JPH11110118A - ペン型入力装置 - Google Patents

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
ン型入力装置で正確な筆記入力を行なうようにする。 【解決手段】初期傾斜角演算部５６と筆記中傾斜角演算
部５８とで筆記中の傾斜角を算出する。座標変換演算部
６１は筆記中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（Ｘg，Ｙg，Ｚg）に変換する。速
度演算部６３は座標変換した加速度を基に速度を算出す
る。速度ゼロ検出部５４は流速を基にＸs軸方向又はＹs
軸方向に停止状態であるか否かを検出する。速度補正部
６４は停止状態であることを検出した方向に対する重力
座標系の速度をゼロに補正する。移動量演算部６５は補
正した速度を基に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９-16320号公
報に掲載されたペン型入力装置、特開平８-76914号公報
に掲載されたペン型入力装置、特開平９-16321号公報に
掲載されたペン型入力装置、特開平９-16322号公報に掲
載されたペン型入力装置及び特開平９-16323号公報に掲
載されたペン型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９-16320号公報に掲載されたペン型
入力装置では、ペン先近傍のペン内部にペンの芯部が動
く際の支点を設け、支点の上方にペン芯の動きを静電容
量の変化として検出し、検出した静電容量の変化を基に
ペン先部の移動方向及び移動量を検出している。

【０００６】また、特開平８-76914号公報に掲載された
ペン型入力装置では、静電容量型力覚センサをペン芯の
端部に設け、静電容量型力覚センサからの信号を基に文
字及び図形の筆記入力を行なっている。

【０００７】また、特開平９-16321号公報に掲載された
ペン型入力装置、特開平９-16322号公報に掲載されたペ
ン型入力装置及び特開平９-16323号公報に掲載されたペ
ン型入力装置では、ペン芯に静電容量型力覚センサを設
け、ペン先部が筆記面上を移動する場合はこの静電容量
型力覚センサからの力信号を基にペン先部の軌跡を検出
し、ペン先部が筆記面から離れて移動する際にはこの静
電容量型力覚センサを加速度センサとして用いて、ペン
先部の空中での軌跡を検出している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９-16320号公報に掲載されたペン型入力装置では、支点
を中心としてペン芯がスムーズに動くような構成にする
ことは困難であり、検出精度を高くすることが困難であ
る。

【０００９】また、特開平８-76914号公報に掲載された
ペン型入力装置では、ペン芯にセンサを固定しているの
で、ペン先部又はペン芯だけを取り変えることが困難で
あり、シャープペンシルのように芯が消耗する場合には
不便である。

【００１０】また、特開平９-16321号公報に掲載された
ペン型入力装置、特開平９-16322号公報に掲載されたペ
ン型入力装置及び特開平９-16323号公報に掲載されたペ
ン型入力装置では、特開平８-76914号公報に掲載された
ペン型入力装置と同様にペン芯にセンサを固定している
ので、ペン先部又はペン芯だけを取り変えることが困難
であり、シャープペンシルのように芯が消耗する場合に
は不便である。

【００１１】さらに、特開平９-16321号公報に掲載され
たペン型入力装置、特開平９-16322号公報に掲載された
ペン型入力装置及び特開平９-16323号公報に掲載された
ペン型入力装置では、空中を移動する場合に加速度のみ
を基にして移動量を検出しているが、ペンがダイナミッ
クな傾斜を伴う場合には検出結果に誤差が生じる。

【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、ペン先部又はペン先部近傍でペン筐体の円周
に切欠きを設けて、切欠きの上部の面と下部の面がペン
先部にペン軸に直行する方向の力が加わっていない状態
で切欠きの上部の面と下部の面とが平行になり、ペン先
部にペン軸に直行する方向の力が加わると切欠きの上部
の面と下部の面とが平行でなくなるように構成し、切欠
きを挟んだ上部の面と下部の面との成す角度からペン先
部に加わった力の方向及び大きさを検出できるようにし
た。

【００１４】さらに、ペン動作検出部と平行度検出部と
補正部を有し、ペン動作検出部は重力加速度方向をＺg
軸とした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるＸg軸方
向及びＹg軸方向の移動量を検出し、平行度検出部は切
欠きの上部の面と下部の面との平行度を基にペン先部に
加わったＸg軸方向及びＹg軸方向の力を検出し、補正部
は平行度検出部が検出したＸg軸方向及びＹg軸方向の力
がＸg軸方向、Ｙg軸方向のいずれか一方向又は両方向に
対して停止状態であることを示していると、その停止状
態であることをしてしている検出した方向のペン動作検
出部が検出した移動量がゼロになるように補正して、累
積誤差の発生を防止する。

【００１５】さらに、上記平行度検出部は、ペン筐体の
切欠きの上部と下部に挟まれた少なくとも１個の感圧セ
ンサを備え、ペン筐体の上部の面と下部の面とがなす角
度に応じて感圧センサに加わる力を検出してペン先部に
加わった力を検出する。

【００１６】また、上記平行度検出部は、ペン筐体の切
欠きの上部と下部に挟まれた少なくとも１個の力覚セン
サ備え、ペン筐体の上部の面と下部の面とがなす角度に
応じて力覚センサに加わる力を検出してペン先部に加わ
った力を検出する。

【００１７】また、上記平行度検出部は、ペン筐体部の
切欠きの上部の面又は下部の面に少なくとも１個の反射
型の光センサを備え、反射型の光センサが出力した反射
光の強度を基にペン筐体の上部の面と下部の面との距離
を検出し、検出した距離を基にペン筐体の上部の面と下
部の面とがなす傾きを求め、求めた傾きからペン先部に
加わった力を検出する。

【００１８】また、上記平行度検出部は、ペン筐体の上
部と下部との間にペン筐体の切欠きの上部の面と下部の
面との傾きに応じてオンオフする少なくとも１個のスイ
ッチを備え、このスイッチのオンオフによりペン筐体の
上部と下部とがなす角度を検出し、検出した角度からペ
ン先部に加わった力を検出する。

【００１９】さらに、上記ペン筐体の切欠きの中心の支
柱部をペン芯材が入るように空洞にして、ペン芯材の交
換等を容易にできるようにした。

【００２０】さらに、上記平行度検出部をペン軸を対象
軸とした少なくとも２か所に備え、両平行度検出部が出
力した信号を作動増幅し、差動増幅した信号を基にペン
先部に加わった力を検出して、差動増幅を用いた正確な
検出を行なうようにする。

【００２１】さらに、上記ペン動作検出部は検出した信
号から低周波数成分を抽出し、抽出した低周波数成分を
基にペン先部の移動方向を検出する。

【００２２】さらに、上記ペン動作検出部はペン軸方向
をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸方向
の加速度及びペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸周り
の回転角速度を検出し、検出したペン座標系（Ｘs，Ｙ
s，Ｚs）の各軸周りの回転角速度を基にペンの傾斜角度
を求め、求めたペンの傾斜角度を基に（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の各軸方向の加速度を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
の各軸方向の加速度に変換し、重力座標系（Ｘg，Ｙg，
Ｚg）の各軸方向の加速度を基にペン先部のＸg軸方向及
びＹg軸方向の移動量を求めて、ペンの傾斜の変化の影
響のない正確な移動方向及び移動量の検出を行なう。

【００２３】

【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、図形及び姿勢等を入力
するものある。ペン型入力装置は、例えば静止状態にお
いて加速度センサを用いて検出したペン軸座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）における加速度を基に装置の初期傾斜角
を算出し、算出した初期傾斜角とジャイロを用いて検出
した回転角速度を基に筆記中の傾斜角を算出し、算出し
た筆記中の傾斜角を基に各加速度センサを用いて検出し
たペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度を重
力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘ
g，Ｙg，Ｚg）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して、
正確に筆跡の検出を行なう。

【００２４】ここで、上記処理には積分処理が含まれ、
誤差を生じる場合がある。また、ペン軸の傾斜角の検出
誤差が生じ、重力加速度の成分を正確に除去できない場
合もある。そこでこれらの影響をなくし、正確な移動量
及び移動距離の算出を行なうものである。

【００２５】ペン型入力装置は、例えば３個の加速度セ
ンサと３個のジャイロと平行度検出部とＡ／Ｄ変換部と
演算部を有する。ここで、ペン型入力装置の筐体はペン
先部又はペン先部近傍でペン筐体の円周に切欠きが設け
られていて、切欠きの上部の面と下部の面がペン先部に
ペン軸に直行する方向の力が加わっていない状態で切欠
きの上部の面と下部の面とが平行になり、ペン先部にペ
ン軸に直行する方向の力が加わると切欠きの上部の面と
下部の面とが平行でなくなるように構成されている。ま
た、ペン筐体の切欠きの中心の支柱部はペン芯材が入る
ように空洞になっていて、ペン芯材の交換等を容易に行
なうことができるようになっている。

【００２６】３個の加速度センサはそれぞれペン軸座標
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
それぞれペン軸座標系（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。

【００２７】平行度検出部は、例えばペン筐体の切欠き
の上部と下部に挟まれた２個の感圧センサを備え、ペン
筐体の上部の面と下部の面とがなす角度に応じて感圧セ
ンサに加わる力を示す信号を出力する。

【００２８】Ａ／Ｄ変換部は、加速度センサとジャイロ
と感圧センサが出力した信号をデジタル変換する。演算
部は、ペン先部の動作を検出するペン動作検出部として
例えば静止判別部と初期傾斜演算部と傾斜角変化演算部
と筆記中傾斜角演算部と角加速度演算部と加速度補正部
と座標変換演算部と重力加速度除去部と速度演算部と移
動量演算部を備え、補正部として例えばＸs軸速度ゼロ
検出部とＸs軸速度ゼロ検出部と速度補正部を備える。
静止判別部は、例えば各加速度センサ及び各ジャイロか
らの信号を基に静止状態か否かを判別する。初期傾斜演
算部は静止状態において加速度センサを用いて検出した
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度を基に装
置の初期傾斜角を求める。筆記中傾斜角演算部は初期傾
斜角演算部が算出した初期傾斜角とジャイロを用いて検
出した回転角速度を基に筆記中の傾斜角を算出する。座
標変換演算部は筆記中傾斜角演算部が算出した筆記中の
傾斜角を基に各加速度センサを用いて検出したペン座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度を重力座標系（Ｘ
g，Ｙg，Ｚg）における加速度に変換する。重力加速度
除去部は座標変換演算部が変換して得た重力座標系（Ｘ
g，Ｙg，Ｚg）における加速度から重力加速度成分を除
去する。

【００２９】速度演算部は重力加速度除去部が重力加速
度成分を除去して得た加速度を積分して、重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度を算出する。Ｘs軸速度
ゼロ検出部はペン筐体の上部の面と下部の面とがなすＸ
s軸方向の角度を基にペン先部がＸs軸方向に対して停止
状態であるか否かを検出する。同様に、Ｙs軸速度ゼロ
検出部はペン筐体の上部の面と下部の面とがなすＹs軸
方向の角度を基にペン先部がＹs軸方向に対して停止状
態であるか否かを検出する。速度補正部はＸs軸速度ゼ
ロ検出部又はＹs軸速度ゼロ検出部がＸs軸方向又はＹs
軸方向に対して停止状態であることを検出すると、その
検出した際における速度演算部が算出した速度と筆記中
傾斜角演算部が算出した筆記中の傾斜角を基に停止状態
を検出した方向に対する速度がゼロになるように速度演
算部が算出した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における
速度を補正する。ここで、速度補正部が停止状態を検出
した方向に対する速度がゼロになるように速度演算部が
算出した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度を
補正する補正の方法としては、例えば静止状態を検出し
た方向の速度をゼロにリセットし、ゼロにリセットした
ことによって生じた誤差分を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）における速度から引いたり、静止状態を検出した方
向の速度がゼロになるように前回静止状態を検出してか
ら今回静止状態を検出するまでの重力座標系における速
度を補正したりする。また、速度補正部は速度を補正す
る代わりに静止状態を検出した方向の速度がゼロになる
ように初期傾斜角を補正しても良い。

【００３０】移動量演算部は重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）における各軸方向の速度を基に装置の移動方向及び
移動距離を算出して、装置の筆跡を正確に検出する。

【００３１】

【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。図２はペン型入力装置１の断面図で
あり、図３は演算部の構成図である。以下の説明では、
図に示すようにペン芯１１の先端部を原点としペン軸を
Ｚs軸とした座標系をペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）とい
い、ペン軸と直交する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。さらに、筆記面
とＸg軸及びＹg軸が成す面とは一致しているものとす
る。

【００３２】図１、図２及び図３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、平行度検出部４、Ａ／Ｄ変換部５、
演算部６、記憶部７及び電源部８を有する。加速度セン
サ２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれＸs軸に平行なＸsa軸
方向，Ｙs軸に平行なＹsa軸方向及びＺs軸方向に向けて
設けられ、Ｘsa軸方向，Ｙsa軸方向及びＺsa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３ａ，３ｂ，３ｃはそれ
ぞれＸs軸及びＸsa軸に平行なＸsb軸周り，Ｙs軸及びＹ
sa軸に平行なＹsb軸周り及びＺs軸周りの回転角速度
（ωxs，ωys，ωzs）を示す信号を出力する。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）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。

【００３３】平行度検出部４は感圧センサ４１ａ，４１
ｂ，４１ｃ，４１ｄと差動増幅部４２ａ、４２ｂ備え
る。感圧センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄは、例
えばペン筐体の切欠きの上部１ａと下部１ｂとに挟ま
れ、ペン筐体の上部１ａの面と下部１ｂの面とがなす角
度に応じて加わる力を示す信号を出力する。ここで、感
圧センサ４１ａと感圧センサ４１ｃとはペン軸を対象軸
とした対象位置にペン筐体の上部１ａと下部１ｂに接着
されている。同様に感圧センサ４１ｂと感圧センサ４１
ｄとはペン軸を対象軸とした対象位置にペン筐体の上部
１ａと下部１ｂに接着されている。例えばＸs軸方向に
力が加わった場合は感圧センサ４１ａは正の圧力を受
け、感圧センサ４１ｃは負の圧力を受ける。感圧センサ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄとしては感圧導電性ゴ
ム又はPVDF等がある。差動増幅部４２ａはホイートスト
ンブリッジ回路からなり、感圧センサ４１ａ，４１ｃか
らの信号の差を取り増幅する。同様に、差動増幅部４２
ｂは感圧センサ４１ｂ，４１ｄからの信号の差を取り増
幅する。

【００３４】Ａ／Ｄ変換部５はＡＤ変換器５１ａ〜５１
ｈを備え、平行度検出部４と加速度センサ２ａ，２ｂ，
２ｃとジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号を増幅す
る。

【００３５】演算部６は、ペン先部１０の動作を検出す
るペン動作検出部として図３に示すようにローパスフィ
ルタ（以後「ＬＰＦ」という。）６１ａ〜６１ｆと静止
判別部６３と初期傾斜角演算部６４と傾斜角変化演算部
６５と筆記中傾斜角度演算部６６と角加速度演算部６７
と加速度補正部６８と座標変換演算部６９と重力加速度
除去部７０と速度演算部７１と移動量演算部７３を備
え、ペン動作検出部が検出した移動量を補正する補正部
としてＸs軸速度ゼロ検出部６２ａとＹs軸速度ゼロ検出
部６２ｂと速度補正部７２を備える。

【００３６】ＬＰＦ６１ａ〜６１ｆは、カットオフ周波
数10Hz程度でペン先部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，３
ｂ，３ｃからの信号の高周波成分を遮断する。これは、
ペン先部１０と筆記面との摩擦により加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信
号に高周波成分が発生するからである。

【００３７】Ｘs軸速度ゼロ検出部６２ａ及びＹs軸速度
ゼロ検出部６２ｂはそれぞれ平行度検出部４からのペン
筐体の上部１ａと下部１ｂとの傾斜に応じて感圧センサ
に加わった力を示す信号を基にペン先部１０がＸs軸方
向及びＹs軸方向に対して停止状態か否かを検出する。

【００３８】静止判別部６３は加速度センサ２ａ，２
ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号を基
に静止中か否かを判別する。初期傾斜角演算部６４は、
筆記開始の際に各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用い
て検出したペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度Ａx
so，Ａyso，Ａzsoを基に初期傾斜角（φo，θo，Ψo）
を算出する。傾斜角変化演算部６５はジャイロ３ａ，３
ｂ，３ｃが検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を
基に傾斜角の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄ
ｔ）を算出する。筆記中傾斜角演算部６６は初期傾斜角
演算部６４が算出した初期傾斜角（φo，θo，Ψo）と
傾斜角変化演算部６５が算出した傾斜角の変化（ｄφ／
ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を基に筆記中の傾斜角
（φ，θ，Ψ）を算出する。

【００３９】角加速度演算部６７は３個のジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度（ωxs，ω
ys，ωzs）から回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／
ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出する。加速度補正部６８は
３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転
角速度（ωxs，ωys，ωzs）、角加速度演算部６７が算
出した回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄ
ωzs／ｄｔ）及び各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの取
付位置を基に、３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを
用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）のペン先部
１０を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出す
る。加速度補正部６８は、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２ａ，２ｂ，２ｃを用
いて検出したペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度
（Ａxs，Ａys，Ａzs）を補正して、ペン先部１０におけ
るペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxos，Ａ
yos，Ａzos）を求める。

【００４０】座標変換演算部６９は筆記中傾斜角演算部
６６が算出した筆記中における傾斜角（φ，θ，Ψ）を
用いて、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出し
たペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａx
os，Ａyos，Ａzos）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）に
おける加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）変換する。重力
加速度除去部７０は、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）に
おける加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）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。

【００４１】速度演算部７１は、重力加速度除去部７０
が重力加速度ｇの成分を除去した後の重力座標系（Ｘ
g，Ｙg，Ｚg）における各軸方向の加速度（Ａxog，Ａyo
g，Ａzog）を積分して、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
における各軸方向の速度（Ｖxog，Ｖyog，Ｖzog）を算
出する。速度補正部７２は、Ｘs軸速度ゼロ検出部６２
ａ又はＹs軸速度ゼロ検出部６２ｂがＸs軸方向又はＹs
軸方向に対して装置が停止状態であることを検出する
と、その検出した際における速度演算部７１が算出した
速度と筆記中傾斜角演算部６６が算出した筆記中の傾斜
角（φ，θ，Ψ）を基に停止状態を検出した方向に対す
る速度がゼロになるように速度演算部７１が算出した重
力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度を補正する。
移動量演算部７３は重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）にお
ける各軸方向の速度を基に装置の移動方向及び移動距離
を算出する。

【００４２】上記構成のペン型入力装置１におけるペン
先部１０の移動方向及び移動量算出について説明する。

【００４３】最初に初期傾斜角演算部６４が、加速度セ
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs
o，Ａyso，Ａzso）を基に初期傾斜角（φo，θo，Ψo）
を算出する場合について説明する。

【００４４】静止状態において各加速度センサ２ａ，２
ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzs
o）と初期傾斜角（φo，θo，Ψo）との間には、次ぎの
関係が成り立つ。

【００４５】

【数１】

【００４６】上記式から静止状態における初期傾斜角φ
o，θoの絶対値が求まる。ここで、静止状態か否かは、
静止判別部６３が加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジ
ャイロ３ａ，３ｂ，３ｃの出力信号の時間変化を監視す
ることにより判別する。また、初期傾斜角Ψoは初期値
をゼロにリセットする。

【００４７】ここで、２つの未知数φo，θoに対して３
本の方程式が立てられるので、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、重力加速度ｇの値を
定義しなくともφo，θoの絶対値を算出することができ
る。また、重力加速度ｇの値を演算し、演算した重力加
速度ｇの値をモニタし、この値が大きく変動した場合に
は警告等を発するようにしても良い。

【００４８】次ぎに、傾斜角変化演算部６５が筆記中の
傾斜角の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）
を算出する場合について説明する。

【００４９】ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃで検出した回転
角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に傾斜角の変化（ｄφ
／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を算出する微分方程
式は、次式で表すことができる。

【００５０】

【数２】

【００５１】次ぎに、筆記中傾斜角演算部６６は、上記
のようにして初期傾斜角演算部６４が算出した初期傾斜
角（φo，θo，Ψo）と傾斜角変化演算部６５が算出し
た筆記中の傾斜角の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄ
Ψ／ｄｔ）を基に、次式を用いて筆記中の傾斜角（φ，
θ，Ψ）を算出する。

【００５２】

【数３】

【００５３】次ぎに、上記のようにして得た筆記中の傾
斜角（φ，θ，Ψ）を基に各加速度センサ２ａ，２ｂ，
２ｃの出力を用いて検出したペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，
Ｚs）の加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を重力座標系（Ｘ
g，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）に変換す
る場合について説明する。

【００５４】筆記中の傾斜角（φ，θ，Ψ）を基にペン
軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）から重力座標系（Ｘg，Ｙ
g，Ｚg）に変換する際に用いる座標変換行列invＥ
（φ，θ，Ψ）は次式で表すことができる。ここで、in
vＥ（φ，θ，Ψ）は行列Ｅ（φ，θ，Ψ）の逆行列を
表すものとする。

【００５５】

【数４】

【００５６】ここで、前にvectorをつけたものはベクト
ルを表すものとし、Ｘg軸方向，Ｙg軸方向，Ｚg軸方向
の単位ベクトルをそれぞれvectorｉg，vectorｊg，vect
orｋgで表し、Ｘs軸方向，Ｙs軸方向，Ｚs軸方向の単位
ベクトルをそれぞれvectorｉs，vectorｊs，vectorｋs
で表す。また、vector(ｉs)g，vector(ｊs)g，vector
(ｋs)gはペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の単位ベクト
ルを重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）で表したものとす
る。

【００５７】ペン先座標系（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，Ｚa
s），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）と
し、重力加速度ｇを考慮して上記座標変換行列invＥ
（φ，θ，Ψ）を用いると、各加速度センサ２ａ，２
ｂ，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（Ａ
xog，Ａyog，Ａzog）を求める式は、次式のようにな
る。

【００５８】

【数５】

【００５９】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（ω
xs，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，ｄ
ωzs／ｄｔ）の関数であるので、加速度補正部５９は上
記式の括弧内の第２項及び第３項を算出して、加速度セ
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃからの信号を基に検出した加速度
（Ａxs，Ａys，Ａzs）を補正して、括弧内で表すペン先
部８におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速
度を得る。重力加速度除去部６２は、さらに、上記式か
ら重力加速度成分を除去する。

【００６０】次ぎに、速度補正部６４の動作について説
明する。

【００６１】ペン先部８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）における速度ベクトルvectorＶogを（Ｖxog，Ｖyo
g，Ｖzog）、速度ベクトルvectorＶogのＸs軸方向の速
度ベクトルをvectorαs、速度ベクトルvectorＶogをＸs
軸とＹs軸とが成す平面に投影した速度ベクトルをvecto
rγsで表す。Ｘs軸方向について考えると、図４に示す
ようにＸs軸速度ゼロ検出部６２ａがＸs軸方向に対して
ペン先部８が停止状態にあることを検出したときの誤差
ベクトルはvectorαsとなるので、このベクトルvector
αsを重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）で表現した誤差ベク
トルvector(αs)gと速度ベクトルvectorＶogからvector
(γs)gが算出できる。ここで、ベクトルvector(αs)g及
びベクトルvector(γs)gはペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）でのベクトルvectorαs及びベクトルvectorγsを重
力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）で表したものを示す。した
がって、誤差ベクトルvector(αs)gを含まないようにし
て算出した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度
ベクトルvectorＶogを表す。

【００６２】速度補正部７２はＸs軸速度ゼロ検出部６
２ａ又はＹs軸速度ゼロ検出部６２ｂがＸs軸方向又はＹ
s軸方向に対して停止状態であることを検出すると、そ
の検出した際における速度演算部７１が算出した速度ベ
クトルvectorＶogと筆記中傾斜角演算部が算出した筆記
中の傾斜角（φ，θ，Ψ）を基に、上記式で示す演算を
行なって、停止状態を検出した方向に対する速度がゼロ
になるように速度演算部７１が算出した重力座標系（Ｘ
g，Ｙg，Ｚg）における速度vectorＶogを補正する。

【００６３】移動量演算部７３は速度補正部７２が必要
に応じて補正した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）で
のペン先部１０の速度（Ｖxog，Ｖyog，Ｖzog）を積分
して、ペン先部８の軌跡（Ｘog，Ｙog，Ｚog）を求め
る。

【００６４】上記構成のペン型入力装置１の動作を、図
５のフローチャートを参照して説明する。

【００６５】加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイ
ロ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれＸsa軸方向，Ｙsa軸方
向，Ｚs軸方向の加速度Ａxs，Ａys，Ａza及びＸsb軸周
り，Ｙsb軸周り，Ｚs軸周りの回転角速度（ωxs，ωy
s，ωzs）を示す信号を出力する。また、感圧センサ４
１ａ〜４１ｄはペン筐体の上部１ａと下部１ｂとにより
加わる圧力を示す信号を出力し、差動増幅部４２ａ，４
２ｂはその信号を差動増幅する。感圧センサ４１ａ〜４
１ｄは既に示したように例えばＸs軸方向に力が加わっ
た場合は感圧センサ４１ａは正の圧力を受け、感圧セン
サ４１ｃは負の圧力を受け、差動増幅部４２ａがこの信
号を差動増幅するので、圧力の検出制度を高めることが
できる。

【００６６】ＡＤ変換器５１ｃ〜５１ｈは、各加速度セ
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを
用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）及び回転角
速度（ωxs，ωys，ωzs）をデジタル変換する。ＬＰＦ
５２ａ〜５１ｆは各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及び
ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号をデジタル変換し
て得た加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）及び回転角速度（ω
xs，ωys，ωzs）から低周波数成分を抽出する。

【００６７】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６３は、ＡＤ変換器５１ｃ〜
５１ｈからデジタル変換後の加速度（Ａxs，Ａys，Ａz
s）及び回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を読み出し
（ステップＳ１）、例えば読み出した加速度（Ａxs，Ａ
ys，Ａzs）及び回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）の時間
変化を観察し変化が無くなったときを静止状態と判別
し、変化が発生しているときを筆記中と判別する。

【００６８】静止判別部６３が静止状態と判別すると
（ステップＳ２）、初期傾斜角演算部６４は、既に説明
したように加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出
した加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）を基にして初期傾
斜角（φo，θo，Ψo）を求める（ステップＳ３）。

【００６９】その後、静止判別部６３が静止状態でない
と判別すると（ステップＳ２）加速度センサ２ａ，２
ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃから加速度信号
及び回転角速度信号を読み出し（ステップＳ４）、傾斜
角変化演算部６５は、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用い
て検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に傾斜
角の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を求
める（ステップＳ５）。筆記中傾斜角演算部６６は、既
に説明したように初期傾斜角（φo，θo，Ψo）と傾斜
角の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を基
にφ＝φｏ＋Σ（ｄφ／ｄｔ）、θ＝θｏ＋Σ（ｄθ／
ｄｔ）、Ψ＝Ψｏ＋Σ（ｄΨ／ｄｔ）を計算して、筆記
中の傾斜角（φ，θ，Ψ）を算出する（ステップＳ
６）。

【００７０】角加速度演算部６７はジャイロ３ａ，３
ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度（ωxs，ωys，ω
zs）を基に回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄ
ｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出する（ステップＳ７）。加速
度補正部６８は回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）及び回
転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄ
ｔ）を基に、既に説明したように加速度センサ２ａ，２
ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）
を補正して、ペン先部１０におけるペン軸座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）での加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）を算
出する（ステップＳ８）。このように加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，
Ａzs）を基にペン先部８におけるペン軸座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）での加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）を算出
するので、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ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９の傾斜運
動の影響をなくすことができる。

【００７１】座標変換演算部６９は、筆記中傾斜角演算
部６６が算出した筆記中のペン軸の傾斜角（φ，θ，
Ψ）を用いて、加速度補正部６８が算出したペン先部１
０におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度
（Ａxos，Ａyos，Ａzos）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）におけるペン先部１０の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａz
og）に変換する（ステップＳ９）。このように、ペン軸
座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度（Ａxos，Ａyos，
Ａzos）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度
（Ａxog，Ａyog，Ａzog）に変換するので、ペン軸の傾
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７０は、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン
先部１０の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）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Ｓ１０）。速度演算部７１は重力加速度
除去部７０が重力加速度を除去した後の重力座標系（Ｘ
g，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部１０の加速度（Ａxog，
Ａyog，Ａzog）を積分してペン先部１０の速度（Ｖxo
g，Ｖyog，Ｖzog）を算出する（ステップＳ１１）。

【００７２】速度補正部７２は、Ｘs軸速度検出部６２
ａ又はＹs軸速度ゼロ検出部６２ｂがＸs軸方向又はＹs
軸方向に対してペン先部１０が停止状態であることを検
出すると（ステップＳ１２）、既に説明したように停止
状態を検出したペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の方向
に対する速度がゼロになるように速度演算部７１が算出
した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度（Ｖxo
g，Ｖyog，Ｖzog）を補正する（ステップＳ１３）。こ
れにより、累積誤差により筆記検出誤差が発生すること
を防止できる。上記速度補正部７２による補正のさらに
具体的な方法については後に説明する。移動量演算部７
３は上記のようにして求めた重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）の速度（Ｖxog，Ｖyog，Ｖzog）を基に移動方向及び
移動量（Ｘog，Ｙog，Ｚog）を算出して（ステップＳ１
４）、ペン先部１０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Ｓ１５）。ここで、
ペン先部１０の移動方向及び移動量を算出するので、ペ
ン形状などでペンの持ち方を拘束する必要が無くなる。

【００７３】次ぎに、上記速度補正部７２による補正の
さらに具体的な方法について説明する。

【００７４】上記速度補正部７２は、例えばＸs軸速度
ゼロ検出部６２ａ又はＹs軸速度ゼロ検出部６２ｂがＸs
軸方向又はＹs軸方向に対して停止状態であることを検
出すると、速度演算部７１が積分演算して求めたペン軸
座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸方向の速度のうち停止
状態であることを検出した方向の速度をゼロにリセット
して、停止状態における速度をゼロにする。Ｘs軸方向
について考えると、Ｘs軸速度ゼロ検出部６２ａがＸs軸
方向に対して停止状態であることを検出した際における
速度ベクトルvectorＶogをＸs軸とＹs軸とが成す平面に
投影したベクトルvectorγsを次式を用いて求める。

【００７５】

【数６】

【００７６】ここで、vector(ｉs)gは、筆記中傾斜角演
算部６６が算出した傾斜角（φ，θ，Ψ）を用いて、数
４に示した式を計算することにより求める。例えば図６
に示すように理想的な速度変化Ａに対して補正を行なわ
ない場合は積分による累積誤差によりドリフトが生じ、
速度変化Ｂの波形が右下がりになっている。これに対し
て上記式を用いて補正することにより、図７に示すよう
に理想的な速度変化Ａと誤差の少ない速度変化Ｃを求め
ることができる。ここで、矢印で示した部分が補正を行
なった部分である。このように、停止状態であることを
検出した方向の速度をゼロにリセットするだけでドリフ
トが低減でき、理想的なペン先部１０の速度波形を得る
ことができる。

【００７７】また、平行度検出部４は、感圧センサ４１
ａ〜４１ｄの代わりに、図８に示すように力覚センサ４
３を用いても良い。力覚センサ４３としては、例えば図
９に示すようにペン軸を中心軸として４か所に対象に空
洞４４ａ〜４４ｄを設け、４個の梁を有するダイアフラ
ム構造とする。この梁の表面に図に示すように、例えば
圧電素子Ｆｘ１〜ＦＸ４，Ｆｙ１〜Ｆｙ４，Ｍｘ１〜Ｍ
ｘ４，Ｍｙ１〜Ｍｙ４を設ける。ペン先部１０が力を受
けて梁がひずむことにより、圧電素子Ｆｘ１〜ＦＸ４，
Ｆｙ１〜Ｆｙ４，Ｍｘ１〜Ｍｘ４，Ｍｙ１〜Ｍｙ４の抵
抗値が変化し、それを基に梁の歪を検出し、検出した梁
の歪からペン先部１０に加わった力を検出することがで
きる。例えば圧電素子Ｍｘ１〜Ｍｘ４によりＸs軸周り
のモーメントＭxを検出でき、圧電素子Ｍｙ１〜Ｍｙ４
によりＹs軸周りのモーメントＭyを検出でき、圧電素子
Ｆｘ１〜ＦＸ４，Ｆｙ１〜Ｆｙ４によりＺs軸方向の力
Ｆzを検出できる。この力覚センサ４３は、例えばSUS又
はAlで製作した梁上に小型の箔状の歪ゲージを貼付たて
製作しても良いし、Si等の半導体材料を用い、エッチン
グにより梁を形成した後にイオンインプラよりピエゾ抵
抗素子として拡散抵抗を製作するようにしても良い。

【００７８】また、平行度検出部４は、感圧センサ４１
ａ〜４１ｄの代わりに、図１０に示すように発光素子４
５ａ〜４５ｄと受光素子４６ａ〜４６ｄで構成された４
個の反射型光センサを用いても良い。発光素子４５ａ〜
４５ｄとしては、例えば小型の半導体レーザダイオード
を用い、受光素子４６ａ〜４６ｄとしては、例えば小型
のフォトダイオードを用いる。図１１に発光素子４５
ａ，４５ｃと受光素子４６ａ，４６ｃとで示すように、
発光素子４５ａ，４５ｃが発光し、ペン筐体の下部１ｂ
を照射した光は、ペン筐体下部１ｂに反射されて、受光
素子４６ａ，４６ｂに入射する。受光素子４６ａ，４６
ｂはこの反射光の強度を検出する。この反射光の強度を
基にペン筐体の上部１ａとペン筐体の下部１ｂとのそれ
ぞれの地点における距離を計測することができる。

【００７９】また、平行度検出部４は、感圧センサ４１
ａ〜４１ｄの代わりに、図１２に示すようにスイッチ４
７ａ〜４７ｄを設けても良い。ペン筐体の上部１ａと下
部１ｂとの間にペン筐体の切欠きの上部１ａの面と下部
１ｂの面との傾きに応じてオンオフするスイッチ４７ａ
〜４７ｄを備えることにより、このスイッチ４７ａ〜４
７ｄのオンオフによりペン筐体の上部１ａと下部１ｂと
がなす角度を検出し、検出した角度からペン先部１０に
加わった力を検出することができる。

【００８０】なお、上記実施例では感圧センサ４１ａ〜
４１ｄ等のセンサをペン軸を中心軸として４か所に対象
に設けたが、要求された検出精度によっては、１か所だ
けに設けるようにしても良い。

【００８１】また、例えば図２に示すようにペン筐体の
切欠きの中心の支柱部９をペン芯１１が入るように空洞
にしているので、市販のボールペンの芯又はシャープペ
ンの芯等を支柱部９の中心に通して用いることができ、
これらのペン芯材の交換も容易にできる。

【００８２】また、上記実施例ではオイラー方式による
座標変換を採用したペン型入力装置１について説明した
が、ストラップダウン方式を採用したペン型入力装置で
あっても良い。ストラップダウン方式を採用したペン型
入力装置の演算部６は、図１３に示すようにＬＰＦ６１
ａ〜６１ｆ、Ｘs軸速度ゼロ検出部６２ａ、Ｙs軸速度ゼ
ロ検出部６２ｂ、静止判別部６３、初期傾斜角演算部６
４、筆記中傾斜角演算部６６、座標変換演算部６９、重
力加速度除去部７０、速度演算部７１、速度補正部７２
及び移動量演算部７３を備える。初期傾斜角演算部６４
は、静止状態において加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを
用いて検出したペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）におけ
る加速度を基に装置の初期回転角度を求める。筆記中傾
斜角演算部６６は初期傾斜角演算部６４が算出した初期
回転角度とジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した
回転角速度を基に筆記中の回転角度を算出する。座標変
換演算部６９は筆記中回転角度演算部６６が算出した筆
記中の回転角度を基に各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ
を用いて検出したペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）にお
ける加速度を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）における加速度に変換す
る。

【００８３】また、上記実施例では演算部６をペン筐体
内に設けたが、演算部６を外部装置内に設け、通信ケー
ブル等を介してデータの送受信をするようにしても良
い。

【００８４】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、ペン先
部又はペン先部近傍でペン筐体の円周に切欠きを設け
て、切欠きの上部の面と下部の面がペン先部にペン軸に
直行する方向の力が加わっていない状態で切欠きの上部
の面と下部の面とが平行になり、ペン先部にペン軸に直
行する方向の力が加わると切欠きの上部の面と下部の面
とが平行でなくなるように構成したので、切欠きを挟ん
だ上部の面と下部の面との成す角度からペン先部に加わ
った力の方向及び大きさを検出できる。

【００８５】さらに、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）に
おけるＸg軸方向及びＹg軸方向の移動量を検出し、切欠
きの上部の面と下部の面との平行度を基にペン先部に加
わったＸg軸方向及びＹg軸方向の力を検出し、検出した
Ｘg軸方向及びＹg軸方向の力がＸg軸方向、Ｙg軸方向の
いずれか一方向又は両方向に対して停止状態であること
を示していると、その停止状態であることをしてしてい
る検出した方向のペン動作検出部が検出した移動量がゼ
ロになるように補正するので、累積誤差の発生を防止す
ることができる。

【００８６】さらに、ペン筐体の切欠きの上部と下部に
挟まれた少なくとも１個の感圧センサを備え、ペン筐体
の上部の面と下部の面とがなす角度に応じて感圧センサ
に加わる力を検出してペン先部に加わった力を検出する
ので、簡単な構成でペン先部に加わった力を測定するこ
とができる。

【００８７】また、ペン筐体の切欠きの上部と下部に挟
まれた少なくとも１個の力覚センサ備え、ペン筐体の上
部の面と下部の面とがなす角度に応じて力覚センサに加
わる力を検出してペン先部に加わった力を検出するの
で、ペン先部に加わった力を高精度に検出することがで
きる。

【００８８】また、ペン筐体部の切欠きの上部の面又は
下部の面に少なくとも１個の反射型の光センサを備え、
反射型の光センサが出力した反射光の強度を基にペン筐
体の上部の面と下部の面との距離を検出し、検出した距
離を基にペン筐体の上部の面と下部の面とがなす傾きを
求め、求めた傾きからペン先部に加わった力を検出する
ので、ペン先部に加わった力を検出できると共に光を用
いてペン先部に加わった力を検出するので、ノイズによ
る影響を少なくできる。

【００８９】また、ペン筐体の上部と下部との間にペン
筐体の切欠きの上部の面と下部の面との傾きに応じてオ
ンオフする少なくとも１個のスイッチを備え、このスイ
ッチのオンオフによりペン筐体の上部と下部とがなす角
度を検出し、検出した角度からペン先部に加わった力を
検出するので、装置構成をさらに簡単にすることができ
る。

【００９０】さらに、ペン筐体の切欠きの中心の支柱部
をペン芯材が入るように空洞にしたので、容易にペン芯
材の交換等ができる。

【００９１】さらに、ペン軸を対象軸とした少なくとも
２か所でペン先部に加わった力を測定し、その検出した
信号を作動増幅し、差動増幅した信号を基にペン先部に
加わった力を検出するので、差動増幅を用いて正確な検
出を行なうことができる。

【００９２】さらに、検出した信号から低周波数成分を
抽出し、抽出した低周波数成分を基にペン先部の移動方
向を検出する野で、簡単な構成でペン先部の移動方向を
検出できる。

【００９３】さらに、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の
各軸方向の加速度及びペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の
各軸周りの回転角速度を検出し、検出したペン座標系
（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸周りの回転角速度を基にペン
の傾斜角度を求め、求めたペンの傾斜角度を基にペン座
標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸方向の加速度を重力座標
系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の各軸方向の加速度に変換し、重
力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の各軸方向の加速度を基に
ペン先部のＸg軸方向及びＹg軸方向の移動量を求めるの
で、ペンの傾斜の変化の影響のない正確な移動方向及び
移動量の検出を行なうことができる。

【００９４】

【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】ペン筐体の切欠き部分の断面図である。

【図３】演算部の構成図である。

【図４】座標系を示す説明図である。

【図５】ペン型入力装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【図６】速度ずれを示す波形図である。

【図７】リセットにより速度ずれを補正した速度信号の
波形図である。

【図８】力覚センサを有するペン筐体の切欠き部分の断
面図である。

【図９】力覚センサの配置図である。

【図１０】反射型センサの配置図である。

【図１１】反射型センサの構成を示す断面図である。

【図１２】スイッチの配置図である。

【図１３】ストラップダウン方式を採用した演算部の構
成図である。

【符号の説明】

１ ペン型入力装置 １０ ペン先部 １１ ペン芯 ２ 加速度センサ ３ ジャイロ ４ 平行度検出部 ４１ 感圧センサ ４２ 差動増幅部 ４３ 力覚センサ ４５ 発光素子 ４６ 受光素子 ４７ スイッチ ５ Ａ／Ｄ変換部 ６ 演算部 ６２ 速度ゼロ検出部 ６３ 静止判別部 ６４ 初期傾斜角演算部 ６５ 傾斜角変化演算部 ６６ 筆記中傾斜角演算部 ６７ 角加速度演算部 ６８ 加速度補正部 ６９ 座標変換演算部 ７０ 重力加速度除去部 ７１ 速度演算部 ７２ 速度補正部 ７３ 移動量演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 隆夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコ−内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペン先部又はペン先部近傍でペン筐体の
   円周に切欠きを設けて、切欠きの上部の面と下部の面が
   ペン先部にペン軸に直行する方向の力が加わっていない
   状態で切欠きの上部の面と下部の面とが平行になり、ペ
   ン先部にペン軸に直行する方向の力が加わると切欠きの
   上部の面と下部の面とが平行でなくなるように構成した
   ペン型入力装置であって、ペン動作検出部と平行度検出
   部と補正部を有し、ペン動作検出部は重力加速度方向を
   Ｚg軸とした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるＸg
   軸方向及びＹg軸方向の移動量を検出し、平行度検出部
   は切欠きの上部の面と下部の面との平行度を基にペン先
   部に加わったＸg軸方向及びＹg軸方向の力を検出し、補
   正部は平行度検出部が検出したＸg軸方向及びＹg軸方向
   の力がペン先部がＸg軸方向、Ｙg軸方向のいずれか一方
   向又は両方向に対して停止状態であることを示している
   と、その停止状態であることを示している方向のペン動
   作検出部が検出した移動量がゼロになるように補正する
   ことを特徴とするペン型入力装置。
2. 【請求項２】 上記平行度検出部は、ペン筐体の切欠き
   の上部と下部に挟まれた少なくとも１個の感圧センサを
   備え、ペン筐体の上部の面と下部の面とがなす角度に応
   じて感圧センサに加わる力を検出してペン先部に加わっ
   た力を検出する請求項１記載のペン型入力装置。
3. 【請求項３】 上記平行度検出部は、ペン筐体の切欠き
   の上部と下部に挟まれた少なくとも１個の力覚センサ備
   え、ペン筐体の上部の面と下部の面とがなす角度に応じ
   て力覚センサに加わる力を検出してペン先部に加わった
   力を検出する請求項１記載のペン型入力装置。
4. 【請求項４】 上記平行度検出部は、ペン筐体部の切欠
   きの上部の面又は下部の面に少なくとも１個の反射型の
   光センサを備え、反射型の光センサが出力した反射光の
   強度を基にペン筐体の上部の面と下部の面との距離を検
   出し、検出した距離を基にペン筐体の上部の面と下部の
   面とがなす傾きを求め、求めた傾きからペン先部に加わ
   った力を検出する請求項１記載のペン型入力装置。
5. 【請求項５】 上記平行度検出部は、ペン筐体の上部と
   下部との間にペン筐体の切欠きの上部の面と下部の面と
   の傾きに応じてオンオフする少なくとも１個のスイッチ
   を備え、このスイッチのオンオフによりペン筐体の上部
   と下部とがなす角度を検出し、検出した角度からペン先
   部に加わった力を検出する請求項１記載のペン型入力装
   置。
6. 【請求項６】 上記ペン筐体の切欠きの中心の支柱部を
   ペン芯材が入るように空洞にした請求項１乃至５のいず
   れかに記載のペン型入力装置。
7. 【請求項７】 上記平行度検出部をペン軸を対象軸とし
   た少なくとも２か所に備え、両平行度検出部が出力した
   信号を作動増幅し、差動増幅した信号を基にペン先部に
   加わった力を検出する請求項１乃至４のいずれかに記載
   のペン型入力装置。
8. 【請求項８】 上記ペン動作検出部は検出した信号から
   低周波数成分を抽出し、抽出した低周波数成分を基にペ
   ン先部の移動方向を検出する請求項１乃至４のいずれか
   に記載のペン型入力装置。
9. 【請求項９】 上記ペン動作検出部はペン軸方向をＺs
   軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸方向の加
   速度及びペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸周りの回
   転角速度を検出し、検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
   s）の各軸周りの回転角速度を基にペンの傾斜角度を求
   め、求めたペンの傾斜角度を基に（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の
   各軸方向の加速度を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の各
   軸方向の加速度に変換し、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
   g）の各軸方向の加速度を基にペン先部のＸg軸方向及び
   Ｙg軸方向の移動量を求める請求項１乃至８のいずれか
   に記載のペン型入力装置。