横幅Ｗｘを維持する位置とする。そして、２ターン目のコイルＴ２の左側の長辺部分をより左端側に位置させる。これにより、ループコイル２１Ｘ_１の受信信号分布の状態を目的する分布となるようにして、隣接するループコイルの受信信号分布との関係で、受信信号レベルの比率が同じになる位置が複数ヶ所発生することを防止する。したがって、ペン型位置指示器１００による指示位置の誤検出を防止することができる。

また、図６Ｃに示すように、ループコイル２１Ｘ_１の１ターン目のコイルＴ１の左側の長辺部分を点線で示した本来の横幅Ｗｘを維持する位置よりも左端側に位置させる。そして、２ターン目のコイルＴ２の左側の長辺部分を１ターン目のコイルＴ１の左側の長辺部分より更に左端側に位置させるようにしてもよい。また、図６Ｄに示すように、ループコイル２１Ｘ_１の１ターン目のコイルＴ１の左側の長辺部分を点線で示した本来の横幅Ｗｘを維持する位置よりも右側に位置させる。そして、２ターン目のコイルＴ２の左側の長辺部分を左端側に位置させるようにしてもよい。

このように、ループコイル２１Ｘ_１の受信信号分布が目的とするものとなるように、左側の長辺部分のコイルの配置位置を適宜調整することができる。また、図２及び図６では、２ターン目のコイルＴ２の左側の長辺部分を、１ターン目のコイルＴ１の左側の長辺部分よりも左に配置するものとして説明したが、これに限るものではない。逆に、１ターン目のコイルＴ１の左側の長辺部分を、２ターン目のコイルＴ２の左側の長辺部分よりも左に配置してももちろんよい。

なお、図６では、センサ部２０の左端側に位置するループコイル２１Ｘ_１の場合を例にして説明したが、センサ部２０の右端側に位置するループコイルの場合には、右端側から例えば２番目に位置するループコイルの右側の長辺部分の配置位置を調整することになる。

また、ループコイルは巻数が２ターンのものに限るものではない。巻数が３ターン以上のループコイルを用いてもよい。３ターン以上のループコイルの場合にも、各ターンの左端側の長辺部分を異なる位置に配置したり、全てのターンの左端側の長辺部分が同じ位置になることはないが、２本以上の長辺部分が同じ位置となるように配置したりすることができる。

このように、巻数が３ターンのループコイル２１Ｘ_１を用いた場合であっても、受信信号分布が目的とするものとなるように、左側の長辺部分のコイルの配置位置を適宜調整することができる。また、図６を用いて説明した２ターンのループコイルの場合と同様に、どのターンの位置を何処に位置させるかは任意に設定することができる。なお、センサ部２０の右端側に位置するループコイルの場合には、右端側から２番目に位置するループコイルの右側の長辺部分の配置位置を調整することになる。

このように、Ｘ軸方向ループコイル群２１を構成するループコイルやＹ軸方向ループコイル群２２を構成するループコイルは、巻数が２ターン以上の適宜の巻数のものを用いることができる。

図７は、巻数が２ターンのループコイルの各ターンのコイルの配置位置のバリエーションの他の例を説明するための図である。図６に示した例の場合には、ループコイル２１Ｘ_１の左端側の長辺部分の位置だけを調整するものとした。しかし、所望の受信信号分布を得るために、例えば、図７Ａ、Ｂに示すように、右端側の長辺部分についても、通常の位置とは異なる位置に位置させるようにしてもよい。

すなわち、図７Ａに示したループコイル２１Ｘ_１の場合には、１ターン目の右端側の長辺部分をより右端側に位置させると共に、１ターン目の左端側の長辺部分をより左端側に位置させるようにした場合を示している。なお、図７Ａにおいて、２ターン目の右端側と左端側の長辺部分は、従来の横幅Ｗｘを維持する位置としている。もちろん、図７Ａとは逆に、１ターン目の右端側と左端側の長辺部分は、従来の横幅Ｗｘを維持する位置とし、２ターン目の右端側の長辺部分をより右端側に位置させると共に、２ターン目の左端側の長辺部分をより左端側に位置させるようにしてもよい。

また、図７Ｂに示したループコイル２１Ｘ_１の場合には、１ターン目の右端側の長辺部分をより右端側に位置させると共に、１ターン目の左端側の長辺部分は従来の横幅Ｗｘを維持する位置としている。更に、図７Ｂに示したループコイル２１Ｘ_１の場合には、２ターン目の右端側の長辺部分を従来の横幅Ｗｘを維持する位置とし、２ターン目の左端側の長辺部分をより左端側に位置させている。もちろん、図７Ｂとは逆に、１ターン目の右端側の長辺部分を従来の横幅Ｗｘを維持する位置とし、１ターン目の左端側の長辺部分はより左端側に位置させる。そして、２ターン目の右端側の長辺部分をより右端側に位置させ、２ターン目の左端側の長辺部分を従来の横幅Ｗｘを維持する位置とするようにしてもよい。

なお、図７Ａ、Ｂの場合には、位置を変える長辺部分を左側と右側にほぼ同程度移動させるようにした場合を示しているが、左側と右側とで、ずらす程度を変えてももちろんよい。すなわち、位置を変える長辺部分は、左側と右側とで、適宜の位置に配置することが可能である。

また、図７Ｃに示すように、必要に応じて、ループコイル２１Ｘ_１とこれに隣接するループコイル２１Ｘ_２との両方の、１ターン目のコイルＴ１または２ターン目のコイルＴ２の左端側の長辺部分を、より左端側に位置させるようにしてもよい。このようにした場合には、ループコイル２１Ｘ_１とループコイル２１Ｘ_２と信号分布を所望の関係にすることが可能となる。なお、図７Ｃの場合には、２ターン目のコイルＴ２の左端側の長辺部分を、より左端側に位置させるようにした場合を示している。

もちろん、センサ部２０の右端側の場合には、右端から２番目と３番目のコイルにおいて、右端側の長辺部分をより右端側に位置させることになる。また、このように、隣接する２つのループコイルにおいて、図７Ａ、Ｂに示したように、左端側と右端側において、ループコイルを構成する１つのターンの長辺部分をより端部側に位置させるようにすることもできる。

なお、図７においては、巻き数が２ターンのループコイルを例にして説明したが、これに限るものではない。巻数が３ターン以上のループコイルを用いた場合にも同様に対応することができる。巻数が３ターン以上のコイルの場合には、どのターンの長辺部分をより左端側に、あるいは、より右端側に位置させるのかが変わるだけである。

［実施の形態のセンサ部（位置検出センサ）２０が奏する効果］
従来、例えば、１００μｍの導線幅でループコイルを配置して位置検出センサを構成した場合には、４．５ｍｍ程度の無効エリアがあった。しかし、上述したターン毎にその配置位置を調整して受信信号分布を変えるこの発明のセンサ部（位置検出センサ）２０を用いることにより、当該位置検出センサの無効エリアをゼロに近づけることができる。すなわち、位置検出センサの性能を向上させることができる。

また、従来でも、例えば、５０μｍの導線幅でループコイルを配置して位置検出センサを構成した場合には、無効エリアを２．５ｍｍ程度にすることができる。しかし、コストや歩留の点で不利であるばかりで無く、ループコイルのインピーダンスが高くなるため位置検出センサの大型化が困難である。しかし、この発明を用いることにより、コストや歩留を高くすることもない。しかも、この発明を適用した場合には、ループコイルのパターン幅も短くする必要がないので、ループコイルのインピーダンスが高くなることもなく、位置検出センサの大型化の要請にも答えることができる。

また、位置検出センサを多層化することにより、無効エリアを小さくすることも考えられる。しかし、位置検出センサを多層化する場合には、厚さが増してしまうので、製品への搭載に影響を及ぼすと共に、コストの面でも高くなる。しかし、この発明を適用することにより、位置検出センサの厚みが増したり、コストが高くなったりすることもない。したがって、タブレット型端末やスマートフォン等のＬＣＤなどからなる表示部を備えると共に、筐体内に位置検出センサを搭載して構成する機器に適用して特に好適な位置検出センサを実現できる。

［変形例］
上述した実施の形態においては、センサ部２０の左端部から２番目のループコイル２１Ｘ_１にこの発明を適用した場合を例にして説明したが、これに限るものではない。この発明を適用するセンサ部の端部部分において、当該端部から３本目、４本目などの適宜の位置のループコイルに対して、この発明を適用することができる。いずれのループコイルに対して、この発明を適用するかは、各ループコイルの受信信号分布との兼ね合いで決めればよい。

また、上述した実施の形態のセンサ部２０は、Ｘ軸方向ループコイル群２１を構成する各ループコイルと、Ｙ軸方向ループコイル群２２を構成する各ループコイルとは、例えば巻数が２ターンであるなど、所定巻数のものとして説明した。しかし、これに限るものではない。少なくとも受信信号分布を変形する必要のあるループコイルを複数ターンのループコイルにすればよい。しかし、ペン型位置指示器による指示位置の検出をできるだけ簡単にするためには、全てのループコイルを同じ巻数（ターン数）にすることが望ましい。

また、上述もしたように、この発明はセンサ部２０の左端側だけで無く、センサ部２０のＸ軸方向の両端部とＹ軸方向の両端部の内の１つ以上の端部に対して適用することが可能である。したがって、ベゼル等の関係において、センサ部２０において無効エリアＯＡｒが狭くなる端部部分に、この発明を適用すればよい。

１００…ペン型位置指示器、１０１…コイル、１０２…コンデンサ、２００…指示体位置検出装置、２０…センサ部、２１…Ｘ軸方向ループコイル群、２１Ｘ_０〜２１Ｘ_ｎ…ループコイル、２２…Ｙ軸方向ループコイル群、２２Ｙ_０〜２２Ｙ_ｍ…ループコイル、２３…基板、２５…位置検出エリア、２６…位置検出回路、２６１…選択回路、２６２…発振器、２６３…電流ドライバ、２６４…送受信切り替え回路、２６５…受信アンプ、２６６…検波回路、２６７…ローパスフィルタ、２６８…サンプルホールド回路、２６９…Ａ／Ｄ変換回路、２６０…処理制御部、１０…ベゼル、Ｘ_０〜Ｘ_ｎ…ループコイル、Ｔ…送信側端子、Ｒ…受信側端子、ＯＡｒ…無効エリア、ＮＡｒ…新たな無効エリア、ＯＶ…オーバーラップエリア、ＳＸ０、ＳＸ１…受信信号分布、Ｓ０、Ｓ１…中点、ＯＦｍ…外枠、ＩＦｍ…内枠、Ｔ１…１ターン目のコイル、Ｔ２…２ターン目のコイル

Claims (12)

1. 指示体から送信される信号を受信することで前記指示体による指示位置を検出する位置検出装置に用いられる位置検出センサであって、
   導線を巻回して形成される複数のターンからなる少なくとも前記指示体からの信号を受信するための複数のループコイルと、
   該複数のループコイルが配置される基板と、を備え、
   前記基板には、前記複数のループコイルが少なくとも前記基板の一方向に並べて配置されることにより、前記指示体による指示位置を検出するための位置検出エリア及び該位置検出エリアの外縁と前記基板の外周との間に無効エリアが形成され、
   前記複数のループコイルのうち前記一方向の端に位置するループコイルは、その一部が前記無効エリアに位置し、他の部分は前記位置検出エリアに位置するように配置されており、前記複数のループコイルのうちの前記一方向の端に位置するループコイルに近接して配置されたループコイルは、該近接して配置されたループコイルが有する複数のターンのうちの少なくとも１つのターンが、前記一方向の幅と他のターンの前記一方向の幅とが異なる幅で形成され、前記複数のターンのうちの少なくとも１つのターンの一部が、前記一方向の端に位置するループコイルの前記無効エリアに配置された一部と、前記位置検出エリアに配置された部分との間に配置されるようにした、
   ことを特徴とする位置検出センサ。
2. 前記複数のループコイルを形成する前記ターンのそれぞれは、前記一方向に延伸形成された短辺部分と前記一方向に交差する方向に延伸形成された長辺部分とを有し、
   前記複数のループコイルのうちの前記一方向の端に位置するループコイルに近接して配置されたループコイルの前記一部は、前記一方向の端に位置するループコイルの長辺部のうち、前記無効エリアに位置する長辺部分に近接するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出センサ。
3. 前記複数のループコイルを形成する前記ターンのそれぞれは、前記一方向に延伸形成された短辺部分と前記一方向に交差する方向に延伸形成された長辺部分とを有する矩形状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置検出センサ。
4. 前記一方向の端に位置するループコイルに近接して配置されたループコイルの前記一部は、前記無効エリアに位置するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の位置検出センサ。
5. 指示体から送信される信号を受信することで前記指示体による指示位置を検出する位置検出装置であって、
   少なくとも前記指示体からの信号を受信するための位置検出センサと、
   該位置検出センサにより検出された信号に基づいて前記指示体による指示位置を算出するための位置算出回路と、
   を備え、
   前記位置検出センサは、導線を巻回して形成される複数のターンからなる少なくとも前記指示体からの信号を受信するための複数のループコイルと、該複数のループコイルが配置される基板と、を備え、前記基板には、前記複数のループコイルが少なくとも前記基板の一方向に並べて配置されることにより、前記指示体による指示位置を検出するための位置検出エリア及び該位置検出エリアの外縁と前記基板の外周との間に無効エリアが形成され、前記複数のループコイルのうち前記一方向の端に位置するループコイルは、その一部が前記無効エリアに位置し、他の部分は前記位置検出エリアに位置するように配置されており、前記複数のループコイルのうちの前記一方向の端に位置するループコイルに近接して配置されたループコイルは、該近接して配置されたループコイルが有する複数のターンのうちの少なくとも１つのターンが、前記一方向の幅と他のターンの前記一方向の幅とが異なる幅で形成され、前記複数のターンのうちの少なくとも１つのターンの一部が、前記一方向の端に位置するループコイルの前記無効エリアに配置された一部と、前記位置検出エリアに配置された部分との間に配置されるようにした、
   ことを特徴とする位置検出装置。
6. 前記複数のループコイルを形成する前記ターンのそれぞれは、前記一方向に延伸形成された短辺部分と前記一方向に交差する方向に延伸形成された長辺部分とを有し、
   前記複数のループコイルのうちの前記一方向の端に位置するループコイルに近接して配置されたループコイルの前記一部は、前記一方向の端に位置するループコイルの長辺部のうち、前記無効エリアに位置する長辺部分に近接するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記複数のループコイルを形成する前記ターンのそれぞれは、前記一方向に延伸形成された短辺部分と前記一方向に交差する方向に延伸形成された長辺部分とを有する矩形状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記一方向の端に位置するループコイルに近接して配置されたループコイルの前記一部は、前記無効エリアに位置するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項５、６または７に記載の位置検出装置。
9. 前記位置算出回路は、前記複数のループコイルのうち前記一方向の端に位置するループコイル及び該一方向の端に位置するループコイルに近接するループコイルからの信号に基づいて前記指示体による指示位置を算出するときは、前記一方向の端に位置するループコイル及び該一方向の端に位置するループコイルに近接するループコイル以外のループコイルにより前記指示体による指示位置を算出するときと異なる算出方法により前記指示体による指示位置を算出するようにした、
   ことを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
10. 前記位置算出回路は、前記ループコイル及び該一方向の端に位置するループコイルに近接するループコイルにより受信された前記指示体からの信号に基づいて前記指示体による前記指示位置を算出するときは、２点法による位置算出を行い、ループコイル及び該一方向の端に位置するループコイルに近接するループコイルにより受信された前記指示体からの信号に基づいて前記指示位置を算出するときは、３点法による位置算出を行うようにした、
    ことを特徴とする請求項９に記載の位置検出装置。
11. 表示部を備え、
    前記位置検出センサは、前記表示部に対して積層するように配置される、
    ことを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
12. 前記無効エリアは、前記表示部のベゼルにより覆われる、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の位置検出装置。

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