JP5360843B2 - 電子ペンシステム、及び電子ペン - Google Patents
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Description
本発明は、消去専用電子ペンを用いることなく一本の電子ペンで物理的及び電子的にデータ消去できる電子ペンシステムに関し、特に、キャップを用いて筆記モードと消去モードとOFFモードとを切り替えることができ、および消去情報を補正する電子ペンシステムに関する。
電子ペン(デジタルペン)は、手書きの文字及び/又は図形の情報を、デジタル化し、取得するデバイスの一つであり、物理的なインクを用いて筆記するボールペンに、用紙上の位置情報を読み取るための装置を内蔵したデバイスである(例えば、特許文献1参照)。電子ペンは、予め用紙上に印刷されたドットパターンを、電子ペンに内蔵された光学系(赤外線レーザ及び/又はCCDカメラ等によって構成される)によって取得し、取得されたドットパターンからペン先の位置を計算し、ペン先の動きの時系列データを作成し、作成された時系列データを記録する。
一方、消しゴムによって消去可能なインク、又は摩擦熱によって消去可能なインクが近年開発されている。この消去可能なインクを、電子ペンの筆記手段として用いる場合、電子ペンによって筆記された記載は、インクを消去することができる消しゴムによって紙面において物理的に消去されるが、記載の消去について、電子データは更新されない。そのため、筆記された位置と消去された位置とを対応させ、物理的な消去と共に、消去について電子データを更新するために、消去すべき位置の情報を取得するための消去専用の道具が必要である。
特開2006−154986号公報
一方、消しゴムによって消去可能なインク、又は摩擦熱によって消去可能なインクが近年開発されている。この消去可能なインクを、電子ペンの筆記手段として用いる場合、電子ペンによって筆記された記載は、インクを消去することができる消しゴムによって紙面において物理的に消去されるが、記載の消去について、電子データは更新されない。そのため、筆記された位置と消去された位置とを対応させ、物理的な消去と共に、消去について電子データを更新するために、消去すべき位置の情報を取得するための消去専用の道具が必要である。
摩擦熱によって消去可能なインク又は黒鉛を電子ペンの筆記手段として用いる場合、消しゴムによって紙面上から物理的に消去されるが、消去した部分の電子データは更新されない。
そのため、紙面上の消去位置の電子データを更新するため位置情報を取得する必要がある。
前述のとおり、従来技術において、消去された位置の情報の取得をするためには、消去専用の電子ペンを用いる必要があった。しかし、ユーザが筆記用及び消去用のペンの2本を用いることは、コストを上げ、使い勝手を悪くする。
また、レンズの焦点距離を変える機械的構造を用いずに、一本の電子ペンが一つの光学系によって、筆記及び消去された位置の情報を取得するためには、光学系から紙面までの距離による筆記及び消去された位置の情報の誤差を低減する補正方法が必要となる。
本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、
本発明の一実施形態によると、一本の電子ペンによって筆記及び消去された位置の情報を取得することができる。
そのため、紙面上の消去位置の電子データを更新するため位置情報を取得する必要がある。
前述のとおり、従来技術において、消去された位置の情報の取得をするためには、消去専用の電子ペンを用いる必要があった。しかし、ユーザが筆記用及び消去用のペンの2本を用いることは、コストを上げ、使い勝手を悪くする。
また、レンズの焦点距離を変える機械的構造を用いずに、一本の電子ペンが一つの光学系によって、筆記及び消去された位置の情報を取得するためには、光学系から紙面までの距離による筆記及び消去された位置の情報の誤差を低減する補正方法が必要となる。
本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、
本発明の一実施形態によると、一本の電子ペンによって筆記及び消去された位置の情報を取得することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態の電子ペンを示すブロック図である。
図2Aは、本発明の第1の実施形態の消去用のゴム付きキャップを示す説明図である。
図2Bは、本発明の第1の実施形態の電子ペンのペン先を示す説明図である。
図2Cは、本発明の第1の実施形態のOFFモード専用のキャップを示す説明図である。
図3Aは、本発明の第1の実施形態の消去モードにおける電子ペンを示す説明図である。
図3Bは、本発明の第1の実施形態の筆記モードにおける電子ペンを示す説明図である。
図4Aは、本発明の第1の実施形態の消去モードにおける電子ペンを示す説明図である。
図4Bは、本発明の第1の実施形態のOFFモードにおける電子ペンを示す説明図である。
図5は、本発明の第1の実施形態の電子ペンによるデータ取得処理を示すフローチャートである。
図6Aは、本発明の第1の実施形態の電子ペンシステムの構成を示すブロック図である。
図6Bは、本発明の第1の実施形態のデータ保存部の構成を示すブロック図である。
図6Cは、本発明の第1の実施形態の演算部を示すブロック図である。
図7Aは、本発明の第1の実施形態の電子ペンによる紙面上の座標を取得する手順の説明図である。
図7Bは、本発明の第1の実施形態のストロークセットを示す説明図である。
図8は、本発明の第1の実施形態のストロークセット情報を示す説明図である。
図9は、本発明の第1の実施形態のストローク座標情報の説明図である。
図10は、本発明の第1の実施形態の取得された位置の誤差量を示す説明図である。
図11Aは、本発明の第1の実施形態の補正方法1における筆記モードを示す説明図である。
図11Bは、本発明の第1の実施形態の補正方法1における消去モードを示す説明図である。
図12A及びBは、本発明の第1の実施形態の補正方法3を示す説明図である。
図13は、本発明の第2の実施形態の電子ペンによるデータの取得を示すフローチャートである。
図14は、本発明の第3の実施形態の電子ペンによるデータの取得を示すフローチャートである。
図15は、本発明の第3の実施形態のデータ保存部を示すブロック図である。
図16は、本発明の第3の実施形態のストロークセット情報を示す説明図である。
図2Aは、本発明の第1の実施形態の消去用のゴム付きキャップを示す説明図である。
図2Bは、本発明の第1の実施形態の電子ペンのペン先を示す説明図である。
図2Cは、本発明の第1の実施形態のOFFモード専用のキャップを示す説明図である。
図3Aは、本発明の第1の実施形態の消去モードにおける電子ペンを示す説明図である。
図3Bは、本発明の第1の実施形態の筆記モードにおける電子ペンを示す説明図である。
図4Aは、本発明の第1の実施形態の消去モードにおける電子ペンを示す説明図である。
図4Bは、本発明の第1の実施形態のOFFモードにおける電子ペンを示す説明図である。
図5は、本発明の第1の実施形態の電子ペンによるデータ取得処理を示すフローチャートである。
図6Aは、本発明の第1の実施形態の電子ペンシステムの構成を示すブロック図である。
図6Bは、本発明の第1の実施形態のデータ保存部の構成を示すブロック図である。
図6Cは、本発明の第1の実施形態の演算部を示すブロック図である。
図7Aは、本発明の第1の実施形態の電子ペンによる紙面上の座標を取得する手順の説明図である。
図7Bは、本発明の第1の実施形態のストロークセットを示す説明図である。
図8は、本発明の第1の実施形態のストロークセット情報を示す説明図である。
図9は、本発明の第1の実施形態のストローク座標情報の説明図である。
図10は、本発明の第1の実施形態の取得された位置の誤差量を示す説明図である。
図11Aは、本発明の第1の実施形態の補正方法1における筆記モードを示す説明図である。
図11Bは、本発明の第1の実施形態の補正方法1における消去モードを示す説明図である。
図12A及びBは、本発明の第1の実施形態の補正方法3を示す説明図である。
図13は、本発明の第2の実施形態の電子ペンによるデータの取得を示すフローチャートである。
図14は、本発明の第3の実施形態の電子ペンによるデータの取得を示すフローチャートである。
図15は、本発明の第3の実施形態のデータ保存部を示すブロック図である。
図16は、本発明の第3の実施形態のストロークセット情報を示す説明図である。
本実施形態の電子ペンシステムに備わる電子ペンは、消去専用の道具を用いることなく、電子ペンによる記載を物理的に消去し、かつ電子ペンによって記載された電子データを消去する。また、本実施形態による電子ペンは、筆記モード、消去モード、及びOFFモードの三つのモードが備わり、電子ペンに備わるキャップを用いてこれら三つのモードを切り換える。
以下において、本実施形態の電子ペンは、アノト社のデジタルペン方法を用いて説明する。しかし、本実施形態の電子ペンは、ペンの動きの時系列データを取得する電子ペン等の座標取得装置全般に適用できるものであり、以下に示す実施形態は、本発明の一例である。よって、以下に示す以外のペンの動きの取得方法によって、本発明が実現されてもよい。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の電子ペン1を示すブロック図である。
電子ペン1は、演算プロセッサ11、メモリ12、通信インターフェース13、光学系14、電源15及び筆圧センサ16を備える。電子ペン1は、インク17又は黒鉛によって紙面上に文字及び/又は記号等を筆記可能なペン先18を備える。
図2Aは、本発明の第1の実施形態の消去用のゴム付きキャップを示す説明図である。
本実施形態の電子ペン1は、図2Aに示すキャップを備える。このキャップは、先端部に消去用ゴム71と切り込み72とが備わる。そして、キャップには、磁石73が内装される。磁石73は、外部からの視覚によっては見ることはできない。
図2Bは、本発明の第1の実施形態の電子ペン1のペン先を示す説明図である。
本実施形態の電子ペン1は、消去モード磁気センサ75、OFFモード磁気センサ75、及びOFFSETボタン77を備える。消去モードセンサ75、及びOFFモード磁気センサ75は、外部からの磁力を検出することによって、ON状態となる。消去モードセンサ75がON状態となった場合、電子ペン1は消去モードに切り替えられ、OFFモード磁気センサ75がON状態となった場合、電子ペン1はOFFモードに切り替えられる。OFFSETボタン77は、筆記モードにおいて取得された位置と消去モードにおいて取得された位置との誤差を解消する際に操作される。
図2Cは、本発明の第1の実施形態のOFFモード専用のキャップを示す説明図である。
図2Cに示すOFFモード専用のキャップには、図2Aに示す消去用ゴム71及び切り込み72がない。図2Cに示すOFFモード専用のキャップには、磁石73が備わる。
次に、電子ペン1のモードについて説明する。
本実施形態の電子ペン1には、筆記モード、消去モード、及びOFFモードの3つのモードが備わる。電子ペン1における筆記モード、消去モード、及びOFFモードは、本体に備えられたOFFモード磁気センサ74、及び消去モード磁気センサ75の検出結果によって切り替えられる。
消去モードにおいて、キャップは図3A及び図4Aに示す位置に装着される。キャップに内装された磁石73と消去モード磁気センサ75とが近接することによって、電子ペン1は消去モードになる。
また、OFFモードにおいて、キャップは図4Bに示す位置に装着される。キャップに内装された磁石73とOFFモード磁気センサ74とが近接することによって、電子ペン1はOFFモードになる。
また、図2B及び図3Bに示す状態において、電子ペン1はキャップが外され、電子ペン1に備わる消去モード磁気センサ75及びOFFモード磁気センサ75のどちらも磁力を検出しない状態であり、筆記モードになる。
図3Aは、本発明の第1の実施形態の消去モードにおける電子ペン1を示す説明図である。図3Bは、本発明の第1の実施形態の筆記モードにおける電子ペン1を示す説明図である。
図4Aは、本発明の第1の実施形態の消去モードにおける電子ペン1を示す説明図である。図4Bは、本発明の第1の実施形態のOFFモードにおける電子ペン1を示す説明図である。
使用者は、図3A及び図4Aに示すように、電子ペン1にキャップを装着し、消去モード磁気センサ75をON状態とし、電子ペン1を消去モードに切り替える。
使用者は、その後、キャップを電子ペン1の軸を中心に半回転させることによって、OFFモード磁気センサ74をON状態とし、電子ペン1をOFFモードとし(図4B)、電子ペン1本体の電源を切る。キャップは、消去用ゴム71とその保持部とがペン先18に接触した状態において、電子ペン1の中心線を軸に回転する。
また、図2Cに示すOFFモード専用のキャップを用いることによって、電子ペン1をOFFモードにしてもよい。
消去用ゴム71は、ペン先18に密着するように、キャップに装着される。このため、キャップが電子ペン1に装着され、電子ペン1は、消去モードの状態において、消去用ゴム71にかかる圧力を検出することができる。電子ペン1は、電子ペン1に備わる光学系14を用いて、消去用ゴム71にかかる圧力を検出した際の位置情報を取得する。電子ペン1は、キャップの先端に切り込み72があるため、キャップを装着した状態においても、電子ペン1に備わる光学系14によって、紙面に接する消去用ゴム71の先端部の位置情報を取得できる。
本実施形態における電子ペン1は、磁気センサを用いてモードを変更したが、スイッチなどの機械センサを実装し、このスイッチを用いることによってモードを変更してもよい。
電子ペン1におけるモードを切り替える処理を、図5に示す。
図5は、本発明の第1の実施形態の電子ペン1によるデータ取得処理を示すフローチャートである。
図5に示すデータ取得処理は、演算プロセッサ11によって実行される。
電子ペン1は、OFFモード磁気センサ74が磁石73による磁気を検出せず、OFF状態になった後(S200)、消去モード磁気センサ75が磁石73による磁気を検出しているON状態であるか否か(、検出していないOFF状態であるかを判定する(S201)。
S201において、消去モード磁気センサ75がON状態である場合、電子ペン1は、消去モードに切り替わり、取得するデータの格納先を、メモリ12に含まれる消去データ保存領域に変更する(S204)。
一方、S201において、消去モード磁気センサ75がOFF状態である場合、電子ペン1は、筆記モードに切り替わり、取得するデータの格納先を、メモリ12に含まれる筆記データ保存領域に変更する(S202)。
S202及びS204の後、電子ペン1は、ペン先18に圧力が加わることによって筆圧センサ16がON状態になっているか否かを判定する(S206)。筆圧センサ16がON状態である場合、電子ペン1は、使用者によって筆記又は消去に用いられているため、光学系14によって、紙面上のデータ(例えば紙面上に付されたドットパターン)を読み込むことによって位置情報を取得する(S207)。また、筆圧センサ16がOFF状態である場合、電子ペン1は、使用者によって筆記又は消去に用いられていないため、S201に戻る。
S207の後、電子ペン1は、OFFモード磁気センサ74が磁石73による磁気を検出しているON状態であるか否かを判定する(S208)。OFFモード磁気センサ74がON状態である場合、電子ペン1は、処理を終了する(S209)。OFFモード磁気センサ74が磁石73による磁気を検出していないOFF状態である場合、S201に戻る。
前述のS200〜S208の動作は、使用者がキャップを閉じ、電子ペン1がOFFモードとなるまで繰り返される。消去モードに切り替わる処理の詳細を後述する。
次に、データの保存について説明する。
光学系14によって取得された画像データは、電子ペン1に備わる演算プロセッサ11によって計算され、演算プロセッサ11は、ペン先18の位置情報及び書いた日時を取得する。なお、ペン先18の軌跡、書く速さ、筆圧の有無、及び電子ペン1の傾きを取得してもよい。図5に示すように、メモリ12は、消去用メモリ及び筆記用メモリを含み、電子ペン1が消去モードの際に取得されたデータは、消去用メモリに保存され、筆記モードの際に取得されたデータは、筆記用メモリに保存される。
電子ペン1の通信インターフェース13が転送装置32に接続されることによって、電子ペン1に保存された筆記データ及び消去データは、計算機33に備わるデータ保存部36に転送される。図6Bに示すデータ保存部36には、筆記データ保存部34及び消去データ保存部35が含まれる。すなわち、電子ペン1に保存された筆記データ及び消去データは、各々、筆記データ保存部34及び消去データ保存部35に保存される。
使用者は、計算機33を用いて、保存されたデータによって、筆記データ、消去データ、筆記及び消去の合成データを表示することができる。筆記データと同時に時間情報を取得しているため、筆記の過程及び/又は消去の過程を表示することができ、最終的な合成データのみならず、筆記→消去→筆記などの、ペン使用者の作業のプロセスを表示することも可能である。
また、必要な文字や線を消してしまった場合においても、記入した文字及び線の電子データは残っているので、筆記データを復元して、表示することができる。
図6Aは、本発明の第1の実施形態の電子ペンシステムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の電子ペンシステムは、所定のドットパターンが形成されたドットパターン用紙31を用いる。この所定のドットパターンは、紙面上の位置を検出するために用いられる。電子ペン1は、ドットパターン用紙31に文字及び/又は記号等が記入される位置を検出するために、電子ペン1に備わる光学系14によってドットを撮影し、撮影によって得られた画像データを演算プロセッサ11によって処理し、位置座標を算出した後、算出された位置座標と紙面上のドットが撮影された時間の情報とを含む位置情報とを、メモリ12に保存する。
保存された位置情報を含むデータは、電子ペン1が転送装置32に接続された後、計算機33に備わるデータ保存部36に転送される。転送されたデータのうち、消去モード時に取得された消去データと、筆記モード時に取得された筆記データとは、各々、計算機33に備わるデータ保存部36の筆記データ保存部34及び消去データ保存部35に保存される。電子ペン1から計算機33にデータを転送した後、電子ペン1に保存されているデータは消去されてもよいし、電子ペン1のメモリ12に任意の一定期間保存されてもよい。
図6Bは、本発明の第1の実施形態のデータ保存部36の構成を示すブロック図である。
データ保存部36は、磁気ディスク装置等の不揮発性記憶装置によって計算機33に実装される。筆記データ保存部34及び消去データ保存部35は、各々筆記データ及び消去データを含む。筆記データ保存部34に保存される筆記データは、位置データ(位置座標)、時間データ(時間情報)、筆圧データ、及び使用者が作業する用紙の情報を保存する原稿用紙データ等を含む。同様に、消去データ保存部35に保存される消去データは、位置データ(位置座標)、時間データ(時間情報)、筆圧データ、及び原稿用紙データを含む。
図6Cは、本発明の第1の実施形態の演算部37を示すブロック図である。
演算部37は、筆記情報認識部と特徴量抽出部とを備える。筆記情報認識部及び特徴量抽出部は、演算部37のプロセッサが所定のプログラムを実行することによって実装される。
筆記情報認識部は、データ保存部36に保存された筆記データと消去データとに基づいて表示部38に表示されるデータを作成する。データ保存部36に保存されたデータに基づいて表示部38に表示されるデータは、電子ペン1の使用者の指示によって、自由に作成されることができる。
例えば、表示部38に表示されるデータは筆記データ、筆記データ、消去データを組み合わせた合成データなどである。また、表示部38は、データ保存部36において筆記データと消去データとが別々に保存されるため、筆記情報認識部によって、筆記データと消去データとを組み合わせた最終的なデータのみならず、消去し書き直した個所を表示するデータを作成することができる。
また演算部37は、特徴量抽出部によって、位置データに含まれる座標情報、用紙データに含まれる用紙ID、及び時間データに含まれる筆記時間などのデータなどに基づいて、筆記速度及び/又は加速度、一つの文字又は一つの絵を記入する時間、紙面上における位置、文字及び/又は絵の高さ、文字及び/又は絵の幅、紙面における記入領域に占める文字及び/又は絵の割合、並びに、文字及び/又は絵の面積等を、文字及び/又は図形の特徴量として算出する。
これらの特徴量は、後述する筆記した文字列の重心を算出するために用いられたり、消去するために往復させた消去用ゴム71の軌跡の重心を算出するために用いられたりする。
なお、本実施形態において、計算機33は、重心ラインを算出する。計算機33は、ストロークセット情報51に基づいて、複数の筆記又は消去された文字又は記号のうち近傍に位置するストロークセットを一纏まりの文字列と判定する。もしくは、計算機33は、ストロークセット情報51の該当矩形座標55から、一纏まりの文字列を含む長方形を取得し、短い辺の中点を通り、長い辺と並行となる線を、重心ラインとしてもよい。
重心ラインまたは、重心を算出する方法は、いずれの方法を用いてもよい。
表示部38は、ディスプレイ装置であって、計算機33による処理結果を出力する。なお、表示部38の代わりにプリンタを設け、処理結果を紙面上に出力してもよい。また、表示部38の代わりに記憶装置を設け、計算機33は、記憶装置に処理結果を格納してもよい。
次に、電子ペン1によるストロークの取得の原理について説明する。
図7Aは、本発明の第1の実施形態の電子ペン1による紙面上の座標を取得する手順の説明図である。
電子ペン1は、位置検出用のドット43が印刷されたドットパターン用紙31と共に用いられる。
ここで、ドットパターン用紙31の一部41を拡大して、ドット43について説明する。ドットパターン用紙31には、複数の小さなドット43が印刷される。このドット43は、仮想的な格子線の交点(基準点)42から上下左右いずれかにずれた位置に印刷される。ドットパターン用紙31に文字及び/又は図形が電子ペン1によって記入されると、記入された文字及び/又は図形は、ドットパターン用紙31上に視認可能な状態で残る。電子ペン1は、筆圧センサ16によってペン先18がドットパターン用紙31に接したことを検出すると、光学系14によってドットパターン用紙31上に印刷されたドット43を撮影する。電子ペン1は、例えば、6×6個のドット43を含む領域を撮影する。
電子ペン1は、撮影されたドットパターンのズレ量の組み合わせから、これらの撮影されたドットパターンが存在する絶対座標を演算する。この絶対座標は、撮影されたドットパターンが存在する平面領域における座標である。この平面領域は、同じドットパターンが重複して存在しない様に配置できる全領域である。
電子ペン1は、演算された絶対座標を、転送装置32を介し、計算機33に送信する。計算機33は、位置情報サーバに問い合わせルことによって、電子ペン1によって演算された絶対座標に基づいて、撮影されたドットパターンが存在する平面領域中の、紙面の位置(ドットパターンID)と、ある一枚の紙面における座標(相対座標)とを特定し、電子ペン1によって撮影されたドットパターンから、ドットパターンID及び相対座標を取得する。電子ペン1が、ペン先18が接した位置の情報を周期的に取得することによって、ペン先18の動きが取得される。そして、電子ペン1は、撮影されたドットパターンに対応する絶対座標、撮影されたドットパターンの撮影時刻及びペンIDを、計算機33に送信する。ペンIDは、電子ペン1に割り当てられる一意な識別子である。
計算機33は、電子ペン1によって演算された絶対座標に基づき、位置情報サーバから相対座標を取得する。サーバは、取得した相対座標及びドットパターンが撮影された時刻から、ペン先18の軌跡(ストローク)を生成する。なお、ここでは位置情報サーバによって相対座標を特定する例を示したが、必ずしも位置情報サーバは必要ではなく、上記処理は、計算機33において実行されてもよい。
また、電子ペン1は、ドットパターンID及び相対座標を特定するために、位置情報サーバを用いなくてもよい。例えば、電子ペン1は、ドットパターン用紙31に印刷された識別番号、ドットパターン用紙31に印刷されたバーコード、またはドットパターン用紙31に埋め込まれたICタグ等によって用紙を特定してもよい。さらに、電子ペン1は、タブレットなどのディジタイザを用いてドットパターン用紙31上の位置(相対座標)を特定してもよい。
なお、電子ペン1は、ICタグ等を用いる用紙の特定、又はタブレットなどを用いる用紙上の位置の特定のいずれかと、位置情報サーバによる絶対座標の特定とを組み合わせてもよい。この組合せの場合、サーバ又は計算機33がドットパターンID及び相対座標を特定する処理を軽減できる。
図7Bは、本発明の第1の実施形態のストロークセット44を示す説明図である。
図7Bにおけるストロークセット44は、電子ペン1によって記入された文字「東京」を示す。本実施形態においては、図7Bに示す様に、用紙の左上を原点とし、横方向をX軸とし、縦方向をY軸として、ストロークの位置が定められる。ストロークセット44は、一纏まりの線(ストローク)の集合であり、線が記入された時間及び/又は線同士の位置関係に基づいて特定される。
図8は、本発明の第1の実施形態のストロークセット情報51を示す説明図である。
ストロークセット情報51は、ストロークセット44の集合の情報である。ストロークセット情報51は、ストロークセットID52、ペンID53、記入開始日時54、該当矩形座標55、ストローク数56、ストローク57、及び消去データフラグ58を含む。
ストロークセットID52は、ストロークセット44の一意な識別子である。ペンID53は、ストロークセット44を記入した電子ペン1に割り当てられる一意な識別子である。記入開始日時54は、ストロークセット44を記入し始めた日時である。該当矩形座標55は、ストロークセット44を含む矩形の領域である。該当矩形座標55は、ストロークセット44が記入されたドットパターン用紙31における座標(相対座標)であり、矩形領域の左上端の座標および右下端の座標によって示される。
ストローク数56は、ストロークセット44に含まれるストロークの数である。ストローク数56と同数のストローク57が、ストロークセット情報51に記録される。ストローク57は、各々、標本点数57A及びシリアル番号57Bを含む。標本点数57Aは、電子ペン1によって取得され、ストローク57を構成する相対座標の数である。シリアル番号57Bは、電子ペン1によって取得され、ストローク57を構成する相対座標の一意な識別子であり、図9に示すストローク座標情報60へのリンクである。
図9は、本発明の第1の実施形態のストローク座標情報60の説明図である。
ストローク座標情報60は、シリアル番号61、X座標62、Y座標63及び取得時刻64を含む。シリアル番号61は、電子ペン1によって取得された相対座標の一意な識別子である。
X座標62は、X軸方向の相対座標であり、例えば単位にミリメートルを用いた数値が記載される。Y座標63は、図7Bに示すY軸方向の相対座標であり、例えば、単位にミリメートルを用いた数値が記載される。
取得時刻64は、電子ペン1によって記入されたストロークの絶対座標が取得された時刻を示す。なお、図9に示す取得時刻64は、記入開始日時54からの経過時間が記録される。
演算部37は、各ストローク57の始点及び終点の時刻(記入開始時刻及び記入終了時刻)を特定して、各ストローク57の継続時間及び間隔時間を算出する。具体的には、演算部37は、ストローク57の記入終了時刻から記入開始時刻を減じてストローク57の継続時間を算出する。また、演算部37は、ストローク57の記入開始時刻から前のストローク57の記入終了時刻を減じてストローク57の間隔時間を算出する。
さらに、演算部37は、ノイズが除去された各ストローク57の始点及び終点の位置(X座標及びY座標)を特定し、特定された座標間の移動時間を算出する。
また、演算部37は、ストロークセット情報51及びストローク座標情報60に基づいて、消去された線の長さ、及び筆記された線の長さを算出する。演算部37は、過去に算出された全ての消去された線の長さを加算することによって、消去された線の全長を算出し、算出された消去された線の全長(消去線全長)を補正データ保存部39に保存する。消去線全長は、電子ペン1が後述する補正量を定める際に用いられる。
次に補正について説明をする。
本発明の電子ペン1は、筆記及び消去の両方の位置情報を取得する際に、一つの光学系を用いる。また、本実施の形態の電子ペン1は、筆記用のペン先18の位置と、消去用ゴム71の先端の位置とが異なる。このため、筆記時と消去時とにおいて光学系から紙面までの距離が異なる問題が発生する。そのため、本発明の電子ペン1は、電子ペン1の位置情報を取得する際、紙面上の筆記と消去との位置の取得に誤差が生じる。
図10は、本発明の第1の実施形態の取得された位置の誤差量を示す説明図である。
図10は、ペン先18と消去用ゴム71の先端との距離による誤差を示す。筆記されたと取得される位置と消去されたと取得される位置との誤差は、ペン先18と消去用ゴム71の先端との距離の差に依存する。すなわち、図10に示すように、ペン先18と消去用ゴム71の先端との距離が大きい場合に、筆記時と消去時との取得される位置の誤差が大きくなる。このため、筆記時に取得される位置と消去時に取得される位置とを補正する必要がある。
例えば、発明者の実験によると、ペン先18と消去用ゴム71の先端との間の最大の距離の差を4mmとした場合、電子ペン1に備わる光学系14の位置取得に生じる最大の誤差は、1.5mmである。
さらに、消去用ゴム71の材質によっては、消去用ゴム71が使用に従って摩耗し、光学系14から消去用ゴム71の先端への距離が短くなる。そのため、消去時の光学系14から紙面までの距離は、固定値では対応できず、消去用ゴム71の摩耗に従って補正する必要となる場合がある。
本発明では、これらの問題を解決するため、以下に挙げる三つの補正方法を用いることによって筆記モードにおいて取得された位置と消去モードにおいて取得された位置との誤差を解消する。これらの補正方法を導入することによって、一つの光学系によって、筆記データと消去データとを正確に取得することができる。
以下に、補正方法1について説明する。
図11Aは、本発明の第1の実施形態の補正方法1における筆記モードを示す説明図である。図11Bは、本発明の第1の実施形態の補正方法1における消去モードを示す説明図である。
電子ペン1による消去位置を補正する場合、電子ペン1の使用者は、電子ペン1に備わるOFFSETボタン77を操作した後、筆記モードにおいて校正用の線をなぞる。この校正用の線は、例えば、図11Aに示すように、縦及び横の方向の線が含まれているとよい。次に、使用者は、消去用キャップを電子ペン1に装着し、電子ペン1を消去モードに設定し、消去用ゴム71の先端によって同じ線をなぞる(図11B)ことによって、筆記モードと消去モードとの各々において位置を取得する。電子ペン1は、測定した筆記モードと消去モードとの各々において取得された位置情報を、筆記データ及び消去データとして、転送装置32を介して計算機33に送る。
次に、計算機33は、送られた筆記データ及び消去データに基づいて、筆記モードにおいて取得された位置と、消去モードにおいて取得された位置との差を算出する。筆記モードにおいて取得された位置と、消去モードにおいて取得された位置とは、実際には紙面上の同じ位置であるため、計算機33は、補正が終了した後に消去モードとなる場合、消去モードにおいて取得した位置に、算出された差を加算する(又は、減じる)よう設定しておく。これによって、消去モードにおいて取得された位置と、筆記モードにおいて取得された位置との差が補正される。
本実施形態においては、予め印刷された図柄の枠をなぞり、消去時に取得した位置を補正したが、筆記モードにおいて記入した線図を、その後、消去モードにおいてなぞることによって、位置の差を取得してもよい。
次に、補正方法2について説明する。
電子ペン1は、補正方法1によって、筆記モードにおいて取得された位置と消去モードにおいて取得された位置との誤差を修正した場合も、消去用ゴム71の摩耗によって、ペン先18と消去用ゴム71の先端との距離が変化する。このため、図10に示すように誤差が変化する。
補正方法2では、補正方法1によって補正をした時点から一定期間、電子ペン1を使用した後、補正方法1によって再度補正をし、1回目の補正の結果と2回目の補正の結果とから、使用者の消去用ゴム71の摩耗の度合いを計算する。
計算機33は、1回目に決定された補正量と2回目に決定された補正量との変化量と、1回目の補正量の決定から2回目の補正量の決定までに消去用ゴム71によって消去した軌跡(ストローク)の長さとから、消去用ゴム71の摩耗速度を計算し、計算された摩耗速度を記憶する。なお、通常、消去用ゴムの摩耗速度は、電子ペン1の使用者に依存する。この記憶された摩耗速度に基づいて、自動的に筆記モードにおいて取得される位置と消去モードにおいて取得される位置との差を補正する。
次に、補正方法3について説明する。
図12A及び図12Bは、本発明の第1の実施形態の補正方法3を示す説明図である。
計算機33は、特徴量抽出部によって、図12Aに示す重心ライン121のように、筆記された文字の重心を線分として算出する。また、計算機33は、図12Aに示す文字を消去するためのペンの動き122のような消去用ゴム71の軌跡から、図12Aに示す重心ライン123のように、消去された部分の重心を線分として算出する。なお、この重心ラインの算出方法は前述した。
計算機33は、重心ライン123が重心ライン121から所定の距離の中にある場合、重心ライン121と重心ライン123とが一致するものと判定する。そして、この消去用ゴム71の往復運動の重心ライン123が、図12Bのように筆記の重心ライン121と一致するように補正量を決定する。
具体的には、重心ライン121と重心ライン123との各々の基準点の座標の補正量を算出し、消去データの座標から算出された補正量を加える。これらの基準点は、各重心ライン121の中心点でも、端点でもよい。
以上の補正方法を個別にまたは組み合わせて用いることによって、本実施形態の電子ペン1は、筆記と消去との位置情報を正確に一致させることができる。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、筆記及び消去された位置の情報を同一の光学系によって取得し、筆記及び消去された位置の補正量を性格に定め、筆記及び消去された位置を正確に一致させることができる。これによって、本実施形態の電子ペン1は、消去専用のペンを用いることなく、一本の電子ペン1によって筆記及び消去が可能となる。この結果、コストを大幅に下げることを可能としたことに加え、使用においての利便さを大幅に上昇させることができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態において、計算機33が補正量を算出したが、第2の実施の形態では、電子ペン1が補正量を算出するすなわち、第2の実施形態の電子ペン1は、補正方法1〜3によって電子ペン1から出力される位置を補正する。
第2の実施形態の電子ペン1は、データ保存部33に相当するデータ保存部を電子ペン1のメモリ12に含む。また、第2の実施形態の電子ペン1に備わる演算プロセッサ11は、演算部37と同じ処理を実行する。
電子ペン1によって補正量を算出する場合、算出された補正量を、補正後の消去モードにおいて取得される消去データの位置情報に加える(又は、減じる)。電子ペン1は、補正された位置情報を含む消去データを、計算機33に送る。
図13は、本発明の第2の実施形態の電子ペン1によるデータ取得処理を示すフローチャートである。
第1の実施形態との相違点は、S204の後にS205が実行される点である。
S204の後、第2の実施形態の電子ペン1は、取得した消去データの位置情報に補正量を加えることによって、位置データを補正する(S205)。
第2の実施形態によれば、電子ペン1は、計算機33を用いることなく、電子ペン1のみによって筆記モードと消去モードとの誤差を解消することができる。すなわち、電子ペン1からデータの転送を受ける計算機33に、位置を補正するためのプログラムをインストールしていなくてもよい。
なお、筆記モードと消去モードとにおいて光学系14から紙面までの距離が異なる。このため、光学系14が合焦機能を備える場合、消去モード磁気センサ75がONのときに、光学系14のレンズを起動して合焦位置を変化させてもよい。このように構成すると、ペン先18と消去用ゴム71の先端とが異なる位置にある場合でも、紙面上のドットパターンをより明瞭に撮影することができる。
(第3の実施形態)
第1の実施形態において、電子ペン1に備わるメモリ12、及び計算機33のデータ保存部36は、筆記データと消去データとを、別々のメモリ領域に格納した。しかし、筆記データと消去データとを識別するフラグを付加すれば、筆記データと消去データとが同じメモリ領域に保存されてもよい。
第3の実施形態において、電子ペン1及び計算機33は、筆記データと消去データとを同じメモリ領域に保存する。
光学系14と、演算プロセッサ11とによって取得された筆記データ及び消去データは、データの先頭に筆記データ又は消去データのどちらかを示す識別子が付加され、電子ペン1に備わるメモリ12の連続したアドレスに順に保存される。
図14は、本発明の第3の実施形態の電子ペン1によるデータ取得処理を示すフローチャートである。
第1の実施形態との相違点は、第1の実施形態におけるS202及びS204の代わりに、S210において筆記モードに切り替え、S211において消去モードに切り替える。電子ペン1は、S210において、取得された筆記データに筆記データであることを示す識別子を付加し、S211において、取得された消去データに消去データであることを示す識別子を挿入する。
筆記データ及び消去データは、計算機33に転送された後、データ保存部36に保存される。
図15は、本発明の第3の実施形態のデータ保存部36を示すブロック図である。
第3の実施形態では、前述した第1の実施形態と異なり、筆記データと消去データとの両方が、データ保存部36の筆記・消去データ保存部40に連続したアドレスに順に保存される。
図16は、本発明の第3の実施形態のストロークセット情報51を示す説明図である。
第3の実施形態では、前述した第1の実施形態と異なり、ストロークセット情報51に、筆記モード又は消去データを示す識別子である筆記/消去データフラグ58を含む。例えば、筆記/消去データフラグ58では、”0”が筆記データを示し、”1”が消去データを示す。
第3の実施形態は、第1の実施形態と同様に、筆記及び消去された位置の情報を同一の光学系によって取得し、筆記及び消去された位置の補正量を性格に定め、筆記及び消去された位置を正確に一致させることができる。
(変形例)
以上、第1から第3の実施形態において、定められた補正量を用いて消去データを補正する方法について説明したが、決定された補正量を所定の比率によって筆記データと消去データとに分配して、筆記データと消去データとの両方を補正してもよい。例えば、決定された補正量の1/2ずつを筆記データ補正量及び消去データ補正量とする。そして、筆記モードと消去モードとにおいて取得された位置を、各々筆記データ補正量及び消去データ補正量によって補正する。
この変形例によると、消去用ゴム71の摩耗の限界位置を補正量の中心に設定することができる。
なお、本発明の電子ペンシステムは、例えば、第2の実施形態と第3の実施形態とを組み合わせるなど、前述に示した実施形態を組み合わせることによって実装されてもよい。
以下において、本実施形態の電子ペンは、アノト社のデジタルペン方法を用いて説明する。しかし、本実施形態の電子ペンは、ペンの動きの時系列データを取得する電子ペン等の座標取得装置全般に適用できるものであり、以下に示す実施形態は、本発明の一例である。よって、以下に示す以外のペンの動きの取得方法によって、本発明が実現されてもよい。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の電子ペン1を示すブロック図である。
電子ペン1は、演算プロセッサ11、メモリ12、通信インターフェース13、光学系14、電源15及び筆圧センサ16を備える。電子ペン1は、インク17又は黒鉛によって紙面上に文字及び/又は記号等を筆記可能なペン先18を備える。
図2Aは、本発明の第1の実施形態の消去用のゴム付きキャップを示す説明図である。
本実施形態の電子ペン1は、図2Aに示すキャップを備える。このキャップは、先端部に消去用ゴム71と切り込み72とが備わる。そして、キャップには、磁石73が内装される。磁石73は、外部からの視覚によっては見ることはできない。
図2Bは、本発明の第1の実施形態の電子ペン1のペン先を示す説明図である。
本実施形態の電子ペン1は、消去モード磁気センサ75、OFFモード磁気センサ75、及びOFFSETボタン77を備える。消去モードセンサ75、及びOFFモード磁気センサ75は、外部からの磁力を検出することによって、ON状態となる。消去モードセンサ75がON状態となった場合、電子ペン1は消去モードに切り替えられ、OFFモード磁気センサ75がON状態となった場合、電子ペン1はOFFモードに切り替えられる。OFFSETボタン77は、筆記モードにおいて取得された位置と消去モードにおいて取得された位置との誤差を解消する際に操作される。
図2Cは、本発明の第1の実施形態のOFFモード専用のキャップを示す説明図である。
図2Cに示すOFFモード専用のキャップには、図2Aに示す消去用ゴム71及び切り込み72がない。図2Cに示すOFFモード専用のキャップには、磁石73が備わる。
次に、電子ペン1のモードについて説明する。
本実施形態の電子ペン1には、筆記モード、消去モード、及びOFFモードの3つのモードが備わる。電子ペン1における筆記モード、消去モード、及びOFFモードは、本体に備えられたOFFモード磁気センサ74、及び消去モード磁気センサ75の検出結果によって切り替えられる。
消去モードにおいて、キャップは図3A及び図4Aに示す位置に装着される。キャップに内装された磁石73と消去モード磁気センサ75とが近接することによって、電子ペン1は消去モードになる。
また、OFFモードにおいて、キャップは図4Bに示す位置に装着される。キャップに内装された磁石73とOFFモード磁気センサ74とが近接することによって、電子ペン1はOFFモードになる。
また、図2B及び図3Bに示す状態において、電子ペン1はキャップが外され、電子ペン1に備わる消去モード磁気センサ75及びOFFモード磁気センサ75のどちらも磁力を検出しない状態であり、筆記モードになる。
図3Aは、本発明の第1の実施形態の消去モードにおける電子ペン1を示す説明図である。図3Bは、本発明の第1の実施形態の筆記モードにおける電子ペン1を示す説明図である。
図4Aは、本発明の第1の実施形態の消去モードにおける電子ペン1を示す説明図である。図4Bは、本発明の第1の実施形態のOFFモードにおける電子ペン1を示す説明図である。
使用者は、図3A及び図4Aに示すように、電子ペン1にキャップを装着し、消去モード磁気センサ75をON状態とし、電子ペン1を消去モードに切り替える。
使用者は、その後、キャップを電子ペン1の軸を中心に半回転させることによって、OFFモード磁気センサ74をON状態とし、電子ペン1をOFFモードとし(図4B)、電子ペン1本体の電源を切る。キャップは、消去用ゴム71とその保持部とがペン先18に接触した状態において、電子ペン1の中心線を軸に回転する。
また、図2Cに示すOFFモード専用のキャップを用いることによって、電子ペン1をOFFモードにしてもよい。
消去用ゴム71は、ペン先18に密着するように、キャップに装着される。このため、キャップが電子ペン1に装着され、電子ペン1は、消去モードの状態において、消去用ゴム71にかかる圧力を検出することができる。電子ペン1は、電子ペン1に備わる光学系14を用いて、消去用ゴム71にかかる圧力を検出した際の位置情報を取得する。電子ペン1は、キャップの先端に切り込み72があるため、キャップを装着した状態においても、電子ペン1に備わる光学系14によって、紙面に接する消去用ゴム71の先端部の位置情報を取得できる。
本実施形態における電子ペン1は、磁気センサを用いてモードを変更したが、スイッチなどの機械センサを実装し、このスイッチを用いることによってモードを変更してもよい。
電子ペン1におけるモードを切り替える処理を、図5に示す。
図5は、本発明の第1の実施形態の電子ペン1によるデータ取得処理を示すフローチャートである。
図5に示すデータ取得処理は、演算プロセッサ11によって実行される。
電子ペン1は、OFFモード磁気センサ74が磁石73による磁気を検出せず、OFF状態になった後(S200)、消去モード磁気センサ75が磁石73による磁気を検出しているON状態であるか否か(、検出していないOFF状態であるかを判定する(S201)。
S201において、消去モード磁気センサ75がON状態である場合、電子ペン1は、消去モードに切り替わり、取得するデータの格納先を、メモリ12に含まれる消去データ保存領域に変更する(S204)。
一方、S201において、消去モード磁気センサ75がOFF状態である場合、電子ペン1は、筆記モードに切り替わり、取得するデータの格納先を、メモリ12に含まれる筆記データ保存領域に変更する(S202)。
S202及びS204の後、電子ペン1は、ペン先18に圧力が加わることによって筆圧センサ16がON状態になっているか否かを判定する(S206)。筆圧センサ16がON状態である場合、電子ペン1は、使用者によって筆記又は消去に用いられているため、光学系14によって、紙面上のデータ(例えば紙面上に付されたドットパターン)を読み込むことによって位置情報を取得する(S207)。また、筆圧センサ16がOFF状態である場合、電子ペン1は、使用者によって筆記又は消去に用いられていないため、S201に戻る。
S207の後、電子ペン1は、OFFモード磁気センサ74が磁石73による磁気を検出しているON状態であるか否かを判定する(S208)。OFFモード磁気センサ74がON状態である場合、電子ペン1は、処理を終了する(S209)。OFFモード磁気センサ74が磁石73による磁気を検出していないOFF状態である場合、S201に戻る。
前述のS200〜S208の動作は、使用者がキャップを閉じ、電子ペン1がOFFモードとなるまで繰り返される。消去モードに切り替わる処理の詳細を後述する。
次に、データの保存について説明する。
光学系14によって取得された画像データは、電子ペン1に備わる演算プロセッサ11によって計算され、演算プロセッサ11は、ペン先18の位置情報及び書いた日時を取得する。なお、ペン先18の軌跡、書く速さ、筆圧の有無、及び電子ペン1の傾きを取得してもよい。図5に示すように、メモリ12は、消去用メモリ及び筆記用メモリを含み、電子ペン1が消去モードの際に取得されたデータは、消去用メモリに保存され、筆記モードの際に取得されたデータは、筆記用メモリに保存される。
電子ペン1の通信インターフェース13が転送装置32に接続されることによって、電子ペン1に保存された筆記データ及び消去データは、計算機33に備わるデータ保存部36に転送される。図6Bに示すデータ保存部36には、筆記データ保存部34及び消去データ保存部35が含まれる。すなわち、電子ペン1に保存された筆記データ及び消去データは、各々、筆記データ保存部34及び消去データ保存部35に保存される。
使用者は、計算機33を用いて、保存されたデータによって、筆記データ、消去データ、筆記及び消去の合成データを表示することができる。筆記データと同時に時間情報を取得しているため、筆記の過程及び/又は消去の過程を表示することができ、最終的な合成データのみならず、筆記→消去→筆記などの、ペン使用者の作業のプロセスを表示することも可能である。
また、必要な文字や線を消してしまった場合においても、記入した文字及び線の電子データは残っているので、筆記データを復元して、表示することができる。
図6Aは、本発明の第1の実施形態の電子ペンシステムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の電子ペンシステムは、所定のドットパターンが形成されたドットパターン用紙31を用いる。この所定のドットパターンは、紙面上の位置を検出するために用いられる。電子ペン1は、ドットパターン用紙31に文字及び/又は記号等が記入される位置を検出するために、電子ペン1に備わる光学系14によってドットを撮影し、撮影によって得られた画像データを演算プロセッサ11によって処理し、位置座標を算出した後、算出された位置座標と紙面上のドットが撮影された時間の情報とを含む位置情報とを、メモリ12に保存する。
保存された位置情報を含むデータは、電子ペン1が転送装置32に接続された後、計算機33に備わるデータ保存部36に転送される。転送されたデータのうち、消去モード時に取得された消去データと、筆記モード時に取得された筆記データとは、各々、計算機33に備わるデータ保存部36の筆記データ保存部34及び消去データ保存部35に保存される。電子ペン1から計算機33にデータを転送した後、電子ペン1に保存されているデータは消去されてもよいし、電子ペン1のメモリ12に任意の一定期間保存されてもよい。
図6Bは、本発明の第1の実施形態のデータ保存部36の構成を示すブロック図である。
データ保存部36は、磁気ディスク装置等の不揮発性記憶装置によって計算機33に実装される。筆記データ保存部34及び消去データ保存部35は、各々筆記データ及び消去データを含む。筆記データ保存部34に保存される筆記データは、位置データ(位置座標)、時間データ(時間情報)、筆圧データ、及び使用者が作業する用紙の情報を保存する原稿用紙データ等を含む。同様に、消去データ保存部35に保存される消去データは、位置データ(位置座標)、時間データ(時間情報)、筆圧データ、及び原稿用紙データを含む。
図6Cは、本発明の第1の実施形態の演算部37を示すブロック図である。
演算部37は、筆記情報認識部と特徴量抽出部とを備える。筆記情報認識部及び特徴量抽出部は、演算部37のプロセッサが所定のプログラムを実行することによって実装される。
筆記情報認識部は、データ保存部36に保存された筆記データと消去データとに基づいて表示部38に表示されるデータを作成する。データ保存部36に保存されたデータに基づいて表示部38に表示されるデータは、電子ペン1の使用者の指示によって、自由に作成されることができる。
例えば、表示部38に表示されるデータは筆記データ、筆記データ、消去データを組み合わせた合成データなどである。また、表示部38は、データ保存部36において筆記データと消去データとが別々に保存されるため、筆記情報認識部によって、筆記データと消去データとを組み合わせた最終的なデータのみならず、消去し書き直した個所を表示するデータを作成することができる。
また演算部37は、特徴量抽出部によって、位置データに含まれる座標情報、用紙データに含まれる用紙ID、及び時間データに含まれる筆記時間などのデータなどに基づいて、筆記速度及び/又は加速度、一つの文字又は一つの絵を記入する時間、紙面上における位置、文字及び/又は絵の高さ、文字及び/又は絵の幅、紙面における記入領域に占める文字及び/又は絵の割合、並びに、文字及び/又は絵の面積等を、文字及び/又は図形の特徴量として算出する。
これらの特徴量は、後述する筆記した文字列の重心を算出するために用いられたり、消去するために往復させた消去用ゴム71の軌跡の重心を算出するために用いられたりする。
なお、本実施形態において、計算機33は、重心ラインを算出する。計算機33は、ストロークセット情報51に基づいて、複数の筆記又は消去された文字又は記号のうち近傍に位置するストロークセットを一纏まりの文字列と判定する。もしくは、計算機33は、ストロークセット情報51の該当矩形座標55から、一纏まりの文字列を含む長方形を取得し、短い辺の中点を通り、長い辺と並行となる線を、重心ラインとしてもよい。
重心ラインまたは、重心を算出する方法は、いずれの方法を用いてもよい。
表示部38は、ディスプレイ装置であって、計算機33による処理結果を出力する。なお、表示部38の代わりにプリンタを設け、処理結果を紙面上に出力してもよい。また、表示部38の代わりに記憶装置を設け、計算機33は、記憶装置に処理結果を格納してもよい。
次に、電子ペン1によるストロークの取得の原理について説明する。
図7Aは、本発明の第1の実施形態の電子ペン1による紙面上の座標を取得する手順の説明図である。
電子ペン1は、位置検出用のドット43が印刷されたドットパターン用紙31と共に用いられる。
ここで、ドットパターン用紙31の一部41を拡大して、ドット43について説明する。ドットパターン用紙31には、複数の小さなドット43が印刷される。このドット43は、仮想的な格子線の交点(基準点)42から上下左右いずれかにずれた位置に印刷される。ドットパターン用紙31に文字及び/又は図形が電子ペン1によって記入されると、記入された文字及び/又は図形は、ドットパターン用紙31上に視認可能な状態で残る。電子ペン1は、筆圧センサ16によってペン先18がドットパターン用紙31に接したことを検出すると、光学系14によってドットパターン用紙31上に印刷されたドット43を撮影する。電子ペン1は、例えば、6×6個のドット43を含む領域を撮影する。
電子ペン1は、撮影されたドットパターンのズレ量の組み合わせから、これらの撮影されたドットパターンが存在する絶対座標を演算する。この絶対座標は、撮影されたドットパターンが存在する平面領域における座標である。この平面領域は、同じドットパターンが重複して存在しない様に配置できる全領域である。
電子ペン1は、演算された絶対座標を、転送装置32を介し、計算機33に送信する。計算機33は、位置情報サーバに問い合わせルことによって、電子ペン1によって演算された絶対座標に基づいて、撮影されたドットパターンが存在する平面領域中の、紙面の位置(ドットパターンID)と、ある一枚の紙面における座標(相対座標)とを特定し、電子ペン1によって撮影されたドットパターンから、ドットパターンID及び相対座標を取得する。電子ペン1が、ペン先18が接した位置の情報を周期的に取得することによって、ペン先18の動きが取得される。そして、電子ペン1は、撮影されたドットパターンに対応する絶対座標、撮影されたドットパターンの撮影時刻及びペンIDを、計算機33に送信する。ペンIDは、電子ペン1に割り当てられる一意な識別子である。
計算機33は、電子ペン1によって演算された絶対座標に基づき、位置情報サーバから相対座標を取得する。サーバは、取得した相対座標及びドットパターンが撮影された時刻から、ペン先18の軌跡(ストローク)を生成する。なお、ここでは位置情報サーバによって相対座標を特定する例を示したが、必ずしも位置情報サーバは必要ではなく、上記処理は、計算機33において実行されてもよい。
また、電子ペン1は、ドットパターンID及び相対座標を特定するために、位置情報サーバを用いなくてもよい。例えば、電子ペン1は、ドットパターン用紙31に印刷された識別番号、ドットパターン用紙31に印刷されたバーコード、またはドットパターン用紙31に埋め込まれたICタグ等によって用紙を特定してもよい。さらに、電子ペン1は、タブレットなどのディジタイザを用いてドットパターン用紙31上の位置(相対座標)を特定してもよい。
なお、電子ペン1は、ICタグ等を用いる用紙の特定、又はタブレットなどを用いる用紙上の位置の特定のいずれかと、位置情報サーバによる絶対座標の特定とを組み合わせてもよい。この組合せの場合、サーバ又は計算機33がドットパターンID及び相対座標を特定する処理を軽減できる。
図7Bは、本発明の第1の実施形態のストロークセット44を示す説明図である。
図7Bにおけるストロークセット44は、電子ペン1によって記入された文字「東京」を示す。本実施形態においては、図7Bに示す様に、用紙の左上を原点とし、横方向をX軸とし、縦方向をY軸として、ストロークの位置が定められる。ストロークセット44は、一纏まりの線(ストローク)の集合であり、線が記入された時間及び/又は線同士の位置関係に基づいて特定される。
図8は、本発明の第1の実施形態のストロークセット情報51を示す説明図である。
ストロークセット情報51は、ストロークセット44の集合の情報である。ストロークセット情報51は、ストロークセットID52、ペンID53、記入開始日時54、該当矩形座標55、ストローク数56、ストローク57、及び消去データフラグ58を含む。
ストロークセットID52は、ストロークセット44の一意な識別子である。ペンID53は、ストロークセット44を記入した電子ペン1に割り当てられる一意な識別子である。記入開始日時54は、ストロークセット44を記入し始めた日時である。該当矩形座標55は、ストロークセット44を含む矩形の領域である。該当矩形座標55は、ストロークセット44が記入されたドットパターン用紙31における座標(相対座標)であり、矩形領域の左上端の座標および右下端の座標によって示される。
ストローク数56は、ストロークセット44に含まれるストロークの数である。ストローク数56と同数のストローク57が、ストロークセット情報51に記録される。ストローク57は、各々、標本点数57A及びシリアル番号57Bを含む。標本点数57Aは、電子ペン1によって取得され、ストローク57を構成する相対座標の数である。シリアル番号57Bは、電子ペン1によって取得され、ストローク57を構成する相対座標の一意な識別子であり、図9に示すストローク座標情報60へのリンクである。
図9は、本発明の第1の実施形態のストローク座標情報60の説明図である。
ストローク座標情報60は、シリアル番号61、X座標62、Y座標63及び取得時刻64を含む。シリアル番号61は、電子ペン1によって取得された相対座標の一意な識別子である。
X座標62は、X軸方向の相対座標であり、例えば単位にミリメートルを用いた数値が記載される。Y座標63は、図7Bに示すY軸方向の相対座標であり、例えば、単位にミリメートルを用いた数値が記載される。
取得時刻64は、電子ペン1によって記入されたストロークの絶対座標が取得された時刻を示す。なお、図9に示す取得時刻64は、記入開始日時54からの経過時間が記録される。
演算部37は、各ストローク57の始点及び終点の時刻(記入開始時刻及び記入終了時刻)を特定して、各ストローク57の継続時間及び間隔時間を算出する。具体的には、演算部37は、ストローク57の記入終了時刻から記入開始時刻を減じてストローク57の継続時間を算出する。また、演算部37は、ストローク57の記入開始時刻から前のストローク57の記入終了時刻を減じてストローク57の間隔時間を算出する。
さらに、演算部37は、ノイズが除去された各ストローク57の始点及び終点の位置(X座標及びY座標)を特定し、特定された座標間の移動時間を算出する。
また、演算部37は、ストロークセット情報51及びストローク座標情報60に基づいて、消去された線の長さ、及び筆記された線の長さを算出する。演算部37は、過去に算出された全ての消去された線の長さを加算することによって、消去された線の全長を算出し、算出された消去された線の全長(消去線全長)を補正データ保存部39に保存する。消去線全長は、電子ペン1が後述する補正量を定める際に用いられる。
次に補正について説明をする。
本発明の電子ペン1は、筆記及び消去の両方の位置情報を取得する際に、一つの光学系を用いる。また、本実施の形態の電子ペン1は、筆記用のペン先18の位置と、消去用ゴム71の先端の位置とが異なる。このため、筆記時と消去時とにおいて光学系から紙面までの距離が異なる問題が発生する。そのため、本発明の電子ペン1は、電子ペン1の位置情報を取得する際、紙面上の筆記と消去との位置の取得に誤差が生じる。
図10は、本発明の第1の実施形態の取得された位置の誤差量を示す説明図である。
図10は、ペン先18と消去用ゴム71の先端との距離による誤差を示す。筆記されたと取得される位置と消去されたと取得される位置との誤差は、ペン先18と消去用ゴム71の先端との距離の差に依存する。すなわち、図10に示すように、ペン先18と消去用ゴム71の先端との距離が大きい場合に、筆記時と消去時との取得される位置の誤差が大きくなる。このため、筆記時に取得される位置と消去時に取得される位置とを補正する必要がある。
例えば、発明者の実験によると、ペン先18と消去用ゴム71の先端との間の最大の距離の差を4mmとした場合、電子ペン1に備わる光学系14の位置取得に生じる最大の誤差は、1.5mmである。
さらに、消去用ゴム71の材質によっては、消去用ゴム71が使用に従って摩耗し、光学系14から消去用ゴム71の先端への距離が短くなる。そのため、消去時の光学系14から紙面までの距離は、固定値では対応できず、消去用ゴム71の摩耗に従って補正する必要となる場合がある。
本発明では、これらの問題を解決するため、以下に挙げる三つの補正方法を用いることによって筆記モードにおいて取得された位置と消去モードにおいて取得された位置との誤差を解消する。これらの補正方法を導入することによって、一つの光学系によって、筆記データと消去データとを正確に取得することができる。
以下に、補正方法1について説明する。
図11Aは、本発明の第1の実施形態の補正方法1における筆記モードを示す説明図である。図11Bは、本発明の第1の実施形態の補正方法1における消去モードを示す説明図である。
電子ペン1による消去位置を補正する場合、電子ペン1の使用者は、電子ペン1に備わるOFFSETボタン77を操作した後、筆記モードにおいて校正用の線をなぞる。この校正用の線は、例えば、図11Aに示すように、縦及び横の方向の線が含まれているとよい。次に、使用者は、消去用キャップを電子ペン1に装着し、電子ペン1を消去モードに設定し、消去用ゴム71の先端によって同じ線をなぞる(図11B)ことによって、筆記モードと消去モードとの各々において位置を取得する。電子ペン1は、測定した筆記モードと消去モードとの各々において取得された位置情報を、筆記データ及び消去データとして、転送装置32を介して計算機33に送る。
次に、計算機33は、送られた筆記データ及び消去データに基づいて、筆記モードにおいて取得された位置と、消去モードにおいて取得された位置との差を算出する。筆記モードにおいて取得された位置と、消去モードにおいて取得された位置とは、実際には紙面上の同じ位置であるため、計算機33は、補正が終了した後に消去モードとなる場合、消去モードにおいて取得した位置に、算出された差を加算する(又は、減じる)よう設定しておく。これによって、消去モードにおいて取得された位置と、筆記モードにおいて取得された位置との差が補正される。
本実施形態においては、予め印刷された図柄の枠をなぞり、消去時に取得した位置を補正したが、筆記モードにおいて記入した線図を、その後、消去モードにおいてなぞることによって、位置の差を取得してもよい。
次に、補正方法2について説明する。
電子ペン1は、補正方法1によって、筆記モードにおいて取得された位置と消去モードにおいて取得された位置との誤差を修正した場合も、消去用ゴム71の摩耗によって、ペン先18と消去用ゴム71の先端との距離が変化する。このため、図10に示すように誤差が変化する。
補正方法2では、補正方法1によって補正をした時点から一定期間、電子ペン1を使用した後、補正方法1によって再度補正をし、1回目の補正の結果と2回目の補正の結果とから、使用者の消去用ゴム71の摩耗の度合いを計算する。
計算機33は、1回目に決定された補正量と2回目に決定された補正量との変化量と、1回目の補正量の決定から2回目の補正量の決定までに消去用ゴム71によって消去した軌跡(ストローク)の長さとから、消去用ゴム71の摩耗速度を計算し、計算された摩耗速度を記憶する。なお、通常、消去用ゴムの摩耗速度は、電子ペン1の使用者に依存する。この記憶された摩耗速度に基づいて、自動的に筆記モードにおいて取得される位置と消去モードにおいて取得される位置との差を補正する。
次に、補正方法3について説明する。
図12A及び図12Bは、本発明の第1の実施形態の補正方法3を示す説明図である。
計算機33は、特徴量抽出部によって、図12Aに示す重心ライン121のように、筆記された文字の重心を線分として算出する。また、計算機33は、図12Aに示す文字を消去するためのペンの動き122のような消去用ゴム71の軌跡から、図12Aに示す重心ライン123のように、消去された部分の重心を線分として算出する。なお、この重心ラインの算出方法は前述した。
計算機33は、重心ライン123が重心ライン121から所定の距離の中にある場合、重心ライン121と重心ライン123とが一致するものと判定する。そして、この消去用ゴム71の往復運動の重心ライン123が、図12Bのように筆記の重心ライン121と一致するように補正量を決定する。
具体的には、重心ライン121と重心ライン123との各々の基準点の座標の補正量を算出し、消去データの座標から算出された補正量を加える。これらの基準点は、各重心ライン121の中心点でも、端点でもよい。
以上の補正方法を個別にまたは組み合わせて用いることによって、本実施形態の電子ペン1は、筆記と消去との位置情報を正確に一致させることができる。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、筆記及び消去された位置の情報を同一の光学系によって取得し、筆記及び消去された位置の補正量を性格に定め、筆記及び消去された位置を正確に一致させることができる。これによって、本実施形態の電子ペン1は、消去専用のペンを用いることなく、一本の電子ペン1によって筆記及び消去が可能となる。この結果、コストを大幅に下げることを可能としたことに加え、使用においての利便さを大幅に上昇させることができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態において、計算機33が補正量を算出したが、第2の実施の形態では、電子ペン1が補正量を算出するすなわち、第2の実施形態の電子ペン1は、補正方法1〜3によって電子ペン1から出力される位置を補正する。
第2の実施形態の電子ペン1は、データ保存部33に相当するデータ保存部を電子ペン1のメモリ12に含む。また、第2の実施形態の電子ペン1に備わる演算プロセッサ11は、演算部37と同じ処理を実行する。
電子ペン1によって補正量を算出する場合、算出された補正量を、補正後の消去モードにおいて取得される消去データの位置情報に加える(又は、減じる)。電子ペン1は、補正された位置情報を含む消去データを、計算機33に送る。
図13は、本発明の第2の実施形態の電子ペン1によるデータ取得処理を示すフローチャートである。
第1の実施形態との相違点は、S204の後にS205が実行される点である。
S204の後、第2の実施形態の電子ペン1は、取得した消去データの位置情報に補正量を加えることによって、位置データを補正する(S205)。
第2の実施形態によれば、電子ペン1は、計算機33を用いることなく、電子ペン1のみによって筆記モードと消去モードとの誤差を解消することができる。すなわち、電子ペン1からデータの転送を受ける計算機33に、位置を補正するためのプログラムをインストールしていなくてもよい。
なお、筆記モードと消去モードとにおいて光学系14から紙面までの距離が異なる。このため、光学系14が合焦機能を備える場合、消去モード磁気センサ75がONのときに、光学系14のレンズを起動して合焦位置を変化させてもよい。このように構成すると、ペン先18と消去用ゴム71の先端とが異なる位置にある場合でも、紙面上のドットパターンをより明瞭に撮影することができる。
(第3の実施形態)
第1の実施形態において、電子ペン1に備わるメモリ12、及び計算機33のデータ保存部36は、筆記データと消去データとを、別々のメモリ領域に格納した。しかし、筆記データと消去データとを識別するフラグを付加すれば、筆記データと消去データとが同じメモリ領域に保存されてもよい。
第3の実施形態において、電子ペン1及び計算機33は、筆記データと消去データとを同じメモリ領域に保存する。
光学系14と、演算プロセッサ11とによって取得された筆記データ及び消去データは、データの先頭に筆記データ又は消去データのどちらかを示す識別子が付加され、電子ペン1に備わるメモリ12の連続したアドレスに順に保存される。
図14は、本発明の第3の実施形態の電子ペン1によるデータ取得処理を示すフローチャートである。
第1の実施形態との相違点は、第1の実施形態におけるS202及びS204の代わりに、S210において筆記モードに切り替え、S211において消去モードに切り替える。電子ペン1は、S210において、取得された筆記データに筆記データであることを示す識別子を付加し、S211において、取得された消去データに消去データであることを示す識別子を挿入する。
筆記データ及び消去データは、計算機33に転送された後、データ保存部36に保存される。
図15は、本発明の第3の実施形態のデータ保存部36を示すブロック図である。
第3の実施形態では、前述した第1の実施形態と異なり、筆記データと消去データとの両方が、データ保存部36の筆記・消去データ保存部40に連続したアドレスに順に保存される。
図16は、本発明の第3の実施形態のストロークセット情報51を示す説明図である。
第3の実施形態では、前述した第1の実施形態と異なり、ストロークセット情報51に、筆記モード又は消去データを示す識別子である筆記/消去データフラグ58を含む。例えば、筆記/消去データフラグ58では、”0”が筆記データを示し、”1”が消去データを示す。
第3の実施形態は、第1の実施形態と同様に、筆記及び消去された位置の情報を同一の光学系によって取得し、筆記及び消去された位置の補正量を性格に定め、筆記及び消去された位置を正確に一致させることができる。
(変形例)
以上、第1から第3の実施形態において、定められた補正量を用いて消去データを補正する方法について説明したが、決定された補正量を所定の比率によって筆記データと消去データとに分配して、筆記データと消去データとの両方を補正してもよい。例えば、決定された補正量の1/2ずつを筆記データ補正量及び消去データ補正量とする。そして、筆記モードと消去モードとにおいて取得された位置を、各々筆記データ補正量及び消去データ補正量によって補正する。
この変形例によると、消去用ゴム71の摩耗の限界位置を補正量の中心に設定することができる。
なお、本発明の電子ペンシステムは、例えば、第2の実施形態と第3の実施形態とを組み合わせるなど、前述に示した実施形態を組み合わせることによって実装されてもよい。
Claims (14)
- 紙面上に文字及び図形を筆記することができる筆記部を有する電子ペンを備える電子ペンシステムであって、
前記電子ペンは、前記筆記された文字及び図形を消去する消去部と、前記筆記部によって筆記された文字及び図形の筆記データ、並びに前記消去部によって消去された文字及び図形の消去データを、電子データとして取得する光学系とを備え、
前記筆記部と前記消去部とは、前記電子ペンの異なる位置に各々備わり、
前記筆記データと前記消去データとは、各々、前記筆記された文字及び図形の位置情報と、前記消去された文字及び図形の位置情報とを含み、
前記電子ペンシステムは、
前記筆記データに含まれる位置情報と、前記消去データに含まれる位置情報とを補正する補正データを保持し、
前記補正データによって前記消去データに含まれる位置情報を補正することを特徴とする電子ペンシステム。 - 請求項1に記載の電子ペンシステムであって、
前記電子ペンは、前記消去部を有するキャップを備え、
前記光学系は、前記キャップが前記電子ペンに装着された状態において、前記消去された文字及び図形の消去データを、前記キャップを通して電子データとして取得することを特徴とする電子ペンシステム。 - 請求項1に記載の電子ペンシステムであって、
前記電子ペンは、前記消去部によって文字及び図形を消去する消去モードと、前記筆記部によって文字及び図形を筆記する筆記モードと、前記筆記及び前記消去をしないOFFモードとを持つことを特徴とする電子ペンシステム。 - 請求項3に記載の電子ペンシステムであって、
前記電子ペンは、
前記消去部を有するキャップを備え、
前記キャップの装着される状態によって、前記モードが切り替わることを特徴とする電子ペンシステム。 - 請求項1に記載の電子ペンシステムであって、
前記電子ペンシステムは、
前記筆記データに含まれる位置情報と、前記消去データに含まれる位置情報との差を算出し、
前記消去データに含まれる位置情報から、前記算出された差を減じることによって、前記補正データを算出することを特徴とする電子ペンシステム。 - 請求項5に記載の電子ペンシステムであって、
前記電子ペンシステムは、
前記消去された文字及び図形の線の長さを算出し、
前記筆記データに含まれる位置情報と、前記消去データに含まれる位置情報との第1の前記差を算出し、
前記第1の差の算出から、所定時間経過した後に、再度前記筆記データに含まれる位置情報と、前記消去データに含まれる位置情報との第2の前記差を算出し、
前記第1の差と前記第2の差と、前記所定時間に前記消去された文字及び図形の線の長さに基づいて、補正データの変化量を算出することを特徴とする電子ペンシステム。 - 請求項1に記載の電子ペンシステムであって、
前記電子ペンシステムは、
複数の前記筆記及び前記消去された文字及び図形の任意の方向を軸として、前記軸と直交する方向において、前記筆記及び前記消去された文字及び図形の範囲を平均した位置を算出し、
前記筆記された文字及び図形の範囲の平均値と、前記消去された文字及び図形の範囲の平均値との位置情報の差を算出することによって、前記補正データを算出することを特徴とする電子ペンシステム。 - 紙面上に文字及び図形を筆記することができる筆記部を有する電子ペンであって、
前記電子ペンは、前記筆記された文字及び図形を消去する消去部と、前記筆記部によって筆記された文字及び図形の筆記データ、並びに前記消去部によって消去された文字及び図形の消去データを、電子データとして取得する光学系とを備え、
前記筆記部と前記消去部とは、前記電子ペンの異なる位置に各々備わり、
前記筆記データと前記消去データとは、各々、前記筆記された文字及び図形の位置情報と、前記消去された文字及び図形の位置情報とを含み、
前記電子ペンは、
前記筆記データに含まれる位置情報と、前記消去データに含まれる位置情報とを補正する補正データを保持し、
前記補正データによって前記消去データに含まれる位置情報を補正することを特徴とする電子ペン。 - 請求項8に記載の電子ペンであって、
前記電子ペンは、前記消去部を有するキャップを備え、
前記光学系は、前記キャップが前記電子ペンに装着された状態において、前記消去された文字及び図形の消去データを、前記キャップを通して電子データとして取得することを特徴とする電子ペン。 - 請求項8に記載の電子ペンであって、
前記電子ペンは、前記消去部によって文字及び図形を消去する消去モードと、前記筆記部によって文字及び図形を筆記する筆記モードと、前記筆記及び前記消去をしないOFFモードとを持つことを特徴とする電子ペン。 - 請求項10に記載の電子ペンであって、
前記電子ペンは、
前記消去部を有するキャップを備え、
前記キャップの装着される状態によって、前記モードが切り替わることを特徴とする電子ペン。 - 請求項8に記載の電子ペンであって、
前記電子ペンは、
前記筆記データに含まれる位置情報と、前記消去データに含まれる位置情報との差を算出し、
前記消去データに含まれる位置情報から、前記算出された差を減じることによって、前記補正データを算出することを特徴とする電子ペン。 - 請求項12に記載の電子ペンであって、
前記電子ペンは、
前記消去された文字及び図形の線の長さを算出し、
前記筆記データに含まれる位置情報と、前記消去データに含まれる位置情報との第1の前記差を算出し、
前記第1の差の算出から、所定時間経過した後に、再度前記筆記データに含まれる位置情報と、前記消去データに含まれる位置情報との第2の前記差を算出し、
前記第1の差と前記第2の差と、前記所定時間に前記消去された文字及び図形の線の長さに基づいて、補正データの変化量を算出することを特徴とする電子ペン。 - 請求項8に記載の電子ペンであって、
前記電子ペンは、
複数の前記筆記及び前記消去された文字及び図形の任意の方向を軸として、前記軸と直交する方向において前記筆記及び前記消去された文字及び図形の範囲を平均した位置を算出し、
前記筆記された文字及び図形の範囲の平均値と、前記消去された文字及び図形の範囲の平均値との位置情報の差を算出することによって、前記補正データを算出することを特徴とする電子ペン。
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