JP2006065757A - 座標指示器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子機器の入力デバイスとして用いられる座標指示器において、部材の小型化によって指示器全体の小型化を達成するとともに、耐衝撃性及び高い信頼性を確保する。
【解決手段】 上部ケース１０１と、基板ホルダ１０２と、セラミックパイプ１０３と、先端ケース１０４とからなる筐体に、芯１１４と、操作時に芯１１４とともに移動するフェライトコア１２１と、フェライトコア１２１に対向するように固定されたフェライトコア１２２とを収容した座標指示器１１であって、フェライトコア１２１の一部及びフェライトコア１２２の全部をチューブ１１５に収容し、チューブ１１５に被覆導線を巻回してコイル１１６を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンピュータ等の電子機器における入力デバイスとして用いられる座標指示器に関する。

従来、コンピュータ等の各種電子機器における入力デバイスとして、ペンタブレットが知られている。ペンタブレットは、キーボード等に比べて小型化が可能であることから、ＰＤＡ等の小型の電子機器への適用が期待されており、ペンタブレットの小型化に対する要請も高まっている。

これまで、出願人は、ペンタブレットにおいて用いるペン型座標指示器（いわゆる入力ペン）について、より一層の小型化を図ることが可能な技術について種々の提案を行ってきた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２４４８０６号公報

特許文献１に開示されたペン型座標指示器は、開口部の無い端面を有するフェライトコアを用いることにより、フェライトの脆性を克服し、より一層の小型化を実現できるようにしたものである。電磁誘導を利用したペンタブレットにおいては、ペン型座標指示器にフェライトの部材を内蔵することは、いわば必須ともいえる。従って、フェライトの脆性が非常に重要な課題となっており、これを克服することは、ペン型座標指示器の小型化に多大な効果をもたらす。

しかしながら、電子機器、特に携帯型の機器における小型化は今なお進行し、ペンタブレットについても、より一層の小型化が強く要請されている。そして、上記特許文献１においても指摘したように、ペン型座標指示器を小型化しようとすると、ペン型座標指示器に内蔵されるフェライトコアを極めて小さく細いものにせざるを得ない。
ところが、フェライトコアを小さく細くするほど、耐衝撃性の面では不利になってしまうという問題が生じる。その他の部材についても、一般に、細く加工するほど強度が低下することが明らかである。その一方で、携帯型の電子機器を操作する際、ペン型座標指示器を落としてしまうことは容易に予想される事態であるから、ユーザが安心して利用できるように、高い耐衝撃性を確保することが重要である。
このため、フェライトコアをはじめとする各種部材を小さく細くした場合にも、これら部材の脆性を克服できるようなペン型座標指示器が求められていた。

そこで、本発明は、電子機器の入力デバイスとして用いられる座標指示器において、部材の小型化によって指示器全体の小型化を達成するとともに、耐衝撃性及び高い信頼性を確保することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、位置を測定する位置検出装置に対し、その測定すべき位置を指示するとともに操作者の操作を通知する座標指示器であって、各々磁性体からなり、所定の間隔をおいて並べて配設される２つのコア体と、前記２つのコア体の少なくとも一部を収容するチューブと、前記チューブの側面に巻回された導線からなるコイルと、を備え、前記操作者の操作に応じて前記２つのコア体を接近させることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の座標指示器において、前記２つのコア体の間に挟まれる位置に弾性体を配設したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の座標指示器において、前記２つのコア体のうち少なくとも一方は、複数の磁性体により構成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の座標指示器において、前記コイルの少なくとも一部は、前記コイルの導線を当該コイルの一部にさらに重ねて巻回した二重の構成となっていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の座標指示器において、前記２つのコア体のうち少なくとも一方は、他方のコア体と対向する対向面に突起を有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の座標指示器において、前記コイルの外側に巻き付けられる緩衝体をさらに備えることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項２から６のいずれかに記載の座標指示器において、前記弾性体は、Ｏリングであることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の座標指示器において、前記チューブは、アルミナ若しくはジルコニアからなるものであることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、位置を測定する位置検出装置に対し、その測定すべき位置を指示するとともに操作者の操作を通知する座標指示器において、所定の間隔をおいて磁性体からなる２つのコア体を並べて配設し、これら２つのコア体の少なくとも一部をチューブに収容し、チューブの側面に導線を巻回してコイルを構成して、操作者の操作に応じて２つのコア体を接近させるので、操作者の操作に応じてコイルのインダクタンスが変化する。従って、座標指示器におけるコイルのインダクタンス変化を直接または間接的に検知する位置検出装置によって、本発明の座標指示器による操作を検出する構成とすれば、操作性の良い入力デバイスを実現できる。
そして、本発明の座標指示器によれば、２つのコア体の少なくとも一部がチューブに収容され、コア体がチューブにより保護される。コア体は、一般的に脆いとされるフェライト等の磁性体からなるものであるから、例えばコア体を非常に小さなものとした場合、衝撃等の外力による破損が懸念されるが、本発明の座標指示器においては、コア体がチューブにより保護されるので、座標指示器に対して強い外力が加わった場合にも、コア体への外力の影響を軽減でき、コア体の破損を防止できる。このため、高い耐衝撃性を確保できるので、コア体を従来は不可能であった程度まで小型化することができ、特に脆性が問題とされる細長い形状とすることもできる。これにより、非常に小型で、耐衝撃性が高く、操作者（ユーザ）が破損の心配をすることなく安心して使用できる座標指示器を実現できる。

請求項２記載の発明によれば、２つのコア体の間に挟まれる位置に弾性体を配設したので、非操作状態において２つのコア体の間隔を一定以上に保ち、かつ、操作時に加わる外力に応じて、２つのコア体の間の間隔が適度に変化する構成を実現できる。このため、操作者による操作が、コイルのインダクタンス変化として確実に反映される。さらに、操作者による操作が終了した場合は、２つのコア体の間隔を、速やかに初期状態に戻すことができる。これにより、小型で、高い耐衝撃性及び信頼性を有する座標指示器において、良好な操作性を確保できる。

請求項３記載の発明によれば、２つのコア体のうち少なくとも一方は、複数の磁性体により構成されるものであるから、コア体の破損をより確実に防止できる。磁性体としてフェライト等の脆いものを用いた場合、細長い形状に形成することで破損の懸念が高まるが、本発明を適用することにより、コア体全体としては細長い形状であっても、個々の磁性体の長さを、破損の心配がない程度の長さに抑えることができる。これにより、より一層高い耐衝撃性と信頼性を確保することができる。

請求項４記載の発明によれば、コイルの少なくとも一部は、コイルの導線を当該コイルの一部にさらに重ねて巻回した二重の構成となっているので、操作者の操作によって２つのコア体の間隔が変化した場合に、コイルのインダクタンスがより鋭敏に変化する。これにより、位置検出装置によってより確実に操作者の操作を検知できるので、一層良好な操作性を確保できる。

請求項５記載の発明によれば、２つのコア体のうち少なくとも一方は、他方のコア体と対向する対向面に突起を有するので、非操作状態における２つのコア体の間隔をより狭くすることができる。これにより、操作者の操作によって２つのコア体の間隔が変化した場合に、コイルのインダクタンスが、さらに鋭敏に変化するので、位置検出装置によって、より一層確実に操作者の操作を検知でき、極めて良好な操作性を確保できる。

請求項６記載の発明によれば、コイルの外側に巻き付けられる緩衝体によってコア体等の部材を保護することで、衝撃等の外力が加わった場合に、部材への外力の影響を軽減できる。これにより、より一層高い耐衝撃性と信頼性を確保することができる。

請求項７記載の発明によれば、弾性体がＯリングであるので、当該座標指示器の非操作状態にあっては、２つのコア体の間の距離が一定に保たれ、当該座標指示器の操作時には、外力に応じて２つのコア体の間の距離が変化するという好ましい構成を、容易に、かつ低コストで実現できる。

請求項８記載の発明によれば、チューブがアルミナ若しくはジルコニアからなるものであるので、外部から加わる圧力や衝撃からコア体を確実に保護することができ、より高い耐衝撃性と信頼性を確保することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図１から図１０の各図に基づき説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る座標指示器１１の構成を示す断面図である。同図において、１０１は上部ケース、１０２は基板ホルダ、１０３はセラミックパイプ、１０４は先端ケース、１０６はストッパー、１１１は基板、１１２はコンデンサ、１１４は芯、１１５はチューブ、１１６はコイル、１２１，１２２はフェライトコア、１２３はＯ（オー）リングである。なお、図１には、非操作状態における座標指示器１１を示す。

座標指示器１１は、ボールペンやシャープペンシル等の筆記具の形状を模して形成された中空のケースを有し、このケース内に各部を収容して構成される。このケースは、上部ケース１０１、基板ホルダ１０２、セラミックパイプ１０３及び先端ケース１０４を連結して構成される。

筒状の上部ケース１０１は、座標指示器１１の基端部に相当する。上部ケース１０１の一端は閉鎖されており、上部ケース１０１内には、コンデンサ１１２等が実装された基板１１１が収容される。上部ケース１０１の他端には基板ホルダ１０２が連結される。
基板ホルダ１０２は、上部ケース１０１とセラミックパイプ１０３との間に固定される。基板ホルダ１０２の一端側は上部ケース１０１に固定され、基板１１１を固定する。基板ホルダ１０２の他端側は段階的に先細に形成されており、セラミックパイプ１０３に嵌め込まれる。

また、上部ケース１０１内には、基板ホルダ１０２に重なるようにストッパー１０６が配設される。ストッパー１０６の基端側は基板ホルダ１０２に固定され、先端側は、後述するフェライトコア１２２に当接する。

セラミックパイプ１０３は、アルミナ、ジルコニア等のセラミック製の筒状部材であって、基板ホルダ１０２の一部を収容する。
セラミックパイプ１０３の先端側には、先端ケース１０４が連結される。先端ケース１０４は略ドーム形状を有し、先端に孔が穿設されている。

そして、先端ケース１０４の孔を貫通するように、芯１１４が配設される。芯１１４は、その先端が先端ケース１０４の外に突出し、基端部は先端ケース１０４の内部側に位置する。芯１１４の基端部は、先端ケース１０４の孔の径を超えるサイズのつば状に形成されており、芯１１４が先端ケース１０４の外へ脱落しないようになっている。

芯１１４の基端側には、フェライトコア１２１が配設される。フェライトコア１２１は、断面が円形や方形に形成された棒状のフェライトであり、先端面が芯１１４に接し、基端面はＯリング１２３に接する。

フェライトコア１２２は、フェライトコア１２１と同じ断面形状を有するフェライトの片体である。フェライトコア１２２の一端面は、Ｏリング１２３を介してフェライトコア１２１の基端面に対向している。また、フェライトコア１２２の他端面は、上述のストッパー１０６に接して固定される。
なお、上部ケース１０１、セラミックパイプ１０３及び先端ケース１０４内に、芯１１４、フェライトコア１２１、１２２及びＯリング１２３を組み付けた後で、ストッパー１０６を、フェライトコア１２２に当接するように基板ホルダ１０２に固定すれば、ストッパー１０６によりフェライトコア１２１，１２２の公差を吸収することができる。

Ｏリング１２３は、可撓性材料からなるＯ字状の部材であって、平面中央に貫通孔を有する。Ｏリング１２３は弾性及び可撓性を有するので、フェライトコア１２１，１２２が互いに接近する方向に力が加わると、Ｏリング１２３が屈曲変形し、フェライトコア１２１，１２２間の距離は短くなる。

また、フェライトコア１２１，１２２及びＯリング１２３を収容するように、管状部材であるチューブ１１５が配設されている。チューブ１１５は、フェライトコア１２１の先端近傍から、フェライトコア１２２の基板ホルダ１０２側の端部まで達する長さを有する。チューブ１１５の内径は、フェライトコア１２１，１２２の外径に合わせたサイズとなっており、チューブ１１５がフェライトコア１２１，１２２に接するようにしても良いし、チューブ１１５とフェライトコア１２１，１２２の側面との間に隙間ができても良い。なお、チューブ１１５がフェライトコア１２１，１２２に接しても良いが、その場合は、フェライトコア１２１を完全に固定してしまうほど強固に圧着しないように、すなわち、フェライトコア１２１の多少の移動（変位）が可能な程度の緩さを持たせることが必要である。

チューブ１１５の外側にはコイル１１６が配設される。コイル１１６は、チューブ１１５の外周面（側面）に、被覆された導線（リッツ線等）を巻き回してなるものであって、当該導線の一端又は両端は、リード線１１６ａ（図２）として基板１１１まで延び、基板１１１上に実装されたコンデンサ１１２に接続されている。

さらに、チューブ１１５に巻き回されたコイル１１６の外側には、緩衝材１０５が配設されている。緩衝材１０５は、衝撃吸収（緩衝）機能を有する材料、例えば、所定の弾性または可撓性を有する材料により構成される。

図２は、セラミックパイプ１０３内に収容されるフェライトコア１２１、チューブ１１５、コイル１１６及び緩衝材１０５の構成を示す説明図である。なお、図２においては、フェライトコア１２１、チューブ１１５、コイル１１６が、それぞれ一部露出するように図示しているが、これは説明の便宜を図るためであって、実際に図２に示すように各部が露出するわけではない。現実的な構成としては、図１を参照されたい。

図２に示すように、緩衝材１０５は、長方形のシート状に形成されたものをコイル１１６の上に巻き付けた構成となっている。緩衝材１０５の長方形のシートは、コイル１１６を完全に覆うだけの長さ、すなわちコイル１１６の外周よりも少し短い長さを有し、緩衝材１０５をコイル１１６の上に巻き付けた場合に、緩衝材１０５によって覆われない部分、すなわち継ぎ目の隙間が形成される。この隙間は、チューブ１１５の長手方向に伸びる切欠１０５ａとなる。
切欠１０５ａは、チューブ１１５の長手方向に延びる溝であるから、コイル１１６を構成する導線の一端又は両端から延びるリード線１１６ａを、切欠１０５ａの中に配設することができる。リード線１１６ａは切欠１０５ａ内を通って基板１１１に達し、座標指示器１１上に実装された回路素子（図示略）や端子（図示略）に接続され、これら回路素子（図示略）や端子（図示略）を介してコンデンサ１１２（図１）に接続される。

そして、図１及び図２に示すように、セラミックパイプ１０３の内部においては、フェライトコア１２１，１２２の外側に、チューブ１１５、コイル１１６、緩衝材１０５が層をなして配設される。

基板１１１（図１）は、コンデンサ１１２等が実装されたプリント基板等であり、上部ケース１０１内に収容され、基板ホルダ１０２によって固定される。コンデンサ１１２は公知の素子である。そして、座標指示器１１においては、コンデンサ１１２及びコイル１１６を含む同調回路１１３（図３）が構成される。なお、同調回路１１３は、コンデンサ１１２及びコイル１１６だけでなく、その他の回路素子（図示略）を含む構成とすることも勿論可能である。

上記した各部材のうち、上部ケース１０１、基板ホルダ１０２、先端ケース１０４及びストッパー１０６は、例えば、合成樹脂若しくは金属製とすることが可能であるが、その他の材料を用いても良い。
芯１１４は、合成樹脂製とすることが可能であり、摺動時の摩擦に対する耐性を考慮して、ポリアセタール樹脂（ジュラコン）等の合成樹脂製であることが好ましい。

また、セラミックパイプ１０３をセラミックス製としたのは、硬度が高く、耐衝撃性に優れ、磁気的な影響に関与しないという特性によるものである。従って、上記と同様または類似する特性を有する他の材質を用いることも可能である。

さらに、Ｏリング１２３は、シリコンゴム、その他の合成ゴム、ウレタンゴム、その他の合成樹脂等の材料により構成されるものであって、可撓性及び弾性を有するものであれば様々な材料を用いることが可能であるが、押圧力が加わった後の初期状態への回復性を考慮すると、純シリコン製が好ましく、より好ましくはゴム硬度３０度の純シリコンである。緩衝材１０５については、衝撃を吸収する機能が発揮される材料であれば良いので、例えば、純シリコン、シリコンゴム、合成ゴム、ウレタンシリコンゴム、その他の合成ゴム、ウレタンゴム、その他の合成樹脂等を用いることが可能である。
チューブ１１５は、例えば、ポリイミド等の合成樹脂製であるが、磁気的な影響に関与せず、所定の硬度、弾性及び可撓性を有するものであれば、他の材料を用いることも可能である。

以上のように構成される座標指示器１１は、略平板状のタブレット２０（図３）の上で操作される。操作時には、座標指示器１１は通常の筆記具と同じく先端ケース１０４の先端を下方に向けて保持され、芯１１４をタブレット２０（図３）に押しつけるように操作される。

そして、座標指示器１１の操作時には、芯１１４に加わる押圧力により、芯１１４が先端ケース１０４の内部に押し込まれ、芯１１４とともにフェライトコア１２１がフェライトコア１２２側へ押圧される。ここでＯリング１２３が弾性変形し、フェライトコア１２１が変位して、フェライトコア１２２に接近する。
そして、フェライトコア１２１とフェライトコア１２２との間隔が変化する（狭まる）ことにより、コイル１１６のインダクタンスが変化する。
従って、座標指示器１１の操作時にはコイル１１６のインダクタンスが変化するので、このインダクタンスの変化をタブレット２０（図３）によって検出することにより、座標指示器１１の操作を検出できる。

次いで、座標指示器１１を含んでなる座標入力装置１について説明する。
図３は、座標入力装置１の構成を示す回路図である。図中、２０はタブレット、２０１は制御回路、２０２は信号発生回路、２０３，２０４はＸ方向及びＹ方向の選択回路、２０５，２０６は送受切替回路、２０７はＸＹ切替回路、２０８は受信タイミング切替回路、２０９は帯域フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）、２１０は検波器、２１１は低域フィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）、２１２，２１３は位相検波器（ＰＳＤ：Phase Shift Detector）、２１４，２１５は低域フィルタ（ＬＰＦ）、２１６，２１７は駆動回路、２１８，２１９は増幅器、２３は電子機器、２４は表示装置、２５は出力装置である。

なお、電子機器２３としては、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等によってなる表示装置２４を一体として、若しくは外部に具備したパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、無線通信機能を有する携帯端末装置等が挙げられる。また、出力装置２５としては、電子機器２３に一体化され、或いは外部接続された印刷装置、無線通信装置、各種ディスクドライブ、半導体メモリを利用した記憶装置等が挙げられる。

図３に示すタブレット２０は、平板状の操作エリア（図示略）を有する。当該操作エリアにおいては、座標指示器１１による操作位置を検出するための二次元の直交Ｘ−Ｙ座標系が設定され、Ｘ方向のループコイル群２１と、Ｙ方向のループコイル群２２とを備える。

Ｘ方向のループコイル群２１は、Ｘ方向に沿って互いに平行で且つ重なり合う如く配置された多数のループコイルからなり、Ｙ方向のループコイル群２２は、Ｙ方向に沿って互いに平行で且つ重なり合う如く配置された多数のループコイルからなるものである。

図３に示す制御回路２０１は周知のマイクロプロセッサ等により構成され、信号発生回路２０２を制御するとともに、タブレット２０が備えるループコイル群２１，２２におけるループコイルの切り替えを制御する。また、制御回路２０１は、ＸＹ切替回路２０７及び受信タイミング切替回路２０８に対し、座標検出方向の切り替えを制御する。
さらに制御回路２０１は、低域フィルタ２１１，２１４，２１５からの出力値をアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換し、後述する演算処理を実行して座標指示器１１による指示位置の座標値を求めるとともに、受信信号の位相を検出して、これらを電子機器２３に送出する。

選択回路２０３は、Ｘ方向のループコイル群２１から一のループコイルを順次選択するものである。また、選択回路２０４はＹ方向のループコイル群２２より一のループコイルを順次選択するものである。これら選択回路２０３，２０４は、それぞれ制御回路２０１からの情報に従って動作する。
送受切替回路２０５は、選択回路２０３により選択されたＸ方向の一のループコイルを駆動回路２１６並びに増幅器２１８に交互に接続する。また、送受切替回路２０６は、選択回路２０４により選択されたＹ方向の一のループコイルを駆動回路２１７並びに増幅器２１９に交互に接続する。送受切替回路２０５，２０６は、信号発生回路２０２から入力される送受切替信号に従って動作する。

信号発生回路２０２は、所定周波数の矩形波信号、該矩形波信号の位相を９０゜（度：Degree）遅らせた信号、所定周波数の送受切替信号、及び、受信タイミング信号を発生して出力する。

信号発生回路２０２から出力された矩形波信号は、位相検波器２１２に送出されるとともに、図示しない低域フィルタにより正弦波信号に変換され、さらにＸＹ切替回路２０７を介して駆動回路２１６，２１７のいずれか一方へ送出される。また、信号発生回路２０２から出力される矩形波信号は位相検波器２１３へ送出され、送受切替信号は送受切替回路２０５，２０６に送出され、さらに、受信タイミング信号は受信タイミング切替回路２０８に送出される。

制御回路２０１からＸ方向を選択する情報が出力され、ＸＹ切替回路２０７及び受信タイミング切替回路２０８に入力されている状態では、信号発生回路２０２から出力される正弦波信号は駆動回路２１６に送出されて平衡信号に変換され、さらに送受切替回路２０５に送出される。ここで、送受切替回路２０５は、送受切替信号に基づいて駆動回路２１６又は増幅器２１８のいずれか一方を切り替えて接続するので、送受切替回路２０５から選択回路２０３に出力される信号は、所定の時間（以下、時間Ｔ）毎に出力／停止が繰り返される信号となる。そして、送受切替回路２０５から出力される信号は、選択回路２０３によって選択されたループコイルに送出され、該ループコイルにおいては入力信号に基づく電波が発生する。

ここで、ループコイルに対する信号が出力されている期間を送信期間とし、信号が出力されていない期間を受信期間とする。送信期間と受信期間とは時間Ｔ毎に、交互に繰り返される。

タブレット２０上において、座標指示器１１が略直立状態、即ち使用状態に保持されると、選択中のループコイルから発生した電波によって座標指示器１１のコイル１１６が励振され、同調回路１１３において誘導電圧が発生する。
その後、送受切替回路２０５の動作によって座標入力装置１が受信期間に入り、選択回路２０３により選択されたループコイルが増幅器２１８側に切り替えられると、該ループコイルからの電波は直ちに消滅するが、座標指示器１１の同調回路１１３に生じた誘導電圧は、同調回路１１３内の損失に応じて徐々に減衰する。

そして、誘導電圧に基づいて同調回路１１３を流れる電流により、コイル１１６から電波が発信される。コイル１１６から発信された電波によって、増幅器２１８に接続されたループコイル群２１が励振され、該ループコイル群２１にはコイル１１６からの電波による誘導電圧が発生する。この誘導電圧は、受信期間の間のみ送受切替回路２０５から増幅器２１８に送出され、増幅されて受信タイミング切替回路２０８に送出される。

受信タイミング切替回路２０８には、Ｘ方向又はＹ方向の選択情報のいずれか一方の選択情報と、実質的に送受切替信号の反転信号である受信タイミング信号とが入力されている。受信タイミング切替回路２０８は、受信タイミング信号が‘Hi’レベルの期間は受信信号Ｈを出力し、‘Lo’レベルの期間は何も出力しないため、実質的に受信信号と同一の信号を出力する。

受信タイミング切替回路２０８から出力される信号は帯域フィルタ２０９に送出される。帯域フィルタ２０９は、周波数ｆ０を固有の振動数とするセラミックフィルタであり、入力信号中の周波数ｆ０成分のエネルギーに応じた振幅を有する信号を、検波器２１０及び位相検波器２１２，２１３に送出する。

検波器２１０に入力された信号は検波・整流され、さらに遮断周波数の充分低い低域フィルタ２１１によって振幅のほぼ１／２に対応する電圧値を有する直流信号に変換され、制御回路２０１に送出される。この直流信号の電圧値は、ループコイル群２１のループコイルに発生する誘導電圧に基づくものであり、座標指示器１１と当該ループコイルとの間の距離に反比例した値を示す。このため、ループコイルが異なるループコイルに切り替えられると、直流信号の電圧値は異なる値となる。

従って、制御回路２０１において、ループコイル毎に得られる電圧値をディジタル値に変換し、これらに後述する演算処理を実行することにより、各ループコイルと座標指示器１１との位置関係を求めることにより、座標指示器１１による指示位置のＸ方向の座標値が求められる。なお、座標指示器１１による指示位置のＹ方向の座標値についても同様にして求められる。

一方、位相検波器２１２には、信号発生回路２０２により発生された矩形波信号が検波信号として入力され、さらに位相検波器２１３には、上記矩形波信号より位相が９０°遅れた矩形波信号が検波信号として入力されている。
そして、帯域フィルタ２０９から入力される信号の位相が、信号発生回路２０２から入力される矩形波信号の位相とほぼ一致している場合、位相検波器２１２は、帯域フィルタ２０９から入力される信号を正側に反転した信号を出力し、また、位相検波器２１３は正側及び負側に対称な波形を有する信号を出力する。

位相検波器２１２から出力される信号は、低域フィルタ２１４によって振幅のほぼ１／２に対応する電圧値を有する直流信号に変換され制御回路２０１に送出される。
また、位相検波器２１３から出力される信号は、同様に低域フィルタ２１５によって直流信号に変換され、制御回路２０１に送出される。

制御回路２０１は、低域フィルタ２１４，２１５の出力値をディジタル値に変換し、得られたディジタル値を用いて演算処理を実行することにより、位相検波器２１２，２１３に加わった信号との位相差θを求める。

ところで、帯域フィルタ２０９から出力される信号の位相は、座標指示器１１の同調回路１１３における同調周波数に対応して変化する。即ち、同調回路１１３における同調周波数が所定の周波数ｆ０と一致している場合、同調回路１１３には信号の送信期間及び受信期間とも周波数ｆ０の誘導電圧が発生し、また、これに同期した誘導電流が流れるため、増幅器２１８から出力される受信信号の周波数及び位相は、信号発生回路２０２から出力される矩形波信号と一致することになり、帯域フィルタ２０９から出力される信号の位相も当該矩形波信号と一致する。

一方、同調回路１１３における同調周波数が所定の周波数ｆ０と一致していない場合、例えば周波数ｆ０よりわずかに低い周波数ｆ１の場合は、送信期間において同調回路１１３には周波数ｆ０の誘導電圧が発生するが、この誘導電圧により同調回路１１３には位相遅れを伴う誘導電流が流れる。そして、受信期間においてはほぼ周波数ｆ１の誘導電圧が生じ、これに同期した誘導電流が流れるため、増幅器２１８から出力される受信信号の周波数は、帯域フィルタ２０９から出力される矩形波信号の周波数よりわずかに低く、また、その位相もやや遅れたものとなる。

前述したように、帯域フィルタ２０９は周波数ｆ０のみを固有の振動数とするものであるから、その入力信号の低い方への周波数のずれは位相遅れとして出力されることになり、従って、帯域フィルタ２０９から出力される信号の位相は、増幅器２１８から出力される受信信号よりさらに遅れたものとなる。

また、逆に同調回路１１３における同調周波数が所定の周波数ｆ０よりわずかに高い周波数ｆ２の場合、送信期間において同調回路１１３には周波数ｆ０の誘導電圧が発生し、同調回路１１３には位相進みを伴う誘導電流が流れる。また、受信期間においてはほぼ周波数ｆ２の誘導電圧及びこれに同期した誘導電流が流れるため、増幅器２１８から出力される受信信号の周波数は、信号発生回路２０２から出力される矩形波信号の周波数よりわずかに高く、また、その位相もやや進んだものとなる。帯域フィルタ２０９において、その入力信号の高い方への周波数のずれは、前述した場合とは逆に位相進みとして出力されることになり、従って、帯域フィルタ２０９から出力される信号の位相は、増幅器２１８から出力される受信信号よりさらに進んだものとなる。

前述のように、座標指示器１１においては、操作時にフェライトコア１２１がフェライトコア１２２に接近する。従って、座標指示器１１の操作時にはコイル１１６のインダクタンスが増大し、同調回路１１３の同調周波数は低い周波数に変化する。この同調周波数の変化は、コイル１１６のインダクタンスの変化量、即ち、Ｏリング１２３の変形量に対応する。従って、制御回路２０１による演算処理によって得られた位相差θの値をもとに、Ｏリング１２３の変形量、即ち座標指示器１１の操作時に加わった力の大きさを検出することができる。

ここで、座標指示器１１の操作時に加わった力を座標入力装置１で検出する動作について、具体的な例を挙げて説明する。図４は、座標指示器１１に荷重を加えた場合の、当該荷重と座標入力装置１において検出される筆圧レベルとの相関を示すグラフである。

図４に示す（１）及び（２）の例について、具体的な条件を以下に示す。

例（１）
・チューブ１１５は、ポリイミド製、外径１．７２ｍｍ（ミリメートル）、内径１．６ｍｍ、長さ２５ｍｍとした。
・フェライトコア１２１は、Ｌ６材（ＴＤＫ株式会社製）を用い、外径φ１．６ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱形の構成とした。
・フェライトコア１２２は、Ｌ６材（ＴＤＫ株式会社製）を用い、外径φ１．６ｍｍ、長さ２ｍｍの円柱形の構成とした。
・Ｏリング１２３は、線径０．４ｍｍのシリコンゴム（硬度３０度）で構成される外径１．６ｍｍ、内径０．８ｍｍのものとした。
・コイル１１６は、線径０．０７ｍｍの線材からなる５芯のリッツ線を、５０ターン巻回した構成とした。

例（２）
上記例（１）の構成において、フェライトコア１２２を、Ｌ６材（ＴＤＫ株式会社製）を用い、外径φ１．６ｍｍ、長さ３ｍｍの円柱形の構成とした。

図４に示すグラフにおいて、横軸は座標指示器１１に対して加わる荷重を、縦軸は座標入力装置１により検知される筆圧レベルを示す。
タブレット２０により検知される筆圧レベルの変化は、前述のように、コイル１１６のインダクタンスの変化に基づくものである。従って、グラフの縦軸方向の変化は、間接的にコイル１１６のインダクタンスの変化を示すものであるといえる。

図４に示す（１）及び（２）のいずれの例においても、座標指示器１１への荷重に応じて検出される筆圧レベルが明瞭に変化しており、座標入力装置１によって、座標指示器１１に加わる荷重の変化を的確に検知できることが明らかである。
図４に示す例においては、座標指示器１１に加わる荷重が０〜３００ｇ（グラム）の範囲において変化する場合に、１０乃至３０ｇ程度の小さな荷重の変化であっても、座標入力装置１によって荷重（筆圧レベル）の変化が確実に検出されている。従って、座標入力装置１においては、座標指示器１１の微妙な操作をも確実に検知できるといえる。

なお、図４に示す（１）の例では、座標指示器１１に加わる荷重の増加に伴って、座標入力装置１により検知される筆圧レベルが緩やかに上昇している。一方、（２）の例では、（１）の例に比べ、荷重の増加に伴って筆圧レベルが速やかに上昇している。これは、（１）の例よりも（２）の例の方が、フェライトコア１２２のサイズが大きいため、フェライトコア１２１とフェライトコア１２２とが接近することにより、コイル１１６のインダクタンスが鋭敏に変化したことを示す。

このように、本発明を適用した第１の実施の形態によれば、座標入力装置１によって、座標指示器１１への荷重を正確に検知することができるので、座標指示器１１の操作に対して良好に応答することができ、快適な操作性を確保できる。

また、座標指示器１１の構造は、フェライトコア１２１，１２２として極めて細いフェライト材を用いており、チューブ１１５、コイル１１６、及び緩衝材１０５の厚みを考慮しても、座標指示器１１の径を非常に細くすることができる。例えば、図４に示す例においては、フェライトコア１２１，１２２とも外径１．６ｍｍのものを用いた。この場合、座標指示器１１は、外径３ｍｍ程度の非常に細いペン型にすることが可能である。
このため、座標指示器１１は、従来に比べて著しい小型化が可能であり、例えば、薄型の電子機器の筐体に座標指示器１１を収容するためのポケットを設けることが可能になり、ペンタブレットの適用範囲を大きく拡大することができる。

そして、本第１の実施の形態における座標指示器１１は、フェライトコア１２１，１２２がチューブ１１５に収容され、さらに緩衝材１０５によって包まれている。このため、座標指示器１１に強い外力が加わった場合に、フェライトコア１２１，１２２に加わる力（衝撃）が緩衝材１０５等により緩和されるので、フェライトコア１２１，１２２の破損を招く可能性が極めて低くなる。すなわち、フェライトコア１２１，１２２等の部材の脆性を、チューブ１１５や緩衝材１０５等を用いることで克服しており、このため、フェライトコア１２１，１２２等の部材を非常に細く小さくした場合に、ユーザが誤って座標指示器１１を落下させたとしても、部材の破損を招く恐れがなく、耐衝撃性に優れた、信頼性の高い座標指示器を実現できる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る座標指示器１２の構成を示す断面図である。なお、本第２の実施の形態では、図１に示す座標指示器１１と同一の部材には図５中に同符号を付して、説明を省略する。

図５に示す座標指示器１２は、図１に示す座標指示器１１におけるフェライトコア１２１に代えて、フェライトコア１２５，１２６を配設したものである。
フェライトコア１２５，１２６は、それぞれ、フェライトコア１２１（図１）とほぼ等しい外径を有する棒状のフェライト材であって、長さはフェライトコア１２１のほぼ半分の長さである。すなわち、座標指示器１２は、座標指示器１１におけるフェライトコア１２１を長さ方向に２分割したものと考えて良い。
なお、フェライトコア１２５とフェライトコア１２６との間には特に何も挟まれず、各々の端面が接する構成となっている。

フェライト材は脆性を有する材料として知られているが、特に、細く長く形成した場合に、強い外力によって破損しやすくなる傾向がある。逆に言えば、長さが短いほど、外力に対する耐久性が高まる傾向にある。
従って、フェライトコア１２５，１２６は、フェライトコア１２１に比べて長さが短いことから、衝撃が加わった場合に破損する可能性がより低い。そして、フェライトコア１２５，１２６は、フェライトコア１２１（図１）と同様に、チューブ１１５に収容され、緩衝材１０５に包まれるので、外部から加わる衝撃等によりフェライトコア１２５，１２６が破損する可能性は、さらに低いといえる。

また、フェライトコア１２５とフェライトコア１２６との間に何も挟まれない構成としたことで、芯１１４に荷重が加わった場合のコイル１１６のインダクタンス変化は、座標指示器１１（図１）と同様に鋭敏である。従って、座標指示器１２は、座標指示器１１と同様に座標入力装置１に利用することが可能である。

このように、図５に示す座標指示器１２の構成によれば、座標指示器１１と同等の良好な操作性を確保しつつ、細型で、より高い耐衝撃性を有し、信頼性の高い座標指示器を実現できる。

［第３の実施の形態］
図６は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る座標指示器１３の構成を示す断面図である。なお、本第３の実施の形態では、図１に示す座標指示器１１と同一の部材には図６中に同符号を付して、説明を省略する。

図６に示す座標指示器１３は、図１に示す座標指示器１１において、コイル１１６の外側に、さらに第２コイル１１７を配設したものである。
第２コイル１１７は、コイル１１６の上に、直接もしくは絶縁体のフィルム等を介して、コイル１１６につながる被覆導線を巻き回したものである。つまり、チューブ１１５に導線を巻いてコイル１１６を形成した後、その導線をさらに巻いて第２コイル１１７を形成したような構成となっており、コイル１１６と第２コイル１１７とは、一つの長いコイルを折り返したような構成であるということができる。

図６に示す例では、第２コイル１１７は、コイル１１６の芯１１４側の部分を覆うように配設されている。従って、フェライトコア１２１の先端側を２重のコイルの中に収容することとなるので、フェライトコア１２１の変位により、コイル１１６及び第２コイル１１７のインダクタンスが顕著な影響を受ける。

従って、本第３の実施の形態によれば、座標指示器１３の操作によって芯１１４に荷重が加わった場合に、この荷重によりコイル１１６及び第２コイル１１７が鋭敏に反応し、座標指示器１３の操作を確実に検知することができる。これにより、細型で高い耐衝撃性及び信頼性を有する座標指示器において、操作性をより一層向上させることができる。

［第４の実施の形態］
図７は、本発明を適用した第４の実施の形態に係る座標指示器１４の構成を示す断面図である。なお、本第４の実施の形態では、図１に示す座標指示器１１と同一の部材には図７中に同符号を付して、説明を省略する。

図７に示す座標指示器１４は、図１に示す座標指示器１１において、コイル１１６の外側に、さらに第２コイル１１８を配設したものである。
第２コイル１１８は、コイル１１６の上に、直接もしくは絶縁体のフィルム等を介して、コイル１１６につながる被覆導線を巻き回したものである。つまり、チューブ１１５に導線を巻いてコイル１１６を形成した後、その導線をさらに巻いて第２コイル１１８を形成したような構成となっており、コイル１１６と第２コイル１１８とは、一つの長いコイルを折り返したような構成であるということができる。

図７に示す例では、第２コイル１１８は、コイル１１６の上部ケース１０１側の部分を覆うように配設されている。従って、フェライトコア１２１の基端側、Ｏリング１２３、及びフェライトコア１２２を２重のコイルの中に収容することとなるので、フェライトコア１２１の変位により、コイル１１６及び第２コイル１１８のインダクタンスが顕著な影響を受ける。

従って、本第４の実施の形態によれば、座標指示器１４の操作によって芯１１４に荷重が加わった場合に、この荷重によりコイル１１６及び第２コイル１１８が鋭敏に反応し、座標指示器１４の操作を確実に検知することができる。これにより、細型で高い耐衝撃性及び信頼性を有する座標指示器において、操作性をより一層向上させることができる。

［第５の実施の形態］
図８は、本発明を適用した第５の実施の形態に係る座標指示器１５の構成を示す断面図である。なお、本第５の実施の形態では、図１に示す座標指示器１１と同一の部材には図８中に同符号を付して、説明を省略する。

図８に示す座標指示器１５は、図１に示す座標指示器１１において、フェライトコア１２２に代えてフェライトコア１２８を配設したものである。
フェライトコア１２８は、フェライトコア１２２（図１）とほぼ等しい外径を有するフェライト材であって、フェライトコア１２１側の端面に、突起１２８ａが形成されたものである。

このため、座標指示器１５のフェライトコア１２８とフェライトコア１２１においては、座標指示器１１（図１）のフェライトコア１２２とフェライトコア１２１に比べて、非操作状態における間隔が狭くなっている。従って、座標指示器１５の操作によって芯１１４とともにフェライトコア１２１が変位して、フェライトコア１２８に接近した場合に、コイル１１６のインダクタンスが、より顕著に変化する。
従って、座標指示器１５は、座標指示器１１（図１）と同様に座標入力装置１に利用した場合に、座標入力装置１において、より確実に座標指示器１５における操作を検知できる。

このように、図８に示す座標指示器１５の構成によれば、細型で高い耐衝撃性及び信頼性を有する座標指示器において、より良好な操作性を実現できる。

なお、フェライトコア１２８に形成される突起１２８ａの形状は任意であり、断面が円形であっても方形であっても良い。また、突起１２８ａの高さについては、Ｏリング１２３の線径等に基づいて任意に設定すれば良いが、座標指示器１５の非操作状態において、突起１２８ａとフェライトコア１２１とが接触しない構成が好ましい。

［第６の実施の形態］
図９は、本発明を適用した第６の実施の形態に係る座標指示器１６の構成を示す断面図である。なお、本第６の実施の形態では、図１に示す座標指示器１１と同一の部材には図９中に同符号を付して、説明を省略する。

図９に示す座標指示器１６は、図８に示す座標指示器１５において、フェライトコア１２１、Ｏリング１２３、及びフェライトコア１２８を、座標指示器１５の長手方向中心部を中心として、逆に配置したものである。
すなわち、座標指示器１６においては、芯１１４の基端にフェライトコア１２８が配設され、フェライトコア１２１が、Ｏリング１２３を介してフェライトコア１２８に対向する。また、フェライトコア１２８においてフェライトコア１２１に対向する端面には、突起１２８ａが形成されている。

図９に示す座標指示器１６の構成によれば、芯１１４に加わる外力によって芯１１４とともにフェライトコア１２８が変位して、フェライトコア１２１に接近し、これによってフェライトコア１２１とフェライトコア１２８との間隔が小さくなることで、コイル１１６のインダクタンスが変化する。
ここで、座標指示器１５（図８）と座標指示器１６とを比較した場合、座標指示器１５においては、芯１１４とともにフェライトコア１２１が変位するのに対し、座標指示器１６においては、芯１１４とともにフェライトコア１２８が変位する。また、フェライトコア１２８は、フェライトコア１２１よりも短いサイズとなっている。
従って、座標指示器１６においては、より小さな部材が変位することになるので、座標指示器１６の操作時にコイル１１６のインダクタンスがより一層鋭敏に変化し、座標指示器１６における操作を座標入力装置１によって検知しやすくなるという効果が期待できる。

［第７の実施の形態］
図１０は、本発明を適用した第７の実施の形態に係る座標指示器１７の構成を示す断面図である。なお、本第７の実施の形態では、図１に示す座標指示器１１と同一の部材には図１０中に同符号を付して、説明を省略する。

図１０に示す座標指示器１７は、図８に示す座標指示器１５において、フェライトコア１２１に代えてフェライトコア１３１を配設し、フェライトコア１２８に代えてフェライトコア１３０を配設したものである。

フェライトコア１３０は、フェライトコア１２８（図８）とほぼ等しい外径を有する棒状のフェライト材であって、長さはフェライトコア１２１（図１）のほぼ半分である。そして、フェライトコア１３０において、フェライトコア１３１と対向する端面には、突起１３０ａが形成されている。
一方、フェライトコア１３１は、フェライトコア１２１（図１）とほぼ等しい外径を有する棒状のフェライト材であって、長さはフェライトコア１２１（図１）のほぼ半分、すなわちフェライトコア１３０とほぼ同じ長さである。
つまり、座標指示器１７においては、フェライトコア１２１（図１）のほぼ半分の長さを有する２つのフェライトコア１３０，１３１が配設され、フェライトコア１３１とフェライトコア１３０とはＯリング１２３を挟んで対向し、かつ、この対向面において、フェライトコア１３０には突起１３０ａが設けられている。

従って、図１０に示す座標指示器１７の構成によれば、まず、図１の座標指示器１１に比べて短いフェライトコアを有するので、座標指示器１７に強い外力が加わった場合にフェライトコアの破損を招く可能性がより一層低いという利点がある。また、フェライトコア１３０に突起１３０ａが形成され、座標指示器１７の非操作状態におけるフェライトコア１３０とフェライトコア１３１との間隔が狭いので、座標指示器１７の操作によって芯１１４とともにフェライトコア１３１が変位して、フェライトコア１３０に接近した場合に、コイル１１６のインダクタンスが、より顕著に変化する。
このように、図１０に示す座標指示器１７の構成によれば、細型で、より高い耐衝撃性及び信頼性を有し、かつ、より良好な操作性を実現可能な座標指示器を提供できる。

なお、上記の実施の形態において、座標指示器１１〜１７を構成する上部ケース１０１のサイズや基板ホルダ１０２の細部形状、先端ケース１０４のドーム部分の曲率等については、任意に変更可能である。また、フェライトコア１２１、１２２，１２５，１２６，１３０，１３１は、フェライト材であること以外に材料に関する制限はなく、任意の仕様・規格のものを用いることが可能である。さらに、セラミックパイプ１０３、緩衝材１０５の厚み等についても任意であり、その他の細部構成についても、本発明の趣旨を損なうことのない範囲において適宜変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した第１の実施の形態に係る座標指示器１１の構成を示す断面図である。 図１に示す座標指示器１１におけるフェライトコア１２１、チューブ１１５、コイル１１６及び緩衝材１０５の構成を示す説明図である。 図１の座標指示器１１を含んでなる座標入力装置１の構成を示す回路図である。 第１の実施の形態における座標指示器１１に荷重を加えた場合に、当該荷重と座標入力装置１において検出される筆圧レベルとの相関を示す図表である。 本発明を適用した第２の実施の形態に係る座標指示器１２の構成を示す断面図である。 本発明を適用した第３の実施の形態に係る座標指示器１３の構成を示す断面図である。 本発明を適用した第４の実施の形態に係る座標指示器１４の構成を示す断面図である。 本発明を適用した第５の実施の形態に係る座標指示器１５の構成を示す断面図である。 本発明を適用した第６の実施の形態に係る座標指示器１６の構成を示す断面図である。 本発明を適用した第７の実施の形態に係る座標指示器１７の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 座標入力装置
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７ 座標指示器
１０１ 上部ケース
１０２ 基板ホルダ
１０３ セラミックパイプ
１０４ 先端ケース
１１１ 基板
１１２ コンデンサ
１１３ 同調回路
１１４ 芯
１１５ チューブ
１１６ コイル
１１７，１１８ 第２コイル
１２１，１２２，１２５，１２６，１２８，１３０，１３１ フェライトコア

Claims (8)

1. 位置を測定する位置検出装置に対し、その測定すべき位置を指示するとともに操作者の操作を通知する座標指示器であって、
   各々磁性体からなり、所定の間隔をおいて並べて配設される２つのコア体と、
   前記２つのコア体の少なくとも一部を収容するチューブと、
   前記チューブの側面に巻回された導線からなるコイルと、を備え、
   前記操作者の操作に応じて前記２つのコア体を接近させることを特徴とする座標指示器。
2. 前記２つのコア体の間に挟まれる位置に弾性体を配設したことを特徴とする請求項１記載の座標指示器。
3. 前記２つのコア体のうち少なくとも一方は、複数の磁性体により構成されることを特徴とする請求項１または２記載の座標指示器。
4. 前記コイルの少なくとも一部は、前記コイルの導線を当該コイルの一部にさらに重ねて巻回した二重の構成となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の座標指示器。
5. 前記２つのコア体のうち少なくとも一方は、他方のコア体と対向する対向面に突起を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の座標指示器。
6. 前記コイルの外側に巻き付けられる緩衝体をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の座標指示器。
7. 前記弾性体は、Ｏリングであることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の座標指示器。
8. 前記チューブは、アルミナ若しくはジルコニアからなるものであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の座標指示器。
   

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