JP7550754B2 - 位置検出装置 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、電磁誘導方式などの位置検出センサが用いられて構成される位置検出装置に関する。
パーソナルコンピュータなどの情報処理装置の入力機器として、ペン型の位置指示器である電子ペンによる操作入力を受け付けるいわゆるペンタブレットなどと呼ばれる位置検出装置がある。位置検出装置は、位置検出センサと位置検出回路とにより構成される。位置検出センサは、センサ基板本体とケーブル部(引き出し線部)とからなる。センサ基板本体は、複数のX軸方向電極と複数のY軸方向電極とが配設された部分である。ケーブル部は、位置検出回路への接続を容易にするために、センサ基板本体に配設されている複数のX軸方向電極と複数のY軸方向電極を引き出してまとめるようにした部分である。
電磁誘導方式の位置検出センサは、上述したX軸方向電極、Y軸方向電極のそれぞれがループコイルの構成とされている。そして、電磁誘導方式の位置検出センサは、当該複数のコイルに順次に電力を供給して磁界を発生させる送信期間と、電力の供給を停止し外部からの磁界を受信する受信期間を交互に設ける構成を有する。当該位置検出センサに対応する電子ペンは、コイルとコンデンサとからなる共振回路を備え、位置検出センサからの磁界に応じて、当該コイルに電流が流れることにより信号を発生させて位置検出センサに送信する構成を備える。
これにより、電磁誘導方式の位置検出装置は、送信期間において電子ペンに電力を供給して、電子ペンを駆動可能にする。そして、電磁誘導方式の位置検出装置は、受信期間において電子ペンからの発振信号を受信することにより、電子ペンによる指示位置や電子ペンにかけられている筆圧を検出することができる。このような構成を有する電磁誘導方式の位置検出センサの場合、位置検出センサと電子回路とを重ね合わせるようにして近接配置すると問題が生じる場合がある。
例えば、送信期間において、位置検出センサのループコイルの構成とされたX軸方向電極やY軸方向電極から電子ペンに対して出力された磁界が電子回路の金属部分の影響により減衰されてしまい、電子ペンで受け取れる磁界が弱くなるという問題が発生する。また、電子回路が発生するノイズが、X軸方向電極やY軸方向電極に影響を与え、電子ペンの座標が正確に検出できないという問題が発生する可能性がある。
そこで、後に記す特許文献1には、位置検出センサと電子回路との間に設ける磁路板を工夫した位置検出装置等に関する発明が開示されている。特許文献1に開示された発明は、電磁シールドとしての性能を有し、電子ペンや位置検出センサのX軸方向電極、Y軸方向電極が発生させる磁界を減衰させず、外部からの磁気的ノイズの影響を受け難くする磁路板を用いるものである。当該磁路板は、アモルファス金属層と非アモルファス金属層を有するものである。
特開2009-3796号公報
いわゆるスマートフォンやタブレットPC(Personal Computer)などの携帯端末にも、入力機器として位置検出装置が搭載されている。近年、携帯端末に搭載される位置検出装置においては、軽量であるフレキシブル基板の構成とされた位置検出センサが用いられている。図6(A)に示すように、フレキシブル基板の構成とされた位置検出センサ300の場合においては、センサ基板本体300Sとケーブル部300Cとは一体に形成される。
例えば、LCD(Liquid Crystal Display)を備えた携帯端末にフレキシブル基板の位置検出センサを搭載する場合、LCDの表示画面の全面を指示入力領域とするために、LCDの表示画面の全面に位置検出センサ300のセンサ基板本体300Sを対応させる。そして、携帯端末のLCDの表示画面以外の部分には、操作ボタンや受話器としてのスピーカやカメラのレンズ部などが配置される場合が多い。
このため、操作ボタンやスピーカやレンズ部の下側に、位置検出センサが接続される位置検出回路を配置することはスペース的に無理がある。このため、位置検出センサ300のケーブル部300Cは、図6(B)に示すよいに、折り曲げることにより、センサ基板本体300Sの裏面側の部分で、例えば位置検出回路が形成された回路基板500と接続する。従って、センサ基板本体300Sの下側には、上述した磁路板の役割を果たす、シールド層400が設けられ、その下側に回路基板500が位置し、この回路基板500に接続されるケーブル部300Cが最下層に位置する。
図6(B)に示したように、ケーブル部300Cが最下層に位置する場合、ケーブル部300Cと回路基板500との接続部500Cが最下層に位置し、接続部500C部分が外側にむき出しになってしまう。この場合、外部からノイズが混入したり、また、外部にノイズを放出したりしやすい構成なってしまうため、接続部500C部分をシールドにより覆う必要が生じ、製造に手間が掛かってしまう。更に、近年においては、位置検出装置を搭載する携帯端末の高性能化のために搭載される部品が多くなったり、軽量化のために部品自体の小型化が進められたりしている。このため、回路基板の構成とされる位置検出回路についても片面基板から両面基板、更に4層基板など積層構造とすることにより、位置検出回路の面積を小さくすることが考えられている。
この場合、当該回路基板に接続するケーブル部300Cの接続部分の幅も狭くなり、X軸方向電極、Y軸方向電極の配置幅も従来のものより狭くなる。このように、ケーブル部300CにおけるX軸方向電極、Y軸方向電極の配置幅が狭くなり、当該電極が密集することにより、外部からのノイズが混入しやすくなったり、逆に、外部にノイズを放出しやすくなったりする可能性がある。このため、シールドを設ける方法に拠らず、位置検出装置としての機能が、外部からのノイズにより低下したり、位置検出装置から外部にノイズを放出したりすることが無いようにする簡単かつ確実な方策が求められている。
以上のことに鑑み、この発明は、例えば、電磁誘導方式などの位置検出装置に関し、ノイズが混入したり、ノイズを放出したりすることが無い、信頼性の高い位置検出装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、
位置指示器と共に使用され、前記位置指示器からの指示入力を受け付ける電極を備えるセンサ基板本体と、前記電極を引き出して構成したケーブル部とを有する位置検出センサと、前記位置検出センサが接続される位置検出回路が構成された回路基板とからなる位置検出装置であって、
前記位置検出センサの前記センサ基板本体は、
絶縁基板を備え、前記絶縁基板の前記位置指示器により位置指示される側の第1の面と、前記絶縁基板の前記第1の面とは反対側の第2の面とに、前記電極を構成する導体が形成されており、
前記第2の面の全面には、前記第2の面に形成された前記電極を覆うようにしてシールド層が設けられており、
前記シールド層は、前記第2の面に形成された前記電極を覆うようにして、磁気シールド層が設けられると共に、前記磁気シールド層を覆うようにして電磁シールド層が設けられたものであり、
前記位置検出センサの前記ケーブル部は、
前記センサ基板本体の前記第1の面に連続する面において、前記回路基板が接続され、前記センサ基板本体の前記第2の面側に折り曲げられることにより、前記回路基板が最下層に位置し
前記位置検出センサを構成する前記センサ基板本体と前記ケーブル部とは、フレキシブル基板の構成とされて一体に形成されている
ことを特徴とする位置検出装置を提供する。
この発明の位置検出装置によれば、当該位置検出装置は、位置検出センサと位置検出回路が構成された回路基板とからなる。位置検出センサは、センサ基板本体と回路基板への接続端を構成するケーブル部とを備える。センサ基板本体は、絶縁基板の両面(第1の面と第2の面)のそれぞれに導体により電極が形成されている。第1の面は、位置指示器により位置指示される側の面(表面)であり、第2の面は、第1の面とは反対側の面(裏面)である。
センサ基板本体の第2の面の全面には、電極を覆うようにシールド層が設けられる。一方、ケーブル部には、第1の面に連続する面において、回路基板が接続されて、センサ基板本体の第2の面側に折り曲げられる。これにより、回路基板が最下層に位置付けられる。従って、ケーブル部と回路基板との接続部分が最下層に位置することはなく(外側に露呈することはなく)、外部からのノイズの混入と外部へのノイズの放出とを防止でき、信頼性の高い位置検出装置を実現される。
この発明による位置検出装置の一実施の形態の構成例と、当該位置検出装置に対して用いられる電子ペンの構成例とを説明するための図である。 実施の形態の位置検出装置で用いられる電磁誘導方式の位置検出センサについて説明するための図である。 実施の形態の位置検出装置の具体的な構成例を説明するための断面図である。 実施の形態の位置検出回路が構成された回路基板の構成例を説明するための断面図である。 実施の形態の位置検出装置が搭載される電子機器の構成例について説明するための図である。 従来の位置検出装置の構成例を説明するための図である。
[位置検出装置の構成例]
図1は、この発明による位置検出装置の一実施の形態の構成例と、当該位置検出装置に対して用いられる電子ペンの構成例とを説明するための図である。この実施の形態において、この発明の一実施の形態が適用されて構成された位置検出装置100と、当該位置検出装置100に対して用いられる電子ペン200とは、電磁誘導方式のものである。電子ペン200は、図1の左上に示すように、信号送受信用のコイルLと、可変容量コンデンサである筆圧検出部Cvと、共振コンデンサCf等が並列に接続されることにより構成された共振回路を備える。
位置検出装置100は、X軸方向ループコイル群12Xと、Y軸方向ループコイル群12Yとが積層されて形成された位置検出センサ1を備える。X軸ループコイル群12XのループコイルX1、X2、…、X40及びY軸ループコイル群12YのループコイルY1、Y2、…、Y30のそれぞれは、1ターンの場合もあれば、2ターン以上の複数ターンの場合もある。なお、図1において、位置検出センサ1は、簡略化して示しており、位置検出センサ1の詳細な構成については後述する。この位置検出センサ1が、位置検出回路102に接続されることにより、全体として位置検出装置100を構成している。
位置検出回路102は、発振器104と、電流ドライバ105と、選択回路106と、切り替え接続回路107と、受信アンプ108と、位置検出用回路109と、筆圧検出用回路110と、処理制御部111とからなる。図1に示すように、位置検出センサ1のX軸方向ループコイル群12X及びY軸方向ループコイル群12Yが、選択回路106に接続される。選択回路106は、処理制御部111の制御に応じて、2つのループコイル群12X,12Yのうちの一のループコイルを順次選択する。
処理制御部111は、マイクロプロセッサにより構成されている。処理制御部111は、選択回路106におけるループコイルの選択と、切り替え接続回路107の切り替えとを制御すると共に、位置検出用回路109及び筆圧検出用回路110での処理タイミングを制御する。
発振器104は、周波数f0の交流信号を発生させる。発振器104は、発生させた交流信号を、電流ドライバ105と筆圧検出用回路110に供給する。電流ドライバ105は、発振器104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107へ送出する。切り替え接続回路107は、処理制御部111からの制御により、選択回路106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。この接続先のうち、送信側端子Tには電流ドライバ105が、受信側端子Rには受信アンプ108が、それぞれ接続されている。
切り替え接続回路107は、送信期間においては送信側端子T側に切り替えられ、受信期間においては受信側端子R側に切り替えられる。これにより、送信期間においては、送信側端子Tを通じて電流ドライバ105からの電流の供給を受けたループコイルが磁界を発生させて、電子ペン200に送信し、電子ペン200の共振回路に作用する。この場合、電子ペン200の共振回路は、位置指示信号(電波)を発生させて、位置検出センサ1側に送信する。
一方、受信期間においては、選択回路106により選択されたループコイルが、受信側端子Rを通じて受信アンプ108に接続される。当該ループコイルが電子ペン200からの磁界の作用を受けている場合には、当該ループコイルには誘導電圧が発生し、この誘導電圧が、選択回路106及び切り替え接続回路107を介して受信アンプ108に送られる。受信アンプ108は、ループコイルから供給された誘導電圧を増幅し、位置検出用回路109及び筆圧検出用回路110へ送出する。
すなわち、X軸方向ループコイル群12X及びY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルには、電子ペン200から送信される電波によって誘導電圧が発生する。このため、位置検出用回路109は、ループコイルに発生した誘導電圧(受信信号)を検波し、その検波出力信号をデジタル信号に変換し、処理制御部111に出力する。処理制御部111は、位置検出用回路109からのデジタル信号、すなわち、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電子ペン200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。
一方、筆圧検出用回路110は、受信アンプ108の出力信号を発振器104からの交流信号で同期検波して、それらの間の位相差(周波数偏移)に応じたレベルの信号を得、その位相差(周波数偏移)に応じた信号をデジタル信号に変換して処理制御部111に出力する。処理制御部111は、筆圧検出用回路110からのデジタル信号、すなわち、送信した電波と受信した電波との位相差(周波数偏移)に応じた信号のレベルに基づいて、電子ペン200に印加されている筆圧を検出する。
このように位置検出回路102は、信号の送信期間と受信期間とを切り替え、送信期間においては、電子ペン200に対して駆動電力を供給して駆動させ、受信期間においては、電子ペン200からの信号を受信して、指示位置と筆圧を検出する。この位置検出回路102は、回路基板の構成とされている。これにより、位置検出センサ1のケーブル部1Cを、当該回路基板の構成とされた位置検出回路102に接続することによって、位置検出装置が実現でき、スマートフォンやタブレットPC(Personal Computer)などに対して入力デバイスとして搭載できる。
[位置検出センサの構成例]
図2は、省スペース用の位置検出センサ1の具体的な構成例を説明するための図であり、図2(A)は平面図、図2(B)は長辺側の側面図、図2(C)は長辺側のケーブル部を含む部分の断面図である。なお、詳しくは後述するように、位置検出センサ1に対しては、電子ペンや位置検出センサが発生させる磁界を減衰させないようにし、かつ、外部からの磁気的ノイズの影響を受けにくくするためのいわゆるシールド層(上述した磁路板に相当。)が設けられる。しかし、図2においては、説明を簡単にするため、シールド層の記載は省略している。従って、シールド層に対して、位置検出センサ1はセンサ層を構成しているといえる。
この実施の形態の位置検出センサ1は、いわゆるフレキシブル基板の構成とされ、薄く、柔軟性があり、弱い力で繰り返し変形させることが可能であり、変形した場合にもその電気的特性を維持することができるものである。図2(A)に示すように、位置検出センサ1は、電子ペン200により位置が指示される側の面である第1の面(操作面)1S1側から見ると、大きな長方形状のセンサ基板本体1Sと、センサ基板本体1Sより張り出したケーブル部1Cとからなる。なお、図2(A)に示したケーブル部1Cは、長方形状に形成されたり、台形状に形成されたりするなど、様々な形状とすることができる。
センサ基板本体1Sは、電子ペン200と電磁結合するためのコイルを備え、電子ペン200による位置指示を受け付ける部分である。ケーブル部1Cは、センサ基板本体1Sに設けられているコイルとして作用するコイル本体部分の両端から引き出された給電線の線部(接続線路部分)をまとめることにより、図1を用いて説明した位置検出回路(回路基板)102との接続端部を構成している。すなわち、コイルから引き出された給電線の線部は、当該コイルに位置検出回路からの電流を供給したり、コイルからの信号を位置検出回路に供給したりするために、位置検出回路102の選択回路106に接続される部分である。このように、ケーブル部1Cは、センサ基板本体1Sに設けられているコイルと位置検出回路102とを接続しやすくするための部分である。
位置検出センサ1のセンサ基板本体1Sは、スマートフォンやタブレットPCなどの携帯端末に搭載される場合、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置の表示画面よりやや大きく構成され、当該表示画面の全面に対応するようになっている。また、位置検出センサ1が携帯端末に搭載される場合、LCDの大画面化、筐体の小型化、カメラ部や操作部を設ける場所の確保などの観点から、ケーブル部1Cが引き出したままの状態では携帯端末の筐体に収まらない場合が多くなってきている。このため、図2(B)に示すように、ケーブル部1Cは、センサ基板本体1Sの第1の面1S1とは反対側の第2の面(裏面)1S2側に折り曲げられ、センサ基板本体1Sの下側において、位置検出回路102(回路基板)に接続される。
従って、位置検出センサ1が携帯端末等に搭載された場合、センサ基板本体1Sの第2の面1S2とケーブル部1Cの第2の面1C2とが対向するようになる。すなわち、図2(A)に示した状態では、同一方向の面であるセンサ基板本体1Sの第1の面1S1と、ケーブル部1Cの第1の面1C1とは、ケーブル部1Cが折り曲げられることにより、互いに逆方向の面となる。
このように、この実施の形態では、センサ基板本体1Sの面とケーブル部1Cの面とは区別している。従って、図2(B)に示したように、センサ基板本体1Sの第1の面1S1に連なるケーブル部1Cの面をケーブル部1Cの第1の面1C1とし、センサ基板本体1Sの第2の面1S2に連なるケーブル部1Cの面をケーブル部1Cの第2の面1C2としている。
位置検出センサ1のセンサ基板本体1Sには、図1を用いて上述したように、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yとが積層されて構成されている。当該コイルが設けられている部分であるセンサ層1Xは、図2(C)に示すように、絶縁基板11の第2の面(下面)にX軸方向ループコイル群12Xが設けられ、第1の面(上面)にY軸方向ループコイル群12Yが設けられる。Y軸方向ループコイル群12Yの上には、表面シート13が設けられ、Y軸方向ループコイル群12Yが保護される。
なお、ケーブル部1Cにおいては、下側からX軸方向ループコイル群12X、絶縁基板11、Y軸方向ループコイル群12Y、表面シート13の順に積層される構成は、センサ基板本体1Sと同じである。但し、X軸ループコイル群12Xの各ループコイルの給電線の線部とY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルの給電線の線部とは、位置検出回路102への接続を容易にするために、外側に向かう方向(ケーブル部1Cの第1の面1C1側)に引き出される。
従って、この実施の形態においては、X軸ループコイル群12Xの各ループコイルの給電線の線部とY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルの給電線の線部とが、第1の面1C1側に引き出される。図2(C)の右端部において、第2の面1C2側のX軸ループコイル群12Xのループコイルが短くなっているのは、第1の面1C1側に引き出されていることを示している。また、ケーブル部1Cの第1の面1C1側において、表面シート13が存在しない部分が、位置検出回路102の接続部102Cに接続される各コイルの給電線の線部が露呈した部分である。この第1の面1C1の表面シート13の無い部分に引き出された全てのループコイルの給電線の線部が位置検出回路102の接続部102Cに接続される。
このように、この実施の形態においては、図2(B)に示したように、ケーブル部1Cの第1の面1C1に引き出されたコイルの給電線の線部が、当該第1の面1C1において、位置検出回路102の接続部102Cに接続される。コイルの給電線の線部との位置検出回路102の接続部102Cは、図6(B)の従来の例の場合のように、位置検出回路102の外側の面に位置するのではない。コイルの給電線の線部との位置検出回路102の接続部102Cは、図2(B)に示したように、位置検出回路102のセンサ基板本体1Sの第2の面1S2と対向する側の面に位置することになる。これにより、位置検出回路102のコイルの給電線の線部との接続部102Cは、外側に露呈することはないので、外側からのノイズが接続部102C部分から入り込んだり、接続部102C部分から外部にノイズが放出されたりしないようにできる。
また、詳しくは後述するが、位置検出回路102の構成も、ノイズの混入やノイズの放出を防止するために作用することになる。更に、図2(C)に示したように、位置検出センサ1は、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yとが積層された構造を有する。これらのループコイル群12X、12Yの各ループコイルが発生させる磁界を近隣に配置される電子回路の金属部が減衰させたり、また、外部からの磁気的なノイズの混入を防止したりする必要がある。このため、以下に説明するように、第2の面側、図2(C)に示した例の場合には、X軸ループコイル群12Xの下側にシールド層が設けられる。
[位置検出装置100の構成例]
図3は、この実施の形態の位置検出装置100の具体的な構成例を説明するための図であり、位置検出装置100の位置検出センサ1のセンサ基板本体1Sとケーブル部1Cとが連なる部分を長手方向に沿って切断した場合の断面図である。位置検出センサ1を構成する各層は、実際には1mm以下の厚みのものであり、図2(B)を用いて説明したように、ケーブル部1Cは、センサ基板本体1Sの第2の面1S2側に折り曲げられ、第2の面1S2側あるシールド層に対して固定されて用いられる。しかし、図3においては、位置検出センサ1の積層構造を明確に示すために、主要な各層に厚みを持たせて示している。
このため、図3においては、位置検出センサ1の折り曲げ部分がカーブを形成するようになっているが、実際には図2(B)に示したように、厚めの紙を折るように折り曲げることができるので、長手方向と交差する方向の厚みが大きく変わることはない。また、上述もしたように、位置検出センサ1を構成する各層の厚みは1mm以下の薄いものであるので、図3に示すように、折り曲げたとしても、各層の長手方向の長さが大きく異なるものでもない。
また、図3(A)~(E)において、一番上の層のセンサ層1Xは、図2(C)を用いて説明した積層構造を有するものである。また、図3(A)~(E)において、矢印で示した位置Pが、センサ基板本体1Sとケーブル部1Cとの境界位置を示している。従って、図3(A)~(E)において、位置Pの左側がセンサ基板本体1Sであり、位置Pの右側(折り曲げられた部分)がケーブル部1Cである。
<位置検出装置100の第1の例>
図3(A)は、位置検出装置100の第1の例を示している。位置検出装置100の第1の例は、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2に形成されているX軸方向ループコイル群12Xを覆うようにして、シールド層として磁性粉材料層14を設けたものである。従って、磁性粉材料層14は、ケーブル部1Cの第2の面1C2は覆わないものである。
これにより、ケーブル部1Cが、センサ基板本体1Sの第2の面1S2側に折り曲げられた場合には、図3(A)に示すように、センサ基板本体1Sの第2の面1S2と、ケーブル部1Cの第2の面1C2とが、磁性粉材料層14を挟んで対向する。そして、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルの一端が、位置検出回路102の接続部102Cを通じて選択回路106に接続され、他端が接地される。
磁性粉材料層14は、高透磁率の磁性体の粉末、例えばアモルファス合金の粉末を、非磁性および非導電性の高分子材料、この例では樹脂と混合したものである。そして、この実施の形態では、磁性粉材料は、塗料のような形態として構成して、この塗料形態の磁性粉材料を、センサ層1Xの第2の面1S2に形成されているX軸ループコイル群12Xの全体を覆うように塗布することにより、磁性粉材料層を形成できる。また、以下に説明する位置検出センサ1の他の例においては、磁性粉材料層14A、14B、14Cは、上述した磁性粉材料層14と同様に構成されるものである。
なお、磁性粉材料層14を構成する磁性粉材料としては、アモルファス合金の粉末の代わりに、パーマロイやフェライト(酸化鉄)の粉末を用いることもできる。また、高分子材料としては、樹脂に限られるものではなく、有機高分子材料、無機高分子材料のいずれであっても良い。例えば、有機高分子材料としては、タンパク質、核酸、多糖類(セルロース、デンプンなど)や天然ゴムなどの天然高分子材料、また、合成樹脂、シリコン樹脂、合成繊維、合成ゴムなどの合成高分子材料を用いることができる。また、無機高分子材料としては、二酸化ケイ素(水晶、石英)、雲母、長石、石綿などの天然高分子材料、また、ガラスや合成ルビーなどの合成高分子材料を用いることができる。
このように、センサ層1Xのセンサ基板本体1SのX軸ループコイル群12Xを覆うように、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2側に磁性粉材料層14が設けられ、この磁性粉材料層14は、磁界の通り道となる磁路を形成する。これにより、センサ基板本体1Sの下側に位置する回路基板の金属部分などが影響して、X軸ループコイル群12XやY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルが発生させる磁界を減衰させたり、外部からの磁気的ノイズが混入したりすることを防止できる。
また、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、位置検出回路(回路基板)102が接続される構成となっている。図4は、位置検出回路102が構成された回路基板の構成例を説明するための断面図である。図4(A)に示すように、この実施の形態の位置検出回路102は、第1の回路配置面1021、グランド層1022、第2の回路配置面1023、第3の回路配置面1024とからなる4層構造のものである。
第1、第3の回路配置面1021、1024のそれぞれは、位置検出回路(電子回路)を構成する種々の回路部分が設けられる部分である。第2の回路配置面1023には、配線としてのパターンが設けられている。また、第1の回路配置面1021には、ケーブル部1CにまとめられたX軸ループコイル群12XとY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルの給電線の線部のそれぞれが接続される接続部(ケーブル接続部)102Cが設けられる。従って、第1の回路配置面1021は、ケーブル接続面としての機能も有する。グランド層1022は、基準電位を提供する部分であり、例えば金属板により構成される。
第1~第3の回路配置面1021、1023、1024のそれぞれに設けられた回路部分及び配線のパターンは、必要に応じて、第1~第3の回路配置面1021、1023、1024やグランド層1022に設けられたスルーホールを通じて、他の面の回路部分や配線パターンに接続される。これにより、4層構造の回路基板全体として、1つの位置検出回路102を構成している。
図4(B)に示すように、ケーブル部1Cの第1の面1C1に引き出されたX軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルの給電線は、第1の回路配置面の接続部102Cに接続される。具体的に、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルの給電線の線部の一端は、第1の回路配置面1021の接続部102Cを通じて、位置検出回路102の選択回路106に接続される。また、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルの給電線の線部の他端は、第1の回路配置面1021の接続部102Cを通じて、グランド層1022に接続される。
従って、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルの給電線の線部と位置検出回路102との接続端は、ケーブル部1Cの第1の面1C1側に形成され折り曲げられるため、各ループコイルの給電線と位置検出回路102との接続部分は、位置検出回路(回路基板)102とセンサ基板本体1Sにより挟まれて、外側に露呈することはない。しかも、図4を用いて説明したように、4層構造の回路基板の構成とされた位置検出回路102には、グランド層1022が存在する。このグランド層1022は、ノイズの影響を防ぐように機能する。従って、接続部102Cの位置とグランド層1022の存在とにより、接続部102C部分に対して外部からノイズが混入したり、接続部102C部分から外部にノイズを放出したりすることが無いようにできる。
なお、図3(B)、(C)、(D)、(E)に示す構成例においても、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルの給電線の線部と位置検出回路102の接続は、図4を用いて説明した態様で行われる。
<位置検出装置100の第2の例>
図3(B)は、位置検出装置100の第2の例を示している。位置検出装置100の第2の例は、図3(A)を用いて説明した位置検出装置100の第1の例に対して、磁性粉材料層14の下側に更に電磁シールド層16を設けたものである。すなわち、磁性粉材料層14と電磁シールド層16との2層構造のシールド層が構成される。この第2の例において、電磁シールド層16は、磁性粉材料層14に対応し設けられ、センサ層1Xのセンサ基板本体の第2の面を覆うものであり、ケーブル部1Cの第2の面1C2は覆わないものである。
そして、ケーブル部1Cが、センサ基板本体1Sの第2の面1S2側に折り曲げられたとする。この場合には、図3(B)に示すように、センサ基板本体1Sの第2の面1S2と、ケーブル部1Cの第2の面1C2とが、磁性粉材料層14と電磁シールド層16とを挟んで対向する。
電磁シールド層16は、非磁性体であると共に、センサ層1XのX軸方向ループコイル群12X及びY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルにICや各種回路の電磁ノイズが混入しないようにする。このため、電磁シールド層16は、低抵抗(好ましくは電気抵抗がほぼゼロ)で高い導電性を備えている金属材料、この例では、アルミニウムで構成されている。
このアルミニウムからなる電磁シールド層16を、磁性粉材料層14に対して被着する方法としては、接着剤を用いて接着する方法の他、圧着による方法、あるいはアルミニウムを磁性粉材料層14に蒸着するなどの方法を用いることができる。圧着による方法の場合に、磁性粉材料層14には、接着材を含浸させておくようにしても良い。この実施の形態では、電磁シールド層16は、磁性粉材料層14に対して蒸着されるものである。
このように、この第2の例の場合には、センサ層1Xのセンサ基板本体1SのX軸ループコイル群12Xを覆うように、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2側に磁性粉材料層14と電磁シールド層16とが設けられる。これにより、X軸ループコイル群12XやY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルが発生させる磁界を外部に漏洩させたり、また、外部からの磁気的ノイズや電気的なノイズが混入したりすることをより確実に防止できる。
また、この第2の例においても、図3(A)に示した第1の例の場合と同様にして、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、位置検出回路(回路基板)102が接続される構成となっている。従って、図3(A)に示した第1の例の場合と同様に、接続部102Cの位置とグランド層1022の存在とにより、接続部102C部分に対して外部からノイズが混入したり、接続部102C部分から外部にノイズを放出したりすることが無いようにできる。
<位置検出装置100の第3の例>
図3(C)は、位置検出装置100の第3の例を示している。図3(A)を用いて説明した第1の例は、磁性粉材料層14をセンサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2部分だけに設けていた。これに対して、この第3の例では、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2と、これに連なるセンサ層1Xのケーブル部1Cの第2の面1C2との両方に、塗料形態の磁性粉材料を塗布して磁性粉材料層14Aを設けるようにしたものである。
そして、ケーブル部1Cが、センサ基板本体1Sの第2の面1S2側に折り曲げられたとする。この場合には、図3(C)に示すように、センサ基板本体1Sの第2の面1S2と、ケーブル部1Cの第2の面1C2とが、2層(2倍の厚み)となる磁性粉材料層14Aを挟んで対向する。また、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルと位置検出回路102とが接続される点は、図3(A)、(B)に示した第1、第2の例の場合と同様である。
この第3の例の場合には、第1の例の場合と同様に、磁性粉材料層14Aの機能により、X軸ループコイル群12XやY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルが発生させる磁界を減衰させたり、外部からの磁気的ノイズが混入したりすることを防止できる。そして、この第3の例の場合には、センサ層1Xの第2の面、即ち、センサ基板本体1Sの第2の面1S2とケーブル部1Cの第2の面1C2との両方に、磁性粉材料層14Aを塗布すればよいので、製造工程を簡単にすることができる。
また、この第3の例においても、図3(A)に示した第1の例の場合と同様にして、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、位置検出回路(回路基板)102が接続される構成となっている。従って、図3(A)に示した第1の例の場合と同様に、接続部102Cの位置とグランド層1022の存在とにより、接続部102C部分に対して外部からノイズが混入したり、接続部102C部分から外部にノイズを放出したりすることが無いようにできる。
<位置検出装置100の第4の例>
図3(D)は、位置検出装置100の第4の例を示している。この第4の例は、図3(C)を用いて説明した位置検出装置100の第3の例と同様に、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2と、これに連なるセンサ層1Xのケーブル部1Cの第2の面1C2との両方に、磁性粉材料層14Bを設ける。磁性粉材料層14Bの被着の方法は、上述したように、塗料形態の磁性粉材料を塗布することにより行われる。
そして、この第4の例においても、図3(B)に示した第2の例の場合と同様に、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2に対応する部分の磁性粉材料層14Bの下側に、更に電磁シールド層16を設ける。すなわち、電磁シールド層16は、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2を覆うものであり、ケーブル部1Cの第2の面1C2は覆わないものである。電磁シールド層16の被着の方法は、磁性粉材料層14Bのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2に対応する部分にアルミニウムを蒸着することにより行われる。
そして、ケーブル部1Cが、センサ基板本体1Sの第2の面1S2側に折り曲げられたとする。この場合には、図3(D)に示すように、センサ基板本体1Sの第2の面1S2と、ケーブル部1Cの第2の面1C2とが、2層となる磁性粉材料層14Bと電磁シールド層16とを挟んで対向する。また、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルと位置検出回路102とが接続される点は、図3(A)、(B)、(C)に示した第1、第2、第3の例の場合と同様である。
この第4の例の場合には、磁性粉材料層14B、電磁シールド層16の機能により、第2の例の場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、X軸ループコイル群12XやY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルが発生させる磁界を外部に漏洩させたり、また、外部からの磁気的ノイズや電気的なノイズが混入したりすることをより確実に防止できる。
また、この第4の例においても、図3(A)に示した第1の例の場合と同様にして、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、位置検出回路(回路基板)102が接続される構成となっている。従って、図3(A)に示した第1の例の場合と同様に、接続部102Cの位置とグランド層1022の存在とにより、接続部102C部分に対して外部からノイズが混入したり、接続部102C部分から外部にノイズを放出したりすることが無いようにできる。
<位置検出装置100の第5の例>
図3(E)は、位置検出装置100の第5の例を示している。この第5の例は、図3(D)を用いて説明した位置検出装置100の第4の例と同様に、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2と、これに連なるセンサ層1Xのケーブル部1Cの第2の面1C2との両方に、磁性粉材料層14Cを設ける。被着の方法は、上述した例と同様に、塗料形態の磁性粉材料を、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2と、これに連なるセンサ層1Xのケーブル部1Cの第2の面1C2との両方に塗布することにより行う。
更に、図3(E)に示すように、磁性粉材料層14Cの下側に磁性粉材料層14Cに対応して、電磁シールド層16Aを設ける。すなわち、電磁シールド層16Aもまた、磁性粉材料層14Cと同様に、センサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2と、これに連なるセンサ層1Xのケーブル部1Cの第2の面1C2との両方に設けられる。被着の方法は、アルミニウムをセンサ層1Xのセンサ基板本体1Sの第2の面1S2と、これに連なるセンサ層1Xのケーブル部1Cの第2の面1C2との両方に設けられている磁性粉材料層14Cに対してアルミニウムを蒸着することにより行う。
そして、ケーブル部1Cが、センサ基板本体1Sの第2の面1S2側に折り曲げられたとする。この場合には、図3(E)に示すように、センサ基板本体1Sの第2の面1S2と、ケーブル部1Cの第2の面1C2とが、2層となる磁性粉材料層14Cと、2層となる電磁シールド層16Aとを挟んで対向する。また、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、X軸方向ループコイル群12XとY方向ループコイル群12Yの各ループコイルと位置検出回路102とが接続される点は、図3(A)~(D)に示した第1、第2、第3、第4の例の場合と同様である。
この第5の例の場合にも、磁性粉材料層14C、電磁シールド層16Aの機能により、第2の例の場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、X軸ループコイル群12XやY軸方向ループコイル群12Yの各ループコイルが発生させる磁界を外部に漏洩させたり、また、外部からの磁気的ノイズや電気的なノイズが混入したりすることをより確実に防止できる。
そして、この第5の例の場合には、センサ層1Xの第2の面、即ち、センサ基板本体1Sの第2の面1S2とケーブル部1Cの第2の面1C2との両方に、磁性粉材料層14Cと、電磁シールド層16Aとを設けることができる。このため、製造工程を簡単にすることができる。
また、この第5の例においても、図3(A)に示した第1の例の場合と同様にして、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、位置検出回路(回路基板)102が接続される構成となっている。従って、図3(A)に示した第1の例の場合と同様に、接続部102Cの位置とグランド層1022の存在とにより、接続部102C部分に対して外部からノイズが混入したり、接続部102C部分から外部にノイズを放出したりすることが無いようにできる。
なお、図3においては、センサ層1Xやシールド層に厚みを持たせて示したため、位置検出回路102とセンサ基板本体1Sの下側にあるシールド層とが離れているように見える。しかし、各層はごく薄いものであり、図2(B)を用いて説明したように、厚紙を折り曲げるようにして、ケーブル部1Cを第2の面1S2側に折り曲げることができる。このため、位置検出回路102とケーブル部1Cの第1の面1C1との一方又は両方は、磁性粉材料層14、14A、14B、14Cや電磁シールド層16、16Aからなるシールド層に対して固定される。
これにより、位置検出回路102が、シールド層から浮き上がり、他の部分を押圧してしまうといった不都合も生じさせることなく、電子機器の筐体内に適切な状態を維持するようにして、この実施の形態の位置検出装置100を搭載できる。なお、位置検出回路102とケーブル部1Cの第1の面1C1との一方又は両方を、センサ基板本体1Sの第2の面1S2側に設けられたシールド層に固定する方法は、接着剤をもちいたり、テープを用いたりするなど、種々の方法を用いることができる。
また、図3及び図4に示したように、この実施の形態の位置検出装置100は、上側から順にセンサ基板本体1S→シールド層→ケーブル部1C→位置検出回路102となっている。また、位置検出回路102は、上から順に第1の回路配置面1021→グランド層1022→第2の回路配置面1023→第3の回路配置面1024となっている。全体として見ると(1)センサ基板本体1S→(2)シールド層→(3)ケーブル部1C→(4)第1の回路配置面1021→(5)グランド層1022→(6)第2の回路配置面1023→(7)第3の回路配置面1024という順番で7層の構成となっている。そして、ケーブル部1Cと第1の回路配置面1021とグランド層1022とは、7層の真ん中部分(3層目と4層目と5層目)にあたる。従って、各ループコイルの給電線と位置検出回路102との接続部分が外部に露呈しない上に、当該接続部分の下側(外側)にはグランド層1022が存在する構造になっていることが分かる。このことからも、ノイズの混入やノイズの放出といった不具合を発生させない構成であることが分かる。
[位置検出装置が搭載される電子機器の構成例]
図5は、実施の形態の電磁誘導方式の位置検出センサが用いられて構成された位置検出装置100が搭載される電子機器の構成例について説明するための図である。上述したように、位置検出装置100は、センサ基板本体1Sとケーブル部1Cとからなる位置検出センサ1に対して、位置検出回路102が接続され、更に、少なくともセンサ基板本体1Sの下側にはシールド層が設けられて構成される。位置検出回路102が接続されるケーブル部1Cは、図5に示すように、センサ基板本体1Sの下側に折り返された状態になっている。
この実施の形態においては、図5に示すように、位置検出装置100に対して、上側にはLCD2が位置し、下側にはマザーボード3が位置して、積層された状態で筐体4Aに収納され、上からフロントパネル4Bにより封入される。マザーボードは、電子機器の本来の機能を実現するための電源回路、制御回路、通信回路、LCD用の表示回路、インターフェース回路などが向けられたいわゆるプリント基板である。
図5に示すように、位置検出センサ1のセンサ基板本体1Sは、LCD2の表示画面の全面に対応しているので、LCD2の表示画面上のどの位置を指示しても、その指示位置を検出することができる。また、位置検出回路102は、ケーブル部1Cと共に、センサ基板本体1Sの下側に位置するようにされているので、筐体4Aの上面のほぼ全体をLCD2の表示画面として使用することができる。
また、位置検出装置100の下側にはマザーボードが存在するが、位置検出装置100において、上述もしたように、マザーボードに一番近いのは回路基板の構成とされた位置検出回路102である。この位置検出回路102のコイルの給電線との接続部102Cは、図4を用いて説明したように、ケーブル部1Cの第1の面1C1側に設けられるので、マザーボード側に露呈することが無い。しかも、図4を用いて説明したように、接続部102Cの下側(マザーボード側)にはグランド層1022が存在する。このため、マザーボードに形成された回路部からのノイズが、コイルの給電線との位置検出回路102の接続部102Cから混入することはない。また、コイルの給電線との位置検出回路102の接続部102Cからノイズがマザーボードの回路に放射されて影響を及ぼすこともない。
しかも、センサ基板本体1Sの下側(マザーボード3側)には、図3を用いて説明したように、磁性粉材料層14、14A、14B、14Cや電磁シールド層16、16Aなどからなるシールド層が設けられる。これにより、マザーボード3に構成された回路からのノイズが位置検出装置100に対して影響を及ぼすこともないようにできる。もちろん、位置検出回路102の各コイルからの信号が、マザーボード3に形成された回路に対して影響を及ぼすこともない。
[実施の形態の効果]
この実施の形態の位置検出装置100の場合には、ケーブル部1Cの第1の面1C1において、位置検出回路102が接続され、接続部102Cが外部に露呈することはない。また、回基板の構成とされた位置検出回路102は、グランド層1022を備えている。このため、位置検出回路102の接続部102C部分において、外部からノイズが混入したり、また、外部に対してノイズを放出したりすることがないようにできる。従って、スマートフォンやタブレットPCなどの電子機器に搭載して好適な位置検出装置を実現できる。
また、図3を用いて説明したように、シールド層をどのように構成したとしても、位置検出センサ1のケーブル部1Cと位置検出回路102との接続態様が変わることが無い。このため、シールド層の構成に左右されることなく、ノイズに対して強い(耐性が高い)位置検出装置を実現できる。
[変形例]
上述した実施の形態では、磁性粉材料層14、14A、14B、14Cは、塗料形態の磁性粉材料を塗布することにより形成した。また、電磁シールド層16、16Aは、アルミニウムを蒸着することにより形成した。しかしこれに限るものではない。磁性粉材料層14、14A、14B、14Cも電磁シールド層16、16Aも、目的とする部分に設けることができれば、種々の方法を用いて設けることができる。例えば、シート状に形成した磁性粉材料層14、14A、14B、14Cや電磁シールド層16、16Aを、接着するようにして、位置検出センサ1に対して設けるようにしてもよい。
この他にも、被着させる材料の形態や被着の対象の特性に応じて、塗布、蒸着、融着、圧着等、種々の方法を用いて、センサ層1Xに対して、磁性粉材料層や電磁シールド層を被着させることができる。また、センサ層1Xに対して、磁性粉材料層や電磁シールド層は、ずれることがなければよいので、被着対象に対して磁性粉材料層や電磁シールド層の全面を接着させなくてもよい。このため、シート状の磁性粉材料やシート状のアルミニウムを用いる場合には、被着対象の端部などのいくつかの部分で、シート状の磁性粉材料やシート状のアルミニウムを固定するようにしておけばよい。
なお、上述した実施の形態では、位置検出回路102は、4層構造のもの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。位置検出回路102は、例えば、ケーブル接続面と回路配置面とグランド層を備えた構成のものであればよい。また、コイルの給電線の線部との接続部分(ケーブル接続部)と回路配置部分とが同一面に形成されたものでもよいが、この場合には、コイルとの接続部分が、ケーブル部1Cの第一の面1C1と対向して、各ループコイルが接続される必要がある。従って、位置検出回路102は、単層構造、2層構造、3層構造、4層構造など、種々の構造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、電磁誘導方式の位置検出センサと位置検出回路とからなる位置検出装置に適用した場合を例にして説明したが、これに限るものではない。静電容量方式の位置検出センサを用いた位置検出装置やアクティブ静電結合方式の位置検出センサを用いた位置検出装置にこの発明を適用することができる。
なお、静電容量方式やアクティブ静電結合方式の位置検出センサは、X軸方向とY軸方向とのそれぞれに複数の線状導体(ライン電極)が配設されたセンサ部を備える。そして、位置検出センサは、指や静電ペンがセンサ部に近づけられることによって、線状導体に生じる静電容量(電荷)の変化に応じて指示位置を検出するものである。この場合の線状導体が、ケーブル部に引き出されて、位置検出回路に接続されるが、当該ケーブル部と、これが接続される位置検出回路部分とを、図2~図5を説明した場合と同様に構成することができる。
1…位置検出センサ、1S…センサ基板本体、1C…ケーブル部、1S1…センサ基板本体の第1の面、1S2…センサ基板本体の第2の面、1C1…ケーブル部の第1の面、1C2…ケーブル部の第2の面、11…絶縁基板、12X…X軸方向ループコイル群、12Y…Y軸方向ループコイル群、13…表面シート、1X…センサ層、14,14A、14B、14C…磁性粉材料層、16、16A…電磁シールド層、100…位置検出装置、102…位置検出回路、1021…第1の回路配置面、1022…グランド層、1023…第2の回路配置面、1024…第3の回路配置面、104…発振器、105…電ドライバ、106…選択回路、107…切り替え接続回路、108…受信アンプ、109…位置検出用回路、110…筆圧検出用回路、111…処理制御部、200…電子ペン

Claims (7)

  1. 位置指示器と共に使用され、前記位置指示器からの指示入力を受け付ける電極を備えるセンサ基板本体と、前記電極を引き出して構成したケーブル部とを有する位置検出センサと、前記位置検出センサが接続される位置検出回路が構成された回路基板とからなる位置検出装置であって、
    前記位置検出センサの前記センサ基板本体は、
    絶縁基板を備え、前記絶縁基板の前記位置指示器により位置指示される側の第1の面と、前記絶縁基板の前記第1の面とは反対側の第2の面とに、前記電極を構成する導体が形成されており、
    前記第2の面の全面には、前記第2の面に形成された前記電極を覆うようにしてシールド層が設けられており、
    前記シールド層は、前記第2の面に形成された前記電極を覆うようにして、磁気シールド層が設けられると共に、前記磁気シールド層を覆うようにして電磁シールド層が設けられたものであり、
    前記位置検出センサの前記ケーブル部は、
    前記センサ基板本体の前記第1の面に連続する面において、前記回路基板が接続され、前記センサ基板本体の前記第2の面側に折り曲げられることにより、前記回路基板が最下層に位置し
    前記位置検出センサを構成する前記センサ基板本体と前記ケーブル部とは、フレキシブル基板の構成とされて一体に形成されている
    ことを特徴とする位置検出装置。
  2. 請求項1に記載の位置検出装置であって、
    前記ケーブル部に接続される前記回路基板は、少なくとも、前記ケーブル部の前記電極のそれぞれが接続されるケーブル接続面と、基準電位を提供するグランド層とを備えた構造のものであり、
    前記ケーブル接続面が、前記ケーブル部の前記第1の面側に位置して、前記ケーブル部と接続される
    ことを特徴とする位置検出装置。
  3. 請求項1に記載の位置検出装置であって、
    前記磁気シールド層は、磁率の磁性体の粉末と非磁性及び非導電性の高分子材料とで構成され、前記電磁シールド層は、非磁性体であると共に、低抵抗で高い導電性を有する金属材料で構成される
    ことを特徴とする位置検出装置。
  4. 請求項1に記載の位置検出装置であって、
    前記ケーブル部と前記回路基板の一方あるいは両方は、前記センサ基板本体の前記第2の面側に設けられている前記シールド層に固定されている
    ことを特徴とする位置検出装置。
  5. 請求項1に記載の位置検出装置であって、
    薄型の表示装置の表示画面の下側に配設されて使用される
    ことを特徴とする位置検出装置。
  6. 請求項1に記載の位置検出装置であって、
    当該位置検出装置が搭載される電気機器の回路部の上側に配置されて使用される
    ことを特徴とする位置検出装置。
  7. 請求項1に記載の位置検出装置であって、
    前記位置指示器から指示入力を受け付ける前記電極は、共振回路が構成された前記位置指示器と電磁結合するためのループコイルであり、第1の方向に配置される第1の複数個のループコイルと、前記第1の方向と交差する第2の方向に配置される第2の複数個のループコイルからなり、
    前記絶縁基板の前記第1の面には、前記第1の複数個のループコイルが配置されると共に、前記絶縁基板の前記第2の面には、前記第2の複数個のループコイルが配置されている
    ことを特徴とする位置検出装置。
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