JPH1049291A

JPH1049291A - ペン型入力装置の筆記軌跡検出方法及びペン型入力装置

Info

Publication number: JPH1049291A
Application number: JP22191596A
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: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JP3655021B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ペン軸の傾斜角の変化の影響により筆記軌跡を
誤検出する場合があった。そこで、ペン軸の傾斜角の変
化による影響を移動量演算前に除去する。【解決手段】２個１組で互いにペン軸方向に離れて位置
する３組の加速度センサ１〜３を設ける。３組の加速度
センサ１〜３はそれぞれ各組ごとにペン座標系の各軸方
向の加速度を示す信号を２本ずつ出力する。３個の差動
増幅部５１は各軸方向の２本の加速度を示す信号を入力
し、各組を構成する加速度センサ１〜３におけるペン先
端部８からの距離の比に応じて差動増幅してペン軸９の
傾斜角変化による加速度成分を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は加速度を基にペン
先端部の筆記軌跡を検出するペン型入力装置の筆記軌跡
検出方法及びペン型入力装置、特にペン軸の傾斜角変化
による検出加速度に対する影響をなくすものである。

【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、特開平６-
230886号公報に掲載されたペンシル型入力装置及び特開
平８-95697号公報に掲載された筆記ペン、筆記情報処理
方法及び加速度検出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。さら
に、特開平６-230886号公報に掲載されたペンシル型入
力装置は２組の加速度センサをペン軸上の異なった位置
に設け、この２組の加速度センサからの出力を基に加速
度センサの取り付け位置による影響を補正したペン先端
部の移動方向及び移動距離を求めている。また、特開平
８-95697号公報に掲載された筆記ペン、筆記情報処理方
法及び加速度検出装置はペン軸をＺsとするペン座標系
のＸs軸方向の加速度及びＹs軸方向の加速度をペン軸方
向に離れた２か所で検出しているが、ペン先端部の加速
度が傾斜角の変化により変化することを考慮していな
い。

【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、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７-29424
0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】

【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。

【０００８】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手首の回転動作を検出して移動方向
及び移動距離を入力するものなので、図形等の入力には
適さない。

【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、装置の傾斜及び回転に対する
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】さらに、特開平６-230886号公報に掲載さ
れたペンシル型入力装置はペン先端部を中心とした傾斜
運動により検出した加速度が影響を受けていることを考
慮していない。また、加速度センサが検出した加速度に
装置の回転角に対する成分が含まれていることを考慮し
ていないため移動距離の検出誤差が大きくなる場合があ
る。

【００１１】また、特開平８-95697号公報に掲載された
筆記ペン、筆記情報処理方法及び加速度検出装置では、
加速度センサが検出する加速度が傾斜角の変化速度に応
じて変化することを考慮していないため、検出結果が不
正確になる場合がある。

【００１２】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。

【００１３】ところで、ペン型入力装置において、ペン
先端部に３個の加速度センサを設けることは設置スペー
スの関係で困難である。また、ペン先端部と加速度線差
が離れている場合、加速度センサはペン先端部を中心と
して傾斜運動により生じる加速度も拾うこととなる。こ
れは、加速度を基にペン先端部の軌跡を検出す場合に誤
検出の元となる。ここで、人間の筆記動作を検出してみ
ると、傾斜運動の加速度成分はペン先端部移動の加速度
成分に対して十分大きい場合が有り、無視すると検出誤
差を生じる場合がある。

【００１４】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、小型の装置で正確な筆記入力を図る
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるペン型
入力装置の筆記軌跡検出方法は、ペン軸をＺs軸とした
ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸，Ｙs軸及びＺs軸
の各軸方向の加速度をペン軸方向に離れた２箇所で検出
し、検出した加速度を各軸方向毎にペン先端部から検出
箇所までの距離の比に応じて差動増幅してペン軸の傾斜
角変化による加速度成分を除去し、差動増幅後のペン座
標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs
軸方向の加速度並びにＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸
周りの回転角速度を基に差動増幅後のペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）における加速度を重力加速度方向をＺg軸
方向とした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速
度に変換し、変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の
加速度を基にペン先端部の筆記軌跡を検出して、装置の
傾斜及び装置の傾斜角の変化速度による加速度の影響を
ペン先端部の移動量検出前に除去する。

【００１６】また、ペン型入力装置は、２個１組で互い
にペン軸方向に離れて位置する３組の加速度センサと３
個の差動増幅部を有し、３組の加速度センサはそれぞれ
各組ごとにペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，Ｙ
s，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２本ずつ出力し、３個の差動増幅部はそ
れぞれ各組の加速度センサが出力した各方向の２本の加
速度を示す信号を入力し、各組を構成する加速度センサ
におけるペン先端部からの距離の比に応じて差動増幅し
てペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去し、ペン
軸の傾斜角変化による加速度成分を除去した後のＸs軸
方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度並びにＸs軸周
り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を基にペン座
標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度を重力加速度方
向をＺg軸方向とした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）にお
ける加速度に変換し、変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，
Ｚg）の加速度を基にペン先端部の筆記軌跡を検出す
る。

【００１７】さらに、各加速度センサをＺs軸上に設
け、より正確にペン先端部の筆記軌跡を検出する。

【００１８】さらに、各組の加速度センサまでの距離の
比がどの組においても等しくなるように各加速度センサ
を配置して、組立て及び調整を簡単にする。

【００１９】さらに、差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方
向及びＺs軸方向の加速度を示す信号並びに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のペン
先端部と被筆記面との摩擦による高周波成分を透過する
ハイパスフィルタを有し、ハイパスフィルタを経由した
加速度信号及び回転各速度信号のうちいずれか最初に高
周波成分を含んだ信号を基に筆記開始を判断し、ハイパ
スフィルタを経由した加速度信号及び回転各速度信号の
うちいずれか最後まで高周波成分を含んだ信号を基に筆
記終了を判断する。

【００２０】さらに、筆記軌跡抽出部は差動増幅後のＸ
s軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を基に算出
したペン先端部の移動方向及び移動距離から筆記開始か
ら終了までのペン先端部の筆記軌跡を抽出し、実際に筆
記されている筆記軌跡と、空間を移動している軌跡を分
離する。

【００２１】さらに、フィティング部は筆記軌跡抽出部
が抽出したペン先端部の筆記軌跡を被筆記面に写像す
る。

【００２２】また、フィティング部は筆記軌跡抽出部が
抽出したペン先端部の筆記軌跡をＺg軸方向の誤差が最
小になるように被筆記面に写像する。

【００２３】

【発明の実施の形態】この発明のペン型入力装置は、ペ
ン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度からペン先端部を
中心として傾斜運動により生じる加速度成分を除去し、
傾斜運動により生じる加速度成分を除去した加速度とペ
ン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各軸Ｘg，Ｙg，Ｚg回りの
回転角速度を基にペン軸の傾斜角による影響を補正し、
重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先端部の筆
記軌跡を正確に検出するものである。

【００２４】ペン型座標入力装置は、例えば例えば３組
の加速度センサと３個のジャイロと演算部を有する。加
速度センサの各組は、例えばそれぞれペン軸上に２個１
組で設けられ、各組ごとにペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）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２本ずつ出力する。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検
出し、検出した回転角速度を示す信号を出力する。演算
部は３個の差動増幅部と初期傾斜角演算部と傾斜角変化
演算部と筆記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。３個の差動増幅部はそれぞれＸs軸方
向、Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度加速度を示す信号
を２本ずつ入力し、それぞれ各組を構成する加速度セン
サにおけるペン先端部からの距離の比に応じて差動増幅
してペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去する。
ここで、例えば加速度センサをペン型入力装置の上段と
中段に設け、ペン先部から上段に設けた加速度センサま
での距離と中段に設けた加速度センサまでの距離の比を
１：ｍとすると、上段に設けた加速度センサの出力を１
／（ｍ＋１）倍し、中段に設けた加速度センサの出力を
ｍ／（ｍ＋１）倍し、中段に設けた加速度センサの出力
から上段に設けた加速度センサの出力を引くと、ペン軸
の傾斜角変化による加速度成分を除去することができ
る。

【００２５】初期傾斜角演算部は無筆記状態で３個の差
動増幅部が出力したペン座標系（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。傾斜角変化演算部は筆
記状態で３個のジャイロが検出した回転角速度を基にペ
ン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の
変化を演算する。筆記中傾斜角演算部は初期傾斜角演算
部が演算したペン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）に
おける傾斜角の初期値と傾斜角変化演算部が演算したペ
ン軸の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の
変化を基に、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。座標変換演算部は筆記
中傾斜角演算部が検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差動増幅部が
出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）による加速度を
重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度に変換す
る。移動量演算部は座標変換演算部が変換した加速度を
基にペン先端部の移動方向及び移動距離を算出して、装
置の傾斜角及び傾斜角の変化による影響を補正した正確
な筆記入力を行う。

【００２６】なお、各組の加速度センサの距離の比がど
の組においても等しくなるように各加速度センサを配置
すると、各差動増幅部の増幅度を同じに設定でき、調整
などが容易になる。

【００２７】さらに、上記ペン型入力装置による筆記状
態の判断にはイネーブルスイッチ等を用いても良いし、
加速度センサ及びジャイロからの信号の周波数成分を基
に判断するようにしても良い。例えば、ペン型入力装置
は加速度センサ及びジャイロからの信号の高周波成分
を、例えば10Hz近傍の周波数を境に透過するハイパスフ
ィルタを有する。加速度センサ等からの信号の高周波数
成分はペン先端部と被筆記面との摩擦によるもので、か
つ、これは10Hz近傍を境としているので、３個の加速度
センサ及び３個のジャイロからの信号のいずれからか上
記高周波成分を検出している間を筆記中と判断する。こ
れにより、操作間違いなどを防止でき正確に筆記の開始
および終了を検出できる。

【００２８】また、被筆記面が水平でない場合もあるの
で、例えば筆記軌跡抽出部とフィティング部を有するよ
うにしても良い。筆記軌跡抽出部は移動量演算部が算出
したペン先端部の移動方向及び移動距離から筆記開始か
ら終了までのペン先端部の筆記軌跡を抽出する。フィテ
ィング部は筆記軌跡抽出部が抽出したペン先端部の筆記
軌跡を被筆記面に写像して、被筆記面の傾斜による影響
を補正する。

【００２９】さらに、フィティング部は筆記軌跡抽出部
が抽出したペン先端部の筆記軌跡をＺg軸方法の誤差が
最小になるように被筆記面に写像するようにしても良
い。これにより、平面のパラメータを一つ少なくし、傾
斜補正にかかる時間を短縮し、応答を速くできる。

【００３０】

【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、ペン型入力装置は加
速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、ジャ
イロ４ａ，４ｂ，４ｃ、演算部５、記憶部６及び電源部
７を有する。加速度センサ１ａ，２ａ，３ａは、例えば
図２に示すようにペン型入力装置の上段部に設けられ、
それぞれペン軸７をＺsau軸とした場合のＸsau軸方向，
Ｙsau軸方向及びＺsau軸方向の加速度を検出し、検出し
た加速度を示す信号を出力する。同様に、加速度センサ
１ｂ，２ｂ，３ｂは、ペン型入力装置の中段部に設けら
れ、それぞれペン軸７をＺsal軸とした場合のＸsal軸方
向，Ｙsal軸方向及びＺsal軸方向の加速度を検出し、検
出した加速度を示す信号を出力する。加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃは、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。また、
ジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃは、ペン型入力装置の下段部
に設けられ、それぞれペン軸７をＺsj軸とした場合のＸ
sj軸周り，Ｙsj軸周り及びＺsj軸周りの回転角速度を検
出し、検出した回転角速度を示す信号を出力する。

【００３１】以下の説明では、ペン軸７をＺs軸とし原
点をペン先端部８に設けた座標系をペン座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）といい、加速度センサ１ａ，２ａ，３ａの座
標系であってペン軸７をＺsau軸とし原点をペン型入力
装置の上段部に設けた座標系を上段加速度座標系（Ｘsa
u，Ｙsau，Ｚsau）といい、加速度センサ１ｂ，２ｂ，
３ｂの座標系であってペン軸７をＺsal軸とし原点をペ
ン型入力装置の中段部に設けた座標系を中段加速度座標
系（Ｘsal，Ｙsal，Ｚsal）といい、ジャイロ４ａ，４
ｂ，４ｃの座標系であってペン軸７をＺsj軸とし原点を
ペン型入力装置の下段部に設けた座標系をジャイロ座標
系（Ｘsj，Ｙsj，Ｚsj）という。これらペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）、上段加速度座標系（Ｘsau，Ｙsau，Ｚs
au）、中段加速度座標系（Ｘsal，Ｙsal，Ｚsal）、ジ
ャイロ座標系（Ｘsj，Ｙsj，Ｚsj）はペン軸上の原点が
異なるだけで、Ｘs軸，Ｘsau軸，Ｘsal軸，Ｘsj軸は平
行であるとする。同様にＹs軸，Ｙsau軸，Ｙsal軸，Ｙs
j軸は平行である。ここで、加速度センサ１ａからペン
座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離と加速
度センサ１ｂからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点
のＺs軸上の距離の比を、ｍa：１とする。同様に加速度
センサ２ａからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点の
Ｚs軸上の距離と加速度センサ２ｂからペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離の比を、ｍb：１
とし、加速度センサ３ａからペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の原点のＺs軸上の距離と加速度センサ３ｂからペン
座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点のＺs軸上の距離の比
を、ｍc：１とする。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
いう。さらに、Ｘs軸，Ｙs軸及びＺs軸とＸg軸，Ｙg軸
及びＺg軸とが成す角度をそれぞれφ，θ及びψとす
る。

【００３２】演算部５は、図３に示すように差動増幅部
５１ａ〜５１ｃ、ＡＤ変換器５２ａ〜５２ｆ、ローパス
フィルタ（以下「ＬＰＦ」という。）５３ａ〜５３ｆ、
静止判別部５４、初期傾斜角演算部５５、傾斜角変化演
算部５６、傾斜角演算部５７、座標変換演算部５８、重
力加速度除去部５９及び移動量演算部６０を備える。差
動増幅部５１ａ〜５１ｃは、例えば図４に示すようにＯ
Ｐアンプ５１１を使った差動増幅回路からなる。図中、
入力電圧Ｖ₁，Ｖ₂と出力Ｖ₀は次式で示す関係がある。

【００３３】

【数１】

【００３４】上記式を用いて加速度センサ１ａ，１ｂ，
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの取付位置の距離の比を満たす
ように抵抗素子Ｒ₁〜Ｒ₄の値を定める。例えば加速度セ
ンサ１ａ，１ｂからの加速度信号を差動増幅する差動増
幅部５１ａの場合は、上段に設けた加速度センサ１ａの
出力を１／（ｍ＋１）倍し、中段に設けた加速度センサ
１ｂの出力をｍ／（ｍ＋１）倍し、中段に設けた加速度
センサ１ｂの出力から上段に設けた加速度センサ１ａの
出力を引くように抵抗素子Ｒ₁〜Ｒ₄の値を定め、ペン軸
９の傾斜角変化速度の影響による加速度成分を除去す
る。ここで、加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂが出力にオフセットを持つ場合にはオフセット
を除去する回路を通す。また、加速度センサ１ａ，１
ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの検出感度（加速度に対す
る出力電圧の比例係数）に差がある場合には、検出感度
の差を含めて差動増幅の係数ｍを決定する。差動増幅部
５１ａ〜５１ｃは、それぞれＸsau軸の加速度及びＸsal
軸方向の加速度，Ｙsau軸方向の加速度及びＹsal軸方向
の加速度，Ｚsau軸の加速度及びＺsal軸方向の加速度を
入力して、Ｘs軸方向の加速度，Ｙs軸方向の加速度，Ｚ
s軸方向の加速度を示す信号を出力する。

【００３５】ＡＤ変換器５２ａ〜５２ｆは、それぞれ差
動増幅部５１ａ〜５１ｃ及びジャイロ４ａ〜４ｃからの
アナログ信号をデジタル信号に変換する。ＬＰＦ５３ａ
〜５３ｆはペン先端部８と被筆記面との摩擦力により生
じる加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ
及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号の高周波成分
を遮断する。静止判断部５４は差動増幅部５１ａ〜５１
ｃ及びジャイロ４ａ〜４ｃからのアナログ信号を基にペ
ン型入力装置が静止状態か否かを判断する。例えば、上
記信号が全てゼロのときは静止状態である。

【００３６】初期傾斜角演算部５５は静止状態で３個の
差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃが出力したペン座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度を基にペン軸９の重力
座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）おける傾斜角の初期値φ0，θ
0，ψ0を演算する。傾斜角変化演算部５６は筆記状態で
３個のジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃが検出した回転角速度
を基にペン軸９の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけ
る傾斜角の変化Δφ，Δθ，Δψを演算する。傾斜角演
算部５７は初期傾斜角演算部５５が演算したペン軸９の
重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の初期値
φ0，θ0，ψ0と傾斜角変化演算部５６が演算したペン
軸９の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角の
変化Δφ，Δθ，Δψを基に、筆記中のペン軸９の重力
座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における傾斜角φ，θ，ψを
求める。

【００３７】座標変換演算部５８は傾斜角演算部５７が
検出した筆記中のペン軸９の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）における傾斜角φ，θ，ψを基に差動増幅部５１
ａ，５１ｂ，５１ｃが出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，
Ｚs）による加速度を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）によ
る加速度に変換する。重力加速度除去部５９は座標変換
演算部５８が変換した加速度から重力加速度成分を除去
する。移動量演算部６０は重力加速度除去部５９が重力
加速度成分を除去した加速度を基にペン先端部８の移動
方向及び移動距離を算出する。

【００３８】ここで、演算部５の演算について説明す
る。重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）からペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）への座標変換式は次式のようになる。

【００３９】

【数２】

【００４０】この式をペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）か
ら重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）への座標変換式に変形
すると、次式のようになる。

【００４１】

【数３】

【００４２】ここで、図５に示す点Ｐlの重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での座標（Ｘgal，Ｙgal，Ｚgal）
は、ペン先端部８の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）での
座標（Ｘgo，Ｙgo，Ｚgo）と点Ｐlのペン座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）での座標（Ｌx，Ｌy，Ｌz）と傾斜角φ，
θ，ψから次式のようになる。

【００４３】

【数４】

【００４４】上式を時間で２回微分したものが点Ｐl
（Ｘgal，Ｙgal，Ｚgal）の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚ
g）での加速度（Ａxgl，Ａygl，Ａzgl）である。ここ
で、傾斜角φ，θ，ψも時間の関数であるので、次式を
得ることができる。

【００４５】

【数５】

【００４６】また、ペン先端部８の移動に関係無く、重
力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）のＺg軸方向には重力が働
く。そこで、上式に重力加速度ｇを加えると、点Ｐlに
働く見かけの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度
（Ａxgl，Ａygl，Ａzgl）は次式のようになる。ここ
で、重力加速度ｇはｇ＝9.80665(m/sec²)である。

【００４７】

【数６】

【００４８】加速度センサ１ｂ，２ｂ，３ｂを点Ｐlに
設けたとすると、これらの式から加速度センサ１ｂ，２
ｂ，３ｂが検出するペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）にお
ける加速度（Ａxsl，Ａysl，Ａzsl）は、次式で表わす
ことができる。

【００４９】

【数７】

【００５０】また、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原
点（o点）と点Ｐlとを結ぶ直線上にはさらに３個の加速
度センサ１ａ，２ａ，３ａを設けている。この座標を点
Ｐu（ｍＬx，ｍＬy，ｍＬz）とすると、同様に点Ｐuで
検出するペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度
（Ａxsu，Ａysu，Ａzsu）を次式で表わすことができ
る。

【００５１】

【数８】

【００５２】そこで、差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１
ｃを用いて、上段の加速度センサ１ａ，２ａ，３ａが出
力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度
（Ａxsu，Ａysu，Ａzsu）の信号と中段の加速度センサ
１ｂ，２ｂ，３ｂが出力したペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）における加速度（Ａxsl，Ａysl，Ａzsl）の信号を次
式のように差動増幅すると、ペン軸９の傾斜角変化によ
る加速度成分を除去し、ペン先端部８のペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）
を求めることができる。

【００５３】

【数９】

【００５４】加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂの設置位置は、ペン軸９上であることがより好
ましいが、上段の加速度センサ１ａ，２ａ，３ａと中段
の加速度センサ１ｂ，２ｂ，３ｂとがある程度離れてい
れば、ペン型入力装置は細長い形状をしていることから
ペン軸９上でなくともほとんど誤差は無い。また、ペン
座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点から加速度センサ１ａ
までと加速度センサ１ｂまでの距離の比、ペン座標系
（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の原点から加速度センサ２ａまでと
加速度センサ２ｂまでの距離の比、ペン座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）の原点から加速度センサ３ａまでと加速度セ
ンサ３ｂまでの距離の比が等しいと、設計及び調整が容
易になるが、これらの比がそれぞれ異なっても良い。し
たがって、例えば図６に示すように加速度センサ１ａ，
１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂをペン軸９と平行な線上
に設けても良いし、図７に示すように加速度センサ１
ａ，１ｂと加速度センサ２ａ，２ｂと加速度センサ３
ａ，３ｂとをそれぞれペン軸と平行な異なった直線上に
等しい距離の比で設けても良い。ここで、距離の比が異
なる場合を考えると、ペン先端部８のペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）における加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）
を表わす式は次式のようになる。

【００５５】

【数１０】

【００５６】これより、重力座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）にお
けるペン先端部８の加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）は
次式のようになる。

【００５７】

【数１１】

【００５８】ここで、式中に用いた座標変換行列１／Ｅ
を求めるのに必要な傾斜角（φ，θ，ψ）は、初期傾斜
角演算部５５で静止状態におけるペン先端部８のペン座
標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）
からペン軸９の初期傾斜角（φ0，θ0，ψ0）を求め、
傾斜角変化演算部５６でジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃが検
出した回転角速度（Ｐ，Ｑ，Ｒ）からペン軸９の傾斜角
の変化分（Δφ，Δθ，Δψ）を求め、傾斜角演算部５
７でこれらを基にして求める。

【００５９】このようにして求めたペン先端部８の重力
座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度（Ａxgo，Ａyg
o，Ａzgo）から重力加速度成分を除去した後に移動量演
算部６０で２回積分することにより、ペン先端部８の移
動方向及び移動距離を検出し、ペン先端部８の軌跡を求
める。

【００６０】次ぎに、上記初期傾斜角の演算について、
さらに詳しく説明する。

【００６１】静止状態においてはペン先端部８の重力座
標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度（Ａxgo，Ａyg
o，Ａzgo）は（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）＝（０、０、
０）なので、差動増幅後のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の加速度信号（Ａxso，Ａyso，Ａzso）は重力加速度
成分のみが残り次式のようになる。

【００６２】

【数１２】

【００６３】この式から静止状態での初期傾斜角φ0，
θ0が求まる。ここで、静止状態か否かは静止判別部５
４においてデジタル変換後の加速度信号及び回転角速度
信号の時間変化を監視することにより行なう。

【００６４】ここで、２つの未知数φ0，θ0に対して３
本の方程式が立てられているので、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。したがって、
重力加速度ｇの値を定義しなくとも初期傾斜角φ0，θ0
を求めることができる。また、重力加速度ｇの値を演算
し、演算した重力加速度ｇの値を監視して演算結果の要
否の判定を行ない、演算した値が大きく変化した場合に
は警告を発するようにしても良い。また、初期傾斜角ψ
0を０にリセットする。これにより、Ｘg軸はＸs軸方向
の加速度センサ１ａ，１ｂの傾斜方向にとられることに
なる。

【００６５】また、ペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の各
軸周りの回転角速度（Ｐ，Ｑ，Ｒ）と傾斜角変化（Δ
ψ，Δθ，Δφ）の関係は次式で示すようになる。

【００６６】

【数１３】

【００６７】上記構成のペン型入力装置１の動作を、図
８のフローチャートを参照して説明する。

【００６８】ジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃはそれぞれＸsj
軸周り，Ｙsj軸周り，Ｚsj軸周りの回転角速度を示す信
号を出力し、加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂはそれぞれＸsu軸方向の加速度を示す信号，Ｘ
sl軸方向の加速度を示す信号，Ｙsu軸方向の加速度を示
す信号，Ｙsl軸方向の加速度を示す信号，Ｚsu軸方向の
加速度を示す信号，Ｚsl軸方向の加速度を示す信号Ａxs
u,Ａxsl,Ａysu,Ａysl,Ａzsu,Ａzslを出力する。差動増
幅部５１ａはＸsu軸方向の加速度を示す信号とＸsl軸方
向の加速度を示す信号を入力し、ペン軸９の傾斜角変化
による加速度成分を除去し、ペン先端部８のＸs軸方向
の加速度を示す信号Ａxsoを出力する。同様に、差動増
幅部５１ｂはＹsu軸方向の加速度を示す信号とＹsl軸方
向の加速度を示す信号を入力し、ペン軸９の傾斜角変化
による加速度成分を除去し、ペン先端部８のＹs軸方向
の加速度を示す信号Ａysoを出力し、差動増幅部５１ｃ
はＺsu軸方向の加速度を示す信号とＺsl軸方向の加速度
を示す信号を入力し、ペン軸９の傾斜角変化による加速
度成分を除去し、ペン先端部８のＺs軸方向の加速度を
示す信号Ａzsoを出力する。このように、移動量演算前
にペン軸９の傾斜角変化による加速度成分を除去するの
で、加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ
の取付位置をペン先端部８にしなくともペン軸９の傾斜
角変化による加速度成分を除去でき、正確な筆跡検出が
できるとともに、容易に組立て及び調整ができる。

【００６９】静止判別部５４はＡＤ変換器５２ａ，５２
ｂ，５２ｃを介した差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ
からの加速度信号及びＡＤ変換器５２ｄ，５２ｅ，５２
ｆを介したジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃからの回転角速度
信号を調べ、ペン型入力装置が静止状態か否かを判別す
る（ステップＳ１）。静止判別部５４が静止状態である
と判別すると、初期傾斜角演算部４５は差動増幅部５１
ａ，５１ｂ，５１ｃからのＸs軸方向の加速度Ａxso、Ｙ
s軸方向の加速度Ａyso、Ｚs軸方向の加速度Ａzsoを入力
し、ペン軸９の重力座標系における傾斜角の初期値φ
0，θ0及びψ0を算出する（ステップＳ２）。

【００７０】その後、静止判別部５４が静止状態でない
と判別すると、傾斜角変化演算部４６は３個のジャイロ
４ａ，４ｂ，４ｃが検出した回転角速度を基にペン軸９
の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における傾斜角の変
化Δφ，Δθ及びΔψを演算する（ステップＳ３）。傾
斜角演算部５７は、上記のように初期傾斜角演算部５５
が演算したペン軸９の傾斜角の初期値φ0，θ0，ψ0と
傾斜角変化演算部５６が演算したペン軸９の傾斜角
（φ，θ，ψ）の変化を基に、筆記中のペン軸９の傾斜
角（φ，θ，ψ）を求める（ステップＳ４）。座標変換
演算部５８は傾斜角演算部５７が検出した筆記中の傾斜
角（φ，θ，ψ）を基に差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５
１ｃからの加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）を重力座標
系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａz
go）に変換する（ステップＳ５）。重力加速度除去部５
９は座標変換演算部５８からの重力座標系（Ｘg，Ｙg，
Ｚg）による加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）から重力加
速度性文を除去する（ステップＳ６）。移動量演算部６
０は重力加速度除去部５９が重力加速度成分を除去した
ペン先端部８における加速度（Ａxgo，Ａygo，Ａzgo）
を２回積分してペン先端部８の移動方向及び移動距離を
算出する（ステップＳ７）。ペン型入力装置は上記動作
（ステップＳ３〜Ｓ７）を静止判別部５４が再び静止状
態であると判別するまで繰り返し、ペン先端部８の筆跡
を検出する（ステップＳ８）。このようにペン型入力装
置はペン軸９の傾斜による加速度の影響及びペン軸９の
傾斜角変化の速度と加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２
ｂ，３ａ，３ｂの取付位置による加速度の影響を移動量
演算前に無くすので、移動量演算後に補正する場合に比
べ正確な筆記検出をすることができるとともに演算速度
を向上できる。

【００７１】さらに、ペン型入力装置は、図９に示すよ
うに演算部５ａにハイパスフィルタ（以後「ＨＰＦ」と
いう。）６１ａ〜６１ｆ、筆記中判別部６２、筆記軌跡
抽出部６３及びフィティング部６４を備えても良い。

【００７２】ＨＰＦ６１ａ〜６１ｆは、例えば10Hzを境
にして差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及びジャイロ
４ａ，４ｂ，４ｃからの信号の摩擦力による高周波数成
分を抽出する。筆記中判別部６２はＨＰＦ６１ａ〜６１
ｆを経由した３個の差動増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ
及び３個のジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃからの信号のうち
いずれか最初に高周波成分を含んだ信号を基に筆記開始
を判断し、ＨＰＦ６１ａ〜６１ｆを経由した３個の差動
増幅部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び３個のジャイロ４
ａ，４ｂ，４ｃからの信号のうちいずれか最後まで高周
波成分を含んだ信号を基に筆記終了を判断する。例えば
ペン先端部８を鉛筆の芯で構成し、紙に対して筆記した
場合の加速度信号の波形を図１０に示す。図に示すよう
に筆記加速度成分は中心周波数10Hz以下の比較的に周波
数が低い部分に表れ、ペン先端部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
れる。そこで、10Hz以上の周波数成分をＨＰＦ６１ａ〜
６１ｆで抽出し、筆記中判別部６２はＨＰＦ６１ａ〜６
１ｆが抽出した信号を予め定めた閾値と比較することに
より、筆記中か否かを判断する。ここで、図１１に一筆
書きで円を描いた場合にＨＰＦ６１ａ〜６１ｆを通過し
た信号の代表的なデータの例を示した。図から分かるよ
うに、筆記開始の際の筆記方向及び、筆記終了の際の筆
記方向により加速度センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂ及びジャイロ４ａ，４ｂ，４ｃからの出力信号
の始まる時間及び、終わる時間に相違がある。そのた
め、ある特定のセンサからの出力信号を任意に取り出し
て筆記中信号を得ようとした場合には、前記筆記方向に
より再現性のある信号を得ることができない。そこで、
筆記中判別部６２はいずれか最初に高周波成分を含んだ
信号を基に筆記開始を判断し、いずれか最後まで高周波
成分を含んだ信号を基に筆記終了を判断することで、再
現性を良くし、かつ精度を向上させることが可能にな
る。

【００７３】筆記軌跡抽出部６３は、筆記中判別部６２
の判別結果を基に移動量演算部６０が算出したペン先端
部８の移動方向及び移動距離から筆記開始から終了まで
のペン先端部８の軌跡を抽出し、記憶部６に記憶する。
ペン先端部８の軌跡からこの筆記中信号に対応した時間
の軌跡だけを切り出すことで、実際に筆記されている筆
記軌跡と、空間を移動している軌跡を分離することがで
きる。

【００７４】フィティング部６４は、例えば最小二乗法
を用いて筆記軌跡抽出部６３が抽出したペン先端部８の
軌跡から被筆記面を特定し、ペン先端部８の軌跡を被筆
記面に写像する。例えば図１２（ａ）に示す筆記軌跡の
３次元データ（Ｘi，Ｙi，Ｚi）を被筆記面の表わす式
ａＸ＋ｂＹ＋ｃＺ＋ｄ＝０に代入し、ａＸi＋ｂＹi＋ｃ
Ｚi＋ｄ＝δiとし、この誤差の二乗和Σ（δi）²が最小
になるように被筆記面（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を特定する。
ここで、図１２（ｂ）に示すようにこの誤差δiは座標
（Ｘi，Ｙi，Ｚi）と被筆記面との最短距離となる。こ
のように、ペン先端部８の軌跡を被筆記面に写像するこ
とにより、被筆記面が傾いていた場合であっても正確に
ペン先端部８の被筆記面上の移動距離を入力することが
できる。ペン型入力装置の場合基本的には被筆記面に書
かれた軌跡を認識できれば良く、３次元データを必要と
しない場合が多い。また、３次元データの状態ではデー
タ量が多く、表示しても却って見にくくなる場合があ
る。そこで、どのような傾斜面に書かれた場合であって
も、筆記軌跡から被筆記面を特定し、フィティングする
ことで被筆記面上の筆記軌跡を再現するようにしたもの
である。

【００７５】さらに、上記においてはフィティング部６
４は座標（Ｘi，Ｙi，Ｚi）と被筆記面との最短距離と
なるようにしてペン先端部８の軌跡を被筆記面に写像し
たが、例えば図１３に示すように座標（Ｘi，Ｙi，Ｚ
i）と被筆記面とのＺｇ軸方向の距離が最短になるよう
にしても良い。例えば被筆記面を表わす式（ａ₁）Ｘ＋
（ｂ₁）Ｙ＋Ｚ＋ｄ₁＝０とし、筆記軌跡の３次元データ
（Ｘi，Ｙi，Ｚi）を上式に代入し、（ａ₁）×（Ｘi）
＋（ｂ₁）×（Ｙi）＋（Ｚi）＋（ｄ₁）＝δiとし、こ
の誤差の二乗和Σ（δi）²が最小になるように被筆記面
（ａ₁，ｂ₁，ｄ₁）を特定する。このように、パラメー
タを一つ減らすことにより演算時間を短縮することがで
きる。この場合、被筆記面が垂直の場合に誤差が生じる
が通常のペン型入力装置の使用状況において被筆記面を
垂直にすることはほとんど無い。

【００７６】また、上記実施例においては加速度センサ
１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂからの加速度を示
す信号を差動増幅した後にデジタル変換しているが、図
１４に示すようにデジタル変換した後に差動増幅するよ
うにしても良い。

【００７７】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、ペン座
標系の各軸方向の加速度をそれぞれペン軸方向に離れた
２箇所で検出し、検出した加速度を各軸方向毎にペン先
端部から検出箇所までの距離の比に応じて差動増幅して
ペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除去し、差動増
幅後のペン座標系の各軸方向の加速度及びペン座標系の
各軸軸周りの回転角速度を基に差動増幅後のペン座標系
の各軸方向の加速度を重力座標系の各軸方向の加速度に
変換し、変換した重力座標系の各軸方向の加速度を基に
ペン先端部の軌跡を検出して、装置の傾斜及び装置の傾
斜角の変化速度による加速度の影響をペン先端部の移動
量検出前に除去するので、正確に筆記軌跡を検出でき
る。

【００７８】また、２個１組で互いにペン軸方向に離れ
て位置する３組の加速度センサの各組ごとにＸs軸方
向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を２本
ずつ出力し、３個の差動増幅部はそれぞれ各組の加速度
センサが出力した各方向の２本の加速度を示す信号を入
力し、各組を構成する加速度センサにおけるペン先端部
からの距離の比に応じて差動増幅してペン軸の傾斜角変
化による加速度成分を除去して、ペン軸の傾斜角変化速
度による加速度センサの検出結果に対する影響を移動量
変換前に無くすので、正確な筆記検出をすることができ
るとともに移動量演算後に補正する場合に比べ演算速度
を向上できる。

【００７９】さらに、ペン軸の傾斜角変化による加速度
成分を除去した後のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）にお
けるＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度並び
にＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を
基にペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度を重
力加速度方向をＺg軸方向とした重力座標系（Ｘg，Ｙ
g，Ｚg）における加速度に変換し、変換した重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を基にペン先端部の軌跡を
検出するので、ペン軸の傾斜による影響をなくすことが
でき、小型の装置で正確な筆記入力をすることができ
る。

【００８０】さらに、各組の加速度センサをＺs軸上で
Ｚs軸方向に互いに離れた位置に設けたので、より正確
に軌跡を検出できる。

【００８１】さらに、各組の加速度センサまでの距離の
比が各加速度センサの組において等しくなるように各加
速度センサを配置したので、組立て及び調整を簡単にす
ることができる。

【００８２】さらに、差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方
向及びＺs軸方向の加速度を示す信号並びに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のペン
先端部と被筆記面との摩擦による高周波成分を基に筆記
開始および筆記終了を判断するので、筆記面上に筆記中
かまたは空中を移動中かを判断でき、正確に筆記中か否
かを検出できる。

【００８３】さらに、差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方
向及びＺs軸方向の加速度を基に算出したペン先端部の
移動方向及び移動距離から筆記開始から終了までのペン
先端部の軌跡を抽出し、実際に筆記されている筆記軌跡
と、空間を移動している軌跡を分離するので、重力加速
度方向の加速度を積分する必要が無く、演算速度を速め
ることができる。

【００８４】さらに、筆記中に抽出したペン先端部の軌
跡を被筆記面に写像するので、どのような傾斜面に書か
れた場合であっても、筆記軌跡から被筆記面を特定し、
被筆記面上の筆記軌跡を再現することができる。

【００８５】また、筆記中に抽出したペン先端部の軌跡
をＺg軸方向の誤差が最小になるように被筆記面に写像
するので、パラメータを一つ減らして演算時間を短縮す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す斜視図である。

【図２】加速度センサ及びジャイロの配置を示す配置図
である。

【図３】演算部の構成図である。

【図４】差動増幅部の構成図である。

【図５】加速度センサの座標の変化を示す説明図であ
る。

【図６】各加速度センサを同一線上に設けた場合の配置
図である。

【図７】各加速度センサを組ごとに異なった線上に設け
た場合の配置図である。

【図８】ペン型入力装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【図９】フィティング部を設けた場合の演算部の構成図
である。

【図１０】加速度信号の波形図である。

【図１１】円を描いた場合の加速度信号の波形図であ
る。

【図１２】誤差が最小になるようにフィティングした場
合の説明図である。

【図１３】Ｘg軸方向の誤差が最小になるようにフィテ
ィングした場合の説明図である。

【図１４】デジタル変換した後に差動増幅する回路の構
成図である。

【符号の説明】

１加速度センサ２加速度センサ３加速度センサ４ジャイロ５演算部５１差動増幅部５１１ＯＰアンプ５４静止判別部５５初期傾斜角演算部５６傾斜角変化演算部５７傾斜角演算部５８座標変換演算部５９重力加速度除去部６０移動量演算部６１ＨＰＦ６２筆記中判別部６３筆記軌跡抽出部６４フィティング部６記憶部８ペン先端部９ペン軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）のＸs軸，Ｙs軸及びＺs軸の各軸方向の加速
度をそれぞれペン軸方向に離れた２箇所で検出し、検出
した加速度を各軸方向毎にペン先端部から検出箇所まで
の距離の比に応じて差動増幅してペン軸の傾斜角変化に
よる加速度成分を除去し、差動増幅後のペン座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の
加速度並びにＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回
転角速度を基に差動増幅後のペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）における加速度を重力加速度方向をＺg軸方向とした
重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度に変換
し、変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を
基にペン先端部の筆記軌跡を検出することを特徴とする
ペン型入力装置の筆記軌跡検出方法。
【請求項２】ペン軸をＺs軸としたペン座標系（Ｘs，
Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加
速度並びにＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転
角速度を基にペン座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加
速度を重力加速度方向をＺg軸方向とした重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度に変換し、変換した
重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を基にペン先端
部の筆記軌跡を検出するペン型入力装置において、２個
１組でペン軸方向に互いに離れて位置する３組の加速度
センサと３個の差動増幅部を有し、３組の加速度センサ
はそれぞれ各組ごとにＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸
方向の加速度を示す信号を２本ずつ出力し、３個の差動
増幅部はそれぞれ各組の加速度センサが出力した各方向
の２本の加速度を示す信号を入力し、各組を構成する加
速度センサにおけるペン先端部からの距離の比に応じて
差動増幅してペン軸の傾斜角変化による加速度成分を除
去することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項３】上記各加速度センサをＺs軸上に設けた
請求項２記載のペン型入力装置。
【請求項４】上記各組の加速度センサまでの距離の比
がどの組においても等しくなるように各加速度センサを
配置した請求項２記載のペン型入力装置。
【請求項５】差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方向及び
Ｚs軸方向の加速度を示す信号並びに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のペン先端
部と被筆記面との摩擦による高周波成分を透過するハイ
パスフィルタを有し、ハイパスフィルタを経由した加速
度信号及び回転各速度信号のうちいずれか最初に高周波
成分を含んだ信号を基に筆記開始を判断し、ハイパスフ
ィルタを経由した加速度信号及び回転各速度信号のうち
いずれか最後まで高周波成分を含んだ信号を基に筆記終
了を判断する請求項２記載のペン型入力装置。
【請求項６】差動増幅後のＸs軸方向，Ｙs軸方向及び
Ｚs軸方向の加速度を基に算出したペン先端部の移動方
向及び移動距離から筆記開始から終了までのペン先端部
の筆記軌跡を抽出する筆記軌跡抽出部を有する請求項５
記載のペン型入力装置。
【請求項７】上記筆記軌跡抽出部が抽出したペン先端
部の筆記軌跡を被筆記面に写像するフィティング部を有
する請求項６記載のペン型入力装置。
【請求項８】上記フィティング部は筆記軌跡抽出部が
抽出したペン先端部の筆記軌跡をＺg軸方向の誤差が最
小になるように被筆記面に写像する請求項７記載のペン
型入力装置。