JP5761773B1 - 位置指示用モジュールおよびスタイラスペン - Google Patents

Abstract

芯体の交換が容易にでき、軽いタッチによる筆圧の変化を精度良く検出可能な静電方式のスタイラスペン用の位置指示用モジュールを提供する。芯体に有する電極から、信号を送信する静電方式のスタイラスペン用の位置指示用モジュールである。第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有する誘電体と、この誘電体の前記第１の面に設けた第１の電極と、第２の面に対向して配置され外力により第２の面との接触面積が変化する第２の電極と、少なくとも先端部に第３の電極を有するとともに第２の電極に外力を伝達する芯体部とを有する。また、第１の電極と電気的に接続される第１の端子部と、第２の電極と電気的に接続される第２の端子部と、第３の電極と電気的に接続される第３の端子部とを備える。芯体部を第３の端子部に付勢しながら接触させることにより第３の電極と第３の端子部とを電気的に接続するための嵌合部を備える。

Description

本発明は、タブレット上における指示位置を入力する際に用いる位置指示用モジュールおよびスタイラスペンに関するものである。

この出願に先立ち、出願人は、特許文献１（特開２００７−１６４３５６号公報）において、位置指示部にコイルや電極を設けてタブレット上での座標位置を求める位置指示器について提案している。これによれば、筆圧に応じて容量が変化する可変容量コンデンサを搭載することにより、筆圧をデジタル値に変換して送信して、筆圧を高精度に検出でき、極めて操作性の良い位置指示器を実現している。

筆圧に応じて容量が変化する可変容量コンデンサとしては、特許文献２（特開平０５−２７５２８３号公報）や、特許文献３（特開２０１１−１８６８０３号公報）などで、誘電体を用いたものが開示されている。

近年では、スタイラスペンのような位置指示器と一緒に静電方式のタッチパネルを併用したいというニーズが高まっている。そのような装置に用いるスタイラスペンを静電方式とすることにより、タブレットの構成を簡単にすることができるという利点が得られる。静電方式のスタイラスペンとしては上記の特許文献１の他にも、特許文献４（特開平６−２５０７７２号公報）や、特許文献５（特開平７−２９５７２２号公報）などが開示されている。

特開２００７−１６４３５６号公報 特開平５−２７５２８３号公報 特開２０１１−１８６８０３号公報 特開平６−２５０７７２号公報 特開平７−２９５７２２号公報

静電方式のスタイラスペンではペン芯に電極を設けて結線しなければならない。一方、特許文献２や特許文献３に記載のような可変容量コンデンサは筆圧に応じてペン芯が僅かに変位する。そのように変位する部分に結線を行う場合、結線部分が筆圧検出に影響してしまうため、筆圧検出特性が悪くなったり、軽い荷重による入力が出来ない、などの問題がある。また、ペン先が磨耗してもペン芯の交換が容易にできないなどの問題がある。

本発明は前述した問題に対して解決案を提示するもので、軽いタッチによる筆圧の変化を精度良く検出できる静電方式のスタイラスペンおよび、それに用いる位置指示用モジュールについて提案するものである。

また、本発明は前記に加えて、電極を備えるペン芯が着脱可能な静電方式のスタイラスペンについて提案する。

本発明は、
（1）２つの対向する面を持つ誘電体と、その第１面に設けた第１の電極と、第２面に対向して配置され外力により第２面との接触面積が変化するようにした第２の電極と、先端部に第３の電極を有するとともに第２の電極に外力を伝達する芯体部と、前記第１の電極と電気的に接続される第１の端子と、前記第２の電極と電気的に接続される第２の端子と、前記第３の電極と電気的に接続される第３の端子と、を設けた位置指示用モジュールを提案する。

また、
（2）前記（1）において、芯体部の他端（先端部の反対端）に第３の電極と電気的に接続される導電部を設け、導電材で構成される芯ホルダーを設け、芯ホルダーには芯体部の他端が着脱可能に圧入されるようにして、第３の電極と前記第３の端子との接続を行うようにした位置指示用モジュールを提案する。

また、
（3）前記（2）において、芯ホルダーと第３の端子との間の電気的接続を導電性スプリング（ばね）を介して行うようにした位置指示用モジュールを提案する。

また、
（4）前記（2）において、第２の電極を導電性を備えた弾性部材で構成し、それと芯ホルダーとを可撓性を有するフレキシブル回路基板の両面に貼り合せた位置指示用モジュールを提案する。

さらに、
（5）前記（1）において、芯体部の他端（先端部の反対端）に第３の電極と電気的に接続される導電部を設け、それと電気的に接続されて芯体部の軸に垂直方向に伸びるフレキシブル電線により第３の端子との接続を行うようにした位置指示用モジュールを提案する。

本発明によれば、ペン芯の交換が容易にでき、軽いタッチによる筆圧の変化を精度良く検出可能な静電方式のスタイラスペンを実現できる。

本発明の第１の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図である。 図１の例における誘電体、スペーサー、第２の電極をそれぞれ分解して配置した図である。 図１の例における第１の端子１５および第２の端子１６の外観を示した図である。 図１の例におけるコイルばね１９の外観図である。 本発明の第２の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図である。 図５の例におけるポリイミドフィルム２４の展開図である。 本発明の第３の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図である。 図７の例におけるポリイミドフィルム２６の展開図である。 本発明の第４の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図である。 図９の例におけるポリイミドフィルム２９の展開図である。 本発明の第５の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図である。 図１１の例における芯体ホルダー３４の形状を示した図である。 図１１の例におけるポリイミドフィルム３６の展開図である。 図１１の例におけるコイルばね３７の外観図である。 本発明の第５の実施形態の変形例１の一例の構造図である。 図１５の例における芯体ホルダー３４´の形状を示した図である。 本発明の第５の実施形態の変形例２に用いるペン芯３３０の一例の構造を示した図である。 本発明の第５の実施形態の変形例２に用いるポリイミドフィルム３６０の展開図である。 本発明の第６の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造を説明するための図である。 本発明の第７の実施形態による位置指示用モジュールの概略を示した図である。 図２０の内部構造を示す分解図である。 図２０の例のポリイミドフィルム６４の展開図である。 図２０の例の位置指示用モジュールをプリント基板に取り付ける場合の構成例を示した図である。 本発明のスタイラスペンの実施形態を示した図である。 本発明のスタイラスペンの実施形態の回路構成例を示した図である。 本発明のスタイラスペンの実施形態の動作を示した図である。 スタイラスペンの検出に用いるタブレットの構成例を示した図である。 Ｘ軸全面スキャン動作について示した図である。 部分スキャンへの移行動作を示した図である。 部分スキャン動作について示した図である。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図（中央断面図）を示したものである。図１において、１１は略円盤状の誘電体、１２は誘電体１１の第１面に設けた第１の電極、１３は可撓性を有する材料からなる第２の電極である。第２の電極１３はリング状のスペーサー１４を挟んで誘電体１１の第１面に対向する第２面側に配置されている。この第２の電極１３としては、例えば導電性ゴムを用いることができるし、ポリイミドフィルムの片面に導電物質を蒸着した材料としても良い。

図２は、誘電体１１、スペーサー１４、第２の電極１３をそれぞれ分解して配列したときの斜視図である。第２の電極１３において少なくともスペーサー１４と接する面１３ａ側は導電性を有しており、その導電面には突出部１３ｂが設けられている。

図１において、１５は金属により成型された第１の端子で、誘電体１１の第１の電極１２と電気的に接続される。１６は金属により成型された第２の端子で、第２の電極１３と電気的に接続される。

図３は、第１の端子１５および第２の端子１６の外観を示したものである。第１の端子１５には第１の電極１２と接続する平らな部分１５ａが設けられている。また、第２の端子１６には第２の電極１３の突出部１３ｂと接続する平らな部分１６ａが設けられている。

図１において、１７は略棒状のペン芯で、この例では不導体材料、例えば樹脂で構成されている。この例では、芯体部はペン芯１７のみで構成されている。ペン芯１７の先端１７ａには第３の電極１８が埋め込まれている。ペン芯１７の、先端１７ａとは反対側の接続端１７ｂには導電性物質が塗布されており、接続端１７ｂはペン芯１７の内部に設けられている導体１７ｃを介して第３の電極１８と電気的に接続されている。

１９は、導電性材料で形成されたスプリング（ばね）、この例ではコイルばねで、その外観を図４に示す。弾性を有する巻回部１９ａとまっすぐに伸びた第３の端子１９ｂとが設けられている。

２０は、導電性材料で形成された芯体ホルダーで、コイルばね１９の巻回部１９ａにちょうど入る形状になっている。また、芯体ホルダー２０の外周面にフランジ状に突出する突出部２０ａによりコイルばね１９が接触して電気的に接続される。芯体ホルダー２０にはペン芯１７の接続端１７ｂが挿入されて嵌合される穴が設けられており、ペン芯１７の接続端１７ｂが芯体ホルダー２０に圧入嵌合されることにより接続端１７ｂと電気的に接続されている。

２１は、プラスチックで成型された押圧体で、一端が丸みをおびた円筒形状となっており、他端は平らな形状となっている。押圧体２１の平らな形状の他端側は芯体ホルダー２０と接着され、丸みをおびた一端側は第２の電極１３にちょうど接するように配置される。この押圧体２１はゴムなどの弾力性のある材料を用いても良い。

２２はハウジングで、前述した誘電体１１、第１の電極１２、第２の電極１３、スペーサー１４、第１の端子１５、第２の端子１６、第３の電極１８を備えるペン芯１７、コイルバネ１９、芯体ホルダー２０、押圧体２１の各部材を合体して位置指示用モジュールとして形成している。ハウジング２２は各部材を組み込み易くするために、図示しない複数の部分に分解されるとともに、圧入や接着等の方法により組み立てられている。

このように形成した第１の実施形態による位置指示用モジュールの動作について説明する。なお、この第１の実施形態では、誘電体１１、第１の電極１２、第２の電極１３、スペーサー１４により、可変容量コンデンサが構成される。この可変容量コンデンサは、筆圧検出部の構成の一例である。

ペン芯１７に筆圧が加わらない状態では誘電体１１と第２の電極１３とはスペーサー１４によって接触しない状態となっている。ペン芯１７に筆圧が加わると、押圧体２１は第２の電極１３を変位させて、誘電体１１の第２面に接触する。この接触面積はペン芯１７に加わる筆圧の大きさに応じて変化するので、第１の端子１５と第２の端子１６間の容量はペン芯１７に加わる筆圧の大きさに応じて変化する。

一方、ペン芯１７に設けられた第３の電極１８は、筆圧の有無に関らず芯体ホルダー２０およびコイルばね１９を経由して第３の端子１９ｂに電気的に接続されている。

第１の実施形態の位置指示用モジュールでは、筆圧が無くなったときにペン芯１７を戻す作用をする部分と、第３の端子と第３の電極１８との結線部とがコイルばね１９によって兼用されているため、第３の端子と第３の電極１８との結線部が筆圧検出に影響することが無いし、軽い荷重の検出を精度良く行うことができる。

また、ペン芯１７の変位が繰り返されることにより第３の端子と第３の電極１８との接続線が断線したりすることも無い。

［第２の実施形態（第１の実施形態の変形例）］
図５は第２の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図（中央断面図）を示したもので、図１に示した第１の実施形態の位置指示用モジュールと同一構成のものは同一符号によって示す。第２の実施形態は第１の実施形態と共通点が多いため、ここでは図１と異なる部分についてのみ説明する。

２３は導電性材料で形成されたコイルばねで、第１の実施形態で用いた図４に示したコイルばね１９とほぼ同じであるが、まっすぐに伸びた部分である端子１９ｂに相当する部分が無い。コイルばね２３は第１の実施形態のコイルばね１９と同様に芯体ホルダー２０に挿入されて突出部２０ａと接触して電気的に接続される。

２４はポリイミドフィルムで、図６はその展開図である。ポリイミドフィルム２４は、リング形状部分と直線部分とが結合された形となっており、その片面において、リング形状部分にはリング状の導電パターン２４ａが、直線部分には直線状の導電パターン２４ｂが、導電パターン２４ａと導電パターン２４ｂの両者が連続する状態となるように、エッチング等によって形成されている。また、ポリイミドフィルム２４は、図６のａ−ａ’で直角に折り曲げられている。ポリイミドフィルム２４のリング形状部分の導電パターン２４ａはコイルばね２３の端面と同一サイズとなっており、コイルばね２３と電気的に接続される。直線部分の導電パターン２４ｂは第３の端子２４ｂとして突出する。

２５はハウジングで、第１の実施形態と同様に全ての部材を合体して位置指示用モジュールとして形成している。ハウジング２５は各部材を組み込み易くするために、図示しない複数の部分に分解されるとともに、圧入や接着等の方法により組み立てられている。

このように構成した第２の実施形態においても、第３の電極１８は、芯体ホルダー２０、コイルばね２３およびポリイミドフィルム２４を経由して第３の端子２４ｂに電気的に接続される。

この第２の実施形態でも、筆圧が無くなったときにペン芯１７を戻す作用をする部分と第３の端子２４ｂから第３の電極１８への結線部とがコイルばね２３によって兼用されているため、第３の端子２４ｂから第３の電極１８への結線部が筆圧検出に影響することが無いし、軽い荷重の検出を精度良く行うことができる。

また、ペン芯１７の変位が繰り返されることにより第３の端子と第３の電極１８との接続線が断線したりすることも無い。

［第３の実施形態］
図７は第３の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図（中央断面図）を示したもので、図１に示した第１の実施形態の位置指示用モジュールと同一構成のものは同一符号によって示す。

即ち、１１は略円盤状の誘電体、１２は誘電体１１の第１面に設けた第１の電極、１４はスペーサーである。１５は金属により成型された第１の端子で、誘電体１１の第１の電極１２と電気的に接続される。１６は金属により成型された第２の端子である。１７は略棒状のペン芯で、その先端１７ａには第３の電極１８が埋め込まれている。ペン芯１７の接続端１７ｂには導電性物質が塗布されており、接続端１７ｂはペン芯１７の内部に設けられている導体１７ｃを介して第３の電極１８と電気的に接続されている。これらの構成は第１の実施形態の位置指示用モジュールと同じである。

２６はポリイミドフィルムで、図８はその展開図である。ポリイミドフィルム２６は、略円形形状部分と直線部分とが結合された形となっており、その両面に導電パターンが形成されている。また、ポリイミドフィルム２６は、図８のａ−ａ’で直角に折り曲げられている。ポリイミドフィルム２６の略円形形状部分の誘電体１１の側である第１面には、導電性物質が蒸着されることによって形成される第２の電極２６ａ（図８では破線で示す）が設けられている。この第２の電極２６ａは、略円形形状部分の突出部２６ｂにて第２の端子１６と電気的に接続される。ポリイミドフィルム２６の第１面と反対面である第２面には、略円形形状部の中央に円形の導電パターン２６ｃが設けられる。また、ポリイミドフィルム２６の第２面の直線部分の先端には第３の端子２６ｄが設けられている。円形の導電パターン２６ｃと第３の端子２６ｄとは細い導電パターン２６ｅにより結線されており、これらのパターンはエッチング等により形成されている。

２７は、導電性を有する弾性材、たとえば導電ゴムで形成された押圧体である。この押圧体２７の一端は丸みをおびた円筒形状となっており、他端には、ペン芯１７の接続端１７ｂが圧入される穴が設けられている。押圧体２７の丸みをおびた先端はポリイミドフィルム２６の導電パターン２６ｃにちょうど接するように後述するハウジング２８の形状が決定されている。

２８はハウジングで、第１の実施形態と同様に全ての部材を合体して位置指示用モジュールとして形成している。ハウジング２８は各部材を組み込み易くするために、図示しない複数の部分に分解されるとともに、圧入や接着等の方法により組み立てられている。

ポリイミドフィルム２６は可撓性を有しているので、ペン芯１７に筆圧がかからない状態では平らな形状となる。誘電体１１と第２の電極２６ａとはスペーサー１４によって接触しない状態となっているが、ペン芯１７に筆圧が加わると、押圧体２７は第２の電極２６ａを変位させて、誘電体１１に接触する。この誘電体１１と第２の電極２６ａとの接触面積はペン芯１７に加わる筆圧の大きさに応じて変化するので、第１の端子１５と第２の端子１６間の容量はペン芯１７に加わる筆圧の大きさに応じて変化する。

一方、ペン芯１７に設けられた第３の電極１８は押圧体２７およびポリイミドフィルム２６の第２面側の導電パターン２６ｃを経由して第３の端子２６ｄに電気的に接続されている。

この第３の実施形態では、ポリイミドフィルム２６の可撓性と押圧体２７の弾性により、筆圧の有無に関らず押圧体２７とポリイミドフィルム２６の導電パターン２６ｃとは常に接触した状態が維持される。

第３の実施形態では、第２の端子１６と第２の電極２６ａとの接続をポリイミドフィルム２６の突出部２６ｂにより行っているが、ポリイミドフィルム２６の直線部分の第１面を経由して結線を行い、第３の端子２６ｄの裏側に第２の端子を設けるようにしても良い。

［第４の実施形態］
図９は第４の実施形態よる位置指示用モジュールの一例の構造図（中央断面図）を示したもので、図１に示した第１の実施形態の位置指示用モジュールと同一構成のものは同一符号によって示す。

即ち、１１は略円盤状の誘電体、１２は誘電体１１の第１面に設けた第１の電極、１５は金属により成型された第１の端子で、誘電体１１の第１の電極１２と電気的に接続される。１７は略棒状のペン芯で、その先端１７ａには第３の電極１８が埋め込まれている。ペン芯１７の接続端１７ｂには導電性物質が塗布されており、接続端１７ｂはペン芯１７の内部に設けられている導体１７ｃを介して第３の電極１８と電気的に接続されている。これらの構成は第１の実施形態の位置指示用モジュールと同じである。

２９はポリイミドフィルムで、図１０はその展開図である。ポリイミドフィルム２９は、円形部分と２つの直線部分とが結合された形となっており、その両面に導電パターンが形成されている。また、ポリイミドフィルム２９は、図１０のａ−ａ’およびｂ−ｂ’でそれぞれ直角に折り曲げられている。このポリイミドフィルム２９を図９のように装着したときに、円形部分がペン芯１７に向っている面を表面、誘電体１１に向かっている面を裏面として説明する。

図１０はポリイミドフィルム２９をその表面から見たときの導電パターンを黒色で示しており、裏面の導電パターンを点線で示している。円形部分の表面には３つの扇形が中央部で結合されたようなパターン２９ａが図１０のように形成されている。円形部分の裏面には、表面のパターン２９ａをちょうど６０°回転させた位置にパターン２９ｂが形成されている。このようにパターン２９ａとパターン２９ｂとが扇形部分で重ならないようにすることによって、それぞれのパターン２９ａ，２９ｂに加えられる信号が互いに影響することを避ける効果がある。

ポリイミドフィルム２９の第１の直線部分の先端（表面）には第３の端子２９ｄが設けられる。この第３の端子２９ｄは、ポリイミドフィルム２９の第１の直線部分に形成されている細いパターン２９ｃを介してパターン２９ａと結線されている。また、ポリイミドフィルム２９の第２の直線部分の先端（裏面）には第２の端子２９ｆが設けられる。この第２の端子２９ｆは、ポリイミドフィルム２９の第２の直線部分に形成されている細いパターン２９ｅを介してパターン２９ｂと結線されている。

３０は導電性を有する弾性材、たとえば導電ゴムで形成された第２の電極である。第２の電極３０はポリイミドフィルム２９のパターン２９ｂの直径とほぼ等しい略円盤形状をしており、その一面は平坦で他面は凸となっている。第２の電極３０は、ポリイミドフィルム２９の裏面に導電性接着剤で接着されパターン２９ｂと電気的に接続されている。

３１は導電性材料で略円筒形状に形成された芯体ホルダーで、その一端は平坦で、他端にはペン芯１７の接続端１７ｂが圧入嵌合される穴が設けられている。芯体ホルダー３１の平坦面は、ポリイミドフィルム２９の表面に導電性接着剤で接着されパターン２９ａと電気的に接続されている。

３２はハウジングで、第１の実施形態と同様に全ての部材を合体して位置指示用モジュールとして形成している。ハウジング３２は各部材を組み込み易くするために、図示しない複数の部分に分解されるとともに、圧入や接着等の方法により組み立てられている。

なお、ポリイミドフィルム２９の円形部の外周は表面と裏面の両面からハウジング２８によって固定される。このとき、ポリイミドフィルム２９の裏面側は外周付近に円形に線接触する部分３２ａによって押さえられている。これは、ペン芯１７に筆圧が加えられた際にポリイミドフィルム２９が変位し易くするためである。

ハウジング３２は、ペン芯１７に筆圧が加わらないときに第２の電極３０と誘電体１１との間に僅かな隙間ができるように寸法が決定されている。

このように構成した本実施例でも、ペン芯１７に加わる筆圧に応じて第２の電極３０と誘電体１１との接触面積が変化する。また、第３の電極１８は筆圧の有無に関係なく、芯体ホルダー３１およびポリイミドフィルム２９のパターン２９ａを経由して第３の端子２９ｂに結線される。

［第５の実施形態］
図１１は第５の実施形態による位置指示用モジュールの一例の構造図（中央断面図）を示したもので、図１に示した第１の実施形態の位置指示用モジュールと同一構成のものは同一符号によって示す。

即ち、１１は略円盤状の誘電体、１２は誘電体１１の第１面に設けた第１の電極、１５は金属により成型された第１の端子で、誘電体１１の第１の電極１２と電気的に接続される。１８は第３の電極である。

この第５の実施形態は、ペン芯の先端に設けた第３の電極１８への電気的接続をフレキシブルな線を用いて行うものである。図１１において、３３は略棒状のペン芯で、第１の実施形態の位置指示用モジュールのペン芯１７とほぼ同じものである。この第５の実施形態においても芯体部は、ペン芯３３のみからなる。ペン芯３３の先端３３ａには第３の電極１８が埋め込まれている。ペン芯３３の、先端３３ａとは反対側の接続端３３ｂの端面には導電性物質が塗布されており、接続端３３ｂはペン芯３３の内部に設けられている導体３３ｃを介して第３の電極１８と電気的に接続されている。

３４はプラスチックで成型された芯体ホルダーで、図１２はその形状を示した図である。芯体ホルダー３４には２つの円形の圧入部３４ａおよび３４ｂが形成されており、圧入部３４ａにはペン芯３３の接続端３３ｂが圧入嵌合され、圧入部３４ｂには後述する第２の電極３５が圧入される。圧入部３４ａの外周にはスリット３４ｃが設けられており、スリット３４ｃの外周方向には突出部３４ｄが設けられている。圧入部３４ａの低部およびスリット３４ｃの低部および突出部３４ｄは、後述するポリイミドフィルム３６を配置するための同一平面を構成している。圧入部３４ｂの外周にもスリット３４ｅが設けられている。

３６はポリイミドフィルムで、図１３はその展開図である。ポリイミドフィルム３６の片面には図１３で黒色部分で示した導電パターンがエッチング等により形成されている。そして、ポリイミドフィルム３６の一端側の円形部分の導電パターンとして接続部３６ａが構成され、他端側の矩形部分の導電パターンとして第３の端子３６ｂが構成され、ポリイミドフィルム３６の細くてフレキシブルな部分の線状のパターン３６ｃにより、接続部３６ａと第３の端子３６ｂとが電気的に接続されている。なお、ポリイミドフィルム３６の線状のパターン３６ｃが形成されている細くてフレキシブルな部分の一部は、図１３に示すように、若干、幅広の部分３６ｄとされている。

ポリイミドフィルム３６の接続部３６ａの円形部分は、芯体ホルダー３４の圧入部３４ａの底部に接着され、線状のパターン３６ｃが形成されている細くてフレキシブルな部分が芯体ホルダー３４のスリット３４ｃを通って突出部３４ｄに延びるように装着される。

ペン芯３３の接続端３３ｂは芯体ホルダー３４の圧入部３４ａに圧入嵌合されることにより、第３の電極１８と第３の端子３６ｂとが電気的に接続される。ポリイミドフィルム３６は図１３に示した幅広の部分３６ｄで後述するハウジング３８の外周に接着され固定される。なお、ペン芯３３の接続端３３ｂとポリイミドフィルム３６の接続部３６ａとの接続を確実にするために間に弾性のある導電材（例えば導電ゴム等）を挟むようにしても良い。

３７は、導電性材料で形成されたコイルばねで、その外観を図１４に示す。このコイルばね３７は、弾性を有する巻回部３７ａとまっすぐに伸びた第２の端子３７ｂを備えると共に、巻回部３７ａの内側に延びている接続部３７ｃを備える。コイルばね３７は芯体ホルダー３４に、接続部３７ｃがスリット３４ｅを通るように装着される。

３５は、導電性を有する弾性材、たとえば導電ゴムで円筒形状に形成された第２の電極である。この第２の電極３５の一端は丸みをおびたドーム形状となっている。そして、この第２の電極３５の他端は芯体ホルダー３４の圧入部３４ｂに圧入される。第２の電極３５は、芯体ホルダー３４の圧入部３４ｂに圧入されることによりコイルばね３７の接続部３７ｃと接続され、第２の端子３７ｂと電気的に接続される。

３８はハウジングで、前述した実施形態と同様に全ての部材を合体して位置指示用モジュールとして形成している。ハウジング３８は各部材を組み込み易くするために、図示しない複数の部分に分解されるとともに、圧入や接着等の方法により組み立てられている。なお、ペン芯３３に筆圧が加わらないときに、第２の電極３５のドーム形状部と誘電体１１との間に僅かな隙間ができるように、ハウジング３８の寸法が決定されている。

このように形成した第５の実施形態による位置指示用モジュールの動作について説明する。

ペン芯３３に筆圧が加わらない状態では誘電体１１と第２の電極３５間とは接触しない状態となっている。ペン芯３３に筆圧が加わると第２の電極３５は誘電体１１に接触する。第２の電極３５は弾性を有するので、この接触面積はペン芯３３に加わる筆圧の大きさに応じて変化する。

なお、第５の実施形態ではポリイミドフィルム３６の接続部３６ａから延びる線状の導体パターン３６ｃが形成されているフレキシブルな部分がペン芯３３の変位方向と直角方向となっているので、ポリイミドフィルム３６自体の変位方向に対する弾性力はコイルばね３７の弾性力よりも極めて小さく、ポリイミドフィルム３６はペン芯３３の変位を殆ど妨げない。

［第５の実施形態の変形例１］
図１５は第５の実施形態による位置指示用モジュールの変形例の構造図（中央断面図）を示したもので、図１１に示した第５の実施形態の位置指示用モジュールと同一構成のものは同一符号によって示す。この第５の実施形態の変形例１は、上述した第５の実施形態では、圧入部３４ａの突出部３４ｄの存在のために、図１１に示すように、ポリイミドフィルム３６の細くてフレキシブルな部分はハウジング３８から離れて浮いてしまう恐れがある問題を改善した例である。第５の実施形態の変形例１においては、芯体ホルダー３４´を用いる。

図１６は、芯体ホルダー３４´の形状を示した図であり、スリット３４ｃ´は、図１２に示した第５の実施形態の芯体ホルダー３４の突出部３４ｄを有しない。そして、圧入部３４ａの低部よりもスリット３４ｃ´の低部の方がより深く構成して、ポリイミドフィルム３６の細くてフレキシブルな部分の屈曲部が、スリット３４ｃ´内に収まるようにしている。これにより、図１５に示すように、ポリイミドフィルム３６の細くてフレキシブルな部分はハウジング３８の側面に密着するようになる。

なお、図１５及び図１６に示すように、この第５の実施形態の変形例１においては、芯体ホルダー３４´の圧入部３４ａには、凹凸部３４ｆが形成されている。そして、ペン芯３３の接続端３３ｂ側の、圧入部３４ａの凹凸部３４ｆの対応する部分には、対応する形状の凹凸部３３ｄが形成されている。この凹凸部３４ｆと凹凸部３３ｄとの嵌合により、芯体ホルダー３４´から、ペン芯３３が係止されて、容易には離脱しないようにされる。なお、ペン芯３３を所定の力で引き抜くようにすることで、凹凸部３４ｆと凹凸部３３ｄとの嵌合は解除される。

［第５の実施形態の変形例２］
上述の第５の実施形態では、第３の電極は、ペン芯３３の先端３３ａに１個の電極１８が埋め込まれていたが、出願人は、ペン芯に複数個の電極を設けることで、位置検出装置において、スタイラスペンの軸心方向の傾きや、タブレット面に対する垂直方向を軸とした回転角を検出できるようにした発明を提案している。スタイラスペンの軸心方向の傾きや、タブレット面に対する垂直方向を軸とした回転角を検出する構成及び動作の詳細については、先の出願（特願２０１２−１７６１０２）に詳細に述べてあるので、ここでは省略する。

この第５の実施形態の変形例２は、ペン芯として、この先の出願のように複数個の電極を設けるようにしたペン芯を用いる場合である。

図１７は、この第５の実施形態の変形例２におけるペン芯３３０の構成を説明するための図であり、図１７（Ａ）はペン芯３３０の斜視図、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）におけるＡ−Ａで切断したときの断面図、図１７（Ｃ）は、ペン芯３３０の、先端３３０ａとは反対側の接続端３３０ｂの端面形状を示す図である。

すなわち、図１７（Ａ）に示すように、この例のペン芯３３０は、略棒状の形状を有すると共に、第３の電極として３個の電極３３１，３３２，３３３を備える。３個の電極３３１，３３２，３３３は、図１７に示すように、先端３３０ａから接続端３３０ｂまでに亘る軸心方向に、互いに電気的に非接続の状態で形成されている。そして、３個の電極３３１，３３２，３３３のペン芯３３０の接続端３３０ｂに露呈する部分は、後述するポリイミドフィルム３６０との接続を確実にすることができるように、図１７（Ｃ）に示すように外側に膨出するように形成されている。

この第５の実施形態の変形例２のポリイミドフィルム３６０は、図１８（Ａ）に示すように構成されている。すなわち、ポリイミドフィルム３６０の一端側の円形部分はペン芯３３０の３個の電極３３１，３３２，３３３との接続部３６０ａとされ、他端側の矩形部分は第３の端子部３６０ｂとされている。ポリイミドフィルム３６０の一端側の接続部３６０ａには、ペン芯３３０に設けられた３個の電極３３１，３３２，３３３のそれぞれと接続する３個の導電パターン３６１，３６２，３６３が形成されている。また、ポリイミドフィルム３６０の他端側の第３の端子部３６０ｂには、３個の端子３６４，３６５，３６６が形成されている。そして、接続部３６０ａの３個の導電パターン３６１，３６２，３６３と、第３の端子部３６０ｂの３個の端子３６４，３６５，３６６とは、ポリイミドフィルム３６０の細くてフレキシブルな部分の線状のパターン３６７、３６８，３６９により電気的に接続されている。

ポリイミドフィルム３６０の接続部３６０ａの円形部分は、芯体ホルダー３４´の圧入部３４ａの底部に接着され、細くてフレキシブルな部分が芯体ホルダー３４´のスリット３４ｃ´を通ってハウジング３８外に延びるように装着される。

ペン芯３３０の接続端３３０ｂは芯体ホルダー３４´の圧入部３４ａに圧入されることにより、第３の電極としての電極３３１，３３２，３３３と、第３の端子部３６０ｂの３個の端子３６４，３６５，３６６とが電気的に接続される。ポリイミドフィルム３６０は図１８（Ａ）に示した幅広の部分で後述するハウジング３８の外周に接着され固定される。

なお、図１７（Ａ）に示すように、ペン芯３３０の接続端３３０ｂ側には、芯体ホルダー３４´の圧入部３４ｂに挿入したときに凹凸部３４ｆと嵌合する凹凸部３３０ｃが形成されていると共に、ペン芯３３０の周方向の位置決め用の突起部３３０ｄが形成されている。この場合、図示は省略するが、芯体ホルダー３４´の圧入部３４ａの周方向の所定位置には、突起部３３０ｄと嵌合する溝が形成されている。この突起部３３０ｄと溝との嵌合により、ペン芯３３０の周方向の位置が一義的に定まり、これにより、第３の電極としての電極３３１，３３２，３３３と、ポリイミドフィルム３６０の接続部３６０ａの３個の導電パターン３６１，３６２，３６３とが、予め定められた関係で電気的に接続される。

図１８（Ｂ）は、第５の実施形態の変形例２に用いるポリイミドフィルムの他の例を示す図である。すなわち、この例のポリイミドフィルム３６０Ａは、図１８（Ｂ）に示すように、円形部分からなり、第３の電極としての３個の電極３６１Ａ，３６２Ａ，３６３Ａが形成されている接続部３６０ｃは、長手方向のほぼ中央部に設ける。そして、第３の端子部は２つに分けられて、接続部３６０ｃの両側に設けられる。

図１８の例では、接続部３６０ｃの左側には、第３の端子部の３個の端子の内の端子３６４Ａのみが形成される第３の端子部分３６０ｄが設けられ、右側には、第３の端子部の３個の端子の内の端子３６５Ａと端子３６６Ａとが形成される第３の端子部分３６０ｅが設けられる。そして、接続部３６０ｃの導電パターン３６１Ａは線状のパターン３６７Ａを介して端子３６４Ａに電気的に接続され、接続部３６０ｃの導電パターン３６２Ａおよび３６３Ａは線状のパターン３６８Ａおよび３６９Ａを介して端子３６５Ａおよび３６６Ａに電気的に接続される。

この図１８（Ｂ）に示す例の場合のポリイミドフィルム３６０Ａを用いる場合には、上述のように第３の端子部は、２つの第３の端子部分３６０ｄ，３６０ｅに分かれている。このため、芯体ホルダー３４´には、図示は省略するが、第３の端子部分３６０ｄを外部に導出する溝部と、第３の端子部分３６０ｅを導出する溝部とが設けられるものである。

なお、図１８に示した第５の実施形態の変形例２は、第５の実施形態の変形例１に適用した場合として説明したが、図１１に示した第５の実施形態に適用することができることは言うまでもない。

［第６の実施形態］
図１９は、第６の実施形態による位置指示用モジュールを搭載した位置指示器（電子ペン）の一部を示す断面図であり、前述の第５の実施形態の位置指示用モジュールと同一構成ものは同一符号によって示す。

すなわち、この第６の実施形態の筆圧検出手段も、第５の実施形態と同様に可変容量コンデンサとして構成される。１１は略円盤状の誘電体、３５は導電性の弾性材からなる第２の電極、導電性材料で形成された３７はコイルばねである。コイルばね３７は、第２の端子３７ｂを備えると共に、第２の電極３５と接続される接続部３７ｃを備える。

３９は導電性の金属からなる第１の電極であり、誘電体１１の第１面に圧接されるように設けられている。この第１の電極３９からは、当該第１の電極３９と一体に第１の端子３９ａが導出される構成とされている。

そして、第２の電極は芯体ホルダー３４０に、前述の第５の実施形態と同様にして取り付けられており、ハウジング３８´内において、後述するペン芯１１０に印加される筆圧に応じて芯体ホルダー３４０に固定された第２の電極３５が軸心方向に移動可能とされるように構成されている
また、図１９において、１０１は円筒状の導電性材料からなるケースである。１０２はフロントキャップでテーパー状に形成された導体材料からなる。１０３はペン先ガード部材で、絶縁性材料からなる。

ケース１０１の中空部内には、基板ホルダー１０４が収納されている。この基板ホルダー１０４のプリント基板載置台部１０４ａにはプリント基板１０５が取り付けられている。また、基板ホルダー１０４のモジュール保持部１０４ｂには、位置指示用モジュールが保持されている。なお、ケース１０１には、図示を省略する電池が収納されている。

この第６の実施形態の位置指示用モジュールの構成について説明する。

１１０はペン芯で、この例では、金属などの導電性の棒状体で構成されている。なお、ペン芯１１０は、導電性を有するフェルトからなるものであってもよい。この第６の実施形態では、ペン芯１１０自身が第３の電極を構成している。

１１１は芯ホルダーで、ペン芯１１０の保持部１１１ａを備える。この保持部１１１ａ内には、例えば導電性ゴムなどの弾性を有する導電性材料からなる導電性弾性部材１１２が収納されており、ペン芯１１０が、この導電性弾性部材１１２を介して保持部１１１ａに嵌合される。ペン芯１１０は、所定の力で引っ張ることで、芯ホルダー１１１から引き抜くことができるように構成されている。

この第６の実施形態では、ペン芯１１０が芯ホルダー１１１に嵌合された状態のものとして芯体部が構成されている。芯ホルダー１１１の、ペン芯１１０の保持部１１１ａとは反対側は、芯体ホルダー３４０に嵌合される棒状部１１１ｂとされている。この棒状部１１１ｂは、ペン芯１１０に印加される外力（筆圧）を芯体ホルダー３４０に保持されている第２の電極３５に伝達する伝達部材を構成する。

芯体ホルダー３４０には、棒状部１１１ｂが嵌合される嵌合部３４０ａが形成されている。嵌合部３４０ａには、芯ホルダー１１１の棒状部１１１ｂが圧入嵌合される。棒状部１１１ｂの先端部近傍には膨出部が形成されており、この膨出部が芯体ホルダー３４０に係合することで、芯ホルダー１１１が芯体ホルダー３４０から抜け落ちないようにされている。

この芯ホルダー１１１の棒状部１１１ｂに対しては、導電性金属などの導電性材料からなるコイルばね１１３が装着される。芯ホルダー１１１は、このコイルばね１１３により、基板ホルダー１０４に対して常にペン芯１１０側に付勢されるように構成されている。

一方、ハウジング３８´に対して、当該ハウジング３８´を跨いで、プリント基板１０５側に延長されるように設けられた導体端子部材１１５が設けられている。この導体端子部材１１５と、導電性材料からなるコイルばね１１３とにより電気的接続用部材を構成し、この電気的接続用部材により、プリント基板１０５の、信号供給のための回路部材との電気的接続を実現している。

導体端子部材１１５は、コイルばね１１３の一端が当接する当接板部１１５ａと、当該当接板部１１５ａと、プリント基板１０５の信号供給端に接続されている銅箔部分とを基板ホルダー１０４の感圧用部品保持部１０４ｂの部分を跨いで接続するための延伸部からなる第３の端子１１５ｂとからなる。プリント基板１０５の信号供給端からの信号は、導体端子部材１１５、コイルばね１１３、芯ホルダー１１１及び導電性弾性部材１１２を介して、ペン芯１１０に供給される。

［第７の実施形態］
以上の第１の実施形態〜第３の実施形態においては、筆圧検出部を構成するそれぞれ個別の構成部品としての誘電体１１と、第１の電極１２と、第２の電極１３，２６ａおよびスペーサー１４により可変容量コンデンサを構成した。また、第４の実施形態〜第６の実施形態においては、筆圧検出部を構成するそれぞれ個別の構成部品としての誘電体１１と、第１の電極１２、３９と、第２の電極３０，３５により可変容量コンデンサを構成した。第７の実施形態においては、筆圧検出部を構成する可変容量コンデンサとして、上述の実施形態のような複数個の構成部品を用いるのではなく、１個の半導体デバイスとしての静電容量方式の圧力センシングデバイスを用いる。

図２０は第７の実施形態による位置指示用モジュールの概略を示したものである。図２１は、この第７の実施形態の位置指示用モジュールの内部構成を示す分解図であり、圧力感知部６１、ペン芯６２、芯体ホルダー６３、ポリイミドフィルム６４、押圧部６５から構成されている。これら各部６１〜６５の全ては、ハウジング６６内で合体されて位置指示用モジュールとして形成している。

圧力感知部６１は、例えば特開２０１３−１５６０６６号公報の図２に示したような静電容量方式の圧力センシングデバイスの一例であるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサーにより構成されている。

このＭＥＭＳセンサーは、詳細は特開２０１３−１５６０６６号公報に記載されているが、印加圧力を静電容量の変化として検出する半導体デバイスであり、外部からの圧力を受けて撓む構成の第１の電極と、固定の第２の電極とが、誘電体である空気層（空間）を介して対向して配置される構成とされている。このＭＥＭＳセンサーは、外部からの圧力を受けると第１の電極面が撓むことで、空気層を介する第１の電極と第２の電極との間の距離が変わり、第１電極と第２の電極間の静電容量が変化するもので、この静電容量の変化として外部から印加される圧力を検出する構成である。

なお、この圧力感知部６１は、ＭＥＭＳセンサーではなく、例えば第１の実施形態で示した位置指示用モジュールの構成の一部（誘電体１１、第１の電極１２、第２の電極１３およびスペーサー１４）をモジュール化したようなものにより構成してもよい。

ペン芯６２は、この例では、略棒状の不導体材料、例えば樹脂で構成されている。この例では、芯体部はペン芯６２のみで構成されている。このペン芯６２は、図示は省略する先端に第３の電極を備えると共に、先端とは反対側の導電接続端６２ｂを備える。また、この例のペン芯６２は、導電接続端６２ｂ側に僅かな凹凸部６２ｃを備える。芯体ホルダー６３は、ペン芯６２の凹凸部６２ｃと丁度嵌合する形状の穴を有しており、ペン芯６２が着脱可能な構造となっている。

図２２は、ポリイミドフィルム６４の展開図である。ポリイミドフィルム３６の片面には図２２で黒色部分で示した導電パターンがエッチング等により形成されている。ポリイミドフィルム６４の一端側の円形部分には、後述するように、ペン芯６２の導電接続端６２ｂと接続される導電パターン６４ａが構成され、他端側の矩形部分の導電パターンとして接続端子６４ｂが構成される。

そして、ポリイミドフィルム６４の導電パターン６４ａ側が芯体ホルダー６３に接着されることにより、この芯体ホルダー６３にペン芯６２を装着した際に、ペン芯６２の導電接続端６２ｂがポリイミドフィルム６４の導電パターン６４ａに電気的に接続される。ペン芯６２の導電接続端６２ｂの接触部に導電ゴムなどの弾性のある導電材を付けることにより、ポリイミドフィルム６４の導電パターン６４ａとの電気的接続が確実に行われるようにしてもよい。

芯体ホルダー６３に接着されたポリイミドフィルム６４の導体パターン６４ａが形成されていない側には、押圧部６５が接着されている。この押圧部６５は、この例では、シリコンゴムなどの弾性力のある材料で略円錐形状に形成されたもので構成されている。この押圧部６５の略円錐形状の先端により、ＭＥＭＳセンサー６１の押圧印加面６１ａを押下するように構成される。

図２３は、第７の実施形態の位置指示用モジュールを、プリント基板６７に取り付ける場合の構成例を示す図である。筒状形状のハウジング６６の、プリント基板６７側の端部の周側面の一部には、ハウジング６６内部に連通する溝６６ａが形成されており、この溝６６ａ内にポリイミドフィルム６４が収納されると共に、この溝６６ａからポリイミドフィルム６４の接続端子６４ｂが導出される。

ハウジング６６のプリント基板６７側の端面には、プリント基板６７の端部が挿入される凹部６６ｂが形成されていると共に、プリント基板６７を、その厚み方向に挟持するような１対の突起６６ｃ（図２３では、１対の突起の一方のみが示されている）が形成されている。プリント基板６７は、図２３に示すように、ハウジング６６と結合され、例えば接着される。そして、ハウジング６６から導出されているポリイミドフィルム６４の接続端子６４ｂが、プリント基板６７に、例えば半田付けされて、プリント基板６７に設けられる電子回路と接続される。

この第７の実施形態においては、ペン芯６２に筆圧が印加されると、その筆圧は芯体ホルダー６３を介して押圧部６５に伝達され、ＭＥＭＳセンサー６１の押圧印加面６１ａが押圧され、ＭＥＭＳセンサー６１の静電容量は、筆圧に応じた変化を呈する。したがって、このＭＥＭＳセンサー６１の静電容量の変化から筆圧を検出することができる。

［スタイラスペンの実施形態］
図２４は本発明によるスタイラスペンの実施形態について内部構造の一例を示したものである。図２４において、４０は図１で示した第１の実施形態の位置指示用モジュールである。図２４において、図１で示した第１の位置指示用モジュールの構成と同一のものは同一符号で示す。即ち、１５は第１の端子、１６は第２の端子、１７はペン芯、１８は第３の電極、１９ｂは第３の端子である。

４１は電源を蓄える電気二重層キャパシタ、４２は電気二重層キャパシタ４１を非接触で充電するためのコイルで、コイル４２は中空の円筒形状のフェライトコアに巻かれており、ペン芯１７がその中を貫通するように配置される。４３はプリント基板である。

図２５は図２４に示したスタイラスペンの回路構成を示したもので、図２４と同一なものは同一符号にて示す。即ち、１８は第３の電極、４１は電気二重層キャパシタ、４２は電気二重層キャパシタ４１を非接触で充電するためのコイルである。

４４はマイクロプロセッサ、４５は一定周波数の信号を発生させる発振回路、４６は変調回路で、発振回路４５から出力される信号をマイクロプロセッサ４４の出力端子Ｐ1からの制御信号ｐに基づきＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調する。変調回路４６により変調された信号ｒは第３の電極１８に供給され信号として送出される。ここで、変調回路４６から第３の電極１８への信号供給は、位置指示用モジュール４０を経由して行われる。

４７は、コイル４２に誘導された電圧より電気二重層キャパシタ４１を充電するための充電回路である。本実施形態ではコイル４２がペン芯１７の周囲に配置されているが、ペン芯１７とは別の箇所に設けても良い。

４８は電圧変換回路で、電気二重層キャパシタ４１に蓄えられている電圧より一定の電圧を生成して、マイクロプロセッサ４４、発振回路４５および変調回路４６の各回路を駆動するための電源として供給する。本実施形態ではこの一定の電源電圧が１．５Ｖであるものとして説明を行う。

４０ａは、位置指示用モジュール４０の、誘電体１１と第１の端子１５と第２の端子１６とによって形成される可変容量コンデンサである。可変容量コンデンサ４０ａには抵抗Ｒが並列に接続され、その一端はマイクロプロセッサ４４の入出力端子Ｐ２に接続されている。端子Ｐ２が出力状態の時にはハイレベルが出力されて、可変容量コンデンサ４０ａは１．５Ｖに充電される。端子Ｐ２が入力状態の時には端子Ｐ２はハイインピーダンス状態となるため、可変容量コンデンサ４０ａに蓄えられた電荷は並列に接続した抵抗Ｒを介してゆっくり放電され、端子Ｐ２の電圧は徐々に低下してゆく。端子Ｐ２が入力状態の時には端子Ｐ２は一定のしきい値Ｖｔｈのコンパレータとして動作する。このしきい値を本実施例では電源電圧の２分の１、即ち０．７５Ｖとして説明する。

なお、本実施形態では発振回路４５が生成する信号の周波数を１．５ＭＨｚ〜２．０ＭＨｚ程度とすることにより、図２４には図示しない筐体を電気的にアースして手で触るような構成を必要とすることなく、タブレットで信号を検出することができるのである。

図２６は本実施形態の動作を示したもので、図２５における信号ｐ、ｑ、ｒの変化の様子を示している。マイクロプロセッサ４４は、端子Ｐ１（信号ｐ）が一定期間ハイレベルを維持するように制御する。これによって第３の電極１８からは一定期間連続して信号（ｒ）を放射する（図２６の連続送信期間参照）。この連続送信期間中に、マイクロプロセッサ４４は端子Ｐ２を制御して位置指示用モジュール４０に加えられた筆圧を求める。

即ち、マイクロプロセッサ４４は端子Ｐ２を出力状態とすることにより可変容量コンデンサ４０ａを充電する。次いで、端子Ｐ２を入力状態に切替える。このとき、可変容量コンデンサ４０ａに蓄えられた電荷はこれと並列に接続した抵抗Ｒによって放電されるため、可変容量コンデンサ４０ａの電圧（ｑ）は徐々に低下する。端子Ｐ２を入力状態に切替えてから電圧ｑが０．７５Ｖ以下に低下するまでの時間Tpを求める。この時間Tpが求める筆圧に相当するものであり、本実施形態では筆圧を１１ビットの値として求める。

この連続送信期間を終了すると、マイクロプロセッサ４４は所定の周期（Td）で端子Ｐ１をハイまたはロウレベルに制御することによりＡＳＫ変調を行う。このとき初回は必ずハイレベルとする（図２６の、スタート信号）。これは、以降のデータ送出タイミングをタブレット側で正確に判定することができるようにするためである。

マイクロプロセッサ４４は、スタート信号に続いて、１１ビットの筆圧データを順次送信する。そして、マイクロプロセッサ４４は、送信データが０のときは端子Ｐ１をロウレベルとして、また、送信データが１のときは端子Ｐ１をハイレベルとして制御する。図２６では、送信する筆圧が「１０１０１１１０１０１」の場合について示している。本実施形態では図２６の動作が繰り返し行われる。

なお、本実施形態のスタイラスペンでは第１の実施形態の位置指示用モジュール（図１）を用いたが、第２〜第７の実施形態の位置指示用モジュールを用いても良い。また、第１〜第７の実施形態の位置指示用モジュールと同様な構成をスタイラスペン内に直接構成するようにしても良い。

［タブレットの構成例］
図２７は本発明によるスタイラスペンの検出に用いるタブレットの構成を示した例である。図２７において、５０は図２４および図２５に示したスタイラスペン、５１は透明なガラスを基材とするタブレットセンサーである。タブレットセンサー５１の表面にはＸ方向に配列したＸ電極群が、裏面にはＹ方向に配列したＹ電極群がそれぞれ設けられている。これらのＸ電極群およびＹ電極群は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide；透明導電膜）により透明な電極として形成されている。

また、タブレットセンサー５１は図示しない表示装置の上に配置されており、その表示箇所をスタイラスペン５０で直接入力することができるようになっている。５２はＸ電極群およびＹ電極群の中から１本の電極を選択する選択回路である。本実施形態ではＸ電極が４０本（Ｘ１〜Ｘ４０）、Ｙ電極が３０本（Ｙ１〜Ｙ３０）として説明する。選択回路５２により選択された電極は増幅回路５３に接続されて、スタイラスペン５０からの信号が選択された電極により検出されて増幅回路５３により増幅される。

増幅回路５３の出力はバンドパスフィルター回路５４に供給されて、スタイラスペン５０から送信される周波数の成分のみが抽出される。バンドパスフィルター回路５４の出力信号は検波回路５５によって検波され、検波回路５５の出力信号はサンプルホールド回路５６に供給されて、所定のタイミングでサンプルホールドされた後、ＡＤ変換回路５７によってデジタル値に変換される。このデジタルデータはマイクロプロセッサ５８によって読み取られ処理される。

マイクロプロセッサ５８は、内部にＲＯＭおよびＲＡＭを備えるとともにＲＯＭに格納されたプログラムによって動作し、サンプルホールド回路５６、ＡＤ変換回路５７、および選択回路５２に、それぞれ制御信号を送出する。

図２８は、タブレットセンサー５１上において、スタイラスペン５０のおよそのＸ方向位置を求めるためのＸ軸全面スキャン動作について示したものである。マイクロプロセッサ５８は選択回路５２に対して電極Ｘ１を選択するような制御信号を送出して、そのときにＡＤ変換回路５７から出力されるデータを信号レベルとして読み取る。同様にして、マイクロプロセッサ５８は選択回路５２による選択を、電極Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４・・と順次切替ながら信号レベルを読み取る。このとき、電極Ｘ１〜Ｘ４０の全ての電極で検出される信号レベルが所定値に達していなければ、スタイラスペン５０はタブレットセンサー５１上に無いものと判断して、図２８の動作を繰り返す。電極Ｘ１〜Ｘ４０のいずれかの電極から所定値以上のレベルの信号が検出された場合には、マイクロプロセッサ５８は、最も高い信号レベルが検出されたＸ電極の番号（図２８では電極Ｘ１１）を記憶する。

スタイラスペン５０が電極Ｘ１１付近にあることが判ったら、マイクロプロセッサ５８は図２９に示すような部分スキャンへの移行動作を行う。この部分スキャンへの移行動作は、スタイラスペン５０が図２６に示すような動作を繰り返すときに、スタイラスペン５０からの連続送信期間の開始時刻を検出することにより、マイクロプロセッサ５８が、スタイラスペン５０の動作とタイミングを合わせるとともに、Ｙ軸についておよその位置を求めるための動作である。

図２９において、マイクロプロセッサ５８は選択回路５２に対して、前述したＸ軸全面スキャン動作において求まった電極Ｘ１１を選択するように制御信号を送出する。このとき、スタイラスペン５０から送信される信号に対応した信号が電極Ｘ１１に誘導され、検波回路５５にはその信号レベルに対応した電圧が発生する。マイクロプロセッサ５８は一定の周期でサンプルホールド回路５６およびＡＤ変換回路５７を動作させて、その信号レベルを読み取る。この、サンプルホールド回路５６およびＡＤ変換回路５７を動作させる周期は、スタイラスペン５０がデータ送信期間に送信する周期（Td）よりも十分に短い時間とする。

マイクロプロセッサ５８は、ＡＤ変換回路５７により出力される信号レベルが一定時間（Ts）継続して所定値以上であったときに、スタイラスペン５０の連続送信期間が開始されたと判断して、Ｙ軸全面スキャン動作へ移行する（図２９）。この時間（Ts）は、スタイラスペン５０がデータ送信期間に送信する周期（Td）よりも十分に長い時間とする。

マイクロプロセッサ５８は、選択回路５２を制御して、電極Ｙ１から電極Ｙ３０までを順次選択して、ＡＤ変換回路５７からの信号レベルを読み取る。このときマイクロプロセッサ５８は、最も大きい信号レベルが検出された電極を記憶しておく。本実施形態では、電極Ｙ２０から最も大きい信号レベルが検出されたものとして説明を行う。

選択回路５２が最後の電極Ｙ３０を選択して信号レベルの検出を終了したら、マイクロプロセッサ５８はスタイラスペン５０からの連続送信期間の終了を待つための動作を行う。マイクロプロセッサ５８は、選択回路５２が電極Ｘ１１を選択するように制御を行う。このとき、スタイラスペン５０からの送信が継続していれば前述した所定値以上のレベルの信号が検出される。受信信号レベルが所定値に達しなくなった時刻がスタイラスペン５０からの連続送信の終了時刻となる。続いて、スタイラスペン５０はデータ送信期間となるが、このときスタイラスペン５０の詳細な位置が求まっていないため、ここではデータは読まずに図３０に示す部分スキャン動作へ移行する。

マイクロプロセッサ５８は、電極Ｘ１１を選択した状態で、ＡＤ変換回路５７から出力される信号レベルが一定時間（Ts）継続して所定値以上であったときに、スタイラスペン５０の連続送信期間が開始されたと判断して、座標検出動作へ移行する（図３０のステップ１）。この時間（Ts）は図２９で説明したのと同様で、スタイラスペン５０がデータ送信期間に送信する周期（Td）よりも十分に長い時間とする。

マイクロプロセッサ５８は、スタイラスペン５０からの信号のＸ座標を求めるため、選択回路５２が電極Ｘ１１を中心とする５本の電極Ｘ９〜Ｘ１３を順次選択して、ＡＤ変換回路５７を動作させて信号レベルを読み取る（ステップ１）。このとき、最も高い信号レベルが検出された電極の番号（ここでは電極Ｘ１１）、およびその信号レベルＶＰＸ、またその両隣の電極により検出されたレベルをＶＡＸ、ＶＢＸとして保存する（ステップ１）。

次にマイクロプロセッサ５８は、スタイラスペン５０からの信号のＹ座標を求めるため、選択回路５２が電極Ｙ２０を中心とする５本の電極Ｙ１８〜Ｙ２２を順次選択して、信号レベルを読み取る（ステップ１）。このとき、最も高い信号レベルが検出された電極の番号（ここでは電極Ｙ２０）、およびその信号レベルＶＰＹ、またその両隣の電極により検出されたレベルをＶＡＹ、ＶＢＹとして保存する（ステップ１）。ここで求まった信号レベルＶＰＸ、ＶＡＸ、ＶＢＸ、ＶＰＹ、ＶＡＹ、ＶＢＹは、後述する計算式による座標値の計算に用いられる。

次いで、マイクロプロセッサ５８はスタイラスペン５０からの連続送信期間の終了を待つための動作を行う。マイクロプロセッサ５８は、選択回路５２が前述した座標検出動作においてピークが検出された電極Ｘ１１を選択するように制御を行う。このとき、受信される信号レベルが所定値に達しなくなった時刻がスタイラスペン５０からの連続送信の終了時刻となる（ステップ１）。

マイクロプロセッサ５８は、スタイラスペン５０からの連続送信の終了を検出すると、筆圧データに先立って送信されるスタート信号のタイミングを検出する動作に入る（ステップ２）。マイクロプロセッサ５８は、電極Ｘ１１を選択した状態でサンプルホールド回路５６およびＡＤ変換回路５７を繰り返し起動するように制御して、信号レベルが前述した所定値以上となった時刻をｔ１として記憶する。マイクロプロセッサ５８は、時刻ｔ１から一定時間Ｔｗだけ待った時刻よりスタイラスペンからのデータ受信動作を開始する（ステップ２）。この時間Ｔｗは、スタイラスペン５０からのスタート信号の送信を終了した後、タブレットで受信される信号レベルがほぼ無くなるまでとし、予め求めておいた時間とする。

マイクロプロセッサ５８は、前述した待ち時間がＴｗに達すると同時に、図示しないタイマーを起動する。このタイマーはゼロから前述したTdの時間（スタイラスペンからのデータ送信周期）に一致する値までを繰り返しカウントする（ステップ２）。タイマーの１周期の動作期間中、マイクロプロセッサ５８はサンプルホールド回路５６およびＡＤ変換回路５７を繰り返し起動して信号レベルを読み取る。この間の信号レベルが一度も前述した所定値に達しなければスタイラスペン５０からの送信が無かったものと判断してその回のデータを「０」として保存し、その間に所定値以上の信号レベルが検出された場合にはスタイラスペンからの送信が有ったものと判断してその回のデータを「１」として保存する（ステップ２）。

前述したタイマーのカウントを１１回行い、１１ビットのデータが保存される。この１１ビットのデータは図２６において示した１１ビットのデータに対応するもので、スタイラスペン５０の位置指示用モジュール４０に加えられる筆圧の検出結果である。図３０では、筆圧データが「１０１０１１１０１０１」の場合について示している。

なお、ステップ２ではＸ軸電極の中から最大レベルが検出された電極（Ｘ１１）を選択してデータの受信を行ったが、これをＹ軸電極の中で最大レベルが検出された電極（Ｙ２０）を選択して行っても良い。

ステップ２において１１ビットのデータ受信を終了すると、スタイラスペンからの連続送信期間の開始を検出する動作（ステップ１）へ移行して、マイクロプロセッサ５８は図２９の動作を繰り返し行う。

前述したステップ１において求められた受信レベルよりスタイラスペン５０の座標位置（Ｘ、Ｙ）は次の式により求められる。

Ｘ＝Ｐｘ＋（Ｄｘ/２）
×（（ＶＢＸ−ＶＡＸ）/（２×ＶＰＸ−ＶＡＸ−ＶＢＸ））・・・（式１）
但し、ＰｘはＸ軸で最大レベルが検出された電極（ここでは電極Ｘ１１）の座標位置とし、ＤｘはＸ軸電極間の配列ピッチ、とする。

Ｙ＝Ｐｙ＋（Ｄｙ/２）
×（（ＶＢＹ−ＶＡＹ）/（２×ＶＰＹ−ＶＡＹ−ＶＢＹ））・・・（式２）
但し、ＰｙはＹ軸で最大レベルが検出された電極（ここでは電極Ｙ２０）の座標位置とし、ＤｙはＹ軸電極間の配列ピッチ、とする。

［実施形態の効果］
本発明の第１〜第４の実施形態の位置指示用モジュールによれば、筆圧が無くなったときにペン芯１７を戻す作用をする部分と第３の電極１８への結線部とが同一構成物（コイルばね、ポリイミドフィルム）となっているため、第３の電極１８への結線部が筆圧検出に影響することが無く、軽いタッチによる筆圧の変化を精度良く検出可能な静電方式のスタイラスペンを実現できる。

本発明の第５の実施形態の位置指示用モジュールによれば、ペン芯の電極への接続線（ポリイミドフィルム３６のフレキシブルな部分３６ｃ）がペン芯３３の変位方向と直角方向となっているので、接続線が筆圧検出に影響することが無く、軽いタッチによる筆圧の変化を精度良く検出可能な静電方式のスタイラスペンを実現できる。

１１ 誘電体
１２ 第１の電極
１３、３０、３５ 第２の電極
１４ スペーサー
１５ 第１の端子
１６ 第２の端子
１７、３３ ペン芯
１８ 第３の電極
１９、２３、３７ コイルばね
２０、３１、３４、３４０ 芯体ホルダー
２１、２７ 押圧体
２２、２５、２８、３２、３８ ハウジング
２４、２６、２９、３６ ポリイミドフィルム
４０ 位置指示用モジュール
４１ 電気二重層キャパシタ
４２ コイル
４３ プリント基板
４４、５８ マイクロプロセッサ
４５ 発振回路
４６ 変調回路
４７ 充電回路
４８ 電圧変換回路
５０ スタイラスペン
５１ タブレットセンサー
５２ 選択回路
５３ 増幅回路
５４ バンドパスフィルター回路
５５ 検波回路
５６ サンプルホールド回路
５７ ＡＤ変換回路
１１１ 芯ホルダー

Claims (20)

1. 第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有する誘電体と、
   前記誘電体の前記第１の面に設けた第１の電極と、
   前記誘電体の前記第２の面に対向して配置され、外力により前記第２の面との接触面積が変化する第２の電極と、
   少なくとも先端部に第３の電極を有するとともに、前記第２の電極に前記外力を伝達する芯体部と、
   前記第１の電極と電気的に接続される第１の端子部と、
   前記第２の電極と電気的に接続される第２の端子部と、
   前記第３の電極と電気的に接続される第３の端子部と、
   前記芯体部を前記第３の端子部に付勢しながら接触させることにより前記第３の電極と前記第３の端子部とを電気的に接続するための嵌合部と、
   を設け、
   前記芯体部の前記第３の電極から信号を送信する
   静電方式のスタイラスペン用の位置指示用モジュール。
2. 前記第３の端子部は、少なくとも一部分はフレキシブルな材質で構成されることを特徴とする請求項１に記載の位置指示用モジュール。
3. 前記第２の電極が可撓性を有する材料で構成されると共に、導電性を備えた弾性部材で構成され、前記外力が無くなった際に前記誘電体の前記第２の面との間に僅かな間隔だけ隔離する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の位置指示用モジュール。
4. 前記芯体部は、棒状形状からなり、先端部に前記第３の電極を設け、反対側の他端に前記第３の電極と電気的に接続される導電部からなり、
   前記芯体部の他端が着脱可能に嵌合するための前記嵌合部を有する芯体ホルダーを備え、
   前記芯体ホルダーに前記芯体部を嵌合させることで、前記導電部と前記第３の端子との接続を行うようにした請求項１〜３のいずれかに記載の位置指示用モジュール。
5. 前記芯体ホルダーと前記第３の端子との間の電気的接続を、導電性のスプリング（ばね）を介して行うようにした請求項４に記載の位置指示用モジュール。
6. 導電性を備えた弾性部材で構成される第２の電極と前記芯体ホルダーとを、可撓性を有するフレキシブル回路基板の両面に貼り合せた、請求項４に記載の位置指示用モジュール。
7. 前記先端部とは反対側の前記芯体部の他端に前記第３の電極と電気的に接続される導電部を設け、
   前記芯体部の他端と電気的に接続されて、前記芯体部の軸に垂直方向に伸びるフレキシブル電線により前記第３の端子との接続を行うようにした、請求項１〜３のいずれかに記載の位置指示用モジュール。
8. 前記第３の電極は複数個の電極からなると共に、前記芯体部の他端の導電部において、前記複数個の第３の電極のそれぞれと、前記複数個の第３の電極のそれぞれに対応する３本のフレキシブル電線とを電気的に接続する
   ことを特徴とする請求項７に記載の位置指示用モジュール。
9. 前記誘電体と前記第１の電極と前記第２の電極の代わりに、２個の電極を空気層を介して対向させ、前記２個の電極の一方が、外力により撓む構成の半導体デバイスを用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示用モジュール。
10. 前記芯体部は、導電性部材による棒状の形状からなると共に前記第３の電極を構成する芯と、導電材で構成され、前記芯を把持する芯ホルダーとからなり、
    前記芯ホルダーは、前記第２の電極に外力を伝える伝達部を有し、
    前記芯体ホルダーは、前記芯ホルダーと嵌合して、前記第３の電極と前記第３の端子部とを電気的に接続するための嵌合部を有することを特徴とする請求項１に記載の位置指示用モジュール。
11. 筐体と、
    第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有する誘電体と、
    前記誘電体の前記第１の面に設けた第１の電極と、
    前記誘電体の前記第２の面に対向して配置され、外力により前記第２の面との接触面積が変化する第２の電極と、
    一端が前記筐体の外側に突出するように配置され、前記第３の電極を構成するとともに、前記第２の電極に前記外力を伝達する芯体部と、
    前記第１の電極と電気的に接続される第１の端子部と、
    前記第２の電極と電気的に接続される第２の端子部と、
    前記第３の電極と電気的に接続される第３の端子部と、
    前記芯体部を前記第３の端子部に付勢しながら接触させることにより前記第３の電極と前記第３の端子部とを電気的に接続するための固定部と、
    を設け、
    前記芯体部に加わる外力を、前記第１の端子部と第２の端子部とを通して、前記誘電体を挟む前記第１の電極と第２の電極により形成される可変容量コンデンサの容量変化に変換し、筆圧として検出する筆圧検出回路と、
    前記第３の電極に供給して送信する送信信号を生成する信号発生回路と、
    を備え、
    前記第３の端子部は、前記信号発生回路と前記第３の電極を電気的に接続するフレキシブルな接続部材とを有し、
    前記第３の電極で構成される前記芯体部から信号を送信する
    ことを特徴とする静電方式のスタイラスペン。
12. 前記第２の電極が可撓性を有する材料で構成されると共に、導電性を備えた弾性部材で構成され、前記外力が無くなった際に前記誘電体の前記第２の面との間に僅かな間隔だけ隔離する手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のスタイラスペン。
13. 前記芯体部は、棒状形状からなり、先端部に前記第３の電極を設け、反対側の他端に前記第３の電極と電気的に接続される導電部からなり、
    前記芯体部の他端が着脱可能に嵌合するための前記嵌合部を有する芯体ホルダーを備え、
    前記芯体ホルダーに前記芯体部を嵌合させることで、前記導電部と前記第３の端子との接続を行うようにした請求項１１または請求項１２に記載のスタイラスペン。
14. 前記芯体ホルダーに圧入される導電性スプリング（ばね）を設けて、該導電性スプリング（ばね）を介して前記送信信号を供給するようにした請求項１３に記載のスタイラスペン。
15. 導電性を備えた弾性部材で構成される第２の電極と前記芯体ホルダーとを、可撓性を有するフレキシブル回路基板の両面に貼り合せた請求項１３に記載のスタイラスペン。
16. 前記芯体部の他端に前記第３の電極と電気的に接続される導電部を設け、
    前記芯体部の他端と電気的に接続されて、前記芯体部の軸に垂直方向に伸びるフレキシブル電線により前記送信信号を供給するようにした請求項１１または請求項１２に記載のスタイラスペン。
17. 前記第３の電極は複数個の電極からなると共に、前記芯体部の他端の導電部において、前記複数個の第３の電極のそれぞれと、前記複数個の第３の電極のそれぞれに対応する３本のフレキシブル電線とを電気的に接続する
    ことを特徴とする請求項１６に記載のスタイラスペン。
18. 前記誘電体と前記第１の電極と前記第２の電極の代わりに、２個の電極を空気層を介して対向させ、前記２個の電極の一方が、外力により撓む構成の半導体デバイスを用いる
    ことを特徴とする請求項１１に記載のスタイラスペン。
19. 前記芯体部は、導電性部材による棒状の形状からなると共に、前記第３の電極を構成する芯と、導電材で構成され、前記芯を把持する芯ホルダーとからなり、
    前記芯ホルダーは、前記第２の電極に外力を伝える伝達部を有し、
    前記芯体ホルダーは、前記芯ホルダーと嵌合して、前記第３の電極と前記第３の端子部とを電気的に接続するための嵌合部を有することを特徴とする請求項１１に記載のスタイラスペン。
20. 前記第３の端子は、導電性のコイルばねである
    ことを特徴とする請求項１９に記載のスタイラスペン。
    

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