JP6528450B2 - 手書き入力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、入力ペンとセンサシートを利用する手書き入力装置に関する。
感圧式タッチパネルを備える手書き入力装置の一例が特許文献1に記載されている。この手書き入力装置は、タッチパネル上に配置した用紙にユーザがペンなどで手書き入力を行うと、その筆跡を電子筆跡として取得し、PDAに入力する。
特開2006−172230号公報
通常、タッチパネル上に用紙を配置して手書き入力を行う際には、用紙がタッチパネルに対してずれたり傾いたりすると、手書き入力情報を正しく取得することができない。この点、特許文献1では、用紙束が手帳本体に取り付けられているため、記入中に用紙が動いてしまうことを想定していない。
本発明は、用紙がずれたり傾いたりした場合でも、手書き入力された情報を正しく出力することが可能な手書き入力装置を提供することを主な目的とする。
本発明の1つの観点は、用紙と、入力装置とを備える手書き入力装置であって、前記用紙は、予め決められた異なる位置に複数のチェックボックスが設けられており、各チェックボックス内には所定形状のマークが印刷されており、前記入力装置は、静電容量の変化を検知するセンサシートと、前記センサシートの接触位置における静電容量の変化を検出することにより、入力情報を検出する入力情報検出手段と、前記センサシート上に配置された用紙のチェックボックス内に導電性のインクにより記入された前記所定形状の複数のマークの位置を検出するマーク検出手段と、前記複数のマークの位置に基づいて、前記センサシート上に配置された用紙のセンサシートに対する位置及び傾きを検出する配置状態検出手段と、検出された位置及び傾きに基づいて、前記入力情報を補正して出力する補正手段と、を備える。
上記の手書き入力装置は、用紙と、入力装置とを備える。用紙は、予め決められた異なる位置に複数のチェックボックスが設けられており、各チェックボックス内には所定形状のマークが印刷されている。ユーザは、用紙への記入開始時に、まず、導電性のインクが入ったペンなどで各チェックボックス内の所定形状のマークをなぞることによりマークを記入する。入力装置は、静電容量方式のセンサシートにより、ペンなどの接触位置における静電容量の変化を検出して入力情報を検出する。センサシート上に配置される用紙は、ユーザが導電性のインクで記入した所定形状の複数のマークがあり、センサシートはそれらのマークを検出する。検出された複数のマークの位置に基づいて、センサシート上に配置された用紙のセンサシートに対する位置及び傾きが検出され、その位置及び傾きに基づいて入力情報が補正される。これにより、用紙がセンサシートに対してずれたり傾いたりして配置された場合でも、用紙に対する入力情報を正しく取得することができる。
上記の手書き入力装置の一態様では、前記配置状態検出手段は、前記センサシート上における前記複数のマークの位置座標に基づいて、前記センサシートの原点座標と前記用紙の原点座標との関係を算出し、前記用紙のセンサシートに対する位置を検出する。また、前記配置状態検出手段は、前記センサシート上における前記複数のマークの位置座標に基づいて、前記用紙のセンサシートに対する傾きを検出する。
上記の手書き入力装置の他の一態様では、前記入力情報検出手段、前記マーク検出手段、前記配置状態検出手段及び前記補正手段は、前記ペンによる入力が継続している間繰り返し動作し、補正後の入力情報を出力し続ける。これにより、ユーザの手書き入力中に用紙の位置がセンサシート上で動いてしまったとしても、入力情報を正しく取得し続けることができる。
上記の手書き入力装置の他の一態様は、補正後の前記入力情報を外部の端末装置へ送信する送信手段を備える。これにより、入力情報を外部の端末装置などに表示することができる。
好適な例では、前記チェックボックスは、前記用紙の4隅に設けられている
他の好適な例では、手書き入力装置は、静電容量の変化に基づいて、導電性材料を含む消しゴムが移動した範囲を消去範囲と判定し、当該消去範囲に属する入力情報を消去する消去手段を備える。これにより、記入情報の消去が可能となる。
他の好適な例では、前記センサシートの両面は、透明な樹脂により覆われる。これにより、手書き入力装置を本などに挟んで使用することが可能となる。
本発明の実施例に係る手書き入力システムの概略構成を示す。 手書き入力装置の機能構成を示すブロック図である。 端末装置の機能構成を示すブロック図である。 手書き入力情報の位置補正の方法を説明する図である。 データ記憶部に記憶される記入データの例を示す。 位置補正のフローチャートである。 マークの形成方法を示す。 マークの配置例を示す。 手書き入力装置の変形例の断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
[構成]
図1は、本発明の実施例に係る手書き入力システムの概略構成を示す。手書き入力システムは、手書き入力装置(以下、単に「入力装置」と呼ぶ。)10と、端末装置20とを備える。入力装置10は、ユーザがペン32により用紙31に記入した情報(以下、「手書き入力情報」と呼ぶ。)を取得し、無線通信により端末装置20に送信する。端末装置20は、入力装置10から受信した手書き入力情報を表示する。
入力装置10は、センサシート11と、回路部18とを備える。センサシート11は、静電容量式であり、矩形の形状を有する。回路部18は、入力装置10の所定の端部に設けられ、後述する通信部、記憶部などを構成する回路が形成される。
入力を行う際、ユーザはセンサシート11上に用紙31を配置し、ペン32により用紙に手書き入力(記入)を行う。用紙は無地であってもよいし、予め何かが印刷されていてもよい。ペン32は、例えば鉛筆、シャープペンなどであり、芯の部分、すなわちセンサシート11と接触する部位に導電性材料が含まれていればよい。センサシート11は、ペン32の導電性材料の接触、あるいは近接により内部電極の静電容量の変化を検出し、ペン32が用紙31を介してセンサシート11に接触している位置の位置座標を特定する。ペン32のセンサシート11に対する接触位置の座標を連続的に検出することにより、ユーザが手書きした文字、記号、絵などを取得することができる。
端末装置20は、入力装置10が取得した手書き入力情報を表示するための装置であり、用紙31に対応する一定の表示面積を有することが好ましい。図1では、端末装置20としてタブレット型端末装置を図示しているが、端末装置20は通常のデスクトップPCやラップトップPCなどであってもよい。
図2は、入力装置10の機能構成を示す。入力装置10は、センサシート11に加えて、通信部12、タイマー13、メモリ14、データ記憶部15、制御部16を備える。なお、通信部12、タイマー13、メモリ14、データ記憶部15及び制御部16は、図1に示す回路部18に設けられる。
通信部12は、例えばBluetooth(登録商標)などの無線通信により、入力装置10が取得した手書き入力情報を端末装置20へ送信する。タイマー13は、現在時刻を計測する。
メモリ14は、後述する手書き入力情報の位置補正などを行うためのプログラムを記憶している。また、メモリ14は、位置補正を行う際の作業メモリとしても機能する。
データ記憶部15は、ユーザが手書き入力を行った際にセンサシート11が検出した記入位置などを含む記入データを記憶する。記入データの詳細については後述する。
制御部16は、メモリ14に予め記憶されたプログラムを実行することにより、入力装置10全体を制御するとともに、手書き入力情報の位置補正を行う。
上記の構成において、センサシート11は本発明の手書き入力情報検出手段及びマーク検出手段の一例であり、制御部16は配置状態検出手段及び補正手段の一例であり、通信部12は送信手段の一例である。
図3は、端末装置20の機能構成を示す。端末装置20は、表示部21と、通信部22と、制御部23とを備える。表示部21は例えば液晶ディスプレイなどである。通信部22は、無線通信により入力装置10の通信部12と通信し、入力装置10から手書き入力情報を受信する。制御部23は、端末装置20の全体を制御する。また、制御部23は、通信部22が入力装置10から受信した手書き入力情報を表示部21に表示する処理を行う。
[位置補正]
図1に示すように、ユーザが用紙31を入力装置10のセンサシート11上に配置してペン32により手書き入力を行う場合、通常ユーザは用紙31をセンサシート11の中央付近に配置する。その際、ユーザは必ずしも用紙31の4辺がセンサシート11の4辺とそれぞれ平行になるように配置するとは限らない。また、用紙31をテープなどでセンサシート11に固定しない限り、ユーザが手書き入力を続けるのに伴って用紙31がずれたり回転したりしてしまうことが多い。具体的には、右利きのユーザが右手で手書き入力を続けると、用紙31が徐々に右方向へずれていったり、用紙が上下方向へ(時計まわり又は反時計まわりに)回転していったりする傾向がある。そこで、本実施例では、ユーザが手書き入力を開始する際、及び、手書き入力を続ける間に生じる用紙31のずれを検出し、これに基づいて手書き入力情報を補正する。これを以下、「位置補正」と呼ぶ。
具体的に、本実施例では、用紙31に予め複数のマークを形成しておき、このマークを検出することにより、用紙31の配置状態、具体的にはセンサシート11に対する用紙31の位置及び用紙31の傾きを検出する。そして、検出した用紙の位置及び傾きに基づいて、センサシート11が検出した記入位置を補正する。
まず、センサシート11に対する用紙31の位置に関する補正について説明する。図4(A)は、用紙31をセンサシート11上に配置した状態を示す。図示のように、用紙31は四隅にマークM1〜M4が設けられている。なお、以下の説明において、マークM1〜M4を区別しない場合には単に「マークM」と記載し、特定の1つを指す場合には「マークM1」などと記載する。また、説明の便宜上、各マークMはセンサシート11上の1つの座標点に対応する大きさであるものとする。
マークMは、導電物質からなり、例えば導電性インクにより用紙31に形成されるので、用紙31をセンサシート11上に配置すると、入力装置10はマークMのセンサシート11上における位置座標を検出することができる。
図4(A)において、センサシート11の左下隅を原点(以下、「センサ原点」と呼ぶ。)Osとし、センサシート11の下辺と左辺をそれぞれX軸、Y軸とする座標系(以下、「センサ座標系」とも呼ぶ。)を定義する。また、用紙31の左下隅を原点(以下、「紙原点」と呼ぶ。)Opとし、用紙31の下辺と左辺をそれぞれx軸、y軸とする座標系(以下、「紙座標系」とも呼ぶ。)を定義する。
いま、図4(A)のように用紙31をセンサシート11上のある位置に置いたとする。なお、この例では、用紙31の4辺がセンサシート11の対応する4辺とほぼ平行であるものとする。センサシート11は用紙31の4つのマークM1〜M4を検出し、制御部16はマークM1〜M4のセンサ座標系における位置座標を取得する。ここで、図4(A)に示すように、紙原点Opの位置座標がOp(a,b)であると仮定すると、制御部16はマークM1の位置座標を紙原点Opの位置座標として取得する。この場合、ペン32による記入位置のセンサ座標系における位置座標をP(X,Y)とすると、その記入位置の紙座標系における位置座標p(x,y)は以下の式で与えられる。
p(x,y)=P(X−a,Y−b) (1)
このように、用紙31に設けられたマークM1の位置を検出して紙原点Opのセンサ座標系における位置座標を取得することにより、センサ座標系における記入位置を紙座標系における記入位置に変換することができる。また、ユーザが記入を続ける間に用紙31が徐々に上下左右の方向にずれていったとしても、マークM1の位置を継続的に検出して式(1)による変換を行うことにより、入力装置10は常に紙座標系における記入位置を正しく取得することが可能となる。
なお、用紙31がセンサシート11上に配置されると、センサシート11は4つのマークM1〜M4に対応する4つの位置座標を検出するが、制御部16は、検出された4つの位置座標のうち最もセンサ原点Osに近い位置座標をマークM1の位置座標であると判定すればよい。
次に、用紙31の傾きに関する補正について説明する。図4(B)は、用紙31がセンサシート11の下辺に対して反時計まわりに傾きθだけ傾いて配置された状態を示す。なお、センサ座標系、紙座標系などの定義は図4(A)と同様であるとする。
センサシート11は用紙31の4つのマークM1〜M4を検出し、制御部16はマークM1〜M4のセンサ座標系における位置座標を取得する。ここで、図4(B)に示すように、マークM1のセンサ座標系における位置座標、即ち紙原点Opの座標がOp(a,b)であり、マークM2のセンサ座標系における座標が(c,d)であったとすると、傾きθは、下式で与えられる。
θ=tan−1{(d−b)/(c−a)} (2)
よって、制御部16は、式(1)により得られた紙座標系における記入位置を時計回りに角度θ回転させることにより、傾きθを考慮した正しい記入位置を得ることができる。
このように、用紙31に設けられたマークM1、M2の位置を検出して用紙31の傾きθを算出することにより、用紙31が傾いていても、正しい記入位置を取得することができる。また、ユーザが記入を続ける間に用紙31が徐々に回転していったとしても、マークM1、M2の位置を継続的に検出して傾きθを算出して補正を行うことにより、常に紙座標系における記入位置を正しく取得することが可能となる。なお、上記の例ではマークM1、M2を利用して傾きθを求めているが、マークM3、M4を用いて傾きθを求めても良い。
次に、入力装置10において記憶されるデータについて説明する。図5は、入力装置10のデータ記憶部15に記憶される記入データの例を示す。入力装置10の制御部16は、タイマー13から現在時刻を取得し、所定時間毎(図5の例では1秒毎)に記入データを記憶する。記入データは、「紙原点座標」、「傾き」、「センサ座標系における記入座標」、「紙座標系における記入座標」を含む。「紙原点座標」は、前述のように紙原点Opのセンサ座標系における座標である。「傾き」はセンサシート11の下辺、即ちセンサ座標系のX軸に対する用紙31の下辺の傾きθである。なお、制御部16は、前述のように、センサシート11によりマークM1〜M4のセンサ座標系における位置座標を検出し、これらに基づいて紙原点座標Op及び傾きθを算出して記憶する。
「センサ座標系における記入座標」はセンサシート11上におけるペン32の位置座標である。また、「紙座標系における記入座標」は用紙31におけるペン32による記入位置の座標であり、前述のように、センサ座標系における記入座標に対して、紙原点座標と傾きを用いた位置補正を行うことにより求められる。そして、入力装置10は、手書き入力情報として、「紙座標系における記入座標」を端末装置20へ送信する。端末装置20は、受信した手書き入力情報を表示部21に表示する。
なお、図5には示していないが、入力装置10の制御部16は、各時刻において検出したマークM1〜M4の座標も記入データに加えてデータ記憶部15に記憶することとしてもよい。
次に、位置補正の処理について説明する。図6は、位置補正のフローチャートである。この処理は、主として入力装置10の制御部16により実行される。
まず、制御部16は、センサシート11の出力に基づいて、ペン32による手書き入力が行われているか否かを判定する(ステップS10)。ペン32による入力が無い場合(ステップS10;No)、処理は終了する。
一方、ペン32による入力が行われている場合(ステップS10;Yes)、制御部16はペン32の位置座標を検出する(ステップS11)。この位置座標は、センサ座標系における記入座標に相当し、図5に示すようにデータ記憶部15に記憶される。
次に、制御部16は、センサシート11からの出力に基づいて、マークMの位置座標を検出する(ステップS12)。次に、制御部16は、前述の方法により、マークMの基準となる位置座標に基づいて紙原点座標Op及び傾きθを算出する(ステップS13)。算出された紙原点座標Op及び傾きθは、図5に示すようにデータ記憶部15に記憶される。
次に、制御部16は、前述のように紙原点座標Op及び傾きθに基づいてセンサ座標系における記入座標を補正し、紙座標系における記入座標を算出する(ステップS14)。算出された紙座標系における記入座標は、図5に示すようにデータ記憶部15に記憶される。そして、制御部16は、通信部12を介して、紙座標系における記入座標を手書き入力情報として端末装置20へ送信し(ステップS15)、ステップS10へ戻る。
こうして、ペン32による手書き入力が続いている間は、ステップS11〜S15の処理が繰り返し実行され、紙座標系における記入座標が手書き入力情報として端末装置20へ送信されて表示部21に表示される。この間にセンサシート11上における用紙31の位置が徐々にずれていったとしても、制御部16は常に紙原点座標Op及び傾きθを更新しつつ紙座標系における記入座標を算出するので、端末装置20の表示部21には常に正しい位置及び向きで手書き入力情報が表示される。
[マークの形成方法]
図7は、用紙31にマークMを形成する方法の例を示す。図7(A)の例では、用紙31の表面に導電性インクを塗布することによりマークMを形成している。図7(B)の例では、用紙31に導電性インクを染み込ませることによりマークMを形成している。また、図7(C)の例では、2枚の用紙を重ね合せて用紙31を構成し、2枚の用紙の間に導電性インクを挟み込むことによりマークMを形成している。
本実施例では、上記の方法のいずれを適用してもよい。また、センサシート11で検知できる程度の導電性を持たせることができれば、上記以外の方法でマークMを形成してもよく、紙に金属片を配置する方法などを用いることが可能である。また、用紙への記入開始時にユーザが予め4隅などに印刷されたチェックボックス内に導電性のペンなどを用いて記入することでそれをマークMとして使用することも可能である。その際にはチェックボックス内に記入される記号を特定の形状として記憶しておき、ユーザにその上をなぞることを促すように薄い色で当該形状を印刷しておくことが好ましい。このようにすることで当該形状をOCRなどを用いて認識し、マークMを使用時に都度形成し、且つ特定することが可能となる。また、マークMの形状としては裏表が判別可能なように配置位置を異ならせたり、形状自体が表裏で非対称となるものが好ましい。
[マークの配置例]
上記の実施例では、図4に示すように4つのマークMを用紙31の四隅に形成しているが、マークの位置はこれには限られない。他のマークの配置例を図8に示す。
図8(A)は、4つのマークMを、用紙31の四隅よりも内側に形成した例である。この場合、入力装置10の制御部16は、用紙31の隅からの各マークMのずれ分を考慮して紙座標原点Op及び傾きθを算出する。
図8(B)、(C)は、さらに図中の右側の2つのマークMの上下方向の位置を、左側の2つのマークMと異ならせた例であり、用紙31の左右の中心線に対してマークMを非対称に形成している。また、図8(D)は、右側のマークMを1つにした例であり、同様に用紙31の左右の中心線に対してマークMを非対称に形成している。このように、用紙31の中心線に対してマークMを非対称に形成することにより、用紙31の表面と裏面とを識別することが可能となる。即ち、記入装置10の制御部16は、検出した複数のマークMの相対的な位置関係に基づいて、用紙31の表面と裏面のいずれに対して手書き入力がなされているかを判別することができる。
また、用紙31にマークMを設ける形態によって、用紙の種類を判別できるようにしてもよい。即ち、用紙31の種類に応じて用紙31に形成するマークMの形態を変える。具体的に、1つの方法では、用紙31の種類に応じて個々のマークMの形状を変える。例えば、用紙A(種類A)の用紙31には三角形のマークMを設け、用紙B(種類B)の用紙31には四角形のマークMを設ける。別の方法では、用紙31の種類に応じて複数のマークMの位置関係に変える。例えば、用紙Aには4つのマークMをそれらが長方形を構成するように形成し、用紙Bには3つのマークMをそれらが三角形を構成するように形成する。また、上記の2つの方法を組み合わせ、個々のマークMの形状と複数のマークが構成する形状の組み合わせにより用紙31の種類を区別してもよい。例えば、用紙Aには4つの三角形のマークMをそれらが四角形を構成するように形成し、用紙Bには4つの四角形のマークをそれらが四角形を構成するように配置する。これにより、マークMの形態に基づいて、用紙の種類を判別することが可能となる。なお、複数のマークMの形態に基づいて用紙31の種類を判別する処理は、記入装置10と端末装置20のいずれが行っても良い。即ち、記入装置10の制御部16が複数のマークMの情報に基づいて用紙の種類を判別し、その結果を端末装置20に送信してよい。その代わりに、端末装置20の制御部23が記入装置10から複数のマークMに関する情報を受信して用紙の種類を判別しても良い。
さらには、上記のように用紙の種類が判別できた場合に、端末装置20の制御部23が用紙の種類ごとに予め設定されたアプリケーションを自動的に起動するようにしてもよい。例えば、使用中の用紙31が用紙Aと判定された場合には、端末装置20の制御部23はアプリケーションAを起動し、使用中の用紙31が用紙Bと判定された場合には、端末装置20の制御部23はアプリケーションBを起動する。なお、用紙の種類とアプリケーションとの対応関係は端末装置20の図示しない記憶部などに記憶しておけばよい。
[記入装置の変形例]
図9は、変形例に係る記入装置10xの断面図である。この記入装置10xでは、センサシート11の上下をアクリルなどの透明樹脂17により覆っている。これにより、入力装置10のセンサシート11の部分がある程度の可撓性を有するようになり、例えば下敷きのように本に挟んで利用することが可能となる。
[変形例]
上記の実施例では、ユーザがペン32により用紙31に記入できるようにしているが、記入した事項を修正したい場合には、消しゴムを利用できるようにしてもよい。具体的には、通常の消しゴムの素材に導電性を有する材料を含ませておく。この消しゴムで用紙上の削除したい箇所をこすれば、鉛筆などにより用紙に記入した事項は通常の消しゴムの機能により消去される。一方、センサシート11は、消しゴムに含まれている導電性材料を検知して消しゴムが移動した範囲を消去範囲として検出し、制御部16はデータ記憶部15に記憶されている記入データのうち消去範囲に属するものを消去すればよい。消去範囲に属する部分が消去された後の記入データを端末装置20に再送すれば、端末装置20に表示された画像において消去を反映することができる。
もしくは、制御部16は、消去範囲を示すデータを消去データとして、記入データとは別にデータ記憶部15に記憶しておいてもよい。この場合には、消去データを端末装置20に送信し、消去データが示す消去範囲を端末装置20が無記入状態に変更することにより、端末装置20に表示された画像において消去を反映することができる。
10、10x 手書き入力装置
11 センサシート
15 データ記憶部
16 制御部
20 端末装置
31 用紙
32 ペン
M マーク

Claims (8)

  1. 用紙と、入力装置とを備える手書き入力装置であって、
    前記用紙は、予め決められた異なる位置に複数のチェックボックスが設けられており、各チェックボックス内には所定形状のマークが印刷されており、
    前記入力装置は、
    静電容量の変化を検知するセンサシートと、
    前記センサシートの接触位置における静電容量の変化を検出することにより、入力情報を検出する入力情報検出手段と、
    前記センサシート上に配置された用紙のチェックボックス内に導電性のインクにより記入された前記所定形状の複数のマークの位置を検出するマーク検出手段と、
    前記複数のマークの位置に基づいて、前記センサシート上に配置された用紙のセンサシートに対する位置及び傾きを検出する配置状態検出手段と、
    検出された位置及び傾きに基づいて、前記入力情報を補正して出力する補正手段と、
    を備えることを特徴とする手書き入力装置。
  2. 前記配置状態検出手段は、前記センサシート上における前記複数のマークの位置座標に基づいて、前記センサシートの原点座標と前記用紙の原点座標との関係を算出し、前記用紙のセンサシートに対する位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の手書き入力装置。
  3. 前記配置状態検出手段は、前記センサシート上における前記複数のマークの位置座標に基づいて、前記用紙のセンサシートに対する傾きを検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の手書き入力装置。
  4. 前記入力情報検出手段、前記マーク検出手段、前記配置状態検出手段及び前記補正手段は、ペンによる入力が継続している間繰り返し動作し、補正後の入力情報を出力し続けることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の手書き入力装置。
  5. 補正後の前記入力情報を外部の端末装置へ送信する送信手段を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の手書き入力装置。
  6. 前記チェックボックスは、前記用紙の4隅に設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の手書き入力装置。
  7. 静電容量の変化に基づいて、導電性材料を含む消しゴムが移動した範囲を消去範囲と判定し、当該消去範囲に属する入力情報を消去する消去手段を備えることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の手書き入力装置。
  8. 前記センサシートの両面は、透明な樹脂により覆われていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の手書き入力装置。
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