特開 2024-129272 入力デバイス及び情報処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129272

(43)【公開日】2024-09-27

(54)【発明の名称】入力デバイス及び情報処理システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/03 20060101AFI20240919BHJP

   G06F 3/16 20060101ALI20240919BHJP

   G10K 15/04 20060101ALI20240919BHJP

   H04R 1/00 20060101ALI20240919BHJP

【ＦＩ】

G06F3/03 400Z

G06F3/16 540

G10K15/04 302G

H04R1/00 310G

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023038365

(22)【出願日】2023-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】505205731

【氏名又は名称】レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉冨 圭一

(72)【発明者】

【氏名】山▲ざき▼ 充弘

【テーマコード（参考）】

5D017

【Ｆターム（参考）】

5D017AA11

(57)【要約】

【課題】使用感を向上することができる入力デバイス及び情報処理システムを提供する。
【解決手段】入力デバイスは、ペン型の入力デバイスであって、先端部を有し、棒状に形成された筐体と、前記筐体の前記先端部から突出するペン先部と、前記筐体の内部に設けられた音源部と、前記先端部に開口を有し、前記筐体の軸方向に沿って延在することで、前記音源部が発生する音を前記開口から前記筐体の外部に出力可能な空洞部と、を備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ペン型の入力デバイスであって、
先端部を有し、棒状に形成された筐体と、
前記筐体の前記先端部から突出するペン先部と、
前記筐体の内部に設けられた音源部と、
前記先端部に開口を有し、前記筐体の軸方向に沿って延在することで、前記音源部が発生する音を前記開口から前記筐体の外部に出力可能な空洞部と、
を備える
ことを特徴とする入力デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の入力デバイスであって、
前記空洞部は、前記音源部に面している
ことを特徴とする入力デバイス。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の入力デバイスであって、
前記開口は、前記ペン先部の周囲に設けられている
ことを特徴とする入力デバイス。

【請求項4】

請求項１に記載の入力デバイスであって、
前記音源部は、振動を発生するアクチュエータ、又はスピーカーである
ことを特徴とする入力デバイス。

【請求項5】

情報処理装置と、ペン型の入力デバイスとを備える情報処理システムであって、
前記入力デバイスは、
先端部を有し、棒状に形成された筐体と、
前記筐体の前記先端部から突出するペン先部と、
前記筐体の内部に設けられた音源部と、
前記先端部に開口を有し、前記筐体の軸方向に沿って延在することで、前記音源部が発生する音を前記開口から前記筐体の外部に出力可能な空洞部と、
を備え、
前記情報処理装置は、前記入力デバイスの前記ペン先部でタッチ操作可能なタッチスクリーンを備え、
前記開口は、前記ペン先部で前記タッチスクリーンをタッチ操作する際、前記タッチスクリーンの表面に対向する
ことを特徴とする情報処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ペン型の入力デバイス、及び該入力デバイスと情報処理装置とを備える情報処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ノート型ＰＣ、タブレット型ＰＣ及びスマートフォン等の情報処理装置は、タッチスクリーンに対する入力操作にペン型の入力デバイスが用いられることがある。例えば特許文献１には、タッチパネルに対する入力に使用するタッチペンにおいて、棒状の筐体の内部に振動発生装置を設けた構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１８７４１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような振動発生装置を備えた入力デバイスは、ハプティックペン（haptic pen）とも呼ばれ、触覚フィードバック機能を有する。触覚フィードバックは、文字等を表示するタッチスクリーンへの接触に応じて振動を発生させ、使用感を向上させるためのものである。

【0005】

ところで、鉛筆やボールペンのような一般的な筆記具は、振動以外にも、筆記時に発生する音（筆記音）も使用感の向上に寄与している。しかしながら従来の入力デバイスは、このような筆記音については考慮されていない。

【0006】

本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、使用感を向上することができる入力デバイス及び情報処理システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１態様に係る入力デバイスは、ペン型の入力デバイスであって、先端部を有し、棒状に形成された筐体と、前記筐体の前記先端部から突出するペン先部と、前記筐体の内部に設けられた音源部と、前記先端部に開口を有し、前記筐体の軸方向に沿って延在することで、前記音源部が発生する音を前記開口から前記筐体の外部に出力可能な空洞部と、を備える。

【0008】

本発明の第２態様に係る情報処理システムは、情報処理装置と、ペン型の入力デバイスとを備える情報処理システムであって、前記入力デバイスは、先端部を有し、棒状に形成された筐体と、前記筐体の前記先端部から突出するペン先部と、前記筐体の内部に設けられた音源部と、前記先端部に開口を有し、前記筐体の軸方向に沿って延在することで、前記音源部が発生する音を前記開口から前記筐体の外部に出力可能な空洞部と、を備え、前記情報処理装置は、前記入力デバイスの前記ペン先部でタッチ操作可能なタッチスクリーンを備え、前記開口は、前記ペン先部で前記タッチスクリーンをタッチ操作する際、前記タッチスクリーンの表面に対向する。

【発明の効果】

【0009】

本発明の上記態様によれば、使用感を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、一実施形態に係る入力デバイスを備える情報処理システムの構成例を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、入力デバイスの内部構造を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、入力デバイスの先端部及びその周辺部の正面図である。

【図4】図４は、形状の異なる空洞部を備える入力デバイスの先端部及びその周辺部の正面図である。

【図5】図５は、一実施形態に係る情報処理システムの機能構成例を示すブロック図である。

【図6】図６は、入力デバイスを用いて情報処理装置に対する入力動作を行っている状態を模式的に示す図である。

【図7】図７は、変形例に係る入力デバイスの内部構造を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る入力デバイス及び情報処理システムついての好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

図１は、一実施形態に係る入力デバイス１０を備える情報処理システム１２の構成例を模式的に示す斜視図である。入力デバイス１０は、情報処理装置１４の入力操作に使用するペン型の入力デバイスである。入力デバイス１０は、デジタルペン、スタイラス、電子ペン、又はスマートペン等とも呼ばれる。本実施形態では、情報処理装置１４としてタブレット端末を例示する。入力デバイス１０の使用対象となる情報処理装置は、タブレット端末以外、例えばノート型ＰＣやスマートフォン等でもよい。

【0013】

情報処理装置１４は、薄く扁平な平板形状を有する装置筐体１６と、装置筐体１６の一面を覆うタッチスクリーン１８とを備える。装置筐体１６の内部には、ＣＰＵ等の処理装置を実装したマザーボード及びバッテリ装置等の各種の電子部品が搭載されている。

【0014】

タッチスクリーン１８は、表示部１８ａと、タッチセンサ１８ｂとを備える。表示部１８ａは、液晶や有機ＥＬ等で形成され、各種情報を表示可能である。タッチセンサ１８ｂは、表示部１８ａの表面に重ねて配置される。タッチセンサ１８ｂは、タッチスクリーン１８の表面１８ｃに対する入力デバイス１０の入力動作を検出可能なタッチパネルである。情報処理装置１４は、入力動作の有無を監視し、入力動作を検出した位置を特定し、入力動作に基づくデータ入力又は編集を実行することができる。情報処理装置１４は、例えばタッチセンサ１８ｂに入力デバイス１０が接触した接触位置の軌跡を表示部１８ａに表示させる。

【0015】

図２は、入力デバイス１０の内部構造を模式的に示す断面図である。

【0016】

入力デバイス１０は、使用者が把持し、タッチスクリーン１８の表面１８ｃに接触しながら移動させることで、文字、記号及び図形等のデータ入力や編集に用いることができる。図２に示すように、入力デバイス１０は、筐体２０と、ペン先部２２と、音源部２４と、空洞部２６と、回路基板２８と、無線通信部３０とを備える。入力デバイス１０の筐体２０内には、さらにバッテリ装置等も搭載される。

【0017】

筐体２０は、樹脂、木材又は金属等で形成された棒状の筒体である。筐体２０は、真円若しくは楕円の円筒状、又は角筒状等の各種断面形状を採用できる。筐体２０は、鉛筆やボールペン等の筆記具と同様、人手で把持するのに適した長さ及び太さを有する。

【0018】

ペン先部２２は、タッチスクリーン１８に対する入力部である。ペン先部２２は、筐体２０の先端部２０ａから突出するように設けられる。先端部２０ａは、例えば先細りのテーパ形状を有する円錐台形状である。先端部２０ａの形状はテーパ形状に限られない。ペン先部２２は、先端部２０ａの中心から筐体２０の軸方向Ａに沿って突出している。軸方向Ａは、筐体２０の長手方向と言い換えてもよい。ペン先部２２は、細い棒状の基端部２２ａが筐体２０内でホルダ３２に支持され、円錐状のペン先２２ｂが筐体２０外に露出している。ホルダ３２は、筐体２０の内部における先端付近で支持され、ペン先部２２を着脱可能に又は着脱不能に支持する部品である。

【0019】

音源部２４は、筐体２０の先端付近の内周面で支持されている。音源部２４は、情報処理装置１４から回路基板２８を経た駆動信号に従って所定の音を発生する。音源部２４は、軸方向Ａで先端側を向いた側面２４ａが空洞部２６に面して配置されることが好ましい。音源部２４は、振動を発生するアクチュエータで構成されてもよいし、スピーカーで構成されてもよい。音源部２４はアクチュエータで構成する場合、例えばリニア共振アクチュエータ（LRA：Linear Resonant Actuator）を軸方向Ａに沿って振動し、側面２４ａから空洞部２６へと音信号を発信するように構成してもよい。音源部２４はスピーカーで構成する場合、側面２４ａにコーンを配置し、側面２４ａから空洞部２６へと音信号を発信するように構成してもよい。

【0020】

空洞部２６は、音源部２４に面する第１経路２６ａと、筐体２０の軸方向Ａに沿って延在する第２経路２６ｂと、先端部２０ａに設けられた開口２６ｃとを有する。

【0021】

第１経路２６ａは、例えば筐体２０の断面方向（軸方向Ａと直交する方向）に径方向を有する円盤状の空洞である。第１経路２６ａは音源部２４の側面２４ａに面している。換言すれば側面２４ａが第１経路２６ａを画成する壁面の一部を形成している。

【0022】

第２経路２６ｂは、基端側が第１経路２６ａに連通し、先端側が開口２６ｃを介して筐体２０の外部に連通している。第２経路２６ｂは、例えばペン先部２２の基端部２２ａ及びホルダ３２の周囲を囲むドーナツ状の空間である（図３も参照）。第２経路２６ｂは、基端部２２ａ及びホルダ３２の全周を囲んでなくてもよい。例えば図４に示すように、第２経路２６ｂは、ペン先部２２の基端部２２ａの周囲の一部を囲むように分割された１又は複数の円弧状の空間等であってもよい。第２経路２６ｂは、第１経路２６ａと開口２６ｃとの間を連通させる経路であれば、その形状や配置は限定されない。開口２６ｃは、筐体２０の先端部２０ａに形成され、第２経路２６ｂの出口となる穴である。

【0023】

従って、入力デバイス１０は、音源部２４の音声出力面となる側面２４ａと筐体２０の外部との間を空洞部２６が連通させている。このため入力デバイス１０は、音源部２４が発生する音Ｓを空洞部２６を通して先端部２０ａから効率よく出力することができる（図２中に１点鎖線で示す矢印Ｓを参照）。

【0024】

図３中に２点鎖線で示すように、第２経路２６ｂがホルダ３２の周囲３６０度を囲むドーナツ状の空間である場合、１又は２以上のブリッジ部３４を設けてホルダ３２と筐体２０の内周面とを連結してもよい。このブリッジ部３４により、ホルダ３２及びペン先部２２の支持強度が向上する。

【0025】

回路基板２８は、筐体２０内で支持されている。回路基板２８は、入力デバイス１０の制御基板であり、例えばＭＣＵ（Micro Controller Unit）３８を実装している。ＭＣＵ３８は、入力デバイス１０の機能を統括的に制御する処理装置である。ＭＣＵ３８は、プロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリと、各種の入出力インタフェースを備える。ＭＣＵ３８は、情報処理装置１４とは独立に稼働する。

【0026】

無線通信部３０は、情報処理装置１４の無線通信部４６（図５参照）と無線データを送受信するための無線通信モジュールである。

【0027】

次に、情報処理システム１２の機能構成の一例について説明する。

【0028】

図５は、一実施形態に係る情報処理システム１２の機能構成例を示すブロック図である。図３に示すように、情報処理システム１２は、情報処理装置１４と、入力デバイス１０とを備える。

【0029】

情報処理装置１４は、タッチスクリーン１８と、制御部４０と、タッチ・ペンモジュール４２と、描画アプリ４４と、無線通信部４６とを備える。タッチスクリーン１８は、上記したように表示部１８ａ及びタッチセンサ１８ｂを有する。

【0030】

制御部４０は、情報処理装置１４の機能を統括的に制御する。制御部４０は、例えばＣＰＵ等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Integrated Circuit）等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。本実施形態の制御部４０は、ＯＳ（Operating System）等のソフトウェアとＣＰＵ等の処理装置とを含む。

【0031】

タッチ・ペンモジュール４２は、制御部４０と連係し、タッチスクリーン１８及び入力デバイス１０を制御する。タッチ・ペンモジュール４２は、例えばＣＰＵ等を実装したマザーボードに接続されたサブカードとして構成されてもよい。描画アプリ４４は、タッチ・ペンモジュール４２を介してタッチスクリーン１８や入力デバイス１０を制御するアプリケーションソフトウェアである。無線通信部４６は、入力デバイス１０の無線通信部３０と無線データを送受信するための無線通信モジュールである。

【0032】

入力デバイス１０は、ＭＣＵ３８と、無線通信部３０と、音源部２４とを備える。

【0033】

ＭＣＵ３８は、情報処理装置１４から無線通信部３０を用いて音制御情報が入力される。音制御情報は、例えばタッチ・ペンモジュール４２が制御部４０とも連係し、入力デバイス１０のタッチスクリーン１８に対する入力動作時の音源部２４が発生する音（筆記音）の大きさや周波数等を制御するための情報である。ＭＣＵ３８は、これら制御情報を用いて駆動信号を合成する。ＭＣＵ３８は、合成した駆動信号を音源部２４に出力する。音源部２４は、上記したように振動を発生するアクチュエータ又はスピーカーである。音源部２４がアクチュエータである場合、ＭＣＵ３８は音制御情報と共に振動制御に関する駆動信号も出力する。

【0034】

次に、入力デバイス１０による入力動作及びその作用効果について説明する。

【0035】

図６は、入力デバイス１０を用いて情報処理装置１４に対する入力動作を行っている状態を模式的に示す図である。図６に示すように、入力デバイス１０の入力動作（タッチ操作）は、ペン先２２ｂをタッチスクリーン１８の表面１８ｃに接触させて移動させる。そうすると、入力デバイス１０は、タッチ・ペンモジュール４２から描画アプリ４４及び制御部４０を経た制御情報を受信する。入力デバイス１０は、この制御信号に基づきＭＣＵ４８の制御下に音源部２４に所定の駆動信号を入力し、所定の音を発生させる。

【0036】

ここで、本実施形態の入力デバイス１０は、棒状の筐体２０の先端部２０ａに開口２６ｃを有し、軸方向Ａに沿って筐体２０内を延在すると共に音源部２４に面して設けられた空洞部２６を備える。すなわち空洞部２６は、筐体２０の先端部２０ａに開口２６ｃを有する。このため、開口２６ｃは、ペン先２２ｂをタッチスクリーン１８にタッチさせた際、表面１８ｃに対向する位置に配置される（図６参照）。また空洞部２６は開口２６ｃから連続する第２経路２６ｂが軸方向Ａに沿って延在し、第１経路２６ａを経て音源部２４まで連通している。

【0037】

このため、音源部２４が発した音Ｓは、空洞部２６を効率よく通過して開口２６ｃから筐体２０の外部に出力される。開口２６ｃを出た音Ｓは、対向位置にあるタッチスクリーン１８の表面１８ｃで反射されて周囲に拡散し、使用者が聴覚で十分に認識可能な音量となる。つまり入力デバイス１０は、筐体２０の内部で音源部２４で発生させた音を音波として出力し、タッチスクリーン１８の表面１８ｃに衝突させる。その結果、使用者は、音Ｓを入力デバイス１０による筆記音として聞きながらタッチ操作を行うことができ、鉛筆やボールペン等の筆記具と類似した高い使用感が得られる。また、入力デバイス１０は、音源部２４の出力は最小限としつつ、空洞部２６によって音の通り道の表面積が増大し、大きな音量を発生させることができるという利点もある。さらに入力デバイス１０は、空洞部２６の形状設計により、音Ｓの共振周波数を所望の周波数に設定することもできる。

【0038】

しかも当該入力デバイス１０は、空洞部２６の開口２６ｃがペン先部２２（ペン先２２ｂ）の周囲に設けられている。これにより入力デバイス１０は、タッチスクリーン１８に対する接触部の周囲から音Ｓが出力され、一層違和感のない筆記音を出力することができる。

【0039】

すなわち入力デバイス１０の筆記音は、例えば情報処理装置１４のスピーカーから発生させる構成も考え得る。ところが、この場合は、スピーカーによって十分な音量は出せるが、音の発生位置及び振動との同期を得ることは難しく、使用者に違和感を与えることになる。この点、本実施形態の入力デバイス１０は、音Ｓがペン先２２ｂ付近から発生するため音の発生位置は筆記位置と同期するため、違和感のない高い使用感が得られるという利点がある。

【0040】

当該入力デバイス１０は、音源部２４を振動を発生するアクチュエータで構成した場合、スピーカーで構成した場合に比べ、筐体２０が大きな振動を生じる。これにより入力デバイス１０は、ペン先２２ｂ付近から発せられる音Ｓに加えて、さらに音源部２４からら直接的に指先に伝達される振動による使用感の向上も得られるという利点もある。なお、音源部２４としてアクチュエータを用いた場合、発生する振動の共振周波数を人間が感じることができない周波数（例えば５００Ｈｚ以上）とし、音Ｓのみで使用感を与える制御を実行可能としてもよい。このような制御は、例えば情報処理装置１４の制御部４０の制御下に回路基板２８に搭載した５００Ｈｚ未満の周波数をカットするローパスフィルタを必要に応じて切り替えて使用することで実現してもよい。そうすると、入力デバイス１０は、音源部２４としてアクチュエータを用いつつ、振動が苦手な使用者に対しては筆記音のみを与えるといった使用が可能となり、汎用性が向上する。

【0041】

なお、従来の一般的なハプティックペンは、振動を使用者に与えて触覚による使用感の向上を目的としたものであり、振動により発生した音を出力するための空洞部２６のような構造は有していない。このため、振動によって発生する音量は小さく、使用者が筆記音として認識できる音量は出力できなかった。また、従来のハプティックペンでは、仮に大きな振動によって筐体内部から大きな音が出たとしても、ペンのタッチ角度によって音量が変動して音ムラを生じ、この問題は特に指向性の高い高音で顕著となる。この点、本実施形態の入力デバイス１０は、筐体２０の先端部２０ａに設けた開口２６ｃから出た音Ｓを表面１８ｃに衝突させることで、タッチ角度による音ムラ等の問題も生じ難い。

【0042】

図７は、変形例に係る入力デバイス１０Ａの内部構造を模式的に示す断面図である。図７において、図１～図６に示される参照符号と同一の参照符号は、同一又は同様な構成を示し、このため同一又は同様な機能及び効果を奏するものとして詳細な説明を省略する。

【0043】

図７に示す入力デバイス１０Ａは、図２に示す入力デバイス１０の空洞部２６とは構成の異なる空洞部５０を備える。この空洞部５０は、ペン先部２２の基端部２２ａを筐体２０内に挿入するために設けられる挿入穴と基端部２２ａとの間に形成される隙間を拡幅し、これを空洞部５０として利用したものである。空洞部５０の開口５０ａは、ペン先部２２のペン先２２ｂと挿入穴５２との間に形成される隙間又はこの隙間を僅かに拡幅したものである。このような空洞部５０も軸方向Ａに沿って延在し、穴の奥が音源部２４に面している。なお、この場合の音源部２４は、空洞部５０に面する外周面２４ｂが音声出力面となるように配置するとよい。当該入力デバイス１０Ａにおいても上記した入力デバイス１０と同様な違和感のない音Ｓを出力できるため、使用感を向上させることができる。

【0044】

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

【符号の説明】

【0045】

１０，１０Ａ 入力デバイス
１２ 情報処理システム
１４ 情報処理装置
１８ タッチスクリーン
２０ 筐体
２０ａ 先端部
２２ ペン先部
２２ｂ ペン先
２４ 音源部
２６，５０ 空洞部
２６ｃ，５０ａ 開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】