JP5163108B2 - 被筆記媒体および書込型筆記システム - Google Patents

Description

本発明は、書込型筆記装置に使用される被筆記媒体および書込型筆記システムに関する。

近年、手書きした文字や絵等を瞬時に読み取り、電子データ化して、情報処理装置のディスプレイに表示することができるペン型の書込型筆記装置が開発されている。

このような書込型筆記装置の中には、ドットパターンが形成された専用のシートとともに使用されるものがある。具体的には、書込型筆記装置に内蔵されている発光ダイオードからシートに赤外光を照射して、ドットパターンまたはドットパターン以外の部分で反射された光を書込型筆記装置に内蔵されているＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラで読み取り、それを画像処理して電子データ化し、この電子データを情報処理装置に送信することにより、手書きした文字や絵等をディスプレイに表示させる。

ここで、透明シートをディスプレイの映像面上に装着する場合において、ドットパターンに赤外線吸収材料を使用し、ドットパターン以外の部分で反射される赤外光をＣＭＯＳカメラで読み取る場合には、シートに対して書込型筆記装置を倒して使用すると、反射角の問題から正確に読み取ることができないことがある。

また、ドットパターン以外の部分に反射材料を使用し、ドットパターン以外の部分で反射される赤外光をＣＭＯＳカメラで読み取る場合には、反射材料として好適な材料を見付けることが困難である。

そこで、ドットパターンとして、等方的に発光する蛍光材料を使用することが考えられている。なお、ドットパターンに蛍光材料を使用することは、特許文献１および特許文献２に記載されている。

一方、このようなシートを情報処理装置のディスプレイの映像面に貼り付ける場合には、ディスプレイの映像を阻害しないようにシートに高い透明性が要求される。ここで、シートの透明性を向上させるためには、シート材料自体の透明性を高めることは勿論のこと、ドットパターンに含有させる蛍光材料の濃度をできる限り低下させることも必要である。

しかしながら、現在使用されている蛍光材料では濃度を低下させると、ＣＭＯＳカメラによる蛍光材料の発光の読み取りが困難になる。従って、シートの透明性を高めるには、読取性能を向上させることができる蛍光材料が必要となる。

特開２００３−２５６１３７号公報 特許第３９０５６６８号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、読取性能を向上させることにより透明性を向上させることができる被筆記媒体およびこの被筆記媒体を備えた筆記システム提供することを目的とする。

本発明の一の態様によれば、発光材料を含有する座標認識パターンを有する透明の被筆記媒体に、光を照射して前記発光材料を発光させる光照射部と、前記発光材料からの光を読み取る読取部とを備える書込型筆記装置に使用される被筆記媒体であって、前記発光材料は、前記読取部の感度波長域内に発光強度が最大となる発光ピークを有することを特徴とする、被筆記媒体が提供される。

本発明の他の態様によれば、上記本発明の一の態様による被筆記媒体と、前記被筆記媒体に光を照射して前記発光材料を発光させる光照射部と、前記発光材料からの光を読み取る読取部とを備える書込型筆記装置とを具備することを特徴とする、書込型筆記システムが提供される。

本発明の一の態様の被筆記媒体によれば、発光材料が読取部の感度波長域内に発光強度が最大となる発光ピークを有しているので、読取部が発光材料の発光を確実に読み取ることができ、読取性能を向上させることができる。これにより、座標認識パターンにおける発光材料の濃度を低下させることができ、被筆記媒体の透明性を向上させることができる。また、本発明の他の態様の書込型筆記システムによれば、透明性を向上させた被筆記媒体を有する書込型筆記システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態では、透明シートに書込型筆記装置により手書きした文字や絵等を読み取り、画像処理により座標データを算出して、この座標データに基づいてディスプレイ上に文字や絵等を表示する態様について説明する。

図１は本実施の形態に係る書込型筆記システムの概略構成図であり、図２は本実施の形態に係る書込型筆記システムのブロック図であり、図３は本実施の形態に係る書込型筆記装置の一部を切り欠くことにより示した書込型筆記装置の内部構成図であり、図４は本実施の形態に係る書込型筆記装置の発光ダイオードおよびＣＭＯＳカメラ付近の模式図である。図５は本実施の形態に係る透明シートの垂直断面図であり、図６は本実施の形態に係る透明シートの平面図であり、図７は本実施の形態に係る蛍光材料の発光スペクトルである。

図１および図２に示されるように情報処理装置１００のディスプレイ１０２の映像面には、書込型筆記システム１の被筆記媒体としての透明シート２が装着されている。なお、本実施の形態では、透明シート２をディスプレイ１０２の映像面に貼り付けることにより装着されているが、器具等を使用して装着されていてもよい。

情報処理装置１００は、ＣＰＵ（図示せず）および後述する座標データを受信するためのインターフェース１０１ａを備える装置本体１０１、および表示部として機能するディスプレイ１０２等から構成されている。なお、本実施の形態では、情報処理装置１００を用いて説明しているが、情報処理機能を有すれば、携帯電話機やＰＤＡ等の各種携帯端末にも適用することができる。

書込型筆記システム１は、主に、透明シート２と、書込型筆記装置３とから構成されている。

まず、書込型筆記装置３について説明する。書込型筆記装置３は、透明シート２上で書込型筆記装置３が移動した軌跡を電子データ化するものである。図３および図４に示されるように書込型筆記装置３は、主に、筺体３１、光照射部として機能する発光ダイオード３２、読取部として機能するＣＭＯＳカメラ３３、画像処理部３４、記憶部として機能するメモリ３５、送信部として機能するインターフェース３６、検知部として機能する筆圧センサ３７、バッテリ３８およびフィルタ３９等から構成されている。

筺体３１は、ペン型の形状となっており、ペン先３１ａを備えている。なお、ペン先３１ａは、インクや黒鉛等を備えていない。

発光ダイオード３２は、透明シート２に光を照射して後述する蛍光材料を励起させて、発光させるためのものである。発光ダイオード３２は、筺体３１内のペン先３１ａ近傍に配置されている。

発光ダイオード３２は、励起させる蛍光材料の種類にもよるが波長９５０ｎｍ以下の光を発するように構成されている。具体的には、例えば波長７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下、好ましくは波長７５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の赤外領域の光を発するように構成されている。なお、本実施の形態では、光照射部として発光ダイオード３２を用いて説明しているが、発光ダイオード３２に限られず、他の光源から構成することも可能である。

ＣＭＯＳカメラ３３は、蛍光材料の発光を読み取るものである。具体的には、ＣＭＯＳカメラ３３は、筺体３１内のペン先３１ａ近傍に配置されており、ペン先３１ａの移動に伴って、ペン先３１ａの近傍を次々と撮像（例えば一秒間に数十回から百回連続して撮像）する。ここで、ペン先３１ａが通過する付近のドットパターン２２に含まれる蛍光材料は発光ダイオード３２からの光照射により発光しているので、ＣＭＯＳカメラ３３により蛍光材料の発光を読み取ることができる。なお、本実施の形態では、読取部としてＣＭＯＳカメラ３３を用いて説明しているが、ＣＭＯＳカメラ３３に限られず、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを用いることも可能である。

ＣＭＯＳカメラ３３には、光を読み取ることができる感度波長域が存在する。ＣＭＯＳカメラ３３の場合、感度波長域は波長９５０ｎｍ以下である。即ち、波長９５０ｎｍ以下の光は、ＣＭＯＳカメラ３３により読み取ることができるが、波長９５０ｎｍを超える光は、ＣＭＯＳカメラ３３では、ほぼ読み取ることができない。なお、ＣＭＯＳセンサの前面に波長８５０ｎｍ以下の光を遮断する後述するフィルタ３９を配置した場合には、感度波長域は波長８５０ｎｍを超えて波長９５０ｎｍ以下となる。

画像処理部３４は、ＣＭＯカメラ３３により読み取られた画像データを画像処理して、ペン先３１ａ近傍が通過したドットパターン２２の座標を算出するためのものである。具体的には、ＣＭＯＳカメラ３３により読み取られた画像データには、ペン先３１ａ近傍が通過したドットパターン２２は蛍光材料の発光により明るく、その他の部分は暗いという明暗ができるので、この明暗を解析することにより、ペン先３１ａ近傍が通過したドットパターン２２の座標を算出することができる。画像処理部３４は、ＣＰＵ等から構成されている。

メモリ３５は、画像処理部３４で算出された座標データを一時的に記憶しておくためのものである。メモリ３５は、利用者が透明シート２に書込みをしている間に座標データを記憶する。

インターフェース３６は、メモリ３５に記憶されている座標データを、ディスプレイ１０２に電気的に接続されている情報処理装置１００に送信するためのものである。インターフェース３６は、例えばBluetooth技術等を利用したワイヤレストランシーバ等から構成されている。

筆圧センサ３７は、利用者が書込型筆記装置３により透明シート２上に文字等を書く際にペン先３１ａに与えられる圧力、即ち筆圧を検知するためのものである。筆圧センサ３７により検知される筆圧によって、発光ダイオード３２およびＣＭＯＳカメラ３３のスイッチのオン／オフが行われる。バッテリ３８は、書込型筆記装置３の各要素に電源を供給するためのものである。

フィルタ３９は、蛍光材料からの光を透過し、かつ発光ダイオード３２からの光（反射光を含む。）を遮断するためのものであり、ＣＭＯＳカメラ３３の前面に配置されている。具体的には、例えば、発光ダイオード３２から発せられる光が波長７５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下であり、蛍光材料から発せられる光における発光強度が最大となる発光ピークが波長８５０ｎｍを超えて９５０ｎｍ以下の波長域に存在する場合には、フィルタ３９は、波長８５０ｎｍ以下の光を遮断するものが好ましい。

次に、透明シート２について説明する。図５および図６に示されるように透明シート２は、主に、可視領域の光を透過可能な透明の基材２１、絶対座標を示すための座標認識パターンとして機能する透明のドットパターン２２、およびドットパターン２２を保護するトップ層２３等から構成されている。

ここで、本発明における「透明」とは、透明シート２をディスプレイ１０２の映像面上に装着した状態において、透明シート２を介してディスプレイ１０２の映像が見える程度のものをいう。

なお、本実施の形態では、座標認識パターンとしてドットパターン２２を用いて説明しているが、座標を認識することができるパターンであれば、ドットパターン２２に限られない。

ドットパターン２２は各ドットから構成されており、ドットの間隔は約０．３ｍｍとなっている。ドットパターン２２は、発光材料として機能する蛍光材料を含有するインクを用いて印刷することにより形成されている。なお、本実施の形態では、発光材料として蛍光材料を用いて説明しているが、発光可能な材料であれば、蛍光材料に限られない。

蛍光材料は、発光ダイオード３２の光を受けて励起し、発光するものである。また、蛍光材料は、ＣＭＯＳカメラ３３の感度波長域内に発光強度が最大となる発光ピークを有するものである。具体的には、ＣＭＯＳカメラ３３の感度波長域は波長９５０ｎｍ以下であるので、蛍光材料としては波長９５０ｎｍ以下に発光強度が最大となる発光ピークを有することが必要である。ここで、発光ダイオード３２が波長９５０ｎｍ以下の光を発する場合には、蛍光材料の上記発光ピークは発光ダイオード３２から発せられる光の波長以上の波長域に存在することが好ましい。より具体的には、例えば発光ダイオード３２が波長７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の光を発する場合には、蛍光材料の上記発光ピークは波長８００ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長域に存在することが好ましく、また発光ダイオード３２が波長７５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の光を発する場合には、蛍光材料の上記発光ピークは波長８５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長域に存在することが好ましい。

なお、本実施の形態のＣＭＯＳカメラ３３の感度波長域が９５０ｎｍ以下であるので、蛍光材料が波長９５０ｎｍ以下の波長域に発光強度が最大となる発光ピークを有することが必要であるが、読取部の種類によって、感度波長域が異なるので、蛍光材料はその感度波長域に合わせて適宜変更できることは言うまでもない。

蛍光材料としては、例えばＮｄ（ネオジム）を含んだものを使用することができる。Ｎｄを含んだ蛍光材料としては、例えば、Ｎａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４、Ｎａ_５(０．１５Ｎｄ，０．８５Ｙ)(ＭｏＯ_４)_４、およびこれらの混合物等が挙げられる。

図７に示されるように、Ｎａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４およびＮａ_５(０．１５Ｎｄ，０．８５Ｙ)(ＭｏＯ_４)_４は、ともに波長約８８０ｎｍに発光強度が最大となる発光ピークを有する。なお、一般的な赤外蛍光体であるＮａ_５(Ｎｄ，Ｙｂ)(ＭｏＯ_４)₄は波長約９８５ｎｍに発光強度が最大となる発光ピークを有するので、ＣＭＯＳセンサ３３の感度波長域外である。

また、Ｎａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４およびＮａ_５(０．１５Ｎｄ，０．８５Ｙ)(ＭｏＯ_４)_４は、ともに波長約８２７ｎｍが最適励起波長である。従って、蛍光材料として、Ｎａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４やＮａ_５(０．１５Ｎｄ，０．８５Ｙ)(ＭｏＯ_４)_４を使用する場合、発光ダイオード３２としては、波長約８２７ｎｍの光を発するものが好ましい。

トップ層２３は、基材２１上にドットパターン２２を覆うように形成されているとともに、可視領域や赤外領域の光を透過可能に構成されている。

次に、書込型筆記システム１を使用して、手書きした文字、記号および図形等をディスプレイ１０２に表示させる方法について説明する。図８は本実施の形態に係る書込型筆記システム１の動作状況を示すフローチャートである。

まず、ディスプレイ１０２の映像面に装着された透明シート２に書込型筆記装置３のペン先３１ａを接触させると、図８に示されるように筆圧センサ３７がペン先３１ａに加わった筆圧を検知する（ステップ１）。これにより、発光ダイオード３２から光が発せられるとともにＣＭＯＳカメラ３３が作動する。

次いで、書込型筆記装置３のペン先３１ａを透明シート２に接触させながら移動させると、次々にドットパターン２２に発光ダイオード３２からの光が照射され、その光によりドットパターン２２に含まれている蛍光材料が励起して、光を発する。そして、この蛍光材料から発せられた光をＣＭＯＳカメラ３３が読み取る（ステップ２）。

ＣＭＯＳカメラ３３により読み取られた光は、画像処理部３４で画像処理され、ペン先３１ａ近傍が通過したドットパターン２２の座標が算出される（ステップ３）。その後、算出された座標データは、メモリ３５に一時的に記憶され、インターフェース３６を介して、情報処理装置１００のインターフェース１０１ａに送信される（ステップ４）。

情報処理装置１００のインターフェース１０１ａで受信された座標データは、装置本体１０１のＣＰＵ（図示せず）等で演算処理されて、ディスプレイ１０２に表示される。これにより、書込型筆記システム１を使用して、手書きした文字、記号および図形等を情報処理装置１００のディスプレイ１０２に表示させることができる。

本実施の形態においては、ドットパターン２２を構成する蛍光材料が、ＣＭＯＳカメラ３３の感度波長域内に発光強度が最大となる発光ピークを有している。すなわち、蛍光材料から発せられる光の波長とＣＭＯＳカメラ３３の感度波長域がマッチングしている。これにより、ＣＭＯＳカメラ３３で確実に蛍光材料の発光を読み取ることができるので、読取性能を向上させることができる。その結果、ドットパターン２２に含有させる蛍光材料の濃度を低下させることができるので、透明シート２の透明性を向上させることができる。

本実施の形態において、蛍光材料として、Ｎａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４、Ｎａ_５(０．１５Ｎｄ，０．８５Ｙ)(ＭｏＯ_４)_４およびこれらの混合物を使用した場合には、ＣＭＯＳカメラ３３の感度波長域内での発光強度が、一般的な赤外蛍光体であるＮａ_５(Ｎｄ，Ｙｂ)(ＭｏＯ_４)₄よりも高いので、読取性能をより向上させることができる。

本実施の形態においては、ＣＭＯＳカメラ３３の前面にフィルタ３９を配置しているので、発光ダイオード３２を含めた外光ノイズの除去が可能となり、ドットパターン２２とドットパターン以外の部分のコントラストを向上させることができる。これによりＣＭＯＳカメラ３３は、蛍光材料の発光をより確実に読み取ることができるので、読取性能をさらに向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（実施例）
以下、実施例について説明する。本実施例においては、Ｎａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４を含有するドットパターンを備える透明シートを作製して、上記実施の形態で説明した書込型筆記装置のＣＭＯＳカメラでドットパターンを読み取れるか否か実験した。まず、本実施例で使用した透明シートの作製方法について述べる。

（１）蛍光材料の合成
酸化ネオジム(Ｎｄ_２Ｏ_３)１０ｇと炭酸ナトリウム(Ｎａ_２ＣＯ_３)４０ｇと酸化モリブデン(ＭｏＯ_３)１４０ｇを乳鉢で混合し、白金るつぼに入れて、空気中にて６００℃で焼成した。これにより蛍光材料としてＮａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４が生成された。

（２）蛍光インキの調製
トルエン：メチルエチルケトン＝１：１の混合溶剤中、上記蛍光材料(Ｎａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４)の濃度が１２．５重量％と、アクリル樹脂（三菱レーヨン（株）製ＢＲ−１０１）の濃度が１２．５重量％を混合し、蛍光インキを調製した。

（３）ドットパターンの印刷
基材としての透明なＰＥＴフィルム（東洋紡績（株）製Ａ４３００、厚み１００μｍ、両面易接着処理）上に、上記の蛍光インキをグラビア印刷法によりドットパターンの印刷を行ない透明シートを作製した。このときのドットの大きさは円盤の直径が約１１０μｍであった。

次に実験方法および実験結果について述べる。このように作成されたドットパターンを有する透明シートに、波長８３０ｎｍの赤外領域の光を照射して、蛍光を画像として書込型筆記装置のＣＭＯＳカメラにより読み取りを行ったところ、ドットパターンを検知することができた。

（比較例）
以下、比較例について説明する。比較例においては、Ｎａ_５(Ｎｄ，Ｙｂ)(ＭｏＯ_４)₄を含有するドットパターンを備える透明シートを作成して、上記実施の形態で説明した書込型筆記装置のＣＭＯＳカメラでドットパターンを読み取れるか否か実験した。

まず、本実施例で使用した透明シートの作製方法について述べる。蛍光材料として、赤外蛍光体であるＮａ_５(Ｎｄ，Ｙｂ)(ＭｏＯ_４)₄（根本特殊化学（株）製ＩＲＳ−Ｆ）を用いて、上記実施例と同様の工程で蛍光インキを調整し、ドットパターンの印刷を行い、透明シートを作製した。

次に実験方法および実験結果について述べる。このように作製されたドットパターンを有する透明シートに、波長８３０ｎｍの赤外領域の光を照射して、蛍光を画像として書込型筆記装置のＣＭＯＳカメラにより読み取りを行ったところ、実施例において作製した透明シートよりもドットパターンの蛍光が弱く、比較例のドットパターンを検知することは困難であった。この結果から、上記実施例における蛍光材料が、比較例における蛍光材料よりも上記の書込型筆記装置に適していること判明した。

図１は実施の形態に係る書込型筆記システムの概略構成図である。 図２は実施の形態に係る書込型筆記システムのブロック図である。 図３は実施の形態に係る書込型筆記装置の一部を切り欠くことにより示した書込型筆記装置の内部構成図である。 図４は実施の形態に係る書込型筆記装置の発光ダイオードおよびＣＭＯＳカメラ付近の模式図である。 図５は実施の形態に係る透明シートの垂直断面図である。 図６は実施の形態に係る透明シートの平面図である。 図７は実施の形態に係る蛍光材料の発光スペクトルである。 図８は実施の形態に係る書込型筆記システムの動作状況を示すフローチャートである。

符号の説明

１…書込型筆記システム、２…透明シート、３…書込型筆記装置、２１…基材、２２…ドットパターン、３１ａ…ペン先、３２…発光ダイオード、３３…ＣＭＯＳカメラ、３４…画像処理部、３９…フィルタ、１００…情報処理装置、１０２…ディスプレイ。

Claims (9)

1. 発光材料を含有する座標認識パターンを有する透明の被筆記媒体に、光を照射して前記発光材料を発光させる光照射部と、前記発光材料からの光を読み取る読取部とを備える書込型筆記装置に使用される被筆記媒体であって、
   前記読取部の感度波長域が波長９５０ｎｍ以下であり、
   前記発光材料は、前記読取部の感度波長域内に発光強度が最大となる発光ピークを有し、
   前記発光材料が、Ｎａ_５Ｎｄ(ＭｏＯ_４)_４およびＮａ_５(０．１５Ｎｄ，０．８５Ｙ)(ＭｏＯ_４）_４の少なくともいずれかを含んでいることを特徴とする、被筆記媒体。
2. 前記発光材料の前記発光ピークが赤外領域内に存在する、請求項１に記載の被筆記媒体。
3. 前記読取部がＣＭＯＳカメラである、請求項１または２に記載の被筆記媒体。
4. 前記光照射部が波長７５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の光を照射し、かつ前記発光材料の前記発光ピークが波長８５０ｎｍを超えて９５０ｎｍ以下の波長域に存在する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被筆記媒体。
5. 前記読取部の前面に配置され、前記発光材料からの光を透過し、かつ前記光照射部からの光を遮断するフィルタをさらに具備する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被筆記媒体。
6. 前記フィルタが波長８５０ｎｍ以下の光を遮断する、請求項５に記載の被筆記媒体。
7. 前記被筆記媒体が透明シートである、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被筆記媒体。
8. 前記被筆記媒体が情報処理装置のディスプレイあるいは情報処理機能を有する携帯端末のディスプレイの映像面上に装着される、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の被筆記媒体。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の被筆記媒体と、
   前記被筆記媒体に光を照射して前記発光材料を発光させる光照射部と、前記発光材料からの光を読み取る読取部とを備える書込型筆記装置と
   を具備することを特徴とする、書込型筆記システム。

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