JP2004533078A - データ入力システム - Google Patents

Abstract

表面１０、ペン１２及び複数の変換器１４を有するデータ入力システムが記載されている。表面は、ペン１２が移動したとき振動が発生する構造１０を有する。これは変換器によって検出され、表面１０上のペン１２の位置が計算される。本発明の好適実施例では、表面１０の構造は表面１０に渡って変化する。これは、振動信号波形がペンの位置の識別を容易にする表面の特別領域に関連することを意味する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ入力システム、特にペン又はスタイラスを用いたデータ入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザが電子装置と直接対話することを可能にするデータ入力システムの人気が増加している。データ入力システムは、以下のものに限定されるわけではないが、パーソナル携帯情報機器を含み、しばしばペン又はスタイラス及びスクリーン、表面又はプレートを有する。
【０００３】
データ入力方法に基づいた種々のペンが提案されている。その例には、導電フィルム又はホイルの薄層の電気的及び磁気的特性の変化を検出するシステム、音波接触位置検出器、及び超音波振動を検出するシステムが含まれる。
【０００４】
データ入力装置の表面素子の構造には、一般的にはプラスチックホイルの材料の特別な層の使用が必要だろう。このことによって、その表面を通じて送信される任意の光信号の輝度が減少し、又はその表面を通じて送信される任意の光信号の可視性を減少させるその表面からの反射率が増加するだろう。これに加えて、プラスチックホイルに損傷を引き起こす可能性がある。
【０００５】
従来の手法の一例が米国特許４，９８０，５１８号に与えられている。この米国特許には、振動発生器を伴なうペン、その振動を伝播するプレート、その振動を検出する検出器、そのプレートを支持し且つ振動伝播速度がプレートの振動伝播速度よりも遅い材料のシート、及びその検出器からの検出信号に基づいてプレート上のペンの位置座標を計算する回路を含むデータ入力システムが開示されている。このシステムで起こり得る問題は、装置が、ペン又はスタイラスの内部に電源を必要とする電子部品を含むということである。電源がペンの内側又はペンの外側にある場合、ペンへの電気的接続が必要である。ペンは能動部品であり、このペンを紛失するとデータ入力システムを使うことができない。ペンのコストも重大であろう。
【０００６】
米国特許３，８５７，０２２号には、音響信号を生成するために画面上に軽く当てられる非能動型スタイラス、画面のエッジにその音響信号を検出するための電気音響変換器、及びその電気音響変換器における音響信号の到達時間に基づいてスタイラスの位置座標を計算するシステムを有するデータ入力システムが開示されている。このデータ入力装置は、その表面上の離散的位置を特定するためにのみ使うことができ、より複雑なデータ（例えば手書き）を入力するために使うことができない。加えて、このデータ入力装置は、既知の入力のライブラリからの入力を認識できるのみであるという点で、機能が限られていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、ペンを使用したデータ入力システムの改良の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、ペンを用いてデータを入力するためのデータ入力装置であって、前記ペンで引くことにより振動が発生するような表面テクスチャを伴なう表面を有するプレートと、前記発生した振動を検出し変換器信号を出力するための変換器と、前記変換器信号に基づいて、前記表面上の前記ペンの位置及び／又は速度に関する空間情報を求めるためのプロセッサとを有するデータ入力装置が提供される。
【０００９】
従って、ペンがプレートを引きずることによって振動が発生し、これによって、米国特許４，９８０，５１８号で必要とされるようなペンの振動発生器が不要である。更に、米国特許３，８５７，０２２号と異なり、離散的なタップではなく連続的にペンの位置を決定することが可能である。
【００１０】
他の利点は、プレートのテクスチャ面（textured surface）を移動するときに振動を発生するペン又はスタイラスのような任意のポインティングデバイスでデータ入力装置を使用することができることである。もしポインティングデバイスがなくなる又は損傷しても、容易に取り替えることができる。
【００１１】
実施例では、プレートが透明である。これは、プレートが、例えば携帯情報端末又はコンピュータの表示画面の場合適切である。プレートは表示画面のフロントプレートとすることができ、これによって、付加的な部品の如何なる必要性も回避される。
【００１２】
１つの手法では、データ入力装置がプレートに取り付けられる少なくとも２つの変換器を有し、このため、プロセッサはその変換器からの信号を比較することによってペンの位置を決定することができる。
【００１３】
これに代えて又は付加的に、プレートの表面は、各々がテクスチャを有する複数の領域を有することができる。ペンが特定の領域に対応するテクスチャをペンが移動することによって生じる振動は、変換器からの既知の出力信号に対応する。これは、画面に対するペンの位置に関する付加的な情報を提供し、１つ以上の変換器の出力信号からプロセッサによって決定される空間的情報と一緒に使用することができる。ペンの速度に関わらず、それぞれのテクスチャを区別することができることが好ましい。
【００１４】
本発明は、テクスチャ面を有するプレート及びペンを用いたデータ入力の方法であって、振動を発生するために前記プレートに接触して前記プレートの前記テクスチャ面を前記ペンで引く工程と、前記発生した振動を検出するために変換器を使い、変換器信号を出力する工程と、前記テクスチャ面に対して前記ペンの位置及び／又は速度に関する空間情報を決定するために前記変換器信号を処理する工程とを有する方法も提供する。
【００１５】
この方法の精度は、プレートが異なるテクスチャの領域に分割される場合に向上させることができ、このため、出力変換器の波形はプレート上のペンの位置の関数として変化する。次に、出力波形は、ペンが移動しているプレートの領域を決定するために解析される。空間及び速度計算の精度も、２つ以上の変換器からの出力信号が使用される場合向上する。
【００１６】
本発明の実施例は、単なる例として、添付図面を基準にして記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に示されているデータ入力システムは、粗い表面１０を有するプレート８、ペン１２、複数の変換器１４、及びプロセッサ１３を含んでいる。次に、これらの構成要素の各々について記載する。
【００１８】
ペン１２は、上記の表面への接触に使用することができる適切なサイズの任意の指示体である。一般的に、このペンは、金属、プラスチック又は他の任意の硬質材から製造することができる。幾つかの従来の方法とは異なり、この実施例では、ペン１２は、電子部品又は他の能動部品を含まず、従って電源を必要としない。このことは、ペン１２が簡単且つ安価に構成されることを意味する。データ入力システムに適切なペンが含められてもよく、代わりに、データ入力システムは特別に設計されたペンが備えられなくてもよい。後者の場合、任意の適切な指示体を使用することができる。ペンは、先端部５０を有する。
【００１９】
プレート８は、表面１０を有する剛体である。このプレートは、データ入力の動作モードに依存して、透明又は不透明とすることができる。プレート８が液晶表示コンピュータ画面等のような表示画面の前部である場合、プレートは透明であり、ガラス又はプラスチックから製造することができる。プレート８が、コンピュータマウス又はトラックボール入力システムに取って代わるように設計される例えばデスクトップ装置等の周辺データ入力装置の一部として使用される場合、プレート８は不透明で且つ任意の適切な硬質材から構成することができる。
【００２０】
表面１０は、ペン１２がその表面１０を移動するときノイズが発生するような構造を有する。この表面はプレート８の表面上に構造を形成することによって形成することができ、必要であれば、プレート８に取り付けられる第２の材料から形成することができる。プレートの構成には、ガラスのエッチング、プラスチックの注入成形、又は他の方法のような当業者に知られている製造技術を使用することができる。表面構造は、一連の凸凹を有することができる。この凸凹は、断面を正弦波状、のこぎり歯状、若しくは四角形状とすることができ、又はランダム形状を有することができる。この構造は、均一に配することができ、又はその表面全体に渡って変化させることもできる。
【００２１】
複数の変換器１４が表面１０のエッジに位置している。変換器の入力は、表面１０をペン１２で引くことによって発生する振動波である。変換器の出力は電気信号である。
【００２２】
プロセッサ１３は、当業者に知られているような中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを有することができる。このプロセッサ１３は、変換器１４の出力部からの入力接続部を有する。使用中に、プロセッサ１３は表面１０においてペン１２を引くことによって発生する変換器出力波形を識別し、振動がペン１２と変換器１４との間を伝わる時間を計算し、ペン１２と変換器１４との間の距離を計算する。
【００２３】
振動はペン１２と表面１０との間の物理的な接触によって発生するので、本発明はペンの内側に振動発生器を必要としない。それ故に、データ入力装置を、例えば操作する人の指などの任意のポインティングデバイスによって使用することができる。加えて、複数の変換器を使用することによって、連続的に表面上のペンの位置を測定することが可能となる。これによって、ユーザが字を書き又は図を描く形でデータを入力することが可能となる。
【００２４】
図２は、表面１０が複数の部分に分割され、各部分が異なる表面構造３４、３６、３８の領域に副分割された本発明の第２実施例を示す。これは、ペン１２が所与の領域３４を移動したときに発生する振動がその領域３４に固有のものであるという利点を有する。
【００２５】
３つの変換器１４は、プレートのエッジの周囲に間隔をあけて位置する。変換器１４への入力は、ペン１２が表面１０を移動するときにペン１２と表面１０との間の物理的接触によって発生する振動信号である。変換器１４からの出力は電気信号である。他の実施例では、２つ以上の変換器１４を、プレートのエッジの周囲、プレートの内側、又はプレートから離れてプレートの上に間隔をあけて位置させることができる。
【００２６】
データ入力システムはプロセッサ１３を含む。このプロセッサ１３の機能は、表面１０でのペン１２の動きによって発生する信号を認識し、ペンと表面との間の接点と変換器との間の振動信号が伝わる時間を計算し、その接点と変換器との間の対応する距離を計算し、及びペンの位置及び速度を求めるためにこの情報を解析することである。これに加えて、プロセッサは、表面の特定の領域３４でのペン１２の動きによって発生する信号を一義的に認識することができる。
【００２７】
図２のデータ入力装置の使用方法を記載する。
【００２８】
ペン１２が表面１０を移動し振動又は音を発生する。この振動は、複数の変換器の各々によってピックアップされ、信号波として出力する。
【００２９】
図３は、第１の変換器からの信号出力波形１６と第２の変換器からの信号出力波形１８とを示す。第１の変換器での信号の到達と第２の変換器での信号の到着との間には遅延時間２０が存在する。追加の変換器によって、遅延時間２０を有する更なる測定値が生じる。この遅延時間はプロセッサ１３で測定することができる。同じ波形であるが時間的にシフトした２つの信号間の遅延を測定する適切な方法として、例えば相互相関が知られている。遅延時間２０はペンと各検出器との間の距離を決定するために使用される。ペンとｎ番目の検出器との間の距離は、ｄｎである。ペンの表面上の位置を決定するためには最低３つの検出器が必要である。
【００３０】
図４は、プロセッサ１３が距離ｄ１．．．ｄｎ２６，２８，３０から座標（ｘ，ｙ）を計算することができる１つの方法を図示する。この座標は、表面１０が矩形である本発明の実施例に対して、ペン１２の位置を規定し、この表面１０の１つの角２３は起点として規定される。検出器１４のＳ１乃至Ｓ３は、表面１０の角に位置し、Ｘは表面の側部２２の長さ、Ｙはその隣りの側部２４の長さである。ペンの位置２１は、以下の式によって規定される。
ｘ＝Ｘ／２＋（ｄ_１＋ｄ_２）（ｄ_１−ｄ_２）／２Ｘ （１）
ｙ＝Ｙ／２＋（ｄ_１＋ｄ_３）（ｄ_１−ｄ_３）／２Ｙ （２）
【００３１】
図５は、異なる表面テクスチャ（texture）の領域３４、３６、３８の上でペンを動かすことによって発生する波形４０、４２、４４を概略的に示す。プロセッサは、各波形を表面テクスチャの領域に関連する既知の波形と比較し、ペンの表面上の位置に関する付加情報を提供する。
【００３２】
ペンの速度に関わらず、異なる表面テクスチャをペンで引くことによって発生する変換器出力信号を区別することができる。
【００３３】
変化する表面のテクスチャは、遅延時間を決定するときも有益である。これは、変化する構造の表面から生じる波形の差が、同じペンの動きによって発生した波形の部分をプロセッサが明白に選定することを容易にするからである。テクスチャの変化は、信号自体の自己相関が或るペンの位置からの信号と別の位置からの信号との間の相関から容易に区別することができるように選択することができる。
【００３４】
図６は、ペン１２の内部に位置する変換器１４を有する別の実施例を示す。これは先に記載した実施例とともに使用することができるが、プレート８に取り付けられる１つ以下の変換器１４があり、表面１０が複数の部分に分割され、各部分が異なる表面構造３４、３６、３８の領域に副分割されることがもっとも有益である。これらの領域のテクスチャは、他の領域からの信号との相互相関が低い間、自己相関が高いように選択される。ペンが接触するプレートの領域を識別するために、変換器からの出力を処理することができる。これは、プレートの特定の領域が異なる機能に対応する場合特に役立つ。これらの機能は、例えば、ＰＤＡメニュー構造の異なるオプションを選択するために使用することができる。
【００３５】
図７は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル５０を概略的に示す。典型的には、ＬＣＤパネルは２つの対向する基板を有する。この対向する基板は、間に液晶材料の層を挟んでおり、対向する面に表示画素を規定する電極を担持している。示されている実施例では、プレート８はパネル５０の上部基板を形成する。パネルは、更に、下部基板５２と、上部基板と下部基板との間に液晶層５４とを有する。別の配列では、プレート８をＬＣＤパネルの上部基板から分離し、その上部基板の上に搭載することができる。
【００３６】
本発明及び好適実施例が十分に記載されているけれども、種々の変形及び修正が当業者には明らかである。
【００３７】
記載された実施例では位置情報が出力であるけれども、幾つかのアプリケーションでは、速度情報が適切であり、そのためプロセッサを、ペンの速度情報を出力するように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施例によるデータ入力装置を示す。
【図２】データ入力装置の第２実施例を示す。
【図３】第２実施例の２つの個別の変換器の出力波形を示す。
【図４】ペンの位置を測定するための本発明による方法を図示する説明図である。
【図５】ペンが第２実施例の表面の異なる領域を移動したときに発生する波形の例を示す。
【図６】変換器がペンの内部に位置する第３実施例を示す。
【図７】本発明によるデータ入力装置を組み込む液晶表示装置の部分を概略的に示す。

Claims (13)

1. ペンを用いてデータを入力するためのデータ入力装置であって、
   前記ペンで引くことにより振動が発生するような表面テクスチャを伴なう表面を有するプレートと、
   前記発生した振動を検出し変換器信号を出力するための変換器と、
   前記変換器信号に基づいて、前記表面上の前記ペンの位置及び／又は速度に関する空間情報を求めるためのプロセッサとを有するデータ入力装置。
2. 前記プレートが透明である請求項１に記載のデータ入力装置。
3. 前記プレートに取り付けられる少なくとも２つの変換器を含み、前記プロセッサが前記少なくとも２つの変換器からの信号を比較することによって前記ペンの前記位置を決定する請求項１又は２に記載のデータ入力装置。
4. 前記プロセッサは、前記ペンの動きによって発生し第１の変換器が受け取る振動と他の変換器が受け取る同じ振動との間の遅延時間を計算し、前記遅延時間から前記位置を計算する請求項３に記載のデータ入力装置。
5. 前記プレートの表面が異なるテクスチャの複数の領域を有する請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のデータ入力装置。
6. 前記プレートのテクスチャ面を移動することによって振動を発生するためのペンを更に有する請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のデータ入力装置。
7. 変換器が前記ペンの内部に位置する請求項６に記載のデータ入力装置。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のデータ入力装置を含む表示装置であって、前記プレートが表示画面の前部を構成する表示装置。
9. 前記プレートが表示パネルの基板を有する請求項８に記載の表示装置。
10. 液晶ディスプレイを有する請求項８又は９に記載の表示装置。
11. テクスチャ面を有するプレート及びペンを用いたデータ入力の方法であって、前記方法が、
    振動を発生するために前記プレートに接触して前記プレートの前記テクスチャ面を前記ペンで引く工程と、
    前記発生した振動を検出するために変換器を使い、変換器信号を出力する工程と、
    前記テクスチャ面に対して前記ペンの位置及び／又は速度に関する空間情報を決定するために前記変換器信号を処理する工程とを有する方法。
12. 前記プレートは異なるテクスチャの領域に分割され、前記変換器の出力の波形が前記プレート上の前記ペンの前記位置の関数として変化し、
    前記ペンが移動している前記プレートの領域を決定するために前記波形を識別する工程を含む請求項１１のデータ入力の方法。
13. ２つ以上の変換器からの出力信号が、前記プレート上の前記ペンの位置を計算するために使用される請求項１１又は１２のデータ入力の方法。