位置指示器的制作方法

专利名称：位置指示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位置指示器，与通过检测静电电容的变化来进行位置检测的位置 检测传感器一起使用。
背景技术：
一般情况下，在通过检测静电电容的变化来进行位置检测的静电电容式的位置检 测传感器中，为了高精度地检测出位置指示器的位置，位置检测传感器和位置指示器之间 产生的静电电容需要在一定程度以上(通常IpF左右)。因此，对位置检测传感器的输入操 作，通过指尖或接触时面积比较大的专用的静电笔来进行。即，从检测灵敏度的角度出发， 通过尖部较细的手写笔形状的静电笔在位置检测传感器上进行较细的输入位置检测较为 困难。为解决该问题提出了各种方案。例如，日本专利文献1(特开平7495722号公报)、 专利文献2 (特开平8-272509号公报)中公开了如下坐标输入装置在位置指示器内具有 交流信号的发生器，位置检测传感器检测出与该位置指示器发送的交流信号对应的信号， 从而检测出位置指示器的位置。并且，在该专利文献1、2中，使从位置指示器发送到位置检 测传感器的交流信号为大振幅，从而即使是由尖较细的静电笔构成的位置指示器，也可进 行位置检测。S卩，专利文献1中公开了如下结构信号笔5的内部具有信号振荡器1，通过信号 振荡器1生成大振幅的交流信号，将该生成的交流信号施加到信号笔5的前端部的手写笔 导体3及环状导体4之间。并且，专利文献2中公开了如下结构手写笔6具有正弦波发生 器，使用变压器使正弦波交流信号升压，提供到手写笔的前端2。并且，专利文献3(日本特开2007-183809号公报)公开了如下结构。即，手写笔 输入装置1的前端部2触碰静电电容式接触面板51的表面时，开关电路3的可动接点切换 到固定接点3a —侧，相位比较器5变为动作状态。其结果是，通过前端部2接收由静电电 容检测型的坐标输入装置50的基准信号源M产生的频率的交流基准信号Vi，经由开关 电路3的固定接点3a，提供到相位比较器5的一个输入中。通过该结构，含有相位比较器5 的PLL电路与交流基准信号Vi相位同步，输出与交流基准信号Vi同一频率的信号。开关 电路3的可动接点切换为固定接点北时，相位比较器5变为非动作状态，但手写笔输入装 置1通过PLL电路的飞轮效应，输出与由静电电容检测型的坐标输入装置50的基准信号源 M产生的交流基准信号Vi相位同步的同一频率的信号。与该输出信号反相位、且超过电源 电压Vcc的振幅为Vneg的信号，通过手写笔输入装置1的前端部2输出。专利文献1 日本特开平7195722号公报专利文献2 日本特开平8-272509号公报专利文献3 日本特开2007-183809号公报但是，专利文献1及专利文献2所述的位置指示器中，具有交流信号的发生器，具 有将通过该发生器生成的交流信号发送到位置检测传感器的单方向信号发送的结构。因此，位置指示器需要具有适于位置检测传感器使用的交流信号的交流信号发生器，从而成 本相应上升，并且需要准备和各位置检测传感器对应的位置指示器，存在位置指示器的通 用性差的问题。并且，适用了专利文献3的技术的位置指示器具有下述半双工通信的结构通过 笔尖的导体接收来自位置检测传感器的交流信号，生成与其同步的交流信号，将该生成的 交流信号从同一笔尖的导体发送到位置检测传感器。即，在专利文献3的位置指示器中，笔 尖的导体兼用于交流信号的接收和发送，因此无法同时进行接收和发送，需要设置开关电 路，以使笔尖切换为信号接收期间和信号发送期间。并且，在专利文献3的位置指示器中，仅在信号接收期间内生成与通过PLL电路接 收的交流信号同步的反相输出交流信号。并且，在信号发送期间，来自PLL电路的信号作为 上述输出交流信号输出，因此接收的交流信号和输出交流信号之间的信号的连续性或相位 关系可能得不到保证。如上所述，在专利文献3的位置指示器中，具有如下结构在生成通过PLL电路接 收的交流信号所对应的新的信号后，通过切换开关电路使用同一笔尖的导体，发送通过PLL 电路生成的信号。因此，在专利文献3的位置指示器中，由于具有开关电路，可能有损输出 交流信号的连续性或实时性。并且，因通过PLL电路生成新的信号，所以输入信号的信号波 形和输出信号的信号波形之间的波形相关性可能得不到保证。

发明内容
本发明鉴于以上情况而作出，其目的在于提供一种位置指示器，与通过检测静电 电容的变化来进行位置检测的位置检测传感器一起使用，其具有信号的输入信道和输出信 道独立存在的所谓全双工通信的结构，从而可提高与位置检测传感器之间的亲和性，并且 通用性强，在输入信号和输出信号之间可确保预定的波形相关性。为解决上述课题，本发明的一种位置指示器，与通过检测静电电容的变化而进行 位置检测的位置检测传感器一起使用，其特征在于，具有第1电极，用于接收来自上述位 置检测传感器的交流信号；信号增强处理电路，对通过上述第1电极接收的交流信号进行 预定的信号增强处理；以及与上述第1电极不同的第2电极，提供有从上述信号增强处理电 路输出的信号，形成与通过上述第1电极接收的来自位置检测传感器的交流信号具有预定 的相关性的、进行了信号增强而得到的信号，将进行了上述信号增强而得到的信号通过上 述第2电极发送到上述位置检测传感器。在位置检测传感器中，通过检测出由本发明的位置指示器指示的位置的交流信号 的接收信号的变化，检测出位置指示器的指示位置。上述结构的本发明的位置指示器将从 位置检测传感器通过第1电极接收的交流信号，通过信号增强处理电路进行信号增强处 理，通过第2电极返回到位置检测传感器。因此，在位置检测传感器中，由本发明的位置指示器指示位置的位置的交流信号 的接收信号的变化变大，位置检测传感器的位置指示器的检测灵敏度提高。根据本发明，能够提供一种位置指示器，与通过检测静电电容的变化来进行位置 检测的位置检测传感器一起使用，其具有简单的结构，并且具有与位置检测传感器较高的 亲和性及通用性，并在输入信号和输出信号之间可确保预定的波形相关性，可进行高灵敏度的位置检测。


图1是概要说明本发明的位置指示器的第1实施方式的概念结构及其处理动作的 图。图2是表示本发明的位置指示器的第1实施方式的结构例的图。图3是表示本发明的位置指示器的第1实施方式的信号处理电路的一例的电路 图。图4是说明使用本发明的位置指示器的位置检测传感器的一例的图。图5是说明使用本发明的位置指示器的位置检测传感器的其他例子的图。图6是表示本发明的位置指示器的第2实施方式的信号处理电路的一部分的一例 的电路图。图7是表示本发明的位置指示器的第3实施方式的信号处理电路的一部分的一例 的电路图。图8是表示本发明的位置指示器的第4实施方式的信号处理电路的一部分的一例 的电路图。图9是表示本发明的位置指示器的第5实施方式的信号处理电路的一部分的一例 的电路图。图10是表示本发明的位置指示器的第6实施方式的信号处理电路的一部分的一 例的电路图及用于进行说明的波形图。图11是说明本发明的位置指示器的实施方式的介于第1电极和第2电极之间的 屏蔽部件的其他例子的图。
具体实施例方式(第1实施方式)以下参照

本发明的位置指示器的实施方式。图1是概要说明本发明的第 1实施方式的位置指示器1的概念结构及其处理动作的图，是表示位置指示器1位于静电电 容式的位置检测传感器2的板面上的状态的图。并且，图2用于说明位置指示器1的详细 结构示例，图2(A)是其部分纵向剖视图，图2(B)是其部分放大图，图2(C)是表示其外观的 一部分的图。在本实施方式中，位置指示器1形成为，外观具有棒状的手写笔形状。本实施方式的位置指示器1具有棒状的框体3。该框体3通过绝缘材料构成，例如 通过由合成树脂构成的中空的圆筒状的绝缘体部31构成。并且，在本实施方式中，框体3 的绝缘体部31的外表周面的、至少由操作者把持该位置指示器1的部分，例如被由金属构 成的导电体部32覆盖。框体3内设置印刷布线基板41。覆盖框体3的外表周面的导电体部32电连接到 该印刷布线基板41的接地导体。印刷布线基板41上形成信号处理电路4。如图2所示，在印刷布线基板41上，除 了由电阻、电容器、ICantegrated Circuit 集成电路)等构成的多个电子配件，导电图案 42a、42b等布线图案，下述变压器43等外，在该示例中，还具有电源开关44及LED(LightEmitting Diode 发光二极管)45等，以构成信号处理电路4。并且，在本实施方式中，在框体3内可收容电池5，信号处理电路4的电源电压在该 电池5中生成。在图2㈧中，端子52是电连接到印刷布线基板41上的信号处理电路4中 含有的电源电路的端子。电池5的正极侧电极51接触该端子52并电连接。虽省略图示， 但电池5的负极侧电极按压接触到弹性位移的端子，该端子直接连接到印刷布线基板41的 接地导体，或者经由框体3的导电体部32连接到印刷布线基板41的接地导体。印刷布线基板41上配置的电源开关44的操作件4 如图2(C)所示，通过框体3 上设置的开口部，可从外部进行操作。使用者通过滑动该操作件44a，可接通/断开电源开 关44。并且，位置指示器1的结构是，在通过操作件4 的操作使电源开关44接通而投 入电源时，LED45开灯，并且当电源开关44断开而断开电源时LED45关灯。在和LED45的位 置对应的框体3的外周表面上设有透光部件45L，使用者可通过该透光部件45L确认LED45 的开灯、关灯。并且，框体3的外周表面设有滑动操作部46，其可通过手动使信号处理电路4上设 置的下述可变电阻422的电阻值改变。构成框体3的中空的圆筒状的绝缘体部31的中心线方向的一个端部侧是逐渐变 细的锥体部33。在该锥体部33的外周侧，安装例如由环状导电金属构成的周边电极6。并 且，周边电极6和框体3的外周表面的导电体部32通过在两者之间夹设绝缘体31而绝缘。周边电极6在本例中构成第1电极，通过贯通绝缘体部31的导线导体部件61，电 连接到印刷布线基板41的导体图案42a。该导体图案4 在本例中连接到信号处理电路4 的输入端。并且在本实施方式中，从锥体部33的中空部向外部突出地设置中心电极7。该中 心电极7例如包括由导电性金属构成的棒状导体71 ；设置在该棒状导体71前端的弹性保 护导体72。棒状导体71设置为，从框体3内的印刷布线基板41的位置开始贯通锥体部33 的中空部而突出到外部。弹性保护导体72是如下部件在位置指示器1接触到位置检测传 感器2时，不损伤位置检测传感器2的指示输入面，并且增大与指示输入面的接触面积，在 本例中，由导电性的弹性橡胶构成。此外，也可省略该弹性保护导体72。此时，棒状导体71 例如可由导电性的弹性部件构成。该中心电极7在该例中构成第2电极，棒状导体71的与设置了弹性保护导体72 一侧相反侧的端部，固定到印刷布线基板41，并且电连接到导电图案42b。该导电图案42b 在本例中连接到信号处理电路4的输出端。并且，在周边电极6和中心电极7之间，设有用于有效防止彼此的电干扰的屏蔽部 件8。在本实施方式中，屏蔽部件8包围中心电极7，这样一来，屏蔽部件8夹设于周边电极 6和中心电极7之间，尽量减小周边电极6和中心电极7之间的耦合电容。如作为图2(A)的部分放大图的图2(B)所示，屏蔽部件8由内壁面上形成了绝缘 层82的导电金属构成的筒状导体81构成。筒状导体81电连接到印刷布线基板41的接地 导体。并且，通过将中心电极7的棒状导体71收容到内壁面作为绝缘层82的筒状导体 81的中空部内，以使屏蔽部件8包围中心电极7。在图2的例子中，中心电极7的弹性保护导体72的一部分也通过屏蔽部件8的筒状导体81包围。周边电极6和屏蔽部件8的筒状导体81通过在两者之间夹设绝缘体部31的锥体 部33而绝缘，中心电极7和屏蔽部件8的筒状导体81通过两者之间夹设屏蔽部件8的筒 状导体81的内壁面的绝缘层82而绝缘。此外在图2的例子中，仅对中心电极7实施屏蔽，但也可对周边电极6实施屏蔽。 或者，也可对周边电极6和中心电极7两者实施屏蔽。并且在图2的例子中，通过以屏蔽部件8包围中心电极7的棒状导体71整体来实 施屏幕，但只要至少对周边电极6和中心电极7的接近部分夹设屏蔽部件即可。接着说明信号算是电路4的结构示例。图3是表示信号处理电路4的电路结构示 例的图。在该例中，信号处理电路4由电源电路部40a、信号处理部40b构成。电源电路部 40a具有DC/DC变换器401，根据电池5的电压生成电源电压+Vcc，提供到信号处理部40b。并且，在电源电路40a中，在DC/DC变换器401和电池5之间设有电源开关44。并 且，在DC/DC变换器401的输出端和接地导体之间，连接电阻402及LED45的串联电路。进 一步，DC/DC变换器401的输出端通过电阻403及电阻404的串联连接而连接到接地导体， 从电阻403及电阻404的连接点输出基准电压Vref ( = Vcc/2)。如上所述，操作框体3上设置的操作件4 使电源开关44接通时，电池5的电压 提供到DC/DC变换器401，发生电源电压Vcc的同时，LED45开灯，通知使用者电源接通。并 且，操作操作件4 使电源开关44断开时，电池5对DC/DC变换器401的电压供给停止，电 源电压Vcc停止产生，LED45关灯，通知使用者电源断开。信号处理部40b构成信号增强处理电路，在本实施方式中，由读出放大器410、信 号放大率可变电路420、变压器43构成。在本发明的信号增强处理电路中进行的信号增强处理中，除了将输入信号的信号 电平放大为预定的信号电平外，还包括使输入信号的波形变形的处理、或控制输入信号的 相位的处理。例如，当输入信号是具有正弦波这样的信号波形的信号时，包括使该信号电平 的变化率在该信号电平较小的区域内增大、在信号波形为极大值或极小值的区域内减小该 变化率的情况。并且，如果是具有矩形波这样的信号波形的输入信号时，包括在该信号波形 的上升区域或下降区域中通过增强该信号电平的变化率构成陡峭的信号波形，或增大该区 域中的振幅电平的情况。进一步，也可适用于以下情况补偿对输入信号的相位差，或进行 保持预定的相位差的相位控制。在信号增强处理电路中，上述各信号处理与上述信号电平 的放大处理结合，或与信号电平的放大处理独立适用，从而进行信号增强处理。在本例中，读出放大器410包括运算放大器411 ；连接在该运算放大器411的反 转输入端子和输出端子之间的电容器412。运算放大器411的反转输入端子连接到与周边 电极6连接的连接端子413。并且，向运算放大器411的非反转输入端子提供上述基准电压 Vref0当位置指示器1位于位置检测传感器2上时，如图1所示，位置指示器1的周边电 极6和位置检测传感器2，通过静电电容Cl耦合。如下所述，位置检测传感器2中有交流 信号流动，因此该交流信号通过静电电容Cl及周边电极6，作为电流信号提供到连接端子 413，输入到读出放大器410。电容器412用于检测通过静电电容Cl输入的电流信号。而在 本发明中，交流信号的波形没有限定。矩形波信号、正弦波信号等任意波形的交流信号均可输入。并且，读出放大器410使通过连接端子413作为电流信号输入的交流信号相位反 转，输出到信号放大率可变电路420。信号放大率可变电路420包括运算放大器421 ；连接在该运算放大器421的反转 输入端子和输出端子之间的可变电阻器422。该可变电阻器422的电阻值，通过使用者滑 动图2(C)所示的滑动操作部46可手动进行改变控制。并且，通过手动改变该可变电阻器 422的电阻值，可改变该信号放大率可变电路420的放大率，结果可控制位置指示器的信号 检测灵敏度。被该信号放大率可变电路420放大的交流信号提供到变压器43的一次线圈43a。 该变压器43的一次线圈43a的线圈数nl和二次线圈4 的线圈数n2的比例如是nl n2 =1 10，使二次线圈4 一侧的线圈数较大(nl <n2)。因此，在变压器43的二次线圈 43b 一侧，信号放大率可变电路420的输出信号的振幅根据线圈数倍增，可获得大振幅的交 流信号(电压信号)。变压器43的二次线圈43b的一端连接到通过屏蔽部件8屏蔽的中心导体7的棒 状导体71上连接的连接端子423，变压器43的二次线圈43b的另一端连接到印刷布线基 板41的接地导体。因此，通过信号处理部40b而变为大振幅的交流信号电压的输出信号， 通过连接端子423提供到中心电极7。当位置指示器1位于位置检测传感器2上时，因位置指示器1的中心电极7和位 置检测传感器2通过静电电容连接，所以通过位置指示器1的中心导体7，交流信号从位置 指示器1返回到位置检测传感器2。接着说明本例的静电电容式的位置检测传感器2。本例的静电电容式位置检测传 感器2是互电容方式的位置检测传感器，其中，传感器电极由输入电极和输出电压构成，检 测位置指示器1接触的接触点的耦合电容的变化。即如图4所示，本例的位置检测传感器2由传感器部20、发送部21、接收部22构 成。传感器部20具有在指示输入面的横向(X轴方向)延伸的直线状的多个在本例中是
64个发送导体23123 .....23Y64 ；与该发送导体23、 23 正交的向指示输入面的纵
向(Y轴方向)延伸的多个在本例中是64个接收导体MX144 .....24X640多个发送导体
23A 23Y64在Y轴方向上等间隔配置，连接到发送部21。并且，多个接收导体 MX64 在X轴方向上等间隔配置，连接到接收部22。此外，在本说明书中，在发送导体的说明中，当无需区分是64个发送导体231 23Y64的哪一个时，称为发送导体23Y。同样，在接收导体的说明中，当无需区分是64个接收 导体 24X64的哪一个时，称为发送导体MX。多个发送导体23Y例如形成在基板下侧的面上。多个接收导体24X形成在基板上 侧的面上。因此，多个发送导体23Y和多个接收导体MY以和预定厚度对应的预定间隔隔 开配置，具有彼此正交的配置关系，形成多个交点(交叉点)。并且，各交叉点下，发送导体 23Y和接收导体24Y可看作以预定的静电电容连接。发送部21向发送导体23Y提供预定的交流信号。此时，发送部21可将同一交流
信号依次逐个切换着提供到多个发送导体23Yi、23t.....23Y64，也可将彼此不同的多个交
流信号同时提供到多个发送导体231、231.....23Y64。并且，也可将多个发送导体23Yp23Y2.....23Y64，分为多个组，按照各组使用不同的交流信号。接收部22检测提供到发送导体23Y的交流信号通过上述预定的静电电容传送到
各接收导体24X口4X2.....24X64的信号成分。如发送导体23Y和接收导体24Y之间的耦
合静电电容在所有交叉点上相等，则位置指示器1不存在于传感器部20上时，接收部22从 传感器部20的所有接收导体24)^24 .....24X64检测出预定电平的接收信号。与之相对，位置指示器1接触传感器部20时，构成该接触位置的交叉点的发送导 体23Y和接收导体MX、及该位置指示器1，通过静电电容连接。即，通过该位置指示器1静 电电容变化，从存在位置指示器1的交叉点的接收导体24X获得的接收信号电平从其他交 叉点的接收信号电平发生变化。接收部22在多个接收导体24X”24X2.....24X64中检测其接收信号的电平有变化
的接收导体MX，从而检测出位置指示器1的位置。并且，省略了图示的检测传感器2的控 制部通过检测从发送部21提供交流信号的发送导体23Y、由接收部22检测出接收信号电平 发生变化的接收导体MX，从而检测出位置指示器1接触的交叉点。不仅位置指示器1，手指接近或接触到传感器部20上时，位置检测传感器2也通过 同样的原理，检测出该手指接近或接触的交叉点。此时，提供到发送导体23Y的交流信号的 一部分通过手指，并且通过使用者的人体流入到接地。因此，构成存在手指的交叉点的接收 导体24X的接收信号电平变化。接收部22通过检测该接收信号电平的变化，检测出构成存 在手指的交叉点的接收导体MX。手写笔形状的位置指示器中，也和手指的位置检测原理一样，位置检测传感器可 进行传感器部20的指示位置的检测。但如前所述，手写笔形状的位置指示器中，与位置检 测传感器之间的接触面积不像手指时那样大，因此耦合电容较小，位置检测传感器的检测 灵敏度低。与之相对，本实施方式的位置指示器1中，如下所述，与位置检测传感器2的亲和 性强，使用通用性强，且在输入信号和输出信号之间确保了预定的波形相关性，可高灵敏度 地进行传感器部20上的位置检测。即，如图1所示，在位置检测传感器2的传感器部20上，使本实施方式的位置指示 器1接近或接触时，周边电极6和传感器部20通过静电电容Cl连接。并且，提供到发送导 体23Y的交流信号通过该静电电容Cl并通过周边电极6，作为电流信号，通过连接端子413 输入到信号处理电路4。输入到信号处理电路4的交流信号(电流信号)通过信号处理部40b的读出放大 器410反转相位后，在信号放大率可变电路420中被放大，并且通过变压器43升压(倍增) 而增强信号，作为电压信号，通过连接端子423提供到中心电极7。即，通过周边电极6从传 感器部20输入到信号处理电路4的交流信号，在信号处理部40b中变为反相，并成为大振 幅的信号，通过中心电极7返回到传感器部20。此时，从位置指示器1的中心电极7返回到位置检测传感器2的传感器部20的交 流信号是与提供到发送导体23Y的交流信号反相的被增强的信号，因此位置指示器1发挥 进一步增大接收导体24X的接收信号中的交流信号的变化的作用。因此，位置检测传感器2 可高灵敏度地检测出位置指示器1的接触位置。并且，通过位置指示器1的接地与人体接 触，检测动作进一步稳定化。即，在本实施方式中，位置指示器1的框体3被导电体部32覆盖，该导电体部32连接到形成了信号处理电路4的印刷布线基板的接地导体。因此，在位 置检测传感器2中提供到发送导体23Y的交流信号，通过位置指示器1，并通过使用者的人 体流到接地，从而实现信号检测动作的进一步的稳定化。并且，设位置检测传感器2的传感器部20的发送导体23Y的电压为V、本实施方 式的位置指示器1的中心电极7的电压为e、周边电极6和中心电极7之间的静电电容为 C2(参照图1)时，由如下关系。e 彡 C1/C2 · V因此，周边电极6和中心电极7之间的静电电容C2越小，越有利于提高中心电极 7的电位e。因此，在本实施方式的位置指示器1中，通过在周边电极6和中心电极7之间夹设 屏蔽部件8，可尽量减小两者的耦合。因此，在本实施方式的位置指示器1中，通过夹设屏蔽 部件8，周边电极6和中心电极7之间的静电电容C2变小，可增大电压e，高效提高灵敏度。并且，在本实施方式的位置指示器1中，使用者手动调整滑动操作部46，改变可变 电阻器422的电阻值，可改变信号放大率可变电路420的放大率，从而可调整位置检测传感 器2中的位置指示器1的指示位置的检测灵敏度。S卩，在使位置指示器1的中心电极7轻触位置检测传感器2的传感器部20表面的 状态下，中心电极7的前端的弹性保护部件72和传感器部20的接触面积变小，但通过手动 调整滑动操作部46，增大信号放大率可变电路420的放大率，即使是该较轻的触摸，位置检 测传感器2也可高灵敏度地检测出位置指示器1。并且，相反在使位置指示器1的中心电极7用力接触位置检测传感器2的传感器 部20表面的状态下，中心电极7的前端的弹性保护部件72和传感器部20的接触面积变 大，但通过手动调整滑动操作部46，减小信号放大率可变电路420的放大率，即使是该较强 的触摸，位置检测传感器2也可将状态变成位置指示器1以适当程度触摸的情况，稳定地进 行检测。此外，在上述实施方式中，信号增强处理电路的信号放大率可变电路420的结构 是，通过可变电阻422可连续改变放大率，但也可以是如下构成通过滑动开关切换电阻值 不同的多个电阻器，从而阶段性地改变放大率。上述第1实施方式的位置指示器1的结构是，以周边电极6为第1电极，接收来自 位置检测传感器2的交流信号，以中心电极7为第2电极，使信号增强的输出交流信号返回 到位置检测传感器2。但也可以是，使用于接收来自位置检测传感器2的交流信号的第1电 极为中心电极7，使用于将信号增强的交流信号返回到位置检测传感器2的第2电极为周边 电极6。(第2实施方式)上述第1实施方式的位置指示器1的结构是，第1电极是周边电极6，第2电极是 中心电极7，但该构成中，可知因位置检测传感器2的结构产生如下问题。S卩，第1实施方式中使用的位置检测传感器2中，发送导体23Y及接收导体24X均 是线状导体。与之相对，图5的例子中的位置检测传感器2A的传感器部20A具有不是线状
而是宽幅的发送导体2301、2301.....230Y64。其他构成和第1实施方式一样。即，传感器
部20A的接收导体和第1实施方式一样，是线状的接收导体^)^24 .....24X640并且，在
11本例中的传感器部20A中，多个发送导体2301,230 .....230Y64连接到发送部21，多个接
收导体24Xp24X2.....24X64连接到接收部22。在这种构成的位置检测传感器2A中，使位置指示器1向图5中虚线箭头所示的斜 向移动时，使交流信号返回到位置检测传感器2A的第2电极是中心电极7，因此该中心电 极7的位置位于相邻的两个接收导体及24Xi+1之间时，中心电极7对更近的接收导体
或MXi+1，返回更多的交流信号。因此存在以下问题即使斜向直线状地移动位置指示器1，在位置检测传感器2A 中，位置指示器1的移动轨迹检测为像蛇形一样的轨迹，存在不良情况。为改善这一问题，位置指示器使用于接收来自位置检测传感器2A的交流信号的 第1电极为中心电极7、使用于将信号增强的交流信号返回到位置检测传感器2A的第2电 极为周边电极6即可。S卩，因发送导体230YP230&.....230Y64是宽幅的导体，因此即使中心电极7是用
于接收交流信号的第1电极，也可均勻地接收交流信号。而周边电极6为使信号增强的交 流信号返回到位置检测传感器2的第2电极时，周边电极6和中心电极7相比，与位置检测 传感器2电连接的区域变大，因此位置指示器位于相邻的两个接收导体(i是1以上的整 数)24Xi(i = 1，2，...，63，下同)及24XW之间时，该周边电极6和与其邻接的两个接收导 体及24Xi+1之也是基本相同的静电耦合关系。因此，向图5的虚线箭头所示地斜向移 动位置指示器时，也可防止其移动轨迹为蛇形，可作为直线状的轨迹检测出位置检测传感 器2A0考虑以上情况，在该第2实施方式中，可将位置指示器1的周边电极6和中心电极 7切换为第1电极和第2电极。图6是表示该第2实施方式的位置指示器IA的信号处理电 路4A的信号处理部40bA的结构的图。在图6中，对和图3所示的第1实施方式的信号处 理电路4的信号处理部40b相同的部分，标以同样的参照标号。S卩，在信号处理部40bA中，连接了周边电极6的连接端子413连接到开关481的 一个输入端子481a，并且连接到开关482的另一个输入端子482b。并且，连接了中心电极 7的连接端子423连接到开关481的另一个输入端子481b，并连接到开关482的一个输入 端子48加。并且，开关481的可动接点481c连接到运算放大器411的反转输入端子。开关482 的可动接点482c连接到变压器43的二次线圈4 的一端。其他和上述信号处理部40b完
全一样。并且，如图6的连接端子413的附近所示，在第2实施方式的位置指示器IA的框 体3的一部分上，用于手动切换彼此联动的开关481及482的切换操作件48暴露到外部。使用者使切换操作件48向箭头方向滑动，当位于a侧时，开关481及482联动，切 换到一个输入端子481a、48h —侧。这样一来，连接了周边电极6的连接端子413连接到 运算放大器411的反转输入端子，并且连接了中心电极7的连接端子423连接到变压器423 的二次线圈43b的一端，位置指示器IA进行和第1实施方式完全一样的动作。另一方面，使用者使切换操作件48位于b侧时，开关481及482联动，切换到另一 个输入端子481b、482b—侧。这样一来，连接了中心电极7的连接端子423连接到运算放 大器411的反转输入端子，并且连接了周边电极6的连接端子413连接到变压器43的二次线圈43b的一端。因此，通过中心电极7，来自位置检测传感器2A的交流信号的一部分输入到位置 指示器IA的信号处理电路4A。并且，通过信号处理部40bA反相，增强的交流信号通过周边 电极6返回到位置检测传感器2A。这样一来，和第1实施方式一样，在位置检测传感器2A 中，可高灵敏度地检测出位置指示器IA的指示位置。不限于上述示例，对于位置检测传感器的发送导体及接收导体，还包括接收导体 为宽幅、及发送导体和接收导体两者均为宽幅的情况。根据第2实施方式，使用者根据这些 位置检测传感器的结构的不同，通过开关操作件48，可使周边电极6和中心电极7切换为第 1电极或第2电极。因此，如使用该第2实施方式下的位置指示器，则在接收导体结构不同 的各种位置检测传感器中，可避免因其结构不同产生的问题，减轻对位置检测传感器的依 存度，通用性强，可高灵敏度地检测出位置指示器。(第3实施方式)在上述第1及第2实施方式中，信号处理电路4及4A的信号处理部40b及40bA， 在读出放大器410的后级设置信号放大率可变电路420，从而构成信号增强处理电路。但信 号增强处理电路也可以是其他构成。第3实施方式是信号增强处理电路增强(enhance)输出电压的电路时的第1例。 图7是表示该第3实施方式中的位置指示器中的信号处理电路4B的信号处理部40bB的结 构例的电路图。如图7所示，信号处理部40bB由读出放大器410和增强电路430构成。并且，增 强电路430由变压器43和反转放大电路431构成，读出放大器410的输出以原来的极性提 供到变压器43的一次线圈43a的另一端侧，并且读出放大器410的输出通过反转放大电路 431反转极性，提供到变压器43的一次线圈43a的一端侧。S卩，对变压器43的一次线圈43a的一端及另一端，读出放大器410的输出信号彼 此反相提供，因此在变压器43的二次线圈43b中，可获得放大了读出放大器410的输出信 号的振幅的信号。此外，基准电压Vref提供到运算放大器411和反转放大电路431各自的 非反转输入端子。因此，根据第3实施方式的信号处理部40bB，通过利用了变压器43的增强电路 430，即使是较低的电源电压，也可输出增强了其输入信号的信号。此外在图7中，作为参考示出了应处理的信号是矩形波信号时的相位及振幅关 系，作为该信号处理部40bB处理的对象的信号的波形不限于矩形波，只要是交流信号，则 也可以是具有正弦波等波形的信号。(第4实施方式)第4实施方式是不使用信号放大率可变电路420而实现信号增强处理电路时的第 2例。图8是表示该第4实施方式的位置指示器中的信号处理电路4C的信号处理部40bC 的结构例的电路图。如图8所示，信号处理部40bC由读出放大器410和波形变换电路440构成。在图 8的例子中，波形变换电路440由比较电路441构成。在该第4实施方式中，读出放大器410 放大率较大，例如可以是输出电压值饱和的放大率。比较电路441是如下波形变换电路比较通过读出放大器410放大为大振幅的交流信号与基准电压Vref，生成在该基准电压Vref以上的信号电平区间内为高电平、在其以 外的信号电平区间内为低电平的矩形波信号。并且，来自该比较电路441的矩形波信号通过变压器43进一步倍增(升压)，作为 信号处理部40bC的输出信号输出。因此，根据该第4实施方式的信号处理部40bC，通过将输入信号变换为矩形波信 号，可提供信号增强的输出。此外，将输入信号变换为矩形波信号的方法当然不限于图8所示的方法。(第5实施方式)在上述第1及第2实施方式的信号处理部40b及40bA中，读出放大器410的后级 的信号放大率可变电路420的结构是，使用者可手动改变放大率。但信号放大率可变电路 420的结构也可以是，可自动控制放大率。第5实施方式是此时的实施方式。图9是表示第 5实施方式中的信号处理部40bD的结构例的电路图。如图9所示，信号处理部40bD由读出放大器410和自动增益调整电路450构成。 自动增益调整电路450在本例中由电压控制型的增益控制放大器451、及输出电平检测电 路452构成。读出放大器410的输出信号提供到增益控制放大器451。并且，输出电平检测电 路452检测该增益放大器451的输出信号电平，生成增益控制放大器451的增益调整电压， 提供到增益控制放大器451的控制端子。通过来自该输出电平检测电路452的增益调整电 压，增益控制放大器451进行增益调整，以使其输出信号电平始终一定。并且，增益控制放 大器451的输出信号通过变压器43升压，作为信号处理部40bD的输出信号输出。使位置指示器1接触位置检测传感器2以指示位置时，使用者使位置指示器1较 强或较轻接触位置检测传感器2等进行和爱好等对应的指示操作，但根据该第5实施方式， 与使用者的操作指示的方法的不同无关，可始终以最佳的灵敏度由位置检测传感器2检测 出位置指示器1。(第6实施方式)在上述第1 第5实施方式中，在读出放大器410中，通过了位置指示器1和位置 检测传感器2之间产生的耦合电容的电流是输入信号，因此作为这种电路，使用将电容器 412连接到普通的运算放大器411的输入输出端之间的结构。但这种结构中，读出放大器410的输出信号具有与读出放大器410的输入信号的 波形相比钝化的波形，并发生相位延迟。因此，在位置检测传感器2的接收部22中，通过同 步检波、相关运算检测出从接收导体获得的接收信号提供到发送导体的交流信号，并检测 接收信号的变化时，可能难于高精度地检测出该变化。第6实施方式是信号处理电路可避免这一问题的例子。图10(A)是表示该第6实 施方式中的信号处理电路4E的信号处理部40bE的结构例的电路图。该第6实施方式中的信号处理电路4E的信号处理部40bE和第1实施方式的信号 处理部40b —样，由读出放大器460、作为信号增强处理电路的信号放大率可变电路420构 成。但在第6实施方式中，读出放大器460包括运算放大器461 ；连接在该运算放大器461 的反转输入端子和输出端子之间的电阻462。即相当于以下电路结构取代第1实施方式 中连接在运算放大器411的反转输入端子和输出端子之间的电容器412，连接电阻462。其他和第1实施方式的信号处理部40b —样。根据该第6实施方式的信号处理部40bE的结构，根据位置指示器1和位置检测传 感器2之间的耦合电容、及连接到读出放大器460的运算放大器461的输入输出端之间的 电阻462，从位置检测传感器2输入到位置指示器1的交流信号，在读出放大器460中变为 高频强调(emphasis)的信号。例如，从位置检测传感器2的发送部21提供的交流信号是 如图10⑶所示的矩形波信号时，读出放大器460的输出信号的波形如图10(C)所示，变为 上升及下降被强调的微分波形。并且此时，替代电容器412，电阻462连接到运算放大器461的输入输出端之间，因 此如图10(B)及图10(C)所示，读出放大器460的输出信号变为相对于该输入信号不产生 相位延迟的相位补偿的信号，具有设置了电阻462的运算放大器461的读出放大器460，还 起到相位补偿电路或相位控制电路的作用。该读出放大器460的输出信号和第1实施方式一样，提供到信号放大率可变电路 420，进一步增强信号。并且，该增强的交流信号从位置指示器1返回到位置检测传感器2。从以上说明可知，该第6实施方式中的读出放大器构成高频强调电路，并且构成 不产生相位延迟的相位补偿电路。因此，根据第6实施方式，在位置检测传感器2的接收部 22中，根据接收导体获得的接收信号通过同步检波、相关运算检测提供到发送导体的交流 信号，在检测接收信号的变化时，可高精度地检测出该变化。此外在图10中说明了在位置检测传感器2中使用的交流信号是矩形波信号的情 况，但作为交流信号，不限定其波形，也可以是正弦波信号等任意波形的交流信号。并且，图10的例子是将第6实施方式适用于第1实施方式的信号处理部40b的读 出放大器的情况，但第6实施方式也可适用于第2 第5实施方式的信号处理部的读出放 大器。(周边电极6和中心电极7之间的屏蔽的其他例子)如在第1实施方式中所说明的，周边电极6和中心电极7之间的静电电容较小时， 有利于提高位置指示器1的灵敏度。因此，在第1实施方式中，通过屏蔽部件8包围中心电 极7，尽量减小周边电极6和中心电极7之间的静电电容。并且，在第1实施方式中如图2所示，屏蔽部件8贯通周边电极6，覆盖中心电极 7。即，屏蔽部件8对贯通周边电极6的中心电极7—侧的部分也实施屏蔽。但是，屏蔽部 件8至少对周边部件6和中心电极7接近的部分发挥屏蔽效果即可，因此如图11 (A)所示， 屏蔽部件8在周边电极6的到中心电极7 —侧的端部或其附近为止的位置覆盖中心电极7 即可。并且，为了进一步提高屏蔽效果，减小周边电极6和中心电极7之间的静电电容， 也可以在贯通周边电极6的屏蔽部件8的前端部，如图Il(B)及图Il(C)所示，形成凸缘部 8a及Sb。并且，凸缘部8a如图Il(B)所示，折返为覆盖周边电极6的前端部，或使凸缘部 8b如图Il(C)所示折返为包围中心电极7，可进一步提高两者之间的屏蔽效果。并且，图11 (B)及(C)的例子中，在凸缘部8a及Sb、与周边电极6及由绝缘材料构 成的锥体部33之间设置空隙部而夹设空气层9。因此，可进一步提高周边电极6和中心电 极7之间的屏蔽效果。此外，也可替代空气层9，而夹设预定的电介质。例如，可使由合成树 脂构成的锥体部33延长到凸缘部8a、8b。
(其他实施方式或变形例)在以上实施方式中，说明了通过分离输入交流信号的发送导体、和接收交流信号 的接收导体，仅检测接触点的耦合电容部分(XY坐标)的互电容方式的静电电容式检测传 感器的情况，但本发明同样可适用于交流信号的输入输出由同一导体进行的自电容方式的 静电电容式检测传感器。并且，位置指示器的电源说明了使用电池的情况，但也可以是如下构成不具有 电池，例如从静电电容式检测传感器一侧以无线方式接收电力供给。例如，如日本特开 2007-164356号公报所述，也可以是如下构成在位置指示器上设置与静电电容式检测传 感器之间产生电磁耦合的共振电路、及双电层电容器等电容器，由充电到电容器中的电压 生成驱动电压并使用。并且，在上述实施方式中，在信号增强处理电路的输出侧设置用于增大信号电平 的变压器，但是当然也可替代变压器而设置由半导体电路结构的信号增强电路。此外，在上述实施方式中，对形成有位置指示器的框体内的信号处理电路的印刷 布线基板的接地导体，直接(直流)连接位置指示器的框体3的外周的导电体部32，但内部 电路的接地导体和导电体部32之间也可以通过电容器交流连接。并且，在上述实施方式中，导电体部32除了与周边电极的绝缘部外，覆盖位置指 示器的框体3的外周的大致整体，但也可以仅对使用者操作位置指示器时进行把持而与人 体接触的框体3的预定部分配置与内部电路的接地导体连接的金属板等导电性部件。并且，框体3例如由塑料构成时，使用具有导电性的塑料，使其直流或交流地连接 到内部电路的接地导体，从而可省略导电体部32。此外，使用本发明的位置指示器的位置检测传感器不限于数位板，也包括PAD型 终端等各种移动终端、其他放置型装置的位置检测装置中使用的各种装置。
权利要求
1.一种位置指示器，与通过检测静电电容的变化而进行位置检测的位置检测传感器一 起使用，其特征在于，具有第1电极，用于接收来自上述位置检测传感器的交流信号；信号增强处理电路，对通过上述第1电极接收的交流信号进行预定的信号增强处理；以及与上述第1电极不同的第2电极，提供有从上述信号增强处理电路输出的信号， 形成与通过上述第1电极接收的来自位置检测传感器的交流信号具有预定的相关性 的、进行了信号增强而得到的信号，将进行了上述信号增强而得到的信号通过上述第2电 极发送到上述位置检测传感器。
2.根据权利要求1所述的位置指示器，其特征在于，上述信号增加处理电路生成比通过上述第1电极接收的交流信号的信号电平大的信 号电平的信号。
3.根据权利要求2所述的位置指示器，其特征在于，由上述信号增强处理电路生成的信号是通过信号波形的上升区域及下降区域中的至 少一个区域的信号电平被增强而得到的信号。
4.根据权利要求1所述的位置指示器，其特征在于，由上述信号增强处理电路生成的信号是对通过上述第1电极接收的交流信号进行预 定的相位控制而得到的信号。
5.根据权利要求4所述的位置指示器，其特征在于，上述预定的相位控制是指通过上述第1电极接收的交流信号的相位的补偿。
6.根据权利要求1所述的位置指示器，其特征在于，上述信号增强处理电路对通过上述第1电极接收的交流信号的信号波形进行波形变换。
7.根据权利要求6所述的位置指示器，其特征在于，上述信号增强处理电路将通过上述第1电极接收的交流信号的信号波形变换为矩形 波形。
8.根据权利要求1所述的位置指示器，其特征在于，上述信号增强处理电路中具有信号放大率可变电路，用于控制通过上述第1电极接收 的交流信号的信号电平。
9.根据权利要求8所述的位置指示器，其特征在于，上述信号放大率可变电路是自动增益调整电路，相对于通过上述第1电极接收的交流 信号的信号电平的变动，输出信号电平一定的信号。
10.根据权利要求9所述的位置指示器，其特征在于，上述信号放大率可变电路是手动的放大率可变电路，用于以预定的放大率增强通过上 述第1电极接收的交流信号的信号电平。
11.根据权利要求1所述的位置指示器，其特征在于，上述第1电极和上述第2电极配置在上述位置指示器的同一端部，在上述第1电极和 上述第2电极之间配置有用于防止相互电干扰的屏蔽部件。
12.根据权利要求11所述的位置指示器，其特征在于，上述屏蔽部件包围上述第1电极和上述第2电极中的至少一个电极，并且电接地。
13.根据权利要求11所述的位置指示器，其特征在于，上述位置指示器具有手写笔形状，并且上述第2电极被配置为包围上述第1电极，上述 屏蔽部件包围上述第1电极并且被配置在上述第1电极和上述第2电极之间。
14.根据权利要求13所述的位置指示器，其特征在于，上述屏蔽部件的一端部在上述位置指示器的长度方向上从上述第2电极突出，并且在 上述一端部形成有凸缘部。
15.根据权利要求1所述的位置指示器，其特征在于，还具有连接切换电路，用于将上述第1电极和上述第2电极相互切换为信号接收电极 和信号发送电极。
全文摘要
一种位置指示器，与通过检测静电电容的变化来进行位置检测的位置检测传感器一起使用，通过简单的结构而实现与位置检测传感器较高的亲和性及通用性，并在输入信号和输出信号之间可确保预定的波形相关性，可进行高灵敏度的位置检测。该位置指示器具有第1电极，接收来自位置检测传感器(2)的交流信号；信号增强处理电路(4)，对通过该第1电极接收的交流信号进行预定的信号增强处理；和第1电极不同的第2电极，提供有从信号增强处理电路(4)输出的信号。形成与通过第1电极接收的来自位置检测传感器(2)的交流信号具有预定的相关性的、进行了信号增强而得到的信号，将进行了信号增强而得到的信号通过第2电极发送到位置检测传感器(2)。
文档编号G06F3/044GK102103446SQ20111003760
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月31日 优先权日2010年12月14日
发明者八木正树, 小田康雄 申请人:株式会社和冠