JP6767252B2 - 電子ペン - Google Patents

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Description

この発明は、位置検出装置と共に使用されるペン型の位置指示器である電子ペンに関する。
電子ペンは、使用者により把持されて、位置検出装置のセンサ上における位置指示のために用いられる。この電子ペンによるセンサ上の指示位置は、電子ペンとセンサとの間で、例えば電磁誘導方式や静電容量方式などが用いられて位置検出用信号の授受が行われることによって、位置検出装置で検出される。近年においては、ボールペンのリフィルやシャープペンシルの筆記ユニットを備えた電子ペンも実現されている。このような電子ペンを用いることにより、センサ上に配置された用紙などに筆跡を残すと同時に、当該筆跡に対応する筆跡データの入力を、当該センサを通じて受け付けて、これを電子データとしてメモリに記録し、種々の利用ができるようにされる。
一般的なシャープペンシルにおいては、ペン先側に、芯の繰り出し機構が設けられ、後端側に、芯を繰り出すためのノック部が設けられる。当該ノック部を押して離す操作であるいわゆるノック操作を行うことによって、芯をペン先から繰り出して、その繰り出した芯の位置を保持するようにできる。芯は、一般にシャープペンシル後端側に設けられるノック部の消しゴムを取り外すことにより挿入可能になっている。このため、挿入された芯が遮られることなく、ペン先に到達できるように、ペン先と繰り出し機構部と芯の挿入口が設けられたノック部とには、一連となる貫通孔が設けられ、当該貫通孔が当該シャープペンシルの軸心上に位置するようにされている。
しかし、電子ペンの場合には、ペン先に加わる筆圧を検出するために、電子ペンの軸心上に筆圧検出部を設ける必要がある。検出した筆圧は、位置検出装置のセンサに送信され、ペン先がセンサ上に置かれた筆記状態にあることを検出したり、筆圧に応じて筆跡の太さや濃淡などを細かく表現したりするなどために用いられる。しかし、シャープペンシル機能を付加した電子ペンの場合、軸心上に配置される筆圧検出部が、芯の挿入の邪魔になったり、挿入された芯のペン先への移動を遮ったりすることになる。このため、従来は、後に記す特許文献1に開示されているように、環状(リング状)に形成された筆圧検出部をシャープペンシルの筆記ユニットの周囲に設け、芯の挿入、移動には何らの影響を及ぼすことが無いようにして、筆圧の検出を可能にしている。
特開平8−194574号公報
上述した特許文献1に記載の発明は、環状に形成された筆圧検出部によってペン先にかかる筆圧を検出するため、筆圧が分散してしまう傾向がある。理由としては、芯(ペン先)にかかる筆圧は、芯の軸心方向への変位に最も反映されているものであり、軸心の周囲に設けられた環状の筆圧検出部によると、芯の軸心方向への変位をそのまま受けることができずに、筆圧が正確に検出できなくなるのである。このため、変化する筆圧を多段階に分けて精度よく検出するには限界がある。しかし、筆圧検出部を軸心上に設けた場合には、上述したように芯の挿入、移動の邪魔になる。
この場合、芯を例えばペン先から挿入しなければならなくなる。あるいは、電子ペンの筐体から内部機構を取り出して、例えば先端部の芯の繰り出し機構を取り外し、芯を芯格納部に挿入して、当該芯の繰り出し機構を取り付け直し、当該内部機構を筐体内に戻すといった手間をかける必要が生じる。これでは、電子ペンの使い勝手が悪くなってしまう。また、筆圧検出部の位置を考慮して、芯を繰り出すためのノック機構を設けなければならならず、構成が複雑になる可能性もある。
以上のことに鑑み、この発明は、例えば、シャープペンシルなどの芯の補充が必要となる構成を備えた電子ペンであって、芯の補充を簡単に行うことができると共に、筆圧を高精度に検出可能な電子ペンを実現することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明の電子ペンは、
前部ユニットと、前記前部ユニットの内側に嵌合し、前記前部ユニットの後端から延伸するようにされた後部ユニットとからなる筆記ユニットと、
前記後部ユニットが貫通する貫通孔を形成し、前記前部ユニットの後端面と突合する筒状部と、当該筒状部から前記貫通孔を貫通する前記後部ユニットの軸心方向と略直交する方向であって、一の方向に延伸された延伸部と、当該延伸部から前記軸心方向であるとともにペン先側とは反対の方向に延伸された押圧部とからなる筆圧伝達部と、
前記筆記ユニットに対して交差する方向の前記筆記ユニットから離れた位置に配置され、前記筆圧伝達部の前記押圧部によって押圧される筆圧検出部と
前記前部ユニット側に配置され、位置を指示すると共に、前記筆圧検出部からの検出結果を示す信号を位置検出センサに対して送信する第1の送信部と
を備え、
前記前部ユニットに加えられるようにされる筆圧を、前記筆圧伝達部を介して、前記筆記ユニットから離れた位置に配置された前記筆圧検出部に伝達することを特徴とする。
この請求項1に記載の発明の電子ペンによれば、筆記ユニットの後部ユニットがその後端側より、筆圧伝達部の筒状部の貫通孔を貫通するようにされ、当該筒状部が筆記ユニットの前部ユニットの後端部と突合するようにされる。これにより、筆記ユニットの前部ユニットに筆圧が加えられると、当該前部ユニットの後端部に突合している筆圧伝達部の筒状部にもそのまま筆圧が加えられる。
この場合に、前部ユニットに加えられた筆圧は、筒状部と延伸部と押圧部とからなる筆圧伝達部によって、筆記ユニットに対して交差する方向の当該筆記ユニットから離れた位置に配置された筆圧検出部に伝達される。すなわち、筆圧検出部は、筆記ユニットの軸心からずれた位置に配置されており、前部ユニットに筆圧が加えられると、前部ユニットと筆圧伝達部とが軸心方向に移動し、この移動に応じて筆圧伝達部の押圧部が軸心とはずれた位置にある筆圧検出部を押圧する。
これにより、前部ユニットにかけられる筆圧を、筆圧伝達部を通じてそのまま筆圧検出部に伝達でき、筆圧を高精度に検出することができる。しかも、筆圧検出部を、筆記ユニットの軸心からずれた位置に配置することができるので、当該筆記ユニットに芯を挿入して使用する場合に、筆圧検出部が芯の挿入の邪魔になったり、芯のペン先への移動を遮ったりすることもない。
この発明によれば、筆圧検出部を電子ペンの軸心からずれた位置に設けることができると共に、筆圧伝達部の機能により、筆圧を適切に筆圧検出部に伝達できる。これにより、シャープペンシルなどの芯の補充が必要となる構成を備えた電子ペンであって、芯の補充を簡単に行うことができると共に、筆圧を高精度に検出可能な電子ペンを実現できる。
この発明の電子ペンが利用される座標入力装置の外観を説明するための図である。 図1に示した座標入力装置の基本構造を説明するための図である。 実施の形態の電子ペンの構成を説明するための分解斜視図である。 筆記ユニットの外観図(図4(A))と筆記ユニットを長手方向に切断した場合の主に前部ユニット側の断面図(図4(B))である。 実施の形態の電子ペンの断面図(図5(A))と、当該電子ペンの筆圧検出に関係する主要部分の構成を示す図(図5(B))である。 電磁誘導授受方式の位置検出装置の構成例について説明するための図である。 消しゴム機能を備えるようにした電子ペンの変形例について説明するための図である。 この発明を適用した静電容量方式の電子ペンについて説明するための図である。 図8に示した静電容量方式の電子ペンの回路構成図である。 静電容量方式の位置検出装置を説明するためのブロック図である。
以下、図を参照しながら、この発明の電子ペンの一実施の形態について説明する。以下に説明する電子ペンは、シャープペンシル機能と電子ペン機能とを合わせ持ったものである場合を例にして説明する。したがって、以下に説明する電子ペンを用いることによって、座標入力装置のセンサ部上に載置した用紙に筆跡を残すことができると共に、当該筆跡に対応する筆跡データを、当該センサを通じて電子データとして入力することもできるものである。
[座標入力装置の外観]
図1は、この発明の電子ペンの一実施形態が適用された電子ペン1が用いられる座標入力装置2の外観を説明するための図である。図1に示すように、座標入力装置2は、上端部にノートパッド3を挟持して座標入力装置2上に固定する挟持部(筆跡記録体装着部)2Xを備え、バインダーなどと呼ばれて広く利用されている文房具と同様の外観を有する。なお、文房具としてのバインダーは、クリップボード、用箋挟みなどと呼ばれる場合もある。
この実施形態において座標入力装置2の内部には、電磁誘導授受方式(EMR(Electro-Magnetic Resonance)方式)の後述する位置検出装置2Sが搭載されることにより、電子バインダーの構成とされている。座標入力装置2に対しては、電子ペン1によって、座標データの入力を行うことができる。電子ペン1は、後述もするが、座標入力装置2の内部に搭載される位置検出装置2Sと協働することにより、位置検出装置2Sで受信可能な信号を繰り返し送信する機能(位置(座標)指示機能)を有する。また、電子ペン1は、後述する筆記ユニット10を有することにより、黒鉛や顔料を含有する芯をペン先部から繰り出して、紙媒体などの筆跡記録体に筆跡を残すことができる機能(シャープペンシル機能)をも有する。
そして、図1に示したように、座標入力装置2上に挟持部2Xによって固定されたノートパッド(用箋綴り)3に対して、電子ペン1のシャープペンシル機能を用いて文字や記号を書いたり、描画したりしたとする。この場合、電子ペン1のシャープペンシル機能によって、ノートパッド3上に芯による筆跡が残る。同時に、電子ペン1の座標指示機能によって電子ペン1から位置検出装置2Sに向けて送信された信号により、ノートパッド3上に形成された筆跡に対応する座標データが位置検出装置2Sにより検出されて電子データとしてメモリに蓄積される。
そして、座標入力装置2のメモリに蓄積された座標データ(筆跡データ)は、座標入力装置2の内部に搭載された後述するコントローラ200及び送信アンテナATを通じてパーソナルコンピュータなどの外部の電子機器に無線送信できるようにしている。従って、紙媒体などの筆跡記録体に記録した情報を、別途、イメージリーダにより電子データとして取り込むといった手間をかけることなく、筆跡記録体に記録した情報をリアルタイムに座標データ(筆跡データ)として取り込んで、これを利用できるようにしている。
また、座標入力装置2の電子ペン1が対向する面の左側端部には、操作ボタン207、LED(Light Emitting Diode)208、209が設けられている。操作ボタン207は使用者からの操作入力を受け付けるものであり、LED208、209は、座標入力装置2の動作状態などを使用者に通知するものである。操作ボタン207は、例えば、電源のオン/オフや取り込んだ座標データの送信を行う場合などに操作される操作子である。
[座標入力装置の基本構造]
図2は、座標入力装置2の基本構造を説明するための図である。図2に示すように、座標入力装置2は、大きく分けると上から順番に、上部カバー(上板)2Aと、座標検出のためのセンサ部2Bと、シールドシート2Dと、センサカバー2Eとを備える。最下部に位置するセンサカバー2Eは、合成樹脂や金属などにより形成され、この実施形態においては、図2に示すように、底面を備え、この底面の周囲に所定の高さの側面(側壁)が設けられて構成されたものである。従って、センサカバー2Eの上面は開口部となっている。センサカバー2Eの内側には、センサカバー2Eの上面の開口部からシールドシート2Dとセンサ部2Bとが収納される。
シールドシート2Dとセンサ部2Bの面積は、センサカバー2Eの開口部の面積よりも小さくなっている。シールドシート2Dは、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、酸化亜鉛、酸化錫などにより形成された導電性シートに磁性材料で構成される電磁シートが張り合わされているものである。シールドシート2Dは、センサ部2Bの電子ペン1と対向する側とは反対側の面(センサカバー2Eと対向する面)の全面を覆うように設けられる。
そして、シールドシート2Dの導電シート部分は、センサ部2Bへの不要な信号の混入を防止する役割をし、また、シールドシート2Dの電磁シート部分は、センサ部2Bから発生する磁束の漏れをなくす役割をする。なお、この実施形態において、シールドシート2Dは、センサ部2Bのセンサカバー2E側の面(下面)よりもやや大きな面積を有している。また、シールドシート2Dは、フィルム状や板状のものであってもよい。
センサ部2Bの構成の詳細については後述するが、基本的には電子ペン1に対して信号を送信したり、電子ペン1からの信号を受信したりする多数の線状の導体(ループコイル)を備えて構成されたものである。上部カバー2Aは、電子ペン1から送信された信号を透過させる素材である例えば種々の合成樹脂などにより形成される。上部カバー2Aは、センサカバー2Eの上面の面積よりもやや大きな面積を有し、センサカバー2Eの上面の全面を覆うことができるものである。これにより、センサカバー2Eの上面を上部カバー2Aによって封止し、センサ部2B及びシールドシート2Dなどがセンサカバー2Eから出ることがないようにされる。
なお、上部カバー2Aは、合成樹脂の他、ガラスやセラミックなどの電波について透過性を有する種々の素材により形成できる。また、上部カバー2Aの上端部には、図1にも示したように、例えば金属などにより形成された挟持部2Xが設けられ、ノートパッド3を上部カバー2A上(座標入力装置2上)に保持できるようにしている。すなわち、上部カバー2Aは、センサ部2Bを覆って保護すると共に、ノートパッド3が載置される上板として機能するものである。
さらに、図2において、シールドシート2Dと共に示したように、シールドシート2Dを挟んでセンサ部2Bと対向するように、位置検出回路2Cとコントローラ200とが設けられる。位置検出回路2Cは、センサ部2Bからの検出出力に基づいて座標データを形成するものである。コントローラ200は、主に、位置検出回路2Cで形成された座標データをメモリに蓄積したり、この蓄積した座標データをパーソナルコンピュータなどの外部の電子機器に対して送信したりする制御機能を実現する。
この実施形態において、位置検出回路2Cとコントローラ200とは、樹脂などでできた板状部材の上に電子部品や集積回路、それらを繋ぐ金属配線などを高密度に実装して形成した回路基板である。図2に示したように、シールドシート2Dを介在させることにより、位置検出回路2Cやコントローラ200をセンサ部2Bに対して対向するようにして、センサ部2Bのごく近傍に配置しても、これらの回路基板が放射(輻射)する信号が、センサ部2Bに混入することがないようにできる。また、位置検出回路2Cやコントローラ200が放射(輻射)する信号が、センサ部2Bと電子ペン1との間で送受される信号に対して干渉しないようにできる。また、シールドシート2Dは、センサ部2Bが発生させる磁束の漏れを無くし、位置検出回路2Cやコントローラ200に対して影響を及ぼすことを防止する。
この実施形態の座標入力装置2では、コントローラ200上の送信アンテナが配置されるアンテナ部200Aは、シールドシート2Dによって覆われる領域の外に設けられる。また、上述もしたように、コントローラ200には、電源のオン/オフや座標データの送信の実行を指示するための操作ボタン207や動作状態などを通知するためのLED208、209も設けられる。
そして、この実施形態の座標入力装置2は、図2に示すように、上部カバー2Aの上面に対してノートパッド3を載置すると共に、挟持部2Xで固定し、このノートパッド3に対して電子ペン1を用いて筆跡を記録するようにして用いられる。
[電子ペンの構成例]
図3は、この実施の形態の電子ペン1の構成を説明するための分解斜視図である。電子ペン1は、この出願に係る発明の電子ペンの一実施形態が適用されたものであり、図1、図2を用いて説明した座標入力装置2と共に用いられるものである。図3に示すように、電子ペン1は、筆記ユニット10、コア部11、接続部材12、内部筐体13、筆圧伝達部14、筆圧検出部15、回路基板16、外部筐体17、後部保持部材18、ノッカー19からなる。
筆記ユニット10は、シャープペンシル機能を実現する部分であり、前部ユニット10Aと後部ユニット10Bとからなる。前部ユニット10Aは、先細のペン先部を有する筒形状のものであり、内部に芯の繰り出し機構を備える。後部ユニット10Bは、前部ユニット10Aの内径よりも短い外径を有する筒形状のものであり、後端の芯挿入口10Sより芯が挿入され、挿入された芯体を前部ユニット10Aに導く。また、後部ユニット10Bは複数本の芯を保持することができ、前部ユニット10Aへの芯の補充を自動的に行うことができるようになっている。
図4は、筆記ユニット10の外観図(図4(A))と筆記ユニット10を長手方向に切断した場合の主に前部ユニット10A側の断面図(図4(B))である。図4(A)に示すように、後部ユニット10Bは、前部ユニット10Aの後端側に嵌合し、前部ユニット10A内を長手方向の所定の範囲において摺動可能になっている。上述もしたように、後部ユニット10Bは、前部ユニット10Aの内径よりも短い外径を有する筒形状のものであるので、前部ユニット10Aの後端部は、後部ユニット10Bの周囲に張り出した端面(後端面)10Aaを形成している。
前部ユニット10Aの内部には、その内壁に締め具10A1が固着され、この締め具10A1の内側に嵌合するように、先端に三ツ割又は二ツ割の芯チャック10A2を備えた円筒状のチャック部10A3が設けられる。芯チャック10A2は、締め具10A1に嵌合している時には、閉じて芯を挟持することにより芯の位置を固定し、締め具10A1に嵌合していない時には、開いて芯を挟持から解放する。
チャック部10A3後端側は、後部ユニット10Bの先端部の内側に嵌合して固着される。そして、締め具10A1の後端面と後部ユニット10Bの先端面との間には、チャック部10A3を巻回するようにコイルバネ10A4が設けられる。また、前部ユニット10Aのペン先側には、芯チャック10A2が開いて芯が芯チャックの挟持から解放されても芯が落下することがないように把持する把持部10A5が設けられている。そして、後部ユニット10Bの後端の芯挿入口10Sより挿入された芯10Xは、後部ユニット10Bを通り、前部ユニット10Aのチャック部10A3と芯チャック10A2と把持部10A5を貫通し、前部ユニット10Aの先細のペン先部から突出するようになっている。
このような構成を有する筆記ユニット10において、後部ユニット10Bの後端が使用者によりペン先側に押下されたとする。この場合、当該押下に応じてコイルバネ10A4が、後部ユニット10Bのペン先側の先端面により押されて縮み、後部ユニット10Bとこれに固着されたチャック部10A3がペン先側に移動する。そして、芯チャック10A2により挟持されている芯10Xも一緒にペン先側に移動し、ペン先部より芯10Xがより突出する。さらに押下が進むと、芯チャック10A2が締め具10A1から外れ、芯10Xは芯チャック10A2による挟持から解放される。
この後、後部ユニット10Bの後端の使用者によるペン先側への押下が解除されると、コイルバネ10A4の復元力により、後部ユニット10Bとこれに固着されたチャック部10A3は、ペン先側とは反対の後端側に引き戻される。芯10Xは、芯チャック10A2の挟持から解放されているので、把持部10A5の作用もあり、その位置が保持される。そして、芯チャック10A2が締め具10A1に嵌合すると、再び芯チャック10A2が芯10Xを挟持し、芯の位置を固定する。このように、後部ユニット10Bの後端部の押下と解除とを行ういわゆるノック操作を行うことによって、芯10Xを前部ユニット10Aのペン先部から必要な分だけ突出させて筆記が可能にされる。
コア部11は、図3に示すように、筆記ユニット10が貫通する貫通孔を有する筒状のフェライトコア11Aの側面に、コイル11Bが巻回されて構成されたものである。コイル11Bの両端からの延伸線B1、B2は、後述する回路基板16に形成された電子回路に接続される。なお、コア部11の両端部分には、コイル11Bが巻回されていない部分(コイル非巻回部)が設けられている。
内部筐体13は、筆記ユニット10が貫通する貫通孔を有する長筒状のものであり、収納部13Aと、第1の載置部13Bと、第2の載置部13Cとが設けられている。第1の載置部13Bと第2の載置部13Cとの間には、突起13D、13Eが設けられていると共に、突起13D、13Eの外側には、側壁13Dd、13Eeが設けられている。また、内部筐体のコア部11側には嵌合突起13Fが、コア部11とは反対の後端側には嵌合突起13Gが設けられている。
接続部材12は、貫通孔を有する円筒状のものであり、コア部11側の開口部にはコア部11の後端側のコイル非巻回部が嵌合し、その反対側の開口部には内部筐体13の嵌合突起13Fが嵌合して、コア部11と内部筐体13とを接続し、ずれないように保持する。
内部筐体13の収納部13Aには、筆圧伝達部14が収納される。筆圧伝達部14は、筒状部14Aと、延伸部14Bと、押圧部14Cとからなる。筒状部14Aは、後部ユニット10Bが貫通する貫通孔を有し、前部ユニット10Aの後端面10Aaと突合する端面14Aaを備えた部分である。延伸部14Bは、筒状部14Aから筒状部14Aの貫通孔を貫通する後部ユニット10Bの軸心方向に直交する方向に延伸された部分である。押圧部14Cは、延伸部14Bからペン先側とは反対の方向に延伸された棒状の部分である。
内部筐体13の第1の載置部13Bには、筆圧検出部15が載置される。第1の載置部13Bに載置された筆圧検出部15は、突起13D、13E及び側壁13Dd、13Eeによって位置が固定される。筆圧検出部15は、図示しないが、内部に筆圧伝達部14の押圧部14Cを保持する保持部、導電ゴム、リングスペーサ、誘電体、端子部材により構成され、筆圧伝達部14を通じて伝達される筆圧を検出する。
この実施の形態の筆圧検出部15は、例えば特開平5−275283号公報に記載されている周知の構成の筆圧検出手段と同様のものである。また、筆圧検出部15は、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と同様に構成することもできる。また、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。
また、筆圧検出部15の後端側(ペン先とは反対側)には、後述する回路基板16を接続する接続部15Aが設けられている。この接続部15Aに回路基板16を接続することにより、筆圧検出部15の端子部材と回路基板16との接続端子とが接続されて、筆圧検出部15からの検出結果が回路基板16の電子回路へと供給される。
回路基板16は、制御回路として機能するIC(Integrated Circuit)や複数のコンデンサなどの種々の回路部品が絶縁基板上に搭載され、それらが接続されて形成されたものである。回路基板16の電子回路には、上述もしたように、コア部11のコイルが接続されることにより共振回路を構成し、更に筆圧検出部15も接続される。これにより、詳しくは後述もするが、この実施の形態の電子ペン1は、座標入力装置2の内蔵された位置検出装置2Sとの間で、信号の送受信を行うことができるようにされる。この場合、電子ペン1から位置検出装置2Sに送信される信号には、筆圧の情報が含められる。
筆圧伝達部14と筆圧検出部15と回路基板16とは、内部筐体13に対して、収納または載置された状態では、図3に示したように連結した状態になるようにされる。すなわち、筆圧伝達部14の押圧部14Cは、筆圧検出部15の開口部に嵌合して筆圧検出部15に対して筆圧が伝達できるようにされ、また、筆圧検出部15の接続部15Aには回路基板が接続された状態となる。また、筆圧伝達部14は、内部筐体13の収納部13Aに収納されると、筒状部14Aの貫通孔の開口の中心が、これに挿入される筆記ユニット10の後部ユニット10Bの軸心と一致するようになっている。
そして、コア部11と内部筐体13とが接続部材12により接続され、筆圧伝達部14、筆圧検出部15、回路基板16が、内部筐体13にセッティングされた状態にあるときに、筆記ユニット10が、後部ユニット10B側より、矢印Mkが示す方向から挿通される。
これにより、筆記ユニット10は、コア部11と接続部材12を挿通して、内部筐体13に至り、内部筐体13内で筆圧伝達部14の筒状部14Aを挿通し、そのまま内部筐体13を挿通して、内部筐体13の後端に至る。
このようにして、筆記ユニット10、コア部11、接続部材12、内部筐体13、筆圧伝達部14、筆圧検出部15、回路基板16が一体となった電子ペン機能部が、外部筐体17の後端側の開口より外部筐体17内に格納される。外部筐体17は、ペン先側が先細となった筒状のものであり、電子ペン機能部を収納してこれを保護する。なお、外部筐体17のペン先側の先細となった先端部には開口が設けられており、筆記ユニット10のペン先部分を突出させるが、後述もするように、外部筐体の先端内壁と前部ユニット10Aの先端側の端面10Abとが突合する。これにより、筆記ユニット10は、外部筐体17の先端から必要以上に突出することがないようにされる。
外部筐体17の後端側には、後部保持部材18が設けられる。後部保持部材18は、内部筐体13の後端側の嵌合突起13Gが嵌合する貫通孔を有し、外部筐体17の内径とほぼ同じ長さの外径を有する前段筒状部18Aと、貫通孔を有し、外部筐体17の外径と同じ長さの外径を有する後段筒状部18Bとからなる。後部保持部材18の前段筒状部18Aのペン先側の開口には、内部筐体13の嵌合突起13Gが嵌合し、内部筐体13の嵌合突起13Gの周囲の端面13Ggが、前段筒状部18Aのペン先側端面18Aaと突合する。
また、前段筒状部18Aが、外部筐体17の後端側の開口部に嵌合する。これにより、筆記ユニット10や内部筐体13などからなる電子ペン機能部が、外部筐体17の後端側より落下することがないようにされ、外部筐体17内に保持される。そして、後部保持部材18の後段筒状部18Bの貫通孔は、ノッカー19が嵌合する直径のものである。
ノッカー19は、外部筐体17内に位置する筆記ユニット10の後部ユニット10Bの後端部と嵌合する嵌合穴を有する柱状部19Aと、使用者の指等によりノック操作が行われるノック部19Bとからなる。ノッカー19は、後部保持部材18の後端側より挿入され、後部保持部材18を貫通して外部筐体17内に位置する筆記ユニット10の後部ユニット10Bに至り、当該後部ユニット10Bの後端部が、ノッカー19の柱状部19Aに設けられた嵌合穴に嵌合し、嵌合状態が保持される。
なお、ノッカー19を後部保持部材18から引き抜くようにすると、筆記ユニット10の後部ユニット10Bも柱状部19Aの嵌合穴から引き抜かれる。これにより、後部保持部材18の後端側の開口より、筆記ユニット10の芯を挿入することができるようにされる。このようにして、筆記ユニット10、コア部11、接続部材12、内部筐体13、筆圧伝達部14、筆圧検出部15、回路基板16、外部筐体17、後部保持部材18、ノッカー19からなる電子ペン1が構成される。
図5は、上述したように構成される電子ペン1を長手方向に切断し、前側を取り除いた場合の断面図(図5(A))と、電子ペン1の筆圧検出に関係する主要部分の構成を示す図(図5(B))である。図5(A)に示すように、外部筐体17内には、フェライトコア11A及びコイル11Bとからなるコア部11と内部筐体13とが接続部材12によって接続され、更に内部筐体13の収納部13Aに筆圧伝達部14が収納される。これらの部材の貫通孔が連結されて構成された一連の貫通孔に、前部ユニット10A及び後部ユニット10Bからなる筆記ユニット10が挿通されている。
また、内部筐体13の上部の第1の載置部13Bに筆圧検出部15が載置されて、筆圧伝達部14の押圧部14Cによって、筆圧検出部15に筆圧が伝達できるようになっている。また、筆圧検出部15の接続部15Aに、内部筐体13の第2の載置部13Cに載置される回路基板16が接続される。
そして、この電子ペン1においては、図5(A)のペン先側に示すように、外部筐体17のペン先側の先端の内壁17aと筆記ユニット10の前部ユニット10Aの先端側に設けられる端面10Abとが突合する。これにより、筆記ユニット10のペン先が必要以上に外部筐体17の先端から突出することがないようにされる。
また、前部ユニット10Aの後端側の端面(後端面)10Aaと、筆圧伝達部14の筒状部14Aのペン先側の端面14Aaとが突合する。したがって、前部ユニット10Aのペン先部から繰り出された芯10Xに筆圧が掛けられると、芯10Xは、チャック部10A3等に把持されており、前部ユニット10Aに対して固定(固着)されているので、前部ユニット10A自体が後端側に摺動する。これにより、前部ユニット10Aが、筆圧伝達部14の筒状部14Aを後端側に押し、これに応じて、筆圧伝達部14の押圧部14Cが、筆圧検出部15を押圧し、筆圧の検出を可能にする。
すなわち、図5(B)に示すように、前部ユニット10Aの後端側の端面(後端面)10Aaと、筆圧伝達部14の筒状部14Aのペン先側の端面14Aaとが突合している。このため、前部ユニット10Aの摺動に応じて、筆圧伝達部14の押圧部14Cが筆圧検出部15を押圧することができる。この場合、筆圧検出部15は、筆記ユニット10の軸心上ではなく、筆記ユニット10の軸心上から離れた位置に設けられている。
しかし、筆圧伝達部14は、図5(B)にも示すように、筒状部14A、延伸部14B、押圧部14Cによって、側面形状がいわゆるクランク形状とされている。このため、前部ユニット10Aにかかる筆圧をそのまま、筆記ユニット10の軸心上から離れた位置にある筆圧検出部15に伝達できる。このため、リング状の筆圧検出手段ではなく、本来、軸心上に配置されて軸心方向にかかる筆圧を高精度に検出可能な筆圧検出部15を用いることができる。したがって、筆圧を高精度に検出できる。
そして、図5(A)、(B)を見ると分かるように、筆圧検出部15は、筆記ユニット10の軸心上には存在しない。このため、一般的なシャープペンシルの場合と同様に、後部ユニット10Bの後端側の芯挿入口10Sより芯の補充(挿入)が可能であり、筆圧検出部15が芯のペン先側への移動を遮ることもない。これにより、芯の補充が簡単にできる、使い勝手の良いシャープペンシル機能を備えた電子ペンが実現できる。
[座標入力装置2に搭載される位置検出装置の詳細]
図6は、この実施の形態の電子ペン1と、電子ペン1が用いられる座標入力装置2に搭載された位置検出装置2Sの構成例について説明するための図である。この実施の形態の電子ペン1と位置検出装置2Sとは、電磁誘導授受方式のものである。位置検出装置2Sは、図2に示したセンサ部2Bと位置検出回路2Cとからなる部分である。
電子ペン1は、回路構成としては、信号送受用のコイル11Bと、このコイル11Bに接続された筆圧検出部15と、この筆圧検出部15に並列に接続される共振コンデンサCf等からなる共振回路によって現される。すなわち、電子ペン1は、位置検出装置2Sに対してセンサ部2B上の位置を指示すると共に、その時に使用者によって電子ペン1に加えられた筆圧を検出し、これを位置検出装置2Sに対して通知することもできるものである。
一方、位置検出装置2Sには、X軸方向ループコイル群Xaと、Y軸方向ループコイル群Ybとを積層させて設けることにより、電磁誘導方式の位置(座標)検出センサであるセンサ部2Bが形成されている。各ループコイル群Xa,Ybは、例えば、それぞれ40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Xa,Yb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2Sには、X軸方向ループコイル群Xa及びY軸方向ループコイル群Ybが接続される選択回路C3が設けられている。この選択回路C3は、2つのループコイル群Xa,Yb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2Sには、発振器C1と、電流ドライバC2と、切り替え接続回路C4と、受信アンプC5と、検波器C6と、低域フィルタC7と、サンプルホールド回路C8と、A/D変換回路C9と、同期検波器C10と、低域フィルタC11と、サンプルホールド回路C12と、A/D変換回路C13と、処理部C14とが設けられている。このように、この実施の形態の電磁誘導授受方式の電子ペン1と電磁誘導授受方式の位置検出装置2Sとにより、入力装置が構成される。
しかも、この実施の形態の電子ペン1は、シャープペンシル機能をも備えているので、センサ部2B上に配置された用紙(紙媒体)に筆跡を残すと同時に、筆跡データを取り込んで、これを電子データとして利用可能にすることができる。しかも、筆圧検出部15を、筆記ユニット10の軸心上に配置することもなく、当該軸心上からずれた位置に筆圧検出部15を配置して高精度に筆圧の検出ができる。また、筆圧検出部15を、筆記ユニット10の軸心上に配置しない構成により、芯の補充が一般的なシャープペンシルの場合と同様に、電子ペン1の後端側から簡単に行うことができ、使い勝手の良い電子ペンが実現できる。
[電子ペン1の変形例]
上述した電子ペン1は、シャープペンシル機能を備えているため、一般的なシャープペンシルの場合と同様に、後端部に消しゴムを設けておくと便利である。しかし、上述した電子ペン1は、紙媒体に筆跡を残すことができると共に、電子データとして筆跡データも残すことができる。このため、紙媒体に残した筆跡を消去した場合には、電子データである筆跡データの該当部分も消去できるようにすることが望ましい。
そこで、以下に説明する変形例は、紙媒体に記録した筆跡に対しても、また、電子データとしての筆跡データに対しても、同時に消しゴム機能を実現できるようにしたものである。図7は、消しゴム機能を備えるようにした電子ペン1の変形例について説明するための図である。
[変形例1:筆圧検出部が1つの場合]
図7(A)は、筆記の場合の筆圧と消しゴム使用の場合の圧力とを1つの筆圧検出部15によって検出するようにした電子ペン1の変形例である電子ペン1Aを説明するための図である。図7(A)において、図3〜図5を用いて説明した実施の形態の電子ペン1と同様に構成される部分には、同じ参照符号を付し、その部分についての詳細な説明については省略する。また、図7(A)は、外部筐体に収納される内部構成部分を示しているが、便宜的に外部筐体をも含めて構成されたものとして電子ペン1Aと記載する。
図7(A)に示す変形例の電子ペン1Aもまた、シャープペンシル機能を備えるものである。このため、前部ユニット10Aと後部ユニット10Bからなる筆記ユニット10と、フェライトコア11Aとコイル11Bとからなるコア部11と、筆圧伝達部14、筆圧検出部15、及びこれらに関連する内部筐体13Xの部分は、電子ペン1とほぼ同様に構成される。なお、筆圧検出部15は、内部筐体13の突起等によって内部筐体に固定されていない点は、電子ペン1とは異なる。また、説明を簡単にするため、コア部11と内部筐体13とを接続する接続部材12は省略している。
電子ペン1Aのペン先側とは反対の後端側には、貫通孔を有する消しゴムユニット10Eが設けられる。消しゴムユニット10Eのペン先側とは反対の端部部分には、消しゴム10Fが着脱可能にされている。この消しゴム10Fは、必要に応じて、新しいものと交換可能になっている。また、消しゴムユニット10Eの側面の周囲には、コア部11と同様に、フェライトコア11Cにコイル11Dを巻回して構成されたコア部11Xが設けられる。このコア部11Xと内部筐体13Xとは、図示しない接続部材により接続される。
そして、消しゴムユニット10Eの内部筐体13X側には、圧力伝達部21が設けられる。この圧力伝達部21は、貫通孔を有する筒状部21Aと、電子ペン1Aの軸心と交差する方向に、筒状部21Aから延伸された延伸部21Bとを備えたL字形状のものである。内部筐体13Xの消しゴムユニット10E側には、圧力伝達部21を収納する収納部が設けられている。この収納部は、筆圧伝達部14を収納する収納部13Aと同様のものである。内部筐体13Xの圧力伝達部21用の収納部に圧力伝達部21が収納されると、圧力伝達部21の筒状部21Aの貫通孔の開口の中心が、筆記ユニット10の後部ユニット10Bの軸心と一致するようになっている。
そして、内部筐体13Xの圧力伝達部21用の収納部に圧力伝達部21が収納された状態で、図7(A)示すように、圧力伝達部21の延伸部21Bには、筆圧検出部15に接続された回路基板16Xが、軸心に平行になるように接続される。また、この状態のときに、圧力伝達部21の筒状部21Aの貫通孔の周囲に形成される端面であって、消しゴムユニット10E側の端面21Aaと、消しゴムユニット10Eの内部筐体13X側の貫通孔の周囲の端面10Eaとが突合するようになっている。
消しゴムユニット10Eは、筆記ユニット10の後部ユニット10Bには接続されておらず、消しゴム10Fに対して使用者によって加えられた圧力に応じて、ペン先側に摺動可能になっている。また、消しゴム10Fに対して使用者によって加えられた圧力が解除されれば、消しゴムユニット10Eは、圧力伝達部21によって押し戻されて、所定の位置に復帰するようになっている。
また、前部ユニット10A側のコイル11Bの両端からの延伸線B1、B2は、回路基板16Xの電子回路に接続される。同様に、消しゴムユニット10E側のコイル11Dの両端からの延伸線B3、B4は、回路基板16Xの電子回路に接続される。また、筆圧検出部15の端子部材T1,T2が回路基板の電子回路に接続される。
なお、外部筐体については図示していないが、この変形例の電子ペン1Aの場合には、ペン側筐体部と消しゴム側筐体部との2つの筐体部からなり、例えばネジ式で両筐体部を接続可能にされたものである。そして、図7(A)に示した電子ペン1Aが当該外部筐体に収納されたときは、前部ユニット10Aの先端側の端面10Abと、ペン側筐体部の内部の端面とが突合し、前部ユニット10Aのペン先部が必要以上にペン側筐体部から突出することがないようにされる。
同様に、図7(A)に示した電子ペン1Aが当該外部筐体に収納されたときは、消しゴムユニット10Eのペン先側とは反対の先端側の端面10Ebと、消しゴム側筐体部の内部の端面とが突合し、消しゴムユニットが必要以上に消しゴム側筐体部から突出することがないようにされる。
これにより、前部ユニット10Aから繰り出された芯10Xが紙媒体などに接触して、筆跡を記録するようにすると、前部ユニット10Aに筆圧がかけられる。この場合、前部ユニット10Aが消しゴムユニット10E側に押し込まれ、筆圧伝達部14の押圧部14Cにより筆圧検出部15が押圧される。筆圧検出部15は、回路基板16Xと圧力伝達部21と消しゴムユニット10Eとによって、消しゴムユニット10E側に動かないように位置が規制される。したがって、前部ユニット10Aにかけられた筆圧がそのまま筆圧伝達部14によって筆圧検出部15に伝達され、前部ユニット10Aにかけられる筆圧が筆圧検出部15において適切に検出できる。
一方、消しゴムユニット10Eに装着された消しゴム10Fが、紙媒体などに接触して筆跡を消去するために擦るようにされると、消しゴムユニット10Eに圧力がかけられる。この場合、消しゴムユニット10Eが前部ユニット10A側に押し込まれ、圧力伝達部21と回路基板16Xとによって、筆圧検出部15がその後ろ側より押圧される。筆圧伝達部14と前部ユニット10Aとは、前部ユニット10Aに筆圧がかけられていない状態において、ペン先側に移動することはない。
このため、筆圧検出部15が消しゴムユニット10E側から前部ユニット10A側に押され、結果として、筆圧伝達部14の押圧部14Cによって押圧される。したがって、消しゴムユニット10Eにかけられた圧力がそのまま圧力伝達部21と回路基板16と筆圧伝達部14と前部ユニットとの連携により筆圧検出部15に伝達され、消しゴムユニット10Eにかけられる圧力が筆圧検出部15において適切に検出できる。
なお、前部ユニット10Aのペン先部から繰り出された芯10Xが、センサ部2B上の紙媒体に接触しているときには、前部ユニット10A側のコイル11Bを含む共振回路と、センサ部2Bとの間で電磁誘導により信号の送受が行われる。また、消しゴムユニット10Eに装着された消しゴム10Fが、センサ部2B上の紙媒体に接触しているときには、消しゴムユニット10E側のコイル11Dを含む共振回路と、センサ部2Bとの間で電磁誘導により信号の送受が行われる。
したがって、コイル11Bを含む共振回路と、コイル11Dを含む共振回路とで、用いるコンデンサを変えるなどして、共振周波数を変えることにより、芯10Xが紙媒体に接触しているのか、消しゴム10Fが紙媒体に接触しているのかを、位置検出装置2S側で判別することができ、それに応じた処理、すなわち、筆跡の記録処理または筆跡の消去処理を明確に区別して行うことができる。
しかも、芯10Xにかかる筆圧と消しゴム10Fにかかる圧力とを、高精度に検出できる。このため、芯10Xにかかる筆圧に応じて筆跡の太さや濃さを調節したり、消しゴム10Fにかかる圧力に応じて、消去範囲や消去レベル(軽い消去、強い消去)を調節したりすることができる。
また、この変形例の電子ペン1Aの場合には、後部ユニット10Bに固定され、内部筐体及び外部筐体の側面から突出するように設けられるノッカー19Xをノック操作することにより、芯10Xを繰り出すようにすることができる。このノッカー19Xは、電子ペン1Aを上着などのポケットにさして落下しないようにするいわゆるクリップとしての機能も有する。
また、消しゴムユニット10Eに装着された消しゴム10Fを取り外すことによって、消しゴムユニット10Eの端部の開口より芯を挿入し、後部ユニット10Bから前部ユニット10Aに供給するようにできる。すなわち、通常のシャープペンシルの場合と同様に芯の補充が簡単にできる。
[変形例2:筆圧検出部が2つの場合]
図7(B)は、筆記の場合の筆圧を検出する筆圧検出部と、消しゴム使用の場合の圧力を検出する圧力検出部とを用いるようにした電子ペン1の変形例である電子ペン1Bを説明するための図である。図7(B)において、図3〜図5を用いて説明した実施の形態の電子ペン1と同様に構成される部分と、図7(A)を用いて説明した変形例の電子ペン1Aと同様に構成される部分には、同じ参照符号を付し、その部分についての詳細な説明については省略する。また、図7(B)においても、外部筐体に収納される内部構成部分を示しているが、便宜的に外部筐体をも含めて構成されたものとして電子ペン1Bと記載する。
図7(B)に示す変形例の電子ペン1Bもまた、シャープペンシル機能を備えるものである。このため、前部ユニット10Aと後部ユニット10Bからなる筆記ユニット10と、フェライトコア11Aとコイル11Bとからなるコア部11と、筆圧伝達部14、筆圧検出部15、及びこれらに関連する内部筐体13Yの部分は、電子ペン1とほぼ同様に構成される。なお、筆圧検出部15は、内部筐体13Yの突起13H,13Iによって内部筐体13Yに固定されている。また、図7(B)においても、説明を簡単にするため、コア部11と内部筐体13とを接続する接続部材12は省略している。
電子ペン1Bのペン先側とは反対の後端側には、消しゴムユニット10E、消しゴム10F、フェライトコア11Cとコイル11Dとからなるコア部11Xが設けられる構成は、図7(A)に示した電子ペン1Aと同様である。このコア部11Xと内部筐体13Yとは、図示しない接続部材により接続される。
そして、消しゴムユニット10Eの内部筐体13Y側には、筒状部22Aと、延伸部22Bと、押圧部22Cからなる圧力伝達部22が設けられる。筒状部22Aは貫通孔を有するものであり、延伸部22Bは、電子ペン1Bの軸心と交差する方向に、筒状部22Aから延伸された部分である。また、押圧部22Cは、延伸部22Bから軸心に対して平行にペン先側に延伸されて形成されたものである。すなわち、圧力伝達部22は、筆圧伝達部14と、その構成部材がすべて逆向きに形成された、いわゆるクランク形状のものである。
内部筐体13Yの消しゴムユニット10E側には、圧力伝達部22を収納する収納部が設けられている。この収納部は、筆圧伝達部14を収納する収納部13Aと同様のものである。内部筐体13Yの圧力伝達部22用の収納部に圧力伝達部22が収納されると、圧力伝達部22の筒状部22Aの貫通孔の開口の中心が、筆記ユニット10の後部ユニット10Bの軸心と一致するようになっている。
また、図7(B)に示すように、内部筐体13Yの消しゴムユニット10E側の所定の位置には、圧力検出部15Xが、内部筐体13Yの突起13J、13Kによって固定されている。圧力検出部15Xは、筆圧検出部15と同様に構成されたものであり、消しゴムユニット10Eにかけられる圧力(押圧力)を検出するものであるため、圧力検出部と記載している。そして、圧力検出部15Xは、圧力伝達部22の押圧部22Cによって押圧するようにされている。
そして、図7(B)に示すように、筆圧検出部15と圧力検出部15Xとには、回路基板16Yが接続される。この回路基板16Yに形成される電子回路には、コイル11Bからの延伸線B1、B2,コイル11Dからの延伸線B3、B4が接続され、筆圧検出部15からの端子T1、T2、圧力検出部15Xの端子T3、T4が接続される。
また、内部筐体13Yの圧力伝達部22用の収納部に圧力伝達部22が収納された状態で、圧力伝達部22の筒状部22Aの貫通孔の周囲に形成される端面であって、消しゴムユニット10E側の端面22Aaと、消しゴムユニット10Eの内部筐体13Y側の貫通孔の周囲の端面10Eaとが突合するようになっている。
消しゴムユニット10Eは、筆記ユニット10の後部ユニット10Bには接続されておらず、消しゴム10Fに対して使用者によって加えられた圧力に応じて、ペン先側に摺動可能になっている。また、消しゴム10Fに対して使用者によって加えられた圧力が解除されれば、消しゴムユニット10Eは、圧力検出部15Xが圧力伝達部22に作用して押し戻されて、所定の位置に復帰するようになっている。
なお、外部筐体については図示していないが、図7(A)を用いて説明した変形例の電子ペン1Aの場合と同様に、ペン側筐体部と消しゴム側筐体部との2つの筐体部からなり、例えばネジ式で両筐体部を接続可能にされたものである。そして、図7(B)に示した電子ペン1Bが当該外部筐体に収納されたときは、前部ユニット10Aの先端側の端面10Abと、ペン側筐体部の内部の端面とが突合し、前部ユニット10Aのペン先部が必要以上にペン側筐体部から突出することがないようにされる。
同様に、図7(B)に示した電子ペン1Bが当該外部筐体に収納されたときは、消しゴムユニット10Eのペン先側とは反対の先端側の端面10Ebと、消しゴム側筐体部の内部の端面とが突合し、消しゴムユニットが必要以上に消しゴム側筐体部から突出することがないようにされる。
これにより、前部ユニット10Aから繰り出された芯10Xが紙媒体などに接触して、筆跡を記録するようにした場合には、上述した電子ペン1の場合と同様に前部ユニット10A及び筆圧伝達部14を通じて、使用者によって芯10Xにかけられた筆圧が筆圧検出部15に適切に伝達される。これにより、前部ユニット10Aにかけられる筆圧が筆圧検出部15において適切に検出できる。なお、筆圧検出部15は、内部筐体13Yに固定されているので、前部ユニット10Aにかけられた筆圧が、圧力検出部15Xに伝達されることはない。
一方、消しゴムユニット10Eに装着された消しゴム10Fが、紙媒体などに接触して筆跡を消去するために擦るようにされると、消しゴムユニット10Eに圧力がかけられる。この場合、消しゴムユニット10Eが前部ユニット10A側に押し込まれ、圧力伝達部22の押圧部22Cにより圧力検出部15Xが押圧される。圧力検出部15Xは、内部筐体13Yに固定されているので、消しゴムユニット10Eにかけられた圧力がそのまま圧力伝達部22によって、圧力検出部15Xに伝達され、消しゴムユニットにかけられる圧力が圧力検出部15Xにおいて適切に検出できる。なお、圧力検出部15Xは、内部筐体13Yに固定されているので、消しゴムユニットにかけられた圧力が、筆圧検出部15に伝達されることはない。
また、位置検出装置2Sと電子ペン1Bとの間の芯の送受は、図7(A)を用いて説明した変形例の電子ペン1Aと同様に行われる。そして、前部ユニット10Aのペン先部から繰り出された芯10Xが、センサ部2B上の紙媒体に接触しているときには、筆圧検出部15の検出結果を送信信号に含めて送信する。また、消しゴムユニット10Eに装着された消しゴム10Fが、センサ部2B上の紙媒体に接触しているときには、圧力検出部15Xの検出結果を送信信号に含めて送信する。
芯10Xにかかる筆圧と消しゴム10Fにかかる圧力とは、高精度に検出できる。このため、芯10Xにかかる筆圧に応じて筆跡の太さや濃さを調節したり、消しゴム10Fにかかる圧力に応じて、消去範囲や消去レベル(軽い消去、強い消去)を調節したりすることができる。
また、図7(B)にン示したこの変形例の電子ペン1Bの場合にも、後部ユニット10Bに固定され、内部筐体及び外部筐体の側面から突出するように設けられるノッカー19Xをノック操作することにより、芯10Xを繰り出すようにすることができる。また、消しゴムユニット10Eに装着された消しゴム10Fを取り外すことによって、消しゴムユニット10Eの端部の開口より芯を挿入し、後部ユニット10Bから前部ユニット10Aに供給するようにできる。すなわち、通常のシャープペンシルの場合と同様に芯の補充が簡単にできる。
[アクティブ静電ペンへの適用]
上述した実施の形態の電子ペン1、1A、1Bは、いずれも電磁誘導結合方式のものであるものとして説明した。すなわち、電子ペン1、1A、1Bは、コイル11Bやコイル11D、及びコンデンサ(キャパシタ)とからなる共振回路を備え、位置検出装置からの信号を受信し、これに応じた信号を共振回路の機能により発生させて、位置検出装置に返信し、位置などを指示した。しかし、この発明は電磁誘導授受方式の電子ペンだけでなく、静電容量方式の電子ペンにも適用できる。
図8は、この発明を適用した静電容量方式(AES(Active Electrostatic)方式)の電子ペン1Cについて説明するための図である。図9は、当該電子ペン1Cの回路構成図である。図8と図9において、同一構成要素は同一符号で示す。また、この例の電子ペン1Cにおいても、図8、図9において、上述した実施の形態の電子ペン1と同様に構成される部分には同じ参照符号を付し、その部分の詳細な説明については省略する。
すなわち、この電子ペン1Cの場合にも、上述した電子ペン1の場合と同様に、前部ユニット10Aと後部ユニット10Bとからなる筆記ユニット10を備える。前部ユニット10Aのペン先側の所定の部分には柱状のフェライトコア11Aが嵌合するようにされている。フェライトコア11Aの周囲には、給電用のコイル164が巻回されており、このコイル164が後述する電圧変換回路163に接続されている。
そして、この電子ペン1Cの場合にも、前部ユニット10Aの後端側の端面10Aaと筆圧伝達部14の筒状部14Aの前部ユニット側の端面14Aaとが突合する。筆圧伝達部14は、内部筐体13の収納部13Aに収納されて、かつ、後部ユニット10Bが貫通するようにされており、筆圧に応じて軸心方向に摺動するようになっている。
そして、筆圧伝達部14の押圧部14Cが筆圧検出部15を押圧するようになっている。筆圧検出部15は、内部筐体13の第1の載置部13Bに載置され、突起13D、13Eや側壁13Dd、13Eeによって内部筐体13に固定するようにされている。また、筆圧検出部15に対しては、回路基板16Zが接続される。この回路基板16Zには、コンデンサや制御回路に加えて、発振回路16aを含んだ電子回路が構成される。そして、回路基板16Zに構成された電子回路には、筆圧検出部15の端子部材が接続されると共に、導電性材料により構成される前部ユニット10Aとも導電線B5により接続される。
なお、図8においては、フェライトコア11Aと内部筐体13とを接続する接続部材12については、説明を簡単にするために省略している。また、図8には図示してしないが、電子ペン1Cの後端側の構成は、図3〜図5を用いて説明した電子ペン1と同様のものである。
そして、前部ユニット10Aのペン先部から繰り出された芯10Xが紙媒体に接触するようにされて、筆記を行うようにされたとする。芯10Xは、図4を用いて説明したように、芯の繰り出し機構によって前部ユニット10Aに固着するようにされている。このため、芯10Xに加えられた筆圧が、そのまま前部ユニット10A及び筆圧伝達部14を通じて筆圧検出部15に伝達され、芯10Xに加えられた筆圧が高精度に検出できる。
さらに、回路基板16Zに形成された電子回路と、導電性材料により形成された前部ユニット10Aとが導電線により接続されている。このため、当該電子回路において形成された、位置を指示する信号であって、筆圧の情報を含む信号が、前部ユニット10Aに供給され、前部ユニット10Aのペン先部から位置検出装置に向けて送信するようにされる。
次に、静電容量方式の電子ペン1Cの回路構成について説明する。図9において、161は電気二重層キャパシタ、162は整流用ダイオード、163は電圧変換回路、16aは、発振回路である。図9に示すように、この例では、コイル164の一端がダイオード162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161の一端はダイオード162のカソードに接続され、他端は、接地されている。
コイル164は、電磁誘導による位置指示のための共振回路を構成するものではなく、外部からの電源の供給を受け付ける電源の供給端として用いられ、無接点充電機能を実現している。なお、電池を備えた構成とすることにより、コイル164、電気二重層キャパシタ161、整流用ダイオード162からなる部分はなくてもよい。
電極芯を構成する前部ユニット10Aは、発振回路16aに対して導電線B5を通じて電気的に接続される。また、筆圧検出部15が発振回路16aに対して電気的に接続される。
発振回路16aは、筆圧検出部15の可変容量キャパシタの容量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前部ユニット10Aに供給する。発振回路16aからの信号は、前部ユニット10Aのペン先部(先端部)よりその信号に基づく電界として放射される。発振回路16aは、例えばコイルとキャパシタによる共振を利用したLC発振回路により構成される。この例の電子ペン1Cにより指示された座標位置を検出する位置検出装置では、この信号の周波数より前部ユニット10Aのペン先部から繰り出された芯10Xに加えられた筆圧を求めることができる。
電圧変換回路163は、電気二重層キャパシタ161に蓄えられた電圧を一定の電圧に変換して発振回路16aの電源として供給する。この例の静電容量方式の電子ペン1Cを図示しない充電器に装着したときに、充電器が発生する交番磁界によりコイル164には誘導起電力が発生して、ダイオード162を介して電気二重層キャパシタ161を充電する。
[静電容量方式の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10は、この例の静電容量方式の電子ペン1Cからの信号を受け、センサ上の位置を検出すると共に、筆圧を検出するようにする位置検出装置700を説明するためのブロック図である。
位置検出装置700は、図10に示すように、センサ710と、このセンサ710に接続されるペン検出回路720とからなる。センサ710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711、絶縁層(図示は省略)、第2の導体群712を積層して形成されたものである。第1の導体群711は、例えば、横方向(X軸方向)に延在した複数の第1の導体711Y1、711Y2、…、711Ym(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712は、第1の導体711Y1、711Y2、…、711Ym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712X1、712X2、…、712Xn(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700のセンサ710では、第1の導体群711と第2の導体群712を交差させて形成したセンサパターンを用いて、静電容量方式の電子ペン1Cが指示する位置を検出する構成を備えている。
ペン検出回路720は、センサ710との入出力インターフェースとされる選択回路721と、増幅回路722と、バンドパスフィルタ723と、検波回路724と、サンプルホールド回路725と、AD(Analog to Digital)変換回路726と、制御回路727とからなる。このような構成を有することにより、センサ710上に接触させるようにした電子ペン1Cによる指示位置と筆圧とが検出可能になっている。
なお、図8、図9では、シャープペンシルとして機能する側について説明したが、図7を用いて説明した場合と同様に、消しゴムユニットを設けるようにすることもできる。この場合、消しゴムユニットに装着された消しゴムに掛けられた圧力を検出して、静電容量法方式により位置検出装置に通知することができる。もちろん、消しゴムユニットに装着された消しゴムによって指示した位置を静電容量方式により位置検出装置で検出することもできる。
このように、この発明の電子ペンは、電磁誘導方式の電子ペンにも、また、静電容量方式の電子ペンにも適用可能である。
[実施の形態の効果]
上述した実施の形態の電子ペン1、1A、1B、1Cのいずれの場合にも、筆圧検出部15や圧力検出部15Xは、電子ペン1,1A、1B、1Cの軸心上に設けられるものではなく、軸心上からずれた位置に設けられる。このため、筆圧検出部15や圧力検出部15Xが、芯の筆記ユニット10への挿入(補充)の邪魔になったり、芯の前部ユニット10Aへの移動を遮ったりすることがない。これにより、従来からあるシャープペンシルと全く同様にして芯の補充が可能なシャープペンシル機能付きの電子ペンを実現できる。
しかも、前部ユニット10Aのペン先部から送り出された芯10Xに掛けられる筆圧や消しゴムユニット10Eに装着された消しゴムに掛けられる圧力(押圧力)を、減衰させることなく、筆圧検出部15や圧力検出部15Xに伝達することができる。これにより、高精度に、ペン先部から送り出された芯10Xに掛けられる筆圧や消しゴムユニット10Eに装着された消しゴムに掛けられる圧力(押圧力)を検出できる。
[その他]
なお、電子ペン1は、位置検出装置に対する位置指示を行うための電子ペンとして機能し、前部ユニット10Aのペン先部から繰り出された芯10Xは、ペン先から突出した状態では紙媒体などへの筆記も同時に可能にする。一方、紙媒体等に筆記しない場合は、芯10Xを前部ユニット10Aのペン先部の内部に収納することで芯10Xが折れることを防止できる。この芯10Xを前部ユニット10A内に収納した状態では、芯10Xによる筆跡を残すことができないが、位置検出装置に対する位置指示を行うための電子ペンとして機能することができる。
電子ペンとして利用する場合には、前部ユニット10Aのペン先部は一般的に金属でできている場合が多いが、芯10Xに応じた極細のものとなるので、座標入力装置のセンサ部上を傷つける恐れがある。このため、位置検出装置に対する指示機能だけを用いるようにするためには、例えば導電性材料により形成され、先端が丸められた円錐状のキャップを前部ユニット10Aのペン先部に装着する。これにより、シャープペンシル機能を利用しない場合には、電子ペンとしてのみ利用することができる。
更に、筆記ユニット10を、硬質の樹脂等により構成することもできる。ペン先部分に丸みを付けるように構成することで、芯10Xをペン先から突出させていない状態で、電子ペンとして利用することができる。
すなわち、筆記ユニットの前部ユニット10Aが樹脂により形成されることで、芯10Xをペン先から突出させない状態で電子ペンとして位置指示機能を発揮させ、例えば液晶画面上に配置するようにされたセンサに対して直接書き込むようにする等の利用が可能である。そして、芯10Xをペン先から突出させることにより、電子ペンとしての位置指示器機能を発揮させながら紙媒体などに筆跡を残すシャープペンシルとしての機能も利用できる。
また、筆記ユニットに操縦可能な芯は、黒鉛を含有した芯、顔料を含有し、赤、青、緑、黄などの種々の色の筆跡を残せる芯など、種々のものを用いることができる。
また、筆跡を残すための芯ではなく、芯と同一形状の消しゴムを前部ユニットのペン先部から繰り出させ、消しゴムとして機能するようにすることももちろん可能である。この場合、消しゴムとして機能することはもちろん、電子ペンとして機能させることもできる。また、シャープペンシルの芯よりも太い消しゴムを繰り出して利用できるように構成することももちろんできる。
また、筆記ユニット10などの筒状に形成されるものは、軸心方向と交差する方向の断面が多角形や楕円のなるなどの形状のパイプ状の部材を用いてもよい。
また、太めの芯自体を筐体から突出させるようにする芯ホルダータイプのシャープペンシルも存在する。この場合にも、上述した実施の形態の電子ペン1などの場合と同様に、芯を保持するチャック機構を軸心方向に摺動可能にし、このチャック機構と筆圧伝達部とを突合させる構成をとることにより、検出の可能な芯ホルダータイプのシャープペンシル機能を備えた電子ペンを構成できる。
1、1A、1B、1C…電子ペン、10…筆記ユニット、10A…前部ユニット、10A1…締め具、10A2…芯チャック、10A3…チャック部、10A4…コイルバネ、10A5…把持部、10B…後部ユニット、10E…消しゴムユニット、10Ex…芯挿入口、10F…消しゴム、10S…芯挿入口、10X…芯、11、11X…コア部、11A、11C…フェライトコア、11B、11D…コイル、12…接続部材、13、13X、13Y…内部筐体、13A…収納部、13B…第1の載置部、13C…第2の載置部、13D、13E…突起、13Dd、13Ee…側壁、13F、13G…嵌合突起、14…筆圧伝達部、14A…筒状部、14B…延伸部、14C押圧部、15、15X…筆圧検出部、15A…接続部、16、16X、16Y、16Z…回路基板、17…外部筐体、18…後部保持部材、18A…前段筒状部、18B…後段筒状部、19、19A…ノッカー、21…圧力伝達部、21A…筒状部、21B…延伸部、22…圧力伝達部、22A…筒状部、22B…延伸部、22C…押圧部

Claims (19)

  1. 前部ユニットと、前記前部ユニットの内側に嵌合し、前記前部ユニットの後端から延伸するようにされた後部ユニットとからなる筆記ユニットと、
    前記後部ユニットが貫通する貫通孔を形成し、前記前部ユニットの後端面と突合する筒状部と、当該筒状部から前記貫通孔を貫通する前記後部ユニットの軸心方向と略直交する方向であって、一の方向に延伸された延伸部と、当該延伸部から前記軸心方向であるとともにペン先側とは反対の方向に延伸された押圧部とからなる筆圧伝達部と、
    前記筆記ユニットに対して交差する方向の前記筆記ユニットから離れた位置に配置され、前記筆圧伝達部の前記押圧部によって押圧される筆圧検出部と
    前記前部ユニット側に配置され、位置を指示すると共に、前記筆圧検出部からの検出結果を示す信号を位置検出センサに対して送信する第1の送信部と
    を備え、
    前記前部ユニットに加えられるようにされる筆圧を、前記筆圧伝達部を介して、前記筆記ユニットから離れた位置に配置された前記筆圧検出部に伝達することを特徴とする電子ペン。
  2. 請求項1に記載の電子ペンであって、
    前記筆圧検出部は、当該電子ペンの筐体内部に固定されていることを特徴とする電子ペン。
  3. 請求項1に記載の電子ペンであって、
    前記後部ユニットの後端には、押下操作用の押圧部材が着脱可能に設けられ、
    前記押圧部材を前記後部ユニットから取り外すことで、前記後部ユニットの後端から芯体を挿入することができ、
    前記前部ユニットは、前記後部ユニットの後端に取り付けられた前記押圧部材を軸心方向に押下することで、挿入された前記芯体を当該前部ユニットの先端から繰り出し、当該押下を解除することで、繰り出した前記芯体の位置を保持する芯体繰り出し機構を備えることを特徴とする電子ペン。
  4. 請求項3に記載の電子ペンであって、
    前記芯体は、黒鉛あるいは顔料を含有して構成される筆記用芯であることを特徴とする電子ペン。
  5. 請求項3に記載の電子ペンであって、
    前記芯体は、消しゴムであることを特徴とする電子ペン。
  6. 請求項3に記載の電子ペンであって、
    前記押圧部材には、消しゴムが着脱可能に取り付けられていることを特徴とする電子ペン。
  7. 請求項1に記載の電子ペンであって、
    前記第1の送信部は、インダクタ素子を備え、電磁誘導方式により信号の送信を行うものであることを特徴とする電子ペン。
  8. 請求項1に記載の電子ペンであって、
    前記第1の送信部は、導電性部材で構成された前記前部ユニットと発振回路とにより構成され、静電結合方式により信号の送信を行うものであることを特徴とする電子ペン。
  9. 請求項1に記載の電子ペンであって、
    前記後部ユニットの後端側に設けられ、前記後部ユニットの直径よりも長い直径を有し、消しゴムが装着される消しゴムユニットと、
    前記後部ユニットが貫通する貫通孔を形成し、前記消しゴムユニットの後端部と突合する筒状部と、当該筒状部から前記貫通孔を貫通する前記後部ユニットと交差する方向に延伸された延伸部と、当該延伸部に接続され前記筆圧検出部を前記筆圧伝達部の前記押圧部に押し付けるようにする押し付け部とからなる圧力伝達部と、
    前記消しゴムユニット側に配置され、位置を指示すると共に、前記筆圧検出部からの検出結果を示す信号を位置検出センサに対して送信する第2の送信部と
    を備え、
    前記消しゴムユニットに加えられる筆圧を、前記圧力伝達部を介して、前記筆記ユニットから離れた位置に配置された前記筆圧検出部に伝達することを特徴とする電子ペン。
  10. 請求項9に記載の電子ペンであって、
    前記消しゴムユニットと前記消しゴムを取り外すことで、前記後部ユニットの後端から芯体を挿入することができ、
    前記前部ユニットは、前記後部ユニットに対して軸心とはずれた位置に設けられる押圧部材を押下することで、挿入された前記芯体を当該前部ユニットの先端から繰り出し、当該押下を解除することで、繰り出した前記芯体の位置を保持する芯体繰り出し機構を備えることを特徴とする電子ペン。
  11. 請求項10に記載の電子ペンであって、
    前記芯体は、黒鉛あるいは顔料を含有して構成される筆記用芯であることを特徴とする電子ペン。
  12. 請求項9に記載の電子ペンであって、
    前記第1の送信部と、前記第2の送信部とは、インダクタ素子を備え、電磁誘導方式により信号の送信を行うものであることを特徴とする電子ペン。
  13. 請求項9に記載の電子ペンであって、
    前記第1の送信部は、導電性部材で構成された前記前部ユニットと発振回路とにより構成され、前記第2の送信部は、導電性部材で構成された前記消しゴムユニットと発振回路とにより構成され、前記第1、第2の送信部は、静電結合方式により信号の送信を行うものであることを特徴とする電子ペン。
  14. 請求項1に記載の電子ペンであって、
    前記後部ユニットの後端側に設けられ、前記後部ユニットの直径よりも長い直径を有し、消しゴムが装着される消しゴムユニットと、
    前記後部ユニットが貫通する貫通孔を形成し、前記消しゴムユニットの後端部と突合する筒状部と、当該筒状部から前記貫通孔を貫通する前記後部ユニットと交差する方向に延伸された延伸部と、当該延伸部から前記後部ユニットの延伸方向に延伸された押圧部とからなる圧力伝達部と、
    前記筆記ユニットに対して交差する方向の前記筆記ユニットから離れた位置に配置され、前記圧力伝達部の前記押圧部によって押圧される圧力検出部と
    前記消しゴムユニット側に配置され、位置を指示すると共に、前記圧力検出部からの検出結果を示す信号を位置検出センサに対して送信する第2の送信部と
    を備え、
    前記消しゴムユニットに加えられるようにされる圧力を、前記圧力伝達部を介して、前記筆記ユニットから離れた位置に配置された前記圧力検出部に伝達することを特徴とする電子ペン。
  15. 請求項14に記載の電子ペンであって、
    前記消しゴムユニットと前記消しゴムを取り外すことで、前記後部ユニットの後端から芯体を挿入することができ、
    前記前部ユニットは、前記後部ユニットに対して軸心とはずれた位置に設けられる押圧部材を押下することで、挿入された前記芯体を当該前部ユニットの先端から繰り出し、当該押下を解除することで、繰り出した前記芯体の位置を保持する芯体繰り出し機構を備えることを特徴とする電子ペン。
  16. 請求項14に記載の電子ペンであって、
    前記筆圧検出部と前記圧力検出部とは、当該電子ペンの筐体内部に固定されていることを特徴とする電子ペン。
  17. 請求項14に記載の電子ペンであって、
    前記第1の送信部と、前記第2の送信部とは、インダクタ素子を備え、電磁誘導方式により信号の送信を行うものであることを特徴とする電子ペン。
  18. 請求項14に記載の電子ペンであって、
    前記第1の送信部は、導電性部材で構成された前記前部ユニットと発振回路とにより構成され、前記第2の送信部は、導電性部材で構成された前記消しゴムユニットと発振回路とにより構成され、前記第1、第2の送信部は、静電結合方式により信号の送信を行うものであることを特徴とする電子ペン。
  19. 請求項1に記載の電子ペンであって、
    前記前部ユニットは、樹脂により構成されることを特徴とする電子ペン。
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