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技術 位置指示器

出願人 株式会社ワコム
発明者 小田康雄山田進
出願日 2015年10月9日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2015-201374
公開日 2017年4月13日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-073078
状態 特許登録済
技術分野 位置入力装置
主要キーワード 導電体部分 アイソレーション回路 仮想短絡 位置指示器 部分回路 変更回路 引用文 DCDCコンバータ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月13日)のものです。
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図面 (7)

課題

ペン先部を細く形成しても静電容量方式タッチパネル用の入力ペンとして好適に使用でき、しかも、消費電力及び不必要な信号輻射を低減できる位置指示器を提供する。

解決手段

電子ペン1は、信号S1を反転増幅して出力する反転増幅器オペアンプ51等)と、互いに絶縁された入力端子I及び出力端子Oを有するフォトカプラ55と、フォトカプラ55に接続される低位側電源配線GL1と、フォトカプラ55に接続される高位側電源配線GH1と、反転増幅器に接続される低位側電源配線GL2と、反転増幅器に接続される高位側電源配線GH2と、低位側電源配線GL1と高位側電源配線GH1の間に接続される電池60と、低位側電源配線GL2と高位側電源配線GH2の間に接続される電池61と、筐体2とを備え、低位側電源配線GL1は筐体2に接続され、低位側電源配線GL2には、信号S1とは逆の極性を有する基準信号Rが供給される。

概要

背景

近年普及が進んでいるタブレット端末では、タッチ入力受け付けるためのタッチパネルとして、静電容量方式のものを用いることが一般的である。静電容量方式のタッチパネルは、それぞれY方向に延在する複数のX電極と、それぞれX方向に延在する複数のY電極とが交差して配置された構成を有しており、例えば、Y電極に対して所定の信号を入力し、各X電極から順にこの信号を取り出す、という処理をすべてのY電極に対して順に繰り返すように構成される。タッチパネルに指が近づくと、その近傍にあるX電極及びY電極との間に静電容量が生じ、この静電容量を通じて人体電流が吸い取られるため、X電極から取り出される信号の振幅が小さくなる。静電容量方式のタッチパネルは、この振幅の変化を検出することにより、指の位置を検出するように構成される。

静電容量方式のタッチパネルは、上記のように基本的には指検出を目的としたものであるが、近年では、静電容量方式のタッチパネルに対応する電子ペンも多数販売されている。引用文献1,2には、この種の電子ペンの例が開示されている。引用文献1,2にも示されるように、静電容量方式のタッチパネルにおいて電子ペンを使用する場合、電子ペンとタッチパネル内の電極との間に生ずる静電容量の小ささが問題となる。古くは、この問題を解決するために、電子ペンのペン先を太くしてタッチパネルとの接触面積を大きくすることが行われていたが、これでは細かい線の描画に適さない。そこで、細いペン先を有しながらもタッチパネル内の電極との間に大きな静電容量を確保できる電子ペンの開発が望まれており、引用文献1,2には、そのような電子ペンの例が開示されている。

概要

ペン先部を細く形成しても静電容量方式のタッチパネル用の入力ペンとして好適に使用でき、しかも、消費電力及び不必要な信号輻射を低減できる位置指示器を提供する。電子ペン1は、信号S1を反転増幅して出力する反転増幅器オペアンプ51等)と、互いに絶縁された入力端子I及び出力端子Oを有するフォトカプラ55と、フォトカプラ55に接続される低位側電源配線GL1と、フォトカプラ55に接続される高位側電源配線GH1と、反転増幅器に接続される低位側電源配線GL2と、反転増幅器に接続される高位側電源配線GH2と、低位側電源配線GL1と高位側電源配線GH1の間に接続される電池60と、低位側電源配線GL2と高位側電源配線GH2の間に接続される電池61と、筐体2とを備え、低位側電源配線GL1は筐体2に接続され、低位側電源配線GL2には、信号S1とは逆の極性を有する基準信号Rが供給される。

目的

静電容量方式のタッチパネルは、上記のように基本的には指検出を目的とした

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

静電容量の変化を検出することで指示位置を検出する電子機器とともに用いられる位置指示器であって、前記電子機器から第1の信号を受信する第1の電極と、入力信号反転増幅して出力する反転増幅器と、互いに絶縁された入力端子及び出力端子を有するアイソレーション回路と、前記アイソレーション回路に第1の低位側電源電位を供給するための第1の低位側電源配線と、前記アイソレーション回路に第1の高位側電源電位を供給するための第1の高位側電源配線と、前記反転増幅器に第2の低位側電源電位を供給するための第2の低位側電源配線と、前記反転増幅器に第2の高位側電源電位を供給するための第2の高位側電源配線と、前記第1の低位側電源配線と前記第1の高位側電源配線の間に接続される第1の電源回路と、前記第2の低位側電源配線と前記第2の高位側電源配線の間に接続される第2の電源回路と、少なくとも一部に導電性を有する領域が形成された筐体とを備え、前記第1の低位側電源配線は前記筐体の前記導電性を有する領域に接続され、前記第2の低位側電源配線には、前記第1の電極により受信された後、前記反転増幅器及び前記アイソレーション回路を通過した前記第1の信号に基づく信号であって、前記第1の信号とは逆の極性を有する基準信号が供給されることを特徴とする位置指示器。

請求項2

前記基準信号のバイアス電位を変更して出力するバイアス電位変更回路をさらに備え、前記反転増幅器は、前記第1の信号が供給される反転入力端子、前記バイアス電位変更回路の出力信号が供給される非反転入力端子、及び出力端子を有するオペアンプと、前記第1の電極と前記反転入力端子の間に接続された第1の抵抗素子と、前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続された第2の抵抗素子とを有することを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。

請求項3

前記アイソレーション回路は、当該アイソレーション回路の前記出力端子に接続される第1の高位側電源端子、第2の高位側電源端子、低位側電源端子、前記第2の高位側電源端子と前記入力端子の間に配置される発光ダイオード、及び、前記第1の高位側電源端子と前記低位側電源端子の間に配置されるフォトトランジスタをさらに有するフォトカプラであり、前記第1の低位側電源配線は、前記低位側電源端子に接続され、前記第1の高位側電源配線は、前記第1の高位側電源端子に接続され、前記第2の低位側電源配線は、前記入力端子に接続され、前記第2の高位側電源配線は、前記第2の高位側電源端子に接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載の位置指示器。

請求項4

前記反転増幅器の出力信号を反転して前記アイソレーション回路の入力端子に供給する第1のインバータ回路と、前記アイソレーション回路の出力信号を反転して前記基準信号を出力する第2のインバータ回路とをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の位置指示器。

請求項5

前記第1の電極に隣接して配置される第2の電極をさらに備え、前記基準信号は前記第2の電極にも供給されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の位置指示器。

請求項6

前記筐体の先端に配置されるペン先部と、前記ペン先部と前記筐体の間に配置され、前記ペン先部の周囲を取り囲むように構成された円錐状の口金部とを備え、前記ペン先部は前記第1の電極を構成し、前記第2の電極は前記口金部に設けられることを特徴とする請求項5に記載の位置指示器。

請求項7

前記第1の電源回路は第1の電池によって構成され、前記第2の電源回路は前記第1の電池とは異なる第2の電池によって構成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の位置指示器。

請求項8

前記第1の電源回路は電池によって構成され、前記第2の電源回路は前記電池から供給される電力トランスを介して出力する絶縁型DCDCコンバータによって構成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の位置指示器。

請求項9

電池をさらに備え、前記第1の電源回路は前記電池から供給される電力を第1のトランスを介して出力する第1の絶縁型DCDCコンバータによって構成され、前記第2の電源回路は前記電池から供給される電力を第2のトランスを介して出力する第2の絶縁型DCDCコンバータによって構成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の位置指示器。

技術分野

0001

本発明は位置指示器に関し、特に、静電容量方式タッチパネル用の入力ペンとして使用される位置指示器に関する。

背景技術

0002

近年普及が進んでいるタブレット端末では、タッチ入力受け付けるためのタッチパネルとして、静電容量方式のものを用いることが一般的である。静電容量方式のタッチパネルは、それぞれY方向に延在する複数のX電極と、それぞれX方向に延在する複数のY電極とが交差して配置された構成を有しており、例えば、Y電極に対して所定の信号を入力し、各X電極から順にこの信号を取り出す、という処理をすべてのY電極に対して順に繰り返すように構成される。タッチパネルに指が近づくと、その近傍にあるX電極及びY電極との間に静電容量が生じ、この静電容量を通じて人体電流が吸い取られるため、X電極から取り出される信号の振幅が小さくなる。静電容量方式のタッチパネルは、この振幅の変化を検出することにより、指の位置を検出するように構成される。

0003

静電容量方式のタッチパネルは、上記のように基本的には指検出を目的としたものであるが、近年では、静電容量方式のタッチパネルに対応する電子ペンも多数販売されている。引用文献1,2には、この種の電子ペンの例が開示されている。引用文献1,2にも示されるように、静電容量方式のタッチパネルにおいて電子ペンを使用する場合、電子ペンとタッチパネル内の電極との間に生ずる静電容量の小ささが問題となる。古くは、この問題を解決するために、電子ペンのペン先を太くしてタッチパネルとの接触面積を大きくすることが行われていたが、これでは細かい線の描画に適さない。そこで、細いペン先を有しながらもタッチパネル内の電極との間に大きな静電容量を確保できる電子ペンの開発が望まれており、引用文献1,2には、そのような電子ペンの例が開示されている。

先行技術

0004

米国特許第8766954号明細書
特許第4683505号公報

発明が解決しようとする課題

0005

図6は、細いペン先を有しながらもタッチパネル内の電極との間に大きな静電容量を確保できる電子ペン(位置指示器)の一例を示す図である。同図に示すように、この例による電子ペン101は、外部から見た構成として、円筒状の筐体102と、筐体102の先端に配置されるペン先部103と、ペン先部103と筐体102の間に配置され、ペン先部103の周囲を取り囲むように構成された円錐状の口金部104とを有して構成される。ペン先部103は、導電体によって構成される。ペン先部103は十分に細く形成されており、したがって、この電子ペン101は細い線の描画にも適するものである。

0006

電子ペン101の内部には、回路105が形成される。回路105は、図6に示すように、抵抗素子150,151、インバータ回路152,153、電源160、及び電源配線GH,GLを有して構成される。抵抗素子150の一端はペン先部103に接続され、他端はインバータ回路152の入力端子に接続される。抵抗素子151は、インバータ回路152と並列に配置される。インバータ回路152の出力端子は、インバータ回路153の入力端子に接続される。インバータ回路153の出力端子は、筐体102に接続される。筐体102は、電子ペン101を保持する人間の人体を通じて接地されている。

0007

電源配線GHは、電源160の高位側端子と、インバータ回路152,153のそれぞれの高位側電源端子とに共通に接続される。また、電源配線GLは、電源160の低位側端子と、インバータ回路152,153のそれぞれの低位側電源端子とに共通に接続される。

0008

ペン先部103が図示しないタッチパネルに近づくと、タッチパネルからペン先部103に対し、図6に示したように信号S1が供給される。この信号S1は、インバータ回路152によって反転された後、インバータ回路153に供給される。インバータ回路153はこうして供給された信号S1の反転信号をさらに反転して出力しようとするが、出力端子が接地されているために出力できず、その反動で回路105の全体が揺れる。この揺れにより、図6に示したように、回路105の各所に信号S1の反転信号に等しい極性を有する信号S2が発生する。こうして発生した信号S2がペン先部103を通じて外部に放射されてタッチパネルに到達すると、タッチパネルから見れば、より多くの信号が電子ペン101によって吸い取られたように見える。これは、電子ペンとタッチパネル内の電極との間の静電容量が大きくなったことと等価であるので、図6に示した構成によれば、ペン先部103が細く形成されているにもかかわらずタッチパネル内の電極との間に大きな静電容量を有し、したがって、静電容量方式のタッチパネル用の入力ペンとして好適に使用できる電子ペン101を提供することが可能になる。

0009

しかしながら、このような電子ペン101の構成には、消費電力が大きいという問題、及び、筐体102を通じて不必要な信号が外部に輻射されてしまう場合があるという問題がある。つまり、回路105の各所に信号S2が発生するということは、回路105の各所に少しずつ寄生している浮遊容量のすべてを駆動することに等しい。したがって、十分な強さの信号S2がペン先部103から外部に放射されるようにするためには、インバータ回路153に大きな電力を供給することが必要となる。その結果、電子ペン101の消費電力が大きくなる。また、電子ペン101が人によって保持されていない場合、筐体102は電気的に浮いた状態となるが、そこにインバータ回路153の出力信号が供給されると、この出力信号が筐体102を通じて外部に輻射されてしまうことになる。

0010

したがって、本発明の目的の一つは、ペン先部を細く形成しても静電容量方式のタッチパネル用の入力ペンとして好適に使用でき、しかも、消費電力及び不必要な信号輻射を低減できる位置指示器を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明による位置指示器は、静電容量の変化を検出することで指示位置を検出する電子機器とともに用いられる位置指示器であって、前記電子機器から第1の信号を受信する第1の電極と、入力信号反転増幅して出力する反転増幅器と、互いに絶縁された入力端子及び出力端子を有するアイソレーション回路と、前記アイソレーション回路に第1の低位側電源電位を供給するための第1の低位側電源配線と、前記アイソレーション回路に第1の高位側電源電位を供給するための第1の高位側電源配線と、前記反転増幅器に第2の低位側電源電位を供給するための第2の低位側電源配線と、前記反転増幅器に第2の高位側電源電位を供給するための第2の高位側電源配線と、前記第1の低位側電源配線と前記第1の高位側電源配線の間に接続される第1の電源回路と、前記第2の低位側電源配線と前記第2の高位側電源配線の間に接続される第2の電源回路と、少なくとも一部に導電性を有する領域が形成された筐体とを備え、前記第1の低位側電源配線は前記筐体の前記導電性を有する領域に接続され、前記第2の低位側電源配線には、前記第1の電極により受信された後、前記反転増幅器及び前記アイソレーション回路を通過した前記第1の信号に基づく信号であって、前記第1の信号とは逆の極性を有する基準信号が供給されることを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明によれば、第1の信号とは逆の極性を有する基準信号を第2の低位側電源配線に供給しているので、反転増幅器の仮想短絡により、反転増幅器の入力端子から第1の電極を通じて、第1の信号の反転信号が放射されることになる。これは、このような放射がない場合に比べ、タッチパネル内の電極と第1の電極との間に大きな静電容量を設けることと等価である。したがって、本発明による位置指示器は、ペン先部を細く形成したとしても、静電容量方式のタッチパネル用の入力ペンとして好適に使用され得る。

0013

また、本発明によれば、第1の信号の反転信号を放射する過程において回路全体を揺らす必要がないので、基準信号の出力回路に格別大きな電力を供給する必要がない。したがって、背景技術による位置指示器に比べて消費電力が削減される。

0014

さらに、本発明によれば、第2の低位側電源配線に基準信号を供給する必要があるが、アイソレーション回路によって第1及び第2の低位側電源配線が互いに分離されているので、第1の低位側電源配線を筐体に接続して接地することができる。したがって、位置指示器が人によって保持されておらず、筐体が電気的に浮いている場合であっても、背景技術による位置指示器のように、筐体から外部に対して不必要な信号が輻射されてしまうことがない。

図面の簡単な説明

0015

本発明の実施の形態による電子ペン1及びタッチパネル10を示す図である。
本発明の第1の実施の形態による電子ペン1の内部構成を示す図である。
本発明の第2の実施の形態による電子ペン1の内部構成を示す図である。
(a)は、本発明の第3の実施の形態による電子ペン1の内部構成を示す図であり、(b)は、(a)に示したDCDCコンバータ65の内部回路を示す図である。
(a)は、本発明の第4の実施の形態による電子ペン1の内部構成を示す図であり、(b)は、(a)に示したDCDCコンバータ66の内部回路を示す図である。
本発明の背景技術による電子ペン101の内部構成を示す図である。

実施例

0016

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

0017

図1は、本実施の形態による電子ペン1及びタッチパネル10を示す図である。初めにタッチパネル10について説明すると、タッチパネル10は例えばタブレット端末などの電子機器の入力手段を構成する装置であり、静電容量方式により電子ペン1を検出可能に構成される。

0018

具体的に説明すると、タッチパネル10は、図1に示すように、それぞれY方向に延在し、X方向に等間隔で配置された複数のX電極11xと、それぞれX方向に延在し、Y方向に等間隔で配置された複数のY電極11yとがタッチ面内で交差して配置された構成を有する。そして、例えば、Y電極11yに対して所定の信号S1を入力し、各X電極11xから順にこの信号S1を取り出す、という処理をすべてのY電極11yに対して順に繰り返すように構成される。

0019

タッチパネル10に電子ペン1が近づくと、その近傍にあるX電極11x及びY電極11yとの間に静電容量が生じ、この静電容量を通じて、Y電極11yからX電極11xに流れる電流の一部が電子ペン1に吸い取られる。すると、吸い取られた分だけ、X電極11xから取り出される信号S1の振幅が小さくなる。タッチパネル10は、この振幅の変化を検出することにより、タッチ面内における電子ペン1の位置を検出するよう構成される。

0020

電子ペン1は、図1に示すように、外部から見た構成として、円筒状の筐体2と、筐体2の先端に配置されるペン先部3と、ペン先部3と筐体2の間に配置され、ペン先部3の周囲を取り囲むように構成された円錐状の口金部4とを有して構成される。ペン先部3は導電体によって構成され、筐体2は、その一部の領域が導電体により構成される。また、ペン先部3は十分に細く形成されており、したがって、この電子ペン1は細い線の描画にも適している。

0021

電子ペン1の筐体2内には回路5が配置される。本実施の形態による電子ペン1は、この回路5の構成を工夫することにより、ペン先部3が細く形成されているにもかかわらずタッチパネル10内のX電極11x及びY電極11yとの間に大きな静電容量を有し、その結果、静電容量方式のタッチパネル用の入力ペンとして好適に使用できる一方で、消費電力及び不必要な信号輻射を低減できるようにしたものである。以下、回路5の構成について、第1乃至第4の実施の形態を挙げて具体的に説明する。

0022

図2は、本発明の第1の実施の形態による電子ペン1の内部構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態による電子ペン1は、抵抗素子50,52と、オペアンプ51と、キャパシタ53と、インバータ回路54,56と、フォトカプラ55と、電池60〜62と、高位側電源配線GH1,GH2と、低位側電源配線GL1,GL2とを備えて構成される。

0023

電池60(第1の電池)は、低位側電源配線GL1(第1の低位側電源配線)と高位側電源配線GH1(第1の高位側電源配線)の間に接続される電源回路(第1の電源回路)である。したがって、低位側電源配線GL1の電位(第1の低位側電源電位)と、高位側電源配線GH1の電位(第1の高位側電源電位)との間には、電池60の起電力に応じた差が生ずる。同様に、電池61(第2の電池)は、低位側電源配線GL2(第2の低位側電源配線)と高位側電源配線GH2(第2の高位側電源配線)の間に接続される電源回路(第2の電源回路)である。したがって、低位側電源配線GL2の電位(第2の低位側電源電位)と、高位側電源配線GH2の電位(第2の高位側電源電位)との間には、電池61の起電力に応じた差が生ずる。

0024

低位側電源配線GL1は筐体2の導電体部分に接続されており、この導電体部分は電子ペン1を保持する人間の人体を通じて接地されている。したがって、低位側電源配線GL1には接地電位が供給されている。一方、低位側電源配線GL2は筐体2には接続されておらず、その代わりにインバータ回路56の出力端子に接続されている。これにより、低位側電源配線GL2にはインバータ回路56の出力信号(後述する基準信号R)が供給される。

0025

低位側電源配線GL1は、フォトカプラ55の低位側電源端子PLと、インバータ回路56の低位側電源端子とにも接続される。したがって、これらの端子は、筐体2に直接接続されている。一方、高位側電源配線GH1は、フォトカプラ55の第1の高位側電源端子PH1と、インバータ回路56の高位側電源端子とに接続される。なお、高位側電源配線GH1とフォトカプラ55の第1の高位側電源端子PH1の間には、図2に示すように、抵抗素子が挿入される。

0026

低位側電源配線GL2は、上記したインバータ回路56の出力端子に加え、電池62の低位側端子と、オペアンプ51及びインバータ回路54それぞれの低位側電源端子とにも接続される。したがって、これらの端子には基準信号Rが供給されることになる。一方、高位側電源配線GH2は、オペアンプ51及びインバータ回路54それぞれの高位側電源端子と、フォトカプラ55の第2の高位側電源端子PH2とに接続される。なお、高位側電源配線GH2とフォトカプラ55の第2の高位側電源端子PH2の間には、図2に示すように、抵抗素子が挿入される。

0027

抵抗素子50(第1の抵抗素子)の一端はペン先部3(第1の電極)に接続され、他端はオペアンプ51の反転入力端子に接続される。ペン先部3がタッチパネル10(図1)のタッチ面に接近すると、タッチパネル10によって送信された信号S1がペン先部3によって受信される。こうして受信された信号S1は、抵抗素子50を介してオペアンプ51の反転入力端子に供給される。

0028

抵抗素子52(第2の抵抗素子)及びキャパシタ53はそれぞれ、一端がオペアンプ51の反転入力端子に、他端がオペアンプ51の出力端子に接続される。これら抵抗素子52及びキャパシタ53は、後述する反転増幅器の構成要素としての役割の他、発振防止の役割を担っている。また、オペアンプ51の非反転入力端子には、電池62の高位側端子が接続される。電池62は、低位側電源配線GL2に供給される基準信号Rのバイアス電位を変更し、オペアンプ51の反転入力端子に入力される信号S1とバイアス電位を揃えた上で、変更後の基準信号Rをオペアンプ51の非反転入力端子に供給するバイアス電位変更回路としての役割を有している。

0029

オペアンプ51及び抵抗素子50,52は、オペアンプ51の入力信号(抵抗素子50からオペアンプ51の反転入力端子に供給される信号S1)を反転増幅して出力する反転増幅器として機能する。この反転増幅器の出力信号は、インバータ回路54の入力端子に供給される。

0030

インバータ回路54は、反転増幅器の出力信号を反転してフォトカプラ55の入力端子Iに供給する回路であり、例えばCMOSインバータのようなデジタル回路によって構成される。ただし、インバータ回路54を、オペアンプ51を含んで構成される上記反転増幅器と同様、オペアンプを用いて構成することも可能である。

0031

フォトカプラ55は、互いに絶縁された入力端子I及び出力端子Oを有して構成される。具体的には、図2に示すように、入力端子I及び出力端子Oの他にも第1の高位側電源端子PH1、第2の高位側電源端子PH2、及び低位側電源端子PLを有し、第2の高位側電源端子PH2と入力端子Iの間に発光ダイオードが、第1の高位側電源端子PH1と低位側電源端子PLの間にフォトトランジスタが接続された構成を有している。発光ダイオードのアノードは第2の高位側電源端子PH2に接続され、カソードは入力端子Iに接続される。また、フォトトランジスタのコレクタは第1の高位側電源端子PH1に接続され、エミッタは低位側電源端子PLに接続される。出力端子Oは、フォトトランジスタのコレクタに対し、第1の高位側電源端子PH1と共通に接続される。

0032

フォトカプラ55の動作について説明する。入力端子Iに信号が入力されると、その電位に応じて発光ダイオードが明滅する。この明滅がフォトトランジスタに入力されると、フォトトランジスタは明滅に応じた信号を生成し、この信号が出力端子Oから出力される。フォトカプラ55は、こうして入力信号に応じた出力信号を出力する。なお、本実施の形態におけるフォトカプラ55の出力信号の極性は入力信号の極性と同じであるが、極性が逆になるように構成することも可能である。

0033

上述したように、フォトカプラ55の第1の高位側電源端子PH1は抵抗素子を介して高位側電源配線GH1に接続され、第2の高位側電源端子PH2は抵抗素子を介して高位側電源配線GH2に接続され、低位側電源端子PLは低位側電源配線GL1に接続され、入力端子Iはインバータ回路54の出力端子に接続され、出力端子Oはインバータ回路56の入力端子に接続される。これによりフォトカプラ55は、低位側電源配線GL1及び高位側電源配線GH1と、低位側電源配線GL2及び高位側電源配線GH2とを分離するアイソレーション回路として機能する。

0034

ここで、フォトカプラ55の入力端子Iに入力される信号のうち、発光ダイオードを駆動できない程度に微細ノイズ成分は、出力端子Oから出力される信号には現れない。これは、フォトカプラ55がノイズフィルタとして機能することを意味する。この機能により、フォトカプラ55の出力信号は、入力信号に比べてノイズカットされたクリアな信号となる。こうしてカットされるノイズには、信号S1の伝達の過程でオペアンプ51やインバータ回路54が付与したノイズが含まれており、したがって、フォトカプラ55の出力信号は、こうしたノイズの影響が除去された信号となる。

0035

インバータ回路56は、フォトカプラ55の出力信号を反転することによって基準信号Rを生成し、低位側電源配線GL2に供給する回路である。こうして生成される基準信号Rは、ペン先部3により受信された後、オペアンプ51を含む反転増幅器、及び、フォトカプラ55を通過した信号S1に基づく信号であり、信号S1とは逆の極性を有する信号となる。インバータ回路56の具体的な構成は、インバータ回路54と同様、CMOSインバータのようなデジタル回路とすることが好適である。ただし、インバータ回路54と同様、オペアンプを用いてインバータ回路56を構成することも可能である。

0036

再度オペアンプ51に着目すると、オペアンプ51は、反転増幅器を構成し、かつ、反転入力端子に信号S1を受け、非反転入力端子に信号S1の反転信号を受けるように構成される。したがって、反転増幅器の仮想短絡により、図2に示すように、オペアンプ51の反転入力端子には信号S1の反転信号が現れる。この反転信号は、ペン先部3を通じて放射され、図1に示したタッチパネル10のX電極11x及びY電極11yによって受信される。これは、図6に示した信号S2と同じ役割を果たすもので、X電極11x及びY電極11yとペン先部3との間に、信号S2の放射がない場合に比べて大きな静電容量を設けることと等価である。したがって、電子ペン1は、ペン先部3が細く形成されているにもかかわらず、静電容量方式のタッチパネル10用の入力ペンとして好適に使用され得ることになる。

0037

そして、電子ペン1においては、図6に示した電子ペン101とは異なり、信号S2を放射する過程において回路5の全体を揺らす必要がない。つまり、インバータ回路56の出力端子の電位を接地電位に固定しておき、インバータ回路56が信号を出力しようとする反動を利用して回路5の全体を揺らし、それによって信号S2を発生させる必要がない。したがって、インバータ回路56に格別大きな電力を供給する必要はないので、電子ペン1では、図6に示した電子ペン101に比べて消費電力が削減されることになる。

0038

加えて、電子ペン1では低位側電源配線GL2に基準信号Rを供給する必要があるが、フォトカプラ55によって低位側電源配線GL1,GL2が互いに分離されているので、図2にも示したように、低位側電源配線GL1を筐体2に接続して接地することができる。したがって、電子ペン1が人によって保持されておらず、筐体2が電気的に浮いている場合であっても、図6に示した電子ペン101のように、筐体2から外部に対して不必要な信号が輻射されてしまうことがない。

0039

以上説明したように、本実施の形態による電子ペン1によれば、ペン先部3が細く形成されているにもかかわらず、タッチパネル10内のX電極11x及びY電極11yとペン先部3との間に、大きな静電容量を設けることができる。その結果、静電容量方式のタッチパネル10用の入力ペンとして、電子ペン1を好適に使用することが可能になる。また、消費電力及び不必要な信号輻射の低減も実現される。

0040

なお、上述したように、フォトカプラ55がノイズフィルタとしても機能することから、電子ペン1では、ペン先3から混入するノイズを従来に比べて低減できる、という効果も得られる。この点も、不必要な信号輻射の低減に寄与する。

0041

次に、図3は、本発明の第2の実施の形態による電子ペン1の内部構成を示す図である。本実施の形態と第1の実施の形態との違いは、口金部4に電極4aを設け、この電極4aにも基準信号Rを供給するようにした点にある。その他の点では第1の実施の形態と同様であるので、第1の実施の形態と同一の構成には第1の実施の形態と同一の符号を付し、以下では、第1の実施の形態との相違点を中心に説明することとする。

0042

図3に示すように、本実施の形態による電子ペン1は、口金部4に電極4aを有して構成される。電極4aは、口金部4のうちペン先部3に近い部分の全周を覆うように設けることが好適である。全周を覆うことで、後述する本実施の形態の効果を、電子ペン1の向きにかかわらず得ることが可能になる。ただし、電極4aの構成がこれに限られるものではない。

0043

電極4aは、図3に示すように、低位側電源配線GL2に接続されている。これにより電極4aにも基準信号Rが供給されるので、図2に示した信号S2は、本実施の形態では電極4aからもタッチパネル10に向けて放射されることになる。したがって、本実施の形態では、第1の実施の形態に比べて強い信号S2がタッチパネル10に供給されることになる。

0044

以上説明したように、本実施の形態による電子ペン1によれば、第1の実施の形態に比べて強い信号S2がタッチパネル10に供給される。これは、X電極11x及びY電極11yとペン先部3との間に、第1の実施の形態に比べてさらに大きな静電容量を設けることと等価であるので、ペン先部3が細く形成された電子ペン1を、静電容量方式のタッチパネル10用の入力ペンとして、より好適に使用することが可能になる。

0045

次に、図4(a)は、本発明の第3の実施の形態による電子ペン1の内部構成を示す図である。本実施の形態は、電池61に代えてDCDCコンバータ65を備える点で、第1の実施の形態と相違する。その他の点では第1の実施の形態と同様であるので、第1の実施の形態と同一の構成には第1の実施の形態と同一の符号を付し、以下では、第1の実施の形態との相違点を中心に説明することとする。

0046

図4(a)に示すように、本実施の形態による電子ペン1は図1に示した電池61を備えておらず、代わりに絶縁型のDCDCコンバータ65を備えて構成される。DCDCコンバータ65は4つの端子a〜dを有しており、それぞれ、高位側電源配線GH1、低位側電源配線GL1、高位側電源配線GH2、低位側電源配線GL2に接続される。

0047

図4(b)は、DCDCコンバータ65の内部回路を示す図である。同図に示すように、DCDCコンバータ65は、インダクタ70〜73と、スイッチ74,75と、ダイオード76,77と、キャパシタ78とを備えて構成される。インダクタ70の一端はスイッチ74の一端に接続され、他端はインダクタ71の一端に接続される。インダクタ71の他端はスイッチ75の一端に接続される。また、インダクタ72の一端はダイオード76のアノードに接続され、他端はインダクタ73の一端に接続される。インダクタ73の他端はダイオード77のアノードに接続される。キャパシタ78の一端はダイオード76,77それぞれのカソードに共通に接続され、他端はインダクタ72の他端(インダクタ73の一端)に接続される。インダクタ70,71とインダクタ72,73とは、図4(b)に示すように磁気結合しており、トランスを構成する。このトランスを有することにより、DCDCコンバータ65は、入力側と出力側とが電気的に絶縁された絶縁型DCDCコンバータとなっている。

0048

DCDCコンバータ65の端子aは、インダクタ70の他端(インダクタ71の一端)に接続されている。また、端子bは、スイッチ74,75それぞれの他端に共通に接続されている。端子cは、キャパシタ78の一端(ダイオード76,77それぞれのカソード)に接続されている。端子dは、キャパシタ78の他端(インダクタ72の他端、インダクタ73の一端)に接続されている。

0049

DCDCコンバータ65は、図示しない制御回路により、周期的にスイッチ74,75のいずれか一方がオンになり、他方がオフになるように制御される。スイッチ74がオンになると、インダクタ70,72に電流が流れ、この電流によってキャパシタ78が充電される。こうして充電されたキャパシタ78の両端の電圧が、端子c,dを介して高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2に供給される。また、スイッチ75がオンになると、インダクタ71,73に電流が流れ、この電流によってキャパシタ78が充電される。こうして充電されたキャパシタ78の両端の電圧が、端子c,dを介して高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2に供給される。このような動作を繰り返すことにより、DCDCコンバータ65は、電池60から供給される電力を、インダクタ70〜73からなるトランスを介して高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2に供給する電源回路(第2の電源回路)として機能する。

0050

以上説明したように、本実施の形態による電子ペン1によれば、電池61がなくても、高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2が高位側電源配線GH1及び低位側電源配線GL1から分離された状態を維持しつつ、高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2に電源電圧を供給することが可能になる。したがって、第1の実施の形態に比べ、電池の個数を減らすことが可能となっている。

0051

次に、図5(a)は、本発明の第4の実施の形態による電子ペン1の内部構成を示す図である。本実施の形態は、DCDCコンバータ65に代えてDCDCコンバータ66を設ける点で、第3の実施の形態と相違する。その他の点では第3の実施の形態と同様であるので、第3の実施の形態と同一の構成には第3の実施の形態と同一の符号を付し、以下では、第3の実施の形態との相違点を中心に説明することとする。

0052

図5(a)に示すように、本実施の形態による電子ペン1は、図1に示した電池61の代わりに絶縁型のDCDCコンバータ66を備えて構成される。DCDCコンバータ66は5つの端子a〜eを有しており、それぞれ、電池60の高位側端子、低位側電源配線GL1、高位側電源配線GH2、低位側電源配線GL2、高位側電源配線GH1に接続される。

0053

図5(b)は、DCDCコンバータ66の内部回路を示す図である。同図に示すように、DCDCコンバータ66は、2つの部分回路66a,66bを有して構成される。このうち部分回路66b(第1の絶縁型DCDCコンバータ)の構成は、図4(b)に示したDCDCコンバータ65の構成と同一である。したがって、部分回路66bは、電池60から供給される電力を、インダクタ70〜73からなるトランス(第1のトランス)を介して高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2に供給する電源回路(第2の電源回路)として機能する。

0054

一方、部分回路66a(第2の絶縁型DCDCコンバータ)は、部分回路66bの構成のうち、インダクタ70,71及びスイッチ74,75を部分回路66bと共有する一方、さらに、インダクタ80,81と、ダイオード82,83と、キャパシタ84とを備えて構成される。

0055

インダクタ80の一端はダイオード82のアノードに接続され、他端はインダクタ81の一端に接続される。インダクタ81の他端はダイオード83のアノードに接続される。キャパシタ84の一端はダイオード82,83それぞれのカソードに共通に接続され、他端はインダクタ80の他端(インダクタ81の一端)に接続される。インダクタ70,71とインダクタ80,81とは、図5(b)に示すように磁気結合しており、トランスを構成する。

0056

部分回路66aにおいては、スイッチ74がオンになると、インダクタ70,80に電流が流れ、この電流によってキャパシタ84が充電される。こうして充電されたキャパシタ84の両端の電圧が、端子e,bを介して高位側電源配線GH1及び低位側電源配線GL1に供給される。また、スイッチ75がオンになると、インダクタ71,81に電流が流れ、この電流によってキャパシタ84が充電される。こうして充電されたキャパシタ84の両端の電圧が、端子e,bを介して高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2に供給される。このような動作を繰り返すことにより、部分回路66aは、電池60から供給される電力を、インダクタ70,71,80,81からなるトランス(第1のトランス)を介して高位側電源配線GH1及び低位側電源配線GL1に供給する電源回路(第1の電源回路)として機能する。

0057

以上説明したように、本実施の形態による電子ペン1によれば、第3の実施の形態と同様、電池61がなくても、電池61がなくても、高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2が高位側電源配線GH1及び低位側電源配線GL1から分離された状態を維持しつつ、高位側電源配線GH2及び低位側電源配線GL2に電源電圧を供給することが可能になる。したがって、第1の実施の形態に比べ、電池の個数を減らすことが可能となっている。

0058

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

0059

1電子ペン
2筐体
3ペン先部
4口金部
4a電極
5回路
10タッチパネル
11x X電極
11y Y電極
50,52抵抗素子
51オペアンプ
53,78,84キャパシタ
54,56インバータ回路
55フォトカプラ
60〜62電池
65,66DCDCコンバータ
66a,66b DCDCコンバータ66の部分回路
70〜73,80,81インダクタ
74,75 スイッチ
76,77,82,83ダイオード
GH1,GH2高位側電源配線
GL1,GL2低位側電源配線
I フォトカプラ55の入力端子
O フォトカプラ55の出力端子
PH1 フォトカプラ55の第1の高位側電源端子
PH2 フォトカプラ55の第2の高位側電源端子
PLフォトカプラ55の低位側電源端子

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