JPH10198509A

JPH10198509A - ペン型入力装置

Info

Publication number: JPH10198509A
Application number: JP9084650A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sato; 康弘佐藤; Mitsuru Shingyouchi; 充新行内; Takao Inoue; 隆夫井上; Toshiyuki Furuta; 俊之古田; Tomohiko Beppu; 智彦別府; Norihiko Murata; 憲彦村田; Takashi Kitaguchi; 貴史北口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-07-31
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JP3696365B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型の入力装置が求められている。そこで、ペ
ン型の入力装置で正確に筆記入力をできるようにする。【解決手段】ペングリップ部９の外周部に複数の圧力セ
ンサ４ａ〜４ｎを設ける。各圧力センサ４ａ〜４ｎが検
出した圧力の分布を基にペンを握っている指の相対関係
を求め、求めた指の相対関係からペンの向きを求める。

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７-8
4716号公報に掲載されたデータ入力装置及び特開平７-2
00127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、ペングリップ部の外周部に複数の圧力センサ
を有し、各圧力センサが検出した圧力の分布を基にペン
を握っている指の相対関係を求め、求めた指の相対関係
からペンの向きを求めることにより、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
の形状をユーザが向きを一定にしてペンを握るようにし
て、ペンの向きが変わることを防止する。

【００１５】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又は３平面を備え、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。

【００１６】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、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。

【００１７】また、ペン型入力装置は、ペングリップ部
の外周部に複数の接触検知器と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。

【００１８】また、ペン型入力装置は、ペングリップ部
の外周部に複数の圧力センサと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、ペングリップ部の圧
力分布を基に正確にユーザを識別できるようにする。

【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、上記各接触検知器又は各圧力セン
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。

【００２１】さらに、上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又は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。

【００２２】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（Ｘ
ｓ，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（Ｘ
ｇ，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，Ｚ
ｓ）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，３
ｂ，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（Ｘ
ｓ，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，Ｚ
ｓ）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５
３、ハイパスフィルタ（以後「ＨＰＦ」という。）５４
ａ〜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，Ａ
ys，Ａzs及び回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを記憶する。ＨＰＦ
５４ａ〜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３
ａ，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２
ａ，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３
ａ，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〜４
ｎ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，２
ｂ，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，Ａ
zg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)，Ａ
zs(０)は無筆記状態におけるペン軸座標系（Ｘｓ，Ｙ
ｓ，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３
ａ，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５
８が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚ
ｇ）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，２
ｂ，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２
ａ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（Ｘ
ｓ，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，Ａy
g，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，Ｙ
ｓ，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、Ｚ
ｓ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５
２ａ〜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，３
ｃ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Ｓ
２）。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，Ａy
s，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，Ｚ
ｇ）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（Ｘ
ｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを求めるの
で、両座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）、（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚ
ｇ）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（Ｘ
ｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）で検出した加速度の測定値Ａxs，Ａy
s，Ａzsを座標変換して重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚ
ｇ）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（Ｘ
ｇ，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４
ａ〜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，１０
ｂ，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（Ｘ
ｓ，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（Ｘ
ｓ，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，３
ｂ，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，２
ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ、接触検知器４１ａ〜４
１ｎ、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３
ａ，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６
４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５
ａに対する電力の供給を停止したりする。電力制御部６
３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３
ａ，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４
ａ〜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〜５１
ｎ，５２ａ〜５２ｆ、データバッファ５３、ＨＰＦ５４
ａ〜５４ｆ、ＬＰＦ５５ａ〜５５ｆ、指位置検出部５
６、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，Ｙ
ｓ，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（Ｘ
ｇ，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、ペング
リップ部の外周部における圧力の分布を基にユーザの指
の相対位置関係を検出し、検出したユーザの相対位置関
係を基にペンの向きを求めるので、入力した図形などが
回転して検出されることを防止できる。

【００７１】また、ペングリップ部の形状をユーザがペ
ンの向きを一定にして握るようにしたので、そのずれを
計測しなくともその影響をなくすことができる。

【００７２】また、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又は３平面を備
え、各平面に対応した指を示す印を設けたので、ユーザ
がペングリップ部を一定向きで握るようにできる。

【００７３】さらに、ペングリップ部の各平面における
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
の位置を検出するので、各指の位置を容易に検出するこ
とができる。

【００７４】また、ペングリップ部におけるユーザの接
触状況を基にユーザの識別を行なうので、ユーザ毎にペ
ン先部の移動パターン検出に用いるデータを変更でき
る。

【００７５】また、ペングリップ部におけるユーザの接
触状況を基にユーザの識別を行なうので、さらに正確に
ペンの向きを求めることができる。

【００７６】また、ペングリップ部の外周部における圧
力の分布を基にペンを握っているユーザの識別を行なう
ので、圧力の強さなどを用いてさらに正確にユーザの識
別を行なうことができる。

【００７７】さらに、ユーザの識別結果を基にペン先部
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。

【００７８】さらに、ペングリップ部におけるユーザの
接触状況を基に入力処理部に供給する電力を制御するの
で、消費電力を少なくすることができる。

【００７９】さらに、ユーザの指の接触位置の分布又は
圧力の分布とユーザの識別結果を基にユーザを識別する
データを更新するので、新規ユーザに対しても対応でき
る。

【００８０】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とペン先部の移
動パターンの認識結果を基にパターンを認識するデータ
を更新するので、新しいパターンを入力した場合にその
パターンを学習できる。

【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】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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者別府智彦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 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペングリップ部の外周部に複数の圧力セ
ンサを有し、各圧力センサが検出した圧力の分布を基に
ペンを握っている指の相対関係を求め、求めた指の相対
関係からペンの向きを求めることを特徴とするペン型入
力装置。
【請求項２】ペングリップ部の形状をユーザが向きを
一定にしてペンを握るようにしたことを特徴とするペン
型入力装置。
【請求項３】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又は３平面を備え、
各平面は対応した指を示す印を備えることを特徴とする
ペン型入力装置。
【請求項４】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、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る
請求項３記載のペン型入力装置。
【請求項５】ペングリップ部の外周部に複数の接触検
知器と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うことを特徴
とするペン型入力装置。
【請求項６】ペングリップ部の外周部に複数の圧力セ
ンサと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
を行なうことを特徴とするペン型入力装置。
【請求項７】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
５又は６記載のペン型入力装置。
【請求項８】上記各接触検知器又は圧力センサの出力
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
５、６又は７記載のペン型入力装置。
【請求項９】上記各接触検知器が検出したユーザの指
の接触位置の分布又は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する請
求項５又は６記載のペン型入力装置。
【請求項１０】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する
請求項７記載のペン型入力装置。