JP3560418B2 - ペン型入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は図形及び文字を入力するペン型入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ装置等の入力装置としてはキーボード、マウス、デジタイザ、ライトペン及びタブレット等が用いられている。コンピュータ装置の小型化に伴い、携帯端末装置のニーズが高まり利用者も年々増加している。そこで、小型の入力装置が求められるようになった。
【０００３】
キーボードの小型化にはヒューマンインターフェイスの点で限界があり、携帯端末装置の入力装置としては実用性が低い。また、マウスはポインティングデバイスとしては小型化が可能であるが、図形及び文字等の入力には適さない。
【０００４】
このため、例えば特開平６−６７７９９号公報に掲載されたペン型のコンピュータ入力装置、特開平７−８４７１６号公報に掲載されたデータ入力装置、特開平７−２００１２７号公報に掲載された手書き入力装置及び特開平６−２３０８８６号公報に掲載されたペンシル型入力装置のようなタブレットレスの入力装置が開発された。
【０００５】
特開平６−６７７９９号公報に掲載されたペン型のコンピュータ入力装置は加速度センサで移動方向と移動距離を調べ、圧電振動ジャイロで加速度センサが検出した移動方向及び移動距離のペン型のコンピュータ入力装置のローテーションによる影響を補正している。さらに、特開平７−８４７１６号公報に掲載されたデータ入力装置は互いに直角に配置された振動ジャイロからの極性及び振幅を示す信号を基に装置の移動方向及び移動距離を検出している。さらに、特開平７−２００１２７号公報に掲載された手書き入力装置は２個の加速度センサからの信号を基に装置の移動方向及び移動距離を求めている。さらに、特開平６−２３０８８６号公報に掲載されたペンシル型入力装置は２組の加速度センサをペン軸上の異なった位置に設け、この２組の加速度センサからの出力を基に加速度センサの取り付け位置による影響を補正したペン先部の移動方向及び移動距離を求めている。
【０００６】
また、ペン型入力装置に関するものでなく、例えばゲーム機に利用されているものであるが、特開平７−２９４２４０号公報に掲載された位置センサは、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサとＸ軸周り，Ｙ軸周り及びＺ軸周りの角速度を検出するジャイロを備え、これらが検出した加速度及び角速度基にストラップダウン方式の演算を行って、頭部の移動速度、位置、姿勢及び向きを検出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−６７７９９号公報に掲載されたペン型のコンピュータ入力装置では、装置のローテーションによる影響を補正するもので、装置がダイナミックな傾斜を伴う場合には補正することができない。通常の筆記動作では装置のダイナミックな傾斜を伴うので、検出結果が不正確になる場合がある。
【０００８】
さらに、特開平７−８４７１６号公報に掲載されたデータ入力装置は手首の回転動作を検出して移動方向及び移動距離を入力するものなので、図形等の入力には適さない。
【０００９】
さらに、特開平７−２００１２７号公報に掲載された手書き入力装置では、装置の傾斜及び回転に対する補正手段がないため、検出結果が不正確になる場合がある。
【００１０】
さらに、特開平６−２３０８８６号公報に掲載されたペンシル型入力装置は加速度センサが検出した加速度に装置の回転角に対する成分が含まれていることを考慮していないため移動距離の検出誤差が大きくなる場合がある。
【００１１】
また、特開平７−２９４２４０号公報に掲載された位置センサは、頭部の移動速度、位置、姿勢及び向きを空間的に検出するものなので、複雑な演算処理を採用しているが、ペン型入力装置では装置の小型化が要求されているため、簡単な演算処理で正確に被筆記面上の移動方向及び移動距離を検出しなければならない。
【００１２】
この発明はかかる短所を解消するためになされたものであり、筆記入力を簡単な構成で正確に検出することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るペン型入力装置は、３個の加速度センサが出力したペン軸をＺｓ軸としたペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を求め、３個の加速度センサが検出した加速度を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定する。そして、静止状態でないと判定されて、３個のジャイロが出力したＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの回転角速度信号を基にペン軸の初期傾斜角からの傾斜角の変化を演算し、ペン軸の初期傾斜角と初期傾斜角からの傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を演算し、演算した筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出する処理を行っている間に、静止状態と判定された場合は、３個の加速度センサが検出した加速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を再度演算する。よって、傾斜角に検出値の累積誤差が大きくなる前に初期傾斜角をリセットし、より正確に筆記中の傾斜角検出を行うことができる。
【００１４】
また、ペン型入力装置は、３個の加速度センサが出力した加速度信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を求め、座標変換後の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度のＺｇ軸方向の成分と重力加速度とを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定し、静止状態でないと判定されて、３個のジャイロが出力した回転角速度信号を基に初期傾斜角からの傾斜角の変化を求め、ペン軸の初期傾斜角と初期傾斜角からの傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の傾斜角を演算し、演算した筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出する処理を行っている間に、静止状態と判定された場合は、３個の加速度センサが検出した加速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を再度演算する。よって、静止状態における誤差を一定範囲内に抑え、ペン先部の移動方向及び移動量の正確な検出を行うとともに、演算量を減らし静止状態判定に要する時間を短縮する。
【００１５】
さらに、予め定めた期間内にペン軸の初期傾斜角の演算を完了しなかったときは入力を無効とし、その旨をユーザに知らせ、センサドリフト等の影響を少なくするとともに、入力を無効とすることをユーザが知らずに入力を続けて、入力エラーを起こすことを防止する。
【００１８】
さらに、３個の加速度センサが検出した加速度を記憶し、記憶した加速度を基に静止状態の判定及びペン軸の初期傾斜角の演算を行って、確実に静止状態の判定を行った加速度と同一の加速度を基にペン軸の初期傾斜角の演算を行う。
【００１９】
さらに、重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＸｇ軸方向の加速度が予め定めた閾値以下となり、かつ、Ｙｇ軸方向の加速度も予め定めた閾値以下となる場合にのみ静止状態と判定して、静止状態か否かの判定を迅速に行う。
【００２０】
さらに、筆記中に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向の加速度と重力加速度との差が予め定めた値より大きくなると、静止状態か否かの判定を行い、誤差が大きくなる前に校正をするようにする。
【００２１】
さらに、筆記中に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向の加速度が予め定めた値以上になると入力データを無効としその旨を通知して、誤差が大きくなることを防止する。
【００２２】
さらに、静止状態と判定した後校正対象時点までに３個のジャイロが検出した回転角速度を積分してペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角の変化を演算し、求めた傾斜角と静止状態と判定しているときに演算した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を比較し、その差を基に校正対象時点のペン軸の傾斜角を補正し、補正後の傾斜角を基に校正対象時点に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に再度変換して、加速度を校正し入力誤差を少なくする。
【００２３】
また、静止状態と判定した後校正対象時点までに３個の加速度センサが検出した加速度の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における変化分と校正対象時点の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度とを基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度のオフセット値を求め、求めたオフセット値を基に校正対象時点における重力座標系における加速度を校正して、入力誤差を少なくする。
【００２４】
さらに、静止状態と判定してから次に静止状態と判定するまでの３個の加速度センサが検出した加速度と３個のジャイロが検出した回転角速度を記憶して、記憶した加速度と回転角速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度を校正して、前回静止状態と判定したときに遡って加速度を補正する。
【００２５】
さらに、静止状態と判定すると、加速度センサ及びジャイロによるサンプリングの周期を短くして、屈曲点における高周波数成分を検出し再現性を向上する。
【００２６】
さらに、静止状態及び静止状態に近づいたことを判定すると加速度センサ及びジャイロによるサンプリングの周期を短くして、３個の加速度センサが検出した加速度と３個のジャイロが検出した回転角速度を記憶して、屈曲点前後及び屈曲点における高周波数成分を検出し再現性を向上する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
この発明のペン型入力装置は、ペン軸をＺｓ軸としたペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を求め、Ｘｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの回転角速度を基に初期傾斜角からの傾斜角の変化を求め、ペン軸の初期傾斜角とペン軸の初期傾斜角からの傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の傾斜角を演算し、演算した筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出してコンピュータ装置等に文字、記号及び図形等を入力するものである。
【００２８】
ペン型入力装置は、例えば３個の加速度センサと３個のジャイロと演算部と記憶部を有する。３個の加速度センサは、例えばペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＺｓ軸近傍で、それぞれＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度を検出し、検出した加速度を示す信号を出力する。３個のジャイロはそれぞれＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの回転角速度を検出し、検出した回転角速度を示す信号を出力する。
【００２９】
演算部は、例えば静止状態判定部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と筆記中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部を備える。静止状態判定部は３個の加速度センサが出力した加速度信号を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定する。これは、筆記中であればＸｓ軸方向及びＹｓ軸方向の加速度が発生し、合成ベクトルが大きくなることを利用したものである。ここで、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとの差に一定の幅を設けたのはユーザの手の振動等による影響を考慮したものである。
【００３０】
初期傾斜角演算部は静止状態判定部が静止状態と判定しているときに３個の加速度センサが検出した加速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を演算する。ここで、初期傾斜角とは、筆記中のペン軸の傾斜角検出の基準となる傾斜角であり、筆記開始の際に求める場合と筆記中に一旦筆記を中断して求める場合とがある。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが検出した回転角速度を基にペン軸の初期傾斜角からの傾斜角の変化を演算する。筆記中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が演算した初期傾斜角と傾斜角変化演算部が演算した初期傾斜角からの傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を演算する。座標変換演算部は筆記中傾斜角演算部が検出した筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に変換する。移動量演算部は座標変換演算部が変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出して、装置の傾斜角による影響のない正確な筆記入力を行う。
【００３１】
また、ペン型入力装置の静止状態判定部は、座標変換後の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度のＺｇ軸方向の成分と重力加速度とを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定するようにしても良い。これにより、静止状態判定部は３個の加速度センサが検出した加速度信号を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出する必要がなく、演算時間を短縮することができる。
【００３２】
さらに、例えば無効判定部を備えるようにしても良い。無効判定部は、例えば静止状態判定部が静止状態と判断開始してから一定時間を計時するまでに、初期傾斜角演算部がペン軸の初期傾斜角の演算を完了しなかったときは筆記入力を無効とし、その旨を表示部のＬＥＤ等を点灯することによって示す。ここで、演算時間が予め定めた一定時間以上になった場合に入力を無効とするのは演算時間があまり長いとセンサドリフト等の影響を受けやすくなるためである。また、その場合に筆記入力を無効とする旨を示すのは、ユーザが入力を無効とすることを知らずに入力を続けることを防止するためである。
【００３３】
さらに、ペン軸の初期傾斜角の演算指示を入力する演算指示入力部を備え、演算指示入力部がペン軸の初期傾斜角の演算指示を入力し、静止状態判定部が静止状態と判定すると、初期傾斜角演算部は上記のように初期傾斜角を演算するようにしても良い。これにより、ユーザが任意の位置で初期傾斜角をリセットでき、検出した傾斜角に大きな累積誤差が生じることを防止できる。ここで、筆記中に初期傾斜角の演算を行うと演算速度が遅くなるので、演算期間を制限した方が効率が良い。一方、サンプリングのたびにペン先部の移動方向及び移動量を演算し、その際に前回サンプリングの際の傾斜角を基準として次のサンプリングの際の傾斜角を演算するために傾斜角に累積誤差が発生する可能性がある。そのため、初期傾斜角の演算期間を制限するとともにその累積誤差をなくすために初期傾斜角をリセットできるようにしたものである。
【００３４】
また、静止状態判定部は座標変換演算部が変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＸｇ軸方向の加速度及びＹｇ軸方向の加速度が予め定めた閾値以下となる場合にのみ、３個の加速度センサが検出した加速度信号を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定しても良い。初期傾斜角演算部は静止状態判定部が静止状態と判定しているときに３個の加速度センサが検出した加速度信号を基に再度重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を演算する。これにより、自動的に初期傾斜角をリセットすることができ、さらに確実に傾斜角に大きな累積誤差が生じることを防止することができる。
【００３５】
さらに、記憶部は３個の加速度センサが検出した加速度を記憶し、静止状態判定部及び初期傾斜角演算部は記憶部に記憶した加速度を基に静止状態の判定及びペン軸の初期傾斜角の演算を行うようにしても良い。これは、上記のように、静止状態判定部がＸｇ軸方向及びＹｇ軸方向の加速度が予め定めた閾値以下になったときに、３個の加速度センサが検出した加速度信号を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定する場合、静止状態判定部及び初期傾斜角演算部は同じ加速度を基に演算処理を行わなければならないため、処理速度を高速にする必要があり、処理が間に合わないために演算ができなくなることを防止するためである。
【００３６】
さらに、静止状態判定部は重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＸｇ軸方向の加速度が予め定めた閾値以下になり、かつ、Ｙｇ軸方向の加速度も予め定めた閾値以下になったときにのみ静止状態と判定して、静止状態の判定を迅速に行うようにしても良い。
【００３７】
さらに、筆記中に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向の加速度と重力加速度との差が予め定めた値より大きくなると、３個の加速度センサが検出した加速度信号を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定して、誤差が大きくなる前に初期傾斜角を再演算するようにしても良い。
【００３８】
さらに、無効判定部は筆記中に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向の加速度が予め定めた値以上になると入力データを無効として、筆記検出誤差が一定以上になることを防止しても良い。
【００３９】
さらに、補正部を有しても良い。記憶部は静止状態と判定してから次に静止状態と判定するまでの３個の加速度センサが検出した加速度と３個のジャイロが検出した回転角速度を記憶する。補正部はセンサ出力記憶部から静止状態と判定した後校正対象時点までに３個のジャイロが検出した回転角速度を読み出し、読み出した回転角速度を積分してペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角の変化を求め、求めた傾斜角と差分と静止状態と判定しているときに演算した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角とを比較し、その差を基に校正対象時点のペン軸の傾斜角を補正する。座標変換演算部は補正後の傾斜角を基に校正対象時点に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に再度変換して加速度を校正して、筆記入力検出誤差を少なくする。これは、検出した傾斜角に累積誤差がない場合は校正対象時点のペン軸の傾斜角から静止状態と判定した後校正対象時点までの傾斜角の変化の差分が静止状態と判定したときの傾斜角となり、誤差が生じている場合は静止状態と判定したときのペン軸の傾斜角との違いが生じることから、この違いを基に校正対象時点における傾斜角を補正し、誤差を少なくするものである。
【００４０】
また、補正部は静止状態と判定した後校正対象時点までに３個の加速度センサが検出した加速度の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における変化分と校正対象時点の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度とを基に加速度のオフセット値を求め、求めたオフセット値を基に校正対象時点における重力座標系における加速度を校正するようにしても良い。
【００４１】
さらに、静止状態及びその前後の加速度センサ及びジャイロによるサンプリングの周期を短くして、屈曲点における高周波数成分を検出し再現性を向上するようにしても良い。ここで、静止状態の前後の判定には、例えば加速度センサ及びジャイロの出力データを記憶し、その記憶したデータを用いて行う。
【００４２】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例のペン型入力装置１の構成図である。図に示すように、ペン型入力装置１は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ、演算部４、記憶部５及び電源部６を有する。加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれペン軸７をＺｓ軸とした場合のＺｓ軸と直交するＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向に向けて設けられ、Ｘｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度を検出し、検出した加速度を示す信号を出力する。加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃは、ピエゾ抵抗方式のもの以外に圧電方式のもの又は静電容量方式のものでも良い。ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの回転角速度を検出し、検出した回転角速度を示す信号を出力する。以下の説明では、ペン軸７をＺｓ軸とした座標系をペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）という。また、重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸とする座標系を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）という。さらに、Ｘｓ軸，Ｙｓ軸，Ｚｓ軸の各軸回りの回転角度をそれぞれφ，θ，ψとする。
【００４３】
演算部４は、図２に示すようにＡ／Ｄ変換器４１ａ〜４１ｆ、ローパスフィルタ４２ａ〜４２ｆ、ハイパスフィルタ４３ａ〜４３ｆ、筆記検出部４４、初期傾斜角演算部４５、傾斜角変化演算部４６、静止状態判定部４７、筆記中傾斜角演算部４８、座標変換演算部４９、移動量演算部５０及び無効判定部５１を備える。Ａ／Ｄ変換器４１ａ〜４１ｆは、それぞれ加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ローパスフィルタ４２ａ〜４２ｆはペン先部８と被筆記面との摩擦力により生じる加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号の高周波成分を遮断する。ハイパスフィルタ４３ａ〜４３ｆは加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号の摩擦による高周波数成分を抽出する。筆記検出部４４はハイパスフィルタ４３ａ〜４３ｆを経由した３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及び３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号のうちいずれか最初に高周波成分を含んだ信号を基に筆記開始を判断する。これは、筆記加速度成分は比較的に周波数が低い部分に表れ、ペン先部８と被筆記面との摩擦による成分は比較的周波数が高い部分に表れることを利用して筆記中か否かを判断するものである。
【００４４】
初期傾斜角演算部４５は３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）での加速度を基にペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）おける傾斜角の初期値φ０，θ０及びψ０を演算する。以後、この傾斜角の初期値φ０，θ０，ψ０を初期傾斜角φ０，θ０，ψ０という。傾斜角変化演算部４６は３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃが検出した回転角速度を基にペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における初期傾斜角φ０，θ０，ψ０からの傾斜角の変化Δφ，Δθ，Δψを演算する。静止状態判定部４７は３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度信号を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定する。これは、筆記中であればＸｓ軸方向及びＹｓ軸方向の加速度が発生し、合成ベクトルが大きくなることを利用したものである。ここで、合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとの差に一定の幅を設けたのはペン型入力装置１を握るユーザの手の振動等の影響があるためである。
【００４５】
筆記中傾斜角演算部４８は静止状態判定部４７が静止状態と判定しているときに初期傾斜角演算部４５が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における初期傾斜角φ０，θ０，ψ０と傾斜角変化演算部４６が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角の変化Δφ，Δθ，Δψを基に、筆記中のペン軸８の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角φ，θ，ψを求める。座標変換演算部４９は筆記中傾斜角演算部４８が検出した筆記中のペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角φ，θ，ψを基に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度に変換する。移動量演算部５０は座標変換演算部４９が変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度を基にペン先部８の移動方向及び移動距離を算出する。
【００４６】
ここで、演算部４の演算について説明する。重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）からペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）への座標変換式は次式のようになる。
【００４７】
【数１】

【００４８】
この式をペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）から重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）への座標変換式に変形すると、次式のようになる。
【００４９】
【数２】

【００５０】
ここで、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度をＡｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓ、重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度をＡｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇとして、上記式を一時的な近似式で近似し、加速度の変換式とすると次式のようになる。
【００５１】
【数３】

【００５２】
ここで、上式においては加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃがペン先部７の先端にあることを仮定している。実際の製作においては各速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ等をペン先部７の先端の同位置に設けることは不可能であるので、その位置のずれの分を補正しなければならないが、ここではその説明を省略する。
【００５３】
上式により、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓとペン軸８の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角φ，θ及びψが分かれば、重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇを演算することができる。
【００５４】
ここで、静止状態における重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇは次式で表わすことができる。
【００５５】
【数４】

【００５６】
上式を前記座標変換式に代入すると、次式のようになる。
【００５７】
【数５】

【００５８】
これにより、静止状態における初期平均傾斜角θａ，φａを求めることができる。ここで、上記のように静止時の初期平均傾斜角θａ，φａについて３本の方程式を得ることができるので、重力加速度ｇについても未知数として演算することも可能であり、重力加速度ｇの値を定義しなくとも初期平均傾斜角θａ，φａを算出することができる。
【００５９】
さらに、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の各軸Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓの回転角速度をＰ、Ｑ、Ｒとすると、回転角速度Ｐ、Ｑ、Ｒと傾斜角変化Δθ、Δφ、ΔΨの関係は次式で示される。
【００６０】
【数６】

【００６１】
次に、静止状態の判定について説明する。ペン型入力装置１を用いて、実際に円を描くと、Ｘｓ軸方向の加速度波形は、図３に示すようになる。ここで、点線で囲んだ部分Ａが静止状態と考えられる部分である。この部分を拡大すると、図４に示すようになり、静止状態としている部分にも実際には加速度の変動が表れる。これは、例えばペン型入力装置１を握るユーザの手の振動などに影響によるものである。任意の一点の加速度を取り、静止状態を判定してペン軸７の傾斜角を求めると、手の振動等が加わった量を求める可能性があり、誤差が生じたり、再現性が悪くなることがある。そこで、入力加速度の妥当性を判断し、もし条件に合わない場合は再度入力するようにする。以下にその原理の説明をする。
【００６２】
完全に静止している状態においては筆記加速度、傾斜角変化による加速度などは検知されず、３軸の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの出力にはそれぞれ重力加速度ｇの成分が表れる。つまり、これらの検出加速度より、上記のようにオイラー角θａ，φａ，Ψａが求まると同時にその合成加速度Ａの二乗の絶対値も以下の式で求まる。
【００６３】
【数７】

【００６４】
上記合成加速度Ａの二乗の絶対値は完全に静止している状態においては重力加速度ｇの二乗と一致するはずである。仮にδの二乗だけ不一致が生じたとし、これがペン軸８の動きによるものならば、約δだけ加速度のオフセットが残った事に相当する。入力座標値に対する影響は次式により表わすことができる。
【００６５】
【数８】

【００６６】
仮に一文字の筆記時における許容入力誤差を２ｍｍ、筆記時間を０．５秒とすれば約０．００１６Ｇのオフセット値しか許容されない。実際は完全に一軸方向にオフセットがのることが少なく、かつ、重力加速度の影響を受けやすいのが筆記に関係のないＺｓ軸方向の加速度のため、入力座標に対する影響は少なく、δに対する許容値はもう少し大きくなる。そこで、初期傾斜角演算の際に次の判定式を用いて入力加速度の妥当性を検証できる。
【００６７】
【数９】

【００６８】
次に、上記構成のペン型入力装置１の動作を図５のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
演算部４は一定周期で加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからＸｓ軸方向、Ｙｓ軸方向、Ｚｓ軸方向の加速度信号Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓ及びＸｓ軸周り、Ｙｓ軸周り、Ｚｓ軸周りの回転角速度信号Ｐ、Ｑ、Ｒを入力する。静止状態判定部４７は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃからＸｓ軸方向、Ｙｓ軸方向、Ｚｓ軸方向の加速度信号Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを入力し、入力した加速度信号Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）におけるペン先部８の加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内の場合は静止状態と判定する（ステップＳ１）。静止状態判定部４７が静止状態と判定すると、初期傾斜角演算部４５は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃから入力した加速度信号Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基に初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０を算出する（ステップＳ２）。このように、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）におけるペン先部８の加速度の合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内の場合は静止状態と判定するので、手の振動等による加速度の影響が予め定めた一定以上に初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０に影響することを防止でき、また、手の振動等による加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓへの影響をなくすために平均を取るなどの動作をする必要がなく、初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０の演算処理速度を速くすることができる。
【００７０】
ユーザが筆記を開始して筆記検出部４４が加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃからの加速度信号Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの回転角速度信号Ｐ、Ｑ、Ｒのいずれかから高周波数成分を検出し、筆記開始を検出すると、無効判定部５１は初期傾斜角演算済みか否かを調べる（ステップＳ４）。ここで、初期傾斜角が演算済みでないときは筆記中の傾斜角の演算をすることができないので、無効判定部５１は以後の入力を無効にすることとし、エラーが発生した旨を表示する（ステップＳ５）。
【００７１】
ユーザが筆記を開始した直後は静止状態ではないので（ステップＳ６）、傾斜角変化演算部４６はジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの回転角速度信号Ｐ、Ｑ、Ｒを基に傾斜角の変化Δθ，Δφ，ΔΨを演算する（ステップＳ７）。筆記中傾斜角演算部４８は初期傾斜角演算部４５が演算した初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０と傾斜角変化演算部４６が演算した傾斜角の変化Δθ，Δφ，ΔΨを基に筆記中の傾斜角θ，φ，Ψを演算する（ステップＳ８）。座標変換演算部４９は筆記中傾斜角演算部４８が演算した筆記中のペン軸７の傾斜角θ，φ，Ψを基に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇに変換する（ステップＳ９）。移動量演算部５０は座標変換演算部４９が変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇを基にペン先部８の移動方向及び移動量を算出し（ステップＳ１０）、記憶部５に記憶する（ステップＳ１１）。ここで、加速度Ａｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇから移動量を求めるには、例えば加速度Ａｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇを２回積分することにより行う。
【００７２】
ペン型入力装置１は上記動作（ステップＳ６〜Ｓ１１）を入力終了信号を検出するまでの間繰り返す（ステップＳ１２）。ここで、入力終了信号の発生は、例えば、加速度の変動量又はイネーブルスイッチ９等を用いて行う。また、上記繰り返し動作（ステップＳ６〜Ｓ１１）を行っている間、ペン先部８が筆記面に当接して移動しているか当接せずに移動しているかを加速度の高周波成分の有無により検出する。また、上記繰り返し動作（ステップＳ６〜Ｓ１１）を行っている間に、静止状態判定部４７が静止状態と判定すると（ステップＳ６）、初期傾斜角演算部４５は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃから入力した加速度信号Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基に再び初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０を算出する（ステップＳ１３）。これにより、傾斜角に検出値の累積誤差が大きくなる前に初期傾斜角をリセットし、より正確に筆記中の傾斜角検出を行うことができる。
【００７３】
また、上記実施例では筆記入力中であっても、静止状態判定部４７は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃから入力した加速度信号Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）におけるペン先部の加速度Ａの合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内の場合は静止状態と判定しているが、筆記入力中は重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のＺｇ軸方向の加速度Ａｚｇを算出するので、これを用いて静止状態か否かを判断するようにしても良い。例えば、静止状態判定部４７は、座標変換演算部４９が変換したＺｇ軸方向の加速度Ａｚｇと重力加速度とを比較し、その差が予め定めた値以内の場合は静止状態と判定する。これにより、加速度信号Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）におけるペン先部８の加速度の合成ベクトルを算出する必要がなくなり、静止状態判定部４７の演算時間を短縮することができる。
【００７４】
また、静止状態判定部４７は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すようにＸｇ軸方向及びＹｇ軸方向の加速度がともに予め定めた閾値以下になると静止状態と判定して、静止状態の判定をさらに迅速に行うようにしても良い。初期傾斜角演算部４５は静止状態判定部４７が静止状態と判定しているときに３個の加速度センサが検出した加速度信号を基に再度重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０を演算する。これにより、静止状態をさらに正確に判定できるとともに自動的に初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０をリセットすることができ、累積誤差が生じることを自動的に防止することができるとともに、ユーザの負荷を軽減することができる。
【００７５】
なお、上記実施例では、無効判定部５１は筆記開始するまでに初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０の演算が完了していれば筆記入力を無効としない旨の判定を行ったが、例えば静止状態になった後予め定めた一定期間内に初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０の演算が終了していなければエラーが発生したと判断しても良い。これにより、演算時間が長いためセンサドリフト等の影響を受けることを防止する。
【００７６】
また、筆記入力中サンプリングのたびに静止状態か否かを判定し、静止状態であるときに初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０の演算を行うと、演算部４の負荷が大きくなるので、ユーザがペン型入力装置１の移動を中断したときにユーザが演算指示入力部１０のスイッチ等を用いて初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０の演算を指示すると、初期傾斜角演算部４７が既に説明したようにペン軸７の初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０を演算するようにしても良い。
【００７７】
また、筆記中に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向の加速度と重力加速度との差が予め定めた値より大きくなると、静止判定部４７は３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定して、図７に示すように誤差が一定値δより大きくなる前に校正をかけるようにしても良い。このように、傾斜角等の演算の累積誤差が大きくなり変換後のＺｇ軸方向の加速度と重力加速度との差が大きくなることを検出し、累積誤差が一定以上大きくなる前に初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０をリセットすることにより、筆記入力検出誤差の範囲を少なくすることができる。図中ｔ１は静止判定部４７による静止判定を開始する時点を示す。
【００７８】
さらに、無効判定部５１は筆記中に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向の加速度Ａｚｇが予め定めた値以上になると入力データを無効とし、その旨を表示部１１を介してユーザに通知して、誤差が一定以上大きくなり大きな入力誤差が生じることを防止しても良い。
【００７９】
さらに、３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを記憶部５に記憶し、静止状態判定部４７及び初期傾斜角演算部４５は記憶部５に記憶した加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基に静止状態の判定及びペン軸７の初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０の演算を行っても良い。これは、上記のように、Ｘｇ軸方向及びＹｇ軸方向の加速度ＡｘＧ，Ａｙｇが予め定めた閾値以下になったときに、静止状態判定部４７が３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルのおおきさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定する場合、静止状態判定部４７及び初期傾斜角演算部４５は同じサンプリングによる加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを基に演算処理を行わなければならず、処理が間に合わないために演算ができなくなることを防止するためである。
【００８０】
さらに、ペン型入力装置１は、補正部５２を有しても良い。記憶部５は静止状態と判定してから次に静止状態と判定するまでの３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃが検出した回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを記憶する。補正部５２は記憶部５から静止状態と判定した後校正対象時点までに３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃが検出した回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを読み出し、読み出した回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを積分してペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角の変化Δθ，Δφ，ΔΨを求め、求めた傾斜角変化Δθ，Δφ，ΔΨと校正対象時点の傾斜角θ，φ，Ψとの差分を求める。求めた傾斜角の差分と静止状態と判定しているときに演算したペン軸７の初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０とを比較し、図８（ａ）に示すようにその差を基に校正対象時点のペン軸７の傾斜角θ，φ，Ψを補正する。座標変換演算部４９は補正後の傾斜角θ，φ，Ψを基に校正対象時点に３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度Ａｘｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓを重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度Ａｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇに再度変換して誤差を校正する。これは、検出した傾斜角θ，φ，Ψに累積誤差がない場合は校正対象時点のペン軸の傾斜角θ，φ，Ψから静止状態と判定した後校正対象時点までの傾斜角の変化Δθ，Δφ，ΔΨの差分が静止状態と判定したときのペン軸の初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０となり、誤差が生じている場合は静止状態と判定したときのペン軸の初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０との違いが生じることから、この違いを基に傾斜角θ，φ，Ψを補正し、誤差を少なくするものである。また、これにより、過去の軌跡を補正することができるとともに、累積誤差により初期傾斜角θ０，φ０，Ψ０を演算するたびに不連続点が発生することを防止できる。ここで、図８（ａ）中Ｂは補正前の傾斜角を表わし、図８（ａ）中Ｃは補正後の傾斜角を表わす。また、図８（ｂ）中のＤは傾斜角の補正量を表わす。
【００８１】
また、補正部５２は静止状態と判定した後校正対象時点までに３個の加速度センサが検出した加速度の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における変化分と校正対象時点の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度とを基に加速度のオフセット値を求め、求めたオフセット値を基に校正対象時点における重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａｘｇ，Ａｙｇ，Ａｚｇを補正するようにしても良い。これは、上記のように傾斜角を補正する代わりに加速度を補正するようにしたもので、同様の効果を得ることができる。
【００８２】
さらに、静止判定部４７が静止状態と判定すると、演算部４は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃによるサンプリングの周期を短くしても良い。図９で示すように筆記軌跡に屈曲点Ｅが生じた場合、図１０に示すように加速度に中立点Ｆが存在する。このような屈曲点Ｅにおいては加速度信号などの周波数が高くなることから、サンプリング周期を短くして再現性を良くする。ここで、この部分だけサンプリング周期を短くするのは全体のサンプリング周期を短くするとデータ量が膨大になるからである。
【００８３】
さらに、静止状態判定部４７は、静止状態及び静止状態でない一定範囲内を静止状態近傍を判定し、演算部４は静止状態判定部４７が静止状態及び静止状態近傍を判定すると加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃによるサンプリングの周期を短くして、３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度Ａｚｓ，Ａｙｓ，Ａｚｓと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃが検出した回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを記憶して、屈曲点前後における高周波数成分による影響を少なくし再現性を向上しても良い。ペン型入力装置１は、例えば図１１に示すように高サンプリング部５３ａと低サンプリング部５３ｂを有し、高サンプリングデータを記憶部５に一時記憶し、通常は低サンプリングのデータを用い演算を行う。ここで、図１２に屈曲点における高サンプリング部５３ａと低サンプリング部５３ｂのサンプリングデータの例を示す。一旦、加速度の中立点が検出されると静止状態前の高サンプリングデータを記憶部５から読み出し、屈曲点データとして採用する。ここで、高サンプリング部５３ａと低サンプリング部５３ｂを別に設けたが、高サンプリング出力をサンプリングして低サンプリングデータを得てもよい。図１２の縦線はサンプリングしたデータを表わす。
【００８４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、３個の加速度センサが出力したペン軸をＺｓ軸としたペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を求め、３個の加速度センサが検出した加速度を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定する。そして、静止状態でないと判定されて、３個のジャイロが出力したＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの回転角速度信号を基にペン軸の初期傾斜角からの傾斜角の変化を演算し、ペン軸の初期傾斜角と初期傾斜角からの傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を演算し、演算した筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出する処理を行っている間に、静止状態と判定された場合は、３個の加速度センサが検出した加速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を再度演算する。よって、傾斜角に検出値の累積誤差が大きくなる前に初期傾斜角をリセットし、より正確に筆記中の傾斜角検出を行うことができる。
【００８５】
また、ペン型入力装置は、３個の加速度センサが出力した加速度信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を求め、座標変換後の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度のＺｇ軸方向の成分と重力加速度とを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定し、静止状態でないと判定されて、３個のジャイロが出力した回転角速度信号を基に初期傾斜角からの傾斜角の変化を求め、ペン軸の初期傾斜角と初期傾斜角からの傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の傾斜角を演算し、演算した筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出する処理を行っている間に、静止状態と判定された場合は、３個の加速度センサが検出した加速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を再度演算する。よって、静止状態における誤差を一定範囲内に抑え、ペン先部の移動方向及び移動量の正確な検出を行うとともに、演算量を減らし静止状態判定に要する時間を短縮することができる。
【００８６】
さらに、予め定めた期間内にペン軸の初期傾斜角の演算を完了しなかったときは入力を無効とし、その旨をユーザに知らせるので、センサドリフト等の影響を少なくすることを防止できる。
【００８９】
さらに、３個の加速度センサが検出した加速度を記憶し、記憶した加速度を基に静止状態の判定及びペン軸の初期傾斜角の演算を行うので、確実に静止状態の判定を行った加速度と同一の加速度を基にペン軸の初期傾斜角の演算を行うことができ、連続筆記においても正確な演算を行うことができる。
【００９０】
さらに、重力座標系におけるＸｇ軸方向及びＹｇ軸方向の加速度が予め定めた閾値以下になると静止状態と判定するので、迅速に静止状態の判定をできる。
【００９１】
さらに、筆記中に重力座標系におけるＺｇ軸方向の加速度と重力加速度との差が予め定めた値より大きくなると、静止状態か否かの判定を行うので、誤差が一定以上大きくなる前に校正をすることができる。
【００９２】
さらに、筆記中に重力座標系におけるＺｇ軸方向の加速度が予め定めた値以上になると入力データを無効としその旨を通知するので、誤差が大きくなり誤検出を行うことを防止することができる。
【００９３】
さらに、静止状態と判定した後校正対象時点までに３個のジャイロが検出した回転角速度を積分してペン軸の重力座標系における傾斜角の変化を演算し、求めた傾斜角と静止状態と判定しているときに演算した重力座標系におけるペン軸の初期傾斜角を比較し、その差を基に校正対象時点のペン軸の傾斜角を補正し、補正後の傾斜角を基に校正対象時点のペン軸座標系における加速度を重力座標系による加速度に再度変換するので、累積誤差の発生を少なし、また、不連続点の発生を防止できる。
【００９４】
また、静止状態と判定した後校正対象時点までに３個の加速度センサが検出した加速度の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における変化分と校正対象時点の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度とを基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度のオフセット値を求め、求めたオフセット値を基に校正対象時点における重力座標系における加速度を補正するので、傾斜角を補正する場合と同様に累積誤差の発生を少なくできる。
【００９５】
さらに、静止状態と判定してから次に静止状態と判定するまでの３個の加速度センサが検出した加速度と３個のジャイロが検出した回転角速度を記憶して、記憶した加速度と回転角速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度を補正するので、遡って加速度を補正することができる。
【００９６】
さらに、静止状態と判定すると、加速度センサ及びジャイロのサンプリングの周期を短くするので、屈曲点における高周波数成分に対応することができる。
【００９７】
さらに、静止状態及び静止状態に近づいたことを判定すると、加速度センサ及びジャイロのサンプリングの周期を短くするので、屈曲点前後における高周波数成分に対応し、正確に傾斜角の演算を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す構成図である。
【図２】演算部の構成図である。
【図３】円を描いた場合の加速度の波形図である。
【図４】静止状態とみなした部分の加速度の拡大波形図である。
【図５】筆記入力動作を示すフローチャートである。
【図６】変換後の加速度を基に静止判定する場合の加速度の波形図である。
【図７】累積誤差の推移を示す波形図である。
【図８】累積誤差の補正を行う場合の傾斜角の波形図である。
【図９】屈曲点を表わす説明図である。
【図１０】屈曲点前後の加速度を表わす波形図である。
【図１１】サンプリングを行う部分の構成図である。
【図１２】サンプリング例を示す加速度の波形図である。
【符号の説明】
１ ペン型入力装置
２ 加速度センサ
３ ジャイロ
４ 演算部
４３ ハイパスフィルタ
４４ 筆記検出部
４５ 初期回転角演算部
４６ 回転角変化演算部
４７ 静止状態判定部
４８ 筆記中回転角演算部
４９ 座標変換演算部
５０ 移動量演算部
５１ 無効判定部
５２ 補正部
５ 記憶部
７ ペン軸
８ ペン先部

Claims (12)

1. ペン軸をＺｓ軸としたペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度を示す信号を出力する３個の加速度センサと、Ｘｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの回転角速度を示す信号を出力する３個のジャイロとを有するペン型入力装置において、
   ３個の加速度センサが出力した加速度信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を求め、３個の加速度センサが検出した加速度を基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度の合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの大きさと重力加速度の大きさとを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定し、
   静止状態でないと判定されて、３個のジャイロが出力した回転角速度信号を基に初期傾斜角からの傾斜角の変化を求め、ペン軸の初期傾斜角と初期傾斜角からの傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の傾斜角を演算し、演算した筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出する処理を行っている間に、静止状態と判定された場合は、３個の加速度センサが検出した加速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を再度演算することを特徴とするペン型入力装置。
2. ペン軸をＺｓ軸としたペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度を示す信号を出力する３個の加速度センサと、Ｘｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの回転角速度を示す信号を出力する３個のジャイロとを有するペン型入力装置において、
   ３個の加速度センサが出力した加速度信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を求め、座標変換後の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度のＺｇ軸方向の成分と重力加速度とを比較し、その差が予め定めた値以内のときを静止状態と判定し、
   静止状態でないと判定されて、３個のジャイロが出力した回転角速度信号を基に初期傾斜角からの傾斜角の変化を求め、ペン軸の初期傾斜角と初期傾斜角からの傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の傾斜角を演算し、演算した筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出する処理を行っている間に、静止状態と判定された場合は、３個の加速度センサが検出した加速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を再度演算することを特徴とするペン型入力装置。
3. 予め定めた期間内にペン軸の初期傾斜角の演算を完了しなかったときは入力を無効とし、その旨をユーザに知らせる請求項１又は２記載のペン型入力装置。
4. ３個の加速度センサが検出した加速度を記憶し、記憶した加速度を基に静止状態の判定及びペン軸の初期傾斜角の演算を行う請求項１記載のペン型入力装置。
5. 重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＸｇ軸方向の加速度が予め定めた閾値以下となり、かつ、Ｙｇ軸方向の加速度も予め定めた閾値以下となる場合にのみ静止状態と判定する請求項１記載のペン型入力装置。
6. 筆記中に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向の加速度と重力加速度との差が予め定めた値より大きくなると、静止状態か否かの判定を行う請求項１記載のペン型入力装置。
7. 筆記中に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向の加速度が予め定めた値以上になると入力データを無効としその旨を通知する請求項１又は２記載のペン型入力装置。
8. 静止状態と判定した後校正対象時点までに３個のジャイロが検出した回転角速度を積分してペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角の変化を演算し、求めた傾斜角と静止状態と判定しているときに演算した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるペン軸の初期傾斜角を比較し、その差を基に校正対象時点のペン軸の傾斜角を補正し、補正後の傾斜角を基に校正対象時点に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度を重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度に再度変換して加速度の校正を行う請求項１又は２記載のペン型入力装置。
9. 静止状態と判定した後校正対象時点までに３個の加速度センサが検出した加速度の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における変化分と校正対象時点の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度とを基にペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における加速度のオフセット値を求め、求めたオフセット値を基に校正対象時点における重力座標系における加速度を校正する請求項１又は２記載のペン型入力装置。
10. 静止状態と判定してから次に静止状態と判定するまでの３個の加速度センサが検出した加速度と３個のジャイロが検出した回転各速度を記憶して、記憶した加速度と回転角速度を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度を校正する請求項８又は９記載のペン型入力装置。
11. 静止状態と判定すると、加速度センサ及びジャイロによるサンプリングの周期を短くする請求項１又は２記載のペン型入力装置。
12. 静止状態及び静止状態に近い状態であることを判定すると加速度センサ及びジャイロによるサンプリングの周期を短くして、３個の加速度センサが検出した加速度と３個のジャイロが検出した回転角速度を記憶する請求項１０記載のペン型入力装置。

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