JP7323336B2 - 位置指示器及び座標入力装置 - Google Patents

Description

この発明は、位置検出装置と共に使用され、圧力検出機能を有する位置指示器に関する。また、位置指示器と位置検出装置とを備える座標入力装置に関する。

位置検出センサを備える位置検出装置と、電子ペンと呼ばれるペン型の位置指示器とからなる座標入力装置は、位置検出センサと位置指示器との間での結合方式の違いにより、例えば電磁結合方式や静電結合方式など、種々の方式のものがある。

この種の座標入力装置に用いられるペン型の位置指示器は、一般に、芯体の先端部（ペン先）に印加された圧力（筆圧）を検出して、位置検出装置に伝達する機能を備えるように構成されている。この場合に、位置指示器では、芯体に印加される圧力を検出するために、芯体の先端部を位置指示器の筐体の開口から突出させると共に、芯体を、筐体に対して、その軸心方向に移動可能となるようにしている。そして、芯体の先端部とは反対側には圧力検出部を設けて、この圧力検出部において、先端部に印加される圧力に応じた芯体の軸心方向の変位を、静電容量の変化、インダクタンス値の変化、抵抗変化などの電気的な変化として検出するように構成されている。

静電容量の変化として検出する圧力検出部は、誘電体と導電性弾性部材との接触面積が印加される圧力に応じて変化することにより静電容量が変化する構成（例えば特許文献１（特開２０１６－１２６５０３号公報）参照）や、誘電体である空気層を介して互いに対向する２個の電極間の距離が印加される圧力に応じて変化する半導体デバイスからなるもの（例えば特許文献２（特開２０１３－１６１３０７号公報）参照）などが知れられている。

また、印加される圧力に応じて芯体が軸心方向に変位するのをインダクタンス値の変化として検出する圧力検出部も知られている（例えば特許文献３（例えば特開２０１７－２１６００２号公報）参照）。さらに、芯体が印加される圧力に応じて軸心方向に変位するのを抵抗値の変化として検出する圧力検出部は、ひずみゲージを用いるものが知られている（例えば特許文献４（特開２０１９－０１６０３８号公報）参照）。

位置指示器では、芯体の先端部が位置検出センサの入力面に接触させられ、位置指示器の芯体の先端部が入力面に対して押し付けられることにより、芯体の先端部に圧力が印加される。圧力検出部は、この芯体の先端部に印加される圧力を検出する。そして、座標入力装置では、位置検出装置が、位置指示器の圧力検出部で検出された圧力に応じた情報を受信して、位置指示器の芯体の先端部に印加されている筆圧値の情報として出力する。

特開２０１６－１２６５０３号公報 特開２０１３－１６１３０７号公報 特開２０１７－２１６００２号公報 特開２０１９－０１６０３８号公報

上述した特許文献１～４のいずれの圧力検出部も、位置指示器の芯体の先端部が入力面に対して押し付けられることにより芯体が軸心方向に変位することで発生する反力（圧力）を検出する構造となっている。このため、位置指示器の芯体の先端部が位置検出センサの入力面に軽く接触しただけでは、先端部には殆ど圧力が印加されておらず、圧力検出部で検出する静電容量や、インダクタンスや、抵抗値が殆ど変化しないので、これらの圧力検出部で圧力を検出することが困難である。また、位置指示器の芯体の先端部が入力面に対して接触してから僅かな圧力が、芯体の先端部に印加された状態では、その印加された圧力に応じた静電容量や、インダクタンスや、抵抗値の変化は安定せず、正しく圧力を検出することが困難である。

そこで、従来の圧力検出部では、印加された圧力の検出が可能となるときの荷重が０グラムではなく、所定の大きさのオフセット荷重を設定して、このオフセット荷重以下の荷重では、位置指示器の圧力検出部の出力圧力値をゼロとして出力し、位置検出装置に送信するようにしている。

このことを、例えば静電容量を用いて圧力を検出する圧力検出部の場合を例にとって、更に説明する。図９は、圧力検出部で検出される印加荷重対静電容量の変化特性を示す図である。すなわち、図９に示すように、圧力検出部で構成される可変容量コンデンサの静電容量Ｃは、印加荷重がゼロのときには、最小値Ｃｍｉｎとなり、印加荷重が大きくなるにしたがって、徐々に大きくなるように変化する。

この場合に、上述したように、圧力検出部の静電容量Ｃは、印加荷重がゼロでは変化せず、また、印加荷重がゼロの近傍では、安定値が得られない。そこで、所定のオフセット荷重Ｌｇを定め、このオフセット荷重Ｌｇ以下のときの圧力検出部の静電容量は、出力圧力値の演算には用いないようにしている。オフセット荷重Ｌｇは、印加荷重に応じて静電容量が安定しない範囲を考慮すると共に、温度変化などの環境変化や経年変化による変動をも考慮した所定のマージンを加えて定めるようにしている。従来は、オフセット荷重Ｌｇは、例えば５グラム程度とされている。

そして、従来の位置指示器は、圧力検出部で検出した出力圧力値情報としては、図１０に示すような印加荷重対出力圧力値の特性を有するものとして、オフセット荷重Ｌｇ以下では、出力圧力値は、ゼロとするようにしていた。

従来の位置指示器の圧力検出部で、オフセット荷重Ｌｇを設けるのは、次のようなことも考慮されている。すなわち、例えば寝ながら位置指示器の芯体の先端部を上に向けて、タブレット装置などの入力装置に対して筆記入力をするような場合を考慮すると、オフセット荷重無しで、出力圧力値を出力する荷重が０グラムとなっている場合には、位置指示器の芯体や圧力伝達部材などの自重により、位置指示器の芯体の先端部が入力面に接触していないのにも拘わらず、圧力検出部で所定の圧力が検出されてしまう。これを避けるため、従来の圧力検出部では、位置指示器の芯体の先端部が入力面に対して押し付けられて、例えば５グラム以上の所定の荷重オフセットが印加されたときに初めて、圧力を検出するように構成されている。

したがって、上述のような圧力検出部を備える位置指示器では、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に触れたと同時に位置指示器の芯体の先端部に印加される圧力を検出する構成とはなっていないため、位置指示器の芯体の先端部が入力面に接触してから、例えば５グラム以上の所定の荷重が印加されるまでは、位置検出装置では、位置指示器による筆記入力を有効な入力として取り扱われない構成となってしまうという問題がある。

最近は、位置指示器が、紙に筆記跡を形成する鉛筆などの筆記文具の代用として用いられるようになってきているが、上述したように、位置指示器の芯体の先端部が位置検出センサの入力面に接触した状態から更に所定のオフセット荷重が印加される状態にならないと圧力検出部で圧力が検出されない構成となっている場合には、位置指示器の芯体の先端部が入力面に接触してから筆記入力が有効に取り扱われるまでに所定の感応時間を要する。このため、従来の位置指示器を用いた場合には、筆記文具で用紙に筆記する場合と同様な使い勝手の良い操作状況を得ることが困難であった。

また、位置指示器が、位置検出装置の入力面に対して垂直ではなく、傾いている状態では、位置指示器の芯体の先端部に加わる圧力は、傾きに応じた、入力面に対して垂直な方向の小さい力成分のみが圧力検出部で検出されることになる。したがって、位置指示器が位置検出装置の入力面に対して傾いた状態となっているときには、位置指示器の圧力検出部で検出できる圧力が小さくなるので、上述のようなオフセット荷重Ｌｇを超えた圧力以上にならないと有効な出力圧力値が得られないという問題もある。

この発明は、以上の問題点を解決することができるようにした位置指示器及び座標入力装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、
筒状の筐体の一方の開口から位置検出装置の位置検出センサの入力面に当接するように外部に突出する芯体の先端部に印加される圧力を、当該圧力の大きさに応じた電気的な変位量として検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部で検出された前記電気的な変位量が、前記芯体の先端部に圧力が印加されていないときに前記圧力検出部で検出される前記電気的な変位量の値よりも大きな所定の設定値よりも大きい場合には第１の極性の符号を付した前記電気的な変位量の圧力情報を出力し、前記設定値よりも小さい場合には、前記第１の極性とは異なる第２の極性の符号を付した前記電気的な変位量の圧力情報を出力する圧力出力回路と、
前記圧力出力回路から出力された、前記第１極性あるいは前記第２の極性の符号を付した前記圧力情報を、位置検出装置に送信する送信回路と、
を備えることを特徴とする位置指示器を提供する。

上述の位置指示器においては、第１極性及び第２の極性を備えた圧力情報が出力可能に構成されており、圧力検出部で検出された圧力に応じた電気的な変位量が、芯体の先端部に圧力が印加されていないときに圧力検出部で検出される電気的な変位量の値よりも大きな所定の設定値（オフセット値）が設定されて、圧力検出部で検出された電気的な変位量がこの設定値よりも小さいときであっても、圧力検出部で検出された圧力に応じた電気的な変位量に対応した圧力情報が極性情報とともに位置検出装置に送信される。

位置検出装置では、この位置指示器から受信した極性情報を備えた圧力情報から、出力する筆圧値の情報を生成して出力する。この場合に、位置検出装置は、この極性情報を備えた圧力情報を監視することで、位置指示器が位置検出センサの入力面に接触して筆記入力に用いられる状態であるかの状態推定を行うことが可能になり、位置指示器の芯体の先端部が入力面に接触してから、筆記入力が有効に取り扱われるまでの感応時間を短縮することが可能となる。これにより、上記の構成の位置指示器を用いることで、筆記文具で用紙に筆記する場合と同様な使い勝手の良い操作状況に近い環境を得ることができる。

この発明による座標入力装置の第１の実施形態の概要を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第１の実施形態の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第１の実施形態の出力圧力値の情報の特性を示す図である。 この発明による座標入力装置の第１の実施形態の電気的構成例を説明するための図である。 図４の電気的構成例の要部の一例の構成を示す図である。 この発明による位置指示器の第２の実施形態の構成例を説明するための図である。 この発明による座標入力装置の第２の実施形態の電気的構成例を説明するための図である。 位置指示器の他の実施形態の要部の構成例を示す図である。 圧力検出部の特性の一例を示す図である。 従来の位置指示器の出力圧力値の情報の特性を示すである。

以下、この発明による位置指示器及び座標入力装置の幾つかの実施形態を、図を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
この発明による座標入力装置は、位置指示器と、この位置指示器により指示された位置の座標を検出する位置検出装置とからなる。この発明による座標入力装置の第１の実施形態は、電磁誘導方式の位置指示器を用いる場合である。

図１は、この実施形態の座標入力装置の例としてのタブレット型情報端末１の一例を示すものである。この例では、タブレット型情報端末１は、表示装置、この例ではＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を備えると共に、当該表示装置の表示画面１Ｄの下部（裏面側）には、電磁誘導方式の位置検出装置２００を備えている。また、タブレット型情報端末１は、この位置検出装置２００の位置検出センサに対して電磁誘導方式に位置指示を行う位置指示器の例としての電子ペン１００を備える。

使用者は、電子ペン１００の芯体の先端部（ペン先）１７ａを、表示画面１Ｄの表面に接触させ、先端部１７ａに所定の圧力を印加させた状態で、表示画面１Ｄの表面上で線を描くなどの筆記入力操作を行う。位置検出装置２００は、電子ペン１００による筆記入力を検出すると共に、当該筆記入力時における電子ペン１００の筆圧を検出する。

［電子ペン１００の構成例］
図２は、この第１の実施形態の座標入力装置の例としてのタブレット型情報端末１で用いる電子ペン１００の構成例を説明するための一部断面図である。図２に示すように、この第１の実施形態の電子ペン１００は、筒状の筐体１１の中空部内に、モジュール化されている電子ペン本体部が収納されている。

電子ペン本体部は、図２に示すように、コイル１２が巻回されている磁性体コア、この例ではフェライトコア１３が、ホルダー１４に対して、軸心方向に結合されて構成されている。ホルダー１４は、プリント基板１５を載置する基板載置部１４ａと、圧力検出部を収納する筒状部１４ｂとが軸心方向に並ぶように結合されている構成とされている。そして、ホルダー１４の筒状部１４ｂにフェライトコア１３の、軸心方向のペン先側とは反対側の端部が嵌合され、ホルダー１４にコイル１２が巻回されているフェライトコア１３が結合される。

図２に示すように、ホルダー１４の筒状部１４ｂには、複数個の部品からなる圧力検出部２０が収納される。

この例の圧力検出部２０は、特許文献１として説明したものと同様のもので、電子ペン１００のペン先に印加される圧力（筆圧）に応じて静電容量が変化する可変容量コンデンサを用いた場合である。

この例の圧力検出部２０は、誘電体２１と、端子部材２２と、保持部材２３と、導電部材２４と、弾性部材２５との複数個の部品からなる。圧力検出部２０を構成するこれらの複数個の部品は、ホルダー１４の筒状部１４ｂの中空部内において、図２に示すように軸心方向に並べられて収納されている。

ホルダー１４の筒状部１４ｂの基板載置部１４ａ側は、壁部１６により閉塞されている。また、ホルダー１４の筒状部１４ｂの軸心方向のペン先側は開口１４ｃとされている。そして、筒状部１４ｂ内に圧力検出部２０を構成する複数個の部品が収納されている状態で、コイル１２が巻回されているフェライトコア１３の軸心方向の一端部が、筒状部１４ｂに嵌合される。

フェライトコア１３には、軸心方向に貫通する貫通孔１３ａが中心位置に設けられており、例えば樹脂により構成されている芯体１７が、この貫通孔１３ａを挿通して圧力検出部２０に結合される。芯体１７は、その先端部１７ａが筒状の筐体１１の開口１１ａから外部に突出する状態とされる。

誘電体２１は、この例では、円板状形状を備える。端子部材２２は、圧力検出部２０で構成される可変容量コンデンサの第１の電極を構成するもので、円板状形状の誘電体２１の一方の平面側に配設されている。この端子部材２２は、リード部２２ａを備え、このリード部２２ａが、壁部１６を跨いで、基板載置部１４ａ上に載置されているプリント基板１５に半田付け接続される。

また、誘電体２１の一方の平面側と対向する他方の面側には、導電部材２４と弾性部材２５とが配設されている。導電部材２４と弾性部材２５とは電気的に接続されて、可変容量コンデンサの第２の電極を構成する。

導電部材２４は、導電性を有すると共に弾性変形可能な弾性部材からなるものとされており、例えば、シリコン導電ゴムや、加圧導電ゴムにより構成されている。導電部材２４は、誘電体２１の他方の平面と対向する先端部側がドーム状に膨出している砲弾型の形状を有している。導電部材２４は、保持部材２３により保持されている。

弾性部材２５は、例えば導電性を有するコイルバネで構成されており、そのコイルバネの巻回空間内に、導電部材２４を収納する状態で、保持部材２３と誘電体２１との間に配設される。そして、弾性部材２５を構成するコイルバネの一端が導電部材２４に結合されて両者が電気的に接続されると共に、コイルバネの他端が図示は省略するが、壁部１６を跨いで、ホルダー１４の基板載置部１４ａに載置されているプリント基板１５に半田付けされて電気的に接続される。

そして、保持部材２３は、その軸心方向のペン先側となる側に凹穴２３ｃを備え、芯体１７の先端部１７ａとは反対側の端部がこの凹穴２３ｃ内に圧入嵌合される。

以上のようにして形成された電子ペン１００において、芯体１７の先端部１７ａに圧力が加わると、芯体１７は圧力検出部２０の保持部材２３を軸心方向に変位させる。すると、圧力検出部２０の導電部材２４の先端側と、誘電体２１の接触面積が圧力に応じて変化する。このため、圧力検出部２０の第１の電極と第２の電極との間の静電容量が、加わった圧力に応じて変化する。電子ペン１００は、この圧力検出部２０で構成される可変容量コンデンサの静電容量の変化から、電子ペン１００の芯体１７の先端部１７ａに印加される圧力（荷重）を検出し、その検出した圧力（荷重）に応じた出力圧力値を位置検出装置２００に送信するようにする。

図３は、この実施形態の座標入力装置の例としてのタブレット型情報端末１における電子ペン１００の荷重対出力圧力値の特性図である。この実施形態の電子ペン１００においては、図３に示すように、出力圧力値が安定に得られるオフセット荷重Ｌｇ（マージンも含む）を定めると共に、圧力検出部２０で検出された圧力（荷重）が、このオフセット荷重Ｌｇよりも小さいときには、負の符号（第２極性）を付した出力圧力値を出力し、オフセット荷重Ｌｇよりも大きいときには、正の符号（第１極性）を付した出力圧力値を出力する。

すなわち、従来は、圧力検出部２０で検出された圧力（荷重）が、オフセット荷重Ｌｇよりも小さいときには常にゼロを出力圧力値として出力して、圧力検出部２０で検出した荷重に応じた出力圧力値は、位置検出装置には、伝達しないようにしていたのに対して、この実施形態では、圧力検出部２０で検出された圧力（荷重）が、オフセット荷重Ｌｇよりも小さいときであっても、負の符号が付与されて、圧力検出部２０で検出された圧力（荷重）に応じた出力圧力値を位置検出装置２００に送信するように構成する。

この場合に、この実施形態では、電子ペン１００においては、出力圧力値は、複数ビットのデジタル情報として位置検出装置２００に送信するもので、当該複数ビットの出力圧力値には、例えば、正負を区別する１ビットの符号ビットが付加される。

そして、この実施形態では、位置検出装置２００では、電子ペン１００から受信した正、負の符号付きの出力圧力値の情報から、電子ペン１００の芯体１７の先端部１７ａに印加されている筆圧値を生成して、出力するようにする。

すなわち、この実施形態の位置検出装置２００では、正、負の符号付きの出力圧力値の情報から、電子ペン１００の芯体１７の先端部１７ａが位置検出センサの入力面に接触して筆記が開始されたと推定されるときの出力圧力値Ｐ０を検出する。この出力圧力値Ｐ０の検出に当たっては、位置検出装置では、例えば、負の符号が付与されている出力圧力値の変化を監視し、当該負の符号が付与されている出力圧力値が、安定的に上昇する変化をする状態となったときに、出力圧力値に付与されている符号ビットの変化（極性反転）に基づいて、出力圧力値Ｐ０を推定して検出する。出力圧力値Ｐ０の検出の具体的方法としては、例えば、符号ビットが変化した時点における出力圧力値を出力圧力値Ｐ０として検出する方法を用いる。あるいは、符号ビットが変化した以降における所定の出力圧力値が生成された時点を、出力圧力値Ｐ０として検出するようにしてもよい。更には、符号ビットの変化と出力圧力値の特性変化に基づいて、出力圧力値Ｐを設定することもできる。

そして、位置検出装置は、この検出した出力圧力値Ｐ０に対応する筆圧値をゼロとみなし、この検出した出力圧力値Ｐ０以上の出力圧力値に応じた筆圧値を出力するようにする。

こうして、この実施形態の座標入力装置においては、電子ペン１００から符号付きの出力圧力値が、位置検出装置２００に送信され、位置検出装置では、電子ペン１００の芯体１７の先端部１７ａが、位置検出装置２００の入力面に接触した時点近傍から筆圧値を出力するように構成することができるために、使用者は鉛筆と紙との筆記感覚に近似する筆圧感応感覚を得ることができる。

次に、上述した座標入力装置の例としてのタブレット型情報端末１における電子ペン１００及び位置検出装置２００の電気的構成例を説明する。

図４は、この実施形態の電子ペン１００の電子回路の構成の一例と、この電子ペン１００と電磁誘導結合による信号授受を行う位置検出装置２００の電子回路の構成の一例とを示す図である。

電子ペン１００は、この実施形態では、位置検出装置２００の位置検出センサ２１０との間で電磁誘導結合することにより、位置検出用信号を授受すると共に、圧力検出部２０で構成される可変容量コンデンサ２０Cの静電容量から生成された出力圧力値の情報を付加情報として位置検出装置２００に送信するように構成される。

すなわち、図４に示すように、電子ペン１００においては、フェライトコア１３に巻回されたコイル１２に対して、コンデンサ１０１が並列に接続されて共振回路１００Ｒが構成される。

電子ペン１００は、図４に示すように、付加情報の送信を制御する制御回路１１０を備える。この例では、この制御回路１１０はＩＣ（Integrated Circuit；集積回路）として構成されている。この制御回路１１０を構成するＩＣは、蓄電回路の例としてのコンデンサ、例えば電気二重層コンデンサ１０９から得られる電源電圧Ｖｃｃにより動作するように構成されている。そして、共振回路１００Ｒにて位置検出装置２００から電磁結合により受信した交流信号が、ダイオード１０２及びコンデンサ１０３からなる整流回路１０４にて整流され、この整流回路１０４で整流された電流により電気二重層コンデンサ１０９が充電される。

この例では、共振回路１００Ｒと整流回路１０４との間には、通常は開（ノーマルオープン）の状態とされるスイッチ回路１０５が設けられている。このスイッチ回路１０５は、例えば半導体スイッチ回路で構成され、開の状態では、高インピーダンスの状態となっている。

このスイッチ回路１０５は、スイッチ制御回路１０６からのスイッチ制御信号によりオンとなるように制御される。スイッチ制御回路１０６は、共振回路１００Ｒにて位置検出装置２００から電磁結合により受信した交流信号からスイッチ制御信号を生成する。

また、電子ペン１００においては、コイル１２と、コンデンサ１０１とにより構成される並列共振回路１００Ｒに並列に、スイッチ回路１０７が接続されている。このスイッチ回路１０７は、制御回路１１０によりオン・オフ制御されるように構成されている。なお、制御回路１１０には、位置検出装置２００との間での電磁誘導信号の授受のための同期信号として、コンデンサ１０８を介して、位置検出装置２００から送信された信号が供給される。

この実施形態では、図４に示すように、制御回路１１０には、圧力検出部２０で構成される可変容量コンデンサ２０Ｃが接続される。この可変容量コンデンサ２０Ｃには、抵抗Ｒが並列に接続されて時定数回路を構成している。

制御回路１１０は、可変容量コンデンサ２０Ｃの静電容量を測定し、その測定した可変容量コンデンサ２０Ｃの静電容量から、芯体１７の先端部１７ａに印加された圧力（荷重）を検出し、その検出した圧力（荷重）から、符号付きの複数ビットのデジタル情報からなる出力圧力値の情報を生成する。

図５に、制御回路１１０の圧力検出及び出力圧力値生成のための構成を、機能ブロック図として示す。圧力検出回路１１１は、次のようにして、可変容量コンデンサ２０Ｃの静電容量を検出する。すなわち、この例では、圧力検出回路１１１は、可変容量コンデンサ２０Ｃを満充電まで充電した後、抵抗Ｒを通じて放電させ、可変容量コンデンサ２０Ｃが接続されている端子の電圧（可変容量コンデンサ２０Ｃの両端電圧に相当）が所定閾値になるまでの時間を計測することで、可変容量コンデンサ２０Ｃの静電容量を測定する。

そして、圧力検出回路１１１は、測定した静電容量から、芯体１７の先端部１７ａに印加されている圧力（荷重）を検出し、その検出圧力値を比較回路を構成する差動アンプ１１２の正側入力端（非反転入力端）に供給する。

制御回路１１０は、圧力検出回路１１１で、オフセット荷重Ｌｇを検出したときの検出圧力値に等しいオフセット値を出力するオフセット値出力回路１１３を備えている。このオフセット値出力回路１１３は、例えばメモリ（レジスタ）により構成できる。このオフセット値出力回路１１３からのオフセット値が、差動アンプ１１２の負側入力端（反転入力端）に供給される。

差動アンプ１１２では、正側入力端に供給される検出圧力値と負側入力端に供給されるオフセット値との差分演算がなされ、正側入力端に供給される検出圧力値がオフセット値以上であるときには、正極性の差分出力が得られる。また、正側入力端に供給される検出圧力値がオフセット値よりも小さいときには、負極性の差分出力が得られる。この差動アンプ１１２の差分出力は出力圧力値情報生成回路１１４に供給される。

出力圧力値情報生成回路１１４は、差動アンプ１１２からの差分出力が、正極性であるときには、その差分出力を複数ビットのデジタル信号に変換すると共に、正を示す符号ビットを付加して出力する。また、出力圧力値情報生成回路１１４は、差動アンプ１１２からの差分出力が、負極性であるときには、その差分出力を複数ビットのデジタル信号に変換すると共に、負を示す符号ビットを付加して出力する。

そして、この実施形態では、制御回路１１０は、生成した出力圧力値の情報（デジタル信号）を、共振回路１００Ｒの動作を断続することで、例えばＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調信号として、位置検出装置２００に送信するようにする。ＡＳＫ変調に代えてＯＯＫ（On Off Keying）信号に変調するようにしてもよい。

共振回路１００Ｒに並列に接続されているスイッチ回路１０７は、共振回路１００Ｒをオン、オフ制御するためのものである。すなわち、スイッチ回路１０７がオフであるときには、共振回路１００Ｒは共振動作が可能な状態（共振オン）となり、スイッチ回路がオンのときには、共振回路１００Ｒでは、コンデンサ１０１の両端が短絡されるため、共振動作をしない状態（共振オフ）となる。制御回路１１０は、このスイッチ回路１０７を、出力圧力値情報生成回路１１４で生成した出力圧力値のデジタル信号によりオン・オフ制御する。

この実施形態では、制御回路１１０は、付加情報としての出力圧力値の情報を位置検出装置２００に送信するときにのみ、スイッチ回路１０７をオン・オフ制御し、その他のときには、スイッチ回路１０７はオフのままとして、共振回路１００Ｒを動作状態にする。制御回路１１０は、コンデンサ１０８を通じて位置検出装置２００からの同期信号を受信すると、付加情報の送信タイミングになったと判断して、受信した同期信号に基づいたタイミングで、スイッチ回路１０７をオン・オフ制御する。

位置検出装置２００には、図４に示すように、Ｘ軸方向ループコイル群２１１Ｘと、Ｙ軸方向ループコイル群２１２Ｙとが積層されて位置検出センサ２１０が形成されている。各ループコイル群２１１Ｘ，２１２Ｙは、例えば、それぞれｎ本及びｍ本の複数本の矩形のループコイルからなっている。各ループコイル群２１１Ｘ，２１２Ｙを構成する各ループコイルは、等間隔に並んで順次重なり合うように配置されている。

また、位置検出装置２００には、Ｘ軸方向ループコイル群２１１Ｘ及びＹ軸方向ループコイル群２１２Ｙが接続される選択回路２１３が設けられている。この選択回路２１３は、２つのループコイル群２１１Ｘ，２１２Ｙのうちの一のループコイルを順次選択する。

さらに、位置検出装置２００には、発振器２２１と、電流ドライバ２２２と、切り替え接続回路２２３と、受信アンプ２２４と、検波器２２５と、ローパスフィルタ２２６と、サンプルホールド回路２２７と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路２２８と、処理制御部２２９とが設けられている。処理制御部２２９は、例えばマイクロコンピュータにより構成されている。

位置検出装置２００は、処理制御部２２９の処理制御に基づいて交流信号を送信している。電子ペン１００のスイッチ制御回路１０６は、共振回路１００Ｒが位置検出装置２００の位置検出センサ２１０から受信した交流信号から、スイッチ回路１０５をオンにするスイッチ制御信号を生成する。これにより、スイッチ回路１０５がオンになると、共振回路１００Ｒが受信した交流信号が整流回路１０４で整流され、電気二重層コンデンサ１０９が充電（蓄電）される。

電子ペン１００の共振回路１００Ｒは、通常状態では動作状態であるので、電子ペン１００は、位置検出センサ２１０に近づくと、その共振回路１００Ｒが位置検出センサ２１０と電磁結合する状態となる。そして、電子ペン１００は、位置検出装置２００から送信される交流信号を共振回路１００Ｒが受信し、その受信した信号に応じた信号を共振回路１００Ｒから位置検出センサ２１０に帰還する。

位置検出装置２００は、この例では電子ペン１００から送信された信号（帰還信号）を確認した後、電子ペン１００に、出力圧力値の情報の送信タイミングを通知する同期信号を位置検出センサ２１０から送信する。

電子ペン１００の制御回路１１０は、電気二重層コンデンサ１０９からの電源電圧Ｖｃｃで駆動されて、コンデンサ１０８を通じて受信した同期信号に応じて出力圧力値の情報の送信を行う。

位置検出装置２００の発振器２２１は、周波数ｆ０の交流信号を発生する。電子ペン１００の共振回路１００Ｒの共振周波数は、この周波数ｆ０を中心周波数とするように選定されている。そして、発振器２２１で発生した交流信号は電流ドライバ２２２に供給される。電流ドライバ２２２は、発振器２２１から供給された交流信号を電流に変換して切り替え接続回路２２３へ送出する。切り替え接続回路２２３は、処理制御部２２９からの制御により、選択回路２１３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）を切り替える。この接続先のうち、送信側端子Ｔには電流ドライバ２２２が、受信側端子Ｒには受信アンプ２２４が、それぞれ接続されている。

選択回路２１３により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２１３及び切り替え接続回路２２３を介して受信アンプ２２４に送られる。受信アンプ２２４は、ループコイルから供給された誘導電圧を増幅し、検波器２２５へ送出する。

検波器２２５は、ループコイルに発生した誘導電圧、すなわち受信信号を検波し、ローパスフィルタ２２６へ送出する。ローパスフィルタ２２６は、前述した周波数ｆ０より充分低い遮断周波数を有しており、検波器２２５の出力信号を直流信号に変換してサンプルホールド回路２２７へ送出する。サンプルホールド回路２２７は、ローパスフィルタ２２６の出力信号の所定のタイミング、具体的には受信期間中の所定のタイミングにおける電圧値を保持し、Ａ／Ｄ変換回路２２８へ送出する。Ａ／Ｄ変換回路２２８は、サンプルホールド回路２２７のアナログ出力をデジタル信号に変換し、処理制御部２２９に出力する。

処理制御部２２９は、選択回路２１３におけるループコイルの選択、切り替え接続回路２２３の切り替え、サンプルホールド回路２２７のタイミングを制御する。処理制御部２２９は、Ａ／Ｄ変換回路２２８からの入力信号に基づき、Ｘ軸方向ループコイル群２１１Ｘ及びＹ軸方向ループコイル群２１２Ｙから一定の送信継続時間をもって電磁誘導信号を送信させる。

Ｘ軸方向ループコイル群２１１Ｘ及びＹ軸方向ループコイル群２１２Ｙの各ループコイルには、電子ペン１００から送信される電磁誘導信号によって誘導電圧が発生する。処理制御部２２９は、この各ループコイルに発生した誘導電圧の電圧値の信号レベルに基づいて電子ペン１００のＸ軸方向及びＹ軸方向の指示位置の座標値を算出する。

また、処理制御部２２９は、電流ドライバ２２２に、送信信号を断続制御するための信号及び送信信号レベル制御のための信号を供給すると共に、電子ペン１００からの出力圧力値の情報の受信処理を行うようにする。すなわち、処理制御部２２９は、電子ペン１００からのＡＳＫ信号からなる断続信号を、正負の符号ビット付の複数ビットのデジタル信号として検出して、出力圧力値の情報を検出する。

そして、処理制御部２２９は、前述したように、負の符号ビットが付加されている複数ビットのデジタル信号の出力圧力値の情報の変化を監視することで、芯体１７の先端部１７ａに圧力が印加されたことに対応して、当該負の符号ビットが付与されている出力圧力値が、次第に上昇する状態となったときに、出力圧力値に付与されている符号ビットの変化（極性反転）に基づいて、所定の出力圧力値に対応する筆圧値をゼロとみなして検出する。そして、処理制御部２２９は、符号ビット付きのデジタル信号が示す値が、そのゼロの筆圧値に対応する出力圧力値よりも大きいときには、その出力圧力値に応じた正の筆圧値を出力するようにする。

したがって、処理制御部２２９は、オフセット値に対応する荷重Ｌｇよりも小さい荷重が電子ペン１００の芯体１７の先端部１７ａに印加されたときから筆圧値を検出することが可能となり、筆記入力を有効とするタイミングを、オフセット値に対応する荷重となるまでは筆圧値としてゼロとして出力する場合よりも早くすることが可能となる。このため、電子ペン１００を位置検出センサ２１０の入力面上に接触させてから、筆記入力が有効とするまでの筆圧感応時間が短くなり、使用者は鉛筆と紙との筆記感覚に近似する筆圧感応感覚を得ることができる。

なお、以上の説明は、オフセット値が、位置検出装置２００で筆圧値をゼロとする圧力（荷重）よりも大きい値に設定されていて、出力圧力値の情報の負側に筆圧値をゼロとすることができる圧力（荷重）が存在する場合を想定したので、位置検出装置２００では、符号付きデジタル信号の負側の出力圧力値の情報の変化のみを監視するようにした。

しかし、正側にも亘って、位置検出装置２００で出力圧力値の変化を検出するようにしてもよい。この場合には、例えば前述の図５に示した電子ペンの電子回路の制御回路１１０におけるオフセット値が適正でなかったり、あるいは、環境変化や経年変化でオフセット値がずれてしまったりして、出力する筆圧値のゼロ点をオフセット値よりも大きい値とすべき場合であっても、出力する筆圧値のゼロ点を適切に設定することが可能となる。

例えば、電子ペン１００は、位置検出センサ２１０から送信された、位置検出装置２００で生成されたオフセット値を適切に設定するための情報を共振回路１００Ｒによって受信し、コンデンサ１０８を介して制御回路１１０に供給することで、必要に応じて適宜、オフセット値を設定することが可能となる。その場合には、電子ペンから位置検出装置に送信する出力圧力値の情報は、正負の符号付きではなく、図１０に示したような、オフセット値を超えるまでは０値を出力し、オフセット値を超えたときには、検出した圧力値に応じた値を出力するようにすることもできる。

また、位置検出装置２００では、符号付きデジタル信号の負側から正側への出力圧力値の情報の変化を解析することで、電子ペン１００の位置検出センサ２１０の入力面上での接触を精度良く検出することができるという効果もある。

［第２の実施形態］
この発明による座標入力装置の第２の実施形態は、位置指示器が、静電結合方式の電子ペンの構成とされる場合である。この第２の実施形態の座標入力装置を構成する静電結合方式の電子ペン３００は、図６に示すような構成を備える。

図６に示すように、電子ペン３００は、筐体３０１内に、静電結合方式の電子ペン本体部が収納されている。筐体３０１は、非導電性の材料、この例では樹脂により構成され、ペン先側が先細となる形状を有すると共に、導電性材料、例えば金属からなる芯体３０２の先端部３０２ａを外部に突出させるための開口３０１ａを備えている。

電子ペン本体部は、この例では、信号発信回路３０３と、圧力検出部３０４と、制御回路３０５と、無線通信部３０６とを備える。無線通信部３０６は、この例では、ブルートゥース（登録商標）規格の近距離無線通信を行う構成とされている。制御回路３０５は、ＩＣで構成されている。

信号発信回路３０３は、所定周波数の交流信号を芯体３０２に供給する。この芯体３０２に供給された信号は、静電結合により位置検出センサ４１０（図７参照）に送信される。圧力検出部３０４は、上述の第１の実施形態の電子ペン１００の圧力検出部２０と同様の可変容量コンデンサの構成を備えるもので、芯体３０２の先端部３０２ａとは反対側の端部が圧力検出部３０４に結合される。圧力検出部３０４は、上述の第１の実施形態の圧力検出部２０と同様に、芯体３０２の先端部３０２ａに印加される圧力（荷重）を検出する。

この第２の実施形態の電子ペン３００の例では、圧力検出部３０４により構成される可変容量コンデンサは、制御回路３０５に接続される。制御回路３０５は、この可変容量コンデンサの静電容量を検出することで、上述の第１の実施形態の電子ペン１００の制御回路１１０と同様にして、圧力検出部３０４で検出される圧力（荷重）から、符号ビット付きのデジタル信号とされる出力圧力値の情報を生成する機能を備えている。そして、この実施形態では、制御回路３０５は、生成した出力圧力値の情報を、無線通信部３０６を通じて位置検出装置４００（図７参照）に送信するように構成されている。

図７は、位置検出装置４００の電気的構成例を示すもので、位置検出センサ４１０と制御回路４２０の概略構成例を示すブロック図である。

位置検出センサ４１０は、この例では、下層側から順に、Ｙ導体群４１２、絶縁層、Ｘ導体群４１１を積層して形成されたもので、Ｘ導体群４１１とＹ導体群４１２とを互いに直交する方向に交差したグリッド構成を備える。Ｙ導体群４１２は、例えば、横方向（Ｘ軸方向）に延在した複数のＹ導体４１２Ｙ１、４１２Ｙ２、…、４１２Ｙｎ（ｎは１以上の整数）を互いに所定間隔離して並列配置したものである。また、Ｘ導体群４１１は、Ｙ導体４１２Ｙ１、４１２Ｙ２、…、４１２Ｙｎに対して交差、この例では直交する縦方向（Ｙ軸方向）に延在した複数のＸ導体４１１Ｘ１、４１１Ｘ２、…、４１１Ｘｍ（ｍは１以上の整数）を互いに所定間隔離して並列配置したものである。

制御回路４２０は、指示位置検出回路４２１と、処理制御回路４２２と、無線通信部４２３とからなる。無線通信部４２３は、電子ペン３００の無線通信部３０６と無線通信するためのものである。

指示位置検出回路４２１は、位置検出センサ４１０を通じて、電子ペン３００からの送信信号の受信を監視し、送信信号を受信したＸ導体４１１Ｘ及びＹ導体４１２Ｙを検出することにより、電子ペン３００の芯体３０２の先端部３０２ａにより指示された位置検出センサ４１０上の位置を検出し、その検出位置の情報を処理制御回路４２２に供給する。

無線通信部４２３は、電子ペン３００から送られている出力圧力値の情報を受信して、処理制御回路４２２に供給する。処理制御回路４２２は、受け取った正負の符号ビット付きのデジタル信号の出力圧力値の情報から、第１の実施形態と同様にして、出力する筆圧値を生成する。

したがって、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電子ペン３００が位置検出装置４００の入力面に接触したときから短時間で、入力面上で筆記入力ができるような操作状況を実現することができるようになる。

なお、上述の第２の実施形態では、電子ペン３００の圧力検出部３０４で検出された圧力の情報は、無線通信部３０６を通じて位置検出装置４００に送信するようにしたが、信号発信回路３０３からの信号に含めて位置検出センサ４１０を通じて位置検出装置４００に送信するように構成することもできる。すなわち、例えば、信号発信回路３０３から発生する交流信号の周波数を、圧力検出部３０４で検出した圧力に応じて変化させるように構成し、位置検出装置では、電子ペン３００から受信した信号の周波数を検出することで、圧力を検出するようにしてもよい。また、信号発信回路３０３から発生する交流信号を、圧力検出部３０４で検出した圧力に応じて変調して、位置検出センサ４１０を通じて位置検出装置４００に送信するようにしてもよい。

なお、第１の実施形態においては、圧力検出部で検出された圧力の情報は、共振周波数の周波数変化として位置検出装置に送信するようにしたが、第１の実施形態においても、
電子ペン１００及び位置検出装置２００に無線通信部を設けて、それらを用いて圧力検出部で検出された圧力の情報を無線送信するように構成してもよい。

［その他の実施形態及び変形例］
上述の第１の実施形態及び第２の実施形態では、位置指示器に設ける圧力検出部は、特許文献１に記載されている圧力検出部を用いた構成としたが、これに限らず特許文献２～特許文献４に記載されている圧力検出部のいずれを用いてもよいことは勿論である。

電子ペン３００においても、電子ペン１００の場合と同様に、オフセット値を適切に設定することができる。すなわち、電子ペン３００は、位置検出装置４００の無線通信部４２３から送信された、オフセット値を適切に設定するための情報を無線通信部３０６によって受信し、制御回路３０５に供給することで、オフセット値を、必要に応じて適宜、設定することが可能となる。この場合にも、電子ペンから位置検出装置に送信する出力圧力値の情報は、正負の符号付きではなく、図１０に示したような、オフセット値を超えるまでは０値を出力し、オフセット値を超えたときには、検出した圧力値に応じた値を出力するようにすることもできる。

なお、電子ペン１００及び３００における制御回路１１０及び３０５は、それぞれＩＣで構成するようにしたが、図５に示したブロックの構成を、別々に備える回路であってもよい。

また、上述の実施形態では、位置検出装置において、電子ペンから受け取った正負の符号ビット付きのデジタル信号の出力圧力値の情報から、適正なオフセット値を生成し、その適正なオフセット値を用いて出力する筆圧値を生成するようにした。しかし、電子ペン自身で適正なオフセット値を生成することで、位置検出装置側では、オフセット値の生成を省略することができるようにしてもよい。

図８は、そのように構成する場合の電子ペンの制御回路１１０Ａの構成例を示すもので、図５に示した制御回路１１０と同様の構成部には、同一の参照符号を付してある。

この図８の例の制御回路１１０Ａにおいては、差動アンプ１１２の負側入力端には、オフセット値生成回路１１５からのオフセット値が供給される。そして、差動アンプ１１２からの正負の極性の差分出力は、出力圧力値情報生成回路１１６に供給されると共に、変化監視回路１１７に供給される。そして、変化監視回路１１７の出力（オフセット値制御信号）が、オフセット値生成回路１１５に供給される。その他の回路は、図５で説明したものと同様に構成されている。

オフセット値生成回路１１５は、例えば予め定められた所定のオフセット値を中心として、変化監視回路１１７からの出力に応じて、その上下の値に補正することができるように構成されている。

変化監視回路１１７は、差動アンプ１１２からの正負の極性の差分出力の変化を監視して、オフセット値生成回路１１５から出力されているオフセット値が適正であるか否かを判別し、適正でないと判別したときには、適正なオフセット値を出力するようにするオフセット制御信号をオフセット値生成回路１１５に供給する。オフセット値生成回路１１５は、変化監視回路１１７からのオフセット制御信号に応じて出力するオフセット値を補正する。以上により、オフセット値生成回路１１５からは、常に、適正なオフセット値を出力することが可能となる。

出力圧力値情報生成回路１１６は、この例では、差動アンプ１１２の差分出力が負であるときには、図１０に示したように、０値を出力し、差分出力値が正であるときには、その差分出力に応じた値を出力する。なお、この例においても、出力圧力値情報生成回路１１６は、正負の符号ビット付きのデジタル信号の出力圧力値を出力するように構成してもよい。

１…座標入力装置の例としてのタブレット型情報端末、１７，３０２…芯体、２０，３０４…圧力検出部、１００，３００…電子ペン、１１０，３０５…制御回路、２００，４００…位置検出装置、２１０，４１０…位置検出センサ、２２９，４２２…処理制御回路

Claims (12)

1. 筒状の筐体の一方の開口から位置検出装置の位置検出センサの入力面に当接するように外部に突出する芯体の先端部に印加される圧力を、当該圧力の大きさに応じた電気的な変位量として検出する圧力検出部と、
   前記圧力検出部で検出された前記電気的な変位量が、前記芯体の先端部に圧力が印加されていないときに前記圧力検出部で検出される前記電気的な変位量の値よりも大きな所定の設定値よりも大きい場合には第１の極性の符号を付した前記電気的な変位量の圧力情報を出力し、前記設定値よりも小さい場合には、前記第１の極性とは異なる第２の極性の符号を付した前記電気的な変位量の圧力情報を出力する圧力出力回路と、
   前記圧力出力回路から出力された、前記第１極性あるいは前記第２の極性の符号を付した前記圧力情報を、位置検出装置に送信する送信回路と、
   を備えることを特徴とする位置指示器。
2. 前記圧力検出部は、前記芯体の先端部に印加される圧力を、前記圧力に応じて変化する静電容量を検出することにより検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
3. 前記圧力検出部は、前記芯体の先端部に印加される圧力を、前記圧力に応じて変化するインダクタンスを検出することにより検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
4. 前記圧力検出部は、前記芯体の先端部に印加される圧力を、前記圧力に応じて変化する抵抗値を検出することにより検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
5. 前記位置検出装置の前記位置検出センサとの間で、指示位置の検出用の信号のやり取りをするためのインタラクション部を備え、
   前記送信回路は、前記インタラクション部を通じて、前記第１極性あるいは前記第２の極性の符号を付した前記圧力情報を前記位置検出装置に送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
6. 前記位置検出装置と無線通信するための無線通信部を備え、
   前記送信回路は、前記無線通信部を通じて、前記第１極性あるいは前記第２の極性の符号を付した前記圧力情報を前記位置検出装置に送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
7. 前記インタラクション部は、電磁誘導結合により前記信号のやり取りを行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の位置指示器。
8. 前記インタラクション部は、静電結合により前記信号のやり取りを行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の位置指示器。
9. 位置指示器と、位置検出装置とを備える座標入力装置であって、
   前記位置指示器は、
   筒状の筐体の一方の開口から位置検出装置の位置検出センサの入力面に当接するように外部に突出する芯体の先端部に印加される圧力を、当該圧力に応じた電気的な変位量として検出する圧力検出部と、
   前記圧力検出部で検出された前記電気的な変位量が、前記芯体の先端部に圧力が印加されていないときに前記圧力検出部で検出される前記電気的な変位量の値よりも大きな所定の設定値よりも大きい場合には第１の極性の符号を付した前記電気的な変位量の圧力情報を出力し、前記設定値よりも小さい場合には、前記第１の極性とは異なる第２の極性の符号を付した前記電気的な変位量の圧力情報を出力する圧力出力回路と、
   前記圧力出力回路から出力された、前記第１極性あるいは前記第２の極性の符号を付した前記圧力情報を、位置検出装置に送信する送信回路と、
   を備え、
   前記位置検出装置は、
   前記位置指示器から送信された前記第１極性あるいは前記第２極性の前記圧力情報を受信する受信回路と、
   前記受信回路で受信した前記第１極性あるいは前記第２極性の符号を付した前記圧力情報から、前記位置指示器の前記芯体の先端部に印加される筆圧値の情報を出力する筆圧値出力回路と、
   とを備えることを特徴とする座標入力装置。
10. 前記筆圧値出力回路は、前記第１極性あるいは前記第２極性の符号を付した前記圧力情報から、前記筆圧値の零値を推定して、前記筆圧値の情報を出力する
    ことを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。
11. 前記位置指示器と前記位置検出装置の前記位置検出センサとの間で、電磁誘導結合により指示位置の検出用の信号のやり取りをするためのインタラクション行う
    ことを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。
12. 前記位置指示器と前記位置検出装置の前記位置検出センサとの間で、静電結合により指示位置の検出用の信号のやり取りをするためのインタラクション行う
    ことを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。

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