JP3708169B2

JP3708169B2 - Pen-type input device

Info

Publication number: JP3708169B2
Application number: JP16080095A
Authority: JP
Inventors: 雅朗福本; 明平岩; 曽根原　　登; 和廣岡田; 順道中津川
Original assignee: Wacoh Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: Wacoh Corp; NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: JPH0916320A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、タブレットを用いずに簡便に使用可能なペン型入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータ等の機械に対して位置やコマンドの指示を行うポインティングデバイスとしては、マウスがよく知られている。このマウスは、使用者の手全体で操作を行うため、文字を書く等の細かい動きに対応することが困難であるという問題を有していた。
【０００３】
また、スティックや円盤状の操作体に対して指先で力を加えることによってポインティングを行うもの（例えばＩＢＭ社：Track Point （商標名）、インターリンク社：Porta Point （商標名）等）は、操作に要するスペースは少なくて済む。しかしながら、独特の操作感覚を必要とするために、慣れが必要であるという問題を有していた。
【０００４】
これに対し、例えば特開昭６１−２２６８２６号公報による位置検出装置には、ペン型をした入力装置が記載されている。
この入力装置の位置検出部は、平行に配列された複数の長尺の磁性体と、この磁性体の周囲に直交する方向に所定の間隔で配設された複数の検出線と、上記磁性体及び検出線の周囲のほぼ全域に亘って複数回巻回された励磁線とを備えている。この励磁線に、駆動電流源から所定周期の交番電流を供給して磁束を発生させる。そして、この磁束により上記複数の検出線に誘起された電圧を信号検出回路で次々と取出してその差分を取り、差分電圧が所定の基準電圧と等しくなる位置を算出する。こうして、定常的な磁界を発生する位置指定用磁気発生器である入力ペンにより位置検出部上の指定位置を求めると共に、位置検出回路で差分電圧の傾きを検出して、該入力ペンの位置検出部に対する高さを求める。
【０００５】
したがって、上記特開昭６１−２２６８２６号公報の位置検出装置を用いれば、人間が従来から使用している筆記用具と同じ感覚で使用できるため、細かい動作を入力することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開昭６１−２２６８２６号公報に記載の装置は、特殊なタブレットを必要とするものであった。こうしたタブレットを使用するということは、使用場所の制限してしまうという問題を有する。特に、携帯機器の入力装置として用いる場合には、使用場所を制限するタブレットの存在が携帯性を損ねることになってしまう。
【０００７】
このようなタブレットを必要としないペン型の入力装置としては、「ＣＡＳＩＯ社：ペンマウス（商標名）」等がある。これは、ペン先に取り付けた小型のボールの回転によってペンの移動を検出するものである。こうした入力装置に於いては、ボール及びペン先の部分がペン先と同じ程度に小さくなければ、ペンと同様の操作感を得ることは困難である。しかしながら、該装置の構造上、ボール及び回転検出部をあまり小さくすることができず、それ故ペンの操作感を得ることができにくいという問題があった。
この発明は上記実情に基いてなされたものであり、その目的はタブレットを必要としないペン型入力装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、上記装置本体に取り付けられて上記作用部材を支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも１つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも１つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記作用部材の移動方向、移動量及びマウスのクリック若しくはドラッグの釦動作に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【０００９】
またこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、上記装置本体に取り付けられて上記作用部材を支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも１つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも１つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記作用部材の移動方向、移動量及び筆圧に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１０】
この発明のペン型入力装置は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されて外部からの力が伝達される作用部材と、上記装置本体に取り付けられて上記作用部材を支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも１つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも１つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記作用部材に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段の出力から上記作用部材の移動量、移動方向及び筆圧の時間変化を抽出するストローク抽出手段と、予め複数の文字及び図形毎のストローク情報を記憶している記憶手段と、上記ストローク抽出手段から得られたストローク情報と、上記記憶手段に記憶されている複数の文字及び図形のストローク情報を比較し、上記作用部材により入力される文字及び図形情報を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
更にこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出されたペン軸部と、上記装置本体に取り付けられて上記ペン軸部を嵌装して支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも１つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも１つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記ペン軸部に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記ペン軸部の移動方向、移動量及び筆圧に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１２】
またこの発明は、一端に開口を有するペン型形状の装置本体と、この装置本体の上記開口よりその一端が露出可能な描画用の芯と、この描画用の芯を嵌入して上記描画用の芯の保持及び送り出しを行う芯保持機構と、上記装置本体に取り付けられて上記芯保持機構を嵌装して支持する支持部材と、この支持部材に設置された少なくとも１つの電極を有する可動電極板と、上記装置本体に固定されて上記可動電極板に対向するように配置された少なくとも１つの電極を有する固定電極板と、上記可動電極板と固定電極板との間に生じる容量を測定し、上記描画用の芯に加えられた３次元の力ベクトルを抽出する力ベクトル抽出手段と、この力ベクトル抽出手段による抽出出力を、上記描画用の芯の移動方向、移動量及び筆圧に変換するインタフェース装置とを具備することを特徴とする。
【００１３】
【作用】
第１及び第２の発明によるペン型入力装置にあっては、任意の支持面上でペンを押しつけるか、若しくはスライドさせることにより、任意の方向・速度でカーソルを移動することができる。また、クリックやドラッグ等の釦操作が可能となる。
【００１４】
第３の発明によるペン型入力装置にあっては、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出することができる。また、筆圧の変化に応じて電子インクの太さ等を変化させることにより、筆ペンと同様の書き味を実現することが可能になる。
【００１５】
第４の発明によるペン型入力装置にあっては、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出し、描画した文字や図形を認識してホストコンピュータに送信することが可能となる。
【００１６】
第５の発明によるペン型入力装置にあっては、任意の支持面上で行った文字や図形等の描画動作を抽出し、ホストコンピュータに送信すると同時に、インクや黒鉛芯を用いて支持面上に描画することが可能になる。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、この発明のペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスまたは電子筆ペンの構成を示すもので、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は軸方向から電極の配置を示した図である。
【００１８】
ペン型形状の装置本体１内には、ペン先となる微動スティック２が嵌装された中空パイプ３が、ダイヤフラム４により支持されている。微動スティック２は、中空パイプ３内に嵌装されてずれないようになっている。
【００１９】
上記中空パイプ３には、複数の電極を有する可動電極板５が配設されている。この可動電極板５と略対向する位置には、複数の電極を有する固定電極板７が配設された固定部材６が設けられている。この固定部材６は本体１に固着されている。
【００２０】
上記本体１内でペン先と反対側には、センサ処理装置８、処理装置９及びバッテリ１０が収容されている。そして、本体の後端部には、通信用ＬＥＤ（発光ダイオード）１１が設けられている。更に、本体１の側面には、サイドスイッチ１２が設けられている。
【００２１】
図２は、図１のポインティングデバイスまたは電子筆ペンのブロック構成図である。
可動電極板５及び固定電極板７より得られた出力は、センサ処理装置８に供給される。このセンサ処理装置８では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。そして、処理装置９では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに基いて、装置のＸ、Ｙ方向の移動量及び釦（筆圧）の動作に変換される。上記処理装置９には、サイドスイッチ１２からも信号が入力される。処理装置９に得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００２２】
尚、可動電極板、固定電極板の配置及びセンサ処理装置の動作については、特開平４−１４８８３３号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【００２３】
図３は、上記可動電極板５、固定電極板７及びその周辺部を拡大したもので、図３（ａ）は通常の状態を示した図、図３（ｂ）は装置を垂直下方に押すか、同方向に加速度が加わった状態を示した図である。
【００２４】
中空パイプ３の４つの面上に配設された可動電極板５₁ 、５₂ 、…（図３では５₁ 、５₂ のみ図示する）は、全て電気的に結合されている。固定電極板７は、対向する電極をＸ₊ 、Ｘ_- 、Ｙ₊ 、Ｙ_- （電極Ｘ₊ 、Ｘ_- は図示せず）とする。また、固定電極板７の何れか一対の電極、この場合電極Ｙ₊ 、Ｙ_- は、更に２分割して電極Ｙ₊₁、Ｙ₊₂、Ｙ_-1、Ｙ_-2とされる。
【００２５】
このようなペンを垂直に把持して、文字や線を書くと、ボールペンの芯に相当する微動スティック２の先に力が加わり、それに応じて芯を保持している軸、すなわち中空パイプ３が傾く。この中空パイプ３は変位電極であるので、固定電極板の電極Ｘ₊ 、Ｘ_- 、Ｙ₊ 、Ｙ_- のそれぞれの方向に近付いたり、離れたりする。この変化をここでは静電容量で捕らえ、電圧に変換する。これら４方向の電圧の変化量をベクトルとみなし合成すると、力及び加速度の大きさと方向が検知できる。
【００２６】
通常、図３（ａ）に示されるような状態にあるが、微動スティック２の先が垂直下方に押されると、図３（ｂ）に示される状態になる。ここでは、電極間の距離の変化は起こらないが、相対する電極の面積が変化する。つまり、微動スティック２の先が垂直下方に押されると、図示矢印Ｆで示される方向に中空パイプ３が移動される。これにより、可動電極板５₁ と対向する部分の電極Ｙ₊₁の面積は減り、電極Ｙ₊₂は増える。電極Ｙ_-1、Ｙ_-2についても同様である。
【００２７】
したがって、微動スティック２の変化による可動電極板５₁ と電極Ｙ₊₁による静電容量の変化は−ΔＣ、可動電極板５₁ と電極Ｙ₊₂による静電容量の変化は＋ΔＣ、同様に可動電極板５₂ と電極Ｙ_-1による静電容量の変化は−ΔＣ、可動電極板５₂ と電極Ｙ_-2による静電容量の変化は＋ΔＣとなる。
【００２８】
静電容量は面積に比例するので、同じように変化する。この例では、Ｚ方向の力成分を検出するために、Ｙ方向の電極を２分割している。Ｘ方向の電極については、２分割の必要は必ずしもないが、こちらも２分割することで、より高精度にＺ方向の力成分を検出することが可能となる。
【００２９】
各軸上に力が加えられたとき、各電極で構成される容量の変化は、図４のように表される。
図５は、第１の実施例によるセンサ処理装置に於ける演算回路の一例を示したものである。
【００３０】
コンデンサ１５、１６、１７、１８、１９、２０により得られた容量Ｃ（Ｘ₊ ）、Ｃ（Ｘ_- ）、Ｃ（Ｙ₊₁）、Ｃ（Ｙ₊₂）、Ｃ（Ｙ_-1）、Ｃ（Ｙ_-2）は、Ｃ（容量）／Ｖ（電圧）変換器２１、２２、２３、２４、２５、２６に供給されて電圧値に変換される。そして、Ｃ／Ｖ変換器２１、２２の出力からは、差動増幅器２７で差分がとられて、Ｘ軸方向の力成分Ｖｘが得られる。また、Ｃ／Ｖ変換器２３〜２６の出力は、それぞれ差動増幅器２８及び２９に供給されて差分がとられる。そして、差動増幅器２８の出力から力成分Ｖｙが、差動増幅器２９の出力から力成分Ｖｚが得られる。
【００３１】
このように、Ｃ／Ｖ変換器によって静電容量が電圧に変換され、図示されるような演算回路を用いることにより、他軸感度のない出力が得られる。
このような構成に於いて、装置本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上でスライドさせるか、支持面上で押えつけると、ペン先に相当する微動スティック２（及び中空パイプ３）に力が加わる。すると、ダイヤフラム４が僅かに撓むことによって、このダイヤフラム４を支点として微動スティック２（及び中空パイプ３）が傾き、可動電極板５と固定電極板７の間隙が変化する。
【００３２】
上記可動電極板５と固定電極板７には、図３に示されるような複数個の電極がプリントされて、図５に示されるようなコンデンサ１５〜２０が構成されている。したがって、コンデンサ１５〜２０による電極間の容量を、センサ処理装置８に於いて測定・演算することで、力の方向及び大きさが算出できる。
【００３３】
センサ処理装置８に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは、処理装置９に送出される。そして、この処理装置９に於いて、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分はそれぞれマウスのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分は、予め設定された閾値と比較されて、マウス釦の動作に変換される。
【００３４】
尚、Ｚ軸方向の力成分を筆圧情報として変換することによって、電子的な筆ペンを実現することもできる。筆圧情報は、この他にもコマンド選択等にも用いることが可能である。移動量及び釦（筆圧）の動作は、通信用ＬＥＤ１１を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。
【００３５】
また、支点となるダイヤフラム４からペン先の微動スティック２までの距離よりも、ダイヤフラム４から可動電極板５までの距離が長い場合は、微動スティック２に加わる力による変移が増幅され、検出感度を高めることが可能となる。
【００３６】
尚、図１に於いては、可動電極板５は中空パイプ２の側面に設置されているが、中空パイプ２を導電体で成形し、しかも図１に示されるように段差を設けることによって、中空パイプ２そのものに可動電極板５の役割を担わせることが可能となり、製作コストを削減することができる。
【００３７】
加えて、ダイヤフラム４や微動スティック２も含めて一体成形することにより、更なるコスト削減が可能となる。
更に、サイドスイッチ１２は、マウス釦の動作と同様か、若しくはダブルクリックやドラッグ等のアクションに割り当てることができる。マウスが２つ以上の釦を有している場合には、サイドスイッチ１２を他方の釦に割り当てても良い。
【００３８】
尚、上述した実施例のようなペン型のポインティングデバイスまたは電子筆ペンを使用者の指で把持した時に、ペン軸の上下関係が正しくなっていなければ、正しくポインティング動作を行うことができない。このため、本体１の形状（特に断面）を適切に加工することで、毎回同じ位置で把持するようにさせることが可能である。
【００３９】
尚、本体１の外部に熱可塑性の材料等を用い、使用者の把持方法に合わせてカスタマイズすることも可能である。また、把持後に補正動作を行うことで、ペンの向きに合わせて移動方向を調整することもできる。
【００４０】
補正動作の一例としては、（１）図示されないホストコンピュータの画面に「ペンを持ち、上から下に線を引いて下さい」等の表示を行い、押しつけられた時の力の向きから把持方向を検出する。または、（２）サイドスイッチ１２を押しながら上下に線を引くか、一定時間支持面に押さえつけることで、押しつけられた時の力の向きから把持方向を検出する、等が考えられる。
【００４１】
尚、使用者によって把持方法が異なるので、複数の把持方法を処理装置９内若しくはホストコンピュータ内のメモリに保持しておき、必要に応じて切り換えることもできる。
【００４２】
このように、第１の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる描画と同じ形式でポインティング動作を行うことができる。また、ペンをスライドさせずに、指先でペンの傾きを僅かに変化させるだけでポインティング動作を行うこともできる。この場合、ポインティングに要するスペースは極めて小さい。
【００４３】
次に、この発明の第２の実施例を説明する。
図６は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティック認識ペンの構成を示すもので、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は軸方向から電極の配置を示した図である。
【００４４】
ペン型形状の装置本体１内には、ペン先となる微動スティック２が嵌装された中空パイプ３が、ダイヤフラム４により支持されている。微動スティック２は、中空パイプ３内に嵌装されてずれないようになっている。
【００４５】
上記中空パイプ３には、複数の電極を有する可動電極板５が配設されている。この可動電極板５と略対向する位置には、複数の電極を有する固定電極板７が配設された固定部材６が設けられている。この固定部材６は本体１に固着されている。
【００４６】
上記本体１内でペン先と反対側には、センサ処理装置８、処理装置９、ストローク辞書装置３１及びバッテリ１０が収容されている。そして、本体の後端部には、通信用ＬＥＤ１１が設けられている。更に、本体１の側面には、サイドスイッチ１２が設けられている。
【００４７】
図７は、図６のスティック認識ペンのブロック構成図である。
可動電極板５及び固定電極板７より得られた出力は、センサ処理装置８に供給される。このセンサ処理装置８では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。そして、処理装置９では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに基いて、装置のＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分は、予め設定された閾値と比較され、ペンアップ及びペンダウン情報として変換される。
【００４８】
ストローク辞書装置３１には、各種の文字や図形毎のストローク情報（移動量及びペンアップ／ペンダウン情報）が記憶されている。上記ストローク辞書装置３１から得られた情報は、サイドスイッチ１２からの信号と共に処理装置９に供給される。この処理装置９に得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００４９】
このような構成のスティック認識ペンに於いて、本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行う。すると、ペン先の微動スティック２に力が加わり、ダイヤフラム４が僅かに撓むことによって、可動電極板５と固定電極板７の間隙が変化する。可動電極板５と固定電極板７には複数個の電極がプリントされているので、これらの電極間の容量がセンサ処理装置８に於いて測定・演算されることにより、力の方向及び大きさが算出できる。
【００５０】
センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例と同じである。
センサ処理装置８に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは、処理装置７に送出される。ここで、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分はそれぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。Ｚ軸方向の力成分は、予め設定された閾値と比較され、ペンアップ及びペンダウンの情報として変換される。また、移動量及び筆圧の時間変化は、ストローク辞書装置３１内に記憶されている各文字や図形毎のストローク情報と比較され、最も近いストローク情報を有する文字または図形が選択される。
【００５１】
図８は、ストローク辞書装置３１による情報認識の一例を示したものである。尚、同図に於いて、実線部分はペンダウンの状態を表し、破線部分はペンアップでデータ入力が無い場合を表している。
【００５２】
図８（ａ）はＸ軸の入力ストロークデータであり、図８（ｂ）はＹ軸の入力ストロークデータである。図８（ｃ）及び（ｄ）は、ストローク辞書装置３１中の“Ａ”のストロークデータを表したもので、同図（ｃ）はＸ軸、同図（ｄ）はＹ軸のデータを表したものである。同様に、図８（ｅ）及び（ｆ）は、ストローク辞書装置３１中の“Ｂ”のストロークデータを表したもので、同図（ｅ）はＸ軸、同図（ｆ）はＹ軸のデータを表したものである。
【００５３】
また、図８に於いては、ペアアップ時の移動量のデータは含まれていないが、ペンダウンの閾値を調節して、ペン先を軽く支持面に接触させながらペンアップの動作を行うことにより、ペンアップ時の移動量も含めた認識が可能となる。
【００５４】
こうしたストロークデータを参照して、センサ処理装置８から入力された情報が移動量及び筆圧の時間変化が、ストローク辞書装置３１内に記憶されている各文字や図形毎のストローク情報と比較される。そして、最も近いストローク情報を有する文字または図形が選択される。例えば、入力された情報が図８（ｃ）及び（ｄ）に示されるような“Ａ”のストロークデータに近いと判定された場合、この入力されたモジュールは“Ａ”であると判定されて選択される。
【００５５】
処理装置９及びストローク辞書装置３１で選択された文字や図形の符号は、通信用ＬＥＤ１１を通してホストコンピュータに送信される。
また、Ｚ軸方向の力成分をペンの筆圧の情報として変換し、ストローク情報として、筆圧情報も付加することにより、文字や図形の認識率を向上させることが可能である。
【００５６】
尚、ストロークの時間変動については、ＤＰマッチング等の手法を用いて吸収することができる。
また、サイドスイッチ１２は、任意のコマンドに割り当てることができる。その一例としては、ストローク学習モードと認識モードの切り換え、ポインティングモードと認識モードの切り換え等がある。
【００５７】
このように、第２の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる描画と同じ形式で文字認識を行うことができる。また、第２の実施例では、認識に使用される情報が、ペン先に加わる力の変化であり、直接目に見える「文字の形」ではないので、他人が模倣することが極めて困難となり、サイン等の個人認証への適用が特に有効である。
【００５８】
次に、この発明の第３の実施例を説明する。
図９は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティック描画ペンの構成を示したもので、図９（ａ）は側面図、図９（ｂ）は軸方向から電極の配置を示した図である。
【００５９】
ペン型形状の装置本体１内には、ペン先である描画用の芯３２が嵌装された中空パイプ３が、ダイヤフラム４により支持されている。描画用の芯３２は、中空パイプ３内に嵌装されてずれないようになっている。
【００６０】
上記中空パイプ３には、複数の電極を有する可動電極板５が配設されている。この可動電極板５と略対向する位置には、複数の電極を有する固定電極板７が配設された固定部材６が設けられている。この固定部材６は本体１に固着されている。
【００６１】
上記本体１内でペン先と反対側には、センサ処理装置８、処理装置９及びバッテリ１０が収容されている。そして、本体の後端部には通信用ＬＥＤ１１が、更に本体１の側面には、サイドスイッチ１２が設けられている。
【００６２】
図１０は、図９のスティック描画ペンのブロック構成図である。
可動電極板５及び固定電極板７より得られた出力は、センサ処理装置８に供給される。このセンサ処理装置８では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。そして、処理装置９では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに基いて、このペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。上記処理装置９には、サイドスイッチ１２からも信号が入力される。処理装置９に得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００６３】
尚、センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例１と同じである。
このような構成のスティック描画ペンに於いて、本体１を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行うと、ペン先の描画用の芯３２に力が加わり、ダイヤフラム４が僅かに撓むことによって、可動電極板５と固定電極板７の間隙が変化する。これらの電極間の容量をセンサ処理装置７に於いて測定・演算することで、力の方向及び大きさが算出できる。電極板の配置及びセンサ処理装置の動作については、上述した特開平４−１４８８３３号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【００６４】
センサ処理装置８に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは、処理装置９に送出される。ここで、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分はそれぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分は、ペンの筆圧の情報として変換される。移動量及び筆圧の動作は、通信用ＬＥＤ１１を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。また、サイドスイッチ１２は、任意のコマンドに割り当てることができる。
【００６５】
描画用の芯３２は、ボールペンやサインペン等のインクを供給できる構造なら何でも構わないが、描画時に先端が著しく変形するような構造のものは避ける。また、描画用の芯３２は取り外すことも可能であり、この場合には物理的な描画は行われずに、描画データの取り込みだけを行うことができる。尚、芯３２を取り外すのではなく、芯の伸縮機構を設けてワンタッチで切り換えるような構造にすることも可能である。
【００６６】
このように、第３の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる物理的な描画と同時に、筆圧を含めた描画動作をホストコンピュータに取り込むことができる。
【００６７】
尚、第３の実施例によるスティック描画ペンを第２の実施例のような文字認識やサイン認証に用いた場合には、描画された文字を記録として残すことができる。
【００６８】
次に、この発明の第４の実施例を説明する。
図１１は、この発明のペン型入力装置が適用されたスティックシャープペンの構成を示したもので、図１１（ａ）は側面図、図１１（ｂ）は軸方向から電極の配置を示した図である。
【００６９】
ペン型形状の装置本体３４内には、このスティックシャープペンのペン先となる黒鉛の芯３５を収容した芯送り出し機構３６が設けられている。上記描画用の芯４８は微動パイプ４７の内面に嵌入されており、描画時にぐらつくことはない。また、上記芯送り出し機構３６は、中空パイプ３７内に嵌装されてずれないようになっている。
【００７０】
この中空パイプ３は、ダイヤフラム４により本体３４に支持されている。上記中空パイプ３には、複数の電極を有する可動電極板５が配設されている。この可動電極板５と略対向する位置には、複数の電極を有する固定電極板７が配設された固定部材６が設けられている。この固定部材６は本体３４に固着されている。
【００７１】
上記本体１内でペン先と反対側には、センサ処理装置８、処理装置９及びバッテリ１０が収容されている。そして、本体の後端部には通信用ＬＥＤ１１を兼用した芯送り出し用釦３８が設けられている。尚、本体３４の側面には、サイドスイッチ１２が設けられている。
【００７２】
図１２は、図１１のスティックシャープペンのブロック構成図である。
可動電極板５及び固定電極板７より得られた出力は、センサ処理装置８に供給される。このセンサ処理装置８では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚが算出される。そして、処理装置９では、これら力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに基いて、このペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。上記処理装置９には、サイドスイッチ１２からも信号が入力される。処理装置９に得られた情報は、通信用ＬＥＤ１１を通して図示されないホストコンピュータに送信される。
【００７３】
尚、センサ部の配置及び力成分の検出手法については、上述した第１の実施例１と同じである。
このような構成に於いて、本体３４を手に把持して机や膝の上等の任意の支持面上で描画を行うと、ペン先の黒鉛の芯３５及び芯送り出し機構３６、中空パイプ３７に力が加わり、ダイヤフラム４が僅かに撓むことによって、可動電極板５と固定電極板７の間隙が変化する。これらの電極間の容量をセンサ処理装置８にて測定・演算することで、力の方向及び大きさが算出できる。
【００７４】
電極板の配置及びセンサ処理装置の動作については、上述した特開平４−１４８８３３号公報の「力・加速度・磁気の検出装置」に於ける検出手法等を用いる。
【００７５】
黒鉛の芯３５は、芯送り出し釦３８を押すことによって、芯送り出し機構３６によって送り出される。また、芯送り出し釦３８を押しながらペン先を押付けることにより、芯３５を引っ込めることができる。芯を引っ込めた状態では、物理的な描画は行われずに、描画データの取り込みだけを行うことができる。
【００７６】
また、芯送り出し釦３８の押下の情報は、Ｚ軸にかかる力として検出することが可能（描画時に対して負の方向の力となる）であるので、これを取り出して、コマンド情報等に利用することが可能である。
【００７７】
センサ処理装置８に於いて算出されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の力成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは、処理装置９に送出される。ここで、Ｘ、Ｙ軸方向の力成分はそれぞれペンのＸ、Ｙ方向の移動量に変換される。また、Ｚ軸方向の力成分は、ペンの筆圧の情報として変換される。移動量及び筆圧の動作は、通信用ＬＥＤ１１を通してホストコンピュータに送信される。ホストコンピュータとの通信部分は有線であっても、電波等の他の無線通信手段であっても良い。また、サイドスイッチ１２は、任意のコマンドに割り当てることができる。
【００７８】
この第４の実施例によれば、机の上や膝の上等の任意の支持面上で、タブレットを必要とせずに、ペンによる物理的な描画と同時に、筆圧を含めた描画動作をホストコンピュータに取り込むことができる。
尚、この第４の実施例を上述した第２の実施例のような文字認識やサイン認証に用いた場合には、描画された文字を記録として残すことができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、タブレットを必要としないペン型入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたポインティングデバイスまたは電子筆ペンの構成を示した図である。
【図２】図１のポインティングデバイスまたは電子筆ペンのブロック構成図である。
【図３】可動電極板５、固定電極板７及びその周辺部を拡大したもので、（ａ）は通常の状態を示した図、（ｂ）は装置を垂直下方に押すか、同方向に加速度が加わった状態を示した図である。
【図４】第１の実施例のポインティングデバイスまたは電子筆ペンの各電極で構成される容量の変化を表した図である。
【図５】第１の実施例によるセンサ処理装置に於ける演算回路の一例を示した図である。
【図６】この発明の第２の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティック認識ペンの構成を示した図である。
【図７】図６のスティック認識ペンのブロック構成図である。
【図８】ストローク辞書装置３１による情報認識の一例を示した図である。
【図９】この発明の第３の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティック描画ペンの構成を示した図である。
【図１０】図９のスティック描画ペンのブロック構成図である。
【図１１】この発明の第４の実施例を示すもので、ペン型入力装置が適用されたスティックシャープペンの構成を示した図である。
【図１２】図１１のスティックシャープペンのブロック構成図である。
【符号の説明】
１…本体、２…微動スティック、３…中空パイプ、４…ダイヤフラム、５…可動電極板、６…固定部材、７…固定電極板、８…センサ処理装置、９…処理装置、１０…バッテリ、１１…通信用ＬＥＤ（発光ダイオード）、１２…サイドスイッチ、１５〜２０…コンデンサ、２１〜２６…Ｃ（容量）／Ｖ（電圧）変換器、２７〜２９…差動増幅器、３１…ストローク辞書装置。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a pen-type input device that can be used easily without using a tablet.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a mouse is well known as a pointing device for instructing a position or command to a machine such as a computer. Since this mouse is operated with the entire user's hand, it has a problem that it is difficult to cope with fine movements such as writing characters.
[0003]
In addition, a device that performs pointing by applying force with a fingertip to a stick or disk-shaped operating body (for example, IBM: Track Point (trade name), Interlink: Porta Point (trade name), etc.) Requires less space. However, in order to require a unique operational feeling, there was a problem that familiarity was necessary.
[0004]
In contrast, for example, JP Akira The position detection device disclosed in Japanese Patent No. 61-226826 describes a pen-shaped input device.
The position detection unit of the input device includes a plurality of long magnetic bodies arranged in parallel, a plurality of detection lines arranged at predetermined intervals in a direction orthogonal to the periphery of the magnetic body, and the magnetic body And an excitation line wound a plurality of times over almost the entire area around the detection line. A magnetic flux is generated by supplying an alternating current having a predetermined period from the drive current source to the excitation line. Then, the voltage induced in the plurality of detection lines by the magnetic flux is successively taken out by the signal detection circuit, the difference is taken, and the position where the difference voltage becomes equal to the predetermined reference voltage is calculated. In this way, the specified position on the position detection unit is obtained by the input pen which is a position specifying magnetic generator for generating a stationary magnetic field, and the position of the input pen is detected by detecting the gradient of the differential voltage by the position detection circuit. Find the height relative to the part.
[0005]
Therefore, the above JP Akira If the position detection apparatus of 61-226826 gazette is used, since it can be used with the same feeling as the writing instrument which the human has used conventionally, it is possible to input a detailed operation | movement.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned JP Akira The device described in Japanese Patent No. 61-226826 requires a special tablet. Using such a tablet has the problem of limiting the place of use. In particular, when used as an input device of a portable device, the presence of a tablet that restricts the place of use impairs portability.
[0007]
Examples of such a pen-type input device that does not require a tablet include “CASIO: Pen Mouse (trade name)”. This detects the movement of the pen by the rotation of a small ball attached to the pen tip. In such an input device, it is difficult to obtain an operational feeling similar to that of a pen unless the ball and the tip of the pen tip are as small as the pen tip. However, due to the structure of the apparatus, there is a problem that the ball and the rotation detection unit cannot be made very small, and therefore it is difficult to obtain a feeling of pen operation.
The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and an object thereof is to provide a pen-type input device that does not require a tablet.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention includes a pen-shaped device main body having an opening at one end, an action member to which one end is exposed from the opening of the device main body to transmit an external force, and the device main body. A support member for supporting the action member; a movable electrode plate having at least one electrode disposed on the support member; and at least one member disposed so as to face the movable electrode plate fixed to the apparatus main body. A force vector extracting means for measuring a capacitance generated between the fixed electrode plate having electrodes, the movable electrode plate and the fixed electrode plate, and extracting a three-dimensional force vector applied to the working member; and the force vector An interface device for converting the extraction output by the extraction means into the movement direction, movement amount, and mouse click or drag button operation of the action member. And butterflies.
[0009]
The present invention also includes a pen-shaped device main body having an opening at one end, an action member to which one end is exposed through the opening of the device main body to transmit an external force, and the device main body. A support member for supporting the action member; a movable electrode plate having at least one electrode disposed on the support member; and at least one member disposed so as to face the movable electrode plate fixed to the apparatus main body. A force vector extracting means for measuring a capacitance generated between the fixed electrode plate having electrodes, the movable electrode plate and the fixed electrode plate, and extracting a three-dimensional force vector applied to the working member; and the force vector And an interface device that converts an extraction output by the extraction means into a movement direction, a movement amount, and a writing pressure of the action member.
[0010]
The pen-type input device according to the present invention includes a pen-shaped device body having an opening at one end, an action member to which one end is exposed through the opening of the device body and external force is transmitted, and the device body. A support member attached to the support member to support the action member, a movable electrode plate having at least one electrode installed on the support member, and fixed to the apparatus body so as to face the movable electrode plate. A fixed electrode plate having at least one electrode, a force vector extracting means for measuring a capacitance generated between the movable electrode plate and the fixed electrode plate, and extracting a three-dimensional force vector applied to the working member; , Stroke extracting means for extracting the movement amount, moving direction and time change of the writing pressure of the acting member from the output of the force vector extracting means, and stroke information for each of a plurality of characters and figures in advance Characters and graphics input by the action member by comparing the storage means stored, the stroke information obtained from the stroke extraction means, and the stroke information of a plurality of characters and figures stored in the storage means And determining means for determining information.
[0011]
The present invention further includes a pen-shaped device main body having an opening at one end, a pen shaft portion having one end exposed from the opening of the device main body, and the pen shaft portion attached to the device main body. A support member to be supported, a movable electrode plate having at least one electrode installed on the support member, and at least one electrode arranged to be opposed to the movable electrode plate fixed to the apparatus main body. A force electrode extracting means for measuring a capacitance generated between the fixed electrode plate, the movable electrode plate and the fixed electrode plate, and extracting a three-dimensional force vector applied to the pen shaft portion; And an interface device that converts the extracted output by the means into the movement direction, movement amount, and writing pressure of the pen shaft portion.
[0012]
The present invention also provides a pen-shaped device body having an opening at one end, a drawing core whose one end can be exposed from the opening of the device body, and the drawing core. A core holding mechanism that holds and feeds the core, a support member that is attached to the apparatus body and supports the core holding mechanism, and a movable electrode plate that has at least one electrode installed on the support member Measuring a capacitance generated between the movable electrode plate and the fixed electrode plate, the fixed electrode plate having at least one electrode fixed to the apparatus main body and arranged to face the movable electrode plate, A force vector extracting means for extracting a three-dimensional force vector applied to the drawing core, and an extraction output by the force vector extracting means is converted into a moving direction, a moving amount and a writing pressure of the drawing core. Inf Characterized by comprising a chromatography scan device.
[0013]
[Action]
In the pen-type input device according to the first and second inventions, the cursor can be moved at an arbitrary direction and speed by pressing or sliding the pen on an arbitrary support surface. In addition, button operations such as clicking and dragging are possible.
[0014]
In the pen-type input device according to the third aspect of the invention, it is possible to extract drawing operations such as characters and figures performed on an arbitrary support surface. Further, by changing the thickness of the electronic ink according to the change of the writing pressure, it is possible to realize the writing taste similar to that of the writing pen.
[0015]
In the pen-type input device according to the fourth aspect of the present invention, it is possible to extract drawing operations such as characters and graphics performed on an arbitrary support surface, recognize the drawn characters and graphics, and send them to the host computer. It becomes.
[0016]
In the pen-type input device according to the fifth aspect of the invention, a drawing operation such as characters and figures performed on an arbitrary support surface is extracted and transmitted to the host computer, and at the same time, the ink or graphite core is used on the support surface. It becomes possible to draw on.
[0017]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a pointing device or an electronic brush pen to which a pen-type input device of the present invention is applied. FIG. 1 (a) is a side view and FIG. 1 (b) is an arrangement of electrodes from an axial direction. FIG.
[0018]
In the pen-shaped device main body 1, a hollow pipe 3 in which a fine movement stick 2 serving as a pen tip is fitted is supported by a diaphragm 4. The fine movement stick 2 is fitted in the hollow pipe 3 so as not to be displaced.
[0019]
The hollow pipe 3 is provided with a movable electrode plate 5 having a plurality of electrodes. A fixed member 6 provided with a fixed electrode plate 7 having a plurality of electrodes is provided at a position substantially opposite to the movable electrode plate 5. The fixing member 6 is fixed to the main body 1.
[0020]
A sensor processing device 8, a processing device 9 and a battery 10 are accommodated in the main body 1 on the side opposite to the pen tip. A communication LED (light emitting diode) 11 is provided at the rear end of the main body. Further, a side switch 12 is provided on the side surface of the main body 1.
[0021]
FIG. 2 is a block diagram of the pointing device or the electronic brush pen of FIG.
Outputs obtained from the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 are supplied to the sensor processing device 8. In the sensor processing device 8, force components Vx, Vy, and Vz in the X, Y, and Z axial directions are calculated. Then, the processing device 9 converts the movement amount of the device in the X and Y directions and the operation of the button (writing pressure) on the basis of these force components Vx, Vy, and Vz. A signal is also input to the processing device 9 from the side switch 12. Information obtained by the processing device 9 is transmitted to a host computer (not shown) through the communication LED 11.
[0022]
As for the arrangement of the movable electrode plate and the fixed electrode plate and the operation of the sensor processing device, the detection method in “Force / Acceleration / Magnetic Detection Device” of Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-148833 is used.
[0023]
FIG. 3 is an enlarged view of the movable electrode plate 5, the fixed electrode plate 7 and the periphery thereof. FIG. 3 (a) shows a normal state, and FIG. 3 (b) pushes the device vertically downward. Or it is the figure which showed the state where acceleration was added to the same direction.
[0024]
The movable electrode plate 5 disposed on the four surfaces of the hollow pipe 3 ₁ 5 ₂ ... (5 in Fig. 3) ₁ 5 ₂ Are all electrically coupled). The fixed electrode plate 7 has an opposing electrode X ₊ , X _- , Y ₊ , Y _- (Electrode X ₊ , X _- (Not shown). Further, any one pair of electrodes of the fixed electrode plate 7, in this case, the electrode Y ₊ , Y _- Is further divided into two electrodes Y ₊₁ , Y ₊₂ , Y _-1 , Y _-2 It is said.
[0025]
When such a pen is held vertically and a character or line is written, a force is applied to the tip of the fine movement stick 2 corresponding to the core of the ballpoint pen, and the shaft holding the core accordingly, that is, the hollow pipe 3 is Tilt. Since the hollow pipe 3 is a displacement electrode, the electrode X of the fixed electrode plate ₊ , X _- , Y ₊ , Y _- Approach or leave each direction. This change is captured here by capacitance and converted to voltage. If the amount of change in voltage in these four directions is regarded as a vector and combined, the magnitude and direction of force and acceleration can be detected.
[0026]
Normally, the state is as shown in FIG. 3A, but when the tip of the fine movement stick 2 is pushed vertically downward, the state shown in FIG. 3B is obtained. Here, the distance between the electrodes does not change, but the area of the opposing electrodes changes. That is, when the tip of the fine movement stick 2 is pushed vertically downward, the hollow pipe 3 is moved in the direction indicated by the arrow F in the figure. Thereby, the movable electrode plate 5 ₁ Electrode Y of the part facing ₊₁ The area of the electrode Y decreases ₊₂ Will increase. Electrode Y _-1 , Y _-2 The same applies to.
[0027]
Therefore, the movable electrode plate 5 due to the change of the fine movement stick 2 ₁ And electrode Y ₊₁ The capacitance change due to -ΔC, the movable electrode plate 5 ₁ And electrode Y ₊₂ The change in capacitance due to is + ΔC, and similarly the movable electrode plate 5 ₂ And electrode Y _-1 The capacitance change due to -ΔC, the movable electrode plate 5 ₂ And electrode Y _-2 The change in capacitance due to is + ΔC.
[0028]
Since the capacitance is proportional to the area, it changes in the same way. In this example, in order to detect the force component in the Z direction, the electrode in the Y direction is divided into two. Although it is not always necessary to divide the electrode in the X direction into two parts, the force component in the Z direction can be detected with higher accuracy by dividing the electrode in the two parts.
[0029]
When a force is applied on each axis, a change in capacitance formed by each electrode is expressed as shown in FIG.
FIG. 5 shows an example of an arithmetic circuit in the sensor processing apparatus according to the first embodiment.
[0030]
Capacitance C (X obtained by the capacitors 15, 16, 17, 18, 19, 20 ₊ ), C (X _- ), C (Y ₊₁ ), C (Y ₊₂ ), C (Y _-1 ), C (Y _-2 ) Is supplied to C (capacitance) / V (voltage) converters 21, 22, 23, 24, 25, and 26 and converted into voltage values. Then, a difference is taken by the differential amplifier 27 from the outputs of the C / V converters 21 and 22, and a force component Vx in the X-axis direction is obtained. The outputs of the C / V converters 23 to 26 are supplied to differential amplifiers 28 and 29, respectively, and a difference is taken. A force component Vy is obtained from the output of the differential amplifier 28, and a force component Vz is obtained from the output of the differential amplifier 29.
[0031]
In this way, the capacitance is converted into a voltage by the C / V converter, and an output having no other-axis sensitivity is obtained by using an arithmetic circuit as shown in the figure.
In such a configuration, when the apparatus main body 1 is grasped by a hand and slid on an arbitrary support surface such as a desk or a knee, or pressed on the support surface, a fine movement stick 2 corresponding to a pen point is obtained. A force is applied to (and the hollow pipe 3). Then, when the diaphragm 4 is slightly bent, the fine movement stick 2 (and the hollow pipe 3) is tilted with the diaphragm 4 as a fulcrum, and the gap between the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 changes.
[0032]
A plurality of electrodes as shown in FIG. 3 are printed on the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 to form capacitors 15 to 20 as shown in FIG. Therefore, the direction and magnitude of the force can be calculated by measuring and calculating the capacitance between the electrodes of the capacitors 15 to 20 in the sensor processing device 8.
[0033]
The force components Vx, Vy, Vz in the X, Y, and Z axial directions calculated in the sensor processing device 8 are sent to the processing device 9. In the processing device 9, force components in the X and Y axis directions are converted into movement amounts of the mouse in the X and Y directions, respectively. Further, the force component in the Z-axis direction is compared with a preset threshold value and converted into a mouse button operation.
[0034]
An electronic brush pen can also be realized by converting the force component in the Z-axis direction as writing pressure information. The writing pressure information can also be used for command selection and the like. The movement amount and the operation of the button (writing pressure) are transmitted to the host computer through the communication LED 11. The communication part with the host computer may be wired or other wireless communication means such as radio waves.
[0035]
In addition, when the distance from the diaphragm 4 to the movable electrode plate 5 is longer than the distance from the fulcrum diaphragm 4 to the fine movement stick 2 of the pen tip, the shift due to the force applied to the fine movement stick 2 is amplified, and the detection sensitivity is increased. It becomes possible to raise.
[0036]
In FIG. 1, the movable electrode plate 5 is installed on the side surface of the hollow pipe 2, but the hollow pipe 2 is formed of a conductor and a step is provided as shown in FIG. The hollow pipe 2 itself can be made to play the role of the movable electrode plate 5, and the manufacturing cost can be reduced.
[0037]
In addition, by integrally forming the diaphragm 4 and the fine movement stick 2 together, further cost reduction can be achieved.
Further, the side switch 12 can be assigned to an action such as a double click or a drag, similar to the operation of the mouse button. When the mouse has two or more buttons, the side switch 12 may be assigned to the other button.
[0038]
Note that when the pen-type pointing device or the electronic brush pen as in the above-described embodiment is gripped by the user's finger, the pointing operation cannot be performed correctly unless the vertical relationship of the pen axis is correct. For this reason, it is possible to make it hold | grip at the same position every time by processing the shape (especially cross section) of the main body 1 appropriately.
[0039]
It is also possible to use a thermoplastic material or the like outside the main body 1 and customize it according to the gripping method of the user. Further, by performing a correction operation after gripping, the moving direction can be adjusted according to the orientation of the pen.
[0040]
As an example of the correction operation, (1) Display “Please hold the pen and draw a line from the top to the bottom” on the screen of the host computer (not shown) and change the gripping direction from the direction of the force when pressed. To detect. Alternatively, (2) it is conceivable to detect the gripping direction from the direction of force when pressed by drawing a line up and down while pressing the side switch 12 or pressing the side switch 12 against the support surface for a certain time.
[0041]
Since the gripping method varies depending on the user, a plurality of gripping methods can be held in the memory in the processing device 9 or in the host computer and switched as necessary.
[0042]
As described above, according to the first embodiment, a pointing operation can be performed in the same form as drawing with a pen on any support surface such as a desk or a knee without the need for a tablet. . In addition, the pointing operation can be performed by slightly changing the tilt of the pen with the fingertip without sliding the pen. In this case, the space required for pointing is extremely small.
[0043]
Next explained is the second embodiment of the invention.
6A and 6B show the configuration of a stick recognition pen to which the pen-type input device of the present invention is applied. FIG. 6A is a side view, and FIG. 6B is a diagram showing the arrangement of electrodes from the axial direction. It is.
[0044]
In the pen-shaped device main body 1, a hollow pipe 3 in which a fine movement stick 2 serving as a pen tip is fitted is supported by a diaphragm 4. The fine movement stick 2 is fitted in the hollow pipe 3 so as not to be displaced.
[0045]
The hollow pipe 3 is provided with a movable electrode plate 5 having a plurality of electrodes. A fixed member 6 provided with a fixed electrode plate 7 having a plurality of electrodes is provided at a position substantially opposite to the movable electrode plate 5. The fixing member 6 is fixed to the main body 1.
[0046]
A sensor processing device 8, a processing device 9, a stroke dictionary device 31 and a battery 10 are accommodated in the main body 1 on the side opposite to the pen tip. A communication LED 11 is provided at the rear end of the main body. Further, a side switch 12 is provided on the side surface of the main body 1.
[0047]
FIG. 7 is a block diagram of the stick recognition pen of FIG.
Outputs obtained from the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 are supplied to the sensor processing device 8. In the sensor processing device 8, force components Vx, Vy, and Vz in the X, Y, and Z axial directions are calculated. And in the processing apparatus 9, based on these force components Vx, Vy, and Vz, it is converted into the movement amount of the apparatus in the X and Y directions. Further, the force component in the Z-axis direction is compared with a preset threshold value and converted as pen-up and pen-down information.
[0048]
The stroke dictionary device 31 stores stroke information (movement amount and pen-up / pen-down information) for various characters and figures. Information obtained from the stroke dictionary device 31 is supplied to the processing device 9 together with a signal from the side switch 12. Information obtained by the processing device 9 is transmitted to a host computer (not shown) through the communication LED 11.
[0049]
In the stick recognition pen having such a configuration, the main body 1 is held by a hand and drawing is performed on an arbitrary support surface such as a desk or a knee. Then, a force is applied to the fine movement stick 2 at the nib and the diaphragm 4 is slightly bent, whereby the gap between the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 changes. Since a plurality of electrodes are printed on the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7, the direction and magnitude of the force can be obtained by measuring and calculating the capacitance between these electrodes in the sensor processing device 8. Can be calculated.
[0050]
The arrangement of the sensor unit and the detection method of the force component are the same as those in the first embodiment described above.
The force components Vx, Vy, Vz in the X, Y, and Z axial directions calculated in the sensor processing device 8 are sent to the processing device 7. Here, the force components in the X and Y axis directions are converted into movement amounts of the pen in the X and Y directions, respectively. The force component in the Z-axis direction is compared with a preset threshold value and converted as pen-up and pen-down information. Further, the movement amount and the change in writing pressure with time are compared with the stroke information for each character or figure stored in the stroke dictionary device 31, and the character or figure having the closest stroke information is selected.
[0051]
FIG. 8 shows an example of information recognition by the stroke dictionary device 31. In the figure, the solid line portion represents a pen-down state, and the broken line portion represents a case where there is no data input by pen-up.
[0052]
FIG. 8A shows X-axis input stroke data, and FIG. 8B shows Y-axis input stroke data. 8C and 8D show the stroke data of “A” in the stroke dictionary device 31. FIG. 8C shows the X-axis data, and FIG. 8D shows the Y-axis data. It is a thing. Similarly, FIGS. 8E and 8F show the stroke data of “B” in the stroke dictionary device 31. FIG. 8E shows the X axis, and FIG. 8F shows the Y axis. It represents data.
[0053]
In addition, in FIG. 8, data on the amount of movement at the time of pair-up is not included, but by adjusting the pen-down threshold and performing the pen-up operation while lightly touching the pen tip to the support surface In addition, it is possible to recognize the movement amount when pen-up.
[0054]
With reference to such stroke data, the information input from the sensor processing device 8 is compared with the stroke information for each character or figure stored in the stroke dictionary device 31 with respect to the amount of movement and writing pressure. . Then, the character or graphic having the closest stroke information is selected. For example, if it is determined that the input information is close to the stroke data “A” as shown in FIGS. 8C and 8D, the input module is determined to be “A”. Selected.
[0055]
The characters and graphics codes selected by the processing device 9 and the stroke dictionary device 31 are transmitted to the host computer through the communication LED 11.
Further, by converting the force component in the Z-axis direction as pen pressure information and adding the pen pressure information as stroke information, the recognition rate of characters and figures can be improved.
[0056]
Note that the time variation of the stroke can be absorbed using a technique such as DP matching.
The side switch 12 can be assigned to an arbitrary command. Examples thereof include switching between the stroke learning mode and the recognition mode, switching between the pointing mode and the recognition mode, and the like.
[0057]
Thus, according to the second embodiment, character recognition can be performed in the same form as drawing with a pen on any support surface such as a desk or a knee without the need for a tablet. . In the second embodiment, the information used for recognition is a change in the force applied to the pen tip, and is not directly visible "character shape", so it is extremely difficult for others to imitate, Application to personal authentication such as signatures is particularly effective.
[0058]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 shows a configuration of a stick drawing pen to which the pen-type input device of the present invention is applied. FIG. 9A shows a side view and FIG. 9B shows an arrangement of electrodes from the axial direction. FIG.
[0059]
In the pen-shaped device main body 1, a hollow pipe 3 in which a drawing core 32 as a pen tip is fitted is supported by a diaphragm 4. The drawing core 32 is fitted in the hollow pipe 3 so as not to be displaced.
[0060]
The hollow pipe 3 is provided with a movable electrode plate 5 having a plurality of electrodes. A fixed member 6 provided with a fixed electrode plate 7 having a plurality of electrodes is provided at a position substantially opposite to the movable electrode plate 5. The fixing member 6 is fixed to the main body 1.
[0061]
A sensor processing device 8, a processing device 9 and a battery 10 are accommodated in the main body 1 on the side opposite to the pen tip. A communication LED 11 is provided at the rear end of the main body, and a side switch 12 is provided on the side surface of the main body 1.
[0062]
FIG. 10 is a block diagram of the stick drawing pen of FIG.
Outputs obtained from the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 are supplied to the sensor processing device 8. In the sensor processing device 8, force components Vx, Vy, and Vz in the X, Y, and Z axial directions are calculated. And in the processing apparatus 9, based on these force components Vx, Vy, and Vz, it is converted into the movement amount of this pen in the X and Y directions. A signal is also input to the processing device 9 from the side switch 12. Information obtained by the processing device 9 is transmitted to a host computer (not shown) through the communication LED 11.
[0063]
The arrangement of the sensor unit and the detection method of the force component are the same as those in the first embodiment described above.
In the stick drawing pen having such a configuration, when the main body 1 is held by a hand and drawing is performed on an arbitrary support surface such as a desk or knee, a force is applied to the drawing core 32 of the pen tip. When the diaphragm 4 is slightly bent, the gap between the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 changes. By measuring and calculating the capacitance between these electrodes in the sensor processing device 7, the direction and magnitude of the force can be calculated. For the arrangement of the electrode plates and the operation of the sensor processing device, the detection method in the “force / acceleration / magnetism detection device” of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-148833 is used.
[0064]
The force components Vx, Vy, Vz in the X, Y, and Z axial directions calculated in the sensor processing device 8 are sent to the processing device 9. Here, the force components in the X and Y axis directions are converted into movement amounts of the pen in the X and Y directions, respectively. Further, the force component in the Z-axis direction is converted as pen pressure information. The movement amount and the writing pressure are transmitted to the host computer through the communication LED 11. The communication part with the host computer may be wired or other wireless communication means such as radio waves. The side switch 12 can be assigned to an arbitrary command.
[0065]
The drawing core 32 may be any structure that can supply ink, such as a ballpoint pen or a sign pen, but avoids a structure that significantly deforms the tip during drawing. Further, the drawing core 32 can be removed. In this case, only drawing data can be taken in without physical drawing. Instead of removing the core 32, it is also possible to provide a structure in which a core expansion / contraction mechanism is provided and switched by one touch.
[0066]
Thus, according to the third embodiment, writing pressure is included simultaneously with physical drawing with a pen on any supporting surface such as on a desk or on a knee, without requiring a tablet. Drawing operations can be taken into the host computer.
[0067]
When the stick drawing pen according to the third embodiment is used for character recognition and signature authentication as in the second embodiment, the drawn characters can be recorded.
[0068]
Next explained is the fourth embodiment of the invention.
FIG. 11 shows a configuration of a stick mechanical pen to which the pen-type input device of the present invention is applied. FIG. 11 (a) is a side view, and FIG. 11 (b) shows an arrangement of electrodes from the axial direction. FIG.
[0069]
A pen-shaped device main body 34 is provided with a lead feeding mechanism 36 that houses a graphite lead 35 serving as a pen tip of the stick mechanical pencil. The drawing core 48 is fitted into the inner surface of the fine movement pipe 47 and does not wobble at the time of drawing. The lead-out mechanism 36 is fitted in the hollow pipe 37 so as not to be displaced.
[0070]
The hollow pipe 3 is supported on the main body 34 by a diaphragm 4. The hollow pipe 3 is provided with a movable electrode plate 5 having a plurality of electrodes. A fixed member 6 provided with a fixed electrode plate 7 having a plurality of electrodes is provided at a position substantially opposite to the movable electrode plate 5. The fixing member 6 is fixed to the main body 34.
[0071]
A sensor processing device 8, a processing device 9 and a battery 10 are accommodated in the main body 1 on the side opposite to the pen tip. A lead-out button 38 that also serves as the communication LED 11 is provided at the rear end of the main body. A side switch 12 is provided on the side surface of the main body 34.
[0072]
12 is a block diagram of the stick mechanical pen of FIG.
Outputs obtained from the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 are supplied to the sensor processing device 8. In the sensor processing device 8, force components Vx, Vy, and Vz in the X, Y, and Z axial directions are calculated. And in the processing apparatus 9, based on these force components Vx, Vy, and Vz, it is converted into the movement amount of this pen in the X and Y directions. A signal is also input to the processing device 9 from the side switch 12. Information obtained by the processing device 9 is transmitted to a host computer (not shown) through the communication LED 11.
[0073]
The arrangement of the sensor unit and the force component detection method are the same as those in the first embodiment described above.
In such a configuration, when the main body 34 is grasped by a hand and drawing is performed on an arbitrary support surface such as a desk or knee, a nib graphite core 35, a core feeding mechanism 36, and a hollow pipe 37 are provided. When the force is applied to the diaphragm 4 and the diaphragm 4 is slightly bent, the gap between the movable electrode plate 5 and the fixed electrode plate 7 changes. By measuring and calculating the capacitance between these electrodes with the sensor processing device 8, the direction and magnitude of the force can be calculated.
[0074]
For the arrangement of the electrode plates and the operation of the sensor processing device, the detection method in the “force / acceleration / magnetism detection device” of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-148833 is used.
[0075]
The graphite core 35 is fed out by a core feeding mechanism 36 by pressing a core feeding button 38. Further, the core 35 can be retracted by pressing the pen tip while pressing the core feed button 38. In the state in which the lead is retracted, drawing data can be taken in without physical drawing.
[0076]
In addition, since the pressing information of the lead-out button 38 can be detected as a force applied to the Z-axis (a force in a negative direction with respect to the drawing time), it is taken out and used for command information and the like. Is possible.
[0077]
The force components Vx, Vy, Vz in the X, Y, and Z axial directions calculated in the sensor processing device 8 are sent to the processing device 9. Here, the force components in the X and Y axis directions are converted into movement amounts of the pen in the X and Y directions, respectively. Further, the force component in the Z-axis direction is converted as pen pressure information. The movement amount and the writing pressure are transmitted to the host computer through the communication LED 11. The communication part with the host computer may be wired or other wireless communication means such as radio waves. The side switch 12 can be assigned to an arbitrary command.
[0078]
According to the fourth embodiment, a drawing operation including a pen pressure can be performed simultaneously with a physical drawing with a pen on an arbitrary support surface such as a desk or a knee without using a tablet. Can be imported into the host computer.
When the fourth embodiment is used for character recognition and signature authentication as in the second embodiment described above, the drawn characters can be recorded.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a pen-type input device that does not require a tablet can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1, showing a first embodiment of the present invention, is a diagram showing a configuration of a pointing device or an electronic brush pen to which a pen-type input device is applied.
FIG. 2 is a block configuration diagram of the pointing device or the electronic brush pen of FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged view of the movable electrode plate 5, the fixed electrode plate 7 and the peripheral portion thereof. (A) is a diagram showing a normal state, and (b) is a diagram in which the device is pushed vertically downward or in the same direction. It is the figure which showed the state to which the acceleration was added.
FIG. 4 is a diagram illustrating a change in capacitance formed by each electrode of the pointing device or the electronic pen of the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an example of an arithmetic circuit in the sensor processing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a stick recognition pen to which a pen-type input device is applied according to a second embodiment of the present invention.
7 is a block configuration diagram of the stick recognition pen of FIG. 6;
8 is a diagram showing an example of information recognition by a stroke dictionary device 31. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a stick drawing pen to which a pen-type input device is applied according to a third embodiment of the present invention.
10 is a block configuration diagram of the stick drawing pen of FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a stick mechanical pen to which a pen-type input device is applied according to a fourth embodiment of the present invention.
12 is a block diagram of the stick mechanical pen of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main body, 2 ... Fine movement stick, 3 ... Hollow pipe, 4 ... Diaphragm, 5 ... Movable electrode plate, 6 ... Fixed member, 7 ... Fixed electrode plate, 8 ... Sensor processing apparatus, 9 ... Processing apparatus, 10 ... Battery, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Communication LED (light emitting diode), 12 ... Side switch, 15-20 ... Capacitor, 21-26 ... C (capacitance) / V (voltage) converter, 27-29 ... Differential amplifier, 31 ... Stroke dictionary device .

Claims

A pen-shaped device body having an opening at one end;
One end of the device body is exposed from the opening, and a fine movement stick serving as a pen tip to which external force is transmitted;
First support means for fitting the fine movement stick;
Second support means for supporting the first support means on the apparatus body;
A movable electrode plate having at least one electrode disposed on the first support means;
A fixed electrode plate arranged to be fixed to the apparatus main body so as to face each of the movable electrode plates, and divided into two in the longitudinal direction of the fine movement stick with respect to one movable electrode plate; and
A force vector extracting means for measuring a capacitance generated between the movable electrode plate and the fixed electrode plate, and extracting a three-dimensional force vector applied to the fine movement stick serving as the pen tip;
An interface device that converts the extraction output by the force vector extraction means into a pen pressure that changes the moving direction, moving amount, and electronic ink thickness of the fine-moving stick serving as the pen tip; Input device.

The pen-type input device according to claim 1, wherein the movable electrode plate is installed in parallel with a longitudinal direction of the fine movement stick serving as the pen tip.

A pen-shaped device body having an opening at one end;
One end of the device body is exposed from the opening, and a fine movement stick serving as a pen tip to which external force is transmitted;
First support means for fitting the fine movement stick;
Second support means for supporting the first support means on the apparatus body;
A movable electrode plate having at least one electrode disposed on the first support means;
A fixed electrode plate arranged to be fixed to the apparatus main body so as to face each of the movable electrode plates, and divided into two in the longitudinal direction of the fine movement stick with respect to one movable electrode plate; and
A force vector extracting means for measuring a capacitance generated between the movable electrode plate and the fixed electrode plate, and extracting a three-dimensional force vector applied to the fine movement stick serving as the pen tip;
Stroke extracting means for extracting the movement amount, moving direction and temporal change of the writing pressure of the fine movement stick as the pen tip from the output of the force vector extracting means;
Storage means for storing stroke information for each of a plurality of characters and figures in advance;
The stroke information obtained from the stroke extraction means and the stroke information of a plurality of characters and figures stored in the storage means are compared, and the character and figure information input by the fine movement stick serving as the pen tip is determined. A pen-type input device comprising: a determination unit.

4. The pen-type input device according to claim 3, wherein the movable electrode plate is installed in parallel with a longitudinal direction of the fine movement stick serving as the pen tip.

A pen-shaped device body having an opening at one end;
A drawing core (hereinafter also referred to as a fine movement stick) which is a pen tip having a structure capable of supplying ink whose one end is exposed from the opening of the apparatus main body;
First support means for fitting the fine movement stick;
Second support means for supporting the first support means on the apparatus body;
A movable electrode plate having at least one electrode disposed on the first support means;
A fixed electrode plate arranged to be fixed to the apparatus main body so as to face each of the movable electrode plates, and divided into two in the longitudinal direction of the fine movement stick with respect to one movable electrode plate; and
Force vector extracting means for measuring a capacitance generated between the movable electrode plate and the fixed electrode plate and extracting a three-dimensional force vector applied to a drawing core which is a pen tip having a structure capable of supplying the ink; ,
An interface device that converts an extraction output of the force vector extracting means into a moving direction, a moving amount, and a writing pressure of a drawing core that is a pen tip having a structure capable of supplying the ink. Input device.

6. The pen-type input device according to claim 5, wherein the movable electrode plate is disposed in parallel with a longitudinal direction of a drawing core which is a pen tip having a structure capable of supplying the ink.

A pen-shaped device body having an opening at one end;
A graphite core (hereinafter also referred to as a fine-stick) that becomes the pen tip of a stick mechanical pencil that can be exposed at one end from the opening of the apparatus main body,
A lead-out mechanism for holding and sending out the graphite core as the pen tip of the stick mechanical pencil by inserting a graphite lead as the pen tip of the stick mechanical pencil;
First support means for fitting the fine movement stick;
Second support means for supporting the first support means on the apparatus body;
A movable electrode plate having at least one electrode disposed on the first support means;
A fixed electrode plate arranged to be fixed to the apparatus main body so as to face each of the movable electrode plates, and divided into two in the longitudinal direction of the fine movement stick with respect to one movable electrode plate; and
A force vector extracting means for measuring a capacity generated between the movable electrode plate and the fixed electrode plate, and extracting a three-dimensional force vector applied to a graphite core serving as a pen tip of the stick mechanical pencil;
A pen-type input device comprising: an interface device that converts an extraction output of the force vector extraction means into a movement direction, a movement amount, and a writing pressure of a graphite core that is a pen tip of the stick mechanical pencil.

The pen-type input device according to claim 7, wherein the movable electrode plate is disposed in parallel with a longitudinal direction of a graphite core serving as a pen tip of the stick mechanical pencil.