JP5417877B2 - キーボード、キーボード入力方法およびキーボード入力プログラム - Google Patents

Description

本発明は、キースイッチを配置した通常のキーボードと同等の操作でキースイッチを用いることなくキーの入力を行うキーボード、キーボード入力方法およびキーボード入力プログラムに関する。

キーボードは、コンピュータ等の情報処理装置に接続して文字や記号を入力する道具として使用されている。このようなキーボードの多くは、多数のキースイッチをボード上に固定的に配置した構成となっており、これらのキースイッチの選択的な押下によって、押下されたキースイッチに対応したコード情報を出力するようになっている。

キーボードから入力する情報は、日本語の文字である場合もあれば、英数字である場合もある。また、特殊な言語や図形のコンポーネントを入力しなければならない場合もある。このため、１つのキーボードで各種の情報を入力できるようにすると、キースイッチの数が膨大となるか、各キートップに複数の文字や記号を割り当てて、これらを選択しなければならない。後者の場合には、キートップに表示された複数の文字や記号のうちから所望のものを選択する操作が必要であり、操作が煩雑になるばかりでなく、１つのキートップに複数の文字や記号が表示されるので、打鍵対象となるキートップを探しにくいという問題もある。

そこで、本発明の関連技術として仮想キーボードが提案されている（たとえば特許文献１参照）。この関連技術では、平板にプロジェクタ（投影装置）で各種のキートップが配置されたキーマップを投影し、三次元センサを用いてユーザの指の動作を解析する。そして、キーの入力操作を行ったと判別した指に対応するキートップのキー情報が入力の対象として選択される。この関連技術によれば、ユーザが各種のキーマップの内から所望のものを選択してプロジェクタで投影することで、入力する文字や記号のカテゴリを容易に選択することができる。

特表２００４−５００６５７号公報（第００２７段落、第００３８段落、図１Ａ）

しかしながら、この関連技術の仮想キーボードでは、キーマップがユーザの手の上方からプロジェクタで投影される構成となっている。このため、ユーザが指でキーの選択を行おうとすると、指の影でキートップに表示されるべき文字や記号が見えなくなるという問題があった。また、プロジェクタはキーマップの投影面の傍に配置すると十分精度のよい画像を表示することができない。そこで、プロジェクタと投影面の間にある程度の間隔が必要となり、仮想キーボードを構成する装置全体が大型化するという問題があった。また、このような構成の装置では、ユーザの目前でプロジェクタから投影のための光線が出力されるので、それが目に直接あるいは間接的に入射することになり、目が疲れやすくなるという問題もあった。

そこで本発明の目的は、投影装置を使用せずに各種のキー配置を実現してキーの入力操作を行うことのできるキーボード、キーボード入力方法およびキーボード入力プログラムを提供することにある。

本発明では、（イ）光線を透過する平板としての透過板と、（ロ）この透過板を透過する画像を撮影する撮影手段と、（ハ）この撮影手段の撮影した画像中に前記した透過板の表面に所定の距離未満で近接した予め定めた大きさおよび形状のマークが存在するときそのマークの中心位置の座標を解析する画像解析手段と、（ニ）前記した透過板の表面に現われるそれぞれのキーの図形とこれらの図形に対応するキー入力情報を登録した図形・キー入力情報登録テーブルと、（ホ）前記した画像解析手段が前記したマークの座標を解析するたびにこの座標を前記した図形・キー入力情報登録テーブルで検索して入力されたキー情報を判別するキー情報判別手段とをキーボードが具備する。

また、本発明では、（イ）各種のキーの図形が平面上に現われた、光線を透過する透過板の下から、この透過板の方向に下向きに移動する物体表面に表われた特定マークの読取画像上でのサイズの変化を読み取るサイズ変化読み取りステップと、（ロ）このサイズ変化読み取りステップで読み取ったサイズの変化から、前記した特定マークが前記した透過板に所定の距離未満まで近付いたことにより前記した読取画像上で予め定めたサイズ以上になったとき、前記した特定マークの中心位置を算出する中心位置算出ステップと、（ハ）この中心位置算出ステップで算出した中心位置に対応する前記した透過板に表われたキートップのキー情報をキー入力操作によって得られた情報として判別するキー情報入力ステップとをキーボード入力方法が具備する。

更に本発明では、コンピュータに、キーボード入力プログラムとして、（イ）各種のキーの図形が平面上に現われた、光線を透過する透過板の下から、この透過板の方向に下向きに移動する物体表面に表われた特定マークの読取画像上でのサイズの変化を読み取るサイズ変化読み取り処理と、（ロ）このサイズ変化読み取り処理で読み取ったサイズの変化から、前記した特定マークが前記した透過板に所定の距離未満まで近付いたことにより前記した読取画像上で予め定めたサイズ以上になったとき、前記した特定マークの中心位置を算出する中心位置算出処理と、（ハ）この中心位置算出処理で算出した中心位置に対応する前記した透過板に表われたキートップのキー情報をキー入力操作によって得られた情報として判別するキー情報入力処理とを実行させる。

以上説明したように本発明によれば、透過板に現われたキーの図形を用いてキー入力操作を行うので、透過板に現われるキーの図形を各種取り替えることで、１台のキーボードで各種のキー入力操作が可能になる。また、透過板を使用するので、画像を拡大する投影装置が不要であり、入力デバイスの小型化を実現することができる。更に、通常のキーボードと異なり打鍵面が平面であり、飲料水をこぼしたような場合や、ゴミが付着したような場合に清掃が簡単である。

本発明のキーボードのクレーム対応図である。 本発明のキーボード入力方法のクレーム対応図である。 本発明のキーボード入力プログラムのクレーム対応図である。 本発明の実施の形態によるキーボード本体を表わした斜視図である。 キーボード本体のＡ−Ａ方向断面図である。 本実施の形態の透過フィルムの一例を示した平面図である。 本実施の形態のキーボードでユーザがキー入力を行っている様子を表わした説明図である。 本実施の形態で入力操作を行う際のユーザの手の両面を表わした平面図である。 本実施の形態の透過フィルム上での画像の読取領域を示した説明図である 本実施の形態のキーボードの回路構成を表わしたブロック図である。 ユーザがその指の１本に指サックを挿着してキー入力操作を行っている状態を表わした説明図である。 本実施の形態の指サックと透過板の上面までの距離を表わした説明図である。 本実施の形態の指サックの円形で示す位置が（２）式を満たすための測定方法を示した説明図である。 本実施の形態におけるキー入力処理の様子を表わした流れ図である。 本実施の形態のキーボード本体に装着することのできる透過フィルムの他の例を示した平面図である。 本実施の形態のキーボード本体に装着することのできる透過フィルムの更に他の例を示した平面図である。 本発明の第１の変形例におけるキーボード本体のＡ−Ａ方向断面図である。 本発明の第２の変形例におけるキーボード本体のＡ−Ａ方向断面図である。 第２の変形例におけるキー入力処理の様子を表わした流れ図である。

図１は、本発明のキーボードのクレーム対応図を示したものである。本発明のキーボード１０は、光線を透過する平板としての透過板１１と、この透過板１１を透過する画像を撮影する撮影手段１２と、この撮影手段１２の撮影した画像中に透過板１１の表面に所定の距離未満で近接した予め定めた大きさおよび形状のマークが存在するときそのマークの中心位置の座標を解析する画像解析手段１３と、透過板１１の表面に現われるそれぞれのキーの図形とこれらの図形に対応するキー入力情報を登録した図形・キー入力情報登録テーブル１４と、画像解析手段１３が前記したマークの座標を解析するたびにこの座標を図形・キー入力情報登録テーブル１４で検索して入力されたキー情報を判別するキー情報判別手段１５とを備えている。

図２は、本発明のキーボード入力方法のクレーム対応図を示したものである。本発明のキーボード入力方法２０は、各種のキーの図形が平面上に現われた、光線を透過する透過板の下から、この透過板の方向に下向きに移動する物体表面に表われた特定マークの読取画像上でのサイズの変化を読み取るサイズ変化読み取りステップ２１と、このサイズ変化読み取りステップで読み取ったサイズの変化から、前記した特定マークが前記した透過板に所定の距離未満まで近付いたことにより前記した読取画像上で予め定めたサイズ以上になったとき、前記した特定マークの中心位置を算出する中心位置算出ステップ２２と、この中心位置算出ステップ２２で算出した中心位置に対応する前記した透過板に表われたキートップのキー情報をキー入力操作によって得られた情報として判別するキー情報入力ステップ２３とを備えている。

図３は、本発明のキーボード入力プログラムのクレーム対応図を示したものである。本発明のキーボード入力プログラム３０は、コンピュータに、各種のキーの図形が平面上に現われた、光線を透過する透過板の下から、この透過板の方向に下向きに移動する物体表面に表われた特定マークの読取画像上でのサイズの変化を読み取るサイズ変化読み取り処理３１と、このサイズ変化読み取り処理３１で読み取ったサイズの変化から、前記した特定マークが前記した透過板に所定の距離未満まで近付いたことにより前記した読取画像上で予め定めたサイズ以上になったとき、前記した特定マークの中心位置を算出する中心位置算出処理３２と、この中心位置算出処理３２で算出した中心位置に対応する前記した透過板に表われたキートップのキー情報をキー入力操作によって得られた情報として判別するキー情報入力処理３３とを実行させることを特徴としている。

＜発明の実施の形態＞

次に本発明の実施の形態を説明する。

図４は、本発明の実施の形態によるキーボード本体を表わしたものである。このキーボード本体１００は、手前（ユーザ側）に向かって傾斜した透明な樹脂からなる透過板１０１を上面に配置した筐体構造となっており、６面体を構成する筐体の残りの５つの面は不透明な樹脂で形成されている。キーボード本体１００の左側面には、電源スイッチ１０２が配置されている。また、キーボード本体１００の後方からは、図示しないコンピュータ等の情報処理装置の雌型ＵＳＢ（Universal Serial Bus）端子と接続する雄型ＵＳＢ端子１０３を備えたＵＳＢケーブル１０４が繰り出されている。

透過板１０１の下方の筐体内部には３×９のマトリックス状に配置された合計２７個の撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉と、内部照明用の発光ダイオード１０６が配置されている。電源スイッチ１０２をオンにすると、発光ダイオード１０６が点灯するようになっている。

図５は、図４のＡ−Ａ方向でキーボード本体を切断した断面構造を表わしたものである。透過板１０１は、用紙を挟み込むフォルダと同様の二重構造となっている。この図５では図４と異なり、透過板１０１には透過フィルム１１１が挿入された状態を表わしている。

キーボード本体１００の内部には、キー入力を読み取ってＵＳＢケーブル１０４にキー情報を出力するための電子回路ユニット１１２が配置されている。電子回路ユニット１１２の上部中央には、図４で示したマトリックス状の配置における第１行目の撮像素子１０５₁₁〜１０５₁₉が載置されている。また、電子回路ユニット１１２の側壁には、第２行目の撮像素子１０５₂₁〜１０５₂₉が載置されている。更に、キーボード本体１００の内部底面には第３行目の撮像素子１０５₃₁〜１０５₃₉が載置されている。これら各撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉は、透過板１０１との距離がそれぞれ同一に設定されている。発光ダイオード１０６はキーボード本体１００の内部底面に１個だけ配置されているが、配置箇所および個数は適宜変更可能である。

透過フィルム１１１は、フォルダ構造の透過板１０１に簡単に装着することができる。また、透過フィルム１１１は、その先端に突出しているフィルムつまみ１２１を持って、透過板１０１から簡単に取り出すことができる。

図６は、透過フィルムの一例を示したものである。透過フィルム１１１は、長方形の透明なシートからなり、上部に台形のフィルムつまみ１２１を突出させた形状となっている。透過フィルム１１１は、入力するキー情報の種類に応じて各種のものが用意されている。フィルムつまみ１２１にはその種類をユーザに識別させるためのキー情報種類名１２２が印刷されている。この例では、日本語入力であることを示す「日本語」というモジュールと、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）Ｘ ６００２−１９８０キーボードの配列に沿ったキー情報種類名を簡易的に示した「Ｊ−１」という略語が記されている。また、フィルムつまみ１２１の種類をキーボード本体１００の電子回路ユニット１１２が光学的に認識するための識別コード１２３が、透過フィルム１１１の右隅の位置に印刷されている。

この例で、透過フィルム１１１は、ＪＩＳ Ｘ ６００２−１９８０キーボードの配置となっている。このため、それぞれのキーの位置に「ぬ」、「ふ」、「あ」等の日本語の入力文字１２４がキーの境界線と共に、青色等の所定の原色で印刷されている。

図７は、キーボード本体に透過フィルムをセットした状態で、ユーザがキー入力を行っている様子を表わしたものである。キーボード本体１００の電源を投入すると、図５に示した発光ダイオード１０６が点灯する。これにより、キーボード本体１００の透過板１０１にセットされている透過フィルム１１１に印刷されている各種のキートップ１３１が裏面から照明されて、これらの文字がユーザ側で判読される状態となる。この状態でユーザは透過板１０１の上方に手１３２を配置し、その指１３３でキートップ１３１を指定することで、指定した内容のキー情報の入力を行うことができる。

図８は、入力操作を行う際のユーザの手の両面を表わしたものである。ユーザは、手１３２の入力操作に使用する指先に指サック１４１を挿着するようになっている。指サック１４１は黄色で、図７における透過板１０１と対向する面には、予め定められたサイズの円形１４２内に入力判断模様１４３が赤色で印刷されている。このように画像認識の対象となる色に原色を使用することで、画像の判別や模様の解析が容易になる。

図９は、キーボード本体内の２７個の撮像素子による透過フィルム上での画像の読取領域を示したものである。透過フィルム１１１の矩形サイズよりもわずかに小さな矩形領域は、３行９列の合計２７個の撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉によって２７個のほぼ正方形の互いに同一面積の画像領域１５１₁₁〜１５１₃₉に分割されている。これらの撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉のそれぞれの撮影できる個別撮影領域１５２₁₁〜１５２₃₉は、ほぼ正方形で、画像領域１５１₁₁〜１５１₃₉のサイズよりも若干大きなサイズとなっている。

このため、２７個の撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉をある程度の精度でマトリックス状に配置することで、透過フィルム１１１における各キーおよび図６に示した識別コード１２３の画像の読み取りが可能になる。もちろん、キーボード本体１００の透過板１０１の高さをより高くして、透過板１０１と撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉までの距離を長くとることでこれら撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉の前面に配置された図示しない光学レンズの画角を多少狭めたり、撮像素子１０５の総数を減少させることができる。また、魚眼レンズのように十分広角な光学レンズを採用すると共に、解像度を十分高めることで、撮像素子１０５を１個あるいは数個にまで減少することができる。

ただし、撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉の価格は安価になっている。また、複数個の個別画像を基にして１枚の画像用に補正する画像ソフトウェアが各種製品化されている。したがって、これらの撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉を、これらに内蔵された樹脂性の光学レンズと共にキーボード本体１００内に取り付けた後、透過フィルム１１１の代わりに図示しないテストチャートをセットして撮影を行えば、キーボード本体１００そのものを光学的に高精度に調整する必要なく、また、キーボード本体１００の高さを通常の高さに抑えた状態で透過フィルム１１１を透過する画像を十分な精度で読み取ることが可能である。

図１０は、キーボードの回路構成を表わしたものである。キーボード本体１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１６１と、このＣＰＵ１６１が実行するプログラムをその一部に格納したメモリ１６２を備えた主制御部１６３を備えている。主制御部１６３は、データバス等のバス１６４を介してキーボード本体１００内の各部と接続されている。

このうち撮像制御回路１６５は各撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉の駆動制御と、これらの撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉から所定の周期で得られた画像データをメモリ１６２内の図示しない作業領域に送出するようになっている。画像統合部１６６は、図９で説明したように撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉から同一タイミングで得られた２７枚分の画像データの重複部分や歪みを補正して１枚の画像データに統合する。円判別部１６７は画像統合部１６６で作成された１枚の画像データのそれぞれから、図８で示した円形１４２の画像を識別し、そのサイズが予め定めた特定の範囲内となった時点で、その円１４２の透過フィルム１１１上の中心位置を判別する。模様判別部１６８は、円判別部１６７が中心位置を判別する対象となった円１４２内に描かれている模様が予め定められた最大１０種類の模様のいずれであるかを判別する。円１４２内の模様を判別する代わりに、円１４２内の色を変えることで種類を判別するようにしてもよい。

発光ダイオード駆動部１６９は、図５に示した照明用の発光ダイオード１０６の点灯および照度を制御する。識別コード判読部１７１は、図６に示した識別コード１２３を判読して透過フィルム１１１の種類を判別する。識別コード・キー情報変換テーブル１７２は、識別コード判読部１７１が判読する透過フィルム１１１の種類ごとに、透過フィルム１１１上の各位置とキー情報を対応付けたテーブルである。キー情報変換部１７３は、この識別コード・キー情報変換テーブル１７２を用いて、円判別部１６７が判別した円１４２のサイズが特定の範囲内となった時点におけるキー情報を出力する。ＵＳＢインタフェース部１７４は雄型ＵＳＢ端子１０３を備えたＵＳＢケーブル１０４と接続され、キーボード本体１００内の電源の供給を電源スイッチ１０２によって制御する。また、円１４２の動きを基にしてチャタリングを除去した状態で、キー情報変換部１７３が変換したキー情報をＵＳＢケーブル１０４に送出するようになっている。

図１１は、説明を簡単にするためにユーザがその指の１本に指サックを挿着してキー入力操作を行っている状態を表わしたものである。また、図１２は指サックと透過板の上面までの距離を表わしたものである。これらの図を用いて、キーの入力操作の様子を説明する。ここでは透過フィルム１１１を用いて英文字「Ｋ」を入力するものとする。

透過フィルム１１１の横方向（長手方向）をＸ軸方向とし、フィルム面でこれと直交する方向をＹ軸方向とする。英文字「Ｋ」を印刷したキートップ１３１_Kは、Ｘ軸方向の座標範囲をＸ_Kとし、Ｙ軸方向の座標範囲をＹ_Kとすると、次の（１）式で示す領域範囲となる。

Ｘ_K0≦Ｘ_K＜Ｘ_K1
Ｙ_K0≦Ｙ_K＜Ｙ_K1 ……（１）

したがって、円１４２の中心点の位置が（１）式で示すＸ，Ｙ座標の範囲内に存在すれば、英文字「Ｋ」を指定していると判別することになる。ここで、判別のタイミングが問題になる。通常のキーボードでは、図示しないキーをユーザが指で押下して電気的にスイッチングを行う。本実施の形態では透過フィルム１１１が、図５に示す透過板１０１に保持された構造となっている。したがって、個々のキースイッチの印刷面をユーザが押下するものではない。

そこで本実施の形態では、図１２に示すように、指サック１４１における円形１４２の中央位置と透過板１０１の距離Ｚ_Kが次の（２）式を満たす範囲内となり、かつ（２）式を満たす時間Ｔ_Kが（３）式を満たすときに、キーが押下されたものと擬制する。

０≦Ｚ_K＜Ｚ_K1 ……（２）

Ｔ₁≦Ｔ_K ……（３）

すなわち、指サック１４１における円形１４２で示す部位が透過板１０１に接触しているか、円形１４２で示す部位が透過板１０１に距離Ｚ_K1よりも短い距離まで接近し、この（２）式を満足する距離範囲が所定の正の時間Ｔ₁よりも長く存在することが必要とされる。（３）式は、指サック１４１を装着した指が（２）式を満足する境界位置で振動するような動きをすることにより、極めて短時間に英文字「Ｋ」が複数回押されたような現象（チャタリング）を防止するための条件設定である。

図１３は、指サックの円形で示す位置が（２）式を満たすための測定方法の原理を示したものである。図８で説明した通り、指サック１４１の円形１４２のサイズは、すべて等しくなっている。また、図５で説明したように合計２７個の撮像素子１０５₁₁〜１０５₃₉と透過板１０１までの距離はすべて等しい。そこで、図１０の画像統合部１６６で統合した１枚の画像における円形１４２の直径の最大値Ｄ_MAXは、指サック１４１が透過板１０１にぴったりと接触した最近点１９１の場合となる。

円形１４２の直径Ｄは、指サック１４１が透過板１０１から離れるに従って、小さくなり、最遠点１９２では理論上で零となる。すなわち、図５におけるフィルムつまみ１２１の装着された透過板１０１の厚さを便宜的に零とすると、最近点１９１で距離Ｚ_Kが零（０）となる。そこで、予め定めた閾値としての距離Ｚ_K1に指サック１４１の円形１４２が位置するときのその直径を直径Ｄ_K1とする。すると、画像統合部１６６で統合した１枚の画像における円形１４２の直径が直径Ｄ_K1よりも大きいとき、その指サック１４１の装着された指がキーを押下したことになる。

もちろん、以上の原理が動作する前提は、指サック１４１の円形１４２が、画像統合部１６６で統合した１枚の画像で真円となっている場合である。そうでない場合には、円形１４２は楕円として認識され、その直径Ｄが測定した円の長径と短径の間で変動する。そこで、図１０に示した円判別部１６７は円形１４２における長径を求め、その直径Ｄが直径Ｄ_K1を超える長さとなったとき、（２）式を満足するものとしている。

図１０に示した模様判別部１６８は、（２）式を満足するようになった比較的大きな円形１４２に現われる模様を用いて、それがどの指に装着した指サック１４１であるかを判別する。もちろん、図１１に示したように１本指でキーの入力操作を行う場合には、模様判別部１６８による模様の判別を省略することができる。

図１４は、キー入力処理の様子を表わしたものである。図６、図７、図１０および図１１と共に説明する。

雄型ＵＳＢ端子１０３が図示しない情報処理装置の雌型ＵＳＢ端子に接続されて電源スイッチ１０２が投入されると、主制御部１６３は識別コード判読部１７１を用いて、画像統合部１６６から得られた統合後の画像から識別コードを判読し（ステップＳ２０１）、透過フィルム１１１の種類を判別する。

これ以後、主制御部１６３は、円判別部１６７を用いて（２）式および（３）式を同時に満たす円形１４２の検出を待機する（ステップＳ２０２）。これらの条件を満たす円形１４２が検出されたら（Ｙ）、円の中心位置の座標を算出する（ステップＳ２０３）。また、模様判別部１６８は円形１４２に現われる模様を判別する（ステップＳ２０４）。ただし、ここで説明しているようにユーザが１本指で入力操作を行っているときは、模様の判別処理を省略可能である。

以上の処理が行われたら、主制御部１６３は円の中心位置の座標を用いて識別コード・キー情報変換テーブル１７２で該当するキー情報を検索する（ステップＳ２０５）。そして、その位置に該当するキー情報が存在し、変換可能であるかをチェックする（ステップＳ２０６）。これは、（１）式で示したように英文字「Ｋ」等の所定の文字や記号に対応する位置に円形１４２の中心が位置しているかの判別である。円形１４２の中心が文字や記号の間の領域に位置している場合には、変換ができない（Ｎ）。この場合には、入力操作が無効であるので、ステップＳ２０２に処理が戻ることになる。

これに対して、たとえば英文字「Ｋ」の場合に（１）式を満たす位置に円形１４２の中心が位置していたとすると、英文字「Ｋ」を表わすキー情報に変換可能である（ステップＳ２０６：Ｙ）。このような場合には、識別コード・キー情報変換テーブル１７２で該当するキー情報への変換が行われる（ステップＳ２０７）。主制御部１６３は、この場合、模様判別部１６８で判別された模様と、キー情報変換部１７３で変換されたキー情報をＵＳＢインタフェース部１７４に送って、これらをＵＳＢケーブル１０４に出力する（ステップＳ２０８）。

この後、主制御部１６３は、（２）式および（３）式を同時に満たす円形１４２が継続的に検出され（ステップＳ２０９：Ｙ）、かつ識別コード判読部１７１が同一の識別コードを継続的に判読している間（ステップＳ２１０：Ｙ）、同一のキーが押下されているものとして、処理を待機する。そして、（２）式および（３）式を同時に満たす円形１４２が検出されなくなった時点で（ステップＳ２０９：Ｎ）、次の入力文字あるいは入力記号を検出するためにステップＳ２０２の処理に戻る。また、ユーザが次に入力する文字や記号のために透過フィルム１１１を交換する場合があるので、識別コードの判読が不可能となった時点で（ステップＳ２１０：Ｎ）、処理をステップＳ２０１に戻すことになる（リターン）。

以上説明したキー入力処理では、複数の指によるキー入力を判別することができる。たとえば、右手の親指に模様種別Ａの模様が円形１４２の内部に描かれた指サック１４１（図８参照）を挿着し、以下、人指し指から小指まで順に模様種別Ｂ〜Ｅの模様がそれぞれ円形１４２の内部に描かれた指サック１４１を装着したユーザがいるものとする。このユーザが右手の５本の指でそれぞれ別々にキーを選択した場合、ステップＳ２０４で模様の判別が行われるので、各指と模様を予め対応付けておくことで、どの指がどのキーを選択したかを判別することができる。また、同時に親指と小指で別々のキーを選択した場合も同様に判別し、２つのキーが押された旨のキー情報を情報処理装置側に伝達することができる。３つ以上のキーについても同様である。

図１５および図１６は、キーボード本体に装着することのできる透過フィルムの他の例を示したものである。このうち図１５は、クイズの回答用のキーボードのような簡単な数種類の記号を入力するために用意されたキーマップの透過フィルム３０１を示している。また、図１６は、会計処理に使用する場合のようにテンキーデータの入力に特化したキーマップの透過フィルム３０２を示している。

ユーザは、図５に示すキーボード本体１００の透過板１０１に、これらの透過フィルム１１１、３０１、３０２のいずれかを装着し、またフィルムつまみ１２１を持って引き出すことで、簡単に交換することができる。図示しない他の透過フィルムを作成し、キーボード本体１００に装着して使用することも可能である。

以上説明した本実施の形態のキーボードは、透過フィルム１１１に任意のキーマップを印刷することにより、任意のキー配置やキー形状のキー入力を実現することができる。従来からディスプレイ上に各種のキーボードを表示する仮想キーボードが存在した。しかしながら、ユーザは仮想キーボードを画面に表示して、手元のキーボードのキートップの文字や記号を仮想キーボードのキートップの文字や記号に置き換えて入力する操作が必要であった。このため、ブラインドタッチが可能なユーザでなければ、キー入力の操作の際に現実のキートップに印刷されている文字や記号に惑わされるという問題があった。本実施の形態では、キーマップに表示された文字や記号のまま入力操作ができるので、このような仮想キーボードよりも入力がしやすいだけでなく、キーの大きさや配置自体を簡単に変更可能である。

更に本実施の形態では、指サック１４１に付けられた模様を判別することで、どの指がどのキーを選択したかを判別することができ、これにより、指の種別を判別しない従来のキーボード入力よりも入力データの多様化を図ることができる。たとえば、親指で入力した文字は大文字で、小指で入力した文字は小文字といった入力データや、指ごとに表示する色を変えた入力データを簡単に作成することができる。

更に、本実施の形態では複数のキーを時間的に重複して操作することができるので、従来のノート型のパーソナルコンピュータに多くみられるタッチパッドと同等の入力を実装することができる。このようなタッチパッドでは、移動エリアと２つのクリックボタンを有することで、マウスの移動と左クリックと右クリックの入力を実現している。また、タッチパッドでは、移動エリアをタッチする動作により左クリックおよびドラッグアンドドロップの入力も実現している。

本実施の形態でも、指サック１４１に付された模様を指ごとに変えることで、これら指サック１４１の移動とタッチ動作の個別検出により、タッチパッドと同様の入力を再現することができる。たとえば、人差し指と中指の２種類の指サック１４１を用いることで、左クリックや右クリックも実現することができる。また、指の数だけクリックの種類を増やすことができる。

＜発明の第１の変形例＞

図１７は、本発明の第１の変形例を示したものである。この第１の変形例でも図４のＡ−Ａ方向と同一方向でキーボード本体を切断している。図１７で図５と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。

この第１の変形例のキーボードは、キーボード本体１００の前後および両側部に配置された４つの壁部に沿って上方から嵌め込む枠部４０１と、この枠部４０１の上部全面に透過板１０１と平行に張られた透明樹脂繊維からなるネット４０２からなるハンドレスト装置４０３を取り付けた構造となっている。このハンドレスト装置４０３では、ネット４０２に両手あるいは片手を軽く載置した状態で、キー入力操作の待機状態とすることができる。この待機状態でネット４０２が手の重さで多少沈む。このときの沈下した状態で、図８に示す指サック１４１における円形１４２の中央位置と透過板１０１の距離Ｚ_Kは、（２）式を満たさないように、次の（４）式で示す状態を保っている。

Ｚ_K≧Ｚ_K1 ……（４）

この状態で、ユーザはキー入力したい指を透過板１０１の目的とするキーの方向に押し下げる。すると、その指に装着した指サック１４１における円形１４２の中央位置と透過板１０１の距離Ｚ_Kが（２）式で示す条件を満たすことになる。

この第１の変形例によれば、ユーザの入力操作に関係しない指は、ネット４０２によって透過板１０１の方向への移動が規制される。したがって、ユーザは複数の指を使用して効率的なキー入力を行うことができる。

＜発明の第２の変形例＞

図１８は、本発明の第２の変形例におけるキーボード本体の断面構造を表わしたものである。この第２の変形例でも図４のＡ−Ａ方向と同一方向でキーボード本体を切断している。図１８で図５と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を省略する。

この第２の変形例のキーボード本体５００は、筐体の壁を構成する樹脂の厚さを若干薄くしたキーボード本体部１００Ａの外部に、スプリングあるいはスポンジ材等の弾性体５０１によってこのキーボード本体１００Ａを上下動自在とした外枠部５０２を取り付けた構造となっている。図示しない電源スイッチ１０２は（図４参照）、この外枠部５０２の側壁に固定されている。この電源スイッチ１０２に接続された図示しない電源供給線およびＵＳＢケーブル１０４は、キーボード本体部１００Ａの対向する側壁部分に開けられた図示しない長穴を通して電子回路ユニット１１２の内部に接続されている。

このような構造のキーボード本体５００は、キーボード本体部１００Ａが外枠部５０２に対して上下動自在となっているので、透過板１０１の全体を圧力によって押下することができる。これにより、ユーザは通常のキーボードのキートップを押し下げるのと近似した触感を得ることができる。

図１９は、この第２の変形例におけるキー入力処理の様子を表わしたものである。この図１９で図１４と同一部分には同一のステップ番号を付しており、これらの説明を適宜省略する。図６、図７、図１０、図１１および図１８と共に説明する。

雄型ＵＳＢ端子１０３（図４参照）が図示しない情報処理装置の雌型ＵＳＢ端子に接続されて電源スイッチ１０２（図４参照）が投入されると、主制御部１６３は識別コード判読部１７１を用いて、画像統合部１６６から得られた統合後の画像から識別コードを判読し（ステップＳ２０１）、透過フィルム１１１の種類を判別する。

これ以後、主制御部１６３は、円判別部１６７を用いて（２）式を満たす円形１４２の検出を待機する（ステップＳ６０１）。そして、この円形１４２が透過板１０１の方向に移動する加速度αを図示しない加速度測定部で測定する（ステップＳ６０２）。具体的には、ステップＳ６０１で検出された円形１４２の直径Ｄ（図１３参照）が大きくなる状態を測定する。そして、この加速度αが所定の正の閾値α_K1よりも大きくないときには（ステップＳ６０３：Ｎ）、該当する指サック１４１の装着された指はキーを押下していないものとして、ステップＳ６０１の処理に戻って円判別部１６７による該当する円形１４２の検出の待機状態となる。

これに対して、ステップＳ６０３で加速度αが所定の閾値α_K1よりも大きいと判別された場合には（Ｙ）、ユーザによるキー入力操作が行われたものとして、ステップＳ２０３以降の処理を行う。ただし、キートップ以外の場所が間違って押された場合には（ステップＳ２０６：Ｎ）、ステップＳ６０１の処理に戻る。ステップＳ２０８の後のステップＳ６０４で（２）式を満たす円形を検出しなかった場合も（Ｎ）、同様である。なお、ステップＳ６０４で（２）式を満たす円形を検出した場合には（Ｙ）、ステップＳ２１０の判断に進むことになる。

すなわち、第２の変形例におけるキー入力では、ユーザが入力の対象となる指以外の指の多くを透過板１０１上に静止させていることを前提としている。このとき、静止状態にある指の指サック１４１上の円形１４２は、透過板１０１との距離Ｚ_Kで（２）式を満たすことになる。しかしながら、これらの円形１４２はステップＳ６０２で加速度を測定すると、ほぼ静止状態なので所定の正の閾値α_K1を超えることはない。したがって、これらの指はキー入力操作を行っているものとは判別されない。

キー入力操作を行う指に着目する。この指が透過板１０１上で、あるいは透過板１０１のすぐ上で待機状態となっているとすると、この時点ではステップＳ６０１で（２）式に示す条件を満たしていないか、満たしていてもステップＳ６０３で説明した加速度が正の閾値α_K1を超えておらず、この時点でキー入力操作を行っているものとは判別されない。この指は、キー入力操作を行う際に、まず透過板１０１からある程度遠ざかり、次に透過板１０１の該当するキートップの位置をたたく。このときの指の加速度が正の閾値α_K1を超えるように閾値α_K1を設定しておくことで、キー入力操作の対象となる円形１４２を絞り込むことができる。

以上説明した第２の変形例によれば、キーボードを押下する感触を得ることができ、また透過板１０１をたたいても、これが弾性体５０１で支持されているので、指に与える衝撃を吸収することができるという効果がある。

また、以上説明した実施の形態および各変形例では、ＵＳＢケーブル１０４で情報処理装置と接続したが、キーボード本体１００、５００に電源と無線装置を内蔵し、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置に無線でキー情報を送出するようにしてもよい。

更に実施の形態および各変形例では、指サック１４１を使用してキー入力操作を行ったが、これに限定されるものではない。たとえば、同様の機能を果たす手袋を手に装着してもよいし、個々の指に油性ペン等の筆記具でマーキングしたり、円形等の図形や模様を印刷したシールを絆創膏のように指に接着してもよい。

また、本発明のキーボードは多数のキートップが配置された通常のキーボードに限定されるものではない。たとえば、図１５で示したような簡単なキー入力装置やアンケートの選択肢としての各種の写真等の項目を選択する項目選択装置も、本発明のキーボードとしての範囲に含まれることはもちろんである。

１０ キーボード
１１、１０１ 透過板
１２ 撮影手段
１３ 画像解析手段
１４ 図形・キー入力情報登録テーブル
１５ キー情報判別手段
２０ キーボード入力方法
２１ サイズ変化読み取りステップ
２２ 中心位置算出ステップ
２３ キー情報入力ステップ
３０ キーボード入力プログラム
３１ サイズ変化読み取り処理
３２ 中心位置算出処理
３３ キー情報入力処理
１００、５００ キーボード本体
１００Ａ キーボード本体部
１０５ 撮像素子
１０６ 発光ダイオード
１１１ 透過フィルム
１２１ フィルムつまみ
１３１ キートップ
１４１ 指サック
１４２ 円形
１４３ 入力判断模様
１６１ ＣＰＵ
１６２ メモリ
１６３ 主制御部
１６６ 画像統合部
１６７ 円判別部
１６８ 模様判別部
１７１ 識別コード判読部
１７２ 識別コード・キー情報変換テーブル
１７３ キー情報変換部
４０２ ネット
５０１ 弾性体

Claims (9)

1. 光線を透過する平板としての透過板と、
   この透過板を透過する画像を撮影する撮影手段と、
   この撮影手段の撮影した画像中に、前記透過板の表面に所定の距離未満で近接したユーザの指ごとに、予め定めた大きさおよび模様のマークが存在するとき、キー入力と判別し、そのマークの中心位置の座標と指ごとに対応付けた前記マークの模様を解析する画像解析手段と、
   前記透過板の表面に現われるそれぞれのキーの図形とこれらの図形に対応するキー入力情報を登録した図形・キー入力情報登録テーブルと、
   前記画像解析手段が前記マークの座標と前記マークの模様を解析するたびにこの座標と前記マークの模様を前記図形・キー入力情報登録テーブルで検索して入力されたキー情報を判別するキー情報判別手段
   とを具備することを特徴とするキーボード。
2. 前記透過板は、任意のキートップを所定数表わした光線透過フィルムを挟持する透明なフォルダで構成されていることを特徴とする請求項１記載のキーボード。
3. 前記透過フィルムには光線透過フィルムの種類を示す識別情報が印字されており、前記画像解析手段はこの識別情報の解析も行う手段であることを特徴とする請求項２記載のキーボード入力システム。
4. 前記図形・キー入力情報登録テーブルは、前記画像解析手段の前記識別情報の解析結果に対応して用意されていることを特徴とする請求項３記載のキーボード。
5. 前記キー情報判別手段が同時に判別した複数のキー情報の組み合わせから所定の入力操作を判別する入力操作判別手段を備えており、
   前記画像解析手段は模様あるいは形状の解析によって複数種類のマークを判別可能な構成となっていることを特徴とする請求項１記載のキーボード。
6. 前記透過板の上方にはこの透過板と平行に所定の間隔を置いて光を透過する素材からなるネットが張り渡されていることを特徴とする請求項１記載のキーボード。
7. 前記透過板は、前記撮像手段と共に弾性体によって上下動自在に支持されていることを特徴とする請求項１記載のキーボード。
8. 各種のキーの図形が平面上に現われた、光線を透過する透過板の下から、この透過板の方向に下向きに移動する物体表面に表われたユーザの指ごとに対応付けた模様の特定マークの読取画像上でのサイズの変化を読み取るサイズ変化読み取りステップと、
   このサイズ変化読み取りステップで読み取ったサイズの変化から、前記特定マークが前記透過板に所定の距離未満まで近付いたことにより前記読取画像上で予め定めたサイズ以上になったとき、キー入力と判別し、前記特定マークの中心位置と指ごとの前記特定マークの模様を解析する中心位置算出ステップと、
   この中心位置算出ステップで解析した中心位置と指ごとの前記特定マークの模様に対応する前記透過板に表われたキートップのキー情報をキー入力操作によって得られた情報として判別するキー情報入力ステップ
   とを具備することを特徴とするキーボード入力方法。
9. コンピュータに、
   各種のキーの図形が平面上に現われた、光線を透過する透過板の下から、この透過板の方向に下向きに移動する物体表面に表われたユーザの指ごとに対応付けた模様の特定マークの読取画像上でのサイズの変化を読み取るサイズ変化読み取り処理と、
   このサイズ変化読み取り処理で読み取ったサイズの変化から、前記特定マークが前記透過板に所定の距離未満まで近付いたことにより前記読取画像上で予め定めたサイズ以上になったとき、キー入力と判別し、前記特定マークの中心位置と指ごとの前記特定マークの模様を解析する中心位置算出処理と、
   この中心位置算出処理で解析した中心位置と指ごとの模様に対応する前記透過板に表われたキートップのキー情報をキー入力操作によって得られた情報として判別するキー情報入力処理
   とを実行させることを特徴とするキーボード入力プログラム。
   
   

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