| 【発明の名称】 |
座標入力具 |
| 【発明者】 |
【氏名】大橋 勉
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| 【要約】 |
【課題】小さな押圧力でスイッチをオンさせることができると共に、スイッチの長寿命化を図ることができる座標入力具を提供すること。
【解決手段】筆記が開始されると、ペン先63に押圧力が加わってインクカートリッジ62が矢印W方向へスライドする。すると、遮光部66bによって閉じられていた採光窓61bが開放されて、フォトトランジスタ67が外部からの光Lを検出する。この外部からの光Lの検出によってフォトトランジスタ67が回路基板70への通電をオンすると、ペン60から交番磁界が発生して、ペン60の位置座標を読み取らせることができる。よって、機械式接点スイッチを用いた場合と比較して、小さな押圧力で回路基板70の通電スイッチをオンさせることができると共に、接点部の劣化が起こらないので、スイッチの長寿命化を図ることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 位置を指定するペンと、そのペンの位置を検出するために交番磁界を発生する発振回路と、その発振回路に前記交番磁界を発生させるための電力を供給する電源と、その電源から前記発振回路への通電と非通電とを切り換えるスイッチとを備えた座標入力具において、前記スイッチは、外部からの光を取り入れる採光窓と、その採光窓からの光を前記ペンで筆記が行われている場合に通過させ、逆に、前記ペンで筆記が行われていない場合に非通過とする遮光部材と、その遮光部材を介して前記採光窓から通過する光を検出して前記発振回路への通電を行う一方、前記採光窓から通過する光を検出できない場合に前記発振回路への通電を非通電とする第1光検出手段とを備えていることを特徴とする座標入力具。 【請求項2】 前記第1光検出手段は、フォトトランジスタにより構成されていることを特徴とする請求項1記載の座標入力具。 【請求項3】 前記スイッチの切り換え状態により発光と非発光とを切り換える発光手段と、その発光手段から照射される光量を前記ペンの押圧量に応じて変化させる光量変更手段と、その光量変更手段によって変化した光量を検出する第2光検出手段と、その第2光検出手段が検出した光量に応じて前記交番磁界を変化させる磁界変更手段とを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の座標入力具。 【請求項4】 前記磁界変更手段は、前記第2光検出手段によって検出された光量に応じて前記交番磁界の周波数を変調するものであることを特徴とする請求項3記載の座標入力具。 【請求項5】 前記光量変更手段は、光の透過を妨げるマスク部の密度が所定の方向に変化するパターンスリットによって構成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の座標入力具。 【請求項6】 前記第2光検出手段は、照射される光量に応じて抵抗値が変化する硫化カドミウムセル、または、照射される光量に応じて流れる電流値が変化するフォトダイオードにより構成されていることを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載の座標入力具。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ペンから交番磁界を発生させて、そのペンの位置を検出する座標入力具に関し、特に、小さな押圧力でスイッチをオンさせることができると共に、そのスイッチの長寿命化を図ることができる座標入力具に関するものである。 【0002】 【従来の技術】筆記された文字や図形を電気的に読み取る電子黒板では、座標入力具であるペンによって文字や図形が筆記されると共に、そのペン内に設けられたコイルによって交番磁界が発生され、その交番磁界が電子黒板の本体側において縦方向および横方向に直交する形で列設された複数のセンスコイルによって検出されることにより、ペンの位置座標が読み取られる。つまり、座標入力具であるペンによって文字や図形が筆記されている時にのみ交番磁界を発生させる必要があるため、ペンには、筆記または非筆記を検出してコイルへの通電と非通電とを切り換えるスイッチが設けられている。従来の座標入力具においては、このスイッチとして機械式接点を有したスイッチが用いられている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機械式接点を有したスイッチでは、小さな押圧力で筆記された場合にスイッチが作動しないことがあるので、筆記が行われてもペンの位置を検出できないことがあるという問題点がある。特に、座標入力具としてインク式のペンを用いる場合には、小さな筆圧でも筆記することができるので、かかる問題点は顕著なものとなっている。また、機械式接点を有したスイッチは接点部が劣化しやすいので、スイッチの寿命が著しく短くなるという問題点がある。 【0004】本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、小さな押圧力でスイッチをオンさせることができると共に、スイッチの長寿命化を図ることができる座標入力具を提供することを目的としている。 【0005】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、請求項1に記載の座標入力具は、位置を指定するペンと、そのペンの位置を検出するために交番磁界を発生する発振回路と、その発振回路に前記交番磁界を発生させるための電力を供給する電源と、その電源から前記発振回路への通電と非通電とを切り換えるスイッチとを備えており、前記スイッチは、外部からの光を取り入れる採光窓と、その採光窓からの光を前記ペンで筆記が行われている場合に通過させ、逆に、前記ペンで筆記が行われていない場合に非通過とする遮光部材と、その遮光部材を介して前記採光窓から通過する光を検出して前記発振回路への通電を行う一方、前記採光窓から通過する光を検出できない場合に前記発振回路への通電を非通電とする第1光検出手段とを備えている。 【0006】この請求項1記載の座標入力具によれば、ペンにより筆記が行われていない状態では、外部からの光は遮光部材によって遮られて、採光窓から通過しない。よって、第1光検出手段によって光が検出されず、その結果、電源からの発振回路への通電は非通電とされるので、発振回路から交番磁界は発生しない。一方、ペンにより筆記が行われると、外部からの光は遮光部材によって遮られず、採光窓から通過する。よって、第1光検出手段によって光が検出され、その結果、電源から発振回路への通電が行われて、発振回路から交番磁界が発生する。 【0007】請求項2記載の座標入力具は、請求項1記載の座標入力具において、前記第1光検出手段は、フォトトランジスタにより構成されている。 【0008】請求項3記載の座標入力具は、請求項1または2に記載の座標入力具において、前記スイッチの切り換え状態により発光と非発光とを切り換える発光手段と、その発光手段から照射される光量を前記ペンの押圧量に応じて変化させる光量変更手段と、その光量変更手段によって変化した光量を検出する第2光検出手段と、その第2光検出手段が検出した光量に応じて前記交番磁界を変化させる磁界変更手段とを備えている。 【0009】この請求項3記載の座標入力具によれば、請求項1または2に記載の座標入力具と同様に作用する上、ペンにより筆記が行われてスイッチがオンされると、発光手段が発光する。発光手段から照射される光量は、光量変更手段によって、ペンの押圧量に応じて変化され、その変化された光量が第2光検出手段によって検出される。磁界変更手段は、第2光検出手段が検出した光量に応じて発振回路から発生する交番磁界を変化させる。 【0010】請求項4記載の座標入力具は、請求項3記載の座標入力具において、前記磁界変更手段は、前記第2光検出手段によって検出された光量に応じて前記交番磁界の周波数を変調するものである。 【0011】請求項5記載の座標入力具は、請求項3又は4に記載の座標入力具において、前記光量変更手段は、光の透過を妨げるマスク部の密度が所定の方向に変化するパターンスリットによって構成されている。 【0012】請求項6記載の座標入力具は、請求項3から5のいずれかに記載の座標入力具において、前記第2光検出手段は、照射される光量に応じて抵抗値が変化する硫化カドミウムセル、または、照射される光量に応じて流れる電流値が変化するフォトダイオードにより構成されている。 【0013】 【発明の実施の形態】以下、この発明に係る座標入力具を、好ましい実施の形態である電子黒板1により説明する。この説明で電子黒板1とは、送信部であるペン60により受信部である筆記パネル10の筆記面21a上に手書き文字や図形などを描くとともに、交番磁界を発生するペン60の筆記面21a上の位置を、筆記パネル10の奥に敷設した複数のセンスコイル23を備えた受信部により磁気結合して、その座標を読み取るものをいう。 【0014】図1は、電子黒板1の主要構成を示す外観斜視図である。図1に示すように、電子黒板1には、筆記パネル10と、筆記面21aに筆記を行うためのペン60と、筆記された軌跡及びその軌跡を示すデータを消去するためのイレーサ40とが備えられている。筆記パネル10には、枠状のフレーム11が設けられ、そのフレーム11に、筆記パネル本体20が組み込まれている。フレーム11の前面下端には、その下端に沿って板状の台12が前面に張り出す形で取り付けられている。台12の上面には、ペン60を差して収容するためのスタンド状の複数の凹部12aが形成され、その凹部12aの右側には、イレーサ40などを置くための平面部12bが形成されている。 【0015】フレーム11の前面右側には、操作部30が設けられている。操作部30には、操作音や警告音等の音を再生するスピーカ31と、筆記面21aに筆記された内容を示すデータ(以下「筆記データ」と称す)を記憶したページ数を7セグメントのLEDによって表示するページ数表示LED32と、押す毎に1ページずつ戻るページ戻りボタン33と、押す毎に1ページずつ送るページ送りボタン34と、記憶されている筆記データを押す毎に1ページずつ消去する消去ボタン35と、記憶されている筆記データをプリンタ200(図2参照)へ出力するために押すプリンタ出力ボタン36と、記憶されている筆記データをPC100(図2参照)へ出力するために押すPC出力ボタン37と、ペン60の電池切れを報知する電池切れ報知用LED39と、この電子黒板1を起動するために押す電源ボタン38とが設けられている。 【0016】フレーム11の前面下部には、この電子黒板1の電源となる単2乾電池14aを4本収容するバッテリーケース14が設けられており、そのバッテリーケース14の前面には、蓋14bが開閉可能に取り付けられている。バッテリーケース14の右側には、スピーカ31のボリューム調節つまみ13cが設けられ、その右側にはコネクタ13b,13aが設けられている。図2は、電子黒板1にパーソナルコンピュータ(以下「PC」と略記する)100とプリンタ200とを接続した状態を示す説明図であるが、この図2に示すように、コネクタ13bには、プリンタ200と接続された接続ケーブル204のプラグ202が接続され、コネクタ13aには、PC100と接続された接続ケーブル104のプラグ102が接続される。かかる接続により、電子黒板1の筆記面21aに筆記された内容を示す筆記データをPC100へ出力して、PC100のモニタ103に表示したり、或いは、該筆記データをプリンタ200へ出力して、印刷用紙203に印刷することもできるのである。 【0017】図1に示すようにフレーム11の裏面上端の両端部には、この電子黒板1を壁に掛けるための金具15,15が取り付けられている。本実施の形態の筆記面21aの高さH1は900mmであり、幅W1は600mmである。また、フレーム11及び台12は、PP(ポリプロピレン)等の合成樹脂により軽量に形成されており、電子黒板1の総重量は10kg以下である。 【0018】次に、筆記パネル本体20の構造について図3を参照して説明する。図3は、筆記パネル本体20の各構成部材を示す説明図である。筆記パネル本体20は、筆記面21aを構成する筆記シート21と、板状のパネル22と、センスコイル23が敷設された枠形状の取付パネル24と、板状のバックパネル25とを順に積層した構造を有している。この実施の形態では、筆記シート21は、貼り合わされたPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムにより厚さ0.1mmに形成されており、パネル22は、アクリル樹脂、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体)、PC(ポリカーボネート)等により厚さ3.0mmに形成されている。また、取付パネル24は、発泡スチロール等の発泡樹脂製材料により厚さ40mmに形成されており、バックパネル25は、アルミニウム等の導電性材料により厚さ1.0mmに形成されている。なお、筆記パネル本体20の各端部を挟持するフレーム11(図1参照)の全体の厚さは50mmである。 【0019】図4を参照して、センスコイル23の構成について説明する。図4(a)は、図3に示すセンスコイル23の構成を一部を省略して示した説明図であり、図4(b)は、図4(a)に示すセンスコイル23の幅及び重ねピッチを示す説明図である。なお、以下の説明では、センスコイル23のうちX軸方向に配列されたセンスコイルをXコイルと称し、Y軸方向に配列されたセンスコイルをYコイルと称している。また、図4(a)では、各センスコイル23の重なり方を見やすくするために、各センスコイル23の重なり部分に僅かな幅(隙間)を設けて図示している。 【0020】図4(a)に示すように、X軸方向には、ペン60及びイレーサ40の(X,Y)座標のX座標を検出するためのXコイルがm本(X1〜Xm)配設されており、また、Y軸方向には、Xコイルと直交して、Y座標を検出するためのYコイルがn本(Y1〜Yn)配設されている。Xコイルの各端子23aは、後述するXコイル切替え回路50aに接続されており、Yコイルの各端子23bは、Yコイル切替え回路50bに接続されている(図7参照)。Xコイル及びYコイルは、それぞれ略矩形状に形成されており、矩形部分の長辺の長さは、それぞれP2X,P2Yとされている。 【0021】図4(b)に示すように、Xコイルの矩形部分の短辺の長さは、幅P1に形成され、隣接するXコイルは、幅P1の1/2ピッチでそれぞれ重ねられている。同様に、Yコイルもそれぞれ幅P1に形成されており、隣接するYコイルは、幅P1の1/2ピッチでそれぞれ重ねられている。この実施の形態では、P1=50mm、P2X=680mm、P2Y=980mmである。また、m=22、n=34である。更に、Xコイル及びYコイルは、共に表面に絶縁皮膜層(例えば、エナメル層)を有する直径0.345mmの銅線により形成されている。 【0022】次に、図5及び図6を参照して、筆記面21a上のペン60の位置座標の検出方式について説明する。図5(a)は、Xコイル(X1〜X3)の一部を示す説明図であり、図5(b)は、図5(a)に示すXコイル(X1〜X3)に発生する電圧と幅方向の距離との関係を示すグラフであり、図5(c)は、図5(a)に示すXコイル(X1〜X3)の相互に隣接するセンスコイル間の電圧差を示すグラフである。また、図6(a)は、位置座標テーブルをグラフ化して示す説明図であり、図6(b)は、位置座標テーブルの説明図であり、図6(c)は、各Xコイルから検出した検出値の記憶状態を示す説明図である。なお、図5(a)では、Xコイル(X1〜X3)の重なり方を見やすくするために、その重なり部分に僅かな幅(隙間)を設けて図示している。 【0023】図5において、Xコイル(X1,X2,X3)の中心線をそれぞれC1,C2,C3とし、Xコイル(X1,X2,X3)に発生する電圧をそれぞれex1,ex2,ex3とする。図5(b)に示すように、電圧ex1〜ex3は、それぞれセンスコイルの中心C1〜C3において最大になり、長手方向の端部が近づくにつれて小さくなる単峰性を示す。なお、各コイルは、自己のヌル点、即ち電圧ex1,ex2,ex3が0となる点が隣接するコイルの中心の外側となるように、Xコイルの短辺の長さP1の1/2の幅で重ねられている。 【0024】図5(c)に示すように、Xコイル(X1〜X3)の相互に隣接するセンスコイル間の電圧差は、センスコイルの中心C1〜C3上でそれぞれ最大値を有し、センスコイルの中心とセンスコイルの長辺部分との中間点、つまり隣接するセンスコイルが重なった部分の中間点で零となるグラフとなる。例えば、図5(c)において、(ex1−ex2)を示すグラフの実線で示す部分は、Xコイル(X1)の中心C1から、Xコイル(X1)の右辺とXコイル(X2)の左辺との中間点Q1までの距離(重ねピッチの1/2、つまりP1の1/4)における、センスコイル間の電圧差(ex1−ex2)を示している。 【0025】コイル幅P1は50mmであるから、P1・1/4=12.5mmである。図5(c)において、電圧差(ex1−ex2)の特性を示す部分(実線で描いた部分)を8bitのデジタルデータに変換すると、図6(a)に示すグラフが得られる。このグラフをテーブル形式に変換したものが、図6(b)に示す位置座標テーブル58aである。この位置座標テーブル58aは、ROM58(図7参照)に記憶されており、ペン60の位置座標の演算に用いられる。 【0026】よって、例えば、ペン60が点Q2に存在する場合、電圧差(ex1−ex2)を検出し、その検出結果に基づいて位置座標テーブル58aを参照することにより、中心C1から点Q2までの距離ΔX1がわかるので、点Q2のX座標を求めることができるのである。なお、位置座標の算出の際に基準となるXコイルは、図6(c)に示す電圧値記憶エリア59aを用いて、次のように決定される。即ち、すべてのXコイル(X1〜Xm)をスキャンして、そのスキャンした電圧値e1〜emを電圧値記憶エリア59aに一旦記憶する。そして、記憶された電圧値e1〜emの中から最大の電圧値を示すXコイルを、位置座標の基準となるXコイルとするのである。上述した事例では、かかる処理によって、X1のXコイルが位置座標の基準とされている。 【0027】図7および図8を参照して、電子黒板1の主な電気的構成および座標読取処理について説明する。図7は、電子黒板1の電気的構成を示したブロック図であり、図8は、電子黒板1の座標読取処理を示したフローチャートである。 【0028】制御部2に設けられたCPU56は、Xコイル(X1〜Xm)を順に選択するコイル選択信号を入出力回路(I/O)53を介してXコイル切替え回路50aに出力することにより、Xコイル(X1〜Xm)のスキャンを行う(S302)。ペン60から発生した交番磁界と、いずれかのXコイルとの磁気結合によって発生した信号は、増幅器50cによって増幅され、その増幅信号は、バンドパスフィルタ(BPF)50dによって不要な帯域が濾波され、振幅検波回路51によって振幅検波される。その振幅検波された信号は、A/D変換回路52によって振幅、つまり電圧値に対応したデジタル信号に変換され、入出力回路53を介してCPU56に入力される。ここで、後述するように、ペン60からは、AM成分が少ない信号が発振されるので、A/D変換回路52によって振幅、つまり電圧値に対応したデジタル信号に変換する際の誤差を少なくすることが可能であり、ペン60の位置を正確に読み取ることができる。 【0029】CPU56がペン60を検出したと判定すると(S304:Yes)、Xコイル(X1〜Xm)をスキャンして入力されたデジタル信号によって示されるそれぞれの電圧値を、RAM59のXコイル用の電圧値記憶エリア59a(図6(c)参照)に順次記憶していく(S306)。そして、CPU56は、RAM59に記憶された各電圧値に基づいてペン60のX座標を演算する(S308)。 【0030】ペン60のX座標の演算が完了したら、各Yコイル(Y1〜Yn)のスキャンを実行し(S310)、各Yコイルから検出した電圧値をRAM59のYコイル用の電圧値記録エリアに記憶する(S312)。そして、CPU56は、前述のS308におけるX座標の演算と同じ手法を用いて、ペン60のY座標を演算する(S314)。 【0031】ペン60のX座標、Y座標を読み取ったら、次はバンドパスフィルタ50dから出力された信号をリミッタ回路54によって方形波のリミッタ出力信号に変換し、その後、FSK復調回路55に出力することにより、ペン属性(ペンの太さや色の情報)が判定される(S316,S318)。判定されたペン属性は、ペン60のX座標、Y座標と対応付けて、RAM59の所定のエリアに記憶される(S320)。なお、S302の処理により、CPU56がペン60を検出しなかったと判定した場合には(S304:No)、S306〜S320の各処理をスキップして、この座標読取処理を終了する。 【0032】CPU56は、操作部30に設けられた各種ボタン(図1参照)の操作により発生するスイッチング信号をI/F回路57を介して取り込み、RAM59に格納されている位置座標データを記憶するページをページ単位で戻したり、送ったり、或いは位置座標データをページ単位で消去する等のページ処理を実行する。また、CPU56は、操作部30に設けられた各種ボタンが押された際に発生するスイッチング信号に基づいて音声回路31aを動作させて、スピーカ(SP)31から「ピー」、「ピッ」等の操作音を発声させる。 【0033】次に、図9を参照して、ペン60の構造を説明する。図9(a)は、筆記されていない状態におけるペン60の内部構造を示した断面図であり、図9(b)は、筆記されている状態におけるペン60の内部構造を示した断面図である。図9(a)に示すように、ペン60は略円筒形状の胴体部61を備えており、その胴体部61の内部には、交番磁界を発生させるコイルL1が配設されている。このコイルL1は、内径が15mm程度で長さが15mm程度に200回巻きされて環状に形成されている。コイルL1は、筆記面21a(図1参照)と当接する後述のペン先63の先端から略20mm程度離して配置されている。 【0034】胴体部61およびコイルL1の内側には、胴体部61から取り出し可能なインクカートリッジ62が配設され、このインクカートリッジ62にはペン先63が挿入されている。また、インクカートリッジ62の外周には、摺動突起62aが突設されており、この摺動突起62aは胴体部61の内周面に形成された摺動溝61aに摺動可能に挿嵌されている。よって、インクカートリッジ62は、胴体部61に対してその軸方向に摺動溝61aの長さ分だけ摺動(スライド)可能となっている。 【0035】インクカートリッジ62の後方(図9における右方)には、インクカートリッジ62を矢印N方向へ付勢する圧縮バネ64が配設されている。圧縮バネ64の一端はインクカートリッジ62に固着されると共に、その他端は胴体部61に固着されている。よって、ペン60により筆記が行われていない状態では、ペン先63が矢印W方向へ押圧されていないので、図9(a)に示すように、ペン先63およびインクカートリッジ62は圧縮バネ64の付勢力によって、図9(a)における左方(矢印N方向)へ伸長している。一方、ペン60により筆記が行われている状態では、ペン先63が矢印W方向へ押圧されるので、図9(b)に示すように、ペン先63およびインクカートリッジ62は図9(b)における右方(矢印W方向)へ収縮している。 【0036】インクカートリッジ62の後方における圧縮バネ64の側方には、インクカートリッジ62と共に胴体部61の内部をスライドしながら発光する発光ダイオード(LED)65が固着されている。このLED65は、ペン60によって筆記が行われていない状態では、図9(a)に示すように、後述する硫化カドミウムセル(以下「Cds」と称す)68におけるペン先63側の端部上方に位置し、ペン60によって筆記が行われている状態では、図9(b)に示すように、Cds68における反ペン先63側の端部上方に位置している。 【0037】インクカートリッジ62の後端部近傍からは、略平板状の光調整部材66が延出されている。光調整部材66の略中央部には、光を通過させるための貫通孔66aが穿設されている。また、貫通孔66aよりも反ペン先63側における光調整部材66の先端部分には、光の通過を妨げる遮光部66bが形成されている。一方、光調整部材66の近傍における胴体部61の側面には、胴体部61の内部に外部からの光Lを取り入れる採光窓61bが穿設されている。よって、ペン60により筆記が行われていない状態では、図9(a)に示すように、採光窓61bは遮光部66bによって閉じられているので、胴体部61の内部には外部からの光Lが取り入れられない。一方、ペン60によって筆記が行われている状態では、図9(b)に示すように、採光窓61bは貫通孔66aによって開口されているので、胴体部61の内部には外部からの光Lが取り入れられる。 【0038】ここで、採光窓61b近傍における胴体部61の内部には、外部から取り入れられた光Lを検出すると共に、回路基板70(図11参照)への通電と非通電とを切り換えるフォトトランジスタ67が固着されている。ペン60によって筆記が行われていない状態では、図9(a)に示すように、胴体部61の内部には外部からの光Lが取り入れられないので、このフォトトランジスタ67によって回路基板70への通電がオフされる。一方、ペン60によって筆記が行われている状態では、図9(b)に示すように、胴体部61の内部には外部からの光Lが取り入れられるので、このフォトトランジスタ67によって回路基板70への通電がオンされる。つまり、ペン60によって筆記面21aに筆記を行っている時のみコイルL1から交番磁界が発生し、ペン60の位置座標を読み取らせることができるのである。 【0039】胴体部61の内部には、コイルL1から交番磁界を発生させるための発振回路72〜74(図12参照)等が実装された回路基板70と、この回路基板70に電力を供給する電池71と、発光ダイオード(LED)65と、そのLED65が発する光を検出することによりインクカートリッジ62のスライド量を検出するCds68とが配設されている。LED65とCds68との間におけるCds68の表面部分には、インクカートリッジ62のスライド量に応じて、Cds68が受光するLED65の光量(光の強度)が変化するパターンスリット69が貼着されている。 【0040】図10を参照して、パターンスリット69の詳細について説明する。図10は、パターンスリット69の正面図である。図10に示すように、パターンスリット69は、透明な基材フィルム69aの上に光の透過を妨げるマスク部69bが黒く印刷されている。このマスク部69bは、複数の横長三角形により構成されており、パターンスリット69全体としては、図10における左方ほどマスク部69bの密度が濃くなるように構成されている。 【0041】ここで、図10中の点線Aは、図9(a)に示すペン60により筆記が行われていない状態のLED65の位置であり、点線Bは、図9(b)に示すインクカートリッジ62がスライドされて圧縮バネ64が完全に収縮した状態のLED65の位置である。このように、インクカートリッジ62のスライド量に応じて、Cds68が受光するLED65の光量が変化するので、ペン先63への押圧量(筆圧)に応じて、線の太さを変化させた筆圧情報を出力することができる。また、パターンスリット69を用いることにより、極めて簡単な構成によって、ペン先63およびインクカートリッジ62のスライド量に応じてCds68が検出する光量を変化させることができる。 【0042】図11は、回路基板70への電力供給の状態を示した図である。図11に示すように、回路基板70は、電池71とフォトトランジスタ67と直列に接続されている。筆記が行われていない状態では、図9(a)に示すように、採光窓61bは遮光部66bによって閉じられている。よって、フォトトランジスタ67は外部からの光Lを検出できずオフするので、非筆記状態では、電池71からの回路基板70への電力供給は行われず、ペン60から交番磁界は発生しない。一方、筆記が行われている状態では、図9(b)に示すように、ペン先63に押圧力が加わってインクカートリッジ62が矢印W方向へスライドするので、遮光部66bによって閉じられていた採光窓61bが開放されて、フォトトランジスタ67が外部からの光Lを検出する。この外部からの光Lの検出によりフォトトランジスタ67がオンするので、筆記状態では、電池71から回路基板70へ電力供給が行われ、ペン60から交番磁界が発生する。 【0043】次に、図12を参照して、ペン60の回路基板70の構成を説明する。回路基板70は、主に、LC発振回路72と、FSK回路73と、CR発振回路74とにより構成されている。CR発振回路74は、ペンの色や太さ(細・中・太)等のペン属性と筆圧とを区別するために、その属性毎に異なる変調周波数fmを発振させる回路である。LC発振回路72は、CR発振回路74から発振された変調周波数fmの信号を搬送する搬送波S1を発振するための回路であり、また、FSK回路73は、LC発振回路72の発振周波数をCR発振回路74の変調周波数fmによってFSK(Frequency Shift Keying)変調するための回路である。LC発振回路72の搬送波S1の周波数fcは、CR発振回路74の変調周波数fmの1/2周期毎に、FSK回路73によって、周波数fc1と周波数fc2との2種類の周波数に切り替えられる。 【0044】LC発振回路72は、インバータIC1と、帰還抵抗である1MΩの抵抗R1と、発振コイルであるコイルL1と、2つの1500pFのコンデンサC1,C2とにより構成されている。インバータIC1と抵抗R1とコイルL1とは、それぞれ並列に接続されており、インバータIC1の入力端子にはコンデンサC1の一端が接続され、一方、インバータIC1の出力端子には、コンデンサC2の一端が接続されている。また、両コンデンサC1,C2の他端は共に接地されている。このLC発振回路72のコイルL1の発振周波数fc(次述するFSK回路73の電界効果トランジスタFET1,FET2がオフされた状態の搬送波S1の周波数fc1)は、コイルL1のインダクタンスとコンデンサC1,C2の容量とにより定まる時定数に従って決定される。 【0045】FSK回路73は、2つの300pFのコンデンサC3,C4と、2つのN−MOS電界効果トランジスタFET1,FET2とにより構成されている。コンデンサC4の一端は、LC発振回路72のインバータIC1の入力端子に接続され、そのコンデンサC4の他端は、電界効果トランジスタFET2のドレイン端子Dに接続されている。電界効果トランジスタFET2のソース端子Sは接地され、また、そのゲート端子Gは、CR発振回路74の出力端に接続されている。一方、コンデンサC3の一端は、LC発振回路72のインバータIC1の出力端子に接続され、そのコンデンサC3の他端は、電界効果トランジスタFET1のドレイン端子Dに接続されている。電界効果トランジスタFET1のソース端子Sは接地され、また、そのゲート端子Gは、CR発振回路74の出力端に接続されている。 【0046】このFSK回路73の電界効果トランジスタFET1,FET2は、CR発振回路74からハイ電圧が出力され、そのハイ電圧が両ゲート端子Gに印加されると、ドレイン端子Dからソース端子Sへ電流が流れてオンする。電界効果トランジスタFET1,FET2がオンすると、コンデンサC3,C4がLC発振回路72に接続される。逆に、電界効果トランジスタFET1,FET2がオフすると、コンデンサC3,C4がLC発振回路72から非接続とされる。コンデンサC3,C4がLC発振回路72に接続されると、LC発振回路72のコンデンサ容量が変化するので時定数も変化し、その結果、コイルL1の発振周波数fc(搬送波S1の周波数)は、周波数fc1から周波数fc2に変化する。即ち、FSK回路73によって、次述するCR発振回路74の1/2周期毎に、LC発振回路72の発振周波数fcが周波数fc1と周波数fc2とで切り替えられる。なお、両電界効果トランジスタFET1,FET2は、同一のタイミングでオンまたはオフするので、コンデンサC3,C4も、同一のタイミングで、LC発振回路72に接続され、或いは、非接続とされる。 【0047】CR発振回路74は、2つのインバータIC2,IC3と、1MΩの抵抗R2と、抵抗値が1kΩ〜100kΩの範囲で可変される硫化カドミウムセル(Cds)68と、100pFのコンデンサC5とにより構成されている。インバータIC2の出力端子は、インバータIC3の入力端子に接続され、インバータIC3の出力端子は、CR発振回路74の出力端としてFSK回路73の電界効果トランジスタFET1,FET2の各ゲート端子Gに接続されると共に、コンデンサC5の一端に接続されている。コンデンサC5の他端は、抵抗R2およびCds68の一端にそれぞれ接続され、抵抗R2の他端はインバータIC2の入力端子に、Cds68の他端はインバータIC2の出力端子およびインバータIC3の入力端子に接続されている。 【0048】このCR発振回路74の発振周波数、即ち、変調周波数fmは、コンデンサC5の容量と抵抗R2及びCds68の抵抗値等に応じて決定される。ここで、Cds68の抵抗値は、Cds68に照射される光量に応じて変化するが、図9及び図10を参照して説明した通り、そのCds68に照射されるLED65の光はパターンスリット69の通過光であるので、その光量はペン先63に加わる筆圧によって変化する。具体的には、大きな筆圧で筆記されている場合にはパターンスリット69を通過する光量は大きくなり、逆に、小さな筆圧で筆記されている場合にはパターンスリット69を通過する光量は小さくなる。従って、ペン先63に加わる筆圧によって、CR発振回路74の発振周波数(変調周波数fm)を変化させることができるので、かかる変調周波数fmの変化(違い)により、受信部である筆記パネル10では、ペンの色や太さ(細・中・太)等のペン属性に加えて、筆記時における筆圧までをも区別している。 【0049】次に、LC発振回路72とFSK回路73とCR発振回路74との全体の動作について説明する。図13(a)は、CR発振回路74からロウ電圧が出力されている場合のLC発振回路72の等価回路である。FSK回路73の電界効果トランジスタFET1,FET2は共にオフされているので、コンデンサC3,C4はLC発振回路72に非接続とされている。よって、この場合のLC発振回路72の発振周波数、即ち、搬送波S1の周波数fc1は、fc1=1/[2π{(L1・C1・C2)/(C1+C2)}1/2 ]となる。 【0050】一方、図13(b)は、CR発振回路74からハイ電圧が出力されている場合のLC発振回路72の等価回路である。FSK回路73の電界効果トランジスタFET1,FET2は共にオンされているので、コンデンサC3,C4はLC発振回路72に接続される。よって、この場合のLC発振回路72の発振周波数、即ち、搬送波S1の周波数fc2は、fc2=1/[2π{(L・(C1+C4)(C2+C3))/(C1+C2+C3+C4)}1/2]となる。なお、本実施の形態においては、搬送波S1の中心周波数は410kHz、周波数偏移は±15kHzとしている。 【0051】ここで、ペン60のコイルL1から搬送波S1に基づいた交番磁界が発生すると、受信部である筆記パネル10において、この交番磁界と磁気結合した所定のセンスコイル23に誘起電流が誘起される。誘起電流は、振幅検波回路51により振幅検波され、その振幅検波された信号の電圧値が、A/D変換回路52によりサンプリングされディジタル化されて記憶される(図7参照)。 【0052】ところで、振幅検波された信号にAM成分が含まれていると、読取の精度が低下して、ペン60の位置を誤って検出してしまう。このため、搬送波S1のAM成分を極力小さくすることが望ましい。搬送波S1のAM成分は、搬送波S1の周波数を変調することにより生じる。即ち、搬送波S1を2種類の周波数に変調すると、搬送波S1の振幅(コイルの両端電圧)が周波数によって異なるために、搬送波S1にAM成分が生じる。これに対し本願発明者は、コイルL1の両端電圧、即ち搬送波の振幅は、そのコイルL1の両端に接続されるコンデンサ容量の比により定まることを見出した。 【0053】本実施の形態では、図12及び図13に示す通り、LC発振回路72にFSK回路73のコンデンサC3,C4が接続された場合と接続されない場合とで、コイルL1の両端に接続されるコンデンサ容量の比は略等しくされている。即ち、コンデンサC1=コンデンサC2=1500pF、コンデンサC3=コンデンサC4=300pFとして、コイルL1の両端に接続されるコンデンサ容量の比を略等しくしている。よって、搬送波S1にAM成分を含ませることなく、搬送波S1の周波数fcを、周波数fc1と周波数fc2とに変調することができるのである。 【0054】次に、図9及び図11を参照して、ペン60を使用する場合の動作について説明する。まず、ペン60によって筆記が行われていない状態では、図9(a)に示すように、採光窓61bは遮光部66bによって閉じられている。よって、フォトトランジスタ67は外部からの光Lを検出できないので、回路基板70への通電をオフしたままである。 【0055】ペン60によって筆記が開始されると、ペン先63に押圧力が加わってインクカートリッジ62が矢印W方向へスライドする。すると、遮光部66bによって閉じられていた採光窓61bが開放されて、フォトトランジスタ67が外部からの光Lを検出する。この外部からの光Lの検出によってフォトトランジスタ67が回路基板70への通電をオンし、ペン60のコイルL1から交番磁界が発生する。ペン60から交番磁界が発生すると、受信部である筆記パネル10に、ペン60の位置座標を読み取らせることができる。 【0056】ここで、ペン先63に加わる押圧力が大きいほど、インクカートリッジ62の矢印W方向へのスライド量が大きくなるので、Cds68が受光するLED65の光量が大きくなり、CR発振回路74の発振周波数(変調周波数fm)が低い周波数に変化する。この変調周波数fmの変化を筆圧情報として出力することにより、電子黒板1の本体側に認識させる線の太さを太く変化させることができる。逆に、ペン先63に加わる押圧力が小さければ、インクカートリッジ62の矢印W方向へのスライド量も小さくなるので、Cds68が受光するLED65の光量が小さくなり、CR発振回路74の発振周波数(変調周波数fm)が高い周波数に変化する。この変調周波数fmの変化を筆圧情報として出力することにより、電子黒板1の本体側に認識させる線の太さを細く変化させることができる。 【0057】ペン60による筆記が終了すると、ペン先63に加わる押圧力がなくなるので、圧縮バネ64の付勢力によってインクカートリッジ62は矢印N方向へスライドする。すると、採光窓61bは遮光部66bによって閉じられるので、フォトトランジスタ67は外部からの光Lを検出できなくなる。よって、回路基板70への通電がオフされ、ペン60から交番磁界が発生しなくなる。 【0058】以上説明したように、本実施の形態では、交番磁界を発生させる回路基板70への通電のオンオフは、フォトトランジスタ67のオンオフによって行われる。即ち、回路基板70の通電切替スイッチを、フォトトランジスタ67により構成しているので、該スイッチに機械式接点スイッチを用いた場合と比較して、小さな押圧力で回路基板70への通電をオンさせることができる。つまり、小さな押圧力で筆記された場合にも、スイッチ67を確実にオンさせて、ペン先63の位置検出を筆記パネル10に行わせることができるのである。また、該スイッチをフォトトランジスタ67で構成することにより、機械式接点スイッチの場合のような接点部の劣化が起こらないので、スイッチの長寿命化を図ることができる。 【0059】更に、ペン先63に加わる押圧力が大きいほど、インクカートリッジ62の矢印W方向(図9参照)へのスライド量が大きくなるので、硫化カドミウムセル(Cds)68が受光するLED65の光量が大きくなり、CR発振回路74の発振周波数(変調周波数fm)が変化する。よって、この変調周波数fmの変化により、ペン先63への押圧量(筆圧)に応じて線の太さを変化させた筆圧情報を出力することができ、筆記パネル10において線の太さを調整することができるのである。 【0060】次に、図14を参照して、第2の実施の形態の回路基板80の構成を説明する。第2の実施の形態の回路基板80は、前記した図12に示す回路基板70に対して、CR発振回路84の構成が変更されている。なお、他の構成は、前記した実施の形態の構成と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。 【0061】CR発振回路84は、シュミットトリガタイプのインバータIC4と、500kΩの抵抗R3と、10kΩの抵抗R4と、0.1μFのコンデンサC6と、コンデンサ容量が100pF〜500pFの範囲で可変される可変容量コンデンサCvと、フォトダイオード76とにより構成されている。インバータIC4の出力端子は、CR発振回路84の出力端としてFSK回路73の電界効果トランジスタFET1,FET2の各ゲート端子Gに接続されると共に、抵抗R3の一端に接続されている。この抵抗R3の他端は、インバータIC4の入力端に接続されるとともに、コンデンサC6の一端に接続されている。コンデンサC6の他端は、可変容量コンデンサCvの一端と、抵抗R4の一端と、フォトダイオード76のカソード端子に接続されている。フォトダイオード76のアノード端子と可変容量コンデンサCvの他端とは接地されており、抵抗R4の他端はVcc端子にプルアップされている。 【0062】このCR発振回路84の発振周波数、即ち、変調周波数fmは、コンデンサC6及び可変容量コンデンサCvの合成容量と抵抗R3の抵抗値とインバータIC4のヒステリシスの大きさに応じて決定される。ここで、可変容量コンデンサCvの容量は、フォトダイオード76に照射される光量に応じて変化する。図9及び図10を参照して説明した通り、フォトダイオード76に照射されるLED65の光はパターンスリット69の通過光であるので、その光量はペン先63に加わる筆圧によって変化する。具体的には、大きな筆圧で筆記されている場合にはパターンスリット69を通過する光量は大きくなり、逆に、小さな筆圧で筆記されている場合にはパターンスリット69を通過する光量は小さくなる。従って、ペン先63に加わる筆圧によって、CR発振回路84の発振周波数(変調周波数fm)を変化させることができるので、かかる変調周波数fmの変化(違い)により、受信部である筆記パネル10では、ペンの色や太さ(細・中・太)等のペン属性に加えて、筆記時における筆圧までをも区別することができるのである。 【0063】以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。 【0064】例えば、本実施の形態では、パターンスリット69として、複数の横長三角形のマスク部69bにより構成されたものを用いたが、そのマスク部69bの形状等は限定されるものではない。例えば、所定の方向に向かうに従って濃淡が変化するグレイスケール等をパターンスリット69として用いるようにしても良いのである。 【0065】 【発明の効果】請求項1記載の座標入力具によれば、ペンによる筆記時に採光窓から光を通過させて、その光を検出してスイッチをオンし、発振回路から交番磁界を発生させている。光は僅かな隙間から通過するので、僅かな押圧力(筆圧)で光を通過させることができる。よって、機械式接点スイッチを用いた場合と比較して、小さな押圧力(筆圧)で筆記された場合にも、スイッチを確実にオンして交番磁界を発生させ、ペンの位置を検出することができるという効果がある。また、光の通過又は不通過によりスイッチをオン又はオフしていてるので、機械式接点スイッチを用いた場合と比較して、接点部の劣化が起こらない。よって、スイッチの長寿命化を図ることができるという効果がある。 【0066】請求項2記載の座標入力具によれば、請求項1記載の座標入力具の奏する効果に加え、更に、第1光検出手段は、フォトトランジスタにより構成されているので、簡単な回路構成により、採光窓から通過した外部の光を検出することができるという効果がある。 【0067】請求項3記載の座標入力具によれば、請求項1または2に記載の座標入力具の奏する効果に加え、更に、ペンにより筆記が行われると発光手段が発光するが、その発光手段から照射される光量は、光量変更手段によって、ペンの押圧量に応じて変化する。発振回路から発生する交番磁界は、この光量の変化に応じて変化するので、ペンの押圧量(筆圧)に応じた筆圧情報を出力することができるという効果がある。 【0068】請求項4記載の座標入力具によれば、請求項3記載の座標入力具の奏する効果に加え、更に、ペンの押圧量による光量に応じて、発振回路から発生する交番磁界の周波数を変調しているので、ペンの押圧量(筆圧)に応じた筆圧情報を交番磁界の周波数により出力することができるという効果がある。 【0069】請求項5記載の座標入力具によれば、請求項3又は4に記載の座標入力具の奏する効果に加え、更に、光量変更手段は、光の透過を妨げるマスク部の密度が所定の方向に変化するパターンスリットによって構成されているので、簡単な構成により、第2光検出手段が検出する光量を、ペンの押圧量(筆圧)に応じて変化させることができるという効果がある。 【0070】請求項6記載の座標入力具によれば、請求項3から5のいずれかに記載の座標入力具の奏する効果に加え、更に、第2光検出手段は、照射される光量に応じて抵抗値が変化する硫化カドミウムセル、または、照射される光量に応じて流れる電流値が変化するフォトダイオードにより構成されているので、簡単な回路構成により、ペンの押圧量(筆圧)に応じた光量の変化を確実に検出することができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】000005267 【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成12年3月21日(2000.3.21) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100103045 【弁理士】 【氏名又は名称】兼子 直久
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| 【公開番号】 |
特開2001−265509(P2001−265509A) |
| 【公開日】 |
平成13年9月28日(2001.9.28) |
| 【出願番号】 |
特願2000−77966(P2000−77966) |
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