JP2009181409A - Handwriting input system - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention includes an electronic pen that transmits at least an infrared signal and an ultrasonic signal, and means for receiving the infrared signal and the ultrasonic signal and calculating a position coordinate of the electronic pen from the arrival time difference thereof About the system.
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。 Conventionally, a position detection technique of an electronic pen using an infrared signal or an ultrasonic signal is known. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-175721 (see Patent Document 1) and US Pat. No. 4,814,552 (see Patent Document 2), an ultrasonic signal or an infrared signal and an ultrasonic wave are transmitted from an electronic pen. A technique is disclosed in which signals are generated, those signals are received by a receiving unit, and the position coordinates of the electronic pen are calculated based on the time of flight of the ultrasonic signal.
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。 A handwritten handwriting input system using these position detection techniques is, for example, as follows. A writer writes characters and figures using an electronic pen. At this time, the electronic pen may incorporate a ballpoint pen, for example, so that a recording medium such as paper may be used as a writing surface, and handwriting may be recorded on the recording medium. The electronic pen may include a stylus, for example. Any surface including the surface of the liquid crystal display may be used as a writing surface. At least while the pen tip of the electronic pen is in contact with the writing surface, infrared signals and ultrasonic signals are repeatedly transmitted from the electronic pen, and the receiving unit receives the infrared signals and ultrasonic signals transmitted from the electronic pen. Then, the flight time of the ultrasonic signal is measured from the difference between the arrival time of the infrared signal and the arrival time of the ultrasonic signal, and the coordinate calculation unit calculates the position coordinate data of the electronic pen from the flight time of the ultrasonic signal.
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。 In the conversion from position coordinate data to handwriting data, information expressing features such as handwriting data derived from the handwriting written by the writer is added to the position coordinate data, or individual positions based on these features are added. This refers to processing for modifying the coordinate data, and includes, for example, any of the following processing. Information on the time when the position coordinate data is received is added. Based on the acquisition interval of the position coordinate data, the writing speed is calculated, or a set of position coordinates is identified as one stroke data including the writing order and speed as information. The continuous position coordinate data constituting one stroke data is corrected so as to draw a smooth line. Further, based on conditions such as extraction and integration of circumscribed rectangles of stroke data and restriction of writing position, the stroke data is grouped into character group data including information such as the order of writing.
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。 The handwriting data input by the handwriting handwriting input system is displayed on the screen of an electronic device, used as code data through character recognition processing, etc., or writing such as handwriting shape, speed of handwriting, stopping, splashing, and brushing. It may be used for arbitrary purposes such as extracting the characteristics of a writer's character including characteristics and signature verification. Moreover, if it is the structure which supplies a power supply to the whole handwriting handwriting input system, the use will be possible outdoors and a use application will increase significantly. In addition, when used in combination with character recognition conversion software that converts handwriting data into character data for use in a word processor, etc., it can be used as an input means that can easily input characters, pictures, symbols, etc. by hand as well as character data. Attention has been paid.
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。 When a handwritten handwriting input system is used by a plurality of people, such as at a meeting, a configuration in which there is one receiver and a plurality of electronic pens is conceivable. When writing with other electronic pens while writing with any electronic pen, or when writing with multiple electronic pens, the receiver cannot identify which electronic pen emits an infrared or ultrasonic signal. Therefore, the handwriting may not be reproduced correctly. Further, the ultrasonic signals transmitted from the respective electronic pens are combined with each other, and the arrival time of the ultrasonic signals cannot be accurately measured, and there is a possibility that the handwriting cannot be reproduced at all.
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。 As a method for using a plurality of electronic pens without interference in a handwriting input system, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-199560 limits the number of electronic pens that can be used from the repeated transmission interval of ultrasonic signals and the writing area. However, the receiver transmits the infrared signal including the identification number as many as the number of electronic pens in the writing area, and the electronic pen analyzes the identification number of the received infrared signal and finds its own identification number. A handwriting handwriting input system is disclosed in which a receiver can measure the position coordinates of a plurality of pens by transmitting an ultrasonic signal.
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。
However, the handwriting handwriting input system described in the above-mentioned
The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a low-cost electronic pen that includes a plurality of electronic pens without interference even if the identification number of the electronic pen used for the receiver is not registered in advance. It aims at realizing the handwriting handwriting input system which can be used.
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。 The present invention has at least an infrared transmitter including an infrared generator and an ultrasonic transmitter including an ultrasonic generator, and repeatedly transmits an infrared signal and an ultrasonic signal from the infrared transmitter and the ultrasonic transmitter. A signal transmitting unit, an infrared measuring unit having an infrared receiving unit including an infrared receiving element, a writing unit having a function capable of directly leaving a locus on a recording medium, and whether the writing unit is in a writing state An electronic pen comprising a pen switch for determining whether or not, at least one or more infrared receivers, two or more ultrasonic receivers, and detecting that the infrared signals and the ultrasonic signals have been received An infrared ultrasonic measurement unit having a reception circuit, and a distance between the electronic pen and the ultrasonic reception unit is calculated from a difference in arrival time between the infrared signal and the ultrasonic signal, A handwriting handwriting input system comprising: a coordinate calculation unit that calculates position coordinate data of an electronic pen; and a conversion processing unit that has a function of converting the position coordinate data of the electronic pen into handwriting data. The gist of the signal transmission unit is a handwriting handwriting input system which stops transmission of the infrared signal and the ultrasonic signal for a certain period in response to reception of the infrared signal.
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。
In the handwritten handwriting input system of the present invention, after the infrared receiving unit of the electronic pen receives an infrared signal transmitted from another electronic pen, the infrared ray is transmitted for a certain period shorter than the interval between the infrared signal and the ultrasonic signal being repeatedly transmitted. By stopping the transmission of the signal and the ultrasonic signal, and starting the transmission of the infrared signal and the ultrasonic signal after a certain period of time, there is no interference with the ultrasonic signal of the electronic pen that was in the writing state first. The machine can measure the position coordinates of multiple electronic pens. That is, it is not necessary to register electronic pens used in the receiver in advance, and a plurality of electronic pens can be used.
Therefore, in the handwriting handwriting input system of the present invention, without registering each electronic pen to be used in the receiver in advance, an additional electronic pen can be used during use or changed to another electronic pen. Is possible.
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。 Furthermore, even when the processing capability of the CPU of the receiver is low and processing corresponding to a plurality of electronic pens cannot be performed, the fixed stop period is set to be equal to or longer than the repeated transmission interval of the infrared signal and the ultrasonic signal. In addition, by prohibiting the transmission of infrared signals and ultrasonic signals from other electronic pens, interference can be prevented and at least the handwriting of the electronic pen being written can be accurately input.
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。 The control of the electronic pen is configured to stop transmission for a certain period when an infrared signal transmitted from another electronic pen is received. For example, even if the infrared signal of the electronic pen has an identification number, it is analyzed. There is no need to make the electronic pen perform complicated calculations. That is, it is not necessary to mount a complicated circuit or CPU on the electronic pen, and the handwriting handwriting input system of the present invention can be realized at a relatively low cost.
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。 For example, an infrared transmitter that can transmit infrared signals to the infrared ultrasonic measurement unit of the receiver is provided even when an infrared signal indicating that writing is being sent from an electronic pen is difficult to reach other electronic pens. When the infrared signal transmitted from the electronic pen is received, the infrared signal indicating that the writing is being performed can be transmitted to the other electronic pen more accurately by transmitting from the receiver. This is because the writer usually writes toward the infrared ultrasonic measurement unit of the receiver.
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。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a handwriting handwriting input system according to the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a handwritten handwriting input system according to the present embodiment. In the figure, three electronic pens are used, which are an
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。
The structure of the electronic pen will be described with reference to the block diagram of the electronic pen in FIG. The basic configuration of the electronic pen includes an
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。
An LC resonance circuit unit including a capacitor, a coil, and an
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。
A transistor or FET and an infrared ray generating element 8 are arranged inside the infrared
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。
The
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。
The
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。
When the
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。
Next, the structure of the
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。
The
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。
The reception of the infrared signal on the receiver side will be described. Similar to the reception of the infrared signal of the electronic pen, the infrared signal received by the
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。
Since the
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。
The
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。
The
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。
The transmission timing of the infrared signal and the ultrasonic signal of the electronic pen will be described with reference to the transmission timing chart when the two electronic pens of FIG. 4 are written.
The
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。
For example, if the writing area of the recording medium 5 is equivalent to A4 paper, the distance farthest from the
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。
Also, the start timing of the period T2 during which the transmission of infrared signals and ultrasonic signals of other electronic pens is stopped is set based on the transmission timing of the infrared signals and ultrasonic signals of the electronic pen that has started writing. By doing so, more electronic pens can be transmitted without interference. With reference to the transmission timing chart when the
First, when writing is started with the
By providing such a period for stopping transmission, it is possible to secure a longer period T3 for preventing interference when an electronic pen is further added. For example, when the transmission interval T1 between the infrared signal and the ultrasonic signal is set to 15 ms and the period T2 during which transmission is stopped is set to 3 ms, a maximum of five electronic pens can be transmitted without interference.
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。
Next, the reception timing of the infrared signal and the ultrasonic signal will be described with reference to the reception timing chart when writing with two electronic pens in FIG.
The coordinate
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。 In the handwriting handwriting input system according to the present invention, theoretically, when two electronic pens are in a writing state at the same time, that is, after one electronic pen is in a writing state, the other is transmitted. When the electronic pen is in a writing state, an infrared signal and an ultrasonic signal are transmitted from the two electronic pens to cause interference, but this time is several tens depending on the circuit configuration of the electronic pen. Since it can be shortened to about μS, it is considered that the electronic pen of the present invention is not in a writing state at the same time.
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。
Using the transmission timing chart when writing three electronic pens in FIG. 7, the infrared signal and the ultrasonic signal of the
For example, when the
Further, when the timing at which the
Even when there are three electronic pens, the coordinate
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。
For example, when writing of the
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。
For example, when an identification number for identifying an electronic pen is placed on an infrared signal, an ultrasonic signal, or the like, the infrared
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。
Next, the case where there is an
(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。
Example 1
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples. The present invention is not limited to the following examples, and includes various modifications within the technical scope of the present invention.
In Example 1, the handwriting handwriting input system which has arrange | positioned three electronic pens of the
(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。
(Example 2)
The handwriting handwriting input system which arrange | positioned three electronic pens similarly to Example 1 was used. At this time, as shown in FIG. 8, an
(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。
(Comparative Example 1)
The handwriting handwriting input system which arrange | positioned three electronic pens similarly to Example 1 was used. However, it is assumed that the
In addition, the resonance frequency of the
(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。
(Comparative Example 2)
In the handwriting handwriting input system composed of three electronic pens and a receiver, the identification numbers of the
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。
The handwritten handwriting input systems of Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 were evaluated on the following items, respectively.
(1) When the
(2) When the
(3) When the
(4) When writing with the
Table 1 summarizes the above evaluation results.
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。
In a handwriting input system that calculates the position coordinates of a plurality of electronic pens, a high-speed CPU is required for the receiver. In particular, in Comparative Example 2, a high-speed CPU is required for each electronic pen in order to analyze the identification signal, which is disadvantageous if an expensive system is used. On the other hand, in the first and second embodiments of the present invention, a high-speed CPU may be used only for the
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。
However, as a method of using a low-speed CPU for the
For example, the same as in the first embodiment except that the repetition transmission interval of the infrared signal and the ultrasonic signal of the
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。
In this case, the electronic pen is provided with an LED, a vibration motor, etc., and during the period when the electronic pen stops transmitting, it is used to inform the writer that the infrared signal and the ultrasonic signal are not transmitted. Good.
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
1, 2, 3
46
49 Coordinate operation unit 52
Claims (2)
The handwritten handwriting input system according to claim 1, wherein the infrared ultrasonic measurement unit includes an infrared transmission unit.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2008020746A JP2009181409A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Handwriting input system |
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Publications (1)
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---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011113143A (en) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | Nec Corp | Position detection device, position detection method and mobile body |
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-
2008
- 2008-01-31 JP JP2008020746A patent/JP2009181409A/en active Pending
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