(57)【要約】【課題】  受信装置を小型化するにあたり、この死角を無くす方法として用紙に対して受信装置を斜めに置く方法が知られている。しかしながら、受信装置を小型化して用紙に対して斜めに置く方法は、利用者が専用のボードを使用しての特定範囲の筆記ならばよいが、利用者の使用状況によって受信装置を用紙の斜めに置く以外の使用方法を希望する場合に、特に受信装置の横方向に大きく死角が発生してしまう。【解決手段】  筆記可能な用紙と筆記可能で赤外線発信素子と超音波発信素子を備えた電子ペンと、該電子ペンにより筆記された位置座標データを、前記ペンから発せられる赤外線と超音波を使用して記憶装置を設けた受信装置に一時的に格納する入力装置であって、少なくとも２つの超音波受信器間の距離を任意に設定可能とした筆跡入力装置。【選択図】  図１
2008250581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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赤外線発光素子もしくは電磁発信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受信素子と、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のそれぞれの間隔を伸縮可能な機構の両側に具備し、超音波受信素子間の距離を任意に設定する受信装置からなる筆跡入力装置であって、前記トリガ信号と前記超音波信号の到達時間の差を距離に換算して、少なくとも２つ以上の超音波受信素子と電子ペンのそれぞれの距離を求め、更に、電子ペンから超音波が発せられないタイミングで、前記伸縮可能な機構の両側に設けらている超音波受信素子のうち、片方の超音波受信素子を超音波送信素子に機能を変えて、他方の超音波受信素子に超音波を発信し、他方の超音波受信素子が、超音波を受け取るまでの時間を元に、伸縮可能な機構を介して両側に設けられている超音波受信素子間の距離を計測し、前記電子ペンと超音波受信素子のそれぞれの距離と、計測された前記伸縮可能な機構を介して設けられている超音波受信素子間の距離を使用して、電子ペンの位置座標を検出することを特徴とする筆跡入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波信号を発振する超音波発振素子と、トリガ信号を発振する赤外線発光素子もしくは電磁発振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、特に死角となるエリアが少なく、かつ、操作性および可搬性の良い超音波利用型の座標入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線と超音波信号を発振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、電子ペンから発振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、電子ペンから発振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。筆跡入力システムには、電子ペンの先端にボールペンなどの筆記可能なペン先を持ち、それをメモ帳やノート等の用紙に筆記している。
【０００３】
会議などをおこなう場合には各自メモ帳などを持参し、鉛筆などを使ってメモ帳などに手書き入力するのが依然として一般的であるが、作成したメモを他人に配布したり、メモを管理することを目的に前記システムは使用されている。
筆跡入力システムの使用方法としては、大きく分けて専用ボードを使用する方法と、受信装置単体を用紙に固定して使用する方法とがある。
図２Ａは専用ボードを使用する方法である。専用ボードには受信装置を固定する方法を備え、他に用紙を固定するクリップ等を備えることが多い。この方法では、受信装置が最も都合が良い位置で固定でき、また紙もいつも同じような位置で固定できるようにボードを設計するために、筆跡入力システムとしては都合が良い。しかし、ボードは用紙よりも大きくなることが多く可搬性に欠ける。
【０００４】
図２ＢとＣは用紙に受信装置を固定して使用する方法である。受信装置にはクリップ等の用紙に固定できる方法を備え、それを使用して用紙に固定する。紹介した方法以外にも、用紙に対して斜めに置く場合もある。また、図２Ｄではリングにより紙を束ねられているノートでの使用方法であり、図２Ｅは大学ノートでの使用を想定している。このように受信装置単体を用紙に直接固定する方法では、受信装置を用紙に固定できれば如何なる方法でも使用可能なのが特徴である。他にも、この方法ではノート以外に受信装置と筆記用の電子ペンのみを持ち歩けば良く、可搬性がよい。
前記システムは、パソコンを使用せずに入力できるために、利用者が持ち歩きすることを考慮し可搬性を重視されるようになっていた。
【０００５】
可搬性を高めるために、受信装置を小型化するにあたり、受信装置に設けられている複数の超音波受信素子間の距離を単純に縮めてしまうと、不都合が生じる。
超音波受信素子間の距離を単純に縮めてしまうと、図３右のような電子ペンからそれぞれの超音波受信素子に結んだ２本の線の角度が狭くなる場所ができてしまう。これは特に受信装置の長手方向の場所で顕著である。このエリアで電子ペンから超音波受信素子を見ると、２つの超音波受信素子が特に近く見えるようになる。電子ペンから見た超音波受信素子間の距離、これを見かけ上の超音波受信素子間の距離、もしくは単純に見かけ上の距離と呼ぶことにする。
【０００６】
見かけ上の距離が短くなりすぎると、図３右のように、電子ペンに近い超音波受信素子にもう一方の超音波受信素子が隠れるようなエリアが出てきてしまう。そうなると正しく超音波受信ができなくなり、位置検出は不可能となる。
そこまで見かけ上の距離が短くないにしても、見かけ上の距離が短くなるエリアでは実際上、受信装置が電子ペンの位置を正しく特定できなくなったり、電子ペンの位置を特定できても、繰り返し精度の悪い使用に耐えないバラツキのあるデータしか検出できなくなってしまう。この場合の繰り返し精度とは、電子ペンが同じ位置で信号を出し続けた場合でも、その場の空気の揺らぎ等の影響で、受信装置の検出位置は毎回変化するが、その検出位置の範囲を指す。
繰り返し精度が悪くなりすぎると、筆跡入力装置として成り立たず、そのエリアの検出をソフト的にまたはハード的に無効とせざるを得ない。従って筆跡入力に使用できないエリア、つまり死角が発生してしまう。
【０００７】
【特許文献１】特開2003-256126号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
受信装置を小型化するにあたり、この死角を無くす方法として用紙に対して受信装置を斜めに置く方法が知られている。しかしながら、受信装置を小型化して用紙に対して斜めに置く方法は、利用者が専用のボードを使用しての特定範囲の筆記ならばよいが、利用者の使用状況によって受信装置を用紙の斜めに置く以外の使用方法を希望する場合に、特に受信装置の横方向に大きく死角が発生してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するために成したもので、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赤外線発光素子もしくは電磁発信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受信素子と、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のそれぞれの間隔を伸縮可能な機構の両側に具備し、超音波受信素子間の距離を任意に設定する受信装置からなる筆跡入力装置であって、前記トリガ信号と前記超音波信号の到達時間の差を距離に換算して、少なくとも２つ以上の超音波受信素子と電子ペンのそれぞれの距離を求め、更に、電子ペンから超音波が発せられないタイミングで、前記伸縮可能な機構の両側に設けらている超音波受信素子のうち、片方の超音波受信素子を超音波送信素子に機能を変えて、他方の超音波受信素子に超音波を発信し、他方の超音波受信素子が、超音波を受け取るまでの時間を元に、伸縮可能な機構を介して両側に設けられている超音波受信素子間の距離を計測し、前記電子ペンと超音波受信素子のそれぞれの距離と、計測された前記伸縮可能な機構を介して設けられている超音波受信素子間の距離を使用して、電子ペンの位置座標を検出する筆跡入力装置を提案するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、超音波受信素子間に伸縮機構を設けているので、超音波受信素子間を可変できるので、受信素子間の距離を縮めておけば可搬性が高まり、使用方法によって受信素子間の距離を広げれば、見かけ上の超音波受信素子間の距離を広くでき、特に受信装置横方向に広い範囲で電子ペンの位置を受信できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１において、電子ペン１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振する１個以上の超音波発振素子２と、トリガ信号を発振する赤外線発光素子もしくは電磁発振素子３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。この超音波発振素子２と赤外線発光素子３もしくは電磁発振素子、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３もしくは電磁発振素子から発せられるトリガ信号は、超音波発振と同時もしくは以前に発振され、トリガ信号発振から超音波信号発振までの時間差は、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。
【００１２】
受信装置には、少なくとも２つ以上の超音波受信素子４，５が設けられており、それぞれの超音波受信素子４，５は互いに電気的な接続を持ち、それぞれの超音波受信素子間４，５は伸縮機構１２１（図４参照）を介して接続されている。更に受信装置内には、トリガ信号を受信する受信素子が内蔵されており、電子ペン１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。
【００１３】
受信装置には、内部に不揮発性メモリを内蔵してもよい。不揮発性メモリを内蔵することで筆跡データを記憶し、後に情報処理装置にそのデータを転送し、情報処理装置に記憶することで情報処理装置を持ち運ばなくても筆跡データを記憶することが出来る。また、内部にバッテリを内蔵することで自由な場所で筆跡データを収集することができる。
【００１４】
超音波受信素子４，５間の距離を計測するための超音波発信は、電子ペン１の超音波発信素子２から発信されていない間に出力される。例えば、電子ペン１に内蔵されたセンサが筆記状態から非筆記状態になった瞬間を受信装置側が判断し、距離計測用の超音波発信素子を発信することで、超音波信号が混信することを避けることができる。少なくとも２つの超音波受信素子４，５のうち、１つは超音波を発信することもできる素子である。場合によっては、別に設けてもよい。
【００１５】
このような構成された装置において、超音波送信素子４から超音波受信素子５までに超音波が到達するまでの時間をt１とする。
また、温度計測素子６によって計測された温度をＴとする。
この時に、音速Ｖは一般的に
Ｖ＝331.5＋0.61Ｔで表される。
この式から、超音波受信素子間の距離Ｓは
Ｓ＝t１×（331.5+0.6Ｔ）
として求められる。この超音波受信素子間の距離Ｓを使用すれば、三角測量の原理により電子ペンの位置が特定され、筆跡入力が可能になる。
【００１６】
受信装置と情報処理装置とは、通信接続することができる。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IｒDAや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。
【００１７】
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とページ番号が受信される。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電子ペンの位置座標データ及びページ番号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ページ番号ごとに保存し、画面に表示することができる。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
図４，５，６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。
図４の実施例は、受信装置の上面図の模式図である。ａは超音波受信素子間の距離をいっぱいに伸ばした状態。ｂは反対に縮めた状態である。このように、受信装置は伸び縮みが可能である。受信装置には、超音波受信素子１０５と赤外線受光素子１０６、更に温度計測素子１２０とスライド機構１２１を備える。超音波受信素子１２２、１２３間の距離の可変機構は超音波受信素子の平行度が確保できれば、どのような形態でもよい。また、受信装置と用紙を固定するために下部にクリップ構造がある。さまざまな位置での紙の固定を考えて、ユニット左部１２２とユニット右部１２３にそれぞれに独立したクリップ構造（図示せず）が設けられている。このクリップ構造は、紙に受信装置が固定できればどのような形態でもよい。
【００１９】
図５の実施例は、本発明を使用した場合の想定される受信装置の用紙に対する使用方法である。利用者は、使用を開始する前にあらかじめ受信装置の幅を決める。
図５のＡは受信装置に対して紙を横方向に広く使用する場合である。この場合は、装置の横方向に死角が発生しやすいので距離をなるべく広げて使用する。Ｂは受信装置に対して紙を縦方向に広く使用する方法である。この場合は、受信装置の横方向が狭いためにその部分に比較的死角が発生しにくい。従って、最大まで受信装置を広げなくとも、使用に耐えるので適切な広さで構わない。もちろん最大まで広げてもよいが受信装置が大きな面積を占有するので、利用者にとって使用しにくい。Ｃは受信装置を斜めに置く方法である。この方法では、受信装置の幅は狭くとも死角は発生しにくいので受信装置を狭いままでの使用が可能である。以上の３つは、用紙が受信装置よりもかなり大きいことを想定している。もし、用紙が小さければ図５のＤのように用紙に合わせた大きさで使用する。また、利用者が受信装置を持ち運ぶ時は、可搬性を高めるために一番縮めた状態で持ち運ぶ。
以上により、本発明を使用することにより、利用者が望む方法全てに対応が可能である。
【００２０】
図６は本発明の筆跡入力システムの一例である。電子ペン１０１は、赤外線発光素子１０２及び、超音波発振素子１０３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１０１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１０１に内蔵されている回路（図示せず）は、赤外線発生素子１０２及び超音波発振素子１０３に定期的に信号を与えて赤外線の発光と超音波信号の発振を同時に行わせる。受信装置１０４は、電子ペン１０１からの赤外線発光を赤外線受光素子１０６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信号を複数の超音波受信素子１０５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。この時間を距離に換算して、複数の超音波受信素子１０５と電子ペン１０１の距離を求める。
【００２１】
その後、電子ペン１０１からの信号が途絶えたことを、受信装置ユニット左部１２２、ユニット右部１２３に設けられた超音波受信素子を電気的に接続されたマイクロプロセッサが判断し、次に電子ペン１０１から来るであろう超音波の前に、マイクロプロセッサの出力により超音波受信素子１０５のうち１個を超音波受信素子から電気的なスイッチ等により超音波発信素子へ機能変更を行う。機能変更を行った後に、前記したマイクロプロセッサからの信号で超音波を発信し、マイクロプロセッサに内蔵されたタイマをスタートする。前記機能変更を行った超音波発信素子から発信された超音波を、機能変更していない他方の超音波受信素子で受信し、その時間を計測する。そのかかった時間と、温度計測素子１２０（図４参照）で計測した周囲温度を元に超音波受信素子間の距離を求める。その後超音波発信素子に機能変更をしたものを、マイクロプロセッサの出力により超音波受信素子に再度機能変更して次に来るであろう電子ペン１０１からの超音波受信に備える。
【００２２】
測定された各距離を使用し、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１０１の位置座標データに変換する。これらのデータの変換を行う為、受信装置１０４には、演算処理装置とメモリが内蔵されている。得られた位置座標は、受信装置１０４から通信ケーブル１１０を通じて情報処理装置１１１に送られる。実施例では、受信装置１０４から情報処理装置１１１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１１１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１０１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１１１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１０１の位置座標データ及びページ番号を合わせて筆跡のデータとして情報処理装置１１１の記憶装置にページ番号ごとに保存し、画面に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の説明図
【図２】背景技術の説明図
【図３】背景技術の説明図
【図４】実施例の説明図
【図５】実施例の説明図
【図６】実施例の説明図
【符号の説明】
【００２４】
１    電子ペン
２    超音波発信素子
３    赤外線発光素子
４    超音波受信素子
５    超音波受信素子
６    温度計測素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008250581.tif 000005
【図４】
2008250581.tif 000006
【図５】
2008250581.tif 000007
【図６】
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