JP3864512B2

JP3864512B2 - Capacitive coupling type coordinate input device using non-directly connected pen case

Info

Publication number: JP3864512B2
Application number: JP24767897A
Authority: JP
Inventors: 康一郎方波見
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2017-08-28
Also published as: JPH1173270A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量結合型座標入力装置に関し、特に操作者が把持する部分が、絶縁部材に囲繞されていない座標指示ペンにおいて、シールドケース導体を回路グランドに直結しない構造のものに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、静電容量結合型座標入力装置に設けられている座標指示ペンは、シ−ルド効果を良くする為に、回路グランドに上記シ−ルドケ−ス導体を直接、接続した構造を採用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述した従来の技術では、実際の静電容量結合型座標入力装置は電源部に於いてＡＣ電源から装置の回路グランドへの漏れＡＣ成分が、多かれ少なかれ存在する為に、操作者が座標指示ペンを手に持った時に、ピリピリする電気感を敏感な人は感じていた。また上記したような電気感を感じないようにする為に、座標指示ペンを塗装して対処していたが、このような対処を行っても確実な絶縁は困難であり、ピリピリする電気感はかなり、軽度にはなるが充分とはいえなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、如上の課題に鑑みなされたもので、タブレットから発信する電気信号を静電容量結合を介し、検出する座標指示ペンを使用した座標入力装置であって、前記座標指示ペンは操作者の把持する部分が絶縁部材に囲繞されておらず、前記座標指示ペンのシールドケース導体が０．０５μＦ以下のコンデンサと５０ＫΩ以上の抵抗を並列に配置し、これを介して回路グランドに接続されることを特徴とする非直結ペンケースを使用した静電容量結合型座標入力装置を提案するものである。
【０００５】
【作用】
ＡＣ電源の周波数は５０〜６０Ｈｚであり、座標用電気信号の周波数成分は通常１００ｋＨｚ以上と高く、０．０５μＦ以下のコンデンサのリアクタンスは上記の各周波数に対して大きく異なり、ＡＣ電源周波数に対しては不良導体となり座標用電気信号に対しては良導体となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、座標指示ペンのシールドケース導体と回路グランド間を上記作用のコンデンサ及び静電気帯電防止用の高抵抗値の抵抗を介して接続し、ＡＣ電源からの漏れ電気に対しては座標指示ペンのシールドケース導体が実際上のフローティングとなり操作者に不快な電気感を与えず、座標用電気信号に対してはシールドとなる座標指示ペンである。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の詳細を添付図面を参照して説明する。図１は本装置の要部構成図である。座標入力を行うに当たり、座標指示ペン１（以下ペン１と略記する）の先端部のスタイラス導体３がタブレット（座標盤）２上にある時、タブレット２上に於けるペン１の先端の座標を読み取る。
【０００８】
制御部１３の出力するタブレットドライブ信号１４により、タブレット２の内部導体が電気駆動される。タブレット２の表面は樹脂またはガラス等で覆われて絶縁されている。タブレット２の内部導体の構造は、格子状、縦または横方向のみの平行抵抗膜、または全面ベタ状抵抗膜等の様々な種類のものが採用されているが、本発明の本質からかけ離れているので、その説明は省略する。
【０００９】
ペン１の先端のスタイラス導体３が、タブレット２上にあるかまたは近接している時、タブレット２の内部導体とスタイラス導体３の間に実際には静電容量（結合容量）４が小量ではあるが存在する。この結合容量４を介して、タブレット２の内部導体の駆動される電気信号がスタイラス導体３に伝わる。結合容量４は通常1ｐＦ程度と小さく、結局スタイラス導体３へ伝わる電気信号も微弱なため、ペン１の内部回路をシールドする事は必須条件である。
【００１０】
スタイラス導体３が検出した電気信号はペン１内の回路により増幅され、また簡単なバンドパス等の処理が行われ、シールドケーブル１２を介して制御部１３へ伝わる。制御部１３は電気信号の振幅、位相等から座標計算を行いタブレット２上のペン１の先端位置を座標情報出力として外部へデジタル出力する。
【００１１】
ここでＡＣ電源１６からの漏れＡＣ成分（漏れ電気）１７について説明する。電源回路１５は通常は絶縁型であるが、電源ノイズフィルタを介し、または入出力間の電磁誘導及び浮遊容量を介して、実際にはＡＣ電源１６から漏れＡＣ成分１７が多かれ少なかれ回路グランドへ伝わり、結局シールドケーブル１２へも伝わる。
【００１２】
本発明では、ＡＣ電源１６の周波数と座標用電気信号（タブレットドライブ信号１４）の周波数成分の違いに着目した。すなわちＡＣ電源１６の周波数は５０または６０Hzであり、座標用電気信号はパルスでも正弦波状でも、通常100ｋＨｚ以上の周波数成分である。コンデンサのリアクタンスは周波数に反比例するので、参照符号１０に示すようにシールドケース導体１１と回路グランドを接続するのに都合が良い。
【００１３】
多くの実験の結果、ＡＣ電源が５Ｖｒｍｓの場合５０ｋΩ以上のインピーダンスで、またＡＣ電源が１００Ｖｒｍｓの場合1ＭΩ以上のインピーダンスで、シールドケース導体１１と回路グランドを接続し、漏れＡＣ成分１７を強制的に付加しても、すべての操作者が湿度８５％の時に塗装しないシールドケース導体１１を手に持ってもピリピリする電気感を全く感じることはなかった。コンデンサの値で言えば、５ＶｒｍｓのＡＣ電源１６に対しては約０．０５μＦであり、１００ＶｒｍｓのＡＣ電源１６に対しては約２０００ｐＦとなる。
【００１４】
ちなみに座標用電気信号の周波数が４５５ｋＨｚのときに、２０００ｐＦのリアクタンスは約１７０Ωであり、シールドケース導体１１をその本来の目的の座標用電気信号に対するシールド作用をさせるには、ほぼ充分に低い値である。図１に示す高抵抗９は、シールドケース導体１１の静電気に対する帯電防止が目的であり、ケースシールドコンデンサ１０との合成インピーダンスが段落１３に示す値より低くならなければよい。
【００１５】
次に、上記の手段ではシールドケース導体１１から混入する微少ノイズによる少しの検出座標精度の悪化を、許容できない程の高精度を要する場合の座標検出について説明する。ペン１の構造上、実際には５〜１０ｐＦの浮遊容量５が存在する。また、操作者が左手をタブレット２の上に置き右手でペン1を持つと、左手の位置座標用電気信号（疑信号）が人体を通じてシールドケース導体１１へ伝わる。更に外来ノイズも主に人体がアンテナとなってシールドケース導体１１へ伝わる。
【００１６】
本装置はシールドケース導体１１が回路グランドへ直結していない（しかし座標用電気信号に対しては低インピーダンスの接続である）。このために、上記不要疑信号成分またはノイズにより微少の電圧変動がシールドケース導体１１に生じる。この電圧変動が浮遊容量５を介してスタイラス導体３へ少しではあるが伝わり、本来の座標用電気信号のＳ／Ｎ比を少し悪化させる。
【００１７】
上記した、Ｓ／Ｎ比の悪化を防止する手段について説明する。参照符号６の回路を信号極性反転（増幅）アナログ回路とする。抵抗７及びコンデンサ８を介して、シールドケース導体１１の電圧変動の内から適量を、信号極性反転アナログ回路６の出力部へ印加し、浮遊容量５を介してスタイラス導体３へ伝わり極性反転された成分を中和（相殺）キャンセルする。抵抗７及びコンデンサ８の直列回路による中和回路とした理由は、位相及び振幅の両方で完全に中和するためである。従ってシールドケース導体１１から浮遊容量５を介して伝わった成分は、同じシールドケース導体１１から抵抗７及びコンデンサ８を介して伝わった成分により、完全に中和キャンセルされ、タブレット２から結合容量４を介して伝わった本来の信号成分は、少しの悪影響も受けない。従ってペン１の出力する信号のＳ／Ｎ比は大変良いものであり、シールドケース導体１１を回路グランドに直結したものと同等の高精度で座標検出が可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以上のような構成となっているので、ＡＣ電源１６の周波数に対しては、実際上フロ−ティングのペンケ−スとなり、操作者がペン１を使用したときに、ピリピリする電気感を感じることなく、且つ座標検出精度は必要充分なものが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本装置の要部構成図
【符号の説明】
１座標指示ペン
２タブレット（座標盤）
３スタイラス導体
４結合容量
５浮遊容量
６信号極性反転アナログ回路
７ケ−スノイズ中和用抵抗
８ケ−スノイズ中和用コンデンサ
９高抵抗
１０座標用電気信号に対するケ−スシ−ルドコンデンサ
１１シ−ルドケ−ス導体
１２シ−ルドケ−ブル
１３制御部
１４タブレットドライブ信号
１５電源回路
１６ＡＣ電源
１７漏れＡＣ成分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitively coupled coordinate input device, and more particularly to a structure in which a shield case conductor is not directly connected to a circuit ground in a coordinate pointing pen that is gripped by an operator and not surrounded by an insulating member .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the coordinate pointing pen provided in the capacitively coupled coordinate input device employs a structure in which the shield case conductor is directly connected to the circuit ground in order to improve the shield effect. It was.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technology described above, the actual capacitively coupled coordinate input device has more or less leakage AC components from the AC power source to the circuit ground of the device in the power supply unit. When I held the pen in my hand, a sensitive person felt a tingling electric feeling. In addition, in order not to feel the electric feeling as described above, a coordinate pointing pen was applied to deal with it, but even if such a countermeasure was taken, reliable insulation was difficult, It was quite mild but not enough.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and is a coordinate input device using a coordinate pointing pen that detects an electric signal transmitted from a tablet via capacitive coupling, and the coordinate pointing pen is an operator. Is not surrounded by an insulating member, and the shielding case conductor of the coordinate pointing pen is connected to a circuit ground through a capacitor of 0.05 μF or less and a resistor of 50 KΩ or more arranged in parallel. The present invention proposes a capacitively coupled coordinate input device using a non-directly connected pen case.
[0005]
[Action]
The frequency of the AC power source is 50-60 Hz, the frequency component of the electrical signal for coordinates is usually as high as 100 kHz or more, and the reactance of the capacitor of 0.05 μF or less is greatly different for each of the above frequencies. Becomes a defective conductor and a good conductor for electrical signals for coordinates.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the present invention, the shield case conductor of the coordinate indicating pen and the circuit ground are connected via the capacitor having the above-described action and a high-resistance resistor for preventing electrostatic charge, and the coordinate indicating pen is used for leakage electricity from an AC power supply. This is a coordinate pointing pen that serves as a shield for the electrical signals for coordinates without causing the operator to feel uncomfortable electrical feeling because the shield case conductor is actually floating.
[0007]
【Example】
Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of the main part of the apparatus. When inputting coordinates, when the stylus conductor 3 at the tip of the coordinate pointing pen 1 (hereinafter abbreviated as “pen 1”) is on the tablet (coordinate board) 2, the coordinates of the tip of the pen 1 on the tablet 2 are set. read.
[0008]
The internal conductor of the tablet 2 is electrically driven by the tablet drive signal 14 output from the control unit 13. The surface of the tablet 2 is covered and insulated with resin or glass. The structure of the inner conductor of the tablet 2 employs various types such as a lattice-like, a parallel resistance film only in the vertical or horizontal direction, or a full-face resistance film, but is far from the essence of the present invention. Therefore, the description is omitted.
[0009]
When the stylus conductor 3 at the tip of the pen 1 is on or close to the tablet 2, the capacitance (coupling capacity) 4 is actually small between the inner conductor of the tablet 2 and the stylus conductor 3. There are. An electric signal driven by the inner conductor of the tablet 2 is transmitted to the stylus conductor 3 through the coupling capacitor 4. Since the coupling capacitance 4 is usually as small as about 1 pF and the electric signal transmitted to the stylus conductor 3 is also weak, it is essential to shield the internal circuit of the pen 1.
[0010]
The electric signal detected by the stylus conductor 3 is amplified by a circuit in the pen 1, processed by a simple band pass, etc., and transmitted to the control unit 13 via the shield cable 12. The control unit 13 performs coordinate calculation from the amplitude, phase, etc. of the electric signal, and digitally outputs the tip position of the pen 1 on the tablet 2 to the outside as coordinate information output.
[0011]
Here, the leakage AC component (leakage electricity) 17 from the AC power source 16 will be described. The power supply circuit 15 is normally an insulation type, but actually, the leakage AC component 17 is more or less transmitted from the AC power supply 16 to the circuit ground through a power supply noise filter or through electromagnetic induction and stray capacitance between the input and output. After all, it is transmitted to the shielded cable 12.
[0012]
In the present invention, attention is paid to the difference between the frequency of the AC power supply 16 and the frequency component of the electrical signal for coordinates (tablet drive signal 14). That is, the frequency of the AC power supply 16 is 50 or 60 Hz, and the coordinate electrical signal is a frequency component of 100 kHz or higher, whether it is a pulse or a sine wave. Since the reactance of the capacitor is inversely proportional to the frequency, it is convenient to connect the shield case conductor 11 and the circuit ground as indicated by reference numeral 10.
[0013]
As a result of many experiments, the shield case conductor 11 is connected to the circuit ground with an impedance of 50 kΩ or more when the AC power supply is 5 Vrms, and with an impedance of 1 MΩ or more when the AC power supply is 100 Vrms. Even if it added, even if all the operators had the shield case conductor 11 which was not painted when the humidity was 85% in their hands, they did not feel any tingling electric feeling at all. In terms of the value of the capacitor, it is about 0.05 μF for a 5 Vrms AC power supply 16 and about 2000 pF for a 100 Vrms AC power supply 16.
[0014]
By the way, when the frequency of the electrical signal for coordinates is 455 kHz, the reactance of 2000 pF is about 170Ω, and the shield case conductor 11 has a value that is almost low enough to shield the original electrical signal for coordinates. is there. The purpose of the high resistance 9 shown in FIG. 1 is to prevent the shield case conductor 11 from being charged against static electricity, and the combined impedance with the case shield capacitor 10 does not have to be lower than the value shown in paragraph 13.
[0015]
Next, description will be given of coordinate detection in the case where the above-described means requires a high degree of accuracy that cannot be allowed for a slight deterioration of the detection coordinate accuracy due to minute noise mixed from the shield case conductor 11. Due to the structure of the pen 1, there is actually a stray capacitance 5 of 5 to 10 pF. Further, when the operator places the left hand on the tablet 2 and holds the pen 1 with the right hand, an electrical signal for position coordinates of the left hand (suspect signal) is transmitted to the shield case conductor 11 through the human body. Further, external noise is mainly transmitted to the shield case conductor 11 by using the human body as an antenna.
[0016]
In this apparatus, the shield case conductor 11 is not directly connected to the circuit ground (but is a low impedance connection for the electrical signal for coordinates). For this reason, a slight voltage fluctuation occurs in the shield case conductor 11 due to the unnecessary signal component or noise. This voltage fluctuation is transmitted to the stylus conductor 3 through the stray capacitance 5 to a small extent, and the S / N ratio of the original electrical signal for coordinates is slightly deteriorated.
[0017]
The means for preventing the above-described deterioration of the S / N ratio will be described. The circuit denoted by reference numeral 6 is a signal polarity inversion (amplification) analog circuit. An appropriate amount of the voltage variation of the shield case conductor 11 is applied to the output part of the signal polarity inversion analog circuit 6 through the resistor 7 and the capacitor 8, and is transmitted to the stylus conductor 3 through the stray capacitance 5 and is inverted in polarity. Cancels neutralization (offset) of ingredients. The reason why the neutralization circuit is formed by the series circuit of the resistor 7 and the capacitor 8 is to completely neutralize both in phase and amplitude. Therefore, the component transmitted from the shield case conductor 11 through the stray capacitance 5 is completely neutralized and canceled by the component transmitted from the same shield case conductor 11 through the resistor 7 and the capacitor 8, and the coupling capacitance 4 is transferred from the tablet 2. The original signal component transmitted through is not adversely affected. Therefore, the S / N ratio of the signal output from the pen 1 is very good, and coordinate detection can be performed with high accuracy equivalent to that of the shield case conductor 11 directly connected to the circuit ground.
[0018]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the frequency of the AC power source 16 is actually a floating pen case, and when the operator uses the pen 1, the electric power is tingling. Necessary and sufficient coordinate detection accuracy was obtained without feeling a sense.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of the main part of this apparatus.
1 Coordinate indication pen 2 Tablet (coordinate board)
3 Stylus conductor 4 Coupling capacitance 5 Floating capacitance 6 Signal polarity inversion analog circuit 7 Case noise neutralizing resistor 8 Case noise neutralizing capacitor 9 High resistance 10 Case shield capacitor 11 for coordinate electrical signal -Conductor 12 shielded cable 13 control unit 14 tablet drive signal 15 power supply circuit 16 AC power supply 17 leakage AC component

Claims

タブレットから発信する電気信号を静電容量結合を介し、検出する座標指示ペンを使用した座標入力装置であって、前記座標指示ペンは操作者の把持する部分が絶縁部材に囲繞されておらず、前記座標指示ペンのシールドケース導体が０．０５μＦ以下のコンデンサと５０ＫΩ以上の抵抗を並列に配置し、これを介して回路グランドに接続されることを特徴とする非直結ペンケースを使用した静電容量結合型座標入力装置。A coordinate input device that uses a coordinate pointing pen to detect an electrical signal transmitted from a tablet via capacitive coupling, and the coordinate pointing pen is not surrounded by an insulating member in a portion gripped by an operator, Electrostatic capacitance using a non-direct pen case characterized in that the shield case conductor of the coordinate pointing pen has a capacitor of 0.05 μF or less and a resistor of 50 KΩ or more arranged in parallel and connected to the circuit ground through this. Capacitive coupling type coordinate input device.

前記座標指示ペン内部に信号極性反転アナログ回路６を有し、前記シールドケース導体１１から浮遊容量５を介しスタイラス導体３へ混入し極性反転された微少ノイズまたは不要微少信号成分を、前記シールドケース導体１１からケースノイズ中和用コンデンサ８及びケースノイズ中和用抵抗７の直列回路を介し印加する成分により、前記信号極性反転アナログ回路６の出力点で位相及び振幅共に中和キャンセルすることを特徴とする請求項１記載の非直結ペンケースを使用した静電容量型座標入力装置。 Wherein a coordinate pointing pen inside the signal polarity inverting analog circuit 6, the contaminating polarity inverted slight noise or unwanted weak signal component from the shield case conductor 11 to the stylus conductor 3 through the stray capacitance 5, the shield case conductor The phase and amplitude are both neutralized and canceled at the output point of the signal polarity inversion analog circuit 6 by a component applied from 11 through a series circuit of the case noise neutralizing capacitor 8 and the case noise neutralizing resistor 7. An electrostatic capacity type coordinate input device using the non-directly connected pen case according to claim 1.