腕時計型電子メモ装置

【課題】いつも身に着けて持ち歩く腕時計をメモ帳としても使えるようにするために、手書き入力の際に特殊なペンや用具を必要としない入力手段により、だれもが単純で直感的な操作で手書き入力を可能とする。
【解決手段】手に筆記中の指先の方位と距離を検出するための、赤外線レーザービーム走査手段と、指先からの反射光を受光し指先の位置を計測する手段、筆記状態を検出する皮膚接触音検知手段、メモデータの表示手段、操作者へ適切に応答するための振動発生手段から構成される腕時計型電子メモ装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腕時計や腕時計型の小型携帯情報機器に、電子ペン等の用具を必要とせず、いつでもどこでもすぐに、手首に装着した側の手の甲または手のひらに、もう一方の手の指先を使って文字や図形などのメモ情報や音楽プレーヤー等の電子機器操作情報を手書き入力することが可能な腕時計型の電子メモ装置に関するものである。

【背景技術】
【０００２】
従来、このような手書き入力が可能な電子メモ装置は、タッチスクリーンを利用した、電子手帳やＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などがあった。これらは、タッチスクリーンに表示されたキャラクターをペンや指先で押圧指示することによりキーボードの役割を果たしたり、また、ペンや指先で文字や絵を描くと、それを画像として認識して２値データとして取り込んだりするようにしたものである。一般に、タッチスクリーンは、ペンや指先による入力画像を認識するために、画面への押圧を検出する透明な感圧型タブレットと、その下に重ねられた表示用の液晶からなる。

【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の電子手帳やＰＤＡなどは、ユーザの手またはポケットにフィットするまでに小型化されてきている。小さいサイズの入力装置は、数の少ないキーと小さくなったタッチスクリーンを操作するために、メモ情報を入力できる速度をかなり遅くしている。また、メモのたびにポケットや鞄から取り出したり、入れたりする煩わしさがある。
常時身に着けているウェアラブル装置として腕時計型電子メモ装置を使えば、メモのたびにポケットや鞄から出し入れする必要がなくなり、すぐに使えるので優れているが、電子手帳やＰＤＡに比べて更に小型化されているために小型のタッチスクリーンを使ってメモ情報をすばやく入力することは非常に困難である。
この入力問題を解決するために、メモ入力の際に特殊なペンや用具を必要としない入力手段で、装置本体のサイズによる操作範囲の制限を受けずに、だれもが単純で直感的な操作によってすばやくメモ入力を可能とすることである。

【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、腕時計型電子メモ装置に対して、手の甲または手のひら表面に筆記中の指先の方位と距離を検出するための、赤外線レーザービームを腕時計型メモ装置の側面から手の甲または手のひらの表面に向かって扇状に走査する手段と、指先からの反射光を腕時計型メモ装置の側面から受光し指先の位置を計測する手段、指先による手の甲または手のひらへの筆記状態を検出するための皮膚接触音検知手段と筆記したメモデータを表示する表示手段、操作者に適切に応答するための振動発生手段から構成される。

【発明の効果】
【０００５】
本発明の腕時計型電子メモ装置にあっては、手の甲または手のひらをパッドとすることによって、指先の操作範囲を腕時計型電子メモ装置本体の表示部面積の約１０倍に拡大し、指先を電子ペンとして使うことができるので、道具の準備の必要がなく、直ぐにメモ筆記することが出来る。また表示部と操作部が分離しているので小さい表示部でも操作中の指先が邪魔しないので画面が見やすい。また手や指の触覚を使うことが出来るので、例えば表示画面を見なくても精度良く手書き入力することが可能となる。

【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１において、１０は、左手首に装着した腕時計型電子メモ装置の本体で、この本体の表面に、メモデータまたは時間表示用の表示器１１を備えている。表示器の隅には操作スイッチ１２が設けられている。側面には赤外線レーザービームを射出すると共に、指先からの反射光のみを取り込み、外乱ノイズとなる可視光線をカットする目的で可視光カットフィルタ窓１３が設けられている。本体１０の裏面には皮膚タッチ音、皮膚摩擦音を検知する、シリコン基板上にＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術により音圧で振動するシリコン系振動板を形成したシリコンマイクロフォン１４と、操作者へ振動で応答するための振動発生器１５が設けられている。
【０００７】
腕時計型電子メモ装置を側面から見た図２において、２０は腕時計型電子メモ装置の本体で、上面に表示器２１を備えている。表示器の隅には操作スイッチ２２が設けられ、側面にはレーザービームを射出すると共に指先からの反射光を取り込む可視光カットフィルタ窓２３が設けられている。本体の底面に皮膚タッチ音、皮膚摩擦音を検知するシリコンマイクロフォン２４と、操作者へ振動で応答するための振動発生器２５が設けられている。
腕時計型電子メモ装置から手の甲表面に対して垂直方向に、照射位置と照射タイミングが異なる複数の赤外線レーザービームＰａ（２６Ａ），Ｐｂ（２６Ｂ），Ｐｃ（２６Ｃ）を平行走査することによって、手の甲の表面に対して垂直方向の指先の動きも検出している。
【０００８】
図３は手のひらに指先を使って筆記する場合を示している。３０は腕時計型電子メモ装置の本体で、上面に表示器３１を備えている。表示器の隅には操作スイッチ３２が設けられ、側面にはレーザービームを走査射出すると共に指先からの反射光を取り込む可視光カットフィルタ窓３３が設けられている。本体の底面に皮膚タッチ音、皮膚摩擦音を検知するシリコンマイクロフォン３４と、操作者へ振動で応答するための振動発生器３５が設けられている。腕時計型電子メモ装置から手のひら表面に対して垂直方向に複数の赤外線レーザービームＰａ（３６Ａ），Ｐｂ（３６Ｂ），Ｐｃ（３６Ｃ）を平行走査することによって、手のひらの表面に対して垂直方向の指先の動きも検出している。手のひらの指先３９が赤外線レーザービーム照射側に曲がっていると、手のひらに指先で筆記していない時も曲がった指先からの反射光が検出されてしまい、筆記情報が正しく入力出来ない場合があるので、筆記中の指先以外からの反射が検出されたと判断された場合には振動発生器３５の振動で操作者に注意を促すようにする。
【０００９】
図４はレーザービーム走査光学系の模式図を示している。赤外線マルチレーザービーム発光素子４０から照射された赤外線レーザービームはコリメーションレンズ４１で平行光線にされてハーフミラー４２を透過して、レーザービーム走査用のＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）ミラー４３で反射され、可視光カットフィルタ窓４４を通って手の甲の表面上部を周期的に走査される。手の甲に指先で接触しているか又は少なくともレーザービームが当たるほど表面に近くに指先がある場合にレーザービームの向きが指先の方向と一致すると、レーザービームで照射された指先からの反射光は照射ビームと同じ光路を経てハーフミラーに戻り、ハーフミラー４２で反射されて集光レンズ４８で集光されてから受光素子４９で電気信号に変換される。
【００１０】
図５（ａ）はパルスレーザーの照射タイミングの一例を示すタイムチャートである。
具体的な数値例を示すと、パルス幅（Ｔｗ）＝７５ｎＳパルス間隔（Ｔｄ）＝２５０ｎＳ
パルス周期（Ｔ１）＝７５０ｎＳ、周波数（ｆ１）＝１．３３３ＭＨｚとなる。
手の甲の表面に対して、垂直方向に位置が異なる赤外線レーザービームパルスＰａ，Ｐｂ，Ｐｃは干渉を避けるために照射タイミングをＴｄ遅延させて、信号が重ならないようにして照射している。照射パルスＰａ，Ｐｂ，Ｐｃに対応する受光パルスをＰｒａ，Ｐｒｂ，Ｐｒｃとすると、指先が手の甲に垂直方向から近づく場合はＰｒａ，Ｐｒｂ，Ｐｒｃの順に受光パルスが検出され、指先が手の甲から垂直方向に離れる場合はＰｒｃ，Ｐｒｂ，Ｐｒａの順に受光パルスが検出されなくなるので、指先の手の甲または手のひら対する垂直方向の動きも検出することが出来る。受光パルス（Ｐｒａ，Ｐｒｂ，Ｐｒｃ）の振幅またはパルス幅の変化を計測することによって指先の垂直方向の動きの検出確度を上げることが出来る。
【００１１】
図５（ｂ）はＭＥＭＳミラーの角走査の方向＋３０度〜−３０度の周期的変化の波形の一例を示している。共振周波数（ｆｏ）＝３２０Ｈｚで使うとＴｏ＝３．１５ｍＳで一往復の角走査が完了する。位相は３μＳ毎に計測可能なので一往復の角走査の時間（３．１５ｍＳ）に、１０５０回計測することが出来る。
【００１２】
図５（ｃ）は、指先の二次元位置座標（Ｘｐ，Ｙｐ）をＭＥＭＳミラー（Ｏ）と指先（Ｐ）間の距離（Ｒｐ）と指先の方位（θｐ）を使って
Ｘｐ＝Ｒｐ・ｃｏｓ（θｐ）、Ｙｐ＝Ｒｐ・ｓｉｎ（θｐ）と算出することが出来ることを示している。
【００１３】
図５（ｄ）は指先の方位（θｐ）を受光パルス振幅の変化から求める方法を示している。
受光パルスの振幅（Ｖｐ）が閾値（Ｖｒ）以上（Ｖｐ≧Ｖｒ）である方位（θ1〜θ2）の中心 (θ2−θ1)／２を θｐとしている。
【００１４】
図６は腕時計型メモ装置のシステム構成図を示している。
６００はシステム全体を制御するマイクロプロセッサ、６０１はタイミング発生部を示している。周波数（ｆ１）１．３３３ＭＨｚで発光部６０２を、ＭＥＭＳミラーの共振周波数（ｆｏ）３２０ＨｚでＭＥＭＳミラー制御部６０３を、周波数（ｆ３）３３３．３３ＫＨｚで位置検出部６２０の基準位相のタイミングを生成している。
【００１５】
ＭＥＭＳミラー６０４はＭＥＭＳミラー制御部６０３によって、周波数３２０Ｈｚで発光部６０２からの赤外線レーザービーム６０６を角度走査する。指先６０５から反射した赤外線６０７は受光部６０８で電気信号に変換され、位置検出部６２０でＭＥＭＳミラーによる角走査の原点Ｏと指先の位置Ｐ間の距離Ｒｐと、指先が検出された方位θｐが計測され、更にマイクロプロセッサ６００の演算処理によって二次元座標（Ｘｐ，Ｙｐ）に変換される。
【００１６】
指先のよる皮膚タッチ音や皮膚擦れ音はシリコンマイクロフォン６０９によって検知されマイクロプロセッサに入力される。マイクロプロセッサではタッチ音、擦れ音を識別して筆記状態を認識して、マルチレーザービームによる指先の垂直方向の動き検出と共に、筆記データの開始点、終了点の検出や指先の軌跡データに線幅や濃淡データとして反映させ、指先による筆記パターンとして液晶ディスプレイ等の表示部６１１に画像として表示する。
【００１７】
マイクロプロセッサから操作者への応答は振動発生部６１０によって行われる、振動パターンを変えることによって複数の情報を操作者へ伝えることが出来る。
【００１８】
時計表示、メモデータ表示、操作入力などの動作モードの切り替え等は、操作スイッチ部６１２からマイクロプロセッサに入力される。
【００１９】
音声入出力部６１３は音声によるメモ情報の入力や音声によるメモデータの出力や操作者への指示応答などに使われる。
【００２０】
通信制御部６１４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線通信によって、腕時計型電子メモ装置に入力したメモデータや電子機器操作情報を、携帯電話、音楽プレーヤー、パソコン、等へデータ転送すると共に、携帯電話、音楽プレーヤー、パソコン、等からのデータ入力を行う。
【００２１】
指先までの距離（Ｒｐ）を計測するためには赤外線パルスが指先で反射して戻って来るまでのピコ秒オーダーの微小時間を計測しなければならない。
時間計測方法としてはＴＤＣ（ＴｉｍｅｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）やＴＡＣ（ＴｉｍｅｔｏＡｍｐｌｉｔｕｄｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）等の方式が知られているが、図７に示す位置検出部の計測方式は、受光パルスの立ち上がりと立下りをフェーズロック回路によって位相情報に変換してパルス中心の位相を計測することにより、受光レベルが変動しても高精度で時間計測が可能なフェーズロック方式を採用している。
【特許文献１】特開２００７−００３３５５号広報
【００２２】
受光パルスの立ち上がりと立下りをフェーズロック回路に入力して高周波（ｆ２）３６０ＭＨｚの位相情報に変換し、パルス中心に相当する位相を計測して伝播時間を求める方式を、図７の位置検出部のブロック構成図を使って数値例を挙げて詳述する。
【００２３】
発光部から周波数（ｆ１）１．３３３ＭＨｚで発光され、発光タイミングが遅延時間（Ｔｄ）２５０ｎＳずつ異なる、３種類のパルス（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ）は手の甲に対して垂直方向に異なった位置で放射される。赤外線レーザービームの放射方向に指先があると、指先で反射して戻ってきた受光パルスは受光部で電気信号に変換され伝播時間計測パルス選択回路７０１、方位検出回路７０２、振幅検出回路７０３、パルス幅計測回路７０４、に入力される。受光された３種類のパルス（Ｐｒａ，Ｐｒｂ，Ｐｒｃ）の中で指先の位置検出に最適なパルスが、振幅またはパルス幅によって選択される。例えば振幅とパルス幅が基準値（振幅Ｖｐｒ、パルス幅Ｔｗｒ）に近いパルスを選択する。
【００２４】
伝播時間計測パルス選択回路７０１で選択された、パルスの立ち上がりと立下りをフェーズロックループ（ＰＬＬ）７０５Ａ，７０５Ｂに入力し、パルスの立ち上がりと立下りの時間情報（Ｔｕ，Ｔｄ）を周波数（ｆ２）３６０ＭＨｚの位相情報（θｕ，θｄ）に変換する。指先の移動による距離Ｒｐの変位を△Ｒ，周波数（ｆ２）３６０ＭＨｚでのパルス中心に相当する位相変化を△θとすると、△θ＝（２・３６０）・△Ｒ／λ と表すことができる。
λは周波数３６０ＭＨｚでの波長８３３．３ｍｍなので、△θ＝０．８６４・△Ｒとなる。指先の移動による距離Ｒｐが１０ｍｍ変化すると位相は８．６４度変化する。
【００２５】
周波数変換回路７０６Ａ，７０６Ｂでは周波数（ｆ２）３６０ＭＨｚでの位相情報を保持したままで低周波（ｆ３）３３３．３３ＫＨｚに変換してから位相差検出７０７Ａ，７０７Ｂで位相差を周期（Ｔ３＝１／ｆ３）３μＳで計測している。
【００２６】
受光パルス中心に相当する位相は受光パルスの立ち上がりの位相θｕと立下りの位相θｄの平均値θａ＝（θｕ＋θｄ）／２を平均値算出７０９で計算することによりパルス中心の位相θａが求められる。△Ｒ＝１．１５７・△θ と表わされるのでＲｐ＝０に相当するパルス中心の位相をθｏとすると指先までの距離Ｒｐは
Ｒｐ＝１．１５７・（θａ−θｏ）と求めることができる。
位相は１度程度の分解能で計測可能なので、距離は約１ｍｍの分解能で計測することが可能である。
【００２７】
指先の方位（θｐ）は振幅変化またはパルス幅変化によって求めることが出来る。
図５（ｄ）で示すように、受光パルスの振幅が閾値（Ｖｒ）より大きい方位角の範囲
θ1〜θ2 の中心 θｐ＝（θ2−θ1）／２を指先の検出方位（θｐ）とする。
指先の二次元位置情報（Ｘｐ，Ｙｐ）は距離Ｒｐと方位θｐを使って、
Ｘｐ＝Ｒｐ・ｃｏｓθｐ，Ｙｐ＝Ｒｐ・ｓｉｎθｐと算出することが出来る。
【００２８】
図８は腕時計型電子メモ装置を机上に置いた状態でボールペンや鉛筆などの通常の筆記用具を使って文字の入力を行う実施例を示している。
腕時計型電子メモ装置は手首に装着していなくても使用することが可能である。
【００２９】
図９は従来技術による電子メモ装置の一例である。
指先または電子ペン９２を使って手書きメモデータを入力表示するタッチパネル９１と、手書き入力された文字列を手書き文字認識機能によってコードデータに変換して、対応するフォントパターンとして表示される認識結果表示部９３、キー入力が可能な操作スイッチ部９４より構成されている。

【図面の簡単な説明】
【００３０】

【図１】手の甲に指先で筆記している状態を上から見た図。
【図２】手の甲に指先で筆記している状態を横から見た図。
【図３】手のひらに指先で筆記している状態を横から見た図。
【図４】レーザービーム走査光学系の模式図。
【図５】（ａ）レーザーパルスの照射タイミングを示す図。（ｂ）ＭＥＭＳミラー角走査波形を示す図。（ｃ）指先の二次元座標と走査角の関係を示す図。（ｄ）指先の方位を受光パルスの振幅の変化から求める方法を示す図。
【図６】腕時計型電子メモ装置のシステム構成を示す図。
【図７】位置検出部のブロック構成を示す図。
【図８】腕時計型電子メモ装置を机上に置いて筆記具で入力する方法を示す図。
【図９】従来技術による電子メモ装置の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１０、２０、３０、８０腕時計型電子メモ装置本体、
１１、２１、３１、８１表示器、
１２、２２、３２、８２操作スイッチ、
１３、２３、３３、８３可視光カットフィルタ窓、
１４、２４、３４、８４シリコンマイクロフォン、
１５、２５、３５、８５振動発生器、
１６、８６赤外線マルチレーザービーム、
１７、８７赤外線反射光
１８Ａ、１８Ｂ赤外線レーザービーム走査角範囲、
１９手の甲に筆記中の指先、
２６Ａ、３６Ａ赤外線マルチレーザービーム(上)、
２６Ｂ、３６Ｂ赤外線マルチレーザービーム(中)、
２６Ｃ、３６Ｃ赤外線マルチレーザービーム(下)、
２７手の甲に筆記中の指先、
２８、８８バンド、
３７手のひら、
３８手のひらに筆記中の指先、
３９手のひら側に曲がった指先、
４０赤外線マルチレーザービーム発光素子、
４１コリメーションレンズ、
４２ハーフミラー、
４３ＭＥＭＳミラー、
４４可視光カットフィルタ、
４５指先、
４６角走査上限（＋３０度）、
４７角走査下限（−３０度）、
４８集光レンズ、
４９受光素子、
８９筆記具(鉛筆)、
６００マイクロプロセッサ、
６０１タイミング発生部、
６０２発光部、
６０３ＭＥＭＳミラー制御部、
６０４ＭＥＭＳミラー、
６０５指先、
６０６赤外線レーザービーム、
６０７赤外線反射光、
６０８受光部、
６０９シリコンマイクロフォン、
６１０振動発生部、
６１１表示部、
６１２操作スイッチ部、
６１３音声入出力部、
６１４通信制御部、
６２０、７００位置検出部、
７０１伝播時間計測パルス選択回路、
７０２方位検出回路、
７０３振幅検出回路、
７０４パルス幅計測回路、
７０５Ａ、７０５ＢＰＬＬ回路、
７０６Ａ、７０６Ｂ周波数変換回路、
７０７Ａ、７０７Ｂ位相差検出回路、
７０８基準信号発生回路、
７０９平均値算出、
７１０距離算出、
７１１位置算出、
９０電子メモ装置本体、
９１タッチパネル、
９２電子ペン、
９３認識結果表示部、
９４操作スイッチ部、

【特許請求の範囲】
【請求項１】
腕時計型電子メモ装置の側面から手の甲または手のひらの表面に向かって扇状に赤外線レーザービームを走査する手段と、指先からの反射光を受光し指先の位置を検出する手段を備えたことを特徴とする、手の甲または手のひらの表面に指先による手書き情報入力が可能な腕時計型電子メモ装置。
【請求項２】
指先の手の甲または手のひらへのタッチ音、指先による筆記状態での皮膚との擦れ音をマイクロフォンによって検出し、指先の圧力等の筆記情報を検知する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の腕時計型電子メモ装置。
【請求項３】
腕時計型電子メモ装置から手の甲または手のひらの表面に対して垂直方向に複数の赤外線レーザービームを平行走査することによって、手の甲または手のひらの表面に対して垂直方向の指先の動きも検出するとともに、手の曲げ角の状態も検知することを特徴とする請求項１記載の腕時計型電子メモ装置。
【請求項４】
腕時計型電子メモ装置の液晶表示部に表示する筆記パターンの軌跡の線幅や線の濃淡を、マイクロフォンで検知した皮膚との擦れ音に基づいて発生させることを特徴とする請求項１記載の腕時計型電子メモ装置。
【請求項５】
手の曲げ角の状態や複数の指先を検知したときなどに、適切に操作者へ応答するために、振動発生器による触覚フィードバック手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の腕時計型電子メモ装置。

【図１】