JP2003256126A

JP2003256126A - 座標入力装置

Info

Publication number: JP2003256126A
Application number: JP2002054982A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Sekiguchi; 英紀関口; Soichi Hama; 壮一浜; Akira Fujii; 彰藤井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-10
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP4068366B2

Abstract

(57)【要約】【課題】受信器の死角が発生せず、かつ受信器の見か
け上の間隔が狭くなることを防止できるうえ、コンパク
トであり可搬性がよく携帯用として利用することがで
き、さらに、低価格化を図ることができる座標入力装置
を提供する。【解決手段】超音波を発信するペン１０２と、該ペン
から発信された超音波を複数の超音波受信器３０４で受
信する受信機１０１とを有し、受信機の各超音波受信器
３０４でそれぞれ受信した超音波の伝播時間に基づいて
ペン１０２の座標位置を入力する座標入力装置であっ
て、受信機１０１はペンから発信された超音波を受信す
る複数の超音波受信器３０４と所定の用紙の角部を挟持
する挟持手段とを有する。

Description

【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２
０００−２９８５４７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（図３に示す上半部３０２、
下半部３０３に対応する）と、を有することを特徴とす
る。

【００１３】この請求項１の発明によれば、受信機を用
紙の角部に配置させて、固定することができるため、±
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、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。

【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。

【００１８】また、請求項４の発明に係る座標入力装置
は、請求項１，２または３に記載の発明において、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。

【００１９】この請求項４の発明によれば、受信機の固
定位置を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
る位置にしたので、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。

【００２０】また、請求項５の発明に係る座標入力装置
は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明におい
て、前記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（図３のエッジ部３０７に対応する）
が形成されていることを特徴とする。

【００２１】この請求項５の発明によれば、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１
０１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３０
４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３０
４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３０
３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３０
６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３
０４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３
０〜６０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１
０１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１
０１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７０
４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１
２（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１
０２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６
０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３０
２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１１２
ａ，１１２ｂ、零クロスコンパレータ１１３ａ，１１３
ｂ、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１
０）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（１１５
ｂ）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ＦＦ１１
４ａ（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Ｔ
２を検出し、このようにして検出した伝播時間Ｔ１，Ｔ
２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，１１５
ｂ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×Ｔ１Ｌ２＝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】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＋ｂ１Ｙ＝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：Ｓ１２
６）。以降、（ステップ：Ｓ１２０）〜（ステップ：Ｓ
１２６）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，１１４ｂＦＦ１１５ａ，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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井彰神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 5B068 AA04 AA32 BB21 BC03 BD02 BD11 BD17 BE08

Claims

【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、を有す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。
【請求項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
特徴とする請求項１，２または３に記載の座標入力装
置。
【請求項５】前記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
徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の座標入力
装置。