JP2014222488A

JP2014222488A - 描画装置及び描画システム

Info

Publication number: JP2014222488A
Application number: JP2013102606A
Authority: JP
Inventors: 亀山　研一; Kenichi Kameyama; 研一亀山; 山本　大介; Daisuke Yamamoto; 大介山本; 潤也高倉; Junya Takakura
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-27
Also published as: CN104156103A; US20140340328A1

Abstract

【課題】タッチペンに毛筆で描画したような感触を付与する。【解決手段】描画装置は、駆動部と、距離取得部と、駆動制御部とを有する。駆動部は描画装置を振動させる。距離取得部は、前記描画装置と描画対象との距離を取得する。駆動制御部は、前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードであって、取得された前記距離から、前記描画装置と前記描画対象とが所定の距離内にあると判定され、かつ前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されている場合に、第１の振幅幅で前記駆動部を駆動させ、前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードであって、取得された前記距離から、前記描画装置と前記描画対象とが接触していると判定され、かつ前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されている場合に、第１の振幅幅より大きい第２の振幅幅で前記駆動部を駆動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、描画装置及び描画システムに関する。

従来、タブレットのような携帯端末においては、画面に直接指やタッチペンなどで接触して操作する際に、適度な振動を与え、疑似的に描画の触覚を発生させる技術が知られている。例えば、ユーザが指で画面をなぞる際、画面に水平な方向に適度な振動を加えることで、凹凸に近似した感触をユーザに体感させる技術が知られている。また、画面上でボタンを操作するといった動作に対するフィードバックや、画面の端部、特定の領域の提示に触覚を利用する方法も進んでいる。

特開２００１−２５５９９３号公報特開２００８−１４６５６０号公報特開２００９−２１７８１６号公報特表２０１１−５２７７９２号公報米国特許第８２５３６８６号明細書

しかしながら、ガラス製の画面で描画を行う場合、ペンが滑りやすくなってしまい、毛筆や絵画用鉛筆などの場合のようなソフトなタッチを実現することが難しい。また、実際の紙などへの描画の感覚を実現するには至っていない。

本発明の実施形態は、タブレット等の画面に対して毛筆や絵筆のようなソフトな描画感触を実現することのできる描画装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、本実施形態の描画装置は、駆動部と、距離取得部と、駆動制御部とを有する。駆動部は描画装置を振動させる。距離取得部は、前記描画装置と描画対象との距離を取得する。駆動制御部は、前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードであって、取得された前記距離から、前記描画装置と前記描画対象とが所定の距離内にあると判定され、かつ前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されている場合に、第１の振幅幅で前記駆動部を駆動させ、前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードであって、取得された前記距離から、前記描画装置と前記描画対象とが接触していると判定され、かつ前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されている場合に、第１の振幅幅より大きい第２の振幅幅で前記駆動部を駆動させる。

実施形態の描画装置のハードウェア構成を示す図。実施形態の描画装置に取り付けるアタッチメントの構成を示す図。実施形態の描画装置における筆部の画面との接触態様を示す図。実施形態のタッチペンの振動制御にかかる処理の流れを示すフロー図。タッチペンと画面との位置関係によって筆跡の太さが異なることを説明する図。実施形態のタッチペンのマーカー位置の決定方法を示す図。実施形態のタッチペンの画面への異なる押し付けの強さごとのトルクを示すグラフ。実施形態のタッチペンへの駆動部の配置態様の一例を示す図。実施形態のタッチペンにおける駆動部の配置態様の別例を示す図。実施形態のタッチペンにおける駆動部の配置態様の別例を示す断面図。実施形態のタッチペンにおける駆動部の配置態様の別例を示す図。実施形態のタッチペンにおける駆動部の配置態様の別例を示す断面図。手の皮膚上の触覚の器官受容器の特性を示す図。ヒトの聴覚特性を示す図。鉛筆とボールペンの描画の際の振動のパワーを示す図。実施形態の被描画装置の画面における描画エリアを示す図。実際にボールタッチペンや鉛筆と紙が出す音のスペクトルを示したグラフ。運筆速度と周波数ごとの音量の変化を示すグラフ。各実施形態の描画装置の計算部の一例を示す図。

一般にタブレット等のガラス面にペンを接触させて文字や図形を描くが（以下、単に描画と称する）、ガラス面ではペンが滑りやすく、書き心地が良くない。これに対し、ペン先の素材をエラストマ（加硫ゴムなど）やフェルトなどを用いたり、抵抗感を増強するフィルムをタブレット等のガラス面に頒布したりしている。

また、画面をなぞる際の摩擦の感覚を体感させる技術も存在しており、指先でのなぞり動作時の摩擦感を実現している。同様にペンタブレット型インターフェースの場合も、画面側に超音波による表面弾性波を発生させてタッチペン移動方向に抵抗を与え、ざらつきを実現する技術も知られている。この場合、表面弾性波によって、画面をタッチペン移動方向とその逆方向に振動させると、タッチペン移動に対する移動しにくさと移動しやすさが交互に現れ、これが摩擦として感じられる。この他にも、画面と接触しているタッチペンの面積に応じて画面の振動強度を変えることで適度な摩擦感を実現する方法や、紙とタッチペンの摩擦による振動の挙動をシミュレーションによって求め、それと同様の振動を画面の振動によってタッチペンに伝達する方法なども知られている。また、振動制御情報を外部から受けて回転振動子、または、リニア振動子を振動させ、かつポインタの移動速度に応じて、その振動を変調させるスタイラスも開示されている。

しかしながら、タブレットのガラス製の画面で描画を行う場合、ペンが滑りやすくなってしまい、毛筆や絵画用鉛筆などの場合のようなソフトなタッチを実現することが難しい。例えば、視覚的に毛筆や絵筆を画面上に表示させるようなシステムは存在している。例えば、ＡｒｔｉｓｔＨａｒｄｗａｒｅＳｅｎｓｕＢｒｕｓｈ（登録商標）のような既存の商品にあっては、ペンの毛の部分を導電性材料を用いて静電タッチに画面が反応するようにしたものはある。毛でガラス面に文字や図形を描画する状態は実現できるものの、実際の紙などへの描画の感覚を実現するには至っていない。実際に毛筆などで記載した場合と同様の描画感覚をユーザに付与するような技術は実現されていない。そこで、本実施形態では筆や絵筆のようなソフトな描画感触を実現することのできる描画装置について説明する。

以下、本実施形態に係る描画装置について図面を参照して説明する。図１は、描画装置のハードウェア構成を示す図である。また、図２は、描画装置であるタッチペンの先端に取り付けられる筆部の態様を示す図である。図１に示されるように、描画装置であるタッチペン１には、駆動部２、電源３、計算部４（駆動制御部）、距離検知部５を備えている。また、図２に示されるタッチペン１には、着脱可能なアタッチメントとして筆部７が取り付けられている。なお、アタッチメントの筆部７の装着は任意である。タッチペン１は、デジタイザなどの被描画装置１０の画面に対して描画を行うデバイスである。被描画装置１０は、描画がされた座標を検出して、タッチペン１の移動を検知する移動検知部１１を備えている。そして、タッチペン１の距離検知部５により検出されたペン先と画面との距離と、移動検知部１１からの位置信号とが、有線、又は無線回線を通じて情報処理装置であるホストＰＣ２０へと送信される。

距離検知部５は、画面とペン先の距離を取得し、タッチペン１内のペン芯５ｂと、ペン芯５ｂの端部に取り付けられた導電性ゴム５ａと、超音波センサ５ｃを含んでいる。超音波センサ５ｃは、本実施形態では３次元の超音波位置センサである。なお距離を検出するほかの方法としては、静電容量センサやＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）等が利用できる。超音波センサの場合は、ペン先付近の超音波発振器から出る超音波が、画面上に設けられた少なくとも３点以上の超音波受信機６で計測され、画面との相対的な３次元での位置関係が算出される。また、ペン先の画面上の移動の検出にも、この超音波受信機６を利用することもできる。電源３は、駆動部２や計算部４、距離検知部５などに対して電力を供給する。計算部４は、タッチペン１に設けられた駆動部２の振動の制御のほか、タッチペン１の描画モードの判定や、移動検知部１１や、接触検知部５などで取得された情報に基づいた判定、ノイズ音の出力の制御等を行う。

また、移動検知部１１は、被描画装置１０の画面上でのペン先位置の時間変化を検知することでタッチペンの位置を検出する。タッチペン１の画面上での位置は常にホストＰＣ２０に送られている。通常、数十から１００Ｈｚ程度のサンプリング周期でペン先の位置が移動検知部１１により計測される。したがって、ホストＰＣ２０に送信されたペン先位置情報の変化を調べることにより、タッチペン１の移動が検出される。なお、タッチペン１の画面内の絶対位置は不要で、マウス同様、あくまでも相対的な動きのみ取れれば良い。なお、ペン先に取り付けられた小型カメラやＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）、加速度センサ、及びジャイロセンサによっても、タッチペン１の移動検出が可能である。

駆動部２は、タッチペン１を振動させるハードウェアであり、モーターやピエゾ素子が利用できる。モーターの場合、重りを偏心させ振れ回り振動を作る方法や、順転、逆転を交互に切り替えることで振動を作ることができる。駆動部２はタッチペン１に適度な摩擦感を付与するために設けられている。駆動部２がモーターの場合、一方向への回転（順転）と、その逆の回転（逆転）を交互かつ小刻みに切り替えることで振動を作るとよい。偏芯した重りを使っても振動可能ではあるが、この場合タッチペン１全体が振動してしまう。タッチペン１全体が大きく振動する場合、書き心地が悪くなる可能性がある。駆動部２は、この振動によって、タッチペン１をもつユーザに対して、毛筆で描画をしたような感覚を体感させる。以下、毛筆のような感覚の発生方法について説明する。

毛筆の場合、毛の先端が紙に触れた時点から字が書かれるが、ペン先が毛筆のような柔らかい物体の場合、紙と毛先の間にかかる力は僅かであるため、接触の度合いの検出が難しい。また、毛のガラスとの接触面積を光学的あるいは電磁気的手段により判定する方法もあるが、毛との微妙な距離検知が難しくなってしまう。

また、図３に示されるように、毛筆での描画の場合（ａ）〜（ｃ）の各状態によって、ユーザが体感する摩擦感や運筆感は異なってくる。ここで、運筆とは描画時の筆の動かし方を指す。従って運筆感とは筆を動かした際の感覚であるが、例えば、画面との摩擦感や画面押下に対する反作用から生じる力（反力）を言う。状態Ａのペン先のみが画面と接触した状態の場合、ユーザは画面からの反力は感じることはないが、運筆動作に伴う摩擦感は感じられる。また、状態Ｂのペン先が画面上にてしなる状態の場合、ユーザは、画面からの反力と運筆動作に伴う摩擦感とを感じる。そして、状態Ｃのペン先が画面に強く押さえつけられ、筆圧が最大となっている状態にあっては、ユーザは、画面からの反力と運筆動作に伴う摩擦感とに加え、運筆抵抗を感じる。

したがって、ペン先と画面との接触面積、すなわち、ペン先と画面との距離によって運筆感が異なるため、ユーザはその状況を視覚的、触覚的に把握しつつ、筆圧を制御しているのが通常の毛筆による描画である。そのため、計算部４は駆動部２を駆動する際にこの点を考慮した制御を行う。具体的には、ペン先、またはペン先に取り付けられた筆部７と画面との距離を距離検知部５によって取得し、取得した距離に基づいて、駆動部２の駆動態様が制御されている。

図４は、計算部４におけるタッチペン１の振動制御にかかる処理の流れを示すフロー図である。計算部４は、まずタッチペン１が描画モードであるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。描画モードとは、タッチペン１に設けられた描画モードスイッチを押すことにより起動し、実際に被描画装置１０の画面上に描画した軌跡を残すことができるようになるモードである。なお、描画モードへの切替方法としては、他に被描画装置１０の画面上の描画モードスイッチを押したり、画面の描画エリアにペン先が入ると自動的に描画モードになったりするようにしてもよい。

描画モードであると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、計算部４は、距離検知部５と、ホストＰＣ２０に送信されている移動検知部１１の出力を調べ、ペン先が画面から所定の距離以内にあるか否か（ステップＳ１０２）、タッチペン１が画面上を移動しているか否か（ステップＳ１０３）をそれぞれ判定する。

ペン先が画面から所定の距離以内にあり（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、かつタッチペン１が画面上を移動していると判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、計算部４は、タッチペン１の振動フラグがＯＦＦであるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。振動フラグとは、タッチペン１を振動させるか否かを決定するための設定情報である。ペン１の振動フラグがＯＦＦであると判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、振動フラグをＯＮ状態へと変更し、再度ステップＳ１０１へと戻るとともに、ステップＳ１０５へと移行する（ステップＳ１１０）。そして、計算部４は、所定の振動パターンの信号を生成し（ステップＳ１０５）、駆動部２に振動パターン信号を送信することで動作させる（ステップＳ１０６）。一方、振動がＯＦＦ状態でないと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０１へと戻る。

一方、描画モードでないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ペン先が画面から所定の距離以内にないと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ペン先が移動していないと判定された場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、計算部４は、タッチペン１の振動フラグがＯＮ状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。タッチペン１の振動フラグがＯＮ状態であると判定された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、計算部４は、振動フラグをＯＦＦに変更して、ステップＳ１０１へと戻るとともに、ステップＳ１０８へと移行する（ステップＳ１１１）。そして、計算部４は、停止信号を生成し（ステップＳ１０８）、振動ＯＦＦ信号を駆動部２へと送信することで、駆動部２の動作を静止させる（ステップＳ１０９）。これによって、ペン先が画面に接触して動いている場合にのみ、実際に画面には筆跡が描画され、指先に描画に伴う振動が伝達される。そして、振動によって指先の皮膚感覚とタッチペン１を動かす手の運動感覚が体感され、タッチペン１が接触している画面のざらつきを感じさせることができる。一方、タッチペン１の振動フラグがＯＮ状態でないと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０１へと戻る。

なお、ホストＰＣ２０側で描画モードであるかいなかの判定（ステップＳ１０１）、ペン先が移動中であるか否かの判定（ステップＳ１０３）、ペン先が画面から所定の距離にあるか否かの判定（ステップＳ１０２）を行う場合、ホストＰＣ２０でステップＳ１０５とステップＳ１０８のタッチペン１の振動パターンの生成を行い、タッチペン１の計算部４に無線、有線で送信するようにすればよい。そして、振動パターンを受信したタッチペン１は、駆動部２の振動動作の実行、又は静止処理を行う。

一方、タッチペン１側で、ペン先が移動中であるか否かの判定（ステップＳ１０３）、及びペン先が画面から所定の距離にあるか否かの判定（ステップＳ１０２）の少なくとも一方を行う場合、ホストＰＣ２０側で描画モードであるか否かの判定（ステップＳ１０１）と、タッチペン１が振動フラグがＯＮ状態、又はＯＦＦ状態であるかの判定（ステップＳ１０４、ステップＳ１０７）をそれぞれ行い、それぞれの判定結果をタッチペン１の計算部４に送信するようにする。

その上で、タッチペン１内の計算部４がホストＰＣ２０から取得した情報であるその時の振動ＯＮ、又はＯＦＦの状況と合わせて、実際の振動パターン、または、振動静止パターンを生成し（ステップＳ１０５、Ｓ１０８）、駆動部２を動作／停止させる（ステップＳ１０６、Ｓ１０９）。特に、タッチペン１側で、ペン先が移動中であるか否かの判定（ステップＳ１０３）、及びペン先が画面から所定の距離にあるか否かの判定（ステップＳ１０２）の両方を行う場合は、ホストＰＣ２０からタッチペン１内の計算部４に伝送する情報は、描画モードであるか否かのみである。すなわち、モード変更時にのみ、そのモードを伝送すれば良い。この時も、タッチペン１内の計算部４で駆動部２の動作を決定する。なお、この場合、例えば、距離検知部５としては、画面との距離を判定する超小型カメラやペン先の動きを感知する加速度あるいはジャイロセンサを用いるようにすれば、ホストＰＣ２０は描画モードであるか否かの情報のみ伝送すればよく、振動制御自体はペン内の計算部４で行うことができる。

また、上述のようにアタッチメントとして筆部７を装着している場合、筆跡が画面上のどこから開始されるのかが判断しにくい。そこで、ペン先の位置を示すマーカーを画面に表示させることで、ペン先位置を分かりやすくできる。マーカーを表示させる方法としては、図６に示されるように、ペン先の位置と、動き、ペン先の長さ、ペン先と画面との距離をセンサによって検知することで、マーカーの位置を算出することができる。すなわち、図６（ａ）のように、タッチペン１に筆部７が装着されている場合、ペン先の位置と、筆部７の先端の位置は異なることとなるが、マーカーの位置は移動検知部１１によって検出されたペン先の位置に基づいて決定される。一方、図６（ｂ）、（ｃ）に示されるように、実際に描画が開始される筆跡開始点は、ペン先の位置ではなく、筆部７の先端の位置と、タッチペン１の移動方向によって決定される。したがって、タッチペン１は、事前に装着される筆部７の長さの情報を有していることが必要である。

また、図５に示されるように、ペン先と画面との距離に応じて画面上の筆跡の太さを変更できるようにしてもよい。例えば、所定の距離として距離Ｌ１、及び距離Ｌ２を予め計算部４内に格納しておき、ペン先が距離Ｌ１より近く、距離Ｌ２より遠い状態では画面上にカーソルを表示するのみとする。また、ペン先が距離Ｌ２よりも近くなった場合にカーソルを画面から消し、代えて筆跡を表示させるようにする。そして、ペン先が画面と接触した場合には、距離Ｌ２以内にペン先が位置していた場合よりも、更に太い筆跡が表示させるようにすればよい。

また、ペン先が振動しながら画面と接触する場合、ペンよりも質量のずっと大きな物体に接することになる。例えば７インチのタブレットの場合、重量は大体、３００〜４００グラムであるのに対し、ペンの重量は１０グラム前後である。そのため、タッチペン１は画面との接触前と接触後にあっては、接触後のほうが体感できる振幅は小さくなってしまうこととなる。図７は、既存の電子ペン（ＷａｃｏｍＣｉｎｔｉｑ３（登録商標））に振動子を加えたペンにおいて、ペン先を浮かせた場合とペン先をガラスに１００ｇｆで押しつけた場合のペン把持部に加わる力の変動を示すグラフである。図７に示されるように、タッチペンを画面へと押し付けると振動は小さくなってしまう。

一方、実際に筆などで描画を行なう場合、画面と接触していても筆の毛の緩衝作用があるため、運筆抵抗が急激に増すことはない。そこで、電子ペンが画面と接触する前後での振幅の急激な変化を小さくするため、ペンが画面に接触した時点で加える駆動部２の振動振幅は、ペンが画面に接触する前よりも大きくすることが望ましい。具体的には、駆動部２を振動させる周波数を複数格納しておき、距離検知部５により取得した画面とペン先との距離が０になった時点で、計算部４が駆動部２を駆動する周波数を小さいものから大きいものへと変更する制御を行えばよい。また、筆圧を計測するセンサを設け、計算部４が計測した筆圧に応じて駆動部２の振動の周波数を大きくしても良い。

図８はタッチペン１への駆動部の配置態様の一例を示す図である。図８においては、駆動部としてモーターのような回転によって振動を生じさせる回転振動子１２をタッチペン１のペン先とは反対側の端部に設けている。回転振動子１２は、回転の軸がタッチペン１の軸に平行になるように配置すると、ペン軸回りの振れまわり振動となり、タッチペン１を支える人差指付根付近に振動が伝わってしまう。なお、回転振動子１２は、図中で示される一方の方向と、他方の方向とに交互に回転を繰り返すようにすることが望ましい。図中で示される一方の方向と、他方の方向と交互に回転を繰り返すようにすることが望ましい。このように、交互に回転振動子１２が回転する形態の場合、１０〜３００Ｈｚの周波数を小型な装置で実現できるため好ましい。適切な周波数を付与することより適度な摩擦感を付与することが可能になる。。従って、この場合、回転振動子１２の軸をタッチペンの軸とは平行に置かずに、回転面が図８の矢印のような向きに設けることで、人差指腹部には振動が伝わり、人差指根元部には振動が伝わりにくくなる。また、ペン芯とタッチペン１筐体の間に緩衝材１３を配置することにより、ペン芯に振動を伝わりにくくすることができる。

図９は別のタッチペン１への駆動部の配置態様の一例を示す図である。この例では、タッチペン１を抑える人差指と親指の腹部の少なくとも一方が当たる位置に駆動部である振動子１５が設けられている。すなわち、また、振動子１５とタッチペン１の筐体の間には緩衝材１４を設けることが望ましい。図１０タッチペンと駆動部の断面図であるが、駆動部である振動子１５より内側に緩衝材１４をこのような位置に設けることで、タッチペン１全体に振動が伝達し、描画のしやすさが低下することを抑制できるようになる。また、図１１、図１２に示されるように、振動子１５と、リング状部材１７を設けるようにしてもよい。タッチペン１の周囲にリング状部材１７がはめられており、振動子１５からの振動がリング状部材１７に対して伝達される。すると、リング状部材１７全体が振動するため、タッチペン１をどの角度で保持しても指に振動が伝わるようにすることができるようになる。また、タッチペン支持部の箇所数だけ振動子の数を要しないため、部品点数の減少させることもできる。また、リング状部材１７とタッチペン１の筐体との間には、緩衝材１６が設けられている。なお、振動子で指に直接的に振動を伝達する方法では、振動方向はどの方向であってもよい。

以上のように、本実施形態のタッチペン１にあっては、タッチペン１が画面に接触したタイミングではなく、画面から所定の距離以内に位置したタイミングでタッチペン１に振動を与えるようにしたため、実際に画面に接触する前の段階でタッチペン１に振動が付与される。そして、画面にタッチペン１が接触すると、接触によって振動の大きさは画面に押さえられて弱まるため、筆で描画したときの摩擦感に近似した振動を発生させることができるようになる。

次に、駆動部２の振動信号の詳細について説明する。図１３に手の皮膚上の触覚の器官受容器の特性を示す。皮膚の手掌面内には機械受容器があり、皮膚変形刺激に対する応答の時間変化の違いと、受容野の広さの特徴から次のように分類される。刺激の強度に応じる遅順応型（Slowaly Adapting:SA）と刺激の時間変化に応じる速順応型（Fast Adapting:FA）、また、受容野が狭いＩ型と広いＩＩ型とにわけられる。ＮＰ−１(ＳＡ−１)はメルケル細胞（Merkel cell）、ＮＰ−２（ＳＡ−２)はルフィニ終末(Ruffini endings)、ＮＰ−３（ＦＡ−１)はマイナー小体(Meisnner vorpuscles)、Ｐ(ＳＡ−１)はパチニ小体(Pacinian corpuscles)である。手書き時の皮膚感覚に関係する特性としては、速度検出と、加速度検出と、強度検出がある。速度検出は、４０Ｈｚ付近に感度のピークが存在する。また、加速度検出は、２５０〜２８０Ｈｚに感度のピークが存在している。

一方、図１４は、ヒトの聴覚特性を示した図である。グラフの縦軸は音圧レベルを表し、横軸は周波数を表す。実際にヒトの耳に聞こえる音量である０〜１２０ホンのそれぞれに対して、各周波数に対してどの音圧レベルが当てはまるかが割り当てられたグラフとなっている。図では、同じ音圧レベルであっても、周波数が高くなるほど体感としては大きく聞こえるようになることが示されている。ヒトの聴覚特性は低音域では感度が鈍いが３００Ｈｚ以上では感度が高い。静かな部屋の暗騒音の音圧レベルが４０ｄＢ程度あることを考えると、音を意識させずにすむ体感の音量である３０ホン以下にし、かつ、振動のみ知覚させる場合、その振動の周波数は１０〜３００Ｈｚに持つ少なくとも１つのピークを持つようにすることが望ましい。なお、１０Ｈｚ未満とすると、振動が感じにくくなるため、周波数は少なくとも１０Ｈｚ程度あることがよい。

なお、タッチペンとしては、様々な種類のタッチペン、例えば、鉛筆やボールタッチペン、マジック等に仮想的に変化させられる用途も存在する。例えば、ユーザが鉛筆を選択すれば鉛筆の触感が、ボールタッチペンを選択すればボールタッチペンの触感が得られるようなものである。例えば、図１５（ａ）は描画の手段に鉛筆を用い、紙に描画を行う場合の周波数に対するパワーの例である。同様に図１５（ｂ）は描画の手段にボールタッチペンを用い、紙に描画を行う場合の例である。図１５（ａ）と図１５（ｂ）とを比較すると、鉛筆とボールタッチペンではボールタッチペンの方が振動のパワーが大きい。従って、ユーザがボールタッチペンを選択した場合は、振動がやや大きく、鉛筆を選択した場合は振動がやや小さくなるように計算部４は駆動部２を制御するようにする。また、選択されたタッチペンに応じて画面上の表示も変化させると、仮想的にペンの種類を区別した描画が可能となる。

なお、図１６に示されるように、被描画装置１０の画面上の領域を、描画エリアＡ、描画エリアＢ、およびボタン選択エリアに分割するようにすることもできる。この場合、描画エリアＡと描画エリアＢとでは、それぞれ描画の動作に対して異なる振動パターンを付与するようにしてもよい。また、ボタン選択エリアに接触された場合には、振動させないようにしてもよい。この場合、計算部４、あるいはホストＰＣ２０が取得した移動検知部１１の位置情報から、生成する振動パターンを変更することで実現することができるようになる。そして、縦線と横線、色、太さなどを含めた線の種類、タッチペンの軌跡であるストロークの方向（運筆方向）、表示されたオブジェクトの位置等に応じて振動パターンを変えてもよい。例えば、タッチペンと画面との抵抗をストロークの方向に応じて変えることで、仮想的な紙の方向性や紙質の違いなど新しい触感の書き心地を提供することができる。また、仮想的な領域をタッチペンでの書き心地によって区切ることも可能になる。

また、描画装置１は音出力部を備えていてもよい。音出力部は計算部４に更に備えられた音制御部により制御する。例えば、上記の振動に加え、ランダムノイズ音を移動しているタッチペン１の位置に応じて出力させることで、よりリアリティを増すことができる。図１７は、実際に鉛筆（図１７（ａ））とボールペン（図１７（ｂ））とを用いた場合の、紙が出す音のスペクトルを示したグラフである。簡単には、周波数に対するパワーを示しており、周波数や振幅数が不規則なランダムノイズ音であることがわかる。このランダムノイズ音はタッチペンの移動速度に応じて音量や、周波数帯域などを変化させることで描く感触を演出できる。例えば、図１８（ａ）は紙にボールタッチペン（Ｚｅｂｒａ（登録商標）：ＦＬＯＳ）で線を描いた時の音のデータで、運筆速度を変えて計測したものである（縦軸：振幅、横軸：時間、運筆速度は左からそれぞれ、約２０ｍｍ／ｓ、約６０ｍｍ／ｓ、約９０ｍｍ／ｓ、約１３０ｍｍ／ｓ）。また、図１８（ｂ）は、それぞれの運筆速度ごとの周波数解析結果である。この図から、このボールタッチペンは１〜２ＫＨｚ中心に１００Ｈｚ〜１２０００Ｈｚの範囲で、速度によって音圧レベルに差異が発生していることがわかる。したがって、計算部４が１〜２ＫＨｚ中心に１００Ｈｚ〜１２０００Ｈｚの範囲で、運筆速度に応じて、音圧レベルを上下させるように算出を行うとよい。計算部４は速度が大きいほど振幅が大きくなるいように調整する。この場合、速度が約２倍になるごとに1０〜１５ｄＢ音を大きくすれば良い。なお、タッチペン位置に応じた音は、２つのスピーカーでの位相差を変化させることで実現できる。音の制御を行うことによってよりリアリティの高い書き心地を得られる。上記はタッチペンの移動速度を例に記載したが、移動の検知の方法により加速度や移動方向（ストロークの方向）などを用いてもよい。

また、ランダムノイズとしてはピンクノイズ、レッドノイズ、ブラウンノイズ等、低域側のパワーが大きいノイズを用いると実際のタッチペンの音に近い感覚になる。この音を振動と同様、タッチペンの種類によって変更することで、より多種のタッチペンの表現が可能となる。ペンの種類の変更にあたっては、例えばタッチペン１やタブレットの画面にペン選択のボタンを設け、ボタンを押すごとに、鉛筆モード、ボールペンモード、マーカーモード、マジックモードのように切り替えるようにすればよい。なお、ここで述べた振動の制御方法は、既存の電子タッチペンにアタッチメントを介して実現することも可能である。

（計算部４）
図１９は、上記実施形態の描画装置の計算部４の一例を示す図である。上記実施形態の計算部４は、タッチペン１に内蔵されていてもよいし、被描画装置１０やホストＰＣ２０等に備えられてもよい。

被描画装置１０やホストＰＣに備えられる場合、ＣＰＵなどの制御装置１００２と、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置１００４と、ＨＤＤなどの外部記憶装置１００６と、駆動部２や音出力部を制御するための情報を出力する出力装置１００８、タッチペン１の移動距離や軌跡等の情報を取得する取得装置９１０と、を備えており、通常のコンピュータを利用した構成となっている。更に、タッチペン１からの移動距離や軌跡等の情報の取得等を行う情報処理装置を持っていてもよい。特に、無線等で行う場合には、タッチペン１、被描画装置１０、ホストＰＣなどに無線通信装置１０１２を備えてもよい。

上記実施形態の計算部４で実行される処理はプログラムとして記憶されていてもよい。対象となるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供される。

また、上記実施形態の計算部で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するようにしてもよい。また、上記各実施形態及び各変形例の無線通信装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。また、上記各実施形態及び各変形例の無線通信装置で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するようにしてもよい。

上記実施形態の計算部で実行されるプログラムは、上述した各部をコンピュータ上で実現させるためのモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵがＨＤＤからプログラムをＲＡＭ上に読み出して実行することにより、上記各部がコンピュータ上で実現されるようになっている。

なお、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、上記実施形態のフローチャートにおける各ステップを、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実施し、あるいは実施毎に異なった順序で実施してもよい。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１タッチペン
２駆動部
３電源
４計算部
５距離検知部
５ａ導電性ゴム
５ｂペン芯
５ｃ超音波センサ
１０被描画装置
１１移動検知部
１２回転振動子
１３緩衝材
１４緩衝材
１５振動子
２０ホストＰＣ

Claims

描画装置を振動させる駆動部と、
前記描画装置と描画対象との距離を取得する距離取得部と、
前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードであって、取得された前記距離から、前記描画装置と前記描画対象とが所定の距離内にあると判定され、かつ前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されている場合に、第１の振幅幅で前記駆動部を駆動させ、
前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードであって、取得された前記距離から、前記描画装置と前記描画対象とが接触していると判定され、かつ前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されている場合に、第１の振幅幅より大きい第２の振幅幅で前記駆動部を駆動させる駆動制御部と、
を備えることを特徴とする描画装置。
前記駆動制御部は
前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードでない場合、及び前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されていない場合の少なくとも１つを満たす場合に、前記駆動部の駆動を停止させる駆動制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の描画装置。
前記駆動部は、振動の周波数のピークを１０〜３００Ｈｚに少なくとも１つ有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の描画装置。
前記駆動部と前記描画装置の筐体との間に、前記駆動部による振動の伝達を緩和する緩衝材が設けられる
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の描画装置。
前記駆動部は回転振動子であり、前記回転振動子は回転の向きを交互に繰り返して振動する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の描画装置。
前記駆動制御部は、選択された描画装置の種類に応じて、前記駆動部を振動させる振動パターンを制御する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の描画装置。
描画装置移動時にランダムノイズ音を発生させる音出力部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の描画装置。
前記音出力部を制御する音制御部を更に備え、前記音制御部は、検知された前記描画装置の移動の速度、加速度、及び移動方向の少なくとも１つに応じて、前記ランダムノイズ音の振動の大きさ、及び振動数の少なくとも１つを変化させる
ことを特徴とする請求項７に記載の描画装置。
前記音制御部は、選択された描画装置の種類に応じて、前記ランダムノイズ音の振動の大きさ、及び振動数の少なくとも１つを変化させる
ことを特徴とする請求項８に記載の描画装置。
描画装置と、前記描画装置によって描画が行われる描画対象を備えた被描画装置と、前記描画装置、及び前記被描画装置と通信を行う譲歩処理装置とを備えた描画システムであって、
前記描画装置は、
描画装置を振動させる駆動部と、
前記描画装置と描画対象の描画対象との距離を取得する距離取得部と、
前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードであって、取得された前記距離から、前記描画装置と前記描画対象とが所定の距離内にあると判定され、かつ前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されている場合に、第１の振幅幅で前記駆動部を駆動させ、
前記描画装置が前記描画対象に対して描画の軌跡を残す設定である描画モードであって、取得された前記距離から、前記描画装置と前記描画対象とが接触していると判定され、かつ前記描画装置の前記描画対象における移動が検知されている場合に、第１の振幅幅より大きい第２の振幅幅で前記駆動部を駆動させる駆動制御部と、
を備えることを特徴とする描画システム。