JP6049045B2 - 座標指示器、位置検出システム及び筆圧検出方法 - Google Patents

Description

この発明は、指示位置を検出する位置検出装置に対して、その検出すべき位置を指示すると共に、操作者の操作に応じた情報を供給するペン型座標指示器に関する。

近年、タブレット型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の入力デバイスとして位置入力装置が用いられている。この位置入力装置は、例えば、ペン型に形成された座標指示器（ペン型座標指示器）と、このペン型座標指示器を用いて、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から構成される。図１０に従来のペン型座標指示器１００と位置検出装置２００の概略構成の一例を示す。

ペン型座標指示器１００は、回路構成としては、図１０の左上端部に示すように、フェライトコア１０４と、フェライトチップ１０２とを有し、フェライトコア１０４に巻回されたコイル１０５に対して、１以上の共振コンデンサ１１５が接続されてなる。図１０においては、コイル１０５に対して２つの共振コンデンサ１１５ａ、１１５ｂが接続されている場合を示している。

ペン型座標指示器１００のより具体的な構成を図１１に示す。図１１は、ペン型座標指示器１００の断面図であるが、説明を簡単にするため、コイル１０５はフェライトコア１０４に巻回された状態を示している。図１１に示すように、ペン型座標指示器１００は、コイル１０５が巻回されてなるフェライトコア１０４とフェライトチップ１０２とを、Ｏ（オー）リング１０３を介して対向させ、芯体１０１に押圧力（筆圧）が加わることによりフェライトチップ１０２がフェライトコア１０４に近づく構成となっている。

なお、Ｏリング１０３は、合成樹脂や合成ゴム等を英字「Ｏ」状に形成してなるリング状の部材である。また、ペン型座標指示器１００は、上述した部分の他、図１１に示したように、基板ホルダー１１３、基板１１４、共振コンデンサ１１５、共振回路１１６、リング型フィルム１１７、緩衝部材１１８が、中空のケース１１１内に収納され、キャップ１１２によりそれらの位置が固定されている。そして、ペン先を構成する芯体１０１が当接されるフェライトチップ１０２が、芯体に加わる押圧力に応じてフェライトコア１０４に接近すると、これに応じてコイル１０５のインダクタンスが変化し、共振回路１１６のコイル１０５から送信される電波の位相（共振周波数）が変化する構成になっている。

一方、位置検出装置２００は、図１０に示すように、Ｘ軸方向ループコイル群２１１と、Ｙ軸方向ループコイル群２１２とを積層させた位置検出コイル２１０を有する。各ループコイル群２１１，２１２は、例えば、それぞれ４０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２１１，２１２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。これらＸ軸方向ループコイル群２１１及びＹ軸方向ループコイル群２１２は選択回路２１３に接続される。選択回路２１３は、２つのループコイル群２１１，２１２のうちの一のループコイルを順次選択する。

そして、発振器２２１は、周波数ｆ０の交流信号を発生し、電流ドライバ２２２と同期検波器２２９に供給する。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に供給する。切り替え接続回路２２３は、後述する処理制御部２３３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。そして、送信側端子Ｔには電流ドライバ２２２が接続され、受信側端子Ｒには受信アンプ２２４が接続されている。

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に供給される。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及び同期検波器２２９に供給する。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、低域フィルタ２２６に供給する。低域フィルタ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に供給する。サンプルホールド回路２２７は、低域フィルタ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変換回路２２８に供給する。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ィジタル信号に変換し、処理制御部２３３に供給する。

同期検波器２２９は、受信アンプ２２４の出力信号を発振器２２１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２３０に供給する。この低域フィルタ２３０は、周波数ｆ０より充分低い遮断周波数を有しており、同期検波器２２９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２３１に供給する。サンプルホールド回路２３１は、低域フィルタ２３０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変換回路２３２に供給する。Ａ／Ｄ変換回路２３２は、サンプルホールド回路２３１のアナログ出力をディジタル信号に変換し、処理制御部２３３に供給する。

処理制御部２３３は、位置検出装置２００の各部を制御する。すなわち、処理制御部２３３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、２３１のタイミングを制御する。処理制御部２３３は、Ａ／Ｄ変換回路２２８、２３２からの入力信号に基づき、Ｘ軸方向ループコイル群２１１及びＹ軸方向ループコイル群２１２から一定の送信継続時間をもって電波を送信させる。

Ｘ軸方向ループコイル群２１１及びＹ軸方向ループコイル群２１２の各ループコイルには、ペン型座標指示器１００から送信される電波によって誘導電圧が発生する。処理制御部２３３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ペン型座標指示器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。また、処理制御部２３３は、送信した電波と受信した電波との位相差に基づいて筆圧を検出する。

このように、ペン型座標指示器１００および位置検出装置２００からなる従来の位置入力装置においては、ペン型座標指示器１００による指示位置だけでなく、ペン型座標指示器１００に加えられている押圧力、すなわち筆圧の検出もできるようになっている。なお、図１０、図１１を用いて説明した従来のペン型座標指示器１００の詳細については、後に記す特許文献１に記載されている。

特開２００２−２４４８０６号公報

ところで、図１０、図１１を用いて説明した従来の位置入力装置の場合、位置検出装置２００では、ペン型座標指示器１００からの電波の位相（周波数）の変化が所定の閾値を超えた場合に、ペン型座標指示器１００に筆圧が加えられていることを検知する。このように、所定の閾値を設けるのは、筆圧の誤検出を防止するためである。すなわち、従来のペン型座標指示器１００の場合、ペン型座標指示器１００を位置検出装置２００に対して傾けただけでもコイル１０５のインダクタンスが変化し、ペン型座標指示器１００から送出される電波の位相が変化してしまい筆圧の誤検出に繋がる可能性があった。そこで、検出マージンとしての閾値を設けることにより、いわゆる不感帯を設け、真に筆圧が加えられた場合を正確に検出することができるようにしている。

しかしながら、従来のペン型座標指示器１００の場合、Ｏリング１０３を押しつぶすようにしてフェライトコア１０４に対して、フェライトチップ１０２を近づけるには、大きな筆圧（荷重）をペン型座標指示器１００の芯体１０１に加える必要がある。また、Ｏリング１０３を押しつぶす場合、Ｏリング１０３の変形には限界がある。このため、芯体１０１を通じてある一定以上の押圧力が掛かると、フェライトコア１０４とフェライトチップ１０２が衝突してしまい間隔は狭くならず、押圧力に応じてペン型座標指示器１００からの電波の位相（周波数）を変化させることができなくなる。このように、ペン型座標指示器１００の場合、もともと押圧力（筆圧）が検出できる範囲が狭い。そして、上述したように、ペン型座標指示器１００からの電波の位相（周波数）の変化について所定の閾値を設ける必要があるために、押圧力（筆圧）を検出できる荷重の変化範囲はさらに狭くなっている。

この問題に対する１つの解決方法として、フェライトコア１０４とフェライトチップ１０２との間隔を大きくするということが考えられる。この方法の場合、ペン型座標指示器１００を構成する部品に対して改良を行うことも無いので、比較的に簡単に行うことができる。しかし、この方法の場合、ペン型座標指示器１００を芯体が上に向くようにしただけで、フェライトチップ１０２がフェライトコア１０４に近づいてしまう。この場合、ペン型座標指示器１００からの電波の位相が変化するので、誤検出が発生する可能性が高くなるという危険性がある。

以上のことに鑑み、この発明は、上記の問題点を一掃し、押圧力（筆圧）の誤検出を防止すると共に、ペン先に加えられる押圧力の検出範囲を広げ、押圧力の変化をより適切に検出できるようにする位置入力装置のペン型座標指示器を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の座標指示器は、
ペン形状の筐体の端部から先端部が突出するように前記筐体内に配置された芯体と、
前記芯体の前記先端部に印加された前記押圧力に応じて弾性変形する弾性体部と、
前記筐体内に配置された複数の磁性体と、
を備え、前記芯体の前記先端部に印加される押圧力を検出可能に構成された座標指示器であって、
前記弾性体部は、前記芯体の前記先端部に印加される前記押圧力が所定の押圧力までは所定の弾性係数に応じて変形し、印加される前記押圧力が前記所定の押圧力よりも大きいときには、前記所定の弾性係数よりも大きな弾性係数に応じて変形する、
ことを特徴とする。

この請求項１に記載の発明の座標指示器によれば、ペン形状の筐体内には、芯体と、弾性体部と、複数の磁性体とが配置される。弾性体部は、芯体の先端に印加された押圧力に応じて変形し、これに応じて複数の磁性体間の距離が変化することにより、芯体の先端部に印加された押圧力の検出を可能にする。そして、弾性体部は、芯体に加えられた押圧力が所定の押圧力までは、所定の弾性係数に応じて変形し、芯体に加えられた押圧力が当該所定の押圧力よりも大きいときは、当該所定の弾性係数よりも大きな弾性係数に応じて変形する。

これにより、例えば、座標指示器の芯体を上に向けたり、座標指示器の芯体を誤って位置検出装置の入力面に接触させてしまったりして、複数の磁性体間の距離が若干変化しても、所定の押圧力までは押圧力として検出しないようにできる。すなわち、押圧力（筆圧）の誤検出を防止できる。しかし、使用者により、真に芯体に対して押圧力がかけられた場合には、弾性体部は、所定の押圧力までは、所定の弾性係数の弾性係数に応じて急速に変形し、押圧力を検出すべき状態に迅速に移行することができるようにされる。この後、芯体に対して、所定の押圧力を越えた押圧力がかけられると、弾性体部は、所定の弾性係数よりも大きな弾性係数に応じてなだらかに変形し、広レンジ（広範囲）に渡り押圧力を適切に検出することができるようにされる。

この発明によれば、誤検出を防止すると共に、ペン先に加えられる押圧力の検出範囲を広げ、押圧力の変化をより適切に検出できるようにすることができる。

この発明によるペン型座標指示器１の実施形態を説明するための図である。 ペン型座標指示器１を用いる電子機器２の一例を説明するための図である。 ペン型座標指示器１の第１フェライトコア１３の端面と第２フェライトコア１６の端面とが対向する部分を拡大して示す図である。 コイルバネ１４とシリコンラバー１５の作用について説明するための図である。 ペン型座標指示器の位相−荷重特性のグラフを示す図である。 ペン型座標指示器１の変形例１を説明するための図である。 ペン型座標指示器１の変形例２を説明するための図である。 ペン型座標指示器１の変形例３を説明するための図である。 可変容量コンデンサを用いたペン型座標指示器の等価回路を示す図である。 従来の位置入力装置の一例を説明するための図である。 従来のペン型座標指示器の一例を説明するための図である。

以下、図を参照しながら、この発明の座標指示器（ペン型座標指示器）の一実施の形態について具体的に説明する。

図１は、この発明によるペン型座標指示器１の実施形態を説明するための図である。また、図２は、この実施形態のペン型座標指示器１を用いる電子機器２の一例を示すもので、この例では、電子機器２は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置の表示画面２Ｄを備える高機能携帯電話端末であり、表示画面２Ｄの裏部に、電磁誘導方式の位置検出装置２２を備えている。この位置検出装置２２は、図１０を用いて説明した従来の位置検出装置２００と同様に構成されるものである。

そして、この例の電子機器２の筐体には、ペン型座標指示器１を収納する収納凹穴２１を備えている。使用者は、必要に応じて、収納凹穴２１に収納されているペン型座標指示器１を、電子機器２から取り出して、表示画面２Ｄで位置指示操作を行う。

電子機器２においては、表示画面２Ｄ上で、ペン型座標指示器１により位置指示操作がされると、表示画面２Ｄの裏部に設けられた位置検出装置２２が、ペン型座標指示器１で操作された位置及び筆圧を検出し、電子機器２の位置検出装置２２が備えるマイクロコンピュータが、表示画面２Ｄでの操作位置及び筆圧に応じた表示処理を施す。

［ペン型座標指示器１の構成］
図１は、ペン型座標指示器１のケース１０やホルダー１７の手前側半分を切断して取り除き、その内部の構造の概略を示している。図１において、ケース１０は、ボールペンやシャープペンシル等の一般的な筆記具を模して、より小型に形成されたＡＢＳ樹脂等の合成樹脂あるいは金属製の筐体であり、以下に説明する各部材が収納可能なように中空となっている。また、ケース１０は、図１に示すように少なくともその一方の端部が細くなるように形成され、その先端は開口部を有する。

ケース１０の細くなるように形成された先端部には、ケース１０の開口部から突出するようにペン先を構成する芯体１１が配設される。ケース１０の内部に位置する芯体１１の基端部には、図１に示したようにケース１０の開口部部分に係合する突起が設けられており、芯体の全部がケース１０から突出しない構造になっている。なお、芯体１１は、操作面に当接して使用される場合の摩擦に対する耐性を考慮して、ポリアセタール樹脂（ジュラコン）等の合成樹脂製である。

そして、図１に示すように、芯体１１の基端部の端面に対して、第１フェライトコア１３が端面を当接させて設けられる。第１フェライトコア１３は、長手方向と交差する方向に切断した場合の切断面が、円形や方形に形成された柱状（棒状）の磁性体部材である。この第１フェライトコア１３の側面には、図１に示すようにコイル１２が細かく巻回されている。コイル１２は、後述する基板１８の共振回路（図示せず）に接続されている。

また、図１に示すように、第１フェライトコア１３の芯体１１側とは反対側の端面（基端部の端面）に対して、第２フェライトコア１６が端面を対向させるようにして設けられる。第２フェライトコア１６も長手方向と交差する方向に切断した場合の切断面が、円形や方形に形成された柱状（棒状）の磁性体部材である。そして、対向する第１フェライトコア１３の端面と、第２フェライトコア１６の端面とは、所定面積を持って対向するようになっている。

そして、図１に示すように、第２フェライトコア１６の第１フェライトコア１３とは反対側の端部（基端部）には外側に張り出す突起部が設けられており、これがホルダー１７の凹部１７ａと嵌合する。これにより、第２フェライトコア１６が、ケース１０内において移動することがないように、その位置が規制（固定）される。

また、図１に示すように、第１フェライトコア１３の基端部には外側に張り出す突起部が設けられており、これがホルダー１７の突起部１７ｂと係合する。これにより、第１フェライトコア１３のケース１０内における芯体１１方向への移動が規制される。すなわち、第１フェライトコア１３は、ケース１０内において、ペン型座標指示器１の中心線ＣＬに沿う方向（長手方向）には、所定の範囲で摺動可能にされる。しかし、芯体１１方向への摺動（移動）は、ホルダー１７の突起部１７ｂによって規制され、必要以上に芯体１１側に動かないようになっている。

そして、図１に示すように、第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６との間には、第１弾性体としてのコイルバネ１４が設けられると共に、第２弾性体としてのシート状のシリコンラバー（シリコンゴム）１５が設けられる。この実施の形態において、シリコンラバー１５は、第２フェライトコア１６の端面と対向する第１フェライトコア１３の端面の全面に設けられる。また、シリコンラバー１５と第２フェライトコア１６の端面との間には、所定幅の空隙Ａｒが設けられている。

なお、この実施の形態において、コイルバネ１４は、シリコンラバー１５よりも弾性係数の小さなものである。すなわち、コイルバネ１４の弾性係数をｋ１とし、シリコンラバー１５の弾性係数をｋ２とすると、ｋ１＜ｋ２という関係になっている。したがって、コイルバネ１４の方が小さな押圧力で弾性変形し、シリコンラバー１５はコイルバネ１４よりも大きな押圧力を加えないと弾性変形しない。

また、図１に示すように、コイルバネ１４は、その一部が第２フェライトコアの側面を巻回するように設けられ、その一端はホルダー１７の突起部１７ｃに当接し、他端は第１フェライトコア１３の端面に設けられたシリコンラバー１５に当接している。これにより、コイルバネ１４は、当接部間で弾性的に付勢され、ケース１０内で位置が固定された第２フェライトコア１６の端面から第１フェライトコア１３の端面を引き離すように作用している。すなわち、コイルバネ１４は、第１フェライトコアの端面と第２フェライトコアの端面との間に設けられているのと等価である。

なお、コイルバネ１４を第２フェライトコアの側面を巻回するように設けることにより、次のような利点がある。すなわち、所定の弾性係数ｋ１を有するコイルバネ１４を、第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６との間に介設することができ、しかも、コイルバネ１４自体が、第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６との接近の邪魔になることもない。

そして、図１に示すように、第２フェライトコア１６の上側には、基板１８が設けられている。基板１８は、共振コンデンサ等が実装されたプリント基板等であり、ホルダー１７を介してケース１０内に固定される。基板１８上に実装された共振コンデンサ等の素子と、第１フェライトコアに巻回されたコイル１２とを含んで共振回路（同調回路）が構成される。すなわち、この実施の形態のペン型座標指示器１もまた、図１０の左上端部に等価回路を示した従来のペン型座標指示器１００と同様の等価回路を構成している。

このように構成されるペン型座標指示器１は、図２に示した電子機器２の位置検出装置２２上で操作される。そして、この実施の形態のペン型座標指示器１は、第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６との間に、コイルバネ１４とシリコンラバー１５とが介設される。これにより、主にコイルバネ１４の作用によって、第１フェライトコア１３は、第２フェライトコア１６から引き離されるようにされているので、芯体１１を上に向けるようにしても第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６とが近づくことは無い。したがって、例えば、芯体１１を上に向くように扱っても、押圧力の誤検出を生じさせることが無い。

また、コイルバネ１４とシリコンラバー１５との作用により、芯体１１にかけられた押圧力（筆圧）の検出レンジを広げることができる。しかも押圧力に応じて適切に位相（周波数）が変化する電波を位置検出装置２２に送信し、押圧力（筆圧）の検出を適切に行えるようにすることができる。次に、この実施の形態のペン型座標指示器１におけるコイルバネ１４とシリコンラバー１５の機能について具体的に説明する。

［ペン型座標指示器１の主要部の構成］
図３は、図１に示したこの実施の形態のペン型座標指示器１の第１フェライトコア１３の端面と第２フェライトコア１６の端面とが対向する部分を拡大して示した図である。図３Ａに示すように、この実施の形態のペン型座標指示器１は、芯体１１側（図の下側）から、第１フェライトコア１３、シリコンラバー１５、コイルバネ１４、第２フェライトコア１６の順に直列的に配列された構造となる。そして、この実施の形態においては、シリコンラバー１５と第２フェライトコア１６との間には、所定の空隙Ａｒが設けられる。

上述もしたように、コイルバネ１４は、ホルダー１７の突起部１７ｃとシリコンラバー１５との間で弾性的に付勢され、ケース１０内で位置が固定された第２フェライトコア１６の端面から第１フェライトコア１３の端面を引き離すように作用する。これにより、この実施の形態のペン型座標指示器１は、例えば、傾けたり、振ったり、また、芯体１１が上を向くように扱っても、第１フェライトコア１３の端面が第２フェライトコア１６の端面に近づくことは無い。すなわち、傾けたり、振ったり、また、芯体１１を上に向けたりしても、第１フェライトコア１３に巻回されたコイル１２のインダクタンスが変化することは無い。これにより、ペン型座標指示器１から送信される電波の位相が不必要に変化することを防止でき、電子機器２側の位置検出装置２２でのペン型座標指示器１に対してかけられた押圧力（筆圧）の誤検出を防止できる。

そして、ペン型座標指示器１は、通常の筆記具と同じく芯体１１を電子機器２の表示画面２Ｄに押しつけるようにして操作される。したがって、ペン型座標指示器１の操作時には、芯体１１がケース１０の内部に押し込まれることにより、コイル１２が巻回された第１フェライトコア１３が芯体１１とともに第２フェライトコア１６側へ押し込まれる。

図４は、このように芯体１１に押圧力が加えられた場合のコイルバネ１４とシリコンラバー１５の作用について説明するための図である。芯体１１に押圧力が加えられ、第１フェライトコア１３が第２フェライトコア側へ押圧されたとする。この場合、図４Ａに示すように、まず、シリコンラバー１５よりも弾性係数が小さいコイルバネ１４が弾性変形して縮み、第１フェライトコア１３が第２フェライトコア１６に近づく。そして、さらに押圧され、図４Ｂに示すようにシリコンラバー１５が第２フェライトコア１６の端面に押し付けられるようになると、シリコンラバー１５が弾性変形し、第１フェライトコア１３が第２フェライトコア１６に対してさらに近づく。

この実施の形態においては、上述したように、コイルバネ１４の方が、シリコンラバー１５よりも弾性係数が小さいため、図４Ａに示したように、主にコイルバネ１４が弾性変形する区間では、比較的に急峻に第１フェライトコア１３が第２フェライトコア１６に対して近づく。しかし、図４Ｂに示したように、シリコンラバー１５も弾性変形する区間では、シリコンラバー１５の弾性係数はコイルバネ１４よりも大きいので、押圧力に応じて、第１フェライトコア１３は第２フェライトコア１６に対して徐々に近づく。

このように、この実施の形態のペン型座標指示器１では、コイルバネ１４とシリコンラバー１５の作用により、芯体１１に加わる押圧力（筆圧）に応じて、第１フェライトコア１３に巻回されたコイル１２のインダクタンスを変化させる区間を拡大させている。さらに、この実施の形態のペン型座標指示器１では、コイルバネ１４が主に作用する区間とシリコンラバー１５が主に作用する区間とが設けられることにより、第１フェライトコア１３が第２フェライトコア１６に近づく態様が異なる２つの区間を設け、より感度よく押圧力に応じた変化を検出できるようにしている。

［効果の検証］
図５は、ペン型座標指示器の位相−荷重特性のグラフを示す図である。図５において、グラフＧ１は、この実施の形態のペン型座標指示器１についての位相−荷重特性を示している。また、グラフのグラフＧ２は、図１０、図１１を用いて説明した従来のペン型座標指示器１００についての位相−荷重特性を示している。

従来のペン型座標指示器１００の場合には、図１１を用いて説明したように、フェライトコア１０４とフェライトチップ１０２との間にはＯリング１０３が存在している。このため、Ｏリング１０３を押しつぶすようにしてフェライトコア１０４に対して、フェライトチップ１０２を近づけるには、大きな押圧力（荷重）をペン型座標指示器１００の芯体１０１に加える必要がある。また、Ｏリング１０３を押しつぶすのにも限界がある。

このため、従来のペン型座標指示器１００の場合には、押圧当初の荷重が比較的に軽い区間においては比較的に大きくコイル１０５のインダクタンスが変化し、図５のグラフＧ２に示すように比較的に大きな位相変化が得られる。しかし、一定以上の押圧力を加えてしまうと、フェライトコア１０４とフェライトチップ１０２とがぶつかり間隔は狭められなくなり、位相の変化は所定値に張り付く結果となる。そして、上述もしたように、ペン型座標指示器１００からの位相の変化については、所定の閾値を超えるまで検出しないようにしているため、図５のグラフＧ２に示した特性の場合には、位相の変化がほぼ、＋２０から−２０の範囲でしかユーザーの押圧力（筆圧）を検出できないことになる。

これに対して、この実施の形態のペン型座標指示器１の場合には、端面が対向する第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６との間には、図１、図３、図４を用いて説明したように、コイルバネ１４とシリコンラバー１５が設けられた構成となっている。このため、芯体１１に押圧力（筆圧）が加えられると、図４Ａを用いて説明したように、シリコンラバー１５よりも弾性係数の小さなコイルバネ１４がまず作用する。この場合、第１フェライトコア１３が第２フェライトコア１６に対して比較的に素早く接近するため、コイル１２のインダクタンスも素早く変化し、図５のグラフＧ１に示すように、押圧当初の荷重が比較的に軽い区間においては急峻に位相が変化する。

すなわち、図１、図３、図４に示したように、この例の場合には、コイルバネ１４とシリコンラバー１５とが直列に接した状態にある。このため、シリコンラバー１５に第２フェライトコア１６の端面が接するまでの区間（距離）では、コイルバネ１４の影響が支配的となるが、押圧力（筆圧）の検出感度はコイルバネ１４とシリコンラバー１５とにより決まる第１弾性係数に応じたものとなる。

そして、さらに押圧され、図４Ｂに示したようにシリコンラバー１５が第２フェライトコア１６の端面に押し付けられるようになると、シリコンラバー１５が弾性変形する。この場合、弾性係数の大きいシリコンラバー１５は押圧力に応じて徐々に変形するため、第１フェライトコア１３が第２フェライトコア１６に対して少しずつ近づいて行くことになる。

図４Ｂに示した状態の場合、コイルバネ１４の弾性係数ｋ１は既に限界を超えているか、あるいは、押圧力感度にはあまり影響を与えないようなほぼ一定の値になっていると考えることができる。このため、図１、図３、図４に示した例において、シリコンラバー１５に第２フェライトコア１６が当接した状態になると、主にシリコンラバー１５の弾性係数ｋ２が支配的となって、図５のグラフＧ１に示すように、押圧力に応じて、位相が徐々に変化していく。このシリコンラバー１５の作用により、従来よりも荷重の変化が広い範囲で、ペン型座標指示器１から送信される電波の位相を変化させることができる。

このように、この例のペン型座標指示器１は、シリコンラバー１５に第２フェライトコア１６の端面が接するまでは、コイルバネ１４とシリコンラバー１５とにより決まる第１弾性係数に応じた押圧力感度を有する。そして、この例のペン型座標指示器１は、シリコンラバー１５に第２フェライトコア１６の端面が接した後の区間（距離）においては、主にシリコンラバー１５の弾性係数ｋ２が支配的となって、上述の第１弾性係数よりも大きな第２弾性係数に応じた押圧力感度を有する。

そして、この実施の形態のペン型座標指示器１においても、従来のペン型座標指示器１００の場合と同様に、位相の変化の検出について所定の閾値を用いるようにしたとしても、図５のグラフＧ１に示したように、位相の変化がほぼ、＋２０から−６０の近傍までの範囲で押圧力（筆圧）の検出が可能となる。すなわち、十分に押圧力（筆圧）を検出できるようにする構成として、一定の閾値まではできるだけ軽く、大きな位相変化が起きるように弾性係数の小さなコイルバネ１４を主に作用させる構成を有する。そして、一定の閾値（図５においては、位相＋２０）を超えたときには、荷重に応じて位相変化が起きるように弾性係数の大きなシリコンラバー１５を主に作用させる構成を有する。

このように、この実施の形態のペン型座標指示器１は、例えば芯体１１を上に向けて使用した場合の誤検出の防止し、押圧力（筆圧）の検出範囲を拡大すると共に、押圧力（筆圧）の検出を柔軟に、かつ、より適切に行うことができるようにしている。

なお、図１および図３Ａを用いて説明したように、シリコンラバー１５は、第１フェライトコア１３の端面の全面に設けられるものとして説明したが、これに限るものではない。図３Ａに示した第１フェライトコア１３の端面に設けるシリコンラバー１５を、図３Ｂに示すように、コイルバネ１４と当接することがないように、コイルバネ１４の内側に収まる大きさとしてもよい。この場合には、コイルバネ１４とシリコンラバー１５とが当接する部分が無いので、芯体１１への押圧当初においては、コイルバネ１４のみの作用に応じて、ペン型座標指示器１から送信する電波の位相をより急峻に変化させることができる。

この後、さらに押圧力が加えられ、シリコンラバー１５と第２フェライトコア１６の端面とが当接するようになると、今度は、弾性係数の大きなシリコンラバー１５Ａが主に作用する。この場合には、主にシリコンラバー１５Ａの作用により、第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６との距離を徐々に近づけることができる。したがって、図３Ｂに示した例の場合にも、図１、図３Ａに示した例の場合と同様の効果を得ることができる。

なお、図３においては、シリコンラバー１５、１５Ａを、第１フェライトコア１３の端面に設けるものとして説明したが、これに限るものではない。シリコンラバー１５、１５Ａを、第１フェライトコア１３の端面と対向する第２フェライトコア１６の端面に設けるようにしてもよい。

［変形例について］
次に、この実施の形態のペン型座標指示器１の変形例について説明する。以下に説明する変形例は、主に、第１フェライトコア１３の端面と第２フェライトコア１６の端面との間に介設する第２弾性体としての部材の形状等を変えるものである。

［変形例１］
図６は、この実施の形態のペン型座標指示器１の変形例１を説明するための図である。図６に示す変形例１の場合、シリコンラバー１５Ｂ、１５Ｃが設けられる第１フェライトコア１３Ｂの端面の中央部分には凹部１３Ｂａが設けられている。また、第２弾性体としてのシリコンラバー１５Ｂ、１５Ｃの中央部分には、第１フェライトコア１３Ｂの凹部１３Ｂａと嵌合する凸部１５Ｂａ、１５Ｃａが設けられている。これら以外の部分は、図３を用いて説明したペン型座標指示器１の場合と同様に構成される。

このように構成することにより、第１フェライトコア１３Ｂの端面に対して、シリコンラバー１５Ｂ、１５Ｃを目的とする位置に対してずれないように固着することができ、製造を容易にすることができる。また、使用時においても、第１フェライトコア１３Ｂの端面上において、シリコンラバー１５Ｂ、１５Ｃがずれることが無いので、故障も発生し難くなる。特に、図６Ｂに示したように、シリコンラバー１５Ｃが、コイルバネ１４の内側に位置するものである場合には効果的である。

なお、図６においては、シリコンラバー１５Ｂ、１５Ｃを、第１フェライトコア１３の端面に設けるものとして説明したが、これに限るものではない。シリコンラバー１５Ｂ、１５Ｃを、第１フェライトコア１３Ｂの端面と対向する第２フェライトコア１６の端面に設けるようにしてもよい。したがって、第２フェライトコア１６の端面の中央部に凹部を設けるようにしてもよい。また、シリコンラバー１５Ｂ、１５Ｃに厚みの余裕が有れば、シリコンラバー１５Ｂ、１５Ｃの中央部に凹部を設け、第１フェライトコア１３の端面の中央部や第２フェライトコア１６の端面の中央部に凸部を設けるように構成してもよい。

［変形例２］
図７は、この実施の形態のペン型座標指示器１の変形例２を説明するための図である。図７に示す変形例２の場合、第１フェライトコア１３Ｂと第２フェライトコア１６との間に介設される第２弾性体としてのシリコンラバー１９、１９Ａの形状が、図１、図３、図６に示したものと異なっている。これら以外の部分は、図３、図６を用いて説明したペン型座標指示器１の場合とほぼ同様に構成される。

そして、図７Ａに示した例の場合には、図３、図６に示したシート状のシリコンラバー１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに替えて、球体のシリコンラバー１９が用いられている。また、図７Ｂに示した例の場合には、図３、図６に示したシート状のシリコンラバー１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに替えて、柱状のシリコンラバー１９Ａが用いられている。柱状のシリコンラバー１９Ａは、円柱状であっても、角柱状であってもよい。

このように構成することにより、第２弾性体としての球体のシリコンラバー１９、柱状のシリコンラバー１９Ａが作用する範囲を拡大し、芯体１１にかかる押圧力（筆圧）を精度よく検出することが可能となる。特に、図７Ａに示したように、球体のシリコンラバー１９を用いることにより、押圧力（荷重）に応じた位相の変化を良好なものとすることができる。

このように、この変形例２の場合には、シリコンラバー１９、１９Ａに第２フェライトコア１６の端面が接するまでは、コイルバネ１４により決まる第１弾性係数に応じた押圧力感度を有する。そして、この変形例２の場合には、さらに押圧力が加えられ、シリコンラバー１９、１９Ａに第２フェライトコア１６の端面が接した後の区間（距離）においては、シリコンラバー１９、１９Ａが主に作用するものの、コイルバネ１４とシリコンラバー１９、あるいは、コイルバネ１４とシリコンラバー１９Ａにより決まる第２弾性係数に応じた押圧力感度を有する。

なお、第２弾性体としての球体のシリコンラバー１９、柱状のシリコンラバー１９Ａの大きさは適宜の大きさとすることができる。このため、球体のシリコンラバー１９、柱状のシリコンラバー１９Ａの大きさに応じて、第１フェライトコア１３の端面と第２フェライトコア１６の端面とが対向する区間の間隔を調整すればよい。また、図示しないが、第２弾性体として、半球状、円錐状、角錐状のシリコンラバーを用いることもできる。すなわち、第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６との間に介設される第２弾性体は種々の形状のものを用いることができる。

また、この変形例２の場合にも、図６を用いて説明した変形例１の場合と同様に、球体のシリコンラバー１９、柱状のシリコンラバー１９Ａに凸部を設け、第１フェライトコア１３の端面の中央部に凹部を設けて、相互に固定するようにしてもよい。また、第２フェライトコア１６の端面の中央部に凹部を設けて、第２フェライトコア１６の端面に球体のシリコンラバー１９、柱状のシリコンラバー１９Ａを設けるようにしてもよい。もちろん、
球体のシリコンラバー１９、柱状のシリコンラバー１９Ａに凹部を設け、第１フェライトコア１３の端面の中央部や第２フェライトコア１６の端面の中央部に凸部を設けるように構成してもよい。

［変形例３］
図８は、この実施の形態のペン型座標指示器１の変形例３を説明するための図である。図８に示す変形例３の場合、第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６との間に介設される第２弾性体として、シリコンラバーに替えて第２のコイルバネ２０を用いるようにした点が、図１、図３、図６、図７に示したものと異なっている。これら以外の部分は、図３、図６、図７を用いて説明したペン型座標指示器１の場合とほぼ同様に構成される。

このように、第２弾性体としてコイルバネを用いることも可能であり、設計上の自由度を拡大することができる。例えば、シリコンラバーよりも弾性係数の小さなコイルバネを第２のコイルバネとして、図８に示した態様で用いるとする。この場合には、第２弾性体としての第２のコイルバネが作用する範囲において、シリコンラバーを用いるようにした場合に比べ、押圧力に応じたコイル１２のインダクタンスの変化の程度を急峻にすることができる。この場合には、ペン型座標指示器１の共振回路から送信される電波の位相（周波数）を急峻に変化させることができる。

この変形例３の場合にも、図７に示した変形例２の場合と同様に、第２のコイルバネ２０に第２フェライトコア１６の端面が接するまでは、コイルバネ１４により決まる第１弾性係数に応じた押圧力感度を有する。そして、この例の場合には、さらに押圧力が加えられ、第２のコイルバネ２０に第２フェライトコア１６の端面が接した後の区間（距離）においては、コイルバネ１４と第２のコイルバネ２０により決まる第２弾性係数に応じた押圧力感度を有する。なお、この変形例３の場合にも、第２のコイルバネ２０を第２フェライトコア１６側に設けるようにしてもよい。

［可変容量コンデンサを用いたペン型座標指示器への応用］
上述した実施の形態のペン型座標指示器１は、第１フェライトコア１３に巻回されたコイルのインダクタンスを変化させることにより、ペン型座標指示器１から送信する電波の位相（周波数）を変化させるようにした。しかし、これに限るものではない。例えば、可変容量コンデンサの容量を変化させることにより、送信する電波の位相（周波数）を変化させるようにするペン型座標指示器にもこの発明を適用することができる。

図９は、可変容量コンデンサを用いたペン型座標指示器の等価回路を示す図である。可変容量コンデンサを用いたペン型座標指示器は、コイルＬと１つ以上の共振コンデンサＣｆ１、Ｃｆ２と、可変容量コンデンサＣｖとからなる共振回路を備える。この場合の可変容量コンデンサＣｖは、簡単に構成するとすれば、例えば、図３に示した第１フェライトコア１３と第２フェライトコア１６の対向する端面に電極を設けることにより構成することができる。そして、第２フェライトコア１６の端面に設けられた電極に対して、第１フェライトコア１３の端面に設けられた電極の距離に応じて、これら２つの電極により構成されるコンデンサの容量を可変にすることができる。

そして、このような可変容量コンデンサを用いる場合であっても、対向する電極間の距離を、コイルバネやシリコンラバーからなる第１、第２弾性体によって調整することができる。したがって、可変容量コンデンサＣｖを用いるペン型座標指示器についても、上述したインダクタンス制御のペン型座標指示器１の場合と同様にして、この発明を適用することができる。なお、可変容量コンデンサＣｖを用いたペン型座標指示器については、例えば、特開平４−９６２１２号公報に詳しく説明されている。

［その他の変形例］
なお、上述した実施の形態においては、例えば、コイルバネによって実現される第１弾性体の弾性係数ｋ１は、シリコンラバーで実現される第２弾性体の弾性係数ｋ２よりも小さいものとして説明した。しかし、これに限るものではない。第１弾性体の弾性係数ｋ１と第２弾性体の弾性係数ｋ２は同じであってもよい。また、押圧当初は徐々に送信電波の位相を変化させ、一定以上の押圧力がかけられた後においては、急激に送信電波の位相を変化させるようにしたい場合には、第１弾性体の弾性係数ｋ１を第２弾性体の弾性係数ｋ２よりも大きくすればよい。このように、第１弾性体の弾性係数ｋ１と第２弾性体の弾性係数ｋ２とは適宜のものとすることができる。

また、上述した実施の形態においては、第１弾性体としてのコイルバネ１４を、第２フェライトコア１６に対して巻回する部分を設けるようにしたが、これに限るものではない。コイルバネ１４の全体を、対向する第１フェライトコア１３の端面と第２フェライトコア１６の端面との間に設けるようにしてもよい。

また、第１フェライトコア１３の端面上であって、第２フェライトコア１６の周囲に、細く形成した複数のコイルバネを配設してもよい。この場合には、第２フェライトコア１６の周囲に配設された複数のコイルバネが第１弾性体を構成することになる。また、上述した実施の形態のコイルバネ１４と同様の機能を実現することができれば、第１弾性体として、種々の材質、種々の形状の弾性部材を用いることができる。

また、第２弾性体として、第１フェライトコア１３の端面上や第２フェライトコア１６の端面上に、円形や多角形の小さなシリコンラバーを複数個配設したり、小さなコイルバネを複数個配設したりすることもできる。すなわち、上述した実施の形態のシリコンラバー１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１９、１９Ａ、第２のコイルバネ２０と同様の機能を実現することができれば、第２弾性体とて、種々の材質、種々の形状の弾性部材を用いることができる。

１…ペン型座標指示器、１０…ケース、１１…芯体、１２…コイル、１３…第１フェライトコア、１４…コイルバネ（第１弾性体）、１５、１５Ａ…シリコンラバー（第２弾性体）、１６…第２フェライトコア、１７…ホルダー、１８…基板、ＣＬ…中心線、１７ａ…ホルダーの凹部、１７ｂ、１７ｃ…ホルダーの突起部、１５Ｂ、１５Ｃ…シリコンラバー（第２弾性体）、１５Ｂａ、１５Ｃａ…凸部、１３Ｂａ…第１フェライトコアの凹部、１９…球体のシリコンラバー、１９Ａ…柱状のシリコンラバー、２０…第２のコイルバネ

Claims (8)

1. ペン形状の筐体の端部から先端部が突出するように前記筐体内に配置された芯体と、
   前記芯体の前記先端部に印加された前記押圧力に応じて弾性変形する弾性体部と、
   前記筐体内に配置された複数の磁性体と、
   を備え、前記芯体の前記先端部に印加される押圧力を検出可能に構成された座標指示器であって、
   前記弾性体部は、前記芯体の前記先端部に印加される前記押圧力が所定の押圧力までは所定の弾性係数に応じて変形し、印加される前記押圧力が前記所定の押圧力よりも大きいときには、前記所定の弾性係数よりも大きな弾性係数に応じて変形する、
   ことを特徴とする座標指示器。
2. 前記弾性体部は、前記筐体内に配置された複数の弾性体から構成され、前記押圧力が前記所定の押圧力までは前記複数の弾性体から定まる第１の弾性係数に応じて変形し、前記押圧力が前記所定の押圧力よりも大きいときには、前記第１の弾性係数よりも大きい第２の弾性係数に応じて変形する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標指示器。
3. 前記弾性体部を構成する前記複数の弾性体による前記第１及び第２の弾性係数は、各弾性体の配置に応じて定まるようにした、
   ことを特徴とする請求項２に記載の座標指示器。
4. 前記弾性体部を構成する前記複数の弾性体は、前記筐体の軸心方向に並べて配置されている、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の座標指示器。
5. 前記複数の磁性体は隣接して配置された二つの磁性体が互いに対向する端面を有し、前記複数の弾性体のうちの少なくとも一の弾性体が前記隣接して配置された二つの磁性体の対向する端面間に配設される、
   ことを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４のいずれかに記載の座標指示器。
6. 前記複数の磁性体は隣接して配置された二つの磁性体が互いに対向する端面を有し、前記複数の弾性体は、弾性を有する金属線を所定回数巻回して形成した第１の弾性体と、前記第１の弾性体よりも弾性係数が高い第２の弾性体とを有しており、前記第１及び第２の弾性体のうち少なくとも一方の弾性体が前記隣接して配置された二つの磁性体の前記端面間に配置されている、
   ことを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４に記載の座標指示器。
7. 座標指示器と、前記座標指示器により指示された入力面上の位置を検出する位置検出装置とからなる位置検出システムであって、
   前記座標指示器は、
   ペン形状の筐体の端部から先端部が突出するように前記筐体内に配置された芯体と、
   前記芯体の前記先端部に印加された前記押圧力に応じて弾性変形する弾性体部と、
   前記筐体内に配置された複数の磁性体と、
   を備え、前記芯体の前記先端部に印加される押圧力を検出可能に構成された座標指示器であって、
   前記弾性体部は、前記芯体の前記先端部に印加される前記押圧力が所定の押圧力までは所定の弾性係数に応じて変形し、印加される前記押圧力が前記所定の押圧力よりも大きいときには、前記所定の弾性係数よりも大きな弾性係数に応じて変形し、
   前記位置検出装置は、
   前記座標指示器により指示さえた前記入力面上の位置に加えて、前記座標指示器の前記芯体の前記先端部に印加される押圧力を検出する、
   ことを特徴とする位置検出システム。
8. 座標指示器と、前記座標指示器により指示された入力面上の位置を検出する位置検出装置とからなる位置検出システムの前記位置検出装置で用いられる筆圧検出方法であって、
   前記座標指示器は、ペン形状の筐体の端部から先端部が突出するように前記筐体内に配置された芯体と、前記芯体の前記先端部に印加された前記押圧力に応じて弾性変形する弾性体部と、前記筐体内に配置された複数の磁性体と、を備え、前記芯体の前記先端部に印加される押圧力を検出可能に構成された座標指示器であって、前記弾性体部は、前記芯体の前記先端部に印加される前記押圧力が所定の押圧力までは所定の弾性係数に応じて変形し、印加される前記押圧力が前記所定の押圧力よりも大きいときには、前記所定の弾性係数よりも大きな弾性係数に応じて変形するものであり、
   前記位置検出装置において、
   前記座標指示装置からの押圧力に応じた信号を受信する受信ステップと、
   前記受信ステップで受信した押圧力に応じた信号が予め決められた閾値を越えたか否かを判別する判別ステップと、
   前記判別ステップにおいて、前記受信ステップで受信した押圧力に応じた信号が予め決められた閾値を越えたと判別した場合に、前記受信した押圧力に応じた信号に応じて押圧力を検出する検出ステップと、
   を有することを特徴とする筆圧検出方法。
   

Images