绘图设备和绘图系统的制作方法

绘图设备和绘图系统的制作方法
【专利摘要】根据本发明提供绘图设备和绘图系统。绘图设备包含驱动单元、距离获取单元和驱动控制器。驱动单元使绘图设备振动。距离获取单元获取绘图设备和装置之间的距离。当绘图设备在绘图模式中、基于获取到的距离来判定绘图设备和装置在第一距离之内、并且判定绘图设备正在移动时，驱动控制器以第一振幅驱动驱动单元。当绘图设备在绘图模式中、基于获取到的距离来判定绘图设备和装置彼此接触、并且判定绘图设备正在移动时，驱动控制器以大于第一振幅的第二振幅驱动驱动单元。
【专利说明】绘图设备和绘图系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 这个申请基于并且要求2013年5月14日提交的第2013-102606号日本专利申请 的优先权的利益；其全部内容通过引用被结合于此。

【技术领域】
[0003] 此处描述的实施例一般地涉及绘图设备和绘图系统。

【背景技术】
[0004] 在诸如平板电脑的移动终端中，已知有当通过用手指或者触摸笔直接触摸屏幕来 进行操作时，给予适当的振动来以假的方式产生绘图的触觉的技术。例如，已知有一种技 术，当用户沿着屏幕表面移动他或者她的手指时，适当的振动在水平方向上被添加在屏幕 上，以致用户体验到近似于凹凸形状的触感。同样，促进了一种方法，其中，利用触觉来对在 屏幕上操作按钮的动作提供反馈或者呈现屏幕上的端部或者特定区域。
[0005] 但是，当在玻璃屏幕上进行绘图时，笔很可能会滑动。因此，难以实现利用毛笔、绘 画铅笔等等感知到的轻触。此外，尚未实现在实际的纸张上绘图的感觉。


【发明内容】

[0006] 此处描述的实施例的目的是提供一种绘图设备，该绘图设备能够在诸如平板电脑 的屏幕上实现像毛笔或者画笔一样的软绘图触感。
[0007] 根据实施例，绘图设备包含驱动单元、距离获取单元和驱动控制器。驱动单元使绘 图设备振动。距离获取单元获取绘图设备和装置之间的距离。当绘图设备在绘图模式中、基 于获取到的距离来判定绘图设备和装置在第一距离之内、并且判定绘图设备正在移动时， 驱动控制器以第一振幅驱动驱动单元。当绘图设备在绘图模式中、基于获取到的距离来判 定绘图设备和装置彼此接触、并且判定绘图设备正在移动时，驱动控制器以大于第一振幅 的第二振幅驱动驱动单元。
[0008] 根据上面描述的绘图设备，可以在诸如平板电脑的屏幕上实现像毛笔或者画笔一 样的软绘图触感。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 图1是图解根据实施例的绘图设备的硬件配置的图；
[0010] 图2是图解要被安装到根据实施例的绘图设备的附件的配置的图；
[0011] 图3A到3C是图解在根据实施例的绘图设备中毛刷部与屏幕的接触的方面的图；
[0012] 图4是图解用于控制根据实施例的触摸笔的振动的处理流程的流程图；
[0013] 图5是用于说明取决于触摸笔和屏幕之间的位置关系的笔触的浓度变化的图；
[0014] 图6A到6C是图解根据实施例的触摸笔的标记位置的判定方法的图；
[0015] 图7是图解用于到根据实施例的触摸笔的屏幕上的每个不同的按压强度的扭矩 的图；
[0016] 图8是图解到根据实施例的触摸笔的驱动单元的布置方面的实例的图；
[0017] 图9是图解在根据实施例的触摸笔中的驱动单元的布置方面的另一个实例的图；
[0018] 图10是图解在根据实施例的触摸笔中的驱动单元的布置方面的另一个实例的截 面图；
[0019] 图11是图解在根据实施例的触摸笔中的驱动单元的布置方面的另一个实例的 图；
[0020] 图12是图解在根据实施例的触摸笔中的驱动单元的布置方面的另一个实例的截 面图；
[0021] 图13是图解在手皮肤上的触觉的器官感受器的特性的图；
[0022] 图14是图解人的听觉特性的图；
[0023] 图15A和15B是图解当利用铅笔和圆珠笔进行绘图时生成的振动的功率的图；
[0024] 图16是图解在根据实施例的被绘图的设备的屏幕上的绘图区域的图；
[0025] 图17A和17B是图解在圆珠笔或者铅笔和纸张之间实际生成的声音的频谱的图 表；
[0026] 图18A和18B是图解对于各个毛刷移动速度和频率的音量变化的图表；和
[0027] 图19是图解根据每个实施例的绘图设备的计算单元的实例的图。

【具体实施方式】
[0028] 通常，通过使得笔与诸如平板电脑的玻璃表面接触来绘制字母或者图形(在下文 中，简单地称为绘图)，但是笔很可能在玻璃表面上滑动，导致不舒服的书写感受。作为对于 这个的对策，例如，弹性体(诸如硫化橡胶)、毡等等被用作笔尖的材料；或者阻力感增强膜 被施加在诸如平板电脑的玻璃表面上。
[0029] 此外，存在有使得用户能够在沿着屏幕移动手指的时候体验到摩擦感觉的技术。 因而，实现了在沿着屏幕移动手指的动作期间的摩擦感觉。类似地，在笔平板型接口的情况 下，已知了在屏幕侧生成通过超声波的表面弹性波以提供在笔移动方向上的阻力的技术。 因此，实现了粗糙度。在这种情况下，当通过表面弹性波在触摸笔的移动方向上以及在与触 摸笔的移动方向相反的方向上振动屏幕时，相对于触摸笔移动的移动容易和移动困难交替 地出现。这个被感觉作为摩擦。此外，已知有通过根据触摸笔与屏幕接触的区域改变屏幕 振动强度来实现适当的摩擦感觉的方法，以及通过模拟来计算由纸张和触摸笔之间的摩擦 所导致的振动行为并且通过屏幕的振动将类似的振动传送到触摸笔的方法。此外，揭示有 一种触笔，在该触笔中，响应于来自外部源的振动控制信息来振动旋转振动器或者线性振 动器，并且根据指示器的移动速度来调整振动。
[0030] 但是，当在平板电脑的玻璃屏幕上进行绘图时，笔很可能会滑动。因此，难以实现 利用毛笔、绘画铅笔等等感知到的轻触。例如，存在有使得毛笔或者画笔能够被可视地显示 在屏幕上的系统。例如，在诸如Artist Hardware Sensu Brush (注册商标)的现有产品中， 导电材料被用于笔的刚毛，以致屏幕对静电触摸作出反应。虽然利用刚毛在玻璃表面上绘 制字母和图形的状态能够被实现，但是没有实现在实际纸张上绘图的感觉。没有实现给予 用户与利用毛笔等等的实际描绘的情况相类似的绘图感觉的技术。因此，在此处描述的实 施例中，将描述能够实现像毛笔或者画笔一样的软绘图触感的绘图设备。
[0031] 下面将参考附图描述根据此处描述的实施例的绘图设备。图1是图解绘图设备的 硬件配置的图。图2是图解要被安装到作为绘图设备的触摸笔的尖端的毛刷部的方面的 图。如图1中所示，作为绘图设备的触摸笔1包含驱动单元2、电源3、计算单元4 (驱动控 制器)、以及距离感测单元5。作为可拆卸的附件的毛刷部7被安装到图2中显示的触摸笔 1。在这种情况下，作为附件的毛刷部7的安装是任意的。触摸笔1是用于对诸如数字转换 器的被绘图设备10的屏幕进行绘图的装置。被绘图设备10包含移动感测单元11，移动感 测单元11检测被绘图的坐标，以感测触摸笔1的移动。然后，由触摸笔1的距离感测单元5 检测到的笔尖和屏幕之间的距离以及来自移动感测单元11的位置信号借助于有线或者无 线线路被传送到作为信息处理设备的主机PC20。
[0032] 距离感测单元5获取屏幕和笔尖之间的距离，并且包含在触摸笔1中的笔芯5b、安 装到笔芯5b的端部的导电橡胶5a和超声波传感器5c。超声波传感器5c在此处描述的实 施例中是三维超声波位置传感器。作为检测距离的另一个方法，能够使用静电电容传感器、 PSD (Position Sensing Device,位置感测装置）等等。在超声波传感器的情况下，从笔尖 附近的超声波振荡器发出的超声波通过被安置在屏幕上的至少三个以上的超声波接收器6 被测量，以计算与屏幕的相对的三维位置关系。这些超声波接收器6同样能够被用于检测 笔尖在屏幕上的移动。电源3向驱动单元2、计算单元4、距离感测单元5等等供给电源。计 算单元4控制被安置到触摸笔1的驱动单元2的振动。此外，计算单元4进行：对触摸笔1 的绘图模式的判定；基于由移动感测单元11、距离感测单元5等等获取到的信息的判定；噪 声声音的输出的控制；等等。
[0033] 移动感测单元11通过感测笔尖位置在被绘图设备10的屏幕上的时间变化来检测 触摸笔的位置。触摸笔1在屏幕上的位置总是被传送到主机PC20。通常，移动感测单元11 以近似从几十到100Hz的采样周期来测量笔尖的位置。因此，通过检查被传送到主机PC20 的笔尖位置信息的变化来检测触摸笔1的移动。在这种情况下，触摸笔1在屏幕上的绝对 位置不是必要的，并且类似于鼠标，可以只需要获取相对运动。触摸笔1的移动同样能够通 过各自被安装到笔尖的小型照相机、PSD (位置感测装置)、加速度传感器和陀螺仪传感器被 检测。
[0034] 驱动单元2是用于使触摸笔1振动的硬件。作为驱动单元，能够使用马达和压电 元件。在马达的情况下，能够通过使重力偏心以生成回旋振动的方法，或者通过交替地切换 正向旋转和反向旋转，来生成振动。驱动单元2被设置用于将适当的摩擦感觉给予触摸笔 1。当驱动单元2是马达时，一个方向上的旋转(正向旋转)和与正向旋转相反的方向上的旋 转(反向旋转)可以被快速交替地切换以生成振动。同样能够通过使用偏心的重力来生成振 动。但是，在这种情况下，触摸笔1整体振动。当触摸笔1大振幅整体振动时，书写感受可 能变得不舒服。利用这个振动，驱动单元2使得握住触摸笔1的用户能够体验到利用毛笔 进行绘图的感觉。下面将描述像毛笔的感觉的生成方法。
[0035] 在毛笔的情况下，当毛刷的尖端触摸纸张时，开始书写字母。当笔尖是像毛笔一样 的柔软体时，出现在纸张和毛刷尖端之间的力是最小的。因此，难以检测接触的程度。虽然 还有使用光学或者电磁装置来判定毛刷和玻璃之间的接触面积的方法，但是距离毛刷的精 细距离变得难以被检测。
[0036] 此外，在利用毛笔绘图的情况下，用户体验到的摩擦感觉和毛刷移动感觉取决于 如图3A到3C中所示的状态而不同。这里，毛刷移动指的是在进行绘图期间移动毛刷的方 式。因此，毛刷移动感觉是在移动毛刷时被感知到的感觉。这种感觉包含，例如，与屏幕的 摩擦感觉，以及由按压屏幕的反作用所生成的力（反作用力）。在图3A的只有笔尖与屏幕接 触的状态中，用户没有感觉到来自屏幕的反作用力，但是感觉到与毛刷移动的动作相关联 的摩擦感觉。在图3B的笔尖在屏幕上缓行的状态中，用户感觉到来自屏幕的反作用力以及 与毛刷移动的动作相关联的摩擦感觉。在图3C的笔尖强烈地压在屏幕上导致最大书写压 力的状态中，用户感觉到对毛刷移动的阻力，以及来自屏幕的反作用力和与毛刷移动的动 作相关联的摩擦感觉。
[0037] 因而，因为毛刷移动感觉取决于笔尖和屏幕之间的接触面积，S卩，笔尖和屏幕之间 的距离，所以用户控制书写压力，同时视觉上和触觉上知道通常利用毛笔的绘图中的状态。 因此，考虑到这点，计算单元4在驱动该驱动单元2的时候进行控制。具体地，笔尖或者被安 装到笔尖的毛刷部7和屏幕之间的距离通过距离感测单元5被获取。基于获取到的距离， 控制驱动单元2的驱动方面。
[0038] 图4是图解计算单元4中的触摸笔1的振动控制的处理的流程的流程图。首先， 计算单元4判定触摸笔1是否在绘图模式中（步骤S101 )。绘图模式是通过按压被设置在触 摸笔1的绘图模式开关而被激活并且使得实际上被绘图的轨迹能够被保留在被绘图设备 10的屏幕上的模式。切换到绘图模式的其他方法可以包含按压在被绘图设备10的屏幕上 的绘图模式开关，并且当笔尖进入屏幕的绘图区域之内时，自动地激活绘图模式。
[0039] 当判定触摸笔1在绘图模式中时(步骤S101 :是)，计算单元4检查被传送到主机 PC20的距离感测单元5和移动感测单元11的输出，并且判定笔尖是否在距离屏幕的预定距 离之内（步骤S102)，以及触摸笔1是否正在屏幕附近移动(步骤S103)。
[0040] 当计算单元4判定笔尖在距离屏幕的预定距离之内（步骤S102 :是)，并且触摸笔 1正在屏幕附近移动时(步骤S103 :是)，计算单元4判定触摸笔1的振动标志是否关闭（步 骤S104)。振动标志是用于判定是否使触摸笔1振动的设置信息。当触摸笔1的振动标志 被判定为关闭时(步骤S104 :是)，将振动标志改变成打开状态。然后，处理再次返回到步骤 S101，同时移动到步骤S105 (步骤S110)。此后，计算单元4生成预定的振动型式信号(步 骤S105)，并且将该振动型式信号传送到驱动单元2用于激活(步骤S106)。另一方面，当判 定振动不在关闭状态中时(步骤S104 :否)，处理返回到步骤S101。
[0041] 另一方面，当判定触摸笔1不在绘图模式中时(步骤S101 :否)，当判定笔尖不在距 离屏幕的预定距离之内时(步骤S102 :否)，以及当判定笔尖没有移动时(步骤S103 :否)，计 算单元4判定触摸笔1的振动标志是否在打开状态中（步骤S107)。当判定触摸笔1的振 动标志在打开状态中时(步骤S107 :是)，计算单元4将振动标志改变成关闭状态。然后，处 理再次返回到步骤S101，同时移动到步骤S108 (步骤S111)。此后，计算单元4生成停止 信号（步骤S108)，并且将振动关闭信号传送到驱动单元2,用于终止驱动单元2的动作（步 骤S109)。因而，只有当笔尖与屏幕接触并且正在该屏幕上移动时，笔触才实际上被绘图在 该屏幕上，并且与绘图相关联的振动才被传送到指尖。然后，因为该振动，所以用户能够体 验到在指尖上的皮肤感觉以及在移动触摸笔1的手上的运动感觉，并且能够感受到与触摸 笔1接触的屏幕的粗糙度。另一方面，当判定触摸笔1的振动标志不在打开状态中时(步骤 S107 :否)，处理返回到步骤S101。
[0042] 当在主机PC20侧上做出关于触摸笔1是否在绘图模式中的判定(步骤S101)、关于 笔尖是否正在移动的判定(步骤S103)、以及关于笔尖是否在距离屏幕的预定距离之内的判 定(步骤S102)时，主机PC20可以在步骤S105和步骤S108中生成触摸笔1的振动型式，并 且借助于无线或者有线线路将生成的振动型式传送到触摸笔1的计算单元4。然后，已经接 收到振动型式的触摸笔1进行驱动单元2的振动动作的执行或者终止的处理。
[0043] 另一方面，当关于笔尖是否正在移动的判定(步骤S103)和关于笔尖是否在距离屏 幕的预定距离之内的判定(步骤S102)中的至少任何一个在触摸笔1侧上被做出时，关于触 摸笔1是否在绘图模式中的判定(步骤S101)和关于触摸笔1的振动标志是在打开状态中 还是在关闭状态中的判定(步骤S104和步骤S107)在主机PC20侧上被做出。然后，判定结 果被传送到触摸笔1的计算单元4。
[0044] 因此，触摸笔1中的计算单元4根据那时的打开或者关闭的振动情形，即从主机 PC20获取到的信息，生成实际的振动型式或者振动终止型式(步骤S105和S108)，以使得驱 动单元2激活/停止(步骤S106和S109)。值得注意地，当关于笔尖是否正在移动的判定 (步骤S103)和关于笔尖是否在距离屏幕的预定距离之内的判定(步骤S102)两者都在触摸 笔1侧上被做出时，要从主机PC20被传送到触摸笔1中的计算单元4的信息只是关于触摸 笔1是否在绘图模式中。即，只有当模式要被变化时，该模式才可以被传送。此时，触摸笔 1中的计算单元4同样判定驱动单元2的动作。值得注意地，在这种情况下，如果判断与屏 幕的距离的超小型照相机或者感测笔尖的运动的加速度或者陀螺仪传感器被用作距离感 测单元5,则例如，主机PC20只需要传送关于触摸笔1是否在绘图模式中的信息，并且振动 控制本身能够通过笔中的计算单元4被进行。
[0045] 当毛刷部7如上所述作为附件被安装时，难以做出关于笔触在屏幕上的哪里开始 的判定。作为对于此的对策，指示笔尖的位置的标记被显示在屏幕上，以致笔尖的位置能够 是可识别的。作为显示标记的方法，如图6A到6C中所示，传感器感测笔尖的位置、运动和长 度、以及笔尖和屏幕之间的距离。因此，能够计算标记的位置。即，如图6A中所示，当毛刷 部7被安装到触摸笔1时，笔尖的位置和毛刷部7的端部的位置是不同的。但是，基于由移 动感测单元11检测到的笔尖的位置来判定标记的位置。另一方面，如图6B和6C中所示， 实际上开始绘图的笔触的起始点不是笔尖的位置，而是通过毛刷部7的端部的位置和触摸 笔1的移动方向被判定。因此，触摸笔1需要预先具有要被安装的毛刷部7的长度信息。
[0046] 替代地，如图5中所示，可以根据笔尖和屏幕之间的距离来改变屏幕上的笔触的 浓度。例如，距离L1和距离L2可以被预先存储在计算单元4中作为预定距离。当笔尖比距 离L1近并且比距离L2远时，只有光标可以被显示在屏幕上。当笔尖变得比距离L2近时， 光标可以从屏幕处消失，并且作为替代，可以显示笔触。然后，当笔尖与屏幕接触时，可以显 示比笔尖位于距离L2之内的笔触更浓的笔触。
[0047] 当笔尖在振动的同时与屏幕接触时，笔与质量比笔的质量大得多的物体接触。例 如，在7英寸平板电脑的情况下，平板电脑具有近似300到400g的重量，而笔具有大约10g 的重量。因此，在触摸笔1与屏幕接触之后，与接触之前相比，能够体验到的振幅可以变得 较小。图7是图解在配备有振动器的现有的电子笔（Wacom Cintiq3(注册商标)）中，当笔尖 被向上抬起时以及当笔尖以l〇〇gf被压在玻璃上时，施加到笔握住部的力的变化的图表。 如图7中所示，当触摸笔被压在屏幕上时，振动变得较小。
[0048] 另一方面，当利用毛刷实际进行绘图时，因为由毛刷的刚毛引起的缓冲作用，所以 即使当毛刷触摸屏幕时，对于毛刷移动的阻力也没有急剧地增加。因此，为了减少电子笔与 屏幕的接触前后之间的振幅的急剧变化，期望当笔与屏幕接触时要被施加的驱动单元2的 振动振幅大于接触之前的振动振幅。具体地，预先存储用于使驱动单元2振动的多个频率。 当由距离感测单元5获取到的屏幕和笔尖之间的距离达到0时，计算单元4可以进行控制， 以便从小到大改变用于驱动该驱动单元2的频率。此外，可以设置用于测量书写压力的传 感器，以便根据由计算单元4测量的书写压力增加驱动单元2的振动频率。
[0049] 图8是图解对于触摸笔1的驱动单元的布置方面的实例的图。在图8中，像马达 一样通过旋转导致振动的旋转振动器12作为驱动单元被安置到触摸笔1的与笔尖相反的 端部。当旋转振动器12被布置成旋转轴平行于触摸笔的轴时，在笔轴周围出现回转振动。 结果，振动在支撑触摸笔1的食指的根部周围被传送。这里，期望旋转振动器12以在图中 指示的一个方向和另一个方向被交替重复的方式旋转。期望的是，图中指示的一个方向和 另一个方向被交替地重复。因而，因为利用小型设备能够实现10到300Hz的频率，所以以 交替方式旋转的旋转振动器12的方面是较佳的。通过提供合适的频率，能够给予适当的摩 擦感觉。因此，在这种情况下，通过将旋转振动器12的轴不放置成平行于触摸笔的轴，并且 在由图8中的箭头指示的方向上布置旋转面，振动被传送到食指的腹部并且变得难以被传 送到食指的根部。同样，通过在笔芯和触摸笔1的壳体之间布置缓冲材料，振动能够变得难 以被传送到笔芯。
[0050] 图9是图解对于触摸笔1的驱动单元的布置方面的另一个实例的图。在这个实例 中，作为驱动单元的振动器15被布置在与握住触摸笔1的食指腹部和拇指腹部中的至少一 个接触的位置上。因此，在振动器15和触摸笔1的壳体之间进一步布置缓冲材料14是期 望的。图10是触摸笔和驱动单元的截面图。缓冲材料14被布置在作为驱动单元的振动器 15的内侧上。通过将缓冲材料14布置在这种位置，振动被传送到整个触摸笔1。因此，能 够抑制绘图的容易性的降低。同样，如图11和图12中所示，可以设置振动器15和环状构 件17。环状构件17适配于触摸笔1的周围。来自振动器15的振动被传送到环状构件17。 然后，为了使整个环状构件17振动，当触摸笔1以任何角度被握住时，振动都能够被传送到 手指。此外，因为振动器的数目不需要是触摸笔上的支撑部的场所的数目，所以同样能够减 少部件的数目。同样，缓冲材料16被安置在环状构件17和触摸笔1的壳体之间。同样，在 通过振动器将振动直接传送到手指的方法中，振动方向可以是任何方向。
[0051] 如上所述，在此处描述的实施例的触摸笔1中，振动不是在触摸笔1与屏幕接触的 时刻，而是在触摸笔1位于距离屏幕的预定距离之内的范围内的时刻被给予触摸笔1。结 果，振动在触摸笔1实际上与屏幕开始接触之前就被给予触摸笔1。然后，当触摸笔1触摸 屏幕时，振动的振幅通过与屏幕的接触被抑制和减少。因而，能够生成近似于在利用毛刷绘 图期间感知到的摩擦感觉的振动。
[0052] 接下来，将详细地描述驱动单元2的振动信号。在图13中，图解了在手皮肤上的 触觉的器官感受器的特性。在皮肤的手掌侧上有机械感受器。机械感受器基于对皮肤变形 刺激的响应的时间变化的差异以及感受域宽度的特性被如下分类。机械感受器被分类成响 应刺激的强度的缓慢适应（SA)型和响应刺激的时间变化的快速适应（FA)型，以及具有窄 的感受域的I型和具有宽的感受域的π型。NP-1 (SA-1)是梅克尔细胞(Merkel cells); NP-2 (SA-2)是鲁菲尼终末（Ruffini endings) ;NP_3 (FA-1)是梅斯纳氏小体（Meissner corpuscles);和P (SA-1)是帕西尼氏小体（Pacinian corpuscles)。在手写期间与皮肤感 觉有关的特性包含速度检测、加速度检测、和强度检测。相对于速度检测，感度的峰值存在 于大约40Hz。同样，相对于加速度检测，感度的峰值存在于250到280Hz。
[0053] 同时，图14是图解人的听觉特性的图。图表的纵轴表示声压级，以及横轴表示频 率。在图表中，适用于各个频率的声压级被分配给作为能够实际上被人的耳朵听到的音量 的〇到120方中的每一个。该图指示了即使处于相同的声压级，因为频率较高，所以人的耳 朵也体验到较大的声音。在人的听觉特性中，感度在低音范围内是低的，而在不低于300Hz 处是高的。考虑到在安静房间中的背景噪声具有近似40dB的声压的事实，期望在不导致意 识到声音的情况下不高于作为被体验的音量的30方。此外，期望设置在10到300Hz之间 的至少一个峰值振动频率，以致只有振动能够被感知。在这种情况下，在低于10Hz的振动 频率处，振动变得难以被感知。因此，振动频率较佳地至少是大约10Hz。
[0054] 这里，作为触摸笔，有将触摸笔虚拟地变化成诸如铅笔、圆珠笔和魔术笔的各种类 型的触摸笔之一的应用。例如，当用户选择铅笔时，能够获取铅笔的触觉。同样，当用户选 择圆珠笔时，能够获取圆珠笔的触觉。例如，图15A图解了当铅笔被用作绘图装置并且在纸 张上进行绘图时的功率对比频率。类似地，图15B图解了当圆珠笔被用作绘图装置并且在 纸张上进行绘图时的实例。当将图15A与图15B比较时，关于铅笔和圆珠笔，圆珠笔具有较 大的振动功率。因此，计算单元4被配置成控制驱动单元2,以致当用户选择圆珠笔时，振动 变得稍微较大，以及当用户选择铅笔时，振动变得稍微较小。此外，可以根据选择的触摸笔 改变屏幕上的显示，以致具有虚拟区别的笔型的绘图是能够实现的。
[0055] 替代地，如图16中所示，被绘图设备10的屏幕上的地区可以被分成绘图区域A、绘 图区域B、和按钮选择区域。在这种情况下，不同的振动型式可以被给予在绘图区域A和绘 图区域B中的各个绘图动作。同样，当按钮选择区域被触摸时，可以不引起振动。在这种情 况下，能够通过基于由计算单元4或者主机PC20获取到的移动感测单元11的位置信息改 变要被生成的振动型式来实现这些。此外，可以根据包含垂直线和水平线的线型、颜色和浓 度；作为触摸笔的轨迹的笔划的方向（毛刷移动方向）;被显示的物体的位置；等等来改变振 动型式。例如，通过根据笔划方向来改变触摸笔和屏幕之间的阻力，能够提供诸如虚拟的纸 张的方向性和纸质上的差异的新的触觉的书写感受。同样，能够通过利用触摸笔的书写感 受来定义虚拟地区。
[0056] 此外，触摸笔1可以包含声音输出单兀。声音输出单兀受声音控制单兀控制，声音 控制单元被进一步地设置到计算单元4。例如，除了以上描述的振动之外，可以根据触摸笔 1在运动中的位置来输出随机噪声声音，以致能够进一步地增加逼真的感觉。图17A和17B 是图解当铅笔（图17A)和圆珠笔（图17B)被实际使用时通过纸张生成的声音的频谱的图 表。简言之，该图表图解了功率对比频率，并且表明了具有不规则的频率和振幅的不规则噪 声声音。利用这个不规则噪声声音，能够通过根据触摸笔的移动速度改变音量和频带来产 生绘图的触感。例如，图18A是当利用圆珠笔（Zebra (注册商标):FL0S)在纸张上画线时获 取到的声音数据。通过改变毛刷移动速度来进行测量(纵轴：振幅，横轴：时间，从左边起的 毛刷移动速度：近似20mm/s、近似60mm/s、近似90mm/s、和近似130mm/s)。图18B是对于每 个毛刷移动速度的频率分析的结果。如从这个图中可见，相对于这个圆珠笔，声压级中的差 异在具有中心大约是1到2KHZ的100Hz到12000Hz的范围内的速度之中出现。因此，较佳 的是，计算单元进行计算，以致声压级取决于毛刷移动速度在具有中心为大约1到2KHz的 100Hz到12000Hz的范围内增加或者减少。计算单元4调整振幅，以便随着速度增加而变得 更大。在这种情况下，随着速度被近似加倍，声音可以被增加10到15dB。这里，与触摸笔的 位置相对应的声音能够通过改变两个扬声器之间相位差而被实现。通过控制声音，能够获 得具有增加的逼真的感觉的书写感受。虽然上面已经举例描述了触摸笔的移动速度，但是 根据检测移动的方法可以使用加速度、移动方向（笔划方向）等等。
[0057] 当在低频带侧具有大功率的噪声，诸如粉红噪声、红噪声和褐噪声，被用作随机噪 声时，体验到接近于触摸笔的实际声音的感觉。通过根据触摸笔类型以与振动相类似的方 式改变这个声音，能够表现更多类型的触摸笔。为了改变笔型，例如，触摸笔1或者平板电 脑屏幕可以被设置有笔选择按钮。每次按下按钮时，铅笔模式、圆珠笔模式、标记笔模式、魔 术笔模式可以被顺序地切换。此处描述的控制振动的方法同样能够经由对于现有电子触摸 笔的附件被实现。
[0058] 计算单元4
[0059] 图19是图解根据以上实施例的绘图设备的计算单元4的实例的图。根据以上实 施例的计算单元4可以被内置于触摸笔1中，或者可以被设置在被绘图设备10、主机PC20 中等等。
[0060] 当被设置到被绘图设备10或者主机PC时，计算单元4包含诸如CPU的控制单元 1002、诸如ROM和RAM的存储单元1004、诸如HDD的外部存储单元1006、输出用于控制驱动 单元2或者声音输出单元的信息的输出单元1008、和获取关于触摸笔1的移动距离、轨迹等 等的信息的获取单元1010,并且被配置成利用传统计算机。此外，计算单元4可以具有进行 例如从触摸笔1获取关于移动距离、轨迹等等的信息的信息处理设备。尤其，当借助于无线 线路等等被进行时，无线通信单元1012可以被设置到触摸笔1、被绘图设备10、主机PC等 等。
[0061] 要在根据以上实施例的计算单元4中被执行的处理可以被存储作为程序。感兴趣 的程序作为可安装的或者可执行的格式的文件在诸如CD-ROM、CD-R、存储卡、DVD (数字通 用光盘）和软盘（FD)的计算机可读的记录介质中被提供。
[0062] 同样，要在根据以上实施例的计算单元中被执行的程序可以通过将该程序存储在 被连接到诸如因特网的网络的计算机上并且允许用户借助于该网络下载该程序来被提供。 同样，要在根据以上每个实施例和每个变形例的无线通信单元中被执行的程序可以借助于 诸如因特网的网络来被提供或者被分布。此外，要在根据以上每个实施例和每个变形例的 无线通信单元中被执行的程序可以通过预先结合到ROM等等中来被提供。
[0063] 要在根据以上实施例的计算单元中被执行的程序具有用于在计算机上实现上述 单元的模块结构。作为实际的硬件，CPU检索来自HDD的程序到RAM上，并且执行检索出的 程序以在计算机上实现上述单元。
[0064] 这里，以上实施例不局限于它们自己，并且能够在不背离实施阶段中的要旨的范 围内通过变更部件被实践。同样，能够通过适当地组合在以上实施例中揭示的多个部件来 形成各种发明。例如，可以从实施例中描述的所有部件中删除一些部件。此外，可以适当地 组合不同实施例的部件。
[0065] 例如，实施例的流程图中的每个步骤在执行次序上可以被改变，可以以同步的方 式被复数地执行，或者可以对于每个实施以不同的次序被执行，除非这种改变或者执行违 背了步骤的本质。
[0066] 根据实施例的绘图设备，该绘图设备包含驱动单元、距离获取单元、和驱动控制 器。驱动单元使绘图设备振动。距离获取单元获取绘图设备和装置之间的距离。当绘图设 备在绘图模式中、基于获取到的距离来判定绘图设备和装置在第一距离之内、并且判定绘 图设备正在移动时，驱动控制器以第一振幅驱动驱动单元。当绘图设备在绘图模式中、基于 获取到的距离来判定绘图设备和装置彼此接触、并且判定绘图设备正在移动时，驱动控制 器以大于第一振幅的第二振幅驱动驱动单元。因此，可以在诸如平板电脑的屏幕上实现像 毛笔或者画笔一样的软绘图触感。
[0067] 虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅仅通过实例的方式被呈现，而不 意欲限制本发明的范围。实际上，此处描述的新颖的实施例可以以各种其他的形式被具体 化；此外，在不背离本发明的精神的情况下，可以以此处描述的实施例的形式进行各种省 略、替换和变化。附有的权利要求书和它们的同等物意欲覆盖将属于本发明的范围和精神 的这种形式或者修改。
【权利要求】
1. 一种绘图设备，其特征在于，包括： 驱动单元，所述驱动单元被配置成使所述绘图设备振动； 距离获取单元，所述距离获取单元被配置成获取所述绘图设备和装置之间的距离；和 驱动控制器，所述驱动控制器被配置成： 当满足以下条件时，以第一振幅驱动所述驱动单元： 所述绘图设备在绘图模式中， 基于获取到的所述距离来判定所述绘图设备和所述装置在第一距离之内，并且 判定所述绘图设备正在移动；以及 当满足以下条件时，以大于所述第一振幅的第二振幅驱动所述驱动单元： 所述绘图设备在所述绘图模式中； 基于获取到的所述距离来判定所述绘图设备和所述装置彼此接触；并且 判定所述绘图设备正在移动。
2. 如权利要求1所述的绘图设备，其特征在于， 所述驱动控制器被配置成，当满足以下至少一个条件时，停止驱动所述驱动单元： 所述绘图设备不在所述绘图模式中；和 判定所述绘图设备未在移动。
3. 如权利要求1所述的绘图设备，其特征在于， 所述驱动单元具有在10到300Hz之间的至少一个峰值振动频率。
4. 如权利要求1所述的绘图设备，其特征在于，进一步包括在所述驱动单元和所述绘 图设备的壳体之间的缓冲材料，所述缓冲材料被配置成减少由所述驱动单元引起的振动的 传递。
5. 如权利要求1所述的绘图设备，其特征在于， 所述驱动单元包括旋转振动器，所述旋转振动器被配置成在交替地改变旋转方向的同 时进行振动。
6. 如权利要求1所述的绘图设备，其特征在于， 所述驱动控制器被配置成根据选择的绘图设备类型来控制使得所述驱动单元振动的 振动型式。
7. 如权利要求1所述的绘图设备，其特征在于，进一步包括： 声音输出单元，所述声音输出单元被配置成在所述绘图设备的移动期间生成声音。
8. 如权利要求7所述的绘图设备，其特征在于，进一步包括： 声音控制器，所述声音控制器被配置成控制所述声音输出单兀，其中 所述声音控制器被配置成根据所述绘图设备的感测到的移动的速度、加速度和方向中 的至少一个，来改变所述声音的振幅和频率中的至少一个。
9. 如权利要求8所述的绘图设备，其特征在于， 所述声音控制器被配置成根据选择的绘图设备类型来改变所述声音的所述振幅和所 述频率中的至少一个。
10. -种绘图系统，其特征在于，包括： 绘图设备； 包含屏幕的装置，所述绘图设备被配置成在所述屏幕上进行绘图；和 信息处理设备，所述信息处理设备被配置成在所述绘图设备和被绘图设备之间通信， 其中 所述绘图设备包括： 驱动单元，所述驱动单元被配置成使所述绘图设备振动； 距离获取单元，所述距离获取单元被配置成获取所述绘图设备和所述屏幕之间的距 离；和 驱动控制器，所述驱动控制器被配置成： 当满足以下条件时，以第一振幅驱动所述驱动单元： 所述绘图设备在绘图模式中， 基于获取到的所述距离来判定所述绘图设备和所述屏幕在第一距离之内，并且判定所 述绘图设备正在移动，以及 当满足以下条件时，以大于所述第一振幅的第二振幅驱动所述驱动单元： 所述绘图设备在所述绘图模式中， 基于获取到的所述距离来判定所述绘图设备和所述屏幕彼此接触，并且判定所述绘图 设备正在移动。
【文档编号】G06F3/041GK104156103SQ201410085958
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】龟山研一, 山本大介, 高仓润也 申请人:株式会社东芝