JP4872111B2 - 位置指示器 - Google Patents

Description

本発明は、筆圧を検出可能な位置指示器に関する。

近年、パーソナルコンピュータ等の入力デバイスとして座標入力装置が用いられている。この座標入力装置としては、例えば、ペン型に形成された位置指示器と、この位置指示器を用い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する位置検出装置等を備えて構成されるものがある。このような構成を有する座標入力装置の位置指示器は、入力操作を行う際に位置検出装置の入力面に対する押圧力、いわゆる筆圧を検出する機能を有している。

従来の、この種の位置指示器としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、外部より加わる圧力又は変位に従って容量値が変化する可変容量コンデンサ、及びこの可変容量コンデンサを用いた位置指示器に関するものが記載されている。この特許文献１に記載された可変容量コンデンサは、「誘電体と、該誘電体の一の面に取り付けられた第１の電極と、前記誘電体の他の面側に配置された可撓性を有する第２の電極と、該第２の電極と前記誘電体の他の面との間をその一部を除いてわずかな間隔だけ離隔する手段と、前記第２の電極と前記誘電体との間に相対的な圧力又は変位を加える手段とを備えた」ことを特徴としている。そして、この可変容量コンデンサを用いた位置指示器は、「可変容量コンデンサを回路素子の一部とする同調回路を備えた」ことを特徴としている。

このような構成を有する特許文献１に記載の位置指示器によれば、「操作に応じて同調回路の同調周波数を初期状態から大きく変化させ、さらに連続的に変化させることができ、スイッチのオン・オフに対応する情報をタブレット側に伝送することができるとともに、その後の操作情報を伝送することができる」等の効果が期待される。

従来のこの種の位置指示器の他の例としては、例えば、特許文献２に記載されているようなものもある。特許文献２には、筆圧検知可能なスタイラスペンすなわち感圧機構を備えたスタイラスペンに関するものが記載されている。この特許文献２に記載されたスタイラスペンは、「略筒状のペンケーシングと共振回路とを備え、かつ第１の磁性体とコイルを巻回した第２の磁性体との間隔が筆圧により変位することによって生じるインダクタンスの変化を用いて該筆圧を感知する感圧機構を備えるスタイラスペンにおいて、筆圧を受ける当接部分及び該当接部分の略反対側に第１の磁性体からなる後端面をもつ押圧部材と、前記第１の磁性体からなる後端面から所定の距離に前端面が位置するべく設けられるコイルを巻回した第２の磁性体と、前記第１の磁性体からなる後端面と前記第２の磁性体の前端面との間に介在するべく設けられる弾性材と、前記押圧部材及び前記弾性材を介して伝達される筆圧に抗して前記第２の磁性体の位置を維持するべく設けられる第１の支持手段と、筆圧を受けることにより前記第１の磁性体からなる後端面と前記第２の磁性体の前端面とが互いに非平行状態となった場合に、該非平行状態にて前記押圧部材を支持する第２の支持手段とを有する」ことを特徴としている。

このような構成を有する特許文献２に記載のスタイラスペンによれば、「斜めに傾けてペンダウン操作を行った場合であっても、筆圧を敏感に検知することができる（段落［００６６］を参照）」等の効果が期待される。
特開平０４−９６２１２号公報 特開平０８−２２７３３６号公報

鉛筆や筆等の筆記具を用いる際、その筆記具を大きく傾けて芯の側面部分を使って描くというような技法が一般的に行われている。このような技法によれば、筆記具に対する圧力を調節することで線の太さや濃さの分布などを微妙に変えることができる。近年、上述したような技法を座標入力装置においても実現したいという要求がある。

しかしながら、特許文献１に記載の位置指示器では、可変容量コンデンサを押圧する押圧体が、その軸方向のみに動く構造となっていた。そのため、位置指示器をタブレット（位置検出装置）の入力面に対して傾斜させた状態で操作すると、筆圧を検出できないという問題があった。

特許文献１に記載の位置指示器において、位置指示器を位置検出装置の入力面に対して直交させた状態で操作すると、筆圧とされる外力が押圧体の軸方向に働くため、押圧体が移動して筆圧を正確に検出できる。ところが、位置指示器を位置検出装置の入力面に対して傾斜させた状態で操作した際に、筆圧とされる外力が押圧体に対して側面方向から加えられると、押圧体が軸方向に移動せず、筆圧を検出することができなかった。

また、特許文献２に記載のスタイラスペンでは、第１の磁性体が第２の磁性体に接近した際に、第２の磁性体に巻回されたコイルのインダクタンスを変化させ、筆圧を検出していた。そして、スタイラスペンを位置検出面に対して傾斜させた状態で操作する際に、第１の磁性体を有する押圧部材に筆圧が加えられると、その押圧部材が第２の支持体に支持された状態で傾き、第１の磁性体の一側が第２の磁性体に接近するようになっていた。その際、第１の磁性体の他側が少なくとも第２の磁性体から離れない程度に押圧部材を押し込む必要があった。ところが、筆圧が押圧部材の側面方向から加えられると、押圧部材を十分に押し込むことができないため、筆圧を正確に検出することができなかった。

本発明の目的は、上述の問題点を考慮し、位置指示器を位置検出装置の入力面に対して傾斜させた状態で操作して指示部に側面方向から外力が加えられても、その外力を精度良く検出することができる位置指示器を提供することにある。

上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の位置指示器は、筐体の内部に圧力検出器が配設されるとともに、位置を指示するために筐体に設けられた開口部から筐体の外側に突出する指示部を有する芯体と、を備え、芯体に加えられた押圧力が芯体を介して圧力検出器にて検出されるようにした位置指示器である。
本発明の位置指示器は、指示部に加えられた押圧力を、指示部が開口部から突出する方向に換えるためのガイド手段を開口部の近傍に備えることに特徴がある。
このガイド手段は、指示部が開口部から突出する方向に対して所定の角度で筐体の内壁または芯体の一方に設けられた傾斜面と、この傾斜面と摺動可能に係合するように筐体の内壁または芯体のうちの他方に設けられた係合部とからなる。そして、指示部の突出方向と異なる方向に芯体に加わった押圧力を、係合部が傾斜面を摺動することで、突出方向と略平行な方向の押圧力に変えて圧力検出器に作用させるようにしている。

本発明の位置指示器によれば、位置指示器を位置検出装置の入力面に対して傾斜させた状態で操作して指示部に側面方向から外力が加えられても、その外力を精度良く検出することができる。

以下、本発明の位置指示器を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の形態に限定されるものではない。

図１〜図９は、本発明の実施の形態の例を説明するものである。即ち、図１は本発明の位置指示器の第１の実施の形態を示す断面図、図２は回路図、図３は動作を説明する波形図、図４は位置指示器を傾斜させて操作した状態を説明する説明図である。図５は本発明の位置指示器の第２の実施の形態を示す断面図、図６は本発明の位置指示器の第３の実施の形態を説明する説明図、図７は図６に示す位置指示器のガイド手段を説明する説明図である。図８は本発明の位置指示器が適用される座標入力装置の実施の形態を示す斜視図、図９は図８に示す座標入力装置における位置検出装置の構成を示すブロック図である。

図１〜図４に示す本発明の位置指示器の第１の実施の形態は、電磁誘導方式により後述する位置検出装置に対して位置を指示する位置指示器１として構成したものである。即ち、位置指示器１は、位置検出装置から送信される特定周波数の電磁波に対して共振する共振回路を有しており、共振信号を位置検出装置に送信することにより位置検出装置に対して位置を指示するようになっている。

図１に示すように、位置指示器１は、外装部を形成する筐体の一具体例を示すケース２と、ケース２内に移動可能に支持されると共にケース２の外側に突出する指示部３１を有する芯体３と、芯体３の指示部３１に対して側方から外力が加わった際に芯体３の移動を案内するガイド手段４と、ガイド手段４に案内されて移動した芯体３に押圧されることにより圧力を検出する圧力検出器の一具体例を示す可変容量コンデンサ５等を備えて構成されている。

位置指示器１のケース２は、一方が閉じられた有底の円筒体からなっている。このケース２は、軸方向に重ね合わされて組立結合される先端ケース１１と中間ケース１２と後端ケース１３とから構成されている。先端ケース１１は、中間ケース１２と反対側に開口部１５を有している。この先端ケース１１の内面には、ガイド手段４の一部を構成する傾斜面の第１の具体例を示すケース側円錐面１６が設けられている。

このケース側円錐面１６は、開口部１５に連続して形成されており、先端ケース１１の内部空間を広げるように傾斜されている。本実施の形態では、ケース側円錐面１６の傾斜角度がケース２の中心軸Ｌ１（位置指示器１の非操作状態において芯体３の中心軸Ｌ２が一致する）に対して４５°をなすように設定している。このケース側円錐面１６には、芯体３の後述する球面突起３７が摺動可能に係合される。そのため、ケース側円錐面１６には、球面突起３７との間に生じる摩擦抵抗が小さくなるように鏡面加工が施されている。

また、ケース側円錐面１６を有する先端ケース１１の材質としては、摩擦係数が小さく摺動特性に優れたポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）を適用している。しかしながら、本発明に係るケース側円錐面１６を有する先端ケース１１の材質としては、フッ素樹脂等の摺動特性に優れたその他の合成樹脂は勿論、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂等、その他の合成樹脂を用いることもできる。なお、本実施の形態では、ガイド手段４の一部を構成する傾斜面を円錐面としたが、本発明に係るガイド手段４の一部を構成する傾斜面としては、角錐面とすることもできる。

後端ケース１３には、後述する電子部品が実装されたプリント基板２１が接着剤や固定ねじ等の固着方法によって固定されている。また、中間ケース１２には、後端ケース１２側に可変容量コンデンサ５が固定されており、先端ケース１１側にフェライトコア２５が固定されている。

可変容量コンデンサ５は、加えられる圧力に対応して容量値を変化させるコンデンサであり、位置指示器１の非操作状態において芯体３の後述する押圧部３４と僅かな隙間を空けて対向されている。本実施の形態では、可変容量コンデンサ５と押圧部３４との離間距離が約０．１ｍｍに設定されている。また、可変容量コンデンサ５は、プリント基板２１に接続される２つの端子２２，２３を有している。これら２つの端子２２，２３により、可変容量コンデンサ５とプリント基板２１の電子部品が電気的に接続されている。

フェライトコア２５は、円筒体からなり、その筒穴２５ａに芯体３の後述する軸部３３が貫通される。このフェライトコア２５の外周には、コイル２６が巻回されている。このコイル２６の図示しない両端は、プリント基板２１を介して電子部品に電気的に接続されている。

芯体３は、中心軸Ｌ２を有する長尺状の部材からなり、ペン先の役割を有する指示部３１と、この指示部３１を保持する保持部３２と、保持部３２に連続される軸部３３と、軸部３３に連続される押圧部３４から構成されている。芯体３の指示部３１は、ケース２の開口部１５から外側に突出されている。

芯体３の指示部３１は、ケース２の開口部１５から外側に突出されている。この指示部３１は、極細ナイロン繊維とエラストマー樹脂の組み合わせにより毛筆状に形成されている。これにより、ユーザは、毛筆の筆記感を得ながら文字や図等の入力操作を行うことができる。この指示部３１としては、例えば、オーベクス株式会社製のＦＸタイプを適用することができる。

芯体３の保持部３２は、先端ケース１１内に収納されている。この保持部３２は、略円柱体をなしており、指示部３１側に芯体側円錐面３６が形成されている。本実施の形態では、芯体側円錐面３６の傾斜角度が芯体３の中心軸Ｌ２に対して４５°をなすように設定されている。この芯体側円錐面３６には、ガイド手段４の一部を構成する係合部の第１の具体例を示す８つの球面突起３７が設けられている。

８つの球面突起３７は、芯体側円錐面３６に沿って等間隔をおいて配置されており、位置指示器１の非操作状態において、それぞれ先端ケース１１のケース側円錐面１６に点接触される。これら８つの球面突起３７の表面には、先端ケース１１のケース側円錐面１６との摩擦抵抗が小さくなるように鏡面加工が施されている。

また、８つの球面突起３７を設けた保持部３２の材質としては、先端ケース１１と同様に、摩擦係数が小さく摺動特性に優れたポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）を適用している。しかしながら、本発明に係る球面突起３７を有する保持部３２の材質としては、フッ素樹脂等の摺動特性に優れたその他の合成樹脂は勿論、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂等、その他の合成樹脂を用いることもできる。

芯体３の軸部３３及び押圧部３４は、中間ケース１２内に収納されている。軸部３３は、保持部３２よりも小さい直径に設定された円柱体からなり、中間ケース１２に固定したフェライトコア２５の筒穴２５ａを貫通している。押圧部３４は、軸部３３よりも小さい直径に設定された円柱体からなり、可変容量コンデンサ５と僅かな隙間（本実施の形態では約０．１ｍｍに設定している）をあけて対向されている。

このようにして構成された芯体３は、図示しない付勢手段によって常にケース２の開口部１５側に付勢された常態でケース２に対して相対的に移動可能に支持されている。そして、芯体３が付勢手段の付勢力に抗して可変容量コンデンサ５側に移動されることにより、芯体３の押圧部３４が可変容量コンデンサ５を押圧するようになっている。

図２は、位置指示器１の電気的な回路構成の一例を示したものであり、図３は、図２に表した回路図においてａ〜ｇに示した各部の波形を示したものである。図２において、可変容量コンデンサ５及びコイル２６以外の部品は、電子部品として図１に示すプリント基板２１に実装されている。この回路では、可変容量コンデンサ５に加えられる圧力（筆圧）値を８ビットのデジタル値に変換して位置検出装置に返すように設定されている。

位置指示器１の回路は、共振回路４１と、電源回路４２と、第１の検波回路４３と、ワンショットモノマルチ回路４４と、第２の検波回路４５と、筆圧検出回路４６と、パラレルシリアル変換回路４７等を備えている。

共振回路４１は、コイル２６とコンデンサ５１を有している。この共振回路４１は、位置検出装置から供給される電波ａの周波数に共振して誘導電圧ｂを発生させる。また、共振回路４１には、スイッチ５２が接続されている。このスイッチ５２は、後述する制御信号ｇが供給されることにより共振回路の共振状態を制御するようになっている。この共振回路４１には、電源回路４２と第１及び第２の検波回路４３，４５に接続されている。

電源回路４２は、共振回路４１によって発生された誘導電圧ｂから電源を抽出するコンデンサ５４及びダイオード５５，５７と、蓄電手段とされるコンデンサ５６等を有している。このコンデンサ５６に蓄えられる電圧は、第１の検波回路４３等の各回路に電源として供給される。

第１の検波回路４３は、ワンショットモノマルチ回路４４に接続されており、出力信号ｃを出力する。この第１の検波回路４３は、ダイオード５８と、抵抗５９と、コンデンサ６０と、バッファアンプ６１を有している。第１の検波回路において、抵抗５９及びコンデンサ６０により積分回路が構成されている。この積分回路の時定数は、位置検出装置から供給される電波ａの送信継続時間が第１の所定時間（本実施の形態ではおよそ５０μＳ）を超えると、第１の検波回路４３から出力信号ｃを出力するように決定されている。

ワンショットモノマルチ回路４４は、Ｄフリップフロップ６３と、抵抗６４と、コンデンサ６５を有している。このワンショットモノマルチ回路４４は、第１の検波回路４３から供給される出力信号ｃの立ち上がり時刻から一定時間幅の出力信号ｄを発生する。ワンショットモノマルチ回路４４で発生された出力信号ｄは、パラレルシリアル変換回路４７に供給される。

第２の検波回路４５は、パラレルシリアル変換回路４７に接続されており、出力信号ｅを出力する。この第２の検波回路４５は、第１の検波回路と同様に、ダイオード６８と、抵抗６９と、コンデンサ７０と、バッファアンプ７１を有している。第２の検波回路において、抵抗６９及びコンデンサ７０により積分回路が構成されている。この積分回路の時定数は、位置検出装置から供給される電波ａの送信継続時間が第２の所定時間（本実施の形態ではおよそ２００μＳ）を超えると、第２の検波回路４５から出力信号ｅを出力するように決定されている。

筆圧検出回路４６は、抵抗７３と、可変容量コンデンサ５と、インバータアンプ７４と、アンドゲート７５と、カウンタ７６とを有している。この筆圧検出回路４６において、抵抗７３と可変容量コンデンサ５とインバータアンプ７４とアンドゲート７５により、可変容量コンデンサ５に加えられる圧力（筆圧）に応じてパルス幅が変化する出力信号ｆを発生させる。即ち、出力信号ｆのパルス幅は、可変容量コンデンサ５に加えられる圧力に比例して大きくなる。この出力信号ｆは、カウンタ７６に供給される。

カウンタ７６のクロック端子には、コンデンサ７８を介して共振回路４１が接続されている。このカウンタ７６は、筆圧に応じて変化する出力信号ｆのパルス幅の期間だけ共振回路４１に発生する高周波信号の波の数を計数し、８ビットのデジタル値Ｑ０〜Ｑ７としてパラレルシリアル変換回路４７に出力する。このとき、カウンタ７６は、リセット状態（出力信号ｆがロウレベルの場合）でオール０を出力し、クロックが入力されるごとに出力を１つずつ増やすように動作する。また、カウンタ７６は、クロックが２５５回入力されて出力がオール１になると、その後さらにクロックが入力されてもこれを受け付けないように設定されている。

パラレルシリアル変換回路４７のクロック入力端子には、ワンショットモノマルチ回路４４が接続されており、出力信号ｄが供給される。このパラレルシリアル変換回路４７は、カウンタ７６から供給される８ビットのデジタル値Ｑ０〜Ｑ７を、出力信号ｄの立ち上がりタイミングごとに順次出力する。出力された信号は、アンドゲート７９を通ることにより、出力信号ｄが発生している間だけ出力される制御信号ｇとなる。

この制御信号ｇをスイッチ５２に出力することによりスイッチ５２が開閉制御され、位置検出装置に筆圧をデジタル化した８ビットのデータが信号の有無として送信される。即ち、位置検出装置では、制御信号ｇが「０」のときに信号が検出され、制御信号ｇが「１」のときに信号が検出されない。このようにして、位置検出装置は、位置指示器１の可変容量コンデンサ５に加えられる圧力を筆圧として検出するようになっている。

次に、位置指示器１を位置検出装置の入力面に対して傾斜させた状態で操作した場合の芯体３の動作を図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは、位置検出装置の入力面１０２ａに対して傾斜させた状態を表している。この状態は、入力面１０２ａに対して指示部３１を押し付ける操作が行われる前の状態であり、芯体３は図示しない付勢手段によって開口部１５側に付勢されている。

図４Ｂは、図４Ａに示す状態から入力面１０２ａに対して指示部３１を押し付ける操作を行った状態を表している。この場合、指示部３１は、押し付けられる方向及び押し付けられた状態で移動される方向に応じて撓るように弾性変形する。そのため、指示部３１に加わる外力は、芯体３の軸方向よりも側面方向に強く働く。そして、指示部３１に側面方向から外力が加わると、芯体３の球面突起３７が先端ケース１１のケース側円錐面１６上を摺動し、図示しない付勢手段の付勢力に抗して芯体３がケース２に対して相対的に移動される。

即ち、指示部３１に側面方向から加わる外力Ｆ１は、先端ケース１１に設けたケース側円錐面１６の傾斜角度と平行な方向に働く分力Ｆ２と、ケース側円錐面１６の傾斜角度と垂直に交わる方向に働く分力Ｆ３とに分けられる。そして、分力Ｆ２の大きさに応じて芯体３がケース２に対して相対的に移動される。このとき、先端ケース１１及び保持部３２を摺動特性の優れた材質の合成樹脂により形成すると共に、ケース側円錐面１６及び球面突起３７に鏡面加工を施したため、ケース側円錐面１６と球面突起３７との間に生じる摩擦抵抗を小さくすることができ、分力Ｆ２のロスを小さくすることができる。その結果、分力Ｆ２の大きさに高精度に対応させて芯体３を移動させることができる。

芯体３がケース２に対して相対的に移動することにより、芯体３は全体的に可変容量コンデンサ５側に進行する。これにより、芯体３の押圧部３４が可変容量コンデンサ５を押圧するため、可変容量コンデンサ５によって筆圧を精度良く検出することができる。この際、芯体３は、軸方向に対して斜め（本実施の形態では４５°）に交わる方向に移動するが、この芯体３の斜め方向の移動は芯体３の軸方向の長さに比べて微小である。したがって、芯体３の押圧部３４によって可変容量コンデンサ５に加えられる圧力は、芯体３の軸方向と略平行な方向に作用される。

なお、位置指示器１を入力面１０２ａに対して直交させた状態で操作した場合には、芯体３が図示しない付勢手段の付勢力に抗して軸方向に移動される（ケース２に対して相対的に移動される）。これにより、芯体３の押圧部３４が可変容量コンデンサ５を押圧するため、可変容量コンデンサ５によって筆圧を精度良く検出することができる。

本実施の形態では、芯体３の保持部３２に８つの球面突起３７を設ける構成としたが、本発明に係る係合部としての球面突起３７は、少なくとも３つ設ければよい。その場合、３つ以上の球面突起３７を保持部３２の芯体側円錐面３６に沿って等間隔をあけて配置する。これにより、位置指示器１を何れの方向に傾けて操作しても１つ以上の球面突起３７がケース２のケース側円錐面１６上を摺動するように構成することができ、芯体３を可変容量コンデンサ５側に案内することができる。

また、本実施の形態では、保持部３２の芯体側円錐面３６に球面突起３７を設ける構成としたが、本発明に係る球面突起３７としては、先端ケース１１のケース側円錐面１６に設ける構成とすることもできる。この場合、係合部の第１の具体例を示す球面突起３７がケース２（先端ケース１１）に設けられるため、芯体３の保持部３２に設けた芯体側円錐面３６が、ガイド手段の一部を構成する傾斜面となる。

更に、本実施の形態では、係合部の第１の具体例として球面突起３７を設ける構成としたが、本発明に係る係合部としては、例えば、ケース２のケース側円錐面１６に点接触するように形成された円錐形や角錐形の突起とすることもできる。また、本発明に係る係合部としては、傾斜面に摺動可能に係合する係合傾斜面としてもよい。即ち、本実施の形態を例に説明すると、先端ケース１１のケース側円錐面１６に摺動可能に係合する係合円錐面を保持部３２に設ける構成としてもよい。この場合、保持部３２に設けた係合円錐面は、ケース側円錐面１６に線接触した状態で摺動され、これにより、芯体３がケース２に対して相対的に移動される。

図５は、本発明の位置指示器の第２の実施の形態を示すものである。この位置指示器８は、第１の実施の形態の位置指示器１と同様に、電磁誘導方式により位置検出装置に対して位置を指示するように構成されている。この位置指示器８が第１の実施の形態の位置指示器１と異なるところは、ケース２の先端ケース８１と芯体３の指示部８６である。そのため、ここでは、先端ケース８１及び指示部８６について説明し、位置指示器１と共通する部分には同一符号を付して重複した説明を省略する。

先端ケース８１は、中間ケース１２と反対側に開口部８２を有しており、この開口部８２に指示部８６の後述する固定片８８が貫通される。先端ケース８１の内面には、傾斜面の一具体例を示すケース側円錐面８３が設けられている。このケース側円錐面８３は、開口部８２に連続して形成されており、先端ケース８１の内部空間を広げる方向に傾斜されている。本実施の形態では、ケース側円錐面８３の傾斜角度がケース２の中心軸Ｌ１（位置指示器１の非操作状態において芯体３の中心軸Ｌ２が一致する）に対して４５°をなすように設定している。

先端ケース８１のケース側円錐面８３には、芯体３の保持部３２に設けた８つの球面突起３７が摺動可能に係合される。即ち、ケース側円錐面８３と８つの球面突起３７により芯体３を可変容量コンデンサ５側へ案内するガイド手段８４が構成されている。このケース側円錐面８３には、表面を平らに仕上げる鏡面加工が施されており、球面突起３７との間に生じる摩擦抵抗を小さくしている。また、ケース側円錐面８３を有する先端ケース８１の材質としては、第１の実施の形態の先端ケース１１と同様に、摩擦係数が小さく摺動特性に優れたポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）を適用している。

芯体３の指示部８６は、操作状態において位置検出装置の入力面に当接される当接片８７と、この当接片８７に連続すると共に保持部３２に固定される固定片８８とを有している。指示部８６の当接片８７は、先端が丸みを帯びた略円錐形に形成されている。この指示部３６の材質としては、摩擦係数が小さく摺動特性に優れたポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）フッ素樹脂等を挙げることができるが、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂等、その他の合成樹脂を用いることもできる。

上述したような構成を有する位置指示器８においても、位置指示器８を位置検出装置の入力面に対して傾斜させた状態で操作すると、指示部８６に側面方向から圧力（筆圧）が加えられる。そして、指示部８６に側面方向から筆圧が加えられると、芯体３の球面突起３７が先端ケース８１のケース側円錐面８３上を摺動し、図示しない付勢手段の付勢力に抗して芯体３とケース２が相対的に移動される。その結果、芯体３の押圧部３４が可変容量コンデンサ５を押圧し、筆圧を精度良く検出することができる。

なお、ケース２に対する芯体３の相対的な移動は、芯体３の軸方向に対して斜め（本実施の形態では４５°）方向に作用される。しかしながら、位置指示器１と同様に、芯体３の斜め方向の移動は、その軸方向の長さに比べて微小であるため、押圧部３４によって可変容量コンデンサ５に加えられる圧力は、芯体３の軸方向と略平行な方向に作用される。

また、位置指示器８を位置検出装置の入力面に対して直交させた状態で操作した場合には、位置指示器１と同様に、芯体３が図示しない付勢手段の付勢力に抗して軸方向に移動され、押圧部３４が可変容量コンデンサ５を押圧する。その結果、位置指示器８を位置検出装置の入力面に対して直交させた状態で操作場合であっても、可変容量コンデンサ５によって筆圧を精度良く検出することができる。

図６は、本発明の位置指示器の第３の実施の形態を説明するものである。また、図７は、図６に示すＡ部分の拡大図である。この位置指示器９は、第１の実施の形態の位置指示器１と同様に、電磁誘導方式により位置検出装置に対して位置を指示するように構成されている。この位置指示器９が位置指示器１と異なるところは、芯体３を可変容量コンデンサ５側へ案内するガイド手段９４のみである。そのため、ここでは、ガイド手段９４について説明し、位置指示器１と共通する部分には同一符号を付して重複した説明を省略する。

図６及び図７に示すように、位置指示器９のガイド手段９４は、ケース２の先端ケース１１に転動自在に保持された係合部の第２の具体例を示す８つの球体９１（図６において２つのみを示す）と、芯体３の保持部３２に設けられた傾斜面の一具体例を示す芯体側円錐面９６により構成されている。

ガイド手段９４の８つの球体９１は、先端ケース１１に設けられた球体保持部９２によってそれぞれ転動自在に保持されている。球体保持部９２は、先端ケース１１の内面に形成されたケース側円錐面９３に設けられている。この球体保持部９２に保持される８つの球体９１は、先端ケース１１のケース側円錐面９３に沿って等間隔をおいて配置され、そのケース側円錐面９３にそれぞれ点接触される。これら８つの球体９１が点接触されるケース側円錐面９３の傾斜角度は、ケース２の中心軸Ｌ１（位置指示器９の非操作状態において芯体３の中心軸Ｌ２が一致する）に対して４５°をなすように設定されている。

なお、球体９１の材質としては、高い強度を有するものが好ましく、例えば、セラミックやステンレス鋼等を挙げることができる。しかしながら、球体９１の材質としては、これに限定されるものではなく、例えば、構造用炭素鋼等の金属やエンジニアリングプラスチックを用いることもできる。

保持部３２の芯体側円錐面９６は、第１の実施の形態と同様に、指示部３１側に形成されており、傾斜角度が芯体３の中心軸Ｌ２に対して４５°をなすように設定されている。これにより、球体９１は、位置指示器９の組立状態において、ケース２のケース側円錐面９３と芯体３の芯体側円錐面９６との間に介在され、両者に点接触した状態で回転自在とされている。なお、ケース側円錐面９３及び芯体側円錐面９６には、表面を平らに仕上げる鏡面加工が施されており、球体９１との間に生じる摩擦抵抗を小さくしている。

上述したような構成を有する位置指示器９においても、位置指示器９を位置検出装置の入力面に対して傾斜させた状態で操作すると、指示部３１に側面方向から圧力（筆圧）が加えられる。そして、指示部３１に側面方向から筆圧が加えられると、ケース２のケース側円錐面９３と芯体３の芯体側円錐面９６との間に介在された球体９１が転動し、図示しない付勢手段の付勢力に抗して芯体３とケース２が相対的に移動される。その結果、芯体３の押圧部３４が可変容量コンデンサ５を押圧し、筆圧を精度良く検出することができる。

本実施の形態では、球体保持部９２に８つの球体９１を保持させる構成としたが、球体保持部９２には、少なくとも３つの球体９１を保持させればよい。その場合、３つ以上の球体９１を先端ケース１１のケース側円錐面９３に沿って等間隔をあけて配置する。これにより、位置指示器９を何れの方向に傾けて操作しても１つ以上の球体９１がケース側円錐面９３と芯体側円錐面９６との間で転動するように構成することができ、芯体３を可変容量コンデンサ５側へ案内することができる。

更に、本実施の形態では、球体９１を転動自在に保持する球体保持部９２を先端ケース１１のケース側円錐面９３に設ける構成としたが、本発明に係る球体保持部９２としては、保持部３２の芯体側円錐面９６に設ける構成とすることもできる。この場合、係合部の第２の具体例を示す球体９１が芯体３に保持されるため、ケース２のケース側円錐面９３が、ガイド手段の一部を構成する傾斜面となる。

また、上述した第１〜第３の実施の形態では、ガイド手段の一部を構成する傾斜面として円錐面を設ける構成としたが、本発明に係る傾斜面としては、角錐面としてもよい。更に、本発明に係る傾斜面としては、例えば、ケース２及び芯体３の中心軸Ｌ１，Ｌ２に対して傾斜された平面とすることもできる。この場合、位置指示器を位置検出装置の入力面に対して傾斜させた状態で操作し、芯体３を可変容量コンデンサ５側に案内するには、位置指示器を所定の方向に傾ける必要がある。そのため、ケース２の外面に操作ボタン設けたり、印字等で記しを設けたりすることにより、ユーザが位置指示器を傾けて操作する際には、位置指示器を常に所定の方向に傾けるように構成するとよい。

また、第１〜第３の実施の形態では、ガイド手段の一部を構成する傾斜面としてのケース側円錐面１６，８３及び芯体側傾斜面９６の傾斜角度を、芯体３の中心軸Ｌ２に対して４５°をなすように設定した。これは、図４Ｂに示すように、外力Ｆ１から分力Ｆ２を効率よく得るためである。しかしながら、本発明に係る傾斜面の傾斜角度としては、芯体３の中心軸Ｌ２に対して４５°に限定されるものではなく、任意の角度に設定することができるものである。なお、外力Ｆ１から分力Ｆ２を効率よく得るには、傾斜面の傾斜角度を芯体３の中心軸Ｌ２に対して３０°〜６０°にすることが好ましい。

図８は、前述したような構成及び作用を有する位置指示器１を備えた座標入力装置の実施の形態を示すものである。また、図９は、図８に示す座標入力装置に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。

図８に示すように、座標入力装置１０１は、入力面１０２ａを有する位置検出装置１０２と、この位置検出装置１０２の入力面１０２ａに対して位置を指示する位置指示器１とを備えて構成されている。この座標入力装置１０１は、表示装置を有するパーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の図示しない外部装置に位置検出装置１０２を接続することにより、その外部装置の入力装置として用いられる。

座標入力装置１０１の位置検出装置１０２は、略四角形の平板状をなしており、一方の平面に入力面１０２ａを有し、この入力面１０２ａと反対側の平面が載置面とされている。この位置検出装置１０２の内部において、入力面１０２ａに対応する位置には、図９に示すように、電磁誘導方式の位置検出部１０５が設けられている。

位置検出装置１０２の位置検出部１０５は、Ｘ軸方向に並べて配置される４０本のループコイルＸ_１〜Ｘ_４０と、Ｙ軸方向に並べて配置される４０本のループコイルＹ_１〜Ｙ_４０とを有している。これらループコイルＸ_１〜Ｘ_４０及びループコイルＹ_１〜Ｙ_４０は、各々のループコイルを選択する選択回路１０６に接続されている。

選択回路１０６は、送受切替回路１０７に接続されており、この送受切替回路１０７の受信側にアンプ１０８が接続されている。アンプ１０８は、検波回路１０９に接続されており、検波回路１０９がローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１０を介してサンプルホールド回路１１２に接続されている。更に、サンプルホールド回路１１２は、アナログ／デジタル変換回路（ＡＤ変換回路）１１３に接続され、このアナログ／デジタル変換回路１１３にＣＰＵ（中央処理装置）１１４が接続されている。そして、ＣＰＵ１１４は、上述した選択回路１０６と、サンプルホールド回路１１２と、アナログ／デジタル変換回路１１３及び送受切替回路１０７にそれぞれ制御信号を供給する。

また、位置検出装置１０２には、周波数ｆ０の交流信号を発生する発振器１１６と、交流信号を電流に変換する電流ドライバ１１７が設けられており、この電流ドライバ１１７が送受切替回路１０７の送信側に接続されている。即ち、ＣＰＵ１１４から供給される制御信号によって送受切替回路１０７の接点が送信側に切り替えられると、位置検出部１０５のループコイルＸ_１〜Ｘ_４０及びループコイルＹ_１〜Ｙ_４０から周波数ｆ０の交流信号が出力される。

交流信号が出力された位置検出部１０５に位置指示器１が接近されると、位置指示器１は、内蔵された共振回路４１が共振して共振信号を出力する。そして、位置検出部１０５は、共振回路４１から供給される共振信号とループコイルＸ_１〜Ｘ_４０，Ｙ_１〜Ｙ_４０の選択位置から位置指示器１が指示する位置をＸ−Ｙ座標として検出する。

位置指示器１から出力される共振信号において、位置指示器１が傾いた方向の磁力線が反対方向の磁力線よりも多く位置検出部１０５に交差する。そのため、位置検出部１０５は、位置指示器１が指示する位置を検出すると共に、入力面１０２ａに対する位置指示器１の傾きを検出することができる。

これにより、位置検出装置１０２のＣＰＵ１１４は、位置検出部１０５で検出した位置指示器１の傾きと、位置検出部１０５を介して位置指示器１から供給される筆圧情報に基づいて位置指示器１に加えられた筆圧を決定する。そして、ＣＰＵ１１４は、決定した筆圧に応じた制御、例えば、筆圧に応じて入力する線の濃淡を変化させる制御等を行う。なお、位置指示器１から供給される筆圧情報を筆圧として、その筆圧に応じた制御をＣＰＵ１１４に行わせることもできる。

以上説明したように、本発明の位置指示器によれば、芯体の指示部に側面方向から外力が加えられた際にその芯体の移動を案内するガイド手段を設けたため、指示部に側面方向から外力が加えられても芯体３を確実に移動させることができる。その結果、移動された芯体３によって圧力検出部が押圧され、加えられた外力を筆圧として精度よく検出することができる。

また、ガイド手段の傾斜面を、芯体の中心軸に対して３０°〜６０°の角度をなすように形成したため、指示部に側面方向から外力が加えられた際に、その外力から芯体を移動させる方向に働く分力を効率よく得ることができる。その結果、指示部に側面方向から外力が加えられても、その外力を感度よく検出することができる。

更に、ガイド手段の係合部を、傾斜面に点接触される３つ以上の凸部としたため、傾斜面と係合部との間に生じる摩擦抵抗を小さくすることができ、芯体を移動させる方向に働く分力のロスを小さくすることができる。その結果、指示部に側面方向から外力が加えられても、その外力を感度よく検出することができる。

また、ガイド手段の係合部を、筐体或いは芯体に転動自在に支持された球体又は円筒状の回転体としたため、傾斜面と係合部との間に生じる摩擦抵抗を小さくすることができ、芯体を移動させる方向に働く分力のロスを小さくすることができる。その結果、指示部に側面方向から外力が加えられても、その外力を感度よく検出することができる。

また、ガイド手段を構成する傾斜面及び係合部をフッ素樹脂又はポリアセタール樹脂によって形成すると共に、それら傾斜面及び係合部に鏡面加工を施したため、傾斜面と係合部との間に生じる摩擦抵抗を小さくすることができ、芯体を移動させる方向に働く分力のロスを小さくすることができる。その結果、指示部に側面方向から外力が加えられても、その外力を感度よく検出することができる。

また、芯体の指示部を毛又は弾力性を有する部材により毛筆形状に形成したため、毛筆と同様な感覚で文字及び図等の入力を行うことができる位置指示器を実現することができる。

本発明は、前述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施の形態においては、電磁誘導方式を適用した位置指示器及びこれを用いた座標入力装置の例について説明したが、静電結合方式、感圧方式、レーザ方式その他の座標検出方式を用いた位置指示器及び座標入力装置にも適用できるものである。

本発明の位置指示器の第１の実施の形態を示す断面図である。 本発明の位置指示器の第１の実施の形態の回路図である。 本発明の位置指示器の第１の実施の形態の動作を説明する波形図である。 本発明の位置指示器の第１の実施の形態を傾斜させて操作した状態を説明す るものであり、図４Ａは位置指示器を位置検出装置の入力面に対して傾斜させた状態 の説明図、図４Ｂは図４Ａに示す状態から位置検出装置の入力面に対して指示部３１ を押し付ける操作を行った状態の説明図である。 本発明の位置指示器の第２の実施の形態を示す断面図である。 本発明の位置指示器の第３の実施の形態を説明する説明図である。 図６に示すＡ部分を拡大してガイド手段を説明する説明図である。 本発明の位置指示器を適用した座標入力装置の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の位置指示器を適用した座標入力装置に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，８，９…位置指示器、 ２…ケース（筐体）、 ３…芯体、 ４，８４，９４…ガイド手段、 ５…可変容量コンデンサ（圧力検出部）、 １１，８１…先端ケース、 １２…中間ケース、 １３…後端ケース、 １５，８６…開口部、 １６，８３…ケース側円錐面（傾斜面）、 ２１…プリント基板、 ２５…フェライトコア、 ２６…コイル、 ３１，８６…指示部、 ３２…保持部、 ３３…軸部、 ３４…押圧部、 ３６…芯体側円錐面、 ３７…球面突起（係合部）、 ４１…共振回路、 ９１…球体（係合部）、 ９２…球体保持部、 ９３…ケース側円錐面、 ９６…芯体側円錐面（傾斜面）、 １０１…座標入力装置、 １０２…位置検出装置、 １０２ａ…入力面、 １０５…位置検出部、 １１４…ＣＰＵ（中央処理装置）

Claims (7)

1. 筐体の内部に圧力検出器が配設されるとともに、位置を指示するために前記筐体に設けられた開口部から前記筐体の外側に突出する指示部を有する芯体と、を備えており、
   前記芯体に加えられた押圧力が前記芯体を介して前記圧力検出器にて検出されるようにした位置指示器において、
   前記指示部に加えられた押圧力を、前記指示部が前記開口部から突出する方向に換えるためのガイド手段を前記開口部の近傍に備えており、
   前記ガイド手段は、前記指示部が前記開口部から突出する方向に対して所定の角度で前記筐体の内壁または前記芯体の一方に設けられた傾斜面と、前記傾斜面と摺動可能に係合するように前記筐体の内壁または前記芯体のうちの他方に設けられた係合部とからなり、
   前記指示部の突出方向と異なる方向に前記芯体に加わった押圧力を、前記係合部が前記傾斜面を摺動することで、前記突出方向と略平行な方向の押圧力に変えて前記圧力検出器に作用させる、
   ことを特徴とする位置指示器。
2. 前記傾斜面は、前記芯体の中心軸に対して傾斜する円錐面あるいは角錐面であることを特徴とする請求項１記載の位置指示器。
3. 前記係合部は、前記傾斜面と平行に延在される係合傾斜面であることを特徴とする請求項１記載の位置指示器。
4. 前記係合部は、前記傾斜面に点接触される３つ以上の凸部であることを特徴とする請求項１記載の位置指示器。
5. 前記凸部は、球面を有する球面凸部であることを特徴とする請求項４記載の位置指示器。
6. 前記係合部は、前記筐体あるいは前記芯体に転動自在に支持された球体又は円筒状の回転体であることを特徴とする請求項１記載の位置指示器。
7. 前記芯体の前記指示部は、毛又は弾力性を有する部材により毛筆形状に形成したことを特徴とする請求項１記載の位置指示器。

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