JP4068366B2

JP4068366B2 - Coordinate input device

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Publication number: JP4068366B2
Application number: JP2002054982A
Authority: JP
Inventors: 英紀関口; 壮一浜; 彰藤井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP2003256126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、専用のぺんで用紙上に文字や図形を手書きした時の軌跡をコンピュータに文字データ或は図形データとして入力するための座標入力装置に関し、特に、死角となるエリアが少なく、かつ、操作性および可搬性の良い超音波利用型の座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のパーソナルコンピュータの普及に伴って、鉛筆などを使って用紙に文字を手書きするよりもキーボードを使って電子文書を入力することが多くなってきているが、簡単なメモ書きをおこなう場合には、キーボード入力するよりも実際に文字などを用紙に手書きする方が簡便である。
【０００３】
このため、会議などをおこなう場合には各自メモ帳などを持参し、鉛筆などを使ってメモ帳などに手書き入力するのが依然として一般的であるが、作成したメモを他人に配布したり管理することを考えると、かかるメモは電子化されていることが望ましい。特に、手書き文字をイメージスキャナなどで読み取ることとすると電子化に要する処理が煩雑であり、タッチパネルやタブレットなどを利用すると持ち運びに不便であるので、簡易に手書き文字を電子データとして入力することが望まれている。
【０００４】
これらのことから、従来、一対の超音波受信機を用紙上に配設し、ぺんから発信する超音波をこれらの超音波受信機で受信して、その超音波の伝播時間から三角測量により座標入力する座標入力装置が知られている。たとえば、特開平８−３６４６２号公報や特開２０００−２９８５４７号公報には、机上や基台などに受信機を構成する２個の受信器を配設し、これらの受信器に超音波が伝播する伝播時間からぺんと受信器との距離を連続的に測定し、三角測量法を利用することによって机上に対するぺん座標を求める技術が開示されている。なお、ぺんから超音波が発生した時の時間同期をとるために机上に赤外線受信器を設け、この赤外線受信器によりぺんからの赤外線を受信することとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる三角測量を採用した従来技術を用いた場合には、用紙の一部に死角となるエリアが発生し、座標入力ができなくなったり、たとえ入力ができても結果的に分解能が悪くなるという問題がある。また、かかる死角を回避しようとすると、装置の大型化やコストアップを招いてしまうという問題が生ずる。
【０００６】
図１７は、従来の座標入力装置の構成の一例を示す図である。同図（ａ）に示すように、三角測量では受信機を構成する２個の受信器間隔Ｗが広いほど識別度合いである座標分解能が良くなるため、２個の超音波受信器１３０と１個の赤外線受信器１３１とを有する受信機１３２を長尺状にした座標入力装置が知られている。そして、かかる長尺状の受信機１３２は、用紙の上辺とほぼ平行となる位置に配置されるのが通常である。
【０００７】
ところが、一般に超音波受信器や赤外線受信器の指向性は±４５〜６０度程度であるので、用紙の上端部左右側には死角となるエリアが生じてしまうという不具合いがある。つまり、たとえばぺんの位置（筆記位置）が図中Ａ点にある場合には、超音波及び赤外線の指向性上の制限から座標入力ができなくなったり、たとえ入力できても分解能が著しく劣化してしまうという問題が生ずる。
【０００８】
かかる超音波及び赤外線の指向性に起因する死角を解消するためには、図１７（ｂ）に示すように、治具などを用いて受信機１３２を用紙から離隔して固定する必要があるが、この場合には装置の占有エリアが広くなってしまう。また、受信器１３０を複数個配置したり、反射板を付設して指向性を拡大することも考えられるが、この場合には装置が大型化してコストアップを招くうえ、やはり広い場所が必要になってしまう。
【０００９】
このため、図１７（ｃ）に示すように、受信機１３２を用紙の角部に配置することも考えられるが、この場合にも受信機１３２が長尺状であるので、やはり装置が占有するエリアが広くなり使い難いという操作性の点での問題が生ずる。なお、図１７（ｄ）に示すように、受信機１３２を用紙の角部よりも内側に配置して装置の占有エリアを減らそうとすれば、Ｂ点やＣ点の部分が死角になってしまうという問題が生ずる。
【００１０】
これらのことから、死角となるエリアが少なく、かつ、操作性および可搬性の良い超音波利用型の座標入力装置をいかに実現するかが極めて重要な課題となっている。
【００１１】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解決するためになされたものであり、死角となるエリアが少なく、かつ、操作性および可搬性の良い超音波利用型の座標入力装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために請求項１に係る座標入力装置は、超音波を発信するぺんと、該ぺんから発信された超音波を複数の超音波受信器で受信する受信機とを有し、前記受信機の各超音波受信器でそれぞれ受信した超音波の伝播時間に基づいて前記ぺんの座標位置を入力する座標入力装置であって、前記受信機は、前記ぺんから発信された超音波を受信する複数の超音波受信器と、所定の用紙の角部を挟持する挟持手段と、前記挟持手段によって挟持される前記用紙の角部が当接されるほぼ９０度からなるエッジ部と、を有し、前記複数の超音波受信器は、前記エッジ部に前記用紙の角部が当接された際の当該用紙の上辺と前記複数の超音波受信器同士を結ぶ直線とのなす角度が３０度から６０度の範囲となるように配置されることを特徴とする。
【００１３】
この請求項１の発明によれば、受信機に設けた複数の超音波受信器は、エッジ部に用紙の角部が当接された際に、用紙の上辺と複数の超音波受信器同士を結ぶ直線とのなす角度が３０度から６０度の範囲となるように配置されるので、用紙をエッジ部に沿って挿入することにより自動的に用紙に対する超音波受信器の配置角度を最大の指向性となる４５度の傾斜位置に配置させることができ、これによって、紙面全範囲をカバーすることが可能となるため、死角領域が発生することなく、座標入力装置の構成を小型化とすることが可能となり、操作性及び可搬性がよく携帯用として利用することができる。また、ぺんから見かけ上の受信器間隔が狭くなることが防止でき、分解能が劣化する問題を回避することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明に係る座標入力装置は、請求項１の発明において、前記挟持手段は、前記ぺんにより筆記を行なう用紙を載置する平板状のボード（図１２、１３のボード８０２に対応する）に固着されたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項２の発明によれば、予め受信機は挟持手段によりボードの角部に配置固定されているので、±４５の指向性を有すれば紙面全範囲をカバーすることが可能となるため、死角が生じず、用紙を載置するボードが下敷きとして機能することから筆記時の操作性及び可搬性がよく携帯用の装置として利用することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る座標入力装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記ぺんは赤外線パルスを発信する赤外線発信器を有し、前記受信機は、前記赤外線発信器から発信された赤外線パルスを同期信号として受信する赤外線受信器（図３の赤外線受信器３０５に対応する）をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項３の発明によれば、ぺんを有線により接続することなく受信機に赤外線パルスの同期信号を発信することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る座標入力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる座標入力装置の構成について説明する。図１は座標入力装置の適用例であるパーソナルコンピュータとのシステム構成図を、図２は受信機の配置例を示す説明図、図３は受信機の構成図（上視図、正面図、側面図）をそれぞれ示している。
【００２４】
すなわち、図１に示すようにこの発明の座標入力装置１００は、２個の超音波受信器３０４（図３）と赤外線受信器３０５（図３）とを有する受信機１０１と筆記手段としての専用ぺん１０２とにより構成されており、受信機１０１の接続ケーブル１０３をパーソナルコンピュータのＵＳＢポートなどに接続することにより使用するものである。従来と同様、この座標入力装置１００の場合、ぺん１０２により用紙上に文字や図形を手書きした際にはその軌跡がデータとしてコンピュータ１０４側に入力され、文字データや図形データとして利用することができる。
【００２５】
ここで、図２（ａ）（ｂ）は受信機１０１の配置例を示す説明図で、この図２（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態では受信機１０１をコンパクト（小型化）に構成することにより受信器の死角を無くした「用紙の角部」に配置できるようにしたことに大きな特徴がある。すなわち、図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態１において受信機１０１の配置としては用紙面の左右何れかの角部に設定されるものであり、例えば右利きの人の場合には受信機１０１を右上（図２（ａ））に置くことが好ましい。これは、左手で用紙を押さえたときに、この左手でぺんから送出され超音波及び赤外線が遮られてしまうことを防止するためである。これとは逆に、左利きの人の場合には受信機１０１を左側（図２（ｂ））に配置して使用する。以下、本実施の形態１の特徴部分を中心に説明する。
【００２６】
図３は受信機の構成図であって、（ａ）上視図（ｂ）正面図（ｃ）側面図をそれぞれ示している。また、図４（ａ）（ｂ）は受信機による用紙に対する固定手順を説明する図である。以下、これら図３，４を参照して受信機の構成について説明する。すなわち、図３に示すように受信機１０１は厚肉状の上半部３０２と薄肉状の下半部３０３とを有する所謂クリップ型に構成されており、上半部３０２の所定位置には互いに離隔する２個の超音波受信器３０４と、これら超音波受信器３０４のほぼ中央に配置される１個の赤外線受信器３０５とがそれぞれ実装されている。このうち超音波受信器３０４はポリフッ化ビニリデン製の円筒状の圧電フィルムから構成されている。
【００２７】
また、これら上半部３０２及び下半部３０３の基端部側（図で右側）は枢軸３０６により枢支されているため、上半部３０２と下半部３０３とは枢軸３０６を基点として開閉（図４（ａ））することができ、用紙の所定位置を挟持すると共に、固定できるようになっている（図４（ｂ））。そして、このように構成される受信機１０１を用紙の角部に対して配置させ固定するものとなる。
【００２８】
ここで、従来の課題で説明したように受信機１０１を用紙に対してほぼ平行に配置した場合には、超音波受信器３０４や赤外線受信器３０５に死角が生じたり見かけ上の間隔が狭くなることが判明している。このため、図５に示すように本実施の形態１では受信器３０４の見かけ上の間隔の観点から受信機１０１の固定位置は２個の受信器３０４を結ぶ直線と用紙の上辺とのなす角度が３０度〜６０度となるように傾斜させて配置し固定することを特徴としている。
【００２９】
つまり、図７（ａ）に詳示するように図５における受信器３０４の場合には２個の受信器３０４を並べる方法を、２個の受信器３０４を結ぶ直線と用紙の上辺とのなす角度が３０度〜６０度となるように制限するものである。この場合、受信器３０４の向き自体は特に考慮していない。
【００３０】
そして、さらに戻って、図６に示すように２個の受信器３０４の向きが、この受信器３０４の最大感度方向（矢印の向き）である用紙の上端部に対して３０〜６０度の向き（方向）となるように、受信器３０４を固定することが指向性の観点から適当であるといえる。
【００３１】
すなわち、図７（ｂ）に詳示するように図６における受信器３０４の場合には２個の受信器３０４の向き（方向）を最大感度方向である用紙の上端部に対して３０〜６０度の向きとして制限するものである。この場合、２個の受信器３０４の並べ方自体は特に考慮していない。
【００３２】
そして、図８に示すように、より好ましくは２個の受信器３０４を結ぶ直線と用紙の上辺とのなす角度が４５度で、かつ受信器３０４の最大感度方向を２個の受信器３０４を結ぶ直線と９０度、すなわち用紙の上辺とのなす角度を４５度になるように固定する。このようにするためには、戻って図３に示すように受信機１０１を構成する下半部３０３の表面にほぼ９０度の角度（傾斜部）に設定されたエッジ部３０７を形成する。これにより、用紙の角部を受信機１０１により固定する際には、用紙をエッジ部３０７に沿って挿入することにより自動的に用紙に対する受信機１０１の配置角度を最大の指向性となる４５度の傾斜位置に配置させることができる。
【００３３】
なお、この例ではエッジ部３０７の形成位置を下半部３０３側としているが、このエッジ部３０７を上半部３０２側に形成しても、同様に受信機１０１の配置角度を最大の指向性となる４５度の傾斜位置に配置させることができるという作用効果を得ることができる。
【００３４】
ここで、前述したように本発明の特徴は受信機１０１に備えている２個の超音波受信器３０４の死角を無くし見かけ上の間隔を狭くしないために、この受信機１０１の配置位置が用紙の角部となるように構成としたことにある。そして、このように受信機１０１を用紙の角部に配置するためには２個の受信器間隔Ｗを小さくし、受信機１０１自体の大きさをコンパクトにし小型化とする必要がある。これは、前述したよう受信器間隔Ｗが大きいと良好な分解能を得ることはできるがその反面、死角が生じたり、装置が大型化するという不具合を招くためである。
【００３５】
つまり、超音波による距離測定のばらつきは、超音波が伝播する空気中の温度揺らぎと受信器のセンサアンプノイズとに起因しているが、これらは何れも受信器３０４とぺんポイント（ぺん１０２による筆記位置）との間隔である距離Ｌに比例して大きくなる。さらに、三角測量での座標ばらつきｅは距離Ｌに比例し、２個の受信器３０４同士の受信器間隔Ｗに反比例することが判明している。このため、本発明者は必要な分解能を維持できる上、可能な限り小さい選定値の受信器間隔Ｗを得るべく、図９に示すような実験を行った（距離と誤差との関係図）。
【００３６】
以下、図９の実験結果と前記図６の受信機の配置を説明する原理図を参照して説明する。この実験では受信器間隔Ｗを２５ｍｍに選定し、距離と座標ばらつきとの関係を実験により求めるもので、具体的には超音波受信器３０４からぺん１０２を徐々に離隔させた時に測定距離のばらつきがどの程度生じるかの実験を行った。ここで、図中の横軸は実際の距離値（ｍｍ）を、縦軸は誤差（ｍｍ）、黒点は超音波受信器で得た距離の測定値を、グラフは算出式により算出された計算値による推移をそれぞれ示している。この測定結果から、三角測量での座標ばらつきｅは、
ｅ＝０．０００２Ｌ²／Ｗ
の算定式から凡その値として求めることができる。
【００３７】
そして、上述した算定式から逆算して使用する用紙の大きさ（用紙の対角線の長さ）と必要な分解能が決まれば、必要とする最小となる受信器間隔Ｗを得ることができる。つまり、受信機１０１を用紙の角部に固定する場合、対角線の長さが最も離隔した距離となり、この距離が受信器３０４とぺんポイントが最も離れている距離となる。また、実際の通常の筆記の場合には±０．１〜１ｍｍの分解能が必要であることから、対角線の長さＰ(ぺんのぺんポイント位置である距離ＬをＰに置き換える)とすると、受信器間隔Ｗは、
Ｗ＝０．０００２Ｐ²〜０．００２Ｐ²
の算定式から求めることができる。
【００３８】
そして、この算定式に基いて、本実施の形態１の発明では用紙における対角線の長さをＰとした場合に、２個の受信器同３０４同士の配置間隔Ｗの設定値を０．０００２Ｐ²よりも大きく、且つ０．００２Ｐ²よりも小さくなるようにするものとしている。そして、このように設定した受信器間隔Ｗに基いて受信器３０４を配置させて受信機１０１を構成した場合には、受信機１０１を小型化にすることが可能となり、最大の指向性を得ることができる用紙の角部に、この受信機１０１を配置することが可能となる。
【００３９】
上述してきたように、本実施の形態１における受信機１０１は、一対の超音波受信器３０４と赤外線受信器３０５とを有する上半部３０２と、この上半部の基端部に枢支される下半部３０３とからなる用紙の角部を挟持し固定自在な固定部材として構成されると共に、受信機１０１による用紙に対する固定位置は一対の超音波受信器３０４同士を結ぶ直線と用紙の上辺とのなす角度が３０度から６０度の範囲となる位置に設定される構成としたので、受信器３０４の死角が無く、この受信器３０４の見かけ上の間隔を狭くしないうえ、これにより装置の構成を小型化とすることが可能となり、操作性及び可搬性がよく携帯用として利用することができる。
【００４０】
次に、図１０を参照して本発明に適用される専用ぺんの構成を説明する。すなわち、図１０に示すように、ぺん１０２の先端部には筆記用のボールペン芯７０２が取り付けられており、ぺん１０２の内部にはボールペン芯７０２と用紙の筆記面との接触を検知するための接触検知スイッチ７０３が設けられている。また、このぺん１０２の先端側には円筒状の超音波送信器７０４と赤外線送信器７０５とが設けられており、このうち超音波送信器７０４はポリフッ化ビニリデン製の圧電フィルム（ＰＶＤＦ）から構成されている。この圧電フィルムは電圧が印加された際に振動して超音波を発生する機能がある。
【００４１】
ここで、超音波送信器７０４の形状は超音波の指向性を３６０度とすることができる円筒状となっている。このため、筆記時にぺん１０２が回転しても発信した超音波パルスを正確に受信器３０４まで到達させることができる。また、赤外線送信器７０５も指向性が１２０度のものが３個均等に配置されており、やはり筆記時にぺん１０２が回転しても発信した赤外線パルスを正確に受信器３０４まで到達させることができる。
【００４２】
また、７０８は駆動回路部で、この駆動回路部７０８は単４の電池７０９により駆動される。具体的には手書きによる筆記をおこなう際、ぺん１０２の先端が用紙の筆記面に接触した時だけ、接触検知スイッチ７０３がＯＮとなり、超音波及び赤外線の送信が行われるものとなる。このように、ぺん１０２による筆記時以外の時には超音波及び赤外線の送信を防止することにより省電力化を図っている。
【００４３】
図１１は上述した専用のぺん１０２に適用される駆動回路部７０８の回路構成を示すブロック図である。すなわち、図１１に示すように駆動回路部７０８はタイマ７１０と赤外線駆動回路７１１と超音波駆動回路７１２とからなり、ぺん１０２の芯７０２と用紙の筆記面とが接触し、この接触が接触検知スイッチ７０３により検知されると、タイマ７１０による赤外線駆動回路７１１と超音波駆動回路７１２との作動により一定周期（５０Hz〜１００Hz）赤外線送信器７０５から赤外線パルスが、超音波送信器７０４から超音波パルスが発生する。なお、ここでの周期は人間の手によるぺん１０２の動きが安定して検出できればよいため５０Hz程度の一定周期となるように設定されている。
【００４４】
（実施の形態２）
次に、図１２を参照して本実施の形態２に係る座標入力装置８０１の構成について説明する。このうち、図１２（ａ）は平面図を、図１２（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。ここで、この実施の形態２において、前述した本実施の形態１と相違する点は受信機８０３を構成する上半部３０２の下方に平板状のボード８０２（下半部３０３に相当する）を設け、このボード８０２の上部に用紙を載置するようにしたことに特徴がある。
【００４５】
すなわち、これら上半部３０２及びボード８０２の基端部側（図で右側）は枢軸３０６により枢支されており、上半部３０２はボード８０２に対して枢軸３０６を基点として開閉自在（図１２（ｂ））となっているため、ボード８０２に用紙の角部を挟持するとともに、固定できるようになっている。
【００４６】
また、このボード８０２の板厚は薄肉の厚さに選定されているとともに、用紙の大きさ（例えば、Ａ４サイズ）とほぼ同寸法に選定された寸法となっている。
【００４７】
また、ボード８０２に対する受信機８０３の固着位置は、ボード８０２の角部であるとともに、ボード８０２の上辺との角度が３０度から６０度の範囲となるように選定されるもので、具体的には用紙に対する指向性が最大となる４５度の向きになっている。
【００４８】
さらに、前述したように本実施の形態２で採用するボード８０２は薄肉の板厚に選定されているため、用紙に対する下敷きとして機能するうえ、タブレットのように持ち運びに適さないものではなく、これにより携帯に便利な座標入力装置として利用することができる。そして、このボード８０２の大きさは使用頻度が多いＡ４サイズなどに限定されるものではなく、Ｂ５サイズなどの小さいサイズに寸法を選定した場合には、より携帯に適した座標入力装置８０１として使用することができる。
【００４９】
上述してきたように、本実施の形態２における座標入力装置８０１は、受信機８０３を構成する上半部３０２の下方に下半部３０３に相当する平板状のボード８０２を設け、このボード８０２の上部に用紙を載置するようにし、この用紙の角部をボード８０１の上辺との角度が３０度から６０度の範囲となるように選定し、固定する構成としたので、受信器３０４の死角が発生せず、しかも受信器３０４の見かけ上の間隔が狭くならず、ボード８０２が下敷きとして機能するためぺん１０２による筆記時の操作性及び可搬性がよく携帯用として利用することができる。
【００５０】
また、図１３は受信機８０３と挟持手段であるクリップ８０９を別体として、このクリップ８０９をボード８０２の上部に設け、このクリップ８０９により用紙を挟むようにした座標入力装置８０５を示すものである。そして、この場合もボード８０２に対する上半部３０２の固定位置は、ボード８０２の角部であるとともに、このボード８０２の上辺との角度が３０度から６０度の範囲となるように選定されるもので、具体的には用紙に対する受信器３０４の指向性が最大となる４５度の向きになっている。
【００５１】
この場合、クリップ８０９によって用紙を固定することができるため、前述したように上半部３０２には枢軸３０６を設けるなどの、用紙を挟む機構を備える必要がなくなる。
【００５２】
図１４は本実施の形態１、２に適用することのできる受信機の電気回路である内部ブロック図の一例を、図１５は超音波受信器により受信された超音波パルスの波形（タイミングチャート）をそれぞれ示している。
【００５３】
すなわち、図１４に示すように内部回路は超音波受信器に受信した超音波パルスを増幅する入力アンプ１１１ａ，１１１ｂ、比較用のコンパレータ１１２ａ，１１２ｂ、零クロスコンパレータ１１３ａ，１１３ｂ、ＦＦ１１４ａ，１１４ｂ（フリップフロップ）、タイマ１１５ａ，１１５ｂ、マイクロコントローラ１１６とにより構成されている。そして、このように構成される電気構成により超音波伝播時間Ｔ１，Ｔ２を検出することができる。
【００５４】
まず、最初に赤外線送信器７０５（図１０）から発信された赤外線パルスを赤外線受信器３０５（図３）が受信することによりタイマ１１５ａ（１１５ｂ）がスタート（Start信号）する。次いで、２個の超音波受信器３０４により受信された超音波パルスは、それぞれ入力アンプ１１１ａにより適度な大きさに増幅される（図１５参照）。以下、入力アンプ１１１ａにより増幅後の超音波パルスのうちコンパレータ１１２ａでシュレッシュホールドとしての閾値rt1を取り出し、この閾値rt1よりも超音波パルスが大きい場合にはＦＦ１１４ａ（フリップフロップ）がＯＮされる。さらに、零クロスコンパレータ１１３ａで零クロス（Ｚ点）を検出し、これら両者の論理積(アンド)によりタイマ１１５ａをストップ（Stop信号）させる。この時、閾値rt1を超えた次の零クロス位置を検出する。この零クロス位置が検出された時刻が受信器に対する超音波パルスの到着時刻となる。
【００５５】
そこで、赤外線発信器７０５からの赤外線同期信号に基いて超音波パルスの到着までの超音波伝播時間Ｔ１をタイマで検出する。以下、他方の超音波受信器３０４に関しても同様のシーケンスにより伝播時間Ｔ２を検出し、このようにして検出した伝播時間Ｔ１，Ｔ２をマイクロコンピュータ１１６に入力する。後述するように、このように検出された伝播時間Ｔ１，Ｔ２に基いて筆記位置であるペンポイントから受信器３０４までの距離を算出することができる。
【００５６】
図１６はマイクロコンピュータとパソコン内部での処理を示したフローチャートである。このフローチャートを参照して、検出した超音波伝播時間Ｔ１，Ｔ２からパソコン上での座標を算出する方法を説明する。すなわち、図１２に示すように先ずマイクロコントローラ１１６の処理としては、タイマ１１５ａ，１１５ｂから伝播時間Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ読み出す処理を行う（ステップ：Ｓ１２０）。これら読み出した伝播時間Ｔ１，Ｔ２をパソコンに対してＵＳＢポートを経由して転送する（ステップ：Ｓ１２１）。
【００５７】
以下は、パソコン内部での処理であるが、このパソコン内部では伝播時間Ｔ１，Ｔ２をマイクロコントローラ１１６から読み出す処理が行われ（ステップ：Ｓ１２２）、次いで、これら伝播時間Ｔ１，Ｔ２からペンポイントと２個の受信器３０４までの距離である距離Ｌ１，距離Ｌ２を算出する距離計算を行う（ステップ：Ｓ１２３）。すなわち、音速をＶ，受信器との受信器間距離をＷとすると、距離Ｌ１，距離Ｌ２は、
Ｌ１＝Ｖ×Ｔ１
Ｌ２＝Ｖ×Ｔ２
の算出式により算出することができる。
【００５８】
次いで、前記（ステップ：Ｓ１２３）の算出式により算出された距離Ｌ１，距離Ｌ２に基いてパソコン上での座標位置を算出する座標計算処理が行われる（ステップ：Ｓ１２４）。つまり、２個の受信機３０４のうち一方の受信器３０４の位置を原点とし、もう一方の受信器３０４の位置を（Ｗ，０）となる座標系として取ると、所定のぺんの座標（ｘ，ｙ）は、
ｘ²＋ｙ²＝Ｌ１²
（ｘ−Ｗ）²＋ｙ²＝Ｌ２²
であるから、これらの算定式によりｘ，ｙについて解法すると、その座標は、
【数１】

の算定式から、それぞれの座標（ｘ，ｙ）として求めることができる。
【００５９】
さらに、パソコン上ではパソコン画面でのマウス座標計算が必要となるため、マウスカーソル位置を特定する座標計算を行う（ステップ：Ｓ１２５）。すなわち、マウス座標を（Ｘ，Ｙ）とすると、この座標は、
Ｘ＝ａ１１ｘ＋ａ１２ｙ＋ｂ１
Ｙ＝ａ２１ｘ＋ａ２２ｙ＋ｂ２
の算定式から求めることができる。ここで、座標変換の係数ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２、b１、b２は前もって内部構成としてのキャリブレーションにより決めておくものとする。
【００６０】
次いで、上述した（ステップ：Ｓ１２５）により求められたマウス座標（Ｘ，Ｙ）に基いて、マウスカーソルを移動する処理を行う（ステップ：Ｓ１２６）。以降、（ステップ：Ｓ１２０）〜（ステップ：Ｓ１２６）の処理を繰り返して行うことにより所望の座標入力を行うことができる。なお、実際にパソコン画面上にぺんによる軌跡を表すものとしては例えば、ペイントブラシなどの汎用アプリケーションソフトを使用することができる。また、具体的に手書きにより用紙に筆記された文字などはパソコン内部にビットマップデータにより保存されるものとなる。
【００６１】
（付記１）超音波を発信するぺんと、該ぺんから発信された超音波を複数の超音波受信器で受信する受信機とを有し、前記受信機の各超音波受信器でそれぞれ受信した超音波の伝播時間に基づいて前記ぺんの座標位置を入力する座標入力装置であって、
前記受信機は、
前記ぺんから発信された超音波を受信する複数の超音波受信器と、
所定の用紙の角部を挟持する挟持手段と、
を有することを特徴とする座標入力装置。
【００６２】
（付記２）前記挟持手段は、前記ぺんにより筆記を行なう用紙を載置する平板状のボードに固着されたことを特徴とする付記１に記載の座標入力装置。
【００６３】
（付記３）前記ぺんは、赤外線パルスを発信する赤外線発信器を有し、前記受信機は、前記赤外線発信器から発信された赤外線パルスを同期信号として受信する赤外線受信器をさらに備えたことを特徴とする付記１または付記２に記載の座標入力装置。
【００６４】
（付記４）前記受信機は前記複数の超音波受信器同士を結ぶ直線と前記用紙の上辺とのなす角度が３０度から６０度の範囲となる位置に前記用紙を固定することを特徴とする付記１，２または付記３に記載の座標入力装置。
【００６５】
（付記５）前記第１，２の挟持手段のいずれかの用紙に対する挟持面には当該用紙の角部を突き当て自在なほぼ９０度の向きに設定されたエッジ部が形成されていることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００６６】
（付記６）前記一対の超音波受信器同士の配置間隔をＷとし、筆記手段による筆記範囲である用紙における対角線の長さをＰとした場合に、受信器の配置間隔Ｗは０．０００２Ｐ²よりも大きく０．００２Ｐ²よりも小さくなるように設定されることを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００６７】
（付記７）前記超音波受信器の最大感度方向が用紙における筆記範囲の上辺とのなす角度が３０度から６０度の範囲になるように設定されていることを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、受信機は、ぺんから発信された超音波を受信する複数の超音波受信器と、所定の用紙の角部を挟持する挟持手段とを有するので、受信器の死角が発生せず、この受信器の見かけ上の間隔が狭くなることを防止でき、用紙の角部に配置させて、固定することができるため、座標入力装置の構成を小型化とすることが可能となり、操作性及び可搬性がよく携帯用として利用することができるという効果を奏する。
【００６９】
また、請求項２の発明によれば、挟持手段は、ぺんにより筆記を行なう用紙を載置する平板状のボードに固着されているので、予め受信機は挟持手段によりボードの角部に配置固定されていることから、受信器の死角が発生せず、この受信器の見かけ上の間隔が狭くなることを防止できるうえ、用紙を載置するボードが下敷きとして機能することから筆記時の操作性及び可搬性がよく携帯用の装置として利用することができるという効果を奏する。
【００７０】
また、請求項３の発明によれば、ぺんは赤外線パルスを発信する赤外線発信器を有し、受信機は、前記赤外線発信器から発信された赤外線パルスを同期信号として受信する赤外線受信器をさらに備えたので、ぺんを有線により接続することなく受信機に赤外線パルスの同期信号を発信することができるという効果を奏する。
【００７１】
また、請求項４の発明によれば、受信機は前記複数の超音波受信器同士を結ぶ直線と前記用紙の上辺とのなす角度が３０度から６０度の範囲となる位置に前記用紙を固定するので、受信器の死角が発生せず、この受信器の見かけ上の間隔が狭くなることを防止できるうえ、操作性及び可搬性がよく携帯用の装置として利用することができるという効果を奏する。
【００７２】
また、請求項５の発明によれば、挟持手段のいずれかの用紙に対する挟持面には当該用紙の角部を突き当て自在なほぼ９０度の向きに設定されたエッジ部が形成されているので、用紙をエッジ部に沿って挿入することにより自動的に用紙に対する受信機の配置角度を最大の指向性となる４５度の傾斜位置に配置させることができ、さらに低価格化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる座標入力装置の適用例である全体構成を説明するための図である。
【図２】受信機の配置を説明するための図である。
【図３】受信機の構成（上視図、正面図、側面図）を説明するための図である。
【図４】受信機による用紙の挟持手順を説明するための図である。
【図５】受信器の配置を説明するための図である。
【図６】受信器の向きを説明するための図である。
【図７】受信器の配置と向きの詳細を説明するための図である。
【図８】受信器の最大感度方向を説明するための図である。
【図９】距離と誤差の関係図である実験結果を説明するための図である。
【図１０】専用ぺんの内部構成を説明するための図である。
【図１１】駆動回路部の内部ブロックを説明するための図である。
【図１２】実施の形態２に係る座標入力装置の適用例である全体構成を説明するための図である。
【図１３】受信機とクリップを別体とした座標入力装置の全体構成を説明するための図である。
【図１４】受信機の電気回路部である内部ブロック図の一例を説明するための図である。
【図１５】超音波受信器により受信された超音波パルスの波形（タイミングチャート）を説明する図である。
【図１６】マイクロコントローラおよびパソコンソフトの処理フローチャートである。
【図１７】従来の座標処理装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
１００，８０１,８０５座標入力装置
１０１，８０３受信機
１０２ぺん
１０４コンピュータ
１１１ａ，ｂ入力アンプ
１１２ａ，１１２ｂコンパレータ
１１３ａ，１１３ｂ零クロスコンパレータ
１１４ａ，１１４ｂＦＦ
１１５ａ，１１５ｂ，７１０タイマ
１１６マイクロコントローラ
３０４超音波受信器
３０５赤外線受信器
３０７エッジ部
７０４超音波送信器
７０５赤外線送信器
７１１赤外線駆動回路
７１２超音波駆動回路
８０２ボード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coordinate input device for inputting, as character data or graphic data, a trajectory when a character or graphic is handwritten on a paper with a dedicated pen, and in particular, there are few areas that are blind spots, and The present invention relates to a coordinate input device using ultrasonic waves with good operability and portability.
[0002]
[Prior art]
With the recent spread of personal computers, it is becoming more common to input electronic documents using the keyboard rather than handwriting characters on paper using a pencil, etc. It is easier to actually hand-write characters on a sheet than to input with a keyboard.
[0003]
For this reason, it is still common to bring your own memo pad, etc. to a meeting, etc., and use a pencil to write by hand into the memo pad, but distribute and manage your memos to others. Considering this, it is desirable that such memos be digitized. In particular, if handwritten characters are read by an image scanner or the like, the processing required for digitization is complicated, and using a touch panel or tablet is inconvenient to carry. Therefore, it is desirable to easily input handwritten characters as electronic data. It is rare.
[0004]
For these reasons, conventionally, a pair of ultrasonic receivers are arranged on a sheet, ultrasonic waves transmitted from the pen are received by these ultrasonic receivers, and coordinates are obtained by triangulation from the propagation time of the ultrasonic waves. A coordinate input device for inputting is known. For example, in JP-A-8-36462 and JP-A-2000-298547, two receivers constituting a receiver are arranged on a desk or a base, and ultrasonic waves propagate to these receivers. A technique is disclosed in which the distance between the pen and the receiver is continuously measured from the propagation time to obtain the pen coordinates on the desk by using the triangulation method. In order to synchronize the time when ultrasonic waves are generated from the pen, an infrared receiver is provided on the desk, and infrared rays from the pen are received by the infrared receiver.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the conventional technology using such triangulation is used, an area that becomes a blind spot occurs in a part of the paper, and it becomes impossible to input coordinates, or even if input is possible, the resolution deteriorates as a result. There is a problem. Further, when trying to avoid such a blind spot, there arises a problem that the apparatus is increased in size and cost.
[0006]
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional coordinate input device. As shown in FIG. 5A, in triangulation, the larger the distance between two receivers constituting the receiver, the better the coordinate resolution, which is the degree of discrimination. Therefore, two ultrasonic receivers 130 and one are provided. There is known a coordinate input device in which a receiver 132 having an infrared receiver 131 is elongated. The long receiver 132 is usually arranged at a position substantially parallel to the upper side of the paper.
[0007]
However, since the directivity of the ultrasonic receiver and the infrared receiver is generally about ± 45 to 60 degrees, there is a problem that an area that becomes a blind spot is generated on the left and right sides of the upper end of the sheet. In other words, for example, when the pen position (writing position) is at point A in the figure, it becomes impossible to input coordinates due to restrictions on the directivity of ultrasonic waves and infrared rays, and even if it can be input, the resolution is significantly degraded. Problem arises.
[0008]
In order to eliminate the blind spot due to the directivity of the ultrasonic waves and infrared rays, it is necessary to fix the receiver 132 apart from the paper using a jig or the like as shown in FIG. In this case, the occupied area of the apparatus becomes wide. In addition, it is possible to increase the directivity by arranging a plurality of receivers 130 or attaching reflectors. In this case, however, the apparatus becomes larger and the cost is increased, and a large space is also required. turn into.
[0009]
For this reason, as shown in FIG. 17C, it is conceivable to arrange the receiver 132 at the corner of the sheet. In this case as well, since the receiver 132 is long, the apparatus also occupies it. There is a problem in terms of operability that the area becomes wide and difficult to use. As shown in FIG. 17D, if the receiver 132 is arranged inside the corner of the sheet to reduce the area occupied by the apparatus, the points B and C become blind spots. Problem arises.
[0010]
For these reasons, it is an extremely important issue how to realize a coordinate input device using ultrasonic waves with few blind spots and good operability and portability.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and provides an ultrasound-based coordinate input device that has a small number of blind spots and that has good operability and portability. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a coordinate input device according to claim 1 is a device for transmitting ultrasonic waves and receiving ultrasonic waves transmitted from the pens using a plurality of ultrasonic receivers. A coordinate input device for inputting the coordinate position of the pen based on the propagation time of the ultrasonic wave received by each ultrasonic receiver of the receiver, wherein the receiver is Plural ultrasonic receivers for receiving transmitted ultrasonic waves and clamping means for clamping corners of predetermined paperAnd an edge portion of approximately 90 degrees with which the corner portion of the sheet held by the holding means is in contact, and the plurality of ultrasonic receivers are arranged at the edge portion of the sheet. Is arranged such that the angle formed between the upper side of the sheet and the straight line connecting the plurality of ultrasonic receivers is in a range of 30 degrees to 60 degrees.It is characterized by that.
[0013]
According to the invention of claim 1, the receiverIn the plurality of ultrasonic receivers provided in the case, when the corner portion of the sheet is brought into contact with the edge portion, an angle formed between the upper side of the sheet and a straight line connecting the plurality of ultrasonic receivers is 30 degrees to 60 degrees. Therefore, when the paper is inserted along the edge portion, the ultrasonic wave receiver is automatically placed at an inclined position of 45 degrees with the maximum directivity. As a result, it is possible to cover the entire area of the paper, so that the configuration of the coordinate input device can be reduced in size without generating a blind spot area, and the operability and portability are good and portable. Can be used for In addition, the apparent receiver interval can be prevented from narrowing from the pen, and the problem of degraded resolution is avoided.can do.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the coordinate input device according to the first aspect of the invention, wherein the clamping means is a flat board (on the board 802 in FIGS. Characterized by being fixed to the corresponding).
[0015]
According to the second aspect of the present invention, since the receiver is arranged and fixed in advance at the corner of the board by the clamping means, it is possible to cover the entire area of the sheet with a directivity of ± 45. Since the blind spot does not occur and the board on which the paper is placed functions as an underlay, the operability and portability at the time of writing are good and can be used as a portable device.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the coordinate input device according to the first or second aspect, wherein the pen includes an infrared transmitter that transmits an infrared pulse, and the receiver is transmitted from the infrared transmitter. And an infrared receiver (corresponding to the infrared receiver 305 in FIG. 3) for receiving the infrared pulse as a synchronization signal.
[0017]
According to the third aspect of the invention, an infrared pulse synchronization signal can be transmitted to the receiver without connecting the pen by wire.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a coordinate input device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0023]
(Embodiment 1)
First, the configuration of the coordinate input device according to the first embodiment will be described. 1 is a system configuration diagram with a personal computer which is an application example of a coordinate input device, FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the arrangement of a receiver, and FIG. 3 is a configuration diagram of the receiver (top view, front view, side view). Respectively).
[0024]
That is, as shown in FIG. 1, the coordinate input device 100 according to the present invention includes a receiver 101 having two ultrasonic receivers 304 (FIG. 3) and an infrared receiver 305 (FIG. 3) and a dedicated writing means. The pen 102 is used by connecting the connection cable 103 of the receiver 101 to a USB port or the like of a personal computer. In the case of the coordinate input device 100 as in the conventional case, when a character or figure is handwritten on the paper with the pen 102, the locus is input as data to the computer 104 side and can be used as character data or figure data. .
[0025]
Here, FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing examples of arrangement of the receiver 101. As shown in FIGS. 2A and 2B, the receiver 101 is compact (downsized) in this embodiment. ), It is possible to arrange at the “corner of paper” where the blind spot of the receiver is eliminated. That is, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the arrangement of the receiver 101 in the first embodiment is set at either the left or right corner of the paper surface. For example, a right-handed person In this case, the receiver 101 is preferably placed on the upper right (FIG. 2A). This is to prevent the ultrasonic waves and infrared rays from being blocked by the left hand when the sheet is pressed with the left hand. On the contrary, in the case of a left-handed person, the receiver 101 is arranged and used on the left side (FIG. 2B). Hereinafter, the characteristic part of the first embodiment will be mainly described.
[0026]
FIG. 3 is a block diagram of the receiver, showing (a) a top view, (b) a front view, and (c) a side view. FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a fixing procedure for a sheet by the receiver. Hereinafter, the configuration of the receiver will be described with reference to FIGS. That is, as shown in FIG. 3, the receiver 101 is configured as a so-called clip type having a thick upper half 302 and a thin lower half 303. Two ultrasonic receivers 304 that are separated from each other, and one infrared receiver 305 that is disposed substantially at the center of the ultrasonic receivers 304 are mounted. Among these, the ultrasonic receiver 304 is composed of a cylindrical piezoelectric film made of polyvinylidene fluoride.
[0027]
Further, since the base end side (right side in the figure) of the upper half 302 and the lower half 303 is pivotally supported by the pivot 306, the upper half 302 and the lower half 303 are opened and closed with the pivot 306 as a base point. (FIG. 4 (a)), and a predetermined position of the sheet can be clamped and fixed (FIG. 4 (b)). And the receiver 101 comprised in this way is arrange | positioned and fixed with respect to the corner | angular part of a paper.
[0028]
Here, as described in the conventional problem, when the receiver 101 is arranged substantially parallel to the paper, a blind spot is generated in the ultrasonic receiver 304 or the infrared receiver 305 or an apparent interval is narrowed. It has been found. For this reason, as shown in FIG. 5, in the first embodiment, the fixed position of the receiver 101 is the angle formed by the straight line connecting the two receivers 304 and the upper side of the sheet from the viewpoint of the apparent spacing of the receivers 304. It is characterized by being arranged and fixed so as to be 30 ° to 60 °.
[0029]
That is, as shown in detail in FIG. 7A, in the case of the receiver 304 in FIG. 5, a method of arranging two receivers 304 is made by a straight line connecting the two receivers 304 and the upper side of the sheet. The angle is limited to 30 degrees to 60 degrees. In this case, the orientation of the receiver 304 is not particularly considered.
[0030]
Then, returning further, as shown in FIG. 6, the orientation of the two receivers 304 is 30 to 60 degrees with respect to the upper end portion of the paper, which is the maximum sensitivity direction of the receivers 304 (the direction of the arrow). It can be said that fixing the receiver 304 so as to be (direction) is appropriate from the viewpoint of directivity.
[0031]
That is, as shown in detail in FIG. 7B, in the case of the receiver 304 in FIG. 6, the orientations (directions) of the two receivers 304 are 30 to 60 with respect to the upper end portion of the paper which is the maximum sensitivity direction. The direction of the degree is limited. In this case, the arrangement of the two receivers 304 is not particularly considered.
[0032]
As shown in FIG. 8, more preferably, the angle between the straight line connecting the two receivers 304 and the upper side of the sheet is 45 degrees, and the maximum sensitivity direction of the receivers 304 is set to the two receivers 304. The angle between the connecting straight line and 90 degrees, that is, the upper side of the paper is fixed to 45 degrees. In order to do this, as shown in FIG. 3, an edge portion 307 set at an angle (inclined portion) of approximately 90 degrees is formed on the surface of the lower half 303 constituting the receiver 101. As a result, when the corner portion of the sheet is fixed by the receiver 101, the arrangement angle of the receiver 101 with respect to the sheet is automatically set to 45 degrees by automatically inserting the sheet along the edge portion 307. It can arrange | position to the inclination position.
[0033]
In this example, the edge 307 is formed on the lower half 303 side. However, even if the edge 307 is formed on the upper half 302, the arrangement angle of the receiver 101 is similarly set to the maximum directivity. The effect that it can arrange | position to the 45 degree | times inclination position which becomes becomes can be acquired.
[0034]
Here, as described above, the feature of the present invention is that the arrangement position of the receiver 101 is a sheet in order to eliminate the blind spot of the two ultrasonic receivers 304 provided in the receiver 101 and not to narrow the apparent interval. The configuration is such that it becomes the corner portion. In order to arrange the receiver 101 at the corner of the sheet in this way, it is necessary to reduce the distance W between the two receivers, to make the size of the receiver 101 itself compact and to be downsized. This is because, as described above, when the receiver interval W is large, a good resolution can be obtained, but on the other hand, a blind spot is generated or the apparatus becomes large.
[0035]
In other words, the variation in distance measurement by ultrasonic waves is caused by temperature fluctuations in the air through which the ultrasonic waves propagate and sensor amplifier noise of the receiver, both of which depend on the receiver 304 and the pen point (pen 102). It increases in proportion to the distance L, which is the distance from the writing position. Furthermore, it has been found that the coordinate variation e in triangulation is proportional to the distance L and inversely proportional to the receiver interval W between the two receivers 304. For this reason, the present inventor conducted an experiment as shown in FIG. 9 (relationship between distance and error) in order to obtain a receiver interval W having a selected value as small as possible while maintaining the necessary resolution.
[0036]
Hereinafter, description will be made with reference to the experimental results of FIG. 9 and the principle diagram illustrating the arrangement of the receivers of FIG. In this experiment, the receiver interval W is selected to be 25 mm, and the relationship between the distance and the coordinate variation is obtained by experiment. Specifically, when the pen 102 is gradually separated from the ultrasonic receiver 304, the measurement distance variation An experiment was conducted to see how much is generated. Here, the horizontal axis in the figure is the actual distance value (mm), the vertical axis is the error (mm), the black dot is the measured distance value obtained by the ultrasonic receiver, and the graph is the calculation calculated by the calculation formula The change by value is shown respectively. From this measurement result, the coordinate variation e in triangulation is
e = 0.0002L²/ W
It can be calculated as an approximate value from the above formula.
[0037]
Then, if the size of the paper to be used (the length of the diagonal line of the paper) and the necessary resolution are determined by calculating backward from the above-described calculation formula, the minimum required receiver interval W can be obtained. That is, when the receiver 101 is fixed to the corner of the paper, the length of the diagonal line is the most separated distance, and this distance is the distance where the receiver 304 is farthest from the pen point. In the case of actual normal writing, a resolution of ± 0.1 to 1 mm is required. Therefore, when the length of the diagonal line is P (the distance L that is the pen point position is replaced with P), the reception is performed. The unit interval W is
W = 0.0002P²~ 0.002P²
It can be calculated from the following formula.
[0038]
Based on this calculation formula, in the invention of the first embodiment, when the length of the diagonal line on the sheet is P, the setting value of the arrangement interval W between the two receivers 304 is set to 0.0002P.²Larger than and 0.002P²It is supposed to be smaller than that. When the receiver 101 is configured by arranging the receiver 304 based on the receiver interval W set in this way, the receiver 101 can be reduced in size, and the maximum directivity is obtained. This receiver 101 can be arranged at the corner of the paper that can be used.
[0039]
As described above, the receiver 101 according to the first embodiment is pivotally supported by the upper half 302 having the pair of ultrasonic receivers 304 and the infrared receiver 305 and the base end of the upper half. The sheet is formed as a fixing member that can be fixed by sandwiching the corner portion of the sheet including the lower half portion 303, and the fixing position of the receiver 101 with respect to the sheet is the straight line connecting the pair of ultrasonic receivers 304 and the upper side of the sheet Is set to a position in the range of 30 degrees to 60 degrees, so that there is no blind spot of the receiver 304, and the apparent interval of the receiver 304 is not narrowed. The structure can be reduced in size, and the operability and portability are good and can be used for portable use.
[0040]
Next, the configuration of the dedicated pen applied to the present invention will be described with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 10, a pen point 702 for writing is attached to the tip of the pen 102, and the pen 102 is used to detect contact between the pen point 702 and the writing surface of the paper. A contact detection switch 703 is provided. Further, a cylindrical ultrasonic transmitter 704 and an infrared transmitter 705 are provided on the tip side of the pen 102, and the ultrasonic transmitter 704 is composed of a polyvinylidene fluoride piezoelectric film (PVDF). Has been. This piezoelectric film has a function of vibrating to generate ultrasonic waves when a voltage is applied.
[0041]
Here, the shape of the ultrasonic transmitter 704 is a cylindrical shape capable of setting the directivity of ultrasonic waves to 360 degrees. For this reason, even if the pen 102 rotates at the time of writing, the transmitted ultrasonic pulse can reach the receiver 304 accurately. Also, three infrared transmitters 705 having a directivity of 120 degrees are evenly arranged, and the infrared pulses transmitted can reach the receiver 304 accurately even if the pen 102 rotates during writing. .
[0042]
Reference numeral 708 denotes a drive circuit unit, and the drive circuit unit 708 is driven by an AAA battery 709. Specifically, when performing handwritten writing, the contact detection switch 703 is turned on only when the tip of the pen 102 comes into contact with the writing surface of the paper, so that ultrasonic waves and infrared rays are transmitted. As described above, power saving is achieved by preventing transmission of ultrasonic waves and infrared rays at times other than when writing with the pen 102.
[0043]
FIG. 11 is a block diagram showing a circuit configuration of the drive circuit unit 708 applied to the dedicated pen 102 described above. That is, as shown in FIG. 11, the drive circuit unit 708 includes a timer 710, an infrared drive circuit 711, and an ultrasonic drive circuit 712, and the core 702 of the pen 102 and the writing surface of the paper come into contact with each other. When detected by the switch 703, infrared pulses are sent from the infrared transmitter 705 and ultrasonic pulses from the ultrasonic transmitter 704 by the operation of the infrared drive circuit 711 and the ultrasonic drive circuit 712 by the timer 710. Will occur. Note that the period here is set to be a constant period of about 50 Hz, as long as the movement of the pen 102 by a human hand can be detected stably.
[0044]
(Embodiment 2)
Next, the configuration of the coordinate input device 801 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Among these, FIG. 12A shows a plan view, and FIG. 12B shows a side view. Here, the second embodiment is different from the first embodiment described above in that a flat board 802 (corresponding to the lower half 303) is provided below the upper half 302 constituting the receiver 803. It is characterized in that the paper is placed on the upper part of the board 802.
[0045]
That is, the upper half 302 and the base end side (right side in the figure) of the board 802 are pivotally supported by the pivot 306, and the upper half 302 can be opened and closed with respect to the board 802 with the pivot 306 as a base (FIG. 12). (B)), the corner portion of the sheet is sandwiched between the boards 802 and can be fixed.
[0046]
The thickness of the board 802 is selected to be a thin thickness, and the dimension is selected to be approximately the same as the size of the paper (for example, A4 size).
[0047]
In addition, the position where the receiver 803 is fixed to the board 802 is a corner of the board 802 and is selected so that the angle with the upper side of the board 802 is in the range of 30 degrees to 60 degrees. Has a 45 degree orientation that maximizes the directivity to the paper.
[0048]
Furthermore, as described above, since the board 802 employed in the second embodiment is selected to have a thin wall thickness, it functions as an underlay for the paper and is not suitable for carrying like a tablet. It can be used as a coordinate input device convenient for carrying. The size of the board 802 is not limited to the A4 size or the like, which is frequently used. When the dimension is selected to a small size such as the B5 size, the board 802 is used as a coordinate input device 801 more suitable for carrying. can do.
[0049]
As described above, the coordinate input device 801 according to the second embodiment is provided with the flat board 802 corresponding to the lower half 303 below the upper half 302 constituting the receiver 803, and the board 802 Since the paper is placed on the top and the corner of the paper is selected and fixed so that the angle with the upper side of the board 801 is in the range of 30 to 60 degrees, the blind spot of the receiver 304 is configured. In addition, the apparent interval of the receiver 304 is not narrowed, and the board 802 functions as an underlay, so that the operability and portability during writing by the pen 102 are good and can be used for portable use.
[0050]
FIG. 13 shows a coordinate input device 805 in which a receiver 803 and a clip 809 as clamping means are provided separately, and the clip 809 is provided on the upper portion of the board 802 so that the paper is sandwiched by the clip 809. . In this case as well, the fixing position of the upper half 302 with respect to the board 802 is the corner of the board 802, and the angle with the upper side of the board 802 is selected to be in the range of 30 to 60 degrees. Specifically, the orientation of the receiver 304 with respect to the sheet is 45 degrees so that the directivity is maximum.
[0051]
In this case, since the paper can be fixed by the clip 809, it is not necessary to provide a mechanism for pinching the paper, such as providing the pivot 306 in the upper half 302 as described above.
[0052]
FIG. 14 is an example of an internal block diagram that is an electric circuit of a receiver that can be applied to the first and second embodiments. FIG. 15 is a waveform (timing chart) of an ultrasonic pulse received by the ultrasonic receiver. Respectively.
[0053]
That is, as shown in FIG. 14, the internal circuit has

input amplifiers

111a and 111b for amplifying ultrasonic pulses received by the ultrasonic receiver,

comparators

112a and 112b for comparison, zero

cross comparators

113a and 113b, and

FFs

114a and 114b (flip-flops). And

timers

115a and 115b and a microcontroller 116. And ultrasonic propagation time T1, T2 is detectable with the electrical structure comprised in this way.
[0054]
First, when the infrared receiver 305 (FIG. 3) receives the infrared pulse transmitted from the infrared transmitter 705 (FIG. 10), the timer 115a (115b) starts (Start signal). Next, the ultrasonic pulses received by the two ultrasonic receivers 304 are each amplified to an appropriate size by the input amplifier 111a (see FIG. 15). Thereafter, a threshold value rt1 as a threshold is extracted by the comparator 112a from the ultrasonic pulses amplified by the input amplifier 111a, and the FF 114a (flip-flop) is turned on when the ultrasonic pulse is larger than the threshold value rt1. Further, the zero cross (point Z) is detected by the zero cross comparator 113a, and the timer 115a is stopped (Stop signal) by the logical product (AND) of both. At this time, the next zero cross position exceeding the threshold value rt1 is detected. The time when the zero cross position is detected is the arrival time of the ultrasonic pulse to the receiver.
[0055]
Therefore, the ultrasonic propagation time T1 until the arrival of the ultrasonic pulse is detected by a timer based on the infrared synchronization signal from the infrared transmitter 705. Thereafter, the propagation time T2 is detected in the same sequence with respect to the other ultrasonic receiver 304, and the propagation times T1 and T2 thus detected are input to the microcomputer 116. As will be described later, the distance from the pen point which is the writing position to the receiver 304 can be calculated based on the propagation times T1 and T2 thus detected.
[0056]
FIG. 16 is a flowchart showing processing in the microcomputer and the personal computer. A method for calculating coordinates on the personal computer from the detected ultrasonic propagation times T1 and T2 will be described with reference to this flowchart. That is, as shown in FIG. 12, first, as a process of the microcontroller 116, a process of reading the propagation times T1 and T2 from the

timers

115a and 115b is performed (step: S120). The read propagation times T1 and T2 are transferred to the personal computer via the USB port (step: S121).
[0057]
The following is processing in the personal computer. In this personal computer, processing for reading out the propagation times T1 and T2 from the microcontroller 116 is performed (step: S122), and then the pen points and 2 are determined from these propagation times T1 and T2. Distance calculation is performed to calculate distance L1 and distance L2, which are distances to the individual receivers 304 (step: S123). That is, when the sound speed is V and the distance between the receiver and the receiver is W, the distance L1 and the distance L2 are
L1 = V × T1
L2 = V × T2
It can be calculated by the following formula.
[0058]
Next, coordinate calculation processing for calculating a coordinate position on the personal computer based on the distance L1 and the distance L2 calculated by the calculation formula of (Step: S123) is performed (Step: S124). In other words, if the position of one of the two receivers 304 is taken as the origin and the position of the other receiver 304 is taken as a coordinate system of (W, 0), a predetermined pen coordinate (x , Y)
x²+ Y²= L1²
(X-W)²+ Y²= L2²
Therefore, when solving for x and y by these formulas, the coordinates are
[Expression 1]

Can be obtained as the respective coordinates (x, y).
[0059]
Furthermore, since it is necessary to calculate mouse coordinates on the personal computer screen on the personal computer, coordinate calculation for specifying the mouse cursor position is performed (step: S125). That is, if the mouse coordinate is (X, Y), this coordinate is
X = a11x + a12y + b1
Y = a21x + a22y + b2
It can be calculated from the following formula. Here, it is assumed that the coefficients a11, a12, a21, a22, b1, and b2 for coordinate conversion are determined in advance by calibration as an internal configuration.
[0060]
Next, a process of moving the mouse cursor is performed based on the mouse coordinates (X, Y) obtained in the above (Step: S125) (Step: S126). Thereafter, the desired coordinate input can be performed by repeating the processes of (Step: S120) to (Step: S126). For example, general-purpose application software such as a paint brush can be used to actually represent a pen trajectory on a personal computer screen. In addition, specifically, characters written on paper by handwriting are stored in the personal computer as bitmap data.
[0061]
(Additional remark 1) It has the pen which transmits an ultrasonic wave, and the receiver which receives the ultrasonic wave transmitted from this pen with a some ultrasonic receiver, Each received by each ultrasonic receiver of the said receiver A coordinate input device for inputting the coordinate position of the pen based on the propagation time of ultrasonic waves,
The receiver
A plurality of ultrasonic receivers for receiving ultrasonic waves transmitted from the pen;
Clamping means for clamping a corner of a predetermined sheet;
A coordinate input device comprising:
[0062]
(Supplementary note 2) The coordinate input device according to supplementary note 1, wherein the clamping means is fixed to a flat board on which a paper to be written is placed by the pen.
[0063]
(Supplementary Note 3) The pen includes an infrared transmitter that transmits an infrared pulse, and the receiver further includes an infrared receiver that receives the infrared pulse transmitted from the infrared transmitter as a synchronization signal. The coordinate input device according to Supplementary Note 1 or Supplementary Note 2, which is characterized.
[0064]
(Supplementary Note 4) The receiver fixes the sheet at a position where an angle formed between a straight line connecting the plurality of ultrasonic receivers and an upper side of the sheet is in a range of 30 degrees to 60 degrees. The coordinate input device according to appendix 1, 2 or appendix 3.
[0065]
(Supplementary Note 5) An edge portion set at an angle of about 90 degrees is formed on the clamping surface of any one of the first and second clamping means with respect to the paper so that the corner of the paper can be abutted. 5. The coordinate input device according to any one of Supplementary notes 1 to 4, which is a feature.
[0066]
(Supplementary note 6) When the arrangement interval between the pair of ultrasonic receivers is W and the length of the diagonal line in the paper which is the writing range by the writing means is P, the arrangement interval W of the receiver is 0.0002P.²Larger than 0.002P²The coordinate input device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the coordinate input device is set to be smaller than the above.
[0067]
(Additional remark 7) The maximum sensitivity direction of the said ultrasonic receiver is set so that the angle made with the upper side of the writing range in a paper may be set to the range of 30 to 60 degree | times, The additional notes 1-5 characterized by the above-mentioned The coordinate input device according to any one of the above.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the receiver includes a plurality of ultrasonic receivers that receive the ultrasonic waves transmitted from the pen, and the clamping means that clamps the corners of a predetermined sheet. As a result, the blind spot of the receiver does not occur, the apparent interval between the receivers can be prevented from being narrowed, and the receiver can be arranged and fixed at the corners of the paper. It is possible to reduce the size, and the operability and portability are good, and there is an effect that it can be used for portable use.
[0069]
According to the second aspect of the present invention, since the holding means is fixed to the flat board on which the paper to be written is placed with a pen, the receiver is arranged and fixed in advance at the corner of the board by the holding means. Therefore, the blind spot of the receiver does not occur, the apparent interval between the receivers can be prevented from being narrowed, and the board on which the paper is placed functions as an underlay, so operability during writing In addition, there is an effect that it is portable and can be used as a portable device.
[0070]
According to a third aspect of the present invention, the pen has an infrared transmitter that transmits an infrared pulse, and the receiver further includes an infrared receiver that receives the infrared pulse transmitted from the infrared transmitter as a synchronization signal. Since it is provided, it is possible to transmit an infrared pulse synchronization signal to the receiver without connecting the pen by wire.
[0071]
According to a fourth aspect of the present invention, the receiver fixes the sheet at a position where an angle between a straight line connecting the plurality of ultrasonic receivers and the upper side of the sheet is in a range of 30 degrees to 60 degrees. As a result, the blind spot of the receiver does not occur, the apparent interval between the receivers can be prevented from becoming narrow, and the operability and portability can be improved and the apparatus can be used as a portable device. .
[0072]
According to the invention of claim 5, since the clamping surface of any one of the clamping means with respect to the sheet is formed with an edge part set at an angle of approximately 90 degrees so that the corner of the sheet can be abutted. By inserting the paper along the edge portion, the receiver can be automatically placed at an inclined position of 45 degrees with the maximum directivity with respect to the paper, and the cost can be further reduced. There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an overall configuration as an application example of a coordinate input apparatus according to a first embodiment;
FIG. 2 is a diagram for explaining the arrangement of receivers;
FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration (upper view, front view, side view) of a receiver.
FIG. 4 is a diagram for explaining a paper nipping procedure by a receiver;
FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of receivers;
FIG. 6 is a diagram for explaining the orientation of a receiver.
FIG. 7 is a diagram for explaining details of the arrangement and orientation of a receiver.
FIG. 8 is a diagram for explaining a maximum sensitivity direction of a receiver.
FIG. 9 is a diagram for explaining an experimental result which is a relationship diagram between a distance and an error.
FIG. 10 is a diagram for explaining an internal configuration of a dedicated pen.
FIG. 11 is a diagram for explaining an internal block of a drive circuit unit;
12 is a diagram for explaining an overall configuration as an application example of a coordinate input apparatus according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 13 is a diagram for explaining an overall configuration of a coordinate input device in which a receiver and a clip are separated.
FIG. 14 is a diagram for explaining an example of an internal block diagram that is an electric circuit unit of a receiver;
FIG. 15 is a diagram illustrating a waveform (timing chart) of an ultrasonic pulse received by an ultrasonic receiver.
FIG. 16 is a processing flowchart of a microcontroller and personal computer software;
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a conventional coordinate processing apparatus.
[Explanation of symbols]
100, 801, 805 Coordinate input device
101,803 receiver
102
104 computer
111a, b Input amplifier
112a, 112b Comparator
113a, 113b Zero cross comparator
114a, 114b FF
115a, 115b, 710 timer
116 Microcontroller
304 Ultrasonic receiver
305 Infrared receiver
307 Edge
704 Ultrasonic transmitter
705 Infrared transmitter
711 Infrared drive circuit
712 Ultrasonic drive circuit
802 board

Claims

Propagation of ultrasonic waves received by each ultrasonic receiver of the receiver, having a pen for transmitting ultrasonic waves and a receiver for receiving ultrasonic waves transmitted from the pens by a plurality of ultrasonic receivers A coordinate input device for inputting the coordinate position of the pen based on time,
The receiver
A plurality of ultrasonic receivers for receiving ultrasonic waves transmitted from the pen;
Clamping means for clamping a corner of a predetermined sheet;
An edge portion of approximately 90 degrees with which a corner portion of the paper held by the holding means comes into contact;
Have
In the plurality of ultrasonic receivers, an angle formed between an upper side of the sheet and a straight line connecting the plurality of ultrasonic receivers when a corner portion of the sheet comes into contact with the edge portion is 30 degrees to 60 degrees. The coordinate input device is arranged so as to be in a range of degrees .

2. The coordinate input device according to claim 1, wherein the holding means is fixed to a flat board on which a sheet on which writing is performed is placed by the pen.

The pen includes an infrared transmitter that transmits an infrared pulse, and the receiver further includes an infrared receiver that receives an infrared pulse transmitted from the infrared transmitter as a synchronization signal. Item 3. The coordinate input device according to Item 1 or 2.