JPH1145150A

JPH1145150A - ペン型入力装置

Info

Publication number: JPH1145150A
Application number: JP21388797A
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: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: JP3710603B2

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に筆記入力できるようにする。【解決手段】傾斜加速度補正部４２は加速度センサ２の
取付位置とジャイロ３を用いて検出した回転角速度とを
基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を
算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速
度センサ２が検出した加速度を補正してペン先部におけ
る加速度を求める。移動演算処理部４３は傾斜加速度補
正部４２が求めたペン先部の加速度を基にペン先部の移
動量を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はコンピュータシス
テムにおけるカーソル移動の入力、図形及び文字の入力
を行なう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。マウスは、小型化が可能であ
り、また、ポインティングデバイスとしては適している
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。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、ペン軸と直交する平面上で直交する
２方向の加速度を検出する加速度センサを２組備えた装
置として、例えば特開平６-230886号公報に掲載された
ペンシル型入力装置では、２組の加速度センサの出力を
積分した後、加速度センサの取付け位置の影響を補正
し、ペン先部の移動方向及び移動量を検出している。

【０００７】また、ペン型入力装置に関するものでな
く、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７-294240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軸周りの回転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回転角速度を基に
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。

【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。

【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６-230886号公報に掲載され
たペンシル型入力装置では、加速度の積分を行なった後
に補正をしているので誤差の検出が困難になり、正確な
補正ができない。また、ペン先部における加速度の検出
成分がペン軸の傾斜運動により変化することを考慮して
いない。

【００１１】また、特開平７-294240号公報に掲載され
た位置センサにおいても加速度センサの取付位置及びジ
ャイロの取付位置に対する考慮はなされていないため、
検出結果が不正確になる場合がある。

【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、少なくとも１個の加速度センサと少なくとも
１個のジャイロを有し、加速度センサの取付位置とジャ
イロを用いて検出した回転角速度とを基にペン先部を中
心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した
傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサが検出し
た加速度を補正してペン先部における加速度を求め、ペ
ン先部における加速度加速度を基にペン先部の移動量を
求めて、加速度センサがペン先部から離れていることに
よるペン軸の傾斜運動の影響をなくし、ペン先部の移動
量を正確に検出する。

【００１４】さらに、１個の加速度センサと１個のジャ
イロを有し、加速度センサはペン軸をＺs軸としたペン
座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す信
号を出力し、ジャイロはＹs軸周りの回転角速度を示す
信号を出力する。

【００１５】また、２個の加速度センサと２個のジャイ
ロを有し、加速度センサはそれぞれＸs軸方向の加速度
を示す信号及びＹs軸方向の加速度を示す信号を出力
し、ジャイロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示す
信号及びＹs軸周りの回転角速度を示す信号を出力す
る。

【００１６】また、２個の加速度センサと３個のジャイ
ロを有し、加速度センサはそれぞれＸs軸方向の加速度
を示す信号及びＹs軸方向の加速度を示す信号を出力
し、ジャイロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示す
信号、Ｙs軸周りの回転角速度を示す信号及びＺs軸周り
の回転角速度を示す信号を出力する。

【００１７】また、３個の加速度センサと３個のジャイ
ロを有し、加速度センサはそれぞれＸs軸方向の加速度
を示す信号、Ｙs軸方向の加速度を示す信号及びＺs軸方
向の加速度を示す信号を出力し、ジャイロはそれぞれＸ
s軸周りの回転角速度を示す信号、Ｙs軸周りの回転角速
度を示す信号及びＺs軸周りの回転角速度を示す信号を
出力する。

【００１８】さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信
号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け
て、加速度の補正を容易にする。

【００１９】さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信
号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設
け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度セン
サをＸs＝０となる位置に設けて、加速度の補正をさら
に容易にする。

【００２０】さらに、上記Ｘs軸方向の加速度を示す信
号を出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設
け、Ｙs方向の加速度を示す信号を出力する加速度セン
サをＸs＝０となる位置に設け、Ｚs方向の加速度を示す
信号を出力する加速度センサをＺs軸上に設けた。

【００２１】さらに、ペン軸からの距離が加速度センサ
の分解能（m/s²）をほぼ2.5（/s²）で割った長さの範囲
内である位置に加速度センサを設けてＸs軸方向及びＹs
軸方向の補正を行なう必要をなくし、処理速度を向上す
る。

【００２２】さらに、筆記開始の際に加速度センサを用
いて検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を
基に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）におけるペン軸の傾斜角の初期値
を算出し、算出したペン軸の傾斜角の初期値とジャイロ
を用いて検出した角速度から測定時点におけるペン軸の
傾斜角を求め、ジャイロを用いて検出した角速度及び加
速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜
運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動によ
る加速度成分を基に加速度センサを用いて検出したペン
座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の加速度を求め、ペ
ン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の加速度を重
力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度に変換し、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
算出してオイラー角を用いてペン先部の移動方向及び移
動距離を求める。

【００２３】また、筆記開始の際に加速度センサを用い
て検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基
に回転角ベクトルの初期値を算出し、算出した回転角ベ
クトルの初期値とジャイロを用いて検出した角速度を基
に今回サンプリングの際の回転角ベクトルを演算し、ジ
ャイロを用いて検出した角速度及び加速度センサの取付
位置を基に傾斜運動による加速度成分を算出し、算出し
た傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサを用い
て検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補
正してペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部の加
速度を求め、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先
部の加速度を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速
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、ストラップダウン方法を用い
てペン先部の移動方向及び移動距離を求める。

【００２４】

【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、少なくとも１個
の加速度センサと少なくとも１個のジャイロを有し、加
速度センサの取付位置とジャイロを用いて検出した回転
角速度とを基に、加速度センサを用いて検出した加速度
のうちペン軸の傾斜運動による加速度成分を算出し、算
出したペン軸の傾斜運動による加速度成分を加速度セン
サが検出した加速度から除去して、加速度センサの取付
位置とペン軸の傾斜運動による影響をなくし、ペン先部
の移動方向及び移動距離を正確に検出するものである。

【００２５】ペン型入力装置が、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場合について説
明する。３個の加速度センサはそれぞれペン座標系（Ｘ
s，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。

【００２６】演算部は傾斜加速度補正部と移動演算処理
部を備える。傾斜加速度補正部は角加速度演算部と加速
度補正部を有する。角加速度演算部はジャイロを用いて
検出した回転角速度を基に回転角加速度を求める。加速
度補正部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速
度、角加速度演算部が算出した回転角加速度及び各加速
度センサの取付位置を基に３個の加速度センサを用いて
検出した加速度のペン先部を中心とした傾斜運動による
加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成
分を基に３個の加速度センサを用いて検出したペン座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先部にお
けるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求める。
これにより、加速度センサの取付位置がペン先部から離
れていることに起因するペン軸の傾斜運動の影響をなく
すことができる。

【００２７】移動演算処理部は、例えば静止判別部と傾
斜角初期値演算部と傾斜角演算部と座標変換演算部と重
力加速度除去部と移動量演算部を備える。静止判別部は
加速度センサを用いて検出した加速度とジャイロを用い
て検出した回転角速度を基にペン先部が静止状態か否か
を検出する。傾斜角初期値演算部は静止状態において３
個の加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）の加速度を基にペン軸の重力座標系（Ｘg，
Ｙg，Ｚg）における傾斜角の初期値を演算する。傾斜角
演算部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速度と
傾斜角初期値演算部が算出した傾斜角の初期値を基に筆
記中のペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における
傾斜角を求める。

【００２８】座標変換演算部は傾斜角演算部が算出した
筆記中のペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけ
る傾斜角を基に加速度補正部が求めたペン先部における
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）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（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での移動方向及び移動距離
を算出する。このように重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
の加速度を用いて移動方向及び移動距離を演算するの
で、ペン軸の傾斜による影響をなくすことができる。

【００２９】ここで、上記加速度補正部の演算を簡単に
するために、例えばＸs軸方向の加速度センサをＹs＝０
となる位置、Ｙs方向の加速度センサをＸs＝０となる位
置、Ｚs方向の加速度センサをＺs軸上に設けたり、Ｚs
軸からの距離が加速度センサの分解能（m/s²）をほぼ2.
5（/s²）で割った長さの範囲内である位置に各加速度セ
ンサを設けたりしても良い。ここで、通常の筆記動作で
はペン先部の加速度は最大10（m/s²）程度であり、補正
に用いる回転角速度の２乗及び回転角加速度の値は大き
くて2.5（/s²）程度であり、また、補正量は加速度の分
解能程度の精度で算出すれば良いことから加速度センサ
の加速度の分解能（m/s²）をほぼ2.5（/s²）で割った長
さとした。

【００３０】

【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。以下の説明では、ペン先部８を原点
としペン軸７をＺs軸とした座標系をペン座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）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（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）といい、Ｚg軸と直交する２軸をＸg軸及びＹg軸とい
う。図に示すように、ペン型入力装置１は加速度センサ
２ａ、ジャイロ３ｂ、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は、Ｘs軸に平行なＸsa軸
方向に向けて設けられ、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す
信号を出力する。以後の説明において加速度センサ２ａ
が出力する信号が示す加速度をＡxsとし、ペン先部８に
おけるＸs軸方向の加速度Ａxs_補正と区別する。加速度
センサ２ａ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３ｂはＹs軸周りの回転角速度ωysを
示す信号を出力する。各軸周りの回転角速度は理想的に
は取付位置に影響されないものなので、ジャイロ３ｂは
Ｙs軸上に設ける必要はない。ジャイロ３ａ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。

【００３１】演算部４は、図２に示すように入力処理部
４１、傾斜加速度補正部４２及び移動演算処理部４３を
備える。入力処理部４１はＡ／Ｄ変換器４１１、４１３
とローパスフィルタ（以後「ＬＰＦ」という。）４１
２，４１４を有する。ＡＤ変換器４１１、４１３は、そ
れぞれ加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからのアナロ
グ信号をデジタル信号に変換する。ＬＰＦ４１２，４１
４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及びジャイロ３ｂからの信号から高周波成分
を遮断する。これは、ペン先部８と筆記面との摩擦によ
り加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂからの信号に高周
波成分が発生するからである。

【００３２】傾斜角度補正部４２は角加速度演算部４２
１と加速度補正部４２２を有する。角加速度演算部４２
１はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωysから
回転角加速度ｄωys／ｄｔを求める。加速度補正部４２
２はジャイロ３ｂを用いて検出した回転角速度ωys、角
加速度演算部４２１が算出した回転角加速度ｄωys／ｄ
ｔ及び各加速度センサ２ａの取付位置を基に加速度セン
サ２ａを用いて検出した加速度Ａxsのペン先部８を中心
とした傾斜運動による加速度成分を算出する。さらに、
加速度補正部４２２は、算出した傾斜運動による加速度
成分を基に加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａ
xsを補正して、ペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）の加速度Ａxs_補正を求める。ペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）での加速度センサ２ａの取付位置の座標
を（Ｘas，Ｙas，Ｚas）とすると、補正後の加速度Ａxs
_補正は、次式のようになる。

【００３３】

【数１】

【００３４】傾斜角度補正部４２２では、上記演算を行
なうことにより補正後の加速度Ａxs_補正を求める。ここ
で、上記式の第２項がペン軸７の傾斜運動による加速度
成分である。

【００３５】移動演算処理部４３は静止判別部４３１、
傾斜角初期値演算部４３２、傾斜角演算部４３３、座標
変換演算部４３４、重力加速度除去部４３５及び移動量
演算部４３６を有する。静止判別部４３１はデジタル変
換後の加速度センサ２ａからの信号及びジャイロ３ｂか
らの信号の時間変化を監視して、ペン先部８が静止状態
か否かを判別する。傾斜角初期値演算部４３２は静止状
態で加速度センサ２ａを用いて検出した加速度Ａxsを基
にペン軸８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）おける傾斜
角の初期値φoを、次式を用いて算出する。

【００３６】

【数２】

【００３７】傾斜角演算部４３３はジャイロ３ｂを用い
て検出した回転角速度ωys及び傾斜角初期値演算部４３
２が演算したペン軸７の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
における傾斜角の初期値φoを基に、筆記中のペン軸７
の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角φを求
める。ここで、前回サンプリングの際に算出した傾斜角
（今回のサンプリングをｎ回目とした場合のｎ−１回目
のサンプリングの際の傾斜角）をφ_n-1とし、サンプリ
ング周期をｔ₀とすると、今回サンプリングの際の傾斜
角φ_nは、次式で表わされ、傾斜角演算部４３３はこの
演算を行なうことにより、ペン軸７の傾斜角を算出す
る。

【００３８】

【数３】

【００３９】座標変換演算部４３４は傾斜角演算部４３
３が算出したペン軸７の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
における傾斜角φを基に、次式を用いて加速度補正部４
２１が求めたペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙ
s，Ｚs）の加速度Ａxs_補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）の加速度Ａxogに変換する。

【００４０】

【数４】

【００４１】重力加速度除去部４３５は座標変換演算部
３４が座標変換した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
の加速度Ａxgから重力加速度ｇの成分を除去する。移動
量演算部４３６は重力加速度除去部４３５が重力加速度
ｇの成分を除去した後の加速度Ａxgを２回積分してペン
先部８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での１次元移動
量を算出し、記憶部５に記憶する。

【００４２】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。

【００４３】加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂはそれ
ぞれＸs軸方向の加速度Ａxs及びＹs軸周りの回転角速度
ωysを示す信号を出力する。ＡＤ変換器４１１，４１３
は、加速度センサ２ａ及びジャイロ３ｂを用いて検出し
た加速度Ａxs及び回転角速度ωysをデジタル変換する。
ＬＰＦ４１２，４１４は加速度センサ２ａ及びジャイロ
３ｂからの信号をデジタル変換して得た加速度Ａxs及び
回転角速度ωysから低周波数成分を抽出する。

【００４４】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４３１は、ＡＤ変換器４１
１，４１３からデジタル変換後の加速度Ａxs及び回転角
速度ωysを読み出し（ステップＳ１）、例えば読み出し
た加速度Ａxs及び回転角速度ωysの変化を監視し、静止
状態か否かを判別する。

【００４５】静止判別部４３１が静止状態であると判別
すると（ステップＳ２）、傾斜角初期値演算部４３２
は、既に説明したように加速度センサ２ａを用いて検出
した加速度Ａxsを基にして初期傾斜角φoを求める（ス
テップＳ３）。

【００４６】その後、静止状態でなくなると、移動演算
処理部４３は、加速度センサ２ａを用いて検出した加速
度Ａxs及びジャイロ３ａを用いて検出した回転角速度ω
ysを読み出す（ステップＳ４）。傾斜角演算部４３３
は、既に説明したように、筆記中の傾斜角φを算出する
（ステップＳ５）。

【００４７】角加速度演算部４２１はジャイロ３ｂを用
いて検出した回転角速度ωysを基に回転角加速度ｄωys
／ｄｔを算出する（ステップＳ６）。加速度補正部４２
２は回転角速度ωys及び回転角加速度ｄωys／ｄｔを基
に、既に説明したように加速度センサ２ａを用いて検出
した加速度Ａxsを補正して、ペン先部８におけるペン座
標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs_補正を算出する
（ステップＳ７）。このように加速度センサ２ａを用い
て検出した加速度Ａxsを基にペン先部８におけるペン座
標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度Ａxs_補正を算出する
ので、加速度センサ２ａ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７の傾斜運動の影響をなくす
ことができる。

【００４８】座標変換演算部４３４は、既に説明したよ
うに傾斜角演算部４３３が算出した筆記中のペン軸７の
傾斜角φを用いて、加速度補正部４２２が算出したペン
先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速
度Ａxs_補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペ
ン先部８の加速度Ａxogに変換する（ステップＳ８）。
このように、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度
Ａxs_補正を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速
度Ａxogに変換するので、ペン軸７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４３５は、重
力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速
度Ａxog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Ｓ９）。移動量演算
部４３６は重力加速度ｇの成分を除去した後の重力座標
系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度Ａxog
を２回積分してペン先部８の移動量Ｘogを算出して（ス
テップＳ１０）、ペン先部８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Ｓ１１）。
これにより、ペン先部８の１次元の軌跡を正確に検出す
ることができる。

【００４９】次ぎに、図４に示すようにペン型入力装置
１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと２個のジャイロ３
ａ，３ｂを備える場合について説明する。

【００５０】加速度センサ２ａ，２ｂはそれぞれペン座
標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向及びＹs軸方向に向
けて設けられ、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す信号及び
Ｙs軸方向の加速度Ａysを示す信号を出力する。以後の
説明において加速度センサ２ｂが出力する信号が示す加
速度をＡysとし、ペン先部８におけるＹs軸方向の加速
度Ａys_補正と区別する。ジャイロ３ａ，３ｂはそれぞれ
Ｘs軸周りの回転角速度ωxsを示す信号及びＹs軸周りの
回転角速度ωysを示す信号を出力する。

【００５１】ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度
センサ２ａ，２ｂの取付位置座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙ
as，Ｚas），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）とすると、加速度Ａ
xs及び加速度Ａysは、次式を用いて慣性力加速度成分及
び遠心力加速度成分を取り除き、補正後の加速度Ａxs
_補正及び加速度Ａys_補正を算出することができる。

【００５２】

【数５】

【００５３】加速度補正部４２２は、上記式を演算する
ことによりペン先部８におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，
Ｚs）のＸs軸方向の加速度Ａxs_補正及びＹs軸方向の加
速度Ａys_補正を算出する。ここで、上記式の第２項は慣
性力加速度成分を表わし、第３項は遠心力加速度成分を
表わす。

【００５４】また、傾斜角初期値演算部４３２は静止状
態において２個の加速度センサ２ａ，２ｂを用いて検出
した加速度（Ａxs，Ａys）を基に回転角ベクトルvector
φ=(φx，φy，φz)の初期値vectorφo=(φxo，φyo，
φzo)を求める。ここで、φzoをゼロとし、Ｚs軸回りの
回転をリセットすると、Ｘg軸はＸs軸方向の加速度セン
サ２ａの傾斜方向にとられる。このとき、加速度（Ａx
s，Ａys）と回転角ベクトルの初期値vectorφo=(φxo，
φyo，φzo)との間には、次式が成り立つ。以後の説明
においては、ベクトルを表わす場合には前にvectorをつ
けて表わす。

【００５５】

【数６】

【００５６】上記式において、（ｅxo，ｅxo，０）は回
転軸方向の単位ベクトルの初期値を表わし、vectorφo
の絶対値は回転軸回りの角度の初期値である。

【００５７】重力加速度ｇに定数を代入すると、次ぎの
式が成り立ち、傾斜角初期値演算部４３２はこの式を演
算して回転角ベクトルの初期値vectorφoを求める。

【００５８】

【数７】

【００５９】次ぎに、Ｚs軸回りの回転が十分小さいと
すると、回転角ベクトルvectorφは、次式で表わすこと
ができる。

【００６０】

【数８】

【００６１】そこで、前回サンプリング時点での回転角
ベクトルをvectorφ_n-1とし、サンプリング周期をｔ₀と
すると、今回サンプリングの際の回転角ベクトルvector
φ_nは、次式で表わすことができ、傾斜角演算部４３３
はこの式を計算することによって今回サンプリングの際
の回転角ベクトルvectorφ_nを求める。

【００６２】

【数９】

【００６３】次ぎに、上記のようにして補正したペン座
標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度
（Ａxs_補正，Ａys_補正）及び回転角ベクトルvectorφ_n
を基に座標変換演算部４３４は重力座標系（Ｘs，Ｙs，
Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxog，Ａyog）
を求める。ここで、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での
ペン先部８における加速度（Ａxs_補正，Ａys_補正）を重
力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加
速度（Ａxog，Ａyog）に変換するには、座標変換行列を
用いる。回転角ベクトルvectorφから座標変換行列を求
めるためには、次式で示すようにパラメータ（χ，ρ
x，ρx，ρx）を求め、そのパラメータ（χ，ρx，ρ
x，ρx）を用いて座標変換行列を求める。

【００６４】

【数１０】

【００６５】この座標変換行列を用いると、ペン座標系
（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａx
s_補正，Ａys_補正）と重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での
ペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog）との間には、次式
で表わす関係が成り立つ。座標変換演算部４３４はこれ
らの演算を行なうことによって、ペン座標系（Ｘs，Ｙ
s，Ｚs）でのペン先部８における加速度（Ａxs_補正，Ａ
ys_補正）を重力座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）でのペン先部
８の加速度（Ａxog，Ａyog）に変換する。

【００６６】

【数１１】

【００６７】このように２次元の範囲内で、正確に重力
座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）でのペン先部８の加速度（Ａx
og，Ａyog，Ａzog）を求めることができるので、ペン先
部８の移動方向及び移動距離を２次元で正確に検出する
ことができる。

【００６８】さらに、図５に示すようにＸs軸方向の加
速度Ａxsを示す信号を出力する加速度センサ２ａをＹs
＝０となる位置（Ｘas，０，Ｚas）に取り付け、Ｙs軸
方向の加速度Ａysを示す信号を出力する加速度センサ２
ｂをＸs＝０となる位置（０，Ｙas，Ｚas）に取り付け
ると良い。これにより、数５で示す式を次式で示すよう
に簡単にすることができ、処理速度等を向上することが
できる。

【００６９】

【数１２】

【００７０】これにより、加速度センサ２ａ，２ｂを用
いて検出した加速度（Ａxs，Ａys）の補正を行なう場合
の演算量を少なくでき、処理速度を高速にできる。ま
た、図６に示すようにＸs軸方向の加速度Ａxsを示す信
号を出力する加速度センサ２ａをＸs＝０となる位置
（０，Ｙas，Ｚas）に取り付け、Ｙs軸方向の加速度Ａy
sを示す信号を出力する加速度センサ２ｂをＹs＝０とな
る位置（Ｘas，０，Ｚas）に取り付けると、数５で示す
式を次式で示すように簡単にすることができる。

【００７１】

【数１３】

【００７２】また、Ｘs軸方向の加速度Ａxsを示す信号
を出力する加速度センサ２ａ及びＹs軸方向の加速度Ａy
sを示す信号を出力する加速度センサ２ｂをペン軸７か
らの距離が加速度センサ２ａ，２ｂの分解能（m/s²）を
ほぼ2.5（/s²）で割った長さの範囲内である位置に設け
ても良い。ペン先部８における加速度（Ａxs，Ａys）は
最大で10(m/s²)程度で、補正時に用いる回転角速度（ω
xs，ωys）の２乗及び回転角加速度（dωxs／dt，dωys
／dt）は大きくても2.5(/s²)程度である。このとき、加
速度の補正量は座標(m)×2.5(/s²)程度が最大になる
が、実際には加速度センサ２ａ，２ｂの分解能(m/s²)程
度の精度で算出すれば良い。したがって、加速度センサ
２ａ，２ｂをペン軸７からの距離が加速度センサ２ａ，
２ｂの分解能（m/s²）をほぼ2.5（/s²）で割った長さの
範囲内である位置に設けることにより、補正量の最大が
加速度センサ２ａ，２ｂの分解能以下になるので、Ｘs
軸方向及びＹs軸方向に関しては補正しなくとも良くな
る。

【００７３】このように、加速度補正部４２２では、加
速度センサ２ａ，２ｂの取付位置のＸs軸方向及びＹs軸
方向の取付位置に関する補正項を無視できるので、ペン
先部８から加速度センサ２ａ，２ｂまでのＺs軸方向の
距離をＬ₁とすると、加速度センサ２ａの取付位置座標
（Ｘas，Ｙas，Ｚas）は（０、０、−Ｌ₁）と近似でき
る。同様に、加速度センサ２ｂの取付位置座標（Ｘbs，
Ｙbs，Ｚbs）は（０、０、−Ｌ₁）と近似できる。これ
により、数５で表わした式は次式のように簡単な式にな
る。

【００７４】

【数１４】

【００７５】これにより、演算処理を少なくし、処理速
度を高速にすることができる。さらに、各加速度センサ
２ａ，２ｂをＺs軸上に設置すれば、加速度センサ２
ａ，２ｂの分解能に関係なく、加速度センサ２ａ，２ｂ
の取付位置に対するＸs軸方向及びＹs軸方向の加速度の
補正をしなくとも良くなる。

【００７６】実際に分解能が0.02（m/s²）の加速度セン
サをペン軸から8（mm）（20mm/2.5=8mm）離れた位置に
設け、上記近似式を用いた場合と近似式を用いない場合
とで補正後の加速度を比較したが、ほぼ等しかった。

【００７７】さらに、図７に示すようにペン型入力装置
１が２個の加速度センサ２ａ，２ｂと３個のジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃを備えるようにしても良い。３個のジャ
イロ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれＸs軸回り，Ｙs軸回り
及びＺs軸回りの回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を示
す信号を出力する。この場合は、ペン型入力装置１が２
個の加速度センサ２ａ，２ｂと２個のジャイロ３ａ，３
ｂを備える場合と同様に、加速度補正部４２２は以下の
式を用いて加速度センサ２ａ，２ｂを用いて検出した加
速度（Ａxs，Ａys）をペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）に
おけるペン先部８での加速度（Ａxs_補正，Ａys_補正）に
変換する。

【００７８】

【数１５】

【００７９】この場合における移動演算処理部４３の演
算処理はペン型入力装置１が２個の加速度センサ２ａ，
２ｂと２個のジャイロ３ａ，３ｂを備える場合と同様で
ある。このペン型入力装置１では、３個のジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃを用いて回転の３自由度を全て検出して
いるので、２個のジャイロ３ａ，３ｂを用いた場合に比
べ、ペン軸７の傾け方の制約がなくなり、使いやすくな
る。

【００８０】また、図８に示すようにペン型入力装置１
が３個の加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃと３個のジャイ
ロ３ａ，３ｂ，３ｃを備えるようにしても良い。

【００８１】加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ
Ｘs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向に向けて設けら
れ、それぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs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のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）での取付座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚas），
（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）とする
と、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加
速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）とペン先部８における加速度
（Ａxs_補正，Ａys_補正，Ａzs_補正）との間には次式が成
り立ち、加速度補正部４２２はこの式を計算して、ペン
先部８における加速度（Ａxs_補正，Ａys_補正，Ａz
s_補正）を算出する。

【００８２】

【数１６】

【００８３】ペン型入力装置１が３個の加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃと３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを備
える場合においても、φzoをゼロとし、Ｚs軸回りの回
転をリセットすると、Ｘg軸はＸs軸方向の加速度センサ
２ａの傾斜方向にとられる。このとき加速度（Ａxs，Ａ
ys，Ａzs）と回転角ベクトルの初期値vectorφo=(φx
o，φyo，φzo)との間には、次式が成り立つ。

【００８４】

【数１７】

【００８５】ここで、二つの未知数φxo，φyo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る。この式
を用いれば重力加速度ｇの値を定義しなくとも、φxo，
φyoの絶対値を算出することができる。さらに、重力加
速度ｇの値を算出し、算出した値をモニタすることによ
り、演算結果の良否を行ない、演算結果が大きく変化し
た場合には異常値発生した旨の警告を出力しても良い。
このように、重力加速度ｇを未知数とすると、以下の式
が成り立ち、傾斜角初期値演算部４３２はこの式を演算
して傾斜角の初期値（φxo，φyo，０）を求める。

【００８６】

【数１８】

【００８７】また、座標変換演算部４３４は、既に説明
したようにして座標変換行列を求め、その座標変換行列
を用いて次式を計算して重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
におけるペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）
を求める。

【００８８】

【数１９】

【００８９】なお、上記実施例ではペン軸７の傾きを回
転角ベクトルvectorφ_nを用いたストラップダウン方式
の演算を用いて演算しているが、ペン軸７の傾きをオイ
ラー角（φ，θ，Ψ）で表わして演算しても良い。

【００９０】ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）から重力座
標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）への座標変換行列invＥ（θ，
φ，Ψ）は次式で表すことができる。ここで、invＥ
（θ，φ，Ψ）は行列Ｅ（θ，φ，Ψ）の逆行列とす
る。

【００９１】

【数２０】

【００９２】重力加速度をｇとすると、傾斜角の初期値
（θo，φo，Ψo）は以下の式で求めることができる。

【００９３】

【数２１】

【００９４】オイラー角を用いた場合、傾斜角初期値演
算部４３２は上記式を用いて傾斜角の初期値（θo，φ
o，Ψo）を求める。

【００９５】ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸の回
転角速度（ωxs，ωys，ωzs）と傾斜角速度（ｄθ／ｄ
ｔ，ｄφ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）の関係は、以下の式で示
される。

【００９６】

【数２２】

【００９７】傾斜角の初期値（θo，φo，Ψo）を考慮
して傾斜角速度（ｄθ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ，ｄΨ／ｄ
ｔ）を積分することで、傾斜角（θ，φ，Ψ）が求ま
る。傾斜角（θ，φ，Ψ）が求まると、さらに、前記式
を基に座標変換行列invＥ（θ，φ，Ψ）が求まる。

【００９８】ペン座標系（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，２
ｂ，２ｃの取付座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚas），
（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）とする
と、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃから得られる加速
度（Ａxs，Ａys，Ａzs）から重力座標系(Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）のペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を求
める式は、次式のようになり、座標変換演算部４３４で
この式を基に座標変換を行なう。

【００９９】

【数２３】

【０１００】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。

【０１０１】重力加速度除去部４３５は、さらに、上記
式から重力加速度成分を除去する。移動量演算部４３５
は重力加速度成分を除去した後の重力座標系（Ｘg，Ｙ
g，Ｚg）でのペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzo
g）を２回積分して、ペン先部８の軌跡（Ｘog，Ｙog，
Ｚog）を求める。このようにオイラー角を用いても正確
にペン先部８の移動量及び移動距離を算出することがで
きる。

【０１０２】さらに、既に説明したと同様にＸs軸方向
の加速度センサ２ａをＸs＝０となる位置（０，Ｙas，
Ｚas）、Ｙs方向の加速度センサ２ｂをＹs＝０となる位
置（Ｘbs，０，Ｚbs）、Ｚs方向の加速度センサ２ｃを
Ｚs軸上の位置（０、０、Ｚcs)に設けても良い。この場
合も既に説明したように各加速度センサ２ａ，２ｂ，２
ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）をペン
先部８における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での加速
度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）に変換する式が簡単にな
り、処理速度を速めることができる。

【０１０３】また、同様に加速度センサ２ａ，２ｂ，２
ｃの分解能（m/s²）をほぼ2.5（/s²）で割った長さを半
径とするＺs軸を中心軸とした円柱範囲内に加速度セン
サ２ａ，２ｂ，２ｃを設けた場合は、各加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃのペン先部８からのＺs軸方向の距離を
それぞれＬ₁，Ｌ₁，Ｌ₂とすると、各加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃの座標はほぼ（Ｘas，Ｙas，Ｚas）＝
（０，０，−Ｌ₁）、（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs）＝（０，
０，−Ｌ₁）、（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）＝（０，０，−
Ｌ₂）となる。これにより、加速度補正の演算量をさら
に減らし、処理速度をさらに速めることができる。

【０１０４】また、上記実施例においては、ストラップ
ダウン方式の演算又はオイラー角（φ，θ，Ψ）を用い
る演算によって、ペン先部８の移動方向及び移動距離を
求めているが、ニューラルネットワーク演算等を用い
て、ペン先部８における加速度（Ａxs_補正，Ａys_補正，
Ａzs_補正）の変化の特徴からペン先部８の描いたパター
ンを検出するようにしても良い。

【０１０５】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、加速度
センサの取付位置とジャイロを用いて検出した回転角速
度とを基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度
成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を加
速度センサが検出した加速度から除去してペン先部にお
ける加速度を求め、ペン先部の加速度を基にペン先部の
移動量を検出するので、ペン先部を中心とした傾斜運動
により生じる加速度成分を除去でき、ペン先部の移動量
を正確に検出することができる。

【０１０６】また、演算量が少ないので、移動量の演算
処理を高速化することができる。

【０１０７】さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度
とＹs軸周りの回転角速度を検出するので、ペン先部の
１次元の軌跡を正確に検出することができる。

【０１０８】さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度
とＹs軸方向の加速度とＸs軸周りの回転角速度とＹs軸
周りの回転角速度を検出するので、ペン先部の２次元の
軌跡を正確に検出することができる。

【０１０９】さらに、ペン座標系のＸs軸方向の加速度
とＹs軸方向の加速度とＸs軸周りの回転角速度とＹs軸
周りの回転角速度とＺs軸周りの回転角速度を検出して
回転の３自由度を全て検出するので、ペン軸の傾け方の
制約がなくなり使い勝手が良くなる。

【０１１０】さらに、ペン座標系の各軸方向の加速度と
各軸回りの回転角速度を検出するので、ペン先部の２次
元の軌跡を正確に検出することができる。

【０１１１】さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を
出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設けたの
で、Ｙs軸方向の補正を行なう必要がなくなり、演算処
理を簡単にできるので、処理を高速にすることができ
る。

【０１１２】さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を
出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs
方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs
＝０となる位置に設けたので、Ｘs軸方向及びＹs軸方向
の補正を行なう必要がなくなり、さらに処理を高速化す
ることができる。

【０１１３】さらに、Ｘs軸方向の加速度を示す信号を
出力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs
方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs
＝０となる位置に設け、Ｚs方向の加速度を示す信号を
出力する加速度センサをＺs軸上に設けたので、さらに
処理を高速化することができる。

【０１１４】また、ペン軸からの距離が加速度センサの
分解能（m/s²）をほぼ2.5（/s²）で割った長さの範囲内
である位置に加速度センサを設けたので、補正演算処理
を簡単にできる。

【０１１５】さらに、筆記開始の際に加速度センサを用
いて検出したペン座標系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算出し、算出したペン軸
の傾斜角の初期値とジャイロを用いて検出した回転角速
度から測定時点におけるペン軸の傾斜角を求め、ジャイ
ロを用いて検出した回転角速度及び加速度センサの取付
位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による加速度
成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成分を基
に加速度センサを用いて検出したペン座標系の加速度を
補正してペン先におけるペン座標系での加速度を求め、
ペン先におけるペン座標系での加速度を重力座標系によ
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、オイラー角を用い
た演算により、正確にペン先部の移動量及び移動距離を
検出することができる。

【０１１６】また、筆記開始の際に加速度センサを用い
て検出したペン座標系の加速度を基に回転角ベクトルの
初期値を算出し、算出した回転角ベクトルの初期値とジ
ャイロを用いて検出した回転角速度を基に今回サンプリ
ングの際の回転角ベクトルを演算し、ジャイロを用いて
検出した回転角速度及び加速度センサの取付位置を基に
ペン先部を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出
し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に加速度セ
ンサを用いて検出したペン座標系の加速度を補正してペ
ン先におけるペン座標系での加速度を求め、ペン先にお
けるペン座標系での加速度を重力座標系による加速度に
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、ストラップダウン方式を用い
た演算を行ない正確にペン先部の移動量及び移動距離を
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ペン型入力装置の斜視図である。

【図２】移動演算処理部の構成図である。

【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】２個の加速度センサと２個のジャイロを有する
場合の構成図である。

【図５】検出方向の直交方向の座標を０として加速度セ
ンサを設けた配置図である。

【図６】検出方向の座標を０として加速度センサを設け
た配置図である。

【図７】２個の加速度センサと３個のジャイロを有する
場合の構成図である。

【図８】３個の加速度センサと３個のジャイロを有する
場合の構成図である。

【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４１入力処理部４２傾斜加速度補正部４２１角加速度演算部４２２加速度補正部４３移動演算処理部４３１静止判別部４３２傾斜角初期値演算部４３３傾斜角演算部４３４座標変換演算部４３５重力加速度除去部４３６移動量演算部７ペン軸８ペン先部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１個の加速度センサと少なく
とも１個のジャイロを有し、加速度センサの取付位置と
ジャイロを用いて検出した回転角速度とを基にペン先部
を中心とした傾斜運動による加速度成分を算出し、算出
した傾斜運動による加速度成分を基に加速度センサが検
出した加速度を補正してペン先部における加速度を求
め、ペン先部の加速度を基にペン先部の移動量を検出す
ることを特徴とするペン型入力装置。
【請求項２】１個の加速度センサと１個のジャイロを
有し、加速度センサはペン軸をＺs軸としたペン座標系
（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す信号を出
力し、ジャイロはＹs軸周りの回転角速度を示す信号を
出力する請求項１記載のペン型入力装置。
【請求項３】２個の加速度センサと２個のジャイロを
有し、加速度センサはそれぞれペン軸をＺs軸としたペ
ン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す
信号及びＹs軸方向の加速度を示す信号を出力し、ジャ
イロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示す信号及び
Ｙs軸周りの回転角速度を示す信号を出力する請求項１
記載のペン型入力装置。
【請求項４】２個の加速度センサと３個のジャイロを
有し、加速度センサはそれぞれペン軸をＺs軸としたペ
ン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す
信号及びＹs軸方向の加速度を示す信号を出力し、ジャ
イロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示す信号、Ｙs
軸周りの回転角速度を示す信号及びＺs軸周りの回転角
速度を示す信号を出力する請求項１記載のペン型入力装
置。
【請求項５】３個の加速度センサと３個のジャイロを
有し、加速度センサはそれぞれペン座標系（Ｘs，Ｙs，
Ｚs）のＸs軸方向の加速度を示す信号、Ｙs軸方向の加
速度を示す信号及びＺs軸方向の加速度を示す信号を出
力し、ジャイロはそれぞれＸs軸周りの回転角速度を示
す信号、Ｙs軸周りの回転角速度を示す信号及びＺs軸周
りの回転角速度を示す信号を出力する請求項１記載のペ
ン型入力装置。
【請求項６】上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出
力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設けた請求
項２乃至５のいずれかに記載のペン型入力装置。
【請求項７】上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出
力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方
向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝
０となる位置に設けた請求項３乃至５のいずれかに記載
のペン型入力装置。
【請求項８】上記Ｘs軸方向の加速度を示す信号を出
力する加速度センサをＹs＝０となる位置に設け、Ｙs方
向の加速度を示す信号を出力する加速度センサをＸs＝
０となる位置に設け、Ｚs方向の加速度を示す信号を出
力する加速度センサをＺs軸上に設けた請求項５記載の
ペン型入力装置。
【請求項９】ペン軸からの距離が加速度センサの分解
能（m/s²）をほぼ2.5（/s²）で割った長さの範囲内であ
る位置に加速度センサを設けた請求項１乃至８のいずれ
かに記載のペン型入力装置。
【請求項１０】筆記開始の際に加速度センサを用いて
検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に
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）におけるペン軸の傾斜角の初期値を
算出し、算出したペン軸の傾斜角の初期値とジャイロを
用いて検出した回転角速度から測定時点におけるペン軸
の傾斜角を求め、ジャイロを用いて検出した回転角速度
及び加速度センサの取付位置を基にペン先部を中心とし
た傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運
動による加速度成分を基に加速度センサを用いて検出し
たペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペ
ン先におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度
を求め、ペン先におけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）
での加速度を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速
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請求項１乃至９のいずれかに記
載のペン型入力装置。
【請求項１１】筆記開始の際に加速度センサを用いて
検出したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に
回転角ベクトルの初期値を算出し、算出した回転角ベク
トルの初期値とジャイロを用いて検出した回転角速度を
基に今回サンプリングの際の回転角ベクトルを演算し、
ジャイロを用いて検出した回転角速度及び加速度センサ
の取付位置を基にペン先部を中心とした傾斜運動による
加速度成分を算出し、算出した傾斜運動による加速度成
分を基に加速度センサを用いて検出したペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先におけるペン
座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度を求め、ペン先に
おけるペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度を重力
座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度に変換し、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
出する請求項１乃至９のいずれかに記載のペン型入力装
置。