JP7326881B2 - 電子ペン及び入力システム - Google Patents

Description

本発明は、電子ペン及び入力システムに関する。

電子ペンを用いて、電子黒板やタブレット端末等のデータ入力装置にデータを入力する技術が知られている。また、電子ペンから無線信号を送信して、電子黒板やタブレット端末等のデータ入力装置で受信することにより、通信する技術も知られている。

例えば、特許文献１には、筆記具として、電子ペンと表示部が開示されている。また、特許文献１には、電子ペンの内部アンテナ回路と、表示部の外部アンテナとの間で、無線信号が送受信されることが開示されている。

従来技術の電子ペンにおいて、電子ペンの持ち方によっては、持ち手でアンテナが隠れてしまうことがあった。その場合には、電子ペンと表示部との間を伝搬する電波が遮られる。そのため、電子ペンと表示部との間の通信に支障が出る場合があった。

本開示は、持ち方によらずに安定して通信することができる電子ペンを提供する。

開示の技術は、信号の送信を行う複数の信号送信部と、前記複数の信号送信部のそれぞれについて、前記信号送信部を覆う前記送信を妨害する妨害物の有無を推定する推定部と、前記信号送信部のいずれかから前記信号を送信するように制御する送信制御部と、状態検出部と、を備え、前記状態検出部は、前記複数の信号送信部のそれぞれの付近に設けられる温度センサ、圧力センサ、湿度センサ及び照度センサのいずれかを含み、前記推定部は、前記状態検出部の検出結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物の有無を推定し、前記送信制御部は、前記推定部の推定結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物がないと推定された前記信号送信部から前記信号の送信を行うように前記信号送信部を制御する電子ペンである。

開示の電子ペンによれば、持ち方によらずに安定して通信することができる。

本実施形態の入力システムの全体構成図である。 本実施形態の電子ペンの正面図である。 本実施形態の入力システムのハードウエア構成図である。 本実施形態の電子ペンの制御回路の機能ブロック図である。 本実施形態の電子ペンの処理例を表すフローチャートである。 本実施形態の電子ペンの使用状態について説明する図である。 本実施形態の電子ペンの使用状態について説明する図である。

以下に図面を参照して本実施形態について説明する。

＜システム全体の構成＞
図１は、本実施形態の入力システム１の全体構成図である。

本実施形態の入力システム１は、電子ペン１００と、位置検出装置２００と、を備える。

電子ペン１００は、後述する前部アンテナ１５２又は後部アンテナ１６２から無線信号Ｓｉｇを送信する。電子ペン１００は、無線信号Ｓｉｇにより、ペン先圧力、ペンＩＤなどの情報を位置検出装置２００に送信する。

本実施形態の位置検出装置２００は、電子黒板（電子白板、インタラクティブフラットパネルディスプレイ等。）である。位置検出装置２００は、後述するアンテナ２５２により、無線信号Ｓｉｇを受信する。位置検出装置２００は、受信した無線信号Ｓｉｇに基づいて、位置検出装置２００の表示画面上に描画等を行う。位置検出装置２００は、電子ペン１００が送信した無線信号Ｓｉｇに基づいて、電子黒板として筆圧で描画太さを変えたりペン毎に色を変えたりする。

＜ハードウエア構成＞
［電子ペン１００］
図２は、本実施形態の電子ペン１００の正面図である。

本実施形態の電子ペン１００は、先端が細くなった棒状の形状となっている。電子ペン１００は、先端にペン先センサ１１０を備える。また、電子ペン１００は、末端にペン尻センサ１２０を備える。ペン先センサ１１０とペン尻センサ１２０は、電子ペン１００の先端又は末端が位置検出装置２００の表面と接触したことを検出する。そして、電子ペン１００は、接触したことを検出すると、接触したことを無線信号Ｓｉｇにより位置検出装置２００に通知する。ペン先センサ１１０及びペン尻センサ１２０の詳細については、後述する。

本実施形態の電子ペン１００は、２個のアンテナ、すなわち、前部アンテナ１５２及び後部アンテナ１６２を備える。前部アンテナ１５２は、電子ペン１００の先端側に設けられる。後部アンテナ１６２は、電子ペン１００の末端側に設けられる。

図３は、本実施形態の入力システム１のハードウエア構成図である。

本実施形態の電子ペン１００は、ペン先センサ１１０と、ペン尻センサ１２０と、制御回路１３０と、前部送信回路１５１と、前部アンテナ１５２と、後部送信回路１６１と、後部アンテナ１６２と、状態検出センサ１８０と、を備える。

ペン先センサ１１０は、電子ペン１００の先端が位置検出装置２００の表面と接触して押圧されたことを検出するセンサである。ペン尻センサ１２０は、電子ペン１００の末端が位置検出装置２００の表面と接触して押圧されたことを検出するセンサである。ペン先センサ１１０及びペン尻センサ１２０は、押しボタン式のスイッチになっている。ペン先センサ１１０又はペン尻センサ１２０の先端が位置検出装置２００の表面と接触すると、押しボタン式のスイッチが押圧され、スイッチがオンとなる。したがって、電子ペン１００は、ペン先センサ１１０又はペン尻センサ１２０の先端が位置検出装置２００の表面と接触することを検出可能となっている。

上記のように、電子ペン１００は、ペン先センサ１１０及びペン尻センサ１２０を備える。それによって、ペン先センサ１１０が接触している場合には、位置検出装置２００は、画面上にペンでの書き込みを行う。また、ペン尻センサ１２０が接触している場合には、位置検出装置２００は、消しゴムのように描画されている画像の一部の消去を行う。

制御回路１３０は、電子ペン１００全体を制御する。制御回路１３０は、プログラムが読み出し可能に記憶された記憶装置と、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を備える。制御回路１３０は、コンピュータとして動作する。

前部送信回路１５１は、制御回路１３０からの指令に基づいて、無線信号Ｓｉｇを送信するために前部アンテナ１５２を駆動する回路である。

後部送信回路１６１は、制御回路１３０からの指令に基づいて、無線信号Ｓｉｇを送信するために後部アンテナ１６２を駆動する回路である。

状態検出センサ１８０は、電子ペン１００の状態を検出するセンサである。

［位置検出装置２００］
本実施形態の位置検出装置２００は、制御回路２１０と、表示部２２０と、タッチパネル２３０と、受信回路２５１と、アンテナ２５２と、を備える。

制御回路２１０は、位置検出装置２００全体を制御する。制御回路２１０は、プログラムが読み出し可能に記憶された記憶装置と、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を備える。

表示部２２０は、画面に画像等を表示する。タッチパネル２３０は、タッチパネルの表面への接触を検知して、その接触した位置を検出する。タッチパネル２３０は、表示部２２０の表示画面上に設けられる。

受信回路２５１は、アンテナ２５２を介して、電子ペン１００から送信された無線信号Ｓｉｇを受信するための回路である。なお、アンテナ２５２が、信号受信部の一例である。

＜機能構成＞
図４は、本実施形態の電子ペン１００の機能ブロック図である。

本実施形態の電子ペン１００は、ペン先接触検出部１１１と、ペン尻接触検出部１２１と、制御部１３１と、前部送信駆動部１５５と、前部信号送信部１５６と、後部送信駆動部１６５と、後部信号送信部１６６と、状態検出部１８１と、を備える。

ペン先接触検出部１１１は、電子ペン１００の先端部分が、位置検出装置２００に接触しているかどうかを検出する。ペン先接触検出部１１１は、ペン先センサ１１０により構成される。

ペン尻接触検出部１２１は、電子ペン１００の末端部分が、位置検出装置２００に接触しているかどうかを検出する。ペン尻接触検出部１２１は、ペン尻センサ１２０により構成される。

前部送信駆動部１５５は、前部信号送信部１５６を駆動する。前部信号送信部１５６は、前部送信駆動部１５５により駆動されることにより、信号を位置検出装置２００に送信する。前部送信駆動部１５５は、前部送信回路１５１により構成される。前部信号送信部１５６は、前部アンテナ１５２により構成される。

後部送信駆動部１６５は、後部信号送信部１６６を駆動する。後部信号送信部１６６は、後部送信駆動部１６５により駆動されることにより、信号を位置検出装置２００に送信する。後部送信駆動部１６５は、後部送信回路１６１により構成される。後部信号送信部１６６は、後部アンテナ１６２により構成される。

状態検出部１８１は、電子ペン１００の状態、例えば、電子ペン１００の姿勢や電子ペン１００の把持されている状態、を検出する。状態検出部１８１は、状態検出センサ１８０により構成される。

制御部１３１は、電子ペン１００の全体を制御する。制御部１３１は、制御回路１３０により構成される。

制御部１３１は、全体制御部１３２と、送信制御部１３３と、推定部１３４と、ペンセンサ制御部１３５と、を備える。

全体制御部１３２は、送信制御部１３３、推定部１３４、ペンセンサ制御部１３５等の制御を行う。

送信制御部１３３は、前部信号送信部１５６又は後部信号送信部１６６のいずれかから無線信号Ｓｉｇを送信するように、前部送信駆動部１５５又は後部送信駆動部１６５を制御する。

推定部１３４は、前部信号送信部１５６及び後部信号送信部１６６を覆う妨害物、具体的には、電子ペン１００を把持する手、の有無を推定する。推定部１３４は、状態検出部１８１の検出結果に基づいて、前部信号送信部１５６及び後部信号送信部１６６を覆う妨害物の有無を推定する。

ペンセンサ制御部１３５は、ペン先接触検出部１１１及びペン尻接触検出部１２１の検出結果を取得する。ペンセンサ制御部１３５が取得した検出結果は、例えば、前部信号送信部１５６又は後部信号送信部１６６により、位置検出装置２００に送信される。

＜処理の流れ＞
図５は、本実施形態の電子ペン１００の処理例を表すフローチャートである。電子ペン１００は、下記のステップ（手順）に示す制御方法により実行される。

（ステップＳ１０） まず、電子ペン１００は、動作を開始すると、電子ペン１００の初期化を行う初期化処理を行う。初期化処理において、例えば、制御回路１３０、ペン先センサ１１０、ペン尻センサ１２０等の初期化を行う。また、送信制御部１３３は、前部信号送信部１５６又は後部信号送信部１６６のどちらから、無線信号Sigを送信するかの設定を行う。

（ステップＳ２０） 次に、特定のイベントが発生したかどうか判定する。特定のイベントが発生した場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）は、ステップＳ３０に進む。特定のイベントが発生していない場合（ステップＳ２０：ＮＯ）は、ステップＳ６０に進む。

ここで、特定のイベントについて説明する。特定のイベントとしては、以下の４つの例が挙げられる。（１）タイマーイベント、（２）Ｉｎ Ｒａｎｇｅイベント、（３）Ｔｉｐ Ｓｗｉｔｃｈイベント、（４）使用開始イベント。各イベントについて以下に詳細を説明する。

（１）タイマーイベント
タイマーイベントは、略一定の間隔（例えば、１秒。）で発生するイベントである。タイマーイベントを用いることにより、略一定の間隔で処理を行うことができる。

（２）Ｉｎ Ｒａｎｇｅイベント
Ｉｎ Ｒａｎｇｅイベントは、位置検出装置２００が、電子ペン１００が表示部２２０に接近したことを検知することによって発生するイベントである。位置検出装置２００は、表示部２２０の表面近傍に電子ペン１００が進入した場合に、電子ペン１００が進入してきたことを検出することができる。位置検出装置２００は、電子ペン１００の進入を検出したことを電子ペン１００に通知する。電子ペン１００は、その通知を受信した場合に、インレンジイベントを発生する。

（３）Ｔｉｐ Ｓｗｉｔｃｈイベント
Ｔｉｐ Ｓｗｉｔｃｈイベントは、電子ペン１００のペン先センサ１１０又はペン尻センサ１２０が押圧されたことにより発生するイベントである。ペンセンサ制御部１３５は、ペン先センサ１１０又はペン尻センサ１２０が押圧されたことを検出すると、Ｔｉｐ Ｓｗｉｔｃｈイベントを発生する。

（４）使用開始イベント
使用開始イベントは、電子ペン１００が使用を開始されたときに発生するイベントである。例えば、電子ペン１００が充電されている状態から解除された際に使用開始イベントを発生する。

（ステップＳ３０） 次に、推定部１３４は、信号送信部を覆う前記送信を妨害する妨害物の有無を推定する推定処理を行う。推定処理としては、以下の２つの処理がある。（１）方向検知による推定処理、（２）把持されている部分の検出による推定処理。各推定処理について以下に詳細を説明する。

（１）方向検知による推定処理
図６は、本実施形態の電子ペン１００の使用状態について説明する図である。位置検出装置２００が床（地面）に対して垂直に置かれているとする。電子ペン１００を図６のように持つとすると、描画する面に近い端部、すなわち、電子ペン１００を持つ手の指先側の端部が手で覆われる。したがって、描画する面に近い端部付近、すなわち、電子ペン１００を持つ手の指先側の端部付近、にあるアンテナは手に覆われる。例えば、図６の場合は、前部アンテナ１５２が手で覆われている。

また、前部アンテナ１５２と後部アンテナ１６２の位置関係について検討する。電子ペン１００を図６のように持つと、描画する面に近い端部、すなわち、電子ペン１００を持つ手の指先側の端部が、描画する面の反対側の端部、すなわち、電子ペン１００を持つ手の手首側の端部より、地面に対して高くなっている。

上記の検討より、すなわち、電子ペン１００の地面に対して、上側にあるアンテナが手で隠れ、下側にあるアンテナが手で隠れないと推定することができる。

電子ペン１００のアンテナの上下関係を検出する方法について説明する。電子ペン１００の状態検出センサ１８０として、加速度センサを用いる。そして、当該加速度センサの出力より、電子ペン１００の前部アンテナ１５２と後部アンテナ１６２のどちらが地面に対して下にあるかを判定する。推定部１３４は、地面に対してしたにある方のアンテナがアンテナを覆う送信を妨害する手（妨害物）がないアンテナと推定する。

なお、上記においてアンテナの上下関係を検出するのに加速度センサを用いているが、加速度センサに限らない。例えば、液体内に封入した筒の中に浮きを入れ、浮きが浮力で上方へ移動することを利用してアンテナの上下関係を検出してもよい。また、シーソー、滑車、天秤などの機構により、アンテナの上下関係を検出してもよい。

（２）把持されている部分の検出による推定処理
図７は、本実施形態の電子ペン１００の使用状態について説明する図である。図７のように電子ペン１００を持つ場合も考えられる。そのような場合を考慮して、電子ペン１００の実際に把持されている場所を推定する。

具体的には、状態検出センサ１８０として、温度センサをアンテナ付近に設ける。電子ペン１００の把持されている部分は体温によって温度が上昇する。したがって、温度センサでアンテナ付近の温度を測定することによって、温度が低い方のアンテナがアンテナを覆う送信を妨害する手（妨害物）がないアンテナと推定する。

なお、状態検出センサ１８０は、温度センサに限らない。状態検出センサ１８０は、手の位置が検出できれば、どのようなセンサを用いてもよい。例えば、温度センサ以外に圧力センサ、湿度センサ、照度センサ、容量センサ等を用いてもよい。また、複数のセンサを組み合わせて使用してもよい。

例えば、圧力センサでは、ペンを持っている部分は握られるので圧力がかかることを利用する。湿度センサでは、ペンを持っている部分が手の湿気で湿度が上がることを利用する。照度センサは手で隠すと外からの光が遮られることを利用する。容量センサでは、ペンを持っている部分の容量成分が変化することを利用する。

（ステップＳ４０） 次に、ステップＳ３０の推定処理に基づいて、現在使用しているアンテナの付近に妨害物があるかどうかを判定する。妨害物があると推定した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）は、ステップＳ５０に進む。妨害物がないと推定した場合（ステップＳ４０：ＮＯ）は、ステップＳ６０に進む。

（ステップＳ５０） 送信制御部１３３は、現在使用しているアンテナから、アンテナを覆う送信を妨害する手（妨害物）がないと推定されるアンテナに切り替えを行う。このように、送信制御部１３３は、推定部１３４の推定結果に基づいて、アンテナを覆う妨害物がないと推定されたアンテナから信号の送信を行うように、前部送信駆動部１５５又は後部送信駆動部１６５を制御する。

（ステップＳ６０） 処理を終了するか判定を行う。処理を終了する場合（ステップＳ６０：ＹＥＳ）は、ステップＳ７０に進む。処理を終了しない場合（ステップＳ６０：ＮＯ）は、ステップＳ２０に戻って、ステップＳ２０からの処理を繰り返す。

（ステップＳ７０） 電子ペン１００の処理を終了するための処理を行う。

なお、入力システム１において、位置検出装置２００は、アンテナ２５２により、前部アンテナ１５２又は後部アンテナ１６２から送信された信号を受信するステップを備える。

＜作用・効果＞
本実施形態の電子ペン１００を用いて、位置検出装置２００と無線通信を行うことにより、ユーザーが電子黒板にペンを近づけて筆記する際に電子ペンを持つ手により無線通信を妨害することを防止することができる。したがって、電子ペン１００と位置検出装置２００との間の無線通信の品質を向上されることができる。

また、電子ペン１００が備える複数アンテナの中で、妨害物のないアンテナを用いることによって、使用するエネルギーを低減することができる。特に、電子ペン１００は、電池で駆動されることから、使用するエネルギーを低減することにより駆動時間を延ばすことができる。

＜変形例＞
本実施形態の電子ペン１００では、２個のアンテナ（前部アンテナ１５２及び後部アンテナ１６２）を用いている。ただし、アンテナの数については２個に限らない。電子ペン１００において、２個以上のアンテナを備えるようにしてもよい。

本実施形態の入力システム１では、位置検出装置２００として電子黒板を用いている。ただし、位置検出装置２００としては電子黒板に限らない。例えば、位置検出装置２００として、タブレット端末やタッチセンサを備えるパーソナルコンピュータ等を用いてもよい。

本実施形態の電子ペン１００では、信号送信部として前部アンテナ１５２と後部アンテナ１６２を用いている。ただし、信号送信部は、前部アンテナ１５２と後部アンテナ１６２のような電波を送信するアンテナに限らない。例えば、信号送信部として、赤外線又は可視光の発光素子を備えるようにしてもよい。その場合は、電子ペン１００と位置検出装置２００は、赤外線又は可視光で通信を行う。また、信号送信部として、超音波振動子等の音波を発生する素子を用いてもよい。

１ 入力システム
１００ 電子ペン
１３３ 送信制御部
１３４ 推定部
１５２ 前部アンテナ
１５６ 前部信号送信部
１６２ 後部アンテナ
１６６ 後部信号送信部
１８０ 状態検出センサ
１８１ 状態検出部
２００ 位置検出装置
２５２ アンテナ

特開２００８－０８４３１０号公報

Claims (7)

1. 信号の送信を行う複数の信号送信部と、
   前記複数の信号送信部のそれぞれについて、前記信号送信部を覆う前記送信を妨害する妨害物の有無を推定する推定部と、
   前記信号送信部のいずれかから前記信号を送信するように制御する送信制御部と、
   状態検出部と、
   を備え、
   前記状態検出部は、前記複数の信号送信部のそれぞれの付近に設けられる温度センサ、圧力センサ、湿度センサ及び照度センサのいずれかを含み、
   前記推定部は、前記状態検出部の検出結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物の有無を推定し、
   前記送信制御部は、前記推定部の推定結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物がないと推定された前記信号送信部から前記信号の送信を行うように前記信号送信部を制御する
   電子ペン。
2. 前記送信制御部は、前記推定部の推定結果に基づいて、前記信号の送信を行っている前記信号送信部について、前記信号送信部を覆う妨害物があると推定された場合に、当該信号送信部から、前記信号送信部を覆う妨害物がないと推定された前記信号送信部に切り替える
   請求項１に記載の電子ペン。
3. 前記推定部は、前記状態検出部の検出結果に基づいて、前記信号送信部の近傍の状態を検出し、その検出結果を用いて、前記信号送信部を覆う前記送信を妨害する妨害物の有無を推定する
   請求項１に記載の電子ペン。
4. 信号の送信を行う複数の信号送信部を備える電子ペンの制御方法であって、
   前記複数の信号送信部のそれぞれについて、前記複数の信号送信部のそれぞれの付近に設けられる温度センサ、圧力センサ、湿度センサ及び照度センサのいずれかにおける検出結果に基づいて、前記信号送信部を覆う前記送信を妨害する妨害物の有無を推定する手順と、
   前記妨害物の有無の推定結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物がないと推定された前記信号送信部を用いて、前記信号の送信を行う手順と、を備える制御方法。
5. 信号の送信を行う複数の信号送信部を備える電子ペンのコンピュータに、
   前記複数の信号送信部のそれぞれについて、前記複数の信号送信部のそれぞれの付近に設けられる温度センサ、圧力センサ、湿度センサ及び照度センサのいずれかにおける検出結果に基づいて、前記信号送信部を覆う前記送信を妨害する妨害物の有無を推定する手順と、
   前記妨害物の有無の推定結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物がないと推定された前記信号送信部を用いて、前記信号の送信を行う手順と、を実行させるためのプログラム。
6. 電子ペンと、位置検出装置と、を備える入力システムであって、
   前記電子ペンは、
   信号の送信を行う複数の信号送信部と、
   前記信号送信部を覆う妨害物の有無を推定する推定部と、
   前記信号送信部のいずれかから前記信号を送信するように制御する送信制御部と、
   状態検出部と、を備え、
   前記状態検出部は、前記複数の信号送信部のそれぞれの付近に設けられる温度センサ、圧力センサ、湿度センサ及び照度センサのいずれかを含み、
   前記推定部は、前記状態検出部の検出結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物の有無を推定し、
   前記送信制御部は、前記推定部の推定結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物がないと推定された前記信号送信部から前記信号の送信を行うように前記信号送信部を制御し、
   前記位置検出装置は、前記送信制御部により前記信号の送信を行うように制御された前記信号送信部から送信された信号を受信する信号受信部と、を備える
   入力システム。
7. 信号の送信を行う複数の信号送信部を備える電子ペンと、前記信号を受信する信号受信部を備える位置検出装置と、を備える入力システムの制御方法であって、
   前記電子ペンにおいて、前記複数の信号送信部のそれぞれについて、前記複数の信号送信部のそれぞれの付近に設けられる温度センサ、圧力センサ、湿度センサ及び照度センサのいずれかにおける検出結果に基づいて、前記信号送信部を覆う前記送信を妨害する妨害物の有無を推定する手順と、
   前記電子ペンにおいて、前記妨害物の有無の推定結果に基づいて、前記信号送信部を覆う妨害物がないと推定された前記信号送信部を用いて、前記信号の送信を行う手順と、
   前記位置検出装置において、前記信号送信部を覆う妨害物がないと推定された前記信号送信部により送信された信号を受信する手順と、
   を備える制御方法。

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