JP3776206B2 - Pen-type input device - Google Patents

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Description

【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及び特開平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のようなタブレットレスの入力装置が開発された。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量を検出している。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。また、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、ジャイロと２個の加速度センサを有し、ジャイロを用いてペン軸のローテーションを計算し、計算したローテーションと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。
【０００５】
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。
【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７-294240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。
【０００８】
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、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】
また、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、ペン軸のローテーションを計算しているが、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。
【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が、補正前の加速度を積分することにより、誤差に検出が困難になり、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。
【００１２】
また、ペン型入力装置において３個の加速度センサをペン先部に設けることは困難であり、加速度センサの取付け位置がペン先部から離れている場合、加速度センサがペン軸の傾斜運動による成分を拾ってしまう場合がある。このペン軸の傾斜運動による成分は大きく、検出精度に大きな影響を与えていた。
【００１３】
また、加速度センサを用いて検出した加速度を基に筆記軌跡を検出するには積分演算処理を２回行なわなければならず、２回の積分演算処理による誤差が累積していた。特に測定時間が長くなるとその累積誤差が大きくなっていた。
【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、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。
【００１５】
【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、複数の加速度センサを有し、各加速度センサが出力した加速度を示す信号を基に装置の移動方向及び距離を検出するペン型入力装置において、ペン先部に加わる筆記面からの圧力を示す信号を検出する感圧センサを有し、高周波判別部と速度ゼロ検出部と速度補正部を有し、高周波判別部は各加速度センサからの加速度信号中に高周波成分が含まれているか否かを判別し、速度ゼロ検出部は高周波判別部による判別結果各加速度センサからの加速度信号中に高周波成分が含まれていないとき、及び感圧センサからの検出信号からペン先部に加わる筆記面からの圧力を検出したときに、ペン先部が筆記面上で移動を停止している停止状態であると判別し、速度補正部は速度ゼロ検出部によってペン先部が筆記面上での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加速度を基に求めた速度がゼロになるようにその速度を補正して、補正した速度を基に装置の移動方向及び距離を検出し、累積誤差が発生することを防止する。
【００１６】
また、ペン型入力装置は、感圧センサと３個の加速度センサと３個のジャイロと演算部を有し、感圧センサはペン先部に加わる筆記面からの圧力を示す信号を検出し、３個の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，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を出力し、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示す信号を出力し、演算部は初期回転角度演算部と筆記中回転角度演算部と座標変換演算部と速度演算部と高周波判別部と速度ゼロ検出部と速度補正部と移動量演算部を備え、初期回転角度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算出し、筆記中回転角度演算部は初期回転角度演算部が算出した初期回転角度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回転角度を算出し、座標変換演算部は筆記中回転角度演算部が算出した筆記中の回転角度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（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度に変換し、速度演算部は座標変換演算部が座標変換して得た重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度を積分して、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度を算出し、高周波判別部は各加速度センサ及び各ジャイロからの信号中に高周波成分が含まれているか否かを判別し、速度ゼロ検出部は高周波判別部による判別結果各加速度センサ及び各ジャイロからの信号中に高周波成分が含まれていないとき、及び感圧センサからの検出信号からペン先部に加わる筆記面からの圧力を検出したときに、ペン先部が筆記面上で移動を停止している停止状態であると判別し、速度補正部は速度ゼロ検出部によってペン先部が筆記面上での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を基に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけ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し、移動量演算部は重力座標系（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して、ペン軸の傾斜による影響を除去するとともに速度の累積誤差が発生することを防止する。
【００１７】
さらに、上記演算部は角加速度演算部と加速度補正部を備え、角加速度演算部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速度から回転角加速度を求め、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加速度センサの取付け位置におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先部におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求め、座標変換演算部は筆記中の回転角度を基に加速度補正部が補正して求めたペン先部のペン軸座標系（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して、加速度センサの取付け位置がペン先部と離れていることに起因するペン軸の傾斜運動の影響を除去する。
【００２４】
また、上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにリセットして、速度の累積誤差が発生することを防止する。
【００２５】
また、上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように前回停止状態を検出してから今回停止状態を検出するまでの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の速度を補正して、さらに正確に速度の誤差発生を防止する。
【００２６】
また、上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにするとともに、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度変化及び速度変化が連続するようにスプライン補間による補正をして、ペン先部の軌跡を正確に検出できるようにする。
【００２７】
また、上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにする補正量を算出し、算出した補正量を基に次ぎに停止状態であることを検出するまでの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の速度を補正する。
【００２８】
また、上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように初期回転角度を補正して、速度検出の累積誤差をなくすとともに、ペン型入力装置の回転角度の検出誤差もなくす。
【００２９】
また、上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように筆記中の回転角度を補正する。
【００３０】
【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。ペン型入力装置は、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算出し、算出した初期回転角度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回転角度を算出し、算出した筆記中の回転角度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（Ｘg，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ものである。
【００３１】
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、ペン軸の回転角度の検出誤差が生じ、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。
【００３２】
ペン型入力装置は、例えば３個の加速度センサと３個のジャイロと感圧センサと演算部を有する。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。感圧センサは、例えばペン先部に加わる筆記面からの圧力を検出する。
【００３３】
演算部は、例えばＡＤ変換器とハイパスフィルタ（以後「ＨＰＦ」という。）とローパスフィルタ（以後「ＬＰＦ」という。）と静止判別部と初期回転角度演算部と回転角度変化演算部と筆記中回転角度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高周波判別部と速度ゼロ検出部と速度補正部と移動量演算部を備える。ＡＤ変換器は加速度センサ、ジャイロ及び感圧センサからのアナログ信号をデジタル変換する。ＨＰＦは加速度センサ及びジャイロからの信号のうちペン先部と筆記面との摩擦により発生する高周波数成分を抽出する。ＬＰＦは加速度センサ及びジャイロからの信号のうちペン先部の移動により発生する低周波数成分を抽出する。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。
【００３４】
初期回転角度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算出する。回転角度変化演算部はジャイロを用いて検出したＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を基に筆記中の回転角度の変化を算出する。筆記中回転角度演算部は初期傾回転角度演算部が算出した初期回転角度と回転角度変化演算部が算出した回転角度の変化を基に筆記中の回転角度を算出する。角加速度演算部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速度から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加速度センサの取付け位置におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先部におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を算出する。座標変換演算部は筆記中の回転角度を基に加速度補正部が補正して求めたペン先部のペン軸座標系（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。重力加速度除去部は座標変換演算部が変換して得た重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度から重力加速度成分を除去する。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。
【００３５】
高周波判別部はＨＰＦを介して入力した加速度信号及び回転角速度信号のいずれかにペン先部と筆記面との摩擦による高周波数成分が含まれているか否かを判別する。速度ゼロ検出部は感圧センサを用いたペン先部に対する筆記面からの圧力及び高周波判別部の判別結果を基にペン先部が移動を停止したか否かを検出する。例えば高周波判別部がＨＰＦを介して入力した加速度信号及び回転角速度信号のいずれにもペン先部と筆記面との摩擦による高周波数成分が含まれていないと判別する場合として、ペン先部が筆記面上で移動を停止している場合とペン先部が空中にある場合がある。この両者を判別できないと、ペン先部が筆記面上で移動を停止しているか否かを正確に検出することができない。そこで、速度ゼロ検出部は、高周波判別部がＨＰＦを介して入力した加速度信号及び回転角速度信号のいずれにもペン先部と筆記面との摩擦による高周波数成分が含まれていないと判別した場合であって、かつ、感圧センサからの信号を用いてペン先部に対する筆記面からの圧力を検出したときを筆記軌跡の「曲がり角」等でペン先部が筆記面上で移動を停止している状態（停止状態）であると判別する。
【００３６】
速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部が筆記面上で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、速度演算部が算出した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度がゼロになるように補正する方法としては、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，Ｚg）における速度から引いたり、静止状態を検出した際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回転角度を補正しても良い。
【００３７】
移動量演算部は重力座標系（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して、装置の筆跡を正確に検出する。
【００３８】
【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、図２に示すようにペン先部８を原点としペン軸９をＺs軸とした座標系をペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）といい、ペン軸９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。
【００３９】
図に示すように、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、感圧センサ４、処理部５、記憶部６及び電源部７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Ｙsa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。感圧センサ４は、例えばペン先部８に取り付けられ、ペン先部８に加わる筆記面からの圧力の検出信号を出力する。
【００４０】
処理部５は、図３に示すように入力部５ａと演算部５ｂを備える。入力部５ａは、ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｇとＨＰＦ５２ａ〜５２ｆとＬＰＦ５３ａ〜５３ｆを備える。ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｇは、それぞれ加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ及び感圧センサ４からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＨＰＦ５２ａ〜５２ｆは、例えばほぼ10Hz程度のカット負不周波数でペン先部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，３ｂ，３ｃからの信号の高周波成分を抽出する。ＬＰＦ５３ａ〜５３ｆ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，２ｂ，２ｃ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。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，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。
【００４１】
演算部５ｂは、静止判別部５４と初期回転角度演算部５５と回転角度変化演算部５６と筆記中回転角度演算部５７と角加速度演算部５８と加速度補正部５９と座標変換演算部６０と重力加速度除去部６１と速度演算部６２と高周波判別部６３と速度ゼロ検出部６４と速度補正部６５と移動量演算部６６を備える。静止判別部５４は加速度センサ２ａ，２ｂ，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。初期回転角度演算部５５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Ａxso，Ａyso，Ａzsoを基に初期回転角度（φo，θo，Ψo）を算出する。回転角度変化演算部５６はジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃが検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に回転角度の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を算出する。筆記中回転角度演算部５７は初期回転角度演算部５５が算出した初期回転角度（φo，θo，Ψo）と回転角度変化演算部５６が算出した回転角度の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を基に筆記中の回転角度（φ，θ，Ψ）を算出する。
【００４２】
角加速度演算部５８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）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５９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５８が算出した回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／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８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５９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８におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）を算出する。
【００４３】
座標変換演算部６０は筆記中回転角度演算部５７が算出した筆記中における回転角度（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（Ａxos，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６１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。速度演算部６２は、重力加速度除去部６１が重力加速度ｇの成分を除去した後の重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における各軸方向の加速度（Ａxog，Ａyog，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。
【００４４】
ここで、上記構成のペン型入力装置１におけるペン先部８の移動方向及び移動量算出について説明する。
【００４５】
最初に初期回転角度演算部５５が、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）を基に初期回転角度（φo，θo，Ψo）を算出する場合について説明する。静止状態において各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxso，Ａyso，Ａzso）と初期回転角度（φo，θo，Ψo）との間には、次ぎの関係が成り立つ。
【００４６】
【数１】

Figure 0003776206
【００４７】
上記式から静止状態における初期回転角度φo，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５５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、初期回転角度Ψoは初期値をゼロにリセットする。
【００４８】
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。
【００４９】
次ぎに、回転角度変化演算部５６が筆記中の回転角度の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を算出する場合について説明する。
【００５０】
ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃで検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に回転角度の変化（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。
【００５１】
【数２】
Figure 0003776206
【００５２】
次ぎに、筆記中回転角度演算部５７は、上記のようにして初期回転角度演算部５６が算出した初期回転角度（φo，θo，Ψo）と回転角度変化演算部５６が算出した筆記中の回転角度変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を基に、次式を用いて筆記中の回転角度（φ，θ，Ψ）を算出する。
【００５３】
【数３】
Figure 0003776206
【００５４】
次ぎに、上記のようにして得た筆記中の回転角度（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（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）に変換する場合について説明する。
【００５５】
筆記中の回転角度（φ，θ，Ψ）を基にペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）から重力座標系（Ｘg，Ｙg，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、invＥ（φ，θ，Ψ）は行列Ｅ（φ，θ，Ψ）の逆行列を表すものとする。
【００５６】
【数４】
Figure 0003776206
【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，Ｚas），（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，２ｂ，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（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を求める式は、次式のようになる。
【００５８】
【数５】
Figure 0003776206
【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（ωxs，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，ｄωzs／ｄｔ）の関数であるので、加速度補正部５８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】
高周波判別部６３はＨＰＦ５２ａ〜５２ｆを介して入力した加速度（Ａxh，Ａyh，Ａzh）及び回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）のいずれかにペン先部８と筆記面との摩擦による高周波数成分が含まれているか否かを判別する。ここで、加速度（Ａxh，Ａyh，Ａzh）は、それぞれ加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）の高周波数成分であるとする。例えば高周波判別部６３は、ＨＰＦ５２ａ〜５２ｆを介して入力した加速度（Ａxh，Ａyh，Ａzh）をそれぞれ予めノイズレベルを基に定めた閾値と比較して、いずれの信号も高周波数成分を含んでいないときを停止状態又はペン先部８が空中にある状態とする。ここで、高周波判別部６３は、ＨＰＦ５２ａ〜５２ｆを介して入力した加速度（Ａxh，Ａyh，Ａzh）を直交したベクトルとして、ベクトルの大きさ√（Ａxh2＋Ａyh2＋Ａzh2）に対して包絡線を算出し、閾値と比較するようにしても良い。
【００６１】
速度ゼロ検出部６４は感圧センサ４を用いたペン先部８に対する筆記面からの圧力及び高周波判別部６３の判別結果を基にペン先部８が移動を停止したか否かを検出する。例えば速度ゼロ検出部６４は、高周波判別部６３がＨＰＦ５２ａ〜５２ｆを介して入力した加速度（Ａxh，Ａyh，Ａzh）及び回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）のいずれにもペン先部８と筆記面との摩擦による高周波数成分が含まれていないと判別した場合であって、かつ、感圧センサ４を用いてペン先部８に対する筆記面からの圧力を検出したときをペン先部８が筆記面上で移動を停止している停止状態であると判別する。例えば図４に示すように実際に文字「る」を描いた場合、ペン先部８が停止した場所Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4において、高周波判別部６３はＨＰＦ５２ａ〜５２ｆを介して入力した加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）及び回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）のいずれにもペン先部８と筆記面との摩擦による高周波数成分が含まれていないと判別する。図５に高周波判別部６３に入力した信号Ｂの例を示す。図中Ｂ1はペン先部８が空中を移動中の信号を示し、Ｂ2，Ｂ3はペン先部８が筆記面上で静止している際の信号を示す。上記のようにペン先部８が筆記面に接触しているか否かを検出することにより、速度ゼロ検出部６４は筆記面上を静止しているか否かを検出する。
【００６２】
速度補正部６５は、速度ゼロ検出部６４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６２が算出した速度と筆記中回転角度演算部５７が算出した筆記中の回転角度（φ，θ，Ψ）を基に速度演算部６３が算出した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度をゼロに補正する。移動量演算部６６は速度補正部６５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８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。
【００６３】
上記構成のペン型入力装置１の動作を、図６のフローチャートを参照して説明する。
【００６４】
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，ωys，ωzs）を示す信号を出力する。ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｆ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。ＨＰＦ５２ａ〜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（ωxs，ωys，ωzs）から高周波数成分を抽出する。
【００６５】
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５４は、ＡＤ変換器５１ａ〜５１ｆからデジタル変換後の加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）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，Ａys，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。
【００６６】
静止判別部５４が静止状態と判別すると（ステップＳ２）、初期回転角度演算部５５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）を基にして初期回転角度（φo，θo，Ψo）を算出する（ステップＳ３）。
【００６７】
その後、加速度センサ２ａ，２ｂ，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）、回転角度変化演算部５６は、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に回転角度の変化（ｄφ／ｄｔ，ｄθ／ｄｔ，ｄΨ／ｄｔ）を求める（ステップＳ５）。筆記中回転角度演算部５７は、既に説明したように初期回転角度（φo，θo，Ψo）と回転角度の変化（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、筆記中の回転角度（φ，θ，Ψ）を算出する（ステップＳ６）。
【００６８】
角加速度演算部５８はジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出する（ステップＳ７）。加速度補正部６０は回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）及び回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）を基に、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（Ａxs，Ａys，Ａzs）を補正して、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（ステップＳ８）。このように加速度センサ２ａ，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。
【００６９】
座標変換演算部６０は、筆記中回転角度演算部５７が算出した筆記中のペン軸９の回転角度（φ，θ，Ψ）を用いて、加速度補正部５９が算出したペン先部８におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）での加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）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９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６１は、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン先部８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６２は重力加速度除去部６１が重力加速度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，Ａyog，Ａzog）を積分してペン先部８の速度（Ｖxog，Ｖyog，Ｖzog）を算出する（ステップＳ１１）。
【００７０】
速度補正部６５は、既に説明したようにして速度ゼロ検出部６４がペン先部８の停止状態を検出すると（ステップＳ１２）、ペン先部８の速度がゼロになるように速度演算部６２が算出した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度（Ｖxog，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６５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６６は上記のようにして求めた重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）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Ｓ１４）、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Ｓ１５）。
【００７１】
次ぎに、上記速度補正部６５による補正のさらに具体的な方法について説明する。
【００７２】
上記速度補正部６５は、速度ゼロ検出部６４がペン先部８の停止状態を検出すると、速度演算部６２が積分演算して求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の各軸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。これは、例えば図７（ａ）に示すように理想的な速度変化Ｃ1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Ｃ2の波形が右下がりになる。これに対して、図中Ｅ1〜Ｅ4で示す停止状態における速度をゼロに補正することにより、図７（ｂ）に示すように理想的な速度変化Ｃ1と誤差の少ない速度変化Ｃ3を求めることができる。このように、停止状態であることを検出した際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８の速度波形を得ることができる。このように簡単な補正をすることにより、処理速度を速めることができる。したがって、ペン先部８の停止状態を的確に検出でき、且つ、Ｓ／Ｎ比及びオフセットの良好な加速度センサを用いて加速度を検出した場合に有効な補正である。
【００７３】
また、上記速度補正部６５は、速度ゼロ検出部６４がペン先部８の停止状態を検出すると、速度演算部６２が積分演算して求めた重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の各軸方向の速度がゼロになるように前回停止状態を検出してから今回停止状態を検出するまでの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の速度を補正するようにしても良い。例えば図中点線で囲んだ速度差Ｆを速度演算部６２の計算結果から差し引くことにより補正を行なう。この場合、前回停止状態を検出してから今回停止状態を検出するまでの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の速度を記憶部７で記憶する必要があるが、図７（ｃ）に示すように補正を行なった部分に段のないさらに正確なペン先部８の速度波形Ｃ4を得ることができる。また、演算が簡単なので迅速な補正を行なうことができる。ここで、ペン先部８の停止時刻からの時間差で重み付けするようにしても良い。
【００７４】
さらに、上記速度補正部６５は、速度ゼロ検出部６４がペン先部８の停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにするとともに、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度変化及び速度変化が連続するようにスプライン補間による補正をするようにしても良い。
【００７５】
また、上記速度補正部６５は、速度ゼロ検出部６４がペン先部８の停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにする補正量を算出し、算出した補正量を基に次ぎに停止状態であることを検出するまでの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の速度を補正するようにしても良い。例えば既に説明したようにペン先部8の停止を検出した際の速度をゼロにすると同時に、速度誤差と時間積分からそれ以後の補正量を速度誤差を積分時間で割ることにより算出する。速度誤差を積分時間で割った値は、既に説明した速度誤差Ｆに相当する。
【００７６】
さらに、図８に示すように演算部５ｂが静止判別部５４、初期回転角度演算部５５、回転角度変化演算部５６、筆記中回転角度演算部５７、角加速度演算部５８、加速度補正部５９、座標変換演算部６０、重力加速度除去部６１、速度演算部６２、高周波判別部６３、速度ゼロ検出部６４、補正判別部６７、速度補正部６５及び移動量演算部６６を備えるようにしても良い。補正判別部６７は速度ゼロ検出部６４がペン先部８の停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度が予め定めた閾値以下になっているか否かを調べ、速度を補正する必要が有るか否かを調べる。速度補正部６５は、補正判別部６７が速度を補正する必要が有ると判別すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように初期回転角度（φo，θo，Ψo）を補正する。これにより、ペン軸９の傾斜も補正することができ、さらに正確に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度を算出することができる。
【００７７】
また、速度補正部６５は、初期回転角度（φo，θo，Ψo）を補正する代わりに筆記中の回転角度（φ，θ，Ψ）を補正するようにしても良い。筆記中の回転角度を補正することにより、筆記中のペン軸９の傾きをさらに正確に補正できるようになり、さらに正確に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度を算出することができる。
【００７８】
また、上記実施例ではいずれも速度ゼロ検出部６４は、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号の高周波数成分並びに感圧センサ４からの信号を基にペン先部８の停止状態を検出したが、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）が予め定めた閾値以下の状態が予め定めた時間以上続いたことを検出すると停止状態であると判断するようにしても良い。入力部５ａは、図９に示すようにＡＤ変換器５１ａ〜５１ｆとＬＰＦ５３ａ〜５３ｆを有する。演算部５ｂは、静止判別部５４、初期回転角度演算部５５、回転角度変化演算部５６、筆記中回転角度演算部５７、角加速度演算部５８、加速度補正部５９、座標変換演算部６０、重力加速度除去部６１、速度演算部６２、速度ゼロ検出部６４、速度補正部６５及び移動量演算部６６を備える。速度ゼロ検出部６４は、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）がそれぞれ予め定めた閾値以下の状態が、例えば0.05秒以上続いたことを検出すると停止状態であると判断する。ここで、上記0.05秒の値はＬＰＦのカットオフ周波数に依存する。また、閾値の値はノイズレベルから定める。この場合、停止状態の検出は遅れるが、感圧センサ４などを用いる必要がなく装置を小型化できる。
【００７９】
また、ペン型入力装置１は、例えば図１０に示すように演算部５ｂに静止判別部５４、初期回転角度演算部５５、回転角度変化演算部５６、筆記中回転角度演算部５７、角加速度演算部５８、加速度補正部５９、座標変換演算部６０、重力加速度除去部６１、速度演算部６２、微分演算部６８、速度ゼロ検出部６４、速度補正部６５ａ及び移動量演算部６６を備えるようにしても良い。微分演算部６８は座標変換演算部６０が座標変換して得た重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）を微分する。速度ゼロ検出部６４ｃは座標変換演算部６０が座標変換して得た重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度（Ａxog，Ａyog，Ａzog）と微分演算部６８が重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）による加速度を時間で微分した値とがともに予め定めた閾値以下であることを検出すると、ペン先部８が停止状態であると判断する。この場合一定時間を経過するのを待つ必要がなく、停止状態の検出を迅速に行なうことができる。
【００８０】
また、ペン型入力装置１は、例えば図１１に示すように演算部５ｂにＡＤ変換器５１ａ〜５１ｆ、ＬＰＦ５３ａ〜５３ｆ、静止判別部５４、初期回転角度演算部５５、回転角度変化演算部５６、筆記中回転角度演算部５７、角加速度演算部５８、加速度補正部５９、座標変換演算部６０、重力加速度除去部６１、速度演算部６２、速度ゼロ検出部６４、速度補正部６５及び移動量演算部６６を備えるようにしても良い。速度ゼロ検出部６４は、加速度補正部５９が補正した後のペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）の大きさ√（Ａxos2＋Ａyos2＋Ａzos2）と重力加速度ｇの大きさの差が予め定めた閾値以下の状態が予め定めた一定時間以上続いたことを検出すると、ペン先部８が停止状態であると判断する。この場合、座標変換前に静止状態か否かを判別するので、静止状態の場合は座標変換処理などを省略することもでき、処理を迅速に行なうことができる。
【００８１】
また、速度ゼロ検出部６４は、加速度補正部５９が補正した後のペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）の大きさ√（Ａxos2＋Ａyos2＋Ａzos2）と重力加速度ｇの大きさの差が予め定めた閾値以下であり、且つ、加速度補正部５９が補正した後のペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxos，Ａyos，Ａzos）を時間で微分した値が予め定めた閾値以下であることを検出すると、ペン先部８が停止状態であると判断するようにしても良い。
【００８２】
さらに、上記速度ゼロ検出部６４は、感圧センサ４等を用いてペン先部８が筆記面と接触しているときにペン先部８が停止状態であるか否かを判断する要にして、ペン先部８が空中にある場合を除くようにしても良い。
【００８３】
さらに、速度ゼロ検出部６４は、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃからの加速度信号の高周波数成分を検出しない状態が継続した時間間隔を予め定めた時間間隔と比較し、継続時間間隔が予め定めた時間間隔より短い場合はペン先部が停止状態であると判断する。これにより、速度がゼロであり、且つ、加速度がゼロでない状態を迅速に検出できるようになる。また、速度ゼロ検出部６４は、継続時間間隔が予め定めた時間間隔以上の場合はペン先部８が長い時間停止している状態かそれとも空中を移動中であると判断して、速度及び加速度がともにゼロである状態（長期間の停止状態）を検出する。これにより、ペン先部８の停止状態を迅速に検出することができるとともに、感圧センサ４等を用いずともペン先部８が空中にある状態を検出できる。
【００８４】
なお、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算出し、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し、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座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度に変換する。
【００８５】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、各加速度センサからの加速度信号中に高周波成分が含まれていないとき、及び感圧センサからの検出信号からペン先部に加わる筆記面からの圧力を検出したときに、ペン先部が筆記面上で移動を停止している停止状態であると判別し、ペン先部が筆記面上での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加速度を基に求めた速度がゼロになるようにその速度を補正して、補正した速度を基に装置の移動方向及び距離を検出するので、累積誤差が発生することを防止することができる。
【００８６】
また、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（Ｘs，Ｙs，Ｚs）における加速度を基に装置の初期回転角度を算出し、算出した初期回転角度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回転角度を算出し、算出した筆記中の回転角度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座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度に変換し、変換して得た重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度を積分して、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度を算出し、ペン先部が筆記面と接触している際の各加速度センサ及び各ジャイロからの信号中に高周波成分が含まれていないとき、及び感圧センサからの検出信号からペン先部に加わる筆記面からの圧力を検出したときに、ペン先部が筆記面上で移動を停止している停止状態であると判別し、ペン先部が筆記面上での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重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の速度がゼロになるように重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度を補正し、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ので、ペン軸の傾斜による影響を除去するとともに速度の累積誤差の発生を防止できる。
【００８７】
さらに、３個のジャイロを用いて検出した回転角速度から回転角加速度を算出し、３個のジャイロを用いて検出した回転角速度、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加速度センサの取付け位置におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先部におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求め、筆記中の回転角度を基にが補正して求めたペン先部のペン軸座標系（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ので、加速度センサの取付け位置がペン先部と離れていることに起因するペン軸の傾斜運動の影響を除去する個とができる。
【００９４】
また、ペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにリセットするので、速度の累積誤差が発生することを防止することができる。
【００９５】
また、ペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように前回停止状態を検出してから今回停止状態を検出するまでの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の速度を補正するので、さらに正確に速度の誤差発生を防止できる。
【００９６】
また、ペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにするとともに、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度変化及び速度変化が連続するようにスプライン補間による補正を行なうので、ペン先部の軌跡を正確に検出できる。
【００９７】
また、ペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにする補正量を算出し、算出した補正量を基に次ぎに停止状態であることを検出するまでの重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の速度を補正するので、補正量を予め計算することにより処理を早めることができる。
【００９８】
また、ペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように初期回転角度を補正するので、速度検出の累積誤差をなくすとともに、ペン型入力装置の回転角度の検出誤差もなくすことができる。
【００９９】
また、ペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように筆記中の回転角度を補正するので、速度検出の累積誤差をなくすとともに、筆記中のペン型入力装置の回転角度の検出誤差もなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す構成図である。
【図２】座標系の説明図である。
【図３】演算部の構成図である。
【図４】ペン先部の停止点を示す説明図である。
【図５】加速度の高周波数成分の波形図である。
【図６】筆記入力動作を示すフローチャートである。
【図７】速度ずれ及びその補正した速度信号の波形図である。
【図８】回転角度を補正する演算部の構成図である。
【図９】加速度を基に停止状態を判別する演算部の構成図である。
【図１０】速度及びその微分値から停止状態を判別する演算部の構成図である。
【図１１】検出加速度と重力加速度を基に停止状態を判別する演算部の構成図である。
【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
４ 感圧センサ
５ 処理部
５ａ 入力部
５ｂ 演算部
５４ 静止判別部
５５ 初期回転角度演算部
５６ 回転角度変化演算部
５７ 筆記中回転角度演算部
５８ 角加速度演算部
５９ 加速度補正部
６０ 座標変換演算部
６１ 重力加速度除去部
６２ 速度演算部
６３ 高周波判別部
６４ 速度ゼロ検出部
６５ 速度補正部
６６ 移動量演算部
６７ 補正判別部
６８ 微分演算部
８ ペン先部
９ ペン軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pen-type input device for inputting figures and characters.
[0002]
[Prior art]
As an input device such as a computer device, a keyboard, a mouse, a digitizer, a light pen, a tablet, and the like are used. With the downsizing of computer devices, needs for portable terminal devices are increasing and users are increasing year by year. Therefore, a small input device has been demanded.
[0003]
There is a limit to the miniaturization of the keyboard in terms of a human interface, and it is not practical as an input device for a portable terminal device. Although the mouse can be miniaturized as a pointing device, it is not suitable for inputting figures and characters.
[0004]
For this reason, many pen-type input devices using a tablet and a pen are employed as input devices for portable terminal devices. When the pen-type input device using the tablet is further reduced in size, the size of the tablet becomes a problem. Therefore, for example, a data input device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-84716, a handwriting input device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-200127, and a pen-type computer input device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-67799. A tabletless input device such as was developed. The data input device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-84716 detects the moving direction and moving amount of the device based on signals indicating the polarity and amplitude from vibration gyros arranged at right angles to each other. Furthermore, the handwriting input device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-200127 obtains the moving direction and moving distance of the device based on signals from two acceleration sensors. Also, the pen-type computer input device disclosed in JP-A-6-67799 has a gyro and two acceleration sensors, calculates the rotation of the pen axis using the gyro, and calculates the calculated rotation and two The moving direction and moving distance of the apparatus are obtained based on signals from the acceleration sensor.
[0005]
Further, as a device provided with two sets of acceleration sensors for detecting accelerations in two directions orthogonal to each other on a plane orthogonal to the pen axis, for example, in a pencil type input device described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-230886, two sets of After integrating the output of the acceleration sensor, the influence of the mounting position of the acceleration sensor is corrected, and the movement direction and movement amount of the pen tip are detected.
[0006]
Further, it is not related to a pen-type input device, but is used, for example, in a game machine to detect the moving speed, position, posture, etc. of a human head. A position sensor described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-294240 Is equipped with an acceleration sensor that detects acceleration in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction, and a gyro that detects angular velocities around the X-axis, Y-axis, and Z-axis. A strapdown calculation is performed to detect the moving speed, position, posture, and orientation of the head.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the data input device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-84716 is not suitable for inputting figures and the like because it detects the rotational movement of the wrist and inputs the moving direction and moving distance.
[0008]
Furthermore, the handwriting input device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-200127 does not have a correction means for the tilt of the device, and therefore cannot be corrected when the device has a dynamic tilt. Since the normal writing operation involves dynamic tilting of the apparatus, the detection result may be inaccurate.
[0009]
Further, the pen-type computer input device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-67799 calculates the rotation of the pen shaft, but cannot correct it when the device has a dynamic inclination.
[0010]
Further, in the pencil type input device described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-230886, correction is performed after the acceleration is integrated, but it becomes difficult to detect an error by integrating the acceleration before correction. , Accurate correction is not possible. Further, it is not considered that the acceleration detection component at the pen tip changes due to the inclination of the pen shaft.
[0011]
Further, since the position sensor described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-294240 spatially detects the moving speed, position, posture, and orientation of the head, it employs complicated arithmetic processing. Since the input device is required to be downsized, it is necessary to accurately detect the moving direction and the moving distance on the writing surface with a simple arithmetic processing.
[0012]
Also, in the pen-type input device, it is difficult to provide three acceleration sensors at the pen tip, and when the acceleration sensor is mounted away from the pen tip, the acceleration sensor generates a component due to the tilt movement of the pen shaft. You may pick it up. The component due to the tilting movement of the pen shaft is large and has a large influence on the detection accuracy.
[0013]
Further, in order to detect the writing locus based on the acceleration detected using the acceleration sensor, the integral calculation process has to be performed twice, and errors due to the two integral calculation processes have accumulated. In particular, the accumulated error increased as the measurement time increased.
[0014]
The present invention has been made to eliminate such disadvantages, and an object of the present invention is to obtain a small pen-type input device that accurately detects handwritten input with a simple configuration.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A pen-type input device according to the present invention includes a plurality of acceleration sensors, and detects a moving direction and a distance of the device based on a signal indicating acceleration output from each acceleration sensor. A pressure sensor for detecting a signal indicating the pressure from the writing surface applied to the pen tip, It has a speed zero detector and a speed corrector, The high frequency discriminating unit discriminates whether or not the acceleration signal from each acceleration sensor contains a high frequency component, and the zero speed detection unit is the discrimination result by the high frequency discriminating unit. Acceleration signal from each acceleration sensor inside High frequency component Is not included, and when the pressure from the writing surface applied to the pen tip portion is detected from the detection signal from the pressure sensor, The pen tip is Stops moving on the writing surface It is stopped And discriminate And Speed Degree correction unit By speed zero detector The pen tip is On the written surface When it is detected that the vehicle is stopped, the speed obtained based on the acceleration at the time of detection is corrected to zero, and the moving direction and distance of the device are detected based on the corrected speed. Prevent cumulative errors from occurring.
[0016]
The pen-type input device With pressure sensitive sensor It has three acceleration sensors, three gyros and a calculation unit, The pressure sensor detects a signal indicating the pressure from the writing surface applied to the pen tip, Each of the three acceleration sensors outputs a signal indicating acceleration in the Xs axis direction, Ys axis direction, and Zs axis direction of the pen coordinate system (Xs, Ys, Zs) with the pen axis as the Zs axis. Signals indicating rotational angular velocities around the Xs axis, the Ys axis, and the Zs axis are output, respectively, and the calculation unit includes an initial rotation angle calculation unit, a writing rotation angle calculation unit, a coordinate conversion calculation unit, and a speed calculation unit. With the high frequency discrimination part A zero speed detection unit, a speed correction unit, and a movement amount calculation unit are provided. The initial rotation angle calculation unit is based on the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the acceleration sensor in a stationary state. The initial rotation angle is calculated, and the writing rotation angle calculation unit calculates the rotation angle during writing based on the initial rotation angle calculated by the initial rotation angle calculation unit and the rotation angular velocity detected using the gyro, and the coordinate conversion calculation unit Indicates the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected by each acceleration sensor based on the rotation angle in writing calculated by the rotation angle calculation unit in writing as the Zg axis. The velocity calculation unit integrates the acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) obtained by coordinate conversion by the coordinate conversion calculation unit, and converts the gravity to the acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg). Coordinate system (Xg, Yg, Zg ) The high frequency discriminating unit discriminates whether or not a high frequency component is included in signals from each acceleration sensor and each gyro, The zero speed detector Result of discrimination by the high frequency discriminating unit When a high frequency component is not included in the signals from each acceleration sensor and each gyro, and when pressure from the writing surface applied to the pen tip is detected from the detection signal from the pressure sensor , The pen tip is Move on the writing surface Has stopped Determined to be stopped The speed correction unit is the zero speed detection unit. By The pen tip is On the written surface Gravity coordinates calculated by the speed calculation unit so that the speed in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) becomes zero based on the speed calculated by the speed calculation unit at the time of detection when the stop state is detected. Correcting the speed in the system (Xg, Yg, Zg), the moving amount calculating unit calculates the moving direction and moving distance of the apparatus based on the speed in each axis direction in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg), This eliminates the influence of the pen axis inclination and prevents the occurrence of a speed error.
[0017]
Further, the calculation unit includes an angular acceleration calculation unit and an acceleration correction unit, the angular acceleration calculation unit obtains a rotation angular acceleration from the rotation angular velocity detected using the three gyros, and the acceleration correction unit uses the three gyros. Acceleration component due to tilt motion centered on the pen tip of the acceleration detected using three acceleration sensors based on the rotational angular velocity detected in this way, the rotational angular acceleration calculated by the angular acceleration calculation unit, and the mounting position of each acceleration sensor And the acceleration of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) at the mounting position of the acceleration sensor is corrected on the basis of the acceleration component due to the calculated tilting motion, and the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) is obtained, and the coordinate transformation calculation unit calculates the acceleration by the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) of the pen tip obtained by the acceleration correction unit based on the rotation angle during writing in the gravity coordinate system. (Xg , Yg, Zg), and the influence of the tilting motion of the pen shaft caused by the mounting position of the acceleration sensor being away from the pen tip is removed.
[0024]
In addition, the speed correction unit has a zero speed detection unit that is On the written surface When the stop state is detected, the speed obtained by integrating the acceleration of the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected is reset to zero, and a cumulative speed error occurs. To prevent.
[0025]
In the above speed correction unit, the zero speed detection unit is On the written surface When the stop state is detected, the previous stop state is detected so that the speed obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) at the time of detecting the stop state is zero, and the current stop is performed. The speed of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) until the state is detected is corrected to prevent the occurrence of speed error more accurately.
[0026]
In addition, the speed correction unit has a zero speed detection unit that is On the written surface When the stop state is detected, the velocity obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected is set to zero, and the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) is set. Correction by spline interpolation is performed so that the acceleration change and the speed change continue, so that the locus of the pen tip can be accurately detected.
[0027]
In addition, the speed correction unit has a zero speed detection unit that is On the written surface When the stop state is detected, a correction amount for calculating the speed obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected is calculated, and the calculated correction amount is used as a basis. Next, the speed of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) until it is detected that the vehicle is stopped is corrected.
[0028]
In addition, the speed correction unit has a zero speed detection unit that is On the written surface When the stop state is detected, the initial rotation angle is corrected so that the speed obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected becomes zero, and the speed is detected. Are eliminated, and the detection error of the rotation angle of the pen-type input device is eliminated.
[0029]
In addition, the speed correction unit has a zero speed detection unit that is On the written surface When the stop state is detected, the rotation angle during writing is corrected so that the speed obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected becomes zero.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The pen-type input device of the present invention inputs characters, symbols, figures, etc. to a computer device or the like. The pen-type input device calculates the initial rotation angle of the device based on the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the acceleration sensor in a stationary state, and uses the calculated initial rotation angle and the gyro. The rotation angle in writing is calculated based on the detected rotation angular velocity, and the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using each acceleration sensor based on the calculated rotation angle in gravity is gravity. By converting the axis extending in the acceleration direction to the acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) with the Zg axis, the movement direction and movement distance of the pen tip are calculated based on the converted acceleration, and the handwriting accurately Detection is performed.
[0031]
Here, the above process includes an integration process, and an error may occur. In addition, there may be a case where an error in detecting the rotation angle of the pen shaft occurs and the gravitational acceleration component cannot be removed accurately. Therefore, these effects are eliminated, and the accurate movement amount and movement distance are calculated.
[0032]
The pen-type input device includes, for example, three acceleration sensors, three gyros, a pressure sensor, and a calculation unit. Each of the three acceleration sensors outputs a signal indicating the acceleration in the Xs axis direction, the Ys axis direction, and the Zs axis direction of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs). Each of the three gyros outputs signals indicating rotational angular velocities around the Xs axis, the Ys axis, and the Zs axis of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs). A pressure sensor detects the pressure from the writing surface added to a nib part, for example.
[0033]
The calculation unit includes, for example, an AD converter, a high-pass filter (hereinafter referred to as “HPF”), a low-pass filter (hereinafter referred to as “LPF”), a stationary determination unit, an initial rotation angle calculation unit, a rotation angle change calculation unit, and a rotation during writing. An angle calculation unit, an angular acceleration calculation unit, an acceleration correction unit, a coordinate conversion calculation unit, a gravitational acceleration removal unit, a speed calculation unit, a high frequency discrimination unit, a speed zero detection unit, a speed correction unit, and a movement amount calculation unit are provided. The AD converter digitally converts analog signals from the acceleration sensor, the gyroscope, and the pressure sensor. The HPF extracts a high frequency component generated by friction between the pen tip and the writing surface from signals from the acceleration sensor and the gyro. The LPF extracts a low frequency component generated by the movement of the pen tip portion from the signals from the acceleration sensor and the gyro. The stationary determining unit determines whether or not the stationary state is based on signals from each acceleration sensor and each gyro, for example.
[0034]
The initial rotation angle calculation unit calculates the initial rotation angle of the apparatus based on the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the acceleration sensor in the stationary state. The rotation angle change calculation unit calculates a change in rotation angle during writing based on the rotation angular velocities around the Xs axis, the Ys axis, and the Zs axis detected using a gyro. The rotation angle calculator during writing calculates the rotation angle during writing based on the initial rotation angle calculated by the initial tilt rotation angle calculator and the change in rotation angle calculated by the rotation angle change calculator. The angular acceleration calculation unit obtains the rotational angular acceleration from the rotational angular velocity detected using the three gyros. The acceleration correction unit is a rotational nib speed detected using three gyros, a rotational angular acceleration calculated by the angular acceleration calculation unit, and a pen tip of acceleration detected using three acceleration sensors based on the mounting position of each acceleration sensor. Acceleration component due to tilt motion centered on the head portion is calculated, and the pen tip portion is corrected by correcting the acceleration of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) at the mounting position of the acceleration sensor based on the calculated acceleration component due to tilt motion. The acceleration of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) is calculated. The coordinate transformation calculation unit calculates the acceleration by the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) of the pen tip portion obtained by the acceleration correction unit correcting based on the rotation angle during writing in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg). Convert to acceleration by. The gravitational acceleration removing unit removes the gravitational acceleration component from the acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) obtained by the conversion by the coordinate transformation calculation unit. The velocity calculation unit integrates the acceleration obtained by removing the gravitational acceleration component by the gravitational acceleration removal unit, and calculates the velocity in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg).
[0035]
The high frequency discriminating unit discriminates whether or not a high frequency component due to friction between the pen tip portion and the writing surface is included in any of the acceleration signal and the rotational angular velocity signal input via the HPF. The zero speed detection unit detects whether or not the pen tip portion has stopped moving based on the pressure from the writing surface on the pen tip portion using the pressure sensor and the discrimination result of the high frequency discrimination portion. For example, when the high frequency discriminating unit discriminates that neither the acceleration signal or the rotational angular velocity signal input via the HPF contains a high frequency component due to friction between the pen tip portion and the writing surface, the pen tip portion is writing. There is a case where the movement is stopped on the surface and a case where the pen tip portion is in the air. If the two cannot be discriminated, it cannot be accurately detected whether or not the pen tip portion has stopped moving on the writing surface. Therefore, when the zero speed detection unit determines that neither the acceleration signal or the rotational angular velocity signal input via the HPF by the high frequency determination unit includes a high frequency component due to friction between the pen tip portion and the writing surface. And when the pressure from the writing surface against the pen tip is detected using the signal from the pressure sensor, the pen tip stops moving on the writing surface due to the "bending angle" of the writing trajectory. Is determined to be in a stopped state (stopped state).
[0036]
When the speed correction unit detects that the pen tip part is stopped on the writing surface, the speed calculation unit calculates the speed so that the speed calculated by the speed calculation unit at the time of detection becomes zero. The velocity in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) is corrected. Here, as a method for correcting the velocity in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) calculated by the velocity calculation unit to be zero, for example, the velocity in the direction in which the stationary state is detected is reset to zero and then zero. The error caused by the reset is subtracted from the speed in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) or the previous stationary state is detected so that the speed when the stationary state is detected becomes zero. Or correct the velocity in the gravity coordinate system until it is detected. The speed correction unit may correct the initial rotation angle so that the speed in the direction in which the stationary state is detected becomes zero.
[0037]
The movement amount calculation unit calculates the movement direction and movement distance of the apparatus based on the speed in each axis direction in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg), and accurately detects the handwriting of the apparatus.
[0038]
【Example】
FIG. 1 is a block diagram of a pen-type input device 1 according to an embodiment of the present invention. In the following description, as shown in FIG. 2, a coordinate system in which the pen tip 8 is the origin and the pen axis 9 is the Zs axis is referred to as a pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs). The axis will be described as an Xs axis and a Ys axis. A coordinate system in which the axis extending in the direction of gravitational acceleration is the Zg axis is called a gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg), and two axes orthogonal to the Zg axis are called an Xg axis and a Yg axis. Furthermore, it is assumed that the writing surface coincides with the surface formed by the Xg axis and the Yg axis.
[0039]
As shown in the figure, the pen-type input device 1 includes acceleration sensors 2 a, 2 b, 2 c, gyros 3 a, 3 b, 3 c, a pressure sensor 4, a processing unit 5, a storage unit 6, and a power supply unit 7. The acceleration sensors 2a, 2b, and 2c are provided in the Xsa axis direction parallel to the Xs axis, the Ysa axis direction parallel to the Ys axis, and the Zs axis direction, respectively. The accelerations in the Xsa axis direction, the Ysa axis direction, and the Zsa axis direction are provided. A signal indicating (Axs, Ays, Azs) is output. The acceleration sensors 2a, 2b, and 2c may be small, highly sensitive, and have good linearity for acceleration detection, and may be any of a piezoresistive type, a piezoelectric type, or a capacitance type. The gyros 3a, 3b, and 3c output signals indicating rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) around the Xsb axis parallel to the Xs axis and the Xsa axis, around the Ysb axis parallel to the Ys axis and the Ysa axis, and around the Zs axis, respectively. To do. The gyros 3a, 3b, and 3c may be any one having a small scale factor (accuracy of rotational motion detection) and drift rate (stability of output offset), and any of a rotating gyroscope, a vibrating gyroscope, an optical gyroscope, etc. But it ’s okay. The pressure-sensitive sensor 4 is attached to, for example, the pen tip portion 8 and outputs a pressure detection signal from a writing surface applied to the pen tip portion 8.
[0040]
The processing unit 5 includes an input unit 5a and a calculation unit 5b as shown in FIG. The input unit 5a includes AD converters 51a to 51g, HPFs 52a to 52f, and LPFs 53a to 53f. The AD converters 51a to 51g convert analog signals from the acceleration sensors 2a, 2b, 2c, the gyros 3a, 3b, 3c and the pressure sensor 4 into digital signals, respectively. The HPFs 52a to 52f extract high frequency components of signals from the acceleration sensors 2a, 2b, 2c and the gyros 3a, 3b, 3c generated by the frictional force between the pen tip portion 8 and the writing surface, for example, with a cut negative non-frequency of about 10 Hz. To do. The LPFs 53a to 53f block high-frequency components of signals from the acceleration sensors 2a, 2b, and 2c and the gyros 3a, 3b, and 3c generated by the frictional force between the pen tip portion 8 and the writing surface. This is because high-frequency components are generated in signals from the acceleration sensors 2a, 2b, 2c and the gyros 3a, 3b, 3c due to friction between the pen tip 8 and the writing surface.
[0041]
The calculation unit 5b includes a stationary determination unit 54, an initial rotation angle calculation unit 55, a rotation angle change calculation unit 56, a writing rotation angle calculation unit 57, an angular acceleration calculation unit 58, an acceleration correction unit 59, a coordinate conversion calculation unit 60, and gravity. An acceleration removing unit 61, a speed calculating unit 62, a high frequency discriminating unit 63, a speed zero detecting unit 64, a speed correcting unit 65, and a movement amount calculating unit 66 are provided. The stationary determination unit 54 determines whether or not the vehicle is stationary based on signals from the acceleration sensors 2a, 2b, and 2c and the gyros 3a, 3b, and 3c. The initial rotation angle calculation unit 55 is based on the accelerations Axso, Ayso, Azso of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c at the start of writing. (Φo, θo, Ψo) is calculated. The rotation angle change calculation unit 56 calculates changes in rotation angle (dφ / dt, dθ / dt, dψ / dt) based on the rotation angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) detected by the gyros 3a, 3b, 3c. The writing rotation angle calculator 57 calculates the initial rotation angle (φo, θo, Ψo) calculated by the initial rotation angle calculator 55 and the change of rotation angle (dφ / dt, dθ / dt, calculated by the rotation angle change calculator 56). Based on dΨ / dt), the rotation angle (φ, θ, Ψ) during writing is calculated.
[0042]
The angular acceleration calculation unit 58 calculates the rotational angular acceleration (dωxs / dt, dωys / dt, dωzs / dt) from the rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) detected using the three gyros 3a, 3b, 3c. The acceleration correction unit 59 is the rotational angular velocity (ωxs, ωys, ωzs) detected using the three gyros 3a, 3b, 3c, and the rotational angular acceleration (dωxs / dt, dωys / dt, dωzs) calculated by the angular acceleration calculation unit 58. / Dt) and the pen tip 8 of the acceleration (Axs, Ays, Azs) detected using the three acceleration sensors 2a, 2b, 2c based on the mounting positions of the acceleration sensors 2a, 2b, 2c. The acceleration component due to the inclined motion is calculated. The acceleration correction unit 59 detects the acceleration (Axs, Ays, Azs) of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the three acceleration sensors 2a, 2b, 2c based on the calculated acceleration component due to the tilt motion. ) And the acceleration (Axos, Ayos, Azos) of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) in the pen tip 8 is calculated.
[0043]
The coordinate transformation calculation unit 60 uses the rotation angle (φ, θ, Ψ) during writing calculated by the rotation angle calculation unit 57 during writing, and detects the pen axis coordinate system (Xs) detected using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c. , Ys, Zs) is converted into acceleration (Axog, Ayog, Azog) in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg). The gravitational acceleration removing unit 61 removes the gravitational acceleration g component from the acceleration (Axog, Ayog, Azog) in the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg), and removes the influence of the gravitational acceleration g. The speed calculation unit 62 integrates accelerations (Axog, Ayog, Azog) in the respective axis directions in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) after the gravitational acceleration removing unit 61 removes the gravitational acceleration g component. Velocity (Vxog, Vyog, Vzog) in each axis direction in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) is calculated.
[0044]
Here, calculation of the moving direction and moving amount of the pen tip 8 in the pen-type input device 1 having the above-described configuration will be described.
[0045]
First, the case where the initial rotation angle calculation unit 55 calculates the initial rotation angle (φo, θo, Ψo) based on the acceleration (Axso, Ayso, Azso) detected using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c will be described. . The following relationship is established between the acceleration (Axso, Ayso, Azso) detected using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c and the initial rotation angle (φo, θo, Ψo) in the stationary state.
[0046]
[Expression 1]
Figure 0003776206
[0047]
From the above equation, the absolute values of the initial rotation angles φo and θo in the stationary state can be obtained. Here, whether or not the vehicle is in a stationary state is determined by the stationary determination unit 55 monitoring time changes in the output signals of the acceleration sensors 2a, 2b, and 2c and the gyros 3a, 3b, and 3c. Further, the initial rotation angle Ψo is reset to zero.
[0048]
Here, since three equations are established for the two unknowns φo and θo, the gravitational acceleration g can be treated as an unknown, and the absolute values of φo and θo can be obtained without defining the value of the gravitational acceleration g. Can be calculated. Further, the value of the gravitational acceleration g may be calculated, the calculated value of the gravitational acceleration g may be monitored, and a warning or the like may be issued when the value fluctuates greatly.
[0049]
Next, a case where the rotation angle change calculation unit 56 calculates changes in rotation angle (dφ / dt, dθ / dt, dΨ / dt) during writing will be described.
[0050]
The differential equation for calculating the change in rotational angle (dφ / dt, dθ / dt, dΨ / dt) based on the rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) detected by the gyros 3a, 3b, 3c is expressed by the following equation: Can do.
[0051]
[Expression 2]
Figure 0003776206
[0052]
Next, the rotation angle calculator 57 during writing calculates the initial rotation angle (φo, θo, Ψo) calculated by the initial rotation angle calculator 56 and the rotation during writing calculated by the rotation angle change calculator 56 as described above. Based on the angle change (dφ / dt, dθ / dt, dψ / dt), the rotation angle (φ, θ, ψ) during writing is calculated using the following equation.
[0053]
[Equation 3]
Figure 0003776206
[0054]
Next, the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the output of each acceleration sensor 2a, 2b, 2c based on the rotation angle (φ, θ, Ψ) in writing obtained as described above. ) Acceleration (Axs, Ays, Azs) is converted into the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) acceleration (Axg, Ayg, Azg).
[0055]
A coordinate transformation matrix invE (φ, φ, used when transforming from the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) to the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) based on the rotation angle (φ, θ, Ψ) in writing. θ, Ψ) can be expressed by the following equation. Here, invE (φ, θ, Ψ) represents an inverse matrix of the matrix E (φ, θ, Ψ).
[0056]
[Expression 4]
Figure 0003776206
[0057]
The mounting coordinates of the acceleration sensors 2a, 2b, 2c in the Xs axis direction, the Ys axis direction, and the Zs axis direction in the pen tip coordinate system (Xs, Ys, Zs) are respectively (Xas, Yas, Zas), (Xbs, Ybs). , Zbs), (Xcs, Ycs, Zcs) and using the coordinate transformation matrix invE (φ, θ, Ψ) in consideration of the gravitational acceleration g, the acceleration (Axs) obtained from each acceleration sensor 2a, 2b, 2c. , Ays, Azs), the equation for determining the acceleration (Axog, Ayog, Azog) of the pen tip 8 of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) is as follows.
[0058]
[Equation 5]
Figure 0003776206
[0059]
The second and third terms in the parentheses in the above formula are rotational angular accelerations obtained from rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) and rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) detected using the gyros 3a, 3b, 3c. Since it is a function of (dωxs / dt, dωys / dt, dωzs / dt), the acceleration correction unit 58 calculates the second term and the third term in parentheses of the above formula, and calculates from the acceleration sensors 2a, 2b, 2c. The detected acceleration (Axs, Ays, Azs) is corrected based on the above signal to obtain the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) in the pen tip 8 shown in parentheses. The gravitational acceleration removing unit 62 further removes the gravitational acceleration component from the above formula.
[0060]
The high frequency discriminating unit 63 has a high frequency component due to friction between the pen tip 8 and the writing surface in any of acceleration (Axh, Ayh, Azh) and rotational angular velocity (ωxs, ωys, ωzs) input via the HPFs 52a to 52f. It is determined whether or not it is included. Here, it is assumed that accelerations (Axh, Ayh, Azh) are high frequency components of accelerations (Axos, Ayos, Azos) detected using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c, respectively. For example, the high frequency discriminating unit 63 compares the accelerations (Axh, Ayh, Azh) input via the HPFs 52a to 52f with thresholds determined in advance based on the noise level, and none of the signals includes a high frequency component. Let time be a stopped state or a state in which the pen tip 8 is in the air. Here, the high frequency discriminating unit 63 uses the acceleration (Axh, Ayh, Azh) input via the HPFs 52a to 52f as an orthogonal vector, and the vector size √ (Axh 2 + Ayh 2 + Azh 2 ) May be calculated and compared with a threshold value.
[0061]
The zero speed detector 64 detects whether or not the pen tip 8 has stopped moving based on the pressure from the writing surface on the pen tip 8 using the pressure sensor 4 and the discrimination result of the high frequency discriminator 63. For example, the zero speed detector 64 includes the pen tip 8 and the writing surface for both the acceleration (Axh, Ayh, Azh) and the rotational angular velocity (ωxs, ωys, ωzs) input by the high frequency discriminator 63 via the HPFs 52a to 52f. When the pressure from the writing surface to the pen tip portion 8 is detected using the pressure-sensitive sensor 4 and the pen tip portion 8 is writing is determined. It is determined that the movement is stopped on the surface. For example, as shown in FIG. 4, when the character “RU” is actually drawn, the high frequency discriminating unit 63 receives the acceleration (through the HPFs 52 a to 52 f) at the locations A 1, A 2, A 3, A 4 where the pen tip 8 has stopped. It is determined that none of Axos, Ayos, Azos) and rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) contain high frequency components due to friction between the pen tip 8 and the writing surface. FIG. 5 shows an example of the signal B input to the high frequency discrimination unit 63. In the figure, B1 indicates a signal when the pen tip 8 is moving in the air, and B2 and B3 indicate signals when the pen tip 8 is stationary on the writing surface. By detecting whether or not the pen tip 8 is in contact with the writing surface as described above, the zero speed detection unit 64 detects whether or not the writing surface is stationary.
[0062]
When the speed correction unit 65 detects that the speed zero detection unit 64 is in a stopped state, the speed calculated by the speed calculation unit 62 at the time of detection and the rotation angle during writing calculated by the rotation angle calculation unit 57 during writing are detected. The speed in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) calculated by the speed calculation unit 63 based on (φ, θ, Ψ) is corrected to zero. The movement amount calculation unit 66 integrates the speed (Vxog, Vyog, Vzog) of the pen tip 8 in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) after the speed correction unit 65 corrects as necessary. The locus (Xog, Yog, Zog) of the front part 8 is obtained.
[0063]
The operation of the pen-type input device 1 having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0064]
The acceleration sensors 2a, 2b, 2c and the gyros 3a, 3b, 3c are respectively rotational accelerations around the accelerations Axs, Ays, Aza, Xsb, Ysb, and Zs about the Xsa, Ysa, and Zs axes. A signal indicating (ωxs, ωys, ωzs) is output. The AD converters 51a to 51f digitally convert accelerations (Axs, Ays, Azs) and rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) detected using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c and the gyros 3a, 3b, 3c. . The HPFs 52a to 51f have high frequencies from accelerations (Axs, Ays, Azs) and rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) obtained by digitally converting signals from the respective acceleration sensors 2a, 2b, 2c and gyros 3a, 3b, 3c Extract ingredients.
[0065]
When the sampling timing of a predetermined fixed period is reached, the stationary determination unit 54 reads the acceleration (Axs, Ays, Azs) and the rotational angular velocity (ωxs, ωys, ωzs) after digital conversion from the AD converters 51a to 51f (steps). S1), for example, by observing temporal changes in the read acceleration (Axs, Ays, Azs) and rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs), and discriminating that the change has disappeared as a stationary state. It is determined that writing is in progress.
[0066]
When the stationary discriminating unit 54 discriminates the stationary state (step S2), the initial rotation angle calculating unit 55 is based on the acceleration (Axso, Ayso, Azso) detected using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c as already described. Thus, the initial rotation angle (φo, θo, Ψo) is calculated (step S3).
[0067]
Thereafter, the acceleration signal and the rotation angular velocity signal are read from the acceleration sensors 2a, 2b, 2c and the gyros 3a, 3b, 3c (step S4), and the rotation angle change calculation unit 56 detects the rotation detected using the gyros 3a, 3b, 3c. Based on the angular velocities (ωxs, ωys, ωzs), rotation angle changes (dφ / dt, dθ / dt, dΨ / dt) are obtained (step S5). As described above, the rotation angle calculation unit 57 during writing is based on the initial rotation angle (φo, θo, Ψo) and the change of the rotation angle (dφ / dt, dθ / dt, dΨ / dt), and φ = φo + Σ (dφ / Dt), θ = θo + Σ (dθ / dt), and Ψ = Ψo + Σ (dΨ / dt) to calculate the rotation angle (φ, θ, Ψ) during writing (step S6).
[0068]
The angular acceleration calculation unit 58 calculates the rotational angular acceleration (dωxs / dt, dωys / dt, dωzs / dt) based on the rotational angular velocities (ωxs, ωys, ωzs) detected using the gyros 3a, 3b, 3c (steps). S7). Based on the rotational angular velocity (ωxs, ωys, ωzs) and rotational angular acceleration (dωxs / dt, dωys / dt, dωzs / dt), the acceleration correction unit 60 uses the acceleration sensors 2a, 2b, 2c as described above. The detected acceleration (Axs, Ays, Azs) is corrected, and the acceleration (Axos, Ayos, Azos) in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) in the pen tip portion 8 is calculated (step S8). Thus, based on the acceleration (Axs, Ays, Azs) detected by using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c, the acceleration (Axos, Ayos, Azs) in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) in the pen tip portion 8 is determined. Since Azos) is calculated, it is possible to eliminate the influence of the tilt movement of the pen shaft 9 due to the attachment positions of the acceleration sensors 2a, 2b, 2c being away from the pen tip portion 8.
[0069]
The coordinate conversion calculation unit 60 uses the rotation angle (φ, θ, Ψ) of the pen shaft 9 being written, which is calculated by the writing rotation angle calculation unit 57, and the pen in the pen tip unit 8 calculated by the acceleration correction unit 59. The acceleration (Axos, Ayos, Azos) in the axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) is converted into the acceleration (Axog, Ayog, Azog) of the pen tip 8 in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) (step) S9). Thus, the acceleration (Axos, Ayos, Azos) in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) is converted into the acceleration (Axog, Ayog, Azog) in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg). The influence due to the inclination of the pen shaft 9 can be eliminated. The gravitational acceleration removing unit 61 removes the gravitational acceleration g component from the acceleration (Axog, Ayog, Azog) of the pen tip 8 in the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg), and removes the influence of the gravitational acceleration g ( Step S10). The velocity calculation unit 62 integrates the acceleration (Axog, Ayog, Azog) of the pen tip 8 in the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg) after the gravitational acceleration removing unit 61 removes the gravitational acceleration. (Vxog, Vyog, Vzog) is calculated (step S11).
[0070]
As described above, when the zero speed detection unit 64 detects the stop state of the pen tip unit 8 (step S12), the speed calculation unit 62 sets the speed calculation unit 62 so that the speed of the pen tip unit 8 becomes zero. The velocity (Vxog, Vyog, Vzog) in the calculated gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) is corrected (step S13). Thereby, it is possible to prevent the writing detection error from occurring due to the accumulated error. A more specific method of correction by the speed correction unit 65 will be described later. The movement amount calculation unit 66 calculates the movement direction and the movement amount (Xog, Yog, Zog) based on the velocity (Vxog, Vyog, Vzog) of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) obtained as described above. (Step S14), the locus of the pen tip 8 is obtained, and the above operation is repeated until the input process is completed (step S15).
[0071]
Next, a more specific method of correction by the speed correction unit 65 will be described.
[0072]
The speed correction unit 65 is obtained by the speed calculation unit 62 performing integral calculation when the speed zero detection unit 64 detects the stop state of the pen tip unit 8. Gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) The speed in each axis direction is reset to zero so that the speed in the stopped state is zero. For example, as shown in FIG. 7A, when the ideal speed change C1 is not corrected, drift occurs due to an accumulated error due to integration, and the waveform of the speed change C2 falls to the right. On the other hand, by correcting the speed in the stopped state indicated by E1 to E4 in the figure to zero, an ideal speed change C1 and a speed change C3 with few errors can be obtained as shown in FIG. 7B. it can. In this way, the drift can be reduced by simply resetting the speed when detecting the stop state to zero, and an ideal speed waveform of the pen tip portion 8 can be obtained. By performing simple correction in this way, the processing speed can be increased. Therefore, the correction is effective when the stop state of the pen tip 8 can be accurately detected and acceleration is detected using an acceleration sensor having a good S / N ratio and offset.
[0073]
Further, the speed correction unit 65 is obtained by the speed calculation unit 62 performing integral calculation when the speed zero detection unit 64 detects the stop state of the pen tip unit 8. Gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) The speed of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) from when the previous stop state is detected to when the current stop state is detected may be corrected so that the speed in each axis direction becomes zero. For example, correction is performed by subtracting the speed difference F surrounded by the dotted line in the figure from the calculation result of the speed calculation unit 62. In this case, it is necessary to store the speed of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) from the detection of the previous stop state to the detection of the current stop state in the storage unit 7 as shown in FIG. Thus, a more accurate velocity waveform C4 of the pen tip 8 can be obtained without any step in the corrected portion. In addition, since the calculation is simple, a quick correction can be performed. Here, weighting may be performed by a time difference from the stop time of the pen tip unit 8.
[0074]
Further, when the zero speed detection unit 64 detects the stop state of the pen tip unit 8, the speed correction unit 65 integrates the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected. The velocity obtained in this way may be set to zero, and correction by spline interpolation may be performed so that the acceleration change and the velocity change of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) are continuous.
[0075]
Further, when the zero speed detection unit 64 detects the stop state of the pen tip unit 8, the speed correction unit 65 integrates and calculates the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected. The correction amount that makes the calculated speed zero is calculated, and the speed of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) until the next stop is detected based on the calculated correction amount is corrected. May be. For example, as already described, the speed at the time of detecting the stop of the pen tip 8 is set to zero, and at the same time, the speed error and the time integration are calculated by dividing the speed error by the integration time. A value obtained by dividing the speed error by the integration time corresponds to the speed error F already described.
[0076]
Further, as shown in FIG. 8, the calculation unit 5 b includes a stillness determination unit 54, an initial rotation angle calculation unit 55, a rotation angle change calculation unit 56, a writing rotation angle calculation unit 57, an angular acceleration calculation unit 58, an acceleration correction unit 59, A coordinate conversion calculation unit 60, a gravitational acceleration removal unit 61, a speed calculation unit 62, a high frequency determination unit 63, a speed zero detection unit 64, a correction determination unit 67, a speed correction unit 65, and a movement amount calculation unit 66 may be provided. . When the zero speed detection unit 64 detects the stop state of the pen tip unit 8, the correction determination unit 67 integrates the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected. Is less than or equal to a predetermined threshold, and it is checked whether or not the speed needs to be corrected. If the speed correction unit 65 determines that the speed correction unit 67 needs to correct the speed, the speed correction unit 65 calculates the speed obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected. The initial rotation angle (φo, θo, Ψo) is corrected so that becomes zero. Thereby, the inclination of the pen shaft 9 can also be corrected, and the acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) can be calculated more accurately.
[0077]
Further, the speed correction unit 65 may correct the rotation angle (φ, θ, Ψ) during writing instead of correcting the initial rotation angle (φo, θo, Ψo). By correcting the rotation angle during writing, the inclination of the pen axis 9 during writing can be corrected more accurately, and the acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) can be calculated more accurately. .
[0078]
In any of the above embodiments, the zero speed detection unit 64 is based on the high frequency components of the signals from the acceleration sensors 2a, 2b, 2c and the gyro 3a, 3b, 3c and the signal from the pressure sensor 4. 8 is detected, but when it is detected that the acceleration (Axog, Ayog, Azog) of the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg) is below a predetermined threshold for a predetermined time or longer, the stopped state is detected. You may make it judge that it is. As shown in FIG. 9, the input unit 5a includes AD converters 51a to 51f and LPFs 53a to 53f. The calculation unit 5b includes a stationary determination unit 54, an initial rotation angle calculation unit 55, a rotation angle change calculation unit 56, a writing rotation angle calculation unit 57, an angular acceleration calculation unit 58, an acceleration correction unit 59, a coordinate conversion calculation unit 60, and gravity. An acceleration removal unit 61, a speed calculation unit 62, a zero speed detection unit 64, a speed correction unit 65, and a movement amount calculation unit 66 are provided. The zero speed detection unit 64 stops when it detects that the acceleration (Axog, Ayog, Azog) of the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg) is below a predetermined threshold, for example, 0.05 seconds or more. Judge that there is. Here, the value of 0.05 seconds depends on the cutoff frequency of the LPF. The threshold value is determined from the noise level. In this case, the detection of the stop state is delayed, but it is not necessary to use the pressure-sensitive sensor 4 or the like, and the apparatus can be miniaturized.
[0079]
Further, for example, as shown in FIG. 10, the pen-type input device 1 includes a calculation unit 5 b with a stationary determination unit 54, an initial rotation angle calculation unit 55, a rotation angle change calculation unit 56, a writing rotation angle calculation unit 57, and an angular acceleration calculation. 58, an acceleration correction unit 59, a coordinate conversion calculation unit 60, a gravitational acceleration removal unit 61, a speed calculation unit 62, a differential calculation unit 68, a zero speed detection unit 64, a speed correction unit 65a, and a movement amount calculation unit 66. May be. The differentiation calculation unit 68 differentiates acceleration (Axog, Ayog, Azog) by the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) obtained by coordinate conversion by the coordinate conversion calculation unit 60. The zero velocity detection unit 64c has an acceleration (Axog, Ayog, Azog) based on the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg) obtained by coordinate transformation by the coordinate transformation computation unit 60, and a differential computation unit 68 has a gravity coordinate system (Xg, Yg). , Zg), it is determined that the pen tip 8 is in a stopped state when it is detected that both of the values obtained by differentiating the acceleration due to time are below a predetermined threshold. In this case, it is not necessary to wait for a certain time to elapse, and the stop state can be detected quickly.
[0080]
Further, for example, as shown in FIG. 11, the pen-type input device 1 includes an AD converters 51a to 51f, LPFs 53a to 53f, a stationary determination unit 54, an initial rotation angle calculation unit 55, a rotation angle change calculation unit 56, and a calculation unit 5b. Writing rotation angle calculation unit 57, angular acceleration calculation unit 58, acceleration correction unit 59, coordinate conversion calculation unit 60, gravitational acceleration removal unit 61, speed calculation unit 62, speed zero detection unit 64, speed correction unit 65, and movement amount calculation A portion 66 may be provided. The zero velocity detection unit 64 is a magnitude √ (Axos) of the acceleration (Axos, Ayos, Azos) of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) after being corrected by the acceleration correction unit 59. 2 + Ayos 2 + Azos 2 ) And the gravitational acceleration g is detected to be in a stopped state when it is detected that a state where the difference between the magnitudes of the gravitational acceleration g is not more than a predetermined threshold value has continued for a predetermined time. In this case, since it is determined whether or not it is in a stationary state before coordinate conversion, the coordinate conversion processing or the like can be omitted in the stationary state, and the processing can be performed quickly.
[0081]
Further, the zero speed detection unit 64 has a magnitude √ (Axos) of the acceleration (Axos, Ayos, Azos) of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) after being corrected by the acceleration correction unit 59. 2 + Ayos 2 + Azos 2 ) And the gravitational acceleration g are less than a predetermined threshold value, and the acceleration (Axos, Ayos, Azos) of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) after the acceleration correction unit 59 corrects it. If it is detected that the value obtained by differentiating the value with respect to time is equal to or less than a predetermined threshold value, it may be determined that the pen tip portion 8 is in a stopped state.
[0082]
Further, the zero speed detection unit 64 uses the pressure sensor 4 or the like to determine whether or not the pen tip 8 is in a stopped state when the pen tip 8 is in contact with the writing surface. The case where the pen tip 8 is in the air may be excluded.
[0083]
Further, the zero speed detection unit 64 compares the time interval in which the high frequency components of the acceleration signals from the acceleration sensors 2a, 2b, and 2c are not detected with a predetermined time interval, and the duration time interval is determined in advance. If the time interval is shorter than the predetermined time interval, it is determined that the pen tip portion is stopped. As a result, it is possible to quickly detect a state in which the speed is zero and the acceleration is not zero. Further, the zero speed detection unit 64 determines that the pen tip 8 has been stopped for a long time or is moving in the air when the duration time interval is equal to or greater than a predetermined time interval, and the speed and acceleration are determined. A state where both are zero (long-term stop state) is detected. Thereby, the stop state of the pen tip portion 8 can be detected quickly, and the state in which the pen tip portion 8 is in the air can be detected without using the pressure sensor 4 or the like.
[0084]
In the above-described embodiment, the pen-type input device 1 that employs Euler coordinate transformation has been described. However, a pen-type input device that employs a strap-down method may be used. The pen-type input device adopting the strap-down method calculates the initial rotation angle of the device based on the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the acceleration sensors 2a, 2b, 2c in the stationary state. Then, the rotation angle during writing is calculated based on the calculated initial rotation angle and the rotation angular velocity detected using the gyros 3a, 3b, 3c, and each acceleration sensor 2a, 2b, The acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using 2c is converted into the acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg).
[0085]
【The invention's effect】
As described above, the present invention When the acceleration signal from each acceleration sensor does not contain a high frequency component, and when the pressure from the writing surface applied to the pen tip is detected from the detection signal from the pressure sensor, The pen tip is Stops moving on the writing surface It is stopped And discriminate And the pen tip is On the written surface When it is detected that the vehicle is stopped, the speed is corrected so that the speed obtained based on the detected acceleration becomes zero, and the moving direction and distance of the device are detected based on the corrected speed. Therefore, it is possible to prevent a cumulative error from occurring.
[0086]
Also, the initial rotation angle of the device is calculated based on the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the acceleration sensor in the stationary state, and the rotation detected using the calculated initial rotation angle and the gyro. The rotation angle in writing is calculated based on the angular velocity, and the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected by using each acceleration sensor based on the calculated rotation angle in writing is expressed in the gravity coordinate system (Xg , Yg, Zg), and the acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) obtained by the conversion is integrated to calculate the velocity in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg). When the tip is in contact with the writing surface When high-frequency components are not included in the signals from each acceleration sensor and each gyro, and when the pressure from the writing surface applied to the pen tip portion is detected from the detection signal from the pressure sensor, The pen tip is Move on the writing surface Has stopped Determined to be stopped And the pen tip is On the written surface When it is detected that the vehicle is stopped, the velocity in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) is corrected so that the velocity of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) at the time of detection becomes zero. Since the moving direction and moving distance of the apparatus are calculated based on the speed in each axis direction in the system (Xg, Yg, Zg), it is possible to remove the influence due to the inclination of the pen shaft and prevent the occurrence of a cumulative speed error.
[0087]
Further, the rotational angular acceleration is calculated from the rotational angular velocities detected using the three gyros, and three based on the rotational angular velocities detected using the three gyros, the calculated rotational angular acceleration, and the mounting position of each acceleration sensor. The acceleration component due to the tilt motion centered on the pen tip portion of the acceleration detected using the acceleration sensor is calculated, and the pen axis coordinate system (Xs, Ys at the mounting position of the acceleration sensor is based on the calculated acceleration component due to the tilt motion. , Zs) is corrected to obtain the acceleration of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) at the pen tip, and the pen axis coordinate of the pen tip obtained by correcting based on the rotation angle during writing Since the acceleration by the system (Xs, Ys, Zs) is converted into the acceleration by the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg), the tilt movement of the pen axis caused by the mounting position of the acceleration sensor being away from the pen tip. Shadow of Can the individual to remove it.
[0094]
Also, the pen tip On the written surface When the stop state is detected, the speed obtained by integrating the acceleration of the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg) at the time of detecting the stop state is reset to zero, so that a cumulative speed error occurs. Can be prevented.
[0095]
Also, the pen tip On the written surface When the stop state is detected, the previous stop state is detected so that the speed obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) at the time of detecting the stop state is zero, and the current stop is performed. Since the speed of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) until the state is detected is corrected, it is possible to prevent the occurrence of a speed error more accurately.
[0096]
Also, the pen tip On the written surface When the stop state is detected, the velocity obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected is set to zero, and the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) is set. Since the correction by spline interpolation is performed so that the acceleration change and the speed change are continuous, the locus of the pen tip can be accurately detected.
[0097]
Also, the pen tip On the written surface When the stop state is detected, a correction amount for calculating the speed obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected is calculated, and the calculated correction amount is used as a basis. Next, since the speed of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) until it is detected that the vehicle is stopped is corrected, the processing can be accelerated by calculating the correction amount in advance.
[0098]
Also, the pen tip On the written surface When the stop state is detected, the initial rotation angle is corrected so that the speed obtained by integrating the acceleration of the gravitational coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected becomes zero. In addition, the detection error of the rotation angle of the pen-type input device can be eliminated.
[0099]
Also, the pen tip On the written surface When the stop state is detected, the rotation angle in writing is corrected so that the speed obtained by integrating the acceleration of the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) when the stop state is detected becomes zero. The accumulated error of speed detection can be eliminated, and the detection error of the rotation angle of the pen-type input device during writing can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a coordinate system.
FIG. 3 is a configuration diagram of a calculation unit.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a stopping point of a pen tip portion.
FIG. 5 is a waveform diagram of high-frequency components of acceleration.
FIG. 6 is a flowchart showing a writing input operation.
FIG. 7 is a waveform diagram of a speed deviation and a corrected speed signal.
FIG. 8 is a configuration diagram of a calculation unit that corrects a rotation angle.
FIG. 9 is a configuration diagram of a calculation unit that determines a stop state based on acceleration.
FIG. 10 is a configuration diagram of a calculation unit that determines a stop state from a speed and a differential value thereof.
FIG. 11 is a configuration diagram of a calculation unit that determines a stop state based on detected acceleration and gravitational acceleration.
[Explanation of symbols]
1 Pen-type input device
2 Acceleration sensor
3 Gyro
4 Pressure sensor
5 processing section
5a Input section
5b Calculation unit
54 Stationary discriminator
55 Initial rotation angle calculator
56 Rotation angle change calculation unit
57 Writing angle calculator
58 Angular acceleration calculator
59 Acceleration correction unit
60 Coordinate transformation calculation unit
61 Gravity acceleration removal part
62 Speed calculator
63 High frequency discrimination part
64 Speed zero detector
65 Speed correction part
66 Travel distance calculator
67 Correction discriminator
68 Differential operation unit
8 Pen tip
9 Pen axis

Claims (9)

複数の加速度センサを有し、各加速度センサが出力した加速度を示す信号を基に装置の移動方向及び距離を検出するペン型入力装置において、
ペン先部に加わる筆記面からの圧力を示す信号を検出する感圧センサを有し、
高周波判別部と速度ゼロ検出部と速度補正部を有し、
高周波判別部は各加速度センサからの加速度信号中に高周波成分が含まれているか否かを判別し、
速度ゼロ検出部は高周波判別部による判別結果各加速度センサからの加速度信号中に高周波成分が含まれていないとき、及び感圧センサからの検出信号からペン先部に加わる筆記面からの圧力を検出したときに、ペン先部が筆記面上で移動を停止している停止状態であると判別し、
速度補正部は速度ゼロ検出部によってペン先部が筆記面上での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加速度を基に求めた速度がゼロになるようにその速度を補正することを特徴とするペン型入力装置。In a pen-type input device that has a plurality of acceleration sensors and detects the moving direction and distance of the device based on a signal indicating the acceleration output by each acceleration sensor,
It has a pressure sensor that detects a signal indicating the pressure from the writing surface applied to the pen tip,
It has a high frequency discrimination part, a speed zero detection part and a speed correction part,
The high frequency discriminating unit discriminates whether or not a high frequency component is included in the acceleration signal from each acceleration sensor,
When the speed zero detection unit does not contain a high frequency component in the acceleration signal from the acceleration sensor result determination by the high-frequency determination unit, and detects a pressure from the writing surface applied from the detection signal from the pressure sensor to the pen tip portion The pen tip is determined to be in a stopped state that stops moving on the writing surface ,
When the pen tip portion by velocity correction unit zero speed detection unit detects that a stop state on the writing surface, correct the speed as speed obtained based on the acceleration in the time of the detected becomes zero A pen-type input device. 感圧センサと３個の加速度センサと３個のジャイロと演算部を有し、
感圧センサはペン先部に加わる筆記面からの圧力を示す信号を検出し、
３個の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，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を出力し、
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示す信号を出力し、
演算部は初期回転角度演算部と筆記中回転角度演算部と座標変換演算部と速度演算部と高周波判別部と速度ゼロ検出部と速度補正部と移動量演算部を備え、
初期回転角度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算出し、
筆記中回転角度演算部は初期回転角度演算部が算出した初期回転角度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回転角度を算出し、
座標変換演算部は筆記中回転角度演算部が算出した筆記中の回転角度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（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度に変換し、
速度演算部は座標変換演算部が座標変換して得た重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における加速度を積分して、重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における速度を算出し、
高周波判別部は各加速度センサ及び各ジャイロからの信号中に高周波成分が含まれているか否かを判別し、
速度ゼロ検出部は高周波判別部による判別結果各加速度センサ及び各ジャイロからの信号中に高周波成分が含まれていないとき、及び感圧センサからの検出信号からペン先部に加わる筆記面からの圧力を検出したときに、ペン先部が筆記面上で移動を停止している停止状態であると判別し、
速度補正部は速度ゼロ検出部によってペン先部が筆記面上での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を基に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけ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し、
移動量演算部は重力座標系（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ことを特徴とするペン型入力装置。 It has a pressure sensor, three acceleration sensors, three gyros and a calculation unit,
The pressure sensor detects a signal indicating the pressure from the writing surface applied to the pen tip,
Each of the three acceleration sensors outputs a signal indicating acceleration in the Xs axis direction, Ys axis direction, and Zs axis direction of the pen coordinate system (Xs, Ys, Zs) with the pen axis as the Zs axis.
Each of the three gyros outputs signals indicating rotational angular velocities around the Xs axis, the Ys axis, and the Zs axis.
The calculation unit includes an initial rotation angle calculation unit, a writing rotation angle calculation unit, a coordinate conversion calculation unit, a speed calculation unit, a high frequency discrimination unit, a speed zero detection unit, a speed correction unit, and a movement amount calculation unit.
The initial rotation angle calculation unit calculates the initial rotation angle of the apparatus based on the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected using the acceleration sensor in a stationary state,
The writing rotation angle calculation unit calculates the rotation angle during writing based on the initial rotation angle calculated by the initial rotation angle calculation unit and the rotation angular velocity detected using the gyro,
The coordinate transformation calculation unit is an axis that extends acceleration in the gravitational acceleration direction in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) detected by using each acceleration sensor based on the rotation angle in writing calculated by the rotation angle calculation unit in writing. Is converted to acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) with Zg as axis,
The speed calculation unit integrates acceleration in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) obtained by coordinate conversion by the coordinate conversion calculation unit, and calculates a speed in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg),
The high frequency discriminating unit discriminates whether or not a high frequency component is included in the signals from each acceleration sensor and each gyro,
The zero speed detector is the result of discrimination by the high frequency discriminator. When the high frequency component is not included in the signals from each acceleration sensor and each gyro, and the pressure from the writing surface applied to the pen tip from the detection signal from the pressure sensor. When the pen point is detected, it is determined that the pen tip portion is in a stopped state that stops moving on the writing surface ,
When the velocity correction unit detects that the pen tip portion is in a stopped state on the writing surface by the velocity zero detection unit , the velocity coordinate unit (Xg, Yg, The velocity in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg) calculated by the velocity calculator so that the velocity in Zg) becomes zero,
A pen-type input device, wherein the movement amount calculation unit calculates a movement direction and a movement distance of the device based on a speed in each axis direction in the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg). 上記演算部は角加速度演算部と加速度補正部を備え、
角加速度演算部は３個のジャイロを用いて検出した回転角速度から回転角加速度を求め、
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加速度センサの取付け位置におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正してペン先部におけるペン軸座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求め、
上記座標変換演算部は筆記中の回転角度を基に加速度補正部が補正して求めたペン先部のペン軸座標系（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請求項２記載のペン型入力装置。The calculation unit includes an angular acceleration calculation unit and an acceleration correction unit,
The angular acceleration calculation unit obtains the rotational angular acceleration from the rotational angular velocity detected using the three gyros,
The acceleration correction unit uses the rotation angular velocity detected using the three gyros, the rotational angular acceleration calculated by the angular acceleration calculation unit, and the acceleration pen tip detected using the three acceleration sensors based on the mounting position of each acceleration sensor. The pen component is calculated by calculating the acceleration component due to the tilting movement around the head and correcting the acceleration of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) at the mounting position of the acceleration sensor based on the calculated acceleration component due to the tilting movement. The acceleration of the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) at
The coordinate transformation calculation unit calculates the acceleration in the pen axis coordinate system (Xs, Ys, Zs) of the pen tip portion obtained by correcting the acceleration angle based on the rotation angle during writing, using the gravity coordinate system (Xg, Yg, Zg). The pen-type input device according to claim 2 , wherein the pen-type input device converts the acceleration into an acceleration by 上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにリセットする請求項１乃至３のいずれかに記載のペン型入力装置。When the speed zero detector detects the stop state of the pen tip on the writing surface, the speed correction unit integrates the acceleration of the gravity coordinate system (X g , Y g , Z g ) when the stop state is detected. The pen-type input device according to any one of claims 1 to 3, wherein a speed obtained by calculation is reset to zero . 上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように前回停止状態を検出してから今回停止状態を検出するまでの重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の速度を補正する請求項１乃至３のいずれかに記載のペン型入力装置。When the speed zero detector detects the stop state of the pen tip on the writing surface, the speed correction unit integrates the acceleration of the gravity coordinate system (X g , Y g , Z g ) when the stop state is detected. calculates and gravity coordinate system to the speed required to detect the time stopped from detecting the previous stopped state to be zero (X g, Y g, Z g) to claim 1 for correcting the speed of 4. The pen-type input device according to any one of 3 . 上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにするとともに、重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度変化及び速度変化が連続するようにスプライン補間による補正をする請求項１乃至３のいずれかに記載のペン型入力装置。When the speed zero detector detects the stop state of the pen tip on the writing surface, the speed correction unit integrates the acceleration of the gravity coordinate system (X g , Y g , Z g ) when the stop state is detected. The speed obtained by calculation is set to zero, and correction by spline interpolation is performed so that the acceleration change and the speed change of the gravity coordinate system (X g , Y g , Z g ) are continuous . pen-type input device as set forth in. 上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度を積分演算して求めた速度をゼロにする補正量を算出し、算出した補正量を基に次ぎに停止状態であることを検出するまでの重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の速度を補正する請求項１乃至３のいずれかに記載のペン型入力装置。When the speed zero detector detects the stop state of the pen tip on the writing surface, the speed correction unit integrates the acceleration of the gravity coordinate system (X g , Y g , Z g ) when the stop state is detected. The amount of gravity coordinate system (X g , Y g , Z g ) until the next stop is detected based on the calculated correction amount and the correction amount that makes the calculated speed zero. The pen-type input device according to claim 1, wherein the pen-type input device corrects . 上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように初期回転角度を補正する請求項１乃至３のいずれかに記載のペン型入力装置。When the speed zero detector detects the stop state of the pen tip on the writing surface, the speed correction unit integrates the acceleration of the gravity coordinate system (X g , Y g , Z g ) when the stop state is detected. The pen-type input device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the initial rotation angle is corrected so that the calculated speed is zero . 上記速度補正部は速度ゼロ検出部がペン先部の筆記面上での停止状態を検出すると、その停止状態を検出した際における重力座標系（Ｘ g ，Ｙ g ，Ｚ g ）の加速度を積分演算して求めた速度がゼロになるように筆記中の回転角度を補正する請求項１乃至３のいずれかに記載のペン型入力装置。When the speed zero detector detects the stop state of the pen tip on the writing surface, the speed correction unit integrates the acceleration of the gravity coordinate system (X g , Y g , Z g ) when the stop state is detected. The pen-type input device according to any one of claims 1 to 3, wherein a rotation angle during writing is corrected so that a speed obtained by calculation becomes zero .
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