JP2002523830A - 絶対的および相対的な位置決めのための検出センサを有する手書き用デバイス - Google Patents

絶対的および相対的な位置決めのための検出センサを有する手書き用デバイス

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、無線ペン(110)のユーザによって筆記された信号を生成する方法であり、以下のステップを含む:ペン(110)から隔置されている幾何学的基準(205)に関して、ペン(110)上の位置の絶対位置を決定する第1サブシステム;第1サブシステムを時間間隔をおいて動作し、絶対位置表示を獲得する;ペン(110)の先端(112)の相対位置偏位を決定する第2サブシステム;および絶対および相対位置決定の組合せから、前記筆記を表す信号を生成する。第1サブシステムは時間間隔をおいて動作し、連続絶対位置決定よりも低いパワーを使用する。実施形態は、ペン(110)上の前記位置と、幾何学的基準(205)上の複数の位置との間の一方向または両方向において、距離測距を実施する第1サブシステムを提供するステップを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の分野) 本発明は、筆記および筆記を表す信号を生成する装置に関し、より詳細には、
書くために使用し、および電子信号を生成して格納し、その後他の装置に転送す
るために使用することができる無線ペン装置に関する。
【0002】 (発明の背景) コンピュータなどの装置に情報を入力する様々な筆記装置が、この何年間に広
く使用されるようになってきている。例えば、筆記および指示用のスタイラスを
使用するグラフィック・データ・タブレットは、一般的なコンピュータ入力デバ
イスであり、様々な物理の原理に基づいて動作する。その原理の例としては、大
気を通過し、固体表面を通過し、または磁歪線を通過して進む音エネルギー、ま
たは導電グリッドを通過して進む電磁エネルギーを用いる距離測距などがある。
これらのデバイスは、従来はパワー、タイミング、および他の必要な機能を提供
するためにスタイラスに接続された線を有するか、または筆記表面の下にデジタ
イザ・タブレットを必要とした。
【0003】 他の設備につなぐ必要のない無線電子ペンを開発する試みが行われてきている
。例えば、米国特許第5,215,397号、第5,227,622号、および
第5,247,137号を参照することができる。しかし、多くの理由から、筆
記を表す電子信号を獲得する無線電子ペンは、商業的には確立されていない。い
くつかの手法は、ペンにおいて非常に多くのパワーを必要とし、このため、パワ
ーを提供するペンのバッテリがすぐに切れてしまう。他の装置は、非常にかさば
るペンを必要とする。さらに他の手法は、信頼できる手書きの入力に対し、十分
な分解能および/または正確さを提供しない。
【0004】 本発明の目的は、従来の手法の欠点を克服する電子移動式無線ペンを提供する
ことである。
【0005】 (発明の概要) 本発明の形態は、無線ペンのユーザの筆記を表す信号を生成する方法を対象と
し、以下のステップを含む:第1サブシステムを提供し、ペン上の位置の絶対位
置を、ペンから隔配置されている幾何学的基準に関して決定する;時間間隔をお
いて第1サブシステムを動作し、絶対位置表示を獲得する;第2サブシステムを
提供して動作し、ペンの先端の相対位置偏位を決定する;絶対位置決定と相対位
置決定の組合せから、前記筆記を表す信号を生成する。本発明のこの形態の利点
は、第1サブシステムが時間間隔をおいて動作し、連続的に絶対位置を決定する
のに必要とするよりも少ないパワーを使用することである。本発明のこの第1形
態の実施形態では、第1サブシステムを提供するステップは、前記ペン上の位置
と幾何学的基準上の複数の位置との間の一方向または両方向において距離測距を
実施する第1サブシステムを提供することを備える。この実施形態では、第1サ
ブシステムは、ペン上の前記位置と幾何学的基準上の複数の位置との間の一方向
において、超音波エネルギーを用いて距離測距を実施し、ペン上の前記位置と幾
何学的基準上の複数の位置の間の他方向において、赤外線の信号を送ることを実
施する。
【0006】 本発明の他の形態は、ペンのユーザによる筆記を表す信号を生成する無線ペン
装置を対象とし、以下を含む:無線ペン;ペン上の取外し可能なキャップ;およ
び、キャップがペンから取り外され、基準位置に置かれているとき、ペン上の少
なくとも1つの位置とキャップ上の少なくとも1つの位置との間で波動エネルギ
ーを伝達して、キャップの基準位置に関してペン上の少なくとも1つの位置の位
置を決定し、ペン上の前記少なくとも1つの位置の決定位置に依存する信号を生
成するために、動作可能である手段。したがって、本発明のこの形態では、ペン
とそのキャップは、自納無線ペン装置を達成し、効率的にユーザの筆記を獲得し
、それを電子形態で格納して、続いてコンピュータまたは個携帯情報端末(「P
DA」)などの外部設備に転送することができる。本発明のこの形態の実施形態
では、波動エネルギーは光放射であり、光放射は、ペン上の前記少なくとも1つ
の位置から送信され、キャップは、前記第1および第2位置に、それぞれ第1お
よび第2光センサ・アレイを有する。
【0007】 本発明のさらに他の形態は、無線ペンのユーザによる筆記を表す信号を生成お
よび転送得る方法を対象とし、以下のステップを含む: ペン上に通信サブシステムを提供する;ペン上の通信サブシステムと通信する
通信サブシステムを有する腕時計を提供する;および、ペンから腕時計にペンの
先端の位置を示す信号を伝達する。
【0008】 本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明が添付の図と関連して取り
入れられているとき、それから容易に明らかになるであろう。
【0009】 (詳細な説明) 図1を参照すると、本発明の第1実施形態による無線ペン110が図示されて
いる。この第1実施形態の形態では、ペン110は、ペンから隔置され、幾何学
的な基準を決定する媒体を含む無線ペン装置の部分であり、その幾何学的基準に
関してペンの位置(すなわちペン上の位置)が決定される。図2は、紙またはパ
ッド(参照番号202)の縁に取り付けることができるクリップ205の形態の
媒体を示す。以下でさらに説明するように、本明細書の特徴によれば、媒体は、
ペン・キャップ、またはそれを発展させたものを備えることができる。図1の実
施形態では、ペンは、筆記用の先端112を有し、これは、例えば、取替え可能
なボール・ペン・カートリッジの先端111とすることができる。圧力スイッチ
114は、カートリッジ111の後ろに取り付けられており、筆記から圧力を受
けるとき、電子信号を生成する。圧力スイッチ114の後ろには、回路モジュー
ル115があり、その構成要素は、図1のペンに隣接してブロック形態で示され
ている。モジュール120は、とりわけフラッシュ・メモリ122を含んでいる
マイクロプロセッサ・サブシステム120を含む。また、本実施形態では、モジ
ュール115は、マイクロ加速度計130と、ジャイロ135と、超音波測距回
路140と、信号調整回路150と、シリアル通信回路155とを含む。超音波
変換器118は、超音波測距回路と結合されており、本実施形態の形態では、超
音波信号を送信および受信するために使用される。またペン110は、傾斜セン
サ160を含み、ペンの後端にシリアル・ポート165を有し、シリアル・ポー
トは、他の外部設備(例えば、コンピュータ、PDA、または本明細書で説明す
る他の関係する任意の設備)の適切な差込み口に結合することができる。またペ
ン110は、バッテリ170を収容するバッテリ区画を有する。ペン・キャップ
116は、キャップがペン上にあるとき、オン/オフ117スイッチを閉鎖する
リング117’を備える。
【0010】 動作時に、説明したマイクロ加速度計およびジャイロを含むペンの慣性ナビゲ
ーション・サブシステムは、ペンの相対運動を捉え、ペンの先端の動きを決定す
る。加速度計のエラーは蓄積するので、ペンの絶対位置測定サブシステムが間隔
をおいて動作して位置決定をリセットし、本実施形態では超音波測距であるビー
コン技術を利用する。この実施形態の説明した形態は、異なる反射特性を有し、
2つの隔置されている音波反射器206および207を有する受動基準媒体(図
2のクリップ205)を利用する。
【0011】 慣性ナビゲーションを備える電子ペンは、加速度測定の重力要素に対処しなけ
ればならない。加速度計は、重力加速度とペンの動きによる加速度を識別するこ
とができない。加速度計の出力から重力を除去するには、ペンの向きに関する情
報が必要である。ジャイロスコープまたは傾斜センサは、その目的のために使用
する。さらに、加速度計のエラーは、時間の2乗で増大し、ペンの動きを感知す
るあらゆる能力を圧倒する。最も正確な加速度計センサでも、わずかに数分また
は数秒筆記すれば、加速度計のドリフトが手書きの復元を不可能とする通常の筆
記表面の千倍に増大するのに十分である。ビーコン技術は、加速度のエラーを周
期的にリセットするために必要である。
【0012】 傾斜またはジャイロスコープ・センサを使用して、筆記表面に対するペンの角
度を測定し、加速度の重力要素を消去することが可能である。傾斜センサは、電
解式のもの、または加速度計あるいはジャイロスコープの技術に基づくものとす
ることができる。
【0013】 以下でさらに説明するように、基準媒体に関して絶対位置を獲得する外部ナビ
ゲーションは、超音波技術である赤外線周波数または無線周波数のビーコンを用
いて実現される。そのもっとも簡単な実施形態では、単一送信器/受信器の超音
波は、反射器がクリップ205(図2)を用いて取り付けられている紙の先端ま
たは側面を指しているペンの先端に配置することができる。パルス超音波技術を
使用することができる。ペンは、筆記表面の基準フレームにおいて、ビーコンま
での距離を測定することになる。紙上のペンの位置を横座標(x)と縦座標(y
)で決定するために、2つの距離が必要である。
【0014】 ペンの動きの曖昧さを解決するために、反射器206、207は、異なる反射
強度であるべきである。反射器が同様の反射特性を有する場合、ペン上の受信器
は、反射が一方の反射器からのものであるかまたは他方からのものであるかを決
して解決せず、したがって対称的な曖昧さ(図3参照)を導入する。反射器が異
なる本実施形態では、ペンの反射器に戻る信号は、飛行時間(TOF)と反射エ
ネルギーの2つの特性について分析される。TOFは距離を示し、反射エネルギ
ーは、どちらの反射器がどの信号を返したのかを示す。反射エネルギーは、反射
器の信号にゲイン・スロープを乗ずることによって、TOFの関数として計算さ
れる。
【0015】 全ての電子機器がペン上にある本実施形態では、全てのセンサからの情報は、
ペン上のマイクロプロセッサのサブシステムによって収集され、不揮発性メモリ
に格納される。加速度計およびジャイロスコープまたは傾斜センサからの測定は
、約100から300Hzである、先端の動きの適切な分解能を考慮しているサ
ンプリング周波数で取り入れることができる。サンプリング周波数は、後にホス
ト・コンピュータ上で統合の永続的な間隔を可能とする定数であることが好まし
い。
【0016】 シリアル・ポートまたはUSBポートに接続されているとき、収集したデータ
は、ホスト・コンピュータ・デバイスにダウンロードすることができる。PDA
、カメラ、またはセルラ電話について特に効果的である他の通信方法は、すでに
PalmPilotなどのPDAで利用可能である赤外線リンクであり、実装す
ることができる。
【0017】 ホスト・コンピュータまたはPDAは、筆記表面上のペン跡の再構築を実施す
ることができる。筆記体の筆記をASCII文字に変換することは、よく知られ
ている手書き認識ソフトウエア・パッケージを用いて実施することができる。
【0018】 ペン跡の再構築は、図4に示すように実施することができる。デジタルろ過を
全ての測定に適用して、常に存在するずれとペンの先端の運動帯域の外部にある
高周波数の雑音を拒絶する。ろ過後、測定データは、カルマン・フィルタ内に統
合され、統計学的な意味でペンの先端の位置を最適に推定する。カルマン・スム
ージングでは、前方(全ての先行測定)および後方(全ての後続測定)ろ過は、
全てのデータが利用可能であるとき適用される。ペンの向きを用いて、測定加速
度における重力要素を推定および消去する。
【0019】 ろ過の他に、センサの測定をペンの先端の変位に変換するために、いくつかの
計算ステップを必要とする。最高レベルのソフトウエアの図を図5に示す。その
プロセスは、1.筆記表面の座標系において、ペンの向きを決定する、2.測定
から重力を除去する、3.ペンの変位を計算する、および4.ペンの先端の変位
を計算する、ことを含む。これらのステップのいくつか(重力の除去など)は、
図4のカルマン・フィルタ・ブロックで実施することが可能であることに留意さ
れたい。
【0020】 測定をペンの先端の動きに変換することは、次のように理解することができる
。例として、電子ペンの慣性センサが、2つの加速度計と、1つの傾斜センサと
、1つの圧力センサとを含むものとする。tにおける無線ペン装置の出力は、 M=(a+g、a+g、φ、γ、p) (1) であり、(a+g、a+g、)は、重力が存在するときの直交加速度測
定であり、両方ともペン軸に垂直である。φは水平筆記表面に対するペンの角度
、θはペン軸に垂直な横線と加速度計のx軸との間の角度、pはペンが図6の表
面に印を付けていることを示す圧力センサである(P=0は印なし、P=1は印
を付けている)。ペンの座標系(x、y、z)は、x軸は加速度計のx軸、y軸
は加速度計のy軸に沿っており、z軸はペン軸に沿っていて上向き正方向である
【0021】 第1ステップは、測定から重力要素を除去することである(図7Aおよび7B
参照)。ペン軸およびx−y平面に沿う重力要素は、 g=−g*Cos(90−θ) (2) gx,y=g*Sin(90−θ) であり、x−y平面の重力ベクトル要素は、下式のように計算できる(図7B参
照)。 g=gxy*Cosβ (3) g=gxy*Sinβ βはgxyとx軸の間の角度であり、β=θ−90度である。重力要素が計算さ
れたので(a、a)、ペンの動きからの加速度を決定することができる。
【0022】 次に、ペンの変位を扱う。まず、平坦筆記表面座標系の原点は、ペンの先端が
初めに表面に接したところとし、x軸は表面上のペンの投影に沿うものとする(
図6)。ペンの加速度計および圧力センサが表面上の動きを検出し、重力が消去
されるとき、ペンの加速度がわかる:(a、a)。ペンの速度および変位は
、古典運動方程式を用いて、ペンの座標系で計算される。 V=at、およびx=Vx−lastt+(1/2)a (4) V=at、およびy=Vy−lastt+(1/2)a 上式で(Vx−last、Vy−last)は、先行ステップから計算された初
期のペン速度である。ペンが静止状態から開始するとき、(Vx−last、V y−last )はゼロである。
【0023】 次に、加速度計のところで検出されたペンの動きを、ペンの先端の動きに変換
することが必要である。まず、ペンの動きの変換を、座標変換式を用いて、図7
Bのgxyベクトルおよび横線に一致する座標系に適用する。 x’=xcosβ+ysinβ (5) y’=xcosβ+xsinβ ここで、筆記表面上のペンの変位を見出すことが可能である。 Δx=x’cosφ (6) Δy=y’
【0024】 y軸は表面に平行であり、したがって、変位の投影は変化しなかった。ペンが
その向きを変更しない場合、その先端の変位はペンの変位と同じである(図8参
照)。ペンがその向きを変更する場合、センサによって角度γと検出され、先端
の変位は下式のようになる。 Δxtip=Δx+d’−d’cosγ (7) Δytip=Δy+d’cosγ d’=dcosφは、ペンの座標原点からその先端を表面に投影したペンの長
さの現在の投影であり、d’=dcosφは、先行測定での同じ投影である
【0025】 測定を先端の変位に変換することは、ペンが実際に表面に印を付けている場合
にのみ必要であることに留意されたい。そうでない場合は、ペンが書き始めるま
で、加速度計の出力を合計する。この例では、ペンの動きを検出することができ
ない状態がいくつか存在する。第3加速度要素aと追加のジャイロ角度を測定
することによって、ペンの状態は、全ての観測可能な変位を有することになる。
【0026】 このプロセス後、手書きは手書き認識に利用可能となる。このプロセスのため
に使用することができる商業的に利用可能ないくつかのパッケージがある。手書
き認識ソフトウエア・アルゴリズムは、書かれた印の画像のみが利用可能である
ときの通常の手書き認識パッケージとは異なり、紙の上でペンの先端が動く向き
が利用可能であるということによって改善することが可能である。
【0027】 図9は、ペンの構成要素のブロック図であり、マイクロプロセッサ・サブシス
テム120と、信号調整回路150とを含む。マイクロプロセッサ・サブシステ
ム120は、従来のように、関連するタイミング、メモリ、および入力/出力機
能(別々には図示せず)、並びにフラッシュ・メモリ122を含む。先端圧力ス
イッチ144からの信号は、マイクロプロセッサ・サブシステムに結合される。
また、それぞれブロック141および142で表されている、R1およびR2と
示されたレンジを表す超音波測距回路からの信号と、それぞれブロック131お
よび132で表されている直交加速度計の信号と、さらに傾斜および方位信号(
ブロック161およびジャイロ信号(ブロック136))とは、信号調整回路1
50を介して、マイクロプロセッサ・サブシステムに結合される。バッテリ17
0は、DC/DC変換器171に結合されており、その出力は、適切な電圧で、
マイクロプロセッサ120およびパワーを必要とする他の回路に結合される。マ
イクロプロセッサの出力は、シリアル・ポート165を介して、外部のペン差込
み口310に結合され、その出力は、ホスト・コンピュータ(350のところに
示す)、または携帯情報端末(PDA)、あるいは任意の適切な外部設備に結合
することができる。位置表示情報(または手書き表示情報(認識ソフトウエアも
ペンのところで提供されている場合−選択性))も、従来の赤外線通信などの無
線手段を介して、外部設備に入力することができることを理解されたい。
【0028】 図10Aは、図1から3、すなわち2つの受動反射器を有する反射媒体に関連
して説明した、第1実施形態の形態の動作を簡略化した図を示す。図10B、1
0C、および10Dは、基準媒体(一般に簡略図ではM)までの1方向の音波(
好ましくは超音波)飛行時間を決定することを利用する代替実施形態を示し、戻
りの赤外線信号は、超音波信号が受信されたことを、瞬間的にペンに信号で送り
返すことを提供する。再び、超音波信号は、基準媒体上の隔置されている2つの
位置で受信され、その結果、ペンの位置(すなわち、その変換器の位置)を明確
に決定できることが好ましい。図10Bの図では、超音波は大気を通過する信号
であるが、図10Cの図は、筆記表面上を進む表面波の超音波の場合を表し、図
10Dの図は、筆記表面の下のテーブルなど、硬い表面を通って進む超音波の場
合を表す。
【0029】 図10Aの反射の手法(または、他の任意の適切な実施形態)では、変形形態
は、ペン上の2つの受信変換器を使用する。これにより、ペンの傾斜角を見出す
代替技術が可能となる。図10Aの手法では、上記で述べたように、異なる反射
率の2つの反射器を使用して、異なる強度の反射信号を獲得することができる。
上記で説明したように、ペン上の電子機器は、遅延時間の関数として、ゲインで
信号を増幅して異なる飛行時間を補償し、2つの反射信号を比較して、横方向の
位置を解決することができる。この手法は、ソフトウエアの雑音低減技術を使用
して、誤った信号の拾上げと異質な対象物からのエコー、および受信信号の小さ
な振幅を除去することが好ましい。図10B、10C、および10Dの手法では
、ペン上の変換器は送信器でしかない。この変換器は、2つの異なる搬送波周波
数で2つの全方向超音波バーストを送り、それぞれが2つの変換器の周波数のう
ちの1つに同調されている、2つの別々の超音波受信器で受信される。その応答
信号が、赤外光によってペンに送り返される。ペン上の電子機器は、2つの異な
る能動応答器からの飛行時間を記録する。
【0030】 図11は、赤外線で信号を送り返す、1方向超音波送信を利用する図10B、
10C、または10Dの実施形態に対するペン電子機器のブロック図である。図
11のブロック図では、構成要素の114(圧力スイッチ)、120(マイクロ
プロセッサ・サブシステム)、122(フラッシュ・メモリ)、131、132
(加速度計)、141、142(超音波測距)、150(信号調整)、161(
傾斜角度決定)、170(バッテリ)、および171(DC/DC変換器−また
低バッテリモニタを有する)は、一般に、図9の相対物に対応する。また、図1
1の図は赤外センサ入力181を含み、タイミング制御回路(192)への入力
を提供する振動子回路191を示し、タイミング制御回路(192)は、この場
合は別々に図示されている送信/受信回路149を含む様々な回路への入力を提
供する。また図11には、オン/オフスイッチ117、個々のアナログ・デジタ
ル変換器(175、176、177)、LCDディスプレイ(188)、および
この場合はUSB、またはRS232、あるいはIrDA能力を含む通信回路(
166)が示されている。
【0031】 図示した実施形態には、3つの基本的な動作のパワー・モード、ノーマル・モ
ード、アイドル(またはスタンドバイ)・モード、およびスリープ・モードがあ
る。ペン・カバーが取り去られているとき、ペンはスリープ・モードにあり、「
オン/オフ」スイッチが「オン」の位置にあるが、ペンは紙の上に跡を印してい
ない。したがって、圧力スイッチはまだ起動されていない。圧力スイッチが起動
されると、ペンは、2つの動作モード、ノーマルまたはデータ獲得モードとアイ
ドルまたはスタンドバイ・モードの間で切り換わるとき、そのモードに入る。ス
タンドバイ・モードは、筆記時にパワー消費を最小に保つために重要であり、サ
ンプリング・レートが約100Hzなので可能である。アイドル・モードは、信
号獲得、データの予備処理、およびメモリへの格納に伴いノーマル動作となり、
次いで再びアイドル・モードになる。ノーマル・モードとアイドル・モードの切
換えは、ペンの電子機器に対するタイミング制御信号と、ペン上のプロセッサに
対するタイミング割込みとを生成するタイミング制御回路によって実現される。
電子機器、特にセンサおよび変換器に対するウエイク・アップ・サイクルの開始
は、十分な整定時間を考慮することになり、その後、特定の機能ブロックが、ノ
ーマル動作および信号獲得に対し、完全に機能することができる。たいてい、獲
得データを予備処理し、内部RAMに格納した直後に、ペンのプロセッサはアイ
ドル・モードに入る。しかし、RAMが一杯になり、および/またはフラッシュ
・メモリ・ページのサイズに到達すると、プロセッサはRAMからフラッシュ・
メモリにデータを書き込み、次いでアイドル・モードに入る。
【0032】 図12を参照すると、図11の実施形態のマイクロプロセッサ・サブシステム
を制御するために使用して、センサを起動させ、動作のサンプル・サイクルの間
データ収集を実施することができる、ルーチンの流れ図が示されている。ブロッ
ク605は、アイドル・モード状況を表し、ブロック610は、図11のタイミ
ング制御回路によって制御された時間割込みに応答するプロセッサおよびセンサ
のウエイク−アップを表す。これは、右側のブランチにおいて、加速度計および
傾斜センサ(ブロック615)からのデータ獲得の開始、信号ろ過および圧縮(
ブロック616)、およびデータ、すなわち、a、aと示された加速度と、
傾斜すなわち仰角φおよび方位角θのランダム・アクセス・メモリへの保存(ブ
ロック618)を開始する。左側のブランチでは、ブロック620は、2つの周
波数FおよびFでの超音波の送信と、超音波クロックまたはカウンタの開始
を表す。次いで、ブロック631および641は、それぞれ、周波数Fおよび
で、能動応答器1および2上で受信超音波信号を待ち、その後これらの応答
器によって、赤外線信号をペンに再び送信することを表す(ブロック633およ
び643)。次に、ブロック650で表すように、赤外線信号をペンのところで
受信し、そのような信号の各受信時のクロック時間に基づいた飛行時間(TOF
)をTOF1およびTOF2として保存し、計算したTOFをRAMに保存する
(ブロック660)。次いで、RAMが一杯であるかどうかについて問合わせが
行われる(決定ブロック670)。一杯である場合、ページをフラッシュ・メモ
リに書き込む(ブロック680)。次いでブロック605に再び入る。
【0033】 図13は、データ獲得および処理のタイミング図であり、データ獲得ステージ
、予備処理ステージ、およびフラッシュ・メモリ動作への格納を含む、(アイド
ル・モードの間にある)動作のノーマル・モードを示す。データ獲得シーケンス
は、図12の流れ図に関連して説明した動作に対応する。
【0034】 図14および15は、本発明の他の実施形態による無線ペン装置を示す。この
装置は、図14では、背面にキャップ1100が取り付けられて示されている無
線ペン1000を含む。この背面は、筆記していることを表す電子信号を生成せ
ずに、通常の筆記にペンを使っているときにのみ使用するキャップの位置である
。(また当然キャップは、保護的に携帯し、またはペンを格納するために、ペン
先に装着することになる。)図14の図では、キャップ1100は、後部蝶番1
110、および2つの部分クリップ1115、1116を有することがわかる。
部分クリップ1115、1116は、例えば所有者が無線ペン装置を携帯してい
るときに、従来のようにシャツのポケット・クリップとして使用することができ
る。本実施形態では、動作の1つのモードにある無線ペン1000は、(小さな
光源のアレイを備えることが可能な)全方向光源1025を含む。これは、可能
な限りペン1000の筆記用の先端1030に近いことが好ましいが、必ずしも
そうである必要はない。
【0035】 図15は、キャップを開き、ペン上の位置の位置を決定するために使用するこ
とができるペン1000からの信号を受信する受信媒体(および幾何学的基準)
として使用しているときのキャップ1100を示す。ペン上の位置(光源102
5)が筆記用の先端に十分近く、所望の分解能に依存している場合、十分に解決
された位置を表す信号を獲得することが可能となる。しかし、必要または所望で
ある場合、ペンの傾斜および向きは、第1に上記で説明した実装されているナビ
ゲーションなど、任意の適切な手段によって決定することができる。キャップ1
100は、収容メンバ1130および1160を備え、それぞれは、管状で一般
に円筒セクションであり、頑強なプラスティックなど、任意の適切な材料で形成
することができる。図15に示すように、メンバ1130と1160を結合する
蝶番1110が開いているとき、ホルダ・スナップ(図示せず)を使用して、固
定した開位置を維持することができる。(1113A、1113Bのところに示
したような他のホルダ・スナップは、図14のように、閉位置でキャップを保持
することができる。)各収容メンバ1130および1160は、その後部端に、
それぞれ区画1140および1170を有する。本実施形態では、区画1170
はバッテリを有し、区画1140は、小さなマイクロプロセッサおよび関連する
回路を含む、キャップのほとんどの電子機器を含む。回路は、必要に応じて、光
感知アレイの制御およびそれからの入力をさらに含むように修正された、図11
に示す一般的なタイプとすることができる。収容メンバ1130および1160
の各外面端は、輪郭を示した突出部分1131および1161を含み、各突出部
分は、各収容メンバの湾曲内部表面へのそれぞれのウィンドウ1132および1
162を有する。本実施形態では、突出部分は、それぞれCCD(電荷結合素子
)センサなどの光感知アレイを収容する。CCDセンサへのおよびCCDセンサ
からの絶縁導体は、各収容メンバにおいて、適切な凹み(図示せず)を通して送
ることができる。また、収容メンバ間の任意の必要な接触は、キャップが図示し
た開位置にあるとき、蝶番1110の導電部分を介して、接続ケーブルを介して
、または接触させるスプリング・コネクタを介して実現することができる。
【0036】 動作時に、分割されたクリップ1115、1116の底部分を使用して、図1
5で一般に1195のところで示す紙または紙のパッドの縁に、開いたキャップ
を固定することができる。ユーザが無線ペンで書くとき、例えば上記のようにボ
ール・ペンのカートリッジの後ろに取り付けられたペンの圧力スイッチ(図示せ
ず)は、筆圧を感知し、圧力スイッチを使用して、全方向光源を起動することが
でき、光源からの光は、光感知アレイによって受信される。必要または所望であ
る場合、各センサの前でレンズを使用することができる。当技術分野で知られて
いるように、アレイ上で受信した光スポットの位置を検出して、光の到来角を決
定することができ、各光感知アレイでの2つの到来角は、ペン上の光送信位置の
紙上の位置を一意に決定する。この実施形態の他の形態は、例えば、距離測距の
ための超音波エネルギーを利用することができる。ペン1000は、上記で説明
したような超音波源を備えることができ、突出部1131および/または116
1は、超音波センサを収容することができる。
【0037】 図16は、ペン1000、全方向光源1025、および図14〜15の実施形
態の隔置された光感知器アレイ(名称1610、1620)を示す、簡略化した
図である。図では、dはアレイ間の距離であり、αおよびβは、それぞれ、各カ
メラ・アレイ上での入射角である。以下は、プロセッサによって使用し、角度お
よびペン上の源の位置を決定することができるアルゴリズムの例である。使用す
る定数(デフォルト値)は以下の通りである。 B−カメラ間の距離(ベースライン、mm[200]) A−レンズの主要軸とベースラインの間の角度、rad[pi/3] O−カメラのベースラインから紙の縁までの距離、mm[20] P−CCD画素ピッチ、μm[20] L−CCDチップとレンズの間の距離、μm[10、000] T−光強度閾値カウント[100](範囲:0〜255) W−多項式フィット・ウィンドウ、画素[5] M−最小重要度のペンの動き、mm[0.2] C−画像の行の数[640] R−画像の列の数[16] i−カメラのインデックス(ペンから見て、0−左側のカメラ、1−右側のカ
メラ) アルゴリズムは以下の通りである。 1)両方のカメラから画像を獲得する(それぞれC×R) 2)データをフロート・タイプに変換する 3)行を合計し、結果的に2つのIDアレイ、Aiを得る、それぞれC要素(
i=0、1) 4)各アレイの最大を見つけ、その対応するインデックスをM0、M1、IM
0、IM1とする 5)全ての以下の条件が満たされている場合は進み、そうでない場合は、1)
に行くMi>T*R;(W−1)/2<=IMi<C−(W−1)/2 6)要素IMi−(W−1)/2から開始してAi、Siのサブ−アレイを見
つける、それぞれW要素 7)X座標として要素インデックスIMi−(W−1)/2、...、IMi
+(W+1)/2を用いて、Siに対する2次多項式に適した最小2乗の多項式
係数Pniを見つける(y=p0+p1x+p2x^2) 8)各CCDの中央からカウントして、最大のサブ画素値を見つける;Si=
C/2+P1i(2*p2i) 9)中間結果を見つける D0=tan(A−atan(P*S0/L))、 D1=tan(A−atan(P*S1/L)) 10)ペンXおよびYの座標を見つける X=(D1/D0+D1))*B; Y=D0*X−O 11)最後の点[X(k)、Y(k)]から前の点[X(k−1)、Y(k−
1)]への距離を計算する: E−sqr((X(k)−X(k−1))^2+(Y(k)−Y(k−1))
^2 12)E<Mである場合、その点を無視して1)に行き、そうでない場合はそ
の点を正当な新しい位置として受け入れ、1)に行く
【0038】 図16に示した図の実施形態では、点1025は光源を表し、赤外線であるこ
とが好ましい。しかし、代替として、蛍光反射器などの反射器とすることができ
、その場合、ペンは受動的とすることができることを理解されたい。基準媒体に
対する光源(または反射器)の位置は、説明したルーチンを用いて決定すること
ができる。光源が十分にペンの筆記用先端に近くない場合、ペンの向きは、例え
ば上記で説明したペン上のナビゲーション・システムを用いて、ペン上の傾斜ま
たはジャイロ・センサによって決定することができる。(代替として、ペン上で
隔置されている2つの光源を使用して、ペンの向きを決定することができる。)
【0039】 この実施形態の他の形態を図17に示す。この実施形態では、ペン(1000
)は、CCDマイクロ−カメラと、周期的に全方向IR信号を送る2つの外部赤
外線光源(1710、1720)を有する。ペンの向きは、ペン上の傾斜または
ジャイロ・センサを用いて決定することができる。カメラは、一方の点光源から
のIR信号を観測し、次いで他方の点光源からのIR信号を観測する。2つの源
は、異なる強度、周波数、または符号信号によって識別することができる。CC
Dカメラ上の光源の像を使用して、点IR源とカメラの間の方位角および仰角を
決定する。2つの源の間の距離は固定されており、わかっているので、カメラの
高さがわかり、カメラの位置を決定することができる。ペンの向きと共にこのこ
とにより、筆記用先端の位置を計算することが可能となる。これを周期的に計算
および記録することによって、筆記表面上のペンの動きを追跡する。
【0040】 手書きを復元する正確さは、カメラの画素の数に依存する。2つのIR点光源
の正確な位置は、CCD焦点面上で光源画像を見つけることによって決定するこ
とができる。IR光は、焦点面上の最も明るい点とすることができる。サブ画素
の正確さは、画像の焦点がわずかにずれており、隣接する画素の強度を使用し、
知られている重心を決定する方法を用いて光線の中心を見つける場合、達成する
ことができる。
【0041】 この実施形態の他の形態では、光センサ・アレイ(例えば、CCDカメラ18
10)および超音波変換器システム(ペン上の変換器1082および基準位置の
変換器1860を含む)を、図18に示すように、ビーコン・システムに配置す
ることができる。ペンの位置は、超音波距離測距を用いて1つの距離を測定し、
カメラで1つの角度を測定することによって計算される。これによりペンの位置
が決定する。この構成の利点は、1つのビーコンの位置のみが必要であるという
ことである。2つの距離の決定または2つの角度を用いる場合では、ビーコン(
場合に応じて、超音波または光)を分離することが必要である。
【0042】 図19A、19B、および19Cの図は、3つの手法でペンの位置を決定する
ことを示す。図19Aは、(例えば、超音波を用いて)基準媒体とペン上の2つ
の位置の間の距離測距と距離dおよびdの決定を示し、図19Bは、基準媒
体とペン上の2つの位置の間の光角度処理と角度αおよびβの決定を示し、図1
9Cは、(例えば、1つの超音波および1つの光センサを用いて)基準媒体とペ
ン上の位置の間の距離測距および角度処理と、距離dおよび角度αの決定を示
す。
【0043】 本明細書の他の特徴によれば、本明細書の電子無線ペン装置を、特別に適合さ
れた腕時計と組み合わせて使用することができる。図20の図では、腕時計20
20と無線ペン装置(ペンおよび/またはキャップ)2000は、それぞれ、赤
外線通信用など、適切な通信サブシステムを備えている。また、腕時計は、関連
するメモリ、タイミング、および入力/出力能力を有するマイクロプロセッサ・
サブシステムを備えることが好ましく、上記で説明したクリップまたはキャップ
の形で使用して、音信号および/または光信号などのビーコン信号を送信および
/または受信し、ペンの先端の位置決定に用いることができる。時計は、元の手
書きおよび図を表示するように、または手書きをASCIIテキストに変換する
ように適合することができる。紙の上で筆記する本来のペンは、以下の機能用に
時計に送信することができる:(1)アラームをセットし、さらに時計のボタン
をプログラムすることなく時間をセットする、(2)予約、事象をスケジュール
し、時計は指定した時間にユーザに思い出させる、(3)思出し機能と共に「行
う」リストを維持する、(4)電話番号と住所を記録する、(5)メモ、図、お
よびスケッチを書き留め、格納する。また、時計のボタンを使用して、ページ付
けを制御することができる。
【0044】 本明細書の他の特徴によれば、本明細書の電子無線ペン装置を、特別に適合さ
れた移動式電話またはセルラ電話と組み合わせて使用することができる。図21
の図では、セルラ電話2140および無線ペン装置(ペンおよび/またはキャッ
プ)2000は、それぞれ、赤外線通信用など、適切な通信サブシステムを備え
ている。また、セルラ電話は、関連するメモリ、タイミング、および入力/出力
能力を有するマイクロプロセッサ・サブシステムを備えていることが好ましく、
上記で説明したクリップまたはキャップの形で使用して、音信号および/または
光信号などのビーコン信号を送信および/または受信し、ペンの先端の位置決定
に用いることもできる。セルラ電話は、元の手書きと図を表示するように、およ
び/または手書きをASCIIテキストに変換するように適合することができる
。また、セルラ電話は、手書き並びにテキストを、任意のファクシミリ機械また
はコンピュータにファックスすることができる。また、セルラ電話は、この目的
および他の目的のために、ズーム能力を備えることができる。また、格納のため
に、セルラ電話に適切に設けられている差込み口にキャップを挿入することがで
きる。
【0045】 本発明を、特定の好ましい実施形態に関連して説明してきたが、当業者なら、
本発明の精神および範囲内の変更を思いつくであろう。例えば、様々な実施形態
の説明した特徴は、任意の他の適切な組合せの形で併用して、ユーザの目的を達
成することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 部分的に概略形態であり、部分的にブロック形態である、本発明の実施形態に
よる無線ペンの図である。
【図2】 本発明の実施形態による無線ペン装置の実施形態を示し、無線ペンと、筆記セ
ッションに対する幾何学的基準を規定するために、筆記用紙の縁に取り付けられ
ているクリップの形態の関連する基準媒体とを示す図である。
【図3】 本発明の実施形態によって解決されている曖昧さを理解するために有用な図で
ある。
【図4】 センサの入力から手書きを再構築する流れを示す図である。
【図5】 先端の動きの決定を理解するために有用な流れ図である。
【図6】 本明細書の実施形態で使用している位置決定を理解するために有用な図である
【図7A】 本明細書の実施形態で使用している位置決定を理解するために有用な図である
【図7B】 本明細書の実施形態で使用している位置決定を理解するために有用な図である
【図8】 本明細書の実施形態で使用している位置決定を理解するために有用な図である
【図9】 本明細書の実施形態による、無線ペン回路と関係する設備のブロック図である
【図10A】 本発明の実施形態に対する代替手法を示す図である。
【図10B】 本発明の実施形態に対する代替手法を示す図である。
【図10C】 本発明の実施形態に対する代替手法を示す図である。
【図10D】 本発明の実施形態に対する代替手法を示す図である。
【図11】 本発明の他の実施形態で使用する回路のブロック図である。
【図12】 本発明の形態で利用するプロセッサを制御するルーチンの流れ図である。
【図13】 本発明の実施形態による動作のタイミング図である。
【図14】 本発明の他の実施形態による無線ペン装置を示す図である。
【図15】 本発明の他の実施形態による無線ペン装置を示す図である。
【図16】 本発明の他の実施形態の動作を示す簡略図である。
【図17】 本発明の他の実施形態の動作を示す簡略図である。
【図18】 本発明の他の実施形態の動作を示す簡略図である。
【図19A】 本発明の様々な実施形態で実施される計算の種類を要約した図である。
【図19B】 本発明の様々な実施形態で実施される計算の種類を要約した図である。
【図19C】 本発明の様々な実施形態で実施される計算の種類を要約した図である。
【図20】 本発明の他の実施形態による動作を示す図である。
【図21】 本発明の他の実施形態による動作を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 60/142,201 (32)優先日 平成11年7月1日(1999.7.1) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AU,CA,C N,IL,JP,KR (72)発明者 ピッテル アーカディ アメリカ合衆国, マサチューセッツ 02446, ブルックリン, ウィントロッ プ ロード 101番地 Fターム(参考) 2C350 GA03 KF05 NA23 5B068 AA03 AA36 BB19 BB22 BC03 BD02 BD09 BD11 BD12 BD17 BD25 BE08 CC06

Claims (59)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無線ペンのユーザによる筆記を表す信号を生成する方法であ
    って、 ペンから隔置されている幾何学的基準に関して、ペン上の位置の絶対位置を決
    定する第1サブシステムを提供するステップと、 前記第1サブシステムを時間間隔をおいて動作して、絶対位置表示を獲得する
    ステップと、 第2サブシステムを提供して動作し、前記ペンの先端の相対位置偏位を決定す
    るステップと、 前記絶対位置決定と前記相対位置決定の組合せから、前記筆記を表す信号を生
    成するステップとを含む方法。
  2. 【請求項2】 前記第2サブシステムを提供する前記ステップが、前記ペン
    上に前記第2サブシステムを提供することを備える、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記第1サブシステムを提供する前記ステップが、ペン上の
    前記位置と前記幾何学的基準上の複数の位置との間で、距離測距によって前記位
    置の位置を決定する第1サブシステムを提供する、請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記第1サブシステムを提供する前記ステップが、ペン上の
    前記位置と前記幾何学的基準上の複数の位置との間で、距離測距によって前記位
    置の位置を決定する第1サブシステムを提供する、請求項2に記載の方法。
  5. 【請求項5】 第2サブシステムを提供する前記ステップが、複数の加速度
    計と複数の傾斜またはジャイロ・センサを使用してペンの向きを決定し、前記ペ
    ンの先端の相対位置偏位を決定する第2サブシステムを提供することを備える、
    請求項3に記載の方法。
  6. 【請求項6】 第2サブシステムを提供する前記ステップが、複数の加速度
    計と複数の傾斜またはジャイロ・センサを使用して、前記ペンの先端の相対位置
    偏位を決定する第2サブシステムを提供することを備える、請求項4に記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 第2サブシステムを提供する前記ステップが、また筆記の重
    力要素を消去する第2サブシステムを提供することを備える、請求項5に記載の
    方法。
  8. 【請求項8】 前記第1サブシステムを提供する前記ステップが、ペン上の
    前記位置と前記幾何学的基準上の前記複数の位置との間の一方向または両方向で
    前記距離測距を実施する第1サブシステムを提供することを備える、請求項4に
    記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記第1サブシステムを提供する前記ステップが、超音波エ
    ネルギーを用いて前記距離測距を実施する第1サブシステムを提供することを備
    える、請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】 超音波エネルギーを用いて前記距離測距を実施する前記第
    1サブシステムを提供する前記ステップを動作して、前記ペン上の前記位置と前
    記幾何学的基準上の前記複数の位置との間の一方向において超音波エネルギー距
    離測距を実施し、前記ペン上の前記位置と前記幾何学的基準上の前記複数の位置
    との間の他方向において赤外線の信号を送ることを実施する、請求項9に記載の
    方法。
  11. 【請求項11】 前記筆記を表す信号を生成する前記ステップが、前記筆記
    を表す信号に関する特徴認識機能を実行することをさらに含む、請求項1に記載
    の方法。
  12. 【請求項12】 前記第1サブシステムを提供する前記ステップが、ペン上
    の前記位置で光放射源の位置を決定することによって、前記位置の位置を決定す
    る第1サブシステムを提供することを備える、請求項1に記載の方法。
  13. 【請求項13】 ペン上の前記位置での光放射源の位置の前記決定が、前記
    幾何学的基準上の少なくとも1つの光センサ・アレイにおいて光放射を受信し、
    前記少なくとも1つの光センサ・アレイで受信された前記光放射の到来角を決定
    することを含む、請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記幾何学的基準上の少なくとも1つの光センサ・アレイ
    で、前記光放射源からの光放射を受信する前記ステップが、前記幾何学的基準上
    の複数の光センサ・アレイで、前記光放射を受信することを備え、前記少なくと
    も1つの光センサ・アレイで受信された前記光放射の到来角を決定する前記ステ
    ップが、前記複数の光センサ・アレイのそれぞれで受信された光放射の各到来角
    を決定することを備える、請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項15】 ユーザによる筆記を表す信号を生成する装置であって、 無線ペンと、 ペンから隔置されている幾何学的基準に関して、ペン上の位置の絶対位置を決
    定し、時間間隔をおいて動作して絶対位置表示を獲得する第1サブシステムと、 前記ペンの先端の相対位置偏位を決定する第2サブシステムと、 前記第1サブシステムの絶対位置決定と、前記第2サブシステムの相対位置決
    定の組合せから、前記無線ペンによる筆記を表す信号を生成する手段とを備える
    装置。
  16. 【請求項16】 前記ペンから隔置され、前記幾何学的基準を規定する媒体
    をさらに備え、絶対位置を決定する前記サブシステムを動作して、ペン上の前記
    位置と前記媒体上の少なくとも1つの位置との間の距離を決定する、請求項15
    に記載の装置。
  17. 【請求項17】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    を動作して、ペン上の前記位置と前記媒体上の複数の位置との間の距離を決定す
    る、請求項16に記載の装置。
  18. 【請求項18】 前記媒体が、前記ペンの取外し可能なキャップを備える、
    請求項17に記載の装置。
  19. 【請求項19】 前記媒体が腕時計を備える、請求項17に記載の装置。
  20. 【請求項20】 前記媒体が移動式電話を備える、請求項17に記載の装置
  21. 【請求項21】 前記移動式電話がセルラ電話である、請求項20に記載の
    装置。
  22. 【請求項22】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    を動作して、ペン上の前記位置と前記媒体上の前記少なくとも1つの位置との間
    で、波動エネルギーの走行時間を決定する、請求項16に記載の装置。
  23. 【請求項23】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    を動作して、ペン上の前記位置と前記媒体上の前記複数の位置のそれぞれとの間
    で、波動エネルギーの走行時間を決定する、請求項16に記載の装置。
  24. 【請求項24】 前記波動エネルギーが音エネルギーである、請求項22に
    記載の装置。
  25. 【請求項25】 前記波動エネルギーが音エネルギーである、請求項23に
    記載の装置。
  26. 【請求項26】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    を動作して、前記ペンから超音波エネルギーを送信し、ペン上の前記位置と前記
    媒体上の前記少なくとも1つの位置との間で、前記超音波エネルギーの走行時間
    を決定する、請求項16に記載の装置。
  27. 【請求項27】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    を動作して、前記ペンから超音波エネルギーを送信し、ペン上の前記位置と前記
    媒体上の前記少なくとも1つの位置との間で、前記超音波エネルギーの走行時間
    を決定する、請求項18に記載の装置。
  28. 【請求項28】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    を動作して、前記ペンから超音波エネルギーを送信し、ペン上の前記位置と前記
    媒体上の前記複数の位置のそれぞれとの間で、前記超音波エネルギーの走行時間
    を決定する、請求項17に記載の装置。
  29. 【請求項29】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    を動作して、ペン上の前記位置から前記媒体上の複数の反射位置まで送信され、
    再びペン上の前記位置まで戻った超音波エネルギーの走行時間を決定する、請求
    項17に記載の装置。
  30. 【請求項30】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    を動作して、ペン上の前記位置から前記媒体上の複数の反射位置まで送信され、
    再びペン上の前記位置まで戻った超音波エネルギーの走行時間を決定する、請求
    項18に記載の装置。
  31. 【請求項31】 前記複数の反射位置が、それぞれ異なる反射特性を有する
    、請求項29に記載の装置。
  32. 【請求項32】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    が、前記媒体上の前記少なくとも1つの位置で前記超音波エネルギーを受信する
    際に、前記ペンに赤外線信号を戻すように動作する前記媒体上の遠隔サブシステ
    ムをさらに含み、ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステムを動
    作して、ペンから前記超音波エネルギーを送信し前記ペンで前記赤外線信号を受
    信するまでの時間を決定する、請求項26に記載の装置。
  33. 【請求項33】 ペン上の前記位置の絶対位置を決定する前記サブシステム
    が、前記媒体上の前記複数の位置のそれぞれで、前記超音波エネルギーを受信す
    る際に、前記ペンに異なる赤外線信号を戻すように動作する前記媒体上の遠隔サ
    ブシステムをさらに含む、請求項28に記載の装置。
  34. 【請求項34】 前記第2サブシステムが前記ペン上にある、請求項15に
    記載の装置。
  35. 【請求項35】 前記第2サブシステムが、複数の加速度計と、複数の傾斜
    またはジャイロ・センサを含み、ペンの向きを決定し、ペンの前記先端の相対位
    置偏位を決定する、請求項15に記載の装置。
  36. 【請求項36】 前記第2サブシステムが、複数の加速度計と、複数の傾斜
    またはジャイロ・センサを含み、ペンの向きを決定し、ペンの前記先端の相対位
    置偏位を決定する、請求項34に記載の装置。
  37. 【請求項37】 ペンのユーザによる筆記を表す信号を生成する無線ペン装
    置であって、 無線ペンと、 前記ペン上の取外し可能なキャップと、 前記キャップが前記ペンから取り外され、基準位置に置かれているとき、ペン
    上の少なくとも1つの位置と、キャップ上の少なくとも1つの位置との間で波動
    エネルギーを伝達し、キャップの基準位置に関してペン上の前記少なくとも1つ
    の位置の位置を決定し、ペン上の前記少なくとも1つの位置の決定された位置に
    依存する信号を生成するように動作する手段とを備える無線ペン装置。
  38. 【請求項38】 前記基準位置が、筆記表面に関して任意の位置にある、請
    求項37に記載の装置。
  39. 【請求項39】 前記基準位置が、前記ペンが書く紙に関して固定位置にあ
    る、請求項37に記載の装置。
  40. 【請求項40】 前記キャップ上の前記少なくとも1つの位置が、前記キャ
    ップ上で隔置されている第1および第2位置を備える、請求項37に記載の装置
  41. 【請求項41】 前記キャップが、前記第1および第2位置の間の距離を増
    大するように、拡張可能である、請求項40に記載の装置。
  42. 【請求項42】 前記キャップが、1つの端で蝶番で留められている細長い
    メンバの対を備え、前記メンバが、前記蝶番が閉じているとき管状構造を形成し
    、前記蝶番が開いているとき拡張された構造を形成する、請求項41に記載の装
    置。
  43. 【請求項43】 前記第1および第2位置が、前記細長いメンバのそれぞれ
    他の端の付近にある、請求項42に記載の装置。
  44. 【請求項44】 前記波動エネルギーが光放射である、請求項37に記載の
    装置。
  45. 【請求項45】 前記波動エネルギーが音エネルギーである、請求項37に
    記載の装置。
  46. 【請求項46】 前記光放射が、ペン上の前記少なくとも1つの位置から送
    信され、前記キャップが、前記第1および第2位置で、それぞれ第1および第2
    光センサ・アレイを有する、請求項44に記載の装置。
  47. 【請求項47】 前記キャップが、前記第1および第2光センサ・アレイに
    結合された手段を含み、各前記光センサ・アレイにおいて光放射の到来角を決定
    し、それを表す信号を生成する、請求項46に記載の装置。
  48. 【請求項48】 到来角を表す前記信号を格納する手段を前記キャップにさ
    らに備える、請求項47に記載の装置。
  49. 【請求項49】 前記音エネルギーが、ペン上の前記少なくとも1つの位置
    から送信された超音波エネルギーであり、前記キャップが、前記第1および第2
    位置において、それぞれ第1および第2超音波変換器を有する、請求項45に記
    載の装置。
  50. 【請求項50】 前記キャップが、前記第1および第2変換器に結合された
    手段を含み、ペン上の前記少なくとも1つの位置と、前記第1および第2位置の
    それぞれとの間の距離を決定し、それを表す信号を生成する、請求項49に記載
    の装置。
  51. 【請求項51】 それぞれの距離を表す前記信号を格納する手段を前記キャ
    ップにさらに備える、請求項50に記載の装置。
  52. 【請求項52】 それぞれの距離を決定する前記手段を動作して、超音波エ
    ネルギーの送信から前記第1および第2位置のそれぞれでの前記超音波エネルギ
    ーの到着までの経過時間を決定し、前記経過時間が、前記ペンから光放射の信号
    を送ることによって開始される、請求項51に記載の装置。
  53. 【請求項53】 前記波動エネルギーが、光放射と音エネルギーの両方を備
    え、さらに、音エネルギーを用いて、ペン上の前記少なくとも1つの位置と、キ
    ャップ上の前記少なくとも1つの位置との距離を決定する手段を前記キャップに
    備え、前記光放射を用いて到来角を決定する手段を前記キャップに備える、請求
    項37に記載の装置。
  54. 【請求項54】 前記ペンが、筆記が行われているときを決定する圧力セン
    サと、前記圧力センサに結合されていて、前記ペン装置の能動動作モードを可能
    とする手段とを含む、請求項37に記載の装置。
  55. 【請求項55】 前記ペンおよびキャップのそれぞれが、それぞれのバッテ
    リを含む、請求項37に記載の装置。
  56. 【請求項56】 前記キャップが、前記キャップを前記紙の縁に取り付ける
    クリップを含む、請求項39に記載の装置。
  57. 【請求項57】 無線ペンのユーザによる筆記を表す信号を生成および転送
    する方法であって、 前記ペン上に通信サブシステムを提供するステップと、 前記ペン上の通信サブシステムと通信する通信サブシステムを有する腕時計を
    提供するステップと、 前記ペンから前記腕時計に、ペンの先端の位置を示す信号を伝達するステップ
    とを含む方法。
  58. 【請求項58】 前記腕時計上の複数の位置に関して、ペン上の位置の絶対
    位置を決定する第1サブシステムを提供するステップと、 前記第1サブシステムを時間間隔をおいて動作し、絶対位置表示を獲得するス
    テップと、 第2サブシステムを提供して動作し、前記ペンの先端の相対位置偏位を決定す
    るステップと、 前記絶対位置決定と前記相対位置決定の組合せから、前記筆記を表す信号を生
    成するステップとをさらに含む、請求項57に記載の方法。
  59. 【請求項59】 無線ペンのユーザによる筆記を表す信号を生成および転送
    する方法であって、 前記ペン上に通信サブシステムを提供するステップと、 前記ペン上の通信サブシステムと通信する通信サブシステムを有するセルラ電
    話を提供するステップと、 前記ペンから前記セルラ電話に、ペンの先端の位置を示す信号を伝達するステ
    ップとを含む方法。
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