(57)【要約】      （修正有）【課題】ペン型入力装置に関する筆圧、傾き、握り、ひねりなどの各種状態を、簡易なセンサ配置によって判定する。【解決手段】ペン型入力装置１００を、少なくともひとつの一方向の歪量を検出する歪センサと、ペン先部に少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向とペン軸方向を一致させて設けられたペン軸を有するようにし、前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペン先の筆記面への接触状態とペン先の押付状態とペンの傾き方向を検出する。また、歪センサをペン軸のひねりによる変形が最大の方向に設置し、ペン軸のひねり状態を検出する。【選択図】図４
2013242819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともひとつの一方向の歪量を検出する歪センサと、
ペン先部に少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向とペン軸方向を一致させて設けられたペン軸を有し、
前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペン先の筆記面への接触状態とペン先の押付状態とペンの傾き方向を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項２】
少なくともひとつの一方向の歪量を検出する歪センサと、
ペン元部に少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向とペン軸方向を一致させて設けられたペン軸を有し、
前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペン元の筆記面への接触状態とペン元の押付状態とペンの傾き方向を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項３】
少なくとも２つの一方向の歪量を検出する歪センサと、
ペン先部とペン元部のそれぞれに少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向とペン軸方向を一致させて設けられたペン軸を有し、
前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペンの軸方向の押付状態あるいは引っ張り状態と、空中でペンを把持している状態あるいはペンの平置き状態を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のペン型入力装置において、
前記歪センサは、前記ペン軸の外表面あるいは内表面あるいはペン軸内部に設置され、ペン軸の歪量を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項５】
少なくともひとつの一方向の歪量を検出する歪センサと、
ペン先部とペン元部の間にあってユーザによって把持される把持部に、少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向とペン軸方向を一致させて設けるか、または、少なくともひとつの前記歪センサを歪量の検出方向をペン軸に垂直な方向に一致させて設けたペン軸を有し、
前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペンの把持状態とペンの平置き状態を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項６】
少なくとも２つの一方向の歪量を検出する歪センサと、
ペン先部に少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向とペン軸方向を一致させて設けられているとともに、ペン先部とペン元部の間にあってユーザによって把持される把持部に、少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向とペン軸方向を一致させて設けるか、または、少なくともひとつの前記歪センサを歪量の検出方向をペン軸に垂直な方向に一致させて設けたペン軸を有し、
前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、筆記中のペンの把持状態と空中のペンの把持状態とペンの平置き状態を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項７】
少なくともひとつの一方向の歪量を検出する歪センサと、
少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向をペン軸の周方向に傾けて設けられたペン軸を有し、
前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペン軸のひねり状態を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項８】
少なくとも２つの一方向の歪量を検出する歪センサと、
少なくとも２つの前記歪センサが検出方向をペン軸方向に一致させて、ペン軸の周方向に９０度の角度をもって設けられたペン軸を有し、
前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペン先の筆記面への接触状態とペン先の押付状態とペンの傾き方向を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項９】
少なくともひとつの一方向の歪量を検出する歪センサと、
ペン先部とペン元部の間にあってユーザによって一意の方向に把持される把持部の所定の指位置に、少なくともひとつの前記歪センサが歪量の検出方向とペン軸方向を一致させて設けられたペン軸を有し、
前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペン先の筆記面への接触状態とペン先の押付状態とペンの傾き方向を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ入力に最適な電子ペンのセンサの取付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モニタの大画面化やプロジェクター装置の普及により、筆記用具で白板に文字や図形を記入するのと同じ形態で、データ表示した表示面にコンピュータによる加筆をおこなえる電子ペンが提供されている。この電子ペンには、軌跡情報をコンピューターに通知するとともに、電子ペンの筆圧や傾き等の操作情報をコンピュータに通知することが必要となる。
【０００３】
例えば、特許文献１に電子ペンの一例が示されている。詳しくは、特許文献１に開示される電子ペンは、使用者に把持される略筒状の筐体と、前記筐体の先端側に形成されたペン先部と、前記ペン先部の三次元的変位を検出して、前記ペン先部の筆圧または傾きを算出する検出手段と、を備えた構成であることが開示されている。
【０００４】
そして、電子ペンと、表示装置のタッチパネル面に前記電子ペンによりタッチされた座標位置を検出する座標位置検出装置と、前記座標位置検出装置の座標位置の検出結果に応じた情報を前記表示装置に表示させる表示制御装置とからなるタッチパネル装置において、前記電子ペンは、使用者に把持される略筒状の筐体と、前記筐体の先端側に形成されたペン先部と、前記ペン先部の三次元的変位を検出して、前記電子ペンの筆圧を算出する検出手段と、を含み、前記表示制御装置は、前記検出手段で算出された前記電子ペンの筆圧に応じて、前記表示装置に表示する情報の表示態様を変更することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−９２４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に記載の電子ペンによれば、電子ペンの筆圧やペン軸の傾きを検出できるようになったが、従来の筆記用具の筆記機能を電子化に必要な機能が実現されたにすぎず、新たな入力装置を提供するまでには到っていない。
【０００７】
本発明の目的は、筆圧検出や傾き検出の状態検出をより高精度検出可能とするとともに、従来の筆圧や傾き以外のペンの状態検出を可能として、使い勝手の向上や新たな使用方法に適用可能な電子ペンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願発明の電子ペンは、一方向の歪量を検出する歪センサを、ペン先部・ペン元部・把持部・ペンの周部のいずれかに設置し、前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、電子ペンの筆記面への接触状態、筆記面への押付状態、電子ペンの傾き方向を検出するようにした。
【０００９】
また、歪センサをペン軸のひねりによる変形が最大の方向に設置し、前記歪センサが検出した歪値と所定の歪量閾値と平衡状態の歪センサの出力値により、ペン軸のひねり状態を検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子ペンは、筆圧検出や傾きの検出精度を向上することができるとともに、電子ペン単独でコンピューターの操作情報通知することができ、新たな使用方法に適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ペン型入力装置の構成の一例を示す図である。
【図２】実施例１においてペン型入力装置が歪む様子の一例を示す図である。
【図３】歪検出部における出力の一例を示す図である。
【図４】実施例１におけるセンサの配置の一例を示す図である。
【図５】実施例１における処理の一例を示す図である。
【図６】実施例２においてペン型入力装置が歪む様子の一例を示す図である。
【図７】実施例２におけるセンサの配置の一例を示す図である。
【図８】実施例２における処理の一例を示す図である。
【図９】実施例２における処理の一例を示す図である。
【図１０】実施例３においてペン型入力装置が歪む様子の一例を示す図である。
【図１１】実施例３におけるセンサの配置の一例を示す図である。
【図１２】実施例３における処理の一例を示す図である。
【図１３】実施例３における処理の一例を示す図である。
【図１４】実施例４においてペン型入力装置が歪む様子の一例を示す図である。
【図１５】実施例４におけるセンサの配置の一例を示す図である。
【図１６】実施例４における処理の一例を示す図である。
【図１７】実施例５におけるセンサの配置の一例を示す図である。
【図１８】実施例５における処理の一例を示す図である。
【図１９】実施例６におけるセンサの配置の一例を示す図である。
【図２０】実施例６における処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面に基づき本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、ペン先の接触状態、ペン先にかかる圧力、およびペン型入力装置の傾き方向の検出をおこなえる電子ペンの実施例を説明する図である。
図１は、ペン型入力装置100の内部構成を示す図である。ペン型入力装置100は、歪検出部101と、前記歪検出部101の検出結果に基づいてペンの状態を判定する演算部102と、コンピューターにペン状態を通知する通信部103と、操作部104と、電力供給部105と、制御部106とから構成される。それぞれのブロックの詳細は後述する。
【００１４】
なお、図１では１０１〜１０６の各部は独立しているが、必要に応じて１または複数の構成要件で構成してもよい。例えば、１０２と１０６は１または複数の中央処理装置（CPU）でその処理を行うように構成してもよい。また、図１では１０１〜１０６の各部を全てペン型入力装置の内部に構成しているが、１または複数の構成要件をペン型入力装置の外部に構成し、ネットワーク接続やユニバーサルシリアルバス（USB）接続によってペン型入力装置に結合しても良い。
【００１５】
歪検出部101は、半導体歪センサで構成され、ペンの操作により生じるペン型入力装置の筐体や先端部、末端部、さらには把持部などに生じる歪（応力による形状変化）を検知する。なお、センサの種類は半導体歪みセンサに限定されず、歪を検知できるものであれば他のセンサでもよい。
【００１６】
演算部１０２は、マイコンを搭載した回路基板などで構成され、歪検出部１０１で得られた歪信号の有無やその歪み信号レベルに関する情報を演算処理し、ペン型入力装置１００の傾き、握られ方、他の物体との接触状態などの各種状態を決定する。
【００１７】
通信部１０３は、超音波ユニットや赤外線通信装置や無線通信装置などで構成され、タッチパネル装置やプロジェクタ、パーソナルコンピュータなど、ペン型入力装置１００の外部の機器と通信できるインタフェースである。歪検出部１０１で得られたペン型入力装置の歪に関する情報、あるいは演算部１０２の演算結果を前記の外部機器に対して送信したり、外部機器からの各種信号を受信したりする。
【００１８】
操作部１０４は、ボタンやスイッチ、操作パネルなどで構成され、ユーザからペンの操作指示入力を受け付けることができるインタフェースである。
【００１９】
電力供給部１０５は、バッテリなどで構成され、ペン型入力装置１００の構成部材に対して電力を供給する。
【００２０】
制御部１０６は、歪検出部１０１からのペン型入力装置の歪に関する情報や操作部１０４からのユーザの入力に基づいて、演算部１０２、通信部１０３、電力供給部１０５を制御する。
【００２１】
実施例１では、歪検出部１０１で得られたペン型入力装置の歪に関する情報を、演算部１０２で演算処理した後に、通信部１０３から外部機器に対して送信しているが、演算部１０２を介さずに通信部１０３から外部機器に対して送信する構成としてもよい。この場合、歪検出部１０１で得られたペン型入力装置の歪に関する情報が演算処理されることなく外部機器に対して送信されるが、外部機器にて演算部102と同様の演算処理を行えば、同様にペン型入力装置１００の状態を決定することができる。すべての演算処理を外部機器にて行う場合は、演算部１０２は不要となり、演算部１０２をペン型入力装置１００内の構成から除外してもよい。
【００２２】
図２は、実施例１のペン型入力装置100の使用例を示すものである。図２(a)は、ペン型入力装置を用いて水平面に筆記をしている様子であり、図２（ｂ）は垂直面に筆記をしている様子である。いずれの場合もペン型入力装置は筆記面に対して垂直ではなく、傾いた状態で使用されることが多い。
【００２３】
図２(c)(d)は、ペン先の歪み状態を説明する図であり、ペン型入力装置が筆記面の非接触の場合は、図２(c)に示すように、ペン先に歪は発生しない。しかし、図２(d)に示すように、筆記面に対して傾いた状態で接触すると、ペン先の表面および内部に歪が発生する。詳しくは、図２(d)に示すように、筆記面に最も近いペン先付近の側面では伸びる方向の歪が、筆記面から最も遠いペン先付近の側面では縮む方向の歪が発生している。
【００２４】
図３は、歪検出部１０１における電子ペンに加わる外力とセンサ出力の一例を示すものである。歪検出部101は、前述のとおり、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体歪センサ200（以下、歪センサと記す）で構成される。歪センサ200は接着剤などで電子ペンに固定され、歪センサの内部応力に応じて電気抵抗値が変化する特性を有する。また、歪センサには感度軸２０１が存在し、感度軸に沿った方向の歪を最も高い感度で検知することができる。以降、歪センサ200を図３に示す３層から成る直方体として標記し、センサ感度軸201は３層を垂直に貫く方向に存在するものとする。
【００２５】
歪センサ200にかかる応力と歪センサの出力の関係を図３に示す。図３（ｃ）はペンに外力が加わらずセンサに歪が発生していない状態を示し、この平衡状態での歪みセンサの出力値をε0とする。図３(a)(b)は平衡状態から歪センサが縮む方向に外力が加わった状態を示し、図３(d)(e)は平衡状態から歪センサが伸びる方向に外力が加わった状態を示している。平衡状態の(c)より離れるほど大きな外力が加わった状態を示している。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように縮む方向に小さな応力がかかった場合の出力値はε0より小さくなり、図３（ａ）に示すように縮む方向に大きな応力がかかった場合の出力値は、さらに小さくなる。逆に、図３（ｄ）に示すように伸びる方向に小さな応力がかかった場合の出力値はε0より大きくなり、図３（ｅ）に示すように伸びる方向に大きな応力がかかった場合の出力値は、さらに大きくなる。
【００２７】
上記のとおり、歪センサに加わる外力と歪センサの出力特性には相関関係があり、歪センサの特性値を検出することで、歪センサに加わる外力を知ることができる。
【００２８】
図４は、実施例１における歪センサ200の配置位置を示すものである。図４以降では、ペン型入力装置の先端部分をペン先、ユーザによって把持される部分を把持部、中心付近を中心部、根元部分をペン元と呼ぶことにする。
【００２９】
本実施例は、図２（ｄ）に示した筆記時のペン先の接触状態、ペン先にかかる圧力、およびペンの傾き方向を検出するのに適した歪センサの配置を示している。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｃ）はいずれもペン型入力装置の断面図であり、歪センサの配置箇所としてはペン型入力装置のケース構造体の外表面の２００１や２００２、内表面の２００３や２００４、内部の２００５などが挙げられる。ペン先部分の歪を検知するには、２００１〜２００５のいずれか１箇所に歪センサを１つ配置すれば十分であるが、検知の信頼性を上げるために、複数箇所に複数の歪センサを配置してもよい。
【００３１】
詳しくは、ペン先と把持部との間に歪センサを配置することで、歪センサは、把持部を支点としたペン先と把持部との間のペンの筆記時の応力を検出する。歪センサは、図４(a)に示すように、ペンの外表面に配置してよいし、図４(b)に示すように、ペンの内表面に配置してもよい。図４(c)は、ペン軸を外ケースに接触させない構成のペンに適用した場合の例を示している。図４では、ペンの外表面と内表面とペン軸内部の別に歪みセンサを設置する例を示したが、ペンの外表面と内表面の両方など、複数の場所に歪みセンサを組合わせて設置するようにしてもよい。
【００３２】
つぎに、図５により、実施例１の検出処理フローを説明する。図５（ａ）に示すのはＳ５０１〜Ｓ５０３の処理をそれぞれ一度ずつ実行する一巡のフローであるが、実際にはこのフローは連続して繰り返され、Ｓ５０３の後はＳ５０１に戻るものとする。まず、Ｓ５０１では、図４に示す２００１〜２００５のいずれかに配置した歪センサにより、現在のペン先の歪センサ出力値εtipを取得する。Ｓ５０１の処理が終わると、Ｓ５０２に進む。
【００３３】
Ｓ５０２では、Δεtip =(εtip−ε0)で表わされるΔεtipと、一定の歪センサの閾値であるＥtipの値を比較する。ここでε0は平衡状態の歪センサの出力値であり、ε0、Ｅtipのいずれも正の数であるとする。Ｓ５０２の処理が終わると、Ｓ５０３に進む。
【００３４】
Ｓ５０３では、Ｓ５０２における比較結果に基づいて、ペン先の接触状態やペン先にかかる圧力、ペン型入力装置の傾き方向を検出する。Ｓ５０３の詳細は後述の図５（ｂ）で説明する。Ｓ５０３の処理が終わると、図５（ａ）に示す一連の処理を終了する。
【００３５】
図５（ｂ）はＳ５０３の処理の詳細を示す。５５１に示すようにΔεtipとＥtipの比較結果がΔεtip＜−Ｅtipを満たす場合、ペン先が筆記面と接触しており、ペン型入力装置の傾き方向は、センサ取り付け側と反対であることを検出する。５５２に示すようにΔεtipとＥtipの比較結果が｜Δεtip｜≦Ｅtipを満たす場合、ペン先が筆記面と接触していないことを検出する。５５３に示すようにΔεtipとＥtipの比較結果がΔεtip＞Ｅtipを満たす場合、ペン先が筆記面と接触しており、ペン型入力装置の傾き方向は、センサ取り付け側と同じであることを検出する。
【００３６】
ペン先が筆記面と接触している５５１および５５３では、ペン先を筆記面に押し付ける力が小さいときほどペン先の歪は小さくなり、｜Δεtip｜の値が小さくなる。逆に、ペン先を筆記面に押し付ける力が大きいときほどペン先の歪は大きくなり、｜Δεtip｜の値が大きくなる。この特性を利用すると、｜Δεtip｜の値により、ペン先にかかる圧力の度合いも検出できる。
【００３７】
上述したペンの傾き方向は、歪センサ200の取付け位置が基準となっている。このため、ペンの傾け方向をより正確に求めるためには、把持部に把持方向をマークすることにより、ペンの回転方向を固定にすることが望ましい。
【実施例２】
【００３８】
次に、ペンの根元（ペン元）の接触状態、ペン元にかかる圧力、およびペン型入力装置の傾き方向の検出する実施例を説明する。本実施例によれば、ペンを筆跡の入力手段としてだけでなく、操作指示手段として使用する場合に、操作指示の種別を増やすことができる。
【００３９】
図６は実施例２においてペン型入力装置１００が歪む様子の一例を示すものである。
図６（ａ）に示すようにペン型入力装置が筆記面の非接触の場合はペン元に歪は発生しないが、図６（ｂ）に示すように筆記面に対して傾いた状態で接触すると、ペン元の表面および内部に歪が発生する。図６（ｂ）において、筆記面に最も近いペン元付近の側面では伸びる方向の歪が、筆記面から最も遠いペン元付近の側面では縮む方向の歪が発生している。
【００４０】
図７は、図６（ｂ）に示したペン元部分の歪みを検出するために、ペン元部分に配置する歪センサの配置例を示している。図７（ａ）〜（ｃ）はいずれもペン型入力装置の断面図であり、歪センサの配置箇所としてはペン型入力装置の外表面の２０１１、内表面の２０１２、内部の２０１３などが挙げられる。ペン元部分の歪を検知するには、２０１１〜２０１３のいずれか１箇所に歪センサを１つ配置すれば十分であるが、検知の信頼性を上げるために、複数箇所に複数の歪センサを配置してもよい。
【００４１】
図８は実施例２における処理の一例を示すものである。
図８（ａ）は処理フローを示す。図８（ａ）に示すのはＳ８０１〜Ｓ８０３の処理をそれぞれ一度ずつ実行する一巡のフローであるが、実際にはこのフローは連続して繰り返され、Ｓ８０３の後はS８０１に戻るものとする。
【００４２】
まず、Ｓ８０１では、図７に示すペン元の２０１１〜２０１３のいずれかに配置した歪センサの歪センサ出力値εrootを取得し、Ｓ８０２に進む。Ｓ８０２では、Δεroot＝（εroot−ε0）で求められるΔεrootと、一定の歪センサの閾値であるＥroot の値を比較し、Ｓ８０３に進む。ここでε0は平衡状態の歪センサの出力値であり、ε0、Ｅrootのいずれも正の数であるとする。
【００４３】
Ｓ８０３では、Ｓ８０２の比較結果に基づいて、ペン元の接触状態やペン元にかかる圧力やペン型入力装置の傾き方向を求める。Ｓ８０３の詳細は後述の図８（ｂ）で説明する。Ｓ８０３の処理が終わると、図８（ａ）に示す一連の処理を終了する。
【００４４】
図８（ｂ）に、Ｓ８０３の処理の詳細を示す。図８（ｂ）の８５１に示すように、Δεrootとεrootの比較結果がΔεroot＜−εrootを満たす場合は、ペン元が筆記面と接触していることを示しており、ペン型入力装置の傾き方向はセンサ取り付け側と反対である。８５２に示すように、Δεrootとεrootの比較結果が|Δεroot |≦εrootを満たす場合は、ペン元が筆記面と接触していないことを示している。８５３に示すようにΔεrootとεrootの比較結果がΔεroot＞εrootを満たす場合は、ペン元が筆記面と接触していることを示しており、ペン型入力装置の傾き方向はセンサ取り付け側と同じである。
【００４５】
ペン元が筆記面と接触している８５１および８５３では、ペン元を筆記面に押し付ける力が小さいときほどペン元の歪は小さくなるため、|Δεroot|の値が小さくなる。逆に、ペン元を筆記面に押し付ける力が大きいときほどペン元の歪は大きくなり、|Δεroot|の値が大きくなる。この特性を利用すると、|Δεroot|の値からペン元にかかる圧力の度合いも検出することができる。
【００４６】
図９は、ペン先とペン元の両方に歪センサを設けた実施例で、それぞれの歪センサの検出値とペン型入力装置の状態の関係を示したものである。
詳しくは、図８のＳ８０２で得られたΔεrootと図５のＳ５０２で得られたΔεtipと組み合わせることにより、さらに詳細なペン型入力装置の状態を検出することができる。具体的には、筆記面と接しているのがペン先かペン元かを区別でき、また、ペン型入力装置が両端から引っ張られた状態、両端から押し込まれた状態、空中で把持あるいは平置きされている状態を検出することができる。
【００４７】
９０１に示すように|Δεtip|＞Ｅtipかつ|Δεroot|≦εrootを満たす場合、ペン先が筆記面と接触しており、ペン元は接触していないことを検出する。９０２に示すように|Δεtip|≦Ｅtipかつ|Δεroot|＞εrootを満たす場合、ペン元が筆記面と接触しており、ペン先は接触していないことを検出する。あるいは、ユーザがペン元のみを押し込む操作、例えばノックするような操作を検出することもできる。９０３に示すようにΔεtip＞ＥtipかつΔεroot＞εrootを満たす場合、ペン型入力装置が両端から引っ張られた状態であることを検出する。９０４に示すようにΔεroot＜−ＥtipかつΔεroot＜−Ｅrootを満たす場合、ペン型入力装置が両端から押し込まれた状態であることを検出する。９０５に示すように|Δεtip|≦Ｅtipかつ|Δεroot|≦Ｅrootを満たす場合、ペン型入力装置が空中で把持、あるいは平置きされていることを検出する。
【００４８】
上述したように、本実施例ではペン元に歪センサを配置し、ペン元の歪センサ出力値を取得する。これにより、ペン元の接触状態、ペン元にかかる圧力、およびペン型入力装置の傾き方向を検出する効果が得られる。
【００４９】
さらに、ペン先の歪センサ出力値と組み合わせることで、筆記面と接しているのがペン先かペン元かを区別する効果、および、ペン型入力装置が両端から引っ張られた状態、両端から押し込まれた状態、空中で把持あるいは平置きされている状態を検出する効果が得られる。
【実施例３】
【００５０】
つぎに、図１０から図１３により、ペン型入力装置の握り状態の検出する実施例を説明する。
図１０は、本実施例のペン型入力装置の握り状態を示す図である。図１１は、握り状態を検出するための歪みセンサの配置例を示すものである。図１２は、状態の判定処理フローの概要を示すものである。図１３は、ペン先の歪センサと組み合わせて、より詳細にペンの握り状態を判定する場合の判定条件を示している。
【００５１】
図１０（ａ）に示すように、ペン型入力装置を弱い力で把持している場合には把持部に歪は発生しない。しかし、図１０（ｂ）に示すように強い力で把持している場合は把持部の表面および内部に歪が発生する。特に、図１０（ｂ）では、把持部を細くする方向の歪が発生している。
【００５２】
図１０のペンの把持を検出するために、図１１に示すように、ペンの把持部断面に歪センサ２０２１と２０２２を設ける。ここで、歪センサ２０２１は、ペン軸の圧縮を検出するのに適しており、歪センサ２０２２はペン軸の曲がりを検出するのに適している。把持部の歪を検知するには、２０２１、２０２２のいずれか１箇所に歪センサを１つ配置すれば十分であるが、検知の信頼性を上げるために、複数箇所に複数の歪センサを配置してもよい。
【００５３】
握り状態の判定は、図１２のフローにしたがっておこなう。ここで、図１２（ａ）のＳ１２０１〜Ｓ１２０３の処理をそれぞれ一度ずつ実行する一巡のフローであるが、実際にはこのフローは連続して繰り返され、Ｓ１２０３の後はＳ１２０１に戻るものとする。
【００５４】
Ｓ１２０１では、図１１の２０２１に配置した歪センサにより、現在の把持部の歪センサ出力値εgripを取得し、Ｓ１２０２に進む。Ｓ１２０２では、Δεgrip=(εgrip−ε0)で表わされるΔεgripと、一定の歪センサの閾値であるＥgripの値を比較する。ここでε0は平衡状態の歪センサの出力値であり、ε0とＥgripのいずれも正の数であるとする。Ｓ１２０２の処理が終わると、Ｓ１２０３に進む。
【００５５】
Ｓ１２０３では、Ｓ１２０２における比較結果に基づいて、ペン型入力装置の握り状態を判定する。Ｓ１２０３の判定の詳細は後述の図１２（ｂ）で説明する。Ｓ１２０３の処理が終わると、図１２（ａ）に示す一連の処理を終了する。
【００５６】
図１２（ｂ）はＳ１２０３の処理の詳細を示す。１２５１に示すように、|Δεgrip|≦Ｅgripを満たす場合には、ペン型入力装置は弱い力で把持されているか、あるいは平置きされていると判定する。１２５２に示すように|Δεgrip|＞Ｅgripを満たす場合、ペン型入力装置は強い力で把持されている判定する。
【００５７】
ペン型入力装置が把持されている場合は、ペン型入力装置を把持する力が小さいときほど把持部の歪は小さくなり、|Δεgrip|の値が小さくなる。逆に、ペン型入力装置を把持する力が大きいときほど把持部の歪は大きくなり、|Δεgrip|の値が大きくなる。この特性を利用すると、|Δεgrip|の値より、ペン型入力装置を把持する力の度合いも検出できる。
【００５８】
つぎに、図１３により、図１２のＳ１２０２で得られたΔεgripと図５のＳ５０２で得られたΔεtipと組み合わせて、ペンの握り状態を判定する場合の判定条件を説明する。この処理により、筆記面と接した状態でペンが把持されているのか、空中でペンが把持されているのかを区別できる。
【００５９】
１３０１に示すように|Δεtip|≦Ｅtipかつ|Δεgrip|≦Ｅgripを満たす場合には、ペン先は筆記面と接触しておらず、ペン型入力装置は空中で弱い力で把持、あるいは平置きされていると判定する。また、１３０２に示すように|Δεtip|＞Ｅtipかつ|Δεgrip|≦Ｅgripを満たす場合には、ペン先は筆記面と接触しており、ペン型入力装置は筆記中に弱い力で把持されていると判定する。さらに、１３０３に示すように|Δεtip|≦Ｅtipかつ|Δεgrip|＞Ｅgripを満たす場合には、ペン先は筆記面に接触しておらず、ペン型入力装置は空中で強い力で把持されている判定する。１３０４に示すように|Δεtip|＞Ｅtipかつ|Δεgrip|＞Ｅgripを満たす場合には、ペン先は筆記面と接触しており、ペン型入力装置は筆記中に強い力で把持されていると判定する。
【００６０】
上述したように、本実施例では把持部に歪センサを配置し、把持部の歪センサ出力値を取得する。これにより、ペン型入力装置の握り状態を検出する効果が得られる。
【実施例４】
【００６１】
つぎに、ペン型入力装置のひねり状態の検出する実施例について、図１４から図１６を用いて説明する。図１４は、ペン型入力装置１００が歪む様子の一例を示すものであり、図１５は、ひねり状態を検出するために歪センサの配置例を示している。図１６は、ひねり状態の検出処理フローを示している。
【００６２】
図１４（ａ）に示すようにペン型入力装置にひねりを加えていない場合は中心部に歪は発生しないが、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）に示すようにペン先に対してペン元を時計まわりにひねった場合や、図１４（ｄ）、図１４（ｅ）に示すようにペン先に対してペン元を反時計まわりにひねった場合には、中心部の表面で歪が発生している。
【００６３】
この歪を検出するために、図１５に示すように、ペン型入力装置の中心部に歪センサを配置する。図１５（ａ）〜（ｄ）はいずれもペン型入力装置の部分切取図であり、歪センサの配置箇所としてはペン型入力装置の外表面の２０３１や２０３３、内表面の２０３２や２０３４などが挙げられる。中心部の歪を検知するには、２０３１〜２０３４のいずれか１箇所に歪センサを１つ配置すれば十分であるが、検知の信頼性を上げるために、複数箇所に複数の歪センサを配置してもよい。また、歪サンサの設置方向は、ペン型入力装置のひねりによる変形が最大の方向（例えば、断面に角度をもつ方向）に歪センサを配置することが望ましいことはいうまでもない。
【００６４】
図１６に本実施例の処理フローを示す。図１６（ａ）に示すのはＳ１６０１〜Ｓ１６０３の処理をそれぞれ一度ずつ実行する一巡のフローであるが、実際にはこのフローは連続して繰り返され、Ｓ１６０３の後はS１６０１に戻るものとする。
【００６５】
まず、Ｓ１６０１では、図１５に示す２０３１〜２０３４のいずれかに配置した歪センサにより、現在の中心部の歪センサ出力値εmidを取得し、Ｓ１６０２に進む。
【００６６】
Ｓ１６０２では、Δεmid=(εmid−ε0)で表わされるΔεmidと、一定の歪センサの閾値であるＥmidの値を比較する。ここでε0は平衡状態の歪センサの出力値であり、ε0、Ｅmidのいずれも正の数であるとする。Ｓ１６０２の処理が終わると、Ｓ１６０３に進む。
【００６７】
Ｓ１６０３では、Ｓ１６０２における比較結果に基づいて、ペン型入力装置のひねり状態を判定する。Ｓ１６０３の詳細は後述の図１６（ｂ）、図１６（ｃ）で説明する。Ｓ１６０３の処理が終わると、図１６（ａ）に示す一連の処理を終了する。
【００６８】
図１６（ｂ）はセンサ配置箇所が図１５の２０３１、または２０３２の場合のＳ１６０３の処理の詳細を示している。１６５１に示すようにΔεmidとＥmidの比較結果がΔεmid＜−Ｅmidを満たす場合には、ペン先に対してペン元を反時計まわりにひねった状態であると判定する。また、１６５２に示すようにΔεmidとＥmidの比較結果が|Δεmid|≦Ｅmidを満たす場合には、ペン型入力装置に対してひねりが加えられていないと判定する。さらに、１６５３に示すようにΔεmidとＥmidの比較結果がΔεmid＞Ｅmidを満たす場合には、ペン先に対してペン元を時計まわりにひねった状態であると判定する。
【００６９】
図１６（ｃ）はセンサ配置箇所が図１５の２０３２、または２０３４の場合のＳ１６０３の処理の詳細を示す。１６５４に示すようにΔεmidとＥmidの比較結果がΔεmid＜−Ｅmidを満たす場合には、ペン先に対してペン元を時計まわりにひねった状態であると判定する。１６５５に示すようにΔεmidとＥmidの比較結果が|Δεmid|≦Ｅmidを満たす場合には、ペン型入力装置に対してひねりが加えられていない状態と判定する。また、１６５６に示すようにΔεmidとＥmidの比較結果がΔεmid＞Ｅmidを満たす場合には、ペン先に対してペン元を反時計まわりにひねった状態であると判定する。
【００７０】
ペン型入力装置に対してひねりが加えられている１６５１、１６５３、１６５４、および１６５５では、ペン型入力装置をひねる力が小さいときほど中心部の歪は小さくなり、|Δεmid|の値が小さくなる。逆に、ペン型入力装置をひねる力が大きいときほど中心部の歪は大きくなり、|Δεmid|の値が大きくなる。この特性を利用すると、|Δεmid|の値より、ペン型入力装置をひねる力の度合いも検出できる。
【００７１】
上述したように、本実施例では中心部に歪センサを配置し、中心部の歪センサ出力値を取得する。これにより、ペン型入力装置のひねり状態を検出することができる。
【実施例５】
【００７２】
つぎに、ペン型入力装置の握り方向からの傾きを検出に好適な実施例を、図１７と図１８により説明する。図１７は、本実施例における歪センサ２００の配置の一例を示すものであり、図１８は、その判定処理フローをしめすものである。実施例１，２では、ペン型入力装置の傾き方向がセンサ取り付け側と同じか、反対かの２通りで検出していたが、本実施例では、より詳しく傾き方向を検出できる。
【００７３】
本実施例では、図１７にしめすように、歪センサをペン先の断面に２つ配置し、この２つの歪センサは、一方のセンサの位置が、他方のセンサをペン型入力装置の中心軸を中心に９０度回転させた位置となるように配置する。
【００７４】
そして、２つの歪センサは、図１７（ａ）から（ｅ）に示すように、ペン型入力装置の外表面、内表面、内部のいずれかに、断面に90度の角度をもって配置される。
【００７５】
つぎに、図１８により、検出処理の概要を説明する。本実施例では、図１８(a)にしめすように、ペン先に配備された２つの歪センサはそれぞれ、ペン型入力装置の中心軸を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸上にあるものとし、Ｘ軸、Ｙ軸によって区切られた４つのエリアは、第１象限〜第４象限と呼ぶこととする。また、Ｘ軸上に配備された歪センサの現在の出力値をεx、Ｙ軸上に配備された歪センサ現在の出力値をεyとする。
【００７６】
図１８（ｂ）にしめす処理フローでは、Ｓ１８０１〜Ｓ１８０３の処理をそれぞれ一度ずつ実行する一巡のフローとなっているが、実際にはこのフローは連続して繰り返され、Ｓ１８０３の後はS１８０１に戻るものとする。
【００７７】
まず、Ｓ１８０１では、図１７に示す２００１〜２００５のいずれかに配置した歪センサにより、現在のX軸上の歪センサ出力値εxを取得する。また、図１７に示す２０４１〜２０４５のうち、εxを取得した歪センサをペン型入力装置の中心軸を中心に９０度回転させた位置となるように配置した歪センサにより、現在のY軸上の歪センサ出力値εyを取得する。Ｓ１８０１の処理が終わると、Ｓ１８０２に進む。
【００７８】
Ｓ１８０２では、Δεx=(εx−ε0)で表わされるΔεxと、一定の歪センサの閾値であるＥxの値を比較する。また、Δεy=(εy−ε0)で表わされるΔεyと、一定の歪センサの閾値であるＥyの値を比較する。ここでε0は平衡状態の歪センサの出力値であり、ε0、Ｅx、Ｅyのいずれも正の数であるとする。Ｓ１８０２の処理が終わると、Ｓ１８０３に進む。
【００７９】
Ｓ１８０３では、Ｓ１８０２における比較結果に基づいて、ペン先の接触状態やペン先にかかる圧力、ペン型入力装置の傾き方向を判定する。Ｓ１８０３の詳細は後述の図１８（ｃ）で説明する。Ｓ１８０３の処理が終わると、図１８（ｂ）に示す一連の処理を終了する。
【００８０】
図１８（ｃ）はＳ１８０３の処理の詳細を示す。１８５１に示すようにΔεx＜−ＥxかつΔεy＜−Ｅyを満たす場合には、ペン先が筆記面と接触しており、ペン型入力装置は第1象限の方向に傾いていると判定する。１８５２に示すようにΔεx＞ＥxかつΔεy＜−Ｅyを満たす場合には、ペン先が筆記面と接触しており、ペン型入力装置は第２象限の方向に傾いている判定する。１８５３に示すようにΔεx＞ＥxかつΔεy＞Ｅyを満たす場合には、ペン先が筆記面と接触しており、ペン型入力装置は第３象限の方向に傾いていると判定する。１８５４に示すようにΔεx＜−ＥxかつΔεy＞Ｅyを満たす場合には、ペン先が筆記面と接触しており、ペン型入力装置は第４象限の方向に傾いていると判定する。１８５５に示すように|Δεx|≦Ｅxかつに|Δεy|≦Ｅyを満たす場合には、ペン先が筆記面と接触しておらず、ペン型入力装置は空中で把持、あるいは平置きされていると判定する。
【００８１】
上述したように、本実施例ではペン先に複数の歪センサを配置し、ペン先の歪センサ出力値を取得する。これにより、ペン型入力装置の傾き方向を高精度に検出することができる。
【実施例６】
【００８２】
つぎにユーザが把持する断面形状を円以外の形状として把持方向を一定にしたペン型入力装置において、ペン型入力装置がいずれの方向に傾いているかを判定するのに好適な実施例を、図１９と２０により説明する。図１９は実施例６におけるセンサの配置の一例を示すものであり、図２０はその判定処理を説明するものである。
【００８３】
ペン型入力装置の断面形状が円である場合には、その握り方は無数にあり、ペン型入力装置のどの部分にユーザの指が接触しているかを推定するのは困難である。本実施例では、ペン型入力装置の握り方が一意あるいは限られた数のパターンに決まるように、ペン型入力装置の断面形状を変化させる。そのような断面の形状として、図１９（ａ）に示す概三角形状や、図１９（ｂ）に示す円に突起を負荷した形状などが挙げられる。
【００８４】
図１９（ａ）のような断面形状の場合、三角形のそれぞれの辺に親指、人差し指、中指を添えてペン型入力装置を把持するのが一般的である。図１９（ｂ）のような断面形状の場合、突起部分が指にあたるのを防ぐために、突起部分を挟むように親指と人差し指を添え、突起部分と反対側に中指を添えてペン型入力装置を把持するのが一般的である。
【００８５】
ここで、歪センサは、親指が添えられると予測できる面のペン先に、２０５１や２０５２に示すように配置する。あるいはペン型入力装置の断面形状が円である場合でも、図１９（ｃ）に示すようにペン先の形状が薄い板状（直方体）であったり、図１９（ｄ）に示すように直方体の一部を切り取った形状であったりすると、直方体の最も面積が大きい面を平行移動させた面に親指を添えてペン型入力装置を把持するのが一般的である。ここでも同様に、歪センサは、親指が添えられると予測できる面のペン先に、２０５３や２０５４に示すように配置する。
【００８６】
ペン型入力装置を把持するユーザの把持方法や右利き／左利きの違いなどにより、必ずしも歪センサを配置した面に親指が添えられるとは限らないが、以下では歪センサを配置した面と親指が添えられる面が一致していると想定し、親指が添えられた面に対していずれの方向にペン型入力装置が傾いているかを検出する方法について説明する。歪センサを配置した面に添えられるのが人差し指、中指であった場合は、それぞれ人差し指、中指が添えられた面に対していずれの方向にペン型入力装置が傾いているかを同様に検出できる。
【００８７】
なお、ユーザの右利き／左利きに応じて２つの歪センサを設け、別途、ユーザの右利き／左利きを指定できるようにし、この指定に応じて判定処理をおこなうようにしてもよい。
【００８８】
図２０は実施例６における処理の一例を示すものである。図２０（ａ）の処理フローでは、Ｓ２００１〜Ｓ２００３の処理をそれぞれ一度ずつ実行する一巡のフローとなっているが、実際にはこのフローは連続して繰り返され、Ｓ２００３の後はS２００１に戻るものとする。まず、Ｓ２００１では、図１９に示す２０５１、２０５２のいずれかに配置した歪センサにより、親指接触面の現在のペン先の歪センサ出力値εthumbを取得する。Ｓ２００１の処理が終わると、Ｓ２００２に進む。
【００８９】
Ｓ２００２では、Δεthumb=(εthumbx−ε0)で表わされるΔεthumbと、一定の歪センサの閾値であるＥthumbの値を比較する。ここでε0は平衡状態の歪センサの出力値であり、ε0、Ｅthumbのいずれも正の数であるとする。Ｓ２００２の処理が終わると、Ｓ２００３に進む。
【００９０】
Ｓ２００３では、Ｓ２００２における比較結果に基づいて、ペン先の接触状態やペン先にかかる圧力、ペン型入力装置の傾き方向を検出する。Ｓ２００３の詳細は後述の図２０（ｂ）で説明する。Ｓ２００３の処理が終わると、図２０（ａ）に示す一連の処理を終了する。
【００９１】
図２０（ｂ）はＳ２００３の処理の詳細を示す。２０６１に示すようにΔεthumbとＥthumbの比較結果がΔεthumb＜−Ｅthumbを満たす場合には、ペン先が筆記面と接触しており、ペン型入力装置の傾き方向は、親指を添えた側と反対であると判定する。２０６２に示すようにΔεthumbとＥthumbの比較結果が|Δεthumb|≦Ｅthumbを満たす場合には、ペン先が筆記面と接触していないと判定する。２０６３に示すようにΔεthumbとＥthumbの比較結果がΔεthumb＞Ｅthumbを満たす場合には、ペン先が筆記面と接触しており、ペン型入力装置の傾き方向は、親指を添えた側と同じであると判定する。
【００９２】
図１９〜２０では、ペン型入力装置の断面形状を変化させることで、ペン型入力装置の握り方が一意あるいは限られた数のパターンに決まるようにした。断面形状を変化させる以外の方法では、センサを配置した側面、あるいはその反対の側面に特定の色、マーク、模様などの目印を付加し、例えばその目印を付加した面に親指が添えられるようにユーザを誘導しても、同様にユーザの手や指に対して、ペン型入力装置がいずれの方向に傾いているかを検出することができる。また、目印を付加した特定の面が、筆記面に対して最も遠く、あるいは近くなる状態を保ちながらペン型入力装置を傾けて把持するようにユーザを誘導しても、同様にユーザの手や指に対して、ペン型入力装置がいずれの方向に傾いているかを検出することができる。
【００９３】
上述したように、本実施例ではペン型入力装置の断面形状を円とは異なる形状に変化させる。これにより、ペン型入力装置を把持するユーザの手や指に対して、ペン型入力装置がいずれの方向に傾いているかを検出することができる。
【００９４】
上述した本実施形態は本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲を実施形態にのみ限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００９５】
２００  半導体歪センサ
２０１  センサ感度軸
【図１】
2013242819.tif 000003
【図２】
2013242819.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013242819.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2013242819.tif 000017
【図１６】
2013242819.tif 000018
【図１７】
2013242819.tif 000019
【図１８】
2013242819.tif 000020
【図１９】
2013242819.tif 000021
【図２０】
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