JP2009288968A - ペン型入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接触検知精度が高く、小型化を図るのに効果的なペン型入力装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ペン型タイプの入力装置であって、ペン先部に設けた接触検出部と、当該接触検出部とは別にペン先の動きから変位量を検出する変位量検出手段を備え、接触検出部は、固定接点と固定接点に向けて弾性付勢された可動接点を有し、可動接点の一部がペン先部から外部に突出していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パソコン等の被操作機器の入力操作に用いるペン型入力装置に関し、特に先端部に設けた接触検出部の構造に係る。

パソコン等に入力操作を行うために広くマウスが使用されている。
このマウスの入力用機構としては、マウスを机上面などに接触させながら移動することでのボール回転方向を検出するボール式のものや、机上面に照射した光の反射光を検出する光学式のものがあるが、これらの入力用機構はマウスが机上面に接触していることを検知する機構と入力用の機構とが一体的に形成されている。
近年、ペンで文字を書いたり、絵を描いたりする感覚で入力操作できるペン型入力装置への需要が高くなっているが、接触状態を検知しながら、入力を行う機構になっているためにペン先部の小型化には限界がある。
例えば、特許文献１に先端部のボールに照射する光源、レンズ等とボールから反射する反射光を読み取るイメージセンサを導光材を用いて一体化した入力装置を開示するが、本技術もボールが机上面等に接触しながら回転する動きを検知するものであり、小型化が不充分である。
最近では、加速度センサや角速度センサの小型化により、机上面等に接触させることなく空中での動きを検出して操作するリモートコントローラも出現している。
しかし、マウスやタブレット等の二次元的操作を前提とした入力装置にあっては、入力装置が正規の読み取り位置にあることを検知することが必要であり、その場合にチャタリングの発生を防止することが重要となる。
また、ペン型の入力装置の場合にはどの方向にも傾くことから、入力装置の傾き方向の影響を抑える必要性が生じる。

特開２００１−２２５１６号公報

本発明は上記技術的課題に鑑みて、接触検知精度が高く、小型化を図るのに効果的なペン型入力装置を提供することを目的とする。

本発明は、ペン型タイプの入力装置であって、ペン先部に設けた接触検出部と、当該接触検出部とは別にペン先の動きから変位量を検出する変位量検出手段を備え、接触検出部は、固定接点と固定接点に向けて弾性付勢された可動接点を有し、可動接点の一部がペン先部から外部に突出していることを特徴とする。

ペン先が机上面等に接触したことを検知する接触検出部とペン先の動きの変位量を検出する変位量検出手段とを分離したことにより、接触検出部は変位量の検出を開始するためのトリガスイッチとしての機能を有することになる。

また、ペン先部から外部に突出している可動接点の一部が机上面等に接触すると、弾性付勢力に対抗して固定接点から接触部が離れるように後退することになる。
即ち、接触検出部の接点が離れたＯＦＦの状態になったときに変位量検出部がＯＮの状態になることになる。

請求項２記載に係るペン型入力装置にあって、可動接点は、球形又はピン形状になっていて、可動接点の外部に突出している部分が机上面等に接触し、当該可動接点が固定接点から離れたＯＦＦ信号に基づいて変位量検出手段がＯＮ状態になることを特徴とする。

可動接点と固定接点との間を弾性付勢力により閉じた状態からペン先側の可動接点が押し込まれることで開状態になるもので、可動接点の動作ストローク範囲を大きくとることができ開状態を安定して保つことが出来る。
これにより、例えばペン先を机上面等に押しつけながら入力操作をした際に、押し付けにより接点同士を閉じる場合やセンサー検知する場合に比較して、ペン先方向が傾いたりして押込み力が変化しても接点のチャタリングを防止出来る。

可動接点は球形にすることで、使用者の違いなどでペン先の押込方向が異なっても、可動接点を机上面などに接触させる角度の均一化を図ることができる。
可動接点形状は球形に限定されず、例えばピン形であってもよい。

接触検出部のスイッチング回路部は、ＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）工法にて製作してもよい。

スイッチング回路の主要部を黄銅などの金属製ではなくて、ＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ Ｄｅｖｉｃｅ）法を用いて樹脂成形品に電極・回路を形成すると躯体のデザイン形状に対応しやすく小型化しやすい。

また、変位量検出手段は、加速度センサ又は／及び角速度センサを有し、当該変位量検出手段にて得られた変位量に基づいて座標上の移動量を算出する演算処理手段と、当該演算処理手段にて得られた演算処理データを被操作機器に送信する通信手段とを有していることが好ましい。

本発明に係るペン型入力装置においては、ペン先部を机上面等に接触させると、接点部がＯＦＦ状態になり、これとは別に設けた変位量検出部が二次元的なデータの入力情報の開始を始めるので、ペン先部の小型化が容易である。
また、接触検出部は接触したことを検知し、入力開始信号を発信するだけなので、ペンで文字を書いたり、絵を描いたりする動きのみならず、入力開始のために接触検出部を作動させた後に机上面から離れた三次元的なデータ入力も可能である。

ペン先側から可動接点を押して機械的な接点開放状態にすることでペン状入力開始の電気的なトリガーを生じるようしたので、可動接点の押込み量の変化に対して可動接点のストロークが大きいのでその変化を吸収できるため、チャタリング発生を防止するのに優れる。
よって、構造が簡単で小型化しやすい。

スイッチング回路をＭＩＤ工法で製作すると、軽量化や、複雑な構造への対応が行いやすくなり、生産性も向上する。

本発明に係るペン型入力装置１０について図を用いて説明する。
図２は外観説明図を示し、図１（ａ）は接触検出部、図１（ｂ）は電気回路構成の模式図を示す。
ペン型入力装置１０は、図２に示すように一般的なペンで文字や線を書くのと同様の操作を行えるようにケース１１をペン型形状に形成してある。
ペン型入力装置１０は、図１（ｂ）に示すように、ケース１１内に３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）における変位を検出するための加速度センサモジュール１２と角速度センサモジュール１３と、コンピューター部１４と、無線通信モジュール１５と電源部１６とを配置して、ペン型のペン先部１０ａには接触検出部２０を配置してある。
ケース１１外から操作可能に操作ボタン１７と電源スイッチ１６ａとを設け、装置状態を表示するインジゲーター１４ａをケース１１外から見えるように設けてある。
また、被操作機器に接続する別体の無線通信受信部（図示省略）を有している。
ペン型入力装置１０は、ペン先部１０ａを移動させたり傾斜させたりした際の加速度センサモジュール１２と角速度センサモジュール１３の検出値から、３軸における変位量をコンピューター部１４の演算処理手段において回路やプログラムにより算出する。
本実施例では、３軸センサの例を示したが必要に応じて２軸にしてもよい。
図６は、パソコン３０に接続したペン型入力装置１０の入力操作状態の説明図を示す。
ペン型入力装置１０は、ペン先部１０ａが移動した入力軌跡３１の座標情報等を、図１に示す操作ボタン１７を押すなどの送信操作をすることでパソコン３０に取り付けた無線通信受信部１９に無線通信モジュール１５から無線通信で送信し、無線通信受信部１９からパソコン３０に入力する。
ペン型入力装置１０は、３次元のポインティングデバイスとして空中を移動操作した３次元的な座標情報や操作情報をパソコン３０などの被操作機機に送信しても良い。
被操作機機は限定されず、例えばペン型入力装置１０をテレビなどのリモコンとして、メニュー操作用などに用いても良い。
ペン型入力装置１０でペン状操作を行う場合には、ペン先部１０ａの先端側から机上面などに向けて押し付けるようにして接触検出部２０を押込み操作してトリガーを生じさせることで、コンピューター部１４の演算処理手段を動作モードに切り替える。

図７は、ペン型入力装置でのペン状入力操作の説明図を示す。
コンピューター部１４の演算処理手段は、図７（ａ）に示すように接触検出部２０が押込み操作されることで机上面３２ａの位置を検出する。
図７では、説明のため接触検出部２０は可動接点のみを簡略化して描いてある。
ペン状入力における座標情報や操作情報は、図７（ｂ）に示すように接触検出部２０を机上面３２ａに対して押し込み操作している状態時のペン先部１０ａの軌跡のみならず、図７（ｃ）に示すように接触検出部２０の押込み操作後にペン先部１０ａを空中に移動し、ペン先部１０ａの軌跡から算出することもできる。
図７（ｃ）に示すようにペン先部１０ａが空中にある状態での、ペン状入力の座標情報や操作情報の算出は、図７（ａ）に示すように接触検出部２０が押込み操作された際のペン先部の軌跡や移動量といった変位検出値等から仮想的な机上面位置を算出して、この仮想的な机上面を基準としてペン先部１０ａがほぼ沿うように変位した軌跡を算出する。
よって、実際の机上面３２ａの範囲をこえたペン状入力が行える。
ペン状入力のための机上面方向は限定されず、また、実際には机上面が無くても接触検出部２０を押込み操作出来れば、仮想的な机上面に対してペン状入力が行える。

図１は接触検出部２０付近の断面図を示し、図３は接触検出部２０の分解図を示す。
接触検出部２０は、機械的に開閉する可動接点２１及び固定接点２２と、可動接点２１を弾性付勢する弾性付勢手段２３とを有している。
可動接点２１と固定接点２２はＭＩＤ工法で、表面全体に電極面を形成するように成形してあるが、金属製であってもよい。
可動接点２１は略球形としてある。
固定接点２２は、可動接点２１よりペン型先端側に環形の接触片２２ａを設けて、接触片２２ａから回路基板１８ａに向けてバー部２２ｂを延在させて、バー部２２ｂは電線２２ｃで回路基板１８ａと接続してある。
弾性付勢手段２３は、ケース１１の内壁面に取り付けたベース板２４と、受け座２５とコイルバネ２６とからなる。
受け座２５はペン型先端側を凹ませてある受け凹部２５ａと、受け凹部２５ａからペン型後ろ側に向けて突出させたシャフト部２５ｂとを有している。
ベース板２４は、シャフト部２５ｂをガイドするように通すガイド孔２４ａと接続パッド部２４ｂとを設けてある。
弾性付勢手段２３は、受け座２５のシャフト部２５ｂをコイルバネ２６に通した上でガイド孔２４ａに通して、受け座２５をコイルバネ２６で弾性付勢した状態にすることで、受け座２５と接続パッド部２４ｂとが金属製のコイルバネ２６を介して電気接続する。
接続パッド部２４ｂは電線２４ｃにより回路基板１８ａと接続してあり、これにより受け座２５と回路基板１８ａとは電気接続してある。
接触検出部２０は、ペン型先端側方向に弾性付勢してある受け座２５の受け凹部２５ａで可動接点２１を押すことで、可動接点２１と固定接点２２の接触片２２ａとが通常は閉じた電気的な接続状態にする。
そして、ペン型先端側から可動接点２１が押されてコイルバネ２６を弾性収縮させつつ受け座２５を押し込むことで、可動接点２１と接触片２２ａとの間を開いて電気的な開放状態にできる。

図４は接触検出部２０の押し込み操作状態の説明図を示す。
図４（ａ）はペン型入力装置１０を机上面３２ａに対して垂直にした状態で、接触検出部２０の可動接点２１を押し込んだ状態を示す。
接触検出部２０は、押込み操作により可動接点２１と接触片２２ａの間を開いて電気的な接続状態を解除する構造としてあるので、可動接点２１の動作ストロークを大きくすることで、可動接点２１の位置が不安定な場合にも開放状態を安定して保つことが出来る。
これにより、ペン状操作中に可動接点２１への押込み力が変化しても、可動接点２１と固定接点２２との間に電気的なチャタリングを生じないようにしてある。
図４（ｂ）はペン型入力装置１０を机上面３２ａに対して傾けた状態で、接触検出部２０の可動接点２１を押し込んだ状態を示す。
接触検出部２０の可動接点２１は球形にしてあることで、傾けた状態で机上面３２ａに押し付けた際に、可動接点２１と机上面３２ａとの当接角度が均一化する。
これにより、ペン状操作の中で接触検出部２０の押し込み操作を行いやすくなる。
可動接点は球形に形状を限定するものではなく、図５（ａ）に示すようにピン形の可動接点２１ａとしてもよい。
可動接点２１ａはピン形の中途部に鍔状の受け部２１ｂを設けて、この受け部２１ｂをベース板２４との間に配設したコイルバネ２６で弾性付勢して、接触片２２ａに押し付けることで通常は可動接点２１ａと固定接点２２との間を閉じた電気的接続状態にしてある。
可動接点２１ａは先端を丸加工してある。
図５（ｂ）はピン形の可動接点２１ａを押込み操作して、可動接点２１と接触片２２ａとの間を開いた状態を示す。
可動接点２１ａをピン形にした場合には、ペン型入力装置１０を机上面３２ａに対して傾斜させる角度にある程度の制限が発生する。

（ａ）は、本発明に係るペン型入力装置の接触検出部付近の断面図を示し、（ｂ）は回路構成の模式図を示す。 ペン型入力装置の外観説明図を示す。 接触検出部の分解図を示す。 接触検出部の押し込み操作状態の説明図を示す。 接触検出部の可動接点をピン形状にしたペン型入力装置を示す。 パソコンに接続したペン型入力装置の入力操作状態の説明図を示す。 ペン型入力装置でのペン状入力操作の説明図を示す。

符号の説明

１０ ペン型入力装置
１０ａ ペン先部
１１ ケース
１２ 加速度センサモジュール
１３ 角速度センサモジュール
１４ コンピューター部
１４ａ インジゲーター
１５ 無線通信モジュール
１６ 電源部
１６ａ 電源スイッチ
１７ 操作ボタン
１８ 回路部
１８ａ 回路基板
１９ 無線通信受信部
２０ 接触検出部
２１、２１ａ 可動接点
２１ｂ 受け部
２２ 固定接点
２２ａ 接触片
２２ｂ バー部
２２ｃ 電線
２３ 弾性付勢手段
２４ ベース板
２４ａ ガイド孔
２４ｂ 接続パッド部
２４ｃ 電線
２５ 受け座
２５ａ 受け凹部
２５ｂ シャフト部
２６ コイルバネ
３０ パソコン
３１ 入力軌跡
３２ 机
３２ａ 机上面

Claims (4)

1. ペン型タイプの入力装置であって、ペン先部に設けた接触検出部と、当該接触検出部とは別にペン先の動きから変位量を検出する変位量検出手段を備え、
   接触検出部は、固定接点と固定接点に向けて弾性付勢された可動接点を有し、可動接点の一部がペン先部から外部に突出していることを特徴とするペン型入力装置。
2. 可動接点は、球形又はピン形状になっていて、可動接点の外部に突出している部分が机上面等に接触し、当該可動接点が固定接点から離れたＯＦＦ信号に基づいて変位量検出手段がＯＮ状態になることを特徴とする請求項１記載のペン型入力装置。
3. 接触検出部のスイッチング回路部は、ＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）工法にて製作されていることを特徴とする請求項１又は２記載のペン型入力装置。
4. 変位量検出手段は、加速度センサ又は／及び角速度センサを有し、当該変位量検出手段にて得られた変位量に基づいて座標上の移動量を算出する演算処理手段と、当該演算処理手段にて得られた演算処理データを被操作機器に送信する通信手段とを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のペン型入力装置。

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