JPH07319601A - 信号ペン回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 感圧方式座標検出装置のケーブル無しの信号
ペン回路であり、高出力且つ低消費電力化、周波数シフ
トしても出力の一定レベル化、電気的動作の高信頼化、
低コスト化、信号ペン重量の軽量化を図る。 【構成】 出力タンク回路６６と、この途中タップを駆
動するＣ級動作のトランジスタ２２と、このトランジス
タのベースからコレクタへ向けて接続したショットキー
バリアダイオード２１と、ドライブ抵抗を介して無調整
型発振接続されたセラミック振動子２０と、発振周波数
シフト用コンデンサ３０，３１と、電源部とで主に構成
される。 【効果】 １．５５Ｖの一個の電池からの５５μＡの消
費電力で動作でき、その他上記目的を簡単な回路構成で
完全に満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は感圧方式座標検出装置の
タブレットに当接するケーブル無しの座標指示用信号ペ
ンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、感圧式座標入力装置としては、
表面に金属を蒸着した導電フィルムを微小なギャップを
形成する絶縁スペ−サを介して導電面を対向させて重
ね、一方の導電フィルムは検出面として動作し、他方の
導電フィルムには両端に一定の電圧Ｖ１とＶ２が印加さ
れていた。通常の導電フィルムが押圧されていない状態
では、導電フィルムはスペ−サ−によりギャップが設け
られていることから、導通はしておらず、検出面には電
位は検出されない。この状態で上方から尖鋭な指示棒等
で押圧すると、上面の導電フィルムは撓み、上面と下面
の対向した導電膜が接触する。この時検出側の電極には
下面の両端から印加されている電圧の距離に比例した抵
抗で分圧された電圧が検出される。このようにして一方
向の位置を検出すると切替回路を用いてそれまでと直角
方向に電圧を印加し、同様に位置を検出することによ
り、最終的にＸ、Ｙの座標を検出する。このように感圧
式座標検出装置は構成が簡単で安価であることから広く
使用されており、座標指示ペンも物理的な押圧を加えれ
ば良いことから、先端が先鋭な鉛筆状樹脂棒が多く使わ
れていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の単純な棒状指示
ペンでは座標検出の為の押圧動作のみでペン入力コンピ
ュ−タのように、スイッチ信号を必要とする動作の場
合、本体側に別途スイッチを設けるか、ペンスイッチを
付加してケ−ブルでスイッチ信号を本体に接続する手段
等を用いており、感圧式の有する使い易さを損なってい
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来の
問題点に鑑みなされたもので、感圧方式座標検出装置
の、周辺にループ電極線を有するタブレットに当接する
ケーブル無しの座標指示用信号ペン回路であって、前記
タブレットのループ電極線と感圧する信号ペン先端部の
共振型送信コイルと共振コンデンサからなる共振周波数
を調整できる出力タンク回路と、コレクタ電流が前記送
信コイルの途中タップを駆動するＣ級動作のトランジス
タと、該トランジスタのベースからコレクタへ向けて接
続したショットキーバリアダイオードと、前記トランジ
スタのコレクタ‐ベース間にコレクタ側のドライブ抵抗
を介して無調整型発振接続されたセラミック振動子と、
該セラミック振動子に並列に接離可能な発振周波数シフ
ト用コンデンサとからなることを特徴とする信号ペン回
路を提案するものである。

【０００５】

【作用】出力タンク回路（コイル及びコンデンサによる
並列共振回路）に蓄えられた電気振動の一部をセラミッ
ク振動子に与え、このセラミック振動子の固有振動周波
数の反転位相振動電圧を、本回路の唯一の能動素子であ
るトランジスタのベースへ帰還しトランジスタをＣ級動
作させる。トランジスタのコレクタは出力タンク回路の
コイルの途中タップを駆動するがＣ級動作であることか
ら大変効率よい出力タンク回路の駆動ができる。出力タ
ンク回路の両端間は途中タップより高い電圧となり大き
な振動電流が流れる。またトランジスタのベースからコ
レクタに向けてショットキーバリアダイオードを実装し
ているので、ベース駆動ＤＣレベルの自動調整が働き、
トランジスタのｈFEのバラツキがあっても、またはセラ
ミック振動子を微少周波数シフトしても、更には出力タ
ンク回路の共振周波数が多少ズレても、あるいはタブレ
ットのループ電極線との結合係数が変わっても、出力電
圧はほぼ一定に保持される。更に、出力タンク回路のリ
アクタンス成分の一部をセラミック振動子のリアクタン
ス成分と合成させているので、セラミック振動子の周波
数誤差が、出力タンク回路の共振周波数を微調整するこ
とにより、補正される。

【０００６】

【実施例】以下本発明の詳細を添付図を参照して説明す
る。図１は本信号ペンを使用する感圧方式座標検出装置
の全体構成図である。信号ペン４内部にアクティブ回路
のＡＣ信号発生器１が配置され、連続したＡＣ信号を発
生し、信号ペン先端部の送信コイル３へ印加する。電源
部としての電池２はペン内部の回路へ動作電力を供給す
る。

【０００７】この状態でタブレット６の上方から信号ペ
ン４の先端部のスタイラス５で押圧すると、従来の感圧
式座標検出装置と同様に、上面の導電フィルムは撓み上
面と下面の対向した導電膜が接触する。この時検出側の
電極には下面の両端から印加されている電圧の距離に比
例した抵抗で分圧された電圧が検出される。このように
して一方向の位置を検出すると切替回路を用いてそれま
でと直角方向に電圧を印加し、同様に位置を検出するこ
とにより、最終的にＸ、Ｙの座標を検出する。更に信号
ペン４を強く押圧すると後述するスタイラススイッチ３
５が働く。

【０００８】次に、信号ペン４の先端部の送信コイル３
がタブレット６の盤面近くでル−プ電極７の内側にある
時、送信コイル３とタブレット６のループ電極線７と相
互インダクタンス結合することになる。従って、信号ペ
ン４の先端部の送信コイル３に流れる電気信号はタブレ
ット６の電極線７に伝わる。

【０００９】共振トランス１０はバンドパスフィルタの
役目を持ち、必要周波数帯域の信号のみ有効に通過し、
この共振トランスを通過した電気信号は増幅器１１によ
り計測に充分な電圧レベルに増幅され、制御部１３で周
波数計測される。

【００１０】ここまでに述べた諸条件に合った信号ペン
回路を次に説明する。図２は酸化銀ボタン電池１個を電
源とする信号ペン４の全回路である。約１．５５Ｖの電
池３６が本回路の動作電力を供給する。抵抗３８はサー
ジ電流防止用（例えば１００Ω）であり、コンデンサ３
９は瞬時電源電圧安定化用（例えば１μＦ）である。

【００１１】本回路の唯一の能動素子はトランジスタ２
２であり、そのコレクタは送信コイル３及び出力共振半
固定コンデンサ２４からなる出力タンク回路６６のコイ
ル３の途中タップを駆動する。出力タンク回路６６は蓄
えた電気振動をその出力とする。出力波形は正弦波であ
る。電源である電池３６の正側端子から流れる電流は、
電源スイッチ３７を通り、主には出力共振コイル３を通
りトランジスタ２２のコレクタ及びエミッタを通りエミ
ッタ抵抗２３及びサージ電流防止抵抗３８を通り電池３
６の負側端子に帰る。

【００１２】出力タンク回路６６の電気振動の一部が抵
抗２７を介してセラミック振動子２０を電気−機械振動
させる。共振分割コンデンサ２８及び２９はセラミック
振動子２０と並列に実装されるため、電気−機械振動周
波数を微少シフトするが、コンデンサ２８及び２９の中
間点が図示のように電源ラインに接続されているので、
セラミック振動子２０の両端を、電源レベルに対して互
いに逆位相にする役目を持つ。スイッチ３３は信号ペン
４のサイドスイッチであり、操作者の指により押される
もので、ペンステータスの一つである。スイッチ３３が
押されると、セラミック振動子２０と並列にコンデンサ
３０が接続され、電気−機械振動周波数（例えば４５５
ｋＨz）を数ｋＨZ低下させる。またスイッチ３５はスタ
イラス押圧スイッチであり、操作者が信号ペン４のペン
スタイラス５をタブレット盤面に押圧するとＯＮする。
これもペンステータスの一つであり、スイッチ３５がＯ
Ｎするとコンデンサ３１により、コンデンサ３０と同様
に発振周波数を数ｋＨZ低下させる。コンデンサ３０と
３１の容量値は異なり、結局スイッチ３３と３５の４通
りの状態組み合わせに対して４通りの電気−機械振動周
波数を得る。尚、抵抗３２及び３４は周波数シフトコン
デンサ３０及び３１のＤＣレベル固定用の高抵抗（例え
ば１０ＭΩ）であり、スイッチ３３及び３５がＯＮした
瞬間の回路のＤＣバイアス値の急変を防止している。

【００１３】抵抗２７を介してドライブされてセラミッ
ク振動子２０が電気−機械振動するがその反対端子は前
述のように逆位相のＡＣ電圧が誘起し、抵抗２５を介し
てトランジスタ２２のベースをＡＣ駆動する。尚抵抗２
６はトランジスタ２２の動作ＤＣバイアスを印加するた
めの比較的高抵抗値（２００ｋΩ乃至３ＭΩ）である。
抵抗２５は必ずしも必要ではないがトランジスタ２２を
安定動作させる役目と、セラミック振動子２０に電圧コ
ンプライアンスを与える役目とを持つ例えば１ｋΩの抵
抗である。トランジスタ２２のベースからコレクタへ向
けてショットキーバリアダイオード２１を接続してある
が、その働きの詳細説明は後述する。抵抗２３がトラン
ジスタ２２のエミッタと負電源ライン間に入れてある
が、トランジスタ２２を安定動作させる役目と、トラン
ジスタ２２を理想電流源に近い動作にする役目を持ち、
１０乃至１００Ωの抵抗値である。

【００１４】ここで本回路の発振動作を詳細に説明す
る。電源スイッチ３７がＯＮすると、コンデンサ３９が
抵抗３８を通して充電され、速やかに定常電圧である約
１．５５Ｖに達する。始めは出力タンク回路６６もセラ
ミック振動子２０も電気振動していないが、電源電圧の
微変動またはトランジスタ２２が発する微少ノイズによ
り出力タンク回路６６が起振され微振動する。その微振
動の一部が抵抗２７を介してセラミック振動子２０にも
伝わり電気−機械的微振動を始める。トランジスタ２２
のベースには逆位相の電圧微振動として帰還しトランジ
スタ２２で位相反転増幅されそのコレクタが出力タンク
回路６６を同位相で駆動する。増幅度のあるこの正帰還
ループにより電気振動はだんだん大きくなる。この初期
の段階でのトランジスタ２２の動作はＡ級増幅動作であ
り、出力タンク回路６６の共振周波数がセラミック振動
子の周波数の近傍周波数であれば、本回路は必ず発振起
動する。

【００１５】本回路の発振周波数は、トランジスタ２２
のベースへ帰還するＡＣ電圧を決定しているセラミック
振動子２０の周波数により主に決定され、出力タンク回
路６６の発振周波数への影響については後述する。上述
の振動電圧が大きくなってくるとトランジスタ２２の導
通開始ベース電圧レベルよりも、負側ピークにおいて、
ベース電圧が低くなる。この段階からトランジスタには
間欠電流のみ流れ、トランジスタ２２のコレクタは出力
タンク回路６６を一種のスイッチング駆動する。スイッ
チング駆動ではあっても、出力タンク回路６６は正弦波
振動を維持する。

【００１６】振動電圧がさらに大きくなると、トランジ
スタ２２のベースとコレクタが逆位相であることから、
ベースの正ピーク電圧がコレクタの負ピーク電圧よりも
大きくなる。（図３参照）ショットキーバリアダイオー
ド２１の役目は、第一に一般的に良く知られている通り
トランジスタ２２自体を飽和導通領域にまで強導通させ
ないことであり、第二に出力タンク回路６６の振動レベ
ルを一定値に制御することである。その動作を詳述す
る。図３のコレクタ電圧波形４１がベース電圧波形４４
よりもピーク時点で下回り、ショットキーバリアダイオ
ード２１の電流波形４７に示すような電流が間欠的に流
れるようになる。ＤＣバイアス印加抵抗２６を流れる電
流はトランジスタ２２のベースへ流れる間欠電流とショ
ットキーバリアダイオード２１に流れる間欠電流との、
両方へ流れるため、抵抗２６の平均電圧降下は多くな
り、トランジスタ２２のベースＤＣバイアス電圧は深く
なり、コレクタの出力タンク回路６６を駆動する電流も
低下し、出力振動電圧もそれ以上大きくならない。この
ような実動作上でのフィードバックが掛かるため、スイ
ッチ３３及び３５がＯＮし発振周波数がシフトしても、
または出力共振コイルを微調整（その目的は後述する）
しても、またはトランジスタ２２のｈFEにバラツキがあ
っても、更には送信コイル３とタブレット６のループ電
極線７との結合係数が変わっても出力を略一定に保持す
る。

【００１７】このような定常状態において、トランジス
タ２２のベース電圧は波形４４に示すように、前記作用
により深いＤＣバイアス電圧となり、振動電圧のピーク
値付近のみトランジスタ２２を導通状態にし、波形４６
に示すようなコレクタ電流波形となる（コレクタに流入
する向きを負方向で図示した）。これはトランジスタが
Ｃ級動作していることであり、電源消費電流に対して非
常に効率よい回路動作である。逆に言うと、このような
動作状態となる様にＤＣバイアス印加抵抗２６の抵抗値
を選定している。

【００１８】出力タンク回路６６は波形４０及び４１に
示すように正側電源電圧レベルを中心に、半周期の間は
正側電源電圧を大きく越して振動するので振動電圧レベ
ルを大きく取ることができる。更にＡ点電圧（図２参
照）はトランジスタ２２のコレクタ電圧が昇圧されて、
大きな出力ＡＣ電圧レベルとなり、大きな出力共振電流
が出力送信コイル３に流れる。

【００１９】発振周波数は、基本的にはセラミック振動
子２０の電気−機械振動周波数で決定されるが、本回路
の場合、出力タンク回路６６のリアクタンス成分を抵抗
２７（例えば２２ｋΩ）によりセラミック振動子２０と
緩く結合させているので、半固定の共振コンデンサ２４
を調整することにより、発振周波数を微調整できる。従
って、個々のセラミック振動子は周波数誤差を持ってい
るが、これで周波数誤差を実用上なくす事ができる。４
５５ｋＨZのセラミック振動子の場合、４通りのペンス
テータスに対して最大約５ｋＨZの周波数シフトをさせ
ているので、数百ＨZの周波数誤差は問題となるので、
この誤差調整機能は重要である。

【００２０】図２において、出力タンク回路６６の共振
周波数を半固定コンデンサの容量を可変して合わせてい
るが、共振型送信コイル３のインダクタンスを可変して
もよい。本回路の場合、Ａ点電圧出力を４５５ｋＨZ
５．５Ｖppとした場合、１．５５Ｖの電源から単に約５
５μＡ電流消費するのみであり非常に低消費電力であ
る。ＳＲ４８型酸化銀ボタン電池１個で通常使用で２年
間の電池寿命を実現できた。

【００２１】本回路はピアースＣ−Ｂ発振回路とは異な
り、トランジスタのコレクタに接続する共振回路が、誘
導性であっても容量性であっても問題なく安定発振す
る。従ってセラミック振動子２０の周波数誤差が正側で
も負側でも、安心して出力タンク回路６６の共振周波数
を調整して（セラミック振動子２０の周波数での出力タ
ンク回路６６のリアクタンス成分を調整して）発振周波
数を補正できる。また参考までに記すが、本回路の出力
共振コンデンサ２４を取り外した無調整セラミック発振
回路の場合、発振動作はするがその出力波形は、約１Ｖ
ppの２０％乃至３０％デューティ比のパルス状であり正
弦波とは非常にかけ離れたものである。この波形の基本
波（正弦波）成分は１Ｖpp以下であり、またその消費電
流は約１３０μＡで効率が悪く、座標検出装置の信号ペ
ン用としては波形の悪さもあり使用に耐えない。またそ
の場合の回路定数が適切でないと本来の周波数ではない
スプリアス周波数の発振を起こし易く不安定なものとな
る。

【００２２】次に無電池信号ペンの実施例を図４を参照
して説明する。信号発生回路部分は図２のものと全く同
じなので説明を省略する。電源供給方法が電池ではな
く、座標検出装置本体からケーブル無しで信号ペンに与
える部分のみ図２と異なる。座標検出装置本体のタブレ
ット６の周囲に配設された励磁ループコイル５６は、信
号ペン４の発生するＡＣ信号とは周波数の異なるＡＣパ
ワー発振器（図示せず）により励磁ループコイル５６に
受信動作と周期的に切り替えなながらＡＣパワー電流を
流す。

【００２３】信号ペン内にペン軸方向に沿ってＡＣパワ
ーレシーブコイル５０が配設してあり、棒状フェライト
コアに巻かれている。ＡＣパワーレシーブコイル５０の
両端にはコンデンサ５１が接続され、並列共振回路を構
成し、その共振周波数はＡＣパワー発振器の周波数であ
る。この信号ペンが、タブレット６の盤面上で使用状態
にあるとき、ＡＣパワーレシーブコイル５０と励磁ルー
プコイル５６とが図４の記号Ｍ５５で示す相互インダク
タンス結合し、ＡＣパワーレシーブコイル５０に共振電
流が誘起される。この共振電流の一部を、ＡＣパワーレ
シーブコイル５０の途中タップから２個の整流ダイオー
ド５２及び５３により取り出しＤＣ化し、電圧安定器５
４に印加する。電圧安定器５４はル−プ電極が受信側に
切り替わっている時間、電力を保持する時定数を持ち、
例えば２．５ＶのＤＣ電圧を前述のＡＣ信号発生回路へ
電源として供給する。前述のＡＣ信号発生回路が今まで
になく低消費電力であるため、図４のケーブル無しの電
源供給が低いコストで実現できた。

【００２４】

【発明の効果】本発明による信号ペン回路は、低消費電
力且つ高出力という相反する要求を高いレベルで満たし
ており、１．５５Ｖ電源電圧で約５５μＡの消費電流が
実現できた。そのため使用者の電池交換の手間と費用を
節減できた。また今まで理論的には可能であっても実用
上は実現できなかった、ケーブル無しの電源供給も実現
可能とした。信号発生回路部分の能動素子はトランジス
タ１個であり、コストも低く製造できるものである。ま
た信号ペンの重量も軽減し、操作性も向上した。またセ
ラミック振動子の個々の周波数のバラツキを出力タンク
回路の共振周波数を調整することで補正できるので、信
号ペンのスイッチステータスのデコードの信頼性を狭帯
域にもかかわらず向上させ、更に簡単な回路により出力
電圧レベルをほぼ一定に制御できたので、ステータスス
イッチにより４通りの周波数シフトをしても、上記の周
波数補正をしても、個々のトランジスタのｈFEのバラツ
キがあっても、安定したスイッチ信号の検出を可能とし
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の信号ペンを使用する座標検出装置の
構成図

【図２】 電池を電源とする信号ペン回路図

【図３】 電源レベルに対する電圧及び電流波形

【図４】 感圧により電源供給される信号ペン回路図

【符号の説明】 １ ＡＣ信号発生器 ２ 電源部としての電池 ３ 送信コイル ４ 信号ペン ５ スタイラス ６ タブレット ７ ループ電極線 ８ Ｘ方向アナログマルチプレクサ ９ Ｙ方向アナログマルチプレクサ １０ 共振トランス １１ 増幅器 １２ 信号レベル検出部 １３ 制御部 ２０ セラミック振動子 ２１ ショットキーバリアダイオード ２２ トランジスタ ２３ エミッタ抵抗 ２４ 出力共振半固定コンデンサ ２５ ベース抵抗 ２６ ＤＣバイアス印加抵抗 ２７ セラミック振動子ドライブ抵抗 ２８ 共振分割コンデンサ ２９ 共振分割コンデンサ ３０ 周波数シフトコンデンサ ３１ 周波数シフトコンデンサ ３２ コンデンサ３０のＤＣレベル固定抵抗 ３３ サイドスイッチ ３４ コンデンサ３１のＤＣレベル固定抵抗 ３５ スタイラス押圧スイッチ ３６ 電池 ３７ 電源スイッチ ３８ サージ電流防止抵抗 ３９ 瞬時電源電圧安定化コンデンサ ４０ Ａ点電圧波形 ４１ トランジスタのコレクタ電圧波形 ４２ 正側電源電圧レベル ４３ トランジスタの導通開始ベース電圧レベル ４４ トランジスタのベース電圧波形 ４５ 負側電源電圧レベル ４６ トランジスタのコレクタ電流波形 ４７ ショットキーバリアダイオードの電流波形 ５０ ＡＣパワーレシーブコイル ５１ ＡＣパワー共振コンデンサ ５２ 整流ダイオード ５３ 整流ダイオード ５４ 電圧安定器 ５５ 相互インダクタンス結合 ５６ 励磁ループコイル

【手続補正書】

【提出日】平成７年４月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】従来の、感圧式座標入力装置としては、
表面に金属を蒸着した導電フィルムを微小なギャップを
形成する絶縁スペーサを介して導電面を対向させて重
ね、一方の導電フィルムは検出面として動作し、他方の
導電フィルムには両端に一定の電圧Ｖ１とＶ２を印加し
ておく。通常の導電フィルムが押圧されていない状態で
は、導電フィルムはスペーサーによりギャップが設けら
れていることから、導通はしておらず、検出面には電位
は検出されない。この状態で上方から尖鋭な指示棒等で
押圧すると、上面の導電フィルムは撓み、上面と下面の
対向した導電膜が接触する。この時検出側の電極には下
面の両端から印加されている電圧の距離に比例した抵抗
で分圧された電圧が検出される。このようにして一方向
の位置を検出すると切替回路を用いてそれまでと直角方
向に電圧を印加し、同様に位置を検出することにより、
最終的にＸ、Ｙの座標を検出する。このように感圧式座
標検出装置は構成が簡単で安価であることから広く使用
されており、座標指示ペンも物理的な押圧を加えれば良
いことから、先端が先鋭な鉛筆状樹脂棒が多く使われて
いた。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感圧方式座標検出装置の、周辺にループ
   電極線を有するタブレットに当接するケーブル無しの座
   標指示用信号ペン回路であって、前記タブレットのルー
   プ電極線と相互インダクタンス結合する信号ペン先端部
   の共振型送信コイルと共振コンデンサからなる共振周波
   数を調整できる出力タンク回路と、コレクタ電流が前記
   送信コイルの途中タップを駆動するＣ級動作のトランジ
   スタと、該トランジスタのベースからコレクタへ向けて
   接続したショットキーバリアダイオードと、前記トラン
   ジスタのコレクタ‐ベース間にコレクタ側のドライブ抵
   抗を介して無調整型発振接続されたセラミック振動子
   と、該セラミック振動子に並列に接離可能な発振周波数
   シフト用コンデンサとからなることを特徴とする信号ペ
   ン回路。
2. 【請求項２】 前記タブレットのループ電極線と相互イ
   ンダクタンス結合する信号ペン先端部の共振型送信コイ
   ルと共振コンデンサからなる共振周波数を調整できる出
   力タンク回路と、コレクタ電流が前記送信コイルの途中
   タップを駆動するＣ級動作のトランジスタと、該トラン
   ジスタのベースからコレクタへ向けて接続したショット
   キーバリアダイオードと、前記トランジスタのコレクタ
   ‐ベース間にコレクタ側のドライブ抵抗を介して無調整
   型発振接続されたセラミック振動子と、該セラミック振
   動子に並列に接離可能な発振周波数シフト用コンデンサ
   とからなるスイッチ信号検出動作と、検出信号を直流化
   し電圧安定課し電源供給する動作を周期的に切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の信号ペン回路。