(57)【要約】  角度センサ（３）により本体の方向の角度（θ）を決定することができる。力センサ（４）は、ほぼ連続的な態様で媒体と接触する本体の先端の反力を測定する。媒体の平面に対する反力の方向は、前記センサ（３および４）からの測定データ（Ｓ１，Ｓ２）によって決定される。媒体の平面内における反力の投影（Ｆ４）により、経路に対して接線方向のベクトル（ｏハット）が決定される。経路は、接線方向ベクトル（ｏハット）の数学的な積分（Ｆ５）により、あるいは、例えば接線方向ベクトル（ｏハット）の正規化により得られる接線方向の単位ベクトルと加速度計により供給される加速度を表わすデータとのスカラー積によって決定できる接線方向加速度の数学的な二重積分により決定することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体（１０）上における本体（１）の先端（６）の経路を認識するための方法であって、前記本体（１）内に配置された少なくとも１つの角度センサ（３）により処理ユニット（８）へ供給される測定データ（Ｓ１）を処理する（Ｆ２）ことによって、前記本体（１）の方向の角度（θ）を決定することを含み、前記本体（１）は、前記媒体（１０）と接触した状態で前記本体（１）の先端（６）の反力を測定するための力センサ（４）を備え、前記力センサ（４）は、ほぼ連続的な態様で反力を表わすデータ（Ｓ２）を前記処理ユニット（８）へ供給し、前記処理ユニット（８）は、前記角度センサ（３）および前記力センサ（４）からの前記測定データ（Ｓ１，Ｓ２）により、前記媒体（１０）の平面に対する反力の方向を決定し（Ｆ３）、当該方法は、前記処理ユニット（８）は、前記媒体（１０）の平面内における前記反力の投影（Ｆ４）により、経路に対して接線方向のベクトル（ｏハット）を決定し、前記経路は、当該経路に対して接線方向の前記ベクトル（ｏハット）の関数である量の少なくとも１つの数学的積分（Ｆ５，Ｆ１１）によって決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
接線方向の前記ベクトル（ｏハット）の数学的積分（Ｆ５）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記媒体（１０）が平坦であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記媒体（１０）の較正（Ｆ１）及び方向付け（θ０）ステップを含むことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記本体（１）は、前記較正ステップ（Ｆ１）中に、前記媒体（１０）に対して垂直な軸に関して所定の角度を成して配置されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記本体（１）は、前記較正ステップ（Ｆ１）中に、前記媒体（１０）に対して垂直に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記角度センサ（３）および前記本体（１）内に配置された少なくとも１つの加速度計（２）により前記処理ユニット（８）へ供給される測定データ（Ｓ１，Ｓ３）の処理（Ｆ８，Ｆ’２）によって、前記先端（６）の加速度（Ａ）を決定することを含み、前記処理ユニット（８）は、前記経路に対して接線方向のベクトル（ｏハット）の正規化（Ｆ’４）により前記経路に対して接線方向の単位ベクトル（ｕハット）を決定するとともに、加速度（Ａ）を表わすデータ（ａハット）と前記単位ベクトル（ｕハット）とのスカラー積（Ｆ１０）を決定し、それにより、前記本体（１）の先端（６）の接線方向加速度（ａＴ）を表わす前記量を取得し、前記経路は、前記量の数学的な二重積分（Ｆ１１）によって決定されることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記処理ユニット（８）は、前記加速度計（２）および前記角度センサ（３）によって供給されるデータ（Ｓ１，Ｓ３）にしたがって前記媒体（１０）の平面内における加速度（Ａ）の投影（Ｆ９）を決定することにより、前記加速度（Ａ）を表わす前記データ（ａハット）を供給することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記加速度計（２）によって供給される測定データに対する重力の寄与部分（Ｇ）を推定し（Ｆ６）、前記加速度計により供給されるデータ（Ｓ３）から前記寄与部分（Ｇ）を排除する（Ｆ７）ことを含んでいることを特徴とする、請求項７または請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記本体は、物理量の測定値を供給するように設計されたセンサを備え、それにより、測定された経路にしたがって前記物理量のマッピングを可能とすることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記本体がアクチュエータを備えていることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体上における本体の先端の経路を認識するための方法であって、本体内に配置された少なくとも１つの角度センサにより処理ユニットに対して供給される測定データを処理することによって本体の方向の角度を決定することを含み、本体は、媒体と接触した状態で本体の先端の反力を測定するための力センサを備え、力センサは、ほぼ連続的な態様で反力を表わすデータを処理ユニットに対して供給し、処理ユニットは、角度センサおよび力センサからの測定データにより、媒体の平面に対する反力の方向を決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、市場におけるデジタルペンは、ペンの先端の動きを認識できるようにする加工媒体（prepared medium）または基準ソース、例えば数値化テーブル、特定のスクリーン、超音波源、電磁波源または特定の紙を必要とするため、ペンの使用が複雑化する。
【０００３】
媒体上に書き込まれるトレース（形跡）は、ペンによりコンピュータスクリーン上に書き写される。一般に、デジタルペンは、書き込まれる記号、例えば文字や署名を認識できるようにする。
【０００４】
一般に、デジタルペンは、幾つかのセンサ、例えば加速度計型の慣性センサや、例えば磁力計またはジャイロメータ型の角度センサを備えており、また、可能であれば、媒体と接触するペン先端の反力を検出してペンが書き込み媒体と接触しているか否かを認識できるようにする検出器を備えている。書き込み媒体上におけるペン先端の加速度は、センサによって供給される測定データを処理することにより得られる。その後、加速度の関数である量の数学的な二重積分により、書き込み媒体上におけるペン先端の経路のおおよその決定を行なうことができる。データ処理演算は、例えばペン内に配置される処理ユニットによって行なわれる。
【０００５】
文献ＵＳ５５４８０９２は、ペンの先端に加えられる力を測定することにより媒体上に書き込まれた情報を視覚化するための方法について記載している。ペンは、媒体に対するペン先端の力を測定するためのセンサを備えている。更なるセンサは、ペンが媒体と接触していない場合であっても媒体に対するペンの動き及び方向を測定できるようにする。ペンの長軸の方向を持つ力は、書き込み平面内に設けられた２つの直交軸に沿って方向付けられた成分を含んでいる。ペンの基準座標系において測定された力は、絶対基準座標系へと変換される。文献は、重力軸に対するペンの傾斜角度と、前記直交軸の一方に対するアジマス角（azimuth angle）とを規定している。摩擦力は、静的成分と速度に依存する動的成分との和によって表わされる。測定された力が長手方向の力と静摩擦係数との積よりも小さい場合に定義によりゼロとなる正味の力を規定するため、この静的成分は、測定された力から差し引かれる。その後、動きの量の時間微分が、正味の力および動摩擦力の関数として表わされる。そして、速度および位置を決定するために微分方程式が解かれる。媒体の平面内におけるペンの位置および速度の成分の計算は、正味の力の対応する成分を考慮して、積分により行なわれる。
【０００６】
文献ＵＳ５５４８０９２に記載されたペンの固有の構造に起因して、アジマス角は一定になると考えられ、また、ペンは、書き込み中にユーザがペンを回転させないようにするエッジを備えている。このことは、ペンがユーザの手の中で固定された位置にあることを意味している。この前提は、現実的に非常に制限される。
【０００７】
文献ＷＯ９９／６７６５２は、ペン先端に結合された所定の慣性質量を備える測定装置内に組み込まれた力センサと加速度センサと接触センサとを備えるペンについて記載している。また、ペンは、ペンの傾斜角度を測定するための装置を備えている。測定装置は、測定データを制御ユニットに対して送信する。測定データは、ペンに加えられる力および加速度を決定するために処理される。ペンを使用する方法は、初期化段階と、測定段階と、データ処理段階とを含んでいる。データにより、ペンが書き込み媒体と接触しているか否かを決定することができる。接触が検出された場合には、データが力として解釈される。接触が存在しない場合には、データが加速度として解釈される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、媒体上における本体の先端の経路の認識を簡略化するとともに、ペンの使用を簡略化しつつ特に書き込み媒体上におけるペン先の経路を認識するための経路認識精度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的は、添付の請求項によって達成され、また、特に、媒体の平面内における反力の投影により、経路に対して接線方向のベクトルを処理ユニットが決定し、経路に対して接線方向のベクトルの関数である量の少なくとも１つの数学的積分により経路が決定されるという事実によって達成される。
【００１０】
他の利点および特徴は、単なる非限定的な実施例として与えられ且つ添付の請求項に示された本発明の特定の実施形態の以下の説明からより明確に理解できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１において、ペン１は、ペンのケース５内に配置された加速度計２と、角度センサ３と、力センサ４とをペン１の前部に備えている。力センサ４はペンの先端６に対して機械的に接続されており、また、加速度計２は先端６の近傍に位置されていることが有益である。角度センサ３は、３つのジャイロメータの組によって形成されることができ、あるいは、３つの磁力計の組によって形成されることが好ましい。また、ペン１の後部内には、電子回路、特にアナログ・デジタル変換器７、処理ユニット８および送信器９またはトランシーバも配置されている。データ処理は、処理ユニット８によって行なうことができ、あるいは、送信器９を用いてデータを受ける遠隔ステーションによって行なうこともできる。ペン１は、更なる器具を必要とすることなく任意の媒体１０上に書き込みを行なうことができる。図１において、ペン１の長軸Ｌの角度θ、すなわち、ペン１の傾斜角度は、媒体１０の平面に対して規定される。媒体は平坦であることが好ましい。しかしながら、僅かな歪みをもった表面を使用することもできる。
【００１２】
図２に示される簡略化された第１の実施形態において、ペン１の先端６の経路は、角度センサ３および力センサ４のそれぞれにより処理ユニット８に供給されるデータＳ１，Ｓ２から決定される。認識方法は、書き込み始める前に、媒体１０の方向θ０の較正ステップＦ１を含むことができる。例えば、ペンは、較正ステップＦ１中に、媒体と垂直な軸に対して所定の角度で配置され、好ましくは媒体１０に対して垂直に配置され、そのため、角度センサ３は、媒体１０の方向の角度θ０を供給する。媒体１０の方向がその後に変更される場合には、較正が更新されなければならない。媒体１０が異なる方向を有する幾つかの領域を備えている場合には、ペン１の先端６が領域を変える度に較正を更新することができる。
【００１３】
その後、ステップＦ２において、角度センサ３の測定データＳ１から、媒体１０の方向の角度θ０に対するペン１の角度θの推定が既知の方法で行なわれる。
【００１４】
データＳ２は、ほぼ連続的な態様で力センサ４により処理ユニット８に対して供給される。これらのデータは、媒体１０と接触しているペン１の先端６の反力を表わしている。測定値は、３次元であり、反力に比例している。したがって、単純な接触検出ではなく、反力の方向および大きさに関する情報が得られる。反力は、ペン１の基準座標系（基準フレーム）で測定される。媒体１０の平面に対する反力の方向は、角度センサ３の測定データＳ１、特に角度θから、および、力センサ４の測定データＳ２から決定される。したがって、媒体１０の基準座標系における反力が得られる。その後、反力が媒体１０の平面に対して投影され（Ｆ４）、これにより、ユーザによって加えられた押圧力に対応する媒体１０と垂直な成分を排除できる。これは、ペン１の先端６の経路を決定するために重要である。媒体１０の平面内の成分、すなわち、投影の結果は、媒体１０上のペン１の先端６の摩擦力に起因している。この摩擦力は、媒体１０の平面内でのペン１の先端６の動きと逆平行であり、媒体１０上のペン１の先端６の経路に対して接線方向にある。したがって、ペン１の先端６の経路に対して接線方向でベクトルｏハットが得られ、このベクトルは、媒体の平面内での先端６の速度の方向を表わしている。
【００１５】
接線方向ベクトルｏハットの単純な数学的積分を含むステップＦ５において、処理ユニット８は、媒体１０上におけるペンの先端６の経路を決定する。
【００１６】
なお、文献ＵＳ５５４８０９２によれば、ペンの先端の位置および速度を計算するために使用される正味の力は、（経路に対して接線方向の）速度に比例する量と、（必ずしも接線方向ではない）加速度に比例する量との総和に等しい。したがって、文献ＵＳ５５４８０９２において使用される正味の力は、それが必ずしも経路に対して接線方向ではない加速度ベクトルを含む限りでは、経路に対して接線方向のベクトルに相当しない。
【００１７】
図３に示される第２の実施形態において、ペン１の先端６の経路は、角度センサ３と力センサ４と加速度計２とによってそれぞれ処理ユニット８に対して供給されるデータＳ１，Ｓ２およびＳ３から決定される。
【００１８】
加速度計からのデータＳ３の処理によって、より良好な精度で経路の決定を行なうことができる。
【００１９】
加速度計２は、重力によって影響されるため、測定値に対する重力の寄与部分を排除することが望ましい。角度センサ３により供給される測定データにより、加速度計２の測定値に対する重力の寄与部分Ｇを既知の方法で見積もることができ（Ｆ６）、その後、加速度計２によって供給されるデータＳ３から前記寄与部分Ｇを排除して（Ｆ７）、動きの加速度だけの関数である減じられたデータＳ４を得ることができる。
【００２０】
したがって、減じられたデータＳ４は、加速度計２の位置における動きの加速度を表わしており、この加速度は基本的にはペン１の先端６の加速度Ａとは異なっている。ステップＦ８においてペン１の先端６の加速度Ａを決定するために、ステップＦ’２においては、角度センサ３の測定データＳ１から、また、角度θを時間に関して１回微分および２回微分することによりそれぞれ得られる角速度ＶＡおよび角加速度ＡＡから、媒体１０の方向の角度θ０に対するペン１の角度θの見積もりが既知の方法で行なわれる。ステップＦ８を実行するため、加速度計２の位置とペン１の先端６とを結びつけるベクトルを考慮して、従来の機構の動きの合成の法則が使用される。
【００２１】
その後、ペン１の先端６の加速度Ａを媒体１０の平面に対して投影して（ステップＦ９）、媒体１０上におけるペン１の先端６の加速度ａハットを得ることができる。したがって、角度センサ３および加速度計２によってそれぞれ供給されるデータＳ１およびＳ３から媒体１０の平面内の投影を計算することができるとともに、媒体１０の方向の角度θ０、方向の角度θ０に対するペン１の角度θ、ペン１の先端６の加速度Ａを決定することができる。
【００２２】
ステップＦ’４においては、ステップＦ４と同様に、ペン１の先端６の経路に対して接線方向のベクトルｏハットが得られ、また、更に、接線方向ベクトルｏハットの正規化により、ペン１の先端６の経路に対して接線方向の単位ベクトルｕハットが得られる。
【００２３】
ステップＦ１０において、処理ユニット８は、単位ベクトルｕハットと媒体１０上のペン１の先端６の加速度ａハットとのスカラー積を決定し、これにより、経路に対して接線方向の加速度成分ａＴを決定することができる。その後、経路は、加速度の接線方向成分ａＴの数学的な二重積分Ｆ１１によって決定される。
【００２４】
経路に対して接線方向の加速度成分ａＴは、媒体１０の平面内におけるペン１の先端６の加速度Ａの投影Ｆ９を行なうことなく、単位ベクトルｕハットとペン１の先端６の加速度Ａとのスカラー積によって決定されても良い。しかしながら、投影ステップＦ９は、経路と垂直な加速度成分により経路の曲率に関する情報を引き出すことができる。
【００２５】
角度センサ３と力センサ４とを組み合わせて使用すると、経路に関与しない力の寄与部分、例えば媒体に対して垂直なペン１の重量または圧力を、加速度ａＴの測定値から正確に排除することができる。
【００２６】
本発明に係る方法を使用すると、特に、署名の記録および認識を効果的に行なうことができる。例えば、ペン１を使用する各人に関して幾つかの署名が記録され、それにより、各人における平均信号が決定される。ペン１が署名認識モードで動作している場合には、一般的に標準化された署名測定値と前に記録された標準化された平均信号との間の二次元距離（ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）を最小化することを伴う処理により、署名を確実に認識することができる。
【００２７】
本発明は、ペン先端経路の認識方法に限定されない。ペン１は、例えば任意のアクチュエータを備える本体、例えばその経路が作動中に決定されるエッチングチップに置き換えることができる。
【００２８】
また、本方法は、測定装置、例えば熱センサ、電気センサ、光度センサなどの任意のセンサを備えるフィーラ（接触子）の経路を決定することもできる。したがって、経路認識が行なわれると同時に、本体１に関連付けられたセンサによる物理的な測定が行なわれ、それにより、決定された経路に測定値を関連付けることによって、測定された物理量のマッピングを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術に係るデジタルペンを示している。
【図２】機能ブロックアルゴリズムの形態を成す本発明に係る認識方法の特定の実施形態を示している。
【図３】機能ブロックアルゴリズムの形態を成す本発明に係る認識方法の特定の実施形態を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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