(57)【要約】      （修正有）【課題】電子ペンを補助入力装置としての機能を果たすことが出来るようにした場合、電子ペンを持ち替えることなく、かつ、電子ペンに複雑な機構を必要とせず、情報処理装置を操作する方法を提供する。【解決手段】複数個の赤外線発振素子が電子ペンの軸周囲に設置されていると共に、赤外線発振素子を予め定められた順番及びタイミングで発振し、受信装置の赤外受信素子によって赤外線受信素子の方向を向いている赤外線発光素子を特定し、電子ペンの位置座標と併せて受信装置と電子ペンの回転角度を得て、電子ペンを回転させることにより、補助入力装置としての機能も果たすことが出来る筆跡入力システム。【選択図】図１
2008217179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、位置座標を検出するための超音波信号を発信する１個以上の超音波発信素子と、トリガ信号を発信する発信方向に指向性がある複数個の赤外線発光素子と、筆記状態であることを検知できるセンサを具備する電子ペン、及び、筆記開始時に該電子ペンから発せられる前記トリガ信号を受信する赤外線受信素子と赤外線信号の受信間隔を測定するためのタイマーと前記超音波信号を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信素子を具備し、前記トリガ信号と前記超音波信号の到達時間差から前記電子ペンの筆記状態での位置座標を検出することのできる受信装置とを有する筆跡入力システムにおいて、電子ペンの超音波、赤外線の到達範囲である筆跡入力範囲内において前記赤外線受信素子が前記電子ペンの回転方向に依らずにトリガ信号を受信できるよう複数個の赤外線発光素子を電子ペンの軸周囲に配置し、初回の赤外線発光素子を同時に発信させ、次回以降個々の赤外線発光素子が予め定めた間隔及び順番に従い発信し、前記赤外線受信素子が受信し、初回の場合は、タイマーをスタートさせ、次回以降、前記タイマーにより順次受信される赤外線信号のタイマーの時間を測定し、測定される時間から前記電子ペンの複数個あるうちのどの赤外線発光素子から発光されたトリガ信号が、受信素子に対して受信されたかを判断し、複数個ある赤外線受信素子のＯＮ，ＯＦＦ情報から得られる受信装置の赤外線受信素子と電子ペンの赤外線発光素子の向きと受信装置で得られる電子ペンの位置座標とから、受信装置からの電子ペンの軸を中心とする回転角度を得ることを特徴とする筆跡入力システム。
【請求項２】
前記筆跡入力システムにおいて、受信装置の赤外線強度が測定可能な赤外線受信素子を具備し、測定されるタイミングから前記電子ペンのどの赤外線発光素子が受信素子に対して受信されたかを判断すると伴に、受信された各々の赤外線強度を記憶し、赤外線強度を予め記憶された強度比−角度の表から求められる受信装置の赤外線受信素子と電子ペンの赤外線発光素子の角度と受信装置で得られる電子ペンの位置座標とから受信装置からの電子ペンの回転角度を得ることが出来ることを特徴とする請求項１に記載の筆跡入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも、超音波信号を発信する超音波発信素子と、トリガ信号を発信する複数個の赤外線発光素子を備えた電子ペンと、この電子ペンにより発せられる超音波信号とトリガ信号を受信し、超音波信号とトリガ信号の到達時間差から電子ペンの筆記状態での位置座標を検出することのできる受信装置を持ち、受信装置からの電子ペンのペン軸を中心とする回転角度を得ることが出来る筆跡入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の赤外線と１つ以上の超音波を発信する発生回路とペン先が筆記状態であることを検知できるセンサを備えた電子ペンと、電子ペンから発信される赤外線信号を受信する受信素子と、超音波信号を受信する複数の受信素子を組み込んだ受信装置を有する手書き筆跡入力システムが開発されている。この筆跡入力システムにおいては、電子ペンで筆記すると受信装置が、電子ペンから発信された超音波信号と赤外線信号とを複数の受信素子により受信し、電子ペンの位置座標を計測し、位置座標とペン先のＯＮ−ＯＦＦ状態（筆記−非筆記状態）を合わせて筆跡データとして検出する。筆跡データを連続的に検出することにより、書いた文字や図形等を手書き筆跡データとして認識する。筆跡入力システムは、電子ペンにより筆記された文字や図形等の筆跡データを受信装置からデータ通信を用いてパソコン等の情報処理装置に転送する。情報処理装置においては、画面表示や各種操作が行われるが、これらの情報処理装置を操作するためには、情報処置装置に接続されているキーボードといった入力装置やマウスなどの補助入力装置により操作が行われる為、筆記入力中であっても電子ペンを一旦手放して、これらの入力装置を操作する必要があった。これらの問題を解決するためには、電子ペンにボタンやホィールなどの機構を組み込み電子ペンと受信装置にてこれらの入力状態の通信を行い、その操作情報を情報処理装置に伝えて情報処理装置の操作に使われている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２８４５６号公報（段落６〜段落８、図１、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この電子ペンを持ち替えることなく、操作する方法としていくつかの案が提案されている。特許文献１においては、電子ペンにホィール機構を設けて操作することで、電子ペンの動作を、マウス等のホィール機能と同等の操作情報として情報処理装置に伝え情報処理装置で動作しているアプリケーションに対して操作を行うことが記載されている。
【０００５】
しかしながら、上記の従来の筆跡入力システムにおいて、電子ペンにホィール機構を組み込むことは、電子ペンの機構の複雑さや部品点数の増加を招き、それに伴う重量の増加などを招く可能性がある。また、特殊な機能をペンの前軸等に具備するとペン類の特性上である右利きの利用者と左利きの利用者に対応する為の機構も必要とされる。そのため、電子ペンをマウス等の補助入力装置としての機能を果たすことが出来るようにする場合、電子ペンを持ち替えることなく、かつ、電子ペンに複雑な機構を必要とせず、情報処理装置を操作する方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するために成したもので、少なくとも、位置座標を検出するための超音波信号を発信する１個以上の超音波発信素子と、トリガ信号を発信する発信方向に指向性がある複数個の赤外線発光素子と、筆記状態であることを検知できるセンサを具備する電子ペン、及び、筆記開始時に該電子ペンから発せられる前記トリガ信号を受信する赤外線受信素子と赤外線信号の受信間隔を測定するためのタイマーと前記超音波信号を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信素子を具備し、前記トリガ信号と前記超音波信号の到達時間差から前記電子ペンの筆記状態での位置座標を検出することのできる受信装置とを有する筆跡入力システムにおいて、電子ペンの超音波、赤外線の到達範囲である筆跡入力範囲内において前記赤外線受信素子が前記電子ペンの回転方向に依らずにトリガ信号を受信できるよう複数個の赤外線発光素子を電子ペンの軸周囲に配置し、初回の赤外線発光素子を同時に発信させ、次回以降個々の赤外線発光素子が予め定めた間隔及び順番に従い発信し、前記赤外線受信素子が受信し、初回の場合は、タイマーをスタートさせ、次回以降、前記タイマーにより順次受信される赤外線信号のタイマーの時間を測定し、測定される時間から前記電子ペンの複数個あるうちのどの赤外線発光素子から発光されたトリガ信号が、受信素子に対して受信されたかを判断し、複数個ある赤外線受信素子のＯＮ，ＯＦＦ情報から得られる受信装置の赤外線受信素子と電子ペンの赤外線発光素子の向きと受信装置で得られる電子ペンの位置座標とから、受信装置からの電子ペンの軸を中心とする回転角度を得る筆跡入力システムを提案するものである。
【０００７】
電子ペンで用いられる赤外線発光素子は、指向角が存在する。この指向角を補うためにペン軸の円周上に複数個の赤外線発光素子が配置されている。これらは、トリガ信号として用いられる場合、同時に発光することで赤外線受信素子に対して電子ペンの軸を中心とする回転方向に関係なく受信を行うことができる。この赤外線発光素子を、初回は、全赤外線発光素子を同時に発光してトリガ信号として利用し、受信装置内のタイマーをスタートし、次に電子ペンの赤外線発光素子の発光を予め定められた順番で発光し、受信装置内の赤外線受信素子にて受信された時間をタイマーから知ることで、電子ペン内の複数ある赤外線発光素子から受信した発光素子を特定することができる。この特定された赤外線発光素子は、赤外線受信素子に対して赤外線発光素子の特性である指向角内に向いていることがわかる。筆跡入力システムでは、トリガ信号による超音波信号との受信タイミングによって電子ペンの位置座標を得ることが出来るため、赤外線発光素子と赤外線受信素子の角度と、電子ペンの位置座標及び赤外線受信素子の位置から電子ペンの角度を計算することが出来る。これを利用して、電子ペンをペンの軸方向を中心に左右回転させることで、筆跡入力システムに接続しているパソコンなどの情報処理装置に対しペンの回転情報を通信し、例えば、ペンの方向により色を決定することもできるし、前回の回転角度と現在の回転角度を比較して回転速度を得て、筆跡表示画面のスクロールなどに利用することも出来る。これによって、電子ペンを持ち替えることなく、かつ、電子ペンをボード上で筆記することなく、マウスに付属しているホィールやスクロールバー操作などの補助入力装置と同様な入力操作をおこなえる筆記入力システムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、電子ペンに特殊な機構を追加することなく電子ペンの軸を中心とする回転方向を検知することができる為、電子ペンの部品点数の増加や重量増加を伴わない。また、ペンを回転させる操作は、ペンにボタンやホィールなどを電子ペンに設けた場合に比べ、利き手による違いや操作ボタンのためにペンの持つ向きを規定しないため同一の電子ペンにて左右利きの操作者に対応することができる。また、予め筆跡処理用のプログラムに割り当てられた機能に対して通知される。例えば、電子ペンの回転情報が画面表示位置変更のスクロールバーに割り当てられた場合、回転情報の変化を監視し、右回りの場合下方にスクロールしたり、左回りに上方にスクロールさせたりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
電子ペンには、少なくとも、位置座標を検出するための超音波信号を発信する１個以上の超音波発信素子と、トリガ信号を発信する複数個の赤外線発光素子と、ペンの先端に係る圧力もしくは変位に応じてオンとオフを検出することで筆記状態であることを検知できるセンサ及びこれらを駆動する為の回路基板が内蔵されている。この超音波発生素子と赤外線発光素子は、センサが筆記状態を検出した際に作動して、超音波信号とトリガ信号としての赤外線もしくは電磁波を発生する。赤外線発光素子から発せられるトリガ信号は、超音波発信と同時もしくは以前に発信され、トリガ信号発信から超音波信号発信までの時間差は、計測誤差を少なくする為に一定であることが求められる。
【００１０】
電子ペンは、筆跡入力範囲内においてペン軸を中心としてどの回転位置にあっても赤外線受信素子にて赤外線がトリガ信号として受信されることが求められる。電子ペン等で用いられる赤外線発光素子は、一般的に指向角が存在する。この指向角を補うためにペン軸の円周上に複数個の赤外線発光素子が指向角による死角が発生しないよう配置されている。これらは、トリガ信号として用いられる場合、同時に発光することで赤外線受信素子に対して電子ペンの軸を中心とする回転方向に関係なく受信を行うことができる。
【００１１】
受信装置には、少なくとも２つ以上の超音波受信素子とトリガ信号を受信する受信素子とが内蔵されており、電子ペンからのトリガ信号を受信し、内蔵されたタイマをスタートさせて、遅れて到着する超音波信号を各超音波受信素子が受信し、トリガ信号受信から超音波信号受信までの時間を測定する。測定された各時間を各超音波受信素子の位置関係から２次元もしくは３次元の電子ペンの位置座標データに変換する。
【００１２】
この赤外線発光素子を、初回は、全赤外線発光素子を同時に発光してトリガ信号として利用し、受信装置内のタイマーをスタートし、次に電子ペンの赤外線発光素子の発光を予め定められた順番で発光し、受信装置内の赤外線受信素子にて受信された時間をタイマーから知ることで電子ペン内に複数ある赤外線発光素子から受信した発光素子を特定することができる。この特定された赤外線発光素子は、赤外線受信素子に対して赤外線発光素子の特性である指向角内に向いていることがわかる。筆跡入力システムでは、トリガ信号による超音波信号との受信タイミングによって電子ペンの位置座標を得ることが出来るため、赤外線発光素子と赤外線受信素子の角度と、電子ペンの位置座標及び赤外線受信素子の位置から受信装置からの電子ペンの角度を計算することが出来る。
【００１３】
また、受信装置内の赤外線受信素子に強度測定の回路を設け、複数回受信される受信タイミングと赤外線の強度を記憶し、それぞれ強度を比較し、予め記憶された強度比率から角度を割り出す比較表を検索することで発信素子の位置を特定しペンの軸を中心とする回転角度の分解能をより細かく取得することが可能となる。
【００１４】
受信装置と情報処理装置とは、通信接続されている。接続方式は、ＵＳＢやＲＳ−２３２Ｃ等の有線ケーブルによる通信や無線ＬＡＮ及びＢＬＵＥＴＯＯＴＨ等の無線による通信を用いることができる。しかし、スタイラスペンなどをリフィルとして電子ペンに挿入して使用し、用紙に実際の筆記を行わない場合、またはペンの色、太さなどの筆跡のデータを確認する必要がある場合には、使用者は、筆跡のデータを情報処理装置の画面での確認を行いながら筆記を行うこともある。この為、筆記を行ってから筆跡のデータが画面に表示されるまでの時間を少なくする為、３２ｋｂｐｓ以上の通信速度が要求される。
【００１５】
情報処理装置では、筆跡処理用のプログラムが予め起動されており、受信装置からの電子ペンの位置座標データが受信される。また、筆跡処理用のプログラムでは、筆跡に実際のペンのような表現力を加えるためペンの色、太さなどのペンに対する情報や筆跡のデータと筆跡のデータを分類するためのページ情報等を情報処理装置に接続されたキーボードやマウス等の入力装置及び本発明の筆跡入力システムにより設定することができる。これらのペンの情報やページ情報と電子ペンの位置座標データを合わせて筆跡のデータとして情報処理装置の記憶装置に保存し、画面に表示することができる。
【００１６】
筆跡処理用のプログラムでは、筆跡のデータを確認する為、筆跡のデータを拡大、縮小して任意の位置の筆跡を画面に表示することができる。また、過去に補助記憶装置に記憶された筆跡のデータをプログラムのメモリ上に読み込み、画面に筆跡のデータを表示することができる。また、筆跡処理用のプログラムは、筆跡のデータの編集の為、現在筆記中のデータや補助記憶装置に保存された筆跡データの削除や追記が行え、ペンの色や太さやページなどの情報の変更を行う機能が必要とされる。これら使用者が行う操作は、情報処理装置に接続されているキーボードやマウス等の入力装置と及び本発明の筆跡入力システムによって行うことができる。
【００１７】
筆跡入力システムにおいて、電子ペンに筆記可能なボールペン等のリフィルを挿入し、受信装置と電子ペン位置座標検出範囲の一定の場所に固定された用紙に筆記を行いながら筆跡のデータを得ることができる。受信装置と用紙を固定し、両者の位置関係を一定に保たないと、用紙に筆記された筆跡と電子ペンの位置座標データがずれ、ずれた筆跡データが記録されてしまう。これを実現する為、用紙と受信装置を固定するためのボード上に、用紙を止めるためのクリップと、受信装置固定用の機構を設けてこれらを固定し、位置関係を拘束する。また、受信装置に用紙を固定するためのクリップ機構を設けて、受信装置に直接用紙を固定することもできる。
【００１８】
得られた電子ペンの回転情報は、電子ペンの位置情報と共に情報処理装置に伝えられる。電子ペンの回転情報は、予め筆跡処理用のプログラムに割り当てられた機能に対して通知される。例えば、電子ペンの回転情報が画面表示位置変更のスクロールバーに割り当てられた場合、回転情報の変化を監視し、右回りの場合下方にスクロールしたり、左回りに上方にスクロールさせたりすることができる。また、時間あたりの回転角度に応じてスクロール量を変化することもできる。また、受信装置に対して、ペンの回転方向により、ペン色や太さなどの筆跡属性など割り当てることも可能である。これらの機能は、筆跡領域全域で機能してもよいし、筆跡領域内に特定の矩形の領域を設けて電子ペンが矩形の領域内の位置座標にある場合のみ機能してもよい。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
図１〜３は、装置図面が煩雑にならないよう構成を模式的に表現したものである。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。また、各実施例において、同じ構成については同じ参照符号を付けた。
【００２０】
図１に、本発明の筆跡入力システムの一例を示す。電子ペン１は、複数個の赤外線発光素子２及び、超音波発信素子３を持ち、筆記状態であることを検知できるセンサ及びそれらを制御する回路基板（図示せず）が内蔵されている。電子ペン１のペン先には、ボールペンなどのリフィルが挿入されており、筆記した際に内部のセンサが加重により筆記状態の検出を行う。筆記状態が検出されると電子ペン１の回路は、赤外線発生素子２及び超音波発信素子３に定期的に信号を与えて赤外線の発光と超音波の発信を同時に行わせる。受信装置４は、電子ペン１からの赤外線発光を赤外線受光素子６にて受信し、内蔵されたタイマをスタートさせる。遅れて到着する超音波を複数の超音波受信素子５が受信し、赤外線信号受信から超音波信号受信までの時間を測定する。測定された各時間を距離に換算し、各超音波受信素子の位置関係から３角法を用いて２次元もしくは３次元の電子ペンの位置座標データに変換する。得られた位置座標は、受信装置４から通信ケーブル９を通じて情報処理装置１０に送られる。実施例では、受信装置４から情報処理装置１０までの通信は、ＵＳＢ通信によって接続されている。パーソナルコンピュータなどの情報処理装置１０では、筆跡入力システム専用に作成された筆跡処理用のプログラムが動作しており、電子ペンの位置座標データを受信している。筆跡処理用のプログラムでは、筆跡に実際のペンのような表現力を加えるためペンの色、太さなどのペンに対する情報や筆跡のデータを分類するためのページ情報等を情報処理装置１０に接続されたキーボードやマウスなどの入力装置などにより設定することができる。これらのペンの情報やページ情報と電子ペンの位置座標データを合わせて筆跡のデータとして情報処理装置１０の記憶装置に保存し、画面に表示することができる。
【００２１】
図２は、電子ペン１の軸を中心とする角度を検出する様子を示す上面図である。電子ペン１の周囲には赤外線発光素子２Ａ〜２Ｃが赤外線発光素子の指向角を補うようにペンの軸を中心に３個配置されている。各赤外線発光素子は、電子ペン１が筆記状態を検出した場合、赤外線発光素子は、赤外線受信素子６に対して電子ペン１がどの回転方向を向いていてもトリガ信号として受信するため初回のみ同時に発光するとともに超音波発振素子３を発振させる。赤外線信号は、即座に赤外線受信素子６にてトリガ信号として受信され、受信装置４内部に設けられたタイマー（図示せず）をスタートさせる。タイマー（図示せず）は、遅れて受信される各超音波受信機の超音波到達時間を測定し、三角法による計算によって電子ペン１の位置座標１３（ｘP，ｙP）を得ることが出来る。
【００２２】
図３は、本実施例の赤外線発光素子の発光タイミングと赤外線受光素子の受信信号図を示す。赤外線発光素子２ａから２ｃは、予め定められた順番である２ａ、２ｂ、２ｃの順に一定間隔で発光する。赤外線受信素子６は、トリガ信号受信後、次に受信されるタイミングを測定する。
【００２３】
図４は、本実施例の赤外線発光素子と角度検出の表を示す。赤外線受信素子から受信された信号とタイミングにより、想定される赤外線受信素子の方向を向いている赤外線発光素子を特定する。また、赤外線発光素子２が赤外線受信素子６に対して中間位置にあった場合、赤外線受信素子６は、２つ以上の受信タイミングを得る可能性がある。これを利用して中間位置を検出してもよいし、例えば受信順番に優先度を設けて判定することも可能である。赤外線発光素子２Ａ、２Ｂ、２Ｃの信号状態により、図４に示すような表から電子ペン１の中心から赤外線受信素子６と赤外線発光素子２Ａ、２Ｂ、２Ｃとの角度１１（Ｒ１）を求めることができる。
【００２４】
次に電子ペン１の位置座標１３（ｘＰ,ｙＰ）と赤外線受信素子６の位置座標１４（ＸＳ,ＹＳ）か電子ペン１の中心から赤外線受信素子６と位置座標系の原点方向への角度１２（Ｒ２）は、
ｒ２  ＝  ａｒｃｔａｎ（  （ｘｐ−ｘｓ）／（ｙｐ−ｙｓ）  ）
を求めることが出来る。故に電子ペンの受信装置の座標系に対する回転角度１５（ｒ）は、
ｒ  ＝  ｒ１＋ｒ２
で表させられる。
【００２５】
この回転角度１２（Ｒ）を用いて電子ペン1を持つ操作者が、電子ペン1を持つ角度を電子ペン１の位置座標１３とともに情報処理装置１０に送信する。情報処理装置１０では、この回転角度により、ペン色を決定し、位置座標１３に該当する画面領域に筆跡を記入することも出来るし、前回の回転角度と現在の回転角度を比較して回転速度を得て、筆跡表示画面のスクロールなどに利用することも出来る。
【００２６】
図５は、本実施例の請求項２の赤外線発光素子２の発光タイミングと赤外線受光素子６の受信信号と受信強度の図を示す。赤外線受信素子６に強度計測回路（図示せず）を付加し、受信信号と同時に赤外線強度も測定する。赤外線受信信号の得られるタイミングから各発光素子を特定する。赤外線強度は、発光素子と受光素子の距離により変化するため、それぞれ得られた赤外線強度を比率として比較する。図６に示す赤外線受信信号と赤外線受信強度比の表から電子ペン１の中心から赤外線受信素子６と赤外線発光素子２との角度１１（ｒ１）を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施例の筆跡入力システム構成図
【図２】本実施例の電子ペンの軸を中心とする角度を検出する様子を示す上面図
【図３】本実施例の赤外線発光素子の発光タイミングと赤外線受光素子の受信信号の図。
【図４】本実施例の赤外線発光信号と角度検出の表
【図５】本実施例の赤外線発光素子の発光タイミングと赤外線受光素子の受信信号と受信強度の図。
【図６】本実施例の赤外線発光信号と赤外線強度比による角度検出の表
【符号の説明】
【００２８】
１  電子ペン
２  赤外線発光素子
２A  赤外線発光素子A
２B  赤外線発光素子B
２C  赤外線発光素子C
３  超音波発信素子
４  受信装置
５  超音波受信素子
６  赤外線受光素子
７  ボード
８  用紙
９  通信ケーブル
１０  情報処理装置
１１  電子ペンの中心から赤外線受信素子と赤外線発光素子との角度
１２  電子ペンの中心から赤外線受信素子と位置座標系の原点方向への角度
１３  電子ペンの位置座標
１４  赤外線受信素子の位置座標
１５  受信装置の座標系に対する回転角度
【図１】
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【図２】
2008217179.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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