JPH11305930A - ペン型手書き入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペンの小さな挙動についても検出可能とする
ペン型手書き入力装置を提供する。 【解決手段】 ペンを筆記面より上げている状態、つま
り無負荷状態では感圧抵抗素子に圧力は加わらず、デー
タ処理装置への入力は全方向ほぼ０Ｖとなる。よって、
ペンのアップダウン動作の検出が同時に実施可能とな
り、且つ最初にペン先を筆記紙面におろした瞬間にペン
保持方向の出力が発生するため、容易に基板部のｘ、ｙ
軸とペン保持状態でのペン軸方向とを精度良く合致させ
ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、手書きの文字、記
号等の筆跡情報を検出及び認識、または他のシステムに
入力するためのペン型手書き入力装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータに入力するための装置とし
てはキーボード、マウス、タブレットが既に実現してい
る。

【０００３】タブレットを用いず、より携帯性が優れた
ペン型手書き入力装置については、例えば、特開平４−
１９５３２１号公報、特開平４−２５６００９号公報、
特開平７−１１０７３７号公報、特開平８−０７６９１
４号公報等に記載されているように、装置に内設した加
速度センサにより装置自体の筆記時の運動情報を検知
し、筆記情報をコンピュータに入力し処理する技術や、
例えば、特開平６−０９５８００号公報等に記載されて
いるように、筆記時のペンにかかる各指圧を検知する同
上装置の技術や、例えば、特開平５−２７８３９０号公
報等に記載されているように、光学センサにより筆跡を
光学的に読みとる同上装置の技術などが数多く提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、携帯性
に優れなおかつ実際の手書きの文字、記号等の筆跡情報
を検出及び認識、またはコンピュータに入力できるペン
型手書き入力装置において、上記の加速度センサを利用
した場合、通常の筆記時におけるペン本体の挙動はたい
へん小さいものであり、加速度センサに良好に伝達され
ない。加速度信号を電気的に増幅することは可能である
が、ノイズまで大きくなり、必要な信号成分の取り出し
は困難である。特に小型の加速度センサによっては静的
加速度の検出が不可能なセンサもある。

【０００５】また、加速度センサのｘ、ｙ軸とペン保持
状態でのペン軸方向とを精度良く合致させることやペン
のアップダウン動作の検出が必要であるため、加速度セ
ンサ以外にも複数個のセンサやスイッチ等を設置するた
めどうしても規模の大きいシステム及び装置となる問題
が有る。

【０００６】これら問題解決のため、例えば、特開平９
−１６３２０号公報、特開平９−１６３２１号公報、特
開平９−１６３２２号公報等に記載されているように、
ペン軸に相当のスティックに直接静電容量方式の力セン
サを接続及び加速度センサを併用した技術が提案されて
いるが、ペン先の小さな挙動を検出するには規模の大き
な増幅回路処理が必要となり、且つペンの押圧が大きい
場合には特に検出は困難である。また、同上のノイズの
問題や筆記時のペン保持方向にセンサからの出力偏向が
大きくなる問題、及び筆記していない状態つまりペン先
が無負荷状態であるときのペン軸及びセンサの原点復
帰、ゼロ点出力補正が大変困難である問題がある。

【０００７】指圧を検知する同上装置の場合も実際に必
要な筆記情報以外のノイズが大きく、またペンのアップ
ダウン動作の検出が必要なため同上の問題が有る。

【０００８】また、光学センサにより筆跡を光学的に読
みとる同上装置の場合は、画像データの取り扱いになる
ため、どうしても大規模なシステム及び装置となる問題
が有る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
を目的としてなされたものであって、請求項１記載の発
明は、ペン型形状のペン筐体と、ペン先が片側開口部よ
り突き出るようにペン軸を収納し、中央付近に半球状の
突起部を形成したペン軸収納部と、ペン筐体内部に固定
され、上記ペン軸収納部の半球形上の突起部との間で、
ペン軸が本球心を中心に傾動可能なように支点を形成し
た支持部と、上記支持部に固定され、複数方向にパター
ンが形成された基板部と、上記ペン軸収納部と上記基板
部との間に配置された板状の感圧抵抗素子と、上記ペン
軸収納部の傾動によって生じた圧力とその方向を上記感
圧抵抗素子を介し上記基板部から受け取り、筆圧データ
及び筆記方向に変換し、文字認識及び演算を行うデータ
処理部を備えることを特徴とするペン型手書き入力装置
である。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、上記請求項
１記載のペン型手書き入力装置において、上記感圧抵抗
素子は弾性を有した感圧導電性ゴムからなることを特徴
とするペン型手書き入力装置である。

【００１１】また、請求項３記載の発明は、上記請求項
１記載のペン型手書き入力装置において、ペン先が突出
した側の筐体本体先端と上記ペン軸収納部との間に、弾
性部材が配置されていることを特徴とするペン型手書き
入力装置である。

【００１２】また、請求項４記載の発明は、上記請求項
３記載のペン型手書き入力装置において、上記ペン軸収
納部は、ペン軸に外接し尾栓部分が絞られた中空パイプ
形状の収納筒を有し、ペン軸を着脱自在にした構造であ
ることを特徴とするペン型手書き入力装置である。

【００１３】また、請求項５記載の発明は、上記請求項
１乃至４記載のペン型手書き入力装置において、上記デ
ータ処理部からの文字認識結果及び演算結果を表示する
表示部を有することを特徴とするペン型手書き入力装置
である。

【００１４】また、請求項６記載の発明は、上記請求項
５記載のペン型手書き入力装置において、上記データ処
理部からの文字認識結果及び演算結果等を他のシステム
とデータの入出力を行うインターフェイス部を有するこ
とを特徴とするペン型手書き入力装置である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図をもとに本発明について
説明する。なお、これによって本発明は限定されるもの
ではない。

【００１６】図１は本発明を採用したペン型手書き入力
装置の縦方向断面図であり、図２はペン先端部の拡大断
面図である。

【００１７】ペン軸収納部２は、収納筒２ｂを半球状の
突起部２ａを有した外周部材により、ネジ止め或るいは
接着等により一体化している。収納筒２ｂは、ペン軸に
外接する中空パイプ形状で尾栓部分２ｄが絞られた形状
になっており、ペン軸１が奥に行かないように止め、も
う一方側の開口部よりペン軸１のペン先１ａが突出して
いるため、ペン先をつまんでペン軸１を出し入れでき、
インクが無くなった時に交換可能な構造としている。ま
た、ペン軸１は着脱自在であり、例えばペン軸を通常の
ボールペン芯とした場合は、実際に紙等に筆跡を残せる
手書き入力装置となり、ペン軸１をインクの無い軸芯と
した場合は、通常のマウスのようなペン型手書き入力装
置となる。

【００１８】また、ペン軸収納部２の半球状の突起部２
ａは、これに相当し半球状に切り欠いた形状のペン筐体
４に設置した支持部７により、ペン軸尾栓側方向に固定
支持し且つペン軸１が本球心２ａを中心に傾動可能な支
点２ｄを形成した構造としている。従い、ペン軸尾栓側
方向に固定した傾動支点２ｄを形成することで、ペン先
１ａに直接的にかかる筆記紙面に対する摩擦力等の抵抗
の方向及びその強さの時間軸に対する変動の情報は感度
良く伝達できる。

【００１９】板状の感圧抵抗素子３はペン軸収納部２と
基板部６との間に配置されているため、ペン軸収納部２
の傾動によって生じた圧力とその方向を基板部６からデ
ータ処理装置８に伝えることとなる。

【００２０】ペン軸収納部２の原点復帰の手段として、
弾性体５がペン軸収納部２とペン筐体４先端部との間に
配置されている。

【００２１】図３は紙面に対して矢印方向に筆記してい
る時のペンおよびペン先端の断面図である。

【００２２】筆記を行うと２ｄを支点とし、矢印方向す
なわち筆記方向と反対側の方向の感圧抵抗素子に圧力が
加わる仕組みとなっている。

【００２３】図４は本発明の基板部６のパターン図であ
る。

【００２４】コモンパターン６ａ及び、各方向パターン
６ｂを図４のようにすることにより、感圧抵抗素子３に
加えられた圧力とその方向を抵抗値変化として検出する
ことができる。また、各方向パターン６ｂは常に適当な
値の抵抗にてプルダウンされ、データ処理装置８に接続
されている。

【００２５】なお、ここでは上下左右４方向に基板パタ
ーンを分割しているが、さらに基板パターンの方向分割
を増やすことも可能である。

【００２６】図５は感圧抵抗素子３のＦＲ特性図であ
る。

【００２７】図５において、感圧抵抗素子３に加えられ
る圧力が強くなるほど抵抗値が減っていくことを示して
いる。

【００２８】図６は基板部６からの出力を示した図であ
る。

【００２９】図５で示した感圧抵抗素子及び基板部６の
各方向パターン６ｂに接続されたプルダウン抵抗のため
図６のような出力となる。基準電圧は基板部６のコモン
パターン６ａ及びＡ／Ｄコンバータの基準電圧端子に接
続されている電圧値である。よって、圧力が強く加わる
ほど基準電圧内で出力電圧が高くなっていくことを示し
ている。

【００３０】図７は数字の「２」を筆記したときの各方
向の筆記時間とＡ／Ｄ変換値を示した図である。

【００３１】ここでは基準電圧は５Ｖとし、ゼロ点電圧
を０Ｖとし、一定時間間隔で８ビットＡ／Ｄコンバータ
８ｂにより基板部６より入力された電圧アナログデータ
を８ビットデジタルデータに変換している。

【００３２】図８は本発明を採用したペン型手書き入力
装置のシステム構成図である。

【００３３】ペンによる筆記が行われると、筆記された
圧力とその方向を感圧抵抗素子３と基板部６の間で図５
に示したような抵抗値変化として得ることができる。ま
た、基板部６からの出力は常にプルダウンされているた
め、データ処理装置８には図６に示したような電圧変化
として入力されることとなる。

【００３４】データ処理装置８はアナログマルチプレク
サ８ａ、Ａ／Ｄコンバータ８ｂ、表示用ドライバ８ｃ、
制御回路８ｄ、ＣＰＵ８ｅ、インターフェイス用回路８
ｆから構成されており、アナログマルチプレクサ８ａは
基板部６から各方向の筆記データを出力電圧変化として
受け取り、制御回路８ｄにより各方向が選択され、Ａ／
Ｄコンバータ８ｂに送られる。Ａ／Ｄコンバータ８ｂに
送られた電圧アナログデータは８ビットデジタルデータ
に変換され、ＣＰＵ８ｅを介し、ＲＡＭ１１に蓄積され
る。一定時間間隔後再び、電圧データの受信、Ａ／Ｄ変
換、ＲＡＭ１１への蓄積を繰り返し、一定時間筆記され
ない状態、すなわちＡ／Ｄ変換後の値が０付近の値を取
り続けると、現在筆記中の文字を書き終えたとみなし、
一度ＲＡＭ１１に貯えたデータを読み取り、文字認識用
のデータに変換し、辞書部９のデータと比較し、文字認
識を行い、認識結果を表示部１２に表示している。この
時、認識結果が数字と演算子の組み合せであれば、その
演算経過および演算結果を表示部１２に表示することと
なる。また、インターフェイス部１３を持つ場合は他の
システムと演算結果等のデータをやり取りすることが可
能となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、請求項１および２記載
の発明では、高感度に筆記時にペン先に直接的にかかる
筆記紙面に対する摩擦力等の抵抗の方向及びその強さの
時間軸に対する変動の情報を得ることができ、ペンのア
ップダウン動作の検出が同時に実施可能となり、また容
易にセンサのｘ、ｙ軸とペン保持状態でのペン軸方向と
を精度良く合致させることができるため、簡易な構造
で、低価格でコンパクトなペン型手書き入力装置を提供
できる。

【００３６】また、請求項３記載の発明では、ペン先が
突出した側の筐体本体先端とペン軸収納部との間には、
弾性部材を配置することで、ペン軸の原点復帰を行いや
すくなる。

【００３７】また、請求項４記載の発明では、ペン軸収
納部はペン軸に外接し尾栓部分が絞られた中空パイプ形
状の収納筒を有し、ペン軸を着脱自在にした構造とし、
ペン軸の交換を容易に行えるものとしている。さらに、
ペン軸は着脱自在のため、ペン軸を通常のボールペン芯
とした場合は実際に紙等に筆跡を残せる手書き入力装置
となり、インクが無くなった時には交換可能であり、ま
たペン軸をインクの無い軸芯とした場合は通常のマウス
のようなペン型手書き入力装置となる。

【００３８】また、請求項５および６記載の発明では、
ペン単体で入力から表示出力まで実施する上記の単独型
装置が、インターフェイス部を有した場合は他のコンピ
ュータシステム等にデータ入出力を行うシステム型装置
の提供ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を採用したペン型手書き入力装置の縦方
向断面図である。

【図２】ペン先端部の拡大断面図である。

【図３】矢印方向筆記中のペンおよびペン先端部の断面
図である。

【図４】本発明の基板部のパターン図である。

【図５】感圧抵抗素子のＦＲ特性図である。

【図６】基板部からの出力を示した図である。

【図７】数字の「２」を筆記したときの各方向の筆記時
間とＡ／Ｄ変換値を示した図である。

【図８】本発明を採用したペン型手書き入力装置のシス
テム構成図である。

【符号の説明】

１ ペン軸 １ａ ペン先 ２ ペン軸収納部 ２ａ 半球状の突起部 ２ｂ 収納筒 ２ｃ 収納筒尾栓部 ２ｄ 支点 ３ 感圧抵抗素子 ４ ペン筐体 ５ 弾性体 ６ 基板部 ６ａ コモンパターン ６ｂ 各方向パターン ７ 支持部 ８ データ処理装置 ８ａ アナログマルチプレクサ ８ｂ Ａ／Ｄコンバータ ８ｃ 表示用ドライバ ８ｄ 制御回路 ８ｅ ＣＰＵ ８ｆ インターフェイス用回路 ９ 辞書部 １０ ＲＯＭ １１ ＲＡＭ １２ 表示部 １３ インターフェイス部 １４ 電池部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペン型形状のペン筐体と、ペン先が片側
   開口部より突き出るようにペン軸を収納し、中央付近に
   半球状の突起部を形成したペン軸収納部と、ペン筐体内
   部に固定され、上記ペン軸収納部の半球形上の突起部と
   の間で、ペン軸が本球心を中心に傾動可能なように支点
   を形成した支持部と、上記支持部に固定され、複数方向
   にパターンが形成された基板部と、上記ペン軸収納部と
   上記基板部との間に配置された板状の感圧抵抗素子と、
   上記ペン軸収納部の傾動によって生じた圧力とその方向
   を上記感圧抵抗素子を介し上記基板部から受け取り、筆
   圧データ及び筆記方向に変換し、文字認識及び演算を行
   うデータ処理部を備えることを特徴とするペン型手書き
   入力装置。
2. 【請求項２】 上記請求項１記載のペン型手書き入力装
   置において、 上記感圧抵抗素子は弾性を有した感圧導電性ゴムからな
   ることを特徴とするペン型手書き入力装置。
3. 【請求項３】 上記請求項１記載のペン型手書き入力装
   置において、 ペン先が突出した側の筐体本体先端と上記ペン軸収納部
   との間に、弾性部材が配置されていることを特徴とする
   ペン型手書き入力装置。
4. 【請求項４】 上記請求項３記載のペン型手書き入力装
   置において、 上記ペン軸収納部は、ペン軸に外接し尾栓部分が絞られ
   た中空パイプ形状の収納筒を有し、ペン軸を着脱自在に
   した構造であることを特徴とするペン型手書き入力装
   置。
5. 【請求項５】 上記請求項１乃至４記載のペン型手書き
   入力装置において、 上記データ処理部からの文字認識結果及び演算結果を表
   示する表示部を有することを特徴とするペン型手書き入
   力装置。
6. 【請求項６】 上記請求項５記載のペン型手書き入力装
   置において、 上記データ処理部からの文字認識結果及び演算結果等を
   他のシステムとデータの入出力を行うインターフェイス
   部を有することを特徴とするペン型手書き入力装置。