JPWO2013057862A1 - 情報入力ペン - Google Patents

Abstract

静電容量方式のタッチパネルに対してタッチ操作時のスタイラスペンの傾きに拘わらず、タッチ位置を正確に検出することができるスタイラスペンを得る。スタイラスペン１００において、操作者が持つ、非導電性部材からなるペン本体部１０３と、ペン本体部１０３の一端側に先端側ほど細くなるよう形成された、非導電性部材からなるペン先部１０２と、ペン先部の先端に取り付けられ、導電性部材からなる球状部材１０１とを備え、ペン本体部１０３に接触部材１０４を、操作者が該ペン本体部を持ったとき操作者の手が接触部材１０４に接触するよう取り付け、接触部材１０４と球状部材１０１とを、ペン本体部およびペン先部内を貫通する導線１０５により接続した。

Description

本発明は、情報入力ペンに関し、特に、静電容量方式のタッチパネルに対する情報入力に用いる情報入力ペンに関するものである。

従来からタッチパネルの方式には、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式など多数の方式があるが、近年、携帯電話に採用されている静電容量方式が脚光をあびている。

静電容量方式を用いたタッチパネルでは、そのタッチ面上に指または情報入力ペン（以下、スタイラスペンともいう。）を接触させることで、タッチパネルの電極とスタイラスペンとの間に静電容量を形成し、その静電容量を介して流れる微弱電流の変化分を検出することで、スタイラスペンとタッチ面との接触位置を検出するものである。

スタイラスペンはすべて真鍮や鉄で作れば単純な構成となり、安価に作製することができる。

図１０は、従来のスタイラスペンを用いたタッチパネル装置を説明する図であり、タッチパネル装置の外観を示す斜視図である。

このタッチパネル装置２０１は、静電容量方式のタッチパネル１１０と、タッチパネル１１０に対する情報入力に用いるスタイラスペン２００とを有し、タッチパネル１１０のタッチ面１１１にスタイラスペン２００を接触あるいは近接させることによりタッチパネル装置では、スタイラスペンによるタッチ面上でのタッチ位置を検出するよう構成されている。このスタイラスペン２００は、真鍮や鉄などの金属材料により形成されている。

また、通常は、このようなタッチパネル装置２０１は、表示装置（図示せず）と一体化されており、表示装置の表示面上にタッチパネル装置２０１のタッチ面が重ねて配置されている。

このようなタッチパネル装置２０１と表示装置とが一体化された情報入力装置では、操作者は、表示装置の表示面における操作ボタンの表示された領域に対するタッチ操作を行うことで、情報の入力ができるようになっている。

ところで、特許文献１には、ペン先と指が電気的に導通することやペンの操作性を重視したスタイラスペンが開示されている。

図１１は、特許文献１に開示のスタイラスペンを説明する図であり、図１１（ａ）は、このスタイラスペンの外観を示し、図１１（ｂ）はこのスタイラスペンのペン先部分の断面構造を示している。

このスタイラスペン１は、操作者が持つペン本体１と、ペン本体１の先端部に形成された導電性のペン先２とを備えている。ペン本体１の外周部には、通常手で持つ部位に導電性のペン先２と電気的に導通する導電部位５が形成されるよう導電部材４が配置されており、ペン本体１の他の部分は樹脂成型品等の非導電体部３として形成されている。

このような構成のスタイラスペン１では、静電容量型のタッチパネル装置の電極と操作者との間に形成される静電容量の位置をペン先で定めることが可能となり、極めて正確な位置情報の入力が可能となる。なお、図１１（ｂ）中、Ｐはタッチパネル装置のタッチ面である。

さらに、特許文献２にも、静電容量方式のタッチパネル装置に用いられるスタイラスペンが開示されている。

図１２は、この特許文献２に開示のスタイラスペンを示している。

このスタイラスペン２０は、操作者が持った状態で、静電容量方式のタッチパネル３０に対して、その先端部を接触させることで、タッチパネル３０に文字や線図を入力するものである。

スタイラスペン２０は、ペン本体部２１、ペン先端部２２、および金属からなる導電部２３を備えている。導電部２３は、操作者が握るグリップ部に設けられており、ペン先端部２２と導電部２３とは、所定の導電部材によって電気的に接続されている。ペン先端部２２は、文字や線図を入力する際に絶縁層３１に接触させる部分であり、例えば、アルミなどの導電性物質から構成されている。

なお、タッチパネル３０は、図示しない液晶表示部の上に基材３３、透明導電膜３２、絶縁層３１を積層した構造となっている。

特開平１０−１７１５７９号公報 特開２０１０−６１３５１号公報

しかしながら、従来のスタイラスペンでは、高精度のタッチパネルにおいては、操作者のペンの持ち方によって不都合を起こすことがある。

ペンの持ち方は、ペンをまっすぐ持つ人、ペンを傾けて持つ人といったように、人によって様々であり、上記のようなペンの持ち方の違いは、静電容量の変化を高感度で検出する高精度のタッチパネルでは、検出されるタッチ位置のばらつきの原因となるという問題がある。

以下、この問題について詳しく説明する。

図１３は、図１０に示す従来のタッチパネル装置におけるタッチ操作を説明する図であり、図１３（ａ）は、このスタイラスペンをタッチ面に対して垂直に立ててタッチ操作を行った状態を示し、図１３（ｂ）はタッチパネルのタッチ位置およびその近傍で検出される静電容量の変化の大きさの分布を等高線Ｌｃ１で示し、図１３（ｃ）は水平方向における静電容量の変化の大きさＳをグラフＧ１で示している。

図１４は、図１０に示す従来のタッチパネル装置におけるタッチ操作を説明する図であり、図１４（ａ）は、このスタイラスペンをタッチ面に対して斜めに傾けてタッチ操作を行った状態を示し、図１４（ｂ）はタッチパネルのタッチ位置およびその近傍で検出される静電容量の変化の大きさの分布を等高線Ｌｃ２で示し、図１４（ｃ）は水平方向における静電容量の変化の大きさＳをグラフＧ２で示している。

例えば、図１０に示すタッチパネル装置２０１において、図１３（ａ）に示すように、タッチパネル部１１０のタッチ面１１１に対してスタイラスペン２００を垂直に立てた状態でタッチ操作を行ったとき、このタッチ操作により生ずる静電容量の変化の大きさＳの分布は、図１３（ｂ）に示すように、タッチ面１１１上で実際のタッチ位置ＲＴｐを中心として左右方向（Ｘ方向）および上下方向（Ｙ方向）に対称な等高線Ｌｃ１により表されることとなる。なお、Ｘｐは実際のタッチ位置ＲＴｐを通るＸ方向と平行な軸、Ｙｐは実際のタッチ位置ＲＴｐを通るＹ方向と平行な軸、Ｚｐは実際のタッチ位置ＲＴｐを通り、タッチ面１１１に垂直な軸であり、Ｘｐ軸とＹｐ軸は直交している。

この場合、タッチパネル部では、タッチ位置のＸ方向の座標Ａｘは、静電容量の変化の大きさが所定の閾値Ｓｔｈに一致する位置Ａ１およびＡ２の中間位置（Ａｘ＝（Ａ１＋Ａ２）／２）として算出される。この場合、検出されたタッチ位置のＸ方向の座標Ａｘは、実際のタッチ位置ＲＴｐのＸ方向の座標と一致することとなる。

一方、図１０に示すタッチパネル装置２０１において、図１４（ａ）に示すように、タッチパネル部１１０のタッチ面１１１に対してスタイラスペン２００を左に斜めに傾けた状態でタッチ操作を行ったとき、このタッチ操作により生ずる静電容量の変化の大きさＳの分布は、図１４（ｂ）における等高線Ｌｃ２で示すものとなる。なお、θｘは、スタイラスペン２００のタッチペン１１１に対する傾斜角を表しており、この場合、傾斜角θｘは９０°より小さい。

つまり、このタッチ操作により生ずる静電容量の変化の大きさの分布を示す等高線Ｌｃ２では、タッチ操作により生ずる静電容量の変化のピーク位置Ｓｐより右側では蜜になり、このピーク位置より左側では疎となり、左右方向（Ｘ方向）では非対称な図形となる。

この場合、タッチパネル部では、タッチ位置のＸ方向の座標Ｂｘは、静電容量の変化の大きさが閾値Ｓｔｈに一致する位置Ｂ１およびＢ２の中間位置（Ｂｘ＝（Ｂ１＋Ｂ２）／２）として算出され、この結果、検出されたタッチ位置のＸ方向の座標Ｂｘは、実際のタッチ位置ＲＴｐのＸ方向の座標より左側にずれたものとなる。

このようにスタイラスペン２００を用いてタッチ面１１１に対してタッチ操作を行う場合にスタイラスペン２００の傾きによって、検出されるタッチ位置にばらつきが生ずるのは、高精度のタッチパネルでは、タッチパネルのタッチ面に接しているペン先だけでなく、スタイラスペンの先端部の、タッチ面に近接する導体部分によってもタッチパネルでの静電容量の変化が生ずることとなり、スタイラスペンが傾いている場合は、この導体部分によるタッチパネルでの静電容量の変化の大きさの分布がタッチ位置に対して非対称となるためである。

このような問題は、特許文献１および特許文献２に開示のスタイラスペンにおいても同様に生ずる。つまり、特許文献１および特許文献２に開示のスタイラスペンでは、ペン先部の導体部材は、導電性棒状体であり、この場合、スタイラスペンの傾斜角度によって、タッチパネルとこの導電性棒状体との間に生ずる静電容量の大きさが変化することとなるからである。

また、特許文献１には、ペン先部分に球状導体を備えたスタイラスペンが開示されているが、このスタイラスペンの先端部には複数の球状導体がペンの軸方向に配列されており、しかも、これらの球状導体を人の手に接続するための接続体は、ペン本体と同等の直径を有しており、このような構成では、スタイラスペンの傾斜角度によって、タッチパネルと接続体および球状導体との間に生ずる静電容量の大きさが変化することとなる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、静電容量方式のタッチパネルに対する情報入力ペンを用いた操作の時に、この情報入力ペンの傾きに拘わらず、タッチ位置を正確に検出することができる情報入力ペンを得ることを目的とする。

本発明に係る情報入力ペンは、静電容量方式のタッチパネルに対する情報入力に用いる情報入力ペンであって、操作者が持つ、非導電性部材からなるペン本体部と、該ペン本体部の一端側に先端側ほど細くなるよう形成された、非導電性部材からなるペン先部と、該ペン先部の先端に取り付けられ、導電性部材からなる球状部材とを備え、該ペン本体部は、該操作者が該ペン本体部を持ったとき、該操作者の手と接触するよう該ペン本体部に取り付けられた接触部材と、該ペン本体部および該ペン先部内を貫通するよう設けられ、該接触部材と該球状部材とを接続する導線とを有し、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記球状部材は、金属材料により構成されていることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記球状部材を構成する金属材料はステンレスであることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記球状部材は、その表面を樹脂材料により被覆したものであることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記球状部材は、導電性樹脂材料により構成されていることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記球状部材は回転可能に前記ペン先部に取り付けられていることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記接触部材は、前記ペン本体部のペン先部側の、前記操作者が前記ペン本体部を持ったときに該操作者の指先に接触する位置に取り付けられた筒状導電部材により構成されていることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記筒状導電部材は、そのペン先部側端が、前記ペン先部の先端から３０ｍｍ〜４０ｍｍ離れるよう配置されていることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記タッチパネルは、第１の方向に延びる互いに平行な複数の第１電極および第２の方向に延びる互いに平行な複数の第２電極を有し、該複数の第１電極と該複数の第２電極とを立体交差するよう配置した構造を有し、前記操作者が持つペン本体部のペン先部が該タッチパネルに接触するあるいは近接するとき、該タッチパネルの該ペン先部が接する部分あるいは最も近接する位置およびその周辺領域で生ずる、該第１電極と該第２電極との交差部分に形成されている静電容量の変化により該操作者による操作位置を検出するものであることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記複数の第１電極の各々は、菱形形状の単位電極部を縦方向あるいは横方向に配列して相互に電気的に接続したものであり、隣接する第１電極は、一方の第１電極の菱形形状の単位電極部の斜辺と、他方の第１電極の菱形形状の単位電極部の斜辺とが対向するよう配置されており、前記複数の第２電極の各々は、菱形形状の単位電極部を横方向あるいは縦方向に配列して相互に電気的に接続したものであり、隣接する第２電極は、一方の第２電極の菱形形状の単位電極部の斜辺と、他方の第２電極の菱形形状の単位電極部の斜辺とが対向するよう配置されており、該複数の第１電極と該複数の第２電極とは、それぞれの菱形形状の単位電極部が絶縁性部材を介して重なるよう配置されていることが好ましい。

本発明は、上記情報入力ペンにおいて、前記隣接する第１電極は、一方の第１電極の菱形形状の単位電極部の配列ピッチが、他方の第１電極の菱形形状の単位電極部の配列ピッチに対して半ピッチずれるよう配置されており、前記隣接する第２電極は、一方の第２電極の菱形形状の単位電極部の配列ピッチが、他方の第２電極の菱形形状の単位電極部の配列ピッチに対して半ピッチずれるよう配置されていることが好ましい。

次に作用について説明する。

本発明においては、情報入力ペンにおいて、操作者が持つ、非導電性部材からなるペン本体部と、ペン本体部の一端側に先端側ほど細くなるよう形成された、非導電性部材からなるペン先部と、ペン先部の先端に取り付けられ、導電性部材からなる球状部材とを備え、ペン本体部に接触部材を、操作者が該ペン本体部を持ったとき、操作者の手が接触部材に接触するよう取り付け、接触部材と球状部材とを、ペン本体部およびペン先部内を貫通する導線により接続したので、情報入力ペンを用いてタッチパネルに対してタッチ操作を行ったとき、情報入力ペンにおけるペン先部の先端の球状部材とタッチパネルの電極との間にのみ実質的に静電容量が形成されることとなる。

つまり、情報入力ペンにおけるペン先部の先端以外の部分とタッチパネルの電極との間に静電容量が形成されることはなく、このため、情報入力ペンをタッチ面に対して斜めに傾けてタッチ操作を行った状態でも、このタッチ操作により生ずる静電容量の変化の大きさの分布は、タッチ面上で実際のタッチ位置を中心として左右方向および上下方向に均等なものとなる。

その結果、静電容量方式のタッチパネルに対してタッチ操作時の情報入力ペンの傾きに拘わらず、タッチ位置を正確に検出することができる。

以上のように、本発明によれば、静電容量方式のタッチパネルに対してタッチ操作時の情報入力ペンの傾きに拘わらず、タッチ位置を正確に検出することができる情報入力ペンを得ることができる。

図１は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンを説明する図であり、このスタイラスペンを備えたタッチパネル装置の外観を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンを備えたタッチパネル装置を説明するブロック図であり、タッチパネル装置を構成するタッチパネルの構成を示している。 図３は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンを備えたタッチパネル装置を説明する図であり、図３（ａ）はこのタッチパネル装置におけるパネル本体の一部破断斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ’線部分の断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示すパネル本体の一部を示す平面図である。 図４は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンを説明する図であり、図４（ａ）はこのスタイラスペンの断面構造を示し、図４（ｂ）はこのスタイラスペンをタッチ面に接触させた状態を示している。 図５は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンの機能を説明する図であり、図５（ａ）は、このスタイラスペンをタッチ面に対して垂直に立ててタッチ操作を行った状態を示し、図５（ｂ）はタッチパネルのタッチ位置およびその近傍で検出される静電容量の変化の大きさの分布を示し、図５（ｃ）は水平方向における静電容量の変化を示している。 図６は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンの機能を説明する図であり、図６（ａ）は、このスタイラスペンをタッチ面に対して斜めに傾けてタッチ操作を行った状態を示し、図６（ｂ）はタッチパネルのタッチ位置およびその近傍で検出される静電容量の変化の大きさの分布を示し、図６（ｃ）は水平方向における静電容量の変化を示している。 図７は、本発明の実施形態２によるスタイラスペンの構成を説明する図であり、図７（ａ）はこのスタイラスペンの断面構造を示し、図７（ｂ）はこのスタイラスペンをタッチ面に接触させた状態を示している。 図８は、本発明の実施形態３によるスタイラスペンの構成を説明する図であり、図８（ａ）はこのスタイラスペンの断面構造を示し、図８（ｂ）はこのスタイラスペンの先端部の詳細な断面構造を示している。 図９は、本発明の実施形態１から３のいずれかのスタイラスペンを適用可能なタッチパネルの構成の他の例を示す図である。 図１０は、従来のタッチパネル装置の外観を示す斜視図である。 図１１は、特許文献１に開示のスタイラスペンを説明する図であり、図１１（ａ）は、このスタイラスペンの外観を示し、図１１（ｂ）はこのスタイラスペンのペン先部分の断面構造を示している。 図１２は、特許文献２に開示のスタイラスペンを説明する図であり、タッチパネルとスタイラスペンの断面構造を模式的に示している。 図１３は、従来のタッチパネル装置におけるタッチ操作を説明する図であり、図１３（ａ）は、このスタイラスペンをタッチ面に対して垂直に立ててタッチ操作を行った状態を示し、図１３（ｂ）はタッチパネルのタッチ位置およびその近傍で検出される静電容量の変化の大きさの分布を示し、図１３（ｃ）は水平方向における静電容量の変化を示している。 図１４は、従来のタッチパネル装置におけるタッチ操作を説明する図であり、図１４（ａ）は、このスタイラスペンをタッチ面に対して斜めに傾けてタッチ操作を行った状態を示し、図１４（ｂ）はタッチパネルのタッチ位置およびその近傍で検出される静電容量の変化の大きさの分布を示し、図１４（ｃ）は水平方向における静電容量の変化を示している。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による情報入力ペンとしてスタイラスペンを説明する図であり、このスタイラスペンを備えたタッチパネル装置の外観を示す斜視図である。

このタッチパネル装置１０は、静電容量方式のタッチパネル１１０と、タッチパネル１１０に対して情報入力を行うためのスタイラスペン１００とを有し、タッチパネル１１０のタッチ面１１１にスタイラスペン１００を接触あるいは近接させることによりタッチパネル１１０がスタイラスペン１００による操作位置を検出するよう構成されている。

また、通常は、このようなタッチパネル装置１０は、表示装置（図示せず）と一体化されており、表示装置の表示面上にタッチパネル装置のタッチ面１１１が重ねて配置されている。

このようなタッチパネル装置１０と表示装置とが一体化された情報入力装置では、操作者は、表示装置の表示面における操作ボタンなどの表示された領域に対するタッチ操作を行うことで、情報の入力ができるようになっている。

図２は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンを備えたタッチパネル装置を説明するブロック図であり、タッチパネル装置を構成するタッチパネルの構成を示している。

タッチパネル１１０は、複数のドライブライン（第１電極）２と複数のセンスライン（第２電極）３とを有するパネル本体１１０ａと、パネル本体１１０ａのドライブライン２に駆動信号Ｄｓを印加するドライブライン駆動部１１２と、この駆動信号Ｄｓの印加により生じたセンス信号Ｓｓをセンスライン３から受信し、センス信号Ｓｓに対する信号処理により操作位置（タッチ位置）ＲＴｐ（図５、図６参照）を示すタッチ情報ＩＳｐを生成する信号処理部１２０とを有している。

この信号処理部１２０は、複数のセンスライン３からのセンス信号Ｓｓを増幅する増幅回路１１３と、複数のセンスライン３からの増幅されたセンス信号ＡＳｓを順次選択し、選択した増幅されたセンス信号ＡＳｓを出力する信号選択部１１４と、該信号選択部１１４からのセンス信号ＡＳｓをデジタル信号ＤＳｓに変換するＡ／Ｄ変換部１１５と、このＡ／Ｄ変換部１１５で得られたデジタル信号ＤＳｓを、駆動信号Ｄｓの生成に用いた系列信号に基づく復号のための変換信号を用いて復号して、パネル本体１１０ａでのドライブライン２とソースライン３との交差部における静電容量の変化の大きさに相等する信号強度Ｃｄを取得する復号処理部１１６と、この信号強度Ｃｄに基づいてパネル本体１１０ａでの操作者によるタッチ位置を示すタッチ情報ＩＳｐを検出するタッチ位置検出部１１７とを有している。

ここで、タッチパネル１１０は従来のタッチパネル装置２００におけるものと同一の構成を有するものであり、互いに平行に配置された複数のドライブライン２と互いに平行に配置された複数のセンスライン３とを立体交差するよう配置した構造となっている。

図３は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンを備えたタッチパネル装置を説明する図であり、図３（ａ）はこのタッチパネル装置におけるパネル本体の一部破断斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ’線部分の断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示すパネル本体の一部を示す平面図である。

このタッチパネルを構成するパネル本体１１０ａは、相対向するよう間隔を空けて配置されたガラス基板などの上下一対の絶縁性基板１ａ及び１ｃを有している。上側の絶縁性基板１ａの下面には複数のドライブライン２がＸ方向に平行に配置され、下側の絶縁性基板１ｃの上面には複数のセンスライン３がＹ方向に平行に配置されている。ここで、ドライブライン２及びセンスライン３はそれぞれ帯状の導体層からなり、ドライブライン２とセンスライン３とはＰＥＴ樹脂などの絶縁層１ｂにより絶縁されている。ドライブライン２とセンスライン３とが絶縁性１ｂを介して立体的に交差する各交差部Ａには静電容量Ｃｐが形成されている。なお、各交差部Ａに形成される静電容量Ｃｐは、上記センス信号Ｓｓに対する信号処理により得られる、ドライブライン２とセンスライン３とが交差する交差位置（タッチパネル本体の各座標）での信号強度を解析することにより求められる。

図４は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンを説明する図であり、図４（ａ）はこのスタイラスペンの断面構造を示し、図４（ｂ）はこのスタイラスペンをタッチ面に接触させた状態を示している。

このスタイラスペン１００は、操作者が持つ、非導電性部材からなるペン本体部１０３と、ペン本体部１０３の一端側に先端側ほど細くなるよう形成された、非導電性部材からなるペン先部１０２と、ペン先部１０２の先端に取り付けられ、導電性部材からなる球状部材１０１とを備えている。ここで、非導電性部材には絶縁性樹脂や硬質プラスチックを用いている。

ペン本体部１０３は、操作者がペン本体部１０３を持ったとき、操作者の手と接触するようペン本体部１０３に取り付けられた導電性の接触部材１０４と、ペン本体部１０３およびペン先部１０２内を貫通するよう設けられ、接触部材１０４と球状部材１０１とを接続する導線１０５とを有している。

ここで、球状部材１０１はステンレス製ボールである。ただし、この球状部材１０１は他の金属材料で構成してもよく、さらには、金属材料以外の導電性樹脂材料により構成してもよい。

また、接触部材１０４は、ペン本体部１０３のペン先部１０２側の、操作者がペン本体部１０３を持ったときに操作者の指先Ｈに接触する位置に取り付けられた筒状金属部材により構成されている。

また、導線１０５にはここでは直径が０．１ｍｍ以下の銅線を用いている。導線に用いる金属線の直径は、タッチパネルのドライブライン２やソースライン３との間に形成される静電容量に及ぼす影響を小さくするため、より細いものが望ましいが、耐久性を考慮すると、極端に細いものを用いることは難しい。

さらに、筒状導電部材（接触部材）１０４は、そのペン先部側端をペン先部の先端から３０ｍｍ離してペン本体部１０３の先端側に取り付けている。ただし、筒状導電部材のペン先部側端からペン先部の先端までの距離Ｄは３０ｍｍに限定されるものではなく、この筒状導電部材１０４とタッチパネルとの間に形成される静電容量の大きさがタッチパネルで実質的に検出されない距離以上であればよいが、この距離Ｄをあまり大きくすると、接触部材１０４がスタイラスペンをもつ人の手Ｈと接触しなくなるので、３０ｍｍから４０ｍｍの範囲が好ましい。

また、ペン先部の先端のサイズ（直径）は書き具合より２ｍｍ以下が望ましく、またタッチパネルのドライブライン２とセンスライン３の配列ピッチが１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であるならば、球状部材１０１の直径は、特に１ｍｍから２ｍｍの範囲が好ましい。

たとえば、球状部材１０１の直径が電極（つまりドライブラインおよびソースライン）の配列ピッチに対して極端に小さい場合は、電極間の中間位置に球状部材１０１が位置する場合にタッチパネルにおける静電容量の変化が小さくなり、逆に、球状部材１０１の直径が電極の配列ピッチに対して極端に大きい場合は、球状部材によるタッチパネルにおける静電容量の変化が広い範囲にわたって生ずることとなり、精度よく球状部材の位置を算出できなくなる。このため、球状部材１０１の直径は、電極ピッチの１／２以上かつ電極ピッチの２倍以下にすることが望ましい。

このように本実施形態１では、スタイラスペンの必要最低限の部分のみ導体とし、スタイラスペンの先端部分以外の導体部分がタッチパネルに影響しないようにしている。また、ペン先部の導電性の球状部材１０１と、ペン本体部１０３の手で持つ部分に配置した接触部材１０４とを細い導線（０．１ｍｍ程度）で結び、接触部材１０４を極力ペン先より遠い位置に配置している。

このような構成のスタイラスペン１００を用いてタッチパネル１１０に対してタッチ操作するときには、図４（ｂ）に示すようにスタイラスペン１００を持つ人の手Ｈはスタイラスペン１００の接触部材１０４に接触した状態となる。

この状態では、スタイラスペン１００の先端の球状部材１０１には、人の体全体の静電容量が接続されることとなり、実質的にスタイラスペンの球状部材１０１はグランドに接地された状態となる。

このため、スタイラスペン１００の先端の球状部材１０１をタッチパネルのタッチ面１１１に接触させるあるいは近接させると、タッチパネルの操作面側のドライブライン２との間には大きな静電容量が形成される。このとき、球状部材１０１の直径は、電極ピッチの１／２以上かつ電極ピッチの２倍以下にしているので、ドライブライン２とセンスライン３の交差部のうちで、球状部材１０１の近接により最も静電容量の大きな変化を生ずる１つの交差部が確実に決まることとなる。

また、大きな体積を有する導体部分は、スタイラスペン１００のペン先部１０２では球状部材１０１のみであり、球状部材１０１につながる導線１０５は、直径が０．１ｍｍ以下と細いものであり、球状部材１０１の体積に比べて小さいものであるため、この導線１０５によるタッチパネルでの静電容量の変化は、球状部材１０１によるものと比べると極端に小さいものとなる。

従って、スタイラスペン１００の角度の違いにより導線１０５によるタッチパネルでの静電容量の変化が生じても、タッチパネルでの静電容量の変化は微量であるため、タッチパネルでのタッチ位置の検出誤差が生ずることはない。

図５は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンの機能を説明する図であり、図５（ａ）は、このスタイラスペンをタッチ面に対して垂直に立ててタッチ操作を行った状態を示し、図５（ｂ）はタッチパネルのタッチ位置およびその近傍で検出される静電容量の変化の大きさの分布を等高線Ｌｃ１で示し、図５（ｃ）は水平方向における静電容量の変化の大きさＳをグラフＧ１で示している。

図６は、本発明の実施形態１によるスタイラスペンの機能を説明する図であり、図６（ａ）は、このスタイラスペンをタッチ面に対して斜めに傾けてタッチ操作を行った状態を示し、図６（ｂ）はタッチパネルのタッチ位置およびその近傍で検出される静電容量の変化の大きさの分布を等高線Ｌｃ１ａで示し、図６（ｃ）は水平方向における静電容量の変化の大きさＳをグラフＧ３で示している。

例えば、図１に示すタッチパネル装置１０において、図５（ａ）に示すように、タッチパネル１１０のタッチ面１１１に対してスタイラスペン１００を垂直に立てた状態でタッチ操作を行ったとき、このタッチ操作により生ずる静電容量の変化の大きさＳの分布は、図５（ｂ）に示すように、タッチ面１１１上で実際のタッチ位置ＲＴｐを中心として左右方向（Ｘ方向）および上下方向（Ｙ方向）に対称な等高線Ｌｃ１により表されることとなる。

この場合、タッチパネル１１０では、タッチ位置のＸ方向の座標Ａｘは、静電容量の変化の大きさが閾値Ｓｔｈに一致する位置Ａ１およびＡ２の中間位置の座標Ａｘ（＝（Ａ１＋Ａ２）／２））として算出され、検出されたタッチ位置のＸ方向の座標Ａｘは、実際のタッチ位置ＲＴｐのＸ方向の座標と一致することとなる。

また、この実施形態１のタッチパネル装置１０において、図６（ａ）に示すように、タッチパネル部１１０のタッチ面１１１に対してスタイラスペン１００を左に斜めに傾けた状態でタッチ操作を行ったとき、このタッチ操作により生ずる静電容量の変化の大きさＳの分布は、図６（ｂ）に示す等高線Ｌｃ１ａで示すものとなる。なお図６中、θｘはスタイラスペン１００のタッチ面１１１に対する傾斜角である。

つまり、本実施形態１のスタイラスペン１００では、ペン先部１０２の導体は球状部材１０１であるため、スタイラスペンを傾斜させても、この球状部材１０１とタッチパネルの電極（ドライブラインあるいはソースライン）との間での静電容量の変化はほとんどなく、また、この球状部材１０１とペン本体部１０３の接触部材１０４とは細い導線１０５により接続しているため、この導線１０５とタッチパネルの電極との間での静電容量の変化は非常に小さい。

このため、タッチ操作により生ずる静電容量の変化の大きさＳの分布を示す等高線Ｌｃ１ａは、タッチ操作により生ずる静電容量の変化のピーク位置より右側での疎密度と、このピーク位置より左側での疎密度とは同程度となり、左右方向（Ｘ方向）では実質的に対称な図形となる。

この場合、タッチパネル部では、タッチ位置のＸ方向の座標Ｃｘは、容量変化の大きさが閾値Ｓｔｈに一致する位置Ｃ１およびＣ２の中間位置の座標Ｃｘ（＝（Ｃ１＋Ｃ２）／２）として算出され、この結果、検出されたタッチ位置のＸ方向の座標Ｃｘは、実際のタッチ位置ＲＴｐのＸ方向の座標と実質的に一致することとなる。

このように本実施形態１のスタイラスペン１００では、操作者が持つ、非導電性部材からなるペン本体部１０３と、ペン本体部１０３の一端側に先端側ほど細くなるよう形成された、非導電性部材からなるペン先部１０２と、ペン先部の先端に取り付けられ、導電性部材からなる球状部材１０１とを備え、ペン本体部１０３に接触部材１０４を、操作者が該ペン本体部を持ったとき操作者の手Ｈが接触部材１０４に接触するよう取り付け、接触部材１０４と球状部材１０１とを、ペン本体部１０３およびペン先部１０２内を貫通する導線１０５により接続したので、スタイラスペン１００を用いてタッチパネル１１０に対してタッチ操作を行ったとき、ペン先部１０２の先端の球状部材１０１とタッチパネル１１０との間にのみ静電容量が実質的に形成されることとなる。

このようにスタイラスペン１００の構造を工夫することにより、スタイラスペン１００が傾くことに起因するタッチ位置の検出精度の低下を招くことなく、静電容量方式のタッチパネルで入力情報を得ることができる。

その結果、静電容量方式のタッチパネルに対してタッチ操作時のスタイラスペンの傾きに拘わらず、タッチ位置を正確に検出することができる。

なお、上記実施形態１のスタイラスペン１００では、ペン先部の球状部材が直にタッチパネルのタッチ面に接触する構造としているが、このペン先部の球状部材は、その表面を樹脂材料により被覆した構造としてもよい。

この場合は、タッチパネルとスタイラスペンのペン先部の球状部材との接触によりタッチパネルに傷が付くのを防止できる効果がある。

なお、上記実施形態１では、スタイラスペンをタッチパネルに接触させてタッチ操作を行う場合について示したが、高精度のタッチパネルでは、スタイラスペンをタッチパネルに接触させなくても、スタイラスペンをタッチパネルに近接させた状態でもタッチパネルではスタイラスペンの位置を検出可能であり、高精度のタッチパネルに対してスタイラスペンを近づけることによるスタイラスペンによる操作においても、スタイラスペンの傾斜に関係なく、スタイラスペンのペン先の位置をタッチパネルでは正確に検出可能となる。
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２によるスタイラスペンの構成を説明する図であり、図７（ａ）はこのスタイラスペンの断面構造を示し、図７（ｂ）はこのスタイラスペンをタッチ面に接触させた状態を示している。

この実施形態２によるスタイラスペン１００ａは、実施形態１のスタイラスペン１００におけるペン先部１０２の先端で球状部材１０１を保持する構成に代えて、ペン先部１０２ａの先端側に球状部材１０１ａを完全に埋め込んだ構成としたものである。

つまり、この実施形態２のスタイラスペン１００ａは、実施形態１のスタイラスペン１００と同様に、操作者が持つ、非導電性部材からなるペン本体部１０３と、ペン本体部１０３の一端側に先端側ほど細くなるよう形成された、非導電性部材からなるペン先部１０２ａとを備えている。

そして、この実施形態２のスタイラスペン１００ａでは、ペン先部１０２ａは、その先端部に導電性部材からなる球状部材１０１ａを埋め込んだ構造となっている。

ここで、球状部材１０１ａにはステンレス製ボールを用いており、この球状部材１０１ａは、導線１０５によりペン本体部１０３の接触部材１０４に接続されている。

この実施形態２のスタイラスペンのその他の構成は実施形態１のスタイラスペン１００と同一である。

このような構成の実施形態２によるスタイラスペン１００ａでは、ペン先部１０２ａをその先端部に球状部材１０１ａとしてのステンレス製ボールを埋め込んだ構造としているので、ペン先部の先端を細くしたスマートな形状にすることができ、さらには、球状部材１０１ａとしてのステンレス製ボールがタッチパネルのタッチ面に直に接触するのを回避でき、タッチパネルとスタイラスペンとの接触によりタッチパネルのタッチ面に傷が付くのを防止できる。

また、この構成のスタイラスペン１００ａでは、スタイラスペンによるタッチ操作を行う際には、球状部材１０１ａはタッチパネルのタッチ面から一定間隔だけ浮いた状態となり、スタイラスペン１００ａが傾くと、球状部材の中心がタッチ面上のスタイラスペンによるタッチ位置に対して変位することとなるが、スタイラスペンの先端から球状部材の中心までの距離を小さくすることで、実質的にスタイラスペンの傾斜角による検出誤差を回避することが可能である。
（実施形態３）
図８は、本発明の実施形態３によるスタイラスペンの構成を説明する図であり、図８（ａ）はこのスタイラスペンの断面構造を示し、図８（ｂ）はこのスタイラスペンの先端部の詳細な断面構造を示している。

この実施形態３のスタイラスペン１００ｂは、実施形態１のスタイラスペン１００におけるペン先部１０２に代えて、球状部材１０１ｂを回転可能に保持するペン先部１０２ｂを備えたものであり、その他の構成は実施形態１におけるスタイラスペンと同一である。

つまり、この実施形態３のスタイラスペン１００ｂは、操作者が持つ、非導電性部材からなるペン本体部１０３と、ペン本体部１０３の一端側に先端側ほど細くなるよう形成された、非導電性部材からなるペン先部１０２ｂと、ペン先部１０２ｂの先端に回転可能に取り付けられ、導電性部材からなる球状部材１０１ｂとを備えている。ここで、非導電性部材には絶縁性樹脂や硬質プラスチックを用いている。

また、ペン先部１０２ｂは、球状部材１０１ｂを回転可能に支持する、導電性部材からなる台座部１０２ｂ１と、この台座部１０２ｂ１を支持する、絶縁性部材からなる支持部１０２ｂ２とを有している。ここで、球状部材１０１ｂの直径Ｗｐは、ペン先部１０２ｂの先端の直径より狭くなっている。

なお、ペン本体部１０３は、実施形態１のスタイラスペン１００と同様、操作者が該ペン本体部を持ったとき、操作者の手と接触するようペン本体部に取り付けられた接触部材１０４と、ペン本体部１０３およびペン先部１０２ｂ内を貫通するよう設けられ、接触部材１０４と球状部材１０１ｂとを接続する導線１０５とを有している。

このような構成の本実施形態３のスタイラスペン１００ｂでは、ペン先部１０２ｂには球状部材１０１ｂが回転可能に取り付けられているので、タッチパネルに対するタッチ操作時にペン先部１０２ｂの先端に取り付けられている球状部材１０１ｂが回転することとなる。このため、タッチパネルのタッチ面と球状部材１０１ｂとが擦れ合うことがなくなり、これによりタッチ操作をスムーズに行うことができ、タッチパネルのタッチ面とスタイラスペンの先端の球状部材との間で生ずる摩擦によりタッチパネルのタッチ面に傷が付くのを防止できるという効果がある。

なお、上記実施形態１〜実施形態３では、タッチパネルのパネル本体部として、図３に示すように帯状の導体層からなる複数のドライブラインと、帯状の導体層からなる複数のセンスラインとを有し、複数のドライブラインと複数のセンスラインとを立体交差させてこれらの交差部に静電容量が形成される構造としたものを示したが、タッチパネルのパネル本体部はこのような構成のものに限定されるものではない。

図９は、本発明の実施形態１から３のいずれかのスタイラスペンを適用可能なタッチパネルの構成の他の例を示す図である。

このタッチタッチのパネル本体１１０ｂは、第１の方向に延びる互いに平行な複数の第１電極（ドライブライン）２ａ１、２ａ２と、第２の方向に延びる互いに平行な複数の第２電極（センスライン）３ａ１、３ａ２とを有し、複数のドライブラインと複数のセンスラインとを立体交差するよう配置した構造を有している。

ここで、各ドライブラインは、菱形形状の単位電極部２ａ１１を横方向（Ｘ方向）に配列して接続部２ａ１２により相互に電気的に接続したものであり、隣接するドライブライン２ａ１および２ａ２では、一方のドライブライン２ａ１の菱形形状の単位電極部２ａ１１の斜辺と、他方のドライブライン２ａ２の菱形形状の単位電極部２ａ１１の斜辺とが対向するよう菱形形状の単位電極部２ａ１１の配列ピッチが半ピッチずれている。

同様に、各ソースライン３ａ１、３ａ２は、菱形形状の単位電極部３ａ１１を縦方向（Ｙ方向）に配列して接続部３ａ１２により相互に電気的に接続したものであり、隣接するソースライン３ａ１および３ａ２では、一方のソースライン３ａ１の菱形形状の単位電極部３ａ１１の斜辺と、他方のソースライン３ａ２の菱形形状の単位電極部３ａ１１の斜辺とが対向するよう菱形形状の単位電極部３ａ１１の配列ピッチが半ピッチずれている。

そして、複数のドライブライン２ａ１、２ａ２と複数のソースライン３ａ１、３ａ２とは、それぞれの菱形形状の単位電極部２ａ１１および３ａ１１が絶縁性部材を介して重なるよう配置されている。

このようなパネル本体１１０ｂでは、操作者が持つスタイラスペンのペン先部がタッチパネルに接触するあるいは近接するとき、タッチパネルにおけるペン先部が接する部分あるいは最も近接する位置およびその周辺領域で静電容量の変化が生ずるが、図９に示すパネル本体部１１０ｂの構成では、複数のドライブライン２ａ１および２ａ２と複数のソースライン３ａ１および３ａ２との交差部の配置密度が高くなり、スタイラスペンによるタッチ位置をより高感度で検出することが可能であり、上述した実施形態における、操作時の傾きによるタッチ位置の検出位置のばらつきを抑えたスタイラスペンの構造がより有意義なものとなる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、情報入力ペンの分野において、静電容量方式のタッチパネルに対してタッチ操作時のスタイラスペンの傾きに拘わらず、タッチ位置を正確に検出することができる情報入力ペンを実現することができる。

１ａ、１ｃ 絶縁性基板
２、２ａ１、２ａ２ ドライブライン（第１電極）
２ａ１１、３ａ１１ 単位電極部
２ａ１２、３ａ１２ 接続部
３、３ａ１、３ａ２ センスライン（第２電極）
１０ タッチパネル装置
１００、１００ａ、１００ｂ 情報入力ペン（スタイラスペン）
１０１、１０１ａ、１０１ｂ 球状部材
１０２、１０２ａ、１０２ｂ ペン先部
１０２ｂ１ 台座部
１０２ｂ２ 支持部
１０３ ペン本体部
１０４ 接触部材
１０５ 導線
１１０ タッチパネル
１１０ａ、１１０ｂ パネル本体
１１１ タッチ面
１１２ ドライブライン駆動部
１１３ 増幅回路
１１４ 信号選択部
１１５ Ａ／Ｄ変換部
１１６ 復号処理部
１１７ タッチ位置検出部
１２０ 信号処理部
Ａ 交差部
Ｃｐ 静電容量
Ｈ 人の手

Claims (11)

1. 静電容量方式のタッチパネルに対する情報入力に用いる情報入力ペンであって、
   操作者が持つ、非導電性部材からなるペン本体部と、
   該ペン本体部の一端側に先端側ほど細くなるよう形成された、非導電性部材からなるペン先部と、
   該ペン先部の先端に取り付けられ、導電性部材からなる球状部材とを備え、
   該ペン本体部は、
   該操作者が該ペン本体部を持ったとき該操作者の手と接触するよう該ペン本体部に取り付けられ、導電性部材からなる接触部材と、
   該ペン本体部および該ペン先部内を貫通するよう設けられ、該接触部材と該球状部材とを接続する導線とを有する、情報入力ペン。
2. 請求項１に記載の情報入力ペンにおいて、
   前記球状部材は、金属材料により構成されている、情報入力ペン。
3. 請求項２に記載の情報入力ペンにおいて、
   前記球状部材を構成する金属材料はステンレスである、情報入力ペン。
4. 請求項２または請求項３に記載の情報入力装置において、
   前記球状部材は、その表面を樹脂材料により被覆したものである、情報入力ペン。
5. 請求項１に記載の情報入力ペンにおいて、
   前記球状部材は、導電性樹脂材料により構成されている、情報入力ペン。
6. 請求項１から請求項３および請求項５のいずれか１項に記載の情報入力ペンにおいて、
   前記球状部材は回転可能に前記ペン先部に取り付けられている、情報入力ペン。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の情報入力ペンにおいて、
   前記接触部材は、前記ペン本体部のペン先部側の、前記操作者が前記ペン本体部を持ったときに該操作者の指先に接触する位置に取り付けられた筒状導電部材により構成されている、情報入力ペン。
8. 請求項７に記載の情報入力ペンにおいて、
   前記筒状導電部材は、そのペン先部側端が前記ペン先部の先端から３０ｍｍ〜４０ｍｍ離れるよう配置されている、情報入力ペン。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の情報入力ペンにおいて、
   前記タッチパネルは、
   第１の方向に延びる互いに平行な複数の第１電極および第２の方向に延びる互いに平行な複数の第２電極を有し、該複数の第１電極と該複数の第２電極とを立体交差するよう配置した構造を有し、
   前記操作者が持つペン本体部のペン先部が該タッチパネルに接触するあるいは近接するとき、該タッチパネルの該ペン先部が接する部分あるいは最も近接する位置およびその周辺領域で生ずる、該第１電極と該第２電極との交差部分に形成されている静電容量の変化により該操作者による操作位置を検出するものである、情報入力ペン。
10. 請求項９に記載の情報入力ペンにおいて、
    前記複数の第１電極の各々は、
    菱形形状の単位電極部を縦方向あるいは横方向に配列して相互に電気的に接続したものであり、
    隣接する第１電極は、一方の第１電極の菱形形状の単位電極部の斜辺と、他方の第１電極の菱形形状の単位電極部の斜辺とが対向するよう配置されており、
    前記複数の第２電極の各々は、菱形形状の単位電極部を横方向あるいは縦方向に配列して相互に電気的に接続したものであり、
    隣接する第２電極は、一方の第２電極の菱形形状の単位電極部の斜辺と、他方の第２電極の菱形形状の単位電極部の斜辺とが対向するよう配置されており、
    該複数の第１電極と該複数の第２電極とは、それぞれの菱形形状の単位電極部が絶縁性部材を介して重なるよう配置されている、情報入力ペン。
11. 請求項１０に記載の情報入力ペンにおいて、
    前記隣接する第１電極は、一方の第１電極の菱形形状の単位電極部の配列ピッチが、他方の第１電極の菱形形状の単位電極部の配列ピッチに対して半ピッチずれるよう配置されており、
    前記隣接する第２電極は、一方の第２電極の菱形形状の単位電極部の配列ピッチが、他方の第２電極の菱形形状の単位電極部の配列ピッチに対して半ピッチずれるよう配置されている、情報入力ペン。

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