JP2005301874A - トラックポイントを用いた文字入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 文字入力のための面積を広くとれない小型情報機器であっても、人間本来の文字の手書きの感覚で入力することができる文字入力装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧を検知する３分力センサと、入力可能な文字毎に、時間進行に対するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンを蓄積した文字蓄積部と、３分力センサによって取得されたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンと、文字蓄積手段に蓄積されたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンとを比較して、最も差分の少ない文字を選択する文字認識部とを有する。３分力センサは、トラックポイントのスティックが固定されたプレートの周囲に配置された歪みセンサであって、軸を介して対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の差によってＸ軸及びＹ軸方向を検知し、指圧力の和によってＺ軸方向を検知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型情報機器に搭載されるトラックポイントを用いた文字入力装置に関する。

従来より、パーソナルコンピュータのような情報機器の場合、文字毎にキーが割り当てられたフルキーボードを用いて文字を入力することができる。この場合、キーボードは、一般に３０×１５ｃｍ程度のサイズを必要とする。また、携帯情報端末の場合、スタイラスペンの筆圧及び筆跡を認識するパッドを用いて文字を入力することができる。この場合も、文字入力のためのパッド部分に一定の面積を必要とし、一方の手でスタイラスペンを持たなければならない。更に、携帯電話機の場合、キーパッドテンキーの複数の打鍵によって文字を入力することができる。この場合、文字の頭文字を入力した段階で、過去に入力された文字に基づいた推定文字が列挙され、それを選択することによって文字入力操作の向上を図っている。

一方で、パーソナルコンピュータのような情報機器の場合、マウスを操作することによって画面上のポインタの位置を指定することができる。また、ノート型パーソナルコンピュータのような小型情報端末の場合、マウスに代わるポインティングデバイスとして、操作面積が小さくなるタッチパッドを用いることもできる。更に、指圧のみでポインタの位置を操作することができるトラックポイントを用いることもできる（例えば非特許文献１参照）。トラックポイントは、画面上のポインタを、指圧のみでＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができるので、マウス又はパッドのように一定の面積を必要としない。

"ThinkPadのトラックポイント"、[online]、[平成１６年４月１日検索]、インターネット<http://www-6.ibm.com/jp/pc/thinkpad/tips/vol13.html>

前述したように、文字を入力するためには、どんなに小さくしても一定の面積が必要であった。一方で、トラックポイントのようにポインタの位置を操作することができる技術があった。

そこで、本発明は、文字入力のための面積を広くとれない小型情報機器であっても、人間本来の文字の手書きの感覚で入力することができる文字入力装置を提供することを目的とする。

本発明における文字入力装置は、指先の指圧によって手書き感覚の文字を入力することができるものであって、
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧を検知する３分力センサと、
入力可能な文字毎に、時間進行に対するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンを蓄積した文字蓄積手段と、
３分力センサによって取得されたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンと、文字蓄積手段に蓄積されたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンとを比較して、最も差分の少ない文字を選択する文字認識手段と
を有することを特徴とする。

本発明の他の実施形態によれば、３分力センサは、トラックポイントのスティックが固定されたプレートの周囲に配置された歪みセンサであって、軸を介して対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の差によって軸を介した両センサの横方向を検知し、指圧力の和によってＺ軸方向を検知することも好ましい。

また、本発明の他の実施形態によれば、３分力センサが指サックの外側指部分に接着されており、該指サックに指を差し込み、板状平面に３分力センサを押しつけて指圧を加えるように構成されていることも好ましい。

更に、本発明の他の実施形態によれば、３分力センサは、トラックポイントのスティックが固定されたプレートの周囲に配置された歪みセンサと、該スティックの下に取り付けられたマイクロスイッチとであって、
軸を介して対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の差によってＸ軸及びＹ軸方向を検知し、マイクロスイッチの押下によってＺ軸方向を検知することも好ましい。

更に、本発明の他の実施形態によれば、３分力センサは、トラックポイントのスティックが固定されたプレートの周囲に配置された歪みセンサと、該スティックの軸方向に取り付けられた力センサとであって、
軸を介して対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の差によってＸ軸及びＹ軸方向を検知し、力センサによってＺ軸方向を検知することも好ましい。

本発明の文字入力装置によれば、文字入力のための面積を広くとれない小型情報機器であっても、人間本来の文字の手書きの感覚で入力することができる。

利用者は指圧だけで文字を入力することができるので、情報機器に文字入力のためだけに必要となる一定の面積を必要とせず、情報機器全体のサイズを小さくすることができる。従って、携帯電話機のような小型情報機器には有効である。

本発明の副次的な効果として、本発明によれば腕、手又は指の動きを必要としないために、隣合う第三者に文字入力の動きを直接的に覗き見られるおそれがない。従って、人の多い場所で認証情報を入力しなければならない場合、例えば、銀行のキャッシュディスペンサにパスワードを入力する場合に有効である。固定位置にある数字キーを指を動かして入力する場合は、その動きによって他人に読み取られるおそれがあるが、指圧だけの場合、その動きを他人に読み取られるおそれはない。

以下では、図面を用いて、本発明における最良の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明におけるトラックポイントの機能構成図である。

図１（Ａ）は、トラックポイントの断面図である。図１（Ａ）によれば、トラックポイント部分は、ラバーキャップ１０と、プラスチックキャップ１１と、スティック１２と、歪みプレート１３と、歪みセンサ１４及び１６とから構成されている。ラバーキャップ１０は、指先が滑らないように処理が施されている。また、歪みプレート１３は、上下方向に撓むようなものである。

図１（Ｂ）は、トラックポイント内部の上面図である。図１（Ｂ）によれば、スティック１２を中心として、歪みセンサ１４〜１７が歪みプレート１３の外側周囲部分に配置されている。これら歪みセンサの圧縮又は伸張を検出することによって、指圧方向を認識することができる。

図１（Ｃ）は、利用者の指でトラックポイントが右方向に寄せられた場合の側面図である。このとき、歪みセンサ１４は伸張し、歪みセンサ１６は圧縮する。伸張の変動値は＋符号で表され、圧縮の変動値は−符号で表される。横方向のみの力が加わった場合、軸を対称とする両センサの歪み変動値は、以下の表１のように、異符号で同じ値となる。

この場合、以下の式のように、両変動値の差によって横方向の変動値を導出することができる。このような方法は、前述した非特許文献１に記載されたものと同じ技術である。
センサ１４の変動値−センサ１６の変動値＝横方向の変動値 （式１）
＋２ − （−２） ＝ ＋４

図１（Ｄ）は、トラックポイントを利用者の指で押し下げた場合の側面図である。図２（Ｄ）によれば、歪みセンサ１４は伸張し、歪みセンサ１６も伸張する。Ｚ軸方向のみの力が加わった場合、Ｚ軸方向の両センサの歪み変動値は、以下の表２のように、同符号で同じ値となる。尚、Ｚ軸方向の力については、指圧がかかる方向は下方向のみであるので、その向きを知る必要はない。

この場合、以下の式のように、両変動値の和によってＺ軸方向の変動値を導出することができる。
センサ１４の変動値＋センサ１６の変動値＝Ｚ軸方向の変動値 （式２）
＋１ ＋ （＋１） ＝ ＋２

図１（Ｄ）のような方法は、本発明の特徴とするものである。従来技術によれば、軸を対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の差によってＸ軸及びＹ軸方向を検知することができた。即ち、一方のセンサの伸張に対して他方のセンサの圧縮が対応し、異符号で同じ変動値が得られる。これに対し、本発明によれば、軸を対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の和によってＺ軸方向を検知することができる。即ち、トラックポイントを押し下げた場合には、必ず両方のセンサに対して伸張の力が働くこととなるからである。従って、一方のセンサの伸張に対して他方のセンサの伸張が対応していれば、同符号で同じ変動値が得られ、Ｚ軸方向の指圧力が働いていることが検知できる。

図１（Ｅ）は、指圧が横方向及び下方向にかかっている場合の側面図である。この場合、歪みセンサ１４の変動値と歪みセンサ１６の変動値とは、同じ値にならない。例えば、以下の表３のような歪み変動値が得られたとする。

この場合、前述した式１及び式２によれば、以下のように算出できる。
センサ１４の変動値−センサ１６の変動値＝横方向の変動値 （式１'）
＋３ − （−１） ＝ ＋４
センサ１４の変動値＋センサ１６の変動値＝Ｚ軸方向の変動値 （式２'）
＋３ ＋ （−１） ＝ ＋２

即ち、算出された横方向の変動値（＋４）の半分（１／２）値は、一方のセンサ（異符号）の横方向変動値（＋２）といえる。また、算出されたＺ軸方向の変動値（＋２）の半分（１／２）値は、一方のセンサ（同符号）の横方向変動値（＋１）といえる。そうすると、以下の表４のような変動値であったことを算出できる。

図１（Ｆ）は、Ｚ軸方向の指圧力をマイクロスイッチで検知する場合の側面図である。この場合、非特許文献１のようにＸ軸及びＹ軸方向の変動量は、センサ１４及び１６で検知し、Ｚ軸方向の指圧力は、スティック１２及びプレート１３の真下に配置されたマイクロスイッチ１０１で検知するものである。これにより、Ｚ軸方向の歪み変動量を図１（Ｄ）（Ｅ）のように算出する必要がない。Ｚ軸方向に対しては、その変動量は必要なく、指圧力がかかっているか又はかかっていないかを検知できれば十分だからである。

図１（Ｇ）は、Ｚ軸方向の指圧力を力センサで検知する場合の側面図である。力センサは、スティック１２に内蔵されるものであってもよいし（１０２）、図１（Ｆ）のマイクロスイッチに代えてその部分に備えるものであってもよい（１０３）。このように、既存のトラックポイントに、スティックの軸方向の指圧力を検知する力センサを備えるだけで、本願発明を容易に実現することができる。

利用者は、トラックポイントラバーキャップ１０の上に指を置き、指で文字を線書きしているように操作する。線が書かれている時を想定すると、その方向にトラックポイント１を向けつつ、指に力を加えて下方向に押す。一方、線が書かれていない時を想定すると、次に線を書く位置にトラックポイントを向けつつ、指に力を加えない。

歪みセンサとしては、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用した拡散型の半導体圧力センサがある。これは、シリコンウェハの表面にＩＣ（集積回路）の製造技術と同じプロセスで拡散歪ゲージが形成される。また、裏面からのエッチングにより、シリコン自体を薄くしダイアフラムにしてある。圧力がかかるとダイアグラムが撓み、ピエゾ抵抗効果によって、加わる応力に伴い拡散歪ゲージの抵抗率が変化する。拡散歪ゲージでブリッジを構成し、電流又は電圧を印加することにより、圧力に伴った電気信号が得られます。シリコンを用いた拡散型半導体圧力センサは、ストレインゲージに比べ小型で高感度であると同時に、ヒステリシスもなく信頼性が高い。

図２は、文字の入力時における時間進行に対する３軸方向の指圧力変化パターンである。

図２によれば、文字「あ」が入力された場合を表しており、文字「あ」を書くときに位置ａ〜ｆが特定される。例えば、位置ａから位置ｂへ線書きする場合、Ｘ軸方向については＋方向へ移動し、Ｙ軸方向については少し−方向へ移動した後で幾分＋方向へ移動している。このとき、線書きしているために、Ｚ軸方向については圧力がかかっている。次に、位置ｂから位置ｃへ移動する場合、Ｘ軸方向については少し−方向へ移動し、Ｙ軸方向については＋方向へ移動している。このとき、線書きしていないために、Ｚ軸方向については圧力がかかっていない。このようにして、文字毎に指圧力変化パターンを取得することができる。

図３は、本発明における文字入力装置の機能構成図である。

文字入力装置は、トラックポイント１０〜１６と、文字認識部１７と、文字蓄積部１８とを有する。文字蓄積部１８は、入力可能な文字毎に、時間進行に対する３軸方向の指圧力変化パターンを蓄積している。例えば、文字「あ」については、図２のようなパターンを蓄積している。文字認識部１７は、Ｘ軸、Ｙ軸びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンをトラックポイントから取得し、文字蓄積部１８に蓄積された指圧力変化パターンと比較して最も近似する文字を選択する。

図４は、文字の書き始め及び書き終わりを検知する指圧力パターンである。

図４によれば、文字の書き始めと文字の書き終わりとの間では、必ずＺ軸方向の力が変動（立ち上がり、立ち下がり）している。従って、この間におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の指圧力パターンを比較することによって入力された文字を選択することができる。

図５は、蓄積文字情報と入力信号とを比較するパターン図である。

入力する利用者によっては、文字入力の速度の異なることによって指圧力変化パターンが時間方向に伸びる場合があり、指圧力が異なることによってＺ軸方向に伸びる場合もある。しかし、そのような場合であっても、時間方向及び軸方向を全体的に伸張又は圧縮することによって、同じ文字であれば、比較的同じ形状のパターンとなる。

図５（Ａ）によれば、蓄積文字情報と入力信号とを同じＺ軸上に重畳させ、入力信号の後尾が蓄積文字情報の後尾とを一致するように、入力信号を引き伸ばすか又は縮める。また、図５（Ｂ）によれば、入力信号と蓄積文字情報との指圧を一致させるように、入力信号の指圧方向を引き伸ばすか又は縮める。これにより、図５（Ｃ）によれば、蓄積文字情報と入力信号との差分を検知することができる。ここでは、位置ａ−ｂ間、位置ｂ−ｃ間、位置ｃ−ｄ間、位置ｄ−ｅ間及び位置ｅ−ｆ間それぞれについて、蓄積文字情報と入力信号との差分を導出し、これらの二乗誤差を算出する。

図６は、図５のようにして得られた差分から文字を認識する指圧力パターンである。

図６によれば、入力信号の指圧力パターンが、「あ」の蓄積文字情報又は「い」の蓄積文字情報に一致するか否かを表している。ここでは、各軸成分について、各位置間における入力信号と「あ」の蓄積文字情報との間の二乗誤差をとる。また、各軸成分について、各位置間における入力信号と「い」の蓄積文字情報との間の二乗誤差をとる。その上で、それら二乗誤差が最小となる文字が、認識文字となる。図５によれば、入力信号と「い」の蓄積文字情報と間の二乗誤差は、入力信号と「あ」の蓄積文字情報と間の二乗誤差よりも大きい。

図７は、本発明における一般的な３分力センサを用いた機能構成図である。

３分力センサ２は、パッド２１と、Ｘ軸方向力センサ２２と、Ｙ軸方向力センサ２３と、Ｚ軸方向力センサ２４と、支持体２５とから構成されている。これにより、前述と同様に、３軸方向の指圧力パターンを取得することができる。利用者は、パッドの上に指を置き、指で文字を線書きしているように操作する。線が書かれている時を想定すると、その方向に指先を向けつつ、指に力を加えて下方向に押す。一方、線が書かれていない時を想定すると、次に線を書く位置に指先を向けつつ、指に力を加えない。

図８は、本発明における指サック装置３を用いた機能構成図である。

指サック３は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の指圧力を検知する３分力センサ３１と、指サック部３２と、検出された指圧信号を転送する信号線３３とを有する。この装置３は、指５を指サック部３２にはめ込み、板４の上に３分力センサ３１を接触させた状態で、指に力を入れて文字を入力する。

図９は、携帯電話機にトラックポイントを備えた外観図である。

トラックポイントは、携帯電話機のような小型情報機器に搭載することに適している。利用者は、指で文字を書くように指先を動かし且つ指圧をかけるだけで、その文字を入力することができる。このような実施形態においては、１つのトラックポイントだけで、携帯電話機のカーソル位置の指定と、文字入力とを実現することができる。

前述した本発明における種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

本発明におけるトラックポイントの機能構成図である。 文字の入力時における時間進行に対する３軸方向の指圧力変化パターンである。 本発明における文字入力装置の機能構成図である。 文字の書き始め及び書き終わりを検知する指圧力パターンである。 蓄積文字情報と入力信号とを比較するパターン図である。 図５のようにして得られた差分から文字を認識する指圧力パターンである。 本発明における３分力センサを用いた機能構成図である。 本発明における指サック装置を用いた機能構成図である。 携帯電話機にトラックポイントを備えた外観図である。

符号の説明

１ 文字入力装置
１０ ラバーキャップ
１１ プラスチックキャップ
１２ スティック
１３ 歪みプレート
１４、１５、１６、１７ 歪みセンサ
１８ 文字認識部
１９ 文字蓄積部
１０１ マイクロスイッチ
２ 三次元指圧検知装置
２１ パッド
２２ Ｘ軸方向力センサ
２３ Ｙ軸方向力センサ
２４ Ｚ軸方向力センサ
２５ 支持体
３ 指サックセンサ
３１ 力センサ
３２ 指サック
３３ 信号線
４ 板
５ 指

Claims (5)

1. 指先の指圧によって手書き感覚の文字を入力することができる文字入力装置であって、
   Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧を検知する３分力センサと、
   入力可能な文字毎に、時間進行に対するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンを蓄積した文字蓄積手段と、
   前記３分力センサによって取得されたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンと、前記文字蓄積手段に蓄積されたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの指圧力変化パターンとを比較して、最も差分の少ない文字を選択する文字認識手段と
   を有することを特徴とする文字入力装置。
2. 前記３分力センサは、トラックポイントのスティックが固定されたプレートの周囲に配置された歪みセンサであって、
   軸を介して対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の差によって軸を介した両センサの横方向を検知し、指圧力の和によってＺ軸方向を検知することを特徴とする請求項１に記載の文字入力装置。
3. 前記３分力センサが指サックの外側指部分に接着されており、該指サックに指を差し込み、板状平面に前記３分力センサを押しつけて指圧を加えるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の文字入力装置。
4. 前記３分力センサは、トラックポイントのスティックが固定されたプレートの周囲に配置された歪みセンサと、該スティックの下に取り付けられたマイクロスイッチとであって、
   軸を介して対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の差によってＸ軸及びＹ軸方向を検知し、前記マイクロスイッチの押下によってＺ軸方向を検知することを特徴とする請求項１に記載の文字入力装置。
5. 前記３分力センサは、トラックポイントのスティックが固定されたプレートの周囲に配置された歪みセンサと、該スティックの軸方向に取り付けられた力センサとであって、
   軸を介して対称する２つの歪みセンサにおける、指圧力の差によってＸ軸及びＹ軸方向を検知し、前記力センサによってＺ軸方向を検知することを特徴とする請求項１に記載の文字入力装置。

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