JPWO2016163273A1 - 情報入力ペンおよび情報入力システム - Google Patents

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Abstract

自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描く。スタイラスペン（１）のペン先（１１）は、弾力性を有する導電性ゴム（１２）と、導電性ゴム（１２）に巻き付けられる伸縮性を有する導電性繊維布（１３）とによって構成されている。

Description

本発明は、情報入力ペンに関し、特に、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンに関するものである。
近年、タッチパネルの検出面に接触または近接する指示体（たとえば、ユーザの指やタッチペンなど）の位置を検出することによって、ユーザの指示を受け付けるタッチパネルシステムが、携帯電話および表示装置などの各種の電子情報機器に搭載されることが多くなっている。特に、マルチタッチが可能な投影型の静電容量方式のタッチパネルが、電子情報機器に搭載されることが多くなっている。
投影型の静電容量方式のタッチパネルシステムは、検出面に沿って互いに平行に設けられる複数のドライブラインと、検出面に沿って互いに平行に設けられるとともに複数のドライブラインと交差する複数のセンスラインと、を有するタッチパネルを備える。このタッチパネルは、ドライブラインとセンスラインとの間に形成される静電容量の値が、タッチパネルの検出面に接触または近接した指示体を通じて変化することを利用することによって、検出面における指示体の位置を検出する。したがって、指示体の少なくとも先端部分は導体である必要があり、特に指示体がタッチペンである場合、少なくともペン先が導体である必要がある。
従来のタッチパネルシステムでは、各ドライブラインに所定の電気信号（ドライブ信号）を出力することによって、各ドライブラインと各センサラインとが成す容量の値に応じた所定の信号（センス信号）を各センサラインから取得する。そして、得られたセンス信号に基づきタッチパネルの検出面における静電容量の値の変化の面内分布を算出する。
タッチパネルにタッチペンを接触させる際、その押圧力を変化させることによって、検出面におけるペン先の接触面積を自在に変化させることができる。これによりユーザは、タッチパネルに自由に文字および図形を表示されることができる（特開２０１４−１０２７８８号の段落００４４参照）。
上述した従来のタッチパネルシステムは、ペン先の接触面積に応じた静電容量の面内分布を検出し、その検出結果に応じた「線の太さ」を算出することができる。従来、こうして算出された線の太さにしたがって、タッチパネルに対して筆記入力されたデータを表示するソフトウェアが、筆圧検知アプリケーションとして一般に提供されている。このアプリケーションの実行時にユーザがタッチパネルを用いてタッチパネルの検出面に入力した際に得られる筆跡の例を、図２４に示す。
図２４は、筆圧検知アプリケーションの実行時にユーザが従来のタッチパネルを用いてタッチパネルの検出面に入力した際に得られる筆跡の例を示す図である。この図には、（ａ）押圧力が弱い場合の筆跡、（ｂ）押圧力が強い場合の筆跡、および（ｃ）押圧力がさらに強い場合の筆跡を、それぞれ示す。タッチペンを用いる際の筆圧（押圧力）の違いが、タッチパネルに描かれる線の太さの違いとして表されることが、この図から分かる。
タッチペンのペン先の接触面積を押圧力に応じて変化させることができる従来技術の例として、特許文献１〜５に以下の各発明が開示されている。
特許文献１：筆管体と、筆管体の先端のすげ込み部に設けた模擬筆鋒体において、模擬筆鋒体は、複数段の円筒体から構成され、径の小さい円筒体が、径の大きい円筒体の内部に収納され、且つ軸方向に摺動可能で、各円筒体を同軸に保ちつつ抜け落ち防止構造を有する入れ子構造とし、少なくとも模擬筆鋒体の腰を構成する円筒体以外の円筒体は、外方に向けて付勢手段により付勢されており、付勢されている各円筒体のそれぞれに対する付勢力は穂先側から順に強くなってxいることを特徴とする筆型入力装置。
特許文献２：多孔質の基材と、少なくとも前記基材の表面に一部が露出し、かつ、前記基材の内部で前記基材に結合するゴム質を有する材料と、を有するペン先部材が、ペン本体の端部に取り付け固定されている、ことを特徴とする入力ペン。
特許文献３：使用者に使用されるペン本体を備え、このペン本体の先端部に、導電性のペン先を支持させた静電容量型入力ペンであって、ペン先を、複数本の導電性繊維により筆形に形成したことを特徴とする静電容量型入力ペン。
特許文献４：使用者の手に把持される導電性のペン本体と、該ペン本体と電気的に導通された導電性のペン先とを備えて、静電容量型座標入力パッドに座標情報を入力可能とする静電容量型座標入力パッド用入力ペンに於いて、ペン先が、導電性ゴムにより構成されたことを特徴とする静電容量型座標入力パッド用入力ペン。
特許文献５：導電性材料によりペン軸状に形成され、タッチパネルとの間の静電容量を変化させて当該タッチパネル上の３次元座標を指定する導電部と、前記導電部の一端に非導電性材料により前記導電部よりも細く形成され、前記導電部が３次元座標を指定する際に前記タッチパネルに接触する先端部と、を備える入力装置。
日本国公開特許公報「特開２００９-２５１７０４号（２００９年１０月２９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１３-１８６８０３号（２０１３年９月１９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１０-３９６１０号（２０１０年２月１８日公開）」 日本国公開特許公報「特開平１０-１６１７９５号（１９９８年６月１９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１４-１４２６７６号（２０１４年８月７日公開）」
上述した特許文献１〜５には、以下の課題がある。
特許文献１：押圧力に応じたペン先の太さの変化が、高々数段階程度しかない。さらには、押圧力に応じたペン先の太さの変化が単調増加にならない。
特許文献２：繊維材料とゴム材質とを有する材料を混練させるための手間およびコストが大きくなる。また、この文献では、繊維材料はペン先部材の剛性を高めるために用いられるものであるため、このような繊維材料を有するペン先部材の太さを、押圧力に応じて十分に変化させることはできない。
特許文献３：この技術は、音楽機器アプリケーションに対応したタッチパネルに対するタッチパネルの「タッチして押す」操作のみを想定している。したがって、タッチパネルのペン先の太さを変化させることによって、軌跡の幅を制御することはできない。さらには、タッチペンのペン先が導電性繊維のみによって形成されているので、押圧力に応じてペン先の太さを十分に大きく変化させることができない。
特許文献４：タッチペンのペン先が導電性ゴムのみによって形成されているので、押圧力に応じたペン先の太さの変化が不十分である。さらに、導電性ゴムの摩擦係数が高いことからペン先の滑りが悪く、これによりタッチペンの使用時にユーザにストレスを与えてしまう。
特許文献５：タッチペンのペン先が非導電性材料のみによって形成されているので、押圧力に応じたペン先の太さの変化が不十分である。
これらの文献に開示された各タッチパネルを用いてタッチペンに入力された線の軌跡の例を、図２５に示す。図２５は、従来技術に係る各タッチパネルを用いてタッチペンに入力された線の軌跡の例を示す図である。この図の（ａ）および（ｂ）に示すように、ユーザが、従来技術のタッチペンを用いた線の入力中に筆圧（押圧力）を急激に変化させると、タッチパネルに入力される線の太さが急激に変化する。その結果、描かれた線の軌跡（筆跡）から滑らかさが失われる。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。そしてその目的は、自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描くことができる情報入力ペン、および、当該情報入力ペンを備えた情報入力システムを提供することにある。
本発明の一態様に係る情報入力ペンは、上記の課題を解決するために、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンであって、ペン本体と、導電性ゴムおよび当該導電性ゴムに巻き付けられる導電性繊維布によって構成される導電性のペン先とを備えていることを特徴としている。
本発明の一態様によれば、自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描くことができるという効果を奏する。
本発明の実施形態１に係るタッチ入力システム（情報入力システム）の要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネルの要部構成を示すブロックである。 本発明の実施形態１に係るスタイラスペンの要部構成を示す図である。 本発明の実施形態１におけるペン先の接触面の径（大きさ）と、タッチパネルにおける静電容量の変化の大きさの分布とを示す図である。 本発明の実施形態１における、ペン先の押し込み長とペン先の接触面の径との関係を示す図である。 本発明の実施形態１における、押圧によりユーザがスタイラスペンに与えた荷重と、ペン先の太さの変化量との関係を示す図である。 （ａ）は、従来技術に係る、固いペン先を有するスタイラスペンを用いて書いた文字を示す図であり、（ｂ）は、弾力性および伸縮性を兼ね備えた本発明の実施形態１に係るペン先を有するスタイラスペンを用いて書いた文字を示す図である。 本発明の実施形態２に係るタッチ入力システムの要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る情報入力システムを構成するタッチパネルの要部構成を示すブロックである。 本発明の実施形態２に係る情報入力システムを構成するスタイラスペンの要部構成を示す図である。 本発明の実施形態２において、タッチパネルの入力面に対するペン本体の傾斜角度と導電部の傾斜角度との関係の例を示す図である。 従来のスタイラスペンをタッチパネルの入力面に対して３０°傾けた場合の問題を説明する図である。 従来のスタイラスペンをタッチパネルの入力面に対して４５°傾けた場合の問題を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るスタイラスペンをタッチパネルの入力面に対して３０°傾けた場合の問題を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るスタイラスペンの実装例（写真）を示す図である。 従来のスタイラスペンの傾斜と、タッチパネルのメッシュ間隔に対する重心位置の位置ずれとの関係を示す図である。 本発明の実施形態３に係るタッチ入力システムの要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態３に係るタッチ入力システムを構成するスタイラスペンおよびタッチパネルの要部構成を示す図である。 本発明の実施形態２においてタッチパネルによって検知される前のスタイラスペンの状態を示す図である。 本発明の実施形態３においてタッチパネルによって検知された後のスタイラスペンの状態を示す図である。 本発明の実施形態４に係るタッチ入力システムの要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態４に係るタッチ入力システムを構成するスタイラスペンおよびタッチパネルの要部構成を示す図である。 本発明の実施形態４に係るスタイラスペンにおいて、導電部の傾斜を静電容量の変化の大きさの分布の偏りに応じて調整する様子を示す図である。 筆圧検知アプリケーションの実行時にユーザが従来のタッチパネルを用いてタッチパネルの検出面に入力した際に得られる筆跡の例を示す図である。 従来技術に係る各タッチパネルを用いてタッチペンに入力された線の軌跡の例を示す図である。
本発明に係る第１実施形態を図１〜図７に基づき以下に説明する。
（タッチ入力システム１００の構成）
図１は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００（情報入力システム）の要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、タッチ入力システム１００は、スタイラスペン１（情報入力ペン）および静電容量方式のタッチパネル２によって構成されている。ユーザは、タッチパネル２の入力面に対してスタイラスペン１を接触または近接させることによって、タッチパネル２に対するタッチ入力（タッチ操作）を行う。タッチパネル２は表示装置（不図示）と一体化されており、表示装置の表示面上にタッチパネル２の入力面が重ねて配置されている。
タッチパネル２と表示装置とが一体化された情報入力装置では、ユーザは、表示装置の表示面における操作ボタンなどのオブジェクトが表示された領域をタッチすることによって、情報を入力することができる。また、ユーザは、タッチパネル２に入力面に対してスタイラスペン１をなぞることによって、線および文字を入力することができる。
図２は、本実施形態に係るタッチパネル２の要部構成を示すブロックである。この図に示すように、タッチパネル２は、複数のドライブライン２２および複数のセンスライン２３を有するパネル本体２１と、パネル本体２１のドライブライン２２に駆動信号Ｄｓを印加するドライブライン駆動部２４と、この駆動信号Ｄｓの印加によって生じたセンス信号Ｓｓをセンスライン２３から受信し、センス信号Ｓｓに対するタッチ情報ＩＳｐを生成する信号処理部３０とを備えている。特に図示はしないが、パネル本体２の入力面には透明なカバーガラスが設けられており、スタイラスペン１の使用時にそのペン先１１がこのカバーガラスに触れることになる。
信号処理部３０は、増幅回路３１、信号選択部３２、Ａ／Ｄ変換部３３、復号処理部３４、およびタッチ位置検出部３５を備えている。増幅回路３１は、複数のセンスライン２３からのセンス信号Ｓｓを増幅する。信号選択部３２は、増幅されたセンス信号ＡＳｓを順次選択し、選択した増幅されたセンス信号ＡＳｓを出力する。Ａ／Ｄ変換部３３は、出力された増幅後のセンス信号ＡＳｓをデジタル信号ＤＳｓに変換する。復号処理部３４は、得られたデジタル信号ＤＳｓを、駆動信号Ｄｓの生成に用いられた系列信号に基づく復号のための変換信号を用いて復号して、パネル本体２１においてドライブライン２２とセンスライン２３との交点部における静電容量の変化の大きさに相当する信号強度Ｃｄを取得する。タッチ位置検出部３５は、この信号強度Ｃｄに基づいて、パネル本体２１における静電容量の変化の大きさの分布を算出し、当該分布における重心位置および分布の拡がりに基づいて、パネル本体２１でのユーザによるタッチ位置およびタッチ範囲を示すタッチ情報ＩＳｐを生成することによって、入力面におけるタッチ位置およびタッチ範囲を検出する。
タッチパネル２では、互いに平行に配置された複数のドライブライン２２と、互いに平行に配置されたセンスラインとが立体交差するように配置されている。複数のドライブライン２２および複数のセンスライン２３とによって、升目上の電極パターンが形成される。少なくとも各ドライブライン２２と各センスライン２３との交点は絶縁されている。各交点にはドライブライン２２とセンスライン２３との間の静電容量が発生する。接地された導電性の指示体（指またはスタイラスペン１）がタッチパネル２の入力面に接触または近接すると、指示体付近におけるドライブライン２２とセンスライン２３との間の電荷が指示体を通じて接地方向へ移動する。これにより、指示体付近における静電容量が減少する。タッチパネル２は、この静電容量の変化の大きさを測定するによって、入力面における指示体のタッチ位置（接触位置）または近接位置を検出する。本実施形態では、タッチパネル２は、静電容量の変化の大きさの分布を測定し、当該分布の重心位置および分布の拡がりを算出することによって、交点以外の地点におけるタッチ位置または近接位置ならびにその範囲をも検出することができる。
（スタイラスペン１の構成）
図３は、本実施形態に係るスタイラスペン１の要部構成を示す図である。図３の（ａ）に示すように、スタイラスペン１は、ペン本体１０およびペン先１１を備えている。ペン本体１０およびペン先１１は、導電性の材料によって構成されている。図３の（ｂ）に示すように、ペン先１１は、弾力性を有する導電性ゴム１２と、伸縮性を有する導電性繊維布１３とによって構成されている。
ペン先１１の内部には導電性ゴム１２があり、導電性ゴム１２の周囲に導電性繊維布１３が巻き付けられている。このように、ペン先１１は、導電性ゴム１２および導電性繊維布１３の二重構造を有する。導電性ゴム１２の弾力性と導電性繊維布１３の伸縮性とが相伴って、押圧によるペン先１１の形状変化（径の広がり）をより大きくすることができる。
図３の（ｂ）に示す例では、導電性ゴム１２の形状は立方形である。しかし導電性ゴム１２の形状はこれに限らず、たとえば球状であってもよく、あるいは、スタイラスペン１の先端側が半球状になる形状であってもよい。これらの場合、導電性繊維布１３は、導電性ゴム１２におけるスタイラスペン１の先端側の半球形状を保持するように、導電性ゴム１２に巻き付けられる必要がある。
導電性ゴム１２が導電性繊維布１３によって覆われているので、スタイラスペン１の使用時、タッチパネル２の入力面には導電性ゴム１２ではなく導電性繊維布１３の方が接する。導電性繊維布１３の摩擦係数は導電性ゴム１２に比べて十分に低いので、ペン先１１の内部に導電性ゴム１２があっても、スタイラスペン１の使用時にペン先１１は滑らかに入力面上を滑ることができる。したがってスタイラスペン１は、快適な操作性をユーザに与えることができる。
上述した特許文献３のように、導電性ゴムに導電性繊維を配合することによってペン先を製造する方法には、製造のための多大な手間およびコストが必要である。一方、本発明の実施形態１のように、導電性ゴム１２に導電性繊維布１３を巻き付けることによってペン先１１を製造する方法は、製造のための手間およびコストを最小限に抑えることができる。
図３の（ｃ）に示すように、スタイラスペン１は、使用時にタッチパネル２の入力面に対して一定の角度で傾斜する。ユーザが、スタイラスペン１に荷重を与えることによって、スタイラスペン１のペン先１１をタッチパネル２の入力面に押下する（押し当てる）と、そのときペン先１１に掛かる押圧力に応じて、ペン先１１の形状が変化する。さらに、この形状変化に応じて、タッチパネル２における静電容量の変化の大きさの分布も変化する。これらの点について、図４を参照して以下に説明する。
（静電容量の分布例）
図４は、本実施形態におけるペン先１１の接触面の径（大きさ）と、タッチパネル２における静電容量の変化の大きさの分布とを示す図である。図４の（ａ）および（ｂ）は、押圧力の強弱によるペン先１１の径の違いを示す。図４の（ａ）は、押圧力が弱い場合のペン先１１の経を示し、図４の（ｂ）は、押圧力が強い場合のペン先１１の径を示す。これらの図に示すように、押圧力が大きいほど、ペン先１１の径はより大きくなる。
図４の（ａ）および（ｂ）の状態のペン先１１がタッチパネル２に接触した場合のタッチパネル２における静電容量の分布を、図４の（ｃ）および（ｄ）にそれぞれ示す。これらの図から分かるように、ペン先１１の接触面が大きいほど、静電容量の面内分布がより拡がりかつ静電容量の値がより大きい。タッチパネル２は、図４の（ｃ）または（ｄ）に示すような静電容量の面内分布を検出し、その検出結果に応じた線の太さを算出する。
（変化の分解能）
図５は、本実施形態における、ペン先１１の押し込み長とペン先１１の接触面の径との関係を示す図である。図５の（ａ）に、スタイラスペン１が押圧されない場合のペン先１１の径Ｄを示す。本実施形態では、この場合のペン先１１の径Ｄは３ｍｍであるとする。また、ペン先１１において導電性ゴム１２の外側に巻き付けられている導電性繊維布１３の厚さは０．２５ｍｍであるとする。
図５の（ｂ）に、スタイラスペン１が押圧され、ペン先１１が押し込み長Ｌｎだけペン本体１０側に押し込まれた場合のペン先１１の径Ｄｎを示す。Ｄｎ＝Ｄ（１＋α（Ｌｎ／ＬＭａｘ））である。ここで、ＬＭａｘは、ペン先１１において可能な接触面の最大押し込み長である。αは所定の係数であり、本実施形態ではα＝０．２である。図５の（ｂ）に、Ｌｎ＝ＬＭａｘ／２である場合を示す。この段階では、導電性ゴム１２の外側にある導電性繊維布１３が広がることによって、ペン先１１の径が押圧力に応じて大きくなる。
図５の（ｃ）に、スタイラスペン１が押圧され、ペン先１１が最大押し込み長ＬＭａｘだけペン本体１０側に押し込まれた場合のペン先１１の経ＤＭａｘを示す。ＤＭａｘ＝Ｄ（１＋α）である。押し込み長が最大のＬＭａｘであるとき、ペン先１１の最大径ＤＭａｘが達成される。この段階では、導電性ゴム１２の周囲の導電性繊維布１３に加えて、導電性ゴム１２の径も荷重に応じて変化することによって、最大径ＤＭａｘが達成される。
図６は、本実施形態における、押圧によりユーザがスタイラスペン１に与えた荷重と、ペン先１１の太さの変化量との関係を示す図である。図６の（ａ）および（ｂ）のいずれも、荷重の変化に対するペン先１１の変化が単調に増加することを示している。図６の（ａ）に示すグラフ６１は、荷重の変化に対するペン先１１の太さの変化が線形関係になっている。一方、図６の（ｂ）に示すグラフ６２は、荷重の変化に対するペン先１１の太さの変化が、曲線関係になっている。スタイラスペン１は、図６の（ａ）に示す理想的な線形関係を有するペン先１１を備えていることが好ましい。
α＝０．２であるため、最大荷重ＤＭａｘがスタイラスペン１に与えられた場合、ペン先１１の太さは、元の（すなわち荷重がない場合の）太さよりも２０％増加する。たとえば、２００ｇの最大荷重ＤＭａｘがスタイラスペン１に与えられた場合、ペン先１１の太さは最大で０．６ｍｍ（＝３ｍｍ×０．２０）増加する。
一般的に、人手による最大荷重ＤＭａｘは、３００ｇ〜４００ｇであることが分かっている。本実施形態では、ペン先１１の太さの変化量に対する分解能は、ドライブライン２２とセンスライン２３との交点に設けられるセンサのピッチの０．０５％である。たとえばセンサピッチが４ｍｍであれば、ペン先１１の太さの変化の分解能は０．００２ｍｍ／ｇである。この場合、タッチパネル２は、０．００２ｍｍ単位の刻みでペン先１１の太さ（すなわち線の太さ）の違いを正確に算出することができる。
（線の比較）
図７の（ａ）は、従来技術に係る、固いペン先を有するスタイラスペンを用いて書いた文字を示す図であり、図７の（ｂ）は、本実施形態に係る、弾力性および伸縮性を兼ね備えたペン先１１を有するスタイラスペン１を用いて書いた文字を示す図である。
従来技術に係るスタイラスペンのペン先は固いので、ユーザがスタイラスペンに荷重を与えてもペン先の太さが変化しない。したがって、従来技術に係るスタイラスペンを用いてユーザが荷重を変えながら書いた文字は、図７の（ａ）に示すように、線の太さが常に一定である。その結果、図７の（ａ）の矢印に示すように、書いた文字の「はらい」がまったく表現されない。
一方、本発明の実施形態１に係るスタイラスペン１のペン先１１は、導電性ゴム１２の柔軟性と導電性繊維布１３の伸縮性とを兼ね備えており、また非常に柔らかい。したがって、ユーザが、本発明の実施形態１に係るスタイラスペン１を用いて、スタイラスペン１に与える荷重を変えながらタッチパネル２の入力面に文字を書くと、ペン先１１への押し込みの強度（すなわち押圧力）の変化に応じて、ペン先１１の接触面の径（太さ）が適宜変化する。この結果、図６の（ｂ）の矢印に示すように、描かれた線の「はらい」が、ユーザの意図通りに正確にタッチパネル２上に表現される。すなわちユーザは、スタイラスペン１を用いることによって、本物の筆を用いた自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネル２に描くことができる。
〔実施形態２〕
本発明に係る第２実施形態を図８〜図１６に基づき以下に説明する。
（タッチ入力システム１００ａの構成）
図８は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ａ（情報入力システム）の要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、タッチ入力システム１００ａは、スタイラスペン１ａ（情報入力ペン）および静電容量方式のタッチパネル２ａによって構成されている。
図９は、本実施形態に係るタッチパネル２ａの要部構成を示すブロックである。この図に示すように、本実施形態に係るタッチパネル２の構成および機能は、実施形態１に係るタッチパネル２と基本的に同じである。したがって、タッチパネル２に関する詳細な説明を省略する。
（スタイラスペン１ａの構成）
図１０は、スタイラスペン１ａの要部構成を示す図である。図１０の（ａ）に示すように、スタイラスペン１ａは、ペン本体１０、ペン先１１、および導電部１５を備えている。本実施形態のペン本体１０は、非導電性の材料によって構成されている。一方、ペン先１１および導電部１５はいずれも導電性の材料によって構成されている。
特に図示しないが、本実施形態に係るペン先１１は、本発明の実施形態１と同様に、導電性ゴム１２と、導電性ゴム１２の周囲に巻き付けられる導電性繊維布１３とによって構成されている。これにより、ペン先１１の太さは、使用時にスタイラスペン１ｂに与えられる荷重に応じて、少なくとも１０２４段階の分解能で変化する。したがって、ユーザがスタイラスペン１ｂを使用してタッチパネル２に文字を書くと、描かれる線の太さが荷重に応じて自在に変化する。
ペン本体１０には、スタイラスペン１ａの長さ方向に対して３０°傾斜する傾斜面が形成されており、導電部１５はこの傾斜面に形成されている。これにより導電部１５は、ペン本体１０の長さ方向に対して斜めに配置されており、より具体的にはペン本体１０の長さ方向に対して３０°傾斜している。言い換えると、スタイラスペン１ａの長さ方向と導電部１５の長さ方向とが成す角度は３０°である。導電部１５の一端はペン先１１に電気的に接続されている。
ペン本体１０におけるスタイラスペン１ａを握る箇所には、複数の窪み１４が形成されている。これらの窪み１４は、ユーザがスタイラスペン１ａを握ったときにユーザの指にフィットする形状を有している。ユーザが自身の指を複数の窪みにフィットさせるようにしてスタイラスペン１ａを自然に握ると、導電部１５がスタイラスペン１ａの上側（表側）に来る。
スタイラスペン１ａにおけるユーザが握る箇所の一部には、図示しない導体部分が設けられている。導電部１５は、この導体部分とペン先１１とを電気的に接続することによって、人体を介してスタイラスペン１ａを接地させる共に、タッチパネル２ａ内の静電容量を接地方向へ移動させる導線の役割を果たしている。この導体部分は、窪み１４に設けられることが望ましい。
本実施形態では、従来例と異なり、ペン先１１を小さくしているため、タッチパネル２ａに現れる静電容量の変化は、スタイラスペン１ａの先端に存在する導体部分にほぼ起因する。本実施形態の場合、スタイラスペン１ａの先端に存在する導体はペン先１１および導電部１５に相当する。導電部１５の長さがペン先１１よりも十分に大きいことから、測定される静電容量の変化の大きさの分布に与える影響の大部分を、入力面に対する導電部１５の傾斜角度に基づく影響が占めている。
図１０の（ａ）に示すように、スタイラスペン１ａは、使用時にタッチパネル２ａの入力面に対して一定の角度で傾斜する。導電部１５はスタイラスペン１ａの長さ方向に対して３０°傾斜しているので、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度と導電部１５の傾斜角度とは互いに異なる。
（傾斜角度間の関係）
図１１は、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度と導電部１５の傾斜角度との関係の例を示す図である。
図１１の（ａ）では、スタイラスペン１ａは、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度が３０°になるように傾いている。このとき入力面に対する導電部１５の傾斜角度は６０°である。すなわち導電部１５は、入力面と垂直な方向に対して３０°傾いている。
図１１の（ｂ）では、スタイラスペン１ａは、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度が６０°になるように傾いている。このとき入力面に対する導電部１５の傾斜角度は９０°である。すなわち導電部１５は、入力面と垂直な方向に対してまったく傾いておらず、言い換えると入力面に対して直立している。
図１１の（ｃ）では、スタイラスペン１ａは、タッチペンに対するペン本体の傾斜角度が９０°になるように直立している。このとき入力面に対する導電部１５の傾斜角度は６０°である。したがって導電部１５は、入力面と垂直な方向に対して３０°傾いている。
図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、スタイラスペン１ａでは、ペン先１１がタッチパネル２ｂの入力面に接触するとき、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度が３０°〜９０°の範囲内において、入力面に対する導電部１５の傾斜角度は６０°〜９０°（６０°以上かつ９０°以下）である。言い換えると、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度は０°〜３０である。導電部１５がこれらの範囲の角度で傾いている場合、詳しくは後述するが、入力面に対するペン先１１の実際のタッチ位置（または近接位置）と、測定された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所に関わらず一定になる。これにより、静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部１５の影響を抑えることができるので、検出されるタッチ位置（または近接位置）のばらつきを抑えることができる。
また、図１１の（ａ）に示すように、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペン１ａの傾斜角度を大きくしても、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度は３０°と小さい。したがって、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペン１ａを大きく傾けた場合であっても、検出されるタッチ位置のばらつきを抑えることができる。
さらには、スタイラスペン１ａは、測定される静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部１５の影響が考慮されているので、特許文献１に開示されたスタイラスペンとは異なり、当該影響を低減するためにペン先１１を大きくする必要がない。したがって、ペン先１１が十分に小さくても、スタイラスペン１ａを大きく傾けたときの、検出されるタッチ検出のばらつきを抑えることができる。
（軌跡の比較）
従来のスタイラスペンを入力面の垂直方向に対して大きく傾けると、タッチパネル２ａにおけるペン先の軌跡はギザギザになる問題が生じる。一方、本実施形態に係るスタイラスペン１ａではそのような問題は生じない。その理由について、図１２〜１４を参照して以下に説明する。なお、ここでいう従来のスタイラスペンとは、たとえば図１６および図１７に示すような、ペン全体が導体で構成されており、かつ、ペン先が固い導電性材料によって構成されているスタイラスペンのことである。
図１２は、従来のスタイラスペンをタッチパネル２ａの入力面に対して３０°傾けた場合の問題を説明する図である。この図の例では、ユーザは、スタイラスペンをタッチパネル２ａの入力面に対して３０°傾けて、入力面をなぞる。このとき入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度は６０°である。この場合、タッチパネル２ａにおけるペン先のタッチ検出位置がばらつくので、ペン先が直線的に動いたとしても、図１２の（ｂ）のようにその軌跡はギザギザになる。
これは、図１２の（ｃ）に示すように、導体部分の検知範囲が大きくことによって、静電容量の変化が現れる範囲が広くなることが原因である。図１２の（ｃ）に示す範囲における静電容量の変化の大きさの分布を、図１２の（ｄ）に示す。図１２の（ｃ）および（ｄ）に示すように、この分布の形状はｘ方向において大きく非対称である。この非対称性が原因となって、実際のタッチ位置と、算出された分布の重心位置との間に差（すなわち位置ずれ）が生じる。
タッチパネルの静電容量は、入力面内において一定ではなく、その場所によって微小な差異がある。このため、２つの場所における静電容量の変化が現れる範囲が同じ大きさであったとしても、それぞれの場所における変化の大きさの分布は必ずしも同じになるとは限らない。
従来のスタイラスペンを入力面の垂直方向に対して大きく傾けることによって、タッチパネル２ａにおける静電容量の変化が現れる範囲が大きくなれば、算出される分布の重心位置は、入力面における実際のタッチ位置から大きく離れてしまう。入力面上をペン先が動いたとしても、実際のタッチ位置と算出される重心位置との差が一定であれば、算出された重心位置にタッチ入力の軌跡を表示したとしても、ペン先の動きを再現する表示を行うことができる。しかし、場所によるタッチパネルの静電容量差の影響によって、検出される分布の範囲が場所によって変化するので、ペン先の実際のタッチ位置と算出される重心位置と差も場所によって変化する。このためペン先の動きを忠実に表示できず、図１２の（ｂ）に示すようにその軌跡がギザギザになる.
図１３は、従来のスタイラスペンをタッチパネル２ａの入力面に対して４５°傾けた場合の問題を説明する図である。この図の例では、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度は４５°である。この場合、図１３の（ｂ）に示すように、依然としてスタイラスペンの軌跡はギザギザになる。
これは、図１３の（ｃ）に示すように、導体部分の検知範囲が大きくなることによって静電容量の変化が現れる範囲が広くなることが原因である。図１３の（ｃ）に示す範囲における静電容量の変化の大きさの分布を、図１３の（ｄ）に示す。図１３の（ｃ）および（ｄ）に示すように、この分布の形状はｘ方向において非対称である。この非対称性が原因となって、実際のタッチ位置と算出された分布の重心位置との位置ずれが生じ、その位置ずれが入力面の場所によって異なるので、図１３の（ｂ）に示すように軌跡がギザギザになる。図１３の例では、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度が図１２の例よりも小さいので、ギザギザの度合いはより小さいが、それでも問題になることに変わりはない。
図１４は、本実施形態に係るスタイラスペン１ａをタッチパネル２ａの入力面に対して３０°傾けた場合の問題を説明する図である。この図の例では、ユーザは、スタイラスペン１ａをタッチパネル２ａの入力面に対して３０°傾けて入力面をなぞる。このとき入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度は６０°である。スタイラスペン１ａにおいて、スタイラスペン１ａの長さ方向に対する導電部１５の傾斜角度は３０°であるので、導電部１５は入力面に対して６０°傾斜する。すなわち、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度は３０°である。
この場合、タッチパネル２ａにおけるペン先の検知結果が一定になるので、図１４の（ｂ）のようにその軌跡がギザギザにならずに滑らかになる。これは、図１４の（ｃ）に示すように、入力面と垂直な方向に対して導電部１５があまり傾いていないので、導電部１５の検知範囲が大きくならず、静電容量の変化が現れる範囲が狭くなるからである。図１４の（ｃ）は、スタイラスペン１に対する荷重が小さいためにペン先１１の接触面の径が小さい場合の静電容量を示す。図１４の（ｃ）に示す範囲における静電容量の変化の大きさの分布を、図１４の（ｄ）に示す。図１４の（ｃ）および（ｄ）に示すように、分布の形状はｘ方向において対称的である。分布が対照的であるため、実際のタッチ位置と、検出された分布の重心位置との位置ずれが生じず、その結果、図１４の（ｂ）に示すように細い線の軌跡が滑らかになる。
図１４の（ｄ）は、スタイラスペン１に対する荷重が大きいためにペン先１１の接触面の径が大きい場合の静電容量を示す。図１４の（ｄ）に示す範囲における静電容量の変化の大きさの分布を、図１４の（ｅ）に示す。図１４の（ｄ）および（ｅ）に示すように、ペン先１１の接触面の径が大きく、それによって静電容量の分布がより広い場合であっても、分布の形状はｘ方向において対称的である。分布が対照的であるため、実際のタッチ位置と、検出された分布の重心位置との位置ずれが生じず、その結果、特に図示はしないが、太い線の軌跡が滑らかになる。
図１５は、本実施形態に係るスタイラスペン１の実装例（写真）を示す図である。図１５の（ａ）に、与えられる荷重が小さい場合のスタイラスペン１の写真を示し、（ｂ）に、与えられる荷重が大きい場合のスタイラスペン１の写真を示す。図１５の（ａ）の楕円１５１内に示すように、スタイラスペン１に小さい荷重が与えられる場合、ペン先１１が変形しないので、タッチパネル２に対するペン先１１の接触面は小さくなる。これにより細い線がタッチパネル２上に描かれる。一方、図１５の（ｂ）の楕円１５２内に示すように、スタイラスペン１に大きい荷重が与えられる場合、ペン先１１が変形するので、タッチパネル２に対するペン先１１の接触面は大きくなる。これにより太い線がタッチパネル２上に描かれる。
上述したように、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度がより小さいと、タッチパネル２ａにおいて静電容量の変化が現れる範囲がより狭くなる。これにより、算出される重心位置と実際のタッチ位置との差もより小さくなる。静電容量の変化が現れる範囲がより狭ければ、測定された静電容量の変化の大きさの分布が場所によるタッチパネルの静電容量差の影響によって変化しても、算出された重心位置と実際のタッチ位置との差の場所による変動はごくわずかである。このことは、その差が入力面の場所に関わらず一定であることと実質的に同じである。したがって、本実施形態に係るスタイラスペン１ａをタッチパネル２ａの入力面に対して図１４の（ａ）に示すように６０°傾けて用いたとしても、図１４の（ｂ）に示すように、表示されるタッチ位置の軌跡は、ペン先１１の動きを忠実に再現した滑らかものになる。
本実施形態に係るタッチ入力システム１００ａにおいて、算出された重心位置とペン先１１の実際のタッチ位置との差が入力面の場所に関わらず一定であることは、算出された重心位置と実際のタッチ位置との差が入力面の場所に応じて異なったとしても、ある場所における差と別の場所における差との間の差が、表示面における最小認識単位（最小表示単位）以下であることと同義である。
（メッシュ間隔と位置ずれとの関係）
上述したように、分布における重心位置のずれは、タッチパネルにおいて検知される傾斜したスタイラスペンの導体部分の面積が、タッチパネルにおける静電容量の変化の大きさの分布の形状に影響を与えて当該分布を非対称にすることによって発生する。この問題の程度は、タッチパネルにおける静電容量のメッシュ間隔に応じて異なる。
静電容量方式のタッチパネルでは、静電容量は、メッシュ間隔とよばれる一定の間隔で形成されている。タッチパネルは、静電容量の変化の大きさの分布を測定してその分布の重心位置を算出するとき、入力面内におけるある一定の領域内の分布の拡がりを算出に用いる。メッシュ間隔がより小さいタッチパネルでは、メッシュ間隔がより大きいタッチパネルに比べて、一定領域内に含まれるより多くの交点における静電容量が変化する。したがって、メッシュ間隔がより小さいタッチパネルでは、より多くのデータを用いて重心位置を算出するができるため、タッチパネルにおける場所ごとの静電容量差の影響を平均化できる。この結果、スタイラスペンの傾斜によって発生するペン先位置と重心位置との誤差は、タッチされる場所が変わっても大きく変動しない。
一方、メッシュ間隔がより大きいタッチパネルでは、より少ないデータを用いて重心位置を求める必要があるため、タッチパネルにおける場所ごとの静電容量差の影響を大きく受ける。これにより、スタイラスペンの傾斜によって発生するペン先位置と重心位置との差が、タッチ位置の場所が変わると大きく変動するという問題が発生する。
図１６は、従来のスタイラスペンの傾斜と、タッチパネルのメッシュ間隔に対する重心位置の位置ずれとの関係を示す図である。図１６において、横軸はスタイラスペンの傾斜であり、横軸はメッシュ間隔である。重心位置のずれの分布を、等高線として表す。縦軸は、ペンタッチ検出に対応したタッチパネルにおけるメッシュ間隔の一般的な範囲を、規格値として表している。言い換えると、ペンタッチ検出向けのタッチパネルにおけるメッシュ間隔は、図１６の縦軸に示す範囲内にある。
この図に示すように、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペン１ａの傾斜角度がより大きい場合、重心位置のずれがより大きくなる。また、メッシュ間隔がより大きい場合も、重心位置のずれがより大きくなる。入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度が大きいと、スタイラスペン１ａの傾斜によって発生する、タッチパネルにおいて検出される導体部分の面積が増加する。一方、メッシュ間隔が大きいと、タッチされたペン先の実際の位置と、検出された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との誤差が大きくなる。
図１６の点線は、タッチパネルにおけるスタイラスペンの軌跡の再現を保証できる重心位置ずれの境界線を示している。図１６の等高線において、点線よりも左側の条件下では、スタイラスペンの軌跡の再現を保証できる。一方、点線よりも右側条件下では、スタイラスペンの軌跡の再現を保証できない。メッシュ間隔が小さければ、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度が０°〜約４０°の範囲で、スタイラスペンの軌跡の再現を保証できる。逆に、メッシュ間隔が大きければ、入力面に対するスタイラスペンの傾斜角度が０°〜３０°弱までの範囲で、スタイラスペンの軌跡の再現を保証できる。
メッシュ間隔が同じであっても、ドライブラインおよびセンスラインのパターン形状および材質、ならびにカバーガラスの厚さに応じて、検出される静電容量の変化の大きさに影響するノイズの大きさが異なる。図１６は、これらノイズの影響を考慮し、ノイズが最悪になるパターン形状および材質ならびにカバーガラスの厚さを有するタッチパネルにおける境界線を示している。この過剰マージンを考慮すると、ペンタッチ検出向けのタッチパネルにおいて、入力面に垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度が３０°以内であれば、メッシュ間隔に関わらずスタイラスペンの軌跡の再現を保証することができることが分かる。
図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態に係るスタイラスペン１ａの通常使用範囲内では、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度は０°〜３０°である。一方、図１６に示すように、入力面に垂直な方向を基準にした、全体が導電材料でできたスタイラスペンの入力面に対する傾斜角度が３０°以内であれば、メッシュ間隔に関わらずスタイラスペンの軌跡の再現を保証することができる。したがって、本実施形態に係るスタイラスペン１ａは、通常の使用範囲内において、入力面におけるタッチ位置の軌跡の再現を保証することができる。
また、ユーザがスタイラスペン１ａを持つときに、導電部１５に接続された導体部分にユーザの手が触れるので、ペン先１１および導電部１５の双方が人間と同じ電位（接地）になる。これにより、ペン先１１および導電部１５が浮遊状態にならないので、静電容量の変化の大きさの分布がより安定する。その結果、タッチ位置をより高精度に検出することができる。
〔実施形態３〕
本発明に係る第３実施形態を図１７〜図２０に基づき以下に説明する。
図１７は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ｂの要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、タッチ入力システム１００ｂは、スタイラスペン１ｂ（情報入力ペン）および静電容量方式のタッチパネル２ｂによって構成されている。
図１８は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ｂを構成するスタイラスペン１ｂおよびタッチパネル２ｂの要部構成を示す図である。スタイラスペン１ｂは、実施形態２のスタイラスペン１ａが備える各部材に加えて、可動部１６および固定部１７をさらに備えている。タッチパネル２ｂは、実施形態２のタッチパネル２ａが備える各部材に加えて、近接検知部４０および固定指示部４１をさらに備えている。
特に図示しないが、本実施形態に係るペン先１１は、本発明の実施形態１と同様に、導電性ゴム１２と、導電性ゴム１２の周囲に巻き付けられる導電性繊維布１３とによって構成されている。これにより、ペン先１１の太さは、使用時にスタイラスペン１ｂに与えられる荷重に応じて、少なくとも１０２４段階の分解能で変化する。したがって、ユーザがスタイラスペン１ｂを使用してタッチパネル２に文字を書くと、描かれる線の太さが荷重に応じて自在に変化する。
図１９は、タッチパネル２ｂによって検知される前のスタイラスペン１ｂの状態を示す図である。この図に示すように、可動部１６は、スタイラスペン１ｂのペン先１１がタッチパネル２ｂの入力面から一定距離以上離れているとき、ペン先１１および導電部１５を含む箇所を動かす。言い換えると、可動部１６は、スタイラスペン１ｂの近接がタッチパネル２ｂによって検知されないとき、タッチパネル２ｂの入力面に対する導電部１５の長さ方向の傾斜角度が、入力面におけるペン先１１の接触位置とペン先１１が入力面に接触することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所（ペン先１１の接触位置）に関わらず一定になる所定の角度になるように、ペン先１１および導電部１５を含む導電部１５を動かす。この条件を満たす所定の角度は、実施形態２において説明したように、たとえば６０°〜９０°である。
図１９の（ａ）〜（ｃ）の例では、ペン本体１０がどのような角度で傾斜していても、ペン先１１が自然と地面に向き、かつ導電部１５が重力方向と平行になるように、ペン先１１および導電部１５を含む箇所が動く。このとき、導電部１５は入力面に対して直立している。すなわち、導電部１５の長さ方向と入力面とが成す角度は９０°である。
図２０は、タッチパネル２ｂによって検知された後のスタイラスペン１ｂの状態を示す図である。スタイラスペン１ｂのペン先１１がタッチパネル２ｂの入力面に一定距離以内に近づくと、タッチパネル２ｂ内の近接検知部４０がそれを検知し、それを固定指示部４１に通知する。スタイラスペン１ｂとタッチパネル２ｂとは無線通信可能であり、固定指示部４１は近接検知部４０からの通知を受けて、スタイラスペン１ｂに対し、ペン先１１がタッチパネル２ａによって検知した旨を通知すると共に、ペン先１１を固定するように指示する。
スタイラスペン１ｂにおいて、この指示を固定部１７が受信する。固定部１７は、この指示を受けて、可動部１６に対してペン先１１および導電部１５を含む箇所を固定するように指示する。これにより可動部１６は、ペン先１１および導電部１５を含む箇所を固定する。
図１９の（ｂ）に示す状態のスタイラスペン１ｂのペン先１１を、この傾斜角度を維持したままタッチパネル２ｂの入力面に接触させると、スタイラスペン１ｂの状態は、図２０の（ａ）に示すものになる。このとき、ペン先１１および導電部１５を含む箇所は固定されているので、図２０の（ｂ）または（ｃ）に示すように、スタイラスペン１ｂの全体を入力面に向けてさらに傾けたとしても、ペン先１１および導電部１５を含む箇所はペン本体１０に対して相対的に動くことはない。
上述したように、スタイラスペン１ｂがタッチパネル２ｂによって検知される前では、導電部１５の長さ方向は、タッチパネル２ｂの入力面に対して直立している。すなわち、入力面に対する導電部１５の傾斜角度は９０°である。これにより、スタイラスペン１ｂのペン先１１がタッチパネル２ｂに接触する時点では、導電部１５は、入力面に対する傾斜角度が９０°の状態で固定される。この後、ユーザがタッチパネル２ｂを持ち続ける間に、スタイラスペン１ｂが入力面に対してより傾斜する可能性がある。しかし、タッチパネル２ｂの通常の使用範囲では、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペン１ｂが６０°を超えて大きく傾くことはないため、入力面に対する導電部１５の傾斜角度は、スタイラスペン１ｂの使用時に６０°〜９０°の範囲内に保たれる。
したがって本実施形態に係るスタイラスペン１ｂでは、実施形態１のスタイラスペン１ａと同様に、ペン先１１によって発生する静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部１５の影響を小さく抑えることができる。これにより、ペン先１１が十分に小さくても、スタイラスペン１ｂを傾けたときにタッチ検出位置のばらつきを抑えることができる。
〔実施形態４〕
本発明に係る第４実施形態を図２１〜図２３に基づき以下に説明する。
図２１は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ｃの要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、タッチ入力システム１００ｃは、スタイラスペン１ｃ（情報入力ペン）および静電容量方式のタッチパネル２ｃによって構成されている。
図２２は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ｃを構成するスタイラスペン１ｃおよびタッチパネル２ｃの要部構成を示す図である。スタイラスペン１ｃは、実施形態２のスタイラスペン１ａが備える各部材に加えて、可動部１６および角度調整部１６をさらに備えている。タッチパネル２ｃは、実施形態１のタッチパネル２ａが備える各部材に加えて、分布偏向判定部４２および角度調整指示部４３をさらに備えている。
特に図示しないが、本実施形態に係るペン先１１は、本発明の実施形態１と同様に、導電性ゴム１２と、導電性ゴム１２の周囲に巻き付けられる導電性繊維布１３とによって構成されている。これにより、ペン先１１の太さは、使用時にスタイラスペン１ｃに与えられる荷重に応じて、少なくとも１０２４段階の分解能で変化する。したがって、ユーザがスタイラスペン１ｃを使用してタッチパネル２に文字を書くと、描かれる線の太さが荷重に応じて自在に変化する。この結果、スタイラスペン１の押圧力の変化に応じた線の太さの変化を、実用レベルの高精度にすることができる。
本実施形態のスタイラスペン１ｃでは、実施形態３と同様に、可動部１６は、ペン先１１および導電部１５を含む箇所を動かすことができる。本実施形態では、可動部１６はステッピングモータおよび制御回路を備えており、これらの働きによって、ペン先１１および導電部１５を含む箇所のペン本体１０に対する傾斜角度を調整する。
タッチパネル２ｃにおいて、タッチ位置検出部３５は、測定した静電容量の変化の大きさの分布を示すデータを、分布偏向判定部４２に出力する。分布偏向判定部４２は、入力されたデータに基づき、当該分布の偏りが所定の基準値を超えるか否かを判定し、その結果を角度調整指示部４３に通知する。スタイラスペン１ｃとタッチパネル２ｃとは無線通信可能であり、角度調整指示部４３は、偏りが基準値を超える旨の通知を受けると、分布がｘ軸におけるどの方向に偏っているのかを示す情報をスタイラスペン１ｃに送信すると共に、スタイラスペン１ｃに対して、ペン先１１の角度を分布の偏りをより低減する角度に調整するように指示する。
スタイラスペン１ｃにおいて、この情報および指示を角度調整部１６が受信する。角度調整部１６は、可動部１６のステッピングモータおよび制御回路を制御することによって、ペン先１１および導電部１５の角度を、分布の偏りをより低減させる角度に変更する。
図２３は、スタイラスペン１ｃにおいて、導電部１５の傾斜を静電容量の変化の大きさの分布の偏りに応じて調整する様子を示す図である。図２３の（ａ）〜（ｃ）の上側にスタイラスペン１ｃを示し、下側に静電容量の変化の大きさの分布を示す。
スタイラスペン１ｃが、図２３の（ａ）に示す状態で入力面に接触しているとき、導電部１５の長さ方向は入力面に対して垂直であるので、測定される静電容量の変化の大きさの分布に偏りは存在しない。したがって分布偏向判定部４２は、分布の偏りは所定の基準値を超えないと判定し、角度調整指示部４３にその旨を通知する。これを受けて角度調整指示部４３は角度調整をスタイラスペン１ｃに指示しないので、スタイラスペン１ｃは、導電部１５の傾斜角度を調整しない。
一方、スタイラスペン１ｃが図２３の（ｂ）に示す状態で入力面に接触しているとき、導電部１５の長さ方向は入力面に一定の角度で傾斜しているので、測定される静電容量の変化の大きさの分布に偏りが存在する。この図の例では、分布はｘ軸における＋ｘに方向に偏っている。分布偏向判定部４２は、この偏りが所定の基準値を超えていると判定し、角度調整指示部４３にその旨を通知する。これを受けて角度調整指示部４３は、分布が＋ｘ方向に偏っていることを通知すると共に、導電部１５の角度調整をスタイラスペン１ｃに指示する。角度調整部１６は、これを受けて、導電部１５の傾斜角度を、分布の＋ｘ方向における偏向を低減させる角度に調整する。具体的には、入力面に対する導電部１５の傾斜角度をより増加させるように、可動部１６を制御する。
図２３の（ｃ）に示す例では、可動部１６は、角度調整部１６の制御を受けることによって、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度が０°になるように、導電部１５を動かす。これにより分布に対する導電部１５の影響を完全に抑制することができるので、分布の偏りを無くすることができる。この結果、分布の対称性が保持されるので、検出されるタッチ位置のばらつきを完全に無くすことができる。
実施形態２および３において説明したように、入力面に対する導電部１５の傾斜角度が、ペン先１１の接触位置と分布における重心位置との差が、入力面の場所（ペン先１１の接触位置）に関わらず一定になる所定の角度（６０°〜９０°）であれば、検出されるタッチ位置のばらつきを抑えることができる。言い換えると、導電部１５の傾斜角度がこの範囲内にある場合の分布の偏り（非対称性）は、タッチ位置のばらつきに影響を与えることのない、十分に許容されるものである。そこで角度調整部１６は、測定された分布に一定以上の偏りがある旨の通知をタッチパネル２ｃから受けたとき、入力面に対する導電部１５の傾斜角度が６０°〜９０°の範囲の角度に近づくように、可動部１６を制御することによって、導電部１５の傾斜角度を調整すればよい。
これを実現するためには、入力面に対する導電部１５の傾斜角度と、そのとき測定される分布の偏りの程度との相対関係を示すデータを予め取得しておき、スタイラスペン１ｃに用意しておけばよい。角度調整部１６は、入力面に対する導電部１５の傾斜角度を、所望の角度に調整する場合、当該所望の角度に対応する偏りデータをタッチパネル２ｃから受信するまで、導電部１５の傾斜角度の調整を繰り返せばよい。
以上のように、本実施形態に係るスタイラスペン１ｃでは、実施形態１のスタイラスペン１ａと同様に、ペン先１１によって発生する静電容量の変化の大きさの分布の偏りを小さく抑えることができる。これにより、ペン先１１が十分に小さくても、スタイラスペン１ｃを傾けたときにタッチ検出位置のばらつきを抑えることができる。したがって、スタイラスペン１に与えられる荷重が小さい故にタッチパネル２に対するペン先１１の接触面の径が小さい場合、タッチパネル２に描かれる細い線の軌跡がギザギザになることを防止できる。同様に、スタイラスペン１に与えられる荷重が大きい故にタッチパネル２に対するペン先１１の接触面の径が大きい場合、タッチパネル２に描かれる太い線の軌跡がギザギザになることも防止できる。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る情報入力ペンは、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンであって、ペン本体と、導電性ゴムおよび当該導電性ゴムに巻き付けられる導電性繊維布によって構成される導電性のペン先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、情報入力ペンのペン先は、導電性ゴムの柔軟性と導電性繊維布の伸縮性とを兼ね備えており、また非常に柔らかい。したがって、ユーザが、情報入力ペンを用いて、情報入力ペンに与える荷重を変えながらタッチパネルの入力面に線を描くと、ペン先への押し込みの強度（すなわち押圧力）の変化に応じて、ペン先の接触面の径（太さ）が適宜変化する。この結果、描かれた線の「はらい」が、ユーザの意図通りに正確にタッチパネル上に表現される。すなわちユーザは、情報入力ペンを用いることによって、自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描くことができる。
本発明の態様２に係る情報入力ペンは、上記態様１において、上記タッチパネルが上記情報入力ペンによって押下される際の押圧力に応じた上記ペン先の太さの変化の分解能が、１０２４段階以上であることを特徴としている。
上記の構成によれば、情報入力ペンの押圧力の変化に応じた線の太さの変化を、実用レベルの高精度にすることができる。
本発明の態様３に係る情報入力ペンは、上記態様１または２において、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されており、かつ、上記ペン本体の長さ方向に対して斜めに配置されている導電部をさらに備えており、上記ペン先が上記タッチパネルの入力面に接触または近接するとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度が、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記ペン先が上記入力面に接触または近接することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度であることを特徴としている。
上記の構成によれば、ペン先がタッチパネルの入力面に接触または近接するとき、入力面に対するペン先の実際の接触位置または近接位置と、測定された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所に関わらず一定になる。これにより、静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響を抑えることができるので、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
また、入力面と垂直な方向に対する情報入力ペンの傾斜角度を大きくしても、入力面と垂直な方向に対する導電部の傾斜角度は小さいままである。したがって、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペンを大きく傾けた場合であっても、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
さらには、測定される静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響が小さいので、当該影響を低減するためにペン先を大きくする必要がない。したがって、ペン先が十分に小さくても、スタイラスペンを大きく傾けたときの、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
本発明の態様４に係る情報入力ペンは、上記態様１または２において、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されている導電部と、上記情報入力ペンの接触または近接が上記タッチパネルによって検知されないとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度が、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記ペン先が上記入力面に接触または近接することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度になるように、上記導電部を動かす可動部と、上記情報入力ペンの近接が上記タッチパネルによって検知されたとき、上記導電部を固定する固定部とをさらに備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、情報入力ペンがタッチパネルによって検知された後、入力面に対するペン先の実際の接触位置または近接位置と、測定された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所に関わらず一定になる。これにより、静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響を抑えることができるので、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
また、入力面と垂直な方向に対する情報入力ペンの傾斜角度を大きくしても、入力面と垂直な方向に対する導電部の傾斜角度は小さいままである。したがって、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペンを大きく傾けた場合であっても、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
さらには、測定される静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響が小さいので、当該影響を低減するためにペン先を大きくする必要がない。したがって、ペン先が十分に小さくても、スタイラスペンを大きく傾けたときの、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
本発明の態様５に係る情報入力ペンは、上記態様１または２において、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されている導電部と、上記タッチパネルによって測定された上記静電容量の分布に一定以上の偏りがある旨の通知を上記タッチパネルから受けたとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度を、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度により近づけるように、上記導電部を動かす可動部とをさらに備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、測定された静電容量の変化の大きさの分布に偏りがあった場合、入力面に対するペン先の実際の接触位置または近接位置と、測定された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所に関わらず一定になるように、導電部の角度が調整される。この調整が完了が完了すると、静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響を抑えることができるので、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
また、調整の完了後では、入力面と垂直な方向に対する情報入力ペンの傾斜角度を大きくしても、入力面と垂直な方向に対する導電部の傾斜角度は小さいままである。したがって、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペンを大きく傾けた場合であっても、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
さらには、調整の完了後では、測定される静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響が小さいので、当該影響を低減するためにペン先を大きくする必要がない。したがって、ペン先が十分に小さくても、スタイラスペンを大きく傾けたときの、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
本発明の態様６に係る情報入力ペンは、上記態様３〜５のいずれかにおいて、上記所定の角度は、６０°以上かつ９０°以下であることを特徴としている。
上記の構成によれば、タッチパネルのメッシュ間隔に関わらず、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
本発明の態様７に係る情報入力システム は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の情報入力ペンと、静電容量方式のタッチパネル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、自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描くことができる情報入力システムを提供することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペン、ならびに当該情報入力ペンおよび静電容量タッチパネルを備えている情報入力システムとして利用することができる。
１，１ａ〜１ｃ スタイラスペン（情報入力ペン）
２，２ａ〜１ｃ タッチパネル
１０ ペン本体
１１ ペン先
１２ 導電性ゴム
１３ 導電性繊維布
１４ 窪み
１５ 導電部
１６ 可動部
１７ 固定部
４０ 近接検知部
４１ 固定指示部
４２ 分布偏向判定部
４３ 角度調整指示部
１００，１００ａ〜１００ｃ タッチ入力システム（情報入力システム）
本発明は、情報入力ペンに関し、特に、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンに関するものである。
近年、タッチパネルの検出面に接触または近接する指示体（たとえば、ユーザの指やタッチペンなど）の位置を検出することによって、ユーザの指示を受け付けるタッチパネルシステムが、携帯電話および表示装置などの各種の電子情報機器に搭載されることが多くなっている。特に、マルチタッチが可能な投影型の静電容量方式のタッチパネルが、電子情報機器に搭載されることが多くなっている。
投影型の静電容量方式のタッチパネルシステムは、検出面に沿って互いに平行に設けられる複数のドライブラインと、検出面に沿って互いに平行に設けられるとともに複数のドライブラインと交差する複数のセンスラインと、を有するタッチパネルを備える。このタッチパネルは、ドライブラインとセンスラインとの間に形成される静電容量の値が、タッチパネルの検出面に接触または近接した指示体を通じて変化することを利用することによって、検出面における指示体の位置を検出する。したがって、指示体の少なくとも先端部分は導体である必要があり、特に指示体がタッチペンである場合、少なくともペン先が導体である必要がある。
従来のタッチパネルシステムでは、各ドライブラインに所定の電気信号（ドライブ信号）を出力することによって、各ドライブラインと各センサラインとが成す容量の値に応じた所定の信号（センス信号）を各センサラインから取得する。そして、得られたセンス信号に基づきタッチパネルの検出面における静電容量の値の変化の面内分布を算出する。
タッチパネルにタッチペンを接触させる際、その押圧力を変化させることによって、検出面におけるペン先の接触面積を自在に変化させることができる。これによりユーザは、タッチパネルに自由に文字および図形を表示されることができる（特開２０１４−１０２７８８号の段落００４４参照）。
上述した従来のタッチパネルシステムは、ペン先の接触面積に応じた静電容量の面内分布を検出し、その検出結果に応じた「線の太さ」を算出することができる。従来、こうして算出された線の太さにしたがって、タッチパネルに対して筆記入力されたデータを表示するソフトウェアが、筆圧検知アプリケーションとして一般に提供されている。このアプリケーションの実行時にユーザがタッチパネルを用いてタッチパネルの検出面に入力した際に得られる筆跡の例を、図２４に示す。
図２４は、筆圧検知アプリケーションの実行時にユーザが従来のタッチパネルを用いてタッチパネルの検出面に入力した際に得られる筆跡の例を示す図である。この図には、（ａ）押圧力が弱い場合の筆跡、（ｂ）押圧力が強い場合の筆跡、および（ｃ）押圧力がさらに強い場合の筆跡を、それぞれ示す。タッチペンを用いる際の筆圧（押圧力）の違いが、タッチパネルに描かれる線の太さの違いとして表されることが、この図から分かる。
タッチペンのペン先の接触面積を押圧力に応じて変化させることができる従来技術の例として、特許文献１〜５に以下の各発明が開示されている。
特許文献１：筆管体と、筆管体の先端のすげ込み部に設けた模擬筆鋒体において、模擬筆鋒体は、複数段の円筒体から構成され、径の小さい円筒体が、径の大きい円筒体の内部に収納され、且つ軸方向に摺動可能で、各円筒体を同軸に保ちつつ抜け落ち防止構造を有する入れ子構造とし、少なくとも模擬筆鋒体の腰を構成する円筒体以外の円筒体は、外方に向けて付勢手段により付勢されており、付勢されている各円筒体のそれぞれに対する付勢力は穂先側から順に強くなっていることを特徴とする筆型入力装置。
特許文献２：多孔質の基材と、少なくとも前記基材の表面に一部が露出し、かつ、前記基材の内部で前記基材に結合するゴム質を有する材料と、を有するペン先部材が、ペン本体の端部に取り付け固定されている、ことを特徴とする入力ペン。
特許文献３：使用者に使用されるペン本体を備え、このペン本体の先端部に、導電性のペン先を支持させた静電容量型入力ペンであって、ペン先を、複数本の導電性繊維により筆形に形成したことを特徴とする静電容量型入力ペン。
特許文献４：使用者の手に把持される導電性のペン本体と、該ペン本体と電気的に導通された導電性のペン先とを備えて、静電容量型座標入力パッドに座標情報を入力可能とする静電容量型座標入力パッド用入力ペンに於いて、ペン先が、導電性ゴムにより構成されたことを特徴とする静電容量型座標入力パッド用入力ペン。
特許文献５：導電性材料によりペン軸状に形成され、タッチパネルとの間の静電容量を変化させて当該タッチパネル上の３次元座標を指定する導電部と、前記導電部の一端に非導電性材料により前記導電部よりも細く形成され、前記導電部が３次元座標を指定する際に前記タッチパネルに接触する先端部と、を備える入力装置。
日本国公開特許公報「特開２００９-２５１７０４号（２００９年１０月２９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１３-１８６８０３号（２０１３年９月１９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１０-３９６１０号（２０１０年２月１８日公開）」 日本国公開特許公報「特開平１０-１６１７９５号（１９９８年６月１９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１４-１４２６７６号（２０１４年８月７日公開）」
上述した特許文献１〜５には、以下の課題がある。
特許文献１：押圧力に応じたペン先の太さの変化が、高々数段階程度しかない。さらには、押圧力に応じたペン先の太さの変化が単調増加にならない。
特許文献２：繊維材料とゴム材質とを有する材料を混練させるための手間およびコストが大きくなる。また、この文献では、繊維材料はペン先部材の剛性を高めるために用いられるものであるため、このような繊維材料を有するペン先部材の太さを、押圧力に応じて十分に変化させることはできない。
特許文献３：この技術は、音楽機器アプリケーションに対応したタッチパネルに対するタッチパネルの「タッチして押す」操作のみを想定している。したがって、タッチパネルのペン先の太さを変化させることによって、軌跡の幅を制御することはできない。さらには、タッチペンのペン先が導電性繊維のみによって形成されているので、押圧力に応じてペン先の太さを十分に大きく変化させることができない。
特許文献４：タッチペンのペン先が導電性ゴムのみによって形成されているので、押圧力に応じたペン先の太さの変化が不十分である。さらに、導電性ゴムの摩擦係数が高いことからペン先の滑りが悪く、これによりタッチペンの使用時にユーザにストレスを与えてしまう。
特許文献５：タッチペンのペン先が非導電性材料のみによって形成されているので、押圧力に応じたペン先の太さの変化が不十分である。
これらの文献に開示された各タッチパネルを用いてタッチペンに入力された線の軌跡の例を、図２５に示す。図２５は、従来技術に係る各タッチパネルを用いてタッチペンに入力された線の軌跡の例を示す図である。この図の（ａ）および（ｂ）に示すように、ユーザが、従来技術のタッチペンを用いた線の入力中に筆圧（押圧力）を急激に変化させると、タッチパネルに入力される線の太さが急激に変化する。その結果、描かれた線の軌跡（筆跡）から滑らかさが失われる。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。そしてその目的は、自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描くことができる情報入力ペン、および、当該情報入力ペンを備えた情報入力システムを提供することにある。
本発明の一態様に係る情報入力ペンは、上記の課題を解決するために、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンであって、ペン本体と、導電性ゴムおよび当該導電性ゴムに巻き付けられる導電性繊維布によって構成される導電性のペン先とを備え、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されており、かつ、上記ペン本体の長さ方向に対して斜めに配置されている導電部をさらに備えており、上記ペン先が上記タッチパネルの入力面に接触または近接するとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度が、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記ペン先が上記入力面に接触または近接することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度であることを特徴としている。
本発明の一態様に係る情報入力ペンは、上記の課題を解決するために、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンであって、ペン本体と、導電性ゴムおよび当該導電性ゴムに巻き付けられる導電性繊維布によって構成される導電性のペン先とを備え、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されている導電部と、上記情報入力ペンの接触または近接が上記タッチパネルによって検知されないとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度が、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記ペン先が上記入力面に接触または近接することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度になるように、上記導電部を動かす可動部と、上記情報入力ペンの近接が上記タッチパネルによって検知されたとき、上記導電部を固定する固定部とをさらに備えていることを特徴としている。
本発明の一態様に係る情報入力ペンは、上記の課題を解決するために、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンであって、ペン本体と、導電性ゴムおよび当該導電性ゴムに巻き付けられる導電性繊維布によって構成される導電性のペン先とを備え、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されている導電部と、上記タッチパネルによって測定された上記静電容量の分布に一定以上の偏りがある旨の通知を上記タッチパネルから受けたとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度を、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度により近づけるように、上記導電部を動かす可動部とをさらに備えていることを特徴としている。
本発明の一態様によれば、自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描くことができるという効果を奏する。
本発明の実施形態１に係るタッチ入力システム（情報入力システム）の要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネルの要部構成を示すブロックである。 本発明の実施形態１に係るスタイラスペンの要部構成を示す図である。 本発明の実施形態１におけるペン先の接触面の径（大きさ）と、タッチパネルにおける静電容量の変化の大きさの分布とを示す図である。 本発明の実施形態１における、ペン先の押し込み長とペン先の接触面の径との関係を示す図である。 本発明の実施形態１における、押圧によりユーザがスタイラスペンに与えた荷重と、ペン先の太さの変化量との関係を示す図である。 （ａ）は、従来技術に係る、固いペン先を有するスタイラスペンを用いて書いた文字を示す図であり、（ｂ）は、弾力性および伸縮性を兼ね備えた本発明の実施形態１に係るペン先を有するスタイラスペンを用いて書いた文字を示す図である。 本発明の実施形態２に係るタッチ入力システムの要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る情報入力システムを構成するタッチパネルの要部構成を示すブロックである。 本発明の実施形態２に係る情報入力システムを構成するスタイラスペンの要部構成を示す図である。 本発明の実施形態２において、タッチパネルの入力面に対するペン本体の傾斜角度と導電部の傾斜角度との関係の例を示す図である。 従来のスタイラスペンをタッチパネルの入力面に対して３０°傾けた場合の問題を説明する図である。 従来のスタイラスペンをタッチパネルの入力面に対して４５°傾けた場合の問題を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るスタイラスペンをタッチパネルの入力面に対して３０°傾けた場合の問題を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るスタイラスペンの実装例（写真）を示す図である。 従来のスタイラスペンの傾斜と、タッチパネルのメッシュ間隔に対する重心位置の位置ずれとの関係を示す図である。 本発明の実施形態３に係るタッチ入力システムの要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態３に係るタッチ入力システムを構成するスタイラスペンおよびタッチパネルの要部構成を示す図である。 本発明の実施形態３においてタッチパネルによって検知される前のスタイラスペンの状態を示す図である。 本発明の実施形態３においてタッチパネルによって検知された後のスタイラスペンの状態を示す図である。 本発明の実施形態４に係るタッチ入力システムの要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態４に係るタッチ入力システムを構成するスタイラスペンおよびタッチパネルの要部構成を示す図である。 本発明の実施形態４に係るスタイラスペンにおいて、導電部の傾斜を静電容量の変化の大きさの分布の偏りに応じて調整する様子を示す図である。 筆圧検知アプリケーションの実行時にユーザが従来のタッチパネルを用いてタッチパネルの検出面に入力した際に得られる筆跡の例を示す図である。 従来技術に係る各タッチパネルを用いてタッチペンに入力された線の軌跡の例を示す図である。
本発明に係る第１実施形態を図１〜図７に基づき以下に説明する。
（タッチ入力システム１００の構成）
図１は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００（情報入力システム）の要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、タッチ入力システム１００は、スタイラスペン１（情報入力ペン）および静電容量方式のタッチパネル２によって構成されている。ユーザは、タッチパネル２の入力面に対してスタイラスペン１を接触または近接させることによって、タッチパネル２に対するタッチ入力（タッチ操作）を行う。タッチパネル２は表示装置（不図示）と一体化されており、表示装置の表示面上にタッチパネル２の入力面が重ねて配置されている。
タッチパネル２と表示装置とが一体化された情報入力装置では、ユーザは、表示装置の表示面における操作ボタンなどのオブジェクトが表示された領域をタッチすることによって、情報を入力することができる。また、ユーザは、タッチパネル２に入力面に対してスタイラスペン１をなぞることによって、線および文字を入力することができる。
図２は、本実施形態に係るタッチパネル２の要部構成を示すブロックである。この図に示すように、タッチパネル２は、複数のドライブライン２２および複数のセンスライン２３を有するパネル本体２１と、パネル本体２１のドライブライン２２に駆動信号Ｄｓを印加するドライブライン駆動部２４と、この駆動信号Ｄｓの印加によって生じたセンス信号Ｓｓをセンスライン２３から受信し、センス信号Ｓｓに対するタッチ情報ＩＳｐを生成する信号処理部３０とを備えている。特に図示はしないが、パネル本体２１の入力面には透明なカバーガラスが設けられており、スタイラスペン１の使用時にそのペン先１１がこのカバーガラスに触れることになる。
信号処理部３０は、増幅回路３１、信号選択部３２、Ａ／Ｄ変換部３３、復号処理部３４、およびタッチ位置検出部３５を備えている。増幅回路３１は、複数のセンスライン２３からのセンス信号Ｓｓを増幅する。信号選択部３２は、増幅されたセンス信号ＡＳｓを順次選択し、選択した増幅されたセンス信号ＡＳｓを出力する。Ａ／Ｄ変換部３３は、出力された増幅後のセンス信号ＡＳｓをデジタル信号ＤＳｓに変換する。復号処理部３４は、得られたデジタル信号ＤＳｓを、駆動信号Ｄｓの生成に用いられた系列信号に基づく復号のための変換信号を用いて復号して、パネル本体２１においてドライブライン２２とセンスライン２３との交点部における静電容量の変化の大きさに相当する信号強度Ｃｄを取得する。タッチ位置検出部３５は、この信号強度Ｃｄに基づいて、パネル本体２１における静電容量の変化の大きさの分布を算出し、当該分布における重心位置および分布の拡がりに基づいて、パネル本体２１でのユーザによるタッチ位置およびタッチ範囲を示すタッチ情報ＩＳｐを生成することによって、入力面におけるタッチ位置およびタッチ範囲を検出する。
タッチパネル２では、互いに平行に配置された複数のドライブライン２２と、互いに平行に配置されたセンスライン２３とが立体交差するように配置されている。複数のドライブライン２２および複数のセンスライン２３とによって、升目上の電極パターンが形成される。少なくとも各ドライブライン２２と各センスライン２３との交点は絶縁されている。各交点にはドライブライン２２とセンスライン２３との間の静電容量が発生する。接地された導電性の指示体（指またはスタイラスペン１）がタッチパネル２の入力面に接触または近接すると、指示体付近におけるドライブライン２２とセンスライン２３との間の電荷が指示体を通じて接地方向へ移動する。これにより、指示体付近における静電容量が減少する。タッチパネル２は、この静電容量の変化の大きさを測定するによって、入力面における指示体のタッチ位置（接触位置）または近接位置を検出する。本実施形態では、タッチパネル２は、静電容量の変化の大きさの分布を測定し、当該分布の重心位置および分布の拡がりを算出することによって、交点以外の地点におけるタッチ位置または近接位置ならびにその範囲をも検出することができる。
（スタイラスペン１の構成）
図３は、本実施形態に係るスタイラスペン１の要部構成を示す図である。図３の（ａ）に示すように、スタイラスペン１は、ペン本体１０およびペン先１１を備えている。ペン本体１０およびペン先１１は、導電性の材料によって構成されている。図３の（ｂ）に示すように、ペン先１１は、弾力性を有する導電性ゴム１２と、伸縮性を有する導電性繊維布１３とによって構成されている。
ペン先１１の内部には導電性ゴム１２があり、導電性ゴム１２の周囲に導電性繊維布１３が巻き付けられている。このように、ペン先１１は、導電性ゴム１２および導電性繊維布１３の二重構造を有する。導電性ゴム１２の弾力性と導電性繊維布１３の伸縮性とが相伴って、押圧によるペン先１１の形状変化（径の広がり）をより大きくすることができる。
図３の（ｂ）に示す例では、導電性ゴム１２の形状は立方形である。しかし導電性ゴム１２の形状はこれに限らず、たとえば球状であってもよく、あるいは、スタイラスペン１の先端側が半球状になる形状であってもよい。これらの場合、導電性繊維布１３は、導電性ゴム１２におけるスタイラスペン１の先端側の半球形状を保持するように、導電性ゴム１２に巻き付けられる必要がある。
導電性ゴム１２が導電性繊維布１３によって覆われているので、スタイラスペン１の使用時、タッチパネル２の入力面には導電性ゴム１２ではなく導電性繊維布１３の方が接する。導電性繊維布１３の摩擦係数は導電性ゴム１２に比べて十分に低いので、ペン先１１の内部に導電性ゴム１２があっても、スタイラスペン１の使用時にペン先１１は滑らかに入力面上を滑ることができる。したがってスタイラスペン１は、快適な操作性をユーザに与えることができる。
上述した特許文献３のように、導電性ゴムに導電性繊維を配合することによってペン先を製造する方法には、製造のための多大な手間およびコストが必要である。一方、本発明の実施形態１のように、導電性ゴム１２に導電性繊維布１３を巻き付けることによってペン先１１を製造する方法は、製造のための手間およびコストを最小限に抑えることができる。
図３の（ｃ）に示すように、スタイラスペン１は、使用時にタッチパネル２の入力面に対して一定の角度で傾斜する。ユーザが、スタイラスペン１に荷重を与えることによって、スタイラスペン１のペン先１１をタッチパネル２の入力面に押下する（押し当てる）と、そのときペン先１１に掛かる押圧力に応じて、ペン先１１の形状が変化する。さらに、この形状変化に応じて、タッチパネル２における静電容量の変化の大きさの分布も変化する。これらの点について、図４を参照して以下に説明する。
（静電容量の分布例）
図４は、本実施形態におけるペン先１１の接触面の径（大きさ）と、タッチパネル２における静電容量の変化の大きさの分布とを示す図である。図４の（ａ）および（ｂ）は、押圧力の強弱によるペン先１１の径の違いを示す。図４の（ａ）は、押圧力が弱い場合のペン先１１の径を示し、図４の（ｂ）は、押圧力が強い場合のペン先１１の径を示す。これらの図に示すように、押圧力が大きいほど、ペン先１１の径はより大きくなる。
図４の（ａ）および（ｂ）の状態のペン先１１がタッチパネル２に接触した場合のタッチパネル２における静電容量の分布を、図４の（ｃ）および（ｄ）にそれぞれ示す。これらの図から分かるように、ペン先１１の接触面が大きいほど、静電容量の面内分布がより拡がりかつ静電容量の値がより大きい。タッチパネル２は、図４の（ｃ）または（ｄ）に示すような静電容量の面内分布を検出し、その検出結果に応じた線の太さを算出する。
（変化の分解能）
図５は、本実施形態における、ペン先１１の押し込み長とペン先１１の接触面の径との関係を示す図である。図５の（ａ）に、スタイラスペン１が押圧されない場合のペン先１１の径Ｄを示す。本実施形態では、この場合のペン先１１の径Ｄは３ｍｍであるとする。また、ペン先１１において導電性ゴム１２の外側に巻き付けられている導電性繊維布１３の厚さは０．２５ｍｍであるとする。
図５の（ｂ）に、スタイラスペン１が押圧され、ペン先１１が押し込み長Ｌｎだけペン本体１０側に押し込まれた場合のペン先１１の径Ｄｎを示す。Ｄｎ＝Ｄ（１＋α（Ｌｎ／ＬＭａｘ））である。ここで、ＬＭａｘは、ペン先１１において可能な接触面の最大押し込み長である。αは所定の係数であり、本実施形態ではα＝０．２である。図５の（ｂ）に、Ｌｎ＝ＬＭａｘ／２である場合を示す。この段階では、導電性ゴム１２の外側にある導電性繊維布１３が広がることによって、ペン先１１の径が押圧力に応じて大きくなる。
図５の（ｃ）に、スタイラスペン１が押圧され、ペン先１１が最大押し込み長ＬＭａｘだけペン本体１０側に押し込まれた場合のペン先１１の径ＤＭａｘを示す。ＤＭａｘ＝Ｄ（１＋α）である。押し込み長が最大のＬＭａｘであるとき、ペン先１１の最大径ＤＭａｘが達成される。この段階では、導電性ゴム１２の周囲の導電性繊維布１３に加えて、導電性ゴム１２の径も荷重に応じて変化することによって、最大径ＤＭａｘが達成される。
図６は、本実施形態における、押圧によりユーザがスタイラスペン１に与えた荷重と、ペン先１１の太さの変化量との関係を示す図である。図６の（ａ）および（ｂ）のいずれも、荷重の変化に対するペン先１１の変化が単調に増加することを示している。図６の（ａ）に示すグラフ６１は、荷重の変化に対するペン先１１の太さの変化が線形関係になっている。一方、図６の（ｂ）に示すグラフ６２は、荷重の変化に対するペン先１１の太さの変化が、曲線関係になっている。スタイラスペン１は、図６の（ａ）に示す理想的な線形関係を有するペン先１１を備えていることが好ましい。
α＝０．２であるため、最大荷重がスタイラスペン１に与えられた場合、ペン先１１の太さは、元の（すなわち荷重がない場合の）太さよりも２０％増加する。たとえば、２００ｇの最大荷重がスタイラスペン１に与えられた場合、ペン先１１の太さは最大で０．６ｍｍ（＝３ｍｍ×０．２０）増加する。
一般的に、人手による最大荷重は、３００ｇ〜４００ｇであることが分かっている。本実施形態では、ペン先１１の太さの変化量に対する分解能は、ドライブライン２２とセンスライン２３との交点に設けられるセンサのピッチの０．０５％である。たとえばセンサピッチが４ｍｍであれば、ペン先１１の太さの変化の分解能は０．００２ｍｍ／ｇである。この場合、タッチパネル２は、０．００２ｍｍ単位の刻みでペン先１１の太さ（すなわち線の太さ）の違いを正確に算出することができる。
（線の比較）
図７の（ａ）は、従来技術に係る、固いペン先を有するスタイラスペンを用いて書いた文字を示す図であり、図７の（ｂ）は、本実施形態に係る、弾力性および伸縮性を兼ね備えたペン先１１を有するスタイラスペン１を用いて書いた文字を示す図である。
従来技術に係るスタイラスペンのペン先は固いので、ユーザがスタイラスペンに荷重を与えてもペン先の太さが変化しない。したがって、従来技術に係るスタイラスペンを用いてユーザが荷重を変えながら書いた文字は、図７の（ａ）に示すように、線の太さが常に一定である。その結果、図７の（ａ）の矢印に示すように、書いた文字の「はらい」がまったく表現されない。
一方、本発明の実施形態１に係るスタイラスペン１のペン先１１は、導電性ゴム１２の柔軟性と導電性繊維布１３の伸縮性とを兼ね備えており、また非常に柔らかい。したがって、ユーザが、本発明の実施形態１に係るスタイラスペン１を用いて、スタイラスペン１に与える荷重を変えながらタッチパネル２の入力面に文字を書くと、ペン先１１への押し込みの強度（すなわち押圧力）の変化に応じて、ペン先１１の接触面の径（太さ）が適宜変化する。この結果、図７の（ｂ）の矢印に示すように、描かれた線の「はらい」が、ユーザの意図通りに正確にタッチパネル２上に表現される。すなわちユーザは、スタイラスペン１を用いることによって、本物の筆を用いた自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネル２に描くことができる。
〔実施形態２〕
本発明に係る第２実施形態を図８〜図１６に基づき以下に説明する。
（タッチ入力システム１００ａの構成）
図８は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ａ（情報入力システム）の要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、タッチ入力システム１００ａは、スタイラスペン１ａ（情報入力ペン）および静電容量方式のタッチパネル２ａによって構成されている。
図９は、本実施形態に係るタッチパネル２ａの要部構成を示すブロックである。この図に示すように、本実施形態に係るタッチパネル２ａの構成および機能は、実施形態１に係るタッチパネル２と基本的に同じである。したがって、タッチパネル２ａに関する詳細な説明を省略する。
（スタイラスペン１ａの構成）
図１０は、スタイラスペン１ａの要部構成を示す図である。図１０の（ａ）に示すように、スタイラスペン１ａは、ペン本体１０、ペン先１１、および導電部１５を備えている。本実施形態のペン本体１０は、非導電性の材料によって構成されている。一方、ペン先１１および導電部１５はいずれも導電性の材料によって構成されている。
特に図示しないが、本実施形態に係るペン先１１は、本発明の実施形態１と同様に、導電性ゴム１２と、導電性ゴム１２の周囲に巻き付けられる導電性繊維布１３とによって構成されている。これにより、ペン先１１の太さは、使用時にスタイラスペン１ｂに与えられる荷重に応じて、少なくとも１０２４段階の分解能で変化する。したがって、ユーザがスタイラスペン１ａを使用してタッチパネル２ａに文字を書くと、描かれる線の太さが荷重に応じて自在に変化する。
ペン本体１０には、スタイラスペン１ａの長さ方向に対して３０°傾斜する傾斜面が形成されており、導電部１５はこの傾斜面に形成されている。これにより導電部１５は、ペン本体１０の長さ方向に対して斜めに配置されており、より具体的にはペン本体１０の長さ方向に対して３０°傾斜している。言い換えると、スタイラスペン１ａの長さ方向と導電部１５の長さ方向とが成す角度は３０°である。導電部１５の一端はペン先１１に電気的に接続されている。
ペン本体１０におけるスタイラスペン１ａを握る箇所には、複数の窪み１４が形成されている。これらの窪み１４は、ユーザがスタイラスペン１ａを握ったときにユーザの指にフィットする形状を有している。ユーザが自身の指を複数の窪み１４にフィットさせるようにしてスタイラスペン１ａを自然に握ると、導電部１５がスタイラスペン１ａの上側（表側）に来る。
スタイラスペン１ａにおけるユーザが握る箇所の一部には、図示しない導体部分が設けられている。導電部１５は、この導体部分とペン先１１とを電気的に接続することによって、人体を介してスタイラスペン１ａを接地させる共に、タッチパネル２ａ内の静電容量を接地方向へ移動させる導線の役割を果たしている。この導体部分は、窪み１４に設けられることが望ましい。
本実施形態では、従来例と異なり、ペン先１１を小さくしているため、タッチパネル２ａに現れる静電容量の変化は、スタイラスペン１ａの先端に存在する導体部分にほぼ起因する。本実施形態の場合、スタイラスペン１ａの先端に存在する導体はペン先１１および導電部１５に相当する。導電部１５の長さがペン先１１よりも十分に大きいことから、測定される静電容量の変化の大きさの分布に与える影響の大部分を、入力面に対する導電部１５の傾斜角度に基づく影響が占めている。
図１０の（ａ）に示すように、スタイラスペン１ａは、使用時にタッチパネル２ａの入力面に対して一定の角度で傾斜する。導電部１５はスタイラスペン１ａの長さ方向に対して３０°傾斜しているので、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度と導電部１５の傾斜角度とは互いに異なる。
（傾斜角度間の関係）
図１１は、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度と導電部１５の傾斜角度との関係の例を示す図である。
図１１の（ａ）では、スタイラスペン１ａは、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度が３０°になるように傾いている。このとき入力面に対する導電部１５の傾斜角度は６０°である。すなわち導電部１５は、入力面と垂直な方向に対して３０°傾いている。
図１１の（ｂ）では、スタイラスペン１ａは、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度が６０°になるように傾いている。このとき入力面に対する導電部１５の傾斜角度は９０°である。すなわち導電部１５は、入力面と垂直な方向に対してまったく傾いておらず、言い換えると入力面に対して直立している。
図１１の（ｃ）では、スタイラスペン１ａは、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度が９０°になるように直立している。このとき入力面に対する導電部１５の傾斜角度は６０°である。したがって導電部１５は、入力面と垂直な方向に対して３０°傾いている。
図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、スタイラスペン１ａでは、ペン先１１がタッチパネル２ａの入力面に接触するとき、入力面に対するペン本体１０の傾斜角度が３０°〜９０°の範囲内において、入力面に対する導電部１５の傾斜角度は６０°〜９０°（６０°以上かつ９０°以下）である。言い換えると、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度は０°〜３０である。導電部１５がこれらの範囲の角度で傾いている場合、詳しくは後述するが、入力面に対するペン先１１の実際のタッチ位置（または近接位置）と、測定された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所に関わらず一定になる。これにより、静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部１５の影響を抑えることができるので、検出されるタッチ位置（または近接位置）のばらつきを抑えることができる。
また、図１１の（ａ）に示すように、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペン１ａの傾斜角度を大きくしても、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度は３０°と小さい。したがって、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペン１ａを大きく傾けた場合であっても、検出されるタッチ位置のばらつきを抑えることができる。
さらには、スタイラスペン１ａは、測定される静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部１５の影響が考慮されているので、特許文献１に開示されたスタイラスペンとは異なり、当該影響を低減するためにペン先１１を大きくする必要がない。したがって、ペン先１１が十分に小さくても、スタイラスペン１ａを大きく傾けたときの、検出されるタッチ検出のばらつきを抑えることができる。
（軌跡の比較）
従来のスタイラスペンを入力面の垂直方向に対して大きく傾けると、タッチパネル２ａにおけるペン先の軌跡はギザギザになる問題が生じる。一方、本実施形態に係るスタイラスペン１ａではそのような問題は生じない。その理由について、図１２〜１４を参照して以下に説明する。なお、ここでいう従来のスタイラスペンとは、たとえば図１６および図１７に示すような、ペン全体が導体で構成されており、かつ、ペン先が固い導電性材料によって構成されているスタイラスペンのことである。
図１２は、従来のスタイラスペンをタッチパネル２ａの入力面に対して３０°傾けた場合の問題を説明する図である。この図の例では、ユーザは、スタイラスペンをタッチパネル２ａの入力面に対して３０°傾けて、入力面をなぞる。このとき入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度は６０°である。この場合、タッチパネル２ａにおけるペン先のタッチ検出位置がばらつくので、ペン先が直線的に動いたとしても、図１２の（ｂ）のようにその軌跡はギザギザになる。
これは、図１２の（ｃ）に示すように、導体部分の検知範囲が大きくなることによって、静電容量の変化が現れる範囲が広くなることが原因である。図１２の（ｃ）に示す範囲における静電容量の変化の大きさの分布を、図１２の（ｄ）に示す。図１２の（ｃ）および（ｄ）に示すように、この分布の形状はｘ方向において大きく非対称である。この非対称性が原因となって、実際のタッチ位置と、算出された分布の重心位置との間に差（すなわち位置ずれ）が生じる。
タッチパネルの静電容量は、入力面内において一定ではなく、その場所によって微小な差異がある。このため、２つの場所における静電容量の変化が現れる範囲が同じ大きさであったとしても、それぞれの場所における変化の大きさの分布は必ずしも同じになるとは限らない。
従来のスタイラスペンを入力面の垂直方向に対して大きく傾けることによって、タッチパネル２ａにおける静電容量の変化が現れる範囲が大きくなれば、算出される分布の重心位置は、入力面における実際のタッチ位置から大きく離れてしまう。入力面上をペン先が動いたとしても、実際のタッチ位置と算出される重心位置との差が一定であれば、算出された重心位置にタッチ入力の軌跡を表示したとしても、ペン先の動きを再現する表示を行うことができる。しかし、場所によるタッチパネルの静電容量差の影響によって、検出される分布の範囲が場所によって変化するので、ペン先の実際のタッチ位置と算出される重心位置と差も場所によって変化する。このためペン先の動きを忠実に表示できず、図１２の（ｂ）に示すようにその軌跡がギザギザになる.
図１３は、従来のスタイラスペンをタッチパネル２ａの入力面に対して４５°傾けた場合の問題を説明する図である。この図の例では、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度は４５°である。この場合、図１３の（ｂ）に示すように、依然としてスタイラスペンの軌跡はギザギザになる。
これは、図１３の（ｃ）に示すように、導体部分の検知範囲が大きくなることによって静電容量の変化が現れる範囲が広くなることが原因である。図１３の（ｃ）に示す範囲における静電容量の変化の大きさの分布を、図１３の（ｄ）に示す。図１３の（ｃ）および（ｄ）に示すように、この分布の形状はｘ方向において非対称である。この非対称性が原因となって、実際のタッチ位置と算出された分布の重心位置との位置ずれが生じ、その位置ずれが入力面の場所によって異なるので、図１３の（ｂ）に示すように軌跡がギザギザになる。図１３の例では、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度が図１２の例よりも小さいので、ギザギザの度合いはより小さいが、それでも問題になることに変わりはない。
図１４は、本実施形態に係るスタイラスペン１ａをタッチパネル２ａの入力面に対して３０°傾けた場合の問題を説明する図である。この図の例では、ユーザは、スタイラスペン１ａをタッチパネル２ａの入力面に対して３０°傾けて入力面をなぞる。このとき入力面と垂直な方向に対するスタイラスペン１ａの傾斜角度は６０°である。スタイラスペン１ａにおいて、スタイラスペン１ａの長さ方向に対する導電部１５の傾斜角度は３０°であるので、導電部１５は入力面に対して６０°傾斜する。すなわち、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度は３０°である。
この場合、タッチパネル２ａにおけるペン先の検知結果が一定になるので、図１４の（ｂ）のようにその軌跡がギザギザにならずに滑らかになる。これは、図１４の（ｃ）に示すように、入力面と垂直な方向に対して導電部１５があまり傾いていないので、導電部１５の検知範囲が大きくならず、静電容量の変化が現れる範囲が狭くなるからである。図１４の（ｃ）は、スタイラスペン１ａに対する荷重が小さいためにペン先１１の接触面の径が小さい場合の静電容量を示す。図１４の（ｃ）に示す範囲における静電容量の変化の大きさの分布を、図１４の（ｄ）に示す。図１４の（ｃ）および（ｄ）に示すように、分布の形状はｘ方向において対称的である。分布が対照的であるため、実際のタッチ位置と、検出された分布の重心位置との位置ずれが生じず、その結果、図１４の（ｂ）に示すように細い線の軌跡が滑らかになる。
図１４の（ｄ）は、スタイラスペン１ａに対する荷重が大きいためにペン先１１の接触面の径が大きい場合の静電容量を示す。図１４の（ｄ）に示す範囲における静電容量の変化の大きさの分布を、図１４の（ｅ）に示す。図１４の（ｄ）および（ｅ）に示すように、ペン先１１の接触面の径が大きく、それによって静電容量の分布がより広い場合であっても、分布の形状はｘ方向において対称的である。分布が対照的であるため、実際のタッチ位置と、検出された分布の重心位置との位置ずれが生じず、その結果、特に図示はしないが、太い線の軌跡が滑らかになる。
図１５は、本実施形態に係るスタイラスペン１ａの実装例（写真）を示す図である。図１５の（ａ）に、与えられる荷重が小さい場合のスタイラスペン１ａの写真を示し、（ｂ）に、与えられる荷重が大きい場合のスタイラスペン１ａの写真を示す。図１５の（ａ）の楕円１５１内に示すように、スタイラスペン１ａに小さい荷重が与えられる場合、ペン先１１が変形しないので、タッチパネル２ａに対するペン先１１の接触面は小さくなる。これにより細い線がタッチパネル２ａ上に描かれる。一方、図１５の（ｂ）の楕円１５２内に示すように、スタイラスペン１ａに大きい荷重が与えられる場合、ペン先１１が変形するので、タッチパネル２ａに対するペン先１１の接触面は大きくなる。これにより太い線がタッチパネル２ａ上に描かれる。
上述したように、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度がより小さいと、タッチパネル２ａにおいて静電容量の変化が現れる範囲がより狭くなる。これにより、算出される重心位置と実際のタッチ位置との差もより小さくなる。静電容量の変化が現れる範囲がより狭ければ、測定された静電容量の変化の大きさの分布が場所によるタッチパネルの静電容量差の影響によって変化しても、算出された重心位置と実際のタッチ位置との差の場所による変動はごくわずかである。このことは、その差が入力面の場所に関わらず一定であることと実質的に同じである。したがって、本実施形態に係るスタイラスペン１ａをタッチパネル２ａの入力面に対して図１４の（ａ）に示すように６０°傾けて用いたとしても、図１４の（ｂ）に示すように、表示されるタッチ位置の軌跡は、ペン先１１の動きを忠実に再現した滑らかものになる。
本実施形態に係るタッチ入力システム１００ａにおいて、算出された重心位置とペン先１１の実際のタッチ位置との差が入力面の場所に関わらず一定であることは、算出された重心位置と実際のタッチ位置との差が入力面の場所に応じて異なったとしても、ある場所における差と別の場所における差との間の差が、表示面における最小認識単位（最小表示単位）以下であることと同義である。
（メッシュ間隔と位置ずれとの関係）
上述したように、分布における重心位置のずれは、タッチパネルにおいて検知される傾斜したスタイラスペンの導体部分の面積が、タッチパネルにおける静電容量の変化の大きさの分布の形状に影響を与えて当該分布を非対称にすることによって発生する。この問題の程度は、タッチパネルにおける静電容量のメッシュ間隔に応じて異なる。
静電容量方式のタッチパネルでは、静電容量は、メッシュ間隔とよばれる一定の間隔で形成されている。タッチパネルは、静電容量の変化の大きさの分布を測定してその分布の重心位置を算出するとき、入力面内におけるある一定の領域内の分布の拡がりを算出に用いる。メッシュ間隔がより小さいタッチパネルでは、メッシュ間隔がより大きいタッチパネルに比べて、一定領域内に含まれるより多くの交点における静電容量が変化する。したがって、メッシュ間隔がより小さいタッチパネルでは、より多くのデータを用いて重心位置を算出するができるため、タッチパネルにおける場所ごとの静電容量差の影響を平均化できる。この結果、スタイラスペンの傾斜によって発生するペン先位置と重心位置との誤差は、タッチされる場所が変わっても大きく変動しない。
一方、メッシュ間隔がより大きいタッチパネルでは、より少ないデータを用いて重心位置を求める必要があるため、タッチパネルにおける場所ごとの静電容量差の影響を大きく受ける。これにより、スタイラスペンの傾斜によって発生するペン先位置と重心位置との差が、タッチ位置の場所が変わると大きく変動するという問題が発生する。
図１６は、従来のスタイラスペンの傾斜と、タッチパネルのメッシュ間隔に対する重心位置の位置ずれとの関係を示す図である。図１６において、横軸はスタイラスペンの傾斜であり、縦軸はメッシュ間隔である。重心位置のずれの分布を、等高線として表す。縦軸は、ペンタッチ検出に対応したタッチパネルにおけるメッシュ間隔の一般的な範囲を、規格値として表している。言い換えると、ペンタッチ検出向けのタッチパネルにおけるメッシュ間隔は、図１６の縦軸に示す範囲内にある。
この図に示すように、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペン１ａの傾斜角度がより大きい場合、重心位置のずれがより大きくなる。また、メッシュ間隔がより大きい場合も、重心位置のずれがより大きくなる。入力面と垂直な方向に対するスタイラスペン１ａの傾斜角度が大きいと、スタイラスペン１ａの傾斜によって発生する、タッチパネルにおいて検出される導体部分の面積が増加する。一方、メッシュ間隔が大きいと、タッチされたペン先の実際の位置と、検出された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との誤差が大きくなる。
図１６の点線は、タッチパネルにおけるスタイラスペンの軌跡の再現を保証できる重心位置ずれの境界線を示している。図１６の等高線において、点線よりも左側の条件下では、スタイラスペンの軌跡の再現を保証できる。一方、点線よりも右側条件下では、スタイラスペンの軌跡の再現を保証できない。メッシュ間隔が小さければ、入力面と垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度が０°〜約４０°の範囲で、スタイラスペンの軌跡の再現を保証できる。逆に、メッシュ間隔が大きければ、入力面に対するスタイラスペンの傾斜角度が０°〜３０°弱までの範囲で、スタイラスペンの軌跡の再現を保証できる。
メッシュ間隔が同じであっても、ドライブラインおよびセンスラインのパターン形状および材質、ならびにカバーガラスの厚さに応じて、検出される静電容量の変化の大きさに影響するノイズの大きさが異なる。図１６は、これらノイズの影響を考慮し、ノイズが最悪になるパターン形状および材質ならびにカバーガラスの厚さを有するタッチパネルにおける境界線を示している。この過剰マージンを考慮すると、ペンタッチ検出向けのタッチパネルにおいて、入力面に垂直な方向に対するスタイラスペンの傾斜角度が３０°以内であれば、メッシュ間隔に関わらずスタイラスペンの軌跡の再現を保証することができることが分かる。
図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態に係るスタイラスペン１ａの通常使用範囲内では、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度は０°〜３０°である。一方、図１６に示すように、入力面に垂直な方向を基準にした、全体が導電材料でできたスタイラスペンの入力面に対する傾斜角度が３０°以内であれば、メッシュ間隔に関わらずスタイラスペンの軌跡の再現を保証することができる。したがって、本実施形態に係るスタイラスペン１ａは、通常の使用範囲内において、入力面におけるタッチ位置の軌跡の再現を保証することができる。
また、ユーザがスタイラスペン１ａを持つときに、導電部１５に接続された導体部分にユーザの手が触れるので、ペン先１１および導電部１５の双方が人間と同じ電位（接地）になる。これにより、ペン先１１および導電部１５が浮遊状態にならないので、静電容量の変化の大きさの分布がより安定する。その結果、タッチ位置をより高精度に検出することができる。
〔実施形態３〕
本発明に係る第３実施形態を図１７〜図２０に基づき以下に説明する。
図１７は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ｂの要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、タッチ入力システム１００ｂは、スタイラスペン１ｂ（情報入力ペン）および静電容量方式のタッチパネル２ｂによって構成されている。
図１８は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ｂを構成するスタイラスペン１ｂおよびタッチパネル２ｂの要部構成を示す図である。スタイラスペン１ｂは、実施形態２のスタイラスペン１ａが備える各部材に加えて、可動部１６および固定部１７をさらに備えている。タッチパネル２ｂは、実施形態２のタッチパネル２ａが備える各部材に加えて、近接検知部４０および固定指示部４１をさらに備えている。
特に図示しないが、本実施形態に係るペン先１１は、本発明の実施形態１と同様に、導電性ゴム１２と、導電性ゴム１２の周囲に巻き付けられる導電性繊維布１３とによって構成されている。これにより、ペン先１１の太さは、使用時にスタイラスペン１ｂに与えられる荷重に応じて、少なくとも１０２４段階の分解能で変化する。したがって、ユーザがスタイラスペン１ｂを使用してタッチパネル２ｂに文字を書くと、描かれる線の太さが荷重に応じて自在に変化する。
図１９は、タッチパネル２ｂによって検知される前のスタイラスペン１ｂの状態を示す図である。この図に示すように、可動部１６は、スタイラスペン１ｂのペン先１１がタッチパネル２ｂの入力面から一定距離以上離れているとき、ペン先１１および導電部１５を含む箇所を動かす。言い換えると、可動部１６は、スタイラスペン１ｂの近接がタッチパネル２ｂによって検知されないとき、タッチパネル２ｂの入力面に対する導電部１５の長さ方向の傾斜角度が、入力面におけるペン先１１の接触位置とペン先１１が入力面に接触することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所（ペン先１１の接触位置）に関わらず一定になる所定の角度になるように、ペン先１１および導電部１５を含む箇所を動かす。この条件を満たす所定の角度は、実施形態２において説明したように、たとえば６０°〜９０°である。
図１９の（ａ）〜（ｃ）の例では、ペン本体１０がどのような角度で傾斜していても、ペン先１１が自然と地面に向き、かつ導電部１５が重力方向と平行になるように、ペン先１１および導電部１５を含む箇所が動く。このとき、導電部１５は入力面に対して直立している。すなわち、導電部１５の長さ方向と入力面とが成す角度は９０°である。
図２０は、タッチパネル２ｂによって検知された後のスタイラスペン１ｂの状態を示す図である。スタイラスペン１ｂのペン先１１がタッチパネル２ｂの入力面に一定距離以内に近づくと、タッチパネル２ｂ内の近接検知部４０がそれを検知し、それを固定指示部４１に通知する。スタイラスペン１ｂとタッチパネル２ｂとは無線通信可能であり、固定指示部４１は近接検知部４０からの通知を受けて、スタイラスペン１ｂに対し、ペン先１１がタッチパネル２ｂによって検知した旨を通知すると共に、ペン先１１を固定するように指示する。
スタイラスペン１ｂにおいて、この指示を固定部１７が受信する。固定部１７は、この指示を受けて、可動部１６に対してペン先１１および導電部１５を含む箇所を固定するように指示する。これにより可動部１６は、ペン先１１および導電部１５を含む箇所を固定する。
図１９の（ｂ）に示す状態のスタイラスペン１ｂのペン先１１を、この傾斜角度を維持したままタッチパネル２ｂの入力面に接触させると、スタイラスペン１ｂの状態は、図２０の（ａ）に示すものになる。このとき、ペン先１１および導電部１５を含む箇所は固定されているので、図２０の（ｂ）または（ｃ）に示すように、スタイラスペン１ｂの全体を入力面に向けてさらに傾けたとしても、ペン先１１および導電部１５を含む箇所はペン本体１０に対して相対的に動くことはない。
上述したように、スタイラスペン１ｂがタッチパネル２ｂによって検知される前では、導電部１５の長さ方向は、タッチパネル２ｂの入力面に対して直立している。すなわち、入力面に対する導電部１５の傾斜角度は９０°である。これにより、スタイラスペン１ｂのペン先１１がタッチパネル２ｂに接触する時点では、導電部１５は、入力面に対する傾斜角度が９０°の状態で固定される。この後、ユーザがタッチパネル２ｂを持ち続ける間に、スタイラスペン１ｂが入力面に対してより傾斜する可能性がある。しかし、タッチパネル２ｂの通常の使用範囲では、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペン１ｂが６０°を超えて大きく傾くことはないため、入力面に対する導電部１５の傾斜角度は、スタイラスペン１ｂの使用時に６０°〜９０°の範囲内に保たれる。
したがって本実施形態に係るスタイラスペン１ｂでは、実施形態１のスタイラスペン１ａと同様に、ペン先１１によって発生する静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部１５の影響を小さく抑えることができる。これにより、ペン先１１が十分に小さくても、スタイラスペン１ｂを傾けたときにタッチ検出位置のばらつきを抑えることができる。
〔実施形態４〕
本発明に係る第４実施形態を図２１〜図２３に基づき以下に説明する。
図２１は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ｃの要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、タッチ入力システム１００ｃは、スタイラスペン１ｃ（情報入力ペン）および静電容量方式のタッチパネル２ｃによって構成されている。
図２２は、本実施形態に係るタッチ入力システム１００ｃを構成するスタイラスペン１ｃおよびタッチパネル２ｃの要部構成を示す図である。スタイラスペン１ｃは、実施形態２のスタイラスペン１ａが備える各部材に加えて、可動部１６および角度調整部１８をさらに備えている。タッチパネル２ｃは、実施形態２のタッチパネル２ａが備える各部材に加えて、分布偏向判定部４２および角度調整指示部４３をさらに備えている。
特に図示しないが、本実施形態に係るペン先１１は、本発明の実施形態１と同様に、導電性ゴム１２と、導電性ゴム１２の周囲に巻き付けられる導電性繊維布１３とによって構成されている。これにより、ペン先１１の太さは、使用時にスタイラスペン１ｃに与えられる荷重に応じて、少なくとも１０２４段階の分解能で変化する。したがって、ユーザがスタイラスペン１ｃを使用してタッチパネル２ｃに文字を書くと、描かれる線の太さが荷重に応じて自在に変化する。この結果、スタイラスペン１ｃの押圧力の変化に応じた線の太さの変化を、実用レベルの高精度にすることができる。
本実施形態のスタイラスペン１ｃでは、実施形態３と同様に、可動部１６は、ペン先１１および導電部１５を含む箇所を動かすことができる。本実施形態では、可動部１６はステッピングモータおよび制御回路を備えており、これらの働きによって、ペン先１１および導電部１５を含む箇所のペン本体１０に対する傾斜角度を調整する。
タッチパネル２ｃにおいて、タッチ位置検出部３５は、測定した静電容量の変化の大きさの分布を示すデータを、分布偏向判定部４２に出力する。分布偏向判定部４２は、入力されたデータに基づき、当該分布の偏りが所定の基準値を超えるか否かを判定し、その結果を角度調整指示部４３に通知する。スタイラスペン１ｃとタッチパネル２ｃとは無線通信可能であり、角度調整指示部４３は、偏りが基準値を超える旨の通知を受けると、分布がｘ軸におけるどの方向に偏っているのかを示す情報をスタイラスペン１ｃに送信すると共に、スタイラスペン１ｃに対して、ペン先１１の角度を分布の偏りをより低減する角度に調整するように指示する。
スタイラスペン１ｃにおいて、この情報および指示を角度調整部１８が受信する。角度調整部１８は、可動部１６のステッピングモータおよび制御回路を制御することによって、ペン先１１および導電部１５の角度を、分布の偏りをより低減させる角度に変更する。
図２３は、スタイラスペン１ｃにおいて、導電部１５の傾斜を静電容量の変化の大きさの分布の偏りに応じて調整する様子を示す図である。図２３の（ａ）〜（ｃ）の上側にスタイラスペン１ｃを示し、下側に静電容量の変化の大きさの分布を示す。
スタイラスペン１ｃが、図２３の（ａ）に示す状態で入力面に接触しているとき、導電部１５の長さ方向は入力面に対して垂直であるので、測定される静電容量の変化の大きさの分布に偏りは存在しない。したがって分布偏向判定部４２は、分布の偏りは所定の基準値を超えないと判定し、角度調整指示部４３にその旨を通知する。これを受けて角度調整指示部４３は角度調整をスタイラスペン１ｃに指示しないので、スタイラスペン１ｃは、導電部１５の傾斜角度を調整しない。
一方、スタイラスペン１ｃが図２３の（ｂ）に示す状態で入力面に接触しているとき、導電部１５の長さ方向は入力面に一定の角度で傾斜しているので、測定される静電容量の変化の大きさの分布に偏りが存在する。この図の例では、分布はｘ軸における＋ｘに方向に偏っている。分布偏向判定部４２は、この偏りが所定の基準値を超えていると判定し、角度調整指示部４３にその旨を通知する。これを受けて角度調整指示部４３は、分布が＋ｘ方向に偏っていることを通知すると共に、導電部１５の角度調整をスタイラスペン１ｃに指示する。角度調整部１８は、これを受けて、導電部１５の傾斜角度を、分布の＋ｘ方向における偏向を低減させる角度に調整する。具体的には、入力面に対する導電部１５の傾斜角度をより増加させるように、可動部１６を制御する。
図２３の（ｃ）に示す例では、可動部１６は、角度調整部１８の制御を受けることによって、入力面と垂直な方向に対する導電部１５の傾斜角度が０°になるように、導電部１５を動かす。これにより分布に対する導電部１５の影響を完全に抑制することができるので、分布の偏りを無くすることができる。この結果、分布の対称性が保持されるので、検出されるタッチ位置のばらつきを完全に無くすことができる。
実施形態２および３において説明したように、入力面に対する導電部１５の傾斜角度が、ペン先１１の接触位置と分布における重心位置との差が、入力面の場所（ペン先１１の接触位置）に関わらず一定になる所定の角度（６０°〜９０°）であれば、検出されるタッチ位置のばらつきを抑えることができる。言い換えると、導電部１５の傾斜角度がこの範囲内にある場合の分布の偏り（非対称性）は、タッチ位置のばらつきに影響を与えることのない、十分に許容されるものである。そこで角度調整部１８は、測定された分布に一定以上の偏りがある旨の通知をタッチパネル２ｃから受けたとき、入力面に対する導電部１５の傾斜角度が６０°〜９０°の範囲の角度に近づくように、可動部１６を制御することによって、導電部１５の傾斜角度を調整すればよい。
これを実現するためには、入力面に対する導電部１５の傾斜角度と、そのとき測定される分布の偏りの程度との相対関係を示すデータを予め取得しておき、スタイラスペン１ｃに用意しておけばよい。角度調整部１８は、入力面に対する導電部１５の傾斜角度を、所望の角度に調整する場合、当該所望の角度に対応する偏りデータをタッチパネル２ｃから受信するまで、導電部１５の傾斜角度の調整を繰り返せばよい。
以上のように、本実施形態に係るスタイラスペン１ｃでは、実施形態１のスタイラスペン１ａと同様に、ペン先１１によって発生する静電容量の変化の大きさの分布の偏りを小さく抑えることができる。これにより、ペン先１１が十分に小さくても、スタイラスペン１ｃを傾けたときにタッチ検出位置のばらつきを抑えることができる。したがって、スタイラスペン１ｃに与えられる荷重が小さい故にタッチパネル２ｃに対するペン先１１の接触面の径が小さい場合、タッチパネル２ｃに描かれる細い線の軌跡がギザギザになることを防止できる。同様に、スタイラスペン１ｃに与えられる荷重が大きい故にタッチパネル２ｃに対するペン先１１の接触面の径が大きい場合、タッチパネル２ｃに描かれる太い線の軌跡がギザギザになることも防止できる。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る情報入力ペンは、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンであって、ペン本体と、導電性ゴムおよび当該導電性ゴムに巻き付けられる導電性繊維布によって構成される導電性のペン先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、情報入力ペンのペン先は、導電性ゴムの柔軟性と導電性繊維布の伸縮性とを兼ね備えており、また非常に柔らかい。したがって、ユーザが、情報入力ペンを用いて、情報入力ペンに与える荷重を変えながらタッチパネルの入力面に線を描くと、ペン先への押し込みの強度（すなわち押圧力）の変化に応じて、ペン先の接触面の径（太さ）が適宜変化する。この結果、描かれた線の「はらい」が、ユーザの意図通りに正確にタッチパネル上に表現される。すなわちユーザは、情報入力ペンを用いることによって、自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描くことができる。
本発明の態様２に係る情報入力ペンは、上記態様１において、上記タッチパネルが上記情報入力ペンによって押下される際の押圧力に応じた上記ペン先の太さの変化の分解能が、１０２４段階以上であることを特徴としている。
上記の構成によれば、情報入力ペンの押圧力の変化に応じた線の太さの変化を、実用レベルの高精度にすることができる。
本発明の態様３に係る情報入力ペンは、上記態様１または２において、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されており、かつ、上記ペン本体の長さ方向に対して斜めに配置されている導電部をさらに備えており、上記ペン先が上記タッチパネルの入力面に接触または近接するとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度が、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記ペン先が上記入力面に接触または近接することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度であることを特徴としている。
上記の構成によれば、ペン先がタッチパネルの入力面に接触または近接するとき、入力面に対するペン先の実際の接触位置または近接位置と、測定された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所に関わらず一定になる。これにより、静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響を抑えることができるので、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
また、入力面と垂直な方向に対する情報入力ペンの傾斜角度を大きくしても、入力面と垂直な方向に対する導電部の傾斜角度は小さいままである。したがって、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペンを大きく傾けた場合であっても、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
さらには、測定される静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響が小さいので、当該影響を低減するためにペン先を大きくする必要がない。したがって、ペン先が十分に小さくても、スタイラスペンを大きく傾けたときの、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
本発明の態様４に係る情報入力ペンは、上記態様１または２において、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されている導電部と、上記情報入力ペンの接触または近接が上記タッチパネルによって検知されないとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度が、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記ペン先が上記入力面に接触または近接することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度になるように、上記導電部を動かす可動部と、上記情報入力ペンの近接が上記タッチパネルによって検知されたとき、上記導電部を固定する固定部とをさらに備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、情報入力ペンがタッチパネルによって検知された後、入力面に対するペン先の実際の接触位置または近接位置と、測定された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所に関わらず一定になる。これにより、静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響を抑えることができるので、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
また、入力面と垂直な方向に対する情報入力ペンの傾斜角度を大きくしても、入力面と垂直な方向に対する導電部の傾斜角度は小さいままである。したがって、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペンを大きく傾けた場合であっても、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
さらには、測定される静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響が小さいので、当該影響を低減するためにペン先を大きくする必要がない。したがって、ペン先が十分に小さくても、スタイラスペンを大きく傾けたときの、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
本発明の態様５に係る情報入力ペンは、上記態様１または２において、上記ペン本体は非導電性であり、上記ペン先に電気的に接続されている導電部と、上記タッチパネルによって測定された上記静電容量の分布に一定以上の偏りがある旨の通知を上記タッチパネルから受けたとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度を、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度により近づけるように、上記導電部を動かす可動部とをさらに備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、測定された静電容量の変化の大きさの分布に偏りがあった場合、入力面に対するペン先の実際の接触位置または近接位置と、測定された静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が、入力面の場所に関わらず一定になるように、導電部の角度が調整される。この調整が完了すると、静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響を抑えることができるので、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
また、調整の完了後では、入力面と垂直な方向に対する情報入力ペンの傾斜角度を大きくしても、入力面と垂直な方向に対する導電部の傾斜角度は小さいままである。したがって、入力面と垂直な方向に対してスタイラスペンを大きく傾けた場合であっても、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
さらには、調整の完了後では、測定される静電容量の変化の大きさの分布に対する導電部の影響が小さいので、当該影響を低減するためにペン先を大きくする必要がない。したがって、ペン先が十分に小さくても、スタイラスペンを大きく傾けたときの、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
本発明の態様６に係る情報入力ペンは、上記態様３〜５のいずれかにおいて、上記所定の角度は、６０°以上かつ９０°以下であることを特徴としている。
上記の構成によれば、タッチパネルのメッシュ間隔に関わらず、検出される接触位置または近接位置のばらつきを抑えることができる。
本発明の態様７に係る情報入力システム は、上記態様１〜６のいずれかの情報入力ペンと、静電容量方式のタッチパネル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、自然な筆書き動作に正確に対応した線をタッチパネルに描くことができる情報入力システムを提供することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペン、ならびに当該情報入力ペンおよび静電容量タッチパネルを備えている情報入力システムとして利用することができる。
１，１ａ〜１ｃ スタイラスペン（情報入力ペン）
２，２ａ〜２ｃ タッチパネル
１０ ペン本体
１１ ペン先
１２ 導電性ゴム
１３ 導電性繊維布
１４ 窪み
１５ 導電部
１６ 可動部
１７ 固定部
４０ 近接検知部
４１ 固定指示部
４２ 分布偏向判定部
４３ 角度調整指示部
１００，１００ａ〜１００ｃ タッチ入力システム（情報入力システム）

Claims (7)

  1. 静電容量方式のタッチパネルに情報を入力するための情報入力ペンであって、
    ペン本体と、
    導電性ゴムおよび当該導電性ゴムに巻き付けられる導電性繊維布によって構成される導電性のペン先とを備えていることを特徴とする情報入力ペン。
  2. 上記タッチパネルが上記情報入力ペンによって押下される際の押圧力に応じた上記ペン先の太さの変化の分解能が、１０２４段階以上であることを特徴とする請求項１に記載の情報入力ペン。
  3. 上記ペン本体は非導電性であり、
    上記ペン先に電気的に接続されており、かつ、上記ペン本体の長さ方向に対して斜めに配置されている導電部をさらに備えており、
    上記ペン先が上記タッチパネルの入力面に接触または近接するとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度が、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記ペン先が上記入力面に接触または近接することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度であることを特徴とする請求項１または２に記載の情報入力ペン。
  4. 上記ペン本体は非導電性であり、
    上記ペン先に電気的に接続されている導電部と、
    上記情報入力ペンの接触または近接が上記タッチパネルによって検知されないとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度が、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記ペン先が上記入力面に接触または近接することによって発生する静電容量の変化の大きさの分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度になるように、上記導電部を動かす可動部と、
    上記情報入力ペンの近接が上記タッチパネルによって検知されたとき、上記導電部を固定する固定部とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の情報入力ペン。
  5. 上記ペン本体は非導電性であり、
    上記ペン先に電気的に接続されている導電部と、
    上記タッチパネルによって測定された上記静電容量の分布に一定以上の偏りがある旨の通知を上記タッチパネルから受けたとき、上記タッチパネルの入力面に対する上記導電部の長さ方向の傾斜角度を、上記入力面における上記ペン先の接触位置または近接位置と上記分布における重心位置との差が上記入力面の場所に関わらず一定になる所定の角度により近づけるように、上記導電部を動かす可動部とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の情報入力ペン。
  6. 上記所定の角度は、６０°以上かつ９０°以下であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の情報入力ペン。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の情報入力ペンと、静電容量方式のタッチパネルとを備えていることを特徴とする情報入力システム。
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