JP2017228050A

JP2017228050A - 電子ペン

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Publication number: JP2017228050A
Application number: JP2016123098A
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Inventors: 山田　進; Susumu Yamada; 進山田
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Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2017-12-28
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Abstract

【課題】応答速度が速く、かつ、余剰分のエネルギーを有効に蓄積して、安定な動作を可能にした電磁誘導方式の電子ペンを提供する。【解決手段】磁性体コアに巻回されたコイルと共に共振回路を構成する第１のキャパシタと、第２のキャパシタを含み、共振回路で受信した交流信号を整流する整流回路と、この整流回路の第２のキャパシタの両端に得られる整流出力電圧が所定値を超えた否かを検知する電圧検知回路と、第２のキャパシタの静電容量より大きい静電容量の第３のキャパシタと、整流出力電圧による第３のキャパシタに対する充電電流の供給を制御する充電制御回路とを備える。充電制御回路は、電圧検知回路で第２のキャパシタの両端に得られる整流出力電圧が所定値を超えたことが検知されたときに、整流出力電圧により第３のキャパシタに対して充電電流を流すように制御する。【選択図】図１

Description

この発明は、電磁誘導方式の電子ペンに関する。

パーソナルコンピュータ等の入力デバイスとして、ポインティング操作や文字及び図等の入力を行う入力面を有し、この入力面における電子ペンにより指示された位置を電磁誘導方式で検出する位置検出装置が知られている。この位置検出装置に用いられる電磁誘導方式の電子ペンとして、位置検出装置からの電磁波をコイルとキャパシタとからなる共振回路で受信し、受信した電磁波を位置検出装置に帰還することで、位置検出装置が電子ペンの指示位置を検出するようにするものが知られている（例えば特許文献１（特開２００４−２１２９７３号公報）参照）。

この種の電磁誘導方式の電子ペンは、位置検出装置との間での電磁波の授受は、電池（バッテリー）電源を必要としない共振回路を通じて行えるという特徴がある。そして、この種の電子ペンが電源を必要とする電子回路を備える場合にも、必要な電力は、共振回路を通じて位置検出装置から受け取った電磁波を整流することで得ることができるという特徴もある（例えば特許文献２（特許第５８９２５９５号公報）参照）。

図７は、従来のこの種の電子ペンの電子回路構成例を示す図である。図７に示すように、この例の電子ペンにおいては、ペン先側に設けられる磁性体コアに巻回されたコイル１と並列に共振用キャパシタ２が接続されて、並列共振回路３が構成されている。

そして、並列共振回路３の一端は接地されていると共に、他端は、キャパシタ４を介して整流回路５に接続されている。整流回路５は、２個のダイオード６及び７と、整流出力電圧を蓄積するキャパシタ８とからなる。そして、整流回路５のキャパシタ８の両端に得られる整流出力電圧は、電圧安定化回路９に供給されて安定化され、例えばＩＣ（Integreted Circuit；集積回路）からなるペン制御回路１０の電源電圧として供給される。

ペン制御回路１０は、例えば共振回路３を通じて位置検出装置に帰還する信号を制御することで位置検出装置に所定の信号を伝達する制御を行う。すなわち、図７の例では、並列共振回路３のコイル１及びキャパシタ２に並列にスイッチ回路１１が接続されており、このスイッチ回路１１が、ペン制御回路１０からのスイッチング制御信号によりオン、オフされて、並列共振回路３の共振動作が制御される。並列共振回路３は、スイッチ回路１１がオフのときには共振動作を行い、スイッチ回路１１がオンときには、キャパシタ２の両端間が短絡されることになるので、共振動作を停止する。

ペン制御回路１０は、位置検出装置に伝達する情報として、２値のデジタル信号を生成し、その２値のデジタル信号を、スイッチング制御信号としてスイッチ回路１１に供給する。スイッチ回路１１は、例えば２値のデジタル信号の「１」のときにオフとされ、「０」のときにオンとされ、これにより、並列共振回路３の共振動作が制御される。

位置検出装置からの信号は、並列共振回路３が共振動作をするときには位置検出装置に帰還されるが、並列共振回路３が共振動作を停止するときには、位置検出装置には帰還されない。これにより、電子ペンからのデジタル信号は、位置検出装置には、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）信号あるいはＯＯＫ（On Off Keying）信号として伝達されることになる。位置検出装置は、電子ペンから受信したＡＳＫ信号やＯＯＫ信号からデジタル信号を復元することで、電子ペンから伝送されるデジタル信号を検知する。

特開２００４−２１２９７３号公報特許第５８９２５９５号公報

ところで、位置検出装置に近づけたときに応答性良く電子ペンを動作させるためには、ペン制御回路１０に供給する電源電圧が迅速に得られるようにするために、整流回路５の蓄電用のキャパシタ８の静電容量は、比較的小さい方が良い。しかしながら、整流回路５のキャパシタ８の静電容量が小さい場合には、電子ペンを位置検出装置から一旦遠ざけると、位置検出装置からの電力供給が減ることで、キャパシタ８の蓄電電圧が急に下がり、その後、すぐに近づけたとしても、電子ペンのペン制御回路１０を動作させるには不十分な電圧になってしまう。

また、電子ペンの内蔵回路として、ペン制御回路１０以外に、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を点灯する点灯回路などの、位置検出装置との間での電磁結合の授受に関与しない内部回路を設けた場合には、当該内部回路が動作したときにキャパシタ８の整流出力電圧が降下して、電子ペンの本来の機能が影響を受けて、不安定になるという問題もある。

この問題を解決するためには、整流回路５のキャパシタ８の静電容量を大きくして、余剰分のエネルギーを有効に蓄積しておくことが必要である。しかし、キャパシタ８の静電容量を大きくしたときには、今度は、電子ペンの応答性が遅くなるという問題がある。

すなわち、キャパシタ８の静電容量の大きさについては、電子ペンの応答性を良くすることと電子ペンを安定動作させることの二律背反の問題が生じ、従来は、応答性と安定動作とを、できるだけ両立するような静電容量に、キャパシタ８の静電容量を設定するしかなかった。このため、図７の従来の電子ペンの回路構成では、電子ペンの応答速度を維持しながら、余剰分の共振エネルギーを蓄積することができるように構成することは困難であった。

この発明は、以上の問題点に鑑み、応答速度が速く、かつ、余剰分のエネルギーを有効に蓄積して、安定な動作を可能にした電磁誘導方式の電子ペンを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、
磁性体コアに巻回されたコイルと、
前記コイルと共に共振回路を構成する第１のキャパシタと、
第２のキャパシタを含み、前記共振回路で受信した交流信号を整流する整流回路と、
前記整流回路の前記第２のキャパシタの両端に得られる整流出力電圧が所定値を超えた否かを検知する電圧検知回路と、
前記第２のキャパシタの静電容量より大きい静電容量の第３のキャパシタと、
前記整流出力電圧による前記第３のキャパシタに対する充電電流の供給を制御する充電制御回路と、
を備え、
前記充電制御回路は、前記電圧検知回路で前記第２のキャパシタの両端に得られる整流出力電圧が所定値を超えたことが検知されたときに、前記整流出力電圧により前記第３のキャパシタに対して充電電流を流すように制御する
ことを特徴とする電子ペンを提供する。

上述の構成の請求項１の発明による電子ペンにおいては、コイルと第１のキャパシタとからなる共振回路で受信した交流信号を整流する整流回路の蓄電用のキャパシタを構成する第２のキャパシタに加えて、当該第２のキャパシタの静電容量よりも大きい静電容量の蓄電用の第３のキャパシタを備える。

そして、この第３のキャパシタには、充電制御回路により、整流回路の整流出力電圧が所定値を超えたと電圧検知回路で検知されたときに、充電電流が流れるように制御される。すなわち、整流回路の整流出力電圧が所定値を超えるような余剰分のエネルギーが共振回路を通じて受信されると、第３のキャパシタに充電電流が流れて、その余剰分のエネルギーが第３のキャパシタに蓄積される。

したがって、整流回路の第２のキャパシタの静電容量は、電子ペンの位置検出装置との間での電磁結合による信号の授受動作の応答速度を速くするために小さい値とすることができると共に、第３のキャパシタに蓄電された電圧により、電子ペンは、共振回路を通じたエネルギーが減ってしまっても、安定した動作をすることが可能である。また、第３のキャパシタの蓄電電圧を電子ペンの内部回路の電源電圧として用いることで、当該内部回路での電力消費があっても、整流回路の第２のキャパシタ得られる整流出力電圧に与える影響を小さくすることができる。

したがって、この発明の電子ペンにおいては、応答速度が速く、かつ、余剰分のエネルギーを有効に蓄積して、安定な動作を可能にすることを両立させることができる。

この発明によれば、応答速度が速く、かつ、余剰分のエネルギーを有効に蓄積して、安定な動作を可能にした電磁誘導方式の電子ペンを提供することができる。

この発明による電子ペンの実施形態の電子回路構成例を、位置検出装置の電子回路構成例と共に示す図である。この発明による電子ペンの機械的構成例を示す図である。この発明による電子ペンの実施形態の電子回路構成例の要部を説明するために用いる図である。この発明による電子ペンの実施形態の電子回路の具体構成例の第１の例を示す図である。この発明による電子ペンの実施形態の電子回路の具体構成例の第２の例を示す図である。この発明による電子ペンの実施形態の電子回路の具体構成例の第２の例の動作説明のためのフローチャートの例を示す図である。従来の電子ペンの電子回路構成例を示す図である。

以下、この発明による電子ペンの実施形態を、図を参照しながら説明する。

先ず、実施形態の電子ペンの、機械的な構造の一例を、図２を参照して説明する。

この実施形態の電子ペン１００のケース（筐体）１０１は、軸芯方向に組立結合された第１のケース１０２と第２のケース１０３とからなる有底の円筒状形状を備える。第１のケース１０２の軸芯方向の一端側には、一端１０９ａ側がペン先となる棒状の芯体１０９の、前記一端１０９ａ側を外部に突出させるための開口１０２ａが形成されている。ケース１０１の中空部内には、コイル１０４と、筆圧検出部１０５と、コイル１０４と共に共振回路を構成するキャパシタ１０６や、例えばＩＣ（Integreted Circuit；集積回路）からなるペン制御回路１１０などの電子部品が搭載されたプリント基板１０７とが、軸芯方向に順次に並べられて収納されている。

コイル１０４は、軸芯方向の貫通孔１０８ａを有する円筒状の磁性体コアの例としてのフェライトコア１０８に巻回されている。芯体１０９は、このフェライトコア１０８とは機構的に結合しないものとして構成されており、当該フェライトコア１０８の貫通孔１０８ａを貫通するように設けられる。そして、フェライトコア１０８の、第１のケース１０２の開口１０２ａとは反対側には、筆圧検出部１０５が収納されており、芯体１０９の他端１０９ｂが、この筆圧検出部１０５に嵌合される。芯体１０９は、印加される筆圧に応じて軸心方向に移動変位する。筆圧検出部１０５は、その芯体１０９に生じる移動変位を筆圧として検出する。

この例の筆圧検出部１０５は、静電容量の変化として筆圧を検出するように構成されている。筆圧検出部１０５は、例えば特許文献：特開２０１１−１８６８０３号公報に記載されている周知の構成の筆圧検出機構を使用した、筆圧に応じて静電容量が変化する可変容量キャパシタの構成とすることができる。なお、筆圧検出部１０５としては、これに限らず、例えば、特開２０１３−１６１３０７号公報に開示されているような筆圧に応じて静電容量を可変とする半導体素子を用いた可変容量キャパシタの構成としてもよい。筆圧検出部１０５は、端子１０５ａ及び端子１０５ｂにより、プリント基板１０７のペン制御回路１１０と電気的に接続されている。

電子ペン１００は、コイル１０４とキャパシタ１０６とからなる共振回路１１１により、位置検出装置との間で電磁波の授受を行う。位置検出装置は、電子ペン１００と電磁波の授受を行っている導体を検知し、その導体の座標位置として、電子ペン１００の芯体１０９により指示されている位置を検出するようにする。

［電子ペン１００の回路構成例及び位置検出装置の回路構成例］
図１は、この実施形態の電子ペン１００のプリント基板１０７に形成されている電子回路の一例を、この電子ペン１００と電磁誘導結合による信号授受を行う位置検出装置２００の回路構成例と共に示す図である。

電子ペン１００は、この実施形態では、位置検出装置２００のセンサの導体と電磁誘導結合することにより、位置検出用信号を授受すると共に、筆圧検出部１０５を通じて検出される筆圧情報などを、位置検出装置２００に送信するように構成される。

前述したように、電子ペン１００においては、フェライトコア１０８に巻回されたコイル１０４に対して、キャパシタ１０６が並列に接続されて並列共振回路１１１が構成される。キャパシタ１０６は、第１のキャパシタを構成する。そして、電子ペン１００は、図１に示すように、当該電子ペン１００の電子回路の全体を制御する、この例ではＩＣからなるペン制御回路１１０を備える。

そして、並列共振回路１１１にて位置検出装置２００から電磁結合により受信した交流信号が、キャパシタ１１３を通じてダイオード１１５及び１１６と、整流電圧の蓄電用のキャパシタ１１７からなる整流回路１１４に供給されて整流され、キャパシタ１１７に蓄電される。そして、キャパシタ１１７の両端間に得られる整流出力電圧が、電圧安定化回路１２２で安定化され、ペン制御回路１１０の電源電圧として供給される。整流回路１１４のキャパシタ１１７は、第２のキャパシタを構成する。

そして、この実施形態の電子ペン１００においては、並列共振回路１１１に並列に、スイッチ回路１１２が接続されている。このスイッチ回路１１２は、ペン制御回路１１０によりオン・オフ制御されるように構成されている。

また、この実施形態の電子ペン１００では、図１に示すように、ペン制御回路１１０には、筆圧検出部１０５を構成する可変容量キャパシタ１０５Ｃが接続される。この可変容量キャパシタ１０５Ｃには、抵抗１２３が並列に接続されている。この例では、ペン制御回路１１０は、可変容量キャパシタ１０５Ｃを充電した後、抵抗１２３を通じて放電させ、可変容量キャパシタ１０５Ｃが接続されている端子の電圧（可変容量キャパシタ１０５Ｃ両端電圧に相当）が所定閾値になるまでの時間を計測することで、可変容量キャパシタ１０５Ｃの静電容量を測定する。

ペン制御回路１１０は、その測定した可変容量キャパシタ１０５Ｃの静電容量の変化から筆圧の変化を検出し、芯体１０９に筆圧が印加されたかどうかを検出すると共に、筆圧が印加されたことを検出したときには、その筆圧値を可変容量キャパシタ１０５Ｃの静電容量の値から算出するようにする。

そして、この実施形態では、ペン制御回路１１０は、前述したように、算出した筆圧値の情報（筆圧データ）を、当該筆圧データによってスイッチ回路１１２をオン・オフ制御することで、複数ビットのデジタル信号を、ＡＳＫ信号あるいはＯＯＫ信号として位置検出装置２００に送信する。

さらに、この実施形態の電子ペン１００においては、整流回路１１４の蓄電用のキャパシタ１１７の両端に得られる整流出力電圧が、予め定められた所定の電圧以上になっているか否かを検知する電圧検知回路１２０が設けられると共に、蓄電用のキャパシタ１１７と並列に、充電制御回路１１８とキャパシタ１１９との直列回路が設けられる。キャパシタ１１９は、第３のキャパシタを構成するもので、その静電容量Ｃ２は、整流回路１１４のキャパシタ１１７の静電容量Ｃ１よりも大きく、例えば数倍〜数十倍とされている。なお、整流回路１１４のキャパシタ１１７の静電容量は、位置検出装置２００との電磁結合による信号の授受の際の応答速度を速くすることができるように、比較的小さな値とされている。

充電制御回路１１８は、図１の例では、スイッチ回路で構成されており、電圧検知回路１２０からのスイッチング制御信号によりオン、オフ制御されるように構成されている。すなわち、電圧検知回路１２０は、整流回路１１４のキャパシタ１１７の両端に得られる整流出力電圧が、予め定められた所定の電圧Ｅｔｈ以上になっていないときには、スイッチング制御信号により、充電制御回路１１８を構成するスイッチ回路をオフに制御する。そして、電圧検知回路１２０は、整流回路１１４のキャパシタ１１７の両端に得られる整流出力電圧が、予め定められた所定の電圧以上になったときには、スイッチング制御信号により、充電制御回路１１８を構成するスイッチ回路をオンに制御する。

ここで、所定の電圧Ｅｔｈは、電圧安定化回路１２２で安定化されてペン制御回路１１０に電源電圧として供給されたときに、ペン制御回路１１１が、安定して動作するときの電圧値とされる。

充電制御回路１１８を構成するスイッチ回路がオンとなると、整流回路１１４のキャパシタ１１７の両端に得られる整流出力電圧によりキャパシタ１１９に充電電流が流れて、このキャパシタ１１９が充電される。

このキャパシタ１１９が充電されて蓄積された電圧は、電圧安定化回路１２２に供給されると共に、内部回路１２１に、電源電圧として供給される。内部回路１２１は、共振回路１１１を通じて位置検出装置との電磁結合による信号の授受動作とは無関係の回路で構成することができ、例えば、後述するように、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子を駆動する発光駆動回路や、ブルートゥース（登録商標）規格などの無線通信回路等により構成することができる。

一方、位置検出装置２００には、図１に示すように、Ｘ軸方向ループコイル群２１１Ｘと、Ｙ軸方向ループコイル群２１２Ｙとが積層されて位置検出コイルが形成されている。各ループコイル群２１１Ｘ，２１２Ｙは、例えば、それぞれｎ本，ｍ本の矩形のループコイルからなっている。各ループコイル群２１１Ｘ，２１２Ｙを構成する各ループコイルは、等間隔に並んで順次重なり合うように配置されている。

また、位置検出装置２００には、Ｘ軸方向ループコイル群２１１Ｘ及びＹ軸方向ループコイル群２１２Ｙが接続される選択回路２１３が設けられている。この選択回路２１３は、２つのループコイル群２１１Ｘ，２１２Ｙのうちの一のループコイルを順次選択する。

さらに、位置検出装置２００には、発振器２２１と、電流ドライバ２２２と、切り替え接続回路２２３と、受信アンプ２２４と、検波器２２５と、ローパスフィルタ２２６と、サンプルホールド回路２２７と、Ａ／Ｄ変換回路２２８と、処理制御部２２９とが設けられている。処理制御部２２９は、例えばマイクロコンピュータにより構成されている。

発振器２２１は、周波数ｆ０の交流信号を発生する。電子ペン１００の共振回路１１１の共振周波数は、この周波数ｆ０を中心周波数とするように選定されている。そして、発振器２２１で発生した交流信号は電流ドライバ２２２に供給される。電流ドライバ２２２は、発振器２２１から供給された交流信号を電流に変換して切り替え接続回路２２３へ送出する。切り替え接続回路２２３は、処理制御部２２９からの制御により、選択回路２１３によって選択されたループコイルが接続される接続先（送信側端子Ｔ、受信側端子Ｒ）を切り替える。この接続先のうち、送信側端子Ｔには電流ドライバ２２２が、受信側端子Ｒには受信アンプ２２４が、それぞれ接続されている。

選択回路２１３により選択されたループコイルに発生する誘導電圧は、選択回路２１３及び切り替え接続回路２２３を介して受信アンプ２２４に送られる。受信アンプ２２４は、ループコイルから供給された誘導電圧を増幅し、検波器２２５へ送出する。

検波器２２５は、ループコイルに発生した誘導電圧、すなわち受信信号を検波し、ローパスフィルタ２２６へ送出する。ローパスフィルタ２２６は、前述した周波数ｆ０より充分低い遮断周波数を有しており、検波器２２５の出力信号を直流信号に変換してサンプルホールド回路２２７へ送出する。サンプルホールド回路２２７は、ローパスフィルタ２２６の出力信号の所定のタイミング、具体的には受信期間中の所定のタイミングにおける電圧値を保持し、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路２２８へ送出する。Ａ／Ｄ変換回路２２８は、サンプルホールド回路２２７のアナログ出力をデジタル信号に変換し、処理制御部２２９に出力する。

処理制御部２２９は、選択回路２１３におけるループコイルの選択、切り替え接続回路２２３の切り替え、サンプルホールド回路２２７のタイミングを制御する。処理制御部２２９は、Ａ／Ｄ変換回路２２８からの入力信号に基づき、Ｘ軸方向ループコイル群２１１Ｘ及びＹ軸方向ループコイル群２１２Ｙから一定の送信継続時間をもって電磁誘導信号を送信させる。

Ｘ軸方向ループコイル群２１１Ｘ及びＹ軸方向ループコイル群２１２Ｙの各ループコイルには、電子ペン１００から送信される電磁誘導信号によって誘導電圧が発生する。処理制御部２２９は、この各ループコイルに発生した誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて電子ペン１００のＸ軸方向及びＹ軸方向の指示位置の座標値を算出する。

また、処理制御部２２９は、電流ドライバ２２２に、送信信号を断続制御するための信号及び送信信号レベル制御のための信号を供給すると共に、電子ペン１００からの筆圧データや識別情報などの付加情報の受信処理を行うようにする。処理制御部２２９は、後述するように、電子ペン１００からの、例えばＡＳＫ信号からなる断続信号を、複数ビットのデジタル信号として検出して、筆圧データや識別情報などの付加情報を検出するようにする。

［電子ペン１００の動作及び位置検出装置２００の動作］
位置検出装置２００は、処理制御部２２９の処理制御に基づいて送信信号を送出している。なお、電子ペン１００は、位置検出装置２００ではなく、専用の充電装置と電磁結合することで、当該専用の充電装置から送出される交流信号を受信することもできる。

電子ペン１００では、位置検出装置２００あるいは充電装置からの交流信号を並列共振回路１１１で受信する状態にないときには、整流回路１１４のキャパシタ１１７には蓄電はされない。したがって、電圧検知回路１２０で所定の電圧Ｅｔｈ以上は検知されないので、充電制御回路１１８を構成するスイッチ回路はオフで、キャパシタ１１９は充電されない。

そして、電子ペン１００が、位置検出装置２００あるいは充電装置からの交流信号を並列共振回路１１１で受信する状態になると、並列共振回路１１１で受信された交流信号が整流回路１１４で整流され、キャパシタ１１７に蓄電される。整流回路１１４のキャパシタ１１７の静電容量Ｃ１は、前述したように小さいので、この整流回路１１４のキャパシタ１１７に得られる整流出力電圧ＶＣ１は、図３の実線３０１に示すように、急峻な傾きで上昇する。

そして、整流回路１１４のキャパシタ１１７に得られる整流出力電圧ＶＣ１が、所定の電圧Ｅｔｈを超えると、電圧検知回路１２０でそれが検知されて、充電制御回路１１８を構成するスイッチ回路がオンとされ、整流回路１１４のキャパシタ１１７に得られる整流出力電圧ＶＣ１により、キャパシタ１１９に充電電流が流れ始める。キャパシタ１１９の静電容量Ｃ２は、キャパシタ１１７の数倍〜数十倍とされるので、キャパシタ１１９の両端電圧（蓄電電圧）ＶＣ２は、図３の実線３０２で示すように、緩やかに上昇する。

一方、このとき、位置検出装置２００あるいは充電装置からの交流信号が得られている間は、整流回路１１４のキャパシタ１１７に得られる整流出力電圧ＶＣ１は上昇し、所定の電圧Ｅｔｈを超えると、図３の実線３０１で示すように、キャパシタ１１９への充電電流の供給のために、急峻な上昇の傾きから、僅かに上昇する傾きに変化する。

すなわち、ペン制御回路１１０は、整流回路１１４のキャパシタ１１７に得られる整流出力電圧ＶＣ１が所定の電圧Ｅｔｈ以上であれば、電圧安定化回路１２２からの電源電圧により、安定に動作することができる。したがって、整流回路１１４のキャパシタ１１７に得られる整流出力電圧ＶＣ１は所定の電圧Ｅｔｈ以上の大きな電圧値となる必要はなく、整流出力電圧ＶＣ１が所定の電圧Ｅｔｈ以上になった後の蓄電用のキャパシタ１１７への充電電流は、余剰のエネルギー分となる。

この実施形態の電子ペン１００においては、この余剰のエネルギー分により、キャパシタ１１９に充電電流が供給されて、充電（蓄電）がなされる。そして、このキャパシタ１１９の充電（蓄電）は、整流回路１１４のキャパシタ１１７に得られる整流出力電圧ＶＣ１が所定の電圧Ｅｔｈ以上であれば、ペン制御回路１１０が安定に動作する状態を維持するので、緩やかな傾きで行われても全く差し支えない。

そして、もしも、電子ペン１００が、位置検出装置２００や充電装置から遠ざかり、共振回路１１１を通じて受信エネルギーが得られない状態になった時には、キャパシタ１１９の蓄電電圧ＶＣ２が、所定の電圧Ｅｔｈ以上にまでなっていれば、当該キャパシタ１１９の蓄電電圧ＶＣ２により、電圧安定化回路１２２を通じて、電子ペン１００のペン制御回路１１０に電源電圧を供給することで、ペン制御回路１１０は、安定な動作状態を維持する。この場合に、キャパシタ１１９の静電容量は大きいので、ペン制御回路１１０は、安定な動作状態を、比較的長く継続することができる。

また、この実施形態においては、電子ペン１００には内部回路１２１が設けられているが、当該内部回路１２１が動作状態になったとしても、その内部回路１２１の電源電圧は、キャパシタ１１９の蓄電電圧から供給される構成であるので、整流回路１１４のキャパシタ１１７に得られる整流出力電圧ＶＣ１は、内部回路１２１によって低下することはない。したがって、電子ペン１００のペン制御回路１１０は、安定な動作状態をすることができる。

ところで、この場合に、電子ペン１００のスイッチ回路１１２がオフであるときには、並列共振回路１１１は、位置検出装置２００から送信された交流信号に対して共振動作を行って、電磁誘導信号を位置検出装置２００に返送（帰還）する。位置検出装置２００のループコイル２１１Ｘや２１２Ｙは、電子ペン１００の共振回路１１１からの電磁誘導信号を受信する。これに対して、電子ペン１００のスイッチ回路１１２がオンであるときには、並列共振回路１１１は、位置検出装置２００からの交流信号に対する共振動作が禁止された状態になり、このために、並列共振回路１１１から位置検出装置２００に電磁誘導信号は返送（帰還）されず、位置検出装置２００のループコイル２１１Ｘや２１２Ｙは、電子ペン１００からの信号を受信しない。

この例では、位置検出装置２００の処理制御部２２９は、電子ペン１００により指示された位置を検出する位置検出動作時には、ループコイル２１１Ｘ及びループコイル２１２Ｙを順次に切り替えながら、発振器２２１からの交流信号を電子ペン１００に送信すると共に、送信後に受信に切り替えて、その帰還信号のレベルを検出する。この位置検出時においては、電子ペン１００のペン制御回路１１０は、スイッチ回路１１２は常時オフとして、常に、並列共振回路１１１で受信した交流信号を、位置検出装置２００に帰還する状態にする。

位置検出装置２００の処理制御部２２９は、ループコイル２１１Ｘ及びループコイル２１２Ｙのそれぞれで受信した帰還信号のレベルの大きさを監視し、そのレベルに基づいて、電子ペン１００により指示された座標位置を検出する。

そして、この例では、位置検出装置２００の処理制御部２２９は、電子ペン１００からの受信信号の有無の検出を、電子ペン１００から伝達される情報のビット数分の回数だけ行うことにより、当該複数ビットのデジタル信号の情報を受信する。

一方、電子ペン１００のペン制御回路１１０は、前述したように、位置検出装置２００に送信する筆圧データなどの情報に対応した複数ビットのデジタル信号を生成し、その複数ビットのデジタル信号により、位置検出装置２００との間の電磁誘導信号の送受信に同期してスイッチ回路１１２をオン・オフ制御する。

位置検出装置２００の処理制御部２２９は、電子ペン１００からの受信信号の有無の検出を、電子ペン１００から伝達される情報のビット数分の回数だけ行うことにより、デジタル信号である前記電子ペン１００からの情報を受信することができる。

［実施形態の効果］
以上説明したように、上述の実施形態の電子ペン１００においては、整流回路１１４のキャパシタ１１７に加えて、当該キャパシタ１１７に蓄積された整流出力電圧により充電がなされるキャパシタ１１９が設けられている。そして、上述の実施形態の電子ペン１００においては、電圧検知回路１２０で、キャパシタ１１７に蓄積された整流出力電圧の電圧値が、所定の電圧Ｅｔｈを超えたと検知されたときに、充電制御回路１１８を通じて充電電流がキャパシタ１１９に供給されるように制御される。

これにより、上述の実施形態の電子ペン１００によれば、整流回路１１４のキャパシタ１１７の静電容量を小さくして、位置検出装置２００との電磁結合による信号の授受の際における応答速度を速くすることができると共に、キャパシタ１１７よりも静電容量の大きいキャパシタ１１９に余剰のエネルギーを蓄積することができる。そして、キャパシタ１１９に蓄積された電圧により、電子ペン１００の安定な動作を確保することが可能になると共に、内部回路の駆動電圧をキャパシタ１１９から供給するように構成することができる。このため、内部回路の動作により整流回路１１４のキャパシタ１１７の整流出力電圧が低下するのを防止することができるので、電子ペン１００の位置検出装置２００との電磁結合による信号の授受について、安定な動作を維持することができる。

［実施例１；充電制御回路１１８及び電圧検知回路１２０の具体例並びに内部回路１２１の具体例］
次に、上述した電子ペン１００の充電制御回路１１８及び電圧検知回路１２０の具体的な回路構成例、並びに、内部回路１２１の具体的な構成例を説明する実施例１の電子ペン１００Ａについて、図４を参照して説明する。なお、上述した電子ペン１００と同一部分については、この図４の実施例１においても同一の参照符号を付与して、重複説明は省略する。

図４の実施例１の電子ペン１００Ａにおいては、電圧検知回路１２０は、降伏電圧（ツェナー電圧）が前記所定の電圧Ｅｔｈ以上であるツェナーダイオード１３３で構成される。そして、充電制御回路１１８は、このツェナーダイオード１３３と直列にソース−ドレイン間が接続されるＦＥＴ１３１と、このＦＥＴ１３１とゲートが共通に接続されると共に、キャパシタ１１９と直列にソース−ドレイン間が接続されるＦＥＴ１３２とからなる。

この場合、ＦＥＴ１３１のソース−ドレイン間と、ツェナーダイオード１３３との直列回路は、整流回路１１４のキャパシタ１１７と並列に接続されている。また、キャパシタ１１９とＦＥＴ１３２のソース−ドレイン間との直列回路も、整流回路１１４のキャパシタ１１７と並列に接続されている。

そして、ＦＥＴ１３１のゲート−ソース間が接続されることで、ＦＥＴ１３１は、いわゆるダイオード接続されて、所定の電流値Ｉを流す電流源の構成とされる。そして、このダイオード接続されているＦＥＴ１３１とゲートが共通に接続されるＦＥＴ１３２により、カレントミラー回路が構成される。この例では、ＦＥＴ１３２のサイズは、ＦＥＴ１３１のｎ（ｎ≧１）倍、例えばｎ＝３倍とされており、ツェナーダイオード１３３がオンとなって、このＦＥＴ１３１及びツェナーダイオード１３３を通じて電流値Ｉの電流が流れると、ＦＥＴ１３２を通じて、キャパシタ１１９に電流値３Ｉの充電電流が流れるように構成されている。

そして、この例では、キャパシタ１１９とＦＥＴ１３２のソースとの接続点は、ダイオード１３４を通じて電圧安定化回路１２２に接続されている。

また、この例の内部回路１２１は、発光素子としてのＬＥＤ１３５と、スイッチ回路１３６との直列回路とされている。すなわち、キャパシタ１１９とＦＥＴ１３２のソースとの接続点が、ＬＥＤ１３５とスイッチ回路１３６との直列回路を通じて接地されている。スイッチ回路１３６は、ＬＥＤ１３５を発光させるか否かを、使用者の操作に応じて制御するためのもので、使用者により操作される押釦スイッチ１３７が、ペン制御回路１１０に接続されている。

押釦スイッチ１３７の操作部１３７ａは、図示は省略するが、図２に示したケース１０１から外部に露出して、使用者が操作可能に設けられている。また、ＬＥＤ１３５は、例えば図２に示したケース１０１内のペン先側の近傍に設けられると共に、ケース１０１の、少なくともＬＥＤ１３５が設けられている位置の近傍のペン先側の部分が透明部とされて、ＬＥＤ１３５の発光光が、電子ペン１００Ａのペン先側（芯体１０９の一端１０９ａ側）による指示位置の近傍を明るく照らすように構成されている。

さらに、この実施例１においては、電子ペン１００Ａから位置検出装置２００に伝達する情報としては、筆圧データに加えて、電子ペン１００Ａの製造者番号及び製品番号を含む識別情報（ＩＤ）が含められる。このため、図４に示すように、ペン制御回路１１０には、電子ペン１００Ａの製造者番号及び製品番号を含む識別情報（ＩＤ）を記憶するＩＤメモリ１３８が接続されている。

ペン制御回路１１０は、前述したようにして、筆圧検出部１０５で構成される可変容量キャパシタ１０５Ｃの容量から筆圧を検出して筆圧データを生成し、更に、ＩＤメモリ１３８から識別情報を読み出し、生成した筆圧データと読み出した識別情報とからなるデジタル信号を生成する。そして、ペン制御回路１１０は、スイッチ回路１１２を制御することで、位置検出装置２００に送信するようにする。

この例においては、使用者は、ＬＥＤ１３５を発光させたいときには、押釦スイッチ１３７の操作部１３７ａを押して、ペン制御回路１１０にその旨を入力しておくようにする。この状態で、電子ペン１００Ａが、位置検出装置２００や充電装置からの交流信号を受けて、整流回路１１４のキャパシタ１１７が充電され、整流出力電圧が所定の電圧Ｅｔｈを超えると、ペン制御回路１１０が動作状態になる。すると、ペン制御回路１１０は、前述した位置検出装置２００との電磁結合による信号の授受のための制御を開始すると共に、押釦スイッチ１３７の操作状態を検知して、当該押釦スイッチ１３７が、ＬＥＤ１３５を発光させる状態に設定されているときには、スイッチ回路１３６をオンにする。

そして、この例の電子ペン１００Ａにおいては、整流回路１１４のキャパシタ１１７が充電されて整流出力電圧が所定の電圧Ｅｔｈを超えると、ツェナーダイオード１３３が降伏してオンとなり、ＦＥＴ１３１及びツェナーダイオード１３３を通じて電流値Ｉの電流が流れる。すると、カレントミラー接続されているＦＥＴ１３２には、電流値３Ｉの充電電流が流れて、キャパシタ１１９が充電される。

そして、このキャパシタ１１９の蓄電電圧がＬＥＤ１３５を発光させることができる電圧まで上昇すると、スイッチ回路１３６がオンであれば、ＬＥＤ１３５を通じて駆動電流が流れて、ＬＥＤ１３５が発光する。このＬＥＤ１３５の発光により、この例では、電子ペン１００の芯体１０９の一端１０９ａ側であるペン先側が明るく照明される。また、このＬＥＤ１３５の発光により、使用者は、キャパシタ１１９の蓄電電圧が、内部回路１２１を動作可能にする所定値以上となって、電子ペン１００が安定に動作する状態になったことを認識することができる。

以上説明した実施例１の電子ペン１００Ａは、バッテリーを搭載していなくても、電子ペンとしての本来の動作機能に支障をきたすことなく、ＬＥＤ１３５を点灯させることができる。しかも、電子ペンとしての本来の動作機能については、応答速度を速くすることが可能であるという効果を奏する。

なお、上述の実施例１では、ＬＥＤ１３５の配置位置は、電子ペン１００のペン先側の近傍としたが、これに限られる訳ではなく、電子ペン１００のケース１０１のペン先側とは反対側の端部や、ケース１０１の軸心方向の中央部など、任意の位置で良い。ただし、いずれの場合にも、ＬＥＤ１３５の発光状態が外部から視認可能となるように、ケース１０１の当該ＬＥＤ１３５の配置位置近傍が構成されることは言うまでない。

［実施例２；充電制御回路１１８及び電圧検知回路１２０の具体例並びに内部回路１２１の具体例］
次に、充電制御回路１１８及び電圧検知回路１２０の具体例並びに内部回路１２１の具体例の他の例である実施例２の電子ペン１００Ｂについて、図５を参照して説明する。この図５の実施例２において、図４の実施例１と同一部分には同一の参照符号を付与して、重複説明は省略する。

図５の実施例２の電子ペン１００Ｂにおいては、図４の実施例１の電子ペン１００Ａとは、内部回路１２１の構成が異なると共に、押釦スイッチ１３７が設けられていない点が異なる。

すなわち、実施例２の電子ペン１００Ｂの内部回路１２１Ｂは、通信回路１４１と、認証回路１４２と、ＬＥＤ１４３と、スイッチ回路１４４とからなる。通信回路１４１は、この例では、ブルートゥース（登録商標）規格の無線通信回路の構成とされており、キャパシタ１１９の蓄電電圧を駆動電圧として駆動される。なお、この実施例２の電子ペン１００Ｂと共に使用される位置検出装置には、電子ペン１００Ｂの通信回路１４１と無線通信する通信回路が設けられている。

そして、認証回路１４２もキャパシタ１１９の蓄電電圧を電源電圧として駆動される。この認証回路１４２は、通信回路１４１と接続されており、位置検出装置に電子ペン１００Ｂを認証させるための第１の認証用情報を通信回路１４１を通じて位置検出装置に送ると共に、位置検出装置から送信されてくる当該位置検出装置を認証するための第２の認証用情報を通信回路１４１で受信し、その第２の認証用情報に基づいて位置検出装置の認証をする。第１の認証用情報及び第２の認証用情報は、よりセキュリティーを強化するために、暗号化させており、認証回路１４２はその暗号化の復号処理を行う。このため、認証回路１４２は、ペン制御回路１１０の機能として構成せずに、別の回路として構成されている。

そして、認証回路１４２は、その認証結果を位置検出装置に通信回路を通じて送信するようにする。なお、電子ペン１００Ｂから位置検出装置に送信される第１の認証用情報には、ＩＤメモリ１３８から読み出された当該電子ペン１００Ｂの識別情報が付加されている。

位置検出装置も、通信回路と共に、認証回路を備えており、電子ペン１００Ｂからの第１の認証用情報に基づいて、電子ペン１００Ｂについての認証を行う。そして、位置検出装置は、その認証結果を電子ペン１００Ｂに送信する。

以上ようにして、電子ペン１００Ｂと位置検出装置とは、相互に相手の認証を行い、その認証結果を相互に相手方に送る。そして、電子ペン１００Ｂ及び位置検出装置は、相互の認証が取れたことを確認したときに、認証が取れたと判断する。認証が取れたときには、電子ペン１００Ｂは位置検出装置に対する指示入力が可能となり、位置検出装置は、電子ペン１００Ｂから送られてくる識別情報を監視しながら、認証が確認された電子ペン１００Ｂにより指示された位置を検出するようにする。電子ペン１００Ｂの認証回路１４２は、位置検出装置との間で上述の相互認証を確認したときには、その旨をペン制御回路１１０に通知する。

そして、更に、この実施例２の電子ペン１００Ｂにおいては、キャパシタ１１９とＦＥＴ１３２のソースとの接続点が、ＬＥＤ１４３とスイッチ回路１４４との直列回路を通じて接地されている。そして、スイッチ回路１４４は、初期状態（通常状態）ではオフとされており、ペン制御回路１１０からの切替制御信号によりオンに切り替え制御される。ペン制御回路１１０は、認証回路１４２から、位置検出装置との間で上述の相互認証を確認した旨の通知を受けたときには、スイッチ回路１４４をオンにするように制御する。したがって、ＬＥＤ１４３は、電子ペン１００Ｂと位置検出装置との間で相互の認証が確認されたときにのみ点灯発光し、使用者は、当該ＬＥＤ１４３の点灯発光により、電子ペン１００Ｂと位置検出装置との間で相互の認証が確認されたことを認識することができる。

電子ペン１００Ｂのその他の構成は、電子ペン１００Ａと同様とされている。

この電子ペン１００Ｂの、位置検出装置との間での相互認証の際の動作を、図６のフローチャートを参照して説明する。なお、この図６のフローチャートの各ステップの処理は、認証処理を除いて、ペン制御回路１１０が主として実行するものである。認証処理は、専用の認証回路１４２で行われるものである。

電子ペン１００Ｂが、位置検出装置や充電装置からの交流信号を受けて、整流回路１１４の蓄電用のキャパシタ１１７が充電され、整流出力電圧が所定の電圧Ｅｔｈを超えると、ペン制御回路１１０が動作状態になる。すると、ペン制御回路１１０は、図６のフローチャートに示す処理を起動し、通信回路１４１及び認証回路１４２の動作状態を確認することで、位置検出装置との通信が可能となったか否か判別する（ステップＳ１０１）。

この例の電子ペン１００Ｂにおいても、整流回路１１４のキャパシタ１１７が充電されて整流出力電圧が所定の電圧Ｅｔｈを超えると、ツェナーダイオード１３３が降伏してオンとなり、ＦＥＴ１３１及びツェナーダイオード１３３を通じて電流値Ｉの電流が流れ、これに伴い、ＦＥＴ１３２を通じて電流値３Ｉの充電電流が流れて、キャパシタ１１９が充電される。そして、キャパシタ１１９の蓄電電圧が、通信回路１４１及び認証回路１４２の動作電圧まで上昇しない間は、ステップＳ１０１では、位置検出装置との間での通信は不可となるので、ペン制御回路１１０は、ステップＳ１０１を継続する。このとき、スイッチ回路１４４は、オフのままとされる。

そして、キャパシタ１１９の蓄電電圧が通信回路１４１及び認証回路１４２の動作電圧以上に上昇すると、ペン制御回路１１０は、ステップＳ１０１で、位置検出装置との間での通信が可となったと判別する。すると、ペン制御回路１１０は、スイッチ回路１４４を所定周期でオン、オフを繰り返して、ＬＥＤ１４３を点滅させる（ステップＳ１０２）。この時、通信回路１４１及び認証回路１４２が動作状態になるので、上述した相互認証処理がなされる（ステップＳ１０３）。したがって、ＬＥＤ１４３の点滅により、電子ペン１００Ｂは、位置検出装置との間で相互認証処理動作中であることが使用者に報知されることになる。

次に、ペン制御回路１１０は、認証回路１４２からの相互認証の確認ができた旨の通知を受けたか否か判別し（ステップＳ１０４）、通知を受けていないと判別したときには、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。

そして、認証回路１４２からの相互認証の確認ができた旨の通知を受けたと判別したときには、ペン制御回路１１０は、スイッチ回路１４４をオンに切り替えて、ＬＥＤ１４３を点灯発光させる（ステップＳ１０５）。使用者は、このＬＥＤ１４３の点灯発光により、位置検出装置との相互認証が取れたことを認識する。

次に、ペン制御回路１１０は、認証が取れた位置検出装置に対して、前述した電子ペンとしての動作を開始するようにする（ステップＳ１０６）。すなわち、電子ペン１００Ｂは、位置検出装置からの電磁波を共振回路１１１で受信し、それを帰還することで、位置検出用の信号を位置検出装置に送信すると共に、筆圧データや識別情報をデジタル信号として送信するようにする。なお、筆圧データや識別情報は、通信回路１４１を通じて位置検出装置に送信するようにしてもよい。

次に、ペン制御回路１１０は、位置検出装置と通信が不能となったか否か判別し（ステップＳ１０７）、通信不能となっていないと判別したときには、電子ペンとしての処理動作を継続し、通信不能となったと判別したときには、処理をステップＳ１０１に戻して、当該ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

以上説明した実施例２の電子ペン１００Ｂによれば、位置検出装置との相互認証を行うための通信回路１４１及び認証回路１４２は、キャパシタ１１９の蓄電電圧で動作するように構成されているので、当該相互認証の処理動作が、ペン制御回路１１０に駆動電圧を供給する整流回路１１４の蓄電用のキャパシタ１１７の蓄電電圧に影響を与えることない。このため、電子ペン１００Ｂは、相互認証処理動作中であっても、位置検出装置との間で電磁結合による電子ペンとしての動作を安定して行える。

［その他の実施形態または変形例］
電子ペンの内部回路１２１は、上述した例に限られる訳ではないことは言うまでもない。例えば、内部回路は、ブルートゥース（登録商標）規格の無線通信回路で構成し、この無線通信回路で、電子ペンの識別情報や筆圧データを位置検出装置に送信するようにしてもよい。

また、電子ペン１００Ｂには第２の認証用情報が設定されており、位置検出装置から通信回路１４１を通じて電子ペン１００Ｂに送信された、電子ペン１００Ｂとの認証のための第１の認証用情報を受信することで、電子ペン１００Ｂで位置検出装置との認証手続きを行っても良い。

１００，１００Ａ，１００Ｂ…電子ペン、１０４…コイル、１０５…筆圧検出部、１０６…共振用キャパシタ、１１０…ペン制御回路、１１１…共振回路、１１４…整流回路、１１７…整流回路１１４の蓄電用のキャパシタ、１１８…充電制御回路、１１９…蓄電用キャパシタ、１２０…電圧検知回路、１２１，１２１Ｂ…内部回路

Claims

磁性体コアに巻回されたコイルと、
前記コイルと共に共振回路を構成する第１のキャパシタと、
第２のキャパシタを含み、前記共振回路で受信した交流信号を整流する整流回路と、
前記整流回路の前記第２のキャパシタの両端に得られる整流出力電圧が所定値を超えた否かを検知する電圧検知回路と、
前記第２のキャパシタの静電容量より大きい静電容量の第３のキャパシタと、
前記整流出力電圧による前記第３のキャパシタに対する充電電流の供給を制御する充電制御回路と、
を備え、
前記充電制御回路は、前記電圧検知回路で前記第２のキャパシタの両端に得られる整流出力電圧が所定値を超えたことが検知されたときに、前記整流出力電圧により前記第３のキャパシタに対して充電電流を流すように制御する
ことを特徴とする電子ペン。
前記第３のキャパシタの静電容量は、前記第２のキャパシタの静電容量の数倍以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
前記整流回路の整流出力電圧により動作可能に構成されている第１の回路部と、前記第３のキャパシタの充電電圧により動作する第２の回路部とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
前記第１の回路部は、電子ペンにおける処理動作を制御する制御回路である
ことを特徴とする請求項３に記載の電子ペン。
前記共振回路は、位置検出センサと電磁結合するものであり、
前記制御回路は、前記共振回路を通じて前記位置検出センサに送信する信号を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の電子ペン。
前記共振回路は、位置検出センサと電磁結合するものであり、
前記第２の回路部は、前記共振回路の前記位置検出センサとの電磁結合による信号授受動作とは関係なく、電子ペンの内部で処理を完結する回路部である
ことを特徴とする請求項３に記載の電子ペン。
筐体の外部から視認可能に発光するように設けられた発光素子を備え、
前記第２の回路部は、前記発光素子の発光駆動回路を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の電子ペン。
使用者により操作される操作部を備え、前記操作部の操作に応じて、前記発光素子を発光制御するようにする発光制御回路を備える
ことを特徴とする請求項７に記載の電子ペン。
前記第２の回路部は、所定の情報を無線通信する無線通信回路を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の電子ペン。
前記第２の回路部は、位置検出装置との間で相互認証を行う回路を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の電子ペン。
前記電圧検知回路で、前記整流出力電圧が超えたか否か検知される前記所定値は、前記第１の回路の動作電圧以上である
ことを特徴とする請求項３に記載の電子ペン。