JP3708170B2 - ペン型入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、タブレットを用いずに簡便に使用可能なペン型入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータ等の機械に対して位置やコマンドの指示を行うポインティングデバイスとしては、マウスがよく知られている。このマウスは、使用者の手全体で操作を行うため、文字を書く等の細かい動きに対応することが困難であるという問題を有していた。
【０００３】
また、スティックや円盤状の操作体に対して指先で力を加えることによってポインティングを行うもの（例えばＩＢＭ社：Track Point （商標名）、インターリンク社：Porta Point （商標名）等）は、操作に要するスペースは少なくて済む。しかしながら、独特の操作感覚を必要とするために、慣れが必要であるという問題を有していた。
【０００４】
これに対し、例えば特開昭６１−２２６８２６号公報による位置検出装置には、ペン型をした入力装置が記載されている。
この入力装置の位置検出部は、平行に配列された複数の長尺の磁性体と、この磁性体の周囲に直交する方向に所定の間隔で配設された複数の検出線と、上記磁性体及び検出線の周囲のほぼ全域に亘って複数回巻回された励磁線とを備えている。この励磁線に、駆動電流源から所定周期の交番電流を供給して磁束を発生させる。そして、この磁束により上記複数の検出線に誘起された電圧を信号検出回路で次々と取出してその差分を取り、差分電圧が所定の基準電圧と等しくなる位置を算出する。こうして、定常的な磁界を発生する位置指定用磁気発生器である入力ペンにより位置検出部上の指定位置を求めると共に、位置検出回路で差分電圧の傾きを検出して、該入力ペンの位置検出部に対する高さを求める。
【０００５】
したがって、上記特開昭６１−２２６８２６号公報の位置検出装置を用いれば、人間が従来から使用している筆記用具と同じ感覚で使用できるため、細かい動作を入力することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開昭６１−２２６８２６号公報に記載の装置は、特殊なタブレットを必要とするものであった。こうしたタブレットを使用するということは、使用場所の制限してしまうという問題を有する。特に、携帯機器の入力装置として用いる場合には、使用場所を制限するタブレットの存在が携帯性を損ねることになってしまう。
【０００７】
このようなタブレットを必要としないペン型の入力装置としては、「ＣＡＳＩＯ社：ペンマウス（商標名）」等がある。これは、ペン先に取り付けた小型のボールの回転によってペンの移動を検出するものである。こうした入力装置に於いては、ボール及びペン先の部分がペン先と同じ程度に小さくなければ、ペンと同様の操作感を得ることは困難である。しかしながら、該装置の構造上、ボール及び回転検出部をあまり小さくすることができず、それ故ペンの操作感を得ることができにくいという問題があった。
この発明は上記実情に基いてなされたものであり、その目的はタブレットを必要としないペン型入力装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、この作用部材の他端に結合されるもので、該作用部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記作用部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記作用部材の移動方向、移動量及びマウスのクリック若しくはドラッグの釦動作に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【０００９】
またこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、この作用部材の他端に結合されるもので、該作用部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記作用部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記作用部材の移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１０】
更にこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、この作用部材の他端に結合されるもので、該作用部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記作用部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び力ベクトル抽出手段の出力を上記作用部材の移動方向、移動量及びペンアップ、ペンダウン並びに筆圧の時間変化を抽出するストローク抽出手段と、予め複数の文字及び図形毎のストローク情報を記憶している記憶手段と、上記ストローク抽出手段から得られたストローク情報と、上記記憶手段に記憶されている複数の文字及び図形のストローク情報を比較し、上記作用部材により入力される文字及び図形情報を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
この発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出された描画用の芯と、上記装置本体に取り付けられて上記描画用の芯を嵌装する支持部材と、この支持部材に結合されるもので、上記支持部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記支持部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記支持部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記支持部材の移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１２】
またこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出された描画用の芯と、上記装置本体に取り付けられて上記描画用の芯を嵌装する支持部材と、この支持部材の一端に取り付けられて上記描画用の芯の保持及び送り出しを行う芯保持機構と、上記支持部材に結合されるもので、上記支持部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記支持部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記支持部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記支持部材の移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１３】
【作用】
第１及び第２の発明にあっては、任意の支持面上でペンを押しつけるか、若しくはスライドさせることにより、任意の方向、速度でカーソルを移動することができる。また、クリックやドラッグ等の釦操作が可能となる。
【００１４】
第３の発明にあっては、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出することができる。また、筆圧の変化に応じて電子インクの太さ等を変化させることにより、筆ペンと同様の書き味を実現することが可能である。
【００１５】
第４の発明によれば、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出し、描画した文字や図形を認識してホストコンピュータに送信することが可能になる。
【００１６】
第５の発明によれば、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出し、ホストコンピュータに送信すると同時に、インクや黒鉛芯を用いて支持面上に描画が可能である。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、この発明の第１の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスの構成を示した図である。
【００１８】
ペン型形状の装置本体１には、ペン先となるスティック２が装着されている。このスティック２は、このポインティングデバイスのペン先に相当する部分であり、該スティック２の先端を含む一部が、本体１の一端に形成された開口より外部に露出される。
【００１９】
上記スティック２の基部は、固定電極板３ａ及び３ｂを貫通して可動電極板４ａに結合されている。また、固定電極板３ａ及び３ｂを介して上記可動電極板４ａと反対側には、中心にスティック２を貫通させて任意の質量を有した重りである重錘体５が固定された可動電極板４ｂが設けられている。すなわち、固定電極板３ａと可動電極板４ａ、また、固定電極板３ｂと可動電極板４ｂは、それぞれ対向して配置されている。尚、上記固定電極板３ａ及び３ｂ、可動電極板４ａ及び４ｂには、複数個の電極がプリントされている。
【００２０】
一方、本体１内で、固定電極板４ａより後方（図１にて右側）には、力センサ処理装置６、加速度センサ処理装置７、処理装置８、バッテリ９が収納されている。また、本体１の後端部には、通信用ＬＥＤ（発光ダイオード）１０が設けられている。更に、本体１の側面には、サイドスイッチ１１が設けられている。
【００２１】
尚、力センサ処理装置６、加速度センサ処理装置７、処理装置８、バッテリ９の配置は、図１に示されるものに限られず、本体１内で固定電極板５より後方であれば何れに配置されても良い。
【００２２】
また、図１に於いては力センサ処理装置６は可動電極板４ａと分離して示されているが、可動電極板４ａ（若しくは固定電極板３ａ）上に設置されていても構わない。同様に、加速度センサ処理装置７は可動電極板４ｂと分離して示されているが、可動電極板４ｂ（若しくは固定電極板３ｂ）上に設置されていても構わない。
【００２３】
更に、同図では固定電極板３ａと３ｂは同一の物体の両面に形成されているが、分離しても構わない。
図２は、図１のポインティングデバイスのブロック構成図である。
【００２４】
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａより得られた出力は、力センサ処理装置６に供給される。この力センサ処理装置６では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。
【００２５】
一方、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂより得られた出力は、加速度センサ処理装置７に供給される。この加速度センサ処理装置７では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが算出される。
【００２６】
そして、処理装置８では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに基いて、ポインティングデバイスのＸ、Ｙ方向の移動量及びマウス釦（図示せず）の動作に変換される。上記処理装置８には、例えばマウス釦として動作可能なサイドスイッチ１１からも信号が入力される。処理装置８に得られた情報は、通信用ＬＥＤ１０を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００２７】
尚、可動電極板、固定電極板の配置及び力センサ処理装置、加速度センサ処理装置の動作については、特開平４−１４８８３３号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【００２８】
図３（ａ）は可動電極板４ａ及び固定電極板３ａ上の電極の配置の一例を示した図、図３（ｂ）は可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂ上の電極の配置の一例を示した図である。尚、可動電極板４ａ及び固定電極板３ａの電極、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂの電極は、それぞれ対向する位置に配置されるため、図３に於いては固定電極板３ａ、３ｂ電極の配置例のみ示すが、可動電極板４ａ、４ｂの電極についても同様である。
【００２９】
同図に於いて、電極板の中心部には電極Ｚが形成されている。そして、この電極Ｚの周囲で且つ同心円上に、電極Ｘ+ 、Ｙ+ 、Ｘ- 、Ｙ- が図示の如く配置されている。
【００３０】
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａ上の対向する電極ＸＡ+ 、ＸＡ- 、ＹＡ+ 、ＹＡ- 、ＺＡは、それぞれコンデンサを構成している。そして、スティック２に力が加わると、各コンデンサの容量は変化する。電極ＸＡ+ によって構成されるコンデンサの容量をＣ（ＸＡ+ ）と表すと、図示Ｘ及びＹ方向にかかる力Ｖｘ、Ｖｙは、各方向のコンデンサの容量差の関数によって表すことができる。同様に、Ｚ方向にかかる力ＶｚもＣ（ＺＡ）の関数によって表すことができる。
【００３１】
Ｖｘ＝ｆ（Ｃ（ＸＡ+ ）−Ｃ（ＸＡ- ））
Ｖｙ＝ｇ（Ｃ（Ｙ+ ）−Ｃ（Ｙ- ））
Ｖｚ＝ｈ（Ｃ（Ｚ））
同様に、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂ上の対向する電極ＸＢ+ 、ＸＢ- 、ＹＢ+ 、ＹＢ- 、ＺＢは、それぞれコンデンサを構成している。可動電極板４ｂに結合された重錘体５に加速度が加わると、各コンデンサの容量が変化する。電極ＸＢ+ によって構成されるコンデンサの容量をＣ（ＸＢ+ ）と表すと、Ｘ及びＹ方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙは、各方向のコンデンサの容量差の関数によって表すことができる。同様に、Ｚ方向の加速度成分ＡｚもＣ（ＺＢ）の関数によって表すことができる。
【００３２】
Ａｘ＝ｐ（Ｃ（ＸＢ+ ）−Ｃ（ＸＢ- ））
Ａｙ＝ｑ（Ｃ（ＹＢ+ ）−Ｃ（ＹＢ- ））
Ａｚ＝ｒ（Ｃ（ＺＢ））
図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ力センサ処理装置６及び加速度センサ処理装置７に於ける処理回路の一例を示したものである。ここでは、各容量を一旦Ｃ（容量）／Ｖ（電圧）変換器によって電圧に変換してから差分をとっている。
【００３３】
図４（ａ）に於いて、コンデンサ１３、１４、１５、１６、１７は、可動電極板４ａと固定電極板３ａ間の電極によって構成される。上記コンデンサ１３、１４、１５、１６、１７にて得られた容量Ｃ（ＸＡ+ ）、Ｃ（ＸＡ- ）、Ｃ（ＹＡ+ ）、Ｃ（ＹＡ- ）、Ｃ（ＺＡ）は、それぞれＣ／Ｖ変換器１８、１９、２０、２１、２２にて電圧値に変換される。上記Ｃ／Ｖ変換器１８と１９の出力は差動増幅器２３に、Ｃ／Ｖ変換器２０と２１の出力は差動増幅器２４に供給されて、それぞれの電圧値の間で差分がとられる。
【００３４】
そして、差動増幅器２３の出力はＸ軸方向の力成分Ｖｘとして出力される。同様に、差動増幅器２４の出力はＹ軸方向の力成分Ｖｙとして出力される。また、Ｃ／Ｖ変換器２２の出力は、増幅器２５を介してＺ軸方向の力成分Ｖｚとして出力される。
【００３５】
同様に、図４（ｂ）に於いて、コンデンサ２７、２８、２９、３０、３１は、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂ間の電極によって構成される。上記コンデンサ２７、２８、２９、３０、３１にて得られた容量Ｃ（ＸＢ+ ）、Ｃ（ＸＢ- ）、Ｃ（ＹＢ+ ）、Ｃ（ＹＢ- ）、Ｃ（ＺＢ）は、それぞれＣ／Ｖ変換器３２、３３、３４、３５、３６にて電圧値に変換される。上記Ｃ／Ｖ変換器３２と３３の出力は差動増幅器３７に、Ｃ／Ｖ変換器３４と３５の出力は差動増幅器３８に供給されて、それぞれの電圧値の間で差分がとられる。
【００３６】
そして、差動増幅器３７の出力はＸ軸方向の加速度成分Ａｘとして出力される。同様に、差動増幅器３８の出力はＹ軸方向の加速度成分Ａｙとして出力される。また、Ｃ／Ｖ変換器３６の出力は、増幅器３９を介してＺ軸方向の加速度成分Ａｚとして出力される。
【００３７】
このような構成のポインティングデバイスに於いて、本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上でスライドさせるか、若しくは支持面上で押えつける。すると、ペン先であるスティック２に力が加わり、可動電極板４ａが僅かに撓むことによって、可動電極板４ａと固定電極板３ａの間隙が変化する。これら可動電極板４ａと固定電極板３ａには、図３（ａ）に示されるような複数個の電極がプリントされており、図４（ａ）に示されるようなコンデンサ１３〜１７が構成されている。したがって、コンデンサ１３〜１７による電極間の容量が力センサ処理装置６に於いて測定・演算されることで、ペン先に加えられた力の方向及び大きさが算出される。
【００３８】
また、本体１を任意の支持面上、若しくは空中で移動させた場合には、重錘体５に加速度が加わり、可動電極板４ｂが僅かに撓むことによって、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂの間隙が変化する。可動電極板４ｂと固定電極板３ｂには図３（ｂ）に示されるような複数個の電極がプリントされており、図４（ｂ）に示されるようなコンデンサ２７〜３１が構成されている。したがって、コンデンサ２７〜３１による電極間の容量が加速度センサ処理装置７に於いて測定・演算されることで、加速度の方向及び大きさが算出される。
【００３９】
上記力センサ処理装置６に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと、加速度センサ処理装置７に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、共に処理装置８に送出される。
【００４０】
そして、この処理装置８にて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分及び加速度成分は、それぞれマウスのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分及び加速度成分は、予め設定された閾値と比較され、マウス釦の動作に変換される。
【００４１】
尚、Ｚ軸方向の力成分は、これを筆圧情報として変換することによって、電子的な筆ペンを実現することができる。筆圧情報は、その他にもコマンド選択等にも用いることが可能である。
【００４２】
移動量及び釦（筆圧）の動作は、通信用ＬＥＤ１０を通して、図示されないホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。
【００４３】
また、サイドスイッチ１１は、マウス釦の動作と同様か、或いはダブルクリックやドラッグ等のアクションに割り当てることができる。更に、マウスが２つ以上の釦を有している場合には、サイドスイッチ１１を他方の釦に割り当てても良い。
【００４４】
尚、本装置のようなペン型の入力装置をタブレット無しで用いる場合には、指で装置を把持した時に、ペン軸の上下関係が正しくなっていなければ、正しくポインティングを行なうことができない。しかしながら、第１の実施例に於いては、ペンが回転した場合でも、重力の方向からペンの回転角と傾きを得て、これを自動補正することができる。したがって、手に把持して使用する際に、特にペンの把持方向を気にする必要はない。
【００４５】
このように、第１の実施例によれば、ペン先を支持面から浮かせて移動させた場合にも、加速度情報によってペンの移動量を求めることができ、より正確なポインティング動作が可能である。加えて、加速度センサがペン先部にあるため、描画部（ペン先端）にかかる加速度を高精度に求めることが可能である。
【００４６】
また、ペンが支持面上にある場合は、力センサによってペンの移動量と筆圧を算出することができる。この場合、加速度センサの情報、ペン移動量を、より正確に検出するために使用される。
【００４７】
尚、ペンダウンの際にも加速度センサから移動量を検出するようにすると、力センサは最低Ｚ軸方向（筆圧）の一軸分だけあれば良い。また、加速度センサのＺ軸方向成分を処理して、ペンダウン／ペンアップ情報を生成するようにした場合には、力センサは不要となる。
【００４８】
このように、力センサと加速度センサの検出軸による組み合わせはいろいろ考えられ、組み合わせによって性能が変わる。下記表は、この組み合わせを表したものである。
【００４９】
【表１】
【００５０】
この表からわかるように、３軸力センサと３軸加速度センサの組み合わせが最も優れているが、使用条件により、他の組み合わせであっても良い。
図５は、ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスの他の構成例のペン先部の拡大図である。
【００５１】
図５に於いては、力センサ処理装置用の可動電極板４１ａ、固定電極板４２ａと、加速度センサ処理装置用の可動電極板４１ｂ、固定電極板４２ｂの実装位置が、図１に示された可動電極板４ａ、固定電極板３ａと、可動電極板４ｂ、固定電極板３ｂと逆になっている。また、スティック２は可動電極板４１ａの基部に結合され、重錘体４３は可動電極板４１ｂに結合されている。その他の構成は、図１と同じである。
【００５２】
この図５に示される構成によれば、重錘体４３をより重く作ることが可能であり、高感度の加速度センサを実現することができる。
図５に示されるポインティングデバイスによれば、机の上や膝の上等で任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる描画と同じ形式でポインティング動作を行うことができる。また、ペンをスライドさせずに、指先でペンの傾きを僅かに変化させるだけでポインティング動作を行うこともできる。この場合、ポインティング動作に要するスペースは極めて小さい。
【００５３】
次に、この発明の第２の実施例を説明する。
図６は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティック認識ペンの構成を示した図である。
【００５４】
ペン型形状の装置本体１には、ペン先となるスティック２が装着されている。このスティック２の先端を含む一部は、本体１の一端に形成された開口より外部に露出される。
【００５５】
上記スティック２の基部は、固定電極板３ａ及び３ｂを貫通して可動電極板４ａに結合されている。また、固定電極板３ａ及び３ｂを介して上記可動電極板４ａと反対側には、中心にスティック２を貫通させて任意の質量を有した重りである重錘体５が固定された可動電極板４ｂが設けられている。すなわち、固定電極板３ａと可動電極板４ａ、また、固定電極板３ｂと可動電極板４ｂは、それぞれ対向して配置されている。尚、上記固定電極板３ａ及び３ｂ、可動電極板４ａ及び４ｂには、複数個の電極がプリントされている。
【００５６】
一方、本体１内で、固定電極板４ａより後方（図６にて右側）には、センサ処理装置６、加速度処理装置７、処理装置８、ストローク辞書装置４５、バッテリ９が収納されている。また、本体１の後端部には通信用ＬＥＤ１０が、更に本体１の側面にはサイドスイッチ１１が設けられている。
【００５７】
図７は、図６のスティック認識ペンのブロック構成図である。
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａより得られた出力は、力センサ処理装置６に供給される。この力センサ処理装置６では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。
【００５８】
一方、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂより得られた出力は、加速度センサ処理装置７に供給される。この加速度センサ処理装置７では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが算出される。
【００５９】
そして、処理装置７では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに基いて、ポインティングデバイスのＸ、Ｙ方向の移動量及びマウス釦（図示せず）の動作に変換される。
【００６０】
ストローク辞書装置４５には、各種の文字や図形毎のストローク情報（移動量及びペンアップ／ペンダウン情報）が記憶されている。上記ストローク辞書装置３１から得られた情報は、サイドスイッチ１２からの信号と共に処理装置９に供給される。この処理装置９に得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００６１】
このような構成のスティック認識ペンに於いて、本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行う。すると、ペン先のスティック２に力が加わり、可動電極板４ａと固定電極板３ａの間隙が変化する。これらの電極間の容量が、力センサ処理装置６に於いて測定・演算されることにより、力の方向及び大きさが算出できる。
【００６２】
また、本体１を任意の支持面上、若しくは空中で移動させた場合には、重錘体５に加速度が加わり、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂの間隙が変化する。これらの電極間の容量が加速度センサ処理装置７に於いて測定・演算されることで、加速度の方向及び大きさが算出される。
【００６３】
センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例と同じである。
力センサ処理装置６に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ及び加速度センサ処理装置７に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、処理装置８に送出される。そして、この処理装置８にて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分及び加速度成分は、それぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分及び加速度成分は、予め設定された閾値と比較され、ペンアップ及びペンダウン情報として変換される。また、移動量及び筆圧の時間変化は、ストローク辞書装置４５内に記憶されている各文字や図形毎のストローク情報（移動量及びペンアップ／ペンダウン情報）と比較され、最も近いストローク情報を有する文字または図形が選択される。
【００６４】
図８は、ストローク辞書装置４５による情報認識の一例を示したものである。尚、同図に於いて、実線部分はペンダウンの状態を表し、破線部分はペンアップでデータ入力が無い場合を表している。
【００６５】
図８（ａ）はＸ軸の入力ストロークデータであり、図８（ｂ）はＹ軸の入力ストロークデータである。図８（ｃ）及び（ｄ）は、ストローク辞書装置４５中の“Ａ”のストロークデータを表したもので、同図（ｃ）はＸ軸、同図（ｄ）はＹ軸のデータを表したものである。同様に、図８（ｅ）及び（ｆ）は、ストローク辞書装置４５中の“Ｂ”のストロークデータを表したもので、同図（ｅ）はＸ軸、同図（ｆ）はＹ軸のデータを表したものである。
【００６６】
また、図８に於いては、ペアアップ時の移動量のデータは含まれていないが、ペンダウンの閾値を調節して、ペン先を軽く支持面に接触させながらペンアップの動作を行うことにより、ペンアップ時の移動量も含めた認識が可能となる。
【００６７】
こうしたストロークデータを参照して、入力された情報が移動量及び筆圧の時間変化が、ストローク辞書装置４５内に記憶されている各文字や図形毎のストローク情報と比較される。そして、最も近いストローク情報を有する文字または図形が選択される。例えば、入力された情報が図８（ｃ）及び（ｄ）に示されるような“Ａ”のストロークデータに近いと判定された場合、この入力されたモジュールは“Ａ”であると判定されて選択される。
【００６８】
処理装置８及びストローク辞書装置４５で選択された文字や図形の符号は、通信用ＬＥＤ１０を通してホストコンピュータに送信される。
また、Ｚ軸方向の力成分をペンの筆圧の情報として変換し、ストローク情報として、筆圧情報も付加することにより、文字や図形の認識率を向上させることが可能である。
【００６９】
尚、ストロークの時間変動については、ＤＰマッチング等の手法を用いて吸収することができる。
更に、ペンアップ時の動きについても、加速度センサ処理装置７からの信号により再構成できるので、ペンダウン字の情報のみを用いる従来の方式に比べて、より正確な認識が可能となる。
【００７０】
また、サイドスイッチ１２は、任意のコマンドに割り当てることができる。その一例としては、ストローク学習モードと認識モードの切り換え、ポインティングモードと認識モードの切り換え等がある。
【００７１】
このように、第２の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる描画と同じ形式で文字確認を行うことができる。また、第２の実施例では、認識に使用される情報が、ペン先に加わる力の変化であり、直接目に見える「文字の形」ではないので、他人が模倣することが極めて困難となり、サイン等の個人認証への適用が特に有効である。
【００７２】
次に、この発明の第３の実施例を説明する。
図９は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティック描画ペンの構成を示した図である。
【００７３】
ペン型形状の装置本体１内には、ペン先である描画用の芯４６が嵌装された中空パイプ４７が、可動電極板４ａに結合されている。上記描画用の芯４６を含む中空パイプ４７の先端を含む一部は、本体１の一端に形成された開口より外部に露出される。また、描画用の芯４６は、中空パイプ４７内に嵌装されてずれないようになっている。
【００７４】
上記中空パイプ４７の基部は、固定電極板３ａ及び３ｂを貫通して可動電極板４ａに結合されている。また、固定電極板３ａ及び３ｂを介して上記可動電極板４ａと反対側には、中心に中空パイプ４７を貫通させて任意の質量を有した重りである重錘体５が固定された可動電極板４ｂが設けられている。すなわち、固定電極板３ａと可動電極板４ａ、また、固定電極板３ｂと可動電極板４ｂは、それぞれ対向して配置されている。尚、上記固定電極板３ａ及び３ｂ、可動電極板４ａ及び４ｂには、複数個の電極がプリントされている。
【００７５】
一方、本体１内で、固定電極板４ａより後方（図９にて右側）には、力センサ処理装置６、加速度センサ処理装置７、処理装置８、バッテリ９が収納されている。また、本体１の後端部には通信用ＬＥＤ１０が、更に本体１の側面にはサイドスイッチ１１が設けられている。
【００７６】
図１０は、図９のスティック描画ペンのブロック構成図である。
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａより得られた出力は、力センサ処理装置６に供給される。この力センサ処理装置６では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。
【００７７】
一方、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂより得られた出力は、加速度センサ処理装置７に供給される。この加速度センサ処理装置７では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが算出される。
【００７８】
そして、処理装置８では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに基いて、ポインティングデバイスのＸ、Ｙ方向の移動量及びマウス釦（図示せず）の動作に変換される。また、処理装置８は、サイドスイッチ１２からも信号を受け、ここで得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００７９】
尚、センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例１と同じである。
このような構成のスティック認識ペンに於いて、本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行うと、ペン先の描画用の芯４６に力が加わり、可動電極板４ａと固定電極板３ａの間隙が変化する。これらの電極間の容量が、力センサ処理装置６に於いて測定・演算されることにより、力の方向及び大きさが算出できる。
【００８０】
また、本体１を任意の支持面上、若しくは空中で移動させた場合には、重錘体５に加速度が加わり、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂの間隙が変化する。これらの電極間の容量が加速度センサ処理装置７に於いて測定・演算されることで、加速度の方向及び大きさが算出される。
【００８１】
力センサ処理装置６にて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ及び加速度センサ処理装置７にて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、処理装置８に送出される。この処理装置８に於いて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分及び加速度成分は、それぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分及び加速度成分は、ペンの筆圧の情報として変換される。
【００８２】
移動量及び筆圧の動作は、通信用ＬＥＤ１０を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。
【００８３】
また、サイドスイッチ１１は、任意のコマンドに割り当てることができる。
尚、上記描画用の芯４６は、ボールペンやサインペン等のインクを供給できる構造なら構わないが、描画時に先端が著しく変形するような構造のものは避ける。また、描画用の芯４６は取り外すことも可能であり、この場合には物理的な描画は行われずに、描画データの取り込みだけを行うことができる。更に、芯４６を取り外すのではなく、芯の伸縮機構を設けて、ワンタッチで切り換えるような構造にすることも可能である。
【００８４】
このように、第３の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる物理的な描画と同時に、筆圧を含めた描画動作をホストコンピュータに取り込むことができる。
【００８５】
尚、この第３の実施例によるスティック認識ペンを、上述した第２の実施例のような文字認識やサイン認証に用いた場合には、描画された文字を記録として残すことができる。
【００８６】
次に、この発明の第４の実施例を説明する。
図１１は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティックシャープペンの構成を示した図である。
【００８７】
ペン型形状の装置本体１′内には、このスティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯５１を収容した中空パイプ４９及びこの中空パイプ４９に連結した芯送り出し機構５０が設けられている。上記描画用の芯４８は中空パイプ４９の内面に嵌入されており、描画時にぐらつくことはない。また、ペン先と反対側となる芯送り出し機構５０の後端部には、通信用ＬＥＤ１０を兼用した芯送り出し用釦５２が設けられている。
【００８８】
上記中空パイプ４９の基部は、固定電極板３ａ及び３ｂを貫通して可動電極板４ａに結合されている。また、固定電極板３ａ及び３ｂを介して上記可動電極板４ａと反対側には、中心に中空パイプ４９を貫通させて任意の質量を有した重りである重錘体５が固定された可動電極板４ｂが設けられている。すなわち、固定電極板３ａと可動電極板４ａ、また、固定電極板３ｂと可動電極板４ｂは、それぞれ対向して配置されている。尚、上記固定電極板３ａ及び３ｂ、可動電極板４ａ及び４ｂには、複数個の電極がプリントされている。
【００８９】
一方、本体１内で、固定電極板４ａより後方（図１１にて右側）には、力センサ処理装置６、加速度センサ処理装置７、処理装置８、バッテリ９が収納されている。また、本体１′の側面にはサイドスイッチ１１が設けられている。
【００９０】
図１２は、図１１のスティックシャープペンのブロック構成図である。
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａより得られた出力は、力センサ処理装置６に供給される。この力センサ処理装置６では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。
【００９１】
一方、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂより得られた出力は、加速度センサ処理装置７に供給される。この加速度センサ処理装置７では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが算出される。
【００９２】
そして、処理装置８では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに基いて、ポインティングデバイスのＸ、Ｙ方向の移動量及びマウス釦（図示せず）の動作に変換される。また、処理装置８は、サイドスイッチ１２からも信号を受け、ここで得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００９３】
尚、センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例１と同じである。
このような構成のスティックシャープペンに於いて、本体１′を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行うと、ペン先の黒鉛の芯５１及び中空パイプ４９、芯送り出し機構５０に力が加わり、可動電極板４ａと固定電極板３ａの間隙が変化する。これらの電極間の容量が、力センサ処理装置６に於いて測定・演算されることにより、力の方向及び大きさが算出できる。
【００９４】
また、本体１′を任意の支持面上、若しくは空中で移動させた場合には、重錘体５に加速度が加わり、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂの間隙が変化する。これらの電極間の容量が加速度センサ処理装置７に於いて測定・演算されることで、加速度の方向及び大きさが算出される。
【００９５】
電極板の配置及びセンサ処理装置の動作については、上述した特開平４−１４８８３３号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【００９６】
黒鉛の芯５１は、芯送り出し釦５２を押すことによって、芯送り出し機構５０によって送り出される。また、芯送り出し釦５２を押しながらペン先を押しつけることにより、芯５１を引っ込めることができる。芯５１を引っ込めた状態では、物理的な描画は行われずに、描画データの取り込みだけを行うことができる。
【００９７】
また、芯送り出し釦５２押下の情報は、Ｚ軸にかかる力として検出することが可能（描画時に対して負の方向の力となる）であるので、これを取り出して、コマンド情報等に利用することが可能である。
【００９８】
力センサ処理装置６にて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ及び加速度センサ処理装置７にて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、それぞれ処理装置８に送出される。そして、この処理装置８に於いて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分及び加速度成分は、それぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分及び加速度成分は、ペンの筆圧の情報として変換される。
【００９９】
移動量及び筆圧の動作は、通信用ＬＥＤ１０を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。
【０１００】
また、サイドスイッチ１１は、任意のコマンドに割り当てることができる。
このように、第４の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる物理的な描画と同時に、筆圧を含めた描画動作をホストコンピュータに取り込むことができる。
尚、この第４の実施例を上述した第２の実施例のような文字認識やサイン認証に用いた場合には、描画された文字を記録として残すことができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、タブレットを必要としないペン型入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスの構成を示した図である。
【図２】図１のポインティングデバイスのブロック構成図である。
【図３】（ａ）は可動電極板４ａ及び固定電極板３ａ上の電極の配置の一例を示した図、（ｂ）は可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂ上の電極の配置の一例を示した図である。
【図４】（ａ）は力センサ処理装置６に於ける処理回路の一例を示した図、（ｂ）は加速度センサ処理装置７に於ける処理回路の一例を示した図である。
【図５】ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスの他の構成例のペン先部の拡大図である。
【図６】この発明の第２の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティック認識ペンの構成を示した図である。
【図７】図６のスティック認識ペンのブロック構成図である。
【図８】ストローク辞書装置４５による情報認識の一例を示した図である。
【図９】この発明の第３の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティック描画ペンの構成を示した図である。
【図１０】図９のスティック描画ペンのブロック構成図である。
【図１１】この発明の第４の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティックシャープペンの構成を示した図である。
【図１２】図１１のスティックシャープペンのブロック構成図である。
【符号の説明】
１…本体、２…スティック、３ａ、３ｂ、４２ａ、４２ｂ…固定電極板、４ａ、４ｂ、４１ａ、４１ｂ…可動電極板、５、４３…重錘体、６…力センサ処理装置、７…加速度センサ処理装置、８…処理装置、９…バッテリ、１０…通信用ＬＥＤ（発光ダイオード）、１１…サイドスイッチ、１３〜１７、２７〜３１…コンデンサ、１８〜２２、３２〜３６…Ｃ（容量）／Ｖ（電圧）変換器、２３、２４、３７、３８…差動増幅器、２５、３９…増幅器、施例２（スティック認識ペン）、４５…ストローク辞書装置。
【産業上の利用分野】
この発明は、タブレットを用いずに簡便に使用可能なペン型入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータ等の機械に対して位置やコマンドの指示を行うポインティングデバイスとしては、マウスがよく知られている。このマウスは、使用者の手全体で操作を行うため、文字を書く等の細かい動きに対応することが困難であるという問題を有していた。
【０００３】
また、スティックや円盤状の操作体に対して指先で力を加えることによってポインティングを行うもの（例えばＩＢＭ社：Track Point （商標名）、インターリンク社：Porta Point （商標名）等）は、操作に要するスペースは少なくて済む。しかしながら、独特の操作感覚を必要とするために、慣れが必要であるという問題を有していた。
【０００４】
これに対し、例えば特開昭６１−２２６８２６号公報による位置検出装置には、ペン型をした入力装置が記載されている。
この入力装置の位置検出部は、平行に配列された複数の長尺の磁性体と、この磁性体の周囲に直交する方向に所定の間隔で配設された複数の検出線と、上記磁性体及び検出線の周囲のほぼ全域に亘って複数回巻回された励磁線とを備えている。この励磁線に、駆動電流源から所定周期の交番電流を供給して磁束を発生させる。そして、この磁束により上記複数の検出線に誘起された電圧を信号検出回路で次々と取出してその差分を取り、差分電圧が所定の基準電圧と等しくなる位置を算出する。こうして、定常的な磁界を発生する位置指定用磁気発生器である入力ペンにより位置検出部上の指定位置を求めると共に、位置検出回路で差分電圧の傾きを検出して、該入力ペンの位置検出部に対する高さを求める。
【０００５】
したがって、上記特開昭６１−２２６８２６号公報の位置検出装置を用いれば、人間が従来から使用している筆記用具と同じ感覚で使用できるため、細かい動作を入力することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開昭６１−２２６８２６号公報に記載の装置は、特殊なタブレットを必要とするものであった。こうしたタブレットを使用するということは、使用場所の制限してしまうという問題を有する。特に、携帯機器の入力装置として用いる場合には、使用場所を制限するタブレットの存在が携帯性を損ねることになってしまう。
【０００７】
このようなタブレットを必要としないペン型の入力装置としては、「ＣＡＳＩＯ社：ペンマウス（商標名）」等がある。これは、ペン先に取り付けた小型のボールの回転によってペンの移動を検出するものである。こうした入力装置に於いては、ボール及びペン先の部分がペン先と同じ程度に小さくなければ、ペンと同様の操作感を得ることは困難である。しかしながら、該装置の構造上、ボール及び回転検出部をあまり小さくすることができず、それ故ペンの操作感を得ることができにくいという問題があった。
この発明は上記実情に基いてなされたものであり、その目的はタブレットを必要としないペン型入力装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、この作用部材の他端に結合されるもので、該作用部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記作用部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記作用部材の移動方向、移動量及びマウスのクリック若しくはドラッグの釦動作に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【０００９】
またこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、この作用部材の他端に結合されるもので、該作用部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記作用部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記作用部材の移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１０】
更にこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、この作用部材の他端に結合されるもので、該作用部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記作用部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び力ベクトル抽出手段の出力を上記作用部材の移動方向、移動量及びペンアップ、ペンダウン並びに筆圧の時間変化を抽出するストローク抽出手段と、予め複数の文字及び図形毎のストローク情報を記憶している記憶手段と、上記ストローク抽出手段から得られたストローク情報と、上記記憶手段に記憶されている複数の文字及び図形のストローク情報を比較し、上記作用部材により入力される文字及び図形情報を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
この発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出された描画用の芯と、上記装置本体に取り付けられて上記描画用の芯を嵌装する支持部材と、この支持部材に結合されるもので、上記支持部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記支持部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記支持部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記支持部材の移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１２】
またこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出された描画用の芯と、上記装置本体に取り付けられて上記描画用の芯を嵌装する支持部材と、この支持部材の一端に取り付けられて上記描画用の芯の保持及び送り出しを行う芯保持機構と、上記支持部材に結合されるもので、上記支持部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、上記支持部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りと、この重りに結合された取り付けられて上記重りの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記支持部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記支持部材の移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１３】
【作用】
第１及び第２の発明にあっては、任意の支持面上でペンを押しつけるか、若しくはスライドさせることにより、任意の方向、速度でカーソルを移動することができる。また、クリックやドラッグ等の釦操作が可能となる。
【００１４】
第３の発明にあっては、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出することができる。また、筆圧の変化に応じて電子インクの太さ等を変化させることにより、筆ペンと同様の書き味を実現することが可能である。
【００１５】
第４の発明によれば、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出し、描画した文字や図形を認識してホストコンピュータに送信することが可能になる。
【００１６】
第５の発明によれば、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出し、ホストコンピュータに送信すると同時に、インクや黒鉛芯を用いて支持面上に描画が可能である。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、この発明の第１の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスの構成を示した図である。
【００１８】
ペン型形状の装置本体１には、ペン先となるスティック２が装着されている。このスティック２は、このポインティングデバイスのペン先に相当する部分であり、該スティック２の先端を含む一部が、本体１の一端に形成された開口より外部に露出される。
【００１９】
上記スティック２の基部は、固定電極板３ａ及び３ｂを貫通して可動電極板４ａに結合されている。また、固定電極板３ａ及び３ｂを介して上記可動電極板４ａと反対側には、中心にスティック２を貫通させて任意の質量を有した重りである重錘体５が固定された可動電極板４ｂが設けられている。すなわち、固定電極板３ａと可動電極板４ａ、また、固定電極板３ｂと可動電極板４ｂは、それぞれ対向して配置されている。尚、上記固定電極板３ａ及び３ｂ、可動電極板４ａ及び４ｂには、複数個の電極がプリントされている。
【００２０】
一方、本体１内で、固定電極板４ａより後方（図１にて右側）には、力センサ処理装置６、加速度センサ処理装置７、処理装置８、バッテリ９が収納されている。また、本体１の後端部には、通信用ＬＥＤ（発光ダイオード）１０が設けられている。更に、本体１の側面には、サイドスイッチ１１が設けられている。
【００２１】
尚、力センサ処理装置６、加速度センサ処理装置７、処理装置８、バッテリ９の配置は、図１に示されるものに限られず、本体１内で固定電極板５より後方であれば何れに配置されても良い。
【００２２】
また、図１に於いては力センサ処理装置６は可動電極板４ａと分離して示されているが、可動電極板４ａ（若しくは固定電極板３ａ）上に設置されていても構わない。同様に、加速度センサ処理装置７は可動電極板４ｂと分離して示されているが、可動電極板４ｂ（若しくは固定電極板３ｂ）上に設置されていても構わない。
【００２３】
更に、同図では固定電極板３ａと３ｂは同一の物体の両面に形成されているが、分離しても構わない。
図２は、図１のポインティングデバイスのブロック構成図である。
【００２４】
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａより得られた出力は、力センサ処理装置６に供給される。この力センサ処理装置６では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。
【００２５】
一方、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂより得られた出力は、加速度センサ処理装置７に供給される。この加速度センサ処理装置７では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが算出される。
【００２６】
そして、処理装置８では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに基いて、ポインティングデバイスのＸ、Ｙ方向の移動量及びマウス釦（図示せず）の動作に変換される。上記処理装置８には、例えばマウス釦として動作可能なサイドスイッチ１１からも信号が入力される。処理装置８に得られた情報は、通信用ＬＥＤ１０を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００２７】
尚、可動電極板、固定電極板の配置及び力センサ処理装置、加速度センサ処理装置の動作については、特開平４−１４８８３３号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【００２８】
図３（ａ）は可動電極板４ａ及び固定電極板３ａ上の電極の配置の一例を示した図、図３（ｂ）は可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂ上の電極の配置の一例を示した図である。尚、可動電極板４ａ及び固定電極板３ａの電極、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂの電極は、それぞれ対向する位置に配置されるため、図３に於いては固定電極板３ａ、３ｂ電極の配置例のみ示すが、可動電極板４ａ、４ｂの電極についても同様である。
【００２９】
同図に於いて、電極板の中心部には電極Ｚが形成されている。そして、この電極Ｚの周囲で且つ同心円上に、電極Ｘ+ 、Ｙ+ 、Ｘ- 、Ｙ- が図示の如く配置されている。
【００３０】
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａ上の対向する電極ＸＡ+ 、ＸＡ- 、ＹＡ+ 、ＹＡ- 、ＺＡは、それぞれコンデンサを構成している。そして、スティック２に力が加わると、各コンデンサの容量は変化する。電極ＸＡ+ によって構成されるコンデンサの容量をＣ（ＸＡ+ ）と表すと、図示Ｘ及びＹ方向にかかる力Ｖｘ、Ｖｙは、各方向のコンデンサの容量差の関数によって表すことができる。同様に、Ｚ方向にかかる力ＶｚもＣ（ＺＡ）の関数によって表すことができる。
【００３１】
Ｖｘ＝ｆ（Ｃ（ＸＡ+ ）−Ｃ（ＸＡ- ））
Ｖｙ＝ｇ（Ｃ（Ｙ+ ）−Ｃ（Ｙ- ））
Ｖｚ＝ｈ（Ｃ（Ｚ））
同様に、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂ上の対向する電極ＸＢ+ 、ＸＢ- 、ＹＢ+ 、ＹＢ- 、ＺＢは、それぞれコンデンサを構成している。可動電極板４ｂに結合された重錘体５に加速度が加わると、各コンデンサの容量が変化する。電極ＸＢ+ によって構成されるコンデンサの容量をＣ（ＸＢ+ ）と表すと、Ｘ及びＹ方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙは、各方向のコンデンサの容量差の関数によって表すことができる。同様に、Ｚ方向の加速度成分ＡｚもＣ（ＺＢ）の関数によって表すことができる。
【００３２】
Ａｘ＝ｐ（Ｃ（ＸＢ+ ）−Ｃ（ＸＢ- ））
Ａｙ＝ｑ（Ｃ（ＹＢ+ ）−Ｃ（ＹＢ- ））
Ａｚ＝ｒ（Ｃ（ＺＢ））
図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ力センサ処理装置６及び加速度センサ処理装置７に於ける処理回路の一例を示したものである。ここでは、各容量を一旦Ｃ（容量）／Ｖ（電圧）変換器によって電圧に変換してから差分をとっている。
【００３３】
図４（ａ）に於いて、コンデンサ１３、１４、１５、１６、１７は、可動電極板４ａと固定電極板３ａ間の電極によって構成される。上記コンデンサ１３、１４、１５、１６、１７にて得られた容量Ｃ（ＸＡ+ ）、Ｃ（ＸＡ- ）、Ｃ（ＹＡ+ ）、Ｃ（ＹＡ- ）、Ｃ（ＺＡ）は、それぞれＣ／Ｖ変換器１８、１９、２０、２１、２２にて電圧値に変換される。上記Ｃ／Ｖ変換器１８と１９の出力は差動増幅器２３に、Ｃ／Ｖ変換器２０と２１の出力は差動増幅器２４に供給されて、それぞれの電圧値の間で差分がとられる。
【００３４】
そして、差動増幅器２３の出力はＸ軸方向の力成分Ｖｘとして出力される。同様に、差動増幅器２４の出力はＹ軸方向の力成分Ｖｙとして出力される。また、Ｃ／Ｖ変換器２２の出力は、増幅器２５を介してＺ軸方向の力成分Ｖｚとして出力される。
【００３５】
同様に、図４（ｂ）に於いて、コンデンサ２７、２８、２９、３０、３１は、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂ間の電極によって構成される。上記コンデンサ２７、２８、２９、３０、３１にて得られた容量Ｃ（ＸＢ+ ）、Ｃ（ＸＢ- ）、Ｃ（ＹＢ+ ）、Ｃ（ＹＢ- ）、Ｃ（ＺＢ）は、それぞれＣ／Ｖ変換器３２、３３、３４、３５、３６にて電圧値に変換される。上記Ｃ／Ｖ変換器３２と３３の出力は差動増幅器３７に、Ｃ／Ｖ変換器３４と３５の出力は差動増幅器３８に供給されて、それぞれの電圧値の間で差分がとられる。
【００３６】
そして、差動増幅器３７の出力はＸ軸方向の加速度成分Ａｘとして出力される。同様に、差動増幅器３８の出力はＹ軸方向の加速度成分Ａｙとして出力される。また、Ｃ／Ｖ変換器３６の出力は、増幅器３９を介してＺ軸方向の加速度成分Ａｚとして出力される。
【００３７】
このような構成のポインティングデバイスに於いて、本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上でスライドさせるか、若しくは支持面上で押えつける。すると、ペン先であるスティック２に力が加わり、可動電極板４ａが僅かに撓むことによって、可動電極板４ａと固定電極板３ａの間隙が変化する。これら可動電極板４ａと固定電極板３ａには、図３（ａ）に示されるような複数個の電極がプリントされており、図４（ａ）に示されるようなコンデンサ１３〜１７が構成されている。したがって、コンデンサ１３〜１７による電極間の容量が力センサ処理装置６に於いて測定・演算されることで、ペン先に加えられた力の方向及び大きさが算出される。
【００３８】
また、本体１を任意の支持面上、若しくは空中で移動させた場合には、重錘体５に加速度が加わり、可動電極板４ｂが僅かに撓むことによって、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂの間隙が変化する。可動電極板４ｂと固定電極板３ｂには図３（ｂ）に示されるような複数個の電極がプリントされており、図４（ｂ）に示されるようなコンデンサ２７〜３１が構成されている。したがって、コンデンサ２７〜３１による電極間の容量が加速度センサ処理装置７に於いて測定・演算されることで、加速度の方向及び大きさが算出される。
【００３９】
上記力センサ処理装置６に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと、加速度センサ処理装置７に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、共に処理装置８に送出される。
【００４０】
そして、この処理装置８にて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分及び加速度成分は、それぞれマウスのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分及び加速度成分は、予め設定された閾値と比較され、マウス釦の動作に変換される。
【００４１】
尚、Ｚ軸方向の力成分は、これを筆圧情報として変換することによって、電子的な筆ペンを実現することができる。筆圧情報は、その他にもコマンド選択等にも用いることが可能である。
【００４２】
移動量及び釦（筆圧）の動作は、通信用ＬＥＤ１０を通して、図示されないホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。
【００４３】
また、サイドスイッチ１１は、マウス釦の動作と同様か、或いはダブルクリックやドラッグ等のアクションに割り当てることができる。更に、マウスが２つ以上の釦を有している場合には、サイドスイッチ１１を他方の釦に割り当てても良い。
【００４４】
尚、本装置のようなペン型の入力装置をタブレット無しで用いる場合には、指で装置を把持した時に、ペン軸の上下関係が正しくなっていなければ、正しくポインティングを行なうことができない。しかしながら、第１の実施例に於いては、ペンが回転した場合でも、重力の方向からペンの回転角と傾きを得て、これを自動補正することができる。したがって、手に把持して使用する際に、特にペンの把持方向を気にする必要はない。
【００４５】
このように、第１の実施例によれば、ペン先を支持面から浮かせて移動させた場合にも、加速度情報によってペンの移動量を求めることができ、より正確なポインティング動作が可能である。加えて、加速度センサがペン先部にあるため、描画部（ペン先端）にかかる加速度を高精度に求めることが可能である。
【００４６】
また、ペンが支持面上にある場合は、力センサによってペンの移動量と筆圧を算出することができる。この場合、加速度センサの情報、ペン移動量を、より正確に検出するために使用される。
【００４７】
尚、ペンダウンの際にも加速度センサから移動量を検出するようにすると、力センサは最低Ｚ軸方向（筆圧）の一軸分だけあれば良い。また、加速度センサのＺ軸方向成分を処理して、ペンダウン／ペンアップ情報を生成するようにした場合には、力センサは不要となる。
【００４８】
このように、力センサと加速度センサの検出軸による組み合わせはいろいろ考えられ、組み合わせによって性能が変わる。下記表は、この組み合わせを表したものである。
【００４９】
【表１】
この表からわかるように、３軸力センサと３軸加速度センサの組み合わせが最も優れているが、使用条件により、他の組み合わせであっても良い。
図５は、ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスの他の構成例のペン先部の拡大図である。
【００５１】
図５に於いては、力センサ処理装置用の可動電極板４１ａ、固定電極板４２ａと、加速度センサ処理装置用の可動電極板４１ｂ、固定電極板４２ｂの実装位置が、図１に示された可動電極板４ａ、固定電極板３ａと、可動電極板４ｂ、固定電極板３ｂと逆になっている。また、スティック２は可動電極板４１ａの基部に結合され、重錘体４３は可動電極板４１ｂに結合されている。その他の構成は、図１と同じである。
【００５２】
この図５に示される構成によれば、重錘体４３をより重く作ることが可能であり、高感度の加速度センサを実現することができる。
図５に示されるポインティングデバイスによれば、机の上や膝の上等で任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる描画と同じ形式でポインティング動作を行うことができる。また、ペンをスライドさせずに、指先でペンの傾きを僅かに変化させるだけでポインティング動作を行うこともできる。この場合、ポインティング動作に要するスペースは極めて小さい。
【００５３】
次に、この発明の第２の実施例を説明する。
図６は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティック認識ペンの構成を示した図である。
【００５４】
ペン型形状の装置本体１には、ペン先となるスティック２が装着されている。このスティック２の先端を含む一部は、本体１の一端に形成された開口より外部に露出される。
【００５５】
上記スティック２の基部は、固定電極板３ａ及び３ｂを貫通して可動電極板４ａに結合されている。また、固定電極板３ａ及び３ｂを介して上記可動電極板４ａと反対側には、中心にスティック２を貫通させて任意の質量を有した重りである重錘体５が固定された可動電極板４ｂが設けられている。すなわち、固定電極板３ａと可動電極板４ａ、また、固定電極板３ｂと可動電極板４ｂは、それぞれ対向して配置されている。尚、上記固定電極板３ａ及び３ｂ、可動電極板４ａ及び４ｂには、複数個の電極がプリントされている。
【００５６】
一方、本体１内で、固定電極板４ａより後方（図６にて右側）には、センサ処理装置６、加速度処理装置７、処理装置８、ストローク辞書装置４５、バッテリ９が収納されている。また、本体１の後端部には通信用ＬＥＤ１０が、更に本体１の側面にはサイドスイッチ１１が設けられている。
【００５７】
図７は、図６のスティック認識ペンのブロック構成図である。
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａより得られた出力は、力センサ処理装置６に供給される。この力センサ処理装置６では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。
【００５８】
一方、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂより得られた出力は、加速度センサ処理装置７に供給される。この加速度センサ処理装置７では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが算出される。
【００５９】
そして、処理装置７では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに基いて、ポインティングデバイスのＸ、Ｙ方向の移動量及びマウス釦（図示せず）の動作に変換される。
【００６０】
ストローク辞書装置４５には、各種の文字や図形毎のストローク情報（移動量及びペンアップ／ペンダウン情報）が記憶されている。上記ストローク辞書装置３１から得られた情報は、サイドスイッチ１２からの信号と共に処理装置９に供給される。この処理装置９に得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００６１】
このような構成のスティック認識ペンに於いて、本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行う。すると、ペン先のスティック２に力が加わり、可動電極板４ａと固定電極板３ａの間隙が変化する。これらの電極間の容量が、力センサ処理装置６に於いて測定・演算されることにより、力の方向及び大きさが算出できる。
【００６２】
また、本体１を任意の支持面上、若しくは空中で移動させた場合には、重錘体５に加速度が加わり、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂの間隙が変化する。これらの電極間の容量が加速度センサ処理装置７に於いて測定・演算されることで、加速度の方向及び大きさが算出される。
【００６３】
センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例と同じである。
力センサ処理装置６に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ及び加速度センサ処理装置７に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、処理装置８に送出される。そして、この処理装置８にて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分及び加速度成分は、それぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分及び加速度成分は、予め設定された閾値と比較され、ペンアップ及びペンダウン情報として変換される。また、移動量及び筆圧の時間変化は、ストローク辞書装置４５内に記憶されている各文字や図形毎のストローク情報（移動量及びペンアップ／ペンダウン情報）と比較され、最も近いストローク情報を有する文字または図形が選択される。
【００６４】
図８は、ストローク辞書装置４５による情報認識の一例を示したものである。尚、同図に於いて、実線部分はペンダウンの状態を表し、破線部分はペンアップでデータ入力が無い場合を表している。
【００６５】
図８（ａ）はＸ軸の入力ストロークデータであり、図８（ｂ）はＹ軸の入力ストロークデータである。図８（ｃ）及び（ｄ）は、ストローク辞書装置４５中の“Ａ”のストロークデータを表したもので、同図（ｃ）はＸ軸、同図（ｄ）はＹ軸のデータを表したものである。同様に、図８（ｅ）及び（ｆ）は、ストローク辞書装置４５中の“Ｂ”のストロークデータを表したもので、同図（ｅ）はＸ軸、同図（ｆ）はＹ軸のデータを表したものである。
【００６６】
また、図８に於いては、ペアアップ時の移動量のデータは含まれていないが、ペンダウンの閾値を調節して、ペン先を軽く支持面に接触させながらペンアップの動作を行うことにより、ペンアップ時の移動量も含めた認識が可能となる。
【００６７】
こうしたストロークデータを参照して、入力された情報が移動量及び筆圧の時間変化が、ストローク辞書装置４５内に記憶されている各文字や図形毎のストローク情報と比較される。そして、最も近いストローク情報を有する文字または図形が選択される。例えば、入力された情報が図８（ｃ）及び（ｄ）に示されるような“Ａ”のストロークデータに近いと判定された場合、この入力されたモジュールは“Ａ”であると判定されて選択される。
【００６８】
処理装置８及びストローク辞書装置４５で選択された文字や図形の符号は、通信用ＬＥＤ１０を通してホストコンピュータに送信される。
また、Ｚ軸方向の力成分をペンの筆圧の情報として変換し、ストローク情報として、筆圧情報も付加することにより、文字や図形の認識率を向上させることが可能である。
【００６９】
尚、ストロークの時間変動については、ＤＰマッチング等の手法を用いて吸収することができる。
更に、ペンアップ時の動きについても、加速度センサ処理装置７からの信号により再構成できるので、ペンダウン字の情報のみを用いる従来の方式に比べて、より正確な認識が可能となる。
【００７０】
また、サイドスイッチ１２は、任意のコマンドに割り当てることができる。その一例としては、ストローク学習モードと認識モードの切り換え、ポインティングモードと認識モードの切り換え等がある。
【００７１】
このように、第２の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる描画と同じ形式で文字確認を行うことができる。また、第２の実施例では、認識に使用される情報が、ペン先に加わる力の変化であり、直接目に見える「文字の形」ではないので、他人が模倣することが極めて困難となり、サイン等の個人認証への適用が特に有効である。
【００７２】
次に、この発明の第３の実施例を説明する。
図９は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティック描画ペンの構成を示した図である。
【００７３】
ペン型形状の装置本体１内には、ペン先である描画用の芯４６が嵌装された中空パイプ４７が、可動電極板４ａに結合されている。上記描画用の芯４６を含む中空パイプ４７の先端を含む一部は、本体１の一端に形成された開口より外部に露出される。また、描画用の芯４６は、中空パイプ４７内に嵌装されてずれないようになっている。
【００７４】
上記中空パイプ４７の基部は、固定電極板３ａ及び３ｂを貫通して可動電極板４ａに結合されている。また、固定電極板３ａ及び３ｂを介して上記可動電極板４ａと反対側には、中心に中空パイプ４７を貫通させて任意の質量を有した重りである重錘体５が固定された可動電極板４ｂが設けられている。すなわち、固定電極板３ａと可動電極板４ａ、また、固定電極板３ｂと可動電極板４ｂは、それぞれ対向して配置されている。尚、上記固定電極板３ａ及び３ｂ、可動電極板４ａ及び４ｂには、複数個の電極がプリントされている。
【００７５】
一方、本体１内で、固定電極板４ａより後方（図９にて右側）には、力センサ処理装置６、加速度センサ処理装置７、処理装置８、バッテリ９が収納されている。また、本体１の後端部には通信用ＬＥＤ１０が、更に本体１の側面にはサイドスイッチ１１が設けられている。
【００７６】
図１０は、図９のスティック描画ペンのブロック構成図である。
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａより得られた出力は、力センサ処理装置６に供給される。この力センサ処理装置６では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。
【００７７】
一方、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂより得られた出力は、加速度センサ処理装置７に供給される。この加速度センサ処理装置７では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが算出される。
【００７８】
そして、処理装置８では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに基いて、ポインティングデバイスのＸ、Ｙ方向の移動量及びマウス釦（図示せず）の動作に変換される。また、処理装置８は、サイドスイッチ１２からも信号を受け、ここで得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００７９】
尚、センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例１と同じである。
このような構成のスティック認識ペンに於いて、本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行うと、ペン先の描画用の芯４６に力が加わり、可動電極板４ａと固定電極板３ａの間隙が変化する。これらの電極間の容量が、力センサ処理装置６に於いて測定・演算されることにより、力の方向及び大きさが算出できる。
【００８０】
また、本体１を任意の支持面上、若しくは空中で移動させた場合には、重錘体５に加速度が加わり、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂの間隙が変化する。これらの電極間の容量が加速度センサ処理装置７に於いて測定・演算されることで、加速度の方向及び大きさが算出される。
【００８１】
力センサ処理装置６にて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ及び加速度センサ処理装置７にて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、処理装置８に送出される。この処理装置８に於いて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分及び加速度成分は、それぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分及び加速度成分は、ペンの筆圧の情報として変換される。
【００８２】
移動量及び筆圧の動作は、通信用ＬＥＤ１０を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。
【００８３】
また、サイドスイッチ１１は、任意のコマンドに割り当てることができる。
尚、上記描画用の芯４６は、ボールペンやサインペン等のインクを供給できる構造なら構わないが、描画時に先端が著しく変形するような構造のものは避ける。また、描画用の芯４６は取り外すことも可能であり、この場合には物理的な描画は行われずに、描画データの取り込みだけを行うことができる。更に、芯４６を取り外すのではなく、芯の伸縮機構を設けて、ワンタッチで切り換えるような構造にすることも可能である。
【００８４】
このように、第３の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる物理的な描画と同時に、筆圧を含めた描画動作をホストコンピュータに取り込むことができる。
【００８５】
尚、この第３の実施例によるスティック認識ペンを、上述した第２の実施例のような文字認識やサイン認証に用いた場合には、描画された文字を記録として残すことができる。
【００８６】
次に、この発明の第４の実施例を説明する。
図１１は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティックシャープペンの構成を示した図である。
【００８７】
ペン型形状の装置本体１′内には、このスティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯５１を収容した中空パイプ４９及びこの中空パイプ４９に連結した芯送り出し機構５０が設けられている。上記描画用の芯４８は中空パイプ４９の内面に嵌入されており、描画時にぐらつくことはない。また、ペン先と反対側となる芯送り出し機構５０の後端部には、通信用ＬＥＤ１０を兼用した芯送り出し用釦５２が設けられている。
【００８８】
上記中空パイプ４９の基部は、固定電極板３ａ及び３ｂを貫通して可動電極板４ａに結合されている。また、固定電極板３ａ及び３ｂを介して上記可動電極板４ａと反対側には、中心に中空パイプ４９を貫通させて任意の質量を有した重りである重錘体５が固定された可動電極板４ｂが設けられている。すなわち、固定電極板３ａと可動電極板４ａ、また、固定電極板３ｂと可動電極板４ｂは、それぞれ対向して配置されている。尚、上記固定電極板３ａ及び３ｂ、可動電極板４ａ及び４ｂには、複数個の電極がプリントされている。
【００８９】
一方、本体１内で、固定電極板４ａより後方（図１１にて右側）には、力センサ処理装置６、加速度センサ処理装置７、処理装置８、バッテリ９が収納されている。また、本体１′の側面にはサイドスイッチ１１が設けられている。
【００９０】
図１２は、図１１のスティックシャープペンのブロック構成図である。
可動電極板４ａ及び固定電極板３ａより得られた出力は、力センサ処理装置６に供給される。この力センサ処理装置６では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。
【００９１】
一方、可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂより得られた出力は、加速度センサ処理装置７に供給される。この加速度センサ処理装置７では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが算出される。
【００９２】
そして、処理装置８では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに基いて、ポインティングデバイスのＸ、Ｙ方向の移動量及びマウス釦（図示せず）の動作に変換される。また、処理装置８は、サイドスイッチ１２からも信号を受け、ここで得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００９３】
尚、センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例１と同じである。
このような構成のスティックシャープペンに於いて、本体１′を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行うと、ペン先の黒鉛の芯５１及び中空パイプ４９、芯送り出し機構５０に力が加わり、可動電極板４ａと固定電極板３ａの間隙が変化する。これらの電極間の容量が、力センサ処理装置６に於いて測定・演算されることにより、力の方向及び大きさが算出できる。
【００９４】
また、本体１′を任意の支持面上、若しくは空中で移動させた場合には、重錘体５に加速度が加わり、可動電極板４ｂと固定電極板３ｂの間隙が変化する。これらの電極間の容量が加速度センサ処理装置７に於いて測定・演算されることで、加速度の方向及び大きさが算出される。
【００９５】
電極板の配置及びセンサ処理装置の動作については、上述した特開平４−１４８８３３号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【００９６】
黒鉛の芯５１は、芯送り出し釦５２を押すことによって、芯送り出し機構５０によって送り出される。また、芯送り出し釦５２を押しながらペン先を押しつけることにより、芯５１を引っ込めることができる。芯５１を引っ込めた状態では、物理的な描画は行われずに、描画データの取り込みだけを行うことができる。
【００９７】
また、芯送り出し釦５２押下の情報は、Ｚ軸にかかる力として検出することが可能（描画時に対して負の方向の力となる）であるので、これを取り出して、コマンド情報等に利用することが可能である。
【００９８】
力センサ処理装置６にて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ及び加速度センサ処理装置７にて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度成分Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、それぞれ処理装置８に送出される。そして、この処理装置８に於いて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分及び加速度成分は、それぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分及び加速度成分は、ペンの筆圧の情報として変換される。
【００９９】
移動量及び筆圧の動作は、通信用ＬＥＤ１０を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。
【０１００】
また、サイドスイッチ１１は、任意のコマンドに割り当てることができる。
このように、第４の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる物理的な描画と同時に、筆圧を含めた描画動作をホストコンピュータに取り込むことができる。
尚、この第４の実施例を上述した第２の実施例のような文字認識やサイン認証に用いた場合には、描画された文字を記録として残すことができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、タブレットを必要としないペン型入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスの構成を示した図である。
【図２】図１のポインティングデバイスのブロック構成図である。
【図３】（ａ）は可動電極板４ａ及び固定電極板３ａ上の電極の配置の一例を示した図、（ｂ）は可動電極板４ｂ及び固定電極板３ｂ上の電極の配置の一例を示した図である。
【図４】（ａ）は力センサ処理装置６に於ける処理回路の一例を示した図、（ｂ）は加速度センサ処理装置７に於ける処理回路の一例を示した図である。
【図５】ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスの他の構成例のペン先部の拡大図である。
【図６】この発明の第２の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティック認識ペンの構成を示した図である。
【図７】図６のスティック認識ペンのブロック構成図である。
【図８】ストローク辞書装置４５による情報認識の一例を示した図である。
【図９】この発明の第３の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティック描画ペンの構成を示した図である。
【図１０】図９のスティック描画ペンのブロック構成図である。
【図１１】この発明の第４の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティックシャープペンの構成を示した図である。
【図１２】図１１のスティックシャープペンのブロック構成図である。
【符号の説明】
１…本体、２…スティック、３ａ、３ｂ、４２ａ、４２ｂ…固定電極板、４ａ、４ｂ、４１ａ、４１ｂ…可動電極板、５、４３…重錘体、６…力センサ処理装置、７…加速度センサ処理装置、８…処理装置、９…バッテリ、１０…通信用ＬＥＤ（発光ダイオード）、１１…サイドスイッチ、１３〜１７、２７〜３１…コンデンサ、１８〜２２、３２〜３６…Ｃ（容量）／Ｖ（電圧）変換器、２３、２４、３７、３８…差動増幅器、２５、３９…増幅器、施例２（スティック認識ペン）、４５…ストローク辞書装置。
Claims (10)
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達されるポインティングデバイスのペン先となるスティックと、
このポインティングデバイスのペン先となるスティックの他端に結合されるもので、該ポインティングデバイスのペン先となるスティックの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、
上記ポインティングデバイスのペン先となるスティックの移動に従って移動自在の所定質量を有する重りである重錘体と、
この重錘体に結合されて取り付けられた上記重錘体の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、
上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記ポインティングデバイスのペン先となるスティックに加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、
この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記ポインティングデバイスのペン先となるスティックの移動方向、移動量及びマウスのクリック若しくはドラッグの釦動作に変換するインタフェース装置とを有し、
ペン先側からみて、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、第１の固定電極板、第１の可動電極板の順に配置され、上記ポインティングデバイスのペン先となるスティックは、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、及び第１の固定電極板を貫通して、その他端が第１の可動電極板に結合される
ことを特徴とするペン型入力装置。 - 上記第１の可動電極板は上記ポインティングデバイスのペン先となるスティックの長手方向と垂直方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載のペン型入力装置。
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達されるペン先となるスティックと、
このペン先となるスティックの他端に結合されるもので、該ペン先となるスティックの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、
上記ペン先となるスティックの移動に従って移動自在の所定質量を有する重りである重錘体と、
この重錘体に結合されて取り付けられて上記重錘体の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、
上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記ペン先となるスティックに加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、
この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記ペン先となるスティックの移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを有し、
ペン先側からみて、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、第１の固定電極板、第１の可動電極板の順に配置され、上記ペン先となるスティックは、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、及び第１の固定電極板を貫通して、その他端が第１の可動電極板に結合される
ことを特徴とするペン型入力装置。 - 上記第１の可動電極板は上記ペン先となるスティックの長手方向と垂直方向に配置されることを特徴とする請求項３に記載のペン型入力装置。
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達されるペン先となるスティックと、
このペン先となるスティックの他端に結合されるもので、該ペン先となるスティックの移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、
上記ペン先となるスティックの移動に従って移動自在の所定質量を有する重りである重錘体と、
この重錘体に結合されて取り付けられて上記重錘体の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、
上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記ペン先となるスティックに加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、
この加速度ベクトル抽出手段及び力ベクトル抽出手段の出力を上記ペン先となるスティックの移動方向、移動量及びペンアップ、ペンダウン並びに筆圧の時間変化を抽出するストローク抽出手段と、
予め複数の文字及び図形毎のストローク情報を記憶している記憶手段と、
上記ストローク抽出手段から得られたストローク情報と、上記記憶手段に記憶されている複数の文字及び図形のストローク情報を比較し、上記ペン先となるスティックにより入力される文字及び図形情報を判定する判定手段とを有し、
ペン先側からみて、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、第１の固定電極板、第１の可動電極板の順に配置され、上記ペン先となるスティックは、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、及び第１の固定電極板を貫通して、その他端が第１の可動電極板に結合される
ことを特徴とするペン型入力装置。 - 上記第１の可動電極板は上記ペン先となるスティックの長手方向と垂直方向に配置されることを特徴とする請求項５に記載のペン型入力装置。
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出されたペン先である描画用の芯と、
上記装置本体に取り付けられて上記描画用の芯を嵌装する支持部材と、
この支持部材に結合されるもので、上記支持部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、
上記支持部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りである重錘体と、
この重錘体に結合されて取り付けられて上記重錘体の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、
上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記支持部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、
この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記支持部材の移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを有し、
ペン先側からみて、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、第１の固定電極板、第１の可動電極板の順に配置され、上記支持部材は、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、及び第１の固定電極板を貫通して、その他端が第１の可動電極板に結合される
ことを特徴とするペン型入力装置。 - 上記第１の可動電極板は上記支持部材の長手方向と垂直方向に配置されることを特徴とする請求項７に記載のペン型入力装置。
- 一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、
この装置本体の上記開口よりその一端が露出されたスティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯と、
上記装置本体に取り付けられて上記スティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯を嵌装する支持部材と、
この支持部材の一端に取り付けられて上記スティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯の保持及び送り出しを行う芯送り出し機構と、
上記支持部材に結合されるもので、上記支持部材の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第１の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第１の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第１の固定電極板と、
上記支持部材の移動に従って移動自在の所定質量を有する重りである重錘体と、
この重錘体に結合されて取り付けられて上記重錘体の移動に基いて移動自在の少なくとも１つの電極を有する第２の可動電極板と、
上記装置本体に固定されて上記第２の可動電極板に対向して配置された少なくとも１つの電極を有する第２の固定電極板と、
上記第１の可動電極板と第１の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記支持部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、
上記第２の可動電極板と第２の固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記装置本体に加えられた３次元の加速度ベクトルを抽出する加速度ベクトル抽出手段と、
この加速度ベクトル抽出手段及び上記力ベクトル抽出手段による抽出出力を上記支持部材の移動方向、移動量並びにペンアップ／ペンダウン及び筆圧の情報に変換するインタフェース装置とを有し、
ペン先側からみて、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、第１の固定電極板、第１の可動電極板の順に配置され、上記支持部材は、重錘体、第２の可動電極板、第２の固定電極板、及び第１の固定電極板を貫通して、その他端が第１の可動電極板に結合される
ことを特徴とするペン型入力装置。 - 上記第１の可動電極板は上記支持部材の長手方向と垂直方向に配置されることを特徴とする請求項９に記載のペン型入力装置。
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