JP2005174186A - 電子ペン、電子ペンの位置検出装置、電子ペンの位置表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線発光素子が小電力消費量で効果的に発光する電子ペン、電子ペンの位置検出装置、電子ペンの位置表示システムを提供する。
【解決手段】赤外線信号を発生する赤外線発生回路と、超音波信号を発生する超音波発生回路と、前記赤外線発生回路および前記超音波発生回路の動作を制御する制御回路と、を有し、前記赤外線信号および前記超音波信号の到達時間差を用いて前記赤外線信号および前記超音波信号の発生位置を検出するレシーバとの間で、前記赤外線信号および前記超音波信号を発生する電子ペンであって、前記赤外線発生回路は、前記赤外線信号を発光する赤外線発光素子と、前記制御回路からの制御信号に応じて前記赤外線発光素子を導通するＭＯＳＦＥＴと、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子ペン、電子ペンの位置検出装置、電子ペンの位置表示システムに関する。

電子ペンの位置検出装置は、媒体上に絵文字等を描く際に現在位置を知らせる信号を周期的に発生する電子ペンと、電子ペンが発生する現在位置を知らせる信号を受信して現在位置を求めた後にディスプレイに表示させるレシーバと、を備えてなる装置であり、例えば、赤外線信号および超音波信号の伝搬時間差を利用して電子ペンの現在位置を求める装置が提案されている。

赤外線信号および超音波信号を使用する電子ペンの位置検出装置の場合、電子ペンは、赤外線信号を発生する赤外線発生回路と、超音波信号を発生する超音波発生回路と、を有する。一方、レシーバは、赤外線信号を受信する赤外線受信回路と、超音波信号を受信する例えば２個の超音波受信回路と、赤外線信号および超音波信号の到達時間差を利用して電子ペンの現在位置を求める演算回路と、を有する。そして、媒体上に絵文字等を描く際に電子ペンが赤外線信号および超音波信号を発生した場合、演算回路は、赤外線受信回路が赤外線信号を受信した時間を基準として、一方の超音波受信回路が超音波信号を受信するまでの時間と他方の超音波受信回路が超音波信号を受信するまでの時間を求め、各時間を基に電子ペンと２個の超音波受信回路の間の各距離を求め、更に三角法の原理で各距離の交差位置を電子ペンの現在位置として求める。これにより、レシーバは、電子ペンの現在位置を示す信号に基づいて、絵文字等をディスプレイに表示させる。
特開２００３−３６２２５号公報

上記の電子ペンにおける赤外線発生回路は、赤外線発光素子（ＬＥＤ）と、媒体上に絵文字等を描く際に赤外線発光素子を導通させるスイッチ素子とを有し、赤外線発光素子とスイッチ素子は、正極側の電源ラインと負極側の電源ラインとの間に直列接続されている。

ここで、レシーバが電子ペンの現在位置を正確に求めるためには、赤外線発光素子の発光力が増大するほど効果的である。
例えば、赤外線発光素子の直列接続数を増加する方法がある。この場合、赤外線発光素子の発光力は増大するが、その反面、赤外線発光素子の抵抗値が増大して電力消費量も増大することとなる。電子ペンは、携帯性を有するため、電池で駆動されるのが一般的である。つまり、この方法は、電子ペンに内蔵される電池１本あたりの使用時間を短縮してしまうため、効果的な方法ではない。

そこで、本発明は、赤外線発光素子が小電力消費量で効果的に発光する電子ペン、電子ペンの位置検出装置、電子ペンの位置表示システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための主たる発明は、赤外線信号を発生する赤外線発生回路と、超音波信号を発生する超音波発生回路と、前記赤外線発生回路および前記超音波発生回路の動作を制御する制御回路と、を有し、前記赤外線信号および前記超音波信号の到達時間差を用いて前記赤外線信号および前記超音波信号の発生位置を検出するレシーバとの間で、前記赤外線信号および前記超音波信号を発生する電子ペンであって、前記赤外線発生回路は、前記赤外線信号を発光する赤外線発光素子と、前記制御回路からの制御信号に応じて前記赤外線発光素子を導通するＭＯＳＦＥＴと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、赤外線発光素子が小電力消費量で効果的に発光する電子ペン、電子ペンの位置検出装置、電子ペンの位置表示システムを提供することが可能となる。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝＝電子ペンの位置表示システムの概略構成＝＝＝
図４を参照しつつ、本発明にかかる電子ペンの位置表示システムの概略について説明する。図４は、本発明にかかる電子ペンの位置表示システムの概略構成を示す図である。

電子ペン１００は、絵文字等を描く際、ペン先端部が被記録体２００に当接している期間、赤外線信号および超音波信号を周期的に発生するものである。レシーバ３００は、電子ペン１００が発生する一回ごとの赤外線信号および超音波信号の到達時間差を利用して電子ペン１００の現在位置を求めるものである。ディスプレイ４００は、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の電子機器に設けられるものであり、これらの電子機器は、適宜の通信インターフェース（不図示）を介してレシーバ３００と接続される。そして、レシーバ３００が電子ペン１００の現在位置を示す信号を電子機器に送信することによって、ディスプレイ４００は、電子ペン１００の移動軌跡としての絵文字等を表示することとなる。

なお、被記録体２００は、このシステムに特有のものではなく、電子黒板、ＪＩＳ規格（例えばＡ４サイズ、Ｂ５サイズ）の記録紙など、市場に流通する様々な大きさの媒体を採用できる。つまり、このシステムは、被記録体２００を選択する面において汎用性を有することとなる。

＝＝＝電子ペンの位置検出装置の概略構成＝＝＝
図５を参照しつつ、本発明にかかる電子ペンの位置検出装置の概略について説明する。図５は、本発明にかかる電子ペンの位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。

＜＜電子ペンの概略構成＞＞
電子ペン１００は、ペン形状の筒容器の中に、スイッチ１１０、制御回路１２０、赤外線発生回路１３０、超音波発生回路１４０、電源１５０を有するものである。

スイッチ１１０は、被記録体２００上に絵文字等を描く際、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００上に当接したときの圧力変位に応じてオンする。このとき、制御回路１２０は、赤外線発生回路１３０、超音波発生回路１４０は、電源１５０からの電源電圧が印加され、特に、赤外線発生回路１３０および超音波発生回路１４０は、制御回路１２０の制御の下で動作する。一方、スイッチ１１０は、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００上から離間したときの圧力変位に応じてオフする。このとき、制御回路１２０は、赤外線発生回路１３０、超音波発生回路１４０は、電源１５０からの電源電圧の供給が遮断され、動作を停止する。なお、電源１５０としては、電子ペン１００の携帯性を考慮し、電池を採用することとする。

制御回路１２０は、スイッチ１１０がオンしている期間、赤外線発生回路１３０、超音波発生回路１４０、電源１５０の動作を制御する回路であり、例えばマイクロコンピュータを採用できる。

赤外線発生回路１３０は、スイッチ１１０がオンしている期間、光の速度を有する赤外線信号（３０ＴＨｚ〜３００ＴＨｚ程度）を周期的に発生するものである。

超音波発生回路１４０は、スイッチ１１０がオンしている期間、光の速度より遅い音の速度を有する超音波信号（２０ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度）を、赤外線信号とペアで周期的に発生するものである。

＜＜レシーバの概略構成＞＞
レシーバ３００は、箱容器の中に、赤外線受信回路３１０、例えば２個の超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂ、制御回路３３０、通信インターフェース回路３４０を有するものである。

赤外線受信回路３１０は、例えばＩｒＤＡ（Infrared Data Association）規格モジュールからなる赤外線センサであり、電子ペン１００の赤外線発生回路１３０から発生する赤外線信号を受信するものである。

超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂは、例えばＰＶＤＦ（Polyvinyl Den Fluoride）を用いる超音波センサであり、電子ペン１００の超音波発生回路１４０から発生する超音波信号を受信するものである。赤外線受信回路３１０、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂは、レシーバ３００内部のプリント配線基板３５０（図４）上に配設される。特に、レシーバ３００は、三角法の原理に基づく三角測量方式で電子ペン１００の現在位置を検出するため、赤外線受信回路３１０は、プリント配線基板３５０上の手前中央部に配設され、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂは、プリント配線基板３５０上の手前両側部に配設される。

制御回路３３０は、赤外線受信回路３１０が赤外線信号を受信した後、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂが超音波信号を受信するまでの各時間を求め、この各時間に基づいて電子ペン１００の現在位置を求めるための演算処理を実行するものであり、例えばマイクロコンピュータを採用できる。

通信インターフェース回路３４０は、制御回路３３０から出力される電子ペン１００の現在位置を示す信号を、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の電子機器に送信するものである。これにより、ディスプレイ４００には、電子ペン１００の移動軌跡としての絵文字等が表示される。なお、通信インターフェース回路３４０としては、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格、ＩＥＥＥ１３９４規格等のシリアル通信方式、赤外線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信方式を採用できる。

＝＝＝電子ペンの位置検出方法＝＝＝
図５、図６、図７を参照しつつ、本発明にかかる電子ペンの位置検出装置の検出方法について説明する。図６は、電子ペンが赤外線信号および超音波信号を発生するタイミングと、レシーバが電子ペンからの赤外線信号および超音波信号を受信するタイミングとの関係を示す図である。また、図７は、本発明にかかる電子ペンの位置検出装置の検出方法（三角測量方式）を説明する図である。

先ず、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００に当接すると、スイッチ１１０がオンし、赤外線発生回路１３０および超音波発生回路１４０は、制御回路１２０の制御の下で動作を開始する。つまり、赤外線発生回路１３０は、ＩＲ（Infrared Ray）パターンの赤外線信号を周期的に発生する（時刻ｔ０）。また、超音波発生回路１４０は、赤外線発生回路１３０と同時に動作を開始するが、超音波信号を所定振幅まで昇圧しなければならないため、赤外線信号が発生した後、当該赤外線信号とペアとなるＰＶＤＦパターンの超音波信号を周期的に発生する（時刻Ｔ１）。

一方、レシーバ３００において、赤外線信号の伝搬速度は超音波信号の伝搬速度より速いため、赤外線受信回路３１０が電子ペン１００からの赤外線信号を受信した後（時刻Ｔ３）、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂは電子ペン１００からの超音波信号を受信する（時刻Ｔ５、Ｔ６）。なお、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂが超音波信号を受信する時刻Ｔ５、Ｔ６は、被記録体２００上における電子ペン１００の位置に応じて変化する。ここで、制御回路３３０は、赤外線受信回路３１０が電子ペン１００からの赤外線信号の受信を終了した時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの時間ＴＬと、時刻Ｔ４から時刻Ｔ６までの時間ＴＲとを求める。また、制御回路３３０は、各時間ＴＬ、ＴＲと超音波信号の伝搬速度を乗算することによって、電子ペン１００の現在位置と超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂとの間の各距離Ｌ１、Ｌ２を求める。更に、制御回路３３０は、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂの間を基準線として電子ペン１００の方位を求める。そして、制御回路３３０は、距離Ｌ１、Ｌ２を用いて三角法の原理で電子ペン１００の現在位置を検出することとなる。

＝＝＝電子ペンの位置検出装置の具体構成＝＝＝
＜＜電子ペンの具体構成＞＞
図１、図２、図６を参照しつつ、本発明にかかる電子ペンの具体構成について説明する。図１は、本発明にかかる電子ペンの具体構成を示す回路図である。図２は、本発明にかかる電子ペンの電源動作を示すフローチャートである。

２個の赤外線発光素子５０２、５０４（ＬＥＤ）は、レシーバ３００が電子ペン１００の現在位置を検出する際の基準となる赤外線信号を発光するものであり、直列接続されている。また、圧電素子５０６は、高圧の正弦波形を有する超音波信号を発生するための超音波発振器を構成する。例えば、赤外線発光素子５０２、５０４および圧電素子５０６は、単一の半導体チップに形成される。

電源１５０は、電池５０８の電圧ＶＣＣＢＴを基に、制御回路１２０（以下マイクロコンピュータと称する）用の電源電圧ＶＣＣＡ、赤外線発生回路１３０用の電源電圧ＶＣＣＢ、超音波発生回路１４０用の電源電圧ＶＣＣＣを発生するレギュレータ５１０と、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００上に当接している期間、ペン先端部の軸方向への位置変化に応じてオンするスイッチ１１０と、ダイオード５１４Ａ、５１４Ｂと、電圧検出抵抗５１６と、を有する。特に、レギュレータ５１０は、ＶＩＮ端子、ＯＮ／ＯＦＦ端子、ＶＯＵＴ端子、ＶＳＳ端子を有しており、ＯＮ／ＯＦＦ端子の電圧がハイレベルの場合に動作し、ＯＮ／ＯＦＦ端子の電圧がローレベルの場合に動作を停止する。レギュレータ５１０のＶＩＮ端子は、電池５０８の正極およびスイッチ１１０の一端と接続される。レギュレータ５１０のＯＮ／ＯＦＦ端子は、ダイオード５１４Ａを介してスイッチ１１０の他端と接続され、ダイオード５１４Ｂを介してマイクロコンピュータ１２０のＰ０端子と接続される。更に、レギュレータ５１０のＯＮ／ＯＦＦ端子およびＶＳＳ端子はグランドＧＮＤ−Ａと接続され、電池５０８の負極はグランドＧＮＤ−Ｃと接続される。
つまり、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００上に当接してスイッチ１１０がオンした場合、レギュレータ５１０は、ＯＮ／ＯＦＦ端子の電圧がダイオード５１４Ａの導通に伴ってハイレベルとなるため、電圧ＶＣＣＢＴを基に電源電圧ＶＣＣＡ、ＶＣＣＢ、ＶＣＣＣを発生する。なお、電子ペン１００は、デジタル回路（マイクロコンピュータ１２０）およびアナログ回路（赤外線発生回路１３０、超音波発生回路１４０）が混在する回路である。デジタル回路およびアナログ回路にレギュレータ５１０から発生する電源電圧を使用する場合、アナログ回路の電源電圧の精度をデジタル回路の電源電圧の精度より高くする必要がある。そこで、電源１５０は、レギュレータ５１０のＶＯＵＴ端子から発生する電源電圧を３個の電源電圧ＶＣＣＡ、ＶＣＣＢ、ＶＣＣＣに分岐させて出力している。

マイクロコンピュータ１２０は、電源電圧ＶＣＣＡとグランドＧＮＤ−Ａの間に接続される。マイクロコンピュータ１２０は、第１発振周波数の発振クロックを発生する内部発振回路５１８と、第２発振周波数（＜第１発振周波数）の発振クロックを発生する外部発振回路５２０と、スイッチ１１０のオフ継続時間を計時するタイマ５２２と、を有する。外部発振回路５２０は、赤外線発生回路１３０および超音波発生回路１４０の動作を制御する際に使用する発振回路であり、外部発振回路５２０の第２発振周波数は、赤外線発生回路１３０および超音波発生回路１４０を制御する際の処理速度に応じて変更可能である。つまり、内部発振回路５１８の第１発振周波数は特定されないため、マイクロコンピュータ１２０は汎用のマイクロコンピュータで事足りることとなる。

ここで、図２を参照しつつ、電源１５０に対するマイクロコンピュータ１２０の制御動作について説明する。

先ず、マイクロコンピュータ１２０は、レギュレータ５１０からの電源電圧ＶＣＣＡが印加されることによって動作を開始する（Ｓ６００）。マイクロコンピュータ１２０は、プログラムメモリ（不図示）から読み出されるプログラムデータの解読結果に従って、初期化動作を実行する（Ｓ６１０）。マイクロコンピュータ１２０は、初期化動作を実行した結果、Ｐ０端子をハイレベル（論理値“１”）にする。即ち、ダイオード５１４Ａ、５１４Ｂは、双方とも導通している状態になる。例えば、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００から離間した場合、ダイオード５１４Ａがスイッチ１１０のオフに伴って非導通になるものの、他方のダイオード５１４Ｂが継続して導通しているため、レギュレータ５１０は電源電圧ＶＣＣＡ、ＶＣＣＢ、ＶＣＣＣを継続して発生する。これにより、マイクロコンピュータ１２０は、起動および停止を頻繁に繰り返すことがなくなるため、赤外線発生回路１３０および超音波発生回路１４０を安定制御することが可能となる。
一方、マイクロコンピュータ１２０は、初期化動作を実行した結果、外部発振回路５２０が発生する発振クロックを選択する。これにより、電子ペン１００全体の電力消費量を低減することが可能となる（Ｓ６２０）。マイクロコンピュータ１２０は、外部発振回路５２０の発振クロックに基づいて動作しつつ、タイマ５２２を初期リセットする（Ｓ６３０）。なお、マイクロコンピュータ１２０のＰ１端子は、電圧検出抵抗５１６の非接地側の一端と接続されている。

つまり、マイクロコンピュータ１２０のＰ１端子は、スイッチ１１０がオンしている期間、電圧検出抵抗５１６の電圧降下によってハイレベルになる。このことを利用し、マイクロコンピュータ１２０は、Ｐ１端子がハイレベルであるか否か、即ち、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００上に当接しているか否かを判別する（Ｓ６４０）。Ｐ１端子がハイレベルである場合（Ｓ６４０：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１２０は、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００上に当接して絵文字等が描かれているものと判別し、タイマ５２２のリセットを継続して上記のステップＳ６４０の判別処理を再度実行する（Ｓ６５０）。一方、Ｐ１端子がローレベルである場合（Ｓ６４０：ＮＯ）、マイクロコンピュータ１２０は、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００から離間して絵文字等が描かれていないものと判別し、タイマ５２２のリセットを解除する。つまり、タイマ５２２は、時間ＴＸの計時を開始する（Ｓ６６０）。その後、マイクロコンピュータ１２０は、タイマ５２２が時間ＴＸを計時したか否かを判別する（Ｓ６７０）。タイマ５２２が時間ＴＸを未だ計時していない場合（Ｓ６７０：ＮＯ）、マイクロコンピュータ１２０は、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００上に再度当接する可能性が高いものと判別し、上記のステップＳ６４０の判別処理を再度実行する。一方、タイマ５２２が時間ＴＸを計時した場合（Ｓ６７０：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１２０は、電子ペン１００のペン先端部が被記録体２００上に再度当接する可能性が低いものと判別し、タイマ割込処理にてＰ０端子をローレベル（論理値“０”）にする。即ち、ダイオード５１４Ａ、５１４Ｂが非導通になり、レギュレータ５１０は動作を停止する。つまり、レギュレータ５１０が電源電圧ＶＣＣＡ、ＶＣＣＢ、ＶＣＣＣの発生を停止するため、マイクロコンピュータ１２０は動作を停止する。これにより、マイクロコンピュータ１２０は、電源１５０が動作を開始した後、マイクロコンピュータ１２０自体の判別結果如何で電源１５０の動作を停止することが可能となる（Ｓ６８０）。

赤外線発生回路１３０は、赤外線発光素子５０２、５０４と、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ５２４とを有する。ＭＯＳＦＥＴ５２４のゲートは、抵抗５２６を介してマイクロコンピュータ１２０のＰ４端子と接続されるとともに抵抗５２８を介してグランドＧＮＤ−Ｂと接続される。また、ＭＯＳＦＥＴ５２４のドレインは、赤外線発光素子５０２、５０４を介して電源電圧ＶＣＣＢ（第１電源）と接続される。更に、ＭＯＳＦＥＴ５２４のソースはグランドＧＮＤ−Ｂ（第２電源）と接続される。ＭＯＳＦＥＴ５２４は、赤外線発光素子５０２、５０４を発光させるためのスイッチ素子である。つまり、時刻Ｔ０乃至Ｔ１の期間、マイクロコンピュータ１２０のＰ４端子がハイレベルになることによってＭＯＳＦＥＴ５２４がオンし、赤外線発光素子５０２、５０４は赤外線信号を発光することとなる。また、赤外線発光素子５０２、５０４はＭＯＳＦＥＴ５２４のドレインソース路と直列接続されているが、ＭＯＳＦＥＴ５２４のドレインソース間のオン抵抗は小さい値（例えば数十ｍΩ）である。つまり、赤外線発生回路１３０における赤外線発光素子５０２、５０４以外の電圧降下はほぼゼロに近くなるため、赤外線発光素子５０２、５０４は、電源電圧ＶＣＣＢが低い値（例えば３Ｖ）の場合でも、十分な電流が供給されて十分な発光力を有することとなる。これにより、電池５０８の電力消費量を効果的に低減し、携帯性に適する電子ペン１００を提供することが可能となる。なお、ＭＯＳＦＥＴ５２４は、Ｎチャンネル型に限定されることなくＰチャンネル型を採用することも可能である。この場合、赤外線発光素子５０２、５０４とＭＯＳＦＥＴ５２４の接続関係と、マイクロコンピュータ１２０のＰ４端子の制御ロジックは、適宜変更する必要がある。

超音波発生回路１４０は、圧電素子５０６と、コイル５３０と、半波整流用ダイオード５３２と、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ５３４、５３６とを有する。コイル５３０は、圧電素子５０６と並列接続される。バイポーラトランジスタ５３４のベースは、抵抗５３８を介してマイクロコンピュータ１２０のＰ５端子と接続される。また、バイポーラトランジスタ５３４のコレクタは、コイル５３０および半波整流用ダイオード５３２を介して電源電圧ＶＣＣＣと接続される。更に、バイポーラトランジスタ５３４のエミッタは、グランドＧＮＤ−Ｄと接続される。同様に、バイポーラトランジスタ５３６のベースは、抵抗５４０を介してマイクロコンピュータ１２０のＰ６端子と接続される。また、バイポーラトランジスタ５３６のコレクタは、抵抗５４２を介して半波整流用ダイオード５３２のカソードと接続される。更に、バイポーラトランジスタ５３６のエミッタは、グランドＧＮＤ−Ｃと接続される。バイポーラトランジスタ５３４は、超音波信号の振幅を昇圧する発振用のスイッチ素子である。つまり、時刻Ｔ７乃至Ｔ１の期間、マイクロコンピュータ１２０のＰ５端子がハイレベルになることによってバイポーラトランジスタ５３４がオンし、超音波信号の振幅を昇圧することとなる。なお、時刻Ｔ７乃至Ｔ１の期間は、超音波信号の振幅を設定値まで昇圧する際に要する期間であり、時刻Ｔ７は、本実施形態において、時刻Ｔ０より早い時刻である。つまり、超音波発生回路１４０は、コイル５３０のインダクタンスが小さい値の場合でも、超音波信号の振幅を設定値まで確実に昇圧することとなる。これにより、低価格のコイル５３０を採用し、安価な電子ペン１００を提供することが可能となる。一方、バイポーラトランジスタ５３６は、超音波信号の振幅を降圧する発振ダンピング用のスイッチ素子である。つまり、時刻Ｔ８乃至Ｔ９の期間、マイクロコンピュータ１２０のＰ６端子がハイレベルになることによってバイポーラトランジスタ５３６がオンし、超音波信号の振幅を降圧することとなる。これにより、超音波発生回路１４０は、時刻Ｔ１乃至Ｔ８の期間、超音波信号を発生する。

＜＜レシーバの具体構成＞＞
図３、図６を参照しつつ、本発明にかかるレシーバの具体構成について説明する。図３は、本発明にかかるレシーバの具体構成を示す回路図である。

通信インターフェース回路３４０は、制御回路３３０（以下マイクロコンピュータと称する）との間でデータを入出力するＤ＋端子およびＤ−端子と、電源電圧を出力するＶＢＵＳ端子と、グランド用のＧＮＤ端子とを有する。なお、ＶＢＵＳ端子から出力される電源電圧ＶＢＵＳは、パーソナルコンピュータ等の電子機器４００から供給される。

電源３６０は、レギュレータ７０２を有し、電源電圧ＶＢＵＳを基に、赤外線受信回路３１０用の電源電圧ＶＣＣＡ、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂ用の電源電圧ＶＣＣＢ、マイクロコンピュータ３３０用の電源電圧ＶＣＣＰＣを発生するものである。特に、電源３６０は、電源電圧ＶＢＵＳをマイクロコンピュータ３３０用の電源電圧ＶＣＣＰＣとして発生する。これにより、マイクロコンピュータ３３０は、電源電圧ＶＣＣＰＣが印加されて動作し、赤外線受信回路３１０用の電源電圧ＶＣＣＡを生成して出力する。電源３６０は、マイクロコンピュータ３３０から印加される電源電圧ＶＣＣＡをそのまま発生する。レギュレータ７０２は、電源電圧ＶＢＵＳを基に、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂ用の電源電圧ＶＣＣＢを生成して発生する。

赤外線受信回路３１０は、ＩｒＤＡ規格の赤外線センサ７０４を有する。赤外線センサ７０４は、電源電圧ＶＣＣＡとグランドＧＮＤ−Ｃの間に接続される。そして、赤外線センサ７０４は、赤外線発生回路１３０から発生する赤外線信号を受信した場合、赤外線信号を受信したことを示す信号をマイクロコンピュータ３３０に出力する。

超音波受信回路３２０Ａは、ＰＶＤＦの超音波センサ７０６Ａと、演算増幅器７０８Ａと、コンパレータ７１０Ａとを有する。超音波センサ７０６Ａ、演算増幅器７０８Ａ、コンパレータ７１０Ａは、電源電圧ＶＣＣＢとグランドＧＮＤ−Ａの間に接続される。超音波センサ７０６Ａは、超音波発生回路１４０から発生する超音波信号を受信し、超音波信号を受信したことを示す正弦波の微弱信号を出力する。なお、超音波センサ７０６Ａからの微弱信号の振幅は、例えば数百μＶである。そのため、演算増幅器７０８Ａは、コンパレータ７１０Ａが微弱信号の振幅を基準電圧ＶＲＥＦと確実に比較できるまで、微弱信号の振幅を増幅するものである。しかし、小さい振幅を有する微弱信号を増幅する場合、微弱信号の重畳ノイズが顕著に増幅され、コンパレータ７１０Ａが誤動作する原因となる。そこで、演算増幅器７０８Ａは、１段目の演算増幅器７１２Ａと２段目の演算増幅器７１４Ａを有する。１段目の演算増幅器７１２Ａは、超音波信号の周波数帯域（例えば数十ＫＨｚ）を増幅するフィルタ特性と、コンパレータ７１０Ａのノイズ誤動作を防止する低増幅率（例えば２１ｄＢ）とを有する。これにより、１段目の演算増幅器７１２Ａは、微弱信号における超音波信号と同一周波数帯域のみを低増幅率で増幅する。２段目の演算増幅器７１４Ａは、コンパレータ７１０Ａの比較動作を可能とする高増幅率（例えば１７ｄＢ）を有する。これにより、２段目の演算増幅器７１４Ａは、１段目の演算増幅器７１２Ａの増幅信号を高増幅率で更に増幅する。そして、コンパレータ７１０Ａは、２段目の演算増幅器７１４Ａの増幅信号を基準電圧ＶＲＥＦと確実に比較し、比較結果を示す信号をマイクロコンピュータ３３０に出力する。

超音波受信回路３２０Ｂの構成は、超音波受信回路３２０Ａと同様である。つまり、超音波受信回路３２０Ｂは、ＰＶＤＦの超音波センサ７０６Ｂと、演算増幅器７０８Ｂと、コンパレータ７１０Ｂとを有する。超音波センサ７０６Ｂ、演算増幅器７０８Ｂ、コンパレータ７１０Ｂは、電源電圧ＶＣＣＢとグランドＧＮＤ−Ｂの間に接続される。超音波センサ７０６Ｂは、超音波発生回路１４０から発生する超音波信号を受信し、超音波信号を受信したことを示す正弦波の微弱信号を出力する。なお、超音波センサ７０６Ｂからの微弱信号の振幅は、例えば数百μＶである。そのため、演算増幅器７０８Ｂは、コンパレータ７１０Ｂが微弱信号の振幅を基準電圧ＶＲＥＦと確実に比較できるまで、微弱信号の振幅を増幅するものである。しかし、小さい振幅を有する微弱信号を増幅する場合、微弱信号の重畳ノイズが顕著に増幅され、コンパレータ７１０Ｂが誤動作する原因となる。そこで、演算増幅器７０８Ｂは、１段目の演算増幅器７１２Ｂと２段目の演算増幅器７１４Ｂを有する。１段目の演算増幅器７１２Ｂは、超音波信号の周波数帯域（例えば数十ＫＨｚ）を増幅するフィルタ特性と、コンパレータ７１０Ｂのノイズ誤動作を防止する低増幅率（例えば２１ｄＢ）とを有する。これにより、１段目の演算増幅器７１２Ｂは、微弱信号における超音波信号と同一周波数帯域のみを低増幅率で増幅する。２段目の演算増幅器７１４Ｂは、コンパレータ７１０Ｂの比較動作を可能とする高増幅率（例えば１７ｄＢ）を有する。これにより、２段目の演算増幅器７１４Ｂは、１段目の演算増幅器７１２Ｂの増幅信号を高増幅率で更に増幅する。そして、コンパレータ７１０Ｂは、２段目の演算増幅器７１４Ｂの増幅信号を基準電圧ＶＲＥＦと確実に比較し、比較結果を示す信号をマイクロコンピュータ３３０に出力する。

これにより、マイクロコンピュータ３３０は、赤外線受信回路３１０、超音波受信回路３２０Ａ、３２０Ｂからの信号を用いて三角法の原理で、電子ペン１００の現在位置を検出することとなる。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
以上、本発明にかかる電子ペン、電子ペンの位置検出装置、電子ペンの位置表示システムについて説明したが、上記の説明は、本発明の理解を容易とするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

＜＜赤外線発光素子の数＞＞
ＭＯＳＦＥＴ５２４のオン抵抗がほぼゼロであることに着目し、予め定められた電源電圧ＶＣＣＢの範囲で３個以上の赤外線発光素子を直列接続することによって、赤外線発光素子の発光力を高めることも可能である。

本発明にかかる電子ペンの具体構成を示す回路図である。 本発明にかかる電子ペンの電源動作を示すフローチャートである。 本発明にかかるレシーバの具体構成を示す回路図である。 本発明にかかる電子ペンの位置表示システムの概略構成を示す図である。 本発明にかかる電子ペンの位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。 電子ペンが赤外線信号および超音波信号を発生するタイミングと、レシーバが電子ペンからの赤外線信号および超音波信号を受信するタイミングとの関係を示す図である。 本発明にかかる電子ペンの位置検出装置の検出方法（三角測量方式）を説明する図である。

符号の説明

１００ 電子ペン
１１０ スイッチ
１２０ 制御回路（マイクロコンピュータ）
１３０ 赤外線発生回路
１４０ 超音波発生回路
１５０ 電源
２００ 被記録体
３００ レシーバ
３１０ 赤外線受信回路
３２０Ａ、３２０Ｂ 超音波受信回路
３３０ 制御回路（マイクロコンピュータ）
３４０ 通信インターフェース回路
３５０ プリント配線基板
４００ 電子機器
５０２、５０４ 赤外線発光素子
５０６ 圧電素子
５０８ 電池
５１０ レギュレータ
５１４Ａ、５１４Ｂ ダイオード
５１８ 内部発振回路
５２０ 外部発振回路
５２２ タイマ
５２４ ＭＯＳＦＥＴ
５３０ コイル
５３２ 半波清流用ダイオード
５３４、５３６ バイポーラトランジスタ

Claims (7)

1. 赤外線信号を発生する赤外線発生回路と、超音波信号を発生する超音波発生回路と、前記赤外線発生回路および前記超音波発生回路の動作を制御する制御回路と、を有し、前記赤外線信号および前記超音波信号の到達時間差を用いて前記赤外線信号および前記超音波信号の発生位置を検出するレシーバとの間で、前記赤外線信号および前記超音波信号を発生する電子ペンであって、
   前記赤外線発生回路は、
   前記赤外線信号を発光する赤外線発光素子と、
   前記制御回路からの制御信号に応じて前記赤外線発光素子を導通するＭＯＳＦＥＴと、を有することを特徴とする電子ペン。
2. 前記赤外線発光素子と前記ＭＯＳＦＥＴのドレインソース路は、第１電源と第２電源の間に直列接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
3. 被記録体に描画するためのペン先端部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子ペン。
4. 赤外線信号を発生する赤外線発生回路、超音波信号を発生する超音波発生回路、前記赤外線発生回路および前記超音波発生回路の動作を制御する制御回路、を有する電子ペンと、前記赤外線信号および前記超音波信号の到達時間差を用いて前記赤外線信号および前記超音波信号の発生位置を検出するレシーバと、を備えた電子ペンの位置検出装置であって、
   前記電子ペンは、前記赤外線発生回路として、
   前記赤外線信号を発光する赤外線発光素子と、
   前記制御回路からの制御信号に応じて前記赤外線発光素子を導通するＭＯＳＦＥＴと、を有することを特徴とする電子ペンの位置検出装置。
5. 前記赤外線発光素子と前記ＭＯＳＦＥＴのドレインソース路は、第１電源と第２電源の間に直列接続されてなることを特徴とする請求項４に記載の電子ペンの位置検出装置。
6. 前記レシーバは、
   前記赤外線信号および前記超音波信号の発生位置の検出結果に基づいて、前記電子ペンの位置を表示するための表示信号をディスプレイに出力することを特徴とする請求項４または５に記載の電子ペンの位置検出装置。
7. 赤外線信号を発生する赤外線発生回路、超音波信号を発生する超音波発生回路、前記赤外線発生回路および前記超音波発生回路の動作を制御する制御回路、を有する電子ペンと、前記赤外線信号および前記超音波信号の到達時間差を用いて前記赤外線信号および前記超音波信号の発生位置を検出するレシーバと、前記赤外線信号および前記超音波信号の発生位置の検出結果に基づいて前記電子ペンの位置を表示するディスプレイと、を備えた電子ペンの位置表示システムであって、
   前記電子ペンは、前記赤外線発生回路として、
   前記赤外線信号を発光する赤外線発光素子と、
   前記制御回路からの制御信号に応じて前記赤外線発光素子を導通するＭＯＳＦＥＴと、を有することを特徴とする電子ペンの位置表示システム。
   

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