JP6797406B2

JP6797406B2 - 接触式入力装置

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Publication number: JP6797406B2
Application number: JP2016215958A
Authority: JP
Inventors: 向實任; 慶龍王
Original assignee: Kochi Prefectural University Corp
Current assignee: Kochi Prefectural University Corp
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: JP2018073321A

Description

本発明は、接触式入力装置に関する。

文字や絵（以下文字等という）は、鉛筆やペン等（以下鉛筆等という）を使用して紙や布、プラスチックボード等の媒体（以下紙等という）に記載されることが一般的であった。そしてこれらの媒体に記載された文字等はスキャナ等を利用して電子データ化されて保存されることが行われている。

近年では、電子ノートなどの媒体にスタイラスペンや手などを利用して文字等を記載することによって、記載された文字等を直接電子データとして記憶することができるようになっている。

一方、鉛筆等によって紙等に文字を記載する場合、文字等を書く人は、鉛筆等と紙等との接触状態を感じながら文字等を記載している。例えば、鉛筆等の先端と紙等との摩擦や引っ掛かり、また、鉛筆等の先端硬さや紙等の表面の性状を感じながら文字等を記載している。そして、人は、かかる感覚に合わせて筆運びや力の入れ方を調整して、自分の思っているような状態となるように文字等を記載している。

しかるに、上述したような電子ノートの場合、その表面はガラスや樹脂であり、また、スタイラスペンの先端も樹脂等である。このため、スタイラスペン等を使用して電子ノート等に文字を記載した場合、鉛筆等を使用して紙等の媒体に文字等を記載する場合と比較して、人の感覚が大きく異なる。したがって、スタイラスペン等を使用して電子ノート等に文字を記載した場合、人が自分の好むような文字等を記載することは非常に難しい。

一方、スタイラスペン等に振動を発生させることによって、人が受ける感覚を調整する技術も開発されている（特許文献１）。かかる技術では、スタイラスペン内にモータ等の振動発生器具を内蔵させておき、振動発生器具の作動を調整することによって、画面上に表示されている物体に接触しているかのような感覚を生じさせる。

特開２００８−２４２８９４号公報

しかるに、かかる技術では、振動を加えているだけであり、その振動状態を調整しても、人が受ける感覚は実際に物体に接触した場合とは大きく異なってしまう。しかも、振動を発生させるので、人がスタイラスペンを操作する際に振動が邪魔になってしまう。すると、人が思っているようにスタイラスペンを動かすことができず、思ったような文字等を記載することができない。

本発明は上記事情に鑑み、実際の媒体に文字等を記載した場合に近い感覚とすることができる接触式入力装置を提供することを目的とする。

第１発明の接触式入力装置は、画面に設置される、一方の電極を有するカバープレートと、該カバープレートに接触させる、他方の電極を有するペン部と、該ペン部の他方の電極に接続された制御部と、前記ペン部と前記カバープレートの表面とが接触した位置を検出する位置検出部と、を備えており、該制御部は、前記画面に表示する画像を制御する画像制御部と、
前記一方の電極と前記他方の電極の間に電力信号を印加する電力調整部と、を有しており、該電力調整部は、前記位置検出部が検出した接触位置と前記画面において前記接触位置と対応する位置に表示されている画像に合わせて、前記一方の電極と前記他方の電極の間に印加する電力信号を調整する機能を有しており、前記電力調整部は、前記電力信号における、電圧値、電圧の波形、電圧の周波数のいずれか一つまたは複数を調整するものであり、電圧値を調整して、前記ペン部を操作している人が該ペン部から感じる硬さに関する感覚を調整する機能と、前記電力信号における電圧の波形を調整して、前記ペン部を操作している人が感じる滑らかさに関する感覚を調整する機能と、電圧の周波数を調整して、前記ペン部を操作している人が該ペン部から感じる表面粗さに関する感覚を調整する機能と、基準パターンを画面に表示させて、その基準パターンに沿ってペン部を移動させた結果に基づいて、電力信号を調整する機能と、を有していることを特徴とする。
第２発明の接触式入力装置は、画面に設置される、一方の電極を有するカバープレートと、該カバープレートに接触させる、他方の電極を有するペン部と、該ペン部の他方の電極に接続された制御部と、前記ペン部と前記カバープレートの表面とが接触した位置を検出する位置検出部と、を備えており、該制御部は、前記画面に表示する画像を制御する画像制御部と、前記一方の電極と前記他方の電極の間に電力信号を印加する電力調整部と、を有しており、該電力調整部は、前記位置検出部が検出した接触位置と前記画面において前記接触位置と対応する位置に表示されている画像に合わせて、前記一方の電極と前記他方の電極の間に印加する電力信号を調整する機能を有しており、前記電力調整部は、前記電力信号における、電圧値、電圧の波形、電圧の周波数のいずれか一つまたは複数を調整するものであり、電圧値を調整して、前記ペン部を操作している人が該ペン部から感じる硬さに関する感覚を調整する機能と、前記電力信号における電圧の波形を調整して、前記ペン部を操作している人が感じる滑らかさに関する感覚を調整する機能と、電圧の周波数を調整して、前記ペン部を操作している人が該ペン部から感じる表面粗さに関する感覚を調整する機能と、を有していることを特徴とする。
第３発明の接触式入力装置は、画面に設置される、一方の電極を有するカバープレートと、該カバープレートに接触させる、他方の電極を有するペン部と、該ペン部の他方の電極に接続された制御部と、前記ペン部と前記カバープレートの表面とが接触した位置を検出する位置検出部と、を備えており、該制御部は、前記画面に表示する画像を制御する画像制御部と、前記一方の電極と前記他方の電極の間に電力信号を印加する電力調整部と、を有しており、該電力調整部は、前記位置検出部が検出した接触位置と前記画面において前記接触位置と対応する位置に表示されている画像に合わせて、前記一方の電極と前記他方の電極の間に印加する電力信号を調整する機能を有しており、前記電力調整部は、基準パターンを画面に表示させて、その基準パターンに沿ってペン部を移動させた結果に基づいて、電力信号を調整する機能と、を有していることを特徴とする。
第４発明の接触式入力装置は、第１、第２または第３発明において、前記電力調整部は、電圧の波形をトップハット型とサインカーブとを切り替えることによって、前記ペン部を操作している人が感じる滑らかさに関する感覚を調整することを特徴する。
第５発明の接触式入力装置は、第１、第２、第３または第４発明において、前記ペン部を複数備えており、前記位置検出部が、前記カバープレートと各ペン部との接触位置をそれぞれ識別して認識しうるものであり、前記電力調整部は、各ペン部の接触位置と前記画面において各ペン部の接触位置と対応する位置に表示されている画像に合わせて、各ペン部にそれぞれ対応する電力信号を供給する機能を有していることを特徴する。
第６発明の接触式入力装置は、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記位置検出部が、複数の光学センサによって前記ペン部の接触位置を検出するものであることを特徴する。

第１発明によれば、電力信号を調整すればペン部とカバープレートとの間に発生する電気力を変化させることができるので、ペン部を操作している人が受ける感覚を変化させることができる。したがって、ペン部が接触している位置における画像に対応して電力信号を調整すれば、ペン部が接触している部分の画像に実際に接触しているような感覚をペン部を操作している人に与えることができる。電力値、電圧の波形、電圧の周波数のいずれかまたは複数を調整すれば、種々の接触状態を適切に再現することができる。また、人の感覚などに基づいて、電力信号を調整することができる。
第２発明によれば、電力信号を調整すればペン部とカバープレートとの間に発生する電気力を変化させることができるので、ペン部を操作している人が受ける感覚を変化させることができる。したがって、ペン部が接触している位置における画像に対応して電力信号を調整すれば、ペン部が接触している部分の画像に実際に接触しているような感覚をペン部を操作している人に与えることができる。電力値、電圧の波形、電圧の周波数のいずれかまたは複数を調整すれば、種々の接触状態を適切に再現することができる。
第３発明によれば、電力信号を調整すればペン部とカバープレートとの間に発生する電気力を変化させることができるので、ペン部を操作している人が受ける感覚を変化させることができる。したがって、ペン部が接触している位置における画像に対応して電力信号を調整すれば、ペン部が接触している部分の画像に実際に接触しているような感覚をペン部を操作している人に与えることができる。また、人の感覚などに基づいて、電力信号を調整することができる。
第４発明によれば、電圧の波形をトップハット型にすれば、ペン部を操作している人に対して、ペン部が接触している物体の表面がねばねばしているように感じさせることができる。電圧の波形をサインカーブにすれば、ペン部を操作している人に対して、ペン部が接触している物体の表面が滑りやすいように感じさせることができる。
第５発明によれば、各ペン部に対してそれぞれ各ペン部が接触している位置の画像に適した電力信号を供給するので、複数のペン部で描画したり文字を書いたりしても、それぞれのペン部に適切な感覚を与えることができる。
第６発明によれば、ペン部を検出する精度を高くできるので、ペン部に適切な感覚を与えることができる。

（Ａ）は本実施形態の接触式入力装置１の概略ブロック図あり、（Ｂ）はカバープレート１０の平面図である。カバープレート１０の拡大説明図であり、（Ａ）縦断面図であり、（Ｂ）平面図である。（Ａ）は実施例に使用した制御部の概略説明図であり、（Ｂ）は実験結果を示した図である。実験結果を示した図である。

本実施形態の接触式入力装置１を図面に基づいて説明する。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態の接触式入力装置１は、ペン部２と、カバープレート１０と、位置検出部２０と、制御部３０と、を備えている。

（カバープレート１０）
まず、カバープレート１０は、ディスプレイ等の表示装置Ｄの表面に配置して使用されるものである。このカバープレート１０は、カバープレート１０を表示装置Ｄの表面に配置した状態で、表示装置Ｄに表示されている画像などを人が視認できるようになっている。

このカバープレート１０は、透明な電極プレート１２と、この電極プレート１２を挟むように配置される絶縁プレート１１，１３と、を有している。

（電極プレート１２）
まず、電極プレート１２は、制御部３０に電気的に接続されたものであり、アースとして機能するものである。この電極プレート１２は透明であって導電性を有する素材であれば種々の素材で形成することができる。例えば、酸化インジウムスズ（tin-doped indium oxide、ＩＴＯ）やフッ素ドープ酸化スズ(F-doped Tin Oxide, FTO)などの素材によって電極プレート１２を形成することができる。なお、電極プレート１２の厚さはとくに限定されないが、カバープレート１０の厚さをできるだけ薄くする上では、１０〜１００ｎｍ程度が望ましい。

電極プレート１２の両面には、絶縁プレート１１，１３が設けられている。つまり、電極プレート１２を間に挟むように絶縁プレート１１，１３が設けられている。この絶縁プレート１１，１３は、電極プレート１２を外部から絶縁するために設けられている。つまり、絶縁プレート１１は、カバープレート１０を表示装置Ｄの表面に配置した際に、電極プレート１２と表示装置Ｄとの間を絶縁するために設けられている。また、絶縁プレート１３は、カバープレート１０上でペン部２を操作する際に電極プレート１２にペン部２が直接接触しないように設けられている。

（絶縁プレート１１，１３）
この絶縁プレート１１，１３は、透明な絶縁性の材料によって形成されている。例えば、絶縁プレート１１，１３は、ガラスやポリエーテルサルフォン（Poly Etjer Sulphone、PES）、二酸化ケイ素（SiO2）、ポリフッ化ビニリデン（PolyVinylidene DiFluoride、PVDF）等の材料によって形成することができる。

また、絶縁プレート１１の厚さは電極プレート１２と表示装置Ｄとの間を絶縁できればよくとくに限定されないが、絶縁プレート１１がガラスの場合であれば、薄ければ薄いほど好ましい。例えば、上述した絶縁性を維持しつつカバープレート１０の厚さをできるだけ薄くする上では少なくとも１ｍｍ以下が望ましい。２５０Ｖ程度の電圧を印加する場合、現状では、絶縁プレート１１の厚さが０．１〜１ｍｍ程度であれば電極プレート１２と表示装置Ｄとの間を絶縁することは可能である。

一方、絶縁プレート１３の厚さもとくに限定されない。しかし、後述するように、電極プレート１２にペン部２が接触した際に、両者間においてペン部２を有する人が電位差に起因する電気力を感じることができる程度の厚さであればよい。例えば、絶縁プレート１３としてシリコン絶縁膜を配置し、電極プレート１２とペン部２との間に５０〜２５０Ｖ程度の電位差を生じさせる場合であれば、絶縁プレート１３の厚さは０．１〜１μｍ程度であればよい。

（位置検出部２０）
図１および図２に示すように、カバープレート１０における絶縁プレート１３の上面には、位置検出部２０が設けられている。この位置検出部２０は、複数のレーザーセンサ２１を備えており（図２（Ｂ）参照）、複数のレーザーセンサ２１がカバープレート１０の周縁部に並ぶように配置されている。具体的には、カバープレート１０において、表示装置Ｄが視認できる領域Ｓの周囲に、レーザーセンサ２１から照射される光が格子状になるように複数のレーザーセンサ２１が設けられている。そして、この位置検出部２０は導線ｗ等によって制御部３０に電気的に接続されており、複数のレーザーセンサ２１が検出する光の情報が制御部３０に供給されるようになっている。

なお、レーザーセンサ２１が物体（つまりペン部２の先端部４）を検出する方法はとくに限定されない。例えば、レーザー光を照射する照射部とレーザー光を検出する検出部とを同じ装置に備えているもの（つまり反射光によって物体を検出するもの）でもよい。また、レーザー光を照射する照射部とレーザー光を検出する検出部とが別に設けられているもの（つまり透過光によって物体を検出するもの）でもよい。

また、位置検出部２０がペン部２の先端部４を検出する検出速度もとくに限定されない。しかし、ペン部２の先端部４の動きを適切に把握する上では、２４Ｈｚ以上の検出速度を有していることが望ましい。

さらに、位置検出部は上述したようなレーザーセンサなどの光学センサを使用するものに限られない。例えば、カバープレート１０の表面の角に少なくとも２つ以上のカメラを設置し、各カメラによってカバープレート１０の上面の表示装置Ｄが視認できる領域Ｓを撮影するようにする。すると、複数のカメラからの画像を解析することでペン部２の先端部４の位置を特定することができる。また、カバープレート１０に超音波センサを設けて位置検出部としてもよい。しかし、光学センサを使用すれば、ペン部２の先端部４を検出する精度を高くできるので、ペン部２に適切な感覚を与えることができる。

（ペン部２）
ペン部２は、その先端をカバープレート１０の表面に接触させて人が操作するものである。このペン部２は、導電性の軸部本体３と、軸部本体３の周囲を囲むように設けられた絶縁部５と、軸部本体３の先端に設けられた先端部４と、から構成されている。

軸部本体３は、金属などの導電性を有する素材によって形成されたものである。この軸部本体３は、制御部３０に導線ｗなどによって電気的に接続されており、制御部３０から電力信号が供給されるようになっている。この軸部本体３の素材や長さ、太さ等はとくに限定されない。例えば、軸部本体３の素材には鉄やカーボン等を使用できるが、導電性の高い素材が好ましい。また、軸部本体３の長さ、太さは、鉛筆やボールペン程度の長さ、太さでもよいし、筆の軸程度の長さ、太さでもよく、使用する人や目的に合わせて適宜調整すればよい。

絶縁部５は、軸部本体３の周囲に配置され、ペン部２を人が保持した際に軸部本体３と人との間を絶縁するために設けられている。具体的には、軸部本体３に制御部３０から電力信号が供給された際に、ペン部２を保持した人に電力信号が伝わらないように絶縁部５が設けられている。この絶縁部５は、例えば、ゴムやシリコン等の絶縁性材料のシートを巻き付けて形成することができるが、絶縁部５を形成する方法や素材はとくに限定されない。ペン部２を保持した人に電力信号が伝わらないようになっていればよい。もし、導電性を有しないゴム等の手袋を着用して人がペン部２を操作する場合であれば、ペン部２は絶縁部５を有していなくてもよい。また、電極プレート１２とペン部２との間に印加される電流値が０．５ｍＡ以下の場合も、絶縁部５はとくに設けなくてもよい。

先端部４は、軸部本体３の先端に設けられており、カバープレート１０の表面に接触させて使用するものである。この先端部４の素材はとくに限定されない。軸部本体３に絶縁部５が絶縁破壊しない程度の電力信号が供給された際に、軸部本体３の先端とカバープレート１０の電極シート１２との間に電気力（electric force）を発生させることができるように構成されていればよい。つまり、先端部４の素材は上記機能を満たすものであればよく、導電性材料でも半導体材料でもよいし、絶縁性材料でも条件によっては使用することができる。この先端部４の形状もとくに限定されず、鉛筆やボールペンなどのようにある程度先端が尖っていてもよいし、人の指先のようにある程度の面積でカバープレート１０の表面に接触するものでもよい。また、先端部４の硬さなどもとくに限定されない。

（制御部３０）
制御部３０は、表示装置Ｄに表示する画像を制御する画像制御部３１と、ペン部２の軸部本体３とカバープレート１０との間に供給する電力信号を調整する電力調整部３２と、位置検出部２０からの信号に基づいてペン部２の位置を検出する位置判断部３３と、を備えている。

また、画像制御部３１が表示装置Ｄに表示させる画像の情報（画像情報）と、電力調整部３２が出力する電力信号の情報（電力信号情報）と、を記憶する記憶部３５を備えている。

画像情報には、画像制御部３１が表示装置Ｄに表示させる画像に加えて、画像の各位置に存在する物体の情報が含まれている。例えば、画像のある座標には「石」が存在しており、画像のある座標には「煉瓦」が存在しているという情報が画像情報に含まれている。加えて、「石」や「煉瓦」等の表面の情報、例えば、表面粗さ等の情報も画像情報に含まれている。

一方、電力信号情報には、画像に表示される物体毎に設定された電力信号に関する情報（例えば、電圧値、電圧の波形、電圧の周期に関する情報）が記憶されている。また、物体の表面粗さ等に対応して、前記物体毎に設定された電力信号を調整する情報（調整情報）が含まれている。

（画像制御部３１）
画像制御部３１は、表示装置Ｄに表示させる画像を調整する機能を有している。具体的には、この画像制御部３１では、記憶部３５に記憶されている画像情報から、表示装置Ｄに表示させる画像を選択して表示させる機能を有している。また、画像制御部３１は、ペン部２が接触した位置に、線等を画像に重ねて描画する機能も有している。

なお、画像制御部３１は、表示装置Ｄに表示させている画像の画像情報を電力調整部３２に供給する機能を有していてもよい。
また、画像制御部３１がペン部２が接触した位置に線等を画像に重ねて描画させる機能を有していれば、画像上に文字や絵などを重ねて表示させることができるが、かかる機能は必ずしも設けなくてもよい。

（位置判断部３３）
位置判断部３３は、位置検出部２０からの信号に基づいてペン部２の位置を検出する機能を有している。そして、位置判断部３３は、検出したペン部２の先端部４の座標の情報（ペン部位置情報）を電力調整部３２に供給する機能も有している。

例えば、レーザーセンサ２１が透過光によってペン部２の先端部４を検出しているものとする。そして、カバープレート１０の表示装置Ｄが視認できる領域Ｓに、照射される光が格子状になるようにレーザーセンサ２１が配置されているとする（図１（Ｂ）参照）。すると、領域Ｓにペン部２の先端部４が配置されれば、ペン部２の先端部４が配置された位置を通過する直交するレーザー光が遮られるので（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）、位置判断部３３は、直交するレーザー光の交点の座標がペン部２の先端部４が配置された座標と推定する。そして、位置判断部３３は、その座標をペン部位置情報として、電力調整部３２に供給する。

（電力調整部３２）
電力調整部３２は、ペン部２の軸部本体３とカバープレート１０との間に供給する電力信号を調整する機能を有している。より詳しくいえば、電力調整部３２は、ペン部２の軸部本体３とカバープレート１０の電極プレート１２との間に供給する電力信号を調整する機能を有している。ここで、電極プレート１２はアースとして機能するので、実質的には、電力調整部３２は、ペン部２の軸部本体３に電力信号を供給しており、その電力信号を調整している。

電力調整部３２には、位置判断部３３からペン部位置情報が供給されており、画像制御部３１から画像情報が供給されている。また、電力調整部３２は、ペン部位置情報に基づいて、電力信号情報を記憶部３５から取得する機能を有している。そして、電力調整部３２は、ペン部位置情報、画像情報および電力信号情報に基づいて、ペン部２の軸部本体３に供給する電力信号を調整する機能を有している。具体的には、電力調整部３２は、ペン部位置情報の座標が入力されると、その座標に表示されている画像に関する情報を画像情報から取得する。そして、取得した画像情報に対応する情報を電力信号情報から取得して、電力調整部３２はペン部２の軸部本体３に供給する電力信号を調整する。

例えば、画像制御部３１から供給される画像情報では、ペン部位置情報の座標に表示されている物体として「煉瓦」が画像情報に記憶されているとする。すると、電力調整部３２は、「煉瓦」に対応する電力信号の情報を電力信号情報から取得する。そして、取得した電力信号情報をペン部２に供給する。例えば、「煉瓦」に対応する電力信号として、電圧値が２５０Ｖ、電圧の波形がサインカーブ、周期が２００Ｈｚ、が電力信号情報に記憶されていれば、かかる電力信号がペン部２に供給される。すると、ペン部２を操作している人に対して、「煉瓦」の表面をペン部２でなぞっているような感覚を与えることができる。

また、ペン部位置情報の座標に表示されている位置では、物体の表面粗さに関する情報も画像情報に記憶されているとする。すると、その画像情報と電力信号情報に記憶されている調整情報とを利用して、ペン部２に供給される電力信号が調整される。例えば、表面粗さが「普通」として画像情報に記憶されている場合には、「煉瓦」に対応する電力信号がそのままペン部２に供給される。すると、ペン部２を操作している人に対して、表面が一般的な粗さを有する「煉瓦」をペン部２でなぞっているような感覚を与えることができる。一方、表面粗さが「粗い」として画像情報に記憶されている場合には、「煉瓦」に対応する電力信号の周波数を低くした信号がペン部２に供給される。すると、ペン部２を操作している人に対して、表面が粗い「煉瓦」をペン部２でなぞっているような感覚を与えることができる。逆に、表面粗さが「スムース」として画像情報に記憶されている場合には、「煉瓦」に対応する電力信号の周波数を高くした信号がペン部２に供給される。すると、ペン部２を操作している人に対して、表面が滑らかな「煉瓦」をペン部２でなぞっているような感覚を与えることができる。

以上のように、本実施形態の接触式入力装置１によれば、以下のように使用することで、ペン部２が接触している部分の画像に実際に接触しているような感覚をペン部２を操作している人に与えることができる。

まず、本実施形態の接触式入力装置１の制御部３０と、表示装置Ｄを有する機器を接続する。そして、表示装置Ｄに対して制御部３０の画像制御部３１から画像を送信して、その画像を表示装置Ｄに表示できる状態にする。

また、カバープレート１０を、表示装置Ｄの表面に取り付けて、表示装置Ｄに表示される画像がカバープレート１０の領域Ｓを通して視認できる状態とする。
すると、本実施形態の接触式入力装置１の操作が可能な状態となる（図１（Ａ）参照）。

上記状態となると、ペン部２の先端部４をカバープレート１０の表面に接触させながらペン部２を操作して文字や図形を描画する。すると、ペン部２の先端部４が配置された位置を位置検出部２０が順次検出し制御部３０の位置判断部３３がペン部２の先端部４がペン部位置情報を算出する。

位置判断部３３によってペン部位置情報が算出されると、ペン部位置情報と画像情報、電力信号情報に基づいて、制御部３０の電力調整部３２がペン部２の先端部４が配置された位置の画像に適した電力信号をペン部２に供給する。

すると、軸部本体３の先端とカバープレート１０の電極シート１２との間に電力信号に対応した電気力（electric force）が発生するので、ペン部２を操作する人は発生する電気力に対応した刺激をペン部２から感じる。言い換えれば、ペン部２の先端部４が配置された位置に表示されている物体の表面に文字や絵を書いているような感覚で、ペン部２の先端部４で文字や画像を書くことができる。

以上のように、本実施形態の接触式入力装置１によれば、ペン部２が接触している部分の画像に対応してペン部２に供給される電力信号が変化するので、ペン部２を操作して文字や絵を書く人に、画像に表示されている物体に実際に接触しているような感覚を与えることができる。

（電力信号）
電力調整部３２が調整する電力信号において、電圧値、電圧の波形、電圧の周期はとくに限定されない。また、画像情報に対応して変化させるパラメータは、電圧値、電圧の波形、電圧の周期のいずれか一つでもよいし、これらのうち複数を調整するようにしてもよい。ペン部２の先端部４と画像に表示されている物体との接触状態を適切に表現することができるのであれば、どのように調整してもよい。

例えば、電圧値を高くすれば、ペン部２を操作している人に対して、ペン部２が接触している物体が硬いものであるように感じさせることができる。逆に、電圧値を低くすれば、ペン部２を操作している人に対して、ペン部２が接触している物体が柔らかいものであるように感じさせることができる。
また、電圧波形をトップハット型にすれば、ペン部２を操作している人に対して、ペン部２が接触している物体の表面がねばねばしているように感じさせることができる。逆に、電圧波形をサインカーブにすれば、ペン部２を操作している人に対して、ペン部２が接触している物体の表面が滑りやすいように感じさせることができる。
また、電圧の周波数を高くすれば、ペン部２を操作している人に対して、ペン部２が接触している物体の表面が粗いように感じさせることができる。逆に、電圧の周波数を低くすれば、ペン部２を操作している人に対して、ペン部２が接触している物体の表面が滑らかであるように感じさせることができる。

（電力調整部３２）
上記例では、電力調整部３２は、画像情報に基づいて、予め電力信号情報に設定されている情報（基準情報）に基づいて電力信号を調整している。したがって、同じ画像で同じ座標であれば、常時同じ電力信号がペン部２に供給されるようになっている。

しかし、同じ画像の同じ座標であっても、操作する環境（例えば湿度や気温）によって、同じ電力信号を供給しても人の感覚が異なる可能性がある。したがって、操作する前に基準パターンを表示装置Ｄに表示させて、その基準パターンに沿ってペン部２を移動させた結果（人の感覚など）に基づいて、電力信号を調整するようにしてもよい。もちろん、周囲の環境を測定して、自動的に電力信号を調整するようにしてもよい。

また、同じ電力信号を供給しても個人個人でそれぞれ感覚が異なる。そこで、ペン部２を操作する人に合わせて、電力調整部３２がペン部２の軸部本体３に供給する電力信号を変化させるようにしてもよい。すると、各人の好みに合った操作感とすることができる。例えば、基準パターンを表示装置Ｄに表示させて、その基準パターンに沿ってペン部２を移動させた結果（人の感覚など）に基づいて、電力信号を調整するようにすれば、各個人に適した電力信号を発信させることが可能となる。もちろん、毎回基準パターンを操作して調整してもよいが、事前に測定した各個人の測定結果を各個人のＩＤ等と対応させて記憶しておき、各個人のＩＤ等が入力されると、そのＩＤ等に対応する測定結果に基づいて電力信号を変化させるようにしてもよい。

（複数のペン部２）
上記例では、ペン部２が一つの場合を説明した。しかし、位置検出部２０のペン部位置情報に基づいて、位置判断部３３が複数のペン部２の位置をそれぞれ区別して認識できる場合には、複数のペン部２を複数設けてもよい。すると、各ペン部２のペン部位置情報に基づいて各ペン部２に供給する電力信号を変化させることができるので、複数のペン部２で描画したり文字を書いたりしても、それぞれのペン部２を操作する人に適切な感覚を与えることができる。

本発明の接触式入力装置によりペン部を操作する人が適切な感覚を受けることを確認した。

実験では、電力信号の周波数と電圧を変化させて、被験者がどの程度の周波数と電圧で電気力を認識できるかについて確認した。また、電力信号の波形も、サインカーブとトップハットの２種類で確認した。
実験は、２１歳から２７歳の６名（男性３名、女性３名）で実施し、カバープレートを２つの領域に分けて、一方の領域では電気力が発生し、他方では電気力が発生しない状況として、被験者がどの程度の周波数と電圧で電気力を認識できるかについて確認した。

実験において、ペンに加える電力は図３（Ａ）の回路を有する機器を使用して調整した。実験に使用したペンは一般的なスタイラスペン（先端部にゴムを有する金属製の軸部のもの）の外面に絶縁シートを貼り付けたものであり、金属製の軸部を導線によって回路と接続して電力信号を供給できるようにした。
また、カバープレートには、３Ｍ製の「３Ｍ^TM MicroTouch^TM SCT3250EX」を使用した。

結果を図３（Ｂ）に示す。
図３（Ｂ）に示すように、サインカーブに比べて、トップハットでは電気力を認識できる電圧が周波数の影響を受けないことが確認された。また、電圧は、サインカーブの５０Ｈｚで１３Ｖとなっている以外は２〜６Ｖと程度であり、比較的低い電圧でも電気力を認識できることが確認された。
したがって、本発明の接触式入力装置をモバイル機器に使用することも可能であると考えられる。

また、周波数と電圧によって、被験者が感じる感覚がどのように変化するかを確認した。実験は、２１歳から３５歳の１２名（男性６名、女性６名）で実施した。

結果を図４に示す。
図４に示すように、電圧と周波数を変化させることによって、硬さや滑り、粗さ等が変化することが確認された。
したがって、本発明の接触式入力装置であれば、電力信号を調整すれば、種々の感覚を人に与えることができる可能性があることが確認された。

本実施形態の接触式入力装置は、スマートフォンやホワイトボード等において使用することができる。

１接触式入力装置
２ペン部
３軸部本体
４先端部
５絶縁部
１０カバープレート
１１絶縁プレート
１２電極シート
２０位置検出部
２１レーザーセンサ
３０制御部
３１画像制御部
３２電力調整部
３３位置判断部
Ｄ表示装置

Claims

画面に設置される、一方の電極を有するカバープレートと、
該カバープレートに接触させる、他方の電極を有するペン部と、
該ペン部の他方の電極に接続された制御部と、
前記ペン部と前記カバープレートの表面とが接触した位置を検出する位置検出部と、
を備えており、
該制御部は、
前記画面に表示する画像を制御する画像制御部と、
前記一方の電極と前記他方の電極の間に電力信号を印加する電力調整部と、を有しており、
該電力調整部は、
前記位置検出部が検出した接触位置と前記画面において前記接触位置と対応する位置に表示されている画像に合わせて、前記一方の電極と前記他方の電極の間に印加する電力信号を調整する機能を有しており、
前記電力調整部は、
前記電力信号における、電圧値、電圧の波形、電圧の周波数のいずれか一つまたは複数を調整するものであり、
電圧値を調整して、前記ペン部を操作している人が該ペン部から感じる硬さに関する感覚を調整する機能と、
前記電力信号における電圧の波形を調整して、前記ペン部を操作している人が感じる滑らかさに関する感覚を調整する機能と、
電圧の周波数を調整して、前記ペン部を操作している人が該ペン部から感じる表面粗さに関する感覚を調整する機能と、
基準パターンを画面に表示させて、その基準パターンに沿ってペン部を移動させた結果に基づいて、電力信号を調整する機能と、を有している
ことを特徴とする接触式入力装置。
画面に設置される、一方の電極を有するカバープレートと、
該カバープレートに接触させる、他方の電極を有するペン部と、
該ペン部の他方の電極に接続された制御部と、
前記ペン部と前記カバープレートの表面とが接触した位置を検出する位置検出部と、
を備えており、
該制御部は、
前記画面に表示する画像を制御する画像制御部と、
前記一方の電極と前記他方の電極の間に電力信号を印加する電力調整部と、を有しており、
該電力調整部は、
前記位置検出部が検出した接触位置と前記画面において前記接触位置と対応する位置に表示されている画像に合わせて、前記一方の電極と前記他方の電極の間に印加する電力信号を調整する機能を有しており、
前記電力調整部は、
前記電力信号における、電圧値、電圧の波形、電圧の周波数のいずれか一つまたは複数を調整するものであり、
電圧値を調整して、前記ペン部を操作している人が該ペン部から感じる硬さに関する感覚を調整する機能と、
前記電力信号における電圧の波形を調整して、前記ペン部を操作している人が感じる滑らかさに関する感覚を調整する機能と、
電圧の周波数を調整して、前記ペン部を操作している人が該ペン部から感じる表面粗さに関する感覚を調整する機能と、を有している
ことを特徴とする接触式入力装置。
画面に設置される、一方の電極を有するカバープレートと、
該カバープレートに接触させる、他方の電極を有するペン部と、
該ペン部の他方の電極に接続された制御部と、
前記ペン部と前記カバープレートの表面とが接触した位置を検出する位置検出部と、
を備えており、
該制御部は、
前記画面に表示する画像を制御する画像制御部と、
前記一方の電極と前記他方の電極の間に電力信号を印加する電力調整部と、を有しており、
該電力調整部は、
前記位置検出部が検出した接触位置と前記画面において前記接触位置と対応する位置に表示されている画像に合わせて、前記一方の電極と前記他方の電極の間に印加する電力信号を調整する機能を有しており、
前記電力調整部は、
基準パターンを画面に表示させて、その基準パターンに沿ってペン部を移動させた結果に基づいて、電力信号を調整する機能と、を有している
ことを特徴とする接触式入力装置。
前記電力調整部は、
電圧の波形をトップハット型とサインカーブとを切り替えることによって、前記ペン部を操作している人が感じる滑らかさに関する感覚を調整する
ことを特徴する請求項１、２または３記載の接触式入力装置。
前記ペン部を複数備えており、
前記位置検出部が、
前記カバープレートと各ペン部との接触位置をそれぞれ識別して認識しうるものであり、
前記電力調整部は、
各ペン部の接触位置と前記画面において各ペン部の接触位置と対応する位置に表示されている画像に合わせて、各ペン部にそれぞれ対応する電力信号を供給する機能を有している
ことを特徴する請求項１、２、３または４記載の接触式入力装置。
前記位置検出部が、
複数の光学センサによって前記ペン部の接触位置を検出するものである
ことを特徴する請求項１、２、３、４または５記載の接触式入力装置。