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技術 座標入力システム及び位置検出装置並びに位置指示器

出願人 株式会社ワコム
発明者 二宮健一田中航平
出願日 2019年4月19日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-080056
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-177503
状態 未査定
技術分野 表示による位置入力 位置入力装置
主要キーワード グリッド構成 信号発信回路 接触検出回路 接触検出センサ 出力信号生成回路 加圧導電ゴム 銅箔配線パターン 圧力伝達部材
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図面 (11)

課題

筆記文具と同様の使い勝手位置指示器を扱える座標入力システムを提供する。

解決手段

位置指示器(電子ペン20)は、芯体28の先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、位置検出装置10との間で、指示された座標を検出するための第1のインタラクション部とを備える。位置検出装置は、静電結合方式接触検出センサ12と、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触したことを検出する接触検出回路と、位置指示器との間で信号のインタラクションを行うための第2のインタラクション部と、筆圧値出力回路とを備える。筆圧値出力回路は、位置指示器の導電性を有する芯体の接触が接触検出回路で検出されたときに所定の初期筆圧値を出力し、位置指示器の圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、受信した圧力が圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。

概要

背景

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位置指示器とからなる座標入力システムは、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。

この種の座標入力システム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、座標入力システムでは、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。

概要

筆記文具と同様の使い勝手で位置指示器を扱える座標入力システムを提供する。位置指示器(電子ペン20)は、芯体28の先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、位置検出装置10との間で、指示された座標を検出するための第1のインタラクション部とを備える。位置検出装置は、静電結合方式の接触検出センサ12と、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触したことを検出する接触検出回路と、位置指示器との間で信号のインタラクションを行うための第2のインタラクション部と、筆圧値出力回路とを備える。筆圧値出力回路は、位置指示器の導電性を有する芯体の接触が接触検出回路で検出されたときに所定の初期筆圧値を出力し、位置指示器の圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、受信した圧力が圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。

目的

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座標入力システムを提供する

効果

実績

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請求項1

位置指示器と、前記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座標入力システムであって、前記位置指示器は、筒状の筐体と、前記筒状の筐体の一方の開口から先端部が突出する芯体と、前記芯体の前記先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、前記位置検出装置との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行う第1のインタラクション部と、を備え、前記位置検出装置は、静電結合方式接触検出センサと、前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記位置検出装置の入力面に接触したことを前記接触検出センサを通じて検出する接触検出回路と、前記位置指示器との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行うための第2のインタラクション部と、前記位置指示器に印加されている筆圧値の情報を生成して出力する筆圧値出力回路と、を備え、前記筆圧値出力回路は、前記位置指示器の前記導電性を有する芯体の接触が前記接触検出回路で検出されたときに、所定の初期筆圧値を出力し、前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、前記受信した圧力が前記圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、前記圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力することを特徴とする座標入力システム。

請求項2

前記位置指示器の前記筒状の筐体は、少なくとも使用者把持する部分に導体部を備え、前記芯体は導電性を有していると共に、前記筐体の導体部に電気的に接続されており、前記接触検出回路は、前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記入力面に接触したことを、前記接触検出センサから送出される交流電界エネルギーが前記位置指示器及び使用者の人体を通じて大地に流れることで前記接触検出センサの導体に誘導されるエネルギーの変化を検出することで検出することを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項3

前記位置検出装置は、前記第1のインタラクション部と前記第2のインタラクション部との間での信号のインタラクションにより、前記位置指示器の前記芯体の先端が、前記入力面とは非接触であるホバー状態での位置を検出したときに、検出した前記ホバー状態での位置及びその周辺の領域において、前記接触検出回路による前記位置指示器の前記芯体の先端の接触を検知するようにすることを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項4

前記所定の初期筆圧値は、前記圧力検出部で検出可能な最小圧力に応じた筆圧値以下の値とされていることを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項5

前記接触検出回路で前記位置指示器の前記芯体の前記先端の接触を検出している状態において、前記位置指示器から、前記圧力検出部で検出可能な最小圧力が送られてくるまでは、前記初期筆圧値を出力する状態を維持することを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項6

前記第1のインタラクション部は、コイルコンデンサとからなる共振回路を備え、前記第2のインタラクション部は、複数個ループコイルを備える電磁誘導方式位置検出センサを備え、前記接触検出センサと前記位置検出センサとは、前記入力面に直交する方向に重ねられて設けられていることを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項7

前記接触検出センサは、表示デバイスの表面側に設けられ、前記位置検出センサは、前記表示デバイスの裏側に設けれていることを特徴とする請求項6に記載の座標入力システム。

請求項8

前記接触検出センサは、静電結合方式の位置検出センサで構成されており、前記第1のインタラクション部は、導電性の前記芯体を通じて信号を送出する信号発信回路を備え、前記第2のインタラクション部は、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記信号発信回路からの前記信号を検出することで、前記位置指示器の芯体の先端部で指示された位置を検出する指示位置検出回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項9

前記位置検出装置は、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記芯体の前記先端の前記入力面に対する接触を検出する前記接触検出回路と、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記芯体の前記先端により指示された位置を検出する前記指示位置検出回路とを、時分割で動作させるようにすることを特徴とする請求項8に記載の座標入力システム。

請求項10

前記位置指示器の前記筒状の筐体は、少なくとも使用者が把持する部分に導体部を備えると共に、前記導電性の前記芯体とスイッチ回路を通じて前記筐体の導体部に電気的に接続されており、前記スイッチ回路は、前記位置検出装置からの信号に基づいて、前記接触検出回路と前記指示位置検出回路との時分割動作に対応して、オンオフ制御され、前記接触検出回路は、前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記入力面に接触したことを、前記静電結合方式の位置検出センサから送出される交流電界エネルギーが前記位置指示器及び使用者の人体を通じて大地に流れることで前記静電結合方式の位置検出センサの導体に誘導されるエネルギーの変化を検出することで検出することを特徴とする請求項9に記載の座標入力システム。

請求項11

前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された前記圧力の情報は、前記第1のインタラクション部を通じて前記位置検出装置に送信されることを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項12

前記位置指示器及び前記位置検出装置は、互いに無線通信するための無線通信部をそれぞれ備えており前記位置指示器の前記圧力検出部からの前記圧力の情報は、前記無線通信部を通じて前記位置検出装置に送信されることを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項13

前記圧力検出部は、前記芯体の先端部に印加される圧力による前記芯体の軸心方向への変位に応じた電気的変化を検出するものであることを特徴とする請求項1に記載の座標入力システム。

請求項14

筒状の筐体の一方の開口から先端部が突出する芯体の前記先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部を備える位置指示器と共に使用される位置検出装置であって、静電結合方式の接触検出センサと、前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記位置検出装置の入力面に接触したことを前記接触検出センサを通じて検出する接触検出回路と、前記位置指示器との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行うためのインタラクション部と、前記位置指示器に印加されている筆圧値の情報を生成して出力する筆圧値出力回路と、を備え、前記筆圧値出力回路は、前記位置指示器の前記導電性を有する芯体の接触が前記接触検出回路で検出されたときに、所定の初期筆圧値を出力し、前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、前記受信した圧力が前記圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、前記圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力することを特徴とする位置検出装置。

請求項15

前記接触検出回路は、前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記入力面に接触したことを、前記接触検出センサから送出される交流電界エネルギーが前記位置指示器及び使用者の人体を通じて大地に流れることで前記接触検出センサの導体に誘導されるエネルギーの変化を検出することで検出することを特徴とする請求項14に記載の位置検出装置。

請求項16

前記インタラクション部と前記位置指示器との間での信号のインタラクションにより、前記位置指示器の前記芯体の先端が、前記入力面とは非接触であるホバー状態を検出するホバー状態検出回路を備え、前記ホバー状態での前記位置指示器の位置を検出したときに、検出した前記ホバー状態での前記位置指示器の位置及びその周辺の領域において、前記接触検出回路による前記位置指示器の前記芯体の先端の接触を検知するようにすることを特徴とする請求項14に記載の位置検出装置。

請求項17

前記インタラクション部は、前記位置指示器と電磁誘導結合することで、前記位置指示器と信号のやり取りをするものであって、複数個のループコイルを備える位置検出センサを備え、前記接触検出センサと前記位置検出センサとは、前記入力面に直交する方向に重ねられて設けられていることを特徴とする請求項14に記載の位置検出装置。

請求項18

前記接触検出センサは、静電結合方式の位置検出センサで構成されており、前記インタラクション部は、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記信号発信回路からの前記信号を検出することで、前記位置指示器の芯体の先端部で指示された位置を検出する指示位置検出回路を備えることを特徴とする請求項14に記載の位置検出装置。

請求項19

前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記芯体の前記先端の前記入力面に対する接触を検出する前記接触検出回路と、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記芯体の前記先端により指示された位置を検出する前記指示位置検出回路とを、時分割で動作させるようにすることを特徴とする請求項18に記載の位置検出装置。

請求項20

前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された前記圧力の情報は、前記インタラクション部を通じて受信することを特徴とする請求項14に記載の位置検出装置。

請求項21

前記位置指示器と無線通信するための無線通信部を備えており前記位置指示器の前記圧力検出部からの前記圧力の情報は、前記無線通信部を通じて受信することを特徴とする請求項14に記載の位置検出装置。

請求項22

筒状の筐体と、前記筒状の筐体の一方の開口から先端部が突出する芯体と、前記芯体の前記先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、前記位置検出装置との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行うインタラクション部と、を備え、前記インタラクション部は、コイルとコンデンサとからなる共振回路を備え、前記位置指示器の前記筒状の筐体は、少なくとも使用者が把持する部分に導体部を備え、前記芯体は導電性を有していると共に前記筐体の導体部に電気的に接続されていることを特徴とする位置指示器。

技術分野

0001

この発明は、圧力検出機能を有する位置指示器位置検出装置とからなる座標入力システムに関する。また、この発明は、座標入力システムを構成する位置検出装置並びに位置指示器に関する。

背景技術

0002

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システムは、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静電結合方式など、種々の方式のものがある。

0003

この種の座標入力システム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。

0004

静電容量の変化として検出する圧力検出部は、誘電体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。

0005

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)。

0006

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、座標入力システムでは、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。

先行技術

0007

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

発明が解決しようとする課題

0008

ところで、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代用として用いられるようになってきている。この場合に、位置指示器について、鉛筆などの筆記文具と同様の使い勝手を求めると、例えば、紙と鉛筆との関係においては鉛筆が紙に触れたと同時に筆記跡が残るので、位置指示器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が検出され、当該位置指示器による指示入力位置電子データが入力できるようにすることが望ましい。

0009

すなわち、上述した鉛筆で紙に書く場合と同様に位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触して筆記入力がなされる操作がなされる場合には、圧力検出部は、理想的には、芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触した状態(ほぼ圧力(荷重)は(0グラム))のときに、所定の圧力を検出することができることが望ましい。

0010

しかしながら、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、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初期荷重(以下ON荷重という)が0グラムではなく、所定の大きさの荷重、例えば5グラム以上が必要となっている。

0011

位置指示器の圧力検出部で、ON荷重を0グラムとしないのは、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、ON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。このため、従来の圧力検出部では、ON荷重は0グラムとせずに、位置指示器の芯体の先端部が入力面に対して押し付られて、例えば5グラム以上の所定の荷重が印加されたときに、圧力を検出するように構成されている。

0012

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はなってしまうという問題がある。

0013

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。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、圧力検出部で検出できる圧力が小さくなるので、例えば位置指示器が入力面に対して垂直な状態では、例えば5グラムの荷重を印加することで圧力検出部で圧力が検出されるが、傾いている場合には、さらに大きな荷重を印加しないと圧力検出部で圧力が検出されず、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、更に時間がかかるという問題もある。

0014

このため、上述のような圧力検出部を備える位置指示器を用いる座標入力システムでは、位置指示器と位置検出装置との間での操作状況を、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とすることが困難であった。

0015

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座標入力システムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0016

上記の課題を解決するために、
位置指示器と、前記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座標入力システムであって、
前記位置指示器は、
筒状の筐体と、
前記筒状の筐体の一方の開口から先端部が突出する芯体と、
前記芯体の前記先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、
前記位置検出装置との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行う第1のインタラクション部と、
を備え、
前記位置検出装置は、
静電結合方式の接触検出センサと、
前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記位置検出装置の入力面に接触したことを前記接触検出センサを通じて検出する接触検出回路と、
前記位置指示器との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行うための第2のインタラクション部と、
前記位置指示器に印加されている筆圧値の情報を生成して出力する筆圧値出力回路と、
を備え、
前記筆圧値出力回路は、
前記位置指示器の前記導電性を有する芯体の接触が前記接触検出回路で検出されたときに、所定の初期筆圧値を出力し、前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、前記受信した圧力が前記圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、前記圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する
ことを特徴とする座標入力システムを提供する。

0017

上述の構成の座標入力システムにおいては、位置検出装置は、静電結合方式の接触検出センサを備えると共に、記位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触したことを接触検出センサを通じて検出する接触検出回路と、位置指示器に印加されている筆圧値の情報を生成して出力する筆圧値出力回路とを備えている。

0018

位置検出装置の筆圧値出力回路は、位置指示器の導電性を有する芯体の接触が接触検出回路で検出されたときに、所定の初期筆圧値を出力する。そして、筆圧値出力回路は、位置指示器の圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、受信した圧力が圧力検出部で検出可能な所定圧力以上となったときには、圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。

0019

したがって、上述の構成の座標入力システムにおいては、位置検出装置の筆圧値出力回路は、位置指示器の圧力検出部で、芯体の先端部に印加される圧力が可能になる前に、接触検出回路で、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触されたことが検出されると、所定の初期筆圧値を出力し始める。そして、その後、位置指示器の圧力検出部で芯体の先端部に印加される圧力が可能になると、その検出された圧力の情報が位置指示器から位置検出装置に送られてくるので、位置検出装置の筆圧値出力回路は、その圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。

0020

以上のことから、上述の構成の座標入力システムによれば、ON荷重が0ではない圧力検出部を備える位置指示器を用いたとしても、位置検出装置の筆圧値出力回路は、あたかも、位置指示器の芯体の先端部に、0グラムをON荷重とするような筆圧値を出力するように動作する。このため、上述の構成の座標入力システムによれば、筆記文具と同様の使い勝手で位置指示器を扱うことができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0021

この発明による座標入力システムの第1の実施形態の主として位置検出装置の構成を説明するための図である。
この発明による座標入力システムの第1の実施形態で用いる位置指示器の構成例を示す斜視図である。
図2の例の位置指示器の主要部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システムの第1の実施形態を構成する位置検出装置の筆圧値の出力特性を示す図である。
この発明による座標入力システムの第1の実施形態の構成例を説明するための図である。
この発明による座標入力システムの第1の実施形態の主要な動作の流れの例を説明するための図である。
この発明による座標入力システムの第2の実施形態の主として位置検出装置の構成を説明するための図である。
この発明による座標入力システムの第2の実施形態で用いる位置指示器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システムの第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システムの第2の実施形態の主要な動作を説明するために用いる図である。

実施例

0022

以下、この発明による座標入力システムの実施形態を、図を参照しながら説明する。

0023

[第1の実施形態]
この発明による座標入力システムは、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システムの第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。

0024

図1は、第1の実施形態の座標入力システムを構成する位置検出装置10の構成例を示す分解構成図である。この図1の例では、位置検出装置10は、位置指示器の例としての電子ペン20によって指示された位置を電磁誘導方式の位置検出センサ13で検出する機能を備えると共に、この位置検出装置10の入力面への導電体の接触を静電容量方式の接触検出センサ12で検出する機能を備えるパッド型端末の構成である。この実施形態における電子ペン20は、電磁誘導方式の構成を備えるが、先端部がペン先として突出している芯体28は、導電性を有するように構成されている。後述するように、この第1の実施形態では、接触検出センサ12は、電子ペン20の導電性の芯体28の先端部の位置検出装置10の入力面への接触を検出する。

0025

このパッド型端末の一例である位置検出装置10は、静電結合方式の接触検出センサ12と、電磁誘導方式の位置検出センサ13と、表示デバイス11と、制御回路基板14と、平面部材15と、筐体16とで構成されている。

0026

表示デバイス11は、液晶ディスプレイ有機ELディスプレイなどのフラットディスプレイからなり、ディスプレイ基板111上に、表示画素112が、X軸方向(横方向)に多数個配列されていると共に、X軸方向に直交するY軸方向(縦方向)に多数個配列された表示画面113を備えている。

0027

接触検出センサ12は、例えば、X軸方向に配列される複数個の直線状のX導体と、この複数のX導体とは直交して交差するようにY軸方向に配列されている複数個の直線状のY導体とからなる。すなわち、この実施形態における接触検出センサ12は、静電結合方式の位置検出センサの構成とされている。この接触検出センサ12は、この表示デバイス11の表示画面113の表面側において、表示デバイス11の表示画面113と重畳するように配置される。

0028

また、位置検出センサ13は、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに、複数個のループコイルが配列されて構成されている。この位置検出センサ13は、表示デバイス11の表示画面113の裏面側において、表示デバイス11と重畳するように配置される。したがって、接触検出センサ12と位置検出センサ13も、互いに重畳して配置される関係となっている。

0029

そして、接触検出センサ12の接触検出領域と、位置検出センサ13の位置検出領域と、表示デバイス11の表示画面113の表示領域とが、ほぼ等しい大きさとされると共に、重畳して配置される関係となっている。

0030

図1では図示を省略するが、接触検出センサ12に対しては静電容量方式の接触検出回路が接続され、位置検出センサ13に対して電磁誘導方式の位置検出回路が接続される(図5参照)。これら、接触検出回路及び位置検出回路は、制御回路基板14上に設けられており、接触検出センサ12及び位置検出センサ13とは、それぞれ例えばフレキシブルケーブルにより接続される。制御回路基板14には、位置検出装置10を制御するためのマイクロコンピュータ、表示デバイス11の表示制御回路、その他の電子部品銅箔配線パターンが搭載されている。

0031

平面部材15は、例えばガラス樹脂などの透明材料からなり、その一方の面15aの側は、電子ペン20の芯体28の先端部が接触して、位置指示をするときの入力面とされている。そして、この平面部材15の一方の面15aとは反対側の面の側には、接触検出センサ12及び表示デバイス11が配置されている。

0032

この例では、平面部材15は、位置検出センサ13及び接触検出センサ12の検出領域よりも若干大きい形状を有する。すなわち、図1の平面部材15において、点線で囲んで示す領域151は、位置検出センサ13及び接触検出センサ12の検出領域に対応する領域であり、この領域151の周囲には、枠領域152が形成されている。

0033

筐体16は、例えば合成樹脂により構成されている。この筐体16には、接触検出センサ12、表示デバイス11、位置検出センサ13及び制御回路基板14を収納するための凹部161が形成されている。この凹部161内に、接触検出センサ12、表示デバイス11、位置検出センサ13及び制御回路基板14が収納された後、平面部材15の枠領域152が筐体16の枠領域162に、例えば接着材によって、結合されることにより、凹部161が閉塞されて、位置検出装置10が組み立てられる。

0034

[電子ペン2の構成例]
図2は、この第1の実施形態の座標入力システムで用いる電子ペン20の構成例を示す斜視図である。この第1の実施形態の電子ペン20は、前述のように、電磁誘導方式の電子ペンの構成である。図2(A)は、この第1の実施形態の電子ペン20の一部を示すもので、筒状の筐体21の中空部内に、電子ペンモジュール22が収納されて構成されている。図2(A)では、筐体21の中空部内の電子ペンモジュール22は点線で示してある。

0035

図2(C)は、電子ペンモジュール22の構成例を示すものである。この実施形態では、電子ペンモジュール22は、電子ペン本体部23と導電性金属カバー24とからなる。電子ペン本体部23と、導電性金属カバー24とは、図2(B)に示すように、別部品として構成されていて、電子ペンモジュール22は、電子ペン本体部23の一部を覆うように導電性金属カバー24が被せられて構成されている。

0036

電子ペン本体部23は、図2(B)に示すように、コイル26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27が、ホルダー25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25は、プリント基板251を載置する基板載置部25aと、圧力検出部を収納する筒状部25b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25の筒状部25bにフェライトコア27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25にコイル26が巻回されているフェライトコア27が結合される。

0037

図3は、このホルダー25の筒状部25bとコイル26が巻回されているフェライトコア27との結合部分の断面図を示すものである。この図3に示すように、ホルダー25の筒状部25bには、複数個の部品からなる圧力検出部30が収納される。

0038

この例の圧力検出部30は、冒頭で特許文献1として説明したものと同様のもので、電子ペン20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。

0039

この例の圧力検出部30は、誘電体31と、端子部材32と、保持部材33と、導電部材34と、弾性部材35との複数個の部品からなる。圧力検出部30を構成するこれらの複数個の部品は、ホルダー25の筒状部25bの中空部内において、図3に示すように軸心方向に並べられて収納されている。

0040

ホルダー25の筒状部25bの基板載置部25a側は、壁部36により閉塞されている。また、ホルダー25の筒状部25bの軸心方向のペン先側は開口25cとされている。そして、筒状部25b内に圧力検出部30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26が巻回されているフェライトコア27の軸心方向の一端部が、筒状部25bに嵌合される。

0041

フェライトコア27には、軸心方向に貫通する貫通孔27aが中心位置に設けられており、芯体28が、この貫通孔27aを挿通して圧力検出部30に結合される。この実施形態では、芯体28は、前述したように、導電性を有するように構成されており、例えば樹脂に導電性材料粉体が混合されたものや、SUSなどの導電性を有する金属で構成されている。

0042

誘電体31は、この例では、円板状形状を備える。端子部材32は、圧力検出部30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31の一方の平面側に配設されている。この端子部材32は、リード部32aを備え、このリード部32aが、壁部36を跨いで、基板載置部25a上に載置されているプリント基板251に半田付け接続される。

0043

また、誘電体31の一方の平面側と対向する他方の面側には、導電部材34と弾性部材35とが配設されている。導電部材34と弾性部材35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。

0044

導電部材34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34は、誘電体31の他方の平面と対向する先端部側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34は、保持部材33により保持されている。

0045

弾性部材35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34を収納する状態で、保持部材33と誘電体31との間に配設される。そして、弾性部材35を構成するコイルバネの一端が導電部材34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36を跨いで、ホルダー25の基板載置部25aに載置されているプリント基板251に半田付けされて電気的に接続される。

0046

そして、保持部材33は、その軸心方向のペン先側となる側に凹穴33cを備え、芯体28の先端部28aとは反対側の端部がこの凹穴33c内に圧入嵌合される。この場合に、図示は省略するが、保持部材33の凹孔33cの近傍には、導電性を有する芯体28と電気的に接続する導電性部材(図示は省略)が配されている。この導電性部材は、ホルダー25の基板載置部25aの外表面に露出されている導電部に電気的に接続されている。

0047

以上のように構成されている電子ペン本体部23に対して、図2(C)に示すように、導電性金属カバー24が被せられる。導電性金属カバー24は、電子ペン本体部23のホルダー25の筒状部25bの外径よりも僅かに大きい内径を有する筒状形状を備えると共に、軸心方向の長さは、電子ペン本体部23のホルダー25の後端側の最後尾から、筒状部25bの一部までの長さとされて、ホルダー25の軸心方向の長さよりも短くされている。

0048

そして、図2(B)の矢印ARで示す軸心方向において、導電性金属カバー24内に、電子ペン本体部23が、その後端側の最後尾まで挿入される。これにより、図2(C)に示すような電子ペンモジュール22が形成される。

0049

この場合に、電子ペンモジュール22は、図2(C)に示すように、電子ペン本体部23のホルダー25の基板載置部25aの軸心方向の全長部分と、筒状部25bの基板載置部25aとの連結部分とが、導電性金属カバー24で覆われる状態となる。すなわち、筒状部25bのペン先側の部分と、コイル26が巻回されているフェライトコア27と、芯体28の先端部28aとは、導電性金属カバー24で覆われない。このように構成するのは、電磁誘導方式のインタラクション部を構成するコイル26が巻回されているフェライトコア27の部分によるインタラクション動作が、導電性金属カバー24により、影響が与えられないようにするためである。

0050

そして、電子ペンモジュール22では、導電性金属カバー24がホルダー25と接触することで、ホルダー25の筒状部25bの外表面に露出されて設けられている前述した導体と電気的に接続される。この結果、導電性を有する芯体28と導電性金属カバー24とは、電気的に接続されている状態となる。

0051

なお、導電性金属カバー24には、図2(B)及び(C)に示すように、基板載置部25aに載置されているプリント基板251の少なくともサイドスイッチSWが搭載されている部分近傍を外部に露出するようにする開口部24aが形成されている。この開口部24aは、サイドスイッチSWを上方から押下することが可能にするためである。

0052

以上のようにして形成された電子ペンモジュール22は、図2(A)に示すように、電子ペン20の筒状の筐体21内に、芯体28の先端部28aが外部に突出する状態で収納される。

0053

この芯体28の先端部28aに圧力が加わると、図3に示したように、芯体28は圧力検出部30の保持部材33を軸心方向に変位させる。すると、圧力検出部30の導電部材34の先端側と、誘電体31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30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20は、この圧力検出部30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20の芯体28の先端部28aに印加される圧力を検出し、位置検出装置10に送信するようにする。

0054

この実施形態の電子ペン20の筐体21は、この例では、その軸心方向に2分されたペン先側筐体211と後端側筐体212とからなり、螺合あるいは圧入嵌合により両者が結合されて構成されている。ペン先側筐体211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、芯体28の先端部28aを外部に突出させるための開口を備えている。

0055

後端側筐体212は、この実施形態では、導電性を有する例えば金属で構成されている。そして、後端側筐体212は、電子ペンモジュール22の導電性金属カバー24と接触することで、電気的に接続されている。したがって、この実施形態の電子ペン20の後端側筐体212は、導電性を有する芯体28と導電性金属カバー24を介して電気的に接続されている状態となっている。

0056

なお、図2(A)に示すように、後端側筐体212には、サイドスイッチSWを押下してオンオフするための押下操作部213が設けられている。

0057

第1の実施形態では、電子ペン20が以上のように構成されていると共に、位置検出装置10が上述のように構成されているので、導電性を有する芯体28が、位置検出装置10の入力面を構成する平面部材15の表面15aに接触すると、接触検出センサ12により、その接触が検出される。また、電子ペン20の芯体28の先端部28aの位置が、位置検出センサ13により検出される。

0058

芯体28の先端部28aが位置検出装置10の入力面に接触しただけでは、従来と同様に、電子ペン20の圧力検出部30では、圧力を検出しない。この状態から、使用者により電子ペン20が平面部材15の表面15aに対して更に押し付けられて、当該圧力検出部30が圧力を検出することが可能な初期荷重の圧力、例えば5グラム以上の圧力が印加されるようにされると、電子ペン20の圧力検出部30で圧力(筆圧)が検出され始め、その検出された圧力の情報が位置検出装置10に伝達されるようになる。

0059

第1の実施形態の座標入力システムの位置検出装置10では、電子ペン20の圧力検出部30で初期荷重以上の圧力が検出されていない状態でも、電子ペン20の芯体28の位置検出装置10の入力面への接触を検出した時点から、電子ペン20に所定の圧力が印加されたとみなして、電子ペン20の筆圧検出出力を出力することで、鉛筆と紙との関係と同様の筆記感覚を使用者が得られるようにしている。

0060

図4は、この実施形態の座標入力システムの位置検出装置10における電子ペン20の筆圧値情報の出力の特性図である。この図4に示すように、この実施形態では、位置検出装置10は、接触検出センサ12で電子ペン20の芯体28の先端部28aの位置検出装置の入力面への接触を検知したときには、初期筆圧値P0を出力する。このときの接触荷重Cgは、例えば1グラム程度であり、電子ペン20の圧力検出部30では検出されない。なお、この実施形態では、初期筆圧値P0は、電子ペン20の圧力検出部30で検出が可能となる初期荷重Fg(例えば5グラム)のときに出力される筆圧値とされている。

0061

そして、初期荷重Fg以上の圧力が芯体28の先端部28aに印加されるようになると、圧力検出部30でその圧力が検出される。位置検出装置10は、電子ペン20からのこの圧力検出部30で検出された圧力を受信すると、図4曲線で示すように、圧力検出部30で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。

0062

こうして、この実施形態の座標入力システムにおいては、電子ペン20が、位置検出装置10の入力面である平面部材15の表面15aに接触した時点から筆圧値を出力するように構成することができ、鉛筆と紙との関係と同様の筆記感覚を使用者が得られる。

0063

次に、上述した座標入力システムの実施形態において、鉛筆と紙との関係と同様の筆記感覚を使用者が得られるようにする構成を、より詳細に説明する。

0064

図5は、この実施形態の座標入力システムを構成する位置検出装置10と電子ペン20との上述した要部の構成を説明するための図である。

0065

図5に示すように、この実施形態の電子ペン20は、位置検出装置10とのインタラクション部として、コイル26と、コンデンサ29と、圧力検出部30で構成される可変容量コンデンサ30Cとからなる共振回路RCを備える。そして、電子ペン20では、導電性を有する芯体28は、導電性材料で構成されている後端側筐体212に接続されている。このため、使用者が電子ペン20の後端側筐体212のところを把持すると、後端側筐体212は、人体HMを介して大地接地されることになる。図5では、人体HMはその等価容量として示してある。

0066

一方、位置検出装置10は、図1に示したように、電子ペン20の芯体28の先端部28aの入力面への接触を検出する接触検出センサ12と、電子ペン20の共振回路RCと電磁結合によるインタラクションを行う位置検出センサ13と、表示デバイス11とを備える。

0067

そして、位置検出装置10の制御回路基板14には、接触検出センサ12に対して接触検出回路102が設けられ、また、位置検出センサ13に対して位置検出処理回路103が設けられ、これら接触検出回路102と位置検出処理回路103とは、出力処理回路104に接続されている。そして、出力処理回路104の出力は表示制御回路101に供給され、この表示制御回路101により表示デバイス11の表示画面に表示画像が表示される。

0068

接触検出回路102は、接触検出センサ12の一方の導体、例えばX導体に所定の交流信号送信信号として供給すると共に、当該送信信号の受信信号を他方の導体であるY導体から受けるようにする。

0069

電子ペン20の芯体28の先端部28aが位置検出装置10の入力面に接触すると、接触検出センサ12のX導体に供給された送信信号による交流電界エネルギーの一部が、当該接触位置においては、芯体28及び人体HMを通じて大地に流れる。そのため、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面に接触している位置では、送信信号が供給されているX導体と交差しているY導体で受信される受信信号のレベルが低下する。

0070

接触検出回路102では、Y導体を通じて受信される受信信号のレベルを監視し、受信信号のレベルが減少するX導体及びY導体の位置を検出することで、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面に接触している位置を検出する。接触検出回路102は、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面に接触している位置を検出したときには、その接触検出出力を、出力処理回路104に供給する。

0071

位置検出処理回路103は、位置検出センサ13のループコイルを通じて、所定周波数f0交流信号を、電磁誘導結合により、電子ペン20の共振回路RCに送信する。電子ペン20の共振回路RCは、位置検出センサ13から受信した交流信号を、位置検出センサ13に帰還させるので、位置検出処理回路103は、その帰還信号を位置検出センサ13を通じて受信する。

0072

電子ペン20の共振回路RCは、圧力検出部30で構成される可変容量コンデンサ30Cを含むので、その共振周波数は、圧力検出部30で検出された圧力に応じて変化する可変容量コンデンサ30Cの容量に応じたものとなっている。したがって、電子ペン20の共振回路RCから位置検出センサ13に帰還される交流信号の周波数は、共振回路RCのその時の共振周波数に応じたものとなる。

0073

位置検出処理回路103は、位置座標検出回路1031と、圧力情報検出回路1032とを備える。位置座標検出回路1031は、電子ペン20の共振回路RCから帰還される交流信号が得られたループコイルの位置から、電子ペン20の芯体28の先端部28aにより指示された位置座標を検出する。そして、位置座標検出回路1031は、検出した位置座標の情報を出力処理回路104に供給する。

0074

また、圧力情報検出回路1032は、電子ペン20の共振回路RCから帰還される交流信号を、周波数f0の送信信号で同期検波することで、周波数f0からシフトした周波数成分(あるいは位相シフト成分)を検出し、その検出した周波数シフト成分(あるいは位相シフト成分)により、電子ペン20の圧力検出部30で検出された圧力の情報を検出する。そして、圧力情報検出回路1032は、検出した圧力の情報を出力処理回路104に供給する。

0075

出力処理回路104は、この実施形態では、接触検出回路102からの接触検出出力と、位置検出処理回路103からの情報とから、出力する筆圧値を生成すると共に、この生成した筆圧値と、電子ペン20の芯体28の先端部28aにより指示された位置座標の情報とから出力情報を生成して、表示制御回路101に供給する。

0076

この実施形態では、電子ペン20と位置検出装置10とは電磁誘導方式でインタラクションするので、ホバー状態での電子ペン20の位置(位置検出センサ13の上空での位置)を検出することができる。ホバー状態とは、電子ペン20の芯体28の先端部28aが位置検出装置10の入力面(平面部材15の表面15a)に接触していないが、位置検出センサ13上の位置は検出することができる状態を言う。この実施形態の位置検出装置10では、電子ペン20のホバー状態での位置検出センサ13上の位置の検出ができることを利用して、接触検出回路102は、接触検出センサ12の接触検出領域のうち、ホバー状態の電子ペン20の芯体28の先端部28aの位置及びその周辺の領域において、電子ペン20の芯体28の先端部28aの接触の検出を行うように制御する。

0077

以上の処理機能を実現するために、出力処理回路104は、位置座標出力回路1041と、ホバー検出回路1042と、筆圧値出力回路1043と、出力信号生成回路1044とを備える。

0078

位置座標出力回路1041は、位置検出処理回路103の位置座標検出回路1031からの位置座標の情報をそのまま出力信号生成回路1044に供給する。

0079

ホバー検出回路1042は、この実施形態では、位置検出処理回路103の位置座標検出回路1031からの位置座標の情報と、圧力情報検出回路1032からの圧力の情報と、接触検出回路102からの接触検出出力とから、電子ペン20の位置検出センサ13上空のホバー位置を検出する。すなわち、接触検出回路102からの接触検出出力が非接触を示しており、また、圧力情報検出回路1032からの圧力の情報が初期荷重Fgより小さい、あるいは、非検出の状態であるときに、位置座標検出回路1031からの位置座標の情報が得られたときに、ホバー状態となっていることを検出するとともに、位置座標検出回路1031からの位置座標の情報をホバー位置の情報として検出する。

0080

なお、この実施形態では、ホバー検出回路1042には、電子ペン20が位置検出装置10の入力面に対して非接触の状態であることを検出するために、圧力情報検出回路1032からの圧力の情報と、接触検出回路102からの接触検出出力とを、供給するようにした。しかし、電子ペン20が位置検出装置10の入力面に対して非接触の状態は、圧力情報検出回路1032からの圧力の情報と、接触検出回路102からの接触検出出力とのいずれか一方のみであてもよい。

0081

ホバー検出回路1042で検出されたホバー位置の情報は、出力信号生成回路1044に供給されると共に、接触検出回路102に供給される。

0082

接触検出回路102は、このホバー検出回路1042からのホバー位置の情報を受け取ると、当該ホバー位置の情報は、位置検出センサ13上での位置情報であることから、対応する接触検出センサ12上での位置情報を算出し、接触検出センサ12上の、算出したホバー位置を中心とした周辺の領域において、電子ペン20の芯体28の先端部28aの接触を検出するように動作制御する。

0083

筆圧値出力回路1043は、接触検出回路102からの接触検出出力と、位置検出処理回路103の圧力情報検出回路1032からの圧力の情報とから、図4に示した特性図に示した筆圧値の情報を生成して、出力信号生成回路1044に出力する。

0084

すなわち、この実施形態では、筆圧値出力回路1043は、接触検出回路102からの接触検出出力から、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面に接触したことを検出すると、図4に示したように、圧力検出部30で初期荷重Fgが検出されたときと同じ筆圧値である初期筆圧値P0を出力信号生成回路1044に出力する。そして、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面に接触している状態では、この初期筆圧値P0を出力信号生成回路1044に出力し続ける。

0085

そして、筆圧値出力回路1043は、圧力情報検出回路1032から、初期荷重Fg以上の圧力の検出結果を受け取ると、図4に示すように、その受け取った圧力の情報に応じた初期筆圧値P0以上の筆圧値を出力信号生成回路1044に出力する。

0086

出力処理回路104の出力信号生成回路1044は、位置座標出力回路1041からの電子ペン20の芯体28の先端部28aにより指示された位置検出センサ13上の位置座標の情報と、筆圧値出力回路1043からの筆圧値の情報とを、表示制御回路101に供給する。

0087

なお、この実施形態では、ホバー検出回路1042からのホバー状態の位置情報も出力信号生成回路1044に供給され、このホバー状態の位置情報も表示制御回路101に供給される。

0088

表示制御回路101は、筆圧値の情報が初期筆圧値P0以上のときには、電子ペン20の芯体28の先端部28aにより指示された位置検出センサ13上の位置座標の時系列変化を、電子ペン20による筆記入力跡として、例えば所定の太さの線により表示デバイス11の表示画面に表示する。

0089

したがって、この実施形態においては、電子ペン20の芯体28の先端部28aが位置検出装置10の入力面に接触した瞬間から、電子ペン20の芯体28の先端部28aにより指示された位置の軌跡が表示デバイス11の表示画面に表示される。なお、この実施形態では、ホバー状態であることが、例えばホバー位置の近傍の円形領域として表示画面に表示される。

0090

次に、以上説明した位置検出装置10における筆圧値の出力処理の流れを、出力処理回路104における処理の流れの例として図6フローチャートを参照して説明する。

0091

出力処理回路104では、まず、ホバー検出回路1042でホバー状態の検出を実行して、ホバー状態を検出したか否か判別し(ステップS101)、ホバー状態を検出していなければ、ホバー状態の検出を継続する。

0092

ステップS101で、ホバー状態が検出されたと判別したときには、出力処理回路104は、接触検出回路102に対して、検出したホバー位置の情報を送って、接触検出センサ12において、ホバー位置の周辺の領域で、電子ペン20の芯体28の先端部28aの入力面への接触を検出するように制御する(ステップS102)。

0093

そして、出力処理回路104は、接触検出回路102からの接触検出出力を監視して電子ペン20の芯体28の先端部28aの入力面への接触が検出されたか否か判別する(ステップS103)。出力処理回路104は、ステップS103で、電子ペン20の芯体28の先端部28aの入力面への接触が検出されていないと判別したときには、処理をステップS102に戻して、ホバー位置の周辺領域での接触の検出動作を継続する。

0094

ステップS103で、電子ペン20の芯体28の先端部28aの入力面への接触が検出されたと判別したときには、出力処理回路104の筆圧値出力回路1043は、筆圧値として初期筆圧値P0を出力する(ステップS104)。

0095

次に、出力処理回路104では、接触検出回路102からの接触検出出力を監視して、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面とは非接触の状態になったか否か判別する(ステップS105)。

0096

このステップS105で、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面とは非接触の状態になったと判別したときには、出力処理回路104は、ホバー状態であるか否か判別し(ステップS106)、ホバー状態であると判別したときには、処理をステップS102に戻し、このステップS102以降の処理を繰り返す。また、ステップS106で、ホバー状態ではないと判別したときには、出力処理回路104は、処理をステップS101に戻して、このステップS101以降の処理を繰り返す。

0097

また、ステップS105で、電子ペン20の芯体28の先端部28aは入力面と非接触の状態にはなっておらず、接触状態を維持していると判別したときには、出力処理回路104は、位置検出処理回路103の圧力情報検出回路1032からの電子ペン20の圧力検出部30で検出された圧力が、初期荷重Fg以上の圧力であるか否か判別する(ステップS107)。

0098

このステップS107で、電子ペン20の圧力検出部30で検出された圧力が、初期荷重Fg以上ではないと判別したときには、出力処理回路104は、処理をステップS104に戻して、筆圧値出力回路1043から初期筆圧値P0を出力する状態を継続する。

0099

また、ステップS107で、電子ペン20の圧力検出部30で検出された圧力が、初期荷重Fg以上となったと判別したときには、出力処理回路104の筆圧値出力回路1043は、位置検出処理回路103の圧力情報検出回路1032からの電子ペン20の圧力検出部30で検出された圧力の情報に応じた初期筆圧値P0以上の筆圧値を出力する(ステップS108)。

0100

次に、出力処理回路104では、接触検出回路102からの接触検出出力を監視して、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面とは非接触の状態になったか否か判別する(ステップS109)。

0101

このステップS109で、電子ペン20の芯体28の先端部28aは入力面と非接触の状態にはなっておらず、接触状態を維持していると判別したときには、出力処理回路104は、処理をステップS107に戻し、このステップS107以降の処理を繰り返す。また、ステップS109で、電子ペン20の芯体28の先端部28aが入力面とは非接触の状態になったと判別したときには、出力処理回路104は、処理をステップS106に戻し、このステップS106以降の処理を繰り返す。

0102

[実施形態の効果]
以上の説明したように、上述の実施形態の座標入力システムにおいては、電子ペン20が位置検出装置10の入力面に接触した瞬間から、入力面上で筆記入力ができるような動作を実現することができる。したがって、上述の実施形態の座標入力システムによれば、電子ペン20と位置検出装置10とにより、鉛筆などの筆記文具で用紙に筆記入力をするのと同様の操作状況を実現することができ、使い勝手が非常に良い。

0103

そして、上述の実施形態の座標入力システムにおいては、電子ペン20の圧力検出部の構成を入力面への接触時から圧力を検出できるような構造とする必要はなく、従来から用いられている圧力検出部をそのまま用いることができるという効果がある。

0104

また、上述の実施形態の座標入力システムでは、位置検出センサ13を用いて、電子ペン20が入力面に非接触の状態でのホバー状態を検出することができ、接触検出回路は、ホバー状態が検出された位置検出センサ13上の位置周辺の領域に対応した領域において行えるので、効率良く電子ペン20の芯体28の先端部28aの入力面への接触を検出することができるという効果がある。

0105

[第2の実施形態]
この発明による座標入力システムの第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。

0106

図7は、第2の実施形態の座標入力システムを構成する位置検出装置40の構成例を示す分解構成図である。この図7の例において、上述の第1の実施形態と同様の構成部分には、同一参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

0107

この図7の例では、位置検出装置40は、図1に示した第1の実施形態における位置検出装置10の電磁誘導方式の位置検出センサ13は備えない。そして、第1の実施形態における接触検出センサは、静電結合方式の位置検出センサ41で構成する。そして、この位置検出センサ41と接続される制御回路基板42の構成が第1の実施形態とは異なる。

0108

この第2の実施形態の座標入力システムの位置検出装置40のその他の構成は、第1の実施形態と同様である。すなわち、第1の実施形態と同様の構成の表示デバイス11と、平面部材15とを備え、筐体16の凹部161内、位置検出センサ41、表示デバイス11、制御回路基板42が収納されるように構成されている。

0109

この第2の実施形態の座標入力システムを構成する静電結合方式の電子ペン50は、図8に示すような構成を備える。

0110

図8に示すように、電子ペン50は、筐体51内に、静電結合方式の電子ペン本体部52が収納されている。筐体51は、この例では、その軸心方向に2分されたペン先側筐体511と後端側筐体512とからなり、螺合あるいは圧入嵌合により両者が結合されて構成されている。ペン先側筐体511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521の先端部521aを外部に突出させるための開口511aを備えている。

0111

後端側筐体512は、この実施形態では、導電性を有する材料例えば金属で構成されている。そして、後端側筐体512は、この例では、スイッチ回路522を介して導電性金属からなる芯体521と接続されている。したがって、この実施形態の電子ペン50の後端側筐体512は、スイッチ回路522がオンとなっているときには、芯体521と電気的に接続される状態となる。このため、使用者が電子ペン50の筐体512のところを把持すると、後端側筐体512は、人体HMを介して大地に接地されることになる。図8では、人体HMはその等価容量として示してある。

0112

電子ペン本体部52は、信号発信回路523と、圧力検出部524と、制御部525と、無線通信部526とを備える。無線通信部526は、この例のでは、ブルートゥース登録商標規格近距離無線通信を行う構成とされている。

0113

信号発信回路523は、所定周波数の交流信号を芯体521に供給する。この芯体521に供給された信号は、静電結合により位置検出センサ41に送信される。圧力検出部524は、上述の第1の実施形態の電子ペン20の圧力検出部30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521の先端部521aとは反対側の端部が圧力検出部524に結合される。圧力検出部524は、上述の第1の実施形態の圧力検出部30と同様に、芯体521の先端部521aに印加される、例えば初期荷重Fg以上の圧力を検出する。

0114

この第2の実施形態の電子ペン50の例では、圧力検出部524により構成される可変容量コンデンサは、制御部525に接続される。制御部525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、圧力検出部524で検出される圧力(荷重)を検出する機能を備えている。そして、この実施形態では、制御部525は、検出した圧力の情報は、無線通信部526を通じて位置検出装置40に送信するように構成されている。

0115

そして、この第2の実施形態の電子ペン50では、制御部525は、位置検出装置40から無線通信部526を通じて送られてくるタイミングに基づいて、スイッチ回路522をオンオフ制御するように構成されている。

0116

次に、位置検出装置40の電気的構成例について説明する。図9は、位置検出センサ41と制御回路基板42に形成される制御回路概略構成例を示すブロック図である。なお、制御回路基板42には、表示デバイス11の表示画面に表示画像を表示するための表示制御回路をも含まれるが、図9では、その部分は省略した。

0117

位置検出センサ41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、図9に示すように、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。

0118

この第2の実施形態では、位置検出センサ41は、制御回路400と協働することで接触検出センサの役割もする。

0119

制御回路400は、位置検出センサ41との入出力インターフェースとなるマルチプレクサ401と、接触及び位置検出回路402と、処理制御回路403と、無線通信部404とからなる。無線通信部404は、電子ペン50の無線通信部526と無線通信するためのものである。

0120

処理制御回路403は、位置検出装置40の全体の動作を制御するためのもので、この例では、MPU(microprocessor unit)で構成されている。処理制御回路403は、第1の実施形態と同様に、電子ペン50の芯体521の先端部521aにより指示された位置の座標情報からなる筆記情報と、筆圧値の情報とを、図9では図示は省略した表示制御回路に供給するものである。

0121

この実施形態の位置検出装置40では、電子ペン50の導電性の芯体521の位置検出装置40の入力面(平面部材15の表面15a)への接触の検出と、電子ペン50の芯体により指示された位置の検出とを時分割で行うように制御する。すなわち、この実施形態の位置検出装置40では、図10に示すように、電子ペン50の芯体により指示された位置の検出を実行する指示位置検出期間PPと、電子ペン50の導電性の芯体の接触の検出を実行する接触検出期間PTとを交互に時分割で実行するようにしている。

0122

処理制御回路403は、マルチプレクサ401及び接触及び位置検出回路402を、接触検出期間PTと指示位置検出期間PPとで切替制御するようにする。そして、処理制御回路403は、接触検出期間PTと指示位置検出期間PPとの切り替えタイミングの情報を、無線通信部404を通じて電子ペン50に送信するようにする。

0123

電子ペン50の制御部525は、無線通信部526を通じて、この切り替えタイミングの情報を受信し、この切り替えタイミング信号に基づいて、位置検出装置40が接触検出期間PTとなるときには、スイッチ回路522をオンにし、位置検出装置40が指示位置検出期間PPとなるときには、スイッチ回路522をオフにするように切り替え制御する。

0124

前述したように、接触検出期間PTでは、電子ペン50のスイッチ回路522はオフとなっているので、信号発信回路523からの交流信号が、芯体521を通じて位置検出センサ41に対して送信される。位置検出装置40の制御回路400は、位置検出センサ41を通じて、電子ペン50からの送信信号の受信を監視する。そして、制御回路400は、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50の芯体521の先端部521aにより指示された位置検出センサ41上の位置を検出する。

0125

また、位置検出装置40の制御回路400は、接触検出期間PTでは、前述の第1の実施形態の接触検出センサ12に対する制御と同様に、位置検出センサ41の一方の導体、例えばX導体411Xに所定の交流信号を送信信号として供給すると共に、当該送信信号の受信信号をY導体512Yから受けるようにする。

0126

このとき、電子ペン50では、スイッチ回路522がオンとなっているので、芯体521の先端部521aが位置検出装置40の入力面に接触すると、X導体411Xに供給された送信信号による交流電界エネルギーの一部が、当該接触位置においては、芯体521及び人体HMを通じて大地に流れる。そのため、電子ペン50の芯体521の先端部521aが入力面に接触している位置では、送信信号が供給されているX導体と交差しているY導体で受信される受信信号のレベルが低下する。

0127

制御回路400の処理制御回路403では、Y導体を通じて受信される受信信号のレベルを監視し、受信信号のレベルが減少するX導体及びY導体の位置を検出することで、電子ペン50の芯体521の先端部521aが入力面に接触している位置を検出する。

0128

処理制御回路403は、電子ペン50の芯体521の先端部521aが入力面に接触している位置を検出したときには、第1の実施形態と同様に、初期筆圧値P0を筆圧値として出力するようにする。そして、処理制御回路403は、無線通信部404を通じて受信する電子ペン50の圧力検出部524で検出された圧力の情報を監視し、その圧力の情報が、初期荷重Fg以上の圧力を示すものとなったかどうかを判別する。

0129

そして、処理制御回路403は、受信した圧力検出部524で検出された圧力の情報が、初期荷重Fg以上の圧力ではないと判別したときには、電子ペン50の芯体521の先端部521aが入力面に接触している状態を継続しているときには、筆圧値の情報として、初期筆圧値P0を出力し続ける。また、処理制御回路403は、受信した圧力検出部524で検出された圧力の情報が、初期荷重Fg以上の圧力になったと判別したときには、その受信した圧力の情報に応じた筆圧値を出力するようにする。

0130

以上のようにして、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50が位置検出装置40の入力面に接触した瞬間から、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。

0131

そして、この第2の実施形態では、静電結合方式の位置検出センサ41を、接触検出センサとしても用いるように構成したので、接触検出センサを別個に設ける必要がないという効果を奏する。

0132

なお、上述の第2の実施形態では、電子ペン50のホバー状態を検出するようにしなかったが、この第2の実施形態においても、電子ペン50のホバー状態を検出して、芯体521の先端部521aの入力面への接触の検出は、検出されたホバー位置の周囲の領域で行うようにしてもよい。

0133

また、上述の第2の実施形態では、電子ペン50の圧力検出部524で検出された圧力の情報は、無線通信部526を通じて位置検出装置40に送信するようにしたが、信号発信回路523からの信号に含めて位置検出センサ41を通じて位置検出装置40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523から発生する交流信号の周波数を、圧力検出部524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50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523から発生する交流信号を、圧力検出部524で検出した圧力に応じて変調して、位置検出センサ41を通じて位置検出装置40に送信するようにしてもよい。

0134

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20及び位置検出装置10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。

0135

なお、上述の第2の実施形態では、接触検出期間PTと指示位置検出期間PPとの時分割のタイミング信号は、無線通信部404及び526を通じて位置検出装置40から電子ペン50に送信するようにしたが、電子ペン50側から位置検出装置40に時分割のタイミング信号を送信するようにしてもよい。また、タイミング信号の送受信の方法は、無線通信部404及び526を用いる方法に限られるものではないことは言うまでもない。

0136

[その他の実施形態及び変形例]
なお、第1の実施形態においては、電磁誘導方式の電子ペン20において、導電性を有する後端側筐体212と、導電性を有する芯体28との電気的な接続は、電子ペン本体部23に対して装着した導電性金属カバー24を介して行うように構成した。しかし、導電性を有する後端側筐体212と、導電性を有する芯体28との電気的な接続は、この例のような導電性金属カバー24を用いる構成に限られる訳ではなく、種々の構成が可能であることは言うまでもない。

0137

また、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。

0138

また、上述の第1の実施形態及び第2の実施形態では、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触したときに出力する初期筆圧値P0は、圧力検出部30あるいは圧力検出部524で検出が可能な最小圧力(荷重Fg)に応じた筆圧値としたが、初期筆圧値P0の値は、0以上であって、最小圧力(荷重Fg)に応じた筆圧値以下であればよい。

0139

10,40…位置検出装置、12…接触検出センサ、13…電磁誘導方式の位置検出センサ、20,50…位置指示器の例としての電子ペン、30…圧力検出部、41…静電結合方式の位置検出センサ、28,521…芯体、102…接触検出回路、103…位置検出処理回路、104…出力処理回路、1043…筆圧値出力回路

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