JP5526557B2 - 電子ペン及び電子ペンシステム - Google Patents
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図1は本発明の一実施例に係る電子ペンのブロック構成図である。この電子ペン1はスイッチ11を有する送信部2を含む。送信部2は制御回路101、M系列(波形)生成回路(又はM系列ビット列格納メモリ)102、超音波駆動回路103、超音波送信器(超音波送信部)(圧電素子または磁歪素子)104、赤外線駆動回路105、赤外線送信器(電磁波送信部)106とから構成される。
応させている。0の場合は反転位相とし、1の場合は順位相としたもので、変調波は基本波15周期分の長さとなる。なお、M系列の詳細は、柏木濶著「M系列とその応用」(1996年3月25日,昭晃堂)等に記述されている。
じない。
図4(A)は、感圧センサ402を、ペン先4のセンサに対向する側の全面にわたって複数配置した場合の平面配置図を示している。このように感圧センサ402を複数配置することによって、1つのセンサで全面の圧力分布を検出する感圧センサに比べて、低コストにて必要な範囲で描画圧を検出することが可能となる。センサの配置位置は図示にこだわらず、円形や格子状等、適宜配置することができる。なお、断面図4(B)に示すように、ペン先4のセンサ側に対向している部分についても配置したセンサ位置に対応して分岐されたペン先404とすることにより、センサ位置以外での接触によって誤動作する可能性が低くなる。
図5(A)は、電子ペン1のペン先4が全体として複数のペン先軸404’に分割された構成の断面図を示している。ここで、1つの感圧センサ402が全面の圧力分布を測定可能であって、複数のペン先軸404’のそれぞれの長さを変えることにより、ペン先の当たり圧力、角度に応じて、描画線の太さを変えるように構成することが可能である。また、図5(B)に示す平面図のように、複数のペン先軸404’の配置に対応するように複数の感圧センサ402が配置されていても同様な効果が期待できる。
図7は、ペン先4とペン筐体401の間に設けられている与圧機構5の与圧力が可変となっている場合の実施例を示している。与圧機構5による与圧を適宜変更可能とすることで、使用者毎に設定圧を変更することが可能となり、使用者の好みに合わせた描画感覚を設定することが可能となる。
図8は、ペン先4の形状を柔軟構造とした場合の例を示す。この実施例では、ペン先4の一部が柔軟性を有する程度に細い可撓構造部6を形成している。この部分が変形することによって描画圧の変動を吸収することができ、結果として安定な描画性能を提供することが可能になる。なお、可撓構造部6はペン先4と一体構造であっても、別の材料との組み合わせであってもかまわない。与圧バネ501及び感圧センサ402についてはこれまで説明した通りである。
図9は、ペン先4と感圧センサ402の接続部に可撓体61を挟み込んだ場合の例を示している。基本的にはペン先4の感圧センサ402と接触する部分が可撓体となっている場合であって、先に説明した例に含まれ得るが、ペン先4は基本的に消耗品であるため、この可撓体が感圧センサ402側に設けられたほうが、交換時のコストを削減する事ができる。また、ペン先4の材料を変更することもでき、使用者の好みの描画感覚を得る事が可能となる。
図10(A)〜(C)は、電子ペンの傾きに応じて、超音波送信部の超音波発信体8及び電磁波送信部の電磁波発信体9の傾きを変化させる場合の構成例を示している。特にペン先4が分割され電子ペンの傾きに応じて、感圧センサ402の圧力分布が得られる場合、その圧力分布に応じて電子ペンの傾きを予め決めておけば、電子ペンの傾きに対して逆方向へ超音波発信体8及び電磁波発信体9の傾きを制御することが可能となり、描画面に対してほぼ並行に保つことが可能となる。その結果、電子ペンを大きく傾けても線跳びの生じない安定した描画性能を実現することが可能となる。
図11は、本発明に係る電子ペンを用いる電子ペンシステムのブロック図を示す。このシステムのうち、電子ペン1及びそれに装着された送信部2についてはすでに述べたので省略する。本システムでは、送信部2から離れた所定の位置に設置されたレシーバに設けた受信部3をさらに含む。
数式(1)において、iは整数値でサンプリング時刻変数であり、Nはモデル波形のサンプリング数、r(i)はサンプリング時刻iのモデル波形の値、f(i+t)はサンプリング時刻(i+t)の受信波形の値である。
11 スイッチ
101 制御回路
102 M系列生成回路
103 超音波駆動回路
104 超音波送信器(圧電素子または磁歪素子)
105 赤外線駆動回路
106 赤外線送信器
2 送信部
201 超音波受信器(圧電素子または磁歪素子又はマイクロフォン)
202 サンプリング回路
203 赤外線受信器
204 検出回路
205 メモリ
206 データ処理回路
3 受信部
4 ペン先
401 ペン筐体
402 感圧センサ
403 開口
404 分岐されたペン先
404’ 複数のペン先軸
405 押さえ板
406 逆くさび状ピン
5 与圧機構
5a、5b バネ機構
501 与圧バネ
6 可撓構造部
61 可撓体
7 アクチュエータ
8 超音波発信体
9 電磁波発信体
Claims (9)
- 電磁波信号と超音波信号とを送出する電子ペンであって、
該電磁波信号及び該超音波信号を生成し送出させるためのスイッチが、ペン先から受ける圧力又は該ペン先の変位量を検出する、複数のセンサを含んで構成されており、該ペン先が該複数のセンサのそれぞれに対応結合するように、分岐して構成されるか、複数のペン先軸から構成され、
該複数のペン先分岐又は該ペン先軸ごとに該圧力又は該変位量を測定することにより、該ペン先にかかる描画圧分布を測定し、該測定結果に基づいて描画線の太さを変え、
該ペン先の少なくとも一部が可撓性を有する材料から構成され、
描画時の前記電子ペンの傾きに応じて、前記超音波送信部の超音波発信体及び前記電磁波送信部の電磁波発信体の、該電子ペンに対する傾きを変化させるアクチュエータを有することを特徴とする電子ペン。 - 前記ペン先の与圧を調整可能な与圧機構を有することを特徴とする、請求項1記載の電子ペン。
- 前記ペン先の一部が可撓性を有するべく減径された構造であることを特徴とする、請求項1又は2記載の電子ペン。
- 前記ペン先と前記センサとの間に可撓体を有することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一に記載の電子ペン。
- 送信タイミングを表す前記電磁波信号を送出する電磁波送信部、
該電磁波信号の送出と同時に自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づいて超音波を変調することにより超音波駆動信号を生成する超音波駆動信号生成部、及び
生成された該超音波駆動信号により駆動され、該超音波駆動信号の基本周波数より高い周波数の前記超音波信号を送出する圧電又は磁歪素子からなる超音波送信部、を含むことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一に記載の電子ペン。 - 自己相関性の高い前記擬似ランダム信号はM系列信号であることを特徴とする、請求項5記載の電子ペン。
- 請求項5又は6記載の電子ペンと、レシーバとから構成される電子ペンシステムであって、該レシーバは、
該電子ペンの前記電磁波送信部から送出された前記電磁波信号を検出する電磁波受信部、
該電子ペンの前記超音波送信部から送出された前記超音波信号を検出する超音波受信部、及び
該電子ペンの前記超音波駆動信号生成部で生成された超音波駆動信号と同じ波形をモデル波形とし、検出された該超音波信号と該モデル波形との間の相関値を算出し、算出された該相関値の主ピーク値を検出し、該電磁波信号の検出時点と該主ピーク値の検出時点とから該超音波信号の伝播時間を算出するデータ処理部、を含むことを特徴とする、電子ペンシステム。 - 電子ペンの作動方法であって、
少なくとも一部が可撓性を有する材料から構成されるペン先から受ける圧力又は前記ペン先の変位量を複数のセンサが検出する工程と、
該複数のセンサで検出された該圧力又は該変位量から描画線の太さを計算する工程と、
前記複数のセンサで検出された該圧力又は該変位量から前記ペン先の傾きを計算する工程と、
得られた該ペン先の傾きに対応して超音波発振体と電磁波発信体の該電子ペンに対する傾きを変える工程と、
を含む作動方法。 - 電磁波信号と超音波信号とを送出する電子ペンの作動方法であって、
電磁波信号の送出と同時に自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づいて超音波を変調することにより超音波駆動信号を生成する工程と、
該超音波駆動信号に基づき、該超音波駆動信号の基本周波数より高い周波数の超音波信号を生成し、送出する工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項8記載の作動方法。
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