JP2004164505A - 座標出力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】筆記具を大型化することなく、各種情報を送受信可能な座標出力装置を提供すること。
【解決手段】ペン先１１の位置に連動して電気容量が変化する可変コンデンサ１４を筆記具１に配設し、超音波駆動回路１５は、超音波素子１２と可変コンデンサ１４との合成容量によって超音波素子１２の周波数を決定することで、ペン先１１にかかる筆圧を超音波信号の周波数に変換する。データ処理部２内部の伝達時間測定部２１は、超音波受信器３，４が受信した超音波信号の周波数を検出し、周波数データ処理部２３に出力する。周波数データ処理部２３は、伝達時間測定部２１から受信した周波数データからペン先１１にかかる筆圧データを算出する。
【選択図】 図１
【解決手段】ペン先１１の位置に連動して電気容量が変化する可変コンデンサ１４を筆記具１に配設し、超音波駆動回路１５は、超音波素子１２と可変コンデンサ１４との合成容量によって超音波素子１２の周波数を決定することで、ペン先１１にかかる筆圧を超音波信号の周波数に変換する。データ処理部２内部の伝達時間測定部２１は、超音波受信器３，４が受信した超音波信号の周波数を検出し、周波数データ処理部２３に出力する。周波数データ処理部２３は、伝達時間測定部２１から受信した周波数データからペン先１１にかかる筆圧データを算出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筆記具を用いて用紙上に文字や図形を手書きした場合の軌跡をコンピュータに文字データ、あるいは図形データとして入力するために、筆記具の位置座標を出力する座標出力装置に関し、特に、筆記具のペン先の座標と同時に各種の情報を送信可能な座標出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータの普及に伴い、鉛筆などの筆記具を使用して用紙に文字を手書きするよりもキーボードを使用して電子文書を作成することが多くなってきている。しかし、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、作成したメモの配布や管理を考えると、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、一対の超音波受信器を用紙上に配設し、筆記具から発信する超音波をこれらの超音波受信器によって受信して、その超音波の伝播時間から三角測量を用いて筆記具の位置を算出し、座標の出力をおこなう座標出力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
さらに近年では、筆記具の座標を算出すると同時に、ペン先にかかる筆圧を測定し、筆圧データの取得をおこなう座標出力装置が考案されている。図１１は従来の座標出力装置における筆圧検出を説明する説明図である。図１１において、ペン１０１は、超音波素子などの座標算出に必要な構成要素に加え、筆圧検出回路１３１、マイコン１３２および赤外線放射部１１３を備えている。
【０００６】
この筆圧検出回路１３１は、ペン先１１１と接続され、ペン先１１１の変位をアナログ信号としてマイコン１３２に出力する。マイコン１３２は、このアナログ信号をデジタル信号に変換し、赤外線信号のコードに変換する。ペン１０１は、このコード化された赤外線信号を赤外線放射部１１３から出力する。
【０００７】
データ処理装置１０２は、この赤外線信号を赤外線受信器によって受信し、受信した赤外線信号から筆圧データの取り出しをおこなう。このように、従来の座標出力装置では、超音波の同期に用いる赤外線信号に、筆圧データをコード化して付加することで、筆記具の座標を算出するとともに、筆圧のデータを送信していた。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６０−５９４２４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の座標出力装置では、検出した筆圧データをデジタル信号への変換と、コード化をおこなうマイコン１３２をペン１０１の内部に設ける必要があった。さらに、ペン１０１の座標のサンプリングは、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周期でおこなわれるため、マイコン１３２は５ｍｓ〜２０ｍｓの間にＡＤ変換とコード化を処理する必要があった。
【００１０】
したがって、従来の座標出力装置において筆圧データの送受信をおこなう場合には、筆記具に高い処理能力を有するマイコンを持たせる必要があり、筆記具が非常に大きくなるという問題点があった。
【００１１】
この問題は、筆圧データの送受信に限らず、ペンに識別番号を付加して、この識別番号の送受信をする場合など、筆記具から各種情報の送受信をおこなう場合に広く発生する問題である。
【００１２】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、筆記具を大型化することなく、各種情報を送受信可能な座標出力装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、本発明に係る座標出力装置は、筆記具に配設した超音波素子から超音波信号を発信し、前記超音波信号が座標平面上の所定位置に到達するまでに要する到達時間を測定し、当該到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出して出力する座標出力装置であって、前記超音波信号の周波数を制御する周波数制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、座標出力装置は、筆記具に設けた超音波素子から発信する超音波信号の周波数を周波数制御手段によって制御し、超音波信号の周波数によってデータの送受信をおこなう。
【００１５】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記周波数制御手段は、前記超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで周波数を制御することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、座標出力装置は、超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで超音波信号の周波数を制御するようにしている。
【００１７】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記周波数制御手段は可変容量コンデンサを備え、前記可変容量コンデンサによって前記駆動回路の電気容量成分を変化させることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、座標出力装置は、可変容量コンデンサを超音波駆動回路に接続し、可変容量コンデンサの電気容量を変化させることで、超音波信号の周波数を制御するようにしている。
【００１９】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記周波数制御手段は、周波数制御用コンデンサと、前記周波数制御用コンデンサと前記駆動回路との接続状態を切り替える切替スイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、座標出力装置は、周波数制御用のコンデンサを超音波駆動回路に接続し、スイッチによる切り替えで超音波駆動回路の電気容量成分を変化させることで、超音波信号の周波数を制御するようにしている。
【００２１】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記筆記具のペン先にかかる圧力を計測する圧力計測手段をさらに備え、前記周波数制御手段は該ペン先の筆圧をもとに前記周波数を制御することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、座標出力装置は、ペン先にかかる圧力を圧力計測手段によって計測し、ペン先の圧力に対応して超音波信号の周波数を制御するように構成する。
【００２３】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記圧力計測手段は、前記筆記具に対して固定された第１の電極と、前記ペン先に対して固定された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けた誘電材料からなる弾性体と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、座標出力装置は、誘電材料からなる弾性体を介して電極を対向させてコンデンサを形成し、対抗した電極間の距離をペン先に連動して変化させることで、ペン先にかかる圧力をコンデンサの電気容量に変換している。
【００２５】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出する場合に、前記周波数の値をもとに前記到達時間を補正することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、座標出力装置は、超音波素子が発信した超音波信号の周波数を測定し、その周波数に応じて超音波信号の到達時間を補正するようにしている。
【００２７】
【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出力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態１に係る座標出力装置の概要構成を示す図である。図１において、座標出力装置は、ペン１、データ処理装置２、超音波受信器３，４および赤外線受信器５を備えている。また、ペン１は、ペン先１１、超音波素子１２、赤外線ダイオード１３ａ，１３ｂからなる赤外線放射部１３、可変コンデンサ１４および超音波駆動回路１５を有する。
【００２９】
超音波素子１２は、所定の圧電フィルムの両面に電極を形成されており、所定の電気容量を有する。一方、可変コンデンサ１４は、ペン先１１に連動し、ペン先１１変位にしたがってその電気容量が変化する。超音波駆動回路１５は、超音波素子１２の電気容量と可変コンデンサ１４の電気容量とを合成して超音波素子１２を駆動する。超音波信号の周波数は、駆動回路１５の電気容量に依存するので、超音波素子１２が発信する超音波信号の周波数は、可変コンデンサ１４の電気容量によって変化することとなる。なお、超音波素子１２が超音波信号を発信すると同時に、赤外線ダイオード１３ａ，１３ｂが赤外線同期信号を発信する。
【００３０】
一方、データ処理装置２は、その内部に伝達時間測定部２１、座標算出部２２および周波数データ処理部２３を有する。伝達時間測定部２１は、超音波受信器３，４および赤外線受信器５と接続され、超音波素子１２が発信した超音波信号が超音波受信器３，４に到達するまでの到達時間と、超音波信号の周波数を測定する。
【００３１】
座標算出２２は、超音波信号が超音波受信器３，４にそれぞれ到達するまでの到達時間から、ペン１の座標を算出する。また、周波数データ処理部２３は、超音波信号の周波数から、可変コンデンサ１１の電気容量を算出する。
【００３２】
このように、ペン先１１の変位を可変コンデンサ１４の電気容量に変換し、超音波素子１２の電気容量成分に合成することで、ペン先１１の変位、すなわちペン先１１にかかる圧力の変化を超音波信号の周波数の変化に変換して送信することができる。
【００３３】
つぎに、図２および図３を参照し、ペン１についてさらに詳細に説明する。図２はペン先１１近傍の構成を説明する構成図であり、図３は、ペン先１１に圧力をかけた場合について説明する説明図である。図２において、ペン先１１に対し、バネ３１、電極３２，３４、誘電体ゴム３３、絶縁層３５およびスイッチ電極３６ｂが固定されている。一方、スイッチ電極３６ａは、ペン１に対して固定されている。また、バネ３１の一端は、ペン１側に接し、スイッチ電極３６ａとスイッチ電極３６ｂとを所定の間隙を設けて固定している。
【００３４】
使用者がペン１を使用し、ペン先１１が筆記面に接触した場合、筆記面からペン先１１に圧力がかかり、バネ３１が収縮し、スイッチ電極３６ａとスイッチ電極３６ｂとが接触する。すなわち、スイッチ電極３６ａ，３６ｂおよびバネ３１は、ペン先１１の筆記面に対する接触を検知するペンタッチスイッチとして機能する。
【００３５】
一方、電極３２，３３は、誘電体ゴム３３を介して対向することで可変コンデンサ１４を形成する。この可変コンデンサ１４の電気容量は、ペン先１１にかかる圧力によって決定する。具体的には、ペン先１１にかけた圧力によってスイッチ電極３６ａとスイッチ電極３６ｂが接触した後、さらにペン先１１に圧力をかけると、図３に示すように、誘電体ゴム３３が収縮する。この誘電体ゴム３３の収縮により、電極３２と電極３４との距離ｄが変化し、可変コンデンサ１４の電気容量が変化することとなる。なお、ペンタッチスイッチ３６と電極３４とは、絶縁層３５によって絶縁する。
【００３６】
つぎにペン１の回路構成を説明する。図４は、ペン１の回路構成の概要を説明する説明図である。図４において、駆動回路４０は、タイマ４１、赤外線駆動回路４２、超音波駆動回路１５を備えている。この赤外線駆動回路４２は赤外線放射部１３に接続され、超音波駆動回路１５は、超音波素子１２に接続される。
【００３７】
駆動回路４０は、ペンタッチスイッチ３６がオン状態となった場合に、タイマ４１が出力する周期信号をもとに、赤外線駆動回路４２および超音波駆動回路１５を一定周期で動作させる。したがって、赤外線放射部１３は一定の周期で赤外線を放出し、同様に、超音波素子１２は、一定周期で超音波信号を送信することとなる。なお、タイマ４１が出力する周期信号の周期は、人間の手による筆記具１の動きを安定して検出可能な範囲で任意に設定し、たとえば１００Ｈｚ程度の値とすればよい。
【００３８】
つぎに、超音波駆動回路１５についてさらに説明する。図５に、超音波駆動回路１５の構成を示す。図５において、超音波素子１２は、コンデンサとして表記している。超音波駆動回路１５は、コイル５２、超音波素子１２、可変コンデンサ１４を並列に接続し、電源５１の供給をタイマ４１に連動したスイッチ５３によって制御している。
【００３９】
図５において、スイッチ５３がオン状態となると、コイル５２に徐々に増加する電流が流れる。その後、スイッチ５３をオフ状態とすると、逆起電力が発生し、超音波素子１２に高電圧が印加される。超音波素子１２は、この高電圧の印加によって超音波を発生させることとなる。
【００４０】
ここで、超音波素子１２が出力する超音波の周波数ｆは、超音波駆動回路１５のインダクタンスＬと電気容量Ｃから、
ｆ＝１／［２π（ＬＣ）１／２］
として算出される。このインダクタンスＬは、コイル５２によって決定され、電気容量Ｃは、超音波素子１２の電気容量と可変コンデンサ１４の電気容量との合成容量によって決定される。
【００４１】
したがって、超音波素子１２が出力する超音波信号の周波数は、可変コンデンサ１４の電気容量に従って変化することとなる。この可変コンデンサ１４の電気容量は、上述したように、ペン先１１にかかる圧力、すなわち筆圧によって決定されるので、超音波素子１２は、ペン先１１にかかる筆圧に対応した周波数の超音波信号を出力することとなる。
【００４２】
つぎに、図６および図７を参照し、伝達時間測定部２１について詳細に説明する。図６は、伝達時間測定部２１の回路構成を説明する説明図であり、図７は、伝達時間測定部２１の動作を説明する説明図である。図６に示すように、伝達時間処理部２１は、その内部に入力アンプ６１，６２、コンパレータ６３，６４、タイマ６５，６６，６７，６８を備えている。
【００４３】
この伝達時間測定部２１は、赤外線受信器５が赤外線同期信号を受信した場合にタイマ６７およびタイマ６８をスタートさせる。さらに超音波受信器３が受信した受信波Ｗ１を入力アンプ６１によって増幅し、コンパレータ６３に入力する。コンパレータ６３は、図７に示すように、受信波Ｗ１の値が閾値ｒｔ１を超えた場合にタイマ６７をストップさせる。タイマ６７は、この測定した時間を伝達時間Ｔ１として座標算出部２２に送信する。すなわち、タイマ６７は、超音波素子１２が超音波信号を発信してから超音波受信器３が超音波信号を受信するまでに要した時間を到達時間Ｔ１として出力することとなる。
【００４４】
さらに、コンパレータ６３は、図７に示すように、受信波Ｗ１が閾値を越えた後、最初の零クロスを検出してタイマ６５をスタートさせ、さらに次の零クロスを検出してタイマ６５をストップさせる。タイマ６５は、この計測した時間を周期データＴ３として周期データ処理部２３に送信する。すなわち、タイマ６５は、受信波Ｗ１の半周期にかかる時間を周期データＴ３として出力することとなる。
【００４５】
同様に、入力アンプ６２は、超音波受信器４が受信した受信波Ｗ２を増幅してコンパレータ６４に入力する。コンパレータ６４は、図７に示すように、受信波Ｗ２の値が閾値ｒｔ２を超えた場合にタイマ６８をストップさせる。タイマ６８は、この測定した時間を伝達時間Ｔ２として座標算出部２２に送信する。すなわち、タイマ６８は、超音波素子１２が超音波信号を発信してから超音波受信器４が超音波信号を受信するまでに要した時間を到達時間Ｔ２として出力することとなる。
【００４６】
さらに、コンパレータ６４は、図７に示すように、受信波Ｗ２が閾値を越えた後、最初の零クロスを検出してタイマ６６をスタートさせ、さらに次の零クロスを検出してタイマ６６をストップさせる。タイマ６６は、この計測した時間を周期データＴ４として周期データ処理部２３に送信する。すなわち、タイマ６６は、受信波Ｗ２の半周期にかかる時間を周期データＴ３として出力することとなる。
【００４７】
座標算出部２２は、伝達時間Ｔ１および伝達時間Ｔ２から三角測量をもちいて超音波素子１２の座標を算出する。一方、周波数データ処理部２３は、周期データＴ３，Ｔ４から、ペン先１１の圧力を算出する。具体的には、周期データＴ３，Ｔ４から、超音波の周波数を算出し、この周波数から可変コンデンサ１４の電気容量を求める。
【００４８】
可変コンデンサ１４の電気容量は、上述のようにペン先１１にかかる圧力によって決定されるため、このように周波数データＴ３，Ｔ４からペン先１１にかかる圧力、すなわち筆圧を算出することができる。なお、周波数データＴ３，Ｔ４から周波数を算出する場合、周波数データＴ３と周波数データＴ４のいずれか一方を常に採用することとしてもよいし、早く受信した方の周波数データを採用することとしてもよい。さらに、周波数データＴ３，Ｔ４から、任意の計算手法により算出することとしてもよい。
【００４９】
ところで、受信波Ｗ１，Ｗ２が閾値ｒｔ１，ｒｔ２を越えるタイミングは、周波数によって変化する。したがって、座標算出部２２は、周波数データ処理部２３が算出した周波数をもとに、伝達時間Ｔ１，Ｔ２を補正することで、より正確にペン先１１の座標を算出することができる。
【００５０】
このように、ペン先１１にかかる筆圧を可変コンデンサの電気容量に変換することで、超音波信号の周波数を筆圧に対応して変化させることができ、ペン先１１の位置座標とともに、筆圧データを簡易に送信することができる。このような筆圧データの送受信は、たとえばペン１の軌跡として表示される線の幅を筆圧に応じて変化させ、使用者が所望の太さの文字や図形を入力する場合に有用である。
【００５１】
また、近年セキュリティ技術の進展に伴い、コンピュータシステムによる筆跡鑑定が実用化されているが、この筆跡鑑定に筆圧データを使用することで鑑定精度の向上が期待できる。
【００５２】
なお、超音波信号の送信の周期が１００Ｈｚ、すなわち１０ｍｓである場合、この筆圧データの取得は１０ｍｓ間隔でおこなわれることとなる。しかしながら、筆圧の変化には１０ｍｓに比して大きいオーダーで起きると考えられるため、取得した筆圧データを複数回分平均して筆圧として出力することで、筆圧データの信頼性を向上することができる。
【００５３】
ところで、以上の説明では超音波信号の周波数を筆圧に応じて変化させ、筆圧データを送受信することとしていたが、この発明の利用はこれに限られるものではなく、所望の情報を超音波信号の周波数の変化に変換して送受信することができる。
【００５４】
図８は、超音波の周波数を使用者が指定する場合のペンの概要構成を示す概要構成図である。図８において、ペン１ａは、可変コンデンサ５４を備えている。この可変コンデンサ５４は、外部から操作してその電気容量を変化させることができる。その他の構成はペン１と同様であり、同一構成要素には同一の記号を付して説明を省略する。
【００５５】
このように、外部から可変コンデンサ５４の容量を決定することで、使用者は、任意の周波数の超音波信号を送信することができる。したがって、ペンに対してＩＤを設定し、データ処理装置側でペンの識別をおこなうことができ、さらに可変コンデンサ５４の操作によってＩＤを切り替えることができる。
【００５６】
また、超音波の周波数の変更は、かならずしも可変コンデンサを使用する必要はなく、超音波駆動回路に複数のコンデンサを接続し、スイッチングによって使用するコンデンサを選択することで、周波数を制御する構成としてもよい。図９は、スイッチングによる周波数制御をおこなう場合における超音波駆動回路を示す回路図である。
【００５７】
図９において、超音波駆動回路７０は、可変コンデンサ１４に代えて固定容量のコンデンサ７１とスイッチ７２とを備えている。その他の構成は超音波駆動回路１５と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。この超音波駆動回路７０では、スイッチ７２をオフにした場合は、超音波素子１２単体の電気容量によって周波数が決定し、スイッチ７２をオンにした場合は超音波素子１２とコンデンサ７１との合成容量によって超音波信号の周波数が決定する。したがって、スイッチ７２の切り替えによって、超音波素子１２が送信する超音波信号の周波数を切り替えることができる。
【００５８】
なお、ここでは固定容量のコンデンサを接続するか否かの切り替えにより、２種類の周波数を選択する場合について説明したが、固定コンデンサの数とスイッチの数とを増加させることで、任意の数の周波数を切り替えて使用することができる。このように、スイッチによる切り替えをおこなう構成は、離散的なデータの送受信に適する。たとえば、ペン１の軌跡を表示する色をスイッチによって切り替え、スイッチをオンにした場合に赤で軌跡を表示し、オフにした場合に黒で軌跡を表示することで、簡易にペンの色を変更可能な座標出力装置が得られる。
【００５９】
さらに、固定コンデンサのスイッチによる周波数切り替えと、可変コンデンサによる連続的な周波数制御とを併用する構成としても良い。図１０は、スイッチによる周波数切り替えと、可変コンデンサによる連続的な周波数制御とを併用する場合の超音波駆動回路の回路構成を示す回路構成図である。図１０において、超音波駆動回路７０ａは、固定容量のコンデンサ７１とスイッチ７２、に加えて可変コンデンサ７３およびスイッチ７４を備えている。その他の構成は超音波駆動回路７０と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
この超音波駆動回路７０ａでは、スイッチ７２，７４の切り替えと、可変コンデンサ７３の操作によって周波数の制御をおこなうことができる。したがって、たとえば、スイッチ７２の切り替えによってペンの色を決定し、さらに可変コンデンサ７３によって筆圧データを伝達可能な座標出力装置が実現できる。
【００６１】
上述してきたように、本実施の形態では、ペン先にかかる圧力や、ＩＤ情報などの任意の情報を電気容量に変換し、超音波素子が有する電気容量と合成することで、所望の情報を超音波信号の周波数に変換して送受信することができる。
【００６２】
（付記１）筆記具に配設した超音波素子から超音波信号を発信し、前記超音波信号が座標平面上の所定位置に到達するまでに要する到達時間を測定し、当該到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出して出力する座標出力装置であって、
前記超音波信号の周波数を制御する周波数制御手段を備えたことを特徴とする座標出力装置。
【００６３】
（付記２）前記周波数制御手段は、前記超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで周波数を制御することを特徴とする付記１に記載の座標出力装置。
【００６４】
（付記３）前記周波数制御手段は可変容量コンデンサを備え、前記可変容量コンデンサによって前記駆動回路の電気容量成分を変化させることを特徴とする付記２に記載の座標出力装置。
【００６５】
（付記４）前記周波数制御手段は、周波数制御用コンデンサと、前記周波数制御用コンデンサと前記駆動回路との接続状態を切り替える切替スイッチとを備えたことを特徴とする付記２または３に記載の座標出力装置。
【００６６】
（付記５）前記筆記具のペン先にかかる圧力を計測する圧力計測手段をさらに備え、前記周波数制御手段は該ペン先の筆圧をもとに前記周波数を制御す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出力装置。
【００６７】
（付記６）前記圧力計測手段は、前記筆記具に対して固定された第１の電極と、前記ペン先に対して固定された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けた誘電材料からなる弾性体と、を備えたことを特徴とする付記５に記載の座標出力装置。
【００６８】
（付記７）前記到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出する場合に、前記周波数の値をもとに前記到達時間を補正することを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の座標出力装置。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、座標出力装置は、筆記具に設けた超音波素子から発信する超音波信号の周波数を周波数制御手段によって制御し、超音波信号の周波数によってデータの送受信をおこなうので、簡易な構成で各種情報を送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７０】
また、本発明によれば、座標出力装置は、超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで超音波信号の周波数を制御するようにしているので、簡易な構成で各種情報を送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７１】
また、本発明によれば、座標出力装置は、可変容量コンデンサを超音波駆動回路に接続し、可変容量コンデンサの電気容量を変化させることで、超音波信号の周波数を制御するようにしているので、簡易な構成で連続値を取るデータを送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７２】
また、本発明によれば、座標出力装置は、周波数制御用のコンデンサを超音波駆動回路に接続し、スイッチによる切り替えで超音波駆動回路の電気容量成分を変化させることで、超音波信号の周波数を制御するようにしているので、簡易な構成で離散値を取るデータを送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７３】
また、本発明によれば、座標出力装置は、ペン先にかかる圧力を圧力計測手段によって計測し、ペン先の圧力に対応して超音波信号の周波数を制御するように構成するので、簡易な構成で筆圧データを送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７４】
また、本発明によれば、座標出力装置は、誘電材料からなる弾性体を介して電極を対向させてコンデンサを形成し、対抗した電極間の距離をペン先に連動して変化させることで、ペン先にかかる圧力をコンデンサの電気容量に変換しているので、筆圧データを送受信可能な、筆記具部分を小型化した座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７５】
また、本発明によれば、座標出力装置は、超音波素子が発信した超音波信号の周波数を測定し、その周波数に応じて超音波信号の到達時間を補正するようにしているので、簡易な構成で各種情報を送受信可能かつ位置情報を正確に算出可能な座標出力装置を提供す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】本発明の実施の形態１に係る座標出力装置の概要構成を示す図である。
【図２】図１に示したペン先近傍の構成を説明する構成図である。
【図３】図１に示したペン先１１に圧力をかけた場合について説明する説明図である。
【図４】図１に示したペンの回路構成の概要を説明する説明図である。
【図５】図１に示した超音波駆動回路１５の構成を示す図である。
【図６】伝達時間測定部の回路構成を説明する説明図である。
【図７】伝達時間測定部の動作を説明する説明図である。
【図８】超音波の周波数を使用者が指定する場合のペンの概要構成を示す概要構成図である。
【図９】スイッチングによる周波数制御をおこなう場合における超音波駆動回路を示す回路図である。
【図１０】スイッチによる周波数切り替えと、可変コンデンサによる連続的な周波数制御とを併用する場合の超音波駆動回路の回路構成を示す回路構成図である。
【図１１】従来の座標出力装置における筆圧検出を説明する説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ ペン
２ データ処理装置
３，４ 超音波受信器
５ 赤外線受信器
１１ ペン先
１２ 超音波素子
１３ 赤外線放射部
１３ａ，１３ｂ 赤外線ダイオード
１４，５４，７４ 可変コンデンサ
１５，７０，７０ａ 超音波駆動回路
２１ 伝達時間測定部
２２ 座標算出部
２３ 周波数データ処理部
３１ バネ
３２，３４ 電極
３３ 誘電体ゴム
３５ 絶縁層
３６ ペンタッチスイッチ
３６ａ，ｂ スイッチ電極
４０ 駆動回路
４１ タイマ
４２ 赤外線駆動回路
５１ 電源
５２ コイル
５３，７２，７４ スイッチ
６１，６２ 入力アンプ
６２，６３ コンパレータ
６５，６６，６７，６８ タイマ
ｒｔ１，ｒｔ２ 閾値
Ｔ１，Ｔ２ 伝達時間
Ｔ３，Ｔ４ 周期データ
Ｗ１，Ｗ２ 受信波
７２，７４ コンデンサ
【発明の属する技術分野】
この発明は、筆記具を用いて用紙上に文字や図形を手書きした場合の軌跡をコンピュータに文字データ、あるいは図形データとして入力するために、筆記具の位置座標を出力する座標出力装置に関し、特に、筆記具のペン先の座標と同時に各種の情報を送信可能な座標出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータの普及に伴い、鉛筆などの筆記具を使用して用紙に文字を手書きするよりもキーボードを使用して電子文書を作成することが多くなってきている。しかし、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、作成したメモの配布や管理を考えると、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、一対の超音波受信器を用紙上に配設し、筆記具から発信する超音波をこれらの超音波受信器によって受信して、その超音波の伝播時間から三角測量を用いて筆記具の位置を算出し、座標の出力をおこなう座標出力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
さらに近年では、筆記具の座標を算出すると同時に、ペン先にかかる筆圧を測定し、筆圧データの取得をおこなう座標出力装置が考案されている。図１１は従来の座標出力装置における筆圧検出を説明する説明図である。図１１において、ペン１０１は、超音波素子などの座標算出に必要な構成要素に加え、筆圧検出回路１３１、マイコン１３２および赤外線放射部１１３を備えている。
【０００６】
この筆圧検出回路１３１は、ペン先１１１と接続され、ペン先１１１の変位をアナログ信号としてマイコン１３２に出力する。マイコン１３２は、このアナログ信号をデジタル信号に変換し、赤外線信号のコードに変換する。ペン１０１は、このコード化された赤外線信号を赤外線放射部１１３から出力する。
【０００７】
データ処理装置１０２は、この赤外線信号を赤外線受信器によって受信し、受信した赤外線信号から筆圧データの取り出しをおこなう。このように、従来の座標出力装置では、超音波の同期に用いる赤外線信号に、筆圧データをコード化して付加することで、筆記具の座標を算出するとともに、筆圧のデータを送信していた。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６０−５９４２４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の座標出力装置では、検出した筆圧データをデジタル信号への変換と、コード化をおこなうマイコン１３２をペン１０１の内部に設ける必要があった。さらに、ペン１０１の座標のサンプリングは、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周期でおこなわれるため、マイコン１３２は５ｍｓ〜２０ｍｓの間にＡＤ変換とコード化を処理する必要があった。
【００１０】
したがって、従来の座標出力装置において筆圧データの送受信をおこなう場合には、筆記具に高い処理能力を有するマイコンを持たせる必要があり、筆記具が非常に大きくなるという問題点があった。
【００１１】
この問題は、筆圧データの送受信に限らず、ペンに識別番号を付加して、この識別番号の送受信をする場合など、筆記具から各種情報の送受信をおこなう場合に広く発生する問題である。
【００１２】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、筆記具を大型化することなく、各種情報を送受信可能な座標出力装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、本発明に係る座標出力装置は、筆記具に配設した超音波素子から超音波信号を発信し、前記超音波信号が座標平面上の所定位置に到達するまでに要する到達時間を測定し、当該到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出して出力する座標出力装置であって、前記超音波信号の周波数を制御する周波数制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、座標出力装置は、筆記具に設けた超音波素子から発信する超音波信号の周波数を周波数制御手段によって制御し、超音波信号の周波数によってデータの送受信をおこなう。
【００１５】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記周波数制御手段は、前記超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで周波数を制御することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、座標出力装置は、超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで超音波信号の周波数を制御するようにしている。
【００１７】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記周波数制御手段は可変容量コンデンサを備え、前記可変容量コンデンサによって前記駆動回路の電気容量成分を変化させることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、座標出力装置は、可変容量コンデンサを超音波駆動回路に接続し、可変容量コンデンサの電気容量を変化させることで、超音波信号の周波数を制御するようにしている。
【００１９】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記周波数制御手段は、周波数制御用コンデンサと、前記周波数制御用コンデンサと前記駆動回路との接続状態を切り替える切替スイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、座標出力装置は、周波数制御用のコンデンサを超音波駆動回路に接続し、スイッチによる切り替えで超音波駆動回路の電気容量成分を変化させることで、超音波信号の周波数を制御するようにしている。
【００２１】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記筆記具のペン先にかかる圧力を計測する圧力計測手段をさらに備え、前記周波数制御手段は該ペン先の筆圧をもとに前記周波数を制御することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、座標出力装置は、ペン先にかかる圧力を圧力計測手段によって計測し、ペン先の圧力に対応して超音波信号の周波数を制御するように構成する。
【００２３】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記圧力計測手段は、前記筆記具に対して固定された第１の電極と、前記ペン先に対して固定された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けた誘電材料からなる弾性体と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、座標出力装置は、誘電材料からなる弾性体を介して電極を対向させてコンデンサを形成し、対抗した電極間の距離をペン先に連動して変化させることで、ペン先にかかる圧力をコンデンサの電気容量に変換している。
【００２５】
また、本発明に係る座標出力装置は、上記の発明において、前記到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出する場合に、前記周波数の値をもとに前記到達時間を補正することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、座標出力装置は、超音波素子が発信した超音波信号の周波数を測定し、その周波数に応じて超音波信号の到達時間を補正するようにしている。
【００２７】
【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出力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態１に係る座標出力装置の概要構成を示す図である。図１において、座標出力装置は、ペン１、データ処理装置２、超音波受信器３，４および赤外線受信器５を備えている。また、ペン１は、ペン先１１、超音波素子１２、赤外線ダイオード１３ａ，１３ｂからなる赤外線放射部１３、可変コンデンサ１４および超音波駆動回路１５を有する。
【００２９】
超音波素子１２は、所定の圧電フィルムの両面に電極を形成されており、所定の電気容量を有する。一方、可変コンデンサ１４は、ペン先１１に連動し、ペン先１１変位にしたがってその電気容量が変化する。超音波駆動回路１５は、超音波素子１２の電気容量と可変コンデンサ１４の電気容量とを合成して超音波素子１２を駆動する。超音波信号の周波数は、駆動回路１５の電気容量に依存するので、超音波素子１２が発信する超音波信号の周波数は、可変コンデンサ１４の電気容量によって変化することとなる。なお、超音波素子１２が超音波信号を発信すると同時に、赤外線ダイオード１３ａ，１３ｂが赤外線同期信号を発信する。
【００３０】
一方、データ処理装置２は、その内部に伝達時間測定部２１、座標算出部２２および周波数データ処理部２３を有する。伝達時間測定部２１は、超音波受信器３，４および赤外線受信器５と接続され、超音波素子１２が発信した超音波信号が超音波受信器３，４に到達するまでの到達時間と、超音波信号の周波数を測定する。
【００３１】
座標算出２２は、超音波信号が超音波受信器３，４にそれぞれ到達するまでの到達時間から、ペン１の座標を算出する。また、周波数データ処理部２３は、超音波信号の周波数から、可変コンデンサ１１の電気容量を算出する。
【００３２】
このように、ペン先１１の変位を可変コンデンサ１４の電気容量に変換し、超音波素子１２の電気容量成分に合成することで、ペン先１１の変位、すなわちペン先１１にかかる圧力の変化を超音波信号の周波数の変化に変換して送信することができる。
【００３３】
つぎに、図２および図３を参照し、ペン１についてさらに詳細に説明する。図２はペン先１１近傍の構成を説明する構成図であり、図３は、ペン先１１に圧力をかけた場合について説明する説明図である。図２において、ペン先１１に対し、バネ３１、電極３２，３４、誘電体ゴム３３、絶縁層３５およびスイッチ電極３６ｂが固定されている。一方、スイッチ電極３６ａは、ペン１に対して固定されている。また、バネ３１の一端は、ペン１側に接し、スイッチ電極３６ａとスイッチ電極３６ｂとを所定の間隙を設けて固定している。
【００３４】
使用者がペン１を使用し、ペン先１１が筆記面に接触した場合、筆記面からペン先１１に圧力がかかり、バネ３１が収縮し、スイッチ電極３６ａとスイッチ電極３６ｂとが接触する。すなわち、スイッチ電極３６ａ，３６ｂおよびバネ３１は、ペン先１１の筆記面に対する接触を検知するペンタッチスイッチとして機能する。
【００３５】
一方、電極３２，３３は、誘電体ゴム３３を介して対向することで可変コンデンサ１４を形成する。この可変コンデンサ１４の電気容量は、ペン先１１にかかる圧力によって決定する。具体的には、ペン先１１にかけた圧力によってスイッチ電極３６ａとスイッチ電極３６ｂが接触した後、さらにペン先１１に圧力をかけると、図３に示すように、誘電体ゴム３３が収縮する。この誘電体ゴム３３の収縮により、電極３２と電極３４との距離ｄが変化し、可変コンデンサ１４の電気容量が変化することとなる。なお、ペンタッチスイッチ３６と電極３４とは、絶縁層３５によって絶縁する。
【００３６】
つぎにペン１の回路構成を説明する。図４は、ペン１の回路構成の概要を説明する説明図である。図４において、駆動回路４０は、タイマ４１、赤外線駆動回路４２、超音波駆動回路１５を備えている。この赤外線駆動回路４２は赤外線放射部１３に接続され、超音波駆動回路１５は、超音波素子１２に接続される。
【００３７】
駆動回路４０は、ペンタッチスイッチ３６がオン状態となった場合に、タイマ４１が出力する周期信号をもとに、赤外線駆動回路４２および超音波駆動回路１５を一定周期で動作させる。したがって、赤外線放射部１３は一定の周期で赤外線を放出し、同様に、超音波素子１２は、一定周期で超音波信号を送信することとなる。なお、タイマ４１が出力する周期信号の周期は、人間の手による筆記具１の動きを安定して検出可能な範囲で任意に設定し、たとえば１００Ｈｚ程度の値とすればよい。
【００３８】
つぎに、超音波駆動回路１５についてさらに説明する。図５に、超音波駆動回路１５の構成を示す。図５において、超音波素子１２は、コンデンサとして表記している。超音波駆動回路１５は、コイル５２、超音波素子１２、可変コンデンサ１４を並列に接続し、電源５１の供給をタイマ４１に連動したスイッチ５３によって制御している。
【００３９】
図５において、スイッチ５３がオン状態となると、コイル５２に徐々に増加する電流が流れる。その後、スイッチ５３をオフ状態とすると、逆起電力が発生し、超音波素子１２に高電圧が印加される。超音波素子１２は、この高電圧の印加によって超音波を発生させることとなる。
【００４０】
ここで、超音波素子１２が出力する超音波の周波数ｆは、超音波駆動回路１５のインダクタンスＬと電気容量Ｃから、
ｆ＝１／［２π（ＬＣ）１／２］
として算出される。このインダクタンスＬは、コイル５２によって決定され、電気容量Ｃは、超音波素子１２の電気容量と可変コンデンサ１４の電気容量との合成容量によって決定される。
【００４１】
したがって、超音波素子１２が出力する超音波信号の周波数は、可変コンデンサ１４の電気容量に従って変化することとなる。この可変コンデンサ１４の電気容量は、上述したように、ペン先１１にかかる圧力、すなわち筆圧によって決定されるので、超音波素子１２は、ペン先１１にかかる筆圧に対応した周波数の超音波信号を出力することとなる。
【００４２】
つぎに、図６および図７を参照し、伝達時間測定部２１について詳細に説明する。図６は、伝達時間測定部２１の回路構成を説明する説明図であり、図７は、伝達時間測定部２１の動作を説明する説明図である。図６に示すように、伝達時間処理部２１は、その内部に入力アンプ６１，６２、コンパレータ６３，６４、タイマ６５，６６，６７，６８を備えている。
【００４３】
この伝達時間測定部２１は、赤外線受信器５が赤外線同期信号を受信した場合にタイマ６７およびタイマ６８をスタートさせる。さらに超音波受信器３が受信した受信波Ｗ１を入力アンプ６１によって増幅し、コンパレータ６３に入力する。コンパレータ６３は、図７に示すように、受信波Ｗ１の値が閾値ｒｔ１を超えた場合にタイマ６７をストップさせる。タイマ６７は、この測定した時間を伝達時間Ｔ１として座標算出部２２に送信する。すなわち、タイマ６７は、超音波素子１２が超音波信号を発信してから超音波受信器３が超音波信号を受信するまでに要した時間を到達時間Ｔ１として出力することとなる。
【００４４】
さらに、コンパレータ６３は、図７に示すように、受信波Ｗ１が閾値を越えた後、最初の零クロスを検出してタイマ６５をスタートさせ、さらに次の零クロスを検出してタイマ６５をストップさせる。タイマ６５は、この計測した時間を周期データＴ３として周期データ処理部２３に送信する。すなわち、タイマ６５は、受信波Ｗ１の半周期にかかる時間を周期データＴ３として出力することとなる。
【００４５】
同様に、入力アンプ６２は、超音波受信器４が受信した受信波Ｗ２を増幅してコンパレータ６４に入力する。コンパレータ６４は、図７に示すように、受信波Ｗ２の値が閾値ｒｔ２を超えた場合にタイマ６８をストップさせる。タイマ６８は、この測定した時間を伝達時間Ｔ２として座標算出部２２に送信する。すなわち、タイマ６８は、超音波素子１２が超音波信号を発信してから超音波受信器４が超音波信号を受信するまでに要した時間を到達時間Ｔ２として出力することとなる。
【００４６】
さらに、コンパレータ６４は、図７に示すように、受信波Ｗ２が閾値を越えた後、最初の零クロスを検出してタイマ６６をスタートさせ、さらに次の零クロスを検出してタイマ６６をストップさせる。タイマ６６は、この計測した時間を周期データＴ４として周期データ処理部２３に送信する。すなわち、タイマ６６は、受信波Ｗ２の半周期にかかる時間を周期データＴ３として出力することとなる。
【００４７】
座標算出部２２は、伝達時間Ｔ１および伝達時間Ｔ２から三角測量をもちいて超音波素子１２の座標を算出する。一方、周波数データ処理部２３は、周期データＴ３，Ｔ４から、ペン先１１の圧力を算出する。具体的には、周期データＴ３，Ｔ４から、超音波の周波数を算出し、この周波数から可変コンデンサ１４の電気容量を求める。
【００４８】
可変コンデンサ１４の電気容量は、上述のようにペン先１１にかかる圧力によって決定されるため、このように周波数データＴ３，Ｔ４からペン先１１にかかる圧力、すなわち筆圧を算出することができる。なお、周波数データＴ３，Ｔ４から周波数を算出する場合、周波数データＴ３と周波数データＴ４のいずれか一方を常に採用することとしてもよいし、早く受信した方の周波数データを採用することとしてもよい。さらに、周波数データＴ３，Ｔ４から、任意の計算手法により算出することとしてもよい。
【００４９】
ところで、受信波Ｗ１，Ｗ２が閾値ｒｔ１，ｒｔ２を越えるタイミングは、周波数によって変化する。したがって、座標算出部２２は、周波数データ処理部２３が算出した周波数をもとに、伝達時間Ｔ１，Ｔ２を補正することで、より正確にペン先１１の座標を算出することができる。
【００５０】
このように、ペン先１１にかかる筆圧を可変コンデンサの電気容量に変換することで、超音波信号の周波数を筆圧に対応して変化させることができ、ペン先１１の位置座標とともに、筆圧データを簡易に送信することができる。このような筆圧データの送受信は、たとえばペン１の軌跡として表示される線の幅を筆圧に応じて変化させ、使用者が所望の太さの文字や図形を入力する場合に有用である。
【００５１】
また、近年セキュリティ技術の進展に伴い、コンピュータシステムによる筆跡鑑定が実用化されているが、この筆跡鑑定に筆圧データを使用することで鑑定精度の向上が期待できる。
【００５２】
なお、超音波信号の送信の周期が１００Ｈｚ、すなわち１０ｍｓである場合、この筆圧データの取得は１０ｍｓ間隔でおこなわれることとなる。しかしながら、筆圧の変化には１０ｍｓに比して大きいオーダーで起きると考えられるため、取得した筆圧データを複数回分平均して筆圧として出力することで、筆圧データの信頼性を向上することができる。
【００５３】
ところで、以上の説明では超音波信号の周波数を筆圧に応じて変化させ、筆圧データを送受信することとしていたが、この発明の利用はこれに限られるものではなく、所望の情報を超音波信号の周波数の変化に変換して送受信することができる。
【００５４】
図８は、超音波の周波数を使用者が指定する場合のペンの概要構成を示す概要構成図である。図８において、ペン１ａは、可変コンデンサ５４を備えている。この可変コンデンサ５４は、外部から操作してその電気容量を変化させることができる。その他の構成はペン１と同様であり、同一構成要素には同一の記号を付して説明を省略する。
【００５５】
このように、外部から可変コンデンサ５４の容量を決定することで、使用者は、任意の周波数の超音波信号を送信することができる。したがって、ペンに対してＩＤを設定し、データ処理装置側でペンの識別をおこなうことができ、さらに可変コンデンサ５４の操作によってＩＤを切り替えることができる。
【００５６】
また、超音波の周波数の変更は、かならずしも可変コンデンサを使用する必要はなく、超音波駆動回路に複数のコンデンサを接続し、スイッチングによって使用するコンデンサを選択することで、周波数を制御する構成としてもよい。図９は、スイッチングによる周波数制御をおこなう場合における超音波駆動回路を示す回路図である。
【００５７】
図９において、超音波駆動回路７０は、可変コンデンサ１４に代えて固定容量のコンデンサ７１とスイッチ７２とを備えている。その他の構成は超音波駆動回路１５と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。この超音波駆動回路７０では、スイッチ７２をオフにした場合は、超音波素子１２単体の電気容量によって周波数が決定し、スイッチ７２をオンにした場合は超音波素子１２とコンデンサ７１との合成容量によって超音波信号の周波数が決定する。したがって、スイッチ７２の切り替えによって、超音波素子１２が送信する超音波信号の周波数を切り替えることができる。
【００５８】
なお、ここでは固定容量のコンデンサを接続するか否かの切り替えにより、２種類の周波数を選択する場合について説明したが、固定コンデンサの数とスイッチの数とを増加させることで、任意の数の周波数を切り替えて使用することができる。このように、スイッチによる切り替えをおこなう構成は、離散的なデータの送受信に適する。たとえば、ペン１の軌跡を表示する色をスイッチによって切り替え、スイッチをオンにした場合に赤で軌跡を表示し、オフにした場合に黒で軌跡を表示することで、簡易にペンの色を変更可能な座標出力装置が得られる。
【００５９】
さらに、固定コンデンサのスイッチによる周波数切り替えと、可変コンデンサによる連続的な周波数制御とを併用する構成としても良い。図１０は、スイッチによる周波数切り替えと、可変コンデンサによる連続的な周波数制御とを併用する場合の超音波駆動回路の回路構成を示す回路構成図である。図１０において、超音波駆動回路７０ａは、固定容量のコンデンサ７１とスイッチ７２、に加えて可変コンデンサ７３およびスイッチ７４を備えている。その他の構成は超音波駆動回路７０と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
この超音波駆動回路７０ａでは、スイッチ７２，７４の切り替えと、可変コンデンサ７３の操作によって周波数の制御をおこなうことができる。したがって、たとえば、スイッチ７２の切り替えによってペンの色を決定し、さらに可変コンデンサ７３によって筆圧データを伝達可能な座標出力装置が実現できる。
【００６１】
上述してきたように、本実施の形態では、ペン先にかかる圧力や、ＩＤ情報などの任意の情報を電気容量に変換し、超音波素子が有する電気容量と合成することで、所望の情報を超音波信号の周波数に変換して送受信することができる。
【００６２】
（付記１）筆記具に配設した超音波素子から超音波信号を発信し、前記超音波信号が座標平面上の所定位置に到達するまでに要する到達時間を測定し、当該到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出して出力する座標出力装置であって、
前記超音波信号の周波数を制御する周波数制御手段を備えたことを特徴とする座標出力装置。
【００６３】
（付記２）前記周波数制御手段は、前記超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで周波数を制御することを特徴とする付記１に記載の座標出力装置。
【００６４】
（付記３）前記周波数制御手段は可変容量コンデンサを備え、前記可変容量コンデンサによって前記駆動回路の電気容量成分を変化させることを特徴とする付記２に記載の座標出力装置。
【００６５】
（付記４）前記周波数制御手段は、周波数制御用コンデンサと、前記周波数制御用コンデンサと前記駆動回路との接続状態を切り替える切替スイッチとを備えたことを特徴とする付記２または３に記載の座標出力装置。
【００６６】
（付記５）前記筆記具のペン先にかかる圧力を計測する圧力計測手段をさらに備え、前記周波数制御手段は該ペン先の筆圧をもとに前記周波数を制御す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出力装置。
【００６７】
（付記６）前記圧力計測手段は、前記筆記具に対して固定された第１の電極と、前記ペン先に対して固定された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けた誘電材料からなる弾性体と、を備えたことを特徴とする付記５に記載の座標出力装置。
【００６８】
（付記７）前記到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出する場合に、前記周波数の値をもとに前記到達時間を補正することを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の座標出力装置。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、座標出力装置は、筆記具に設けた超音波素子から発信する超音波信号の周波数を周波数制御手段によって制御し、超音波信号の周波数によってデータの送受信をおこなうので、簡易な構成で各種情報を送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７０】
また、本発明によれば、座標出力装置は、超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで超音波信号の周波数を制御するようにしているので、簡易な構成で各種情報を送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７１】
また、本発明によれば、座標出力装置は、可変容量コンデンサを超音波駆動回路に接続し、可変容量コンデンサの電気容量を変化させることで、超音波信号の周波数を制御するようにしているので、簡易な構成で連続値を取るデータを送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７２】
また、本発明によれば、座標出力装置は、周波数制御用のコンデンサを超音波駆動回路に接続し、スイッチによる切り替えで超音波駆動回路の電気容量成分を変化させることで、超音波信号の周波数を制御するようにしているので、簡易な構成で離散値を取るデータを送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７３】
また、本発明によれば、座標出力装置は、ペン先にかかる圧力を圧力計測手段によって計測し、ペン先の圧力に対応して超音波信号の周波数を制御するように構成するので、簡易な構成で筆圧データを送受信可能な座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７４】
また、本発明によれば、座標出力装置は、誘電材料からなる弾性体を介して電極を対向させてコンデンサを形成し、対抗した電極間の距離をペン先に連動して変化させることで、ペン先にかかる圧力をコンデンサの電気容量に変換しているので、筆圧データを送受信可能な、筆記具部分を小型化した座標出力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７５】
また、本発明によれば、座標出力装置は、超音波素子が発信した超音波信号の周波数を測定し、その周波数に応じて超音波信号の到達時間を補正するようにしているので、簡易な構成で各種情報を送受信可能かつ位置情報を正確に算出可能な座標出力装置を提供す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】本発明の実施の形態１に係る座標出力装置の概要構成を示す図である。
【図２】図１に示したペン先近傍の構成を説明する構成図である。
【図３】図１に示したペン先１１に圧力をかけた場合について説明する説明図である。
【図４】図１に示したペンの回路構成の概要を説明する説明図である。
【図５】図１に示した超音波駆動回路１５の構成を示す図である。
【図６】伝達時間測定部の回路構成を説明する説明図である。
【図７】伝達時間測定部の動作を説明する説明図である。
【図８】超音波の周波数を使用者が指定する場合のペンの概要構成を示す概要構成図である。
【図９】スイッチングによる周波数制御をおこなう場合における超音波駆動回路を示す回路図である。
【図１０】スイッチによる周波数切り替えと、可変コンデンサによる連続的な周波数制御とを併用する場合の超音波駆動回路の回路構成を示す回路構成図である。
【図１１】従来の座標出力装置における筆圧検出を説明する説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ ペン
２ データ処理装置
３，４ 超音波受信器
５ 赤外線受信器
１１ ペン先
１２ 超音波素子
１３ 赤外線放射部
１３ａ，１３ｂ 赤外線ダイオード
１４，５４，７４ 可変コンデンサ
１５，７０，７０ａ 超音波駆動回路
２１ 伝達時間測定部
２２ 座標算出部
２３ 周波数データ処理部
３１ バネ
３２，３４ 電極
３３ 誘電体ゴム
３５ 絶縁層
３６ ペンタッチスイッチ
３６ａ，ｂ スイッチ電極
４０ 駆動回路
４１ タイマ
４２ 赤外線駆動回路
５１ 電源
５２ コイル
５３，７２，７４ スイッチ
６１，６２ 入力アンプ
６２，６３ コンパレータ
６５，６６，６７，６８ タイマ
ｒｔ１，ｒｔ２ 閾値
Ｔ１，Ｔ２ 伝達時間
Ｔ３，Ｔ４ 周期データ
Ｗ１，Ｗ２ 受信波
７２，７４ コンデンサ
Claims (5)
- 筆記具に配設した超音波素子から超音波信号を発信し、前記超音波信号が座標平面上の所定位置に到達するまでに要する到達時間を測定し、当該到達時間から前記筆記具の前記座標平面上における位置を算出して出力する座標出力装置であって、
前記超音波信号の周波数を制御する周波数制御手段を備えたことを特徴とする座標出力装置。 - 前記周波数制御手段は、前記超音波素子を駆動する駆動回路の電気容量成分を変化させることで周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の座標出力装置。
- 前記周波数制御手段は可変容量コンデンサを備え、前記可変容量コンデンサによって前記駆動回路の電気容量成分を変化させることを特徴とする請求項２に記載の座標出力装置。
- 前記筆記具のペン先にかかる圧力を計測する圧力計測手段をさらに備え、前記周波数制御手段は該ペン先の筆圧をもとに前記周波数を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の座標出力装置。
- 前記圧力計測手段は、前記筆記具に対して固定された第１の電極と、前記ペン先に対して固定された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けた誘電材料からなる弾性体と、を備えたことを特徴とする請求項４に記載の座標出力装置。
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