JPH11282613A

JPH11282613A - ペン型入力装置

Info

Publication number: JPH11282613A
Application number: JP10096965A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Shingyouchi; 充新行内; Yasuhiro Sato; 康弘佐藤; Takao Inoue; 隆夫井上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: JP3841952B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】ペン２で筆記動作中に２個のジャイロ３
Ｘ，３Ｙでペン軸と直交する軸周りの角速度を検出す
る。２個のジャイロ３Ｘ，３Ｙで検出した角速度信号を
演算部５に送りノイズ除去用のＬＰＦ５１，５２を通し
たのち、Ａ／Ｄ変換器で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で判定したペン先と紙面
との接触位置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。

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、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８−5083
54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する２つの
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、演算部は各ジャイロが検出
した角速度を積分して紙面上の軌跡に投影し、投影した
軌跡と紙面接触判別手段で検出したペン先と紙面の接触
位置から筆記軌跡を抽出することを特徴とする。

【０００８】この発明に係る第２のペン型入力装置は、
ペン軸に垂直で異なる検出軸を有する２つのジャイロ
と、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分離して摩擦信号を検出
する振動検出手段及び演算部とを有し、演算部は各ジャ
イロが検出した角速度を積分して紙面上の軌跡に投影
し、投影した軌跡と振動検出手段で検出した摩擦信号か
ら筆記軌跡を抽出することを特徴とする。

【０００９】この発明に係る第３のペン型入力装置は、
ペン軸に垂直で異なる検出軸を有する２つのジャイロ
と、ペン先と紙面の接触を検出する紙面接触判別手段
と、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分離して摩擦信号を検出
する振動検出手段と演算部とを有し、演算部は紙面接触
判別手段で検出したペン先と紙面の接触位置と振動検出
手段で検出した摩擦信号からペン先の紙面上での停止を
判別し、各ジャイロが検出した角速度を、ペン先停止位
置ではペン先を中心に、それ以外の位置では手の支持位
置を中心に積分処理を行って紙面上の軌跡に投影し、投
影した軌跡と紙面接触判別手段で検出したペン先と紙面
の接触位置又は投影した軌跡と振動検出手段で検出した
摩擦信号から筆記軌跡を抽出することを特徴とする。

【００１０】上記２つのジャイロの検出軸を直交して配
置することが望ましい。

【００１１】また、この発明に係る第４のペン型入力装
置は、検出軸の異なる３つのジャイロと、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、演算部は各ジャイロが検出した角速度を基にペンの
姿勢を求め紙面上の軌跡に投影し、投影した軌跡と紙面
接触判別手段で検出したペン先と紙面の接触位置から筆
記軌跡を抽出することを特徴とする。

【００１２】この発明に係る第５のペン型入力装置は、
検出軸の異なる３つのジャイロと、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
振動を分離して摩擦信号を検出する振動検出手段及び演
算部とを有し、演算部は各ジャイロが検出した角速度を
基にペンの姿勢を求め紙面上の軌跡に投影し、投影した
軌跡と振動検出手段で検出した摩擦信号から筆記軌跡を
抽出することを特徴とする。

【００１３】この発明に係る第６のペン型入力装置は、
検出軸の異なる３つのジャイロと、ペン先と紙面の接触
を検出する紙面接触判別手段と、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
動を分離して摩擦信号を検出する振動検出手段及び演算
部とを有し、演算部は紙面接触判別手段で検出したペン
先と紙面の接触位置と振動検出手段で検出した摩擦信号
からペン先の紙面上での停止を判別し、各ジャイロが検
出した角速度を、ペン先停止位置ではペン先を中心に、
それ以外の位置では手の支持位置を中心に積分処理を行
って紙面上の軌跡に投影し、投影した軌跡と紙面接触判
別手段で検出したペン先と紙面の接触位置又は投影した
軌跡と振動検出手段で検出した摩擦信号から筆記軌跡を
抽出することを特徴とする。

【００１４】上記３つのジャイロの検出軸を互いに直交
して配置し、１つのジャイロの検出軸をペン軸と一致さ
せることが望ましい。

【００１５】また、上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、上記振動検出手段は加速度センサが
検出した加速度信号からペン先と紙面の摩擦により生じ
る高周波振動を分離して摩擦信号を検出したり、ペン先
に設けたに力センサが検出した信号からペン先と紙面の
摩擦により生じる高周波振動振動を分離して摩擦信号を
検出するようにしても良い。

【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の接触を判定する感圧
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
スイッチで判定したペン先と紙面との接触位置から実際
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と紙面の接触を判定する感圧スイッチ４を有す
る。このペン２の座標系としては重力方向をＺ_G方向と
する直交座標である重力座標系（Ｘ_G，Ｙ_G，Ｚ_G）と、
ペン２のペン軸をＺ_S方向とする直交座標であるセンサ
座標系（Ｘ_S，Ｙ_S，Ｚ_S）を想定する。ジャイロ３Ｘは
センサ座標系のＸ_S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Ｙ_S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Ｘ_S軸とＹ_S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６
１，６２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で判定したペン先
２１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Ｘ_S軸周りの角速度
ω_xとＹ_S軸周りの角速度ω_yを検出する。このジャイロ
３Ｘ，３Ｙが検出する角速度ω_x，ω_yは、重力座標系
（Ｘ_G，Ｙ_G，Ｚ_G）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ω_x，ω_yを演算部５に送りノイズ除去用のＬＰＦ５
１，５２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ω_x，ω_y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Ｘ_G座標
とＹ_G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で判定したペン先２
１と紙面との接触位置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ことを判別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
ていることを判別しても良い。

【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ことを判別した場合につ
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位
置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３
Ｙ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ω_x，ω_yを演算部５に送りノイズ除去用のＬＰＦ
５１，５２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ω_x，ω_y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２
１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
面に接触している位置を判別する。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２
１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と紙面との接触位置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２
１が紙面に接触していることを判別したり、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２
１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位置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２
１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２
１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３
Ｘ，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，３
Ｙを設け、ペン２のＸ_S軸周りとＹ_S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Ｚ_S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Ｚ_S
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３
Ｘ，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Ｚ_S軸周りの角速度ω_Z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，３
Ｚに接続されたＬＰＦ５１，５２，５３と、ＬＰＦ５
１，５２，５３からの信号を入力するＡ／Ｄ変換器６
１，６２，６３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７
１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と紙面との接触位置から筆跡軌跡
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Ｘ_S軸周
りの角速度ω_xとＹ_S軸周りの角速度ω_yとＺ_S軸周りの角
速度ω_Z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φ
₀（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φ_n-1とジャイロ３Ｘ，３Ｙ，３
Ｚで検出した角速度ω（ω_x，ω_y，ω_Z）より現在の時
刻ｎの回転角ベクトルφ_nを求める。回転角ベクトルφ_n
は下記（２）式の微分方程式で表される。この（２）式
を離散系で積分しすると（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φ_nを基にペン先２１
の位置を重力座標系（Ｘ_G，Ｙ_G，Ｚ_G）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（Ｘ
_S，Ｙ_S，Ｚ_S）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φ_nから求めた座標変
換行列Ｃ_G ^Sで重力座標系（Ｘ_G，Ｙ_G，Ｚ_G）に変換すれ
ば良い。この座標変換行列Ｃ_G ^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，ρ_x，ρ_y，ρ
_z）に変換した後、下記（６）式より算出する。（６）
式において、ｉ_G，ｊ_G，ｋ_GはＸ_G軸とＹ_G軸とＺ_G軸の重
力座標系単位ベクトル、ｉ_S，ｊ_S，ｋ_SはＸ_S軸とＹ_S軸
とＺ_S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Ｃ_G ^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ことを判別した場合につ
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２
１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１
４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２
１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Ｘ_S軸が紙面上の重力座標系のＸ_G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Ｘ_S軸方向とＹ_S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Ｘ_G方向と考え、ペン２を持ったとき
にＸ_S軸方向のマーカ２３がＸ_G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と紙面との接触位置から筆跡軌跡
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Ｄ
Ｐ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
とペン先と紙面の接触位置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。

【００５３】また、異なる検出軸の２つのジャイロ又は
３つのジャイロが検出した角速度を積分して紙面上の軌
跡に投影し、投影した軌跡とペン先を紙面に接触させた
ときの摩擦信号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することができる。

【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、加速度センサが検出した加速度信
号からペン先と紙面の摩擦により生じる高周波振動を分
離して摩擦信号を検出したり、ペン先に設けたに力セン
サが検出した信号からペン先と紙面の摩擦により生じる
高周波振動振動を分離して摩擦信号を検出することによ
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８１２停止判別部１３加速度センサ１４ペン先力センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペン軸に垂直で異なる検出軸を有する２
つのジャイロと、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、演算部は各ジャイロが
検出した角速度を積分して紙面上の軌跡に投影し、投影
した軌跡と紙面接触判別手段で検出したペン先と紙面の
接触位置から筆記軌跡を抽出することを特徴としたペン
型入力装置。
【請求項２】ペン軸に垂直で異なる検出軸を有する２
つのジャイロと、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分離して摩
擦信号を検出する振動検出手段及び演算部とを有し、演
算部は各ジャイロが検出した角速度を積分して紙面上の
軌跡に投影し、投影した軌跡と振動検出手段で検出した
摩擦信号から筆記軌跡を抽出することを特徴としたペン
型入力装置。
【請求項３】ペン軸に垂直で異なる検出軸を有する２
つのジャイロと、ペン先と紙面の接触を検出する紙面接
触判別手段と、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分離して摩擦
信号を検出する振動検出手段と演算部とを有し、演算部
は紙面接触判別手段で検出したペン先と紙面の接触位置
と振動検出手段で検出した摩擦信号からペン先の紙面上
での停止を判別し、各ジャイロが検出した角速度を、ペ
ン先停止位置ではペン先を中心に、それ以外の位置では
手の支持位置を中心に積分処理を行って紙面上の軌跡に
投影し、投影した軌跡と紙面接触判別手段で検出したペ
ン先と紙面の接触位置又は投影した軌跡と振動検出手段
で検出した摩擦信号から筆記軌跡を抽出することを特徴
としたペン型入力装置。
【請求項４】２つのジャイロの検出軸を直交して配置
した請求項１，２又は３記載のペン型入力装置。
【請求項５】検出軸の異なる３つのジャイロと、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、演算部は各ジャイロが検出した角速度を基に
ペンの姿勢を求め紙面上の軌跡に投影し、投影した軌跡
と紙面接触判別手段で検出したペン先と紙面の接触位置
から筆記軌跡を抽出することを特徴としたペン型入力装
置。
【請求項６】検出軸の異なる３つのジャイロと、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分離して摩擦信号を検出する振動
検出手段及び演算部とを有し、演算部は各ジャイロが検
出した角速度を基にペンの姿勢を求め紙面上の軌跡に投
影し、投影した軌跡と振動検出手段で検出した摩擦信号
から筆記軌跡を抽出することを特徴としたペン型入力装
置。
【請求項７】検出軸の異なる３つのジャイロと、ペン
先と紙面の接触を検出する紙面接触判別手段と、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分離して摩擦信号を検出する振動検
出手段及び演算部とを有し、演算部は紙面接触判別手段
で検出したペン先と紙面の接触位置と振動検出手段で検
出した摩擦信号からペン先の紙面上での停止を判別し、
各ジャイロが検出した角速度を、ペン先停止位置ではペ
ン先を中心に、それ以外の位置では手の支持位置を中心
に積分処理を行って紙面上の軌跡に投影し、投影した軌
跡と紙面接触判別手段で検出したペン先と紙面の接触位
置又は投影した軌跡と振動検出手段で検出した摩擦信号
から筆記軌跡を抽出することを特徴としたペン型入力装
置。
【請求項８】上記３つのジャイロの検出軸を互いに直
交して配置し、１つのジャイロの検出軸をペン軸と一致
させた請求項５，６又は７記載のペン型入力装置。
【請求項９】上記ジャイロの検出軸を示す印を少なく
とも１つはペンに設けた請求項４又は８記載のペン型入
力装置。
【請求項１０】上記ペンを持つ角度を限定するグリッ
プをペンに設けた請求項４又は８記載のペン型入力装
置。
【請求項１１】上記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有する請求項４又は８記載のペン
型入力装置。
【請求項１２】上記振動検出手段は加速度センサが検
出した加速度信号からペン先と紙面の摩擦により生じる
高周波振動を分離して摩擦信号を検出する請求項２，
３，６又は７記載のペン型入力装置。
【請求項１３】上記振動検出手段はペン先に設けたに
力センサが検出した信号からペン先と紙面の摩擦により
生じる高周波振動振動を分離して摩擦信号を検出する請
求項２，３，６又は７記載のペン型入力装置。
【請求項１４】上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４又は
８記載のペン型入力装置。
【請求項１５】上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４又は８記載のペン型入力装置。
【請求項１６】上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１５記載のペン型入力装置。
【請求項１７】上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１６記載のペン型入力装置。