KR20150095630A

KR20150095630A - 정전 방식 스타일러스 펜

Info

Publication number: KR20150095630A
Application number: KR1020157012723A
Authority: KR
Inventors: 유지 가츠라히라
Original assignee: 가부시키가이샤 와코무
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-08-21
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: EP2933710B1; CN104769535B; JP2014119936A; WO2014097953A1; KR102171801B1; TW201426421A; US20150130772A1; TWI592834B; EP2933710A1; US9778761B2; CN104769535A; JP6080256B2; EP2933710A4

Abstract

[과제] 펜대 형상의 충전기에 의한 비접촉 충전이 가능한, 조작성이 좋은 정전 방식 스타일러스 펜을 제공한다.
[해결 수단] 태블릿과의 용량 결합에 의해서 지시 위치를 입력하는 정전 방식 스타일러스 펜으로서, 비접촉으로 충전되는 전원과, 위치 지시부에 마련한 코일과, 그 코일을 관통하여 전기적으로 접속됨과 아울러 선단부로 돌출되도록 배치된 전극과, 전극에 교류 신호를 공급하는 교류 신호 발생 회로를 마련한다. 충전 동작시에는, 코일이 외부의 충전 장치와 자기적으로 결합함으로써 전원을 충전하도록 한다.

Description

정전 방식 스타일러스 펜{ELECTROSTATIC STYLUS PEN}

본 발명은 정전 방식에 의해 태블릿 위의 지시 위치를 검출하는 위치 지시기로서의 정전 방식 스타일러스 펜으로서, 필압 정보 등의 관련 정보를 송출하는 송출 회로를 구비하는 것에 관한 것이다.

이 출원에 앞서 본 출원인은, 특허 문헌 1(일본국 특개 2007-164356호 공보)에 있어서, 위치 지시부에 코일을 마련하여 태블릿과의 전자 유도에 의해 좌표 위치를 구하는 전자 유도 방식의 위치 지시기에 대해서, 전기 이중층 캐패시터를 전원으로서 이용함과 아울러, 펜대(penholder) 형상의 충전기를 이용하여, 위치 지시부에 마련한 코일과의 전자 유도에 의한 비접촉 충전을 행하도록 하는 것을 제안하고 있다. 이것에 의하면, 펜대에 두는 것과 같은 보통 조작에 의해 고속의 충전을 할 수 있고, 충전이라고 하는 조작을 의식하는 일 없이, 매우 조작성이 좋은 위치 지시기를 실현할 수 있다.

전술한 전자 유도 방식의 위치 지시기는, 태블릿과의 전자 유도에 의해 좌표 위치를 구하므로, 태블릿 센서를 정전 방식의 터치 패널과 겸용하는 것이 어려웠다.

상술의 특허 문헌 1에 있어서는, 다른 실시예로서, 터치 패널과 겸용이 가능한 정전 방식의 위치 지시기에 대해서도 제안을 하고 있다. 또, 정전 방식을 이용한 다른 위치 지시기로서는, 특허 문헌 2(일본국 특개평 07-295722호 공보)나, 특허 문헌 3(일본국 특개평 06-250772호 공보) 등에 개시되어 있는 것도 있다.

특허 문헌 1: 일본국 특개 2007-164356호 공보 특허 문헌 2: 일본국 특개평 07-295722호 공보 특허 문헌 3: 일본국 특개평 06-250772호 공보

상술한 특허 문헌 1에 기재되어 있는 정전 방식의 위치 지시기의 실시예에서는, 전기 이중층 캐패시터를 전원으로서 이용하고 있지만, 그 충전을 위해서는 외부 전원과 접속하는 접점을 마련할 필요가 있었다. 이 때문에, 충전의 조작이 번거로울 뿐만 아니라, 접촉 불량을 일으키는 등의 문제가 있다.

또, 전술한 것 같은 정전 방식 위치 지시기에서는, 태블릿에 접촉 또는 접근시키도록 하는 선단부(tip part) 근방의 위치 지시부에는, 위치 검출용 전극이나, 쉴드 전극, 필압 센서 등이 마련되어 있어, 비접촉 충전을 위한 코일을 마련하는 스페이스를 취할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제에 대해서 해결안을 제시하는 것으로, 펜대 형상의 충전기에 의한 비접촉 충전이 가능한, 조작성이 좋은 정전 방식 스타일러스 펜을 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1의 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위해서,

태블릿과의 용량 결합에 의해서 지시 위치를 입력하는 정전 방식 스타일러스 펜에 있어서,

비접촉으로 충전되는 전원과, 위치 지시부에 마련한 코일과, 그 코일을 관통하여 전기적으로 접속됨과 아울러 선단부로 돌출되도록 배치된 전극과, 상기 전극에 교류 신호를 공급하는 교류 신호 발생 회로를 마련하고, 충전 동작시에는, 상기 코일이 외부의 충전 장치와 자기적으로 결합함으로써 상기 전원을 충전하도록 한 것을 특징으로 하는 정전 방식 스타일러스 펜을 제공한다.

또, 청구항 2의 발명은 필압 검출 센서를 마련하고, 상기 선단부측으로부터 상기 전극에 인가되는 압력을, 상기 필압 검출 센서에 전달하는 심체에, 상기 전극 또는 전극으로의 결선부가 마련된 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 3의 발명에 있어서는, 상기 필압 검출 센서와 상기 심체의 계합부(engaging part)가, 상기 전극으로의 신호를 공급하는 접점이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 4의 발명과 같이, 상기 코일은 중공(中空)의 자성체 코어에 감겨지는 것이 바람직하다.

추가로, 청구항 5의 발명에 있어서는, 상기 충전 상태가 아닌 통상 동작시에는, 상기 코일이 고정 전위가 되도록 구성하여, 상기 코일을 쉴드 전극으로서 이용하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 펜대 형상의 충전기에 의한 비접촉 충전이 가능한, 조작성이 좋은 정전 방식 스타일러스 펜을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 정전 방식 스타일러스 펜의 실시 형태의 위치 지시부의 내부 구조도이다.
도 2는 도 1의 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜의 회로 구성도이다.
도 3은 도 1의 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜의 동작 설명에 이용하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 정전 방식 스타일러스 펜의 다른 실시 형태의 일부를 설명하기 위한 도면이다.

도 1은 본 발명에 의한 정전 방식 스타일러스 펜의 위치 지시부의 내부 구조를 나타낸 도면이다. 도 2는 실시예의 회로 구성도이다. 도 1과 도 2에 있어서, 동일 구성요소는 동일 부호로 나타낸다. 11은 전극심(electrode core), 12는 축방향으로 관통 구멍(21a)이 뚫린 중공의 자성체 코어의 예인 페라이트 코어(ferrite core)(21)에 감긴 코일, 13은 필압에 따라 용량이 변화하는 가변 용량 캐패시터이다. 상기 페라이트 코어(21)에 마련된 관통 구멍(21a)의 지름은 전극심(11)의 외경보다도 충분히 큰 것으로 한다. 이 실시 형태에서는, 전극심(11)은 막대 모양(bar-shaped)의 도체로 이루어지고, 전극과 가변 용량 캐패시터(13)를 프레스하는 심체를 일체로 구성한 것으로 하고 있다.

가변 용량 캐패시터(13)는 필압 검출 센서의 일례이며, 예를 들면, 일본국 특개평 4-96212호 공보에 기재되어 있는 것처럼, 서로 대향하는 2개의 전극과, 그 2개의 전극의 사이에 마련되는 유전체로 이루어지고, 2개의 전극의 한쪽의 전극과 유전체의 접촉 면적을, 인가 압력에 따라 변화시키는 가변 용량 콘덴서에 의해 구성할 수 있다. 무엇보다도, 이 필압 검출 센서의 예로서의 가변 용량 캐패시터(13)는, 이러한 가변 용량 콘덴서로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 일본국 특원 2012-15254에 기재되어 있는 것 같은, 인가 압력에 따라 정전 용량이 변화하는 정전 용량 방식 압력 센싱 반도체 디바이스와 같은 가변 용량 콘덴서에 의해 구성할 수도 있다.

도 2에 있어서, 15는 전기 이중층 캐패시터, 16은 정류용 다이오드, 17은 전압 변환 회로, 18은 교류 신호 발생 회로로서의 발진 회로이다. 도 2에 나타내는 것처럼, 이 예에서는, 코일(12)의 일단은 다이오드(16)의 애노드에 접속되고, 타단은 접지(GND)되어 있다. 또, 전기 이중층 캐패시터(15)의 일단은 다이오드(16)의 캐소드에 접속되고, 타단은 접지되어 있다.

전극심(11)은 코일(12)이 감긴 페라이트 코어(21)의 관통 구멍(21a)을 관통하여, 가변 용량 캐패시터(13)에 물리적으로 결합(계합)됨과 아울러, 전극심(11)과 가변 용량 캐패시터(13)의 상기 결합부에서는 접속선(14)과 전기적으로 접속되어 있다. 접속선(14)은 전극심(11)과 발진 회로(18)를 전기적으로 접속하고 있다. 따라서 전극심(11)과 가변 용량 캐패시터(13)의 상기 물리적인 결합에 의해 전극심(11)에 가해진 압력(필압)은 가변 용량 캐패시터(13)에 전달됨과 아울러, 접속선(14)을 경유하여 발진 회로(18)로부터의 송신 신호가 전극심(11)으로부터 송신된다.

발진 회로(18)는 가변 용량 캐패시터(13)의 용량에 따라 주파수가 변화하는 신호를 발생하고, 그 발생한 신호를 전극심(11)에 공급한다. 발진 회로(18)로부터의 신호는, 전극심(11)으로부터 그 신호에 기초한 전계(電界)로서 방사된다. 발진 회로(18)는, 예를 들면 코일과 캐패시터에 의한 공진을 이용한 LC 발진 회로에 의해 구성된다.

도 3은 가변 용량 캐패시터(13)에 가해진 압력과 발진 회로(18)로부터의 신호의 주파수의 관계를 나타낸 도면이다. 이 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜의 좌표 위치를 검출하는 태블릿에서는, 이 신호의 주파수로부터 전극심(11)에 가해진 필압을 구할 수 있다.

전압 변환 회로(17)는, 전기 이중층 캐패시터(15)에 축적된 전압을 일정한 전압으로 변환하여 발진 회로(18)의 전원으로서 공급한다. 이 전압 변환 회로(17)는, 전기 이중층 캐패시터(15)의 양단의 전압보다도 낮게 되는 강압 타입이어도 좋고, 전기 이중층 캐패시터(15)의 양단의 전압보다도 높게 되는 승압 타입이어도 좋다. 또, 전기 이중층 캐패시터(15)의 양단의 전압이 상기 일정한 전압보다도 높은 경우는 강압 회로로서 동작하고, 상기 일정한 전압보다도 낮은 경우는 승압 회로로서 동작하는 승강압 타입이어도 좋다.

이 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜을 도시하지 않는 충전기(특허 문헌 1 참조)에 장착했을 때에, 충전기가 발생하는 교번 자계에 의해 코일(12)에는 유도 기전력이 발생하여, 다이오드(16)를 통해서 전기 이중층 캐패시터(15)를 충전한다.

이 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜이 통상 동작할 때(충전 동작을 행하지 않을 때)는, 코일(12)은 고정 전위(이 예에서는 접지 전위(GND))가 되기 때문에, 전극심(11)의 주위에 마련한 쉴드 전극으로서 작용한다. 또한, 정전 방식 스타일러스 펜이 통상 동작할 때의 코일(12)의 고정 전위는, 접지 전위로 한정하지 않고, 전원의 플러스측 전위여도 좋고, 전원의 플러스측 전위와 접지 전위의 중간 전위여도 좋다.

［실시 형태의 효과］

상술의 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜에 의하면, 충전용 코일(12)을 관통하여, 선단부가 돌출하도록 전극심(11)을 배치했기 때문에, 전극심(11)에 가해지는 필압이 저해되는 일 없이 가변 용량 캐패시터(13)에 전달된다.

또, 상술의 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜에 의하면, 충전용 코일(12)을 관통하도록 전극심(11)을 배치했기 때문에, 충전용 코일(12)의 단면적을 크게 할 수 있고, 그 때문에 충전을 고속이면서 또한 효율 좋게 행할 수 있다.

또, 상술의 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜에 의하면, 충전용 코일(12)을 관통하도록 전극심(11)을 배치했기 때문에, 충전용 코일(12)과 전극심(11)을 좁은 스페이스에 배치할 수 있어, 정전 방식 스타일러스 펜을 가늘게 만들 수 있다.

또, 상술의 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜에 의하면, 충전 동작시가 아닌 통상 동작시에는 충전용 코일(12)은 쉴드 전극으로서 작용하므로, 위치 지시부를 손으로 들어도 전극심(11)이 출력하는 신호에 영향을 주는 일이 없다.

또, 상술의 실시 형태의 정전 방식 스타일러스 펜에 의하면, 전극심(11)의 주위에 비접촉 충전용의 코일(12)을 마련하도록 했기 때문에, 펜대 형상의 충전기에 의한 비접촉 충전이 가능하여, 조작성이 좋은 정전 방식 스타일러스 펜을 실현할 수 있다.

［그 외의 실시 형태 또는 변형예］

또한, 상술의 실시 형태에서는, 필압에 따라 가변 용량 캐패시터(13)의 용량을 변화시킴으로써 발진 회로(18)의 주파수를 변화시키고 있지만, 필압에 따른 전극심(11)의 스트로크 변화에 의해서 LC 발진 회로의 인덕턴스를 변화시키는 것에 의해서 주파수를 변화시켜도 좋다.

또, 상술의 실시 형태에 있어서 충전을 행하는 회로는, 코일(12)과 다이오드(16)에 의한 반파(half-wave) 정류회로로 했지만, 코일(12)에 중간 단자를 마련하고 GND 접속으로 한 전파(full-wave) 정류회로로 해도 좋고, 브릿지 정류회로를 이용해도 좋다.

또, 상술의 실시 형태에서는, 전극심(11)은 전극과 심체가 일체화된 막대 모양의 도체의 구성으로 했지만, 전극과 심체를 별개의 부재로 구성하고, 그들을 결합시키는 구성이어도 좋다. 도 4 (A)~(C)는, 예를 들면 가변 용량 캐패시터로 이루어지는 필압 검출 센서에 압력(필압)을 전달하는 심체에 전극을 결합시킨 예의 각각을 나타내는 것이다.

도 4 (A)에 나타내는 제1 예에 있어서는, 수지 등의 절연재의 원기둥(圓柱) 모양 또는 각기둥(角柱) 모양의 막대 모양체로 이루어지는 심체(31A)의 축심 방향의 일단부를 테이퍼 형상(tapered shape)으로 하여 스타일러스 펜의 펜 끝 형상으로 한다. 그리고 이 심체(31A)의 중심축 위치에, 가는 막대 모양의 도체로 이루어지는 전극(32A)을 배치한다. 이 제1 예의 경우에는, 전극(32A)은 심체(31A)와 필압 검출 센서의 예로서의 가변 용량 캐패시터(13)의 결합부(계합부)에도 노출되도록 되어, 전극(32A)과 접속선(14)을, 직접적으로, 전기적으로 접속하도록 구성한다. 즉, 필압 검출 센서인 가변 용량 캐패시터(13)와 심체(31A)의 계합부가, 전극(32A)으로 교류 신호를 공급하기 위한 접점이 된다.

다음으로, 도 4 (B)에 나타내는 제2 예에 있어서는, 수지 등의 절연재의 원기둥 모양 또는 각기둥 모양의 막대 모양체로 이루어지는 심체(31B)의 축심 방향의 한쪽의 단부에, 거의 삼각뿔 형상의 도전체로 이루어지는 전극(32B)을 접착재 등에 의해 결합한다. 그리고 심체(31B)의 중심축 위치에는 선 모양 또는 막대 모양의 도체로 이루어지는 접속부(결선부)(33B)를 내장하도록 하고, 이 접속부(33B)를 전극(32B)과 전기적으로 접속하도록 구성한다. 이 제2 예의 경우에는, 전극(32B)과 접속선(14)은, 접속부(33B)를 통해서 전기적으로 접속된다.

다음으로, 도 4 (C)에 나타내는 제3 예에 있어서는, 수지 등의 절연재의 원기둥 모양 또는 각기둥 모양의 막대 모양체로 이루어지는 심체(31C)의 축심 방향의 한쪽의 단부에, 구 모양(球狀)의 전극(32C)을 매립하도록 구성한다. 그리고 심체(31C)의 중심축 위치에는 선 모양 또는 막대 모양의 도체로 이루어지는 접속부(결선부)(33C)를 내장하도록 하고, 이 접속부(33C)를 전극(32C)과 전기적으로 접속하도록 구성한다. 이 제3 예의 경우에는, 전극(32C)과 접속선(14)은, 접속부(33C)를 통해서 전기적으로 접속된다.

또한, 상술의 실시 형태에서는, 필압 검출 센서로 검출한 필압을 주파수로 변환하여 전극에 공급하도록 했지만, 필압을 대응시키는 신호 속성으로서는 주파수로 한정되는 것이 아니고, 신호의 위상이나 신호의 단속 횟수 등에 필압을 대응시키도록 해도 좋다.

또한, 상술의 실시 형태에서는, 교류 신호 발생 회로는, 필압 검출 센서로 검출된 필압에 따른 교류 신호를, 전극을 통해서 송출하도록 했지만, 교류 신호 발생 회로로부터 발생하는 교류 신호는 필압에 따른 신호로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 스타일러스 펜의 지시 입력면에 대한 기울기를 검출하는 기울기 검출 센서에 의해 검출한 기울기를 교류 신호로서 전극에 공급하도록 해도 좋다.

11: 전극심, 12: 코일,
13: 가변 용량 캐패시터, 14: 접속선,
15: 전기 이중층 캐패시터, 16: 다이오드,
17: 전압 변환 회로, 18: 발진 회로,
21: 페라이트 코어.

Claims

태블릿과의 용량 결합에 의해서 지시 위치를 입력하는 정전 방식 스타일러스 펜에 있어서,
비접촉으로 충전되는 전원과, 위치 지시부에 마련한 코일과, 그 코일을 관통하여 전기적으로 접속됨과 아울러 선단부(tip part)로 돌출되도록 배치된 전극과, 상기 전극에 교류 신호를 공급하는 교류 신호 발생 회로를 마련하고, 충전 동작시에는, 상기 코일이 외부의 충전 장치와 자기적으로 결합함으로써 상기 전원을 충전하도록 한 것을 특징으로 하는 정전 방식 스타일러스 펜.
청구항 1에 있어서,
필압 검출 센서를 마련하고, 상기 필압 검출 센서에 압력을 전달하는 심체에, 상기 전극 또는 전극으로의 결선부가 마련된 것을 특징으로 하는 정전 방식 스타일러스 펜.
청구항 2에 있어서,
상기 필압 검출 센서와 상기 심체의 계합부가, 상기 전극으로 상기 교류 신호를 공급하기 위한 접점이 되도록 한 것을 특징으로 하는 정전 방식 스타일러스 펜.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일이, 중공(中空)의 자성체 코어에 감긴 것을 특징으로 하는 정전 방식 스타일러스 펜.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일이 통상 동작시에는 고정 전위가 되도록 구성하여, 상기 코일을 쉴드 전극으로서 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 정전 방식 스타일러스 펜.