JP5732600B1 - 位置指示器 - Google Patents
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Abstract
Description
(実施の形態1)
[位置指示器100を含むシステム]
図1は、位置指示器100を含むシステムの構成図である。位置指示器100は、ペン型の外観を有しており、ユーザがペンのように手に持って入力操作面200aに対して位置指示などの操作を行えるように構成されている。
図2は、位置指示器100の機能ブロック図である。位置指示器100は、筆圧検知機構部301と筆圧信号送信部302とを含み構成される。
図3は、位置指示器100と共に利用されるタブレット型情報端末200の構成例を示す図である。タブレット型情報端末200は、タッチパネル(検出センサ)を構成するセンサ部210と、筆圧信号受信部220と、制御回路230とを含む。
図4は、ペン型の位置指示器100の断面図である。位置指示器100は、筐体101、芯体2、弾性部材3、及び、圧力検知部4を必須の構成とする。更に、キャップ1、芯体係止部材5、保持部材6、ホルダ7、及び/又は、回路基板8を組み合わせ構成可能である。
図5は、この実施の形態の位置指示器100の筆圧検知機構部301の構成部材を説明するための図である。キャップ1は、筆圧に応じて変形する一方、タブレット型情報端末200側での位置検出を可能にするための部材である。キャップ1の材料としては、導電ゴムなどの、導電性を有し、かつ変形に対して復元力を有する弾性を持つ材料が用いられる。キャップ1は、例えば、接触面が直径5mm程度になるように変形する。
図6は、筆圧検知機構部301の筐体101への取り付け機構を示す断面図である。同図には、筆圧検知機構部301が位置指示器100に取りつけられた状態(キャップ1が入力操作面200aに接触していない状態)を示している。筐体101の金口102が設けられる側である先端側の内周に設けられている螺子山と、芯体係止部材5の筐体結合部5cの螺子山とが螺合することにより、芯体係止部材5は筐体101に取り付けられる。
図7は、筆圧検知機構部301が、入力操作面200aに接触していない状態を示す図である。圧力検知部4は、保持部材6に固定される。保持部材6には回路基板8も固定されて、筐体101内の所定の位置に固定される。芯体2の押圧部2dの周囲に弾性部材3であるコイルばねが装着され、芯体2と弾性部材3とが芯体係止部材5に収納された状態で、芯体係止部材5の筐体結合部5cの螺子山と筐体101の先端部内側の螺子山とが螺合して芯体係止部材5が筐体101に固定される。
Pn=N1+N2;
ここで、
Pn:ばねである弾性部材3の端点から図8(b)の下方向に芯体2に加わる力(初期荷重に対応する力)、
N1:筆圧(操作面200aからペン先を伝達して芯体2に加わる垂直抗力)、
N2:係止部材5dから与えられる残余(PnからN1を引いた残余)の垂直抗力。
このように、芯体2と圧力検知部4との間の弾性部材3は、芯体2と筐体あるいは芯体係止部材5との係合により組み立て時に与えられる復元力により、初期荷重に対応する力(=Pn)を調整手段として芯体2に対して付勢する。
図12は、実施の形態2の初期荷重の調整について説明するための図である。この実施の形態2の位置指示器は、上述した実施の形態1の位置指示器100と同様の構成を有するが、初期荷重に対応して与えられる復元力に特徴を有する。
圧力検知部4が筆圧値を検知し始めるための力(図中幅Bの最大荷重)が、タブレット型情報端末200が位置指示器100の位置を出力し始める力(図中幅Aの最大荷重)より小さいということは、タブレット型情報端末200において指示位置が検出できたときには、確実に筆圧データをタブレット型情報端末200に供給することができているということである。
実施の形態2に説明したように位置指示器100の弾性部材3の復元力が初期荷重の上限値よりも小さい場合について敷衍する。
各実施の形態について以下の変形が可能である。
(キャップ1、芯体2について)
芯体2のキャップ保持部2aに対しては、キャップ1が着脱可能にされるとして説明したが芯体とキャップとを一体部材としてもよい。別部材で構成する場合には、導電特性、形状、大きさが異なる複数のキャップを用意しておき、これを芯体2に対して付け替えて利用できる。この場合に、弾性部材3が芯体2に付与する初期荷重(圧力値Pn)を調整する必要が生じた場合には、上述したように、螺子山同士を螺合して結合させる芯体係止部材5と筐体101との結合位置を調整すればよい。
弾性部材3は、コイルばねである場合を例にして説明したが、これに限るものではない。芯体2に対して所定の初期荷重に対抗するための力を付与することができるように、例えば、板ばね、ゴム、樹脂、円筒状で蛇腹形状に構成される弾性部材など、コイルばね3と同様の作用、効果を及ぼす種々の弾性部材を用いることができる。
筆圧を検出する圧力検知部4は、特許文献2記載の筆圧検知部を用いて説明したが、これ以外の他の感圧センサを利用することも可能である。例えば、特願2012−15254等に記載のMEMS(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれるデバイスにより、圧力検知部を構成することもできる。
図4〜図11を用いて説明したように、芯体2、弾性部材3、圧力検知部4を筐体101内部に収納し、位置規制する手段となる芯体係止部材5は、筐体101の端部内側に設けられる螺子山と、筐体結合部5cとが螺合することにより結合される。このため、両者の螺合の状態を調整することにより、結合位置の調整が可能である。
上述した実施の形態では、圧力検知部4は、保持部材6の所定の位置にホルダ7を用いて固定するものとして説明した。そして、この場合に、芯体2と圧力検知部4との間にホルダ7の一部が介在する構成となる場合も考えられる。芯体2とホルダ7との間に弾性部材3が設けられる構成になっても、ホルダ7は圧力検知部4の一部と看做すことができるので、芯体2と圧力検知部4との間に弾性部材3を設ける場合と弾性部材3の作用、機能が変わることはない。
実施の形態2で述べた通り、筆圧検知機構部301は、ペン先に引加される荷重が初期荷重の上限値を下回っている間、その出力(筆圧に応じて変化する量)が固定されているものとしてもよい。本発明の主旨から設計事項の範囲で変更されうる、押圧部2dと圧力検知部4との連結(当接するか否か、間接部材があるか否か、あるいは、間隙の有無等を含む)に応じて、これらの間の力の伝達の程度は異なりうる。前述したとおり弾性部材3の存在により、初期荷重の一部が徐荷された値をその値に応じて決定される信号値(アナログ信号、あるいはデジタル値)で送出あるいは供給するものであればよい。
筐体101は、所謂ペンの形状を模したものでなくてもよい。筒状の筐体とは、円柱状以外の形状であってもよいことは当然である。筒状は、芯体2の周囲の少なくとも一部を外側から包むように筐体が存在していることを意味している。また、ここでいう筒状の筐体101には、大型バッテリー搭載のためなどの目的で全部が筒状に見えなくなっているようなものも含む。
尚、上述の各実施の形態では、位置指示器と共に利用される端末についてタブレット型情報端末を用いて説明したが、位置指示器の利用は所謂静電容量式タブレット端末に限るものではない。
位置指示器は、位置を指示するとしているが、例えばマウス等のポインティングデバイスのように座標位置を示すためのものに限るものではない。ユーザの操作のために、かつ画面に表示される所定の領域と他の領域とを区別するために、ユーザからの何らかの入力をペン先の空間位置を用いてタブレット型情報端末に与えるものであればよい。
位置指示器とともに用いる位置検出装置としては、位置指示器のペン先(芯体あるいはキャップ)と静電容量を形成することにより、あるいは、位置指示器のペン先が押圧することにより、そのペンの位置を検出することができる装置であって、各実施の形態記載の位置指示器から送出あるいは供給される筆圧に対応する値を何らかの方法で受信することができる装置であればよい。後者の例は、感圧式のセンサを搭載した位置検出器を含む。これらの例には、位置検出装置を備えた、携帯電話、各種電子文具、大画面ディスプレイ、銀行端末、所謂クラウドにおけるサーバなどが考えられる。
尚、通信チャネルCHは、Bluetooth(登録商標)等を用いた各種無線通信を用いることができるとしたがこれに限るものではない。通信チャネルCHは、タブレット型情報端末が、芯体に対して入力操作面200aから鉛直方向に生じる力に対応する情報を位置指示器から得ることのできるものであればよい。例えば、有線であっても赤外線を利用した無線通信であっても、所謂NFC(Near Field Communication)を用いたものであってもよいし、所謂第3、4世代通信といわれる無線WAN通信規格によるものであってもよい。
2 芯体
2c 鍔部
3 弾性部材
4 圧力検知部
5 芯系止部材
5b 位置規制部
5c 筐体結合部
100 位置指示器
101 筐体
301 筆圧検知機構部
302 筆圧信号送信部
302a IC(集積回路)
302b 送信回路
302c アンテナ
200 タブレット型情報端末
200a 入力操作面
210 センサ部
220 筆圧信号受信部
230 制御回路
Claims (17)
- 筐体の軸心方向の一方の開口から外部に突出する先端部と、該先端部の反対側に位置する後端部とを備える芯体と、
前記後端部によって押圧可能とされた状態で前記筐体内に収納され、前記後端部から受ける圧力に基づき前記先端部に印加される筆圧を検出する圧力検知部と、
前記圧力検知部を、前記筐体の軸心方向の所定位置に保持する保持部材と、
前記圧力検知部と前記芯体との間に設けられ、前記芯体に対して、前記後端部から前記先端部に向かう方向の圧力を加えるための弾性部材とを備える位置指示器であって、
前記先端部は、前記筆圧に応じて変形するように構成され、
前記位置指示器は、前記先端部を位置検出装置の操作面に押しつけて利用するものであり、
前記位置検出装置は、前記先端部が前記操作面に接触した後、さらに前記先端部の変形量が所定量に達した場合に、前記操作面における前記先端部の接触位置の検出を開始するよう構成され、
前記弾性部材によって前記芯体に加えられる圧力は、前記先端部の変形量が前記所定量となる前記筆圧以下である
位置指示器。 - 前記弾性部材によって前記芯体に加えられる圧力は、前記弾性部材を圧縮した状態で前記圧力検知部と前記芯体との間に配置することにより、前記芯体に対して付与される
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記位置検出装置は静電容量方式の位置検出装置であり、
前記先端部は導電性を有する
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記先端部の変形量が前記所定量となる前記筆圧は5gf以上の力である
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記弾性部材は、導電性を有する
請求項3に記載の位置指示器。 - 前記弾性部材は、金属性のコイルばねである
請求項3に記載の位置指示器。 - 前記保持部材は、前記筐体と一体に形成されている
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記芯体は、前記先端部と前記後端部との間に位置する該芯体の本体部から膨出した形状を有する鍔部を含み、
前記鍔部は、前記軸心方向をそれぞれの法線方向とする2つの面を含む
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記筐体と結合する筺体結合部と、前記芯体の前記鍔部と係合して前記芯体の前記先端部側への移動を規制する突起とを具備する芯体係止部材をさらに備える
請求項8に記載の位置指示器。 - 前記筺体結合部は、前記筐体に対する前記芯体係止部材の位置を前記軸心方向に調整可能に構成され、
前記弾性部材によって前記芯体に加えられる圧力は、前記筐体に対する前記芯体係止部材の位置を前記筺体結合部によって調整することにより、調整可能に構成される
請求項9に記載の位置指示器。 - 前記先端部に前記筆圧が印加されていない状態では、前記後端部と前記圧力検知部の間に間隙が形成される
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記間隙の前記軸心方向の長さは、1μm以上かつ300μm以下である
請求項11に記載の位置指示器。 - 前記芯体の先端部には、導電性のキャップが交換可能に被せられており、
前記先端部の変形量が前記所定量となる前記筆圧の圧力値は、前記キャップの種類に応じた値である
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記キャップは、前記先端部との間に所定の空間を形成するように該先端部に被せられ、
前記芯体は、前記所定の空間に向かって開口する貫通孔を備える
請求項13に記載の位置指示器。 - 前記圧力検知部は、互いに対向する第1及び第2の平面を有する板状の誘電体と、前記第1の平面に対向して配置される第1の電極と、前記第2の平面に対向して配置される第2の電極とを含んで構成され、
前記第2の電極は、弾性を有する導電体によって構成され、
前記圧力検知部は、前記第1及び第2の電極により構成されるキャパシタの静電容量が前記第2の電極と前記誘電体との接触面積に応じて変化するよう構成される
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記圧力検知部は、前記先端部に印加される筆圧に応じて静電容量が変化する半導体デバイスを含んで構成される
請求項1に記載の位置指示器。 - 前記弾性部材は、前記先端部に前記筆圧が印加されていない状態における復元力が前記先端部の変形量が前記所定量となる前記筆圧の上限値の力よりも小さくなるよう構成される
請求項1に記載の位置指示器。
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