JP3708169B2 - ペン型入力装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、タブレットを用いずに簡便に使用可能なペン型入力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、コンピュータ等の機械に対して位置やコマンドの指示を行うポインティングデバイスとしては、マウスがよく知られている。このマウスは、使用者の手全体で操作を行うため、文字を書く等の細かい動きに対応することが困難であるという問題を有していた。
【0003】
また、スティックや円盤状の操作体に対して指先で力を加えることによってポインティングを行うもの(例えばIBM社:Track Point (商標名)、インターリンク社:Porta Point (商標名)等)は、操作に要するスペースは少なくて済む。しかしながら、独特の操作感覚を必要とするために、慣れが必要であるという問題を有していた。
【0004】
これに対し、例えば特開昭61−226826号公報による位置検出装置には、ペン型をした入力装置が記載されている。
この入力装置の位置検出部は、平行に配列された複数の長尺の磁性体と、この磁性体の周囲に直交する方向に所定の間隔で配設された複数の検出線と、上記磁性体及び検出線の周囲のほぼ全域に亘って複数回巻回された励磁線とを備えている。この励磁線に、駆動電流源から所定周期の交番電流を供給して磁束を発生させる。そして、この磁束により上記複数の検出線に誘起された電圧を信号検出回路で次々と取出してその差分を取り、差分電圧が所定の基準電圧と等しくなる位置を算出する。こうして、定常的な磁界を発生する位置指定用磁気発生器である入力ペンにより位置検出部上の指定位置を求めると共に、位置検出回路で差分電圧の傾きを検出して、該入力ペンの位置検出部に対する高さを求める。
【0005】
したがって、上記特開昭61−226826号公報の位置検出装置を用いれば、人間が従来から使用している筆記用具と同じ感覚で使用できるため、細かい動作を入力することが可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開昭61−226826号公報に記載の装置は、特殊なタブレットを必要とするものであった。こうしたタブレットを使用するということは、使用場所の制限してしまうという問題を有する。特に、携帯機器の入力装置として用いる場合には、使用場所を制限するタブレットの存在が携帯性を損ねることになってしまう。
【0007】
このようなタブレットを必要としないペン型の入力装置としては、「CASIO社:ペンマウス(商標名)」等がある。これは、ペン先に取り付けた小型のボールの回転によってペンの移動を検出するものである。こうした入力装置に於いては、ボール及びペン先の部分がペン先と同じ程度に小さくなければ、ペンと同様の操作感を得ることは困難である。しかしながら、該装置の構造上、ボール及び回転検出部をあまり小さくすることができず、それ故ペンの操作感を得ることができにくいという問題があった。
この発明は上記実情に基いてなされたものであり、その目的はタブレットを必要としないペン型入力装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、上記装置本体に取り付けられて上記作用部材を支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも1つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記作用部材の移動方向、移動量及びマウスのクリック若しくはドラッグの釦動作に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【0009】
またこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、上記装置本体に取り付けられて上記作用部材を支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも1つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記作用部材の移動方向、移動量及び筆圧に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【0010】
この発明のペン型入力装置は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、上記装置本体に取り付けられて上記作用部材を支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも1つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段の出力から上記作用部材の移動量、移動方向及び筆圧の時間変化を抽出するストローク抽出手段と、予め複数の文字及び図形毎のストローク情報を記憶している記憶手段と、上記ストローク抽出手段から得られたストローク情報と、上記記憶手段に記憶されている複数の文字及び図形のストローク情報を比較し、上記作用部材により入力される文字及び図形情報を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
【0011】
更にこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されたペン軸部と、上記装置本体に取り付けられて上記ペン軸部を嵌装して支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも1つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記ペン軸部に加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記ペン軸部の移動方向、移動量及び筆圧に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【0012】
またこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出可能な描画用の芯と、この描画用の芯を嵌入して上記描画用の芯の保持及び送り出しを行う芯保持機構と、上記装置本体に取り付けられて上記芯保持機構を嵌装して支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも1つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記描画用の芯に加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記描画用の芯の移動方向、移動量及び筆圧に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【0013】
【作用】
第1及び第2の発明によるペン型入力装置にあっては、任意の支持面上でペンを押しつけるか、若しくはスライドさせることにより、任意の方向・速度でカーソルを移動することができる。また、クリックやドラッグ等の釦操作が可能となる。
【0014】
第3の発明によるペン型入力装置にあっては、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出することができる。また、筆圧の変化に応じて電子インクの太さ等を変化させることにより、筆ペンと同様の書き味を実現することが可能になる。
【0015】
第4の発明によるペン型入力装置にあっては、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出し、描画した文字や図形を認識してホストコンピュータに送信することが可能となる。
【0016】
第5の発明によるペン型入力装置にあっては、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出し、ホストコンピュータに送信すると同時に、インクや黒鉛芯を用いて支持面上に描画することが可能になる。
【0017】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図1は、この発明のペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスまたは電子筆ペンの構成を示すもので、図1(a)は側面図、図1(b)は軸方向から電極の配置を示した図である。
【0018】
ペン型形状の装置本体1内には、ペン先となる微動スティック2が嵌装された中空パイプ3が、ダイヤフラム4により支持されている。微動スティック2は、中空パイプ3内に嵌装されてずれないようになっている。
【0019】
上記中空パイプ3には、複数の電極を有する可動電極板5が配設されている。この可動電極板5と略対向する位置には、複数の電極を有する固定電極板7が配設された固定部材6が設けられている。この固定部材6は本体1に固着されている。
【0020】
上記本体1内でペン先と反対側には、センサ処理装置8、処理装置9及びバッテリ10が収容されている。そして、本体の後端部には、通信用LED(発光ダイオード)11が設けられている。更に、本体1の側面には、サイドスイッチ12が設けられている。
【0021】
図2は、図1のポインティングデバイスまたは電子筆ペンのブロック構成図である。
可動電極板5及び固定電極板7より得られた出力は、センサ処理装置8に供給される。このセンサ処理装置8では、X、Y、Zの各軸方向の力成分Vx、Vy、Vzが算出される。そして、処理装置9では、これら力成分Vx、Vy、Vzに基いて、装置のX、Y方向の移動量及び釦(筆圧)の動作に変換される。上記処理装置9には、サイドスイッチ12からも信号が入力される。処理装置9に得られた情報は、通信用LED11を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【0022】
尚、可動電極板、固定電極板の配置及びセンサ処理装置の動作については、特開平4−148833号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【0023】
図3は、上記可動電極板5、固定電極板7及びその周辺部を拡大したもので、図3(a)は通常の状態を示した図、図3(b)は装置を垂直下方に押すか、同方向に加速度が加わった状態を示した図である。
【0024】
中空パイプ3の4つの面上に配設された可動電極板51 、52 、…(図3では51 、52 のみ図示する)は、全て電気的に結合されている。固定電極板7は、対向する電極をX+ 、X- 、Y+ 、Y- (電極X+ 、X- は図示せず)とする。また、固定電極板7の何れか一対の電極、この場合電極Y+ 、Y- は、更に2分割して電極Y+1、Y+2、Y-1、Y-2とされる。
【0025】
このようなペンを垂直に把持して、文字や線を書くと、ボールペンの芯に相当する微動スティック2の先に力が加わり、それに応じて芯を保持している軸、すなわち中空パイプ3が傾く。この中空パイプ3は変位電極であるので、固定電極板の電極X+ 、X- 、Y+ 、Y- のそれぞれの方向に近付いたり、離れたりする。この変化をここでは静電容量で捕らえ、電圧に変換する。これら4方向の電圧の変化量をベクトルとみなし合成すると、力及び加速度の大きさと方向が検知できる。
【0026】
通常、図3(a)に示されるような状態にあるが、微動スティック2の先が垂直下方に押されると、図3(b)に示される状態になる。ここでは、電極間の距離の変化は起こらないが、相対する電極の面積が変化する。つまり、微動スティック2の先が垂直下方に押されると、図示矢印Fで示される方向に中空パイプ3が移動される。これにより、可動電極板51 と対向する部分の電極Y+1の面積は減り、電極Y+2は増える。電極Y-1、Y-2についても同様である。
【0027】
したがって、微動スティック2の変化による可動電極板51 と電極Y+1による静電容量の変化は−ΔC、可動電極板51 と電極Y+2による静電容量の変化は+ΔC、同様に可動電極板52 と電極Y-1による静電容量の変化は−ΔC、可動電極板52 と電極Y-2による静電容量の変化は+ΔCとなる。
【0028】
静電容量は面積に比例するので、同じように変化する。この例では、Z方向の力成分を検出するために、Y方向の電極を2分割している。X方向の電極については、2分割の必要は必ずしもないが、こちらも2分割することで、より高精度にZ方向の力成分を検出することが可能となる。
【0029】
各軸上に力が加えられたとき、各電極で構成される容量の変化は、図4のように表される。
図5は、第1の実施例によるセンサ処理装置に於ける演算回路の一例を示したものである。
【0030】
コンデンサ15、16、17、18、19、20により得られた容量C(X+ )、C(X- )、C(Y+1)、C(Y+2)、C(Y-1)、C(Y-2)は、C(容量)/V(電圧)変換器21、22、23、24、25、26に供給されて電圧値に変換される。そして、C/V変換器21、22の出力からは、差動増幅器27で差分がとられて、X軸方向の力成分Vxが得られる。また、C/V変換器23〜26の出力は、それぞれ差動増幅器28及び29に供給されて差分がとられる。そして、差動増幅器28の出力から力成分Vyが、差動増幅器29の出力から力成分Vzが得られる。
【0031】
このように、C/V変換器によって静電容量が電圧に変換され、図示されるような演算回路を用いることにより、他軸感度のない出力が得られる。
このような構成に於いて、装置本体1を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上でスライドさせるか、支持面上で押えつけると、ペン先に相当する微動スティック2(及び中空パイプ3)に力が加わる。すると、ダイヤフラム4が僅かに撓むことによって、このダイヤフラム4を支点として微動スティック2(及び中空パイプ3)が傾き、可動電極板5と固定電極板7の間隙が変化する。
【0032】
上記可動電極板5と固定電極板7には、図3に示されるような複数個の電極がプリントされて、図5に示されるようなコンデンサ15〜20が構成されている。したがって、コンデンサ15〜20による電極間の容量を、センサ処理装置8に於いて測定・演算することで、力の方向及び大きさが算出できる。
【0033】
センサ処理装置8に於いて算出されたX、Y、Zの各軸方向の力成分Vx、Vy、Vzは、処理装置9に送出される。そして、この処理装置9に於いて、X、Y軸方向の力成分はそれぞれマウスのX、Y方向の移動量に変換される。また、Z軸方向の力成分は、予め設定された閾値と比較されて、マウス釦の動作に変換される。
【0034】
尚、Z軸方向の力成分を筆圧情報として変換することによって、電子的な筆ペンを実現することもできる。筆圧情報は、この他にもコマンド選択等にも用いることが可能である。移動量及び釦(筆圧)の動作は、通信用LED11を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。
【0035】
また、支点となるダイヤフラム4からペン先の微動スティック2までの距離よりも、ダイヤフラム4から可動電極板5までの距離が長い場合は、微動スティック2に加わる力による変移が増幅され、検出感度を高めることが可能となる。
【0036】
尚、図1に於いては、可動電極板5は中空パイプ2の側面に設置されているが、中空パイプ2を導電体で成形し、しかも図1に示されるように段差を設けることによって、中空パイプ2そのものに可動電極板5の役割を担わせることが可能となり、製作コストを削減することができる。
【0037】
加えて、ダイヤフラム4や微動スティック2も含めて一体成形することにより、更なるコスト削減が可能となる。
更に、サイドスイッチ12は、マウス釦の動作と同様か、若しくはダブルクリックやドラッグ等のアクションに割り当てることができる。マウスが2つ以上の釦を有している場合には、サイドスイッチ12を他方の釦に割り当てても良い。
【0038】
尚、上述した実施例のようなペン型のポインティングデバイスまたは電子筆ペンを使用者の指で把持した時に、ペン軸の上下関係が正しくなっていなければ、正しくポインティング動作を行うことができない。このため、本体1の形状(特に断面)を適切に加工することで、毎回同じ位置で把持するようにさせることが可能である。
【0039】
尚、本体1の外部に熱可塑性の材料等を用い、使用者の把持方法に合わせてカスタマイズすることも可能である。また、把持後に補正動作を行うことで、ペンの向きに合わせて移動方向を調整することもできる。
【0040】
補正動作の一例としては、(1)図示されないホストコンピュータの画面に「ペンを持ち、上から下に線を引いて下さい」等の表示を行い、押しつけられた時の力の向きから把持方向を検出する。または、(2)サイドスイッチ12を押しながら上下に線を引くか、一定時間支持面に押さえつけることで、押しつけられた時の力の向きから把持方向を検出する、等が考えられる。
【0041】
尚、使用者によって把持方法が異なるので、複数の把持方法を処理装置9内若しくはホストコンピュータ内のメモリに保持しておき、必要に応じて切り換えることもできる。
【0042】
このように、第1の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる描画と同じ形式でポインティング動作を行うことができる。また、ペンをスライドさせずに、指先でペンの傾きを僅かに変化させるだけでポインティング動作を行うこともできる。この場合、ポインティングに要するスペースは極めて小さい。
【0043】
次に、この発明の第2の実施例を説明する。
図6は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティック認識ペンの構成を示すもので、図6(a)は側面図、図6(b)は軸方向から電極の配置を示した図である。
【0044】
ペン型形状の装置本体1内には、ペン先となる微動スティック2が嵌装された中空パイプ3が、ダイヤフラム4により支持されている。微動スティック2は、中空パイプ3内に嵌装されてずれないようになっている。
【0045】
上記中空パイプ3には、複数の電極を有する可動電極板5が配設されている。この可動電極板5と略対向する位置には、複数の電極を有する固定電極板7が配設された固定部材6が設けられている。この固定部材6は本体1に固着されている。
【0046】
上記本体1内でペン先と反対側には、センサ処理装置8、処理装置9、ストローク辞書装置31及びバッテリ10が収容されている。そして、本体の後端部には、通信用LED11が設けられている。更に、本体1の側面には、サイドスイッチ12が設けられている。
【0047】
図7は、図6のスティック認識ペンのブロック構成図である。
可動電極板5及び固定電極板7より得られた出力は、センサ処理装置8に供給される。このセンサ処理装置8では、X、Y、Zの各軸方向の力成分Vx、Vy、Vzが算出される。そして、処理装置9では、これら力成分Vx、Vy、Vzに基いて、装置のX、Y方向の移動量に変換される。また、Z軸方向の力成分は、予め設定された閾値と比較され、ペンアップ及びペンダウン情報として変換される。
【0048】
ストローク辞書装置31には、各種の文字や図形毎のストローク情報(移動量及びペンアップ/ペンダウン情報)が記憶されている。上記ストローク辞書装置31から得られた情報は、サイドスイッチ12からの信号と共に処理装置9に供給される。この処理装置9に得られた情報は、通信用LED11を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【0049】
このような構成のスティック認識ペンに於いて、本体1を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行う。すると、ペン先の微動スティック2に力が加わり、ダイヤフラム4が僅かに撓むことによって、可動電極板5と固定電極板7の間隙が変化する。可動電極板5と固定電極板7には複数個の電極がプリントされているので、これらの電極間の容量がセンサ処理装置8に於いて測定・演算されることにより、力の方向及び大きさが算出できる。
【0050】
センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第1の実施例と同じである。
センサ処理装置8に於いて算出されたX、Y、Zの各軸方向の力成分Vx、Vy、Vzは、処理装置7に送出される。ここで、X、Y軸方向の力成分はそれぞれペンのX、Y方向の移動量に変換される。Z軸方向の力成分は、予め設定された閾値と比較され、ペンアップ及びペンダウンの情報として変換される。また、移動量及び筆圧の時間変化は、ストローク辞書装置31内に記憶されている各文字や図形毎のストローク情報と比較され、最も近いストローク情報を有する文字または図形が選択される。
【0051】
図8は、ストローク辞書装置31による情報認識の一例を示したものである。尚、同図に於いて、実線部分はペンダウンの状態を表し、破線部分はペンアップでデータ入力が無い場合を表している。
【0052】
図8(a)はX軸の入力ストロークデータであり、図8(b)はY軸の入力ストロークデータである。図8(c)及び(d)は、ストローク辞書装置31中の“A”のストロークデータを表したもので、同図(c)はX軸、同図(d)はY軸のデータを表したものである。同様に、図8(e)及び(f)は、ストローク辞書装置31中の“B”のストロークデータを表したもので、同図(e)はX軸、同図(f)はY軸のデータを表したものである。
【0053】
また、図8に於いては、ペアアップ時の移動量のデータは含まれていないが、ペンダウンの閾値を調節して、ペン先を軽く支持面に接触させながらペンアップの動作を行うことにより、ペンアップ時の移動量も含めた認識が可能となる。
【0054】
こうしたストロークデータを参照して、センサ処理装置8から入力された情報が移動量及び筆圧の時間変化が、ストローク辞書装置31内に記憶されている各文字や図形毎のストローク情報と比較される。そして、最も近いストローク情報を有する文字または図形が選択される。例えば、入力された情報が図8(c)及び(d)に示されるような“A”のストロークデータに近いと判定された場合、この入力されたモジュールは“A”であると判定されて選択される。
【0055】
処理装置9及びストローク辞書装置31で選択された文字や図形の符号は、通信用LED11を通してホストコンピュータに送信される。
また、Z軸方向の力成分をペンの筆圧の情報として変換し、ストローク情報として、筆圧情報も付加することにより、文字や図形の認識率を向上させることが可能である。
【0056】
尚、ストロークの時間変動については、DPマッチング等の手法を用いて吸収することができる。
また、サイドスイッチ12は、任意のコマンドに割り当てることができる。その一例としては、ストローク学習モードと認識モードの切り換え、ポインティングモードと認識モードの切り換え等がある。
【0057】
このように、第2の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる描画と同じ形式で文字認識を行うことができる。また、第2の実施例では、認識に使用される情報が、ペン先に加わる力の変化であり、直接目に見える「文字の形」ではないので、他人が模倣することが極めて困難となり、サイン等の個人認証への適用が特に有効である。
【0058】
次に、この発明の第3の実施例を説明する。
図9は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティック描画ペンの構成を示したもので、図9(a)は側面図、図9(b)は軸方向から電極の配置を示した図である。
【0059】
ペン型形状の装置本体1内には、ペン先である描画用の芯32が嵌装された中空パイプ3が、ダイヤフラム4により支持されている。描画用の芯32は、中空パイプ3内に嵌装されてずれないようになっている。
【0060】
上記中空パイプ3には、複数の電極を有する可動電極板5が配設されている。この可動電極板5と略対向する位置には、複数の電極を有する固定電極板7が配設された固定部材6が設けられている。この固定部材6は本体1に固着されている。
【0061】
上記本体1内でペン先と反対側には、センサ処理装置8、処理装置9及びバッテリ10が収容されている。そして、本体の後端部には通信用LED11が、更に本体1の側面には、サイドスイッチ12が設けられている。
【0062】
図10は、図9のスティック描画ペンのブロック構成図である。
可動電極板5及び固定電極板7より得られた出力は、センサ処理装置8に供給される。このセンサ処理装置8では、X、Y、Zの各軸方向の力成分Vx、Vy、Vzが算出される。そして、処理装置9では、これら力成分Vx、Vy、Vzに基いて、このペンのX、Y方向の移動量に変換される。上記処理装置9には、サイドスイッチ12からも信号が入力される。処理装置9に得られた情報は、通信用LED11を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【0063】
尚、センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第1の実施例1と同じである。
このような構成のスティック描画ペンに於いて、本体1を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行うと、ペン先の描画用の芯32に力が加わり、ダイヤフラム4が僅かに撓むことによって、可動電極板5と固定電極板7の間隙が変化する。これらの電極間の容量をセンサ処理装置7に於いて測定・演算することで、力の方向及び大きさが算出できる。電極板の配置及びセンサ処理装置の動作については、上述した特開平4−148833号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【0064】
センサ処理装置8に於いて算出されたX、Y、Zの各軸方向の力成分Vx、Vy、Vzは、処理装置9に送出される。ここで、X、Y軸方向の力成分はそれぞれペンのX、Y方向の移動量に変換される。また、Z軸方向の力成分は、ペンの筆圧の情報として変換される。移動量及び筆圧の動作は、通信用LED11を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。また、サイドスイッチ12は、任意のコマンドに割り当てることができる。
【0065】
描画用の芯32は、ボールペンやサインペン等のインクを供給できる構造なら何でも構わないが、描画時に先端が著しく変形するような構造のものは避ける。また、描画用の芯32は取り外すことも可能であり、この場合には物理的な描画は行われずに、描画データの取り込みだけを行うことができる。尚、芯32を取り外すのではなく、芯の伸縮機構を設けてワンタッチで切り換えるような構造にすることも可能である。
【0066】
このように、第3の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる物理的な描画と同時に、筆圧を含めた描画動作をホストコンピュータに取り込むことができる。
【0067】
尚、第3の実施例によるスティック描画ペンを第2の実施例のような文字認識やサイン認証に用いた場合には、描画された文字を記録として残すことができる。
【0068】
次に、この発明の第4の実施例を説明する。
図11は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティックシャープペンの構成を示したもので、図11(a)は側面図、図11(b)は軸方向から電極の配置を示した図である。
【0069】
ペン型形状の装置本体34内には、このスティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯35を収容した芯送り出し機構36が設けられている。上記描画用の芯48は微動パイプ47の内面に嵌入されており、描画時にぐらつくことはない。また、上記芯送り出し機構36は、中空パイプ37内に嵌装されてずれないようになっている。
【0070】
この中空パイプ3は、ダイヤフラム4により本体34に支持されている。上記中空パイプ3には、複数の電極を有する可動電極板5が配設されている。この可動電極板5と略対向する位置には、複数の電極を有する固定電極板7が配設された固定部材6が設けられている。この固定部材6は本体34に固着されている。
【0071】
上記本体1内でペン先と反対側には、センサ処理装置8、処理装置9及びバッテリ10が収容されている。そして、本体の後端部には通信用LED11を兼用した芯送り出し用釦38が設けられている。尚、本体34の側面には、サイドスイッチ12が設けられている。
【0072】
図12は、図11のスティックシャープペンのブロック構成図である。
可動電極板5及び固定電極板7より得られた出力は、センサ処理装置8に供給される。このセンサ処理装置8では、X、Y、Zの各軸方向の力成分Vx、Vy、Vzが算出される。そして、処理装置9では、これら力成分Vx、Vy、Vzに基いて、このペンのX、Y方向の移動量に変換される。上記処理装置9には、サイドスイッチ12からも信号が入力される。処理装置9に得られた情報は、通信用LED11を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【0073】
尚、センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第1の実施例1と同じである。
このような構成に於いて、本体34を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行うと、ペン先の黒鉛の芯35及び芯送り出し機構36、中空パイプ37に力が加わり、ダイヤフラム4が僅かに撓むことによって、可動電極板5と固定電極板7の間隙が変化する。これらの電極間の容量をセンサ処理装置8にて測定・演算することで、力の方向及び大きさが算出できる。
【0074】
電極板の配置及びセンサ処理装置の動作については、上述した特開平4−148833号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【0075】
黒鉛の芯35は、芯送り出し釦38を押すことによって、芯送り出し機構36によって送り出される。また、芯送り出し釦38を押しながらペン先を押付けることにより、芯35を引っ込めることができる。芯を引っ込めた状態では、物理的な描画は行われずに、描画データの取り込みだけを行うことができる。
【0076】
また、芯送り出し釦38の押下の情報は、Z軸にかかる力として検出することが可能(描画時に対して負の方向の力となる)であるので、これを取り出して、コマンド情報等に利用することが可能である。
【0077】
センサ処理装置8に於いて算出されたX、Y、Zの各軸方向の力成分Vx、Vy、Vzは、処理装置9に送出される。ここで、X、Y軸方向の力成分はそれぞれペンのX、Y方向の移動量に変換される。また、Z軸方向の力成分は、ペンの筆圧の情報として変換される。移動量及び筆圧の動作は、通信用LED11を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。また、サイドスイッチ12は、任意のコマンドに割り当てることができる。
【0078】
この第4の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる物理的な描画と同時に、筆圧を含めた描画動作をホストコンピュータに取り込むことができる。
尚、この第4の実施例を上述した第2の実施例のような文字認識やサイン認証に用いた場合には、描画された文字を記録として残すことができる。
【0079】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、タブレットを必要としないペン型入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスまたは電子筆ペンの構成を示した図である。
【図2】図1のポインティングデバイスまたは電子筆ペンのブロック構成図である。
【図3】可動電極板5、固定電極板7及びその周辺部を拡大したもので、(a)は通常の状態を示した図、(b)は装置を垂直下方に押すか、同方向に加速度が加わった状態を示した図である。
【図4】第1の実施例のポインティングデバイスまたは電子筆ペンの各電極で構成される容量の変化を表した図である。
【図5】第1の実施例によるセンサ処理装置に於ける演算回路の一例を示した図である。
【図6】この発明の第2の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティック認識ペンの構成を示した図である。
【図7】図6のスティック認識ペンのブロック構成図である。
【図8】ストローク辞書装置31による情報認識の一例を示した図である。
【図9】この発明の第3の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティック描画ペンの構成を示した図である。
【図10】図9のスティック描画ペンのブロック構成図である。
【図11】この発明の第4の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティックシャープペンの構成を示した図である。
【図12】図11のスティックシャープペンのブロック構成図である。
【符号の説明】
1…本体、2…微動スティック、3…中空パイプ、4…ダイヤフラム、5…可動電極板、6…固定部材、7…固定電極板、8…センサ処理装置、9…処理装置、10…バッテリ、11…通信用LED(発光ダイオード)、12…サイドスイッチ、15〜20…コンデンサ、21〜26…C(容量)/V(電圧)変換器、27〜29…差動増幅器、31…ストローク辞書装置。
Claims (8)
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達されるペン先となる微動スティックと、
上記微動スティックを嵌装する第1の支持手段と、
この第1の支持手段を上記装置本体に支持する第2の支持手段と、
上記第1の支持手段に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、
上記可動電極板のそれぞれに対向するように上記装置本体に固定されて配置され、1つの可動電極板に対して上記微動スティックの長手方向に2分割されて設置される固定電極板と、
上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記ペン先となる微動スティックに加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記ペン先となる微動スティックの移動方向、移動量及び電子インクの太さを変化させる筆圧に変換するインタフェース装置と
を具備することを特徴とするペン型入力装置。 - 上記可動電極板は、上記ペン先となる微動スティックの長手方向と並行に設置されることを特徴とする請求項1に記載のペン型入力装置。
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達されるペン先となる微動スティックと、
上記微動スティックを嵌装する第1の支持手段と、
この第1の支持手段を上記装置本体に支持する第2の支持手段と、
上記第1の支持手段に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、
上記可動電極板のそれぞれに対向するように上記装置本体に固定されて配置され、1つの可動電極板に対して上記微動スティックの長手方向に2分割されて設置される固定電極板と、
上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記ペン先となる微動スティックに加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
この力ベクトル抽出手段の出力から上記ペン先となる微動スティックの移動量、移動方向及び筆圧の時間変化を抽出するストローク抽出手段と、
予め複数の文字及び図形毎のストローク情報を記憶している記憶手段と、
上記ストローク抽出手段から得られたストローク情報と、上記記憶手段に記憶されている複数の文字及び図形のストローク情報を比較し、上記ペン先となる微動スティックにより入力される文字及び図形情報を判定する判定手段と
を具備することを特徴とするペン型入力装置。 - 上記可動電極板は、上記ペン先となる微動スティックの長手方向と並行に設置されることを特徴とする請求項3に記載のペン型入力装置。
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出されたインクを供給できる構造のペン先である描画用の芯(以下、微動スティックとも称す)と、
上記微動スティックを嵌装する第1の支持手段と、
この第1の支持手段を上記装置本体に支持する第2の支持手段と、
上記第1の支持手段に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、
上記可動電極板のそれぞれに対向するように上記装置本体に固定されて配置され、1つの可動電極板に対して上記微動スティックの長手方向に2分割されて設置される固定電極板と、
上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記インクを供給できる構造のペン先である描画用の芯に加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記インクを供給できる構造のペン先である描画用の芯の移動方向、移動量及び筆圧に変換するインタフェース装置と
を具備することを特徴とするペン型入力装置。 - 上記可動電極板は、上記インクを供給できる構造のペン先である描画用の芯の長手方向と並行に設置されることを特徴とする請求項5に記載のペン型入力装置。
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出可能なスティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯(以下、微動スティックとも称す)と、
このスティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯を嵌入して上記スティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯の保持及び送り出しを行う芯送り出し機構と、
上記微動スティックを嵌装する第1の支持手段と、
この第1の支持手段を上記装置本体に支持する第2の支持手段と、
上記第1の支持手段に設置された少なくとも1つの電極を有する可動電極板と、
上記可動電極板のそれぞれに対向するように上記装置本体に固定されて配置され、1つの可動電極板に対して上記微動スティックの長手方向に2分割されて設置される固定電極板と、
上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記スティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯に加えられた3次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記スティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯の移動方向、移動量及び筆圧に変換するインタフェース装置と
を具備することを特徴とするペン型入力装置。 - 上記可動電極板は、上記スティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯の長手方向と並行に設置されることを特徴とする請求項7に記載のペン型入力装置。
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