(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ペンと固定機での消費電力の低減を図ることを目的とする。【解決手段】ペン１は，ペン１内部のマイコンを用いてペン１の状態を判断し，状態変化がある場合のみペン１の状態に応じて複数個の赤外線パルスの間隔を変えて送信すると同時に超音波信号を固定機２に送信し，状態変化がない場合には１個のパルスからなる赤外線同期信号を固定機２に送信する。固定機２は，ペン１から送信される赤外線信号に基づいてペン１の状態を検出し，ペン１がペンアップでボタンが押されていない状態の場合には，固定機２の超音波受信部の電源を遮断する。【選択図】        図１
2004302761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体と固定体とを有し，前記移動体から前記固定体へ電磁波を送信し，また前記移動体と前記固定体との間で超音波を送受信することにより，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める超音波型座標入力装置であって，
前記移動体は，
移動体の状態を検出する手段と，
前記検出された移動体の状態に基づいて，前記電磁波を変調し，変調した電磁波信号を出力する手段とを備え，
前記変調した電磁波信号を出力する手段は，前記移動体の状態が変化しない時には，複数種類の信号パターンの中で最小電力となる電磁波信号を出力する
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波型座標入力装置において，
前記電磁波は，赤外線であり，
前記電磁波を変調する手段は，複数の赤外線パルスの間隔を前記移動体の状態に応じて変化させ，
前記最小電力となる電磁波信号は，１個の赤外線パルス信号である
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波型座標入力装置において，
前記移動体が備える変調した電磁波信号を出力する手段は，特定時間間隔で電磁波信号を出力し，
前記固定体は，
前記移動体が出力する電磁波信号の特定時間間隔に相当する時間間隔を発生する手段と，
前記移動体が電磁波信号を出力する可能性のある時刻の特定時間前から特定時間の間のみ前記移動体が出力した電磁波信号を受信する手段とを備える
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【請求項４】
移動体と固定体とを有し，前記移動体と前記固定体との間で電磁波を送受信するとともに超音波を送受信することにより，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める超音波型座標入力装置であって，
前記固定体は，
前記移動体の状態を検出する手段と，
前記検出された移動体の状態に基づいて，前記固定体の超音波受信回路または超音波送信回路の電源を遮断，あるいは電磁波受信回路または電磁波送信回路の電源を遮断することにより前記固定体の消費電力を低減する手段を備える
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【請求項５】
移動体と固定体とを有し，前記移動体と前記固定体との間で電磁波を送受信するとともに超音波を送受信することにより，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める超音波型座標入力装置であって，
前記移動体または固定体の一方は，特定時間間隔で超音波または電磁波を送信する手段を備え，
前記移動体または固定体の他方は，前記送信された電磁波または超音波受信後の前記特定時間間隔の残り時間について電磁波または超音波の受信回路の電源を遮断することにより消費電力を低減する手段を備える
ことを特徴とする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，ペンで紙等に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に関し，特に，簡単な回路構成でペンと固定機での消費電力を低減することができる超音波型座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペンから超音波と赤外線等の電磁波を発信し，筆記面に赤外線センサと２個以上の超音波センサを固定配置し，赤外線受信から超音波受信までの時間，すなわち，超音波が空間を伝搬する時間からペンと超音波センサ間の距離計測を行い，２個以上の超音波センサにより三角測量の原理によって筆記面でのペンの２次元座標を求める技術が，以下の特許文献１，特許文献２，特許文献３，特許文献４に示されている。
【０００３】
特許文献１に記載されている入力装置では，ペンにユーザボタンが付いており，ボタンの情報によって同期用の赤外線を変調し，受信側に送信している。特許文献２に記載の入力装置では，複数のペンがある時に，ペンごとのＩＤ情報を赤外線に載せて受信側に送信している。同様に，特許文献３に記載の入力装置でも，複数の色のペンがあり，色情報を赤外線に載せて送信している。
【０００４】
一方，特許文献４には，ペンダウンした直後やそれから一定時間経過時のみ赤外線パルスを発生して距離を測定し，それ以外の時は，赤外線パルスを発生する代わりに，前回の超音波受信から次の超音波受信までの時間を測定し，内部で生成したサンプリング周期，あるいは，複数の超音波や赤外線パルス間隔をもとに生成したサンプリング周期と差を取ることで，距離変化分を計算し，赤外線がある時に求めた距離に距離変化分を加えることで，赤外線がなくても距離を求める技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第４，８１４，５５２号明細書
【特許文献２】
特開平３−７１３２１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１６３０７０号公報
【特許文献４】
特開２００１−２３６１７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ペンは，電池により駆動されるため，電池寿命を延ばすためには，ペンで消費する電力を低減する必要があるが，上記特許文献１，特許文献２，特許文献３に記載された技術では，常にペンの情報で赤外線を変調しているため，赤外線発生の消費電力が大きく，電池寿命が短いという問題がある。
【０００７】
また，上記特許文献４に記載された方式では，赤外線パルスはペンダウンした直後やそれから一定時間経過時のみしか必要ないので，ペンで消費する電力を低減することができるが，毎回，赤外線で同期を取らないために，ペン側と固定機側とでタイムベースがずれていると，その誤差が蓄積して増大してしまうという問題がある。
【０００８】
そのために，精度の高いタイムベースを使用するとコストアップになる。また，複数の超音波や赤外線パルス間隔をもとにサンプリング周期を生成すると，パルス間隔測定用タイマや乗算器が必要になって構成が複雑になり，コストアップになる。
【０００９】
一方，受信側は，固定されてコンピュータに接続される場合には，コンピュータ，あるいは，その周辺から電源を供給できるため，消費電力はあまり問題にならない。これに対し，受信側に座標格納用のメモリを持ち，そばにコンピュータがなくても使えるようになっていると，いろいろな場所で使用できるために便利である。しかし，そのためには受信側も電池駆動する必要があり，その場合には，受信側も消費電力を下げる必要がある。しかしながら，上記各特許文献に記載された技術は，受信側での省電力については何ら考慮されておらず，そのまま電池駆動に使用すると，電池寿命が短くなってしまうという問題が発生する。
【００１０】
本発明は，上記従来技術の問題点を解決し，ペンで紙等に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際に，ペンと固定機での消費電力を低減すること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。
【００１１】
【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，ペンから発生する赤外線にペンの状態を示す信号を載せる場合に，状態が変化した時のみ赤外線を変調し，それ以外は，同期に必要な最低限の赤外線を送信するように構成する。これにより，ペンで消費する電力を低減させる。
【００１２】
さらに，同期に必要な最低限の赤外線信号のままでは，外部で同じような赤外線ノイズが発生すると，誤動作を起こす可能性がある。そこで，本発明は，ペンから発生する同期信号に合わせて，受信側で同期信号の時間誤差内でのみ同期信号を検出するように構成する。これにより，その時間以外に発生したノイズで誤って同期がかかってしまう問題を低減することができる。
【００１３】
また，本発明は，受信側においてペンの状態を監視し，ペンタッチしていない状態，すなわち，座標入力していない状態の場合には，超音波受信部への電源供給を停止したり，座標演算用のコンピュータを停止することで，低消費電力状態にする。
【００１４】
また，赤外線や超音波の受信はサンプリング周期ごとに行われるが，その周期内で赤外線や超音波の受信を行えば，次のサンプリング周期までは超音波や赤外線は来ない。そこで，本発明は，赤外線や超音波受信後にこれらの受信回路の電源供給を停止するように構成する。この構成をとることにより，より一層，低消費電力にすることができる。
【００１５】
すなわち，本発明は，超音波を送信または受信し，電磁波を送信する移動体と，超音波を受信または送信し電磁波を受信する固定体と，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める手段とから構成される超音波型座標入力装置であって，前記移動体は，移動体の状態を検出する手段と，前記検出された移動体の状態に基づいて，前記電磁波を変調し，変調した電磁波信号を出力する手段とを備え，前記変調した電磁波信号を出力する手段は，前記移動体の状態が変化しない時には，最小電力となるような電磁波信号を出力することを特徴とする。
【００１６】
また，本発明は，前記超音波型座標入力装置において，前記電磁波として赤外線を用い，前記電磁波を変調する手段は，複数の赤外線パルスの間隔を変化させ，前記最小電力となる電磁波信号は，１個の赤外線パルス信号であることを特徴とする。これにより，移動体の状態に基づいて移動体における消費電力を低減することができる。
【００１７】
また，本発明は，前記超音波型座標入力装置において，前記移動体が備える変調した電磁波信号を出力する手段は，特定時間間隔で電磁波信号を出力し，前記固定体は，前記移動体が出力する電磁波信号の特定時間間隔と同等の時間間隔を発生する手段と，前記移動体が電磁波信号を出力する可能性のある時刻の特定時間前から特定時間の間のみ前記移動体が出力した電磁波信号を受信する手段とを備えることを特徴とする。これにより，消費電力の低減が可能になるとともに，移動体から発生する同期信号としての電磁波信号の時間誤差範囲内でのみ電磁波信号を検出することができるため，外部で発生するノイズによる誤動作を防止することができる。
【００１８】
また，本発明は，超音波を送信または受信し，電磁波を送信または受信する移動体と，超音波を受信または送信し電磁波を受信または送信する固定体と，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める手段とから構成される超音波型座標入力装置であって，前記固定体は，前記移動体の状態を検出する手段と，前記検出された移動体の状態に基づいて，前記固定体の超音波受信回路または超音波送信回路の電源を遮断，あるいは，電磁波受信回路または電磁波送信回路の電源を遮断することにより，前記固定体の消費電力を低減する手段を備えることを特徴とする。これにより，移動体の状態に基づいて固定体における消費電力を低減することができる。
【００１９】
また，本発明は，超音波を送信または受信し，電磁波を送信または受信する移動体と，超音波を受信または送信し電磁波を受信または送信する固定体と，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める手段とから構成される超音波型座標入力装置であって，前記移動体または固定体は，特定時間間隔で超音波または電磁波を送信し，前記移動体または固定体の消費電力を低減する手段を備え，前記移動体または固定体の消費電力を低減する手段は，前記移動体または前記固定体による前記電磁波または超音波受信後の前記特定時間間隔の残り時間について消費電力を低減することを特徴とする。これにより，固定体における消費電力をより一層低減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下，図を用いて本発明の実施の形態を説明する。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の位置を算出するとともに，ペンの状態を監視する固定機，３はペン１により手書き文字や図形が記入される筆記面である。また，固定機２における１００および１０１はペン１から送信された超音波を検出する第１超音波センサおよび第２超音波センサ，１０２は赤外線センサである。
【００２１】
図１に示すペン１は先端がボールペンになっており，通常のボールペンと同様に紙に筆記できる。ペン１には，芯の色の違いにより，赤のペンＡ，黒のペンＢ，…というように複数種類があり，選んで筆記可能である。紙に筆記する時には，固定機２はコンピュータとは切り離して使用できる。
【００２２】
図２は，固定機２に保存した筆跡データのコンピュータへの転送を示す図である。筆記が終わった後，図２に示すように，コンピュータ５のある場所に固定機２を持ってきてコンピュータ５に接続すれば，固定機２に保存しておいた筆跡データをコンピュータ５に転送できる。
【００２３】
図３は，本発明の第１の実施の形態におけるペンの構成例を示す図である。図中，１１は電池，１２は駆動回路，１３はペンタッチスイッチ，１４は赤外線ＬＥＤ，１５は円筒状の超音波発信器，１６はペン先である。
【００２４】
ペン１内には，先端にボールペン芯が付いており，筆記時の芯と筆記面の接触を検出するためのペンタッチスイッチ１３が付いている。先端にはさらに，円筒状の超音波発信器１５と赤外線ＬＥＤ１４が付いている。円筒状の超音波発信器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の第１超音波センサ１００および第２超音波センサ１０１に届くようにするためである。
【００２５】
赤外線ＬＥＤ１４は指向性１２０度のものを３個配置し，やはり，  ペン１が回転しても赤外線が同じように固定機２の赤外線センサ１０２に届くようになっている。
【００２６】
また，ペン１には押しボタンスイッチ１７が付いており，例えば，ボタンを押しながら紙に筆記せずに少し浮かせて空中で書くと，その時の軌跡も入力できる。この機能は，ペン１によるジェスチャ入力やサイン認証等でストロークとストロークの間のペン１の動きも使用したい場合に使用する。さらに，ペン１内部には，電池１１と駆動回路１２が搭載されている。
【００２７】
図４は，ペン１の内部構成を示す図である。駆動回路１２にはマイクロコンピュータ（マイコン）１２１が搭載され，ペンタッチスイッチ１３，押しボタンスイッチ１７，ペン種類スイッチ１２４の状態を入力する。マイコン１２１内部で演算により，ＬＥＤ駆動回路１２２と超音波駆動回路１２３を動作させ，赤外線ＬＥＤ１４から赤外線パルスを，超音波発信器１５から超音波パルスを固定機２に対して送信する。マイコン１２１の動作は後述する。
【００２８】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は，固定機２の構成例を示す図である。図５（Ａ）に示すように，固定機２には，前面に第１超音波センサ１００と第２超音波センサ１０１という２個の超音波センサと，１個の赤外線センサ１０２とが配置されている。固定機２の本体下部は，紙に本体を固定できる紙固定用クリップ２１になっている。固定機２の本体内部には，図５（Ｂ）に示すように，電池２５と受信回路２０が搭載されている。
【００２９】
図６は，本発明の第１の実施の形態における固定機２の内部構成の詳細を示す図である。固定機２は，ペン１から赤外線パルスを受信する赤外線受信部２２，ペン１から超音波パルスを受信する超音波受信部２３，赤外線受信部２２および超音波受信部２３から受信した赤外線パルスおよび超音波パルスに基づいて，サンプリング周期，超音波伝搬時間を測定するタイミング発生部２４，タイミング発生部２４からサンプリング周期，超音波伝搬時間を読み出すマイクロコンピュータ（マイコン）２６，サンプリング周期，超音波伝搬時間が書き込まれる不揮発性メモリ２７を備える。
【００３０】
ペン１から送信された赤外線パルスは，赤外線受信部２２において赤外線センサ１０２で受信され，赤外線アンプ１０７で適当に増幅され，赤外線比較器１０８で適当な閾値と比較することでデジタル化される。同様に，ペン１から送信された超音波パルスも，超音波受信部２３において第１超音波センサ１００および第２超音波センサ１０１で受信され，第１超音波アンプ１０３および第２超音波アンプ１０４で適当に増幅され，第１超音波比較器１０５および第２超音波比較器１０６で適当な閾値と比較することでデジタル化される。なお，１０９は超音波受信部２３の電源である。
【００３１】
第１超音波センサ１００および第２超音波センサ１０１も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。デジタル化された赤外線パルスと超音波パルスは，タイミング発生部２４に送られ，各種のタイミングが生成される。タイミング発生部２４とマイコン２６の動作については後述する。
【００３２】
次に，実際のペン筆記時の動作について詳述する。図７は，ペンの状態を示す図である。ペン１には，ペンタッチスイッチ１３，押しボタンスイッチ１７，ペン種類スイッチ１２４の３つがあるので，各スイッチのＯＮ／ＯＦＦにより，８種類の状態がある。この状態を図７のようにＳ０〜Ｓ７に割り当てる。これらのペンの状態に基づいて，ペン１から発生する赤外線を変調する。変調方式は各種あるが，本発明の実施の形態では，極力消費電力を減らすために，ペン１から２個の赤外線パルスを生成し，このパルスの間隔を状態によって変えることで赤外線を変調する。すなわち，図７に示すように，例えば，パルス間隔ｔｐ  を２μｓ〜９μｓの８通りに変える。なお，パルス幅は，例えば１μｓである。
【００３３】
図８は，ペン１のマイコン動作のフローチャートである。まず，３個のスイッチの状態を読み出して，ペン１の現状態がＳ０〜Ｓ７のどの状態か確定する（ステップＳ１）。次に，ペン１の現状態が前回の状態と同じかを判断し（ステップＳ２），前回の状態と同じであれば，ペン１の状態を送信する必要はないので，１個のパルスからなる赤外線同期信号を送信すると同時に超音波信号を送信する（ステップＳ３）
一方，前回の状態と異なる場合，現在の状態がペンタッチスイッチ１３と押しボタンスイッチ１７の両方がＯＦＦかどうか，すなわち，ペン使用中でないかどうかを判断する（ステップＳ４）。そして，いずれか一方または両方がＯＮの場合には，赤外線信号にペン状態を示す情報を載せて，その赤外線状態信号を送信し，同時に超音波信号も送信する（ステップＳ５）。ステップＳ３とステップＳ５のいずれの信号送信を行った場合にも，次のサンプリング周期まで（例えば，１０ｍｓ経過するまで）待ち（ステップＳ６），ステップＳ１に戻る。
【００３４】
一方，ペンタッチスイッチ１３と押しボタンスイッチ１７の両方がＯＦＦの場合には，ペン１は使用中でないため，赤外線信号や超音波信号を送信するのは電力の無駄である。そこで，いずれの信号も送信せず，ペンタッチスイッチ１３か押しボタンスイッチ１７のいずれかが押され，ＯＮになるまで待つ（ステップＳ７）。
【００３５】
図９は，ペン１を用いて「カ」と筆記した時の動作例を示す図である。図９（Ａ）に示すように，点１〜点６まで筆記し，ペン１を上げて，点１０で再び下ろして点１３まで筆記し，また，ペン１を上げたとする。この時のペン状態は，ペン位置１〜１４に応じて，図９（Ｂ）に示すペン状態のように変化する。そこで，点１と点１０のストロークの開始時のみ赤外線にＳ１の状態を出力し，それ以外では，赤外線同期信号（１個のパルス）のみ出力する。ペン１が空中にある，点７〜点９では，赤外線も超音波も出力しない。
【００３６】
固定機２では，ペン１の状態を監視し，ペンダウンの間は通常の固定機電力状態であるが，ペンアップを検出すると，ペン１から信号はもう来ないので，超音波受信部２３の電源を遮断する。従って，図９（Ｂ）に示すように，ペン位置が点７〜点９の間では，固定機電力状態が省電力状態となる。赤外線受信部２２は，次にペンダウンしたことを検出するため，電源遮断はしない。
【００３７】
次に，「カ」筆記中に押しボタンスイッチ１７を押した時の動作例を図１０に示す。例えば，図１０（Ａ）に示す筆記において，押しボタンスイッチ１７を点４で押し始めて点８まで押していたとする。このときのペン状態は，図１０（Ｂ）に示すようになる。この場合には，点４と点７でも赤外線で状態出力する。さらに，ペン先が空中にあっても，ボタンが押されている点７と点８では赤外線と超音波の出力は継続する。そのため，固定機２でも超音波受信部２３の電源遮断は行われない。点９では，両方のスイッチがＯＦＦになったため，信号は出力されず，電源も遮断される。従って，図９（Ｂ）に示すように，ペン位置が点９〜点１０の間では，固定機電力状態が省電力状態となる。
【００３８】
次に，本発明の第１の実施の形態における固定機２のタイミング発生部２４の動作を図６の固定機２の内部構成図と図１１のタイミングチャートに基づいて説明する。
【００３９】
赤外線比較器１０８でデジタル化された赤外線パルスは，まず，タイミング発生部２４内のパルス幅検出タイマ１１０とパルス間隔検出タイマ１１３に入力され，これらにより，それぞれパルス幅とパルス間隔が計測される。その計測した結果のパルス幅が１μｓであるかどうかが，パルス幅判定部１１１で判定される。また，パルス間隔も２〜９μｓであるかどうかパルス間隔判定部１１４で判定される。
【００４０】
もちろん，実際には，ペン１と固定機２の間でわずかにパルス幅やパルス間隔はずれることがあるために，そのずれも許容できるようにしておく。この幅と間隔を見ることで，ノイズ等で誤検出することを防いでいる。いずれの判定でも正しいとなると，ペン１からの正規のパルスとみなされ，第１論理積１１２がＯＮになる。ウィンド用タイマ１１５は，第１論理積１１２の立ち上がりエッジでトリガされて，一定時間ＴＷ  の間ＯＮになる。
【００４１】
そして，第２論理積１１８で，ウィンド用タイマ１１５出力と赤外線パルスの論理積により，２個のパルスの後ろ側のパルスが切り出される。このパルスの立ち下がりエッジで，割込発生タイマ１１６，サンプリング周期タイマ１１７，電源ＯＦＦタイマ１１９がトリガされ，それぞれ，割込発生遅延時間Ｔｉ  ，サンプリング周期ＴＳ  ，電源ＯＦＦ設定時間Ｔｆ  が計測される。それと同時に，超音波距離を検出するための第１距離検出タイマ１２５および第２距離検出タイマ１２６も計測を開始する。
【００４２】
第１超音波アンプ１０３および第２超音波アンプ１０４の出力は図１１に示すような波形であるが，それぞれ第１超音波比較器１０５，第２超音波比較器１０６によりデジタル化される。第１距離検出タイマ１２５は，第１超音波比較器１０５の出力パルスで停止し，超音波の伝搬時間ｔ１  を測定する。同様に，第２距離検出タイマ１２６は，第２超音波比較器１０６の出力パルスで停止し，超音波の伝搬時間ｔ２  を測定する。
【００４３】
一方，割込発生タイマ１１６がトリガされてから割込発生遅延時間Ｔｉ  が経過すると，超音波が到達していることが確かであるので，割込発生タイマ１１６によってマイコン２６に割込がかかる。割込発生遅延時間Ｔｉ  は筆記範囲から決まる。例えば，Ａ４版の大きさの筆記範囲であれば，ペン１と固定機２の最大距離は対角線の約３６６ｍｍである。超音波の速度は，約３３１ｍ／ｓ（０℃）〜３４７ｍ／ｓ（２５℃）であるので，最大伝搬時間は，１．１ｍｓである。そこで，割込発生遅延時間Ｔｉ  を１．２ｍｓにすれば，筆記範囲内であれば，割込がかかる前に超音波が到達して第１距離検出タイマ１２５および第２距離検出タイマ１２６は停止しているはずである。
【００４４】
マイコン２６は，割込後，パルス間隔検出タイマ１１３からパルス間隔ｔＰ  を読み出すとともに，第１距離検出タイマ１２５，第２距離検出タイマ１２６から超音波の伝搬時間ｔ１  ，ｔ２  を読み出す。マイコン２６は読み出したデータを外部の不揮発性メモリ２７に書き込む。マイコン２６は，データ書込後は，スリープ状態となって，低消費電力となり，次の割込を待つ。
【００４５】
一方，サンプリング周期タイマ１１７により，次のサンプリング周期の直前まで計測される。サンプリング周期タイマ１１７の立ち下がりエッジによりウィンド用タイマ１１５は再びトリガされる。そして，ウィンド用タイマ１１５により，次の単一の赤外線パルスが検出される。
【００４６】
サンプリング周期ＴＳ  とウィンド用タイマ１１５が測定するウィンド用タイマ周期ＴＷ  は，ペン１と固定機２のそれぞれの時間精度により決まる。それぞれ，高精度の時間ベースを持っていれば，ＴＳ  は規定のサンプリング周期に限りなく近く，ＴＷ  も実際のパルス幅１μｓに限りなく近くできるが，正確なタイムベースは高価であり，低価格にするため，余裕を持たせる必要がある。
【００４７】
例えば，サンプリング周期を１０ｍｓとし，ペン１と固定機２とで±０．１％のタイムベースの誤差があるとすると，１０μｓ程度誤差が生じる。そこでこのような場合には，ＴＳ  ＝９９９０μｓ，ＴＷ  ＝２１μｓとすればよい。この２１μｓの間に来た赤外線パルスのみ受け付けるため，例えば，図１１に示すように赤外線ノイズが他の所で発生しても，誤動作は防げる。すなわち，赤外線ノイズがランダムに発生していたとすると，以上のウィンド切り出し処理により０．２％まで誤動作する確率を減らすことができる。
【００４８】
一方，電源ＯＦＦ設定時間Ｔｆ  は，サンプリング周期よりも長い時間，例えば，１１ｍｓに設定される。そのため，通常，電源ＯＦＦタイマ１１９は時間計測する前に次のトリガにより，再トリガされ，ＯＦＦになることはない。ところが，ペンアップ等でペン１から信号がこなくなると，ウィンド用タイマ１１５で赤外線パルスが切り出されないため，電源ＯＦＦタイマ１１９の動作が完了し，ＯＦＦになる。それによって，超音波受信部２３は電源１０９が遮断され，低消費電力になる。ペンダウンして赤外線パルスが再び来れば，超音波受信部２３は電源ＯＮする。
【００４９】
マイコン２６は，後で，パソコン（ＰＣ）等のコンピュータ５（図２）に接続されると，不揮発性メモリ２７に保存しておいた，ペン状態を示すパルス間隔ｔＰ  ，距離を示す超音波伝搬時間ｔ１  ，ｔ２  をパソコンに転送する。ペン１の座標計算はパソコン（ＰＣ）で行われる。ペン１から第１超音波センサ１００，第２超音波センサ１０１までの距離を距離ｒ１  ，ｒ２  とし，音速をＶとすると
ｒ１  ＝Ｖ×ｔ１  
ｒ２  ＝Ｖ×ｔ２  
である。
【００５０】
第１超音波センサ１００を原点とし，第２超音波センサ１０１が（Ｗ，０）となる座標系を取ると，ペン１の座標（ｘ，ｙ）は，
ｘ２  ＋ｙ２  ＝ｒ１  ２  
（ｘ−Ｗ）２  ＋ｙ２  ＝ｒ２２
であるから，ｘ，ｙについて解けば
ｘ＝（ｒ１  ２  −ｒ２２＋Ｗ２  ）／２Ｗ
ｙ＝（ｒ１  ２  −ｘ２  ）１／２  
として，ペン座標が求まる。
【００５１】
図１２は，本発明の第２の実施の形態における固定機２の内部構成の詳細を示す図である。本発明の第２の実施の形態では，第１の実施の形態と異なり，超音波受信部２３の電源１０９の遮断を電源ＯＦＦタイマ１１９で行う代わりに，割込発生タイマ１１６で行う。すなわち，サンプリング周期内で赤外線と超音波信号が来た後で，マイコン２６に割込をかけるとともに，超音波受信部２３の電源１０９をＯＦＦする。この時のタイミングチャートを図１３に示す。図１１とは，超音波受信部電源１０９のみ異なる。
【００５２】
前述した本発明の第１の実施の形態では，ペンアップ等で，超音波受信部２３の電源１０９がＯＦＦするが，本発明の第２の実施の形態では，超音波を検出してから，次に検出するまでのサンプリング周期の合間にも電源１０９をＯＦＦするため，より一層低電力化を図ることができる。
【００５３】
ただし，電源をＯＮにした後，安定するまでに時間がかかるような電源回路の場合には，本発明の第２の実施の形態は適当でなく，第１の実施の形態を用いて実施する。本発明の第１の実施の形態でも，赤外線パルスで電源ＯＮしてから，安定するまでに超音波信号が来てしまう場合には，ペンダウン時の最初の点の位置を取得できない問題が発生する。しかし，ペンダウン直後は通常，ペン１は動かないので，ペンダウン直後の１個の点が取れなくても実用上問題はない。
【００５４】
以上の説明では，全て，ペン１から赤外線と超音波を送信するものとして説明したが，これらの関係は入れ換えてもよい。
【００５５】
例えば，固定機２側から赤外線を送信し，ペン１が赤外線を受信するとペン１から超音波を送信し，固定機２側で赤外線送信から超音波受信までの時間からペン座標を求めることも可能である。この場合には，固定機２側でペンアップを検出して固定機２側から送信する赤外線を停止することで固定機２側の低消費電力が図れる。その場合には，ペンダウンした時に，ペン１側で赤外線を受信しなくても超音波を発生することで固定機２側にペンダウンを伝えることが可能となり，固定機２側は赤外線送信を再開させればよい。
【００５６】
また，ペン１側では，赤外線を受信後，次のサンプリング周期直前までは赤外線受信回路の電源を遮断してもよい。同じく，固定機２側で超音波を受信後，次のサンプリング周期までは超音波受信回路の電源を遮断してもよい。
【００５７】
また，固定機２側から超音波を送信し，ペン１が超音波を受信するとペン１から赤外線を送信し，固定機２側で超音波送信から赤外線受信までの時間からペン座標を求めることも可能である。この場合にも，固定機２側でペンアップを検出して固定機２側から送信する超音波を停止することで固定機２側の低消費電力が図れる。その場合には，ペンダウンした時に，ペン１側で超音波を受信しなくても赤外線を発生することで固定機２側にペンダウンを伝えることが可能となり，固定機２側は超音波送信を再開させればよい。
【００５８】
また，ペン状態が変化した時のみペン１から送信する赤外線を変調させればよい。さらに，ペン１側では，超音波を受信後，次のサンプリング周期までは超音波受信回路の電源を遮断してもよい。同じく，固定機２側で赤外線受信後，次のサンプリング周期までは赤外線受信回路の電源を遮断してもよい。
【００５９】
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，次のとおりである。
【００６０】
（付記１）  移動体と固定体とを有し，前記移動体から前記固定体へ電磁波を送信し，また前記移動体と前記固定体との間で超音波を送受信することにより，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める超音波型座標入力装置であって，
前記移動体は，
移動体の状態を検出する手段と，
前記検出された移動体の状態に基づいて，前記電磁波を変調し，変調した電磁波信号を出力する手段とを備え，
前記変調した電磁波信号を出力する手段は，前記移動体の状態が変化しない時には，複数種類の信号パターンの中で最小電力となる電磁波信号を出力する
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【００６１】
（付記２）  付記１に記載の超音波型座標入力装置において，
前記移動体は，ペン形状を有し，
前記移動体の状態を検出する手段は，筆記中状態かまたは筆記なし状態かを検出する
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【００６２】
（付記３）  付記１に記載の超音波型座標入力装置において，
前記電磁波は，赤外線であり，
前記電磁波を変調する手段は，複数の赤外線パルスの間隔を前記移動体の状態に応じて変化させ，
前記最小電力となる電磁波信号は，１個の赤外線パルス信号である
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【００６３】
（付記４）  付記１に記載の超音波型座標入力装置において，
前記移動体が備える変調した電磁波信号を出力する手段は，特定時間間隔で電磁波信号を出力し，
前記固定体は，
前記移動体が出力する電磁波信号の特定時間間隔に相当する時間間隔を発生する手段と，
前記移動体が電磁波信号を出力する可能性のある時刻の特定時間前から特定時間の間のみ前記移動体が出力した電磁波信号を受信する手段とを備える
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【００６４】
（付記５）  移動体と固定体とを有し，前記移動体と前記固定体との間で電磁波を送受信するとともに超音波を送受信することにより，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める超音波型座標入力装置であって，
前記固定体は，
前記移動体の状態を検出する手段と，
前記検出された移動体の状態に基づいて，前記固定体の超音波受信回路または超音波送信回路の電源を遮断，あるいは電磁波受信回路または電磁波送信回路の電源を遮断することにより，前記固定体の消費電力を低減する手段を備える
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【００６５】
（付記６）  付記５に記載の超音波型座標入力装置において，
前記移動体は，ペン形状を有し，
前記移動体の状態を検出する手段は，筆記中状態かまたは筆記なし状態かを検出し，
前記固定体の消費電力を低減する手段は，前記検出された移動体の状態が筆記なし状態の場合に固定体の消費電力を低減する
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【００６６】
（付記７）  移動体と固定体とを有し，前記移動体と前記固定体との間で電磁波を送受信するとともに超音波を送受信することにより，超音波の伝搬時間に基づいて前記固定体に対する前記移動体の位置を求める超音波型座標入力装置であって，
前記移動体または固定体の一方は，特定時間間隔で超音波または電磁波を送信する手段を備え，
前記移動体または固定体の他方は，前記送信された電磁波または超音波受信後の前記特定時間間隔の残り時間について電磁波または超音波の受信回路の電源を遮断することにより消費電力を低減する手段を備える
ことを特徴とする超音波型座標入力装置。
【００６７】
【発明の効果】
本発明により，高精度で高価なタイムベースを使用しなくても比較的簡単な回路構成でペンでの消費電力を低減できる。また，固定機での消費電力も低減できる。これにより，電池駆動時の電池寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施の形態の概要を示す図である。
【図２】
固定機に保存した筆跡データのコンピュータへの転送を示す図である。
【図３】
ペンの構成例を示す図である。
【図４】
ペンの内部構成を示す図である。
【図５】
固定機の構成例を示す図である。
【図６】
固定機の内部構成の詳細を示す図である。
【図７】
ペンの状態を示す図である。
【図８】
ペンのマイコン動作のフローチャートである。
【図９】
ペンを用いて「カ」と筆記した時の動作例を示す図である。
【図１０】
ペンを用いて「カ」と筆記した時の動作例を示す図である。
【図１１】
タイミングチャートを示す図である。
【図１２】
第２の実施の形態の固定機の内部構成の詳細を示す図である。
【図１３】
第２の実施の形態のタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
１  ペン
２  固定機
３  筆記面
５  コンピュータ
１１  電池
１２  駆動回路
１３  ペンタッチスイッチ
１４  赤外線ＬＥＤ
１５  超音波発信器
１６  ペン先
１７  押しボタンスイッチ
２０  受信回路
２１  紙固定用クリップ
２２  赤外線受信部
２３  超音波受信部
２４  タイミング発生部
２５  電池
２６  マイコン
２７  不揮発性メモリ
１００  第１超音波センサ
１０１  第２超音波センサ
１０２  赤外線センサ
１０３  第１超音波アンプ
１０４  第２超音波アンプ
１０５  第１超音波比較器
１０６  第２超音波比較器
１０７  赤外線アンプ
１０８  赤外線比較器
１０９  電源
１１０  パルス幅検出タイマ
１１１  パルス幅判定部
１１２  第１論理積
１１３  パルス間隔検出タイマ
１１４  パルス間隔判定部
１１５  ウィンド用タイマ
１１６  割込発生タイマ
１１７  サンプリング周期タイマ
１１８  第２論理積
１１９  電源ＯＦＦタイマ
１２１  マイコン
１２２  ＬＥＤ駆動回路
１２３  超音波駆動回路
１２４  ペン種類スイッチ
１２５  第１距離検出タイマ
１２６  第２距離検出タイマ
【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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