JP3776206B2 - ペン型入力装置 - 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】
【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】
【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】
【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】
【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】
【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
【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】
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】
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】
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】
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】
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
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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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