JPH07110738A - 手書き入力ペン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 手書き入力ペンに設けられた加速度センサの
軸と、筆跡情報の出力座標系との相違による検出座標の
精度低下を防止する。 【構成】 ２個の加速度センサ２ａ、２ｂを入力ペンの
軸に垂直で互いに直交させて設け、これらセンサからの
加速度信号を２回積分して、出力座標系におけるＸ軸方
向及びＹ軸方向の筆跡情報を得る装置を前提とする。補
正値取込みモードにおいて、座標算出装置（１８）は、
Ｘ軸又はＹ軸方向への直線筆記時における加速度信号に
基づいて、各センサの軸と出力座標系の座標軸との角度
ずれに係る補正値を求めて格納する。軌跡情報入力モー
ドにおいて、座標算出装置（１８〜２０）は、各センサ
からの加速度信号を、格納補正値に基づいて、各センサ
の軸が出力座標系の座標軸に一致しているときの加速度
信号に変換する。変換後の加速度信号が２回積分等の処
理に供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、文字及び図形パターン
情報を手書き入力ペンで入力する手書きペン入力装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置として、手書き入力
ペンのペン軸に垂直で、かつ互いに直交するＸ−Ｙ軸方
向に配設した２つの加速度センサでペンの筆記動作のＸ
軸、Ｙ軸方向の加速度を計測し、該加速度信号を２回積
分してペンのＸ−Ｙ軸方向の移動距離を求める方法で手
書き入力時のペンの筆跡を求めて文字及び図形情報を入
力するものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の装置では、筆記者が無作為にペンを握って筆記する
場合、出力座標系（や筆記板）のＸ−Ｙ軸とペンに内設
された加速度センサのＸ−Ｙ軸、あるいは、筆記方向と
加速度センサのＸ−Ｙ軸と一致することは非常に希であ
り、加速度センサから得られた加速度信号を２回積分し
てもペンの真の筆記距離と一致しないと言う欠点があっ
た。

【０００４】また、筆記者が筆記板に対して入力ペンを
垂直に立てて筆記することは希であり、筆記者の個人差
による任意な角度だけ傾斜させて筆記するのが一般的で
あり、上記構成の装置では、ペンの長手方向の軸に直角
な平面上の直交軸方向に内設された加速度センサからの
加速度信号は真の加速度を表していない。従って、加速
度センサから得られた加速度信号を２回積分してもペン
の真の筆記距離と一致しないという欠点があった。

【０００５】本発明は、以上の点を考慮してなされたも
のであり、手書き入力ペンに設けられた加速度センサの
軸と、筆跡情報の出力座標系との相違による検出座標の
精度低下を防止できる手書き入力ペン装置を提供しよう
としたものである。

【０００６】また、本発明は、手書き入力ペンが筆記面
に対して傾斜していても正確な筆跡情報を得ることがで
きる手書き入力ペン装置を提供しようとしたものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、入
力ペンの軸方向に垂直で、かつ互いに直交するように第
１及び第２の加速度センサを設け、座標算出装置が、こ
れら加速度センサからの加速度信号を２回積分して、出
力座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得
る手書き入力ペン装置において、各方向の軌跡情報を得
るモードに加えて、補正値取込みモードを設け、補正値
取込みモードにおいて、座標算出装置は、Ｘ軸又はＹ軸
方向への直線筆記時における各加速度センサからの加速
度信号に基づいて、各加速度センサの軸と、出力座標系
の座標軸との角度ずれに係る補正値を求めて格納し、各
方向の軌跡情報を得るモードにおいて、座標算出装置
は、各加速度センサからの加速度信号を、格納されてい
る補正値に基づいて、各加速度センサの軸と出力座標系
の座標軸とが一致しているときの加速度信号に変換し、
変換した加速度信号を２回積分して出力座標系における
Ｘ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得ることを特徴とす
る。

【０００８】請求項２の本発明は、入力ペンの軸方向に
垂直で、かつ互いに直交するように第１及び第２の加速
度センサを設け、座標算出装置が、これら加速度センサ
からの加速度信号を２回積分して、出力座標系における
Ｘ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得る手書き入力ペン
装置において、入力ペンの軸方向に平行な第３の加速度
センサを設けると共に、動作モードとしても、各方向の
軌跡情報を得るモードに加えて、補正値取込みモードを
設け、補正値取込みモードにおいて、座標算出装置は、
Ｘ軸又はＹ軸方向への直線筆記時における３個の加速度
センサからの加速度信号に基づいて、第１及び第２の加
速度センサの軸と、出力座標系の座標軸との角度ずれに
係る補正値を求めて格納し、各方向の軌跡情報を得るモ
ードにおいて、座標算出装置は、第１及び第２の加速度
センサからの加速度信号を、格納されている補正値に基
づいて、これら加速度センサの軸と出力座標系の座標軸
とが一致しているときの加速度信号に変換し、変換して
得た加速度信号を２回積分して出力座標系におけるＸ軸
方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得ることを特徴とする。

【０００９】請求項３の本発明は、入力ペンの軸方向に
垂直で、かつ互いに直交するように第１及び第２の加速
度センサを設け、座標算出装置が、これら加速度センサ
からの加速度信号を２回積分して、出力座標系における
Ｘ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得る手書き入力ペン
装置において、入力ペンの軸方向に平行な第３の加速度
センサを設けると共に、動作モードとしても、各方向の
軌跡情報を得るモードに加えて、補正値取込みモードを
設け、補正値取込みモードにおいて、座標算出装置は、
Ｘ軸又はＹ軸方向への直線筆記時における３個の加速度
センサからの加速度信号に基づいて、第１及び第２の加
速度センサの軸と、出力座標系の座標軸との角度ずれに
係る補正値を求めて格納し、各方向の軌跡情報を得るモ
ードにおいて、座標算出装置は、第３の加速度センサか
らの加速度信号に基づいて、縦方向筆記に伴う入力ペン
の傾斜角変化を求め、この求めた傾斜角変化と、補正値
取込みモードで格納された補正値とから、第１及び第２
の加速度センサからの加速度信号を、これら加速度セン
サの軸と出力座標系の座標軸とが一致しているときの加
速度信号に変換し、変換して得た加速度信号を２回積分
して出力座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情
報を得ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１〜３の本発明はいずれも、入力ペンの
軸方向に垂直で、かつ互いに直交するように第１及び第
２の加速度センサを設け、座標算出装置が、これら加速
度センサからの加速度信号を２回積分して、出力座標系
におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得る手書き
入力ペン装置を前提とする。

【００１１】このような手書き入力ペン装置における手
書き入力ペンを、筆記者がどのように握るかは定かでは
なく、各加速度センサの軸と出力座標系との座標軸とが
一致しないことが多く、各加速度センサからの加速度信
号から筆跡情報を得ても不正確なことが多い。

【００１２】請求項１〜３の本発明はいずれも、この点
を考慮し、握り方による不正確さを、加速度信号を補正
することで除去しようとしたものである。かかる補正を
行なう値は、補正値取込みモードにおいて、出力座標系
のＸ軸又はＹ軸方向へ直線筆記を実行させ、そのときの
加速度信号から得るようにした。

【００１３】請求項１の本発明は、補正値取込みモード
において、設置されている２個の加速度センサからの加
速度信号に基づいて、各加速度センサの軸と、出力座標
系の座標軸との角度ずれを求めてその情報を補正値とし
て格納する。そして、通常の各方向の軌跡情報を得るモ
ードにおいて、各加速度センサからの加速度信号を、格
納されている補正値に基づいて、各加速度センサの軸と
出力座標系の座標軸とが一致しているときの加速度信号
に変換し、変換後の加速度信号を２回積分して出力座標
系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得る。

【００１４】請求項２の本発明においては、入力ペンの
軸方向に平行な第３の加速度センサを設け、補正値取込
みモードにおいて、３個の加速度センサからの加速度信
号に基づいて、第１及び第２の加速度センサの軸と、出
力座標系の座標軸との角度ずれに係る補正値を求めて格
納する。すなわち、入力ペンの筆記面に対する傾斜も考
慮した補正値を格納する。そして、通常の各方向の軌跡
情報を得るモードにおいて、第１及び第２の加速度セン
サからの加速度信号を、格納されている補正値に基づい
て、傾斜も考慮して、これら加速度センサの軸と出力座
標系の座標軸とが一致しているときの加速度信号に変換
し、変換後の加速度信号を２回積分して出力座標系にお
けるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得る。

【００１５】請求項３の本発明は、請求項２の本発明と
ほぼ同様であるが、通常の各方向の軌跡情報を得るモー
ドにおいても、縦方向の筆記では、入力ペンの傾斜が変
化することがあることを考慮し、第３の加速度センサか
らの加速度信号に基づいて、縦方向筆記に伴う入力ペン
の傾斜角変化を求め、この求めた傾斜角変化と、補正値
取込みモードで格納された補正値とから、第１及び第２
の加速度センサからの加速度信号を、これら加速度セン
サの軸と出力座標系の座標軸とが一致しているときの加
速度信号に変換し、変換後の加速度信号を２回積分して
出力座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を
得ることとしたものである。

【００１６】

【実施例】

（Ａ）第１実施例 以下、本発明による手書き入力ペン装置の第１実施例を
図面を参照しながら詳述する。

【００１７】この実施例の手書き入力ペン装置は、手書
き入力ペンと、座標算出装置（例えばコンピュータ）と
からなる。まず、手書き入力ペンについて、図２に基づ
いて説明する。図２は手書き入力ペンを、そのケースの
一部を破断して示す斜視図である。

【００１８】図２において、各種構成要素を収容するケ
ース１１は、上部が閉蓋されているおおむね円筒形状で
なり、下部は徐々に縮径されていると共に最下部は開口
されている。

【００１９】楕円体を２分した形状又は放物面体形状を
有するペン先部材１は、ケース１１の開口部より一部が
外部に突出しており、筆記時に筆記面（例えばディスプ
レイ面）９を摩擦移動するものである。このペン先部材
１は、ケース１１内部の縮径部に固定されている、下方
に縮径している円環状の下部ダンパ１２ａを貫通してこ
のダンパ１２ａに取り付けられている。

【００２０】ペン先部材１の上面には支持棒１４の一端
が取り付けられている（なくても良い）。この支持棒１
４は、ケース１１内部の適宜の位置に固定されている円
環状の上部ダンパ１２ｂを貫通してこのダンパ１２ｂに
取り付けられており、しかも、その上端縁は、上部ダン
パ１２ｂの上面に設けられているセンサ固定板１３の下
面に取り付けられている。

【００２１】このセンサ固定板１３の上面には、２個の
加速度センサ２ａ及び２ｂが、その検出方向が直交する
ように、しかも当該ペンの軸線に垂直なように取り付け
られており、これら２個の加速度センサ２ａ及び２ｂに
よる検出信号（加速度信号）は、ケーブル３を介して外
部の座標算出装置に与えることができるようになされて
いる。

【００２２】ここで、センサ固定板１３は、手書き入力
ペン装置を軽量にするためにプラスチック等の軽量な弾
性体材料からなる。支持棒１４は軽量化のためにアルミ
ニューム等の軽金属が好ましいが、ピアノ線等の細い鋼
線材であっても良い。

【００２３】下部ダンパ１２ａ及び上部ダンパ１２ｂ
は、例えば、粘弾性材料（パテ等）、発泡スチロール、
バフ材、樹脂綿等弾性係数が非常に小さい材料からな
る。これらダンパ１２ａ、１２ｂは、ペン先部材１及び
加速度センサ２ａ、２ｂをケース１１から力学的に半絶
縁し、ケース１１が受けた衝撃力を緩和して加速度セン
サ２ａ、２ｂを衝撃力から保護するためのものである。
また、ペン先部材１の振動をケース１１に伝達しないよ
うになっており、ケース１１を手で触れても振動は減衰
されないようになっている。

【００２４】なお、図２では、２個のダンパ１２ａ、１
２ｂを設けたものを示したが、ケース１１の内側の全体
又は固定板１３より下部に発泡スチロールあるいは粘弾
性材料等の軽量の材料を充填させてダンパとしても良
く、このようにしても手書き入力ペン装置は軽量化が可
能である。

【００２５】この第１実施例においては、ケース１１の
外周にはボタンスイッチ１０が設けられており、内部ケ
ーブルの図示は省略しているが、ケーブル３を介してこ
のオンオフ情報も外部の座標算出装置に与えることがで
きるようになされている。この情報の利用方法について
は、後述する。

【００２６】次に、加速度センサ２ａ、２ｂの機能や詳
細構成について、図面を用いて説明する。

【００２７】各加速度センサ２ａ、２ｂはペン先部材１
の移動に追従して加速度を計測する。例えば、加速度セ
ンサ２ａでＸ軸方向の加速度を計測し、加速度センサ２
ｂでＹ軸方向の加速度を計測するようになっている。加
速度センサ２ａ及び２ｂによって計測された加速度信号
はケーブル３を介して外部の座標算出装置（例えばコン
ピュータ；図１参照）に伝送される。周知のように、加
速度を２回時間積分すると距離に変換でき、各方向の距
離から新たな座標を求めることができ、外部の座標算出
装置はかかる処理を行なう。すなわち、外部の座標算出
装置において２回積分してペン先部材１のＸ軸、Ｙ軸方
向の移動距離を算出し、ペン先部材１の２次元的運動の
軌跡をＸ−Ｙ座標として得る。

【００２８】得られた筆跡情報（一連の座標データ）
は、文字認識等に供する場合であっても、ディスプレイ
面に表示されることが多い。筆記板９がディスプレイ面
と異なる場合であっても、ディスプレイ面の基準点と筆
記板９の基準点Ｐとを対応させておくとＸ−Ｙ座標変換
は容易にでき、ディスプレイ面に的確に表示できる。

【００２９】この第１実施例においては、加速度センサ
２ａ、２ｂの種類は問われず、一般的に使用されている
ものを適用できる。例えば、図３に示すようなものを適
用できる。

【００３０】図３において、周囲又は対向する２個の端
部が固定板５により固定された、板状の圧電素子部材６
は、その中央部に質量体７が固着されており、検出方向
の両面にはそれぞれ電極８ａ及び８ｂが取り付けられえ
ている。当該入力ペンの筆記動作に応じて質量体７が外
力を受けてＡ方向又はＢ方向に運動すると、圧電素子部
材６に歪みが生じ、電極８ａと電極８ｂとの間に歪み量
（従って加速度）に対応した大きさの電位差が生じる。
運動方向がＡ方向又はＢ方向によって電極８ａが高電位
になったり電極８ｂが高電位になったりして、予め正負
方向を決めておくと、加速度方向も明らかになる。な
お、圧電素子部材６を片持梁にし、先端に質量を設けた
構造の加速度センサ等も適用できる。筆記動作時の加速
度は非常に小さいため、質量体７が受ける力も小さい。
従って、圧電素子部材６は、小さな力でも歪みが生じて
計測に十分な電位差を得ることができるように薄板に加
工されていることが好ましい。

【００３１】一般に、圧電素子部材６はセラミック材料
からなり、この材料は脆い材料であるため衝撃力等の大
きな力やせん断応力を受けると破損する。ところで、物
の落下時に生じる衝撃力は１００ｇ（ｇは重力加速度）
以上と言われており、このような大きな衝撃力を受ける
と圧電素子部材６は破損する可能性が大きい。また、シ
リコン単結晶のピエゾ効果を利用した加速度センサも衝
撃力を受けると破損し易い。従って、筆記者の不注意で
当該入力ペンが落下したとしても、その衝撃力を緩和
し、保護することが必須となり、そこで、上述のよう
に、ダンパ１２ａ、１２ｂを設けている。

【００３２】次に、座標算出装置（例えばコンピュータ
を中心として構成されている）について、構成及び処理
を、図１に基づいて説明する。図１は、座標算出装置の
詳細構成を示すブロック図である。なお、ここでは、筆
記板９として、ディスプレイ面（以下、ディスプレイ面
９と呼ぶ）を用いて入力ペンで筆記する場合として説明
する。

【００３３】図１において、座標算出装置内の図示しな
いクロック発振器からサンプリング信号が加速度センサ
２ａ、２ｂに与えられ、このとき、加速度センサ２ａ、
２ｂは加速度を計測し、座標算出装置へ加速度信号を返
送する。

【００３４】人間が文字又は図形を筆記する場合、筆記
速度は速くとも１０ｍ／ｓであり、また筆記動作中の加
速度の変化周波数は一般的に１０〜１０００Ｈｚと言わ
れている。しかしながら、加速度センサ２ａ、２ｂから
の加速度信号には高調波ノイズがのり易い。そこで、各
加速度センサ２ａ、２ｂに対応したフィルタ回路１５
ａ、１５ｂは、加速度信号をフィルタリングして１００
０Ｈｚ以上の高調波ノイズを除去する。ノイズが除去さ
れた各方向の加速度信号は、方向別の増幅器１６ａ、１
６ｂによって増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ、１
７ｂによってデジタル信号に変換されて補正回路１８に
入力される。

【００３５】補正回路１８は、後に詳述するように、入
力された方向別の加速度信号を補正変換し、補正変換し
た方向別の加速度信号を２回積分回路１９ａ、１９ｂに
出力する．２回積分回路１９ａ、１９ｂは、各方向のデ
ジタル加速度信号をそれぞれ２回時間積分して距離に変
換し、座標変換回路２０は、前回サンプリング時点の座
標と得られた距離から今回のサンプリング時点における
Ｘ−Ｙ座標を得る。このような筆跡を構成する座標列
は、ディスプレイ２１に与えられてディスプレイ面９に
表示されたり、文字認識装置２２に与えられて文字認識
に供されたりする。

【００３６】ここで、積分時間はサンプリング信号を受
けてから次のサンプリング信号を受けるまでとする。従
って、サンプリング周波数を高くすると筆記距離の検出
精度が向上する。加速度センサ２ａ、２ｂからの信号が
ディスプレイ面９のＸ軸及びＹ軸方向の加速度である
と、それぞれの２回積分値がＸ軸及びＹ軸方向の筆記距
離となるから両信号をＸ−Ｙ座標としてディスプレイ面
９にプロットすると筆記された文字や図形が表示され
る。

【００３７】なお、ペン先部材１がディスプレイ面（筆
記板）９と接触しているか否かは、すなわち、文字や図
形を構成する部分の移動か文字や図形を構成しない部分
での移動（空中移動）かは、例えば、文字や図形を構成
する部分の移動では常時ボタンスイッチ１０を押圧する
こととして区別するようにしても良く、また、ペン先部
材１がディスプレイ面９と接触しているときの振動成分
を加速度信号から抽出して区別するようにしても良く、
これにより、文字や図形を構成する部分だけを表示でき
る。

【００３８】ところで、筆記者が無作為に入力ペンを握
ると、ディスプレイ面（出力座標系）９のＸ−Ｙ軸と、
入力ペンに内設された加速度センサ２ａ、２ｂの軸とが
一致しないことが多い。この場合には、加速度センサ２
ａ、２ｂからの加速度信号は入力ペンの筆記動作の真の
加速度とは異なった値になり、入力ペンによって筆記さ
れた文字や図形は正確に表示できない。

【００３９】そこで、入力ペンに座標系を示す目印を設
けてディスプレイ面９の座標系と一致するように握るこ
とを筆記者に求めることが考えられる。しかし、このよ
うにしても両座標系を完全に一致させることは困難であ
る。また、筆記者が複数の文字や図形を筆記中に入力ペ
ンを無作為に回転させＸ−Ｙ軸のずれが生じることもあ
る。

【００４０】この第１実施例では、そこで、加速度セン
サ２ａ、２ｂからの加速度信号を補正するための補正回
路１８を設けており、両座標系の不一致時にも正確な座
標を得ることができるようにしている。この補正回路１
８の処理は、例えばソフトウェア的に実行される。

【００４１】この補正回路１８の処理は、筆跡情報入力
時に行なわれる処理と、それ以前に予め行なわれる補正
用値の取込み処理とがある。

【００４２】まず、補正用値の取込み処理を、図４のフ
ローチャートを参照しながら詳述する。

【００４３】例えば、ディスプレイ面９の右上角の点Ｐ
にトリガ信号を取り出せる電極を設けておき、この点Ｐ
を基準点とする。補正回路１８は、基準点Ｐ電極から押
圧信号が与えられたとき、補正用値の取込み処理が指示
されたものと判断し、図４の処理を開始する。筆記者に
は、補正用値の取込み処理を実行させるときには、基準
点Ｐを押圧し、ディスプレイ面９のＸ軸方向に筆記する
ことを予め指示しておく。

【００４４】補正回路１８は、図４に示す処理を開始す
ると、各加速度センサ２ａ、２ｂの検出に係るデジタル
加速度信号を取り込む（ステップ１００）。

【００４５】ここで、ディスプレイ面９のＸ軸（例えば
横方向）と加速度センサ２ａの軸とが一致すると、加速
度センサ２ａのみから出力されて加速度センサ２ｂの出
力は０になる。これに対して、ディスプレイ面９のＸ軸
と加速度センサ２ａの軸とにある角度θのずれがある
と、各加速度センサ２ａ、２ｂからは、下記（１）式及
び（２）式に示す加速度信号が出力される。

【００４６】 αａ（ｘ）＝α（ｘ）×cos θ … （１） αｂ（ｙ）＝α（ｘ）×sin θ … （２） ここで、αａ（ｘ）は加速度センサ２ａの出力、αｂ
（ｙ）は加速度センサ２ｂの出力、α（ｘ）はディスプ
レイ面９のＸ軸方向の真の加速度である。

【００４７】補正回路１８は、入力された加速度信号α
ａ（ｘ）及びαｂ（ｙ）から、（３）式に従って、ディ
スプレイ面９のＸ軸と加速度センサ２ａの軸とがなす角
（両座標系の相違角）θを求める（ステップ１０１）。

【００４８】 θ＝ｔａｎ^-1｛αｂ（ｙ）／αａ（ｘ）｝ … （３） 従って、加速度センサ２ａ、２ｂの軸をθだけ回転させ
るとディスプレイ面９のＸ−Ｙ軸と一致することにな
る。すなわち、加速度センサ２ａ、２ｂの加速度信号の
値を角度θだけ補正すると、ディスプレイ面９（出力座
標系）のＸ軸方向及びＹ軸方向の真の加速度信号とな
る。

【００４９】補正回路１８は、このような回転処理のた
めに必要なcos θ及びsin θを求めて、補正用値として
格納し、一連の処理を終了する（ステップ１０２）。

【００５０】次に、補正回路１８が通常の筆跡情報入力
時に行なう補正処理について説明する。補正回路１８
は、入力された加速度信号αａ（ｘ）及びαｂ（ｙ）
を、補正用値cos θ及びsin θを用いて、ディスプレイ
面９のＸ軸及びＹ軸方向に従う加速度信号に変換した
後、２回時間積分する。

【００５１】通常の筆記入力時における加速度センサ２
ａからの加速度信号αａ（ｘ）及び加速度センサ２ｂか
らの加速度信号αｂ（ｙ）は、ディスプレイ面９のＸ軸
方向の真の加速度α（ｘ）及びディスプレイ面９のＹ軸
方向の真の加速度α（ｙ）を用いて、（４）式及び
（５）式で表される。

【００５２】 αａ（ｘ）＝α（ｘ）cos θ＋α（ｙ）sin θ … （４） αｂ（ｙ）＝α（ｙ）cos θ＋α（ｘ）sin θ … （５） 従って、Ｘ−Ｙ軸方向の真の加速度α（ｘ）、α（ｙ）
は、（４）式及び（５）式を変形して得た（６）式及び
（７）式で表すことができる。

【００５３】 α（ｘ）＝｛αａ（ｘ）cos θ−αｂ（ｙ）sin θ｝ ÷｛cos θ² −sin θ² ｝ … （６） α（ｙ）＝｛αｂ（ｙ）cos θ−αａ（ｘ）sin θ｝ ÷｛cos θ² −sin θ² ｝ … （７） 従って、通常の筆跡情報入力時においては、補正回路１
８は、入力された加速度センサ２ａからの加速度信号α
ａ（ｘ）及び加速度センサ２ｂからの加速度信号αｂ
（ｙ）を、補正用値cos θ及びsin θを用いて、（６）
式及び（７）式に従って、ディスプレイ面９のＸ軸方向
の真の加速度α（ｘ）及びディスプレイ面９のＹ軸方向
の真の加速度α（ｙ）に変換して２回積分回路１９ａ、
１９ｂに与える。従って、その後には、真の加速度α
（ｘ）及びα（ｙ）が２回時間積分されて、ディスプレ
イ面９のＸ−Ｙ座標系に従う真の移動距離に変換され、
さらに真のＸ−Ｙ座標に変換される。

【００５４】上記第１実施例によれば、筆記者が入力ペ
ンを無作為に握っても、出力座標系の座標軸と加速度セ
ンサの軸とのずれを検出して加速度信号を補正するよう
になっているので、筆跡情報を正しく入力することがで
きる。

【００５５】このような補正処理は、上述のように単純
な演算処理であり、リアルタイム性を損なうことはな
い。

【００５６】（Ｂ）第２実施例 次に、本発明による手書き入力ペン装置の第２実施例を
図面を参照しながら詳述する。

【００５７】まず、この第２実施例における手書き入力
ペンについて説明する。ここで、図５がこの第２実施例
における手書き入力ペンの構成を示すものであり、第１
実施例の手書き入力ペンを示した図２との同一、対応部
分には同一符号を付して示している。

【００５８】図５に示すように、第２実施例の手書き入
力ペンは、第１実施例の手書き入力ペンに比較して、入
力ペンの軸線方向（以下、Ｚ軸方向と呼ぶ）の加速度を
測定する加速度センサ２ｃがセンサ固定板３に設けられ
ている点が異なる。第２実施例で新たに追加された加速
度センサ２ｃも、従来から周知の構成のものを適用で
き、加速度センサ２ａ、２ｂと同一のもので良い。

【００５９】なお、図５では、支持棒１４がなく、ま
た、ボタンスイッチ１０もないが、第２実施例において
もこれらは設けられていても良く、この点の相違は、第
２実施例の特徴とは無関係である。

【００６０】この第２実施例においても、基本的には、
加速度センサ２ａ、２ｂからの加速度信号に基づいて、
移動距離を算出して筆跡上の各点での座標を逐次得るも
のである。しかし、筆記者による入力ペンの握り方に応
じた、補正回路が行なう補正処理が第１実施例とは異な
っている。そこで、補正処理を中心に第２実施例での座
標算出処理を説明する。

【００６１】なお、第２実施例についての座標算出装置
の詳細構成の図示は省略するが、第１実施例と同様であ
り、第１実施例と異なる点は、３個の加速度センサ２ａ
〜２ｃからの加速度信号を３系列で補正回路に入力して
いる点、及び、補正回路が実行する補正処理が異なって
いる点である。

【００６２】筆記者が無作為に入力ペンを握る場合、デ
ィスプレイ面のＸ−Ｙ軸と入力ペンに内設された加速度
センサ２ａ、２ｂの軸とが一致することは希である。ま
た、図６に示すように、筆記者は、一般に入力ペンをデ
ィスプレイ面９の法線方向（Ｚ軸方向）に対してある角
度だけ傾斜して筆記する。従って、距離算出に用いられ
る加速度センサ２ａ、２ｂからの加速度信号は、入力ペ
ンの筆記動作の真の加速度と異なった値になり、入力ペ
ンによって筆記された文字や図形を正確に表示できな
い。そこで加速度センサ２ａ、２ｂからの加速度信号を
補正する必要がある。

【００６３】以上のように、第２実施例も、第１実施例
と同様に、筆記者の入力ペンの握り方に伴う誤差を軽減
することを意図したものである。しかし、第２実施例で
は、ディスプレイ面９のＺ軸方向に対する傾斜も考慮し
て誤差軽減を図っている点が第１実施例とは異なってい
る。

【００６４】この第２実施例においても、補正処理は、
補正用値を取込む前処理と、通常の筆跡情報入力時に実
際に補正する処理とに分けられる。

【００６５】まず、補正用値を取込む前処理を説明す
る。この第２実施例においても、前処理においては、筆
記者に、例えばディスプレイ面９の右上角の基準点Ｐを
押圧させると共に、ディスプレイ面９のＸ軸方向（例え
ば横方向）へ入力ペンで筆記させる。

【００６６】ここで最初に、加速度センサ２ａ、２ｂの
検出平面がディスプレイ面（Ｘ−Ｙ平面）９と平行であ
るとして、加速度センサ２ａ、２ｂによる直交座標系を
ディスプレイ面９のＸ−Ｙ座標系に一致させることを考
える。この場合は、第１実施例と同様な考え方を適用で
きる。従って、両座標系を一致させるためには、上記
（３）式で表される角度θだけ回転させれば良いことが
分かる。

【００６７】また、図６に示すように、入力ペンのディ
スプレイ面９のＸ軸に対する傾きをγとし、ディスプレ
イ面９の座標系でのＹ−Ｚ平面に対する入力ペンの傾き
をδとする。

【００６８】上述と同様に考えて、角度γ及び角度δを
近似的に求める。すなわち、加速度センサ２ａ、２ｃの
検出平面がディスプレイ面９の座標系におけるＸ−Ｚ平
面に平行であるとして、両方の座標系を一致させること
を考えると、角度γは下記（８）式で表すことができ、
また、加速度センサ２ｂ、２ｃの検出平面がディスプレ
イ面９の座標系におけるＹ−Ｚ平面に平行であるとし
て、両方の座標系を一致させることを考えると、角度δ
は下記（９）式で表すことができる。

【００６９】 γ＝ｔａｎ^-1｛αａ（ｘ）／αｃ（ｚ）｝ … （８） δ＝ｔａｎ^-1｛αｂ（ｙ）／αｃ（ｚ）｝ … （９） ここで、αｃ（ｚ）は加速度センサ２ｃの加速度信号で
ある。

【００７０】前処理における筆記時には、以上のような
角度θ、γ、δを求めて補正用値として格納する。

【００７１】次に、筆記中の入力ペンの傾き変化につい
て考える。Ｘ軸方向に筆記動作（前処理で行なわれる筆
記動作でもある）では、図６に示す手首の点Ａを中心と
した変動角度Φ（一般的に４０°≧Φ≧０°）の運動で
あるが、ディスプレイ面９のＸ−Ｙ平面におけるＸ軸と
の傾きγの変化はほとんどなく、角度γを一定とみなし
て良い。

【００７２】また、Ｙ軸方向の筆記動作は、人差し指の
第２間接の点Ｂを中心とした円運動であり、Ｙ−Ｚ軸平
面における入力ペンのＹ軸に対する傾き角度も変化す
る。すなわち、Ｙ軸方向の筆記動作中において、円運動
で角度β（一般的に２５°≧β≧１５°）だけ変化する
と、Ｙ−Ｚ軸平面における入力ペンのＹ軸に対する傾き
角度もβだけ変化する。このとき、加速度センサ２ｃに
は円運動に対する（１０）式に示す遠心力ｆが働くこと
になり、この遠心力ｆに対応した加速度信号αｃ（ｚ）
が加速度センサ２ｃから出力される。

【００７３】 ｆ＝ｍ×ｒ×ω² ＝ｍ×αｃ（ｚ） …（１０） ここで、ｍは質量、ωは角速度、ｒは回転中心から加速
度センサ２ｃまでの距離で一定である。

【００７４】従って、Ｙ軸方向への筆記中におけるディ
スプレイ面９の座標系でのＹ軸に対する入力ペンの傾き
角度は（β＋δ）となり、筆記中に角度βを算出して補
正する必要がある。ここで、加速度センサ２ａ、２ｃの
検出平面がディスプレイ面９の座標系におけるＸ−Ｚ平
面に平行であるとすると、変化角βを時間Ｔで割ったも
のが角速度ωであるので、変化角βは、近似的に（１
１）式で表すことができる。

【００７５】 β＝√｛Δαｃ（ｚ）｝×ΔＴ÷ｒ …（１１） ここで、Δαｃ（ｚ）は筆記中における加速度センサ２
ｃの出力変化、ΔＴはサンプリング周期である。（１
１）式における距離ｒは、定数として与えることが可能
なので、また、サンプリグ周期ΔＴは一定であるので、
（１１）式から、加速度センサ２ｃの出力変化Δαｃ
（ｚ）が得られると、変化角βを得ることができること
が分かる。

【００７６】以上のようにして、入力ペンの傾斜に係る
各種の角度θ、γ、δ、βが得られると、幾何学的な近
似処理によって、加速度センサ２ａ、２ｂからの加速度
信号αａ（ｘ）、αｂ（ｙ）から、ディスプレイ面９の
座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の真の加速度α
（ｘ）、α（ｙ）を次の（１２）式及び（１３）式に従
って求めることができる。

【００７７】 α（ｘ）＝｛αａ（ｘ）cos θcos δ−αｂ（ｙ）sin δcos γ｝ ÷cos δcos γ（cos θ² −sin θ² ） …（１２） α（ｙ）＝｛αｂ（ｙ）cos θcos （δ−β）−αｂ（ｙ）sin δcos γ｝ ÷cos （δ−β）cos γ（cos θ² −sin θ² ） …（１３） 以上のように、筆跡情報の入力を行なう前に予め補正用
値の取込み処理を行なって補正値θ、γ、δを求めて格
納しておき、筆跡情報の入力時には、傾斜角変化βを求
め、これら値θ、γ、δ、βに基づいて、加速度センサ
２ａ、２ｂからの加速度信号αａ（ｘ）、αｂ（ｙ）か
ら、ディスプレイ面９の座標系におけるＸ軸方向及びＹ
軸方向の真の加速度α（ｘ）、α（ｙ）を求める。そし
て、求めた真の加速度α（ｘ）、α（ｙ）を２回積分し
て真の筆記距離を求め、さらに真の座標を求めて正確な
筆跡情報を得る。

【００７８】このようにして求められた筆跡情報は、第
１実施例と同様に、ディスプレイ面９に表示されるだけ
でなく、基準文字情報との照合による文字認識等に用い
られる。

【００７９】以上のように、第２実施例によれば、加速
度センサ２ｃを設け、入力ペンの傾斜をも考慮した加速
度信号の補正を行なうようにしたので、第１実施例以上
に正確な筆跡情報を得ることができる。

【００８０】また、第２実施例によれば、筆跡情報の入
力中における傾斜角変化をもとらえて、加速度信号を補
正するようにしたので、より一段と正確な筆跡情報を得
ることができる。

【００８１】従って、筆記者が入力ペンを無作為に握っ
たしても筆跡情報を正しく入力することができ、筆記者
の握り方の個人差が筆跡情報に影響を与えることを防止
することができる。

【００８２】さらに、この第２実施例であっても、補正
演算はさほど複雑ではなく、筆跡情報入力のリアルタイ
ム性を損なうことはない。

【００８３】（Ｃ）他の実施例 なお、補正用値を取込むために筆記する直線の筆記方向
は、実施例とは異なり、Ｙ軸方向であっても良い。

【００８４】また、補正用値の取込み処理のモードを、
ボタンスイッチ１０の数回の押下によって指示するよう
にしても良く、基準点Ｐの指示にもボタンスイッチ１０
を利用するようにしても良い。

【００８５】さらに、手書き入力ペンと座標算出装置と
の間の信号授受を無線によって行なうようにしても良
い。

【００８６】さらにまた、座標算出装置の一部又は全て
の構成要素を手書き入力ペン側に内蔵させるようにして
も良い。

【００８７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、補正値
取込みモードにおいて、第１及び第２の加速度センサの
軸と、出力座標系の座標軸との角度ずれに係る補正値を
求めて格納し、軌跡情報を得るモードにおいて、第１及
び第２の加速度センサからの加速度信号を、格納されて
いる補正値に基づいて、これら加速度センサの軸と出力
座標系の座標軸とが一致しているときの加速度信号に変
換し、変換した加速度信号を２回積分して出力座標系に
おけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得るようにし
たので、筆跡情報を正確に入力させることができる手書
き入力ペン装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の座標算出装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】第１実施例の手書き入力ペン構成を示す一部破
断斜視図である。

【図３】加速度センサの構成例を示す概略断面図であ
る。

【図４】第１実施例の補正用値取込み処理を示すフロー
チャートである。

【図５】第２実施例の手書き入力ペン構成を示す一部破
断斜視図である。

【図６】筆記動作中の角度関係の説明図である。

【符号の説明】

１…ペン先部材、２ａ、２ｂ、２ｃ…加速度センサ、９
…筆記板（例えばディスプレイ面）、１８…補正回路、
１９ａ、１９ｂ…２回積分回路、２０…座標変換回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ペンの軸方向に垂直で、かつ互いに
   直交するように第１及び第２の加速度センサを設け、座
   標算出装置が、これら加速度センサからの加速度信号を
   ２回積分して、出力座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方
   向の筆跡情報を得る手書き入力ペン装置において、 各方向の軌跡情報を得るモードに加えて、補正値取込み
   モードを設け、 補正値取込みモードにおいて、上記座標算出装置は、Ｘ
   軸又はＹ軸方向への直線筆記時における上記第１及び第
   ２の加速度センサからの加速度信号に基づいて、上記第
   １及び第２の加速度センサの軸と、出力座標系の座標軸
   との角度ずれに係る補正値を求めて格納し、 各方向の軌跡情報を得るモードにおいて、上記座標算出
   装置は、上記第１及び第２の加速度センサからの加速度
   信号を、格納されている補正値に基づいて、これら加速
   度センサの軸と出力座標系の座標軸とが一致していると
   きの加速度信号に変換し、変換した加速度信号を２回積
   分して出力座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡
   情報を得ることを特徴とした手書き入力ペン装置。
2. 【請求項２】 入力ペンの軸方向に垂直で、かつ互いに
   直交するように第１及び第２の加速度センサを設け、座
   標算出装置が、これら加速度センサからの加速度信号を
   ２回積分して、出力座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方
   向の筆跡情報を得る手書き入力ペン装置において、 上記入力ペンの軸方向に平行な第３の加速度センサを設
   けると共に、 動作モードとしても、各方向の軌跡情報を得るモードに
   加えて、補正値取込みモードを設け、 補正値取込みモードにおいて、上記座標算出装置は、Ｘ
   軸又はＹ軸方向への直線筆記時における３個の上記加速
   度センサからの加速度信号に基づいて、上記第１及び第
   ２の加速度センサの軸と、出力座標系の座標軸との角度
   ずれに係る補正値を求めて格納し、 各方向の軌跡情報を得るモードにおいて、上記座標算出
   装置は、上記第１及び第２の加速度センサからの加速度
   信号を、格納されている補正値に基づいて、これら加速
   度センサの軸と出力座標系の座標軸とが一致していると
   きの加速度信号に変換し、変換した加速度信号を２回積
   分して出力座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡
   情報を得ることを特徴とした手書き入力ペン装置。
3. 【請求項３】 入力ペンの軸方向に垂直で、かつ互いに
   直交するように第１及び第２の加速度センサを設け、座
   標算出装置が、これら加速度センサからの加速度信号を
   ２回積分して、出力座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方
   向の筆跡情報を得る手書き入力ペン装置において、 上記入力ペンの軸方向に平行な第３の加速度センサを設
   けると共に、 動作モードとしても、各方向の軌跡情報を得るモードに
   加えて、補正値取込みモードを設け、 補正値取込みモードにおいて、上記座標算出装置は、Ｘ
   軸又はＹ軸方向への直線筆記時における３個の上記加速
   度センサからの加速度信号に基づいて、上記第１及び第
   ２の加速度センサの軸と、出力座標系の座標軸との角度
   ずれに係る補正値を求めて格納し、 各方向の軌跡情報を得るモードにおいて、上記座標算出
   装置は、上記第３の加速度センサからの加速度信号に基
   づいて、縦方向筆記に伴う入力ペンの傾斜角変化を求
   め、この求めた傾斜角変化と、補正値取込みモードで格
   納された補正値とから、上記第１及び第２の加速度セン
   サからの加速度信号を、これら加速度センサの軸と出力
   座標系の座標軸とが一致しているときの加速度信号に変
   換し、変換した加速度信号を２回積分して出力座標系に
   おけるＸ軸方向及びＹ軸方向の筆跡情報を得ることを特
   徴とした手書き入力ペン装置。