(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発信するぺんと、該ぺんから発信された超音波を複数の超音波受信器で受信する受信機とを有し、前記受信機の各超音波受信器でそれぞれ受信した超音波の伝播時間に基づいて前記ぺんの座標位置を入力する座標入力装置であって、
前記受信機は、
前記ぺんから発信された超音波を受信する複数の超音波受信器と、
所定の用紙の角部を挟持する挟持手段と、
前記挟持手段によって挟持される前記用紙の角部が当接されるほぼ９０度からなるエッジ部と、
を有し、
前記複数の超音波受信器は、前記エッジ部に前記用紙の角部が当接された際の当該用紙の上辺と前記複数の超音波受信器同士を結ぶ直線とのなす角度が３０度から６０度の範囲となるように配置されることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記挟持手段は、前記ぺんにより筆記を行なう用紙を載置する平板状のボードに固着されたことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項３】
前記ぺんは、赤外線パルスを発信する赤外線発信器を有し、前記受信機は、前記赤外線発信器から発信された赤外線パルスを同期信号として受信する赤外線受信器をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、専用のぺんで用紙上に文字や図形を手書きした時の軌跡をコンピュータに文字データ或は図形データとして入力するための座標入力装置に関し、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。
【０００２】
【従来の技術】
最近のパーソナルコンピュータの普及に伴って、鉛筆などを使って用紙に文字を手書きするよりもキーボードを使って電子文書を入力することが多くなってきているが、簡単なメモ書きをおこなう場合には、キーボード入力するよりも実際に文字などを用紙に手書きする方が簡便である。
【０００３】
このため、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管理することを考えると、かかるメモは電子化されていることが望ましい。特に、手書き文字をイメージスキャナなどで読み取ることとすると電子化に要する処理が煩雑であり、タッチパネルやタブレットなどを利用すると持ち運びに不便であるので、簡易に手書き文字を電子データとして入力することが望まれている。
【０００４】
これらのことから、従来、一対の超音波受信機を用紙上に配設し、ぺんから発信する超音波をこれらの超音波受信機で受信して、その超音波の伝播時間から三角測量により座標入力する座標入力装置が知られている。たとえば、特開平８−３６４６２号公報や特開２０００−２９８５４７号公報には、机上や基台などに受信機を構成する２個の受信器を配設し、これらの受信器に超音波が伝播する伝播時間からぺんと受信器との距離を連続的に測定し、三角測量法を利用することによって机上に対するぺん座標を求める技術が開示されている。なお、ぺんから超音波が発生した時の時間同期をとるために机上に赤外線受信器を設け、この赤外線受信器によりぺんからの赤外線を受信することとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる三角測量を採用した従来技術を用いた場合には、用紙の一部に死角となるエリアが発生し、座標入力ができなくなったり、たとえ入力ができても結果的に分解能が悪くなるという問題がある。また、かかる死角を回避しようとすると、装置の大型化やコストアップを招いてしまうという問題が生ずる。
【０００６】
図１７は、従来の座標入力装置の構成の一例を示す図である。同図（ａ）に示すように、三角測量では受信機を構成する２個の受信器間隔Ｗが広いほど識別度合いである座標分解能が良くなるため、２個の超音波受信器１３０と１個の赤外線受信器１３１とを有する受信機１３２を長尺状にした座標入力装置が知られている。そして、かかる長尺状の受信機１３２は、用紙の上辺とほぼ平行となる位置に配置されるのが通常である。
【０００７】
ところが、一般に超音波受信器や赤外線受信器の指向性は±４５〜６０度程度であるので、用紙の上端部左右側には死角となるエリアが生じてしまうという不具合いがある。つまり、たとえばぺんの位置（筆記位置）が図中Ａ点にある場合には、超音波及び赤外線の指向性上の制限から座標入力ができなくなったり、たとえ入力できても分解能が著しく劣化してしまうという問題が生ずる。
【０００８】
かかる超音波及び赤外線の指向性に起因する死角を解消するためには、図１７（ｂ）に示すように、治具などを用いて受信機１３２を用紙から離隔して固定する必要があるが、この場合には装置の占有エリアが広くなってしまう。また、受信器１３０を複数個配置したり、反射板を付設して指向性を拡大することも考えられるが、この場合には装置が大型化してコストアップを招くうえ、やはり広い場所が必要になってしまう。
【０００９】
このため、図１７（ｃ）に示すように、受信機１３２を用紙の角部に配置することも考えられるが、この場合にも受信機１３２が長尺状であるので、やはり装置が占有するエリアが広くなり使い難いという操作性の点での問題が生ずる。なお、図１７（ｄ）に示すように、受信機１３２を用紙の角部よりも内側に配置して装置の占有エリアを減らそうとすれば、Ｂ点やＣ点の部分が死角になってしまうという問題が生ずる。
【００１０】
これらのことから、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をいかに実現するかが極めて重要な課題となっている。
【００１１】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解決するためになされたものであり、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を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために請求項１に係る座標入力装置は、超音波を発信するぺんと、該ぺんから発信された超音波を複数の超音波受信器で受信する受信機とを有し、前記受信機の各超音波受信器でそれぞれ受信した超音波の伝播時間に基づいて前記ぺんの座標位置を入力する座標入力装置であって、前記受信機は、前記ぺんから発信された超音波を受信する複数の超音波受信器と、所定の用紙の角部を挟持する挟持手段と、前記挟持手段によって挟持される前記用紙の角部が当接されるほぼ９０度からなるエッジ部と、を有し、前記複数の超音波受信器は、前記エッジ部に前記用紙の角部が当接された際の当該用紙の上辺と前記複数の超音波受信器同士を結ぶ直線とのなす角度が３０度から６０度の範囲となるように配置されることを特徴とする。
【００１３】
この請求項１の発明によれば、受信機に設けた複数の超音波受信器は、エッジ部に用紙の角部が当接された際に、用紙の上辺と複数の超音波受信器同士を結ぶ直線とのなす角度が３０度から６０度の範囲となるように配置されるので、用紙をエッジ部に沿って挿入することにより自動的に用紙に対する超音波受信器の配置角度を最大の指向性となる４５度の傾斜位置に配置させることができ、これによって、紙面全範囲をカバーすることが可能となるため、死角領域が発生することなく、座標入力装置の構成を小型化とすることが可能となり、操作性及び可搬性がよく携帯用として利用することができる。また、ぺんから見かけ上の受信器間隔が狭くなることが防止でき、分解能が劣化する問題を回避することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明に係る座標入力装置は、請求項１の発明において、前記挟持手段は、前記ぺんにより筆記を行なう用紙を載置する平板状のボード（図１２、１３のボード８０２に対応する）に固着されたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項２の発明によれば、予め受信機は挟持手段によりボードの角部に配置固定されているので、±４５の指向性を有すれば紙面全範囲をカバーすることが可能となるため、死角が生じず、用紙を載置するボードが下敷きとして機能することから筆記時の操作性及び可搬性がよく携帯用の装置として利用することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る座標入力装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記ぺんは赤外線パルスを発信する赤外線発信器を有し、前記受信機は、前記赤外線発信器から発信された赤外線パルスを同期信号として受信する赤外線受信器（図３の赤外線受信器３０５に対応する）をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項３の発明によれば、ぺんを有線により接続することなく受信機に赤外線パルスの同期信号を発信することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る座標入力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる座標入力装置の構成について説明する。図１は座標入力装置の適用例であるパーソナルコンピュータとのシステム構成図を、図２は受信機の配置例を示す説明図、図３は受信機の構成図（上視図、正面図、側面図）をそれぞれ示している。
【００２４】
すなわち、図１に示すようにこの発明の座標入力装置１００は、２個の超音波受信器３０４（図３）と赤外線受信器３０５（図３）とを有する受信機１０１と筆記手段としての専用ぺん１０２とにより構成されており、受信機１０１の接続ケーブル１０３をパーソナルコンピュータのＵＳＢポートなどに接続することにより使用するものである。従来と同様、この座標入力装置１００の場合、ぺん１０２により用紙上に文字や図形を手書きした際にはその軌跡がデータとしてコンピュータ１０４側に入力され、文字データや図形データとして利用することができる。
【００２５】
ここで、図２（ａ）（ｂ）は受信機１０１の配置例を示す説明図で、この図２（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態では受信機１０１をコンパクト（小型化）に構成することにより受信器の死角を無くした「用紙の角部」に配置できるようにしたことに大きな特徴がある。すなわち、図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態１において受信機１０１の配置としては用紙面の左右何れかの角部に設定されるものであり、例えば右利きの人の場合には受信機１０１を右上（図２（ａ））に置くことが好ましい。これは、左手で用紙を押さえたときに、この左手でぺんから送出され超音波及び赤外線が遮られてしまうことを防止するためである。これとは逆に、左利きの人の場合には受信機１０１を左側（図２（ｂ））に配置して使用する。以下、本実施の形態１の特徴部分を中心に説明する。
【００２６】
図３は受信機の構成図であって、（ａ）上視図（ｂ）正面図（ｃ）側面図をそれぞれ示している。また、図４（ａ）（ｂ）は受信機による用紙に対する固定手順を説明する図である。以下、これら図３，４を参照して受信機の構成について説明する。すなわち、図３に示すように受信機１０１は厚肉状の上半部３０２と薄肉状の下半部３０３とを有する所謂クリップ型に構成されており、上半部３０２の所定位置には互いに離隔する２個の超音波受信器３０４と、これら超音波受信器３０４のほぼ中央に配置される１個の赤外線受信器３０５とがそれぞれ実装されている。このうち超音波受信器３０４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構成されている。
【００２７】
また、これら上半部３０２及び下半部３０３の基端部側（図で右側）は枢軸３０６により枢支されているため、上半部３０２と下半部３０３とは枢軸３０６を基点として開閉（図４（ａ））することができ、用紙の所定位置を挟持すると共に、固定できるようになっている（図４（ｂ））。そして、このように構成される受信機１０１を用紙の角部に対して配置させ固定するものとなる。
【００２８】
ここで、従来の課題で説明したように受信機１０１を用紙に対してほぼ平行に配置した場合には、超音波受信器３０４や赤外線受信器３０５に死角が生じたり見かけ上の間隔が狭くなることが判明している。このため、図５に示すように本実施の形態１では受信器３０４の見かけ上の間隔の観点から受信機１０１の固定位置は２個の受信器３０４を結ぶ直線と用紙の上辺とのなす角度が３０度〜６０度となるように傾斜させて配置し固定することを特徴としている。
【００２９】
つまり、図７（ａ）に詳示するように図５における受信器３０４の場合には２個の受信器３０４を並べる方法を、２個の受信器３０４を結ぶ直線と用紙の上辺とのなす角度が３０度〜６０度となるように制限するものである。この場合、受信器３０４の向き自体は特に考慮していない。
【００３０】
そして、さらに戻って、図６に示すように２個の受信器３０４の向きが、この受信器３０４の最大感度方向（矢印の向き）である用紙の上端部に対して３０〜６０度の向き（方向）となるように、受信器３０４を固定することが指向性の観点から適当であるといえる。
【００３１】
すなわち、図７（ｂ）に詳示するように図６における受信器３０４の場合には２個の受信器３０４の向き（方向）を最大感度方向である用紙の上端部に対して３０〜６０度の向きとして制限するものである。この場合、２個の受信器３０４の並べ方自体は特に考慮していない。
【００３２】
そして、図８に示すように、より好ましくは２個の受信器３０４を結ぶ直線と用紙の上辺とのなす角度が４５度で、かつ受信器３０４の最大感度方向を２個の受信器３０４を結ぶ直線と９０度、すなわち用紙の上辺とのなす角度を４５度になるように固定する。このようにするためには、戻って図３に示すように受信機１０１を構成する下半部３０３の表面にほぼ９０度の角度（傾斜部）に設定されたエッジ部３０７を形成する。これにより、用紙の角部を受信機１０１により固定する際には、用紙をエッジ部３０７に沿って挿入することにより自動的に用紙に対する受信機１０１の配置角度を最大の指向性となる４５度の傾斜位置に配置させることができる。
【００３３】
なお、この例ではエッジ部３０７の形成位置を下半部３０３側としているが、このエッジ部３０７を上半部３０２側に形成しても、同様に受信機１０１の配置角度を最大の指向性となる４５度の傾斜位置に配置させることができるという作用効果を得ることができる。
【００３４】
ここで、前述したように本発明の特徴は受信機１０１に備えている２個の超音波受信器３０４の死角を無くし見かけ上の間隔を狭くしないために、この受信機１０１の配置位置が用紙の角部となるように構成としたことにある。そして、このように受信機１０１を用紙の角部に配置するためには２個の受信器間隔Ｗを小さくし、受信機１０１自体の大きさをコンパクトにし小型化とする必要がある。これは、前述したよう受信器間隔Ｗが大きいと良好な分解能を得ることはできるがその反面、死角が生じたり、装置が大型化するという不具合を招くためである。
【００３５】
つまり、超音波による距離測定のばらつきは、超音波が伝播する空気中の温度揺らぎと受信器のセンサアンプノイズとに起因しているが、これらは何れも受信器３０４とぺんポイント（ぺん１０２による筆記位置）との間隔である距離Ｌに比例して大きくなる。さらに、三角測量での座標ばらつきｅは距離Ｌに比例し、２個の受信器３０４同士の受信器間隔Ｗに反比例することが判明している。このため、本発明者は必要な分解能を維持できる上、可能な限り小さい選定値の受信器間隔Ｗを得るべく、図９に示すような実験を行った（距離と誤差との関係図）。
【００３６】
以下、図９の実験結果と前記図６の受信機の配置を説明する原理図を参照して説明する。この実験では受信器間隔Ｗを２５ｍｍに選定し、距離と座標ばらつきとの関係を実験により求めるもので、具体的には超音波受信器３０４からぺん１０２を徐々に離隔させた時に測定距離のばらつきがどの程度生じるかの実験を行った。ここで、図中の横軸は実際の距離値（ｍｍ）を、縦軸は誤差（ｍｍ）、黒点は超音波受信器で得た距離の測定値を、グラフは算出式により算出された計算値による推移をそれぞれ示している。この測定結果から、三角測量での座標ばらつきｅは、
ｅ＝０．０００２Ｌ2／Ｗ
の算定式から凡その値として求めることができる。
【００３７】
そして、上述した算定式から逆算して使用する用紙の大きさ（用紙の対角線の長さ）と必要な分解能が決まれば、必要とする最小となる受信器間隔Ｗを得ることができる。つまり、受信機１０１を用紙の角部に固定する場合、対角線の長さが最も離隔した距離となり、この距離が受信器３０４とぺんポイントが最も離れている距離となる。また、実際の通常の筆記の場合には±０．１〜１ｍｍの分解能が必要であることから、対角線の長さＰ(ぺんのぺんポイント位置である距離ＬをＰに置き換える)とすると、受信器間隔Ｗは、
Ｗ＝０．０００２Ｐ2〜０．００２Ｐ2
の算定式から求めることができる。
【００３８】
そして、この算定式に基いて、本実施の形態１の発明では用紙における対角線の長さをＰとした場合に、２個の受信器同３０４同士の配置間隔Ｗの設定値を０．０００２Ｐ2よりも大きく、且つ０．００２Ｐ2よりも小さくなるようにするものとしている。そして、このように設定した受信器間隔Ｗに基いて受信器３０４を配置させて受信機１０１を構成した場合には、受信機１０１を小型化にすることが可能となり、最大の指向性を得ることができる用紙の角部に、この受信機１０１を配置することが可能となる。
【００３９】
上述してきたように、本実施の形態１における受信機１０１は、一対の超音波受信器３０４と赤外線受信器３０５とを有する上半部３０２と、この上半部の基端部に枢支される下半部３０３とからなる用紙の角部を挟持し固定自在な固定部材として構成されると共に、受信機１０１による用紙に対する固定位置は一対の超音波受信器３０４同士を結ぶ直線と用紙の上辺とのなす角度が３０度から６０度の範囲となる位置に設定される構成としたので、受信器３０４の死角が無く、この受信器３０４の見かけ上の間隔を狭くしないうえ、これにより装置の構成を小型化とすることが可能となり、操作性及び可搬性がよく携帯用として利用することができる。
【００４０】
次に、図１０を参照して本発明に適用される専用ぺんの構成を説明する。すなわち、図１０に示すように、ぺん１０２の先端部には筆記用のボールペン芯７０２が取り付けられており、ぺん１０２の内部にはボールペン芯７０２と用紙の筆記面との接触を検知するための接触検知スイッチ７０３が設けられている。また、このぺん１０２の先端側には円筒状の超音波送信器７０４と赤外線送信器７０５とが設けられており、このうち超音波送信器７０４はポリフッ化ビニリデン製の圧電フィルム（ＰＶＤＦ）から構成されている。この圧電フィルムは電圧が印加された際に振動して超音波を発生する機能がある。
【００４１】
ここで、超音波送信器７０４の形状は超音波の指向性を３６０度とすることができる円筒状となっている。このため、筆記時にぺん１０２が回転しても発信した超音波パルスを正確に受信器３０４まで到達させることができる。また、赤外線送信器７０５も指向性が１２０度のものが３個均等に配置されており、やはり筆記時にぺん１０２が回転しても発信した赤外線パルスを正確に受信器３０４まで到達させることができる。
【００４２】
また、７０８は駆動回路部で、この駆動回路部７０８は単４の電池７０９により駆動される。具体的には手書きによる筆記をおこなう際、ぺん１０２の先端が用紙の筆記面に接触した時だけ、接触検知スイッチ７０３がＯＮとなり、超音波及び赤外線の送信が行われるものとなる。このように、ぺん１０２による筆記時以外の時には超音波及び赤外線の送信を防止することにより省電力化を図っている。
【００４３】
図１１は上述した専用のぺん１０２に適用される駆動回路部７０８の回路構成を示すブロック図である。すなわち、図１１に示すように駆動回路部７０８はタイマ７１０と赤外線駆動回路７１１と超音波駆動回路７１２とからなり、ぺん１０２の芯７０２と用紙の筆記面とが接触し、この接触が接触検知スイッチ７０３により検知されると、タイマ７１０による赤外線駆動回路７１１と超音波駆動回路７１２との作動により一定周期（５０Hz〜１００Hz）赤外線送信器７０５から赤外線パルスが、超音波送信器７０４から超音波パルスが発生する。なお、ここでの周期は人間の手によるぺん１０２の動きが安定して検出できればよいため５０Hz程度の一定周期となるように設定されている。
【００４４】
（実施の形態２）
次に、図１２を参照して本実施の形態２に係る座標入力装置８０１の構成について説明する。このうち、図１２（ａ）は平面図を、図１２（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。ここで、この実施の形態２において、前述した本実施の形態１と相違する点は受信機８０３を構成する上半部３０２の下方に平板状のボード８０２（下半部３０３に相当する）を設け、このボード８０２の上部に用紙を載置するようにしたことに特徴がある。
【００４５】
すなわち、これら上半部３０２及びボード８０２の基端部側（図で右側）は枢軸３０６により枢支されており、上半部３０２はボード８０２に対して枢軸３０６を基点として開閉自在（図１２（ｂ））となっているため、ボード８０２に用紙の角部を挟持するとともに、固定できるようになっている。
【００４６】
また、このボード８０２の板厚は薄肉の厚さに選定されているとともに、用紙の大きさ（例えば、Ａ４サイズ）とほぼ同寸法に選定された寸法となっている。
【００４７】
また、ボード８０２に対する受信機８０３の固着位置は、ボード８０２の角部であるとともに、ボード８０２の上辺との角度が３０度から６０度の範囲となるように選定されるもので、具体的には用紙に対する指向性が最大となる４５度の向きになっている。
【００４８】
さらに、前述したように本実施の形態２で採用するボード８０２は薄肉の板厚に選定されているため、用紙に対する下敷きとして機能するうえ、タブレットのように持ち運びに適さないものではなく、これにより携帯に便利な座標入力装置として利用することができる。そして、このボード８０２の大きさは使用頻度が多いＡ４サイズなどに限定されるものではなく、Ｂ５サイズなどの小さいサイズに寸法を選定した場合には、より携帯に適した座標入力装置８０１として使用することができる。
【００４９】
上述してきたように、本実施の形態２における座標入力装置８０１は、受信機８０３を構成する上半部３０２の下方に下半部３０３に相当する平板状のボード８０２を設け、このボード８０２の上部に用紙を載置するようにし、この用紙の角部をボード８０１の上辺との角度が３０度から６０度の範囲となるように選定し、固定する構成としたので、受信器３０４の死角が発生せず、しかも受信器３０４の見かけ上の間隔が狭くならず、ボード８０２が下敷きとして機能するためぺん１０２による筆記時の操作性及び可搬性がよく携帯用として利用することができる。
【００５０】
また、図１３は受信機８０３と挟持手段であるクリップ８０９を別体として、このクリップ８０９をボード８０２の上部に設け、このクリップ８０９により用紙を挟むようにした座標入力装置８０５を示すものである。そして、この場合もボード８０２に対する上半部３０２の固定位置は、ボード８０２の角部であるとともに、このボード８０２の上辺との角度が３０度から６０度の範囲となるように選定されるもので、具体的には用紙に対する受信器３０４の指向性が最大となる４５度の向きになっている。
【００５１】
この場合、クリップ８０９によって用紙を固定することができるため、前述したように上半部３０２には枢軸３０６を設けるなどの、用紙を挟む機構を備える必要がなくなる。
【００５２】
図１４は本実施の形態１、２に適用することのできる受信機の電気回路である内部ブロック図の一例を、図１５は超音波受信器により受信された超音波パルスの波形（タイミングチャート）をそれぞれ示している。
【００５３】
すなわち、図１４に示すように内部回路は超音波受信器に受信した超音波パルスを増幅する入力アンプ１１１ａ，１１１ｂ、比較用のコンパレータ１１２ａ，１１２ｂ、零クロスコンパレータ１１３ａ，１１３ｂ、ＦＦ１１４ａ，１１４ｂ（フリップフロップ）、タイマ１１５ａ，１１５ｂ、マイクロコントローラ１１６とにより構成されている。そして、このように構成される電気構成により超音波伝播時間Ｔ１，Ｔ２を検出することができる。
【００５４】
まず、最初に赤外線送信器７０５（図１０）から発信された赤外線パルスを赤外線受信器３０５（図３）が受信することによりタイマ１１５ａ（１１５ｂ）がスタート（Start信号）する。次いで、２個の超音波受信器３０４により受信された超音波パルスは、それぞれ入力アンプ１１１ａにより適度な大きさに増幅される（図１５参照）。以下、入力アンプ１１１ａにより増幅後の超音波パルスのうちコンパレータ１１２ａでシュレッシュホールドとしての閾値rt1を取り出し、この閾値rt1よりも超音波パルスが大きい場合にはＦＦ１１４ａ（フリップフロップ）がＯＮされる。さらに、零クロスコンパレータ１１３ａで零クロス（Ｚ点）を検出し、これら両者の論理積(アンド)によりタイマ１１５ａをストップ（Stop信号）させる。この時、閾値rt1を超えた次の零クロス位置を検出する。この零クロス位置が検出された時刻が受信器に対する超音波パルスの到着時刻となる。
【００５５】
そこで、赤外線発信器７０５からの赤外線同期信号に基いて超音波パルスの到着までの超音波伝播時間Ｔ１をタイマで検出する。以下、他方の超音波受信器３０４に関しても同様のシーケンスにより伝播時間Ｔ２を検出し、このようにして検出した伝播時間Ｔ１，Ｔ２をマイクロコンピュータ１１６に入力する。後述するように、このように検出された伝播時間Ｔ１，Ｔ２に基いて筆記位置であるペンポイントから受信器３０４までの距離を算出することができる。
【００５６】
図１６はマイクロコンピュータとパソコン内部での処理を示したフローチャートである。このフローチャートを参照して、検出した超音波伝播時間Ｔ１，Ｔ２からパソコン上での座標を算出する方法を説明する。すなわち、図１２に示すように先ずマイクロコントローラ１１６の処理としては、タイマ１１５ａ，１１５ｂから伝播時間Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ読み出す処理を行う（ステップ：Ｓ１２０）。これら読み出した伝播時間Ｔ１，Ｔ２をパソコンに対してＵＳＢポートを経由して転送する（ステップ：Ｓ１２１）。
【００５７】
以下は、パソコン内部での処理であるが、このパソコン内部では伝播時間Ｔ１，Ｔ２をマイクロコントローラ１１６から読み出す処理が行われ（ステップ：Ｓ１２２）、次いで、これら伝播時間Ｔ１，Ｔ２からペンポイントと２個の受信器３０４までの距離である距離Ｌ１，距離Ｌ２を算出する距離計算を行う（ステップ：Ｓ１２３）。すなわち、音速をＶ，受信器との受信器間距離をＷとすると、距離Ｌ１，距離Ｌ２は、
Ｌ１＝Ｖ×Ｔ１
Ｌ２＝Ｖ×Ｔ２
の算出式により算出することができる。
【００５８】
次いで、前記（ステップ：Ｓ１２３）の算出式により算出された距離Ｌ１，距離Ｌ２に基いてパソコン上での座標位置を算出する座標計算処理が行われる（ステップ：Ｓ１２４）。つまり、２個の受信機３０４のうち一方の受信器３０４の位置を原点とし、もう一方の受信器３０４の位置を（Ｗ，０）となる座標系として取ると、所定のぺんの座標（ｘ，ｙ）は、
ｘ2＋ｙ2＝Ｌ１2
（ｘ−Ｗ）2＋ｙ2＝Ｌ２2
であるから、これらの算定式によりｘ，ｙについて解法すると、その座標は、
【数１】
0004068366.tif 000002
の算定式から、それぞれの座標（ｘ，ｙ）として求めることができる。
【００５９】
さらに、パソコン上ではパソコン画面でのマウス座標計算が必要となるため、マウスカーソル位置を特定する座標計算を行う（ステップ：Ｓ１２５）。すなわち、マウス座標を（Ｘ，Ｙ）とすると、この座標は、
Ｘ＝ａ１１ｘ＋ａ１２ｙ＋ｂ１
Ｙ＝ａ２１ｘ＋ａ２２ｙ＋ｂ２
の算定式から求めることができる。ここで、座標変換の係数ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２、b１、b２は前もって内部構成としてのキャリブレーションにより決めておくものとする。
【００６０】
次いで、上述した（ステップ：Ｓ１２５）により求められたマウス座標（Ｘ，Ｙ）に基いて、マウスカーソルを移動する処理を行う（ステップ：Ｓ１２６）。以降、（ステップ：Ｓ１２０）〜（ステップ：Ｓ１２６）の処理を繰り返して行うことにより所望の座標入力を行うことができる。なお、実際にパソコン画面上にぺんによる軌跡を表すものとしては例えば、ペイントブラシなどの汎用アプリケーションソフトを使用することができる。また、具体的に手書きにより用紙に筆記された文字などはパソコン内部にビットマップデータにより保存されるものとなる。
【００６１】
（付記１）超音波を発信するぺんと、該ぺんから発信された超音波を複数の超音波受信器で受信する受信機とを有し、前記受信機の各超音波受信器でそれぞれ受信した超音波の伝播時間に基づいて前記ぺんの座標位置を入力する座標入力装置であって、
前記受信機は、
前記ぺんから発信された超音波を受信する複数の超音波受信器と、
所定の用紙の角部を挟持する挟持手段と、
を有することを特徴とする座標入力装置。
【００６２】
（付記２）前記挟持手段は、前記ぺんにより筆記を行なう用紙を載置する平板状のボードに固着されたことを特徴とする付記１に記載の座標入力装置。
【００６３】
（付記３）前記ぺんは、赤外線パルスを発信する赤外線発信器を有し、前記受信機は、前記赤外線発信器から発信された赤外線パルスを同期信号として受信する赤外線受信器をさらに備えたことを特徴とする付記１または付記２に記載の座標入力装置。
【００６４】
（付記４）前記受信機は前記複数の超音波受信器同士を結ぶ直線と前記用紙の上辺とのなす角度が３０度から６０度の範囲となる位置に前記用紙を固定することを特徴とする付記１，２または付記３に記載の座標入力装置。
【００６５】
（付記５）前記第１，２の挟持手段のいずれかの用紙に対する挟持面には当該用紙の角部を突き当て自在なほぼ９０度の向きに設定されたエッジ部が形成されていることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００６６】
（付記６）前記一対の超音波受信器同士の配置間隔をＷとし、筆記手段による筆記範囲である用紙における対角線の長さをＰとした場合に、受信器の配置間隔Ｗは０．０００２Ｐ2よりも大きく０．００２Ｐ2よりも小さくなるように設定されることを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００６７】
（付記７）前記超音波受信器の最大感度方向が用紙における筆記範囲の上辺とのなす角度が３０度から６０度の範囲になるように設定されていることを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、受信機は、ぺんから発信された超音波を受信する複数の超音波受信器と、所定の用紙の角部を挟持する挟持手段とを有するので、受信器の死角が発生せず、この受信器の見かけ上の間隔が狭くなることを防止でき、用紙の角部に配置させて、固定することができるため、座標入力装置の構成を小型化とすることが可能となり、操作性及び可搬性がよく携帯用として利用することができるという効果を奏する。
【００６９】
また、請求項２の発明によれば、挟持手段は、ぺんにより筆記を行なう用紙を載置する平板状のボードに固着されているので、予め受信機は挟持手段によりボードの角部に配置固定されていることから、受信器の死角が発生せず、この受信器の見かけ上の間隔が狭くなることを防止できるうえ、用紙を載置するボードが下敷きとして機能することから筆記時の操作性及び可搬性がよく携帯用の装置として利用することができるという効果を奏する。
【００７０】
また、請求項３の発明によれば、ぺんは赤外線パルスを発信する赤外線発信器を有し、受信機は、前記赤外線発信器から発信された赤外線パルスを同期信号として受信する赤外線受信器をさらに備えたので、ぺんを有線により接続することなく受信機に赤外線パルスの同期信号を発信することができるという効果を奏する。
【００７１】
また、請求項４の発明によれば、受信機は前記複数の超音波受信器同士を結ぶ直線と前記用紙の上辺とのなす角度が３０度から６０度の範囲となる位置に前記用紙を固定するので、受信器の死角が発生せず、この受信器の見かけ上の間隔が狭くなることを防止できるうえ、操作性及び可搬性がよく携帯用の装置として利用することができるという効果を奏する。
【００７２】
また、請求項５の発明によれば、挟持手段のいずれかの用紙に対する挟持面には当該用紙の角部を突き当て自在なほぼ９０度の向きに設定されたエッジ部が形成されているので、用紙をエッジ部に沿って挿入することにより自動的に用紙に対する受信機の配置角度を最大の指向性となる４５度の傾斜位置に配置させることができ、さらに低価格化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる座標入力装置の適用例である全体構成を説明するための図である。
【図２】受信機の配置を説明するための図である。
【図３】受信機の構成（上視図、正面図、側面図）を説明するための図である。
【図４】受信機による用紙の挟持手順を説明するための図である。
【図５】受信器の配置を説明するための図である。
【図６】受信器の向きを説明するための図である。
【図７】受信器の配置と向きの詳細を説明するための図である。
【図８】受信器の最大感度方向を説明するための図である。
【図９】距離と誤差の関係図である実験結果を説明するための図である。
【図１０】専用ぺんの内部構成を説明するための図である。
【図１１】駆動回路部の内部ブロックを説明するための図である。
【図１２】実施の形態２に係る座標入力装置の適用例である全体構成を説明するための図である。
【図１３】受信機とクリップを別体とした座標入力装置の全体構成を説明するための図である。
【図１４】受信機の電気回路部である内部ブロック図の一例を説明するための図である。
【図１５】超音波受信器により受信された超音波パルスの波形（タイミングチャート）を説明する図である。
【図１６】マイクロコントローラおよびパソコンソフトの処理フローチャートである。
【図１７】従来の座標処理装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
１００，８０１,８０５  座標入力装置
１０１，８０３  受信機
１０２  ぺん
１０４  コンピュータ
１１１ａ，ｂ  入力アンプ
１１２ａ，１１２ｂ  コンパレータ
１１３ａ，１１３ｂ  零クロスコンパレータ
１１４ａ，１１４ｂ  ＦＦ
１１５ａ，１１５ｂ，７１０  タイマ
１１６  マイクロコントローラ
３０４  超音波受信器
３０５  赤外線受信器
３０７  エッジ部
７０４  超音波送信器
７０５  赤外線送信器
７１１  赤外線駆動回路
７１２  超音波駆動回路
８０２  ボード
【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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