JP3475048B2 - 手書き入力装置 - Google Patents

手書き入力装置

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JP3475048B2
JP3475048B2 JP19369697A JP19369697A JP3475048B2 JP 3475048 B2 JP3475048 B2 JP 3475048B2 JP 19369697 A JP19369697 A JP 19369697A JP 19369697 A JP19369697 A JP 19369697A JP 3475048 B2 JP3475048 B2 JP 3475048B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、手書きの文字、記
号等の筆跡情報を検出及び認識する、またはコンピュー
ターに入力するためのペン型の手書き入力装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータに入力するための装置とし
てはキーボード、マウス、タブレットが既に実現してい
る。タブレットを用いず、より携帯性が優れたペン型入
力装置については、装置に内設した加速度センサにより
装置自体の筆記時の運動情報を検知し、筆記情報をコン
ピューターに入力し処理する提案（特開平４−１９５３
２１、特開平４−２５６００９、持開平７−１１０７３
７、持開平８−０７６９１４等）、筆記時のペンにかか
る各指圧を検知する装置の提案（特開平６−０９５８０
０等）及び光学センサにより筆跡を光学的に読みとる装
置の提案（特開平５−２７８３９０等）等が数多く出さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、携帯性
に優れ尚かつ実際の手書きの文字、記号等の筆跡情報を
検出及び認識する、またはコンピューターに入力できる
ペン型入力装置において、上記の加速度センサを利用し
た場合、通常の筆記時におけるペン本体の挙動はたいへ
ん小さいものであり、加速度センサに良好に伝達されな
い。加速度信号を電気的に増幅することは可能である
が、ノイズまで大きくなり、必要な信号成分の取り出し
は困難である。
【０００４】特に小型の加速度センサによっては静的加
速度の検出が不可能なセンサもある。また加速度センサ
のｘ、ｙ軸とペン保持状態でのペン軸方向とを精度良く
合致させることやペンのアップダウン動等作の検出が必
要であるため、加速度センサ以外にも複数個のセンサや
スイッチ等を設置するためどうしても規模の大きいシス
テム及び装置となる問題が有る。
【０００５】これら問題解決のため、ペン軸に相当のス
ティックに直接静電容量方式の力センサを接続及び加速
度センサを併用した提案（持開平９−１６３２０、１６
３２１、１６３２２等）もあるが、ペン先の小さな挙動
を検出するには規模の大きな増幅回路処理が必要とな
り、且つペンの押圧が大きい場合には特に検出は困難で
ある。
【０００６】また、ノイズの問題や筆記時のペン保持方
向にセンサからの出力偏向が大きくなる問題、及び筆記
していない状態つまりペン先が無負荷状態であるときの
ペン軸及びセンサの原点復帰、ゼロ点出力補正が大変困
難であるという問題がある。
【０００７】指圧を検知する装置の場合も実際に必要な
筆記情報以外のノイズが大きく、またペンのアップダウ
ン動作の検出が必要のため問題が有る。光学センサによ
り筆跡を光学的に読みとる装置の場合は、画像データの
取り扱いになるため、どうしても大規模なシステム及び
装置となる問題が有る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のペン形手書き入
力装置においては、感圧板および中心部に操作軸を有
し、かつ前記感圧板と対面状態に保持される可動円盤状
アクチュエータを備え、該アクチュエータの操作軸に加
わる前記感圧板の板面と直交する軸線に対する傾き方向
の力を、前記感圧板に加わる圧力により検出する全方向
感圧センサと、外周に球面状突起部を有するペン軸と、
前記感圧センサを内部に固定すると共に、該感圧センサ
と先端開口部間に前記ペン軸が挿通する保持部を設け、
この保持部の先端開口部側の面に前記ペン軸の球面状突
起部を受ける球状部分を形成したペン筐体と、前記先端
開口部より前記保持部を挿通する前記ペン軸の端部と前
記感圧センサの操作軸を接続する弾性体よりなる接続子
とを備え、筆記時における前記ペン軸の球面状突起部の
球心を支点とした回転力を、前記接続子を介して前記ア
クチュエータの操作軸に伝達する構造としている。
【０００９】 また、本発明における全方向感圧センサ
は、Ｘ軸およびＹ軸方向の圧力を分圧検出することによ
り３６０度の角度方向を検出し、圧力変化によって生じ
る抵抗値変化を検出する感圧抵抗体素子等を利用した感
圧板を有する感圧抵抗変化方式である。
【００１０】さらに、本発明におけるペン軸は、手書き
入力装置から着脱可能な構造としている。
【００１１】次に、本発明の筆跡情報及び筆跡情報検出
方法においては、全方向感圧センサにより検知する圧力
変動の情報とは、筆記時に筆記紙面に対してペン先に直
接的にかかる摩擦力等の抵抗の方向及びその強さの時間
軸に対する変動の情報であるとし、また、ペン保持状態
でのペン軸方向検出及びペンのアップダウン動作の検出
とを同時検出するという手段をとっている。
【００１２】データ処理装置は、センサから出力された
電気信号を増幅及びＡ／Ｄ変換する処理装置と、文字や
数字等のデータを備えた辞書部と、データを解析し文字
認識及び演算等を行う演算装置を有し、演算装置からの
演算結果等を表示部に表示する、或いは他のコンピュー
タシステム等にデータ入出力を行うインターフェイス部
をペン筐体に内設する。
【００１３】
【作用】本発明の手書き入力装置では、筆記時にペン先
に直接的にかかる筆記紙面に対する摩擦力等の抵抗の方
向及びその強さの時間軸に対する変動の情報を感圧セン
サにより圧力変動として検出することより、ペンを筆記
面より上げている状態つまり無負荷状懸では感圧センサ
の出力は０となり、ペンのアップダウン動作の検出が同
時に実施可能となり、且つ最初にペン先を筆記紙面にお
ろした瞬間にペン保持方向の出力が発生するため、容易
にセンサのｘ、ｙ軸とペン保持状態でのペン軸方向とを
精度良く合致させることができる。
【００１４】 さらに本発明の手書き入力装置では、ペ
ン軸（尾栓側）方向に固定した回転支点を形成すること
で、てこの原理でペン先に直接的にかかる筆記紙面に対
する摩擦力等の抵抗の方向及びその強さの時間軸に対す
る変動の情報を感圧センサに機械的に増幅し、且つペン
軸尾栓側方向に固定した支点形成のため特にペン押圧が
大きい場合もペン軸方向成分を吸収可能となるため、感
度良く伝達できる。
【００１５】さらに本発明の手書き入力装置では、ペン
軸収納筒と、圧力検知する感圧板がペン軸に垂直となる
よう設置した全方向感圧センサの感圧板中心部に配置し
た操作軸とを弾性接続子を介し接続した構造構成によ
り、センサからの出力がペン保持方向で固定され出力偏
向してしまうのを緩和し、尚かつ筆記していない状態つ
まりペン先が無負荷状態であるときのペン軸及びセンサ
の原点復帰、ゼロ点出力補正を容易にする。
【００１６】以上で検出した筆跡情報をデータ処理す
る。演算装置からの演算結果等を表示する表示部が有
り、ペン単体で入力から表示出力まで実施する単独型装
置と、他のコンピュータシステム等にデータ入出力を行
うインターフェイス部を有したシステム型装置とがあ
る。
【００１７】また本発明のペン軸は着脱自在となり、例
えばペン軸を通常のボールペン芯とした場合は、実際に
紙等に筆跡を残せる手書き入力装置となり、ペン軸をイ
ンクの無い軸芯とした場合は、通常のマウスのようなペ
ン型手書き入力装置となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施形態の全体を
図１に、第二の実施形態を図２に縦方向断面図として示
す。本発明の筆跡情報検出部の構成例について図３に拡
大縦方向断面図として示す。
【００１９】ペン軸収納部（２）は、収納筒（２ｂ）を
半球状の突起部（２ａ）を有した外周部材によりネジ止
め（２ｃ収納筒固定部）或るいは接着等により一体化し
ている。収納筒は、ペン軸に外接する中空パイプ形状で
尾栓部分（２ｄ；収納部尾栓部分）が絞られた形状にな
っておりペン軸が奥に行かない様に止め、もう一方側の
開口部よりペン軸（１）のペン先（１ａ）が突出してい
るためペン先をつまんでペン軸を出し入れでき、インク
が無くなった時に交換可能な構造としている。
【００２０】またペン軸は着脱自在であり、例えばペン
軸を通常のボールペン芯とした場合は、実際に紙等に筆
跡を残せる手書き入力装置となり、ペン軸をインクの無
い軸芯とした場合は、通常のマウスのようなペン型手書
き入力装置となる。
【００２１】また上記ペン軸収納部（２）の半球状の突
起部（２ａ）は、これに相当し半球状に切り欠いた形状
のペン筐体（３）に設置したペン収納部保持部（３ａ）
により、ペン軸（尾栓側）方向に固定支持し且つペン軸
が本球心を中心に回転可能な支点を形成した構造とす
る。
【００２２】従って、ペン軸（尾栓側）方向に固定した
回転支点を形成することで、てこの原理でペン先に直接
的にかかる筆記紙面に対する摩擦力等の抵抗の方向及び
その強さの時間軸に対する変動の情報は感圧センサに機
械的に増幅し尚かつ感度良く伝達できる。
【００２３】またペン軸尾栓側方向に固定した支点形成
により、特にペン押圧が大きい場合もペン軸方向成分は
吸収可能となる。
【００２４】ペン軸収納部（２）と、全方向感圧センサ
（５）の感圧板（５ｃ）中心部に配置したアクチュエー
タ（５ｂ）に一体形成された操作軸（５ａ）とは、シリ
コーンゴム等のバネ回復性の有る弾性体の接続子（４）
で接続されており、全方向感圧センサ（５）はペン筐体
（３）に設置したセンサ保持部（３ｂ）に接着等の手段
により固定され、圧力を検知する感圧板（５ｃ）がペン
軸（１）の軸径を中心に軸方向に垂直となるよう設置接
続しており、センサからの出力がペン保持方向で固定さ
れ出力偏向してしまうのを緩和し、尚かつ筆記していな
い状態つまりペン先が無負荷状懸であるときのペン軸及
びセンサの原点復帰、ゼロ点出力補正を容易にする。
【００２５】図３に対応して、筆記時の動作説明を図４
に模擬的に示す。実際には筆記時にペン先にかかる摩擦
力等の抵抗の変動を検出するため、ペン軸は図ほど大き
く動かないが可視的に示している。矢印方向に筆記した
場合は、ペン先（１ａ）には矢印の反対方向に摩擦力が
発生し、ペン軸（１）、センサ操作軸（５ａ）が接続子
（４）を介し図のように連動し、結果としてセンサは操
作軸中心に対して図中下側（矢印方向）に加圧される。
【００２６】全方向感圧センサ（５）の構成及び分圧領
域の実施形態を図５に示す。当該センサは、パソコンの
カーソル位置指定用としてすでに実現されているポイン
ティングデバイスであり、その構成の例を示す。操作軸
（５ａ）軸方向を中心に傾動する可動円盤状アクチュエ
ータ（５ｂ）と固定したプリント配線基板（５ｄ）の間
に、弾性を有するか或いは弾性体を接合した感圧抵抗体
素子等を利用した感圧板（５ｃ）をケース（５ｅ）で挟
んだ構成である。
【００２７】この全方向感圧センサは、４方向（ｘ＋、
ｘ−、ｙ＋、ｙ−）の圧力を分圧検出することにより３
６０度の角度方向を検出し、圧力変化によって生じる抵
抗値変化を検出する感圧抵抗変化方式である。
【００２８】図５中の分圧領域（記号Ｅ，Ｗ，Ｎ，Ｓ）
は４方向（ｘ＋、ｘ−、ｙ＋、ｙ−）に対応しており、
分圧検出することにより３６０度の角度方向の検出を可
能にし、感圧体（５ｃ）は圧力変化によって生じる抵抗
値変化を検出する感圧抵抗体素子等であるため、その強
さの変動も電圧変動の信号として出力できる。
【００２９】実際に数字筆記時における本センサから電
圧変動出力され増幅及びＡ／Ｄ変換装置（７）にて処理
された出力例を図６に示す。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は順に数字０、１、２、３、
４、５筆記時の出力例である。
【００３０】グラフの縦軸はセンサからの電圧出力を基
準値（無負荷時出力億）に対しＡ／Ｄ変換された値であ
り、出力値が大きいほど小さい値になる。また横軸は時
間である。４方向の出力をｘ，ｙ２方向に合成処理する
ことも当然可能である。
【００３１】データ処理装置（６）は、センサから出力
された電気信号を増幅及びＡ／Ｄ変換する処理装置
（７）と、文字、数字、記号等の辞書データを備えた辞
書部（８）と、データを解析し文字認識及び演算等を行
う演算装置（９）を有している。
【００３２】増幅及びＡ／Ｄ変換する装置（７）は、セ
ンサからの電圧出力ＶN・ＶS・ＶW・ＶEを受け、増幅器
により増幅出力し、Ａ／Ｄ変換器にて増幅器からの出力
を、無負荷状態のときの出力を基準電圧として一定時間
隔でデジタルデータに変換し、演算装置に送出してい
る。
【００３３】演算装置（９）は、増幅及びＡ／Ｄ変換す
る装置（７）からのデータを受けて加工し、そのデータ
と辞書部（８）に予め備えられている文字等のデータと
比較を行い、文字認識および文字が数値または演算子で
あれば演算を行っている。また、その認識結果および演
算結果を表示部（１０）に出力、もしくはインターフェ
イス部（１２）に出力している。
【００３４】本発明の第一の実施形態を示す図１では演
算装置からの演算結果等を表示する表示部（１０）が有
り、ペン単体で入力から表示出力まで実施する単独型装
置である。本装置が表示出力するだけの場合は、図中の
３ｃはペン筐体尾栓或いは電池（１１；電源部）交換用
の脱着可能な蓋を意味する。また演算装置からの演算結
果等を他のコンピュータシステム等にデータ入出力を行
うインターフェイス部（１２）を併せ持つことも考えら
れる。
【００３５】第二の実施形態を示す図２は他のコンピュ
ータシステム等にデータ入出力を行うインターフェイス
部（１２）を有したシステム型装置の一例である。
【００３６】両例のインターフェイス部（１２）の通信
方式は有線方式あるいは赤外線や電波等による無線方式
のどちらでも良い。
【００３７】また両例とも、上記のインターフェイス部
（１２）を利用して、外部のコンピュータシステム等に
文字、数字、記号等の辞書データを備えた辞書部、デー
タを解析し文字認識及び演算等を行う演算装置の一部あ
るいは全部を移して、ペン本体側と通信によりデータ処
理を実施しても良い。
【００３８】第一の実施形態のブロック構成図を図７
に、第二の実施形態のブロック構成図を図８に示す。波
線枠囲みは、前記の演算装置からの演算結果等を他のコ
ンピュータシステム等にデータ入出力を行うインターフ
ェイス部（１２）を併せ持つ場合を意味している。
【００３９】
【発明の効果】ひとつの感圧センサにより、操作者のペ
ン押圧の大きさに関わらずに高感度に筆記時にペン先に
直接的にかかる筆記紙面に対する摩擦力等の抵抗の方向
及びその強さの時間軸に対する変動の情報を得ることが
でき、ペンのアップダウン動作の検出が同時に実施可能
となり、また容易にセンサのｘ、ｙ軸とペン保持状態で
のペン軸方向とを精度良く合致させることができるた
め、簡易な構造で、低価格でコンパクトなペン型入力装
置を提供できる。
【００４０】またデータ処理装置として演算装置からの
演算結果等を表示する表示部が有る場合はペン単体で入
力から表示出力まで実施する上記の単独型装置が、イン
ターフェイス部を有した場合は他のコンピュータシステ
ム等にデータ入出力を行うシステム型装置の提供ができ
る。
【００４１】さらに、ペン軸は着脱自在のため、ペン軸
を通常のボールペン芯とした場合は実際に紙等に筆跡を
残せる手書き入力装置となり、インクが無くなった時に
は交換可能であり、またペン軸をインクの無い軸芯とし
た場合は通常のマウスのようなペン型手書き入力装置と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態の全体図である。
【図２】本発明の第二の実施形態の全体図である。
【図３】筆跡情報検出部の構成例を示す図である。
【図４】筆跡情報検出部の筆記時の動作例を示す図であ
る。
【図５】感圧センサの構成及び分圧領域の実施形態を示
す図である。
【図６】数字筆記時のＡ／Ｄ変換処理装置からの出力例
を示す図である。
【図７】第一の実施形態のブロック構成図である。
【図８】第二の実施形態のブロック構成図である。
【符号の説明】
１ ペン軸 １ａ ペン先 １ｂ ペン尾栓部 ２ ペン軸収納部 ２ａ 半球状の突起部 ２ｂ 収納筒 ２ｃ 収納筒ネジ止め固定部 ２ｄ 収納部尾栓部分 ３ ペン筐体 ３ａ ペン収納部保持部 ３ｂ センサ保持部 ３ｃ ペン筐体尾栓 ４ 接続子 ５ 感圧センサ ５ａ 操作軸 ５ｂ アクチュエータ ５ｃ 感圧体 ５ｄ プリント配線基盤 ５ｅ ケース ５ｆ 分圧領域 ６ データ処理装置 ７ 増幅及びＡ／Ｄ変換装置 ８ 辞書部 ９ 演算装置 １０ 表示部 １１ 電源部 １２ インターフェイス部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06F 3/03 - 3/037 G06K 9/20 B43K 29/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 感圧板および中心部に操作軸を有し、か
    つ前記感圧板と対面状態に保持される可動円盤状アクチ
    ュエータを備え、該アクチュエータの操作軸に加わる前
    記感圧板の板面と直交する軸線に対する傾き方向の力
    を、前記感圧板に加わる圧力により検出する全方向感圧
    センサと、 外周に球面状突起部を有する ペン軸と、 前記感圧センサを内部に固定すると共に、該感圧センサ
    と先端開口部間に前記ペン軸が挿通する保持部を設け、
    この保持部の先端開口部側の面に前記ペン軸の球面状突
    起部を受ける球状部分を形成したペン筐体と、 前記先端開口部より前記保持部を挿通する前記ペン軸の
    端部と前記感圧センサの操作軸を接続する弾性体よりな
    る 接続子とを備え、 筆記時における前記ペン軸の球面状突起部の球心を支点
    とした回転力を、前記接続子を介して前記アクチュエー
    タの操作軸に伝達する構成とした ことを特徴とする手書
    き入力装置。
  2. 【請求項２】 前記全方向感圧センサは、Ｘ軸およびＹ
    軸方向の圧力を分圧検出することにより３６０度の角度
    方向を検出し、圧力変化によって生じる抵抗値変化を検
    出する感圧抵抗体素子等を利用した感圧板を有する感圧
    抵抗変化方式であることを特徴とする請求項１記載の手
    書き入力装置。
  3. 【請求項３】 前記全方向感圧センサにより検知する圧
    力変動の情報は、筆記時に、筆記紙面に対してペン先に
    直接的にかかる摩擦力等の抵抗の方向およびその強さの
    時間軸に対する変動の情報であることを特徴とする請求
    項１記載の手書き入力装置。
  4. 【請求項４】 筆跡情報検出方法として、ペン保持状態
    でのペン軸方向検出、及びペンのアップダウン動作の検
    出とを同時検出することを特徴とした前記請求項１記載
    の手書き入力装置。
  5. 【請求項５】 前記ペン軸が、手書き入力装置本体から
    着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の手書き
    入力装置。
  6. 【請求項６】 前記全方向感圧センサから出力された電
    気信号を処理するデータ処理装置を備えることを特徴と
    する請求項１記載の手書き入力装置。
  7. 【請求項７】 前記データ処理装置は、センサから出力
    された電気信号を増幅およびＡ／Ｄ変換する装置と、文
    字、数字、記号等の辞書データを備えた辞書部と、デー
    タを解析し文字認識および演算等を行う演算装置と、該
    演算装置からの演算結果等を表示する表示部とを備える
    ことを特徴とする請求項１記載の手書き入力装置。
  8. 【請求項８】 前記データ処理装置は、センサから出力
    された電気信号を増幅及びＡ／Ｄ変換する装置と、文
    字、数字、記号等の辞書データを備えた辞書部と、デー
    タを解析し文字認識及び演算等を行う演算装置と、該演
    算装置からの演算結果等を他のコンピュータシステム等
    にデータ入出力を行うインターフェイス部とを備えるこ
    とを特徴とする請求項１記載の手書き入力装置。
  9. 【請求項９】 前記インターフェース部の通信方式は、
    有線方式あるいは無線方式のいずれでも可能であること
    を特徴とする請求項８記載の手書き入力装置。
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