(57)【要約】【課題】紙が限定されることがなく、また、超音波を受ける等の特別な装置を必要とせずに、容易にデジタル入力可能とする。【解決手段】ペン本体１２の先端にボール１１が回転可能に設けられており、このボール１１に内蔵されたセンサから、ボール１１の状態をその周囲に配置されたコイル５により無線で受け、その情報を図示しない電気配線を通じてペン本体１２に設けられた無線通信ユニット８に送出する。また、ペン本体１２の中央部にはインク室１０があり、インク室１０のインクがペン本体１２先端とボール１１との隙間を伝わって紙に染み出し、実際に文字や図を書くことができるようになっている。【選択図】      図２
2004264952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン本体と、
上記ペン本体の先端に回転自在に設けられたボールと、
上記ボールの動きを検出するセンサ手段と、
上記センサ手段で検出される情報を無線送信する送信手段とを備えたことを特徴とするデジタル入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手書き入力をデジタル処理してパーソナルコンピュータ等に入力するためのペン型のデジタル入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、手書き入力をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）や携帯情報端末（ＰＤＡ）等への入力として用いるためのデジタル処理機能を持ったデジタルペンが注目されており、既にいくつかの方式のデジタルペンが開発されている。
【０００３】
例えば、図１２に示すように、先端に小型のデジタルカメラを設けたペン９０１を用いて、ある数学的なパターンのドット９１０が印刷された紙９０２に手書きをすると、手書き個所のドットパターンを認識して、手書きの内容がデジタル処理されるという技術が提案されている。
【０００４】
このドットパターンは、ごく一部分を取り上げても他に同じものが無い唯一のもので、同じドットパターンは存在せず、これによりどの紙のどの部分にペンを走らせたのかを認識することが可能となる。例えば、紙９０２からなるノートのページをちぎってペン９０１でメモしても、それが元々どのノートのどのページかが分かる仕組みになっている。
【０００５】
また、超音波を用いたデジタルペンも開発されている。これは、図１１に示すように、先端に超音波を発振する機能を持たせたペン８０１と、超音波を受信する受信ユニット８００を端部に設けた紙８０２を用いる。ペン８０１から発振した超音波は受信ユニット８００の受信部分８００ａと８００ｂでそれぞれ受信されるが、このとき、ペン８０１の位置によってそれぞれの受信情報が異なるので、ペン８０１の軌跡がわかり、手書きの内容をデジタル処理することができる。
【０００６】
超音波と合わせて赤外線をペンから発信させることも行われている。この場合は、使用する際の紙の種類を選ばない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ドットパターンを利用する技術では、肉眼では見えないドット９１０が印刷された専用の紙９０２での使用に限定されてしまう。また、ドット９１０が印刷された紙９０２のマッピング情報は、この紙９０２を提供する者が設立するサーバに蓄積されており、サーバに接続するための環境が必要になる。
【０００８】
また、超音波を利用したデジタルペンの場合には、紙の種類は選ばないが、超音波を受信するための受信ユニット８００を紙８０２の端部に置く必要があるという煩わしさがある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、紙が限定されることがなく、また、超音波を受ける等の特別な装置を必要とせずに、容易にデジタル入力可能とするペン型のデジタル入力装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のデジタル入力装置は、ペン本体と、上記ペン本体の先端に回転自在に設けられたボールと、上記ボールの動きを検出するセンサ手段と、上記センサ手段で検出される情報を無線送信する送信手段とを備えた点に特徴を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態のデジタル入力機器の概要を示したものである。本実施の形態のデジタル入力装置であるデジタルペン１を用いて紙２に文字、図面等を記入すると、その情報が無線通信により携帯情報端末（ＰＤＡ）３に送信され、紙２に書かれた内容がＰＤＡ３の表示部分にそのまま同じ内容４で表示される。
【００１２】
図２は、本実施の形態のデジタルペン１の要部構成例を示したものである。同図に示すように、ペン本体１２の先端にボール１１が回転可能に設けられており、このボール１１の状態をその周囲に配置されたコイル５により無線で受け、その情報を図示しない電気配線を通じてペン本体１２に設けられた無線通信ユニット８に送出する。
【００１３】
ペン本体１２の中央部にはインク室１０があり、インク室１０のインクがペン本体１２先端とボール１１との隙間を伝わって紙に染み出し、実際に文字や図を書くことができるようになっている。つまり、デジタルペン１は、一般に使われているボールペンと同じ機能も有している。
【００１４】
図３は、デジタルペン１の全体構成を示したものである。ペン先の部分の詳細は図２に示したので、細かい部分は省略して図示していない。同図において、ボール１１の動きを検出した信号を無線通信ユニット８が受理した後、アンテナ１６を介してＰＣやＰＤＡ等のデジタル受信装置に送信する。尚、無線通信ユニット８と、無線通信ユニット８のためのバッテリ１４と、アンテナ１６とが電気的に接続されているが、その間の配線は省略して図示していない。
【００１５】
図４、５は、ボール１１の内部をさらに詳細に示したものである。デジタル入力機器の一例であるボールペン型デジタルペン１は、ボール１１の回転、振動等の状態をセンシングする機構をボール１１の内部に設ける点が特徴である。
【００１６】
詳細に説明すると、ボール１１の内部には、ボール１１の回転、振動とともに動くことができる金属体からなる内部球１００が収容されており、この内部球１００の外側に電極２０１〜２０８が配置される。例えば、図４に示すようにボール１１の中心に内部球１００がある状態から、デジタルペン１が左側に移動して、図５に示すように内部球１００が右に移動したとする。これにより内部球１００と電極２０７、２０８との間隔が広がり、電極２０３、２０４との間隔は狭まる。この間隔のずれを電気的に検出することによって、ボール１１の移動、回転、振動等の状態を検出することができる。
【００１７】
この検出は、例えばいくつかの電極に電圧を印加して、内部球１００を介したキャパシタンスを測定することによって達成されうる。図７は、この検出機構の一例を回路図で示したものである。電極２０２、２０４、２０６、２０８にはそれぞれ電圧Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ７を印加する。電極２０１、２０３、２０５、２０７はオペアンプ（演算増幅器）７０の入力の一方に接続する。オペアンプ７０の入力の他方はアースにつながれる。
【００１８】
オペアンプ７０の出力はＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄとなり、内部球１００の状態に応じた出力が発生する。尚、オペアンプ７０の出力は抵抗Ｒを介してそれぞれフィードバックされる。
【００１９】
内部球１００の状態に応じた出力が発生するのは、内部球１００の状態に応じて各電極２０１〜２０８でのキャパシタンスが変化し、その変化の状態は内部球１００のずれの状態に依存するからである。オペアンプ７０の出力Ｖａ〜Ｖｄを電気処理することによってボール１１の状態を検出することができ、これによりデジタルペン１で書いた内容をデジタルデータとして無線送信することができる。
【００２０】
図８は、図７に示した回路図をよりシンプルにしたものであり、電極２０１、２０３、２０５、２０７を共通化電極２００としたものである。これによりオペアンプ７０が１つとなって簡素化される。この場合でも、内部球１００の動きに応じて各電極２０２〜２０８のキャパシタンスが変化するので、出力Ｖｑが内部球１００の状態に応じた電気的なレベルを持つようになり、ボール１１の状態を検出することができる。
【００２１】
図６は、ボール１１の外観を示したものである。同図に示すようにボール１１の表面にアンテナコイル２０が巻かれており、図７、８のいずれの場合にも、その出力Ｖａ〜Ｖｄもしくは出力Ｖｑは、アンテナコイル２０を介して、無線によってデジタルペン１のペン先のコイル５に送信される。尚、アンテナコイル２０は無線通信のためのアンテナの一例であり、アンテナはこれに限定されることは無く、例えばパッチアンテナ等でもよい。
【００２２】
以上述べたようにボール１１が無線通信機能を有するので、物理的に他の部分と接続する個所が無く、デジタルペン１の動きに合わせて自由に動くことができる。
【００２３】
尚、上記実施の形態では、ボール１にあるアンテナコイル２０とペン本体１２に配置されたコイル５との間で無線通信が行われ、その後無線通信ユニット８とアンテナ１６によってＰＣやＰＤＡ等のデジタル受信装置に無線送信される例を説明したが、ボール１１とＰＣやＰＤＡ等のデジタル受信装置とが無線通信を直接行ってもよい。この場合、ボール１１をセンサと無線通信を加えた特殊なボールとするだけで、通常用いられるボールペンをデジタルペンとすることが可能となる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図９は、本実施の形態のデジタルペン１の要部構成例を示したものである。第２の実施の形態でも、上記第１の実施の形態と同様に、ボール１１の動きを検出して手書き入力をデジタル化して無線通信するが、ボール１１の動きを検出する機構が異なっている。なお、以下では、上記第１の実施の形態で説明した構成要素と同様のものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
図９に示すように、ボール１１の上部にセンサ５１が配設されている。図１０には、ボール１１とセンサ５１部分の詳細を示す。ボール１１の内部には、微小な磁石１１ａがボール１１の中心からずれた位置に設けられており、ボール１１の回転、振動とともに微小磁石１１ａの位置も移動するようになっている。
【００２６】
ボール１１の上部に設けられたセンサ５１はコイル５１ａが巻かれた状態になっており、微小磁石１１ａから発生する漏洩磁界をコイル５１ａにて検出する構成となっている。コイル５１ａにて検出された信号は、ペン本体１２に設けられたＲＦ（無線）送信モジュール５２に送られて、無線通信でＰＣやＰＤＡ等のデジタル受信装置に送信される。
【００２７】
尚、第２の実施の形態でも、ペン本体１２の中央部にインク室１０があり、一般に使われているボールペンと同様に実際に文字や図を書くことができるようになっている。
【００２８】
尚、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、本発明のデジタル入力装置は、通常に手書きするペンに限らず、工事現場での線引き等、広い土地に大きなペンで線を描くようなものにも適用が可能である。
【００２９】
以下、本発明の実施態様の例を列挙する。
（実施態様１）  ペン本体と、
上記ペン本体の先端に回転自在に設けられたボールと、
上記ボールの動きを検出するセンサ手段と、
上記センサ手段で検出される情報を無線送信する送信手段とを備えたことを特徴とするデジタル入力装置。
【００３０】
（実施態様２）  上記ボールに上記センサ手段と上記送信手段とが設けられていることを特徴とする実施態様１に記載のデジタル入力装置。
【００３１】
（実施態様３）  上記ペン本体には、上記送信手段から無線送信される情報を受信する受信手段が設けられていることを特徴とする実施態様２に記載のデジタル入力装置。
【００３２】
（実施態様４）  上記ペン本体には、上記受信手段で受信した情報を外部に送信する送信手段が設けられていることを特徴とする実施態様３に記載のデジタル入力装置。
【００３３】
（実施態様５）  上記送信手段は、上記センサ手段で検出される情報を外部に無線送信可能であることを特徴とする実施態様２に記載のデジタル入力装置。
【００３４】
（実施態様６）  上記ボールに磁石が、また、上記ボールの近傍に上記磁石からの漏洩磁界を検出する磁気センサがそれぞれ設けられることを特徴とする実施態様１に記載のデジタル入力機器。
【００３５】
（実施態様７）  上記ペン本体内にインクが収容されており、そのインクが上記ペン本体の先端と上記ボールとの隙間から排出可能とされていることを特徴とする実施態様１〜６のいずれか１項に記載のデジタル入力装置。
【００３６】
（実施態様８）  実施態様１〜７のいずれか１項に記載のデジタル入力装置と、上記デジタル入力装置から無線通信の情報を受信するデジタル受信装置とを備えたことを特徴とするマンマシンインターフェースシステム。
【００３７】
（実施態様９）  ペン本体の先端に装着可能なボールであって、
当該ボールの動きを検出するセンサ手段と、
上記センサ手段で検出される情報を無線送信する送信手段とを内蔵することを特徴とするボール。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、通常のボールペンで手書きをしたのと同じ感覚でデジタル入力することができ、しかも、紙が限定されることがなく、また、超音波を受ける等の特別な装置を必要としないので、容易にデジタル入力が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のデジタル入力機器の概要を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のデジタルペン１の要部構成例を示す図である。
【図３】デジタルペン１の全体構成を示す図である。
【図４】ボール１１の内部をさらに詳細に示す図である。
【図５】ボール１１の内部をさらに詳細に示す図である。
【図６】ボール１１の外観を示す図である。
【図７】検出機構の例を回路図である。
【図８】検出機構の他の例を回路図である。
【図９】第２の実施の形態のデジタルペン１の要部構成例を示す図である。
【図１０】ボール１１とセンサ５１部分の詳細を示す図である。
【図１１】従来例のデジタル入力装置の概要を説明するための図である。
【図１２】従来例のデジタル入力装置の概要を説明するための図である。
【符号の説明】
１                デジタルペン
２                紙
３                携帯情報端末（ＰＤＡ）
８                無線通信ユニット
１０              インク室
１１              ボール
１１ａ            微小磁石
１２              ペン本体
１４              バッテリ
１６              アンテナ
２０              アンテナコイル
５１              センサ
５１ａ            コイル
５２              ＲＦ（無線）送信モジュール
１００            内部球
２０１〜２０８    電極
【図１】
2004264952.tif 000003
【図２】
2004264952.tif 000004
【図３】
2004264952.tif 000005
【図４】
2004264952.tif 000006
【図５】
2004264952.tif 000007
【図６】
2004264952.tif 000008
【図７】
2004264952.tif 000009
【図８】
2004264952.tif 000010
【図９】
2004264952.tif 000011
【図１０】
2004264952.tif 000012
【図１１】
2004264952.tif 000013
【図１２】
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