(57)【要約】  【課題】  従来の複数の電子ペンを用いる手書き筆跡入力システムに於いては、受信機に使用する各電子ペンの識別番号を予め登録しておく必要があり、使用中に予め登録してない電子ペンを追加して使用する場合や予め登録してない電子ペンに変更する場合には、再び受信機に登録しなおす必要があった。また電子ペンには高速に計算処理ができるＣＰＵを使う必要があり、高価になってしまうなどの欠点があった。【解決手段】  電子ペンに赤外線受信素子を含む赤外線受信部を設けると共に、信号発信部は、赤外線信号の受信に応じて一定期間、赤外線信号及び超音波信号の発信を停止することで、低コストの電子ペンであって、予め受信機に使用する電子ペンの識別番号を登録しておかずとも混信することなく複数の電子ペンを使用できる手書き筆跡入力システムを実現することが出来た。【選択図】  図１
2009181409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、赤外線発生素子を含む赤外線発信部と超音波発生素子を含む超音波発信部とを有し、前記赤外線発信部と前記超音波発信部から赤外線信号及び超音波信号を繰り返し発信させる信号発信部と、赤外線受信素子を含む赤外線受信部を有する赤外線測定部と、被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、該筆記部が筆記状態であるか否かを判別するペンスイッチとから成る電子ペン、並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受信部と、二つ以上の超音波受信部と、前記赤外線信号及び前記超音波信号を受信したことを検出する受信回路とを有する赤外線超音波測定部、並びに、前記赤外線信号と前記超音波信号の到達時間差から前記電子ペンと前記超音波受信部との距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに、前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成る手書き筆跡入力システムであって、前記電子ペンの前記信号発信部は、赤外線信号の受信に応じて一定期間、赤外線信号及び超音波信号の発信を停止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】
前記赤外線超音波測定部は、赤外線発信部を有していることを特徴とする請求項１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、少なくとも赤外線信号と超音波信号を発信する電子ペンと、前記赤外線信号と前記超音波信号を受信し、その到達時間差から電子ペンの位置座標を計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線信号もしくは超音波信号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信号、もしくは赤外線信号と超音波信号を発し、それらの信号を受信部で受信して、超音波信号の飛行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】
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。筆記者は、電子ペンを用いて文字や図形を筆記する。このとき、電子ペンは例えばボールペンを内蔵し、紙のような被記録媒体を被筆記面として、被記録媒体上に筆跡が記録されるようにしてもよいし、電子ペンは例えばスタイラスを内蔵し、液晶ディスプレイの表面を含む任意の面を被筆記面としてもよい。少なくとも電子ペンのペン先が被筆記面と接触している間、電子ペンから赤外線信号と超音波信号が繰り返し発信され、受信部が電子ペンから発信された赤外線信号と超音波信号とを受信して、赤外線信号の到達時刻と超音波信号の到達時刻の差から超音波信号の飛行時間を測定し、座標演算部が超音波信号の飛行時間から電子ペンの位置座標データを演算する。
【０００４】
位置座標データから筆跡データへの変換は、位置座標データに、筆記者が筆記した筆跡であることに由来する運筆データといった特徴を表現する情報を付加したり、それらの特徴に基づいて個別の位置座標データに修正を加えたりする処理を指し、例えば、以下のような処理のうちの任意のものを含む。位置座標データにそれを受信した時刻に関する情報を付加する。位置座標データの取得間隔に基づいて、筆記速度を計算したり、一連の位置座標の集合を、筆記された順序及び速度を情報として含む一つのストロークデータと識別したりする。一つのストロークデータを構成する連続する位置座標データを、滑らかな線を描くように修正する。また、ストロークデータの外接矩形の抽出及び統合や筆記位置の制限などの条件に基づいて、ストロークデータを、やはり筆記された順序などの情報を含む文字グループデータにグループ分けする、などである。
【０００５】
手書き筆跡入力システムによって入力された筆跡データは、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、手書き筆跡入力システム全体に電源を供給するような構成であれば、屋外での使用も可能になり大幅に利用用途が増える。また、筆跡データを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。
【０００６】
会議など、複数の人数で手書き筆跡入力システムを使用する場合は、受信機が１つで電子ペンが複数存在する構成が考えられる。任意の電子ペンの筆記中に他の電子ペンも筆記を始めた場合や、複数の電子ペンで筆記した場合は、受信機はどの電子ペンから発信された赤外線信号または超音波信号なのか識別できないため、正しく筆跡を再現することができなくなることがある。また、各電子ペンから発信された超音波信号同士が合成され、超音波信号の到達時間を正確に計測できなくなり、まったく筆跡を再現することができなくなる恐れもある。
【０００７】
手書き筆跡入力システムで混信することなく複数の電子ペンを使用する方法として、特開２００４−１９９５６０号には、使用できる電子ペンの数は、超音波信号の繰り返し発信間隔と筆記領域から限定されるが、受信機が識別番号を含んだ赤外線信号を筆記領域内に存在する電子ペンの数だけ送信して、電子ペンは受信した赤外線信号の識別番号を解析して、自分の識別番号のときに超音波信号を発信することで、受信機は複数のペンの位置座標を計測することができる手書き筆跡入力システムが開示されている。
【０００８】
【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２００４−１９９５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献３記載の手書き筆跡入力システムは、受信機に使用する各電子ペンの識別番号を予め登録しておく必要があり、使用中に予め登録してない電子ペンを追加して筆記する場合や予め登録してない電子ペンに変更する場合には、再び受信機に登録しなおす必要がある。また電子ペンは受信した赤外線信号から識別番号を解析し、自分の識別番号と照合する必要があるため、高速に計算処理ができるＣＰＵを使う必要があり、高価になってしまう。
本発明は上記の問題を解決する為になされたもので、低コストの電子ペンであって、予め受信機に使用する電子ペンの識別番号を登録しておかずとも混信することなく複数の電子ペンを使用できる手書き筆跡入力システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも、赤外線発生素子を含む赤外線発信部と超音波発生素子を含む超音波発信部とを有し、前記赤外線発信部と前記超音波発信部から赤外線信号及び超音波信号を繰り返し発信させる信号発信部と、赤外線受信素子を含む赤外線受信部を有する赤外線測定部と、被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、該筆記部が筆記状態であるか否かを判別するペンスイッチとから成る電子ペン、並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受信部と、二つ以上の超音波受信部と、前記赤外線信号及び前記超音波信号を受信したことを検出する受信回路とを有する赤外線超音波測定部、並びに、前記赤外線信号と前記超音波信号の到達時間差から前記電子ペンと前記超音波受信部との距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに、前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成る手書き筆跡入力システムであって、前記電子ペンの前記信号発信部は、赤外線信号の受信に応じて一定期間、赤外線信号及び超音波信号の発信を停止することを特徴とする手書き筆跡入力システムを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の手書き筆跡入力システムにおいては、電子ペンの赤外線受信部が他の電子ペンから発信された赤外線信号を受信した後、赤外線信号と超音波信号の繰り返し発信する間隔よりも短い一定期間、赤外線信号と超音波信号の発信を停止し、この一定期間後に赤外線信号と超音波信号の発信を開始することで、先に筆記状態となっていた電子ペンの超音波信号との混信がなく、受信機は複数の電子ペンの位置座標を計測することができる。つまり、予め受信機に使用する電子ペンを登録する必要がなく複数の電子ペンを使用することが可能になる。
したがって、本発明の手書き筆跡入力システムにおいては、受信機に使用する各電子ペンを予め登録しておくことなく、使用中に電子ペンを追加して使用したり、別の電子ペンに変更したりすることが可能である。
【００１２】
更に、受信機のＣＰＵの処理能力が低く、複数の電子ペンに対応した処理ができない場合でも、停止する一定期間を赤外線信号と超音波信号の繰り返し発信間隔と同じ、またはそれ以上とし、実質的に他の電子ペンの赤外線信号と超音波信号の発信を禁止することで、混信を防ぎ、少なくとも筆記中の電子ペンの筆跡を正確に入力できる。  
【００１３】
上記の電子ペンの制御は、他の電子ペンから発信された赤外線信号を受信したときに一定期間発信を停止する構成であり、例えば電子ペンの赤外線信号に識別番号があったとしてもそれを解析する必要はないため、電子ペンに複雑な計算をさせる必要はない。つまり電子ペンに複雑な回路やＣＰＵを搭載する必要がなく、比較的安価で本発明の手書き筆跡入力システムを実現できる。
【００１４】
例えば電子ペンから発信した筆記中を示す赤外線信号が、手に隠れて他の電子ペンに届き難い場合でも、受信機の赤外線超音波測定部に赤外線信号を発信することのできる赤外線発信部を設け、電子ペンから発信された赤外線信号を受信したときに受信機から発信することで、より正確に他の電子ペンに筆記中であることを示す赤外線信号を伝えることが可能となる。通常、筆記者は受信機の赤外線超音波測定部に向けて筆記をしている為である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。同図において、電子ペンは３本使用して、それぞれ電子ペン１、電子ペン２、電子ペン３とする。受信機４は、二つの超音波受信部と一つの赤外線受信部と赤外線受信回路と超音波受信回路を有する赤外線超音波測定部、電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、位置座標データを筆跡データに変換する変換処理部の構成要素から成る。また、受信機４は通信インターフェース６を介してコンピュータ７と接続されており、受信機４の変換処理部から電子ペン１の筆跡データをコンピュータ７に送信することで、コンピュータ７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ことが出来る。
【００１６】
図２の電子ペンのブロック図を用いて、電子ペンの構造について説明する。電子ペンの基本的な構成は、超音波発生素子１０により超音波信号を発信させることのできる超音波発信部１１、赤外線発生素子８により赤外線信号を発信させることのできる赤外線発信部９、超音波信号、赤外線信号を繰り返し発信する間隔を制御する信号発信部１６、赤外線信号を受信することのできる赤外線受信部１３、赤外線信号を受信したことを検出する赤外線測定部１７、及びペン先の筆記部１５、この筆記部１５が被記録媒体５に接触しながら文字や図を描いたときの筆記状態と非筆記状態に対応してオン・オフするペンスイッチ１４、及び携帯性、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子ペン全体に電源を供給する電池１８から成る。本実施の形態では、筆記部１５は被記録媒体上５に直接軌跡を残すことが可能な機能を設けたボールペンやシャープペンシルなどであるが、例えば筆記部１５はスタイラスを内蔵し、ディスプレイの表面などを含む任意の面を被筆記媒体としてもよい。
【００１７】
超音波発信部１１の内部には、コンデンサとコイルと超音波発生素子１０を有するＬＣ共振回路部を配置し、超音波発生素子１０にはピエゾ素子を使用する。このピエゾ素子の形状は円筒形であることが多い。これは、筆記者が電子ペンをどの向きに持って使用しても、電子ペンのピエゾ素子は被記録媒体５上のどの方向にも一様に超音波信号を発信することが好ましいためである。この構成において、円筒形のピエゾ素子自身も共振周波数を持つ。このときＬＣ共振回路部の共振周波数ｆ０は構成を調整し、ピエゾ素子の共振周波数と可能な限り近くすることが好ましい。ピエゾ素子の共振周波数は、ピエゾフィルムの特性、及び円筒の直径などによって定まり、超音波は周波数が低いほど距離による減衰が小さいこと、一方で周波数が高いほど座標分解能が高くなることなどを考慮して、共振周波数を決定する。電子ペンを使った手書き筆跡入力システムの場合、数十ｋＨｚ程度がよく、８０ｋＨｚ付近が好ましく用いられる。
【００１８】
電子ペンの赤外線発信部９の内部には、トランジスタもしくはＦＥＴと赤外線発生素子８を配置し、トランジスタもしくはＦＥＴを制御することにより赤外線発生素子８の発光をオンまたはオフすることができる。このとき電子ペンの円筒軸に対して全方向に赤外線信号を発信するように赤外線発生素子８の指向角度を考慮して、複数個配置することが好ましい。  
【００１９】
電子ペンの赤外線受信部１３は、赤外線受信素子１２が配置されており、他の電子ペンの赤外線発信部９の赤外線発生素子８から発信された赤外線信号を受信するものである。そのため、赤外線受信素子１２の波長は、赤外線発生素子８の波長と同等のものが望ましい。また、赤外線信号を受信する方向が特定できない為、電子ペンの円筒軸に対して全方向に赤外線信号を受信するように赤外線受信素子１２の指向角度を考慮し、また自分が発信した赤外線信号を受信できない位置に複数個配置することが好ましい。
【００２０】
電子ペンの赤外線測定部１７はアンプ、フィルタ回路部、コンパレータで構成されており、赤外線受信部１３に到達した赤外線信号を検出するものである。他の電子ペンから赤外線信号を受信した場合について説明する。電子ペンの赤外線受信部１３で受信した赤外線信号は赤外線測定部１７に送られアンプで増幅されて、フィルタ回路部に送られる。外来ノイズを受信した場合でも、外来ノイズの部分を遮断できるようにフィルタ回路部は、電子ペンの赤外線信号と同じ周波数帯域の信号を通過させるフィルタが好ましい。例えば、電子ペンの赤外線発光素子８の波長が９４０ｎｍの場合、９４０ｎｍの波長をピークとする帯域通過フィルタを設計するとよい。その後、コンパレータで所定の閾値以上の信号を受信したときを検出し、赤外線測定部１７は赤外線信号を受信したことを信号発信部１６に伝えるようする。もしくは、電子ペンが筆記状態に変わったときに信号発信部１６は、赤外線測定部１７に他の電子ペンからの赤外線信号の受信の有無を確認するような制御にしてもよい。
【００２１】
電子ペンの赤外線受信部１３が他の電子ペンからの赤外線信号を受信していない場合は、電子ペンの筆記部１５が被記録媒体５に接触して筆記状態でいる期間、ペンスイッチ１４がオンになり、信号発信部１６は赤外線信号と超音波信号を一定の間隔で繰り返し発信させる事で、筆記状態中の電子ペンの位置座標を発信することができる。赤外線信号と超音波信号の一定の繰り返し間隔が短いほど正確な筆跡を表現することができ、例えば１５ｍｓの間隔で繰り返し発信するとよい。
【００２２】
次に、図３の受信機の内部のブロック図を用いて、受信機４の構造について説明する。受信機４は、赤外線受信部３０と、超音波受信部３１、３２と、アンプ３３、フィルタ回路部３６、コンパレータ４１からなる赤外線受信回路５４と、アンプ３４、３９、フィルタ回路部３７、コンパレータ４２からなる超音波受信回路５５と、アンプ３５、４０、フィルタ回路部３８、コンパレータ４３からなる超音波受信回路５６とを有する赤外線超音波測定部４４と、ＣＰＵ４５、タイマ４６、フラッシュメモリ４７、ＲＡＭ４８から成る座標演算部４９と、ＣＰＵ５０、ＲＡＭ５１からなる変換処理部５２、コンピュータ７と接続するための通信インターフェース６と、受信機４の全体に電源を供給することができる電池５３から構成されている。超音波受信回路５５、５６は、超音波受信部３1、３２が同時に超音波信号を受信しても処理ができるように、超音波受信部の数だけ設置した方が良い。本実施の形態では、座標演算部４９と変換処理部５２は、機能で分けて説明しているが、座標演算部４９と変換処理部５２のＣＰＵやＲＡＭは共通であっても良い。
【００２３】
受信機の赤外線受信部３０は、電子ペン内にある赤外線受信部１３と同様のもので構成され、赤外線受信素子が配置されており、電子ペンの赤外線発信部９の赤外線発生素子８から発信された赤外線信号を受信するものである。超音波受信部３１、３２は、電子ペンの超音波発信部１１の内部の超音波発生素子１０と同様のもので構成されており、超音波発信部１１の超音波発生素子１０から発信された超音波信号を受信するものである。電子ペンが発信する超音波信号を遮られることなく受信できるように、受信機４に開口部を設けて配設する。
【００２４】
受信機側の赤外線信号の受信について説明する。電子ペンの赤外線信号の受信と同様に赤外線受信部３０で受信した赤外線信号はアンプ３３で増幅されて、フィルタ回路部３６にて、外来ノイズの部分を遮断し、その後、コンパレータ４１で所定の閾値以上の信号を受信したときを検出し、座標演算部４９のＣＰＵ４５は、コンパレータ４１が信号を検出したとき、タイマ４６よりその時点の時刻を読み込み、この時刻を赤外線信号の到達の時刻としてＲＡＭ４８に保存する。  
【００２５】
超音波受信回路５５、５６の回路構成は同じなので、超音波受信部３１と超音波受信回路５５を用いて説明する。超音波受信部３１にて超音波信号を受信し、アンプ３４で信号を増幅させ、フィルタ回路部３７に送る。外来ノイズを受信した場合でも、外来ノイズの部分を遮断できるように、フィルタ回路部３７は、電子ペンが発信する超音波信号と同じ周波数帯域の信号を通過させるフィルタであることが好ましい。例えば、電子ペンの共振周波数が８０ｋＨｚの場合、８０ｋＨｚの周波数をピークとする帯域通過フィルタを設計するとよい。その後、アンプ３９で再び信号を増幅することによって、立ち上がりをより急峻にし、信号の先頭を正確に識別できるようにする。その後、コンパレータ４２で特定の閾値以上の信号の受信を検出し、タイミング信号を座標演算部４９のＣＰＵ４５に送信する。座標演算部４９のＣＰＵ４５は、コンパレータ４２及び４３から送られてきたタイミング信号を検出したとき、タイマ４６より現在の時刻を読み込み、この時間を超音波信号の到達時刻としてＲＡＭ４８に保存する。
【００２６】
そして、座標演算部４９のＣＰＵ４５は、ＲＡＭ４８に保存している受信機の赤外線受信部３０における赤外線信号の到達時刻と、二つの超音波受信部３１、３２における超音波信号の到達時刻との到達時間差及び音速を用いて電子ペンから超音波受信部３１、３２までの距離を計算する。電子ペンの位置座標は、電子ペンと二つの超音波受信部３１、３２の位置を頂点とする三角形を想定して、三辺測量法の理論を用いて計算する。ＣＰＵ４５は、計算された電子ペンの位置座標データを変換処理部５２のＲＡＭ５１に保存する。
【００２７】
変換処理部５２のＣＰＵ５０は、ＲＡＭ５１に保存してある電子ペンの位置座標データを座標の取得間隔に基づいて一連の集合体のストロークデータとして認識する。このストロークデータを構成する連続した位置座標データを繋げて滑らかな線を描くように修正し、筆跡データとしてコンピュータ７に送信する。本実施の形態では、コンピュータ７に接続した状態で筆記を行ったが、受信機４から通信インターフェース６とコンピュータ７を切り離して、受信機４は電池５３の電力を使って、屋外などのコンピュータのないところでも使用できる。この場合、変換処理部５２のＲＡＭ５１には、位置座標データを残しても良いし、筆跡データに変換したものを残しても良い。受信機４を再度コンピュータ７に接続した際に、変換処理部５２のＣＰＵ５０は、ＲＡＭ５１にあるデータをコンピュータ７に送信する。
【００２８】
図４の電子ペンを２本で筆記したときの発信のタイミングチャート図を用いて、電子ペンの赤外線信号と超音波信号の発信のタイミングについて説明する。
使用する電子ペン１、２はＴ１の間隔で赤外線信号と超音波信号を繰り返し発信する。まず、電子ペン１で筆記を始めると電子ペン２は、電子ペン１からの赤外線信号を受信することで、他の電子ペンが筆記中であることを検出する。例えばａの位置で赤外線信号を受信すると、そこからＴ２時間内は赤外線信号と超音波信号の発信を停止する期間（ｂの位置まで）として、この期間内に電子ペン２が筆記状態に変化しても赤外線信号と超音波信号の発信を行わない。つまり電子ペン２がｃの位置で筆記状態に変化すると、ｂの位置で赤外線信号と超音波信号の発信を行い、ｄの位置で筆記状態に変化した場合は、発信を停止する期間にはあたらないので、ｄの位置で発信を行う。ただし、ｅの位置で筆記状態に変化するとＴ２時間後（ｆの位置）は次の電子ペン１の赤外線信号と重なってしまうため、ｇの位置まで発信を停止する期間として、ｇの位置で赤外線信号と超音波信号の発信を行う。以降電子ペン２はＴ１の間隔で、赤外線信号と超音波信号を繰り返し発信することで、２本の電子ペンは混信することなく位置座標を発信することができる。
【００２９】
例えば被記録媒体５の筆記領域をＡ４の用紙相当とすると、受信機４から最も遠いところが３５０ｍｍ程度であるので、筆記中の電子ペンが超音波信号を発信すると受信機への到着までの最大時間は約１．１ｍｓ程度であり、超音波の振幅の残渣を考慮しても３ｍｓで受信機側での超音波信号強度は無視できるまでに減衰する。つまり、他の電子ペンが筆記状態にあることを赤外線信号で受信した電子ペンにおいて、赤外線信号と超音波信号の発信を停止する期間Ｔ２を３ｍｓとすることで、受信機は２本の電子ペンからの超音波信号を混信することなく受信できる。
【００３０】
また、最初に筆記を開始した電子ペンの赤外線信号と超音波信号の発信タイミングを基準にして、他の複数の電子ペンの赤外線信号と超音波信号の発信を停止する期間Ｔ２の開始タイミングを設定することで、より多くの電子ペンを混信することなく発信できる。図５の電子ペン１を基準としたときの発信タイミングチャート図を用いて、他の電子ペンの赤外線信号と超音波信号の発信のタイミングについて説明する。
まず、電子ペン１で筆記を始めると電子ペン２は、電子ペン１からの赤外線信号を受信することで、他の電子ペンが筆記中であることを検出する。例えばｈの位置で赤外線を受信すると、Ｔ１の間隔（ｉの位置まで）は他の電子ペンが筆記中であることを信号受信部１６に伝える。この間、他に赤外線信号を受信していない事から、１本の電子ペンが筆記中であることがわかる。電子ペン２をｊの位置で筆記常態になったとすると、信号発信部１６は、次に電子ペン１の赤外線信号を検出した時間（ｉの位置）からさらにＴ２時間（ｋの位置）までを発信を停止する期間として、その後、赤外線信号と超音波信号をＴ１の間隔で繰り返し発信させる。  
このような発信を停止する期間を設けることで、更に電子ペンを追加したときの混信を防げる期間Ｔ３をより長く確保することができる。例えば赤外線信号と超音波信号の繰り返し発信間隔Ｔ１は１５ｍｓ、発信を停止する期間Ｔ２を３ｍｓとなるように設定した場合、最大で５本の電子ペンを混信することなく発信できる。
【００３１】
次に図６の電子ペンを２本で筆記したときの受信のタイミングチャート図を用いて、赤外線信号と超音波信号の受信のタイミングについて説明する。
受信機４の座標演算部４９は最初に赤外線信号を受信したとき（ｌの位置）と超音波信号を受信したとき（ｍの位置）の到達時間差Ｐ１から１本目の電子ペンの位置座標を計算する。その後、受信した赤外線信号（ｎの位置）とｌの位置との到達時間差Ｔ４がＴ１時間以下のときは、２つ目の受信した赤外線信号は、違う電子ペンから発信された赤外線信号と判断して、次に受信した超音波信号（ｏの位置）との到達時間差Ｐ２を２本目の電子ペンの位置座標として計算する。次に受信した赤外線信号（ｑの位置）は、ｌの位置からＴ１時間後に受信しているため、最初に受信した電子ペンからの赤外線信号と判断して、到達時間差Ｐ３を１本目の電子ペンの位置座標として計算する。次に受信した赤外線信号（ｒの位置）はｎの位置からＴ１時間後に受信しているため、Ｐ４は２本目の電子ペンの位置座標として計算する。これを繰り返すことによって、２つの電子ペンの位置座標が計測できる。
【００３２】
本発明の手書き筆跡入力システムにおいては、理論上、２本の電子ペンが同時に筆記状態になった場合、つまり１本の電子ペンが筆記状態になってから赤外線信号を発信するまでに、もう一方の電子ペンが筆記状態になると、２つの電子ペンから赤外線信号と超音波信号を発信し混信してしまうことになるが、使用上、電子ペンの回路構成にもよるが、この時間は数十μＳ程度まで短くすることができるので、本発明の電子ペンが同時に筆記状態になることはないと考えられる。  
【００３３】
図７の電子ペンを３本で筆記したときの発信タイミングチャート図を用いて、電子ペン１、電子ペン２の筆記中に電子ペン３を追加して筆記したときの赤外線信号と超音波信号の発信のタイミングについて説明する。このとき、最初に筆記を開始した電子ペン１の発信を基準にして、他のペンを発信させるとする。
例えば電子ペン３はｓの位置で電子ペン１の赤外線信号を受信すると、Ｔ１の間隔（ｕの位置まで）は他の電子ペンが筆記中であることを信号受信部１６に伝える。ｓの位置からＴ２時間後（ｖの位置）に再び赤外線信号を受信している事から、２本の電子ペン筆記中であることがわかる。電子ペン３をｗの位置で筆記常態になったとすると、信号発信部１６は、次に電子ペン１の赤外線信号を検出した時間（ｕの位置まで）からＴ２時間後（ｘの位置）にも赤外線信号を受信すると予測できるので、更にＴ２時間後（ｙの位置）までを発信を停止する期間として、その後、赤外線信号と超音波信号をＴ１の間隔で繰り返し発信させることで、混信を防止し３本の電子ペンの位置座標を発信することができる。
また、電子ペン３が他の２本の電子ペンの赤外線信号を受信するタイミングがずれて電子ペン１の赤外線信号よりも先に電子ペン２の赤外線信号を受信した場合、つまりｓを検出できずにｖを検出した場合でも、そのＴ２時間後（ｚの位置）には赤外線信号を受信していないことから信号発信部１６は、次の電子ペン２の赤外線信号を受信（ｘの位置）からＴ２時間（ｙの位置）までを発信を停止する期間として、その後、赤外線信号と超音波信号を発信することで、電子ペン１の赤外線信号を最初に受信したときと同じタイミングで発信することになる。
受信機４の座標演算部４９は電子ペンが３本の場合でも、２本のときと同様に、最初の赤外線信号の受信したときからＴ１間隔にあるものを同一の電子ペンの赤外線信号と認識し、それ以下の間隔で受信する赤外線信号は違う電子ペンと認識して計算すればよい。
【００３４】
例えば３本の電子ペンで筆記中に電子ペン２の筆記が終わった場合は、電子ペン２の赤外線信号と超音波信号が発信されないだけで、電子ペン１と電子ペン３の発信タイミングは変わらない。また、電子ペン１と電子ペン３が筆記中に再び電子ペン２を筆記した場合、電子ペン２が最初にどちらの電子ペンの赤外線信号を受信するかで、電子ペン２の発信タイミングが変わる。つまり、最初に電子ペン１の赤外線信号を受信すれば、そこからＴ２時間後に赤外線信号と超音波信号を発信し、最初に電子ペン３の赤外線信号を受信すれば、そこからＴ２時間後に赤外線信号と超音波信号を発信する。    
【００３５】
例えば、赤外線信号や超音波信号などに電子ペンを識別させる識別番号を乗せた場合、受信機４の赤外線超音波測定部４４は、どの電子ペンから発信された信号か特定できるため、例えば電子ペンごとに筆跡データを別々に表示したり、電子ペンごとに色を変えて表示したりすることもできる。  
【００３６】
次に図８の赤外線発信部を有している受信機のブロック図を用いて、受信機４の赤外線超音波測定部４４に赤外線信号を発信することのできる赤外線発信部５７がある場合について説明する。赤外線発信部５７の内部は、電子ペン内にある赤外線発信部１１と同様のもので構成する。コンパレータ４１が赤外線信号を検出したとき、赤外線発信部５７から受信した赤外線信号と同じ波長の赤外線信号を発信する。このとき筆記を開始した電子ペンも赤外線発信部５７からの赤外線信号も受信するので、この信号は無視するように制御する。こうすることによって、例えば電子ペンから発信した筆記中を示す赤外線信号が、手に隠れて他の電子ペンに届き難い場合でも、通常、筆記者は受信機の赤外線超音波測定部に向けて筆記をしている為、より正確に他の電子ペンに筆記中であることを示す赤外線信号を伝得ることが可能となる。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
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。
実施例１において、図１のように電子ペン１、電子ペン２、電子ペン３の３本の電子ペンを配置した手書き筆跡入力システムを使用した。ただし、電子ペンの超音波発信部１１の共振周波数は８０ｋＨｚに設定し、信号発信部１６の赤外線信号と超音波信号の繰り返し発信間隔は１５ｍｓ、筆記状態が重なったときの発信を停止する期間を３ｍｓとなるように設定した。また、電子ペン内のフィルタ回路部と受信機内のフィルタ回路部３６は、９４０ｎｍをピークとする帯域通過フィルタとした。同様に受信機内のフィルタ回路３７、３８は８０ｋＨｚをピークとする帯域通過フィルタとした。受信機４はコンピュータに接続した状態で、コンピュータの画面に筆跡を表示させながら筆記を行った。
【００３８】
（実施例２）
実施例１と同様に３本の電子ペンを配置した手書き筆跡入力システムを使用した。このとき、図８のように受信機４の赤外線超音波測定部４４に赤外線信号を発信することのできる赤外線発信部５７を配設した。ただし、電子ペンの超音波発信部１１の共振周波数は８０ｋＨｚに設定し、信号発信部１６の赤外線信号と超音波信号の繰り返し発信間隔は１５ｍｓ、筆記状態が重なったときの発信を停止する期間を３ｍｓとなるように設定した。また、電子ペン内のフィルタ回路部と受信機内のフィルタ回路部３６は、９４０ｎｍをピークとする帯域通過フィルタとした。同様に受信機内のフィルタ回路３７、３８は８０ｋＨｚをピークとする帯域通過フィルタとした。受信機４はコンピュータに接続した状態で、コンピュータの画面に筆跡を表示させながら筆記を行った。
【００３９】
（比較例１）
実施例１と同様に３本の電子ペンを配置した手書き筆跡入力システムを使用した。ただし、電子ペンには赤外線受信部１３、赤外線測定部１７は存在しないものとする。
また、電子ペンの超音波発信部１１の共振周波数は８０ｋＨｚに設定し、信号発信部１６の超音波信号の発信間隔は１５ｍｓとなるように設定した。また、電子ペン内のフィルタ回路部と受信機内のフィルタ回路部３６は、９４０ｎｍをピークとする帯域通過フィルタとした。同様に受信機内のフィルタ回路３７、３８は８０ｋＨｚをピークとする帯域通過フィルタとした。受信機４はコンピュータに接続した状態で、コンピュータの画面に筆跡を表示させながら筆記を行った。  
【００４０】
（比較例２）  
３本の電子ペンと受信機から構成される手書き筆跡入力システムで、予め受信機には使用する電子ペン１、電子ペン２、電子ペン３の識別番号を登録する。受信機が識別信号を含んだ赤外線信号を送信して、電子ペンは受信した識別信号を照合して、自分の識別番号のときに超音波信号を発信することで、受信機は複数の電子ペンの位置座標を計測することができる手書き筆跡入力システムを使用した。ただし、受信機の赤外線信号の繰り返し発信間隔は１５ｍｓ、１つの電子ペンに割り当てられる時間を３ｍｓとなるように設定した。受信機はコンピュータに接続した状態で、コンピュータの画面に筆跡を表示させながら筆記を行った。
【００４１】
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の手書き筆跡入力システムについて以下の項目でそれぞれ評価を行った。
（１）電子ペン１の筆記中に電子ペン２及び／または電子ペン３を筆記状態にしたところ、実施例１、実施例２、比較例２の受信機は、問題なく筆記中の電子ペン１の筆跡を残すことができたが、比較例１では受信機で超音波信号の混信がおこり、電子ペン１の筆跡を正常に残すことができた部分と筆跡にならない部分などがあった。
（２）電子ペン１の使用途中で、別の電子ペン４と交換を行ったところ、実施例１、実施例２、比較例１は、問題なく電子ペンを交換することができたが、比較例２は交換する電子ペンを予め受信機に登録する必要がある為、交換した電子ペンの筆跡を残すことはできなかった。  
（３）電子ペン１の筆記中に電子ペン２及び電子ペン３を筆記状態にしたところ、実施例１、実施例２、比較例２の受信機は問題なく３本の電子ペンの筆跡を入力することができたが、比較例１の受信機は３本すべての電子ペンの筆跡を残すことができなかった。
（４）電子ペン１、電子ペン２、電子ペン３で筆記中に更に電子ペン５を１本追加して４本の電子ペンで筆記したところ、実施例１、実施例２の受信機は問題なく４本の電子ペンの筆跡を入力ができたが、比較例２の受信機は追加する電子ペン５を予め受信機に登録する必要がある為、追加した電子ペン５の筆跡を残すことはできなかった。
以上の評価結果をまとめたものを表１に示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
複数の電子ペンの位置座標を計算する手書き筆跡入力システムにおいては、受信機には高速なＣＰＵが必要である。特に、比較例２では識別信号を解析するために、電子ペン毎にも高速なＣＰＵが必要とされ、高価なシステムとなってしまうと欠点がある。これに対し、本発明の実施例１及び２においては、受信機４にのみ高速なＣＰＵを用いればよい。
【００４４】
しかし、受信機４に低速なＣＰＵを使い、少なくとも混信を防ぎ、筆記中の電子ペンの筆跡を正確に入力できる方法として、例えば発信を停止する期間を赤外線信号と超音波信号の繰り返し発信間隔と同じ、またはそれ以上の時間に設定すると、後から筆記を開始した電子ペンは、赤外線信号と超音波信号を発信しないことになるため、手書き筆跡入力システム内で赤外線信号と超音波信号を繰り返し発信している電子ペンは１本だけとなり、一度に複数の電子ペンの筆跡は入力できないものの、少なくとも混信を防ぐことができ、筆記中の電子ペンの筆跡を正確に入力できる。
例えば、電子ペンの信号発信部１６の赤外線信号と超音波信号の繰り返し発信間隔を１５ｍｓ、筆記状態が重なったときの発信を停止する期間を１５ｍｓとなるように設定した以外は実施例１と同様に、３本の電子ペンを配置した手書き筆跡入力システムを使用して、電子ペン１の筆記中に電子ペン２及び／または電子ペン３を筆記状態にしたところ、受信機は、問題なく筆記中の電子ペン１の筆跡を残すことができた。
【００４５】
この場合、電子ペンにＬＥＤや振動モータ等を配設し、電子ペンが発信を停止する期間にある間は、これらを用いて筆記者に赤外線信号と超音波信号を発信していないことを伝えるとよい。  
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】手書き筆跡入力システムの斜視図
【図２】電子ペンのブロック図
【図３】受信機の内部のブロック図
【図４】電子ペンを２本で筆記したときの発信タイミングチャート図
【図５】電子ペン１を基準としたときの発信タイミングチャート図
【図６】電子ペンを２本で筆記したときの受信タイミングチャート図
【図７】電子ペンを３本で筆記したときの発信タイミングチャート図
【図８】赤外線発信部を有している受信機のブロック図
【符号の説明】
【００４７】
１、２、３  電子ペン
４  受信機
５  被記録媒体
６  通信インターフェース
７  コンピュータ
８  赤外線発生素子
９  電子ペンの赤外線発信部
１０  超音波発生素子
１１  超音波発信部
１２  赤外線受信素子
１３  電子ペンの赤外線受信部
１４  ペンスイッチ
１５  筆記部
１６  信号発信部
１７  赤外線測定部
１８、５３  電池
３０  受信機の赤外線受信部
３１、３２  超音波受信部
３３、３４、３５、３９、４０  アンプ
３６、３７、３８  フィルタ回路
４１、４２、４３  コンパレータ
４４  赤外線超音波測定部
４５、５０  ＣＰＵ
４６  タイマ
４７  フラッシュメモリ
４８、５１  ＲＡＭ
４９  座標演算部
５２  変換処理部
５４  赤外線受信回路
５５、５６  超音波受信回路
５７  受信機の赤外線発信部
【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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