手書き筆跡入力システム
【課題】 手書き筆跡入力システムに於いて、従来の、赤外線信号を変化させて識別用信号を送信する方法は、電子ペンの基本的構造及び機能の他に識別用信号を送信する為の何らかの処理を伴う為、電子ペンの電力の消費が大きくなってしまい、連続使用時間が短くなってしまうなどの欠点があった。
【解決手段】 手書き筆跡入力システムにおいては、電子ペンは余分な機能を備えることなく、なるべく少ない部品構成にし、電子ペン以外の部分に種々の機能を備えた方がよく、本発明は、電子ペンより発信され、受信で受信された超音波信号、つまり、１つの位置座標を生成する為に発信された超音波信号の少なくとも一部を用いることで、電子ペンの消費電力を増やすことなく、電子ペンを同定したり、識別したりすることを可能とした。
【解決手段】 手書き筆跡入力システムにおいては、電子ペンは余分な機能を備えることなく、なるべく少ない部品構成にし、電子ペン以外の部分に種々の機能を備えた方がよく、本発明は、電子ペンより発信され、受信で受信された超音波信号、つまり、１つの位置座標を生成する為に発信された超音波信号の少なくとも一部を用いることで、電子ペンの消費電力を増やすことなく、電子ペンを同定したり、識別したりすることを可能とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも赤外線信号と超音波信号を発する電子ペンと、これらを受信し、到達時間差に基づいて電子ペンの位置座標を計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムであって、受信した超音波信号の少なくとも一部を用いて電子ペンを同定もしくは識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線信号もしくは超音波信号を用いた電子ペンの位置検出技術が知られている。例えば、特開昭６２−１７５８２１号公報（特許文献１参照）及び米国特許第４，８１４，５５２号明細書（特許文献２参照）などに、電子ペンから超音波信号、もしくは赤外線信号と超音波信号を発し、それらの信号を受信部で受信して、超音波信号の飛行時間を元に電子ペンの位置座標を計算する技術が開示されている。
【０００３】
これらの位置検出技術を利用した手書き筆跡入力システムは、例えば以下のようなものである。筆記者は、電子ペンを用いて文字や図形を筆記する。このとき、電子ペンは例えばボールペンを内蔵し、紙のような被記録媒体を被筆記面として、被記録媒体上に筆跡が記録されるようにしてもよいし、電子ペンは例えばスタイラスを内蔵し、液晶ディスプレイの表面を含む任意の面を被筆記面としてもよい。少なくとも電子ペンのペン先が被筆記面と接触している間、電子ペンから赤外線信号と超音波信号が発信され、赤外線超音波測定部が電子ペンから発信された赤外線信号と超音波信号とを受信して、赤外線信号の到達時刻と超音波信号の到達時刻の差から超音波信号の飛行時間を測定し、座標演算部が超音波信号の飛行時間から電子ペンの位置座標データを演算する。
【０００４】
位置座標データから筆跡データへの変換は、位置座標データに、筆記者が筆記した筆跡であることに由来する運筆データといった特徴を表現する情報を付加したり、それらの特徴に基づいて個別の位置座標データに修正を加えたりする処理を指し、例えば、以下のような処理のうちの任意のものを含む。位置座標データにそれを受信した時刻に関する情報を付加する。位置座標データの取得間隔に基づいて、筆記速度を計算したり、一連の位置座標の集合を、筆記された順序及び速度を情報として含む一つのストロークデータと識別したりする。一つのストロークデータを構成する連続する位置座標データを、滑らかな線を描くように修正する。また、ストロークデータの外接矩形の抽出及び統合や筆記位置の制限などの条件に基づいて、ストロークデータを、やはり筆記された順序などの情報を含む文字グループデータにグループ分けする、などである。
手書き筆跡入力システムによって入力された筆跡データは、例えば電子機器の画面上に表示されたり、文字識別処理などを通じてコードデータ化して利用されたり、筆跡形状、運筆速度、止め、はね、はらいといった筆記特性を含む筆記者の文字の特徴の抽出、署名認証などの任意の目的に使用されたりする。また、筆跡データをワープロなどで使う文字データに変換する文字識別変換ソフトと組み合わせて使用することで、文字データと同時に、自筆による文字、絵や記号なども容易に入力することができる入力手段として注目されている。
【０００５】
電子ペンの基本的な構成は、赤外線発光素子により赤外線を発光させる赤外線発生回路、超音波発生素子により超音波を発振させる超音波発生回路、時間を計時するタイマ、これらを制御するＣＰＵ、このＣＰＵのプログラムやその変数を記憶しているフラッシュメモリやＲＡＭ、筆記状態と非筆記状態に対応してオン・オフするペンスイッチ、及びこれらを含む電子ペン全体に電源を供給する電池から成る。
【０００６】
電子ペン内は、超音波発生回路で、トランジスタをオンするとコイルに電源が供給されて、コイルで昇圧され、昇圧された電圧がコイルから超音波発生素子であるピエゾ素子に供給されるとピエゾ素子が振動して、超音波が生成され、位置座標特定の為の超音波信号として発信される。超音波信号が受信側の超音波受信部内のピエゾ素子に到達すると、受信側のピエゾ素子が振動して、超音波の受信波形が形成される。その後、受信された超音波の最短到達波、（以下、第１波とする）の到達時間に基づいて、電子ペンの位置座標データが特定される。
【０００７】
次に一般的に受信側で電子ペンを識別する方法として、各電子ペンに予め異なった識別用信号を記憶させて、また、受信側でも予め任意の電子ペンの識別用信号の管理を行い、使用時には電子ペンが位置座標信号と同時に識別用信号も発信し、受信側は電子ペンの位置座標検出と同時に識別用信号の照合を行う事で、1つの手書き筆跡入力システムの計測領域内にある複数の電子ペンを識別することが考えられる。
【０００８】
これを実現するには、何らかの電子ペンから発信する信号を用いて、電子ペンを識別することが必要になる。例えば下記特許文献３には電子ペンの筆圧情報を受信側に送信する手段として、赤外線信号を変化させて送信する方法が開示されている。筆圧情報と同様の手法を用いて、識別用信号を送信することで、受信側で電子ペンの識別を行うことが可能であると予想される。いずれにしても電子ペンから何らかの情報を発信し、受信側にて照合することが必要となる。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−１７５８２１号公報
【特許文献２】米国特許第４，８１４，５５２号
【特許文献３】特開２００４−３１０５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の赤外線信号を変化させて、識別用信号を送信する方法は、電子ペンの基本的構造及び機能の他に識別用信号を送信する為の何らかの処理を伴う為、電子ペンの電力の消費が大きくなってしまい、連続使用時間が短くなってしまうなどの欠点があった。また、識別できる個体数を増やしたい場合は、より多くの変化を赤外線信号に加える必要がある為、位置座標計測に影響を与えないように、識別用に変化させた信号と位置座標信号を正確に区別することが要求される。
本発明は上記の問題を解決する為になされたもので、より少ない消費電力で、識別を行うことによる位置座標の誤検出もなく、電子ペンを同定したり、識別したりすることができる手書き筆跡入力システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明は、少なくとも、赤外線信号と超音波信号を発信する電子ペンと、これらの信号を受信する受信部と、これらの赤外線信号と超音波信号の受信到達時間差に基づいて電子ペンの位置座標を計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムであって、電子ペンより発信された超音波信号の少なくとも一部を用いて、前記電子ペンを同定または識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システムを第１の要旨とし、少なくとも、赤外線発光素子を含む赤外線発生回路と、超音波発生素子を含む超音波発生回路と、これらの回路から発信する赤外線信号及び超音波信号を制御する制御手段と、被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、該筆記部が筆記状態であるか否かを判別するスイッチとから成る電子ペン、並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達時間差を計測する赤外線超音波測定部、並びに該赤外線超音波測定部から得られた到達時間差及び音速を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成り、前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システムを第２の要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
電子ペンは書くという基本動作において、通常使用するペンと同等の大きさ、重さをしていることが理想的である。つまり、手書き筆跡入力システムにおいては、電子ペンは余分な機能を備えることなく、なるべく少ない部品構成にし、電子ペン以外の部分に種々の機能を備えた方がよい。
本発明は、電子ペンより発信され、受信で受信された超音波信号、つまり、１つの位置座標を生成する為に発信された超音波信号の少なくとも一部を用いることで、電子ペンの消費電力を増やすことなく、電子ペンを同定したり、識別したりすることを可能とした。
【００１３】
本発明の手書き筆跡入力システムを使用することで、例えば入学試験などの試験場のように近くで同時に複数台使用する場合、つまり１つの手書き筆跡入力システムの計測領域内に複数の電子ペンが存在する場合は、座標演算部及び／又は変換処理部は任意の電子ペンが発信する位置座標信号を同定でき、他の電子ペンが発信する位置座標信号と混信を起こさずに、筆記者の文字を正確に入力することができるシステムを実現することができる。
また、本発明の手書き筆跡入力システムを使用することで、座標演算部及び／又は変換処理部は、複数の電子ペンの超音波信号を識別することができるので、複数の電子ペンをそれぞれ異なる電子ペンとして識別し、複数の電子ペンの筆跡データとして記録することができる。
【００１４】
超音波受信部で計測された超音波信号は、その到達した瞬間の時間が位置座標の計算に使われており、到達した時間が分かれば、それ以外に超音波信号は利用されていない。つまり、電子ペンの同定もしくは識別に超音波信号を利用した本発明は、位置座標を計算した後の超音波信号を利用しているので、識別を行うことによる位置座標の誤検出は起こりにくい。
超音波信号を用いて、特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを識別したりする方法としては、種々のものが可能である。計測波形を整流し、平滑化した後、その包絡線の形状から同定または識別する方法は、計測波形をそのまま計測するよりも、計測する間隔を長くすることができ、計測量が少なくても照合できる。また、計測波形の繰り返し間隔から電子ペンを同定または識別する方法は、繰り返し間隔の時間を記憶するだけで、特別な計算処理をする必要がなく照合できる。これらの方法は、比較的容易に電子ペンの同定もしくは識別を行う事ができる。
また一般的に、ノイズは高い周波数成分に発生することが知られている。超音波受信部の計測波形をフーリエ変換することで、電子ペンを識別する際に照合する周波数帯をノイズが含まない周波数帯に設定することができるため、ノイズと電子ペンから発信された超音波信号とを分離し、識別精度を上げることができる。
【００１５】
電子ペンの超音波発生回路を制御する制御手段を変更することで、超音波の波形に変化を加える事ができる。つまり、電子ペンに筆記者が任意に波形を変化できる切り換え機能を設け、また、予め受信側に計測波形に対応した筆跡データの変換方法を記憶することで、筆記者が１本の電子ペンで例えば筆跡データの色を変えたり、線の太さを変えるなどの筆記具としての機能を選択する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
超音波信号の少なくとも一部を用いて複数の電子ペンの同定もしくは識別のための手法については、使用される超音波発生素子の周波数帯やその制御方法に応じて適宜選択可能であり、同定や識別の方法についても、手書き筆跡入力システムの構成、性能、及び機能に応じて、識別精度のレベルを適宜選択することが可能であり、以下の段落に示すような方法が挙げられる。また、本発明に係る電子ペンの同定もしくは識別方法は、それぞれ個別に使用してもかまわないし、または組み合わせることで、例えば波形の形状と整流し平滑後の包絡線の形状の２通りで同時に識別したり、従来知られている他の電子ペンから別途に識別用信号を発信させて識別する方法などの識別方法と組み合わせることによって、より識別精度を向上させたり、識別できる内容を多様化させたりすることも可能である。
【００１７】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第１の方法として、座標演算部及び／又は変換処理部で受信された超音波信号の計測波形の形状を計測し、それを予め受信側に記憶させた識別対象の形状と照合する、といった方法が考えられる。
電子ペンの超音波発生素子であるピエゾ素子やコイルといった回路要素のバラツキや取り付け方、歪みなどが、電子ペンごとに異なった波形の超音波信号を発生させ、超音波受信部において電子ペンごとに異なった波形として計測される。この波形の形状から、電子ペンを同定したり識別したりすることができる。
【００１８】
電子ペンを同定したり識別したりするには、例えば、電源投入後に初めて受信した電子ペンの超音波信号の計測波形、または筆記状態になって最初に受信した電子ペンの超音波信号の計測波形を座標演算部及び／又は変換処理部等に記憶させておいて、次に受信した超音波信号の計測波形を記憶させておいた値と照合を行えばよい。
電子ペンの超音波信号の計測波形を座標演算部及び／又は変換処理部等に記憶させるには、例えば座標演算部及び／又は変換処理部に波形登録用のボタンを設け、該ボタンが押下されている間に受信した超音波信号の計測波形を記憶させるようにしてもよい。
【００１９】
また、照合する部分は超音波信号の計測波形の全体でも良いし、任意の部分を選択することもできる。例えば第１波を正確に受信する為に、超音波受信部で信号増幅処理が行われていて、最初の数波長分の信号が識別に使えない場合や、第１波の到達時刻の検出に伴う超音波の飛行時間の計算処理などにより他の処理ができない場合などは、第１波から数波長分経過した時刻から波形の計測を始め、その結果を照合に用いてもよい。また、計測は、少なくとも電子ペンから次の赤外線もしくは超音波が発信されるよりも以前に終了させる。例えば入力領域が略Ａ４サイズで、超音波の周波数が８０ｋＨｚ付近であり、電子ペンが赤外線と超音波を１００回／秒発信する場合には、発信の間隔は１０ｍ秒であり、超音波の最長飛行時間は約１ｍ秒であって、計測期間としては少なくとも数ｍ秒を使用できることになり、一方で超音波の周期は計算上では約１２．５μ秒であるから、照合するのに十分な量の情報を得ることができる。
【００２０】
超音波信号の波形の大きさは、電子ペンの電池電圧が低下すると小さくなったり、また電子ペンと受信部の距離が近いと大きく、遠いと小さくなったりと、全体的に変化する。このため、計測した波形と記憶した波形との照合は、前以て両者の波形をその最大値で正規化するなどの手法によって、波形全体の大きさの差異が問題とならないようにした上で行う。電子ペンより発信される超音波の周波数は、２０ｋＨｚから１００ＭＨｚ程度の範囲から、入力領域の大きさや分解能に応じて適宜選択されるが、特に個々の波形を計測する場合は、計測間隔を短くし、正確に超音波の波形の形状を計測する必要があり、超音波信号としては１００ｋＨｚ程度以下の周波数を選択するのが好ましい。
【００２１】
電子ペンの同定または識別の判断は、座標演算部で行ってもよいし、超音波信号の計測値を外部の変換処理部に送信し、変換処理部上で行ってもよい。前者の場合、識別対象の電子ペンの位置座標データのみを外部に送信することができる。後者の場合、電子ペンの識別は変換処理部が行い、変換処理部が識別対象以外の電子ペンの位置座標データを廃棄するなどする。計算負荷を座標演算部に負わせないので、処理が遅くなったり、座標演算部に高価なＣＰＵを選択しなければならないなどの問題は発生しない。
【００２２】
ここで、図１は、受信した超音波信号の計測波形の概念図である。
図１は計測波形であり、ｘは照合に用いる部分の波形の計測時間である。計測開始時間ａ、計測終了時間ｂは任意に設定してよい。このとき計測時間ｘの期間が短いときは、照合する情報量が少なくなる為、同定または識別精度が悪くなる。
【００２３】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第２の方法として、超音波信号の波形を整流し平滑化することによって包絡線を求め、その包絡線を計測して照合する、といった方法が考えられる。
超音波信号の計測波形の整流を行うと、図２の（ａ）のような波形に変換される。ここでは、全波整流を行ったが半波整流を行っても良い。この波形を平滑化することで、図２の（ｂ）のような、より直線的な波形に変換される。
本方法は、第１の方法に比べて、形状の変化が遅い為、超音波の計測間隔を短くする必要が無く、超音波信号としては１ＭＨｚ以下程度の周波数まで選択できるという特徴がある。同定または識別対象の電子ペンを受信側に記憶させる方法や、照合方法については、第１の方法において説明したものを応用可能である。
【００２４】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第３の方法として、超音波受信部の計測波形の繰り返し間隔を用いる方法が考えられる。繰り返し間隔とは、図３で示しているような、超音波受信部での計測波形のうち、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ｂ１、ｂ2、ｂ3、ｃ1、ｃ2等で表される様な、任意の所定の間隔であり、同定や識別にはこれらの１つ又は複数の間隔を用いることが出来る。また、これらの複数の間隔の平均値などを用いて、異なる電子ペンを同定したり識別したりすることも可能である。電子ペンの超音波発生素子であるピエゾ素子やコイルといった回路要素のバラツキや取り付け方、歪みなどが電子ペン毎に異なったａ１、ａ２、ａ３等の繰り返し間隔になる。したがって、超音波受信部の計測波形の繰り返し間隔を計測することによって、電子ペンを同定したり識別したりすることができる。
【００２５】
繰り返し間隔を計測する方法として、例えば超音波信号が超音波を受信していないときの中心電圧、例えば０Ｖを交叉する時間を測定するゼロクロス検出回路を用いたり、計測波形のピークからピークまでの時間を計測したりするとよい。図４はゼロクロス検出手段を使い、その計測値をグラフ化した概念図である。横軸はゼロクロスとなる間隔を現し、縦軸はゼロクロスした経過時間を現している。グラフのＴはｔ１からｔ７までの平均を表している。つまり、ｔ１からｔ７の時間で照合してもよいし、Ｔの値で照合してもよい。
座標演算部及び／又は変換処理部には、予め、識別対象の電子ペンの繰り返し間隔の時間を計測して記憶させておく。同定または識別対象の電子ペンを座標演算部及び／又は変換処理部に記憶させる方法や、照合方法については、第１の方法において説明したものを応用可能である。
【００２６】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第４の方法として、座標演算部及び／又は変換処理部で超音波信号の少なくとも一部をフーリエ変換処理した結果を用いる方法が考えられる。
電子ペンの超音波発生素子であるピエゾ素子やコイルといった回路要素のバラツキや取り付け方、歪みなどが電子ペンごとに異なった超音波信号の強度の周波数分布や位相などになる。これにより、電子ペンを同定したり識別したりすることができる。電子ペンの超音波信号の計測波形等をフーリエ変換して得られた値としては、例えばパワースペクトルを用いることができる。パワースペクトルとはフーリエ変換した値の絶対値を二乗することで、得られる信号の強さの周波数分布を指す。図５は超音波信号の計測波形をフーリエ変換した結果、得られたパワースペクトルをグラフ化した概念図である。横軸は周波数を表し、縦軸は信号の強度を表している。強度とは、各々の周波数成分がどの程度含まれているかという相対的な値である。パワースペクトル以外にも、位相に関する情報を用いてもよいし、パワースペクトルと位相の情報を組み合わせればより識別精度が上がる。同定または識別対象の電子ペンを受信側に記憶させる方法や、照合方法については、第１の方法において説明したものを応用可能である。
【００２７】
また、座標演算部及び／又は変換処理部に記憶させておいた識別対象の電子ペンのパワースペクトルから、特徴的なピークが現れている周波数を少なくとも一つ、好ましくは数個選択しておき、受信した超音波信号が同じ周波数にピークを持つかどうかを調べることによって照合してもよく、その際、例えば値の大きい方から５つの周波数を選択したり、ピークの大きさなどから照合するとよい。フーリエ変換及び電子ペンの識別は、座標演算部で行ってもよいし、超音波信号の計測値を外部の変換処理部に送信し、変換処理部上で行ってもよい。
【００２８】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第５の方法として、電子ペンの超音波信号を制御する制御手段によって変化された超音波信号を座標演算部及び／又は変換処理部で認識し、電子ペンを同定または識別するといった方法が考えられる。超音波信号の波形を変化させるには、例えば、電子ペンの超音波発生回路内のコイルをピエゾ素子に接続したり切断したりするスイッチを設け、コイルで昇圧された電圧をピエゾ素子に供給して少なくとも第１波を生成した後、前記スイッチを切断したり接続したりする。
受信側は、例えば、波形の振幅が所定の閾値よりも大きい、もしくは相対的に大きい領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識する。これにより、電子ペンの識別用の情報を２進数に変換して、その２進数情報を、超音波信号の波形にオンとオフを組み合わせることによって表現し、受信側がオンとオフの組み合わせを認識して、識別用の情報をデコードするようなデジタル通信の手法を採用することが出来るため、個々の電子ペンの識別精度を格段に高めることが出来る。また、オン及び／又はオフの時間を何段階かに変化させた上で組み合わせることにより、同様の効果が得られる。
【００２９】
本方法においては、電子ペンに予め識別用の情報を設定する。例えば、製造時にシリアル番号をオンとオフの長さに変換して記憶させてもよいし、電子ペンと受信側に、相互のデジタル通信によって電子ペンに任意の番号を設定できる機能を持たせるようにしてもよいし、電子ペンにスイッチやダイアルを設けていくつかの組み合わせの中から選択できるようにしてもよい。一方、受信側に識別対象の電子ペンの識別用の情報を記憶させるには、第１の方法において説明したものを応用可能であるし、受信側が電子ペンに番号を設定できるようにした場合はその番号を用いればよく、電子ペンにスイッチやダイアルを設けた場合は、受信側に同様のスイッチやダイアルを設けるようにしてもよい。
【実施例】
【００３０】
以下の実施例においては、電子ペンＡは、図６（ａ）に示す波形の超音波信号を発信し、超音波受信部で図６（ｂ）に示す波形が計測される。同様に電子ペンＢは、図７（ａ）に示す波形の超音波信号を発信し、超音波受信部で図７（ｂ）に示す波形が計測され、電子ペンＣは、図８（ａ）に示す波形の超音波信号を発信し、超音波受信部で図８（ｂ）に示す波形が計測される。
電子ペンの超音波発生回路は、８０ｋＨｚで超音波信号を発信する構成になっているが、超音波発生素子であるピエゾフィルムや超音波発生回路のコイルなどの個体差、及びピエゾフィルムの組み付け方によって、それぞれの電子ペンが僅かに異なる超音波信号を発信する。
【００３１】
（実施例１）
以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
図面を参照して説明する。図９は本発明の電子ペン１と受信機２からなる手書き筆跡入力システムを示す斜視図である。また、図１０は電子ペン１の内部のブロック図である。
電子ペン１には、ペン先筆記部３が被記録媒体４に接触しながら文字や図を描いたときの筆記状態と非筆記状態に対応してオン・オフするスイッチ５が載置されている。スイッチ５がオンになれば、電子ペン内の赤外線発生回路９と超音波発生回路１０を制御する制御手段８に電源が供給され、赤外線信号と超音波信号が発信される。発信された赤外線信号と超音波信号は受信機２で受信され、到達時間差を利用して、電子ペン１の位置を計測する。
受信機２は、電源ボタン６、波形登録用ボタン７が載置されており、受信機２の内部構成は、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達時間差を計測する赤外線超音波測定部、並びに該赤外線超音波測定部から得られた到達時間差及び音速を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成る。但し、電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部は、この受信機の構成部分であっても良いし、別途ホストコンピュータにあっても良い。
【００３２】
ここで、電子ペン１の赤外線発生回路９は、トランジスタと抵抗と赤外線ＬＥＤから構成されている（図示せず）。赤外線を発信させるときには、制御手段８より信号発信の命令がきたら、赤外線発生回路９の内部のトランジスタを介して増幅し、赤外線ＬＥＤを駆動する、赤外線を発信する。トランジスタの代わりにＦＥＴを使用することも可能である。
また、図１１に示す電子ペン１の超音波発生回路１０は、コイル１２、昇圧用トランジスタ１３、ダイオード１４、抵抗１２、１５、１６及び超音波発生素子であるピエゾ素子１１から構成されている。制御手段４より信号発信の命令がきたら、超音波を発生させるために２つの工程が行われる。第１の工程は、超音波発生回路１０の内部の昇圧用トランジスタ１３をオンにし、コイル１２を昇圧させる工程である。第２の工程は、第１の工程の超音波発生回路１０の内部の昇圧用トランジスタ１３をオフにし、コイル１２に逆起電力を発生させ、この逆起電力によって、コイル１２とピエゾ素子１１に自己発振を起こし、ピエゾ素子１１より超音波信号を発信させる工程である。上記２工程を実施して超音波を発信する。
【００３３】
受信機２の内部のブロック図１２について説明する。
受信機２は、ＣＰＵ１０２、タイマ１０３、フラッシュメモリ１０４、ＲＡＭ１０５から成る座標演算部１０１と、赤外線受信部１０９、超音波受信部１１０、超音波受信部１１１、ＡＤＣ１０６、ＡＤＣ１０７、ＡＤＣ１０８から成る赤外線超音波測定部１１６と、ＣＰＵ１１３、ＲＡＭ１１４からなる変換処理部１１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を先頭から約２５０μ秒の間だけ、１００Ｍサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形を平均した波形を同定すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ１０４に記憶させる。このとき最大電圧は電子ペンと受信機２の距離によって変化するため、計測波形の最大電圧で正規化して保存する。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。
【００３４】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受信部１０９は、赤外線を受信し、ＡＤＣ１０６に出力する。また、超音波受信部１１０は、超音波を受信し、ＡＤＣ１０７に出力する。同様に、超音波受信部１１１は、超音波を受信し、ＡＤＣ１０８に出力する。ＣＰＵ１０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部１０９を介してＡＤＣ１０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ１０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ１０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部１１０、１１１を介して、ＡＤＣ１０７、１０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ１０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ１０５に保存する。ＣＰＵ１０２は、これによりＲＡＭ１０５に保存している２箇所の超音波受信部１１０、１１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部１０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部１１０、１１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ１０２は超音波受信部１１０の超音波の到達後、ＡＤＣ１０７の出力を計測波形の先頭から約２５０μ秒の間だけ１Ｍサンプル／秒で計測波形をサンプリングし、ＲＡＭ１０５に保存する。このとき計測波形は最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された計測波形の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ１０４に記憶している計測波形と合わせてから、両者の差分を計算し、所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を同定すべきペンから発信された超音波信号であるとして有効な信号とし、一致しない場合は、その超音波信号を同定すべきペンから発信された超音波信号ではないとして排除する。
【００３５】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２に電子ペンＡを記憶した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢを筆記し両電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は電子ペンＡから発信された超音波信号を同定することができ、混信を起こさずに電子ペンＡのみの描いた筆跡を記録することができた。
【００３６】
（実施例２）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１、受信機２は、実施例１と同じとする。
受信機２には、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣを記憶させる。記憶方法は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｍサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形を平均した波形を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ１０４に記憶させる。このとき計測波形を最大電圧で正規化して保存する。
次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢ及び電子ペンＣを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。受信機２のＣＰＵ１０２は超音波受信部１１０の超音波の到達後、ＡＤＣ１０７の出力を計測波形の先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｍサンプル／秒で計測波形をサンプリングし、ＲＡＭ１０５に保存する。このとき計測波形は最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された計測波形の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ１０４に記憶している計測波形と合わせてから、両者の差分を計算し、所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号をそれぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００３７】
（実施例３）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は、実施例１と同じとする。
受信機２は、図１３に示す様にＣＰＵ２０２、タイマ２０３、フラッシュメモリ２０４、ＲＡＭ２０５、整流平滑化回路２１５から成る座標演算部２０１と、赤外線受信部２０９、超音波受信部２１０、超音波受信部２１１、ＡＤＣ２０６、ＡＤＣ２０７、ＡＤＣ２０８、から成る赤外線超音波測定部２１６と、ＣＰＵ２１３、ＲＡＭ２１４からなる変換処理部２１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を整流平滑化回路２１５を用いて整流し、平滑化する。平滑化した後の包絡線を先頭から約２５０μ秒の間だけ、１００Ｋサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の包絡線を平均した波形を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ２０４に記憶させる。このとき最大電圧は電子ペンと受信機２の距離によって変化するため、包絡線の最大電圧で正規化して保存する。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。波形登録用ボタン７を押すたびに、異なる電子ペンから超音波信号を発信させることで、それぞれ識別したい複数の電子ペンを記録することができる。
【００３８】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受光部２０９は、赤外線を受信し、ＡＤＣ２０６に出力する。また、超音波受信部２１０は、超音波を受信し、ＡＤＣ２０７に出力する。同様に、超音波受信部２１１は、超音波を受信し、ＡＤＣ２０８に出力する。ＣＰＵ２０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部２０９を介してＡＤＣ２０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ２０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ２０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部２１０、２１１を介して、ＡＤＣ２０７、２０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ２０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ２０５に保存する。ＣＰＵ２０２は、これによりＲＡＭ２０５に保存している２箇所の超音波受信部２１０、２１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部２０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部２１０、２１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ２０２は超音波受信部２１０の超音波の到達後、ＡＤＣ２０７の出力を整流平滑化回路２１５を用い、整流及び平滑化した後の包絡線を求め、先頭から約２５０μ秒の間だけ１００Ｋサンプル／秒で包絡線をサンプリングし、ＲＡＭ２０５に保存する。このとき包絡線の最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された包絡線の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ２０４に記憶している包絡線と合わせてから、両者の差分を計算し、フラッシュメモリ２０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号の包絡線と所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
【００３９】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２に電子ペンＡと電子ペンＢを記憶した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢを筆記し、両電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は、電子ペンＡ及び電子ペンＢから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ及び電子ペンＢの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００４０】
（実施例４）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１、受信機２は、実施例３と同じとする。
受信機２には、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣを記憶させる。記憶方法は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を整流平滑化回路２１５を用いて整流し、平滑化する。平滑化した後の包絡線の先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｋサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の包絡線を平均した波形を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ２０４に記憶させる。このとき包絡線の計測値を最大電圧で正規化して保存する。
【００４１】
次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢ及び電子ペンＣを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。受信機２のＣＰＵ２０２は超音波受信部２１０の超音波の到達後、ＡＤＣ２０７の出力を整流平滑化回路２１５を用い、整流及び平滑化した後の包絡線を求め、先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｋサンプル／秒で包絡線をサンプリングし、ＲＡＭ２０５に保存する。このとき包絡線の計測値を最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された包絡線の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ２０４に記憶している包絡線と合わせてから、両者の差分を計算し、フラッシュメモリ２０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号の包絡線と所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００４２】
（実施例５）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は、実施例１と同じとする。
受信機２は、図１４に示す様にＣＰＵ３０２、タイマ３０３、フラッシュメモリ３０４、ＲＡＭ３０５、ゼロクロス検出手段３１５から成る座標演算部３０１と、赤外線受信部３０９、超音波受信部３１０、超音波受信部３１１、ＡＤＣ３０６、ＡＤＣ３０７、ＡＤＣ３０８、から成る赤外線超音波測定部３１６と、ＣＰＵ３１３、ＲＡＭ３１４からなる変換処理部３１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形をゼロクロス検出手段３１５を用いて計測し、繰返し間隔を最初から５箇所をサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形の繰返し間隔を平均した間隔を、識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ３０４に記憶させる。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。波形登録用ボタン７を押すたびに、異なる電子ペンから超音波信号を発信させることで、それぞれ識別したい複数の電子ペンを記憶することができる。
【００４３】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受光部３０９は赤外線を受信してＡＤＣ３０６に出力する。また、超音波受信部３１０は、超音波を受信して出力する。同様に、超音波受信部３１１は、超音波を受信してＡＤＣ３０８に出力する。ＣＰＵ３０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部３０９を介してＡＤＣ３０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ３０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ３０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部３１０、３１１を介して、ＡＤＣ３０７、３０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ３０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ３０５に保存する。ＣＰＵ３０２は、これによりＲＡＭ３０５に保存している２箇所の超音波受信部３１０、３１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部３０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部３１０、３１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ２０２は超音波受信部２１０の超音波の到達後、ＡＤＣ２０７の出力をゼロクロス検出手段３１５を用い、超音波受信部３１０に到達した超音波信号が超音波を受信していないときの信号レベルに交叉する時間の計測を行い、繰返し間隔を最初から５箇所計測しＲＡＭ３０５に保存する。使用している電子ペン１を、フラッシュメモリ３０４に予め記憶している電子ペン１の超音波信号の繰り返し間隔と所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
【００４４】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２には電源投入時に電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣを記憶した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢ及び電子ペンＣを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００４５】
（実施例６）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は、実施例１と同じとする。
受信機２は、図１５に示す様にＣＰＵ４０２、タイマ４０３、フラッシュメモリ４０４、ＲＡＭ４０５から成る座標演算部４０１と赤外線受信部４０９、超音波受信部４１０、超音波受信部４１１、ＡＤＣ４０６、ＡＤＣ４０７、ＡＤＣ４０８から成る赤外線超音波測定部４１６とＣＰＵ４１３、ＲＡＭ４１４からなる変換処理部４１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を先頭から約２５０μ秒の部分をフーリエ変換して、計算したパワースペクトルの大きい３つのピークの周波数をサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形の３つのピークの周波数を平均した値を同定すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ４０４に記憶させる。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。
【００４６】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受信部４０９は、赤外線を受信し、ＡＤＣ４０６に出力する。また、超音波受信部４１０は、超音波を受信し、ＡＤＣ４０７に出力する。同様に、超音波受信部４１１は、超音波を受信し、ＡＤＣ４０８に出力する。ＣＰＵ４０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部４０９を介してＡＤＣ４０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ４０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ４０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部４１０、４１１を介して、ＡＤＣ４０７、４０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ４０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ４０５に保存する。ＣＰＵ４０２は、これによりＲＡＭ４０５に保存している２箇所の超音波受信部４１０、４１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部４０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部４１０、４１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ４０２は超音波受信部４１０の超音波の到達後、ＡＤＣ４０７の出力を計測波形の先頭から約２５０μ秒の間だけ、１Ｍサンプル／秒で計測波形をサンプリングし、サンプリングした計測波形をフーリエ変換する。そしてフーリエ変換した結果からパワースペクトルを求め、数値が最も大きいものから３つピークを探索し、その結果をＲＡＭ４０５に保存する。使用している電子ペン１の３つのピークの周波数が、フラッシュメモリ１０４に記憶させたものと所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、電子ペンＡから発信された超音波信号であるとして有効な信号とし、一致しない場合は、その超音波信号を、電子ペンＡから発信された超音波信号ではないとして排除する。
【００４７】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２に電子ペンＡを記憶した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢを筆記し、両電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は、電子ペンＡから発信された超音波信号を同定することができ、混信を起こさずに電子ペンＡのみの描いた筆跡を記録することができた。
【００４８】
（実施例７）
図面を参照して説明する。図１６は本発明のスタイラス２０を内蔵した電子ペン１７と受信機１８、ディスプレイ１９からなる手書き筆跡入力システムを示す斜視図である。電子ペン１７には、スタイラス２０がディスプレイ１９に接触しながら文字や図を描いたとき、筆記状態と非筆記状態に対応してオン・オフするスイッチ２１が載置されている。スイッチ２１がオンになれば、電子ペン内の赤外線発生回路５と超音波発生回路６を制御する制御手段４に電源が供給され、赤外線信号と超音波信号が発信される。発信された赤外線信号と超音波信号は受信機１８で受信され、到達時間差を利用して、電子ペン１７の位置を計測して、ディスプレイ１９上に筆跡データを表示する。
電子ペン１７、受信部１８の構成は、実施例４の電子ペン１、受信部２と同じとする。
予め受信機１８には電子ペンＡと電子ペンＢを登録した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢを筆記し、両電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機１８は、電子ペンＡ及び電子ペンＢから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ及び電子ペンＢの描いたそれぞれの筆跡をディスプレイ上に表示することができた。
【００４９】
（実施例８）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は、実施例１と同じとする。
ただし、電子ペン１の超音波発信回路１０の制御手段８には、超音波を発振させる第１の工程と第２の工程の後に、再び第１の工程と第２の工程を繰り返すことによって、超音波信号を変化させることができ、電子ペンの識別情報を発信させる。
本実施例では、電子ペンＤ、電子ペンＥ、電子ペンＦを使用する。電子ペンＤは図１７（ａ）のように２度目の第１の工程と第２の工程の期間がｄになるようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３を制御しており、図１７（ｂ）のような超音波を発信する。同様に電子ペンＥは図１８（ａ）のように２度目の第１の工程と第２の工程の期間がｅになるようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３を制御しており、図１８（ｂ）のような超音波を発信する。同様に電子ペンＦは図１９（ａ）のように２度目の第１の工程と第２の工程の期間がｆになるようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３を制御しており、図１９（ｂ）のような超音波を発信する。
【００５０】
本実施例における受信機２の内部ブロック図を図２０に示す。
受信機２は、ＣＰＵ５０２、タイマ５０３、フラッシュメモリ５０４、ＲＡＭ５０５から成る座標演算部５０１と、赤外線受信部５０９、超音波受信部５１０、超音波受信部５１１、ＡＤＣ５０６、ＡＤＣ５０７、ＡＤＣ５０８から成る赤外線超音波測定部５１６と、ＣＰＵ５１３、ＲＡＭ５１４からなる変換処理部５１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形の振幅が所定の閾値よりも大きい領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識し、オンとオフの組み合わせをサンプリングする。次にサンプリングした１０個の組み合わせ信号を平均した組み合わせ信号を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ５０４に記憶させる。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。波形登録用ボタン７を押すたびに、異なる電子ペンから超音波信号を発信させることで、それぞれ識別したい複数の電子ペンを記憶することができる。
【００５１】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受信部５０９は、赤外線を受信し、ＡＤＣ５０６に出力する。また、超音波受信部５１０は、超音波を受信し、ＡＤＣ５０７に出力する。同様に、超音波受信部５１１は、超音波を受信し、ＡＤＣ５０８に出力する。ＣＰＵ５０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部５０９を介してＡＤＣ５０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ５０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ５０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部５１０、５１１を介して、ＡＤＣ５０７、５０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ５０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ５０５に保存する。ＣＰＵ５０２は、これによりＲＡＭ５０５に保存している２箇所の超音波受信部５１０、５１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部５０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部５１０、５１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ５０２は超音波受信部５１０の超音波の到達後、ＡＤＣ５０７の出力を、波形の振幅が所定の閾値よりも大きい領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識し、オンとオフの組み合わせをＲＡＭ５０５に保存する。次にこのオンとオフの組み合わせを、受信機のフラッシュメモリ５０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号のオンとオフの組み合わせと所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
【００５２】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２に電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦ記憶を記憶した。次に、電子ペンＤを使用して連続筆記を行った。電子ペンＤの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＥ及び電子ペンＦを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は、電子ペンＤ及び電子ペンＥから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦの描いたそれぞれの筆跡を識別して記録することができた。
【００５３】
（実施例９）
手書き筆跡入力システムや受信機２の説明は、実施例８と同じとする。
本実施例の電子ペン１の超音波発生回路を図２１に示す。超音波発生回路２２は、コイル１２、昇圧用トランジスタ１３、降圧用トランジスタ２３、ダイオード１４、抵抗１５、１６、２４、２５、２６及び超音波発生素子であるピエゾ素子１１から構成されている。実施例８との違いは、超音波を発生させるための２つの工程が行われた後、超音波を変化させる為に、第３の工程、第４の工程が行われる。第３の工程は、超音波発生回路２２の内部の降圧用トランジスタ２３をオンにし、第２の工程で発振しているコイル１２とピエゾ素子１１の発振を停止させる工程である。第４の工程は、超音波発生回路２２の内部の降圧用トランジスタ２３をオフにし、超音波の振幅を抑制し、超音波発生回路２２を初期状態にする工程である。第３と第４の工程期間の長さを変更したり、繰り返したりすることで、電子ペンの識別用情報に対応した超音波を出力することができる。つまり、電子ペンの制御手段８に、予め電子ペンの識別情報を記憶させ、電子ペンの識別情報を発信するときは第３の工程と第４の工程を用いて、超音波の信号のオン／オフ及び／又はオン時間の長さに変換して、超音波を発信する。 ここで、昇圧用トランジスタ２３は、超音波の出力に寄与するものがよく、また、降圧用トランジスタ２３は、振幅を抑制した超音波信号により次回の超音波の出力までに、現在の超音波の出力を停止させることができるものが良い。
【００５４】
本実施例では、電子ペンＧ、電子ペンＨ、電子ペンＩを使用する。電子ペンＧは図２２（ａ）のようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３、降圧用トランジスタ２３を制御しており、図２２（ｂ）のような超音波信号を発信する。同様に電子ペンＨは図２３（ａ）のようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３、降圧用トランジスタ２３を制御しており、図２３（ｂ）のような超音波信号を発信する。電子ペンＩは図２４（ａ）のようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３、降圧用トランジスタ２３を制御しており、図２４（ｂ）のような超音波信号を発信する。
受信機２には、電子ペンＧ、電子ペンＨ及び電子ペンＩを記憶させる。記憶方法は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形の先頭から１２．５μ秒間隔に計測波形の振幅の最大値を計測し、その最大値の平均値を計算する。この平均値を閾値として１２．５μ秒単位の振幅の最大値と比較し、振幅が閾値よりも大きければ、その１２．５μ秒単位の領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識し、オンとオフの組み合わせをサンプリングする。次にサンプリングした１０個の組み合わせ信号を平均した組み合わせ信号を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ５０４に記憶させる。
【００５５】
次に、電子ペンＧを使用して連続筆記を行った。電子ペンＧの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＨ及び電子ペンＩを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。受信機２のＣＰＵ５０２は超音波受信部５１０の超音波の到達後、ＡＤＣ５０７の出力を計測波形の先頭から１２．５μ秒間隔に計測波形の振幅の最大値を計測し、その最大値の平均値を計算する。この平均値を閾値として、１２．５μ秒単位の振幅の最大値と比較し、振幅が閾値よりも大きい大きければ、その１２．５μ秒単位の領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識し、オンとオフの組み合わせをサンプリングし、ＲＡＭ５０５に保存する。次にこのオンとオフの組み合わせを、受信機のフラッシュメモリ５０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号のオンとオフの組み合わせと所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＧ、電子ペンＨ及び電子ペンＩから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＧ、電子ペンＨ及び電子ペンＩの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００５６】
（実施例１０）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は実施例８、受信機２は実施例１と同じとする。
本実施例では、電子ペンＤ、電子ペンＥ、電子ペンＦを使用する。
受信機２には、電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦを記憶させる。記憶方法は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｍサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形を平均した波形を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ１０４に記憶させる。このとき波形の形状の計測値を最大電圧で正規化して保存する。
次に、電子ペンＤを使用して連続筆記を行った。電子ペンＤの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＥ及び電子ペンＦを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。受信機２のＣＰＵ１０２は超音波受信部１１０の超音波の到達後、ＡＤＣ１０７の出力を計測波形の先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１Ｍサンプル／秒で計測波形をサンプリングし、ＲＡＭ１０５に保存する。このとき計測波形は最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された計測波形の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ１０４に記憶している計測波形と合わせてから、両者の差分を計算し、フラッシュメモリ１０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号の計測波形と所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００５７】
（比較例）
電子ペンを識別する方法として、電子ペンから位置座標用とは別に識別用として赤外線信号を発信させる。つまり１つの座標を発信するのに、赤外線の発信を２回行う。図２５に示す赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間をｊとした電子ペンを電子ペンＪと称し、同様に図２６示す赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間をｋとした電子ペンを電子ペンＫ、図２７に示す赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間をｍとした電子ペンを電子ペンＭと称す。電子ペンＪ、電子ペンＫ及び電子ペンＭから発信される赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間間隔ｊ、ｋ及びｍを、予めフラッシュメモリに記憶させておく。使用時に計測した電子ペンから発信された赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間を受信機のフラッシュメモリに記憶している時間間隔と照合を行い、電子ペンを識別する。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＪ、電子ペンＫ及び電子ペンＭから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＪ、電子ペンＫ及び電子ペンＭの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００５８】
上記のように、実施例１から実施例１０、また比較例、いずれも問題なく電子ペンの同定または識別することが出来た。しかし、電子ペンの連続使用可能時間を比較すると、実施例１から実施例７では約９０時間程度連続使用できた。また、実施例９では約８０時間程度連続使用でき、実施例７と実施例１０では約７５時間程度連続使用できた。しかし、比較例では５０時間しか連続使用できなかった。これは、比較例の場合、実施例１から実施例１０に比べて１つの座標データを得るための信号を発信するのに、識別用に赤外線信号を１回多く発信していることから、電子ペンの電力の消費量が大きくなったことに由来する。よって、電子ペンの消費電力の面から実施例１から実施例１０は有効であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】計測波形の概念図
【図２】整流後平滑化したときの概念図
【図３】繰返し間隔の概念図
【図４】超音波信号のゼロクロスを測定した概念図
【図５】パワースペクトルの概念図
【図６】電子ペンＡのタイミングチャート
【図７】電子ペンＢのタイミングチャート
【図８】電子ペンＣのタイミングチャート
【図９】電子ペンと受信機からなる手書き筆跡入力システムの斜視図
【図１０】電子ペンのブロック図
【図１１】電子ペンの超音波発生回路の内部ブロック図
【図１２】実施例１における受信機のブロック図
【図１３】実施例３における受信機のブロック図
【図１４】実施例５における受信機のブロック図
【図１５】実施例６における受信機のブロック図
【図１６】実施例７における手書き筆跡入力システムの斜視図
【図１７】電子ペンＤのタイミングチャート
【図１８】電子ペンＥのタイミングチャート
【図１９】電子ペンＦのタイミングチャート
【図２０】実施例８における受信機のブロック図
【図２１】実施例９超音波発振回路図
【図２２】電子ペンＧのタイミングチャート
【図２３】電子ペンＨのタイミングチャート
【図２４】電子ペンＩのタイミングチャート
【図２５】電子ペンＪのタイミングチャート
【図２６】電子ペンＫのタイミングチャート
【図２７】電子ペンＭのタイミングチャート
【符号の説明】
【００６０】
１ 電子ペン
２ 受信機
３ ペン先筆記部
４ 被記録媒体
５ スイッチ
６ 電源ボタン
７ 波形登録用ボタン
８ 制御手段
９ 赤外線発生回路
１０ 超音波発生回路
１１ ピエゾ素子
１２ コイル
１３ 昇圧用トランジスタ
１４ ダイオード
１５ 抵抗
１６ 抵抗
１７ 電子ペン
１８ 受信機
１９ ディスプレイ
２０ スタイラス
２１ スイッチ
２２ 超音波発生回路
２３ 降圧用トランジスタ
２４ 抵抗
２５ 抵抗
２６ 抵抗
１０１ 座標演算部
１０２ ＣＰＵ
１０３ タイマ
１０４ フラッシュメモリ
１０５ ＲＡＭ
１０６ ＡＤＣ
１０７ ＡＤＣ
１０８ ＡＤＣ
１０９ 赤外線受光部
１１０ 超音波受信部
１１１ 超音波受信部
１１２ 変換処理部
１１３ ＣＰＵ
１１４ ＲＡＭ
１１６ 赤外線超音波測定部
２０１ 座標演算部
２０２ ＣＰＵ
２０３ タイマ
２０４ フラッシュメモリ
２０５ ＲＡＭ
２０６ ＡＤＣ
２０７ ＡＤＣ
２０８ ＡＤＣ
２０９ 赤外線受光部
２１０ 超音波受信部
２１１ 超音波受信部
２１２ 変換処理部
２１３ ＣＰＵ
２１４ ＲＡＭ
２１５ 整流平滑化回路
２１６ 赤外線超音波測定部
３０１ 座標演算部
３０２ ＣＰＵ
３０３ タイマ
３０４ フラッシュメモリ
３０５ ＲＡＭ
３０６ ＡＤＣ
３０７ ＡＤＣ
３０８ ＡＤＣ
３０９ 赤外線受光部
３１０ 超音波受信部
３１１ 超音波受信部
３１２ 変換処理部
３１３ ＣＰＵ
３１４ ＲＡＭ
３１５ ゼロクロス検出手段
３１６ 赤外線超音波測定部
４０１ 座標演算部
４０２ ＣＰＵ
４０３ タイマ
４０４ フラッシュメモリ
４０５ ＲＡＭ
４０６ ＡＤＣ
４０７ ＡＤＣ
４０８ ＡＤＣ
４０９ 赤外線受光部
４１０ 超音波受信部
４１１ 超音波受信部
４１２ 変換処理部
４１３ ＣＰＵ
４１４ ＲＡＭ
４１６ 赤外線超音波測定部
５０１ 座標演算部
５０２ ＣＰＵ
５０３ タイマ
５０４ フラッシュメモリ
５０５ ＲＡＭ
５０６ ＡＤＣ
５０７ ＡＤＣ
５０８ ＡＤＣ
５０９ 赤外線受光部
５１０ 超音波受信部
５１１ 超音波受信部
５１２ 変換処理部
５１３ ＣＰＵ
５１４ ＲＡＭ
５１６ 赤外線超音波測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも赤外線信号と超音波信号を発する電子ペンと、これらを受信し、到達時間差に基づいて電子ペンの位置座標を計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムであって、受信した超音波信号の少なくとも一部を用いて電子ペンを同定もしくは識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線信号もしくは超音波信号を用いた電子ペンの位置検出技術が知られている。例えば、特開昭６２−１７５８２１号公報（特許文献１参照）及び米国特許第４，８１４，５５２号明細書（特許文献２参照）などに、電子ペンから超音波信号、もしくは赤外線信号と超音波信号を発し、それらの信号を受信部で受信して、超音波信号の飛行時間を元に電子ペンの位置座標を計算する技術が開示されている。
【０００３】
これらの位置検出技術を利用した手書き筆跡入力システムは、例えば以下のようなものである。筆記者は、電子ペンを用いて文字や図形を筆記する。このとき、電子ペンは例えばボールペンを内蔵し、紙のような被記録媒体を被筆記面として、被記録媒体上に筆跡が記録されるようにしてもよいし、電子ペンは例えばスタイラスを内蔵し、液晶ディスプレイの表面を含む任意の面を被筆記面としてもよい。少なくとも電子ペンのペン先が被筆記面と接触している間、電子ペンから赤外線信号と超音波信号が発信され、赤外線超音波測定部が電子ペンから発信された赤外線信号と超音波信号とを受信して、赤外線信号の到達時刻と超音波信号の到達時刻の差から超音波信号の飛行時間を測定し、座標演算部が超音波信号の飛行時間から電子ペンの位置座標データを演算する。
【０００４】
位置座標データから筆跡データへの変換は、位置座標データに、筆記者が筆記した筆跡であることに由来する運筆データといった特徴を表現する情報を付加したり、それらの特徴に基づいて個別の位置座標データに修正を加えたりする処理を指し、例えば、以下のような処理のうちの任意のものを含む。位置座標データにそれを受信した時刻に関する情報を付加する。位置座標データの取得間隔に基づいて、筆記速度を計算したり、一連の位置座標の集合を、筆記された順序及び速度を情報として含む一つのストロークデータと識別したりする。一つのストロークデータを構成する連続する位置座標データを、滑らかな線を描くように修正する。また、ストロークデータの外接矩形の抽出及び統合や筆記位置の制限などの条件に基づいて、ストロークデータを、やはり筆記された順序などの情報を含む文字グループデータにグループ分けする、などである。
手書き筆跡入力システムによって入力された筆跡データは、例えば電子機器の画面上に表示されたり、文字識別処理などを通じてコードデータ化して利用されたり、筆跡形状、運筆速度、止め、はね、はらいといった筆記特性を含む筆記者の文字の特徴の抽出、署名認証などの任意の目的に使用されたりする。また、筆跡データをワープロなどで使う文字データに変換する文字識別変換ソフトと組み合わせて使用することで、文字データと同時に、自筆による文字、絵や記号なども容易に入力することができる入力手段として注目されている。
【０００５】
電子ペンの基本的な構成は、赤外線発光素子により赤外線を発光させる赤外線発生回路、超音波発生素子により超音波を発振させる超音波発生回路、時間を計時するタイマ、これらを制御するＣＰＵ、このＣＰＵのプログラムやその変数を記憶しているフラッシュメモリやＲＡＭ、筆記状態と非筆記状態に対応してオン・オフするペンスイッチ、及びこれらを含む電子ペン全体に電源を供給する電池から成る。
【０００６】
電子ペン内は、超音波発生回路で、トランジスタをオンするとコイルに電源が供給されて、コイルで昇圧され、昇圧された電圧がコイルから超音波発生素子であるピエゾ素子に供給されるとピエゾ素子が振動して、超音波が生成され、位置座標特定の為の超音波信号として発信される。超音波信号が受信側の超音波受信部内のピエゾ素子に到達すると、受信側のピエゾ素子が振動して、超音波の受信波形が形成される。その後、受信された超音波の最短到達波、（以下、第１波とする）の到達時間に基づいて、電子ペンの位置座標データが特定される。
【０００７】
次に一般的に受信側で電子ペンを識別する方法として、各電子ペンに予め異なった識別用信号を記憶させて、また、受信側でも予め任意の電子ペンの識別用信号の管理を行い、使用時には電子ペンが位置座標信号と同時に識別用信号も発信し、受信側は電子ペンの位置座標検出と同時に識別用信号の照合を行う事で、1つの手書き筆跡入力システムの計測領域内にある複数の電子ペンを識別することが考えられる。
【０００８】
これを実現するには、何らかの電子ペンから発信する信号を用いて、電子ペンを識別することが必要になる。例えば下記特許文献３には電子ペンの筆圧情報を受信側に送信する手段として、赤外線信号を変化させて送信する方法が開示されている。筆圧情報と同様の手法を用いて、識別用信号を送信することで、受信側で電子ペンの識別を行うことが可能であると予想される。いずれにしても電子ペンから何らかの情報を発信し、受信側にて照合することが必要となる。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−１７５８２１号公報
【特許文献２】米国特許第４，８１４，５５２号
【特許文献３】特開２００４−３１０５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の赤外線信号を変化させて、識別用信号を送信する方法は、電子ペンの基本的構造及び機能の他に識別用信号を送信する為の何らかの処理を伴う為、電子ペンの電力の消費が大きくなってしまい、連続使用時間が短くなってしまうなどの欠点があった。また、識別できる個体数を増やしたい場合は、より多くの変化を赤外線信号に加える必要がある為、位置座標計測に影響を与えないように、識別用に変化させた信号と位置座標信号を正確に区別することが要求される。
本発明は上記の問題を解決する為になされたもので、より少ない消費電力で、識別を行うことによる位置座標の誤検出もなく、電子ペンを同定したり、識別したりすることができる手書き筆跡入力システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明は、少なくとも、赤外線信号と超音波信号を発信する電子ペンと、これらの信号を受信する受信部と、これらの赤外線信号と超音波信号の受信到達時間差に基づいて電子ペンの位置座標を計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムであって、電子ペンより発信された超音波信号の少なくとも一部を用いて、前記電子ペンを同定または識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システムを第１の要旨とし、少なくとも、赤外線発光素子を含む赤外線発生回路と、超音波発生素子を含む超音波発生回路と、これらの回路から発信する赤外線信号及び超音波信号を制御する制御手段と、被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、該筆記部が筆記状態であるか否かを判別するスイッチとから成る電子ペン、並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達時間差を計測する赤外線超音波測定部、並びに該赤外線超音波測定部から得られた到達時間差及び音速を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成り、前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システムを第２の要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
電子ペンは書くという基本動作において、通常使用するペンと同等の大きさ、重さをしていることが理想的である。つまり、手書き筆跡入力システムにおいては、電子ペンは余分な機能を備えることなく、なるべく少ない部品構成にし、電子ペン以外の部分に種々の機能を備えた方がよい。
本発明は、電子ペンより発信され、受信で受信された超音波信号、つまり、１つの位置座標を生成する為に発信された超音波信号の少なくとも一部を用いることで、電子ペンの消費電力を増やすことなく、電子ペンを同定したり、識別したりすることを可能とした。
【００１３】
本発明の手書き筆跡入力システムを使用することで、例えば入学試験などの試験場のように近くで同時に複数台使用する場合、つまり１つの手書き筆跡入力システムの計測領域内に複数の電子ペンが存在する場合は、座標演算部及び／又は変換処理部は任意の電子ペンが発信する位置座標信号を同定でき、他の電子ペンが発信する位置座標信号と混信を起こさずに、筆記者の文字を正確に入力することができるシステムを実現することができる。
また、本発明の手書き筆跡入力システムを使用することで、座標演算部及び／又は変換処理部は、複数の電子ペンの超音波信号を識別することができるので、複数の電子ペンをそれぞれ異なる電子ペンとして識別し、複数の電子ペンの筆跡データとして記録することができる。
【００１４】
超音波受信部で計測された超音波信号は、その到達した瞬間の時間が位置座標の計算に使われており、到達した時間が分かれば、それ以外に超音波信号は利用されていない。つまり、電子ペンの同定もしくは識別に超音波信号を利用した本発明は、位置座標を計算した後の超音波信号を利用しているので、識別を行うことによる位置座標の誤検出は起こりにくい。
超音波信号を用いて、特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを識別したりする方法としては、種々のものが可能である。計測波形を整流し、平滑化した後、その包絡線の形状から同定または識別する方法は、計測波形をそのまま計測するよりも、計測する間隔を長くすることができ、計測量が少なくても照合できる。また、計測波形の繰り返し間隔から電子ペンを同定または識別する方法は、繰り返し間隔の時間を記憶するだけで、特別な計算処理をする必要がなく照合できる。これらの方法は、比較的容易に電子ペンの同定もしくは識別を行う事ができる。
また一般的に、ノイズは高い周波数成分に発生することが知られている。超音波受信部の計測波形をフーリエ変換することで、電子ペンを識別する際に照合する周波数帯をノイズが含まない周波数帯に設定することができるため、ノイズと電子ペンから発信された超音波信号とを分離し、識別精度を上げることができる。
【００１５】
電子ペンの超音波発生回路を制御する制御手段を変更することで、超音波の波形に変化を加える事ができる。つまり、電子ペンに筆記者が任意に波形を変化できる切り換え機能を設け、また、予め受信側に計測波形に対応した筆跡データの変換方法を記憶することで、筆記者が１本の電子ペンで例えば筆跡データの色を変えたり、線の太さを変えるなどの筆記具としての機能を選択する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
超音波信号の少なくとも一部を用いて複数の電子ペンの同定もしくは識別のための手法については、使用される超音波発生素子の周波数帯やその制御方法に応じて適宜選択可能であり、同定や識別の方法についても、手書き筆跡入力システムの構成、性能、及び機能に応じて、識別精度のレベルを適宜選択することが可能であり、以下の段落に示すような方法が挙げられる。また、本発明に係る電子ペンの同定もしくは識別方法は、それぞれ個別に使用してもかまわないし、または組み合わせることで、例えば波形の形状と整流し平滑後の包絡線の形状の２通りで同時に識別したり、従来知られている他の電子ペンから別途に識別用信号を発信させて識別する方法などの識別方法と組み合わせることによって、より識別精度を向上させたり、識別できる内容を多様化させたりすることも可能である。
【００１７】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第１の方法として、座標演算部及び／又は変換処理部で受信された超音波信号の計測波形の形状を計測し、それを予め受信側に記憶させた識別対象の形状と照合する、といった方法が考えられる。
電子ペンの超音波発生素子であるピエゾ素子やコイルといった回路要素のバラツキや取り付け方、歪みなどが、電子ペンごとに異なった波形の超音波信号を発生させ、超音波受信部において電子ペンごとに異なった波形として計測される。この波形の形状から、電子ペンを同定したり識別したりすることができる。
【００１８】
電子ペンを同定したり識別したりするには、例えば、電源投入後に初めて受信した電子ペンの超音波信号の計測波形、または筆記状態になって最初に受信した電子ペンの超音波信号の計測波形を座標演算部及び／又は変換処理部等に記憶させておいて、次に受信した超音波信号の計測波形を記憶させておいた値と照合を行えばよい。
電子ペンの超音波信号の計測波形を座標演算部及び／又は変換処理部等に記憶させるには、例えば座標演算部及び／又は変換処理部に波形登録用のボタンを設け、該ボタンが押下されている間に受信した超音波信号の計測波形を記憶させるようにしてもよい。
【００１９】
また、照合する部分は超音波信号の計測波形の全体でも良いし、任意の部分を選択することもできる。例えば第１波を正確に受信する為に、超音波受信部で信号増幅処理が行われていて、最初の数波長分の信号が識別に使えない場合や、第１波の到達時刻の検出に伴う超音波の飛行時間の計算処理などにより他の処理ができない場合などは、第１波から数波長分経過した時刻から波形の計測を始め、その結果を照合に用いてもよい。また、計測は、少なくとも電子ペンから次の赤外線もしくは超音波が発信されるよりも以前に終了させる。例えば入力領域が略Ａ４サイズで、超音波の周波数が８０ｋＨｚ付近であり、電子ペンが赤外線と超音波を１００回／秒発信する場合には、発信の間隔は１０ｍ秒であり、超音波の最長飛行時間は約１ｍ秒であって、計測期間としては少なくとも数ｍ秒を使用できることになり、一方で超音波の周期は計算上では約１２．５μ秒であるから、照合するのに十分な量の情報を得ることができる。
【００２０】
超音波信号の波形の大きさは、電子ペンの電池電圧が低下すると小さくなったり、また電子ペンと受信部の距離が近いと大きく、遠いと小さくなったりと、全体的に変化する。このため、計測した波形と記憶した波形との照合は、前以て両者の波形をその最大値で正規化するなどの手法によって、波形全体の大きさの差異が問題とならないようにした上で行う。電子ペンより発信される超音波の周波数は、２０ｋＨｚから１００ＭＨｚ程度の範囲から、入力領域の大きさや分解能に応じて適宜選択されるが、特に個々の波形を計測する場合は、計測間隔を短くし、正確に超音波の波形の形状を計測する必要があり、超音波信号としては１００ｋＨｚ程度以下の周波数を選択するのが好ましい。
【００２１】
電子ペンの同定または識別の判断は、座標演算部で行ってもよいし、超音波信号の計測値を外部の変換処理部に送信し、変換処理部上で行ってもよい。前者の場合、識別対象の電子ペンの位置座標データのみを外部に送信することができる。後者の場合、電子ペンの識別は変換処理部が行い、変換処理部が識別対象以外の電子ペンの位置座標データを廃棄するなどする。計算負荷を座標演算部に負わせないので、処理が遅くなったり、座標演算部に高価なＣＰＵを選択しなければならないなどの問題は発生しない。
【００２２】
ここで、図１は、受信した超音波信号の計測波形の概念図である。
図１は計測波形であり、ｘは照合に用いる部分の波形の計測時間である。計測開始時間ａ、計測終了時間ｂは任意に設定してよい。このとき計測時間ｘの期間が短いときは、照合する情報量が少なくなる為、同定または識別精度が悪くなる。
【００２３】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第２の方法として、超音波信号の波形を整流し平滑化することによって包絡線を求め、その包絡線を計測して照合する、といった方法が考えられる。
超音波信号の計測波形の整流を行うと、図２の（ａ）のような波形に変換される。ここでは、全波整流を行ったが半波整流を行っても良い。この波形を平滑化することで、図２の（ｂ）のような、より直線的な波形に変換される。
本方法は、第１の方法に比べて、形状の変化が遅い為、超音波の計測間隔を短くする必要が無く、超音波信号としては１ＭＨｚ以下程度の周波数まで選択できるという特徴がある。同定または識別対象の電子ペンを受信側に記憶させる方法や、照合方法については、第１の方法において説明したものを応用可能である。
【００２４】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第３の方法として、超音波受信部の計測波形の繰り返し間隔を用いる方法が考えられる。繰り返し間隔とは、図３で示しているような、超音波受信部での計測波形のうち、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ｂ１、ｂ2、ｂ3、ｃ1、ｃ2等で表される様な、任意の所定の間隔であり、同定や識別にはこれらの１つ又は複数の間隔を用いることが出来る。また、これらの複数の間隔の平均値などを用いて、異なる電子ペンを同定したり識別したりすることも可能である。電子ペンの超音波発生素子であるピエゾ素子やコイルといった回路要素のバラツキや取り付け方、歪みなどが電子ペン毎に異なったａ１、ａ２、ａ３等の繰り返し間隔になる。したがって、超音波受信部の計測波形の繰り返し間隔を計測することによって、電子ペンを同定したり識別したりすることができる。
【００２５】
繰り返し間隔を計測する方法として、例えば超音波信号が超音波を受信していないときの中心電圧、例えば０Ｖを交叉する時間を測定するゼロクロス検出回路を用いたり、計測波形のピークからピークまでの時間を計測したりするとよい。図４はゼロクロス検出手段を使い、その計測値をグラフ化した概念図である。横軸はゼロクロスとなる間隔を現し、縦軸はゼロクロスした経過時間を現している。グラフのＴはｔ１からｔ７までの平均を表している。つまり、ｔ１からｔ７の時間で照合してもよいし、Ｔの値で照合してもよい。
座標演算部及び／又は変換処理部には、予め、識別対象の電子ペンの繰り返し間隔の時間を計測して記憶させておく。同定または識別対象の電子ペンを座標演算部及び／又は変換処理部に記憶させる方法や、照合方法については、第１の方法において説明したものを応用可能である。
【００２６】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第４の方法として、座標演算部及び／又は変換処理部で超音波信号の少なくとも一部をフーリエ変換処理した結果を用いる方法が考えられる。
電子ペンの超音波発生素子であるピエゾ素子やコイルといった回路要素のバラツキや取り付け方、歪みなどが電子ペンごとに異なった超音波信号の強度の周波数分布や位相などになる。これにより、電子ペンを同定したり識別したりすることができる。電子ペンの超音波信号の計測波形等をフーリエ変換して得られた値としては、例えばパワースペクトルを用いることができる。パワースペクトルとはフーリエ変換した値の絶対値を二乗することで、得られる信号の強さの周波数分布を指す。図５は超音波信号の計測波形をフーリエ変換した結果、得られたパワースペクトルをグラフ化した概念図である。横軸は周波数を表し、縦軸は信号の強度を表している。強度とは、各々の周波数成分がどの程度含まれているかという相対的な値である。パワースペクトル以外にも、位相に関する情報を用いてもよいし、パワースペクトルと位相の情報を組み合わせればより識別精度が上がる。同定または識別対象の電子ペンを受信側に記憶させる方法や、照合方法については、第１の方法において説明したものを応用可能である。
【００２７】
また、座標演算部及び／又は変換処理部に記憶させておいた識別対象の電子ペンのパワースペクトルから、特徴的なピークが現れている周波数を少なくとも一つ、好ましくは数個選択しておき、受信した超音波信号が同じ周波数にピークを持つかどうかを調べることによって照合してもよく、その際、例えば値の大きい方から５つの周波数を選択したり、ピークの大きさなどから照合するとよい。フーリエ変換及び電子ペンの識別は、座標演算部で行ってもよいし、超音波信号の計測値を外部の変換処理部に送信し、変換処理部上で行ってもよい。
【００２８】
特定の電子ペンを同定したり、複数の電子ペンを個々の電子ペンとして識別したりするための第５の方法として、電子ペンの超音波信号を制御する制御手段によって変化された超音波信号を座標演算部及び／又は変換処理部で認識し、電子ペンを同定または識別するといった方法が考えられる。超音波信号の波形を変化させるには、例えば、電子ペンの超音波発生回路内のコイルをピエゾ素子に接続したり切断したりするスイッチを設け、コイルで昇圧された電圧をピエゾ素子に供給して少なくとも第１波を生成した後、前記スイッチを切断したり接続したりする。
受信側は、例えば、波形の振幅が所定の閾値よりも大きい、もしくは相対的に大きい領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識する。これにより、電子ペンの識別用の情報を２進数に変換して、その２進数情報を、超音波信号の波形にオンとオフを組み合わせることによって表現し、受信側がオンとオフの組み合わせを認識して、識別用の情報をデコードするようなデジタル通信の手法を採用することが出来るため、個々の電子ペンの識別精度を格段に高めることが出来る。また、オン及び／又はオフの時間を何段階かに変化させた上で組み合わせることにより、同様の効果が得られる。
【００２９】
本方法においては、電子ペンに予め識別用の情報を設定する。例えば、製造時にシリアル番号をオンとオフの長さに変換して記憶させてもよいし、電子ペンと受信側に、相互のデジタル通信によって電子ペンに任意の番号を設定できる機能を持たせるようにしてもよいし、電子ペンにスイッチやダイアルを設けていくつかの組み合わせの中から選択できるようにしてもよい。一方、受信側に識別対象の電子ペンの識別用の情報を記憶させるには、第１の方法において説明したものを応用可能であるし、受信側が電子ペンに番号を設定できるようにした場合はその番号を用いればよく、電子ペンにスイッチやダイアルを設けた場合は、受信側に同様のスイッチやダイアルを設けるようにしてもよい。
【実施例】
【００３０】
以下の実施例においては、電子ペンＡは、図６（ａ）に示す波形の超音波信号を発信し、超音波受信部で図６（ｂ）に示す波形が計測される。同様に電子ペンＢは、図７（ａ）に示す波形の超音波信号を発信し、超音波受信部で図７（ｂ）に示す波形が計測され、電子ペンＣは、図８（ａ）に示す波形の超音波信号を発信し、超音波受信部で図８（ｂ）に示す波形が計測される。
電子ペンの超音波発生回路は、８０ｋＨｚで超音波信号を発信する構成になっているが、超音波発生素子であるピエゾフィルムや超音波発生回路のコイルなどの個体差、及びピエゾフィルムの組み付け方によって、それぞれの電子ペンが僅かに異なる超音波信号を発信する。
【００３１】
（実施例１）
以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
図面を参照して説明する。図９は本発明の電子ペン１と受信機２からなる手書き筆跡入力システムを示す斜視図である。また、図１０は電子ペン１の内部のブロック図である。
電子ペン１には、ペン先筆記部３が被記録媒体４に接触しながら文字や図を描いたときの筆記状態と非筆記状態に対応してオン・オフするスイッチ５が載置されている。スイッチ５がオンになれば、電子ペン内の赤外線発生回路９と超音波発生回路１０を制御する制御手段８に電源が供給され、赤外線信号と超音波信号が発信される。発信された赤外線信号と超音波信号は受信機２で受信され、到達時間差を利用して、電子ペン１の位置を計測する。
受信機２は、電源ボタン６、波形登録用ボタン７が載置されており、受信機２の内部構成は、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達時間差を計測する赤外線超音波測定部、並びに該赤外線超音波測定部から得られた到達時間差及び音速を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成る。但し、電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部は、この受信機の構成部分であっても良いし、別途ホストコンピュータにあっても良い。
【００３２】
ここで、電子ペン１の赤外線発生回路９は、トランジスタと抵抗と赤外線ＬＥＤから構成されている（図示せず）。赤外線を発信させるときには、制御手段８より信号発信の命令がきたら、赤外線発生回路９の内部のトランジスタを介して増幅し、赤外線ＬＥＤを駆動する、赤外線を発信する。トランジスタの代わりにＦＥＴを使用することも可能である。
また、図１１に示す電子ペン１の超音波発生回路１０は、コイル１２、昇圧用トランジスタ１３、ダイオード１４、抵抗１２、１５、１６及び超音波発生素子であるピエゾ素子１１から構成されている。制御手段４より信号発信の命令がきたら、超音波を発生させるために２つの工程が行われる。第１の工程は、超音波発生回路１０の内部の昇圧用トランジスタ１３をオンにし、コイル１２を昇圧させる工程である。第２の工程は、第１の工程の超音波発生回路１０の内部の昇圧用トランジスタ１３をオフにし、コイル１２に逆起電力を発生させ、この逆起電力によって、コイル１２とピエゾ素子１１に自己発振を起こし、ピエゾ素子１１より超音波信号を発信させる工程である。上記２工程を実施して超音波を発信する。
【００３３】
受信機２の内部のブロック図１２について説明する。
受信機２は、ＣＰＵ１０２、タイマ１０３、フラッシュメモリ１０４、ＲＡＭ１０５から成る座標演算部１０１と、赤外線受信部１０９、超音波受信部１１０、超音波受信部１１１、ＡＤＣ１０６、ＡＤＣ１０７、ＡＤＣ１０８から成る赤外線超音波測定部１１６と、ＣＰＵ１１３、ＲＡＭ１１４からなる変換処理部１１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を先頭から約２５０μ秒の間だけ、１００Ｍサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形を平均した波形を同定すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ１０４に記憶させる。このとき最大電圧は電子ペンと受信機２の距離によって変化するため、計測波形の最大電圧で正規化して保存する。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。
【００３４】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受信部１０９は、赤外線を受信し、ＡＤＣ１０６に出力する。また、超音波受信部１１０は、超音波を受信し、ＡＤＣ１０７に出力する。同様に、超音波受信部１１１は、超音波を受信し、ＡＤＣ１０８に出力する。ＣＰＵ１０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部１０９を介してＡＤＣ１０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ１０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ１０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部１１０、１１１を介して、ＡＤＣ１０７、１０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ１０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ１０５に保存する。ＣＰＵ１０２は、これによりＲＡＭ１０５に保存している２箇所の超音波受信部１１０、１１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部１０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部１１０、１１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ１０２は超音波受信部１１０の超音波の到達後、ＡＤＣ１０７の出力を計測波形の先頭から約２５０μ秒の間だけ１Ｍサンプル／秒で計測波形をサンプリングし、ＲＡＭ１０５に保存する。このとき計測波形は最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された計測波形の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ１０４に記憶している計測波形と合わせてから、両者の差分を計算し、所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を同定すべきペンから発信された超音波信号であるとして有効な信号とし、一致しない場合は、その超音波信号を同定すべきペンから発信された超音波信号ではないとして排除する。
【００３５】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２に電子ペンＡを記憶した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢを筆記し両電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は電子ペンＡから発信された超音波信号を同定することができ、混信を起こさずに電子ペンＡのみの描いた筆跡を記録することができた。
【００３６】
（実施例２）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１、受信機２は、実施例１と同じとする。
受信機２には、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣを記憶させる。記憶方法は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｍサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形を平均した波形を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ１０４に記憶させる。このとき計測波形を最大電圧で正規化して保存する。
次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢ及び電子ペンＣを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。受信機２のＣＰＵ１０２は超音波受信部１１０の超音波の到達後、ＡＤＣ１０７の出力を計測波形の先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｍサンプル／秒で計測波形をサンプリングし、ＲＡＭ１０５に保存する。このとき計測波形は最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された計測波形の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ１０４に記憶している計測波形と合わせてから、両者の差分を計算し、所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号をそれぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００３７】
（実施例３）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は、実施例１と同じとする。
受信機２は、図１３に示す様にＣＰＵ２０２、タイマ２０３、フラッシュメモリ２０４、ＲＡＭ２０５、整流平滑化回路２１５から成る座標演算部２０１と、赤外線受信部２０９、超音波受信部２１０、超音波受信部２１１、ＡＤＣ２０６、ＡＤＣ２０７、ＡＤＣ２０８、から成る赤外線超音波測定部２１６と、ＣＰＵ２１３、ＲＡＭ２１４からなる変換処理部２１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を整流平滑化回路２１５を用いて整流し、平滑化する。平滑化した後の包絡線を先頭から約２５０μ秒の間だけ、１００Ｋサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の包絡線を平均した波形を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ２０４に記憶させる。このとき最大電圧は電子ペンと受信機２の距離によって変化するため、包絡線の最大電圧で正規化して保存する。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。波形登録用ボタン７を押すたびに、異なる電子ペンから超音波信号を発信させることで、それぞれ識別したい複数の電子ペンを記録することができる。
【００３８】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受光部２０９は、赤外線を受信し、ＡＤＣ２０６に出力する。また、超音波受信部２１０は、超音波を受信し、ＡＤＣ２０７に出力する。同様に、超音波受信部２１１は、超音波を受信し、ＡＤＣ２０８に出力する。ＣＰＵ２０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部２０９を介してＡＤＣ２０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ２０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ２０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部２１０、２１１を介して、ＡＤＣ２０７、２０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ２０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ２０５に保存する。ＣＰＵ２０２は、これによりＲＡＭ２０５に保存している２箇所の超音波受信部２１０、２１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部２０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部２１０、２１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ２０２は超音波受信部２１０の超音波の到達後、ＡＤＣ２０７の出力を整流平滑化回路２１５を用い、整流及び平滑化した後の包絡線を求め、先頭から約２５０μ秒の間だけ１００Ｋサンプル／秒で包絡線をサンプリングし、ＲＡＭ２０５に保存する。このとき包絡線の最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された包絡線の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ２０４に記憶している包絡線と合わせてから、両者の差分を計算し、フラッシュメモリ２０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号の包絡線と所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
【００３９】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２に電子ペンＡと電子ペンＢを記憶した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢを筆記し、両電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は、電子ペンＡ及び電子ペンＢから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ及び電子ペンＢの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００４０】
（実施例４）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１、受信機２は、実施例３と同じとする。
受信機２には、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣを記憶させる。記憶方法は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を整流平滑化回路２１５を用いて整流し、平滑化する。平滑化した後の包絡線の先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｋサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の包絡線を平均した波形を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ２０４に記憶させる。このとき包絡線の計測値を最大電圧で正規化して保存する。
【００４１】
次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢ及び電子ペンＣを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。受信機２のＣＰＵ２０２は超音波受信部２１０の超音波の到達後、ＡＤＣ２０７の出力を整流平滑化回路２１５を用い、整流及び平滑化した後の包絡線を求め、先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｋサンプル／秒で包絡線をサンプリングし、ＲＡＭ２０５に保存する。このとき包絡線の計測値を最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された包絡線の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ２０４に記憶している包絡線と合わせてから、両者の差分を計算し、フラッシュメモリ２０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号の包絡線と所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００４２】
（実施例５）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は、実施例１と同じとする。
受信機２は、図１４に示す様にＣＰＵ３０２、タイマ３０３、フラッシュメモリ３０４、ＲＡＭ３０５、ゼロクロス検出手段３１５から成る座標演算部３０１と、赤外線受信部３０９、超音波受信部３１０、超音波受信部３１１、ＡＤＣ３０６、ＡＤＣ３０７、ＡＤＣ３０８、から成る赤外線超音波測定部３１６と、ＣＰＵ３１３、ＲＡＭ３１４からなる変換処理部３１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形をゼロクロス検出手段３１５を用いて計測し、繰返し間隔を最初から５箇所をサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形の繰返し間隔を平均した間隔を、識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ３０４に記憶させる。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。波形登録用ボタン７を押すたびに、異なる電子ペンから超音波信号を発信させることで、それぞれ識別したい複数の電子ペンを記憶することができる。
【００４３】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受光部３０９は赤外線を受信してＡＤＣ３０６に出力する。また、超音波受信部３１０は、超音波を受信して出力する。同様に、超音波受信部３１１は、超音波を受信してＡＤＣ３０８に出力する。ＣＰＵ３０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部３０９を介してＡＤＣ３０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ３０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ３０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部３１０、３１１を介して、ＡＤＣ３０７、３０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ３０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ３０５に保存する。ＣＰＵ３０２は、これによりＲＡＭ３０５に保存している２箇所の超音波受信部３１０、３１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部３０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部３１０、３１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ２０２は超音波受信部２１０の超音波の到達後、ＡＤＣ２０７の出力をゼロクロス検出手段３１５を用い、超音波受信部３１０に到達した超音波信号が超音波を受信していないときの信号レベルに交叉する時間の計測を行い、繰返し間隔を最初から５箇所計測しＲＡＭ３０５に保存する。使用している電子ペン１を、フラッシュメモリ３０４に予め記憶している電子ペン１の超音波信号の繰り返し間隔と所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
【００４４】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２には電源投入時に電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣを記憶した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢ及び電子ペンＣを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ、電子ペンＢ及び電子ペンＣの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００４５】
（実施例６）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は、実施例１と同じとする。
受信機２は、図１５に示す様にＣＰＵ４０２、タイマ４０３、フラッシュメモリ４０４、ＲＡＭ４０５から成る座標演算部４０１と赤外線受信部４０９、超音波受信部４１０、超音波受信部４１１、ＡＤＣ４０６、ＡＤＣ４０７、ＡＤＣ４０８から成る赤外線超音波測定部４１６とＣＰＵ４１３、ＲＡＭ４１４からなる変換処理部４１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を先頭から約２５０μ秒の部分をフーリエ変換して、計算したパワースペクトルの大きい３つのピークの周波数をサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形の３つのピークの周波数を平均した値を同定すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ４０４に記憶させる。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。
【００４６】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受信部４０９は、赤外線を受信し、ＡＤＣ４０６に出力する。また、超音波受信部４１０は、超音波を受信し、ＡＤＣ４０７に出力する。同様に、超音波受信部４１１は、超音波を受信し、ＡＤＣ４０８に出力する。ＣＰＵ４０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部４０９を介してＡＤＣ４０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ４０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ４０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部４１０、４１１を介して、ＡＤＣ４０７、４０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ４０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ４０５に保存する。ＣＰＵ４０２は、これによりＲＡＭ４０５に保存している２箇所の超音波受信部４１０、４１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部４０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部４１０、４１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ４０２は超音波受信部４１０の超音波の到達後、ＡＤＣ４０７の出力を計測波形の先頭から約２５０μ秒の間だけ、１Ｍサンプル／秒で計測波形をサンプリングし、サンプリングした計測波形をフーリエ変換する。そしてフーリエ変換した結果からパワースペクトルを求め、数値が最も大きいものから３つピークを探索し、その結果をＲＡＭ４０５に保存する。使用している電子ペン１の３つのピークの周波数が、フラッシュメモリ１０４に記憶させたものと所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、電子ペンＡから発信された超音波信号であるとして有効な信号とし、一致しない場合は、その超音波信号を、電子ペンＡから発信された超音波信号ではないとして排除する。
【００４７】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２に電子ペンＡを記憶した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢを筆記し、両電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は、電子ペンＡから発信された超音波信号を同定することができ、混信を起こさずに電子ペンＡのみの描いた筆跡を記録することができた。
【００４８】
（実施例７）
図面を参照して説明する。図１６は本発明のスタイラス２０を内蔵した電子ペン１７と受信機１８、ディスプレイ１９からなる手書き筆跡入力システムを示す斜視図である。電子ペン１７には、スタイラス２０がディスプレイ１９に接触しながら文字や図を描いたとき、筆記状態と非筆記状態に対応してオン・オフするスイッチ２１が載置されている。スイッチ２１がオンになれば、電子ペン内の赤外線発生回路５と超音波発生回路６を制御する制御手段４に電源が供給され、赤外線信号と超音波信号が発信される。発信された赤外線信号と超音波信号は受信機１８で受信され、到達時間差を利用して、電子ペン１７の位置を計測して、ディスプレイ１９上に筆跡データを表示する。
電子ペン１７、受信部１８の構成は、実施例４の電子ペン１、受信部２と同じとする。
予め受信機１８には電子ペンＡと電子ペンＢを登録した。次に、電子ペンＡを使用して連続筆記を行った。電子ペンＡの筆記中に１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＢを筆記し、両電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機１８は、電子ペンＡ及び電子ペンＢから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＡ及び電子ペンＢの描いたそれぞれの筆跡をディスプレイ上に表示することができた。
【００４９】
（実施例８）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は、実施例１と同じとする。
ただし、電子ペン１の超音波発信回路１０の制御手段８には、超音波を発振させる第１の工程と第２の工程の後に、再び第１の工程と第２の工程を繰り返すことによって、超音波信号を変化させることができ、電子ペンの識別情報を発信させる。
本実施例では、電子ペンＤ、電子ペンＥ、電子ペンＦを使用する。電子ペンＤは図１７（ａ）のように２度目の第１の工程と第２の工程の期間がｄになるようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３を制御しており、図１７（ｂ）のような超音波を発信する。同様に電子ペンＥは図１８（ａ）のように２度目の第１の工程と第２の工程の期間がｅになるようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３を制御しており、図１８（ｂ）のような超音波を発信する。同様に電子ペンＦは図１９（ａ）のように２度目の第１の工程と第２の工程の期間がｆになるようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３を制御しており、図１９（ｂ）のような超音波を発信する。
【００５０】
本実施例における受信機２の内部ブロック図を図２０に示す。
受信機２は、ＣＰＵ５０２、タイマ５０３、フラッシュメモリ５０４、ＲＡＭ５０５から成る座標演算部５０１と、赤外線受信部５０９、超音波受信部５１０、超音波受信部５１１、ＡＤＣ５０６、ＡＤＣ５０７、ＡＤＣ５０８から成る赤外線超音波測定部５１６と、ＣＰＵ５１３、ＲＡＭ５１４からなる変換処理部５１２を搭載している。
受信機２は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形の振幅が所定の閾値よりも大きい領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識し、オンとオフの組み合わせをサンプリングする。次にサンプリングした１０個の組み合わせ信号を平均した組み合わせ信号を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ５０４に記憶させる。１０個の計測波形のばらつきが大きい場合には、筆記をやり直させるようにする。この際にエラーランプ等を点灯させても良い。波形登録用ボタン７を押すたびに、異なる電子ペンから超音波信号を発信させることで、それぞれ識別したい複数の電子ペンを記憶することができる。
【００５１】
次に、筆記時の受信機２の動作を説明する。赤外線受信部５０９は、赤外線を受信し、ＡＤＣ５０６に出力する。また、超音波受信部５１０は、超音波を受信し、ＡＤＣ５０７に出力する。同様に、超音波受信部５１１は、超音波を受信し、ＡＤＣ５０８に出力する。ＣＰＵ５０２は、電子ペン１からの赤外線信号を赤外線受信部５０９を介してＡＤＣ５０６にて計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ５０３より現在の時間を読み込み、この時間を赤外線の到達時間としてＲＡＭ５０５に保存し、その後、電子ペンからの超音波信号を２箇所の超音波受信部５１０、５１１を介して、ＡＤＣ５０７、５０８にて超音波の波形を計測し、特定の閾値以上の信号を受信したときには、タイマ５０３より現在の時間を読み込み、この時間を超音波の到達時間としてＲＡＭ５０５に保存する。ＣＰＵ５０２は、これによりＲＡＭ５０５に保存している２箇所の超音波受信部５１０、５１１における超音波の到達時間と、赤外線受光部５０９における赤外線の到達時間の到達時間差を計測する。そして、２つの到達時間差と超音波受信部５１０、５１１間の距離によって、電子ペン１の位置座標を計算する。
また、ＣＰＵ５０２は超音波受信部５１０の超音波の到達後、ＡＤＣ５０７の出力を、波形の振幅が所定の閾値よりも大きい領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識し、オンとオフの組み合わせをＲＡＭ５０５に保存する。次にこのオンとオフの組み合わせを、受信機のフラッシュメモリ５０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号のオンとオフの組み合わせと所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
【００５２】
上記構成を用い、次のような試験を行った。予め受信機２に電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦ記憶を記憶した。次に、電子ペンＤを使用して連続筆記を行った。電子ペンＤの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＥ及び電子ペンＦを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。このようにした結果、受信機は、電子ペンＤ及び電子ペンＥから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦの描いたそれぞれの筆跡を識別して記録することができた。
【００５３】
（実施例９）
手書き筆跡入力システムや受信機２の説明は、実施例８と同じとする。
本実施例の電子ペン１の超音波発生回路を図２１に示す。超音波発生回路２２は、コイル１２、昇圧用トランジスタ１３、降圧用トランジスタ２３、ダイオード１４、抵抗１５、１６、２４、２５、２６及び超音波発生素子であるピエゾ素子１１から構成されている。実施例８との違いは、超音波を発生させるための２つの工程が行われた後、超音波を変化させる為に、第３の工程、第４の工程が行われる。第３の工程は、超音波発生回路２２の内部の降圧用トランジスタ２３をオンにし、第２の工程で発振しているコイル１２とピエゾ素子１１の発振を停止させる工程である。第４の工程は、超音波発生回路２２の内部の降圧用トランジスタ２３をオフにし、超音波の振幅を抑制し、超音波発生回路２２を初期状態にする工程である。第３と第４の工程期間の長さを変更したり、繰り返したりすることで、電子ペンの識別用情報に対応した超音波を出力することができる。つまり、電子ペンの制御手段８に、予め電子ペンの識別情報を記憶させ、電子ペンの識別情報を発信するときは第３の工程と第４の工程を用いて、超音波の信号のオン／オフ及び／又はオン時間の長さに変換して、超音波を発信する。 ここで、昇圧用トランジスタ２３は、超音波の出力に寄与するものがよく、また、降圧用トランジスタ２３は、振幅を抑制した超音波信号により次回の超音波の出力までに、現在の超音波の出力を停止させることができるものが良い。
【００５４】
本実施例では、電子ペンＧ、電子ペンＨ、電子ペンＩを使用する。電子ペンＧは図２２（ａ）のようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３、降圧用トランジスタ２３を制御しており、図２２（ｂ）のような超音波信号を発信する。同様に電子ペンＨは図２３（ａ）のようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３、降圧用トランジスタ２３を制御しており、図２３（ｂ）のような超音波信号を発信する。電子ペンＩは図２４（ａ）のようなシーケンスで昇圧トランジスタ１３、降圧用トランジスタ２３を制御しており、図２４（ｂ）のような超音波信号を発信する。
受信機２には、電子ペンＧ、電子ペンＨ及び電子ペンＩを記憶させる。記憶方法は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形の先頭から１２．５μ秒間隔に計測波形の振幅の最大値を計測し、その最大値の平均値を計算する。この平均値を閾値として１２．５μ秒単位の振幅の最大値と比較し、振幅が閾値よりも大きければ、その１２．５μ秒単位の領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識し、オンとオフの組み合わせをサンプリングする。次にサンプリングした１０個の組み合わせ信号を平均した組み合わせ信号を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ５０４に記憶させる。
【００５５】
次に、電子ペンＧを使用して連続筆記を行った。電子ペンＧの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＨ及び電子ペンＩを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。受信機２のＣＰＵ５０２は超音波受信部５１０の超音波の到達後、ＡＤＣ５０７の出力を計測波形の先頭から１２．５μ秒間隔に計測波形の振幅の最大値を計測し、その最大値の平均値を計算する。この平均値を閾値として、１２．５μ秒単位の振幅の最大値と比較し、振幅が閾値よりも大きい大きければ、その１２．５μ秒単位の領域をオン状態、それ以外の領域をオフ状態と認識し、オンとオフの組み合わせをサンプリングし、ＲＡＭ５０５に保存する。次にこのオンとオフの組み合わせを、受信機のフラッシュメモリ５０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号のオンとオフの組み合わせと所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＧ、電子ペンＨ及び電子ペンＩから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＧ、電子ペンＨ及び電子ペンＩの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００５６】
（実施例１０）
手書き筆跡入力システムや電子ペン１は実施例８、受信機２は実施例１と同じとする。
本実施例では、電子ペンＤ、電子ペンＥ、電子ペンＦを使用する。
受信機２には、電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦを記憶させる。記憶方法は、波形登録用ボタン７を押している期間の最初に受信した１０個の計測波形を先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１００Ｍサンプル／秒でサンプリングする。次にサンプリングした１０個の計測波形を平均した波形を識別すべき電子ペンのものとし、受信機２のフラッシュメモリ１０４に記憶させる。このとき波形の形状の計測値を最大電圧で正規化して保存する。
次に、電子ペンＤを使用して連続筆記を行った。電子ペンＤの筆記中に、１０ｃｍ程度離れた所で同時に、電子ペンＥ及び電子ペンＦを筆記し、これらの電子ペンから超音波信号を発信させた。受信機２のＣＰＵ１０２は超音波受信部１１０の超音波の到達後、ＡＤＣ１０７の出力を計測波形の先頭から３１．２５μ秒後から約２００μ秒の間だけ、１Ｍサンプル／秒で計測波形をサンプリングし、ＲＡＭ１０５に保存する。このとき計測波形は最大電圧で正規化して保存する。次にこの正規化された計測波形の最大振幅の位置を、受信機のフラッシュメモリ１０４に記憶している計測波形と合わせてから、両者の差分を計算し、フラッシュメモリ１０４に予め記憶している電子ペンの超音波信号の計測波形と所定の誤差内で一致すれば、その超音波信号を、それぞれの電子ペンから発信された超音波信号であると識別してそれぞれの電子ペンに対応する位置座標データとする。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＤ、電子ペンＥ及び電子ペンＦの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００５７】
（比較例）
電子ペンを識別する方法として、電子ペンから位置座標用とは別に識別用として赤外線信号を発信させる。つまり１つの座標を発信するのに、赤外線の発信を２回行う。図２５に示す赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間をｊとした電子ペンを電子ペンＪと称し、同様に図２６示す赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間をｋとした電子ペンを電子ペンＫ、図２７に示す赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間をｍとした電子ペンを電子ペンＭと称す。電子ペンＪ、電子ペンＫ及び電子ペンＭから発信される赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間間隔ｊ、ｋ及びｍを、予めフラッシュメモリに記憶させておく。使用時に計測した電子ペンから発信された赤外線の位置座標信号から識別用信号までの時間を受信機のフラッシュメモリに記憶している時間間隔と照合を行い、電子ペンを識別する。
このようにした結果、受信機は、電子ペンＪ、電子ペンＫ及び電子ペンＭから発信された超音波信号を識別することができ、電子ペンＪ、電子ペンＫ及び電子ペンＭの描いたそれぞれの筆跡を記録することができた。
【００５８】
上記のように、実施例１から実施例１０、また比較例、いずれも問題なく電子ペンの同定または識別することが出来た。しかし、電子ペンの連続使用可能時間を比較すると、実施例１から実施例７では約９０時間程度連続使用できた。また、実施例９では約８０時間程度連続使用でき、実施例７と実施例１０では約７５時間程度連続使用できた。しかし、比較例では５０時間しか連続使用できなかった。これは、比較例の場合、実施例１から実施例１０に比べて１つの座標データを得るための信号を発信するのに、識別用に赤外線信号を１回多く発信していることから、電子ペンの電力の消費量が大きくなったことに由来する。よって、電子ペンの消費電力の面から実施例１から実施例１０は有効であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】計測波形の概念図
【図２】整流後平滑化したときの概念図
【図３】繰返し間隔の概念図
【図４】超音波信号のゼロクロスを測定した概念図
【図５】パワースペクトルの概念図
【図６】電子ペンＡのタイミングチャート
【図７】電子ペンＢのタイミングチャート
【図８】電子ペンＣのタイミングチャート
【図９】電子ペンと受信機からなる手書き筆跡入力システムの斜視図
【図１０】電子ペンのブロック図
【図１１】電子ペンの超音波発生回路の内部ブロック図
【図１２】実施例１における受信機のブロック図
【図１３】実施例３における受信機のブロック図
【図１４】実施例５における受信機のブロック図
【図１５】実施例６における受信機のブロック図
【図１６】実施例７における手書き筆跡入力システムの斜視図
【図１７】電子ペンＤのタイミングチャート
【図１８】電子ペンＥのタイミングチャート
【図１９】電子ペンＦのタイミングチャート
【図２０】実施例８における受信機のブロック図
【図２１】実施例９超音波発振回路図
【図２２】電子ペンＧのタイミングチャート
【図２３】電子ペンＨのタイミングチャート
【図２４】電子ペンＩのタイミングチャート
【図２５】電子ペンＪのタイミングチャート
【図２６】電子ペンＫのタイミングチャート
【図２７】電子ペンＭのタイミングチャート
【符号の説明】
【００６０】
１ 電子ペン
２ 受信機
３ ペン先筆記部
４ 被記録媒体
５ スイッチ
６ 電源ボタン
７ 波形登録用ボタン
８ 制御手段
９ 赤外線発生回路
１０ 超音波発生回路
１１ ピエゾ素子
１２ コイル
１３ 昇圧用トランジスタ
１４ ダイオード
１５ 抵抗
１６ 抵抗
１７ 電子ペン
１８ 受信機
１９ ディスプレイ
２０ スタイラス
２１ スイッチ
２２ 超音波発生回路
２３ 降圧用トランジスタ
２４ 抵抗
２５ 抵抗
２６ 抵抗
１０１ 座標演算部
１０２ ＣＰＵ
１０３ タイマ
１０４ フラッシュメモリ
１０５ ＲＡＭ
１０６ ＡＤＣ
１０７ ＡＤＣ
１０８ ＡＤＣ
１０９ 赤外線受光部
１１０ 超音波受信部
１１１ 超音波受信部
１１２ 変換処理部
１１３ ＣＰＵ
１１４ ＲＡＭ
１１６ 赤外線超音波測定部
２０１ 座標演算部
２０２ ＣＰＵ
２０３ タイマ
２０４ フラッシュメモリ
２０５ ＲＡＭ
２０６ ＡＤＣ
２０７ ＡＤＣ
２０８ ＡＤＣ
２０９ 赤外線受光部
２１０ 超音波受信部
２１１ 超音波受信部
２１２ 変換処理部
２１３ ＣＰＵ
２１４ ＲＡＭ
２１５ 整流平滑化回路
２１６ 赤外線超音波測定部
３０１ 座標演算部
３０２ ＣＰＵ
３０３ タイマ
３０４ フラッシュメモリ
３０５ ＲＡＭ
３０６ ＡＤＣ
３０７ ＡＤＣ
３０８ ＡＤＣ
３０９ 赤外線受光部
３１０ 超音波受信部
３１１ 超音波受信部
３１２ 変換処理部
３１３ ＣＰＵ
３１４ ＲＡＭ
３１５ ゼロクロス検出手段
３１６ 赤外線超音波測定部
４０１ 座標演算部
４０２ ＣＰＵ
４０３ タイマ
４０４ フラッシュメモリ
４０５ ＲＡＭ
４０６ ＡＤＣ
４０７ ＡＤＣ
４０８ ＡＤＣ
４０９ 赤外線受光部
４１０ 超音波受信部
４１１ 超音波受信部
４１２ 変換処理部
４１３ ＣＰＵ
４１４ ＲＡＭ
４１６ 赤外線超音波測定部
５０１ 座標演算部
５０２ ＣＰＵ
５０３ タイマ
５０４ フラッシュメモリ
５０５ ＲＡＭ
５０６ ＡＤＣ
５０７ ＡＤＣ
５０８ ＡＤＣ
５０９ 赤外線受光部
５１０ 超音波受信部
５１１ 超音波受信部
５１２ 変換処理部
５１３ ＣＰＵ
５１４ ＲＡＭ
５１６ 赤外線超音波測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、赤外線信号と超音波信号を発信する電子ペンと、これらの信号を受信する受信部と、これらの赤外線信号と超音波信号の受信到達時間差に基づいて電子ペンの位置座標を計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムであって、電子ペンより発信された超音波信号の少なくとも一部を用いて、前記電子ペンを同定または識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システム。
【請求項２】
少なくとも、赤外線発光素子を含む赤外線発生回路と、超音波発生素子を含む超音波発生回路と、これらの回路から発信する赤外線信号及び超音波信号を制御する制御手段と、被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、該筆記部が筆記状態であるか否かを判別するスイッチとから成る電子ペン、並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達時間差を計測する赤外線超音波測定部、並びに該赤外線超音波測定部から得られた到達時間差及び音速を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成り、前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システム。
【請求項３】
前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部の波形の形状を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１及び２記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項４】
前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部を整流し、平滑化した後、その包絡線の形状を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１及び２記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項５】
前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部の繰り返し間隔を測定し、その結果を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１及び２記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項６】
前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部をフーリエ変換処理した結果を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１及び２記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項７】
前記電子ペンより発信される超音波信号を、前記電子ペンの制御手段によって変化させて、該変化させた信号を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１乃至６記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項１】
少なくとも、赤外線信号と超音波信号を発信する電子ペンと、これらの信号を受信する受信部と、これらの赤外線信号と超音波信号の受信到達時間差に基づいて電子ペンの位置座標を計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムであって、電子ペンより発信された超音波信号の少なくとも一部を用いて、前記電子ペンを同定または識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システム。
【請求項２】
少なくとも、赤外線発光素子を含む赤外線発生回路と、超音波発生素子を含む超音波発生回路と、これらの回路から発信する赤外線信号及び超音波信号を制御する制御手段と、被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、該筆記部が筆記状態であるか否かを判別するスイッチとから成る電子ペン、並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達時間差を計測する赤外線超音波測定部、並びに該赤外線超音波測定部から得られた到達時間差及び音速を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成り、前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別する機能を持つことを特徴とする手書き筆跡入力システム。
【請求項３】
前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部の波形の形状を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１及び２記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項４】
前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部を整流し、平滑化した後、その包絡線の形状を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１及び２記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項５】
前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部の繰り返し間隔を測定し、その結果を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１及び２記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項６】
前記電子ペンより発信され、前記受信部で受信された超音波信号の少なくとも一部をフーリエ変換処理した結果を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１及び２記載の手書き筆跡入力システム。
【請求項７】
前記電子ペンより発信される超音波信号を、前記電子ペンの制御手段によって変化させて、該変化させた信号を用いて、前記電子ペンを同定もしくは識別することを特徴とする請求項１乃至６記載の手書き筆跡入力システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００８−３３８９５（Ｐ２００８−３３８９５Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４５８１８（Ｐ２００７−１４５８１８）
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（０００００５５１１）ぺんてる株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（０００００５５１１）ぺんてる株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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