JP2015219848A - 電子ペン、タッチパネル装置および入力表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太い線や細い線を一様に入力できる電子ペン、タッチパネル装置および入力表示装置を提供する。
【解決手段】電子ペン３０は、ユーザに把持される筐体３４と、筐体３４の先端に設けられたペン先３７と、ペン先３７に少なくとも２本設けられた座標検出用のドライブ電極４０ａ，４０ｂとを備える。タッチパネル装置は、電子ペンでタッチ入力されるタッチパネルと、電子ペンに設けた少なくとも２本のドライブ電極４０ａ，４０ｂからの信号に基づいてタッチパネルにおける各ドライブ電極４０ａ，４０ｂの位置座標を演算する演算部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子ペン、タッチパネル装置および入力表示装置に関し、詳細には、デジタイザを形成する電子ペンおよびタッチパネル装置からなる入力表示装置に関する。

この種のタッチパネル装置は、プレゼンテーション、会議などに広く利用されており、例えば、映像を表示する表示パネルに一体的に設けられたタッチパネルを有している。表示パネルをユーザの指またはペン型の入力装置（電子ペンともいう）などでタッチすると、そのタッチ位置に応じた手書きの線、手書きの文字や記号等の図形を表示パネルに表示できる。

ここで、一般に蛍光ペンは扁平なペン先を有し、同じ蛍光ペンでもペン先の移動方向によって太い線や細い線を描くことができる。また、毛筆の場合にもペン先の移動方向に応じて線幅を変更可能である。これら蛍光ペンや毛筆のように線幅の異なる線を入力したい場合、例えば、特許文献１のように、電子ペンの三次元的変位を検出して線の太さを変更する技術を利用することが考えられる。

特開２００６−９２４１０号公報

ところで、蛍光ペンや毛筆で描けるような種々の線幅を電子ペンで一様に入力する場合、三次元的変位を考慮せずに容易に入力できれば有用であるが、従来このような技術は開示されていない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、太い線や細い線を一様に入力できる電子ペン、タッチパネル装置および入力表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、ユーザに把持される筐体と、該筐体の先端に設けられたペン先と、該ペン先に少なくとも２本設けられた座標検出用のドライブ電極とを備えたことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記ペン先あるいは前記筐体が扁平な形状であることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、電子ペンでタッチ入力されるタッチパネルと、前記電子ペンに設けた少なくとも２本のドライブ電極からの信号に基づいて前記タッチパネルにおける前記各ドライブ電極の位置座標を演算する演算部とを備えたことを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記演算部は、前記各ドライブ電極の位置座標から前記タッチパネルに対する前記電子ペンの回転角を求めることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、前記電子ペンによる入力内容を表示画面に表示する表示パネルを備え、該表示パネルは、前記電子ペンの移動方向に応じて異なる線幅の線を前記表示画面に表示することを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１または第２の技術手段で第３から第５のいずれかの技術手段にタッチすることにより、所定の線を表示することを特徴としたものである。

本発明によれば、座標検出用のドライブ電極を電子ペンに少なくとも２本設けており、電子ペンの回転角を求めることが可能になるので、太い線や細い線を表示画面に一様に入力可能になる。

本発明に係る入力表示装置の外観構成例を示す図である。 本発明に係るタッチパネル装置の機能的な構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による電子ペンの構成図である。 本発明の第１の実施形態による電極の駆動方式を説明するための図である。 本発明の第１実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明によるペン先座標等の検出を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態による電子ペンの機能的な構成例を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の第４の実施形態による電子ペンの部分拡大図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の電子ペン、タッチパネル装置および入力表示装置に係る好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る入力表示装置の外観構成例を示す図である。入力表示装置は電子ペンおよびタッチパネル装置からなり、液晶モニタ１が本発明のタッチパネル装置に相当する。液晶モニタ１は、例えば、表示画面と液晶モニタの接地面との角度が０°程度の平置きタイプ（ホリゾンスタイルともいう）や、液晶モニタ背面のスタンド２を用いてスタンディングスタイルやペンライティングスタイルにも適用可能である。また、本発明に係るタッチパネル装置としては、液晶モニタ１以外の薄型表示装置であってもよく、有機ＥＬパネル、プラズマディスプレイあるいは液晶テレビをモニタとして利用するものであってもよい。

図２は、本発明に係るタッチパネル装置の機能的な構成例を示すブロック図である。
液晶モニタ１は、制御部１０、タッチパネル１１、表示パネル１２、タッチパネル制御部１３、映像処理部１４、合成部１５、記憶部１６等を備え、これらはバス１７で接続されている。
制御部１０は、液晶モニタ１の動作を制御するためのＣＰＵなどで構成され、記憶部１６の例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このロードしたＲＡＭ内のプログラムを実行する。

表示パネル１２は、例えば、液晶パネルで構成される矩形状の表示画面１２ａを有している。
タッチパネル１１は、表示パネル１２に一体的に設けられ、表示画面１２ａ上をユーザの指または図１に示した電子ペン３０などでタッチしたときに、そのタッチ位置（タッチ座標ともいう）を入力するためのセンサである。このセンサとしては、例えば、指先と導電膜の間での静電容量の変化を捉えて位置を検出する静電容量方式のものを採用することができ、電極パターンを例えばＸ軸とＹ軸に分けてマトリックス状に配置している（投影型静電容量方式ともいう）。

タッチパネル制御部１３は、駆動・検出部１３ａ、演算部１３ｂ、処理部１３ｃを有する。駆動・検出部１３ａは、指先でタッチパネル１１に触れる場合、タッチパネル１１上の一方の電極を駆動させ、他方の電極でタッチ座標を検出する。また、駆動・検出部１３ａは、電子ペン３０でタッチパネル１１に触れる場合、後述のように電子ペン３０内のドライブ電極を駆動させることができると共に、タッチパネル１１上の双方の電極でタッチ座標を検出できる。これら検出結果は演算部１３ｂに出力される。なお、電子ペンのドライブ電極の先端をタッチパネルから例えば約１５ｍｍ以内に近づけると（ホバー操作ともいう）、その先端とタッチパネルとを最短距離で結んだ位置を電子ペンのタッチ座標として検出可能である。

演算部１３ｂは、タッチパネル１１に触れた指先や電子ペン３０の検出結果に所定の演算処理を施し、指先や電子ペン３０のタッチ座標の他、電子ペン３０の回転角などを得る。この得られたタッチ座標や回転角などは処理部１３ｃに送られ、タッチ操作の情報が作成される。作成されたタッチ操作信号は合成部１５に出力される。なお、処理部１３ｃには、筆圧情報や図３に示した電子ペン３０のサイドスイッチ３５，３６の情報も入力可能である。

映像処理部１４は、液晶モニタ１への入力映像信号に解像度変換やガンマ補正等の画像処理を施し、合成部１５に出力する。
合成部１５は、入力映像信号とタッチ操作信号とを合成し、タッチ操作の情報を入力映像に重畳する処理を行う。なお、タッチ操作の情報を表示しない場合、映像処理部１４で画像処理の済んだ入力映像だけが表示画面１２ａに表示される。

（第１実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態による電子ペンの構成図である。図３（Ａ）に示すように、本実施形態の電子ペン３０は、コード３３を用いた有線方式であり、ユーザの例えば指で把持される筒状の筐体３４を有し、コード３３は筐体３４の後端から引き出されている。一方、筐体３４の先端には、液晶モニタ１への入力に使用されるペン先３７が設けられ、ペン先３７の先端は例えば先細りで断面円形状に形成されている。

筐体３４の表面には、押し下げ可能なサイドスイッチ３５，３６が設けられており、サイドスイッチ３５，３６の押し下げによって、ペン先３７のタッチ操作を例えばマウスの右クリックや例えば消しゴムとして機能させることができる。なお、サイドスイッチ３５，３６のいずれかを例えば長押しすることにより、後述する蛍光ペン入力モードに移行させてもよい。

ここで、図３（Ｂ）に示すように、ペン先３７の内部には、液晶モニタ１におけるペン先の位置を検出するための例えば２本のドライブ電極４０ａ，４０ｂが設けられている。各ドライブ電極４０ａ，４０ｂは、例えば、ペン先３７の中心軸線を挟んで対称位置に並設され、筐体３４内のアンプ３９ａ，３９ｂにそれぞれ接続されている。各アンプ３９ａ，３９ｂは、コード３３、図１に示すペンスタンド３１やコード３２を経由して、図２で説明したタッチパネル制御部１３に接続される。

図４は、本発明の第１の実施形態による電極の駆動方式を説明するための図である。電子ペン３０でタッチパネル１１に触れる場合（ホバー操作も含む、以下同じ）には、２本のドライブ電極４０ａ，４０ｂを例えば別個に駆動させる（逐次駆動方式ともいう）。詳しくは、図４（Ａ）に示すように、始めに一方のドライブ電極４０ａを駆動してこのドライブ電極４０ａの位置を検出し、次いで、図４（Ｂ）に示すように、他方のドライブ電極４０ｂを駆動してこのドライブ電極４０ｂの位置を検出している。

図５，６は、本発明の第１実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図７は、本発明によるペン先座標等の検出を説明するための図である。
まず、駆動・検出部１３ａが一方のドライブ電極４０ａを駆動し（図５のステップＳ１０）、駆動・検出部１３ａがドライブ電極４０ａを検出できた場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、演算部１３ｂがドライブ電極４０ａの座標Ａ（ｘ１，ｙ１）を得る（ステップＳ１２）。

次に、他方のドライブ電極４０ｂが駆動し（図５のステップＳ１３）、ドライブ電極４０ｂが検出できた場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、演算部１３ｂがドライブ電極４０ｂの座標Ｂ（ｘ２，ｙ２）を得る（ステップＳ１５）。
なお、ホバー操作の場合、図７（Ａ）に示すように、座標Ａはドライブ電極４０ａの先端とタッチパネル１１上とを最短距離で結んだ位置になり、座標Ｂはドライブ電極４０ｂの先端とタッチパネル１１上とを最短距離で結んだ位置になる。

続いて、演算部１３ｂはドライブ電極４０ａ，４０ｂからの信号に基づいてペン先座標Ｍを求める（図５のステップＳ１６）。具体的には、図７（Ｂ）に示すように、ペン先座標Ｍ（Ｘ，Ｙ）は、座標Ａ（ｘ１，ｙ１）と座標Ｂ（ｘ２，ｙ２）との中点に相当するので、Ｍ（Ｘ，Ｙ）＝（（ｘ１＋ｘ２）／２、（ｙ１＋ｙ２）／２）のように求めることができる。

次に、演算部１３ｂはペン先３７の回転角θを三角法で求める（ステップＳ１７）。図７（Ｃ）に示すように、回転角θは、各ドライブ電極４０ａ，４０ｂの座標Ａと座標Ｂを結んだ線分と、タッチパネル１１における所定の基準位置（例えば、Ｘ軸）とのなす角とに基づき、θ＝ｔａｎ^-1（（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１））のように求めることができる。その後、演算部１３ｂはペン先座標Ｍや回転角θを処理部１３ｃに出力し（ステップＳ１８）、一連のルーチンを抜ける。

このように、座標検出用のドライブ電極４０ａ，４０ｂをペン先３７に少なくとも２本並設しており、電子ペン３０の軸線回りの角度に相当するペン先３７の回転角θを求めることができるので、太い線や細い線を表示画面１２ａに一様に、より詳しくは、今回描いた線を最後まで同じ太さで、若しくは、今回描いた線のみならず次回描く線も同じ太さで入力可能になる。

また、液晶モニタ１では、筆圧を考慮せずに太い線や細い線を入力できるので、表示画面１２ａへの強調表示などを容易に行うことができる。
なお、他方のドライブ電極４０ｂが駆動したが（図５のステップＳ１３）、ドライブ電極４０ｂが検出できなかった場合（ステップＳ１４のＮＯ）、例えば、ドライブ電極４０ｂを検出できないぐらい電子ペン３０が横になっている場合や、ドライブ電極４０ｂが表示画面１２ａの外側に位置している場合などには、他方のドライブ電極４０ｂが検出射程外であると判定される（ステップＳ１９）。この場合の演算部１３ｂは、一方のドライブ電極４０ａの座標Ａをペン先座標Ｍに設定し（ステップＳ２０）、ペン先３７の回転角θを所定値（例えば４５°などの初期値）に設定して処理部１３ｃに出力する（ステップＳ２１，ステップＳ１８）。なお、この場合の回転角θは角度なしに設定することも可能である。

あるいは、一方のドライブ電極４０ａが駆動したが（図５のステップＳ１０）、ドライブ電極４０ａが検出できなかった場合（ステップＳ１１のＮＯ）、一方のドライブ電極４０ａが検出射程外であると判定される（図６のステップＳ２２）。この場合は他方のドライブ電極４０ｂを駆動し（ステップＳ２３）、ドライブ電極４０ｂが検出できた場合には、演算部１３ｂがドライブ電極４０ｂの座標Ｂを得る（ステップＳ２４のＹＥＳ，ステップＳ２５）。よって、他方のドライブ電極４０ｂの座標Ｂをペン先座標Ｍに設定し（ステップＳ２６）、ペン先３７の回転角θを所定値（例えば４５°などの初期値）に設定して処理部１３ｃに出力する（ステップＳ２７，図５のステップＳ１８）。なお、この場合の回転角θも角度なしに設定してもよい。

これに対し、ドライブ電極４０ｂも検出できなかった場合（図６のステップＳ２４のＮＯ）、例えば、ペン先３７が表示画面１２ａから大きく離れ、ホバー距離を超えてしまった場合などには、他方のドライブ電極４０ｂも検出射程外であると判定される（ステップＳ２８）。この場合の演算部１３ｂは、ペン先３７が非検出である旨を処理部１３ｃに出力する（図５のステップＳ１８）。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態による電子ペンの機能的な構成例を示すブロック図である。本実施形態の電子ペン３０は、上記コード３３を用いない無線方式であり、電子ペン３０内の電池（図示省略）の電力で駆動している。
また、電子ペン３０のペン先の内部には、上記実施形態と同様に、例えば２本のドライブ電極４０ａ，４０ｂが並設されて別個に駆動しているが、この実施形態では、タッチパネル１１が指先あるいは電子ペン３０のいずれを検出するかを認識するために、タッチパネル１１から電子ペン３０に同期信号を出力している。

具体的には、図８に示すように、電子ペン３０はペン処理部３８や同期信号検出部４１を有している。ペン処理部３８との同期タイミングは、図２で説明した演算部１３ｂで生成されており、駆動・検出部１３ａを介してタッチパネル１１から送信された同期信号は、ドライブ電極４０ａ，４０ｂを経由して同期信号検出部４１で受け取られ、ペン処理部３８に出力される。

ペン処理部３８では、この同期信号の周波数に基づく駆動信号を、各アンプ３９ａ，３９ｂを介して各ドライブ電極４０ａ，４０ｂに出力する。これにより、各ドライブ電極４０ａ，４０ｂが駆動し、図２で説明した駆動・検出部１３ａがタッチパネル１１上の双方の電極パターンで電子ペン３０の位置を検出できる。なお、ペン処理部３８には、筆圧情報や図３に示した電子ペン３０のサイドスイッチ３５，３６の情報も入力可能であり、これらの情報は例えば無線で処理部１３ｃに送信可能である。

（第３実施形態）
図９，１０は、本発明の第３実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。上記実施形態では２本のドライブ電極４０ａ，４０ｂを別個に駆動させる例を挙げて説明したが、ドライブ電極４０ａ，４０ｂを同時期に駆動してもよい（並列駆動方式ともいう）。詳しくは、ドライブ電極４０ａ，４０ｂは、ドライブ電極４０ａ，４０ｂを識別するための別個のパターンに基づいて並列状態で駆動され、別個に検出されている。

そして、ドライブ電極４０ａ，４０ｂが同時期に駆動し（図９のステップＳ４０）、得られた信号を演算し（ステップＳ４１）、ドライブ電極４０ａが検出できた場合（ステップＳ４２のＹＥＳ）にはステップＳ４３に進み、さらに、ドライブ電極４０ｂも検出できた場合（ステップＳ４３のＹＥＳ）、演算部１３ｂがペン先座標Ｍを求め（ステップＳ４４）、次に、ペン先３７の回転角θを求め（ステップＳ４５）、処理部１３ｃに出力する（ステップＳ４６）。

なお、ドライブ電極４０ｂが検出できなかった場合（図９のステップＳ４３のＮＯ）、他方のドライブ電極４０ｂが検出射程外であると判定され（ステップＳ４７）、この場合には、一方のドライブ電極４０ａの座標Ａをペン先座標Ｍに設定し（ステップＳ４８）、ペン先３７の回転角θを所定値（例えば４５°などの初期値）に設定して処理部１３ｃに出力する（ステップＳ４９，ステップＳ４６）。

あるいは、ドライブ電極４０ａが検出できなかった場合（図９のステップＳ４２のＮＯ）、一方のドライブ電極４０ａが検出射程外であると判定される（図１０のステップＳ５０）。この場合にはステップＳ５１に進み、ドライブ電極４０ｂが検出できた場合（ステップＳ５１のＹＥＳ）、他方のドライブ電極４０ｂの座標Ｂをペン先座標Ｍに設定し（ステップＳ５２）、ペン先３７の回転角θを所定値（例えば４５°などの初期値）に設定して処理部１３ｃに出力する（ステップＳ５３，図９のステップＳ４６）。

これに対し、ドライブ電極４０ｂも検出できなかった場合（図１０のステップＳ５１のＮＯ）、他方のドライブ電極４０ｂも検出射程外であると判定される（ステップＳ５４）。この場合には、ペン先３７の非検出が処理部１３ｃに出力される（図９のステップＳ４６）。

（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態による電子ペンの部分拡大図である。上記各実施形態では、ペン先の先端を先細りで断面円形状に形成した例で説明したが、ペン先の先端を扁平な形状にしてもよい。詳しくは、図１１に示したペン先３７’の先端はドライブ電極４０ａ，４０ｂの例えば並設方向に沿って幅広に形成されており、ペン先の形状を見たユーザは太い線や細い線の描ける方向を容易に認識できる。
なお、筐体を、ドライブ電極４０ａ，４０ｂの例えば並設方向に沿って幅広な扁平形状することも可能である。

１…液晶モニタ、２…スタンド、１０…制御部、１１…タッチパネル、１２…表示パネル、1２ａ…表示画面、１３…タッチパネル制御部、１３ａ…駆動・検出部、１３ｂ…演算部、１３ｃ…処理部、１４…映像処理部、１５…合成部、１６…記憶部、１７…バス、３０…電子ペン、３１…ペンスタンド、３２，３３…コード、３４…筐体、３５，３６…サイドスイッチ、３７，３７’…ペン先、３８…ペン処理部、３９ａ，３９ｂ…アンプ、４０ａ，４０ｂ…ドライブ電極、４１…同期信号検出部。

Claims (6)

1. ユーザに把持される筐体と、
   該筐体の先端に設けられたペン先と、
   該ペン先に少なくとも２本設けられた座標検出用のドライブ電極と
   を備えたことを特徴とする電子ペン。
2. 請求項１に記載の電子ペンであって、
   前記ペン先あるいは前記筐体が扁平な形状であることを特徴とする電子ペン。
3. 電子ペンでタッチ入力されるタッチパネルと、
   前記電子ペンに設けた少なくとも２本のドライブ電極からの信号に基づいて前記タッチパネルにおける前記各ドライブ電極の位置座標を演算する演算部と
   を備えたことを特徴とするタッチパネル装置。
4. 請求項３に記載のタッチパネル装置であって、
   前記演算部は、前記各ドライブ電極の位置座標から前記タッチパネルに対する前記電子ペンの回転角を求めることを特徴とするタッチパネル装置。
5. 請求項４に記載のタッチパネル装置であって、
   前記電子ペンによる入力内容を表示画面に表示する表示パネルを備え、
   該表示パネルは、前記電子ペンの移動方向に応じて異なる線幅の線を前記表示画面に表示することを特徴とするタッチパネル装置。
6. 請求項１又は２に記載の電子ペンで請求項３から５のいずれか１項に記載のタッチパネル装置にタッチすることにより、所定の線を表示することを特徴とする入力表示装置。

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