JP2021009744A - 電子ペン - Google Patents

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Abstract

【課題】充電を効率良く行うことができる電子ペンを提供する。【解決手段】貫通孔を有すると共に、この貫通孔に沿う方向にコイルが巻回された磁性体コアと、この磁性体コアの貫通孔に挿通される導電性を有する芯体と、芯体を通じて送出する、位置を検出させるための信号を発生する信号発生部と、信号発生部と芯体との間に設けられる第１のスイッチ回路と、蓄電部と、コイルに外部磁界に応じて発生する誘導電流により蓄電部を充電する充電回路とを備える。充電回路により蓄電部を充電するときに、第１のスイッチ回路をオフに制御可能に構成されている。【選択図】図１１

Description

この発明は、位置検出装置と共に使用される電子ペンに関する。
近年、種々の電子機器の入力装置として、座標入力装置が用いられるようになっており、この座標入力装置の入力具としての電子ペンが用いられる機会が多くなっている。座標入力装置としては、従来は電磁誘導方式が主に用いられており、この電磁誘導方式の一つとして、センサからの磁界を、電子ペンが備える共振回路で受けて、センサに帰還する方式がある（例えば特許文献１（特開２００９−８６９２５号公報）参照）。
この電磁誘導方式の座標入力装置は、多数のループコイルを座標軸のＸ軸方向及びＹ軸方向に配設してなるセンサを備える位置検出装置と、磁性体コアに巻回されたインダクタンス素子の例としてのコイルとキャパシタとからなる共振回路を有するペン形状の位置指示器としての電子ペンとで構成される。
位置検出装置は、所定の周波数の送信信号をセンサのループコイルに供給して、電磁エネルギーとして電子ペンに送信する。電子ペンの共振回路は、送信信号の周波数に応じた共振周波数を有するように構成されており、センサのループコイルとの間での電磁誘導作用に基づいて電磁エネルギーを蓄える。そして、電子ペンは、共振回路に蓄えた電磁エネルギーを位置検出装置のセンサのループコイルに帰還させる。
センサのループコイルは、この電子ペンからの電磁エネルギーを検出する。位置検出装置は、送信信号を供給したループコイルの位置と、電子ペンの共振回路からの電磁エネルギーを検出したループコイルの位置により、電子ペンにより指示されたセンサ上の位置のＸ軸方向及びＹ軸方向の座標値を検出する。
また、最近は、表示部の例としてのＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶ディスプレイ）の表面側に重畳して用いられる静電結合方式の位置検出装置も、携帯装置に用いられている。そして、この静電結合方式の位置検出装置と共に使用される電子ペンとして、発信型の電子ペンが賞用されるようになっている。
この種の静電結合方式の位置検出装置用の電子ペンは、電池を備えると共に、この電池からの電圧により駆動される信号発信回路を備え、この信号発信回路からの発信信号を位置検出用信号として位置検出センサに供給する、いわゆるアクティブ方式の電子ペンである（例えば特許文献２（特開平０７−２９５７２２号公報）等参照）。電池には、一次電池の他、充電式の二次電池も用いられている。一方、位置検出システムは、位置検出手段のセンサパネルを使うが、このアクティブ方式の位置指示器からの発信信号を受信した個々の導体の信号強度から、位置指示器により指示された位置として位置検出を行う。
特開２００９−８６９２５号公報 特開平０７−２９５７２２号公報
上述した電磁誘導方式の位置検出装置と、静電結合方式の位置検出装置とは、それぞれ一長一短があり、電子機器には、その用途や使用環境などに応じて、いずれかの方式が採用される。このため、いずれか一方の方式が多数を占めている訳ではなく、電磁誘導方式の位置検出装置を採用した電子機器だけでなく、静電結合方式の位置検出装置を採用した電子機器も多数存在する。
従来は、利用者は、電子機器の位置検出装置に採用されている電磁誘導方式または静電結合方式のそれぞれに適合した電子ペンを用意するようにしなければならなかった。このため、電子機器に採用されている方式を確認しながら、電子ペンをその確認した方式に応じたものを使用しなければならず、面倒であった。また、一方の方式用の電子ペンを紛失した場合、当該方式が対応する電子機器は、同方式の電子ペンを新規に購入しなければ位置検出装置を使用した入力ができなくなり、不便であった。
また、製造会社にとっても、電磁誘導方式と静電結合方式との両方式のそれぞれ用の電子ペンをそれぞれ製造して用意しなければならないので、多種多様の部品が必要となり、部品コスト・製造コスト・販売コストが嵩むという問題があった。
この発明は、以上の問題点を解決することができる電子ペンを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、
貫通孔を有すると共に、前記貫通孔に沿う方向にコイルが巻回された磁性体コアと、
前記磁性体コアの前記貫通孔に挿通される、導電性を有する芯体と、
前記芯体を通じて送出する、位置を検出させるための信号を発生する信号発生部と、
前記信号発生部と前記芯体との間に設けられる第１のスイッチ回路と、
蓄電部と、
前記コイルに外部磁界に応じて発生する誘導電流により前記蓄電部を充電する充電回路と、
を備え、
前記充電回路により前記蓄電部を充電するときに、前記第１のスイッチ回路をオフに制御可能に構成されている
ことを特徴とする電子ペンを提供する。
上述の構成の請求項１の発明による電子ペンは、磁性体コアに巻回されたコイルで、外部からの電磁エネルギーを受信し、その受信した電磁エネルギーに基づいてコイルに発生した誘導電流により蓄電部を充電する。その充電の際に、第１のスイッチ回路がオフとされることで、信号発生部から芯体を通じて信号が送出する状態を阻止して、充電を効率良く行うように動作する。
この発明による電子ペンの第１の実施形態の構成例を示す図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態で用いられる電子ペン本体部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態で用いられる電子ペン本体部の一部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態における信号処理回路の構成例を示す図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態を充電する充電器の一例を示す図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態が使用される電子機器の例を示す図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態と共に使用される電磁誘導方式の位置検出装置の構成例を示す図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態と共に使用される静電結合方式の位置検出装置の構成例を示す図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態と共に使用される静電結合方式の位置検出装置の他の構成例を示す図である。 この発明による電子ペンの第２の実施形態の要部を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第２の実施形態における信号処理回路の構成例を示す図である。 この発明による電子ペンの第２の実施形態における信号処理回路の他の構成例を示す図である。 この発明による電子ペンの第３の実施形態を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第３の実施形態における信号処理回路の構成例を示す図である。 この発明による電子ペンの第４の実施形態における信号処理回路の構成例を示す図である。
以下、この発明による電子ペン及び電子ペン本体部の実施形態を、図を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
図１は、この発明による電子ペンの第１の実施形態の構成例を示す図である。この第１の実施形態の電子ペン１は、筒状の筐体２の中空部２ａ内に、電子ペン本体部３が収納され、ノックカム機構部４により、電子ペン本体部３のペン先側が、筐体２の長手方向の一端の開口２ｂ側から出し入れされるノック式の構成を備える。この実施形態では、電子ペン本体部３は、カートリッジ式の構成とされ、筐体２に対して着脱可能とされている。
図１（Ａ）は、電子ペン本体部の全体が筐体２の中空部２ａ内に収容されている状態を示し、図１（Ｂ）は、ノックカム機構部４により電子ペン本体部のペン先側が、筐体２の開口２ｂから突出した状態を示している。なお、図１の例では、電子ペン１の筐体２が透明の合成樹脂で構成されていて、その内部が透けて見える状態として示している。
この実施形態の電子ペン１は、市販のノック式ボールペンと互換性が取れる構成とされている。
筐体２及び当該筐体２内に設けられるノックカム機構部４は、周知の市販のノック式ボールペンと同一の構成とされると共に、寸法関係も同一に構成される。換言すれば、筐体２及びノックカム機構部４は、市販のノック式のボールペンの筐体及びノックカム機構部をそのまま用いることもできる。
ノックカム機構部４は、図１に示すように、カム本体４１と、ノック棒４２と、回転子４３とが組み合わされた周知の構成とされている。カム本体４１は、筒状の筐体２の内壁面に形成されている。ノック棒４２は、使用者のノック操作を受け付けることができるように、端部４２ａが、筐体２のペン先側とは反対側の開口２ｃから突出するようにされている。回転子４３は、電子ペン本体部３のペン先側とは反対側の端部が嵌合される嵌合部４３ａを備える。
図１（Ａ）の状態において、ノック棒４２の端部４２ａが押下されると、ノックカム機構部４により、電子ペン本体部３は、筐体２内において図１（Ｂ）の状態にロックされ、電子ペン本体部３のペン先側が、筐体２の開口２ｂから突出する状態になる。そして、この図１（Ｂ）の状態から、ノック棒４２の端部４２ａが再度押下されると、ノックカム機構部４によりロック状態が解除され、復帰用ばね５により、電子ペン本体部３の筐体２内の位置は、図１（Ａ）の状態に戻る。復帰用ばね５は、ノックカム機構部４と、ばね受け部材７との間に設けられている。ばね受け部材７には、筐体２の中空部内の軸心方向の所定位置に固定されて取り付けられており、電子ペン本体部３が挿通される貫通孔が形成されている。電子ペン本体部３のノックカム機構部４の詳細な構成及びその動作は、周知であるので、ここでは、その説明を省略する。
［電子ペン本体部３の実施形態］
図２は、電子ペン本体部３の構成例を、市販のノック式ボールペンの替え芯と比較して示す図である。すなわち、図２（Ａ）は、市販のノック式ボールペンの替え芯６を示し、また、図２（Ｂ）は、この実施形態の電子ペン本体部３の構成例を示している。
市販のノック式ボールペンの替え芯６は、図２（Ａ）に示すように、ボールが先端に配設されているペン先部６１と、インク収納部６２とが、結合部６３で結合されて一体化された周知の構成を備える。結合部６３は、インク収納部６２と同じ径を有する。
一方、この実施形態の電子ペン本体部３においては、図２（Ｂ）に示すように、コイル３１が巻回された磁性体コア、この例ではフェライトコア３２が筒状体部３３と結合されている。そして、芯体３４が、フェライトコア３２の貫通孔（図２では図示を省略）を通じて挿通されて、後述するように、筒状体部３３内に設けられている筆圧検出部（図２では図示を省略）に嵌合されて電子ペン本体部３の一部として設けられる。図２に示すように、芯体３４は、一方の端部３４ａ（以下、先端部３４ａという）が、ペン先として、フェライトコア３２から突出する。
図３（Ａ）は、コイル３１が巻回されたフェライトコア３２と、筒状体部３３の一部と、芯体３４の部分の分解拡大図である。この例のフェライトコア３２は、例えば円柱状形状のフェライト材料に、芯体３４を挿通するための所定の径ｒ（例えばｒ＝１ｍｍ）の軸心方向の貫通孔３２ｄが形成されたものとされている。このフェライトコア３２の、ペン先側には、徐々に先細となるテーパー部３２ｅが形成されている。このテーパー部３２ｅにより、このフェライトコア３２を通る磁束は、テーパー部３２ｅで高密度となり、位置検出装置のセンサとの間の磁気的な結合を、テーパー部３２ｅがない場合に比して、より強くすることができる。
そして、この実施形態では、図３（Ａ）に示すように、コイル３１がフェライトコア３２の軸心方向の全長に亘って巻回されるのではなく、部分的に巻回されている。すなわち、この例では、コイル３１はフェライトコア３２の全長の約１／２長の巻回長を有するものとされると共に、図３（Ａ）に示すように、当該コイルのフェライトコア３２における巻回部３２ａは、フェライトコア３２の、筒状体部３３との結合部側に偏った位置とされる。
そして、フェライトコア３２をその軸心方向に見たとき、ペン先側の端部から、コイル巻回部３２ａの一方の端までの部分は、コイルが巻回されない第１のコイル非巻回部３２ｂとされ、また、コイル巻回部３２ａの他方の端から、フェライトコア３２の筒状体部３３との結合部側の若干の部分も、コイル３１が巻回されない第２のコイル非巻回部３２ｃとされる。第２のコイル非巻回部３２ｃの軸心方向の長さは、筒状体部３３と結合するための短い長さとされる。一方、第１のコイル非巻回部３２ｂの軸心方向の長さは、この例では、フェライトコア３２の全長の約１／２長から、第２のコイル非巻回部３２ｃの長さ分を差し引いた、比較的長いものとされる。
そして、この実施形態では、筒状体部３３のフェライトコア３２との結合部の近傍には、筆圧検出部３５が設けられている。この筆圧検出部３５は、この例では、例えば特許文献：特開２０１１−１８６８０３号公報に記載されている周知の構成の筆圧検出手段を使用した、筆圧に応じて静電容量が変化する可変容量キャパシタの構成としている。なお、筆圧検出部３５は、例えば、特開２０１３−１６１３０７号公報に開示されているような筆圧に応じて静電容量を可変とする半導体素子を用いた構成することもできる。
筒状体部３３内には、さらにプリント基板３６が収納されている。このプリント基板３６には、信号発生部の例を構成する発振回路３７と、後述するようにコイル３１とこれに並列に接続されたキャパシタ（後述のキャパシタ及び筆圧検出部３５で構成される可変容量キャパシタ）とからなる共振回路とを含む信号処理回路（図４参照）が設けられている。
そして、図３（Ｂ）に示すように、フェライトコア３２の第２のコイル非巻回部３２ｃの全部または一部が、筒状体部３３に設けられている凹部３３ａに嵌合されることで、フェライトコア３２が筒状体部３３と結合される。図示は省略するが、このフェライトコア３２の筒状体部３３との結合の際に、コイル３１の一端３１ａ及び３１ｂが、筒状体部３３のプリント基板３６に設けられているキャパシタ３８と並列に接続されるように電気的に接続される。
芯体３４は、図３（Ａ）に示すように、径がフェライトコア３２の貫通孔の径ｒよりも小さい、導電性を有する棒状の部材で構成されている。この例では、芯体３４は、導体、例えば導電性金属や導電性粉末を混入した硬質樹脂からなる電極芯の構成とされる。この電極芯を構成する芯体３４は、接続線３９により、プリント基板３６の信号発信部を構成する発振回路３７の信号出力端に接続されている。
この芯体３４は、フェライトコア３２と筒状体部３３とが結合されている状態において、図３（Ｂ）に示すように、テーパー部３２ｅが形成されている側からフェライトコア３２の貫通孔３２ｄに挿通される。そして、芯体３４は、その先端部３４ａとは反対側の端部３４ｂが、筒状体部３３内の筆圧検出部３５の嵌合部３５ａに嵌合される。この場合に、詳細な図示は、省略するが、筆圧検出部３５の嵌合部３５ａには例えば弾性ゴムなどの弾性材料が配置されていて、芯体３４の端部３４ｂが当該弾性材料で保持されることにより、芯体３４は容易には抜け落ちないようにされている。ただし、使用者が、芯体３４を引き抜くように力を印加すれば、芯体３４と筆圧検出部３５の嵌合部３５ａとの嵌合は、容易に外れて、芯体３４を引き抜くことができる。つまり、芯体３４は、交換可能とされている。
この例の場合には、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、電子ペン本体部３のペン先側の寸法は、ボールペンの替え芯６のペン先側の寸法とほぼ等しくなるように構成されている。すなわち、電子ペン本体部３のペン先側に設けられるフェライトコア３２の径は、ボールペンの替え芯６のペン先部６１の径Ｒ１とほぼ等しくなるように構成されている。また、芯体３４の先端部３４ａのフェライトコア３２から突出する部分の長さとフェライトコア３２の第１のコイル非巻回部３２ｂの長さとの合計の長さは、図２及び図３（Ｂ）に示すように、ボールペンの替え芯６のペン先部６１の長さＬ１とほぼ等しくなるように構成されている。
また、電子ペン本体部３のフェライトコア３２のコイル３１が巻回されたコイル巻回部３２ａの径及び筒状体部３３の径は、ボールペンの替え芯６のインク収納部６２の径Ｒ２とほぼ等しく、前記ペン先部６１の径Ｒ１よりは大きい（Ｒ２＞Ｒ１）。なお、筐体２の開口２ｂの径は、この径Ｒ２よりは小さい。したがって、コイル巻回部３２ａは、開口２ｂから外部に突出することはできない。
また、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、フェライトコア３２と筒状体部３３とを結合し、芯体３４をフェライトコア３２の貫通孔を通じて筒状体部３３の筆圧検出部３５に嵌合した状態の電子ペン本体部の長さ（全長）は、ボールペンの替え芯６の全長Ｌ２と等しく選定されている。
以上のような構成の電子ペン本体部３を、ばね受け部材７の貫通孔を挿通させた後、その筒状体部３３をノックカム機構部４の回転子４３の嵌合部４３ａに嵌合させることにより、筐体２内に収納することができる。
そして、この実施形態の電子ペン１においては、使用者は、位置検出装置と共に使用するときには、ノック棒４２の端部４２ａを押下する。すると、電子ペン１においては、図１（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示すように、芯体３４の先端部３４ａ及びフェライトコア３２の第１のコイル非巻回部３２ｂの一部が筐体２の開口２ｂから突出する状態となる。電子ペン１の使用者は、この状態で、位置検出装置のセンサ上において、指示位置の入力操作をする。
電子ペン１の使用が終了したら、ノック棒４２の端部４２ａを再押下することで、図１（Ａ）に示すように、電子ペン本体部３の全体は筐体２の中空部２ａ内に収容させる状態とすることができる。このときには、電子ペン本体部３の全体が筐体２の中空部２ａ内に収容されて、電子ペン本体部３の芯体３４の先端部３４ａは、筐体２により保護される状態となる。
次に、この第１の実施形態の電子ペン１の信号処理回路の構成例について説明する。図４は、電子ペン１の信号処理回路３００の回路構成例を示す図である、
この図４に示すように、コイル３１には、プリント基板３６に設けられるキャパシタ３８（図３（Ｂ）参照）と、筆圧検出部３５で構成される可変容量キャパシタ３５Ｃとが並列に接続されて、共振回路３００Ｒが構成されている。したがって、共振回路３００Ｒの共振周波数は、筆圧検出部３５で検出される筆圧に応じた周波数とされる。
そして、この実施形態の電子ペンにおいては、この共振回路３００Ｒは、このプリント基板３６に形成されている発振回路３７の発振周波数を決定する回路部分として、発振回路３７に接続されている。
また、図４において、５１は蓄電部の例を構成する電気二重層キャパシタ、５２は整流用ダイオード、５３は電圧変換回路である。この例では、コイル３１の一端は整流用ダイオード５２のアノードに接続され、他端は、接地（ＧＮＤ）されている。また、電気二重層キャパシタ５１の一端は整流用ダイオード５２のカソードに接続され、他端は、接地されている。電子ペン１の外部に交番磁界が存在するときには、コイル３１に誘導電流が生じ、その誘導電流が整流用ダイオード５２を通じて電気二重層キャパシタ５１に充電電流として供給されて、電気二重層キャパシタ５１が充電されて蓄電される。
芯体３４は、コイル３１が巻かれたフェライトコア３２の貫通孔３２ｄを貫通して、筆圧検出部３５に物理的に結合（係合）されると共に、例えば、導電性の芯体３４と筆圧検出部３５との前記結合部で接続線３９（図３（Ｂ）の点線参照）と電気的に接続されている。そして、前述したように、接続線３９は、導電性の芯体３４と発振回路３７とを電気的に接続している。したがって、この実施形態の電子ペン１においては、芯体３４と可変容量キャパシタ３５Ｃを構成する筆圧検出部３５との前記物理的な結合により芯体３４に加えられた圧力（筆圧）が筆圧検出部３５に伝達されるとともに、接続線３９を経由して発振回路３７からの送信信号が芯体３４より送信される構成とされている。
共振回路３００Ｒは、前述したように、芯体３４に印加される筆圧に応じて変化する筆圧検出部３５の可変容量キャパシタの容量に応じた共振周波数を有する。そして、発振回路３７は、共振回路３００Ｒの共振周波数に応じて周波数が変化する信号を発生し、その発生した信号を芯体３４に供給する。発振回路３７からの信号は、芯体３４よりその信号に基づく電界として放射される。
この場合に、電子ペン１においては、コイル３１は固定電位（この例では接地電位（ＧＮＤ））となるため、当該コイル３１は、芯体３４の周囲に設けたシールド電極として作用する。なお、コイル３１の固定電位は、接地電位に限らず、電源のプラス側電位であっても良いし、電源のプラス側電位と接地電位との中間の電位であっても良い。
電圧変換回路５３は、電気二重層キャパシタ５１に蓄えられた電圧を一定の電圧に変換して発振回路３７の電源として供給する。この電圧変換回路５３は、電気二重層キャパシタ５１の両端の電圧よりも低くなるような降圧タイプのものでも良いし、電気二重層キャパシタ５１の両端の電圧よりも高くなるような昇圧タイプのものでも良い。また、電気二重層キャパシタ５１の両端の電圧が前記一定の電圧よりも高い場合は降圧回路として動作し、前記一定の電圧よりも低い場合は昇圧回路として動作する昇降圧タイプのものでも良い。
図５は、この実施形態の電子ペン１用の充電器の一例を示すものである。この例の充電器３１０は、筐体３１１の一部に電子ペン１用の挿入口３１２を備えると共に、この挿入口３１２に連通する凹部を具備し、当該凹部に挿入される電子ペン１を支持する支持部３１３を備える。支持部３１３には、電力供給用コイル３１４が巻回されている。電力供給用コイル３１４は、充電制御回路３１５に接続されている。充電制御回路３１５からは、商用交流電源のコンセントに接続するプラグ３１６が導出されている。この例では、充電制御回路３１５は、共振回路３００Ｒの共振周波数とほぼ等しい周波数の交番磁界を発生するように、電力供給用コイル３１４を駆動する。
この実施形態の電子ペン１を、この充電器３１０の挿入口３１２から支持部３１３の凹部に挿入したときに、充電器３１０が発生する交番磁界により、電子ペン１のコイル３１には誘導起電力が発生して、整流用ダイオード５２を介して電気二重層キャパシタ５１を充電する。
［電子ペン１と共に使用する位置検出装置における位置検出および筆圧検出のための回路構成］
図６は、この発明の実施形態の電子ペン１を位置指示器として用いる電子機器の例としてのタブレット型情報端末２００の一例を示すものである。この例では、タブレット型情報端末２００は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置の表示画面２００Ｄを備える。そして、この種のタブレット型情報端末２００は、位置指示器を用いて入力が行える位置検出装置を備える。そして、位置検出装置としては、電磁誘導方式の位置検出装置４００ＥＭＲを備えるものと、静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳを備えるものとがある。電磁誘導方式の位置検出装置４００ＥＭＲは、ＬＣＤなどの表示装置の裏側に設けられ、静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳは、ＬＣＤなどの表示装置の表側（表示画面の上側）に設けられる。
冒頭でも述べたが、従来は、タブレット型情報端末が、電磁誘導方式の位置検出装置４００ＥＭＲを備える場合には、当該電磁誘導方式の位置検出装置４００ＥＭＲに対応する専用の電子ペンを用い、また、静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳを備える場合には、当該静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳに対応する専用の電子ペンを用いる必要があった。これに対して、上述の構成の実施形態の電子ペン１は、電磁誘導方式と静電結合方式の両方式の位置検出装置のいずれにも、切り替え操作などを全く行わずに用いることができる。
［電磁誘導方式の位置検出装置４００ＥＭＲが用いられている場合］
図７は、上述の実施形態の電子ペン１による指示位置の検出および電子ペン１に印加される筆圧の検出を行う電磁誘導方式の位置検出装置４００ＥＭＲの回路構成例を示す図である。この例の位置検出装置４００ＥＭＲは、図７に示すように、位置検出センサ４１０と、この位置検出センサ４１０に接続されるペン検出回路４２０とで構成されている。
電子ペン１は、この図７に示すように、図４の信号処理回路３００の内の共振回路３００Ｒのみが、電磁誘導方式の位置検出装置４００ＥＭＲの位置検出センサ４１０と電磁結合することで、位置指示及び筆圧の伝達を行う。
この場合に、この実施形態では、コイル３１に流れる誘導電流により、電気二重層キャパシタ５１が充電される。そして、電圧変換回路５３からの電圧により発振回路３７も動作状態であるので、芯体３４を通じて信号が位置検出装置４００ＥＭＲに送出される。しかし、位置検出装置４００ＥＭＲでは、電界結合の信号は、電磁結合により送受する信号に比べて殆ど無視できるので、位置検出装置４００ＥＭＲにおける、位置指示及び筆圧の検出においては、悪影響を及ぼすことはない。
位置検出装置４００ＥＭＲには、Ｘ軸方向ループコイル群４１１と、Ｙ軸方向ループコイル群４１２とが積層されて位置検出センサ４１０が形成されている。各ループコイル群４１１，４１２は、例えば、それぞれｎ，ｍ本の矩形のループコイルからなっている。各ループコイル群４１１，４１２を構成する各ループコイルは、等間隔に並んで順次重なり合うように配置されている。
また、位置検出装置４００ＥＭＲには、Ｘ軸方向ループコイル群４１１及びＹ軸方向ループコイル群４１２が接続される選択回路４１３が設けられている。この選択回路４１３は、２つのループコイル群４１１，４１２のうちの一のループコイルを順次選択する。
さらに、位置検出装置４００ＥＭＲのペン検出回路４２０には、発振器４２１と、電流ドライバ４２２と、切り替え接続回路４２３と、受信アンプ４２４と、検波器４２５と、低域フィルタ４２６と、サンプルホールド回路４２７と、Ａ／Ｄ変換回路４２８と、同期検波器４２９と、低域フィルタ４３０と、サンプルホールド回路４３１と、Ａ／Ｄ変換回路４３２と、処理制御部４３３とが設けられている。処理制御部４３３は、マイクロコンピュータにより構成されている。
発振器４２１は、周波数ｆ０の交流信号を発生する。そして、発振器４２１は、発生した交流信号を、電流ドライバ４２２と同期検波器４２９に供給する。電流ドライバ４２２は、発振器４２１から供給された交流信号を電流に変換して切り替え接続回路４２３へ送出する。切り替え接続回路４２３は、処理制御部４３３からの制御により、選択回路４１３によって選択されたループコイルが接続される接続先（送信側端子Ｔ、受信側端子Ｒ）を切り替える。この接続先のうち、送信側端子Ｔには電流ドライバ４２２が、受信側端子Ｒには受信アンプ４２４が、それぞれ接続されている。
選択回路４１３により選択されたループコイルに発生する誘導電圧は、選択回路４１３及び切り替え接続回路４２３を介して受信アンプ４２４に送られる。受信アンプ４２４は、ループコイルから供給された誘導電圧を増幅し、検波器４２５及び同期検波器４２９へ送出する。
検波器４２５は、ループコイルに発生した誘導電圧、すなわち受信信号を検波し、低域フィルタ４２６へ送出する。低域フィルタ４２６は、前述した周波数ｆ０より充分低い遮断周波数を有しており、検波器４２５の出力信号を直流信号に変換してサンプルホールド回路４２７へ送出する。サンプルホールド回路４２７は、低域フィルタ４２６の出力信号の所定のタイミング、具体的には受信期間中の所定のタイミングにおける電圧値を保持し、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路４２８へ送出する。Ａ／Ｄ変換回路４２８は、サンプルホールド回路４２７のアナログ出力をデジタル信号に変換し、処理制御部４３３に出力する。
一方、同期検波器４２９は、受信アンプ４２４の出力信号を発振器４２１からの交流信号で同期検波し、それらの間の位相差に応じたレベルの信号を低域フィルタ４３０に送出する。この低域フィルタ４３０は、周波数ｆ０より充分低い遮断周波数を有しており、同期検波器４２９の出力信号を直流信号に変換してサンプルホールド回路４３１に送出する。このサンプルホールド回路４３１は、低域フィルタ４３０の出力信号の所定のタイミングにおける電圧値を保持し、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路４３２へ送出する。Ａ／Ｄ変換回路４３２は、サンプルホールド回路４３１のアナログ出力をデジタル信号に変換し、処理制御部４３３に出力する。
処理制御部４３３は、位置検出装置４００ＥＭＲの各部を制御する。すなわち、処理制御部４３３は、選択回路４１３におけるループコイルの選択、切り替え接続回路４２３の切り替え、サンプルホールド回路４２７、４３１のタイミングを制御する。処理制御部４３３は、Ａ／Ｄ変換回路４２８、４３２からの入力信号に基づき、Ｘ軸方向ループコイル群４１１及びＹ軸方向ループコイル群４１２から一定の送信継続時間（連続送信区間）をもって電波を送信させる。
Ｘ軸方向ループコイル群４１１及びＹ軸方向ループコイル群４１２の各ループコイルには、電子ペン１から送信（帰還）される電波によって誘導電圧が発生する。処理制御部４３３は、この各ループコイルに発生した誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて電子ペン１のＸ軸方向及びＹ軸方向の指示位置の座標値を算出する。また、処理制御部４３３は、送信した電波と受信した電波との位相差に応じた信号のレベルに基づいて筆圧を検出する。
このようにして、位置検出装置４００ＥＭＲでは、接近した電子ペン１の位置を処理制御部４３３で検出する。そして、受信した信号の位相を検出することにより、電子ペン１の筆圧値の情報を得る。
［静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳが用いられている場合］
図８は、上述の実施形態の電子ペン１による指示位置の検出および電子ペン１に印加される筆圧の検出を行う静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳの回路構成例を示す図である。
この例の位置検出装置４００ＡＥＳは、図８に示すように、位置検出センサ４４０と、この位置検出センサ４４０に接続されるペン検出回路４５０とからなる。位置検出センサ４４０は、この例では、断面図は省略するが、下層側から順に、第１の導体群４４１、絶縁層（図示は省略）、第２の導体群４４２を積層して形成されたものである。第１の導体群４４１は、例えば、横方向（Ｘ軸方向）に延在した複数の第１の導体４４１Ｙ1、４４１Ｙ2、…、４４１Ｙm（ｍは１以上の整数）を互いに所定間隔離して並列に、Ｙ軸方向に配置したものである。
また、第２の導体群４４２は、第１の導体４４１Ｙ1、４４１Ｙ2、…、４４１Ｙmの延在方向に対して交差する方向、この例では直交する縦方向（Ｙ軸方向）に延在した複数の第２の導体４４２Ｘ1、４４２Ｘ2、…、４４２Ｘn（ｎは１以上の整数）を互いに所定間隔離して並列に、Ｘ軸方向に配置したものである。
このように、位置検出装置４００ＡＥＳの位置検出センサ４４０では、第１の導体群４４１と第２の導体群４４２を交差させて形成したセンサパターンを用いて、電子ペン１が指示する位置を検出する構成を備えている。
この場合には、電子ペン１は、図４における発振回路３７からの発信信号が、導電性を有する芯体３４を通じて位置検出センサ４４０に送信される。このとき共振回路３００Ｒも動作可能となっているが、位置検出装置４００ＡＥＳの位置検出センサ４４０は、共振回路３００Ｒとは電磁結合しないので、電子ペン１による指示位置の検出及び筆圧の検出処理には影響はない。
なお、以下の説明において、第１の導体４４１Ｙ1、４４１Ｙ2、…、４４１Ｙmについて、それぞれの導体を区別する必要がないときには、その導体を、第１の導体４４１Ｙと称する。同様に、第２の導体４４２Ｘ1、４４２Ｘ2、…、４４２Ｘnについて、それぞれの導体を区別する必要がないときには、その導体を、第２の導体４４２Ｘと称することとする。
ペン検出回路４５０は、位置検出センサ４４０との入出力インターフェースとされる選択回路４５１と、増幅回路４５２と、バンドパスフィルタ４５３と、検波回路４５４と、サンプルホールド回路４５５と、ＡＤ（Analog to Digital）変換回路４５６と、制御回路４５７とからなる。
選択回路４５１は、制御回路４５７からの制御信号に基づいて、第１の導体群４４１および第２の導体群４４２の中から１本の導体４４１Ｙまたは４４２Ｘを選択する。選択回路４５１により選択された導体は増幅回路４５２に接続され、電子ペン１の芯体３４からの信号が、選択された導体により検出されて増幅回路４５２により増幅される。この増幅回路４５２の出力はバンドパスフィルタ４５３に供給されて、電子ペン１の芯体３４から送信される信号の周波数の成分のみが抽出される。
バンドパスフィルタ４５３の出力信号は検波回路４５４によって検波される。この検波回路４５４の出力信号はサンプルホールド回路４５５に供給されて、制御回路４５７からのサンプリング信号により、所定のタイミングでサンプルホールドされた後、ＡＤ変換回路４５６によってデジタル値に変換される。ＡＤ変換回路４５６からのデジタルデータは制御回路４５７によって読み取られ、処理される。
制御回路４５７は、内部のＲＯＭに格納されたプログラムによって、サンプルホールド回路４５５、ＡＤ変換回路４５６、および選択回路４５１に、それぞれ制御信号を送出するように動作する。そして、制御回路４５７は、ＡＤ変換回路４５６からのデジタルデータから、電子ペン１の芯体３４によって指示された位置検出センサ４４０上の位置座標を算出すると共に、筆圧検出部３５で検出された筆圧を検出するようにする。
すなわち、制御回路４５７は、例えばまず第２の導体４４２Ｘ1〜４４２Ｘnを順次に選択する選択信号を選択回路４５１に供給し、第２の導体４４２Ｘ1〜４４２Ｘnのそれぞれの選択時に、ＡＤ変換回路４５６から出力されるデータを信号レベルとして読み取る。そして、第２の導体４４２Ｘ1〜４４２Ｘnの全ての信号レベルが所定値に達していなければ、制御回路４５７は、電子ペン１が位置検出センサ４４０上に無いものと判断し、第２の導体４４２Ｘ1〜４４２Ｘnを順次に選択する制御を繰り返す。
第２の導体４４２Ｘ1〜４４２Ｘnのいずれかから所定値以上のレベルの信号が検出された場合には、制御回路４５０は、最も高い信号レベルが検出された第２の導体４４２Ｘの番号とその周辺の複数個の第２の導体４４２Ｘを記憶する。そして、制御回路４５７は、選択回路４５１を制御して、第１の導体４４１Ｙ1〜４４１Ｙmを順次選択して、ＡＤ変換回路４５６からの信号レベルを読み取る。このとき制御回路４５７は、最も大きい信号レベルが検出された第１の導体４４１Ｙとその周辺の複数個の第１の導体４４１Ｙの番号を記憶する。
そして、制御回路４５７は、以上のようにして記憶した、最も大きい信号レベルが検出された第２の導体４４２Ｘの番号及び第１の導体４４１Ｙの番号とその周辺の複数個の複数個の第２の導体４４２Ｘ及び第１の導体４４１Ｙから、電子ペン１により指示された位置検出センサ４４０上の位置を検出する。
制御回路４５７は、また、ＡＤ変換回路４５６からの信号の周波数を検出し、その検出した周波数から、筆圧検出部３５で検出された筆圧値を検出する。すなわち、前述したように、電子ペン１の発振回路３７の発振周波数は、筆圧検出部３５で構成される可変容量キャパシタの静電容量に応じた周波数となっている。制御回路４５７は、例えば、電子ペン１の発振回路３７の発振周波数と筆圧値との対応テーブルの情報を備えており、この対応テーブルの情報から、筆圧値を検出する。
なお、上述の説明の例では、電子ペン１は、筆圧検出部３５で検出した筆圧を周波数に変換して芯体３４に供給するようにしたが、筆圧を対応させる信号属性としては周波数に限られるものではなく、信号の位相や信号の断続回数などに筆圧を対応させるようにしても良い。
［静電結合方式の位置検出装置の他の例］
図８に示した静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳでは、共振回路３００Ｒは動作可能状態となるが、そのコイル３１には、誘導電流が生じることはないので、電気二重層キャパシタ５１への充電は行われることはない。したがって、長時間に亘って、電子ペン１を、静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳと共に使用すると、電気二重層キャパシタ５１に蓄積されている電圧が低下してしまい、使用を一時中断して、充電器を用いて充電を行わなければならず、不便である。
この静電結合方式の位置検出装置の他の例は、この点を改善することができる場合の例である。すなわち、図９は、この例の静電結合方式の位置検出装置４０１ＡＥＳの構成例を示す図である。この図９において、前述した静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳと同一部分には、同一参照符号を付して、その説明は省略する。
この図９の例の静電結合方式の位置検出装置４０１ＡＥＳにおいては、位置検出センサ４４０を取り囲むようにして、励磁コイル４４３が配設されている。図９においては、励磁コイル４４３は、２ターンとなっているが、実際的には、より多くのターン数、例えば８〜１０ターンとされている。図９に示すように、励磁コイル４４３は、ドライブ回路４５８に接続され、ドライブ回路４５８は、例えば共振回路３００Ｒの共振周波数（中心周波数）で発振する発振回路４５９に接続されている。
ドライブ回路４５８は、処理制御部４５７により制御される。この例では、処理制御部４５７は、電子ペン１からの信号を受信したことを、ＡＤ変換回路４５６からの信号に基づいて検出したときには、ドライブ回路４５８を制御して、発振回路４５９からの発振信号を励磁コイル４４３への供給を開始させるようにして、励磁コイル４４３から電子ペン１に電磁エネルギーを供給するようにする。
電子ペン１の共振回路３００Ｒのコイル３１には、この励磁コイル４４３からの交番磁界により誘導電流が発生し、この誘導電流が整流用ダイオード５２を通じて電気二重層キャパシタ５１に充電電流として供給されることにより、電気二重層キャパシタ５１が充電される。
したがって、電子ペン１と共に使用される位置検出装置が、図９の静電結合方式の位置検出装置４０１ＡＥＳである場合には、電子ペン１は、蓄電部の例としての電気二重層キャパシタ５１を充電しながら、発振回路３７から芯体３４を通じて静電結合方式の位置検出装置４０１ＡＥＳの位置検出センサ４４０に信号を供給することができるという効果がある。
［上述の第１の実施形態の効果］
以上説明したように、上述の第１の実施形態の電子ペン１によれば、この電子ペン１が電磁誘導方式の位置検出装置４００ＥＭＲの位置検出センサ４１０の上に持ち来たらされると、当該電子ペン１は、共振回路３００Ｒにより電磁誘導方式の位置検出装置用として働く。また、電子ペン１が静電結合方式の位置検出装置４００ＡＥＳの位置検出センサ４４０の上に持ち来たらされると、当該電子ペン１は、発振回路３７からの信号が芯体３４を通じて送出される状態となって、静電結合方式の位置検出装置用として働く。そして、使用者は、上述の第１の実施形態の電子ペン１においては、両方式に対して何等の切り替え操作も行う必要がないので、使用者は、位置検出装置が、電磁誘導方式と、静電結合方式のいずれであるかを意識せずに、電子ペン１を用いることができ、非常に便利である。
そして、上述の第１の実施形態の電子ペン１によれば、蓄電部を構成する電気二重層キャパシタを充電しながら、位置検出装置と共に使用することができる。
また、上述の第１の実施形態の電子ペン１によれば、一つの筆圧検出部３５で検出した筆圧の情報を、電磁誘導方式の位置検出装置用として用いることができると共に、静電結合方式の位置検出装置用としても用いることができる。すなわち、上述の第１の実施形態では、筆圧検出部３５を、共振回路３００Ｒの一部を構成するキャパシタとして構成すると共に、当該共振回路３００Ｒを、発振回路３７の発振周波数を決定するための回路としても用いるようにしたので、筆圧の情報は、電磁誘導方式の位置検出装置に対しては共振回路の共振周波数の変化情報として送信でき、また、静電結合方式の位置検出装置に対しては、芯体３４を通じて送出する信号の周波数の変化情報として送信することできる。
また、上述の第１の実施形態の電子ペン１によれば、電子ペン１を、静電結合方式の位置検出装置用として使用するときには、コイル３１は固定電位とされているので、信号を送出する導電性の芯体３４に対するシールド電極として作用する。したがって、電子ペン１の筐体２を手で持っても芯体３４が出力する信号に影響を与えることがない。
また、上述の第１の実施形態の電子ペン１によれば、芯体３４の周囲に非接触充電用のコイル３１が設けられる構成であるため、ペン立て形状の充電器３１０による非接触充電が可能で、操作性の良い電子ペンが実現できる。
そして、上述の第１の実施形態によれば、電子ペン本体部３の細型化が実現できるので、電子ペン本体部３を、市販のボールペンの替え芯と互換性を取れる構成とすることができるようになる。
電子ペン本体部３を、市販のボールペンの替え芯と互換性を取れる構成とした場合には、電子ペン１の筐体２を、市販のボールペンの筐体を流用することができるというメリットがある。すなわち、ボールペンの替え芯の代わりに、この実施形態の電子ペン本体部３を、ボールペンの筐体に収納することで、電子ペン１を構成することが可能となる。
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、第１の実施形態の電子ペン１の改良例である。上述の第１の実施形態においては、発振回路３７からは常時芯体３４を通じて信号が供給される状態とされている構成となっている。このため、電子ペン１が非使用状態のときに、充電器に装着されて充電されていない場合には、電気二重層キャパシタ５１の蓄電電力が放電されてしまうという問題がある。第２の実施形態は、この問題を解決した例である。以下の説明において、上述した第１の実施形態の電子ペン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。
この第２の実施形態の電子ペンにおいては、図１（Ａ）に示したように、芯体３４の先端部３４ａが筐体２の開口２ｂからは突出しておらず、筐体２内に電子ペン本体部３の全てが収納される電子ペン１の非使用状態にあるときと、図１（Ｂ）に示したように、ノックカム機構部４におけるノック操作により、芯体３４の先端部３４ａが筐体２の開口２ｂから突出される状態となる電子ペン１の使用状態とを検出する検出手段を備える。
この第２の実施形態の場合の電子ペン本体部３Ａにおいては、筒状体部３３に、ノックカム機構部４による軸心方向の移動に応じてオン・オフするスイッチ部材が設けられる。
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、電子ペン本体部３Ａに設けられるスイッチ部材について説明するための図である。すなわち、この例においては、電子ペン本体部３Ａの筒状体部３３Ａの所定の部位の周面には、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、貫通孔３３Ａａが設けられると共に、スイッチ部材８が、この貫通孔３３Ａａから一部が露呈するように、筒状体部３３Ａ内に設けられる。
この場合に、貫通孔３３Ａａが設けられる筒状体部３３Ａの所定の部位は、電子ペン本体部３Ａが、電子ペンの筐体２内に全て収納される状態においてときに、筐体２内に固定されて設けられている、ばね受け部材７の貫通孔７ａに収納される筒状体部３３Ａの部位である。
スイッチ部材８は、弾性を有すると共に導電性を有する材料、例えば弾性を有する導電性金属で構成される。このスイッチ部材８は、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、筒状体部３３Ａの貫通孔３３Ａａの近傍の内壁面に固定される固定端子片８１と、当該固定端子片８１と弾性的に接触可能な可動端子片８２とからなる。可動端子片８２は、固定端子片８１と弾性的に接触する状態と、非接触の状態とを取り得るように構成された折り曲げ部８２ａを備え、この折り曲げ部８２ａの一部が貫通孔３３Ａａから突出することが可能ように、筒状体部３３Ａ内に取り付けられている。
電子ペン本体部３Ａが、芯体３４の先端部３４ａが筐体２の開口２ｂから突出せずに、筐体２の中空部に存在する保護状態であるときには、図１０（Ａ）に示すように、スイッチ部材８は、丁度、ばね受け部材７の貫通孔７ａ内に位置する。このため、可動端子片８２の折り曲げ部８２ａは、貫通孔７ａの内壁により筒状体部３３Ａ内側に弾性的に変位し、固定端子片８１と可動端子片８２とは接触せずに離間する状態となる。すなわち、スイッチ部材８は、オフの状態となる。
ノックカム機構部４により、電子ペン本体部３Ａが、芯体３４の先端部３４ａが筐体２の開口２ｂから突出している電子ペンの使用状態になると、図１０（Ｂ）に示すように、スイッチ部材８は、ばね受け部材７の貫通孔７ａから脱する状態になる。すると、可動端子片８２の折り曲げ部８２ａの一部が貫通孔３３Ａａから突出するように弾性変位し、これにより、可動端子片８２と固定端子片８１とが接触する状態となる。すなわち、スイッチ部材８は、オンの状態となる。
図１１は、この第２の実施形態の電子ペンの信号処理回路３００Ａの一例を示す図である。すなわち、この第２の実施形態の電子ペンの信号処理回路３００Ａにおいては、制御回路５４を設けると共に、発振回路３７と芯体３４との間にスイッチ回路５５を設ける。制御回路５４には、スイッチ部材８の固定端子片８１と可動端子片８２とが電気的に接続されている。そして、この制御回路５４は、スイッチ回路５５に切り替え制御信号を供給すると共に、発振回路３７の発振動作の制御信号を供給する。
制御回路５４は、このスイッチ部材８のオン・オフ状態を監視することで、電子ペン本体部３Ａの芯体３４の先端部３４ａが開口２ｂから突出する電子ペンの使用状態であるか否かを検出する。
そして、制御回路５４は、図１０（Ａ）に示すように、スイッチ部材８がオフであるときには、電子ペン本体部３Ａの先端部３４ａが開口２ｂから突出しない非使用状態であると判断し、スイッチ回路５５はオフとすると共に、発振回路３７は、スリープ状態（発振停止状態）に制御する。これにより、電子ペンの非使用状態においては、発振回路３７からの信号の、芯体３４からの送出が停止されると共に、発振回路３７の動作状態が低消費電力の状態となり、蓄電部を構成する電気二重層キャパシタ５１の蓄電エネルギーの消耗が抑止される。この時、電子ペンが充電器３１０に装着されれば、効率良く充電がなされる。
そして、制御回路５４は、図１０（Ｂ）に示すように、スイッチ部材８がオンとなったときには、電子ペン本体部３Ａの先端部３４ａが開口２ｂから突出している使用状態であると判断し、スイッチ回路５５をオンとすると共に、発振回路３７は、動作状態に制御する。これにより、電子ペンの使用状態においては、発振回路３７からの信号が芯体３４から送出される。
なお、電子ペン本体部３Ａの先端部３４ａが開口２ｂから突出しない非使用状態では、共振回路３００Ｒも動作させる必要はない。そこで、図１２に示すように、コイル３１と、キャパシタ３８及び可変容量キャパシタ３５Ｃとの並列回路との間にスイッチ回路５６を設けて、制御回路５４からの切り替え制御信号により、スイッチ回路５５と同様にオン・オフ制御するようにしてもよい。
上述した第２の実施形態によれば、電子ペンの非使用時には、蓄電部の蓄電電力の無駄な消費を無くすことができるという効果を奏する。
なお、図１１及び図１２の例では、スイッチ回路５５を、発振回路３７と芯体３４との間に設けることで、芯体３４への発振回路３７からの信号の供給を制御するようしたが、スイッチ回路５５を、電圧変換回路５３からの発振回路３７への電源電圧の供給路に設けて、発振回路３７への電源を停止することで、発振回路３７の発振を停止することで、芯体３４からの信号送出を停止するように構成してもよい。
［第３の実施形態］
以上の実施形態は、筐体内に電子ペン本体部を収納する構成の電子ペンの場合であった。しかし、この発明は、このような電子ペン本体部を、カートリッジ形式として交換可能に構成するタイプのものに限らず、電子ペン本体部の全ての機能部を、電子ペンの筐体内に並べて構成するようにしてもよいことは言うまでもない。第３の実施形態は、そのように構成した電子ペンの例である。
そして、この第３の実施形態においては、電子ペンを電磁誘導方式の位置検出装置用と、静電結合方式の位置検出装置用とで、専用に切り替えることができるように構成する。
図１３は、この第３の実施形態の電子ペン１Ｂの全体の概要を説明するための図である。また、図１４は、この第３の実施形態の電子ペンの信号処理回路の例を説明するための図である。なお、図１３及び図１４に示す第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいて、前述した第１の実施形態及び第２の実施形態と対応する部分には、同一の参照番号に、サフィックスＢを付加したものを参照符号として付与して、説明することとする。
図１３に示すように、この第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいては、筒状の筐体２Ｂ内には、図３（Ｂ）及び図４を用いて説明した第１の実施形態と同様に、コイル３１Ｂ（図１３では図示は省略）が巻回されているフェライトコア３２Ｂ（図１３では図示は省略）と、筆圧検出部３５Ｂ（図１３では図示は省略）が設けられている共に、プリント基板３６Ｂが設けられている。そして、芯体３４Ｂが、その先端部３４Ｂａが筐体２Ｂの開口から常に外部に突出する状態で、フェライトコア３２Ｂの貫通孔を通じて筆圧検出部３５Ｂに嵌合されて設けられている。この第３の実施形態においても、芯体３４Ｂは、上述の実施形態と同様に、交換可能な構成とされている。
そして、プリント基板３６Ｂ上には、押下されたときにオンとなり、押下を停止するとオフに戻るプッシュスイッチ１０１及び１０２が設けられていると共に、このプッシュスイッチ１０１及び１０２のオン・オフ状態に応じた制御信号を発生する制御回路１００が設けられている。そして、筐体２Ｂの側周面に穿かれた開口部には、弾性を有する絶縁性の樹脂、例えばＡＢＳ樹脂からなる押圧操作部１０１ａ及び１０２ａが設けられる。プッシュスイッチ１０１及び１０２は、この押圧操作部１０１ａ及び１０２ａの押圧操作により、オン・オフされる。
そして、押圧操作部１０１ａが押下操作されるとプッシュスイッチ１０１がオンとなり、これを受けて制御回路１００は、電子ペン１Ｂを電磁誘導方式の位置検出装置用とするように設定する。また、押圧操作部１０２ａが押下操作されるとプッシュスイッチ１０２がオンとなり、これを受けて制御回路１００は、電子ペン１Ｂを静電結合方式の位置検出装置用とするように設定する。
これらプッシュスイッチ１０１及び１０２と、制御回路１００とは、プリント基板３６Ｂに、上述の実施形態と同様に形成される信号処理回路（図１３では、図示を省略）に含まれている。
図１４は、この第３の実施形態の信号処理回路３００Ｂの構成例を示すものである。この図１４に示すように、この第３の実施形態においては、前述の実施形態と同様に、コイル３１Ｂと、プリント基板３６Ｂに設けられるキャパシタ３８Ｂと、筆圧検出部３５Ｂで構成される可変容量キャパシタ３５ＣＢとにより、共振回路３００ＲＢが構成される。そして、この共振回路３００ＲＢは、発振回路３７Ｂの発振周波数を定める回路として接続されている。
また、前述の実施形態と同様に、外部磁界に応じてコイル３１Ｂに誘起される誘導電流が整流用ダイオード５２を通じて電気二重層キャパシタ５１Ｂに供給されることで、電気二重層キャパシタ５１Ｂが充電される。
そして、この第３の実施形態においては、発振回路３７Ｂと芯体３４Ｂとの間にスイッチ回路５５Ｂを設けると共に、コイル３１Ｂと整流用ダイオード５２との間にスイッチ回路５７Ｂを設ける。制御回路１００は、プッシュスイッチ１０１及び１０２のオン・オフ操作に応じて、スイッチ回路５５Ｂ及び５７Ｂを切り替える。
この第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいて、使用者が押圧操作部１０１ａを押下すると、プッシュスイッチ１０１がオンとなり、制御回路１００は、スイッチ回路５５Ｂ及び５７Ｂをオフに切り替える。すると、電子ペン１Ｂの信号処理回路３００Ｂにおいては、共振回路３００ＲＢのみが有効となるため、電子ペン１Ｂは、電磁誘導方式の位置検出装置用となる。
また、使用者が押圧操作部１０２ａを押下すると、プッシュスイッチ１０２がオンとなり、制御回路１００は、スイッチ回路５５Ｂ及び５７Ｂをオンに切り替える。すると、電子ペン１Ｂの信号処理回路３００Ｂにおいては、発振回路３７Ｂからの信号が芯体３４Ｂを通じて送出する状態となり、電子ペン１Ｂは、静電結合方式の位置検出装置用となる。なお、この静電結合方式の位置検出装置用の構成の電子ペン１Ｂの信号処理回路３００Ｂにおいては、図９に示した励磁コイル４４３を備える位置検出装置と共に使用される場合には、コイル３１Ｂに誘起される誘導電流により、整流用ダイオード５２を通じて電気二重層キャパシタ５１Ｂが充電される。
以上のようにして、この第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいては、使用者は、自分が使用とする位置検出装置の方式に応じて、押圧操作部１０１ａまたは押圧操作部１０２ａを押下操作することで、電磁誘導方式の位置検出装置用と、静電結合方式の位置検出装置用とで、電子ペン１Ｂを選択的に切り替えて使用することができる。
なお、図１４の構成において、スイッチ回路５５Ｂは、図１１及び図１２の例と同様に、電圧変換回路５３Ｂと発振回路３７との間の電源電圧の供給路に設けるようにしてもよい。
また、筐体２Ｂの外周面に、電子ペン１Ｂが、電磁誘導方式の位置検出装置用と、静電結合方式の位置検出装置用とのいずれに設定されているかを使用者に報知する手段を設けるようにしてもよい。例えば、押圧操作部１０１ａ及び１０２ａの押圧操作に応じて点灯する発光ダイオードを設けることで、電子ペン１Ｂが電磁誘導方式の位置検出装置用と、静電結合方式の位置検出装置用のいずれに設定されているかを使用者に報知してもよい。この場合に、発光ダイオードは、押圧操作部１０１ａ及び１０２ａのそれぞれに対応して１個ずつ設けるようにしてもよいし、電磁誘導方式の位置検出装置用か、静電結合方式の位置検出装置用かのいずれか１個を設けて、その１個の発光ダイオードが点灯していないときには、他方の方式の位置検出装置用の設定であることを報知するようにしてもよい。
［第４の実施形態］
この第４の実施形態は、第３の実施形態と同様に、電子ペン本体部の全ての機能部を、電子ペンの筐体内に並べて構成するようにした場合の他の例である。上述の第３の実施形態では、電磁誘導方式の位置検出装置用と、静電結合方式の位置検出装置用とで専用に設定することができるようにした。しかし、第１の実施形態と同様に、第１の実施形態と同様に、信号処理回路においては、共振回路と、発振回路とを常に動作状態とすることもできる。そして、蓄電部は、共振回路のコイルでの誘導電流により充電する方式ではなく、充電器により直接的に充電する方式であってもよい。
この第４の実施形態は、以上のことを考慮した場合の例である。図１５に、この第４の実施形態の電子ペン１Ｃの場合の信号処理回路３００Ｃの構成例を示す。この図１５においては、前述した第３の実施形態と対応する部分には、同一の参照番号に、サフィックスＢの代わりにＣを付加したものを参照符号として付与して、その詳細な説明は省略することとする。
この第４の実施形態の電子ペン１Ｃの信号処理回路３００Ｃにおいては、整流用ダイオード５２Ｂは設けず、したがって、共振回路３００ＲＣのコイル３１Ｃに誘起される誘導電流によって電気二重層キャパシタ５１Ｃを充電する構成は有しない。この第４の実施形態においては、電気二重層キャパシタ５１Ｃの両端から、充電用電極５８及び５９を導出して設ける。この充電用電極５８及び５９は、図示を省略する充電器の充電用電極に接続され、電気二重層キャパシタ５１Ｃは、この充電器で充電される。
［他の実施形態または変形例］
上述の実施形態では、筆圧検出部は、筆圧に応じて静電容量を可変する可変容量キャパシタを用いるようにしたが、共振回路の共振周波数を変化させる変化素子であれば、インダクタンス値や抵抗値を可変するものであってもよいことは言うまでもない。
また、上述の実施形態では、筆圧検出部を設けるようにしたが、筆圧検出部の代わりに、芯体に印加される圧力に応じてオンとされるスイッチを設け、このスイッチがオンとされたときに、共振回路が動作するように構成したり、発振回路が発振を開始したりするように構成してもよい。また、筆圧検出部で検出される圧力に対して閾値を設け、筆圧検出部で検出された圧力が閾値を超えたときに、共振回路が動作するように構成したり、発振回路が発振を開始したりするように構成してもよい。
また、上述の第１及び第２の実施形態のように、電子ペン本体部を、市販のボールペンの替え芯と同寸法とすることにより、この発明による電子ペンは、２本以上のボールペン芯を筐体内に設けて、ノック機構により選択的に１本のボールペン芯を使用する状態にする、いわゆる多色ボールペンの構成とすることもできる。
また、上述の第１及び第２の実施形態では、電子ペン本体部は、市販のボールペンの替え芯と同寸法として、電子ペン１，１Ｍの筐体と、市販のボールペンの筐体との互換性を図ることができるようにしたが、市販のボールペンの替え芯との互換性を考慮せずに、細型化した電子ペン本体部を構成することができることは勿論である。
また、上述の第１の実施形態では、ノックカム機構を用いて、電子ペン本体部をノック式に筐体内に出し入れするように構成したが、このようなノック式のものに限られるものではなく、単純に、電子ペン本体部を筐体内に収納した形態の電子ペンであってもよい。
また、上述した第１〜第３の実施形態の電子ペンでは、共振回路における共振周波数の変化として、筆圧検出部で検出された筆圧の情報を位置検出装置に送信したが、筆圧の情報に限られるものではない。例えば、電子ペンのセンサ面（指示入力面）に対する傾きを検出する傾き検出センサにより検出した傾きを、共振周波数の変化として送信するようにしても良い。
また、上述の実施形態においては、信号発生部としては、発振回路の発振信号そのものを、芯体を通じて送出する信号とするように構成したが、信号発生部は、発振回路の発振信号そのものではなく、当該発振信号を変調したりして、発振信号に何らかの処理を加えた信号を発生するように構成したものであってもよい。
なお、上述の実施形態では、筆圧検出部で検出した筆圧の情報は、共振周波数の変化や発振信号の周波数の変化として位置検出装置に伝達するようにしたが、電子ペンから位置検出装置に伝達する方法としては、このような伝達方法に限らない。例えば、この発明の電子ペン及び位置検出装置の両方に、例えばブルートゥース（登録商標）規格の無線通信部を設け、その無線通信部を通じて筆圧の情報を伝送するようにしてもよい。また、筆圧の情報に限らず、電子ペン本体部や電子ペンの識別情報（ＩＤ）を、その無線通信部を通じて電子ペンから位置検出装置に伝達するようにしてもよい。
１…電子ペン、２…筐体、２ｂ…開口、３…電子ペン本体部、４…ノックカム機構部、３１…コイル、３２…フェライトコア、３４…芯体、３５…筆圧検出部、３５Ｃ…可変容量キャパシタ、３６…プリント基板、３７…発振回路、３８…キャパシタ、３００Ｒ…共振回路、４００ＥＭＲ…電磁誘導方式の位置検出装置、４００ＡＥＳ…静電結合方式の位置検出装置、４４３…励磁コイル

Claims (8)

  1. 貫通孔を有すると共に、前記貫通孔に沿う方向にコイルが巻回された磁性体コアと、
    前記磁性体コアの前記貫通孔に挿通される、導電性を有する芯体と、
    前記芯体を通じて送出する、位置を検出させるための信号を発生する信号発生部と、
    前記信号発生部と前記芯体との間に設けられる第１のスイッチ回路と、
    蓄電部と、
    前記コイルに外部磁界に応じて発生する誘導電流により前記蓄電部を充電する充電回路と、
    を備え、
    前記充電回路により前記蓄電部を充電するときに、前記第１のスイッチ回路をオフに制御可能に構成されている
    ことを特徴とする電子ペン。
  2. 静電容量方式のセンサと共に使用する状態においては、前記第１のスイッチ回路がオンとされて、前記信号発生部からの前記信号を、前記芯体を通じて前記センサに送信するように動作する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
  3. 使用者により操作される操作部に対する使用者の操作状態により、使用時であるか、非使用時であるかを判別する判別回路を備え、
    前記判別回路により前記非使用時であると判別したときには、前記第１のスイッチ回路をオフに切り替える
    ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
  4. 前記コイルと共に共振回路を構成するためのキャパシタを備え、
    電磁誘導方式のセンサと共に使用する状態においては、前記共振回路で、前記センサからの電磁エネルギーを受信し、その受信した電磁エネルギーを、前記センサに帰還するように動作すると共に、前記コイルに発生した誘導電流により前記蓄電部を充電するように動作する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
  5. 使用者により操作される操作部に対する使用者の操作状態により、使用時であるか、非使用時であるかを判別する判別回路を備えると共に、
    前記コイルに対して前記キャパシタを接続する状態と、非接続にする状態とに切り替える第２のスイッチ回路を備え、
    前記判別回路により前記非使用時であると判別したときには、前記第１のスイッチ回路をオフに切り替えると共に、前記第２のスイッチ回路を前記非接続にする状態に切り替える
    ことを特徴とする請求項４に記載の電子ペン。
  6. ペン先側となる軸心方向の一端側に開口が設けられ、他端側が閉塞されている筒状の筐体を有し、前記筒状の筐体内に、電子ペン本体部が収納されていると共に、前記電子ペン本体部についてのノック式ボールペンのノック機構が設けられている電子ペンであって、
    前記電子ペン本体部は、
    貫通孔を有すると共に、前記貫通孔に沿う方向にコイルが巻回された磁性体コアと、
    前記磁性体コアの前記貫通孔に挿通される、導電性を有する芯体と、
    前記芯体を通じて送出する、位置を検出させるための信号を発生する信号発生部と、
    蓄電部と、
    前記コイルに外部磁界に応じて発生する誘導電流により前記蓄電部を充電する充電回路と、
    前記ノック機構の動作により、前記芯体の一部が前記開口を通じて外部に突出する使用状態とされているか、前記芯体の全部が前記筐体の内部に位置する非使用状態とされているかを検出する検出手段と、
    前記信号発生部と、前記芯体との間の前記信号の通路を接続状態と、遮断状態とに切り替える第１のスイッチ回路と、
    を備え、
    前記検出手段により、前記芯体の全部が前記筐体の内部に位置する非使用状態とされていることを検出したときには、前記第１のスイッチ回路を前記遮断状態に切り替える
    ことを特徴とする電子ペン。
  7. 前記電子ペン本体部は、
    前記コイルと共に共振回路を構成するためのキャパシタを備え、
    前記共振回路が動作する状態とされると共に、前記信号発生部からの信号を、前記芯体を通じて送出する状態とを並行して備えることを可能とした
    ことを特徴とする請求項６に記載の電子ペン。
  8. 前記電子ペン本体部は、
    前記コイルと共に共振回路を構成するためのキャパシタと、
    前記コイルに対する前記キャパシタを接続する状態と、非接続にする状態とに切り替える第２のスイッチ回路と、
    を備え、
    前記検出手段により、前記芯体の全部が前記筐体の内部に位置する非使用状態とされていることを検出したときには、前記第２のスイッチ回路を前記非接続の状態に切り替える
    ことを特徴とする請求項６に記載の電子ペン。
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