JP2014006751A - 入力装置、入力操作解析方法、および、入力操作解析プログラム - Google Patents
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【解決手段】電子絵筆200は、その穂先230が実際の絵筆と同様に、複数の筆毛が束ね合わされ、穂先230の内部に複数の柔軟な圧電センサー201が所定の位置関係および相対角度を有して配置された構成を有している。入力操作時に穂先230が撓ることにより圧電センサー201が変形して当該撓り状態に応じた検出電圧が出力される。この検出電圧に基づいて、電子絵筆200の運筆方向やフットプリントの形状変化、筆圧分布が推定される。
【選択図】図4
Description
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸と、
前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられた穂先と、
一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーであって、前記複数の圧電センサーのそれぞれは、前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された前記複数の圧電センサーと、
前記穂先の撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧に基づいて、前記穂先の撓り状態を検出する撓り状態検出部と、
を備えることを特徴とする。
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸と、
前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられた穂先と、
一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーであって、前記複数の圧電センサーのそれぞれは、前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された前記複数の圧電センサーと、
前記複数の圧電センサーの検出電圧を外部に送信する第1の通信機能部と、を有する電圧検出装置と、
前記電圧検出装置からの前記検出電圧を受信する第2の通信機能部と、
前記穂先の撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧に基づいて、前記穂先の撓り状態を検出する撓り状態検出部と、を有する撓り状態検出装置と、
を備えることを特徴とする。
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸の一端側の端部に前記柄軸の軸に沿って延在するように穂先が固定され、一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーの各前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記複数の圧電センサーの前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された入力装置の、前記穂先に物体が接触したときに前記穂先の他端側に生じた撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧を個別に検出し、
前記検出電圧に基づいて、前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向を検出し、
前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向に基づくベクトルを合成処理することにより、前記穂先の他端側の前記物体への接触領域の形状、および、前記穂先の前記入力面への接触圧力の分布を判別する、
ことを特徴とする。
コンピュータに、
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸の一端側の端部に前記柄軸の軸に沿って延在するように穂先が固定され、一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーの各前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記複数の圧電センサーの前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された入力装置の、前記穂先に物体が接触したときに前記穂先の他端側に生じた撓りに応じて発生する検出電圧を、前記複数の圧電センサーにより個別に検出させて、
前記検出電圧に基づいて、前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向を検出させて、
前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向に基づくベクトルを合成処理させることにより、前記穂先の他端側の前記物体への接触領域の形状、および、前記穂先の前記入力面への接触圧力の分布を判別させる、
ことを特徴とする。
まず、本発明に係る入力装置を備えた描画システムについて説明する。ここでは、描画システムに適用されるタッチパネル型の入力装置を備えた電子機器として、タブレット型の情報端末(タブレット端末)を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、タッチパネル型の表示装置を備えたノート型やデスクトップ型のパーソナルコンピュータに適用するものであってもよいし、ペンタブレット等の入力装置が接続されたパーソナルコンピュータに適用するものであってもよい。また、以下に示す実施形態においては、電子絵筆を用いて絵を描く(絵画を制作する)場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、毛筆を用いて文字等を描いたり記入したりする場合であっても良好に適用することができる。
タブレット端末100は、図2に示すように、概略、表示部101と、タッチパネル102と、地磁気センサー103と、記憶部104と、通信機能部105と、CPU106と、電源供給部107と、電源スイッチ108と、を有している。
図3は、本実施形態に係る描画システムに適用される電子絵筆の一構成例を示す要部構成図である。図3(a)は、本実施形態に係る電子絵筆の筆先部分を示す概略斜視図であり、図3(b)は、図3(a)に示したIIIB−IIIB線(本明細書では、図中に示したローマ数字の「3」に対応する符号として便宜的に「III」を用いる)に沿った穂先の断面を示す図である。図4は、本実施形態に係る描画システムに適用される電子絵筆を示す要部分解図である。図4(a)は、本実施形態に係る電子絵筆に適用される穂先の構造を説明するための分解斜視図であり、図4(b)は、図4(a)に示したIVB−IVB線(本明細書では、図中に示したローマ数字の「4」に対応する符号として便宜的に「IV」を用いる)から見た矢視図である。
図5は、本実施形態に係る描画システムに適用される電子絵筆の一構成例を示す機能ブロック図である。
<入力操作解析方法>
まず、本実施形態に係る電子絵筆を適用した入力操作解析方法について説明する。
図8は、本実施形態に適用される圧電センサーの一構成例を示す概略図である。図8(a)は、圧電センサーの概略構造を示す断面図であり、図8(b)は、その斜視図であり、図8(c)は、圧電センサーの撓り方向と発生電荷の極性との関係を示す概略図である。なお、図8(c)においては、図示の都合上、ハッチングの一部を省略して示す。図9は、圧電センサーの検出原理(撓り量と先端荷重との関係)を説明するための図である。
まず、圧電センサー201に電圧検出器として接続されたチャージアンプ202により、圧電センサー201の撓り量に応じて発生した電荷に基づく電圧値Vを測定する。これにより、上記電圧値Vとチャージアンプ202に搭載されたコンデンサ容量Cに基づいて、圧電センサー201で発生した電荷量Qは、次式(11)のように表すことができる。
Q=C・V ・・・(11)
Q=d31・σ・S ・・・(12)
21と弾性基材23を積層して接着した「組合せ梁構造」と見なすことができるので、圧
電体内部に発生する応力σは、片持ち梁構造の圧電センサー201の先端に加重される力
に比例する。ここで、組合せ梁の理論により、圧電体内部に発生する応力σは、次式(1
3)のように表される。
サー201全体の中立軸(圧電センサー201が変形した場合であっても、固定端である
基部側からの長さが変化しない軸線)からの距離である。また、Ejは圧電センサー201各層のヤング率(縦弾性係数)であり、Ijは圧電センサー201各層の断面2次モーメントである。また、Mは図9(a)に示すように、長さLの片持ち梁構造の圧電センサー201の先端に力Fが加重された場合の曲げモーメントであって、次式(14)のように表される。
M=F・L ・・・(14)
次に、本実施形態に係る描画システムにおいて、上述した入力操作解析方法を用いた描画制御方法について説明する。
図11は、本実施形態に係る描画システムにおける描画制御方法の一例を示すフローチャートである。
次に、本発明が適用される描画システムを構成する電子絵筆に適用される圧電センサーの他の構成例について説明する。
図12は、本発明が適用される描画システムを構成する電子絵筆に適用される圧電センサーの他の構成例を示す概略構成図である。ここで、上述した実施形態に示した圧電センサーと同等の構成については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
次に、本発明が適用される描画システムに適用される電子絵筆の他の構成例について説明する。
図13は、本発明が適用される描画システムに適用される電子絵筆の他の構成例を示す要部構成図である。図13(a)は、本構成例に係る電子絵筆の筆先部分を示す概略斜視図であり、図13(b)は、図13(a)に示したXIIIB−XIIIB線(本明細書では、図中に示したローマ数字の「13」に対応する符号として便宜的に「XIII」を用いる)に沿った穂先の断面を示す図である。図14は、本構成例に係る電子絵筆を示す要部分解図である。図14(a)は、本構成例に係る電子絵筆に適用される穂先の構造を説明するための分解斜視図であり、図14(b)は、図14(a)に示したXIVB−XIVB線(本明細書では、図中に示したローマ数字の「14」に対応する符号として便宜的に「XIV」を用いる)から見た矢視図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化する。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸と、
前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられた穂先と、
一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーであって、前記複数の圧電センサーのそれぞれは、前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された前記複数の圧電センサーと、
前記穂先の撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧に基づいて、前記穂先の撓り状態を検出する撓り状態検出部と、
を備えることを特徴とする入力装置である。
前記撓り状態検出部により検出された前記穂先の撓り状態に関するデータを外部に送信する通信機能部を、さらに備えていることを特徴とする[1]に記載の入力装置である。
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸と、
前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられた穂先と、
一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーであって、前記複数の圧電センサーのそれぞれは、前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された前記複数の圧電センサーと、
前記複数の圧電センサーの検出電圧を外部に送信する第1の通信機能部と、を有する電圧検出装置と、
前記電圧検出装置からの前記検出電圧を受信する第2の通信機能部と、
前記穂先の撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧に基づいて、前記穂先の撓り状態を検出する撓り状態検出部と、を有する撓り状態検出装置と、
を備えることを特徴とする入力装置である。
前記撓り状態検出部は、前記穂先の他端側の撓り量および撓り方向を、前記撓り状態として検出することを特徴とする[1]乃至[3]のいずれかに記載の入力装置である。
[5]
前記穂先の前記他端側が接触される入力面を有し、前記穂先の接触位置を検出するタッチセンサーと、
前記穂先の接触位置と前記穂先の撓り状態とに基づいて、前記穂先の運筆状態を判別する運筆状態判別部と、
をさらに備えることを特徴とする[1]乃至[4]のいずれかに記載の入力装置である。
[6]
前記運筆状態判別部は、前記穂先の移動方向、前記穂先の前記入力面への接触領域の形状、および、前記穂先の前記入力面への接触圧力の分布を、前記運筆状態として判別することを特徴とする[5]に記載の入力装置である。
[7]
前記穂先の運筆状態に応じた画像を表示する表示部を、さらに備えることを特徴とする[5]または[6]に記載の入力装置である。
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸の一端側の端部に前記柄軸の軸に沿って延在するように穂先が固定され、一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーの各前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記複数の圧電センサーの前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された入力装置の、前記穂先に物体が接触したときに前記穂先の他端側に生じた撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧を個別に検出し、
前記検出電圧に基づいて、前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向を検出し、
前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向に基づくベクトルを合成処理することにより、前記穂先の他端側の前記物体への接触領域の形状、および、前記穂先の前記入力面への接触圧力の分布を判別する、
ことを特徴とする入力操作解析方法である。
コンピュータに、
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸の一端側の端部に前記柄軸の軸に沿って延在するように穂先が固定され、一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーの各前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記複数の圧電センサーの前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された入力装置の、前記穂先に物体が接触したときに前記穂先の他端側に生じた撓りに応じて発生する検出電圧を、前記複数の圧電センサーにより個別に検出させて、
前記検出電圧に基づいて、前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向を検出させて、
前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向に基づくベクトルを合成処理させることにより、前記穂先の他端側の前記物体への接触領域の形状、および、前記穂先の前記入力面への接触圧力の分布を判別させる、
ことを特徴とする入力操作解析プログラムである。
20、20a、20b 圧電体
21、21a、21b 圧電フィルム
22a〜22d 薄膜電極
23 弾性基材
100 タブレット端末
101 表示部
102 タッチパネル(タッチセンサー)
103 地磁気センサー
105 通信機能部
106 CPU(運筆状態判別部)
200 電子絵筆
201 圧電センサー
204 地磁気センサー
206 通信機能部
207 CPU(撓り状態検出部)
210 柄軸
230 穂先
Claims (9)
- 所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸と、
前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられた穂先と、
一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーであって、前記複数の圧電センサーのそれぞれは、前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された前記複数の圧電センサーと、
前記穂先の撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧に基づいて、前記穂先の撓り状態を検出する撓り状態検出部と、
を備えることを特徴とする入力装置。 - 前記撓り状態検出部により検出された前記穂先の撓り状態に関するデータを外部に送信する通信機能部を、さらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の入力装置。
- 所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸と、
前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられた穂先と、
一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーであって、前記複数の圧電センサーのそれぞれは、前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された前記複数の圧電センサーと、
前記複数の圧電センサーの検出電圧を外部に送信する第1の通信機能部と、を有する電圧検出装置と、
前記電圧検出装置からの前記検出電圧を受信する第2の通信機能部と、
前記穂先の撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧に基づいて、前記穂先の撓り状態を検出する撓り状態検出部と、を有する撓り状態検出装置と、
を備えることを特徴とする入力装置。 - 前記撓り状態検出部は、前記穂先の他端側の撓り量および撓り方向を、前記撓り状態として検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の入力装置。
- 前記穂先の前記他端側が接触される入力面を有し、前記穂先の接触位置を検出するタッチセンサーと、
前記穂先の接触位置と前記穂先の撓り状態とに基づいて、前記穂先の運筆状態を判別する運筆状態判別部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の入力装置。 - 前記運筆状態判別部は、前記穂先の移動方向、前記穂先の前記入力面への接触領域の形状、および、前記穂先の前記入力面への接触圧力の分布を、前記運筆状態として判別することを特徴とする請求項5に記載の入力装置。
- 前記穂先の運筆状態に応じた画像を表示する表示部を、さらに備えることを特徴とする請求項5または6に記載の入力装置。
- 所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸の一端側の端部に前記柄軸の軸に沿って延在するように穂先が固定され、一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーの各前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記複数の圧電センサーの前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された入力装置の、前記穂先に物体が接触したときに前記穂先の他端側に生じた撓りに応じて前記複数の圧電センサーから出力される検出電圧を個別に検出し、
前記検出電圧に基づいて、前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向を検出し、
前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向に基づくベクトルを合成処理することにより、前記穂先の他端側の前記物体への接触領域の形状、および、前記穂先の前記入力面への接触圧力の分布を判別する、
ことを特徴とする入力操作解析方法。 - コンピュータに、
所定の軸に沿って延在した形状を有する柄軸の一端側の端部に前記柄軸の軸に沿って延在するように穂先が固定され、一端部および他端部をそれぞれが有する平板状の複数の圧電センサーの各前記一端部が前記柄軸の一端側の端部に固定され、前記複数の圧電センサーの前記平板状の面が前記柄軸の軸に沿って延在するように設けられ、かつ、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる第1の一対の圧電センサーの第1の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置されていて、前記複数の圧電センサーのうちから選ばれる前記第1の一対の圧電センサーとは異なる第2の一対の圧電センサーの第2の一対の前記平板状の面が互いに交差する向きに配置された入力装置の、前記穂先に物体が接触したときに前記穂先の他端側に生じた撓りに応じて発生する検出電圧を、前記複数の圧電センサーにより個別に検出させて、
前記検出電圧に基づいて、前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向を検出させて、
前記複数の圧電センサーの撓り量および撓り方向に基づくベクトルを合成処理させることにより、前記穂先の他端側の前記物体への接触領域の形状、および、前記穂先の前記入力面への接触圧力の分布を判別させる、
ことを特徴とする入力操作解析プログラム。
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