(57)【要約】【課題】超音波型座標入力装置に関し，ペンの状態に応じて赤外線や超音波の送信出力を制御し，消費電力の低減を可能にすることを目的とする。【解決手段】ペン１は，固定機２が赤外線ＬＥＤ２２により発信した赤外線パルスの間隔に応じた大きさの振幅で超音波を発信する。固定機２は，超音波センサ２１，２３によってペン１からの超音波を受信し，超音波の伝搬時間からペン１の座標を計算する。ペン１が固定機２から相対的に遠い位置にあるときには，発信する赤外線パルスの間隔を大きくし，近い位置にあるときには，発信する赤外線パルスの間隔を小さくする。また，ペン１の移動速度に応じて赤外線パルスを発信する周期を変え，ペン１の位置のサンプリング周期を制御する。【選択図】　　　　図１
2004102896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体から移動体へ，又は移動体から固定体へ超音波を伝送し，超音波の伝搬時間により固定体に対する移動体の位置を求める超音波型座標入力装置において，
超音波が伝送される方向とは逆向きに移動体から固定体へ，又は固定体から移動体へ，前記超音波とは別の信号を伝送する手段と，
移動体が特定状態であることを判定する手段と，
前記判定結果に基づいて前記超音波又は前記別の信号を変化させる制御手段とを備える
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【請求項２】
前記移動体が特定状態であることを判定する手段は，前記超音波又は前記別の信号が特定振幅状態であることを判定し，
前記制御手段は，前記超音波又は前記別の信号の振幅が相対的に小さくなる状態では，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に大きく制御し，前記超音波又は前記別の信号の振幅が相対的に大きくなる状態では，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に小さく制御する
ことを特徴とする請求項１記載の超音波型座標入力装置。
【請求項３】
前記超音波と逆向きに伝送される信号として赤外線または可視光を含む電磁波が用いられ，
前記電磁波は，超音波送信又は受信に同期して固定体と移動体との間で伝送され，かつ前記電磁波は，前記超音波又は前記別の信号の信号制御情報によって変調される
ことを特徴とする請求項１記載の超音波型座標入力装置。
【請求項４】
前記移動体が特定状態であることを判定する手段は，前記移動体が特定速度であることを判定し，
前記制御手段は，前記超音波又は前記別の信号を発信する周期を制御し，移動体の速度が相対的に小さいときには，前記周期を相対的に長く制御し，移動体の速度が相対的に大きいときには，前記周期を相対的に短く制御する
ことを特徴とする請求項１記載の超音波型座標入力装置。
【請求項５】
前記移動体が特定状態であることを判定する手段は，前記移動体が移動面を移動しているときのみ移動を有効とする相対移動モードと，移動体が移動面以外を移動しているときにも移動を有効とする絶対移動モードのいずれであるかを判定し，
前記制御手段は，前記超音波又は前記別の信号を発信する周期を制御し，相対移動モード時には，前記周期を相対的に長く制御し，絶対移動モード時には前記周期を相対的に短く制御する
ことを特徴とする請求項１記載の超音波型座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ペンで文字や図形を手書きした時の軌跡をコンピュータに入力するための座標入力装置であって，特にペンと固定機との距離，方向に応じて発生する超音波出力を可変にすることで消費電力を低減させることを可能にした超音波型座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータが普及しても，メモ書き等は手書きが簡便であり，特に，図形を含むようなメモ書きでは，手書きの入力が非常に便利である。このような手書きメモも，自分自身での整理や他人に配布するような場合には，電子化されていると便利である。そこで，タッチパネルを用いて，コンピュータに直接手書きメモを入力したり，取り敢えず紙に筆記しておき，後で紙をスキャナ等でコンピュータに取り込んだりする方法がある。
【０００３】
しかし，コンピュータの画面への手書き入力は，画面の解像度が低い，画面が見にくい，ペンの書き味が悪い等の理由で紙への筆記よりも劣る。一方，後でスキャナで取り込むのは煩雑である。そこで，座標入力できる電磁誘導方式のタブレット上に紙を置き，ボールペン芯の付いた紙筆記可能なタブレット用ペンで紙に筆記すると同時に，タブレット機能によりペン軌跡を電子入力する方法がある。しかし，タブレットは筆記面と同サイズ以上の大きさがあるため，机上で場所を取って不便であり，また，携帯することは困難である。そこで，超音波の伝搬時間を利用して，ペンと固定機とで手書き軌跡を入力する装置がいくつか提案されている（例えば，特許文献１，特許文献２参照。）。
【０００４】
これらの従来例では，ペンから超音波を発生し，机上あるいは台に固定した２個の超音波受信器まで超音波が伝搬する伝搬時間からペンと各受信器の距離を測定し，三角測量により，机上あるいは台に対するペン座標を求めるものである。さらに，ペンから超音波が発生した時の時間同期を取るために，ペンから赤外線を発生し，机上あるいは台に付けた赤外線受信器で赤外線を受けて同期を取っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２３６１７３号公報
【特許文献２】
特開２００２−６２９７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の超音波を発生するペンは，電池を内蔵し，ワイヤレスで使われるが，使用していると電池が消耗するため，電池交換が必要である。そのため，可能な限りペン消費電力を低減することが望ましい。ペンの電力は，赤外線送出時と超音波送出時に主に消費される。
【０００７】
ここで，赤外線や超音波の送信出力は，固定機とペンが最大離れた場合でも安定に信号が伝搬できるように出力される。そのため，固定機とペンが近いときには，不必要に出力が大きく，無駄な電力を消費するという問題があった。
【０００８】
本発明は，上記従来技術の問題点を解決し，ペンの状態に応じて赤外線や超音波の送信出力を制御し，消費電力の低減が可能な超音波型座標入力装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明は，　超音波あるいは赤外線等でペンと固定機間で双方向の信号を授受する手段と，ペンの距離や方向，ペンの移動速度等の特定状態を判定する手段と，これらの判定結果により超音波や赤外線の出力や送信周期を可変にできる手段とを有し，例えば，固定機とペンの距離が近くて超音波や赤外線の出力を下げることが可能な場合には，ペンあるいは固定機から発生する出力を下げるようにすることで，消費電力を低減できるようにしたものである。
【００１０】
すなわち，本発明は，固定体に対する移動体の位置を求める超音波型座標入力装置であって，固定体又は移動体から超音波を送信する超音波送信手段と，移動体又は固定体において超音波を受信する超音波受信手段と，固定体と移動体間の超音波の伝搬時間に基づいて固定体に対する移動体の位置を求める座標算出手段と，超音波の送信方向と逆方向に固定体又は移動体に対して別信号を送信する別信号送信手段と，移動体が特定状態であることを判定する特定状態判定手段と，前記判定結果に基づいて前記超音波又は別信号を変化させる制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
前記特定状態判定手段は，超音波又は別信号が特定振幅状態であることを判定し，前記制御手段は，超音波又は別信号の振幅が相対的に小さくなる状態では，超音波又は別信号の振幅を相対的に大きく制御し，超音波又は別信号の振幅が相対的に大きくなる状態では，超音波又は別信号の振幅を相対的に小さく制御する。
【００１２】
前記別信号送信手段が送信する別信号は，赤外線または可視光を含む電磁波であり，前記電磁波は，超音波送信又は受信に同期して固定体と移動体間で伝送され，超音波又は別信号の信号制御情報によって変調される。
【００１３】
また，前記特定状態判定手段は，固定体から移動体まで特定距離にあるかを基準に超音波又は別信号が特定振幅状態であるかを判定し，前記制御手段は，固定体から移動体までの距離が相対的に長い状態の場合には，超音波又は別信号の振幅を相対的に大きく制御し，距離が相対的に短い状態の場合には，超音波又は別信号の振幅を相対的に小さく制御するようにしてもよい。
【００１４】
前記制御手段による超音波又は別信号の振幅の制御は，前記超音波の発信に用いるコイルへ電流を流し始めてから遮断するまでの時間を制御する。
【００１５】
前記特定状態判定手段は，前記移動体が特定速度であることを判定し，前記制御手段は，前記超音波又は前記別の信号を発信する周期を制御し，移動体の速度が相対的に小さいときには，前記周期を相対的に長く制御し，移動体の速度が相対的に大きいときには，前記周期を相対的に短く制御するようにしてもよい。
【００１６】
また，前記特定状態判定手段は，前記移動体が移動面を移動しているときのみ移動を有効とする相対移動モードと，移動体が移動面以外を移動しているときにも移動を有効とする絶対移動モードのいずれであるかを判定し，前記制御手段は，前記超音波又は前記別の信号を発信する周期を制御し，相対移動モード時には，前記周期を相対的に長く制御し，絶対移動モード時には前記周期を相対的に短く制御するようにしてよい。
【００１７】
本発明を用いることにより，固定機と移動体間の距離や方向，または移動体の移動速度等に応じて超音波や赤外線の出力を制御し，消費電力を低減することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に，本発明の実施の形態について，図を用いて説明する。図１は，本発明の第１の実施の形態の概要を示す図である。図中，１は筆記面３に手書き文字を入力するためのペン，２はペン１との間の距離を算出し，ペン１から発信される超音波出力を制御する固定機，３はペン１により手書き文字が記入される筆記面である。また，固定機２における２１および２３はペン１から送信された超音波を検出する超音波センサ，２２は赤外線ＬＥＤである。
【００１９】
本発明の第１の実施の形態では，同期用の赤外線を固定機２の赤外線ＬＥＤ２２から発生し，距離測定用の超音波をペン１から発生し，固定機２に対するペン１の距離等の状態に応じて超音波の出力を可変にすべき制御信号を同期用赤外線に載せて固定機２からペン１に送る。また，ペン１の速度等に応じて，赤外線パルスを発信する周期，すなわちペン１の位置を計測するサンプリング周期を制御する。
【００２０】
図２（Ａ）は，本発明の第１の実施の形態におけるペン１の構成の一例を示す図である。図中，１１は電池，１２は駆動回路，１３はペン先１６が筆記面３と接触したことを検出するペンタッチスイッチ，１４は赤外線センサ，１５は円筒状の超音波発信器，１６はペン先である。
【００２１】
超音波発信器１５は，ポリフッ化ビニリデン製の円筒状の圧電フィルムからなる。円筒状にするのは，指向性を３６０度にすることで，ペン１が回転しても超音波が同じように発信して固定機２に届くようにするためである。赤外線センサ１４は，指向性１２０度のものを３個配置し，やはり，ペン１が回転しても固定機２からの赤外線が同じように受信できるようになっている。
【００２２】
図２（Ｂ）は，本発明の第１の実施の形態における固定機２の平面図であり，図２（Ｃ）は，固定機２の正面図である。上述したように，第１の実施の形態における固定機２は，ペン１から送信された超音波を検出する超音波センサ２１，２３，および赤外線ＬＥＤ２２を備えている。
【００２３】
図３は，本発明の第１の実施の形態におけるペン１の内部構成ブロック図である。図中，１２は駆動回路，１３はペンタッチスイッチ，１４は赤外線センサ，１５は超音波発信器，１２０は超音波駆動回路，１２１は入力アンプ，１２２はコンパレータ，１２３はＴ型フリップフロップ（以下，Ｔ−ＦＦと記す）である。
【００２４】
ペン１は，固定機２の赤外線ＬＥＤ２２から発信された赤外線を赤外線センサ１４で検出し，その検出信号を入力アンプ１２１で増幅し，コンパレータ１２２で予め定めた閾値と比較する。閾値との比較により赤外線パルスが検出される。検出された最初のパルスでＴ−ＦＦ１２３がセットされると，超音波駆動回路１２０において，トランジスタＴｒ１がＯＮになり，コイルＬ１に徐々に増加する電流が流れる。この電流は，コイルＬ１のインダクタンスＬ１　とコイルＬ１の抵抗分Ｒ１　（図示せず）とで決まる時定数で増加する。
【００２５】
ここで，次の赤外線パルスが来ると，Ｔ−ＦＦ１２３はＯＦＦになるので，トランジスタＴｒ１もＯＦＦになる。すると，コイルＬ１に流れていた電流はコンデンサＣ１で近似できる圧電フィルムに蓄積され，高電圧（逆起電圧）　がコンデンサＣ１にかかる。これによって，圧電フィルムが収縮・伸長し，超音波がペン１から３６０度方向に放射される。コンデンサＣ１にかかる電圧は，コイルＬ１のインダクタンスＬ１　とコンデンサＣ１の静電容量Ｃ１　とで決まる共振周波数で減衰振動するため，Ｌ１　とＣ１　とを圧電フィルムの共振周波数に合わせておけば，効率よく超音波が発生できる。ここでは，例えば約８０ｋＨｚに設定する。
【００２６】
図４（Ａ）は，出力が大きい時のペン駆動波形であり，図４（Ｂ）は，出力が小さい時のペン駆動波形である。圧電フィルムに加わる電圧は，遮断する直前のコイルＬ１に流れる電流で決まるため，電圧を上げて出力を上げる場合には，図４（Ａ）のペン駆動波形に示すように，２個の赤外線パルスの間隔を長くしてトランジスタＴｒ１をＯＮする時間Ｔｔを長くしてコイル電流を増やせばよい。逆に，出力を下げる場合には，図４（Ｂ）のペン駆動波形に示すように，赤外線パルス間隔を短くすればよい。
【００２７】
ペンタッチスイッチ１３は，駆動回路１２全体の電源をＯＮ／ＯＦＦする。これにより，ペンタッチされていない時には，電源が遮断されて，赤外線の受信あるいは超音波の発信は行われない。
【００２８】
図５は，本発明の第１の実施の形態における固定機２の内部構成ブロック図である。２０はコンピュータ，２１および２３はペン１から送信される超音波を測定する超音波センサ，２２はペン１に向けて赤外線を発光する赤外線ＬＥＤ，２０１はペン１の座標を計算する座標計算部，２０２はペン１の速度を計算する速度計算部，２０３は赤外線パルスを発信してペン１の位置をサンプリングする周期を生成する周期生成部，２０４は設定された動作モードに応じてカーソル位置を制御するカーソル制御部，２０５はペン１側のトランジスタＴｒ１のＯＮ時間Ｔｔを求めるＯＮ時間生成部，２１０および２１１は受信した超音波検出信号を増幅する入力アンプ，２１２および２１３は増幅した超音波検出信号を閾値と比較するコンパレータ，２１４および２１５は超音波が到達するまでの時間を測定するタイマ，２１６は求めた赤外線パルスを発信する周期が設定されるパルス周期タイマ，２１７は求めたペン１側のトランジスタＴｒ１のＯＮ時間Ｔｔに応じた時間が設定されるパルス間隔タイマ，２１８はＬＥＤ駆動回路である。
【００２９】
図６は，本発明の第１の実施の形態における固定機２の駆動波形を示す図である。２番目の赤外線パルスの立ち上がり時刻がペン１での超音波発生時刻となるため，この時刻でタイマ２１４とタイマ２１５をスタートさせ，超音波が到達するまでの時間Ｔ１とＴ２を測定する。超音波は，超音波センサ２１と超音波センサ２３とで受信され，入力アンプ２１０又は入力アンプ２１１で増幅された後，予め設定した閾値ｒｔ１，ｒｔ２と比較され，超音波の到達が検出される。超音波伝搬時間Ｔ１，Ｔ２は，タイマ２１４，２１５からコンピュータ２０内に取り込まれ，コンピュータ２０内のソフトウェアにより，以下に示す座標計算や特定状態の判定処理が行われる。
【００３０】
図７は，本発明の第１の実施の形態における固定機２で実行されるコンピュータ２０の処理フローを示す図である。まず，タイマ２１４，２１５からＴ１とＴ２を読み込み（ステップＳ１），Ｔ１とＴ２からペン１側のトランジスタＴｒ１のＯＮ時間Ｔｔを計算する（ステップＳ２）。超音波の振幅は近似的には距離に反比例するため，距離に比例した電圧をペン１側の圧電フィルムで発生すれば，ほぼ同程度の超音波振幅が固定機２で得られる。音速をｖ，ペン１から超音波センサ２１，２３までの距離を，それぞれＡ１，Ａ２とすると，
Ａ１＝ｖ・Ｔ１
Ａ２＝ｖ・Ｔ２
であるので，Ａ１とＡ２とで距離の長い方Ａｍに比例した電圧を発生させる。
【００３１】
図３に示すペン１の超音波駆動回路１２０では，図４に示すように時定数Ｌ１　／Ｒ１　で電流が増加し，
Ｉ＝ＩＳ　｛　１−ｅｘｐ（−Ｒ１　・ｔ／Ｌ１　）｝
となるため，この電流をＡｍに比例させるためには，比例定数をＫ１とすると
Ｋ１・Ａｍ＝ＩＳ　｛　１−ｅｘｐ（−Ｒ１　・ｔ／Ｌ１　）　｝
すなわち，ｔは，
ｔ　＝−（Ｌ１　／Ｒ１　）ｌｎ｛１−（Ｋ１／Ｉｓ　）Ａｍ｝
で決めればよい。なお，ＩＳ　は，ｔ　→∞のときの電流の大きさである。
【００３２】
例えば，時定数２００μｓ（０．０１Ｈ／５０Ω）で距離５００ｍｍのときに５００μｓのＯＮ時間を得るためには，図８（Ａ）の距離とＯＮ時間との関係を示す曲線に従って，ＯＮ時間を決定すればよい。ただし，実際には，例えば，図８（Ａ）の曲線上では，距離が２１５ｍｍ以下の場合，これ以上ＯＮ時間を減少させると振幅が小さくなり過ぎるため，ＯＮ時間は１００μｓよりも短くしないようにする。すなわち，図８（Ｂ）のような距離とＯＮ時間との関係を記録した表をコンピュータ２０に持ち，その表に従ってＯＮ時間を決めるようにする。
【００３３】
次に，Ｔ１とＴ２とから，ペン座標（ｘ，ｙ）を計算する（ステップＳ３）。受信器間距離をｗとし，Ｒ１を原点とし，Ｒ２を（ｗ，０）となる座標系をとると，ペン１の座標（ｘ，ｙ）は，
ｘ２　＋ｙ２　＝Ａ１２　
（ｘ−ｗ）２　＋ｙ２　＝Ａ２２　
であるから，ｘ，ｙについて解けば，
ｘ＝（Ａ１２　−Ａ２２　＋ｗ２　）／２ｗ
ｙ＝−（Ａ１２　−ｘ２　）１／２　
として，ペン座標が求まる。
【００３４】
次に，前回求めたペン座標との距離を計算し，ペン速度を計算する（ステップＳ４）。そして，ペン座標に基づいて，コンピュータ画面でのペン位置であるカーソル位置を生成する（ステップＳ５）。通常，カーソルは，ペンから求まる座標位置（ｘ，ｙ）に座標変換した位置に動かすが，カーソル移動には特定の動作モードを設けてもよい。例えば，通常のマウスのように，ペン１を降ろして動かした時のみカーソルを移動させ，空中での移動は無視するようにしてもよい。これは，ペン１をマウス的に使用する方法で相対移動モードと呼ぶ。通常は絶対移動モードである。
【００３５】
次に，動作モードとペン速度からサンプリング周期ＴＳ　を生成する（ステップＳ６）。相対移動モードでは，ペン１をマウス代わりにしてカーソルを移動させることが目的であるため，細かい動きに追従する必要はない。そこで，相対移動モードの時には，ペン１の消費電力を下げるためにサンプリング周期ＴＳ　を長くし，絶対移動モードの時には，サンプリング周期ＴＳ　を短くする。さらに，絶対移動モードであっても，ペン１の速度が一定値以下の場合には，ペン１はほぼ静止していると考えられる。その場合には，サンプリング周期ＴＳ　を長くして，ペン１の消費電力を低減させることが有効である。逆に，ペン１の速度が大きい時には，サンプリング周期ＴＳ　を短くして，細かいペン１の動きに追従できるようにする。
【００３６】
例えば，ペン速度とサンプリング周期との関係を示す図９の表のように，相対移動モードの時と絶対移動モードで速度が０ｍｍ／ｓ以上１ｍｍ／ｓ未満の時は，サンプリング周期ＴＳ　を３０ｍｓとし，速度が１ｍｍ／ｓ以上１０ｍｍ／ｓ未満の時は，サンプリング周期ＴＳ　を２０ｍｓとし，速度が１０ｍｍ／ｓ以上の時は，サンプリング周期ＴＳ　を１０ｍｓとする。
【００３７】
求まったＯＮ時間Ｔｔは，パルス間隔タイマ２１７に設定され，サンプリング周期ＴＳ　は，パルス周期タイマ２１６に設定され（ステップＳ７），赤外線ＬＥＤ２２の駆動により，設定されたＴｔとＴＳ　に応じた赤外線パルスが発光する（ステップＳ８）。
【００３８】
以上により，本発明の第１の実施の形態では，ペン１と固定機２との距離により２個の赤外線パルスのパルス間隔（トランジスタＴｒ１のＯＮ時間）Ｔｔを制御することによって，ペン１で発生させる超音波振幅を変化させ，また，ペン１の移動速度及び動作モードに応じてサンプリング周期（１組（２個）の赤外線パルスを発生させる周期）ＴＳ　を変化させることにより，必要最小限の超音波を発生できるようにする。
【００３９】
なお，本発明において，２個の赤外線パルスのパルス間隔を変化させて，固定機２からペン１に超音波振幅を制御しているが，赤外線の変化方法はこれに限定するものではない。赤外線のパルス幅を変化させたり，パルスをコード化する方法でもよい。
【００４０】
また，本発明において，超音波振幅は，固定機２の超音波センサ２１および超音波センサ２３の指向性に応じて変化させてもよく，例えば，ペン１が正面で指向性が強い位置にある時には，超音波振幅を小さくし，ペン１が斜め位置で指向性が弱い位置にある時には，超音波振幅を大きくしてもよい。また，ペン１に２箇所の超音波発信器を付け，交互に発信器の位置を計測するようにすると，ペン傾きを求めることが可能であるが，この場合には，ペン１が垂直に近く，固定機２に対して指向性が強い場合には，超音波振幅を小さくし，ペン１の傾きが大きく，指向性が弱い場合には，超音波振幅を大きくしてもよい。
【００４１】
さらに，上述した本発明の第１の実施の形態では，ペン１の消費電力のみを考慮して固定機２から発光する赤外線出力は固定としているが，本発明において，例えば固定機２も電池駆動する場合には，固定機２の消費電力も下げたほうが望ましい。そこで，ペン１が近くにある時に固定機２から発光する赤外線の出力を小さくし，ペン１が遠くにある時に赤外線の出力を大きくしてもよい。
【００４２】
図１０は，本発明の第２の実施の形態の概要を示す図である。４は筆記面３に手書き文字を入力するためのペン，５はペン４との間の距離を算出し，ペン４から発信される超音波出力を制御する固定機，５１および５３はペン４に超音波を送信する固定機５の超音波発信器，５２はペン４から送信される赤外線を検出する赤外線センサである。
【００４３】
本発明の第２の実施の形態では，距離測定用の超音波を固定機５から発生し，到達検出用の赤外線をペン４から発生し，ペン４と固定機５間の距離等の状態に応じて超音波出力を変化させる。
【００４４】
図１１（Ａ）は，本発明の第２の実施の形態におけるペン４の構成の一例を示す図である。４１は電池，４２は駆動回路，４３はペン先４６が筆記面３と接触したことを検出するペンタッチスイッチ，４４は赤外線ＬＥＤ，４５は固定機５から受信した超音波を検出する超音波センサ，４６はペン先である。
【００４５】
図１１（Ｂ）は，本発明の第２の実施の形態における固定機５の平面図であり，図１１（Ｃ）は，固定機５の正面図である。上述したように，第２の実施の形態における固定機５は，ペン４に対して超音波を送信する超音波発信器５１，超音波発信器５３および赤外線センサ５２を備えている。
【００４６】
図１２は，本発明の第２の実施の形態におけるペン４の内部構成ブロック図である。４２は駆動回路，４３はペンタッチスイッチ，４４は赤外線ＬＥＤ，４５は超音波センサ，４２０はＬＥＤ駆動回路，４２１は入力アンプ，４２２はコンパレータである。
【００４７】
第２の実施の形態では，ペンタッチスイッチ４３が入ると，駆動回路４２の電源がＯＮとなり，超音波が受信できるようになる。ペン４は，固定機５の超音波発信器５１および５３から発信された超音波を超音波センサ４５で検出し，その検出信号を入力アンプ４２１で増幅し，コンパレータ４２２で予め定めた閾値と比較し，閾値を越える場合にはＬＥＤ駆動回路４２０により赤外線ＬＥＤ４４を駆動させる。赤外線ＬＥＤ４４の駆動により赤外線が発光し，固定機５に送信される。
【００４８】
図１３は，本発明の第２の実施の形態における固定機５の内部構成ブロック図である。５０はコンピュータ，５１および５３はペン４に超音波を送信する超音波発信器，５２はペン４から受信した赤外線を検出する赤外線センサ，５０１はペン４の座標を計算する座標計算部，５０２はペン４の速度を計算する速度計算部，５０３は超音波パルスを発信してペン４の位置をサンプリングする周期を生成する周期生成部，５０４は設定された動作モードに応じてカーソル位置を制御するカーソル制御部，５０５は超音波駆動回路５１４のトランジスタのＯＮ時間を求めるＯＮ時間生成部，５１０はペン４から受信した赤外線の検出信号を増幅する入力アンプ，５１１は増幅した赤外線の検出信号を閾値と比較するコンパレータ，５１２は超音波をペン４側に発信してから赤外線が固定機５に返信されるまでの時間を測定するタイマ，５１３は周期生成部５０３において求めた超音波パルスを発信するパルス周期が設定されるパルス周期タイマ，５１４は超音波駆動回路である。
【００４９】
図１４は，本発明の第２の実施の形態における固定機５で実行されるコンピュータ５０の処理フローを示す図である。まず，超音波発信器５１を駆動し，ペン４に対して超音波を送信するとともに，タイマ５１２をスタートさせる（ステップＳ１１）。ペン４では，ペンタッチスイッチ４３がＯＮになっている時には，超音波を受信すると赤外線が発光する。固定機５の赤外線センサ５２の出力を入力アンプ５１０が増幅し，その赤外線の検出信号がコンパレータ５１１において所定の閾値を超える場合には，タイマ５１２をストップする。この時のタイマ値Ｔ１をコンピュータ５０が読み込む（ステップＳ１２）。同様に，もう一つの超音波発信器５３を駆動し（ステップＳ１３），タイマ５１２のタイマ値Ｔ２をコンピュータ５０が読み込む（ステップＳ１４）。
【００５０】
次に，タイマ値Ｔ１とＴ２とから超音波駆動回路５１４のトランジスタのＯＮ時間Ｔｔを計算するとともに（ステップＳ１５），ペン座標（ｘ，ｙ）を計算する（ステップＳ１６）。そして，前回求めたペン座標との距離を計算し，ペン速度を計算し（ステップＳ１７）。算出したペン座標（ｘ，ｙ）から動作モードに従ってカーソル位置を生成する（ステップＳ１８）。
【００５１】
次に，動作モードとペン速度からサンプリング周期ＴＳ　を生成する（ステップＳ１９）。求まったサンプリング周期ＴＳ　は，パルス周期タイマ５１３に設定され，ＯＮ時間Ｔｔは，超音波駆動回路５１４に設定される（ステップＳ２０）。そして，ステップＳ１１に戻って，超音波駆動回路５１４が駆動し，設定されたＴｔとＴＳ　に応じた超音波が生成され，ペン４に送信される。
【００５２】
図１５は，本発明の第３の実施の形態の概要を示す図である。６は筆記面３に手書き文字を入力するためのペン，７はペン６との間の距離を算出し，ペン６から発信される超音波出力を制御する固定機，７１および７４はペン６から送信された超音波を検出する固定機７の超音波センサ，７２はペン６に対して赤外線を送信する赤外線ＬＥＤ，７３はペン６から送信された赤外線を検出する赤外線センサである。
【００５３】
本発明の第３の実施の形態では，ペン６から同期用の赤外線と距離測定用の超音波を発信する。それだけでは，固定機７の内部で求まる距離情報等をペン６に伝えられないため，同期用の赤外線とは別に，情報伝送用の赤外線を設け，固定機７からペン６に赤外線によって，超音波出力やサンプリング周期を可変にすべきデータを送っている。
【００５４】
図１６（Ａ）は，本発明の第３の実施の形態におけるペン６の構成の一例を示す図である。６１は電池，６２は駆動回路，６３はペンタッチスイッチ，６４は赤外線センサ，６５は赤外線ＬＥＤ，６６は超音波発信器，６７はペン先である。
【００５５】
図１６（Ｂ）は，本発明の第３の実施の形態における固定機７の平面図であり，図１６（Ｃ）は，固定機７の正面図である。上述したように，第３の実施の形態における固定機７は，ペン６から送信された超音波を検出する超音波センサ７１および７４，ペン６に対して赤外線を送信する赤外線ＬＥＤ７２，ペン６から送信された赤外線を検出する赤外線センサ７３を備える。
【００５６】
図１７は，本発明の第３の実施の形態におけるペン６の内部構成ブロック図である。６２は駆動回路，６３はペンタッチスイッチ，６４は赤外線センサ，６５は赤外線ＬＥＤ，６６は超音波発信器，６２０は超音波駆動回路，６２１はＬＥＤ駆動回路，６２２は入力アンプ，６２３はコンパレータ，６２４はパルスデータレジスタ，６２５はタイマである。
【００５７】
第３の実施の形態では，ペンタッチスイッチ６３が入ると，駆動回路６２の電源がＯＮとなり，赤外線が受信できるようになる。ペン６は，固定機７が発信した赤外線を赤外線センサ６４で検出し，その検出信号を入力アンプ６２２で増幅し，コンパレータ６２３で予め定めた閾値と比較し，閾値を越える場合には，受信した赤外線によるサンプリング周期ＴＳ　や超音波駆動回路６２０のトランジスタのＯＮ時間Ｔｔの情報をパルスデータレジスタ６２４に格納し，タイマ６２５にサンプリング周期ＴＳ　の値を設定するとともに，超音波駆動回路６２０にＴｔの値を設定する。そして，ＬＥＤ駆動回路６２１および超音波駆動回路６２０において，それぞれＴＳ　およびＴｔに応じた赤外線パルスおよび超音波パルスが生成され，赤外線ＬＥＤ６５から赤外線が発信され，超音波発信器６６から超音波が発信される。
【００５８】
図１８は，本発明の第３の実施の形態における固定機７の内部構成ブロック図である。７０はコンピュータ，７１および７４はペン６から受信した超音波を検出する超音波センサ，７２はペン６に対して赤外線を送信する赤外線ＬＥＤ，７３はペン６から送信された赤外線を検出する赤外線センサ，７０１はペン６の座標を計算する座標計算部，７０２はペン６の速度を計算する速度計算部，７０３は赤外線パルスを発信するパルス周期を生成する周期生成部，７０４は設定された動作モードに応じてカーソル位置を制御するカーソル制御部，７０５はペン６側の超音波駆動回路６２０のトランジスタのＯＮ時間Ｔｔを求めるＯＮ時間生成部である。
【００５９】
７１０，７１１，７１２はペン６から受信した超音波検出信号と赤外線検出信号を増幅する入力アンプ，７１３，７１４，７１５は増幅した超音波検出信号と赤外線検出信号を閾値と比較するコンパレータ，７１６および７１７は赤外線到達から超音波到達までの時間を測定するタイマ，７１８は周期生成部７０３で生成されたサンプリング周期ＴＳ　およびＯＮ時間生成部７０５で生成されたＯＮ時間Ｔｔが格納されるパルスデータレジスタ，７１９はＬＥＤ駆動回路である。
【００６０】
本発明の第３の実施の形態では，タイマ７１６とタイマ７１７をペン６から受信した赤外線の到達を契機としてスタートさせ，超音波到達を契機としてストップさせる。そして，上述した第１の実施の形態と同様にタイマ値Ｔ１，Ｔ２から，サンプリング周期ＴＳ　とトランジスタのＯＮ時間Ｔｔがコンピュータ７０内の周期生成部７０３およびＯＮ時間生成部７０５において計算され，パルスデータレジスタ７１８に設定される。このデータはシリアル／パラレル変換されて，赤外線ＬＥＤ７２から赤外線のＯＮ・ＯＦＦ情報としてペン６に送信される。
【００６１】
図１９は，本発明の第３の実施の形態における固定機６で実行されるコンピュータ７０の処理フローを示す図である。まず，タイマ７１６，７１７からＴ１とＴ２を読み込み（ステップＳ３１），Ｔ１とＴ２からペン６側のトランジスタのＯＮ時間Ｔｔを計算する（ステップＳ３２）。次に，算出したＴ１とＴ２から，ペン座標（ｘ，ｙ）を計算する（ステップＳ３３）。次に，前回のペン座標との距離を計算し，ペン速度を求める（ステップＳ３４）。そして，算出した座標に基づいて，コンピュータ画面でのペン位置であるカーソル位置を生成する（ステップＳ３５）。次に，動作モードとペン速度からサンプリング周期ＴＳ　を生成する（ステップＳ３６）。求まったサンプリング周期ＴＳ　およびＯＮ時間Ｔｔは，パルスデータレジスタ７１８に格納され（ステップＳ３７），赤外線ＬＥＤ７２の駆動により，設定されたＴｔとＴＳ　に応じた赤外線パルスを出力する（ステップＳ３８）。
【００６２】
以上から把握できるように，本発明の実施形態の特徴を述べると，以下のようである。
【００６３】
（付記１）　固定体から移動体へ，又は移動体から固定体へ超音波を伝送し，超音波の伝搬時間により固定体に対する移動体の位置を求める超音波型座標入力装置において，
超音波が伝送される方向とは逆向きに移動体から固定体へ，又は固定体から移動体へ，前記超音波とは別の信号を伝送する手段と，
移動体が特定状態であることを判定する手段と，
前記判定結果に基づいて前記超音波又は前記別の信号を変化させる制御手段とを備える
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【００６４】
（付記２）　前記移動体が特定状態であることを判定する手段は，前記超音波又は前記別の信号が特定振幅状態であることを判定し，
前記制御手段は，前記超音波又は前記別の信号の振幅が相対的に小さくなる状態では，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に大きく制御し，前記超音波又は前記別の信号の振幅が相対的に大きくなる状態では，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に小さく制御する
ことを特徴とする付記１記載の超音波型座標入力装置。
【００６５】
（付記３）　　前記超音波又は前記別の信号が特定振幅にある状態として，固定体から移動体まで特定距離にあることとし，
前記制御手段は，固定体から移動体までの距離が相対的に長い状態では，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に大きく制御し，距離が相対的に短い状態では，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に小さく制御する
ことを特徴とする付記２記載の超音波型座標入力装置。
【００６６】
（付記４）　　前記超音波又は前記別の信号が特定振幅にある状態として，移動体が固定体の２個又はそれ以上の超音波トランスデューサを含む面内で特定方向にあることとし，
前記制御手段は，移動体の位置が固定体に対して前記超音波又は前記別の信号の指向性が相対的に低い状態にある場合には，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に大きく制御し，移動体の位置が固定体に対して前記超音波又は前記別の信号の指向性が相対的に高い状態にある場合には，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に小さく制御する
ことを特徴とする付記２記載の超音波型座標入力装置。
【００６７】
（付記５）　前記超音波又は前記別の信号が特定振幅にある状態として，移動体が特定傾きであることとし，
前記制御手段は，移動体の傾きにより固定体に対する前記超音波又は前記別の信号の向きが指向性の相対的に低い状態にあるときには，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に大きく制御し，移動体の傾きにより固定体に対する前記超音波又は前記別の信号の向きが指向性の相対的に高い状態にあるときには，前記超音波又は前記別の信号の振幅を相対的に小さく制御する
ことを特徴とする付記２記載の超音波型座標入力装置。
【００６８】
（付記６）　前記制御手段による前記超音波又は前記別の信号の振幅の制御は，前記超音波の発信に用いるコイルへ電流を流し始めてから遮断するまでの時間を制御する
ことを特徴とする付記２記載の超音波型座標入力装置。
【００６９】
（付記７）　　前記超音波と逆向きに伝送される信号として赤外線または可視光を含む電磁波が用いられ，
前記電磁波は，超音波送信又は受信に同期して固定体と移動体との間で伝送され，かつ前記電磁波は，前記超音波又は前記別の信号の信号制御情報によって変調される
ことを特徴とする付記１記載の超音波型座標入力装置。
【００７０】
（付記８）　前記移動体が特定状態であることを判定する手段は，前記移動体が特定速度であるかを判定し，
前記制御手段は，前記超音波又は前記別の信号を発信する周期を制御し，移動体の速度が相対的に小さいときには，前記周期を相対的に長く制御し，移動体の速度が相対的に大きいときには，前記周期を相対的に短く制御する
ことを特徴とする付記１記載の超音波型座標入力装置。
【００７１】
（付記９）　　前記移動体が特定状態であることを判定する手段は，前記移動体が移動面を移動しているときのみ移動を有効とする相対移動モードと，移動体が移動面以外を移動しているときにも移動を有効とする絶対移動モードのいずれであるかを判定し，
前記制御手段は，前記超音波又は前記別の信号を発信する周期を制御し，相対移動モード時には，前記周期を相対的に長く制御し，絶対移動モード時には前記周期を相対的に短く制御する
ことを特徴とする付記１記載の超音波型座標入力装置。
【００７２】
【発明の効果】
本発明を用いることにより，　ペンの距離，方向，移動速度等の状態に応じて超音波や赤外線の出力を変化させることが可能となるため，ペン又は固定機において，不要な超音波等の出力を防ぐことができる。従って，ペン又は固定機における電力消費が低減され，電池駆動の場合には電池の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の概要を示す図である。
【図２】第１の実施の形態におけるペンおよび固定機の構成の一例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態におけるペンの内部構成ブロック図である。
【図４】第１の実施の形態におけるペン駆動波形を示す図である。
【図５】第１の実施の形態における固定機の内部構成ブロック図である。
【図６】第１の実施の形態における固定機の駆動波形を示す図である。
【図７】第１の実施の形態における固定機で実行されるコンピュータの処理フローを示す図である。
【図８】距離とＯＮ時間との関係を示す図である。
【図９】ペン速度とサンプリング周期との関係を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態の概要を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態におけるペンおよび固定機の構成の一例を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態におけるペンの内部構成ブロック図である。
【図１３】第２の実施の形態における固定機の内部構成ブロック図である。
【図１４】第２の実施の形態における固定機で実行されるコンピュータの処理フローを示す図である。
【図１５】第３の実施の形態の概要を示す図である。
【図１６】第３の実施の形態におけるペンおよび固定機の構成の一例を示す図である。
【図１７】第３の実施の形態におけるペンの内部構成ブロック図である。
【図１８】第３の実施の形態における固定機の内部構成ブロック図である。
【図１９】第３の実施の形態における固定機で実行されるコンピュータの処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１，４，６　　ペン
２，５，７　　固定機
３　　筆記面
１１，４１，６１　　電池
１２，４２，６２　　駆動回路
１３，４３，６３　　ペンタッチスイッチ
１４，５２，６４，７３　　赤外線センサ
１５，５１，５３，６６　　超音波発信器
１６，４６，６７　　ペン先
２０，５０，７０　　コンピュータ
２１，２３，４５，７１，７４　　超音波センサ
２２，４４，６５，７２　　赤外線ＬＥＤ
１２０，５１４，６２０　　超音波駆動回路
１２１，２１０，２１１，４２１，５１０，６２２，７１０，７１１，７１２入力アンプ
１２２，２１２，２１３，４２２，５１１，６２３，７１３，７１４，７１５コンパレータ
１２３　　Ｔ型フリップフロップ（Ｔ−ＦＦ）
２０１，５０１，７０１　　座標計算部
２０２，５０２，７０２　　速度計算部
２０３，５０３，７０３　　周期生成部
２０４，５０４，７０４　　カーソル制御部
２０５，５０５，７０５　　ＯＮ時間生成部
２１４，２１５，６２５，７１６，７１７　　タイマ
２１６，５１３　　パルス周期タイマ
２１７　　パルス間隔タイマ
２１８，４２０，６２１，７１９　　ＬＥＤ駆動回路
５１２　　タイマ
６２４，７１８　　パルスデータレジスタ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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