JP2008139991A - 筆跡入力システム - Google Patents

Abstract

【課題】発光信号の時間間隔から、ペンスイッチおよび１個以上のペンボタンスイッチのオン・オフ情報を得る。
【解決手段】位置座標を検出する１個以上の超音波発振素子と、赤外線発光素子もしくは電磁発信素子と、筆記状態を検知するペンスイッチとペンボタンスイッチを具備する電子ペンと、筆記時および浮遊筆記時に電子ペンから発せられる発光信号を受信する受信素子と超音波信号を受信する２つ以上の超音波受信素子を具備し、定期的に発信される発光信号と超音波信号の到達時間差から電子ペンの筆記時および浮遊筆記時での位置座標を検出する本体を有する筆跡入力システムにおいて、電子ペンの位置座標を得る定期的な時間間隔内に発光信号を短時間に２回以上発信し、その発光信号間の時間間隔からペンスイッチおよびペンボタンスイッチのオン・オフ情報を得る筆跡入力システム。
【選択図】図１

Description

本発明は少なくとも、位置座標を検出するための超音波信号を発信する１個以上の超音波発振素子と、発光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、筆記状態であることを検知できるセンサと１個以上のペンボタンスイッチを具備する電子ペン、及び、筆記時および浮遊筆記時に該電子ペンから発せられる前記発光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、前記発光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２つの筆記状態での位置座標を検出することのできる本体とを有する筆跡入力システムにおいて、その発光信号間の時間間隔からペンスイッチおよび１個以上のペンボタンスイッチのオン・オフ情報を得ることができる機能を持つ筆跡入力システムに関する。

従来、赤外線もしくは電磁波と超音波を発信する回路とペン先が筆記されてい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もしくは電磁波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本体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は、電子ペンで筆記すると本体が、電子ペンから発信された超音波信号と赤外線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手書き筆跡データとして認識する筆跡入力システムが知られている。

超音波と赤外線を利用する座標検出装置は、座標検出以外の機能を持たなかった。最近、マウス機能やその他の機能を持つものが市場に現れているが、電子ペンからの情報伝達に複雑な手段を使用するため電子ペン側の電力消費が多く、頻繁な電池交換か、大型の電池の使用による外形の大きなものになってしまっていた。

特開２００４−３１０５９８号。 超音波によるペン入力時に、ペン先の筆圧情報とペン情報を伝達するのに赤外線を使用している。情報の伝達方法は、赤外線のオン・オフによるビット列によるものである。 特開２００４−３０２７６１ 超音波によるペン入力時に、ペン先の筆圧情報とペン情報を伝達するのに赤外線を使用している。情報の伝達方法は、ペンの状態が変化したときのみ赤外線を変調し、それ以外は、同期に必要な最低限の赤外線を送信するものである。

超音波を利用した座標入力装置おいて、座標検出以外の情報伝達はケーブルを使用したシリアル通信や、電波や光による赤外線発光素子もしくは電磁発振素子を利用したシリアル通信によっていた。そのため、電子ペン側の消費電力が多く、頻繁な電池交換か、大型の電池の使用による外形の大きなものになってしまっていた。従来技術では、主に超音波の発信タイミングを伝達する赤外線発光素子による多数回の発光を行い、ビット対応やコードによる通信を行っていた。このため、いかに簡単で雑音等の影響が少なく、消費電力の少ない通信方法を確立するかが大きな課題となっていた。

本発明の目的は、上記課題を解決し、特別な部品を設けることなく、現状の一回の発光信号に一回の発光信号を加えるだけで、その時間間隔からペンスイッチおよび１個以上のペンボタンスイッチのオン・オフ情報を得ることができる機能を持つ筆跡入力システムを提供する。

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１個以上の超音波発振素子と、発光信号を発信する赤外線発光素子もしくは電磁発振素子と、筆記状態であることを検知できるセンサと１個以上のペンボタンスイッチを具備する電子ペン、及び、筆記時および浮遊筆記時に該電子ペンから発せられる前記発光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、前記発光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時および浮遊筆記時での位置座標を検出することのできる本体とを有する筆跡入力システムにおいて、その一回の座標検出期間内に再度の赤外線発光をし、その時間間隔からペンスイッチおよび１個以上のペンボタンスイッチのオン・オフ情報を得ることができる機能を持つ筆跡入力システムに関する。

本発明では、１つの電子ペンの位置座表測定期間を実施するにあたり、電子ペンから２回の赤外線発光信号を送り、その発光信号間の時間間隔からペンスイッチおよび１個以上のペンボタンスイッチのオン・オフ情報を得ることができる。

１回の発光信号の増加だけなので、部品の追加もなく、電子ペンの消費電力の増加も少なく押さえることができる。

本発明は、超音波と赤外線を利用する座標検出装置に適用される。通常、超音波信号は、電子ペンから超音波受信器の距離が遠くなるに従って、指数関数的に減衰する。超音波による位置座表検出は通常５０ｐｐｓ、２０ｍｓｅｃごとである。一方、超音波の速度は３３０ｍ／ｓｅｃであるので、例えば０．４ｍ四方の超音波を利用する座標検出装置の場合、超音波受信器と電子ペンの最大検出距離は０．４ｍ×１．４１＝０．５７ｍ程度で、時間にして０．５７ｍ÷３３０ｍ／ｓｅｃ＝１．８ｍｓｅｃである。残りの九割以上の時間は超音波を利用する座標検出には使用していない。この使用していない時間に、赤外線センサで二回目の赤外線信号を受信し、一回目と二回目の間隔時間を測定し、図６信号表に対応したペンスイッチ・ペンボタンスイッチ１・ペンボタンスイッチ２のオン・オフとバッテリー不十分の情報を得る。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。図１〜９は、装置図面が煩雑にならないよう単純な構成を模式的に表現した物である。本発明は、以下の実施例に限定される物ではなく、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構成図を示す。電子ペン４はペンスイッチ７、ペンボタンスイッチ１、ペンボタンスイッチ２を持ち、どれかが押されると赤外線６が電子ペン４から発信され本体１に受信される。同時に超音波５が電子ペン４から発信され距離に比例した時間後本体１に受信される。その後、ペンスイッチ７、ペンボタンスイッチ１、ペンボタンスイッチ２のオン・オフ状態に対応する情報１〜情報９の時間経過後、再度赤外線６が電子ペン４から発信され本体１に受信される。それらの情報は、ＵＳＢケーブル２を経由して接続されたパーソナルコンピュータ３に連絡される。

図２に、本発明の電子ペンの構成図を示す。電子ペン４は先端に筆記状態をセンスするペンスイッチ７、電子ペン４は横にペンボタンスイッチ１、ペンボタンスイッチ２を持つ。電子ペン４は、電池１０から電力を供給され、回路部１１で制御される。赤外線は、赤外線ＬＥＤ１２で発光され、超音波は、超音波発振素子１３から出力される。

図３に、本発明の電子ペンブロック図を示す。ペンスイッチ４は、電子ペンの筆記時の検出に使用し、ペンボタンスイッチ１とペンボタンスイッチ２はマウスモードの浮遊筆記時の検出に使用する。ペンボタンスイッチ２は、マウスモードの左ボタンに使用する。スイッチの情報は個別にマイクロコンピュータに連絡される。このマウスモードの対応は、どちらでもよいように、パーソナルコンピュータ３にはスイッチのオン・オフ情報として連絡する。電池はマイクロコンピュータ経由で他のブロックに電源を供給する。電池は図２の電子ペン構成図の参照符号１０に設けられている。

電池の電圧は電池電圧検出回路で監視され、規定された電圧以下になるとマイクロコンピュータに警報を出す。赤外線ＬＥＤ発光回路は、マイクロコンピュータからの指示で赤外線ＬＥＤ１２を発光させる。超音波発信回路は、マイクロコンピュータからの指示で超音波発振素子１３を振動させ、超音波を出力させる。

電子ペン４は、ペンスイッチ７、ペンボタンスイッチ１、ペンボタンスイッチ２が一つ以上オンであれば、図６に示す信号表の情報１〜情報７を選択し、これを図７に示す赤外線発光信号１タイミング図に従い発光する。
図４に、本発明の本体構成図を示す。本体１は、赤外線センサ１５を１つと、超音波受信素子１５を２つ持ち、ＵＳＢケーブル２でパーソナルコンピュータ３と接続される。

図５に、本発明の本体ブロック図を示す。電子ペンから発信された赤外線発光信号は赤外線センサにより受信され、その信号は、赤外線受信回路で増幅フィルタリングされ、パルス信号になり赤外線信号解析回路に送られる。赤外線信号解析回路は、その信号を２つの超音波距離測定回路とマイクロコンピュータに送る。

電子ペン４から発信された超音波信号は、空気中を約３３０ｍ／ｓｅｃで伝搬し、距離に対応した時間遅れで２つの超音波受信素子１５に受信され、受信された超音波信号は、２つの超音波受信回路で増幅フィルタリングされたサイン波形になり、２つの超音波距離測定回路に送る。これを、図８の超音波信号タイミング図に示す。

２つの超音波距離測定回路は、赤外線信号解析回路からの信号で時間の計測を開始し、２つの超音波受信回路からの信号で、時間の計測を完了し、２つの超音波到達時間をマイクロコンピュータに送る。ここまで、最長１．８ｍｓｅｃで完了する。その後、マイクロコンピュータは、２つの超音波の飛翔時間から、電子ペン４の座標情報を計算する。電子ペン４の座標情報を計算中に、電子ペン４から発信された２回目の赤外線発光信号は赤外線センサ１４により受信され、その信号は、赤外線受信回路で増幅フィルタリングされ、パルス信号になり赤外線信号解析回路に送る。

赤外線信号解析回路は、その信号をマイクロコンピュータに送り、マイクロコンピュータは赤外線信号解析回路からの一回目の信号と二回目の信号の時間間隔を測定し、図７に示した赤外線発光信号１タイミング表から該当する情報１〜情報８を選択し、図６に示した信号表からペンスイッチ、ペンボタンスイッチ１、ペンボタンスイッチ２のオン・オフ状態を得、座標情報とともにＵＳＢ Ｉ．Ｆ．経由でパーソナルコンピュータ３に送る。またバッテリー不十分情報は、図７に示した赤外線発光信号１タイミング表から該当する情報９を選択し、電子ペン４の３種類のスイッチが最低一つ以上オンになった時から始まり、３種類のスイッチが全てオフになったときに完了する二つ以上の状態があることを利用して情報を本体に送る。通常は２ｍｓｅｃごとに最初の赤外線発光信号が送られるが、二回に一回、最初の赤外線発光信号を送らないことにより、バッテリー不十分情報を送る。その場合、赤外線信号解析回路は、二回に一回、擬似的に赤外線発光信号が送られてきたようにふるまい、２つの超音波到達時間を計測する。

図９に示す赤外線発光信号２タイミング図では、図８に示す赤外線発光信号１タイミング図で一回の赤外線発光信号に対応する部分を２回またはそれ以上の赤外線発光信号で対応することにより赤外線センサ１４に外乱光ノイズが入力されても誤動作を防ぐことができる。

本実施例の手書き筆跡入力システム構成図。 本実施例のペン構成図。 本実施例のペンブロック図。 本実施例の本体構成図。 本実施例の本体ブロック図。 本実施例の信号表。 本実施例の赤外線発光信号１タイミング図。 本実施例の超音波信号タイミング図。 本実施例の赤外線発光信号２タイミング図。

符号の説明

１ 本体
２ ＵＳＢケーブル
３ パーソナルコンピュータ
４ 電子ペン
５ 超音波
６ 赤外線
７ ペンスイッチ
８ ペンボタンスイッチ１
９ ペンボタンスイッチ２
１０ 電池
１１ 回路部
１２ 赤外線ＬＥＤ
１３ 超音波発振素子
１４ 赤外線センサ
１５ 超音波受信素子

Claims (2)

1. 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１個以上の超音波発振素子と、発光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、筆記状態であることを検知できるセンサであるペンスイッチと１個以上のペンボタンスイッチを具備する電子ペン、及び、筆記時および浮遊筆記時に該電子ペンから発せられる前記発光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、定期的に発信される前記発光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時および浮遊筆記時での位置座標を検出することのできる本体とを有する筆跡入力システムにおいて、電子ペンの位置座標を得る定期的な時間間隔内に少なくとも発光信号を短時間に２回以上発信し、その発光信号間の時間間隔からペンスイッチおよび１個以上のペンボタンスイッチのオン・オフ情報を得ることができる機能を持つ筆跡入力システム。
2. 前期筆跡入力システムにおいて一回の発光信号が、２つ以上の発光信号から構成されており、信号とノイズとを判定することにより誤動作を防ぐ機能を持つ筆跡入力システム。

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