KR102481692B1 - 위치 지시기 - Google Patents

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가부시키가이샤 와코무
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Abstract

[과제] 펜끝부를 가늘게 형성해도 정전 용량 방식의 터치 패널용 입력펜으로서 매우 적합하게 사용할 수 있고, 또한 소비 전력 및 불필요한 신호 복사를 저감시킬 수 있는 위치 지시기를 제공한다.
[해결 수단] 전자 펜(1)은 신호 S1을 반전 증폭하여 출력하는 반전 증폭기(OP 앰프(51) 등)와, 서로 절연된 입력 단자(I) 및 출력 단자(O)를 가지는 포토 커플러(55)와, 포토 커플러(55)에 접속되는 저위측 전원 배선(GL1)과, 포토 커플러(55)에 접속되는 고위측 전원 배선(GH1)과, 반전 증폭기에 접속되는 저위측 전원 배선(GL2)과, 반전 증폭기에 접속되는 고위측 전원 배선(GH2)과, 저위측 전원 배선(GL1)과 고위측 전원 배선(GH1)의 사이에 접속되는 전지(60)와, 저위측 전원 배선(GL2)과 고위측 전원 배선(GH2)의 사이에 접속되는 전지(61)와, 케이스(2)를 구비하고, 저위측 전원 배선(GL1)은 케이스(2)에 접속되고, 저위측 전원 배선(GL2)에는 신호 S1과는 반대의 극성을 가지는 기준 신호 R이 공급된다.

Description

위치 지시기{POSITION INDICATOR}
본 발명은 위치 지시기에 관한 것으로, 특히, 정전 용량 방식의 터치 패널용 입력펜으로서 사용되는 위치 지시기에 관한 것이다.
근래 보급이 진행되고 있는 태블릿 단말에서는, 터치 입력을 접수하기 위한 터치 패널로서, 정전 용량 방식의 것을 이용하는 것이 일반적이다. 정전 용량 방식의 터치 패널은 각각 Y방향으로 연장되어 존재하는 복수의 X전극과, 각각 X방향으로 연장되어 존재하는 복수의 Y전극이 교차해서 배치된 구성을 가지고 있고, 예를 들면, Y전극에 대해서 소정의 신호를 입력하고, 각 X전극으로부터 차례로 이 신호를 취출(取出)하는 것과 같은 처리를 모든 Y전극에 대해서 차례로 반복하도록 구성된다. 터치 패널에 손가락이 가까워지면, 그 손가락의 근방에 있는 X전극 및 Y전극의 사이에 정전 용량이 생기고, 이 정전 용량을 통해서 인체에 전류가 흡수되기 때문에, X전극으로부터 취출되는 신호의 진폭이 작아진다. 정전 용량 방식의 터치 패널은 이 진폭의 변화를 검출함으로써, 손가락의 위치를 검출하도록 구성된다.
정전 용량 방식의 터치 패널은 기본적으로는 손가락 검출을 목적으로 한 것이지만, 근래에는, 정전 용량 방식의 터치 패널에 대응하는 전자 펜도 다수 판매되고 있다. 인용 문헌 1, 2에는, 이런 종류의 전자 펜의 예가 개시되어 있다. 인용 문헌 1, 2에도 제시되는 것처럼, 정전 용량 방식의 터치 패널에 있어서 전자 펜을 사용하는 경우, 전자 펜과 터치 패널 내의 전극의 사이에 생기는 정전 용량의 작음이 문제가 된다. 옛날에는, 이 문제를 해결하기 위해서, 전자 펜의 펜 끝을 굵게 하여 터치 패널과의 접촉 면적을 크게 하는 것이 행해지고 있었지만, 이것으로는 미세한 선의 묘화(描畵)에 적합하지 않다. 이에, 가는 펜 끝을 가지면서도 터치 패널 내의 전극과의 사이에 큰 정전 용량을 확보할 수 있는 전자 펜의 개발이 요구되고 있고, 인용 문헌 1, 2에는 그러한 전자 펜의 예가 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 미국 특허 제8766954호 명세서 특허 문헌 2: 일본 특허 제4683505호 공보
도 6은 가는 펜 끝을 가지면서도 터치 패널 내의 전극과의 사이에 큰 정전 용량을 확보할 수 있는 전자 펜(위치 지시기)의 일례를 나타내는 도면이다. 동 도면에 도시하는 것처럼, 이 예에 의한 전자 펜(101)은 외부에서 본 구성으로서, 원통 모양의 케이스(102)와, 케이스(102)의 끝단에 배치되는 펜끝부(103)와, 펜끝부(103)와 케이스(102)의 사이에 배치되고, 펜끝부(103)의 주위를 둘러싸도록 구성된 원추 모양의 캡부(104)를 가지고 구성된다. 펜끝부(103)는 도전체로 구성된다. 펜끝부(103)는 충분히 가늘게 형성되고 있고, 따라서 이 전자 펜(101)은 가는 선의 묘화에도 적합한 것이다.
전자 펜(101)의 내부에는 회로(105)가 형성된다. 회로(105)는, 도 6에 도시하는 것처럼, 저항 소자(150, 151), 인버터 회로(152, 153), 전원(160) 및 전원 배선(GH, GL)을 가지고 구성된다. 저항 소자(150)의 일단은 펜끝부(103)에 접속되고, 타단은 인버터 회로(152)의 입력 단자에 접속된다. 저항 소자(151)는 인버터 회로(152)와 병렬로 배치된다. 인버터 회로(152)의 출력 단자는 인버터 회로(153)의 입력 단자에 접속된다. 인버터 회로(153)의 출력 단자는 케이스(102)에 접속된다. 케이스(102)는 전자 펜(101)을 홀딩하는 인간의 인체를 통해서 접지되어 있다.
전원 배선(GH)은 전원(160)의 고위측(高位側) 단자와, 인버터 회로(152, 153)의 각각의 고위측 전원 단자에 공통으로 접속된다. 또, 전원 배선(GL)은 전원(160)의 저위측(低位側) 단자와, 인버터 회로(152, 153)의 각각의 저위측 전원 단자에 공통으로 접속된다.
펜끝부(103)가 도시하지 않은 터치 패널에 가까워지면, 터치 패널로부터 펜끝부(103)에 대해, 도 6에 도시한 것처럼 신호 S1이 공급된다. 이 신호 S1은 인버터 회로(152)에 의해서 반전된 후, 인버터 회로(153)에 공급된다. 인버터 회로(153)는 이렇게 하여 공급된 신호 S1의 반전 신호를 추가로 반전하여 출력하려고 하지만, 출력 단자가 접지되어 있기 때문에 출력하지 못하고, 그 반동으로 회로(105)의 기준 전위와 접지 전위가 흔들린다. 이 흔들림에 의해, 도 6에 도시한 것처럼, 회로(105)의 각처에 신호 S1의 반전 신호와 같은 극성을 가지는 신호 S2가 발생한다. 이렇게 하여 발생한 신호 S2가 펜끝부(103)를 통해서 외부로 방사(放射)되어 터치 패널에 도달하면, 터치 패널에서 보면, 보다 많은 신호가 전자 펜(101)에 의해서 흡수된 것처럼 보인다. 이것은, 전자 펜과 터치 패널 내의 전극 사이의 정전 용량이 커진 것과 등가이므로, 도 6에 도시한 구성에 의하면, 펜끝부(103)가 가늘게 형성되어 있음에도 불구하고 터치 패널 내의 전극과의 사이에 큰 정전 용량을 가지고, 따라서 정전 용량 방식의 터치 패널용 입력펜으로서 매우 적합하게 사용할 수 있는 전자 펜(101)을 제공하는 것이 가능하게 된다.
그렇지만, 이러한 전자 펜(101)의 구성에는, 소비 전력이 크다고 하는 문제, 및 케이스(102)를 통해서 불필요한 신호가 외부로 복사(輻射)되어 버리는 경우가 있다고 하는 문제가 있다. 즉, 회로(105)의 각처에 신호 S2가 발생한다는 것은, 회로(105)의 각처에 조금씩 기생하고 있는 모든 부유 용량을 구동하는 것과 같다. 따라서 충분한 강도의 신호 S2가 펜끝부(103)로부터 외부로 방사되도록 하기 위해서는, 인버터 회로(153)에 큰 전력을 공급하는 것이 필요하다. 그 결과, 전자 펜(101)의 소비 전력이 커진다. 또, 전자 펜(101)이 사람에 의해서 홀딩되고 있지 않은 경우, 케이스(102)는 전기적으로 플로팅된 상태(afloat state)가 되지만, 그것에 인버터 회로(153)의 출력 신호가 공급되면, 이 출력 신호가 케이스(102)를 통해서 외부에 복사되어 버리게 된다.
따라서 본 발명의 목적의 하나는, 펜끝부를 가늘게 형성하더라도 정전 용량 방식의 터치 패널용 입력펜으로서 매우 적합하게 사용할 수 있고, 또한 소비 전력 및 불필요한 신호 복사를 저감시킬 수 있는 위치 지시기를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 위치 지시기는 정전 용량의 변화를 검출함으로써 지시 위치를 검출하는 전자 기기와 함께 이용되는 위치 지시기로서, 상기 전자 기기로부터 제1 신호를 수신하는 제1 전극과, 입력 신호를 반전 증폭하여 출력하는 반전 증폭기와, 서로 절연된 입력 단자 및 출력 단자를 가지는 아이솔레이션(isolation) 회로와, 상기 아이솔레이션 회로에 제1 저위측 전원 전위를 공급하기 위한 제1 저위측 전원 배선과, 상기 아이솔레이션 회로에 제1 고위측 전원 전위를 공급하기 위한 제1 고위측 전원 배선과, 상기 반전 증폭기에 제2 저위측 전원 전위를 공급하기 위한 제2 저위측 전원 배선과, 상기 반전 증폭기에 제2 고위측 전원 전위를 공급하기 위한 제2 고위측 전원 배선과, 상기 제1 저위측 전원 배선과 상기 제1 고위측 전원 배선의 사이에 접속되는 제1 전원 회로와, 상기 제2 저위측 전원 배선과 상기 제2 고위측 전원 배선의 사이에 접속되는 제2 전원 회로와, 적어도 일부에 도전성을 가지는 영역이 형성된 케이스를 구비하고, 상기 제1 저위측 전원 배선은 상기 케이스의 상기 도전성을 가지는 영역에 접속되고, 상기 제2 저위측 전원 배선에는, 상기 제1 전극에 의해 수신된 후, 상기 반전 증폭기 및 상기 아이솔레이션 회로를 통과한 상기 제1 신호에 기초한 신호로서, 상기 제1 신호와는 반대의 극성을 가지는 기준 신호가 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제1 신호와는 반대의 극성을 가지는 기준 신호를 제2 저위측 전원 배선에 공급하고 있으므로, 반전 증폭기의 가상(假想) 단락에 의해, 반전 증폭기의 입력 단자로부터 제1 전극을 통해서, 제1 신호의 반전 신호가 방사되게 된다. 이것은 이러한 방사가 없는 경우에 비해, 터치 패널 내의 전극과 제1 전극의 사이에 큰 정전 용량을 마련하는 것과 등가이다. 따라서 본 발명에 의한 위치 지시기는 펜끝부를 가늘게 형성했다고 하더라도, 정전 용량 방식의 터치 패널용 입력펜으로서 매우 적합하게 사용될 수 있다.
또, 본 발명에 의하면 제1 신호의 반전 신호를 방사하는 과정에 있어서 회로 전체의 전위를 흔들 필요가 없기 때문에, 기준 신호의 출력 회로에 각별히 큰 전력을 공급할 필요가 없다. 따라서 배경 기술에 의한 위치 지시기에 비해 소비 전력이 삭감된다.
추가로, 본 발명에 의하면, 제2 저위측 전원 배선에 기준 신호를 공급할 필요가 있지만, 아이솔레이션 회로에 의해서 제1 및 제2 저위측 전원 배선이 서로 분리되어 있으므로, 제1 저위측 전원 배선을 케이스에 접속하여 접지시킬 수 있다. 따라서 위치 지시기가 사람에 의해서 홀딩되고 있지 않아, 케이스가 전기적으로 플로팅되어 있는 경우라도, 배경 기술에 따른 위치 지시기와 같이, 케이스로부터 외부에 대해서 불필요한 신호가 복사되어 버리는 일이 없다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전자 펜(1) 및 터치 패널(10)을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전자 펜(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전자 펜(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 전자 펜(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이고, (b)는 (a)에 도시한 DCDC 컨버터(65)의 내부 회로를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 전자 펜(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이고, (b)는 (a)에 도시한 DCDC 컨버터(66)의 내부 회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 배경 기술에 따른 전자 펜(101)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1) 및 터치 패널(10)을 나타내는 도면이다. 처음에 터치 패널(10)에 대해 설명하면, 터치 패널(10)은 예를 들면 태블릿 단말 등의 전자 기기의 입력 수단을 구성하는 장치로서, 정전 용량 방식에 의해 전자 펜(1)을 검출 가능하게 구성된다.
구체적으로 설명하면, 터치 패널(10)은 도 1에 도시하는 것처럼, 각각 Y방향으로 연장되어 존재하고 X방향으로 등간격으로 배치된 복수의 X전극(11x)과, 각각 X방향으로 연장되어 존재하고 Y방향으로 등간격으로 배치된 복수의 Y전극(11y)이 터치면 내에서 교차해서 배치된 구성을 가진다. 그리고 예를 들면, Y전극(11y)에 대해서 소정의 신호 S1을 입력하고, 각 X전극(11x)으로부터 차례로 이 신호 S1을 취출하는 것과 같은 처리를 모든 Y전극(11y)에 대해서 차례로 반복하도록 구성된다.
터치 패널(10)에 전자 펜(1)이 가까워지면, 그 근방에 있는 X전극(11x) 및 Y전극(1y)의 사이에 정전 용량이 생기고, 이 정전 용량을 통해서, Y전극(11y)으로부터 X전극(11x)에 흐르는 전류의 일부가 전자 펜(1)에 흡수된다. 그러면, 흡수된 만큼, X전극(11x)으로부터 취출되는 신호 S1의 진폭이 작아진다. 터치 패널(10)은, 이 진폭의 변화를 검출함으로써, 터치면 내에 있어서의 전자 펜(1)의 위치를 검출하도록 구성된다。
전자 펜(1)은, 도 1에 도시하는 것처럼, 외부에서 본 구성으로서, 원통 모양의 케이스(2)와, 케이스(2)의 끝단에 배치되는 펜끝부(3)와, 펜끝부(3)와 케이스(2)의 사이에 배치되어, 펜끝부(3)의 주위를 둘러싸도록 구성된 원추 모양의 캡부(4)를 가지고 구성된다. 펜끝부(3)는 도전체로 구성되고, 케이스(2)는 그 일부의 영역이 도전체로 구성된다. 또, 펜끝부(3)는 충분히 가늘게 형성되어 있고, 따라서, 이 전자 펜(1)은 가는 선의 묘화에도 적합하다.
전자 펜(1)의 케이스(2) 내에는 회로(5)가 배치된다. 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)은, 이 회로(5)의 구성을 고안함으로써, 펜끝부(3)가 가늘게 형성되어 있음에도 불구하고 터치 패널(10) 내의 X전극(11x) 및 Y전극(11y)의 사이에 큰 정전 용량을 가지고, 그 결과, 정전 용량 방식의 터치 패널용 입력펜으로서 매우 적합하게 사용할 수 있는 한편으로, 소비 전력 및 불필요한 신호 복사를 저감시킬 수 있도록 한 것이다. 이하, 회로(5)의 구성에 대해서, 제1 내지 제4 실시 형태를 들어 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전자 펜(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 동 도면에 도시하는 것처럼, 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)은 저항 소자(50, 52)와, OP 앰프(51)와, 캐패시터(53)와, 인버터 회로(54, 56)와, 포토 커플러(55)와, 전지(60~62)와, 고위측 전원 배선(GH1, GH2)과, 저위측 전원 배선(GL1, GL2)을 구비하여 구성된다.
전지(60)(제1 전지)는 저위측 전원 배선(GL1)(제1 저위측 전원 배선)과 고위측 전원 배선(GH1)(제1 고위측 전원 배선)의 사이에 접속되는 전원 회로(제1 전원 회로)이다. 따라서 저위측 전원 배선(GL1)의 전위(제1 저위측 전원 전위)와, 고위측 전원 배선(GH1)의 전위(제1 고위측 전원 전위)의 사이에는, 전지(60)의 기전력에 따른 차가 생긴다. 마찬가지로, 전지(61)(제2 전지)는 저위측 전원 배선(GL2)(제2 저위측 전원 배선)과 고위측 전원 배선(GH2)(제2 고위측 전원 배선)의 사이에 접속되는 전원 회로(제2 전원 회로)이다. 따라서 저위측 전원 배선(GL2)의 전위(제2 저위측 전원 전위)와, 고위측 전원 배선(GH2)의 전위(제2 고위측 전원 전위)의 사이에는, 전지(61)의 기전력에 따른 차가 생긴다.
저위측 전원 배선(GL1)은 케이스(2)의 도전체 부분에 접속되고 있고, 이 도전체 부분은 전자 펜(1)을 홀딩하는 인간의 인체를 통해서 접지되어 있다. 따라서 저위측 전원 배선(GL1)에는 접지 전위가 공급되고 있다. 한편, 저위측 전원 배선(GL2)은 케이스(2)에는 접속되지 않고, 그 대신에 인버터 회로(56)의 출력 단자에 접속되어 있다. 이것에 의해, 저위측 전원 배선(GL2)에는 인버터 회로(56)의 출력 신호(후술하는 기준 신호 R)가 공급된다.
저위측 전원 배선(GL1)은 포토 커플러(55)의 저위측 전원 단자(PL)와, 인버터 회로(56)의 저위측 전원 단자에도 접속된다. 따라서 이들 단자는, 케이스(2)에 직접 접속되어 있다. 한편, 고위측 전원 배선(GH1)은 포토 커플러(55)의 제1 고위측 전원 단자(PH1)와, 인버터 회로(56)의 고위측 전원 단자에 접속된다. 또한, 고위측 전원 배선(GH1)과 포토 커플러(55)의 제1 고위측 전원 단자(PH1)의 사이에는, 도 2에 도시하는 것처럼, 저항 소자(57)가 삽입된다.
저위측 전원 배선(GL2)은 상기한 인버터 회로(56)의 출력 단자에 더하여, 전지(62)의 저위측 단자와, OP 앰프(51) 및 인버터 회로(54) 각각의 저위측 전원 단자에도 접속된다. 따라서 이들 단자에는 기준 신호 R이 공급되게 된다. 한편, 고위측 전원 배선(GH2)은 OP 앰프(51) 및 인버터 회로(54) 각각의 고위측 전원 단자와, 포토 커플러(55)의 제2 고위측 전원 단자(PH2)에 접속된다. 또한, 고위측 전원 배선(GH2)과 포토 커플러(55)의 제2 고위측 전원 단자(PH2)의 사이에는, 도 2에 도시하는 것처럼, 저항 소자(58)가 삽입된다.
저항 소자(50)(제1 저항 소자)의 일단은 펜끝부(3)(제1 전극)에 접속되고, 타단은 OP 앰프(51)의 반전 입력 단자에 접속된다. 펜끝부(3)가 터치 패널(10)(도 1)의 터치면에 접근하면, 터치 패널(10)에 의해서 송신된 신호 S1이 펜끝부(3)에 의해서 수신된다. 이렇게 하여 수신된 신호 S1은, 저항 소자(50)를 통해서 OP 앰프(51)의 반전 입력 단자에 공급된다.
저항 소자(52)(제2 저항 소자) 및 캐패시터(53)는, 각각 일단이 OP 앰프(51)의 반전 입력 단자에, 타단이 OP 앰프(51)의 출력 단자에 접속된다. 저항 소자(52)및 캐패시터(53)는, 후술하는 반전 증폭기의 구성요소로서의 역할 외, 발진 방지의 역할을 담당하고 있다. 또, OP 앰프(51)의 비반전 입력 단자에는, 전지(62)의 고위측 단자가 접속된다. 전지(62)는 저위측 전원 배선(GL2)에 공급되는 기준 신호 R의 바이어스 전위를 변경하고, OP 앰프(51)의 반전 입력 단자에 입력되는 신호 S1과 바이어스 전위를 같게 한 다음, 변경 후의 기준 신호 R을 OP 앰프(51)의 비반전 입력 단자에 공급하는 바이어스 전위 변경 회로로서의 역할을 가지고 있다.
OP 앰프(51) 및 저항 소자(50, 52)는, OP 앰프(51)의 입력 신호(저항 소자(50)로부터 OP 앰프(51)의 반전 입력 단자에 공급되는 신호 S1)를 반전 증폭하여 출력하는 반전 증폭기로서 기능한다. 이 반전 증폭기의 출력 신호는 인버터 회로(54)의 입력 단자에 공급된다.
인버터 회로(54)는 반전 증폭기의 출력 신호를 반전하여 포토 커플러(55)의 입력 단자(I)에 공급하는 회로이며, 예를 들면 CMOS 인버터와 같은 디지털 회로에 의해서 구성된다. 다만, 인버터 회로(54)를, OP 앰프(51)를 포함하여 구성되는 상기 반전 증폭기와 마찬가지로, OP 앰프를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.
포토 커플러(55)는 서로 절연된 입력 단자(I) 및 출력 단자(O)를 가지고 구성된다. 구체적으로는, 도 2에 도시하는 것처럼, 입력 단자(I) 및 출력 단자(O) 외에도 제1 고위측 전원 단자(PH1), 제2 고위측 전원 단자(PH2) 및 저위측 전원 단자(PL)를 가지고, 제2 고위측 전원 단자(PH2)와 입력 단자(I)의 사이에 발광 다이오드(59)가, 제1 고위측 전원 단자(PH1)와 저위측 전원 단자(PL)의 사이에 포토 트랜지스터(63)가 접속된 구성을 가지고 있다. 발광 다이오드(59)의 애노드는 제2 고위측 전원 단자(PH2)에 접속되고, 캐소드는 입력 단자(I)에 접속된다. 또, 포토 트랜지스터(63)의 컬렉터는 제1 고위측 전원 단자(PH1)에 접속되고, 이미터는 저위측 전원 단자(PL)에 접속된다. 출력 단자(O)는 포토 트랜지스터의 컬렉터에 대해, 제1 고위측 전원 단자(PH1)와 공통으로 접속된다.
포토 커플러(55)의 동작에 대해 설명한다. 입력 단자(I)에 신호가 입력되면, 그 전위에 따라 발광 다이오드가 명멸(明滅)된다. 이 명멸이 포토 트랜지스터에 입력되면, 포토 트랜지스터는 명멸에 따른 신호를 생성하고, 이 신호가 출력 단자(O)로부터 출력된다. 포토 커플러(55)는 이렇게 하여 입력 신호에 따른 출력 신호를 출력한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 포토 커플러(55)의 출력 신호의 극성은 입력 신호의 극성과 같지만, 극성이 반대로 되도록 구성하는 것도 가능하다.
상술한 것처럼, 포토 커플러(55)의 제1 고위측 전원 단자(PH1)는 저항 소자(57)를 통해서 고위측 전원 배선(GH1)에 접속되고, 제2 고위측 전원 단자(PH2)는 저항 소자(58)를 통해서 고위측 전원 배선(GH2)에 접속되고, 저위측 전원 단자(PL)는 저위측 전원 배선(GL1)에 접속되고, 입력 단자(I)는 인버터 회로(54)의 출력 단자에 접속되고, 출력 단자(O)는 인버터 회로(56)의 입력 단자에 접속된다. 이것에 의해 포토 커플러(55)는 저위측 전원 배선(GL1) 및 고위측 전원 배선(GH1)과, 저위측 전원 배선(GL2) 및 고위측 전원 배선(GH2)을 분리하는 아이솔레이션 회로로서 기능한다.
여기서, 포토 커플러(55)의 입력 단자(I)에 입력되는 신호 중, 발광 다이오드를 구동할 수 없는 정도로 미세한 노이즈 성분은, 출력 단자(O)로부터 출력되는 신호에는 나타나지 않는다. 이것은, 포토 커플러(55)가 노이즈 필터로서 기능하는 것을 의미한다. 이 기능에 의해, 포토 커플러(55)의 출력 신호는 입력 신호에 비해 노이즈가 컷 된 선명한 신호가 된다. 이렇게 하여 컷 되는 노이즈에는, 신호 S1의 전달 과정에서 OP 앰프(51)나 인버터 회로(54)가 부여한 노이즈가 포함되어 있고, 따라서 포토 커플러(55)의 출력 신호는, 이러한 노이즈의 영향이 제거된 신호가 된다.
인버터 회로(56)는 포토 커플러(55)의 출력 신호를 반전함으로써 기준 신호 R을 생성하여, 저위측 전원 배선(GL2)에 공급하는 회로이다. 이렇게 하여 생성되는 기준 신호 R은, 펜끝부(3)에 의해 수신된 후, OP 앰프(51)를 포함하는 반전 증폭기 및 포토 커플러(55)를 통과한 신호 S1에 기초한 신호이며, 신호 S1과는 반대의 극성을 가지는 신호가 된다. 인버터 회로(56)의 구체적인 구성은, 인버터 회로(54)와 마찬가지로, CMOS 인버터와 같은 디지털 회로로 하는 것이 매우 적합하다. 다만, 인버터 회로(54)와 마찬가지로, OP 앰프를 이용하여 인버터 회로(56)를 구성하는 것도 가능하다.
다시 OP 앰프(51)에 주목하면, OP 앰프(51)는 반전 증폭기를 구성하고, 또한 반전 입력 단자에 신호 S1을 받고, 비반전 입력 단자에 신호 S1의 반전 신호를 받도록 구성된다. 따라서 반전 증폭기의 가상 단락에 의해, 도 2에 도시하는 것처럼, OP 앰프(51)의 반전 입력 단자에는 신호 S1의 반전 신호가 나타난다. 이 반전 신호는 펜끝부(3)를 통해서 방사되고, 도 1에 도시한 터치 패널(10)의 X전극(11x) 및 Y전극(11y)에 의해서 수신된다. 이것은, 도 6에 도시한 신호 S2와 같은 역할을 함으로서, X전극(11x) 및 Y전극(11y)과 펜끝부(3)와의 사이에, 신호 S2의 방사가 없는 경우에 비해 큰 정전 용량을 마련하는 것과 등가이다. 따라서 전자 펜(1)은 펜끝부(3)가 가늘게 형성되어 있음에도 불구하고, 정전 용량 방식의 터치 패널(10)용 입력펜으로서 매우 적합하게 사용될 수 있게 된다.
그리고 전자 펜(1)에 있어서는, 도 6에 도시한 전자 펜(101)과는 달리, 신호 S2를 방사하는 과정에 있어서 회로(5)의 전체의 전위를 흔들 필요가 없다. 즉, 인버터 회로(56)의 출력 단자의 전위를 접지 전위로 고정해 두고, 인버터 회로(56)가 신호를 출력하려고 하는 반동을 이용하여 회로(5)의 전체를 흔들어, 그것에 의해서 신호 S2를 발생시킬 필요가 없다. 따라서 인버터 회로(56)에 각별히 큰 전력을 공급할 필요는 없으므로, 전자 펜(1)에서는, 도 6에 도시한 전자 펜(101)에 비해 소비 전력이 삭감되게 된다.
이에 더하여, 전자 펜(1)에서는 저위측 전원 배선(GL2)에 기준 신호 R을 공급할 필요가 있지만, 포토 커플러(55)에 의해서 저위측 전원 배선(GL1, GL2)이 서로 분리되어 있으므로, 도 2에도 도시한 것처럼, 저위측 전원 배선(GL1)을 케이스(2)에 접속하여 접지시킬 수 있다. 따라서 전자 펜(1)이 사람에 의해서 홀딩되고 있지 않고, 케이스(2)가 전기적으로 플로팅되어 있는 경우라도, 도 6에 도시한 전자 펜(101)과 같이, 케이스(2)로부터 외부에 대해서 불필요한 신호가 복사되어 버리는 일이 없다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)에 의하면, 펜끝부(3)가 가늘게 형성되어 있음에도 불구하고, 터치 패널(10) 내의 X전극(11x) 및 Y전극(11y)과 펜끝부(3)의 사이에, 큰 정전 용량을 마련할 수 있다. 그 결과, 정전 용량 방식의 터치 패널(10)용 입력펜으로서, 전자 펜(1)을 매우 적합하게 사용하는 것이 가능하게 된다. 또, 소비 전력 및 불필요한 신호 복사의 저감도 실현된다.
또한 상술한 것처럼, 포토 커플러(55)가 노이즈 필터로서도 기능하기 때문에, 전자 펜(1)에서는, 펜끝부(3)로부터 혼입되는 노이즈를 종래에 비해 저감시킬 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 이 점도, 불필요한 신호 복사의 저감에 기여한다.
다음에, 도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전자 펜(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태와 제1 실시 형태의 차이는, 캡부(4)에 전극(4a)을 마련하고, 이 전극(4a)에도 기준 신호 R을 공급하도록 한 점에 있다. 그 외의 점에서는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 제1 실시 형태와 동일한 구성에는 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하고, 이하에서는, 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명하는 것으로 한다.
도 3에 도시하는 것처럼, 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)은 캡부(4)에 전극(4a)을 가지고 구성된다. 전극(4a)은 캡부(4) 중 펜끝부(3)에 가까운 부분의 주위 전체(全周)를 덮도록 마련하는 것이 매우 적합하다. 주위 전체를 덮음으로써, 후술하는 본 실시 형태의 효과를, 전자 펜(1)의 방향에 관계없이 얻는 것이 가능하게 된다. 다만 전극(4a)의 구성이 이것으로 한정되는 것은 아니다.
전극(4a)은 도 3에 도시하는 것처럼, 저위측 전원 배선(GL2)에 접속되어 있다. 이것에 의해 전극(4a)에도 기준 신호 R이 공급되므로, 도 2에 도시한 신호 S2는, 본 실시 형태에서는 전극(4a)으로부터도 터치 패널(10)을 향해서 방사되게 된다. 따라서 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 비해 강한 신호 S2가 터치 패널(10)에 공급되게 된다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)에 의하면, 제1 실시 형태에 비해 강한 신호 S2가 터치 패널(10)에 공급된다. 이것은 X전극(11x) 및 Y전극(11y)과 펜끝부(3)의 사이에, 제1 실시 형태에 비해 추가로 큰 정전 용량을 마련하는 것과 등가이므로, 펜끝부(3)가 가늘게 형성된 전자 펜(1)을, 정전 용량 방식의 터치 패널(10)용 입력펜으로서, 보다 매우 적합하게 사용하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 도 4 (a)는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 전자 펜(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태는 전지(61)를 대신하여 DCDC 컨버터(65)를 구비하는 점에서, 제1 실시 형태와 상위(相違)하다. 그 외의 점에서는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 제1 실시 형태와 동일한 구성에는 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하고, 이하에서는, 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명하는 것으로 한다.
도 4 (a)에 도시하는 것처럼, 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)은 도 1에 도시한 전지(61)를 구비하지 않고, 대신에 절연형 DCDC 컨버터(65)를 구비하여 구성된다. DCDC 컨버터(65)는 4개의 단자 a~d를 가지고 있고, 각각 고위측 전원 배선(GH1), 저위측 전원 배선(GL1), 고위측 전원 배선(GH2), 저위측 전원 배선(GL2)에 접속된다.
도 4 (b)는 DCDC 컨버터(65)의 내부 회로를 나타내는 도면이다. 동 도면에 도시하는 것처럼, DCDC 컨버터(65)는 인덕터(70~73)와, 스위치(74, 75)와, 다이오드(76, 77)와, 캐패시터(78)를 구비하여 구성된다. 인덕터(70)의 일단은 스위치(74)의 일단에 접속되고, 타단은 인덕터(71)의 일단에 접속된다. 인덕터(71)의 타단은 스위치(75)의 일단에 접속된다. 또, 인덕터(72)의 일단은 다이오드(76)의 애노드에 접속되고, 타단은 인덕터(73)의 일단에 접속된다. 인덕터(73)의 타단은 다이오드(77)의 애노드에 접속된다. 캐패시터(78)의 일단은 다이오드(76, 77) 각각의 캐소드에 공통으로 접속되고, 타단은 인덕터(72)의 타단(인덕터(73)의 일단)에 접속된다. 인덕터(70, 71)와 인덕터(72, 73)는, 도 4 (b)에 도시하는 것처럼 자기 결합하고 있어, 트랜스를 구성한다. 이 트랜스를 가짐으로써, DCDC 컨버터(65)는 입력측과 출력측이 전기적으로 절연된 절연형 DCDC 컨버터로 되어 있다.
DCDC 컨버터(65)의 단자 a는 인덕터(70)의 타단(인덕터(71)의 일단)에 접속되어 있다. 또, 단자 b는 스위치(74, 75) 각각의 타단에 공통으로 접속되어 있다. 단자 c는 캐패시터(78)의 일단(다이오드(76, 77) 각각의 캐소드)에 접속되어 있다. 단자 d는 캐패시터(78)의 타단(인덕터(72)의 타단, 인덕터(73)의 일단)에 접속되어 있다.
DCDC 컨버터(65)는 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 주기적으로 스위치(74, 75) 중 어느 한 쪽이 온이 되고, 다른 쪽이 오프가 되도록 제어된다. 스위치(74)가 온이 되면, 인덕터(70, 72)에 전류가 흐르고, 이 전류에 의해서 캐패시터(78)가 충전된다. 이렇게 하여 충전된 캐패시터(78)의 양단의 전압이, 단자 c, d를 통해서 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)에 공급된다. 또, 스위치(75)가 온이 되면, 인덕터(71, 73)에 전류가 흐르고, 이 전류에 의해서 캐패시터(78)가 충전된다. 이렇게 하여 충전된 캐패시터(78)의 양단의 전압이 단자 c, d를 통해서 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)에 공급된다. 이러한 동작을 반복함으로써, DCDC 컨버터(65)는 전지(60)로부터 공급되는 전력을, 인덕터(70~73)로 이루어지는 트랜스를 통해서 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)에 공급하는 전원 회로(제2 전원 회로)로서 기능한다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)에 의하면, 전지(61)가 없어도, 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)이 고위측 전원 배선(GH1) 및 저위측 전원 배선(GL1)으로부터 분리된 상태를 유지하면서, 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)에 전원 전압을 공급하는 것이 가능하게 된다. 따라서 제1 실시 형태에 비해, 전지의 개수를 줄이는 것이 가능해져 있다.
다음으로, 도 5 (a)는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 전자 펜(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태는 DCDC 컨버터(65)를 대신하여 DCDC 컨버터(66)를 마련하는 점에서, 제3 실시 형태와 상위하다. 그 외의 점에서는 제3 실시 형태와 마찬가지이므로, 제3 실시 형태와 동일한 구성에는 제3 실시 형태와 동일한 부호를 부여하고, 이하에서는, 제3 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명하는 것으로 한다.
도 5 (a)에 도시하는 것처럼, 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)은, 도 1에 도시한 전지(61) 대신에 절연형 DCDC 컨버터(66)를 구비하여 구성된다. DCDC 컨버터(66)는 5개의 단자 a~e를 가지고 있고, 각각, 전지(60)의 고위측 단자, 저위측 전원 배선(GL1), 고위측 전원 배선(GH2), 저위측 전원 배선(GL2), 고위측 전원 배선(GH1)에 접속된다.
도 5 (b)는 DCDC 컨버터(66)의 내부 회로를 나타내는 도면이다. 동 도면에 도시하는 것처럼, DCDC 컨버터(66)는 2개의 부분 회로(66a, 66b)를 가지고 구성된다. 이 중 부분 회로(66b)(제2 절연형 DCDC 컨버터)의 구성은, 도 4 (b)에 도시한 DCDC 컨버터(65)의 구성과 동일하다. 따라서 부분 회로(66b)는 전지(60)로부터 공급되는 전력을, 인덕터(70~73)로 이루어지는 트랜스(제2 트랜스)를 통해서 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)에 공급하는 전원 회로(제2 전원 회로)로서 기능한다.
한편, 부분 회로(66a)(제1 절연형 DCDC 컨버터)는 부분 회로(66b)의 구성 중, 인덕터(70, 71) 및 스위치(74, 75)를 부분 회로(66b)와 공유하는 한편, 추가로, 인덕터(80, 81)와 다이오드(82, 83)와 캐패시터(84)를 구비하여 구성된다.
인덕터(80)의 일단은 다이오드(82)의 애노드에 접속되고, 타단은 인덕터(81)의 일단에 접속된다. 인덕터(81)의 타단은 다이오드(83)의 애노드에 접속된다. 캐패시터(84)의 일단은 다이오드(82, 83) 각각의 캐소드에 공통으로 접속되고, 타단은 인덕터(80)의 타단(인덕터(81)의 일단)에 접속된다. 인덕터(70, 71)와 인덕터(80, 81)는, 도 5 (b)에 도시하는 것처럼 자기 결합하고 있어, 트랜스를 구성한다.
부분 회로(66a)에 있어서는, 스위치(74)가 온이 되면, 인덕터(70, 80)에 전류가 흐르고, 이 전류에 의해서 캐패시터(84)가 충전된다. 이렇게 하여 충전된 캐패시터(84)의 양단의 전압이, 단자 e, b를 통해서 고위측 전원 배선(GH1) 및 저위측 전원 배선(GL1)에 공급된다. 또, 스위치(75)가 온이 되면, 인덕터(71, 81)에 전류가 흐르고, 이 전류에 의해서 캐패시터(84)가 충전된다. 이렇게 하여 충전된 캐패시터(84)의 양단의 전압이, 단자 e, b를 통해서 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)에 공급된다. 이러한 동작을 반복함으로써, 부분 회로(66a)는 전지(60)로부터 공급되는 전력을, 인덕터(70, 71, 80, 81)로 이루어지는 트랜스(제1 트랜스)를 통해서 고위측 전원 배선(GH1) 및 저위측 전원 배선(GL1)에 공급하는 전원 회로(제1 전원 회로)로서 기능한다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 따른 전자 펜(1)에 의하면, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 전지(61)가 없어도, 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)이 고위측 전원 배선(GH1) 및 저위측 전원 배선(GL1)으로부터 분리된 상태를 유지하면서, 고위측 전원 배선(GH2) 및 저위측 전원 배선(GL2)에 전원 전압을 공급하는 것이 가능하게 된다. 따라서 제1 실시 형태에 비해, 전지의 개수를 줄이는 것이 가능해져 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시 형태로 하등 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 양태로 실시될 수 있는 것은 물론이다.
1: 전자 펜 2: 케이스
3: 펜끝부 4: 캡부
4a: 전극 5: 회로
10: 터치 패널 11x: X전극
11y: Y전극 50, 52: 저항 소자
51: OP 앰프 53, 78, 84: 캐패시터
54, 56: 인버터 회로 55: 포토 커플러
60~62: 전지
65, 66: DCDC 컨버터
66a, 66b: DCDC 컨버터(66)의 부분 회로 70~73, 80, 81: 인덕터
74, 75: 스위치 76, 77, 82, 83: 다이오드
GH1, GH2: 고위측 전원 배선 GL1, GL2: 저위측 전원 배선
I: 포토 커플러(55)의 입력 단자
O: 포토 커플러(55)의 출력 단자
PH1: 포토 커플러(55)의 제1 고위측 전원 단자
PH2: 포토 커플러(55)의 제2 고위측 전원 단자
PL: 포토 커플러(55)의 저위측 전원 단자

Claims (9)

  1. 정전 용량의 변화를 검출함으로써 지시 위치를 검출하는 전자 기기와 함께 이용되는 위치 지시기로서,
    상기 전자 기기로부터 제1 신호를 수신하는 제1 전극과,
    입력 신호를 반전 증폭하여 출력하는 반전 증폭기와,
    서로 절연된 입력 단자 및 출력 단자를 가지는 아이솔레이션 회로와,
    상기 아이솔레이션 회로에 제1 저위측(低位側) 전원 전위를 공급하기 위한 제1 저위측 전원 배선과,
    상기 아이솔레이션 회로에 제1 고위측(高位側) 전원 전위를 공급하기 위한 제1 고위측 전원 배선과,
    상기 반전 증폭기에 제2 저위측 전원 전위를 공급하기 위한 제2 저위측 전원 배선과,
    상기 반전 증폭기에 제2 고위측 전원 전위를 공급하기 위한 제2 고위측 전원 배선과,
    상기 제1 저위측 전원 배선과 상기 제1 고위측 전원 배선의 사이에 접속되는 제1 전원 회로와,
    상기 제2 저위측 전원 배선과 상기 제2 고위측 전원 배선의 사이에 접속되는 제2 전원 회로와,
    적어도 일부에 도전성을 가지는 영역이 형성된 케이스를 구비하고,
    상기 아이솔레이션 회로는,
    당해 아이솔레이션 회로의 상기 출력 단자에 접속되는 제1 고위측 전원 단자와,
    제2 고위측 전원 단자, 및 제1 저위측 전원 단자를 추가로 가지고,
    상기 반전 증폭기는,
    제3 고위측 전원 단자, 및 제2 저위측 전원 단자를 추가로 가지고,
    상기 제1 저위측 전원 배선은 상기 제1 저위측 전원 단자에 접속되고,
    상기 제1 고위측 전원 배선은 상기 제1 고위측 전원 단자에 접속되고,
    상기 제2 저위측 전원 배선은 상기 제2 저위측 전원 단자에 접속되고,
    상기 제2 고위측 전원 배선은 상기 제2 고위측 전원 단자와, 상기 제3 고위측 전원 단자에 접속되고,
    상기 제1 저위측 전원 배선은 상기 케이스의 상기 도전성을 가지는 영역에 접속되고, 상기 제2 저위측 전원 배선에는, 상기 제1 전극에 의해 수신된 후, 상기 반전 증폭기 및 상기 아이솔레이션 회로를 통과한 상기 제1 신호에 기초한 신호로서, 상기 제1 신호와는 반대의 극성을 가지는 기준 신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준 신호의 바이어스 전위를 변경하여 출력하는 바이어스 전위 변경 회로를 추가로 구비하고,
    상기 반전 증폭기는,
    상기 제1 신호가 공급되는 반전 입력 단자, 상기 바이어스 전위 변경 회로의 출력 신호가 공급되는 비반전 입력 단자, 및 출력 단자를 가지는 OP 앰프와,
    상기 제1 전극과 상기 반전 입력 단자의 사이에 접속된 제1 저항 소자와,
    상기 출력 단자와 상기 반전 입력 단자의 사이에 접속된 제2 저항 소자를 가지는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 아이솔레이션 회로는,
    상기 제2 고위측 전원 단자와 상기 입력 단자의 사이에 배치되는 발광 다이오드, 및
    상기 제1 고위측 전원 단자와 상기 제1 저위측 전원 단자의 사이에 배치되는 포토 트랜지스터를 추가로 가지는 포토 커플러인 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반전 증폭기의 출력 신호를 반전하여 상기 아이솔레이션 회로의 입력 단자에 공급하는 제1 인버터 회로와,
    상기 아이솔레이션 회로의 출력 신호를 반전하여 상기 기준 신호를 출력하는 제2 인버터 회로를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전극에 인접해서 배치되는 제2 전극을 추가로 구비하고,
    상기 기준 신호는 상기 제2 전극에도 공급되는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 케이스의 끝단에 배치되는 펜끝부와,
    상기 펜끝부와 상기 케이스의 사이에 배치되고, 상기 펜끝부의 주위를 둘러싸도록 구성된 원추 모양의 캡부를 구비하고,
    상기 펜끝부는 상기 제1 전극을 구성하고,
    상기 제2 전극은 상기 캡부에 마련되는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전원 회로는 제1 전지에 의해서 구성되고,
    상기 제2 전원 회로는 상기 제1 전지와는 다른 제2 전지에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전원 회로는 전지에 의해서 구성되고,
    상기 제2 전원 회로는 상기 전지로부터 공급되는 전력을 트랜스를 통해서 출력하는 절연형 DCDC 컨버터에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    전지를 추가로 구비하고,
    상기 제1 전원 회로는 상기 전지로부터 공급되는 전력을 제1 트랜스를 통해서 출력하는 제1 절연형 DCDC 컨버터에 의해서 구성되고,
    상기 제2 전원 회로는 상기 전지로부터 공급되는 전력을 제2 트랜스를 통해서 출력하는 제2 절연형 DCDC 컨버터에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 지시기.
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