JP2007122659A - 筆跡入力システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子ペンを持ち替えることなく、かつ、電子ペンをボード上で筆記することなく、情報処理装置を操作する方法を提供する。
【解決手段】電子ペンを逆さにして後端を半固定することで電子ペンの後端のスイッチが補助入力状態であることを検知し、前記電子ペンを前後左右に傾けることにより、補助入力装置としての機能も果たすことが出来ることを特徴とする筆跡入力システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも、超音波信号を発信する超音波発信素子と、トリガ信号を発信する赤外線発光素子もしくは電磁発信素子及び後端にスイッチを備えた電子ペンと、この電子ペンにより発せられる超音波信号とトリガ信号を受信し、超音波信号とトリガ信号の到達時間差から電子ペンの筆記状態での位置座標を検出することのできる受信装置を持ち、電子ペンを持ち替えることなく、ジョイスティックやマウスといった補助入力装置としての機能も果たすことが出来る筆跡入力システムに関する。

従来、赤外線と超音波を発信する発生回路とペン先が筆記状態であることを検知できるセンサを備えた電子ペンと、電子ペンから発信される赤外線信号を受信する受信素子と、超音波信号を受信する複数の受信素子を組み込んだ受信装置を有する手書き筆跡入力システムが開発されている。この筆跡入力システムにおいては、電子ペンで筆記すると受信装置は、電子ペンから発信された超音波信号と赤外線信号とを複数の受信素子により受信し、電子ペンの位置座標を計測し、位置座標とペン先のＯＮ−ＯＦＦ状態（筆記−非筆記状態）を合わせて筆跡データとして検出する。筆跡データを連続的に検出することにより、書いた文字や図形等を筆跡データとして認識する。筆跡入力システムは、電子ペンにより筆記された文字や図形等の筆跡データを受信装置からデータ通信を用いてパソコン等の情報処理装置に転送する。情報処理装置においては、画面表示や各種操作が行われるが、これらの情報処理装置を操作するためには、情報処置装置に接続されているキーボードといった入力装置やジョイスティック、マウスなどの補助入力装置により操作が行われる為、筆記入力中であっても電子ペンを一旦手放して、これらの入力装置を操作する必要があった。

特開平６−２８９９８２号公報（段落１５〜段落１７、図１〜図２）。

この電子ペンを、マウスやジョイスティックなどの補助入力装置に持ち替えることなく電子ペンを補助入力装置として、操作する方法としていくつかの案が提案されている。特許文献１においては、座標検出領域内に任意の矩形領域を設定し、そこでの電子ペンの動作をマウスと同等のイベントとしてアプリケーションで扱うことが記載されている。

しかしながら、上記の従来の筆跡入力システムにおいて、特定の矩形領域をマウスと同等のイベント領域として設定した場合、筆跡入力領域を狭めたり、電子ペンの座標検出領域及び筆記紙面を固定するためのボードのサイズを大きくしたりする必要があった。また、筆記可能なペン先を電子ペンに搭載した場合、特定の矩形領域での不必要な電子ペンでの筆記により、ボードの汚れや、インクの消耗などが問題になっていた。そのため、電子ペンを補助入力装置としての機能も果たすことが出来るようにした場合、電子ペンを持ち替えることなく、かつ、電子ペンをボード上で筆記することなく、情報処理装置を操作する方法が求められていた。

本発明は、上記問題を解決するために成したもので、少なくとも、位置座標を検出するための超音波信号を発信する超音波発信素子と、トリガ信号を発信する赤外線発光素子もしくは電磁発信素子と、電子ペンの後端に補助入力状態であることを検知できるスイッチを具備する電子ペンと、補助入力開始時に前記電子ペンから発せられる前記トリガ信号を受信する受信素子と、前記超音波信号を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信素子を具備し、前記トリガ信号と前記超音波信号の到達時間差から前記電子ペンの補助入力状態での位置座標を、検出することのできる受信装置とを有する筆跡入力システムにおいて、電子ペンを逆さにして後端を半固定にすることで、電子ペンの後端のスイッチが補助入力状態であることを検知し、前記電子ペンを前後左右に傾けることにより、補助入力装置としての機能も果たす筆跡入力システムを要旨とするものである。

本発明では、電子ペンを逆さにして後端を半固定（入力エリア範囲の盤面に電子ペンの後端を当接した状態）にすることで、電子ペンの後端のスイッチが補助入力状態であることを検知し、前記電子ペンの後端を支点にして電子ペンを前後左右に傾けることにより、また補助入力装置としてマウスの右クリックや左クリックなどのスイッチを搭載していれば、ボード上で筆記することなく、情報処理装置で利用しているマウスと同等の機能を得ることができる。

電子ペンには、少なくとも、位置座標を検出するための超音波信号を発信する超音波発信素子と、トリガ信号を発信する赤外線発光素子もしくは電磁発信素子と、ペンの先端と後端には係る圧力もしくは変位に応じてオンとオフを検出することで先端は筆記状態であることを検知できるセンサ、後端には入力補助状態であることを検知できるスイッチ及びこれらを駆動する為の回路基板が内蔵されている。この超音波発生素子と赤外線発光素子もしくは電磁発信素子は、センサが筆記状態か入力補助状態を検出した際に、作動して超音波信号とトリガ信号としての赤外線もしくは電磁波を発生する。赤外線発光素子もしくは電磁発信素子から発せられるトリガ信号は、超音波発信と同時もしくは以前に発信され、トリガ信号発信から超音波信号発信までの時間差は、計測誤差を少なくする為に一定であることが求められる。

受信装置には、少なくとも２つ以上の超音波受信素子とトリガ信号を受信する受信素子とが内蔵されており、電子ペンからのトリガ信号を受信し、内蔵されたタイマをスタートさせて、遅れて到着する超音波信号を各超音波受信素子が受信し、トリガ信号受信から超音波信号受信までの時間を測定する。測定された各時間を各超音波受信素子の位置関係から２次元もしくは３次元の電子ペンの位置座標データに変換する。

受信装置と情報処理装置とは、通信接続されている。接続方式は、ＵＳＢやＲＳ−２３２Ｃ等の有線ケーブルによる通信や無線ＬＡＮ及びＢＬＵＥＴＯＯＴＨ等の無線による通信を用いることができる。しかし、スタイラスペンなどをリフィルとして電子ペンに挿入して使用し、用紙に実際の筆記を行わない場合、またはペンの色、太さなどの筆跡のデータを確認する必要がある場合には、使用者は、筆跡のデータを情報処理装置の画面での確認を行いながら筆記を行うこともある。

情報処理装置では、筆跡処理用のプログラムが予め起動されており、受信装置からの電子ペンの位置座標データが受信される。また、筆跡処理用のプログラムでは、筆跡に実際のペンのような表現力を加えるためペンの色、太さなどのペンに対する情報や筆跡のデータと筆跡のデータを分類するためのページ情報等を情報処理装置に接続されたキーボードやマウス等の入力装置及び本発明の筆跡入力システムにより設定することができる。これらのペンの情報やページ情報と電子ペンの位置座標データを合わせて筆跡のデータとして情報処理装置の記憶装置に保存し、画面に表示することができる。

筆跡処理用のプログラムでは、筆跡のデータを確認する為、筆跡のデータを拡大、縮小して任意の位置の筆跡を画面に表示することができる。また、過去に補助記憶装置に記憶された筆跡のデータをプログラムのメモリ上に読み込み、画面に筆跡のデータを表示することができる。また、筆跡処理用のプログラムは、筆跡データを編集する為、現在筆記中のデータや補助記憶装置に保存された筆跡データの削除や追記が行え、ペンの色や太さやページなどの情報の変更を行う機能が必要とされる。これら使用者が行う操作は、情報処理装置に接続されているキーボードやマウス等の入力装置と及び本発明の筆跡入力システムによって行うことができる。

筆跡入力システムにおいて、電子ペンに筆記可能なボールペン等のリフィルを挿入し、受信装置と電子ペン位置座標検出範囲の一定の場所に固定された用紙に筆記を行いながら筆跡のデータを得ることができる。受信装置と用紙を固定し両者の位置関係を一定に保たないと、用紙に筆記された筆跡と電子ペンの位置座標データがずれ、ずれた筆跡データが記録されてしまう。これを実現する為、用紙と受信装置を固定するためのボード上に、用紙を止めるためのクリップと受信装置固定用の機構を設けてこれらを固定し位置関係を拘束する。また、受信装置に用紙を固定するためのクリップ機構を設けて受信装置に直接用紙を固定することもできる。

また、電子ペンに筆記可能なボールペン等のリフィルを挿入し、電子ペンの動作をマウスと同等のイベントとしてアプリケーションで扱う場合に、特許文献１で記載されている様な、座標検出領域内に任意の矩形領域を設定し、その領域内で電子ペンを前後左右に移動操作する方法に比べ、本発明の電子ペンを逆さで前後左右に傾ける操作方法は、ボードに対する操作時の筆記によるインク汚れや傷付けを抑止することができると共に、ボードのサイズを不必要に大きくしたりすることを必要としない。

予め電子ペンを逆さにした状態で計測される位置を基準位置として記憶しておく。電子ペンの位置座標が出力された際、情報処理装置で動作している入力補助処理用のプログラムでは、この基準位置と比較し、位置座標から基準位置をベクトル演算で引くことで電子ペンの傾き方向を求めることができる。

傾き方向は、情報処理装置で動作している筆跡処理用のプログラムが傾き方向から現在のマウスポインタの位置（Ｘ，Ｙ）に対して、適切な相対座標の操作量（ΔＸ，ΔＹ）を算出し、マウスポインタの位置（Ｘ＋ΔＸ，Ｙ＋ΔＹ）を算出してマウスポインタを移動させる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
図１〜３は、装置図面が煩雑にならないよう構成を模式的に表現したものである。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。また、各実施例において、同じ構成については同じ参照符号を付けた。

図１に、本発明の筆跡入力システムの一例を示す。電子ペン１は、赤外線発光素子２及び、超音波発信素子３を持ち、筆記状態であることを検知できるセンサ、後端には入力補助状態であることを検知できるセンサ及びそれらを制御する回路基板（図示せず）が内蔵されている。電子ペン１の後端には、センサが設置してあり逆さにした状態で、半固定（入力エリア内のボード上にセンサがと当接された状態）された場合に内部のセンサが加重により入力補助状態の検出を行う。入力補助状態が検出されると電子ペン１の回路は、赤外線発生素子２及び超音波発信素子３に定期的に信号を与えて赤外線の発光と超音波の発信を同時に行わせる。受信装置５は電子ペン１からの赤外線発光を赤外線受光素子６にて受信し、内蔵されたタイマをスタートさせる。遅れて到着する超音波を複数の超音波受信素子６が受信し、赤外線信号受信から超音波信号受信までの時間を測定する。測定された各時間を距離に換算し、各超音波受信素子の位置関係から３角法を用いて２次元もしくは３次元の電子ペンの位置座標データに変換する。得られた位置座標は、受信装置５から通信ケーブル１０を通じて情報処理装置１１に送られる。実施例では、受信装置５から情報処理装置１１までの通信は、ＵＳＢ通信によって接続されている。パーソナルコンピュータなどの情報処理装置１１では、筆跡入力システム専用に作成された筆跡処理用のプログラムが動作しており、電子ペン１の位置座標データを受信している。

図１の実施例において、筆記される用紙９と受信装置５との位置関係を固定する為、用紙９を止めるクリップ機構と受信装置を固定するはめ込み溝の機構がボード８に具備されている。

図２は、電子ペン１の後端を半固定して電子ペン１を傾けた様子を示す側面図である。電子ペン１の後端から電子ペン１の先端に設けられている超音波発信素子３までは、距離１２（ｌ）がある。これは、超音波発信素子３の直径が超音波の周波数により決定される為と筆記時の先端の見易さ（死角のなさ）などが求められる為である。これにより電子ペン１を傾けた場合の距離１４は、電子ペン１を直立させた際の超音波発信素子３と受信装置５の超音波受信素子６との距離１３と異なる値を示す。

図３は、電子ペン１の傾きと傾き方向を得る手順を説明するための位置座標を表した図である。電子ペン１を逆さにし、ペン先の位置（ｘ_０，Ｙ_０）を基準位置１５として記憶しておく。この基準位置１５を中心に矩形の領域１６（Ｘ_Ｍ，Ｙ_Ｍ）〜（Ｘ_Ｐ，Ｙ_Ｐ）を設定しておく。
電子ペン１を逆さにした際に得られる座標１９を（Ｘ_Ｔ，Ｙ_Ｔ）とすると、基準位置からの距離Ｒは、

で表させられる。故に電子ペン１の傾きθは、

となる。傾き方向φは、

で表せる。このように三角関数を用いて傾きと傾き方向を求めることが出来るが、本実施例では傾き及び傾き方向の精度がいらない場合、基準位置１５からの座標１９へのベクトル（Ｘ_Ｔ−ｘ_０，Ｙ_Ｔ−Ｙ_０）を相対座標の操作量として用いる。

電子ペン１を逆さにして後端を半固定し、ジョイスティックの様な相対座標を操作するような場合、中立点の様な不感領域１７を設ける必要がある。実施例では、基準位置１５を中心に半径Ｒ_０以下の領域１７を不感領域１７として設定している。不感領域１７では、マウスポインタなどの相対座標の操作量を０（０，０）としている。また、想定よりも大きく電子ペンを倒したと思われる半径Ｒ_Ｍを超えるような操作可能領域１８外の位置座標をエラーとして相対座標の操作量を０（０，０）としている。

前記の不感領域１７及びエラー領域判定を行った後、相対座標の操作量 Ｃ（Ｘ，Ｙ）は、ｋを調整用定数として、

となる。このＣ（Ｘ，ｙ）の値を座標値出力間隔のたびにマウスポインタの現在位置に相対移動量として足して、情報処理装置の画面にマウスポインタを表示することにより、電子ペンでジョイスティックの様な操作感でマウスポインタを制御することができる。

本実施例の筆跡入力システム構成図 電子ペンを逆さにして傾けた様子を示す側面図 電子ペンを補助入力装置として使用した時の座標図。

符号の説明

１ 電子ペン
２ 赤外線発光素子
３ 超音波発信素子
４ 後端スイッチ
５ 受信装置
６ 超音波受信素子
７ 赤外線受光素子
８ ボード
９ 用紙
１０ 通信ケーブル
１１ 情報処理装置
１２ ペン先から超音波発信素子までの距離
１３ 電子ペンを逆さに直立させた際の超音波発信素子から超音波受信素子への距離
１４ 電子ペンを傾けた際の超音波発信素子から超音波受信素子への距離
１５ 基準位置
１６ 不感領域
１８ 操作可能領域
１９ 電子ペンの位置座標

Claims (2)

1. 位置座標を検出するための超音波信号を発信する超音波発信素子と、トリガ信号を発信する赤外線発光素子もしくは電磁発信素子と、後端にスイッチを具備する電子ペン、及び、筆記開始時に該電子ペンから発せられる前記トリガ信号を受信する受信素子と、前記超音波信号を受信する少なくとも２つ以上の超音波受信素子を具備し、前記トリガ信号と前記超音波信号の到達時間差から前記電子ペンの筆記状態での位置座標を検出することのできる受信装置とを有する筆跡入力システムにおいて、前記超音波発信素子が前記電子ペンの先端部に設置されていると共に、前記電子ペンの位置座標検出可能領域内で前記電子ペンを逆さにし、電子ペン後端を筆記面に当接して電子ペン後端に設けたスイッチが押された状態で、前記電子ペンを前後左右に傾けることにより、補助入力装置として機能することを特徴とする筆跡入力システム。
2. 前記筆跡入力システムにおいて、前記電子ペンを逆さにして後端を位置座標検出可能領域内に当接した時に、前記受信装置から出力される位置座標を基準位置座標として記憶し、前記電子ペンを逆さにして後端を位置座標検出可能領域内に当接した状態で、前記電子ペンを左右に傾けた時に、前記受信装置から出力される位置座標から前記基準位置座標を引いた値を用いて、前記電子ペンの移動方向を求めることにより、補助入力装置としてジョイスティックの機能も果たすことが出来ることを特徴とする請求項１に記載の筆跡入力システム。