JP6080256B2 - 静電方式スタイラスペン - Google Patents

Description

本発明は、静電方式によりタブレット上の指示位置を検出する位置指示器としての静電方式スタイラスペンであって、筆圧情報などの関連情報を送出する送出回路を備えるものに関する。

この出願に先立ち本出願人は、特許文献１（特開２００７-１６４３５６号公報）において、位置指示部にコイルを設けてタブレットとの電磁誘導により座標位置を求める電磁誘導方式の位置指示器について、電気二重層キャパシタを電源として用いるとともに、ペン立て形状の充電器を用いて、位置指示部に設けたコイルとの電磁誘導による非接触充電を行うようにすることを提案している。これによれば、ペン立てに置くという普通の操作により高速な充電ができ、充電という操作を意識することなく、極めて操作性の良い位置指示器を実現することができる。

前述した電磁誘導方式の位置指示器は、タブレットとの電磁誘導により座標位置を求めるので、タブレットセンサーを静電方式のタッチパネルと兼用することが難しかった。

上述の特許文献１においては、他の実施例として、タッチパネルと兼用が可能な静電方式の位置指示器についても提案をしている。また、静電方式を用いた他の位置指示器としては、特許文献２（特開平０７-２９５７２２号公報）や、特許文献３（特開平０６-２５０７７２号公報）などに開示されているものもある。

特開２００７-１６４３５６号公報 特開平０７-２９５７２２号公報 特開平０６-２５０７７２号公報

上述した特許文献１に記載されている静電方式の位置指示器の実施例では、電気二重層キャパシタを電源として用いているが、その充電のためには外部電源と接続する接点を設ける必要があった。このため、充電の操作が煩わしいだけでなく、接触不良を起こすなどの問題がある。

また、前述したような静電方式位置指示器では、タブレットに接触または接近させるようにする先端部近傍の位置指示部には、位置検出用電極や、シールド電極、筆圧センサーなどが設けられており、非接触充電のためのコイルを設けるスペースが取れない、という問題がある。

本発明は、前述した問題に対して解決案を提示するもので、ペン立て形状の充電器による非接触充電が可能な、操作性の良い静電方式スタイラスペンを提供することを目的とする。

請求項１の発明では前記目的を達成するため、
タブレットとの容量結合によって交流信号を前記タブレットに送信することにより指示位置を入力する静電方式スタイラスペンにおいて、
充電可能な電源と、
外部の充電装置と磁気的に結合することにより前記電源を充電するように構成されたコイルと、
芯体の少なくとも先端部に配置した電極と、
前記電極に前記交流信号を供給する交流信号発生回路と、
を備え、
前記交流信号発生回路からの前記交流信号は、前記コイルを貫通する電気的な伝送路を通じて前記電極に供給されると共に、
前記コイルが前記外部の充電装置と磁気的に結合していないときには固定電位となるように構成して、前記コイルを、前記コイルを貫通する電気的な伝送路に対するシールド電極として用いるようにした
ことを特徴とする静電方式スタイラスペンを提供する。

また、請求項２の発明は、筆圧検出センサーを設け、前記先端部側から前記電極に印加される圧力を、前記筆圧検出センサーに伝達する芯体に、前記電極または電極への結線部が設けられたことを特徴とする。

また、請求項３の発明においては、前記筆圧検出センサーと前記芯体との係合部が、前記電極への信号を供給する接点となるようにすることを特徴とする。

また、請求項４の発明のように、前記コイルは、中空の磁性体コアに巻かれることが好ましい。

そして、請求項１の発明においては、充電状態ではない通常動作時には、コイルが固定電位となるように構成して、コイルをシールド電極として用いるようにすることを特徴とする。

この発明によれば、ペン立て形状の充電器による非接触充電が可能な、操作性の良い静電方式スタイラスペンを提供することができる。

本発明による静電方式スタイラスペンの実施形態の位置指示部の内部構造図である。 図１の実施形態の静電方式スタイラスペンの回路構成図である。 図１の実施形態の静電方式スタイラスペンの動作説明に用いる図である。 本発明による静電方式スタイラスペンの他の実施形態の一部を説明するための図である。

図１は本発明による静電方式スタイラスペンの位置指示部の内部構造を示した図である。図２は実施例の回路構成図である。図１と図２において、同一構成要素は同一符号で示す。１１は電極芯、１２は軸方向に貫通穴２１ａが空けられた磁性体コアの例であるフェライトコア２１に巻いたコイル、１３は筆圧に応じて容量が変化する可変容量キャパシタである。前記フェライトコア２１に設けた貫通穴２１ａの径は電極芯１１の外径よりも十分大きいものとする。この実施形態では、電極芯１１は、棒状の導体からなり、電極と可変容量キャパシタ１３を押圧する芯体とを一体に構成したものとしている。

可変容量キャパシタ１３は、筆圧検出センサーの一例であり、例えば、特開平４-９６２１２号公報に記載されているような、互いに対向する２個の電極と、その２個の電極の間に設けられる誘電体とからなり、２個の電極の一方の電極と誘電体との接触面積を、印加圧力に応じて変化させる可変容量コンデンサにより構成することができる。もっとも、この筆圧検出センサーの例としての可変容量キャパシタ１３は、このような可変容量コンデンサに限られるものではなく、例えば、特願２０１２-１５２５４に記載されているような、印加圧力に応じて静電容量が変化する静電容量方式圧力センシング半導体デバイスのような可変容量コンデンサにより構成することもできる。

図２において、１５は電気二重層キャパシタ、１６は整流用ダイオード、１７は電圧変換回路、１８は発振回路である。図２に示すように、この例では、コイル１２の一端はダイオード１６のアノードに接続され、他端は、接地（ＧＮＤ）されている。また、電気二重層キャパシタ１５の一端はダイオード１６のカソードに接続され、他端は、接地されている。

電極芯１１は、コイル１２が巻かれたフェライトコア２１の貫通穴２１ａを貫通して、可変容量キャパシタ１３に物理的に結合（係合）されると共に、電極芯１１と可変容量キャパシタ１３との前記結合部では接続線１４と電気的に接続されている。接続線１４は、電極芯１１と発振回路１８とを電気的に接続している。したがって、電極芯１１と可変容量キャパシタ１３との前記物理的な結合により電極芯１１に加えられた圧力（筆圧）は可変容量キャパシタ１３に伝達されるとともに、接続線１４を経由して発振回路１８からの送信信号が電極芯１１より送信される。

発振回路１８は可変容量キャパシタ１３の容量に応じて周波数が変化する信号を発生し、その発生した信号を電極芯１１に供給する。発振回路１８からの信号は、電極芯１１よりその信号に基づく電界として放射される。発振回路１８は、例えばコイルとキャパシタによる共振を利用したＬＣ発振回路により構成される。

図３は可変容量キャパシタ１３に加えられた圧力と発振回路１８からの信号の周波数との関係を示した図である。この実施形態の静電方式スタイラスペンの座標位置を検出するタブレットでは、この信号の周波数より電極芯１１に加えられた筆圧を求めることができる。

電圧変換回路１７は、電気二重層キャパシタ１５に蓄えられた電圧を一定の電圧に変換して発振回路１８の電源として供給する。この電圧変換回路１７は、電気二重層キャパシタ１５の両端の電圧よりも低くなるような降圧タイプのものでも良いし、電気二重層キャパシタ１５の両端の電圧よりも高くなるような昇圧タイプのものでも良い。また、電気二重層キャパシタ１５の両端の電圧が前記一定の電圧よりも高い場合は降圧回路として動作し、前記一定の電圧よりも低い場合は昇圧回路として動作する昇降圧タイプのものでも良い。

この実施形態の静電方式スタイラスペンを図示しない充電器（特許文献１参照）に装着したときに、充電器が発生する交番磁界によりコイル１２には誘導起電力が発生して、ダイオード１６を介して電気二重層キャパシタ１５を充電する。

この実施形態の静電方式スタイラスペンが通常動作するとき（充電動作を行わないとき）は、コイル１２は固定電位（この例では接地電位（ＧＮＤ））となるため、電極芯１１の周囲に設けたシールド電極として作用する。なお、静電方式スタイラスペンが通常動作するときのコイル１２の固定電位は、接地電位に限らず、電源のプラス側電位であっても良いし、電源のプラス側電位と接地電位との中間の電位であっても良い。

［実施形態の効果］
上述の実施形態の静電方式スタイラスペンによれば、充電用コイル１２を貫通するように電極芯１１を配置したため、電極芯１１に加えられる筆圧が阻害されることなく可変容量キャパシタ１３に伝達される。

また、上述の実施形態の静電方式スタイラスペンによれば、充電用コイル１２を貫通するように電極芯１１を配置したため、充電用コイル１２の断面積を大きくすることができ、そのため充電を高速かつ効率良く行うことができる。

また、上述の実施形態の静電方式スタイラスペンによれば、充電用コイル１２を貫通するように電極芯１１を配置したため、充電用コイル１２と電極芯１１を狭いスペースに配置することができ、静電方式スタイラスペンを細く作ることができる。

また、上述の実施形態の静電方式スタイラスペンによれば、充電動作時ではない通常動作時には充電用コイル１２はシールド電極として作用するので、位置指示部を手で持っても電極芯１１が出力する信号に影響を与えることがない。

また、上述の実施形態の静電方式スタイラスペンによれば、電極芯１１の周囲に非接触充電用のコイル１２を設けるようにしたため、ペン立て形状の充電器による非接触充電が可能で、操作性の良い静電方式スタイラスペンが実現できる。

［その他の実施形態又は変形例］
なお、上述の実施形態では、筆圧に応じて可変容量キャパシタ１３の容量を変化させることによって発振回路１８の周波数を変化させているが、筆圧に応じた電極芯１１のストローク変化によってＬＣ発振回路のインダクタンスを変化させることによって周波数を変化させても良い。

また、上述の実施形態において充電を行う回路は、コイル１２とダイオード１６による半波整流回路としたが、コイル１２に中間端子を設けてＧＮＤ接続とした全波整流回路としても良いし、ブリッジ整流回路を用いても良い。

また、上述の実施形態では、電極芯１１は、電極と芯体とが一体化された棒状の導体の構成としたが、電極と芯体とを別々の部材で構成し、それらを結合させる構成であっても良い。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、例えば可変容量キャパシタからなる筆圧検出センサーに圧力（筆圧）を伝達する芯体に電極を結合させた例のそれぞれを示すものである。

図４（Ａ）に示す第１の例においては、樹脂などの絶縁材の円柱状又は角柱状の棒状体からなる芯体３１Ａの軸芯方向の一端部を先細形状にしてスタイラスペンのペン先形状とする。そして、この芯体３１Ａの中心軸位置に、細い棒状の導電体からなる電極３２Ａを配する。この第１の例の場合には、電極３２Ａは、芯体３１Ａと筆圧検出センサーの例としての可変容量キャパシタ１３との結合部（係合部）にも露呈するようにされ、電極３２Ａと接続線１４とを、直接的に、電気的に接続するように構成する。

次に、図４（Ｂ）に示す第２の例においては、樹脂などの絶縁材の円柱状又は角柱状の棒状体からなる芯体３１Ｂの軸芯方向の一方の端部に、ほぼ三角錐形状の導電体からなる電極３２Ｂを接着材などにより結合する。そして、芯体３１Ｂの中心軸位置には線状または棒状の導体からなる接続部３３Ｂを内蔵するようにし、この接続部３３Ｂを電極３２Ｂと電気的に接続するように構成する。この第２の例の場合には、電極３２Ｂと接続線１４とは、接続部３３Ｂを介して電気的に接続する。

次に、図４（Ｃ）に示す第３の例においては、樹脂などの絶縁材の円柱状又は角柱状の棒状体からなる芯体３１Ｃの軸芯方向の一方の端部に、球状の電極３２Ｃを埋め込むように構成する。そして、芯体３１Ｃの中心軸位置には線状または棒状の導体からなる接続部３３Ｃを内蔵するようにし、この接続部３３Ｃを電極３２Ｃと電気的に接続するように構成する。この第３の例の場合には、電極３２Ｃと接続線１４とは、接続部３３Ｃを介して電気的に接続する。

なお、上述の実施形態では、筆圧検出センサーで検出した筆圧を周波数に変換して電極に供給するようにしたが、筆圧を対応させる信号属性としては周波数に限られるものではなく、信号の位相や信号の断続回数などに筆圧を対応させるようにしても良い。

なお、上述の実施形態では、交流信号発生回路は、筆圧検出センサーで検出された筆圧に応じた交流信号を、電極を通じて送出するようにしたが、交流信号発生回路から発生する交流信号は筆圧に応じた信号に限られるものではない。例えばスタイラスペンの指示入力面に対する傾きを検出する傾き検出センサーにより検出した傾きを交流信号として電極に供給するようにしても良い。

１１…電極芯、１２…コイル、１３…可変容量キャパシタ、１４…接続線、１５…電気二重層キャパシタ、１６…ダイオード、１７…電圧変換回路、１８…発振回路、２１…フェライトコア

Claims (5)

1. タブレットとの容量結合によって交流信号を前記タブレットに送信することにより指示位置を入力する静電方式スタイラスペンにおいて、
   充電可能な電源と、
   外部の充電装置と磁気的に結合することにより前記電源を充電するように構成されたコイルと、
   芯体の少なくとも先端部に配置した電極と、
   前記電極に前記交流信号を供給する交流信号発生回路と、
   を備え、
   前記交流信号発生回路からの前記交流信号は、前記コイルを貫通する電気的な伝送路を通じて前記電極に供給されると共に、
   前記コイルが前記外部の充電装置と磁気的に結合していないときには固定電位となるように構成して、前記コイルを、前記コイルを貫通する電気的な伝送路に対するシールド電極として用いるようにした
   ことを特徴とする静電方式スタイラスペン。
2. 筆圧検出センサーを設け、前記筆圧検出センサーに圧力を伝達する前記芯体に、前記電極または電極への結線部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の静電方式スタイラスペン。
3. 前記筆圧検出センサーと前記芯体との係合部が、前記電極へ前記交流信号を供給するための接点となるようにしたことを特徴とする請求項２記載の静電方式スタイラスペン。
4. 前記コイルが、中空の磁性体コアに巻かれ、前記磁性体コアの前記中空の部分に、前記電気的な伝送路が配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電方式スタイラスペン。
5. 前記芯体は、前記コイルを貫通する棒状の導体で構成されており、前記電極と兼用されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電方式スタイラスペン。

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