JPH03286326A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 座標入力装置に関し、 入力ペンの芯に掛かる押圧力を非接触で検出し、かつ筆
圧に対する感触も任意に変えることができるを目的とし
、 抵抗体と、入力ペンと、筆圧検出手段を有し、前記抵抗
体は、縦と横の両端に、位相がずれた２つの信号が印加
されているものであり、前記入力ペンは、外側に金属製
で筒状のペン軸と、ペン軸の中心部に絶縁材を介して上
下動自在に装着された金属芯を有するものであり、前記
入力ペンは、金属芯が、下端部にペン軸から突出したペ
ン先を有し、かつ上端部とペン軸の上内壁との間に架設
されたばねによって下方に付勢されているものであり、
前記筆圧検出手段は、磁気抵抗素子と磁気抵抗素子の表
面を横切る磁界を発生させる永久磁石とを有するもので
あり、前記筆圧検出手段は、入力ペンによって抵抗体に
筆圧が加えられた際、磁気抵抗素子と永久磁石とが接近
、離反するものであるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、座標入力装置に係わり、特に筆圧を非接触で
検出し、その筆圧を任意に選択できる入力ペンを有して
なる座標入力装置に関する。

近年、手書きの文字や図形を、例えばパソコンに入力し
たり電話回線を通して遠隔地へ送ったりするために、簡
易な座標入力装置が普及してきている。

最近の座標入力装置には、座標の検出を行うとともに手
書きの感触、つまり強く書いたり力を抜いて弱く書いた
りする筆記圧力いわゆる筆圧を検出する機能が付いてい
る。そして、例えばデイスプレィに出力する際に、画線
の幅を太くしたり細くしたりできるようになっている。

座標入力装置においては、この筆圧を紙に手書きで文字
や図形を描くときの感触に如何に近づけるかが、操作性
を決める上で重要な課題でとなっている。

〔従来の技術〕

第４図は従来の座標入力装置の縦断面図と制御系のブロ
ック図である。

図中、１は抵抗体、２は入力ペン、２ａはペン軸、２ｂ
は絶縁材、２ｃは金属芯、２ｄはペン先、５は感圧ゴム
、６は座標検出系、６ａは増幅回路、６ｂは信号処理部
、７は筆圧検出系、７ａは定電圧を源、７ｂは電流電圧
変換器、７ＣはＡ／Ｄ変換器である。

座標の検出は、抵抗体１の面上の位置を検出することで
行われる。すなわち、抵抗体１の縦と横の両端には、図
示してないが、例えば位相が９０度ずれた２つの正弦波
信号が印加されており、抵抗体１の面上の座標の位置に
よって正弦波信号の位相が変化する。

入力ペン２は、金属芯２ｃがペン軸２ａに絶縁材２ｂを
介して上下動自在に装着されており、金属芯２ｃの先端
がペン先２ｄになっている。

座標の検出に際しては、抵抗体１の面上に入力ペン２の
ペン先２ｄを当接し、金属芯２ｃによって正弦波信号の
アナログ電圧を読み取る。このアナワク１圧は、ペン先
２ｄが抵抗体１の上に当接した位置を示している。

読み取られたアナワク１圧は、例えば座標検出系６によ
って処理される。

すなわち、まず、増幅回路６ａによって所定の電圧に増
幅され、信号処理部６ｂに送られる。信号処理部６ｂか
ら後は、図示してないが、例えばデイスプレィに表示さ
れたり伝送路を介して遠隔地に送られたりする。

一方、入力ペン２の金属芯２この上端部には感圧ゴム５
が付設されている。そして、この感圧ゴム５は、ペン先
２ｄが抵抗体１を押圧すると、その押圧力に比例して圧
縮されるようになっている。

感圧ゴム５の電気的な処理は、例えば筆圧検出系７によ
ってなされる。

すなわち、感圧ゴム５の一端部は、定電圧電源７ａの非
接地側に接続されており、他端部は電流電圧変換器７ｂ
に接続されている。

筆圧の検出に際しては、まず、抵抗体１に当接してペン
先２ｄに押圧力が加わると、この押圧力が感圧ゴム５に
掛かって圧縮量に応して感圧ゴム５の導電率が変化する
。次いで、その導電率の変化に応じたアナログ電流が、
定電圧電源７ａから電流電圧変換器７ｂに流れ込む。そ
して、電流電圧変換器７ｂではこのアナログ電流がアナ
ログ電圧に変換される。

次いで、このアナログ電圧は、Ａ／Ｄ変換器７Ｃによっ
て、感圧ゴム５の圧縮量つまり筆圧に対応したデジタル
信号に変換される。

このデジタル信号からなる筆圧データは、例えばデイス
プレィ面上において、低い筆圧のときには細い画線、高
い筆圧のときは太い画線を表示させるために用いられる
。

ところが、筆圧検出に感圧ゴムを用いた従来の座標入力
装置においては、感圧ゴムが劣化してしまい、芯に掛か
る押圧力に反発するゴム弾性がしだいに損なわれて筆圧
の感触が変わってくるばかりでなく、押圧力に応じた導
電率の変化量が変動することが間々起こる。

また、感圧ゴムの感度、つまり押圧力に対する感圧ゴム
の圧縮量を任意にいろいろ変えることは厄介である。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べたように、従来の座標入力装置においては、感
圧ゴムに寿命があり、劣化すると筆圧に対する感触が変
わってしまうばかりでなく、押圧力に応じた導電率の変
化量が変動してしまう問題があった。

また、感圧ゴムの感度を変えることが厄介なので、用途
が限られる問題があった。

そこで、本発明は、入力ペンの芯に掛かる押圧力を非接
触で検出し、筆圧に対する感触も任意に変えることがで
きる座標入力装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上で述べた課題は、 抵抗体と、入力ペンと、筆圧検出手段を有し、前記抵抗
体は、縦と横の両端に、位相がずれた２つの信号が印加
されているものであり、前記入力ペンは、外側に金属製
で筒状のペン軸と、ペン軸の中心部に絶縁材を介して上
下動自在に装着された金属芯を有するものであり、前記
入力ペンは、金属芯が、下端部にペン軸から突出したペ
ン先を有し、かつ上端部とペン軸の上内壁との間に架設
されたばねによって下方に付勢されているものであり、 前記筆圧検出手段は、磁気抵抗素子と磁気抵抗素子の表
面を横切る磁界を発生させる永久磁石とを有するもので
あり 前記筆圧検出手段は、入力ペンによって抵抗体に筆圧が
加えられた際、磁気抵抗素子と永久磁石とが接近、離反
するものである ように構成された座標入力装置によって解決される。

〔作　用〕

以上述べたように、従来の座標入力装置の入力ペンにお
いては、感圧ゴムを用いて筆圧の検出を行っていたため
に、劣化によって導電率が変動したり、筆圧を任意に変
えることが厄介であったのに対して、本発明においては
、非接触で筆圧を検出することＧごよって、検出感度が
変動せず、筆圧もいろいろ変えられるようにしている。

すなわち、磁気抵抗素子は、外部から印加される磁界の
強さに比例して電気抵抗が変わるので、この原理を利用
するようにしている。

第３図は磁気抵抗素子の説明図である。

図中、３１は磁気抵抗素子、３１ａは基板、３１ｂは磁
性膜、３１ｃは金属膜、３１ｄは端子である。

基板３１ａには、表面が絶縁性の例えばシリコンウェー
ハなどが用いられ、その基板３１ａには、例えばパーマ
ロイ　（Ｆｅ−Ｎｉ合金の強磁性体の商標）の薄膜から
なる磁性膜３１ｂが被着されバターニングされている。

磁性膜３１ｂの上には、例えばＡｕの薄膜からなる金属
膜３１ｃが杉綾模様に似たいわゆるバーバーポール型に
被着されている。

そして、こ＼では２つの端子３１ｄと１つの共通の端子
３１ｄとでハーフブリフジになっている。

いま、Ａ方向に初期磁化しておき、Ｂ方向に外部磁界が
印加されると磁性膜３１ｂの電気抵抗値が外部磁界の強
さに応じて変化するので、ブリッジの平衡がくずれる。

つまり、磁気抵抗素子３１と例えば永久磁石を接近した
り離反したりすれば、電気抵抗値の変化量から、磁気抵
抗素子３１と永久磁石との距離を知ることができる。

具体的には、磁気抵抗素子と永久磁石を組み合わせて、
磁気抵抗素子を固定して永久磁石が金属芯とともに動く
ようにするか、あるいは永久磁石を固定して磁気抵抗素
子が金属芯とともに動くようにしている。そして、入力
ペンの金属芯の上下の動きを磁気抵抗素子と永久磁石の
接近後退に置き換え、磁気抵抗素子に印加される磁界の
強さを変化させて非接触で検出するようにしている。

一方、筆圧については、金属芯をばねによって下方つま
り芯が飛び出す方向に付勢して、入力ペンが下方に押圧
されたとき金属芯のペン先が反発するようにしている。

そして、筆圧つまり手書きの感触は、ばねを入れ替えれ
ばいろいろ変えられるようにしている。

こうして、検出感度の変動がなく、筆圧も任意に変える
ことのできる入力ペンが実現できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の断面図で、同図（Ａ）は正
面図、同図（Ｂ）は側面図、第２図は本発明の他の実施
例の断面図で、同図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は側面
図である。

図中、１は抵抗体、２は入力ペン、３は筆圧検出手段、
３１は磁気抵抗素子、３２は永久磁石、４はばねである
。

座標の検出は、抵抗体１の縦と横の両端に印加されてい
る例えば位相が９０度ずれた２つの正弦波信号の、抵抗
体１の面上の位置に依存する位相のずれを、入力ペン２
で検出することによって行われる。

入力ペン２は、例えば筒状のＡＡのペン軸２ａにプラス
チック製の絶縁材２ｂを介してＡｌの棒からなる金属芯
２ｃが上下動自在に装着された構成になっている。そし
て、金属芯２ｃがペン軸２ａから突出した一端部がペン
先２ｄになっており、このペン先２ｄを抵抗体１の表面
に当接させながら文字や絵を描いて、その座標の位置を
検出する。

一方、金属芯２ｃの他端部とペン軸２ａの上内壁との隙
間にばばね４が架は渡してあり、金属芯２ｃをペン軸２
ａから突き出る方向に付勢している。

ペン先２ｄで抵抗体１の面上に文字などを描く際、強く
書いたり力を抜いて書いたりすると、ばね４の弾付勢に
抗して金属芯２ｃがペン軸２ａの中に押し込まれたり突
き出たりして、いわゆる筆圧が生じ、金属芯２ｃがより
中に押し込まれれば、筆圧が高くなったことになる。

従って、この金属芯２ｃの上下の動きを検出すれば筆圧
を知ることができる。

この金属芯２ｃの上下の動きを磁気抵抗素子３１と永久
磁石３２からなる筆圧検出手段３によって検出する。

実施例：１ 第１図において、筆圧検出手段３は、磁気抵抗素子３１
がペン軸２ａの上内壁に固着され、永久磁石３２が金属
芯２ｃの上端部に固着された構成になっている。

永久磁石３２は、２つの磁石の間を磁性金属板３２ａで
閉ループに閉した磁気回路を構成しており、このループ
の中に生しる漏洩磁界３２ｂの中を磁気抵抗素子３１が
移動する形態を採った、いわゆる漏洩磁界型の位置セン
サの一種となっている。

こうして、入力ペン２の金属芯２ｃが上下に移動すると
永久磁石３２が移動するので、磁気抵抗素子３１に印加
される漏洩磁界３２ｂが変化し、磁気抵抗素子３１はこ
の漏洩磁界３２ｂの変化量を抵抗値に変換する。この抵
抗値の変化量を例えば従来のように計測すれば、入力ペ
ン２の金属芯２ｃがばね４に抗して動く移動量が分かり
、筆圧を知ることができる。

実施例：２ 第２図において、筆圧検出手段３は、永久磁石３２がペ
ン軸２８の内壁に固着されており、磁気抵抗素子３１が
金属芯２ｃに固着され、ばね４によって下方に付勢され
た構成になっている。

この場合には、永久磁石３２から発する磁界３２ｃが分
布された中で、磁気抵抗素子３１が永久磁石３２に接近
したり離反したりして磁気抵抗素子３１に印加される磁
界３２ｃの変化を抵抗値に変換するものである。

すなわち、入力ペン２の金属芯２ｃが上下に移動すると
磁気抵抗素子３１かに印加される磁界３２ｃが変化する
。そして、磁気抵抗素子３１はこの磁界３２ｃの変化量
を抵抗値に変換する。この抵抗値の変化量から筆圧を知
ることができる。

磁気抵抗素子と永久磁石の配置の仕方には、こ＼で例示
した他にも種々の変形が可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、従来の座標入力装置においては、感
圧ゴムを用いて入力ペンの筆圧を検出していたのに対し
て、本発明においては、磁気抵抗素子と永久磁石を用い
て非接触で金属芯の移動量を検出している。従って、材
料の劣化に起因する感度の変動を無くすることができる
。

さらに、金属芯はばねによってペン軸から飛び出る方向
に付勢している。

そうすると、入力ペンの筆圧は、金属芯がばねに抗して
ペン軸の中に押し込まれる力であるがら、このばねを替
えれば、いろいろな筆圧を任意に選択することができる
。

こうして、本発明になる入力ペンを有する座標入力装置
は、従来の入力ペンの欠点をよく改善したものなので、
本発明は、簡易な入力端末として期待されている座標入
力装置の今後の普及に寄与するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、 第２図は本発明の他の実施例の断面図、第３図は磁気抵
抗素子の説明図、 第４図は従来の座標入力装置の縦断面図と制御系のブロ
ック図、 である。 図において、 １は抵抗体、 ２は入力ペン、 ２ｂは絶縁材、 ２ｄはペン先、 ３は筆圧検出手段、 ３１は磁気抵抗素子、 ４はばね、 である。 ２ａはペン軸、 ２ｃは金属芯、 ３２は永久磁石、 一２入７′Ｉ’ｙ／ テぐＢｉｔイ・−１′←ψｊ刀げ；槓１；Ｅ舐 則・１ （Ａ）ｉ６ｖｌｌＲリ　　　　　　　　　　　（Ｂ）　
イ目・１面図法発明の杷ｆ）実大１汐］の図面間 第　　２　　図 岬大侭抗素手の説口１目図 第　　３　　　図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）抵抗体（１）と、入力ペン（２）と、筆圧検出手段
   （３）を有し、 前記抵抗体（１）は、縦と横の両端に、位相がずれた２
   つの信号が印加されているものであり、前記入力ペン（
   ２）は、外側に金属製で筒状のペン軸（２ａ）と、該ペ
   ン軸（２ａ）の中心部に絶縁材（２ｂ）を介して上下動
   自在に装着された金属芯（２ｃ）を有するものであり、 前記入力ペン（２）は、前記金属芯（２ｃ）が、下端部
   に前記ペン軸（２ａ）から突出したペン先（２ｄ）を有
   し、かつ上端部と該ペン軸（２ａ）の上内壁との間に架
   設されたばね（４）によって下方に付勢されているもの
   であり、 前記筆圧検出手段（３）は、磁気抵抗素子（３１）と該
   磁気抵抗素子（３１）の表面を横切る磁界を発生させる
   永久磁石（３２）とを有するものであり、前記筆圧検出
   手段（３）は、前記入力ペン２によって前記抵抗体１に
   筆圧が加えられた際、磁気抵抗素子（３１）と永久磁石
   （３２）とが接近、離反するものである ことを特徴とする座標入力装置。 ２）前記筆圧検出手段（３）は、前記永久磁石（３２）
   が前記金属芯（２ｃ）に固着されて上下動するものであ
   る 請求項１記載の座標入力装置。 ３）前記筆圧検出手段（３）は、前記磁気抵抗素子（３
   １）が前記金属芯（２ｃ）に固着されて上下動するもの
   である 請求項１記載の座標入力装置。