JPH0981298A

JPH0981298A - ペン入力装置

Info

Publication number: JPH0981298A
Application number: JP26631195A
Authority: JP
Inventors: Hideji Kaneoka; 秀司金岡; Norio Akamatsu; 則男赤松
Original assignee: NIPPON SYST KAIHATSU KK
Current assignee: NIPPON SYST KAIHATSU KK
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-03-28
Also published as: KR970016902A

Abstract

(57)【要約】【課題】これまでお絵かき、または簡単な文字変換・マ
ウス代わりとして使用されていたものを、筆圧検出の精
度及び応答速度を高速化することにより、実用性の高い
ペン入力装置を構成することが可能になる。【解決手段】タブレットからエネルギとして磁束変化を
伝送し、電子ペンに直流安定化電源を配置し、ＬとＣの
変化を筆圧に対応させ，筆圧変化に対応する高周波の発
振をさせて，筆圧データを周波数の変化とし、ペンの芯
をアンテナとしてタブレットに電波を送信して筆圧を検
出し，ペンの位置も測定するペン入力装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペン入力装置を通
信及びコンピュータの入力媒体として利用することに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の入力装置はキーボードかマウスで
あり、特別な場合としてＣＡＤやＣＧの世界では電子ペ
ン入力が利用されていた。しかし、電子ペン入力はお絵
かき用か簡単な文字認識用であり、筆圧を高精度に検出
するペン入力装置は殆どない。

【０００３】従来の筆圧検出機能を持つペン入力装置
は、筆圧の変化を磁束の変化に変換し、電流の閉ループ
を電子ペンに配置し、電子ペンの筆圧信号を磁束の変化
としてタブレットに送信し、タブレット内にも磁束変化
を受ける閉ループを配置し、閉ループに交差する磁束変
化により発生する電流変化を信号として筆圧を検出して
いた。従来のペン入力装置には電子ペンとタブレットに
アンテナを配置して、電波を利用して筆圧信号を送受信
することにより、高精度で高速の筆圧検出機能をもつペ
ン入力装置は皆無であった。すなわち、磁束の変化では
なく、電界の変化を電波によって筆圧信号を送信と受信
するペン入力装置は開発されていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電子ペンと
タブレットの両方にアンテナを配置して、電子ペンのア
ンテナから送信される電波をタブレットに配置されるア
ンテナで受信することにより、電波変化に対応する筆圧
信号を利用することにより、高精度であり、しかも高速
の筆圧検出機能をもつペン入力装置である。本発明のペ
ン入力装置を利用すると、人間が電子ペンを用いて書く
速度にも筆圧検出が十分に追従することができ、しかも
筆圧検出の精度を向上することが可能になる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従来の装置のもつ種々の
短所、すなわち克服すべき課題を解決するために、本発
明は以下の手段を適用する。（１）筆圧を検出する電子ペンの部分においては、（ａ）タブレットから電子ペンにエネルギを送信する。（ｂ）電源安定化回路を用いて電子ペンが受信した電圧
を安定化する。（ｃ）電子ペンの内部に配置するコイルのインダクタン
スＬ又はキャパシタの静電容量Ｃの一方あるいは両方を
筆圧に対応して変化させ、能動素子であるトランジスタ
に電流を流すことにより、発振回路を構成し、電子ペン
の芯をアンテナとして、筆圧信号に対応する発振信号を
電波によって送信する。（２）筆圧信号を受信するタブレットにおいては、（ａ）送信する電波をタブレット内に配置した導電性の
材料によって作成アンテナに電子ペンのアンテナ部が接
近する状態で電子ペンからタブレットへ筆圧変化に対応
する電波を送信する。（ｂ）タブレットで受信された筆圧電波信号は、周波数
カウンタによりディジタルに変換することにより、ＣＰ
Ｕが筆圧情報を処理することを可能とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明のペン入力装置は、アンテ
ナを経由して伝送される電波を用いて筆圧信号を検出す
る。しかし、従来のペン入力装置は、閉ループに電流を
流し、磁気的な変化を送ることにより筆圧信号を検出し
ていた。両者を比較すると、本発明のペン入力装置には
以下に記述する良好な作用が見られる。（１）筆圧信号が磁気的な変化として送信され受信され
る場合には、角度の変化が磁束の変化となり、筆圧変化
のみを純粋に検出することができなかったが、本発明の
ペン入力装置はアンテナを経由して電波によって送信と
受信を行うので、電子ペンの角度に影響されずに安定し
て筆圧を検出することが可能になる。（２）従来のペン入力装置は、閉ループに電流を流し、
磁気的な変化を電子ペンからタブレットに送信する事に
より筆圧信号を検出するので、磁気変化を高い周波数で
行うことは、コイルのインダクタンスＬが大きいので困
難である。しかし、本発明のペン入力装置に用いるアン
テナは開ループであるので、高い周波数の電波を用いて
送信と受信を行うことができるので、高速に筆圧を検出
することが可能になる。（３）筆圧変化の周波数範囲を広くすることが容易であ
るので、筆圧変化の分解能と精度を向上することが可能
になる。

【０００７】

【実施例】本発明のペン入力装置を用いるシステムの全
体を図１に示す。ペン入力装置はタブレット１と電子ペ
ン２に分かれており、タブレット１は外部のコンピュー
タと有線のＲＳ２３２Ｃで接続する例を示す。本発明
は、タブレット１が外部のコンピュータと無線で接続し
情報通信を行う場合も含む。タブレット１は電子ペン２
と無線によって信号エネルギを互いに送信と受信を行
う。タブレット１の内部には、コンピュータと情報交換
を行う制御部と電子ペン２にエネルギを送信する送信部
と筆圧信号を受信する受信部が配置されている。電子ペ
ン２の内部には、タブレット１からエネルギを受信する
回路と筆圧を検出し、その信号を送信する送信回路が配
置されている。

【０００８】タブレット１の内部に配置されているエネ
ルギ送信コイル３の詳細を図２に示す。エネルギ送信コ
イル３は複数個あり、本実施例では、エネルギ送信コイ
ル３がＮ個でありＸ軸方向に配置する場合を示す。実際
には、エネルギ送信コイル３はＸ軸方向にＮ個を配置
し、Ｙ軸方向にＭ個を配置する。エネルギ送信コイル３
に交流電流を流すと、交番磁束が空間に発生し、電子ペ
ン２にエネルギを送信することが可能になる。電子ペン
２のエネルギの吸収量あるいは電子ペン２に配置された
コイルからの反射磁束の信号によって電子ペン２の位置
を検出する。すなわち、Ｎ個のＸ軸方向に配置されたエ
ネルギ送信コイル３によって電子ペン２のＸ座標を決定
し、Ｍ個のＹ軸方向に配置されたエネルギ送信コイル３
によって電子ペン２のＹ座標を決定する。電子ペン２の
位置決定は周知の技術であり、座標決定の手法は本発明
の関与するところではない。

【０００９】電子ペン２の内部に配置する各部を図３に
示す。同図に示すように、電子ペン２の内部には、エネ
ルギ受信４、整流・検波５、安定化電源６、筆圧・周波
数変換７、および筆圧信号送信８が配置される。タブレ
ット１から送信される磁束の変化をエネルギ受信４にお
いて閉ループを形成するコイルによって受信し、整流・
検波５において直流に変換し、さらに安定化電源６にお
いて直流を安定化する。一方、筆圧の変化は筆圧・周波
数変換７において周波数の変化に変換される。この際
に、周波数の変化が筆圧以外の原因、たとえば受信した
電圧の変化などによつて変化しないように安定化された
直流電源を用いる。つぎに、筆圧に対応する周波数を持
つ電波を筆圧信号送信８から送信する。送信される電波
は電子ペン２のペン芯を兼用する送信アンテナ９が導電
性になっており、ペン芯を兼用する送信アンテナ９から
筆圧信号に対応する電波が送信される。従来のペン入力
装置は磁束の変化、すなわち磁場の変化によって筆圧信
号を送信していたが、本発明の特徴の１つはペン芯を兼
用する送信アンテナ９から電波、すなわち電場の変化と
して筆圧信号を送信することにある。電波を利用するこ
とにより、筆圧を高速かつ高精度であり、しかも簡単な
機構で安定して検出することが可能になる。

【００１０】図４には、タブレット１と電子ペン２の内
部の構成を示す。実際には、電子ペン２の芯を送信アン
テナ９として使用するために、電子ペン２の芯をタブレ
ット１に接近した状態で動作させる。図４において、タ
ブレット１に配置される発振器１７に発生する周波数の
高い交流信号が送信増幅器１８によって増幅され、電圧
・電流変換１９によって電流に変換され、送信コイル３
の閉ループから磁束の変化としてエネルギが電子ペン２
へ送信される。一方、電子ペン２から電波として送信さ
れる筆圧信号は受信アンテナ１０を経由して受信増幅器
２０によって増幅され、筆圧信号に対応する周波数は周
波数カウンタ２１によって測定され、タブレット１から
外部のコンピュータ２７に筆圧情報が送られる。

【００１１】図５には、本発明のペン入力装置の電子ペ
ン２の詳細を示す。図５において、ペンの芯は導電性で
あり、送信アンテナ９を兼ねている。同図においてエネ
ルギ受信コイル１２はタブレット１からエネルギを受信
する。スライド用カバー１３は筆圧を感知して移動する
フェライトのカバーである。可変用ゴム１１によって移
動するフェライトにダンピングを与える。これらの部材
からの信号は送受信用回路基板１４に接続されている。

【００１２】図３に示す電子ペン２において、整流・検
波５の回路の一つの実施例を図６に示す。この実施例に
おいては、エネルギを送信する送信エネルギ周波数を５
００ＫＨｚとした。コイルＬのインダクタンスＬを６０
５μＨとし、それに同調するキャパシタＣの静電容量を
１８０ｐＦとし、ダイオード１ＳＳ９９Ｘ４によって整
流し、終端のキャパシタＣを１０００ｐＦとして整流・
検波して電圧Ｖを得る。

【００１３】図７には、実施例の１つの構成図である。
電子ペン２の内部にはエネルギ受信４があり、タブレッ
ト１から磁束エネルギを受信し、筆圧・角度信号送信１
５から磁束変化をタブレット１に送信する。この際には
電子ペン２の筆圧と角度が送信する磁束の振幅、位相お
よび周波数の変化に変換されている。さらに、電子ペン
２の内部には筆圧のみを検出し、筆圧を電波の周波数変
化として送信する筆圧信号送信８が配置されている。図
７に示すタブレット１にはエネルギ送受信コイル５０が
配置されており、これを用いてタブレット１と電子ペン
２の間でエネルギを送信・受信する。タブレット１に
は、発振器１７があり、発振器１７において発生した電
気振動は送信増幅器１８で増幅されて、電圧・電流変換
１９で電流変化になり、エネルギ送受信コイル５０から
磁束の変化が空間に放出される。電子ペン２から放出さ
れる磁束の変化はエネルギ送受信コイル５０に到達し、
筆圧・角度信号受信１６によって筆圧と角度が同時に検
出される。一方、電子ペン２の筆圧信号送信８から放出
される送信電波はタブレット１の受信アンテナ１０によ
って受信され、受信増幅器２０によって筆圧信号が増幅
されて、周波数カウンタ２１によって周波数がカウント
されて筆圧に対応する情報が得られる。筆圧・角度信号
受信１６からの信号と周波数カウンタ２１からの信号の
両方を用いて筆圧・角度分離２２において筆圧と角度が
分離され筆圧と角度の情報が同時に検出される。

【００１４】図８には、タブレット１に配置される複数
のエネルギ送受信コイル５０とその切り換え機構を示
す。図８にはループ・コイルとして示されているエネル
ギ送受信コイル５０とその信号を切り換えるための信号
選択回路の集積回路７４ＨＣ４０５２を示す。

【００１５】図９にはタブレット１の内部に配置される
複数のエネルギ送受信コイル５０の周辺の具体的な回路
を示す。複数のコイルがスイッチで切り換えられて、筆
圧と角度が同時に検出されて、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔｌ
ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）へ信号が送信され
る。

【００１６】図１０にはタブレット１に配置される信号
の処理経路を示す。入力信号と信号のセレクト信号がア
ナログ・スイッチング回路２３に入力されて、切り換え
られてコイルの定電流信号源としてエネルギ送受信コイ
ル５０に伝送される。エネルギ送受信コイル５０はキャ
パシタとＬＣ回路を構成する。複数のＬＣ回路を集合し
て全体のＬＣ回路２４を構成する。ＬＣ回路２４におい
て磁束の変化として検出された筆圧・角度信号は検出信
号増幅回路２５において増幅され、波形整形２６におい
て波形が整形され、コンピュータ２７に伝送される。従
来の方法においては、位置検出と筆圧を１つの情報から
取っており、位置検出信号を取る度に筆圧データに変換
していたが、本発明の方法では数十本のコイルに対して
１サイクルのデータ収集時に１回の筆圧データを収集す
るので、高速検出が可能になった。

【００１７】図１１には、タブレット１内の電子回路の
タイミング・チャートを示す。セレクト信号によって信
号を切り換える。信号切り換えには、シフトグランド方
式を用いる。シフトグランド方式とは図１０に示す２系
統アナログマルチプレクサの動作でＸ１〜Ｘｎを単独で
起動した際には、Ｘ１，Ｘ２，・・・，Ｘｎと信号が切
り替わるがＸ１からＸ２に切り替わった際にＸ１をＹ２
に接続しグランドに落とす。

【００１８】図１２は本発明で使用した実施例であり、
電子ペン２からの送信データを検波するための回路であ
る。電子ペン２から送信されるＦＭ周波数帯域の筆圧に
対応する信号を受信アンテナ１０を介し、さらにバンド
パス・フィルタを通して受信する。この際に電子ペン２
から出力される周波数帯域を変化させているために自動
同調機能を取り入れる。

【００１９】図１３には、図１２の具体的回路のブロッ
ク図を示す。受信アンテナ１０で受信した筆圧に対応す
る電波はＦＭフロントエンド３５に入力される。ＦＭフ
ロントエンド３５はＦＭ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄ
ｕｌａｔｉｏｎ）帯域の電波の前処理を行い、それはバ
ンドパスフィルタ２８、ＲＦ増幅２９、信号合成３０、
ＩＦ増幅３１、同調発振器３２、および自動同調制御信
号３３から構成される。バンドパスフィルタ２８はＦＭ
帯域の信号のみを選択して通過させる。実際に実施した
例においては周波数は約８０ＭＨｚである。ＲＦ増幅２
９においてはＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）
の高周波数の信号を増幅する。同調発振器３２において
作られた振動とＲＦ信号が、信号合成３０において合成
されて、ＩＦ（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ）信号が構成され、ＩＦ増幅３１において増幅
される。ＩＦ信号を検出してその周波数に基づいて、自
動同調制御信号３３が作られて同調発振器３２の出力信
号が制御され、その信号は検出信号３４として出力され
る。

【００２０】図１４には、筆圧信号に対応する信号の周
波数を計測するカウンタ回路を示す。筆圧信号に対応す
る信号によってフリップ・フロップが叩かれて、ＤＳＰ
が定める規定の時間内にいくつの波があるかをカウント
する。図１４の回路はＤＳＰによって制御されている。

【００２１】図１５には図１４の回路のブロック図を示
す。カウンタ３６には実施例として２個のカウンタ１お
よびカウンタ２を用いる場合を示す。デジタルのカウン
タ３６を用いて、周波数をカウントして、周波数に対応
する分解能を持つ筆圧検出回路を構成した。カウンタ１
およびカウンタ２の状態を制御するために、カウントホ
ールド信号とカウントクリア信号が入力される。カウン
トホールド信号をカウンタはホールドし、カウントクリ
ア信号はカウンタをクリアする。カウンタ２には、筆圧
に対応する信号によってカウントアップ信号が入力さ
れ、カウンタ２が満杯になると、キャリー信号がカウン
タ２からカウンタ１に伝送されてカウンタ１のカウント
が始まる。定められた時間を経過するとカウントホール
ド信号によってカウントを終了し、それまでのカウント
情報がＤＳＰに伝送される。カウンタはその後カウンタ
クリア信号によって初期化される。

【００２２】図１６には筆圧を電気信号に変換する機構
を示す。この機構はＬＣ発振を用いる場合の一実施例で
ある。同図において、送信アンテナ９は電子ペン２の芯
と兼用することが本発明の特徴の１つである。電子ペン
２の芯が送信アンテナ９であり、そこに筆圧情報が圧力
変化として出現する。この圧力変化は可動フェライト３
７に伝えられて、可動フェライト３７が筆圧に対応して
移動する。可動フェライト３７が移動すると、コンデン
サ３９の一方の電極を可動させる。コンデンサ３９を構
成する２個の電極の間には弾性部材が配置されており、
本発明の実施例においては、上記の弾性部材としてシリ
コンゴム３８を示したが、他の弾性部材を用いても本発
明を構成することができるので、それらを含むことは明
らかである。シリコンゴム３８の厚さが筆圧に対応して
変化することにより、コンデンサ３９の電極間の距離ｄ
が変化する。電極間の距離ｄが変化すると、コンデンサ
３９の静電容量Ｃが変化する。一方、信号送信用コイル
４０にはフェライトにコイルが巻かれており、可動フェ
ライト３７と供に磁気回路を構成している。可動フェラ
イト３７が筆圧に対応して移動することにより、磁気回
路が変化して、信号送信用コイル４０のインダクタンス
Ｌも変化する。なお、信号送信用コイル４０と可動フェ
ライト３７の空間的な位置がずれないように、スライド
用カバー１３を配置する。本発明の特徴の１つはコイル
のインダクタンスＬとコンデンサの静電容量Ｃが供に電
子ペン２の筆圧に対応して変化することである。すなわ
ち、筆圧が大きくなるとＬもＣも増加して周波数が増加
する。この周波数変化をカウントすることにより筆圧情
報を得ることが可能になる。

【００２３】図１７には、上記のＬとＣによって構成す
る送信信号を構成するＬＣ発振器を示す。同図におい
て、可動フェライト３７を筆圧に連動させて動かす事に
より、筆圧を周波数変化として検出する。連動の方式と
してはフェライト移動方式とコイル移動方式であるが、
実施例としては、フェライト移動方式のみを示す。図１
７は超低消費電力の発振回路であり、タブレット１から
電子ペン２へ磁束変化のエネルギが送信され、送信され
た電圧を安定化電源６を介してトランジスタの２ＳＣ２
３４７によるＬＣ発振回路によって、筆圧をＦＭ周波数
帯の信号に変換して送信アンテナ９から電波を送信させ
る。

【００２４】図１８には、電子ペン２の筆圧と角度を検
出する回路の実施例を示す。エネルギ送信コイル３のイ
ンダクタンスＬは約１μＨであり、エネルギ送信コイル
３から磁束変化としてエネルギがエネルギ受信コイル１
２に伝送される。エネルギ送信コイル３にはキャパシタ
として６８００ｐＦが接続され、共振回路を構成する。
この共振回路には、定電流源４１から電流が供給され
る。供給されたエネルギは磁束の変化としてエネルギ受
信コイル１２に伝えられる。エネルギ受信コイル１２の
インダクタンスＬは約２３μＨであり、３９０ｐＦのキ
ャパシタと共振回路を構成し、電子ペン２の角度が変化
すると、エネルギ受信コイル１２に交差する磁束が変化
するので、電子ペン２がタブレット１とによって構成す
る角度が検出される。

【００２５】図１９乃至図２１には、本発明の外部イン
タフェースを示す。図１９にはタブレット１、電子ペン
２、電話４３、モデム４２、およびコンピュータ２７の
接続パターンを示す。電子ペン２によってタブレット１
に書かれた情報と筆圧情報は、コードレスの電話４３を
利用して外部に情報が伝送される場合と、モデム４２を
介してコンピュータ２７に情報が伝送される場合があ
る。

【００２６】図２０には、コードレスの電話４３を利用
し、音響カプラを介し通信する方式を示す。電子ペン２
によってタブレット１に書かれた情報と筆圧情報は、コ
ードレスの電話４３を経由して電話回線４５からホスト
コンピュータ４４に情報が伝送される。電子ペン２とし
てボールペンを採用すると、タブレット１に液晶ディス
プレイなどの表示装置を配置しなくても、タブレツト１
に専用用紙４９を配置することにより、ボールペンで筆
記された情報が表示されているので、ペン入力装置を極
限まで簡略化することにより、小型化と軽量化が実現さ
れて、携帯に便利になり、利用者の数が増加し、利用形
態も多岐に渡るようになる。その際には、ペン入力装置
が重要な商取引や機密文書の入力装置として利用するこ
とが可能になる。したがって、ペン入力装置を用いて情
報を発信する人の確認を行う必要がある。幸いなこと
に、電子ペン２を用いると、キーボード入力方式とは異
なり、筆跡が記録として残るので、本人確認が容易にな
り、利用範囲が拡大される。さらに、本人確認が正確に
なると、クレジット・カードや印鑑に代わる本人確認を
行う為の信頼性の高い手段となる。この理想形態を実現
するには、筆圧を高精度に検出する必要がある。筆圧の
高精度検出は２つの要素に分解することができる。要素
の１つは、筆圧を高速に検出することである。本人を他
者と区別する際に用いられるサインは書き慣れているの
で、筆記状態として最も高速に書かれる場合が多い。し
たがって、本人確認としてサインを用いる場合には、極
めて高速に筆圧を検出することにより、精度の高い本人
確認が可能になる。筆圧の高速検出には、周波数の高い
信号を用いる必要がある。本発明の筆圧を周波数に変換
する機構では、ＦＭ帯域の数十メガヘルツから数百メガ
ヘルツの電波を用いた。この領域の周波数の信号を磁束
の変化としてワイアレス方式で伝送することは、コイル
のインダクタンスＬのために、送信することが困難であ
る。しかし、本発明の電波を利用し、ペンの芯をアンテ
ナとして利用すると、ペンである送信アンテナ９がタブ
レット１の内部の受信アンテナ１０に最も接近した状態
において信号が伝送されるので、小エネルギであり、低
消費電力の電子ペン２を実現することが可能になる。し
たがって、電子ペン２において消費するエネルギをタブ
レット１のエネルギ送信コイル３から磁束の変化として
電子ペン２のエネルギ受信４へ送ることが可能になる。
要素の２つめは、筆圧検出のダイナミック・レンジであ
る。すなわち、筆圧の変化量を広範囲に渡って検出する
ことである。本人を他者と区別する際に用いられるサイ
ンがボールペンで弱く書かれる部分においても、本人確
認を高精度に行うには非常に貴重な情報である。したが
って、非常に弱く書かれた領域と非常に強く書かれた領
域のメリハリが明確に区別されるようにダイナミック・
レンジの幅を広範囲にする必要がある。このためには、
高い周波数の電波に筆圧に相当する情報をのせる必要が
ある。高周波を用いるには、従来の電子ペンの方式であ
る磁束の変化による筆圧情報伝送方式は、スピードの点
で追従することができない。高周波数の電波を用いて筆
圧情報を伝送すると、筆圧変化のダイナミック・レンジ
を容易に広くすることが可能になる。本発明の筆圧検出
方法では、１ＭＨｚ以上の周波数変化が筆圧変化に対応
することになったので、本人確認に充分な筆圧変化を高
速に検出することが可能になった。以上の記述に示すよ
うに、電波を筆圧信号の検出に用いることは、高速かつ
高精度の筆圧検出に最適な方法の１つが発見されたと結
論づけることが可能である。

【００２７】図２１には、ＲＳ２３２Ｃの無線接続によ
り通信する方式を示す。電子ペン２によってタブレット
１に書かれた情報と筆圧情報は、無線ＲＳ２３２Ｃの４
７を経由して無線通信４６としてコンピュータ２７に情
報が伝送される。コンピュータ２７には情報を受信する
ために、無線ＲＳ２３２Ｃの４７が配置されている。コ
ンピュータ２７に配置されているモデム４２から電話回
線４５を経由してホストコンピュータ４４に電子ペン２
によってタブレット１に書かれた情報と筆圧情報が伝送
される。

【００２８】図２２には、電子ペン２としてボールペン
方式の電子ペン２を適用する場合を示す。タブレット１
上に配置される専用用紙４９には予め記入するための情
報が記載されており、上記の専用用紙４９は用紙位置設
定ガイド４８によって位置が制限されているので、筆記
情報が予め定められた位置から検出することが可能にな
る。

【００２９】図２３に示すように、用紙位置設定ガイド
４８を用いると、専用用紙４９に手書きの記録が残る。
従来の方式のタブレットにおいては、直接的にペン書き
の記録が残らなかったが、本発明の方式においては、電
子ペン２でコンピュータ２７に筆記の際のペン先の位置
と筆圧情報が入力され、同時に用紙にも記録が残るなど
の長所がある。図２３には、専用用紙４９に用紙位置設
定ガイド４８を適用する例を示す。図２３の（ａ）にお
いては、専用用紙４９を用紙位置設定ガイド４８に差し
込む方式であり、図２３の（ｂ）においては、専用用紙
４９を用紙位置設定ガイド４８に差し込み、上部から押
さえて固定する方式であり、図２３の（ｃ）において
は、専用用紙４９を用紙位置設定ガイド４８の位置にあ
わせて位置を設定する方式を示す。

【００３０】図２４には、コンデンサの電極間距離ｄの
変化に対するコンデンサの静電容量Ｃの変化を示す。コ
ンデンサの静電容量Ｃはコンデンサの電極間距離ｄに逆
比例するので、その関係は非線形関数になる。したがっ
て、コンデンサの電極間距離ｄが大きい領域において
は、ｄが変化してもコンデンサの静電容量Ｃの変化の割
合は小さい。これは筆圧変化をｄに変化として検出して
もｄが大きい領域においてはＣの変化が小さくなり、筆
圧を高精度に検出することができない。すなわち、電子
ペン２を弱く押さえて弱筆圧状態で書いても筆圧変化を
検出することが困難であることを示している。

【００３１】図２５には、２個のフェライトとを使用し
て両者の距離を変化させる場合におけるコイルのインダ
クタンスＬの変化を示す。距離が大きい領域においてコ
イルのインダクタンスＬの変化が大きくなるように設計
する。図２６には筆圧Ｆの変化に対する周波数ｆの変化
を示す。図２４と図２５の結果から、筆圧Ｆが小さい領
域においては、インダクタンスＬの変化が顕著に現れ、
筆圧Ｆが大きい領域においては、静電容量Ｃの変化が顕
著に現れ、筆圧Ｆが中間の領域においては、インダクタ
ンスＬと静電容量Ｃの両方の変化が現れるので、総合的
には、筆圧Ｆの変化に対する周波数ｆの変化の関係は線
形に特性に近づくので、高精度の筆圧の検出が可能にな
る。

【００３２】

【発明の効果】従来のコンデンサの可変容量を利用して
検出するペン入力装置においては、コンデンサの電極間
の弾性部材の経年変化の影響が特性に悪影響を与える可
能性があったが、可動フェライトと固定フェライトによ
って構成されるコイルによりインダクタンスＬを持つペ
ン入力装置はばらつきが少なく、経年変化の影響は受け
にくい。さらに、コイルのインダクタンスＬとコンデン
サの静電容量Ｃが供に電子ペン２の筆圧に対応して変化
することである。すなわち、筆圧が大きくなるとＬもＣ
も増加して周波数が減少する。この周波数変化をカウン
トすることにより筆圧情報を得ることが可能になる。

【００３３】さらに、図１０に示すように、シフトグラ
ンド方式を行うことで残留エネルギによる影響をほとん
ど受けないようになる。筆圧検出において、図１４およ
び図１５に示すように、１６ビットのデジタルカウンタ
を用いると、筆圧検出の精度は６５５３６の分解能を持
つ。ところが、従来の筆圧検出は磁束変化の位相差測定
により２５６程度の分解能であった。しかし、本発明の
方法においては、位相から積算カウント処理する際に
は、ノイズによる影響を回避する事ができるので、従来
の方法の約２５６倍の分解能を得ることが可能になる。

【００３４】筆圧の高精度検出は２つの要素からなり、
要素の１つは、筆圧を高速に検出することである。筆圧
の高速検出には、周波数の高い信号を用いる必要があ
る。本発明の筆圧を周波数に変換する機構では、ＦＭ帯
域の数十メガヘルツから数百メガヘルツの電波を用い
る。本発明の電波を利用し、ペンの芯をアンテナとして
利用すると、ペンである送信アンテナ９がタブレット１
の内部の受信アンテナ１０に最も接近した状態において
信号が伝送されるので、省エネルギ・タイプであり、低
消費電力の電子ペン２を実現することが可能になる。し
たがって、電子ペン２において消費するエネルギをタブ
レット１のエネルギ送信コイル３から磁束の変化として
電子ペン２のエネルギ受信４へ送ることが可能になる。
要素の２つめは、筆圧検出のダイナミック・レンジであ
る。すなわち、筆圧の変化量を広範囲に渡って検出する
ことである。電子ペン２を用いて、非常に弱く書かれた
領域と非常に強く書かれた領域のメリハリが、明確に区
別されるようにダイナミック・レンジの幅を広範囲にす
る必要がある。このためには、高い周波数の電波に筆圧
に相当する情報をのせる必要がある。高い周波数の電波
を用いて筆圧情報を伝送すると、筆圧変化のダイナミッ
ク・レンジを容易に広くすることが可能になる。本発明
の筆圧検出方法では、１ＭＨｚ以上の周波数変化が筆圧
変化に対応することになったので、本人確認に充分な筆
圧変化を高速に検出することが可能になった。

【００３５】図１８に示すような構成にして検出された
筆圧を磁束伝送方式によって送信すると、電子ペン２と
タブレット１の角度による変化もあり、純粋に筆圧のみ
を検出することが困難になる。すなわち、筆圧に注目し
た際には、角度の影響があると不確定要素が２項となり
確定できなくなる。さらに、磁気結合方式の場合には、
角度変化による筆圧データの変化を検出する結果による
と、周波数が高くなれば角度による影響を大きく受け
る。しかし、本発明の電波送信方式の場合には角度に影
響される事がないので、筆圧データを正確に検出するこ
とが可能になるさらに、エネルギ受信部分においては、
安定化電源６を使用する事により受信エネルギの差異に
かかわらずに、安定した電源供給によって発振周波数の
変化は筆圧変化に対応して、他の要素が混入する可能性
は殆どなくなる。

【００３６】電子ペン２の芯をアンテナとして使用する
ので、タブレット１に最接近した状態において筆圧を検
出することが可能になり、微弱な筆圧変化を高精度に検
出することができる。従来のペン入力装置においては、
位置検出と筆圧を１つの信号から取るので、位置検出信
号を取る度に筆圧データに変換する事が必要であった。
位置検出・筆圧検出については数十本のコイル全てを順
次処理していたが、位置検出と筆圧検出を分離する事で
データ収集の１サイクルが約半分の時間で処理されるの
で、高速の筆圧と位置検出が可能になる。

【００３７】本発明のペン入力装置はコードレスの受話
器や無線の情報伝送方式を用いるので、携帯に便利であ
り、ボールペン入力も可能であるので、広く普及する可
能性がある。図２２および図２３に示すように、用紙位
置設定ガイド４８を用いると、専用用紙４９に手書きの
記録が残る。従来の方式のタブレットにおいては、直接
的にペン書きの記録が残らなかったが、本発明の方式に
おいては、電子ペン２でコンピュータに入力され、同時
に用紙にも記録が残る長所がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ペン入力装置を用いたシステム全体図

【図２】ペン入力コンピュータエネルギ送信用コイル

【図３】電子ペンブロック図

【図４】ペン入力コンピュータワイヤレス筆圧送受信器
ブロック図

【図５】双コイル実装ペンの組み立て機構図

【図６】双コイル実装ペンの受信回路

【図７】筆圧を取る実験システム

【図８】ループコイル切替回路

【図９】センサーボード回路図

【図１０】センサーボードブロック図

【図１１】センサーボードタイムチャート

【図１２】ペンからの送信信号検波回路

【図１３】ペンからの送信信号検波ブロック図

【図１４】直列16bitのカウンタ回路

【図１５】直列16bitのカウンタブロック図

【図１６】低消費電力発振用ＬＣ機構図

【図１７】低消費電力発振回路

【図１８】角度変化検出装置

【図１９】外部接続構成図

【図２０】直接電話機を利用した文字データ転送構造図

【図２１】電話回線を利用したデータ通信構造図

【図２２】タブレットの用紙位置設定ガイドの概略図

【図２３】タブレットの用紙位置設定ガイドの拡大図

【図２４】コンデンサ容量とコンデンサ電極間距離相関
グラフ

【図２５】インダクタンスとフェライト間距離相関グラ
フ

【図２６】周波数ｆと圧力Ｆの相関グラフ

【符号の説明】

１タブレット２電子ペン３エネルギ送信コイル４エネルギ受信５整流・検波６安定化電源７筆圧・周波数変換８筆圧信号送信９送信アンテナ１０受信アンテナ１１可変用ゴム１２エネルギ受信コイル１３スライド用カバー１４送受信用回路基板１５筆圧・角度信号送信１６筆圧・角度信号受信１７発振器１８送信増幅器１９電圧・電流変換２０受信増幅器２１周波数カウンタ２２筆圧・角度分離２３アナログ・スイッチング回路２４ＬＣ回路２５検出信号増幅回路２６波形整形２７コンピュータ２８バンドパスフィルタ２９ＲＦ増幅３０信号合成３１ＩＦ増幅３２同調発振器３３自動同調制御信号３４検出信号３５ＦＭフロントエンド３６カウンタ３７可動フェライト３８シリコンゴム３９コンデンサ４０信号送信用コイル４１定電流源４２モデム４３電話４４ホストコンピュータ４５電話回線４６無線通信４７無線ＲＳ２３２Ｃ４８用紙位置設定ガイド４９専用用紙５０エネルギ送受信コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タブレット内に電子ペンの位置を検出す
る装置を備え、上記の電子ペンからアンテナを経由して
送信する電波を上記のタブレット内のアンテナを経由し
て受信し、上記の電波信号の変化を利用して、上記の電
子ペンが上記のタブレットまたは上記のタブレット上に
配置される用紙に印加する筆圧を検出するペン入力装
置。
【請求項２】電子ペンの筆圧の変化に対応して上記の
電子ペンの内部に配置するコイルＬとキャパシタＣのい
ずれか一方あるいは両方が変化することにより、電子ペ
ンから送信される電波信号が変化することを利用して、
電子ペンの筆圧を検出することを特徴とする請求項１に
記載のペン入力装置。
【請求項３】電子ペンの芯にあたる部分をアンテナと
して使用することを特徴とする請求項１に記載のペン入
力装置。
【請求項４】電子ペンの芯としてボールペンを使用
し、タブレット上に用紙を配置し、上記の用紙の位置を
設定するための用紙位置設定ガイドを上記のタブレット
に取り付けることを特徴とする請求項１に記載のペン入
力装置。
【請求項５】タブレットから無線によってコンピュー
タに情報を伝送することを特徴とする請求項１に記載の
ペン入力装置。