(57)【要約】【課題】  手書き筆跡入力装置に於いて、ペンの筆記使用時における筆記角度による位置座標データの誤差を補正する為には、１つの電子ペンに超音波発生素子を２つ設ける必要がある。このため、電子ペンの大型化や、電力消費が大きくなることによる連続使用時間の短縮などといった問題があった。【解決手段】  本発明は、電子ペンの超音波発生素子から発信された超音波の各超音波受信部への到達時間により計算された複数の位置座標データ間の差から、電子ペンの筆記使用時における筆記角度を推計し、その筆記角度により、電子ペンのペン先筆記部の位置座標データを補正することで、この問題を解決した。【選択図】  図３
2008090565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、赤外線と超音波を発信する電子ペンと、赤外線受信部と、複数の超音波受信部と、前記赤外線と前記超音波の前記赤外線受信部及び前記超音波受信部への到達時間に基づいて電子ペンの位置座標データを計算する手段とから成る手書き筆跡入力システムにおいて、
前記電子ペンが超音波発生素子を有し、該超音波発生素子から発信された超音波の前記各超音波受信部への到達時間により計算された複数の位置座標データ間の差から、該電子ペンの筆記使用時における筆記角度を推計し、該筆記角度により、電子ペンのペン先筆記部の位置座標データを補正する機能を有することを特徴とする手書き筆跡入力システム。
【請求項２】
前記超音波発生素子から発信された超音波の前記各超音波受信部への到達時間により計算された複数の位置座標データ間の差から行う前記電子ペンの筆記角度の推計が、超音波発信の起点を電子ペン内の円筒形の超音波発生素子の中央部とし、行われることを特徴とする請求項第１項記載の手書き筆跡入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも赤外線と超音波を発する電子ペンと、これらを受信し、到達時間に基づいて電子ペンの位置座標データを計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムであって、複数の受信部への超音波の到達時間から計算された位置座標データの差から電子ペンの筆記使用時における筆記角度を推計し、ペン先筆記部の位置座標データを補正する機能を有することを特徴とする手書き筆跡入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線もしくは超音波を用いた電子ペンの位置検出技術が知られている。例えば、特開昭６２−１７５８２１号公報（特許文献１参照）及び米国特許第４，８１４，５５２号明細書（特許文献２参照）などに、電子ペンから超音波、もしくは赤外線と超音波を発し、それらを受信部で受信して、超音波の到達時間を基に電子ペンの位置座標を計算する技術が開示されている。
【０００３】
手書き筆跡入力システムによって入力された位置座標データは、例えば電子機器の画面上に表示されたり、文字識別処理などを通じてコードデータ化して利用されたり、筆跡形状、運筆速度、止め、はね、はらいといった筆記特性を含む筆記者の文字の特徴の抽出、署名認証などの任意の目的に使用されたりする。また、ワープロなどで使う文字データに変換する文字識別変換ソフトと組み合わせて使用することで、文字データと同時に、自筆による文字、絵や記号なども容易に入力することができる入力手段として注目されている。
【０００４】
これらの位置検出技術を利用した手書き筆跡入力システムは、例えば以下のようなものである。筆記者が、電子ペンを用いて文字や図形を筆記すると、少なくともペン先が被記録媒体と接触している間、電子ペンから赤外線と超音波が発信される。赤外線受信部と複数の超音波受信部が、電子ペンから発信された赤外線と超音波とを受信して、赤外線の到達時刻と超音波の到達時刻の差を求め、各超音波受信部から電子ペンまでの距離に、超音波発生素子の円筒形の半径を加算した値から、ペン先筆記部の接触位置から各超音波受信部までの距離を計算して、三辺測量法を用いて、電子ペンの位置座標データを計算する。電子ペンは通常の筆記具として使用するペンと同様に、持ち方を制限しない使用方法が望ましい。つまり、筆記者が電子ペンをどの向きに持って使用しても、電子ペンの超音波発生素子は被記録媒体上のどの方向にも一様に超音波を発信することが好ましい。そのため、超音波発生素子の形状は円筒形であることが多い。
【０００５】
この方式の手書き筆跡入力システムでは、計算された位置座標データは、ペン先筆記部と被記録媒体との接触位置と異なり、超音波の発信源である電子ペンの超音波発生素子の位置を示している。
特に電子ペンの筆記使用時におけるペンの傾きが、ペン先筆記部の位置と計算された位置座標データとの差を生み出す大きな要因として挙げられる。一般的には、ペンの中心軸と被記録媒体面との成す角度（筆記角度）が６０°程度の傾きを以て、紙面などの被記録媒体へ筆記されることが多く、垂直筆記（筆記角度９０°）されることは極希である。
【０００６】
計算されたペン先筆記部の位置座標データをペン先筆記部の位置と一致させる為には、超音波発生素子をペン先筆記部に取り付けなければならない。しかし、それではペン先筆記部は被記録媒体に筆記する機能を失ってしまうため、ペン先筆記部に超音波発生素子を取り付けることは困難である。したがって、超音波発生素子は、電子ペンの軸方向に沿ってペン先筆記部から離れた位置に設置されることが多い。この為、ペンが傾くと、ペン先筆記部と超音波発生素子の各々からの超音波受信部までの距離が異なり、ペン先筆記部の位置座標データの誤差となってしまうものである。
【０００７】
この差は、例えば、帳票入力システム等の様に、特定の位置に特定の内容を必ず筆記しなければならない場合、大きな問題となっていた。
また、筆跡による個人認証などの高精度の筆跡再現性を必要とする場合、筆記者の筆跡の特徴や癖などを十分に再現することが不可能であった。
【０００８】
ペンが傾いたとき、ペン先筆記部の接触位置に、計算された位置座標データを補正する方法として、例えば、下記の特許文献３には１つの電子ペンに超音波発生素子を２つそれぞれ異なる位置に設けて、超音波を２箇所で発信することで、ペンの筆記使用時における筆記角度により、ペン先筆記部の接触位置の位置座標データを補正する技術が開示されている。  
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−１７５８２１号公報
【特許文献２】米国特許第４，８１４，５５２号
【特許文献３】特開２００４−１９２１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献３に記載のペン入力表示装置においては、ペンの筆記使用時における筆記角度を計測する為に、１つの電子ペンに超音波発生素子を２つ設ける必要がある。このため、電子ペンの大型化や、電力消費が大きくなることによる連続使用時間の短縮などといった問題があった。また、２つの超音波発生素子の出力特性が異なると、実際の筆記使用時における筆記角度とは異なった角度が計算される。このため、製造時に超音波発生素子を選別したり、ペン入力表示装置に超音波発生素子の出力特性の差異を解消する機能を持たせたりしなくてはならない、という欠点もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
少なくとも、赤外線と超音波を発信する電子ペンと、赤外線受信部と、複数の超音波受信部と、前記赤外線と前記超音波の前記赤外線受信部及び前記超音波受信部への到達時間に基づいて電子ペンの位置座標データを計算する手段とから成る手書き筆跡入力システムにおいて、前記電子ペンが超音波発生素子を有し、該超音波発生素子から発信された超音波の前記各超音波受信部への到達時間により計算された複数の位置座標データ間の差から、該電子ペンの筆記使用時における筆記角度を推計し、該筆記角度により、電子ペンのペン先筆記部の位置座標データを補正する機能を有することを特徴とする手書き筆跡入力システムを第１の要旨とし、前記超音波発生素子から発信された超音波の前記各超音波受信部への到達時間により計算された複数の位置座標データ間の差から行う前記電子ペンの筆記角度の推計が、超音波発信の起点を電子ペン内の円筒形の超音波発生素子の中央部とし、行われることを特徴とする要旨１の手書き筆跡入力システムを第２の要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
電子ペンは、通常の筆記具として使用するペンと同等の大きさ、重さをしていることが理想的である。つまり、手書き筆跡入力システムにおいて、電子ペンはなるべく少ない部品構成にし、電子ペン以外の部分にさまざまな機能を備えた方がペンとしての使い勝手に優れる。本発明によれば、電子ペンの超音波発生素子から発信された超音波信号の前記各超音波受信部への到達時間により計算された複数の位置座標データ間の差から、該電子ペンの筆記使用時における筆記角度を推計することで、電子ペンの超音波発生素子を１つとし、また電子ペンの消費電力を増やすことなく、ペンの筆記使用時における筆記角度によるペン先筆記部の接触位置の位置座標データを補正する事ができる。
【００１３】
例えば、特定の位置に特定の内容を必ず筆記しなければならない帳票入力システムの場合、本システムを適用することで、正確な位置に筆跡を入力することが可能である。
また、筆跡による個人認証などの高精度の筆跡再現性を必要とする場合、本システムを適用することで、より本来の筆記者の筆跡に近い位置座標データを計算することができ、筆記者の筆跡の特徴や癖などを再現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面に従って、本発明に係る手書き筆跡入力システムの好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本実施の形態になる手書き筆跡入力システムの一例を示す斜視図である。電子ペン１は、ペン先筆記部を被記録媒体３に接触しながら文字や図を描くが、少なくともこの間、赤外線及び超音波を周期的に発信する。受信装置２の内部には、赤外線受信部（図示せず）と４個の超音波受信部４〜７及び電子ペン１から発信された赤外線と超音波の、それぞれの受信部までの到達時間の差から、各超音波受信部から電子ペンまでの距離を計算し、三辺測量法を用いて、電子ペンの位置座標データを計算する制御回路（図示せず）が組み込まれている。コンピュータ９は適宜の通信インタフェース８を介して受信装置２と接続されている。そして、受信装置２の制御回路が電子ペン１の位置座標データをコンピュータ９に送信すると、コンピュータ９は搭載したディスプレイに筆跡を表示したり、文字認識処理したり、記憶装置に保存したりする。
【００１５】
次に、図２の電子ペンのブロック図を用いて、電子ペン１の構造について説明する。電子ペン１は、ペン先筆記部１０、スイッチ１１、赤外線を発光する赤外線発光素子１４、超音波を発生する超音波発生素子１３、これらを制御する制御回路１２及び、電源１５を有するものである。スイッチ１１は、ペン先筆記部１０が被記録媒体３と接触し、これに一定の圧力が加わるとオン、一定の圧力以下ではオフになる。スイッチ１１がオンになったとき、制御回路１２は、赤外線発光素子１４と超音波発生素子１３に、電源１５からの電源電圧を印加し、赤外線及び超音波をスイッチ１１がオン状態の間、周期的に発信させる。一方、スイッチ１１がオフになったとき、制御回路１２は赤外線発光素子１４、超音波発生素子１３に、電源１５からの電源電圧の供給を遮断し発信を停止する。通常の筆記状態でスイッチ１１がオンになる様に、この一定の圧力は調節されている。電子ペン１の携帯性、筆記のしやすさを考慮して、無線方式で使用できるようにするために、電源１５としては電池を採用している。
【００１６】
電子ペンは通常の筆記具として使用するペンと同様に、持ち方を制限しない使用方法が望ましい。電子ペン１に持ち方を制限させない為に、超音波発生素子１３と赤外線発光素子１４は、被記録媒体３のどの方向にも一様に発信させる必要がある。つまり、超音波発生素子１３は円筒形の形状であることが好ましく、ペン先筆記部からやや離れた位置に、その円形断面の中心がペンの中心軸と一致するように設置をする。赤外線発光素子１４は、その素子の指向性に合わせて、被記録媒体３のどの方向にも赤外線を発信できるように個数、配置を適宜決定すればよい。
【００１７】
ペン先筆記部の位置座標データを計算する際に用いる三辺測量法は、既知の２つの頂点間の距離と計測した残りの２辺の距離から、残りの１つの頂点の位置を求める測量方法である。すなわち、電子ペンと、既知の２つの超音波受信部の位置を頂点とする３角形を想定して、電子ペンの位置座標データを計算することができる。つまり、電子ペンから２つの超音波受信部までの距離が分かれば、電子ペンの位置座標データが計算できる。
【００１８】
電子ペンから超音波受信部までの距離は、赤外線は約３×１０８ｍ／ｓの光速で飛行し、一方で超音波は約３．５×１０２ｍ／ｓの音速で飛行するため、超音波の電子ペンから超音波受信部までの到達時間に対して、赤外線の電子ペンから赤外線受信部までの到達時間は無視できるほど小さい。このため、赤外線発光素子の形状も無視でき、測定した赤外線と超音波の到達時間の差は、電子ペンから超音波受信部までの超音波の到達時間とすることができる。
【００１９】
ここで、電子ペンの超音波発生素子が円筒形をしている場合、通常その上下部分が固定されている。超音波発生素子に電源が供給されると、超音波発生素子全体が振動し、円筒形の表面から超音波が発生する。この超音波が電子ペンから発信される。超音波発生素子は上下が固定されている為、超音波発生素子の円筒形の中央部が最も大きく振動し、電子ペンから発信される超音波は、常に円筒形の超音波発生素子の中央部（円筒形の表面の高さ方向の中央部となる円形）を起点に発信されていると考えて計算をすることができる。
【００２０】
被記録媒体面に対して垂直方向から見ると、電子ペンが垂直状態の場合、超音波発生素子の中央部は円形になる。したがって、この円形を起点として超音波が発信すると考える事ができる。しかし、電子ペンが垂直方向から傾くときは、電子ペン内の超音波発生素子も同時に傾き、傾いた状態で超音波を発信していることになる。この場合、被記録媒体面に対して垂直方向から見ると、超音波の発信位置は傾いた方向が短軸になるような楕円形になると考える事ができる。この楕円形の長軸は超音波発生素子の直径であり、短軸はペンの傾く角度により長さが変化する。
【００２１】
この関係を、電子ペンの中心軸を含み筆記媒体面に垂直な断面での模式図（図３）で説明する。円筒形の超音波発生素子の直径をｄ、円筒形の超音波発生素子の中央部（円筒形の表面の高さ方向の中央部となる円形）をｑ（断面図である図３では点として表されている）、その中心をｃ、この中心ｃから筆記媒体面へ下ろした垂線の足からペン先筆記部までの距離をｅ、ペン先筆記部から超音波発生素子の中央部ｑまでの距離をｈ、電子ペンの被記録媒体からの角度（筆記角度）をθ（０°≦θ≦９０°、ペンが垂直の時はθ＝９０°）とし、そのとき、超音波発生素子の中央部となる円形ｑを被記録媒体面に対して垂直方向から見ると楕円形となっており、この楕円形の短軸の長軸ｄに対する変化量をαとする。図３の関係より下記の数式１が成立する。
【００２２】
【数１】
2008090565.tif 000003
【００２３】
つまり、変形量αを計測することによって、数式１より、ペンの筆記使用時における筆記角度を推計することができる。変化量αを正確に計測するには、ペンを被記録媒体上の複数の方位から計測することが重要である。数式１を変換すると、下記の数式２が成立する。
【００２４】
【数２】
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【００２５】
つぎに、ペンが傾いたときの距離ｅを計算する。図３の関係より、下記の数式３の式が成立する。
【００２６】
【数３】
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【００２７】
ペンが垂直の場合には、計算された位置座標データは円形ｑの中心ｃを表している。即ち、中心ｃをペン先筆記部の接触位置と仮定して計算している。この仮定は被記録媒体上の２次元直交座標系で考えると、ペン先筆記部の接触位置と中心ｃは同じ座標になることに由来している。ペンが傾いた場合、距離ｅは中心ｃから筆記媒体面へ下ろした垂線の足からペン先筆記部までの距離であり、ペンの筆記角度から数式３より計算することができ、傾きに関する補正量と考えることができる。したがって、中心ｃの位置座標データとｅの値を計算することが出来れば、計算された位置座標データをペン先筆記部の位置座標データに補正することができる。
【００２８】
1つの位置座標データを計算するには、２つの超音波受信部への超音波の到達時間から計算をおこなう。超音波受信部が３つ存在する場合は、到達時間が３つになるので、３つの中から２つを選ぶ組み合わせとなり、位置座標データは最大で３点計算されることになる。同様に超音波受信部が４つ存在する場合は、最大で６点計算できる。複数の位置座標データが計算できる場合は、すべての位置座標データの原点を同一にしておく必要がある。例えば、超音波受信部４の超音波を受信する位置を統一の原点（０，０）とし、超音波受信部５の方向をＸ軸プラス方向、超音波受信部６の方向をＹ軸プラス方向になるような２次元直交座標にすればよい。
【００２９】
位置座標データは被記録媒体３の２次元直交座標系の座標で表現することができ、（ｘ、ｙ）のように記述する。図４において、超音波受信部４と超音波受信部５との超音波を受信する位置の距離をｎ、超音波受信部４と超音波受信部６との超音波を受信する位置の距離をｍとすると、電子ペン１から発信された超音波を受信する位置は、超音波受信部４は（０，０）、超音波受信部５は（ｎ，０）、超音波受信部６は（０，ｍ）、超音波受信部７は（ｎ，ｍ）となるように設置する。この４つの超音波受信部の超音波を受信する位置に囲まれた領域（Ｘ軸は０〜ｎの範囲、Ｙ軸は０〜ｍの範囲）の内部に筆記領域を設定し、筆記者はこの筆記領域内で筆記を行うものとする。
【００３０】
ここで、超音波の超音波受信部４の到達時間と超音波受信部５の到達時間から、計算された位置座標データを（ｘＡＢ，ｙＡＢ）とする。同様に、超音波受信部５と超音波受信部７、超音波受信部６と超音波受信部７、超音波受信部４と超音波受信部６から計算された位置座標データを各々（ｘＢＤ，ｙＢＤ）、（ｘＣＤ，ｙＣＤ）、（ｘＡＣ，ｙＡＣ）とする。電子ペンが垂直の場合、これらの位置座標データには下記の数式４が成立する。
【００３１】
【数４】
2008090565.tif 000006
【００３２】
つまり、ペンが垂直の場合、４つの位置座標データは同じ座標を示す。また、逆に数式４の関係が成立するときは、ペンが垂直状態であるといえる。この関係はＸ座標、Ｙ座標に分けて考える事ができる。例えばＸ座標の値は数式４が成り立つが、Ｙ座標の値は数式４が成り立たない場合、少なくともペンはＸ軸方向には傾いていないといえる。
実際は、超音波の受信タイミングの僅かなばらつきや超音波発生素子の形のゆがみなどが原因で、同じ値にはならない。システムや構成部品によって、誤差量が変化するので、この誤差量を考慮して位置座標データの値を比較することにより、精度を高めることが出来る。
【００３３】
ペンが傾いた場合、数式４は成立しない。これは被記録媒体面に対して垂直方向から見たとき、電子ペンの超音波の発信の起点である超音波発生素子の表面の高さ方向の中央部は、ペンが垂直の場合は円形、傾いたときは楕円形になることが原因である。つまり、発信の起点の形状の差は電子ペンから発信された超音波の複数の超音波受信部への到達時間の差になって現われることを意味し、複数の位置座標データ間の差から、この楕円形の短軸の長さの変形量αを計算することができる。位置座標データは（ｘ，ｙ）と表現するのでαのＸ成分をαｘ、Ｙ成分をαｙとすると、αはＸ成分とＹ成分に分けて計算する事ができる。αを正確に計測するにはペンの全方位から計測するのが重要である。つまり、本実施の形態では、例えばＸ方向では、筆記位置の両側から計測する事がよく、超音波受信部が４つある中で、６種類の位置座標データの組合せから、ｘＡＣ―ｘＢＤの組合せが最も正確にαの値を計算する組合せになる。Ｙ方向でも同様にｙＡＢ−ｙＣＤと考えることができる。
本実施の形態の筆記領域と超音波受信部の位置関係では近似式として以下の数式５が成立する。正確には、受信部の位置関係、傾く方向により誤差が発生する。
【００３４】
【数５】
2008090565.tif 000007
【００３５】
次に補正の対象点を考える。ペンが傾いている場合、中心ｃの座標（ｘ０，ｙ０）は、数式６で求められる。
【００３６】
【数６】
2008090565.tif 000008
【００３７】
次に数式６で計算された補正対象点を補正するｅの計算を行う。数式２、数式３も同様にＸ成分とＹ成分に分けて考え、θ、ｅのそれぞれのＸ成分をθｘ、ｅｘまた、Ｙ成分をθｙ、ｅｙとする。このときθｘは、図４のＸ-Ｚ平面に示すようにペンのＸ軸マイナス方向からの角度とする（０°≦θｘ≦１８０°、ペンが垂直の時はθｘ＝９０°）。同様にθｙも図４のＹ-Ｚ平面に示すようにＹ軸マイナス方向からの角度とする（０°≦θｙ≦１８０°、ペンが垂直の時はθｙ＝９０°）と以下の式が成立する。
【００３８】
【数７】
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【００３９】
ここで、ペンの筆記使用時における筆記角度θは被記録媒体からの角度を指し０°〜９０°の範囲であり、ペンの傾いている方向は特定していない。しかし、Ｘ成分、Ｙ成分と分けて考えると、ペンが傾いている方向も特定しなくては計算ができなくなる。例えば、Ｘ軸方向にθ＝４５°傾いているときは、Ｘ成分で分けて考えると向きを特定していないので、θｘ＝４５°か、θｘ＝１３５°（１８０°−４５°）の区別ができないのである。ここで、三角関数の還元公式より、以下の数式８が成立する。
【００４０】
【数８】
2008090565.tif 000010
【００４１】
例えばＸ軸方向にθ＝４５°傾いているときは、Ｘ成分で考えるとθｘ＝４５°または、θｘ＝１３５°の２つが予測される。数式８からサインはθｘ＝４５°でもθｘ＝１３５°でも同じ値になる。また、コサインはθｘ＝４５°とθｘ＝１３５°は符号が違うことが解る。これを数式７に代入するとｅｘまたはｅｙの値は計算できるが、符号が特定できないという結果になる。つまり、符号の解らない補正量ｅｘ、ｅｙで（ｘ０、ｙ０）を補正するので、Ｘ座標２個、Ｙ座標２個の合計４個のペン先候補点として計算される。
【００４２】
４個のペン先候補点は、ペンの使用条件を設けることで、ペン先筆記部の接触位置を１点に特定する事ができる。使用条件とは、筆記者の利き手情報など、電子ペンを使用する際のペンの傾く方向を限定する条件を指し、例えば、筆記者が右利きであることを予め登録しておくことで、書き始めのペンの傾く方向はＸ軸マイナス方向にはならない、などを規定するものである。利き手の使用条件以外でも、例えば書き始めはＹ軸マイナス方向には傾かない、筆記中は書き始めと違う方向にペンが傾くこともある、などさまざまな条件が考えられる。この使用条件を決めることで、４点あるペン先候補点の位置座標データを１点に決める事ができるため、ペン先筆記部の接触位置と計算された位置座標データとの差を補正する事ができる。
【００４３】
以上のことから、補正対象点（ｘ０、ｙ０）をｅｘ、ｅｙで補正することで、ペンの筆記使用時における筆記角度によるペン先筆記部の接触位置の位置座標データを補正する事ができる。
【００４４】
本実施の形態では４つの超音波受信部の設置位置は長方形で行ったが、この配置に限定するものではない。理想的には長方形のように２次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸に平行に成るように各超音波受信部を設置することが好ましく、各受信部をつないだ線が軸からずれた直線になるほど、その方向に傾いたときの誤差が大きくなってしまう。また、超音波受信部の位置が、対称でないときは、傾く向きによって、検出精度が異なることがある。しかし、超音波受信部は、筆記者の手などによって電子ペンから発信された超音波を受信できなくなることがないよう配置されていればよく、検出精度、筆記領域の大きさ、筆記領域の位置なども含め、適宜決定すればよい。例えば、超音波受信部を、筆記者側の長さが短くなるような台形状に配置するなどしてもよい。
【００４５】
筆記領域は、超音波受信部に囲まれた領域内にあることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。数式５はＸ方向、Ｙ方向と分けて計算しているので、例えば、Ｙ方向のみ複数の超音波受信部に囲まれていれば、Ｙ方向のペンの筆記角度の補正ができる。一般的に使われているノートは横方向にしか罫線がなく、Ｙ方向だけペン角度の補正を要求され、図５のように超音波受信部を設置して筆記領域を設定すれば、Ｙ方向のペン角度の補正が出来るため、システム上問題なく使用できる。
【００４６】
超音波受信部が３つの場合、３つの計算された位置座標データを得ることができる。電子ペンが傾くと、これらの計算された位置座標データは、４つの超音波受信部の場合と比較して、変化が現われにくいが、３つの計算された位置座標データはそれぞれ異なる値となり、それらの差、及び使用条件から、電子ペンの筆記角度を推計することが可能である。また、超音波受信部が５つ以上ある場合でも、４つの場合と同様に補正することは可能である。  
【実施例】
【００４７】
以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。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。
以下の実施例においては、図１のように配置をした手書き筆跡入力システムを使用し、超音波受信部間の距離ｎ＝１２０ｍｍ、ｍ＝１００ｍｍとした。電子ペンの超音波素子の断面円形直径ｄ＝５ｍｍ、ペン先筆記部から超音波発生素子の中央部までの距離ｈ＝６．５ｍｍのものを使用する。このとき、図４のＸ−Ｙ平面図のようにペンの水平方向のＹ軸に対する回転角度をφとし、ペンの被記録媒体からの筆記角度をθとする。ペンの傾いている向きを決めるペンの使用条件は、利き手条件として右利き、書き出し位置ではＹ軸はマイナス方向に傾くことはない、また筆記中はペンの筆記角度が変わることがある、とした。本実施例において使用した手書き筆跡入力システムは、測定の結果、ジッタや受信機の解像度、温度変化による計測ズレなどが原因で、1ｍｍ程度の誤差が発生する事が分かった。
【００４８】
（実施例1）
ペン先筆記部の被記録媒体との接触位置を（５０，５０）の座標に固定して、φ＝１２０°とし、電子ペンの筆記角度をθ＝４５°、６０°、７５°、９０°と４種類設定して、各３秒間、電子ペンを静止した状態で計測をおこなった。まず、計算された位置座標データを数式５に代入する。次に数式５で得られたαｘ，αｙを数式７に代入する。次に得られたペンの筆記角度θｘ，θｙから、距離ｅｘ，ｅｙを計算し、補正後の位置座標データを算出した。各設定角度における、ペン先筆記部の真の位置、補正前の位置座標データ、補正後の位置座標データを表１に示す。例えば、ペンの筆記角度が４５°のとき補正前の位置座標データは、真の座標と比較して、Ｘ座標で４．１ｍｍの差があった。補正後の位置座標データでは、この差が０．５ｍｍまで真の位置に近づいたことが確認できた。
上記の補正を行ったあとの誤差は本システムにおいては、問題にならない程度であり、本システムは有効である事が確認できた。
【００４９】
【表１】
2008090565.tif 000011
【００５０】
（実施例２）
ペン先筆記部を（５０，５０）の座標値に固定したままφ＝４５°、θ＝６０°の角度にペンを置き、この角度からペンの垂直状態（φ＝０°、θ＝９０°）を通過しφ＝２２５°、θ＝６０°の角度まで約２秒間かけてペンの姿勢を変えた。この間、ペン先筆記部は被記録媒体上に固定されているものとする。このとき補正前の位置座標データを図６に示す。
ペンの筆記角度による補正がない場合は、最初の位置座標データは（４７．２１，５２．４７）と計算され、約２秒後の最後の位置座標データは（５２．０３，４８．３３）の値であり、約７ｍｍ程度の線上に位置座標データは分布した。これは距離ｈ＝６．５ｍｍなので、数式３より、ｅ＝３．２５ｍｍ、ペンは反対側まで傾いているので２ｅ＝６．５ｍｍと計算でき、ほぼ予想どおりの結果であった。次に本発明の筆記角度に関する補正後の結果を図７に示す。最初の位置座標データは（５０．３５，４９．６２）と計算され、約２秒後の最後の位置座標データは（５０．５８，５０．５７）の値であり、２〜３ｍｍ程度の円内に位置座標データは分布した。上記の結果より、ペンの姿勢が時間によって変わった場合でも有効である事が確認できた。
【００５１】
（実施例３）
ペンで筆記中の位置座標データに対する補正効果を検証する。筆記するときに手首を回しながら、（５０，５０）の位置から（１５０，５０）まで、約３秒間かけて、目測１００ｍｍの直線を引いた。Ｘ軸のマイナス方向からプラス方向まで、手首を回しながら筆記を行ったので、ペンの筆記角度は変動する。このときの位置座標データの補正を行う。
補正を行う前の書き始めの位置座標データと書き終わりの位置座標データの距離は９１．７ｍｍであり、実際に筆記した長さより約８．３ｍｍ短かった。手首を回しながらの筆記なので、実際の筆跡の長さよりも超音波発信素子の移動量が小さかったためと考えられる。ペンの筆記角度補正後の書き始めの位置座標データと書き終わりの位置座標データの距離は１００．３ｍｍとなり、実際に筆記した長さより、０．３ｍｍ長かった。補正前に比べて補正後の値の方が実際の筆跡の長さに近く、ペンで筆記中でも補正効果があることが確認された。
【００５２】
（比較例）
電子ペンの筆記角度を測るために、電子ペンの内部に超音波発生素子を２つ設けて超音波を発信し、受信機で計測された２つの超音波発信素子の位置座標データからペン先筆記部の位置座標データを計算する。このとき受信機は赤外線受信部を１つ、超音波受信部を２つ有し、2つの超音波受信部間の距離を１００ｍｍとして計測をおこなった。
上記の比較例のシステムを用いて、実施例１と同じテストを行った。その結果、実施例１と同等の結果を得る事ができ、筆記角度による補正効果は同程度であることが確認できた。しかし、システム全体として、実施例の電子ペンと比較例の電子ペンの連続使用可能時間を比較すると、実施例１では約９０時間程度連続使用できたが、比較例では５０時間しか連続使用できなかった。これは、１つの補正後の位置座標データを得るために実施例１では超音波を１回発信すればよいのに対して、比較例では超音波を２回発信する必要があることから、電子ペンの電力の消費量が大きくなったためである。よって、電子ペンの消費電力の面からも本発明は有効であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】手書き筆跡入力システムの一例を示す斜視図
【図２】電子ペンのブロック図
【図３】電子ペンの模式図
【図４】電子ペンの筆記角度θと水平方向の回転角度φの説明図
【図５】超音波受信部と筆記領域の関係図
【図６】実施例２における筆記角度補正前の位置座標データを示す図
【図７】実施例２における筆記角度補正後の位置座標データを示す図
【符号の説明】
【００５４】
１  電子ペン
２  受信機
３  被記録媒体
４、５、６、７  超音波受信部
８  通信インタフェース
９  コンピュータ
１０  ペン先筆記部
１１  スイッチ
１２  制御回路
１３  超音波発生素子
１４  赤外線発生素子
１５  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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