(57)【要約】      （修正有）【課題】筆記文具と同様の使い勝手で位置指示器を扱える座標入力システムを提供する。【解決手段】位置指示器（電子ペン２０）は、芯体２８の先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、位置検出装置１０との間で、指示された座標を検出するための第１のインタラクション部とを備える。位置検出装置は、静電結合方式の接触検出センサ１２と、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触したことを検出する接触検出回路と、位置指示器との間で信号のインタラクションを行うための第２のインタラクション部と、筆圧値出力回路とを備える。筆圧値出力回路は、位置指示器の導電性を有する芯体の接触が接触検出回路で検出されたときに所定の初期筆圧値を出力し、位置指示器の圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、受信した圧力が圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。【選択図】図１
2020177503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指示器と、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出する位置検出装置とからなる座標入力システムであって、
前記位置指示器は、
筒状の筐体と、
前記筒状の筐体の一方の開口から先端部が突出する芯体と、
前記芯体の前記先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、
前記位置検出装置との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行う第１のインタラクション部と、
を備え、
前記位置検出装置は、
静電結合方式の接触検出センサと、
前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記位置検出装置の入力面に接触したことを前記接触検出センサを通じて検出する接触検出回路と、
前記位置指示器との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行うための第２のインタラクション部と、
前記位置指示器に印加されている筆圧値の情報を生成して出力する筆圧値出力回路と、
を備え、
前記筆圧値出力回路は、
前記位置指示器の前記導電性を有する芯体の接触が前記接触検出回路で検出されたときに、所定の初期筆圧値を出力し、前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、前記受信した圧力が前記圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、前記圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する
ことを特徴とする座標入力システム。
【請求項２】
前記位置指示器の前記筒状の筐体は、少なくとも使用者が把持する部分に導体部を備え、前記芯体は導電性を有していると共に、前記筐体の導体部に電気的に接続されており、
前記接触検出回路は、前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記入力面に接触したことを、前記接触検出センサから送出される交流電界エネルギーが前記位置指示器及び使用者の人体を通じて大地に流れることで前記接触検出センサの導体に誘導されるエネルギーの変化を検出することで検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項３】
前記位置検出装置は、前記第１のインタラクション部と前記第２のインタラクション部との間での信号のインタラクションにより、前記位置指示器の前記芯体の先端が、前記入力面とは非接触であるホバー状態での位置を検出したときに、検出した前記ホバー状態での位置及びその周辺の領域において、前記接触検出回路による前記位置指示器の前記芯体の先端の接触を検知するようにする
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項４】
前記所定の初期筆圧値は、前記圧力検出部で検出可能な最小圧力に応じた筆圧値以下の値とされている
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項５】
前記接触検出回路で前記位置指示器の前記芯体の前記先端の接触を検出している状態において、前記位置指示器から、前記圧力検出部で検出可能な最小圧力が送られてくるまでは、前記初期筆圧値を出力する状態を維持する
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項６】
前記第１のインタラクション部は、コイルとコンデンサとからなる共振回路を備え、
前記第２のインタラクション部は、複数個のループコイルを備える電磁誘導方式の位置検出センサを備え、
前記接触検出センサと前記位置検出センサとは、前記入力面に直交する方向に重ねられて設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項７】
前記接触検出センサは、表示デバイスの表面側に設けられ、前記位置検出センサは、前記表示デバイスの裏側に設けれている
ことを特徴とする請求項６に記載の座標入力システム。
【請求項８】
前記接触検出センサは、静電結合方式の位置検出センサで構成されており、
前記第１のインタラクション部は、導電性の前記芯体を通じて信号を送出する信号発信回路を備え、
前記第２のインタラクション部は、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記信号発信回路からの前記信号を検出することで、前記位置指示器の芯体の先端部で指示された位置を検出する指示位置検出回路を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項９】
前記位置検出装置は、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記芯体の前記先端の前記入力面に対する接触を検出する前記接触検出回路と、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記芯体の前記先端により指示された位置を検出する前記指示位置検出回路とを、時分割で動作させるようにする
ことを特徴とする請求項８に記載の座標入力システム。
【請求項１０】
前記位置指示器の前記筒状の筐体は、少なくとも使用者が把持する部分に導体部を備えると共に、前記導電性の前記芯体とスイッチ回路を通じて前記筐体の導体部に電気的に接続されており、
前記スイッチ回路は、前記位置検出装置からの信号に基づいて、前記接触検出回路と前記指示位置検出回路との時分割動作に対応して、オンオフ制御され、
前記接触検出回路は、前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記入力面に接触したことを、前記静電結合方式の位置検出センサから送出される交流電界エネルギーが前記位置指示器及び使用者の人体を通じて大地に流れることで前記静電結合方式の位置検出センサの導体に誘導されるエネルギーの変化を検出することで検出する
ことを特徴とする請求項９に記載の座標入力システム。
【請求項１１】
前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された前記圧力の情報は、前記第１のインタラクション部を通じて前記位置検出装置に送信される
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項１２】
前記位置指示器及び前記位置検出装置は、互いに無線通信するための無線通信部をそれぞれ備えており
前記位置指示器の前記圧力検出部からの前記圧力の情報は、前記無線通信部を通じて前記位置検出装置に送信される
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項１３】
前記圧力検出部は、前記芯体の先端部に印加される圧力による前記芯体の軸心方向への変位に応じた電気的変化を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項１４】
筒状の筐体の一方の開口から先端部が突出する芯体の前記先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部を備える位置指示器と共に使用される位置検出装置であって、
静電結合方式の接触検出センサと、
前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記位置検出装置の入力面に接触したことを前記接触検出センサを通じて検出する接触検出回路と、
前記位置指示器との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行うためのインタラクション部と、
前記位置指示器に印加されている筆圧値の情報を生成して出力する筆圧値出力回路と、
を備え、
前記筆圧値出力回路は、
前記位置指示器の前記導電性を有する芯体の接触が前記接触検出回路で検出されたときに、所定の初期筆圧値を出力し、前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、前記受信した圧力が前記圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、前記圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項１５】
前記接触検出回路は、前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記入力面に接触したことを、前記接触検出センサから送出される交流電界エネルギーが前記位置指示器及び使用者の人体を通じて大地に流れることで前記接触検出センサの導体に誘導されるエネルギーの変化を検出することで検出する
ことを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項１６】
前記インタラクション部と前記位置指示器との間での信号のインタラクションにより、前記位置指示器の前記芯体の先端が、前記入力面とは非接触であるホバー状態を検出するホバー状態検出回路を備え、
前記ホバー状態での前記位置指示器の位置を検出したときに、検出した前記ホバー状態での前記位置指示器の位置及びその周辺の領域において、前記接触検出回路による前記位置指示器の前記芯体の先端の接触を検知するようにする
ことを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項１７】
前記インタラクション部は、前記位置指示器と電磁誘導結合することで、前記位置指示器と信号のやり取りをするものであって、複数個のループコイルを備える位置検出センサを備え、
前記接触検出センサと前記位置検出センサとは、前記入力面に直交する方向に重ねられて設けられている
ことを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項１８】
前記接触検出センサは、静電結合方式の位置検出センサで構成されており、
前記インタラクション部は、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記信号発信回路からの前記信号を検出することで、前記位置指示器の芯体の先端部で指示された位置を検出する指示位置検出回路を備える
ことを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項１９】
前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記芯体の前記先端の前記入力面に対する接触を検出する前記接触検出回路と、前記静電結合方式の位置検出センサを通じて前記位置指示器の前記芯体の前記先端により指示された位置を検出する前記指示位置検出回路とを、時分割で動作させるようにする
ことを特徴とする請求項１８に記載の位置検出装置。
【請求項２０】
前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された前記圧力の情報は、前記インタラクション部を通じて受信する
ことを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項２１】
前記位置指示器と無線通信するための無線通信部を備えており
前記位置指示器の前記圧力検出部からの前記圧力の情報は、前記無線通信部を通じて受信する
ことを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項２２】
筒状の筐体と、
前記筒状の筐体の一方の開口から先端部が突出する芯体と、
前記芯体の前記先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、
前記位置検出装置との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行うインタラクション部と、
を備え、
前記インタラクション部は、コイルとコンデンサとからなる共振回路を備え、
前記位置指示器の前記筒状の筐体は、少なくとも使用者が把持する部分に導体部を備え、前記芯体は導電性を有していると共に前記筐体の導体部に電気的に接続されている
ことを特徴とする位置指示器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧力検出機能を有する位置指示器と位置検出装置とからなる座標入力システムに関する。また、この発明は、座標入力システムを構成する位置検出装置並びに位置指示器に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置検出センサを備える位置検出装置と、電子ペンと呼ばれるペン型の位置指示器とからなる座標入力システムは、位置検出センサと位置指示器との間での結合方式の違いにより、例えば電磁結合方式や静電結合方式など、種々の方式のものがある。
【０００３】
この種の座標入力システムに用いられるペン型の位置指示器は、一般に、芯体の先端部（ペン先）に印加された圧力（筆圧）を検出して、位置検出装置に伝達する機能を備えるように構成されている。この場合に、位置指示器では、芯体に印加される圧力を検出するために、芯体の先端部を位置指示器の筐体の開口から突出させると共に、芯体を、筐体に対して、その軸心方向に移動可能となるようにしている。そして、芯体の先端部とは反対側には圧力検出部を設けて、この圧力検出部において、先端部に印加される圧力に応じた芯体の軸心方向の変位を、静電容量の変化、インダクタンス値の変化、抵抗変化などの電気的な変化として検出するように構成されている。
【０００４】
静電容量の変化として検出する圧力検出部は、誘電体と導電性弾性部材との接触面積が印加される圧力に応じて変化することにより静電容量が変化する構成（例えば特許文献１（特開２０１６−１２６５０３号公報）参照）や、誘電体である空気層を介して互いに対向する２個の電極間の距離が印加される圧力に応じて変化する半導体デバイスからなるもの（例えば特許文献２（特開２０１３−１６１３０７号公報）参照）などが知れられている。
【０００５】
また、印加される圧力に応じて芯体が軸心方向に変位するのをインダクタンス値の変化として検出する圧力検出部も知られている（例えば特許文献３（例えば特開２０１７−２１６００２号公報）参照）。さらに、芯体が印加される圧力に応じて軸心方向に変位するのを抵抗値の変化として検出する圧力検出部は、ひずみゲージを用いるものが知られている（例えば特許文献４（特開２０１９−０１６０３８号公報）参照）。
【０００６】
位置指示器では、芯体の先端部が位置検出センサの入力面に接触させられ、位置指示器の芯体の先端部が入力面に対して押し付られることにより、芯体の先端部に圧力が印加される。圧力検出部は、この芯体の先端部に印加される圧力を検出する。そして、座標入力システムでは、位置検出装置が、位置指示器の圧力検出部で検出された圧力に応じた情報を受信して、位置指示器の芯体の先端部に印加されている筆圧値の情報として出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１２６５０３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６１３０７号公報
【特許文献３】特開２０１７−２１６００２号公報
【特許文献４】特開２０１９−０１６０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近は、位置指示器が、紙に筆記跡を形成する鉛筆などの筆記文具の代用として用いられるようになってきている。この場合に、位置指示器について、鉛筆などの筆記文具と同様の使い勝手を求めると、例えば、紙と鉛筆との関係においては鉛筆が紙に触れたと同時に筆記跡が残るので、位置指示器が位置検出装置の入力面に触れたと同時に位置指示器の芯体の先端部に印加される圧力が検出され、当該位置指示器による指示入力位置の電子データが入力できるようにすることが望ましい。
【０００９】
すなわち、上述した鉛筆で紙に書く場合と同様に位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触して筆記入力がなされる操作がなされる場合には、圧力検出部は、理想的には、芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触した状態（ほぼ圧力（荷重）は零（０グラム））のときに、所定の圧力を検出することができることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１〜４のいずれの圧力検出部も、位置指示器の芯体の先端部が入力面に対して押し付られることにより芯体が軸心方向に変位することで発生する反力（圧力）を検出する構造となっている。このため、従来の圧力検出部では、印加された圧力の検出が可能となるときの初期荷重（以下ＯＮ荷重という）が０グラムではなく、所定の大きさの荷重、例えば５グラム以上が必要となっている。
【００１１】
位置指示器の圧力検出部で、ＯＮ荷重を０グラムとしないのは、次のようなことも考慮されている。すなわち、例えば寝ながら位置指示器の芯体の先端部を上に向けて、タブレット装置などの入力装置に対して筆記入力をするような場合を考慮すると、ＯＮ荷重が０グラムとなっている場合には、位置指示器の芯体や圧力伝達部材などの自重により、位置指示器の芯体の先端部が入力面に接触していないのにも拘わらず、圧力検出部で所定の圧力が検出されてしまう。このため、従来の圧力検出部では、ＯＮ荷重は０グラムとせずに、位置指示器の芯体の先端部が入力面に対して押し付られて、例えば５グラム以上の所定の荷重が印加されたときに、圧力を検出するように構成されている。
【００１２】
したがって、上述のような圧力検出部を備える位置指示器では、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に触れたと同時に位置指示器の芯体の先端部に印加される圧力を検出する構成とはなっていないため、位置指示器の芯体の先端部が入力面に接触してから、例えば５グラム以上の所定の荷重が印加されるまでは、位置検出装置では、位置指示器による筆記入力を有効な入力として取り扱われない構成とはなってしまうという問題がある。
【００１３】
また、位置指示器が、位置検出装置の入力面に対して垂直ではなく、傾いている状態では、位置指示器の芯体の先端部に加わる圧力は、傾きに応じた、入力面に対して垂直な方向の小さい力成分のみが圧力検出部で検出される。したがって、位置指示器が位置検出装置の入力面に対して傾いた状態となっているときに、圧力検出部で検出できる圧力が小さくなるので、例えば位置指示器が入力面に対して垂直な状態では、例えば５グラムの荷重を印加することで圧力検出部で圧力が検出されるが、傾いている場合には、さらに大きな荷重を印加しないと圧力検出部で圧力が検出されず、位置指示器の芯体の先端部が入力面に接触してから、筆記入力が有効に取り扱われるまでに、更に時間がかかるという問題もある。
【００１４】
このため、上述のような圧力検出部を備える位置指示器を用いる座標入力システムでは、位置指示器と位置検出装置との間での操作状況を、筆記文具で用紙に筆記する場合と同様な使い勝手の良い操作状況とすることが困難であった。
【００１５】
この発明は、以上の問題点を解決することができるようにした座標入力システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、
位置指示器と、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出する位置検出装置とからなる座標入力システムであって、
前記位置指示器は、
筒状の筐体と、
前記筒状の筐体の一方の開口から先端部が突出する芯体と、
前記芯体の前記先端部に印加される圧力を検出する圧力検出部と、
前記位置検出装置との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行う第１のインタラクション部と、
を備え、
前記位置検出装置は、
静電結合方式の接触検出センサと、
前記位置指示器の前記芯体の前記先端部が前記位置検出装置の入力面に接触したことを前記接触検出センサを通じて検出する接触検出回路と、
前記位置指示器との間で、前記位置指示器により指示された位置の座標を検出するための信号のインタラクションを行うための第２のインタラクション部と、
前記位置指示器に印加されている筆圧値の情報を生成して出力する筆圧値出力回路と、
を備え、
前記筆圧値出力回路は、
前記位置指示器の前記導電性を有する芯体の接触が前記接触検出回路で検出されたときに、所定の初期筆圧値を出力し、前記位置指示器の前記圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、前記受信した圧力が前記圧力検出部で検出可能な最小圧力以上となったときには、前記圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する
ことを特徴とする座標入力システムを提供する。
【００１７】
上述の構成の座標入力システムにおいては、位置検出装置は、静電結合方式の接触検出センサを備えると共に、記位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触したことを接触検出センサを通じて検出する接触検出回路と、位置指示器に印加されている筆圧値の情報を生成して出力する筆圧値出力回路とを備えている。
【００１８】
位置検出装置の筆圧値出力回路は、位置指示器の導電性を有する芯体の接触が接触検出回路で検出されたときに、所定の初期筆圧値を出力する。そして、筆圧値出力回路は、位置指示器の圧力検出部で検出された圧力の情報を受信して、受信した圧力が圧力検出部で検出可能な所定圧力以上となったときには、圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。
【００１９】
したがって、上述の構成の座標入力システムにおいては、位置検出装置の筆圧値出力回路は、位置指示器の圧力検出部で、芯体の先端部に印加される圧力が可能になる前に、接触検出回路で、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触されたことが検出されると、所定の初期筆圧値を出力し始める。そして、その後、位置指示器の圧力検出部で芯体の先端部に印加される圧力が可能になると、その検出された圧力の情報が位置指示器から位置検出装置に送られてくるので、位置検出装置の筆圧値出力回路は、その圧力検出部で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。
【００２０】
以上のことから、上述の構成の座標入力システムによれば、ＯＮ荷重が０ではない圧力検出部を備える位置指示器を用いたとしても、位置検出装置の筆圧値出力回路は、あたかも、位置指示器の芯体の先端部に、０グラムをＯＮ荷重とするような筆圧値を出力するように動作する。このため、上述の構成の座標入力システムによれば、筆記文具と同様の使い勝手で位置指示器を扱うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明による座標入力システムの第１の実施形態の主として位置検出装置の構成を説明するための図である。
【図２】この発明による座標入力システムの第１の実施形態で用いる位置指示器の構成例を示す斜視図である。
【図３】図２の例の位置指示器の主要部の構成例を説明するための図である。
【図４】この発明による座標入力システムの第１の実施形態を構成する位置検出装置の筆圧値の出力特性を示す図である。
【図５】この発明による座標入力システムの第１の実施形態の構成例を説明するための図である。
【図６】この発明による座標入力システムの第１の実施形態の主要な動作の流れの例を説明するための図である。
【図７】この発明による座標入力システムの第２の実施形態の主として位置検出装置の構成を説明するための図である。
【図８】この発明による座標入力システムの第２の実施形態で用いる位置指示器の構成例を説明するための図である。
【図９】この発明による座標入力システムの第２の実施形態の構成例を説明するための図である。
【図１０】この発明による座標入力システムの第２の実施形態の主要な動作を説明するために用いる図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明による座標入力システムの実施形態を、図を参照しながら説明する。
【００２３】
［第１の実施形態］
この発明による座標入力システムは、位置指示器と、この位置指示器により指示された位置の座標を検出する位置検出装置とからなる。この発明による座標入力システムの第１の実施形態は、電磁誘導方式の位置指示器を用いる場合である。
【００２４】
図１は、第１の実施形態の座標入力システムを構成する位置検出装置１０の構成例を示す分解構成図である。この図１の例では、位置検出装置１０は、位置指示器の例としての電子ペン２０によって指示された位置を電磁誘導方式の位置検出センサ１３で検出する機能を備えると共に、この位置検出装置１０の入力面への導電体の接触を静電容量方式の接触検出センサ１２で検出する機能を備えるパッド型端末の構成である。この実施形態における電子ペン２０は、電磁誘導方式の構成を備えるが、先端部がペン先として突出している芯体２８は、導電性を有するように構成されている。後述するように、この第１の実施形態では、接触検出センサ１２は、電子ペン２０の導電性の芯体２８の先端部の位置検出装置１０の入力面への接触を検出する。
【００２５】
このパッド型端末の一例である位置検出装置１０は、静電結合方式の接触検出センサ１２と、電磁誘導方式の位置検出センサ１３と、表示デバイス１１と、制御回路基板１４と、平面部材１５と、筐体１６とで構成されている。
【００２６】
表示デバイス１１は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットディスプレイからなり、ディスプレイ基板１１１上に、表示画素１１２が、Ｘ軸方向（横方向）に多数個配列されていると共に、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（縦方向）に多数個配列された表示画面１１３を備えている。
【００２７】
接触検出センサ１２は、例えば、Ｘ軸方向に配列される複数個の直線状のＸ導体と、この複数のＸ導体とは直交して交差するようにＹ軸方向に配列されている複数個の直線状のＹ導体とからなる。すなわち、この実施形態における接触検出センサ１２は、静電結合方式の位置検出センサの構成とされている。この接触検出センサ１２は、この表示デバイス１１の表示画面１１３の表面側において、表示デバイス１１の表示画面１１３と重畳するように配置される。
【００２８】
また、位置検出センサ１３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに、複数個のループコイルが配列されて構成されている。この位置検出センサ１３は、表示デバイス１１の表示画面１１３の裏面側において、表示デバイス１１と重畳するように配置される。したがって、接触検出センサ１２と位置検出センサ１３も、互いに重畳して配置される関係となっている。
【００２９】
そして、接触検出センサ１２の接触検出領域と、位置検出センサ１３の位置検出領域と、表示デバイス１１の表示画面１１３の表示領域とが、ほぼ等しい大きさとされると共に、重畳して配置される関係となっている。
【００３０】
図１では図示を省略するが、接触検出センサ１２に対しては静電容量方式の接触検出回路が接続され、位置検出センサ１３に対して電磁誘導方式の位置検出回路が接続される（図５参照）。これら、接触検出回路及び位置検出回路は、制御回路基板１４上に設けられており、接触検出センサ１２及び位置検出センサ１３とは、それぞれ例えばフレキシブルケーブルにより接続される。制御回路基板１４には、位置検出装置１０を制御するためのマイクロコンピュータ、表示デバイス１１の表示制御回路、その他の電子部品、銅箔配線パターンが搭載されている。
【００３１】
平面部材１５は、例えばガラスや樹脂などの透明材料からなり、その一方の面１５ａの側は、電子ペン２０の芯体２８の先端部が接触して、位置指示をするときの入力面とされている。そして、この平面部材１５の一方の面１５ａとは反対側の面の側には、接触検出センサ１２及び表示デバイス１１が配置されている。
【００３２】
この例では、平面部材１５は、位置検出センサ１３及び接触検出センサ１２の検出領域よりも若干大きい形状を有する。すなわち、図１の平面部材１５において、点線で囲んで示す領域１５１は、位置検出センサ１３及び接触検出センサ１２の検出領域に対応する領域であり、この領域１５１の周囲には、枠領域１５２が形成されている。
【００３３】
筐体１６は、例えば合成樹脂により構成されている。この筐体１６には、接触検出センサ１２、表示デバイス１１、位置検出センサ１３及び制御回路基板１４を収納するための凹部１６１が形成されている。この凹部１６１内に、接触検出センサ１２、表示デバイス１１、位置検出センサ１３及び制御回路基板１４が収納された後、平面部材１５の枠領域１５２が筐体１６の枠領域１６２に、例えば接着材によって、結合されることにより、凹部１６１が閉塞されて、位置検出装置１０が組み立てられる。
【００３４】
［電子ペン２の構成例］
図２は、この第１の実施形態の座標入力システムで用いる電子ペン２０の構成例を示す斜視図である。この第１の実施形態の電子ペン２０は、前述のように、電磁誘導方式の電子ペンの構成である。図２（Ａ）は、この第１の実施形態の電子ペン２０の一部を示すもので、筒状の筐体２１の中空部内に、電子ペンモジュール２２が収納されて構成されている。図２（Ａ）では、筐体２１の中空部内の電子ペンモジュール２２は点線で示してある。
【００３５】
図２（Ｃ）は、電子ペンモジュール２２の構成例を示すものである。この実施形態では、電子ペンモジュール２２は、電子ペン本体部２３と導電性金属カバー２４とからなる。電子ペン本体部２３と、導電性金属カバー２４とは、図２（Ｂ）に示すように、別部品として構成されていて、電子ペンモジュール２２は、電子ペン本体部２３の一部を覆うように導電性金属カバー２４が被せられて構成されている。
【００３６】
電子ペン本体部２３は、図２（Ｂ）に示すように、コイル２６が巻回されている磁性体コア、この例ではフェライトコア２７が、ホルダー２５に対して、軸心方向に結合されて構成されている。ホルダー２５は、プリント基板２５１を載置する基板載置部２５ａと、圧力検出部を収納する筒状部２５ｂとが軸心方向に並ぶように結合されている構成とされている。そして、ホルダー２５の筒状部２５ｂにフェライトコア２７の、軸心方向のペン先側とは反対側の端部が嵌合され、ホルダー２５にコイル２６が巻回されているフェライトコア２７が結合される。
【００３７】
図３は、このホルダー２５の筒状部２５ｂとコイル２６が巻回されているフェライトコア２７との結合部分の断面図を示すものである。この図３に示すように、ホルダー２５の筒状部２５ｂには、複数個の部品からなる圧力検出部３０が収納される。
【００３８】
この例の圧力検出部３０は、冒頭で特許文献１として説明したものと同様のもので、電子ペン２０のペン先に印加される圧力（筆圧）に応じて静電容量が変化する可変容量コンデンサを用いた場合である。
【００３９】
この例の圧力検出部３０は、誘電体３１と、端子部材３２と、保持部材３３と、導電部材３４と、弾性部材３５との複数個の部品からなる。圧力検出部３０を構成するこれらの複数個の部品は、ホルダー２５の筒状部２５ｂの中空部内において、図３に示すように軸心方向に並べられて収納されている。
【００４０】
ホルダー２５の筒状部２５ｂの基板載置部２５ａ側は、壁部３６により閉塞されている。また、ホルダー２５の筒状部２５ｂの軸心方向のペン先側は開口２５ｃとされている。そして、筒状部２５ｂ内に圧力検出部３０を構成する複数個の部品が収納されている状態で、コイル２６が巻回されているフェライトコア２７の軸心方向の一端部が、筒状部２５ｂに嵌合される。
【００４１】
フェライトコア２７には、軸心方向に貫通する貫通孔２７ａが中心位置に設けられており、芯体２８が、この貫通孔２７ａを挿通して圧力検出部３０に結合される。この実施形態では、芯体２８は、前述したように、導電性を有するように構成されており、例えば樹脂に導電性材料の粉体が混合されたものや、ＳＵＳなどの導電性を有する金属で構成されている。
【００４２】
誘電体３１は、この例では、円板状形状を備える。端子部材３２は、圧力検出部３０で構成される可変容量コンデンサの第１の電極を構成するもので、円板状形状の誘電体３１の一方の平面側に配設されている。この端子部材３２は、リード部３２ａを備え、このリード部３２ａが、壁部３６を跨いで、基板載置部２５ａ上に載置されているプリント基板２５１に半田付け接続される。
【００４３】
また、誘電体３１の一方の平面側と対向する他方の面側には、導電部材３４と弾性部材３５とが配設されている。導電部材３４と弾性部材３５とは電気的に接続されて、可変容量コンデンサの第２の電極を構成する。
【００４４】
導電部材３４は、導電性を有すると共に弾性変形可能な弾性部材からなるものとされており、例えば、シリコン導電ゴムや、加圧導電ゴムにより構成されている。導電部材３４は、誘電体３１の他方の平面と対向する先端部側がドーム状に膨出している砲弾型の形状を有している。導電部材３４は、保持部材３３により保持されている。
【００４５】
弾性部材３５は、例えば導電性を有するコイルバネで構成されており、そのコイルバネの巻回空間内に、導電部材３４を収納する状態で、保持部材３３と誘電体３１との間に配設される。そして、弾性部材３５を構成するコイルバネの一端が導電部材３４に結合されて両者が電気的に接続されると共に、コイルバネの他端が図示は省略するが、壁部３６を跨いで、ホルダー２５の基板載置部２５ａに載置されているプリント基板２５１に半田付けされて電気的に接続される。
【００４６】
そして、保持部材３３は、その軸心方向のペン先側となる側に凹穴３３ｃを備え、芯体２８の先端部２８ａとは反対側の端部がこの凹穴３３ｃ内に圧入嵌合される。この場合に、図示は省略するが、保持部材３３の凹孔３３ｃの近傍には、導電性を有する芯体２８と電気的に接続する導電性部材（図示は省略）が配されている。この導電性部材は、ホルダー２５の基板載置部２５ａの外表面に露出されている導電部に電気的に接続されている。
【００４７】
以上のように構成されている電子ペン本体部２３に対して、図２（Ｃ）に示すように、導電性金属カバー２４が被せられる。導電性金属カバー２４は、電子ペン本体部２３のホルダー２５の筒状部２５ｂの外径よりも僅かに大きい内径を有する筒状形状を備えると共に、軸心方向の長さは、電子ペン本体部２３のホルダー２５の後端側の最後尾から、筒状部２５ｂの一部までの長さとされて、ホルダー２５の軸心方向の長さよりも短くされている。
【００４８】
そして、図２（Ｂ）の矢印ＡＲで示す軸心方向において、導電性金属カバー２４内に、電子ペン本体部２３が、その後端側の最後尾まで挿入される。これにより、図２（Ｃ）に示すような電子ペンモジュール２２が形成される。
【００４９】
この場合に、電子ペンモジュール２２は、図２（Ｃ）に示すように、電子ペン本体部２３のホルダー２５の基板載置部２５ａの軸心方向の全長部分と、筒状部２５ｂの基板載置部２５ａとの連結部分とが、導電性金属カバー２４で覆われる状態となる。すなわち、筒状部２５ｂのペン先側の部分と、コイル２６が巻回されているフェライトコア２７と、芯体２８の先端部２８ａとは、導電性金属カバー２４で覆われない。このように構成するのは、電磁誘導方式のインタラクション部を構成するコイル２６が巻回されているフェライトコア２７の部分によるインタラクション動作が、導電性金属カバー２４により、影響が与えられないようにするためである。
【００５０】
そして、電子ペンモジュール２２では、導電性金属カバー２４がホルダー２５と接触することで、ホルダー２５の筒状部２５ｂの外表面に露出されて設けられている前述した導体と電気的に接続される。この結果、導電性を有する芯体２８と導電性金属カバー２４とは、電気的に接続されている状態となる。
【００５１】
なお、導電性金属カバー２４には、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、基板載置部２５ａに載置されているプリント基板２５１の少なくともサイドスイッチＳＷが搭載されている部分近傍を外部に露出するようにする開口部２４ａが形成されている。この開口部２４ａは、サイドスイッチＳＷを上方から押下することが可能にするためである。
【００５２】
以上のようにして形成された電子ペンモジュール２２は、図２（Ａ）に示すように、電子ペン２０の筒状の筐体２１内に、芯体２８の先端部２８ａが外部に突出する状態で収納される。
【００５３】
この芯体２８の先端部２８ａに圧力が加わると、図３に示したように、芯体２８は圧力検出部３０の保持部材３３を軸心方向に変位させる。すると、圧力検出部３０の導電部材３４の先端側と、誘電体３１の接触面積が圧力に応じて変化する。このため、圧力検出部３０の第１の電極と第２の電極との間の静電容量が、加わった圧力に応じて変化する。電子ペン２０は、この圧力検出部３０で構成される可変容量コンデンサの静電容量の変化から、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａに印加される圧力を検出し、位置検出装置１０に送信するようにする。
【００５４】
この実施形態の電子ペン２０の筐体２１は、この例では、その軸心方向に２分されたペン先側筐体２１１と後端側筐体２１２とからなり、螺合あるいは圧入嵌合により両者が結合されて構成されている。ペン先側筐体２１１は、非導電性の材料、この例では樹脂により構成され、ペン先側が先細となる形状を有すると共に、芯体２８の先端部２８ａを外部に突出させるための開口を備えている。
【００５５】
後端側筐体２１２は、この実施形態では、導電性を有する例えば金属で構成されている。そして、後端側筐体２１２は、電子ペンモジュール２２の導電性金属カバー２４と接触することで、電気的に接続されている。したがって、この実施形態の電子ペン２０の後端側筐体２１２は、導電性を有する芯体２８と導電性金属カバー２４を介して電気的に接続されている状態となっている。
【００５６】
なお、図２（Ａ）に示すように、後端側筐体２１２には、サイドスイッチＳＷを押下してオン、オフするための押下操作部２１３が設けられている。
【００５７】
第１の実施形態では、電子ペン２０が以上のように構成されていると共に、位置検出装置１０が上述のように構成されているので、導電性を有する芯体２８が、位置検出装置１０の入力面を構成する平面部材１５の表面１５ａに接触すると、接触検出センサ１２により、その接触が検出される。また、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの位置が、位置検出センサ１３により検出される。
【００５８】
芯体２８の先端部２８ａが位置検出装置１０の入力面に接触しただけでは、従来と同様に、電子ペン２０の圧力検出部３０では、圧力を検出しない。この状態から、使用者により電子ペン２０が平面部材１５の表面１５ａに対して更に押し付けられて、当該圧力検出部３０が圧力を検出することが可能な初期荷重の圧力、例えば５グラム以上の圧力が印加されるようにされると、電子ペン２０の圧力検出部３０で圧力（筆圧）が検出され始め、その検出された圧力の情報が位置検出装置１０に伝達されるようになる。
【００５９】
第１の実施形態の座標入力システムの位置検出装置１０では、電子ペン２０の圧力検出部３０で初期荷重以上の圧力が検出されていない状態でも、電子ペン２０の芯体２８の位置検出装置１０の入力面への接触を検出した時点から、電子ペン２０に所定の圧力が印加されたとみなして、電子ペン２０の筆圧検出出力を出力することで、鉛筆と紙との関係と同様の筆記感覚を使用者が得られるようにしている。
【００６０】
図４は、この実施形態の座標入力システムの位置検出装置１０における電子ペン２０の筆圧値情報の出力の特性図である。この図４に示すように、この実施形態では、位置検出装置１０は、接触検出センサ１２で電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの位置検出装置の入力面への接触を検知したときには、初期筆圧値Ｐ０を出力する。このときの接触荷重Ｃｇは、例えば１グラム程度であり、電子ペン２０の圧力検出部３０では検出されない。なお、この実施形態では、初期筆圧値Ｐ０は、電子ペン２０の圧力検出部３０で検出が可能となる初期荷重Ｆｇ（例えば５グラム）のときに出力される筆圧値とされている。
【００６１】
そして、初期荷重Ｆｇ以上の圧力が芯体２８の先端部２８ａに印加されるようになると、圧力検出部３０でその圧力が検出される。位置検出装置１０は、電子ペン２０からのこの圧力検出部３０で検出された圧力を受信すると、図４で曲線で示すように、圧力検出部３０で検出された圧力に応じた筆圧値を出力する。
【００６２】
こうして、この実施形態の座標入力システムにおいては、電子ペン２０が、位置検出装置１０の入力面である平面部材１５の表面１５ａに接触した時点から筆圧値を出力するように構成することができ、鉛筆と紙との関係と同様の筆記感覚を使用者が得られる。
【００６３】
次に、上述した座標入力システムの実施形態において、鉛筆と紙との関係と同様の筆記感覚を使用者が得られるようにする構成を、より詳細に説明する。
【００６４】
図５は、この実施形態の座標入力システムを構成する位置検出装置１０と電子ペン２０との上述した要部の構成を説明するための図である。
【００６５】
図５に示すように、この実施形態の電子ペン２０は、位置検出装置１０とのインタラクション部として、コイル２６と、コンデンサ２９と、圧力検出部３０で構成される可変容量コンデンサ３０Ｃとからなる共振回路ＲＣを備える。そして、電子ペン２０では、導電性を有する芯体２８は、導電性材料で構成されている後端側筐体２１２に接続されている。このため、使用者が電子ペン２０の後端側筐体２１２のところを把持すると、後端側筐体２１２は、人体ＨＭを介して大地に接地されることになる。図５では、人体ＨＭはその等価容量として示してある。
【００６６】
一方、位置検出装置１０は、図１に示したように、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの入力面への接触を検出する接触検出センサ１２と、電子ペン２０の共振回路ＲＣと電磁結合によるインタラクションを行う位置検出センサ１３と、表示デバイス１１とを備える。
【００６７】
そして、位置検出装置１０の制御回路基板１４には、接触検出センサ１２に対して接触検出回路１０２が設けられ、また、位置検出センサ１３に対して位置検出処理回路１０３が設けられ、これら接触検出回路１０２と位置検出処理回路１０３とは、出力処理回路１０４に接続されている。そして、出力処理回路１０４の出力は表示制御回路１０１に供給され、この表示制御回路１０１により表示デバイス１１の表示画面に表示画像が表示される。
【００６８】
接触検出回路１０２は、接触検出センサ１２の一方の導体、例えばＸ導体に所定の交流信号を送信信号として供給すると共に、当該送信信号の受信信号を他方の導体であるＹ導体から受けるようにする。
【００６９】
電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが位置検出装置１０の入力面に接触すると、接触検出センサ１２のＸ導体に供給された送信信号による交流電界エネルギーの一部が、当該接触位置においては、芯体２８及び人体ＨＭを通じて大地に流れる。そのため、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面に接触している位置では、送信信号が供給されているＸ導体と交差しているＹ導体で受信される受信信号のレベルが低下する。
【００７０】
接触検出回路１０２では、Ｙ導体を通じて受信される受信信号のレベルを監視し、受信信号のレベルが減少するＸ導体及びＹ導体の位置を検出することで、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面に接触している位置を検出する。接触検出回路１０２は、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面に接触している位置を検出したときには、その接触検出出力を、出力処理回路１０４に供給する。
【００７１】
位置検出処理回路１０３は、位置検出センサ１３のループコイルを通じて、所定周波数ｆ０交流信号を、電磁誘導結合により、電子ペン２０の共振回路ＲＣに送信する。電子ペン２０の共振回路ＲＣは、位置検出センサ１３から受信した交流信号を、位置検出センサ１３に帰還させるので、位置検出処理回路１０３は、その帰還信号を位置検出センサ１３を通じて受信する。
【００７２】
電子ペン２０の共振回路ＲＣは、圧力検出部３０で構成される可変容量コンデンサ３０Ｃを含むので、その共振周波数は、圧力検出部３０で検出された圧力に応じて変化する可変容量コンデンサ３０Ｃの容量に応じたものとなっている。したがって、電子ペン２０の共振回路ＲＣから位置検出センサ１３に帰還される交流信号の周波数は、共振回路ＲＣのその時の共振周波数に応じたものとなる。
【００７３】
位置検出処理回路１０３は、位置座標検出回路１０３１と、圧力情報検出回路１０３２とを備える。位置座標検出回路１０３１は、電子ペン２０の共振回路ＲＣから帰還される交流信号が得られたループコイルの位置から、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａにより指示された位置座標を検出する。そして、位置座標検出回路１０３１は、検出した位置座標の情報を出力処理回路１０４に供給する。
【００７４】
また、圧力情報検出回路１０３２は、電子ペン２０の共振回路ＲＣから帰還される交流信号を、周波数ｆ０の送信信号で同期検波することで、周波数ｆ０からシフトした周波数成分（あるいは位相シフト成分）を検出し、その検出した周波数シフト成分（あるいは位相シフト成分）により、電子ペン２０の圧力検出部３０で検出された圧力の情報を検出する。そして、圧力情報検出回路１０３２は、検出した圧力の情報を出力処理回路１０４に供給する。
【００７５】
出力処理回路１０４は、この実施形態では、接触検出回路１０２からの接触検出出力と、位置検出処理回路１０３からの情報とから、出力する筆圧値を生成すると共に、この生成した筆圧値と、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａにより指示された位置座標の情報とから出力情報を生成して、表示制御回路１０１に供給する。
【００７６】
この実施形態では、電子ペン２０と位置検出装置１０とは電磁誘導方式でインタラクションするので、ホバー状態での電子ペン２０の位置（位置検出センサ１３の上空での位置）を検出することができる。ホバー状態とは、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが位置検出装置１０の入力面（平面部材１５の表面１５ａ）に接触していないが、位置検出センサ１３上の位置は検出することができる状態を言う。この実施形態の位置検出装置１０では、電子ペン２０のホバー状態での位置検出センサ１３上の位置の検出ができることを利用して、接触検出回路１０２は、接触検出センサ１２の接触検出領域のうち、ホバー状態の電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの位置及びその周辺の領域において、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの接触の検出を行うように制御する。
【００７７】
以上の処理機能を実現するために、出力処理回路１０４は、位置座標出力回路１０４１と、ホバー検出回路１０４２と、筆圧値出力回路１０４３と、出力信号生成回路１０４４とを備える。
【００７８】
位置座標出力回路１０４１は、位置検出処理回路１０３の位置座標検出回路１０３１からの位置座標の情報をそのまま出力信号生成回路１０４４に供給する。
【００７９】
ホバー検出回路１０４２は、この実施形態では、位置検出処理回路１０３の位置座標検出回路１０３１からの位置座標の情報と、圧力情報検出回路１０３２からの圧力の情報と、接触検出回路１０２からの接触検出出力とから、電子ペン２０の位置検出センサ１３上空のホバー位置を検出する。すなわち、接触検出回路１０２からの接触検出出力が非接触を示しており、また、圧力情報検出回路１０３２からの圧力の情報が初期荷重Ｆｇより小さい、あるいは、非検出の状態であるときに、位置座標検出回路１０３１からの位置座標の情報が得られたときに、ホバー状態となっていることを検出するとともに、位置座標検出回路１０３１からの位置座標の情報をホバー位置の情報として検出する。
【００８０】
なお、この実施形態では、ホバー検出回路１０４２には、電子ペン２０が位置検出装置１０の入力面に対して非接触の状態であることを検出するために、圧力情報検出回路１０３２からの圧力の情報と、接触検出回路１０２からの接触検出出力とを、供給するようにした。しかし、電子ペン２０が位置検出装置１０の入力面に対して非接触の状態は、圧力情報検出回路１０３２からの圧力の情報と、接触検出回路１０２からの接触検出出力とのいずれか一方のみであてもよい。
【００８１】
ホバー検出回路１０４２で検出されたホバー位置の情報は、出力信号生成回路１０４４に供給されると共に、接触検出回路１０２に供給される。
【００８２】
接触検出回路１０２は、このホバー検出回路１０４２からのホバー位置の情報を受け取ると、当該ホバー位置の情報は、位置検出センサ１３上での位置情報であることから、対応する接触検出センサ１２上での位置情報を算出し、接触検出センサ１２上の、算出したホバー位置を中心とした周辺の領域において、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの接触を検出するように動作制御する。
【００８３】
筆圧値出力回路１０４３は、接触検出回路１０２からの接触検出出力と、位置検出処理回路１０３の圧力情報検出回路１０３２からの圧力の情報とから、図４に示した特性図に示した筆圧値の情報を生成して、出力信号生成回路１０４４に出力する。
【００８４】
すなわち、この実施形態では、筆圧値出力回路１０４３は、接触検出回路１０２からの接触検出出力から、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面に接触したことを検出すると、図４に示したように、圧力検出部３０で初期荷重Ｆｇが検出されたときと同じ筆圧値である初期筆圧値Ｐ０を出力信号生成回路１０４４に出力する。そして、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面に接触している状態では、この初期筆圧値Ｐ０を出力信号生成回路１０４４に出力し続ける。
【００８５】
そして、筆圧値出力回路１０４３は、圧力情報検出回路１０３２から、初期荷重Ｆｇ以上の圧力の検出結果を受け取ると、図４に示すように、その受け取った圧力の情報に応じた初期筆圧値Ｐ０以上の筆圧値を出力信号生成回路１０４４に出力する。
【００８６】
出力処理回路１０４の出力信号生成回路１０４４は、位置座標出力回路１０４１からの電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａにより指示された位置検出センサ１３上の位置座標の情報と、筆圧値出力回路１０４３からの筆圧値の情報とを、表示制御回路１０１に供給する。
【００８７】
なお、この実施形態では、ホバー検出回路１０４２からのホバー状態の位置情報も出力信号生成回路１０４４に供給され、このホバー状態の位置情報も表示制御回路１０１に供給される。
【００８８】
表示制御回路１０１は、筆圧値の情報が初期筆圧値Ｐ０以上のときには、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａにより指示された位置検出センサ１３上の位置座標の時系列変化を、電子ペン２０による筆記入力跡として、例えば所定の太さの線により表示デバイス１１の表示画面に表示する。
【００８９】
したがって、この実施形態においては、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが位置検出装置１０の入力面に接触した瞬間から、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａにより指示された位置の軌跡が表示デバイス１１の表示画面に表示される。なお、この実施形態では、ホバー状態であることが、例えばホバー位置の近傍の円形領域として表示画面に表示される。
【００９０】
次に、以上説明した位置検出装置１０における筆圧値の出力処理の流れを、出力処理回路１０４における処理の流れの例として図６のフローチャートを参照して説明する。
【００９１】
出力処理回路１０４では、まず、ホバー検出回路１０４２でホバー状態の検出を実行して、ホバー状態を検出したか否か判別し（ステップＳ１０１）、ホバー状態を検出していなければ、ホバー状態の検出を継続する。
【００９２】
ステップＳ１０１で、ホバー状態が検出されたと判別したときには、出力処理回路１０４は、接触検出回路１０２に対して、検出したホバー位置の情報を送って、接触検出センサ１２において、ホバー位置の周辺の領域で、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの入力面への接触を検出するように制御する（ステップＳ１０２）。
【００９３】
そして、出力処理回路１０４は、接触検出回路１０２からの接触検出出力を監視して電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの入力面への接触が検出されたか否か判別する（ステップＳ１０３）。出力処理回路１０４は、ステップＳ１０３で、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの入力面への接触が検出されていないと判別したときには、処理をステップＳ１０２に戻して、ホバー位置の周辺領域での接触の検出動作を継続する。
【００９４】
ステップＳ１０３で、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの入力面への接触が検出されたと判別したときには、出力処理回路１０４の筆圧値出力回路１０４３は、筆圧値として初期筆圧値Ｐ０を出力する（ステップＳ１０４）。
【００９５】
次に、出力処理回路１０４では、接触検出回路１０２からの接触検出出力を監視して、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面とは非接触の状態になったか否か判別する（ステップＳ１０５）。
【００９６】
このステップＳ１０５で、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面とは非接触の状態になったと判別したときには、出力処理回路１０４は、ホバー状態であるか否か判別し（ステップＳ１０６）、ホバー状態であると判別したときには、処理をステップＳ１０２に戻し、このステップＳ１０２以降の処理を繰り返す。また、ステップＳ１０６で、ホバー状態ではないと判別したときには、出力処理回路１０４は、処理をステップＳ１０１に戻して、このステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。
【００９７】
また、ステップＳ１０５で、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａは入力面と非接触の状態にはなっておらず、接触状態を維持していると判別したときには、出力処理回路１０４は、位置検出処理回路１０３の圧力情報検出回路１０３２からの電子ペン２０の圧力検出部３０で検出された圧力が、初期荷重Ｆｇ以上の圧力であるか否か判別する（ステップＳ１０７）。
【００９８】
このステップＳ１０７で、電子ペン２０の圧力検出部３０で検出された圧力が、初期荷重Ｆｇ以上ではないと判別したときには、出力処理回路１０４は、処理をステップＳ１０４に戻して、筆圧値出力回路１０４３から初期筆圧値Ｐ０を出力する状態を継続する。
【００９９】
また、ステップＳ１０７で、電子ペン２０の圧力検出部３０で検出された圧力が、初期荷重Ｆｇ以上となったと判別したときには、出力処理回路１０４の筆圧値出力回路１０４３は、位置検出処理回路１０３の圧力情報検出回路１０３２からの電子ペン２０の圧力検出部３０で検出された圧力の情報に応じた初期筆圧値Ｐ０以上の筆圧値を出力する（ステップＳ１０８）。
【０１００】
次に、出力処理回路１０４では、接触検出回路１０２からの接触検出出力を監視して、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面とは非接触の状態になったか否か判別する（ステップＳ１０９）。
【０１０１】
このステップＳ１０９で、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａは入力面と非接触の状態にはなっておらず、接触状態を維持していると判別したときには、出力処理回路１０４は、処理をステップＳ１０７に戻し、このステップＳ１０７以降の処理を繰り返す。また、ステップＳ１０９で、電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａが入力面とは非接触の状態になったと判別したときには、出力処理回路１０４は、処理をステップＳ１０６に戻し、このステップＳ１０６以降の処理を繰り返す。
【０１０２】
［実施形態の効果］
以上の説明したように、上述の実施形態の座標入力システムにおいては、電子ペン２０が位置検出装置１０の入力面に接触した瞬間から、入力面上で筆記入力ができるような動作を実現することができる。したがって、上述の実施形態の座標入力システムによれば、電子ペン２０と位置検出装置１０とにより、鉛筆などの筆記文具で用紙に筆記入力をするのと同様の操作状況を実現することができ、使い勝手が非常に良い。
【０１０３】
そして、上述の実施形態の座標入力システムにおいては、電子ペン２０の圧力検出部の構成を入力面への接触時から圧力を検出できるような構造とする必要はなく、従来から用いられている圧力検出部をそのまま用いることができるという効果がある。
【０１０４】
また、上述の実施形態の座標入力システムでは、位置検出センサ１３を用いて、電子ペン２０が入力面に非接触の状態でのホバー状態を検出することができ、接触検出回路は、ホバー状態が検出された位置検出センサ１３上の位置周辺の領域に対応した領域において行えるので、効率良く電子ペン２０の芯体２８の先端部２８ａの入力面への接触を検出することができるという効果がある。
【０１０５】
［第２の実施形態］
この発明による座標入力システムの第２の実施形態は、位置指示器が、静電結合方式の電子ペンの構成とされる場合である。
【０１０６】
図７は、第２の実施形態の座標入力システムを構成する位置検出装置４０の構成例を示す分解構成図である。この図７の例において、上述の第１の実施形態と同様の構成部分には、同一参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【０１０７】
この図７の例では、位置検出装置４０は、図１に示した第１の実施形態における位置検出装置１０の電磁誘導方式の位置検出センサ１３は備えない。そして、第１の実施形態における接触検出センサは、静電結合方式の位置検出センサ４１で構成する。そして、この位置検出センサ４１と接続される制御回路基板４２の構成が第１の実施形態とは異なる。
【０１０８】
この第２の実施形態の座標入力システムの位置検出装置４０のその他の構成は、第１の実施形態と同様である。すなわち、第１の実施形態と同様の構成の表示デバイス１１と、平面部材１５とを備え、筐体１６の凹部１６１内、位置検出センサ４１、表示デバイス１１、制御回路基板４２が収納されるように構成されている。
【０１０９】
この第２の実施形態の座標入力システムを構成する静電結合方式の電子ペン５０は、図８に示すような構成を備える。
【０１１０】
図８に示すように、電子ペン５０は、筐体５１内に、静電結合方式の電子ペン本体部５２が収納されている。筐体５１は、この例では、その軸心方向に２分されたペン先側筐体５１１と後端側筐体５１２とからなり、螺合あるいは圧入嵌合により両者が結合されて構成されている。ペン先側筐体５１１は、非導電性の材料、この例では樹脂により構成され、ペン先側が先細となる形状を有すると共に、導電性材料、例えば金属からなる芯体５２１の先端部５２１ａを外部に突出させるための開口５１１ａを備えている。
【０１１１】
後端側筐体５１２は、この実施形態では、導電性を有する材料例えば金属で構成されている。そして、後端側筐体５１２は、この例では、スイッチ回路５２２を介して導電性金属からなる芯体５２１と接続されている。したがって、この実施形態の電子ペン５０の後端側筐体５１２は、スイッチ回路５２２がオンとなっているときには、芯体５２１と電気的に接続される状態となる。このため、使用者が電子ペン５０の筐体５１２のところを把持すると、後端側筐体５１２は、人体ＨＭを介して大地に接地されることになる。図８では、人体ＨＭはその等価容量として示してある。
【０１１２】
電子ペン本体部５２は、信号発信回路５２３と、圧力検出部５２４と、制御部５２５と、無線通信部５２６とを備える。無線通信部５２６は、この例のでは、ブルートゥース（登録商標）規格の近距離無線通信を行う構成とされている。
【０１１３】
信号発信回路５２３は、所定周波数の交流信号を芯体５２１に供給する。この芯体５２１に供給された信号は、静電結合により位置検出センサ４１に送信される。圧力検出部５２４は、上述の第１の実施形態の電子ペン２０の圧力検出部３０と同様の可変容量コンデンサの構成を備えるもので、芯体５２１の先端部５２１ａとは反対側の端部が圧力検出部５２４に結合される。圧力検出部５２４は、上述の第１の実施形態の圧力検出部３０と同様に、芯体５２１の先端部５２１ａに印加される、例えば初期荷重Ｆｇ以上の圧力を検出する。
【０１１４】
この第２の実施形態の電子ペン５０の例では、圧力検出部５２４により構成される可変容量コンデンサは、制御部５２５に接続される。制御部５２５は、この可変容量コンデンサの静電容量を検出することで、圧力検出部５２４で検出される圧力（荷重）を検出する機能を備えている。そして、この実施形態では、制御部５２５は、検出した圧力の情報は、無線通信部５２６を通じて位置検出装置４０に送信するように構成されている。
【０１１５】
そして、この第２の実施形態の電子ペン５０では、制御部５２５は、位置検出装置４０から無線通信部５２６を通じて送られてくるタイミングに基づいて、スイッチ回路５２２をオンオフ制御するように構成されている。
【０１１６】
次に、位置検出装置４０の電気的構成例について説明する。図９は、位置検出センサ４１と制御回路基板４２に形成される制御回路の概略構成例を示すブロック図である。なお、制御回路基板４２には、表示デバイス１１の表示画面に表示画像を表示するための表示制御回路をも含まれるが、図９では、その部分は省略した。
【０１１７】
位置検出センサ４１は、この例では、下層側から順に、Ｙ導体群４１２、絶縁層、Ｘ導体群４１１を積層して形成されたもので、Ｘ導体群４１１とＹ導体群４１２とを互いに直交する方向に交差したグリッド構成を備える。Ｙ導体群４１２は、図９に示すように、例えば、横方向（Ｘ軸方向）に延在した複数のＹ導体４１２Ｙ１、４１２Ｙ２、…、４１２Ｙｎ（ｎは１以上の整数）を互いに所定間隔離して並列配置したものである。また、Ｘ導体群４１１は、Ｙ導体４１２Ｙ１、４１２Ｙ２、…、４１２Ｙｎに対して交差、この例では直交する縦方向（Ｙ軸方向）に延在した複数のＸ導体４１１Ｘ１、４１１Ｘ２、…、４１１Ｘｍ（ｍは１以上の整数）を互いに所定間隔離して並列配置したものである。
【０１１８】
この第２の実施形態では、位置検出センサ４１は、制御回路４００と協働することで接触検出センサの役割もする。
【０１１９】
制御回路４００は、位置検出センサ４１との入出力インターフェースとなるマルチプレクサ４０１と、接触及び位置検出回路４０２と、処理制御回路４０３と、無線通信部４０４とからなる。無線通信部４０４は、電子ペン５０の無線通信部５２６と無線通信するためのものである。
【０１２０】
処理制御回路４０３は、位置検出装置４０の全体の動作を制御するためのもので、この例では、ＭＰＵ（microprocessor unit）で構成されている。処理制御回路４０３は、第１の実施形態と同様に、電子ペン５０の芯体５２１の先端部５２１ａにより指示された位置の座標情報からなる筆記情報と、筆圧値の情報とを、図９では図示は省略した表示制御回路に供給するものである。
【０１２１】
この実施形態の位置検出装置４０では、電子ペン５０の導電性の芯体５２１の位置検出装置４０の入力面（平面部材１５の表面１５ａ）への接触の検出と、電子ペン５０の芯体により指示された位置の検出とを時分割で行うように制御する。すなわち、この実施形態の位置検出装置４０では、図１０に示すように、電子ペン５０の芯体により指示された位置の検出を実行する指示位置検出期間ＰＰと、電子ペン５０の導電性の芯体の接触の検出を実行する接触検出期間ＰＴとを交互に時分割で実行するようにしている。
【０１２２】
処理制御回路４０３は、マルチプレクサ４０１及び接触及び位置検出回路４０２を、接触検出期間ＰＴと指示位置検出期間ＰＰとで切替制御するようにする。そして、処理制御回路４０３は、接触検出期間ＰＴと指示位置検出期間ＰＰとの切り替えタイミングの情報を、無線通信部４０４を通じて電子ペン５０に送信するようにする。
【０１２３】
電子ペン５０の制御部５２５は、無線通信部５２６を通じて、この切り替えタイミングの情報を受信し、この切り替えタイミング信号に基づいて、位置検出装置４０が接触検出期間ＰＴとなるときには、スイッチ回路５２２をオンにし、位置検出装置４０が指示位置検出期間ＰＰとなるときには、スイッチ回路５２２をオフにするように切り替え制御する。
【０１２４】
前述したように、接触検出期間ＰＴでは、電子ペン５０のスイッチ回路５２２はオフとなっているので、信号発信回路５２３からの交流信号が、芯体５２１を通じて位置検出センサ４１に対して送信される。位置検出装置４０の制御回路４００は、位置検出センサ４１を通じて、電子ペン５０からの送信信号の受信を監視する。そして、制御回路４００は、送信信号を受信したＸ導体４１１Ｘ及びＹ導体４１２Ｙを検出することにより、電子ペン５０の芯体５２１の先端部５２１ａにより指示された位置検出センサ４１上の位置を検出する。
【０１２５】
また、位置検出装置４０の制御回路４００は、接触検出期間ＰＴでは、前述の第１の実施形態の接触検出センサ１２に対する制御と同様に、位置検出センサ４１の一方の導体、例えばＸ導体４１１Ｘに所定の交流信号を送信信号として供給すると共に、当該送信信号の受信信号をＹ導体５１２Ｙから受けるようにする。
【０１２６】
このとき、電子ペン５０では、スイッチ回路５２２がオンとなっているので、芯体５２１の先端部５２１ａが位置検出装置４０の入力面に接触すると、Ｘ導体４１１Ｘに供給された送信信号による交流電界エネルギーの一部が、当該接触位置においては、芯体５２１及び人体ＨＭを通じて大地に流れる。そのため、電子ペン５０の芯体５２１の先端部５２１ａが入力面に接触している位置では、送信信号が供給されているＸ導体と交差しているＹ導体で受信される受信信号のレベルが低下する。
【０１２７】
制御回路４００の処理制御回路４０３では、Ｙ導体を通じて受信される受信信号のレベルを監視し、受信信号のレベルが減少するＸ導体及びＹ導体の位置を検出することで、電子ペン５０の芯体５２１の先端部５２１ａが入力面に接触している位置を検出する。
【０１２８】
処理制御回路４０３は、電子ペン５０の芯体５２１の先端部５２１ａが入力面に接触している位置を検出したときには、第１の実施形態と同様に、初期筆圧値Ｐ０を筆圧値として出力するようにする。そして、処理制御回路４０３は、無線通信部４０４を通じて受信する電子ペン５０の圧力検出部５２４で検出された圧力の情報を監視し、その圧力の情報が、初期荷重Ｆｇ以上の圧力を示すものとなったかどうかを判別する。
【０１２９】
そして、処理制御回路４０３は、受信した圧力検出部５２４で検出された圧力の情報が、初期荷重Ｆｇ以上の圧力ではないと判別したときには、電子ペン５０の芯体５２１の先端部５２１ａが入力面に接触している状態を継続しているときには、筆圧値の情報として、初期筆圧値Ｐ０を出力し続ける。また、処理制御回路４０３は、受信した圧力検出部５２４で検出された圧力の情報が、初期荷重Ｆｇ以上の圧力になったと判別したときには、その受信した圧力の情報に応じた筆圧値を出力するようにする。
【０１３０】
以上のようにして、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電子ペン５０が位置検出装置４０の入力面に接触した瞬間から、入力面上で筆記入力ができるような操作状況を実現することができる。
【０１３１】
そして、この第２の実施形態では、静電結合方式の位置検出センサ４１を、接触検出センサとしても用いるように構成したので、接触検出センサを別個に設ける必要がないという効果を奏する。
【０１３２】
なお、上述の第２の実施形態では、電子ペン５０のホバー状態を検出するようにしなかったが、この第２の実施形態においても、電子ペン５０のホバー状態を検出して、芯体５２１の先端部５２１ａの入力面への接触の検出は、検出されたホバー位置の周囲の領域で行うようにしてもよい。
【０１３３】
また、上述の第２の実施形態では、電子ペン５０の圧力検出部５２４で検出された圧力の情報は、無線通信部５２６を通じて位置検出装置４０に送信するようにしたが、信号発信回路５２３からの信号に含めて位置検出センサ４１を通じて位置検出装置４０に送信するように構成することもできる。すなわち、例えば、信号発信回路５２３から発生する交流信号の周波数を、圧力検出部５２４で検出した圧力に応じて変化させるように構成し、位置検出装置では、電子ペン５０から受信した信号の周波数を検出することで、圧力を検出するようにしてもよい。また、信号発信回路５２３から発生する交流信号を、圧力検出部５２４で検出した圧力に応じて変調して、位置検出センサ４１を通じて位置検出装置４０に送信するようにしてもよい。
【０１３４】
なお、第１の実施形態においては、圧力検出部で検出された圧力の情報は、共振周波数の周波数変化として位置検出装置に送信するようにしたが、第１の実施形態においても、
電子ペン２０及び位置検出装置１０に無線通信部を設けて、それらを用いて圧力検出部で検出された圧力の情報を無線送信するように構成してもよい。
【０１３５】
なお、上述の第２の実施形態では、接触検出期間ＰＴと指示位置検出期間ＰＰとの時分割のタイミング信号は、無線通信部４０４及び５２６を通じて位置検出装置４０から電子ペン５０に送信するようにしたが、電子ペン５０側から位置検出装置４０に時分割のタイミング信号を送信するようにしてもよい。また、タイミング信号の送受信の方法は、無線通信部４０４及び５２６を用いる方法に限られるものではないことは言うまでもない。
【０１３６】
［その他の実施形態及び変形例］
なお、第１の実施形態においては、電磁誘導方式の電子ペン２０において、導電性を有する後端側筐体２１２と、導電性を有する芯体２８との電気的な接続は、電子ペン本体部２３に対して装着した導電性金属カバー２４を介して行うように構成した。しかし、導電性を有する後端側筐体２１２と、導電性を有する芯体２８との電気的な接続は、この例のような導電性金属カバー２４を用いる構成に限られる訳ではなく、種々の構成が可能であることは言うまでもない。
【０１３７】
また、上述の第１の実施形態及び第２の実施形態では、位置指示器に設ける圧力検出部は、特許文献１に記載されている圧力検出部を用いた構成としたが、これに限らず特許文献２〜特許文献４に記載されている圧力検出部のいずれを用いてもよいことは勿論である。
【０１３８】
また、上述の第１の実施形態及び第２の実施形態では、位置指示器の芯体の先端部が位置検出装置の入力面に接触したときに出力する初期筆圧値Ｐ０は、圧力検出部３０あるいは圧力検出部５２４で検出が可能な最小圧力（荷重Ｆｇ）に応じた筆圧値としたが、初期筆圧値Ｐ０の値は、０以上であって、最小圧力（荷重Ｆｇ）に応じた筆圧値以下であればよい。
【符号の説明】
【０１３９】
１０，４０…位置検出装置、１２…接触検出センサ、１３…電磁誘導方式の位置検出センサ、２０，５０…位置指示器の例としての電子ペン、３０…圧力検出部、４１…静電結合方式の位置検出センサ、２８，５２１…芯体、１０２…接触検出回路、１０３…位置検出処理回路、１０４…出力処理回路、１０４３…筆圧値出力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020177503.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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