JP3841952B2 - ペン型入力装置 - Google Patents
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Description
【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や文字,図形を入力するペン型入力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータの入力装置としては、キーボードやマウス,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。近年、コンピュータの小型化に伴い携帯端末装置のニーズが高まり使用者も増加している。携帯端末装置の入力装置としてキーボードを使用するためには、キーボードを小型化する必要があるが、キーボードの小型化にはヒューマンインタフェースの点で限界があり、携帯端末装置の入力装置においては不利な点が多く実用性が低い。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、文字や図形の入力には適さないという短所がある。このため小型の携帯型端末装置において、文字や図形の入力装置としてはタブレットとペンを組み合わせたペン型入力装置が多く採用されている。しかし、タブレットの大きさが問題になり、より小型化することは困難である。そこでペンにセンシング機能を付与して、タブレットを使用しないペン型入力装置が提案されている。
【0003】
例えば特開平6−44005号公報に示されたペン型入力装置は3軸各方向の加速度センサとジャイロによりペン先の筆記位置検出するようにしている。特開平6−67799号公報に示されたペン型入力装置は2つの加速度センサと1つのジャイロを設け、ジャイロによりペン軸のローテーションを検出し、このローテーションを考慮に入れ、ペンに互いに直交して設けられた一対の加速度センサから得られた加速度データをそれぞれ時間で2回積分して距離データに変換して座標化している。特表平8−508354号公報に示されたペン型入力装置は3つの加速度センサを設け、加速度信号の特徴からストロークの特徴を認識し、認識したストロークを重ねていって筆記軌跡を描くようにしている。
【0004】
また、特開平8−44489号公報や特開平8−063282号公報に示されたポインティング装置は水平方向と垂直方向の角速度を検出する2つのジャイロから出力する角速度を積分して水平移動量と垂直移動量を算出するようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
特開平6−44005号公報に示され装置は加速度センサ取付位置が考慮されていないため、ペンの傾斜運動による加速度がペン先の筆記加速度に紛れ込み、正確な筆記軌跡を求めることは困難である。また、特開平6−67799号公報に示された装置ではペン軸のローテーションを検出することはできるが、通常の筆記動作で空間的にペン自体の姿勢がダイナミックな傾斜を伴う場合を考慮していないため、通常の筆記動作に適用することは困難である。特表平8−508354号公報に示された装置はストロークの認識過程が入るので厳密な意味では筆記軌跡を再現することは困難である。
【0006】
この発明はかかる短所を改善し簡単な構成で文字や図形を再構成できる小型のペン型入力装置を得ることを目的とするものである。
【0007】
【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、ペン軸に垂直で異なる検出軸を有し、ペン軸を基準としたセンサ座標系の前記異なる検出軸周りの角速度を検出するジャイロと、ペン先と紙面の接触を検出する紙面接触判別手段及び演算部とを有し、前記演算部は、前記紙面接触判別手段でペン先と紙面とが接触していることを検出しているときに、前記ジャイロが検出した角速度信号からペン先と紙面の摩擦により生じる高周波振動を取り出してペン先が紙面上で停止しているか移動しているかを判別し、前記ジャイロが検出した角速度を時間積分し、時間積分した結果と、ペン先が停止しているときはペン軸の回転中心をペン先とし、ペン先が移動しているときはペン軸の回転中心をペンの支持点としたペン軸の回転中心からペン先までの距離とからペン先の筆記動作中における時間毎に紙面の重力方向を基準とした重力座標系における直交する2軸の座標を検出してペン先による2次元の軌跡を求め、求めた2次元の軌跡と検出したペン先と紙面とが接触している部分から筆記軌跡を抽出することを特徴とする。
【0008】
前記異なる検出軸周りの角速度を検出するジャイロは、ペン軸に垂直で異なる検出軸を有する2つのジャイロを有し、各検出軸は直交して配置されていることが望ましい。
【0009】
さらに、前記異なる検出軸周りの角速度を検出するジャイロは、検出軸の異なる3つのジャイロを有し、1つのジャイロの検出軸をペン軸と一致させても良い。
【0014】
また、前記異なる検出軸周りの角速度を検出するジャイロは、検出軸の異なる3つのジャイロを有し、1つのジャイロの検出軸をペン軸と一致させても良い。さらに、3つのジャイロの検出軸を互いに直交して配置することが望ましい。
【0015】
また、前記ジャイロの検出軸を示す印を少なくとも1つはペンに設けたり、ペンを持つ角度を限定するグリップをペンに設けたり、ペンを持つ位置を検出する検出素子をペングリップ部に設けると良い。
【0016】
また、前記ジャイロが検出した角速度信号と加速度センサが検出した加速度信号又はジャイロが検出した角速度信号とペン先に設けたに力センサが検出した信号からペン先が停止しているか移動しているかを判定することが望ましい。
【0017】
さらに、抽出した筆記軌跡とデータベースの基準筆記軌跡を比較して文字を特定すると良い。
【0018】
また、抽出した筆記軌跡をベクトルとして合成し、合成ベクトルの方向が所定の範囲にあるか否を判別し、合成ベクトルの方向が所定の範囲にない場合に筆記軌跡全体を回転させるようにしても良い。さらに、抽出した筆記軌跡の各々のベクトルの方向を複数の範囲に分類し、各範囲に属したベクトルの数を計数し、各方向の計数値から筆記向きを判別し、判別した結果により筆記軌跡全体を回転させるようにしても良い。この場合、抽出した筆記軌跡の各ベクトルの大きさを所定の大きさと比較し、筆記軌跡のベクトルが小さい場合に、そのベクトルの数を計数しないことが望ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
この発明のペン型入力装置のペンは2個のジャイロとペン先と紙面との接触の有無を検出する感圧スイッチを有する。演算部には各ジャイロ3X,3Yに接続されたローパスフィルタ(LPF)と、各LPFからの信号を入力するA/D変換器と、各A/D変換器からの信号を入力して2次元の軌跡を算出する軌跡算出部及び軌跡算出部で算出した軌跡と感圧スイッチで判定したペン先と紙面との接触位置から筆跡軌跡を抽出する筆跡抽出部を有する。
【0020】
上記のように構成されたペン型入力装置のペンで筆記動作中に2個のジャイロでペン軸と直交する軸周りの角速度を検出する。この2個のジャイロで検出した角速度信号を演算部に送りノイズ除去用のLPFを通したのち、A/D変換器でA/D変換して軌跡算出部に送る。軌跡算出部は送られた角速度を時間積分して、時間積分した結果とペンの回転中心からペン先までの距離からペン先の筆記動作中の軌跡を求め筆記軌跡抽出部に送る。筆記軌跡抽出部は送られた2次元の軌跡と感圧スイッチで検出したペン先と紙面とが接触している部分から実際の筆跡軌跡を抽出して文字や図形を再構成する。このようにして簡単なペンを使用して入力した文字や図形を再構成することができる。
【0021】
【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1のペン2は内部に2個のジャイロ3X,3Yとペン2のペン先21と紙面との接触の有無を検出する感圧スイッチ4を有する。このペン2の座標系としては重力方向をZG方向とする直交座標である重力座標系(XG,YG,ZG)と、ペン2のペン軸をZS方向とする直交座標であるセンサ座標系(XS,YS,ZS)を想定する。ジャイロ3Xはセンサ座標系のXS軸周りを入力軸としてペン2の角速度を検出し、ジャイロ3Yはセンサ座標系のYS軸周りを入力軸としてペン2の角速度を検出する。このジャイロ3X,3Yは互いに直交したXS軸とYS軸軸上に取付けた方が処理が楽になるので好ましいが、設計上の制約がある場合は直交させなくても良い。この場合は取付け角度から角速度成分を分解すれば良い。ここでジャイロ3X,3Yはスケールファクタ(回転運動の正確さ)とドリフトレール(出力オフセットの安定度)が良好で、小型のものであれば良く、回転ジャイロや振動ジャイロ,光学式ジャイロ等いずれの方式のものでも良い。
【0022】
ペン型入力装置1の演算部5は図2のブロック図に示すように、ジャイロ3X,3Yに接続されたローパスフィルタ(LPF)51,52と、ローパスフィルタ51,52からの信号を入力するA/D変換器61,62と、A/D変換器61,62からの信号を入力して2次元の軌跡を算出する軌跡算出部7及び軌跡算出部7で算出した軌跡と感圧スイッチ4で検出したペン先21と紙面とが接触している部分から筆跡軌跡を抽出する筆跡抽出部8を有する。
【0023】
上記のように構成されたペン型入力装置1のペン2で筆記動作中のペン2の運動を回転運動と平行移動に分解すると、ペン2の支持点を中心とした回転運動で行われる成分が多く、この回転運動だけでもある程度の文字が再現できる。そこでペン2で筆記動作中にジャイロ3X,3Yでセンサ座標系のXS軸周りの角速度ωxとYS軸周りの角速度ωyを検出する。このジャイロ3X,3Yが検出する角速度ωx,ωyは、重力座標系(XG,YG,ZG)における筆記軌跡X(t),Y(t)の時間変化と下記(1)式に示す関係がある。
【0024】
【数1】
【0025】
ここで、Lはペンの支持点である回転中心からペン先21までの距離である。また、軸の回転方向と速度方向の関係からY(t)の時間変化にはマイナス符号が付く。
【0026】
このジャイロ3X,3Yで検出した角速度信号ωx,ωyを演算部5に送りノイズ除去用のLPF51,52を通したのち、A/D変換器61,62でA/D変換して軌跡算出部7に送る。軌跡算出部7は送られた角速度ωx,ωyを時間積分して、時間積分した結果とペン2の回転中心からペン先21までの距離Lからペン先21の筆記動作中の各時間毎のペン先21のXG座標とYG座標とを検出してペン先2による2次元の軌跡を求め筆記軌跡抽出部8に送る。筆記軌跡抽出部8は送られた2次元の軌跡と感圧スイッチ4で検出したペン先21と紙面とが接触している部分から実際の筆跡軌跡を抽出して文字や図形を再構成する。ここでペン2の回転中心からペン先21までの距離Lの値が変わっても、文字や図形の大きさが拡大又は縮小されるだけであるから距離Lとしては適当な値を用いれば良い。
【0027】
このようにしてペン型入力装置1のペン2で実際に筆記した文字とペン型入力装置1で再構成した文字を図3に示す。図3において(a)は実際に筆記した文字、(b)は距離L=10cmとしてペン型入力装置1で再構成した文字を示す。図3(b)に示すように、ペン型入力装置1で再構成した文字は筆記動作の平行移動成分を検出していないので、完全な軌跡を再現することはできないが、読める程度に再現することができる。このようにして簡略な構成で、筆記文字を再現することができ、ペン型入力装置1を小型化して軽量化し使い易くすることができる。
【0028】
上記実施例は感圧スイッチ4でペン先21が紙面に接触しているか否を検出した場合について説明したが、光学式スイッチ等でペン先21が紙面に接触しているか否を検出しても良い。
【0029】
また、上記実施例は感圧スイッチ4等でペン先21が紙面に接触しているか否を検出した場合について説明したがペン先21が紙面に接触していることをジャイロ3X又はジャイロ3Yで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動を取り出してペン先21が紙面に接触しているか否を判別するようにしても良い。この第2の実施例のペン型入力装置1のペン2には、図4に示すように、ジャイロ3X,3Yを有し、演算部5には図5のブロック図に示すように、LPF51,52とA/D変換器61,62と軌跡算出部7及び筆跡抽出部8の他にジャイロ3Yからの信号を入力するバンドパスフィルタ(BPF)9と検波回路10と比較器11を有する。BPF9は例えば下のカットオフ周波数80Hzと上のカットオフ周波数200Hzを有する。
【0030】
そしてジャイロ3X,3Yで検出した角速度信号ωx,ωyを演算部5に送りノイズ除去用のLPF51,52を通したのち、A/D変換器61,62でA/D変換し、軌跡算出部7で角速度ωx,ωyを時間積分して、時間積分した結果とペン2の回転中心からペン先21までの距離Lからペン先21ペン先2による2次元の軌跡を求め筆記軌跡抽出部8に送る。一方、ジャイロ3Yで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動をBPF9で取り出して検波回路10と比較器11を通してペン先21が紙面に接触している部分を判別する。筆記軌跡抽出部8は軌跡算出部7から送られた2次元の軌跡と紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動から判別したペン先21と紙面との接触部分から実際の筆跡軌跡を抽出して文字や図形を再構成する。このようにしてより簡単なペン2を使用することにより入力した文字や図形を再構成することができる。
【0031】
上記実施例は感圧スイッチ4等でペン先21が紙面に接触しているか否を検出したり、ペン先21が紙面に接触していることをジャイロ3X又はジャイロ3Yで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動を取り出してペン先21が紙面に接触している部分を判別する場合について説明したが、図6のブロック図に示すように、ペン先21が紙面に接触していることを感圧スイッチ4の出力及びジャイロ3X又はジャイロ3Yで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動の両方から検出し、停止判別部12でペン先21が停止しているか移動しているかを判別するようにしても良い。
【0032】
このようにペン先21が紙面に接触していることを感圧スイッチ4の出力及びジャイロ3X又はジャイロ3Yで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動の両方から検出することにより、ペン先21が紙面で停止していることを検出することができ、ペン先21を中心とした回転運動とペン2の支持点を中心とした回転運動を使い分けることができる。例えば図7の模式図に示すように、紙面と垂直な方向を回転軸としてペン2が回転しているとき、図7(a)に示すようにペン2の支持点22を中心として回転している場合と、図7(b)に示すようにペン先21を中心として回転している場合、ジャイロ3X,3Yの出力は同じである。上記各実施例では、図7(a)に示すようにペン2の支持点22を中心とした回転運動として扱ってきたが、実際には、入力する文字や図形の線の終わりや線の向きを変えるときなどではペン先21を中心に支持点(手)の方が動いている場合がある。そこで停止判別部12は感圧スイッチ4の出力によりペン先21が紙面に接触していることを検出しているときに、ジャイロ3X又はジャイロ3Yで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動からペン先21が停止しているか移動しているかを判別する。このようにしてペン先21を中心とした回転運動とペン2の支持点を中心とした回転運動を使い分けることにより文字の再現性を向上することができる。
【0033】
上記各実施例はペン2にジャイロ3X,3Yを設け、ペン2のXs軸周りとYs軸周りの角速度を検出した場合について説明したが、ペン2のZs軸周りの角速度も検出するようにしても良い。このペン2のZs軸周りの角速度も検出する場合の第4の実施例のペン2には、図8の構成図に示すように、3個のジャイロ3X,3Y,3Zとペン2のペン先21と紙面の接触を判定する感圧スイッチ4を有する。ジャイロ3Zはペン2のZs軸周りの角速度ωzを検出する。演算部5には、図9のブロック図に示すように、ジャイロ3X,3Y,3Zに接続されたLPF51,52,53と、LPF51,52,53からの信号を入力するA/D変換器61,62,63と、A/D変換器61,62,63からの信号を入力して2次元の軌跡を算出する軌跡算出部71及び軌跡算出部71で算出した軌跡と感圧スイッチ4で判定したペン先21と紙面とが接触している部分から筆跡軌跡を抽出する筆跡抽出部8を有する。
【0034】
上記のように構成したペン型入力装置1の軌跡算出部71の動作を説明する。ペン2で筆記動作中にジャイロ3X,3Y,3Zでセンサ座標系のXs軸周りの角速度ωxとYs軸周りの角速度ωyとZs軸周りの角速度ωzを検出してLPF51,52,53とA/D変換器61,62,63を通して軌跡算出部71に送る。軌跡算出部71は初期の姿勢角である回転ベクトルをφ0(0,0,0)に近似する。そして前の時刻(n−1)の回転角ベクトルφn−1とジャイロ3X,3Y,3Zで検出した角速度ω(ωx,ωy,ωz)より現在の時刻nの回転角ベクトルφnを求める。回転角ベクトルφnは下記(2)式の微分方程式で表される。この(2)式を離散系で積分すると(3)式が得られる。(3)式においてt0はサンプリング周期である。
【0035】
【数2】
【0036】
この回転角ベクトルφnを基にペン先21の位置を重力座標系(XG,YG,ZG)で表す。ここでペン2の回転中心22を原点にとり、ペン先21の先端までの距離をLとすると、図8に示すセンサ座標系(XS,YS,ZS)でペン先21の先は座標(0,0,L)と表せる。これを回転角ベクトルφnから求めた座標変換行列CG Sで重力座標系(XG,YG,ZG)に変換すれば良い。この座標変換行列CG Sを求めるには下記(4)式と(5)式で表されるパラメータ(χ,ρx,ρy,ρz)に変換した後、下記(6)式より算出する。(6)式において、iG,jG,kGはXG軸とYG軸とZG軸の重力座標系単位ベクトル、iS,jS,kSはXS軸とYS軸とZS軸のセンサ系座標単位ベクトルである。
【0037】
【数3】
【0038】
センサ座標系のペン先21の先端の座標(0,0,L)を座標変換行列C(G−S)で変換すると、ペン先の軌跡(X,Y)は下記(7)式で表すことができる。実際には、座標変換行列CG Sを全て計算する必要はないので、(4)式と(5)式及び(7)式を計算すれば良い。
【0039】
【数4】
【0040】
この演算により筆記動作の回転運動をペン2の姿勢変化(座標変換行列の変化)で表すことができ、ペン軸周りの回転も再現できて、より正確な文字を再構成することができる。
【0041】
上記第4の実施例は感圧スイッチ4等でペン先21が紙面に接触しているか否を検出した場合について説明したが、図10のペン2の構成図と図11の演算部5の構成を示すブロック図に示すように、感圧スイッチ4の出力の代わりにペン先21が紙面に接触していることをジャイロ3X,3Y,3Zのいずれかで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動を取り出して判別するようにしても良い。
【0042】
また、図12のブロック図に示すように、ペン先21が紙面に接触していることを感圧スイッチ4の出力及びジャイロ3X,3Y,3Zのいずれかで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動の両方から検出し、停止判別部12でペン先21が停止しているか移動しているかを判別するようにしても良い。
【0043】
上記実施例はジャイロ3X,3Y,3Zのいずれかで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先21の摩擦によって生じる高周波振動によりペン先21が停止しているか移動しているかを判別する場合について説明したが、図13のペン2の構成図と図14の演算部5のブロック図に示すように、ペン2に加速度センサ13を設け、加速度センサ13から出力する信号からペン先21が停止しているか移動しているかを判別するようにしても良い。この場合、加速度センサ13はジャイロよりも周波数帯域が広いものが多く、容易に安く手に入る。この加速度センサ13を使用することによりジャイロ3X,3Y,3Zに要求される周波数帯域は筆記運動の数10Hzで良く、選択するジャイロの自由度を広げて安いジャイロを使用できる。
【0044】
また、振動を検出する場合、速度は振幅と角速度の積が検出出力となり、加速度は振幅と角速度の自乗の積が検出出力になるから、摩擦信号のような高周波の場合は加速度の方が大きな信号を検出でき、検出が容易である。したがって、ペン先21が停止しているか移動しているかの検出精度と安定性を向上させることができ、再構成した文字の精度も向上し安定した動作を実現することができる。
【0045】
また、図15のペン2の構成図と図16の演算部5のブロック図に示すように、感圧スイッチ4の代わりにペン先力センサ14を設け、ペン先力センサ14で紙面からの反力を検出して、ペンダウン判定部15でペン先21が紙面に接触しているかどうかとペン先21が停止しているか移動しているかを判別することにより、上記加速度センサ13を設けた場合と同様にして選択するジャイロの自由度を広げることができる。また、ペン先力センサ14で直接振動を検出するから検出精度と安定性を向上させることができる。
【0046】
上記各実施例に示したペン型入力装置1において、再構成する文字はペン2を持つ向きすなわちペン軸周りの回転によって傾いたものになる。文字が見やすく再構成されるためにはペン2を持ったときに、センサ座標系のXS軸が紙面上の重力座標系のXG軸と同じ方向を向く必要がある。そこでペン2に、図17に示すようにセンサ座標系のXS軸方向とYS軸方向の検出軸を特定するマーカ23,24を設け、紙面の見やすい方向において右手方向をXG方向と考え、ペン2を持ったときにXS軸方向のマーカ23がXG方向を向くようにすることにより、ペンを持つ角度を分かり易くでき、再構成した文字が傾くことを防止できる。
【0047】
また、図18に示すようにペン2を持つ角度を限定する例えば3角形状のグリップ25を設けて、ペン2を持ったときの親指と人差し指及び中指の位置を明示して、ペン2を持つ角度を限定することにより、再構成した文字が傾くことを防ぐことができる。さらに、図19に示すように、ペン2のグリップ部に、ペン2を持つ角度を圧力検出素子26をアレイ状に並べて配置し、圧力検出素子26で指の当たる位置を検出し、この圧力分布よりペン2を持つ角度を特定するようにして、センサ座標系を回転させておくことにより初期の姿勢角を調整するのと同様に再構成した文字が傾くことを防ぐことができる。
【0048】
上記各実施例は軌跡算出部7,71で算出した軌跡とペン先21と紙面とが接触している部分から筆跡軌跡抽出部8で実際の筆跡軌跡を抽出して文字や図形を再構成する場合について説明したが、図20のブロック図に示すように、演算部5にデータベース(辞書)16と筆記軌跡比較部17を設け、筆記軌跡比較部17で筆跡軌跡抽出部8で抽出した筆跡軌跡とデータベース16の基準筆記軌跡と比較して基準筆記軌跡に最も近い文字コードを選び出すようにしても良い。このうにして基準筆記軌跡に最も近い文字コードを選び出すことにより、正確な文字を再構成することができ、認識率を高めることができる。ここでデータベース16は従来のタブレットで使用するものが使え、筆跡軌跡比較部17はいわゆるDPマッチング等タブレットで使用される種々の手法を使用できる。
【0049】
さらに、図21のブロック図に示すように、演算部5に筆跡軌跡認識部18を設け、筆跡軌跡認識部18は筆記軌跡抽出部8で抽出した筆跡軌跡の各ストロークをベクトルとして合成し、合成ベクトルの方向が所定の範囲にあるか否を判断し、合成ベクトルの方向が所定の範囲にない場合に、筆記軌跡全体を回転させるようにすると、再構成した文字の傾きを抑制することができる。例えば図22に示すように日本語の場合、大まかにいうと文字は左から右と上から下へ構成されている。したがって、幾つかのストロークは異なる方向例えば下から上に向いたとしても、文字の大部分のストロークは第4象限の周辺範囲に入る。そこで図22に示す文字を再構成するときに、筆跡軌跡の各ストロークをベクトルa,b,cとして合成し、合成ベクトルdが例えば第2象限を向いている場合、合成ベクトルdが第4象限に入るように再構成する文字の座標を回転させる。このようにして文字の傾きを修正して再構成するから、認識率を大幅に向上させることができるとともに、ペン2の向きを考慮せずに使用でき操作を向上することができる。
【0050】
また、この場合、算出した各ストロークのベクトルの方向をいくつかの範囲に分類し、各範囲に属したベクトルの数を計数して、各方向の計数値から筆記向きを判別するようにしても良い。すなわち日本語文字は横線と縦線が多く、画数が多い場合、横線と縦線周辺のベクトルの分布が多くなる。したがって画数が多い場合、各範囲に属したベクトルの数の分布から再構成する文字の向きが推測できる。この向きを推測した文字の最も多くのベクトルの分布が横線と縦線周辺の範囲に入るように座標を変換することにより文字の傾きを抑制することができる。
【0051】
この場合、ストロークのベクトルを分類する際に、ストロークの長さ(ベクトルの長さ)が所定の長さより短い場合は、分布の計数から除外すると良い。すなわち、点列のような細かいストロークは、文字を書くときに方向が乱れやすいことを反映させたものであり、文字の特徴というよりは、筆記する人の筆記動作の特徴を表す。これを除外することにより、文字を構成する横線と縦線を強調して、文字の向きの判別をより確実にする。
【0052】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、異なる検出軸を有する2つのジャイロ又は3つのジャイロが検出した角速度から紙面上の軌跡を算出し、算出した軌跡とペン先と紙面とが接触している部分から筆記軌跡を抽出するから、簡略な構成でペンの筆記軌跡の概略を再構成できるとともにペン型入力装置を小型化することができ、装置の価格を低減して使い勝手を向上させることができる。
【0054】
さらに、ジャイロで検出している角速度信号に含まれる紙とペン先の摩擦によって生じる高周波振動からペン先が停止しているか移動しているかを判別することにより、ペン先を中心とした回転運動とペンの支持点を中心とした回転運動を使い分けることができ、文字の再現性をより向上することができる。
【0055】
また、2つのジャイロ又は3つのジャイロの検出軸を直交して配置することにより、ペンによる軌跡を簡単な処理で算出することができる。
【0056】
また、ジャイロの検出軸を示す印を少なくとも1つはペンに設けたり、ペンを持つ角度を限定するグリップをペンに設けたり、ペンを持つ位置を検出する検出素子をペングリップ部に設けることにより、ペンを持つ角度を分かり易くでき、再構成した文字が傾くことを防止することができる。
【0057】
さらに、ジャイロが検出した角速度信号と加速度センサが検出した加速度信号又はジャイロが検出した角速度信号とペン先に設けたに力センサが検出した信号からペン先が停止しているか移動しているかを判定することにより、使用するジャイロの選択の自由度を広げて安いジャイロを使用できるとともにペン先が停止しているか移動しているかの検出精度と安定性を向上させることができ、再構成した文字の精度も向上し安定した動作を実現することができる。
【0058】
また、抽出した筆記軌跡とデータベースの基準筆記軌跡を比較して文字を特定することにより、入力した文字の認識率を向上させることができる。
【0059】
また、抽出した筆記軌跡をベクトルとして合成し、合成ベクトルの方向が所定の範囲にあるか否を判別し、合成ベクトルの方向が所定の範囲にない場合に筆記軌跡全体を回転させたり、抽出した筆記軌跡の各々のベクトルの方向を複数の範囲に分類し、各範囲に属したベクトルの数を計数し、各方向の計数値から筆記向きを判別し、判別した結果により筆記軌跡全体を回転させることにより、文字の傾きを抑制することができ、認識率の高い文字を再構成することができる。
【0060】
さらに、抽出した筆記軌跡の各ベクトルの大きさを所定の大きさと比較し、筆記軌跡のベクトルが小さい場合に、そのベクトルの数を計数しないことにより、文字の向きの判別をより確実にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例のペン型入力装置の構成図である。
【図2】上記実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図3】上記実施例で入力した文字と再構成した文字を示す説明図である。
【図4】第2の実施例のペン型入力装置の構成図である。
【図5】第2の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図6】第3の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図7】第3の実施例の動作を示す説明図である。
【図8】第4の実施例のペン型入力装置の構成図である。
【図9】第4の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図10】第5の実施例のペン型入力装置の構成図である。
【図11】第5の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図12】第6の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図13】第7の実施例のペン型入力装置の構成図である。
【図14】第7の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図15】第8の実施例のペン型入力装置の構成図である。
【図16】第8の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図17】マーカを有するペンの斜視図である。
【図18】ペングリップを有するペンの斜視図である。
【図19】圧力検出素子を有するペンの斜視図である。
【図20】第9の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図21】第10の実施例の演算部の構成を示すブロック図である。
【図22】第10の実施例の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ペン型入力装置
2 ペン
3 ジャイロ
4 感圧スイッチ
5 演算部
7 軌跡算出部
8 筆跡抽出部8
12 停止判別部
13 加速度センサ
14 ペン先力センサ
Claims (13)
- ペン軸に垂直で異なる検出軸を有し、ペン軸を基準としたセンサ座標系の前記異なる検出軸周りの角速度を検出するジャイロと、ペン先と紙面の接触を検出する紙面接触判別手段及び演算部とを有し、
前記演算部は、前記紙面接触判別手段でペン先と紙面とが接触していることを検出しているときに、前記ジャイロが検出した角速度信号からペン先と紙面の摩擦により生じる高周波振動を取り出してペン先が紙面上で停止しているか移動しているかを判別し、前記ジャイロが検出した角速度を時間積分し、時間積分した結果と、ペン先が停止しているときはペン軸の回転中心をペン先とし、ペン先が移動しているときはペン軸の回転中心をペン軸の支持点としたペンの回転中心からペン先までの距離とからペン先の筆記動作中における時間毎に紙面の重力方向を基準とした重力座標系における直交する2軸の座標を検出してペン先による2次元の軌跡を求め、求めた2次元の軌跡と検出したペン先と紙面とが接触している部分から筆記軌跡を抽出することを特徴とするペン型入力装置。 - 前記異なる検出軸周りの角速度を検出するジャイロは、ペン軸に垂直で異なる検出軸を有する2つのジャイロを有し、各検出軸は直交して配置されている請求項1記載のペン型入力装置。
- 前記異なる検出軸周りの角速度を検出するジャイロは、検出軸の異なる3つのジャイロを有し、1つのジャイロの検出軸をペン軸と一致させた請求項1記載のペン型入力装置。
- 前記3つのジャイロの検出軸を互いに直交して配置した請求項3記載のペン型入力装置。
- 前記ジャイロの検出軸を示す印を少なくとも1つはペン軸に設けた請求項2又は4記載のペン型入力装置。
- 前記ペン軸を持つ角度を限定するグリップをペン軸に設けた請求項2又は4記載のペン型入力装置。
- 前記ペン軸を持つ位置を検出する検出素子をペングリップ部に有する請求項2又は4記載のペン型入力装置。
- 前記ペン軸に加速度センサを設け、前記演算部は、前記ジャイロが検出した角速度信号と前記加速度センサが検出した加速度信号からペン先が紙面上で停止しているか移動しているかを判別する請求項1乃至7のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 前記はペン先に力センサを設け、前記演算部は、前記ジャイロが検出した角速度信号と前記力センサで検出した信号からペン先が紙面上で停止しているか移動しているかを判別する請求項1乃至7のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 前記抽出した筆記軌跡とデータベースの基準筆記軌跡を比較して文字を特定する請求項1乃至9のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 前記抽出した筆記軌跡をベクトルとして合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルの方向が所定の範囲にあるか否を判別し、合成ベクトルの方向が所定の範囲にない場合に筆記軌跡全体を回転させる請求項1乃至9のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 前記演算部は、抽出した筆記軌跡の各々のベクトルの方向を複数の範囲に分類し、各範囲に属したベクトルの数を計数し、各方向の計数値から筆記向きを判別し、判別した結果により筆記軌跡全体を回転させる請求項1乃至9のいずれかに記載のペン型入力装置。
- 前記演算部は抽出した筆記軌跡の各ベクトルの大きさを所定の大きさと比較し、筆記軌跡のベクトルが小さい場合に、各範囲に属したベクトルの数を計数しない請求項12記載のペン型入力装置。
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