JP2005326938A - 情報入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の視覚を用いずに触覚を用いて文字の手書き入力及びその入力確認、また修正を精度良く行える情報入力装置を提供する。
【解決手段】基板１２と、基板１２の上方に配置された収縮性の高い繊維状の収縮膜２０と、基板１２と収縮膜２０の間に封入された粘性の高い粘性流体１３と、収縮膜２０の基板１２と向い合う主面にマトリクス状に貼り付けられた複数のマグネット体１４₁〜１４_mと、基板１２の収縮膜２０に対向する主面上の複数のマグネット体１４₁〜１４_mと対向する位置にそれぞれ装着された複数の磁気検出素子１５₁〜１５_mとを有し、操作者による収縮膜２０への手書き入力操作に応じて、入力部分の収縮膜２０及びマグネット体１４₁〜１４_mが磁気検出素子１５₁〜１５_mへ向かって移動し、磁気検出素子１５₁〜１５_mは、入力部分のマグネット体１４₁〜１４_mが押し圧移動されたことを検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は情報入力装置に関し、特に、手書き入力を行う入力操作面を有する情報入力装置に関する。

車両に搭載された情報機器の代表例として自動車用ナビゲーションシステムがある。この自動車用ナビゲーションシステムにおいて、システム内に記憶されていない目的地を設定する場合、目的地の電話番号を入力したり、目的地の地名をアルファベットや５０音で入力していく方式が頻繁に用いられている。電話番号を入力する場合テンキー（１０キー）を利用し、また、５０音やアルファベットを入力する場合キーボードやタッチスクリーン上に表示された擬似キーボードを利用することが一般的である。

しかしながら、テンキーやキーボードを用いることで機器の占有面積が大きくなり、車内スペースの有効活用が困難となる。また、タッチスクリーンによる５０音、アルファベット、テンキー入力についても表示部分と入力部分とを共有するため所定の大きさの画面が必要となり、また設置位置も視認性と操作性との両方を満足させる位置に限られてしまう。運転者は、その視覚を車両の運転のために車両前方へ注視させていることが必要であり、安全性の観点から表示部分は上方に、操作部分は表示部分と分離してできるだけ運転者の手元に配置することが望ましい。しかしながら、運転者の手元近くには十分なスペースが無いことが多い。

そこで、指先の２次元の動作を検出することによって、数字、アルファベット、５０音を手書き文字として入力できる入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の入力装置は、小型携帯端末（電子手帳）が備えるペン入力装置またはタブレット入力装置に適用されている。
特開平９-２２３１９４号公報

しかし、上述したタブレット入力装置では、圧力感知式抵抗体等で構成された平面状の２次元位置検出デバイスの表面を指でなぞる方式を採用しているため、入力ミスが生じたとき、どのような形状を入力したことによって入力ミスが生じたかを後から確認することが困難である。また、入力の途中で入力作業を中断し、しばらくしてから再開するとき、途中まで入力した内容に新たな情報を付加することも困難である。入力した形状（情報）を画面に表示して視覚的に確認することは可能ではあるが、視覚を車両前方へ注視させていることが必要な運転者にとって、あまり好ましくない。

本発明の特徴は、基板と、基板の上方に配置された収縮性の高い繊維状の保護膜と、基板と保護膜の間に封入された粘性の高いゲル状流体と、保護膜の基板と向い合う主面にマトリクス状に貼り付けられた複数のマグネット体と、基板の保護膜に対向する主面上の複数のマグネット体と対向する位置にそれぞれ装着された複数の磁気検出素子とを有する情報入力装置であって、操作者による保護膜への手書き入力操作に応じて、入力部分の保護膜及びマグネット体が磁気検出素子へ向かって移動し、磁気検出素子は、入力部分のマグネット体が押し圧移動されたことを検出することを要旨とする。

本発明によれば、操作者の視覚を用いずに触覚を用いて文字の手書き入力及びその入力確認、また修正を精度良く行える情報入力装置を提供することが出来る。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

図１は、本発明の実施の形態に係わる情報入力装置を用いたナビゲーションシステムを示す。ナビゲーションシステムは、実施の形態に係わる情報入力装置の一例としてのＸ−Ｙマトリクス入力装置１と、Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１のＸ座標の出力端子及びＹ座標の出力端子に接続されたＸ−Ｙ座標算出装置２と、Ｘ−Ｙ座標算出装置２に接続された操作軌跡算出装置３と、操作軌跡算出装置３に接続された判定装置４と、判定装置４に接続された記憶装置５及びカーナビゲーション装置６とを有する。

Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１は、操作者の指先による押し圧の操作軌跡を検出する。Ｘ−Ｙ座標算出装置２は、Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１の出力から操作者の指先のＸ−Ｙ座標を算出する。操作軌跡算出装置３は、Ｘ−Ｙ座標算出装置２の出力の時間経過から操作指の操作軌跡を算出する。記憶装置５は、所定の文字パターンを記憶する。判定装置４は、操作軌跡算出装置３により算出された操作指の操作軌跡と記憶装置５に記憶されている所定の文字パターンとを比較して、もっとも近似する文字パターンを判定する。カーナビゲーション装置６は、判定装置４により判定された文字パターンに対応する文字コードを受信する。このようにして、Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１を介してカーナビゲーション装置６などの車載情報機器へ操作者が情報を入力することが出来る。

図２に示すように、図１のＸ−Ｙマトリクス入力装置１の入力パッド部は、操作指２３が接触する略四角形の保護膜２０（以後、「収縮膜」と呼ぶ）と、収縮膜２０の内側に注入されたゲル状流体１３（以後、「粘性流体」と呼ぶ）と、収縮膜２０の内側にマトリクス状に配置された複数のマグネット体１４と、収縮膜２０の外周を取り囲むケース１１と、ケース１１上の対向する角部分に配置されたクリアボタン２１及び確定ボタン２２とを有する。収縮膜２０の表面は、Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１の入力パッド面を構成する。

操作指２３によって数字、アルファベットなどの手書き文字が入力されると、操作指２３はこのマトリクス状に設置されたマグネット体１４を押し込みながら収縮膜２０の上を滑走する。図４及び図５を参照して後述するように、操作者が滑走させた操作指２３の軌跡は 収縮膜２０上に凹凸の操作軌跡２４として保持することができる。確定ボタン２２は、手書き入力操作によって入力した情報を確定する操作者の意志を伝える。クリアボタン２１は、情報の再入力を行う操作者の意志を伝える。したがって、確定ボタン２２により入力された情報が確定され、クリアボタン２１により入力した軌跡を一旦クリアして再度新しい入力を始めることが出来る。

なお、図２では、ｎ行ｍ列に配置されたマグネット体１４の一例として、１０行１２列に配置されたマグネット体１４を示している。マグネット体１４の直径は５ｍｍであり、マグネット体１４の間隔は３ｍｍで配置している。操作指２３の大きさに対して、図２に示す程度の密度にマグネット体１４を配置することにより、文字、アルファベットなどの比較的複雑な入力情報を認識することが出来る。

図３に示すように、図１のＸ−Ｙマトリクス入力装置は、平板状の基板１２と、基板１２の上方に配置された収縮性の高い繊維状の収縮膜２０と、基板１２と収縮膜２０の間に封入された粘性の高い粘性流体１３と、収縮膜２０の基板１２と向い合う主面（裏面）にマトリクス状に貼り付けられた複数のマグネット体１４₁、１４₂、１４₃、・・・、１４_m-1、１４_mと、基板１２の収縮膜２０に対向する主面（表面）上の複数のマグネット体１４₁〜１４_mと対向する位置にそれぞれ装着された複数の磁気検出素子（例えば、ホール素子）１５₁、１５₂、１５₃、・・・、１５_m-1、１５_mと、ホール素子１５₁〜１５_mのそれぞれに隣接して配置された磁気発生部（電磁機構）１６₁、１６₂、１６₃、・・・、１６_m-1、１６_mとを有する。

基板１２の外周は、ケース１１と結合されている。基板１２の上方にドーム状の収縮膜２０が配置され、基板１２と収縮膜２０で囲まれた領域が粘性流体１３で満たされている。また、収縮膜２０はケース１１の内側に配置されている。収縮膜２０の基板１２と向い合う主面、つまり収縮膜２０の内面に、図２に示した複数のマグネット体１４₁〜１４_mがマトリクス状に接着されている。基板１２の収縮膜２０に対向する主面上の、図２に示した複数のマグネット体１４₁〜１４_mと同じ位置に、各マグネット体１４₁〜１４_mと組を成す複数のホール素子１５₁〜１５_m及び複数の磁気発生部１６₁〜１６_mが互いに隣接して配置されている。複数のホール素子１５₁〜１５_mは、リード線１８ａ及び貫通端子１７ａを介して、プリント基板１９上に構成された検出回路に接続されている。同様に、複数の磁気発生部１６₁〜１６_mは、リード線１８ｂ、貫通端子１７ｂを介して、プリント基板１９上に構成された制御回路に接続されている。

図４は、図１のＸ−Ｙマトリクス入力装置１を制御するための回路構成を示す。Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１の制御回路は、リード線１８ａ及び貫通端子１７ａを介してホール素子３３に接続された検出回路３４と、検出回路３４に接続された判定回路３５と、リード線１８ｂ及び貫通端子１７ｂを介して磁気発生部１６₁に接続された駆動回路３６と、判定回路３５に接続されたデコーダ３７とを有する。磁気発生部１６₁は、コイル３２と、コイル３２の内側及び外側に配置されたコア３１とを有する。駆動回路３６は、判定回路３５及びコイル３２に接続されている。判定回路３５は、クリアボタン２１及び確定ボタン２２に接続されている。

図５を参照して、図２乃至図４に示したＸ−Ｙマトリクス入力装置１の動作を説明する。

（イ）図２に示したように、操作者が操作指２３で収縮膜２０の表面に所定の押し圧を加えると、内部の粘性流体１３が移動することで、図５に示すように、収縮膜２０の押し圧が加えられた部分（入力部分）２４だけが基板１２側へ押し下げられる。これに伴い、入力部分２４に位置するマグネット体１４₃も、ホール素子１５₃側へ移動（接近）する。このように、操作者による収縮膜２０の表面への手書き入力操作に応じて、入力部分２４に位置する収縮膜２０及びマグネット体１４₃がホール素子１５₃へ向かって収縮膜２０の抗力に反して移動する。

（ロ）ホール素子１５₁〜１５_mは、所定の値以上の磁界強度を検出するとその抵抗値が変化する。ホール素子１５₃は、組を成すマグネット体１４₃の移動（接近）により生じる磁場強度の変化を抵抗値の変化により検出することで、マグネット体１４₃の移動（接近）を検出する。即ち、入力部分２４に位置するマグネット体１４₃が組を成すホール素子１５₃の所定の検出領域内にまで接近したことをホール素子１５₃が検出することで、Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１は、マトリクス状に配置された複数のマグネット体１４₁〜１４_mのどの位置のマグネット体１４₃が押し下げられたかを判断することができる。

（ハ）ホール素子１５₃がマグネット体１４₃が押し圧移動されたことを検出したとき、組を成す磁気発生部１６₃は、磁界を発生させてマグネット体１４₃に吸着することによって、マグネット体１４₃及び入力部分２４の収縮膜２０を基板１２に向かって付勢した状態で保持する。具体的には、図４の検出回路３４は、ホール素子３３の抵抗値の変化を増幅し、所定の閾値以上の磁界を検出した時に判定回路３５へ電気的信号を送出する。判定回路３５はクリアボタン２１及び確定ボタン２２の押し下げを監視している。クリアボタン２１及び確定ボタン２２の押し下げが行われていない場合には、判定回路３５は、駆動回路３６に対して吸着を指示する信号を送出する。そして、駆動回路３６は、磁気発生部１６₃の中のコイル３２に所定の電流を通電する。コイル３２に通電されると磁性体で構成されたコア３１には磁界（電磁引力）が発生してマグネット体１４₃を吸着した状態で保持する。即ち、磁気発生部１６₃によって入力部分２４の収縮膜２０が付勢して凹み状の表面形状が生成されている状態が持続される。

（ニ）なお、磁気発生部１６₃の電磁引力による付勢は、入力情報を確定するための確定ボタン２２が押し下げられるか、入力を一旦キャンセルするためにクリアボタン２１が押し下げられるまで継続する。クリアボタン２１及び確定ボタン２２の押し下げが行われた場合には、判定回路３５は、駆動回路３６に対して吸着を解除する信号を送出する。そして、駆動回路３６は、コイル３２への通電を停止して、マグネット体１４₃を吸着した状態は解除され、図３に示した状態に戻る。また、操作指２３による入力が所定時間見られなかったとき、それまでの操作指２３の操作軌跡２４から判定可能な入力文字を音声応答によって操作者に伝達し、操作者が音声内容を確認してから確定ボタン２２を押し下げることによって情報の入力を確定する。

以上説明したように、図２に示したように操作者が操作指２３によって収縮膜２０上をなぞるような動作を伴って手書き文字入力操作を行うと、操作指２３の軌跡上にあるマグネット体１４が次々と磁気発生部に吸着され、操作軌跡２４が図５に示すような凹み状の形状（入力部分２４）となって呈示される。操作者は、Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１の収縮膜２０を見ることなく、入力部分２４の凹み状の形状を指先で触知することによって、入力した形状を再確認することができる。

また、一定時間入力が停止したときに音声応答によって判別された入力文字が呈示される。このときに間違った応答が行われた場合には即時に自分が入力した操作軌跡を指先で確認することができ、修正動作をしやすくなったり、学習が早くなったりする。また、運転を続けながら文字入力操作を一旦中断した後も、前回の入力を指先で確認することによって容易に入力を継続して行うことが可能になる。

更に、操作者は自らの操作軌跡を触覚によって確認した後、不足している入力操作を付け加えて、確定ボタン２２を操作することによって入力を確実なものとすることができる。また、クリアボタン２１を操作することによって入力軌跡および入力データをクリアすることができ、新たな入力を開始することができる。

このように、操作者の視覚を用いずに触覚と聴覚によって文字の入力、その入力の確認及び修正を精度良く行えるＸ−Ｙマトリクス入力装置１を用いることによって、視覚への負担が少ない自動車用ナビゲーションシステムなどの車載情報機器を提供することができる。

（第２の実施の形態）
図２では、ｎ行ｍ列に配置されたマグネット体１４の一例として、１０行１２列に配置されたマグネット体１４を示したが、本発明は、これに限定されるものではない。入力される情報が数字のみである場合（テンキー入力）など、Ｘ−Ｙマトリクス入力装置１が比較的単純な入力情報を認識するだけでよい場合には、マグネット体１４、ホール素子１５及び磁気発生部１６の組み合わせ（以後、「マグネット体組み合わせ」という）の配置密度を低く設定しても構わない。

例えば、図６に示すように、収縮膜２０及びケース１１の大きさが図２のそれらと同じであるとした場合、マグネット体組み合わせを５行６列に配置してマグネット体組み合わせの配置間隔を広げ、各マグネット体１４の大きさを図２のそれよりも大きくする。なお、図６に示すＸ−Ｙマトリクス入力装置のクリアボタン２１、確定ボタン２２、収縮膜２０及び粘性流体１３は、図２と同じであり、説明を省略する。

図６に示すＸ−Ｙマトリクス入力装置によれば、操作者の視覚を用いずに触覚と聴覚によって数字などの比較的単純な入力情報の入力、その入力の確認及び修正を精度良く行える。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明に係わる情報入力装置は、図３に示した断面構造に限定されない。例えば、図７に示すように、ホール素子３３のそれぞれに隣接して配置された磁気発生部（電磁機構）が、平板状の基板１２を貫通する棒状の磁性体３８と、基板１２の裏面側において磁性体３８の端部に巻かれたコイル３２とを備えていても構わない。この場合、隣接する磁性体３８の長さは異なり、長い磁性体３８と短い磁性体３８が交互に繰り返し配置されている。コイル３２は、長い磁性体３８及び短い磁性体３８の端部に巻かれているため、磁性体３８に巻かれたコイル３２を図３に比して大きく形成することが出来、また、コイル３２を互いに接触することなく、高密度に配置することが出来る。そのほか、平板状の基板１２、収縮膜２０、粘性流体１３、複数のマグネット体１４、及び複数のホール素子３３は、図３と同じであり、説明を省略する。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

以上説明したように、手書き入力を行う入力操作面に粘性の高いゲル状の液体１３をその中に封入した収縮性の高い収縮膜２０で構成した入力パッドを備えている。入力パッドの収縮膜２０の裏面にはマトリクス状に位置検出センサー機構が備えられており、このマトリクス状の位置検出センサー部分を指でなぞって手書き入力を行っていく。位置検出センサー部分には入力パッドの厚み方向に付勢する機構が備えられており、この付勢機構は電子的にオン／オフの制御が可能な構造となっている。このような構成によって、手書き文字入力を行った軌跡上に入力パッドの厚み方向に付勢された凹み状の形状を作成することができる。操作者は、このようにして作成された凹みを指先で触知することによって自らが入力した文字入力の形状を再確認することができ、操作の上達度が向上していくことが期待される。また、一旦入力を中断した後でも、前回の入力軌跡を触覚で探ることができるため、識別しやすくすることができ、視覚を使わずに再度続行することも行える。

本発明は、車両に搭載された機器、例えば自動車用ナビゲーションシステムに利用することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係わる情報入力装置（Ｘ−Ｙマトリクス入力装置）を用いたナビゲーションシステムを示すブロック図である。 図２は、図１のＸ−Ｙマトリクス入力装置の入力パッド部を示す平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ’切断面に沿った断面図である。 図４は、図１のＸ−Ｙマトリクス入力装置を制御するための回路構成を示すブロック図である。 図５は、図３の収縮膜の表面に操作者が操作指で所定の押し圧を加えることにより、収縮膜の押し圧が加えられた部分（入力部分）だけが基板側へ押し下げられている状態を示す断面図である。 図６は、第２の実施の形態に係わるＸ−Ｙマトリクス入力装置を示す平面図である。 図７は、図１のＸ−Ｙマトリクス入力装置の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１…Ｘ−Ｙマトリクス入力装置
２…Ｘ−Ｙ座標算出装置
３…操作軌跡算出装置
４…判定装置
５…記憶装置
６…カーナビゲーション装置
１１…ケース
１２…基板
１３…ゲル状流体（粘性流体）
１４₁〜１４_m…マグネット体
１５₁〜１５_m…磁気検出素子（ホール素子）
１６₁〜１６_m…磁気発生部
１７ａ、１７ｂ…貫通端子
１８ａ、１８ｂ…リード線
１９…プリント基板
２０…保護膜（収縮膜）
２１…クリアボタン
２２…確定ボタン
２３…操作指
２４…操作軌跡（入力部分）
３１…コア
３２…コイル
３３…ホール素子
３４…検出回路
３５…判定回路
３６…駆動回路
３７…デコーダ
３８…磁性体

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の上方に配置された収縮性の高い繊維状の保護膜と、
   前記基板と前記保護膜の間に封入された粘性の高いゲル状流体と、
   前記保護膜の前記基板と向い合う主面にマトリクス状に貼り付けられた複数のマグネット体と、
   前記基板の前記保護膜に対向する主面上の前記複数のマグネット体と対向する位置にそれぞれ装着された複数の磁気検出素子とを有し、
   操作者による前記保護膜への手書き入力操作に応じて、入力部分の前記保護膜及び前記マグネット体が前記磁気検出素子へ向かって移動し、前記磁気検出素子は、前記入力部分の前記マグネット体が押し圧移動されたことを検出することを特徴とする情報入力装置。
2. 前記磁気検出素子のそれぞれに隣接して配置された磁気発生部を更に有し、
   前記磁気検出素子が前記入力部分の前記マグネット体が押し圧移動されたことを検出したとき、前記磁気発生部は、磁界を発生させて前記入力部分の前記マグネット体に吸着することによって、前記入力部分の前記マグネット体及び前記保護膜を前記基板に向かって付勢した状態で保持することを特徴とする請求項１記載の情報入力装置。
3. 前記手書き入力操作によって入力した情報を確定する前記操作者の意志を伝える確定ボタンと
   前記情報の再入力を行う前記操作者の意志を伝えるクリアボタン
   とを更に有することを特徴とする請求項２記載の情報入力装置。
4. 前記手書き入力操作が所定時間行われなかったとき、それまでの前記手書き入力操作の操作軌跡から判定可能な入力文字を音声応答によって前記操作者に伝達し、前記操作者が音声内容を確認してから前記確定ボタンを押し下げることによって入力した情報を確定することを特徴とする請求項３記載の情報入力装置。
5. 前記磁気発生部のそれぞれは、前記基板を貫通する棒状の磁性体と、前記磁性体に巻かれたコイルとを備え、前記磁性体は、交互に配置された長い磁性体と短い磁性体とからなり、前記コイルは、前記長い磁性体及び前記短い磁性体の端部に巻かれていることを特徴とする請求項２記載の情報入力装置。

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