JPH09230997A - ペン型入力装置 - Google Patents

ペン型入力装置

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JPH09230997A
JPH09230997A JP8055365A JP5536596A JPH09230997A JP H09230997 A JPH09230997 A JP H09230997A JP 8055365 A JP8055365 A JP 8055365A JP 5536596 A JP5536596 A JP 5536596A JP H09230997 A JPH09230997 A JP H09230997A
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JP
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acceleration
pen
axis
tilt angle
calculation unit
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Application number
JP8055365A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Sato
康弘 佐藤
Takao Inoue
隆夫 井上
Etsuko Fujisawa
悦子 藤沢
Takashi Kitaguchi
貴史 北口
Toshiyuki Furuta
俊之 古田
Norihiko Murata
憲彦 村田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/803,395 priority patent/US5902968A/en
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V30/00Character recognition; Recognising digital ink; Document-oriented image-based pattern recognition
    • G06V30/10Character recognition
    • G06V30/22Character recognition characterised by the type of writing
    • G06V30/228Character recognition characterised by the type of writing of three-dimensional handwriting, e.g. writing in the air

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型な入力装置のニーズが高まっている。そこ
で、ペン型入力装置で筆記入力を正確に検出する。 【解決手段】初期傾斜角演算部44は無筆記状態におけ
るペン軸座標系の各軸方向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演算する。傾斜角変化
演算部45は筆記状態におけるペン軸座標系の各軸周り
の角速度を基にペン軸の傾斜角の変化値を演算する。筆
記中傾斜角演算部46はペン軸の傾斜角の初期値と変化
値を基に筆記中のペン軸の傾斜角を算出する。座標変換
演算部47は筆記中のペン軸の傾斜角を基に加速度の座
標系をペン軸座標系から重力座標系に変換し、移動量演
算部48でペン先部の移動方向及び移動距離を算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は図形及び文字を入
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】コンピュータ装置等の入力装置としては
キーボード、マウス、デジタイザ、ライトペン及びタブ
レット等が用いられている。コンピュータ装置の小型化
に伴い、携帯端末装置のニーズが高まり利用者も年々増
加している。そこで、小型の入力装置が求められるよう
になった。
【0003】キーボードの小型化にはヒューマンインタ
ーフェイスの点で限界があり、携帯端末装置の入力装置
としては実用性が低い。また、マウスはポインティング
デバイスとしては小型化が可能であるが、図形及び文字
等の入力には適さない。
【0004】このため、携帯端末装置の入力装置として
はタブレットとペンを用いたペン型の入力装置が多く採
用されている。このタブレットを用いたペン型の入力装
置をさらに小型化しようとした場合にはタブレットの大
きさが問題となる。そこで、例えば特開平6-67799号公
報に掲載されたペン型のコンピュータ入力装置、特開平
7-84716号公報に掲載されたデータ入力装置、特開平7
-200127号公報に掲載された手書き入力装置のようなタ
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。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量を検出して
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、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7-29424
0号公報に掲載された位置センサは、X軸方向,Y軸方
向及びZ軸方向の加速度を検出する加速度センサとX軸
周り,Y軸周り及びZ軸周りの角速度を検出するジャイ
ロを備え、これらが検出した加速度及び角速度基にスト
ラップダウン方式の演算を行って、頭部の移動速度、位
置、姿勢及び向きを検出している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6-67799号公報に掲載されたペン型のコンピュータ入力
装置では、装置のローテーションによる影響を補正する
もので、装置がダイナミックな傾斜を伴う場合には補正
することができない。通常の筆記動作では装置のダイナ
ミックな傾斜を伴うので、検出結果が不正確になる場合
がある。
【0008】さらに、特開平7-84716号公報に掲載され
たデータ入力装置は手首の回転動作を検出して移動方向
及び移動距離を入力するものなので、図形等の入力には
適さない。
【0009】さらに、特開平7-200127号公報に掲載さ
れた手書き入力装置では、装置の傾斜に対する補正手段
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。
【0011】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。
【0012】
【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個のジャイロと演算
部を有し、3個の加速度センサはそれぞれペン軸をZ軸
としたペン軸座標系のX軸方向,Y軸方向及びZ軸方向
の加速度を検出し、3個のジャイロはそれぞれX軸周
り,Y軸周り及びZ軸周りの角速度を検出し、演算部は
初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と筆記中傾斜角演
算部と座標変換演算部と移動量演算部を備え、初期傾斜
角演算部は無筆記状態で3個の加速度センサが検出した
加速度を基に重力加速度方向に伸びる軸をZ軸にした重
力座標系におけるペン軸の傾斜角の初期値を演算し、傾
斜角変化演算部は筆記状態で3個のジャイロが検出した
角速度を基にペン軸の重力座標系における傾斜角の変化
を演算し、筆記中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が演
算した傾斜角の初期値と傾斜角変化演算部が演算した傾
斜角の変化を基に筆記中のペン軸の重力座標系における
傾斜角を算出し、座標変換演算部は筆記中傾斜角演算部
が検出した筆記中のペン軸の重力座標系における傾斜角
を基に加速度センサが検出したペン軸座標系による加速
度を重力座標系による加速度に変換し、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移動
方向及び移動距離を算出して、小型の装置で筆記面上を
移動するペン先部の移動方向及び移動距離を正確に検出
する。
【0013】さらに、筆記面の重力座標系に対する傾き
を基に移動量演算部が算出したペン先部の移動距離を筆
記面上の移動距離に補正して、筆記面が水平でない場合
においても正確にペン先部の移動方向及び移動距離を検
出する。
【0014】さらに、10Hz近傍の周波数を境にして3個
の加速度センサ及び3個のジャイロからの信号の高周波
成分を透過するハイパスフィルタを有し、ハイパスフィ
ルタを経由した3個の加速度センサ及び3個のジャイロ
のからの信号のうちいずれか最初に高周波成分を含んだ
信号を基に筆記開始を判断し、ハイパスフィルタを経由
した3個の加速度センサ及び3個のジャイロからの信号
のうちいずれか最後まで高周波成分を含んだ信号を基に
筆記終了を判断して、正確に筆記の開始及び終了を検出
する。
【0015】さらに、傾斜角変化演算部が検出した筆記
中のペン軸の重力座標系における傾斜角の変化及び加速
度センサの取り付け位置を基に傾斜角の変化による加速
度の変化値を算出し加速度センサが検出した加速度を補
正する加速度補正部を有し、座標変換演算部は加速度補
正部が補正した加速度を重力座標系による加速度に変換
して、筆記中の傾斜角の変化による影響を無くす。
【0016】さらに、加速度補正部は傾斜角変化演算部
が検出した筆記中のペン軸の重力座標系に対する傾斜角
の変化速度及び加速度センサの取り付け位置を基に加速
度センサに加わる傾斜角の変化による遠心力を算出し、
算出した遠心力を基に傾斜角の変化による加速度の変化
値を算出し、加速度センサが検出した加速度を補正し
て、加速度センサが検出した加速度の傾斜角の変化に伴
う遠心力の成分を補正する。
【0017】さらに、座標補正部は筆記中傾斜角演算部
が検出した筆記中のペン軸の重力座標系における傾斜角
と加速度センサの取り付け位置を基に筆記平面上におけ
る加速度センサの座標とペン先部の座標との差を補正し
て、入力図形全体がずれることを防止する。
【0018】また、ペン型入力装置は本体装置と筆記面
上に設けられ筆記面を基準とする座標系におけるペン軸
の傾斜角を検出する傾斜角検出装置を有し、本体装置は
3個の加速度センサと演算部を備え、3個の加速度セン
サはそれぞれペン軸をZ軸としたペン軸座標系のX軸方
向,Y軸方向及びZ軸方向の加速度を検出し、演算部は
座標変換演算部と移動量演算部を備え、座標変換演算部
は傾斜角検出装置が検出した筆記面を基準とする座標系
におけるペン軸の傾斜角を基に加速度センサが検出した
ペン軸座標系による加速度を筆記面を基準とした座標系
による加速度に変換し、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移動方向及び移動距
離を算出して、本体装置の構成を簡単にすると共に、傾
斜角の検出精度を高める。
【0019】
【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
のある。この発明のペン型入力装置は、無筆記状態での
ペン軸をZ軸としたペン軸座標系のX軸方向,Y軸方向
及びZ軸方向の加速度を検出し、検出した加速度から重
力加速度方向に伸びる軸をZ軸にした重力座標系におけ
るペン軸の傾斜角の初期値を求める。また、ペン型入力
装置は筆記中におけるペン軸座標系のX軸周り,Y軸周
り及びZ軸周りの角速度を検出し、ペン軸の重力座標系
における傾斜角の変化を検出する。これにより、筆記時
におけるペン軸の重力座標系における傾斜角を求め、ペ
ン軸座標系における加速度を重力座標系における加速度
に変換し、移動方向及び移動距離を正確に検出するもの
である。
【0020】ペン型入力装置は、例えば3個の加速度セ
ンサと3個のジャイロと演算部を有する。3個の加速度
センサはそれぞれペン軸座標系のX軸方向,Y軸方向及
びZ軸方向の加速度を検出する。3個のジャイロはそれ
ぞれペン軸座標系のX軸周り,Y軸周り及びZ軸周りの
角速度を検出する。演算部は初期傾斜角演算部と傾斜角
変化演算部と筆記中傾斜角演算部と座標変換演算部と移
動量演算部を備える。初期傾斜角演算部は無筆記状態で
3個の加速度センサが検出したペン軸座標系の加速度を
基にペン軸の重力座標系における傾斜角の初期値を演算
する。傾斜角変化演算部は筆記状態で3個のジャイロが
検出した角速度を基にペン軸の重力座標系における傾斜
角の変化を演算する。筆記中傾斜角演算部は初期傾斜角
演算部が演算したペン軸の重力座標系における傾斜角の
初期値と傾斜角変化演算部が演算したペン軸の重力座標
系における傾斜角の変化を基に、筆記中のペン軸の重力
座標系における傾斜角を求める。座標変換演算部は筆記
中傾斜角演算部が検出した筆記中のペン軸の重力座標系
における傾斜角を基に加速度センサが検出したペン軸座
標系の加速度を重力座標系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
部の重力座標系での移動方向及び移動距離を算出する。
【0021】なお、上記ペン型入力装置による筆記状態
の判断にはイネーブルスイッチ等を用いても良いし、加
速度センサ及びジャイロからの信号の周波数成分を基に
判断するようにしても良い。例えば、ペン型入力装置は
加速度センサ及びジャイロからの信号の高周波成分を10
Hz近傍の周波数を境に透過するハイパスフィルタを有す
る。加速度センサ等からの信号の高周波数成分はペン先
部と筆記面との摩擦によるもので、かつ、これは10Hz近
傍を境としているので、3個の加速度センサ及び3個の
ジャイロからの信号のいずれからか上記高周波成分を検
出している間を筆記中と判断する。これにより、操作間
違い等を防止でき正確に筆記の開始及び終了を検出でき
る。
【0022】さらに、筆記中にペン軸の重力座標系にお
ける傾斜角が変化した場合に、変化する速度及び変化す
る際の遠心力が加速度センサが検出する加速度に影響を
及ぼす場合がある。そこで、加速度補正部でこの影響を
補正するようにしても良い。
【0023】また、筆記面が水平でない場合には重力座
標系における移動距離と筆記面上の移動距離との間で誤
差を生じる場合がある。そこで、移動量補正部で筆記面
上における移動量に変換するようにしても良い。
【0024】また、ペン軸が傾斜していると移動開始し
たときの座標がずれる場合がある。そこで、座標補正部
で加速度センサの取り付け位置とペン軸の重力座標系に
対する傾斜により生じる座標のずれを防止しても良い。
【0025】また、ペン型入力装置を本体装置と筆記面
上に設けられ本体装置の筆記面に対する傾斜角を検出す
る傾斜角検出装置に分けても良い。本体装置は3個の加
速度センサと演算部を備え、3個の加速度センサはそれ
ぞれペン軸座標系のX軸方向,Y軸方向及びZ軸方向の
加速度を検出する。演算部は座標変換演算部と移動量演
算部を備え、座標変換演算部は傾斜角検出装置が検出し
た傾斜角を基に加速度センサが検出したペン軸座標系で
の加速度を筆記面を基準とした座標による加速度に変換
し、移動量演算部は座標変換演算部が変換した加速度を
基にペン先部の移動方向及び移動距離を算出して、本体
装置の構成を簡単にすると共に、傾斜角の検出精度を高
める。
【0026】
【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は
加速度センサ2a,2b,2c、ジャイロ3a,3b,
3c、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,2b,2cは、それぞれペン軸7をZs
軸とした場合のZs軸と直交するXs軸方向,Ys軸方
向及びZs軸方向に向けて設けられ、ペン先部8におけ
るXs軸方向,Ys軸方向及びZs軸方向の加速度を検
出する。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軸周りの角速度を検出す
る。以下の説明では、特に断わらない限りペン軸7をZ
s軸とした座標系をペン軸座標系といい、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
座標系といい、Zg軸と直交する2軸をXg軸及びYg
軸という。さらに、Xs軸,Ys軸及びZs軸とXg
軸,Yg軸及びZg軸とが成す角度をそれぞれθ,φ及
びΨとする。
【0027】演算部4は、図2に示すようにA/D変換
器41a〜41f、ローパスフィルタ42a〜42f、
ハイパスフィルタ43、初期傾斜角演算部44、傾斜角
変化演算部45、筆記中傾斜角演算部46、座標変換演
算部47及び移動量演算部48を備える。A/D変換器
41a〜41fは、それぞれ加速度センサ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。ローパスフィルタ42a〜
42f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,2b,2c及びジャイロ3a,3b,
3cからの信号の高周波成分を遮断する。ハイパスフィ
ルタ43は、例えば10Hzで加速度センサ2a,2b,2
c及びジャイロ3a,3b,3cからの信号の摩擦力に
よる高周波数成分を抽出する。
【0028】初期傾斜角演算部44は無筆記状態で3個
の加速度センサ2a,2b,2cが検出したペン軸座標
系での加速度を基にペン軸8の重力座標系おける傾斜角
の初期値θ0,φ0及びΨ0を演算する。傾斜角変化演算
部45は筆記状態で3個のジャイロ3a,3b,3cが
検出した角速度を基にペン軸8の重力座標系における傾
斜角の変化Δθ,Δφ及びΔΨを演算する。筆記中傾斜
角演算部46は初期傾斜角演算部44が演算したペン軸
8の重力座標系における傾斜角の初期値θ0,φ0及びΨ
0と傾斜角変化演算部45が演算したペン軸8の重力座
標系における傾斜角の変化Δθ,Δφ及びΔΨを基に、
筆記中のペン軸8の重力座標系における傾斜角θ,φ及
びΨを求める。座標変換演算部47は筆記中傾斜角演算
部46が検出した筆記中のペン軸8の重力座標系におけ
る傾斜角θ,φ及びΨを基に加速度センサ2a,2b,
2cが検出したペン軸座標系による加速度を重力座標系
による加速度に変換する。移動量演算部48は座標変換
演算部47が変換した重力座標系による加速度を基にペ
ン先部8の移動方向及び移動距離を算出し、記憶部5に
記憶する。
【0029】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。
【0030】加速度センサ2a,2b,2cはそれぞれ
Xs方向,Ys方向,Zs方向の加速度を検出する。ハ
イパスフィルタ43はA/D変換器41a〜41fを介
して入力した加速度センサ2a,2b,2c及びジャイ
ロ3a,3b,3cからの信号を10Hzを境に高周波成分
を抽出して、筆記中であるか否かを示す信号を出力す
る。このように、ペン先部8と筆記面との摩擦力により
生じる高周波信号を検出して筆記中か否かを判断するの
で、容易かつ正確に筆記中であるか否かを検出できる。
【0031】初期傾斜角演算部44はハイパスフィルタ
43から筆記中を示す信号を受けていないときに、Xs
軸に対する加速度センサ2a、Ys軸に対する加速度セ
ンサ2b及びZs軸に対する加速度センサ2cからの信
号を入力し、ペン軸8の重力座標系における傾斜角の初
期値θ0,φ0及びΨ0を算出する(ステップS1)。
【0032】ここで、上記傾斜角の算出について説明す
る。重力座標系からペン軸座標系への変換は、次式によ
り行うことができる。
【0033】
【数1】 この式をペン軸座標系から重力座標系への変換式に変形
すると、次に示すようになる。
【0034】
【数2】 上記式を一次的な近似式で近似して加速度ベクトルに変
換すると下記式になる。ここで、Axs,Ays及びAzsを
ペン軸座標系における加速度センサ2a,2b,2cが
検出した加速度ベクトルとし、Axg,Ayg,Azgを重力
座標系における加速度センサ2a,2b,2cが検出し
た加速度ベクトルである。
【0035】
【数3】 上記一時的な近似式に加速度ベクトルAxs,Ays,Azs
及び傾斜角θ,φ,Ψを代入すると筆記面上での加速度
ベクトルAxg,Ayg,Azgが求まる。
【0036】一方、静止状態の加速度は
【0037】
【数4】 であるので、これを代入すると、
【0038】
【数5】 となり、静止状態のペン軸8の重力座標系における傾斜
角θ0,φ0,Ψ0を求めることができる。
【0039】ここで、静止状態の傾斜角θ0,φ0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、gの値
を定義しなくとも静止状態の傾斜角θ0,φ0の絶対値を
算出することができる。また、重力加速度gの値を算出
し、この算出した重力加速度gの値の変動により演算の
良否を判定し、例えば演算した値が大きく変化した場合
には警告を出すようにしても良い。
【0040】傾斜角演算部45はハイパスフィルタ43
から筆記中であることを示す信号を受けると(ステップ
S2)、3個のジャイロ3a,3b,3cが検出した角
速度を基にペン軸8の重力座標系における傾斜角の変化
Δθ,Δφ及びΔΨを演算する(ステップS3)。ペン
座標の角軸Xs,Ys,Zsの回転角速度をP,Q,R
とすると、回転角速度P,Q,Rと傾斜角変化ΔΨ,Δ
θ,Δφの関係は次の式で求めることができる。
【0041】
【数6】
【0042】筆記中傾斜角演算部46は、上記のように
初期傾斜角演算部44が演算したペン軸8の傾斜角の初
期値θ0,φ0,Ψ0と傾斜角変化演算部45が演算した
ペン軸8の傾斜角の変化Δθ,Δφ,ΔΨを基に、筆記
中のペン軸の傾斜角θ,φ,Ψを求める(ステップS
4)。座標変換演算部47は筆記中傾斜角演算部46が
検出した筆記中の傾斜角を基に加速度センサ2a,2
b,2cが検出したペン軸座標系の加速度Axs,Ays,
Azsを重力座標系による加速度Axg,Ayg,Azgに変換
する(ステップS5)。なお、ペン軸座標系の加速度A
xs,Ays,Azsを重力座標系による加速度Axg,Ayg,
Azgに変換するには既に説明した変換式を用いる。移動
量演算部48は座標変換演算部47が変換したペン先部
8の加速度を基にペン先部8の移動方向及び移動距離を
算出し(ステップS6)、記憶部5に記憶する(ステッ
プS7)。ペン型入力装置1は上記動作(ステップS3
〜S7)をハイパスフィルタ43が筆記中であることを
示す信号を出力する間繰り返し、図形等を入力する(ス
テップS8)。このように、ペン型入力装置1の重力座
標系における傾斜角による影響を補正することにより、
正確に図形等を入力することができる。
【0043】なお、上記実施例では重力加速度方向に伸
びる軸Zgが筆記面と垂直に交わることを仮定したが、
筆記面が水平でない場合は、上記検出結果に誤差を生じ
る場合がある。例えば図4に示すように筆記面に垂直な
軸をZrとして、Zr直交する筆記面上の互いに直交す
る軸をXr,Yrとして、Xr,Yr,Zrの成す座標
系を筆記面座標系とする。Xr軸とXg軸とが成す角度
をθとし、Xg軸方向にΔx、Zg軸方向にΔzの変位
があったとすると、θ=arctan(Δz/Δx)となる。
また、Δ(xz)=(Δx)cosθ、Δ(xz)=(Δ
z)sinθによりΔ(xz)が求まる。移動量補正部4
9は上記演算をして、筆記面が水平でない場合の移動距
離を補正するようにしても良い。
【0044】また、ペン型入力装置1の傾斜角が筆記中
に変化すると、加速度センサ2a,2b,2cに加わる
加速度にペン型入力装置1の傾斜角変化による加速度が
加わることになる。そこで、図5に示すように筆記中傾
斜角演算部46が検出した筆記中の傾斜角の変化値及び
加速度センサ2a,2b,2cの取り付け位置を基に傾
斜角の変化による加速度の変化値を算出する加速度補正
部50を備えるようにしても良い。例えば図6に示すよ
うにペン先部8を回転中心として、矢印B方向にθ(ラ
ジアン)だけ回転した場合を考える。加速度センサ2は
ペン先部8からr1だけ離れた位置にある。ここで、ジ
ャイロ3が検出した回転角速度をω(ラジアン/sec)
とすると、傾斜により加速度センサ2に加わる加速度a
1は(a1)=(r1)×(d(ω(t))/dt)と
なる。加速度補正部50は上記傾斜により加速度センサ
2に加わる加速度a1を加速度センサ2検出した加速度
から引くことにより実際の加速度を求めることができ
る。
【0045】さらに、ペン型入力装置1の傾斜角が筆記
中に変化すると、加速度センサ2a,2b,2cが検出
する加速度に遠心力による影響が含まれる場合がある。
そこで、加速度補正部50は上記遠心力による加速度セ
ンサ2a,2b,2cが検出する加速度への影響を補正
しても良い。例えばZs軸方向の加速度を検出する加速
度センサ2cがペン先部8からr1だけ離れた位置にあ
るとすると、遠心力より生じる加速度は−(r1)×ω
2となる。加速度補正部50はこの遠心力により生じる
加速度を加速度センサ2cが検出した加速度から引き加
速度の検出誤差を補正する。なお、上記例ではZs方向
の加速度を補正したが、同様にXs軸方向の加速度及び
Ys軸方向の加速度も補正する。
【0046】さらに、図7に示すようにペン軸座標系と
筆記面座標系が一致しないと、ペン先部8の原点座標が
dだけずれて筆記図形全体がずれる場合がある。そこ
で、座標補正部51でずれの値d=(r1)×cosθを
求めて原点座標を補正するようにしても良い。
【0047】また、他の実施例として、図8に示すよう
にペン型入力装置1bを本体装置1cと傾斜角検出装置
1dに分け通信ケーブル11で接続して、本体装置1c
の筆記面10に対する傾斜角を筆記面10上に設けた傾
斜角検出装置1dで検出する用にしても良い。
【0048】本体装置1cは、図9に示すように3個の
加速度センサ2a,2b,2cと演算部4bを備える。
3個の加速度センサ2a,2b,2cは既に説明したよ
うにそれぞれXs軸方向,Ys軸方向及びZs軸方向の
加速度を検出する。演算部4bは座標変換演算部47と
移動量演算部48を備える。座標変換演算部47は傾斜
角検出装置1dが検出した筆記中のペン軸8の筆記面座
標系における傾斜角を基に加速度センサ2a,2b,2
cが検出したペン軸座標系による加速度を筆記面座標系
による加速度に変換する。移動量演算部は座標変換演算
部が変換した加速度を基にペン先部の移動方向及び移動
距離を算出する。これにより、本体装置1cの構成を簡
単にすると共に、傾斜角の検出精度を高めることができ
る。
【0049】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、ペン軸
をZ軸とした場合のX軸方向,Y軸方向及びZ軸方向の
加速度を重力加速度方向に伸びる軸をZ軸とした座標系
における加速度に変換し、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、小型の装置
で筆記面上を移動するペン先部の移動方向及び移動距離
を正確に検出することができる。
【0050】さらに、筆記平面と水平平面とが成す角を
基にペン先部の移動距離を筆記面上の移動距離に補正す
るので、筆記面が水平でない場合においても正確にペン
先部の移動方向及び移動距離を検出することができる。
【0051】さらに、10Hz近傍の周波数を境に加速度セ
ンサ及びジャイロからの信号の高周波成分を透過し、透
過した高周波成分を基に筆記の開始及び終了を判断する
ので、正確に筆記の開始及び終了を検出することができ
る。
【0052】さらに、筆記中の傾斜角の変化値及び加速
度センサの取り付け位置を基に傾斜角の変化による加速
度の変化値を算出し、加速度センサが検出した加速度を
補正するので、正確に加速度を検出することができる。
【0053】さらに、筆記中の傾斜角の変化値及び加速
度センサの取り付け位置を基に傾斜角の変化による遠心
力を算出し、算出した遠心力を基に傾斜角の変化による
加速度の変化値を算出して、加速度センサが検出した加
速度の傾斜角の変化に伴う遠心力の成分を補正するの
で、さらに正確に加速度を検出することができる。
【0054】さらに、筆記中の傾斜角と加速度センサの
取り付け位置を基に筆記平面上の加速度センサの座標と
ペン先部の座標との誤差を補正するので、入力図形全体
がずれることを防止することができる。
【0055】また、筆記面上で本体装置の筆記面に対す
る傾斜角を検出するので、本体装置の構成を簡単にする
と共に、傾斜角の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す構成図である。
【図2】演算部の構成図である。
【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】筆記面が水平でない場合のペン型入力装置の側
面図である。
【図5】加速度補正部を有する場合の演算部の構成図で
ある。
【図6】ペン型入力装置の傾斜角の変化を示す説明図で
ある。
【図7】ペン軸座標系と筆記面座標系が一致しない場合
の座標差を示す説明図である。
【図8】他のペン型入力装置の斜視図である。
【図9】他のペン型入力装置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 演算部 43 ハイパスフィルタ 44 初期傾斜角演算部 45 傾斜角変化演算部 46 筆記中傾斜角演算部 47 座標変換演算部 48 移動量演算部 49 移動量補正部 50 加速度補正部 51 座標補正部 5 記憶部 7 ペン軸 8 ペン先部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北口 貴史 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコ−内 (72)発明者 古田 俊之 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコ−内 (72)発明者 村田 憲彦 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコ−内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3個の加速度センサと3個のジャイロと
    演算部を有し、3個の加速度センサはそれぞれペン軸を
    Z軸としたペン軸座標系のX軸方向,Y軸方向及びZ軸
    方向の加速度を検出し、3個のジャイロはそれぞれX軸
    周り,Y軸周り及びZ軸周りの角速度を検出し、演算部
    は初期傾斜角演算部と傾斜角変化演算部と筆記中傾斜角
    演算部と座標変換演算部と移動量演算部を備え、初期傾
    斜角演算部は無筆記状態で3個の加速度センサが検出し
    た加速度を基に重力加速度方向に伸びる軸をZ軸にした
    重力座標系におけるペン軸の傾斜角の初期値を演算し、
    傾斜角変化演算部は筆記状態で3個のジャイロが検出し
    た角速度を基にペン軸の重力座標系における傾斜角の変
    化を演算し、筆記中傾斜角演算部は初期傾斜角演算部が
    演算した傾斜角の初期値と傾斜角変化演算部が演算した
    傾斜角の変化を基に筆記中のペン軸の重力座標系におけ
    る傾斜角を算出し、座標変換演算部は筆記中傾斜角演算
    部が検出した筆記中のペン軸の重力座標系における傾斜
    角を基に加速度センサが検出したペン軸座標系による加
    速度を重力座標系による加速度に変換し、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移
    動方向及び移動距離を算出することを特徴とするペン型
    入力装置。
  2. 【請求項2】 筆記面の重力座標系に対する傾きを基に
    移動量演算部が算出したペン先部の移動距離を筆記面上
    の移動距離に補正する移動量補正部を有する請求項1記
    載のペン型入力装置。
  3. 【請求項3】 10Hz近傍の周波数を境にして3個の加速
    度センサ及び3個のジャイロからの信号の高周波成分を
    透過するハイパスフィルタを有し、ハイパスフィルタを
    経由した3個の加速度センサ及び3個のジャイロのから
    の信号のうちいずれか最初に高周波成分を含んだ信号を
    基に筆記開始を判断し、ハイパスフィルタを経由した3
    個の加速度センサ及び3個のジャイロからの信号のうち
    いずれか最後まで高周波成分を含んだ信号を基に筆記終
    了を判断する請求項1記載のペン型入力装置。
  4. 【請求項4】 傾斜角変化演算部が検出した筆記中のペ
    ン軸の重力座標系における傾斜角の変化及び加速度セン
    サの取り付け位置を基に傾斜角の変化による加速度の変
    化値を算出し加速度センサが検出した加速度を補正する
    加速度補正部を有し、座標変換演算部は加速度補正部が
    補正した加速度を重力座標系における加速度に変換する
    請求項1記載のペン型入力装置。
  5. 【請求項5】 加速度補正部は傾斜角変化演算部が検出
    した筆記中のペン軸の重力座標系における傾斜角の変化
    速度及び加速度センサの取り付け位置を基に加速度セン
    サに加わる傾斜角の変化による遠心力を算出し、算出し
    た遠心力を基に傾斜角の変化による加速度の変化値を算
    出し、加速度センサが検出した加速度を補正する請求項
    4記載のペン型入力装置。
  6. 【請求項6】 筆記中傾斜角演算部が検出した筆記中の
    ペン軸の重力座標系における傾斜角と加速度センサの取
    り付け位置を基に筆記平面上における加速度センサの座
    標とペン先部の座標との差を補正する座標補正部を有す
    る請求項1記載のペン型入力装置。
  7. 【請求項7】 本体装置と筆記面上に設けられ筆記面を
    基準とした座標系におけるペン軸の傾斜角を検出する傾
    斜角検出装置を有し、本体装置は3個の加速度センサと
    演算部を備え、3個の加速度センサはそれぞれペン軸を
    Z軸としたペン軸座標系のX軸方向,Y軸方向及びZ軸
    方向の加速度を検出し、演算部は座標変換演算部と移動
    量演算部を備え、座標変換演算部は傾斜角検出装置が検
    出した筆記面を基準とした座標系におけるペン軸の傾斜
    角を基に加速度センサが検出したペン軸座標系による加
    速度を筆記面を基準とした座標による加速度に変換し、
    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
    ペン先部の移動方向及び移動距離を算出することを特徴
    とするペン型入力装置。
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