JP2009157698A - 座標入力装置の入力ペン - Google Patents

Abstract

【課題】暗い場所でも入力に使用する入力ペンの形状認識を操作者が容易に認識可能にすること、及び入力の入力ペンが外部より受ける電磁ノイズをシールドすることで誤入力を防止する。
【解決手段】入力ペンの外観は電磁ノイズをシールドする効果を有する複数の孔を設けた導電性の円筒状金属とし、光を透過する樹脂で円筒状金属内面より一体成形し、入力ペン内部に内筒を設け、入力ペンの外観把持と電気的導通状態に接触させ接地させることでシールドの効果を得られる構造とし、入力ペン内部に入力ペンの形状認識が可能な数量の発光素子を複数個設け、光を透過する樹脂を介して入力ペンの外部に照射されるため、入力ペン全体が認識可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は暗い場所に設置される座標入力装置に使用する入力ペンであり、入力ペン自身を発光させ、操作者が容易に形状を認識可能となる入力ペンとし、入力ペンが検出した入力座標位置の電気信号と入力ペン外部より受ける電磁ノイズをシールドすることにより、誤入力を防止する構造に関する。

静電容量方式の座標入力装置は透明なガラスに透明導電体を印刷成形し、座標入力装置下方に設置された表示装置（液晶モニタやプラズマモニタ、ブラウン管モニタ等）の表示画面が発光し、透明に成形された座標入力装置を透過して画像を表示させる構成としている。
静電容量方式の座標入力装置に使用する入力ペンは、電源が常に座標入力装置より供給されているため、ペン先端を座標入力装置の表面に近づけることで入力ペン内部に設置されたペン回路基板が電気信号を検出し、座標入力装置面とペン先端が当接されることで入力位置が確定される。ペン回路基板に配線された信号ケーブルにより確定された入力座標信号を入力ペン外部の制御装置に送信することができ、制御装置より確定された入力位置を表示装置の画面上に表示することができる。
電気信号を検出するペン先端と、電気信号を制御するペン回路基板は入力ペン外部より電磁ノイズ（入力ペンを持った操作者が近くにある機械から受ける、または操作者自身が持っているノイズ）を受けると、検出された入力座標信号が電気的に歪められ、入力座標位置に差違を生じ、誤入力の原因となる。
入力ペンの外観は、全体を覆う金属の中空の筒形状（以下 外筒とする）に成形され、外筒内部に設けたペン回路基板は外筒と電気的に接続し、ペン回路基板に配線されたグランドケーブルにより入力ペン外部に接地される。外筒とペン先端を電気的に絶縁することで、操作者より受ける電磁ノイズと検出された入力座標信号が干渉しない、シールド（遮へい）構造が一般的に採用されている。
座標入力装置は、表示装置により発光しているため操作場所は暗いほど、表示がより見やすくなるという理由で、座標入力装置の設置場所はアミューズメントパークやゲームセンター等の遊技場内を暗くした場所に設置されることが多い。しかし、座標入力装置に使用する入力ペンは、入力ペン自身が発光していないため、暗い場所に設置された座標入力装置の入力ペンは操作者がどこにあるのか分からないため操作開始前に、入力ペンを探す手間が発生していた。
暗い場所で入力する入力ペンの発光方法は、ペン先端に入力用の入力チップを設けた入力ペン本体に、入力ペンの先端を照らすための照明機能と、照明機能を起動させるピン形リチウム電池を設ける。更に、コ字形の接点部材にピン形リチウム電池のピンを挿入して接触させることにより照明機能を点灯させる方法が知られている。
また、入力ペンをシールドする構造は、入力ペンの検出信号に外部ノイズが入り込まないようにするため、入力ペンの内部に内筒を設けシールドすることにより、検出信号とグランドを電気的に絶縁することが可能となり、座標入力装置の入力位置の差違を無くす構造が知られている。
特開２００２−１０８５４９号特開２００６−３３８１７１号

しかしながら、上記入力ペンの照明方法においては、入力時のみ操作者が入力ペンのペン先を点灯させる構造であるため、暗い場所では操作者が入力ペン探すことになる。また、入力ペンを発光させたままの状態では、ペン先だけが発光しているので操作者が暗い場所では入力ペンであると形状の認識ができない。なぜなら、入力ペンは操作しやすくするため円筒状のものが一般的でペン先は入力部の先端が見え易くなるようにテーパー状に細くなり、把持部は円柱状で長く持ちやすい形状となっているためペン先だけが発光してもペンと認識するのは難しい。
操作者より受ける電磁ノイズをシールドするため、操作者が把持する入力ペンの外筒は、比較的安価で成形しやすい導電性である金属を使用するが、金属は一般的に不透明であり、ペン内部より発光させた光は透過できない。
入力ペン全体を発光させる方法には、入力ペン外観に畜光塗料を塗布する方法があるが、畜光塗料は特性上、長時間の発光ができない。他の方法としては、入力ペン外観に外光を反射させる加工を施した樹脂、フィルムまたは塗料を成形し、外部より僅かな外光を照射することにより、入力ペンを発光させる方法がある。しかし、操作者が入力ペンを常に僅かな外光を照射する場所に戻すとは限らない。絶縁性である畜光塗料や外光を反射させる樹脂、フィルムまたは塗料を使用した発光の方法は、シールド効果を維持するため、入力ペン外観を成形後、発光させるための樹脂、フィルムまたは塗料を入力ペン外観曲面に部分的に後成形する必要がある。曲面に成形するため、発光部の形状は直線や螺旋、また直線と螺旋組み合わせが多く、線の色も単色が多い。なぜなら、発光する色の組み合わせや様々な形状のデザインに成形することはコストが高くなることと、曲面であるため形状を成形する位置や形状を安定させることが難しいためである。また、入力ペン外観を成形後に樹脂、フィルムまたは塗料成形する必要があるため、成形時間とコストが高くなることも挙げられる。畜光塗料や外光を反射させる樹脂、フィルムまたは塗料を部分的に後成形することで、操作中の不注意で座標入力装置筐体の堅い場所に当てた場合や、操作者の爪、服のボタン等の外的要因を受けやすく、樹脂、フィルムまたは塗料が剥れる恐れがある。
入力し易くする把持部の滑り止めの効果を得る方法は、シールド効果を維持するため、把持部に複数の細い溝を設ける方法が容易に考えられるが、溝を発光させるには溝成形後に溝内に絶縁性である畜光塗料や外光を反射させる樹脂、フィルムまたは塗料を成形する必要があり、把持部を絶縁させない様に複数の細い溝内に成形することは難しく、成形時間とコストが高くなる。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、座標入力装置に使用する入力ペンであって、該入力ペンは、外筒を金属筒で形成し、外筒には、光を透過させる為に複数の孔を設け、前記外筒を構成する金属筒の内面に透明樹脂をインサート成形により、外筒と一体に成形し、前記外筒に設けた光を透過させる為の複数の孔を、前記透明樹脂で塞ぎ、光を透過することを可能にし、前記入力ペン内部には、前記座標入力装置に情報を入力するための回路を備えた回路基板を設け、該回路基板には、入力ペンの外側に光を発光するための複数のＬＥＤを配置し、前記ＬＥＤは、外部に設けた制御装置から発せられる信号により発光し、前記外筒に設けた光を透過させる為の複数の透明樹脂を介して、入力ペンの外側に光を発する座標入力装置の入力ペンを提案するものである。

導電物である不透明の金属と絶縁物である透過の樹脂を一体成形することで、シールド効果を有し、発光する入力ペンとすることできる。操作者は暗い場所に設置された座標入力装置に使用する入力ペンの形状を容易に認識でき、入力ペンを探す手間を省き、容易に座標入力の準備ができる。また、導電性の金属と絶縁性の樹脂を一体成形することで、後成形がなくなり作業時間の短縮とコストを抑えることができる。
同じ形状の入力ペンおいて、発光素子は光の制御方法で色や点滅パターン（周期）を容易に変更でき、入力ペンに設けた孔形状を変更することで、デザインの自由度を増す効果があり、把持部に金属を凸、絶縁樹脂である光透過部を凹とした、凹凸をつけることで把持部の滑り止めの効果も得られる構成が可能となる。

入力ペン外観の外筒は、電磁ノイズをシールドする効果を有する複数の孔を設けた導電性の円筒状金属とし、光を透過する樹脂で円筒状金属内面より一体成形することで、孔に樹脂が挿入され、外観表面は滑らかな形状となる。
入力ペン外観である外筒の把持部は導電性の金属で成形し、入力ペン内部に設けた接地された状態の内筒に外筒内側内部で、電気的導通状態に接触させることにより、シールドできる構造とする。
入力ペン内部に設置するペン回路基板上に、入力ペンの形状認識が可能な数量の発光素子を複数個設け、外部制御装置より送られた信号により発光素子は、点滅可能となる。発光素子の光は外筒に設けた孔内に一体成形された透過する樹脂を介して、入力ペンの外部に照射される。複数個設置された発光素子の光は、外筒に複数設けた孔より入力ペン全体を発光するため、操作者は入力ペンであることが認識可能となる。

以下、図１、図２より本発明の静電容量方式の座標入力装置に使用する入力ペンの第１の実施例について説明する。
図１は、外観構成を示す入力ペン１斜視図であり、入力ペン１の外観は、ペン先端２、ペン先３、外筒４、尾栓５、コード６より構成される。操作者（図示せず）はペン先３、外筒４、尾栓５何れかを把持し、ペン先端２を座標入力装置面（図示せず）の入力座標位置に当接することで、入力座標位置の電気信号（図示せず）を検出し、入力ペン１内部で処理した電気信号（図示せず）は、コード６を介して制御装置（図示せず）に送る構成としている。ペン先３、外筒４、尾栓５は導電性の不透明金属（鉄、ステンレス、アルミ、銅、等）で成形され、それぞれ電気的に導通状態に接触される。

図２は、入力ペン１の断面図であり、ペン先端２は、内部に座標位置の電気信号を検出できる金属で成形された軸２Ａと、電気的絶縁と摺動性の良い樹脂（ＡＢＳ、ＰＯＭ、ＰＣ等）である絶縁樹脂２Ｂにより一体成形される。

ペン先３は金属で成形され、外観はペン先端２を操作者（図示せず）が見え易くするためペン先端２側を先細としたテーパー形状とし、先細の端面はペン先端２が挿入、可動できる孔３Ａを設け、内部を中空とすることで外筒４の外顎４Ｂが内顎３Ｂに圧入固定され、外筒４の金属端面４Ｃがペン先と導通状態に接触される。

外筒４は、金属を筒状に形成し、側面に複数の孔４Ａを複数設けている。また、外筒４の内面には、光を透過可能とする樹脂（ＡＢＳ、ＰＣ、ＡＳ等）である透明樹脂４Ｄをインサート成型により一体化成形される。透明樹脂４Ｅはペン基板７に半田付け接合された内筒８が挿入できる中空円筒状に成形される。外筒４に空けられた孔４Ａ内部は成型時に透明樹脂４Ｄが入り込むため、内部が透過でき、外観表面は滑らかな形状に成形される。

尾栓５の内部は中空とし、コード６を通せる孔５Ａを設け、外筒４のネジ４Ｅと螺合固定できる金属で形成される。螺合固定することで、外筒４の金属端面４Ｆが尾栓５と導通状態に接触される。

外筒４とペン先３の圧入、外筒４と尾栓５の螺合による固定は電気的導通状態にするには金属が良いが、金属同士が安定した電気的導通状態になれば樹脂で固定とすることも可能である。また、電気的導通状態になれば別の固定方法、または一体で成形する方法でも良い。

コード６は、ペン基板７に接合されたＯＮ／ＯＦＦケーブル１２、複数の信号ケーブル１３、グランドケーブル１４をまとめて、尾栓５内部の孔５Ａを通り、制御装置（図示せず）に接続される。

ペン基板７上には、発光素子であるチップ型発光ダイオード（以下 ＬＥＤ）１１が接合され、ペン基板７に接合されたＯＮ／ＯＦＦケーブル１２を介して、制御装置（図示せず）の信号によりＬＥＤ１１は点滅する。ＬＥＤ１１は制御装置（図示せず）より送られた信号により発光し、発光した光（図示せず）は外筒４の孔４Ａに一体成形された透明樹脂４Ｄを介し、外部に光を透過することができる。ＬＥＤ１１は入力ペンの形状に合わせ、複数個設置することにより、光は入力ペン１全体を内側より照射させる。

内筒８の分割された接合８Ａはペン基板７のグランド（図示せず）に接合固定され、ペン基板７と内筒８は一体で外筒４内挿入される。ペン先３側の先端を分割し弾性を有する形状とした内筒の圧入部８Ｂは、尾栓５がネジ４Ｅと螺合されるとことにより、ペン基板７を押し、ペン先３テーパー内面に圧接される。

内筒８の内面には、絶縁樹脂２Ｂと同じ樹脂で成形された絶縁リング９が圧入固定され、絶縁リング９の中央に軸２Ａが可動できる孔を設けた。絶縁リング９により内筒８と軸２Ａは電気的に絶縁状態となる。

軸２Ａは、動作を抑制するフランジ２Ｃを設け、孔９Ａより抜け出さない構造とした。軸２Ａに設けたフランジ２Ｃは金属で成形されたバネ１０によりペン先端方向に押され、軸２Ａとバネ１０は常に接触を保ち、電気的導通状態となる。
ペン先端２は座標入力装置面（図示せず）とペン先端が当接されることで、軸２Ａが入力された座標位置の電気変位を検出する。軸２Ａと電気的導通状態のバネ１０を介してペン基板７に電気変位が伝わりペン基板７の回路（図示せず）より座標入力信号として、信号ケーブル１３を介して制御装置（図示せず）に送信され座標位置を確定表示する。

操作者（図示せず）は入力ペン１外観であるのペン先３、外筒４、尾栓５の何れかの部分を把持し座標入力を行う。入力ペン外観であるのペン先３、外筒４、尾栓５は前記した固定方より導通状態に接触されたため、内筒８を介してペン基板７のグランド（図示せず）に接合されている。ペン基板７はグランドケーブル１４が接合され、制御装置（図示せず）介して接地されている。

入力ペン１を把持した操作者（図示せず）より受ける電磁ノイズは、入力ペン外観であるのペン先３、外筒４、尾栓５の何れかが受け、入力ペン内部を伝わり、接地される。また、ペン先端２とペン先３は絶縁樹脂２Ｂ、軸２Ａと内筒８は絶縁リング９により電気的に絶縁されているため、座標入力信号として制御装置（図示せず）に送信される信号は電磁ノイズの影響を受けない、安定した信号となるため誤入力を防止できる、入力ペンのシールド構造となる。

以下、図３より本発明の静電容量方式の座標入力装置に使用する入力ペンの第２の実施例について説明する。
図３は各部品を示す入力ペンの斜視図であり、外筒４は線状金属で円筒状に成形された巻き線２１と、巻き線２１の円筒状内側より光を透過する樹脂である透明樹脂４Ｄをインサート成型により一体成形される。透明樹脂４Ｄはペン基板（図示せず）に半田付け接合された内筒８が挿入できる中空円筒状に成形される。巻き線２１の各線間は成型時に透明樹脂４Ｄが入り込むため、内部を透過し、外観表面は滑らかな形状に成形される。

尾栓５の内部は中空とし、コード６を通せる孔（図示せず）を設け、外筒４の螺合固定できる金属で形成される。螺合固定することで、外筒４の線接点２１Ａが尾栓５と導通状態に接触される。内筒８の分割された接続部８Ａはペン基板（図示せず）のグランド（図示せず）に接合固定され、ペン基板７と内筒８は一体で外筒４内挿入される。線接点２１Ａは内筒８外周面に圧接される。

フィルム基板２２上にＬＥＤ１１を複数接合し、曲げ加工可能なフィルム基板２２で内筒８を覆い、フィルム基板２２内筒８外周面に線接点２１が挿入時に当たらないよう一定の隙間を空けて貼り付ける。フィルム基板２２をＯＮ／ＯＦＦケーブル１２接合、ＯＮ／ＯＦＦケーブル１２を介して、制御装置（図示せず）の信号によりＬＥＤ１１は点滅する。

入力ペン１を把持した操作者（図示せず）より受ける電磁ノイズは入力ペン外観である外筒４、尾栓５の何れかが受け、入力ペン内部を伝わり、接地される。また、軸２Ａと内筒８は絶縁リング９により電気的に絶縁されているため、座標入力信号として制御装置（図示せず）に送信される信号は電磁ノイズの影響を受けない、シールド構造となる。

外筒のシールドを目的とした金属は、網目状メッシュ（金網）を筒状に成形し、メッシュに透明樹脂を一体成形した方法でもシールドの効果は得られ、内部発光の光を遮ることなく発光するペンの構造とすることができる。

以上説明した本発明の発光する入力ペンのシールド構造は電磁ノイズをシールドする効果を有する複数の孔を設けた導電性の金属とし、光を透過する樹脂で円筒状金属内面より一体成形することで、発光素子を入力ペン内部に複数個設けて透明樹脂を介して入力ペン外部に光を照射するため、入力ペン全体を発光させることが可能となり、内筒と外筒を電気的導通状態にすることで操作者より受ける電磁ノイズと座標入力信号が互いに影響を与えない、安定した信号となるため、誤入力を防止できる入力ペンのシールド構造となる。

本発明の外観斜視図 本発明の断面図 第２の実施例斜視図

符号の説明

１ 入力ペン
２ ペン先端
２Ａ 軸
２Ｂ 絶縁樹脂
３ ペン先
３Ａ 孔
３Ｂ 内顎
４ 外筒
４Ａ 孔
４Ｂ 外顎
４Ｃ 端面
４Ｄ 透明樹脂
４Ｅ ネジ
４Ｆ 端面
５ 尾栓
５Ａ 孔
６ コード
７ ペン基板
８ 内筒
８Ａ 接合
８Ｂ 圧入部
９ 絶縁リング
９Ａ 孔
１０ 絶縁リング
１１ ＬＥＤ
１２ ＯＮ／ＯＦＦケーブル
１３ 信号ケーブル
１４ グランドケーブル
２１ 巻き線
２１Ａ 線接点
２２ フィルム基板

Claims (2)

1. 座標入力装置に使用する入力ペンであって、該入力ペンは、外筒を金属筒で形成し、外筒には、光を透過させる為に複数の孔を設け、前記外筒の内面に透明樹脂をインサート成形により、外筒と一体に成形し、前記外筒に設けた光を透過させる為の複数の孔を、前記透明樹脂で塞ぎ、光を透過することを可能にし、前記入力ペン内部には、前記座標入力装置に情報を入力するための回路を備えた回路基板を設け、該回路基板には、入力ペンの外側に光を発光するための複数のＬＥＤを配置し、前記ＬＥＤは、外部に設けた制御装置から発せられる信号により発光し、前記外筒に設けた光を透過させる為の複数の透明樹脂を介して、入力ペンの外側に光を発することを特徴とする座標入力装置の入力ペン。
2. 座標入力装置に使用する入力ペンであって、該入力ペンは、外筒に線状金属を巻き線状にして円筒を形成し、前記巻き線状に形成した円筒の内側に、光を透過することが可能な透明樹脂をインサート成形により一体に成形し、円筒の内部には、前記座標入力装置に情報を入力する為の回路を設けたフィルム基板に、複数のＬＥＤを設け、該複数のＬＥＤは、外部に設けた制御装置から発せられる信号により発光し、前記外筒に設けた透明樹脂を介して、光を発することを特徴とする座標入力装置の入力ペン。