JP2007219999A - 座標検出装置、筆記具および座標入力システム - Google Patents

Abstract

【課題】第１発信手段および第２発信手段から離れた位置に存在するペン先等の座標面上の位置を簡単な構成で高精度に検出することができる低コストな座標検出装置、筆記具および座標入力システムを提供すること。
【解決手段】筆記具本体４のスピーカ５から第１超音波を発信するとともに、スピーカ６から第１超音波の周期よりも小さい時間だけ第１超音波に対して遅延される第２超音波を発信すると、座標検出装置３が、第１超音波の発信時刻と第２超音波の発信時刻に基づいて第１超音波および第２超音波の中間の位置に補間時刻を設定し、この補間時刻に対応するスピーカ５、６の補間位置を算出し、この補間された位置に基づいてスピーカ５、６から離れたペン先４ａの位置を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、座標検出装置、筆記具および座標入力システムに関し、特に、筆記具等を用いて用紙に記入するときのペン先の軌跡を精度良く検出するのに適した座標検出装置、筆記具および座標入力システムに関する。

従来から、一対の超音波受信機を用紙上に配置し、筆記具から発信する超音波を超音波受信機によって受信し、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推定して座標の入力を行うための座標検出装置が知られている（特許文献１〜３参照）。
特許文献１に示すものは、ペン側に、発信周波数を変えて超音波を同時に発信する２つの超音波発信機を設け、座標検出装置側に、２つの超音波発信機から発信された超音波を受信する検出器と、２つの周波数を分離することによりそれら発信機の同時刻の位置を算出し、この算出結果に基づいて正確なペン先位置を推定する手段を備えたものから構成されている。

また、特許文献２、３に示すものは、ペン側に設けられた超音波を出力する２つの波源と、座標検出装置側に設けられ、ペンから出力された超音波を受信する２つの超音波受信機を備え、音源から交互に超音波を放射させ、超音波受信機に入力された超音波の伝搬時間を測定し、その伝搬時間の差からペン先の位置を推定するようにしている。
特表２００２−５０９３１７号公報 特開２００４−７０８８７号公報 特開昭５４−１３７９２１号公報

しかしながら、特許文献１に示すものにあっては、座標検出装置側に２つの周波数を弁別するためのフィルタ等の装置が必要となりコストがかかる上に、フィルタを使用するために受信した超音波の位相が変化して正しい受信時刻を算出することが困難となってしまう。

また、特許文献２、３に示すものは、音源から発信される超音波の発信時刻が異なり、座標検出装置によってペンに搭載の音源の位置を算出する時刻が異なってしまうため、この僅かな時間の差にペンの角度が変化あるいはペン先が移動した場合に、これらの超音波受信機の位置を用いてペン先の正しい位置を算出することが困難となってしまう。

具体的には、特許文献２、３に示すものにおいて、音源を算出する僅かな時間の差にペンの角度が変化あるいはペン先が移動した場合についての不具合を図２０、図２１に基づいて説明する。

図２０はＰ０にペン先を置き、ペン先を中心としてペンを傾けて固定したままでペンを等速回転させたときのペン先の位置を推定する図である。ペン先から一方の音源（ここではスピーカＡという）までの長さとスピーカＡから他方の音源（ここではスピーカＢという）までの長さが等しいものとする。

また、図２１に示すものは、スピーカの位置を補間した場合のペン先の補間時刻を示す図である。図２１において、実際に超音波を受信してスピーカ位置を特定することができる時刻（●印で示す）と、２つの連続したスピーカＡ、Ｂの位置を得られる時刻から補間を行ってスピーカＡ、Ｂの位置を得る時刻（○印で示す。但し、実際は時刻に対応するスピーカ位置を欲しいが不可能なので２つのスピーカ位置の内分比で代替する）と、補間したスピーカＡの位置とスピーカＢの位置からペン先座標を推定する時刻（□印で示す）との関係を示す。

なお、図２１において、横軸は時間軸を示し、スピーカＡ、Ｂが周期Ｔで超音波を発信し、スピーカＢはスピーカＡとＴ／２周期だけずれて超音波を発信するものとする。また、図２０において、円周上の●印で示すものは取得したスピーカ位置、点線上の○印はペン先を求めるために取得したスピーカ位置を補間した点、×印Ｐ０は真のペン先位置を推定する点、×印の近傍の小さい●印Ｐ０'、Ｐ０''は推定したペン先位置を示す点である。

具体的に、図２０に基づいてスピーカ位置の補間を用いてペン先を推定する方法を説明する。図２０において、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３はスピーカＡの位置をある時間間隔Ｔで測定した時のスピーカ位置を示し、時刻ｔのときにＰ１１が得られたものとすると、時刻ｔ＋ＴのときにＰ１２、時刻ｔ＋２ＴのときにＰ１３が得られる。

また、Ｐ２１、 Ｐ２２、 Ｐ２３はスピーカＢの位置をスピーカＡの測定周期とは半周期（Ｔ／２）ずらして測定した時のスピーカＢの位置を示し、時刻ｔ＋Ｔ／２のときにＰ２１が得られるとすると、時刻ｔ＋３Ｔ／２のときにＰ２２、時刻ｔ＋５Ｔ／２のときにＰ２３が得られる。

まず、Ｐ１(ｔｃ２)をＰ１２とＰ１３の中間点とし、Ｐ２２とＰ１(ｔｃ２)を用いてペン先位置(Ｐ０'')を推定する。このとき、Ｐ２２とＰ１(ｔｃ２)とを結ぶ線分を延長し、Ｐ１(ｔｃ２)とＰ０''の長さがＰ２２とＰ１(ｔｃ２)との長さと同じになるようにＰ０''を決めると、それが推定されたペン先位置Ｐ０''となる。
次に、Ｐ２(ｔｃ２)をＰ２１とＰ２２の中間点とし、Ｐ２(ｔｃ２)とＰ１２を用いてペン先位置(Ｐ０')を推定する。このとき、Ｐ２(ｔｃ２)とＰ１２を延長し、Ｐ１２とＰ０'の長さがＰ２（ｔｃ２)とＰ１２との長さと同じになるようにＰ０'を決めると、それが推定されたペン先位置Ｐ０'となる。

ところが、図２０を見て明らかなように真のＰ０とはかけ離れた位置にＰ０'およびＰ０''の推定結果がある。これは、ペン先の位置推定に使用する一方の点が測定した誤差の少ないスピーカ位置に対して、他方の点が補間による誤差の多いスピーカ位置を表すためである。このように従来方式では、ペン先の推定誤差が非常に大きくなってしまうという問題が発生してしまうのである。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、第１発信手段および第２発信手段から離れた位置に存在するペン先等の座標面上の位置を簡単な構成で高精度に検出することができる低コストな座標検出装置、筆記具および座標入力システムを提供するものである。

本発明の座標検出装置は、第１発信手段から発信された一定の周期の第１信号および前記第１信号と異なる時刻で第２発信手段から発信された一定の周期の第２信号を受信する第１受信手段と、前記第１受信手段と異なる位置に設置され、前記第１信号および前記第２信号を受信する第２受信手段と、前記第１受信手段によって前記第１信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第１信号を受信した時刻に基づいて前記第１発信手段の位置を算出するとともに、前記第１受信手段によって前記第２信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第２信号を受信した時刻に基づいて前記第２発信手段の位置を算出する位置算出手段と、前記位置算出手段の算出結果に基づき、前記第１発信手段および前記第２発信手段の位置を前記第１発信手段および前記第２発信手段の位置からずらして補間する位置補間手段と、前記位置補間手段によって補間された位置に基づいて前記第１発信手段および前記第２発信手段から離れた所定の座標面上の位置を推定する推定手段とを備えたものから構成されている。

この構成により、位置算出手段の算出結果に基づき、第１発信手段および第２発信手段の位置を第１発信手段および第２発信手段の位置からずらして補間し、この補間された位置に基づいて第１発信手段および第２発信手段から離れた所定の座標面上の位置を推定するので、例えば、筆記具ペン先等を所定の座標上の位置とした場合に、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。これに加えて、フィルタ等を用いて２つの信号を弁別する必要がないため、座標検出装置の製造コストを低減することができる。

また、本発明の座標検出装置の前記位置補間手段は、前記第１信号の発信時刻と前記第２信号の発信時刻に基づいて補間時刻を算出する補間時刻算出部と、前記補間時刻算出部の算出結果に基づいて前記補間時刻に対応する前記第１発信手段および前記第２発信手段の補間位置を算出する補間位置算出部とを備えたものから構成されている。

この構成により、第１信号の発信時刻と第２信号の発信時刻に基づいて補間時刻に対応する第１発信手段および第２発信手段の補間位置を算出するので、第１信号および第２信号を受信する僅かな時間の差に筆記具の角度が変化あるいはペン先が移動した場合でも、補間時刻から第１発信手段および第２発信手段の補間位置を算出することができ、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。

また、本発明の座標検出装置の前記位置補間手段は、前記補間位置を前記第１発信手段および前記第２発信手段の間の位置に設定するものから構成されている。
この構成により、実際に第１信号および第２信号を受信して得られた第１発信手段および第２発信手段の近くに補間位置を設定することができるので、例えば、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。これに加えて、補間位置を第１発信手段および第２発信手段の間で調整することにより、ペン先の位置を高精度に測定するための補間位置を最適なものに調整することができる。

また、本発明の座標検出装置の前記位置補間手段は、前記補間位置を前記第１発信手段および前記第２発信手段の中間の位置に設定するものから構成されている。
この構成により、実際に第１信号および第２信号を受信して得られた第１発信手段および第２発信手段の近くに補間位置を設定することができるので、例えば、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。

また、本発明の座標検出装置は、前記第１信号と前記第２信号の周期を検出する周期検出手段を有し、前記位置算出手段は、前記周期検出手段によって検出された前記第１信号と前記第２信号の周期に基づいて、前記第１発信手段および前記第２発信手段の位置を特定するものから構成されている。

この構成により、周期検出手段によって検出された第１信号と第２信号の周期に基づいて、第１発信手段および第２発信手段の位置を特定するので、例えば、第１信号と第２信号の周期を筆記具の色等に応じて異ならせ、この周期を周期検出手段によって検出することにより、何色の筆記具で用紙に記載されたのかを判断することにより、色分け等を行うことができる。

また、本発明の座標検出装置は、前記第１発信手段および前記第２発信手段と異なる位置に設定された第３発信手段から前記第１発信手段と同一の周期で送信される第３信号を受信する第３受信手段を備え、前記位置算出手段は、前記第３受信手段から第３信号が入力したときに、前記第１信号および前記第２信号の入力をリセットするリセット部を有するものから構成されている。

この構成により、第１信号と第２信号が位置算出手段に入力する前に第３信号が算出手段に入力したときに、第１信号と第２信号の入力をリセットすることで、先に位置算出手段に入力された第１信号および第２信号をリセットすることができ、筆記具の角度が高速に刻々と変化したりペン先が高速で刻々と移動した場合でも、常に、第１発信手段および第２発信手段から最新の値の第１信号および第２信号、すなわち、第１発信手段および第２発信手段の最新の位置を位置算出手段に入力させることができる。

また、本発明の座標検出装置は、前記第１信号および前記第２信号が超音波からなり、前記第３信号が赤外線または電磁波からなるものから構成されている。
この構成により、第１信号および第２信号よりも伝搬速度の高い第３信号がリセット部に入力するので、前回入力された第１信号および第２信号を確実にリセットして、常に、第１発信手段および第２発信手段から最新の値の第１信号および第２信号、すなわち、第１発信手段および第２発信手段の最新の位置を位置算出手段に入力させることができる。

また、本発明の筆記具は、第１発信手段から発信された一定の周期の第１信号および前記第１信号と異なる時刻で第２発信手段から発信された一定の周期の第２信号を受信する第１受信手段と、前記第１受信手段と異なる位置に設置され、前記第１信号および前記第２信号を受信する第２受信手段と、前記第１受信手段によって前記第１信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第１信号を受信した時刻に基づいて前記第１発信手段の位置を算出するとともに、前記第１受信手段によって前記第２信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第２信号を受信した時刻に基づいて前記第２発信手段の位置を算出する位置算出手段と、前記位置算出手段の算出結果に基づき、前記第１発信手段および前記第２発信手段の位置を前記第１発信手段および前記第２発信手段の位置からずらして補間する位置補間手段と、前記位置補間手段によって補間された位置に基づいて前記第１発信手段および前記第２発信手段から離れた所定の座標面上の位置を推定する推定手段とを備えた座標検出装置に使用される筆記具であって、把持して筆記を行うことができる筆記具本体と、前記筆記具本体のペン先から離れた位置に設けられ、前記第１信号を発信する第１発信手段と、前記第１発信手段と異なる位置に設けられ、前記第１信号の周期よりも小さい時間だけ前記第１信号に対して遅延される前記第２信号を発信する第２発信手段とを備えたものから構成される。

この構成により、筆記具本体の第１発信手段から座標検出装置に第１信号および第１信号の周期よりも小さい時間だけ第１信号に対して遅延される第２信号を発信し、座標検出装置が、この第１信号および第２信号に基づいてペン先を所定の座標上の位置とした場合に、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。これに加えて、フィルタ等を用いて２つの信号を弁別する必要がないため、座標検出装置の製造コストを低減することができる。

また、本発明の筆記具は、前記第１信号と前記第２信号の周期を可変して発信する周期可変手段を備えたものから構成されている。
この構成により、筆記具の種類に応じて第１信号と第２信号の周期を設定し、この第１信号と第２信号を座標検出装置に送信することにより、座標検出装置側で何色の筆記具で用紙に記載されたのかを検出させれば、用紙に記入される筆記具の色分け等を行うことができる。

また、本発明の筆記具は、前記筆記具本体が筆記中であるか否かを検出する筆記状態検出手段と、前記筆記状態検出手段が筆記状態にあるときに、前記第１信号と同一周期で第３信号を発信する第３発信手段とを備え、前記第１発信手段は、前記第３発信手段が第３信号を発信するタイミングで前記第１信号を発信し、前記第１信号および前記第２信号が超音波からなり、前記第３信号が赤外線または電磁波からなるものから構成されている。

この構成により、第１信号と第２信号が座標検出装置の位置算出手段に入力する前に第３信号が算出手段に入力したときに、第１信号と第２信号の入力をリセットさせるようにすれば、先に位置算出手段に入力された第１信号および第２信号をリセットすることができ、筆記具の角度が高速に刻々と変化したりペン先が高速で刻々と移動した場合でも、常に、第１発信手段および第２発信手段から最新の値の第１信号および第２信号、すなわち、第１発信手段および第２発信手段の最新の位置を位置算出手段に入力させるようにすることができる。

また、本発明の座標入力システムは、筆記具と筆記具のペン先の座標を検出する座標検出装置を備えた座標入力システムであって、前記筆記具は、把持して筆記を行うことができる筆記具本体と、前記筆記具本体のペン先から離れた位置に設けられ、一定の周期の第１信号を発信する第１発信手段と、前記第１発信手段と異なる位置に設けられ、第１信号の周期よりも小さい時間だけ第１信号に対して遅延される一定の周期の第２信号を発信する第２発信手段とを備え、前記座標検出装置は、前記第１発信手段から発信された前記第１信号および前記第１信号と異なる時刻で第２発信手段から発信された前記第２信号を受信する第１受信手段と、前記第１受信手段と異なる位置に設置され、前記第１信号および第２信号を受信する第２受信手段と、前記第１受信手段によって前記第１信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第１信号を受信した時刻に基づいて前記第１発信手段の位置を算出するとともに、前記第１受信手段によって前記第２信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第２信号を受信した時刻に基づいて前記第２発信手段の位置を算出する位置算出手段と、前記位置算出手段の算出結果に基づき、前記第１発信手段および第２発信手段の位置を前記第１発信手段および第２発信手段の位置からずらして補間する位置補間手段と、前記位置補間手段によって補間された位置に基づいて前記第１発信手段および第２発信手段から離れたペン先の位置を推定する推定手段とを備えたものから構成されている。

この構成により、筆記具本体の第１発信手段から座標検出装置に第１信号および第１信号の周期よりも小さい時間だけ第１信号に対して遅延される第２信号を発信すると、座標検出装置の位置算出手段がこの第１信号および第２信号に基づいて第１発信手段および第２発信手段の位置を算出し、この算出結果に基づき、第１発信手段および第２発信手段の位置を第１発信手段および第２発信手段の位置からずらして補間し、この補間された位置に基づいて第１発信手段および第２発信手段から離れたペン先の位置を推定するので、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。これに加えて、フィルタ等を用いて２つの信号を弁別する必要がないため、座標検出装置の製造コストを低減することができる。

また、本発明の座標入力システムの前記位置補間手段は、前記第１信号の発信時刻と前記第２信号の発信時刻に基づいて補間時刻を算出する補間時刻算出部と、前記補間時刻算出部の算出結果に基づいて前記補間時刻に対応する前記第１発信手段および前記第２発信手段の補間位置を算出する補間位置算出部とを備えたものから構成されている。

この構成により、第１信号の発信時刻と第２信号の発信時刻に基づいて補間時刻に対応する第１発信手段および第２発信手段の補間位置を算出するので、第１信号および第２信号を受信する僅かな時間の差に筆記具の角度が変化あるいはペン先が移動した場合でも、補間時刻から第１発信手段および第２発信手段の補間位置を算出することができ、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。

また、本発明の座標入力システムの前記位置補間手段は、前記補間位置を前記第１発信手段および前記第２発信手段の間の位置に設定するものから構成されている。
この構成により、実際に第１信号および第２信号を受信して得られた第１発信手段および第２発信手段の近くに補間位置を設定することができるので、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。これに加えて、補間位置を第１発信手段および第２発信手段の間で調整することにより、ペン先の位置を高精度に測定するための補間位置を最適なものに調整することができる。

また、本発明の座標入力システムの前記位置補間手段は、前記補間位置を前記第１発信手段および前記第２発信手段の中間の位置に設定するものから構成されている。
この構成により、実際に第１信号および第２信号を受信して得られた第１発信手段および第２発信手段の近くに補間位置を設定することができるので、実際のペン先の位置に対してペン先の推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先の位置を高精度に測定することができる。

また、本発明の座標入力システムの前記筆記具は、前記第１信号と前記第２信号の周期を可変して発信する周期可変手段を有し、前記位置算出手段は、前記周期検出手段によって検出された前記第１信号と前記第２信号の周期に基づいて、前記第１発信手段および前記第２発信手段の位置を特定するものから構成されている。

この構成により、周期検出手段によって検出された第１信号と第２信号の周期に基づいて、第１発信手段および第２発信手段の位置を特定するので、例えば、第１信号と第２信号の周期を筆記具の色等に応じて異ならせ、この周期を周期検出手段によって判断することにより、何色の筆記具で用紙に記載されたのかを検出することにより、色分け等を行うことができる。

また、本発明の座標入力システムの前記筆記具は、前記筆記具本体が筆記中であるか否かを検出する筆記状態検出手段と、前記筆記状態検出手段が筆記状態にあるときに、前記第１信号と同一周期で第３信号を発信する第３発信手段とを備え、前記第１発信手段は、前記第３発信手段が第３信号を発信するタイミングで前記第１信号を発信し、前記座標検出装置は、前記第３発信手段から前記第３信号を受信する第３受信手段を備え、前記位置算出手段は、前記第３受信手段から第３信号が入力したときに、前記第１信号および前記第２信号の入力をリセットするリセット部を有するものから構成されている。

この構成により、第１信号と第２信号が位置算出手段に入力する前に第３信号が算出手段に入力したときに、第１信号と第２信号の入力をリセットすることで、先に位置算出手段に入力された第１信号および第２信号をリセットすることができ、筆記具の角度が高速に刻々と変化したりペン先が高速で刻々と移動した場合でも、常に、第１発信手段および第２発信手段から最新の値の第１信号および第２信号、すなわち、第１発信手段および第２発信手段の最新の位置を位置算出手段に入力させることができる。

また、本発明の座標入力システムは、前記第１信号および前記第２信号が超音波からなり、前記第３信号が赤外線または電磁波からなるものから構成されている。

この構成により、第１信号および第２信号よりも伝搬速度の高い第３信号がリセット部に入力するので、前回入力された第１信号および第２信号を確実にリセットして、常に、第１発信手段および第２発信手段から最新の値の第１信号および第２信号、すなわち、第１発信手段および第２発信手段の最新の位置を位置算出手段に入力させることができる。

本発明は、第１発信手段および第２発信手段から離れた位置に存在するペン先等の座標面上の位置を簡単な構成で高精度に検出することができる低コストな座標検出装置、筆記具および座標入力システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図１５は本発明に係る座標検出装置、筆記具および座標入力システムの第１の実施の形態を示す図である。

まず、構成を説明する。図１において、座標入力システム１は、座標の入力に必要な筆記具２および図示しない用紙を固定して筆記具２から超音波を受信して座標を検出する座標検出装置３から構成されている。

筆記具２は、入力者が把持し、所定の座標面上の位置としてのペン先４ａで筆記が可能な筆記具本体４と、ペン先４ａよりも上方の筆記具本体４に設けられ、第１信号として超音波（以下、第１超音波という）を発信するスピーカ（第１発信手段）５と、スピーカ５よりも上方の筆記具本体４に設けられ、第２信号として超音波（以下、第２超音波という）を発信するスピーカ（第２発信手段）６と、スピーカ５、６の間に設けられ、第３信号として赤外線を発信するためのＬＥＤ（第３発信手段）７、８と、筆記時にペン先４ａが用紙に押し付けられたときの圧力を検出してオンとなり、用紙からペン先４ａが離れるとオフになる筆記圧検出スイッチ（筆記状態検出手段）９とを備えている。

また、筆記具２は、筆記圧検出スイッチ９がオンになると、ＬＥＤ７、８を作動させて赤外線パルスを周期Ｔで発光する赤外線発信回路１０と、赤外線発信回路１０から赤外線パルスを発信させるタイミングでスピーカ５から赤外線を発信する周期と同一周期Ｔで第１超音波を発信するとともに、赤外線Ｔおよびスピーカ５の周期Ｔよりも小さい時間（ＤＴ）だけ第１超音波に対して遅延させてスピーカ６から第２超音波を発信する超音波発信回路１１とを備えている（図２参照）。

なお、ペン先４ａが用紙上で圧力を受けている間中、赤外線パルス、第１超音波および第２超音波は一定の周期で発信される。その周期は６０〜１００Hzである。また、遅延時間ＤＴは赤外線が発信される周期の１／２ではない時間が望ましい。これは、後述するようにスピーカ５、６の位置を補間する際にＤＴを赤外線発信の周期の１／２にした場合よりもそれ以外の値にするほうがペン先４ａの位置を算出する精度が良いからである。

また、ＤＴは"０"に近い方が良いが、小さくし過ぎるとスピーカ５とスピーカ６の発信する超音波同士が混信したり、座標検出装置３がスピーカ６の超音波を検出するのに失敗したりする可能性があるので、座標検出装置３の処理速度などを鑑みて遅延時間を設定することが望ましい。

一方、座標検出装置３は、用紙を載置する本体１２と、本体１２に設けられ、用紙を本体１２に固定するためのクリップ１３と、本体１２に設けられ、筆記具２から発信された赤外線を受信するフォトダイオード（第３受信手段）１４と、本体１２の異なる位置に設けられ、第１超音波、第２超音波を受信するマイク（第１受信手段）１５およびマイク（第２受信手段）１６と、本体１２に内蔵され、フォトダイオード１４、マイク１５、１６から受信した赤外線および超音波に基づいてペン先４ａの座標（位置）を算出する座標検出部１７（図３参照）と、座標検出部１７によって検出されたペン先４ａの座標をコンピュータ等の外部機器に転送する外部インタフェース１８とを備えている。
なお、筆記具２や座標検出装置３を動作させるための電源は、図示していないが、バッテリーあるいは外部電源を利用する。

図３は、座標検出装置３のブロック図である。図３において、筆記具２のＬＥＤ７、８から発信された赤外線をフォトダイオード１４で検知すると、この信号はアンプ２１によって増幅され、比較器２２で設定された閾値と比較されることによりその信号レベルが判定される。

比較器２２は赤外線を受信したものと判断した場合には、クロックカウンタ２３をリセットする信号を出力する。このクロックカウンタ２３がリセットされると、前回スピーカ位置検出器２４に入力される第１超音波および第２超音波の値がリセットされる。本実施の形態では、比較器２２およびクロックカウンタ２３がリセット部を構成している。

また、マイク１５、１６はＬＥＤ７、８から発信された赤外線と同時に発信された超音波を赤外線を受信した後で少し遅れて受信するようになっており、マイク１５、マイク１６に入力された超音波はアンプ２５、２６でそれぞれ増幅され、比較器２７、２８に設定された閾値と比較されてその信号レベルが判定される。

比較器２７、２８は超音波を受信したものと判断した場合に、受信したというステータス信号をスピーカ位置検出器２４に出力する。スピーカ位置検出器２４は、図４に示すようにクロックカウンタ２３と比較器２７、２８からのステータス信号からマイク１５、１６との距離を算出する距離算出器２９、３０と、マイク１５、１６とスピーカ５とのそれぞれの距離からスピーカ５の座標を算出し、同様に赤外線の発信からＤＴ時間だけ遅れてスピーカ６から発信された超音波をマイク１５、１６で受信し、マイク１５、１６とスピーカ６とのそれぞれの距離からスピーカ６の座標を算出し、スピーカ６の座標を算出するスピーカ座標算出器３１とを備えている。

すなわち、スピーカ位置検出器２４は、マイク１５によって第１超音波を受信した時刻およびマイク１６によって第１超音波を受信した時刻に基づいてスピーカ５の位置を算出するとともに、マイク１５によって第２超音波を受信した時刻およびマイク１６によって第２超音波を受信した時刻に基づいてスピーカ６の位置を算出する位置算出手段を構成するものである。

このスピーカ位置検出器２４によって検出されたスピーカ座標はＰ{スピーカ番号}{座標番号}という記号で表すと、Ｐ｛１}{１}、Ｐ{２}{１}、Ｐ{１}{２}、Ｐ{２}{２}、Ｐ{１}{３}、Ｐ{２}{３}、Ｐ{１}{４}、Ｐ{２}{４}、というような座標列でスピーカ位置補間器（位置補間手段）３２に入力される。

しかしながら、この座標列をそのまま利用してペン先４ａの位置を算出しようとしても同一座標番号を持つスピーカ５、６の位置は同一時刻で検出したものではないので不正確なペン先４ａの位置しか算出できず、スピーカ５、６を２つ設けた意味がない。

したがって、スピーカ位置補間器３２は、スピーカ座標を同一時刻で検出されたものとするために、スピーカ座標の補間を行い、ペン先４ａ位置の算出精度を向上させる必要がある。

ところが、ペン先４ａの速度は一定ではなく厳密には同時刻にあるとするスピーカ位置を補間して求めることができない。しかしながら、超音波を発信する周期は１００Hz程度であって高速であるため、数点の連続した座標列ではペン先４ａは等速で移動しているものとすることができる。

この仮説に基づいて本実施の形態のスピーカ位置補間器３２はスピーカ位置を補間して求めるようにしている。以下、スピーカ位置補間器３２の構成を説明する。図５に示すように、スピーカ位置補間器３２は補間時刻設定器３３およびスピーカ座標補正器３４から構成されている。

補間時刻設定器（補間時刻算出部）３３は、第１超音波の発信時刻と第２超音波の発信時刻に基づいて補間時刻を算出するものであり、補間時刻を第１超音波の発信時刻と第２超音波の発信時刻の間の中間の位置に設定するようになっている。
スピーカ座標補正器（補間位置算出部）３４は、補間時刻設定器３３の算出結果に基づいて補間時刻に対応するスピーカ５、６の補間位置を算出するようになっている。

具体的には、筆記具２が赤外線を発信する周期をＴ、赤外線の発信から第２超音波がスピーカ６から発信されるまでの遅延時間をＤＴとする。第１超音波がスピーカ５から発信される時間をそれぞれt１、t２、t３、とすると、それに対応するスピーカ５の位置はＰ{１}{１}、Ｐ{１}{２}、Ｐ{１}{３}......とすることができる。なお、座標番号はスピーカ５、６のＸ−Ｙ面での座標を含んでいる。

同様に、第２超音波がスピーカ６から発信される時間をt１＋ＤＴ、t２＋ＤＴ、t３＋ＤＴ、とするとそれに対応するスピーカ２の位置はＰ{２}{１}、Ｐ{２}{２}、Ｐ{２}{３}となる。このため、補間時刻を次のようにすることができる。
（ｔｃｉ−）＝ｔｉ＋ＤＴ／２......（１）
（ｔｃｉ＋）＝ｔｉ＋ＤＴ／２＋Ｔ／２......（２）
但し、ｉは座標番号であって、ｔｃｉ−はｔｉとｔｉ＋ＤＴの中間時刻、ｔｃｉ＋はｔｉ＋ＤＴとｔ｛ｉ＋１}(＝ｔｉ＋Ｔ)の中間時刻である。この補間時刻は補間時刻設定器３３によって得ることができる。

次に、この補間時刻に対応するスピーカ座標をスピーカ座標補正器３４で求める。
ｔｃｉ−のとき、スピーカ５とスピーカ６の補間座標をそれぞれＰ１(ｔｃｉ−)、Ｐ２(ｔｃｉ−)とすると、
Ｐ１(ｔｃｉ−) ＝ (Ｐ{１}{ｉ}×(Ｔ−ＤＴ／２)／Ｔ ＋ Ｐ{１}{ｉ＋１}×ＤＴ／２／Ｔ)......（３）
Ｐ２(ｔｃｉ−) ＝ (Ｐ{２}{ｉ}×(Ｔ−ＤＴ／２)／Ｔ ＋ Ｐ{２}{ｉ−１}×ＤＴ／２／Ｔ)......（４）
ｔｃｉ＋のときに、スピーカ５とスピーカ６の補間座標をそれぞれＰ１(ｔｃｉ＋)、Ｐ２(ｔｃｉ＋)とすると、
Ｐ１(ｔｃｉ＋) ＝ (Ｐ{１}{ｉ}×(Ｔ／２−ＤＴ／２)／Ｔ ＋ Ｐ{１}{ｉ＋１}×(Ｔ／２＋ＤＴ／２)／Ｔ)......（５）
Ｐ２(ｔｃｉ＋) ＝ (Ｐ{２}{ｉ}×(Ｔ／２＋ＤＴ／２)／Ｔ ＋ Ｐ{２}{ｉ＋１}×(Ｔ／２−ＤＴ／２)／Ｔ)......（６）
スピーカ位置補間器３２はこのようにしてペン先４ａの位置を算出するためのＰ１()、Ｐ２()を求める。
ペン先位置算出器（推定手段）３５は、スピーカ位置補間器３２によって補間されたＰ１（）、Ｐ２（）に基づいて図８に示す座標軸を参照に計算を行い、スピーカ５、６から離れたペン先４ａの座標面上の位置を推定する。

この座標軸に基づく計算式は、以下の通りである。
Ｐ０＝Ｐ１＋（Ｐ１−Ｐ２）ｈ１／ｈ２......（７）
但し、ｈ１：ペン先４ａからスピーカ５までの距離、ｈ２：スピーカ５からスピーカ６までの距離
なお、|Ｐ１−Ｐ２|<ｈ２を満たす必要があるため、式（７）の条件を満たさない場合には、Ｐ２の座標を補正してＰ１との距離を小さくしてこの条件を満足した後、式（７）の計算を行う必要がある。

このようにして算出されたペン先４ａの座標は、座標検出装置３の本体１２に内蔵された図示しないメモリに記憶された後、外部インタフェース１８を通じてコンピュータ等の外部機器に送信される。

次に、図６、図７に基づいてスピーカ位置補間器３２によってスピーカ５、６の位置を補間する方法をより具体的に説明する。
図６はＰ０の位置にペン先４ａを置き、ペン先４ａを中心としてペンを傾けて固定したままで筆記具２を等速回転させたときのペン先４ａの位置を推定する図である。ペン先４ａからスピーカ５までの長さとスピーカ５からスピーカ６までの長さが等しいものとする。

図７は、スピーカ位置補間器３２によってスピーカの位置を補間した場合のペン先の補間時刻を示す図である。
図７において、実際に超音波を受信してスピーカ５、６の位置を特定することができる時刻（●印で示す）と、２つの連続したスピーカ５、６の位置を得られる時刻から補間を行ってスピーカ５、６の位置を得る時刻（○印で示す。但し、実際は時刻に対応するスピーカ５、６の位置を取得したいがそれは不可能なので２つのスピーカ位置５、６のそれぞれの内分比で代替する）と、補間したスピーカ５の位置とスピーカ６の位置からペン先座標を推定する時刻（□印で示す）との関係を示す。

また、本実施の形態では、スピーカ５から第１超音波を発信してからスピーカ６から第２超音波を発信するまでの遅延時間ＤＴをＴ／２に設定した例を示しており、補間時刻を第１超音波の発信時刻と第２超音波の発信時刻の間の中間の位置に設定している。

図６において、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３はスピーカ５の位置をある時間間隔Ｔで測定した時のスピーカ５の位置を示し、時刻ｔのときにＰ１１が得られたものとすると、時刻ｔ＋ＴのときにＰ１２、時刻ｔ＋２ＴのときにＰ１３が得られる。

また、Ｐ２１、 Ｐ２２、 Ｐ２３はスピーカ６の位置をスピーカ５の測定周期とは半周期（ＤＴ＝Ｔ／２）ずらして測定した時のスピーカ６の位置を示し、時刻ｔ＋Ｔ／２のときにＰ２１が得られるとすると、時刻ｔ＋３Ｔ／２のときにＰ２２、時刻ｔ＋５Ｔ／２のときにＰ２３が得られる。

Ｐ２１とＰ１２を取得した時刻の中間時刻でのスピーカ５、６の位置を取得したいが原理的に不可能なので、各スピーカ５、６のそれぞれの位置を結ぶ線分を内分することにより近似的に補間点を求める。Ｐ１１とＰ１２間を３：１で内分する点をＰ１(ｔｃ２−)とする。

この点はＰ１１とＰ１２から容易に算出できる。同様にＰ２１とＰ２２の間を１：３で内分する点をＰ２(ｔｃ２−)とする。このようにＰ１(ｔｃ２−)とＰ２(ｔｃ２−)を算出してみると、両点はスピーカ５、６の位置の軌跡を表す円周上になく、少なからず誤差を含んでいる。

ところで、点Ｐ０、Ｐ１２、Ｐ１(ｔｃ２−)で構成する三角形と、点Ｐ０、Ｐ２１、Ｐ２(ｔｃ２−)で構成する三角形が相似であり、Ｐ０、Ｐ１(ｔｃ２−)、Ｐ２(ｔｃ２−)が一直線上にあれば推定するペン先４ａの位置Ｐ０'はＰ０と一致する。

すなわち、Ｐ１(ｔｃ２−)とＰ２(ｔｃ２−)はその本来あるべき位置との誤差が大きいとしても、上記の要件に近ければ近いほど誤差が小さくなる。これに対して、図２０、図２１に示すような従来方式の場合はこのような相似はないので、誤差がそのままペン先推定に反映されてしまう。しかしながら、本実施の形態のように、補間時刻を第１超音波の発信時刻と第２超音波の発信時刻の間の中間の位置に設定すれば、補間した点が上記の要件に近いのでＰ０とＰ０'の誤差は従来方式に比べて格段と少なくなる。

また、Ｐ１２とＰ２２を取得した時刻の中間時刻でのスピーカ５、６位置を取得したいが上記と同様の理由により各スピーカ５、６のそれぞれの位置を結ぶ線分を内分することにより、近似的に補間点を求める。Ｐ１２とＰ１３間を１:３で内分する点をＰ１(ｔｃ２＋)とする。

同様にＰ２１とＰ２２の間を３:１で内分する点をＰ２(ｔｃ２＋)とする。このようにＰ１(ｔｃ２＋)とＰ２(ｔｃ２＋)を算出してみると、両者はスピーカ位置の軌跡を表す円周上になく、少なからず誤差を含んでいる。この場合も上述した理由からＰ０とＰ０''の誤差は従来方式に比べて小さくなる。
このようにして推定したペン先位置Ｐ０'とＰ０''は従来方式よりＰ０の近くに位置し、その推定誤差が小さくなることが分かった。

図９、図１０はスピーカ５から第１超音波を発信してからスピーカ６から第２超音波を発信するまでの遅延時間ＤＴを０．８５Ｔに設定した例を示している。なお、遅延時間ＤＴは"０"に近いか、または、できるだけ周期Ｔに近い方が良い。図９、図１０ではＴに近い例を示しているが、"０"に近くなるように、例えば、０．１５Ｔに設定しても良い。

図９において、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３はスピーカ５の位置をある時間間隔Ｔで測定した時のスピーカ５の位置を示し、時刻ｔのときにＰ１１が得られたものとすると、時刻ｔ＋ＴのときにＰ１２、時刻ｔ＋２ＴのときにＰ１３が得られる。

また、Ｐ２１、 Ｐ２２、 Ｐ２３はスピーカ６の位置をスピーカ５の測定時刻からＤＴ（０．８５Ｔ）ずらして測定した時のスピーカ６の位置を示し、時刻ｔ＋ＤＴのときにＰ２１が得られるとすると、時刻ｔ＋ＤＴ＋ＴのときにＰ２２、時刻ｔ＋ＤＴ＋２ＴのときにＰ２３が得られる。

スピーカ位置補間器３２は、図６、図７で説明したのと同様の方法でＰ１(ｔｃ２−)、Ｐ２(ｔｃ２−)、Ｐ１(ｔｃ２＋)、Ｐ２(ｔｃ２＋)をそれぞれ補間する。図９に示すようにＰ１(ｔｃ２−)はＰ１２の極近傍であり、Ｐ２(ｔｃ２−)はＰ２１の極近傍である。したがって、Ｐ１(ｔｃ２−)とＰ２(ｔｃ２−)から推定されるペン先４ａの位置Ｐ０'はＰ０の極近傍にあり推定誤差は遅延時間ＤＴをＴ／２（すなわち、０．５Ｔ）に設定した場合よりも小さくなる。

また、Ｐ１(ｔｃ１＋)やＰ２(ｔｃ２＋)はそれぞれＰ１２とＰ１３の中点、Ｐ２１とＰ２２の中点に非常に近くなる。すなわち、Ｐ０、Ｐ１２、Ｐ１(ｔｃ２＋)で作る三角形と、Ｐ０、Ｐ２２、Ｐ２(ｔｃ２＋)で作る三角形とが非常に相似に近くなり、その大きさの比は１：２となるのでＰ２(ｔｃ２＋)とＰ１(ｔｃ２＋)から推定されるペン先４ａの位置Ｐ０''はＰ０の極近傍に位置しその推定誤差は遅延時間Ｔ／２に設定したものよりも小さくなる。

本実施の形態の推定誤差が従来方式に対してどの程度少なくなったのかを図１１〜図１５に基づいて説明する。図１１は本実施の形態の補間方式によるペン先４ａの推定誤差とサンプリング頻度（ｎ）の関係を示す図である。本実施の形態の補間方式は従来の補間方式に比べてサンプリングの頻度が高くなるにつれて推定誤差が少なくなることが分かる。

また、図１２〜図１５は本実施の形態の補間方式と従来の補間方式によるペン先４ａの推定誤差と遅延時間の関係を示す図であり、図１２〜図１５ではそれぞれサンプリング頻度（ｎ）を２、４、８、１６に設定したときのペン先４ａの推定誤差を示す。

図１２〜図１５から明らかなように、遅延（ｃ）を０．５（０．５Ｔ）に設定した場合には、従来の補間方式に比べてペン先４ａの推定誤差を大幅に少なくすることができ、遅延（ｃ）を０．８５（０．８５Ｔ）に設定した場合には、従来の補間方式に比べてペン先４ａの推定誤差を少なくすることができる上に、遅延（ｃ）を０．５に設定した場合に比べても少なくすることができた。この結果、遅延時間は"０"に近いか、または、できるだけ周期Ｔに近い方が良いことが分かる。

このように本実施の形態では、筆記具本体４のスピーカ５から第１超音波を発信するとともに、スピーカ６から第１超音波の周期よりも小さい時間だけ第１超音波に対して遅延される第２超音波を発信すると、座標検出装置３が、第１超音波の発信時刻と第２超音波の発信時刻に基づいて第１超音波および第２超音波の中間の位置に補間時刻を設定し、この補間時刻に対応するスピーカ５、６の補間位置を算出し、この補間された位置に基づいてスピーカ５、６から離れたペン先４ａの位置を推定するようにしたので、実際のペン先４ａの位置に対してペン先４ａの推定位置の誤差を少なくすることができ、ペン先４ａの位置を高精度に測定することができる。これに加えて、従来のようにフィルタ等を用いて２つの信号（第１超音波、第２超音波）を弁別する必要がないため、座標入力システム１の製造コストを低減することができる。

また、補間位置を第１超音波と第２超音波の中間の位置に設定しているが、補間位置を第１超音波と第２超音波の間であれば良く、このようにすれば、ペン先４ａの位置を高精度に測定するための補間位置を最適なものに調整することができる。

また、本実施の形態の筆記具２は、筆記具本体４が筆記中であるか否かを検出する筆圧検出スイッチ９と、筆記具本体４が筆記状態にあるときに、筆記具本体４に設けられ、第１超音波と同一周期で赤外線を発信するＬＥＤ７、８とを備えるとともに、ＬＥＤ７、８から赤外線を発信するのと同時にスピーカ５から第１超音波を発信するように構成し、座標検出装置３は、赤外線が入力したときに、第１超音波および第２超音波の入力をリセットするクロックカウンタ２３およびスピーカ位置検出器２４を有するので、先にスピーカ位置検出器２４に入力された第１超音波および第２超音波をリセットすることができ、筆記具２の角度が高速に刻々と変化したりペン先４ａが高速で刻々と移動した場合でも、常に、スピーカ５、６から最新の値の第１超音波および第２超音波を受信して、スピーカ５、６の最新の位置をスピーカ位置検出器２４に入力させることができる。なお、ＬＥＤ７、８の代わりに電磁波を発信する機器を設けても良い。要は、超音波よりも伝搬速度が速く、伝搬時間が超音波のそれと比較して無視できるくらいに小さければ良いのである。

図１６〜図１９は本発明に係る座標検出装置、筆記具および座標入力システムの第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同様の構成には同一番号を付して説明を省略する。

図１６において、座標検出装置３には周期検出器４１が設けられており、この周期検出器４１は筆記具２から発信された第２超音波の周期を検出するものである。筆記具２の超音波発信回路１１は、図１７に示すように第１超音波が発信されてから遅延時間ＤＴだけ遅延して第１超音波と異なる周期の第２超音波を発信するようになっており、この第２超音波は筆記具４の色に応じて設定されている。すなわち、超音波発信回路１１は第１超音波と第２超音波の周期を可変して発信する周期可変手段を構成している。

例えば、黒色であれば周期Ａ、赤色であれば周期Ｂというように筆記具４は色に応じた周期の第２超音波を座標検出装置３に発信する。

座標検出装置３の周期検出器４１はクロックカウンタ４２および周期検出部４３を備えている。クロックカウンタ４２は比較器２８から入力された第２超音波の半周期あたりのクロック数をカウントするようになっている。

また、周期検出部４３はクロックカウンタ４２でカウントされたクロック数を、｛クロック周期×クロック数×２｝で超音波周期に変換してこの超音波をスピーカ位置補間器３２に出力する（図１９参照）。

スピーカ位置補間器３２は、予め筆記具２の色とその周期とスピーカ位置（この場合スピーカ６）とが関連付けられたテーブルが設けられており、周期検出器４１から出力された超音波およびスピーカ座標算出器３１から入力されたスピーカ座標（スピーカ位置）をテーブルと比較し、周波数変換された超音波の発信元がスピーカ６であることおよび何色の筆記具２であるのかを特定することができる。

また、クロックカウンタ４２で周期変換されていない超音波の発信元がスピーカ５であることを特定することもできる。本実施の形態では、周期検出器４１およびスピーカ位置補間器３２が周期検出手段を構成している。

また、スピーカ位置補間器３２は、同様に第１超音波の発信時刻と第２超音波の発信時刻に基づいて補間時刻を算出するものであり、第１の実施の形態と同様に補間時刻を第１超音波の発信時刻と第２超音波の発信時刻の間の中間の位置に設定する。なお、実施の形態では、スピーカ５、６の位置を補間してペン先４ａの位置を推定する方法は第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施の形態では、筆記具２から異なる周期の第１超音波および第２超音波を発信し、座標検出装置３が、第１超音波と第２超音波の周期に基づいてスピーカ５、６の位置を特定するようにしたので、第１超音波と第２超音波の周期を筆記具２の色等に応じて異ならせることにより、何色の筆記具２で用紙に記載されたのかを判断して色分けを行うことができる。

以上のように、本発明に係る座標検出装置、筆記具および座標入力システム画像形成装置は、第１発信手段および第２発信手段から離れた位置に存在するペン先等の座標面上の位置を簡単な構成で高精度に検出することができ、低コストに製造することができるという効果を有し、筆記具等を用いて用紙に記入するときのペン先の軌跡を精度良く検出するのに適した座標検出装置、筆記具および座標入力システム等として有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムの構成図 本発明の第１の実施の形態に係る筆記具から赤外線と超音波の発信タイミングを示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムの座標検出装置のブロック図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムのスピーカ位置検出器のブロック図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムのスピーカ位置補間器のブロック図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムにおいて、ペン先を中心としてペンを傾けて固定したままで筆記具を等速回転させたときのペン先の位置を推定する図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムのスピーカ位置補間器によってスピーカの位置を補間した場合のペン先の補間時刻を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムにおいてスピーカの位置からペン先の位置を計算するためのスピーカとペン先の座標を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムにおいて、ペン先を中心としてペンを傾けて固定したままで筆記具を等速回転させたときのペン先の位置を推定する他の例を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムのスピーカ位置補間器によってスピーカの位置を補間した場合のペン先の補間時刻を他の例を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムの補間方式に起因するペン先誤差を示し、遅延時間Ｃを０．５としたときの本方式と従来方式のサンプリング頻度とペン先位置の推定誤差の関係を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムの補間方式に起因するペン先誤差を示し、サンプリング頻度ｎを２としたときの本方式と従来方式の遅延（ｃ）とペン先の推定誤差の関係を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムの補間方式に起因するペン先誤差を示し、サンプリング頻度ｎを４としたときの本方式と従来方式の遅延（ｃ）とペン先の推定誤差の関係を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムの補間方式に起因するペン先誤差を示し、サンプリング頻度ｎを８としたときの本方式と従来方式の遅延（ｃ）とペン先の推定誤差の関係を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムの補間方式に起因するペン先誤差を示し、サンプリング頻度ｎを１６としたときの本方式と従来方式の遅延（ｃ）とペン先の推定誤差の関係を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る座標入力システムの座標検出装置のブロック図 本発明の第２の実施の形態に係る筆記具から赤外線と超音波の発信タイミングを示す図 本発明の第２の実施の形態に係る座標入力システムの周波数検出器のブロック図 本発明の第２の実施の形態に係る座標入力システムのスピーカ位置補間器に入力される信号を示す図 従来の座標入力システムにおいて、ペン先を中心としてペンを傾けて固定したままで筆記具を等速回転させたときのペン先の位置を推定する図 従来の座標入力システムによってスピーカの位置を補間した場合のペン先の補間時刻を示す図

符号の説明

１ 座標入力システム
２ 筆記具
３ 座標検出装置
４ 筆記具本体
４ａ ペン先（所定の座標面上の位置）
５ スピーカ（第１発信手段）
６ スピーカ（第２発信手段）
７、８ ＬＥＤ（第３発信手段）
９ 筆記圧検出スイッチ（筆記状態検出手段）
１１ 超音波発信回路（周期可変手段）
１４ フォトダイオード（第３受信手段）
１５ マイク（第１受信手段）
１６ マイク（第２受信手段）
２４ スピーカ位置検出器（位置算出手段）
３２ スピーカ位置補間器（位置補間手段、周期検出手段）
３３ 補間時刻設定器（補間時刻算出部）
３４ スピーカ座標補正器（補間位置算出部）
３５ ペン先位置算出器（推定手段）
４１ 周期検出器（周期検出手段）

Claims (17)

1. 第１発信手段から発信された一定の周期の第１信号および前記第１信号と異なる時刻で第２発信手段から発信された一定の周期の第２信号を受信する第１受信手段と、
   前記第１受信手段と異なる位置に設置され、前記第１信号および第２信号を受信する第２受信手段と、
   前記第１受信手段によって前記第１信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第１信号を受信した時刻に基づいて前記第１発信手段の位置を算出するとともに、前記第１受信手段によって前記第２信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第２信号を受信した時刻に基づいて前記第２発信手段の位置を算出する位置算出手段と、
   前記位置算出手段の算出結果に基づき、前記第１発信手段および第２発信手段の位置を前記第１発信手段および第２発信手段の位置からずらして補間する位置補間手段と、
   前記位置補間手段によって補間された位置に基づいて前記第１発信手段および第２発信手段から離れた所定の座標面上の位置を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする座標検出装置。
2. 前記位置補間手段は、前記第１信号の発信時刻と前記第２信号の発信時刻に基づいて補間時刻を算出する補間時刻算出部と、前記補間時刻算出部の算出結果に基づいて前記補間時刻に対応する前記第１発信手段および前記第２発信手段の補間位置を算出する補間位置算出部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
3. 前記位置補間手段は、前記補間位置を前記第１発信手段および前記第２発信手段の間の位置に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の座標検出装置。
4. 前記位置補間手段は、前記補間位置を前記第１発信手段および第２発信手段の中間の位置に設定することを特徴とする請求項３に記載の座標検出装置。
5. 前記第１信号と前記第２信号の周期を検出する周期検出手段を有し、
   前記位置算出手段は、前記周期検出手段によって検出された前記第１信号と前記第２信号の周期に基づいて、前記第１発信手段および前記第２発信手段の位置を特定することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の座標検出装置。
6. 前記第１発信手段および第２発信手段と異なる位置に設定された第３発信手段から前記第１発信手段と同一の周期で送信される第３信号を受信する第３受信手段を備え、
   前記位置算出手段は、前記第３受信手段から第３信号が入力したときに、前記第１信号および前記第２信号の入力をリセットするリセット部を有することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の座標検出装置。
7. 前記第１信号および前記第２信号が超音波からなり、前記第３信号が赤外線または電磁波からなることを特徴とする請求項６に記載の座標検出装置。
8. 第１発信手段から発信された一定の周期の第１信号および前記第１信号と異なる時刻で第２発信手段から発信された一定の周期の第２信号を受信する第１受信手段と、
   前記第１受信手段と異なる位置に設置され、前記第１信号および第２信号を受信する第２受信手段と、
   前記第１受信手段によって前記第１信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第１信号を受信した時刻に基づいて前記第１発信手段の位置を算出するとともに、前記第１受信手段によって前記第２信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第２信号を受信した時刻に基づいて前記第２発信手段の位置を算出する位置算出手段と、
   前記位置算出手段の算出結果に基づき、前記第１発信手段および第２発信手段の位置を前記第１発信手段および第２発信手段の位置からずらして補間する位置補間手段と、
   前記位置補間手段によって補間された位置に基づいて前記第１発信手段および第２発信手段から離れた所定の座標面上の位置を推定する推定手段とを備えた座標検出装置に使用される筆記具であって、
   把持して筆記を行うことができる筆記具本体と、前記筆記具本体のペン先から離れた位置に設けられ、前記第１信号を発信する第１発信手段と、
   前記第１発信手段と異なる位置に設けられ、前記第１信号の周期よりも小さい時間だけ前記第１信号に対して遅延される第２信号を発信する第２発信手段とを備えたことを特徴とする筆記具。
9. 前記第１信号と前記第２信号の周期を可変して発信する周期可変手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の筆記具。
10. 前記筆記具本体が筆記中であるか否かを検出する筆記状態検出手段と、
    前記筆記状態検出手段が筆記状態にあるときに、前記第１信号と同一周期で第３信号を発信する第３発信手段とを備え、
    前記第１発信手段は、前記第３発信手段が第３信号を発信するタイミングで前記第１信号を発信し、
    前記第１信号および前記第２信号が超音波からなり、前記第３信号が赤外線または電磁波からなることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の筆記具。
11. 筆記具と筆記具のペン先の座標を検出する座標検出装置を備えた座標入力システムであって、
    前記筆記具は、把持して筆記を行うことができる筆記具本体と、前記筆記具本体のペン先から離れた位置に設けられ、一定の周期の第１信号を発信する第１発信手段と、
    前記第１発信手段と異なる位置に設けられ、第１信号の周期よりも小さい時間だけ第１信号に対して遅延される一定の周期の第２信号を発信する第２発信手段とを備え、
    前記座標検出装置は、
    前記第１発信手段から発信された前記第１信号および前記第１信号と異なる時刻で第２発信手段から発信された前記第２信号を受信する第１受信手段と、
    前記第１受信手段と異なる位置に設置され、前記第１信号および第２信号を受信する第２受信手段と、
    前記第１受信手段によって前記第１信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第１信号を受信した時刻に基づいて前記第１発信手段の位置を算出するとともに、前記第１受信手段によって前記第２信号を受信した時刻および前記第２受信手段によって前記第２信号を受信した時刻に基づいて前記第２発信手段の位置を算出する位置算出手段と、
    前記位置算出手段の算出結果に基づき、前記第１発信手段および第２発信手段の位置を前記第１発信手段および第２発信手段の位置からずらして補間する位置補間手段と、
    前記位置補間手段によって補間された位置に基づいて前記第１発信手段および第２発信手段から離れたペン先の位置を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする座標入力システム。
12. 前記位置補間手段は、前記第１信号の発信時刻と前記第２信号の発信時刻に基づいて補間時刻を算出する補間時刻算出部と、前記補間時刻算出部の算出結果に基づいて前記補間時刻に対応する前記第１発信手段および前記第２発信手段の補間位置を算出する補間位置算出部とを備えたことを特徴とする請求項１１に記載の座標入力システム。
13. 前記位置補間手段は、前記補間位置を前記第１発信手段および第２発信手段の間の位置に設定することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の座標入力システム。
14. 前記位置補間手段は、前記補間位置を前記第１発信手段および第２発信手段の中間の位置に設定することを特徴とする請求項１３に記載の座標入力システム。
15. 前記筆記具は、前記第１信号と第２信号の周期を可変して発信する周期可変手段を有し、
    前記位置算出手段は、前記周期検出手段によって検出された第１信号と第２信号の周期に基づいて、前記第１発信手段および前記第２発信手段の位置を特定することを特徴とする請求項１１〜請求項１４の何れか１項に記載の座標入力システム。
16. 前記筆記具は、前記筆記具本体が筆記中であるか否かを検出する筆記状態検出手段と、
    前記筆記状態検出手段が筆記状態にあるときに、前記第１信号と同一周期で第３信号を発信する第３発信手段とを備え、
    前記第１発信手段は、前記第３発信手段が第３信号を発信するタイミングで前記第１信号を発信し、
    前記座標検出装置は、前記第３発信手段から前記第３信号を受信する第３受信手段を備え、
    前記位置算出手段は、前記第３受信手段から前記第３信号が入力したときに、前記第１信号および前記第２信号の入力をリセットするリセット部を有することを特徴とする請求項１１〜請求項１５の何れか１項に記載の座標入力システム。
17. 前記第１信号および前記第２信号が超音波からなり、前記第３信号が赤外線または電磁波からなることを特徴とする請求項１６に記載の座標入力システム。

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