JP3710603B2 - 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】
この発明はコンピュータシステムにおけるカーソル移動の入力、図形及び文字の入力を行なう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。マウスは、小型化が可能であり、また、ポインティングデバイスとしては適しているが、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量を調べ、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量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。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、ペン軸と直交する平面上で直交する２方向の加速度を検出する加速度センサを２組備えた装置として、例えば特開平６-230886号公報に掲載されたペンシル型入力装置では、２組の加速度センサの出力を積分した後、加速度センサの取付け位置の影響を補正し、ペン先部の移動方向及び移動量を検出している。
【０００７】
また、ペン型入力装置に関するものでなく、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軸周りの回転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回転角速度を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。
【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。
【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】
また、特開平６-230886号公報に掲載されたペンシル型入力装置では、加速度の積分を行なった後に補正をしているので誤差の検出が困難になり、正確な補正ができない。また、ペン先部における加速度の検出成分がペン軸の傾斜運動により変化することを考慮していない。
【００１１】
また、特開平７-294240号公報に掲載された位置センサにおいても加速度センサの取付位置及びジャイロの取付位置に対する考慮はなされていないため、検出結果が不正確になる場合がある。
【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、筆記入力を簡単な構成で正確に検出する小型なペン型入力装置を得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、１個の加速度センサと１個のジャイロを有し、加速度センサはペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度（Ａxs）を示す信号を出力し、ジャイロはＹs軸周りの回転角速度（ωys）を示す信号を出力し、加速度センサの取付位置の座標（Ｘas，Ｙas，Ｚas）とジャイロを用いて検出した回転角速度（dωys／dt）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサが検出した加速度（Ａxs）を補正してペン先部における加速度（Ａxs補正）を、Ａxs補正＝Ａxs−（dωys／dt）・Ｚas＋ωys２・Ｘasにより求め、補正したペン先部における加速度（Ａxs補正）を基に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxog）を、Ａxog＝Ａxs補正・cos−１φ−ｇ・tanφ（ただし、φはペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角、ｇは9.80665(m/sec2)である）により求め、求めたペン先部の加速度（Ａxog）を基にペン先部の移動量を検出して、加速度センサがペン先部から離れていることによるペン軸の傾斜運動の影響をなくし、ペン先部の移動量を正確に検出する。
【００１４】
また、２個の加速度センサと２個のジャイロを有し、各加速度センサはそれぞれペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ xs ）及びＹ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ ys ）を出力し、各ジャイロはそれぞれＸ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω xs ）及びＹ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω ys ）を出力し、各加速度センサの取付位置の座標（（Ｘ as ，Ｙ as ，Ｚ as ），（Ｘ bs ，Ｙ bs ，Ｚ bs ））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（ d ω ys ／ dt ， d ω xs ／ dt ）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａ xs ，Ａ ys ）を補正してペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ）を、
【００１５】
【数８】
【００１６】
により求め、補正したペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ）を基に重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ）を、
【００１７】
【数９】
【００１８】
により求め、ペン先部の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ）を基にペン先部の移動量を検出する。
【００１９】
また、２個の加速度センサと３個のジャイロを有し、各加速度センサはそれぞれペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ xs ）及びＹ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ ys ）を出力し、各ジャイロはそれぞれＸ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω xs ）、Ｙ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω ys ）及びＺ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω zs ）を出力し、各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘ as ，Ｙ as ，Ｚ as ），（Ｘ bs ，Ｙ bs ，Ｚ bs ））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（ d ω ys ／ dt ， d ω xs ／ dt ， d ω zs ／ dt ）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａ xs ，Ａ ys ）を補正してペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ）を、
【００２０】
【数１０】
【００２１】
により求め、補正したペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ）を基に重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ）を、
【００２２】
【数１１】
【００２３】
により求め、ペン先部の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ）を基にペン先部の移動量を検出する。
【００２４】
また、３個の加速度センサと３個のジャイロを有し、各加速度センサはそれぞれペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ xs ）、Ｙ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ ys ）及びＺ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ zs ）を出力し、各ジャイロはそれぞれＸ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω xs ）、Ｙ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω ys ）及びＺ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω zs ）を出力し、各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘ as ，Ｙ as ，Ｚ as ），（Ｘ bs ，Ｙ bs ，Ｚ bs ） , （Ｘ cs ，Ｙ cs ，Ｚ cs ））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（ d ω ys ／ dt ， d ω xs ／ dt ， d ω zs ／ dt ）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａ xs ，Ａ ys ， Ａ zs ）を補正してペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ，Ａ zs 補正 ）を、
【００２５】
【数１２】
【００２６】
により求め、補正したペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ，Ａ zs 補正 ）を基に重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ，Ａ zog ）を、
【００２７】
【数１３】
【００２８】
により求め、ペン先部の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ，Ａ zog ）を基にペン先部の移動量を検出する。
【００２９】
さらに、３個の加速度センサと３個のジャイロを有し、各加速度センサはそれぞれペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ xs ）、Ｙ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ ys ）及びＺ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ zs ）を出力し、各ジャイロはそれぞれＸ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω xs ）、Ｙ s 軸周りの回 転角速度を示す信号（ω ys ）及びＺ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω zs ）を出力し、各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘ as ，Ｙ as ，Ｚ as ），（Ｘ bs ，Ｙ bs ，Ｚ bs ） , （Ｘ cs ，Ｙ cs ，Ｚ cs ））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（ d ω ys ／ dt ， d ω xs ／ dt ， d ω zs ／ dt ）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａ xs ，Ａ ys ，Ａ zs ）を補正してペン先部におけるペン軸座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ，Ａ zog ）を下記の式より求め、
【００３０】
【数１４】
【００３１】
求めたペン先部のペン軸座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）による各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ，Ａ zog ）を基にペン先部の軌跡（Ｘ og ，Ｙ og ，Ｚ og ）を求めてペン先部の移動量を検出する。
【００３２】
さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設けて、加速度の補正を容易にする。
【００３３】
さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設けて、加速度の補正をさらに容易にする。
【００３４】
さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設け、Ｚs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＺs軸上に設けた。
【００３５】
さらに、ペン軸からの距離が加速度センサの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さの範囲内である位置に加速度センサを設けてＸs軸方向及びＹs軸方向の補正を行なう必要をなくし、処理速度を向上する。
【００３６】
さらに、筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の傾斜角の初期値を算出し、算出したペン軸の傾斜角の初期値とジャイロを用いて検出した角速度から測定時点におけるペン軸の傾斜角を求め、ジャイロを用いて検出した角速度及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の加速度を求め、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の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オイラー角を用いてペン先部の移動方向及び移動距離を求める。
【００３７】
また、筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に回転角ベクトルの初期値を算出し、算出した回転角ベクトルの初期値とジャイロを用いて検出した角速度を基に今回サンプリングの際の回転角ベクトルを演算し、ジャイロを用いて検出した角速度及び加速度センサの取付位置を基に傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の加速度を求め、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の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、ストラップダウン方法を用いてペン先部の移動方向及び移動距離を求める。
【００３８】
【発明の実施の形態】
この発明のペン型入力装置は、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がある。この発明のペン型入力装置は、少なくとも１個の加速度センサと少なくとも１個のジャイロを有し、加速度センサの取付位置とジャイロを用いて検出した回転角速度とを基に、加速度センサを用いて検出した加速度のうちペン軸の傾斜運動による加速度成分を算出し、算出したペン軸の傾斜運動による加速度成分を加速度センサが検出した加速度から除去して、加速度センサの取付位置とペン軸の傾斜運動による影響をなくし、ペン先部の移動方向及び移動距離を正確に検出するものである。
【００３９】
ペン型入力装置が、例えば３個の加速度センサと３個のジャイロと演算部を有する場合について説明する。３個の加速度センサはそれぞれペン座標系（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出力する。３個のジャイロはそれぞれペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の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。
【００４０】
演算部は傾斜加速度補正部と移動演算処理部を備える。傾斜加速度補正部は角加速度演算部と加速度補正部を有する。角加速度演算部はジャイロを用いて検出した回転角速度を基に回転角加速度を求める。加速度補正部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速度、角加速度演算部が算出した回転角加速度及び各加速度センサの取付位置を基に３個の加速度センサを用いて検出した加速度のペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に３個の加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先部におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求める。これにより、加速度センサの取付位置がペン先部から離れていることに起因するペン軸の傾斜運動の影響をなくすことができる。
【００４１】
移動演算処理部は、例えば静止判別部と傾斜角初期値演算部と傾斜角演算部と座標変換演算部と重力加速度除去部と移動量演算部を備える。静止判別部は加速度センサを用いて検出した加速度とジャイロを用いて検出した回転角速度を基にペン先部が静止状態か否かを検出する。傾斜角初期値演算部は静止状態において３個の加速度センサを用いて検出したペン座標系（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。傾斜角演算部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速度と傾斜角初期値演算部が算出した傾斜角の初期値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。
【００４２】
座標変換演算部は傾斜角演算部が算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加速度補正部が求めたペン先部におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度に変換する。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部の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での移動方向及び移動距離を算出する。このように重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を用いて移動方向及び移動距離を演算するので、ペン軸の傾斜による影響をなくすことができる。
【００４３】
ここで、上記加速度補正部の演算を簡単にするために、例えばＸs軸方向の加速度センサをＹs＝０となる位置、Ｙs方向の加速度センサをＸs＝０となる位置、Ｚs方向の加速度センサをＺs軸上に設けたり、Ｚs軸からの距離が加速度センサの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さの範囲内である位置に各加速度センサを設けたりしても良い。ここで、通常の筆記動作ではペン先部の加速度は最大10（ｍ/s２）程度であり、補正に用いる回転角速度の２乗及び回転角加速度の値は大きくて2.5（/s２）程度であり、また、補正量は加速度の分解能程度の精度で算出すれば良いことから加速度センサの加速度の分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さとした。
【００４４】
【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。以下の説明では、ペン先部８を原点としペン軸７をＺs軸とした座標系をペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）といい、ペン軸７と直交する２軸をＸs軸及びＹs軸として説明する。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）といい、Ｚg軸と直交する２軸をＸg軸及びＹg軸という。図に示すように、ペン型入力装置１は加速度センサ２ａ、ジャイロ３ｂ、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は、Ｘs軸に平行なＸsa軸方向に向けて設けられ、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す信号を出力する。以後の説明において加速度センサ２ａが出力する信号が示す加速度をＡxsとし、ペン先部８におけるＸs軸方向の加速度Ａxs補正と区別する。加速度センサ２ａは、小型且つ高感度で加速度検出に対する直線性が良好なものであれば良く、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。ジャイロ３ｂはＹs軸周りの回転角速度ωysを示す信号を出力する。各軸周りの回転角速度は理想的には取付位置に影響されないものなので、ジャイロ３ｂはＹs軸上に設ける必要はない。ジャイロ３ａはスケールファクタ（回転運動検出の正確さ）とドリフトレート（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、振動ジャイロ又は光学式ジャイロ等のいずれでも良い。
【００４５】
演算部４は、図２に示すように入力処理部４１、傾斜加速度補正部４２及び移動演算処理部４３を備える。入力処理部４１はＡ／Ｄ変換器４１１、４１３とローパスフィルタ（以後「ＬＰＦ」という。）４１２，４１４を有する。ＡＤ変換器４１１、４１３は、それぞれ加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＬＰＦ４１２，４１４はペン先部８と筆記面との摩擦力により生じる加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからの信号から高周波成分を遮断する。これは、ペン先部８と筆記面との摩擦により加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからの信号に高周波成分が発生するからである。
【００４６】
傾斜角度補正部４２は角加速度演算部４２１と加速度補正部４２２を有する。角加速度演算部４２１はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωysから回転角加速度ｄωys／ｄｔを求める。加速度補正部４２２はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωys、角加速度演算部４２１が算出した回転角加速度ｄωys／ｄｔ及び各加速度センサ２ａの取付位置を基に加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsのペン先部８を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出する。さらに、加速度補正部４２２は、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを補正して、ペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度Ａxs補正を求める。ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度センサ２ａの取付位置の座標を（Ｘas，Ｙas，Ｚas）とすると、補正後の加速度Ａxs補正は、次式のようになる。
【００４７】
【数１５】
【００４８】
傾斜角度補正部４２２では、上記演算を行なうことにより補正後の加速度Ａxs補正を求める。ここで、上記式の第２項がペン軸７の傾斜運動による加速度成分である。
【００４９】
移動演算処理部４３は静止判別部４３１、傾斜角初期値演算部４３２、傾斜角演算部４３３、座標変換演算部４３４、重力加速度除去部４３５及び移動量演算部４３６を有する。静止判別部４３１はデジタル変換後の加速度センサ２ａからの信号及びジャイロ３ｂからの信号の時間変化を監視して、ペン先部８が静止状態か否かを判別する。傾斜角初期値演算部４３２は静止状態で加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを基にペン軸８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）おける傾斜角の初期値φoを、次式を用いて算出する。
【００５０】
【数１６】
【００５１】
傾斜角演算部４３３はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωys及び傾斜角初期値演算部４３２が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の初期値φoを基に、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を求める。ここで、前回サンプリングの際に算出した傾斜角（今回のサンプリングをｎ回目とした場合のｎ−１回目のサンプリングの際の傾斜角）をφn-1とし、サンプリング周期をｔ0とすると、今回サンプリングの際の傾斜角φnは、次式で表わされ、傾斜角演算部４３３はこの演算を行なうことにより、ペン軸７の傾斜角を算出する。
【００５２】
【数１７】
【００５３】
座標変換演算部４３４は傾斜角演算部４３３が算出したペン軸７の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角φを基に、次式を用いて加速度補正部４２１が求めたペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度Ａxs補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度Ａxogに変換する。
【００５４】
【数１８】
【００５５】
重力加速度除去部４３５は座標変換演算部３４が座標変換した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度Ａxgから重力加速度ｇの成分を除去する。移動量演算部４３６は重力加速度除去部４３５が重力加速度ｇの成分を除去した後の加速度Ａxgを２回積分してペン先部８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での１次元移動量を算出し、記憶部５に記憶する。
【００５６】
上記構成のペン型入力装置１の動作を、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂはそれぞれＸs軸方向の加速度Ａxs及びＹs軸周りの回転角速度ωysを示す信号を出力する。ＡＤ変換器４１１，４１３は、加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂを用いて検出した加速度Ａxs及び回転角速度ωysをデジタル変換する。ＬＰＦ４１２，４１４は加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからの信号をデジタル変換して得た加速度Ａxs及び回転角速度ωysから低周波数成分を抽出する。
【００５８】
予め定めた一定周期のサンプリングタイミングになると、静止判別部４３１は、ＡＤ変換器４１１，４１３からデジタル変換後の加速度Ａxs及び回転角速度ωysを読み出し（ステップＳ１）、例えば読み出した加速度Ａxs及び回転角速度ωysの変化を監視し、静止状態か否かを判別する。
【００５９】
静止判別部４３１が静止状態であると判別すると（ステップＳ２）、傾斜角初期値演算部４３２は、既に説明したように加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを基にして初期傾斜角φoを求める（ステップＳ３）。
【００６０】
その後、静止状態でなくなると、移動演算処理部４３は、加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxs及びジャイロ３ａを用いて検出した回転角速度ωysを読み出す（ステップＳ４）。傾斜角演算部４３３は、既に説明したように、筆記中の傾斜角φを算出する（ステップＳ５）。
【００６１】
角加速度演算部４２１はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωysを基に回転角加速度ｄωys／ｄｔを算出する（ステップＳ６）。加速度補正部４２２は回転角速度ωys及び回転角加速度ｄωys／ｄｔを基に、既に説明したように加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを補正して、ペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs補正を算出する（ステップＳ７）。このように加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを基にペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs補正を算出するので、加速度センサ２ａの取付位置がペン先部８から離れていることによるペン軸７の傾斜運動の影響をなくすことができる。
【００６２】
座標変換演算部４３４は、既に説明したように傾斜角演算部４３３が算出した筆記中のペン軸７の傾斜角φを用いて、加速度補正部４２２が算出したペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度Ａxogに変換する（ステップＳ８）。このように、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度Ａxogに変換するので、ペン軸７の傾斜による影響を除去することができる。重力加速度除去部４３５は、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度Ａxogから重力加速度ｇの成分を除去し、重力加速度ｇによる影響を除去する（ステップＳ９）。移動量演算部４３６は重力加速度ｇの成分を除去した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度Ａxogを２回積分してペン先部８の移動量Ｘogを算出して（ステップＳ１０）、ペン先部８の軌跡を求め、入力処理が終了するまで上記動作を繰り返す（ステップＳ１１）。これにより、ペン先部８の１次元の軌跡を正確に検出することができる。
【００６３】
次ぎに、図４に示すようにペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと２個のジャイロ３ａ，３ｂを備える場合について説明する。
【００６４】
加速度センサ２ａ，２ｂはそれぞれペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向及びＹs軸方向に向けて設けられ、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す信号及びＹs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する。以後の説明において加速度センサ２ｂが出力する信号が示す加速度をＡysとし、ペン先部８におけるＹs軸方向の加速度Ａys補正と区別する。ジャイロ３ａ，３ｂはそれぞれＸs軸周りの回転角速度ωxsを示す信号及びＹs軸周りの回転角速度ωysを示す信号を出力する。
【００６５】
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度センサ２ａ，２ｂの取付位置座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）とすると、加速度Ａxs及び加速度Ａysは、次式を用いて慣性力加速度成分及び遠心力加速度成分を取り除き、補正後の加速度Ａxs補正及び加速度Ａys補正を算出することができる。
【００６６】
【数１９】
【００６７】
加速度補正部４２２は、上記式を演算することによりペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度Ａxs補正及びＹs軸方向の加速度Ａys補正を算出する。ここで、上記式の第２項は慣性力加速度成分を表わし、第３項は遠心力加速度成分を表わす。
【００６８】
また、傾斜角初期値演算部４３２は静止状態において２個の加速度センサ２ａ，２ｂを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys）を基に回転角ベクトルvectorφ=(φx，φy，φz)の初期値vectorφo=(φxo，φyo，φzo)を求める。ここで、φzoをゼロとし、Ｚs軸回りの回転をリセットすると、Ｘg軸はＸs軸方向の加速度センサ２ａの傾斜方向にとられる。このとき、加速度（Ａxs，Ａys）と回転角ベクトルの初期値vectorφo=(φxo，φyo，φzo)との間には、次式が成り立つ。以後の説明においては、ベクトルを表わす場合には前にvectorをつけて表わす。
【００６９】
【数２０】
上記式において、（ｅxo，ｅxo，０）は回転軸方向の単位ベクトルの初期値を表わし、vectorφoの絶対値は回転軸回りの角度の初期値である。
【００７１】
重力加速度ｇに定数を代入すると、次ぎの式が成り立ち、傾斜角初期値演算部４３２はこの式を演算して回転角ベクトルの初期値vectorφoを求める。
【００７２】
【数２１】
【００７３】
次ぎに、Ｚs軸回りの回転が十分小さいとすると、回転角ベクトルvectorφは、次式で表わすことができる。
【００７４】
【数２２】
【００７５】
そこで、前回サンプリング時点での回転角ベクトルをvectorφn-1とし、サンプリング周期をｔ0とすると、今回サンプリングの際の回転角ベクトルvectorφnは、次式で表わすことができ、傾斜角演算部４３３はこの式を計算することによって今回サンプリングの際の回転角ベクトルvectorφnを求める。
【００７６】
【数２３】
【００７７】
次ぎに、上記のようにして補正したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正）及び回転角ベクトルvectorφnを基に座標変換演算部４３４は重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxog，Ａyog）を求める。ここで、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正）を重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxog，Ａyog）に変換するには、座標変換行列を用いる。回転角ベクトルvectorφから座標変換行列を求めるためには、次式で示すようにパラメータ（χ，ρ x ，ρ y ，ρ z ）を求め、そのパラメータ（χ，ρ x ，ρ y ，ρ z ）を用いて座標変換行列を求める。
【００７８】
【数２４】
【００７９】
この座標変換行列を用いると、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正）と重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog）との間には、次式で表わす関係が成り立つ。座標変換演算部４３４はこれらの演算を行なうことによって、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正）を重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog）に変換する。
【００８０】
【数２５】
【００８１】
このように２次元の範囲内で、正確に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を求めることができるので、ペン先部８の移動方向及び移動距離を２次元で正確に検出することができる。
【００８２】
さらに、図５に示すようにＸs軸方向の加速度Ａxsを示す信号を出力する加速度センサ２ａをＹs＝０となる位置（Ｘas，０，Ｚas）に取り付け、Ｙs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する加速度センサ２ｂをＸs＝０となる位置（０，Ｙas，Ｚas）に取り付けると良い。これにより、数１９で示す式を次式で示すように簡単にすることができ、処理速度等を向上することができる。
【００８３】
【数２６】
【００８４】
これにより、加速度センサ２ａ，２ｂを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys）の補正を行なう場合の演算量を少なくでき、処理速度を高速にできる。また、図６に示すようにＸs軸方向の加速度Ａxsを示す信号を出力する加速度センサ２ａをＸs＝０となる位置（０，Ｙas，Ｚas）に取り付け、Ｙs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する加速度センサ２ｂをＹs＝０となる位置（Ｘas，０，Ｚas）に取り付けると、数１９で示す式を次式で示すように簡単にすることができる。
【００８５】
【数２７】
【００８６】
また、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す信号を出力する加速度センサ２ａ及びＹs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する加速度センサ２ｂをペン軸７からの距離が加速度センサ２ａ，２ｂの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さの範囲内である位置に設けても良い。ペン先部８における加速度（Ａxs，Ａys）は最大で10(ｍ/s２)程度で、補正時に用いる回転角速度（ωxs，ωys）の２乗及び回転角加速度（dωxs／dt，dωys／dt）は大きくても2.5(/s２)程度である。このとき、加速度の補正量は座標(ｍ)×2.5(/s２)程度が最大になるが、実際には加速度センサ２ａ，２ｂの分解能(ｍ/s２)程度の精度で算出すれば良い。したがって、加速度センサ２ａ，２ｂをペン軸７からの距離が加速度センサ２ａ，２ｂの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さの範囲内である位置に設けることにより、補正量の最大が加速度センサ２ａ，２ｂの分解能以下になるので、Ｘs軸方向及びＹs軸方向に関しては補正しなくとも良くなる。
【００８７】
このように、加速度補正部４２２では、加速度センサ２ａ，２ｂの取付位置のＸs軸方向及びＹs軸方向の取付位置に関する補正項を無視できるので、ペン先部８から加速度センサ２ａ，２ｂまでのＺs軸方向の距離をＬ１とすると、加速度センサ２ａの取付位置座標（Ｘas，Ｙas，Ｚas）は（０、０、−Ｌ１）と近似できる。同様に、加速度センサ２ｂの取付位置座標（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）は（０、０、−Ｌ１）と近似できる。これにより、数１９で表わした式は次式のように簡単な式になる。
【００８８】
【数２８】
【００８９】
これにより、演算処理を少なくし、処理速度を高速にすることができる。さらに、各加速度センサ２ａ，２ｂをＺs軸上に設置すれば、加速度センサ２ａ，２ｂの分解能に関係なく、加速度センサ２ａ，２ｂの取付位置に対するＸs軸方向及びＹs軸方向の加速度の補正をしなくとも良くなる。
【００９０】
実際に分解能が0.02（ｍ/s２）の加速度センサをペン軸から8（ｍｍ）（20ｍｍ/2.5=8ｍｍ）離れた位置に設け、上記近似式を用いた場合と近似式を用いない場合とで補正後の加速度を比較したが、ほぼ等しかった。
【００９１】
さらに、図７に示すようにペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを備えるようにしても良い。３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれＸs軸回り，Ｙs軸回り及びＺs軸回りの回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を示す信号を出力する。この場合は、ペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと２個のジャイロ３ａ，３ｂを備える場合と同様に、加速度補正部４２２は以下の式を用いて加速度センサ２ａ，２ｂを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys）をペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）におけるペン先部８での加速度（Ａxs補正，Ａys補正）に変換する。
【００９２】
【数２９】
【００９３】
この場合における移動演算処理部４３の演算処理はペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと２個のジャイロ３ａ，３ｂを備える場合と同様である。このペン型入力装置１では、３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて回転の３自由度を全て検出しているので、２個のジャイロ３ａ，３ｂを用いた場合に比べ、ペン軸７の傾け方の制約がなくなり、使いやすくなる。
【００９４】
また、図８に示すようにペン型入力装置１が３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを備えるようにしても良い。
【００９５】
加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向に向けて設けられ、それぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を示す信号を出力する。加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃのペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での取付座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）とすると、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）とペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）との間には次式が成り立ち、加速度補正部４２２はこの式を計算して、ペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）を算出する。
【００９６】
【数３０】
【００９７】
ペン型入力装置１が３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを備える場合においても、φzoをゼロとし、Ｚs軸回りの回転をリセットすると、Ｘg軸はＸs軸方向の加速度センサ２ａの傾斜方向にとられる。このとき加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）と回転角ベクトルの初期値vectorφo=(φxo，φyo，φzo)との間には、次式が成り立つ。
【００９８】
【数３１】
【００９９】
ここで、二つの未知数φxo，φyoに対して３本の方程式を立て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取り扱うことができる。この式を用いれば重力加速度ｇの値を定義しなくとも、φxo，φyoの絶対値を算出することができる。さらに、重力加速度ｇの値を算出し、算出した値をモニタすることにより、演算結果の良否を行ない、演算結果が大きく変化した場合には異常値発生した旨の警告を出力しても良い。このように、重力加速度ｇを未知数とすると、以下の式が成り立ち、傾斜角初期値演算部４３２はこの式を演算して傾斜角の初期値（φxo，φyo，０）を求める。
【０１００】
【数３２】
【０１０１】
また、座標変換演算部４３４は、既に説明したようにして座標変換行列を求め、その座標変換行列を用いて次式を計算して重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を求める。
【０１０２】
【数３３】
【０１０３】
なお、上記実施例ではペン軸７の傾きを回転角ベクトルvectorφnを用いたストラップダウン方式の演算を用いて演算しているが、ペン軸７の傾きをオイラー角（φ，θ，Ψ）で表わして演算しても良い。
【０１０４】
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）から重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）への座標変換行列invＥ（θ，φ，Ψ）は次式で表すことができる。ここで、invＥ（θ，φ，Ψ）は行列Ｅ（θ，φ，Ψ）の逆行列とする。
【０１０５】
【数３４】
【０１０６】
重力加速度をｇとすると、傾斜角の初期値（θo，φo，Ψo）は以下の式で求めることができる。
【０１０７】
【数３５】
【０１０８】
オイラー角を用いた場合、傾斜角初期値演算部４３２は上記式を用いて傾斜角の初期値（θo，φo，Ψo）を求める。
【０１０９】
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸の回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）と傾斜角速度（ｄθ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）の関係は、以下の式で示される。
【０１１０】
【数３６】
【０１１１】
傾斜角の初期値（θo，φo，Ψo）を考慮して傾斜角速度（ｄθ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を積分することで、傾斜角（θ，φ，Ψ）が求まる。傾斜角（θ，φ，Ψ）が求まると、さらに、前記式を基に座標変換行列invＥ（θ，φ，Ψ）が求まる。
【０１１２】
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの取付座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）とすると、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃから得られる加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）から重力座標系(Ｘg，Ｙg，Ｚg）のペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を求める式は、次式のようになり、座標変換演算部４３４でこの式を基に座標変換を行なう。
【０１１３】
【数３７】
【０１１４】
上記式の括弧内の第２項及び第３項はジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）と回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）から得た回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）の関数である。
【０１１５】
重力加速度除去部４３５は、さらに、上記式から重力加速度成分を除去する。移動量演算部４３５は重力加速度成分を除去した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を２回積分して、ペン先部８の軌跡（Ｘog，Ｙog，Ｚog）を求める。このようにオイラー角を用いても正確にペン先部８の移動量及び移動距離を算出することができる。
【０１１６】
さらに、既に説明したと同様にＸs軸方向の加速度センサ２ａをＸs＝０となる位置（０，Ｙas，Ｚas）、Ｙs方向の加速度センサ２ｂをＹs＝０となる位置（Ｘbs，０，Ｚbs）、Ｚs方向の加速度センサ２ｃをＺs軸上の位置（０、０、Ｚcs)に設けても良い。この場合も既に説明したように各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）をペン先部８における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）に変換する式が簡単になり、処理速度を速めることができる。
【０１１７】
また、同様に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さを半径とするＺs軸を中心軸とした円柱範囲内に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを設けた場合は、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃのペン先部８からのＺs軸方向の距離をそれぞれＬ1，Ｌ1，Ｌ2とすると、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの座標はほぼ（Ｘas，Ｙas，Ｚas）＝（０，０，−Ｌ1）、（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）＝（０，０，−Ｌ1）、（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）＝（０，０，−Ｌ2）となる。これにより、加速度補正の演算量をさらに減らし、処理速度をさらに速めることができる。
【０１１８】
また、上記実施例においては、ストラップダウン方式の演算又はオイラー角（φ，θ，Ψ）を用いる演算によって、ペン先部８の移動方向及び移動距離を求めているが、ニューラルネットワーク演算等を用いて、ペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）の変化の特徴からペン先部８の描いたパターンを検出するようにしても良い。
【０１１９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、加速度センサの取付位置とジャイロを用いて検出した回転角速度とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による慣性力加速度成分及び遠心力加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による慣性力加速度成分及び遠心力加速度成分を加速度センサが検出した加速度から除去してペン先部における加速度を求め、ペン先部の加速度を基にペン先部の移動量を検出するので、ペン先部を中心とした傾斜運動により生じる加速度成分を除去でき、ペン先部の移動量を正確に検出することができる。
【０１２０】
また、演算量が少ないので、移動量の演算処理を高速化することができる。
【０１２１】
さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度とＹs軸周りの回転角速度を検出するので、ペン先部の１次元の軌跡を正確に検出することができる。
【０１２２】
さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度とＹs軸方向の加速度とＸs軸周りの回転角速度とＹs軸周りの回転角速度を検出するので、ペン先部の２次元の軌跡を正確に検出することができる。
【０１２３】
さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度とＹs軸方向の加速度とＸs軸周りの回転角速度とＹs軸周りの回転角速度とＺs軸周りの回転角速度を検出して回転の３自由度を全て検出するので、ペン軸の傾け方の制約がなくなり使い勝手が良くなる。
【０１２４】
さらに、ペン座標系の各軸方向の加速度と各軸回りの回転角速度を検出するので、ペン先部の２次元の軌跡を正確に検出することができる。
【０１２５】
さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設けたので、Ｙs軸方向の補正を行なう必要がなくなり、演算処理を簡単にできるので、処理を高速にすることができる。
【０１２６】
さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設けたので、Ｘs軸方向及びＹs軸方向の補正を行なう必要がなくなり、さらに処理を高速化することができる。
【０１２７】
さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設け、Ｚs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＺs軸上に設けたので、さらに処理を高速化することができる。
【０１２８】
また、ペン軸からの距離が加速度センサの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ / ２ ）で割った長さの範囲内である位置に加速度センサを設けたので、補正演算処理を簡単にできる。
【０１２９】
さらに、筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を基に重力座標系におけるペン軸の傾斜角の初期値を算出し、算出したペン軸の傾斜角の初期値とジャイロを用いて検出した回転角速度から測定時点におけるペン軸の傾斜角を求め、ジャイロを用いて検出した回転角速度及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を補正してペン先におけるペン座標系での加速度を求め、ペン先におけるペン座標系での加速度を重力座標系による加速度に変換し、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算出するので、オイラー角を用いた演算により、正確にペン先部の移動量及び移動距離を検出することができる。
【０１３０】
また、筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を基に回転角ベクトルの初期値を算出し、算出した回転角ベクトルの初期値とジャイロを用いて検出した回転角速度を基に今回サンプリングの際の回転角ベクトルを演算し、ジャイロを用いて検出した回転角速度及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を補正してペン先におけるペン座標系での加速度を求め、ペン先におけるペン座標系での加速度を重力座標系による加速度に変換し、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算出するので、ストラップダウン方式を用いた演算を行ない正確にペン先部の移動量及び移動距離を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ペン型入力装置の斜視図である。
【図２】 移動演算処理部の構成図である。
【図３】 ペン型入力装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 ２個の加速度センサと２個のジャイロを有する場合の構成図である。
【図５】 検出方向の直交方向の座標を０として加速度センサを設けた配置図である。
【図６】 検出方向の座標を０として加速度センサを設けた配置図である。
【図７】 ２個の加速度センサと３個のジャイロを有する場合の構成図である。
【図８】 ３個の加速度センサと３個のジャイロを有する場合の構成図である。
【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
４１ 入力処理部
４２ 傾斜加速度補正部
４２１ 角加速度演算部
４２２ 加速度補正部
４３ 移動演算処理部
４３１ 静止判別部
４３２ 傾斜角初期値演算部
４３３ 傾斜角演算部
４３４ 座標変換演算部
４３５ 重力加速度除去部
４３６ 移動量演算部
７ ペン軸
８ ペン先部
【発明の属する技術分野】
この発明はコンピュータシステムにおけるカーソル移動の入力、図形及び文字の入力を行なう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。マウスは、小型化が可能であり、また、ポインティングデバイスとしては適しているが、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量を調べ、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量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。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、ペン軸と直交する平面上で直交する２方向の加速度を検出する加速度センサを２組備えた装置として、例えば特開平６-230886号公報に掲載されたペンシル型入力装置では、２組の加速度センサの出力を積分した後、加速度センサの取付け位置の影響を補正し、ペン先部の移動方向及び移動量を検出している。
【０００７】
また、ペン型入力装置に関するものでなく、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軸周りの回転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回転角速度を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。
【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。
【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】
また、特開平６-230886号公報に掲載されたペンシル型入力装置では、加速度の積分を行なった後に補正をしているので誤差の検出が困難になり、正確な補正ができない。また、ペン先部における加速度の検出成分がペン軸の傾斜運動により変化することを考慮していない。
【００１１】
また、特開平７-294240号公報に掲載された位置センサにおいても加速度センサの取付位置及びジャイロの取付位置に対する考慮はなされていないため、検出結果が不正確になる場合がある。
【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、筆記入力を簡単な構成で正確に検出する小型なペン型入力装置を得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、１個の加速度センサと１個のジャイロを有し、加速度センサはペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度（Ａxs）を示す信号を出力し、ジャイロはＹs軸周りの回転角速度（ωys）を示す信号を出力し、加速度センサの取付位置の座標（Ｘas，Ｙas，Ｚas）とジャイロを用いて検出した回転角速度（dωys／dt）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサが検出した加速度（Ａxs）を補正してペン先部における加速度（Ａxs補正）を、Ａxs補正＝Ａxs−（dωys／dt）・Ｚas＋ωys２・Ｘasにより求め、補正したペン先部における加速度（Ａxs補正）を基に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxog）を、Ａxog＝Ａxs補正・cos−１φ−ｇ・tanφ（ただし、φはペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角、ｇは9.80665(m/sec2)である）により求め、求めたペン先部の加速度（Ａxog）を基にペン先部の移動量を検出して、加速度センサがペン先部から離れていることによるペン軸の傾斜運動の影響をなくし、ペン先部の移動量を正確に検出する。
【００１４】
また、２個の加速度センサと２個のジャイロを有し、各加速度センサはそれぞれペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ xs ）及びＹ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ ys ）を出力し、各ジャイロはそれぞれＸ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω xs ）及びＹ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω ys ）を出力し、各加速度センサの取付位置の座標（（Ｘ as ，Ｙ as ，Ｚ as ），（Ｘ bs ，Ｙ bs ，Ｚ bs ））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（ d ω ys ／ dt ， d ω xs ／ dt ）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａ xs ，Ａ ys ）を補正してペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ）を、
【００１５】
【数８】
により求め、補正したペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ）を基に重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ）を、
【００１７】
【数９】
により求め、ペン先部の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ）を基にペン先部の移動量を検出する。
【００１９】
また、２個の加速度センサと３個のジャイロを有し、各加速度センサはそれぞれペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ xs ）及びＹ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ ys ）を出力し、各ジャイロはそれぞれＸ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω xs ）、Ｙ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω ys ）及びＺ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω zs ）を出力し、各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘ as ，Ｙ as ，Ｚ as ），（Ｘ bs ，Ｙ bs ，Ｚ bs ））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（ d ω ys ／ dt ， d ω xs ／ dt ， d ω zs ／ dt ）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａ xs ，Ａ ys ）を補正してペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ）を、
【００２０】
【数１０】
により求め、補正したペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ）を基に重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ）を、
【００２２】
【数１１】
により求め、ペン先部の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ）を基にペン先部の移動量を検出する。
【００２４】
また、３個の加速度センサと３個のジャイロを有し、各加速度センサはそれぞれペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ xs ）、Ｙ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ ys ）及びＺ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ zs ）を出力し、各ジャイロはそれぞれＸ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω xs ）、Ｙ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω ys ）及びＺ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω zs ）を出力し、各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘ as ，Ｙ as ，Ｚ as ），（Ｘ bs ，Ｙ bs ，Ｚ bs ） , （Ｘ cs ，Ｙ cs ，Ｚ cs ））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（ d ω ys ／ dt ， d ω xs ／ dt ， d ω zs ／ dt ）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａ xs ，Ａ ys ， Ａ zs ）を補正してペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ，Ａ zs 補正 ）を、
【００２５】
【数１２】
により求め、補正したペン先部における各加速度（Ａ xs 補正 ，Ａ ys 補正 ，Ａ zs 補正 ）を基に重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ，Ａ zog ）を、
【００２７】
【数１３】
により求め、ペン先部の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ，Ａ zog ）を基にペン先部の移動量を検出する。
【００２９】
さらに、３個の加速度センサと３個のジャイロを有し、各加速度センサはそれぞれペン軸をＺ s 軸としたペン座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）のＸ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ xs ）、Ｙ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ ys ）及びＺ s 軸方向の加速度を示す信号（Ａ zs ）を出力し、各ジャイロはそれぞれＸ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω xs ）、Ｙ s 軸周りの回 転角速度を示す信号（ω ys ）及びＺ s 軸周りの回転角速度を示す信号（ω zs ）を出力し、各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘ as ，Ｙ as ，Ｚ as ），（Ｘ bs ，Ｙ bs ，Ｚ bs ） , （Ｘ cs ，Ｙ cs ，Ｚ cs ））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（ d ω ys ／ dt ， d ω xs ／ dt ， d ω zs ／ dt ）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａ xs ，Ａ ys ，Ａ zs ）を補正してペン先部におけるペン軸座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）の各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ，Ａ zog ）を下記の式より求め、
【００３０】
【数１４】
求めたペン先部のペン軸座標系（Ｘ s ，Ｙ s ，Ｚ s ）による各加速度（Ａ xog ，Ａ yog ，Ａ zog ）を基にペン先部の軌跡（Ｘ og ，Ｙ og ，Ｚ og ）を求めてペン先部の移動量を検出する。
【００３２】
さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設けて、加速度の補正を容易にする。
【００３３】
さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設けて、加速度の補正をさらに容易にする。
【００３４】
さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設け、Ｚs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＺs軸上に設けた。
【００３５】
さらに、ペン軸からの距離が加速度センサの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さの範囲内である位置に加速度センサを設けてＸs軸方向及びＹs軸方向の補正を行なう必要をなくし、処理速度を向上する。
【００３６】
さらに、筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の傾斜角の初期値を算出し、算出したペン軸の傾斜角の初期値とジャイロを用いて検出した角速度から測定時点におけるペン軸の傾斜角を求め、ジャイロを用いて検出した角速度及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の加速度を求め、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の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オイラー角を用いてペン先部の移動方向及び移動距離を求める。
【００３７】
また、筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に回転角ベクトルの初期値を算出し、算出した回転角ベクトルの初期値とジャイロを用いて検出した角速度を基に今回サンプリングの際の回転角ベクトルを演算し、ジャイロを用いて検出した角速度及び加速度センサの取付位置を基に傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の加速度を求め、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の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、ストラップダウン方法を用いてペン先部の移動方向及び移動距離を求める。
【００３８】
【発明の実施の形態】
この発明のペン型入力装置は、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がある。この発明のペン型入力装置は、少なくとも１個の加速度センサと少なくとも１個のジャイロを有し、加速度センサの取付位置とジャイロを用いて検出した回転角速度とを基に、加速度センサを用いて検出した加速度のうちペン軸の傾斜運動による加速度成分を算出し、算出したペン軸の傾斜運動による加速度成分を加速度センサが検出した加速度から除去して、加速度センサの取付位置とペン軸の傾斜運動による影響をなくし、ペン先部の移動方向及び移動距離を正確に検出するものである。
【００３９】
ペン型入力装置が、例えば３個の加速度センサと３個のジャイロと演算部を有する場合について説明する。３個の加速度センサはそれぞれペン座標系（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出力する。３個のジャイロはそれぞれペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の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。
【００４０】
演算部は傾斜加速度補正部と移動演算処理部を備える。傾斜加速度補正部は角加速度演算部と加速度補正部を有する。角加速度演算部はジャイロを用いて検出した回転角速度を基に回転角加速度を求める。加速度補正部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速度、角加速度演算部が算出した回転角加速度及び各加速度センサの取付位置を基に３個の加速度センサを用いて検出した加速度のペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に３個の加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先部におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求める。これにより、加速度センサの取付位置がペン先部から離れていることに起因するペン軸の傾斜運動の影響をなくすことができる。
【００４１】
移動演算処理部は、例えば静止判別部と傾斜角初期値演算部と傾斜角演算部と座標変換演算部と重力加速度除去部と移動量演算部を備える。静止判別部は加速度センサを用いて検出した加速度とジャイロを用いて検出した回転角速度を基にペン先部が静止状態か否かを検出する。傾斜角初期値演算部は静止状態において３個の加速度センサを用いて検出したペン座標系（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。傾斜角演算部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速度と傾斜角初期値演算部が算出した傾斜角の初期値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。
【００４２】
座標変換演算部は傾斜角演算部が算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加速度補正部が求めたペン先部におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度に変換する。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部の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での移動方向及び移動距離を算出する。このように重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を用いて移動方向及び移動距離を演算するので、ペン軸の傾斜による影響をなくすことができる。
【００４３】
ここで、上記加速度補正部の演算を簡単にするために、例えばＸs軸方向の加速度センサをＹs＝０となる位置、Ｙs方向の加速度センサをＸs＝０となる位置、Ｚs方向の加速度センサをＺs軸上に設けたり、Ｚs軸からの距離が加速度センサの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さの範囲内である位置に各加速度センサを設けたりしても良い。ここで、通常の筆記動作ではペン先部の加速度は最大10（ｍ/s２）程度であり、補正に用いる回転角速度の２乗及び回転角加速度の値は大きくて2.5（/s２）程度であり、また、補正量は加速度の分解能程度の精度で算出すれば良いことから加速度センサの加速度の分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さとした。
【００４４】
【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。以下の説明では、ペン先部８を原点としペン軸７をＺs軸とした座標系をペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）といい、ペン軸７と直交する２軸をＸs軸及びＹs軸として説明する。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）といい、Ｚg軸と直交する２軸をＸg軸及びＹg軸という。図に示すように、ペン型入力装置１は加速度センサ２ａ、ジャイロ３ｂ、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は、Ｘs軸に平行なＸsa軸方向に向けて設けられ、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す信号を出力する。以後の説明において加速度センサ２ａが出力する信号が示す加速度をＡxsとし、ペン先部８におけるＸs軸方向の加速度Ａxs補正と区別する。加速度センサ２ａは、小型且つ高感度で加速度検出に対する直線性が良好なものであれば良く、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。ジャイロ３ｂはＹs軸周りの回転角速度ωysを示す信号を出力する。各軸周りの回転角速度は理想的には取付位置に影響されないものなので、ジャイロ３ｂはＹs軸上に設ける必要はない。ジャイロ３ａはスケールファクタ（回転運動検出の正確さ）とドリフトレート（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、振動ジャイロ又は光学式ジャイロ等のいずれでも良い。
【００４５】
演算部４は、図２に示すように入力処理部４１、傾斜加速度補正部４２及び移動演算処理部４３を備える。入力処理部４１はＡ／Ｄ変換器４１１、４１３とローパスフィルタ（以後「ＬＰＦ」という。）４１２，４１４を有する。ＡＤ変換器４１１、４１３は、それぞれ加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＬＰＦ４１２，４１４はペン先部８と筆記面との摩擦力により生じる加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからの信号から高周波成分を遮断する。これは、ペン先部８と筆記面との摩擦により加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからの信号に高周波成分が発生するからである。
【００４６】
傾斜角度補正部４２は角加速度演算部４２１と加速度補正部４２２を有する。角加速度演算部４２１はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωysから回転角加速度ｄωys／ｄｔを求める。加速度補正部４２２はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωys、角加速度演算部４２１が算出した回転角加速度ｄωys／ｄｔ及び各加速度センサ２ａの取付位置を基に加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsのペン先部８を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出する。さらに、加速度補正部４２２は、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを補正して、ペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度Ａxs補正を求める。ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度センサ２ａの取付位置の座標を（Ｘas，Ｙas，Ｚas）とすると、補正後の加速度Ａxs補正は、次式のようになる。
【００４７】
【数１５】
傾斜角度補正部４２２では、上記演算を行なうことにより補正後の加速度Ａxs補正を求める。ここで、上記式の第２項がペン軸７の傾斜運動による加速度成分である。
【００４９】
移動演算処理部４３は静止判別部４３１、傾斜角初期値演算部４３２、傾斜角演算部４３３、座標変換演算部４３４、重力加速度除去部４３５及び移動量演算部４３６を有する。静止判別部４３１はデジタル変換後の加速度センサ２ａからの信号及びジャイロ３ｂからの信号の時間変化を監視して、ペン先部８が静止状態か否かを判別する。傾斜角初期値演算部４３２は静止状態で加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを基にペン軸８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）おける傾斜角の初期値φoを、次式を用いて算出する。
【００５０】
【数１６】
傾斜角演算部４３３はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωys及び傾斜角初期値演算部４３２が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の初期値φoを基に、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を求める。ここで、前回サンプリングの際に算出した傾斜角（今回のサンプリングをｎ回目とした場合のｎ−１回目のサンプリングの際の傾斜角）をφn-1とし、サンプリング周期をｔ0とすると、今回サンプリングの際の傾斜角φnは、次式で表わされ、傾斜角演算部４３３はこの演算を行なうことにより、ペン軸７の傾斜角を算出する。
【００５２】
【数１７】
座標変換演算部４３４は傾斜角演算部４３３が算出したペン軸７の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角φを基に、次式を用いて加速度補正部４２１が求めたペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度Ａxs補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度Ａxogに変換する。
【００５４】
【数１８】
重力加速度除去部４３５は座標変換演算部３４が座標変換した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度Ａxgから重力加速度ｇの成分を除去する。移動量演算部４３６は重力加速度除去部４３５が重力加速度ｇの成分を除去した後の加速度Ａxgを２回積分してペン先部８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での１次元移動量を算出し、記憶部５に記憶する。
【００５６】
上記構成のペン型入力装置１の動作を、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂはそれぞれＸs軸方向の加速度Ａxs及びＹs軸周りの回転角速度ωysを示す信号を出力する。ＡＤ変換器４１１，４１３は、加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂを用いて検出した加速度Ａxs及び回転角速度ωysをデジタル変換する。ＬＰＦ４１２，４１４は加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからの信号をデジタル変換して得た加速度Ａxs及び回転角速度ωysから低周波数成分を抽出する。
【００５８】
予め定めた一定周期のサンプリングタイミングになると、静止判別部４３１は、ＡＤ変換器４１１，４１３からデジタル変換後の加速度Ａxs及び回転角速度ωysを読み出し（ステップＳ１）、例えば読み出した加速度Ａxs及び回転角速度ωysの変化を監視し、静止状態か否かを判別する。
【００５９】
静止判別部４３１が静止状態であると判別すると（ステップＳ２）、傾斜角初期値演算部４３２は、既に説明したように加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを基にして初期傾斜角φoを求める（ステップＳ３）。
【００６０】
その後、静止状態でなくなると、移動演算処理部４３は、加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxs及びジャイロ３ａを用いて検出した回転角速度ωysを読み出す（ステップＳ４）。傾斜角演算部４３３は、既に説明したように、筆記中の傾斜角φを算出する（ステップＳ５）。
【００６１】
角加速度演算部４２１はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωysを基に回転角加速度ｄωys／ｄｔを算出する（ステップＳ６）。加速度補正部４２２は回転角速度ωys及び回転角加速度ｄωys／ｄｔを基に、既に説明したように加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを補正して、ペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs補正を算出する（ステップＳ７）。このように加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを基にペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs補正を算出するので、加速度センサ２ａの取付位置がペン先部８から離れていることによるペン軸７の傾斜運動の影響をなくすことができる。
【００６２】
座標変換演算部４３４は、既に説明したように傾斜角演算部４３３が算出した筆記中のペン軸７の傾斜角φを用いて、加速度補正部４２２が算出したペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度Ａxogに変換する（ステップＳ８）。このように、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度Ａxogに変換するので、ペン軸７の傾斜による影響を除去することができる。重力加速度除去部４３５は、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度Ａxogから重力加速度ｇの成分を除去し、重力加速度ｇによる影響を除去する（ステップＳ９）。移動量演算部４３６は重力加速度ｇの成分を除去した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度Ａxogを２回積分してペン先部８の移動量Ｘogを算出して（ステップＳ１０）、ペン先部８の軌跡を求め、入力処理が終了するまで上記動作を繰り返す（ステップＳ１１）。これにより、ペン先部８の１次元の軌跡を正確に検出することができる。
【００６３】
次ぎに、図４に示すようにペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと２個のジャイロ３ａ，３ｂを備える場合について説明する。
【００６４】
加速度センサ２ａ，２ｂはそれぞれペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向及びＹs軸方向に向けて設けられ、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す信号及びＹs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する。以後の説明において加速度センサ２ｂが出力する信号が示す加速度をＡysとし、ペン先部８におけるＹs軸方向の加速度Ａys補正と区別する。ジャイロ３ａ，３ｂはそれぞれＸs軸周りの回転角速度ωxsを示す信号及びＹs軸周りの回転角速度ωysを示す信号を出力する。
【００６５】
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度センサ２ａ，２ｂの取付位置座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）とすると、加速度Ａxs及び加速度Ａysは、次式を用いて慣性力加速度成分及び遠心力加速度成分を取り除き、補正後の加速度Ａxs補正及び加速度Ａys補正を算出することができる。
【００６６】
【数１９】
加速度補正部４２２は、上記式を演算することによりペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度Ａxs補正及びＹs軸方向の加速度Ａys補正を算出する。ここで、上記式の第２項は慣性力加速度成分を表わし、第３項は遠心力加速度成分を表わす。
【００６８】
また、傾斜角初期値演算部４３２は静止状態において２個の加速度センサ２ａ，２ｂを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys）を基に回転角ベクトルvectorφ=(φx，φy，φz)の初期値vectorφo=(φxo，φyo，φzo)を求める。ここで、φzoをゼロとし、Ｚs軸回りの回転をリセットすると、Ｘg軸はＸs軸方向の加速度センサ２ａの傾斜方向にとられる。このとき、加速度（Ａxs，Ａys）と回転角ベクトルの初期値vectorφo=(φxo，φyo，φzo)との間には、次式が成り立つ。以後の説明においては、ベクトルを表わす場合には前にvectorをつけて表わす。
【００６９】
【数２０】
【００７１】
重力加速度ｇに定数を代入すると、次ぎの式が成り立ち、傾斜角初期値演算部４３２はこの式を演算して回転角ベクトルの初期値vectorφoを求める。
【００７２】
【数２１】
次ぎに、Ｚs軸回りの回転が十分小さいとすると、回転角ベクトルvectorφは、次式で表わすことができる。
【００７４】
【数２２】
そこで、前回サンプリング時点での回転角ベクトルをvectorφn-1とし、サンプリング周期をｔ0とすると、今回サンプリングの際の回転角ベクトルvectorφnは、次式で表わすことができ、傾斜角演算部４３３はこの式を計算することによって今回サンプリングの際の回転角ベクトルvectorφnを求める。
【００７６】
【数２３】
次ぎに、上記のようにして補正したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正）及び回転角ベクトルvectorφnを基に座標変換演算部４３４は重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxog，Ａyog）を求める。ここで、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正）を重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxog，Ａyog）に変換するには、座標変換行列を用いる。回転角ベクトルvectorφから座標変換行列を求めるためには、次式で示すようにパラメータ（χ，ρ x ，ρ y ，ρ z ）を求め、そのパラメータ（χ，ρ x ，ρ y ，ρ z ）を用いて座標変換行列を求める。
【００７８】
【数２４】
この座標変換行列を用いると、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正）と重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog）との間には、次式で表わす関係が成り立つ。座標変換演算部４３４はこれらの演算を行なうことによって、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正）を重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog）に変換する。
【００８０】
【数２５】
このように２次元の範囲内で、正確に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を求めることができるので、ペン先部８の移動方向及び移動距離を２次元で正確に検出することができる。
【００８２】
さらに、図５に示すようにＸs軸方向の加速度Ａxsを示す信号を出力する加速度センサ２ａをＹs＝０となる位置（Ｘas，０，Ｚas）に取り付け、Ｙs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する加速度センサ２ｂをＸs＝０となる位置（０，Ｙas，Ｚas）に取り付けると良い。これにより、数１９で示す式を次式で示すように簡単にすることができ、処理速度等を向上することができる。
【００８３】
【数２６】
これにより、加速度センサ２ａ，２ｂを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys）の補正を行なう場合の演算量を少なくでき、処理速度を高速にできる。また、図６に示すようにＸs軸方向の加速度Ａxsを示す信号を出力する加速度センサ２ａをＸs＝０となる位置（０，Ｙas，Ｚas）に取り付け、Ｙs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する加速度センサ２ｂをＹs＝０となる位置（Ｘas，０，Ｚas）に取り付けると、数１９で示す式を次式で示すように簡単にすることができる。
【００８５】
【数２７】
また、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す信号を出力する加速度センサ２ａ及びＹs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する加速度センサ２ｂをペン軸７からの距離が加速度センサ２ａ，２ｂの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さの範囲内である位置に設けても良い。ペン先部８における加速度（Ａxs，Ａys）は最大で10(ｍ/s２)程度で、補正時に用いる回転角速度（ωxs，ωys）の２乗及び回転角加速度（dωxs／dt，dωys／dt）は大きくても2.5(/s２)程度である。このとき、加速度の補正量は座標(ｍ)×2.5(/s２)程度が最大になるが、実際には加速度センサ２ａ，２ｂの分解能(ｍ/s２)程度の精度で算出すれば良い。したがって、加速度センサ２ａ，２ｂをペン軸７からの距離が加速度センサ２ａ，２ｂの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さの範囲内である位置に設けることにより、補正量の最大が加速度センサ２ａ，２ｂの分解能以下になるので、Ｘs軸方向及びＹs軸方向に関しては補正しなくとも良くなる。
【００８７】
このように、加速度補正部４２２では、加速度センサ２ａ，２ｂの取付位置のＸs軸方向及びＹs軸方向の取付位置に関する補正項を無視できるので、ペン先部８から加速度センサ２ａ，２ｂまでのＺs軸方向の距離をＬ１とすると、加速度センサ２ａの取付位置座標（Ｘas，Ｙas，Ｚas）は（０、０、−Ｌ１）と近似できる。同様に、加速度センサ２ｂの取付位置座標（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）は（０、０、−Ｌ１）と近似できる。これにより、数１９で表わした式は次式のように簡単な式になる。
【００８８】
【数２８】
これにより、演算処理を少なくし、処理速度を高速にすることができる。さらに、各加速度センサ２ａ，２ｂをＺs軸上に設置すれば、加速度センサ２ａ，２ｂの分解能に関係なく、加速度センサ２ａ，２ｂの取付位置に対するＸs軸方向及びＹs軸方向の加速度の補正をしなくとも良くなる。
【００９０】
実際に分解能が0.02（ｍ/s２）の加速度センサをペン軸から8（ｍｍ）（20ｍｍ/2.5=8ｍｍ）離れた位置に設け、上記近似式を用いた場合と近似式を用いない場合とで補正後の加速度を比較したが、ほぼ等しかった。
【００９１】
さらに、図７に示すようにペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを備えるようにしても良い。３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれＸs軸回り，Ｙs軸回り及びＺs軸回りの回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を示す信号を出力する。この場合は、ペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと２個のジャイロ３ａ，３ｂを備える場合と同様に、加速度補正部４２２は以下の式を用いて加速度センサ２ａ，２ｂを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys）をペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）におけるペン先部８での加速度（Ａxs補正，Ａys補正）に変換する。
【００９２】
【数２９】
この場合における移動演算処理部４３の演算処理はペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと２個のジャイロ３ａ，３ｂを備える場合と同様である。このペン型入力装置１では、３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて回転の３自由度を全て検出しているので、２個のジャイロ３ａ，３ｂを用いた場合に比べ、ペン軸７の傾け方の制約がなくなり、使いやすくなる。
【００９４】
また、図８に示すようにペン型入力装置１が３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを備えるようにしても良い。
【００９５】
加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向に向けて設けられ、それぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を示す信号を出力する。加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃのペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での取付座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）とすると、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）とペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）との間には次式が成り立ち、加速度補正部４２２はこの式を計算して、ペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）を算出する。
【００９６】
【数３０】
ペン型入力装置１が３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを備える場合においても、φzoをゼロとし、Ｚs軸回りの回転をリセットすると、Ｘg軸はＸs軸方向の加速度センサ２ａの傾斜方向にとられる。このとき加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）と回転角ベクトルの初期値vectorφo=(φxo，φyo，φzo)との間には、次式が成り立つ。
【００９８】
【数３１】
ここで、二つの未知数φxo，φyoに対して３本の方程式を立て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取り扱うことができる。この式を用いれば重力加速度ｇの値を定義しなくとも、φxo，φyoの絶対値を算出することができる。さらに、重力加速度ｇの値を算出し、算出した値をモニタすることにより、演算結果の良否を行ない、演算結果が大きく変化した場合には異常値発生した旨の警告を出力しても良い。このように、重力加速度ｇを未知数とすると、以下の式が成り立ち、傾斜角初期値演算部４３２はこの式を演算して傾斜角の初期値（φxo，φyo，０）を求める。
【０１００】
【数３２】
また、座標変換演算部４３４は、既に説明したようにして座標変換行列を求め、その座標変換行列を用いて次式を計算して重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を求める。
【０１０２】
【数３３】
なお、上記実施例ではペン軸７の傾きを回転角ベクトルvectorφnを用いたストラップダウン方式の演算を用いて演算しているが、ペン軸７の傾きをオイラー角（φ，θ，Ψ）で表わして演算しても良い。
【０１０４】
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）から重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）への座標変換行列invＥ（θ，φ，Ψ）は次式で表すことができる。ここで、invＥ（θ，φ，Ψ）は行列Ｅ（θ，φ，Ψ）の逆行列とする。
【０１０５】
【数３４】
重力加速度をｇとすると、傾斜角の初期値（θo，φo，Ψo）は以下の式で求めることができる。
【０１０７】
【数３５】
オイラー角を用いた場合、傾斜角初期値演算部４３２は上記式を用いて傾斜角の初期値（θo，φo，Ψo）を求める。
【０１０９】
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸の回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）と傾斜角速度（ｄθ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）の関係は、以下の式で示される。
【０１１０】
【数３６】
傾斜角の初期値（θo，φo，Ψo）を考慮して傾斜角速度（ｄθ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を積分することで、傾斜角（θ，φ，Ψ）が求まる。傾斜角（θ，φ，Ψ）が求まると、さらに、前記式を基に座標変換行列invＥ（θ，φ，Ψ）が求まる。
【０１１２】
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの取付座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）とすると、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃから得られる加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）から重力座標系(Ｘg，Ｙg，Ｚg）のペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を求める式は、次式のようになり、座標変換演算部４３４でこの式を基に座標変換を行なう。
【０１１３】
【数３７】
上記式の括弧内の第２項及び第３項はジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）と回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）から得た回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）の関数である。
【０１１５】
重力加速度除去部４３５は、さらに、上記式から重力加速度成分を除去する。移動量演算部４３５は重力加速度成分を除去した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を２回積分して、ペン先部８の軌跡（Ｘog，Ｙog，Ｚog）を求める。このようにオイラー角を用いても正確にペン先部８の移動量及び移動距離を算出することができる。
【０１１６】
さらに、既に説明したと同様にＸs軸方向の加速度センサ２ａをＸs＝０となる位置（０，Ｙas，Ｚas）、Ｙs方向の加速度センサ２ｂをＹs＝０となる位置（Ｘbs，０，Ｚbs）、Ｚs方向の加速度センサ２ｃをＺs軸上の位置（０、０、Ｚcs)に設けても良い。この場合も既に説明したように各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）をペン先部８における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）に変換する式が簡単になり、処理速度を速めることができる。
【０１１７】
また、同様に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ /s ２ ）で割った長さを半径とするＺs軸を中心軸とした円柱範囲内に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを設けた場合は、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃのペン先部８からのＺs軸方向の距離をそれぞれＬ1，Ｌ1，Ｌ2とすると、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの座標はほぼ（Ｘas，Ｙas，Ｚas）＝（０，０，−Ｌ1）、（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）＝（０，０，−Ｌ1）、（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）＝（０，０，−Ｌ2）となる。これにより、加速度補正の演算量をさらに減らし、処理速度をさらに速めることができる。
【０１１８】
また、上記実施例においては、ストラップダウン方式の演算又はオイラー角（φ，θ，Ψ）を用いる演算によって、ペン先部８の移動方向及び移動距離を求めているが、ニューラルネットワーク演算等を用いて、ペン先部８における加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）の変化の特徴からペン先部８の描いたパターンを検出するようにしても良い。
【０１１９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、加速度センサの取付位置とジャイロを用いて検出した回転角速度とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による慣性力加速度成分及び遠心力加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による慣性力加速度成分及び遠心力加速度成分を加速度センサが検出した加速度から除去してペン先部における加速度を求め、ペン先部の加速度を基にペン先部の移動量を検出するので、ペン先部を中心とした傾斜運動により生じる加速度成分を除去でき、ペン先部の移動量を正確に検出することができる。
【０１２０】
また、演算量が少ないので、移動量の演算処理を高速化することができる。
【０１２１】
さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度とＹs軸周りの回転角速度を検出するので、ペン先部の１次元の軌跡を正確に検出することができる。
【０１２２】
さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度とＹs軸方向の加速度とＸs軸周りの回転角速度とＹs軸周りの回転角速度を検出するので、ペン先部の２次元の軌跡を正確に検出することができる。
【０１２３】
さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度とＹs軸方向の加速度とＸs軸周りの回転角速度とＹs軸周りの回転角速度とＺs軸周りの回転角速度を検出して回転の３自由度を全て検出するので、ペン軸の傾け方の制約がなくなり使い勝手が良くなる。
【０１２４】
さらに、ペン座標系の各軸方向の加速度と各軸回りの回転角速度を検出するので、ペン先部の２次元の軌跡を正確に検出することができる。
【０１２５】
さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設けたので、Ｙs軸方向の補正を行なう必要がなくなり、演算処理を簡単にできるので、処理を高速にすることができる。
【０１２６】
さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設けたので、Ｘs軸方向及びＹs軸方向の補正を行なう必要がなくなり、さらに処理を高速化することができる。
【０１２７】
さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設け、Ｚs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＺs軸上に設けたので、さらに処理を高速化することができる。
【０１２８】
また、ペン軸からの距離が加速度センサの分解能（ｍ/s２）を 2.5 （ / ２ ）で割った長さの範囲内である位置に加速度センサを設けたので、補正演算処理を簡単にできる。
【０１２９】
さらに、筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を基に重力座標系におけるペン軸の傾斜角の初期値を算出し、算出したペン軸の傾斜角の初期値とジャイロを用いて検出した回転角速度から測定時点におけるペン軸の傾斜角を求め、ジャイロを用いて検出した回転角速度及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を補正してペン先におけるペン座標系での加速度を求め、ペン先におけるペン座標系での加速度を重力座標系による加速度に変換し、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算出するので、オイラー角を用いた演算により、正確にペン先部の移動量及び移動距離を検出することができる。
【０１３０】
また、筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を基に回転角ベクトルの初期値を算出し、算出した回転角ベクトルの初期値とジャイロを用いて検出した回転角速度を基に今回サンプリングの際の回転角ベクトルを演算し、ジャイロを用いて検出した回転角速度及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を補正してペン先におけるペン座標系での加速度を求め、ペン先におけるペン座標系での加速度を重力座標系による加速度に変換し、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算出するので、ストラップダウン方式を用いた演算を行ない正確にペン先部の移動量及び移動距離を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ペン型入力装置の斜視図である。
【図２】 移動演算処理部の構成図である。
【図３】 ペン型入力装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 ２個の加速度センサと２個のジャイロを有する場合の構成図である。
【図５】 検出方向の直交方向の座標を０として加速度センサを設けた配置図である。
【図６】 検出方向の座標を０として加速度センサを設けた配置図である。
【図７】 ２個の加速度センサと３個のジャイロを有する場合の構成図である。
【図８】 ３個の加速度センサと３個のジャイロを有する場合の構成図である。
【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
４１ 入力処理部
４２ 傾斜加速度補正部
４２１ 角加速度演算部
４２２ 加速度補正部
４３ 移動演算処理部
４３１ 静止判別部
４３２ 傾斜角初期値演算部
４３３ 傾斜角演算部
４３４ 座標変換演算部
４３５ 重力加速度除去部
４３６ 移動量演算部
７ ペン軸
８ ペン先部
Claims (11)
- １個の加速度センサと１個のジャイロを有し、
加速度センサはペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度（Ａxs）を示す信号を出力し、
ジャイロはＹs軸周りの回転角速度（ωys）を示す信号を出力し、
加速度センサの取付位置の座標（Ｘas，Ｙas，Ｚas）とジャイロを用いて検出した回転角速度（dωys／dt）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、
算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサが検出した加速度（Ａxs）を補正してペン先部における加速度（Ａxs補正）を、
Ａxs補正＝Ａxs−（dωys／dt）・Ｚas＋ωys２・Ｘas
により求め、
補正したペン先部における加速度（Ａxs補正）を基に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxog）を、
Ａxog＝Ａxs補正・cos−１φ−ｇ・tanφ
（ただし、φはペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角、ｇは9.80665(m/sec2)である）
により求め、求めたペン先部の加速度（Ａxog）を基にペン先部の移動量を検出することを特徴とするペン型入力装置。 - ２個の加速度センサと２個のジャイロを有し、
各加速度センサはそれぞれペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す信号（Ａxs）及びＹs軸方向の加速度を示す信号（Ａys）を出力し、
各ジャイロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示す信号（ωxs）及びＹs軸周りの回転角速度を示す信号（ωys）を出力し、
各加速度センサの取付位置の座標（（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（dωys／dt，dωxs／dt）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、
算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａxs，Ａys）を補正してペン先部における各加速度（Ａxs補正，Ａys補正）を、
- ２個の加速度センサと３個のジャイロを有し、
各加速度センサはそれぞれペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す信号（Ａxs）及びＹs軸方向の加速度を示す信号（Ａys）を出力し、
各ジャイロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示す信号（ωxs）、Ｙs軸周りの回転角速度を示す信号（ωys）及びＺs軸周りの回転角速度を示す信号（ωzs）を出力し、
各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（dωys／dt，dωxs／dt，dωzs／dt）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、
算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａxs，Ａys）を補正してペン先部における各加速度（Ａxs補正，Ａys補正）を、
- ３個の加速度センサと３個のジャイロを有し、
各加速度センサはそれぞれペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す信号（Ａxs）、Ｙs軸方向の加速度を示す信号（Ａys）及びＺs軸方向の加速度を示す信号（Ａzs）を出力し、
各ジャイロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示す信号（ωxs）、Ｙs軸周りの回転角速度を示す信号（ωys）及びＺs軸周りの回転角速度を示す信号（ωzs）を出力し、
各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）,（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（dωys／dt，dωxs／dt，dωzs／dt）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、
算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を補正してペン先部における各加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）を、
- ３個の加速度センサと３個のジャイロを有し、
各加速度センサはそれぞれペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す信号（Ａxs）、Ｙs軸方向の加速度を示す信号（Ａys）及びＺs軸方向の加速度を示す信号（Ａzs）を出力し、
各ジャイロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示す信号（ωxs）、Ｙs軸周りの回転角速度を示す信号（ωys）及びＺs軸周りの回転角速度を示す信号（ωzs）を出力し、
各加速度センサの取付位置の各座標（（Ｘas，Ｙas，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）,（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs））と各ジャイロを用いて検出した各回転角速度（dωys／dt，dωxs／dt，dωzs／dt）とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、
算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度センサが検出した各加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を補正してペン先部におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を下記の式より求め、
- 上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設けた請求項１〜５のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設けた請求項２〜５のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝０となる位置に設け、Ｚs方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＺs軸上に設けた請求項４又は５に記載のペン型入力装置。
- ペン軸からの距離が加速度センサの分解能（ｍ/ｓ２）を2.5（/ｓ２）で割った長さの範囲内である位置に加速度センサを設けた請求項１〜８のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の傾斜角の初期値を算出し、算出したペン軸の傾斜角の初期値とジャイロを用いて検出した回転角速度から測定時点におけるペン軸の傾斜角を求め、ジャイロを用いて検出した回転角速度及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度を求め、ペン先におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での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請求項５〜９のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 筆記開始の際に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に回転角ベクトルの初期値を算出し、算出した回転角ベクトルの初期値とジャイロを用いて検出した回転角速度を基に今回サンプリングの際の回転角ベクトルを演算し、ジャイロを用いて検出した回転角速度及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度を求め、ペン先におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での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請求項１〜４、６〜９のいずれかに記載のペン型入力装置。
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