JP6962690B2 - 傾き導出装置及び傾き導出方法 - Google Patents

Description

本発明は、傾き導出装置及び傾き導出方法に関する。

近年、液晶パネルのような表示装置上に、表示装置上の指定された位置を検出するタッチパッド等のセンサが組み合わされて設けられた、タッチパネル等の位置検出装置が広く使用されている。
このような位置検出装置に対する入力は、例えば位置検出装置への正確な入力が必要となる場合には、先の尖った棒状のスタイラスペンを用いて行われることがある。現在、様々な種類のスタイラスペンが使用されているが、その中でも特に、アクティブ静電結合方式のスタイラスペンが普及しつつある。

図１１に示されるように、アクティブ静電結合方式のスタイラスペン１０１は、複数の、例えば２つの第１電極１０１ａ及び第２電極１０１ｂと、これらを駆動する図示されない駆動電源を備えている。第１電極１０１ａは、スタイラスペン１０１の軸Ｃ方向の一端に設けられ、第２電極１０１ｂは、軸Ｃの周囲に、例えば軸Ｃを囲うようにリング状に設けられている。駆動電源により駆動された各電極１０１ａ、１０１ｂが送信する信号を、位置検出装置１００上のセンサ１００ａが静電結合により受信することにより、スタイラスペン１０１により指示された位置が検出される。
特許文献１には、上記のような支持体、位置検出装置及び位置検出方法が開示されている。

上記のようなスタイラスペン、すなわち、指示器と、位置検出装置とを用いて、位置検出装置上で動作するアプリケーションプログラムによっては、位置検出装置に対する指示器の傾きが、入力として必要とされる場合がある。このような場合においては、一般には、ＸＹ平面上での第１電極１０１ａの検出座標をＡ、第２電極１０１ｂの検出座標をＢ、指示器１０１の軸Ｃ方向における第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂの距離をＬとしたときに、軸Ｃの傾きは、これらの値を基にした演算により導出される。

特開２０１１−１６４８０１号公報

図１１に示されるような指示器１０１を使用する場合においては、第１電極１０１ａは位置検出装置１００に密接されているが、第２電極１０１ｂは、位置検出装置１００から、高さＨだけ離れて位置づけられているため、第１電極１０１ａに比べると、第２電極１０１ｂは、センサ１００ａによる検出値が小さくなる。
また、上記のように第２電極１０１ｂは、軸Ｃの周囲に、例えば軸Ｃを囲うようにリング状に、第１電極１０１ａに比べると大きな体積で形成されているため、センサ１００ａが第２電極１０１ｂとして検出する範囲が大きい。
このように、センサ１００ａは、第２電極１０１ｂの位置として、小さい検出値が広く分布した領域を検出するため、位置検出装置１００がこの中から、上記のような傾きの計算の基となる、第２電極１０１ｂの検出座標Ｂを、正確に特定するのは容易ではない。

第２電極１０１ｂは、軸Ｃの周囲に、例えば軸Ｃを囲うようにリング状に設けられているため、位置検出装置１００が第２電極１０１ｂの位置として検出する領域の形状は、指示器１０１の傾きにより変化し一定の形状とはならないため、例えば第２電極１０１ｂに相当する領域の形状を基に、座標Ｂを特定するのも容易ではない。

また、第２電極１０１ｂは軸Ｃから一定の距離を置いた位置に設けられているため、指示器１０１の傾きに応じて、計算時に考慮すべき電極１０１ａ、１０１ｂ間の距離Ｌの値も、厳密には異なる。

更に、上記のようにセンサ１００ａによる第２電極１０１ｂの検出値は小さな値であるため、何らかのノイズが介入した場合においては、ノイズが大きく影響し、座標Ｂの特定が更に困難なものとなる。

上記の要因が相乗し、座標Ｂの正確な特定が困難であるため、特定された座標Ｂの値は誤差を多分に含むものとなりがちである。結果として、上記のように特定された座標Ｂの値を基に、純粋に演算によって導出される傾きの精度は高くはない。

本発明が解決しようとする課題は、指示器の傾きを精度よく導出可能な、傾き導出装置及び傾き導出方法を提供することである。

本発明に係る傾き導出装置は、ペン状の指示器の傾きを導出する傾き導出装置であって、前記指示器は、軸方向の一端に設けられた第１電極と、前記軸の周囲に設けられた第２電極を備え、前記第１電極の位置と、前記第２電極の位置を検出する平面状のセンサと、制御部を備え、該制御部は、前記センサに直交する直交方向からの前記軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての前記軸の傾きである傾斜方向傾きの暫定値と、補正値との対応関係が登録されたルックアップテーブルと、前記第１及び第２電極の各々の前記位置を基に前記暫定値を計算して、前記ルックアップテーブルへ入力する傾斜方向傾き計算部と、前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値から前記傾きを導出する傾き導出部と、を備える。

また、本発明に係る傾き導出方法は、ペン状の指示器によって指示された位置を導出する傾き導出方法であって、平面状のセンサにより、前記指示器の軸方向の一端に設けられた第１電極と、前記軸を囲うように設けられた第２電極の各々の位置を検出し、前記第１及び第２電極の各々の前記位置を基に、前記センサに直交する直交方向からの前記軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての前記軸の傾きである傾斜方向傾きの暫定値を計算して、該暫定値と、補正値との対応関係が登録されたルックアップテーブルへ入力し、前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値から前記傾きを導出する。

本発明によれば、指示器の傾きを精度よく導出可能な、傾き導出装置及び傾き導出方法を提供することができる。

本発明の実施形態における傾き導出装置と、これと共に使用される指示器の説明図である。 前記実施形態における傾き導出装置の説明図である。 前記実施形態における傾き導出装置の、制御部の信号処理ブロック図である。 前記実施形態における傾き導出装置の制御部の、重心計算部の説明図である。 前記実施形態における傾き導出装置による座標系の説明図である。 前記実施形態における傾き導出装置の、ルックアップテーブルの実施例である。 前記実施形態における実験結果の説明図である。 前記実施形態における実験結果の説明図である。 前記実施形態の第１変形例における制御部の信号処理ブロック図である。 前記実施形態の第２変形例における制御部の信号処理ブロック図である。 傾き導出装置と指示器の説明図である。

本実施形態における傾き導出装置は、ペン状の指示器の傾きを導出する傾き導出装置であって、指示器は、軸方向の一端に設けられた第１電極と、軸の周囲に設けられた第２電極を備え、第１電極の位置と、第２電極の位置を検出する平面状のセンサと、制御部を備え、該制御部は、センサに直交する直交方向からの軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての軸の傾きである傾斜方向傾きの暫定値と、補正値との対応関係が登録されたルックアップテーブルと、第１及び第２電極の各々の位置を基に暫定値を計算して、ルックアップテーブルへ入力する傾斜方向傾き計算部と、ルックアップテーブルから出力された補正値から傾きを導出する傾き導出部と、を備える。
また、本発明に係る傾き導出方法は、ペン状の指示器によって指示された位置を導出する傾き導出方法であって、平面状のセンサにより、指示器の軸方向の一端に設けられた第１電極と、軸を囲うように設けられた第２電極の各々の位置を検出し、第１及び第２電極の各々の位置を基に、センサに直交する直交方向からの軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての軸の傾きである傾斜方向傾きの暫定値を計算して、該暫定値と、補正値との対応関係が登録されたルックアップテーブルへ入力し、ルックアップテーブルから出力された補正値から傾きを導出する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態における傾き導出装置１と、これと共に使用される指示器１０１の説明図である。図２は、傾き導出装置１の説明図である。
指示器１０１は、ペン状を成しており、軸Ｃ方向の一端に設けられた第１電極１０１ａと、軸Ｃの周囲に設けられた第２電極１０１ｂ、及び、これらを駆動する図示されない駆動電源を備えている。
第２電極１０１ｂは、本実施形態においては、軸Ｃを囲うようにリング状に設けられている。
第１及び第２電極１０１ａ、１０１ｂは、後述する傾き導出装置１のセンサ２と静電結合することにより、傾き導出装置１に対して信号を送信する。

傾き導出装置１は、本実施形態においては、タブレット型の情報端末である。傾き導出装置１は、例えば液晶パネル等の表示装置の表面上に、平面状の、静電容量方式のセンサ２を備えたものであり、液晶パネルの表示領域の略全面にわたってセンサ２が設けられて、表示領域全体が、センサによる位置検知可能領域１ａとなっている。傾き導出装置１のセンサ２は、位置検知可能領域１ａ内に指示器１０１が位置づけられた場合に、第１電極１０１ａの位置と、第２電極１０１ｂの位置を検出して、指示器１０１によって指示された位置を検出する。

センサ２は、第１方向に延在する複数の第１方向導体３と、第１方向と直交する第２方向に延在する複数の第２方向導体４を備えている。本実施形態においては、第１方向は紙面横方向である方向Ｘであり、第２方向は紙面縦方向である方向Ｙである。
第１方向導体３と第２方向導体４の各々は、位置検知可能領域１ａ内の表示装置の所定の画素数に導体３、４の一本が対応するように、表示装置の画素よりも粗い格子状となるように設けられている。

傾き導出装置１は、選択回路５を備えている。第１及び第２方向導体３、４の各々の末端は、選択回路５に接続されている。選択回路５は、第１及び第２方向導体３、４の各々を所定の順序で選択することにより、指示器１０１の第１及び第２電極１０１ａ、１０１ｂから各導体３、４に送信された信号を受信する。
選択回路５は、各導体３、４から受信した信号を、次に説明する、入力データ生成部６へ送信する。

傾き導出装置１は、入力データ生成部６を備えている。入力データ生成部６は、選択回路５から受信した信号を、指示器１０１の第１電極１０１ａから受信した信号と、第２電極１０１ｂから受信した信号とに分類し、それぞれを第１電極データ、第２電極データとして、次に説明する制御部１０へ送信する。
この分類は、例えば、センサ２及び選択回路５が、第１電極１０１ａからの信号受信と第２電極１０１ｂからの信号受信を時分割で行うことにより行われる。

傾き導出装置１は、制御部１０を備えている。図３は、制御部１０の信号処理ブロック図である。制御部１０は、重心計算部１１、ＩＩＲフィルタ１２、減算器１３、傾斜方向傾き計算部１４、ルックアップテーブル（以下、ＬＵＴと呼称する）１５、及び、傾き導出部１６を備えている。

重心計算部１１は、第１重心計算部１１Ａと第２重心計算部１１Ｂを備えている。
第１重心計算部１１Ａは、入力データ生成部６が送信した第１電極データを受信し、方向Ｘと方向Ｙの各々における最大値を計算することで、指示器１０１の第１電極１０１ａから送信された信号が最も強い、すなわち、第１電極１０１ａの反応が最も強い、センサ２上の座標を特定する。
第１重心計算部１１Ａは、更に、この第１電極１０１ａの反応が最も強いセンサ２上の座標を中心とした、縦横の各々において５つの第１及び第２方向導体３、４に相当する、計２５個のセンサ２上の座標におけるデータを抽出する。図４は、このように抽出された２５個のデータＤ１〜Ｄ２５を説明するものであり、図４においては、第１電極１０１ａの反応が最も強いセンサ２上の座標に相当するデータは、中心に位置するＤ１３となっている。

この２５個のデータに対し、第１重心計算部１１Ａは、次の数式１に示すように、データの値Ｄ_ｉとセンサ２上の座標値（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）との積算を行うことで、第１電極１０１ａの反応が最も強い方向Ｘと方向Ｙの各々におけるセンサ２上の座標値を、小数点以下の粒度で計算し、この計算結果を、表示装置の内部処理において使用される、方向Ｘと方向Ｙの各々の内部解像度値に換算して、第１電極暫定座標値Ａ_ｔ（Ａ_ｘｔ、Ａ_ｙｔ）を算出する。数式１において、Ｎ_ｘ、Ｎ_ｙは、それぞれ、第２方向導体４と第１方向導体３の本数であり、Ｐ_ｘ、Ｐ_ｙは、それぞれ、表示装置の方向Ｘと方向Ｙにおける内部解像度値である。

第１重心計算部１１Ａは、第１電極暫定座標値Ａ_ｔを、ＩＩＲフィルタ１２へ送信する。

第２重心計算部１１Ｂは、第２電極データを受信し、第１重心計算部１１Ａと同様に、方向Ｘと方向Ｙの各々における最大値を計算することで、指示器１０１の第２電極１０１ｂから送信された信号が最も強い、すなわち、第２電極１０１ｂの反応が最も強い、センサ２上の座標を特定する。
第２重心計算部１１Ｂは、更に、第１重心計算部１１Ａと同様に、第２電極１０１ｂの反応が最も強いセンサ２上の座標を中心とした、縦横の各々において５つの第１及び第２方向導体３、４に相当する、計２５個のセンサ２上の座標におけるデータを抽出する。
この２５個のデータに対し、第２重心計算部１１Ｂは、第１重心計算部１１Ａと同様に、データの値Ｄ_ｉとセンサ２上の座標値（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）との積算を行うことで、第２電極１０１ｂの反応が最も強い方向Ｘと方向Ｙの各々におけるセンサ２上の座標値を計算し、この計算結果を表示装置の内部解像度値に換算して、第２電極暫定座標値Ｂ_ｔ（Ｂ_ｘｔ、Ｂ_ｙｔ）を算出する。
第２重心計算部１１Ｂは、第２電極暫定座標値Ｂ_ｔを、ＩＩＲフィルタ１２へ送信する。

ＩＩＲフィルタ１２は、第１ＩＩＲフィルタ１２Ａと第２ＩＩＲフィルタ１２Ｂを備えている。
第１ＩＩＲフィルタ１２Ａは、第１重心計算部１１Ａから第１電極暫定座標値Ａ_ｔを受信し、時間方向のＩＩＲフィルタを適用して、時間的なゆらぎを低減させ、第１電極座標値Ａ（Ａ_ｘ、Ａ_ｙ）を算出する。
第１ＩＩＲフィルタ１２Ａは、第１電極座標値Ａを減算器１３へ送信する。

第２ＩＩＲフィルタ１２Ｂは、第２重心計算部１１Ｂから第２電極暫定座標値Ｂ_ｔを受信し、時間方向のＩＩＲフィルタを適用して、時間的なゆらぎを低減させ、第２電極座標値Ｂ（Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ）を算出する。
第２ＩＩＲフィルタ１２Ｂは、第２電極座標値Ｂを減算器１３へ送信する。

減算器１３は、第１ＩＩＲフィルタ１２Ａと第２ＩＩＲフィルタ１２Ｂから、第１電極座標値Ａと第２電極座標値Ｂを受信する。
減算器１３は、座標値Ａ、Ｂ間の差分を求めることで、より詳細には、Ｂ_ｘ−Ａ_ｘ及びＢ_ｙ−Ａ_ｙを計算することで、第１方向差分Ｓ_ｘと、第２方向差分Ｓ_ｙを算出する。
減算器１３は、第１方向差分Ｓ_ｘと第２方向差分Ｓ_ｙを、傾斜方向傾き計算部１４へと送信すると同時に、傾き導出部１６へと送信する。

傾斜方向傾き計算部１４は、第１及び第２電極の各々の位置Ａ、Ｂを基に、より詳細には、位置Ａ、Ｂを基に減算器１３により算出された第１方向差分Ｓ_ｘと第２方向差分Ｓ_ｙを基に、傾斜方向傾きの暫定値を計算して、ＬＵＴ１５へ入力する。
図５は、指示器１０１の第１電極１０１ａ及び第２電極１０１ｂと、傾き導出装置１との関係を座標系として示したものである。図５におけるＸＹ平面が、傾き導出装置１の位置検知可能領域１ａに相当する。
傾斜方向とは、センサ２に直交する直交方向Ｚからの軸Ｃの傾いた方向であり、図５においては、この傾斜方向に向けての軸Ｃの傾きθが、傾斜方向傾きθとして示されている。

指示器１０１の軸Ｃ方向における第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂの距離をＬとすると、傾斜方向傾き計算部１４は、ＸＹ平面内における第１電極座標値Ａと第２電極座標値Ｂ間の距離Ｄを計算し、この距離Ｄを基に、傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを計算する。

傾斜方向傾き計算部１４は、算出した傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを、ＬＵＴ１５へ送信する。

ＬＵＴ１５には、傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔと、補正値との対応関係が登録されている。本実施形態においては、補正値は、傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃである。

指示器１０１においては、第１電極１０１ａをセンサ２に接するように設けた際に、図１１に示されるように、第２電極１０１ｂはセンサ２から離れて位置づけられるため、第２電極１０１ｂは、センサ２による検出値が小さくなる。また、第２電極１０１ｂは、軸Ｃの周囲に、第１電極１０１ａに比べると大きな体積で形成されているため、センサ２が第２電極１０１ｂとして検出する範囲が大きい。このように、センサ２は、第２電極１０１ｂの位置として、小さい検出値が広く分布した領域を検出するため、第２電極１０１ｂの検出座標Ｂを正確に特定するのは容易ではない。したがって、第２ＩＩＲフィルタ１２Ｂから出力された第２電極座標値Ｂは、誤差を多分に含むものとなっている。このため、傾斜方向傾きθを、上記のような数式２によって導出した場合においては、導出された傾斜方向傾きθには、上記の誤差が反映されている。

ここで、実際に指示器１０１を傾けた角度と、第２電極座標値Ｂや傾斜方向傾きθの誤差を含む計算値との関係が予めわかっていれば、これらの誤差を含む計算値から、指示器１０１の精度の高い傾きを導き出せるはずである。すなわち、例えば実験などにより、上記の傾斜方向傾き計算部１４により傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを外部出力するように設定された傾き導出装置によって、実際に指示器１０１を傾けて角度を測り、その際の傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔの、誤差を含む出力値を取得する。この出力値θ_ｔに対し、実際の指示器１０１の傾きを傾きの補正値θ_ｃとして対応付けて、対応関係として保持しておく。実際に、傾きを測定する際には、誤差を含む傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを、傾斜方向傾き計算部１４によって、上記数式２により計算したうえで、この出力値θ_ｔを基に、対応関係において対応する傾きの補正値θ_ｃを導出することにより、指示器１０１の精度の高い傾きを求めることができる。ＬＵＴ１５には、このような対応関係が登録されている。

図６に、ＬＵＴ１５の実施例を示す。本表においては、左から奇数番目の列に、傾斜方向傾き計算部１４によって計算された、誤差を含む傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔが「アドレス」として示されており、その右側に、すなわち偶数番目の列に、各傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔに対応する補正値θ_ｃが「データ」として示されている。
例えば、「アドレス」が「４０」の位置には、「データ」として値「３３」が示されている。これは、傾斜方向傾き計算部１４によって計算された傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔが４０の場合には、補正値θ_ｃは３３であることを意味する。すなわち、実験時には、傾斜方向傾き計算部１４によって計算された傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔが４０となる場合には、傾斜方向傾きが３３となるように指示器１０１を傾けていたということを示している。

本実施形態においては、傾斜方向傾きθは、例えば７ビットで実現されており、傾斜方向傾きθは理論上、１２７までの値を持ち得る。したがって、図６はその一部分のみを記載したものとなっている。
図１に示されるように、本実施形態においては、指示器１０１は、第１電極１０１ａの位置する先端から軸Ｃ方向に向けて漸次拡径し、テーパー状に形成されている。この、テーパー状に形成された部分の軸Ｃに対する角度αが、例えば２５°とすると、第１電極１０１ａを傾き導出装置１の位置検知可能領域１ａに接触させた状態で、指示器１０１を２５°を超えて傾けることは不可能であるため、補正値θ_ｃの上限は、この場合においては６５°となっている。すなわち、本実施形態においては、ＬＵＴ１５には、上限値６５°を超えた値は登録されていない。

ＬＵＴ１５は、図６に示されたような対応関係により、傾斜方向傾き計算部１４から受信した傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを基に、傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃを抽出し、次に説明する傾き導出部１６へと送信する。

傾き導出部１６は、減算器１３から第１方向差分Ｓ_ｘと第２方向差分Ｓ_ｙを、ＬＵＴ１５から傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃを、それぞれ受信する。
傾き導出部１６は、ＬＵＴ１５から出力された傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃから傾きを導出する。
より詳細には、傾き導出部１６は、ＬＵＴ１５から出力された傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃを基に、センサ２に直交する直交方向Ｚからのセンサ２上の第１方向に向けての軸Ｃの傾きである第１方向傾きと、直交方向Ｚからのセンサ２上の第１方向に直交する第２方向に向けての軸の傾きである第２方向傾きを導出する。

上記のように、本実施形態においては、第１方向は図５に示される方向Ｘであるから、直交方向Ｚからのセンサ２上の第１方向Ｘに向けての軸Ｃの傾きである第１方向傾きは、図５におけるＸＺ平面内の角度θ_ｘに相当する。第１方向傾きθ_ｘは、換言すれば、直交方向Ｚからの、ＸＺ平面へ投影された軸Ｃの成分である軸Ｃ_ｘの傾きである。
また、同様に、本実施形態においては、第２方向は図５に示される方向Ｙであるから、直交方向Ｚからのセンサ２上の第２方向Ｙに向けての軸Ｃの傾きである第２方向傾きは、図５におけるＹＺ平面内の角度θ_ｙに相当する。第２方向傾きθ_ｙは、換言すれば、直交方向Ｚからの、ＹＺ平面へ投影された軸Ｃの成分である軸Ｃ_ｙの傾きである。
傾き導出部１６は、次に示す数式３により、傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃから、位置検知可能領域１ａからの第２電極１０１ｂの高さＨを計算した後に、数式４により、第１方向傾きθ_ｘ及び第２方向傾きθ_ｙを導出する。

また、傾き導出部１６は、センサ２上の所定の方向からのセンサ２上における軸Ｃの回転角を導出する。
本実施形態においては、所定の方向は第１の方向Ｘであり、回転角は、図５に示される、第１方向Ｘからの、ＸＹ平面すなわち位置検知可能領域１ａ上における、第２方向Ｙに向けての角度φに相当する。
傾き導出部１６は、回転角φを、次に示す数式５により導出する。

次に、上記傾き導出装置１を使用した傾き導出方法を、図１乃至図６、図１１を用いて説明する。

指示器１０１が、その第１電極１０１ａが傾き導出装置１の位置検知可能領域１ａに接触するように、傾き導出装置１上に位置付けられると、傾き導出装置１は、センサ２により、第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂの各々の位置を検出する。
より詳細には、指示器１０１からセンサ２に送信された信号を、第１方向導体３と第２方向導体４の各々を介して、選択回路５が受信する。
選択回路５は、各導体３、４から受信した信号を、入力データ生成部６へ送信する。

入力データ生成部６は、選択回路５から受信した信号を、指示器１０１の第１電極１０１ａから受信した信号と、第２電極１０１ｂから受信した信号とに分類し、それぞれを第１電極データ、第２電極データとして、制御部１０へ送信する。

制御部１０の第１重心計算部１１Ａは、入力データ生成部６が送信した第１電極データを受信し、指示器１０１の第１電極１０１ａから送信された信号が最も強い、すなわち、第１電極１０１ａの反応が最も強い座標を特定し、この第１電極１０１ａの反応が最も強い、センサ２上の座標から、第１電極暫定座標値Ａ_ｔ（Ａ_ｘｔ、Ａ_ｙｔ）を算出する。
第１重心計算部１１Ａは、第１電極暫定座標値Ａ_ｔを、ＩＩＲフィルタ１２へ送信する。
第２重心計算部１１Ｂは、第１重心計算部１１Ａと同様に、第２電極データを受信し、第２電極暫定座標値Ｂ_ｔ（Ｂ_ｘｔ、Ｂ_ｙｔ）を算出して、ＩＩＲフィルタ１２へ送信する。

第１ＩＩＲフィルタ１２Ａは、第１重心計算部１１Ａから第１電極暫定座標値Ａ_ｔを受信し、時間方向のＩＩＲフィルタを適用して、第１電極座標値Ａ（Ａ_ｘ、Ａ_ｙ）を算出し、減算器１３へ送信する。
第２ＩＩＲフィルタ１２Ｂは、第２重心計算部１１Ｂから第２電極暫定座標値Ｂ_ｔを受信し、時間方向のＩＩＲフィルタを適用して、第２電極座標値Ｂ（Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ）を算出し、減算器１３へ送信する。

減算器１３は、第１ＩＩＲフィルタ１２Ａと第２ＩＩＲフィルタ１２Ｂから、第１電極座標値Ａと第２電極座標値Ｂを受信する。
減算器１３は、第１方向差分Ｓ_ｘと、第２方向差分Ｓ_ｙを算出し、傾斜方向傾き計算部１４へと送信すると同時に、傾き導出部１６へと送信する。

傾斜方向傾き計算部１４は、第１及び第２電極の各々の位置Ａ、Ｂを基に、より詳細には、位置Ａ、Ｂを基に減算器１３により算出された第１方向差分Ｓ_ｘと第２方向差分Ｓ_ｙを基に、上記の数式２によって、傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを計算する。
傾斜方向傾き計算部１４は、算出した傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを、ＬＵＴ１５へ送信する。

ＬＵＴ１５は、図６に示されたような対応関係により、傾斜方向傾き計算部１４から受信した傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを基に、傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃを抽出し、傾き導出部１６へと送信する。

傾き導出部１６は、減算器１３から第１方向差分Ｓ_ｘと第２方向差分Ｓ_ｙを、ＬＵＴ１５から傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃを、それぞれ受信する。
傾き導出部１６は、ＬＵＴ１５から出力された傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃから傾きを導出する。
より詳細には、傾き導出部１６は、ＬＵＴ１５から出力された傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃを基に、上記の数式３、数式４によって、第１方向傾きθ_ｘと第２方向傾きθ_ｙを導出する。
また、傾き導出部１６は、上記の数式５によって、軸Ｃの回転角φを導出する。

次に、上記の傾き導出装置１及び傾き導出方法の効果について説明する。

上記のような構成によれば、ＬＵＴ１５には、傾斜方向傾き計算部１４によって計算された、誤差を含む傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔと、その補正値θ_ｃとの対応関係が登録されている。
より詳細には、本実施形態においては、ＬＵＴ１５には、例えば実験などにより、上記の傾斜方向傾き計算部１４により傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを外部出力するように設定された傾き導出装置によって、実際に指示器１０１を傾けて角度を測り、その際の傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔの、誤差を含む出力値を取得して、この出力値θ_ｔに対し、実際の指示器１０１の傾きを傾きの補正値θ_ｃとして対応付けた対応関係が格納されている。すなわち、ＬＵＴ１５の対応関係は、指示器１０１を実際に傾けた傾きの値と傾斜方向傾き計算部１４の出力値を、それぞれ補正値θ_ｃと暫定値θ_ｔとして対応させることにより生成されている。
したがって、第２電極１０１ｂがセンサから離れていることに起因する微弱な検出値、第２電極１０１ｂの形状に起因する広い検出範囲等の要因により、第２ＩＩＲフィルタ１２Ｂから出力された第２電極座標値Ｂ、及び、傾斜方向傾き計算部１４においてこの第２電極座標値Ｂを基に計算された傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔが誤差を多分に含むものとなっていたとしても、この誤差に対応し解消した補正値θ_ｃをＬＵＴ１５に格納し、傾き導出部１６においてはこの補正値θ_ｃを傾斜方向傾きとして傾きの導出に使用するため、傾き導出部１６の出力する傾きの精度を高めることができる。

また、本実施形態においては、ＬＵＴ１５は傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔと補正値θ_ｃの対応関係を登録して保持するものであり、すなわち、図６に示されるように、ＬＵＴ１５を１次元の配列として実現可能である。したがって、ＬＵＴ１５の実装に当たり必要とされるメモリ量が少量で済み、メモリ容量が低いハードウェアに対しても容易に適用可能である。

［実験結果］
次に、図７、図８を用いて、上記実施形態に関する実験結果について説明する。

図７は、傾斜方向傾きの導出結果をグラフとして示したものである。本実験においては、回転角φを０°として、傾斜方向傾きを計測した。図７の横軸は、実際に指示器１０１を傾き導出装置１の位置検知可能領域１ａに対して傾けた角度であり、縦軸は、傾き導出装置１における傾斜方向傾きの値である。
図７において、線２１Ａは理想値であり、線２１Ｂは、数式２の演算により導出された、傾斜方向傾きの暫定値θ_ｔであり、線２１Ｃは、上記ＬＵＴ１５を介して傾斜方向傾きの暫定値θ_ｔを補正した結果の、補正値θ_ｃである。線２１Ｂは、線２１Ａから乖離し、大きな誤差が認められるが、線２１Ｃは、概ね線２１Ａに沿った結果となっており、線２１Ｂに比べると誤差が減少している。

図８は、上記の図７における実験結果を表としてまとめたものである。線２１Ｂに相当する、数式２の演算により導出された、補正前となる、傾斜方向傾きの暫定値θ_ｔにおいては、−８．３５°〜７．４２°と広い幅の誤差が観測されたが、線２１Ｃに相当する、ＬＵＴ１５を介した補正値θ_ｃにおいては、誤差の幅が−２．００°〜１．４９°と、非常に狭くなっている。

［第１変形例］
次に、上記実施形態として示した傾き導出装置１及び傾き導出方法の第１変形例を説明する。図９は、本第１変形例における傾き導出装置の制御部３０の信号処理ブロック図である。本第１変形例の傾き導出装置における制御部３０は、上記実施形態における傾き導出装置１の制御部１０とは、制御部３０のＬＵＴ３５には、傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔと、傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃとの対応関係ではなく、傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔと、位置検知可能領域１ａからの第２電極１０１ｂの高さＨの補正値Ｈ_ｃとの対応関係が登録されている点が異なっている。すなわち、本第１変形例のＬＵＴ３５においては、補正値は、センサ２に対する第２電極１０１ｂの高さ位置Ｈの補正値Ｈ_ｃである。

傾斜方向傾き計算部１４は、上記実施形態と同様に、第１及び第２電極の各々の位置Ａ、Ｂを基に、より詳細には、位置Ａ、Ｂを基に減算器１３により算出された第１方向差分Ｓ_ｘと第２方向差分Ｓ_ｙを基に、傾斜方向傾きの暫定値θ_ｔを計算して、ＬＵＴ３５へ入力する。

ＬＵＴ３５には、傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔと、図５に示される、位置検知可能領域１ａからの第２電極１０１ｂの高さＨの補正値Ｈ_ｃとの対応関係が登録されている。
例えば実験などにより、上記の傾斜方向傾き計算部１４により傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを外部出力するように設定された傾き導出装置によって、実際に指示器１０１を傾けて第２電極１０１ｂの高さＨを測り、その際の傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔの、誤差を含む出力値を取得する。この出力値θ_ｔに対し、実際の第２電極１０１ｂの高さを高さＨの補正値Ｈ_ｃとして対応付けて、対応関係として保持しておく。実際に、傾きを測定する際には、誤差を含む傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを、傾斜方向傾き計算部１４によって、上記数式２により計算したうえで、この出力値θ_ｔを基に、対応関係において対応する第２電極１０１ｂの高さＨの補正値Ｈ_ｃを導出することにより、精度の高い第２電極１０１ｂの高さを求めることができる。ＬＵＴ３５には、このような対応関係が登録されている。
換言すれば、ＬＵＴ３５の対応関係は、指示器１０１を実際に傾けたときの第２電極１０１ｂの高さの値と傾斜方向傾き計算部１４の出力値を、それぞれ補正値Ｈ_ｃと暫定値θ_ｔとして対応させることにより生成されている。

ＬＵＴ３５は、この対応関係により、傾斜方向傾き計算部１４から受信した傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを基に、第２電極１０１ｂの高さＨの補正値Ｈ_ｃを抽出し、次に説明する傾き導出部３６へと送信する。

傾き導出部３６は、減算器１３から第１方向差分Ｓ_ｘと第２方向差分Ｓ_ｙを、ＬＵＴ３５から第２電極１０１ｂの高さＨの補正値Ｈ_ｃを、それぞれ受信する。
傾き導出部３６は、ＬＵＴ３５から出力された第２電極１０１ｂの高さＨの補正値Ｈ_ｃから傾きを導出する。
より詳細には、傾き導出部３６は、ＬＵＴ３５から出力された第２電極１０１ｂの高さＨの補正値Ｈ_ｃを基に、次に示す数式６により、第１方向傾きθ_ｘと、第２方向傾きθ_ｙを導出する。

また、傾き導出部３６は、軸Ｃの回転角φを、上記の数式５により導出する。

本第１変形例における傾き導出装置及び傾き導出方法が、上記実施形態と同様な効果を奏することは言うまでもない。
特に、本第１変形例においては、制御部３０が傾斜方向傾きθの値を出力する必要がない場合には、ＬＵＴ３５が出力する精度の高い第２電極１０１ｂの高さＨの補正値Ｈ_ｃを用いて、上記数式６により傾きを導出できるため、上記数式３により、第２電極１０１ｂの高さＨを計算する必要がない。これにより、回路構成を簡単にし、かつ、処理速度を向上させることが可能となる。

［第２変形例］
次に、上記実施形態として示した傾き導出装置１及び傾き導出方法の第２変形例を説明する。図１０は、本第２変形例における傾き導出装置の制御部４０の信号処理ブロック図である。本第２変形例の傾き導出装置における制御部４０は、上記実施形態における傾き導出装置１の制御部１０とは、制御部４０の傾き導出部４６が、第１方向傾きθ_ｘ及び第２方向傾きθ_ｙに替えて、傾斜方向傾きを出力する点が異なっている。

傾斜方向傾き計算部１４は、上記実施形態と同様に、第１及び第２電極の各々の位置Ａ、Ｂを基に、より詳細には、位置Ａ、Ｂを基に減算器１３により算出された第１方向差分Ｓ_ｘと第２方向差分Ｓ_ｙを基に、傾斜方向傾きの暫定値θ_ｔを計算して、ＬＵＴ１５へ入力する。
ＬＵＴ１５は、図６に示されたような対応関係により、傾斜方向傾き計算部１４から受信した傾斜方向傾きθの暫定値θ_ｔを基に、傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃを抽出し、次に説明する傾き導出部４６へと送信する。

傾き導出部４６は、ＬＵＴ１５から受信した、傾斜方向傾きθの補正値θ_ｃを、傾斜方向傾きとして出力する。
また、傾き導出部４６は、軸Ｃの回転角φを、上記の数式５により導出し、出力する。

本第２変形例における傾き導出装置及び傾き導出方法が、上記実施形態と同様な効果を奏することは言うまでもない。

なお、本発明の傾き導出装置及び傾き導出方法は、図面を参照して説明した上述の実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。

例えば、上記実施形態及び各変形例においては、傾き導出装置はタブレット型の情報端末であったが、これに限られず、スマートホンや、据え置き型のディスプレイなど、表示装置とセンサを備えた他の物であってもよいのは言うまでもない。

また、上記実施形態及び各変形例においては、指示器１０１の第２電極１０１ｂは、軸Ｃを囲うようにリング状に設けられていたが、これに限られず、例えば、同じ機能を備えた複数の第２電極が、軸Ｃを中心として、周方向に、互いに離間して設けられた結果、リング状に形成されていてもよいし、他の態様で整列されていても構わない。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態及び各変形例で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１ 傾き導出装置
２ センサ
１０、３０、４０ 制御部
１１ 重心計算部
１１Ａ 第１重心計算部
１１Ｂ 第２重心計算部
１２ ＩＩＲフィルタ
１２Ａ 第１ＩＩＲフィルタ
１２Ｂ 第２ＩＩＲフィルタ
１３ 減算器
１４ 傾斜方向傾き計算部
１５、３５ ＬＵＴ（ルックアップテーブル）
１６、３６、４６ 傾き導出部
１０１ 指示器
１０１ａ 第１電極
１０１ｂ 第２電極
Ｃ 軸

Claims (16)

1. ペン状の指示器の傾きを導出する傾き導出装置であって、
   前記指示器は、軸方向の一端に設けられた第１電極と、前記軸の周囲に設けられた第２電極を備え、
   前記第１電極の位置と、前記第２電極の位置を検出する平面状のセンサと、制御部を備え、
   該制御部は、
   アドレスとして前記センサに直交する直交方向からの前記軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての前記軸の傾きであり誤差を含む傾斜方向傾きの暫定値と、データとして前記指示器を傾けることにより実際に測定された補正値との対応関係が登録され、前記暫定値を受信し前記補正値を出力するルックアップテーブルと、
   前記第１及び第２電極の各々の前記位置を基に前記暫定値を計算して、前記ルックアップテーブルへ入力する傾斜方向傾き計算部と、
   前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値から前記傾きを導出する傾き導出部と、
   を備える、傾き導出装置。
2. 前記補正値は、前記指示器を傾けることにより実際に測定された前記傾斜方向傾きの補正値である、請求項１に記載の傾き導出装置。
3. 前記補正値は、前記指示器を傾けることにより実際に測定された前記センサに対する前記第２電極の高さ位置の補正値である、請求項１に記載の傾き導出装置。
4. 前記傾き導出部は、前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値を基に、前記センサに直交する直交方向からの前記センサ上の第１方向に向けての前記軸の傾きである第１方向傾きと、前記直交方向からの前記センサ上の前記第１方向に直交する第２方向に向けての前記軸の傾きである第２方向傾きを導出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の傾き導出装置。
5. 前記傾き導出部は、前記傾斜方向傾きの補正値を、前記傾斜方向傾きとして出力する、請求項２に記載の傾き導出装置。
6. 前記傾き導出部は、前記センサ上の所定の方向からの前記センサ上における前記軸の回転角を導出する、請求項４または５に記載の傾き導出装置。
7. 前記ルックアップテーブルにおいて、前記暫定値の２つの隣接するものは同じ補正値を有する、請求項１に記載の傾き導出装置。
8. 前記第１電極の位置及び前記第２電極の位置を基に第１方向差分値及び第２方向差分値を生成し、前記第１方向差分値及び前記第２方向差分値を前記傾斜方向傾き計算部へ送信する減算器をさらに備え、
   前記傾斜方向傾き計算部は、前記第１方向差分値及び前記第２方向差分値を基に前記暫定値を生成する、請求項１に記載の傾き導出装置。
9. 前記暫定値は、以下の式
   

   

   ここで、Ｓ _ｘ は前記第１方向差分値であり、Ｓ _Ｙ は前記第２方向差分値であり、Ｌは前記第１電極と前記第２電極の間の距離である、
   により定義されるθ _ｔ である、請求項８に記載の傾き導出装置。
10. 第１電極データ及び第２電極データを受信し、第１電極暫定座標値及び第２電極暫定座標値を計算する重心計算部と、
    前記第１電極暫定座標値及び前記第２電極暫定座標値に対する時間方向のＩＩＲフィルタを適用して、それにより時間的なゆらぎを低減させ、第１電極座標値及び第２電極座標値を計算するＩＩＲフィルタと、
    をさらに備える、請求項１に記載の傾き導出装置。
11. ペン状の指示器によって指示された位置を導出する傾き導出方法であって、
    平面状のセンサにより、前記指示器の軸方向の一端に設けられた第１電極と、前記軸を囲うように設けられた第２電極の各々の位置を検出し、
    前記第１及び第２電極の各々の前記位置を基に、アドレスとして前記センサに直交する直交方向からの前記軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての前記軸の傾きであり誤差を含む傾斜方向傾きの暫定値を計算して、該暫定値と、データとして前記指示器を傾けることにより実際に測定された補正値との対応関係が登録され、前記暫定値を受信し前記補正値を出力するルックアップテーブルへ入力し、
    前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値から前記傾きを導出する、傾き導出方法。
12. 前記補正値は、前記指示器を傾けることにより実際に測定された前記傾斜方向傾きの補正値である、請求項１１に記載の傾き導出方法。
13. 前記補正値は、前記指示器を傾けることにより実際に測定された前記センサに対する前記第２電極の高さ位置の補正値である、請求項１１に記載の傾き導出方法。
14. 前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値を基に、前記センサに直交する直交方向からの前記センサ上の第１方向に向けての前記軸の傾きである第１方向傾きと、前記直交方向からの前記センサ上の前記第１方向に直交する第２方向に向けての前記軸の傾きである第２方向傾きを導出する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の傾き導出方法。
15. 前記傾斜方向傾きの補正値を、前記傾斜方向傾きとして出力する、請求項１２に記載の傾き導出方法。
16. 前記センサ上の所定の方向からの前記センサ上における前記軸の回転角を導出する、請求項１４または１５に記載の傾き導出方法。

Images