CN102099773A - 指示器及位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简单的指示器及位置检测装置，且能够由位置检测装置检测出指示器接触到检测面。指示器(10)用于位置检测装置(20)，该位置检测装置(20)能够通过检测检测面(21)的驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组(220、230)的电磁耦合度的变化来检测指示器的指示位置，所述指示器(10)具备由磁性材料构成的固定磁性部件(11)和可动磁性部件(12)。可动磁性部件(12)以能够相对于固定磁性部件(11)移动的方式构成，且在指示器接触到检测面时与固定磁性部件(11)之间的距离发生变化。位置检测装置(20)基于因固定磁性部件(11)和可动磁性部件(12)之间的距离变化产生的电磁耦合度的变化来检测出指示器(10)接触到检测面(21)。

Description

指示器及位置检测装置

技术领域

本发明涉及指示器及位置检测装置，特别是涉及能够通过检测检测面的驱动侧回路配线组与检测侧回路配线组的电磁耦合度变化来检测出指示器的指示位置的位置检测装置中使用的指示器及位置检测装置。

背景技术

一直以来，作为计算机等的输入设备，周知有被称为数字转换器的坐标输入装置。数字转换器是由指示器和位置检测装置构成、并由操作者通过指示器在位置检测装置的检测面上进行光标移动、描绘等操作的装置。作为这种数字转换器，还存在如下数字转换器：不仅能够检测出指示位置，还能够检测出指示器是否与检测面接触(降笔/升笔)、指示器的笔压。

例如还存在：在指示器前端设置开关等接点并通过其ON/OFF(接通/断开)来检测出降笔的数字转换器、在指示器前端或检测面上设置压敏电阻元件或压敏电容元件等以检测出降笔的数字转换器等。

此外，例如专利文献1所公开的指示器是能够检测出降笔和笔压的指示器。其具有2个铁氧体磁芯，其中一个铁氧体磁芯以可相对于另一个铁氧体磁芯移动的方式构成，另一个铁氧体磁芯上卷绕有线圈。该线圈与电容器电连接，与该电容器一起构成谐振电路。利用这样构成的指示器在检测面上进行输入时，铁氧体磁芯间的距离发生变化。通过该变化，卷绕在铁氧体磁芯上的线圈的电感发生变化，因此谐振电路的谐振频率发生变化。因此，由检测装置检测出谐振电路的谐振频率的变化，从而能够检测出指示器的笔压。

专利文献1：JP特开2006-163798号公报

发明内容

现有的指示器或位置检测装置中，除了用于指示器的指示位置检测以外，在指示器前端还需要设置用于检测降笔及笔压的特殊元件等。此外，专利文献1所公开的指示器使用由线圈、电容器等构成的谐振电路，能够通过由检测装置检测该谐振电路的谐振频率变化来检测笔压。因此，由于使用接点、压敏元件等或使用谐振电路，耐久性或可靠性存在问题。此外，有时也会增加部件数量而导致成本提高。

鉴于上述问题，本发明提供一种指示器及位置检测装置，该指示器是不需要设置谐振电路等的结构简单的指示器，并且该位置检测装置能够检测出指示器接触到检测面。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供的指示器具备：固定磁性部件，由磁性材料构成；及可动磁性部件，由磁性材料构成，以能够相对于固定磁性部件移动的方式构成，且在指示器接触到检测面时与固定磁性部件之间的距离发生变化；能够基于因固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离变化产生的电磁耦合度的变化，由位置检测装置检测出指示器接触到检测面。

也可以还具备向可动磁性部件远离固定磁性部件的方向对可动磁性部件施加作用力的弹性体，能够基于因固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离变化产生的电磁耦合度的变化，由位置检测装置检测出指示器施加给检测面的笔压。

此外，固定磁性部件及/或可动磁性部件由铁氧体构成即可。

此外，本发明提供的位置检测装置也可以具有降笔检测部，其通过判断因指示器的固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离变化产生的电磁耦合度的变化是否大于规定的变化量来检测指示器接触到检测面。

也可以还具有笔压计算部，其通过检测因指示器的固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离变化产生的电磁耦合度的变化量来算出笔压。

另外，也可以还能够检测出多个指示器产生的输入。

也可以还具有指示器识别部，其对于固定磁性部件及/或可动磁性部件的形状及/或磁性材料分别不同的多个指示器产生的输入，通过检测电磁耦合度变化的图形来识别多个指示器。

也可以还具有层叠在检测面上的显示装置。

发明效果

本发明的指示器及位置检测装置中具有如下优点：是结构简单的指示器，并能够由位置检测装置检测出指示器接触到检测面。

附图说明

图1是用于说明本发明的指示器及位置检测装置的概略图。

图2是用于说明本发明的指示器的长度方向的截面概略图。

图3是表示电磁耦合度相对于固定磁性部件与可动磁性部件之间的距离的变化特性的曲线图。

标号说明

10 指示器

11 固定磁性部件

12 可动磁性部件

18 框体

19 弹性体

20 位置检测装置

21 检测面

22 驱动部

23 检测部

30 微处理器

40 降笔检测部

50 笔压计算部

220 驱动侧回路配线

223 振荡器

224 切换器

230 检测侧回路配线

232 切换器

233 放大器

234 同步检波部

具体实施方式

以下与图示例一起说明用于实施本发明的最佳方式。图1是用于说明本发明的指示器及位置检测装置的概略图。如图所示，本发明中包括指示器10和位置检测装置20。指示器10具有磁性材料，对于详细的构成例在后面说明。

位置检测装置只要能够通过检测出检测面的驱动侧回路配线组与检测侧回路配线组的电磁耦合度的变化来检测出指示器的指示位置，可以是任意的结构。作为一例，图示例的位置检测装置20由检测面21、驱动部22和检测部23构成。检测面21上设有多个驱动侧回路配线(驱动侧回路配线组)220和多个检测侧回路配线(检测侧回路配线组)230。驱动部22驱动多个驱动侧回路配线220，检测部23从多个检测侧回路配线230检测出电磁耦合度的变化。

图示例的位置检测装置20中，驱动侧回路配线220和检测侧回路配线230分别由直线配线构成，并彼此正交地配置。并且，驱动部22主要由振荡器223和切换器224构成，将驱动部22依次连接于各驱动侧回路配线220，依次对驱动侧回路配线220进行高频驱动。另一方面，检测部23主要由切换器232、放大器233和同步检波部234构成，依次将检测部23与各检测侧回路配线230连接，从检测侧回路配线230依次检测感应电流或感应电压。同步检波部234上也连接有来自振荡器223的输出，取得来自振荡器223的输出与来自检测侧回路配线230的输出之积，并对其进行时间积分。另外，也可以如下构成：对每个检测侧回路配线分别设置检测电路或组合频率滤波器电路等，由此从全部检测侧回路配线一次进行检测。

这些驱动部22及检测部23如下构成：由微处理器30控制，以获得所需的输出。具体而言，首先，在第1个驱动侧回路配线220上连接驱动部22，将检测部23依次连接于多个检测侧回路配线230上，测定此时的输出信号。然后，在第2个驱动侧回路配线220上连接驱动部22，将检测部23依次连接于多个检测侧回路配线230，测定此时的输出信号。通过反复进行上述操作，能够测定以检测面21上的驱动侧回路配线220和检测侧回路配线230的交点为XY坐标的全部位置处的输出信号。

这种结构的位置检测装置20中，在指示器10未向检测面21上输入的状态下，由于驱动侧回路配线220与检测侧回路配线230正交，因此不产生电磁耦合，即使对驱动侧回路配线220进行驱动，也不从检测侧回路配线230输出感应电流或感应电压。并且，当具有磁性材料的指示器10向检测面21上输入时，在驱动侧回路配线220和检测侧回路配线230的交点部分中的、指示器10的指示位置附近的交点部分产生电磁耦合，从检测侧回路配线230输出感应电流或感应电压。因此，通过检测获得该输出的XY坐标，能够检测出位于检测面21上的指示器10的指示位置坐标。另外，即使在指示器未与检测面接触，而是在检测面附近浮动了受到指示器磁性材料影响的程度的距离时，也能够检测出指示器的位置坐标。

本发明中使用上述的位置检测装置，该位置检测装置能够通过检测检测面的驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组的电磁耦合度的变化来检测出指示器的指示位置。另外，本发明所使用的位置检测装置不限于上述图示例所示的驱动侧回路配线和检测侧回路配线间接进行电磁耦合的位置检测装置，也可以是直接进行电磁耦合的位置检测装置。即，也可以是在检测面的驱动侧回路配线和检测侧回路配线的交点附近设置导电体片、且交点进行电磁耦合而构成的位置检测装置。此外，也可以是检测面的驱动侧回路配线及检测侧回路配线的相交叉的部分分别形成拱形以构成线圈、且交点进行电磁耦合而构成的位置检测装置。对于这样直接进行电磁耦合而构成的位置检测装置，所测定的感应电流或感应电压由于具有磁性材料的指示器被置于检测面上而增加，因此能够通过检测出该增加量而与上述例子同样地检测出指示器的指示位置坐标。另外，这种结构例如也记载于申请人与本申请申请人相同的JP特愿2006-169145等中。

对于上述的位置检测装置所使用的本发明的指示器，利用图2进行说明。图2是用于说明本发明的指示器的长度方向的截面概略图。如图所示，本发明的指示器10主要由固定磁性部件11和可动磁性部件12构成。另外，这些构成要素被收纳在笔形的框体18中。另外，虽然在附图中还显示为可动磁性部件12从框体18脱落，但适当设置可动磁性部件的防脱单元即可。

固定磁性部件11由磁性材料构成。作为磁性材料，优选具有强磁性的材料，例如可举出铁氧体或铝镍钴合金、坡莫合金等。固定磁性部件11例如固定于框体18上，与指示器10一体地运动。

可动磁性部件12也由磁性材料构成。与固定磁性部件11同样，作为磁性材料，优选具有强磁性的材料，例如可举出铁氧体或铝镍钴合金、坡莫合金等。可动磁性部件12以可相对于固定磁性部件11移动的方式构成。即，可动磁性部件12不固定于框体18，而是使用O形环等弹性体19，可动磁性部件12被朝着远离固定磁性部件11的方向施加作用力。并且，在可动磁性部件12上形成经由O形环等弹性体19向固定磁性部件11一侧突出的突出部，以通过指示器10对检测面21的按压而使固定磁性部件11和可动磁性部件12接触。因此，由于可动磁性部件12以能够靠近或远离固定磁性部件11的方式构成，所以当指示器10与检测面21接触时，固定磁性部件11与可动磁性部件12之间的距离发生变化。

另外，图示例中示出了以可动磁性部件12构成与检测面21接触的指示器的前端部分的例子，但本发明不限于此，也能够以除磁性部件以外的其他部件形成前端部分。例如，也可以设置覆盖可动磁性部件前端的树脂等。此外，也可以使固定磁性部件及可动磁性部件以圆筒状构成，并在圆筒中心设置记录器的芯。作为记录器的芯的例子，可举出自动铅笔或圆珠笔的芯、记号笔的芯等各种芯。这样构成时，也能够在位置检测装置上铺上纸等，利用记录器在纸上实际地进行描绘，并利用位置检测装置使其输入电子化。

在这里，固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离变化表现为驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组的电磁耦合度的变化(感应电流或感应电压的振幅的变化)。图3是表示电磁耦合度相对于固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离的变化特性的曲线图。另外，纵轴是将磁性部件间距离为0时的电磁耦合度设为100的情况下的相对值。如图所示，可知，随着固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离变窄，电磁耦合度急剧变大。特别是从固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离为0.4mm以下的附近开始出现显著的变化。即，可知固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离使施加于驱动侧回路配线和检测侧回路配线的各交点的互感产生了非常大的变化。

另外，关于这些曲线图，由于根据驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组的构成及固定磁性部件、可动磁性部件的大小等发生变化，因此，本发明中的具体数值等不限于这些图示例的情况。但是，即使驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组的构成及固定磁性部件、可动磁性部件的大小等改变，电磁耦合度随着固定磁性部件和可动磁性部件的距离变窄而急剧增大的趋势也是同样的。

因此，本发明中，基于因该固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离变化产生的电磁耦合度的变化，能够由位置检测装置检测出指示器接触到检测面。即，如图1所示，本发明的位置检测装置20具有接受来自微处理器30的输出并检测指示器10接触到检测面21的降笔检测部40和算出指示器10的笔压的笔压计算部50。以下，对于这些部件进行详细说明。

降笔检测部40通过判断因指示器10的固定磁性部件11和可动磁性部件12之间的距离变化产生的电磁耦合度变化是否大于规定的变化量来检测指示器10接触到检测面21。例如，基于图3的变化特性，若电磁耦合度超过60，则判断为指示器10接触到检测面21。

指示器中，若从指示器前端与检测面接触开始到能够检测出降笔的行程过大，则在输入文字、图画等时使用性较差，因此优选能够以较小的行程检测出降笔。本发明的指示器中，例如根据图3的变化特性也可知，在小行程的范围(0mm～0.4mm)内出现显著的变化，因此若将固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离设定为例如0.5mm，则能够以非常小的行程检测出降笔，能够提供使用性良好的指示器及位置检测装置。

并且，笔压计算部50通过检测因指示器10的固定磁性部件11和可动磁性部件12之间的距离变化产生的电磁耦合度的变化量而算出笔压。例如，利用图3的变化特性，预先求出与变化量对应的笔压作为变换曲线，检测出电磁耦合度的变化量(感应电流或感应电压的振幅的变化)后，利用该变换曲线求出与变化量对应的笔压。另外，也可以直接使用电磁耦合度的变化量作为笔压(按压强度的程度)。此外，也可以预先以最大笔压进行向检测面的输入，存储以此为基准的变化特性并进行校准。

此处，对于向本发明的指示器的可动磁性部件施加作用力的弹性体进行说明。如图2所示，可动磁性部件12中，通过O形环等弹性体19，对可动磁性部件12向远离固定磁性部件11的方向施加作用力。关于该弹性体19的作用力(弹力)，由于如上所述地影响笔压计算，因此，根据所需的笔压计算能力来确定弹性体19的弹力即可。例如，在希望相对于较轻的笔压检测较准确的笔压时，将弹性体19的弹力设定得较弱即可。此外，在希望检测至较重的笔压时，将弹性体19的弹力设定得较强即可。

另外，上述的图示例中，示出了通过弹性体向可动磁性部件施加作用力的例子，但在仅以降笔检测为目的而不进行笔压计算的情况下，不一定非要设置弹性体。例如，可动磁性部件以即使不被弹性体施加作用力也能够移动的方式构成，因此在升笔的状态下因重力而下落，处于固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离打开的状态，但在降笔的状态下固定磁性部件与可动磁性部件接触，因此与上述的例子同样地，能够基于电磁耦合度的变化由位置检测装置检测出指示器接触到检测面。

因此，根据本发明，构成了也不需要电源的、结构简单的指示器，并且，除指示器的指示位置以外，还能够检测出降笔并算出笔压。另外，降笔检测部、笔压计算部也可以使微处理器进行这些处理。此外，也可以提供用于作为微处理器或降笔检测部、笔压计算部而发挥作用的、个人计算机等电子计算机用的程序。

本发明的位置检测装置中，即使在指示器未与检测面接触，而是在检测面附近浮动了受到指示器磁性材料影响的程度的距离时，也能够检测出指示器的位置坐标。因此，能够使指示个人计算机等电子计算机中的指示及操作对象的用户界面即光标的动作与检测到该电磁耦合度的变化的坐标对应地移动，进而在由降笔检测部检测到降笔的情况下，能够切换到点击、描绘等功能。并且，在将用户界面切换到描绘等功能时，也能够通过笔压计算部算出指示器的笔压。因此，能够提供作为被用作计算机等的输入设备的数字转换器使用性也非常良好的指示器及位置检测装置。

而且，根据需要，也可以在位置检测装置的检测面上层叠显示装置。即，也能够与显示装置的显示区域对应地配置检测面，形成触摸板显示装置的方式。该情况下，通过以例如透明导电体构成在配置于检测面上的驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组，能够在不妨碍显示装置的显示的同时在显示装置的显示画面上配置位置检测装置的检测面。

接着，在本发明中，对于使用多个指示器向位置检测装置进行输入的情况进行说明。本发明中使用的位置检测装置能够通过检测检测面的驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组的电磁耦合度的变化而检测出指示器的指示位置，在存在多个指示器产生的输入的情况下，在多个部位检测出电磁耦合度的变化。即，多个指示器向检测面上输入时，在驱动侧回路配线和检测侧回路配线的交点部分中的、多个指示器各自的指示位置附近的交点部分产生电磁耦合，从检测侧回路配线分别作为感应电流或感应电压输出。因此，通过分别算出得到这些输出的XY坐标，能够分别检测出被置于检测面上的多个指示器的指示位置坐标。

此外，通过分别使用因固定磁性部件和可动磁性部件之间的距离变化产生的电磁耦合度的变化，也能够与上述例子同样地进行降笔检测、笔压计算。

而且，在使用多个指示器向位置检测装置进行输入的情况下，也能够通过使各指示器的结构分别不同而分别识别并检测出多个指示器。即，准备固定磁性部件及/或可动磁性部件的形状及/或磁性材料分别不同的多个指示器。例如，在2个指示器中，使用可动磁性部件的直径大小分别不同的可动磁性部件。该情况下，驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组的电磁耦合度发生变化的图形分别不同地被检测出。即，当使用了大直径可动磁性部件的指示器被置于检测面上时，指示位置附近的产生电磁耦合的交点部分的范围对应直径而变大，因此电磁耦合度发生变化的图形被较大地检测出。另一方面，当使用了小直径可动磁性部件的指示器被置于检测面上时，电磁耦合度发生变化的图形被较小地检测出。因此，通过检测该变化图形，能够分别识别多个指示器。不仅是直径的大小，通过使截面形状构成三角形、四方形或圆形等而分别不同，或使用多个磁性部件而使形状不同，也可同样地使电磁耦合度发生变化的图形分别不同地被检测出。而且，也可以使磁性材料不同，具体而言，使磁性的强弱不同。在这种情况下，通过进一步检测随着时间的变化，能够提高检测精度。

例如，在图1所示的微处理器30和降笔检测部40之间设置通过检测这种电磁耦合度变化的图形而识别多个指示器的指示器识别部，能够对应电磁耦合度变化的检测图形来识别出多个指示器。

这样，根据本发明，作为指示器的结构，基本上仅使用2个磁性部件即足够，因此能够非常廉价地制造指示器，因此，例如即使在使用多个指示器进行输入时，也能够抑制系统成本。本发明的指示器中，不像现有指示器那样指示器本身需要采用电源、电路，因此，例如即使在将位置检测装置应用于电子黑板、电子白板等并使用多个指示器的情况下，也能够非常廉价地实现。

此外，由于在本发明的指示器中不需要电源、电路元件，因此耐久性及可靠性也优良。

另外，本发明的指示器不仅限于上述的图示例，在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种变更，这是不言而喻的。

Claims (8)

1.一种指示器，用于位置检测装置，该位置检测装置能够通过检测检测面的驱动侧回路配线组和检测侧回路配线组的电磁耦合度的变化来检测指示器的指示位置，其特征在于，

该指示器具备：

固定磁性部件，由磁性材料构成；及

可动磁性部件，由磁性材料构成，并以能够相对于所述固定磁性部件移动的方式构成，且在指示器接触到检测面时与所述固定磁性部件之间的距离发生变化，

能够基于因所述固定磁性部件和所述可动磁性部件之间的距离变化产生的所述电磁耦合度的变化，由位置检测装置检测出指示器接触到检测面。

2.根据权利要求1所述的指示器，其特征在于，

还具备向所述可动磁性部件远离所述固定磁性部件的方向对所述可动磁性部件施加作用力的弹性体，

能够基于因所述固定磁性部件和所述可动磁性部件之间的距离变化产生的所述电磁耦合度的变化，由位置检测装置检测出指示器施加给检测面的笔压。

3.根据权利要求1或2所述的指示器，其特征在于，

所述固定磁性部件及/或所述可动磁性部件由铁氧体构成。

4.一种位置检测装置，能够检测出权利要求1～3中任一项所述的指示器的指示位置，其特征在于，

该位置检测装置具有降笔检测部，所述降笔检测部通过判断因指示器的所述固定磁性部件和所述可动磁性部件之间的距离变化产生的所述电磁耦合度的变化是否大于规定的变化量来检测指示器接触到检测面。

5.根据权利要求4所述的位置检测装置，其特征在于，

还具有笔压计算部，所述笔压计算部通过检测因指示器的所述固定磁性部件和所述可动磁性部件之间的距离变化产生的所述电磁耦合度的变化量来算出笔压。

6.根据权利要求4或5所述的位置检测装置，其特征在于，

还能够检测出多个指示器产生的输入。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的位置检测装置，其特征在于，

还具有指示器识别部，对于所述固定磁性部件及/或所述可动磁性部件的形状及/或磁性材料分别不同的多个指示器产生的输入，所述指示器识别部通过检测所述电磁耦合度变化的图形来识别多个指示器。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的位置检测装置，其特征在于，

还具有层叠在检测面上的显示装置。

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