JPH05189143A - 筆圧検出ペン - Google Patents
筆圧検出ペンInfo
- Publication number
- JPH05189143A JPH05189143A JP4003654A JP365492A JPH05189143A JP H05189143 A JPH05189143 A JP H05189143A JP 4003654 A JP4003654 A JP 4003654A JP 365492 A JP365492 A JP 365492A JP H05189143 A JPH05189143 A JP H05189143A
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- Japan
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- piezoelectric element
- pen
- piezoelectric
- charge
- writing pressure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ペン先の移動量が小さく、しかも検出精度の
高い筆圧検出ペンを提供すること。 【構成】 ２個の圧電素子を直接あるいは他の部材を介
して重ね、一方の圧電素子の変形が他方の圧電素子に伝
わるように構成するとともに一方の側面にペンを当接さ
せた筆圧検出ペンと、一方の圧電素子に電圧を印加する
交流電源と、他方の圧電素子に発生する電荷を検出する
検出回路とを設ける。
高い筆圧検出ペンを提供すること。 【構成】 ２個の圧電素子を直接あるいは他の部材を介
して重ね、一方の圧電素子の変形が他方の圧電素子に伝
わるように構成するとともに一方の側面にペンを当接さ
せた筆圧検出ペンと、一方の圧電素子に電圧を印加する
交流電源と、他方の圧電素子に発生する電荷を検出する
検出回路とを設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ペンの先端に印加され
る筆圧を検出するのに好適な筆圧検出ペンおよび筆圧検
出装置に関する。
る筆圧を検出するのに好適な筆圧検出ペンおよび筆圧検
出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、筆圧を測定するセンサとして歪ゲ
ージを用いた筆圧検出ペンや、特開昭６４−２１２５号
公報に開示されているような感圧抵抗素子を用いた筆圧
検出ペンが知られている。また、特開昭５９−１４２６
３９号公報には圧電素子を用いた入力装置用のペンが開
示されている。
ージを用いた筆圧検出ペンや、特開昭６４−２１２５号
公報に開示されているような感圧抵抗素子を用いた筆圧
検出ペンが知られている。また、特開昭５９−１４２６
３９号公報には圧電素子を用いた入力装置用のペンが開
示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た歪ゲージを用いた筆圧検出ペンは検出精度が高いが、
機構が大きくなるとともにペン先の移動量が大きいため
操作しにくいという問題があった。また、感圧抵抗素子
を用いるものは、機構が小形でペン先の移動量を小さく
できるが、検出精度が低く、経年変化が大きいという問
題があった。一方、上記特開昭５９−１４２６３９号公
報に開示されている入力装置用のペンは検出素子として
変形の小さい圧電素子を採用したものであり、ペン先の
移動量も小さいが、圧電素子をスイッチとして使用する
ものであって筆圧の大きさを検出できるものではない。
ところで、圧電素子は圧縮力に対して弾性的に微小の変
形をするとともに変形に応じて電荷を発生するものであ
るから、圧電素子を筆圧の検出素子として筆圧検出ペン
に採用することが考えられる。しかし、実用上次のよう
な問題がある。以下、一定の筆圧Ｐが一定の時間Ｔだけ
繰り返し加わる場合を例にとり、図面を用いて説明す
る。図５は筆圧Ｐと、変形量Ｓおよび電荷Ｑとの関係を
示すもので横軸は時間である。同図に示すように、圧電
素子に圧縮力である筆圧Ｐが加わると、圧電素子はＳだ
け変形するとともに電荷Ｑ0が発生する。ここで、電荷
Ｑ0の大きさを測定するために圧電素子を測定回路に接
続すると、測定回路に電荷Ｑ0の一部が移動し、時間Ｔ
後には電荷はΔｑ0だけ減少する。この状態で筆圧Ｐを
解除しゼロにすると、圧電素子の変形量Ｓもゼロに戻
る。ゼロに戻るときの変形量はＳであるから、発生する
電荷の大きさは−Ｑ0で、圧電素子の電荷は−Δｑ0にな
る。そして、筆圧Ｐは常に測定されているので、上記と
同様にして、時間Ｔ後電荷−Δｑ0はゼロとなる。した
がって、時間Ｔあるいは単位時間当りの電荷の減少量が
小さいとき、もしくは時間間隔Ｒが時間Ｔよりも十分に
長いときにはマイナスの電荷を筆圧ゼロと見做すように
すれば実用化できるものもあり得る。しかし、時間間隔
が時間Ｔよりも小さい時間間隔ｒの場合、図６に示すよ
うに、圧電素子の電荷Ｑは筆圧Ｐとは徐々に対応しなく
なり、正確な値を得ることができない。なお、図６の時
間間隔ｒと図５の時間間隔Ｒとの関係はｒ＝１／３Ｒで
ある。本発明の目的は上記した課題を解決し、ペン先の
移動量が小さく、しかも検出精度の高い筆圧検出ペンお
よび筆圧検出装置を提供するにある。
た歪ゲージを用いた筆圧検出ペンは検出精度が高いが、
機構が大きくなるとともにペン先の移動量が大きいため
操作しにくいという問題があった。また、感圧抵抗素子
を用いるものは、機構が小形でペン先の移動量を小さく
できるが、検出精度が低く、経年変化が大きいという問
題があった。一方、上記特開昭５９−１４２６３９号公
報に開示されている入力装置用のペンは検出素子として
変形の小さい圧電素子を採用したものであり、ペン先の
移動量も小さいが、圧電素子をスイッチとして使用する
ものであって筆圧の大きさを検出できるものではない。
ところで、圧電素子は圧縮力に対して弾性的に微小の変
形をするとともに変形に応じて電荷を発生するものであ
るから、圧電素子を筆圧の検出素子として筆圧検出ペン
に採用することが考えられる。しかし、実用上次のよう
な問題がある。以下、一定の筆圧Ｐが一定の時間Ｔだけ
繰り返し加わる場合を例にとり、図面を用いて説明す
る。図５は筆圧Ｐと、変形量Ｓおよび電荷Ｑとの関係を
示すもので横軸は時間である。同図に示すように、圧電
素子に圧縮力である筆圧Ｐが加わると、圧電素子はＳだ
け変形するとともに電荷Ｑ0が発生する。ここで、電荷
Ｑ0の大きさを測定するために圧電素子を測定回路に接
続すると、測定回路に電荷Ｑ0の一部が移動し、時間Ｔ
後には電荷はΔｑ0だけ減少する。この状態で筆圧Ｐを
解除しゼロにすると、圧電素子の変形量Ｓもゼロに戻
る。ゼロに戻るときの変形量はＳであるから、発生する
電荷の大きさは−Ｑ0で、圧電素子の電荷は−Δｑ0にな
る。そして、筆圧Ｐは常に測定されているので、上記と
同様にして、時間Ｔ後電荷−Δｑ0はゼロとなる。した
がって、時間Ｔあるいは単位時間当りの電荷の減少量が
小さいとき、もしくは時間間隔Ｒが時間Ｔよりも十分に
長いときにはマイナスの電荷を筆圧ゼロと見做すように
すれば実用化できるものもあり得る。しかし、時間間隔
が時間Ｔよりも小さい時間間隔ｒの場合、図６に示すよ
うに、圧電素子の電荷Ｑは筆圧Ｐとは徐々に対応しなく
なり、正確な値を得ることができない。なお、図６の時
間間隔ｒと図５の時間間隔Ｒとの関係はｒ＝１／３Ｒで
ある。本発明の目的は上記した課題を解決し、ペン先の
移動量が小さく、しかも検出精度の高い筆圧検出ペンお
よび筆圧検出装置を提供するにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、２個の
圧電素子を直接あるいは他の部材を介して重ね、一方の
圧電素子の変形が他方の圧電素子に伝わるように構成す
るとともに一方の側面にペンを当接させた筆圧検出ペン
と、一方の圧電素子に電圧を印加する交流電源と、他方
の圧電素子に発生する電荷を検出する検出回路とを設け
ることにより解決される。また、一方の圧電素子に接続
される交流電源の周波数を可変に構成することにより解
決される。
圧電素子を直接あるいは他の部材を介して重ね、一方の
圧電素子の変形が他方の圧電素子に伝わるように構成す
るとともに一方の側面にペンを当接させた筆圧検出ペン
と、一方の圧電素子に電圧を印加する交流電源と、他方
の圧電素子に発生する電荷を検出する検出回路とを設け
ることにより解決される。また、一方の圧電素子に接続
される交流電源の周波数を可変に構成することにより解
決される。
【０００５】
【作用】２個重ねて両側を拘束した圧電素子の内の一方
の圧電素子（以下、加圧側圧電素子という）に交流電圧
を印加すると、加圧側圧電素子は電圧の周波数に応じて
変形する。そして、加圧側圧電素子が変形すると他方の
圧電素子（以下、測定側圧電素子という）も同一の変形
をして電荷Ｑ1が発生する。測定側圧電素子は測定回路
に接続されているから、電荷の測定により電荷の一部Δ
ｑ1が測定回路に移動する。時間ｔ後に、上記と逆の電
圧を加圧側圧電素子に印加すると、加圧側圧電素子は上
記とは逆の変形をする。これに伴なって測定側圧電素子
も上記とは逆の変形をする結果、測定側圧電素子の電荷
は−（Ｑ1＋Δｑ1）となる。そして、時間ｔの間に電荷
−Δｑ1が測定回路に移動する結果、時間ｔ後の電荷は
−Ｑ1となる。すなわち、測定により電荷が減少して
も、１サイクルの交流電圧を印加することにより、測定
側圧電素子に発生する電荷の大きさは初めの電荷の大き
さに戻すことができる。したがって、常に正確な筆圧値
を得ることができる。
の圧電素子（以下、加圧側圧電素子という）に交流電圧
を印加すると、加圧側圧電素子は電圧の周波数に応じて
変形する。そして、加圧側圧電素子が変形すると他方の
圧電素子（以下、測定側圧電素子という）も同一の変形
をして電荷Ｑ1が発生する。測定側圧電素子は測定回路
に接続されているから、電荷の測定により電荷の一部Δ
ｑ1が測定回路に移動する。時間ｔ後に、上記と逆の電
圧を加圧側圧電素子に印加すると、加圧側圧電素子は上
記とは逆の変形をする。これに伴なって測定側圧電素子
も上記とは逆の変形をする結果、測定側圧電素子の電荷
は−（Ｑ1＋Δｑ1）となる。そして、時間ｔの間に電荷
−Δｑ1が測定回路に移動する結果、時間ｔ後の電荷は
−Ｑ1となる。すなわち、測定により電荷が減少して
も、１サイクルの交流電圧を印加することにより、測定
側圧電素子に発生する電荷の大きさは初めの電荷の大き
さに戻すことができる。したがって、常に正確な筆圧値
を得ることができる。
【０００６】
【実施例】図１はデジタイザに使用される筆圧検出ペン
の構成図である。なお、同図には座標位置を検出するた
めの構成部品の図示を省略してある。１はケース。２は
ペンで、鋼製の棒あるいはボールペンの芯で、ケース１
に対して移動可能である。３はばねで、ペン２を図にお
いて右方へ付勢する。４はペン２に固定された止め輪。
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは導電性の端子板で、加圧側圧
電素子６と測定側圧電素子７の両側面に１個ずつ配置さ
れている。８は加圧側圧電素子６と測定側圧電素子７の
間に配置された緩衝材で、厚さが０．１ｍｍの塩化ビニ
ルである。なお、加圧側圧電素子６，測定側圧電素子７
と緩衝材８とは接着剤により実質的に一体である。９は
押えブロックで、ケース１に固定されている。１０は制
御基板で、図示しない座標検出のための回路が配置され
ている。１１はキヤップ。１２はケーブルで、筆圧信号
および座標検出信号を図示しないデジタイザの制御回路
に送出する。２１は周波数が２０ｋＨｚの交流電源で、
端子板５ａ，５ｂに接続されている。２２は交流電圧計
で、端子板５ｃ，５ｄに接続されている。以下、図２を
参照しながら動作について説明する。
の構成図である。なお、同図には座標位置を検出するた
めの構成部品の図示を省略してある。１はケース。２は
ペンで、鋼製の棒あるいはボールペンの芯で、ケース１
に対して移動可能である。３はばねで、ペン２を図にお
いて右方へ付勢する。４はペン２に固定された止め輪。
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは導電性の端子板で、加圧側圧
電素子６と測定側圧電素子７の両側面に１個ずつ配置さ
れている。８は加圧側圧電素子６と測定側圧電素子７の
間に配置された緩衝材で、厚さが０．１ｍｍの塩化ビニ
ルである。なお、加圧側圧電素子６，測定側圧電素子７
と緩衝材８とは接着剤により実質的に一体である。９は
押えブロックで、ケース１に固定されている。１０は制
御基板で、図示しない座標検出のための回路が配置され
ている。１１はキヤップ。１２はケーブルで、筆圧信号
および座標検出信号を図示しないデジタイザの制御回路
に送出する。２１は周波数が２０ｋＨｚの交流電源で、
端子板５ａ，５ｂに接続されている。２２は交流電圧計
で、端子板５ｃ，５ｄに接続されている。以下、図２を
参照しながら動作について説明する。
【０００７】図示しない起動ボタンが操作されると、交
流電源２１もオンとなり、加圧側圧電素子６に予め定め
た周波数ｆで交流電圧を印加して加圧側圧電素子６を変
形させる。そして加圧側圧電素子６の変形により、測定
側圧電素子７には上記変形に対応する正負の電荷が交互
に発生する。なお、時間ｔ0（但し、ｔ0＝１／２ｆ）間
の測定側圧電素子７の電荷の減少量はΔｑ1である。ペ
ン２の先端に筆圧Ｐが加えられると、測定側圧電素子７
に電荷Ｑ1が発生する。なお、上記したように、起動ボ
タンが操作されている間は常に絶対値が一定の電荷が発
生しているから、定常値としてゼロと見做して差し支え
ない。そして、時間ｔ0後には電荷Ｑ1はΔｑ1だけ減少
する。加圧側圧電素子６に印加される交流電圧が逆向き
になることにより加圧側圧電素子６は上記とは逆向きに
変形し、測定側圧電素子７には電荷−（Ｑ1＋Δｑ1）が
発生する。さらに時間ｔ0が経過すると測定側圧電素子
７の電荷は−Ｑ1となり、以下同様の動作を繰り返す。
ここで、交流電源の周波数は上記したように２０ｋＨｚ
であるため、電荷の減少量上記Δｑ1は無視できるほど
小さい。したがって、筆圧Ｐが加えられている間、交流
電圧計２２は電荷Ｑ1および電荷−Ｑ1に対応する電圧を
示すことになる。
流電源２１もオンとなり、加圧側圧電素子６に予め定め
た周波数ｆで交流電圧を印加して加圧側圧電素子６を変
形させる。そして加圧側圧電素子６の変形により、測定
側圧電素子７には上記変形に対応する正負の電荷が交互
に発生する。なお、時間ｔ0（但し、ｔ0＝１／２ｆ）間
の測定側圧電素子７の電荷の減少量はΔｑ1である。ペ
ン２の先端に筆圧Ｐが加えられると、測定側圧電素子７
に電荷Ｑ1が発生する。なお、上記したように、起動ボ
タンが操作されている間は常に絶対値が一定の電荷が発
生しているから、定常値としてゼロと見做して差し支え
ない。そして、時間ｔ0後には電荷Ｑ1はΔｑ1だけ減少
する。加圧側圧電素子６に印加される交流電圧が逆向き
になることにより加圧側圧電素子６は上記とは逆向きに
変形し、測定側圧電素子７には電荷−（Ｑ1＋Δｑ1）が
発生する。さらに時間ｔ0が経過すると測定側圧電素子
７の電荷は−Ｑ1となり、以下同様の動作を繰り返す。
ここで、交流電源の周波数は上記したように２０ｋＨｚ
であるため、電荷の減少量上記Δｑ1は無視できるほど
小さい。したがって、筆圧Ｐが加えられている間、交流
電圧計２２は電荷Ｑ1および電荷−Ｑ1に対応する電圧を
示すことになる。
【０００８】以上、圧電素子６の変形と変形により発生
する電荷を基にして説明をしたが、印加する交流電圧に
より圧電素子は振動する。したがって、本実施例のよう
に、２個の圧電素子の間に緩衝材８を設けると、筆圧の
測定例である図３に示すように、筆圧の検出特性を制御
することができる。なお、同図において、実線は緩衝材
８を設けた場合、破線は緩衝材８を設けない場合を示す
ものである。なお、緩衝材８として例えば鉄板としても
よい。この場合、緩衝材８をア−ス側とすれば、端子板
５ｂ，５ｃは無くすことができる。図４は圧電素子の周
波数特性の一例を示すもので、横軸は周波数、縦軸はイ
ンピ−ダンスである。したがって、圧電素子の共振周波
数に印加する交流電圧の周波数を合わせれば、検出感度
を制御することができる。また、圧電素子の共振周波数
に対して交流電圧の周波数をずらせると、筆圧の検出範
囲または感度を変更することができる。
する電荷を基にして説明をしたが、印加する交流電圧に
より圧電素子は振動する。したがって、本実施例のよう
に、２個の圧電素子の間に緩衝材８を設けると、筆圧の
測定例である図３に示すように、筆圧の検出特性を制御
することができる。なお、同図において、実線は緩衝材
８を設けた場合、破線は緩衝材８を設けない場合を示す
ものである。なお、緩衝材８として例えば鉄板としても
よい。この場合、緩衝材８をア−ス側とすれば、端子板
５ｂ，５ｃは無くすことができる。図４は圧電素子の周
波数特性の一例を示すもので、横軸は周波数、縦軸はイ
ンピ−ダンスである。したがって、圧電素子の共振周波
数に印加する交流電圧の周波数を合わせれば、検出感度
を制御することができる。また、圧電素子の共振周波数
に対して交流電圧の周波数をずらせると、筆圧の検出範
囲または感度を変更することができる。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば検出
精度が高く、しかもペン先の移動量すなわち動作ストロ
ークはほぼゼロに近くできるから操作性にすぐれるとい
う効果がある。
精度が高く、しかもペン先の移動量すなわち動作ストロ
ークはほぼゼロに近くできるから操作性にすぐれるとい
う効果がある。
【図１】本発明による筆圧ペンの構成図。
【図２】本発明における筆圧の検出原理を説明するため
の図。
の図。
【図３】筆圧の測定例。
【図４】圧電素子の周波数特性の一例を示す図。
【図５】従来技術の説明図。
【図６】従来技術の説明図。
２ ： ペン ６，７ ： 圧電素子 ８ ： 緩衝材 ２１ ： 交流電源 ２２ ： 交流電圧計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 綿住 輝博 神奈川県海老名市上今泉2100番地 日立精 工株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 ペンと、交流電源に接続され電圧を印加
される一方の圧電素子と、検出回路に接続され発生する
電荷を検出される他方の圧電素子とからなり、２個の圧
電素子を重ね、一方の圧電素子の変形が他方の圧電素子
に伝わるように構成するとともに一方の側面にペンを当
接させたことを特徴とする筆圧検出ペン。 - 【請求項２】 ２個の圧電素子の間に緩衝材を配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の筆圧検出ペン。 - 【請求項３】 ２個の圧電素子の間に金属材を配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の筆圧検出ペン。 - 【請求項４】 ２個の圧電素子を重ね、一方の圧電素子
の変形が他方の圧電素子に伝わるように構成するととも
に一方の側面にペンを当接させた筆圧検出ペンと一方の
圧電素子に接続され圧電素子に電圧を印加する交流電源
と、他方の圧電素子に発生する電荷を検出する検出回路
とからなることを特徴とする筆圧検出装置。 - 【請求項５】 一方の圧電素子に接続される交流電源の
周波数を可変に構成したことを特徴とする請求項４に記
載の筆圧検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003654A JPH05189143A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 筆圧検出ペン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003654A JPH05189143A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 筆圧検出ペン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05189143A true JPH05189143A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=11563459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4003654A Withdrawn JPH05189143A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 筆圧検出ペン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05189143A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200485653Y1 (ko) * | 2016-08-02 | 2018-02-07 | 이승환 | 스타일러스 펜 |
-
1992
- 1992-01-13 JP JP4003654A patent/JPH05189143A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200485653Y1 (ko) * | 2016-08-02 | 2018-02-07 | 이승환 | 스타일러스 펜 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990408 |