JP3045891B2

JP3045891B2 - 手書き入力装置

Info

Publication number: JP3045891B2
Application number: JP5063549A
Authority: JP
Inventors: 義道米沢; 一典伊東; 昌巳橋本; 裕記石川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 2000-05-29
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JPH07200127A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、筆記具（入力ペン）の
動きから文字パターン情報や運筆情報や文字種情報を得
る手書き入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、手書きによる文字入力装置（手書
き入力装置）の開発が盛んに進められている。手書き文
字をデータ化する方法は、一般に、既に書かれた手書き
文字を光学式文字読取装置（ＯＣＲ）やイメージスキャ
ナによって取込み解析してデータ化する方法と、手書き
時の筆記具の位置データを連続的に取込み解析してデー
タ化する方法とに大別でき、それぞれ実用化されてい
る。後者の方法は、手書き時にリアルタイム処理やオン
ライン処理が可能であり、また、比較的認識が容易であ
るという特徴を有し、前者の方法とは異なる用途の商品
に実現されていることが多い。

【０００３】位置データを連続的に取込み解析して手書
き文字をデータ化する方法は、例えばいわゆるタブレッ
ト入力装置として実現されている。タブレット入力装置
は、筆記具（入力ペン）と、この筆記具の先端位置を検
出するためのタブレット部などから構成されており、こ
の先端位置データを筆記具の移動に伴い連続的に得るこ
とによって運筆データや文字パターンデータを得たり、
さらに、運筆データや文字パターンデータを適宜処理す
ることで文字種データを得るものである。

【０００４】筆記具の先端位置を検出するためのタブレ
ット部は、より詳細には、筆記領域を規定する特殊な入
力平面部と、この入力平面部上を筆記具が移動する際に
おける各時点での位置を検出する入力平面部に関連した
位置検出器とで構成されている。

【０００５】なお、この明細書において、文字パターン
データは、時間に関係がない文字形状を表すデータを言
い、運筆データは、時間に関係付けられた文字形状を表
すデータを言い、文字種データは、手書きされた文字の
種類を表すデータを言うこととする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
手書き入力装置（タブレット入力装置）においては、そ
の入力平面部が表示機能やメニューの選択機能等を有す
るため、筆記場所や筆記可能領域の大きさが制限されて
いるという問題を有する。

【０００７】また、入力平面部が筆記具先端の位置を検
出させるための特殊な構成を有しており、筆記具と入力
平面部との接触摩擦等が、紙面用の筆記具と紙面との接
触摩擦等と異なっており、手書きする感触や自由度が紙
面に筆記する場合とかなり異なり、筆記者に違和感を抱
くようにさせるという問題があった。すなわち、筆記感
覚が紙面上に筆記するのとは異なるために長時間の筆記
作業には向かないものである。因に、紙面用の筆記具に
よって紙面に筆記すると同様な筆記感覚を与えるよう
に、手書き入力装置における筆記具先端の材質や平面入
力部の材質などを適宜選定する改良も行なわれている
が、未だ不十分である。

【０００８】本発明は、以上の点を考慮してなされたも
のであり、できるだけ自然の筆記状態によって手書き文
字に関する文字パターン情報や運筆情報や文字種情報を
得ることができる、しかも、筆記平面や筆記領域等の制
約が少ない手書き入力装置を提供しようとするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、第１の本発明の手書き入力装置は、筆記具に取り付
けられ、この筆記具の移動に伴う２次元加速度を検出す
る加速度センサと、この加速度センサからの加速度検出
信号を時間関数として２回積分して文字パターン情報又
は運筆情報を得る検出信号処理手段とを備え、検出信号
処理手段は、筆記具及び入力平面間が接触している有効
な筆記中状態を、加速度検出信号に含まれる２個の周波
数成分の内の高周波成分の存在によって認識することを
特徴とする。また、第２の本発明の手書き入力装置は、
筆記具に取り付けられ、この筆記具の移動に伴う２次元
加速度を検出する加速度センサと、個々の文字の筆記中
の加速度検出信号を予め測定して基準信号として記憶し
ており、今回検出された加速度検出信号と基準の加速度
検出信号とを照合して文字種を認識する検出信号処理手
段とを備え、検出信号処理手段は、筆記具及び入力平面
間が接触している有効な筆記中状態を、加速度検出信号
に含まれる２個の周波数成分の内の高周波成分の存在に
よって認識することを特徴とする。第１又は第２の本発
明の手書き入力装置において、上記筆記具に設けられて
いる構成部分と、上記筆記具以外に設けられている構成
部分との信号授受を無線で行なうことが好ましい。

【００１０】

【作用】従来の手書き入力装置においては、筆記具と入
力平面部との相互作用や協働によって筆記具先端の位置
を検出するものであり、そのため、入力平面部として特
殊なものを適用することが必須であり、上述のような不
都合が生じている。そこで、入力平面部に関係なく、筆
記具側からの信号だけで手書き入力に係る情報を得るこ
とができれば上記不都合を解決することができる。

【００１１】入力平面部に関係なく筆記具の位置情報を
直接求めることは難しいが、現在存在しているセンサを
考慮した場合、筆記具の変位の時間変化に関係した物理
量を筆記具側の構成だけから得るようにすることはでき
る。すなわち、筆記具の移動時の加速度は、加速度セン
サを筆記具に設けることで入力平面部に関係なく得るこ
とができる。

【００１２】そこで、第１又は第２の本発明において
は、筆記具に、この筆記具の移動に伴う２次元加速度を
検出する加速度センサと、この加速度センサからの加速
度検出信号を、検出信号処理手段が適宜処理すること
で、筆記された文字のパターン情報、運筆情報又は文字
種情報を得ることとした。

【００１３】ここで、検出信号処理手段が検出された加
速度検出信号を時間関数として２回積分することで、文
字パターン情報又は運筆情報を得ることができ、さら
に、これらの情報を既存の方法によって適宜処理するこ
とで文字種情報を得ることができる。

【００１４】なお、加速度センサを適用した場合、文字
パターン情報や運筆情報に一旦変換することなく、文字
種を得ることができる。すなわち、検出信号処理手段
は、個々の文字の筆記中の加速度検出信号を予め測定し
て基準信号として記憶しており、今回検出された加速度
検出信号と基準の加速度検出信号とを照合して文字種情
報を得ることができ、このようにした場合、全体の装置
構成を簡単なものとすることができる。

【００１５】また、加速度センサを適用した場合、得ら
れた加速度検出信号は２個の周波数成分を含み、低周波
成分は、筆記具の移動に伴うものであり、高周波成分
は、筆記具及び筆記面間の接触摩擦によるものである。
そこで、高周波成分の存在によって、有効な筆記中状態
を検出して処理すれば、不要な情報を含まない文字パタ
ーン情報や運筆情報が得られ、また、正確な文字種情報
が得られる。

【００１６】なお、筆記具には、加速度センサだけを設
けても良く、また、これに加えて検出信号処理手段の一
部を構成する要素をも設けても良いが、いずれにせよ、
筆記部に設けられている構成部分と、筆記具以外に設け
られている構成部分との信号授受を無線で行なうように
すると、筆記者が筆記動作を容易に行なうことができて
好ましい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明による手書き入力装置の第１実
施例を図面を参照しながら詳述する。ここで、図１は、
第１実施例の電気的処理構成を示すブロック図であり、
図２は、第１実施例の筆記具の外観構成などを示す斜視
図である。

【００１８】図２において、この実施例の場合、入力ペ
ンとなる筆記具１は、例えばボールペンやシャープペン
シル等の先端部が縮径している中空円筒体形状の紙面用
筆記具であり、入力平面部（入力平面紙）４は、例えば
コピー用紙やトレーシングペーパー等の筆記用紙であ
る。

【００１９】筆記具１の先端部側の外周面には、２個の
小型の１次元加速度センサ３及び４が取り付けられてい
る。一方の加速度センサ３の検出方向と、他方の加速度
センサ４の検出方向と、筆記具１の軸線とは、相互に直
交するようになされている。各加速度センサ３、４の加
速度検出信号は、筆記具１の中空部を通り、筆記具１の
基端部側から外部に延出されているケーブル５を介し
て、図示しない加速度検出信号の処理構成（図１参照）
に与えられるようになされている。

【００２０】ここで、加速度センサ２及び３を筆記具１
の先端部に設けるようにしたのは、筆記具１先端の加速
度が正しく加速度検出信号に反映されることを考慮する
と共に、筆記者が筆記具１を一般の紙面用筆記具に対す
ると同様に把持できることを考慮したためである。ま
た、ケーブル５の外部への延出点を筆記具１の基端部側
としたのも、筆記者が筆記具１を一般の紙面用筆記具に
対すると同様に把持できることを考慮したためである。

【００２１】さらに、加速度センサ２及び３を設けて筆
記時の加速度を検出することとしたのは、入力平面部４
の構成に関係なく、筆記具１の移動だけによって得られ
る情報であることに着目したためである。

【００２２】なお、この実施例の場合、一方の加速度セ
ンサ（以下、Ｘ方向加速度センサと呼ぶ）２の検出方向
（以下、Ｘ方向と呼ぶ）と漢数字「一」の筆記方向とが
一致し、他方の加速度センサ（以下、Ｙ方向加速度セン
サと呼ぶ）３の検出方向（以下、Ｙ方向と呼ぶ）と算用
数字「１」の筆記方向とが一致するように、筆記具１を
把持させることを筆記者に要求する。

【００２３】図３は、各加速度センサ２又は３の筆記時
の加速度検出信号のパワースペクトル例を示すものであ
り、横軸は周波数、縦軸は各周波数のパワーを正規化し
た値である。この図３から明らかなように、加速度検出
信号は、１０Ｈｚ以下の成分αＬと１００Ｈｚ付近の成
分αＨとの２個の周波数成分に分離することができる。
空中に筆記した場合には加速度検出信号における低周波
成分αＬだけが現れたので、低周波成分αＬが筆記時の
筆記具１先端の動きによる成分であり、高周波成分αＨ
は筆記具１及び入力平面紙４間の摩擦による成分である
ことが判る。

【００２４】図１において、Ｘ方向加速度センサ２から
のＸ方向の加速度検出信号は、例えば図示しない前置増
幅器によって増幅された後、アナログ／デジタル変換器
７によってデジタル信号に変換される。デジタル信号に
変換されたＸ方向の加速度検出信号はローパスフィルタ
回路７及び筆記中状態検出部１５に与えられる。ローパ
スフィルタ回路７は、筆記時の筆記具１先端のＸ方向の
動きを表す低周波成分を抽出する。Ｘ方向の加速度低周
波成分は、２段の積分回路８及び９を介することによ
り、時間関数として２回積分されてＸ方向の変位信号と
してペンレコーダ１０に与えられる。

【００２５】一方、Ｙ方向加速度センサ３からのＹ方向
の加速度検出信号は、例えば図示しない前置増幅器によ
って増幅された後、アナログ／デジタル変換器１１によ
ってデジタル信号に変換されてローパスフィルタ回路１
２及び筆記中状態検出部１５に与えられる。ローパスフ
ィルタ回路１２は、デジタル信号に変換されたＹ方向の
加速度検出信号から、筆記時の筆記具１先端のＹ方向の
動きを表す低周波成分を抽出する。Ｙ方向の加速度低周
波成分は、２段の積分回路１３及び１４を介することに
より、時間関数として２回積分されてＹ方向の変位信号
としてペンレコーダ１０に与えられる。

【００２６】また、筆記中状態検出部１５は、ハイパス
フィルタ回路を中心に構成されており、デジタル信号に
変換されたＸ方向の加速度検出信号から、筆記時の筆記
具１及び入力平面紙４間の摩擦による高周波成分を抽出
すると共に、デジタル信号に変換されたＹ方向の加速度
検出信号から、筆記時の筆記具１及び入力平面紙４間の
摩擦による高周波成分を抽出し、いずれか一方向の加速
度検出信号から高周波成分が抽出されている期間を示す
信号を筆記中状態（運筆中の状態）を表す信号としてペ
ンレコーダ１０に与える。

【００２７】ペンレコーダ１０は、筆記中状態検出部１
５からの信号が筆記中状態を表している期間に、積分回
路９から与えられたＸ方向の変位信号及び積分回路１４
から与えられたＹ方向の変位信号によって記録ペン１６
を移動させ、筆記具１による筆記文字を再現筆記する。

【００２８】上記第１実施例によれば、筆記具１に２個
の１次元加速度センサ２及び３を取付け、これら加速度
センサ２及び３からの２次元加速度検出信号から筆記位
置情報を得るようにしたので、すなわち、入力平面部
（入力平面紙）４は位置検出に無関係とし、筆記具１の
動きからだけ筆記文字情報を得るようにしたので、筆記
場所や筆記可能領域の大きさが制限されていることはな
い。

【００２９】また、上記第１実施例によれば、入力平面
部（入力平面紙）４は位置検出に無関係であって筆記具
１の動きからだけ筆記位置情報を得ることができるの
で、入力平面部４の材質や筆記具１先端の材質などに対
する自由度が高く、上述のように、一般的な紙面用筆記
具を用いて紙面に筆記して手書き入力することができ、
筆記者に自然な筆記感を与えることができ、その結果、
長時間の入力作業への対応性を良好なものとできる。

【００３０】さらに、上記第１実施例によれば、加速度
検出信号から筆記文字情報だけでなく、入力平面部４上
への筆記中状態を表す信号をも抽出するようにしたの
で、真に有効な筆記文字情報を得ることができる。例え
ば、日本語文字を筆記する場合、「画」が変わるときに
筆記具１を入力平面部４から離間させて次の「画」の書
き出し位置に筆記具１先端を移動させるので、加速度検
出信号から単に求めた筆記文字情報では文字を構成しな
い筆記具１先端軌跡を含むようになるが、入力平面部４
上への筆記中状態を表す信号を利用することにより、文
字を構成しない筆記具１先端軌跡を筆記文字情報から除
外することができる。

【００３１】図４は、本発明による手書き入力装置の第
２実施例の電気的処理構成を示すものであり、図１との
同一、対応部分には同一符号を付して示している。な
お、この第２実施例においても筆記具側の構成は図２に
示す通りである。

【００３２】図４において、ローパスフィルタ回路７に
よって得られた筆記時の筆記具１先端のＸ方向の動きを
表す低周波成分は文字種認識回路２０に与えられ、ま
た、ローパスフィルタ回路１２によって得られた筆記時
の筆記具１先端のＹ方向の動きを表す低周波成分も文字
種認識回路２０に与えられる。さらに、筆記中状態検出
部１５によって得られた筆記中状態を表す信号も文字種
認識装置２０に与えられる。

【００３３】文字種認識装置２０は、例えば、ＣＰＵ、
ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えた情報処理構成でなり、機能
的には、信号波形の記憶部２１や信号波形の照合部２２
やキー入力部２３からなる。

【００３４】文字種認識装置２０において、キー入力部
２３から基準信号の記憶モードが指示されたときには、
記憶させる文字種情報をキー入力部２３から取込んだ
後、筆記中状態検出部１５からの筆記中状態を表す信号
が有意である期間に、各ローパスフィルタ回路７、１２
から到来した両方向の低周波成分の信号波形を、入力さ
れた文字種情報に対応させて照合用の基準信号として記
憶部２１に記憶させる。

【００３５】文字種認識装置２０において、キー入力部
２３から文字種の認識モードが指示されたときには、照
合部２２は、筆記中状態を表す信号が有意である期間に
到来した今回の両方向の低周波成分信号波形を、記憶部
２１に格納されている基準信号と照合し、最も類似度が
高い基準信号に係る文字種情報を得て出力する。なお、
信号波形同士の照合方法としては既存の種々の方法を適
用できる。

【００３６】得られる情報が第１実施例とは異なるが、
この第２実施例によっても、筆記場所や筆記可能領域の
大きさが制限されない、筆記者に自然な筆記感を与える
ことができて長時間の入力作業への対応性が良好にな
る、文字を構成しない筆記具先端軌跡を処理時に除外で
きる、という効果を得ることができる。

【００３７】また、この第２実施例によれば、一旦文字
パターン情報や運筆情報を得た後文字種情報を得る場合
に比較して、装置を簡便に実現できると共に、処理時間
を短いものとできる。

【００３８】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、以下に示すような各種の変形実施例を許
容するものである。

【００３９】(1) 上記実施例においては、１次元加速度
センサを２個用いたものを示したが、３個以上の１次元
加速度センサを筆記具に設けて各センサからの加速度検
出信号を処理することで、得られる文字パターン情報や
運筆情報や文字種情報の精度を向上させるようにしても
良い。例えば、筆記具１の傾斜に伴う、１次元加速度セ
ンサの検出方向と入力平面部との非平行性の影響を、検
出方向が同一の１次元加速度センサを筆記具を挾んで２
個設けて除去するようにしても良い。

【００４０】(2) 上記実施例においては、加速度センサ
を用いたものを示したが、他の種類のセンサを用いるこ
ともできる。例えば、加速度センサに代えて、加速度セ
ンサと同様に筆記具先端の位置変化に係る時間関数情報
（動的情報）を出力できるものである速度センサや角速
度センサを適用して、文字パターン情報や運筆情報や文
字種情報を得るようにしても良い。また、例えば、２個
の１次元加速度センサに加えて傾斜センサを設けて、筆
記具の筆記時の傾斜に応じて、加速度検出信号や、加速
度検出信号から得られる情報を修正するようにしても良
い。

【００４１】従来の手書き入力装置は、筆記具先端の位
置を直接検出することを意図したものであるが、本発明
は、筆記具先端位置の動的な変化信号をまず検出してい
ることに大きな特徴を有するものである。

【００４２】なお、加速度センサは、速度センサや角速
度センサに比較して、筆記具に簡便に装着できる、しか
も大きさも小型のものが多く、より実用的であると考え
られる。

【００４３】因に、筆記具に加速度センサを取り付けて
情報処理する方式として、特公平４−２０２１３号公報
に記載されたものがある。しかし、この記載技術は、署
名筆記時の加速度検出信号と、同一筆記者によって予め
署名筆記されて格納されている加速度検出信号とを照合
することにより、署名筆記者の同定や検証を行なうため
のものであり、文字パターン情報や運筆情報や文字種情
報を得るために適用されておらず、単に、筆記具構成だ
けが本発明の構成に近似している。

【００４４】(3) 上記実施例においては、加速度センサ
を筆記具の外周に設けたものを示したが、筆記具の内部
に設けるようにしても良い。

【００４５】(4) 上記実施例においては、加速度検出信
号をデジタル信号に変換して周波数成分の抽出や積分な
ど各種の処理を行なうものを示したが、これらをアナロ
グ信号段階で行なっても良いことは勿論である。

【００４６】(5) 上記実施例においては、ローパスフィ
ルタ回路や積分回路や筆記中状態検出部を、信号処理装
置本体側に設けたものを示したが、これらの一部の回路
を筆記具側に設けるようにしても良い。

【００４７】(6) 上記実施例においては、筆記具及び信
号処理装置本体間の信号授受をケーブル（有線）によっ
て行なうものを示したが、無線によって行なうようにし
ても良い。このようにすると、筆記具を移動させる際に
ケーブルが邪魔をすることがなくなり、筆記がよりし易
いものとなる。

【００４８】(7) 本発明において、加速度検出信号等を
処理して得る情報やその情報の出力の仕方などを以下の
ようにしても良い。

【００４９】筆記具位置を連続した筆記軌跡を時間に無
関係に表した文字パターン情報だけでなく、その軌跡を
時間変化で表した運筆情報を得るようにしても良く、ま
た、文字種類を規定する文字種情報を得るようにしても
良い。文字パターン情報や運筆情報から文字種情報を得
る方法は、各種の方法が提案されており、これら既存の
方法を適用することができる。

【００５０】得られた文字パターン情報や文字情報や運
筆情報は、機械的筆記装置によって再現筆記出力させて
も良く、記憶装置に一旦記憶させたり表示装置によって
表示させたりしても良く、ワープロ等の情報処理構成に
直ちに与えるようにしても良い。

【００５１】(8) 加速度検出信号に対する処理を直ちに
実行するのではなく、加速度検出信号をカセットテープ
等の記録媒体に記録し、その後、カセットテープ等の記
録媒体を解析装置に設けられている記録媒体再生装置に
装填して再生させて、加速度検出信号を処理するように
しても良い。

【００５２】(9) 上記実施例においては、ローパスフィ
ルタ回路が設けられているものを示したが、積分回路は
ローパスフィルタ回路としても機能しているので、ロー
パスフィルタ回路を省略することもできる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、入力平
面部に無関係に、筆記具の移動時の加速度センサ出力信
号から必要な情報を得るようにしたので、できるだけ自
然の筆記状態によって手書き文字に関する情報を得るこ
とができる、しかも、筆記平面や筆記領域等の制約が少
ない手書き入力装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の信号処理構成を示すブロック図で
ある。

【図２】第１実施例の筆記具の外観構成などを示す斜視
図である。

【図３】第１実施例の加速度センサからの検出信号のパ
ワースペクトル図である。

【図４】第２実施例の信号処理構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１筆記具、２、３１次元加速度センサ、７、１２ローパスフィルタ回路、８、９、１３、１４積分回路、１０ペンレコーダ、１５筆記中状態検出部、２０文字種認識装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川裕記長野県長野市青木島３−３−１ (56)参考文献特開平４−337818（ＪＰ，Ａ) 特開平３−88089（ＪＰ，Ａ) 特開平５−11921（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/03 310 G06F 3/03 380

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】筆記具に取り付けられ、この筆記具の移
動に伴う２次元加速度を検出する加速度センサと、この加速度センサからの加速度検出信号を時間関数とし
て２回積分して文字パターン情報又は運筆情報を得る検
出信号処理手段とを備え、上記検出信号処理手段は、上記筆記具及び入力平面間が
接触している有効な筆記中状態を、上記加速度検出信号
に含まれる２個の周波数成分の内の高周波成分の存在に
よって認識することを特徴とした手書き入力装置。
【請求項２】筆記具に取り付けられ、この筆記具の移
動に伴う２次元加速度を検出する加速度センサと、個々の文字の筆記中の加速度検出信号を予め測定して基
準信号として記憶しており、今回検出された加速度検出
信号と基準の加速度検出信号とを照合して文字種を認識
する検出信号処理手段とを備え、上記検出信号処理手段は、上記筆記具及び入力平面間が
接触している有効な筆記中状態を、上記加速度検出信号
に含まれる２個の周波数成分の内の高周波成分の存在に
よって認識することを特徴とした手書き入力装置。
【請求項３】上記筆記具に設けられている構成部分
と、上記筆記具以外に設けられている構成部分との信号
授受を無線で行なうことを特徴とした請求項１又は２に
記載の手書き入力装置。