JP4953387B2 - 電子入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、描画面に対して入力者が描画した文字や図形などを、電子的な情報に変換する電子入力装置に関するものである。

人が手書きによって描画した文字や図形を電子的な情報へ変換する変換装置、いわゆる電子入力装置として、従来から様々な方式のタッチパネルが利用されている。タッチパネルの方式としては、特許文献１に開示されている抵抗膜式、特許文献２に開示されている静電容量方式、その他にもアナログ容量結合方式、超音波表面弾性波方式、赤外線走査方式などがある。また、特許文献３には、複数積層した電導性膜によって筆圧を検出するタッチパネルの構造が開示されている。

一方、本発明者らは、紫外線、電子線、Ｘ線、放射線、化学線、化学反応などによる刺激とは異なり、外力などの機械的な刺激によって効率的に発光する材料に関して長期にわたって研究を行っている。このような外力によって発光する材料は応力発光材料と呼ばれる。この応力発光材料の具体例としては、例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８などに記載されているものが挙げられる。これらは、本願発明者らによって開発されたものである。

特許文献９には、これらの応力発光材料を用いた応力または応力分布の測定方法と測定システムが開示されている。また、特許文献１０には、応力発光材料を光ファイバーの交差位置に設置することにより、交差位置に加えられた力による応力発光を観測することによって、入力位置を計測する装置が開示されている。特許文献１１には、応力発光によってその操作を視認するスイッチやボタンが開示されている。
特開２００７−１２２５６８公報（２００７年５月１７日公開） 特開２００７−４７９９０公報（２００７年２月２２日公開） 特開２００１−２８２４３９公報（２００１年１０月１２日公開） 特開平１１−２６３９７０公報（１９９９年９月２８日公開） 特開２００１−０４９２５１公報（２００１年２月２０日公開） 特開２００４−４３６５６公報（２００４年２月１２日公開） 特開２００２−１９４３４９公報（２００２年７月１０日公開） 特開２００６−１５２０８９公報（２００６年６月１５日公開） 特開２００１−２１５１５７公報（２００１年８月１０日公開） 特開２００４−７１５１１公報（２００４年３月４日公開） 特開２００４−１４６３０２公報（２００４年５月２０日公開）

従来方式のタッチパネルでは、例えば、抵抗膜方式では、パネル表面のトップシートと下部基板とで構成されており、それぞれの内側には透明導電膜がコーティングされている。この方式では、外部からのトップシートへの接触により透明導電膜の上層と下層が接触し、その位置は導電膜の電圧勾配から計算される。したがって、トップシートは外部からの接触によって変形する必要があり、接触による傷の発生や耐久性の向上に問題がある。

静電容量方式やアナログ容量結合方式は、透明導電膜をコーティングしたパネルに指が接触すると静電容量が変化することを動作原理とするが、当然ながら電磁的な雑音に対して誤動作を行う可能性がある。

超音波表面弾性波方式や赤外線走査方式は、透明パネル上を表面弾性波や赤外線で走査することにより接触位置を検出するものであるが、装置が複雑になりやすく、同時多点接触には対応が困難である。また、これらの方式では、タッチパネルへ接触した指などの接触位置を検出することは可能であるが、接触力を計測するには、特許文献３に示されるような、さらに複雑な機構が必要となる。

また、特許文献１０の応力発光体を用いた入力装置では発光の検出位置が光ファイバーの交差部分に限られ、作用点の分解能が光ファイバーの分布によって制約を受ける。また、特許文献１１のスイッチやボタンでは、応力発光は単に外部からの作用の確認に用いられているにすぎず、作用そのものは圧電センサなど別の手段によらなければならない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構造で、耐久性や電磁的ノイズ、分解能の問題を解決でき、かつ、接触力の検出をも可能とする電子入力装置を実現することにある。

本発明に係る電子入力装置は、上記課題を解決するために、手書きによる描画入力情報を電子的な情報に変換する電子入力装置であって、上記手書き入力が行われる描画面を有する薄板、および、上記薄板の描画面と反対側の面に形成され、歪みエネルギーの変化分を直接光エネルギーに変換する応力発光体の微粒子を含む出力用応力発光層を含む描画用基板と、上記出力用応力発光層に対向して配置されるイメージセンサとを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記描画用基板の描画面に細い先端を持つペンなどの描画具を用いて文字や図形を描画すると、出力用応力発光層では描画具との接触位置に応じた応力発光を行う部位が描画の進行に伴って移動する。これをＣＣＤカメラなどのイメージセンサによって撮像し、出力することで、手書きによる描画入力情報を電子情報としてコンピューターなどに入力することが可能となる。

上記方式は、従来方式に比較して非常に単純な構造となる。描画面は抵抗膜方式のように大きく変形する必要がないので、従来よりも耐久性を向上させることができる。さらに、応力発光そのものは電磁的なノイズの影響を受けないため、耐ノイズ性が向上する。応力発光をイメージセンサで撮像することにより、描画情報を画像として取得することになり、同時多点接触にも問題なく対応可能である。また、描画位置の分解能は応力発光体をナノメートル級の微粒子とすることで数十ナノメートルまで細かくすることができ、分解能は撮像するイメージセンサの画素数のみに規定されるため、他の方式に存在する制約が大きく緩和される。

また、上記電子入力装置は、上記イメージセンサの出力結果に対して時間的な積分演算を行なう演算部を有する構成とすることができる。

すなわち、上記出力用応力発光層で生じる応力発光は、応力変化が発生した瞬間最も強く発光し、時間の経過と共に徐々にその強度が減少する特性がある。上記の構成では、イメージセンサの出力結果に対して時間的な積分演算を行なうことにより、その積分期間内に描画された全ての情報を含む描画入力情報を得ることができる。言い換えれば、応力発光の軌跡を処理することにより、描画の軌跡となる描画情報を電子的な情報として記録することができる。

また、上記電子入力装置は、上記演算部によるイメージセンサの出力結果の時間的な積分から、手書き入力が行われた際の筆圧を検出可能である構成とすることができる。

すなわち、上記出力用応力発光層は、その応力の強さに対応した強度の応力発光を発生させる。上記の構成では、検出される応力発光の強度により手書き入力が行われた際の筆圧を検出可能となる。

また、上記電子入力装置では、上記描画用基板は、上記薄板の描画面に形成され、歪みエネルギーの変化分を直接光エネルギーに変換する応力発光体の微粒子を含む視認用応力発光層を含む構成とすることができる。

すなわち、上記出力用応力発光層は、描画用基板の裏面側にあるため、その応力発光は入力者から見ることができない。上記の構成では、描画用基板の描画面側に設けられた視認用応力発光層の応力発光によって、入力者は自身による描画内容を視認しながら手書き入力を行うことができる。

また、上記電子入力装置では、上記演算部の積分演算によって得られた描画情報を上記描画用基板の描画面に投影する投影表示部を備えている構成とすることができる。

上記の構成によれば、プロジェクターなどの投影装置を用いて、既に演算部で処理された描画情報を描画面に投影することで、入力者は自身による描画内容を視認することができる。

また、上記電子入力装置では、上記投影表示部は、上記描画情報以外の情報を上記描画情報と共に上記描画用基板の描画面に投影可能である構成とすることができる。

上記の構成によれば、例えば表の罫線など、入力者が描画していないその他の情報も描画情報と一体化して投影することにより、入力者の描画の補助を行い、より効率的な文字や図形の描画を可能にする。

本発明の電子入力装置は、以上のように、手書きによる描画入力情報を電子的な情報に変換する電子入力装置であって、上記手書き入力が行われる描画面を有する薄板、および、上記薄板の描画面と反対側の面に形成され、歪みエネルギーの変化分を直接光エネルギーに変換する応力発光体の微粒子を含む出力用応力発光層を含む描画用基板と、上記出力用応力発光層に対向して配置されるイメージセンサとを備えていることを特徴としている。

それゆえ、上記描画用基板の描画面に細い先端を持つペンなどの描画具を用いて文字や図形を描画すると、出力用応力発光層では描画具との接触位置に応じた応力発光を行う部位が描画の進行に伴って移動する。これをＣＣＤカメラなどのイメージセンサによって撮像し、出力することで、手書きによる描画入力情報を電子情報としてコンピューターなどに入力することができる。

上記方式は、従来方式に比較して非常に単純な構造となるうえ、以下のような効果を奏する。すなわり、耐久性の向上、耐ノイズ性の向上、同時多点接触への対応、分解能への制約の緩和などの効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図６に基づいて説明すると以下の通りである。尚、本発明は本実施形態の記載によって限定されるものではない。

本実施の形態に係る電子入力装置は、入力者が文字や図形を描画するための描画用基板を備える。先ずは、この描画用基板の概略構成を図２に示す。

図２に示される描画用基板１は、薄板６の裏面（入力が描画を行なう描画面と反対側の面）に応力発光層７が形成されて構成されてなる。応力発光層７は応力発光体の微粒子を含むものであり、応力発光体の微粒子と透明樹脂とを混合したものを薄板６に塗布やスプレーによる吹きつけなどの方法によって形成することができる。

応力発光体にはユーロピウムをドープしたアルミン酸ストロンチウムなど、特許文献４ないし８に開示されている材料を用いることができる。応力発光体の微粒子を混合する透明樹脂には、アクリル、ポリカーボネイド、ポリエステル、スチレン系透明樹脂などを用いることができる。

描画面となる薄板６は、紙や合成樹脂フィルム、金属箔を用いることができるが、外乱となる描画面からの外部光の影響を除去するために遮光性を有する必要がある。また、描画時において薄板６の描画面に加えられる筆圧が応力発光体７に適切に作用するためには、薄板６の厚みが大きくなりすぎることは好ましくない。このため、薄板６は、薄い板厚であっても十分な遮光性が得られるように金属箔を用いることが望ましい。

また、描画を行う際には筆圧が描画面に作用するので、そのままでは薄板６がたわんでしまい、描画しにくくなる。そこで、図３に示すように、応力発光層７の下に支持基板８を設置することにより機械的なたわみを防止することができる。この場合の支持基板８は、ガラスやアクリル、ポリカーボネイトなど、応力発光層７で発生する光を透過できるように、透明とすることが好ましい。但し、支持基板８は、必ずしも可視域に透明である必要は無く、応力発光の波長帯域の光を透過できるものであればよい。また、支持基板８の厚みはあまり厚すぎると応力発光が減衰するため、十分にたわみを防止できる機械的な強度を保つ程度の厚さに留めることが好ましい。この厚みは描画面の大きさによって決定される。

上記描画用基板１では、細い先端を持つ描画具、例えば図２，３に示す入力ペン５を用いて薄板６の描画面上に文字や図形を描画すると、応力発光層７では描画具との接触位置に応じた応力発光を行う部位が描画の進行に伴って移動する。

次に、本実施の形態に係る電子入力装置の概略構成を図１に示す。図１に示す電子入力装置では、描画用基板１の背面側にイメージセンサ２が配置される。すなわち、入力者の描画によって生じた応力発光層７の応力発光は、イメージセンサ２によって検出される。このイメージセンサ２には、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ、撮像管などを用いることができる。また、イメージセンサ２は、図１のようにその視野角内に描画用基板１の応力発光層７の全面が含まれるように設置するが、ミラーやレンズ、プリズムなどを用いてイメージセンサ２の設置個所を変えることもできる。

イメージセンサ２で検出した応力発光の信号は、画像信号変換ボードなどを介してコンピュータ３に入力される。応力発光現象は、ステップ状に変化する応力に対しては、応力変化が発生した瞬間最も強く発光し、時間の経過と共に徐々にその強度が減少する特性がある。したがって、コンピュータ３では応力発光のピーク値の保持、積分、外乱光などの雑音除去の処理を行い、描画画像を構成する。また、この時の応力発光の信号波形の時間的な積分から、筆圧を計算することができる。尚、上記例では、コンピュータ３を外付けして、上記演算処理を行っているが、このような演算処理を行うＩＣチップを電子入力装置に内蔵させても良い。

図２または図３に示す描画用基板１では、応力発光層７は遮光性を有する薄板６の裏面に形成されているため、入力者はその応力発光、すなわち自身が描画した描画画像を視認することができない。

入力者自身が描画した描画画像を視認できるようにするためには、例えば図４に示すように、薄板６の描画面側にさらに応力発光層７’を設ける構成が考えられる。これにより、入力者は応力発光層７’の応力発光現象によって描画画像を見ることができる。この構成では、描画を行う際には応力発光層７’においても筆圧が発生するため、応力発光層７’が損傷を受けるおそれがあるので、さらに上面に透明な保護層９を設けることが望ましい。

あるいは、コンピュータ３によって構成された描画画像を、図１に示すプロジェクター４によって描画面に投影することでも、入力者は自らの描画情報を視認することができる。この場合に、描画画像にあらかじめ作成しておいた罫線などを合成すると、入力者の描画の補助とすることができる。

応力発光層７’の応力発光現象によって描画画像を視認させる方法では、該応力発光は時間の経過と共に徐々にその強度が減少するため、該描画情報は時間の経過によって消滅する。これに対し、描画画像をプロジェクター４によって描画面に投影する方法では、その描画情報を時間の経過によって消滅させること無く、表示し続けることが可能である。

〔実施例〕
以下に本発明の実施例を示す。本実施例に係る電子入力装置は、図４に示す構成の描画用基板１を用いたものであり、応力発光層７および７’の応力発光体にはユーロピウムをドープしたアルミン酸ストロンチウムを平均粒径１μｍに微粒子化したものを用いた。この応力発光体をアクリル樹脂と混合し、Ａ４の厚さ２０μｍのアルミ箔からなる薄板６の両面に塗布した。さらに、応力発光層７および７’を保護するために、厚さ５０μｍのＰＥＴのフィルムで両面をラミネートした。応力発光層７の下面にはさらに厚さ３ｍｍの透明アクリル板からなる支持基板８を設置することにより、描画による描画用基板１のたわみを防止した。

応力発光層７に発生する応力発光を検出するイメージセンサ２としてＣＣＤカメラ（Ｗａｔｅｃ社製ＷＡＴ−２５０Ｄ）を用い、National Instruments社製画像集録ボード、PCI-1409を用いてコンピュータ３へ画像を入力した。コンピュータ３では、ＣＣＤカメラの撮像画面において明度の閾値を設定し、これを超えた値を応力発光として時間的に積分し、連続的な描画として再構成している。

図５は、ＣＣＤカメラの画像から描画を再構成した例である。また、応力発光の強度の変化を擬似的な色変化に変換し、発光強度と圧力との校正曲線により、筆圧の分布として表示することができる。このように、応力発光体を用いて描画情報を電子的な情報としてコンピュータに入力することができる。また、図６は応力発光層７’における描画面での入力者の視認例である。

本発明の実施形態を示すものであり、電子入力装置の要部構成を示す図である。 上記電子入力装置に備えられる描画用基板の概略構成を示す断面図である。 上記電子入力装置に備えられる描画用基板の他の構成を示す断面図である。 上記電子入力装置に備えられる描画用基板のさらに他の構成を示す断面図である。 ＣＣＤカメラの画像から描画を再構成した画像例である。 描画面での入力者の視認例である。

符号の説明

１ 描画用基板
２ イメージセンサ
３ コンピュータ（演算部）
４ プロジェクター（投影表示部）
６ 薄板
７ 応力発光層（出力用応力発光層）
７’ 応力発光層（視認用応力発光層）
８ 支持基板
９ 保護層

Claims (4)

1. 手書きによる描画入力情報を電子的な情報に変換する電子入力装置であって、
   上記手書き入力が行われる描画面を有する薄板、および、上記薄板の描画面と反対側の面に形成され、歪みエネルギーの変化分を直接光エネルギーに変換する応力発光体の微粒子を含む出力用応力発光層を含む描画用基板と、
   上記描画面と反対側の面側に設けられて上記出力用応力発光層に対向して配置されるイメージセンサと、
   上記イメージセンサの出力結果に対して時間的な積分演算を行なう演算部と、
   上記演算部の積分演算によって得られた描画情報を上記描画用基板の描画面に投影する投影表示部とを備えることを特徴とする電子入力装置。
2. 上記演算部によるイメージセンサの出力結果の時間的な積分から、手書き入力が行われた際の筆圧を検出可能であることを特徴とする請求項１に記載の電子入力装置。
3. 上記描画用基板は、上記薄板の描画面に形成され、歪みエネルギーの変化分を直接光エネルギーに変換する応力発光体の微粒子を含む視認用応力発光層を含むことを特徴とする請求項１ないし２の何れかに記載の電子入力装置。
4. 上記投影表示部は、上記描画情報以外の情報を上記描画情報と共に上記描画用基板の描画面に投影可能であることを特徴とする請求項１に記載の電子入力装置。