JPH0876915A - 筆記ペン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、携帯に便利で、種々の形態の
筆記において実用し得る信頼性の高い筆記情報を得る。 【構成】 文字等を描こうとすると、従来のペンと同様
に、紙面等には視覚的に見えるように描かれると同時
に、ペン先部に実装されたセンサ、即ち圧電素子１０
１、横方向加速度検出器１０２及び縦方向加速度検出器
１０３によって３種類の情報を検出する。ベクトル処理
部１１０は、時系列的に発生する３種類の情報をメモリ
１１１に記憶させる。これによってこの筆記ペンで特殊
な用紙やパッドを用いることなく筆記した情報をペン本
体に記憶させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は筆記ペンに関し、筆記
情報を電子化するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、オンライン文字認識の関わる技術
開発が盛んに行われている。このような技術としては下
記の文献にも示されている。

【０００３】文献名：特公平５−２５１４８号公報「オ
ンライン文字認識装置」。

【０００４】従来この種のアプリケーション技術はペン
入力コンピュータによって実現されており、ペン入力コ
ンピュータの特徴は表示一体型のタブレットを持ってい
る点である。ユーザは画面上にペンで文字を筆記すれ
ば、筆跡が表示され、更にオンライン手書き認識により
文字として入力することができる。上記文献には入力部
としてのタブレットに出力装置としての表示部の機能を
合わせ持たせたオンライン手書き文字認識装置について
示されており、ペン入力コンピュータに必要な手書き入
力による文字入力技術が示されている。

【０００５】これが小形化され形態端末化したものは文
房具のような個々人のパーソナルな存在となると考えら
れ、小形化や使い易さの実現が課題となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術において文房具のような個々の人のパーソナルな存在
となるためには、以下のような欠点があった。

【０００７】（１）タブレット側にオンライン認識機能
があり、少なくとも表示一体型のタブレットで構成され
る端末を携帯する必要があった。 （２）従来の紙に従来のペンで書いた場合と同等の機能
性を実現するためには、認識速度及び認識率の飛躍的な
向上が必要であった。 （３）従来の手帳の使い易さ、即ち、ページめくり風の
検索機能の実現は容易ではなかった。 （４）文字認識と描画の融合といったサービス面での発
展性や認識方式の改良などによる機能向上のためには、
表示一体型のタブレットで構成される端末のバージョン
アップが必要となり、旧バージョン製品の購入者に対す
るフォローが容易ではなかった。

【０００８】以上のようなことから、簡単な構成で、携
帯に便利で、種々の形態の筆記において実用し得る信頼
性の高い筆記情報を得る筆記ペンの提供が要請されてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の筆記
ペンは、筆記情報を検出する筆記ペンであって、筆記ペ
ンの振動を検出する振動検出手段と、少なくとも２方向
の加速度検出を行う動き検出手段とを備えて上述の課題
を解決するものである。

【００１０】

【作用】この発明の筆記ペンによれば、例えば、文字な
どを描こうとすると、従来のペンで描く場合と同様に例
えば、用紙上には文字などが描かれると同時に、振動検
出手段による、筆記ペンの用紙への接触を検出すること
ができる。また、動き検出手段によって、例えば、横方
向と縦方向の加速度検出を行うことができるものであ
る。

【００１１】即ち、筆記ペンの用紙面移動で生じる摩擦
ノイズからペン先が用紙面に接触して移動する場合と、
用紙面から離れて移動する場合とを識別して、ペンのア
ップダウン情報を得ることができる。また、ペン先移動
の横方向成分の情報を得ることができる。更に、ペン先
移動の縦方向成分の情報を得ることができる。従って、
筆記ペンの３次元的な動きの情報を忠実に筆記情報とし
て検出することができるものである。

【００１２】

【実施例】次にこの発明の好適な実施例を図面を用いて
説明する。そこで、この実施例では、タブレットや特殊
な用紙を使用することなく、筆記ペン本体だけによっ
て、手書き文字情報や描画情報を記憶させることが可能
であれば、筆記ペンとノート又は手帳といった本来の筆
記用具の機能性をそのまま保有し、筆記ペンだけを携帯
して筆記した情報を、後で認識機能を有する端末へ転送
することによってコンピュータ等での手書き文字情報や
描画情報の利用を可能とさせ、従来のペン入力コンピュ
ータ特有の問題を解決することが可能な構成を実現す
る。

【００１３】『第１の実施例』：図１はこの発明の第１
実施例の筆記ペンの機能構成図である。この図１におい
て、筆記ペンは、筆記ペン本体のペン先部に実装された
ペン先摩擦ノイズ検出のための圧電素子１０１、ペン先
の横方向加速度検出器１０２、ペン先の縦方向加速度検
出器１０３、圧電素子出力を増幅する増幅回路１０４、
波形処理回路１０５、加速度検出モーションフィードバ
ック増幅回路１０６、１０８、二重積分回路１０７、１
０９、ベクトル処理部１１０、メモリ回路１１１、制御
回路１１２、外部インタフェース回路１１３、記憶デー
タを外部に転送するための外部インタフェース電極１１
４、簡易液晶表示部１１５、充電用の発電部１１６、充
電回路１１７、二次電池１１８などから構成されてい
る。

【００１４】二次電池１１８は、電子回路への電力供給
回路としての二次電池であり、充電用電力は充電用発電
部１１６から供給される交流電力を充電回路１１７で整
流・安定化して用いる。充電回路１１７にはペンの筆記
時の運動エネルギーを電力に変換することにより得られ
る発電電圧の大きさを検出する電圧検出回路を含み、検
出出力は制御回路１１２に接続されている。

【００１５】図２はこの実施例の筆記ペンの主要部分の
実装位置を示す第１実施例の構造図であって、ペン先摩
擦ノイズ検出のための圧電素子１０１、横方向加速度検
出器１０２、縦方向加速度検出器１０３、外部インタフ
ェース電極１１４、簡易液晶表示部１１５、発電部１１
６の実装位置をそれぞれ示す。２０１はペン先からイン
ク収容部からなる従来の万年筆、２０２は電子回路実装
部を示している。

【００１６】図３は圧電素子出力の信号処理を説明する
波形図である。この図３において（ａ）は筆記時の圧電
素子出力電圧波形、（ｂ）は圧電素子出力電圧を増幅し
振幅制限した波形、（ｃ）は該振幅制限波形を全波整流
した波形、（ｄ）は該全波整流波形を閾値回路により２
値化した波形、（ｅ）は該２値化波形でリトリガブルマ
ルチバイブレータをトリガして得られる波形整形された
２値化波形をそれぞれ示している。

【００１７】図４は第１実施例における加速度検出器の
構造を示す断面図である。この図４において４０１−１
及び４０１−２は磁気回路を構成する永久磁石、４０２
−１及び４０２−２は磁界中に配置された可動コイルで
あって、それぞれのコイルの両端はダンパーに沿って可
動コイルの運動を妨げないように駆動端子４０４及び検
出端子４０５に引き出されている。４０６は永久磁石４
０１−１及び４０１−２を固定するフレームであり、こ
のフレームがペンに図２に示される位置において固定さ
れるのである。

【００１８】一方、２つの可動コイル４０２−１及び４
０２は機械的に同一の運動をするように結合されてお
り、ダンパー４０３−１及び４０３−２によって磁界に
対して垂直方向に運動のみを許すように保持されてい
る。

【００１９】図５は発電部の構造を示す断面図である。
筒状コイルボビン５０１に発電コイル５０２が捲かれ、
その外周を磁性体５０３で磁路を構成するシリンダー形
の固定部がフレーム５０４に固定されており、一方、円
柱状の永久磁石５０５及び５０６がピストン形の可動部
を構成し、フレームに固定された中心軸５０７にスムー
ズに滑る構造になっている。

【００２０】永久磁石５０５と５０６は円柱の中心軸方
向に磁化されており、この２個の磁石はその磁性を逆に
して中心軸方向に並べて２個が同一の運動をするように
一体化した構造である。ペンに加速度が加わらない状態
ではそれぞれの磁極と前記磁性体５０３の両端部分が磁
気回路を構成するように、ほぼ図に示す位置で力の平衡
が保たれる。過度の加速度が加わった場合の可動部の変
位を制限し、再度平衡位置に戻るのを助けるためにスプ
リング５０８及び５０９が中心軸の両端に設けてある。

【００２１】図６は加速度検出器の動作原理図を示して
いる。６００は図４に示した加速度検出器に対応する。
６１０は増幅回路であり、６２０は電圧出力端子であ
る。

【００２２】図７は二重積分回路の例を示すブロック図
であり、アナログ電圧入力端子８０１からの加速度に比
例した圧電信号はアナログ・ディジタル変換器によって
ディジタルデータに変換され、第１の加算回路８０３に
よてってＤフリップフロップ８０４の出力値とを加算
し、更に第２の加算回路８０５でＤフリップフロップ８
０６の出力値と加算され出力端子８０７に出力される。
Ｄフリップフロップ８０４の入力は第１の加算回路８０
３の加算結果であり、Ｄフリップフロップ８０６の入力
は第２の加算回路８０５の加算結果である。

【００２３】クロック入力端子８０８、８１０、８１２
にはクロック信号が入力され、リセット端子８０９には
Ｒ１なるリセット信号がＤフリップフロップ８０４のク
リア端子に、リセット端子８１１にはＲ２なるリセット
信号がＤフリップフロップ８０６のクリア端子に与えら
れる。Ｒ１は使用開始時に与える初期リセット信号であ
り、充電回路の発電出圧検出回路の検出信号を元に発生
させ、Ｒ２はペンのアップ・ダウン信号を元にアップ時
期の先頭とダウン期間の先頭に発生させるものである。

【００２４】図８は三種の情報Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と筆記
文字の対応を示す図である。この図８において、Ｓ１は
オン／オフの状態を表している。Ｓ２は水平方向の動き
を表している。Ｓ３は垂直方向の動きを表している。

【００２５】図９は三種の情報をメモリに記憶させるた
めのベクトル処理部１１０のコード化の処理を説明する
ための処理機能構成図である。この図９において、ベク
トル処理部１１０は、状態遷移検出回路９０１と、ヘッ
ダパターン発生回路９０２と、レジスタ９０３、９０４
と、混合器（ＭＵＸ）９０５と、バッファ回路９０６と
から構成されている。

【００２６】図１０はコード化の処理を説明するため
の、情報Ｓ１の遷移図である。詳細は後述する。図１１
はコード化の例を示すコード表である。詳細は後述す
る。

【００２７】（第１実施例の動作）： この実施例の
筆記ペンで、文字等を描こうとすると、従来のペンで描
く場合と同様に、ペン先部に実装されたセンサ即ち図１
の圧電素子１０１、横方向加速度検出器１０２及び縦方
向加速度検出器１０３によって３種類の情報を検出す
る。第１はペンの用紙面移動で生じる摩擦ノイズからペ
ン先が用紙面に接触して移動する場合と用紙面から離れ
て移動する場合とを識別して、いわゆるペンのアップ・
ダウン情報を得ることである。

【００２８】第２は横方向加速度検出器１０２によるペ
ン先移動の横方向成分の情報を得ることである。第３は
縦方向加速度検出器１０３によるペン先移動の縦方向成
分の情報をそれぞれ得ることである。

【００２９】先ず、ペンのアップ・ダウン情報検出動作
の説明を図３の圧電素子出力の信号処理を説明する波形
図を用いて説明する。紙面に筆記する１ストロークの期
間はペンが紙面上を接触しながら移動するため、ペン先
摩擦ノイズが圧電素子１０１に機械振動として伝達さ
れ、圧電効果により電気信号に変換される。図３におい
ては横軸は時間軸、縦軸は信号電圧を示す。

【００３０】図３（ａ）は筆記時の圧電素子出力電圧波
形であり、ペン先摩擦ノイズの有無が振幅の大小となっ
て現れるため、この波形からノイズ有りの期間とノイズ
無しの期間を識別することによってペンのアップ・ダウ
ン情報検出を行おうとするのであるが、ペンダウンの期
間のノイズ振幅には用紙表面の状況、筆圧或いは筆記速
度の差異によって一定しないと考えられるため、図３
（ｂ）の圧電素子出力電圧を増幅し振幅制限して得られ
る波形に示されるようにペンダウンの期間のノイズ振幅
を制限レベルに均一化する。

【００３１】この振幅制限波形を図３（ｃ）に示してい
るように全波整流し、更に図３（ｄ）に示しているよう
に全波整流波形を閾値回路によって２値化することによ
って、ノイズの有無に対応するオン・オフ情報を得る。
更に図３（ｅ）に示しているように上記２値化波形でリ
トリガブルマルチバイブレータをトリガすることによっ
て微小期間のオフ期間を除去して得られる波形整形され
た２値化波形を得ることができ、ペンのアップ・ダウン
情報として利用することができるのである。

【００３２】（加速度検出器によるペンの動き検出）：
次に、加速度検出器によるペンの動き検出について
説明する。図６において加速度検出器全体をαなる加速
度で上に動かすと、２組のコイルからなる質量ｍなる可
動部にはＦなる力が働き、可動部全体が下に変位しよう
とする。この時の加速度と力の関係は次の（１）式で表
される。

【００３３】

【数１】Ｆ＝ｍ×α …（１） この時、磁束密度Ｂなる定常磁界に直交して配置された
可動コイル４０２−２は、更に直交する向きの運動を受
けてｖで動こうとすると、可動コイルに誘起される超電
力Ｅは毎秒切断する磁束数に等しいというカッティング
理論から、次の式（２）のごとく表現される。

【００３４】

【数２】Ｅ＝ｖ×Ｂ …（２） この超電力Ｅは増幅回路６１０で増幅され、磁束密度Ｂ
なる定常磁界に直交して配置されたもう一方の可動コイ
ル４０２−１をｉなる電流で駆動する。この時可動コイ
ル４０２−１の線素ｄ１の受ける力ｄＦ’は次の式
（３）で表される。

【００３５】

【数３】ｄＦ’＝ｉ（ｄｌ×Ｂ） …（３） 即ち、可動コイル４０２−１全体が受ける力Ｆ’は駆動
電流ｉに比例する。

【００３６】この２つの可動コイルは機械的に結合され
て同一の運動をする構造のため、起電力Ｅをゼロにする
方向、即ち次の（４）式の関係を保って変位を限りなく
小さくする方向に駆動電流ｉを流す、即ちモーショナル
フィードバックを含むフィードバックループを構成する
ことができる。

【００３７】

【数４】Ｆ＋Ｆ’＝０ …（４） 駆動電流ｉは加速度に比例して可動部の受ける力Ｆ’に
比例するため、十分なループゲインと適当なループフィ
ルタ特性を実現するように増幅回路の特性を選ぶことに
より、駆動可動部の変位を微小にとどめながら加速度に
正確に比例した出力電圧を出力電圧端子６２０に得るこ
とができるのである。

【００３８】こうしてペン先を直交して実装された２つ
の加速度センサ、即ち横方向加速度検出器１０２及び縦
方向加速度検出器１０３によって、ペン先の動きの加速
度の横方向成分及び縦方向成分という第２の情報及び第
３の情報を検出することができ、加速度に比例した電圧
信号が二重積分回路１０７或いは１０９に入力される。

【００３９】（二重積分回路）： 次に二重積分回路
１０７、１０９の例とその動作について説明する。加速
度を積分することによって速度が算出され、更に速度を
積分することによって変位量が算出されるという運動学
における周知の公式を用いることによって、加速度に比
例した電圧信号から変位量が算出可能となるのである。

【００４０】図７に示す二重積分回路１０７、１０９の
例は加速度に比例したアナログ電圧をアナログ・ディジ
タル変換して得られるディジタルデータをディジタル演
算処理により積分してディジタル信号として出力するも
のである。

【００４１】この二重積分回路１０７、１０９は、主に
アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器８０２と、加算
回路８０３、８０５と、Ｄフリップフロップ８０４、８
０６と、検出回路８１３とから構成されている。

【００４２】この図７において、先ず、加速度に比例し
た電圧信号が端子８０１にあたえられ、アナログ・ディ
ジタル変換器８０２によってクロック信号ＣＫを標本化
周波数としてディジタルデータに変換される。このディ
ジタルデータは２の補数で表現され、ペンが左から右へ
或いは上から下へ動き始める加速度に対して正の値をと
るものとして説明を行う。

【００４３】速度の時間微分が加速度であり、逆に加速
度を積分することによって速度が算出される。前記ディ
ジタルデータを加算回路８０３とＤフリップフロップ８
０４で構成される累積加算回路によって標本化周期で積
算することによってペン先の速度データを加算回路８０
３出力に得ることができる。

【００４４】この積分演算における定数項を０（ゼロ）
とするためには、使用開始時にＤフリップフロップ８０
４をクリアする必要があるが、この実施例では、加速度
データの振幅が一定値以下である状態を検出回路８１３
で検出し、加速度０検出端子８１４から制御回路１１２
へ情報を与えて、制御回路１１２が一定値以下である状
態の継続を判定し、継続時にＲ１なるリセット信号を発
生させて行うものである。

【００４５】こうして算出されたペン先の速度データは
更に加算回路８０５とＤフリップフロップ８０６で構成
される第二の積分回路によって積分演算を行って変位量
を算出する。第二の積分回路によって積分演算はストロ
ーク単位の定積分を算出することによって各ストローク
の変位量を求めるものであるが、ペンのアップ・ダウン
検出のアップ期間中の変位も算出して、いわゆる裏スト
ローク情報をも得るためにアップ期間の開始時及びダウ
ン期間の開始時の両方でＲ２なるリセット信号を発生さ
せる。

【００４６】こうして得られた変位量は裏ストロークを
含めた各ストロークの始点からの変位を表すディジタル
データであり横方向成分Ｓ２及び縦方向成分Ｓ３が図１
の二重積分回路１０７及び１０９の出力として得られる
ものである。

【００４７】ペンのアップ・ダウン検出情報Ｓ１及びこ
の各ストロークの始点からの変位の横方向成分Ｓ２及び
縦方向成分Ｓ３と筆記文字の対応を図８に示す。図８に
おいては数字の「４１」を筆記する場合を例としてＳ
１、Ｓ２及びＳ３の関係を示す、（１）、（３）、及び
（５）は裏ストロークを示す。（１）〜（６）の各スト
ロークに対するＳ１、Ｓ２及びＳ３のデータを記憶して
おけば、この記憶データには筆記された文字の復元を可
能にする情報が含まれているのでる。

【００４８】（データのコード化処理方法）： 次
に、これらの時系列的に発生する三種のデータをメモリ
ーに記憶させるためにコード化する方法の例を説明す
る。図９は三種の情報をメモリに記憶させるためのベク
トル処理部１１０の処理を説明するための処理ブロック
図であって、先ず情報Ｓ１は状態遷移検出回路９０１に
より入力情報の前記クロック信号毎の状態遷移を検出
し、図１０の遷移図に示されるように［Ａ］、［Ｂ］、
［Ｃ］及び［Ｄ］なる４種の遷移を識別しＣｏ出力す
る。

【００４９】図１０の［Ａ］はペンダウン即ちストロー
クの始点を、［Ｂ］はペンダウン状態を、［Ｃ］はペン
アップすなわちストロークの終点を、［Ｄ］はペンアッ
プ状態をそれぞれ示す。９０２はヘッダパターン発生回
路であり、使用開始時に１６ビットの並列データなる
「スタートコード」を発生する。使用開始時の検知はあ
らかじめ定めた一定期間以上［Ｄ］が継続した毎の
［Ａ］の遷移検出によって行う。

【００５０】ヘッダパターン発生回路９０２は、更にス
トローク番号計数機能を有し使用開始時から［Ａ］をカ
ウントして、１６ビットの並列データなる「ストローク
番号」を発生させる。遷移［Ｂ］においては、遷移毎に
情報Ｓ２及びＳ３を点列データとしてレジスタ９０３及
び９０４より、それぞれ８ビットの並列データとして制
御信号Ｃｉによって混合器９０５とバッファ回路９０６
を介してＤｏとして出力する。遷移［Ｃ］においては１
６ビットの並列データなる「ストローク終点マーク」を
９０２より発生させる。遷移［Ｄ］においては、各遷移
毎のペンアップ状態の点列データは廃棄し、遷移［Ａ］
直前のＳ２及びＳ３のデータをそれぞれ８ビットの「ペ
ンアップ変位」として出力する。これらのシーケンスと
コード化の例を示すコード表を図１１に示している。

【００５１】この実施例の筆記ペン本体の電子回路への
電力供給は、内蔵の二次電池１１８によって供給される
が、この二次電池は、筆記時には筆記によるペンの運動
エネルギを発電部によって電気エネルギに変換して充電
する。検出波形変化が連続して生じない場合は不使用時
と判断し、メモリ回路をパワーセイブモードに制御し電
力消費を最小にする。

【００５２】更に、全く発電部が発電していない状況、
即ち、ペンを携帯していない状況を、電圧検出回路２１
３によって連続して未発電状態であることを判定し、更
にメモリ回路以外も待機状態に制御する。

【００５３】簡易液晶表示部はメモリ使用情報として残
量又は記憶可能なおよその文字数、電池の放電状態又は
充電不足警告などを表示し、表示切替えはタイマーによ
る自動切替え、又は特定パターン認識機能をペン内部に
設けることによって筆記ジェスチャーによる強制切替え
が可能である。

【００５４】（第１実施例の効果）： 以上説明した
ように第１実施例の筆記ペンにおいては、筆記ペンで特
殊な用紙やパッドを用いることなく筆記した情報が筆記
ペン本体に記憶されるため、表示一体型のタブレットを
含むコンピュータを携帯する必要がなく、筆記ペン本体
と手帳やノートといった従来感覚の筆記用具だけを携帯
することで筆記情報の記憶が可能となる。

【００５５】筆記ペンに記憶された情報はパーソナルコ
ンピュータやワークステーションへ転送することが可能
であり、手帳やノートに筆記された内容と同一の文字や
描画をパーソナルコンピュータやワークステーションで
利用することができる。文字の認識をオンラインで行う
必要がないため、筆記ペン本体には認識部や登録辞書の
ような機能が不要となり筆記ペン本体の小形化、軽量
化、低消費電力及びローコスト化の実現が容易である。

【００５６】更に、パーソナルコンピュータやワークス
テーション側でのオフライン認識にはリアルタイム性が
要求されないため、高度の認識アルゴリズムを専用ハー
ドウェアを設けなくても実行することが可能であるとい
う大きな利点がある。

【００５７】筆記ペン本体では認識しないため、筆記中
に正しく認識されるかといった配慮が不要となり、普通
の筆記同様の感覚で用いることができ、しかも文字以外
の図形や記号も制限なく記憶させることができる。認識
性能アップやアプリケーション面での改善も筆記ペン本
体側の変更なしにパソコン側のソフトウェア対応で可能
であり、アプリケーションやシステム面での拡張性につ
いても優れている。

【００５８】尚、文字や図形は普通のペンで筆記した場
合同様にそれぞれのページに見えるため、視覚的に確認
したり検索したりするのに違和感がない。

【００５９】また、検出された筆記情報はメモリに保存
するためのコード化において、各ストロークの点列デー
タを絶対座標に扱わずにストローク毎の相対変位量とペ
ンアップ変位量の組合せで表現していることと、特殊な
用紙又はタブレットを用いないこととの利点として大き
な用紙サイズへの対応が可能である。

【００６０】更に、絶対座標で扱わずにストローク毎の
相対変位量とペンアップ変位量の組合せで表現する方法
においては、図１１のコード表の例に示されるように１
ストローク当たりの保存に必要なメモリ容量は、 （４＋サンプル数）×２バイト であり、１ストローク当たりのサンプル数、即ち、点列
データの数の平均１２、１文字５画、１ページ２００文
字換算で、１Ｍバイトのメモリに３０ページ以上の筆記
情報の記憶が可能となり、実用上十分な記憶性能が得ら
れる。また、ペン本体のメモリ残量が液晶簡易表示部に
表示されるため、メモリのオーバフローを防ぐための対
応が可能となる。

【００６１】また、この実施例では筆記時の運動エネル
ギーを用いて電池の充電を行っているため、ちょうど筆
記時の電力消費時に充電ができ、しかも発電部の構成に
おいて筆記ペンのアップダウン方向の運動エネルギーの
みを変換する発電機構のために、筆記時に発電素子の運
動が筆記に悪影響を与えるような作用を最小限にするこ
とができるという優れた電力供給系が構成されるなどと
いった優れた効果が期待できるものである。

【００６２】また、『加速度検出』は、機械的に結合さ
れた２つの電気機械変換素子（例えば可動コイル）を有
し、その一方の電気機械変換素子による検出信号の検出
値が０に近付く方向に、他方の電気機械変換素子を電気
的に駆動するフィードバックループを構成し、駆動電気
信号の大きさから加速度を検出するので、加速度に比例
して正確な駆動電気信号を得ることができる。

【００６３】『第２実施例』：上述の『第１実施例にお
いてはペン先部分に直交して配置した２つの加速度検出
器によって、ペン先の動きを検出する方法』について説
明したが、この『第２実施例ではペン先部に直接加速度
検出器の電気・磁気素子を配置せず、流体に加わる加速
度による圧力変化に比例した電気信号を利用する例』に
ついて説明する。

【００６４】図１２は第２実施例における加速度検出器
の構造図である。図１２において、折り曲げられた構造
の液体が封入されたバイプ１２０１が、折り返し点をペ
ン先部１２０２に配置して取り付けられており、パイプ
の両端には液に接してダイアフラム１２０３及び１２０
４がそれぞれ設けられている。パイプ内の液体は圧力変
化に対する体積の変化が小さい物質を選んでいるため、
ダイアフラム１２０３の変位とダイアフラム１２０４の
変位量は同一となる。

【００６５】それぞれのダイアフラムには可動コイル１
２０６及び１２０７が固定されており、永久磁石１２０
８及び１２０９による固定された磁界の中に置かれてい
る。この電磁変換部の構造と動作原理は第１実施例の加
速度検出器の説明と同様である。この図１２ではペンの
左右の動き（図では上下方向に対応）の加速度を検出す
るための加速度検出器が図示されているが、上述の第１
実施例と同様にこれを直交する動きを検出するために更
にもう１組の同一構造の加速度検出器の図示を省略して
いる。

【００６６】（第２実施例の動作）： この第２実施
例においても、上述の第１実施例と同様に、筆記ペンで
用紙に文字や図形を描くと、従来のペンで描く場合と同
様に用紙上には文字等が描かれると同時に、ペン先の縦
横の動きにより生じる加速度に相関した圧力変化がダイ
アフラムへ伝達される。上述の第１実施例に置ける動作
原理と同様に、図１２の可動コイル１２０６に発生した
起電力を抑制する方向に、もう一方の可動コイル１２０
７に駆動電流を流す、いわゆるモーショナルフィードバ
ック系を構成すると、駆動電流が圧力変化に比例するこ
とから加速度検出ができるのである。

【００６７】第１実施例と同様に、ペン先部の振動、即
ち筆記時のノイズレベルの有無により得たペン先のアッ
プダウン情報とともに、直交する２方向の加速度成分を
用いることによって、筆記情報が収集され、時系列的に
発生するこの３成分をベクトル処理部１１０で処理しメ
モリに記憶させることにより筆記ペンが実現されるので
ある。

【００６８】（第２実施例の効果）： 第２実施例に
おいても第１実施例と同様に、この実施例の筆記ペンを
用いることにより、特殊な用紙やタブレットを用いるこ
となく、従来の筆記機能をすべて保存したまま、筆記し
た情報を記憶することができる。

【００６９】しかも、ペン先部分には直交した２本のパ
イプを配置するのみで、他の検出機構を離れた部分に配
置しながら、ペン先部分の動きを正確に検出することが
できるため、ペンの持ち方などの個人的な癖に影響され
ずに、実際に紙面に描かれた文字・図形に対応した動き
が検出可能となるなど優れた効果を期待できる。

【００７０】『第３実施例』：第１実施例及び第２実施
例においては、主に用紙面に筆記する場合に用いるペン
の場合について説明したが、黒板用チョークや白板用イ
ンクペンにこの発明の第二実施例の直交するパイプが先
端に近い部分に配置される構図のペンアダプタを組み合
わせることによって、電子黒板やコピーボードといった
特殊な機能を有するボードではない従来の白板や黒板に
描いた情報であっても、ペンアダプタ内部のメモリに筆
記情報が記憶され、後でコンピュータ上で利用できる用
実現できるシステムが実現される。

【００７１】図１３は第３実施例であるアダプタにより
筆記ペンを実現するペンアダプタの構造図である。第２
実施例と同様の筆先部において直交する２本の液体の封
入されたパイプが白板用インクペン全体を覆うような構
成のアダプタ本体に組み込まれている。アダプタ本体は
筒状の構造で内部は空洞になっていて、この空洞部に市
販されている一般的なインクペンをはめ込むことができ
る。筒上の肉厚部内部に第１実施例と同様のメモリを含
む電子回路、電池、発電部、第２実施例と同様なパイプ
終端部の電磁交換部が実装されている。

【００７２】第１実施例及び第２実施例の場合にペン先
の向きと紙面関係が固定されていたのとは異なり、白板
用ペンのためのこのアダプタの場合は自由に回転した位
置で使用されるが、この発明の加速度センサの配置では
回転の加速度が検出されないため、検出データから縦横
の動き成分の正確な復元が困難になる。

【００７３】しかしながら垂直に近い状態の白板や黒板
に描く場合のペンは床面に平行に近い状態で使用するた
め、重力を利用してペンの回転角を測定し、その情報が
記憶されていれば、記憶されている直交成分より動きの
方向を演算により補正可能である。１３０４は重力によ
りペンの回転方向の状態を検出するための重りであり、
１３０５はインクペン１３０６をアダプタ１３０３内に
固定するための押えである。

【００７４】（第３実施例の動作）： 図１３に示さ
れるアダプタ形の構造であっても、第２実施例と同様に
加速度検出が可能であり、図１３においては省略される
が、第１実施例と同様にペンの振動を検出するノイズ検
出素子の検出ノイズの有無により、ペンのアップダウン
情報も検出される。アダプタ本体の筒の内面はゴム状の
クッション構造であり、ペンのアダプタから滑りを防止
するとともに、ゴムクッションが緩衝材となってペンの
高い周波数成分の振動を保存しながら振動ノイズを効率
良くノイズ検出素子に伝達するように機能する。

【００７５】ノイズ検出素子はアダプタの筒状の肉厚部
に実装されインクペンに接触してペンの振動ノイズを電
気信号に変換するが、第１の実施例で説明したようにペ
ンが白板から離れている時のノイズレベルと筆記時の振
動があるときとのノイズレベルの差が著しいため、ペン
のアップダウン情報検出ができるのである。

【００７６】重り１３０４の位置によってペンの回転方
向の位置を識別し、例えば図１１のコード表のペン方向
／ストローク番号の上位８ビットを用いて、その情報を
加えて記憶させることによって、検出ペンの持ち方によ
って白板面での空間的な動きの方向と検出される加速度
データの縦横方向が一致しなくなる問題を解決すること
ができるのである。

【００７７】（第３実施例の効果）： 上述の第３実
施例においても第１実施例及び第２の実施例と同様に、
この発明のアダプタ形の構造なる筆記ペンを用いること
により、電子黒板やコピーボードといった特殊な設備を
用いることなく、即ち従来の黒板や白板上に描いた情報
を記憶することができるのである。

【００７８】しかも、アダプタ形の構造であるため、そ
の寸法等をそれぞれの筆記具に適合させるだけで従来の
インクペンやチョークをそのまま用いながら、筆記情報
を記憶させることができる。しかも回転方向の検出機構
を有するため、持つ方向に注意を払う必要がない従来感
覚で用いることができるという優れた効果を期待でき
る。

【００７９】この例では黒板や白板といった床面に垂直
におかれた面に記入する場合について説明したが、床面
と平行な机面の紙面にボールペンや鉛筆といった軸の回
転方向を意識しないで用いる通常のペン類で記入する場
合であっても、ペン類を垂直に立てて描く人は少ないと
考えられ、連続して回転方向の検出が可能でなくとも、
筆記中に重力による回転方向の検出機構が機能する期間
の情報よりペンの回転方向を推定することができるの
で、このアダプタ形の筆記ペンはボールペン、鉛筆その
他のペン類一般に適用可能である。

【００８０】また、筆記ペンの軸の回転方向を検出し、
この検出回転角の情報も筆記情報の一部とする回転検出
手段を備えたことで、筆記ペンの軸に対してどのように
回転されたとしても、この情報も筆記情報として検出で
きる。

【００８１】更に、動き検出によって得た情報と、回転
検出で得られた検出回転角の情報とから補正演算を行っ
た結果を筆記情報として得ることで、筆記情報の補正を
行い、正確な筆記情報の取得に寄与しているものと考え
られる。

【００８２】（他の実施例）： （１）尚、上述の第
１実施例においては、ペン先の筆記時の摩擦ノイズによ
ってペンのアップダウン情報が、また直交する２方向の
加速度検出器によって縦横の空間的な動き情報がそれぞ
れ検出され、それらをコード化してペン本体内蔵のメモ
リ回路に記憶させることによって、記憶されたビット列
から、文字や描画を復元することができるため、特殊な
タブレットやパッドを用いることなく、他人から見た目
にも、使用者の感覚的にも、従来に筆記用具と全く同じ
ように使用できる筆記ペンが実現できる。

【００８３】即ち、ペンを携帯するだけでよいこと、従
来の筆記用具同様に書いたことの確認や手帳をめくって
の検索がその場で視覚的に可能なこと、紙にペンで書く
という「かき味の自然さ」という長所を失わないという
長所を保存しながら、筆記した情報を後でコンピュータ
で利用できる利点を実現することができた。

【００８４】（２）また、上述の第２実施例において
は、直交するパイプを筆記具の先端に配置すれば、加速
度センサ機構本体を先端部に配置しなくてもペン先部の
動きの検出を可能にしたため、実際に筆記される情報と
動き検出データの対応が正確となり、小さな文字や描画
の情報記憶の信頼性が向上したうえ構造上の自由度が増
し、第３実施例のようにアダプタ形にすることにより、
万年筆、ボールペン、鉛筆類のみならず、例えば従来の
黒板用チョークや白板用インクペンにこの発明の第２実
施例の直交するパイプが先端に近い部分に配置される構
造のペンアダプタが実現できる。

【００８５】更に、重力による回転方向の検出手段を設
けたため、軸の回転方向を意識しないで用いるすべての
筆記具に適用可能となり、アダプタの寸法を適合させる
だけで、新たに筆記具本体を開発したり購入することな
く、従来の筆記具で筆記しながら記憶された筆記情報を
後でコンピュータ処理に利用可能となる筆記ペンが可能
となるのである。

【００８６】筆記時に生じるペンの運動エネルギーの一
部を電気エネルギーに変換して内蔵の二次電池を充電す
ることによる筆記ペンの電力供給は、電力の最も必要な
時に必要な充電がなされる。一方、不使用時には未発電
検知によって消費電力最小のスタンバイモードにするこ
とによって、電池交換不要のペンを実現することができ
る。

【００８７】これらの実施例では、普通のノートや用紙
に、また黒板や白板に発明のペンを用いて筆記した文字
や図形がペン本体或いはペンアダプタに記憶され、その
記憶された情報を、後にパーソナルコンピュータやワー
クステーションで利用することができるという筆記ペン
なる優れた文房具を実現することができる。

【００８８】（３）更に、第１実施例、第２実施例、第
３実施例とも加速度センサの動作原理を電磁−機械変換
の例で説明したが、圧電効果や静電容量変化を利用して
も同様の機能を実現することが可能であることは明白で
ある。

【００８９】また、ペン先摩擦ノイズ検出センサとして
圧電素子を用いた例で説明したが、マイクロフォンの原
理同様に静電容量変化を利用したものや、電磁効果を利
用したものなど他の原理による素子を用いても同様の機
能を実現することが可能であることは明白である。

【００９０】（４）また、筆記ペンから筆記情報の外部
への転送は、信号ケーブルで転送する方法、無線信号
（電波信号、光信号、音響信号など）で外部へ転送する
方法も採ることができる。

【００９１】（５）更に、筆記ペンは、ペンを挿入する
ための穴が設けられることで、種々の形態のペンによる
筆記情報を取得することができる。例えば、用紙からの
筆記情報を得る場合は、鉛筆を挿入する。電子黒板から
の筆記情報を得る場合は、電子黒板用のインクペンを挿
入する。などといった種々のペンを挿入（或いは装着、
はめ込み）をするための穴であれば適用することができ
る。このような穴を設けることで、種々の筆記具による
筆記情報を取得することが容易になる。

【００９２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の筆記ペン
は、筆記ペンの振動を検出する振動検出手段と、少なく
とも２方向の加速度検出を行う動き検出手段とを備え、
筆記情報を検出するように構成しているので、簡単な構
成で、携帯に便利で、種々の形態の筆記において実用し
得る信頼性の高い筆記情報を得ることができるものと考
えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の筆記ペンの機能構成図
である。

【図２】第１実施例の筆記ペンの主要部分の構造図であ
る。

【図３】第１実施例の圧電素子出力の信号処理を説明す
る波形図である。

【図４】第１実施例の加速度検出器の構造の断面図であ
る。

【図５】第１実施例の発電部の断面図である。

【図６】第１実施例の加速度検出器の動作説明図であ
る。

【図７】第１実施例の二重積分回路の機能構成図であ
る。

【図８】第１実施例の三種類の情報と筆記文字の対応を
説明する図である。

【図９】第１実施例のベクトル処理部の機能構成図であ
る。

【図１０】第１実施例の情報Ｓ１の遷移図である。

【図１１】第１実施例のコード化のコード表の説明図で
ある。

【図１２】第２実施例の筆記ペンの構造図である。

【図１３】第３実施例の筆記ペンの構造図である。

【符号の説明】

１０１…圧電素子、１０２…ペン先の横方向加速度検出
器、１０３…ペン先の縦方向加速度検出器、１０４…増
幅回路、１０５…波形処理回路、１０６、１０８…加速
度検出モーションフィードバック増幅回路、１０７、１
０９…二重積分回路、１１０…ベクトル処理部、１１１
…メモリ回路、１１２…制御回路、１１３…外部インタ
フェース回路、１１４…外部インタフェース電極、１１
５…簡易液晶表示部、１１６…充電用の発電部、１１７
…充電回路、１１８…二次電池。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筆記情報を検出する筆記ペンであって、 筆記ペンの振動を検出する振動検出手段と、 少なくとも２方向の加速度検出を行う動き検出手段とを
   備えることを特徴とする筆記ペン。
2. 【請求項２】 上記加速度検出は、 機械的に結合された２つの電気機械変換素子を有し、 その一方の電気機械変換素子による検出信号の検出値が
   ０に近付く方向に、 他方の電気機械変換素子を電気的に駆動するフィードバ
   ックループを構成し、駆動電気信号の大きさから加速度
   を検出する構成で行うことを特徴とする請求項１記載の
   筆記ペン。
3. 【請求項３】 上記加速度検出は、 パイプ状の管内に封入された流体の圧力の変化を検出す
   る構成で行うことを特徴とする請求項１記載の筆記ペ
   ン。
4. 【請求項４】 筆記ペンには、ペンを挿入するための穴
   が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の筆記
   ペン。
5. 【請求項５】 筆記ペンの軸の回転方向を検出し、この
   検出回転角の情報を筆記情報の一部とする回転検出手段
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の筆記ペン。
6. 【請求項６】 上記動き検出手段によって検出した情報
   と、上記回転検出手段で検出した検出回転角の情報とか
   ら補正演算を行った結果を筆記情報として得ることを特
   徴とする請求項５記載の筆記ペン。
7. 【請求項７】 上記振動検出手段によって検出する検出
   信号から、筆記ペンのアップダウン情報を検出するアッ
   プダウン検出手段と、 上記動き検出手段によって検出した検出信号を積分し、
   この積分結果を更に積分する積分手段と、 上記アップダウン情報と、上記積分手段によって得られ
   る２方向の積分結果との３種類の時系列データをコード
   化することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   の筆記ペン。
8. 【請求項８】 筆記ペンの軸方向にピストン運動し得る
   永久磁石を有し、筆記ペンのアップダウン方向の運動エ
   ネルギーによって発電する発電部を備えることを特徴と
   する請求項１〜７のいずれかに記載の筆記ペン。
9. 【請求項９】 検出データのメモリへの記憶可能量を表
   示するデータ記憶可能量表示部、内部回路の動作用電池
   の電池消耗状況を表示する電池消耗状況表示部、のいず
   れか又は両方を備えることを特徴とする請求項１〜８の
   いずれかに記載の筆記ペン。