JP2008293405A - データ入力システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子ペーパに手書き入力された画像を位置情報（電子データ）に変換する簡易なデータ入力システムを提供する。
【解決手段】データ入力システムを、表示面での位置情報を表す光学的に読み取り可能な多数の符号パターンが形成された電子ペーパ１０と、ペン先に設けられ且つ接触により電子ペーパ１０に電界又は磁界を印加して画像を書き込む書き込みヘッドと、ペン先が接触する表示面に形成された符号パターンを光学的に読み取る光学センサ１８と、を備えたペン型書き込み装置１２と、を含んで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、データ入力システムに関する。

近時、紙に代わる表示媒体として、電子ペーパの普及が進められている。電子ペーパは、紙と同様の視認性、柔軟性、携帯性を有すると共に、表示内容を電気的に書き換えることができる。また、電子ペーパは、バックライトが不要で消費電力が少なく、電源の切断後も表示内容を保持することができる。例えば、ツイストボールと呼ばれる２色塗分け粒子の回転により画像を表示する方式、帯電粒子又は磁性粒子の移動により画像を表示する方式等、種々の表示方式の電子ペーパが開発されている。

また、ペン型の書き込み装置を用いて、電子ペーパに手書き入力を行うこともできる。手書き入力された画像を電子データに変換（デジタイジング）するためには、デジタイザと称される座標入力装置が使用される。デジタイザは、一般に、画面上の位置を指示するためのペン型やマウス型の入力装置（例えば、スタイラスペン）と、位置を検出するための板状の検出装置（例えば、タブレット）とで構成されている。タブレット等を備えていない電子ペーパの場合には、電子ペーパを複雑な検出装置に１枚ずつセットして手書き入力を行うことで、デジタイジングを行っている。

例えば、電気と磁気など異なる駆動力により駆動される粒子を描画に用いることにより、電子的な情報書込と手書き入力に利用する駆動力を異なるものとし、手書き入力の際に電子的な情報書込により描画された画像を保持可能とする表示媒体が提案されている。この表示媒体では、手書きは磁気により行い、デジタイジングは電磁誘導方式で行う（特許文献１）。

また、手書き入力時のデジタイジングに音波を用いる方式も提案されている。このデジタイジング方式では、スタイラスペンから音波が発せられ、表示媒体上に配置された複数のセンサにより、スタイラスペンの位置を検出することができる（特許文献２）。

なお、電子ペーパとは異なるが、書き換え可能な表示媒体としては、ロイコ染料を用いた感熱記録紙がある。ロイコ染料を用いた感熱記録紙は、ロイコ染料と顕色剤との可逆的な発色反応を利用して、サーマルヘッドにより書き込み又は消去を行う。このような感熱記録紙に関しては、記録紙上に座標を特定するための模様を予め印刷しておき、記録紙上に印刷された模様を光学的に読み取ることによって、手書き入力された位置を検出するデジタイジング方式が提案されている（特許文献３）。

特開２００５−１３４６２７号公報 特開平８−３６４５６号公報 特開２００２−８２７６４号公報

本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、電子ペーパに手書き入力された画像を位置情報（電子データ）に変換する簡易なデータ入力システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、表示面での位置情報を表す光学的に読み取り可能な多数の符号パターンが形成された透明な表示基板と、前記表示基板に対向する背面基板と、表示基板と背面基板との間に封入され且つ電界又は磁界の印加により動かすことが可能な着色粒子と、を備え、前記着色粒子の動きにより画像を表示する電子ペーパと、ペン先に設けられ且つ接触により前記電子ペーパに電界又は磁界を印加して画像を書き込む書き込みヘッドと、ペン先が接触する表示面に形成された符号パターンを光学的に読み取る光学読取装置と、を備えたペン型書き込み装置と、を含んで構成したことを特徴とするデータ入力システムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のデータ入力システムにおいて、前記ペン型書き込み装置が、読み取ったパターンデータを位置情報に復号する復号手段と、復号された位置情報を記憶する記憶手段と、を更に備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のデータ入力システムにおいて、前記ペン型書き込み装置が、復号された位置情報を外部機器に送信する送信手段を更に備えたことを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は３に記載のデータ入力システムにおいて、ペン型書き込み装置から送信された位置情報を受信する受信手段と、前記電子ペーパに表示した表示画像の画像データ及び前記位置情報をページ識別情報に関連付けて管理するデータベースと、を備えた情報処理装置を、更に備えたことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のデータ入力システムにおいて、前記情報処理装置が、前記位置情報から前記ペン型書き込み装置により書き込まれた手入力画像の画像データを取得し、前記ページ識別情報により関連付けられた前記表示画像の画像データと前記手入力画像の画像データとを合成する画像処理手段を、更に備えたことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、表示面での位置情報を表す光学的に読み取り可能な多数の符号パターンが形成された透明な表示基板と、前記表示基板に対向する背面基板と、表示基板と背面基板との間に封入され且つ電界又は磁界の印加により動かすことが可能な着色粒子と、を備え、前記着色粒子の動きにより画像を表示する電子ペーパと、ペン先に設けられ且つ接触により前記電子ペーパに電界又は磁界を印加して画像を書き込む書き込みヘッドと、ペン先が接触する表示面に形成された符号パターンを光学的に読み取る光学読取装置と、読み取ったパターンデータを外部機器に送信する送信手段と、を備えたペン型書き込み装置と、ペン型書き込み装置から送信されたパターンデータを受信する受信手段と、受信したパターンデータを位置情報に復号する復号手段と、復号された位置情報を記憶する記憶手段と、前記電子ペーパに表示した表示画像の画像データ及び前記位置情報をページ識別情報に関連付けて管理するデータベースと、を備えた管理装置と、を含んで構成したことを特徴とするデータ入力システムである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６までのいずれか１項に記載のデータ入力システムにおいて、前記光学的に読み取り可能な符号パターンが、情報単位となるブロック内に一定数の複数ドットを選択的に配置した符号パターンであることを特徴としている。

上記の請求項１に記載の発明によれば、電子ペーパを複雑な検出装置に１枚ずつセットして手書き入力を行うことでデジタイジングを行う従来のシステムに比べ、簡易な構成で、電子ペーパに手書き入力された画像を位置情報（電子データ）に変換することができる、という効果がある。

請求項２に記載の発明によれば、ペン型書き込み装置が携帯可能となる、という効果がある。

請求項３に記載の発明によれば、ペン型書き込み装置で取得した位置情報を、外部機器で利用することができる、という効果がある。

請求項４に記載の発明によれば、表示画像に手書き入力された画像の位置情報を、表示画像の画像データの関連情報として管理することができる、という効果がある。

請求項５に記載の発明によれば、手書き入力により上書きされた表示画像を、電子ペーパに再度表示することができる、という効果がある。

請求項６に記載の発明によれば、簡易な構成で、電子ペーパに手書き入力された画像を位置情報（電子データ）に変換することができると共に、表示画像に手書き入力された画像の位置情報を、表示画像の画像データの関連情報として管理することができる、という効果がある。

請求項７に記載の発明によれば、目立たない符号パターンで位置情報を表すことができる、という効果がある。

請求項８に記載の発明によれば、表示画像の画質を損なわない、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

＜データ入力システム＞
図１は本発明の実施の形態に係るデータ入力システムの構成を示す概略図である。このデータ入力システムは、画像を表示する矩形シート状の電子ペーパ１０と、電子ペーパ１０に表示画像を手書き入力するペン型書込装置１２と、を備えている。ペン型書込装置１２により、電子ペーパ１０に表示された画像上に、手書き入力を行うこともできる。また、電子ペーパ１０に表示された画像を消去して、何度でも新たな画像を書き込むことができる。なお、電子ペーパ１０の詳細な構成については後述する。

電子ペーパ１０の画像を表示する表示面には、位置情報を表す符号パターンが多数形成されている。例えば、表示面をＸＹ座標等の二次元座標系で表した場合には、符号パターンはＸ座標とＹ座標とを表す。一方、ペン型書込装置１２には、手書き入力を行う間に、所定時間毎にペン先近傍の表示面の画像を撮像して、撮像範囲にある符号パターンを光学的に読み取る光学センサ１８が設けられている。ペン型書込装置１２では、光学センサ１８により読み取った符号パターンを復号して、ペン先の位置情報（軌跡）を次々に取得する。これにより、手書き入力データを取得することができる。

ペン型書込装置１２は、コンピュータ１４に接続されている。コンピュータ１４は、文書データや手書き入力データの管理、文書画像と手書き入力画像の合成等の画像処理、印刷指示などを行う。ペン型書込装置１２により取得された手書き入力データは、コンピュータ１４に入力されて、図示しない記憶装置に記憶される。電子ペーパ１０に表示された文書画像上に手書き入力が行われた場合には、手書き入力データは文書データに関連付けて記憶される。コンピュータ１４には、コンピュータ１４からの印刷指示に応じて電子ペーパ１０に表示画像を書き込むプリンタ型書込装置１６が接続されている。また、プリンタ型書込装置１６では、電子ペーパ１０の表示画像を一括消去することもできる。

図２（Ａ）〜（Ｄ）は電子ペーパ１０に表示された画像を示す概略図である。以下では、電子ペーパ１０に表示された文書画像上に、ペン型書込装置１２で手書き入力を行う場合について説明する。

まず、プリンタ型書込装置１６により、電子ペーパ１０に文書画像を書き込む。電子ペーパ１０には、図２（Ａ）に示す文書画像が表示される。次に、ペン型書込装置１２により、表示画像上に手書き入力を行う。手書き入力された画像は、図２（Ｂ）に示すように「Ａ」という文字を表す画像である。このとき、電子ペーパ１０には、図２（Ｃ）に示す上書き画像が表示される。上書き画像は、図２（Ａ）に示す文書画像に、図２（Ｂ）に示す手書き入力画像が合成された画像である。

次に、プリンタ型書込装置１６で、電子ペーパ１０の表示画像を一括消去する。図２（Ｄ）に示すように、電子ペーパ１０は白紙（無表示状態）に戻る。記憶装置と一体化されていない電子ペーパ１０では、通常、無電源で、図２（Ｃ）に示す上書き画像を再度表示することはできない。しかしながら、本実施の形態では、手書き入力データは文書データと関連付けて記憶されているので、コンピュータ１４で、文書画像と手書き入力画像とを合成する画像処理を行って、プリンタ型書込装置１６により、電子ペーパ１０に合成された画像を書き込むことができる。このとき、電子ペーパ１０には、図２（Ｃ）に示す上書き画像が再び表示される。

＜符号パターン＞
図３は電子ペーパ１０の表示面の部分拡大図である。電子ペーパ１０の表示面には、位置情報を表す符号パターンが多数形成されている。これらの符号パターンは、可視のインクやトナーで形成されていても良いが、表示画像の画質を損なわないように、赤外や紫外に吸収を持つ不可視のインクやトナーで形成することが好ましい。

図４は符号パターンの一例を示す図である。この例では、符号パターンは、サイズが１２×１２ピクセルのブロック内に９つのドット（印字領域）を設けている。この９つのドットの中からいずれか２つを選択して情報を表示する。なお、９つの中から２つを選ぶ組み合わせは３６通りなので、２を底とするログを取ると、約５．１７ビットとなる。

印字領域と印字領域の間には２ピクセルの間隔が置かれている。６００ＤＰＩのプリンタで印刷する場合、各ドットは、２ピクセル×２ピクセルで構成されるのが適当である。以下、このドットサイズで説明するが、もちろん、このほかのドットサイズで表現しても良い。この符号パターンは、１２×１２ピクセル＝１４４ピクセル中に、２×２＝４ピクセルを２個埋め込むので、１ブロックの濃度は５．５６％となる。また、情報量は、５．１７／１４４で、０．０３６ビット／ピクセルとなる。

図５は図４に示す符号パターンとパターン値とを示す図である。図５には、９つのドット印字領域から２つを選択する組み合わせの符号パターンを示す。ブロックの下の示す数字は、そのパターンが示すパターン値を示している。なお、図５では、図４に示す余白の部分を省略して示している。また、９つの中から２つを選ぶ組み合わせの数は数学記号では「_９Ｃ_２」と標記されることから、以下ではこの符号パターンを９Ｃ２パターンと呼ぶ。

図３の例では、電子ペーパ１０の表示面には、この９Ｃ２パターンが多数形成されている。この符号パターンでは、複数ドットで１つの情報を表現することで、目立たず且つ情報量を増やすことができる。また、図４に示すように、ドットとドットの間に間隔を設けているので、読み取りエラーを低減することができ、符号パターンを正確に読み取ることができる。

＜電子ペーパ＞
図６は電子ペーパ１０の概略構成を示す部分断面図である。また、図７（Ａ）は電子ペーパへの画像の書込時の状態を示す図であり、図７（Ｂ）は画像の消去時の状態を示す図である。

電子ペーパ１０は、透明な表示基板２０と背面基板２２とを備えている。表示基板２０は、背面基板２２に対し所定間隔を隔てて対向するように配置されている。表示基板２０と背面基板２２との間には、半球ごとに白と黒に塗り分けられた２色回転粒子２４と透明液体２６とが封入されている。また、既に述べた通り、表示基板２０の表面には、位置情報を表す符号パターン２８が多数形成されている。

２色回転粒子２４は、例えば、白側はＮ極、黒側がＳ極というように、２色間で磁化状態が異なる１０〜１００μｍの粒子である。磁軸は色境界面に対して略垂直である。電子ペーパ１０に磁界を印加すると、磁性を帯びた２色回転粒子２４が回転し、半球面のどちらか一方が表示基板２０側に向く。回転した２色回転粒子２４は、磁界を解除しても回転状態が保持される。印加する磁界の極性を変えることにより、他方の半球面が表示基板２０側に向き、異なる色を表示することができる。

図６に示すように、白側はＮ極、黒側がＳ極とされた２色回転粒子２４を用いた場合には、全部の２色回転粒子２４のＮ極に帯磁した白側を表示基板２０側に向けて、電子ペーパ１０を白紙（無表示状態）にする。ペン型書込装置１２で手書き入力を行う場合には、表示基板２０側から電子ペーパ１０に磁石を近づける。

図７（Ａ）に示すように、表示基板２０側から磁石３０のＮ極を電子ペーパ１０に近付けると、２色回転粒子２４のＳ極に帯磁した黒側が表示基板２０側に向き、白色背景に黒色画像が表示される。図７（Ｂ）に示すように、電子ペーパ１０の黒色画像が表示された部分に、表示基板２０側から磁石３０のＳ極を近付けると、２色回転粒子２４のＮ極に帯磁した白側が表示基板２０側に向き、黒色画像が消去される。

＜プリンタ型書込装置＞
図８はプリンタ型書込装置１６の外観を示す斜視図である。図９は図８に示す書込装置の構成を示す概略図である。図１０は図９に示す書込装置の磁気記録ヘッドの構成を示す概略図である。

図８に示すように、プリンタ型書込装置１６は、ケーシング３２を備えている。ケーシング３２には、１つの側面に挿入口３４が形成され、これに対向する側面に排出口３６が形成されている。これら挿入口３４及び排出口３６は、シート状の電子ペーパ１０が通過できるようにスリット状に形成されている。ケーシング３２には、挿入口３４側に挿入台３８が設けられ、排出口３６側に排出トレイ４０が設けられている。電子ペーパ１０は、表示基板２０側を図面上方へ向けて挿入台３８にセットされ、挿入口３４に挿入される。

図９に示すように、ケーシング３２内には、所定の回転速度で回転駆動される複数のローラ対４２が設けられている。この例では、ローラ対４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの３対が設けられており、これらを総称するときには、ローラ対４２という。これらのローラ対４２により、挿入口３４と排出口３６との間に、電子ペーパ１０を案内搬送する搬送路が形成される。挿入口３４から挿入された電子ペーパ１０は、ローラ対４２Ａに挟持されることによりケーシング３２内に引入れられ、ケーシング３２内を一定速度で搬送された後、ローラ対４２Ｃに挟持されて排出口３６から排出トレイ４０上へ送り出される。

また、ケーシング３２内には、挿入口３４側のローラ対４２Ａ、４２Ｂの間に、多数の磁石４４Ａを備えた消去ヘッド４４が設けられている。消去ヘッド４４は、電子ペーパ１０の搬送路の下方に配置されている。消去ヘッド４４の磁石４４Ａは、電子ペーパ１０の搬送路の側に向けられている。多数の磁石４４Ａは、電子ペーパ１０の搬送方向と直交する方向である幅方向の全域に対向するように、一次元アレイ状に配列されている。

プリンタ型書込装置１６で一括消去を行う場合には、背面基板２２側から電子ペーパ１０に磁石を近づける。ここでは、図６に示すように、白側はＮ極、黒側がＳ極とされた２色回転粒子２４を用いた場合について説明する。消去ヘッド４４で画像を消去するときには、電子ペーパ１０の背面基板２２側に、消去ヘッド４４の磁石４４ＡのＮ極を近付けることにより、全部の２色回転粒子２４のＮ極に帯磁した白側を表示基板２０側に向けて、電子ペーパ１０を白紙（無表示状態）にすることができる。

一方、排出口３６側のローラ対４２Ｂ、４２Ｃの間には、画素サイズの磁石４６Ａを多数備えた磁気記録ヘッド４６が設けられている。磁石４６Ａの各々は、内部のコイルに流れる電流の向きにより磁極が反転する電磁石である。磁気記録ヘッド４６は、電子ペーパ１０の搬送路の下方に配置されている。磁気記録ヘッド４６の磁石４６Ａは、電子ペーパ１０の搬送路の側に向けられている。多数の磁石４６Ａは、電子ペーパ１０の搬送方向と直交する方向である幅方向の全域に対向するように、一次元アレイ状に配列されている。

プリンタ型書込装置１６で書き込みを行う場合には、背面基板２２側から電子ペーパ１０に磁石を近づける。ここでは、図６に示すように、白側はＮ極、黒側がＳ極とされた２色回転粒子２４を用いた場合について説明する。磁気記録ヘッド４６で画像を記録するときには、図１０に示すように、コンピュータ１４から入力された画像データに応じて、磁気記録ヘッド４６の磁石４６ＡをＳ極又はＮ極に磁化する。そして、電子ペーパ１０の背面基板２２側に、磁化された磁石４６Ａを近付ける。

磁石４６ＡがＳ極に帯磁している場合には、２色回転粒子２４のＳ極に帯磁した黒側が表示基板２０側に向き、黒色画素が形成される。磁石４６ＡがＮ極に帯磁している場合には、２色回転粒子２４は回転せず、Ｎ極に帯磁した白側が表示基板２０側に向いたままで、白色画素が維持される。こうして、電子ペーパ１０には、画像データに応じた画像が表示され、表示された画像が保持される。

＜ペン型書込装置＞
図１１（Ａ）はペン型書込装置１２の構成を示す概略図であり、図１１（Ｂ）はペン型書込装置１２に設けられた光学センサ１８の構成を示す概略図である。ペン型書込装置１２は、ペン形状のケース５０を備えている。前記の光学センサ１８は、ペン先４８近傍のケース５０の側部に設けられている。ケース５０内には、マイクロプロセッサ５２、磁気記録ヘッド５４、及び圧力センサ５６が内蔵されている。マイクロプロセッサ５２は、光学センサ１８に接続されると共に、磁気記録ヘッド５４に接続されている。圧力センサ５６は、磁気記録ヘッド５４に接続されると共に、マイクロプロセッサ５２に接続されている。

光学センサ１８は、電子ペーパ１０の表示基板２０に光を照射する光源５８と、表示基板２０の表面を撮像する撮像部６０とで構成されている。光源５８はＬＥＤ等の発光素子で構成されている。また、撮像部６０は、ＣＣＤなどの撮像素子６０Ａと、レンズを含む撮像光学系６０Ｂとで構成されている。例えば、光源５８として赤外ＬＥＤを用いる場合には、撮像素子６０Ａとして赤外領域に感度を有するＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の撮像素子を使用する。

光学センサ１８は、これらの構成により、手書き入力を行う間に、所定時間毎にペン先４８近傍の表示面の画像を撮像して、予め設定された撮像範囲にある符号パターンを光学的に読み取る。例えば、図１１（Ａ）では、斜線領域Ａが撮像範囲として設定されている。上述した９Ｃ２パターン（図４参照）を符号パターンとして用いた場合には、光学センサ１８により、図１４に示すような画像が撮像される。

マイクロプロセッサ５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び外部機器に接続するための入出力ポートを備えている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力ポートは、バスを介して相互に接続されている。ＲＯＭに記憶された制御プログラムが、ワークエリアであるＲＡＭに読み込まれて実行される。ＣＰＵは、ＲＡＭに読み込まれたプログラムに基づいて動作する。ＲＯＭには、符号パターンの復号処理を実行する制御プログラムが記憶されている。マイクロプロセッサ５２は、これらの構成により、光学センサ１８が読み取った符号パターンを復号して、ペン先の位置情報を次々に取得する。符号パターンの復号処理については後述する。

圧力センサ５６は、ペン型書込装置１２のペン先４８が電子ペーパ１０の表示面に接触しているか否か（ペンダウン）を圧力により検出する。ペン先４８が表示面に接触することにより、ペン先４８に加わる圧力が圧力センサ５６に伝達される。圧力センサ５６はこの圧力を感知して、ペンダウン信号をマイクロプロセッサ５２に入力する。マイクロプロセッサ５２は、ペンダウン信号が入力されると、磁気記録ヘッド５４への電源の供給を開始し、符号パターンの復号処理を開始する。

図１２（Ａ）はペン型書込装置１２の磁気記録ヘッド５４の書込時の状態を示す図であり、図１２（Ｂ）は消去時の状態を示す図である。この磁気記録ヘッド５４は、芯材に導線をコイル状に巻いて形成されたコイル６２と、コイル６２に直流電流を流す電源６４と、電流の向きを切り替えるスイッチ６６と、を備えている。電源６４からコイル６２に直流電流を流すと、電磁誘導によりコイル６２は磁石（電磁石）になる。従って、コイル６２の芯材の先端部が、ペン型書込装置１２のペン先４８となる。なお、電源６４は、図示しないスイッチにより、圧力センサ５６がペンダウンを検出したときにオンになる。

コイル６２の磁界の向きは電流の向きによって決まる。スイッチ６６によりコイル６２に流れる電流の向きを切り替えると、ペン先４８の磁極はＳ極からＮ極へと切り替わる。例えば、図６に示すように、白側はＮ極、黒側がＳ極とされた２色回転粒子２４を用いた場合には、図１２（Ａ）に示すように、ペン先４８の磁極をＮ極にして、表示基板２０側からペン先４８を電子ペーパ１０に近付けて書き込みを行い、図１２（Ｂ）に示すように、ペン先４８の磁極をＳ極にして、表示基板２０側からペン先４８を電子ペーパ１０に近付けて画像を消去する。

図１３（Ａ）及び（Ｂ）はペン型書込装置の磁気記録ヘッドの他の一例を示す図である。この例では、磁気記録ヘッド５４は、芯材に導線をコイル状に巻いて形成されたコイル６２と、コイル６２に直流電流を流す電源６４と、電流の向きを切り替えるスイッチ６６と、コイル６２の芯材の先端部の近傍に配置された永久磁石６８と、を備えている。

永久磁石６８は、一方の半球側はＮ極、他方の半球側はＳ極というように、半球ごとに磁性が異なる球状の永久磁石である。この球状の永久磁石６８は、図示しない保持部材により、ペン型書込装置１２のペン先４８に回転可能に保持されている。電源６４からコイル６２に直流電流を流すと、電磁誘導によりコイル６２は磁石（電磁石）になり、球状の永久磁石６８を回転させる。

スイッチ６６によりコイル６２に流れる電流の向きを切り替えると、ペン先４８の磁極はＳ極からＮ極へと切り替わる。例えば、図１３（Ａ）に示すように、コイル６２の芯材の先端部の磁極をＮ極にすると、永久磁石６８はＳ極側が芯材の方を向くように回転して、ペン先４８の磁極はＮ極になる。また、図１３（Ｂ）に示すように、コイル６２の芯材の先端部の磁極をＳ極にすると、永久磁石６８はＮ極側が芯材の方を向くように回転して、ペン先４８の磁極もＳ極になる。このように永久磁石６８の回転を利用する場合には、永久磁石６８を回転させるときにだけ電源６４をオンにすれば良く、消費電力を低減することができる。

また、本実施の形態では、マイクロプロセッサ５２は、コンピュータ１４に接続されている。コンピュータ１４に接続することで、マイクロプロセッサ５２に蓄積したデータを、コンピュータ１４に出力することができる。なお、図１等に示すように、本実施の形態では、マイクロプロセッサ５２とコンピュータ１４とをインターフェースを介してケーブルで有線接続しているが、コンピュータ１４と無線で通信するようにしてもよい。また、ペン型書込装置１２に電力を供給する電源、電源をオンオフするスイッチ、書込／消去の切替えを行うスイッチは、図示を省略した。

＜符号パターンの復号方法＞
次に、符号パターンの復号方法について説明する。
ペン型書込装置１２の光学センサ１８は、手書き入力を行う間に、所定時間毎にペン先４８近傍の表示面の画像を撮像して、予め設定された撮像範囲にある符号パターンを光学的に読み取る。光学センサ１８により読み取られた画像データは、マイクロプロセッサ５２に入力される。マイクロプロセッサ５２は、以下の手順で符号パターンを復号して、ペン先の位置情報を取得する。

まず、図１５に示すように、読み取った画像にブロックフレームを重ね合わせ、ブロックの区切りを検出する。ブロックフレームは、埋め込まれた情報を復号する際に必要となる最小の単位であり、本実施の形態では５×５ブロックのフレームが使用される。図１６に示すように、ブロックフレームを移動させて、各ブロック内に印字されたドット数が２となる位置を探索する。図１６に示すようにブロックフレームを検出開始位置から１ラインずつ右、下に移動させていき、ブロック内のドット数が２となる位置を検出する。この処理の詳細については後ほど詳述する。

次に、符号パターンに含まれる同期符号を検出する。同期符号により、符号パターンの向きや、ブロック内で情報を復号する際の基準点を判定する。図１７（Ａ）〜（Ｄ）は同期符号の符号パターンを示す図である。同期符号には、図５に示す符号パターンのうち、パターン値３２〜３５のパターンが使用される。パターン値３２〜３５の符号パターンは、図１７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、どれか１つのパターンを選択したとき、他の３つのパターンは、選択されたパターンを９０度、１８０度、２７０度回転したパターンと一致している。同様に、パターン値４〜７、８〜１１、１２〜１５、１６〜１９、２０〜２３、２４〜２７、２８〜３１の符号パターンの組合せも利用することができる。

次に、同期符号から符号パターンの方向を補正する。例えば、図１８に示すように、上述した５×５のブロックフレームの決められた位置に、パターン値３２〜３５の同期符号の何れか１つを入れておく。ここでは、パターン値３２の同期符号を５×５ブロックの左上に挿入した例について説明する。ここで、例えば、図１８に示すように、読み込んだ画像からパターン値３５の同期符号を検出した場合、パターン値３５の符号パターンをパターン値３２の符号パターンに変換するために、画像を右方向に９０度回転させる。パターン値３５の符号パターンは、図１７に示すように、パターン値３２の符号パターンを右方向に２７０度回転させた画像である。これによって正しい方向で情報を復元することが可能となる。

次に、ブロックフレーム内の符号パターンから符号パターンを復号して、ペン先の位置情報を取得する。図１９はブロックフレーム内での符号パターンの配置の一例を示す図である。ブロックフレーム内には、同期符号の符号パターンと、電子ペーパ１０の表示面での座標値を示す符号パターンとが埋め込まれている。図１９には、これらの符号パターンの基本となる配置の例が示されている。ページ上のＸ座標を示す符号パターンは、同期符号を含むラインであって、Ｘ軸方向に並行するブロックに記録される。同様に、Ｙ座標を示す符号パターンは、同期符号を含むラインであって、Ｙ軸方向に並行するブロックに記録される。この基本構成を、電子ペーパ１０の表示面全体に配置する。

Ｘ座標とＹ座標には、電子ペーパ１０の表示面全体に渡るＭ系列と呼ばれる数列を使う。Ｍ系列はある長さの周期を持つ数列であり、その部分数列をとると、他の部分数列と一致することがない。この性質を利用して、全数列の中での部分数列の位置を特定できる。部分数列の長さをｎとするとき、全数列の長さは、２ｎ−１となる。このとき、全数列は表示面全体を表現し、部分数列は、基本構成のブロック数で表現される数列を選択する。

Ｘ座標の復号では、同期符号を含む行のブロックを、同期符号をスキップして読み出す。また、Ｙ座標の復号では、同期符号を含む列のブロックを、同期符号をスキップして読み出す。この順番に読み出すことで、Ｘ座標、Ｙ座標の復号が可能となる。

＜ペン型書込装置の復号処理機能＞
図２０はペン型書込装置１２に搭載されたマイクロプロセッサ５２の構成を示す機能ブロック図である。マイクロプロセッサ５２は、ドット配列検出部７０、ブロックフレーム検出部７２、同期符号検出部７４、ペンダウン検出部７６、画像回転判定部７８、ビット情報回転変換部８０、Ｘ座標符号検出部８２、Ｘ座標復号部８４、Ｙ座標符号検出部８６、Ｙ座標復号部８８、座標情報バッファ９０、及び座標情報出力部９２を備えている。

ペン型書込装置１２の光学センサ１８により読み取られた画像データは、マイクロプロセッサ５２のドット配列検出部７０に入力される。また、ペン型書込装置１２の圧力センサ５６によりペンダウンが検出されると、マイクロプロセッサ５２のペンダウン検出部７６にペンダウン信号が入力される。ペンダウン検出部７６はペンダウン信号の入力を確認する。ペンダウン信号の入力が確認されると、ドット配列検出部７０は、読み取られた画像データからドットを検出し、ドットの座標値をＲＡＭ等のメモリに記録する。メモリには、ドットの配置情報であるドット配列が記録される。

ブロックフレーム検出部７２は、メモリに展開されたドット配列にブロックフレームを重ね合わせ、各ブロック内のドット数が２となるようにブロックフレームの位置を調整する。同期符号検出部７４は、同期符号を検出する。画像回転判定部７８は、画像の回転を判定する。ビット情報回転変換部８０は、画像回転判定部７８で検出された回転角度だけ符号パターンを回転させて、符号パターンを正しい向きに設定する。

Ｘ座標符号検出部８２は、Ｘ座標を表す符号パターンを検出する。Ｘ座標復号部８４は、Ｘ座標の符号パターンを復号する。Ｙ座標符号検出部８６は、Ｙ座標を表す符号パターンを検出する。Ｙ座標復号部８８は、Ｙ座標の符号パターンを復号する。座標情報バッファ９０は、復号されたＸ座標、Ｙ座標のデータ（座標情報）をＲＡＭ等のメモリに一時的に記憶する。座標情報出力部９２は、座標情報バッファ９０に記憶された座標情報を、手書き入力データとして、コンピュータ１４に出力する。

＜手書き入力画像の合成処理＞
次に、コンピュータ１４で実行される手書き入力画像の合成処理について説明する。
コンピュータ１４は、図２１に示すように、ＣＰＵ９４、ＲＯＭ９６、ＲＡＭ９８、入出力ポート１００、及びメモリ１０２を備えている。ＣＰＵ９４、ＲＯＭ９６、ＲＡＭ９８、入出力ポート１００、及びメモリ１０２は、バス１０４を介して相互に接続されている。ＲＯＭ９６に記憶された制御プログラムが、ワークエリアであるＲＡＭ９８に読み込まれて実行される。ＣＰＵ９４は、ＲＡＭ９８に読み込まれた制御プログラムに基づいて動作する。ＲＯＭ９６には、手書き入力画像の合成処理を実行する制御プログラムが記憶されている。

メモリ１０２には、文書データを管理する文書管理データベース１０６が設けられている。電子ペーパ１０に表示された文書画像上に手書き入力が行われた場合には、ページ識別情報（ページＩＤ）等により、手書き入力データは元の文書データに関連付けられて、文書管理データベース１０６に記憶される。コンピュータ１４は、これらの構成により、文書画像と手書き入力画像とを合成する画像処理を行う。そして、プリンタ型書込装置１６により、電子ペーパ１０に合成画像を書き込み、上書き画像を再び表示する。

図２２はコンピュータ１４が画像処理装置として機能する場合の機能ブロック図である。コンピュータ１４は、座標情報入力部１１０、手書き入力画像生成部１１２、文書データ入力部１１４、文書画像生成部１１６、画像合成部１１８、及び画像データ出力部１２０を備えている。

座標情報入力部１１０は、文書データに関連付けられた手書き入力データ（電子ペーパ１０の表示面上でのＸ軸の座標情報、Ｙ軸の座標情報）を、手書き入力画像生成部１１２に出力する。手書き入力画像生成部１１２は、手書き入力データをラスタ展開して１ページ分の画像データを生成し、生成した画像データを画像合成部１１８に出力する。また、文書データ入力部１１４は、電子ペーパ１０に表示する文書データを文書画像生成部１１６に出力する。文書画像生成部１１６は、文書データをラスタ展開して１ページ分の画像データを生成し、生成した画像データを画像合成部１１８に出力する。

画像合成部１１８は、手書き入力画像生成部１１２から入力される画像データに、文書画像生成部１１６から入力される画像データを重畳した画像データを生成し、得られた画像データを画像データ出力部１２０に出力する。画像データ出力部１２０は、印刷指示と共に、この画像データをプリンタ型書込装置１６に出力する。これにより、プリンタ型書込装置１６において、画像データに応じて電子ペーパ１０への書き込みが行われる。これにより、文書画像上に手書き入力画像が合成された上書き画像が、電子ペーパ１０に表示される。

＜表示方式の変形例＞
上記の実施の形態では、磁界の印加により白と黒に塗り分けられた２色回転粒子が回転して白黒画像を表示する、所謂「磁気ツイストボール方式」の電子ペーパに書き込みをする例について説明したが、磁気ツイストボール方式の電子ペーパには限定されない。表示面の符号パターンを光学的に読み取ることに支障がない表示方式であれば、いかなる表示方式の電子ペーパにも本発明を適用することができる。

他の表示方式としては、例えば、一対の基板間に分散液と帯電粒子とを封入し、電圧を印加することにより帯電粒子を電気泳動させて画像を表示する「電気泳動方式」、一対の基板間に分散液と磁性粒子とを封入し、磁界を印加することにより磁性粒子を磁気泳動させて画像を表示する「磁気泳動方式」、半球ごとに白と黒に塗り分けられた回転粒子の向きを電界により制御して白黒画像を表示する「電気ツイストボール方式」、等が挙げられる。

また、上記の実施の形態では、磁界の印加により２色回転粒子を回転させて画像を表示した後に、再び磁界を印加して同じ２色回転粒子を回転させて書き込み（追記）を行う例について説明したが、表示画像を表示したのとは異なる表示方式で追記を行うこともできる。異なる表示方式で追記を行う方が、元の表示画像を損なうことがない。

例えば、一対の基板間に分散液と帯電粒子と磁性粒子とを封入し、磁界の印加により磁性粒子を磁気泳動させて画像を表示した後に、電界の印加により帯電粒子を電気泳動させて、表示画像に異なる画像を追記することもできる。同様に、電界の印加により帯電粒子を電気泳動させて画像を表示した後に、磁界の印加により磁性粒子を磁気泳動させて、表示画像に異なる画像を追記することもできる。

電界の印加により帯電粒子を電気泳動させて画像を表示する方式では、移動に必要な電圧が異なる赤、青、黄の３原色の帯電粒子を用いることにより、カラー画像を表示することができる。また、同時に、磁界の印加により回転する２色回転粒子を用いることで、表示したカラー画像に追記することも可能である。

図２３はカラー画像に追記が可能な電子ペーパの概略構成を示す部分断面図である。この電子ペーパ１０は、透明な表示基板２０と背面基板２２とを備えている。表示基板２０は、背面基板２２に対し所定間隔を隔てて対向するように配置されている。表示基板２０と背面基板２２との間には、半球ごとに白と黒に塗り分けられた２色回転粒子２４、赤色の帯電粒子２５Ｍ、青色の帯電粒子２５Ｃ、黄色の帯電粒子２５Ｙ、及び透明液体２６が封入されている。また、表示基板２０の表面には、位置情報を表す符号パターン２８が多数形成されている。

２色回転粒子２４は、白側はＮ極、黒側がＳ極というように、２色間で磁化状態が異なる１０〜１００μｍの粒子である。赤色の帯電粒子２５Ｍ、青色の帯電粒子２５Ｃ、黄色の帯電粒子２５Ｙは、正又は負に帯電させた１０〜１００μｍの粒子である。ここで、赤色の帯電粒子２５Ｍを移動させるために必要な印加電圧Ｖ１（絶対値）と、青色の帯電粒子２５Ｃを移動させるために必要な印加電圧Ｖ２（絶対値）と、黄色の帯電粒子２５Ｙを移動させるために必要な印加電圧Ｖ３（絶対値）は、それぞれ異なっている。

例えば、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３とすると、赤色を表示させたい場合には、電圧Ｖ１を印加して帯電粒子２５Ｍを表示基板２０側に移動させる。青色を表示させたい場合には、電圧Ｖ２を印加して帯電粒子２５Ｍ、２５Ｃを表示基板２０側に移動させた後に、逆方向に電圧Ｖ１を印加して、帯電粒子２５Ｍを背面基板２２側に移動させる。黄色を表示させたい場合には、電圧Ｖ３を印加して３色の帯電粒子２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｙを表示基板２０側に移動させた後に、逆方向に電圧Ｖ２を印加して、他の２色の帯電粒子２５Ｍ、２５Ｃを背面基板２２側に移動させる。なお、図２３は黄色を表示した状態を示している。

このように、画像データに応じて画素毎に印加電圧を変化させることで、電子ペーパ１０にカラー画像を表示することができる。また、電子ペーパ１０に表示されたカラー画像上には、上記の実施の形態と同様に、磁気記録ヘッドを備えたペン型書込装置１２により、２色回転粒子２４を回転させて手書き入力を行うことができる。

＜符号パターンの変形例＞
上記の実施の形態では、図４に示すように、サイズが１２×１２ピクセルのブロック内に９つのドット（印字領域）を設けて、この９つのドットの中からいずれか２つを選択して情報を表示する符号パターン（９Ｃ２パターン）を用いる例について説明したが、ペン先の位置情報を光学的に読み取ることが可能な符号パターンであればよく、この符号パターンには限定されない。同様に、情報単位となるブロック内に、一定数の複数ドットを選択的に配置した符号パターンであっても、ブロックのサイズ、ドット（印字領域）の配置、選択するドット（印字ドット）の数は、適宜変更することができる。

また、図２４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、従来公知の符号パターンを用いてもよい。図２４（Ａ）に示す符号パターンでは、仮想的な格子枠を配置し、この格子の交差点で区切られる４つの領域のいずれか１つにドットを配置する。これにより４種類のパターンを表現することが可能となり、２ビットを表現することができる（特表２００３−５１１７６２号公報）。また、図２４（Ｂ）に示す符号パターンでは、グリフコードと呼ばれる右斜めと左斜めの直線で１ビットを表現している（特開平９−１８５６６９号公報）。図２４（Ｃ）に示す符号パターンでは、直線と鍵型のグラフィックパターンの組み合わせによって情報を表現している（特開２００４−１５２２７３号公報）。また、図２４（Ｄ）に示す符号パターンでは、ドットのオンオフによって情報を表現している（特許番号２８３３９７５号公報）。

また、上記の実施の形態では、符号パターンを表示基板の表面に形成する例について説明したが、光学的に読み取ることができればよく、表示基板の内部や表示基板の裏面に形成することもできる。

＜復号処理の変形例＞
上記の実施の形態では、ペン型書込装置に搭載されたマイクロプロセッサにより、光学センサで読み取った符号パターンを復号して、ペン先の位置情報を取得する例について説明したが、読み取った画像データをコンピュータに入力して、コンピュータ側で符号パターンの復号処理を行うこともできる。

＜ページ識別情報の表示＞
上記の実施の形態では、ページ識別情報（ページＩＤ）の取得方法について説明していないが、例えば、図２（Ａ）に示すように、電子ペーパ１０に文書画像を表示する際に、表示面の右上隅など表示画の一部にページ識別情報を同時に表示しておいて、図１に示すように手書き入力を行う前後に、ペン型書込装置１２の光学センサ１８でページ識別情報を読み取って、ペン型書込装置１２にページ識別情報を認識させることで、手書き入力データを元の文書データに関連付けて記憶することができる。

本発明の実施の形態に係るデータ入力システムの構成を示す概略図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は電子ペーパに表示された画像を示す概略図である。 電子ペーパの表示面の部分拡大図である。 電子ペーパの構成を示す部分断面図である。 （Ａ）は電子ペーパへの画像の書込時の状態を示す図であり、（Ｂ）は画像の消去時の状態を示す図である。 プリンタ型書込装置の外観を示す斜視図である。 図６に示す書込装置の構成を示す概略図である。 図７に示す書込装置の磁気記録ヘッドの構成を示す概略図である。 （Ａ）はペン型書込装置の構成を示す概略図であり、（Ｂ）ペン型書込装置に設けられた光学センサの構成を示す概略図である。 （Ａ）はペン型書込装置の磁気記録ヘッドの書込時の状態を示す図であり、（Ｂ）は消去時の状態を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はペン型書込装置の磁気記録ヘッドの他の一例を示す図である。 符号パターンの一例を示す図である。 符号パターンとパターン値とを示す図である。 光学センサの読み取り画像を示す図である。 ドットパターン上にブロックフレームを重ね合わせた状態を示す図である。 ブロックフレームを移動させてブロックの区切りを検出する手順を示す図である。 同期符号パターンを示す図である。 同期符号から符号パターンの方向を補正する方法を説明するための説明図である。 ブロックフレーム内での符号パターンの配置を示す図である。 ペン型書込装置に搭載されたマイクロプロセッサの構成を示す機能ブロック図である。 コンピュータの構成を示すブロック図である。 コンピュータが画像処理装置として機能する場合の機能ブロック図である。 カラー画像に追記が可能な電子ペーパの概略構成を示す部分断面図である。 符号パターンの他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 電子ペーパ
１２ ペン型書込装置
１４ コンピュータ
１４ ペン型書込装置
１６ プリンタ型書込装置
１８ 光学センサ
２０ 表示基板
２２ 背面基板
２４ ２色回転粒子
２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｙ 帯電粒子
２６ 透明液体
２８ 符号パターン
３０ 磁石
３２ ケーシング
３４ 挿入口
３６ 排出口
３８ 挿入台
４０ 排出トレイ
４２ ローラ対
４４ 消去ヘッド
４４Ａ 磁石
４６ 磁気記録ヘッド
４６Ａ 磁石
４８ ペン先
５０ ケース
５２ マイクロプロセッサ
５４ 磁気記録ヘッド
５６ 圧力センサ
５８ 光源
６０ 撮像部
６０Ｂ 撮像光学系
６０Ａ 撮像素子
６２ コイル
６４ 電源
６６ スイッチ
６８ 永久磁石
７０ ドット配列検出部
７２ ブロックフレーム検出部
７４ 同期符号検出部
７６ ペンダウン検出部
７８ 画像回転判定部
８０ ビット情報回転変換部
８２ 座標符号検出部
８４ 座標復号部
８６ 座標符号検出部
８８ 座標復号部
９０ 座標情報バッファ
９２ 座標情報出力部
９４ ＣＰＵ
９６ ＲＯＭ
９８ ＲＡＭ
１００ 入出力ポート
１０２ メモリ
１０４ バス
１０６ 文書管理データベース
１１０ 座標情報入力部
１１２ 入力画像生成部
１１４ 文書データ入力部
１１６ 文書画像生成部
１１８ 画像合成部
１２０ 画像データ出力部

Claims (8)

1. 表示面での位置情報を表す光学的に読み取り可能な多数の符号パターンが形成された透明な表示基板と、前記表示基板に対向する背面基板と、表示基板と背面基板との間に封入され且つ電界又は磁界の印加により動かすことが可能な着色粒子と、を備え、前記着色粒子の動きにより画像を表示する電子ペーパと、
   ペン先に設けられ且つ接触により前記電子ペーパに電界又は磁界を印加して画像を書き込む書き込みヘッドと、ペン先が接触する表示面に形成された符号パターンを光学的に読み取る光学読取装置と、を備えたペン型書き込み装置と、
   を含むデータ入力システム。
2. 前記ペン型書き込み装置が、読み取ったパターンデータを位置情報に復号する復号手段と、復号された位置情報を記憶する記憶手段と、を更に備えた請求項１に記載のデータ入力システム。
3. 前記ペン型書き込み装置が、復号された位置情報を外部機器に送信する送信手段を更に備えた請求項２に記載のデータ入力システム。
4. ペン型書き込み装置から送信された位置情報を受信する受信手段と、前記電子ペーパに表示した表示画像の画像データ及び前記位置情報をページ識別情報に関連付けて管理するデータベースと、を備えた情報処理装置を、
   更に備えた請求項１又は３に記載のデータ入力システム。
5. 前記情報処理装置が、前記位置情報から前記ペン型書き込み装置により書き込まれた手入力画像の画像データを取得し、前記ページ識別情報により関連付けられた前記表示画像の画像データと前記手入力画像の画像データとを合成する画像処理手段を、更に備えた請求項４に記載のデータ入力システム。
6. 表示面での位置情報を表す光学的に読み取り可能な多数の符号パターンが形成された透明な表示基板と、前記表示基板に対向する背面基板と、表示基板と背面基板との間に封入され且つ電界又は磁界の印加により動かすことが可能な着色粒子と、を備え、前記着色粒子の動きにより画像を表示する電子ペーパと、
   ペン先に設けられ且つ接触により前記電子ペーパに電界又は磁界を印加して画像を書き込む書き込みヘッドと、ペン先が接触する表示面に形成された符号パターンを光学的に読み取る光学読取装置と、読み取ったパターンデータを外部機器に送信する送信手段と、を備えたペン型書き込み装置と、
   ペン型書き込み装置から送信されたパターンデータを受信する受信手段と、受信したパターンデータを位置情報に復号する復号手段と、復号された位置情報を記憶する記憶手段と、前記電子ペーパに表示した表示画像の画像データ及び前記位置情報をページ識別情報に関連付けて管理するデータベースと、を備えた管理装置と、
   を含むデータ入力システム。
7. 前記光学的に読み取り可能な符号パターンが、情報単位となるブロック内に一定数の複数ドットを選択的に配置した符号パターンである請求項１から６までのいずれか１項に記載のデータ入力システム。
8. 前記光学的に読み取り可能な符号パターンが、赤外又は紫外に吸収を有する不可視の記録材料で形成された請求項１から７までのいずれか１項に記載のデータ入力システム。