JP7132933B2 - 位置指示器 - Google Patents

Description

この発明は、位置検出装置のセンサとの間で静電的にインタラクションする静電容量方式の位置指示器に関する。

この種の静電容量方式の位置指示器として、位置指示器が信号発信回路を備え、この信号発信回路からの信号を導電性の芯体を通じて、静電結合により、位置検出装置のセンサに対して送信するアクティブ静電ペンが知られている。この場合、位置検出装置では、複数のセンサ導体が配設されているセンサで、アクティブ静電ペンからの信号を受信する。そして、位置検出装置では、アクティブ静電ペンの芯体のペン先により指示されたセンサ上における位置を、信号を受信したセンサ導体からの信号レベルに応じて検出する。

位置検出装置では、芯体の軸心方向がセンサの入力面に対して垂直の状態のときには、ほぼ正しく芯体のペン先で指示された位置を検出することができるが、芯体の軸心方向がセンサの入力面に対して傾いた状態のときには、芯体のペン先で指示された位置を、正しく検出することができないという問題がある。

図１１は、位置指示器の芯体の軸心方向のセンサの入力面に対する傾き角と、位置検出装置のセンサにおける位置指示器からの受信信号の信号レベルとの関係を示すものである。図１１においては、センサのＸ軸方向（例えば横方向）に配列された複数個の導体（図１１の例では、導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２）における受信信号の信号レベルを示している。なお、センサには、Ｙ軸方向にも同様に複数個の導体が配列されており、そのＹ軸方向に配列された複数個の導体についても同様となる。

図１１（Ａ）は、位置指示器の芯体１００の軸心方向が、位置検出装置のセンサの入力面に対して垂直の状態であって、芯体１００（のペン先）が導体Ｘｉの真上に存在しているときの、各導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルを示している。この場合には、芯体１００からの信号は、ほぼ芯体の先端部からセンサに送信される状態となるので、各導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルは、図１１（Ａ）に示すように、導体Ｘｉで最大値となり、かつ、この導体Ｘｉを中心として、その左側の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１と右側の導体Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２とで左右対称となるような状態で徐々に低くなる値を呈する。

位置検出装置では、各導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルを用いて演算することにより、芯体１００により指示されたセンサ上の位置を検出するが、この図１１（Ａ）の場合には、芯体１００により指示された位置Ｐ０（Ｘ座標）は、導体Ｘｉの位置として正しく検出される。

これに対して図１１（Ｂ）は、位置指示器の芯体１００のペン先は導体Ｘｉの真上に存在しているが、芯体１００が、位置検出装置のセンサの入力面に対して、所定の角度θ（θ＜９０度）でＸ軸方向に傾いている状態のときの、各導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルを示している。この場合には、芯体１００からの信号は、その先端部からのみではなく、傾きに応じてセンサに近い部分からの信号も有効となってセンサに送信される状態となるので、各導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルは、図１１（Ｂ）に示すように、導体Ｘｉで最大値となるが、この導体Ｘｉを中心として、その左側の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１と右側の導体Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２とで、芯体１００の傾きに応じて左右非対称となるような状態で徐々に低くなる値を呈する。

位置検出装置では、この図１１（Ｂ）の状態の各導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルを用いて演算して芯体１００の指示位置を検出する。このために、その結果の芯体１００の指示位置は、図１１（Ｂ）に示すように、芯体１００が傾いている方向に、その傾き角に応じた分だけ、ずれた位置Ｐ１として検出されるようになり、芯体１００の先端部の指示位置Ｐ０に対して、ΔＰだけずれた位置Ｐ１となってしまう。

この位置指示器の芯体のペン先の指示位置の、位置指示器の傾きに応じたずれの問題を解決するために、例えば特許文献１（特開２０１４‐３５６３１号公報）や特許文献２（特開２０１６‐１２６５０３号公報）に開示されるような検出方法で、位置指示器の、センサの入力面に対する傾き角（芯体の軸心方向の傾き角）を検出し、その検出結果を用いて、位置指示器の芯体のペン先の指示位置の検出結果を補正することが提案されている。

特開２０１４‐３５６３１号公報 特開２０１６‐１２６５０３号公報

しかしながら、位置指示器の芯体の軸心方向のセンサの入力面に対する傾き角を検出して、その検出結果を用いて、芯体のペン先の指示位置を補正する方法では、当該傾き角を検出するための構成が必要であり、位置指示器の構成が複雑になると共に、位置指示器の製造コストが上昇するという問題があった。

この発明は、以上の問題点を解決した位置指示器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、
ペン形状の筐体を有し、前記筐体の一端の側において前記筐体の軸心方向に第１の電極と第２の電極が配置されているとともに前記第２の電極は前記第１の電極が前記筐体の軸心方向に部分的に露出するように前記第１の電極を囲んで配置されており、信号送信制御回路から前記第１の電極及び前記第２の電極に信号が供給されて位置検出装置のセンサとの間で静電的にインタラクションする位置指示器であって、
前記信号送信制御回路は、前記第１の電極と前記第２の電極から送出されるそれぞれの信号が互いに打ち消し合うように前記第１の電極および前記第２の電極に信号を供給するように構成されていることを特徴とする位置指示器を提供する。

上記の構成の位置指示器によれば、芯体の軸心方向がセンサの入力面に対して傾いていても、位置検出装置においては、芯体のペン先により指示された位置の検出座標がずれてしまうのを防止することができる。

この発明による位置指示器の第１の実施形態を用いる電子機器の例としてのタブレット型情報端末の一例を示す図である。 この発明による位置指示器の第１の実施形態の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第１の実施形態の信号送信制御回路の構成例を示すブロック図である。 図３の信号送信制御回路の等価回路を示す図である。 この発明による位置指示器の第１の実施形態からの送出される信号と、位置検出装置との関係を説明するための図である。 この発明による位置指示器と共に使用される位置検出装置の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第１の実施形態を用いた場合における、位置検出装置の受信信号を説明するための図である。 この発明による位置指示器の要部の変形例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の要部の変形例を説明するための図である。 この発明による位置指示器のさらに他の実施形態の要部を説明するための図である。 従来の位置指示器を用いた場合における、位置検出装置の受信信号を説明するための図である。

以下、この発明による位置指示器の実施形態を、図を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
図１は、この発明の実施形態の位置指示器１を用いる電子機器の例としてのタブレット型情報端末２００の一例を示すものである。この例では、タブレット型情報端末２００は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置の表示画面２００Ｄを備え、表示画面２００Ｄの上部（表面側）に、静電容量方式の位置検出装置２０１のセンサを備えている。

操作者は、位置指示器１によりタブレット型情報端末２００の位置検出装置２０１のセンサ上の入力面２０１Ｓにおいて、位置を指示する。位置検出装置２０１は、位置指示器１による位置検出装置２０１のセンサ上での指示位置を検出する。

［実施形態の位置指示器１の機構的構成例の説明］
図２は、この発明の第１の実施形態の位置指示器１の構成例を説明するための図であり、主としてペン先側の一部縦断面図である。この実施形態では、位置指示器１は外観がペン形状を有するものとして形成されている。

［第１の実施形態の位置指示器の構造的構成例の説明］
この実施形態の位置指示器１は、ペン形状の筐体２を備える。この筐体２は、絶縁材料例えば合成樹脂からなる中空の円筒状形状の絶縁体部２１により構成されている。そして、この実施形態では、筐体２の絶縁体部２１の外表周面の少なくとも操作者が当該位置指示器１を把持する部分は、例えば金属からなる導電体部２２で覆われている。

筐体２内には、プリント配線基板３と、電源回路としてのバッテリー４と、筆圧検出ユニット５とが配設されている。筐体２の外表周面を覆う導電体部２２は、図示は省略するが、このプリント配線基板３のアース導体に電気的に接続されている。なお、バッテリー４は、乾電池、充電可能な蓄電池、あるいは後述する電気二重層キャパシタなどのキャパシタを含む電源回路であっても良い。

プリント配線基板３上には、信号送信制御回路３０と、図示を省略したその他の電子部品及び配線パターンなどが配置されている。信号送信制御回路３０は、位置検出用信号及び付加情報を生成し、生成した位置検出用信号及び付加情報を、位置指示器１から送出するようにする。

バッテリー４は、プリント配線基板３上に構成されている電子回路及び電子部品への電源の供給源である。端子４２は、プリント配線基板３上の電源回路部に電気的に接続されている端子である。バッテリー４の正極側電極４１は、この端子４２に接触して電気的に接続されている。図示は省略するが、バッテリー４の負極側電極は、プリント配線基板３のアース導体に直接に接続され、あるいは筐体２の導電体部２２を経由してプリント配線基板３のアース導体に接続されている弾性変位する端子に押圧接触するようにされている。

筆圧検出ユニット５は、この実施形態では、芯体６に印加される筆圧に応じた静電容量を呈する可変容量キャパシタの構成とされている。この筆圧検出ユニット５で構成される可変容量キャパシタの両端の電極は、図２では、導電パターン３１ｃにより、信号送信制御回路３０に接続されている。

芯体６は、筐体２の外部に突出するペン先側とは反対側の端部が、筐体２の中空部内に配設されている筆圧検出ユニット５に嵌合されることで、位置指示器１の筐体２の中空部内に係止される。なお、芯体６は、引き抜くことで、筆圧検出ユニット５との嵌合が外れるように構成されている。すなわち、芯体は、位置指示器１に対して交換可能である。

芯体６は、導体、例えば金属や導体粉が混合された硬質の樹脂で構成されており、導電パターン３１ａを通じて信号送信制御回路３０と電気的に接続されている。そして、信号送信制御回路３０で生成された位置検出用信号及び付加情報が、この導体からなる芯体６（中心電極）を通じて、位置検出装置２０１のセンサに対して送出されるように構成されている。

筐体２を構成する中空の円筒状形状の絶縁体部２１の中心線方向の一方の端部側は、徐々に先細となる筒状のテーパー部２１ａとされている。この筒状のテーパー部２１ａの内壁面には、テーパー部２１ａの内壁面に沿って徐々に先細となる筒状の円錐状形状のリング電極７が、中心電極を取り囲む周辺電極として、筐体２の軸心方向に芯体６を部分的に囲むように取り付けられている。換言すれば、芯体６の先端部が部分的に露出するようにリング電極７が芯体２と取り囲むように配置されている。このリング電極７は、例えば導電性部材からなり、リング状導体を構成する。この場合、リング電極７は、筐体２の絶縁体部２１のテーパー部２１ａにより覆われることにより、位置指示器１の操作者が直接的には触れることができないようにされている。なお、周辺電極としてのリング導体７は、円錐状形状に限るものではなく、円筒状形状、あるいはリング状形状であっても良い。

そして、リング電極７は、絶縁体部２１を貫通するリード導体部材７１により、プリント配線基板３の導体パターン３１ｂに電気的に接続されている。この導体パターン３１ｂは、この例では、信号送信制御回路３０に接続されている。信号送信制御回路３０では、リング電極７から、芯体６からの信号とは逆相の信号が送出されるように構成されており、この実施形態では、後述するように、リング電極７は、インダクタンス素子、この例では、コイル３０３を介してプリント配線基板３の基準電位が得られる部位、この例ではアース導体に接続されている（図３参照）。

この実施形態では、芯体６は、筐体２の絶縁体部２１のテーパー部２１ａの開口部２１ｂから先端部６ａが外部に突出すると共に、先端部６ａとは反対側が筆圧検出ユニット５に嵌合されるように、絶縁体部２１の中空部内に配される。すなわち、中心電極（芯体６）と周辺電極（リング電極７）は、筐体２の軸心方向に配置されているとともに、中心電極は、周辺電極によって軸心方向に部分的に取り囲まれるように配置されている。

リング電極７は、図２の例では、絶縁体部２１のテーパ部２１ａの内壁面に配置されてので、芯体６のペン先部６ａは、リング電極７にも取り囲まれることなく、外部に突出するようになっている。

つまり、リング電極７は、芯体６の周囲を取り囲むように設けられるが、この実施形態では、芯体６の軸心方向において、ペン先部６ａと、筆圧検出ユニット５との結合側を除く周囲を取り囲むようにされている。

信号送信制御回路３０は、芯体６を通じて位置検出装置２０１のセンサに送出する信号を生成する回路と、リング電極７を通じて位置検出装置２０１のセンサに対して、芯体６から送出する信号とは逆相の信号を生成する回路とを備える。

［第１の実施形態の位置指示器１の信号送信制御回路３０の構成例の説明］
図３は、この実施形態の位置指示器１の信号送信制御回路３０の回路構成図である。すなわち、信号送信制御回路３０は、この例では、コントローラ３０１と、芯体６に供給する信号を生成するための発振回路３０２と、芯体６から送出される信号に対してリング電極７から逆位相の信号が送出されるようにするためのコイル３０３とを備える。すなわち、発振回路３０２によって生成された信号は、芯体６に供給されるとともに、芯体６とリング電極７との間に形成された浮遊容量３０４を介してリング電極７にも供給される。したがって、この実施形態では、リング電極７から送出される信号が、芯体６から送出される信号に対して逆位相となるようにコイル３０３を備える。

コントローラ３０１は、例えばマイクロプロセッサで構成されており、位置指示器１の信号送信制御回路３０の後述のような処理動作を制御する制御回路を構成するもので、駆動電源の例としてのバッテリー４からの電源電圧ＶＤＤが供給されている。コントローラ３０１は、発振回路３０２を制御する。バッテリー４からの電源電圧ＶＤＤは、電源スイッチＰｓｗを介して、信号送信制御回路３０、及びその他の回路の電源電圧とされる。電源スイッチＰｓｗは、図１及び図２では図示を省略するが、筐体２の側面に設けられる操作子が押下操作されることでオン、オフされる。

コントローラ３０１には、また、筆圧検出ユニット５で構成される可変容量キャパシタ５Ｃが接続されており、この可変容量キャパシタ５Ｃの容量を監視することで、位置指示器１の芯体６に印加される筆圧を検出する。すなわち、この実施形態では、可変容量キャパシタ５Ｃに対して放電用抵抗器Ｒｄが接続されており、コントローラ３０１は、可変容量キャパシタ５Ｃが満充電の状態から、所定の両端電圧になるまでの放電時間を計測することで、可変容量キャパシタ５Ｃの静電容量を検出し、その検出した静電容量から筆圧を検出する。

発振回路３０２は、例えば周波数ｆ１＝１．８ＭＨｚの交流信号を発生するもので、バッテリー４からの電源電圧ＶＤＤが、電源スイッチＰｓｗを介して供給されている。この発振回路３０２からの交流信号の所定時間の連続波、すなわち、バースト信号は、芯体６を通じてセンサに対して送出される位置検出用信号となる。

コントローラ３０１は、この発振回路３０２のイネーブル端子ＥＮに制御信号（イネーブル信号ＣＴ）を供給して当該発振回路３０２をオン、オフ制御することで、発振回路３０２から前記バースト信号及びＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調信号を発生させる。発振回路３０２は、コントローラ３０１からのイネーブル信号ＣＴに応じて、発生する交流信号を断続させ、これにより、発振回路３０２は、バースト信号及びＡＳＫ変調信号を発生することができる。この実施形態では、コントローラ３０１は、前述のようにして検出した筆圧の値の情報をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号に応じて発振回路３０２を制御することで、筆圧値の情報をＡＳＫ変調信号として、発振回路３０２から出力させるようにする。

発振回路３０２の出力端は、この実施形態では、導電性の芯体６に接続されており、発振回路３０２からの交流信号は、芯体６を通じて位置検出装置２０１のセンサに対して送出される。

そして、リング電極７は、コイル３０３を通じて、アース導体（接地）に接続されている。この場合に、リング電極７は、芯体６の周囲に設けられているので、芯体６とリング電極７との間は、浮遊容量３０４により容量結合されている。このため、信号送信制御回路３０の等価回路は、図４において点線で囲んで示すようなものとなり、発振回路３０２によって生成された信号は、芯体６に供給されるとともに、浮遊容量３０４による容量結合を介してリング電極７にも供給されることになる。芯体６から送出される交流信号Ｓａが、コイル３０３により逆相の交流信号Ｓｂとして、リング電極７から送出される状態となる。
すなわち、信号送信制御回路３０は発振回路３０２を備えており、発振回路３０２で生成された第1の信号および第２の信号が、芯体６（中心電極）およびリング電極７（周辺電極）のそれぞれに供給される。信号送信制御回路３０は、芯体６から送出される信号とリング電極７から送出される信号とが互いに打ち消し合うような所定の関係（逆相の関係）となるように送信信号の位相を制御する。また、位相が制御されたそれぞれの信号が互いに効果的に打ち消し合うように、それぞれの信号の振幅レベルもまた所定の関係となるように制御される。

したがって、図５に示すように、位置指示器１においては、発振回路３０２からの出力信号は、芯体６の先端部６ａからは、ほぼそのままの強度で位置検出装置２０１のセンサの入力面２０１Ｓに対しては送出されるが、芯体６のリング電極７で取り囲まれている部分及び先端部６ａのリング電極７との近傍部分では、リング電極７からの逆相の信号により打ち消されることで、センサで受信されにくくなる。この結果、図５に示すように、位置指示器１の芯体６の軸心方向が位置検出装置２０１のセンサの入力面２０１Ｓに対して傾いていても、位置検出装置２０１では、芯体６の先端部６ａにより指示された位置を、ずれなく正しく検出することができる。

この場合に、コイル３０３のインダクタンス値は、位置指示器１の芯体６の軸心方向が位置検出装置２０１のセンサの入力面２０１Ｓに対して傾いていても、位置検出装置２０１で、正しく芯体６の先端部６ａでの指示位置を検出することができるような値に調整されている。

換言すれば、コイル３０３のインダクタンス値を調整することにより、リング電極７から送出される、芯体６から送出される信号とは逆相の信号の強度を調整することができる。このため、リング電極７を芯体６の先端部６ａ近傍まで延長するように配設する必要がなく、リング電極７の配置位置を任意に選定することができるため、位置指示器の外観デザイン的な制約が少なくなる。なお、リング電極７か送出される、芯体６から送出される信号とは逆相の信号の強度を調整するために、リング電極７よりも芯体６の先端部６ａを、どれだけ突出させるかをも調整するようにしても勿論よい。

なお、図４の等価回路では、浮遊容量３０４が芯体６とリング電極７との間に仮想的に接続されているものとしたが、芯体６とリング電極７との間にコンデンサを実際的に接続し、そのコンデンサの静電容量を、位置検出装置で、正しく芯体６の先端部６ａでの指示位置を検出することができるような値に調整するようにしてもよい。この場合に、芯体６とリング電極７との間にコンデンサを実際的に接続するコンデンサの静電容量は、コイル３０３のインダクタンス値を調整する代わりに、あるいはコイル３０３のインダクタンス値の調整と共に、調整するようにしてもよい。

なお、上述の位置指示器１では、筐体２の絶縁体部２１の外表周面の少なくとも操作者が当該位置指示器１を把持する部分は導電体部２２で覆うようにしたが、この導電体部２２は、必須のものではなく、なくてもよい。

［位置検出装置２０１の構成例の説明］
この実施形態の位置検出装置２０１は、図６に示すように、当該位置検出装置２０１を構成するセンサ２０２と、このセンサ２０２に接続されるペン指示検出回路２０３とで構成されている。

センサ２０２は、この例では、断面図は省略するが、下層側から順に、第１の導体群２１１、絶縁層（図示は省略）、第２の導体群２１２を積層して形成されたものである。第１の導体群２１１は、例えば、横方向（Ｘ軸方向）に延在した複数の第１の導体２１１Ｙ_１、２１１Ｙ_２、…、２１１Ｙ_ｍ（ｍは１以上の整数）を互いに所定間隔離して並列に、Ｙ軸方向に配置したものである。

また、第２の導体群２１２は、第１の導体２１１Ｙ_１、２１１Ｙ_２、…、２１１Ｙ_ｍの延在方向に対して交差する方向、この例では直交する縦方向（Ｙ軸方向）に延在した複数の第２の導体２１２Ｘ_１、２１２Ｘ_２、…、２１２Ｘ_ｎ（ｎは１以上の整数）を互いに所定間隔離して並列に、Ｘ軸方向に配置したものである。

このように、位置検出装置２０１のセンサ２０２では、第１の導体群２１１と第２の導体群２１２を交差させて形成したセンサパターンを用いて、位置指示器１が指示する位置を検出する構成を備えている。

なお、以下の説明において、第１の導体２１１Ｙ_１、２１１Ｙ_２、…、２１１Ｙ_ｍについて、それぞれの導体を区別する必要がないときには、その導体を、第１の導体２１１Ｙと称する。同様に、第２の導体２１２Ｘ_１、２１２Ｘ_２、…、２１２Ｘ_ｎについて、それぞれの導体を区別する必要がないときには、その導体を、第２の導体２１２Ｘと称することとする。

この実施形態の位置検出装置２０１においては、センサ２０２は、例えばタブレット型情報端末などの電子機器の表示画面の大きさに対応した大きさのセンサ面（指示入力面）２００を備えており、光透過性を有する、第１の導体群２１１と第２の導体群２１２とによって形成されている。

なお、第１の導体群２１１と第２の導体群２１２は、センサ基板の同一面側にそれぞれが配置される構成であってもよいし、センサ基板の一面側に第１の導体群２１１を配置し、他面側に第２の導体群２１２を配置する構成でもよい。

ペン指示検出回路２０３は、センサ２０２との入出力インターフェースとされる選択回路２２１と、増幅回路２２２と、バンドパスフィルタ２２３と、検波回路２２４と、サンプルホールド回路２２５と、ＡＤ（Analog to Digital）変換回路２２６と、制御回路２２０とからなる。

選択回路２２１は、制御回路２２０からの制御信号に基づいて、第１の導体群２１１および第２の導体群２１２の中からそれぞれ１本の導体を選択する。選択回路２２１により選択された導体は増幅回路２２２に接続され、位置指示器１からの信号が、選択された導体により検出されて増幅回路２２２により増幅される。この増幅回路２２２の出力はバンドパスフィルタ２２３に供給されて、位置指示器１から送信される信号の周波数の成分のみが抽出される。

バンドパスフィルタ２２３の出力信号は検波回路２２４によって検波される。この検波回路２２４の出力信号はサンプルホールド回路２２５に供給されて、制御回路２２０からのサンプリング信号により、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２２６によってデジタル値に変換される。ＡＤ変換回路２２６からのデジタルデータは制御回路２２０によって読み取られ、処理される。

制御回路２２０は、内部のＲＯＭに格納されたプログラムによって、サンプルホールド回路２２５、ＡＤ変換回路２２６、および選択回路２２１に、それぞれ制御信号を送出するように動作する。また、制御回路２２０は、ＡＤ変換回路２２６からのデジタルデータから、位置指示器１によって指示されたセンサ２０２上の位置座標を算出し、また、筆圧情報を復調して得る。そして、制御回路２２０は、その位置座標のデータ及び筆圧情報を、例えばタブレット型情報端末などの電子機器内の他の処理プロセッサ等に出力する。

［位置検出装置２０１での位置指示器１の芯体６の先端部６ａの指示位置検出］
図７は、位置指示器１の芯体６の軸心方向のセンサ２０２の入力面２０１Ｓに対する傾き角と、位置検出装置２０１のセンサ２０２における位置指示器１からの受信信号の信号レベルとの関係を示すものである。図７においては、前述の図１１の場合と同様に、センサ２０２のＸ軸方向（例えば横方向）に配列された複数個の第２の導体２１２Ｘ（図７の例では、導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２）についての受信信号の信号レベルについて説明する。なお、Ｙ軸方向に配列された第１の導体２１２Ｙについても同様となる。

図７（Ａ）は、位置指示器１の芯体６の軸心方向が、位置検出装置２０１のセンサ２０２の入力面２０１Ｓに対して垂直の状態であって、芯体６の先端部６ａが第２の導体Ｘｉの真上に存在しているときの、その近傍の第１の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルを示している。

この場合には、芯体６からの信号は、ほぼ芯体６の先端部６ａからセンサ２０２に送信されると共に、リング電極７からは、その逆相の信号がセンサに送出される状態となるので、第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルは、図１１（Ａ）の場合と同様にして、第２の導体Ｘｉで最大値となり、かつ、この第２の導体Ｘｉを中心として、その左側の第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１と右側の第２の導体Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２とで左右対称となるような状態で徐々に低くなる値を呈する。

ただし、この場合には、第２の導体Ｘｉ左側の第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１と右側の第２の導体Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２とは、リング電極７からの逆相の信号により、図１１（Ａ）の場合よりも低い信号レベルとなり、図１１に示した従来の位置指示器の場合よりも、第２の導体Ｘｉの信号レベルが相対的に大きくなる。

位置検出装置では、各第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルを用いて演算することにより、芯体６の先端部６ａにより指示されたセンサ上の位置を検出するが、この図１１（Ａ）の場合よりも第２の導体Ｘｉにおける受信信号の信号レベルがその左側の第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１及びと右側の第２の導体Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２よりも大きくなるので、芯体６の先端部６ａにより指示された位置は、第２の導体Ｘｉの位置Ｐ０として、より良好に検出される。

また、図７（Ｂ）は、位置指示器１の芯体６の先端部６ａは第２の導体Ｘｉの真上に存在しているが、芯体１が、位置検出装置２０１のセンサ２０２の入力面２０１Ｓに対して、所定の角度θ（θ＜９０度）でＸ軸方向に傾いている状態のときの、各第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルを示している。

この場合には、位置指示器１が傾いた方向側においては、リング電極７が位置検出装置２０１のセンサの入力面２０１Ｓに近づくようになる。したがって、図１１（Ｂ）のように、芯体６からの信号は、その先端部６ａからのみではなく、位置指示器１の傾きに応じてセンサに近い部分からの信号も有効となってセンサに送信される状態となっても、リング電極７からの逆相の信号により、その成分（図７（Ｂ）における点線参照）は打ち消される。

そのため、各第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルは、図７（Ｂ）において実線に示すように、第２の導体Ｘｉで最大値となるが、この第２の導体Ｘｉを中心として、その左側の第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１と右側の導体Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２とで、左右対称の値を呈するものとなる。

したがって、位置検出装置では、各第２の導体Ｘｉ―２，Ｘｉ－１，Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２における受信信号の信号レベルを用いて演算することにより、芯体６の先端部６ａにより指示されたセンサ上の位置は、図７（Ａ）の場合と同様にして、第２の導体Ｘｉの位置Ｐ０として、ずれが低減されて検出される。

なお、上述の実施形態の説明では、リング電極７はコイル３０３を通じてアース導体に接続するようにしたが、電源電圧ＶＤＤが得られる端子に接続するようにしてもよい。つまり、リング電極７はコイル３０３を通じて基準電位に接続するようにすればよい。

［他の実施形態］
上述の第１の実施形態の信号送信制御回路３０においては、リング電極７から、芯体６から送出する信号とは逆相の信号を送出させるための構成は、リング電極７をコイル３０３を通じて基準電位に接続する構成としたが、この構成に限られるものではない。

図８は、リング電極７から、芯体６から送出する信号とは逆相の信号を送出させるための構成の第１の他の例である。この第１の例の信号送信制御回路３０Ａにおいては、リング電極７に接続されるコイル３０３は設けない。その代わりに、第１の実施形態において、発振回路３０２からの信号を芯体６に供給すると共に、発振回路３０２からの信号の逆相信号を生成する逆相信号生成回路としての極性反転アンプ３０５を備えている。極性反転アンプ３０５により発振回路３０２からの信号を反転した後、リング電極７に供給するようにする。この第１の例の場合には、極性反転アンプ３０５の増幅利得を、位置検出装置２０１で、正しく芯体６の先端部６ａでの指示位置を検出することができるような値に調整する。

したがって、この第１の例の場合にも、リング電極７からは、芯体６から送出される信号とは逆相の信号が送出され、上述した第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。

図９は、トランス３０６によって逆相信号生成回路を構成する第２の他の例である。この例では、コイル３０３を用いずに、リング電極７から、芯体６から送出する信号とは逆相の信号を送出させる。この第２の例の信号送信制御回路３０Ｂにおいては、図９（Ａ）に示すように、第１の実施形態において、発振回路３０２からの信号を、１次巻線３０６ａと２次巻線３０６ｂとからなるトランス３０６を介して芯体６に供給する。また、発振回路３０２からの信号を、トランス３０６の１次巻線３０６ａ側から供給するようにする。

図９（Ｂ）は、第２の例の変形例を示すものである。この第２の例の変形例の信号送信制御回路３０Ｃにおいては、図９（Ｂ）に示すように、１次巻線３０６ａに中間タップを設け、発振回路３０２からの信号は、この１次巻線３０６ａの中間タップからリング電極７に供給するように構成して、１次巻線３０６ａにおけるその中間タップの位置を、位置検出装置２０１で、正しく芯体６の先端部６ａでの指示位置を検出することができるような位置に調整するようにしてもよい。

以上の図９（Ａ）に示した第２の例及び図９（Ｂ）に示した第２の例の変形例においては、発振回路３０２からの信号は、芯体６にはトランス３０６の２次巻線３０６ｂから供給されると共に、リング電極７にはトランス３０６の１次巻線３０６ａ側から供給されるので、芯体６から送出される信号とリング電極７から送出される信号とは互いに逆相になり、上述した第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。

次に、上述の実施形態の位置指示器１においては、リング電極７からは、芯体６から信号が送出されるときには、常に、芯体６から送出される信号とは逆相の信号が送出されるようにした。そのため、リング電極７からの信号により、芯体６から送出される信号の送出出力強度が低下する恐れがある。

ところで、位置指示器１の芯体６の先端部６ａが、位置検出装置２０１のセンサの入力面とは接触しておらず、入力面と離間している状態のときには、位置検出装置２０１では、位置指示器１の芯体６の先端部６ａにより指示される位置を正確に検出することはせず、主として、位置指示器１の芯体６のセンサの入力面へ接近した大まかな位置を検出できればよく、位置指示器から送出される信号の送出出力強度は大きい方が良い。

以上のことに鑑み、リング電極７から、芯体６から送出する信号とは逆相の信号を送出するようにするのは、位置指示器１の芯体６の先端部６ａがセンサの入力面に接触していて、芯体６の先端部６ａで指示された位置を正確に検出するときとして、位置指示器１の芯体６の先端部６ａがセンサの入力面に接触していないときには、リング電極７から逆相の信号が送出されないようにすることで、位置指示器から送出される信号の送出出力強度が低下しないように構成してもよい。また、図示せずも、図８と同様に、芯体６から送出される信号とリング電極７から送出される信号との間の振幅レベルが最適な関係となるように互いの振幅レベルを調整しても良い。

図１０は、以上のことを考慮した位置指示器１の信号送信制御回路３０Ｄの回路構成例の一例である。この図１０の信号送信制御回路３０Ｄは、図３に示した前述した信号送信制御回路３０の変形例であり、信号送信制御回路３０と同一部分には、同一参照符号を付して、その説明は省略する。

この例においては、リング電極７には制御回路の例としてのスイッチ回路３０７が接続される。発振回路３０２からの信号は、芯体６に供給されると共に、このスイッチ回路３０７の一方の固定端に供給される。また、このスイッチ回路３０７の他方の固定端は、コイル３０３を介して接地される。そして、このスイッチ回路３０７の可動端がリング電極に接続される。

そして、この例のコントローラ３０１Ｄは、筆圧検出ユニット５で構成される可変容量キャパシタ５Ｃの容量を監視することで、位置指示器１の芯体６に印加される筆圧を検出して、その筆圧検出結果から、芯体６の先端部６ａが位置検出装置２０１のセンサの入力面に接触しているか否か判別する。そして、コントローラ３０１Ｄは、その判別結果に基づいて、スイッチ回路３０７の切替制御信号ＳＷ１を生成し、次のように、スイッチ回路３０７を切替制御する。

すなわち、コントローラ３０１Ｄは、芯体６に筆圧が印加されておらず、芯体６の先端部６ａが位置検出装置２０１のセンサの入力面に接触していないと判別したときには、切替制御信号ＳＷ１によりスイッチ回路３０７を発振回路３０２の信号が供給される固定端側に切り替える。このときには、リング電極７からはコイル３０３が切断された状態となるので、リング電極７からは芯体６からの信号とは逆相の信号は送出されない。そして、リング電極７からは、芯体６から送出される信号と同相の信号が送出される。したがって、位置検出装置２０１では、芯体６とリング電極７からの信号により、位置指示器１の芯体６の先端部６ａの接近を、芯体６からの信号のみを監視する場合よりも感度良く検出することができる。

また、コントローラ３０１Ｄは、芯体６に印加されている筆圧が検出され、芯体６の先端部６ａが位置検出装置２０１のセンサの入力面に接触していると判別したときには、切替制御信号ＳＷ１によりスイッチ回路２０７をコイル３０３が接続されている固定端側に切り替える。このときには、第１の実施形態と同様にして、リング電極７にコイル３０３が接続される状態なるので、リング電極７からは、芯体６から送出される信号とは逆相の信号が送出されて、位置指示器１の芯体６の先端部６ａの位置が、位置指示器１がセンサの入力面に対して傾いていても、良好に検出される。

なお、図１０の例では、制御回路は、切替制御信号ＳＷ１により切替制御されるスイッチ回路３０７の構成としたが、リング電極６とコイル３０３との間に第１のスイッチ回路を設けると共に、発振回路３０２とリング電極７との間に第２のスイッチ回路を設ける構成としてもよい。その場合には、コントローラ３０１Ｄは、芯体６の先端部６ａが位置検出装置２０１のセンサの入力面に接触していないと判別したときには、第１のスイッチ回路はオン、第２のスイッチ回路はオフに制御し、芯体６の先端部６ａが位置検出装置２０１のセンサの入力面に接触したときには、第１のスイッチ回路はオフ、第２のスイッチ回路はオンに制御するようにする。

なお、図１０の例は、芯体６の先端部６ａが位置検出装置２０１のセンサの入力面に接触していないと判別したときには、リング電極７からは逆相の信号が送出されない構成例の一例であるが、この図１０の例の技術思想は、リング電極７から逆相の信号が送出される図８に示した例や、図９に示した例の場合にも同様に適用可能である。

［その他の実施形態または変形例］
上述の実施形態では、リング状導体を構成するリング電極７は、芯体６の先端部６ａ側になるほど先細となるような円錐状形状としたが、リング状導体の形状としては、円錐状形状に限られるものではなく、要は、芯体６の周囲を取り囲むような形状であればよく、例えば円筒状形状、ドーナッツ状形状であってもよい。

また、芯体６（中心電極）とリング電極７（周辺電極）には、互いの送出信号が打ち消し合うような位相関係の信号、すなわちそれぞれの電極から送出される信号が互いに逆相となるような位相関係を有すればよい。したがって、例えば図４に示す信号送信制御回路の等価回路において、芯体６に供給される信号とリング電極７に供給される信号とを互いに置換することもできる。

なお、上述の実施形態では、位置指示器の芯体に印加される筆圧情報は、位置検出用信号と共に、芯体６から送出するようにしたが、例えばブルートゥース（登録商標）規格の無線通信手段を位置指示器及び位置検出装置に設けて、無線通信するようにしてもよい。

１…位置指示器、２…筐体、３…プリント配線基板、４…バッテリー、５…筆圧検出ユニット、６…芯体、６ａ…芯体の先端部、７…リング電極、３０…信号送信制御回路、３０１…コントローラ、３０２…発振回路、３０３…コイル、３０４…浮遊容量、３０５…極性反転アンプ、３０６…トランス、３０７，３０８…スイッチ回路

Claims (11)

1. ペン形状の筐体を有し、前記筐体の一端の側において前記筐体の軸心方向に第１の電極と第２の電極が配置されているとともに前記第２の電極は前記第１の電極が前記筐体の軸心方向に部分的に露出するように前記第１の電極を囲んで配置されており、信号送信制御回路から少なくとも前記第１の電極に信号が供給されて位置検出装置のセンサとの間で静電的にインタラクションする位置指示器であって、
   前記信号送信制御回路は、前記第１の電極から送出される信号を打ち消すようにする信号を、前記第２の電極から送出するように構成されていることを特徴とする位置指示器。
2. 前記信号送信制御回路は、前記第１の電極および前記第２の電極から送出されるそれぞれの信号が互いに逆相の関係となるように前記第１の電極および前記第２の電極に信号を供給することを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
3. 前記信号送信制御回路は、前記第１の電極および前記第２の電極から送出されるそれぞれの信号が互いに逆相の関係となるように制御するとともに、前記第１の電極および前記第２の電極から送出されるそれぞれの信号の振幅レベルが所定の関係になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
4. 前記信号送信制御回路は発振回路を備えており、前記発振回路からの信号が前記第１の電極に供給されるとともに、前記第２の電極には、前記第１の電極から送出される信号の打ち消しに供されるインダクタンス素子が結合されていることを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
5. 前記信号送信制御回路は、第１の電極に供給する信号を生成するための発振回路と、前記発振回路によって生成された信号とは逆相の信号を、前記第２の電極から送出するように生成する逆相信号生成回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
6. 前記信号送信制御回路は、前記筐体の前記一端の側に配置された芯体の先端部に印加される圧力を検出する圧力検出回路と、前記第２の電極に結合された制御回路を備えており、前記圧力検出回路によって前記芯体の前記先端部への圧力が検出されない状態においては、前記制御回路を介して前記第１の電極に供給される信号と同相の信号が前記第２の電極に供給されることを特徴とする請求項５に記載の位置指示器。
7. 前記制御回路によって、前記第２の電極から送出される信号が前記第１の電極から送出される信号に対して同相の信号または逆相の信号となるように選択的に制御されることを特徴とする請求項６に記載の位置指示器。
8. ペン形状の筐体を有し、前記筐体の一端の側において前記筐体の軸心方向に第１の電極と第２の電極が配置されているとともに前記第２の電極は前記第１の電極が前記筐体の軸心方向に部分的に露出するように前記第１の電極を囲んで配置されており、信号送信制御回路から少なくとも前記第１の電極に信号が供給されて位置検出装置のセンサとの間で静電的にインタラクションするための位置指示器の信号送信方法であって、
   前記信号送信制御回路は、前記第１の電極から送出される信号を打ち消すようにする信号が前記第２の電極から送出することを特徴とする位置指示器の信号送信方法。
9. 前記信号送信制御回路は、前記第２の電極から送出される信号が前記第１の電極から送出される信号に対して逆相の信号となるように前記第２の電極に信号を供給することを特徴とする請求項８に記載の位置指示器の信号送信方法。
10. 前記信号送信制御回路は、前記第1の電極と前記第２の電極との間に形成された静電結合を介して前記第１の電極に供給される信号を前記第２の電極に供給するとともに、前記第２の電極には前記第１の電極から送出される信号の打ち消しに供されるインダクタンス素子が結合されていることを特徴とする請求項８に記載の位置指示器の信号送信方法。
    
11. 前記信号送信制御回路は、前記第１の電極に供給される信号に対して逆相の信号を前記第２の電極に供給することを特徴とする請求項８に記載の位置指示器の信号送信方法。

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