JP3696365B2 - ペン型入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はペン型入力装置、特に座標検出及びペン先部の移動パターン検出の精度向上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及び特開平７-200127号公報に掲載された手書き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。
【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】
また、特開平６-139000号公報に掲載されたペングリップ式入力装置では、ペングリップ部におけるユーザの指の圧力を基に入力パターンを認識している。
【０００８】
【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、特開平７-84716号公報に掲載されたデータ入力装置及び特開平７-200127号公報に掲載された手書き入力装置では、ユーザが装置に設けた各センサがどの向きになるように握っているかを検出できないために検出した入力図形が筆記面上で回転している場合がある。
【０００９】
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。
【００１０】
また、特開平６-139000号公報に掲載されたペングリップ式入力装置では、ペングリップ部におけるユーザの指の圧力を基に入力パターンを認識しているので、入力パターンを回転した状態で認識することはないが、座標検出をすることができず、入力パターンの大きさなどを判別することも困難である。
【００１１】
さらに、筆記中のペンの動きから文字等を認識する場合において、ペンの動作は筆記を行なっているユーザによる個人差が大きい。そこで、ユーザを特定し、ユーザ別に予め設けたデータを用いて文字等の認識を行なえば正確な認識を行なうことができる。
【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、移動量等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個の加速度センサと３個のジャイロとペングリップ部の外周部に設けられた複数の圧力センサと演算部とを有している。更に、演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備している。そして、指位置検出部は指による圧力を示す各圧力センサからの圧力分布を基に、各指の相対位置関係を検出する。筆記検出部は無筆記状態か否かを検出する。初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求める。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求める。よって、検出結果の向きが変わることを防止する。
【００１４】
また、ペン型入力装置は、ペングリップ部において、ペングリップ部を握った場合のユーザの各指に対応した２平面又は３平面を備えている。更に、各平面は対応した指を示す印を備え、ユーザがペングリップ部を一定位置で握るようにする。
【００１５】
さらに、上記ペングリップ部の各平面に複数の圧力センサを設け、該各圧力センサが検出した圧力の分布を基にペングリップ部に対するユーザの各指の相対位置関係を求め、求めた指の相対関係からペンの向きを求めて、各指の位置検出処理を容易にする。
【００１６】
また、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行ない、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。更に、各圧力センサが検出した圧力の分布とユーザの識別結果を基にユーザ辞書部を更新して、新規ユーザに対しても対応できるようにする。また、各圧力センサの出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御して、電力消費量を低減する。
【００１７】
また、この発明に係るペン型入力装置は、３個の加速度センサと、３個のジャイロと、ペングリップ部の外周部に設けられた複数の接触検知器と、演算部と、ユーザ辞書部とを有している。演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備している。そして、指位置検出部はユーザの指の接触位置を示す各接触検知器からの指の接触位置の分布を基に、各指の相対位置関係を検出する。筆記検出部は無筆記状態か否かを検出する。初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求める。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求め、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行なう。よって、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。
【００１８】
また、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行ない、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。更に、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布とユーザの識別結果を基にユーザ辞書部を更新して、新規ユーザに対しても対応できるようにする。また、各接触検知器の出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御して、電力消費量を低減する。
【００１９】
さらに、ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量を基にペン先部の移動パターンを認識するデータをユーザ毎に記憶するパターン辞書部を有し、ユーザの識別結果を基にパターン辞書部を参照してペン先部の移動パターンを認識して、ユーザの筆記特徴によりペン先部の移動パターン認識が不正確になることを防止する。
【００２０】
さらに、上記ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量とペン先部の移動パターンの認識結果を基にパターン辞書部を更新して、新しいパターンを入力した場合に学習できるようにする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明のペン型入力装置は、ペンの向きを検出又はペンの向きが一定なるようにして、移動量等の検出結果が被筆記面上で回転することを防止する等により、正確な筆記入力を行なうものである。
【００２４】
ペン型入力装置は、例えば３個の加速度センサと３個のジャイロと複数の圧力センサと演算部を有する。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軸方向の加速度を測定し、測定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測定し、測定した回転角速度を示す信号を出力する。各圧力センサはペングリップ部の外周部に位置し、ユーザがペングリップ部を握った場合の各指、例えば親指、人差指及び中指による圧力を示す信号を出力する。
【００２５】
演算部は、例えば指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力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。指位置検出部は指による圧力を示す各圧力センサからの信号を入力し、その圧力分布を基に、親指、人差指及び中指の各指の相対位置関係を検出し、その検出結果からペン型入力装置１の向きを求める。これは、ペングリップ部を握った場合において無筆記状態の親指、人差指及び中指による圧力分布は特定のパターンを成すからである。これにより、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求めることができる。
【００２６】
初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の初期傾斜角を求める。ここで、初期傾斜角とは、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる傾斜角であり、筆記開始に先立って無筆記状態で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個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換する。移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算して、装置の傾斜角による影響のない正確な筆記入力を行う。
【００２７】
ここで、上記のようにユーザの手に対するペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のずれを求める変わりに、ペングリップ部の形状をユーザが一定方向に向けて装置を握るようにしたり、ユーザがペングリップ部を握った場合のユーザの各指に対応した印を付けた２平面又は３平面をペングリップ部に設けたりして、ユーザの手に対するペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のずれが発生しないようにしても良い。
【００２８】
また、ペンの握り方及びペンの動作は筆記を行なっているユーザによる個人差が大きい。そこで、ペン型入力装置は、ユーザを特定し、ペンに向きを正確に認識するようにしたり、ユーザ別に予め設けたデータを用いて正確なペン先部の移動パターンの認識を行なうことにより、文字等の正確な認識を行なうようにしても良い。
【００２９】
ペン型入力装置は、例えば３個の加速度センサと３個のジャイロと複数の接触検知器とユーザ辞書部とパターン辞書部とユーザ認識部とパターン認識部を有する。接触検知器は、例えばマイクロスイッチ等から成る。各接触検知器はペングリップ部の外周部に位置し、ユーザが接触したか否かを示す信号を出力する。ユーザ辞書部は各接触検知器の出力パターンを基にユーザを認識するデータを記憶する。パターン辞書部はペン先部の移動パターンを認識する際に参照するデータをユーザ毎に記憶する。ユーザ認識部は各接触検知器が出力したユーザが接触したか否かを示す信号を基にユーザ辞書部を参照してユーザの識別を行なう。ユーザの認識を行なうので、ユーザ毎にペングリップ部９の握り方が異なる場合であっても、対応することができ、ペンの向きの検出をさらに正確に行なうことができる。ここで、ユーザ辞書部とパターン辞書部には、予めデータを記憶するようにしても良いし、筆記の都度記憶するようにしても良い。
【００３０】
パターン認識部はユーザ認識部によるユーザの識別結果を基にパターン辞書部にユーザ毎に記憶したデータを参照して、例えば加速度センサが検出した加速度及びジャイロが検出した回転角速度を用いてペン先部の移動パターンを認識する。ここで、ペン先部の移動パターン認識は、既に説明した演算部が算出したようにしてペン先部の移動方向及び移動量を求め、求めたペン先部の移動方向及び移動量を用いて移動パターンを認識するようにしても良い。このように、ユーザ別に設けた移動パターンのデータを用いて移動パターンを認識することができるので、ユーザの筆記の特徴によらず常に正確に認識することができる。
【００３１】
また、上記接触検知器の代わりに圧力センサを用いても良い。圧力センサは、ペングリップ部外周部にユーザがペングリップ部を握ったことによって加わる圧力を示す信号を出力する。ユーザ認識部は各圧力センサが検出した信号による圧力分布を基にユーザ辞書部を参照してペンを握っているユーザの識別を行なう。パターン認識部はユーザ認識部によるユーザの識別結果を基にパターン辞書部を参照して、例えば加速度センサが検出した加速度及びジャイロが検出した回転角速度を用いてペン先部の移動パターンを認識する。これにより、圧力の強さ等を基にユーザの識別を行なうことができ、接触検知器を用いる場合に比べてさらに正確にユーザの認識を行なうことができる。
【００３２】
さらに、電源部は上記各接触検知器の出力信号又は圧力センサの出力信号を基に加速度センサ、ジャイロ及び演算部等の入力処理部に供給する電力を制御して、電力の消費量を少なくしても良い。ここで、上記入力処理部には加速度センサ及びジャイロを含めなくとも良い。
【００３３】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例のペン型入力装置１の斜視図である。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、圧力センサ４ａ〜４ｎ、演算部５及び電源部６を有する。
【００３４】
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Ａxs，Ａys，Ａzsを検出し、検出した加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを示す信号を出力する。ここで、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Ｐ，Ｑ，Ｒを検出し、検出した回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを示す信号を出力する。ここで、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃは、スケールファクタ（回転運動検出の正確さ）及びドリフトレート（出力オフセットの安定度）が良好で小型なものであれば良く、回転ジャイロ、振動ジャイロ、光学式ジャイロ等のいずれでも良い。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。また、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の各軸（Ｘｓ軸，Ｙｓ軸，Ｚｓ軸）の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の各軸（Ｘｇ軸，Ｙｇ軸，Ｚｇ軸）に対する傾斜角をφ,θ，ψとする。
【００３５】
各圧力センサ４ａ〜４ｎには、例えば歪ゲージ又は圧電素子等の小型のものを用い、その表面を、例えばアクリル又はテフロン等の柔軟性のある素材で被膜する。各圧力センサ４ａ〜４ｎは、ペングリップ部９の外周部に配置され、ユーザがペングリップ部９を握った場合の、例えば親指、人差指及び中指による圧力を示す信号を出力する。
【００３６】
演算部５は、図２に示すようにＡＤ変換器５１ａ〜５１ｎ，５２ａ〜５２ｆ、データバッファ５３、ハイパスフィルタ（以後「ＨＰＦ」という。）５４ａ〜５４ｆ、ローパスフィルタ（以後「ＬＰＦ」という。）５５ａ〜５５ｆ、指位置検出部５６、筆記検出部５７、初期傾斜角演算部５８、傾斜角変化演算部５９、入力中傾斜角演算部６０、座標変換演算部６１及び移動量演算部６２を備える。
【００３７】
ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｆは、圧力センサ４ａ〜４ｎからのアナログ圧力信号をデジタル圧力信号に変換する。ＡＤ変換器５２ａ〜５２ｆは、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。データバッファ５３はＡＤ変換器５１ａ〜５１ｆがデジタル変換したペングリップ部９の外周部における圧力並びにＡＤ変換部５２ａ〜５２ｆがデジタル変換した加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを記憶する。ＨＰＦ５４ａ〜５４ｆ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カットオフ周波数100Hzで抽出する。ＬＰＦ５５ａ〜５５ｆ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カットオフ周波数10Hzで遮断する。これは、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号のペン先部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、筆記加速度成分は周波数10Hz以下の比較的に周波数が低い部分に表れるからである。
【００３８】
指位置検出部５６は各圧力センサ４ａ〜４ｎからの指による圧力を示す信号を入力し、その圧力分布を基に、親指、人差指及び中指の各指の位置を検出する。
この圧力分布から親指、人差指及び中指の各指の位置を検出するには、例えば予め実験により、圧力分布と各指の位置との関係を求めておき、そのデータを基に判断する。筆記検出部５７は３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃによる加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃによる回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒのいずれかの成分がＨＰＦ５４ａ〜５４ｆを透過すると、筆記中と判断する。初期傾斜角演算部５８は無筆記状態において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）による加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び指位置検出部５６の検出結果を基にペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角の初期値φo,θo，ψoを演算する。ここで、上記ペン軸７の傾斜角の初期値φo,θo，ψoの演算について説明する。
【００３９】
ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度Ａxs，Ａys，Ａzsから重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgへの座標変換式は次式のようになる。
【００４０】
【数１】
【００４１】
ここで、無筆記状態においては重力加速度成分のみが影響するので、無筆記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。
【００４２】
【数２】
【００４３】
上式を前記座標変換式に代入すると、次式のようになる。ここで、式中のＡxs(０)，Ａys(０)，Ａzs(０)は無筆記状態におけるペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）によるＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向，Ｚｓ軸方向の加速度である。
【００４４】
【数３】
【００４５】
これにより、無筆記状態における初期傾斜角θo，φoを求めることができる。
ここで、上式では初期傾斜角θo，φoについて求めることができるが、初期傾斜角ψoについては求めることができない。この初期傾斜角ψoは重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のＸｇ軸及びＹｇ軸の方向を示す値であり、この初期傾斜角ψoを常にゼロとすると、例えば図３（ａ）に示すように書いた数字の「２」が、図３（ｂ）に示すように回転して検出される場合がある。そこで、指位置検出部５６で検出した各指の相対位置関係を基にして初期傾斜角ψoを求める。ここで、初期傾斜角θo，φo，ψoの検出は、筆記検出部５７が無筆記状態を検出している間一定間隔で行ない最新の初期傾斜角θo，φo，ψoを用いるようにしても良いし、筆記検出部５７が筆記状態と検出する直前に検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを用いても良い。
【００４６】
傾斜角変化演算部５９は３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃの回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒ(deg./sec)をオイラ角速度（ｄθ／ｄｔ），（ｄφ／ｄｔ），（ｄψ／ｄｔ）に変換し、ペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による初期傾斜角φo，θo，ψoからの傾斜角の変化Δφ，Δθ，Δψを次式を用いて求める。
【００４７】
【数４】
【００４８】
入力中傾斜角演算部６０は筆記検出部５７が無筆記状態と判定しているときに初期傾斜角演算部５８が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による初期傾斜角φo，θo，ψoと傾斜角変化演算部５９が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角変化Δφ，Δθ，Δψを基に、ペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角φ，θ，ψを求める。ここで、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃをペン先端部に設けることはできないので、ペン軸７の傾斜による慣性力及び遠心力による影響を補正する必要がある。そこで、Ｘｓ軸方向の加速度センサ２ａ及びＹｓ軸方向の加速度センサ２ｂのペン先端部からの距離をＬａ、Ｚｓ軸方向の加速度センサ２ｃのペン先端部からの距離をＬｂ、慣性力及び遠心力による影響の補正項をｆ13，ｆ23，ｆ33とすると、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度Ａxs，Ａys，Ａzsから重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgへの座標変換式は次式のようになる。
【００４９】
【数５】
【００５０】
座標変換演算部６１は入力中傾斜角演算部６０が演算した筆記中のペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角φ，θ，ψを基に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが測定したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgに座標変換する。移動量演算部６２は座標変換演算部６１が座標変換した後の加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを２回積分してペン先部８の移動方向及び移動距離を算出する。
【００５１】
上記構成のペン型入力装置１で筆記入力する場合の動作概略について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
演算部５は一定周期で加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ及び圧力センサ４ａ〜４ｎからＸｓ軸方向、Ｙｓ軸方向、Ｚｓ軸方向の加速度Ａxs，Ａys，Ａzs、Ｘｓ軸周り、Ｙｓ軸周り、Ｚｓ軸周りの回転角速度Ｐ、Ｑ、Ｒ及びペングリップ部９における圧力をサンプリングして入力する。このように、ペン型入力装置１の６自由殿動きを測定するので、ペン型入力装置１の任意の位置の初期時刻からの相対位置を求めることができる。ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｎは圧力センサ４ａ〜４ｎから入力した圧力信号をデジタル変換し、データバッファ４２に記憶する。ＡＤ変換器５２ａ〜５２ｆはユーザがペン型入力装置１を握っている状態での加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃから入力した加速度信号Ａxs，Ａys，Ａzs及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃから入力した回転角速度信号Ｐ、Ｑ、Ｒをデジタル変換し、データバッファ４２に記憶する。ここで、デジタル変換した圧力、加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び回転角速度Ｐ、Ｑ、Ｒをデータバッファ４２に記憶するので、筆記終了後に初期傾斜角等を補正して、遡って移動量を検出することもできる。
【００５３】
ここで、ユーザがペン型入力装置１を握ったか否かを判定して、ユーザがペンを握っているときにのみサンプリングするようにして、データバッファ５３に記憶するデータ量を減らしても良い。
【００５４】
筆記検出部５７が無筆記状態を検出しているときに（ステップＳ１）、指位置検出部５６はデータバッファ５３から圧力センサ４ａ〜４ｎが検出した圧力を示す信号を入力し、そのペングリップ部９における圧力分布を基にユーザの指の位置を検出する（ステップＳ２）。初期傾斜角演算部５８は無筆記状態において加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び指位置検出部５６の検出結果を基に、既に説明したようにして初期傾斜角φo，θo，ψoを算出する（ステップＳ３）。
【００５５】
筆記検出部５７でペン型入力装置１が筆記状態であると判断しているときに（ステップＳ１）、ユーザが座標演算開始用のスイッチ（不図示）を押下すると（ステップＳ４）、傾斜角変化演算部５９はデータバッファ５３からジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃが検出した回転角速度信号Ｐ，Ｑ，Ｒを読み出し、傾斜角変化Δθ、Δφ、Δψを求める（ステップ６）。ここで、データバッファ３２は一定間隔でサンプリングしたデータを記憶しているので、このように任意のタイミングでデータを読み出して処理することができる。
【００５６】
入力中傾斜角演算部６０は、初期傾斜角演算部５８が演算した初期傾斜角φo，θo，ψoと傾斜角変化演算部５９が演算した傾斜角変化Δθ、Δφ、Δψを基に移動中のペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の傾斜角θ、φ、ψを求める（ステップＳ７）。座標変換演算部６１は入力中傾斜角演算部６０が演算したペン軸７の傾斜角θ、φ、ψを基に加速度センサ２ａ〜２ｃによるペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを座標変換して、重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求める（ステップＳ８）。このように、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求めるので、両座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）、（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のずれによる移動量検出結果の誤差発生をなくすことができる。
【００５７】
移動量演算部６２は筆記中の座標変換演算部６１が変換した加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgをそれぞれ２回積分してペン先部８の移動方向及び移動距離を算出する（ステップＳ９）。ペン型入力装置１は無筆記状態になるまで上記処理（ステップＳ４〜Ｓ９）を繰り返す（ステップＳ１０）。このように、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）で検出した加速度の測定値Ａxs，Ａys，Ａzsを座標変換して重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求めることにより、ペン軸７に傾斜による影響をなくすことができ、正確な筆記入力をすることができる。ここで、無筆記状態には、実際に筆記面上で静止している状態と、空中を移動している場合とがあるが、この両者は重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向加速度Ａzgを基にペン先部８の軌跡を求めることにより判別できる。従って、上記実施例においては無筆記状態を基準に初期傾斜角φo，θo，ψo等を求めたが、静止状態を基準に初期傾斜角φo，θo，ψo等を算出したほうが好ましい。
【００５８】
ここで、上記実施例では、各圧力センサ４ａ〜４ｎをペングリップ部９の外周部に設け、各圧力センサ４ａ〜４ｎからの信号が示す圧力分布から初期傾斜角ψoを求めたが、例えばペングリップ部９の形状をユーザがペン型入力装置１を一定位置で握るようにして、初期傾斜角ψoを常に予め定めた一定値にするようにしても良い。
【００５９】
また、ペングリップ部９が、例えば図５及び図６に示すようにペングリップ部９を握った場合のユーザの各指に対応した平面１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備え、各平面１０ａ，１０ｂ，１０ｃに対応した指を示す印１１ａ，１１ｂ等を設けても良い。
【００６０】
さらに、図７に示すように上記ペングリップ部９の各面１０ａ，１０ｂ，１０ｃに圧力センサ４ａ〜４ｎを設けても良い。この場合、各面１０ａ，１０ｂ，１０ｃが親指、人差指、中指のいずれかに対応するために、指位置検出手段５６の演算処理が容易になる。
【００６１】
また、図８に示すようにペン型入力装置１にユーザの向きを示す印１２を設けても良い。
【００６２】
また、上記実施例ではペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の各軸周りの加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及びペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の各軸周り回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを検出しているが、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の２軸以上の加速度及びペン軸７の傾斜角を検出できる構成であれば良く、例えば３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及び３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いる変わりにペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度を検出する２個の加速度センサとＸｓ軸周り及びＹｓ軸周りの回転角速度を検出する２個のジャイロを用いても良い。
【００６３】
また、他の実施例として、図９に示すようにペン型入力装置１ｂが加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ、接触検知器４１ａ〜４１ｎ、辞書記憶部５０、演算部５ａ及び電源部６ｂを有するようにしても良い。接触検知器４１ａ〜４１ｎは、例えばマイクロスイッチ又は感圧式のゴムから成り、図１０に示すようにペングリップ部９の外周部に配置され、ユーザがペングリップ部９を握ったか否かを示す信号を出力する。ここで、接触検知器４１ａ〜４１ｎの外周にカバーを設けて、接触検知器４１ａ〜４１ｎの破損を防止するようにしても良い。また、ペングリップ部９の断面は、図に示すような円形でなく楕円形等でも良い。辞書記憶部５０はユーザ辞書部５０ａとパターン辞書部５０ｂを備える。ユーザ辞書部５０ａは各接触検知器４１ａ〜４１ｎの出力パターンを基にユーザを認識するデータを記憶する。パターン辞書部５０ｂはペン先部８の移動パターンを認識する際に参照するデータを予めユーザ毎に記憶する。ここで、ユーザ辞書部５０ａ及びパターン辞書部５０ｂに予め記憶するデータとしては、例えば予めユーザが実際にパターンを筆記した際のデータを記憶する。
【００６４】
演算部５ａはユーザ認識部５ｃとパターン認識部５ｄを備える。ユーザ認識部５ｃは各接触検知器４１ａ〜４１ｎが出力したユーザが接触したか否かを示す信号を基にユーザ辞書部５０ａを参照してＤＰマッチング法などを用いてユーザの識別を行なう。このように、ユーザの識別を行なうことにより、前記実施例のようにペンの向きを検出する場合において、さらに正確にペンの向きを検出できるようになる。また、逆にペンに向き及びユーザの指を特定した後にユーザを識別すれば、ユーザの識別の精度をさらに向上することができる。
【００６５】
パターン認識部５ｄはユーザ認識部５ｃによるユーザの識別結果を基にパターン辞書部５０ｂを参照して加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号を用いて、例えばＤＰマッチング法等でマッチングを行ない、ペン先部８の移動パターンを認識する。このように、ペングリップ部９のユーザによって押された位置を基にユーザを認識し、ユーザ毎に予めパターン認識のために記憶したデータを用いてペン先部８の移動パターンを認識するので、ペン先部８の移動パターンの認識がユーザの筆記の仕方によって受ける影響を少なくでき、ペン先部８の移動パターンを常に正確に認識することができる。ペン先部８の移動パターンを正確に認識することができるので、文字入力等の際に入力した文字等を正確に認識できる。ここで、ユーザを正確に認識することができなくとも、ユーザが利きか、又は、左利きかを認識するだけでも、パターン認識精度を上げることができる。また、パターン認識をニューラルネットワークで構成し、ニューラルネットワーク演算を行なうことにより、ペン先部８の移動パターンの認識を行なうようにしても良い。
【００６６】
電源部６ｂは、電力制御部６３と電力供給部６４を備える。電力制御部６３は各接触検知器４１ａ〜４１ｎの出力信号を基に演算部５ａ等に電力供給部６４が供給する電力を制御する。電力供給部６４は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ、接触検知器４１ａ〜４１ｎ、辞書記憶部５０及び演算部５ａに電力を供給する部分であり、電力制御部６３の制御に応じて、演算部５ａに電力を供給したり、演算部５ａに対する電力の供給を停止したりする。電力制御部６３は、例えば各接触検知器４１ａ〜４１ｎの出力信号がユーザがペングリップ部９を握っていることを示している場合には、演算部５ａに電力を供給するように電力供給部６４に指示し、各接触検知器４１ａ〜４１ｎの出力信号がユーザがペングリップ部９を握っていないことを示している場合には、演算部５ａに対する電力供給を停止するように電力供給部６４に指示する。このように、ユーザがペングリップ部９を握っているか否かに応じて、演算部５ａに対する電力供給を制御することにより、電力の消費を押えることができると共に、電力の消費を押えるためにスイッチ等を別途設ける必要がなく、装置構成を簡単にできる。ここで、電力供給部６４は、演算部５ａに対してだけでなく、電力制御部６３の制御に応じて加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ及び演算部５ａに電力を供給したり、これらに対する電力の供給を停止したりするようにしても良い。
【００６７】
また、接触検知器４１ａ〜４１ｎの代わりにペングリップ部９の外周部に既に説明したように複数の圧力センサ４ａ〜４ｎを設けても良い。ユーザ認識部５ｃは各圧力センサ４ａ〜４ｎが検出した信号による圧力分布を基にユーザ辞書部５０ａを参照してユーザの識別を行なう。パターン認識部５ｄはユーザ認識部５ｃによるユーザの識別結果を基にパターン辞書部５０ｂにユーザ毎に記憶したデータを参照してペン先部８の移動パターンを認識する。これにより、多値データである圧力の強さのデータを基にユーザの識別を行なうことができ、接触検知器４１ａ〜４１ｎを用いる場合に比べてさらに正確にユーザの認識を行ない、正確に文字等の入力を行なうことができる。
【００６８】
さらに、図１１に示すように圧力センサ４ａ〜４ｎの出力信号を既に説明したように指位置検出に用いるようにしても良い。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、圧力センサ４ａ〜４ｎ、辞書記憶部５０、演算部５ｂ及び電源部６ｂを有する。
【００６９】
演算部５ｂは、ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｎ，５２ａ〜５２ｆ、データバッファ５３、ＨＰＦ５４ａ〜５４ｆ、ＬＰＦ５５ａ〜５５ｆ、指位置検出部５６、筆記検出部５７、初期傾斜角演算部５８、傾斜角変化演算部５９、入力中傾斜角演算部６０、座標変換演算部６１、移動量演算部６２、ユーザ認識部５ｃ及びパターン認識部５ｄを備える。ユーザ認識部５ｃは各圧力センサ４ａ〜４ｎが検出した信号による圧力分布を基にユーザ辞書部５０ａを参照してユーザの識別を行なう。パターン認識部５ｄはユーザ認識部５ｃによるユーザの識別結果を基にパターン辞書部５０ｂにユーザ毎に記憶したデータを参照して移動量演算部６２が算出したペン先部８の移動方向及び移動距離からペン先部８の移動パターンを認識する。このように、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）で検出した加速度の測定値Ａxs，Ａys，Ａzsを座標変換して、重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求め、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の正確な移動方向及び移動距離を求め、ペン先部８の移動方向及び移動距離を基にユーザ毎に記憶したパターン認識のための参照用のデータを用いてペン先部８の筆記パターンを認識するので、さらに正確に文字等の入力を行なうことができる。また、電源部６ｂで演算部５ｂに供給する電力を制御することにより、データバッファ５３で不要なデータを記憶することを防止でき、データバッファ５３の記憶容量を少なくし、装置１全体を小型化することができる。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、この発明のペン型入力装置は、３個の加速度センサと３個のジャイロとペングリップ部の外周部に設けられた複数の圧力センサと演算部とを有している。更に、演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備している。そして、指位置検出部は指による圧力を示す各圧力センサからの圧力分布を基に、各指の相対位置関係を検出する。筆記検出部は無筆記状態か否かを検出する。初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求める。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求める。よって、検出結果の向きが変わることを防止する。
【００７１】
また、ペン型入力装置は、ペングリップ部において、ペングリップ部を握った場合のユーザの各指に対応した２平面又は３平面を備えている。更に、各平面は対応した指を示す印を備え、ユーザがペングリップ部を一定位置で握るようにする。
【００７２】
さらに、上記ペングリップ部の各平面に複数の圧力センサを設け、該各圧力センサが検出した圧力の分布を基にペングリップ部に対するユーザの各指の相対位置関係を求め、求めた指の相対関係からペンの向きを求めて、各指の位置検出処理を容易にする。
【００７３】
また、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行ない、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。更に、各圧力センサが検出した圧力の分布とユーザの識別結果を基にユーザ辞書部を更新して、新規ユーザに対しても対応できるようにする。また、各圧力センサの出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御して、電力消費量を低減する。
【００７４】
また、この発明に係るペン型入力装置は、３個の加速度センサと、３個のジャイロと、ペングリップ部の外周部に設けられた複数の接触検知器と、演算部と、ユーザ辞書部とを有している。演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備している。そして、指位置検出部はユーザの指の接触位置を示す各接触検知器からの指の接触位置の分布を基に、各指の相対位置関係を検出する。筆記検出部は無筆記状態か否かを検出する。初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求める。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求め、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行なう。よって、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。
【００７５】
また、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行ない、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。更に、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布とユーザの識別結果を基にユーザ辞書部を更新して、新規ユーザに対しても対応できるようにする。また、各接触検知器の出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御して、電力消費量を低減する。
【００７６】
また、ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量を基にペン先部の移動パターンを認識するデータをユーザ毎に記憶するパターン辞書部を有し、ユーザの識別結果を基にパターン辞書部を参照してペン先部の移動パターンを認識するので、各ユーザ毎の筆記の特徴等を基に移動パターンを認識し、正確な移動パターン認識をすることができる。
【００７７】
さらに、上記ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量とペン先部の移動パターンの認識結果を基にパターン辞書部を更新して、新しいパターンを入力した場合に学習できるようにする。
【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】指位置を検出しない場合の検出画像の回転状況を示す説明図である。
【図４】筆記入力動作を示すフローチャートである。
【図５】ペングリップ部が指位置を示す面を備える場合の斜視図である。
【図６】ペングリップ部が指位置を示す面を備える場合の平面図である。
【図７】ペングリップ部の各面が圧力センサを備える場合の斜視図である。
【図８】ユーザの向きを示す印を有する場合の斜視図である。
【図９】接触検知器を用いた演算部の構成図である。
【図１０】接触演算部の配置を示すペングリップ部の断面図である。
【図１１】圧力センサを用いユーザを認識する場合の演算部の構成図である。
【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 圧力センサ
４１ 接触検知器
５ 演算部
５０ 辞書記憶部
５０ａ ユーザ辞書部
５０ｂ パターン辞書部
５ｃ ユーザ認識部
５ｄ パターン認識部
５６ 指位置検出部
５７ 筆記検出部
５８ 初期傾斜角演算部
５９ 傾斜角変化演算部
６ 電源部
６ｂ 電源部
６０ 入力中傾斜角演算部
６１ 座標変換演算部
６２ 移動量演算部
６３ 電力制御部
６４ 電力供給部
７ ペン軸
８ ペン先部
９ ペングリップ部
【発明の属する技術分野】
この発明はペン型入力装置、特に座標検出及びペン先部の移動パターン検出の精度向上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及び特開平７-200127号公報に掲載された手書き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。
【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】
また、特開平６-139000号公報に掲載されたペングリップ式入力装置では、ペングリップ部におけるユーザの指の圧力を基に入力パターンを認識している。
【０００８】
【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、特開平７-84716号公報に掲載されたデータ入力装置及び特開平７-200127号公報に掲載された手書き入力装置では、ユーザが装置に設けた各センサがどの向きになるように握っているかを検出できないために検出した入力図形が筆記面上で回転している場合がある。
【０００９】
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。
【００１０】
また、特開平６-139000号公報に掲載されたペングリップ式入力装置では、ペングリップ部におけるユーザの指の圧力を基に入力パターンを認識しているので、入力パターンを回転した状態で認識することはないが、座標検出をすることができず、入力パターンの大きさなどを判別することも困難である。
【００１１】
さらに、筆記中のペンの動きから文字等を認識する場合において、ペンの動作は筆記を行なっているユーザによる個人差が大きい。そこで、ユーザを特定し、ユーザ別に予め設けたデータを用いて文字等の認識を行なえば正確な認識を行なうことができる。
【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、移動量等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個の加速度センサと３個のジャイロとペングリップ部の外周部に設けられた複数の圧力センサと演算部とを有している。更に、演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備している。そして、指位置検出部は指による圧力を示す各圧力センサからの圧力分布を基に、各指の相対位置関係を検出する。筆記検出部は無筆記状態か否かを検出する。初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求める。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求める。よって、検出結果の向きが変わることを防止する。
【００１４】
また、ペン型入力装置は、ペングリップ部において、ペングリップ部を握った場合のユーザの各指に対応した２平面又は３平面を備えている。更に、各平面は対応した指を示す印を備え、ユーザがペングリップ部を一定位置で握るようにする。
【００１５】
さらに、上記ペングリップ部の各平面に複数の圧力センサを設け、該各圧力センサが検出した圧力の分布を基にペングリップ部に対するユーザの各指の相対位置関係を求め、求めた指の相対関係からペンの向きを求めて、各指の位置検出処理を容易にする。
【００１６】
また、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行ない、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。更に、各圧力センサが検出した圧力の分布とユーザの識別結果を基にユーザ辞書部を更新して、新規ユーザに対しても対応できるようにする。また、各圧力センサの出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御して、電力消費量を低減する。
【００１７】
また、この発明に係るペン型入力装置は、３個の加速度センサと、３個のジャイロと、ペングリップ部の外周部に設けられた複数の接触検知器と、演算部と、ユーザ辞書部とを有している。演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備している。そして、指位置検出部はユーザの指の接触位置を示す各接触検知器からの指の接触位置の分布を基に、各指の相対位置関係を検出する。筆記検出部は無筆記状態か否かを検出する。初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求める。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求め、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行なう。よって、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。
【００１８】
また、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行ない、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。更に、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布とユーザの識別結果を基にユーザ辞書部を更新して、新規ユーザに対しても対応できるようにする。また、各接触検知器の出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御して、電力消費量を低減する。
【００１９】
さらに、ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量を基にペン先部の移動パターンを認識するデータをユーザ毎に記憶するパターン辞書部を有し、ユーザの識別結果を基にパターン辞書部を参照してペン先部の移動パターンを認識して、ユーザの筆記特徴によりペン先部の移動パターン認識が不正確になることを防止する。
【００２０】
さらに、上記ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量とペン先部の移動パターンの認識結果を基にパターン辞書部を更新して、新しいパターンを入力した場合に学習できるようにする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明のペン型入力装置は、ペンの向きを検出又はペンの向きが一定なるようにして、移動量等の検出結果が被筆記面上で回転することを防止する等により、正確な筆記入力を行なうものである。
【００２４】
ペン型入力装置は、例えば３個の加速度センサと３個のジャイロと複数の圧力センサと演算部を有する。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軸方向の加速度を測定し、測定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測定し、測定した回転角速度を示す信号を出力する。各圧力センサはペングリップ部の外周部に位置し、ユーザがペングリップ部を握った場合の各指、例えば親指、人差指及び中指による圧力を示す信号を出力する。
【００２５】
演算部は、例えば指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力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。指位置検出部は指による圧力を示す各圧力センサからの信号を入力し、その圧力分布を基に、親指、人差指及び中指の各指の相対位置関係を検出し、その検出結果からペン型入力装置１の向きを求める。これは、ペングリップ部を握った場合において無筆記状態の親指、人差指及び中指による圧力分布は特定のパターンを成すからである。これにより、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求めることができる。
【００２６】
初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の初期傾斜角を求める。ここで、初期傾斜角とは、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる傾斜角であり、筆記開始に先立って無筆記状態で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個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換する。移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算して、装置の傾斜角による影響のない正確な筆記入力を行う。
【００２７】
ここで、上記のようにユーザの手に対するペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のずれを求める変わりに、ペングリップ部の形状をユーザが一定方向に向けて装置を握るようにしたり、ユーザがペングリップ部を握った場合のユーザの各指に対応した印を付けた２平面又は３平面をペングリップ部に設けたりして、ユーザの手に対するペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のずれが発生しないようにしても良い。
【００２８】
また、ペンの握り方及びペンの動作は筆記を行なっているユーザによる個人差が大きい。そこで、ペン型入力装置は、ユーザを特定し、ペンに向きを正確に認識するようにしたり、ユーザ別に予め設けたデータを用いて正確なペン先部の移動パターンの認識を行なうことにより、文字等の正確な認識を行なうようにしても良い。
【００２９】
ペン型入力装置は、例えば３個の加速度センサと３個のジャイロと複数の接触検知器とユーザ辞書部とパターン辞書部とユーザ認識部とパターン認識部を有する。接触検知器は、例えばマイクロスイッチ等から成る。各接触検知器はペングリップ部の外周部に位置し、ユーザが接触したか否かを示す信号を出力する。ユーザ辞書部は各接触検知器の出力パターンを基にユーザを認識するデータを記憶する。パターン辞書部はペン先部の移動パターンを認識する際に参照するデータをユーザ毎に記憶する。ユーザ認識部は各接触検知器が出力したユーザが接触したか否かを示す信号を基にユーザ辞書部を参照してユーザの識別を行なう。ユーザの認識を行なうので、ユーザ毎にペングリップ部９の握り方が異なる場合であっても、対応することができ、ペンの向きの検出をさらに正確に行なうことができる。ここで、ユーザ辞書部とパターン辞書部には、予めデータを記憶するようにしても良いし、筆記の都度記憶するようにしても良い。
【００３０】
パターン認識部はユーザ認識部によるユーザの識別結果を基にパターン辞書部にユーザ毎に記憶したデータを参照して、例えば加速度センサが検出した加速度及びジャイロが検出した回転角速度を用いてペン先部の移動パターンを認識する。ここで、ペン先部の移動パターン認識は、既に説明した演算部が算出したようにしてペン先部の移動方向及び移動量を求め、求めたペン先部の移動方向及び移動量を用いて移動パターンを認識するようにしても良い。このように、ユーザ別に設けた移動パターンのデータを用いて移動パターンを認識することができるので、ユーザの筆記の特徴によらず常に正確に認識することができる。
【００３１】
また、上記接触検知器の代わりに圧力センサを用いても良い。圧力センサは、ペングリップ部外周部にユーザがペングリップ部を握ったことによって加わる圧力を示す信号を出力する。ユーザ認識部は各圧力センサが検出した信号による圧力分布を基にユーザ辞書部を参照してペンを握っているユーザの識別を行なう。パターン認識部はユーザ認識部によるユーザの識別結果を基にパターン辞書部を参照して、例えば加速度センサが検出した加速度及びジャイロが検出した回転角速度を用いてペン先部の移動パターンを認識する。これにより、圧力の強さ等を基にユーザの識別を行なうことができ、接触検知器を用いる場合に比べてさらに正確にユーザの認識を行なうことができる。
【００３２】
さらに、電源部は上記各接触検知器の出力信号又は圧力センサの出力信号を基に加速度センサ、ジャイロ及び演算部等の入力処理部に供給する電力を制御して、電力の消費量を少なくしても良い。ここで、上記入力処理部には加速度センサ及びジャイロを含めなくとも良い。
【００３３】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例のペン型入力装置１の斜視図である。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、圧力センサ４ａ〜４ｎ、演算部５及び電源部６を有する。
【００３４】
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Ａxs，Ａys，Ａzsを検出し、検出した加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを示す信号を出力する。ここで、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Ｐ，Ｑ，Ｒを検出し、検出した回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを示す信号を出力する。ここで、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃは、スケールファクタ（回転運動検出の正確さ）及びドリフトレート（出力オフセットの安定度）が良好で小型なものであれば良く、回転ジャイロ、振動ジャイロ、光学式ジャイロ等のいずれでも良い。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。また、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の各軸（Ｘｓ軸，Ｙｓ軸，Ｚｓ軸）の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の各軸（Ｘｇ軸，Ｙｇ軸，Ｚｇ軸）に対する傾斜角をφ,θ，ψとする。
【００３５】
各圧力センサ４ａ〜４ｎには、例えば歪ゲージ又は圧電素子等の小型のものを用い、その表面を、例えばアクリル又はテフロン等の柔軟性のある素材で被膜する。各圧力センサ４ａ〜４ｎは、ペングリップ部９の外周部に配置され、ユーザがペングリップ部９を握った場合の、例えば親指、人差指及び中指による圧力を示す信号を出力する。
【００３６】
演算部５は、図２に示すようにＡＤ変換器５１ａ〜５１ｎ，５２ａ〜５２ｆ、データバッファ５３、ハイパスフィルタ（以後「ＨＰＦ」という。）５４ａ〜５４ｆ、ローパスフィルタ（以後「ＬＰＦ」という。）５５ａ〜５５ｆ、指位置検出部５６、筆記検出部５７、初期傾斜角演算部５８、傾斜角変化演算部５９、入力中傾斜角演算部６０、座標変換演算部６１及び移動量演算部６２を備える。
【００３７】
ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｆは、圧力センサ４ａ〜４ｎからのアナログ圧力信号をデジタル圧力信号に変換する。ＡＤ変換器５２ａ〜５２ｆは、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。データバッファ５３はＡＤ変換器５１ａ〜５１ｆがデジタル変換したペングリップ部９の外周部における圧力並びにＡＤ変換部５２ａ〜５２ｆがデジタル変換した加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを記憶する。ＨＰＦ５４ａ〜５４ｆ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カットオフ周波数100Hzで抽出する。ＬＰＦ５５ａ〜５５ｆ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カットオフ周波数10Hzで遮断する。これは、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号のペン先部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、筆記加速度成分は周波数10Hz以下の比較的に周波数が低い部分に表れるからである。
【００３８】
指位置検出部５６は各圧力センサ４ａ〜４ｎからの指による圧力を示す信号を入力し、その圧力分布を基に、親指、人差指及び中指の各指の位置を検出する。
この圧力分布から親指、人差指及び中指の各指の位置を検出するには、例えば予め実験により、圧力分布と各指の位置との関係を求めておき、そのデータを基に判断する。筆記検出部５７は３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃによる加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃによる回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒのいずれかの成分がＨＰＦ５４ａ〜５４ｆを透過すると、筆記中と判断する。初期傾斜角演算部５８は無筆記状態において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）による加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び指位置検出部５６の検出結果を基にペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角の初期値φo,θo，ψoを演算する。ここで、上記ペン軸７の傾斜角の初期値φo,θo，ψoの演算について説明する。
【００３９】
ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度Ａxs，Ａys，Ａzsから重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgへの座標変換式は次式のようになる。
【００４０】
【数１】
ここで、無筆記状態においては重力加速度成分のみが影響するので、無筆記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。
【００４２】
【数２】
上式を前記座標変換式に代入すると、次式のようになる。ここで、式中のＡxs(０)，Ａys(０)，Ａzs(０)は無筆記状態におけるペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）によるＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向，Ｚｓ軸方向の加速度である。
【００４４】
【数３】
これにより、無筆記状態における初期傾斜角θo，φoを求めることができる。
ここで、上式では初期傾斜角θo，φoについて求めることができるが、初期傾斜角ψoについては求めることができない。この初期傾斜角ψoは重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のＸｇ軸及びＹｇ軸の方向を示す値であり、この初期傾斜角ψoを常にゼロとすると、例えば図３（ａ）に示すように書いた数字の「２」が、図３（ｂ）に示すように回転して検出される場合がある。そこで、指位置検出部５６で検出した各指の相対位置関係を基にして初期傾斜角ψoを求める。ここで、初期傾斜角θo，φo，ψoの検出は、筆記検出部５７が無筆記状態を検出している間一定間隔で行ない最新の初期傾斜角θo，φo，ψoを用いるようにしても良いし、筆記検出部５７が筆記状態と検出する直前に検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを用いても良い。
【００４６】
傾斜角変化演算部５９は３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃの回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒ(deg./sec)をオイラ角速度（ｄθ／ｄｔ），（ｄφ／ｄｔ），（ｄψ／ｄｔ）に変換し、ペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による初期傾斜角φo，θo，ψoからの傾斜角の変化Δφ，Δθ，Δψを次式を用いて求める。
【００４７】
【数４】
入力中傾斜角演算部６０は筆記検出部５７が無筆記状態と判定しているときに初期傾斜角演算部５８が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による初期傾斜角φo，θo，ψoと傾斜角変化演算部５９が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角変化Δφ，Δθ，Δψを基に、ペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角φ，θ，ψを求める。ここで、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃをペン先端部に設けることはできないので、ペン軸７の傾斜による慣性力及び遠心力による影響を補正する必要がある。そこで、Ｘｓ軸方向の加速度センサ２ａ及びＹｓ軸方向の加速度センサ２ｂのペン先端部からの距離をＬａ、Ｚｓ軸方向の加速度センサ２ｃのペン先端部からの距離をＬｂ、慣性力及び遠心力による影響の補正項をｆ13，ｆ23，ｆ33とすると、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度Ａxs，Ａys，Ａzsから重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgへの座標変換式は次式のようになる。
【００４９】
【数５】
座標変換演算部６１は入力中傾斜角演算部６０が演算した筆記中のペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角φ，θ，ψを基に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが測定したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgに座標変換する。移動量演算部６２は座標変換演算部６１が座標変換した後の加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを２回積分してペン先部８の移動方向及び移動距離を算出する。
【００５１】
上記構成のペン型入力装置１で筆記入力する場合の動作概略について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
演算部５は一定周期で加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ及び圧力センサ４ａ〜４ｎからＸｓ軸方向、Ｙｓ軸方向、Ｚｓ軸方向の加速度Ａxs，Ａys，Ａzs、Ｘｓ軸周り、Ｙｓ軸周り、Ｚｓ軸周りの回転角速度Ｐ、Ｑ、Ｒ及びペングリップ部９における圧力をサンプリングして入力する。このように、ペン型入力装置１の６自由殿動きを測定するので、ペン型入力装置１の任意の位置の初期時刻からの相対位置を求めることができる。ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｎは圧力センサ４ａ〜４ｎから入力した圧力信号をデジタル変換し、データバッファ４２に記憶する。ＡＤ変換器５２ａ〜５２ｆはユーザがペン型入力装置１を握っている状態での加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃから入力した加速度信号Ａxs，Ａys，Ａzs及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃから入力した回転角速度信号Ｐ、Ｑ、Ｒをデジタル変換し、データバッファ４２に記憶する。ここで、デジタル変換した圧力、加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び回転角速度Ｐ、Ｑ、Ｒをデータバッファ４２に記憶するので、筆記終了後に初期傾斜角等を補正して、遡って移動量を検出することもできる。
【００５３】
ここで、ユーザがペン型入力装置１を握ったか否かを判定して、ユーザがペンを握っているときにのみサンプリングするようにして、データバッファ５３に記憶するデータ量を減らしても良い。
【００５４】
筆記検出部５７が無筆記状態を検出しているときに（ステップＳ１）、指位置検出部５６はデータバッファ５３から圧力センサ４ａ〜４ｎが検出した圧力を示す信号を入力し、そのペングリップ部９における圧力分布を基にユーザの指の位置を検出する（ステップＳ２）。初期傾斜角演算部５８は無筆記状態において加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及び指位置検出部５６の検出結果を基に、既に説明したようにして初期傾斜角φo，θo，ψoを算出する（ステップＳ３）。
【００５５】
筆記検出部５７でペン型入力装置１が筆記状態であると判断しているときに（ステップＳ１）、ユーザが座標演算開始用のスイッチ（不図示）を押下すると（ステップＳ４）、傾斜角変化演算部５９はデータバッファ５３からジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃが検出した回転角速度信号Ｐ，Ｑ，Ｒを読み出し、傾斜角変化Δθ、Δφ、Δψを求める（ステップ６）。ここで、データバッファ３２は一定間隔でサンプリングしたデータを記憶しているので、このように任意のタイミングでデータを読み出して処理することができる。
【００５６】
入力中傾斜角演算部６０は、初期傾斜角演算部５８が演算した初期傾斜角φo，θo，ψoと傾斜角変化演算部５９が演算した傾斜角変化Δθ、Δφ、Δψを基に移動中のペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の傾斜角θ、φ、ψを求める（ステップＳ７）。座標変換演算部６１は入力中傾斜角演算部６０が演算したペン軸７の傾斜角θ、φ、ψを基に加速度センサ２ａ〜２ｃによるペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを座標変換して、重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求める（ステップＳ８）。このように、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求めるので、両座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）、（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のずれによる移動量検出結果の誤差発生をなくすことができる。
【００５７】
移動量演算部６２は筆記中の座標変換演算部６１が変換した加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgをそれぞれ２回積分してペン先部８の移動方向及び移動距離を算出する（ステップＳ９）。ペン型入力装置１は無筆記状態になるまで上記処理（ステップＳ４〜Ｓ９）を繰り返す（ステップＳ１０）。このように、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）で検出した加速度の測定値Ａxs，Ａys，Ａzsを座標変換して重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求めることにより、ペン軸７に傾斜による影響をなくすことができ、正確な筆記入力をすることができる。ここで、無筆記状態には、実際に筆記面上で静止している状態と、空中を移動している場合とがあるが、この両者は重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＺｇ軸方向加速度Ａzgを基にペン先部８の軌跡を求めることにより判別できる。従って、上記実施例においては無筆記状態を基準に初期傾斜角φo，θo，ψo等を求めたが、静止状態を基準に初期傾斜角φo，θo，ψo等を算出したほうが好ましい。
【００５８】
ここで、上記実施例では、各圧力センサ４ａ〜４ｎをペングリップ部９の外周部に設け、各圧力センサ４ａ〜４ｎからの信号が示す圧力分布から初期傾斜角ψoを求めたが、例えばペングリップ部９の形状をユーザがペン型入力装置１を一定位置で握るようにして、初期傾斜角ψoを常に予め定めた一定値にするようにしても良い。
【００５９】
また、ペングリップ部９が、例えば図５及び図６に示すようにペングリップ部９を握った場合のユーザの各指に対応した平面１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備え、各平面１０ａ，１０ｂ，１０ｃに対応した指を示す印１１ａ，１１ｂ等を設けても良い。
【００６０】
さらに、図７に示すように上記ペングリップ部９の各面１０ａ，１０ｂ，１０ｃに圧力センサ４ａ〜４ｎを設けても良い。この場合、各面１０ａ，１０ｂ，１０ｃが親指、人差指、中指のいずれかに対応するために、指位置検出手段５６の演算処理が容易になる。
【００６１】
また、図８に示すようにペン型入力装置１にユーザの向きを示す印１２を設けても良い。
【００６２】
また、上記実施例ではペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の各軸周りの加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及びペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の各軸周り回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを検出しているが、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の２軸以上の加速度及びペン軸７の傾斜角を検出できる構成であれば良く、例えば３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及び３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いる変わりにペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度を検出する２個の加速度センサとＸｓ軸周り及びＹｓ軸周りの回転角速度を検出する２個のジャイロを用いても良い。
【００６３】
また、他の実施例として、図９に示すようにペン型入力装置１ｂが加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ、接触検知器４１ａ〜４１ｎ、辞書記憶部５０、演算部５ａ及び電源部６ｂを有するようにしても良い。接触検知器４１ａ〜４１ｎは、例えばマイクロスイッチ又は感圧式のゴムから成り、図１０に示すようにペングリップ部９の外周部に配置され、ユーザがペングリップ部９を握ったか否かを示す信号を出力する。ここで、接触検知器４１ａ〜４１ｎの外周にカバーを設けて、接触検知器４１ａ〜４１ｎの破損を防止するようにしても良い。また、ペングリップ部９の断面は、図に示すような円形でなく楕円形等でも良い。辞書記憶部５０はユーザ辞書部５０ａとパターン辞書部５０ｂを備える。ユーザ辞書部５０ａは各接触検知器４１ａ〜４１ｎの出力パターンを基にユーザを認識するデータを記憶する。パターン辞書部５０ｂはペン先部８の移動パターンを認識する際に参照するデータを予めユーザ毎に記憶する。ここで、ユーザ辞書部５０ａ及びパターン辞書部５０ｂに予め記憶するデータとしては、例えば予めユーザが実際にパターンを筆記した際のデータを記憶する。
【００６４】
演算部５ａはユーザ認識部５ｃとパターン認識部５ｄを備える。ユーザ認識部５ｃは各接触検知器４１ａ〜４１ｎが出力したユーザが接触したか否かを示す信号を基にユーザ辞書部５０ａを参照してＤＰマッチング法などを用いてユーザの識別を行なう。このように、ユーザの識別を行なうことにより、前記実施例のようにペンの向きを検出する場合において、さらに正確にペンの向きを検出できるようになる。また、逆にペンに向き及びユーザの指を特定した後にユーザを識別すれば、ユーザの識別の精度をさらに向上することができる。
【００６５】
パターン認識部５ｄはユーザ認識部５ｃによるユーザの識別結果を基にパターン辞書部５０ｂを参照して加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号を用いて、例えばＤＰマッチング法等でマッチングを行ない、ペン先部８の移動パターンを認識する。このように、ペングリップ部９のユーザによって押された位置を基にユーザを認識し、ユーザ毎に予めパターン認識のために記憶したデータを用いてペン先部８の移動パターンを認識するので、ペン先部８の移動パターンの認識がユーザの筆記の仕方によって受ける影響を少なくでき、ペン先部８の移動パターンを常に正確に認識することができる。ペン先部８の移動パターンを正確に認識することができるので、文字入力等の際に入力した文字等を正確に認識できる。ここで、ユーザを正確に認識することができなくとも、ユーザが利きか、又は、左利きかを認識するだけでも、パターン認識精度を上げることができる。また、パターン認識をニューラルネットワークで構成し、ニューラルネットワーク演算を行なうことにより、ペン先部８の移動パターンの認識を行なうようにしても良い。
【００６６】
電源部６ｂは、電力制御部６３と電力供給部６４を備える。電力制御部６３は各接触検知器４１ａ〜４１ｎの出力信号を基に演算部５ａ等に電力供給部６４が供給する電力を制御する。電力供給部６４は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ、接触検知器４１ａ〜４１ｎ、辞書記憶部５０及び演算部５ａに電力を供給する部分であり、電力制御部６３の制御に応じて、演算部５ａに電力を供給したり、演算部５ａに対する電力の供給を停止したりする。電力制御部６３は、例えば各接触検知器４１ａ〜４１ｎの出力信号がユーザがペングリップ部９を握っていることを示している場合には、演算部５ａに電力を供給するように電力供給部６４に指示し、各接触検知器４１ａ〜４１ｎの出力信号がユーザがペングリップ部９を握っていないことを示している場合には、演算部５ａに対する電力供給を停止するように電力供給部６４に指示する。このように、ユーザがペングリップ部９を握っているか否かに応じて、演算部５ａに対する電力供給を制御することにより、電力の消費を押えることができると共に、電力の消費を押えるためにスイッチ等を別途設ける必要がなく、装置構成を簡単にできる。ここで、電力供給部６４は、演算部５ａに対してだけでなく、電力制御部６３の制御に応じて加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ及び演算部５ａに電力を供給したり、これらに対する電力の供給を停止したりするようにしても良い。
【００６７】
また、接触検知器４１ａ〜４１ｎの代わりにペングリップ部９の外周部に既に説明したように複数の圧力センサ４ａ〜４ｎを設けても良い。ユーザ認識部５ｃは各圧力センサ４ａ〜４ｎが検出した信号による圧力分布を基にユーザ辞書部５０ａを参照してユーザの識別を行なう。パターン認識部５ｄはユーザ認識部５ｃによるユーザの識別結果を基にパターン辞書部５０ｂにユーザ毎に記憶したデータを参照してペン先部８の移動パターンを認識する。これにより、多値データである圧力の強さのデータを基にユーザの識別を行なうことができ、接触検知器４１ａ〜４１ｎを用いる場合に比べてさらに正確にユーザの認識を行ない、正確に文字等の入力を行なうことができる。
【００６８】
さらに、図１１に示すように圧力センサ４ａ〜４ｎの出力信号を既に説明したように指位置検出に用いるようにしても良い。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、圧力センサ４ａ〜４ｎ、辞書記憶部５０、演算部５ｂ及び電源部６ｂを有する。
【００６９】
演算部５ｂは、ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｎ，５２ａ〜５２ｆ、データバッファ５３、ＨＰＦ５４ａ〜５４ｆ、ＬＰＦ５５ａ〜５５ｆ、指位置検出部５６、筆記検出部５７、初期傾斜角演算部５８、傾斜角変化演算部５９、入力中傾斜角演算部６０、座標変換演算部６１、移動量演算部６２、ユーザ認識部５ｃ及びパターン認識部５ｄを備える。ユーザ認識部５ｃは各圧力センサ４ａ〜４ｎが検出した信号による圧力分布を基にユーザ辞書部５０ａを参照してユーザの識別を行なう。パターン認識部５ｄはユーザ認識部５ｃによるユーザの識別結果を基にパターン辞書部５０ｂにユーザ毎に記憶したデータを参照して移動量演算部６２が算出したペン先部８の移動方向及び移動距離からペン先部８の移動パターンを認識する。このように、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）で検出した加速度の測定値Ａxs，Ａys，Ａzsを座標変換して、重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求め、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の正確な移動方向及び移動距離を求め、ペン先部８の移動方向及び移動距離を基にユーザ毎に記憶したパターン認識のための参照用のデータを用いてペン先部８の筆記パターンを認識するので、さらに正確に文字等の入力を行なうことができる。また、電源部６ｂで演算部５ｂに供給する電力を制御することにより、データバッファ５３で不要なデータを記憶することを防止でき、データバッファ５３の記憶容量を少なくし、装置１全体を小型化することができる。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、この発明のペン型入力装置は、３個の加速度センサと３個のジャイロとペングリップ部の外周部に設けられた複数の圧力センサと演算部とを有している。更に、演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備している。そして、指位置検出部は指による圧力を示す各圧力センサからの圧力分布を基に、各指の相対位置関係を検出する。筆記検出部は無筆記状態か否かを検出する。初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求める。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求める。よって、検出結果の向きが変わることを防止する。
【００７１】
また、ペン型入力装置は、ペングリップ部において、ペングリップ部を握った場合のユーザの各指に対応した２平面又は３平面を備えている。更に、各平面は対応した指を示す印を備え、ユーザがペングリップ部を一定位置で握るようにする。
【００７２】
さらに、上記ペングリップ部の各平面に複数の圧力センサを設け、該各圧力センサが検出した圧力の分布を基にペングリップ部に対するユーザの各指の相対位置関係を求め、求めた指の相対関係からペンの向きを求めて、各指の位置検出処理を容易にする。
【００７３】
また、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行ない、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。更に、各圧力センサが検出した圧力の分布とユーザの識別結果を基にユーザ辞書部を更新して、新規ユーザに対しても対応できるようにする。また、各圧力センサの出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御して、電力消費量を低減する。
【００７４】
また、この発明に係るペン型入力装置は、３個の加速度センサと、３個のジャイロと、ペングリップ部の外周部に設けられた複数の接触検知器と、演算部と、ユーザ辞書部とを有している。演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備している。そして、指位置検出部はユーザの指の接触位置を示す各接触検知器からの指の接触位置の分布を基に、各指の相対位置関係を検出する。筆記検出部は無筆記状態か否かを検出する。初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求める。傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求める。入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求める。座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求め、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行なう。よって、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。
【００７５】
また、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行ない、ユーザ毎にペンの向き及びペン先部の移動パターン認識を行なえるようにする。更に、各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布とユーザの識別結果を基にユーザ辞書部を更新して、新規ユーザに対しても対応できるようにする。また、各接触検知器の出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御して、電力消費量を低減する。
【００７６】
また、ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量を基にペン先部の移動パターンを認識するデータをユーザ毎に記憶するパターン辞書部を有し、ユーザの識別結果を基にパターン辞書部を参照してペン先部の移動パターンを認識するので、各ユーザ毎の筆記の特徴等を基に移動パターンを認識し、正確な移動パターン認識をすることができる。
【００７７】
さらに、上記ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量とペン先部の移動パターンの認識結果を基にパターン辞書部を更新して、新しいパターンを入力した場合に学習できるようにする。
【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】指位置を検出しない場合の検出画像の回転状況を示す説明図である。
【図４】筆記入力動作を示すフローチャートである。
【図５】ペングリップ部が指位置を示す面を備える場合の斜視図である。
【図６】ペングリップ部が指位置を示す面を備える場合の平面図である。
【図７】ペングリップ部の各面が圧力センサを備える場合の斜視図である。
【図８】ユーザの向きを示す印を有する場合の斜視図である。
【図９】接触検知器を用いた演算部の構成図である。
【図１０】接触演算部の配置を示すペングリップ部の断面図である。
【図１１】圧力センサを用いユーザを認識する場合の演算部の構成図である。
【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 圧力センサ
４１ 接触検知器
５ 演算部
５０ 辞書記憶部
５０ａ ユーザ辞書部
５０ｂ パターン辞書部
５ｃ ユーザ認識部
５ｄ パターン認識部
５６ 指位置検出部
５７ 筆記検出部
５８ 初期傾斜角演算部
５９ 傾斜角変化演算部
６ 電源部
６ｂ 電源部
６０ 入力中傾斜角演算部
６１ 座標変換演算部
６２ 移動量演算部
６３ 電力制御部
６４ 電力供給部
７ ペン軸
８ ペン先部
９ ペングリップ部
Claims (13)
- ３個の加速度センサと、３個のジャイロと、ペングリップ部の外周部に設けられた複数の圧力センサと、演算部とを有し、
演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備し、
指位置検出部は指による圧力を示す各圧力センサからの圧力分布を基に、各指の相対位置関係を検出し、筆記検出部は無筆記状態か否かを検出し、初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求め、傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求め、入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求め、座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求めることを特徴とするペン型入力装置。 - 前記ペングリップ部はペングリップ部を握った場合のユーザの各指に対応した２平面又は３平面を備えている請求項１記載のペン型入力装置。
- 前記各平面は対応した指を示す印を備える請求項２に記載のペン型入力装置。
- 前記ペングリップ部の各平面に複数の圧力センサを設け、該各圧力センサが検出した圧力の分布を基に前記ペングリップ部に対するユーザの各指の相対位置関係を求め、求めた指の相対関係からペンの向きを求める請求項２又は３に記載のペン型入力装置。
- 前記各圧力センサが検出した圧力の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、各圧力センサが検出した圧力の分布を基に前記ユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行なう請求項１〜４のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 前記各圧力センサが検出した圧力の分布とユーザの識別結果を基に前記ユーザ辞書部を更新する請求項５記載のペン型入力装置。
- 前記各圧力センサの出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御する請求項１〜６のいずれかに記載のペン型入力装置。
- ３個の加速度センサと、３個のジャイロと、ペングリップ部の外周部に設けられた複数の接触検知器と、演算部と、ユーザ辞書部とを有し、
演算部は指位置検出部と筆記検出部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と入力中傾斜角演算部と座標変換演算部と移動量演算部とを具備し、
指位置検出部はユーザの指の接触位置を示す各接触検知器からの指の接触位置の分布を基に、各指の相対位置関係を検出し、筆記検出部は無筆記状態か否かを検出し、初期傾斜角演算部は筆記検出部が無筆記状態であることを検出しているときに３個の加速度センサが測定した加速度及び指位置検出部の検出結果を基に重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による、筆記中のペン軸の傾斜角演算の基準となる初期傾斜角を求め、傾斜角変化演算部は３個のジャイロが測定した回転角速度を基に初期傾斜角を求めた後のペン軸の傾斜角の変化を求め、入力中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が求めた初期傾斜角と傾斜角変化演算部が求めた傾斜角変化を基にペン軸の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）による傾斜角を求め、座標変換演算部は入力中傾斜角演算部が求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）によるペン軸の傾斜角を基に３個の加速度センサが検出したペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）による加速度を座標変換し、移動量演算部は筆記状態において座標変換演算部が座標変 換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動距離を演算し、ペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の向きのずれを求め、前記各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基に前記ユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行なうことを特徴とするペン型入力装置。 - 前記各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基にユーザを識別するデータを記憶するユーザ辞書部を有し、前記各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布を基に前記ユーザ辞書部に記憶したデータを参照してペンを握っているユーザの識別を行なう請求項８記載のペン型入力装置。
- 前記各接触検知器が検出したユーザの指の接触位置の分布とユーザの識別結果を基に前記ユーザ辞書部を更新する請求項９記載のペン型入力装置。
- 前記各接触検知器の出力信号を基に入力処理部に供給する電力を制御する請求項８〜１０のいずれかに記載のペン型入力装置。
- ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量を基にペン先部の移動パターンを認識するデータをユーザ毎に記憶するパターン辞書部を有し、ユーザの識別結果を基にパターン辞書部を参照してペン先部の移動パターンを認識する請求項８記載のペン型入力装置。
- 前記ペン先部に加わる加速度と装置の回転角速度のいずれか一方又は双方或いはこれらを用いて求めたペン先部の移動方向及び移動量とペン先部の移動パターンの認識結果を基に前記パターン辞書部を更新する請求項１２記載のペン型入力装置。
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