JP2015060543A - デジタルペン及びそれを備える情報処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】高い汎用性、且つ、低コストで、描画領域におけるペン先の位置を求めることができる。
【解決手段】紙面画像ＩＭ１におけるＸ軸方向の距離ｌｘ及びＹ軸方向の第２距離ｌｙと、紙面画像ＩＭ１における距離と当該距離に対応する位置から球面鏡３に入射した光の反射角とを対応付ける光の反射角に関する情報と、デジタルペン１の長さｈとを用いて、紙面画像ＩＭ１における距離ｌｘに対応する光の反射角である第１角度θ１、及び、紙面画像ＩＭ１における距離ｌｙに対応する光の反射角である第２角度θ２を求め、求めた第１角度θ１及び第２角度θ２に基づいて、ペン先頂点１１ＡとＸ軸方向の紙端２Ａとの間の距離Ｌｘ、及び、ペン先頂点１１ＡとＹ軸方向の紙端２Ｂとの間の距離Ｌｙを求め、これら２つの距離Ｌｘ、Ｌｙに基づいて、ペン先頂点１１Ａの紙面２における絶対位置を求める。
【選択図】図８

Description

本発明は、平面状の描画領域に描画するためのデジタルペン及びそれを備える情報処理システムに関する。

近時、従来まで使用されていたペンや鉛筆などに代わり、紙面上でペン先を動かして文字や図形を描けば、その文字や図形を表す移動軌跡情報をストックしたり、ストックされた移動軌跡情報をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの情報処理装置に送信できるデジタルペンが普及してきている。

この種のデジタルペンでは、移動軌跡情報を作成するためには、書き始め点となる基準点の絶対位置を求めることが必要である。特許文献１では、特殊な位置検出パターンが表面上に形成されたホワイトボードを用いて、基準点の絶対位置を求めている。

特許第４９２０１５３号公報

ところが、上記した特許文献１では、基準点の絶対位置を求めるのに特殊な位置検出パターンを必要とするため、一般に流通している普通紙にデジタルペンで文字や図形を書く際には、基準点の絶対位置を求めることができない。すなわち、従来では、デジタルペンのペン先の絶対位置を求めるのに特殊な位置検出パターンを必要とし、一般の普通紙を用いた場合、ペン先の絶対位置を求めることができない。

そのため、汎用性に欠ける。また、特殊な位置検出パターンが形成されたホワイトボードを準備するのにコストがかかる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、高い汎用性、且つ、低コストで、描画領域におけるペン先の位置を求めることができるデジタルペン及びそれを備える情報処理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るデジタルペンは、平面状の描画領域に描画するためのデジタルペンであって、前記デジタルペン及び前記描画領域を含む前記描画領域方向を映し出す鏡と組み合わせて用いられ、前記デジタルペンの一端が前記描画領域と接触した状態で、前記鏡に映し出された鏡像を画像として取得する鏡面画像取得部と、前記鏡面画像取得部で取得された前記画像において、予め定められた第１基準点から、予め定められた第１方向に沿って前記描画領域の第１端に至る第１距離と、前記第１基準点から、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記描画領域の第２端に至る第２距離とを算出する距離算出部と、（１）前記デジタルペンの長さを記憶しており、且つ、（２）光の反射角に関する情報として、前記画像において前記第１基準点から前記第１方向に沿って離れた距離と、当該距離に対応する位置から前記鏡に入射した光の反射角である第１角度とを対応付けて記憶し、且つ、（３）前記光の反射角に関する情報として、さらに、前記画像において前記第１基準点から前記第２方向に沿って離れた距離と、当該距離に対応する位置から前記鏡に入射した光の反射角である第２角度とを対応付けて記憶している記憶部と、前記距離算出部によって算出された前記第１距離及び前記第２距離と、前記記憶部に記憶されている前記光の反射角に関する情報及び前記デジタルペンの長さとを用いて、前記第１距離に対応する前記第１角度、及び、前記第２距離に対応する前記第２角度を求め、求めた前記第１角度及び前記第２角度に基づいて、前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、及び、前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離を求め、これら２つの距離に基づいて、前記デジタルペンの一端の前記描画領域における絶対位置を求める制御部と、を備える。

この構成によると、第１距離、第２距離、光の反射角に関する情報、及び、デジタルペンの長さを用いて、ペン先であるデジタルペンの一端と描画領域の第１端との間の距離、及び、デジタルペンの一端と描画領域の第２端との間の距離を求める。そして、求めた２つの距離に基づいて、描画領域におけるデジタルペンの一端の位置である絶対位置を求めることができる。つまり、この構成によると、描画領域におけるペン先の絶対位置を、上述した特殊な位置パターンを用いなくても取得することができるため、高い汎用性、かつ、低コストで、描画領域におけるペン先の位置を求めることができる。

例えば、前記制御部は、以下の２式に基づいて、前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、及び、前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離を求めてもよい。

Ｌｘ＝ｈ’×ｔａｎ（２×θ１）
Ｌｙ＝ｈ’×ｔａｎ（２×θ２）

但し、Ｌｘは前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、Ｌｙは前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離、ｈ’は前記デジタルペンの重力方向の長さ、θ１は前記第１角度、θ２は前記第２角度を、それぞれ表す。

この構成によると、鏡に映し出された鏡像から、第１角度及び第２角度を取得し、上記の２式に代入することによって、デジタルペンの一端から描画領域の第１端までの距離と、デジタルペンの一端から描画領域の第２端までの距離を求める。

これにより、描画領域として特殊な位置パターンのない例えば普通紙を用いた場合であっても、ペン先の紙端からの距離を求めることができるので、高い汎用性、かつ、低コストで、描画領域におけるペン先の位置を求めることができる。

また、例えば、前記鏡は、前記デジタルペンの他端と対向する、凸状の鏡面を備えてもよい。

この構成によると、鏡は、デジタルペンの他端（ペン先とは反対側の端部）と対向する、凸状の鏡面を備えるので、鏡面に、デジタルペンを含む描画領域全体を映すことができる。ここで、デジタルペンの一端の絶対位置を求めるためには、画像に描画領域の第１端及び第２端が含まれることが必要である。そこで、平面状の鏡を用いた場合と比較して、凸状の鏡面を備える鏡を用いることにより、鏡面画像取得部で取得される画像に描画領域の第１端及び第２端をより確実に含むことができる。したがって、デジタルペンのペン先の絶対位置が検知できないという不具合を低減できる。

また、例えば、さらに、前記デジタルペンの一端が前記描画領域と接していることを検出する接触検出部を備え、前記制御部は、前記接触検出部によって、前記デジタルペンの一端が前記描画領域と接していることが検出されている際に、前記鏡面画像取得部、及び、前記距離算出部を作動させ、前記接触検出部は、圧力センサで構成されていてもよい。

この構成によると、市場に広く流通している圧力センサによって、接触検出部が構成されているので、簡易に、且つ低コストで、接触検出部を設けることができる。

また、例えば、さらに、前記デジタルペンが重力方向となす角度を検出する角度検出部を備え、前記制御部は、以下の２式に基づいて、前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、及び、前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離を求めてもよい。

Ｌｘ＝ａ×ｓｉｎ（θ１−β）
＋｛（ａ＋ｈ）×ｃｏｓβ−ａ×ｃｏｓ（θ１−β）｝×ｔａｎ（２×θ１−β）
Ｌｙ＝ａ×ｓｉｎ（θ２−α）
＋｛（ａ＋ｈ）×ｃｏｓα−ａ×ｃｏｓ（θ２−α）｝×ｔａｎ（２×θ２−α）

但し、Ｌｘは前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、Ｌｙは前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離、ｈは前記デジタルペンの長さ、θ１は前記第１角度、θ２は前記第２角度、βは前記第２方向から見て前記デジタルペンが重力方向となす角度、αは前記第１方向から見て前記デジタルペンが重力方向となす角度、ａは前記鏡の予め定められた第２基準点から前記デジタルペンの他端までの距離を、それぞれ表す。

一般に、ユーザがこのデジタルペンを手に持って図形や文字を描画領域に描く場合、デジタルペンが傾いている場合が多い。この場合、デジタルペンの方向と重力方向との間で何らかの角度が生じる。

この構成によると、デジタルペンが重力方向となす角度と、第２基準点からデジタルペンの他端までの距離と、先述した各パラメータとを、上記の２式に代入することによって、ペン先と描画領域の第１端との間の距離、及び、ペン先と描画領域の第２端との間の距離が求まる。

これにより、デジタルペンが重力方向に対して傾いていても、ペン先と描画領域の第１端との間の距離、及び、ペン先と描画領域の第２端との間の距離が求まるので、ペン先の描画領域における絶対位置を得ることができる。

また、例えば、さらに、前記デジタルペンの一端の前記描画領域上における動き情報を取得する動き情報取得部と、前記動き情報取得部によって取得された前記動き情報と、前記制御部によって求められた、前記デジタルペンの一端の前記絶対位置を示す情報とを用いて、前記デジタルペンの一端の前記描画領域上における移動軌跡を表す移動軌跡情報を生成する移動軌跡情報生成部と、を備え、前記記憶部は、さらに、前記移動軌跡情報を記憶してもよい。

この構成によると、制御部によって求められた絶対位置を示す情報と、動き情報取得部によって取得された動き情報とを用いて、デジタルペンの一端の移動軌跡情報を生成し、記憶するので、デジタルペンによって描画領域に描かれた文字や図形を、ペーパーレスで残すことができる。

本発明の他の一態様に係る情報処理システムは、情報処理装置と、当該情報処理装置に入力操作を行うデジタルペンとを備える情報処理システムであって、前記デジタルペンは、平面状の描画領域に描画するためのデジタルペンであって、当該デジタルペン及び前記描画領域を含む前記描画領域方向を映し出す鏡と組み合わせて用いられ、前記デジタルペンの一端が前記描画領域と接触した状態で、前記鏡に映し出された鏡像を画像として取得する鏡面画像取得部と、前記鏡面画像取得部で取得された前記画像において、予め定められた第１基準点から、予め定められた第１方向に沿って前記描画領域の第１端に至る第１距離と、前記第１基準点から、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記描画領域の第２端に至る第２距離とを算出する距離算出部と、（１）前記デジタルペンの長さを記憶しており、且つ、（２）光の反射角に関する情報として、前記画像において前記第１基準点から前記第１方向に沿って離れた距離と、当該距離に対応する位置から前記鏡に入射した光の反射角である第１角度とを対応付けて記憶し、且つ、（３）前記光の反射角に関する情報として、さらに、前記画像において前記第１基準点から前記第２方向に沿って離れた距離と、当該距離に対応する位置から前記鏡に入射した光の反射角である第２角度とを対応付けて記憶している記憶部と、前記距離算出部によって算出された前記第１距離及び前記第２距離と、前記記憶部に記憶されている前記光の反射角に関する情報及び前記デジタルペンの長さとを用いて、前記第１距離に対応する前記第１角度、及び、前記第２距離に対応する前記第２角度を求め、求めた前記第１角度及び前記第２角度に基づいて、前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、及び、前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離を求め、これら２つの距離に基づいて、前記デジタルペンの一端の前記描画領域における絶対位置を求める制御部とを備え、前記情報処理装置は、前記制御部により求められた前記絶対位置を用いて、前記入力操作を受け付ける。

この構成によると、情報処理装置は、デジタルペンの制御部により求められた絶対位置を用いて、入力操作を受け付けることができる。したがって、情報処理装置は、デジタルペンによって描画領域に描かれた文字や図形に応じた処理を行うことができる。

なお、本発明は、デジタルペンとして実現できるだけでなく、そのデジタルペンを構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。

本発明によると、高い汎用性、且つ、低コストで、描画領域におけるペン先の位置を求めることができる。

本発明の実施の形態１に係るデジタルペンの外観構成の一例と、デジタルペンの座標軸と、カメラの撮像面の座標軸とを表した図である。 本発明の実施の形態１に係るデジタルペンの外観構成の一例を模式的に示した側面図であり、デジタルペンを紙面の奥行き方向から見たときの図である。 図２のデジタルペンを、紙面の幅方向から見たときの図である。 デジタルペンの機能構成の一例を示したブロック図である。 カメラにより取得された紙面画像の一例を表した図である。 反射角と、紙面画像において原点と第１端との間の第１距離との対応付けの一例を表した図である。 反射角と、紙面画像において原点と第２端との間の第２距離との対応付けの一例を表した図である。 本発明の実施の形態１に係るデジタルペンの基本動作の一例を示したフローチャートである。 図２に示す、デジタルペン、球面鏡、紙面、及び、反射光をモデル化したモデル図である。 本発明の実施の形態２に係るデジタルペンの機能構成の一例を示したブロック図である。 原点を中心として時計回りに角度γ回転した紙面画像を示した図である。 紙面画像の補正画像を示した図である。 本発明の実施の形態３について説明するための、デジタルペンと紙面との関係を表す関係図である。 図１２をＺ軸プラス方向から見た図である。 図１１をＸ−Ｚ平面でモデル化したモデル図を示している。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
＜デジタルペンの構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るデジタルペン１の外観構成の一例と、デジタルペン１の座標軸と、カメラの撮像面１０Ｓの座標軸とを表した図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るデジタルペン１の外観構成の一例を模式的に示した側面図であり、紙面２を奥行き方向に見たときの図である。図３は、本発明の実施の形態１に係るデジタルペン１の外観構成の一例を模式的に示した側面図であり、紙面２を幅方向に見たときの図である。

なお、図１〜図３において、Ｘ軸方向は紙面２の幅方向を表し、Ｙ軸方向は紙面２の奥行き方向を表し、Ｚ軸方向は高さ方向を表している。また、図１〜図３において、Ｘ’軸方向は、カメラ１０の撮像面１０Ｓの幅方向を表し、Ｙ’軸方向は、カメラ１０の撮像面１０Ｓの奥行き方向を表し、Ｚ’軸方向は、撮像面１０Ｓから球面鏡３に向かう方向を表し、Ｚ’軸は例えばデジタルペン１の軸と一致している。

デジタルペン１は、図２及び図３では軸が鉛直となっている。つまり、軸が重力の作用する方向と一致している。また、デジタルペン１は、球面鏡（鏡）３と対向するカメラ（鏡面画像取得部）１０を備える。なお、カメラ１０は、球面鏡３で反射した反射光Ｌ２及びＬ４を判りやすくするために、球面鏡３と一定の距離を保つように描かれているが、実際のデジタルペン１では、カメラ１０の上に球面鏡３が取り付けられている。また、球面鏡の半径は、デジタルペン１の長さよりも極めて小さい。

球面鏡３は、外面を反射面とした凸面鏡である。このような凸面鏡は、球面鏡３には限られず、カメラ１０の撮像面１０Ｓと対向する部分が凸状であればよく、例えば、楕円面鏡や双曲面鏡を用いてもよい。

デジタルペン１は、撮像面１０Ｓが上方を向いたカメラ１０と、ペン先１１と、本体部１２とを備える。

球面鏡３は、図２に示すように、紙面２の幅方向の紙端２Ａからの反射光Ｌ１を含み、ペン先１１から紙端２Ａに至る紙面２からの反射光を受け付ける。また、球面鏡３は、図３に示すように、紙面２の長さ方向の紙端２Ｂからの反射光Ｌ３を含み、ペン先１１から紙端２Ｂに至る紙面２からの反射光を受け付ける。

球面鏡３は、反射光Ｌ１を反射角（第１角度）θ１で反射して、反射光Ｌ２としてカメラ１０に入射させる。また、球面鏡３は、反射光Ｌ３を反射角（第２角度）θ２で反射して、反射光Ｌ４としてカメラ１０に入射させる。さらに、球面鏡３は、ペン先１１から紙端２Ａ及び２Ｂのそれぞれに至る紙面２からの反射光を、所定の反射角でカメラ１０に入射させる。これにより、カメラ１０の撮像面１０Ｓは、紙端２Ａ及び２Ｂを含む紙面２全体の画像（以下、紙面画像という）を捉えることができるので、カメラ１０は紙面画像を取得する。

ペン先１１は、紙面２に当たるペン先頂点１１Ａを備える。このペン先頂点１１Ａからは、本体部１２に格納されたインクカートリッジから供給されるインクが吐出されてもよい。また、ペン先１１そのものが、鉛筆の先端部分と同様の構成であってもよい。なお、以下、ペン先１１とペン先頂点１１Ａとを特に区別せずに記載している場合がある。

本体部１２は、ユーザの手によって握られて紙面２に文字や図形を描く場合に用いられる。本体部１２は、そのために、先述したインクカートリッジを内蔵していてもよい。

図４は、デジタルペン１の機能構成の一例を示したブロック図である。図５は、カメラ１０により取得された紙面画像ＩＭ１の一例を表した図である。紙面画像ＩＭ１は、球面鏡３に映った紙面２全体を現している。図６Ａは、反射角θ１と、紙面画像ＩＭ１において原点Ｏと第１端Ａ２’との間の第１距離ｌｘとの対応付けの一例を表した図である。図６Ｂは、反射角θ２と、紙面画像ＩＭ１において原点Ｏと第２端２Ｂ’との間の第２距離ｌｙとの対応付けの一例を表した図である。

デジタルペン１は、図４に示すように、カメラ１０と、距離算出部１０１と、記憶部１０２と、６軸センサ（動き情報取得部）１０３と、制御部１０４と、圧力センサ（接触検出部）１０５と、移動軌跡情報生成部１０６と、移動軌跡情報出力部１０７と、を備える。

カメラ１０（鏡面画像取得部）は、先述したように、撮像面が上方を向いており、撮像面に映る紙面画像ＩＭ１を取得する。つまり、カメラ１０は、デジタルペン１の一端が紙面２と接触した状態で、球面鏡３に映し出された鏡像を紙面画像ＩＭ１（画像）として取得する。

距離算出部１０１は、紙面画像ＩＭ１において、原点Ｏ（第１基準点）からＸ’軸方向に沿って、紙端２Ａに相当する第１端２Ａ’に至る第１距離ｌｘ、及び、原点ＯからＹ’軸方向に沿って、紙端２Ｂに相当する第２端２Ｂ’に至る第２距離ｌｙを算出する。つまり、距離算出部１０１は、カメラ１０（鏡面画像取得部）で取得された紙面画像ＩＭ１において、原点Ｏ（第１基準点）から、Ｘ軸方向（第１方向）に沿って紙面２（描画領域）の第１端２Ａ’に至る第１距離ｌｘと、原点Ｏ（第１基準点）から、Ｘ軸方向（第１方向）と交差するＹ軸方向（第２方向）に沿って紙面２の第２端２Ｂ’に至る第２距離ｌｙとを算出する。このように、距離算出部１０１は、紙面画像ＩＭ１における原点Ｏから紙面２の端までの距離を算出する。

なお、ここでは、第１基準点を紙面画像ＩＭ１の原点Ｏとして説明したが、第１基準点は原点Ｏに限らず、紙面画像ＩＭ１の点であればよい。また、第１方向をＸ軸方向、第２方向をＹ軸方向として説明したが、第１方向及び第２方向はこれに限らず、互いに交差する２つの方向であればよい。

記憶部１０２は、このデジタルペン１が作動するのに必要な制御プログラムの他に、光の反射角に関する情報として、反射角θ１と、紙面画像ＩＭ１において原点Ｏと第１端Ａ２’との間の第１距離ｌｘとの対応付け１０２Ａ（図６Ａ参照）と、反射角θ２と、紙面画像ＩＭ１において原点Ｏと第２端２Ｂ’との間の第２距離ｌｙとの対応付け１０２Ｂ（図６Ｂ参照）とを、予め記憶している。さらに、記憶部１０２は、デジタルペン１の長さを記憶している。

つまり、記憶部１０２は、次の３つを記憶している。すなわち、（１）デジタルペン１の長さ、（２）光の反射角に関する情報として、紙面画像ＩＭ１（画像）において原点Ｏ（第１基準点）からＸ軸方向（第１方向）に沿って離れた距離と、当該距離に対応する紙面２の位置から球面鏡３に入射した光の反射角θ１である第１角度との対応付け１０２Ａ、及び、（３）光の反射角に関する情報として、さらに、紙面画像ＩＭ１（画像）において原点Ｏ（第１基準点）からＹ’軸方向（第２方向）に沿って離れた距離と、当該距離に対応する紙面２の位置から球面鏡３に入射した光の反射角である第２角度との対応付け１０２Ｂ、を記憶している。このように、記憶部１０２には、光の反射角に関する情報として、紙面画像ＩＭ１における距離と球面鏡３における光の反射角との対応付け１０２Ａ、１０２Ｂが記憶されている。

対応付け１０２Ａには、例えば、第１角度θ１として“θ１１”が記憶されており、この第１角度“θ１１”に対応する第１距離ｌｘとして、“ｌｘ１”が記憶されている。

また、対応付け１０２Ｂには、第２角度θ２として“θ２１”が記憶されており、この第２角度“θ２１”に対応する第２距離ｌｙとして、“ｌｙ１”が記憶されている。これらの対応付け１０２Ａ及び１０２Ｂは、制御部１０４が、ペン先頂点１１Ａの紙面２における絶対位置を求める際に利用される。

また、記憶部１０２は、さらに、移動軌跡情報生成部１０６によって生成された移動軌跡情報を記憶する。この移動軌跡情報については後述する。

なお、記憶部１０２は、光の反射角に関する情報として、距離ｌｘと第１角度θ１とを対応付ける関係式、及び、距離ｌｙと第２角度θ２とを対応付ける関係式を記憶していてもよい。

６軸センサ１０３（動き情報取得部）は、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａ（デジタルペン１の一端）の紙面２（描画領域）上における動き情報を取得する。ここで、動き情報とは、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａの移動量を示す情報である。６軸センサ１０３は、３軸加速度センサ１０３Ａと３軸角速度センサ１０３Ｂとを備える。３軸加速度センサ１０３Ａは、ペン先頂点１１Ａが紙面２において移動する際における、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度を検出する。各々の加速度は、制御部１０４がペン先１１の紙面２における移動量を算出する際に使用される。

３軸角速度センサ１０３Ｂは、例えば、ジャイロセンサで構成されており、ペン先頂点１１Ａが紙面２において移動する際における、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の角速度を検出する。各々の角速度は、デジタルペン１の鉛直方向に対する傾きを算出する際に使用される。

制御部１０４は、このデジタルペン１を統括的に制御する。制御部１０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成され、ＣＰＵが所定の制御プログラムを実行することにより実現される。この制御部１０４は、距離算出部１０１によって算出された第１距離ｌｘ及び第２距離ｌｙと、記憶部１０２に記憶されている光の反射角に関する情報及びデジタルペン１の長さとを用いて、第１距離ｌｘに対応する第１角度θ１、及び、第２距離ｌｙに対応する第２角度θ２を求める。さらに、求めた第１角度θ１及び第２角度θ２に基づいて、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａ（デジタルペン１の一端）と紙面２の紙端２Ａ（第１端）との間の距離（例えばＬｘ）、及び、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａと紙面２の紙端２Ｂ（第２端）との間の距離（例えばＬｙ）を求める。さらに、これら２つの距離（Ｌｘ及びＬｙ）に基づいて、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａの紙面２における絶対位置を求める。さらに、求めた絶対位置を示す情報である絶対位置情報を生成する。

ここで、紙面２における絶対位置とは、例えば、紙端２Ａと紙端２Ｂとの交点を原点とした場合に表されるペン先頂点１１Ａの座標である。

圧力センサ１０５は、例えば、ペン先１１の内部に配置されており、ペン先頂点１１Ａが紙面２に接触していることを検出する。

移動軌跡情報生成部１０６は、制御部１０４によって求められた、ペン先頂点１１Ａの紙面２における絶対位置を示す情報と、６軸センサ１０３（動き情報取得部）によって取得された動き情報とに基づいて、ペン先１１の移動軌跡を表す移動軌跡情報を生成する。

移動軌跡情報出力部１０７は、アンテナ５を備え、移動軌跡情報生成部１０６によって生成された移動軌跡情報を、無線信号の形で、パーソナルコンピュータ（ＰＣ４）などの情報処理装置に出力する。

＜デジタルペンの動作＞
図７は、本発明の実施の形態１に係るデジタルペン１の基本動作の一例を示したフローチャートである。

制御部１０４は、圧力センサ１０５によってペン先頂点１１Ａが紙面２に接触していると検出されたときには（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ペン先１１の紙面２における絶対位置（Ｘ０，Ｙ０）を求める（ステップＳ１１）。具体的には、制御部１０４は、以下のようにして絶対位置（Ｘ０，Ｙ０）を、基準点として求める。ここで、基準点とは、デジタルペン１を操作するユーザによって文字等の図形が描かれる最初の点である。

図８は、図２に示す、デジタルペン１、球面鏡３、紙面２、及び、反射光Ｌ１及びＬ２をモデル化したモデル図である。

なお、球面鏡の半径ａは、デジタルペン１の長さｈよりも極めて小さい。そのため、デジタルペン１の上端が、球面鏡３の最下点Ｐ１ではなく、球面鏡３の中心を基準として、最下点Ｐ１から紙面２の幅方向に第１角度θ１をなす接点Ｐ２に接しているとみなすことができるので、以下のことが言える。すなわち、球面鏡３の半径ａが、デジタルペン１の長さｈより極めて小さい場合には、ペン先頂点１１Ａの本来の位置ＰＯ１と、デジタルペン１の上端が球面鏡３における接点Ｐ２に接している場合のペン先の位置ＰＯ２との間の距離は“０”に等しいとみなすことができる。したがって、図８に示すモデル図を得ることができる。

図８において、先述したように、紙端２Ａからの反射光Ｌ１の球面鏡３に対する反射角は、θ１である。そして、球面鏡３は、鉛直方向に配置されたデジタルペン１に対して、反射角θ１で反射光Ｌ１を入射させる。

そのため、接点Ｐ２、ペン先頂点１１Ａ、及び紙端２Ａとの間では、ペン先１１部分の頂点が直角の直角三角形が形成される。そして、接点Ｐ２を頂点とする角の角度は２×θ１であるので、ペン先１１から紙端２Ａに至る紙面２の幅方向の距離Ｌｘは、次の式（１）で表すことができる。

Ｌｘ＝ｈ×ｓｉｎ（２×θ１）・・・（１）

この式（１）に示すように、θ１の値が求まれば、Ｌｘが求まる。そこで、制御部１０４は、距離算出部１０１によって、紙面画像ＩＭ１におけるｌｘを算出させる。そして、制御部１０４は、対応付け１０２Ａを参照して、算出されたｌｘに対応するθ１を得る。これにより、制御部１０４は、Ｌｘを得ることができる。つまり、制御部１０４は、距離算出部１０１によって算出された距離ｌｘ（第１距離）と、記憶部１０２に記憶されている光の反射角に関する情報とを用いて、距離ｌｘ（第１距離）に対応する第１角度θ１を求める。さらに、制御部１０４は、求めた第１角度θ１と、記憶部１０２に記憶されているデジタルペンの長さｈとを上記の式（１）に代入することにより、ペン先頂点１１Ａと紙面２の紙端２Ａ（第１端）との間の距離Ｌｘを求める。

なお、ペン先１１から紙面２の長さ方向に紙端２Ｂに至る距離Ｌｙについては、距離Ｌｘを求める際と同様のモデル図を得ることができるから、ペン先１１から紙端２Ｂに至る紙面２の長さ方向の距離Ｌｙは、次の式（２）で表すことができる。

Ｌｙ＝ｈ×ｔａｎ（２×θ２）・・・（２）

よって、距離Ｌｘを求めるのと同様に、制御部１０４は、距離算出部１０１によって算出された距離ｌｙ（第２距離）と、記憶部１０２に記憶されている光の反射角に関する情報とを用いて、距離ｌｙ（第２距離）に対応する第２角度θ２を求める。さらに、制御部１０４は、求めた第２角度θ２と、記憶部１０２に記憶されているデジタルペンの長さｈとを上記の式（２）に代入することにより、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａと紙面２の紙端２Ｂ（第２端）との間の距離（例えばＬｙ）を求める。

以上のようにして、ＬｘとＬｙが求まれば、制御部１０４は、これらＬｘとＬｙとに基づいて、ペン先頂点１１Ａの紙面２における絶対位置（Ｘ０，Ｙ０）を求める。

ＬｘとＬｙとに基づいて、ペン先の絶対位置（Ｘ０，Ｙ０）を求める方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。

すなわち、記憶部１０２に、予め、紙端２Ａを、原点を基準としたＸ軸方向の座標として記憶させておくとともに、紙端２Ｂを、原点を基準としたＹ軸方向の座標として記憶させておく。そして、制御部１０４は、紙端２Ａの座標から距離Ｌｘを減じた座標を求め、紙端２Ｂの座標から距離Ｌｙを減じた座標を求める。こうすることにより、ペン先頂点１１Ａの絶対位置を求めることができる。

以上のようにして、ペン先頂点１１Ａの絶対位置を基準点として求めた（ステップＳ１１）後に、制御部１０４は、基準点からのペン先頂点１１Ａの移動量（ΔＸ，ΔＹ）を初期値（０，０）とする（ステップＳ１２）。つまり、制御部１０４は、基準点の絶対位置（Ｘ０，Ｙ０）を求めた後に、移動量（ΔＸ，ΔＹ）をリセットする。

そして、所定の時間経過後も、圧力センサ１０５によってペン先頂点１１Ａが紙面２に接触していると検出されている場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、基準点を求めてから所定の時間経過後のペン先頂点１１Ａの紙面２における位置情報を書き始め位置（Ｘ０＋ΔＸ，Ｙ０＋ΔＹ）として取得する（ステップＳ１４）。

その後、圧力センサ１０５によってペン先頂点１１Ａが紙面２に接触していると検出されている間は、（ステップＳ１３でＹＥＳ）、制御部１０４は、３軸角速度センサ１０３Ｂによって得られたＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸それぞれの方向のペン先頂点１１Ａの加速度を、ペン先頂点１１Ａが紙面２に接触していると検出されてから経過した時間で２回積分することにより、ペン先頂点１１Ａの紙面における移動量（ΔＸ、ΔＹ）を取得する（ステップＳ１５）。

なお、制御部１０４は、ペン先頂点１１Ａの移動量（ΔＸ，ΔＹ）を得るのに、３軸加速度センサ１０３Ａにより得られた加速度を２回積分することにより得ているが、ペン先頂点１１Ａの移動量（ΔＸ，ΔＹ）を得る構成はこれに限らず、例えば、光センサを用いて移動量を得る構成であってもよい。

この処理によれば、所定の時間の間にペン先頂点１１Ａが移動していれば、移動量（ΔＸ，ΔＹ）として（０，０）以外が得られ、一定の時間の間にペン先頂点１１Ａが移動していなければ、移動量（ΔＸ，ΔＹ）として（０，０）が得られる。

このとき、移動軌跡情報生成部１０６は、ステップＳ１１において取得された基準点の絶対位置（Ｘ０，Ｙ０）と、ステップＳ１４で取得された移動量（ΔＸ、ΔＹ）とに基づいて、ペン先の移動軌跡を表す移動軌跡情報を生成し、記憶部１０２に順次記憶させる。

そして、圧力センサ１０５によってペン先頂点１１Ａが紙面２に接触していることが検出されなくなった際には（ステップＳ１６でＮＯ）、制御部１０４は、ペン先頂点１１Ａが紙面２において移動した移動量の積算量（ΣＸ，ΣＹ）を求める（ステップＳ１７）。

例えば、制御部１０４は、記憶部１０２に記憶されている移動軌跡情報を参照して、ペン先頂点１１ＡのＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動量の積算量（ΣＸ，ΣＹ）を求める。

そして、Ｘ軸方向の移動量の積算量ΣＸが予め設定された閾値Ｔ未満で、且つ、Ｙ軸方向の移動量の積算量ΣＹが閾値Ｔ未満である際には（ステップＳ１８でＮＯ）、以下の処理を行う。すなわち、ペン先頂点１１Ａが空中で移動しているものの移動量が大きくない場合には、デジタルペン１を操作しているユーザによって一旦は図形の描画が終えられたものの、引き続き、図形の描画が行われる状態であると想定することができる。例えば、ユーザによって文字が描かれている場合、一の文字の描画が終わり、次の文字の描画が始まる前の状態であると想定することができる。

そのため、制御部１０４は、Ｘ軸方向の移動量の積算量ΣＸが予め設定された閾値Ｔ未満、且つ、Ｙ軸方向の移動量の積算量ΣＹが閾値Ｔ未満である際には（ステップＳ１８でＮＯ）、３軸角速度センサ１０３Ｂによって得られたＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸それぞれの方向のペン先頂点１１Ａの加速度を２回積分することにより、ペン先頂点１１Ａの移動量（ΔＸ，ΔＹ）を取得する（ステップＳ１９）。

一方で、Ｘ軸方向の移動量の積算量ΣＸが予め設定された閾値Ｔ以上、及び、Ｙ軸方向の移動量の積算量ΣＹが閾値Ｔ以上の少なくとも一方を満たさない場合には（ステップＳ１８でＹＥＳ）、制御部１０４は、ステップＳ１５と同様の処理を行って、ペン先頂点１１ＡのＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれの移動量を取得し、取得した移動量を、当該移動量の取得を開始してから経過した時間で割る。

つまり、制御部１０４は、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＸ軸方向の移動量（ΔＸ／Δｔ）と、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＹ軸方向の移動量（ΔＹ／Δｔ）とを取得する（ステップＳ２０）。

そして、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＸ軸方向の移動量（ΔＸ／Δｔ）と、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＹ軸方向の移動量（ΔＹ／Δｔ）との双方が“０”であれば（ステップＳ２１でＹＥＳ）、デジタルペン１が例えば机に置かれたと想定できるので、制御部１０４は、処理を終了する。

一方で、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＸ軸方向の移動量（ΔＸ／Δｔ）と、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＹ軸方向の移動量（ΔＹ／Δｔ）とのいずれかが“０”でなければ（ステップＳ２１でＮＯ）、デジタルペン１が置かれていないと想定できるので、制御部１０４は、ステップＳ１０に移る。すなわち、ペン先頂点１１Ａが空中で移動し、その移動量が大きい場合（ステップＳ１８でＹＥＳ）には、デジタルペン１を操作しているユーザによって図形の描画が終えられたと想定することができる。ただし、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＸ軸方向の移動量（ΔＸ／Δｔ）と、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＹ軸方向の移動量（ΔＹ／Δｔ）との双方が“０”でない場合（ステップＳ２１でＮＯ）、ユーザによって新たに図形の描画が開始されると想定することができる。例えば、ユーザによって一の紙面への描画が終わり、次の紙面への描画が始まる前の状態であると想定することができる。そのため、ステップＳ１０に戻ることで、これまでと同様の処理を繰り返す。

なお、ステップＳ２１では、さらに、単位時間当たりのペン先頂点１１ＡのＺ軸方向の移動量（ΔＺ／Δｔ）を用いて、デジタルペン１が置かれたか否かを判断してもよい。

＜効果＞
以上のように、この構成によると、紙面画像ＩＭ１において、原点ＯからＸ’軸方向に沿って紙面画像ＩＭ１の第１端２Ａ’（右端）に至る第１距離ｌｘと、原点ＯからＹ’軸方向に沿って、紙面画像ＩＭ１の第２端２Ｂ’（上端）に至る第２距離ｌｙを求める。

そして、第１距離ｌｘ及び第２距離ｌｙに基づいて、紙面２のＸ軸方向の紙端２Ａで反射して鏡の予め定められた接点Ｐ２に向けて入射した光が接点Ｐ２で反射する反射角である第１角度θ１を求めるとともに、紙面２のＹ軸方向の紙端２Ｂで反射して接点Ｐ２に向けて入射した光が接点Ｐ２で反射する反射角である第２角度θ２を、記憶部１０２を参照して求める。

そして、記憶部１０２には予めデジタルペン１の長さｈが記憶されているので、制御部１０４は、この長さｈと、第１角度θ１とを、上述した式（１）に代入して、ペン先頂点１１Ａと紙面２の紙端２Ａとの間の距離Ｌｘを得る。

また、制御部１０４は、長さｈと、第２角度θ２とを、上述した式（２）に代入して、ペン先頂点１１Ａと紙面２の紙端２Ｂとの間の距離Ｌｙを得る。

そして、これら２つの距離Ｌｘ，Ｌｙを用いて、ペン先頂点１１Ａの絶対位置を求めるので、普通紙を用いた場合に、ペン先の絶対位置を求めることができるので、汎用性が高く、コストの抑制を図ることができる。

すなわち、この構成によると、第１距離ｌｘ、第２距離ｌｘ、光の反射角に関する情報、及び、デジタルペン１の長さを用いて、ペン先頂点１１Ａ（デジタルペン１の一端）と紙面２（描画領域）の第１端との間の距離Ｌｘ、及び、ペン先頂点１１Ａと紙面２の第２端との間の距離Ｌｘを求める。そして、求めた２つの距離Ｌｘ、Ｌｙに基づいて、紙面２におけるペン先頂点１１Ａの位置である絶対位置を求めることができる。つまり、この構成によると、紙面２におけるペン先頂点１１Ａの絶対位置を、特殊な位置パターンを用いなくても取得することができるため、高い汎用性、かつ、低コストで、紙面２におけるペン先頂点１１Ａの位置を求めることができる。

具体的には、制御部１０４は、上述した式（１）及び式（２）に基づいて、ペン先頂点１１Ａ（デジタルペン１の一端）と紙端２Ａ（描画領域の第１端）との間の距離Ｌｘ、及び、ペン先頂点１１Ａと紙端２Ｂ（描画領域の第２端）との間の距離Ｌｘを求める。すなわち、球面鏡３に映し出された鏡像から、第１角度θ１及び第２角度θ２を取得し、上述した式（１）及び式（２）に代入することによって、ペン先頂点１１Ａから紙端２Ａまでの距離Ｌｘと、ペン先頂点１１Ａから紙端２Ｂまでの距離Ｌｙを求める。

これにより、描画領域として特殊な位置パターンのない例えば普通紙を用いた場合であっても、ペン先頂点１１Ａの紙端からの距離を求めることができるので、高い汎用性、かつ、低コストで、描画領域におけるペン先頂点１１Ａの位置を求めることができる。

また、球面鏡３は、デジタルペン１のペン先１１と反対側の端部（デジタルペン１の他端）凸状の鏡面を備える。

これにより、鏡面に、デジタルペン１を含む紙面２（描画領域）全体を映すことができる。ここで、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａの絶対位置を求めるためには、紙面画像ＩＭ１に紙端２Ａ及び紙端２Ｂが含まれることが必要である。そこで、平面状の鏡を用いた場合と比較して、凸状の鏡面を備える球面鏡３を用いることにより、カメラ１０で取得される紙面画像ＩＭ１に紙端２Ａ及び紙端２Ｂをより確実に含むことができる。したがって、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａの絶対位置が検知できないという不具合を低減できる。

また、デジタルペン１は、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａ（デジタルペンの一端）が紙面２（描画領域）と接していることを検出する圧力センサ１０５（接触検出部）を備え、制御部１０４は、圧力センサ１０５によって、ペン先頂点１１Ａが紙面２と接していることが検出されている際に、カメラ１０、及び、距離算出部１０１を作動させる。

また、デジタルペン１は、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａ（デジタルペンの一端）の紙面２（描画領域）上における動き情報を取得する６軸センサ１０３（動き情報取得部）と、６軸センサ１０３によって取得された動き情報（例えば、移動量（ΔＸ，ΔＹ）を示す情報）と、制御部１０４によって求められたペン先頂点１１Ａの絶対位置（例えば、基準点（Ｘ０，Ｙ０））を示す情報とを用いて、ペン先頂点１１Ａの紙面２上における移動軌跡を表す移動軌跡情報を生成する移動軌跡情報生成部１０６とを備え、記憶部１０２は、さらに、移動軌跡情報を記憶する。

この構成によると、制御部１０４によって求められた絶対位置を示す情報と、６軸センサ１０３によって取得された動き情報とを用いて、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａの移動軌跡を表す移動軌跡情報を生成し、記憶するので、デジタルペン１によって紙面２に描かれた文字や図形を、ペーパーレスで残すことができる。

なお、上述の式（１）及び式（２）の導出では、デジタルペン１が鉛直方向に配置されているとして説明したが、デジタルペン１が鉛直方向に配置されていない場合であっても式（１）中及び式（２）中のｈをデジタルペン１の重力方向の長さｈ’に置き換えることで、式（１）及び式（２）を適用することができる。すなわち、デジタルペン１の重力方向の長さをｈ’、第１端（Ｘ軸方向の紙端）から球面鏡３に入射する光の反射角（第１角度）をθ１、第２端（Ｙ軸方向の紙端）から球面鏡３に入射する光の反射角（第２角度）をθ２とすると、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａと第１端（Ｘ軸方向の紙端）との間の距離をＬｘ、及び、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａと第２端（Ｙ軸方向の紙端）との間の距離Ｌｙは次の２つの式で表される。

Ｌｘ＝ｈ’×ｔａｎ（２×θ１）
Ｌｙ＝ｈ’×ｔａｎ（２×θ２）

ここで、デジタルペン１の重力方向の長さｈ’は、例えば、記憶部１０２に記憶されたデジタルペン１の長さｈと、３軸角速度センサ１０３Ｂによって検出された角速度を積分することによって得られるＸ軸方向の傾き及びＹ軸方向の傾きを用いて算出してもよい。

（実施の形態２）
なお、距離算出部１０１は、カメラ１０（鏡面画像取得部）で取得された紙面画像ＩＭ１０（画像）が補正された補正画像を用いて、補正画像におけるＸ軸方向の距離ｌｘとＹ軸方向の距離ｌｙを算出してもよい。以下、このように補正画像を用いて距離ｌｘ及びｌｙを算出する、実施の形態２に係るデジタルペンについて説明する。

図９は、本発明の実施の形態２に係るデジタルペンの機能構成の一例を示したブロック図である。図１０は、原点Ｏを中心として時計回りに角度γ回転した紙面画像ＩＭ１０を示した図である。図１１は、紙面画像ＩＭ１０の補正画像ＩＭ１００を示した図である。

図９に示すデジタルペン１Ａは、図４に示すデジタルペン１に、画像補正部１０８を新たに付加した構成となっている。

デジタルペン１Ａは、紙面２上において、ユーザによってデジタルペン１Ａの鉛直方向の軸を中心として幾分か回転した状態にされてもよい。このような場合、カメラ１０の撮像面１０Ｓの幅方向のＸ’軸方向、及び、奥行き方向のＹ’軸方向は、Ｘ軸、及び、Ｙ軸に対して、デジタルペン１Ａの回転に応じた回転角で回転する。これにより、例えば、図１０に示すような紙面画像ＩＭ１０が得られる。なお、図１０は、デジタルペン１が、その鉛直方向の軸を中心として時計回り方向に角度γだけ回転した状態で得られた紙面画像ＩＭ１０を示した図である。

画像補正部１０８は、角度γ時計周り方向に回転した紙面画像ＩＭ１０を、半時計周り方向に角度γ回転させて、補正画像ＩＭ１００（図１１参照）とする。

例えば、画像補正部１０８は、手を表す画像が、原点Ｏを基準としてどの程度の角度で回転した位置に含まれているかを特定して、角度γを求める。すなわち、実際には、紙面画像ＩＭ１０には、デジタルペン１Ａを持つユーザの手を表す画像が含まれている。デジタルペン１Ａが、例えば、反時計回り方向に角度γだけ回転すれば、手を表す画像は原点Ｏを基準として角度γだけ時計回り方向に回転した位置に含まれることとなる。

これにより、予め、Ｘ’軸プラス方向が紙面２の右方向であり、且つ、Ｙ’軸プラス方向が紙面２の上方向である場合に多いと想定される、ユーザの手の位置情報を記憶部１０２に記憶しておき、画像補正部１０８が、紙面画像ＩＭ１０における手の位置情報と、記憶部１０２に記憶された手の位置情報とを比較することにより、角度γを求めることができる。そして、画像補正部１０８は、角度γだけ、紙面画像ＩＭ１０を反時計回りに方向に回転させる。

或いは、画像補正部１０８は、紙面画像ＩＭ１０のエッジＥ１或いはＥ２を検出する。つまり、紙面画像ＩＭ１における紙面２の画像領域のエッジＥ１或いはＥ２を検出する。エッジＥ１或いはＥ２の傾きから、角度γが判るので、画像補正部１０８は、角度γだけ紙面画像ＩＭ１０を反時計回り方向に回転させる。以上の処理を得て、図１１に示す補正画像ＩＭ１００が得られる。

これにより、本実施の形態に係るデジタルペン１Ａは、当該デジタルペン１Ａの軸が回転することにより、紙面２のＸ軸及びＹ軸と、カメラ１０のＸ’軸及びＹ’軸方向とが異なる場合であっても、高い汎用性、且つ、低コストで、紙面２（描画領域）におけるペン先頂点１１Ａの位置を求めることができる。

（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３について説明するための、デジタルペン１Ｂと紙面２との関係を表す関係図である。図１３は、図１２をＺ軸プラス方向から見た図である。

デジタルペン１Ｂは、ユーザによって持たれた際には、図１２に示すように、重力方向ではなく、重力方向と所定の角度βをなした状態であることが多い。このような場合、ペン先頂点１１Ａの絶対位置は、以下のようにして求めることができる。

図１４は、図１１をＸ−Ｚ平面でモデル化したモデル図を示している。なお、球面鏡３の半径ａは、デジタルペン１Ｂの長さｈよりも極めて小さい。そのため、デジタルペン１Ｂの上端が、球面鏡３の最下点Ｐ１ではなく、球面鏡３の中心を基準として、最下点Ｐ１から紙面２の幅方向に第１角度θ１をなす接点Ｐ２に接しているとみなすことができるので、以下のことが言える。すなわち、ペン先頂点１１Ａが位置する点Ｐ３と球面鏡３の最下点Ｐ１とを結ぶ線分Ｐ３−Ｐ１を接点Ｐ２と接するように平行移動させた線分Ｐ２−Ｐ４の長さは、線分Ｐ１−Ｐ３の長さｈと等しいものとみなすことができる。したがって、図１４に示すモデル図を得ることができる。

図１４に示すモデル図から、原点Ｏから紙面２におろした垂線が紙面２と交わる点Ｐ５と、接点Ｐ２から紙面２におろした垂線が紙面２と交わる点Ｐ６との間の長さＡと、点Ｐ６と紙端２Ａとの間の長さＢと、接点Ｐ２と点Ｐ６との間の長さＣとが求まる。

具体的には、原点Ｏと、接点Ｐ２と、接点Ｐ２から紙面２と平行な線が原点Ｏから紙面２におろした垂線Ｏ−Ｐ５と交わる点Ｐ７とで直角三角形が形成されるから、点Ｐ５と点Ｐ６との間の長さＡは、次の式（３）で表すことができる。

Ａ＝ａ×ｓｉｎ（θ１−β）・・・（３）

ただし、ａは球面鏡３の半径、θ１は球面鏡３の最下点Ｐ１と接点Ｐ２とのなす角、βはＸ−Ｚ平面においてデジタルペン１Ｂが重力方向となす角度である。つまり、βはＹ軸方向（第２方向）から見てデジタルペン１Ｂが重力方向となす角度である。このβは、例えば、３軸角速度センサ１０３Ｂによって得られるＸ軸方向の角速度を積分することにより算出される。
また、紙端２Ａと、接点Ｐ２と、接点Ｐ２から紙面２におろした垂線が紙面２と交わる点Ｐ６と、紙端２Ａとで、直角三角形が形成されるから、点Ｐ６と紙端２Ａとの間の長さＢは、次の式（４）で表すことができる。

Ｂ＝Ｃ×ｔａｎ（２×θ１−β）・・・（４）

さらに、点Ｐ３と、原点Ｏと、点Ｐ５とで直角三角形が形成される。さらには、原点Ｏと、接点Ｐ２と、点Ｐ７とで直角三角形が形成される。そのため、長さＣは、次の式（５）で表すことができる。

Ｃ＝（ａ＋ｈ）×ｃｏｓβ−ａ×ｃｏｓ（θ１−β）・・・（５）

ただし、ｈはデジタルペン１Ｂの長さである。

ここで、図１４に示すように、Ｌｘは、ＡとＢとを用いて、次の式（６）で表すことができる。

Ｌｘ＝Ａ＋Ｂ・・・（６）

式（６）に、式（３）〜（５）の各々を代入すると、Ｌｘは次の式（７）で表すことができる。

Ｌｘ＝ａ×ｓｉｎ（θ１−β）＋｛（ａ＋ｈ）×ｃｏｓβ−ａ×ｃｏｓ（θ−β）｝
×ｔａｎ（２×θ１−β）・・・（７）

なお、ペン先頂点１１Ａと紙端２Ｂとの間の距離Ｌｙについては、距離Ｌｘを求める際と同様のモデル図を得ることができるから、Ｌｙは次の式（８）で表すことができる。

Ｌｙ＝ａ×ｓｉｎ（θ２−α）＋｛（ａ＋ｈ）×ｃｏｓα−ａ×ｃｏｓ（θ−α）｝
×ｔａｎ（２×θ２−α）・・・（８）

ただし、αはＹ−Ｚ平面においてデジタルペン１Ｂが重力方向となす角度である。つまり、αはＸ軸方向（第１方向）から見てデジタルペン１Ｂが重力方向となす角度である。このαは、例えば、３軸角速度センサ１０３Ｂによって得られるＹ軸方向の角速度を積分することにより算出される。

このようにして制御部１０４は、ペン先頂点１１Ａと紙端２Ａとの間の距離Ｌｘと、ペン先頂点１１Ａと紙端２Ｂとの間の距離Ｌｙとを取得した後、実施の形態１で説明した方法と同様の方法により、ペン先頂点１１Ａの絶対位置（Ｘ０，Ｙ０）を取得する。

＜効果＞
この構成によると、デジタルペン１Ｂと重力方向との間の角度も加味して、距離Ｌｘ及Ｌｙを得ることができるので、実際にデジタルペン１Ｂがユーザの手に持たれた場合に、デジタルペン１Ｂと重力方向との間に角度ができても、デジタルペン１Ｂのペン先頂点１１Ａの絶対位置を得ることができる。

なお、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記説明では、デジタルペンは紙面に描画するとして説明したが、デジタルペンが描画する対象はこれに限らず、ホワイトボード等の平面状の描画領域であってもよい。

また、上記説明では、デジタルペンはアンテナ５を含む移動軌跡情報出力部１０７を備えるとしたが、備えなくてもよい。つまり、記憶部１０２に記憶された移動軌跡情報は、デジタルペンに接続される外部メモリ（例えば、ＵＳＢメモリなど）に出力されてもよい。

また、上記説明では、デジタルペンは移動軌跡情報出力部１０６を備えるとしたが、備えなくてもよい。つまり、制御部によって絶対位置を求めるだけでもよい。

また、上記説明では、圧力センサ１０５を接触検出部の一例として説明したが、デジタルペン１のペン先頂点１１Ａ（デジタルペン１の一端）が紙面２と接触していることを検出する構成はこれに限らない。ただし、接触検出部として市場に広く流通している圧力センサ１０５を用いることにより、簡易に、且つ低コストで、接触検出部を設けることができる。

また、本発明は、情報処理装置と、上記説明したデジタルペンであって、情報処理装置に入力操作を行うデジタルペンとを備える情報処理システムとして実現されてもよい。この構成によると、情報処理装置は、デジタルペンの制御部により求められた絶対位置を用いて、入力操作を受け付けることができる。したがって、情報処理装置は、デジタルペンによって描画領域に描かれた文字や図形に応じた処理を行うことができる。

また、例えば、上記のデジタルペンを構成する構成要素の一部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、などから構成されても良い。ＲＡＭまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各構成要素は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

さらに、上記のデジタルペンを構成する構成要素の一部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしても良い。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

さらにまた、上記のデジタルペンを構成する構成要素の一部は、デジタルペンに脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしても良い。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしても良い。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしても良い。

本発明は、ユーザ操作により処理を指定する機器、例えば、ＳＴＢ（Ｓｅｔ Ｔｏｐ Ｂｏｘ）、ゲーム機、あるいは、ＡＶ機器などの入力デバイスに適用できる。

１、１Ａ、１Ｂ デジタルペン
２ 紙面
２Ａ 紙端（紙面の幅方向の紙端）
２Ｂ 紙端（紙面の長さ方向の紙端）
２Ａ’ 第１端（紙面画像の右端）
２Ｂ’ 第２端（紙面画像の上端）
３ 球面鏡
５ アンテナ
１０ カメラ
１１ ペン先
１１Ａ ペン先頂点
１０１ 距離算出部
１０２ 記憶部
１０２Ａ、１０２Ｂ 対応付け
１０３ ６軸センサ
１０３Ａ ３軸加速度センサ
１０３Ｂ ３軸角速度センサ
１０４ 制御部
１０５ 圧力センサ
Ｅ１、Ｅ２ エッジ
ＩＭ１、ＩＭ１０ 紙面画像
ＩＭ１００ 補正画像
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 反射光
ｌｘ 第１距離
ｌｙ 第２距離
Ｌｘ ペン先と第１端部との間の距離
Ｌｙ ペン先と第２端部との間の距離
Ｐ１ 最下点
Ｐ２ 接点
Ｐ３〜Ｐ６ 点
θ１ 第１角度
θ２ 第２角度

Claims (7)

1. 平面状の描画領域に描画するためのデジタルペンであって、
   前記デジタルペン及び前記描画領域を含む前記描画領域方向を映し出す鏡と組み合わせて用いられ、
   前記デジタルペンの一端が前記描画領域と接触した状態で、前記鏡に映し出された鏡像を画像として取得する鏡面画像取得部と、
   前記鏡面画像取得部で取得された前記画像において、予め定められた第１基準点から、予め定められた第１方向に沿って前記描画領域の第１端に至る第１距離と、前記第１基準点から、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記描画領域の第２端に至る第２距離とを算出する距離算出部と、
   （１）前記デジタルペンの長さを記憶しており、且つ、（２）光の反射角に関する情報として、前記画像において前記第１基準点から前記第１方向に沿って離れた距離と、当該距離に対応する位置から前記鏡に入射した光の反射角である第１角度とを対応付けて記憶し、且つ、（３）前記光の反射角に関する情報として、さらに、前記画像において前記第１基準点から前記第２方向に沿って離れた距離と、当該距離に対応する位置から前記鏡に入射した光の反射角である第２角度とを対応付けて記憶している記憶部と、
   前記距離算出部によって算出された前記第１距離及び前記第２距離と、前記記憶部に記憶されている前記光の反射角に関する情報及び前記デジタルペンの長さとを用いて、前記第１距離に対応する前記第１角度、及び、前記第２距離に対応する前記第２角度を求め、求めた前記第１角度及び前記第２角度に基づいて、前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、及び、前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離を求め、これら２つの距離に基づいて、前記デジタルペンの一端の前記描画領域における絶対位置を求める制御部と、を備える
   デジタルペン。
2. 前記制御部は、以下の２式に基づいて、前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、及び、前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離を求める
   請求項１に記載のデジタルペン
   Ｌｘ＝ｈ’×ｔａｎ（２×θ１）
   Ｌｙ＝ｈ’×ｔａｎ（２×θ２）
   但し、Ｌｘは前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、Ｌｙは前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離、ｈ’は前記デジタルペンの重力方向の長さ、θ１は前記第１角度、θ２は前記第２角度を、それぞれ表す。
3. 前記鏡は、前記デジタルペンの他端と対向する、凸状の鏡面を備える
   請求項１又は２に記載のデジタルペン。
4. さらに、
   前記デジタルペンの一端が前記描画領域と接していることを検出する接触検出部を備え、
   前記制御部は、前記接触検出部によって、前記デジタルペンの一端が前記描画領域と接していることが検出されている際に、前記鏡面画像取得部、及び、前記距離算出部を作動させ、
   前記接触検出部は、圧力センサで構成されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタルペン。
5. さらに、
   前記デジタルペンが重力方向となす角度を検出する角度検出部を備え、
   前記制御部は、以下の２式に基づいて、前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、及び、前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離を求める
   請求項１、３及び４のいずれか１項に記載のデジタルペン
   Ｌｘ＝ａ×ｓｉｎ（θ１−β）
   ＋｛（ａ＋ｈ）×ｃｏｓβ−ａ×ｃｏｓ（θ１−β）｝×ｔａｎ（２×θ１−β）
   Ｌｙ＝ａ×ｓｉｎ（θ２−α）
   ＋｛（ａ＋ｈ）×ｃｏｓα−ａ×ｃｏｓ（θ２−α）｝×ｔａｎ（２×θ２−α）
   但し、Ｌｘは前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、Ｌｙは前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離、ｈは前記デジタルペンの長さ、θ１は前記第１角度、θ２は前記第２角度、βは前記第２方向から見て前記デジタルペンが重力方向となす角度、αは前記第１方向から見て前記デジタルペンが重力方向となす角度、ａは前記鏡の予め定められた第２基準点から前記デジタルペンの他端までの距離を、それぞれ表す。
6. さらに、
   前記デジタルペンの一端の前記描画領域上における動き情報を取得する動き情報取得部と、
   前記動き情報取得部によって取得された前記動き情報と、前記制御部によって求められた、前記デジタルペンの一端の前記絶対位置を示す情報とを用いて、前記デジタルペンの一端の前記描画領域上における移動軌跡を表す移動軌跡情報を生成する移動軌跡情報生成部と、を備え、
   前記記憶部は、さらに、前記移動軌跡情報を記憶する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のデジタルペン。
7. 情報処理装置と、当該情報処理装置に入力操作を行うデジタルペンとを備える情報処理システムであって、
   前記デジタルペンは、
   平面状の描画領域に描画するためのデジタルペンであって、
   当該デジタルペン及び前記描画領域を含む前記描画領域方向を映し出す鏡と組み合わせて用いられ、
   前記デジタルペンの一端が前記描画領域と接触した状態で、前記鏡に映し出された鏡像を画像として取得する鏡面画像取得部と、
   前記鏡面画像取得部で取得された前記画像において、予め定められた第１基準点から、予め定められた第１方向に沿って前記描画領域の第１端に至る第１距離と、前記第１基準点から、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記描画領域の第２端に至る第２距離とを算出する距離算出部と、
   （１）前記デジタルペンの長さを記憶しており、且つ、（２）光の反射角に関する情報として、前記画像において前記第１基準点から前記第１方向に沿って離れた距離と、当該距離に対応する位置から前記鏡に入射した光の反射角である第１角度とを対応付けて記憶し、且つ、（３）前記光の反射角に関する情報として、さらに、前記画像において前記第１基準点から前記第２方向に沿って離れた距離と、当該距離に対応する位置から前記鏡に入射した光の反射角である第２角度とを対応付けて記憶している記憶部と、
   前記距離算出部によって算出された前記第１距離及び前記第２距離と、前記記憶部に記憶されている前記光の反射角に関する情報及び前記デジタルペンの長さとを用いて、前記第１距離に対応する前記第１角度、及び、前記第２距離に対応する前記第２角度を求め、求めた前記第１角度及び前記第２角度に基づいて、前記デジタルペンの一端と前記第１端との間の距離、及び、前記デジタルペンの一端と前記第２端との間の距離を求め、これら２つの距離に基づいて、前記デジタルペンの一端の前記描画領域における絶対位置を求める制御部とを備え、
   前記情報処理装置は、前記制御部により求められた前記絶対位置を用いて、前記入力操作を受け付ける
   情報処理システム。

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