JP6127548B2 - ペン形入力装置及び電子情報ボードシステム - Google Patents

Description

本発明はペン形入力装置及び電子情報ボードシステムに関する。

近年、所謂電子黒板あるいはインタラクティブ・ホワイトボード（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｗｈｉｔｅｂｏａｒｄ：ＩＷＢ）と呼ばれている電子情報ボードの開発が進められている。この種の電子情報ボードは、例えば、液晶パネルやプラズマパネルなどのフラットパネルを用いた大画面（例えば、対角方向の寸法が４０〜６０インチの画面）を有する画像表示装置と、当該画像表示装置の表示面に接触した位置の座標を検知する座標検知装置（タッチパネル）と、座標検知装置から出力された座標データに基づいて当該画像表示装置の表示面に書き込まれた各種画像（文字や数字、図形を含む画像）を表示させる制御装置とを組み合わせた構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

また、電子情報ボードとパーソナルコンピュータとを接続することにより、パーソナルコンピュータ上のディスプレイに表示された画像を電子情報ボードに拡大して表示することが可能であり、会議におけるプレゼンテーションなどにも用いられる。

また、この電子情報ボードのシステムでは、ペン形入力装置（被検知対象）をタッチパネルに接触させることで、ペン形入力装置で書き込まれた手書き文字のグラフィックを表示面の画像に重畳させて表示させたり、パーソナルコンピュータの画面を取り込んでその上にペン形入力装置で書き込まれたグラフィックを重畳させて描く機能などを有している。

ペン形入力装置には、例えば、ゴム等の弾性部材により形成されたペン先をタッチパネルに接触させながら移動させると、筆記操作を検知して筆記検知信号を送信する筆記ユニットが設けられている（例えば、特許文献２参照）。

そして、電子情報ボードにペン形入力装置を用いて書き込む場合は、ペン先を電子情報ボードの表示面に接触させたまま、ペン形入力装置を表示面に沿うように移動させることで、その接触位置の座標が光学センサに検知されて、通常の黒板やホワイトボードと同じように文字や図形などを書き込むことができる。また、ペン形入力装置は、ペン先を電子情報ボードの表示面に接触させる際の書き心地を良好にするため、ペン先を弾性を有する材質によって形成し、ペン形に形成された本体の先端凹部には、ペン先が表示面に押圧されて変位したことを検知する検知スイッチが設けられている。そのため、電子情報ボードは、表示面に接触するペン形入力装置の接触位置情報と、当該ペン形入力装置から送信された検知スイッチからの信号とに基づいて、表示面に書き込まれた文字や図形を表示する。

上記ペン形入力装置による筆記操作時には、ペン先に対して表示面との接触圧（圧縮荷重）が作用するため、ペン先が軸方向の圧力で圧縮されると共に、ペン先の外周側が半径方向に膨らんだ状態になる。そして、ペン先に繰り返し接触圧が作用されることで、ペン先の形状が次第に変形し、やがてペン先の外周側が半径方向（外側）に膨らんだ状態から戻らなくなる。このように、ペン先が外周側に大きくなるように変形してしまうと、ペン先の変形部分がペン形入力装置の先端凹部の内壁に接触して書き込みスイッチを正常に作動させることができなくなり、ペン形入力装置による書き込み操作を認識することができなくなるという問題が生じる。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決したペン形入力装置及び電子情報ボードシステムの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

本発明一の態様によれば、ペン形に形成された本体と、前記本体の先端凹部に挿入されたペン先可動部と、前記ペン先可動部を電子情報ボードの表示面に接触させた際に当該接触位置の筆記検知信号を送信する送信手段とを有するペン形入力装置であって、
前記ペン先可動部は、
弾性材により形成され、先端部が前記表示面に接触されるペン先部材と、
前記ペン先部材より剛性を有し、前記ペン先部材の基端部外周に嵌合して前記ペン先部材の基端部外周の変形を抑制するように保持するペン先保持部材と、
を有し、
前記ペン先保持部材は、前記ペン先部材が前記表示面に接触したとき、先端側端部が前記本体の先端より先端側に突出していることを特徴とする。

本発明によれば、ペン先部材より高い剛性を有するペン先保持部材が、ペン先部材の基端部外周に嵌合してペン先部材の基端部外周の変形を抑制するように保持するため、ペン先部材に接触圧力が繰り返し作用してもペン先部材の基端部外周が半径方向に変形することを防止できると共に、表示面のペン先部材を接触させる際の感触が硬くなりすぎず、且つ柔ら過ぎず書き込み操作時の良好な操作感が得られる。また、ペン先部材の外周に段差の形状とすることで、落下時の衝撃がペン先部材に加えられた場合でもペン先部材の折損を防止できる。

本発明によるペン形入力装置の一実施形態が適用される電子情報ボードシステムを示す斜視図である。 本発明によるペン形入力装置の一実施形態を示す縦断面図である。 ペン形入力装置のペン先構造を示す縦断面図である。 電子情報ボードの制御系を示すブロック図である。 電子情報ボードシステムの主要部を模式的に示す図である。 電子情報ボードのコントローラの構成を示すブロック図である。 座標位置を検知するタッチパネルの構成を示す図である。 本発明によるペン形入力装置の筆記ユニットを表示面に接触させた場合を示す図である。 ペン形入力装置のペン先可動部の変形状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

〔電子情報ボードシステムの構成〕
図１は本発明によるペン形入力装置の一実施形態が適用される電子情報ボードシステムを示す斜視図である。図１に示されるように、電子情報ボードシステム１０は、ディスプレイ部２０と、スタンド４０と、機器収納部５０とを有する。ディスプレイ部２０は、液晶パネル又はプラズマパネルなどのフラットパネルからなり、ディスプレイ部２０の筐体前面には画像を表示する表示面２２及びタッチパネル（座標検知手段）２４が形成されている。

さらに、電子情報ボードシステム１０は、専用のペン形入力装置１００の筆記ユニットのペン先を接触させることにより表示面２２に文字や図形などを書き込むことができる。

ペン形入力装置１００は、一端のペン先が表示面２２に接触されると、筆記検知信号を無線信号として送信する。そして、ディスプレイ部２０は、ペン形入力装置１００から送信された筆記検知信号を受信すると、タッチパネル２４により検知された座標位置に書き込まれた文字や図形等を表示する。

また、ペン形入力装置１００は、他端のペン尻を表示面２２に接触させると、消去検知信号を無線信号として送信する。そして、ディスプレイ部２０は、ペン形入力装置１００から送信された消去検知信号を受信すると、タッチパネル２４により検知された座標位置に書き込まれた文字や図形等を表示面２２から消去する。尚、この消去操作による表示処理としては、コントローラ６０において、検知された座標位置を背景と同じ色（例えば、白色）とする表示処理が行われる。

機器収納部５０は、例えば、後述するコントローラ、プリンタ、ビデオディスク装置等の各種機器が収納されている。また、機器収納部５０の上面には、入力操作を行うキーボード３０が搭載されている。

〔ペン形入力装置の構成〕
図２は本発明によるペン形入力装置の実施形態１を示す縦断面図である。図２に示されるように、ペン形入力装置１００は、円筒形状のペン本体１１０の一端に筆記ユニット１００Ａが設けられ、ペン本体１１０の他端に消去ユニット１００Ｂが設けられている。筆記ユニット１００Ａは、ペン本体１１０の先端凹部１１２に、ペン先可動部１２０と、ペン先検知スイッチ１４０とを有する。また、消去ユニット１００Ｂは、ペン本体１１０の後端凹部１１４に、ペン尻可動部１３０と、ペン尻検知スイッチ１５０とを有する。

ペン先検知スイッチ１４０、及びペン尻検知スイッチ１５０は、所謂プッシュスイッチからなり、それぞれ軸方向に突出する可動切片１４２、１５２を有する。可動切片１４２、１５２は、ペン先可動部１２０、ペン尻可動部１３０と微小な隙間を介して離間している。そのため、可動切片１４２、１５２は、ペン先可動部１２０、ペン尻可動部１３０が軸方向に所定距離以上（上記微小隙間以上）移動したときに押圧され、スイッチのオフからオンに切り替わる可動範囲（軸方向距離）を移動することで検知信号を出力するように構成されている。

ペン先検知スイッチ１４０、及びペン尻検知スイッチ１５０は、一端が先端凹部１１２、後端凹部１１４の奥部に形成された隔壁１１３、１１５に固定されている。また、ペン先検知スイッチ１４０、及びペン尻検知スイッチ１５０は、他端より突出する可動切片１４２、１５２をオフの位置に押圧するバネ部材が内蔵されている。

ペン形入力装置１００は、ペン本体１１０の内部空間１１６に送信回路ユニット（送信手段）１８０が収納されている。また、送信回路ユニット１８０は、信号入力部１８２と、信号処理部１８４と、検知信号送信部１８６とを有する。

信号入力部１８２は、ペン先検知スイッチ１４０及びペン尻検知スイッチ１５０からの検知信号が入力される。信号処理部１８４は、信号入力部１８２を介して入力された検知信号を無線信号に変換する。検知信号送信部１８６は、信号処理部１８４で生成された無線信号（赤外線）を送信する。尚、本実施形態では、無線信号として赤外線を用いているが、これに限らず、電波、光、音波などの信号を用いても良い。

〔ペン形入力装置１００のペン先構造〕
図３はペン形入力装置１００のペン先構造を示す縦断面図である。図３（Ａ）に示されるように、ペン先可動部１２０は、ペン本体１１０の先端１１１に設けられた先端凹部１１２に挿入され、軸方向（Ｘ方向）に摺動可能に設けられている。また、ペン先可動部１２０は、弾性材により形成されたペン先部材１２２と、ペン先部材１２２の基端部１２２ａ外周に嵌合するペン先保持部材１２４とを有する。ペン先部材１２２は、先端部１１２ｂが半球面形状の曲面に形成され、基端部１１２ａの外周がＸ１、Ｘ２方向に延在する円柱形状に形成されている。すなわち、ペン先部材１２２は、外周に段差の無い棒状に形成されており、落下時の衝撃が印加されても折損せず、耐衝撃性が向上している。尚、ペン先部材１２２は、外周に段差の無い形状であれば良いので、外周形状を先端側の外径が基端側の外径より小さくなるような勾配を有するテーパ形状としても良い。ペン先部材１２２の外周をテーパ形状とした場合、ペン先保持部材１２４に嵌合させた状態を接着材により固定できるように、テーパ面の軸線（中心線）に対する傾斜角度が例えば５°以下程度であれば良い。

また、ペン先保持部材１２４は、ペン先部材１２２の基端部１２２ａの外周が嵌合する嵌合凹部１２４ａと、筆記操作時にペン先検知スイッチ１４０の可動切片１４２に当接する押圧部１２４ｂとを有する。また、嵌合凹部１２４ａは、円筒形状に形成された壁部１２４ｄの内側に形成されており、ペン先部材１２２の基端部１２２ａの外周全体を覆うように形成されている。

ペン先保持部材１２４は、弾性率がペン先部材１２２の弾性率よりも高い。そのため、ペン先部材１２２の先端部１２２ｂが表示面２２に接触した際、ペン先保持部材１２４よりも小さい力で弾性変形する。すなわち、ペン先部材１２２は、表示面２２の接触圧が印加されると、ペン先保持部材１２４よりも先に外周部分が外側に変形する。

ペン先検知スイッチ１４０は、ペン先可動部１２０が表示面２２に接触されたときの接触圧によりＸ２方向に押圧されたとき、当該可動切片１４２が押圧部１２４ｂに押圧されてオフからオンに切り替わる。そして、ペン先保持部材１２４の先端側端部１２４ｂは、ペン先検知スイッチ１４０がオフのとき、可動切片１４２によりＸ１方向に押し出されているため、ペン本体１１０の先端凹部１１２より先端側（Ｘ１方向）に突出している。このときの突出長さＳ１は、例えばＳ１＝２〜３ｍｍ程度となる。

ここで、ペン先部材１２２及びペン先保持部材１２４の材質について説明する。

ペン先部材１２２は、弾性を有するゴム粒又は樹脂粒を焼結加工したプラスチック焼結多孔質体からなる。例えば、ペン先部材１２２としては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ：Low Density Polyethylene）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：High Density Polyethylene）、ポリプロピレン（ＰＰ：Polypropylene）などのプラスチック粉末を焼結し、成型したプラスチック焼結体を用いることが望ましい。

また、プラスチック焼結体は、成型時のプレス圧や焼結温度、焼結時間を調整することにより気孔率を調整することができ、この気孔率によって弾性率及び強度を任意の値に設定することが可能になる。

また、ペン先部材１２２は、天然ゴム（ＮＲ:Natural rubber）、クロロピレンゴム（ＣＲ：Polychloroprene）、ニトリルゴム（ＮＢＲ：Nitrile rubber）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ： Ethylene Propylene Rubber）、ブチルゴム（ＩＩＲ：Butyl rubber）、ウレタンゴム（Ｕ：polyurethane）、フッ素ゴム（ＦＫＭ: fluoro rubber）、シリコーンゴム（ＶＭＱ：Silicone rubber）などのゴム材を用いても良い。

従って、ペン先部材１２２は、先端部１２２ｂを表示面２２に接触させる際の感触及び書き心地を良好にするため、適度な硬さと適度な柔らかさを併せ持つような材質（例えば、上記ゴム材、樹脂材、プラスチック焼結多孔質部材、発泡プラスチックなど）で形成されることが望ましい。

ペン先保持部材１２４は、ペン先部材１２２よりも高い剛性を有する樹脂又は金属により形成されている。ペン先保持部材１２４としては、例えばＡＢＳ樹脂やＰＣ樹脂、ＡＢＳ／ＰＣアロイ、鉄、ステンレスなどの金属を用いることが望ましい。

図３（Ｂ）に示されるように、ペン先部材１２２の先端部１２２ｂが表示面２２に接触される際は、接触圧によりペン先部材１２２がＸ２方向に押圧される。そのため、ペン先部材１２２は、ペン先保持部材１２４と共にＸ２方向に移動する。その際、ペン先部材１２２及びペン先保持部材１２４の移動距離は、ペン先検知スイッチ１４０の可動切片１４２がオフからオンに切り替わる可動範囲と同じになる。このペン先検知スイッチ１４０の可動切片１４２がオフからオンに切り替わる可動範囲は、上記突出長さＳ１より小さい。

そのため、接触圧によりペン先部材１２２がＸ２方向に押圧されてペン先検知スイッチ１４０の可動切片１４２がオフからオンに切り替わった状態のときでも、ペン先保持部材１２４の先端側端部１２４ｃは、ペン本体１１０の先端凹部１１２より先端側に突出している。このときの突出長さＳ２は、例えばＳ２＝０.０５〜２ｍｍ程度、望ましくはＳ２＝０．１〜１ｍｍ程度となる。このように、ペン先部材１２２に接触圧による圧縮荷重が作用した場合でも、ペン先保持部材１２４の嵌合凹部１２４ａの外側の壁部１２４ｄは、ペン本体１１０の先端凹部１１２から先端側に突出している。

ここで、上記突出長さＳ２について説明する。例えば、突出長さＳ２が大きいと、ペン先部材１２２とペン先保持部材１２４のペン本体１１０の先端凹部１１２から突出した部分であるペン先部材１２２のペン先突出長さが長くなる。このペン先突出長さが長くなると、操作者がペン本体１１０を保持する部分からペン先部材１２２が表示面２２に接触する部分までの距離が長くなり、ペン本体１１０の動作に対する書き込み位置の変動が大きくなることから書き込みに違和感が生じるようになってしまう。そのため、ペン先保持部材１２４の突出長さＳ２を大きくし、且つ上記ペン先長さを短くするためには、ペン先部材１２２の長さを短くする必要がある。その場合、ペン先部材１２２を短くすることでペン先部材１２２のクッション性（柔軟性）が少なくなり、ペン先部材１２２を表示面２２に接触させた際の反動が操作者の手に伝わり、書き心地が硬くなるという問題が生じる。

そこで、書き心地を柔らくするため、ペン先部材１２２に弾性率の低い材料を用いると、表示面２２に押圧されて接触圧を受けた場合でも、ペン先保持部材１２４の先端側端部１２４ｃから先端側（Ｘ１方向側）に突出した部分が半径方向に膨らむことになる。しかしながら、ペン先部材１２２のペン先保持部材１２４の先端側端部１２４ｃより基端側（Ｘ２方向側）は、ペン先部材１２２よりも剛性の高いペン先保持部材１２４により半径方向に膨らまないように保持されている。すなわち、ペン先可動部１２０は、書き心地を柔らくすることで、ペン先保持部材１２４より先端側に突出するペン先部材１２２が外周側に膨らんでも、当該変形部分がペン本体１１０の先端凹部１１２と干渉しないように構成されている。

〔ペン先部材１２２及びペン先保持部材１２４の材質の評価実験結果〕
ペン先部材１２２及びペン先保持部材１２４は、上記材質とすることで、ペン先の変形と筆記時の書き心地とを比較する実験を行った。また、ペン先部材１２２の材料になるプラスチック焼結体の弾性率は、気孔率を調整して比較的書き心地の良いと想定される１００ＭＰａ〜３００ＭＰａに設定した。本実験では、ペン形入力装置１００のペン先可動部１２０に対して繰り返し入力の耐久評価と、落下による変形の評価を行った。また、書き心地は、評価者による官能評価を実施した。この実験結果は、以下の表１に示す。

上記実験による評価結果から、ペン先部材１２２の弾性率が低い（例えば５０ＭＰａ程度）と、ペン先保持部材１２４は変形しないが、ペン先部材１２２が大きく変形してしまうため、変形量が大きく、高い負荷条件では、ペン先部材１２２に破損が発生した。

一方、ペン先部材１２２の弾性率が高い（例えば、２５０〜３００ＭＰａ程度）と、ペン先部材１２２を表示面２２に接触させた際の反動が操作者の手に伝わり、書き心地が硬いという評価が増大した。

表１に示されるように、これらの結果から、ペン先保持部材１２４の材質は、弾性率が２．１ＧＰａ程度あれば問題なく、それよりも弾性率が高い材料を用いても問題ないことが分かった。

また、ペン先部材１２２の材質は、弾性率が５０ＭＰａ〜３００ＭＰａの範囲、さらに弾性率が１００ＭＰａ〜２００ＭＰａの範囲であることが望ましいことが分かった。

〔電子情報ボードシステム〕
図４は電子情報ボードシステムの主要部を模式的に示す図である。図５は電子情報ボードの制御系を示すブロック図である。図４及び図５に示されるように、ディスプレイ部２０は、コントローラ６０により制御されており、入力操作される各種画面操作部２６やユーザＰＣ９０から取り込まれた画像を表示面２２に表示する。

また、コントローラ６０は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ケーブル７０が接続されるＵＳＢソケット７２、ＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）ケーブル８０が接続されるＶＧＡ入力ソケット８２を有する。

ユーザＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）９０は、ＵＳＢソケット７２及びＶＧＡ入力ソケット８２を介してコントローラ６０と接続される。また、ユーザＰＣ９０は、磁気ディスク装置などからなるストレージ９４を有する。ストレージ９４には、各種コンテンツ及びコンテンツ表示用アプリケーションソフトウエアなどのプログラムが格納されている。そして、操作者は、ストレージ９４に格納されたコンテンツの中から所望のコンテンツを選択することで、モニタ９２に当該コンテンツを表示させる。

そのため、コントローラ６０は、ユーザＰＣ９０のモニタ９２に表示された画像データがＵＳＢケーブル７０及びＶＧＡケーブル８０を介して転送されると、ディスプレイ部２０のユーザＰＣ画面２８にモニタ９２に表示された画像データと同じ画像を表示する。

また、コントローラ６０は、光ファイバなどの通信回線２００及びネットワークソケット２０２を介してインターネット又はＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワーク２０４にも接続される。

さらに、図５に示されるように、電子情報ボードシステム１０は、ペン形入力装置１００から送信された検知信号を受信するペン信号受信部２１０を有する。このペン信号受信部２１０は、ペン形入力装置１００から送信された検知信号を受信すると、当該検知信号をタッチパネル２４に入力する。これにより、タッチパネル２４の制御回路であるタッチパネルドライバ部２５０は、ペン形入力装置１００から送信された検知信号によりペン形入力装置１００による入力操作が行われていることを認識し、コントローラ６０に検知信号を出力する。

〔電子情報ボードの制御系〕
図６は電子情報ボードのコントローラの構成を示すブロック図である。図６に示されるように、電子情報ボードシステム１０のコントローラ６０は、ペン信号受信部２１０と、コントローラオペレーションシステム部２２０と、アプリケーション部２３０と、映像入力デバイス部２４０と、タッチパネルドライバ部２５０を有する。また、アプリケーション部２３０は、イベント信号判断部２３１と、映像入力処理部２３２と、画像描画処理部２３４と、画面消去処理部２３６と、画面操作処理部２３８とを有する。

コントローラオペレーションシステム部２２０は、コントローラ６０で行う制御処理を管理、実行するメイン制御部である。

アプリケーション部２３０は、ディスプレイ部２０の表示面２２に表示される画像全体を生成する制御処理、ユーザＰＣ画面２８に表示する制御処理、ペン形入力装置１００の筆記検知信号が検知された場合に筆記された図形や文字などを表示する制御処理を行う。

イベント信号判断部２３１は、コントローラオペレーションシステム部２２０から入力されるイベント信号を監視しており、入力されたイベント信号に応じた制御処理を行う。

映像入力処理部２３２は、ユーザＰＣ９０から入力された画像を表示面２２のユーザＰＣ画面２８に表示するための制御処理を行う。

画像描画処理部２３４は、イベント信号判断部２３１を介してタッチパネル２４から入力される座標位置のデータに基づいて手書きのグラフィックを生成し、既に表示された画像に手書きのグラフィックを重畳してディスプレイ部２０の表示面２２に表示する。

画面消去処理部２３６は、イベント信号判断部２３１を介してタッチパネル２４から入力される座標位置の情報に基づいて現在表示されている画像の背景色でグラフィックを生成し、既に表示された画像に背景色のグラフィックを重畳してディスプレイ部２０の表示面２２に表示する。これにより、ディスプレイ部２０に表示された手書きグラフィックに背景色のグラフィックが重畳されて見かけ上は、表示面２２から消去される。

画面操作処理部２３８は、タッチパネル２４から入力される座標位置の情報（信号）をマウスイベントなどのポインティングディバイス信号に変換し、ディスプレイ部２０の表示面２２に表示される画面操作部２６のオン・オフ操作による処理を行う。また、タッチパネル２４の受発光センサ３００、３１０により検知されたペン形入力装置１００が接触した座標位置の情報をマウスダウンイベントとして座標値と共にコントローラオペレーションシステム部２２０に伝送する。また、ペン形入力装置１００がタッチパネル２４の表示面２２に接触したまま移動させられた場合、マウスアップイベントとして座標値と共にコントローラオペレーションシステム部２２０に伝送する。

タッチパネルドライバ部２５０は、ペン形入力装置１００及びタッチパネル２４から入力された座標位置信号及び筆記検知信号又は消去検知信号を所定のイベント信号に変換してコントローラオペレーションシステム部２２０に伝送する。また、タッチパネルドライバ部２５０は、ペン信号受信部２１０でペン形入力装置１００より筆記検知信号又は消去検知信号が受信されると、座標位置信号と共に筆記検知信号又は消去検知信号をコントローラオペレーションシステム部２２０に伝送する。

〔ペン形入力装置の座標検知方法〕
図７は座標位置を検知するタッチパネルの構成を示す図である。図７に示されるように、タッチパネル２４は、表示面２２の上側の左右角部に一対の受発光センサ３００、３１０が配置されている。表示面２２の左右側方及び下方には、反射板３２０、３３０、３４０が配置されている。

左上角部に配置された受発光センサ３００は、表示面２２を平行な垂直面に対して赤外線を照射しており、赤外線の照射方向は右側方の反射板３３０及び下方の反射板３４０の全域である。また、右上角部に配置された受発光センサ３１０は、表示面２２を平行な垂直面に対して赤外線を照射しており、赤外線の照射方向は左側方の反射板３２０及び下方の反射板３４０の全域である。

表示面２２に何も接触していない場合、受発光センサ３００、３１０から照射された赤外線は、反射板３２０、３３０、３４０で反射され、その反射光が受発光センサ３００、３１０で受光される。

ここで、ペン形入力装置１００のペン先可動部１２０又はペン尻可動部１３０が表示面２２に接触された場合、受発光センサ３００、３１０から照射された赤外線が接触箇所で赤外線が遮断される。そのため、受発光センサ回路３５０は、受発光センサ３００、３１０からの検知信号に基づいて赤外線を遮断された箇所の水平方向に対する傾斜角度を検知し、三角測量の数式で座標位置を演算し、ＸＹ座標に変換する。そして、受発光センサ回路３５０で得られた座標位置の信号は、コントローラオペレーションシステム部２２０を介して画像描画処理部２３４、画面消去処理部２３６、画面操作処理部２３８に伝送される。

〔ペン形入力装置１００の操作方法〕
図８は本発明によるペン形入力装置の筆記ユニットを表示面に接触させた場合を示す図である。図８に示されるように、操作者の手Ｈがペン形入力装置１００のペン本体１１０の軸方向の中間部分の外周を把持している場合、ペン形入力装置１００のペン先可動部１２０のペン先部材１２２をディスプレイ部２０の表示面２２に接触させ、ペン本体１１０を表示面２２側に押圧する。これにより、ペン先可動部１２０がペン本体１１０の凹部１１２内をＸ２方向に摺動し、ペン先保持部材１２４の押圧部１２４ｂがペン先検知スイッチ１４０の可動切片１４２をオンの位置まで押圧する。そのため、ペン先検知スイッチ１４０は、オンになり筆記検知信号を出力する。そして、この筆記検知信号は、送信回路ユニット１８０により無線信号に変換されて送信される。

このようにペン先検知スイッチ１４０をオンにしたまま、ペン形入力装置１００を移動させると、ペン先可動部１２０の接触位置が移動して手書きの文字又は図形などを表示面２２に表示される。この場合、ペン形入力装置１００のペン本体１１０の先端側に突出するペン先部材１２２の先端部１２２ｂが接触圧を受けて弾性変形しながら表示面２２を摺動する。

ここで、ペン先部材１２２の変形状態について説明する。

図９はペン形入力装置のペン先の変形状態を示す図である。図９（Ａ）に示されるように、ペン形入力装置１００は、ペン先可動部１２０の先端であるペン先部材１２２の先端部１１２ｂを表示面２２に接触させる際、接触圧力が弾性を有するペン先部材１２２に作用する。そのため、ペン先部材１２２は、Ｘ１、Ｘ２方向の圧縮荷重を繰り返し受けると、ペン先保持部材１２４より突出する外周部分が徐々に軸方向と直交する半径方向（Ｙ方向）に変形する。尚、図９（Ａ）において、膨出部１２２ｃの変形を分かりやすくため、誇張して示している。

一方、ペン先部材１２２は、基端部１２２ａがペン先部材１２２より高剛性のペン先保持部材１２４の嵌合凹部１２４ａに嵌合して変形が抑制されているため、嵌合凹部１２４ａより先端側に突出する先端部１２２ｂの外周側が半径方向（Ｙ方向）に膨らむように変形して膨出部１２２ｃが形成される。このようにペン先部材１２２の先端部１２２ｂの外周側が表示面２２との接触圧により半径方向に変形すると、この膨出部１２２ｃの外径が次第にペン先保持部材１２４の壁部１２４ｄの外径よりも大きくなる。

図９（Ｂ）に示されるように、上記のように変形したペン先部材１２２を使用して筆記操作を行う場合、ペン先部材１２２の先端部１２２ｂが表示面２２に接触して軸方向（Ｘ１、Ｘ２方向）の圧縮荷重を受ける。そして、ペン先可動部１２０は、Ｘ２方向に移動してペン先検知スイッチ１４０の可動切片１４２を押圧する。その際、ペン先保持部材１２４の先端側端部１２４ｃより先端側（Ｘ１方向側）にペン先部材１２２の先端部１２２ｂの半径方向（Ｙ方向）に膨らんだ膨出部１２２ｃが形成される。

そのため、膨出部１２２ｃは、ペン本体１１０の先端凹部１１２に接触せず、ペン先可動部１２０が動作不能になることが防止される。従って、ペン形入力装置１０は、ペン先部材１２０に膨出部１２２ｃが発生した場合でも、ペン先可動部１２０が動作不能にならず、ペン先検知スイッチ１４０をオン又はオフに作動させることができるので、そのまま使用することができ、寿命を延ばすことが可能になる。

尚、上記実施形態では、電子情報ボードシステム１０で使用される場合のペン形入力装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、本発明は他のタッチパネルを有するディスプレイ装置や端末装置の入力装置にも適用できる。

また、上記実施形態では、ペン形入力装置の一端に筆記ユニットが設けられ、他端に消去ユニットが設けられた構成を一例として挙げたが、これに限らず、消去ユニットの代わりに他端に複数色を選択できる筆記ユニットを設けるものでも適用できる。

１０ 電子情報ボードシステム
２０ ディスプレイ部
２２ 表示面
２４ タッチパネル
２８ ユーザＰＣ画面
６０ コントローラ
１００、４００ ペン形入力装置
１００Ａ、４００Ａ 筆記ユニット
１００Ｂ、４００Ｂ 消去ユニット
１１０ ペン本体
１１１ 先端
１１２ 先端凹部
１２０ ペン先可動部
１２２ ペン先部材
１２２ａ 基端部
１２２ｂ 先端部
１２２ｃ 膨出部
１２４ ペン先保持部材
１２４ａ 嵌合凹部
１２４ｂ 押圧部
１２４ｃ 先端側端部
１２４ｄ 壁部
１３０ ペン尻可動部
１４０ ペン先検知スイッチ
１４２、１５２ 可動切片
１５０ ペン尻検知スイッチ
１８０ 送信回路ユニット
１８２ 信号入力部
１８４ 信号処理部
１８６ 検知信号送信部
２００ 通信回線
２０２ ネットワークソケット
２０４ ネットワーク
２１０ ペン信号受信部
２２０ コントローラオペレーションシステム部
２３０ アプリケーション部
２３１ イベント信号判断部
２３２ 映像入力処理部
２３４ 画像描画処理部
２３６ 画面消去処理部
２３８ 画面操作処理部
２４０ 映像入力デバイス部
２５０ タッチパネルドライバ部
３００、３１０ 受発光センサ
３２０、３３０、３４０ 反射板
３５０ 受発光センサ回路

特許第４６２７７８１号公報 特表２００２−５０９３０８号公報

Claims (7)

1. ペン形に形成された本体と、前記本体の先端凹部に挿入されたペン先可動部と、前記ペン先可動部を電子情報ボードの表示面に接触させた際に当該接触位置の筆記検知信号を送信する送信手段とを有するペン形入力装置であって、
   前記ペン先可動部は、
   弾性材により形成され、先端部が前記表示面に接触されるペン先部材と、
   前記ペン先部材より剛性を有し、前記ペン先部材の基端部外周に嵌合して前記ペン先部材の基端部外周の変形を抑制するように保持するペン先保持部材と、
   を有し、
   前記ペン先保持部材は、前記ペン先部材が前記表示面に接触したとき、先端側端部が前記本体の先端より先端側に突出していることを特徴とするペン形入力装置。
2. 前記ペン先保持部材は、前記ペン先部材が前記表示面に接触しないとき、先端側端部が前記本体の先端より突出することを特徴とする請求項１に記載のペン形入力装置。
3. 前記ペン先保持部材は、前記ペン先部材の先端部が前記表示面に接触すると共に、前記送信手段から筆記検知信号を送信する際、先端側端部が前記本体より先端側にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のペン形入力装置。
4. 前記ペン先部材は、前記表示面に接触される先端部が曲面に形成され、且つ当該先端部より基端部との間が円柱形状又はテーパ形状に形成されたことを特徴とする請請求項１〜３の何れかに記載のペン形入力装置。
5. 前記ペン先保持部材は、弾性率が前記ペン先部材の弾性率よりも高い値であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のペン形入力装置。
6. 前記ペン先部材は、ゴム粒又は樹脂粒を焼結させたプラスチック焼結多孔質体により形成され、
   前記ペン先保持部材は、前記プラスチック焼結多孔質体よりも高い剛性を有する樹脂材又は金属により形成されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のペン形入力装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載のペン形入力装置と、
   前記ペン形入力装置が接触される前記表示面を有するディスプレイ部と、
   前記ペン形入力装置が前記表示面に接触したときの座標を検知する座標検知手段と、
   前記座標検知手段により検知された座標位置に前記ペン形入力装置の接触によるグラフィックを前記ディスプレイ部に表示するコントローラと、
   を備えた電子情報ボードシステム。

Images