JP2017191506A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受電コイルに生じる交流電流に起因するノイズがペン回路へ侵入することを防止又は抑制できる入力装置を提供する。
【解決手段】入力装置（電子ペン１０）は、外部交流磁界により交流電流を生じる受電コイル３１と、受電コイル３１に生じた交流電流を直流電流に変換する整流回路３３と、蓄電部３５と、整流回路３３と蓄電部３５とに接続され、整流回路３３からの直流電流を用いて蓄電部３５を充電する充電回路３７と、蓄電部３５を電源として動作するペン回路３９とを備える。受電コイル３１、整流回路３３、蓄電部３５、充電回路３７及びペン回路３９は、この順でペン尻部２３からペン先部２５に向って配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力装置に関し、特にペン型の情報入力装置に関する。

特許文献１は、２次側コイル（受電コイル）、２次電池（蓄電部）、整流回路、充電回路及びペン回路が、この順にペン尻側からペン先側に向かって配置されたワイヤレスペンを開示している。

特開平７−４４３０３号公報

特許文献１に開示されたワイヤレスペンでは、整流回路、充電回路及びペン回路が同一の回路基板上に設けられており、２次側コイルと整流回路との間を接続する配線が、２次電池よりもペン尻側の位置から２次電池よりもペン先側の位置まで引き回されている。この構成では、２次側コイルに誘起された交流電流が流れる線路とペン回路を構成する線路及びペン回路に直接接続された線路とが互いに近接する。そのため、交流電流が流れる線路から放射されるノイズが、ペン回路を構成する線路やペン回路に直接接続されている線路に侵入し、ペン回路を誤動作させる恐れがある。しかも、このようなノイズは、２次側コイルを小型化しようとして、非接触送電により高い周波数を利用した場合に生じやすい。

本発明は、受電コイルに生じる交流電流に起因するノイズがペン回路へ侵入することを防止又は抑制できる入力装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、第１の入力装置として、
外部交流磁界により交流電流を生じる受電コイルと、
前記受電コイルに生じた前記交流電流を直流電流に変換する整流回路と、
蓄電部と、
前記整流回路と前記蓄電部とに接続され、前記整流回路からの前記直流電流を用いて前記蓄電部を充電する充電回路と、
前記蓄電部を電源として動作するペン回路と、
を備え、
前記受電コイル、前記整流回路、前記蓄電部、前記充電回路及び前記ペン回路は、この順に配置されている
入力装置が得られる。

また、本発明によれば、第２の入力装置として、
第１の入力装置であって、
前記蓄電部に接続される配線は、当該蓄電部よりも前記ペン回路側に設けられている
入力装置が得られる。

また、本発明によれば、第３の入力装置として、
第１の入力装置であって、
前記ペン回路に接続される配線は、前記蓄電部よりも前記ペン回路側に設けられている
入力装置が得られる。

また、本発明によれば、第４の入力装置として、
第１から第３の入力装置のいずれかであって、
前記整流回路は、第１の回路基板に設けられ、
前記ペン回路と前記充電回路とは、前記第１の回路基板とは異なる第２の回路基板に設けられている
入力装置が得られる。

また、本発明によれば、第５の入力装置として、
第１から第４の入力装置のいずれかであって、
前記外部交流磁界は、５〜２０ＭＨｚの周波数を有し、
前記ペン回路は、１ＭＨｚ以下の信号周波数を利用する
入力装置が得られる。

また、本発明によれば、第６の入力装置として、
第１から第５の入力装置のいずれかであって、
前記受電コイル、前記整流回路、前記蓄電部、前記充電回路及び前記ペン回路を収容する本体をさらに有し、
前記本体は、長手方向の一方の端部にペン先部を、前記長手方向の残りの一方の端部にペン尻部を有し、
前記受電コイル、前記整流回路、前記蓄電部、前記充電回路及び前記ペン回路は、前記内部空間内に前記長手方向に沿って配置され、
前記受電コイルは、前記ペン尻部側に位置し、前記ペン回路は、前記ペン先部側に位置している、
入力装置が得られる。

さらに、本発明によれば、情報処理装置であって、
第１から第６の入力装置のいずれかと、前記入力装置を収納する収納部を備えた端末装置とを含む情報処理装置であって、
前記端末装置は、前記受電コイルとの間で、非接触で送受電を行う送電コイルを有している
情報処理装置が得られる。

受電コイル、整流回路、蓄電部、充電回路及びペン回路がこの順番に配置されているので、ペン回路及びペン回路に接続される配線と交流電流が流れる線路との間は、蓄電部によって磁気シールドされる。これにより、非接触受電に伴うノイズのペン回路への侵入を防止又は抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態による電子ペンの構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態による電子ペンと組み合わせて使用される端末装置の構成を示す概略図である。

図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態による電子ペン（座標入力装置）１０は、内部空間を有する本体２０と、本体２０の内部空間に収納された受電コイル３１、整流回路３３、蓄電部３５、充電回路３７及びペン回路３９を有している。

本体２０は、円筒状又は多角形筒状の軸部２１と、軸部２１の長手方向一端に設けられたペン尻部２３と、軸部２１の長手方向他端に設けられた先細形状のペン先部２５とを有している。

受電コイル３１、整流回路３３、蓄電部３５、充電回路３７及びペン回路３９は、ペン尻部２３側からペン先部２５側へ向かってこの順に本体２０の内部空間内に配置されている。つまり、受電コイル３１はペン尻部２３側に配置され、ペン回路３９はペン先部２５側に配置されている。この配置は、後述するように、受電コイル３１に生じる交流電流に起因するノイズがペン回路３９に侵入することを防止又は抑制するためである。

受電コイル３１は、後述する送電コイル７２（図２参照）と電磁的に結合し、交流電力を発生させる。換言すると、受電コイル３１は、外部交流磁界により交流電流を生じる。受電コイル３１と送電コイル７２との間の電磁結合方式は、特に限定されないが、本実施の形態では、電磁誘導方式を用いる。ここで、受電コイル３１を本体２０の内部空間内に収納するためには、受電コイル３１のサイズを小さくする必要がある。ところが受電コイル３１のサイズを小さくすると電磁誘導による起電力が低下する。そこで、必要な起電力を得るため、本実施の形態では使用周波数（送電周波数）を、ペン回路３９における信号周波数よりも高く設定する。具体的には、本実施の形態では、ペン回路３９における信号周波数を１ＭＨｚ以下（ｋＨｚ帯）とし、送電周波数を５〜２０ＭＨｚとする。また、本実施の形態では、本体２０の内部空間に収容できるサイズでありながら数百ｍＷ程度以上の受電を可能にするため、直径２〜５ｍｍ、長さ４〜１２ｍｍの円柱状のコア４１と、線径０．２５〜０．４ｍｍの巻線（銅線）４３を用いて受電コイル３１を構成する。例えば、送電周波数を１３．５６ＭＨｚとした場合、直径２ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状コア４１に、直径０．３５ｍｍの巻線４３を３回巻回して受電コイル３１を構成すれば、必要な起電力を得ることが可能である。

整流回路３３は、受電コイル３１に接続され、受電コイル３１に生じる（誘起される）交流電流を整流しかつ平滑化して直流電流を生成する。換言すると、整流回路３３は、受電コイル３１に生じた交流電流を直流電流に変換する。整流回路３３は、生成した直流電流を、配線５１を介して充電回路３７へ供給する。ここで、整流回路３３は、図示しない受電基板（第１の回路基板）上に設けられている。受電基板には、受電コイル３１が、その巻線４３の両端を整流回路３３に接続することによって固定されている。受電基板は、受電コイル３１がペン尻部２３側に位置し、整流回路３３がペン先部２５側に位置するように配置される。こうして、受電コイル３１と蓄電部３５との間に受電基板を配置することにより、これらの間に一定の距離が確保される。その結果、受電コイル３１と蓄電部３５とを隣合せに配置した場合に比べて、受電時に蓄電部３５に含まれる金属部分に生じる渦電流を抑制することができ、受電効率の向上を実現できる。

蓄電部３５は、電気エネルギーを蓄積するものであって、例えば、キャパシタ、電気二重層キャパシタ、２次電池などである。蓄電部３５は、配線５３を介して充電回路３７に接続されるとともに、配線５５を介してペン回路３９にも接続される。蓄電部３５は、充電回路３７の制御の下、整流回路３３で生じた直流電流を受けて電気エネルギーとして蓄積する。また、蓄電部３５は、蓄積した電気エネルギーを直流電力としてペン回路３９へ供給する。

蓄電部３５は、配線５３及び配線５５の両方に接続される接続端子（図示せず）を有している。接続端子には、通常、正側及び負側の２つの接続端子が存在する。図１では、配線５１、配線５３及び配線５５がそれぞれ一本だけ示されているが、これらの配線はペア線である。本実施の形態では、接続端子は、蓄電部３５の外表面の一つ（以下、端子面と称する）から一方向に向かって露出している。蓄電部３５は、端子面をペン先部２５側、即ち、ペン回路３９側に向けて配置されている。この配置によれば、蓄電部３５に接続される配線５３及び５５を、蓄電部３５よりもペン尻部２３側へ引き回す必要がない。即ち、この配置は、配線５３及び５５を、蓄電部３５よりもペン先部２５側にのみ位置させることができる。仮に、２つの接続端子が互いに逆方向に露出しているものとすると、一方の接続端子に接続される配線を蓄電部３５よりもペン尻部２３側に引き回さなければならなくなる。本実施の形態では、全ての端子が同一の端子面から外部に露出している蓄電部３５を用いることで、このような配線の引き回しを回避する。これもまた、後述するように、受電コイル３１に生じる交流電流に起因するノイズがペン回路３９に侵入するのを防止又は抑制するためである。

充電回路３７は、ペン回路３９とともに図示しない制御基板（第２の回路基板）上に設けられる。この制御基板は、受電基板とは別体の基板である。充電回路３７とペン回路３９とは、集積回路化されていてもよい。充電回路３７は、配線５１を介して整流回路３３に接続されるとともに、配線５３を介して蓄電部３５に接続されている。充電回路３７は、整流回路３３から配線５１を介して供給される直流電流を、配線５３を介して蓄電部３５へ供給する。このとき、充電回路３７は、蓄電部３５の充電状態（過充電等）を監視し、監視結果に基づいて蓄電部３５へ供給する直流電流を制御する。換言すると、充電回路３７は、蓄電部３５の充電状態に応じて蓄電部３５の充電を制御する。蓄電部３５は、充電回路３７の制御の下で、電気エネルギーを蓄積する。充電回路３７は、蓄電部３５の状態を高精度に検出するため、配線５３の長さができるだけ短くなるように配置される。つまり、充電回路３７は、蓄電部３５の端子面の近くに配置される。このため、蓄電部３５は、その端子面を充電回路３７に向けるように配置されている。

ペン回路３９は、配線５５を介して蓄電部３５に接続されている。ペン回路３９に接続された配線５５は、蓄電部３５よりもペン先部２５（ペン回路３９）側に位置する。ペン回路３９は、蓄電部３５を電源として動作する。換言すると、ペン回路３９は、蓄電部３５に蓄積された電気エネルギーを利用して動作する。ペン回路３９は、ペン先部２５に設けられた図示しない電極を用いて、ペン先部２５の先端付近に交流磁界又は交流電界を発生させる。発生させた交流磁界又は交流電界は、後述する端末装置６０（図２参照）において行われる電子ペン１０の先端位置の検出に利用される。換言すると、ペン回路３９は、交流磁界又は交流電界を用いて端末装置６０に対して位置情報を提供する。また、ペン回路３９は、交流磁界又は交流電界を発生させるための駆動信号を変調（例えば、振幅変調）することにより、端末装置６０へ所定の情報を送信する。所定の情報として、例えば、電子ペン１０に設けられた図示しないスイッチの状態を表す情報（筆圧情報等）がある。前述のように、駆動信号の周波数（信号周波数）としては、１ＭＨｚ以下（ｋＨｚ帯）の周波数が使用される。

図２を参照すると、電子ペン１０と組み合わされて情報処理装置を構成する端末装置６０は、電子ペン１０を収納する収納部７１を有している。収納部７１は、電子ペン１０の外形よりもわずかに大きい空所である。収納部７１は、図２において、右側に開口している。電子ペン１０は、ペン先部２５から収納部７１に挿入される。即ち、電子ペン１０は、図２において右側から左側に向かって収納部７１に挿入され、収納部７１内に収納される。収納部７１には、電子ペン１０の外径よりもわずかに大きい内径を有する送電コイル７２が設けられている。送電コイル７２は、受電コイル３１と組み合わされ、非接触送受電を行うコイルである。電子ペン１０が収納部７１に収納された状態で、受電コイル３１が送電コイル７２の内径側に位置するように、送電コイル７２は収納部７１の開口近くに設けられている。受電コイル３１を送電コイル７２の内周側に位置させることで、高い結合係数を実現する。

端末装置６０は、送電コイル７２に送電電流（交流電流）を供給する送電回路や、電子ペン１０が生成する交流磁界又は交流電界を検出する検出回路や、電子ペン１０から送信される情報を復調する復調回路等を有している。しかしながら、これらの回路は本発明とは直接関係がないのでその図示と説明を省略する。また、図２では、電子ペン１０の全体が収納部７１に収納されているが、実際には、収納部７１から電子ペン１０を容易に取り出せるように、電子ペン１０の一部（突起部等）は収納部７１の外側に露出している。さらに、図２では、端末装置６０の（平面）サイズが電子ペン１０のサイズの３倍程度であるが、端末装置６０のサイズは、任意に設定可能であり、通常、電子ペン１０に比べて著しく大きい。また、本実施の形態では、端末装置６０としてタブレット型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を想定しているが、端末装置６０はこれに限られない。例えば、電子ペン１０による入力操作を検出等する情報処理部と、電子ペン１０への非接触給電を行う給電部とが、互いに分離されていてもよい。

次に、電子ペン１０の充電動作について説明する。図２に示すように、電子ペン１０が端末装置６０の収納部７１に収納されると、端末装置６０は、それを検出して、送電コイル７２に送電電流（交流電流）を供給（送電）する。このとき、送電コイル７２と受電コイル３１とは電磁的に結合し、受電コイル３１（図１参照）に交流電流が誘起（受電）される。こうして、端末装置６０と電子ペン１０との間で、非接触送受電が行われる。受電コイル３１に誘起された交流電流は、整流回路３３により整流されかつ平滑化される。整流回路３３は、交流電流を整流し平滑化して得た直流電流を、配線５１を介して充電回路３７へ送る。充電回路３７は、蓄電部３５の充電状態を監視しつつ、整流回路３３から送られてくる直流電流を蓄電部３５に供給する。換言すると、充電回路３７は、蓄電部３５の充電状態に基づいて、蓄電部３５へ送る直流電流を制御する。つまり、充電回路３７は、蓄電部３５の充電を制御する。その結果、蓄電部３５に電気エネルギーが蓄積される。蓄電部３５に蓄積された電気エネルギーは、ペン回路３９を動作させるために利用される。

送電コイル７２から送電が行われている状態で、受電コイル３１に誘起された交流電流は、受電コイル３１と整流回路３３の一部に流れる。この交流電流は、上述したように５〜２０ＭＨｚという比較的高い周波数を有しており、ノイズの原因となりやすい。そして、このノイズがペン回路３９に侵入すると、ペン回路３９を誤動作させる恐れがある。本実施の形態では、受電コイル３１及び整流回路３３は、ペン尻部２３側に位置しており、ペン先部２５側に配置されたペン回路３９から離れている。加えて、受電コイル３１及び整流回路３３とペン回路３９との間には、蓄電部３５が配置されている。つまり、交流電流が流れる線路は蓄電部３５よりもペン尻部２３側にのみ存在し、蓄電部３５よりもペン先部２５側には存在していない。また、ペン回路３９及びそれに直接接続された配線５５は、蓄電部３５よりもペン先部２５側に存在し、蓄電部３５よりもペン尻部２３側には存在していない。さらに、蓄電部３５は、その構成要素に多くの金属部分を含み、電磁シールドとして機能する。これらのことから、たとえペン尻部２３側に位置する受電コイル３１及び整流回路３３からノイズが放射されたとしても、ペン先部２５へ向かうノイズは蓄電部３５によって遮断又は低減される。よって、ペン先部２５側に位置するペン回路３９に到達するノイズは存在しないか著しく低減される。これにより、ペン回路３９へのノイズの侵入は阻止され又は抑制される。

ここで、充電回路３７が、整流回路３３と蓄電部３５との間に配置される場合について検討する。上述したように、充電回路３７は、蓄電部３５の充電状態を高精度に検出するため、蓄電部３５の端子面の近くに配置する必要がある。換言すると、蓄電部３５の端子面は、充電回路３７の方に向けられていなければならない。そのため、充電回路３７を、整流回路３３と蓄電部３５との間に配置するには、その端子面が整流回路３３側（ペン尻部２３側）へ向くように蓄電部３５を配置しなければならない。その場合、ペン回路３９に接続される配線５５は、蓄電部３５よりもペン尻部２３側にまで引き回さなければならない。即ち、配線５５は長くなり、その一部はノイズ源である受電コイル３１に近づく。また、配線５５の一部には、蓄電部３５による磁気シールド効果が及ばなくなる。その結果、受電に起因して発生するノイズが配線５５に侵入し易くなり、ペン回路３９の誤動作の原因となる。これに対し、本実施の形態では、充電回路３７を蓄電部３５よりもペン先部２５側に配置したことで、ペン回路３９に接続される配線５５を短くすることができる。また、配線５５は、ノイズ源（受電コイル３１及び整流回路３３）から離れており、蓄電部３５による磁気シールド効果が及ぶ範囲に位置する。これにより、本実施の形態による電子ペン１０は、受電に起因するノイズのペン回路３９への侵入を防止又は抑制することができる。

本実施の形態の電子ペン１０は、また、受電コイル３１と蓄電部３５との間に整流回路３３（受電基板）を配置したことで、受電コイル３１と蓄電部３５との間に一定の距離を確保することができる。そのため、受電時に蓄電部３５の金属部分に生じる渦電流を低減することができ、渦電流による損失を抑制して、受電効率を改善することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の変形、変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、電子ペン１０を端末装置６０の収納部７１に収納したときに受電コイル３１が、送電コイル７２の内周側に位置するようにしたが、受電コイル３１と送電コイル７２とが電磁的に結合すればよく、例えば、受電コイル３１と送電コイル７２とが互いに対向するようにしてもよい。また、上記実施の形態では、電磁誘導方式を採用したが、磁気共鳴方式を採用してもよい。

１０ 電子ペン
２０ 本体
２１ 軸部
２３ ペン尻部
２５ ペン先部
３１ 受電コイル
３３ 整流回路
３５ 蓄電部
３７ 充電回路
３９ ペン回路
４１ コア
４３ 巻線
５１，５３，５５ 配線
６０ 端末装置
７１ 収納部
７２ 送電コイル

Claims (7)

1. 外部交流磁界により交流電流を生じる受電コイルと、
   前記受電コイルに生じた前記交流電流を直流電流に変換する整流回路と、
   蓄電部と、
   前記整流回路と前記蓄電部とに接続され、前記整流回路からの前記直流電流を用いて前記蓄電部を充電する充電回路と、
   前記蓄電部を電源として動作するペン回路と、
   を備え、
   前記受電コイル、前記整流回路、前記蓄電部、前記充電回路及び前記ペン回路は、この順に配置されている
   入力装置。
2. 請求項１に記載の入力装置であって、
   前記蓄電部に接続される配線は、当該蓄電部よりも前記ペン回路側に設けられている
   入力装置。
3. 請求項１に記載の入力装置であって、
   前記ペン回路に接続される配線は、前記蓄電部よりも前記ペン回路側に設けられている
   入力装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の入力装置であって、
   記整流回路は、第１の回路基板に設けられ、
   前記ペン回路と前記充電回路とは、前記第１の回路基板とは異なる第２の回路基板に設けられている
   入力装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の入力装置であって、
   前記外部交流磁界は、５〜２０ＭＨｚの周波数を有し、
   前記ペン回路は、１ＭＨｚ以下の信号周波数を利用する
   入力装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の入力装置であって、
   前記受電コイル、前記整流回路、前記蓄電部、前記充電回路及び前記ペン回路を収容する本体をさらに有し、
   前記本体は、長手方向の一方の端部にペン先部を、前記長手方向の残りの一方の端部にペン尻部を有し、
   前記受電コイル、前記整流回路、前記蓄電部、前記充電回路及び前記ペン回路は、前記内部空間内に前記長手方向に沿って配置され、
   前記受電コイルは、前記ペン尻部側に位置し、前記ペン回路は、前記ペン先部側に位置している、
   入力装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の入力装置と、前記入力装置を収納する収納部を備えた端末装置とを含む情報処理装置であって、
   前記端末装置は、前記受電コイルとの間で、非接触で送受電を行う送電コイルを有している
   情報処理装置。

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