JP2007128120A - 手書き筆跡入力システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ペンスイッチがオンからオフに移行した時に、予め設定された時間内は赤外線信号と超音波信号の発信を継続する機能と、赤外線信号と超音波信号の発信周期を連続的に可変可能とする機能を前記制御手段が具備している電子ペン、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変換処理部とから成ることを特徴とする手書き筆跡入力システム。
【選択図】図1
Description
ペンの位置検出技術としては、例えば特許文献1に、筆記面に電極を敷設し、ペンとの静電容量結合によってペンの位置座標を検出する技術が開示されている。筆記面に位置検出機構が組み込まれており、ペンの位置を検出することができる。しかしこの技術は、机上に設置した電子タブレットやコンピュータの画面上に設置した透明の電子タブレットにスタイラスを当接してその位置座標を検出する用途に広く利用されている。
しかし、ボールペンやシャープペンシルなどを用いて筆記面に筆跡を残す場合、黒インクや芯が含有している導電性のカーボンが筆記面に塗布されることになるため、位置座標の検出精度が低下する場合があり、特に領域を塗りつぶした場合などにそれが顕著となり、筆記面に筆跡を残す用途に向くとは言えない
特許文献2に開示された方法は、電子ペンの位置座標を検出することができるものの、筆跡の特徴の表現という点では、筆記速度や、一定以上の筆圧がかかっている間の位置座標データによって表される字形を得られるのみであり、即ち送筆のみを表現するだけで、終筆は表現できないものである。
また、特許文献4に開示された方法によれば、筆跡の特徴の一つである筆圧データを得ることで、終筆を表現することができるが、電子ペンの中に筆圧を計測するための可変コンデンサが必要となる。つまり、電子ペンは、従来組み込まれる赤外線発生回路、超音波発生回路、赤外線信号と超音波信号の発信を制御する制御手段、ペン先スイッチの他にさらに可変コンデンサが加わる為、非常に複雑な構造になると共に、電子ペンの消費電力が大きくなるという問題があった。
本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、筆記可能な電子ペンを用いて紙などに筆記した筆跡をデータとして取り込み、その筆跡の特徴を、より簡易な構造と少ない消費電力で、終筆時を含めた筆記者の筆跡を評価できるようにするために十分な筆跡データを得ることを目的とする。
前記赤外線信号と超音波信号の発信周期を、ペンスイッチがオンからオフに移行した時に、ペンスイッチがオンの時に対し、1.0倍未満に変化させることを特徴とする請求項1記載の手書き筆跡入力システムを第2の要旨とし、
前記赤外線超音波測定部は少なくとも一つの赤外線受光部と三つの超音波受信部を有すると共に、該超音波受信部が、被記録媒体面と垂直な面内に設置されてい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を第3の要旨とし、
前記変換処理部は、前記位置座標データの入力毎に筆跡データへの変換を行い、画面上に筆跡として表示させる表示制御手段を有し、前記位置座標データの入力周期の変化に応じて、前記筆跡に変化を加える機能を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の手書き筆跡入力システムを第4の要旨とし、
前記変換処理部は、前記位置座標データの入力毎に筆跡データへの変換を行い、画面上に筆跡として表示させる表示制御手段を有し、前記位置座標データに応じて、前記筆跡に変化を加える機能を有することを特徴とする請求項3記載の手書き筆跡入力システムを第5の要旨とする。
特に本発明では、終筆時の発信周期を短くすることで、終筆時の筆記部先端の細かな動作情報を取得することができ、またその筆跡を正確に再現できる。
さらに、三つの超音波受信部を設置することで、電子ペンの被記録媒体からの高さ位置を検出し、終筆時の筆記者の筆跡情報を取得することができ、筆跡を正確に再現する精度が飛躍的に高まった。
また、本発明のシステムに於いては、変換処理部が筆跡を表示制御する手段を有しており、座標データの入力周期の変化又は高さ方向データの変化に応じて、表示された筆跡を変化(色変化、濃度変化、線幅変化、線長変化)させる機能を有することで、例えば日本語文字の特徴点である「とめ」「はね」「はらい」やなどを正確に表現できる。また、例えば絵を描く場合でも表現力が広がる。
ペンスイッチがオンになると、赤外線信号と超音波信号の発信を制御する制御手段は、赤外線発生回路及び超音波発信回路に信号を与えて、赤外線信号と超音波信号を一定の周期で連続的に発信させる事で、筆記状態中の電子ペンの位置座標を発信することができる。
この制御手段はまた、ペンスイッチがオンからオフになった後も、赤外線信号と超音波信号を予め設定された時間内は継続して発信させる機能と、赤外線信号と超音波信号の発信周期を連続的に可変可能とする機能を有する事で、終筆時の電子ペンの位置座標を発信することができる。この発信周期は短ければ短いほど、詳細な筆跡情報を得ることができるが、電子ペンの消費電力は大きくなる。
三つの超音波受信部を具備する場合には、ペンスイッチがオフからオンになった時点の被記録媒体面から超音波発信素子までの高さを被記録媒体面と垂直な方向の電子ペンの高さの原点の初期値とし、その後筆記状態で得られる最下点の高さを原点とし更新し続ける。とする。また、変換処理部には筆記終了高さを予め設定しており、ペンスイッチがオンで、ペンスイッチがオンからオフになり且つこの高さ以内なら筆記状態もしくはかすれ状態、筆記終了高さ以上なら非筆記状態と判断する。このとき筆記終了高さの設定は筆記者が実際の筆跡と比較して、任意に設定できるとよい。
変換処理用プログラムは筆跡データの線の太さ、色などを編集できる機能を有しており、筆記状態では指定された一定の筆跡で画面に表示し、かすれ状態になると濃度変化や線幅変化を有した筆跡で非筆記状態になる位置まで、終筆の特徴を細かく表示したり、記憶装置に保存したりすることができる。
図1に、本発明の手書き筆跡入力システムの一例を示す。電子ペン1から発信された赤外線信号と超音波信号は、受信装置2の超音波受信部3と赤外線受光部4でそれぞれ受信され、赤外線信号受信から超音波信号受信までの時間が、受信装置2内の赤外線超音波測定部(図示せず)にて測定される。受信装置2内の座標演算部(図示せず)では、測定された各時間を、距離に換算し、三角測量方式を用いて、2次元もしくは3次元の電子ペンの位置座標データに変換する。得られた位置座標データは、受信装置2から通信ケーブル5を通じてコンピュータ6に送られる。本実施例では、受信装置2からコンピュータ6まではUSBケーブルによって接続されている。コンピュータ6には、変換処理用のプログラムが予め組み込まれて起動されており、変換処理用のプログラムは位置座標データを筆跡データに変換し、筆跡データとしてコンピュータ6の画面に表示したり、記憶装置に保存したりすることができる。
図2は電子ペンの先端の構造を模写した図である。電子ペンのペンスイッチ11は通常状態はオフであって、筆記部先端に一定の圧力(例えば50g以上)が加わり、先端を支えているばね12が縮んで一定の長さ13(例えば0.2mm)移動するとオンになるものである。赤外線発光素子14と超音波発信素子15はペンスイッチがオンになると信号を一定の周期で発信し始める。
一般に、「はね」や「はらい」の部分の文字筆記時(かすれ状態)においては、他の部分の文字筆記時(筆記状態)に比べ、筆記する速度は上がる傾向になる。かすれ状態での筆記速度は、筆記者の癖や文字の種類、大きさなどによって異なるが、通常の筆記状態の1から3倍程度の速度に達することもある。これよりペンスイッチがオンからオフに移行したとき、この筆記速度に対応して赤外線信号及び超音波信号の発信周期を短くしないと、かすれ状態で取得できる位置座標データ点数が少なくなり、筆記者の特徴が捕らえにくくなる。
つまりペンスイッチがオンからオフに移行したとき、赤外線信号と超音波信号の発信周期を筆記状態時に比べて1.0倍未満、より好ましくは0.3倍以下とすることで、かすれ状態中の筆記部先端の細かな動作情報を取得することができ、またその筆跡を正確に再現できる。
筆記動作に伴い、座標データ16〜19Eは電子ペンから出力される位置座標である。ペンスイッチがオンからオフに移行したとき電子ペンからの発信周期を変えることによって、座標データ16、17で表される筆記状態と、座標データ18、19、19Eで表される終筆時に分けられる。
筆記状態からかすれ状態に移行する場合、発信周期が変化したデータの入力があったとき、変化のあった点18の1つ前の点17が、かすれ状態の始点と判断する。その後、座標演算部からの位置座標の入力がなくなるまで、筆跡として計算を行う。
変換処理部は、画面に表示するとき、かすれ状態の始点17から位置座標入力の最後の点19Eまでを、例えば始点が100%濃度、最後の点が0%濃度になるようなグラデーションを施して、終筆の特徴点を細かく再現することができる。
かすれ状態での発信周期の倍数を下げれば、かすれ状態中の筆記部先端の細かな動作情報を取得することができ、またその筆跡を正確に再現できるが、赤外線信号と超音波信号の発信回数が増えるので、消費電力は増える。
図4は第2の実施例の模式図である。本実施例においては三つの超音波受信部3−1、3−2、3−3を具備する。超音波受信部3−1と超音波受信部3−2は被記録媒体と同一平面上に設置しており、電子ペンから発信された超音波信号が、これらの超音波受信部3−1及び3−2に到達した時間差から被記録媒体に筆記された筆跡の位置座標データを検出できる。超音波受信部3−3は超音波受信部3−2に対して、被記録媒体面からみて直上方向に離れて設置しており、電子ペンから発信された超音波がこれらの超音波受信部3−2及び超音波受信部3−3に到達した時間差から、電子ペンの被記録媒体からの高さを測定することができる。高さの計算が複雑になるが、超音波受信部3−3は超音波受信部3−2の直上である必要はない。
図6Aは日本語の「大」という文字を書いたときの位置座標を示したものである。図6Bは、終筆の特徴点である41の部分を筆記したときの電子ペンの動きを3次元の空間内で再現した概念図である。
座標データ20〜24は、筆記動作に伴い電子ペンから出力される位置座標である。電子ペンの高さによって、座標データ21迄の筆記状態と、高さ座標が筆記終了高さa未満である座標データ22のかすれ状態と、高さ座標が筆記終了高さa以上の座標データ23〜24迄の非筆記状態に分けられる。
筆記状態からかすれ状態に移行する場合、高さ原点以上の高さデータの入力があったとき、変化のあった点22の1つ前の点21が、かすれ状態の始点と判断する。その後、座標演算部からの位置座標の入力がなくなるまで、筆跡として計算を行う。
変換処理部は位置座標入力の最後の点24まで、電子ペンの軌道を計算して、どの時点で筆記終了高さaに達するかを計算して、仮想の筆記終了点25をつくる。画面に表示するときは、かすれ状態の始点21から仮想筆記終了点25までを、例えば原点が100%濃度、筆記終了高さaが0%濃度になるようなグラデーションを施して、終筆の特徴点を細かく再現することができる。
終了点は必ずしも筆記終了高さa以上の高さにある必要はなく、筆記終了高さa以内であっても、外挿法を用いることにより同じように筆跡は再現できる。また、電子ペンがかすれ状態になった後、赤外線信号と超音波信号の発信を継続中に再び筆記状態に戻る場合でも、同様にしてかすれ状態を表現するとよい。
2 受信装置
3 超音波受信部
4 赤外線受光部
5 通信ケーブル
6 コンピュータ
11 ペンスイッチ
12 ばね
13 ペンスイッチがオンになるまでの移動量
14 赤外線発光素子
15 超音波発信素子
16、17、18、19、19E 電子ペンから出力される位置座標
3−1 超音波受信部
3−2 超音波受信部
3−3 超音波受信部
20、21、22、23、24 電子ペンから出力される位置座標
25 仮想の筆記終了点
30 筆記状態
31 かすれ状態
33 非筆記状態
41 特徴点
Claims (5)
- 少なくとも、赤外線発光素子を含む赤外線発生回路と、超音波発信素子を含む超音波発生回路と、これらの発生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、該筆記部の先端の被記録媒体との接触状態を検出し、接触している状態をオン、接触していない状態をオフとするペンスイッチとから成り、前記ペンスイッチがオンからオフに移行した時に、予め設定された時間内は赤外線信号と超音波信号の発信を継続する機能と、赤外線信号と超音波信号の発信周期を連続的に可変可能とする機能を前記制御手段が具備している電子ペン、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変換処理部とから成ることを特徴とする手書き筆跡入力システム。
- 前記赤外線信号と超音波信号の発信周期を、ペンスイッチがオンからオフに移行した時に、ペンスイッチがオンの時に対し、1.0倍未満に変化させることを特徴とする請求項1記載の手書き筆跡入力システム。
- 前記赤外線超音波測定部は少なくとも一つの赤外線受光部と三つの超音波受信部を有すると共に、該超音波受信部が、被記録媒体面と垂直な面内に設置されてい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。
- 前記変換処理部は、前記位置座標データの入力毎に筆跡データへの変換を行い、画面上に筆跡として表示させる表示制御手段を有し、前記位置座標データの入力周期の変化に応じて、前記筆跡に変化を加える機能を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の手書き筆跡入力システム。
- 前記変換処理部は、前記位置座標データの入力毎に筆跡データへの変換を行い、画面上に筆跡として表示させる表示制御手段を有し、前記位置座標データに応じて、前記筆跡に変化を加える機能を有することを特徴とする請求項3記載の手書き筆跡入力システム。
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