(57)【要約】外側に傾いて突き出た位置と、表面に押し付けられた状態で円筒形本体に対して完全に引き込んだ位置との間を、スライドして往復運動するペン型部材（４）を有する手持ち式円筒形本体（３）と；ペン型部材が、極限位置の間の部分的に押し込まれた位置まで表面に押し付けられるときに、ペン型部材の表面を横切る横方向運動を追跡する運動追跡装置（１６）と；ペン型部材が完全に押し込まれた位置に達していることを検出するセンサ（２８）とを含む電子ペン型デバイス（１）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形本体に対して外側に傾いて突き出た位置と、表面に押し付けられた状態で前記円筒形本体に対して完全に引き込んだ位置との間を、スライドして往復運動するペン型部材を有する手持ち式円筒形本体と
ペン型部材が、前記極限位置の間で部分的に押し込まれた位置まで押し付けられるときに、前記ペン型部材の表面を横切る横方向運動を追跡する運動追跡装置と、
前記ペン型部材が前記完全に押し込まれた位置に到達していることを検出するセンサと、
を備えている電子ペン型入力デバイス。
【請求項２】
前記運動追跡装置は、ペン型部材が完全に押し込まれた位置まで押し付けられるときに、前記ペン型部材の表面を横切る横方向運動を追跡する、請求項１に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項３】
前記ペン型部材の前記完全に押し込まれた位置まで、入力デバイスをすばやく連続して２度表面に押し付ける運動が、従来のコンピュータマウスの左マウスボタンのダブルクリックに相当する、請求項１または２のいずれかに記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項４】
前記円筒形本体の外側、先端方向に配置された、指で押し込みできるボタンをさらに備え、前記押し込み操作が従来のコンピュータマウスの右マウスボタンのクリックに相当する、請求項３に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項５】
前記ペン型部材は表面上を回転するボールを含み、前記運動追跡装置は少なくとも２つのエンコーダを含み、前記エンコーダのそれぞれが、表面に接触するボールの点に対して、前記ボールの上半球の中間の緯度面で接触するローラを有することにより、前記ボールが表面上を回転する結果から得られるｘ座標およびｙ座標を提供する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項６】
前記ローラはステンレス鋼で形成され、きわめて平滑であり、かつ前記ボールは少なくとも約９０のショア−Ａ硬度を有する、請求項５に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項７】
半径方向に遊びのあるボールベアリングが、前記ローラを回転可能に支持している、請求項６に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項８】
前記半径方向に遊びのあるボールベアリングは、前記ペン型部材上に強固に支持されている、請求項７に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項９】
前記入力デバイスは、前記ペン型部材の表面を横切る横方向運動を直接追跡するため光学的機構を使用している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項１０】
前記ペン型部材は約４ｍｍのストロークを有し、前記極限位置間をスライドして往復運動する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項１１】
前記デバイスは、通常は電源オフであり、前記ペン型部材が表面を横切って描かれるときに自動的にオンになる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電子ペン型入力デバイス。
【請求項１２】
前記入力デバイスはホスト電子装置と無線通信する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電子ペン型入力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置とのユーザインタフェースを可能にする電子ペン式入力デバイスの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つまたは複数のユーザ対話式アプリケーションとのユーザインタフェースのための電子装置は、詳細には、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ等を含むＰＣ；ＰＤＡと移動電話の機能性を組み合わせた、いわゆるスマートホンを含むハンドヘルドＰＤＡ；対話式テレビを含む。ユーザ対話式アプリケーションとのユーザインタフェースのための典型的な電子ペン式入力デバイスは、詳細には、Ｋｒａｕｓｓへの米国特許第５，２９１，２１３号、Ｒｅｄｆｏｒｄへの米国特許第５，４５９，４８９号、Ｎａｇａｉらへの米国特許第６，１０４，３８８号、ＳｈａｐｉｒａへのＷＯ９８／１０６０４に記載され、説明されている。
【特許文献１】米国特許第５，２９１，２１３号
【特許文献２】米国特許第５，４５９，４８９号
【特許文献３】米国特許第６，１０４，３８８号
【特許文献３】国際公開番号  ＷＯ９８／１０６０４
【発明の開示】
【０００３】
本発明によれば、円筒形本体に対して外側に傾いて突き出た位置と、表面から押し込まれた状態で、円筒形本体に対して完全に引き込まれた位置との間を、スライドして往復運動するペン型部材を有する手持ち式円筒形本体と；極限位置の間の部分的に引き込まれた位置まで押し込まれているときに、ペン型部材の表面を横切る横方向運動を追跡する運動追跡装置と；ペン型部材が完全に引き込まれた位置に到達していることを検出するセンサとを備える電子ペン式入力デバイスが提供される。
【０００４】
本発明の入力デバイスは、２点間のライン追跡運動、手書き運動、および従来のコンピュータマウスのマウスボタンに関連するいわゆる「クリック」を含む、通常の手の運動によって、広範囲のユーザ対話式アプリケーションとのユーザインタフェースを可能にする。本発明の入力デバイスは、デバイスのペン型部材が様々な固さの表面を横切って描くときにもこれらの運動を検出できる。前記表面の堅さは、比較的柔らかい表面（例えば、対話式テレビとのユーザインタフェースに使用される場合のユーザズボン）から、比較的硬い表面（例えば、デスクトップコンピュータ上で実行する対話式ユーザアプリケーションとのユーザインタフェースに使用される場合のデスクトップ）までの範囲を含む。さらに、本発明の入力デバイスは、水平に対して広範囲の方向に配置されたときにこれら運動を検出できる。したがって、本発明の電子ペン式入力デバイスは、詳細には、ＰＣ、対話式テレビ、ＰＤＡ等を含む、さまざまなホスト電子装置での利用を容易に実現するのに役立つ。さらに、ホスト電子装置は手書き認識ソフトウェア、例えば、Ｐａｒａｇｏｎ  Ｓｏｆｔｗａｒｅから市販されているＰｅｎＲｅａｄｅｒ（登録商標）を含むこともできる。
【０００５】
本発明を理解し、また本発明が具体化においてどのように実施できるかを明らかにするために、以下に、添付図面を参照して、限定を意味しない例のみを用いて、好ましい実施形態を述べる。図面においては、同一部分は同一参照符号を用いている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、デスクトップＰＣ２上で、例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）デスクトップ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｏｒｄ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｏｕｔｌｏｏｋ等の対話式ユーザ・アプリケーションとのユーザインタフェースを可能にするための電子ペン式入力デバイスを示す。入力デバイス１は、表面を横切って回転するためのボール６を有するペン型部材４で終端する手持ち式の開放端円筒形本体３を含む。円筒形本体１にはＰＣ２とＩＲ通信できるＩＲ透過窓７が形成されている。入力デバイス１はＩＲ透過窓７のすぐ下に、入力デバイス１を保持しながら人差し指で選択的に押し込むためのプッシュボタン８を備える。プッシュボタン８を押し込むことは、従来のコンピュータマウスの右のマウスボタンをクリックするのに相当する。ＩＲ透過窓７およびプッシュボタン８は入力デバイス１の前面であり、この面は、従来のコンピュータマウスの前面に相当する。入力デバイス１の電源は、通常はオフであり、ボール６が表面を横切って回転するとオンになる。
【０００７】
図２では、円筒形本体３が２つの電池９、電子回路１１、ＩＲ透過窓７を通してＰＣ２と無線通信するための１対のＩＲ送信器１２、およびペン型部材４と一体で機能する作用ペン型ホルダー１３を収容していることを示している。ペン型部材４は、ボール６が表面を横切って回転するとき、ボールの回転運動を追跡するための運動追跡装置１６を含む円筒形本体１４を有する（図３参照）。図３では、運動追跡装置１６は、ボール６に接触するローラ１９および２１でそれぞれ駆動される溝付きエンコーダディスク１７および１８を有する一対の光学エンコーダ（図示なし）と、ローラ１９と２１のボール６との接点間の等距離にあるローラ２２とを用いる限りは、従来のコンピュータマウスで用いられるのと類似の装置であることを示している。また、ローラ１９および２１は、ボールの上面図（図示なし）では相互に直交して配置されることにより、入力デバイスの表面を横切る横方向運動のｘ成分およびｙ成分をそれぞれ提供する。
【０００８】
ただし、運動追跡装置１６は従来のコンピュータマウスの運動追跡装置と２つの点、すなわち、１つは構成部品の材料および他の１つは配列の点で異なる。これらにより、入力デバイス１を水平に対してさまざまな配置において使用でき、また様々な表面での使用においても、同時に、一方では、常時ボールの自由回転運動を必要とし、他方では、表面を横切る入力デバイスの横方向運動の方向に従って、ローラ１９および２１に対して、ボールの回転運動の正確な比例伝達を必要とする、表面を横切る入力デバイスの横方向運動の正確な追跡を可能にする。これは、ローラ１９、２１および２２がステンレス鋼で形成され、きわめて平滑であり、かつボール６がナイロンまたはテフロン（登録商標）から形成され、ショア−Ａ硬度、少なくとも９０を有し、およびローラ１９、２１および２２が、ボールの緯度面から約３５度の角度で、表面がボール６の上側半球に接触する、ことで達成される。また、円筒形本体１４の下半分に強固に固定して取り付けられる、半径方向に遊びのあるボールベアリング（例えば米国のＳｔｅｒｉｎｇ社から市販されている）はローラ１９、２１および２２を回転可能に支持する。
【０００９】
図４は、ペン型ホルダー１３が円筒形部材３に強固に固定された環状部材２３を含むことを示す。環状部材２３は、下端がストッパ２６で終端する、下方にあるスライド部材２４と、上方に配置された、接点２９を有するセンサ２８を保持するための保持材２７とを用いて形成される。ペン型部材４はこの部材に強固に固定された直立フランジ３１を用いて形成され、さらにこのフランジには、溝付のスライド部材３２を強固に固定している。このスライド部材３２は、２つの極限位置の間を、すなわちスライド部材の受面上でストッパ２６に衝突する上に完全に突き出た位置（図５Ａ参照）と、表面に対してペン型部材４を押し込んで、スライド部材がセンサ２８に衝突する完全に引き込まれた位置（図５Ｂ参照）との間を往復してスライドする。圧縮ばね３３は、環状部材２３の先端面３４と円筒形本体１６の後端面３６との中間に配置され、ペン型部材４を円筒形本体３に対して外側方向に傾け、完全に突き出た位置に押し出す。スライド部材３２がセンサ２８に接触することは、従来のコンピュータマウスの左ボタンのクリックに相当する。外側に傾いて突き出た位置と完全に引き込まれた位置との間のペン型部材４のストロークｈは、約４ｍｍであって、典型的には４±０．５ｍｍの範囲であり、一方、圧縮ばね３３の力は約５０グラムであり、これによりペン型部材４は通常、入力デバイス１をボール６が表面に接触するようにおおよそ垂直に保持する状態では、２つの極限位置の間の部分的に引き込んだ位置に押し込まれている。
【００１０】
次に、電子ペン式入力デバイス１の操作を説明する。ユーザは人差し指を、押し下げコントロールボタン上に軽く置くようにして、ペンを握るように入力デバイスを握る。ユーザは入力デバイスを、ボール、左マウスボタン、および右マウスボタンを有する従来のコンピュータマウスと同様の方法で、次のように使用する。第１に、ユーザはペン型部材を表面に軽く押し付け、表面を横切ってボールを回転させてカーソルを制御する。第２に、ユーザは入力デバイスを表面に完全に押し付け、表面を横切ってボールを回転させることにより、左クリック操作、例えばオブジェクトのドライッグアンドドロップを実行する。第３に、ユーザは入力デバイスを、すばやく連続して２度表面に完全に押し付け、左ダブルクリック操作を実行する。最後に、ユーザはプッシュボタンをクリックして、右クリック操作を実行する。
【００１１】
これまで本発明を限定された数の実施形態に関して述べてきたが、本発明の多くの変形形態、変更形態、および他の用途が、添付の特許請求の範囲内で可能であることは理解されるであろう。例えば、本発明の電子ペン式入力デバイスは光学的機構を用いて、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社のＩｎｔｅｌｌｉＭｏｕｓｅ（登録商標）と同様な方法で、表面上の運動を直接追跡できる。また、本発明の電子ペン式入力デバイスは、有線通信を介してホスト電子装置と通信でき、一方で、無線通信は他の従来の無線手段、例えば、無線周波数（ＲＦ）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）等により達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】デスクトップＰＣとのユーザインタフェースのための電子ペン式入力デバイスの図である。
【図２】図１の入力デバイスのラインＡ−Ａに沿った縦断面図である。
【図３】入力デバイスの表面を横切る横方向運動を追跡するための運動追跡装置の斜視拡大図である。
【図４】入力デバイスのペン型ホルダーおよびペン型部材の分解組立図である。
【図５Ａ】入力デバイスの縦断面拡大図であり、ペン型部材が外側に傾いて突き出ている位置にあることを示す。
【図５Ｂ】入力デバイスの縦断面拡大図であり、ペン型部材が完全に引き込んだ位置にあることを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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