【手続補正書】
【提出日】平成29年4月19日(2017.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
前記位置指示器は前記ペン形状のハウジングの先端部から突出した芯体と前記芯体に印加された圧力を検出する圧力検出センサを備えており、前記圧力検出センサで検出された前記芯体に印加された圧力が所定の値を超したことに対応して、前記制御回路は前記第２の電極を構成する前記少なくとも３個の電極を選択的に前記所定の電位に設定するとともに前記所定の電位が選択的に設定される前記電極を識別する識別情報を生成して前記センサに送出する制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１１に記載の位置検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記の課題を解決するために、第１の実施形態に示す発明は、
ペン形状のハウジング内に交流信号生成回路を備え前記交流信号生成回路によって生成された交流信号を送出する位置指示器と、前記位置指示器から送出された前記交流信号を受信するセンサを備え、前記位置指示器が前記センサ上で指示する位置を検出する位置検出装置において、
前記位置指示器は、前記ペン形状のハウジングの先端部において互いに電気的に分離されて前記ハウジングの軸芯方向の所定の位置を囲むように配設された少なくとも３個の電極を備えると共に、前記少なくとも３個の電極には前記交流信号生成回路によって生成された前記交流信号を選択的に供給するとともに前記交流信号が選択的に供給される電極を識別する識別情報を生成して前記センサに送出する制御を行う制御回路を備えており、
前記センサは、第１の方向に複数の導体が配設されるとともに前記第１の方向とは異なる第２の方向に複数の導体が配設された構成を備えており、
前記センサによって受信された前記位置指示器から送出された前記交流信号に基づいて前記位置指示器が前記センサ上で指示する位置を検出する位置検出回路と、前記センサによって受信された前記位置指示器から送出された前記交流信号と前記識別情報に基づいて前記センサ上での前記位置指示器の回転角及び傾き角の少なくとも一方の情報を算出する角度情報算出回路を備えていることを特徴とする位置検出装置を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上述の構成の位置検出装置においては、位置指示器は、ペン形状のハウジングの先端部において互いに電気的に分離されてハウジングの軸芯方向の所定の位置を囲むように配設された少なくとも３個の電極を備える。そして、位置指示器の制御回路は、少なくとも３個の電極に、交流信号生成回路によって生成された交流信号を選択的に供給する制御を行うとともに、交流信号が選択的に供給される電極を識別する識別情報を生成してセンサに送出する制御を行う。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、第２の実施形態に示す発明による位置指示器によれば、所定の固定電位が設定された第２の電極を切り替えることで、交流信号の送出分布パターンが変えられると共に、いずれの送出分布パターンであるかは、所定の固定電位が設定される第２の電極がいずれであるかの識別情報が交流信号と共に位置検出装置のセンサに送出されることによって認定することができ、位置検出装置では、位置指示器から送出された交流信号を受信して、複数個の第２の電極のうちのいずれが所定電位とされたかを認識することができ、これによって位置指示器の回転角や傾き角を、正しく検出することが容易になる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
位置指示器１のハウジング２内には、図１に示すように、プリント基板４が配設されていると共に、圧力検出センサの例としての可変容量コンデンサ５が配設されており、可変容量コンデンサ５の両端の電極５ａ，５ｂは、プリント基板４に接続されている。可変容量コンデンサ５は、芯体３のそのペン先側とは反対側の端部が挿入されて結合される結合部を備え、この結合部が、芯体３に加えられる圧力（筆圧）に応じて芯体３と共に僅かに移動し、この移動に応じて、芯体３を介して加えられる圧力（筆圧）によって、可変容量コンデンサ５の容量が変化するように構成されている。芯体３は、この実施形態では、可変容量コンデンサ５の結合部に対して、挿脱自在に結合される。可変容量コンデンサ５は、例えば特開平０４−９６２１２号公報に開示されているものを用いることができ、その詳細な構成の説明はここでは省略する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
以上のステップＳ１〜Ｓ３の処理は、位置指示器１が位置検出装置のセンサ上で位置指示入力をする前の状態における処理であり、位置検出装置のセンサ上に位置指示器が近づいた状態（いわゆるホバー状態）で実施され、及び、そのホバー状態からセンサ面への位置指示器１の接触を良好に位置検出装置で検出するようにするための処理である。すなわち、位置指示器１からの交流信号を、３個の電極６，７，８のいずれかから送出するよりも、３個の電極６，７，８の全てから交流信号を同時に送出した方が、交流信号の送出エネルギーが大きくなって、位置検出装置のセンサで、位置指示器１からの交流信号を検出することが容易になるからである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
この実施形態のセンサ部１００では、Ｘ導体群１０１を構成する複数のＸ導体１０１Ｘ１、１０１Ｘ２、…、１０１Ｘｍが第１の導体であり、Ｙ導体群１０２を構成する複数のＹ導体１０２Ｙ１、１０２Ｙ２、…、１０２Ｙｎが第２の導体である。このように、位置検出装置２０では、Ｘ導体とＹ導体を交差させて形成したセンサパターンを用いて、指ｆｇやアクティブ静電ペンを構成する位置指示器１などの指示体が指示する位置を検出する構成を備えている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
制御回路２０３は、マルチプレクサ２０１及び指タッチ／ペン指示検出回路２０２を、指タッチ検出期間ＰＦとペン指示検出期間ＰＰとで、後述するように、必要な部位を切替制御するようにする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
すなわち、制御装置部２００は、指タッチ検出期間ＰＦでは、Ｘ導体とＹ導体を交差させて形成したセンサ部１００のセンサパターンのそれぞれの交点における静電容量が、指がタッチされた位置で変化するので、その静電容量の変化を検出することにより指タッチの位置を検出するようにする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
すなわち、制御装置部２００は、指タッチ検出期間ＰＦでは、例えば５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度の周波数ｆ２の送信信号をＹ導体に供給し、Ｘ導体による受信信号を信号処理回路に供給する。信号処理回路では、指ｆｇがタッチされた位置での静電容量の変化に対応して受信信号のレベルが変化することを検知することで、指タッチ位置を検出する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
Ｘ導体群１０１から所定のＸ導体を選択するＸ導体選択回路２１１と、Ｙ導体群１０２から所定のＹ導体を選択するＹ導体選択回路２１２と、切替回路２１３及び２１４とは、前述したマルチプレクサ２０１を構成する。発振器２２１と、増幅回路２２２と、ゲインコントロール回路２２３と、バンドパスフィルタ回路２２４と、検波回路２２５と、アナログ−デジタル変換回路２２６と、コントロール回路２２０とは、前述した指タッチ／ペン指示検出回路２０２を構成する。コントロール回路２２０は、制御回路２０３からの制御信号ｉを受けて、マルチプレクサ２０１を構成するＸ導体選択回路２１１、Ｙ導体選択回路２１２、切替回路２１３及び２１４に切替制御信号を供給すると共に、指タッチ／ペン指示検出回路２０２を構成する前述した各部へ制御信号を供給する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
バンドパスフィルタ回路２２４は、周波数ｆ１及び周波数ｆ２を中心とした所定の帯域幅を有するバンドパスフィルタ回路である。このバンドパスフィルタ回路２２４の中心周波数は、コントロール回路２２０からの制御信号ｄによって切替えられ、指タッチ検出期間ＰＦにおいては、中心周波数をｆ２とし、ペン指示検出期間ＰＰにおいては周波数がｆ１となるように切り替えられる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
制御回路２０３からの制御信号ｉに基づきコントロール回路２２０は、Ｙ導体選択回路２１２によって選択されたＹ導体が切替回路２１４を介して増幅回路２２２に接続されるように制御信号ａにより切替回路２１３を切り替える。また、Ｘ導体選択回路２１１で選択されたＸ導体が増幅回路２２２に接続されるように制御信号ｂにより切替回路２１４を切り替える。なお、Ｘ導体選択回路２１１によって選択されたＸ導体が増幅回路２２２に接続された状態では、Ｙ導体選択回路２１２によって選択されたＹ導体は増幅回路２２２にも発振器２２１にも接続されない。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
次に、制御回路２０３は、位置指示器１が指示するＹ方向位置を求めるためのＹ導体に対するスキャン動作をさせるために、コントロール回路２２０に対して、Ｙ導体選択回路２１２がＹ導体１０２Ｙ１を選択する制御信号ｇを出力させる。その後は、上述のＸ方向位置を求めるプロセスと同様なプロセスを行うことで、位置指示器１がセンサ部１００で指示したＹ方向位置を求める。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
図９は、２つの座標値（X0、Y0）および（X1、Y1）が得られたときに位置指示器１のセンサ面１００Ｓに垂直方向を軸とした回転角度θを計算するための原理図である。この図では、Ｙ軸の正方向を基準（θ＝０）とし、θの範囲を−１８０°＜θ≦＋１８０°として、座標値（X1、Y1）に対応する電極６の向きを定義するものである。このとき、位置指示器１の回転角θは、X0、Y0、X1、Y1、より次の（１）式〜（５）式のように計算される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
図１０は、３つの電極６，７，８から送出された交流信号を受信して得られた各受信信号強度V1，V2，V3を用いて位置指示器１の傾き角を求めるための原理図である。図１０では、位置検出装置２０のセンサ面１００Ｓからの高さ方向をｚ軸に取り、位置指示器１の電極６、７、８の先端に相当する点をそれぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃとして構成される正三角形の中心Ｇがｙｚ面上に、また電極６の先端に相当する点Ａがｚ軸上にくるように座標軸を設定している。このときの各点の座標を、Ａ点（０、０、ｚ１）、Ｂ点（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、Ｃ点（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、Ｇ点（０、ｙｇ、ｚｇ）として表すと、位置指示器１の傾き角（θｘ、θｙ）は次の（６）式、（７）式に示すように求められる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
ここで、位置指示器の３つの電極６，７，８の先端位置であるＡ点、Ｂ点、Ｃ点とセンサ面１００Ｓからの距離（ｚ１、ｚ２、ｚ３）は受信信号強度V1，V2，V3にほぼ反比例するので、αを比例係数として以下の（８）式、（９）式のように表す。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
そして、この第２の実施形態の位置指示器１Ａにおいても、位置指示器１Ａのハウジング２の少なくとも位置指示部側は、例えば樹脂などの絶縁性材料により構成されていると共に、ハウジング２の開口２ａの近傍の円錐台形状部分には、ハウジング２の軸心方向の周囲を囲むように、円周方向において互いに電気的に分離された３個の電極６Ａ，７Ａ，８Ａが、形成されている。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
図１３は、第２の実施形態の位置指示器１Ａの回路構成図であり、図３に示した第１の実施形態の位置指示器１の回路構成と同一部分には同一参照符号を付してある。すなわち、位置指示器１Ａは、コントローラ１０Ａと、電池１１と、発振回路１２と、スイッチ回路３１とを備える。そして、コントローラ１０Ａには、可変容量コンデンサ５と抵抗１７が接続されている。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
この第２の実施形態においては、図５のタイミングチャートで示したのと同様にして、位置指示器１Ａが位置検出装置２０のセンサ部１００に接触していないときには、コントローラ１０Ａは、発振回路１２から交流信号を連続送信する連続送信期間と、ＡＳＫ変調信号からなる筆圧データを送信する送信期間とを交互に繰り返す。この時、コントローラ１０Ａは、スイッチ回路３１は遊端ｓ４を選択する状態に切り替える。したがって、位置指示器１Ａの信号電極９からは、阻害電極６Ａ，７Ａ，８Ａに信号送出を阻害されることなく、交流信号が送出される状態となる。このため、第１の実施形態と同様に、位置指示器１Ａがセンサ部１００に近接または接触していないときには、位置指示器１Ａからは最大の信号強度で交流信号が送出される。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
図１５は、この時の阻害電極６Ａ，７Ａ，８Ａとの切り替えと、信号電極９からの交流信号の送出位置との関係を説明するための図である。すなわち、図１５（Ａ）において、スイッチ回路３１が端子ｓ１に接続されたときには、図１５（Ｂ）に示すように、阻害電極６Ａが接地電位となり、信号電極９からの交流信号の当該阻害電極６Ａ側からの送出が阻害される。その結果、信号電極９からの交流信号は、図１５（Ｂ）において黒丸３２Ａで示す阻害電極７Ａと８Ａとの間の位置で最高の信号レベルとなるように送出される。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
次に、スイッチ回路３１が端子ｓ２に切り替えられて、図１５（Ｃ）に示すように、阻害電極７Ａが接地電位に接続され、信号電極９からの交流信号の当該阻害電極７Ａの近傍からの送出が阻害される。その結果、信号電極９からの交流信号は、図１５（Ｃ）において黒丸３３Ａで示す阻害電極６Ａと８Ａとの間の位置で最高の信号レベルとなるように送出される。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
次に、スイッチ回路３１が端子ｓ３に切り替えられて、図１５（Ｄ）に示すように、阻害電極８Ａが接地電位に接続され、信号電極９からの交流信号の当該阻害電極８Ａ側からの送出が阻害される。その結果、信号電極９からの交流信号は、図１５（Ｄ）において黒丸３４Ａで示す阻害電極６Ａと７Ａとの間の位置で最高の信号レベルとなるように送出される。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
このとき、コントローラ１０Ａは、図１４（Ｂ）に示すようなイネーブル信号ＣＴを発振回路１２に対して送出して、図１４（Ｄ）に示すように、交流信号Ｓｃを制御することで、連続送信期間（３４）、スタート信号、スタート信号の後の識別情報を生成するように信号が送出される。この例では、識別情報は、阻害電極８Ａが選択されたことを示す識別情報“０１”とされる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２３】
この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様にして、位置指示器１Ａの指示位置座標の検出、回転角及び傾き角を検出することができる。ただし、第１の実施形態では、座標（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）が、電極６，７，８の位置に対応するものであったのに対して、第２の実施形態では、黒丸３２Ａ，３３Ａ，３４Ａの位置に対応するものである点が異なる。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
［第３の実施形態］
図１７は、第３の実施形態の位置検出装置の位置指示器１Ｃを説明するための図である。この第３の実施形態の位置指示器１Ｃは、第１の実施形態の変形例であり、かつ、筆圧を検出するための圧力検出センサとして、静電容量方式の圧力感知部を構成する半導体チップを備える筆圧検出用モジュールを用いた構成例である。この図１７の例においても、第１の実施形態の位置指示器１と同一部分には、同一参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５２】
この例の半導体チップ３００は、印加される圧力を、静電容量の変化として検出するものであり、図１８（Ｃ）に示すような構成を備える。この例の半導体チップ３００は、図１８（Ｄ）に示すように、例えば縦及び横の長さＬが１．５ｍｍ、高さＨが０．５ｍｍの直方体形状とされている。この例の半導体チップ３００は、図１８（Ｃ）に示すように、第１の電極３０１と、第２の電極３０２と、第１の電極３０１及び第２の電極３０２の間の絶縁層（誘電体層）３０３とからなる。第１の電極３０１および第２の電極３０２は、この例では、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる導体で構成される。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６３】
一方、図示は省略するが、外側ホルダー５２の収納空間５２２の部分の上下の壁面には、圧力センシングデバイス５１のソケット５１０の係止爪５１４及び５１５の突出部５１４ａ及び５１５ａが係合する開口が形成されている。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６４】
圧力センシングデバイス５１は、外側ホルダー５２の収納空間５２２に、半導体チップ３００の第１の電極３０１が、押圧部材５３２の円柱状突部５３２ａと当接するように挿入される。そして、ソケット５１０の係止爪５１４及び５１５の突出部５１４ａ及び５１５ａが、外側ホルダー５２の前記開口に係合することで、圧力センシングデバイス５１は、外側ホルダー５２の収納空間５２２内に収納固定される。この収納固定状態のとき、圧力センシングデバイス５１に収納保持されている半導体チップ３００の第１の電極３０１の上面３０１ａは、押圧部材５３２の円柱状突部５３２ａの先端面と当接する状態になる。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６５】
そして、この状態では、押圧部材５３２の円柱状突部５３２ａの先端面の中心位置と、半導体チップ３００の第１の電極３０１の下方の円形空間３０５の中心位置とが一致する。押圧部材５３２の円柱状突部５３２ａの径は、０．７ｍｍであり、第１の電極３０１の下方の円形空間３０５の径は１ｍｍであって、押圧部材５３２の円柱状突部５３２ａの径の方が、円形空間３０５の径よりも小さくされている。なお、押圧部材５３２の円柱状突部５３２ａの径と、円形空間３０５の径の寸法は、一例であるが、押圧部材５３２の円柱状突部５３２ａの径の方が、円形空間３０５の径よりも小さくされる関係は維持されるように構成される。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６６】
なお、この実施形態においては、外側ホルダー５２の収納空間５２２の内壁面には、軸心方向に沿う方向の複数個のリブ（突条）が形成されている。これらのリブは、外側ホルダー５２の収納空間５２２における圧力センシングデバイス５１の位置規制用である。すなわち、これらのリブが、圧力センシングデバイス５１のソケット５１０の外周側面に当接することで、圧力センシングデバイス５１に収納されている半導体チップ３００第１の電極３０１の下方の円形空間３０５の中心位置と、押圧部材５３２の円柱状突部５３２ａの先端面の中心位置とが一致するように、圧力センシングデバイス５１を位置規制する。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７９】
図２０に、位置指示器１Ｄの回路構成例を示す。すなわち、この位置指示器１Ｄでは、阻害電極６Ｄ，７Ｄ，８Ｄのそれぞれと接地端との間にスイッチ回路１３Ｄ，１４Ｄ，１５Ｄが設けられる。そして、コントローラ１０Ｄは、発振回路１２にイネーブル信号ＣＴを供給する共に、スイッチ回路１３Ｄ，１４Ｄ，１５Ｄに、切り替え制御信号ＳＷａ，ＳＷｂ、ＳＷｃを供給する。イネーブル信号ＣＴによる制御によって発振回路１２からの交流信号ＳｃはＡＳＫ変調されて、導電体からなる芯体３Ｄに供給される。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８１】
そして、コントローラ１０Ｄは、筆圧検出用モジュール５０の半導体チップ３００からなる可変容量コンデンサＣｄの容量に基づいて、位置指示器１Ｄが位置検出装置２０のセンサ部１００に接触した状態を検知すると、前述の第２の実施形態において説明したのと同様にして、阻害電極６Ｄ，７Ｄ，８Ｄを順次に切り替えて、芯体３Ｄからの交流信号の送出を、接地した阻害電極６Ｄ，７Ｄ，８Ｄにより阻害するようにする。そして、コントローラ１０Ｄは、スイッチ回路１３Ｄ，１４Ｄ，１５Ｄの内、オンとされたものに接続されている阻害電極の識別情報を含む交流信号Ｓｃを発生するように、イネーブル信号ＣＴによって発振回路１２を制御するようにする。