JP3655021B2 - ペン型入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は加速度を基にペン先端部の筆記軌跡を検出するペン型入力装置の筆記軌跡検出方法及びペン型入力装置、特にペン軸の傾斜角変化による検出加速度に対する影響をなくすものである。
【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、携帯端末装置の入力装置としてはタブレットとペンを用いたペン型の入力装置が多く採用されている。このタブレットを用いたペン型の入力装置をさらに小型化しようとした場合にはタブレットの大きさが問題となる。そこで、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、特開平６-230886号公報に掲載されたペンシル型入力装置及び特開平８-95697号公報に掲載された筆記ペン、筆記情報処理方法及び加速度検出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端部の移動方向及び移動距離を求めている。また、特開平８-95697号公報に掲載された筆記ペン、筆記情報処理方法及び加速度検出装置はペン軸をＺsとするペン座標系のＸs軸方向の加速度及びＹs軸方向の加速度をペン軸方向に離れた２か所で検出しているが、ペン先端部の加速度が傾斜角の変化により変化することを考慮していない。
【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、人体頭部の移動速度、位置、姿勢等を検出するものであるが、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ペン先端部を中心とした傾斜運動により検出した加速度が影響を受けていることを考慮していない。また、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８-95697号公報に掲載された筆記ペン、筆記情報処理方法及び加速度検出装置では、加速度センサが検出する加速度が傾斜角の変化速度に応じて変化することを考慮していないため、検出結果が不正確になる場合がある。
【００１２】
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。
【００１３】
ところで、ペン型入力装置において、ペン先端部に３個の加速度センサを設けることは設置スペースの関係で困難である。また、ペン先端部と加速度線差が離れている場合、加速度センサはペン先端部を中心として傾斜運動により生じる加速度も拾うこととなる。これは、加速度を基にペン先端部の軌跡を検出す場合に誤検出の元となる。ここで、人間の筆記動作を検出してみると、傾斜運動の加速度成分はペン先端部移動の加速度成分に対して十分大きい場合が有り、無視すると検出誤差を生じる場合がある。
【００１４】
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、小型の装置で正確な筆記入力を図ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるペン型入力装置は、ペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向，Ｙ s 軸方向及びＺ s 軸方向の加速度並びにＸ s 軸周り，Ｙ s 軸周り及びＺ s 軸周りの回転角速度を基にペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）における加速度（Ａ xso ，Ａ yso ，Ａ zso ）を、下記の式により、
【００１６】
【数２】

重力加速度方向をＺ g 軸方向とした重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）における加速度（Ａ xgo ，Ａ ygo ，Ａ zgo ）に変換し、変換した重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度（Ａ xgo ，Ａ ygo ，Ａ zgo ）を基にペン先端部の筆記軌跡を検出する。更に、本発明のペン型入力装置は、２個１組でペン軸方向に互いに離れて位置する３組の加速度センサと３個の差動増幅部を有し、３組の加速度センサはそれぞれ各組ごとにＸ s 軸方向，Ｙ s 軸方向及びＺ s 軸方向の加速度（Ａ xs1, Ａ ys1, Ａ zs1, Ａ xsu, Ａ ysu, Ａ zsu ）を示す信号を２本ずつ出力し、３個の差動増幅部はそれぞれ各組の加速度センサが出力した各方向の２本の加速度を示す信号を入力し、各組を構成する加速度センサにおけるペン先端部からの距離の比 ( ｍ a, ｍ b, ｍ c) に応じて差動増幅してペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去し、ペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去した後のＸ s 軸方向，Ｙ s 軸方向及びＺ s 軸方向の加速度並びにＸ s 軸周り，Ｙ s 軸周り及びＺ s 軸周りの回転角速度を基にペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）における加速度を重力加速度方向をＺ g 軸方向とした重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）における加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度を基にペン先端部の筆記軌跡を検出する。
【００１７】
さらに、各加速度センサをＺs軸上に設け、より正確にペン先端部の筆記軌跡を検出する。
【００１８】
さらに、各組の加速度センサまでの距離の比がどの組においても等しくなるように各加速度センサを配置して、組立て及び調整を簡単にする。
【００１９】
さらに、差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号並びに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のペン先端部と被筆記面との摩擦による高周波成分を透過するハイパスフィルタを有し、ハイパスフィルタを経由した加速度信号及び回転各速度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し、ハイパスフィルタを経由した加速度信号及び回転各速度信号のうちいずれか最後まで高周波成分を含んだ信号を基に筆記終了を判断する。
【００２０】
さらに、筆記軌跡抽出部は差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を基に算出したペン先端部の移動方向及び移動距離から筆記開始から終了までのペン先端部の筆記軌跡を抽出し、実際に筆記されている筆記軌跡と、空間を移動している軌跡を分離する。
【００２１】
さらに、フィティング部は筆記軌跡抽出部が抽出したペン先端部の筆記軌跡を被筆記面に写像する。
【００２２】
また、フィティング部は筆記軌跡抽出部が抽出したペン先端部の筆記軌跡をＺg軸方向の誤差が最小になるように被筆記面に写像する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明のペン型入力装置は、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度からペン先端部を中心として傾斜運動により生じる加速度成分を除去し、傾斜運動により生じる加速度成分を除去した加速度とペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸Ｘg，Ｙg，Ｚg回りの回転角速度を基にペン軸の傾斜角による影響を補正し、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先端部の筆記軌跡を正確に検出するものである。
【００２４】
ペン型座標入力装置は、例えば例えば３組の加速度センサと３個のジャイロと演算部を有する。加速度センサの各組は、例えばそれぞれペン軸上に２個１組で設けられ、各組ごとにペン座標系（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２本ずつ出力する。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。演算部は３個の差動増幅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。３個の差動増幅部はそれぞれＸs軸方向、Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度加速度を示す信号を２本ずつ入力し、それぞれ各組を構成する加速度センサにおけるペン先端部からの距離の比に応じて差動増幅してペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去する。ここで、例えば加速度センサをペン型入力装置の上段と中段に設け、ペン先部から上段に設けた加速度センサまでの距離と中段に設けた加速度センサまでの距離の比を１：ｍとすると、上段に設けた加速度センサの出力を１／（ｍ＋１）倍し、中段に設けた加速度センサの出力をｍ／（ｍ＋１）倍し、中段に設けた加速度センサの出力から上段に設けた加速度センサの出力を引くと、ペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去することができる。
【００２５】
初期傾斜角演算部は無筆記状態で３個の差動増幅部が出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基にペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の初期値を演算する。傾斜角変化演算部は筆記状態で３個のジャイロが検出した回転角速度を基に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ペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の初期値と傾斜角変化演算部が演算したペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における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）における傾斜角を求める。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差動増幅部が出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）によ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加速度を基にペン先端部の移動方向及び移動距離を算出して、装置の傾斜角及び傾斜角の変化による影響を補正した正確な筆記入力を行う。
【００２６】
なお、各組の加速度センサの距離の比がどの組においても等しくなるように各加速度センサを配置すると、各差動増幅部の増幅度を同じに設定でき、調整などが容易になる。
【００２７】
さらに、上記ペン型入力装置による筆記状態の判断にはイネーブルスイッチ等を用いても良いし、加速度センサ及びジャイロからの信号の周波数成分を基に判断するようにしても良い。例えば、ペン型入力装置は加速度センサ及びジャイロからの信号の高周波成分を、例えば10Hz近傍の周波数を境に透過するハイパスフィルタを有する。加速度センサ等からの信号の高周波数成分はペン先端部と被筆記面との摩擦によるもので、かつ、これは10Hz近傍を境としているので、３個の加速度センサ及び３個のジャイロからの信号のいずれからか上記高周波成分を検出している間を筆記中と判断する。これにより、操作間違いなどを防止でき正確に筆記の開始および終了を検出できる。
【００２８】
また、被筆記面が水平でない場合もあるので、例えば筆記軌跡抽出部とフィティング部を有するようにしても良い。筆記軌跡抽出部は移動量演算部が算出したペン先端部の移動方向及び移動距離から筆記開始から終了までのペン先端部の筆記軌跡を抽出する。フィティング部は筆記軌跡抽出部が抽出したペン先端部の筆記軌跡を被筆記面に写像して、被筆記面の傾斜による影響を補正する。
【００２９】
さらに、フィティング部は筆記軌跡抽出部が抽出したペン先端部の筆記軌跡をＺg軸方法の誤差が最小になるように被筆記面に写像するようにしても良い。これにより、平面のパラメータを一つ少なくし、傾斜補正にかかる時間を短縮し、応答を速くできる。
【００３０】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例のペン型入力装置の構成図である。図に示すように、ペン型入力装置は加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、ジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃ、演算部５、記憶部６及び電源部７を有する。加速度センサ１ａ，２ａ，３ａは、例えば図２に示すようにペン型入力装置の上段部に設けられ、それぞれペン軸７をＺsau軸とした場合のＸsau軸方向，Ｙsau軸方向及びＺsau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。同様に、加速度センサ１ｂ，２ｂ，３ｂは、ペン型入力装置の中段部に設けられ、それぞれペン軸７をＺsal軸とした場合のＸsal軸方向，Ｙsal軸方向及びＺsal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、圧電方式のもの又は静電容量方式のもののいずれでも良い。また、ジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃは、ペン型入力装置の下段部に設けられ、それぞれペン軸７をＺsj軸とした場合のＸsj軸周り，Ｙsj軸周り及びＺsj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。
【００３１】
以下の説明では、ペン軸７をＺs軸とし原点をペン先端部８に設けた座標系をペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）といい、加速度センサ１ａ，２ａ，３ａの座標系であってペン軸７をＺsau軸とし原点をペン型入力装置の上段部に設けた座標系を上段加速度座標系（Ｘsau，Ｙsau，Ｚsau）といい、加速度センサ１ｂ，２ｂ，３ｂの座標系であってペン軸７をＺsal軸とし原点をペン型入力装置の中段部に設けた座標系を中段加速度座標系（Ｘsal，Ｙsal，Ｚsal）といい、ジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃの座標系であってペン軸７をＺsj軸とし原点をペン型入力装置の下段部に設けた座標系をジャイロ座標系（Ｘsj，Ｙsj，Ｚsj）という。これらペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）、上段加速度座標系（Ｘsau，Ｙsau，Ｚsau）、中段加速度座標系（Ｘsal，Ｙsal，Ｚsal）、ジャイロ座標系（Ｘsj，Ｙsj，Ｚsj）はペン軸上の原点が異なるだけで、Ｘs軸，Ｘsau軸，Ｘsal軸，Ｘsj軸は平行であるとする。同様にＹs軸，Ｙsau軸，Ｙsal軸，Ｙsj軸は平行である。ここで、加速度センサ１ａからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離と加速度センサ１ｂからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離の比を、ｍa：１とする。同様に加速度センサ２ａからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離と加速度センサ２ｂからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離の比を、ｍb：１とし、加速度センサ３ａからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離と加速度センサ３ｂからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離の比を、ｍc：１とする。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。
【００３２】
演算部５は、図３に示すように差動増幅部５１ａ〜５１ｃ、ＡＤ変換器５２ａ〜５２ｆ、ローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」という。）５３ａ〜５３ｆ、静止判別部５４、初期傾斜角演算部５５、傾斜角変化演算部５６、傾斜角演算部５７、座標変換演算部５８、重力加速度除去部５９及び移動量演算部６０を備える。差動増幅部５１ａ〜５１ｃは、例えば図４に示すようにＯＰアンプ５１１を使った差動増幅回路からなる。図中、入力電圧Ｖ１，Ｖ２と出力Ｖ０は次式で示す関係がある。
【００３３】
【数３】

【００３４】
上記式を用いて加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの取付位置の距離の比を満たすように抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の値を定める。例えば加速度センサ１ａ，１ｂからの加速度信号を差動増幅する差動増幅部５１ａの場合は、上段に設けた加速度センサ１ａの出力を１／（ｍ＋１）倍し、中段に設けた加速度センサ１ｂの出力をｍ／（ｍ＋１）倍し、中段に設けた加速度センサ１ｂの出力から上段に設けた加速度センサ１ａの出力を引くように抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の値を定め、ペン軸９の傾斜角変化速度の影響による加速度成分を除去する。ここで、加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂが出力にオフセットを持つ場合にはオフセットを除去する回路を通す。また、加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの検出感度（加速度に対する出力電圧の比例係数）に差がある場合には、検出感度の差を含めて差動増幅の係数ｍを決定する。差動増幅部５１ａ〜５１ｃは、それぞれＸsau軸の加速度及びＸsal軸方向の加速度，Ｙsau軸方向の加速度及びＹsal軸方向の加速度，Ｚsau軸の加速度及びＺsal軸方向の加速度を入力して、Ｘs軸方向の加速度，Ｙs軸方向の加速度，Ｚs軸方向の加速度を示す信号を出力する。
【００３５】
ＡＤ変換器５２ａ〜５２ｆは、それぞれ差動増幅部５１ａ〜５１ｃ及びジャイロ４ａ〜４ｃからのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＬＰＦ５３ａ〜５３ｆはペン先端部８と被筆記面との摩擦力により生じる加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ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。静止判断部５４は差動増幅部５１ａ〜５１ｃ及びジャイロ４ａ〜４ｃからのアナログ信号を基にペン型入力装置が静止状態か否かを判断する。例えば、上記信号が全てゼロのときは静止状態である。
【００３６】
初期傾斜角演算部５５は静止状態で３個の差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃが出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度を基にペン軸９の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）おける傾斜角の初期値φ0，θ0，ψ0を演算する。傾斜角変化演算部５６は筆記状態で３個のジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃが検出した回転角速度を基にペン軸９の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の変化Δφ，Δθ，Δψを演算する。傾斜角演算部５７は初期傾斜角演算部５５が演算したペン軸９の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の初期値φ0，θ0，ψ0と傾斜角変化演算部５６が演算したペン軸９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９の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角φ，θ，ψを求める。
【００３７】
座標変換演算部５８は傾斜角演算部５７が検出した筆記中のペン軸９の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角φ，θ，ψを基に差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃが出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）による加速度を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度に変換する。重力加速度除去部５９は座標変換演算部５８が変換した加速度から重力加速度成分を除去する。移動量演算部６０は重力加速度除去部５９が重力加速度成分を除去した加速度を基にペン先端部８の移動方向及び移動距離を算出する。
【００３８】
ここで、演算部５の演算について説明する。重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）からペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）への座標変換式は次式のようになる。
【００３９】
【数４】

【００４０】
この式をペン座標系（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。
【００４１】
【数５】

【００４２】
ここで、図５に示す点Ｐlの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での座標（Ｘgal，Ｙgal，Ｚgal）は、ペン先端部８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での座標（Ｘgo，Ｙgo，Ｚgo）と点Ｐlのペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での座標（Ｌx，Ｌy，Ｌz）と傾斜角φ，θ，ψから次式のようになる。
【００４３】
【数６】

【００４４】
上式を時間で２回微分したものが点Ｐl（Ｘgal，Ｙgal，Ｚgal）の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での加速度（Ａxgl，Ａygl，Ａzgl）である。ここで、傾斜角φ，θ，ψも時間の関数であるので、次式を得ることができる。
【００４５】
【数７】

【００４６】
また、ペン先端部８の移動に関係無く、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）のＺg軸方向には重力が働く。そこで、上式に重力加速度ｇを加えると、点Ｐlに働く見かけの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxgl，Ａygl，Ａzgl）は次式のようになる。ここで、重力加速度ｇはｇ＝9.80665(m/sec２)である。
【００４７】
【数８】

【００４８】
加速度センサ１ｂ，２ｂ，３ｂを点Ｐlに設けたとすると、これらの式から加速度センサ１ｂ，２ｂ，３ｂが検出するペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａxsl，Ａysl，Ａzsl）は、次式で表わすことができる。
【００４９】
【数９】

【００５０】
また、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点（o点）と点Ｐlとを結ぶ直線上にはさらに３個の加速度センサ１ａ，２ａ，３ａを設けている。この座標を点Ｐu（ｍＬx，ｍＬy，ｍＬz）とすると、同様に点Ｐuで検出するペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａxsu，Ａysu，Ａzsu）を次式で表わすことができる。
【００５１】
【数１０】

【００５２】
そこで、差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃを用いて、上段の加速度センサ１ａ，２ａ，３ａが出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａxsu，Ａysu，Ａzsu）の信号と中段の加速度センサ１ｂ，２ｂ，３ｂが出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａxsl，Ａysl，Ａzsl）の信号を次式のように差動増幅すると、ペン軸９の傾斜角変化による加速度成分を除去し、ペン先端部８のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）を求めることができる。
【００５３】
【数１１】

【００５４】
加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの設置位置は、ペン軸９上であることがより好ましいが、上段の加速度センサ１ａ，２ａ，３ａと中段の加速度センサ１ｂ，２ｂ，３ｂとがある程度離れていれば、ペン型入力装置は細長い形状をしていることからペン軸９上でなくともほとんど誤差は無い。また、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点から加速度センサ１ａまでと加速度センサ１ｂまでの距離の比、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点から加速度センサ２ａまでと加速度センサ２ｂまでの距離の比、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点から加速度センサ３ａまでと加速度センサ３ｂまでの距離の比が等しいと、設計及び調整が容易になるが、これらの比がそれぞれ異なっても良い。したがって、例えば図６に示すように加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂをペン軸９と平行な線上に設けても良いし、図７に示すように加速度センサ１ａ，１ｂと加速度センサ２ａ，２ｂと加速度センサ３ａ，３ｂとをそれぞれペン軸と平行な異なった直線上に等しい距離の比で設けても良い。ここで、距離の比が異なる場合を考えると、ペン先端部８のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）を表わす式は次式のようになる。
【００５５】
【数１２】

【００５６】
これより、重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）におけるペン先端部８の加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）は次式のようになる。
【００５７】
【数１３】

【００５８】
ここで、式中に用いた座標変換行列１／Ｅを求めるのに必要な傾斜角（φ，θ，ψ）は、初期傾斜角演算部５５で静止状態におけるペン先端部８のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）からペン軸９の初期傾斜角（φ0，θ0，ψ0）を求め、傾斜角変化演算部５６でジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃが検出した回転角速度（Ｐ，Ｑ，Ｒ）からペン軸９の傾斜角の変化分（Δφ，Δθ，Δψ）を求め、傾斜角演算部５７でこれらを基にして求める。
【００５９】
このようにして求めたペン先端部８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）から重力加速度成分を除去した後に移動量演算部６０で２回積分することにより、ペン先端部８の移動方向及び移動距離を検出し、ペン先端部８の軌跡を求める。
【００６０】
次ぎに、上記初期傾斜角の演算について、さらに詳しく説明する。
【００６１】
静止状態においてはペン先端部８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）は（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）＝（０、０、０）なので、差動増幅後のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度信号（Ａxso，Ａyso，Ａzso）は重力加速度成分のみが残り次式のようになる。
【００６２】
【数１４】

【００６３】
この式から静止状態での初期傾斜角φ0，θ0が求まる。ここで、静止状態か否かは静止判別部５４においてデジタル変換後の加速度信号及び回転角速度信号の時間変化を監視することにより行なう。
【００６４】
ここで、２つの未知数φ0，θ0に対して３本の方程式が立てられているので、重力加速度ｇについても未知数として取り扱うことができる。したがって、重力加速度ｇの値を定義しなくとも初期傾斜角φ0，θ0を求めることができる。また、重力加速度ｇの値を演算し、演算した重力加速度ｇの値を監視して演算結果の要否の判定を行ない、演算した値が大きく変化した場合には警告を発するようにしても良い。また、初期傾斜角ψ0を０にリセットする。これにより、Ｘg軸はＸs軸方向の加速度センサ１ａ，１ｂの傾斜方向にとられることになる。
【００６５】
また、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸周りの回転角速度（Ｐ，Ｑ，Ｒ）と傾斜角変化（Δψ，Δθ，Δφ）の関係は次式で示すようになる。
【００６６】
【数１５】

【００６７】
上記構成のペン型入力装置１の動作を、図８のフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
ジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃはそれぞれＸsj軸周り，Ｙsj軸周り，Ｚsj軸周りの回転角速度を示す信号を出力し、加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂはそれぞれＸsu軸方向の加速度を示す信号，Ｘsl軸方向の加速度を示す信号，Ｙsu軸方向の加速度を示す信号，Ｙsl軸方向の加速度を示す信号，Ｚsu軸方向の加速度を示す信号，Ｚsl軸方向の加速度を示す信号Ａxsu,Ａxsl,Ａysu,Ａysl,Ａzsu,Ａzslを出力する。差動増幅部５１ａはＸsu軸方向の加速度を示す信号とＸsl軸方向の加速度を示す信号を入力し、ペン軸９の傾斜角変化による加速度成分を除去し、ペン先端部８のＸs軸方向の加速度を示す信号Ａxsoを出力する。同様に、差動増幅部５１ｂはＹsu軸方向の加速度を示す信号とＹsl軸方向の加速度を示す信号を入力し、ペン軸９の傾斜角変化による加速度成分を除去し、ペン先端部８のＹs軸方向の加速度を示す信号Ａysoを出力し、差動増幅部５１ｃはＺsu軸方向の加速度を示す信号とＺsl軸方向の加速度を示す信号を入力し、ペン軸９の傾斜角変化による加速度成分を除去し、ペン先端部８のＺs軸方向の加速度を示す信号Ａzsoを出力する。このように、移動量演算前にペン軸９の傾斜角変化による加速度成分を除去するので、加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの取付位置をペン先端部８にしなくともペン軸９の傾斜角変化による加速度成分を除去でき、正確な筆跡検出ができるとともに、容易に組立て及び調整ができる。
【００６９】
静止判別部５４はＡＤ変換器５２ａ，５２ｂ，５２ｃを介した差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃからの加速度信号及びＡＤ変換器５２ｄ，５２ｅ，５２ｆを介したジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃからの回転角速度信号を調べ、ペン型入力装置が静止状態か否かを判別する（ステップＳ１）。静止判別部５４が静止状態であると判別すると、初期傾斜角演算部４５は差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃからのＸs軸方向の加速度Ａxso、Ｙs軸方向の加速度Ａyso、Ｚs軸方向の加速度Ａzsoを入力し、ペン軸９の重力座標系における傾斜角の初期値φ0，θ0及びψ0を算出する（ステップＳ２）。
【００７０】
その後、静止判別部５４が静止状態でないと判別すると、傾斜角変化演算部４６は３個のジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃが検出した回転角速度を基にペン軸９の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角の変化Δφ，Δθ及びΔψを演算する（ステップＳ３）。傾斜角演算部５７は、上記のように初期傾斜角演算部５５が演算したペン軸９の傾斜角の初期値φ0，θ0，ψ0と傾斜角変化演算部５６が演算したペン軸９の傾斜角（φ，θ，ψ）の変化を基に、筆記中のペン軸９の傾斜角（φ，θ，ψ）を求める（ステップＳ４）。座標変換演算部５８は傾斜角演算部５７が検出した筆記中の傾斜角（φ，θ，ψ）を基に差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃからの加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）に変換する（ステップＳ５）。重力加速度除去部５９は座標変換演算部５８からの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）から重力加速度性文を除去する（ステップＳ６）。移動量演算部６０は重力加速度除去部５９が重力加速度成分を除去したペン先端部８における加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）を２回積分してペン先端部８の移動方向及び移動距離を算出する（ステップＳ７）。ペン型入力装置は上記動作（ステップＳ３〜Ｓ７）を静止判別部５４が再び静止状態であると判別するまで繰り返し、ペン先端部８の筆跡を検出する（ステップＳ８）。このようにペン型入力装置はペン軸９の傾斜による加速度の影響及びペン軸９の傾斜角変化の速度と加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの取付位置による加速度の影響を移動量演算前に無くすので、移動量演算後に補正する場合に比べ正確な筆記検出をすることができるとともに演算速度を向上できる。
【００７１】
さらに、ペン型入力装置は、図９に示すように演算部５ａにハイパスフィルタ（以後「ＨＰＦ」という。）６１ａ〜６１ｆ、筆記中判別部６２、筆記軌跡抽出部６３及びフィティング部６４を備えても良い。
【００７２】
ＨＰＦ６１ａ〜６１ｆは、例えば10Hzを境にして差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及びジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃからの信号の摩擦力による高周波数成分を抽出する。筆記中判別部６２はＨＰＦ６１ａ〜６１ｆを経由した３個の差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び３個のジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃ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し、ＨＰＦ６１ａ〜６１ｆを経由した３個の差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び３個のジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃからの信号のうちいずれか最後まで高周波成分を含んだ信号を基に筆記終了を判断する。例えばペン先端部８を鉛筆の芯で構成し、紙に対して筆記した場合の加速度信号の波形を図１０に示す。図に示すように筆記加速度成分は中心周波数10Hz以下の比較的に周波数が低い部分に表れ、ペン先端部８と被筆記面との摩擦による成分は100Hz以上の比較的周波数が高い部分に表れる。そこで、10Hz以上の周波数成分をＨＰＦ６１ａ〜６１ｆで抽出し、筆記中判別部６２はＨＰＦ６１ａ〜６１ｆが抽出した信号を予め定めた閾値と比較することにより、筆記中か否かを判断する。ここで、図１１に一筆書きで円を描いた場合にＨＰＦ６１ａ〜６１ｆを通過した信号の代表的なデータの例を示した。図から分かるように、筆記開始の際の筆記方向及び、筆記終了の際の筆記方向により加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ及びジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃからの出力信号の始まる時間及び、終わる時間に相違がある。そのため、ある特定のセンサからの出力信号を任意に取り出して筆記中信号を得ようとした場合には、前記筆記方向により再現性のある信号を得ることができない。そこで、筆記中判別部６２は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し、いずれか最後まで高周波成分を含んだ信号を基に筆記終了を判断することで、再現性を良くし、かつ精度を向上させることが可能になる。
【００７３】
筆記軌跡抽出部６３は、筆記中判別部６２の判別結果を基に移動量演算部６０が算出したペン先端部８の移動方向及び移動距離から筆記開始から終了までのペン先端部８の軌跡を抽出し、記憶部６に記憶する。ペン先端部８の軌跡からこの筆記中信号に対応した時間の軌跡だけを切り出すことで、実際に筆記されている筆記軌跡と、空間を移動している軌跡を分離することができる。
【００７４】
フィティング部６４は、例えば最小二乗法を用いて筆記軌跡抽出部６３が抽出したペン先端部８の軌跡から被筆記面を特定し、ペン先端部８の軌跡を被筆記面に写像する。例えば図１２（ａ）に示す筆記軌跡の３次元データ（Ｘi，Ｙi，Ｚi）を被筆記面の表わす式ａＸ＋ｂＹ＋ｃＺ＋ｄ＝０に代入し、ａＸi＋ｂＹi＋ｃＺi＋ｄ＝δiとし、この誤差の二乗和Σ（δi）２が最小になるように被筆記面（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を特定する。ここで、図１２（ｂ）に示すようにこの誤差δiは座標（Ｘi，Ｙi，Ｚi）と被筆記面との最短距離となる。このように、ペン先端部８の軌跡を被筆記面に写像することにより、被筆記面が傾いていた場合であっても正確にペン先端部８の被筆記面上の移動距離を入力することができる。ペン型入力装置の場合基本的には被筆記面に書かれた軌跡を認識できれば良く、３次元データを必要としない場合が多い。また、３次元データの状態ではデータ量が多く、表示しても却って見にくくなる場合がある。そこで、どのような傾斜面に書かれた場合であっても、筆記軌跡から被筆記面を特定し、フィティングすることで被筆記面上の筆記軌跡を再現するようにしたものである。
【００７５】
さらに、上記においてはフィティング部６４は座標（Ｘi，Ｙi，Ｚi）と被筆記面との最短距離となるようにしてペン先端部８の軌跡を被筆記面に写像したが、例えば図１３に示すように座標（Ｘi，Ｙi，Ｚi）と被筆記面とのＺｇ軸方向の距離が最短になるようにしても良い。例えば被筆記面を表わす式（ａ１）Ｘ＋（ｂ１）Ｙ＋Ｚ＋ｄ１＝０とし、筆記軌跡の３次元データ（Ｘi，Ｙi，Ｚi）を上式に代入し、（ａ１）×（Ｘi）＋（ｂ１）×（Ｙi）＋（Ｚi）＋（ｄ１）＝δiとし、この誤差の二乗和Σ（δi）２が最小になるように被筆記面（ａ１，ｂ１，ｄ１）を特定する。このように、パラメータを一つ減らすことにより演算時間を短縮することができる。この場合、被筆記面が垂直の場合に誤差が生じるが通常のペン型入力装置の使用状況において被筆記面を垂直にすることはほとんど無い。
【００７６】
また、上記実施例においては加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂからの加速度を示す信号を差動増幅した後にデジタル変換しているが、図１４に示すようにデジタル変換した後に差動増幅するようにしても良い。
【００７７】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、本発明のペン型入力装置は、ペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向，Ｙ s 軸方向及びＺ s 軸方向の加速度並びにＸ s 軸周り，Ｙ s 軸周り及びＺ s 軸周りの回転角速度を基にペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）における加速度（Ａ xso ，Ａ yso ，Ａ zso ）を、下記の式により、
【００７８】
【数１６】

重力加速度方向をＺ g 軸方向とした重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）における加速度（Ａ xgo ，Ａ ygo ，Ａ zgo ）に変換し、変換した重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度（Ａ xgo ，Ａ ygo ，Ａ zgo ）を基にペン先端部の筆記軌跡を検出する。更に、本発明のペン型入力装置は、２個１組でペン軸方向に互いに離れて位置する３組の加速度センサと３個の差動増幅部を有し、３組の加速度センサはそれぞれ各組ごとにＸ s 軸方向，Ｙ s 軸方向及びＺ s 軸方向の加速度（Ａ xs1, Ａ ys1, Ａ zs1, Ａ xsu, Ａ ysu, Ａ zsu ）を示す信号を２本ずつ出力し、３個の差動増幅部はそれぞれ各組の加速度センサが出力した各方向の２本の加速度を示す信号を入力し、各組を構成する加速度センサにおけるペン先端部からの距離の比 ( ｍ a, ｍ b, ｍ c) に応じて差動増幅してペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去して、ペン軸の傾斜角変化速度による加速度センサの検出結果に対する影響を移動量変換前に無くすので、正確な筆記検出をすることができるとともに移動量演算後に補正する場合に比べ演算速度を向上できる。
【００７９】
さらに、ペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去した後のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）におけるＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度並びにＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を基にペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度を重力加速度方向をＺg軸方向とした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を基にペン先端部の軌跡を検出するので、ペン軸の傾斜による影響をなくすことができ、小型の装置で正確な筆記入力をすることができる。
【００８０】
さらに、各組の加速度センサをＺs軸上でＺs軸方向に互いに離れた位置に設けたので、より正確に軌跡を検出できる。
【００８１】
さらに、各組の加速度センサまでの距離の比が各加速度センサの組において等しくなるように各加速度センサを配置したので、組立て及び調整を簡単にすることができる。
【００８２】
さらに、差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号並びに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のペン先端部と被筆記面との摩擦による高周波成分を基に筆記開始および筆記終了を判断するので、筆記面上に筆記中かまたは空中を移動中かを判断でき、正確に筆記中か否かを検出できる。
【００８３】
さらに、差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を基に算出したペン先端部の移動方向及び移動距離から筆記開始から終了までのペン先端部の軌跡を抽出し、実際に筆記されている筆記軌跡と、空間を移動している軌跡を分離するので、重力加速度方向の加速度を積分する必要が無く、演算速度を速めることができる。
【００８４】
さらに、筆記中に抽出したペン先端部の軌跡を被筆記面に写像するので、どのような傾斜面に書かれた場合であっても、筆記軌跡から被筆記面を特定し、被筆記面上の筆記軌跡を再現することができる。
【００８５】
また、筆記中に抽出したペン先端部の軌跡をＺg軸方向の誤差が最小になるように被筆記面に写像するので、パラメータを一つ減らして演算時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例を示す斜視図である。
【図２】 加速度センサ及びジャイロの配置を示す配置図である。
【図３】 演算部の構成図である。
【図４】 差動増幅部の構成図である。
【図５】 加速度センサの座標の変化を示す説明図である。
【図６】 各加速度センサを同一線上に設けた場合の配置図である。
【図７】 各加速度センサを組ごとに異なった線上に設けた場合の配置図である。
【図８】 ペン型入力装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】 フィティング部を設けた場合の演算部の構成図である。
【図１０】 加速度信号の波形図である。
【図１１】 円を描いた場合の加速度信号の波形図である。
【図１２】 誤差が最小になるようにフィティングした場合の説明図である。
【図１３】 Ｘg軸方向の誤差が最小になるようにフィティングした場合の説明図である。
【図１４】 デジタル変換した後に差動増幅する回路の構成図である。
【符号の説明】
１ 加速度センサ
２ 加速度センサ
３ 加速度センサ
４ ジャイロ
５ 演算部
５１ 差動増幅部
５１１ ＯＰアンプ
５４ 静止判別部
５５ 初期傾斜角演算部
５６ 傾斜角変化演算部
５７ 傾斜角演算部
５８ 座標変換演算部
５９ 重力加速度除去部
６０ 移動量演算部
６１ ＨＰＦ
６２ 筆記中判別部
６３ 筆記軌跡抽出部
６４ フィティング部
６ 記憶部
８ ペン先端部
９ ペン軸

Claims (7)

1. ペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度並びにＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を基にペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａ xso ，Ａ yso ，Ａ zso ）を、重力加速度方向をＺg軸方向とした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度（Ａ xgo ，Ａ ygo ，Ａ zgo ）に変換し、変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａ xgo ，Ａ ygo ，Ａ zgo ）を基にペン先端部の筆記軌跡を検出するペン型入力装置において、
   ペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）における加速度（Ａ xso ，Ａ yso ，Ａ zso ）を下記の式により、
   

   

   重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）における加速度（Ａ xgo ，Ａ ygo ，Ａ zgo ）に変換し、変換した重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度（Ａ xgo ，Ａ ygo ，Ａ zgo ）を基にペン先端部の筆記軌跡を検出し、
   ２個１組でペン軸方向に互いに離れて位置する３組の加速度センサと３個の差動増幅部を有し、
   ３組の加速度センサはそれぞれ各組ごとにＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度（Ａ xs1, Ａ ys1, Ａ zs1, Ａ xsu, Ａ ysu, Ａ zsu ）を示す信号を２本ずつ出力し、３個の差動増幅部はそれぞれ各組の加速度センサが出力した各方向の２本の加速度を示す信号を入力し、各組を構成する加速度センサにおけるペン先端部からの距離の比( ｍ a, ｍ b, ｍ c)に応じて差動増幅してペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去することを特徴とするペン型入力装置。
2. 上記各加速度センサをＺs軸上に設けた請求項１記載のペン型入力装置。
3. 上記各組の加速度センサまでの距離の比がどの組においても等しくなるように各加速度センサを配置した請求項１記載のペン型入力装置。
4. 差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号並びに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のペン先端部と被筆記面との摩擦による高周波成分を透過するハイパスフィルタを有し、ハイパスフィルタを経由した加速度信号及び回転各速度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し、ハイパスフィルタを経由した加速度信号及び回転各速度信号のうちいずれか最後まで高周波成分を含んだ信号を基に筆記終了を判断する請求項１記載のペン型入力装置。
5. 差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を基に算出したペン先端部の移動方向及び移動距離から筆記開始から終了までのペン先端部の筆記軌跡を抽出する筆記軌跡抽出部を有する請求項４記載のペン型入力装置。
6. 上記筆記軌跡抽出部が抽出したペン先端部の筆記軌跡を被筆記面に写像するフィティング部を有する請求項５記載のペン型入力装置。
7. 上記フィティング部は筆記軌跡抽出部が抽出したペン先端部の筆記軌跡をＺg軸方向の誤差が最小になるように被筆記面に写像する請求項６記載のペン型入力装置。

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