專利名稱：位置指示器、可變電容器及輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于檢測(cè)筆壓力的位置指示器、用于檢測(cè)筆壓力的可變電容器、以及具有位置指示器的輸入裝置。

背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)使用坐標(biāo)輸入裝置來作為用于，例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)的輸入裝置。通過筆狀的位置指示器和具有輸入表面的位置檢測(cè)裝置來構(gòu)造該種坐標(biāo)輸入裝置，其中，在所述輸入表面上，通過使用位置指示器來執(zhí)行諸如指點(diǎn)操作、手寫字符輸入操作、以及手繪圖示輸入操作的輸入操作。
此外，諸如在日本專利No.3150685(在下文中，稱為“專利文獻(xiàn)1”)中公布的可變電容器被用于檢測(cè)位置指示器的筆壓力。此外，日本未審專利申請(qǐng)公開No.2001-319831(在下文中，稱為“專利文獻(xiàn)2”)公布了如下的一種技術(shù)，在其中，將可變電容器的一個(gè)表面上的電極分成兩個(gè)，以使得信號(hào)變得容易被取出。
圖16A和16B示出了在專利文獻(xiàn)1中公布的可變電容器200的具體結(jié)構(gòu)?？勺冸娙萜?00包括基本為盤狀的電介質(zhì)201、附在電介質(zhì)201的一個(gè)表面201a上的第一電極202、以及設(shè)置在電介質(zhì)201的另一表面201b的一側(cè)的第二電極203。第二電極203是柔性構(gòu)件，并且經(jīng)由環(huán)狀墊片204而被布置在電介質(zhì)201的另一表面201b的一側(cè)上。此外，經(jīng)由彈性體205，將桿210設(shè)置在第二電極203的與電介質(zhì)201相反的一側(cè)上。
第一端子206被設(shè)置在第一電極202的一個(gè)表面的一側(cè)上。第一端子206包括盤狀凸緣部206a，以及基本從凸緣部206a的一個(gè)表面的中心延伸的引線部206b。當(dāng)將筆壓力施加到桿210上時(shí)，凸緣部206a與第一電極202的一個(gè)表面接觸，使得凸緣部206a與第一電極202電連接。
第二端子207被設(shè)置在第二電極203的端部。與第一端子206相似的是，第二端子207包括盤狀凸緣部207a，以及基本從凸緣部207a的一個(gè)表面的中心延伸的引線部207b。當(dāng)將筆壓力施加到桿210上時(shí)，凸緣部207a與第二電極203的一個(gè)表面的端部接觸，使得凸緣部207a與第二電極203電連接。
在具有上述構(gòu)造的可變電容器200中，在其中沒有壓力或者沒有移位施加到桿210上的狀態(tài)下(即，在可變電容器處于初始狀態(tài)的情況下)，通過墊片204，電介質(zhì)201的另一表面201b和第二電極203相互分隔開(參見圖16A)。因此，在電介質(zhì)201的另一表面201b和第二電極203之間形成空氣層208，空氣層208具有與墊片204相同的厚度。在初始狀態(tài)中，在端子206和端子207之間的電容值(即，初始電容)基本上等于由電介質(zhì)201所貢獻(xiàn)的電容和由具有1.0的相對(duì)介電常數(shù)的空氣層208所貢獻(xiàn)的電容的串聯(lián)組合電容，并且因此，該電容值是非常小的。
然而，如果將壓力施加到桿210上時(shí)，第二電極203將朝著電介質(zhì)201的一側(cè)彎曲，并且因此，空氣層208的厚度將變得小于墊片204的厚度。此時(shí)，因?yàn)橛煽諝鈱?08貢獻(xiàn)的電容與空氣層208的厚度成反比地增加，所以在端子206和端子207之間的電容將由于由空氣層208所貢獻(xiàn)的電容的增加而增加。
然后，在第二電極203與電介質(zhì)201的另一表面201b接觸之后，在端子206和端子207之間的電容值基本上與第二電極203和電介質(zhì)201的另一表面201b之間的接觸面積成比例地增加。施加到桿210上的壓力(筆壓力)通過檢測(cè)在第一端子206和第二端子207之間的電容值的變化而被檢測(cè)。


發(fā)明內(nèi)容
然而，如可從圖16A和16B中所知的，很明顯，前述的可變電容器需要由大量的部件來構(gòu)造。此外，在專利文獻(xiàn)1中公布的可變電容器中(參見專利文獻(xiàn)1的圖2)，因?yàn)槭褂秒p機(jī)架(double-housing)來作為整體構(gòu)造，所以難以減小可變電容器的外直徑。此外，因?yàn)樾枰捎镁_的形成處理來制造雙機(jī)架，所以在制造處理中潔凈棚是不可缺少的，其是導(dǎo)致高制造成本的因素。
與前述構(gòu)造相比，在專利文獻(xiàn)2中公布的可變電容器中，從電介質(zhì)的一個(gè)表面?zhèn)热〕鲂盘?hào)，使得可以對(duì)裝置進(jìn)行簡化。然而，因?yàn)樵陔p份電極之間的電容的產(chǎn)生是不可避免的，所以不確定的是在專利文獻(xiàn)2中公布的可變電容器能夠呈現(xiàn)出足夠好的特性。
從前述問題的觀點(diǎn)出發(fā)，提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的在于簡化構(gòu)成筆壓力檢測(cè)部的可變電容器的構(gòu)造。
為了解決前述的問題，并且實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明一方面的位置指示器包括外殼；桿，其容納在外殼中，并且其的一端突出到外殼外部；以及可變電容器，當(dāng)通過桿施加外力時(shí)，所述可變電容器的電容發(fā)生變化?？勺冸娙萜靼ㄖ辽僖粋€(gè)電介質(zhì)、電極、導(dǎo)電構(gòu)件、以及導(dǎo)電部。電介質(zhì)具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面。電極被設(shè)置在電介質(zhì)的第一表面上。導(dǎo)電構(gòu)件面對(duì)電介質(zhì)的第二表面。導(dǎo)電部被設(shè)置在電介質(zhì)的第二表面上，導(dǎo)電部能夠與導(dǎo)電構(gòu)件電連接。當(dāng)受到外力時(shí)，由于被外力按壓抵靠第二表面而導(dǎo)致導(dǎo)電構(gòu)件發(fā)生彈性形變，從而形成面對(duì)電極(與電極相對(duì))的平坦(flat)表面，并且該平坦表面的面積根據(jù)外力的改變而改變。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種可變電容器，其包括至少一個(gè)電介質(zhì)、電極、導(dǎo)電構(gòu)件、以及導(dǎo)電部。電介質(zhì)具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面。電極被設(shè)置在電介質(zhì)的第一表面上。導(dǎo)電構(gòu)件面對(duì)電介質(zhì)的第二表面。導(dǎo)電部被設(shè)置在電介質(zhì)的第二表面上，導(dǎo)電部能夠與導(dǎo)電構(gòu)件電連接。當(dāng)受到外力時(shí)，由于被外力按壓抵靠第二表面而導(dǎo)致導(dǎo)電構(gòu)件發(fā)生彈性形變，從而形成面對(duì)電極(與電極相對(duì))的平坦表面，并且該平坦表面的面積根據(jù)外力的改變而改變。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的輸入裝置包括位置指示器和位置檢測(cè)裝置。位置指示器具有外殼；桿，所述桿容納在所述外殼中，所述桿的一端突出到所述外殼的外部；以及可變電容器，當(dāng)通過所述桿施加外力時(shí)，所述可變電容器的電容改變。位置檢測(cè)裝置具有輸入表面，在所述輸入表面上，桿的一端指示其自己的位置，所述位置檢測(cè)裝置適于檢測(cè)由桿的一端指示的位置。
可變電容器包括至少一個(gè)電介質(zhì)、電極、導(dǎo)電構(gòu)件、以及導(dǎo)電部。電介質(zhì)具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面。電極被設(shè)置在電介質(zhì)的第一表面上。導(dǎo)電構(gòu)件面對(duì)電介質(zhì)的第二表面。導(dǎo)電部被設(shè)置在電介質(zhì)的第二表面上，導(dǎo)電部能夠與導(dǎo)電構(gòu)件電連接。當(dāng)受到外力時(shí)，由于被外力按壓抵靠第二表面而導(dǎo)致導(dǎo)電構(gòu)件發(fā)生彈性形變，從而形成面對(duì)電極(與電極相對(duì))的平坦表面，并且該平坦表面的面積根據(jù)外力的改變而改變。
根據(jù)本發(fā)明，可以簡化構(gòu)成筆壓力檢測(cè)部的可變電容器的構(gòu)造，并且可以減小位置指示器的內(nèi)直徑，以減小位置指示器的尺寸。



圖1是示出了應(yīng)用本發(fā)明的輸入裝置的實(shí)施例的構(gòu)造的圖示； 圖2A至圖2D是示出了應(yīng)用本發(fā)明的可變電容器的第一實(shí)施例的圖示； 圖3是示意性示出了應(yīng)用本發(fā)明的位置指示器和位置輸入裝置的電路構(gòu)造的框圖； 圖4是示出了由應(yīng)用了本發(fā)明的輸入裝置的位置檢測(cè)裝置的處理部執(zhí)行的處理的流程圖； 圖5是示出了當(dāng)執(zhí)行X軸全局掃描時(shí)，應(yīng)用了本發(fā)明的輸入裝置的位置檢測(cè)裝置的各個(gè)部分的波形示例的波形圖； 圖6是示出了當(dāng)執(zhí)行Y軸全局掃描時(shí)，應(yīng)用了本發(fā)明的輸入裝置的位置檢測(cè)裝置的各個(gè)部分的波形示例的波形圖； 圖7是示出了當(dāng)執(zhí)行X軸區(qū)段掃描和Y軸區(qū)段掃描時(shí)，應(yīng)用了本發(fā)明的輸入裝置的位置檢測(cè)裝置的各個(gè)部分的波形示例的波形圖； 圖8是示出了在應(yīng)用了本發(fā)明的位置指示器中設(shè)置的共振電路的第二實(shí)施例的圖示； 圖9A1、9A2、9B1、9B2、9C1、9C2、9C3、以及9C4是說明應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器的連接端子、導(dǎo)電部、以及電極的形狀的示例的圖示； 圖10是示出了應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器的連接端子和電極形狀之間的關(guān)系、初始電容、以及Q因子(品質(zhì)因子)的圖示； 圖11是示出了根據(jù)應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器的導(dǎo)電部的形狀的變化而發(fā)生變化的筆壓力級(jí)-負(fù)荷特性的圖； 圖12A和圖12B是說明應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器的導(dǎo)電部和電極的第一組合的圖示； 圖13A和圖13B是說明應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器的導(dǎo)電部和電極的第二組合的圖示； 圖14是示出了應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器的電介質(zhì)的第二實(shí)施例的透視圖； 圖15是示出了應(yīng)用了本發(fā)明的位置指示器的第二實(shí)施例的電路圖； 圖16A和圖16B是示出了已知的可變電容器的圖示。

具體實(shí)施例方式 以下，將參考圖1至圖7來描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先，以下將參考圖1來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸入裝置400的構(gòu)造。
輸入裝置400包括位置指示器100和位置檢測(cè)裝置300。位置指示器100用于與位置檢測(cè)裝置300的上表面300a相對(duì)的位置處。位置檢測(cè)裝置300檢測(cè)由位置指示器100指示的位置的坐標(biāo)。位置檢測(cè)裝置300可以連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)(未示出)以將由位置指示器100指示的位置的檢測(cè)坐標(biāo)傳輸?shù)絺€(gè)人計(jì)算機(jī)。因此，基于由位置指示器100指示的位置的坐標(biāo)的接收信息，可以利用裝載在個(gè)人計(jì)算機(jī)上的各種軟件來執(zhí)行輸入操作，諸如手繪圖示輸入操作和手寫字符輸入操作。
位置指示器100包括可變電容器10、桿11、鐵氧體磁芯(ferritecore)12、位置指示線圈13、引線14、電路板15、以及外殼16，所述外殼16用于容納這些部件。外殼16具有諸如圓珠筆、鉛筆等的寫入器具的形狀。
可變電容器10包括電介質(zhì)1、電極2、導(dǎo)電構(gòu)件3、以及導(dǎo)電部4(參見圖2B-2D)。電介質(zhì)1具有扁平(flat)的圓柱狀形狀。電介質(zhì)1被布置為使得其軸沿著外殼16的軸向方向延伸。電極2被設(shè)置在電介質(zhì)1的第一表面1a上(在下文中，稱為“上表面”)。電極2形成第一電極，其是構(gòu)成可變電容器10的電極對(duì)中的一個(gè)。導(dǎo)電部4被設(shè)置在電介質(zhì)1的第二表面1b(在下文中，稱為“下表面”)上，第二表面1b與第一表面1a相對(duì)。
布置導(dǎo)電構(gòu)件3，使其面對(duì)電介質(zhì)1的下表面1b。通過將導(dǎo)電構(gòu)件3和設(shè)置在電介質(zhì)1的下表面1b上的導(dǎo)電部4電連接，形成作為構(gòu)成可變電容器10的電極對(duì)中的一個(gè)的第二電極。順便地，將隨后描述可變電容器10的操作和構(gòu)造的細(xì)節(jié)。
桿11是與寫入器具的芯(諸如圓珠筆的芯、自動(dòng)鉛筆的鉛芯等)等效的構(gòu)件。當(dāng)用戶使用位置指示器100來在位置檢測(cè)裝置300上執(zhí)行手寫操作(例如，執(zhí)行手寫字符)時(shí)，桿11將其的筆壓力傳遞給導(dǎo)電構(gòu)件3。
桿11穿過具有貫通孔的圓柱狀鐵氧體磁芯12。桿11的一端被基本形成為突出的形狀。桿11的該端從外殼16的頂端部16a突出到外殼16的外部，以用作用于執(zhí)行位置指示的筆尖(指示部)。導(dǎo)電構(gòu)件3被設(shè)置在桿11的另一端。通過支撐構(gòu)件(未示出)，桿11被保持在外殼16的內(nèi)部，使得當(dāng)在外殼16的軸向方向上受到壓力時(shí)，桿11將在箭頭“a”的方向上移動(dòng)。
位置指示線圈13纏繞在鐵氧體磁芯12的周圍。利用位置指示線圈13、可變電容器10、以及安裝在電路板15上的共振電容器15a來構(gòu)造共振電路17(圖3)。通過引線14，位置指示線圈13與共振電容器15a并聯(lián)地連接。
位置檢測(cè)裝置300將信號(hào)傳輸給位置指示器100，并且接收從位置指示器100傳輸?shù)男盘?hào)，以檢測(cè)執(zhí)行位置指示的位置指示器100的位置。位置檢測(cè)裝置300包括分別以預(yù)定的間隔在X軸方向和Y軸方向上平行布置的多個(gè)位置檢測(cè)線圈20。
位置檢測(cè)裝置300順序地將具有任意頻率的信號(hào)從多個(gè)位置檢測(cè)線圈20提供至位置指示器100。此外，利用多個(gè)位置檢測(cè)線圈20，位置檢測(cè)裝置300檢測(cè)從位置指示器100的位置指示線圈13傳輸?shù)墓舱裥盘?hào)。此時(shí)，基于被驅(qū)動(dòng)的位置檢測(cè)線圈20的位置和檢測(cè)的共振信號(hào)的強(qiáng)度，位置檢測(cè)裝置300檢測(cè)由位置指示器100指示的位置。此外，基于位置指示器100的共振信號(hào)相對(duì)于傳輸?shù)轿恢弥甘酒?00的信號(hào)的相位的相位變化，位置檢測(cè)裝置300檢測(cè)施加到位置指示器100的桿11的筆壓力。
以下將參考圖2A至圖2D來描述應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器10的第一實(shí)施例的操作原理和構(gòu)造。圖2A是示出了應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器10的俯視圖，圖2B是示出可變電容器10的側(cè)視圖，并且圖2C示出當(dāng)施加了筆壓力時(shí)可變電容器10的側(cè)視圖。
電極2被布置在電介質(zhì)1的上表面1a，電極2具有預(yù)定的面積。電極2被連接到電路板15的共振電容器15a上。此外，導(dǎo)電部4被設(shè)置在電介質(zhì)1的下表面1b上，并且連接端子5被設(shè)置在電介質(zhì)1的第三表面1c(在下文中，稱為“圓周表面”)上。在本實(shí)施例中，例如，通過燒結(jié)銀膏來形成電極2、導(dǎo)電部4以及連接端子5。
將導(dǎo)電部4形成為(線狀)矩形，其從電介質(zhì)1的下表面1b的中心朝著外框延伸。順便地，電介質(zhì)1的下表面1b的中心是電介質(zhì)1與導(dǎo)電構(gòu)件3接觸的位置。此外，形成連接端子5，以使其從導(dǎo)電部4開始是連續(xù)的，并且在電介質(zhì)1的軸向方向上延伸。連接端子5連接到電路板15的共振電容器15a。換言之，通過連接端子5，導(dǎo)電部4與共振電容器15a電連接。
設(shè)置導(dǎo)電構(gòu)件3，使其以導(dǎo)電構(gòu)件3和導(dǎo)電部4之間的預(yù)定的間隙來面對(duì)導(dǎo)電部4(參見圖2B)。導(dǎo)電構(gòu)件3具有基本上以半球形(圓頂形)來形成的一個(gè)端部3a，并且其的另一個(gè)端部基本上以圓柱形來形成。導(dǎo)電構(gòu)件的所述一個(gè)端部3a面對(duì)電介質(zhì)1的下表面1b。桿11的一端附到導(dǎo)電構(gòu)件3的另一個(gè)端部。當(dāng)筆壓力(壓力)被施加到桿11上時(shí)，導(dǎo)電構(gòu)件3與導(dǎo)電部4接觸，并且當(dāng)施加到桿11上的壓力釋放時(shí)，導(dǎo)電構(gòu)件3移離導(dǎo)電部4。
導(dǎo)電構(gòu)件3由彈性可形變的導(dǎo)電材料形成。彈性可形變的導(dǎo)電材料的示例包括硅酮導(dǎo)電橡膠、壓力感應(yīng)導(dǎo)電橡膠(PRC)等。因?yàn)閷?dǎo)電構(gòu)件3由彈性可形變的導(dǎo)電材料來形成，所以當(dāng)施加到桿11上的筆壓力(壓力)增加時(shí)，在電介質(zhì)1的下表面1b和導(dǎo)電構(gòu)件3之間的接觸面積將與筆壓力的增加成比例地增大。
雖然使用在其中根據(jù)本發(fā)明的位置指示器的導(dǎo)電構(gòu)件的一個(gè)端部3a基本上以半球狀來形成的示例來描述本發(fā)明，但是導(dǎo)電構(gòu)件的形狀不限于此，只要與電極2相對(duì)的面積與施加到桿11上的筆壓力(壓力)的增加成比例地增加，則其可以是其他的形狀。
以下將參考圖2B、2C和2D來描述應(yīng)用了本發(fā)明的可變電容器10的操作。
在桿11的筆尖11a(即，桿11的另一端)沒有與位置檢測(cè)裝置300的上表面300a接觸的情況下，導(dǎo)電構(gòu)件3與導(dǎo)電部4物理地分隔開(參見圖2B)。
另一方面，當(dāng)桿11的筆尖11a接觸位置檢測(cè)裝置300的上表面300a時(shí)，通過桿11，在位置檢測(cè)裝置300的上表面300a上作用的應(yīng)力被傳遞到導(dǎo)電構(gòu)件3。因此，導(dǎo)電構(gòu)件3沿著箭頭“a”的方向移動(dòng)，并且因此導(dǎo)電構(gòu)件3的端部3a與導(dǎo)電部4接觸(參見圖2C)。此時(shí)，因?yàn)殡娊橘|(zhì)1的下表面1b與導(dǎo)電構(gòu)件3接觸，所以導(dǎo)電構(gòu)件3將發(fā)生形變，使得與電極2相對(duì)的導(dǎo)電構(gòu)件3的面積發(fā)生變化，并且由此，在電極2和導(dǎo)電構(gòu)件3之間的電容發(fā)生變化。
此外，例如，如果用戶增加了筆壓力，則在箭頭“a”的方向中的力將增加，并且因此導(dǎo)電構(gòu)件3將強(qiáng)力地朝著電介質(zhì)1的下表面1b按壓，從而進(jìn)一步變形(即，被扁平化)(參見圖2D)。因此，與電極2相對(duì)的導(dǎo)電構(gòu)件3的面積將進(jìn)一步增加，并且由此在電極2和導(dǎo)電構(gòu)件3之間的電容將進(jìn)一步增加。當(dāng)電極2和導(dǎo)電構(gòu)件3之間的電容發(fā)生變化時(shí)，從共振電路傳輸?shù)碾姶挪ǖ南辔粚l(fā)生變化。
順便地，如果將筆尖11a從位置檢測(cè)裝置300的上表面300a分離開來，則由于導(dǎo)電構(gòu)件3的彈性恢復(fù)力和導(dǎo)電構(gòu)件3和桿11的重量，導(dǎo)電構(gòu)件3將從導(dǎo)電部4和電介質(zhì)1的下表面1b分離開來，以恢復(fù)到其原始狀態(tài)(參見圖2B)。
如果電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)由“εo”來表示，在電容器的兩個(gè)相互面對(duì)的電極之間的距離由“d”來表示，并且電極的面積由“S”來表示，則可以通過以下的公式來計(jì)算電容器的電容“C” C＝εo(S/d) 在圖2B所示的情況中，因?yàn)閷?dǎo)電構(gòu)件3與導(dǎo)電部4物理地分離開，所以導(dǎo)電構(gòu)件3沒有與導(dǎo)電部4電導(dǎo)通。因此，電極的面積S變?yōu)榱?，并且因此可變電容?0的電容變?yōu)榱恪?br> 此外，在導(dǎo)電構(gòu)件3與導(dǎo)電部4接觸的情況中(參見圖2C)，如果電極2和導(dǎo)電構(gòu)件2相互面對(duì)的面積為S1，則可變電容器10的電容C1將通過以下的公式來計(jì)算 C1＝εo(S1/d) 此外，在導(dǎo)電構(gòu)件3發(fā)生彈性形變的情況下(參見圖2D)，如果電極的面積變?yōu)镾2(S2＞S1)，則可變電容器10的電容C2將通過以下的公式來計(jì)算 C2＝εo(S2/d) 因此，C2＞C1，即，可變電容器10的電容與電極2和導(dǎo)電構(gòu)件3相互面對(duì)的面積成比例。換言之，可變電容器10的電容與電極2和導(dǎo)電構(gòu)件3相互面對(duì)的面積成比例地變化。
在本實(shí)施例中，導(dǎo)電構(gòu)件3和導(dǎo)電部4以預(yù)定的距離相互面對(duì)。換言之，在桿11的筆尖11a沒有與位置檢測(cè)裝置300的上表面300a接觸的情況下，導(dǎo)電構(gòu)件3與導(dǎo)電部4物理地分離開。然而，根據(jù)本發(fā)明的可變電容器10還可以以如下的方式來進(jìn)行構(gòu)造，在所述方式中，即使在筆尖11a沒有接觸位置檢測(cè)裝置300的上表面300a時(shí)，導(dǎo)電構(gòu)件3和導(dǎo)電部4也以接觸的狀態(tài)相互面對(duì)(參見圖2C)。此外，根據(jù)本發(fā)明的可變電容器10還可以以如下的方式來進(jìn)行構(gòu)造，在所述方式中，桿11的筆尖11a沒有接觸位置檢測(cè)裝置300的上表面300a，并且導(dǎo)電構(gòu)件3接觸電介質(zhì)1的下表面1b而沒有接觸導(dǎo)電部4。
以下將參考圖3來描述應(yīng)用了本發(fā)明的位置指示器100和位置檢測(cè)裝置300的一個(gè)實(shí)施例的電路構(gòu)造。
位置指示器100包括共振電路17，其被利用位置指示線圈13、連接到位置指示線圈13的可變電容器10、以及共振電容器15a來構(gòu)造。
位置檢測(cè)裝置300具有位置檢測(cè)線圈20，所述位置檢測(cè)線圈20通過將X軸方向的環(huán)狀線圈組21a和Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b相互疊加來構(gòu)造。環(huán)狀線圈組21a、21b中的每個(gè)利用，例如，四十個(gè)矩形環(huán)狀線圈來構(gòu)造。環(huán)狀線圈組21a和環(huán)狀線圈組21b中的每一個(gè)的環(huán)狀線圈被順序地相互重疊，使得以相等的間隔來使環(huán)狀線圈彼此偏移開。此外，位置檢測(cè)裝置300設(shè)置有選擇電路22，X軸方向的環(huán)狀線圈組21a和Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b被連接到該選擇電路22上。選擇電路22順序地從環(huán)狀線圈組21a和環(huán)狀線圈組21b中選擇環(huán)狀線圈。
位置檢測(cè)裝置300進(jìn)一步包括振蕩器23、電流驅(qū)動(dòng)器24、切換電路25、接收放大器26、檢波器27、低通濾波器28、S/H電路29、A/D轉(zhuǎn)換電路30、同步檢波器31、低通濾波器32、S/H電路33、A/D轉(zhuǎn)換電路34、以及處理部35。
振蕩器23生成具有頻率f0的AC信號(hào)，并且將AC信號(hào)提供給電流驅(qū)動(dòng)器24和同步檢波器31。電流驅(qū)動(dòng)器24將從振蕩器23提供的AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流，并且將電流發(fā)送給切換電路25。在將隨后說明的處理部35的控制之下，傳輸/接收切換電路25在待連接的端子(即，傳輸側(cè)端子T和接收側(cè)端子R)之間切換通過選擇電路22選擇的環(huán)狀線圈的連接。在待連接的端子之間，傳輸側(cè)端子T具有連接到其上的電流驅(qū)動(dòng)器24，并且接收側(cè)端子R具有連接到其上的接收放大器26。
通過由選擇電路22選擇的環(huán)狀線圈生成的感應(yīng)電壓被通過選擇電路22和切換電路25而提供到接收放大器26。接收放大器26將從環(huán)狀線圈提供的感應(yīng)電壓放大，并且將放大的感應(yīng)電壓發(fā)送給檢波器27和同步檢波器31。
檢波器27檢波由環(huán)狀線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(即，檢波器27檢波接收信號(hào))，并且將檢波的信號(hào)發(fā)送給低通濾波器28。具有足夠低于頻率f0的截止頻率的低通濾波器28將從檢波器27輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC信號(hào)，并且將DC信號(hào)發(fā)送給S/H電路(采樣保持電路)29。S/H電路29以預(yù)定的時(shí)序(更具體地，在接收時(shí)段期間的預(yù)定的時(shí)間)，對(duì)從低通濾波器28輸出的信號(hào)的電壓值進(jìn)行保持，并且將保持的值發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換電路(模數(shù)轉(zhuǎn)換電路)30。A/D轉(zhuǎn)換電路30對(duì)從S/H電路29輸出的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且將轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸出至處理部35。
此外，同步檢波器31同步地檢波來自接收放大器26的輸出信號(hào)和來自振蕩器23的AC信號(hào)，并且將其電平對(duì)應(yīng)于該兩個(gè)信號(hào)之間的相位差進(jìn)行變化的信號(hào)發(fā)送給低通濾波器32。其截止頻率充分低于頻率f0的低通濾波器32將從同步檢波器31輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC信號(hào)，并且將DC信號(hào)發(fā)送給S/H電路(采樣保持電路)33。S/H電路33以預(yù)定的時(shí)序?qū)碜缘屯V波器32的輸出信號(hào)進(jìn)行保持，并且將保持的值發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換電路(模數(shù)轉(zhuǎn)換電路)34。A/D轉(zhuǎn)換電路34模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換從S/H電路33輸出的值，并且將結(jié)果輸出至處理部35。
處理部35控制位置檢測(cè)裝置300的各個(gè)部。具體地，處理部35分別控制由選擇電路22執(zhí)行的環(huán)狀線圈的選擇操作、由切換電路25執(zhí)行的切換操作、以及S/H電路29和33保持電壓值的時(shí)序的控制?；趶腁/D轉(zhuǎn)換電路30和34輸入的信號(hào)，處理部35使X軸方向的環(huán)狀線圈組21a和Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b在預(yù)定的時(shí)段傳輸電磁波。
由于從位置指示器100傳輸?shù)碾姶挪ǖ母袘?yīng)，通過X軸方向的環(huán)狀線圈組21a和Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b的各個(gè)環(huán)狀線圈生成感應(yīng)電壓。基于由X軸方向的環(huán)狀線圈組21a和Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b的各個(gè)環(huán)狀線圈生成的感應(yīng)電壓的電平，處理部35計(jì)算在X軸方向和Y方向上的由位置指示器100指示的位置的坐標(biāo)值。此外，處理部35基于傳輸?shù)碾姶挪ê徒邮盏碾姶挪ㄖg的相位差來檢測(cè)筆壓力。
以下將參考圖4來描述根據(jù)處理部35的處理流程的位置檢測(cè)裝置300的操作。
首先，處理部35順序地掃描/選擇X軸方向的環(huán)狀線圈組21a的各個(gè)環(huán)狀線圈(步驟S1)。在下文中，將順序掃描/選擇環(huán)狀線圈的操作稱為“全局掃描”. 隨后將描述全局掃描的細(xì)節(jié)。首先，處理部35將信息發(fā)送到選擇電路22，以使其從X軸方向的環(huán)狀線圈組21a中選擇第一環(huán)狀線圈(例如，環(huán)狀線圈X1)，并且將信號(hào)發(fā)送給傳輸/接收切換電路25，以使其選擇傳輸側(cè)端子T。因此，將具有頻率f0的正弦信號(hào)從振蕩器23提供到環(huán)狀線圈X1，并且由此通過環(huán)狀線圈X1來產(chǎn)生具有頻率f0的電磁波。此時(shí)，如果位置指示器100靠近或者接觸位置檢測(cè)裝置300的上表面300a，則具有位置指示線圈13的共振電路17將被由環(huán)狀線圈X1產(chǎn)生的電磁波所激勵(lì)。因此，將在共振電路17中產(chǎn)生具有頻率f0的感應(yīng)電壓。
然后，在將信號(hào)發(fā)送到切換電路25，以使其在預(yù)定時(shí)段內(nèi)選擇傳輸側(cè)端子T之后，處理部35發(fā)送信號(hào)給切換電路25，以使其選擇接收側(cè)端子R，并且由此消除由環(huán)狀線圈X1產(chǎn)生的電磁波。此時(shí)，在位置指示器100的包括共振電容器15a和可變電容器10的共振電路17中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓由于損耗而逐漸地衰減，同時(shí)共振電路17傳輸具有頻率f0的電磁波。環(huán)狀線圈X1被從共振電路17傳輸?shù)碾姶挪ǚ聪嗉?lì)，使得在環(huán)狀線圈X1中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。
在將信號(hào)發(fā)送給切換電路25，以使其在預(yù)定時(shí)段內(nèi)選擇接收側(cè)端子R之后，處理部35向選擇電路22發(fā)送信息，以使其從X軸方向的環(huán)狀線圈組21a選擇第二環(huán)狀線圈(例如，環(huán)狀線圈X2)。此后，處理部35向切換電路25發(fā)送信號(hào)，以使其選擇接收側(cè)端子R，并且由此以如上的相同方式來執(zhí)行電磁波的傳輸/接收。
此后，處理部35執(zhí)行相似的處理，使得順序地掃描或者選擇X軸方向的環(huán)狀線圈組21a的第三至第四十環(huán)狀線圈(例如，環(huán)狀線圈X3至X40)。因此，在環(huán)狀線圈X3至X40的每個(gè)中同樣執(zhí)行電磁波的傳輸/接收。
順便地，在步驟S 1的處理中，處理部35沒有必要選擇X軸方向的環(huán)狀線圈組21a的每個(gè)環(huán)狀線圈，而是可以每隔一個(gè)環(huán)狀線圈，每隔兩個(gè)環(huán)狀線圈等地來進(jìn)行選擇。此外，還可以在選擇的環(huán)狀線圈上多次地執(zhí)行電磁波的傳輸/接收。此外，雖然用于每個(gè)環(huán)狀線圈的傳輸時(shí)間必須相等，并且用于每個(gè)環(huán)狀線圈的接收時(shí)間也必須相等，但是傳輸時(shí)間和接收時(shí)間彼此之間不必是相等的。
在接收時(shí)段期間，在X軸方向的環(huán)狀線圈組21a的環(huán)狀線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(即，接收信號(hào))通過檢波器27來檢波，并且通過低通濾波器28將被轉(zhuǎn)換為DC信號(hào)并且被平滑。此外，通過低通濾波器28輸出的信號(hào)被S/H電路29以預(yù)定的時(shí)序保持，并且被發(fā)送通過A/D轉(zhuǎn)換電路30到處理部35作為電壓值。
圖5是示出了在對(duì)在X軸方向的環(huán)狀線圈組21a執(zhí)行全局掃描(圖4中的步驟S1)時(shí)各個(gè)部的波形的示例的波形圖。在圖5中，(a)表示從位置檢測(cè)線圈20傳輸?shù)碾姶挪ǎ?b)表示在共振電路17中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，(c)表示由位置檢測(cè)裝置300接收的接收信號(hào)，并且(d)表示由S/H電路29輸出的輸出信號(hào)。
在此，S/H電路29的輸出電平依賴于位置指示器100和環(huán)狀線圈之間的距離。如此，處理部35確定S/H電路29的輸出電平的最大值是否等于或者大于預(yù)設(shè)值(步驟S2)，并且由此確定位置指示器100是否處于位置檢測(cè)裝置300的有效讀取高度范圍內(nèi)。
在步驟S2的處理中，如果確定S/H電路29的輸出電平的最大值小于預(yù)設(shè)值，即，如果確定位置指示器100沒有處于位置檢測(cè)裝置300的有效讀取高度范圍內(nèi)(即，在步驟S2中為“否”)，則處理部35將處理返回至步驟S1。
如果確定位置指示器100處于有效讀取高度范圍內(nèi)(即，在步驟S2中為“是”)，則處理部35在環(huán)狀線圈X1至X40中提取導(dǎo)致最大值的環(huán)狀線圈(在下文中，稱為“峰值線圈”)，并且將峰值線圈的號(hào)碼進(jìn)行存儲(chǔ)(步驟S3)。在所示的示例中，峰值線圈的號(hào)碼為X7。
接下來，處理部35順序地掃描/選擇Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b的各個(gè)環(huán)狀線圈，即，處理部35對(duì)Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b的各個(gè)環(huán)狀線圈執(zhí)行全局掃描(步驟S4)，以向/從Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b的各個(gè)環(huán)狀線圈傳輸/接收電磁波。
圖6是示出了當(dāng)對(duì)Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b執(zhí)行全局掃描時(shí)的各個(gè)部的波形示例的波形圖。
處理部35在環(huán)狀線圈Y1至Y40中提取導(dǎo)致最大值的環(huán)狀線圈(在下文中，稱為“峰值線圈”)，并且將峰值線圈的號(hào)碼進(jìn)行存儲(chǔ)(步驟S5)。在所示的示例中，峰值線圈的號(hào)碼為Y5。
接下來，通過將峰值線圈定位為中心，處理部35對(duì)X軸方向的環(huán)狀線圈組21a的預(yù)定數(shù)量的相鄰環(huán)狀線圈(例如，五個(gè)環(huán)狀線圈)執(zhí)行電磁波的傳輸/接收。在電磁波的傳輸/接收操作中，當(dāng)傳輸電磁波時(shí)(即，當(dāng)切換電路25選擇傳輸側(cè)端子T時(shí))，處理部35恒定選擇峰值線圈(在此為環(huán)狀線圈X7)。當(dāng)接收電磁波時(shí)(即，當(dāng)切換電路25選擇接收側(cè)端子R時(shí))，以從最小線圈號(hào)碼到最大線圈號(hào)碼(或者從最大線圈號(hào)碼到最小線圈號(hào)碼)的順序，處理部35順序地掃描/選擇環(huán)狀線圈(在本實(shí)施例中為五個(gè)環(huán)狀線圈)(步驟S6)。在下文中，將順序地掃描/選擇環(huán)狀線圈的操作稱為“區(qū)段掃描”。
在對(duì)X軸方向的環(huán)狀線圈組21a執(zhí)行的區(qū)段掃描完成之后，處理部35以峰值線圈為中心對(duì)Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b的預(yù)定數(shù)量個(gè)相鄰環(huán)狀線圈(例如，五個(gè)環(huán)狀線圈)執(zhí)行電磁波的傳輸/接收。在電磁波的傳輸/接收操作中，當(dāng)執(zhí)行電磁波的傳輸時(shí)(即，當(dāng)切換電路25選擇傳輸側(cè)端子T時(shí))，處理部35恒定選擇峰值線圈(在此為環(huán)狀線圈Y5)。當(dāng)接收電磁波時(shí)(即，當(dāng)切換電路25選擇接收側(cè)端子R時(shí))，以從最小線圈號(hào)碼到最大線圈號(hào)碼(或者從最大線圈號(hào)碼到最小線圈號(hào)碼)的順序，處理部35順序地掃描/選擇(即，執(zhí)行區(qū)段掃描)環(huán)狀線圈(在本實(shí)施例中為五個(gè)環(huán)狀線圈)(步驟S7)。
圖7是示出了當(dāng)對(duì)X軸方向的環(huán)狀線圈組21a執(zhí)行區(qū)段掃描時(shí)和當(dāng)對(duì)Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b執(zhí)行區(qū)段掃描時(shí)的各個(gè)部的波形示例的波形圖。
在Y軸方向的環(huán)狀線圈組21b執(zhí)行的區(qū)段掃描完成之后，處理部35確定在步驟S6和S7的處理中獲得的感應(yīng)電壓的最大值是否等于或者大于預(yù)設(shè)值(步驟S8)，并且由此確定位置指示器100是否處于位置檢測(cè)裝置300的有效讀取高度范圍內(nèi)。
在步驟S8的處理中，如果確定S/H電路29的輸出電平的最大值小于預(yù)設(shè)值，即，如果確定位置指示器100沒有處于有效讀取高度范圍內(nèi)(即，在步驟S8中為“否”)，則處理部35將處理返回至步驟S1。
如果確定位置指示器100處于位置檢測(cè)裝置300的有效讀取高度范圍內(nèi)(即，在步驟S8中為“是”)，則處理部35提取導(dǎo)致最大值的X軸方向的峰值線圈和Y軸方向的峰值線圈，并且將兩個(gè)峰值線圈的號(hào)碼進(jìn)行存儲(chǔ)(步驟S9)。
接下來，以從高電平到低電平的降序，處理部35分別從X軸區(qū)段掃描和Y軸區(qū)段掃描中提取多個(gè)感應(yīng)電壓(例如，三個(gè)感應(yīng)電壓)，并且基于所提取的信號(hào)，計(jì)算在X軸方向和Y軸方向中由位置指示器100指示的位置的坐標(biāo)值(步驟S10)。在X軸方向和Y軸方向中的坐標(biāo)值可以根據(jù)在先前提交的并且一般地分配到本申請(qǐng)的日本專利No.2131145中公布的已知方法來進(jìn)行計(jì)算。
接下來，基于電平相應(yīng)于傳輸?shù)碾姶挪ê徒邮盏碾姶挪ㄖg的相位差而發(fā)生變化的信號(hào)，處理部35檢測(cè)筆壓力(步驟S11)。然后，只要位置指示器100保持處于有效讀取高度范圍內(nèi)，則處理部35重復(fù)步驟S6至S11的處理；并且如果確定位置指示器100沒有處于有效讀取高度范圍內(nèi)，則處理部35將處理返回至步驟S1。
因此，在位置檢測(cè)裝置300中，處理部35可以檢測(cè)位置指示器100已經(jīng)接近的位置。此外，通過檢測(cè)接收的信號(hào)的相位，可以獲得與位置指示器100的筆壓力值有關(guān)的信息。
在本實(shí)施例中，利用電介質(zhì)1、設(shè)置在電介質(zhì)1的上表面1a上的電極2、設(shè)置在電介質(zhì)1的下表面1b上的導(dǎo)電部4、以及被布置為與導(dǎo)電部4相面對(duì)的導(dǎo)電構(gòu)件3來構(gòu)造可變電容器(筆壓力的檢測(cè)部)10。利用該種構(gòu)造，與已知的可變電容器(參見圖16A和圖16B)相比，可以減少部件的數(shù)量，并且可以充分地簡化可變電容器的構(gòu)造。
此外，因?yàn)橛糜谛纬梢阎目勺冸娙萜鞲綆璧脑?諸如圖16A和圖16B中所示的端子206和207)被消除，所以可變電容器的外直徑可以從例如，大約7mm(已知可變電容器的外直徑)減小為大約5mm。順便地，在位置指示器100的內(nèi)直徑被設(shè)置為9mm(即，被設(shè)置為與已知的位置指示器相同的尺寸)的情況下，可以使用2mm的余量來安裝，例如，增強(qiáng)構(gòu)件或者緩沖構(gòu)件，以提高位置指示器的耐久性和耐沖擊性。
圖8是示出了在位置指示器100中設(shè)置的共振電路的第二實(shí)施例的圖示。共振電路的第二實(shí)施例通過參考標(biāo)記18來表示。共振電路18利用位置指示線圈13和可變電容器10來進(jìn)行構(gòu)造。在共振電路17(共振電路的第一實(shí)施例)中，使用兩個(gè)電容器，其是相互并聯(lián)連接的可變電容器10和共振電容器15a(參見圖3)。然而，根據(jù)本發(fā)明的共振電路包括在其中僅僅使用一個(gè)電容器(可變電容器10)的構(gòu)造。
接下來，以下將參考圖9A1、9A2、9B1、9B2、9C1、9C2、9C3、以及9C4來描述在電介質(zhì)1上設(shè)置的連接端子、導(dǎo)電部和電極的形狀的示例。圖9A1和9A2示出了在電介質(zhì)1的上表面1a上設(shè)置的電極的形狀的示例。圖9B1和9B2示出了在電介質(zhì)1的圓周表面1c上設(shè)置的連接端子的形狀的示例，并且圖9C1、9C2、9C3、以及9C4示出了在電介質(zhì)1的下表面1b上設(shè)置的導(dǎo)電部的形狀的示例。
首先，以下將描述在電介質(zhì)1的上表面1a上設(shè)置的電極的形狀。根據(jù)本發(fā)明的電極的示例包括，例如，圓形電極2A，其基本上覆蓋電介質(zhì)1的整個(gè)上表面1a(參見圖9A1)；和半圓形電極2B，其基本上覆蓋電介質(zhì)1的上表面1a的一半(參見圖9A2)。注意的是，設(shè)置在電介質(zhì)1的上表面1a上的電極的形狀不限于圓形和半圓形，而是可以包括諸如橢圓形、多邊形(例如，三角形、矩形等)等的各種形狀。
接下來，將在以下描述設(shè)置在電介質(zhì)1圓周表面1c上的連接端子的形狀的示例。連接端子的示例包括具有相對(duì)大的寬度的連接端子5A(參見圖9B1)和具有相對(duì)小的寬度的連接端子5B(參見圖9B2)。例如，將連接端子5A的寬度尺寸(電介質(zhì)1的圓周方向的尺寸)設(shè)置為0.5-1.0mm，并且將連接端子5B的寬度尺寸設(shè)置為0.2mm。
圖10是示出了在應(yīng)用了電極2A、2B和連接端子5A、5B的情況下，可變電容器10的初始電容和Q因子(品質(zhì)因子)的圖示。
如果設(shè)置在電介質(zhì)1的上表面1a上的電極具有相同的形狀(例如，電極具有電極2A的形狀)，則在將連接端子5B設(shè)置在圓周表面1c上的情況中的初始電容比在將連接端子5A設(shè)置在圓周表面1c上的情況中的初始電容小。因此，在設(shè)置在電介質(zhì)1的上表面1a上的電極和設(shè)置在電介質(zhì)1的下表面1b上的導(dǎo)電部之間的初始電容可以通過減小連接端子的寬度尺寸，即，通過減小連接端子的面積來減小。
接下來，將在以下描述設(shè)置在電介質(zhì)1的下表面1b上的導(dǎo)電部的形狀的示例。導(dǎo)電部的形狀的示例包括，例如，導(dǎo)電部4A(參見圖9C1)、導(dǎo)電部4B(參見圖9C2)、導(dǎo)電部4C(參見圖9C3)、以及導(dǎo)電部4D(參見圖9C4)。
導(dǎo)電部4A(圖案1)具有在電介質(zhì)1的徑向方向中延伸的細(xì)長的矩形形狀。將導(dǎo)電部4A的長側(cè)設(shè)置為從下表面1b的外框延伸到中心的長度(即，等于電介質(zhì)1的半徑的長度)。與導(dǎo)電部4A相似，導(dǎo)電部4B(圖案2)具有在電介質(zhì)1的徑向方向中延伸的細(xì)長的矩形形狀。將導(dǎo)電部4B的長側(cè)設(shè)置為從下表面1b的外框延伸到超過中心的位置的長度(即，比電介質(zhì)1的半徑長的長度)。
導(dǎo)電部4C(圖案3)包括布置在電介質(zhì)1的中心的圓形部4C1和從圓形部4C1連續(xù)到下表面1b的外框的細(xì)長的矩形部4C2。導(dǎo)電部4D(圖案4)具有在電介質(zhì)1的徑向方向中延伸的細(xì)長的矩形形狀。將導(dǎo)電部4D的長側(cè)設(shè)置為從下表面1b的外框延伸到中心之前的位置處的長度(即，小于電介質(zhì)1的半徑的長度)。
在本實(shí)施例中，導(dǎo)電構(gòu)件3和電介質(zhì)1被布置為使得導(dǎo)電構(gòu)件3的中心軸與電介質(zhì)1的中心對(duì)準(zhǔn)。因此，如果導(dǎo)電部4A、4B、和4C中的任何一個(gè)被用作導(dǎo)電部，則在導(dǎo)電構(gòu)件3發(fā)生彈性形變之前，導(dǎo)電構(gòu)件3將與導(dǎo)電部4A、4B、和4C中的任何一個(gè)接觸。
然而，如果使用導(dǎo)電部4D來作為導(dǎo)電部，則首先導(dǎo)電構(gòu)件3將與電介質(zhì)1的下表面1b接觸，并且然后，在導(dǎo)電構(gòu)件3由于被電介質(zhì)1的下表面1b按壓而發(fā)生彈性形變之后，其才與導(dǎo)電部4D接觸。
圖11是分別示出了在使用導(dǎo)電部4A、4B、4C和4D來作為導(dǎo)電部的情況下，筆壓力級(jí)-負(fù)荷特性的曲線圖。在使用導(dǎo)電部4A(圖案1)的情況下，筆壓力級(jí)和負(fù)荷基本上呈現(xiàn)線性的關(guān)系。在使用導(dǎo)電部4B(圖案2)的情況下，筆壓力級(jí)和負(fù)荷之間的關(guān)系與線性關(guān)系稍微偏離。另一方面，在使用導(dǎo)電部4C(圖案3)的情況下，筆壓力級(jí)的輸出直到負(fù)荷達(dá)到預(yù)定值之前一直是零。這是因?yàn)橹钡脚c電極2相對(duì)的導(dǎo)電構(gòu)件3的面積增加到超過圓形部4C1的面積之前，導(dǎo)電部4C一直用作第二電極。此外，在使用導(dǎo)電部4D(圖案4)的情況下，直到負(fù)荷達(dá)到預(yù)定值之前，筆壓力的級(jí)的輸出是任意的初始值。這是因?yàn)橹钡脚c電極2相對(duì)的導(dǎo)電構(gòu)件3的面積增加到預(yù)定值之前，導(dǎo)電構(gòu)件3都沒有接觸導(dǎo)電部4。
如上所述，通過變化導(dǎo)電部的形狀，可以獲得各種的特性。當(dāng)使用位置指示器時(shí)，用戶可以利用特性之間的差來獲得不同的寫入感受。因此，通過變化導(dǎo)電部的形狀，可以提供具有與不同目的相符的不同寫入感受的多種類型位置指示器，并且因此可以增加位置指示器的選擇。
接下來，將在以下參考圖12A、12B、13A、以及13B來描述設(shè)置在電介質(zhì)1的上表面1a上的電極和設(shè)置在電介質(zhì)1的下表面1b上的導(dǎo)電部的組合。
利用電極2B和導(dǎo)電部4A來構(gòu)造電極和導(dǎo)電部的第一組合(參見圖12A和圖12B)。布置導(dǎo)電部4A和電極2B，使得它們?cè)陔娊橘|(zhì)的上表面1a和下表面1b相互面對(duì)的方向上沒有相互重疊。因此，通過對(duì)導(dǎo)電部4A和電極2B進(jìn)行定位使其沒有相互重疊，可以減小在電極2B(第一電極)和導(dǎo)電構(gòu)件3(第二電極)之間的初始電容。
利用電極2C和導(dǎo)電部4B來構(gòu)造電極和導(dǎo)電部的第二組合(參見圖13A和圖13B)。電極2C大體上為U形，并且通過在基本上覆蓋電介質(zhì)1的上表面1a的一半的半圓形的電極中提供切口2d來形成，其中，切口2d在徑向方向上延伸。另一方面，在電介質(zhì)1的上表面1a和下表面1b彼此相對(duì)的方向上，導(dǎo)電部4B的端部4B1與電極2C的切口2d重疊。此外，導(dǎo)電部4B的另一端部4B2與沒有被電極2C覆蓋的半個(gè)表面重疊。因此，布置電極2C和導(dǎo)電部4B，使得它們?cè)陔娊橘|(zhì)1的上表面1a和下表面1b彼此相對(duì)的方向上沒有相互重疊。與第一組合相似(參見圖12A和圖12B)，利用第二組合，同樣可以減小電極2C(第一電極)和導(dǎo)電構(gòu)件3(第二電極)之間的初始電容。
接下來，將在以下參考圖14來描述根據(jù)本發(fā)明的電介質(zhì)的第二實(shí)施例。
電介質(zhì)的第二實(shí)施例由附圖標(biāo)記51來表示。電介質(zhì)51包括第一電介質(zhì)構(gòu)件51A和第二電介質(zhì)構(gòu)件51B。通過在軸向方向上將扁平的圓柱狀電介質(zhì)分割成兩份來形成兩個(gè)電介質(zhì)構(gòu)件51A、51B，并且其具有相同的形狀。換言之，通過在平面方向上布置兩個(gè)電介質(zhì)構(gòu)件51A、51B來形成扁平的圓柱狀電介質(zhì)51。
在第一電介質(zhì)構(gòu)件51A的第一表面(在下文中，稱為“上表面”)52上設(shè)置電極56A。電極56A具有基本上覆蓋第一電介質(zhì)構(gòu)件51A的整個(gè)上表面52的半圓形。此外，在第一電介質(zhì)構(gòu)件51A上設(shè)置導(dǎo)電部(未示出)和連接端子(未示出)。在第一電介質(zhì)構(gòu)件51A的第二表面(在下文中，稱為“下表面”)53上設(shè)置導(dǎo)電部，并且在第一電極構(gòu)件51A的圓周表面54上布置連接端子。導(dǎo)電構(gòu)件3(參見圖1)面對(duì)布置在第一電介質(zhì)構(gòu)件51A的下表面53上的導(dǎo)電部。
此外，在第二電介質(zhì)構(gòu)件51B的第一表面(在下文中，稱為“上表面”)55上設(shè)置電極56B。電極56B具有基本上覆蓋第二電介質(zhì)構(gòu)件51B的整個(gè)上表面55的半圓形。
注意到，雖然在本實(shí)施例中將導(dǎo)電部和連接端子設(shè)置在第一電介質(zhì)構(gòu)件51A上，但是也可以將導(dǎo)電部和連接端子設(shè)置在第二電介質(zhì)構(gòu)件51B上。此外，雖然在本實(shí)施例中利用兩個(gè)電介質(zhì)構(gòu)件51A、51B來構(gòu)造電介質(zhì)51，但是也可以如第一實(shí)施例中所描述的一樣(參見圖2A)，利用單個(gè)電介質(zhì)構(gòu)件，或者利用三個(gè)或者更多個(gè)電介質(zhì)構(gòu)件來構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的電介質(zhì)。
利用使用電介質(zhì)51的可變電容器、位置指示器和輸入裝置，同樣可以實(shí)現(xiàn)與在其中使用電介質(zhì)1的第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。換言之，通過改變與電極56A、56B相對(duì)的導(dǎo)電構(gòu)件的面積，可以改變?cè)陔姌O56A、56B和導(dǎo)電構(gòu)件(第二電極)之間的電容。因此，可以簡化用作筆壓力檢測(cè)部的可變電容器的構(gòu)造，并且因此減小了位置指示器的內(nèi)部直徑。
接下來，將在以下參考圖15來描述根據(jù)本發(fā)明的位置指示器的第二實(shí)施例。順便地，在圖15中，與圖3中相同的部件由與圖3中的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記來表示，并且而將省略對(duì)其的詳細(xì)解釋。
通過附圖標(biāo)記101來表示位置指示器的第二實(shí)施例。位置指示器101具有共振電路36，其以從設(shè)置在位置檢測(cè)裝置300中的位置檢測(cè)線圈20(參見圖3)輸出的頻率f0進(jìn)行共振。利用位置指示線圈13和共振電容器15a來構(gòu)造共振電路36。此外，將基于公知的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)的集成電路37安裝在位置指示器101的電路板15(參見圖1)上。集成電路37通過由二極管38和電容器39產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
二極管38連接到共振電路36。此外，將基于從位置檢測(cè)線圈20提供的激勵(lì)信號(hào)而在共振電路36中產(chǎn)生的AC電壓施加到二極管38。通過二極管38和電容器39對(duì)AC電壓進(jìn)行整流，并且將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓，使其用作驅(qū)動(dòng)集成電路37的驅(qū)動(dòng)功率。此外，由共振電路36產(chǎn)生的信號(hào)被通過電容器40提供給集成電路37?；谕ㄟ^電容器40提供的信號(hào)，集成電路37產(chǎn)生用于在位置指示器101和位置檢測(cè)裝置300之間發(fā)送/接收信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)，和用于檢測(cè)筆壓力的時(shí)鐘信號(hào)。
如上所述，可變電容器10的電容響應(yīng)于施加到桿11(參見圖1)的筆壓力而進(jìn)行變化?？勺冸娙萜?0被連接到電阻器(未示出)以形成時(shí)間常數(shù)電路。因此，當(dāng)可變電容器10的電容響應(yīng)于筆壓力而發(fā)生變化時(shí)，時(shí)間常數(shù)電路的時(shí)間常數(shù)將發(fā)生變化。此外，通過集成電路37將時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)換為預(yù)定位(例如，8位)的筆壓力值。
與時(shí)鐘信號(hào)同步地，將以該種方式獲得的筆壓力數(shù)據(jù)(8位的筆壓力值)從集成電路37中逐位輸出，所述時(shí)鐘信號(hào)被提供用于在位置檢測(cè)裝置300和位置指示器101之間發(fā)送/接收信號(hào)。通過輸出筆壓力數(shù)據(jù)，集成電路37控制與共振電路36并聯(lián)的開關(guān)15b的接通/關(guān)斷操作。因此，當(dāng)開關(guān)15b關(guān)斷時(shí)，通過位置檢測(cè)裝置300來檢測(cè)從位置指示器101輸出的信號(hào)。當(dāng)開關(guān)15b接通時(shí)，因?yàn)楣舱耠娐?6被旁路，所以不能通過位置檢測(cè)裝置300來檢測(cè)從位置指示器101輸出的信號(hào)。
因此，通過在預(yù)定時(shí)間傳輸用于將功率從位置檢測(cè)線圈20提供到位置指示器101的激勵(lì)信號(hào)，并且然后檢測(cè)從位置指示器101傳輸?shù)男盘?hào)，位置檢測(cè)裝置300可以獲得施加到桿11的筆壓力。
在本實(shí)施例的位置指示器101中，通過使用可變電容器10，還可以簡化用作筆壓力檢測(cè)部的可變電容器10的構(gòu)造，并且由此減小外殼16的內(nèi)直徑(參見圖1)。
如上所述，利用根據(jù)本發(fā)明的可變電容器、位置指示器、輸入裝置以及壓力檢測(cè)方法，可以簡化構(gòu)成筆壓力檢測(cè)部的可變電容器的構(gòu)造，并且可以減小位置指示器的內(nèi)直徑。此外，通過適當(dāng)?shù)剡x擇設(shè)置在電介質(zhì)的第二表面(下表面)上的導(dǎo)電部的形狀和位置，可以調(diào)整筆壓力級(jí)-負(fù)荷的特性。因此，可以制備具有不同寫入感受的多種類型的位置指示器，并且因此可以增加位置指示器的選擇。
應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，而是在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求的精神的情況下，可以包括各種修改。
權(quán)利要求
1.一種位置指示器，包括
基本細(xì)長的外殼；
桿，所述桿部分地被容納在所述外殼中，并且具有突出到所述外殼外的第一端和在所述外殼中延伸的第二端；以及
可變電容器，所述可變電容器被容納在所述外殼中，并且被構(gòu)造為當(dāng)外力通過所述桿施加到所述可變電容器時(shí)改變所述可變電容器的電容，
其中，所述可變電容器包括
至少一個(gè)電介質(zhì)，所述電介質(zhì)具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面；
電極，所述電極設(shè)置在所述電介質(zhì)的所述第一表面上；
導(dǎo)電構(gòu)件，所述導(dǎo)電構(gòu)件附在所述桿的所述第二端，使得所述導(dǎo)電構(gòu)件面對(duì)所述電介質(zhì)的所述第二表面；以及
導(dǎo)電部，所述導(dǎo)電部設(shè)置在所述電介質(zhì)的所述第二表面上，所述導(dǎo)電部可以電連接到所述導(dǎo)電構(gòu)件，
其中，所述導(dǎo)電構(gòu)件被構(gòu)造為當(dāng)通過所述桿施加的所述外力將所述導(dǎo)電構(gòu)件按壓抵靠所述第二表面時(shí)，所述導(dǎo)電構(gòu)件發(fā)生彈性形變，使得所述可變電容器的電容根據(jù)所述外力的改變而改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置指示器，其中，所述導(dǎo)電構(gòu)件被構(gòu)造為選擇性地與所述導(dǎo)電部接觸，或者與所述導(dǎo)電部分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置指示器，其中，當(dāng)所述導(dǎo)電構(gòu)件與所述電介質(zhì)的所述第二表面接觸時(shí)，所述導(dǎo)電構(gòu)件電連接到所述導(dǎo)電部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的位置指示器，其中，當(dāng)所述導(dǎo)電構(gòu)件與所述導(dǎo)電部接觸以電連接到所述導(dǎo)電部時(shí)，所述導(dǎo)電構(gòu)件發(fā)生彈性形變。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置指示器，其中，所述導(dǎo)電部從所述導(dǎo)電構(gòu)件和所述電介質(zhì)的所述第二表面相互接觸的點(diǎn)向所述第二表面的外框延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的位置指示器，其中，所述電介質(zhì)具有與所述第二表面連續(xù)的第三表面，并且所述位置指示器具有設(shè)置在所述第三表面上的連接端子，所述連接端子電連接到所述導(dǎo)電部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置指示器，其中，所述電極和所述導(dǎo)電部被布置為，使得所述電極和所述導(dǎo)電部在它們彼此相對(duì)的方向上沒有彼此重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置指示器，其中，所述電極基本上覆蓋整個(gè)所述第一表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置指示器，其中，所述電極基本上覆蓋所述第一表面的一半。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的位置指示器，其中，以大致條形來形成所述導(dǎo)電部，并且以大致U形來形成所述電極。
11.一種可變電容器，包括
至少一個(gè)電介質(zhì)，所述電介質(zhì)具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面；
電極，所述電極設(shè)置在所述電介質(zhì)的所述第一表面上；
導(dǎo)電構(gòu)件，所述導(dǎo)電構(gòu)件面對(duì)所述電介質(zhì)的所述第二表面；以及
導(dǎo)電部，所述導(dǎo)電部設(shè)置在所述電介質(zhì)的所述第二表面上，所述導(dǎo)電部可以電連接到所述導(dǎo)電構(gòu)件，
其中，所述導(dǎo)電構(gòu)件被構(gòu)造為當(dāng)通過外力將所述導(dǎo)電構(gòu)件按壓抵靠所述第二表面時(shí)，所述導(dǎo)電構(gòu)件發(fā)生彈性形變，使得所述可變電容器的電容根據(jù)所述外力的改變而改變。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可變電容器，其中，當(dāng)所述導(dǎo)電構(gòu)件與所述電介質(zhì)的所述第二表面接觸時(shí)，所述導(dǎo)電構(gòu)件電連接到所述導(dǎo)電部。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可變電容器，其中，所述導(dǎo)電部從所述導(dǎo)電構(gòu)件和所述電介質(zhì)的所述第二表面相互接觸的點(diǎn)向所述第二表面的外框延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可變電容器，其中，所述電介質(zhì)具有與所述第二表面連續(xù)的第三表面，以及設(shè)置在所述第三表面上并且電連接到所述導(dǎo)電部的連接端子。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可變電容器，其中，所述電極和所述導(dǎo)電部被布置為，使得所述電極和所述導(dǎo)電部在它們彼此相對(duì)的方向上沒有彼此重疊。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可變電容器，其中，所述電極基本上覆蓋整個(gè)所述第一表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可變電容器，其中，所述電極基本上覆蓋所述第一表面的一半。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的可變電容器，其中，以大致條形來形成所述導(dǎo)電部，并且以大致U形來形成所述電極。
19.一種輸入裝置，包括
位置指示器，所述位置指示器具有外殼；容納在所述外殼中的桿，所述桿的第一端突出到所述外殼的外部，并且第二端在所述外殼內(nèi)部延伸；以及可變電容器，所述可變電容器容納在所述外殼內(nèi)部，并且被構(gòu)造為當(dāng)通過所述桿將外力施加到所述可變電容器時(shí)改變所述可變電容器的電容；以及
位置檢測(cè)裝置，所述位置檢測(cè)裝置被構(gòu)造為用于檢測(cè)由所述桿的所述第一端指示的所述位置指示器的位置，并且具有所述桿的所述第一端在其上指示所述位置的輸入表面，
其中，所述可變電容器包括
至少一個(gè)電介質(zhì)，所述電介質(zhì)具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面；
電極，所述電極設(shè)置在所述電介質(zhì)的所述第一表面上；
導(dǎo)電構(gòu)件，所述導(dǎo)電構(gòu)件附在所述桿的所述第二端，使得所述導(dǎo)電構(gòu)件面對(duì)所述電介質(zhì)的所述第二表面；以及
導(dǎo)電部，所述導(dǎo)電部設(shè)置在所述電介質(zhì)的所述第二表面上，所述導(dǎo)電部可以電連接到所述導(dǎo)電構(gòu)件，
其中，所述導(dǎo)電構(gòu)件被構(gòu)造為當(dāng)通過所述桿施加的所述外力將所述導(dǎo)電構(gòu)件按壓抵靠所述第二表面時(shí)，所述導(dǎo)電構(gòu)件發(fā)生彈性形變，使得所述可變電容器的電容根據(jù)所述外力的改變而改變。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的輸入裝置，其中，所述導(dǎo)電構(gòu)件被構(gòu)造為選擇性地與所述導(dǎo)電部接觸，或者與所述導(dǎo)電部分離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種位置指示器、可變電容器及輸入裝置。位置指示器的可變電容器包括電介質(zhì)、電極、導(dǎo)電構(gòu)件和導(dǎo)電部。電介質(zhì)具有上表面和與上表面相反的下表面。電極被設(shè)置在電介質(zhì)的上表面上。布置導(dǎo)電構(gòu)件，使其面對(duì)電介質(zhì)的下表面。在電介質(zhì)的下表面上設(shè)置導(dǎo)電部，并且將其布置為可以與導(dǎo)電構(gòu)件電連接。導(dǎo)電構(gòu)件適合當(dāng)被外力按壓抵靠下表面時(shí)發(fā)生彈性形變，使得可變電容器的電容根據(jù)外力的改變而改變。
文檔編號(hào)G06F3/033GK101739157SQ20091022203
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者福島康幸, 藤塚廣幸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社和冠