JP2004029915A - Electronic writing system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報の共有を好適に支援し得る電子筆記システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
昨今、ノートやホワイトボード等に書いた文字、図形、イラストその他の筆記内容を記録しておくことを可能とする電子筆記システムが開発されている。このような電子筆記システムは、筆記行為に用いられる筆記手段の筆先の動きを追跡し、これをディジタルデータに変換するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、人が筆記行為を行うとき、筆記手段が筆記面上を上下左右に移動するとともに、筆記手段が上下左右に傾く。特に、日本語の文字を書く場合、筆先を移動させる際の筆記手段の傾きの変化が英語等の筆記と比較して大きい。そして、筆記手段の筆先の位置を測定するとき、筆記手段の傾きが変化するとその測定に誤差が生じる。具体例を挙げて述べると、筆記手段に設定した所定の測定対象点の位置を反復的に測定してその座標データの時系列を獲得するようなシステムでは、筆記手段の傾きの変化に伴い筆先と測定対象点との位置関係が変化してしまう。即ち、筆先の座標が測定対象点の座標から一意に決定されず、なおかつ筆記手段の傾きの大きさ、方向に基づく筆先の座標の較正を行うこともできない。従って、筆記手段の傾きが変化することで筆先の位置の測定に誤差が発生する。結果として、筆先の動きの追跡の精度、ひいては筆記内容の記録の精度を低下させてしまっていた。
【0004】
以上の問題に鑑みて、本発明は、筆記手段の筆先の位置の測定における測定誤差をより小さくした電子筆記システムを実現することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決すべく、本発明では、筆記手段の筆先の筆記面上における位置を反復的に測定して筆先の座標データの時系列を得る電子筆記システムにおいて、前記筆記手段に、少なくとも2つの測定対象部を、筆先とこれら各測定対象部とが略一直線上にあるように設定しておき、測定手段が、各測定対象部の位置を測定し、計算手段が、前記測定手段により測定した各測定対象部の位置並びに前記筆先と各測定対象部との距離関係に基づき、筆先の筆記面上における位置を算出するものとした。
【0006】
即ち、筆記手段に設定した複数の測定対象部の位置の測定を実行し、これら複数の測定値に基づいて筆先の位置を算定することにより、筆記手段の傾きの変化に伴う筆先の位置の測定誤差を抑制するようにしたのである。このようなものであれば、筆先の動きの追跡の精度をより高め、筆記内容の記録を確実に行うことが可能となる。特に、日本語により筆記を行う場合等においても有効に機能する電子筆記システムとなる。
【0007】
なお、筆記面とは、筆記行為等を行うときに筆記手段の筆先を接触させる対象となるもの一般を言い、例えば、ノート、メモパッド等の筆記用紙や黒板、ホワイトボード、フリップチャート等の表面が該当する。筆記面は、通常、略平面であるが、その向きは特に限定されない。筆先と各測定対象部との距離関係とは、予め知得している情報であって、各測定対象部と筆先とのそれぞれの距離についての知識を導くことができるものを言う。
【0008】
筆記手段に設定した測定対象部の位置を測定する方法として、測定手段に設けた少なくとも2つの観測部と測定対象部とそれぞれの距離を計測することにより、三角測量の方法を用いて測定対象部の位置を決定するものを挙げることができる。観測部と測定対象部との距離の計測は、前記測定手段が、前記観測部と前記測定対象部とのうち一方が計測信号を発信してから他方が該計測信号を受信するまでの時間を計測することによって可能である。このとき、計測信号は、音波を信号媒体とすることが好ましい。
【0009】
前記測定手段と前記筆記手段とのうち一方が、計測信号の発信と略同時にタイミング信号をも発信し、他方が該タイミング信号をも受信するものであれば、計測信号が発信された時点を測定手段が知ることができる。このタイミング信号は、伝搬速度が十分に速いものであることが望ましいため、電磁波を信号媒体とすることが好適である。
【0010】
また、複数の測定対象部の位置の測定は、時分割で実行することが簡便である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本発明に係る電子筆記システムは、筆記手段、測定手段並びに計算手段32を共働させることによりその効用を発揮する。電子筆記システムの構成の一例を、図1に示す。本実施形態における電子筆記システムは、筆記面WS、例えばホワイトボードのボード面の周縁部に設置した測定用機器2と、該測定用機器2と接続した情報処理装置3とを用いて、筆記手段の筆先P0の筆記面WS上における位置を反復的に測定するものである。
【0012】
筆記手段は、筆記行為等を行うユーザにより直接使用されるものであり、筆記用機器1を用いてなる。筆記用機器1は、筆記具としての機能を有するものとして、若しくは、既製の筆記具に取り付けられるオプション品として構成される。ここに言う筆記具には、種々のペン、鉛筆、万年筆、毛筆、チョークその他のものがおしなべて包含される。図示例では、マーカーペンに該マーカーペンを収容し得るホルダ形の筆記用機器1を取り付け、筆記手段としている。そして、筆記用機器1は、図2に示すように、筆記行為感知部11と、少なくとも2つの測定対象部121、122と、タイミング信号発信部13と、制御部14とを具備している。
【0013】
筆記行為感知部11は、筆記行為が行われていることを感知する、言い換えるならば、筆記手段の筆先P0が筆記面WSに接触していることを感知するものであり、筆圧を検知するセンサ11a等を含んで構成される。かつ、筆記行為感知部11は、筆先P0が筆記面WSに接触しているか否かに関して、電気的な方法で制御部14に通知する。
【0014】
測定対象部121、122は、測定手段によってその位置が反復的に測定されるものである。本実施形態における筆記用機器1は、2つの測定対象部121、122を具備し、筆先P0とこれら測定対象部121、122とが略一直線上にあるように設定してある。筆先P0と各測定対象部121、122との距離関係は既知である。即ち、筆先P0と各測定対象部121、122との距離が既知の定数として与えられるか、筆先P0と各測定対象部121、122との距離を既知の定数より導くことができる。また、各測定対象部121、122には、計測信号M1、M2を発信する機能を付与してある。本実施形態では、計測信号M1、M2は音波、特に超音波を信号媒体とする。よって、各測定対象部121、122は、超音波発信器121a、122aを内包する。測定対象部121、122が発信する計測信号M1、M2は、測定手段に設けた観測部により受信される。
【0015】
タイミング信号発信部13は、タイミング信号Tを発信する。本実施形態では、タイミング信号Tは電磁波、特に赤外線を信号媒体とする。よって、タイミング信号発信部13は、赤外線信号発信装置13aを内包する。タイミング信号発信部13が発信するタイミング信号Tは、測定手段に設けたタイミング信号受信部23により受信される。
【0016】
制御部14は、各測定対象部121、122による計測信号M1、M2の発信のタイミング並びにタイミング信号発信部13によるタイミング信号Tの発信のタイミングに関する制御を行う。制御部14による測定対象部121、122、タイミング信号発信部13の制御の一例に関して、図3に示すタイミングチャートを参照して説明する。図2に示す例の制御部14は、2系統の制御信号S2、S3を送出する制御回路14a、計測信号M1、M2の基となる信号を発生させる計測信号発生回路14b、等を有している。制御回路14aは、筆記手段の筆先P0が筆記面WSに接触していることを筆記行為感知部11が感知している間、制御信号S2、S3を送出する。制御回路14aが送出する各制御信号S2、S3は、例えば、所要のパルス幅を有する周期パルスである。そして、一方の制御信号S2と他方の制御信号S3との間には時間差を設けてある。計測信号発生回路14bは、各々の測定対象部121、122の超音波発信器121a、122aを駆動する信号S1を供給するものであるが、該計測信号発生回路14bと各超音波発信器121a、122aとの間にはゲートを介在させており、前記制御信号S2、S3のパルスによりゲートが開かれている期間内にのみ信号S1を(信号S4、S5として)超音波発信器121a、122aに供給可能となっている。また、制御回路14aは、タイミング信号発信部13の赤外線信号発信装置13aに向けても制御信号S2、S3を送出する。赤外線信号発信装置13aは、これら制御信号S2、S3(を合わせた、信号S6)のパルスの立ち上がりと同期して、タイミング信号Tを発信する。結果として、筆記手段の筆先P0が筆記面WSに接触しているとき、一方の測定対象部121と他方の測定対象部122とが時分割で計測信号M1、M2を発信するとともに、タイミング信号発信部13がこれら計測信号M1、M2の発信と略同時にタイミング信号Tを発信することとなる。計測信号M1、M2、タイミング信号Tの発信は、筆先P0が筆記面WSに接触している限り反復的に行われる。
【0017】
因みに、単一の電子筆記システムにおいて、複数の筆記手段を併用することが可能である。例えば、インクの色や筆先P0の太さ等が相異なる複数の筆記手段を選択的に使用することができる。このような場合に、インクの色や筆先P0の太さ等を識別するための付加情報を、筆記手段から測定手段に向けて送信するようにすることが好ましい。該付加情報は、例えば、上記のタイミング信号Tとともに、あるいはタイミング信号Tとは別個に、赤外線信号発信装置13aより赤外線信号として送信することができる。
【0018】
測定手段は、筆記手段に設定した各測定対象部121、122の位置を測定するものである。測定手段は、その構成要素として、少なくとも測定用機器2を含む。測定用機器2は、通常、筆記面WSの周縁部に取り付けられる。図示例では、測定用機器2をホワイトボートの周縁部に取り付けてある。また、測定用機器2は、パーソナルコンピュータに代表される情報処理装置3と接続してデータの授受を行い得るように構成してある。そして、測定用機器2は、図4に示すように、少なくとも2つの観測部21、22と、タイミング信号受信部23と、計測部24とを具備している。
【0019】
観測部21、22は、筆記手段に設定した測定対象部121、122の位置を測定するときの基準となるものである。本実施形態における測定用機器2は、2つの不動の観測部21、22を具備する。両観測部21、22の間の距離は、既知の定数として与えられるか、既知の定数より導かれる。従って、各観測部21、22と測定対象部121、122とのそれぞれの距離を計測することにより、該測定対象部121、122の位置を決定することができる。また、各観測部21、22には、測定対象部121、122より発信される計測信号M1、M2を受信する機能を付与してある。既に述べたように、本実施形態では、計測信号M1、M2は音波、特に超音波を信号媒体とする。よって、各観測部21、22は、超音波受信器21a、22aを内包する。
【0020】
タイミング信号受信部23は、筆記用機器1より送信されるタイミング信号Tを受信する。既に述べたように、本実施形態では、タイミング信号Tは電磁波、特に赤外線を信号媒体とする。よって、タイミング信号受信部23は、赤外線信号受信装置23aを内包する。
【0021】
計測部24は、各観測部21、22と測定対象部121、122とのそれぞれの距離を計測する。本実施形態では、測定対象部121、122が計測信号M1、M2を発信してから観測部21、22が該計測信号M1、M2を受信するまでの時間を計測することで、観測部21、22と測定対象部121、122との距離を計測する。計測部24による計測信号M1、M2の伝搬時間の計測の一例に関して、図3のタイミングチャートを参照して説明する。図4に示す例の計測部24は、観測部21、22と同数のタイマ24a、24b、これらタイマ24a、24bにクロックパルスを供給するクロック発生回路24c、計測信号M1、M2の受信と同期してタイマ24a、24bに停止信号S7、S8を入力する検出回路24d、24e、タイマ24a、24bが計測した計測値を外部の情報処理装置3に送出するためのバッファ24f、タイマ24a、24b及びバッファ24f等に各種制御信号を送出する制御回路24g、等を有している。タイマ24a、24bは、開始信号が入力されてから停止信号S7、S8が入力されるまでの時間ta1、tb1、ta2、tb2を計測する、より具体的には、開始信号が入力されてから停止信号S7、S8が入力されるまでのクロック数をカウントするものである。開始信号は、制御回路24gにより入力され、停止信号S7、S8は、検出回路24d、24eにより入力される。また、タイマ24a、24bにより計測された計測値は、バッファ24fにもたらされる。検出回路24d、24eは、観測部21、22の超音波受信器21a、22aとタイマ24a、24bとの間に介在し、該超音波受信器21a、22aが計測信号M1、M2を受信したときに停止信号S7、S8をタイマ24a、24bに向けて送出する。検出回路24d、24eは、例えば、超音波受信器21a、22aよりもたらされる受信信号を増幅、検波し、しかる後にシュミットトリガ回路を通して方形パルス状の停止信号S7、S8を生成し、これをタイマ24a、24bに送出するような構成とすることができる。加えて、各検出回路24d、24eが出力する停止信号S7、S8は、制御回路24gにももたらされる。制御回路24gは、タイミング信号受信部23の赤外線信号受信装置23aがタイミング信号Tを受信したときに開始信号を両タイマ24a、24bに向けて送出する。開始信号は、例えば、タイミング信号Tの立ち上がりの瞬間とタイマ24a、24bによる計測の開始とを略同期させるものである。
【0022】
つまり、筆記手段より赤外線信号の形で送信されるタイミング信号Tを計測開始の合図として利用し、測定対象部121より超音波信号の形で送信される計測信号M1が観測部21に到達するまでの時間ta1をタイマ24aによって、観測部22に到達するまでの時間tb1をタイマ24bによって、それぞれ計測することができる。両タイマ24a、24bにおける計測が終了したとき、即ち、両検出回路24d、24eから停止信号S7、S8がもたらされたとき、制御回路24gは、バッファ24fに向けて制御信号を送出する。該制御信号を受け取ったバッファ24fは、インタフェース25を介して外部の情報処理装置3に向けて計測値を送出する。計測値の送出の後、制御回路24gが両タイマ24a、24bにリセット信号を入力してタイマ24a、24bのカウンタをリセットする。但し、リセット信号は、上記の開始信号とともにタイマ24a、24bに入力されてもよい。同様にして、筆記手段より送信されるタイミング信号Tを計測開始の合図として利用し、測定対象部122より送信される計測信号M2が観測部21に到達するまでの時間ta2をタイマ24aによって、観測部22に到達するまでの時間tb2をタイマ24bによって、それぞれ計測することができる。
【0023】
さらに、本実施形態における測定手段は、上記の測定用機器2と接続した情報処理装置3をもその構成要素としている。情報処理装置3は、例えば、図5に示すように、プロセッサ3a、メインメモリ3b、ハードディスクドライブに代表される補助記憶手段3c、グラフィクスチップ、ビデオメモリ等を内包してなる表示制御手段3d、外部とデータの授受を行うための通信インタフェース3e、等が、制御装置、即ちシステムコントローラ3f、I/Oコントローラ3Gによって制御され連携して動作するものである。システムコントローラ3fはプロセッサ3aのプロセッサ3aバス、メインメモリ3bのメモリバス等の間に介在するものであり、PCIブリッジやメモリコントローラを内包している。I/Oコントローラ3Gは、プロセッサ3aと周辺機器との間のやりとりを制御する。通常、プロセッサ3aによって実行されるべきプログラムが補助記憶手段3cに格納されており、プログラムの実行の際には補助記憶手段3cからメインメモリ3bに読み込まれ、プロセッサ3aによって解読される。そして、該プログラムに従い上記のハードウェア資源を作動して、少なくとも、図6に示す位置決定部31としての機能を発揮するようにしている。
【0024】
位置決定部31は、各観測部21、22と測定対象部121、122とのそれぞれの距離の計測値より、測定対象部121、122の位置を決定する。既に述べたように、2つの観測部21、22の間の距離が既知であるから、これら両観測部21、22を結ぶ線分を基線とした三角測量の方法を用いて測定対象部121、122の位置を決定することが可能である。位置決定部31は、計測部24のバッファ24fよりインタフェース25並びに通信インタフェース3eを介してもたらされる2つの計測値と、両観測部21、22の間の距離の値とを用いて、測定対象部121、122の観測部21、22に対する相対的な位置を計算しその座標データを得る。本実施形態における位置決定部31は、ソフトウェアを主体として構成される。なお、筆記手段が複数の測定対象部121、122を具備していることから、測定手段はこれら各測定対象部121、122についてその位置の測定を行い、各測定対象部121、122の位置に関する座標データの組を取得する必要がある。本実施形態では、筆記手段の筆先P0が筆記面WSに接触している限りにおいて、一方の測定対象部121と2つの観測部21、22との各距離の計測と、他方の測定対象部122と2つの観測部21、22との各距離の測定とが、計測部24によって交互にかつ反復的に行われる。従って、位置決定部31では、連続して計測部24よりもたらされる計測値より算出した2つの座標データを1つの組とし、これをメインメモリ3b若しくは補助記憶手段3cの所要の記憶領域に格納する。
【0025】
即ち、本実施形態における測定手段は、測定用機器2並びに情報処理装置3の機能を利用してなり、観測部21、22、タイミング信号受信部23、計測部24、座標決定部31を具備する。
【0026】
因みに、音波の空気中における伝搬速度は、温度により変化する。よって、常に精度の高い測定を行うことができるように、測定手段を構成する要素である測定用機器2若しくは情報処理装置3に、図示しない温度センサ等を設けておき、該温度センサによる温度の計測値に基づき測定対象部121、122と観測部21、22との距離の計測を較正することが望ましい。
【0027】
そして、計算手段32は、測定手段により測定した各測定対象部121、122の位置並びに筆先P0と各測定対象部121、122との距離関係に基づいて、筆先P0の筆記面WS上における位置を算出する。本実施形態において、計算手段32は、測定用機器2と接続した情報処理装置3を利用してなる。計算手段32は、筆先座標計算部321、筆先座標格納部322を具備している。
【0028】
筆先座標計算部321は、測定手段により測定された筆記手段の各測定対象部121、122の位置の座標データから筆先P0の位置を計算し、その座標データを得る。本実施形態における筆先座標計算部321は、ソフトウェアを主体として構成される。
【0029】
筆先座標格納部322は、メインメモリ3b若しくは補助記憶手段3cの所要の記憶領域を利用して構成され、筆先P0の座標データを格納する。筆記手段に設定した各測定対象部121、122の位置の測定並びに筆先P0の位置の算出は、筆先P0が筆記面WSに接触している限り反復的に行われ、筆先座標格納部322はその結果得られる時系列の座標データを格納することとなる。筆先P0の座標データは、筆記手段を用いた筆記行為の1回のストローク(筆先P0が筆記面WSと接触してから離間するまで)単位で区分され、格納されることが好ましい。
【0030】
筆先座標格納部322に格納された時系列の座標データは、筆記手段を用いた筆記における筆記内容の保存や筆記行為の再現等に用いることができる。勿論、筆記面WSに書かれた文字、図形、イラスト等を、情報処理装置3のディスプレイ上に表現するようなことも可能である。加えて、インクの色や筆先P0の太さ等を識別するための付加情報が筆記手段から送信されるような場合には、測定手段においてこれを受信し、筆先座標格納部322において該付加情報と筆先P0の座標データとを関連づけて格納しておくことができる。このようなものであれば、筆記面WSに書かれた筆記内容とともに、インクの色や筆先P0の太さ等をも再現可能となる。
【0031】
なお、位置決定部31、筆先座標計算部321、筆先座標格納部322は、測定用機器2に内包されていてもよい。また、計測部24は、情報処理装置3に内包されていてもよい。
【0032】
以降、測定手段が具備する2つの観測部21、22と筆記手段に設定した2つの測定対象部121、122との距離をそれぞれ計測することによって、筆記手段の筆先P0の位置を一意に決定可能であることを示す。
【0033】
図7に示すように、3次元ユークリッド空間における、筆記手段の筆先P0の座標をP0(x0,y0,0)、2つの測定対象部121、122の座標をそれぞれP1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)とおく。ここで、筆記面WS;z=0とし、筆記手段の3点P0、P1、P2はz>0の領域に存在しているとする。また、筆先P0と各測定対象部P1、P2との距離関係が既知であり、P0とP1との距離をka、P0とP2との距離をa(但し、0<k<1)とする。a、kは、それぞれ既知の定数である。
【0034】
他方、測定手段が具備する2つの観測部21、22の座標をそれぞれP4(0,0,m)、P5(0,l,m)とおく。lは2つの観測部P4、P5の間の距離、mは観測部P4、P5と筆記面WSとの距離であり、それぞれ既知の定数である。但し、観測部P4から筆記面WSまでの距離と、観測部P5から筆記面WSまでの距離とが相違することを妨げない。
【0035】
このとき、測定対象部P1と観測部P4との距離の測定値をd11、測定対象部P1と観測部P5との距離の測定値をd12とおくと、
d11 2=x1 2+y1 2+(z1−m)2
d12 2=x1 2+(y1−l)2+(z1−m)2
が成立する。同様に、測定対象部P2と観測部P4との距離の測定値をd21、測定対象部P2と観測部P5との距離の測定値をd22とおくと、
d21 2=x2 2+y2 2+(z2−m)2
d22 2=x2 2+(y2−l)2+(z2−m)2
が成立する。
【0036】
また、2つの測定対象部P1、P2の間の距離について、
(a−ka)2=(x2−x1)2+(y2−y1)2+(z2−z1)2
が成立する。
【0037】
加えて、筆先P0と各測定対象点P1、P2とは略一直線上に並んでいる、あるいは、筆先P0の位置の測定において筆先P0と各測定対象点P1、P2とは一直線上に並んでいると見なすことができる。さらに、筆記行為が行われているとき、筆記手段の筆先P0は筆記面WSz=0と接触しているから、
z1=kz2
が成立する。
【0038】
上述のように、6つの未知数x1、y1、z1、x2、y2、z2に対して6つの方程式が成立しているため、d11、d11、d21、d22を測定することによりこれらの未知数x1、y1、z1、x2、y2、z2を決定可能であることがわかる。因みに、P1、P2の座標を決定するとき、必ずしも上記の連立方程式の解析解を利用する必要はなく、許容される範囲内で近似した解を求めることとしてもよい。
【0039】
そして、2つの測定対象部P1、P2の座標を決定すれば、筆記手段の筆先P0の座標を算出可能である。即ち、
x0=(x1−kx2)/(1−k)
y0=(y1−ky2)/(1−k)
となる。勿論、P0の座標を決定するときにも、許容される範囲内で近似した解を求めることとしてもよい。
【0040】
従って本実施形態によれば、筆記手段に、少なくとも2つの測定対象部121、122を、筆先P0とこれら各測定対象部121、122とが略一直線上にあるように設定しておき、測定手段が、各測定対象部121、122の位置を測定し、計算手段32が、前記測定手段により測定した各測定対象部121、122の位置並びに前記筆先P0と各測定対象部121、122との距離関係に基づき、筆先P0の筆記面WS上における位置を算出するように構成したため、筆記手段の傾きの変化に伴う筆先P0の位置の測定誤差を抑制することができ、筆先P0の動きの追跡の精度をより高め、筆記内容の記録を確実に行うことが可能となる。特に、日本語により筆記を行う場合等においても有効に機能する電子筆記システムとなる。また、測定対象部121、122を必ずしも筆先P0の近傍に設定する必要がないため、筆記用機器1、測定用機器2の設計の自由度も高まる。
【0041】
前記測定手段は、少なくとも2つの観測部21、22を具備し、これら各観測部21、22と前記測定対象部121、122との距離を計測することにより該測定対象部121、122の位置を決定するものであるため、既存の距離計測装置を利用して構成することができる。
【0042】
前記測定手段が、前記観測部21、22と前記測定対象部121、122とのうち一方が計測信号M1、M2を発信してから他方が該計測信号M1、M2を受信するまでの時間を計測することで観測部21、22と測定対象部121、122との距離を計測するものであるため、測定用機器2の構成を簡単なものとでき、システムを大がかりなものにする必要がない。
【0043】
前記計測信号M1、M2が音波を信号媒体とするものであるため、既存の超音波発信、受信装置を利用でき、安価に構成できる。かつ、マイクロ波等を信号媒体とする場合と比較して電子機器や金属類に与える影響、あるいはこれらより受ける影響が小さく、安定的に筆先P0の位置の測定を実行できる。
【0044】
前記測定手段と前記筆記手段とのうち一方が、計測信号M1、M2の発信と略同時にタイミング信号Tをも発信し、他方が該タイミング信号Tをも受信するものであれば、タイミング信号Tの受信と計測信号M1、M2の受信との時間差を計測信号M1、M2の到達時間とすることができ、計測信号M1、M2を発信する側は信号の発信のみを、計測信号M1、M2を受信する側は信号の受信処理のみを行えばよい。即ち、筆記用機器1と測定用機器2との間で複雑な通信を行う必要がなく、筆記用機器1、測定用機器2の内部構成の簡略化や処理の高速化につながる。
【0045】
前記タイミング信号Tが電磁波を信号媒体とするものであれば、その伝搬速度が十分に速いものであるため、距離の計測を適切に実行できる。そして、筆記手段と測定手段との間をワイヤレス化できる。また、タイミング信号Tを搬送波として付加情報等の情報の送受信を実行することも可能である。
【0046】
複数の測定対象部121、122のうち1つの位置の測定と他の1つの位置の測定とを時分割で実行するものであれば、各測定対象部121、122と観測部21、22との間で送受信されるそれぞれの計測信号M1、M2を相異なる周波数に設定したり、それぞれの計測信号M1、M2を識別するための識別子を該計測信号M1、M2に乗せたりする必要がないため、計測信号M1、M2の送信器、受信器等を簡単な構成のものとでき、かつ計測信号M1、M2の送受信において周波数の変復調その他の煩雑な処理を行う必要がなく、そのためのハードウェア資源、ソフトウェア資源も不要である。しかも、本実施形態では、計測信号M1、M2として超音波信号を用いているため、複数の測定対象部121、122の位置の測定を周波数分割方式で行う、即ち各測定対象部121、122と観測部21、22との間で送受信されるそれぞれの計測信号M1、M2を相異なる周波数に設定するものとすれば、共振周波数の相異なる超音波受信器21a、22aを用いる必要が生じる。本実施形態の例で言えば、測定用機器2に設けるべき超音波受信器21a、22a、言い換えるならば観測部21、22の数が4つに倍増し、製造コストの増大を招く。しかし、本実施形態のごとく、複数の測定対象部121、122の位置の測定を時分割で行うものとすれば、観測部21、22は2つでよく、各測定対象部121、122の位置の測定において観測部21、22を共用できる。
【0047】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、計測信号、タイミング信号の送受信は、上記実施形態以外の態様をとり得る。例えば、測定用機器2よりタイミング信号を発信し、これを受信した筆記用機器1が測定対象部より計測信号を発信する態様とすれば、測定用機器2においてタイミング信号を発信してから計測信号を受信するまでの時間を計測できる。計測信号を測定用機器2側が発信し、これを筆記用機器1に設定した測定対象部が受信するまでの時間を計測するものとしてもよい。また、筆記用機器1を測定用機器2とを有線接続してもよい。この場合には、タイミング信号等の送受信を有線で行うことができる。
【0048】
加えて、複数の測定対象部の位置の測定を時分割以外の方式で行うことを妨げない。
【0049】
さらには、筆記手段に設定した測定対象部の位置の測定を、必ずしも三角測量の方法を用いて行うとは限られない。例えば、測定手段が、複数方向から測定対象部を光学的に観測し、その位置を直接的に測定するようなものであってもよい。
【0050】
本発明の電子筆記システムは、パーソナルコンピュータ等の表示画面を投影するプロジェクタと組み合わせて用いることができる。より具体的には、プロジェクタの投影スクリーンを筆記面WSとし、この筆記面WS上で筆記手段を上下左右に移動させて、測定手段、計算手段を介して筆先P0の座標データを前記パーソナルコンピュータ等にフィードバックすることで、筆記手段をポインティングデバイスとして使用可能である。このような場合における筆記手段は、必ずしも筆記面WS上にインク、炭素粉等を残さない。
【0051】
その他各部の具体的構成は上記実施形態には限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明によれば、筆記手段の筆先の位置の測定における測定誤差をより小さくした電子筆記システムを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における電子筆記システムの全体構成を示す図。
【図2】同実施形態における筆記手段のブロック図。
【図3】同実施形態における電子筆記システムのタイミングチャート。
【図4】同実施形態における測定用機器のブロック図。
【図5】同実施形態における情報処理装置のハードウェア資源構成を示す図。
【図6】同情報処理装置の機能ブロック図。
【図7】電子筆記システムによる筆先の位置の測定について説明する図。
【符号の説明】
1…筆記用機器
121、122…測定対象部
2…測定用機器
21、22…観測部
P0…筆先
WS…筆記面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic writing system that can suitably support information sharing.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Recently, an electronic writing system capable of recording characters, figures, illustrations, and other written contents written on a notebook, a whiteboard, or the like has been developed. Such an electronic writing system tracks the movement of the tip of a writing means used for writing and converts the movement into digital data.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a person performs a writing action, the writing means moves up, down, left and right on the writing surface, and the writing means tilts up, down, left, and right. In particular, when writing Japanese characters, the change in the inclination of the writing means when the tip is moved is large compared to writing in English or the like. Then, when measuring the position of the writing tip of the writing means, if the inclination of the writing means changes, an error occurs in the measurement. To give a specific example, in a system in which the position of a predetermined measurement target point set in the writing means is repeatedly measured to obtain a time series of the coordinate data, the writing tip is changed according to a change in the inclination of the writing means. The positional relationship between the object and the measurement target point changes. That is, the coordinates of the writing tip are not uniquely determined from the coordinates of the measurement target point, and the coordinates of the writing tip cannot be calibrated based on the magnitude and direction of the inclination of the writing means. Therefore, when the inclination of the writing means changes, an error occurs in the measurement of the position of the writing tip. As a result, the accuracy of tracking the movement of the brush tip and, consequently, the accuracy of recording the written contents have been reduced.
[0004]
In view of the above problems, an object of the present invention is to realize an electronic writing system in which the measurement error in measuring the position of the writing tip of the writing means is reduced.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problems described above, according to the present invention, in an electronic writing system that repeatedly measures a position of a writing tip of a writing means on a writing surface to obtain a time series of coordinate data of the writing tip, the writing means may include at least two points. The two measurement target parts are set so that the pen tip and each of these measurement target parts are substantially on a straight line, the measuring means measures the position of each measurement target part, and the calculating means measures by the measuring means. The position of the writing tip on the writing surface is calculated based on the position of each measurement target part and the distance relationship between the writing tip and each measurement target part.
[0006]
That is, the position of the plurality of measurement target portions set in the writing means is measured, and the position of the writing tip is calculated based on the plurality of measured values, thereby measuring the position of the writing tip with a change in the inclination of the writing means. The error was reduced. With such a configuration, it is possible to further improve the accuracy of tracking the movement of the writing tip and to reliably record the writing contents. In particular, the electronic writing system functions effectively even when writing in Japanese.
[0007]
In addition, the writing surface generally refers to a target to which the writing tip of the writing means is brought into contact when performing a writing operation or the like. Applicable. The writing surface is generally substantially flat, but the orientation is not particularly limited. The distance relationship between the writing tip and each measurement target portion refers to information that is known in advance and that can guide knowledge about the respective distances between each measurement target portion and the writing tip.
[0008]
As a method of measuring the position of the measurement target part set in the writing means, the distance between at least two observation parts provided in the measurement means and the measurement target part is measured, and the measurement target part is measured using a triangulation method. That determine the position of the The distance between the observation unit and the measurement target unit is measured by measuring the time from when one of the observation unit and the measurement target unit transmits a measurement signal to when the other receives the measurement signal. It is possible by measuring. At this time, it is preferable that the measurement signal be a sound wave as a signal medium.
[0009]
If one of the measuring means and the writing means also transmits a timing signal at substantially the same time as the transmission of the measurement signal and the other also receives the timing signal, the time at which the measurement signal was transmitted is measured. The means can be known. Since it is desirable that this timing signal has a sufficiently high propagation speed, it is preferable to use an electromagnetic wave as a signal medium.
[0010]
Further, it is easy to measure the positions of the plurality of measurement target units in a time-division manner.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The electronic writing system according to the present invention exerts its effect by making the writing means, the measuring means, and the calculating means 32 cooperate. FIG. 1 shows an example of the configuration of an electronic writing system. The electronic writing system according to the present embodiment uses a writing surface WS, for example, a
[0012]
The writing means is used directly by a user who performs a writing operation or the like, and uses the
[0013]
The writing
[0014]
The positions of the
[0015]
The timing
[0016]
The
[0017]
Incidentally, a plurality of writing means can be used together in a single electronic writing system. For example, the ink color and the brush tip P0A plurality of writing means having different thicknesses or the like can be selectively used. In such a case, the ink color and the brush tip P0It is preferable that the additional information for identifying the thickness or the like is transmitted from the writing means to the measuring means. The additional information can be transmitted as an infrared signal from the infrared
[0018]
The measuring means measures the position of each of the
[0019]
The
[0020]
The timing
[0021]
The
[0022]
In other words, the timing signal T transmitted from the writing means in the form of an infrared signal is used as a signal to start measurement, and the measurement signal M1 transmitted in the form of an ultrasonic signal from the
[0023]
Furthermore, the measuring means in the present embodiment also includes the
[0024]
The
[0025]
That is, the measurement unit in the present embodiment utilizes the functions of the
[0026]
Incidentally, the propagation speed of the sound wave in the air changes depending on the temperature. Therefore, in order to always perform highly accurate measurement, a temperature sensor or the like (not shown) is provided in the
[0027]
Then, the calculating means 32 calculates the positions of the
[0028]
The writing point coordinate
[0029]
The writing point coordinate
[0030]
The time-series coordinate data stored in the writing point coordinate
[0031]
Note that the
[0032]
Thereafter, the distance between the two observing
[0033]
As shown in FIG. 7, the tip P of the writing means in the three-dimensional Euclidean space0Coordinate of P0(X0, Y0, 0), the coordinates of the two
[0034]
On the other hand, the coordinates of the two
[0035]
At this time, the measurement target part P1And observatory P4D is the measured value of the distance to11, Measurement target part P1And observatory P5D is the measured value of the distance to12After all,
d11 2= X1 2+ Y1 2+ (Z1-M)2
d12 2= X1 2+ (Y1−l)2+ (Z1-M)2
Holds. Similarly, the measurement target part P2And observatory P4D is the measured value of the distance to21, Measurement target part P2And observatory P5D is the measured value of the distance to22After all,
d21 2= X2 2+ Y2 2+ (Z2-M)2
d22 2= X2 2+ (Y2−l)2+ (Z2-M)2
Holds.
[0036]
Also, two measurement target parts P1, P2About the distance between
(A-ka)2= (X2-X1)2+ (Y2-Y1)2+ (Z2-Z1)2
Holds.
[0037]
In addition, brush point P0And each measurement target point P1, P2Are arranged substantially on a straight line, or in the measurement of the position of the tip P0, the tip P0And each measurement target point P1, P2Can be considered to be aligned. Further, when a writing action is being performed, the writing point P0Is in contact with the writing surface WSz = 0,
z1= Kz2
Holds.
[0038]
As described above, the six unknowns x1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2Since six equations hold for d11, D11, D21, D22By measuring these unknowns x1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2Can be determined. By the way, P1, P2When the coordinates are determined, it is not always necessary to use the analytic solution of the above simultaneous equations, and an approximate solution within an allowable range may be obtained.
[0039]
And two measurement target parts P1, P2Is determined, the writing point P of the writing means0Can be calculated. That is,
x0= (X1-Kx2) / (1-k)
y0= (Y1-Ky2) / (1-k)
It becomes. Of course, P0When the coordinates are determined, an approximate solution may be obtained within an allowable range.
[0040]
Therefore, according to the present embodiment, at least two
[0041]
The measurement means includes at least two
[0042]
The measuring means measures the time from when one of the
[0043]
Since the measurement signals M1 and M2 use sound waves as a signal medium, existing ultrasonic transmission and reception devices can be used, and the configuration can be made at low cost. In addition, compared to the case where microwaves or the like are used as the signal medium, the influence on electronic devices and metals, or the influence of these, is small, and the pen tip0Can be measured.
[0044]
If one of the measuring means and the writing means also transmits the timing signal T substantially simultaneously with the transmission of the measurement signals M1 and M2, and the other also receives the timing signal T, the timing signal T The time difference between the reception and the reception of the measurement signals M1 and M2 can be used as the arrival time of the measurement signals M1 and M2, and the side transmitting the measurement signals M1 and M2 receives only the signal transmission and receives the measurement signals M1 and M2. The receiving side only needs to perform signal reception processing. That is, there is no need to perform complicated communication between the
[0045]
If the timing signal T uses an electromagnetic wave as a signal medium, the propagation speed is sufficiently high, so that the distance can be measured appropriately. Then, wireless communication between the writing means and the measuring means can be achieved. Further, it is also possible to execute transmission and reception of information such as additional information using the timing signal T as a carrier wave.
[0046]
If the measurement of one position and the measurement of another position among the plurality of
[0047]
Note that the present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In particular, transmission and reception of the measurement signal and the timing signal can take aspects other than the above embodiment. For example, if the
[0048]
In addition, it does not prevent the measurement of the positions of the plurality of measurement target parts from being performed by a method other than time division.
[0049]
Further, the measurement of the position of the measurement target portion set in the writing means is not always performed by using the triangulation method. For example, the measuring means may optically observe the measurement target portion from a plurality of directions and directly measure the position.
[0050]
The electronic writing system of the present invention can be used in combination with a projector such as a personal computer that projects a display screen. More specifically, the projection screen of the projector is a writing surface WS, and the writing means is moved up, down, left, and right on the writing surface WS, and the writing point P is moved through the measuring means and the calculating means.0Is fed back to the personal computer or the like, whereby the writing means can be used as a pointing device. The writing means in such a case does not necessarily leave ink, carbon powder, etc. on the writing surface WS.
[0051]
In addition, the specific configuration of each unit is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention described in detail above, it is possible to realize an electronic writing system in which the measurement error in measuring the position of the writing tip of the writing means is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an electronic writing system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a writing unit according to the embodiment;
FIG. 3 is a timing chart of the electronic writing system according to the embodiment.
FIG. 4 is a block diagram of a measurement device according to the embodiment.
FIG. 5 is an exemplary view showing a hardware resource configuration of the information processing apparatus according to the embodiment;
FIG. 6 is a functional block diagram of the information processing apparatus.
FIG. 7 is a view for explaining measurement of a position of a writing tip by an electronic writing system.
[Explanation of symbols]
1. Writing equipment
121, 122 ... Measurement target part
2. Measurement equipment
21, 22… Observation unit
P0… Brush tip
WS: Writing surface
Claims (9)
前記筆記手段に、少なくとも2つの測定対象部を、筆先とこれら各測定対象部とが略一直線上にあるように設定しておき、
測定手段が、各測定対象部の位置を測定し、
計算手段が、前記測定手段により測定した各測定対象部の位置並びに前記筆先と各測定対象部との距離関係に基づき、筆先の筆記面上における位置を算出することを特徴とする電子筆記システム。An electronic writing system for measuring a position of a writing means on a writing surface of a writing tip,
In the writing means, at least two measurement target portions are set such that the writing tip and each of the measurement target portions are substantially on a straight line,
Measuring means measures the position of each measurement target portion,
An electronic writing system, wherein the calculating means calculates a position of the writing tip on a writing surface based on a position of each measurement target part measured by the measurement means and a distance relationship between the writing tip and each measurement target part.
前記筆記手段に、筆先とが略一直線上にあるように設定した少なくとも2つの測定対象部の位置を測定するステップと、
前記測定手段により測定した各測定対象部の位置並びに前記筆先と各測定対象部との距離関係に基づき、筆先の筆記面上における位置を算出するステップとを含むことを特徴とする筆先位置測定方法。A method of measuring a position of a writing means on a writing surface of a writing tip,
Measuring the positions of at least two measurement target portions set so that the writing tip is substantially on a straight line;
Calculating the position of the writing tip on the writing surface based on the position of each measurement target part measured by the measuring means and the distance relationship between the writing tip and each measurement target part. .
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2002181333A JP2004029915A (en) | 2002-06-21 | 2002-06-21 | Electronic writing system |
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Publications (1)
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
US20140081588A1 (en) * | 2012-09-17 | 2014-03-20 | Quanta Computer Inc. | Positioning method and electronic device utilizing the same |
JP2014199255A (en) * | 2013-03-14 | 2014-10-23 | シナノケンシ株式会社 | Surveying device |
-
2002
- 2002-06-21 JP JP2002181333A patent/JP2004029915A/en active Pending
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