WO2016121045A1 - 静電ペン - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electrostatic pen, and more particularly to a passive electrostatic pen configured to send information by turning on and off a switch provided between a main body and a pen tip.
- An electrostatic capacitance type input system configured so that a position in a touch sensor surface can be indicated by an indicator such as a finger or a conductive touch pen is known.
- a touch sensor using a projective mutual capacitance method is a position detection device configured to be able to detect the position of an indicator, and a plurality of X's each extending in the X direction.
- a direction electrode and a plurality of Y direction electrodes each extending in the Y direction are provided in the sensor plane.
- the position detection device is configured to detect the position of the indicator by detecting a change in the detected current with each of the plurality of Y-direction electrodes.
- the reason why the current flows from the position detection device used in the capacitance type input system to the indicator is that the indicator is grounded through the human body, and a current path is generated between the tip of the indicator and the grounding end. .
- Many of the pens that are currently marketed as touch sensor pens referred to as touch pens, capacitive styluses, passive ES (electrostatic) pens, etc., hereinafter referred to as “passive electrostatic pens”
- a grounding portion that contacts the human body is provided at any position of the housing to provide this current path. Therefore, if the indicator is made of an insulator, for example, the current path as described above does not occur, and the position detection device cannot detect the position of the indicator.
- Passive electrostatic pens that currently exist are not configured to be able to use a separate communication channel such as Bluetooth (registered trademark) or other information (writing pressure, pen type) , Switch ON / OFF, etc.) cannot be transmitted.
- a technology is known that enables even a passive electrostatic pen to transmit information such as writing pressure to a position detection device without preparing a special communication channel. It has been. Hereinafter, this technique will be described in detail.
- An electrostatic pen that supports transmission of information includes a main body made of a conductor, a pen tip electrode that is a conductor insulated from the main body, a switch provided between the pen tip electrode and the main body, and the transmission information. And a control unit for controlling the on / off state of the lever.
- the switch When the switch is on, the above-described current path occurs, so that the current detected at the Y-direction electrode is relatively small.
- the above-described current path does not occur when the switch is off, the current detected in the Y-direction electrode becomes relatively large.
- the position detection device can obtain the on / off state of the switch from the change in the detected current, and thus can obtain the information transmitted by the electrostatic pen.
- Patent Document 1 discloses an example of an electrostatic pen corresponding to information transmission.
- a MOS transistor is used as the switch.
- Patent Document 1 by transmitting a signal of an arbitrary frequency from the electrostatic pen, the type of the indicator that is touched (whether it is an electrostatic pen or another type of indicator such as a finger) Technology that enables identification and identification of an individual indicator (see paragraph [0044] etc.) and technology that enables information transmission from an electrostatic pen, for example, by transmitting a signal encoded using Morse code (See paragraph [0043] etc.).
- one of the objects of the present invention is to provide an electrostatic pen that can improve the accuracy of information detection in the position detection device.
- Patent Document 1 does not disclose a case where an electrostatic pen of a type that transmits information does not transmit information. Under such circumstances, if a period during which information transmission is not performed is provided for an electrostatic pen of a type that transmits information, if the above-described switch is off during that period, a gap between the tip of the indicator and the grounding terminal is assumed. Since the state where the current path is not formed continues, the position detection is hindered.
- another object of the present invention is to provide an electrostatic pen that does not interfere with position detection even when a period during which information transmission is not performed is provided in an electrostatic pen that transmits information. Is to provide.
- Still another object of the present invention is to provide an electrostatic pen that can transmit information using multi-level modulation.
- An electrostatic pen includes a switch unit having first to third ends, a pen tip electrode connected to the first end, and the second and third ends. By supplying a potential to each, a first state in which the potential at the second end is higher than the potential at the third end, and the potential at the second end is at the third end.
- the switch portion is provided between the first end portion and the second end portion, and prevents backflow that prevents current flowing from the first end portion to the second end portion. It may be further provided with means.
- control unit supplies a control signal to the second end, and supplies an inverted signal of the control signal to the third end.
- the potential difference of the inversion signal may be configured to be controlled in two or more steps.
- An electrostatic pen is an electrostatic pen used with an electronic device including a capacitive sensor, and includes a pen tip electrode, a ground portion, and one end of the pen tip.
- a switch unit connected to the electrode and having the other end connected to the ground unit, and a control unit configured to transmit information to the electronic device by controlling on / off of the switch unit; When the control unit does not transmit information to the electronic device, the pen point electrode and the grounding unit are brought into conduction by turning on the switch unit.
- An electrostatic pen is an electrostatic pen used with an electronic device including a capacitive sensor, and includes a pen tip electrode, a grounding portion, and one end of the pen.
- a switch unit connected to the front electrode and having the other end connected to the ground unit; and a control unit configured to transmit information to the electronic device by controlling on / off of the switch unit.
- the control unit transmits the information based on a method in which the direction of transmission level transition caused by turning on and off the switch unit is associated with the content of the information.
- the first diode in the first state, the first diode is in a state of passing current, and in the second state, the first diode is in a state of not passing current. That is, the first diode functions as a switch.
- the stray capacitance of the diode is smaller than that of a MOS transistor or a general bipolar transistor. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy of information detection in the position detection device.
- the first end portion It is possible to control the current flowing through the end of the three stages in a plurality of stages. Therefore, it becomes possible to transmit information using multilevel modulation.
- the information processing apparatus is configured to be able to transmit information to the electronic device, and the switch unit is turned on when the information is not transmitted to the electronic device (the pen tip electrode and the grounding unit are in a conductive state). Therefore, even when a period during which information is not transmitted is provided in the type of electrostatic pen that transmits information, position detection by the touch sensor can be performed without any problem.
- the signal detected during the period when the transmission is not performed can also be used as a signal of an idling time necessary for reliably detecting a start bit indicating the start of transmission of information from the electrostatic pen, the touch sensor It is possible to reliably detect the start position of the signal corresponding to the information.
- control unit transmits information based on a method in which the direction of signal level transition caused by turning on and off of the switch unit is associated with the content of the information, so that 1-bit information is obtained regardless of the content of the information. Because the position detection device can always mix the time that the position detection device can detect the presence of the electrostatic pen within the communication time, information communication is possible while making it possible to detect the position without depending on the information content (binary bias). It becomes possible to do.
- FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a touch input system 1 according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the internal structure of the electrostatic pen 2 shown in FIG. It is a figure which shows the internal structure of the control part 26 and the switch part 27 which were shown in FIG.
- A) is a flowchart showing the operation of the transmission control circuit 26b shown in FIG. 3
- (b) is a diagram showing a signal example in the case of using binary modulation
- (c) is a multi-value
- 2 is a flowchart showing the operation of the information extraction processing unit 33 shown in FIG.
- FIG. 7 is a diagram illustrating an operation principle of the electrostatic pen 2 illustrated in FIG. 6, where (a) illustrates high-level transmission and (b) illustrates low-level transmission. It is a figure which shows the switch part 27 of the electrostatic pen 2 by the 2nd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the operation
- the touch-type input system 1 includes an electrostatic pen 2 and a touch sensor 3 as shown in FIG.
- the electrostatic pen 2 is an indicator for a human to indicate a position on the touch sensor 3, and includes a main body 20 (ground portion) made of a cylindrical conductor and a nib tip 21 that is an insulator or a dielectric. And a nib electrode 24 stored in the nib tip 21, and a switch unit 27 for controlling a conduction state between the nib electrode 24 and the main body 20. Since the electrostatic pen 2 is normally used with the hand 4 illustrated in FIG. 1 holding the main body 20, the main body 20 is normally grounded through the human body as shown in FIG.
- the touch sensor 3 is a position detection device (electronic device) having a flat plate sensor such as a digitizer or a tablet PC, for example.
- the touch sensor 3 is a static type by a cross-point type mutual capacitance method, which is a kind of a projection type capacitance method.
- the electronic pen 2 is configured to detect a position indicated on the sensor.
- the sensor of the touch sensor 3 includes m X-direction electrodes 35 (X-direction electrodes 35-1 to 35-m) each extending in the X-direction and Y-directions (X in the sensor surface).
- the n Y-direction electrodes 36 (Y-direction electrodes 36-1 to 36-n) extending in the direction orthogonal to the direction are arranged at equal intervals.
- the touch sensor 3 includes a transmission signal processing unit 30, a reception signal processing unit 31, a control unit 32, and an information extraction processing unit 33 as shown in FIG.
- the transmission signal processing unit 30 has a function of sequentially outputting a predetermined AC signal to the m X-direction electrodes 35.
- the timing at which the transmission signal processing unit 30 outputs a signal is controlled by the control unit 32.
- the AC signal supplied to the X direction electrode 35 by the transmission signal processing unit 30 is transmitted to each Y direction electrode 36 through a capacitance generated between the X direction electrode 35 and each Y direction electrode 36 facing vertically. Supplied.
- the reception signal processing unit 31 includes an analog-digital converter for receiving the AC signal that has reached each Y-direction electrode 36 in this way, and the value (level) of the reception signal is converted to the Y-direction electrode 36 by the analog-digital converter. Digitized and output to the control unit 32.
- the control unit 32 is configured to detect the position of the electrostatic pen 2 on the touch sensor 3 from the signal value thus supplied and to supply the supplied signal value to the information extraction processing unit 33.
- the information extraction processing unit 33 has a function of receiving information transmitted from the electrostatic pen 2 based on the signal value supplied from the control unit 32.
- the detection of the position of the electrostatic pen 2 will be described. For example, at the intersection of the X-direction electrode 35-k (k is an integer of 1 to m) and the Y-direction electrode 36-1 (l is an integer of 1 to n), first, the nib tip 21 of the electrostatic pen 2 exists. If not, there is a capacitance obtained by combining the capacitances C1 and C2 shown in FIG. Here, when the pen tip 21 of the electrostatic pen 2 approaches this intersection, the electrostatic capacitance D shown in FIG. 1 is generated.
- the capacitance D is a capacitance that induces a part of the current that would be supplied through the capacitance obtained by combining C1 and C2 when the pen tip 21 is not present.
- the electrostatic pen 2 is configured to control the on / off state of the switch unit 27 according to information to be transmitted.
- the switch unit 27 In the state where the switch unit 27 is on, the pen tip electrode 24 and the hand 4 are electrically connected, and thus the above-described current path P2 is formed between the pen tip electrode 24 and the ground terminal. Therefore, in this case, when the nib tip 21 of the electrostatic pen 2 approaches the intersection of the X direction electrode 35 and the Y direction electrode 36, the signal value supplied from the reception signal processing unit 31 to the control unit 32 regarding the intersection is described above. It becomes so small.
- the pen tip electrode 24 is electrically disconnected from the ground end and enters a floating state, and the above-described current path P2 is not formed. Therefore, in this case, even if the nib tip 21 of the electrostatic pen 2 approaches the intersection of the X-direction electrode 35 and the Y-direction electrode 36, the signal value supplied from the reception signal processing unit 31 to the control unit 32 regarding the intersection is As mentioned above, it does not become smaller.
- the on / off control of the switch unit 27 by the electrostatic pen 2 is performed with a frequency at which it is possible to identify that the signal detected on the position detection device side is not a signal resulting from a human operating the electrostatic pen 2. Done with.
- the switch unit 27 is on / off controlled at a rate such that the frequency of a signal to be communicated is 12 Hz or higher.
- the numerical value exceeding 12 Hz indicates that the number of times the electrostatic pen 2 is detected on the position detection device side even if the human moves the electrostatic pen 2 up and down (vertically) with respect to the sensor. It is a value determined based on the knowledge that it does not exceed 12 times per second.
- the frequency of the signal is half the on / off frequency of the switch. The switch is turned on and off at a rate exceeding 24 Hz.
- the change in the signal value as described above is interpreted as a binary signal composed of a binary value having a large signal value and a small signal value
- transmission of the electrostatic pen 2 is performed only on a frequency component exceeding 12 Hz in the binary signal.
- Information is superimposed. Therefore, the information extraction processing unit 33 extracts only the frequency component exceeding 12 Hz from the signal represented by the change in the signal value supplied from the control unit 32, and the information transmitted by the electrostatic pen 2 based on the extracted frequency component. Configured to demodulate.
- the on / off control rate of the switch unit 27 by the electrostatic pen 2 is a frequency equal to or lower than half the frequency corresponding to the scan rate of the touch sensor 3.
- the frequency of the on / off control of the switch unit 27 by the electrostatic pen 2 is preferably 100 Hz or less. In this way, the frequency of the signal is suppressed to 100 Hz or lower regardless of the arrangement of binary values, and it is possible to reliably receive information at the touch sensor 3 with a scan rate of 200 Hz as a sampling frequency. Become.
- the electrostatic pen 2 includes an insulating unit 22 and a substrate 23 in addition to the main body 20, the pen tip chip 21, and the pen tip electrode 24 described above.
- Various circuits are formed on the substrate 23, and the power supply unit 25, the control unit 26, and the switch unit 27 are configured by these circuits.
- the main body 20 is made of a conductor as described above.
- the nib tip 21 and the insulating part 22 are made of an insulator.
- the main body 20 supports the nib electrode 24 via these insulators, and thus the main body 20 and the nib electrode 24 are insulated from each other.
- the substrate 23 is electrically connected to the main body 20 and is grounded through the main body 20 and a human body (hand 4) touching the main body 20.
- the power supply unit 25 is a power supply for supplying power necessary for the operation of the control unit 26 and the switch unit 27. Specifically, it is preferable to use a battery as the power supply unit 25.
- the control unit 26 is a functional unit that generates information to be transmitted to the touch sensor 3 and controls the switch unit 27 based on the generated information. As illustrated in FIG. It has a control circuit 26b and a switch control signal output circuit 26c.
- the transmission data generation circuit 26a is a circuit that acquires information to be transmitted to the touch sensor 3 and assembles transmission information based on the acquired information.
- Information acquired by the transmission data generation circuit 26a includes information indicating a pen pressure detected by a pen pressure detection mechanism (not shown) in the electrostatic pen 2 and a side switch (on the side surface of the electrostatic pen 2).
- Information indicating ON / OFF of the transmission data generation circuit 26a may be included, but the information acquired by the transmission data generation circuit 26a is not limited thereto.
- the transmission control circuit 26b is a circuit that performs on / off control of the switch unit 27 based on the transmission information generated by the transmission data generation circuit 26a. Specifically, a process for determining the transmission level based on the transmission information and sending data indicating the determined transmission level to the switch control signal output circuit 26c is performed.
- the transmission control circuit 26b first determines whether or not it is an information transmission period (step S1). When it is determined that it is not the information transmission period, the transmission control circuit 26b sets the transmission level to “ON” as shown in FIG. As a result, the switch unit 27 is maintained in the on state, and thus the state in which the pen tip electrode 24 and the main body 20 are conducted is maintained. Therefore, the touch sensor 3 according to the present embodiment has a problem even outside the information transmission period. The position of the electrostatic pen 2 can be detected.
- the transmission control circuit 26b controls the transmission level based on the transmission information generated by the transmission data generation circuit 26a. More specifically, the transmission control circuit 26b first controls the transmission level so as to indicate a predetermined start signal, and then controls the transmission level based on the transmission information in units of bits to form the transmission information. After the control for all the bits to be completed is completed, the transmission level is controlled to indicate a predetermined stop signal.
- transmission level control based on transmission information in bit units is performed by a so-called Manchester method, in which transmission level transitions are associated with information contents.
- the transmission control circuit 26b associates only the transmission level transition direction with the information content. More specifically, as shown in FIG. 4B, a decrease in transmission level (transition from “ON” to “OFF”) is associated with transmission information “0”, and an increase in transmission level (“OFF”). Is associated with the transmission information “1”. Of course, this association may be reversed.
- Both the start signal and stop signal are transmitted using a transmission time for one chip of Manchester code, as shown in FIG. 4 (b).
- the transmission control circuit 26b performs the same transmission level control as the transmission information “1” for the start signal and controls the transmission signal to be fixed to “ON” for the stop signal.
- the received signal processing in the information extraction processing unit 33 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
- the signal value of the received signal is sequentially supplied from the control unit 32 to the information extraction processing unit 33.
- the information extraction processing unit 33 monitors the series of signal values supplied in this way, and detects the start signal described above. Specifically, it is determined that the start signal has been detected when the transmission level of the signal value has risen by a predetermined level after being constant for a predetermined time.
- the information extraction processing unit 33 that has detected the start signal then receives data (step S11).
- transmission is performed by the Manchester method, so that the information extraction processing unit 33 sequentially performs binary threshold determination on a series of signal values supplied from the control unit 32.
- the transmission level fluctuation (rising or descending) is detected, and thereby data transmitted by the electrostatic pen 2 (transmission information generated by the transmission data generating circuit 26a) is received.
- the information extraction processing unit 33 repeatedly detects the above-described stop signal while receiving data (step S12). Specifically, it is determined that a stop signal has been detected when a predetermined time has passed while the transmission level of a series of signal values supplied from the control unit 32 is in an “ON” state. If a stop signal is detected, the information extraction processing unit 33 determines that the information transmission period has ended, returns to step S10, and starts a start signal detection operation. In addition, although it is not essential to use such a stop signal for communication between the electrostatic pen 2 and the touch sensor 3, it is possible to use the stop signal without having to fix the bit length of the information transmission period. It becomes possible for the extraction processing unit 33 to grasp the end of the information transmission period. Therefore, it is possible to transmit information of an arbitrary amount of information from the electrostatic pen 2 to the touch sensor 3.
- the signal (information) detected during the period in which the information transmission held in the “ON” state is not performed is not only used for position detection by the position detection device but also information from the electrostatic pen. It can also be used as a signal of an idling time necessary for detecting a start bit and a stop bit indicating the start of transmission.
- the switch control signal output circuit 26c is a circuit that outputs a signal for performing on / off control of the switch unit 27 based on data supplied from the transmission control circuit 26b. Specifically, a control signal Vsig that becomes a high level corresponding to the transmission level “ON” and becomes a low level corresponding to the transmission level “OFF” is generated and supplied to the switch unit 27.
- the switch control signal output circuit 26 c also has a function of supplying an inverted signal / Vsig of the control signal Vsig or a ground potential GND (low level potential) to the switch unit 27.
- FIGS. 6 and 7 In the first embodiment (FIGS. 6 and 7) and the second embodiment (FIGS.
- control signal Vsig and the ground potential are supplied from the switch control signal output circuit 26c to the switch unit 27.
- An example of supplying GND will be described.
- FIGGS. 10 and 11 an example in which the control signal Vsig and the inverted signal / Vsig are supplied from the switch control signal output circuit 26c to the switch unit 27 will be described.
- the switch unit 27 includes a first end E1 connected to the pen tip electrode 24, a second end E2 that receives supply of the control signal Vsig from the switch control signal output circuit 26c, The third end E3 that receives the inversion signal / Vsig or the ground potential GND from the switch control signal output circuit 26c, the anode is connected to the first end E1, and the cathode is connected to the third end E3.
- the first diode 27a and the backflow prevention means 27b provided between the first end E1 and the second end E2.
- the switch unit 27 When the control signal Vsig supplied from the switch control signal output circuit 26c is at a high level, the switch unit 27 is in a state where the potential at the second end E2 is higher than the potential at the third end E3 (first state). ) In this case, since the first diode 27a is turned on, a current can be passed from the first end E1 to the third end E3. That is, the switch unit 27 is turned on, and the current path P2 shown in FIG. 1 is formed. On the other hand, when the control signal Vsig supplied from the switch control signal output circuit 26c is at a low level, the switch unit 27 is in a state where the potential of the second end E2 is equal to or lower than the potential of the third end E3 (first 2 state). In this case, since the first diode 27a is turned off, no current can flow from the first end E1 to the third end E3. That is, the switch unit 27 is turned off, and the current path P2 shown in FIG. 1 is cut off.
- the first diode 27a functions as a substance of the switch, and is not a switching element such as a MOS transistor or a bipolar transistor. Since the diode has a smaller stray capacitance than a MOS transistor or a general bipolar transistor, the first diode 27a more reliably cuts off the current path P2 after the control signal Vsig changes from the high level to the low level. Can do. Therefore, according to the electrostatic pen 2, the accuracy of information detection in the touch sensor 3 can be increased.
- a PN diode which is the most basic diode, can be used.
- a PIN (P-Intrinsic-N) diode having a semiconductor layer having a large electric resistance between PNs is used. Is more preferred.
- a PIN diode has a feature that a capacitance between terminals (junction capacitance between PNs) is small because a semiconductor layer having a large electric resistance exists between PNs. Due to this feature, the stray capacitance of the PIN diode is even smaller than that of the PN diode.
- the stray capacitance when the potential difference between the PNs is 0 is about 0.5 pF, and is about 0.8 pF at the maximum. Therefore, by using a PIN diode as the first diode 27a, a low stray capacitance of 1 pF or less can be realized. Therefore, after the control signal Vsig changes from the high level to the low level, the first end portion can be more reliably The current flowing from E1 can be cut off, and the accuracy of information detection in the touch sensor 3 can be further increased.
- the backflow prevention means 27b is a means for preventing a current from flowing from the first end E1 to the second end E2, particularly when the potential level of the second end E2 is low.
- a resistance element or a diode can be used as the backflow prevention means 27b, but this point will be separately described in detail in first to third embodiments described later.
- the switch unit 27 As shown in FIG. 6, the switch unit 27 according to the first embodiment of the present invention is configured to have a resistance element 27ba as the backflow prevention means 27b.
- the ground potential GND is supplied from the switch control signal output circuit 26c to the third end E3.
- the ground potential GND supplied to the switch control signal output circuit 26c is supplied to the substrate 23 through the main body 20 and the hand 4 (see FIG. 2).
- the role of the resistance element 27ba is to suppress a current (reverse flow) flowing from the first end E1 to the second end E2. Therefore, the resistance value of the resistance element 27ba needs to be large enough to sufficiently suppress the current. On the other hand, if the resistance value of the resistance element 27ba is too large, the on / off switching response of the switch unit 27 is delayed, so that the resistance value of the resistance element 27ba cannot be increased too much.
- the resistance element 27ba needs to be 100 k ⁇ or more in order to prevent backflow, and considering the switching response, the resistance element 27ba needs to be 10 M ⁇ or less. is there. Therefore, in the present embodiment, the resistance value of the resistance element 26ba needs to be 100 k ⁇ or more and 10 M ⁇ or less, and is particularly preferably about 3 M ⁇ .
- the switch unit 27 in the touch sensor 3 shown in FIG. 1, the current path P1 (from the transmission signal processing unit 30 to the X direction electrode 35-k) is transmitted from the transmission signal processing unit 30 to the reception signal processing unit 31. And a predetermined signal is transmitted through the Y-direction electrode 36-1 to the reception signal processing unit 31), and the nib electrode 24 of the electrostatic pen 2 held by a person is connected to the X-direction electrode 35. It is assumed that the crossing point between ⁇ k and the Y-direction electrode 36-l is approaching.
- the first diode 27a When the control signal Vsig is at a high level, as shown in FIG. 7A, the first diode 27a is turned on. As a result, a current path P2 is formed between the nib electrode 24 and the ground terminal. Since the current path P2 is coupled to the current path P1 via the electrostatic capacitance D formed between the nib electrode 24 and the sensor surface of the touch sensor 3, the transmission signal processing unit 30 to the reception signal processing unit 31. A part of the flowing current flows out to the ground terminal via the current path P2. Thereby, the signal value detected by the analog-digital converter in the reception signal processing unit 31 is relatively decreased, and the information extraction processing unit 33 shown in FIG. 1 sets the value “ON” of the reception signal Sig from this decrease. Will get.
- a current path P2 flowing from the first end E1 to the second end E2 is considered. If a current flows through the current path P2, the current flowing into the reception signal processing unit 31 is reduced accordingly.
- the resistance element 27ba having a large resistance value is provided between the first end E1 and the second end E2, the first end E1 to the second end Almost no current flows in the path that branches in the direction of the part E2. Therefore, when the first diode 27a is turned off, the current flowing into the reception signal processing unit 31 is reduced and the value of Sig is not erroneously detected as “ON”.
- the switch control signal output circuit 26c controls the potential level of the control signal Vsig according to the transmission information, so that the transmission information is transmitted to the information extraction processing unit 33. Can be received. Since the first diode 27a, which is a diode having a small stray capacitance, functions as the substance of the switch in the switch unit 27, after the control signal Vsig changes from the high level to the low level, it is ensured. The current path P2 can be interrupted. Therefore, the accuracy of information detection in the touch sensor 3 can be increased.
- the resistance element 27ba is provided as the backflow prevention means 27b, a current flows from the first end E1 to the second end E2 (backflow occurs) particularly when the control signal Vsig is at a low level. ) Can also be prevented.
- the input system 1 according to the second embodiment of the present invention includes a resistance element 27ba and a second diode 27bb in which a backflow prevention means 27b is connected in series.
- the other points are the same as those of the input system 1 according to the first embodiment.
- the resistance value of the resistance element 27ba is reduced as compared with the first embodiment, and thereby the switching response of the switch unit 27 is turned on / off. High speed is achieved.
- the description will be given focusing on differences from the input system 1 according to the first embodiment.
- the resistance element 27ba and the second diode 27bb are connected in series between the first end E1 and the second end E2 in this order. That is, one end of the resistance element 27ba is connected to the first end E1, the other end of the resistance element 27ba and the anode of the second diode 27bb are connected to each other, and the cathode of the second diode 27bb is connected to the first end. Connected to the section E1.
- the resistance value of the resistance element 27ba needs to be large enough to suppress the current. On the other hand, if it is too large, the switching response of the switch unit 27 is delayed. Resulting in. That is, the switching response speed and the backflow prevention effect are in a trade-off relationship.
- the second diode 27bb since the second diode 27bb whose cathode is connected to the first end E1 is provided in series with the resistance element 27ba, the second diode is provided on condition that the second diode 27bb is off. 27bb serves to prevent current from flowing from the first end E1 to the second end E2. Therefore, even if the resistance value of the resistance element 27ba is small, a sufficient backflow prevention effect can be obtained, so that the switching response can be speeded up.
- both the first diode 27a and the second diode 27bb are turned on.
- a current path P2 is formed between the nib electrode 24 and the ground terminal.
- the effect of forming the current path P2 is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG.
- the second diode 27bb is turned on, a current flows from the first end E1 to the second end E2 as shown in FIG. 9A, but this current flows.
- the signal value detected by the analog-digital converter in the reception signal processing unit 31 is still reduced.
- both the first diode 27a and the second diode 27bb are turned off.
- the current path P2 as in the case of FIG. 9A is not formed, and the current path connecting the first end E1 and the second end E2 is not formed. This reliably prevents a part of the current flowing into the reception signal processing unit 31 from flowing into the electrostatic pen 2 side (leaking), so that the information extraction processing unit shown in FIG. 33 can more reliably obtain the value “OFF” of the reception signal Sig.
- the switch unit 27 has a higher resistance than that of the first embodiment. It becomes possible to speed up the on / off switching response.
- the second diode 27bb can be a PN diode, which is the most basic diode, while the PIN diode described above is more preferably used. By doing so, after the control signal Vsig changes from the high level to the low level, it is possible to more reliably cut off the current flowing from the first end E1 into the electrostatic pen 2.
- the inverted signal / Vsig of the control signal Vsig is supplied from the switch control signal output circuit 26c to the third end E3.
- This is different from the input system 1 according to the second embodiment in other respects, and the other points are the same as those of the input system 1 according to the second embodiment. Below, it demonstrates paying attention to difference with the input system 1 by 2nd Embodiment.
- the diode has a property that the capacitance between the terminals becomes smaller as the reverse voltage becomes larger, as shown by the characteristic curve A in FIG. Due to this property, the inter-terminal capacitance of the diode in the reverse bias state as described above is usually smaller than when the cathode potential and the anode potential are the same.
- the input system 1 according to the present embodiment it is possible to more reliably cut off the current flowing from the first end E1 into the electrostatic pen 2 as compared with the second embodiment. From another point of view, according to the input system 1 according to the present embodiment, even if a PN diode is used instead of a PIN diode as the first diode 27a and the second diode 27bb, the first end portion can be more reliably obtained. It can also be said that the current flowing from E1 into the electrostatic pen 2 can be cut off.
- the input system 1 according to the present embodiment has another effect that multi-value modulation can be used for transmission of information from the electrostatic pen 2 to the touch sensor 3.
- multi-value modulation can be used for transmission of information from the electrostatic pen 2 to the touch sensor 3.
- the potential level of the control signal Vsig is controlled in two or more steps in a region where the voltage across the first diode 27a does not become a positive voltage (non-positive region).
- the switch control signal output circuit 26c uses ⁇ 2V and ⁇ 4V that are in the non-positive region and one of the potential differences that is not in the non-positive region (in this case, 4V or 2V). Thus, multilevel modulation is realized.
- the capacitance between the terminals of the diode has the property of monotonically decreasing with respect to the reverse voltage. Therefore, by controlling the reverse voltage applied to the first diode 27a stepwise as described above, the current flowing from the first end E1 into the electrostatic pen 2 after the control signal Vsig changes to the low level. Can be controlled step by step.
- the transmission control circuit 26b (see FIG. 10) according to this modification realizes data modulation by multilevel modulation by controlling the data transmission level in a plurality of stages using this.
- FIGS. 4 (c) and 5 (c) the data transmission / reception procedure in the present modification will be described in detail with reference to FIGS. 4 (c) and 5 (c).
- the transmission control circuit 26b uses three levels “ON”, “OFF2”, and “OFF1” as data transmission levels.
- the transmission level “ON” corresponds to a state in which the switch unit 27 is on.
- the transmission levels “OFF2” and “OFF1” both correspond to the state in which the switch unit 27 is off, but the voltages applied to both ends of the first diode 27a are different from each other.
- the reverse voltage applied to both ends of the first diode 27a increases in the order of the transmission levels “OFF2” and “OFF1”.
- the transmission control circuit 26b is configured to control the transmission level based on a method of associating the combination of the direction of transmission level transition and the magnitude of the transition with the content of the transmission information.
- a drop in the transmission level from “ON” to “OFF1” is associated with the transmission information “00”, and the transmission level from “ON” to “OFF2”.
- the decrease is associated with the transmission information “01”, the increase in the transmission level from “OFF1” to “ON” is associated with the transmission information “10”, and the increase in the transmission level from “OFF2” to “ON” is transmitted.
- For the start signal and the stop signal as shown in FIG.
- the transmission level is controlled similarly to the transmission information “10” for the start signal, and the transmission level is fixed to “ON” for the stop signal. Take control. Thereby, data transmission by multi-level modulation is realized.
- the increase in the transmission level from “OFF1” to “OFF2” and the decrease in the transmission level from “OFF2” to “OFF1” are not associated with the transmission information. Of course, these may be associated with the transmission information as long as there is no problem.
- the information extraction processing unit 33 (see FIG. 1) on the reception side of the data transmitted using multi-level modulation receives data using the intermediate level as shown in FIG. . That is, the information extraction processing unit 33 according to the above-described embodiment receives data transmitted by the electrostatic pen 2 by sequentially performing binary threshold determination on a series of signal values supplied from the control unit 32. However, the information extraction processing unit 33 according to this modification sequentially performs multi-value (three values in the example of FIG. 4C) threshold determination on the series of signal values supplied from the control unit 32. Thus, the data transmitted by the electrostatic pen 2 is received. Thereby, reception of data by multi-level modulation is realized.
- the potential difference between the control signal Vsig and the inverted signal / Vsig is controlled in a plurality of stages, thereby changing the first end E1 to the third end E3. Since the flowing current can be controlled in a plurality of stages, multi-value modulation can be used for transmitting information from the electrostatic pen 2 to the touch sensor 3. Therefore, a larger amount of information can be transmitted than when binary modulation is used.
- the electrostatic pen according to the present invention exhibits a change in capacitance. It can be used with various types of sensors that detect capacitance.
- the present invention can be used together with a surface-type capacitive sensor or other types of sensors (such as a self-capacitance type).
Abstract
【課題】位置検出装置における情報検出の精度を高める。 【解決手段】静電ペンは、第１～第３の端部Ｅ１～Ｅ３を有するスイッチ部２７と、第１の端部Ｅ１に接続されるペン先電極２４と、第２及び第３の端部Ｅ２，Ｅ３のそれぞれに電位を供給することにより、第２の端部Ｅ２の電位が第３の端部Ｅ３の電位より高い第１の状態と、第２の端部Ｅ２の電位が第３の端部Ｅ３の電位以下である第２の状態とを切り替える制御部２６とを備え、スイッチ部２７は、陽極が第１の端部Ｅ１に接続され、陰極が第３の端部Ｅ３に接続された第１のダイオード２７ａを有する。
Description
本発明は静電ペンに関し、特に、本体とペン先の間に設けられたスイッチのオンオフによって情報を送るように構成されたパッシブ型の静電ペンに関する。
指や導電性のタッチペンなどの指示体によってタッチセンサ面内の位置を指示できるように構成した静電容量方式の入力システムが知られている。静電容量方式の入力システムのうち、プロジェクティブ型の相互容量方式を利用したタッチセンサは、指示体の位置を検出可能に構成された位置検出装置で、それぞれＸ方向に延在する複数のＸ方向電極と、それぞれＹ方向に延在する複数のＹ方向電極とをセンサ面内に有して構成される。Ｘ方向電極とＹ方向電極の交点に指示体が近づいた状態でＸ方向電極からＹ方向電極に交流成分を含む信号（以下、単に「電流」と称する）を流すと、本来Ｙ電極に向けて流れるべき電流の一部が分岐し指示体に流れるため、Ｙ方向電極において検出される電流が小さくなる。位置検出装置は、この検出される電流の変化を複数のＹ方向電極のそれぞれで検出することにより、指示体の位置を検出するよう構成される。
静電容量方式の入力システムに用いられる位置検出装置から指示体に電流が流れるのは、人体を通じて指示体が接地されており、指示体の先端と接地端の間に電流経路が生ずるからである。現在、タッチセンサ用のペンとして市販されているペン（タッチペン、静電容量方式用のスタイラス、パッシブＥＳ（ｅｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃ）ペンなどと呼ばれる。以下、「パッシブ型の静電ペン」と称する）の多くは、筐体のいずれかの位置に人体へ接触する接地部を有し、この電流経路を提供するものである。したがって、指示体が例えば絶縁体で構成されていると、上記のような電流経路が生じないため、位置検出装置は指示体の位置を検出できなくなる。
現在存在しているパッシブ型の静電ペンは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の別途の通信チャネルを利用可能に構成されなければ、位置検出装置に対して指示位置以外の情報（筆圧、ペン種別、スイッチのＯＮＯＦＦ等）を伝えることができない。しかし、上記の性質を利用し、パッシブ型の静電ペンであっても、特別な通信チャネルを用意することなく位置検出装置に対して、筆圧などの情報を送信できるようにする技術が知られている。以下、この技術について詳しく説明する。
情報の送信に対応する静電ペンは、導電体からなる本体と、本体から絶縁された導電体であるペン先電極と、ペン先電極と本体の間に設けられたスイッチと、送信情報に応じてこのスイッチのオンオフ状態を制御する制御部とを有して構成される。スイッチがオンのときには上述した電流経路が生ずるので、Ｙ方向電極において検出される電流が相対的に小さくなる。一方、スイッチがオフのときには上述した電流経路が生じないので、Ｙ方向電極において検出される電流が相対的に大きくなる。位置検出装置は、このような検出される電流の変化からスイッチのオンオフ状態を得ることができ、したがって、静電ペンが送信した情報を得ることができる。
特許文献１には、情報の送信に対応する静電ペンの例が開示されている。この静電ペンでは、上記スイッチとしてＭＯＳトランジスタが使用されている。また、特許文献１には、静電ペンから任意の周波数の信号を送信することにより、タッチしている指示体の種類（静電ペンであるか指などの他の種の指示体か）の特定や指示体の個体の特定を可能にする技術（［００４４］段落等を参照）、及び、例えばモールス符号を用いてエンコードした信号の送信により、静電ペンからの情報送信を可能にする技術（［００４３］段落等を参照）が開示されている。
しかしながら、ペン先電極と本体の導通状態を切り替えるためのスイッチとして上記特許文献１のようにＭＯＳトランジスタを用いる場合、位置検出装置における情報検出の精度が低くなってしまうという問題が発生する。すなわち、ＭＯＳトランジスタは非常に大きな浮遊容量（例えば１０ｐＦ）を有しているため、ＭＯＳトランジスタがオフとなった後であっても、この浮遊容量を通じ、位置検出装置から静電ペンに向かう電流が流れる。このような電流の流れは、スイッチがオンのときにＹ方向電極において検出される電流と、スイッチがオフのときにＹ方向電極において検出される電流との差を小さくしてしまうため、結果として位置検出装置における情報検出の精度が低くなる（ビットエラー発生率が大きくなる）のである。なお、同様の問題は、上記スイッチとして一般的なバイポーラトランジスタを用いる場合にも発生する。高周波用のバイポーラトランジスタであれば浮遊容量が１ｐＦ以下のものもあるが、静電気に弱いため、現実問題として使用できない。
したがって、本発明の目的の一つは、位置検出装置における情報検出の精度を高められる静電ペンを提供することにある。
また、情報送信を行うタイプの静電ペンは、従来、常に情報の送信を行い続けることを前提として設計されている。特許文献１にも、情報送信を行うタイプの静電ペンが情報の送信を行わないときのことは開示されていない。そうした中で、仮に情報送信を行うタイプの静電ペンに情報の送信を行わない期間を設けた場合、その期間中上述したスイッチがオフであるとすると、指示体の先端と接地端の間に電流経路が形成されない状態が継続することになるので、位置検出に支障が生ずることになる。
したがって、本発明の他の目的の一つは、情報送信を行うタイプの静電ペンに情報の送信を行わない期間を設けた場合であっても、位置検出に支障を来さない静電ペンを提供することにある。
さらに、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタでは、オンとオフの間の中間的な状態を得ることが難しい。その結果、従来の入力システムでは、静電ペンからの情報送信に多値変調を用いることができなかった。
したがって、本発明の目的のさらに他の一つは、多値変調を用いて情報を送信できる静電ペンを提供することにある。
本発明の一側面による静電ペンは、第１乃至第３の端部を有するスイッチ部と、前記第１の端部に接続されるペン先電極と、前記第２及び第３の端部のそれぞれに電位を供給することにより、前記第２の端部の電位が前記第３の端部の電位より高い第１の状態と、前記第２の端部の電位が前記第３の端部の電位以下である第２の状態とを切り替える制御部とを備え、前記スイッチ部は、陽極が前記第１の端部に接続され、陰極が前記第３の端部に接続された第１のダイオードを有することを特徴とする。
上記静電ペンにおいて、前記スイッチ部は、前記第１の端部と前記第２の端部の間に設けられ、前記第１の端部から前記第２の端部に流れる電流を妨げる逆流防止手段をさらに有することとしてもよい。
また、上記静電ペンにおいて、前記制御部は、前記第２の端部に制御信号を供給し、かつ、前記第３の端部に前記制御信号の反転信号を供給し、前記制御信号と前記反転信号の電位差を２段階以上に制御するよう構成されることとしてもよい。
また、本発明の他の一側面による静電ペンは、静電容量方式のセンサを備えた電子機器とともに用いられる静電ペンであって、ペン先電極と、接地部と、一端が前記ペン先電極に接続され、他端が前記接地部に接続されたスイッチ部と、前記スイッチ部のオンオフを制御することにより、前記電子機器に対して情報を送信可能に構成された制御部とを備え、前記制御部は、前記電子機器に対して情報を送信しない場合、前記スイッチ部をオンの状態とすることにより前記ペン先電極と前記接地部とが導通した状態とすることを特徴とする。
また、本発明のさらに他の一側面による静電ペンは、静電容量方式のセンサを備えた電子機器とともに用いられる静電ペンであって、ペン先電極と、接地部と、一端が前記ペン先電極に接続され、他端が前記接地部に接続されたスイッチ部と、前記スイッチ部のオンオフを制御することにより、前記電子機器に対して情報を送信可能に構成された制御部とを備え、前記制御部は、前記スイッチ部のオンオフによって生ずる送信レベルの遷移の方向と、前記情報の内容とを対応させる方式に基づいて、前記情報の送信を行うことを特徴とする。
本発明によれば、第１の状態では第１のダイオードが電流を通す状態となり、第２の状態では第１のダイオードが電流を通さない状態となる。すなわち、第１のダイオードがスイッチとして機能する。そして、ダイオードの浮遊容量はＭＯＳトランジスタや一般的なバイポーラトランジスタのそれに比べて小さい。したがって、本発明によれば、位置検出装置における情報検出の精度を高めることが可能になる。
また、第１の端部から第２の端部に流れる電流を妨げる逆流防止手段を設けたことにより、特に第２の状態において第１の端部から第２の端部に電流が流れてしまうことが防止される。
また、スイッチとしてオフ時の電位差による容量変化がＭＯＳトランジスタに比して滑らかなダイオードを用いたことにより、制御信号と反転信号の電位差を複数段階で制御した場合に、第１の端部から第３の端部に流れる電流を複数段階に制御することが可能になる。したがって、多値変調を用いて情報を送信することが可能になる。
また、電子機器に対して情報を送信可能に構成しつつ、電子機器に対して情報を送信しない場合にスイッチ部をオンの状態としている（ペン先電極と接地部とが導通した状態としている）ので、情報送信を行うタイプの静電ペンに情報の送信を行わない期間を設けた場合であっても、タッチセンサによる位置検出を問題なく行うことが可能になる。また、この送信を行わない期間に検出される信号は、静電ペンからの情報の送信開始を示すスタートビットを確実に検出するために必要なアイドリング時間の信号としても利用できるため、タッチセンサは、情報に対応する信号の開始位置を確実に検出することが可能になる。
また、制御部が、スイッチ部のオンオフによって生ずる信号レベルの遷移の方向と、前記情報の内容とを対応させる方式に基づいて情報の送信を行うことで、情報の内容によらず１ビットの情報を通信する時間内に、位置検出装置が静電ペンの存在を検知できる時間を必ず混在させることができるので、情報の内容（バイナリ値の偏り）に依存せず位置検出を可能にしつつ情報通信を行うことが可能になる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。本明細書では、３つの実施の形態を挙げて本発明の実施の形態によるタッチ式の入力システムについての説明を行うが、初めに３つの実施の形態に共通する部分を説明した後、３つの実施の形態それぞれについての説明を行う。
まず、３つの実施の形態に共通する部分に関して、本発明の実施の形態によるタッチ式の入力システム１は、図１に示すように、静電ペン２及びタッチセンサ３を備えて構成される。
静電ペン２は、人間がタッチセンサ３上の位置を指示するための指示体であり、筒状の導電体からなる本体２０（接地部）と、絶縁体又は誘電体であるペン先チップ２１と、ペン先チップ２１の内部に格納されたペン先電極２４と、ペン先電極２４と本体２０の間の導通状態を制御するためのスイッチ部２７とを有して構成される。静電ペン２は通常、図１に例示した手４が本体２０を保持する状態で使用されるため、本体２０は通常、図１に示すように、人体を通じて接地されている。
タッチセンサ３は、例えばデジタイザやタブレットＰＣのような平板状のセンサを有する位置検出装置（電子機器）であり、投影型の静電容量方式の一種であるクロスポイント型の相互容量方式により、静電ペン２がセンサ上で指示した位置を検出するように構成される。タッチセンサ３のセンサは、具体的には、それぞれＸ方向に延在するｍ本のＸ方向電極３５（Ｘ方向電極３５－１～３５－ｍ）と、それぞれＹ方向（センサの表面内においてＸ方向と直交する方向）に延在するｎ本のＹ方向電極３６（Ｙ方向電極３６－１～３６－ｎ）とがそれぞれ等間隔で配置された構成を有している。
タッチセンサ３は、上記センサの他にも、図１に示すように、送信信号処理部３０、受信信号処理部３１、制御部３２、及び情報抽出処理部３３を有して構成される。
送信信号処理部３０は、ｍ本のＸ方向電極３５に対して順次、所定の交流信号を出力する機能を有する。送信信号処理部３０が信号を出力するタイミングは、制御部３２によって制御される。送信信号処理部３０によってＸ方向電極３５に供給された交流信号は、該Ｘ方向電極３５と上下方向に対向する各Ｙ方向電極３６の間に発生する静電容量を通じて、各Ｙ方向電極３６に供給される。受信信号処理部３１は、こうして各Ｙ方向電極３６に到達した交流信号を受信するためのアナログデジタルコンバータを有して構成され、このアナログデジタルコンバータにより受信信号の値（レベル）をＹ方向電極３６ごとにデジタル化して、制御部３２に出力する。制御部３２は、こうして供給された信号値から、タッチセンサ３上における静電ペン２の位置を検出するとともに、供給された信号値を情報抽出処理部３３に供給するよう構成される。情報抽出処理部３３は、制御部３２から供給された信号値に基づき、静電ペン２が送信した情報を受信する機能を有する。
静電ペン２の位置の検出について説明する。例えばＸ方向電極３５－ｋ（ｋは１～ｍの整数）とＹ方向電極３６－ｌ（ｌは１～ｎの整数）の交点には、まず、静電ペン２のペン先チップ２１が存在しない場合には、図１に示す静電容量Ｃ１とＣ２とを合成した静電容量が存在している。ここで、この交点に静電ペン２のペン先チップ２１が接近すると、図１に示す静電容量Ｄが生成される。静電容量Ｄは、ペン先チップ２１が存在しないときにＣ１とＣ２とを合成した静電容量を通して供給されたであろう電流の一部を誘導する静電容量となる。静電ペン２のペン先チップ２１が接近して静電容量ＤがＣ２に対して大きくなると、Ｘ方向電極３５－ｋから送出された電流の一部が、静電ペン２及び手４に形成される電流経路Ｐ２を通じて接地端に流れ出る（スイッチ部２７がオンの場合。スイッチ部２７がオフの場合については後述する）。その結果、Ｙ方向電極３６－ｌに関して受信信号処理部３１で検出される電流が小さくなるため、受信信号処理部３１からＹ方向電極３６－ｌに関して制御部３２に供給される信号値が小さくなる。制御部３２は、このような信号値の変化に基づき、静電ペン２のペン先チップ２１がＸ方向電極３５－ｋとＹ方向電極３５－ｌの交点に接近していることを検出する。
次に、静電ペン２が送信した情報の受信について説明する。詳しくは後述するが、静電ペン２は、送信対象の情報に応じてスイッチ部２７のオンオフ状態を制御するように構成される。スイッチ部２７がオンである状態では、ペン先電極２４と手４が電気的に接続されるため、ペン先電極２４と接地端の間に上述した電流経路Ｐ２が形成される。したがってこの場合、静電ペン２のペン先チップ２１がＸ方向電極３５とＹ方向電極３６の交点に接近すると、その交点に関して受信信号処理部３１から制御部３２に供給される信号値が上述したように小さくなる。一方、スイッチ部２７がオフである状態では、ペン先電極２４が接地端から電気的に切り離されてフローティング状態となり、上述した電流経路Ｐ２は形成されない。したがってこの場合、静電ペン２のペン先チップ２１がＸ方向電極３５とＹ方向電極３６の交点に接近したとしても、その交点に関して受信信号処理部３１から制御部３２に供給される信号値が上述したように小さくなることはない。
ここで、静電ペン２によるスイッチ部２７のオンオフ制御は、位置検出装置側で検出される信号が人間が静電ペン２を操作したことに起因する信号ではないことを識別可能となる周波数を用いて行われる。具体的には、通信される信号の周波数が１２Ｈｚ以上となるようなレートでスイッチ部２７がオンオフ制御される。
ここで、１２Ｈｚ超という数値は、人間がセンサに対して上下に（鉛直方向に）静電ペン２を高速に動作させたとしても、位置検出装置側で静電ペン２が検知される回数は１秒間に１２回を超えることはない、というという知見に基づいて決定された値である。なお、後述するように、情報をマンチェスター符号により符号化して送信する場合には、０と１との並びによっては信号の周波数がスイッチのオンオフの周波数の半分の周波数となる場合が存在するので、２４Ｈｚ超えるレートでスイッチをオンオフさせる。
したがって、上記のような信号値の変化を信号値大と信号値小の２値からなる２値信号と解すると、この２値信号のうち１２Ｈｚ超の周波数成分のみに、静電ペン２の送信情報が重畳されていることになる。そこで情報抽出処理部３３は、制御部３２から供給される信号値の変化によって表される信号から１２Ｈｚ超の周波数成分のみを取り出し、取り出した周波数成分に基づいて静電ペン２が送信した情報を復調するよう構成される。
また、静電ペン２によるスイッチ部２７のオンオフ制御のレートは、タッチセンサ３のスキャンレートに対応する周波数の半分の周波数以下の周波数とすることが好ましい。例えば、センサのスキャンレートが２００Ｈｚであるタッチセンサ３を用いる場合、静電ペン２によるスイッチ部２７のオンオフ制御の周波数は１００Ｈｚ以下とすることが好ましい。こうすることで、どの様なバイナリ値の並びであったとしても信号の周波数は１００Ｈｚ以下に抑えられ、２００Ｈｚのスキャンレートをサンプリング周波数としてタッチセンサ３における情報の受信を確実に行うことが可能になる。
静電ペン２の構成について、図２及び図３を参照しながら、より詳しく説明する。図２に示すように、静電ペン２は、上述した本体２０、ペン先チップ２１、及びペン先電極２４に加え、絶縁部２２及び基板２３をさらに有して構成される。基板２３上には各種の回路が形成されており、この回路により電源部２５、制御部２６、及びスイッチ部２７が構成される。
本体２０は、上述したように導電体によって構成される。一方、ペン先チップ２１及び絶縁部２２は絶縁体によって構成される。本体２０はこれらの絶縁体を介してペン先電極２４を支持しており、したがって、本体２０とペン先電極２４とは互いに絶縁されている。また、基板２３は本体２０と電気的に接続されており、本体２０及び本体２０に触れている人体（手４）を通じて接地されている。
電源部２５は、制御部２６及びスイッチ部２７の動作に必要な電力を供給するための電源である。電源部２５として具体的には、電池を用いることが好適である。
制御部２６は、タッチセンサ３に対して送信すべき情報を生成し、生成した情報に基づいてスイッチ部２７を制御する機能部であり、図３に示すように、送信データ生成回路２６ａ、送信制御回路２６ｂ、及びスイッチ制御信号出力回路２６ｃを有して構成される。
送信データ生成回路２６ａは、タッチセンサ３に対して送信すべき情報を取得し、取得した情報に基づいて送信情報を組み立てる回路である。送信データ生成回路２６ａが取得する情報には、静電ペン２内の筆圧検出機構（図示せず）によって検出される筆圧を示す情報や、静電ペン２の側面に設けられるサイドスイッチ（図示せず）のオンオフを示す情報などが含まれ得るが、送信データ生成回路２６ａが取得する情報はこれらに限定されない。
送信制御回路２６ｂは、送信データ生成回路２６ａが生成した送信情報に基づき、スイッチ部２７のオンオフ制御を行う回路である。具体的には、送信情報に基づいて送信レベルを決定し、決定した送信レベルを示すデータをスイッチ制御信号出力回路２６ｃに送出する処理を行う。
送信制御回路２６ｂによる送信レベルの制御について、図４（ａ）（ｂ）を参照しながら詳しく説明する。図４（ａ）に示すように、送信制御回路２６ｂはまず初めに、情報送信期間であるか否かを判定する（ステップＳ１）。情報送信期間でないと判定した場合、送信制御回路２６ｂは、図４（ｂ）に示すように送信レベルを「ＯＮ」の状態とする。これにより、スイッチ部２７がオンの状態で維持され、したがってペン先電極２４と本体２０とが導通した状態が維持されるので、本実施の形態によるタッチセンサ３は、情報送信期間外にも問題なく静電ペン２の位置を検出することができる。
一方、ステップＳ１において情報送信期間であると判定した場合、送信制御回路２６ｂは、送信データ生成回路２６ａが生成した送信情報に基づいて送信レベルの制御を行う。より具体的には説明すると、送信制御回路２６ｂは、まず初めに所定のスタート信号を示すように送信レベルを制御し、次いでビット単位で送信情報に基づく送信レベルの制御を行い、送信情報を構成する全ビットについての制御が終了した後には、所定のストップ信号を示すように送信レベルを制御する。
ビット単位での送信情報に基づく送信レベルの制御は、具体的には、送信レベルの遷移と情報の内容とを対応させる方式、いわゆるマンチェスター方式によって行われる。本実施の形態においては、送信制御回路２６ｂは、送信レベルの遷移の方向のみを情報の内容とを対応させる。より具体的には、図４（ｂ）に示すように、送信レベルの下降（「ＯＮ」から「ＯＦＦ」への遷移）を送信情報「０」に対応付け、送信レベルの上昇（「ＯＦＦ」から「ＯＮ」への遷移）を送信情報「１」に対応付ける。この対応付けが逆であっても構わないのは勿論である。
スタート信号及びストップ信号はともに、図４（ｂ）に示すように、マンチェスター符号の１チップ分の送信時間を使用して送信される。本実施の形態においては、送信制御回路２６ｂは、スタート信号については送信情報「１」と同様の送信レベルの制御を行い、ストップ信号については送信レベルを「ＯＮ」に固定する制御を行う。
ここで、図５（ａ）を参照しながら、図１に示した情報抽出処理部３３における受信信号の処理について説明する。上述したように、情報抽出処理部３３には、制御部３２から受信信号の信号値が順次供給される。情報抽出処理部３３は、こうして供給される一連の信号値を監視しており、上述したスタート信号の検出を行う。具体的には、信号値の送信レベルが、所定時間一定のレベルであった後所定レベル以上上昇した場合に、スタート信号が検出されたと判定する。
スタート信号を検出した情報抽出処理部３３は、次いでデータの受信を行う（ステップＳ１１）。本実施の形態では、上記したようにマンチェスター方式による送信がなされているので、情報抽出処理部３３は、制御部３２から供給される一連の信号値に対して順次２値の閾値判定を行うことによって送信レベルの変動（上昇又は下降）を検出し、それによって静電ペン２が送信したデータ（送信データ生成回路２６ａが生成した送信情報）を受信する。
情報抽出処理部３３は、データを受信している間、上述したストップ信号の検出を繰り返し行う（ステップＳ１２）。具体的には、制御部３２から供給される一連の信号値の送信レベルが「ＯＮ」の状態のまま所定時間が経過した場合に、ストップ信号が検出されたと判定する。ストップ信号が検出された場合、情報抽出処理部３３は情報送信期間が終了したと判断し、ステップＳ１０に戻ってスタート信号の検出動作を開始する。なお、静電ペン２とタッチセンサ３の間の通信にこのようなストップ信号を用いることは必須ではないが、ストップ信号を用いることで、情報送信期間のビット長を固定しなくても、情報抽出処理部３３に情報送信期間の終了を把握させることが可能になる。したがって、静電ペン２からタッチセンサ３に対し、任意の情報量の情報を送信することが可能になる。
このように、「ＯＮ」の状態のまま保持される情報送信を行わない期間に検出される信号（情報）は、位置検出装置による位置検出に供されるのみならず、静電ペンからの情報の送信開始を示すスタートビットやストップビットを検出するために必要なアイドリング時間の信号としても利用できる。
図３に戻る。スイッチ制御信号出力回路２６ｃは、送信制御回路２６ｂから供給されるデータに基づいて、スイッチ部２７のオンオフ制御を行う信号を出力する回路である。具体的には、送信レベル「ＯＮ」に対応してハイレベルとなり、送信レベル「ＯＦＦ」に対応してローレベルとなる制御信号Ｖｓｉｇを生成し、スイッチ部２７に供給する。スイッチ制御信号出力回路２６ｃはまた、制御信号Ｖｓｉｇの反転信号／Ｖｓｉｇ又は接地電位ＧＮＤ（ローレベルの電位）をスイッチ部２７に供給する機能も有する。なお、後述する第１の実施の形態（図６及び図７）並びに第２の実施の形態（図８及び図９）では、スイッチ制御信号出力回路２６ｃからスイッチ部２７に制御信号Ｖｓｉｇ及び接地電位ＧＮＤを供給する例を説明する。一方、後述する第３の実施の形態（図１０及び図１１）では、スイッチ制御信号出力回路２６ｃからスイッチ部２７に制御信号Ｖｓｉｇ及び反転信号／Ｖｓｉｇを供給する例を説明する。
スイッチ部２７は、図３に示すように、ペン先電極２４に接続される第１の端部Ｅ１と、スイッチ制御信号出力回路２６ｃから制御信号Ｖｓｉｇの供給を受ける第２の端部Ｅ２と、スイッチ制御信号出力回路２６ｃから反転信号／Ｖｓｉｇ又は接地電位ＧＮＤの供給を受ける第３の端部Ｅ３と、陽極が第１の端部Ｅ１に接続され、陰極が第３の端部Ｅ３に接続される第１のダイオード２７ａと、第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２の間に設けられる逆流防止手段２７ｂとを有して構成される。
スイッチ制御信号出力回路２６ｃから供給される制御信号Ｖｓｉｇがハイレベルである場合、スイッチ部２７は、第２の端部Ｅ２の電位が第３の端部Ｅ３の電位より高い状態（第１の状態）となる。この場合、第１のダイオード２７ａがオンの状態となるので、第１の端部Ｅ１から第３の端部Ｅ３に電流を流すことが可能になる。つまり、スイッチ部２７がオンの状態となり、図１に示した電流経路Ｐ２が形成される。一方、スイッチ制御信号出力回路２６ｃから供給される制御信号Ｖｓｉｇがローレベルである場合、スイッチ部２７は、第２の端部Ｅ２の電位が第３の端部Ｅ３の電位以下である状態（第２の状態）となる。この場合、第１のダイオード２７ａがオフの状態となるので、第１の端部Ｅ１から第３の端部Ｅ３に電流を流すことができなくなる。つまり、スイッチ部２７がオフの状態となり、図１に示した電流経路Ｐ２が遮断された状態となる。
このように、静電ペン２においては、スイッチ制御信号出力回路２６ｃがスイッチ部２７に供給する制御信号Ｖｓｉｇの電位レベルにより、スイッチ部２７のオンオフが制御される。スイッチ部２７内においてスイッチの実体として機能しているのは第１のダイオード２７ａであり、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタのようなスイッチング素子ではない。ダイオードはＭＯＳトランジスタや一般的なバイポーラトランジスタに比べて浮遊容量が小さいため、第１のダイオード２７ａは、制御信号Ｖｓｉｇがハイレベルからローレベルに変化した後、より確実に電流経路Ｐ２を遮断することができる。したがって、静電ペン２によれば、タッチセンサ３における情報検出の精度を高めることが可能になる。
なお、第１のダイオード２７ａとしては最も基本的なダイオードであるＰＮダイオードを用いることができるが、ＰＮ間に電気抵抗の大きな半導体層を挟んでなるＰＩＮ(P-Intrinsic-N)ダイオードを用いることがより好適である。ＰＩＮダイオードは、ＰＮ間に電気抵抗の大きな半導体層が存在するために、端子間容量（ＰＮ間の接合容量）が小さいという特徴を有している。この特徴により、ＰＩＮダイオードの浮遊容量は、ＰＮダイオードよりもさらに小さなものとなる。具体的な数値を挙げると、ＰＮ間の電位差が０の状態における浮遊容量が０．５ｐＦ程度であり、最大でも０．８ｐＦ程度である。したがって、第１のダイオード２７ａとしてＰＩＮダイオードを用いることで１ｐＦ以下の低浮遊容量を実現することができるので、制御信号Ｖｓｉｇがハイレベルからローレベルに変化した後、さらに確実に第１の端部Ｅ１から流れ込む電流を遮断することが可能になり、タッチセンサ３における情報検出の精度をさらに高めることが可能になる。
逆流防止手段２７ｂは、特に第２の端部Ｅ２の電位レベルが低い場合に、第１の端部Ｅ１から第２の端部Ｅ２に電流が流れてしまうことを防止する手段である。具体的には抵抗素子やダイオードを逆流防止手段２７ｂとして利用することができるが、この点については、後述する第１～第３の実施の形態で別途詳しく説明する。
以上、本実施の形態によるタッチ式の入力システム１のうち、３つの実施の形態に共通する部分についての説明を行った。次に、３つの実施の形態それぞれについて、順次説明を行う。３つの実施の形態の違いはスイッチ制御信号出力回路２６ｃ及びスイッチ部２７の構成の違いにあるので、以下では、これらに着目して説明する。
本発明の第１の実施の形態によるスイッチ部２７は、図６に示すように、逆流防止手段２７ｂとして抵抗素子２７ｂａを有して構成される。また、第３の端部Ｅ３には、スイッチ制御信号出力回路２６ｃから接地電位ＧＮＤが供給される。なお、スイッチ制御信号出力回路２６ｃへ供給される接地電位ＧＮＤは、本体２０及び手４を通じて基板２３に供給されているものである（図２参照）。
抵抗素子２７ｂａの役割は、第１の端部Ｅ１から第２の端部Ｅ２に流れる電流（逆流）を抑制する点にある。したがって、抵抗素子２７ｂａの抵抗値は、十分に電流を抑制できる程度に大きなものとする必要がある。一方で、抵抗素子２７ｂａの抵抗値が大きすぎるとスイッチ部２７のオンオフの切り替え応答が遅くなってしまうため、抵抗素子２７ｂａの抵抗値をあまり大きくすることはできない。具体的な数値を挙げると、本実施の形態においては、逆流防止のためには抵抗素子２７ｂａを１００ｋΩ以上とする必要があり、また、切り替え応答を考慮すると抵抗素子２７ｂａは１０ＭΩ以下とする必要がある。したがって、本実施の形態においては、抵抗素子２６ｂａの抵抗値は１００ｋΩ以上１０ＭΩ以下とする必要があり、３ＭΩ程度とすることが特に好適である。
図７を参照しながら、本実施の形態によるスイッチ部２７の動作について説明する。なお、以下の説明では、図１に示したタッチセンサ３内において、送信信号処理部３０から受信信号処理部３１に対し、図示した電流経路Ｐ１（送信信号処理部３０からＸ方向電極３５－ｋ及びＹ方向電極３６－ｌを介して受信信号処理部３１に至る経路）を通じて所定の信号が送信されており、さらに、人によって保持された静電ペン２のペン先電極２４がＸ方向電極３５－ｋとＹ方向電極３６－ｌの交点に接近している状態を前提とする。
制御信号Ｖｓｉｇがハイレベルである場合、図７（ａ）に示すように、第１のダイオード２７ａがオンの状態となる。その結果、ペン先電極２４と接地端の間に電流経路Ｐ２が形成される。電流経路Ｐ２は、ペン先電極２４とタッチセンサ３のセンサ面との間に形成される静電容量Ｄを介して電流経路Ｐ１と結合するので、送信信号処理部３０から受信信号処理部３１に流れる電流の一部が電流経路Ｐ２を介して接地端に流出することになる。これにより、受信信号処理部３１内のアナログデジタルコンバータによって検出される信号値が相対的に減少し、図１に示した情報抽出処理部３３は、この減少から受信信号Ｓｉｇの値「ＯＮ」を得ることになる。
一方、制御信号Ｖｓｉｇがローレベルである場合、図７（ｂ）に示すように、第１のダイオード２７ａがオフの状態となる。その結果、図７（ａ）の場合のような第１の端部Ｅ１から第３の端部に流れる電流経路Ｐ２は形成されないので、送信信号処理部３０から受信信号処理部３１に流れる電流は、すべて受信信号処理部３１に流入することになる。これにより、受信信号処理部３１内のアナログデジタルコンバータによって検出される信号値が相対的に増大し、図１に示した情報抽出処理部３３は、この増大から受信信号Ｓｉｇの値「ＯＦＦ」を得ることになる。
ここで、第１の端部Ｅ１から第２の端部Ｅ２に流れる電流経路Ｐ２を考える。仮にこの電流経路Ｐ２に電流が流れると、その分受信信号処理部３１に流入する電流が減少してしまうことになる。しかし、本実施の形態では、第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２の間に大きな抵抗値を有する抵抗素子２７ｂａを設けていることから、第１の端部Ｅ１から第２の端部Ｅ２の方向へ分岐する経路に電流はほとんど流れない。したがって、第１のダイオード２７ａをオフの状態にしたときに、受信信号処理部３１に流入する電流が減少しＳｉｇの値を「ＯＮ」と誤って検出してしまうことはない。
以上説明したように、本実施の形態による入力システム１によれば、スイッチ制御信号出力回路２６ｃが送信情報に応じて制御信号Ｖｓｉｇの電位レベルを制御することにより、情報抽出処理部３３に送信情報を受信させることができる。そして、スイッチ部２７内においてスイッチの実体として機能しているのが浮遊容量の小さいダイオードである第１のダイオード２７ａであることから、制御信号Ｖｓｉｇがハイレベルからローレベルに変化した後、確実に電流経路Ｐ２を遮断することができる。したがって、タッチセンサ３における情報検出の精度を高めることが可能になる。
また、逆流防止手段２７ｂとしての抵抗素子２７ｂａを設けていることから、特に制御信号Ｖｓｉｇがローレベルである場合に、第１の端部Ｅ１から第２の端部Ｅ２に電流が流れる（逆流する）ことも防止することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態による入力システム１は、図８に示すように、逆流防止手段２７ｂが直列に接続された抵抗素子２７ｂａ及び第２のダイオード２７ｂｂによって構成される点で第１の実施の形態による入力システム１と異なり、その他の点では第１の実施の形態による入力システム１と同様である。本実施の形態は、第２のダイオード２７ｂｂを追加したことで第１の実施の形態に比べて抵抗素子２７ｂａの抵抗値を小さくすることを実現し、それによってスイッチ部２７のオンオフの切り替え応答の高速化を実現するものである。以下、第１の実施の形態による入力システム１との相違点に着目して説明する。
抵抗素子２７ｂａ及び第２のダイオード２７ｂｂは、第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２の間にこの順で直列に接続される。すなわち、抵抗素子２７ｂａの一端が第１の端部Ｅ１に接続され、抵抗素子２７ｂａの他端と第２のダイオード２７ｂｂの陽極とが互いに接続され、第２のダイオード２７ｂｂの陰極が第１の端部Ｅ１に接続される。
第１の実施の形態で説明したように、抵抗素子２７ｂａの抵抗値は、十分に電流を抑制できる程度に大きなものとする必要がある一方、大きすぎるとスイッチ部２７のオンオフの切り替え応答を遅くしてしまう。つまり、切り替え応答の速さと逆流防止効果とはトレードオフの関係にある。本実施の形態によれば、陰極が第１の端部Ｅ１に接続された第２のダイオード２７ｂｂを抵抗素子２７ｂａと直列に設けていることから、オフであることを条件として、第２のダイオード２７ｂｂが第１の端部Ｅ１から第２の端部Ｅ２に電流が流れることを防止する役割を果たす。したがって、抵抗素子２７ｂａの抵抗値が小さくても十分な逆流防止効果を得ることができるので、切り替え応答を高速化することが可能になる。
図９を参照しながら、本実施の形態によるスイッチ部２７の動作について説明する。図９の前提は、図７の場合と同様とする。
制御信号Ｖｓｉｇがハイレベルである場合、図９（ａ）に示すように、第１のダイオード２７ａ及び第２のダイオード２７ｂｂがともにオンの状態となる。その結果、ペン先電極２４と接地端の間に電流経路Ｐ２が形成される。電流経路Ｐ２が形成されることによる効果は、図７を参照して説明した第１の実施の形態の場合と同様である。なお、この場合、第２のダイオード２７ｂｂがオンとなるため、図９（ａ）に示すように第１の端部Ｅ１から第２の端部Ｅ２への電流も流れるが、この電流が流れたとしても、受信信号処理部３１内のアナログデジタルコンバータによって検出される信号値が減少することに変わりはない。
一方、制御信号Ｖｓｉｇがローレベルである場合、図９（ｂ）に示すように、第１のダイオード２７ａ及び第２のダイオード２７ｂｂがともにオフの状態となる。その結果、図９（ａ）の場合のような電流経路Ｐ２は形成されないのはもちろん、第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２を結ぶ電流経路も形成されなくなる。これにより、受信信号処理部３１に流入する電流の一部が静電ペン２側に流入してしまう（リークしてしまう）ことが確実に防止されるので、図１に示した情報抽出処理部３３は、より確実に受信信号Ｓｉｇの値「ＯＦＦ」を得ることが可能になる。
以上説明したように、本実施の形態による入力システム１によれば、第１の実施の形態と同様の効果に加え、制御信号Ｖｓｉｇがローレベルである場合に、第１の端部Ｅ１から第２の端部Ｅ２に電流が流れる（逆流する）ことがより確実に防止される、というさらなる効果を得ることができる。また、第２のダイオード２７ｂｂを設けたことで抵抗素子２７ｂａの抵抗値を小さくする（例えば１ｋΩ～１００ｋΩとする）ことが可能になるので、第１の実施の形態に比べて、スイッチ部２７のオンオフの切り替え応答を高速化することが可能になる。
なお、第１のダイオード２７ａと同様、第２のダイオード２７ｂｂとしても最も基本的なダイオードであるＰＮダイオードを用いることができる一方で、上述したＰＩＮダイオードを用いることがより好適である。こうすることで、制御信号Ｖｓｉｇがハイレベルからローレベルに変化した後、より確実に第１の端部Ｅ１から静電ペン２に流れ込む電流を遮断することが可能になる。
次に、本発明の第３の実施の形態による入力システム１は、図１０に示すように、スイッチ制御信号出力回路２６ｃから第３の端部Ｅ３に制御信号Ｖｓｉｇの反転信号／Ｖｓｉｇが供給される点で第２の実施の形態による入力システム１と異なり、その他の点では第２の実施の形態による入力システム１と同様である。以下では、第２の実施の形態による入力システム１との相違点に着目して説明する。
第３の端部Ｅ３に反転信号／Ｖｓｉｇが供給されることで、図１１（ｂ）に示すように、制御信号Ｖｓｉｇがローレベルである場合の第１のダイオード２７ａ及び第２のダイオード２７ｂｂは、それぞれの陰極の電位がそれぞれの陽極より高い逆バイアス状態となる。ダイオードは一般に、図１２の特性曲線Ａに示されるように、逆方向電圧が大きいほど端子間容量が小さくなるという性質を有している。この性質のため、上記のような逆バイアス状態におけるダイオードの端子間容量は、通常、陰極の電位と陽極の電位が同じである場合に比べて小さくなる。したがって、本実施の形態による入力システム１によれば、第２の実施の形態に比べてより確実に、第１の端部Ｅ１から静電ペン２に流れ込む電流を遮断することが可能になる。別の見方をすると、本実施の形態による入力システム１によれば、第１のダイオード２７ａと第２のダイオード２７ｂｂとしてＰＩＮダイオードでなくＰＮダイオードを用いたとしても、より確実に第１の端部Ｅ１から静電ペン２に流れ込む電流を遮断することが可能になる、とも言える。
本実施の形態による入力システム１は他にも、静電ペン２からタッチセンサ３への情報の送信に多値変調を用いることができる、という効果を有する。以下、多値変調を用いる場合について、本実施の形態の一変形例として詳しく説明する。
本変形例による入力システム１では、制御信号Ｖｓｉｇの電位レベルを、第１のダイオード２７ａの両端間電圧が正方向電圧とならない領域（非正領域）において２段階以上に制御することにより、多値変調を実現する。例えば、制御信号Ｖｓｉｇの電位レベルを１Ｖ，２Ｖの２段階に制御することとすれば、第２の端部Ｅ２と第３の端部Ｅ３の間に＋２－（－２）＝４Ｖ，＋１－（－１）＝２Ｖ，－１－（＋１）＝－２Ｖ，－２－（＋２）＝－４Ｖの４段階の電位差を印加することができ、このうち－２Ｖ，－４Ｖについては第１のダイオード２７ａの非正領域内の電位差となる。本変形例によるスイッチ制御信号出力回路２６ｃは、これら非正領域内にある－２Ｖ，－４Ｖと、非正領域内にない電位差のうちのひとつ（この場合は４Ｖ又は２Ｖ）とを利用することにより、多値変調を実現する。
ここで再び図１２の特性曲線Ａを参照すると、ダイオードの端子間容量には、逆方向電圧に対して単調に減少するという性質がある。したがって、上記のように第１のダイオード２７ａに印加する逆方向電圧を段階的に制御することで、制御信号Ｖｓｉｇがローレベルに変化した後に第１の端部Ｅ１から静電ペン２に流れ込む電流を段階的に制御することが可能となる。本変形例による送信制御回路２６ｂ（図１０を参照）は、これを利用してデータの送信レベルを複数段階に制御することにより、多値変調によるデータの変調を実現する。以下、図４（ｃ）及び図５（ｃ）を参照しながら、本変形例におけるデータ送受信の手順について具体的に説明する。
本変形例による送信制御回路２６ｂは、図４（ｃ）に示すように、データの送信レベルとして「ＯＮ」「ＯＦＦ２」「ＯＦＦ１」の３つのレベルを利用する。送信レベルの「ＯＮ」は、スイッチ部２７がオンである状態に対応している。一方、送信レベル「ＯＦＦ２」「ＯＦＦ１」は、いずれもスイッチ部２７がオフである状態に対応する一方、それぞれ第１のダイオード２７ａの両端に印加される電圧が互いに異なっている。図４（ｃ）では、送信レベル「ＯＦＦ２」「ＯＦＦ１」の順で、第１のダイオード２７ａの両端に印加される逆方向電圧が大きくなるものとしている。
そして本変形例による送信制御回路２６ｂは、送信レベルの遷移の方向及び該遷移の大きさの組み合わせと、送信情報の内容とを対応させる方式に基づいて、送信レベルの制御を行うように構成される。具体的には、図４（ｃ）に示すように、送信レベルの「ＯＮ」から「ＯＦＦ１」への下降を送信情報「００」に対応付け、送信レベルの「ＯＮ」から「ＯＦＦ２」への下降を送信情報「０１」に対応付け、送信レベルの「ＯＦＦ１」から「ＯＮ」への上昇を送信情報「１０」に対応付け、送信レベルの「ＯＦＦ２」から「ＯＮ」への上昇を送信情報「１０」に対応付ける。スタート信号及びストップ信号については、図４（ｃ）に示すように、スタート信号については送信情報「１０」と同様の送信レベルの制御を行い、ストップ信号については送信レベルを「ＯＮ」に固定する制御を行う。これにより、多値変調によるデータの送信が実現される。なお、上記の送信レベル制御では、送信レベルの「ＯＦＦ１」から「ＯＦＦ２」への上昇、及び、送信レベルの「ＯＦＦ２」から「ＯＦＦ１」への下降を送信情報に対応付けていないが、位置検出に問題が生じない限りにおいては、これらについても送信情報に対応付けてよいのは勿論である。
こうして多値変調を用いて送信されたデータの受信側である情報抽出処理部３３（図１を参照）は、図５（ｂ）に示すように、中間レベルも利用してデータの受信を行う。すなわち、上述した実施の形態による情報抽出処理部３３は、制御部３２から供給される一連の信号値に対して順次２値の閾値判定を行うことにより、静電ペン２が送信したデータを受信していたが、本変形例による情報抽出処理部３３は、制御部３２から供給される一連の信号値に対して順次多値（図４（ｃ）の例では３値）の閾値判定を行うことにより、静電ペン２が送信したデータを受信する。これにより、多値変調によるデータの受信が実現される。
以上説明したように、本変形例による入力システム１によれば、制御信号Ｖｓｉｇと反転信号／Ｖｓｉｇの電位差を複数段階で制御することを通じて、第１の端部Ｅ１から第３の端部Ｅ３に流れる電流を複数段階に制御することが可能になるので、静電ペン２からタッチセンサ３への情報の送信に多値変調を用いることが可能になる。したがって、２値変調を用いる場合に比べ、多くの情報を送信することが可能になる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、本発明にかかる静電ペンをクロスポイント型の相互容量方式のタッチセンサとともに利用した場合について説明したが、本発明にかかる静電ペンは、静電容量の変化を検出する静電容量方式の様々なタイプのセンサとともに利用可能である。例えば、表面型の静電容量方式のセンサや投影型の静電容量方式の他のタイプ（自己容量方式など）のセンサとともに利用可能である。
１ 入力システム
２ 静電ペン
３ タッチセンサ
４ 手
２０ 本体
２１ ペン先チップ
２２ 絶縁部
２３ 基板
２４ ペン先電極
２５ 電源部
２６ 制御部
２６ａ 送信データ生成回路
２６ｂ 送信制御回路
２６ｃ スイッチ制御信号出力回路
２７ スイッチ部
２７ａ 第１のダイオード
２７ｂ 逆流防止手段
２７ｂａ 抵抗素子
２７ｂｂ 第２のダイオード
３０ 送信信号処理部
３１ 受信信号処理部
３２ 制御部
３３ 情報抽出処理部
３５ Ｘ方向電極
３６ Ｙ方向電極
Ｅ１～Ｅ３ 第１～第３の端部
Ｐ１，Ｐ２ 電流経路
２ 静電ペン
３ タッチセンサ
４ 手
２０ 本体
２１ ペン先チップ
２２ 絶縁部
２３ 基板
２４ ペン先電極
２５ 電源部
２６ 制御部
２６ａ 送信データ生成回路
２６ｂ 送信制御回路
２６ｃ スイッチ制御信号出力回路
２７ スイッチ部
２７ａ 第１のダイオード
２７ｂ 逆流防止手段
２７ｂａ 抵抗素子
２７ｂｂ 第２のダイオード
３０ 送信信号処理部
３１ 受信信号処理部
３２ 制御部
３３ 情報抽出処理部
３５ Ｘ方向電極
３６ Ｙ方向電極
Ｅ１～Ｅ３ 第１～第３の端部
Ｐ１，Ｐ２ 電流経路
Claims (25)
- 第１乃至第３の端部を有するスイッチ部と、
前記第１の端部に接続されるペン先電極と、
前記第２及び第３の端部のそれぞれに電位を供給することにより、前記第２の端部の電位が前記第３の端部の電位より高い第１の状態と、前記第２の端部の電位が前記第３の端部の電位以下である第２の状態とを切り替える制御部とを備え、
前記スイッチ部は、陽極が前記第１の端部に接続され、陰極が前記第３の端部に接続された第１のダイオードを有する
ことを特徴とする静電ペン。 - 前記スイッチ部は、前記第１の端部と前記第２の端部の間に設けられ、前記第１の端部と前記第２の端部の間に流れる電流を妨げる逆流防止手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の静電ペン。 - 前記逆流防止手段は抵抗素子である
ことを特徴とする請求項２に記載の静電ペン。 - 前記逆流防止手段は、
陽極が前記抵抗素子の他端に接続され、陰極が前記第１の端部に接続された第２のダイオードを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記第２の端部に制御信号を供給するように構成される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電ペン。 - 前記制御信号は、ハイレベルとローレベルのいずれかの値を取る２値信号である
ことを特徴とする請求項５に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記第３の端部に前記制御信号の反転信号を供給するように構成される
ことを特徴とする請求項５に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記制御信号と前記反転信号の電位差を２段階以上に制御するよう構成される
ことを特徴とする請求項７に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記制御信号と前記反転信号の電位差を前記第１のダイオードの非正領域において２段階以上に制御するよう構成される
ことを特徴とする請求項８に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記第３の端部を接地するように構成される
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の静電ペン。 - 導電体によって構成され、絶縁体を介して前記ペン先電極を支持する本体をさらに備え、
前記第３の端部は、前記本体に接触している人体を通じて接地される
ことを特徴とする請求項１０に記載の静電ペン。 - 前記第１のダイオードは、ＰＩＮダイオードである
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の静電ペン。 - 前記第１のダイオードは、ＰＮダイオードである
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の静電ペン。 - 前記静電ペンは、前記ペン先電極と静電結合可能に構成された静電容量方式のセンサとともに用いられる静電ペンであり、
前記制御部は、前記静電ペンから前記センサに対して送信する情報に基づいて、前記第１の状態と前記第２の状態の切り替えを行う
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記センサに対して情報を送信しない場合、前記第１の状態を維持する
ことを特徴とする請求項１４に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記制御部による状態の切り替えによって生ずる送信レベルの遷移と、前記情報の内容とを対応させる方式に基づいて、前記情報の送信を行う
ことを特徴とする請求項１４に記載の静電ペン。 - 静電容量方式のセンサを備えた電子機器とともに用いられる静電ペンであって、
ペン先電極と、
接地部と、
一端が前記ペン先電極に接続され、他端が前記接地部に接続されたスイッチ部と、
前記スイッチ部のオンオフを制御することにより、前記電子機器に対して情報を送信可能に構成された制御部とを備え、
前記制御部は、前記電子機器に対して情報を送信しない場合、前記スイッチ部をオンの状態とすることにより前記ペン先電極と前記接地部とが導通した状態とする
ことを特徴とする静電ペン。 - 前記制御部は、前記情報を送信する前または後の所定の時間、前記スイッチ部をオンの状態とする
ことを特徴とする請求項１７に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、１２Ｈｚ以上の信号が生成されるレートで前記スイッチ部のオンオフを制御することにより、前記情報の送信を行う
ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記センサのスキャンレートに対応する周波数の半分の周波数以下の周波数で前記スイッチ部のオンオフを制御することにより、前記情報の送信を行う
ことを特徴とする請求項１９に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記スイッチ部のオンオフによって生ずる送信レベルの遷移の方向と、前記情報の内容とを対応させる方式に基づいて、前記情報の送信を行う
ことを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の静電ペン。 - 前記レートは２４Ｈｚであり、前記センサのスキャンレートに対応する周波数の半分の周波数は１００Ｈｚである
ことを特徴とする請求項２１に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記送信レベルの遷移の方向及び該遷移の大きさの組み合わせと、前記情報の内容とを対応させる方式に基づいて、前記情報の送信を行う
ことを特徴とする請求項２１に記載の静電ペン。 - 前記制御部は、前記情報の送信を開始する前に所定のスタート信号を送信し、前記情報の送信を終了した後に所定のストップ信号を送信するよう構成される
ことを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか一項に記載の静電ペン。 - 静電容量方式のセンサを備えた電子機器とともに用いられる静電ペンであって、
ペン先電極と、
接地部と、
一端が前記ペン先電極に接続され、他端が前記接地部に接続されたスイッチ部と、
前記スイッチ部のオンオフを制御することにより、前記電子機器に対して情報を送信可能に構成された制御部とを備え、
前記制御部は、前記スイッチ部のオンオフによって生ずる送信レベルの遷移の方向と、前記情報の内容とを対応させる方式に基づいて、前記情報の送信を行う
ことを特徴とする静電ペン。
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