(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボードの両端部に複数設けられ、電子ペンから発信された赤外光を受信する赤外光センサと、
前記ボードの両端部に複数設けられ、前記電子ペンから発信された超音波を受信する超音波センサと、
前記赤外光センサが赤外光を受信してから前記超音波センサが超音波を受信するまでの時間により前記電子ペンから前記超音波センサまでの距離を算出し、前記複数の赤外光センサまたは前記複数の超音波センサがそれぞれ受信した超音波または赤外光の受信時間差により前記電子ペンの位置座標を測量する制御部と、
前記超音波センサを覆うキャップ部材とを備え、
前記キャップ部材には、前記電子ペンが発信する超音波を受信可能な方向に丸穴若しくは長穴を開け、前記電子ペンから直接前記超音波センサに到達する超音波との位相差がない超音波を受信することにより前記ボード面に反射して前記超音波センサに到達する超音波の振幅の低下を抑えるため、丸穴若しくは長穴の近傍から前記丸穴若しくは長穴の軸から離れる方向に略２０°傾斜させた反射板を設けたことを特徴とするデジタイザ。
【請求項２】
前記丸穴の直径及び前記長穴の短径は略３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のデジタイザ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された前記デジタイザを備えたことを特徴とする電子黒板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音波を利用した面入力タイプの音響式座標入力技術を（以後、デジタイジング技術と呼ぶ）利用して、ボード上に発信器で描画した情報をパーソナルコンピュータ（以後、ＰＣと呼ぶ）へ送り込むデジタイザおよびそれを備えた電子黒板において、ボード上の広範囲に渡って均一な安定した音波を超音波センサで受信するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ボード上に貼った設計図面を電子ペンでポイントすることにより座標の拾い出し処理を行い、設計図面をＰＣに入力するデジタイザが多用されている。電子ペンは、超音波と赤外光を発信する機能を持つもので、ボード上端の幅方向の両端部に配置した受信センサに超音波と赤外光を送って、ボード上のポイント位置がＰＣに転送されてデータ化される。
【０００３】
図５は、従来の一般的なデジタイジング技術を利用したデジタイザおよび電子黒板の概略構成図である。図５に示すデジタイザおよび電子黒板において、電子ペン１１０は赤外光と超音波を発信する機能を持つもので、ボード１００の上端幅方向の両端部に配置した受信センサ１２０に赤外光と超音波を送信する。受信センサ１２０は、赤外光センサ１２１、超音波センサ１２２を備えており、出力信号を制御基板１３０におくり、制御基板１３０で赤外光と超音波の到達時間差より電子ペン１１０から受信センサ１２０までの距離をそれぞれ算出し、データをＰＣ１４０へ転送する。ＰＣ１４０では、三角法により電子ペン１１０のボード１００上での位置を計算しＰＣ１４０のディスプレイ上に電子ペン１１０の位置情報を表示するものである。
【０００４】
このような構成のデジタイザおよび電子黒板では、電子ペン１１０の位置情報が瞬時にＰＣ１４０のディスプレイ上に表示されボード１００上の描画情報をＰＣ１４０に転送することができる。
【０００５】
図６を用い、制御基板１３０で行なわれる処理について説明する。図６は、従来のデジタイジング技術を利用したデジタイザおよび電子黒板の制御説明図である。１３１は赤外光センサ出力信号、１３２は超音波センサ出力信号を示す。赤外光センサ出力信号１３１上のａ点が電子ペン１１０から発信した赤外光が赤外光センサ１２１に到達したときである。
【０００６】
超音波センサ出力信号１３２は、超音波は距離により減衰するが制御基板１３０でａ点からの時間により増幅量１３３のように減衰量と反比例するように時間と共に増加させることにより、距離による減衰の補正を行ない一定に保つようにしている。また制御基板１３０は、補正後の超音波センサ出力信号１３２のある値ｂ以上ある信号波形を認識し、更に次の信号波形がある値ｃ以上あり、かつ前の信号波形より次の信号波形の方が大きいときに波形ポイントｄまでの到達時間Ｔをとり、その到達時間Ｔと音速により距離を算出する。
【０００７】
ここでは２波目でｂ値以上、３波目でｃ値以上になるようにし、３波目の終点で距離を算出するように設定している（例えばａ：２．５Ｖ  ｂ：３．５Vである。）。
【０００８】
このため、超音波センサは広い指向性を有しボード上の全ての位置で電子ペンから発信された超音波に対し同じ出力信号を得ることが要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
超音波センサ出力信号１３２の振幅に影響を与えるものとして電子ペンから超音波センサに到達するまでの減衰、超音波センサの指向性による周囲方向の出力低下、ボード面での反射音波との干渉等がある。この内、電子ペンからの距離による減衰は、前述のように赤外光受信からの時間で超音波センサ出力信号の増幅量を変えることにより一定に保つことができる。
【００１０】
しかしながら、一般的な超音波センサでは、図３のＢに示すように受信感度の指向性が強く、受信面正面からの超音波の感度は大きく、わきからの超音波の感度は小さい。そのためボード上の位置により受信感度が大きく異なり、安定した受信が得られない。また図４（ａ）のＢ１とＢ２に示すように、電子ペンからの超音波とボード面で反射した超音波が干渉し打ち消し合うところがあり、安定した受信が得られないところがある。
【００１１】
超音波センサ１２２の超音波センサ出力信号１３２の振幅が低かったり高すぎたりすると、設定より１波後ろ、または１波前までの距離を算出し、正しい距離と異なる距離を認識してしまう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この問題を解決するために、本発明のデジタイザ及び電子黒板は、ボードの両端部に複数設けられ、電子ペンから発信された赤外光を受信する赤外光センサと、前記ボードの両端部に複数設けられ、前記電子ペンから発信された超音波を受信する超音波センサと、前記赤外光センサが赤外光を受信してから前記超音波センサが超音波を受信するまでの時間により前記電子ペンから前記超音波センサまでの距離を算出し、前記複数の赤外光センサまたは前記複数の超音波センサがそれぞれ受信した超音波または赤外光の受信時間差により前記電子ペンの位置座標を測量する制御部と、前記超音波センサを覆うキャップ部材とを備え、前記キャップ部材には、前記電子ペンが発信する超音波を受信可能な方向に丸穴若しくは長穴を開け、前記電子ペンから直接前記超音波センサに到達する超音波との位相差がない超音波を受信することにより前記ボード面に反射して前記超音波センサに到達する超音波の振幅の低下を抑えるため、丸穴若しくは長穴の近傍から前記丸穴若しくは長穴の軸から離れる方向に略２０°傾斜させた反射板を設けたことを特徴とし、超音波センサの前面に小さな穴の開いた部材を配置することにより指向性の少ない均一な超音波センサ出力信号が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、ボードの両端部に複数設けられ、電子ペンから発信された赤外光を受信する赤外光センサと、前記ボードの両端部に複数設けられ、前記電子ペンから発信された超音波を受信する超音波センサと、前記赤外光センサが赤外光を受信してから前記超音波センサが超音波を受信するまでの時間により前記電子ペンから前記超音波センサまでの距離を算出し、前記複数の赤外光センサまたは前記複数の超音波センサがそれぞれ受信した超音波または赤外光の受信時間差により前記電子ペンの位置座標を測量する制御部と、前記超音波センサを覆うキャップ部材とを備え、前記キャップ部材には、前記電子ペンが発信する超音波を受信可能な方向に丸穴若しくは長穴を開け、前記電子ペンから直接前記超音波センサに到達する超音波との位相差がない超音波を受信することにより前記ボード面に反射して前記超音波センサに到達する超音波の振幅の低下を抑えるため、丸穴若しくは長穴の近傍から前記丸穴若しくは長穴の軸から離れる方向に略２０°傾斜させた反射板を設けたことを特徴とするデジタイザであり、これにより、受信センサの受信感度を向上させ、広範囲の超音波を安定して受信できるものである。
【００１６】
従って、本発明の電子黒板は、赤外光と超音波を発信する電子ペンと、電子ペンより発信された赤外光と超音波を受信し、赤外光と超音波の到達時間差より電子ペンまでの距離を測定する受信センサを２つ以上備えたデジタイザおよび電子黒板において、ボード上の広範囲に渡って均一な安定した超音波を超音波センサで受信することができ、正確な描画情報をＰＣに送り込むことができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係るデジタイザおよび電子黒板に用いる受信センサ部の概略図である。
【００１９】
１０は赤外光センサ、２０は超音波センサを示す。赤外光センサ１０および超音波センサ２０は電気回路基板４０に実装されており、赤外光センサ１０は、電子ペンから発信された赤外光を受信し電気信号に変換し、ケーブル５０により制御基板に送る。超音波センサ２０は、電子ペンから発信された超音波を受信し電気信号に変換し、前記ケーブル５０により制御基板に送る。制御基板では赤外光センサ１０が赤外光を受信してから超音波センサ２０が超音波を受信するまでの時間により、電子ペンから超音波センサ２０までの距離を算出する。２つ以上受信センサから算出された距離により三角測量によりボード上の電子ペンの位置座標を得ることができる。
【００２０】
超音波センサ２０は前面に部材３０を設けている。部材３０は前記電気回路基板４０にネジ４１により固定されている。この部材３０には直径３ｍｍ程度の小さな丸穴３１が設けられており、電子ペンから発信された超音波は、この丸穴３１を通って超音波センサ２０に到達する。この超音波センサ２０の前面に配置された丸穴３１により、広い指向性の安定した超音波センサ２０の出力を得ることができる。また丸穴３１の代わりに短辺３ｍｍ程度の長穴３２を設けることによりボード面上では広い指向性が得られ、且つボード垂直方向には強い指向性が得られるため、ボード面上の必要な超音波を安定して受信できる。
【００２１】
また部材３０は円錐状の反射板３３を設けており、超音波を反射する。電子ペンから発信された超音波は直接超音波センサ２０に入るものとボード６０で一度反射し入ってくるものがある。電子ペンと超音波センサがある距離になった時に、この直接波と反射音波が半波ずれ、打ち消し合い不安定な波形となる。
【００２２】
しかし、ボード６０で反射した超音波を打ち消すようにもう一つの反射音波を発生させるように約２０°で長さ２５ｍｍ程度の斜面を持つ反射板３３を設けることによりあらゆる距離で安定した出力波形を得ることができる。また斜面を円錐状にすることによりボード上のあらゆる方向で同一の反射面を形成することができ、ボード上の全方向で同じ機能が得られる。
【００２３】
この理由を、図２〜図４を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るデジタイザおよび電子黒板の原理を説明するための超音波センサの上面断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係るデジタイザおよび電子黒板に用いる超音波センサの指向性の説明図である。図４は、本発明の実施の形態に係るデジタイザおよび電子黒板の原理を説明するための超音波センサの側面断面図である。
【００２４】
図２において、超音波センサ２０内の受信部２１に対して、ボード６０上の電子ペンからの超音波が図のように到達しているとする。この時、小さな穴の開いた部材３０がない場合には、経路Ａ１と経路Ａ２とを通る超音波において位相差が生じ、この位相差が半波長の整数倍の場合に超音波同士の打ち消し合いが起こる。従って図３のＢに示すように指向性が強くなる。これに対し小さな穴の開いた部材３０がある場合は、経路Ａ１とＡ３との間で受信部１０に導くことができ図３のＡに示すように指向性を広げることができる。
【００２５】
更に超音波センサ近傍にボード６０からの反射音波を打ち消すための円錐状の反射板３３を設けることによりボード６０からの反射波の影響を小さくすことができる。または超音波センサをボード６０と同じ面に配置することによりボード６０からの反射波の影響をなくすことができる。この理由を、図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【００２６】
図４（ａ）において、超音波センサ２０内の受信部２１に対して、電子ペンからの超音波が図のように到達しているとする。このとき反射板３３がない場合には、直接受信部２１に到達する経路Ｂ１とボード６０面で反射して到達する経路Ｂ２がある。この経路Ｂ１と経路Ｂ２とを通る超音波において位相差が生じ、この位相差が半波長の整数倍の場合に超音波同士の打ち消し合いが起こる。したがって振幅が小さくなる。
【００２７】
これに対し反射板３３がある場合は、経路Ｂ１、Ｂ２に加え経路Ｂ３の超音波が受信部２１に到達する。この経路Ｂ３の超音波は、Ｂ１とほとんど位相差がないようにする。このためＢ２による振幅の低下を押さえることができる。また図４（ｂ）のように、超音波センサ２０をボード６０と同じ面に配置することにより、受信部２１に到達する反射波をなくすことができる。
【００２８】
このことにより、それぞれ超音波センサでボード上の広範囲に渡って均一な安定した音波を受信することができ、正確な描画情報をＰＣに送り込むことができる。
【００２９】
また図示していないが、反射板３３を設ける代わりに超音波センサ２０をボード６０と同じ面に配置することにより、ボード６０面での反射波の影響をなくすことができ、反射板３３と同じ効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の部材を備えた電子黒板によれば、ボード上の広範囲に渡って均一な安定した音波を超音波センサで受信することができ、正確な描画情報をＰＣに送り込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るデジタイザおよび電子黒板に用いる受信センサ部の概略図
【図２】本発明の実施の形態に係るデジタイザおよび電子黒板の原理を説明するための超音波センサの上面断面図
【図３】本発明の実施の形態に係るデジタイザおよび電子黒板に用いる超音波センサの指向性の説明図
【図４】本発明の実施の形態に係るデジタイザおよび電子黒板の原理を説明するための超音波センサの側面断面図
【図５】従来の一般的なデジタイジング技術を利用したデジタイザおよび電子黒板の概略構成図
【図６】従来のデジタイジング技術を利用したデジタイザおよび電子黒板の制御説明図
【符号の説明】
１０  赤外光センサ
２０  超音波センサ
３０  部材
３１  丸穴
３２  長穴
３３  反射板
４０  電気回路基板
４１  ネジ
５０  ケーブル
６０  ボード
１００  ボード
１１０  電子ペン
１２０  受信センサ
１２１  赤外光センサ
１２２  超音波センサ
１３０  制御基板
１４０  ＰＣ
【図１】
0004552345.tif 000002
【図２】
0004552345.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004552345.tif 000005
【図５】
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【図６】
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