JP2014142676A - 入力装置、情報端末装置および入力システム - Google Patents

Abstract

【課題】入力中の視認性が良く、書き易く、筆圧の制御が容易な入力装置、情報端末装置および入力システムを提供する。
【解決手段】近接検知によりタッチパネル２０１から一定距離離れた導電性材料で形成された導電部１０１をペン入力として検出する。スタイラスは、タッチパネル２０１上の３次元座標として、導電部１０１の先端点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を指定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力装置、情報端末装置および入力システムに関し、特に、筆記中の視認性が良く、書き易く、筆圧の制御が容易な入力装置、情報端末装置および入力システムに関する。

スマートフォンやタブレット端末等、静電容量式タッチパネルの端末が多く出ているが、爪が長いユーザや指が太いユーザは、特に小さなボタンに対して指によるタッチ操作を行うのが難しい。

そのため、指と同じ性質の導電性材料をペン先に配置した静電容量式タッチパネル用のスタイラス（ｓｔｙｌｕｓ）が作られている。導電性材料を指と同等の接触面積でパネルに接触させることにより、タッチパネル入力が可能である。ペン先には導電性ゴムや導電性スポンジなどが使われており、ペン先を潰して接触面積を大きくしている（例えば、特許文献１参照）。

また、タッチパネルと指との間に生じる静電容量の大きさは、タッチパネルと指との距離に反比例するので、この静電容量の変化を検出することにより、指の近接を検知する近接検知タッチパネルが開発されている。

特開平６−１９６１５号公報

しかしながら、指と同じ性質の導電性材料をペン先に配置した静電容量式タッチパネル用スタイラスは、導電性材料を指と同等の接触面積でパネルに接触させるので、ペン先が太く、筆記中の視認性が良くない。

また、パネルとの接触面積が大きく摩擦抵抗が大きいため、ペンの滑りが悪く、書きづらい。さらに、接触面積の大小により筆圧を制御しているが、その制御がやりづらい。また、導電性のペン先を用いると、ユーザはペン先がどの程度、検知面（タッチパネルの表示面）から離れているか分かりずらい。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、入力中の視認性が良く、書き易く、筆圧の制御が容易な入力装置、情報端末装置および入力システムを提供することを目的としている。

本発明の入力装置は、導電性材料によりペン軸状に形成され、タッチパネルとの間の静電容量を変化させて当該タッチパネル上の３次元座標を指定する導電部と、前記導電部の一端に非導電性材料により前記導電部よりも細く形成され、前記導電部が３次元座標を指定する際に前記タッチパネルに接触する先端部と、を備える。

上記構成により、筆記中の視認性の良い、書き易い入力装置を提供することができる。また、この構成により、導電部が３次元座標を指定する際に先端部がタッチパネルに接触するので、安定した入力操作ができる。

また、本発明の入力装置は、前記先端部が弾性を有し、前記先端部が筆圧により変形すると、前記導電部と前記タッチパネルとの間の距離が変わる。

上記構成により、容易に筆圧制御が可能な入力装置を提供することができる。

また、本発明の入力装置は、前記先端部が交換可能な入力装置である。

上記構成により、適切な筆圧を取得できる先端部に交換可能な入力装置を提供することができる。

本発明の情報端末装置は、タッチパネルと、ペン軸状の導電部とこの導電部から連続する非導電性の先端部とで構成される入力装置の前記先端部が前記タッチパネルに接触した状態で前記導電部と前記タッチパネルとの間の静電容量の変化を検知するセンサ部と、前記センサ部から出力されるセンサ情報を取得するセンサ情報取得部と、前記センサ情報に基づいて、前記導電部と前記タッチパネルとの間の距離情報を導出する高さ算出部と、前記センサ情報に基づいて、前記導電部の前記タッチパネル上のＸＹ座標値を導出する座標算出部と、前記ＸＹ座標値をアプリケーションに通知する入力情報通知部と、を備える。

上記構成により、筆記中の視認性の良い、書き易い情報端末装置を提供することができる。

また、本発明の情報端末装置は、前記距離情報を筆圧値に変換する筆圧変換部を備え、前記入力情報通知部は、前記ＸＹ座標値および前記筆圧値をアプリケーションに通知する。

上記構成により、導電部とタッチパネルとの間の距離情報を導出し、距離情報を筆圧値に変換するので、筆圧制御が容易になる。

また、本発明の情報端末装置は、前記座標算出部で算出された前記ＸＹ座標値を前記先端部が前記タッチパネルに接触する位置に合うよう補正する座標補正部を備える情報端末装置である。

上記構成により、ＸＹ座標値を先端部がタッチパネルに接触する位置に合うよう補正するので、実際の書き味に近づけることができる。

また、本発明の情報端末装置は、前記筆圧値に基づいて、筆跡の太さまたは濃淡を決定する情報端末装置である。

上記構成により、筆圧値に基づいて、筆跡の太さまたは濃淡を決定するので、多様な書き味を実現することができる。

また、本発明の情報端末装置において、前記座標補正部は、前記ＸＹ座標値の履歴を用いて補正する。

上記構成により、先端部がタッチパネルに接触する位置に合うように、ＸＹ座標値の履歴を用いて補正するので、実際の書き味に近づけることができる。

また、本発明の情報端末装置において、前記座標補正部は、前記導電部の異なる部分のＸＹ座標値から前記入力装置の傾きを計算し、前記傾きを用いて補正する。

上記構成により、先端部がタッチパネルに接触する位置に合うように、入力装置の傾きを用いて補正するので、実際の書き味に近づけることができる。

また、本発明の入力システムは、導電性材料によりペン軸状に形成され、タッチパネルとの間の静電容量を変化させて前記タッチパネル上の３次元座標を指定する導電部と、前記導電部の一端に非導電性材料により前記導電部よりも細く形成され、前記導電部が３次元座標を指定する際に前記タッチパネルに接触する先端部と、を有する入力装置と、前記入力装置の前記先端部がタッチパネルに接触した場合に前記導電部と前記タッチパネルとの間の静電容量に基づいて、前記導電部の３次元座標を取得し、当該３次元座標に基づいて、前記導電部の前記タッチパネル上のＸＹ座標、および前記導電部と前記タッチパネルとの間の距離情報を導出し、前記ＸＹ座標をアプリケーションに通知する情報端末装置と、で構成される。

上記構成により、先端部が導電部より細いので、筆記中の視認性が良く、書き易い。また、導電部が３次元座標を指定する際に先端部がタッチパネルに接触するので、安定した入力操作が可能である。

また、本発明の入力システムでは、前記情報端末装置は、前記距離情報を筆圧値に変換し、前記ＸＹ座標値および前記筆圧値をアプリケーションに通知する。

上記構成により、導電部とタッチパネルとの間の距離情報を導出し、距離情報を筆圧値に変換するので、筆圧制御が容易になる。

本発明にかかる入力装置、情報端末装置および入力システムによれば、入力中の視認性が良く、書き易く、筆圧の制御が容易である。

本発明の実施の形態にかかる入力装置であるスタイラス１０３の概略構成を示す図 本実施の形態にかかるスタイラス１０３によりタッチパネル２０１に入力する場合の側面図 本実施の形態にかかるスタイラス１０３において、先端部１０２に筆圧をかけた状態を示す図 本実施の形態にかかるスタイラス１０３の別の構造を示す図 本実施の形態にかかる情報端末装置５０１の機能ブロックを示す図 本実施の形態にかかるスタイラス１０３において、先端部１０２に筆圧をかけた状態の拡大図 本実施の形態にかかるスタイラス１０３において、先端部１０２により手書き描画を行う状態の拡大図

以下、本発明の実施の形態にかかる入力装置、情報端末装置および入力システムについて、図面に従って詳細に説明する。

本発明の実施の形態にかかる入力システムは、スタイラス（ｓｔｙｌｕｓ）と情報端末装置とで構成される。本実施の形態では、この情報端末装置のアプリケーション部が、このスタイラスを入力装置として用いた手書き入力が動作している例を説明する。なお、手書き入力はアプリケーションの一例であって、このスタイラスを入力装置を利用するアプリケーションはこの例に限らない。

本発明の実施の形態にかかる入力システムは、入力インタフェースとして静電容量式のタッチパネルを利用する。そして、このタッチパネルの入力装置であるスタイラスは、指と同等の特性を持つ導電性材料からなる導電部に、この導電部よりも細い非導電部を接続させている。なお、タッチパネルは、タッチスクリーン（Ｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ）と呼ばれる場合もある。

図１は、本発明の実施の形態にかかる入力装置であるスタイラス１０３の概略構成を示す図である。本実施の形態にかかるスタイラス１０３は、導電部１０１と、先端部１０２とを備える。導電部１０１は、導電性材料によりペン軸状に形成される。導電部１０１は、タッチパネル２０１とスタイラス１０３との間の静電容量を変化させて、タッチパネル上の３次元座標を指定する。導電部１０１は、指と同等の特性の導電性材料、例えば、導電性ゴム、導電性樹脂、金属で形成される。

先端部１０２は、非導電性材料によりペン先状に形成される。先端部１０２は、導電部１０１の一端から連続し、導電部１０１が３次元座標を指定する際にタッチパネルに接触する。また、先端部１０２は、導電部１０１より細いので、ユーザはタッチパネル２０１の接触点を容易に視認できる。先端部１０２は、非導電性材料、例えばゴムや樹脂で細いペン先状に形成される。

ここで、先端部１０２は交換可能であり、ユーザは、先端部１０２を交換することで、書き易い筆圧でタッチパネル２０１上に手書き入力することができる。つまり、先端部１０２の素材を変更することで、スタイラス１０３は、筆圧を適宜変化させることができる。例えば、先端部１０２を硬い樹脂で形成する場合には、スタイラス１０３は鉛筆やボールペンのような書き味をユーザに提供することができ、先端部１０２を弾力性のある樹脂やゴムで形成する場合には、毛筆のような書き味をユーザに提供することができる。

図２は、本実施の形態にかかるスタイラス１０３によりタッチパネル２０１に入力する場合の側面図である。情報端末装置は、タッチパネル２０１から一定距離離れた導電性材料で形成された導電部１０１をペン入力として検出する。なお、指をタッチパネル２０１に接触させると通常の接触検知型のタッチパネル入力になる。

すなわち、図２の場合、スタイラス１０３はタッチパネル２０１上の３次元座標として導電部１０１の先端点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を指定することができる。なお、３次元座標は、タッチパネル２０１の表面上にｘ，ｙ座標をとり、タッチパネル２０１の垂直方向にｚ座標をとる。

図３は、本実施の形態にかかるスタイラス１０３において、弾性を有する先端部１０２に筆圧をかけた状態を示す図である。先端部１０２がしなることによりタッチパネル２０１と導電性材料である導電部１０１との間の距離ｚ２が、先端部１０２がしなる前よりも近くなる。導電部１０１がタッチパネル２０１に近づくと、タッチパネル２０１は距離が短くなったと検知する。つまり、この距離を筆圧情報として利用する。

例えば、タッチパネル２０１と導電性材料である導電部１０１との間の距離ｚ２が短いほど、筆跡を太くすることができる。なお、タッチパネル２０１と導電性材料である導電部１０１との間の距離ｚ２が短いほど、筆跡を細くしても良い。また、タッチパネル２０１と導電性材料である導電部１０１との間の距離ｚ２が短いほど、筆跡の濃淡を濃くすることができる。なお、タッチパネル２０１と導電性材料である導電部１０１との間の距離ｚ２が短いほど、筆跡の濃淡を薄くしても良い。

図４は、本実施の形態にかかるスタイラス１０３の別の構造を示す図である。本実施の形態のスタイラス１０３は、非導電性の先端部１０２が導電部１０１にバネ４０１によって外向きの付勢力が与えられているので、先端部１０２がそれに連続する導電部１０１に筆圧に応じて引っ込み、導電部１０１の検出高さｚを筆圧に応じて変化させることができる。図３同様、導電部１０１の検出高さｚを筆圧情報として利用する。例えば、導電部１０１の検出高さｚが短いほど、筆跡を太くすることができる。なお、導電部１０１の検出高さｚが短いほど、筆跡を細くしても良い。また、導電部１０１の検出高さｚが短いほど、筆跡の濃淡を濃くすることができる。なお、導電部１０１の検出高さｚが短いほど、筆跡の濃淡を薄くしても良い。

上述のように、本実施の形態のスタイラス１０３によれば、先端部１０２が導電部１０１より細いので、筆記中の視認性が良く、ペン先の滑りが良く、書き易い。また、導電部１０１が３次元座標を指定する際に先端部１０２がタッチパネル２０１に接触するので、安定した入力操作が可能である。

図５は、本実施の形態にかかる情報端末装置５０１の機能ブロックを示す図である。本実施の形態の情報端末装置５０１は、静電容量式のタッチセンサであるセンサ部５０９と、タッチセンサからの出力情報を取得するセンサ情報取得部５０８と、タッチパネル２０１からスタイラス１０３の導電部１０１までの距離情報ｚをセンサ情報を元に導出する高さ算出部５０７と、高さ情報を筆圧値に変換する筆圧変換部５０５と、タッチパネル２０１の導電部１０１のタッチパネル２０１上のＸＹ座標値を、センサ情報を元に導出する座標算出部５０６と、算出されたＸＹ座標値をペン先の位置に合うよう補正する座標補正部５０４と、ＸＹ座標情報と筆圧情報をアプリケーションに通知する入力情報通知部５０３と、筆圧に応じた手書き描画などの処理を行うアプリケーション処理部５０２とを備える。

センサ部５０９は、タッチパネル２０１のＸ方向およびＹ方向にそれぞれ短冊状の電極が配置されたＸ，Ｙマトリックス型タッチパネルを構成する。すなわち、センサ部５０９は、Ｘ方向の近接位置を検出するためにＸ方向に並べて配置されたＹ方向と平行な複数のＸ方向センサ電極と、Ｙ方向の近接位置を検出するためにＹ方向に並べて配置されたＸ方向と平行な複数のＹ方向センサ電極から構成される。なお、センサ電極パターンはこの構成に限定されない。

ここで、タッチパネル２０１に、スタイラス１０３が近接するとセンサ出力値が得られる仕組みについて簡単に説明する。本実施の形態ではスタイラス１０３の導電部１０１とタッチパネル２０１に配置されたセンサ電極との間の静電容量を検出する方法を用いて導電部１０１の近接を検出する。

具体的には、タッチパネル２０１に配置されたＸ方向センサ電極およびＹ方向センサ電極に順次信号検出用の交流電圧を印加する。タッチパネル２０１に導電部１０１が近接すると、タッチパネル２０１のＸ方向センサ電極およびＹ方向センサ電極と導電部１０１との間に微小な静電容量が生じる。センサ電極に印加した交流電圧によって、この微小な静電容量を通してセンサ電極から導電部１０１へ微弱な電流が流れる。このとき、センサ電極の出力電圧を観測すると、導電部１０１が近接している周囲のセンサ電極は上述のように電流が流れるために、観測される出力電圧が低下する。この出力電圧の低下の大きさを各センサ電極の出力値とする。なお、センサの検出はこの方法に限らない。

タッチパネル２０１と導電部１０１との間に生じる静電容量の大きさは、タッチパネル２０１と導電部１０１との距離に反比例する。そのため、導電部１０１が最も接近している位置のセンサ電極の出力電圧が最も大きく低下する。即ち、最も大きなセンサ出力値となる。

センサ部５０９は、導電部１０１がタッチパネル２０１に近接した場合に、タッチパネル２０１のＸ方向センサ電極およびＹ方向センサ電極が出力する出力信号から各センサ出力値を求める。そして、これらのセンサ出力値から導電部１０１のＸＹ座標およびＺ座標を取得する。

図６は、本実施の形態にかかるスタイラス１０３において、柔らかいペン先のような先端部１０２に筆圧をかけた状態の拡大図である。センサ情報取得部５０８は、スタイラス１０３の導電部１０１の先端点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をセンサ情報として取得するが、このセンサ情報をそのままアプリケーション処理部５０２に通知すると、ＸＹ座標情報（ｘ１，ｙ１）に対応するタッチパネル２０１上の点Ｐ２（ｘ１，ｙ１，０）に手書き描画が行われる。

実際にスタイラス１０３の先端部１０２がタッチパネル２０１に接触しているのは点Ｐ４（ｘ４，ｙ４，０）であるので、この点Ｐ４（ｘ４，ｙ４，０）に手書き描画が行われるように座標補正部５０４においてＸＹ座標情報を補正する。

座標補正部５０４では、実際の検出点Ｐ２（ｘ１，ｙ１，０）の過去の履歴点Ｐ３（ｘ２，ｙ２，０）と、Ｐ２とＰ３に対応するz座標ｚ２，ｚ３を利用して、描画位置をペン先の接点Ｐ４に補正する。これにより、手書き入力する場合にペン先に追従する手書き描画を行うことができる。

図７は、本実施の形態にかかるスタイラス１０３において、硬いペン先のような先端部１０２により手書き描画を行う状態の拡大図である。本実施の形態においてもセンサ情報取得部５０８は、スタイラス１０３の導電部１０１の先端点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をセンサ情報として取得するので、このセンサ情報のままでは、ペン先と描画位置にずれが生じる。

そこで、本実施の形態では、スタイラス１０３の導電部１０１の先端点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と、導電部１０１の他の点Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）のセンサ情報からスタイラス１０３の傾きを計算し、その傾きから先端部１０２がタッチパネル２０１に接触している点Ｐ３（ｘ３，ｙ３，０）を求める。

また、柔らかいペン先のような先端部１０２に筆圧をかけた場合は、スタイラス１０３の傾きとともに、点Ｐ１と点Ｐ２のz座標ｚ１，ｚ２を利用して、ペン先の接点Ｐ３を求める。これにより、手書き入力する場合にペン先に追従する手書き描画を行うことができる。

本実施の形態のスタイラス１０３、情報端末装置５０１および入力システムによれば、先端部１０２が導電部１０１より細いので、筆記中の視認性が良く、ペン先の滑りが良く、書き易い。また、導電部１０１が３次元座標を指定する際に先端部１０２がタッチパネル２０１に接触するので、安定した入力操作が可能である。さらに、導電部１０１とタッチパネル２０１との間の距離情報ｚを導出し、距離情報ｚを筆圧値に変換するので、筆圧制御が容易になる。

なお、本実施の形態では、スタイラス１０３が手書き入力のための入力装置として説明したが、本発明は、パラメータを変化させるための入力装置としてスタイラス１０３が使用されるアプリケーションすべてに適用できる。

なお、タッチパネル２０１は、その入力インタフェースとして、静電容量式のセンサ部５０９を備えるものとして説明したが、センサ方式はこれに限らない。

本発明は、入力装置、情報端末装置および入力システムに関し、入力中の視認性が良く、書き易く、筆圧の制御が容易な入力装置、情報端末装置および入力システムとして利用可能である。

１０１ 導電部
１０２ 先端部
１０３ スタイラス
２０１ タッチパネル
４０１ バネ
５０１ 情報端末装置
５０２ アプリケーション処理部
５０３ 入力情報通知部
５０４ 座標補正部
５０５ 筆圧変換部
５０６ 座標算出部
５０７ 高さ算出部
５０８ センサ情報取得部
５０９ センサ部

Claims (11)

1. 導電性材料によりペン軸状に形成され、タッチパネルとの間の静電容量を変化させて当該タッチパネル上の３次元座標を指定する導電部と、
   前記導電部の一端に非導電性材料により前記導電部よりも細く形成され、前記導電部が３次元座標を指定する際に前記タッチパネルに接触する先端部と、を備える入力装置。
2. 請求項１記載の入力装置であって、
   前記先端部が弾性を有し、
   前記先端部が筆圧により変形すると、前記導電部と前記タッチパネルとの間の距離が変わる入力装置。
3. 請求項１記載の入力装置であって、
   前記先端部が交換可能な入力装置。
4. タッチパネルと、
   ペン軸状の導電部とこの導電部から連続する非導電性の先端部とで構成される入力装置の前記先端部が前記タッチパネルに接触した状態で前記導電部と前記タッチパネルとの間の静電容量の変化を検知するセンサ部と、
   前記センサ部から出力されるセンサ情報を取得するセンサ情報取得部と、
   前記センサ情報に基づいて、前記導電部と前記タッチパネルとの間の距離情報を導出する高さ算出部と、
   前記センサ情報に基づいて、前記導電部の前記タッチパネル上のＸＹ座標値を導出する座標算出部と、
   前記ＸＹ座標値をアプリケーションに通知する入力情報通知部と、を備える情報端末装置。
5. 請求項４記載の情報端末装置であって、
   前記距離情報を筆圧値に変換する筆圧変換部を備え、
   前記入力情報通知部は、前記ＸＹ座標値および前記筆圧値をアプリケーションに通知する情報端末装置。
6. 請求項４または請求項５記載の情報端末装置であって、
   前記座標算出部で算出された前記ＸＹ座標値を前記先端部が前記タッチパネルに接触する位置に合うよう補正する座標補正部を備える情報端末装置。
7. 請求項５記載の情報端末装置であって、
   前記筆圧値に基づいて、筆跡の太さまたは濃淡を決定する情報端末装置。
8. 請求項６記載の情報端末装置であって、
   前記座標補正部は、前記ＸＹ座標値の履歴を用いて補正する情報端末装置。
9. 請求項６記載の情報端末装置であって、
   前記座標補正部は、前記導電部の異なる部分のＸＹ座標値から前記入力装置の傾きを計算し、前記傾きを用いて補正する情報端末装置。
10. 導電性材料によりペン軸状に形成され、タッチパネルとの間の静電容量を変化させて前記タッチパネル上の３次元座標を指定する導電部と、前記導電部の一端に非導電性材料により前記導電部よりも細く形成され、前記導電部が３次元座標を指定する際に前記タッチパネルに接触する先端部と、を有する入力装置と、
    前記入力装置の前記先端部がタッチパネルに接触した場合に前記導電部と前記タッチパネルとの間の静電容量に基づいて、前記導電部の３次元座標を取得し、当該３次元座標に基づいて、前記導電部の前記タッチパネル上のＸＹ座標、および前記導電部と前記タッチパネルとの間の距離情報を導出し、前記ＸＹ座標をアプリケーションに通知する情報端末装置と、で構成される入力システム。
11. 請求項１０記載の入力システムであって、
    前記情報端末装置は、
    前記距離情報を筆圧値に変換し、
    前記ＸＹ座標値および前記筆圧値をアプリケーションに通知する入力システム。

Images