JP5526557B2 - 電子ペン及び電子ペンシステム - Google Patents

Description

本発明は超音波発信源から所定位置に至る超音波の伝播時間を測定する超音波の伝播時間測定システムのうち、超音波発信源たる電子ペン及びそれを用いた電子ペンシステムに関する。

超音波を用いた従来の位置検出方法の一例として電子ペンシステムが特許文献１に記載されている。この位置検出システムは一定周期で一定波形の超音波信号と赤外線トリガー信号を固定周期で送信する機能を有する電子ペンと、送信された２つの信号を受信する受信部からなり、受信部はトリガー信号の到達時点と超音波の到達時点とから電子ペンの位置を特定する。

また特許文献２には、超音波発振素子と、複数の赤外線発振素子と、筆記状態を検知するセンサを電子ペンに設置し、電子ペンの位置座標とともに回転角度を検知する筆跡入力システムが開示されている。さらに、特許文献３には、２箇所の第２位置とペンとの間の超音波伝送時間を測定することにより、ペンの位置を求める電子ペン装置が開示されている。

米国特許６１１８２０５ 特開２００８−２１７１７９号公報 特開２０００−１０５６６４号公報

超音波発信源から送信される超音波信号は、人に聞こえないように可聴帯域以上の周波数が用いられるため、少なくとも２０ｋＨｚ以上であることが必要である。この周波数帯域の信号を十分な音圧で発生させる手段としては、小型高剛性の振動板を電磁的に振動駆動する所謂スピーカーが知られているが小型化が困難なこと、電流駆動であるため消費電力が大きいことなどから電子ペンなどの小型の可動物体に実装することは困難である。そのため、超音波発信源として電圧駆動である圧電素子を用いることが広く行われている。

この圧電素子は、電圧駆動型であるため一般的に消費電力が小さいが、十分な音圧を確保するためには音響インピーダンスの低い共振体と組み合わせて用いられることが多い。しかしながら共振現象を利用した場合、一定の位相・周波数・ゲインで超音波を発信できるが、それ以外の周波数での送信ゲインはかなり低く、各種の変調方式を利用することが困難である。また、単独の圧電素子においても機械的なＱ値が高く残留振動が長引くため、変調方式の如何を問わず変調波に追従した超音波を発信することが困難である。また、共振特性を利用する関係上、圧電素子の材料特性及びその形状の僅かなずれによって、共振周波数やそのピークゲインが大きく変動する場合がある。

一方、伝播時間測定を連続的に行い、例えば電子ペンのように画面に点、線、面等を描画するためには、一定周期のトリガー信号に基づいて超音波を同期発信する必要がある。

通常、発信用のスイッチは可動ペン先に接触する形で設けられており、描画面にペン先を当てた場合、その移動量をタクトスイッチ等で検出し、スイッチのＯＮ／ＯＦＦを行うことによって描画を実現している。ところが、紙に鉛筆、ボールペン等で書き込む筆圧に比べて、プロジェクタや大画面モニタ上で描画を行う場合の電子ペンでは、描画圧の変動が非常に大きい。例えば投影面や表示面を叩いて位置を指し示すような場合には描画圧が非常に大きい。それに対して線を引くような場合は、ほとんど描画圧がかからないといった場合が多い。このような状況下で、スイッチという２値情報にて超音波及び電磁波の発信制御を行うと、描画圧の中間にＯＮ／ＯＦＦ制御値を設定せざるを得ず、描画圧が高い場合にはペン先のチャタリング等によって余計な点が描画されたり、描画圧が低い場合には途切れ途切れの線が描画されたり、最悪の場合、全く描画されなかったりする場合があった。

また、電子ペンにて描画を行う場合、描画面に垂直にペンを保持される事は少なく、傾いて使用されることがほとんどである。従って、傾きの影響を排除するため、通常、超音波発信源及び電磁波発信源は可能な限り描画面に近い場所に設置されることが多い。しかしながらいずれも指向性を有しているため、電子ペンを大きく傾けてしまうと、超音波あるいは電磁波あるいはその両方ともレシーバに届かず、描画できなくなってしまう場合があった。

本発明の目的は、さまざまな描画条件に対しても、高速で安定的な描画性能を実現する電子ペン及びそれを含む電子ペンシステムを提供することである。

本発明の第１の視点において、本発明に係る電子ペンは、電磁波信号と超音波信号とを送出し、該電磁波信号及び該超音波信号を生成し送出させるためのスイッチが、ペン先から受ける圧力又はペン先の変位量を検出する、複数のセンサを含んで構成されている。また、該ペン先のうち、センサに結合される部分が該複数のセンサにそれぞれ対応結合するように分岐して構成されている。あるいは該ペン先全体が複数のペン先軸から構成され、該複数のペン先分岐又は該ペン先軸ごとに該圧力又は該変位量を測定することにより、該ペン先にかかる描画圧分布を測定し、該測定結果に基づいて描画線の太さを変え、該ペン先の少なくとも一部が可撓性を有する材料から構成され、描画時の前記電子ペンの傾きに応じて、前記超音波送信部の超音波発信体及び前記電磁波送信部の電磁波発信体の、該電子ペンに対する傾きを変化させるアクチュエータを有する。

本発明の第２の視点において、本発明に係る電子ペンシステムは、電子ペンとレシーバとから構成される電子ペンシステムであって、該レシーバは、該電子ペンの前記電磁波送信部から送出された前記電磁波信号を検出する電磁波受信部、該電子ペンの前記超音波送信部から送出された前記超音波信号を検出する超音波受信部、及び該電子ペンの前記超音波駆動信号生成部で生成された超音波駆動信号と同じ波形をモデル波形とし、検出された該超音波信号と該モデル波形との間の相関値を算出し、算出された該相関値の主ピーク値を検出し、該電磁波信号の検出時点と該主ピーク値の検出時点とから該超音波信号の伝播時間を算出するデータ処理部、を含む。

本発明の第３の視点において、本発明に係る電子ペンの作動方法は、少なくとも一部が可撓性を有する材料から構成されるペン先から受ける圧力又は前記ペン先の変位量を複数のセンサが検出する工程と、該複数のセンサで検出された該圧力又は該変位量から描画線の太さを計算する工程と、前記複数のセンサで検出された該圧力又は該変位量から前記ペン先の傾きを計算する工程と、得られた該ペン先の傾きに対応して超音波発振体と電磁波発信体の該電子ペンに対する傾きを変える工程と、を含む。

本発明の第４の視点において、本発明に係る電子ペンシステムの作動方法は、電子ペンにおける、電磁波信号の送出と同時に自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づいて超音波を変調することにより超音波駆動信号を生成する工程と、該超音波駆動信号に基づき、該超音波駆動信号の基本周波数より高い周波数の超音波信号を生成し、送出する工程と、レシーバにおける、超音波駆動信号と同じ波形をモデル波形とし、検出された該超音波信号と該モデル波形との間の相関値を算出し、算出された該相関値の主ピーク値を検出し、該電磁波信号の検出時点と該主ピーク値の検出時点とから該超音波信号の伝播時間を算出する工程と、を含む。

本発明に係る電子ペン及び電子ペンシステムにより、さまざまな描画条件に対しても、高速で安定的な描画性能を実現することができる。

本発明の第１の実施例に係る電子ペンのブロック構成図である。 Ｍ系列データで位相変調された超音波駆動信号の波形図の１例である。 本発明の第１の実施例に係る電子ペンの断面構造図である。 本発明の第２の実施例に係る電子ペンの断面構造図である。 本発明の第３の実施例に係る電子ペンの断面構造図である。 描画圧により描画ペン幅を変える場合の両者の関係例である。 本発明の第４の実施例に係る電子ペンの断面構造図である。 本発明の第５の実施例に係る電子ペンの断面構造図である。 本発明の第６の実施例に係る電子ペンの断面構造図である。 本発明の第７の実施例に係る電子ペンの断面構造図である。 本発明の第８の実施例に係る電子ペンシステムのブロック構成図である。 本発明の一実施例に係る電子ペン及び電子ペンシステムのブロック構成図である。

本発明に係る電子ペンは、前記ペン先の与圧を調整可能な与圧機構を有することが好ましい。

また、前記ペン先の一部が可撓性を有するべく減径された構造とすることができる。これによっても描画圧の大きな変動を吸収することができる。

また、前記ペン先と前記センサとの間に可撓体を有することができる。

また、描画時の前記電子ペンの傾きに応じて、前記超音波送信部の超音波発信体及び前記電磁波送信部の電磁波発信体の、該電子ペンに対する傾きを変化させるアクチュエータを有することにより、ペンの傾きに対しても位置ずれを起こすことなく安定的な描画性能を実現することができる。

本発明に係る電子ペンは、送信タイミングを表す電磁波信号を送出する電磁波送信部と、該電磁波信号の送出と同時に自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づいて超音波を変調することにより超音波駆動信号を生成する超音波駆動信号生成部と、生成された該超音波駆動信号により駆動され、該超音波駆動信号の基本周波数より高い周波数の超音波信号を送出する圧電又は磁歪素子からなる超音波送信部と、を含むことができる。該電磁波信号及び該超音波信号を生成し送出させるためのスイッチは、ペン先から受ける圧力又はペン先の変位量を検出するセンサを含んで構成されている（図１２（Ａ））。このセンサは複数であってもよい。さらに、ペン先のセンサ対向側をセンサに対応して複数に分岐させてもよいし、複数のペン先軸としてもよい。

本発明に係る電子ペンシステムは、上記の電子ペンとレシーバとから構成される電子ペンシステムであって、該レシーバは、該電子ペンの前記電磁波送信部から送出された前記電磁波信号を検出する電磁波受信部を含む。また、該電子ペンの前記超音波送信部から送出された前記超音波信号を検出する超音波受信部を含む。さらに該電子ペンの前記超音波駆動信号生成部で生成された超音波駆動信号と同じ波形をモデル波形とし、検出された該超音波信号と該モデル波形との間の相関値を算出し、算出された該相関値の主ピーク値を検出し、該電磁波信号の検出時点と該主ピーク値の検出時点とから該超音波信号の伝播時間を算出するデータ処理部を含む（図１２（Ｂ））。

また、本発明に係る電子ペンの作動方法は、電磁波信号の送出と同時に自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づいて超音波を変調することにより超音波駆動信号を生成する工程と、該超音波駆動信号に基づき、該超音波駆動信号の基本周波数より高い周波数の超音波信号を生成し、送出する工程とを含む。

また、自己相関性の高い前記擬似ランダム信号はＭ系列信号であることが好ましい。

次に、本発明に係る電子ペン及び電子ペンシステムのいくつかの実施例について図１乃至１１を参照して詳細に説明する。

なお、超音波の変調方式については、擬似ランダム信号で自己相関性の高いＭ系列信号を用いて位相変調を行った場合を示しているが、その他の変調方式についても同様な効果が期待できる。更に変調の基本となる信号系列は擬似ランダム信号で自己相関性が高い信号系列であればよく、いわゆるＧｏｌｄ系列信号でも同様な効果が期待できる。

（実施例１）
図１は本発明の一実施例に係る電子ペンのブロック構成図である。この電子ペン１はスイッチ１１を有する送信部２を含む。送信部２は制御回路１０１、Ｍ系列（波形）生成回路（又はＭ系列ビット列格納メモリ）１０２、超音波駆動回路１０３、超音波送信器（超音波送信部）（圧電素子または磁歪素子）１０４、赤外線駆動回路１０５、赤外線送信器（電磁波送信部）１０６とから構成される。

Ｍ系列生成回路１０２は制御回路１０１から供給されるＭ系列初期条件に基づき特性多項式により決定されるＭ系列を生成する。Ｍ系列生成回路１０２は例えば４次の特性多項式ｆ（ｘ）＝ｘ^４＋ｘ＋１、あるいはｆ（ｘ）＝ｘ^４＋ｘ^３＋１の性質を持つ４ビットシフトレジスタを有し系列長が１５ビットのビット列を生成する。４ビットの初期条件を変更することにより、データの並びが巡回的にシフトした１５通りの異なるデータが得られる。図２はＭ系列により位相変調された超音波駆動信号の波形の１例を示す。１５ビットのＭ系列データ「０００１００１１０１０１１１１」の各１ビットを基本波の１周期に対
応させている。０の場合は反転位相とし、１の場合は順位相としたもので、変調波は基本波１５周期分の長さとなる。なお、Ｍ系列の詳細は、柏木濶著「Ｍ系列とその応用」（１９９６年３月２５日，昭晃堂）等に記述されている。

制御回路１０１は電子ペン１が具備するスイッチ１１が押されると、まず時間計測の基準となるトリガー信号とＭ系列の４ビット初期条件データを赤外線駆動回路１０５とＭ系列生成回路１０２に供給する。赤外線駆動回路１０５は制御回路１０１からの信号に基づき赤外線駆動用信号を生成する。赤外線送信器１０６はこの赤外線駆動回路１０５の出力により駆動され赤外線を電子ペン１から空間に送出する。

一方、Ｍ系列生成回路１０２は制御回路１０１から供給された初期条件に基づきＭ系列ビット列を生成し、これを超音波駆動回路１０３に供給する。超音波駆動回路１０３はこのＭ系列により超音波信号を位相変調し超音波駆動信号として超音波送信器１０４に供給する。超音波送信器１０４はこの駆動信号により駆動され、赤外線送信器１０６の送信タイミングに同期して、Ｍ系列位相変調された超音波信号を空間に送出する。従って、赤外線信号と超音波信号は電子ペンから同時に受信部に向け発射される。実際に電子ペンとして機能させるため、スイッチが押されている間、一定周期で上記動作を繰り返す。

制御回路１０１はＣＰＵ等で構成されるため、各信号波形は矩形波が多く用いられる。時間計測の基準となる赤外線トリガー信号については、受信器側でのサンプリングに対する時間ズレを小さくし計測誤差を最小にするためには可能な限り矩形波であることが好ましいが、超音波信号に関しては、超音波送信器１０４が圧電素子（または磁歪素子）で構成されることが多く、圧電素子そのものがＬ、Ｃ成分を含むため空間へ送出される超音波は駆動波形が矩形波であっても擬似的な正弦波となる。なお、送信側の波形については、上記送信器の特性を考慮し、正弦波、矩形波、三角波、台形波であっても、特に問題は生
じない。

以下に本実施例に係る電子ペンの構造とそれを用いた場合の描画性能に関して、順に説明する。

図３は、図１のスイッチ１１を感圧センサ４０２を用いて構成した電子ペンの構造の断面概略図である。ペン先４はペン筐体４０１に収納され、ペン筐体４０１の上部の開口部から外部に貫通している。ペン先４は可動構造となっており、ペン筐体４０１の内部に設けられている与圧機構５（バネ機構５ａ、５ｂ）によって感圧センサ４０２に接触するよう調整されている。つまりバネ機構５ａによってペン先４を感圧センサの方向へ付勢する圧力を、バネ機構５ｂにより反対方向へ付勢する圧力よりわずかに大きく調整する。これにより、感圧センサ４０２には静的な状態において一定の圧力が検出されており、圧力ゼロに近い領域（描画していない時）における誤動作が起きないように設定されている。また、感圧センサ４０２とペン先４との遊び（隙間）はほとんどなく、描画面に触るだけで電子ペンとして動作させることが可能となり、高速な描画を実現することができる。また、与圧機構５の与圧強度を上げれば、描画圧が大きい場合においてもチャタリングを生じることもほとんどなく、安定的な描画を実現することが可能となる。

ここではセンサとして、感圧センサ４０２を用いた例を示しているが、センサとしては、ペン先４の押し込み量（変位量）や圧力をほぼ連続的に検出できるものであれば何でもよく、例えば静電容量センサであってもかまわない。

（実施例２）
図４（Ａ）は、感圧センサ４０２を、ペン先４のセンサに対向する側の全面にわたって複数配置した場合の平面配置図を示している。このように感圧センサ４０２を複数配置することによって、１つのセンサで全面の圧力分布を検出する感圧センサに比べて、低コストにて必要な範囲で描画圧を検出することが可能となる。センサの配置位置は図示にこだわらず、円形や格子状等、適宜配置することができる。なお、断面図４（Ｂ）に示すように、ペン先４のセンサ側に対向している部分についても配置したセンサ位置に対応して分岐されたペン先４０４とすることにより、センサ位置以外での接触によって誤動作する可能性が低くなる。

（実施例３）
図５（Ａ）は、電子ペン１のペン先４が全体として複数のペン先軸４０４’に分割された構成の断面図を示している。ここで、１つの感圧センサ４０２が全面の圧力分布を測定可能であって、複数のペン先軸４０４’のそれぞれの長さを変えることにより、ペン先の当たり圧力、角度に応じて、描画線の太さを変えるように構成することが可能である。また、図５（Ｂ）に示す平面図のように、複数のペン先軸４０４’の配置に対応するように複数の感圧センサ４０２が配置されていても同様な効果が期待できる。

ここでもセンサは感圧センサ４０２に限らず、分岐されたペン先４０４又は複数のペン先軸４０４’の変位量や圧力を検出できるものであれば他のセンサも使用可能である。

図６は、描画圧に応じて描画ペン幅を変更する場合の両者の関係を示している。図５（Ａ）に示すペン先４を垂直方向に押し当てた場合、例えば感圧センサ４０２には図６（Ａ）に示すような圧力分布が生じる。これを図６（Ｂ）に示すように、センサ中心部からの描画圧力積分値に比例して描画ペン幅を増加させることができる。基本的には圧力に応じてソフト的に超音波波形あるいは電磁波波形を変更することで実現可能である。

（実施例４）
図７は、ペン先４とペン筐体４０１の間に設けられている与圧機構５の与圧力が可変となっている場合の実施例を示している。与圧機構５による与圧を適宜変更可能とすることで、使用者毎に設定圧を変更することが可能となり、使用者の好みに合わせた描画感覚を設定することが可能となる。

本実施例の構成について説明する。図７（Ａ）は平面（上面）図、（Ｂ）は断面図である。ペン先４が貫通するペン筐体４０１上部の押さえ板４０５は可動式となっており、平面図（Ａ）に示すように三日月形状の開口４０３が２箇所あり、各開口４０３には逆くさび状ピン４０６が挿入され、ペン筐体４０１と接続されている。ここで図７（Ａ）に示す状態では、逆くさび状ピン４０６がある位置での開口４０３の幅は大きく、押さえ板４０５は上方に移動しており、与圧機構５の与圧バネ５０１の高さが大きく、与圧は小さい。この状態から押さえ板４０５を左右どちらかに回転させると、逆くさび状ピン４０６がある位置での開口４０３の幅が狭くなり、押さえ板４０５がペン筐体４０１側に移動し、与圧機構５の与圧バネ５０１の高さが小さくなり、大きな与圧が与えられる。

ペン先４を可撓性材料で構成することもできる（図示せず）。この場合、ペン先４が柔軟性を有しているため、電子ペンを描画面に対して特に叩きつけるような描画を行う場合においても、ペン先４の大きな跳ねをその柔軟性で吸収できるため、描画跳び等の少ない安定な描画を実現することができる。

（実施例５）
図８は、ペン先４の形状を柔軟構造とした場合の例を示す。この実施例では、ペン先４の一部が柔軟性を有する程度に細い可撓構造部６を形成している。この部分が変形することによって描画圧の変動を吸収することができ、結果として安定な描画性能を提供することが可能になる。なお、可撓構造部６はペン先４と一体構造であっても、別の材料との組み合わせであってもかまわない。与圧バネ５０１及び感圧センサ４０２についてはこれまで説明した通りである。

（実施例６）
図９は、ペン先４と感圧センサ４０２の接続部に可撓体６１を挟み込んだ場合の例を示している。基本的にはペン先４の感圧センサ４０２と接触する部分が可撓体となっている場合であって、先に説明した例に含まれ得るが、ペン先４は基本的に消耗品であるため、この可撓体が感圧センサ４０２側に設けられたほうが、交換時のコストを削減する事ができる。また、ペン先４の材料を変更することもでき、使用者の好みの描画感覚を得る事が可能となる。

（実施例７）
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、電子ペンの傾きに応じて、超音波送信部の超音波発信体８及び電磁波送信部の電磁波発信体９の傾きを変化させる場合の構成例を示している。特にペン先４が分割され電子ペンの傾きに応じて、感圧センサ４０２の圧力分布が得られる場合、その圧力分布に応じて電子ペンの傾きを予め決めておけば、電子ペンの傾きに対して逆方向へ超音波発信体８及び電磁波発信体９の傾きを制御することが可能となり、描画面に対してほぼ並行に保つことが可能となる。その結果、電子ペンを大きく傾けても線跳びの生じない安定した描画性能を実現することが可能となる。

可動機構の例を図１０（Ａ）に示す。上が上面図、下が断面図である。図１０（Ａ）の断面図に示すように片持ち梁構造とし、梁の可動側を例えば４方向に引くアクチュエータ７を装備することにより、超音波発信体８及び電磁波発信体９の傾きを制御することが可能である。なお、図１０ではアクチュエータ７は右下方向及び左下方向の２箇所のみ図示しているが、右上方向、左上方向にも同様に設けることができる。図１０（Ｂ）は、右下方向のアクチュエータ７を作動させた場合の上面図（上）及び断面図（下）である。図１０（Ｃ）は左下方向のアクチュエータ７を作動させた場合である。上面図では、移動前と移動後の両図を線図の濃さを変えて示した。また、片持ち梁部分に大きな柔軟性を与え、他方に錘を持たせることによっても実現することができる。

（実施例８）
図１１は、本発明に係る電子ペンを用いる電子ペンシステムのブロック図を示す。このシステムのうち、電子ペン１及びそれに装着された送信部２についてはすでに述べたので省略する。本システムでは、送信部２から離れた所定の位置に設置されたレシーバに設けた受信部３をさらに含む。

受信部３は超音波受信器（超音波受信部）（圧電素子または磁歪素子またはマイクロフォン）２０１、サンプリング回路２０２、赤外線受信器（電磁波受信部）２０３、検出回路２０４、メモリ２０５とデータ処理回路（データ処理部）２０６とから成る。ここでデータ処理回路２０６は、超音波音圧測定ブロック及び超音波周波数測定ブロックを含んでも良い。

超音波受信器（圧電素子または磁歪素子またはマイクロフォン）２０１は電子ペン１から送信された超音波信号を受信しこれを電気信号に変換する。サンプリング回路２０２はこの超音波信号を一定間隔でサンプルし位相変調Ｍ系列超音波データとしてメモリ２０５に格納する。

赤外線受信器２０３は電子ペン１からの赤外線信号を受信しこれを電気信号に変換する。検出回路２０４は赤外線受信器２０３の出力からトリガーパルスを検出するとトリガーパルスの到来時刻をメモリ２０５に格納する。また、検出回路２０４はＭ系列初期条件データを検出するとこれをメモリ２０５に格納する。

Ｍ系列初期条件を赤外線信号に含ませる代わりに、所定のＭ系列の初期条件に基づき予め生成した位相変調Ｍ系列超音波モデル波形をメモリ２０５に格納し、赤外線トリガー信号が到来するとデータ処理回路２０６がこのＭ系列モデル波形を読出すようにしてもよい。

データ処理回路２０６はメモリ２０５からトリガーパルス到来を示すデータを読出すと格納されているＭ系列初期データからＭ系列モデル波形を生成しさらにこのモデル波形を送信部２と同様に超音波で位相変調し、送信側の超音波駆動信号と同じ波形の位相変調超音波Ｍ系列モデル波形を生成する。データ処理回路２０６はこの位相変調超音波モデル波形とメモリ２０５に格納されている位相変調超音波受信波形との間で相関処理を行う。データ処理回路２０６は相関値の最初のピーク（主ピーク）を検出すると、トリガーパルス到達時刻からこの相関値ピークを検出した時点までの経過時間、即ち電子ペン１からの受信部３に至る超音波信号の伝播時間を算出する。

具体的にはメモリ２０５に格納されているトリガー検出時刻をサンプリング開始時刻（ｔ）に設定し、位相変調Ｍ系列超音波データをメモリ２０５から読み出し、この読み出したデータと先に生成した位相変調Ｍ系列超音波モデル波形との間で数式（１）に基づきサンプリング開始時刻（ｔ）における相関値Ｃ（ｔ）を算出する。

数式（１）において、ｉは整数値でサンプリング時刻変数であり、Ｎはモデル波形のサンプリング数、ｒ（ｉ）はサンプリング時刻ｉのモデル波形の値、ｆ（ｉ＋ｔ）はサンプリング時刻（ｉ＋ｔ）の受信波形の値である。

次に得られた相関値からピーク値を探索する。ピーク値が検出されなければ、サンプリング開始時刻（ｔ）を単位量１だけインクリメントし同様にピーク値探索を繰り返す。相関ピーク値が検出されると、該相関ピーク値の検出時点における変数ｔに対応するサンプリング時刻をメモリ２０５から読み出す。最後にデータ処理回路２０６はトリガー検出時刻とピーク値検出時刻とから電子ペン１から受信部３に至る超音波の伝播時間を算出する。赤外線トリガーパルスを受信したサンプリング時刻を０とし、サンプリング周期をＤＴとすると、超音波伝播時間はｔ×ＤＴとして算出できる。

この電子ペンシステムにより、電子ペンの超音波及び電磁波発信スイッチの応答性を向上させ、高速で安定的な描画性能を持つ電子ペンシステムを実現する事ができる。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１ 電子ペン
１１ スイッチ
１０１ 制御回路
１０２ Ｍ系列生成回路
１０３ 超音波駆動回路
１０４ 超音波送信器（圧電素子または磁歪素子）
１０５ 赤外線駆動回路
１０６ 赤外線送信器
２ 送信部
２０１ 超音波受信器（圧電素子または磁歪素子又はマイクロフォン）
２０２ サンプリング回路
２０３ 赤外線受信器
２０４ 検出回路
２０５ メモリ
２０６ データ処理回路
３ 受信部
４ ペン先
４０１ ペン筐体
４０２ 感圧センサ
４０３ 開口
４０４ 分岐されたペン先
４０４’ 複数のペン先軸
４０５ 押さえ板
４０６ 逆くさび状ピン
５ 与圧機構
５ａ、５ｂ バネ機構
５０１ 与圧バネ
６ 可撓構造部
６１ 可撓体
７ アクチュエータ
８ 超音波発信体
９ 電磁波発信体

Claims (9)

1. 電磁波信号と超音波信号とを送出する電子ペンであって、
   該電磁波信号及び該超音波信号を生成し送出させるためのスイッチが、ペン先から受ける圧力又は該ペン先の変位量を検出する、複数のセンサを含んで構成されており、該ペン先が該複数のセンサのそれぞれに対応結合するように、分岐して構成されるか、複数のペン先軸から構成され、
   該複数のペン先分岐又は該ペン先軸ごとに該圧力又は該変位量を測定することにより、該ペン先にかかる描画圧分布を測定し、該測定結果に基づいて描画線の太さを変え、
   該ペン先の少なくとも一部が可撓性を有する材料から構成され、
   描画時の前記電子ペンの傾きに応じて、前記超音波送信部の超音波発信体及び前記電磁波送信部の電磁波発信体の、該電子ペンに対する傾きを変化させるアクチュエータを有することを特徴とする電子ペン。
2. 前記ペン先の与圧を調整可能な与圧機構を有することを特徴とする、請求項１記載の電子ペン。
3. 前記ペン先の一部が可撓性を有するべく減径された構造であることを特徴とする、請求項１又は２記載の電子ペン。
4. 前記ペン先と前記センサとの間に可撓体を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一に記載の電子ペン。
5. 送信タイミングを表す前記電磁波信号を送出する電磁波送信部、
   該電磁波信号の送出と同時に自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づいて超音波を変調することにより超音波駆動信号を生成する超音波駆動信号生成部、及び
   生成された該超音波駆動信号により駆動され、該超音波駆動信号の基本周波数より高い周波数の前記超音波信号を送出する圧電又は磁歪素子からなる超音波送信部、を含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一に記載の電子ペン。
6. 自己相関性の高い前記擬似ランダム信号はＭ系列信号であることを特徴とする、請求項５記載の電子ペン。
7. 請求項５又は６記載の電子ペンと、レシーバとから構成される電子ペンシステムであって、該レシーバは、
   該電子ペンの前記電磁波送信部から送出された前記電磁波信号を検出する電磁波受信部、
   該電子ペンの前記超音波送信部から送出された前記超音波信号を検出する超音波受信部、及び
   該電子ペンの前記超音波駆動信号生成部で生成された超音波駆動信号と同じ波形をモデル波形とし、検出された該超音波信号と該モデル波形との間の相関値を算出し、算出された該相関値の主ピーク値を検出し、該電磁波信号の検出時点と該主ピーク値の検出時点とから該超音波信号の伝播時間を算出するデータ処理部、を含むことを特徴とする、電子ペンシステム。
8. 電子ペンの作動方法であって、
   少なくとも一部が可撓性を有する材料から構成されるペン先から受ける圧力又は前記ペン先の変位量を複数のセンサが検出する工程と、
   該複数のセンサで検出された該圧力又は該変位量から描画線の太さを計算する工程と、
   前記複数のセンサで検出された該圧力又は該変位量から前記ペン先の傾きを計算する工程と、
   得られた該ペン先の傾きに対応して超音波発振体と電磁波発信体の該電子ペンに対する傾きを変える工程と、
   を含む作動方法。
9. 電磁波信号と超音波信号とを送出する電子ペンの作動方法であって、
   電磁波信号の送出と同時に自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づいて超音波を変調することにより超音波駆動信号を生成する工程と、
   該超音波駆動信号に基づき、該超音波駆動信号の基本周波数より高い周波数の超音波信号を生成し、送出する工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項８記載の作動方法。

Images