(57)【要約】      （修正有）【課題】電子ペンの簡素化及び消費電力を低減する。【解決手段】ペンスイッチと、マウス機能を選択するマウススイッチと、超音波と電磁波を発生させる回路を設けた、一つ以上の電磁波受信部および二つ以上の超音波受信部、前記電磁波信号及び、前記超音波信号の到達時間差から距離を計算し、電子ペンの位置座標データを算出する電子ペンであって、超音波発信部はコイルとピエゾ素子を有しコイルのインダクタンスとピエゾ素子のキャパシタンスによって構成されるＬＣ共振回路の発振により、共振周波数の電磁波信号及び超音波信号が同時に発信し、前記ペンスイッチ及び前記マウススイッチの状態に対応して予め決められた時間間隔で、前記電磁波信号及び前記超音波信号を発信し、時間間隔を変換処理部が認識し、前記ペンスイッチ及び前記マウススイッチの状態情報に変換する。【選択図】図２
2009134505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、筆記部を有し、筆記状態であるか否かを判別するペンスイッチと、マウス機能を選択するマウススイッチを設け、電磁波信号を送信する機能を有する送信アンテナから構成される電磁波発信部を有し、超音波発生素子及び前記電磁波発信部に超音波と電磁波を発生させる回路と前記超音波発生素子とから構成される超音波発信部を設けた電子ペンと、少なくとも前記電磁波信号を受信する機能を有する一つ以上の電磁波受信部及び、前記超音波信号を受信する機能を有する二つ以上の超音波受信部及び、前記電磁波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を設けた信号受信部と、前記電磁波信号及び、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、電子ペンの位置座標データを算出する座標・時間演算部と、電子ペンの位置座標データを、筆跡データまたはマウス機能を選択したときの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入力システムであって、前記電子ペンの超音波発信部は、少なくともコイルとピエゾ素子を有すると共に、前記コイルのインダクタンスと前記ピエゾ素子のキャパシタンスによって構成されるＬＣ共振回路を有し、該ＬＣ共振回路の発振により、前記ＬＣ共振回路の共振周波数の電磁波信号及び超音波信号が同時に発信されると共に、前記ペンスイッチ及び前記マウススイッチの状態に対応して予め決められた時間間隔で、前記電磁波信号及び前記超音波信号を前記電子ペンが発信し、信号受信部で受信された電磁波信号の時間間隔を変換処理部が認識し、予め決められた前記ペンスイッチ及び前記マウススイッチの状態情報に変換することを特徴とする手書筆跡入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも電磁波信号と超音波信号を同時に発信する構成を簡素化した電子ペンと、前記電磁波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筆跡入力システムであって、前記電子ペンが超音波信号と電磁波信号を共通の発信回路から同一の周波数で同時に出力し、電子ペンで紙面に筆記している状態、マウス機能を行うためのマウススイッチの操作状態、等の固有情報をＣＰＵが判別し、前記電子ペンで紙面に筆記している状態、マウス機能を行うマウススイッチが押された状態、を各々の状態によって前記電磁波信号と前記超音波信号を発信する複数の時間間隔を決めておき、状態によって決められた複数の時間間隔で発信し、信号受信部で電磁波信号が受信されることで、この複数の時間間隔を受信側の変換処理部が認識し、予め決められた固有情報に変換することを特徴とする電子ペンの構成を簡素化した手書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元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。また、赤外線信号を超音波の同期信号以外にも利用し、ペンの種類やペンに取り付けられている各種スイッチの状態を赤外線信号により通信する技術も知られている。
【０００３】
上記、位置検出技術を利用した手書筆跡入力システムは、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。
手書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。
【０００５】
超音波信号の飛行時間を測る方法として前記手書筆跡入力システムは、赤外線と超音波の空気中の伝達速度が違うことを利用して、受信部への到達時間差から超音波信号の飛行時間を計算している。この方法は、空気中で赤外線と超音波の伝達速度が大きく異なる為、超音波信号の飛行時間を計算する際に、計算上の誤差が少なくなり、電子ペンの位置を精度良く計算できるが、電子ペンや受信機には、超音波信号以外に赤外線信号の送受信を行う機構が必要である為、電子ペンと受信回路の回路構成が複雑になり、消費電力も多くなる。また、超音波信号の飛行時間を測る方法として、受信機に超音波受信部を３つ以上使う方法がある。これは、電子ペンから発信された超音波信号だけで、各超音波受信部に到達した時間差から超音波信号の発信した時刻を計算することができる。しかし、到達時間差が小さい為、計測誤差が大きくなり、電子ペンの位置座標の精度が悪くなってしまう。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記、背景技術では、赤外線又は電磁波と超音波を別の回路を構成し、赤外線又は電磁波の部分を符号化して受信器に送信し、電子ペンを使用して筆記するときに用いられる色の情報や、電子ペンの製造番号、マウス操作を行うときに使用するマウススイッチの操作信号等の情報を受信器に送信するものが記載されている。
赤外線又は電磁波を生成する回路と、超音波を生成する回路を別に構成して、電子ペンの内部に格納しているために、電子ペンの形状は大型化してしまい、回路構成が複雑になり、消費電力も多くなり、携帯性も悪くなるといった問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
少なくとも、筆記部を有し、筆記状態であるか否かを判別するペンスイッチと、マウス機能を選択するマウススイッチを設け、電磁波信号を送信する機能を有する送信アンテナから構成される電磁波発信部を有し、超音波発生素子及び前記電磁波発信部に超音波と電磁波を発生させる回路と前記超音波発生素子とから構成される超音波発信部を設けた電子ペンと、少なくとも前記電磁波信号を受信する機能を有する一つ以上の電磁波受信部及び、前記超音波信号を受信する機能を有する二つ以上の超音波受信部及び、前記電磁波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を設けた信号受信部と、前記電磁波信号及び、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、電子ペンの位置座標データを算出する座標・時間演算部と、電子ペンの位置座標データを、筆跡データまたはマウス機能を選択したときの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入力システムであって、前記電子ペンの超音波発信部は、少なくともコイルとピエゾ素子を有すると共に、前記コイルのインダクタンスと前記ピエゾ素子のキャパシタンスによって構成されるＬＣ共振回路を有し、該ＬＣ共振回路の発振により、前記ＬＣ共振回路の共振周波数の電磁波信号及び超音波信号が同時に発信されると共に、前記ペンスイッチ及び前記マウススイッチの状態に対応して予め決められた時間間隔で、前記電磁波信号及び前記超音波信号を前記電子ペンが発信し、信号受信部で受信された電磁波信号の時間間隔を変換処理部が認識し、予め決められた前記ペンスイッチ及び前記マウススイッチの状態情報に変換する手書筆跡入力システムを提案するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の手書筆跡入力システムにおいては、電子ペンの超音波発信部にＬＣ共振回路を使用することで、電子ペンに電磁波を放射する専用の回路が必要なく、電子ペンを簡素化でき、消費電力を低減できる。また、電子ペンからは同一の周波数の電磁波と超音波を発信できるので、信号受信部に於いて、アンプやフィルタ回路部、コンパレータなどによって構成される受信回路部内の共通化する事ができ、信号受信部の構成を簡素化できるまた、マウス機能を行うためのマウススイッチを押している操作状態、などの情報を受信機に伝えることができなかったが、電子ペンが、紙面に筆記している筆記状態、マウススイッチを押しているマウス操作状態等の固有情報を予め決められた各々の状態によって電磁波信号と超音波信号を発信する複数の時間間隔を決めておき、前記電子ペン各々の状態によって決められた複数の時間間隔で発信し、信号受信部で電磁波信号が受信されることで、この複数の時間間隔を受信側の変換処理部が認識し、予め決められた固有情報に変換することで筆記以外の情報を伝えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面に従って、本発明に係る手書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、本実施の手書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、受信機２は二つの超音波受信部と一つの電磁波受信部と、３つの受信回路を有する信号受信部、電子ペン１の位置座標データを計算する座標・時間演算部、位置座標データを筆跡データやマウス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２は適宜の通信インタフェース７を介して、コンピュータ８と接続されており、受信機２の変換処理部から電子ペン１の筆跡データやマウスデータをコンピュータ８に送信すると、コンピュータ８は搭載したディスプレイに筆跡を表示したり、文字認識処理をしたり、マウス機能をしたり、記憶装置に保存したりする。
【００１０】
図２の電子ペンのブロック図を用いて、電子ペン１の構造について説明する。電子ペン１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、超音波発生素子１０の発振に合わせて電磁波信号を放射する機能を有する電磁波発信部１２、電子ペン１が、紙面に筆記している筆記状態、マウススイッチを押しているマウス操作状態等の固有情報を予め決められた各々の状態によって電磁波信号と超音波信号を発信する複数の時間間隔を決めておき、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、または、マウス操作状態に対応してオン・オフするサイド１スイッチ４及びサイド２スイッチ５によって決められた複数の時間間隔で発信制御する信号発信部１３、ペン先の筆記部３が被記録媒体６（図１参照）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、または、マウス操作状態に対応してオン・オフするサイド１スイッチ５及びサイド２スイッチ５、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１５から成る。本実施の形態では、筆記部３は被記録媒体上６（図１参照）に直接軌跡を残すことが可能な機能を設けたが、例えば筆記部３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。
【００１１】
また、図３に電子ペン１内部の超音波発信部１１及び、電磁波発信部１２の回路図を示す。超音波発信部１１は、コイル１６、昇圧用トランジスタ１７、ダイオード１８、抵抗１９、２０及び超音波発生素子であるピエゾ素子１０から構成されており、電磁波発信部１２の内部の電磁波信号を放射する機能を有する送信用アンテナ２１に接続している。
【００１２】
少なくとも、電子ペン１の筆記部３が被記録媒体６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、電磁波信号と超音波信号を発信するために２つの工程が複数回行われる。または、マウス操作状態に対応してオン・オフするサイド１スイッチ４及びサイド２スイッチ５のどちらか、あるいは両方がオンになり、電磁波信号と超音波信号を発信するために同様に２つの工程が複数回行われる。
第１の工程は、超音波発信部１１の内部の昇圧用トランジスタ１７をオンにし、コイル１６を昇圧させる工程である。第２の工程は、第１の工程の昇圧用トランジスタ１７をオフにし、コイル１６に逆起電力を発生させ、この逆起電力によって、コイル１６とピエゾ素子１０に自己発振を起こし、ピエゾ素子１０より超音波を発信させると同時に、送信用アンテナ２１から電磁波を放射する工程である。
【００１３】
次に、一定の時間後、例えば自己発振を２周期した後、再び第１の工程を繰り返すことで、コイル１６とピエゾ素子１０に自己発振を止める事ができ、超音波と電磁波の発信を止めることができる。上記２つの工程を実施して電磁波信号と超音波信号を発信する。上記２つの工程を複数回行うことで、紙面に筆記している筆記状態、マウススイッチを押しているマウス操作状態等の固有情報を予め決められた各々の状態によって決められた時間間隔で複数回繰り返す。
決められた時間間隔について、２回で１セットを図６に、３回で１セットを図７に示す。
図６は、２回の時間間隔でペンスイッチ１４、サイド１スイッチ４、サイド２スイッチ５のいずれか一つ以上オンの場合に、その状態を伝達するタイミング図である。図７は３回の時間間隔でペンスイッチ１４、マウススイッチ４、マウススイッチ５のいずれか一つ以上オンの場合に、その状態を伝達するタイミング図である。
【００１４】
超音波発信部１１の内部のピエゾ素子１０は、例えばＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）を用いる圧電素子であり、電圧を力に、または力を電圧に変換できる素子である。ピエゾ素子は、ＰＶＤＦで作ったピエゾフィルムの表面及び裏面に電極を敷設したものであり、コンデンサを形成するのでキャパシタンス（静電容量）Ｃを持つ。従って、コイル１６とピエゾ素子１０によって形成した回路は、コイル１６のインダクタンス（誘導係数）Ｌ及びピエゾ素子１０のキャパシタンスＣによって数式１のように定まる共振周波数ｆ０を持つ直列のＬＣ共振回路になり、前記第２の工程を実施すると、共振周波数ｆ０の自己発振が励起される。
【００１５】
(数１)
ｆ０＝１／（２・π・√（Ｌ・Ｃ））
【００１６】
一方、ピエゾ素子１０の形状は円筒形であることが多い。これは、筆記者（図示せず）が電子ペン１をどの向きに持って使用しても、ピエゾ素子１０は被記録媒体６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。この構成によって、円筒形のピエゾ素子１０自身も共振周波数を持つ。このとき超音波発信部１１のＬＣ共振回路の共振周波数ｆ０は、回路の構成を調整し、ピエゾ素子１０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１０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筆跡入力システムの場合、数十ｋＨｚ程度がよく、８０ｋＨｚ付近は好ましく用いられる。
【００１７】
前記第２の工程で、ピエゾ素子１０が自己発振をしたとき、電磁波発信部１２の内部の送信用アンテナ２１からはピエゾ素子１０の自己発振に伴い、同一の周波数の電磁波が同時に放射される。例えば、ピエゾ素子１０から発信される超音波の周波数が８０ｋＨｚの場合、送信用アンテナ２１から放射される電磁波も８０ｋＨｚで放射される。送信用アンテナ２１は、電子ペン１の筐体が金属でなければ、電子ペン１の内部に導線のアンテナを設置してもよいし、電子ペン１の超音波発信部１１の回路パターンとして実装したり、コイル１６とピエゾ素子１０を接続する回路パターンもしくは導電性ワイヤによって代用して電磁波信号を発信させたてもよい。この場合、超音波発信部１１が、電磁波発信部１２を兼ねることになる。また、電子ペン１の筐体が金属である場合は、一部を非金属にしてその内部に送信用アンテナ２１を設置するとよい。
【００１８】
電子ペン１から発信された超音波信号と電磁波信号は、受信機２の超音波受信部と電磁波受信部でそれぞれ受信する。電子ペン１から超音波受信部または、電磁波受信部までは、電磁波は約３×１０８ｍ／ｓの光速で飛行し、一方で超音波は約３．５×１０２ｍ／ｓの音速で飛行するため、超音波信号の超音波発信部から超音波受信部までの到達時間に対して、電磁波信号の電磁波発信部から電磁波受信部までの到達時間は無視できるほど小さい。このため、測定した電磁波信号と超音波信号の到達時間の差は、電子ペン１から超音波受信部までの超音波信号の到達時間として計算することができる。
上記２つの工程を複数回行うことで、紙面に筆記している筆記状態、マウススイッチを押しているマウス操作状態等の固有情報を予め決められた各々の状態によって決められた時間間隔で複数回繰り返す。
【００１９】
決められた時間間隔について、２回で１セットを図６に、３回で１セットを図７に示す。図６は、２回の時間間隔でペンスイッチ１４、サイド１スイッチ４、サイド２スイッチ５のいずれか一つ以上オンの場合に、その状態を伝達するタイミング図である。図７は３回の時間間隔でペンスイッチ１４、サイド１スイッチ４、サイド２スイッチ５のいずれか一つ以上オンの場合に、その状態を伝達するタイミング図である。それぞれ２回、３回で１セットなのでスイッチ情報の変化は２回、３回で変更する。毎回、電磁波と超音波が発信されるので位置情報は常時更新される。スイッチ状態が変化した場合は、１セットの発信完了後に次の１セットの発信で新しい状態を送信する。また、全てのスイッチがオフに変化した場合は１セットの発信完了後、発信を停止する状態になる。停止状態も１セットの発信時間を使用する。図６、及び図７にスイッチのオン・オフの組み合わせと時間間隔のタイミングを示す。
【００２０】
電子ペン１が８０ｋＨｚの超音波を１００回／秒発信する場合には、発信の間隔は平均１０ｍ秒であり、超音波信号の最長飛行時間は約１ｍ秒、約３５ｃｍである。その場合、前記図６に書かれている平均繰り返し周期２−０と２−１は２０ｍ秒であり、２−０ａと２−０ｂの間隔は８０ｋＨｚの１周期１２．５ｕ秒の２倍２５ｕ秒または４倍１００ｕ秒が好ましい。２−０ａから２−０ｇの間隔はその７倍あり２倍２５ｕ秒なら３５０ｕ秒、４倍１００ｕ秒なら７００ｕ秒になる。１０ｍ秒に対する変化は最大でも３．５パーセント以下であるうえ、２回ごとに補正される。
【００２１】
前記図７に書かれている平均繰り返し周期３−０と３−１は３０ｍ秒であり３−０ａと３−０ｂの間隔は８０ｋＨｚの１周期１２．５ｕ秒の２倍２５ｕ秒または４倍１００ｕ秒が好ましい。３−０ａから３−０ｃ’の間隔は３倍あり２倍２５ｕ秒なら７５ｕ秒、４倍１００ｕ秒なら３００ｕ秒になる。１０ｍ秒に対する変化は最大でも３．０パーセント以下であるうえ、３回ごとに補正される。
上記により電子ペン１から受信機２に、電子ペン１の紙面に筆記している筆記状態、マウススイッチを押しているマウス操作状態等の固有情報を予め決められた複数の時間間隔で電磁波信号と超音波信号を発信することで伝える。
【００２２】
次に、図４の受信機の内部のブロック図を用いて、受信機２の構造について説明する。受信機２は、電磁波受信部３０と、超音波受信部３１、３２と、アンプ３３、３９、フィルタ回路部３６、コンパレータ４２、からなる受信回路５２と、アンプ３４、４０、フィルタ回路部３７、コンパレータ４３からなる受信回路５３と、アンプ３５、４１、フィルタ回路部３８、コンパレータ４４からなる受信回路５４とを有する信号受信部５２と、ＣＰＵ４５、タイマ４６、フラッシュメモリ４７、ＲＡＭ４８から成る座標・時間演算部５６と、ＣＰＵ４９、ＲＡＭ５０からなる変換処理部５７、受信機２の全体に電源を供給することができる電池５８から構成されている。受信回路は、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・時間演算部５６と変換処理部５７は、機能で分けて説明しているが、座標・時間演算部５６と変換処理部５７のＣＰＵやＲＡＭは共通であっても良い。
【００２３】
超音波受信部３１、３２は、電子ペン１の超音波発信部１１の内部のピエゾ素子１０と同様のもので構成されており、超音波発信部１１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１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２に開口部を設けて配設する。
電磁波受信部３０は、受信用のアンテナが配設されており、電子ペン１の電磁波発信部１２から放射された電磁波信号を受信するものである。また、受信用のアンテナを使わずに、超音波受信部３１または３２の回路に外来ノイズ防止用のシールドをしていない場合の回路上の配線や、超音波受信用のピエゾ素子自体からも電子ペンからの電磁波信号を受信することも可能である。
【００２４】
電磁波受信部３０で受信した電磁波信号は、アンプ３３で信号を増幅させて、フィルタ回路部３６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３６は、電子ペン１が発信する電磁波信号及び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が好ましい。例えば、電子ペン１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を受信したときを検出し、座標・時間演算部５６のＣＰＵ４５は、コンパレータ４２が信号を検出したとき、タイマ４６より現在の時間を読み込み、この時間を電磁波信号の到達時間としてＲＡＭ４８に保存する。
【００２５】
次に電子ペン１から発信された超音波信号を、二つの超音波受信部３１、３２で受信して、電磁波信号と同様にアンプ３４、３５で信号を増幅させ、フィルタ回路部３７、３８で外来ノイズを除去した後、アンプ４０、４１にて再び信号を増幅させてコンパレータ４３、４４で特定の閾値以上の信号の受信を検出し、座標・時間演算部５６のＣＰＵ４５は、コンパレータ４３、４４が信号を検出したとき、タイマ４６より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ４８に保存する。
【００２６】
座標・時間演算部５６のＣＰＵ４５は、ＲＡＭ４８に保存している電磁波受信部３０における電磁波信号の到達時間と、二つの超音波受信部３１、３２における超音波信号の到達時間の到達時間差及び音速を用いて電子ペン１から超音波受信部までの距離を計算する。
また電子ペン１からの電磁波信号が、図６に基づいて送信されたならば、ＲＡＭ４８に保存されている電磁波信号の受信時間データにより、２回ごとの電磁波信号の時間間隔から図６に基づいてペンスイッチ１４、マウススイッチ４、マウススイッチ５の状態を特定し、紙面に筆記している筆記状態、マウススイッチを押しているマウス操作状態等の固有情報を得ることができる。電磁波信号が図７に基づいて送信されたならば、３回ごとの電磁波信号の時間間隔から図７に基づいて電子ペン１の固有情報を得ることができる。
電子ペン１の位置座標は、電子ペン１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。ＣＰＵ４９は、計算された電子ペン１の位置座標データとペンスイッチ１４、サイド１スイッチ４、サイド２スイッチ５の状態を変換処理部５７のＲＡＭ５０に保存する。
【００２７】
超音波は音響の振動であり、電磁波は電磁界振動であるので、物理的には異なる現象ではあるが、各受信部で受信した後は、電磁波、超音波ともに同一の周波数をもつ波形として計測を行うことができる。
例えば筆記領域の被記録媒体４が略Ａ４サイズで、電子ペン１の信号発信部１３が、超音波信号を１００回／秒発信する場合には、発信の間隔は約１０ｍ秒であり、超音波信号の最長飛行時間は約１ｍ秒である。
【００２８】
図５は、フィルタリング後の計測波形の概念図である。フィルタ回路部３６、３７、３８で適切に外来ノイズを遮断できるので、ノイズの少ない電磁波信号と超音波信号を計測できる。つまり、この計測波形のａの部分が電磁波信号で得られた波形であり、ｂの部分は超音波信号から得られた波形である。また、ｃの時間が電磁波信号と超音波信号の到達時間差である。
一番下の波形は、計測波形のａから作られたコンパレータ４２の出力波形である。
【００２９】
変換処理部５７のＣＰＵ４９は、ＲＡＭ５０に保存してある電子ペン１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、筆跡データまたは、マウス操作データとしてコンピュータ８に送信する。本実施の形態では、コンピュータ８に接続した状態で筆記を行ったが、受信機２から通信インタフェース７とコンピュータ８を切り離して、受信機２は電池５８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５７のＲＡＭ５０には、位置座標データと各種スイッチ情報として残しても良いし、筆跡データやマウス操作データに変換したものを残しても良い。受信機２を再度コンピュータ８に接続した際に、変換処理部５０のＣＰＵ４９は、ＲＡＭ５０にあるデータをコンピュータ８に送信する。
【実施例】
【００３０】
（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のように配置をした手書筆跡入力システムを使用した。ただし、電子ペン１の超音波発信部１１（図２参照）の共振周波数は８０ｋＨｚに設定し、信号発信部１３の超音波信号及び電磁波信号の発信間隔は１００回／秒となるように設定し、電磁波発信部１２の送信用アンテナ２１を設けた。電磁波の発信時間間隔については図６に基づき、２回で１セットとした。平均繰り返し周期は２０ｍ秒であり、２−０ａと２−０ｂの間隔は８０ｋＨｚの１周期の４倍１００ｕ秒とした。
また、信号受信部５２での電磁波信号の受信は、受信用アンテナを使用し、フィルタ回路部３６は、８０ｋＨｚをピークとする帯域通過フィルタとした。受信機２とコンピュータ８は接続し、受信機２はコンピュータ８の電力を使って使用した。
電子ペン１は二つの超音波受信部から均等に約２００ｍｍの位置に固定して設置し、約２秒間、電子ペンを静止し、サイド１スイッチ５をオン状態にして、受信機２で位置座標の計測をおこなった。この動作を２０回繰り返したときの座標・時間演算部４７で生成された位置座標データを評価した。
このようにした結果、２０回とも正確に電子ペンの位置座標とサイド１スイッチ５オン状態を検出することができた。
【００３１】
（実施例２）
図１のように配置した手書筆跡入力システムを使用した。ただし、受信機２とコンピュータ８は切り離し、受信機２は内臓電池５８の電力を使って使用した。
電子ペン１は二つの超音波受信部から均等に約２００ｍｍの位置に固定して設置し、約２秒間、電子ペンを静止し、ペンスイッチ１４をオン状態にして、受信機２で位置座標の計測をおこなった。この動作を２０回繰り返したときの座標・時間演算部４７で生成された位置座標データを評価した。このようにした結果、２０回とも正確に電子ペンの位置座標とペンスイッチ１４オン状態を検出することができた。
【００３２】
（比較例）
電子ペンの超音波信号を発信したときの時刻を受信機に知らせるために赤外線を用いた。つまり、電子ペンには超音波信号の発信部だけでなく、赤外線信号の発信部を設け、受信機においても電磁波信号の代わりに赤外線信号の受信部と受信した赤外線信号の到達時間を計測する回路を新たに設けることによって、電子ペンから発信された赤外線信号と超音波信号の到達時間差から超音波信号の飛行時間を計算して、電子ペンの位置座標を計算した。また赤外線の発信間隔からスイッチの状態を検出した。また赤外線と超音波の発信間隔は、実施例１及び実施例２と同様にした。
上記の比較例のシステムを用いて、実施例１及び実施例２と同じテストを行った。その結果、実施例１及び実施例２と同等の結果を得る事ができ、正確に位置座標とスイッチの状態を検出することができた。
【００３３】
しかし、電子ペンとして実施例１及び実施例２と比較例の手書筆跡入力システムの連続使用可能時間を比較すると、実施例１及び実施例２では約１５０時間程度連続使用できたが、比較例では９０時間しか連続使用できなかった。これは、１つの位置座標データを得るために実施例２は超音波信号を１回送信する電力を消費する事に対して、比較例では超音波信号と赤外線信号を１回づつ送信する電力を消費する必要があることから、システム全体の電力の消費量が大きくなったためである。よって、手書筆跡入力システムの消費電力の面からも本発明は有効であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】電子ペンと受信機からなる手書筆跡入力システムの斜視図
【図２】最良の形態における電子ペンのブロック図
【図３】電子ペンの信号発信部の内部回路図
【図４】最良の形態における受信機のブロック図
【図５】フィルタリング後の計測波形の概念図
【図６】コンパレータ後の電磁波２回で１セットの受信タイミング図
【図７】コンパレータ後の電磁波３回で１セットの受信タイミング図
【符号の説明】
【００３５】
１  電子ペン
２  受信機
３  筆記部
４  マウススイッチ
５  マウススイッチ
６  被記録媒体
７  通信インタフェース
８  コンピュータ
１０  超音波発生素子
１１  超音波発信部
１２  電磁波発信部
１３  信号発信部
１４  ペンスイッチ
１５、５８  電池
１６  コイル
１７  昇圧用トランジスタ
１８  ダイオード
１９、２０  抵抗
２１  送信用アンテナ
３０  電磁波受信部
３１、３２  超音波受信部
３３、３４、３５、３９、４０、４１  アンプ
３６、３７、３８  フィルタ回路
４２、４３、４４  コンパレータ
４５、４９  ＣＰＵ
４６  タイマ
４７  フラッシュメモリ
４８、５０  ＲＡＭ
５２、５３、５４  受信回路
５５  信号受信部
５６  座標・時間演算部
５７  変換処理部
ａ  電磁波信号
ｂ  超音波信号
ｃ  電磁波信号から超音波信号までの時間差
【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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