JP3708169B2 - ペン型入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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。
【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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