JP2015079281A - デジタイザを備える携帯式電子機器、補正方法およびコンピュータ・プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】デジタイザ・パネルの筆圧データを補正する。
【解決手段】デジタイザ・パネル２５はタブレット端末に搭載されており、電子ペン１００で操作する際に、電子ペンとデジタイザ・パネルは独自に回転する。電子ペンのペン軸が操作面２２の法線に対して傾斜すると、体感する筆圧とデジタイザ・パネルが生成する筆圧データの大きさが乖離する。システムは、デジタイザ・パネル２５の回転と電子ペンの回転をそれぞれ検出して両者の相対角を計算する。システムは、相対角でデジタイザ・パネルが生成した筆圧データを補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタイザの操作面に対する電子ペンの傾斜に伴う出力誤差を補正する技術に関し、さらには、使用時に筐体の姿勢が変化する携帯式電子機器に搭載するデジタイザの筆圧データと座標データの誤差を補正する技術に関する。

タブレット端末、スマートフォンおよびノートブック型パーソナル・コンピュータなどの携帯式電子機器には、入力装置としてデジタイザという座標入力装置を搭載する場合がある。デジタイザは、タッチ・スクリーンと組み合わせたり、有線または無線で電子機器に接続したりして使用する。デジタイザは、電子ペン（スタイラス・ペン）を使って入力する。

デジタイザの動作原理の１つとして電磁誘導式がある。電磁誘導式のデジタイザは、デジタイザ・パネルと電子ペンの間で伝搬する電磁波を利用して、デジタイザ・パネルに配置されたコイル・アレイが電子ペンの位置を検出する。デジタイザを使用すると電子ペンでデジタイザ・パネルに描いた手書きの文字や図形をシステムに認識させることができる。デジタイザは、紙に文字を書くときの筆圧感覚に近い線の太さをシステムに認識させるために、電子ペンが検知した圧力から筆圧データも生成する。

特許文献１は、ペンから入力した情報に基づいて線の太さを連続的に変化させることができるペン状態入力装置を開示する。ペン状態入力装置は、処理装置にペンが指示する座標に加えて、ペン先とタブレットの接触圧力Ｐ、ペンのＸ軸に対する角度θ１およびペンのｘｙ平面に対する角度θ２を出力する。システムが認識するペン先は長軸ａ、短軸ｂ、および長軸とｘ軸の角度αをパラメータとする楕円で構成されている。

処理装置は、角度θ１で楕円の向きを決定し、角度θ２が小さいほど長軸が長くなり圧力Ｐが大きいほど短軸が短くなるように処理する。角度θ１、θ２はペンに組み込まれた２箇所の音波送信部が発射する音波をペン状態入力装置本体に儲けた６箇所の音波検出部で検出して音波発振部と音波検出部までの距離を計算して計測する。圧力Ｐはペンに組み込まれた圧力センサーが検出する。角度θ２が小さくかつ圧力Ｐが大きいほどシステムが描く線は太くなる。

特許文献２は、手書きの文字をデジタイザに依存しない筆記面で再現するペン型入力装置を開示する。ペン本体に設定した重力座標系において、ペン本体のｘｚ平面への投影とｘ軸がなす角度αと、ペン本体のｙｚ平面への投影とｙ軸がなす角度βを算出してペン先の軌跡を生成する。同文献にはペンが、ジャイロ・センサー、加速度センサー、および無線送信機を収納することが記載されている。

特許文献３は、入力ペンを利用した電磁誘導式の位置検出装置を開示する。位置検出装置は、共振回路を組み込んだ入力ペンに対して、座標上に配置した複数のセンサー・コイルから順番に電磁波の送信および受信を繰り返す。センサー・コイルは入力ペンがセンサー・コイルから受け取った電磁波エネルギーで発信する電磁波を受信してその強度や位相から入力ペンの位置や入力ペンの筆圧を検出する。非特許文献１は、電磁誘導方式デジタイザについて開示する。同文献には、電子ペンのペン先の圧力で可変コンデンサの容量を変化させて筆圧情報を生成できることが記載されている。

特開平６−１４９４６８号公報 特開２００１−１００９０８号公報 特開昭６３−７０３２６号公報

電磁誘導方式デジタイザ、［online］、ワコム、［平成２５年９月２５日検索］、インターネット、〈URL：http://tablet.wacom.co.jp/what/news-img/W8002basis.pdf〉

特許文献１のペン状態入力装置では、線の太さは角度θ２が小さいほど長軸方向において太くなり、圧力Ｐが大きいほど短軸方向において太くなる。また、ペンの傾斜は音波を利用しており、ペン状態入力装置本体をデジタイザ・パネルに組み込むことは困難である。ここで、操作面の摩擦が小さいときのペンに加える筆圧は入力面に対する垂直方向の力としての操作感覚であるのに対して、ペンはペン軸方向の圧力を検出する。特許文献１のペン状態入力装置では、ペン軸が検出する圧力を角度θ２で補正していないため、角度θ２が小さくなるほどペンが検出する圧力は小さくなり長軸は長くなるが短軸は短くなる。

また、電磁誘導式のデジタイザでは、電子ペンのコイルとデジタイザ・パネルのセンス・コイルの相対位置が電子ペンの傾斜によって変化するためペン先が指示した位置とセンス・コイルが検出した座標に誤差が発生する。タブレット端末やスマートフォンなどの携帯式電子機器に搭載するデジタイザは、操作時に筐体がさまざまな姿勢をとるように保持されるため、電子ペンのデジタイザ・パネルに対する相対角が変化して正しい筆圧データや座標データを生成できなくなる。

そこで本発明の目的は、相互に独立して回転する電子ペンと電磁誘導式のデジタイザ・パネルにおいて電子ペンによる入力を補正する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、デジタイザ・パネルの操作面に対して電子ペンが傾斜したときに筆圧感に合致した筆圧データを生成する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、デジタイザ・パネルの操作面に対して電子ペンが傾斜したときに指示誤差を除去する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を実現する携帯式電子機器およびコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明の第１の態様では、電子ペンで操作する操作面を備えた電磁誘導式のデジタイザ・パネルを含む携帯式電子機器が電子ペンによる入力を補正する方法を提供する。携帯式電子機器が回転するときにシステムが操作面の傾斜角を取得し、電子ペンが携帯式電子機器から独立して回転するときにシステムが電子ペンの傾斜角を取得する。つづいてシステムは操作面の傾斜角と電子ペンの傾斜角から操作面と電子ペンの相対角を検出する。

システムが電子ペンの傾斜と操作面の傾斜角を取得することで、電子ペンの傾斜により必要になる筆圧データや座標データの補正をすることができるようになる。電子ペンと携帯式電子機器が相互に独立して回転するときは、相対角を電子ペンとデジタイザ・パネルに対して基準座標を設定することで計算することができる。基準座標の設定は、電子ペンを携帯式電子機器に収納した状態で電子ペンの座標系とデジタイザ・パネルの座標系を相互におよび基準座標と関連付けることにより行うことができる。そして操作面の傾斜角と電子ペンの傾斜角はジャイロ・センサーや加速度センサーを使ってそれぞれ基準座標における回転角で検出することができる。

筆圧操作に応じて電子ペンが生成した圧力情報からデジタイザ・パネルが生成した筆圧データを受け取ったシステムは、筆圧データを操作感に合致するように相対角で補正することができる。筆圧データの補正を行うために、ペン軸方向に押下されたときの検出圧力と筆圧データを関連付けた圧力特性を用意し、システムは受け取った筆圧データと相対角と圧力特性に基づいて操作面に対する垂直方向の圧力を計算し、圧力特性に基づいて垂直方向の圧力に対応する筆圧データを生成することができる。

デジタイザ・パネルが生成した電子ペンの座標データを受け取ったシステムは、座標データを相対角で補正することができる。座標データの補正は、ペン先が指示する座標とシステムが検出した座標の差に相当する指示誤差と、傾斜角を関連付けた座標特性を用意し、受け取った座標データと相対角と座標特性に基づいて指示誤差を計算して補正することができる。

本発明により、相互に独立して回転する電子ペンと電磁誘導式のデジタイザ・パネルにおいて電子ペンによる入力を補正する方法を提供することができた。さらに本発明により、デジタイザ・パネルの操作面に対して電子ペンが傾斜したときに筆圧感に合致した筆圧データを生成する方法を提供することができた。さらに本発明により、デジタイザ・パネルの操作面に対して電子ペンが傾斜したときに指示誤差を除去する方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を実現する携帯式電子機器およびコンピュータ・プログラムを提供することができた。

デジタイザ・パネルを搭載する携帯式電子機器の一例としてのタブレット端末１０の外形を示す図である。 ディスプレイ・システム１１の構成を説明するための断面図である。 タブレット端末１０の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。 デジタイザ・パネル２５の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。 パッシブ・タイプの電子ペン１００の構成の一例を説明するための図である。 電子ペン１００を操作するときの筆圧感とデジタイザ・パネル２５が出力する筆圧データの関係を説明する図である。 筆圧補正システム３００の構成の一例を示す機能ブロック図である。 補正演算部３０５が相対角を計算して筆圧データを補正する方法を説明する図である。 補正演算部３０５が相対角を計算して筆圧データを補正する方法を説明する図である。 筆圧補正システム３００の動作を説明するためのフローチャートである。 座標データ補正システムの構成を説明するための図である。 アクティブ・タイプの電子ペン４００の構造の一例を説明する図である。

［タブレット端末］
図１（Ａ）は、デジタイザ・パネルを搭載する携帯式電子機器の一例としてのタブレット端末１０の外形を示す平面図で図１（Ｂ）は背面図である。タブレット端末１０は、デジタイザ・パネル２５（図２）を含むディスプレイ・システム１１を搭載し、収納部１３には、デジタイザ・パネル２５を操作する電子ペン１００が収納されている。図２は、ディスプレイ・システム１１の構成を説明するための断面図である。なお、本明細書においては同一の要素には図面に同一の参照番号を付与して説明する。

ディスプレイ・システム１１は、上からタッチ・パネル２１、ＬＣＤ２３、デジタイザ・パネル２５、およびシールド・パネル２７が積層されている。ディスプレイ・システム１１の表面はタッチ・パネル２１およびデジタイザ・パネル２５の操作面２２を構成する。ディスプレイ・システム１１は、操作面２２に対する指の接近を検出してタッチ・パネル２１が座標データを生成し、電子ペン１００の接近を検出してデジタイザ・パネル２５が座標データを生成し電子ペン１００の押圧を検出して筆圧データを生成する。

図３は、タブレット端末１０の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。タブレット端末１０は、ＳＯＣ（System on a chip）タイプの組込システム（Embedded System）５０に、例示的にシステム・メモリ５１、ＬＣＤ２３、タッチ・パネル２１、デジタイザ・パネル２５、ＷＡＰＮ（Wireless Personal Area Network）モジュール５３、ＷＷＡＮ（Wireless Wide Area Network）モジュール５５、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）モジュール５７、ＳＳＤ５９、および傾斜センサー６１が接続されている。

組込システム５０は、ＣＰＵコア、ＧＰＵ、メモリ・コントローラ、Ｉ／Ｏコントローラ、およびファームウェアＲＯＭなどで構成されている。ＳＳＤ５９は、ＣＰＵコアが実行するアプリケーション・プログラム、オペレーティング・システム、デバイス・ドライバなどのソフトウェアを格納する。ＳＳＤ５９は、本発明を実現するプログラムも格納する。ＷＰＡＮモジュール５３は、Bluetooth（登録商標）、赤外線通信または近距離無線通信（NFC: Near Field Communication）などのいずれかの規格で近距離の無線通信を行う。傾斜センサー６１は、タブレット端末１０の筐体の回転角を検出するデバイスで、一例として３軸のジャイロ・センサーおよび３軸の加速度センサーまたはいずれか一方で構成することができる。

［デジタイザ・パネル］
図４は電磁誘導式のデジタイザ・パネル２５の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。図４（Ａ）は、全体の機能ブロック図で、図４（Ｂ）はコイル・アレイ７３の構造を説明する図である。図５は、電子ペン１００の構成の一例を説明するための図である。図５（Ａ）は、電子ペン１００の概要を示す図で、図５（Ｂ）は共振回路１０５の回路図で、図５（Ｃ）は電子ペン１００をペン軸方向から見た図で、図５（Ｄ）は機能ブロック図である。

電子ペン１００は先端にデジタイザ・パネル２５の座標を指示するペン先１０１が形成されている。また、外部にはガイド１０２が形成されている。ガイド１０２は、収納部１３に形成されたガイド溝（図示せず）と嵌合し収納部１３に対する電子ペン１００の円周方向の位置を確定する。電子ペン１００は内部に、圧力伝達機構１０３、共振回路１０５、傾斜センサー１０７、ＭＰＵ１０９、ＷＰＡＮモジュール１１１および電池１１３を収納する。ＷＰＡＮモジュール１１１は、タブレット端末１０のＷＰＡＮモジュール５３と無線通信をして、傾斜センサー１０７が検出した回転角をシステムに送る。

電子ペン１００はいわゆるパッシブ・タイプといわれるものでイニシエータとしてデジタイザ・パネル２５に電磁波を放射する機能を備えていない。共振回路１０５は、コイルＬ、コンデンサＣ１、可変コンデンサＣ２で構成された並列共振回路である。デジタイザ・パネル２５が放射した電磁波をコイルＬが受信したときに共振回路１０５に流れた共振電流がエネルギー源となってコイルＬから電磁波を放射する。

傾斜センサー１０７はジャイロ・センサーおよび加速度センサーまたはそれらの組み合わせで構成され、電子ペン１００の回転角を３軸方向に計測してＭＰＵ１０９に送る。ＭＰＵ１０９は、ＷＰＡＮモジュール１１１を通じて電子ペン１００の回転角をタブレット端末１０に送ったり、筆圧補正システム３００（図７）の動作を開始させたりする。電池１１３は、傾斜センサー１０７、ＭＰＵ１０９、およびＷＰＡＮモジュール１１１に電力を供給する。なお、傾斜センサー１０７が検出した回転角は有線通信でシステムに送ることもできる。

操作面２２を指示した状態で電子ペン１００が押圧されると、ペン先１０１は内部に沈んで圧力伝達機構１０３に圧力を伝える。ペン先１０１の圧力は、ペンで紙に描くときの筆圧感をユーザに与える。圧力伝達機構１０３は、可変コンデンサＣ２の静電容量を圧力に応じて変化させる。可変コンデンサＣ２の静電容量が変化すると共振周波数が変化し、よって、コイルＬが放射する電磁波の周波数も変化する。共振回路１０５は、可変コンデンサＣ２に代えて圧力に応じてリアクタンスが変化する可変リアクトルを設けることもできる。

デジタイザ・パネル２５は電子ペン１００との間での電磁波干渉を利用するセンサー・コイルで構成されたコイル・アレイ７３を含んでいる。コイル・アレイ７３には、Ｘ軸方向に順番に重なるように均等のピッチでｎ個のセンサー・コイル９１−１〜９１−ｎが配列され、Ｙ軸方向に順番に重なるように均等のピッチでｍ個のセンサー・コイル９２−１〜９２−ｍが配列されている。

コイル・アレイ７３のセンサー・コイルが放射した電磁波を電子ペン１００のコイルＬが受信すると共振回路１０５に共振電流が流れてコイルＬから電磁波を放射する。電子ペン１００の近傍に位置して最も強い電磁波を受信したＸ軸方向とＹ軸方向のセンサー・コイルを特定することでデジタイザ・パネル２５は電子ペン１００の座標を検出する。

電子ペン１００の操作には、アップ操作、ダウン操作、および筆圧操作がある。アップ操作は電子ペン１００をデジタイザ・パネル２５が入力を検出できない位置に位置付ける操作で、ダウン操作は検出できる位置に位置付ける操作で、筆圧操作は電子ペン１００のペン先１０１をタッチ・パネル２１の操作面２２に押し付ける操作をいう。

筆圧操作が行われると、可変コンデンサＣ２の静電容量が変化するため、共振周波数もわずかにドリフトする。デジタイザ・パネル２５は、送信モードで送信した電磁波の周波数と受信モードで受信した電磁波の周波数との差を検出することで、可変コンデンサＣ２の静電量の変化量、すなわちペン先１０１に加えられた圧力を検出する。選択回路７１は、コントローラ８１から受け取った選択信号に基づいて、センサー・コイル９１−１〜９２−ｍを１個ずつ順番に選択し、切換回路７５を通じて送信回路７７または受信回路７９を経由するループ回路を形成する。

切換回路７５は、選択信号により所定のセンサー・コイルが選択されている間に、コントローラ８１から受け取った切換信号でループ回路を送信回路７７と受信回路７９に対して所定の時間間隔で交互に複数回切り換える。切換信号が送信回路７７を選択する時間の動作を送信モード（送信期間）といい、受信回路７９を選択する時間の動作を受信モード（受信期間）という。

コントローラ８１は、１つのセンサー・コイルを選択する間に、複数の送信期間と受信期間を形成するように切換信号を生成する。選択されたセンサー・コイルに対して送信回路７７は送信期間の間に高周波の励振電流を供給する。励振電流が流れたセンサー・コイルは電磁波を放射する。ダウン操作または筆圧操作が行われた電子ペン１００のコイルは、電磁波に共振して共振回路１０５に共振電流が流れる。

共振回路１０５に流れる共振電流が電子ペン１００のコイルＬから放射する電磁波を、送信期間につづく受信期間の間に同一のセンサー・コイルが受信する。受信回路７９は受信期間の間に検出したセンサー・コイルの誘起電圧をディジタル・データに変換してコントローラ８１に送る。誘起電圧は、センサー・コイルと電子ペン１００の距離が近いほど大きくなるため、コントローラ８１は電子ペン１００が所定の座標に位置付けられている間に順番に選択した各センサー・コイルの誘起電圧を検出することで、電子ペン１００に対して最も近い位置に存在するセンサー・コイルを特定して座標データを生成する。

コントローラ８１は、切換信号および選択信号を生成し、かつ、センサー・コイルの誘起電圧から座標データを生成する。筆圧操作で電子ペン１００が操作２２面に押し付けられたときは、電子ペン８９の可変コンデンサの静電容量が変化して共振回路に流れる共振電流の周波数が変化する。コントローラ８１は、送信期間に送信した励振電流の周波数と受信期間に検出した誘起電圧の周波数の差を計算して筆圧データを生成する。

コントローラ８１は座標データおよび筆圧データを組込システム５０に送出する。筆圧データは、電子ペン１００を押下する力（筆圧）が大きいほど大きな値になる。システムの描画アプリケーションは、筆圧データに応じて描画ラインの太さを調整すし、電子ペン１００による操作をできるだけ紙にペンで描画するときの筆圧感に近づけるように処理する。

ところでユーザは電子ペン１００を、鉛筆を持つときのように操作面２２の法線に対して傾斜させて操作することが多い。筆圧操作をするユーザは、操作面２２からの反力で筆圧感を得る。操作面２２とペン先１０１の摩擦が小さいときの筆圧感は、操作面を垂直に（法線方向に）押下する圧力に対する反力となる。電子ペン１００の可変コンデンサＣ２は、電子ペン１００のペン軸方向の圧力（検出圧力）に応じて静電容量を変化させ、さらに共振周波数を変化させる。ペン軸が操作面２２の法線に一致するときは、筆圧感と検出圧力が一致するため筆圧感と筆圧データを一致させることができるが、ペン軸が法線から傾斜すると検出圧力が低下して筆圧感と筆圧データは乖離してくる。

［筆圧感と検出圧力の関係］
図６は、電子ペン１００を筆圧操作するときの筆圧感とデジタイザ・パネル２５が出力する筆圧データの関係を説明する図である。図６（Ａ）はペン軸２００が操作面２２の法線２０１に対して傾斜角θだけ傾斜した状態で筆圧操作をした様子を示している。図６（Ｂ）は、筆圧操作が行われたときに、電子ペン１００が検出する検出圧力Ｑとデジタイザ・パネル２５が出力する筆圧データＲの関係を圧力特性２０３として示している。

操作面２２とペン先１０１の接触面の摩擦が非常に小さい場合は、ペン軸２００が傾いている場合であっても、ペン先１０１に加えた圧力Ｐは操作面２２に垂直とみなすことができる。圧力Ｐは、ユーザがペン先１０１に加えた力であり筆圧感に相当する。圧力Ｐをペン軸２００の方向の分力Ｐ１とペン軸に垂直な方向の分力Ｐ２に分解すると、分力Ｐ１は可変コンデンサＣ２の静電容量の変化に作用する有効な圧力となり、分力Ｐ２は可変コンデンサＣ２の静電容量の変化に貢献しない無効な圧力となる。分力Ｐ１＝Ｐｃｏｓθは電子ペン１００の検出圧力Ｑに相当する。

圧力特性２０３は、検出圧力Ｑとデジタイザ・パネル２５が出力する筆圧データＲの関係を示している。筆圧データＲは、検出圧力ＱがＱ０、Ｑ１、Ｑ２と小さくなるにしたがってｒ０、ｒ１、ｒ２のように小さくなる。検出圧力Ｑ０を、ペン軸２００が法線２０１に一致しているときの値とし、検出圧力Ｑ１、Ｑ２（Ｑ１＞Ｑ２）をペン軸２００が傾斜角θ１、θ２（θ１＜θ２）で傾斜したときの値とすれば、傾斜角θ１、θ２のときは、圧力Ｐで筆圧操作をしても筆圧データＲがｒ１、ｒ２（ｒ０＞ｒ１＞ｒ２）しか出力されなくなる。したがって、ユーザの筆圧感に比べてデジタイザ・パネル２５が出力する筆圧データＲは小さくなる。

［筆圧補正システム］
図７は、筆圧補正システム３００の構成の一例を示す機能ブロック図である。筆圧補正システム３００は、すでに説明した電子ペン１００、デジタイザ・パネル２５、傾斜センサー６１およびＷＰＡＮモジュール５３に加えて、ペン回転角計算部３０１、参照テーブル３０３、補正演算部３０５、およびパネル回転角計算部３０７を含んでいる。ペン回転角計算部３０１、補正演算部３０５、およびパネル回転角計算部３０７は、デジタイザ・パネル２５のデバイス・ドライバおよび組込システム５０で構成することができる。

ペン回転角計算部３０１は、ＷＰＡＮモジュール５３、１１１を通じて傾斜センサー１０７から受け取った電子ペン１００の３次元方向の回転角を連続的に計算する。パネル回転角計算部３０７は、傾斜センサー６１が検出したタブレット端末１０の３次元方向の回転角を連続的に計算する。参照テーブル３０３は補正演算部３０５が参照可能なように圧力特性２０３を格納する。デジタイザ・パネル２５は、電子ペン１００の操作に応じて生成した筆圧データと座標データを補正演算部３０５に出力するが、電子ペン１００が傾斜するとそれらには誤差が生ずる。

補正演算部３０５は、電子ペン１００の回転角とタブレット端末１０の回転角から電子ペン１００と操作面２２の法線２０１の相対角θ（図６の傾斜角θ）を計算する。補正演算部３０５は、デジタイザ・パネル２５から受け取った筆圧データを参照テーブル３０３の圧力特性２０３と、相対角θで補正してユーザ・ファンクション３１１に出力する。補正演算部３０５は、後に説明するようにデジタイザ・パネル２５から受け取った座標データを相対角θで補正してユーザ・ファンクション３１１に出力する。ユーザ・ファンクション３１１は補正された座標データと筆圧データを使って描画を行うアプリケーション・プログラムを含む。

［補正計算］
図８、図９は、補正演算部３０５が相対角を計算して筆圧データを補正する方法を説明する図である。図８（Ａ）は、タブレット端末１０の背面図で、図８（Ｂ）はタブレット端末１０の斜視図で、図８（Ｃ）は電子ペン１００の斜視図である。タブレット端末１０の収納部１３から電子ペン１００が取り出されると、両者は独自に回転するため、最初にそれぞれの回転角から法線２０１に対するペン軸２００の相対角θを計算する必要がある。相対角θを計算するためには、直交座標系や極座標系のようなさまざまな座標系を利用してすることができるが、ここでは直交座標系を例にして説明する。

図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、タブレット端末１０の傾斜センサー６１の検出軸に、パネル座標系Ｄ１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義する。ここでは、Ｚ軸が操作面２２に垂直になり、Ｙ軸が筐体の長辺に平行になり、Ｘ軸が筐体の短辺に平行になるように定義している。電子ペン１００の傾斜センサー１０７の検出軸には、ペン座標系Ｄ２（ｘ、ｙ、ｚ）を定義する。

ここでは、ｙ軸がペン軸２００の方向になり、ｘ軸が挿入ガイド１０２の方向になるように定義している。収納部１３は、ペン軸２００がＹ軸方向になるように形成され、ガイド１０２に嵌合するガイド溝（図示せず）がＸ軸方向に形成されているため、電子ペン１００が収納部１３に収納されたときにパネル座標系Ｄ１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とペン座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向は一致する。電子ペン１００が収納部１３に収納されて２つの座標系Ｄ１、Ｄ２の方向が一致する状態を基準状態という。基準状態は、タブレット端末１０がどのような姿勢であっても電子ペン１００が収納部１３収納されている限り成立する。

図９は、電子ペン１００がタブレット端末１０から取り出されて、それぞれが基準状態から独自に回転したときの様子を示している。図９（Ａ）に示すように、両者が回転したあとにペン軸２００は操作面２２の法線２０１に対して平面２１１上において相対角θを形成している。なお、電子ペン１００はｙ軸まわりの回転方向に筆圧データおよび座標データを生成する上での異方性がないものとする。基準状態においてパネル座標系Ｄ１と各軸の方向が一致する基準座標系Ｄ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を定義する。ここでは、ペン座標系Ｄ２の各軸の方向はパネル座標系Ｄ１に一致させているため、ペン座標系Ｄ２の各軸の方向も基準座標系Ｄ０に一致する。

図９（Ｂ）は、各座標系Ｄ１、Ｄ２が独立して回転したあとに、基準座標系Ｄ０に対して平行移動させて原点を一致させた様子を示している。基準状態からタブレット端末１０が回転したときに、パネル回転角計算部３０７は基準座標系Ｄ０におけるパネル座標系Ｄ１の回転量に相当する各軸の回転角（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を計算する。また、基準状態から電子ペン１００が回転したときに、ペン回転角計算部３０１は基準座標系Ｄ０におけるペン座標系Ｄ２の回転量に相当する各軸の回転角（Δｘ、Δｙ、Δｚ）を計算する。

ここで、ペン軸２００はペン座標系Ｄ２のｙ軸に一致し、法線２０１はパネル座標系Ｄ１のＺ軸に一致しているため、図９（Ａ）の相対角θは、図９（Ｂ）のペン座標系Ｄ２のｙ軸とパネル座標系Ｄ１のＺ軸が作る角度に相当する。図９（Ｂ）では、各座標系Ｄ１、Ｄ２が基準座標系Ｄ０には関連付けられているが、相互に独立しており直接関連付けられていない。

補正演算部３０５は、基準座標系Ｄ０におけるパネル座標系Ｄ１の回転角（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）とペン座標系Ｄ２の回転角（Δｘ、Δｙ、Δｚ）から、ペン座標系Ｄ２の方向をパネル座標系Ｄ１において認識するように変換する。あるいは、ペン座標系Ｄ２における電子ペン１００の座標をパネル座標系Ｄ１の座標に変換する。そして補正演算部３０５は、図９（Ｃ）に示すようにパネル座標系Ｄ１において認識した電子ペン１００の座標から、ペン軸２００とＺ軸の相対角θを計算する。

補正演算部３０５は、デジタイザ・パネル２５からたとえば図６（Ｂ）に示す筆圧データｒ１を受け取ったときに、参照テーブル３０３が格納する圧力特性２０３から検出圧力Ｑ１を求める。補正演算部３０５は、検出圧力Ｑ１を相対角θの余弦ｃｏｓθで除することで、操作面２２に垂直な方向の圧力Ｐに相当する検出圧力Ｑ０を計算し圧力特性２０３から補正された筆圧データｒ０を出力することができる。なお、ここで説明した相対角θの計算方法は例示であり、本発明の範囲において適用可能なさまざまな周知の手法を採用することができる。

基準状態では、パネル座標系Ｄ１とペン座標系Ｄ２を基準座標系Ｄ０に関連付けるために、電子ペン１００のガイド１０２と収納部１３のガイド溝を利用した。電子ペン１００はｙ軸周りに異方性がないため、傾斜センサー１０７、６１が加速度センサーを含む場合は、基準状態で重力方向をＺ軸およびｚ軸として一致させることができる。そして収納部１３の方向をＹ軸およびｙ軸として一致させることで、ガイド１０２を設けないでも両座標系の方向を関連付けることができる。そして、いずれか一方の座標系に基準座標系を一致させて相対角θを計算することができる。

［筆圧補正システムの動作］
図１０は、筆圧補正システム３００の動作を説明するためのフローチャートである。ブロック４０１でタブレット端末１０が起動しブロック４０３で電子ペン１００に電源が投入されて動作を開始する。電子ペン１００への電源の投入はシステムが行ってもユーザが行ってもよい。ブロック４０５でリセットされたＭＰＵ１０９はＷＰＡＮモジュール１１１、５３を通じてペン回転角計算部３０１とパネル回転角計算部３０７に回転角の計算を開始するように指示する。

ペン回転角計算部３０１とパネル回転角計算部３０７は、基準状態での回転角をリセットしてから計算を開始する。電子ペン１００が収納部１３に収納されている間は、デジタイザ・パネル２５の回転角（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）と電子ペン１００の回転角（Δｘ、Δｙ、Δｚ）はタブレット端末１０の姿勢が変化しても一致する。以後、回転角の計算は筆圧補正システム３００がリセットされるまで継続する。

ブロック４０７で収納部１３から電子ペン１００が取り出されて、タブレット端末１０と電子ペン１００は独立して回転する。ブロック４０９で、電子ペン１００によりデジタイザ・パネル２５に対してダウン操作と筆圧操作が行われる。ブロック４１１でデジタイザ・パネル２５は、指示された位置の座標データと筆圧データを生成して補正演算部３０５に出力する。図６を参照して説明したように、デジタイザ・パネル２５は、同一の筆圧感を与える圧力Ｐに対して相対角θが大きくなるほど小さい筆圧データを生成する。

ブロック４１３で補正演算部３０５は、座標データと筆圧データを受け取った時点でペン回転角計算部３０１からその時点の回転角（Δｘ、Δｙ、Δｚ）を受け取り、パネル回転角計算部３０７からその時点の回転角（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を受け取って受け取った筆圧データを補正する。ブロック４１５で補正演算部３０５は、座標データと補正された筆圧データをユーザ・ファンクション３１１に出力する。

［座標データ補正システム］
図１１は、座標データ補正システムの構成を説明するための図である。図１１（Ａ）、（Ｂ）は、デジタイザ・パネル２５が電子ペン１００の相対角θにより指示する座標に誤差が生ずる様子を説明するための図である。電子ペン１００が操作面２２の法線２０１に対して傾斜すると、ペン先１０１が指示した座標の直下にあるセンサー・コイル９４と共振コイル１０５に最も近い位置にあってデジタイザ・パネル２５が座標を検出したセンサー・コイル９５の位置がずれてくる。ペン先１０１が指示した座標とデジタイザ・パネル２５が検出した座標の差を指示誤差Δｓということにする。

デジタイザ・パネル２５では、相対角θが大きくなるほど指示誤差Δｓが大きくなる。本発明は、上述の方法でタブレット端末１０と電子ペン１００の相対角θを計算して座標を補正する座標補正システムを実現することができる。座標補正システムのハードウェアは、筆圧補正システム３００と同じ構成を採用することができる。

座標補正システムは、筆圧補正システム３００の補正演算部３０５に以下の処理をするソフトウェアを追加して実現できる。補正演算部３０５はペン先１０１から共振回路１０５のコイルＬの励振点までの長さをＳとしたときに、Δｓ＝Ｓ＊ｓｉｎθで指示誤差を計算することができる。補正演算部３０５は、デジタイザ・パネル２５から受け取った座標データを、平面２１１においてペン先１０１の方向に加えることで指示誤差Δｓを補正することができる。

補正を行う際には図１１（Ｃ）に示すような、相対角θと指示誤差Δｓを関連付けた座標特性２５０をあらかじめ参照テーブル３０３に格納しておき、補正時に補正演算部３０５が座標特性２５０を参照するようにしてもよい。座標補正システムの動作は、図１０のブロック４０１から４１１までは同じ動作で、ブロック４１３で補正演算部３０５がデジタイザ・パネル２５から受け取った座標データを補正し、ブロック４１５で補正した座標データをユーザ・ファンクション３１１に出力する。

本発明は、電子ペンに電池を設けたいわゆるアクティブ・タイプの電子ペンがイニシエータとなって発振する電磁誘導式デジタイザに採用することができる。図１２は、アクティブ・タイプの電子ペン４００の構造の一例を説明する図である。電子ペン４００は、内部に圧力センサー４０３、アンテナ４０５、高周波回路４０７、変調回路４０９、傾斜センサー４１１、ＭＰＵ４１３および電池４１５を収納する。

ペン先４０１に加えられた圧力を圧力センサー４０３が検出する。ＭＰＵ４１３は圧力センサー４０３から受け取った検出圧力をディジタル・データとして変調回路４０９に送る。変調回路４０９は高周波回路４０７が出力する搬送波をディジタル・データで変調してアンテナ４０５から送信する。傾斜センサー４１１が検出した電子ペン４００の回転角も同様にＭＰＵ４１３が変調回路４０９および高周波回路４０７を通じてアンテナ４０５から送信する。

電池４１５は、各デバイスに電力を供給する。デジタイザ・パネルは受信モードだけで動作して、受け取った電磁波の強度から電子ペン４１１の座標データを生成し、電磁波が含む圧力信号と傾斜信号を復調して筆圧データと回転角のデータを生成する回路を含む。その後は、図７の筆圧補正システム３００と同様の構成で、筆圧データおよび座標データを補正する。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１０ タブレット端末
１１ ディスプレイ・システム
１３ 電子ペンの収納部
２２ 操作面
２３ ＬＣＤ
２５ デジタイザ・パネル
５０ 組込システム
１００、４００ 電子ペン
１０１、４０１ ペン先
１０２ 挿入ガイド
１０３ 圧力伝達部
１０５ 共振回路
２００ ペン軸
２０１ 操作面の法線
２０３ 圧力特性
２５０ 座標特性
３００ 筆圧補正システム
θ 相対角（傾斜角）
Ｐ 筆圧感に相当する圧力
Ｑ 検出圧力
Ｒ 筆圧データ

Claims (18)

1. 電子ペンで操作する操作面を備えた電磁誘導式のデジタイザ・パネルを含む携帯式電子機器が前記電子ペンによる入力を補正する方法であって、
   前記携帯式電子機器が回転するときにシステムが前記操作面の傾斜角を取得するステップと、
   前記電子ペンが前記携帯式電子機器から独立して回転するときに前記システムが前記電子ペンの傾斜角を取得するステップと、
   前記システムが前記操作面の傾斜角と前記電子ペンの傾斜角から前記操作面と前記電子ペンの相対角を検出するステップと
   を有する方法。
2. 前記相対角を検出するステップが、
   前記電子ペンと前記デジタイザ・パネルに対して基準座標を設定するステップを有する請求項１に記載の方法。
3. 前記基準座標を、前記電子ペンを前記携帯式電子機器に収納した状態で設定する請求項２に記載の方法。
4. 前記操作面の傾斜角と前記電子ペンの傾斜角をそれぞれ前記基準座標における回転角で検出する請求項２または請求項３に記載の方法。
5. 前記電子ペンに対する前記操作面への筆圧操作に応じて前記電子ペンが生成した圧力情報を前記デジタイザ・パネルに出力ステップと、
   前記圧力情報に基づいて生成した筆圧データを前記デジタイザ・パネルが前記システムに出力するステップと、
   前記システムが前記筆圧データを前記相対角で補正するステップと、
   を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記補正するステップが、
   ペン軸方向に押下されたときの検出圧力と筆圧データを関連付けた圧力特性を用意するステップと、
   前記システムが受け取った筆圧データと前記相対角と前記圧力特性に基づいて前記操作面に対する垂直方向の圧力を計算するステップと、
   前記圧力特性に基づいて前記垂直方向の圧力に対応する筆圧データを生成するステップと
   を含む請求項５に記載の方法。
7. 前記デジタイザ・パネルが生成した前記電子ペンの座標データを前記システムに出力するステップと、
   前記システムが前記座標データを前記相対角で補正するステップと
   を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 前記補正するステップが、
   ペン先が指示する座標と前記システムが検出した座標の差に相当する指示誤差と、前記相対角を関連付けた座標特性を用意するステップと、
   受け取った座標データと前記相対角と前記座標特性に基づいて前記指示誤差を計算するステップと
   を含む請求項７に記載の方法。
9. 電子ペンで操作する操作面を備えた電磁誘導式のデジタイザ・パネルを搭載する携帯式電子機器のシステムが、前記デジタイザ・パネルが出力した筆圧データを補正する方法であって、
   前記電子ペンと前記携帯式電子機器が相互に独立して回転するときに前記電子ペンと前記操作面の相対角を検出するステップと、
   前記電子ペンの操作に応答して生成された筆圧データを前記デジタイザ・パネルから受け取るステップと、
   前記相対角で前記筆圧データを補正するステップと
   を有する方法。
10. 電子ペンで操作する操作面を備えた電磁誘導式のデジタイザ・パネルを搭載する携帯式電子機器のシステムが、前記デジタイザ・パネルが出力した座標データを補正する方法であって、
    前記電子ペンと前記携帯式電子機器が相互に独立して回転するときに前記電子ペンと前記操作面の相対角を検出するステップと、
    前記電子ペンの操作に応答して生成された座標データを前記デジタイザ・パネルから受け取るステップと、
    前記相対角で前記座標データを補正するステップと
    を有する方法。
11. 座標検出のための電磁波を送信する送信部と傾斜角を検出する第１の傾斜センサーとを有する電子ペンで操作する操作面を備えた電磁誘導式のデジタイザ・パネルと、
    前記操作面の傾斜角を検出する第２の傾斜センサーと、
    前記電子ペンと前記携帯式電子機器が相互に独立して回転するときに前記電子ペンの傾斜角と前記操作面の傾斜角に基づいて前記電子ペンと前記操作面の相対角を検出する検出部と
    を有する携帯式電子機器。
12. 前記携帯式電子機器が前記電子ペンを収納する収納部を有し、前記検出部は前記電子ペンが前記収納部に収納された基準状態に対する前記電子ペンの傾斜角と前記操作面の傾斜角を検出して前記相対角を計算する請求項１１に記載の携帯式電子機器。
13. 前記携帯式電子機器が、
    前記電子ペンの操作に応答して前記デジタイザ・パネルが生成した筆圧データを前記相対角で補正する第１の補正演算部を有する請求項１１または請求項１２に記載の携帯式電子機器。
14. 前記携帯式電子機器が、
    前記電子ペンの操作に応答して前記デジタイザ・パネルが生成した座標データを前記相対角で補正する第２の補正演算部を有する請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の携帯式電子機器。
15. 前記電子ペンの傾斜角を前記電子ペンから受け取るための無線受信部を有する請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の携帯式電子機器。
16. 前記電子ペンの傾斜角を前記送信部が送信する電磁波を通じて受け取る受信部を有する請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の携帯式電子機器。
17. 電子ペンで操作する操作面を備えた電磁誘導式のデジタイザ・パネルを搭載する携帯式電子機器に、
    前記電子ペンと携帯式電子機器が相互に独立して回転するときに前記操作面の傾斜角と前記電子ペンの傾斜角から前記電子ペンと前記操作面の相対角を検出する機能と、
    前記電子ペンの操作に応答して前記デジタイザ・パネルが生成した筆圧データを受け取る機能と、
    前記筆圧データを前記相対角で補正する機能と
    を実現させるためのコンピュータ・プログラム。
18. 前記電子ペンの操作に応答して前記デジタイザ・パネルが生成した座標データを受け取る機能と、
    前記座標データを前記相対角で補正する機能と
    を含む請求項１７に記載のコンピュータ・プログラム。

Images