JP5109171B2

JP5109171B2 - 位置指示器、位置入力装置及びコンピュータシステム

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Description

本発明は、位置情報を入力するデジタイザー等に使用して好適な位置指示器、位置入力装置及びコンピュータシステムに関する。詳しくは、筆圧検出部の構造を簡略化して、特に軸径を細くした位置指示器の形成を容易に行うことができるようにするものである。

例えば、デジタイザーに使用される位置指示器の筆圧検出部には、従来から可変容量コンデンサが用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、このような可変容量コンデンサにおいて、一方の面の電極を２分割して信号の取り出しを容易にできるようにしているものもある（例えば、特許文献２参照。）。ところが、これらの特許文献１、２に開示される可変容量コンデンサでは、その構成に数多くの部品点数が必要とされる。

図９は、例えば特許文献１に開示される可変容量コンデンサの具体的な構成を示したものである。この図９において、誘電体２０１は互いに平行な２つの面２０１ａ及び２０１ｂを有する略円盤状の固い素材からなるもので、ここでは厚さ2mm、直径4.6mm、比誘電率7000のセラミックスを用いている。また、誘電体２０１の他の面２０１ｂはその表面精度がRa＝0.1μｍ以下となるように滑らかに研磨仕上げされている。

第１の電極２０２は、厚さ0.2mm、直径4.0mmの略円盤状の銀板からなるもので、誘電体２０１の一の面２０１ａに焼結されて取付けられている。第２の電極２０３は、可撓性を有する絶縁フィルム、ここでは厚さ75μｍのポリイミドフィルム上にニクロムを厚さ1000オングストローム蒸着したもので、直径4.6mmの円盤状の電極部と、これより舌状（図示せず）に延びた端子部とから構成されている。

スペーサ２０４は、厚さ40μｍ、比誘電率3.5のポリイミドフィルムからなるもので、外径4.6mm及び内径3.3mmのリング状の本体部と、これより舌状（図示せず）に延びた係止部とから構成されている。弾性体２０５は、厚さ0.35mmのシリコンゴムからなるもので、直径4.6mmの円盤状の本体部と、その径方向に対向する２つの位置より舌状（図示せず）に延びた係止部とから構成されている。

さらに、端子２０６、２０７は、円盤状の電極部２０６ａ、２０７ａの一の面の略中央から円柱状のリード部２０６ｂ、２０７ｂを延設されており、ここでは黄銅上にニッケルメッキ及び金メッキを施して形成されている。これらの電極部２０６ａ、２０７ａの他の面は、それぞれ筆圧が掛かったときに第１の電極２０２及び第２の電極２０３に接触されて電気的接続が行われる。

このような、可変容量コンデンサにおいて、芯体２１０に圧力又は変位が全く加わらない状態（初期状態）では、誘電体２０１の他の面２０１ｂと電極２０３とはスペーサ２０４により、図９Ａに示すようにその周辺部を除いて該スペーサ２０４の厚みに相当する間隔だけ離れ、その間には空気層２０８が形成されることになる。従って、この時の端子２０６、２０７間の容量値（初期容量）はほぼ誘電体２０１による容量と比誘電率1.0の空気層２０８による容量との直列合成容量となり、かなり小さいものとなる。

一方、芯体２１０に圧力又は変位が加わって弾性体２０５を介して電極２０３を誘電体２０１側へ湾曲させると、前記空気層２０８の厚さはスペーサ２０４の厚みより小さくなるが、該空気層２０８による容量は空気層２０８の厚みに反比例して大きくなり、その分、端子２０６、２０７間の容量値も大きくなる。

その後、芯体２１０に加わる圧力又は変位が増加し、図９Ｂに示すように該電極２０３が誘電体２０１の他の面２０１ｂに接触すると、該接触部分においては誘電体２０１による容量のみとなり、端子２０６、２０７間の容量値は接触面積にほぼ比例して増加することになる。このように本実施例の可変容量コンデンサによれば、芯体２１０の一端に加わる圧力又は極微小な変位に対応して大きく変化する容量値が、端子２０６、２０７より取出される。

特許第３１５０６８５号公報特開２００１−３１９８３１号公報

しかしながら、上述の可変容量コンデンサの構成では、図９からも明らかなように、多数の部品が必要とされる。さらに、特許文献１に開示される可変容量コンデンサでは、全体の構成として２重のハウジング等が用いられる（特許文献１の第２図参照）ために、可変容量コンデンサの外形の直径を小さくすることが困難である。また、このような２重のハウジングの製造には精密成形を要し、その製造工程にはクリーンブースが要求されるなど、製造コスト上昇の要因となっている。

これに対して、特許文献２に開示される可変容量コンデンサは、信号の取り出しを誘電体の一方の面から行うことによって、装置の簡略化を図ったものである。しかしながら、２分割された電極は、その間での初期容量成分の発生が避けられず、可変容量コンデンサとしての特性が十分に良好とは言えないものであった。

この発明はこのような問題点に鑑みて成されたものであって、本発明の目的は、筆圧検出部となる可変容量コンデンサの構成を簡略化して、位置指示器の軸径をより細くすると共に、電極間の初期容量を低減することができるようにするものである。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の位置指示器は、対向する二面を有する誘電体と、この誘電体の一方の面に所定の面積を有する第一の電極が設けられ、誘電体の一方及び他方の面間を貫通する孔が誘電体の中心部に設けられ、孔の両端間を導通させる導通部が設けられ、誘電体の他方の面に設けられた導通部に導電性弾性部材が近接するように配置された可変容量コンデンサを備える。また、位置検出用コイルを貫通し、一端がペン先として用いられ、他端に導電性弾性部材が配置された芯体とを備える。
可変容量コンデンサが備える第一の電極は処理回路の一端に接続され、誘電体の他方の面と導電性弾性部材が接触することで形成される第二の電極は、接触と同時に導通部を通じて、処理回路の他端と接続されている。そして、芯体のペン先に加わる圧力を、導電性弾性部材と誘電体の他方の面との接触面積の大きさによる容量変化とするようにしている。

また、本発明の位置指示器の好ましい形態として、導通部は孔に導電ピンを挿入して構成され、導電ピンは、誘電体の他方の面側に位置する一方の端部にピンヘッド部を備えるようにしている。更に、本発明の位置指示器の好ましい形態では、導電ピンのピンヘッド部が扁平形状に形成され、誘電体の他方の面側の孔の周囲にピンヘッド部の厚さと同じかわずかに深い段差部が設けられている。また、導通部は孔の内面に導電層が形成されて構成されている。また、導電性弾性部材と誘電体との接触面積は、芯体に掛かる筆圧に応じて変化するようになっている。

また、本発明の位置入力装置は、芯体の一端が位置指示点とされる位置指示器と、該位置指示点において、位置検出用コイルからの信号を検知する位置検出器とからなる位置入力装置である。特に、この位置入力装置にもちいられる位置指示器は、対向する二面を有する誘電体と、誘電体の一方の面に所定の面積を有する第一の電極が設けられ、誘電体の一方及び他方の面間を貫通する孔が誘電体の中心部に設けられ、孔の両端間を導通させる導通部が設けられ、誘電体の他方の面に設けられた導通部に導電性弾性部材が近接するように配置された可変容量コンデンサを備える。また、位置検出用コイルを貫通し、一端がペン先として用いられ、他端に前記導電性弾性部材が配置された芯体とを備える。
前記可変容量コンデンサが備える第一の電極は処理回路の一端に接続され、誘電体の他方の面と導電性弾性部材が接触することで形成される第二の電極は、接触と同時に導通部を通じて、処理回路の他端と接続される。そして、芯体のペン先に加わる圧力を、導電性弾性部材と前記誘電体の他方の面との接触面積の大きさによる容量変化とする。

また、本発明のコンピュータシステムは、芯体の一端が位置指示点とされる位置指示器と、該位置指示点において、位置検出用コイルからの信号を検知する位置検出器とを含むコンピュータシステムでる。特に、このシステムに用いられる位置指示器は、対向する二面を有する誘電体と、この誘電体の一方の面に所定の面積を有する第一の電極が設けられ、誘電体の一方及び他方の面間を貫通する孔が誘電体の中心部に設けられ、孔の両端間を導通させる導通部が設けられ、誘電体の他方の面に設けられた導通部に導電性弾性部材が近接するように配置された可変容量コンデンサを備える。また、位置検出用コイルを貫通し、一端がペン先として用いられ、他端に前記導電性弾性部材が配置された芯体と、を備える。
可変容量コンデンサが備える第一の電極は処理回路の一端に接続され、誘電体の他方の面と導電性弾性部材が接触することで形成される第二の電極は、接触と同時に導通部を通じて、処理回路の他端と接続される。そして、芯体のペン先に加わる圧力を、導電性弾性部材と前記誘電体の他方の面との接触面積の大きさによる容量変化とするようにし、可変容量コンデンサで検出される筆圧信号を、中央処理装置においてデータ信号に変換して、このデータ信号に基づいて、共振回路の共振特性を変化させて位置入力を行うようにしている。

本発明によれば、筆圧検出部となる可変容量コンデンサの構成を簡略化し、位置指示器の軸径を細くすると共に、電極間の初期容量を低減することができる。これによって、良好な可変容量コンデンサ、位置指示器、位置入力装置及びコンピュータシステムを形成することができる。

以下、図１〜図７を参照して本発明の一実施形態について説明する。まず、本発明を適用した可変容量コンデンサを含む位置指示器及び位置入力装置の全体の実施形態例の構成を図１を参照して説明する。

図１に示すように、位置入力装置は、位置指示器１００とタブレット３００とから構成され、位置指示器１００はタブレット３００の上面３００ａに対向する位置で使用される。そして、タブレット３００はパーソナルコンピュータ（図示せず）に接続できるようになっており、タブレット３００において検出した位置指示器１００の位置座標は、パーソナルコンピュータに送信され、この位置座標の情報に基づいて、パーソナルコンピュータにインストールされた各種ソフトウェアで絵を描いたり、文字を入力したりできるようになっている。

位置指示器１００は、可変容量コンデンサ２００と、芯体１１と、フェライトコア１２と、位置指示コイル１３と、リード線１４と、回路基板１５とを有し、これらを、例えばボールペンや鉛筆などのいわゆる筆記用具の形状の筐体１０に内蔵して構成される。

可変容量コンデンサ２００は、誘電体１と、電極２と、導電性弾性部材３とから構成される。誘電体１は扁平な円盤形状の誘電体であり、その一方の面１ａ（以下、上面という）と他方の面１ｂ（以下、下面という）との間を貫通するように孔１ｃが設けられている。

そして、誘電体１は、筐体１０の軸方向に沿って設けられる。電極２は、可変容量コンデンサ２００を構成する一対の電極のうちの一を構成するもので、誘電体１の上面１ａに設けられている。導電性弾性部材３はコンデンサを構成する一対の電極の他の一を構成するもので、誘電体１の下面１ｂに対向する位置に設けられる。尚、可変容量コンデンサ２００の構成及び動作の詳細については、後述する。

芯体１１は、例えば、シャープペンシルやボールペン等の筆記具の芯に相当するもので、使用者が位置指示器１００をタブレット３００上で使用したときに（例えば、文字等を筆記する操作）、その筆圧を導電性弾性部材３に伝達するための棒状の部材である。

そして、芯体１１は、貫通孔を有する円筒形状のフェライトコア１２を貫通して設けられており、その一端には導電性弾性部材３が設けられている。芯体１１の他端は略凸状に形成されると共に筐体１０の先端部１０ａから突出されて位置指示を行うペン先を構成している。そして、特に図示はしないが、この芯体１１は、筐体１０の軸方向に力が加わったときに、矢印ａ方向に動くように筐体１０内で支持されている。

フェライトコア１２の外周には位置指示コイル１３が巻き付けられている。この位置指示コイル１３は、位置指示器１００に設けられた共振回路を構成するコイルであり、リード線１４を介して共振コンデンサ１５ａに並列に接続される。共振コンデンサ１５ａは、位置指示器１００に設けられた共振回路を構成するコンデンサであり、基板１５上に設けられている。

タブレット３００は、位置指示器１００に対して信号を送信し、及び位置指示器から送信されてきた信号を受信して、位置指示操作が行われた位置を検出するための装置で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に所定の間隔で並べて設けられた複数の位置検出コイル２０を備えている。

そして、タブレット３００は、これらの複数の位置検出コイル２０から順次任意の周波数の信号を位置指示器１００に供給し、位置指示器１００の位置指示コイル１３からの共振信号が位置検出コイル２０で順番に検出され、信号が検出されたときに駆動されている位置検出コイル２０の位置と検出された共振信号の大きさと位相の変化によって、位置指示器１００により指示された位置や筆圧が検出できるようになっている。

次に、本発明を適用した可変容量コンデンサ２００の第１の実施形態例の構成及び動作原理を図２に従って詳述する。図２Ａは、本発明を適用した可変容量コンデンサ２００の一実施形態の上面図であり、図２Ｂは、同じ実施形態例の側面図であり、図２Ｃは筆圧が加わったときの同じ実施形態例の側面図である。なお、図２の説明において、図１と対応する部分には、同一の番号を付している。

図２Ａに示すように、誘電体１は、上面１ａ側から見て略中心部分に下面１ｂへ貫通する孔１ｃを備えている。また、誘電体１の上面１ａには、孔１ｃの開口部近傍以外のエリアに所定の面積を有するように電極２が設けられている。さらに、誘電体１の孔１ｃの内壁面には、例えば導電材の塗布により形成された導電層１ｄが設けられている。

そして、図２Ｂに示すように、誘電体１の孔１ｃの下面１ｂ側の開口部に対向する位置に導電性弾性部材３が設けられている。そして、この導電性弾性部材３は芯体１１の一端に設けられている。

次に、本発明を適用した可変容量コンデンサ２００の動作について、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄを参照して説明する。

使用者が位置指示器１００を、例えば、文字を書いたり絵を描いたりする操作するとき、すなわち、ペン先がタブレット３００の上面３００ａに接触すると、位置指示器１００からタブレット３００の上面３００ａに加わった力の応力が芯体１１を介して導電性弾性部材３に図２Ｂ中の矢印ａ方向へ伝わる。すると、導電性弾性部材３が矢印ａ方向に移動し、導電層１ｄと孔１ｃの下面１ｂ側の開口部で接触して導通する（図２Ｃ）。

そして、使用者が筆圧を強く加えたときには、矢印ａ方向の力も大きくなり、導電性弾性部材３は下面１ｂに強く押しつけられて変形（扁平化）し、その結果、誘電体１の下面１ｂに対する面積が増加する（図２Ｄ）。すると、電極２と対向する導電性弾性部材３の面積が変わることで、電極２と導電性弾性部材３との間の容量値が変化する。なお、ペン先がタブレット３００の上面３００ａから離れると、導電性弾性部材３の弾力と導電性弾性部材３及び芯体１１の重さにより、導電性弾性部材３は導電層１ｄから離れて、もとの状態（図２Ｂ）に戻るようになっている。

ところで、一般的にコンデンサの容量Ｃは、
Ｃ＝εo（Ｓ／ｄ）
で求められる。ここで、値εoは誘電体の比誘電率を、値ｄはコンデンサの相対向する両電極間の距離を、値Ｓは電極の面積をそれぞれ示している。

図２Ｂの状態のときは、導電性弾性部材３は導電層１ｄから物理的に離れているため、導電性弾性部材３は導通していないので、可変容量コンデンサ２００の容量は０となる。そして、図２Ｃの状態、すなわち導電性弾性部材３が導電層１ｄと接触したときの面積をＳ_１とすると、このときの可変容量コンデンサ２００の容量Ｃ_１は、
Ｃ_１＝εo（Ｓ_１／ｄ）
となる。

そして、導電性弾性部材２００にさらに力が加わると、誘電体１の下面１ｂに導電性弾性部材３が押しつけられ、図２Ｄに示すように、導電性弾性部材３の上面が扁平化する。このときの扁平化した部分の面積をＳ_２とすると、このＳ_２が可変容量コンデンサ２００の電極の面積となるから、このときの可変容量コンデンサ２００の容量Ｃ_２は、
Ｃ_２＝εo（Ｓ_２／ｄ）
となる。このように、導電性弾性部材３が電極２と対向する面積Ｓの変化に応じて可変容量コンデンサ２００の容量が変化することになる。

次に図３には、本発明を適用した位置指示器１００及びタブレット３００の具体的な実施形態例の回路構成を開示する。

図３において、位置指示器１００は、位置指示コイル１３と、この位置指示コイル１３に接続された共振コンデンサ１５ａ及び可変容量コンデンサ２００の共振回路によって現される。

一方、タブレット３００には、Ｘ軸方向のループコイル群２１ａと、Ｙ軸方向のループコイル群２１ｂとが積層して設けられて位置検出コイル２０が形成される。これらのループコイル群２１ａ、２１ｂは、それぞれ例えば４０本の矩形のループコイルが、順次重なり合うように等間隔で並べて設けられている。そして、これらのループコイル群２１ａ、２１ｂは選択回路２２に接続され、選択回路２２は順次ループコイル群２１ａ、２１ｂの内の一のループコイルを選択する。

さらに発振器２３で発生された周波数ｆ_０の交流信号が電流ドライバ２４に供給され、電流ドライバ２４は交流信号を電流に変換して切り替え接続回路２５へ送出する。切り替え接続回路２５は、選択回路２２によって選択された一のループコイルを電流ドライバ２４及び受信アンプ２６に切り替え接続する。受信アンプ２６は選択された一のループコイルに発生し、選択回路２２及び切り替え接続回路２５を介して送られてくる誘導電圧を増幅し、これを検波器２７及び同期検波器３１へ送出する。

検波器２７は一の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、低域フィルタ２８へ送出する。低域フィルタ２８は前述した周波数ｆ_０より充分低い遮断周波数を有しており、検波器２７の出力信号を直流信号に変換し、Ｓ／Ｈ（Sample Hold）回路２９へ送出する。Ｓ／Ｈ回路２９は低域フィルタ２８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３０へ送出する。Ａ／Ｄ変換回路３０はＳ／Ｈ回路２９の出力をアナログ・ディジタル変換する。

また、同期検波器３１は受信アンプ２６の出力信号を発振器２３からの交流信号で同期検波し、それらの間の位相差に応じたレベルの信号を低域フィルタ３２に送出する。低域フィルタ３２は周波数ｆ_０より充分低い遮断周波数を有しており、同期検波器３１の出力信号を直流信号に変換し、Ｓ／Ｈ（Sample Hold）回路３３に送出する。Ｓ／Ｈ回路３３は低域フィルタ３２の出力信号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３４へ送出する。Ａ／Ｄ変換回路３４はＳ／Ｈ回路３３の出力をアナログ・ディジタル変換する。

さらに、処理装置３５はタブレット３００の各部を制御する。すなわち、選択回路２２での選択、切り替え接続回路２５の切り替え、Ｓ／Ｈ回路２９、３３のタイミングは処理装置３５により制御される。そして処理装置３５では、Ａ／Ｄ変換回路３０、３４からの入力信号に基づき、一定の送信継続時間をもって電波を送信した際にＸ軸方向ループコイル群２１ａ及びＹ軸方向ループコイル群２１ｂの各ループコイルから得られる誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて位置指示器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とともに、位相差に応じた信号のレベルに基づいて筆圧を検出する。

図４には、処理装置３５における処理の流れを示す。以下、これに従ってタブレット３００の動作を説明する。

まず、処理装置３５は選択回路２２にＸ軸方向ループコイル群２１ａのうちの１番目のループコイル、例えばＸ_１を選択する情報を送出するとともに、送受切り替え回路２５に送信側を選択する信号を送出し、ループコイルＸ_１に発振器２３から周波数ｆ_０の正弦波信号を供給して周波数ｆ_０の電波を発生させる。この時、タブレット３００上に位置指示器１００が載置されていると、電波は位置指示コイル１７に接続された共振コンデンサ１５ａ及び可変容量コンデンサ２００の共振回路を励振し、これに周波数ｆ_０の誘導電圧を発生させる。

次に処理装置３５は、送受切り替え回路２５に送信側を選択する信号を所定の一定時間送出すると、受信側を選択する信号を送出し、ループコイルＸ_１より発生する電波を消滅させる。この際、位置指示器１００の位置指示コイル１７に接続された共振コンデンサ１５ａ及び可変容量コンデンサ２００の共振回路に発生した誘導電圧はその損失に応じて徐々に減衰するとともに周波数ｆ_０の電波を発信するが、この電波は前述のループコイルＸ_１を逆に励振し、誘導電圧を発生させる。

さらに、処理装置３５は送受切り替え回路２５に受信側を選択する信号を一定時間送出すると、選択回路２２にＸ軸方向ループコイル群２１ａのうちの２番目のループコイル、例えばループコイルＸ_２を選択する情報を送出し、前述と同様の電波の送受信を行い、以下、Ｘ軸方向ループコイル群２１ａのうちの３番目から４０番目までのループコイル、例えばループコイルＸ_３〜Ｘ_４０を順次走査・選択（オールスキャン）して同様の電波の送受信を行う（ステップＳ１）。

なお、この際、Ｘ軸方向ループコイル群２１ａの全てのループコイルを選択することなく、１つ置き、２つ置き、というように適当に間引いて選択しても良い。また、一のループコイルに対する電波の送受信を複数回行うようになしても良い。さらにまた、各ループコイルに対する送信時間、並びに各ループコイルに対する受信時間は等しくなければならないが、送信時間と受信時間は必ずしも同一でなくても良い。

そして、前述した受信期間中にＸ軸方向ループコイル群２１ａのループコイルに発生した誘導電圧、すなわち受信信号は検波器２７で検波されて直流信号に変換され、低域フィルタ２８で平滑化され、Ｓ／Ｈ回路２９で所定のタイミングにてホールドされ、さらにＡ／Ｄ変換回路３０を介して電圧値として処理装置３５へ送出される。図５は前述したＸ軸オールスキャン動作における各部の波形の一例を示すもので、図中、(イ) は位置検出コイル２０から送信される電波、(ロ) は共振回路に発生した誘導電圧、(ハ) は受信信号、(ニ) はＳ／Ｈ回路２９の出力信号である。

ここで、Ｓ／Ｈ回路２９の出力レベルは位置指示器１００とループコイルとの間の距離に依存した値となるから、処理装置３５はその最大値が予め設定した一定値以上か否かを判別することにより位置指示器１００がタブレット３００の有効読取り高さ内にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。

さらに処理装置３５は、有効読取り高さ内に位置指示器１００があると判定した場合、得られた各ループコイルの信号より最大値が得られたＸ軸方向のループコイル（以下、ピークコイルと称す。）を抽出し、その番号、ここではＸ_７を記憶する（ステップＳ３）。なお、有効読取り高さ内に位置指示器１００がないと判定された場合には、ステップＳ１，Ｓ２の処理を繰返す。

また、処理装置３５はＹ軸方向ループコイル群２１ｂの各ループコイルを順次走査・選択して前記同様の電波の送受信を行い（ステップＳ４）、さらに前記同様にＹ軸方向のピークコイルを抽出し、その番号、ここではＹ_５を記憶する（ステップＳ５）。図６はＹ軸オールスキャン動作における各部の波形の一例を示すもので、各信号は図５の場合と同様である。

次に、処理装置３５はＸ軸方向ループコイル群２１ａのうちのピークコイルを中心とする所定の数、例えば５つのループコイルについて電波の送受信を行うが、この際、電波の送信時、即ち送受切り替え回路２５で送信側を選択する時は常にピークコイル（ここではコイル番号Ｘ_７）を選択し、受信時、即ち送受切り替え回路２５で受信側を選択する時のみ番号の小さい方から大きい方（又は大きい方から小さい方）へ順次走査・選択（セクタスキャン）して行う（ステップＳ６）。

Ｘ軸セクタスキャン動作が終了すると、処理装置３５はＹ軸方向ループコイル群２１ｂのうちのピークコイルを中心とする所定の数、例えば５つのループコイルについて電波の送受信を行うが、この際、電波の送信時、即ち送受切り替え回路２５で送信側を選択する時は常にピークコイル（ここではコイル番号Ｙ_５）を選択し、受信時、即ち送受切り替え回路２５で受信側を選択する時のみ番号の小さい方から大きい方（又は大きい方から小さい方）へ順次走査・選択（セクタスキャン）して行う（ステップＳ７）。

図７はＸ軸セクタスキャン動作及びＹ軸セクタスキャン動作における各部の波形の一例を示すもので、各信号は図５の場合と同様である。

さらに、Ｘ軸セクタスキャン動作及びＹ軸セクタスキャン動作が終了すると、処理装置３５は再度、得られた誘導電圧の最大値が予め設定した一定値以上か否かを判別し、位置指示器１００がタブレット３００の有効読取り高さ内にあるか否かを判定し（ステップＳ８）、有効読取り高さ内に位置指示器１００がある場合、再度、最大の誘導電圧が得られたＸ軸方向及びＹ軸方向のピークコイルを抽出して記憶する（ステップＳ９）。

そして、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のセクタスキャン毎にレベルの大きい順に複数、例えば３つの誘導電圧をそれぞれ抽出し、これらの信号に基づいて、本願出願人が先に出願した特許第２１３１１４５号で述べているような周知の座標計算を実行し、位置指示器１００による指示位置のＸ軸方向及びＹ軸方向の座標値を求める（ステップＳ１１）。また、座標計算を行った後、位相差に応じた信号のレベルから筆圧を検出する（ステップＳ１２）。

以下、位置指示器１００が有効読取り高さ内にあり続ける限り、ステップＳ６〜Ｓ１１の処理を繰り返し、有効読取り高さ内にないと判定された場合にはステップＳ１の処理に復帰する。

このようにして、図３のブロック構成によれば、処理装置３５において位置指示器１００の接近された位置を検出することができる。また、受信された信号の位相を検出することにより、位置指示器１００の筆圧値の情報を得ることができる。さらに、処理装置３５は、任意のプログラムに基づいて処理を行う中央処理装置とすることができるから、図３のブロック構成図は、位置指示器１００の接近された位置の情報に従って処理を行うコンピュータシステムを示しているということもできる。

また、上述の実施形態例においては、筆圧検出部となる可変容量コンデンサ２００の構成は、導電性弾性部材３と、上面に電極６及び孔１ｃの内壁面に導電層１ｄが設けられた扁平形状の誘電体１の２点だけであって、極めて簡略化された構成になっている。なお、導電性弾性部材５にはシリコン導電ゴムや、加圧導電ゴム（ＰＣＲ：Pressure sensitive Conductive Rubber）などを用いることができる。

すなわちこの構成によれば、従来の構成では付帯的に必要であった図９に示した端子２０６、２０７のような構成要素が不要となり、従来は７mm程度あった可変容量コンデンサの全体の直径を、例えば５mm程度とすることができる。従って、その他の構成が同じであれば、従来は９mmであった位置指示器の軸径を７mmに細くすることができる。また、軸径を従来と同じ９mmにする場合には、余裕となる２mmの部分に補強材や緩衝材を設けることができて、位置指示器の耐久性能や、耐衝撃性能を向上させることができる。

また、本発明の位置指示器、位置入力装置及びコンピュータシステムは、対向する二面を有する誘電体と、その誘電体の一方の面に設けられる所定の面積を有する電極と、誘電体の対向する二面を貫通する孔と、孔の両端間を電気的に導通させる導通部と、他方の面に近接して設けられる導電性弾性部材とを備える可変容量コンデンサを備える。これにより、筆圧検出部となる可変容量コンデンサの構成を簡略化し、位置指示器の軸径を細くすることができる。

次に、本発明を適用した可変容量コンデンサの第２の実施形態例の構成を図８に従って説明する。図８は、本発明を適用した可変容量コンデンサの断面図である。なお、図８の説明において、図２と対応する部分には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

この第２の実施例においては、誘電体１の孔１ｃの内面に導電層を設ける代わりに、この孔１ｃに導電ピン４１を挿入し、この導電ピン４１と導電性弾性部材３とが接触したときに導電性弾性部材３が導通して共振回路に電気的に接続するようになっている。導電ピン４１は、その一方の端部にピンヘッド部４２が設けられている。そして、誘電体１の下面１ｂには、孔１ｃの周囲にピンヘッド部４２の厚さと同じかわずかに深い段差部４３が設けられている。そして、導電ピン４１は、孔１ｃに差し込まれ、導電ピン４１のピンヘッド部４２が段差部４３に嵌るようになっており、その端部が誘電体１の下面１ｂと面一かわずかに凹むように構成される。

さらに、射出成形等により形成されたスリーブ４４は、誘電体１、導電性弾性部材３、導電ピン４１を内蔵するための中空部を有するとともに、その一方に開口部を有している。そして、スリーブ４４は、その開口部側より芯体１１の端部に設けられた導電性弾性部材３が挿入されるようになっている。

可変容量コンデンサ２００を共振回路に接続するためのリード部材４５、４６が設けられる。リード部材４５はスリーブ４４を貫通するように設けられており、スリーブ４４の下部から挿入される誘電体１の電極２と接触するように設けられている。リード部材４５はスリーブ４４の上部に突出する導電ピン４１と溶接４７等により接続される。このようにして、芯体１１に掛かる筆圧に応じて容量値の変化する可変容量コンデンサが形成される。

従って、この第２の実施形態例においても、筆圧検出部となる可変容量コンデンサの構成は、導電性弾性部材３の設けられた芯体１１と扁平形状の誘電体１、それに射出成形等によりリード部材４５、４６が設けられたスリーブ４４と導電ピン４１の４点だけであって、極めて簡略化された構成になっている。また、従来の構成では付帯的に必要であった図９に示した端子２０６、２０７のような構成要素が不要となり、可変容量コンデンサの全体の直径を細くすることができる。

こうして本例の位置指示器、位置入力装置及びコンピュータシステムによれば、筆圧検出部となる可変容量コンデンサの構造を簡略化して、特に軸径を細くした位置指示器の形成を容易に行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形例、応用例を含むことは言うまでもない。

本発明を適用した位置指示器及び位置入力装置の一実施形態を示す構成図である。本発明を適用した可変容量コンデンサの第１の実施形態例を示す構成図である。位置指示器及び位置入力装置の回路構成の模式的なブロック図である。本発明の第一実施形態例の処理装置における処理の流れ図である。Ｘ軸オールスキャン動作における各部の波形の一例を示す図である。Ｙ軸オールスキャン動作における各部の波形の一例を示す図である。Ｘ軸セクタスキャン動作及びＹ軸セクタスキャン動作における各部の波形の一例を示す図である。本発明を適用した可変容量コンデンサの第２の実施形態例を示す構成図である。従来の可変容量コンデンサの説明のための図である。

符号の説明

１００…位置指示器、１０…筐体、１…誘電体、２…電極、３…導電性弾性部材、２００…可変容量コンデンサ、３００…タブレット、１１…芯体、１２…フェライトコア、１３…位置指示コイル、１４…リード線、１５ａ…共振コンデンサ、２０…位置検出コイル

Claims

対向する二面を有する誘電体と、
前記誘電体の一方の面に所定の面積を有する第一の電極が設けられ、前記誘電体の一方及び他方の面間を貫通する孔が前記誘電体の中心部に設けられ、前記孔の両端間を導通させる導通部が設けられ、前記誘電体の他方の面に設けられた前記導通部に導電性弾性部材が近接するように配置された可変容量コンデンサと、位置検出用コイルを貫通し、一端がペン先として用いられ、他端に前記導電性弾性部材が配置された芯体とを備え、
前記可変容量コンデンサが備える前記第一の電極は処理回路の一端に接続され、前記誘電体の他方の面と前記導電性弾性部材が接触することで形成される第二の電極は、接触と同時に前記導通部を通じて、前記処理回路の他端と接続され、
前記芯体のペン先に加わる圧力を、前記導電性弾性部材と前記誘電体の他方の面との接触面積の大きさによる容量変化とすることを特徴とした位置指示器。
前記導通部は前記孔に導電ピンを挿入して構成する
ことを特徴とする請求項１記載の位置指示器。
前記導電ピンは、前記誘電体の他方の面側に位置する一方の端部にピンヘッド部を備える、請求項２記載の位置指示器。
前記導電ピンの前記ピンヘッド部を扁平形状にし、
前記誘電体の他方の面側の前記孔の周囲に前記ピンヘッド部の厚さと同じかわずかに深
い段差部を設ける
ことを特徴とする請求項３記載の位置指示器。
前記導通部は前記孔の内面に導電層が形成されて構成される
ことを特徴とする請求項１記載の位置指示器。
前記導電性弾性部材と前記誘電体との接触面積は、前記芯体に掛かる筆圧に応じて変化する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位置指示器。
芯体の他端が位置指示点とされる位置指示器と、該位置指示点において、位置検出用コイルからの信号を検知する位置検出器とからなる位置入力装置であって、
前記位置指示器は、
対向する二面を有する誘電体と、前記誘電体の一方の面に所定の面積を有する第一の電極が設けられ、前記誘電体の一方及び他方の面間を貫通する孔が前記誘電体の中心部に設けられ、前記孔の両端間を導通させる導通部が設けられ、前記誘電体の他方の面に設けられた前記導通部に導電性弾性部材が近接するように配置された可変容量コンデンサと、位置検出用コイルを貫通し、一端がペン先として用いられ、他端に前記導電性弾性部材が配置された芯体とを備え、
前記可変容量コンデンサが備える前記第一の電極は処理回路の一端に接続され、前記誘電体の他方の面と前記導電性弾性部材が接触することで形成される第二の電極は、接触と同時に前記導通部を通じて、前記処理回路の他端と接続され、
前記芯体のペン先に加わる圧力を、前記導電性弾性部材と前記誘電体の他方の面との接触面積の大きさによる容量変化とする
ことを特徴とした位置入力装置。
芯体の他端が位置指示点とされる位置指示器と、該位置指示点において、位置検出用コイルからの信号を検知する位置検出器とを含むコンピュータシステムであって、
前記位置指示器は、
対向する二面を有する誘電体と、前記誘電体の一方の面に所定の面積を有する第一の電極が設けられ、前記誘電体の一方及び他方の面間を貫通する孔が前記誘電体の中心部に設けられ、前記孔の両端間を導通させる導通部が設けられ、前記誘電体の他方の面に設けられた前記導通部に導電性弾性部材が近接するように配置された可変容量コンデンサと、位置検出用コイルを貫通し、一端がペン先として用いられ、他端に前記導電性弾性部材が配置された芯体と、を備えており、
前記可変容量コンデンサが備える前記第一の電極は処理回路の一端に接続され、前記誘電体の他方の面と前記導電性弾性部材が接触することで形成される第二の電極は、接触と同時に前記導通部を通じて、前記処理回路の他端と接続され、
前記芯体のペン先に加わる圧力を、前記導電性弾性部材と前記誘電体の他方の面との接触面積の大きさによる容量変化とし、
前記可変容量コンデンサで検出される筆圧信号を、中央処理装置においてデータ信号に
変換し、このデータ信号に基づいて、共振回路の共振特性を変化させて位置入力を行
うことを特徴とするコンピュータシステム。