JPH0876914A - 筆先挙動検出方法及びペン入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コンピュータへの文字や図形の筆跡情報の入力
を行うため、センサを筆先近傍に内蔵し筆先の細かい動
きを十分センシングできるとともに文字や図形を表示す
るディスプレイがユーザがペンを握った時に握り易い位
置に調整設定出来、ユーザに見易い位置に調節可能なペ
ン入力装置を提供する。 【構成】ペン軸筒１の先端部所要箇所に内設した加速度
センサ９と静電容量型１軸力覚センサ１３の検出信号Ｓ
1 ，Ｓ2 を処理して文字や図形の筆跡情報を別途コンピ
ュータに入力するペン入力装置Ａ１において、ペン軸筒
１の背側軸方向の所要領域に亙り摺動案内溝６を掘設延
在する一方、前記加速度センサ９と静電容量型１軸力覚
センサ１３と接続する筆跡認識回路１０を内装した処理
筺体２を摺動案内溝６に沿って摺動自在かつ位置調整設
定自在に背鰭状に取付けたことを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、文字や図形の筆跡情報
をコンピュータや双方向ページャ（送受信可能ページ
ャ）に入力するのに供されるペン入力装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】文字や図形をコンピュータに入力するた
めに、キーボードやマウス，タブレット等があるが、よ
り携帯性に優れた入力装置として、ペンに内蔵した加速
度センサの信号出力を２重積分処理するなどして、ユー
ザがペンで書いた文字や図形の軌道をコンピュータに入
力する装置が数々提案されている（特開平３−１５６５
１９号，特開平４−１９５３２１号，特開平４−２５６
００９号，特開平４−２８２７１７号等）。

【０００３】こうした発明では、ペンを握った時のセン
サの軸方向をわかりやすくするために、ペンの断面を逆
三角形にしたり（特開昭６２−１４０１３０号）する技
術があるが、通常のペンと違って握りにくいという問題
があった。また、ペンを握った時にペンを回転させた場
合に対応するために、加速度センサを紙面に対してペア
に配置して回転を検出する発明（特開平４−２５６００
９号）もあるが、加速度信号を処理するコンピュータの
処理の負担が大きくなると言う問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうした問題を解決す
るために、ペンにバネやネジで結合した処理筺体に加速
度センサを内蔵した装置によって手書き筆記手段たる万
年筆やシャープペン，マジックペン，水性ペンや絵筆，
毛筆，ボールペンや鉛筆等の種々の好みや書き味の筆記
具としての任意のペンが使えて、かつペンを握った時に
加速度センサの軸方向が自然にかつ強制的に決められる
本出願人による先願発明がある（特願平６−１４７４１
５号）。

【０００５】しかし、ペンそのものに加速度センサを内
蔵する方法では、ペン軸筒に感圧センサを内蔵するなど
して、ペンの紙や机面等へのアップ動作，ダウン動作が
検出できたのに対して（特開平３−１５６５１９号）、
ペンにバネやネジで結合した処理筺体に加速度センサを
内蔵した入力装置では、ペンそのものをいじることがで
きないために、ペン軸方向であるｚ軸にも加速度センサ
を内蔵して、ペンのアップ動作，ダウン動作を検出する
必要があった。

【０００６】しかしこの方法では紙等へペンが接触する
ときに、十分なｚ軸方向（図２三次元立体座標軸参照）
の変位や衝撃がないと、ペンのダウン動作がなかなか検
出するのが困難と言う問題があった。また、ペンの紙等
からのアップ動作では、さらにｚ軸方向の衝撃は小さい
ので、ペンの紙等からのアップ動作を検出するのがさら
に困難であると言う問題があった。

【０００７】ｚ軸方向の加速度の検出では、ペンのダウ
ン動作，アップ動作が十分に検出されない惧れがあるの
で、ペンに結合する処理筺体から弾性ビームを出して、
人差し指の指先腹部に係る力を検出してペンのダウン動
作とアップ動作を検出する本出願人による先願方法も提
案されている（特願平６−１５６９６９号）が、ペンの
握り方には個人差があり、また、任意のペンを対象とす
るために、ペンの押圧力も個人差やペンの種類によって
差が大きく、不特定多数のユーザや不特定のペンに対し
て十分対応できないという問題があった。

【０００８】また、任意のペンにバネやネジで結合する
処理筺体に加速度センサを内蔵する方法では、加速度セ
ンサの設置場所がどうしても筆先から離れてしまうの
で、筆先の細かい動きが検出しづらいという問題があっ
た。

【０００９】ペンの動きを加速度信号で検出する他の方
法として、ペン軸の動きを検出するのに、ペン軸にかか
る力を歪みゲージで検出したり（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．３９
１５０１５）、ペン軸の変位を光信号で検出する発明も
ある（特開平４−２４２８１７号）が、いずれもペン内
蔵のセンサに対する軸方向を、ユーザが握ったときに決
められないという問題があった。

【００１０】ここにおいて、本発明の解決すべき主要な
目的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、コン
ピュータへの文字や図形の筆跡情報の入力を行うための
加速度センサもしくは静電容量型力覚センサ内蔵のペン
入力装置を提供せんとするものである。

【００１１】本発明の第２の目的は、ペンの断面形状を
逆三角形等にしたりして握りにくくなること無しに、ペ
ンを握った時に加速度センサもしくは、静電容量型力覚
センサ内蔵のペン入力装置の軸方向が自然に決まるペン
入力装置を提供せんとするものである。

【００１２】本発明の第３の目的は、ペンの紙や机面へ
のアップ動作，ダウン動作の検出が不特定多数のユーザ
に対して確実にできるペン入力装置を提供せんとするも
のである。

【００１３】本発明の第４の目的は、センサを筆先近傍
に内蔵するので筆先の細かい動きを十分にセンシングで
きるペン入力装置を提供せんとするものである。

【００１４】本発明の第５の目的は、文字や図形を表示
するディスプレイが、ユーザがペンを握ったときに握り
やすい位置に調整ができて、かつユーザに見やすく方向
が調整できるペン入力装置を提供せんとするものであ
る。

【００１５】本発明のその他の目的は、明細書，図面，
特に特許請求の範囲の記載から自づと明らかになろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記課題目的の解決は、
本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手法及び手段を
採用することにより達成される。即ち、本発明方法の第
１の特徴は、筆先の運行に伴い、圧力が加わる筆先近傍
の弾性撓み変形に対応して適宜手段にて上下１軸方向又
は前後左右上下３軸方向の静電容量変化の電気信号に変
換してなる筆先挙動検出方法である。

【００１７】本発明方法の第２の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における筆先近傍の弾性撓み変形が、万
年筆ペン先基端部又はボールペン軸先端部における変形
である筆先挙動検出方法である。

【００１８】本発明装置の第１の特徴は、ペン軸筒の先
端部所要箇所に内設したセンサの検出信号を処理して文
字や図形の筆跡情報を別途コンピュータに入力するペン
入力装置において、前記ペン軸筒の背側軸方向の所要領
域に亙り摺動案内溝を掘設延在する一方、前記センサと
接続する筆跡認識回路を内装した処理筺体を当該摺動案
内溝に沿って摺動自在かつ位置調整設定自在に取付けて
なるペン入力装置である。

【００１９】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴におけるセンサが、ペン軸筒先端部の万
年筆ペン先装着部近傍後方位置に内蔵し加速度信号を出
力する加速度センサと、前記ペン先基端部下側に設け、
力信号を出力する静電容量型１軸力覚センサと、の組合
せであるペン入力装置である。

【００２０】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴におけるセンサが、ペン先基端部下側に
設け、力信号を出力する静電容量型１軸力覚センサを当
該ペン先基端部下側に亙り複数配設し、全体として静電
容量型３軸力覚センサを構成してなるペン入力装置であ
る。

【００２１】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第２又は第３の特徴における静電容量型１軸力覚セ
ンサが、万年筆ペン先装着部基端部に万年筆ペン先基端
部と所要間隔を開けて対面張着する電極板と、当該電極
板四周の間隙を密封囲繞する弾性インク隔壁と、当該弾
性インク隔壁により囲画形成された防液性空気容量室
と、前記ペン先基端部と前記電極板とに接続する容量／
電圧変換回路と、で構成してなるペン入力装置である。

【００２２】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴におけるセンサが、ボールペン軸筒先端
に着脱自在に結合したテーパヘッド筒部内周面に外周を
周着するとともに所要間隔を開けて上下に一対相対峙し
た固定上円板と弾性下円板を設ける一方、当該固定円板
中央の遊挿孔から中央下面にスリーブを垂突した弾性下
円板中央の嵌挿孔を経てスリーブ嵌挿孔に亙りボールペ
ン軸先部を貫通し、他方、前記固定上円板の下面には前
記遊挿孔と同心円状に大ドーナツ形電極板を添着しかつ
前記弾性下円板の上面には当該大ドーナツ形電極板に対
面して前記嵌挿孔と同心円状に小ドーナツ形電極板と当
該小ドーナツ形電極板を囲繞して周方向等間隔の四つの
円弧形電極板を添着し、さらに、前記大ドーナツ形電極
板と前記小ドーナツ形電極板又は前記円弧形電極板と
に、それぞれの容量／電圧変換回路を接続して、前後左
右上下軸方向静電容量型３軸力覚センサを形成してなる
ペン入力装置である。

【００２３】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第１，第２，第３，第４又は第５の特徴における処
理筺体が、外側面の上下半部にそれぞれディスプレイと
太陽電池を装設し、下部中央部に内蔵しかつ背中合せ間
に反撥弾性力を介在付勢して左右両側面中央下部からそ
れぞれ出没する上下平行の押圧操作端と係止端に常時突
出習性を付与された左右一対の断面コ字形クリック部材
を、左右両壁対向面に掘削延在したアンダーカット部に
前記係止端が対応係合する間隔を置いて係止突起群を突
設したペン軸筒の摺動案内溝に背鰭状に屹立取付けられ
てなるペン入力装置である。

【００２４】本発明装置の第７の特徴は、前記本発明装
置の第１，第２，第３，第４，第５又は第６の特徴にお
ける処理筺体が、上下半部に二分割し、ディスプレイを
装設した上半部を太陽電池を装設した下半部に対して水
平旋回自在に枢着してなるペン入力装置である。

【００２５】本発明装置の第８の特徴は、前記本発明装
置の第１，第２，第３，第４，第５，第６又は第７の特
徴におけるペン軸筒が、前部と後部に分離自在に結合し
てなるペン入力装置である。

【００２６】

【作用】本発明は、前記のような新規な手法及び手段を
講じて、ペン軸筒の前端部に加速度センサを内蔵し、当
該加速度センサが出力する加速度信号を処理して文字や
図形筆跡情報をコンピュータに入力するペン入力装置と
して、ペン軸筒の背側に摺動案内溝を掘設延在し、当該
摺動案内溝に沿って摺動する背鰭状処理筺体により、本
発明を一定姿勢で保持することを予想して前記加速度セ
ンサの軸方向を所定に設定して内設し得る。

【００２７】又、ユーザが握り易い好みの位置に前記処
理筺体をペン軸方向の前後に位置調整設定できることに
より、前記ペンの運びを前記加速度センサが検知すると
ともに、ペンが万年筆の例で、ペン先と一体の静電容量
型１軸力覚センサを備え、ペンの紙へのダウン動作とア
ップ動作をセンシングする。

【００２８】ボールペン軸先端部に一体の静電容量型３
軸力覚センサを取付け、当該静電容量型３軸力覚センサ
が出力する３軸力信号を処理して文字や図形の筆跡情報
をコンピュータに入力するペン入力装置として、ボール
ペン軸と前記静電容量型３軸力覚センサは、一体に結合
し、ボールペン軸のインクが切れたら、ボールペン軸と
当該静電容量型３軸力覚センサごと新品に交換し得る。

【００２９】又、ペン軸筒の背側の摺動案内溝を掘設延
在し、前記摺動案内溝に沿って摺動する背鰭状処理筺体
により、本発明を一定姿勢で保持することを予想して前
記静電容量型３軸力覚センサの軸方向を所定に設定して
内設し得るとともに、ユーザが好みの位置に前記処理筺
体を位置調整設定できることにより前記ペンの運びを前
記静電容量型３軸力覚センサが一体検知する。

【００３０】ペン軸筒先端から取外し自在なテーパヘッ
ド筒部に内設しかつボールペン軸先部を挿抜自在に結合
する静電容量型３軸力覚センサを取付け、当該静電容量
型３軸力覚センサが出力する３軸力信号を処理して文字
や図形の筆跡情報をコンピュータに入力するペン入力装
置として、ボールペン軸と前記静電容量型３軸力覚セン
サは、挿嵌によって簡便に脱着可能で、ボールペン軸の
インクが切れたら、ボールペン軸のみ新品に交換し得
る。

【００３１】万年筆ペン先基端部下側に亙り複数の静電
容量型１軸力覚センサを配設し、当該複数の静電容量型
１軸力覚センサの出力する複数の力信号を処理して文字
や図形の筆跡情報をコンピュータに入力するとともに摺
動する処理筺体の内外にディスプレイ，太陽電池，筆跡
認識回路を実装し、ペン軸筒先端部に内設された加速度
センサもしくは力覚センサと電気的に接続し、処理筺体
に装着された上半部のディスプレイ表示部分が、下半部
に対して水平旋回自在とする。

【００３２】その結果、本発明はユーザが紙に筆跡を残
しながらコンピュータへ文字や図形の筆跡情報を入力で
き、しかも、ユーザがペンを握ったときに自然にペン内
設のセンサの軸方向が定まり、かつセンサが筆先近傍に
設置できるとともに、ペンの紙や机面へのアップ動作，
ダウン動作の検出が確実にでき、更に、ディスプレイが
ユーザに見やすい位置に旋回調整できてユーザが握りや
すい位置にペン軸方向に摺動できる。

【００３３】

【実施例】

（実施例１）本発明の第１実施例を図面につき説明す
る。図１は本実施例の斜視図、図２は本実施例をユーザ
が握ったところを示す斜視図、図３は本実施例の一部破
断側面図、図４は同・ペン先装着部の拡大縦断側面図、
図５は同・ペン先装着部の拡大平面図、図６は図７中VI
−VI線視相当部分の断面図、図７は図６中VII −VII 線
視相当部の拡大断面図、図８は本実施例におけるシステ
ム回路のブロック図である。

【００３４】図中、Ａ１は本実施例の万年筆型ペン入力
装置、αは手、βは親指、γは人指し指、Ｌはインク、
１はペン軸筒、１ａはペン軸筒１の前半胴部、１ｂはペ
ン軸筒１の後半尾部、１ｃは嵌合式又は螺合式による前
半胴部１ａと後半尾部１ｂの結合部、１ｄはペン先装着
部、１ｅはインクガイド条溝、２は背鰭状長方形処理筺
体、３は処理筺体２の右側面上半部に装設した液晶ディ
スプレイ、４は処理筺体２の右側面下半部に装設した太
陽電池による電源部、５は万年筆ペン先、５ａは筆先、
６は前半胴部１ａ背側軸方向に掘設延在した摺動案内
溝、７はインク導管、８はインクカートリッジである。

【００３５】９は加速度センサ、１０は筆跡認識回路、
１１ａ，１１ｂは電線、１２は加速度センサ９と筆跡認
識回路１０とを接続するフレキシブル配線、１３は静電
容量型１軸力覚センサ、１４はペン先装着部１ｄ基端面
に張着した円形電極板、１５は円形電極板１４四周の間
隙を密封囲繞する弾性インク隔壁、１６は弾性インク隔
壁１５により囲画形成された防液性空気容量室である。

【００３６】１７，１８は左右一対の断面コ字形クリッ
ク部材、１７ａ，１８ａは押圧操作端、１７ｂ，１８ｂ
は背部、１７ｃ，１８ｃは係止端、１９はクリック部材
内蔵室、１９ａはストッパ、２０は背部１７ｂ，１８ｂ
間に介在して相互に反撥力を弾性付勢する圧縮コイル撥
条、２１，２２は摺動案内溝１６の左右両側対面壁下端
部に掘削延在したアンダーカット部、２３，２４は係止
端１７ｃ，１８ｃが係合する間隔でアンダーカット部２
１，２２に突出した係止突起である。なお、圧縮コイル
撥条２０に代えて反撥力を有する板撥条を採用しても良
い。

【００３７】２５は加速度信号Ｓ1 を入力する増幅部、
２６は信号２重積分部、２７は文字等認識部、２８は信
号伝送部、２９は静電容量型１軸力覚センサ１３の力信
号Ｓ2 を入力するとともに筆跡認識回路１０全体を一括
統御する中央演算部、３０は信号受信部である。

【００３８】いま、本実施例Ａ１は、大きくは前半胴部
１ａと後半尾部１ｂが結合部１ｃで同軸連結するペン軸
筒１と処理筺体２からなり、前半胴部１ａの先端部に例
えば公知のワンチップ半導体型３軸加速度センサ９（岡
田和広，３軸ピエゾ抵抗型加速度センサ，センサ技術，
ｖｏｌ．１３，ｎｏ．１３，ｐｐ５８−６２，１９９３
参照）が内蔵され、かつ先端部のペン先５の筆先５ａか
らインクＬが出て、紙に文字を書くと、処理筺体２に内
蔵された筆跡認識回路１０で前記加速度センサ９で検出
された加速度信号Ｓ1 を処理して、文字認識を行い、液
晶ディスプレイ３で表示した後、本実施例の外部へ文字
コードを伝送するものである。処理筺体２は摺動案内溝
６に沿って前後し、左右一対のクリック部材１７，１８
の押圧操作端１７ａ，１８ａの押圧・解放操作によって
摺動と固定が選択される。

【００３９】即ち、本実施例のペン軸筒１と処理筺体２
の摺動部を図６と図７につき説明する。処理筺体２の中
央下端部には、左右クリック部材１７，１８がクリック
部材内蔵室１９に背中合せ向に離近遊動自在に嵌まり、
背部１７ｂと１８ｂ間に圧縮コイルバネ２０によって反
撥力を付勢し、外側に押し付けられ、前半胴部１ａの摺
動案内溝６のアンダーカット部２１，２２に突設された
ノコギリ状の係止突起２３，２４間に係止端１７ｃ，１
８ｃが嵌まるようになっている。他方、左右クリック部
材１７，１８の押圧操作端１７ａ，１８ａは処理筺体２
から突出して顔をのぞかせている。

【００４０】押圧操作端１７ａ，１８ａをユーザが指で
挟圧してつまむと、圧縮コイルバネ２０は縮んで係止端
１７ｃ，１８ｃも一体的に没入し係止突起２３，２４の
噛み合いが外れて、処理筺体２は摺動案内溝６内を摺動
する。ユーザが気に入った位置に処理筺体２がきたら、
押圧操作端１７ａ，１８ａから指を離せば、処理筺体２
がペン軸筒１に対して固定される。処理筺体２が前半胴
部１ａに対して前後に摺動しても、図３に示す電線１１
ａ，１１ｂとフレキシブル配線１２によってセンサ９，
１３と筆跡認識回路部１０は常に接続されている。

【００４１】本実施例の仕様は、このような具体的実施
態様を呈するから図面を参照してその使い勝手と本実施
例の筆先挙動検出方法の原理を以下説明する。これを、
ユーザが握って使うときは、図２の様に人指し指γと親
指βにより、処理筺体２がはさみこまれて握られ、前半
胴部１ａ先端部に内蔵のワンチップ３軸加速度センサ９
の軸方向が自動的に決る。

【００４２】ユーザが本実施例で文字を紙等に書くと、
ペン軸筒１に背鰭状に結合した処理筺体２が一緒に動
き、ｘ，ｙ，ｚ軸の加速度信号Ｓ1 が加速度センサ９で
検出され、増幅処理を増幅部２５でへた後、信号２重積
分部２６で２重積分すると、筆跡の軌道が復元され、文
字等認識部２７で既存のアルゴリズム（例えば、特願平
６−４２０４号 オンライン手書き文字認識方法 等）
で文字等の認識が行われ、書かれた文字等が認識され
る。

【００４３】認識された文字等は文字コード等で信号伝
送部２８から外部に無線や赤外線等で送信され、受信部
を備えた別途既存のコンピュータが信号を受信する。こ
のとき、自分の書いた文字等の認識結果は液晶ディスプ
レイ３に表示され、ユーザが認識結果を確認することが
できる。

【００４４】また、コンピュータへの文字等入力だけで
なく、本実施例を双方向ページャ（送受信可能ページ
ャ）として使う場合は、無線や赤外線等で送られてくる
通信相手のメッセージを信号受信部３０で受信し、液晶
ディスプレイ３で読むこともできる。

【００４５】また、文字等の認識は、ｘ，ｙ，ｚの３軸
の加速度軌道において、（１）前記の加速度軌道を２重
積分して文字の軌道から書かれた文字を認識する手法，
（２）加速度信号Ｓ1 を１回積分して速度軌道から書か
れた文字を認識する手法，（３）加速度軌道そのものか
ら書かれた文字を認識する手法，（４）前記３手法のう
ちから２つ以上の手法の組み合わせで書かれた文字を認
識する手法，のいずれかで行って良い。

【００４６】また、文字等認識部２７での文字等認識は
行わずに、信号２重積分部２６で加速度の２重積分処理
だけして、書かれた文字や図形の軌跡だけを信号伝送部
２８から外部に出力しても良い。

【００４７】また、文字の認識は、ｘ，ｙの２軸のみの
加速度軌道において、（１）前記の加速度軌道を２重積
分して文字の軌道から書かれた文字を認識する手法，
（２）加速度信号Ｓ1 を１回積分して速度軌道から書か
れた文字を認識する手法，（３）加速度軌道そのものか
ら書かれた文字を認識する手法，（４）前記３手法のう
ちから２つ以上の手法の組み合わせで書かれた文字を認
識する手法，のいずれかで行って良い。

【００４８】また、文字等認識部２７での文字等認識は
行わずに、加速度の２重積分処理だけして、書かれた文
字や図形の軌跡だけを信号伝送部２８から外部に出力し
ても良い。また、信号伝送部２８からの信号の伝送は、
無線，赤外線，音，超音波等のほかに、有線であっても
良い。また、電源部４は処理筺体２の外部に太陽電池を
装着したものの他に、通常の乾電池やリチウム電池，ニ
ッカド電池，空気電池等のものを内蔵したり、外部から
電線で電源を供給したものであっても良い。

【００４９】ペンの紙等へのダウン動作とアップ動作は
以下のように検出する。図４，図５のようにペン先５は
ペン先装着部１ｄに装着され、ペン先５と電極板１４は
導電体である。インク隔壁１５はシリコンのような非導
電体の弾性体からなり、ペン先装着部１ｄも非導電体で
ある。インク隔壁１５が弾性体なのは、ペン先５とイン
ク隔壁１５の間に間隙ができると毛細管現象で空気容量
室１６にインクＬが侵入するからで防液性として常にペ
ン先５とインク隔壁１５は常に密着している。

【００５０】ペンが紙面等にダウン動作すると、ペン先
５はａ方向に持ち上がり、撓むため、ペン先５と電極板
１４の間隙である空気容量室１６の容量が大きくなっ
て、静電容量Ｃが減る。ペンがアップ動作するとまたｂ
方向にペンが下がって静電容量Ｃが増える。このため、
ペンがアップ動作かダウン動作かは、静電容量Ｃにある
一定のいき値を設定して判定し、例えば静電容量Ｃが或
るいき値を越えたらペンダウン、いき値より下がったら
ペンアップとして判定する。

【００５１】（実施例２）本発明の第２実施例を図面に
つき説明する。図９は本実施例の斜視図、図１０は同・
ユーザが握ったところを示す斜視図、図１１は同・テー
パヘッド筒部の拡大中央縦断面図、図１２，１３は図１
１中XII −XII 及びXIII−XIII線視断面図、図１４は同
・ペンを紙等面にダウン当接してボールペン軸の先端部
に力がかかって撓んだテーパヘッド筒部の拡大中央縦断
面図、図１５は同・他例を示すテーパヘッド筒部の拡大
中央縦断面図、図１６は同・ペン軸筒からボールペン軸
を付けたまゝテーパヘッド筒部を取り外した図、図１７
は同・静電容量型センサと接続した筆跡認識回路のブロ
ック図である。

【００５２】図中、Ａ２は本実施例のボールペン型ペン
入力装置、１０′は筆跡認識回路、３１はボールペン軸
筒、３１ａは雄螺子部、３２はテーパヘッド筒部、３２
ａは雌螺子部、３２ｂは先口、３３は摺動案内溝、３４
はボールペン軸、３４ａは筆先、３５は固定上円板、３
５ａは遊挿孔、３６はスリーブ、３６ａはスリーブ嵌挿
孔、３７は弾性下円板、３７ａは嵌挿孔である。

【００５３】３８は大ドーナツ形電極板、３９は小ドー
ナツ形電極板、４０〜４３は円弧形電極板、４４は静電
容量型１軸力覚センサ、Ｃ１〜Ｃ５はコンデンサ、４５
は容量／電圧変換回路、４６は静電容量型３軸力覚セン
サ、４７はボールペン軸、４７ａは環状突起、４７ｂは
筆先である。なお、図１〜図８に示す前記第１実施例の
ペン入力装置Ａ１と同一要素は、同一符号を付して説明
の重複を避けた。

【００５４】いま、本実施例Ａ２は、大きくはペン軸筒
３１、テーパヘッド筒部３２、処理筺体２からなり、テ
ーパヘッド筒部３２内のボールペン軸３４に公知の静電
容量型３軸力覚センサ４６（特開平５−２６７５４号）
が結合され、かつ先口３２ｂに突出する筆先３４ａから
インクＬが出て、紙に文字を書くと、処理筺体２に内蔵
された筆跡認識回路部１０′で静電容量型３軸力覚セン
サ４６により検出された力信号Ｓ2 ａ〜Ｓ2 ｅを処理し
て文字認識を行い、ディスプレイ３で表示した後、本実
施例の外部へ文字コードを伝送するものである。

【００５５】処理筺体２は摺動案内溝３３に沿って前後
し、左右一対のクリック部材１７，１８の押圧操作端１
７ａ，１８ａの押圧・解放操作によって摺動と固定が選
択される。コンデンサＣ１〜Ｃ５は大ドーナツ形電極板
３８に対する小ドーナツ形電極板３９、円弧形電極板４
０〜４３の各対極によりそれぞれ形成される。

【００５６】本実施例の仕様は、このような具体的実施
態様を呈するから図面を参照してその使い勝手と本実施
例の筆先挙動検出方法の原理を以下説明する。これを、
ユーザが握って使うときは、図１０のように人指し指γ
と親指βにより、処理筺体２がはさみこまれて握られ、
テーパヘッド筒部３２に内蔵の静電容量型３軸力覚セン
サ４６の軸方向が自動的に決る。

【００５７】ユーザが本実施例で文字を紙等に書くと、
ペン軸筒３１に結合した処理筺体２が一緒に動き、ボー
ルペン軸３４先端部に結合したコンデンサＣ１〜Ｃ５の
静電容量が検出され、対応する各容量／電圧変換回路４
５をへた後、ボールペン軸３４にかかるｘ，ｙ，ｚ軸の
力信号Ｓ2 ａ〜Ｓ2 ｅとして検出され、増幅処理を増幅
回路２５でへる。

【００５８】その後、文字等認識回路２７で既存のアル
ゴリズム（例えば Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ３９３０２
２９： Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ３９３０２２９に記述
された４つの光センサの光信号の強弱を、本実施例では
コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される力の強弱に置き換
えかつ、ペンのアップ動作とダウン動作はコンデンサＣ
５にいき値をかけて判定する。）で文字認識が行われ、
書かれた文字が認識される。

【００５９】認識された文字等は文字コードで信号伝送
部２８から外部に無線や赤外線等で送信され、受信部を
備えた既存のコンピュータ等が信号を受信する。このと
き、自分の書いた文字等の認識結果は液晶ディスプレイ
３に表示され、ユーザが認識結果を確認することができ
る。

【００６０】また、コンピュータへの文字等入力だけで
なく、本実施例を双方向ページャ（送受信可能ページ
ャ）として使う場合は、無線や赤外線等で送られてくる
通信相手のメッセージを信号受信部３０で受信し、液晶
ディスプレイ３で読むこともできる。

【００６１】また、信号伝送部２８からの信号の伝送
は、無線，赤外線，音，超音波等のほかに、有線であっ
ても良い。また、電源部４は処理筺体２の１側外面に太
陽電池を装設したものの他に、通常の乾電池やリチウム
乾電池，ニッカド電池，空気電池等のものを処理筺体２
に内蔵したり、外部から電線で電源を供給したものであ
っても良い。

【００６２】ペンの紙等へのダウン動作時のボールペン
軸３４先端部にかかる応力については以下に説明する。
図１１〜１４のようにボールペン軸３４先部は静電容量
型３軸力覚センサ４６を嵌通して筆先３４ａを先口３２
ｂから突出するようになっており、テーパヘッド筒部３
２は非導電体である。ペンが紙面等にダウン動作する
と、ボールペン軸３４先端部は図１４のように曲がり、
弾性下円板３７が撓んで、大ドーナツ形電極板３８に対
する各電極板３９，４０〜４３間の各距離が図１４のご
とく変化して各電極板３９，４０〜４３と大ドーナツ形
電極板３８で構成されるコンデンサＣ１〜Ｃ５の容量が
変化する。変化した容量を各対応する容量／電圧変換回
路４５で変換して、ボールペン軸２８の先端部にかかる
力を検出する。

【００６３】ペンのアップ動作とダウン動作の判定は、
ペンがダウン動作すると、大ドーナツ形電極板３８と小
ドーナツ形電極板３９の間隙の容量が小さくなって、静
電容量Ｃ５が増える。ペンがアップ動作するとまた間隙
が大きくなって静電容量Ｃ５が減る。このため、ペンが
アップ動作かダウン動作かは、静電容量Ｃ５にある一定
のいき値を設定して判定し、例えば、あるいき値を越え
たらペンダウン、いき値より下がったらペンアップと判
定する。

【００６４】ボールペン軸３４にインクＬがなくなった
ら図１１に示すテーパヘッド筒部３２と一体的に使い捨
てとする。テーパヘッド筒部３２には雌螺子部３２ａが
切られ、ペン軸筒３１先端部には雄螺子部３１ａが切ら
れ、図１６のように分解可能である。図１６のテーパヘ
ッド筒部３２，ボールペン軸３４，筆先３４ａが使い捨
てである。本実施例のペン軸筒３１背側における処理筺
体２の摺動部の構造は前記第１実施例と同じである。他
の構成も前記第１実施例と同じである。

【００６５】なお、ボールペン軸のみ使い捨てる本実施
例の他例としては、図１５に示す通り、ボールペン軸４
７先端部に環状突起４７ａを形成し、ボールペン軸４７
が環状突起４７ａによってスリーブ３６のへこみ３６ｂ
に嵌まって結合することである。環状突起４７ａは弾性
体からなり、スリーブ３６からボールペン軸４７を抜き
差しする時はへこむ。ボールペン軸４７と筆先４７ｂが
テーパヘッド筒部３２から着脱可能となる。したがっ
て、インクＬがなくなったらボールペン軸４７と、ボー
ルペン軸４７に結合した筆先４７ｂのセットを新品に交
換することによって新たに本実施例のペン入力装置Ａ２
を使用出来る。

【００６６】（実施例３）本発明の第３実施例を図１８
を参照して説明する。図１８は本実施例の斜視図であ
る。図中、Ａ３は本実施例のペン入力装置、４８は処理
筺体、４８ａは上半部、４８ｂは下半部、４９は垂直軸
である。なお、図９に示す前記第２実施例と同一要素は
同一符号を付して説明の重複を避けた。

【００６７】本実施例は基本的に、前記第２実施例と類
似している。異なるのは、処理筺体４８が上半部４８ａ
と下半部４８ｂに２分割され、垂直軸４９で結合してい
る。このため、図１８に示すごとく液晶ディスプレイ３
を装着した上半部４８ａを任意の方向に水平旋回ができ
て、ユーザが液晶ディスプレイ３を見やすい位置に可変
できる図１８の本実施例では、専らボールペンの例を示
したが、むろんペンは万年筆であっても良い。

【００６８】（実施例４）本発明の第４実施例を図１９
を参照して説明する。図１９は本実施例の万年筆型ペン
入力装置のペン先を装着したペン先装着部の拡大平面図
である。図中、Ａ４は本実施例のペン入力装置、５０は
複数の静電容量型１軸力覚センサ５１〜５５をペン先５
の基端部下側のペン先装着部１ｄに亙りほぼ等間隔１列
に配列して形成した静電容量型３軸力覚センサ、５６は
弾性インク隔壁である。なお、図１に示す前記第１実施
例と同一要素は同一符号を付して重複説明を避けた。

【００６９】本実施例は、前記第２実施例のボールペン
軸３４，４７にかかる力を静電容量型３軸力覚センサ４
６で検出して文字認識していたのを、万年筆のペン先５
と複数の円形電極板Ｅ１〜Ｅ５から構成されるコンデン
サＣ１〜Ｃ５に置き換えて、万年筆ペン先５にかかる力
を検出して文字認識する例である。ペン先５の構造は前
記第１実施例の図４，図５に説明した静電容量型１軸力
覚センサ５１〜５５を複数に配置したものである。

【００７０】インク隔壁５６は前記第１実施例と同じく
弾性体からなり、ペン先５が変形した時も空気容量室１
６へのインクＬの侵入を防ぎ、防液性を持たせるための
ものである。筆跡認識回路の構成，文字認識のアルゴリ
ズムの構成は前記第２実施例と同じである。インクの出
る機構は、前記第１実施例と同じである。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、筆先か
らインクを出すことができるので、インクで紙に筆跡を
残しながらコンピュータへの文字や図形が入力でき、既
存の手帳やカルテ等にメモを残せるため、ユーザインタ
フェースが優れているという利点がある。

【００７２】加速度センサもしくは静電容量型力覚セン
サをペン先装着部やテーパヘッド筒部等を介して内蔵し
たペン軸筒に対して摺動する処理筺体が、ユーザが握る
方向を強制的に決めて内蔵のセンサの軸方向にあわせる
ことができるのでユーザがセンサの軸方向を気にするこ
となく、自然にセンサの軸方向が決定されるという利点
がある。当然、ペン断面を握りにくい３角形等の形状に
する必要がないという利点がある。また、処理筺体が摺
動するので、ユーザの好みに応じた握りやすい位置に処
理筺体を設定できるという利点がある。

【００７３】センサはペン先やボールペン軸先端部やそ
の近くにレイアウトできるので、筆先の微妙な細かい動
きも確実にセンシング可能となり、文字や図形の軌道の
復元が高精度にできて、文字や図形の認識精度が向上す
るという利点がある。

【００７４】ペンの紙面等へのダウン動作とアップ動作
は、ペン先やボールペン軸先端部に付けた静電容量型セ
ンサで検出するので、ペンのダウン動作とアップ動作の
検出が確実にできるという利点がある。インクは、イン
クカートリッジやボールペン軸で供給するので、交換に
よって各種の色のインクが使えるという利点がある。

【００７５】処理筺体に装着されたディスプレイが水平
旋回を行えるので、ユーザにとってディスプレイの視認
性が良いという利点がある。ペン先やボールペン軸先端
部にかかる力は静電容量型力覚センサで検出するので、
歪みゲージ等で検出するのと違って温度変化に対しても
ロバストであるという利点がある。

【００７６】応用分野としては、紙に筆跡を残しながら
コンピュータへ文字や図形の筆跡情報を入力するペン入
力装置として一般的に使用でき、携帯型ＰＤＡの入力装
置，双方向ページャ（送受信可能ページャ）の入力及び
表示装置，紙に筆跡を残しかつ文字をレジに転送するレ
ストランや宅配便等の筆記装置，紙に筆跡を残しかつ文
字をコンピュータへ転送する病院のカルテの筆記装置，
紙の伝票にサインを行いながら、転送された文字軌道で
個人認証を行うクレジットカードシステムへの応用等が
考えられる等優れた効用性・有用性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す万年筆型ペン入力装
置の斜視図である。

【図２】同上、万年筆型ペン入力装置を握ったところの
斜視図である。

【図３】同上、一部破断した側面図である。

【図４】同上、先端部拡大縦断面図である。

【図５】同上、先端部拡大平面図である。

【図６】図７中VI−VI線視相当部分の断面図である。

【図７】図６中VII −VII 線視相当部分の拡大要部断面
図である。

【図８】本発明の第１実施例を示す万年筆型ペン入力装
置のシステム回路ブロック図である。

【図９】本発明装置の第２実施例を示すボールペン型入
力装置の斜視図である。

【図１０】同上、ボールペン型ペン入力装置を握ったと
ころの斜視図である。

【図１１】同上のテーパヘッド筒部の拡大中央縦断面図
である。

【図１２】図１１中XII −XII 線視断面図である。

【図１３】図１１中XIII−XIII線視断面図である。

【図１４】本発明の第２実施例を示すボールペン型ペン
入力装置の筆先が紙面に当接ダウン動作したところのテ
ーパヘッド筒部の拡大中央縦断面図である。

【図１５】同上の他例を示すテーパヘッド筒部の拡大中
央縦断面図である。

【図１６】同上のボールペン軸交換に際しての分割図で
ある。

【図１７】同上のシステム回路ブロック図である。

【図１８】本発明の第３実施例を示すボールペン型ペン
入力装置のディスプレイ旋回型斜視図である。

【図１９】本発明の第４実施例を示す万年筆型ペン入力
装置の先端部の拡大平面図である。

【符号の説明】

Ａ１〜Ａ４…ペン入力装置 Ｃ１〜Ｃ５…コンデンサ Ｅ１〜Ｅ５…円形電極板 α…手 β…親指 γ…人指し指 １…ペン軸筒 １ａ…前半胴部 １ｂ…後半尾部 １ｃ…結合部 １ｄ…ペン先装着部 １ｅ…インクガイド条溝 ２，４７…処理筺体 ３…液晶ディスプレイ ４…電源部 ５…万年筆ペン先 ５ａ，３４ａ…筆先 ６，３３…摺動案内溝 ７…インク導管 ８…インクカートリッジ ９…加速度センサ １０，１０′…筆跡認識回路 １１ａ，１１ｂ…電線 １２…フレキシブル配線 １３，５１〜５５…静電容量型１軸力覚センサ １４…円形電極板 １５，５６…弾性インク隔壁 １６…空気容量室 １７，１８…クリック部材 １７ａ，１８ａ…押圧操作端 １７ｂ，１８ｂ…背部 １７ｃ，１８ｃ…係止端 １９…クリック部材内蔵室 １９ａ…ストッパ ２０…圧縮コイルバネ ２１，２２…アンダーカット部 ２３，２４…係止突起 ２５…増幅部 ２６…信号２重積分部 ２７…文字等認識部 ２８…信号伝送部 ２９…中央演算部 ３０…信号受信部 ３１…ボールペン軸筒 ３１ａ…雄螺子部 ３２…テーパヘッド筒部 ３２ａ…雌螺子部 ３２ｂ…先口 ３４…ボールペン軸 ３５…固定上円板 ３５ａ…遊挿孔 ３６…スリーブ ３６ａ…スリーブ嵌挿孔 ３７…弾性下円板 ３７ａ…嵌挿孔 ３８…大ドーナツ形電極板 ３９…小ドーナツ形電極板 ４０〜４３…円弧形電極板 ４５…容量／電圧変換回路 ４６，５０…静電容量型３軸力覚センサ ４７…ボールペン軸 ４７ａ…環状突起 ４８ａ…上半部 ４８ｂ…下半部 ４９…垂直軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根原 登 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筆先の運行に伴い、圧力が加わる筆先近傍
   の弾性撓み変形に対応して適宜手段にて上下１軸方向又
   は前後左右上下３軸方向の静電容量変化の電気信号に変
   換することを特徴とする筆先挙動検出方法。
2. 【請求項２】筆先近傍の弾性撓み変形は、万年筆ペン先
   基端部又はボールペン軸先端部における変形であること
   を特徴とする請求項１記載の筆先挙動検出方法。
3. 【請求項３】ペン軸筒の先端部所要箇所に内設したセン
   サの検出信号を処理して文字や図形の筆跡情報を別途コ
   ンピュータに入力するペン入力装置において、 前記ペン軸筒の背側軸方向の所要領域に亙り摺動案内溝
   を掘設延在する一方、 前記センサと接続する筆跡認識回路を内装した処理筺体
   を当該摺動案内溝に沿って摺動自在かつ位置調整設定自
   在に取付けたことを特徴とするペン入力装置。
4. 【請求項４】センサは、ペン軸筒先端部の万年筆ペン先
   装着部近傍後方位置に内蔵し加速度信号を出力する加速
   度センサと、 前記ペン先基端部下側に設け、力信号を出力する静電容
   量型１軸力覚センサと、 の組合せであることを特徴と
   する請求項３記載のペン入力装置。
5. 【請求項５】センサは、 ペン先基端部下側に設け、力信号を出力する静電容量型
   １軸力覚センサを当該ペン先基端部下側に亙り複数配設
   し、 全体として静電容量型３軸力覚センサを、 構成することを特徴とする請求項３記載のペン入力装
   置。
6. 【請求項６】静電容量型１軸力覚センサは、万年筆ペン
   先装着基端部に万年筆ペン先基端部と所要間隔を開けて
   対面張着する電極板と、 当該電極板四周の間隙を密封囲繞する弾性インク隔壁
   と、 当該弾性インク隔壁により囲画形成された防液性空気容
   量室と、 前記ペン先端部と前記電極板とに接続する容量／電圧変
   換回路と、 で構成することを特徴とする請求項４又は５記載のペン
   入力装置。
7. 【請求項７】センサは、 ボールペン軸筒先端に着脱自在に結合したテーパヘッド
   筒部内周面に外周を周着するとともに所要間隔を開けて
   上下に一対相対峙した固定上円板と弾性下円板を設ける
   一方、 当該固定円板中央の遊挿孔から中央下面にスリーブを垂
   突した前記弾性下円板中央の嵌挿孔を経てスリーブ嵌挿
   孔に亙りボールペン軸先部を貫通し、 他方、前記固定上円板の下面には前記遊挿孔と同心円状
   に大ドーナツ形電極板を添着しかつ前記弾性下円板の上
   面には当該大ドーナツ形電極板に対面して前記嵌挿孔と
   同心円状の小ドーナツ形電極板と当該小ドーナツ形電極
   板を囲繞して周方向等間隔の四つの円弧形電極板を添着
   し、 さらに、前記大ドーナツ形電極板と前記小ドーナツ形電
   極板又は前記円弧形電極板とに、それぞれの容量／電圧
   変換回路を接続して、 前後左右上下軸方向静電容量型３軸力覚センサを形成す
   ることを特徴とする請求項３記載のペン入力装置。
8. 【請求項８】処理筺体は、 外側面の上下半部にそれぞれディスプレイと太陽電池を
   装設し、 下部中央部に内蔵しかつ背中合せ間に反撥弾性力を介在
   付勢して左右両側面中央下部からそれぞれ出没する上下
   平行の押圧操作端と係止端に常時突出習性を付与された
   左右一対の断面コ字形クリック部材を、 左右両壁対向面に掘削延在したアンダーカット部に前記
   係止端が対応係合する間隔を置いて係止突起群を突設し
   たペン軸筒の摺動案内溝に背鰭状に屹立取付けられるこ
   とを特徴とする請求項３，４，５，６または７記載のペ
   ン入力装置。
9. 【請求項９】処理筺体は、上下半部に二分割し、ディス
   プレイを装設した上半部を太陽電池を装設した下半部に
   対して水平旋回自在に枢着することを特徴とする請求項
   ３，４，５，６，７又は８記載のペン入力装置。
10. 【請求項１０】ペン軸筒は、前部と後部に分離自在に結
    合することを特徴とする請求項３，４，５，６，７，
    ８、又は９記載のペン入力装置。