(57)【要約】【課題】  電子インクおよび／または他の入力を生成するための入力装置および方法を提供すること。【解決手段】  入力装置は、インク関連の用途およびインクと関連のない用途で使用するためにデータを生成する向上した動き感知技術の使用によって任意の面との組合せで使用することができる。向上した動作の感知は、速度、加速度、電磁場の変化などのインジケータを測定することで入力装置の動きを検知する１つまたは複数の慣性センサを使用して得られる。入力装置は、動きデータを格納するメモリ、および入力装置の動きを表すデータをホストコンピュータに送信するトランシーバを含むことができる。また、感知された動きデータを処理して手書きストロークを表す画像を生成することをも、入力装置内のプロセッサを使用して行うことができる。入力装置は、ペンの形で形成することができ、インクカートリッジを含み、よく知られているやり方で入力装置を動かしやすくすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置の動きを表すデータを生成する入力装置であって、
入力装置の動きを感知し、前記感知された動きを表すデータを生成する複数の慣性センサと、
前記入力装置の前記感知された動きを表す前記データを受信するプロセッサと
を備えることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記慣性センサは角速度を感知するセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
角速度を感知する前記センサは２軸ジャイロスコープを備えることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記慣性センサは加速度感知ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項５】
前記慣性センサは１対の加速度感知ユニットを含むことを特徴とする請求項４に記載の入力装置。
【請求項６】
各加速度感知ユニットは３次元で加速度を感知することを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
【請求項７】
各加速度感知ユニットは１対の加速度計を備えることを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
【請求項８】
前記慣性センサは磁場センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項９】
前記プロセッサは前記入力装置の前記感知された動きを表すデータを受信し、手書きインクを表す画像ファイルを作成することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項１０】
前記入力装置はリモート処理ユニットと通信する通信ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項１１】
前記リモート処理ユニットはホストコンピュータ内のプロセッサに相当し、前記通信ユニットは前記入力装置の感知された動きを表すデータを前記ホストコンピュータに送信することを特徴とする請求項１０に記載の入力装置。
【請求項１２】
前記入力装置は前記入力装置の感知された動きを表すデータを格納するメモリをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項１３】
前記入力装置は電源をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項１４】
前記入力装置は力センサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項１５】
前記入力装置はカメラをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項１６】
前記入力装置はペン形状であることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項１７】
入力装置の動きに対応するデータを生成する入力装置であって、
入力装置の動きを感知し、前記感知された動きを表すデータを生成する慣性センサと、
前記入力装置の感知された動きを表すデータを格納するメモリと、
前記入力装置の感知された動きを表すデータを受信するプロセッサと
リモート処理ユニットと通信する通信ユニットと
を備えることを特徴とする入力装置。
【請求項１８】
前記慣性センサは角速度を感知するセンサを含むことを特徴とする請求項１７に記載の入力装置。
【請求項１９】
前記入力装置は前記入力装置の加速度を感知する１つまたは複数の慣性センサをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の入力装置。
【請求項２０】
前記入力装置の加速度を感知する前記慣性センサは間隔をあけて配置されている１対の加速度感知ユニットを含むことを特徴とする請求項１９に記載の入力装置。
【請求項２１】
前記入力装置は磁場センサをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の入力装置。
【請求項２２】
前記入力装置はカメラをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の入力装置。
【請求項２３】
前記プロセッサは前記入力装置の前記感知された動きを表すデータを受信し、画像ファイルを作成することを特徴とする請求項１７に記載の入力装置。
【請求項２４】
前記入力装置は手書きインクを表す信号を生成するために前記入力装置の動きを表すデータをホストコンピュータに送信することを特徴とする請求項１７に記載の入力装置。
【請求項２５】
前記入力装置はペン形状であることを特徴とする請求項１７に記載の入力装置。
【請求項２６】
電子インク情報を含む画像データを作成する方法であって、
複数の慣性センサによって出力される信号に基づいて入力装置の動きを表すデータを生成するステップと、
前記生成されたデータから画像データを作成するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記入力装置の動きを表すデータを生成するステップは前記入力装置の角速度を感知するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記入力装置の動きを表すデータを生成するステップは２軸ジャイロスコープを使用して前記入力装置の角速度を感知するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記入力装置の動きを表すデータを生成するステップは前記入力装置の加速度を感知するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記入力装置の動きを表すデータを生成するステップは加速度感知ユニットを使用して前記入力装置の加速度を感知するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記入力装置の動きを表すデータを生成するステップは、３軸で加速度をそれぞれ感知する１対の加速度感知ユニットを使用して前記入力装置の加速度を感知するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記入力装置の動きを表すデータを生成するステップは前記入力装置の加速度を感知するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記画像データを作成するステップは前記入力装置の動きを表すデータを処理して前記入力装置の向きを決定するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記入力装置の動きを表すデータを処理するステップは前記入力装置の角速度を表す情報を処理するステップを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記入力装置の動きを表すデータを処理するステップは前記入力装置の角速度を表す情報、および前記入力装置の一端の加速度を表す情報を処理するステップを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記入力装置の角速度を表す情報はジャイロスコープから生成されることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記入力装置の一端の加速度を表す情報は、前記入力装置内に間隔をあけて配置され、１対の加速度計をそれぞれ含む２組の加速度測定ユニットから得られることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
入力装置の動きを表すデータを処理するステップは前記２組の加速度測定ユニットから得られた情報を前処理して前記入力装置の一端の加速度、速度、変位のドリフト誤差を補正するステップを含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
入力装置の動きを表すデータを処理するステップは前記入力装置の角度を表す情報、および前記入力装置を囲む磁場の変化を表す情報を処理するステップを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記入力装置の動きを表すデータを処理するステップは修正されたカルマンフィルタに従って計算を行い前記入力装置の向きを決定することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項４１】
前記画像データを作成するステップは前記入力装置の動きを表すデータを処理するステップ、および前記ペンの一端の加速度を決定するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項４２】
前記入力装置の動きを表す情報を処理するステップは前記入力装置内に間隔をあけて配置されている２組の加速度測定ユニットから得られた情報を処理するステップを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項４３】
前記画像データを作成するステップは前記入力装置の動きを表すデータを処理して前記入力装置の向きを決定するステップ、および前記入力装置の動きを表すデータを処理して前記ペンの加速度を決定するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項４４】
前記画像データを作成するステップは入力装置の動きを表すデータを前記入力装置が移動する面の空間座標系に変換するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項４５】
インク情報から少なくとも１つの画像を作成するステップは前記入力装置が移動する前記面の前記座標系に変換された前記ペン先の加速度を表すデータに対して積分を行い、インク情報を作成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項４６】
インク情報から少なくとも１つの画像を作成するステップは前記積分されたデータに対するドリフト補正を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の形態は、電子インクを含むデータ入力を生成する装置および方法に関する。より詳細には、本発明の形態は、入力装置の動きを正確に検出する慣性センサを含む入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般のコンピュータシステム、特にＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）などグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）システムを使用するコンピュータシステムは、テキストを入力する１つまたは複数の別個の入力装置（キーボードなど）、およびユーザの選択を稼動させる１つまたは複数のボタンを備えるポインティング装置（マウスなど）からユーザ入力を受け付けるように最適化されている。
【０００３】
一部のコンピューティングシステムでは、ペン状のスタイラスを備えることによって、ユーザが使用可能なように入力システムを拡張してきている。スタイラスは、キーボード（データ入力用）およびマウス（制御用）の双方の代わりをすることができる。一部のコンピューティングシステムは、電子インクを手書き形式で保持する。他のシステムは、手書きの電子情報、または電子インクを受信し、電子インクをすぐにテキストに変換する。
【０００４】
スタイラスおよびセンサボードシステムの使用に関連する１つの欠点は、スタイラスの使用がセンサボードを組み込む装置に限定されることである。言い換えれば、必要なセンサボードとともに使用する場合のみ、スタイラスを使用して入力を生成することができる。さらに、動きの検出の精度は、スタイラスのセンサボードへの近さによって影響を受ける。スタイラスが画面および／またはセンサボードに接触していない、あるいはごく近い距離以内に配置されていない場合、ユーザの入力を正確に検出することができない。さらに、ユーザによる意図的な動きは、デジタイザのみの使用では正確に捕捉できない。従来の入力装置を含む１つの装置としては「非特許文献１」があり、その内容はhttp://www.ricoh.co.jp/rdc/techreport/No27/Ronbun/A2707.pdfに記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】"Novel Device for Inputting Handwriting Trajectory," Ricoh Technical Report No. 27, 52 NOVEMBER, 2001
【非特許文献２】D.H.Titterton and J.L.Weston, Strapdown Inertial Navigation Technology, IEE Radar, Sonar, Navigation and Avionics Series 5, 1997, Perter Peregrinus Ltd.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
当分野では、入力データが転送されるホスト装置と組み合わせて使用する、またはホスト装置から独立して使用することができる入力装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の形態は、入力装置の動きを正確に捕捉する追加のセンサを含む入力装置を使用して達成される。本発明の別の形態によって、入力装置を任意の面と組み合わせて使用して、入力装置の動きに基づいてデータを生成できるようになる。本発明の形態は、データが向けられる装置と組み合わせて使用する、あるいは装置から独立して使用することができる入力装置を提供する。本発明の形態は、さらに、動きの感知および分析の向上を含む。入力装置は、ペン形状に形成することができ、またインクカートリッジを含み、ユーザによく知られているやり方で入力装置を使用できるようにしてもよい。
【０００８】
本発明のこれらおよび他の形態を、図および関連の説明との関係で説明する。  
本発明の形態の上述の概要、および種々の実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せ読めばよりよく理解できる。添付の図面は、請求した本発明について限定するものではなく、例として組み込む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の形態は、１つまたは複数の慣性センサを使用して動きの感知の向上をもたらす。入力装置は、速度、加速度、電磁場の変化などのインジケータ、あるいは他のこうした検出されたインジケータを測定することによって入力装置の動きを検出するセンサを備えることができる。本発明の別の形態は、対象の装置に送信するために感知された動きデータを格納する、入力装置内に組み込まれたメモリの使用を含む。感知された動きデータを処理して手書きのストロークを表す画像を生成することもできる。
【００１０】
用語
入力装置−情報を入力するための装置であって、情報を生成し、処理するように構成することができる。  
ペン−任意の筆記用具であって、インクを格納する能力を含んでいても、含んでいなくてもよい。一部の例では、インク機能を備えていないスタイラスを本発明の実施形態によるペンとして使用することができる。  
慣性センサ−それだけには限定されないが、横方向に、ペン先で、あるいは入力装置の向きを変えることによってなど種々の方法で入力装置の動きを測定するのに使用することができる任意の装置または装置の組合せ。  
加速度計−入力装置の加速度の示度を示す装置または装置の組合せ。  
ジャイロスコープ−入力装置の角速度の示度を示す装置または装置の組合せ。  
磁力計−磁場の変化を感知する装置または装置の組合せ。  
カメラ−画像捕捉システム。  
誘導要素−誘導要素または抵抗要素による電磁場の変化に基づいて入力装置の動きおよび／または位置を検出するセンサボードなどと組み合わせて使用する入力装置内に組み込まれた装置。
【００１１】
圧力センサ−入力装置が配置されている面に対して及ぼされる力などの力を検出する装置。  
電子インク−プロパティを備える１連のまたは１組のストローク。ストロークとは１連のまたは１組の捕捉された点である。１連のストロークは、ストロークを順序付けられた形で含むことができる。シーケンスは、捕捉された時間、またはストロークがあるページ上のどこに表示されるかによって順序付けることができる。他の順序も可能である。１組のストロークは、複数の１連のストローク、または順序付けられていないストローク、またはその組合せを含むことができる。インクは、追加のプロパティ、メソッド、およびトリガイベントなどを含むように拡張することができる。こうしたイベントの少なくとも一部と組み合わせると、インクオブジェクトと呼ぶことができる。  
慣性座標系−用紙の左上など、入力装置がその場所から使用される起点、および北、東、および局所的鉛直（下）の方向に位置合わせされた軸を有する局所地理座標（ｌｏｃａｌ  ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）。
【００１２】
ペーパ座標系−入力装置が移動する面の座標系。面は用紙であっても他の何らかの面であってもよい。
【００１３】
擬似立点（Ｐｓｅｕｄｏ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｐｏｉｎｔ）−ユーザが装置の方向を逆転させた場合、入力装置の速度がゼロまで減速する位置の推定値。これは、装置上／装置内の近似点と解釈することもでき、一般に図７に示す入力装置の中間位置より下に配置されるよう選択される。入力装置を使用して書くとき、この点は、他の点に比べて動きが「少ない」。入力装置が移動していない場合、加速度計の出力には、「向き情報」（空間における、および／または面に対する入力装置の向きの決定に使用できる情報）のみが含まれる。入力装置が移動した場合、加速度計の出力値は、「加速度情報」（加速度の決定に使用できる情報）および装置の「向き情報」を含む。双方の情報の組を組み合わせ、あるいは関係付けて相互に補足することができる。ほとんどの場合、装置を使用して書くとき、この点の加速度の多い方が「向き情報」であり、少ない方が「加速度情報」であると仮定される。少ない方は、重力加速度に比べて小さい。加速度情報を（測定式の情報として）使用してジャイロスコープのドリフト誤差を補償することができる。
【００１４】
ホストコンピューティング装置−デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットＰＣ、ＰＤＡ、電話、または１つまたは複数の入力装置から情報を受信するように構成されている他の任意の装置。
【００１５】
汎用動作環境
図１は、本発明の様々な態様の実施に使用できる従来の汎用デジタルコンピューティング環境の例を示す概略図である。図１では、コンピュータ１００は、処理ユニット１１０、システムメモリ１２０、およびシステムメモリを含む種々のシステム構成要素を処理ユニット１１０に結合するシステムバス１３０を含む。システムバス１３０は、種々のバス構造のうちの任意のものを使用する、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、およびローカルバスなど、あらゆる種類のバス構造とすることができる。システムメモリ１２０は、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）１４０およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１５０を含む。
【００１６】
起動時などコンピュータ１００内の要素間で情報の転送を助ける基本ルーチンを含む基本入出力システムＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ  ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ  ｓｙｓｔｅｍ）１６０がＲＯＭ１４０に格納されている。コンピュータ１００は、ハードディスク（図示せず）からの読出し、およびそこへの書込みを行うためのハードディスクドライブ１７０、取外し可能磁気ディスク１９０からの読出し、またはそこへの書込みを行うための磁気ディスクドライブ１８０、ＣＤ  ＲＯＭまたは他の光媒体など取外し可能光ディスク１９２からの読出し、またはそこへの書込みを行うための光ディスクドライブ１９１も含む。ハードディスクドライブ１７０、磁気ディスクドライブ１８０、および光ディスクドライブ１９１は、それぞれハードディスクドライブインターフェース１９２、磁気ディスクドライブインターフェース１９３、および光ディスクドライブインターフェース１９４によってシステムバス１３０に接続されている。ドライブおよびその関連するコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、およびパーソナルコンピュータ１００用の他のデータの不揮発性記憶装置を提供する。動作環境の例では、磁気カセット、フラッシュメモリカード、デジタルビデオディスク、ベルヌーイカートリッジ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）など、コンピュータでアクセス可能なデータを格納することができる他のタイプのコンピュータ可読媒体も使用できることを、当分野の技術者であれば理解されよう。
【００１７】
オペレーティングシステム１９５、１つまたは複数のアプリケーションプログラム１９６、他のプログラムモジュール１９７、およびプログラムデータ１９８を含む多数のプログラムモジュールは、ハードディスクドライブ１７０、磁気ディスク１９０、光ディスク１９２、ＲＯＭ１４０、またはＲＡＭ１５０に格納することができる。ユーザは、キーボード１０１やポインティング装置１０２などの入力装置を介してコマンドおよび情報をコンピュータ１００に入力することができる。他の入力装置（図示せず）には、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、衛星放送受信アンテナ、スキャナなどがある。これらおよび他の入力装置は、しばしば、システムバスに結合されているシリアルポートインターフェース１０６を介して処理ユニット１１０に接続されるが、パラレルポート、ゲームポート、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）など他のインターフェースによって接続されても良い。さらに、これらの装置を、適切なインターフェース（図示せず）を介して直接システムバス１３０に結合することもできる。モニタ１０７または他のタイプの表示装置も、ビデオアダプタ１０８などのインターフェースを介してシステムバス１３０に結合される。モニタに加えて、パーソナルコンピュータは一般に、スピーカ、プリンタなど他の周辺出力装置（図示せず）を含む。好ましい実施形態では、フリーハンド入力をデジタル式に捕捉するためにペンデジタイザ１６５および付属ペンまたはスタイラス１６６が設けられている。ペンデジタイザ１６５とシリアルポートインターフェース１０６の間の直接接続を示しているが、実際にはペンデジタイザ１６５は、当分野で知られているように、直接処理ユニット１１０に、パラレルポートまたは他のインターフェースに、またシステムバス１３０に結合することができる。さらに、デジタイザ１６５をモニタ１０７から離して示しているが、デジタイザ１６５の使用可能なエリアは、モニタ１０７の表示エリアと同程度の範囲を占める。さらに、デジタイザ１６５をモニタ１０７と一体化する、あるいはモニタ１０７に重ねる別個の装置として、ないしはモニタ１０７に取り付ける装置として存在させても良い。
【００１８】
コンピュータ１００は、リモートコンピュータ１０９など１つまたは複数のリモートコンピュータへの論理接続を使用してネットワーク式環境で動作することができる。リモートコンピュータ１０９は、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ピア装置、または他の一般のネットワークノードとすることができ、図１にはメモリ記憶装置１１１のみを示しているが、一般にコンピュータ１００に関連して上述した多くの、またはすべての要素を含む。図１に示した論理接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１１２、およびワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）１１３を含む。こうしたネットワーキング環境は、オフィス、企業全体のコンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットにおいて一般的である。
【００１９】
ＬＡＮネットワーキング環境で使用する場合、コンピュータ１００は、ネットワークインターフェースまたはアダプタ１１４を介してローカルネットワーク１１２に接続される。ＷＡＮネットワーキング環境で使用する場合、パーソナルコンピュータ１００は一般に、モデム１１５、または、インターネットなど、広域エリアネットワーク１１３を介して通信を確立する他の手段を含む。モデム１１５は、内蔵または外付けでもよく、シリアルポートインターフェース１０６を介してシステムバス１３０に接続される。ネットワーク式環境では、パーソナルコンピュータ１００に関連して示したプログラムモジュール、またはその一部をリモートメモリ記憶装置に格納することができる。
【００２０】
図示したネットワーク接続は例であり、コンピュータ間の通信リンクを確立する他の技術を使用できることは理解されよう。ＴＣＰ／ＩＰ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＦＴＰ、ＨＴＴＰなど種々の周知の任意のプロトコルの存在が想定され、システムは、クライアント−サーバ構造でユーザがＷｅｂベースのサーバからＷｅｂページを取り出すことができるように動作することができる。種々の従来のＷｅｂブラウザのうちの任意のものを使用してＷｅｂページ上でデータを表示し処理することができる。
【００２１】
慣性センサ入力装置
図２は、本発明の種々の形態に従って使用する入力装置の一実施形態の例を示す。図２では、入力装置２０１は、インクカートリッジ２０２、圧力センサ２０３、加速度計２０４、磁気センサ２０５、ジャイロスコープ２０６、プロセッサ２０７、メモリ２０８、トランシーバ２０９、加速度計２１０、電源２１１、ドッキングステーションアダプタ２１２、キャップ２１３、誘導要素２１５、および図示はしていないがディスプレイ、のうちの１つまたは複数を含むことができる。種々の構成要素は、必要に応じて、例えば図示していないがバスを使用して、あるいは無線で電気的に結合することができる。１つまたは複数のセンサを使用することによって、入力装置の場所の検出の精度を向上させることができる。
【００２２】
ペンなど標準の筆記用具では一般的であるように入力装置の使用を可能にするために、インクカートリッジ２０２を含んでいてもよい。インクカートリッジ２０２は、入力装置の動きが検出され、記録され、および／または電子インクの生成に使用されている間に用紙の上に手書きストロークを生成するための快適かつよく知られている媒体を提供することができる。例えば、入力装置２０１が例えばオブジェクト上に配置されている間に押し下げられたときに示されるなど、入力を指定する圧力センサ２０３を含んでいてもよい。さらに、圧力センサ２０３を使用して、ユーザが入力装置でストロークを作成する際の押下力を検出し、こうしたデータを、生成された電子インクの幅を変更するのに使用することができる。ただし一部の例では、圧力センサを除いてもよい。
【００２３】
プロセッサ２０７は、本発明の種々の形態に関連する機能を行う既存の任意のプロセッサで構成することができる。例えばプロセッサは、２０ＭＨｚクロックを含み２０ＭＩＰＳで動作する特定の装置であるＦＰＳＬＩＣ  ＡＴ９４Ｓ４０を含んでいてもよい。プロセッサ２０７は、さらに消費電力を低減できる諸ステップを実行するよう動作し、入力装置が稼動していないときに種々の構成要素の電源を切るなど、電源２１１に格納されている電力を維持することができる。こうしたパワーダウンは、例えば所与の時間量において装置の動きおよび／または配置がないことを示すデータの有無に基づいて決定することができる。
【００２４】
プロセッサ２０７はさらに、様々な構成要素の性能を校正し、調整するよう動作することができる。またプロセッサは、メモリに格納されている複数のインクおよび／または動き処理アルゴリズムの中から選択するようプログラム化することができる。例えばプロセッサは、装置が移動する面に関連する特徴、装置が使用される環境に起因する感知に与える影響などに従って動きの検出に最も適したアルゴリズムを選択することができる。ＬＣＤ画面とともに使用する場合、例えば、選択されるアルゴリズムは、高速かつ滑らかなストロークを使用して入力された入力を正確に記録するのに最も有用なものとすることができる。一方、より遅くあまり滑らかではないストロークによって用紙上に生成された入力を処理するために、別のアルゴリズムを選択することができる。また、例えば不安定な環境における面に対する入力装置の動きなど、アルゴリズムを選択するための他の要因を考慮することもできる。
【００２５】
アルゴリズムを、入力装置内にプログラムされた性能の考慮に基づいて自動的に選択することができる。あるいはまた、処理アルゴリズムを手動で選択することもできる。例えば、ユーザは、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）オペレーティングシステムの「コントロールパネル」でのモニタなどにすでに見られるのと同じように、ホストコンピュータの入力装置およびディスプレイを使用して、入力装置の適切な設定に関連するオプションに到達するまで、入力装置の機能を設定するオプションをスクロールすることができる。
【００２６】
あるいはまた、上述の処理アルゴリズムの選択など入力装置の設定を、入力装置のみを使用して達成することができる。入力装置を押し下げることによって、検出されたときにユーザ入力を示すと判断される記号を装置で描くことによって、および他のこうした手段によってユーザ選択を稼動することができる。一例では、ユーザは、入力装置を使用しようとする面を識別する制御機能に関連付けられた記号を描くことができる。例えば、ユーザは、入力装置に関連付けられた記号、ペンの形状を描くことができる。プロセッサがこの記号を認識することによって、入力装置は、ユーザが示された処理アルゴリズムあるいは任意のモード設定を次に選択できるようにするためのモードを入力することができる。例えば、「設定」という単語を書くことによって、次の命令がペンに関連するモードを設定するためのものであることを装置に知らせることができる。この例では、ユーザは、別の記号、例えば入力装置を用紙で使用すべきであるという指示に対応する「２」など前もって面に関連付けられている数字（例えば説明書に記載されている）、あるいは入力装置を用紙で使用することを示す所定の図示記号を入力して、使用すべき処理アルゴリズムを選択することができる。次いで、例えば入力装置を何回か押し下げることによって、モード設定手順が完了したことを示すことができる。入力装置を対話式に制御することについての特定の例を示してきたが、本発明の範囲内であれば、どんな入力および選択技術でも適切である。
【００２７】
一実施形態では、メモリ２０８は、１つまたは複数のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＦＬＡＳＨメモリ、またはデータを格納する、装置を制御するためのソフトウェアを格納する、データを処理するためのソフトウェアを格納する、あるいはその他のための他のメモリ装置を含むことができる。上述したように、入力装置の位置、または場所を表すデータは、入力装置２０１内で処理し、メモリ２０８に格納してホストコンピュータに転送することができる。あるいはまた、捕捉された画像データをメモリ２０８に格納して、処理する、あるいはその他のためにホスト装置に転送することができる。
【００２８】
トランシーバ、すなわち通信ユニット２０９は、送信ユニットおよび受信ユニットを含むことができる。電子インクを生成する、および／または表示する、あるいはその他に適した形式に処理される入力装置の動きを表す情報を、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットＰＣ、ＰＤＡ、電話、またはユーザ入力および／または電子インクが有効となり得る他のこうした装置などのホストコンピュータに送信することができる。トランシーバ２０９は、短距離無線通信を行うＢｌｕｅｔｏｏｔｈ技術、赤外線通信、あるいはセル式または他の長距離無線技術を含む無線通信技術を使用して外部装置と通信することができる。あるいはまた、トランシーバ２０９は、例えばＵＳＢ接続などホストコンピュータへの直接リンクを介したデータの送信、あるいはドッキングクレードル２１２との接続を介した間接的なデータの送信を制御することができる。入力装置は、専用の接続を使用して特定のホストコンピュータに直接リンクすることもできる。また、トランシーバ２０９を使用して、一実施形態でダウンロードして入力装置の性能を向上させることができる情報および／またはソフトウェアを受信することができる。例えば、プロセッサの制御機能を更新するプログラム情報をホストコンピュータから、ないしは上述の任意の送信／結合技術を介してダウンロードすることができる。さらに、画像データを分析する、および／または入力装置を校正するためのソフトウェアなどのソフトウェアを入力装置に送信する、あるいは入力装置によってダウンロードすることもできる。
【００２９】
データを処理し、格納しおよび／または表示する装置から独立して離れたところで入力装置２０１を使用する場合は特に、電源２１１を含むことができる。電源２１１は、入力装置２０１の任意の数の場所に組み込むことができる。例えば、電源２１１は、交換可能な場合はすぐに交換できるように配置する、あるいは再充電可能な場合は再充電しやすいように配置することができる。あるいはまた、充電器を介して壁コンセント、コンピュータの電源、または他の任意の電源に接続されるカーバッテリに入力装置を電気的に結合するアダプタを使用するなど、入力装置を代替の電源に結合することができる。ドッキングステーションアダプタ２１２は、入力装置を他の装置または電源に電気的に結合するための既知の構造で構成することができる。また、ドッキングステーションアダプタ２１１は、ドッキングステーションが直接、または間接的に結合される外部装置に情報を転送するために使用することもできる。同様に、ソフトウェア、制御情報、または他のデータを、電源２０６の再充電にも使用できるドッキングステーションを介して入力装置２０１にアップロードすることができる。
【００３０】
取外し可能キャップ２１３を、インクカートリッジ２０２を含み得る入力装置の先端のカバーに使用することができ、また、入力装置２０１を例えばセンサボードを含む装置とともに使用する場合に、抵抗を感知しやすくする先端を備えることもできる。同様に、誘導要素２１５を含んで、誘導システムにおいてスタイラスとして使用するときに入力装置の性能を向上させることができる。入力装置２０１の筐体を、プラスチック、金属、樹脂、それらの組合せ、すなわち装置の構成要素を保護し得る、あるいは入力装置に全体的な構造の保全性を提供し得る任意の材料で構成することができる。入力装置のシェルは、金属材料から作ることができ、これによって装置の敏感な電子／磁気部品を電子的に保護することができるが、これは必須ではない。例えば、磁気センサを組み込むことによって、入力装置の構造を、装置内の１つまたは複数のセンサが保護されないようにし、その結果入力装置が例えば磁場を検出できるように設計することを示唆することができる。
【００３１】
次に、本発明の様々な態様に従って入力装置の動きまたは位置を測定するセンサについて説明する。慣性センサは、いくつかのセンサタイプを含むことができる。図２に示すように、ジャイロスコープ２０６を含んで、入力装置２０１の角速度の示度を提供することができる。時間「ｔ」にわたるこうした示度のサンプリングは、その時間の間の入力装置の動きを反映し得る。一実施形態では、ジャイロスコープは、２次元での入力装置の動きおよび／または位置の示度を提供することができる。入力装置の向きを決定するために、第３の次元の入力装置の角度を表すデータが必要である。一実施形態では、１組の磁力計によって生成されたデータを使用してこの欠けているデータを補うことができる。
【００３２】
本発明の別の実施形態の例では、１組の加速度計および１組の磁力計の測定で装置の向きが得られる。
【００３３】
本発明のさらに別の実施形態の例では、加速度を正確に測定できない、または追加情報が必要である場合など、磁気センサ２０５によって生成されたデータを使用して、第３次元での入力装置の角速度を導出することができる。磁気センサ２０５は、地球磁場またはデジタイザ１６５によって生成された磁場の測定値の変化を検出することによって入力装置の動きを測定することができる。したがって、ジャイロスコープからのデータを磁気センサからのデータと組み合わせて使用して、入力装置の向きを得ることができる。第１の時間の入力装置の向きを第２の時間のものと比較することによって、以下でさらに説明するように、入力装置の動きを決定するのに必要な情報を一部提供することができる。
【００３４】
入力装置の先端の動きの示度を表す測定値は、入力装置の動きを近似するのにも有効となり得、それによってインクを含む入力の正確な生成に役立つ。例えば、入力装置の先端の動きを測定するセンサを先端の近く、あるいは先端に配置することができる。しかしこうした配置は、インクカートリッジの位置および／または使用に干渉することがあり、露出されたセンサが損害を被るおそれがある。別の実施形態では、単一の加速度計、または１組の加速度計を入力装置内に配置して、その先端以外の点での装置の加速度を表すデータを生成することができる。こうしたデータは、変換アルゴリズムを使用して入力装置の先端の加速度を表すデータに変換することができる。一実施形態では、加速度計２０４および加速度計２１０から取得したデータを入力装置の先端の加速度を表すように変換することができる。
【００３５】
より詳細に説明するように、入力装置の向きを表すデータを、入力装置の先端の加速度を表すデータと組み合わせて、本発明の別の態様に従って、入力装置が移動する面の、または面近くの入力装置の動きを正確に追跡するよう処理し、それによってユーザの手書きを正確に表すデータを生成することができるようになる。その結果得られた電子インクは、入力装置の増加する動きの間でより滑らかな移行で、より高品質のものとなる。
【００３６】
図３は、入力装置を表しており、代表的な慣性センサによって生成されたデータの例を示している。図示したように、ジャイロスコープ３０６は、２つの軸の入力装置の角速度の示度を生成する。加速度計３０４および加速度計３１０は、３つの軸の加速度の示度を生成する。同様に、磁力計３０５は、３つの軸に沿った地球の磁気引力の変化を感知する。これらの測定値を組み合わせることによって、入力装置の動きの極めて正確な示度が生成され、それによって電子インク、および他の入力を介して手書きを正確に記録することが容易になる。列挙したものの代替のセンサを使用して入力を生成することもできる。
【００３７】
手書きストロークの正確な表現は、上記のセンサの一部を使用して得ることができる。例えばジャイロスコープは、加速度計の性能を補うように機能する。オブジェクトの速度が比較的一定したままである場合、そのオブジェクトの加速度は無視することができる。したがって、例えば、入力装置の動きが長時間にわたってほとんどない場合、加速度の示度は不正確であることがわかる。こうした場合、ジャイロスコープを使用して得られた角速度の表現は、それだけで正確な結果を生成するのに十分なデータを生成し得る。しかし、入力装置の加速度が動的な時間の間、入力装置の速度は、動きの適切なインジケータにはならない場合がある。こうしたときに、加速度計によって生成されたデータが動きの最適な示度を提供し得る。
【００３８】
さらに、ジャイロスコープは、単に２つの軸に沿った入力装置の向きを表す情報を生成するだけであるため、結果の向上のために、例えば加速度計、磁力計、あるいはもう１つのジャイロスコープを使用して第３の軸を表すデータを得ることができる。装置が移動したとき、２軸ジャイロスコープを使用して、２つの軸に沿った入力装置の向きを表す。１組の磁力計は、残りの軸に沿った入力装置の向きを提供することができる。擬似立点の加速度を使用して、ジャイロスコープのドリフト誤差（および他の起こりうる誤差）を補償することができる。
【００３９】
図示したように、本発明の形態によって、いろいろな時間に、列挙したセンサ、あるいは代替のセンサの一部によって生成されたデータを使用して正確な結果を生成することができる。こうした精度および柔軟性によって装置全体のコストが増える可能性がある。あるいはまた、全体的な出費および入力装置の複雑さを低減するために、組み込むセンサをより少なくすることが望ましい場合がある。
【００４０】
図４は、本発明の種々の形態を実施する一実施形態の例を示すフロー図である。この実施形態について以下でより詳しく説明するように、次のサンプリング時間における入力装置の向きは、修正されたカルマンフィルタを使用して決定される。２つの軸における入力装置の角速度を表す値は、例えば、加速度計または磁力計のいずれかからのデータを使用して補うことができる。こうした入力をカルマンフィルタ、または他の適切な処理技術によって処理して入力装置の向きの計算結果を生成することができる。同時に、入力装置の先端の加速度は、２組の加速度計によって生成されたデータの変換を使用して決定することができる。入力装置の向きの示度および入力装置の先端の加速度を表す値は、慣性座標系における入力装置の先端の加速度を表すデータに変換される。「慣性座標系」（入力装置に沿った測定値）からペーパ座標系（用紙であっても他の何らかの面であっても入力装置が移動する面の座標系）に変換するために変換行列が生成される。この変換を使用して、「ペーパ座標系」における入力装置の先端の加速度が決定される。次いで「ペーパ座標系」における入力装置の先端の加速度は２回積分され、その結果、現在のサンプリング時間の過程にわたる入力装置の追跡が提供される。結果として生じる追跡の示度を向上させるために、ドリフト補正を行うこともできる。慣性座標系を使用してペンの場所を定義することができる。例えば図６に、慣性座標系およびペーパ座標系を示している。ペーパ座標系が校正プロセスによって慣性座標系に合わない場合、慣性座標系において得られた装置の向きをペーパ座標に転送することができる。校正プロセスの例を以下に示す。
【００４１】
入力装置は、ペン座標系がペーパ座標系に合うように特別な向き
【００４２】
【数１】
2004227563.tif 000003
【００４３】
に配置される。
【００４４】
【数２】
2004227563.tif 000004
【００４５】
は実際には、慣性座標系におけるペーパ座標系の向きであり、以下のアルゴリズムを使用して計算される。慣性座標系における入力装置の向き
【００４６】
【数３】
2004227563.tif 000005
【００４７】
が算出されるときはいつでも、ペーパ座標系における入力装置の向きは、
【００４８】
【数４】
2004227563.tif 000006
【００４９】
として得られる。式中、
【００５０】
【数５】
2004227563.tif 000007
【００５１】
は方向コサイン行列である。
【００５２】
【数６】
2004227563.tif 000008
【００５３】
は、方向コサイン行列の基本特性である。例えば、非特許文献２を参照されたい。この内容を参照により組み込む。
【００５４】
本発明の一実施形態によれば、図４に示すように、手書きを正確に表す電子インクは、１つの慣性センサまたは複数の慣性センサの組合せから出力されたデータに基づいて生成される。示した実施形態では、２軸ジャイロスコープは、フロー図のステップ４０１に示すように、時間「０」から時間「ｔ」に移動したときの入力装置の角速度を表すデータを生成する。こうした値は、ステップ４０６で示すように、修正されたカルマンフィルタに転送して処理することができる。第３次元における入力装置の動きに対応する情報は、時間「ｔ」の間の入力装置の動きを推定するのを助け、２軸ジャイロスコープによって生成された情報を補うことができる。したがって、図示した実施形態の例によれば、第３次元の入力装置の動きを表すデータは、図示したジャイロスコープなど、第１のセンサに加えてのセンサの測定から決定することができる。
【００５５】
フロー図のステップ４０２およびステップ４０３で、例えば第１の組の加速度計によって生成された入力装置の前部の加速度を表す値、および第２の組の加速計によって生成された入力装置の後部の加速度を表す値を使用して欠けているデータを補う。精度をさらに向上させるには、得られた加速度値を、ステップ４０５で表す「擬似立」点校正技術を使用して、例えばユーザが装置の方向を逆にした場合、入力装置の加速度がゼロまで減速する位置の推定値に基づいて校正することができる。この校正は、入力装置の速度がゼロとなるべきときを検出するアルゴリズムを使用し、検出されたデータ値に存在し得る任意のオフセットを補償する。説明した校正ステップ４０５の代わりに、あるいはそれに加えて、加速度データが動きを示す際の精度を向上させる代替の処理技術を使用することができる。次いで加速度値を、修正されたカルマンフィルタに入力することができる。
【００５６】
図７に示すように、入力装置が移動したとき、加速度計の出力で「向き」および「加速度」情報が結合され、入力装置の擬似立点の加速度が含む加速度情報は「より少なく」、向き情報は「より多い」ので、擬似立点の加速度値を使用して向きが推定され、あるいはジャイロスコープ出力が補償される。擬似立点の加速度値を、以下のように２つの組の加速度計から得ることができる。
【００５７】
【数７】
2004227563.tif 000009
【００５８】
式中ｌ１ｘｙおよびｌ２ｘｙは２つの組のｘ−ｙ軸加速度計から擬似立点までの距離、ｌ１ｚおよびｌ２ｚは２つの組のｚ軸加速度計から擬似立点までの距離、ａｘ、ａｙ、ａｚはそれぞれ３つの軸における擬似立点の加速度である。ａ１ｘ、ａ１ｙ、ａ１ｚは下側の組の加速度計の３軸加速度、およびａ２ｘ、ａ２ｙ、ａ２ｚは上側の組の加速度計の３軸加速度である。
【００５９】
上述したように、加速度計によって生成されたデータが提供する入力装置の動きの示度が一貫して正確なわけではないことがある。例えば、入力装置がほぼ一定速度で移動し、任意の方向の入力装置の加速度がほぼ０のとき、加速度計は、望ましくない結果をもたらすことがある。こうした場合、加速度データの代わりに代替のセンサによって生成される測定値を使用してもよい。例えば３軸磁力計は、上述したように、例えば第３次元における入力装置の動きの示度を提供することによって入力装置の動きを推定するのを助けることができる。磁力計は、ステップ４０４で示すように、地球の磁場に対応する測定値の変化を測定することによって、入力装置の動きを感知することができる。次いでこうした測定値をステップ４０６で修正されたカルマンフィルタに入力して処理することができる。当然、こうしたセンサは、電磁妨害に極めて敏感であり、装置の頻繁な再校正を必要とし、かつ／または測定データは、妨害を補正するように処理することが必要となることがある。
【００６０】
例示的な実施形態によれば、フロー図のステップ４０６に示すように、ジャイロスコープおよび加速度計または磁気センサからのデータはすべてプロセッサに入力されて、修正されたカルマンフィルタに従って処理される。フィルタは、ステップ４０７で示すように入力装置の現在の３次元の向きを表すデータを生成する。例示的な実施形態では、一部カルマンフィルタが現在の値に基づいて将来の値を正確に予測し得る最小二乗法を使用する再帰的フィードバックフィルタであるため、修正されたカルマンフィルタを使用した入力装置の向きの測定について説明する。あるいはまた、装置の動きおよび／または位置を示す任意の数の測定データを使用して入力装置の向きの正確な表現を生成する他の予知的フィルタまたは処理技術を使用することもできる。また、それだけには限定されないが、拡張されたカルマンフィルタを含む他のフィルタリング技術を使用することもできる。
【００６１】
同時に、ステップ４０８で示すように、ペンなどの入力装置の「ペン座標系」（入力装置に対応する座標系）における先端の加速度を、例えば２組の加速度計によって出力されるデータから決定することができる。上述したように、入力装置の軸に沿って間隔をあけた場所に配置されている２組の加速度計からのデータを変換プロセスを使用して変換して、時間間隔「ｔ」の間の入力装置の先端の加速度の示度を提供する。一例では、入力装置の軸に沿った座標系から装置の先端への変換は、以前の校正、推定技術、あるいは値を変換して入力装置の先端の動きを正確に表すための任意の技術を使用してあらかじめ決定することができる。次いで、ステップ４０９に示すように、ステップ４０７で決定された入力装置の上述の現在の３次元の向きを使用して、入力装置のペン先での加速度を表すデータを、慣性座標系における入力装置の先端の加速度を表すデータに変換することができる。
【００６２】
ペン先の加速度を次のように決定することができる。ペン先の加速度は、次のようにして得られる。
【００６３】
【数８】
2004227563.tif 000010
【００６４】
式中、ｌ３ｘｙ、ｌ４ｘｙは２組のｘ−ｙ軸の加速度計からペン先への距離、ｌ３ｚ、ｌ４ｚは２組のｚ軸の加速度計からペン先への距離、
【００６５】
【数９】
2004227563.tif 000011
【００６６】
はそれぞれ３つの軸におけるペン先の加速度である。図８は、上述のアルゴリズムに関する先端の寸法を示している。
【００６７】
「慣性座標系」から入力装置が移動する面の座標系に変換するための変換行列を、例えば以前実行した校正手順に基づいて決定することができる。こうした校正ステップは、組立て、製造、各使用前、使用中の休止時、または任意の時に行うことができる。入力が移動する面が用紙の場合、こうした面の座標系を「ペーパ座標系」と表してきた。しかし、入力装置は任意の数の面の上で移動させることができ、「ペーパ座標系」と称することにより、入力装置の使用、あるいはこうした面への変換の説明を限定するものではない。
【００６８】
フロー図のステップ４１０に示すように、ペーパ座標系における入力装置の先端の加速度は、装置が用紙の上で移動する場合、上述の変換行列を使用して加速度データを慣性座標系に変換することによって決定される。次いで結果として生じる加速度が、ステップ４１１に示すように２回積分されて、それによって入力装置の動きの追跡が生成される。最後に、追跡データは、ドリフト補正を行うことによってさらに処理することができる。上記の演算の結果、入力装置の先端の動きが追跡され、入力装置の動きに対応する電子インクを表すデータが生成される。
【００６９】
以下は、ドリフト補正がどのように機能するかの一例を示す。最初に、現在のサンプリング時間および隣接する複数のサンプリングポイントで取得された加速度の一貫性を判定することによって、入力装置の状態が、各サンプリング時間において「移動」または「非移動」とラベル付けされる。例えば、現在のサンプリング時間前の８つのサンプリングポイント、および現在のサンプリング時間後の８つのサンプリングポイントを使用することができる。他の数のサンプリングポイントを使用しても良いことは理解されよう。この１７のポイント期間中の測定されたすべての加速度値がほぼ固定値の場合、このサンプリング時間の状態は、「非移動」とラベル付けされる。次いで固定値を加速度のドリフト誤差として扱うことができる（サンプリング期間は一般に１０ｍｓである）。新しい「非移動」状態が検出されたとき、最後の連続する「移動」状態での加速度値が、以下のアルゴリズムを使用して修正される。
【００７０】
ドリフト誤差は、「移動」状態期間中、線形に増加すると仮定される。増加率がそのラベリング段階での総ドリフト誤差にしたがって算出される。次に、各サンプリングポイントにおけるドリフト誤差がその期間の加速度値から差し引かれて、その期間の修正された加速度値が得られる。修正された速度値は、修正された加速度値を積分することによって得られるが、この「移動」期間の後の最初の「非移動」状態における修正された速度値は、依然としてゼロではない可能性がある。さらに、速度ドリフト誤差は、最後の「移動」期間では線形に増加していると仮定される。修正された「修正済み速度」値は、加速度の修正の場合と同様の手法を使用することによって得られる。したがって、修正された「修正済み速度」値が積分されて、最後の「移動」期間における修正済み変位値が得られる。入力装置のドリフト補正のために同じアルゴリズムを面の２方向において使用するが、本明細書では１方向の場合のみを示す。図９Ａ〜１１Ｃは、ドリフト補正の種々の適用例を示している。図９は加速度に関連する。図１０は速度に関連する。図１１は変位に関連する。図９Ａ、１０Ａ、および１１Ａは、実際の入力値に関連する。図９Ｂ、１０Ｂ、および１１Ｂはドリフト補正を含む測定値を示す。図９Ｃ、１０Ｃ、および１１Ｃは、それぞれの補正されたバージョンを示す。
【００７１】
上述したように、本発明の一形態は、感知されたデータを処理して入力装置の動きを決定すること、こうした動きを表す電子インクを決定することを含む。一実施形態の例では、修正されたカルマンフィルタを使用して慣性座標系における入力装置の３次元の向きを算出している。こうした処理アルゴリズムの導出は、以下のように表される。
【００７２】
式（１）は、基本的なシステム移動行列（ｓｙｓｔｅｍ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘ）を示す。
【００７３】
【数１０】
2004227563.tif 000012
【００７４】
式中、
【００７５】
【数１１】
2004227563.tif 000013
【００７６】
は、ペン座標系から慣性座標系に移動する方向コサイン行列である。
【００７７】
【数１２】
2004227563.tif 000014
【００７８】
式中、ωｘ、ωｙ、ωｚは、ジャイロスコープを使用して測定できる「ペン座標系」における角速度ベクトルである。
【００７９】
基本式式（１）は、次のように簡略化することができる。
【００８０】
【数１３】
2004227563.tif 000015
【００８１】
式中、その離散形式（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｆｏｒｍ）は次の通りである。
Ｃ（ｋ＋１）＝Ｃ（ｋ＋１）・Ａ（ｋ）              （２）
【００８２】
この場合、
【００８３】
【数１４】
2004227563.tif 000016
【００８４】
である。式中、σ＝ω・Δｔ，σ＝［σｘ，σｙ，σｚ］Ｔであり、この場合Δｔはサンプリング時間である。また、状態ベクトルは、
【００８５】
【数１５】
2004227563.tif 000017
【００８６】
となる。次いで状態変換（ｓｔａｔｅ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）が次のように分けられる。
【００８７】
【数１６】
2004227563.tif 000018
【００８８】
式中、
【００８９】
【数１７】
2004227563.tif 000019
【００９０】
は、ｔ（ｋ）からｔ（ｋ＋１）への角速度の平均値である。というのは、ωｚは不明であるが、加速度計または磁力計からの測定値を使用してｘ３（ｋ＋１）を算出できるからである。慣性座標系において角速度を決定する式は、次のように表される。慣性座標系における加速度は、ペン座標系
【００９１】
【数１８】
2004227563.tif 000020
【００９２】
での入力装置の測定された加速度を、
【００９３】
【数１９】
2004227563.tif 000021
【００９４】
移動を使用して慣性座標系に変換することによって算出される。
【００９５】
【数２０】
2004227563.tif 000022
【００９６】
慣性座標系において入力装置の磁気は慣性座標系における加速度のものと等しく、その決定には同じ計算が行われる。
【００９７】
【数２１】
2004227563.tif 000023
【００９８】
式（３）は、次のように標準の形式に書き直すことができる。
【００９９】
【数２２】
2004227563.tif 000024
【０１００】
ＣＴ（ｋ）＝Ｃ−１（ｋ）、式中、（・）Ｔは変換行列、（・）−１は逆行列を意味し、これは方向コサイン行列の特性である。
測定された加速度に対応する測定ベクトルは、
【０１０１】
【数２３】
2004227563.tif 000025
【０１０２】
となる。式を置換することによって
【０１０３】
【数２４】
2004227563.tif 000026
【０１０４】
となる。詳細に書き直すと、
【０１０５】
【数２５】
2004227563.tif 000027
【０１０６】
となる。同様に、磁気センサに対応する測定ベクトルは、
【０１０７】
【数２６】
2004227563.tif 000028
【０１０８】
である。置換によって、式の解は
【０１０９】
【数２７】
2004227563.tif 000029
【０１１０】
となり、これは、次のように詳細に書き直すことができる。
【０１１１】
【数２８】
2004227563.tif 000030
【０１１２】
ｘ３（ｋ＋ｌ）の場合の状態移動は、ｘ３について解くことによって、式（５ａ−５ｃ）の第１および第２の副式を使用して決定することができる。次いで式（６）の残りおよび式（１）によって測定式を作成することができる。
【０１１３】
ｘ３（ｋ＋１）についての状態移動は、式（５ａ）および式（５ｂ）から決定される。次のように、式（５ｃ）、（６ａ）、（６ｂ）および（６ｃ）によって測定式が作成される。
【０１１４】
【数２９】
2004227563.tif 000031
【０１１５】
入力装置が地球の磁場に平行な場合、ｍｘおよびｍｙはかなり小さく、式（５ａ）および式（５ｂ）から得られる値ｘ３（ｋ＋ｌ）の誤差は大きくなりすぎる。この場合、式（６ａ）および式（６ｂ）を使用してｘ３（ｋ＋ｌ）が得られ、その結果式（５ａ）、（５ｂ）、（５ｃ）および（６ｃ）を使用して、式（７）のような測定が作成される。
【０１１６】
この修正されたカルマンフィルタでは、ジャイロスコープの出力、および磁力計または加速度計の出力の一部によって状態予測が提供され、磁力計および加速度計の出力の他の部分によって状態測定が提供され、予測誤差が補正される。
【０１１７】
本発明の一実施形態で説明したように、変更されたカルマンフィルタを使用して、慣性座標系における入力装置の現在の姿勢を決定することができる。ペン座標系から慣性座標系への変換のために移動行列を決定し、前もって慣性座標系からペーパ座標系への変換に対応する変換行列を校正によって取得しておくことによって、ペン座標系からペーパ座標系への変換行列を決定することができる。したがって、入力装置の先端の追跡は、変換された先端の加速度を入力装置が移動する面の空間座標系に統合することによって算出することができる。入力装置の先端の動きを正確に決定して従来の筆記用具によって生成されたものと同じようにストロークを記録することにより、ペンの動きを正確に決定することによって正確な入力の生成に必要なデータが提供される。ただし、こうした動きを記録するために入力装置が面に接触する必要はない。
【０１１８】
記載した実施形態の例では単一のジャイロスコープ、複数の加速度センサ、および磁気センサを使用しているが、その記載は、決して本発明をこうした構成要素を使用したシステムに限定するものではない。そうではなく、記載の例示的実施形態の代用、補足、取外しまたは他の変更は本発明の範囲内である。
【０１１９】
図５は、本発明の種々の形態に従って使用する画像を捕捉するためのカメラを組み込む入力装置の一実施形態の例を示す。図５では、入力装置５０１は、インクカートリッジ５０２、圧力センサ５０３、加速度計５０４、磁気センサ５０５、ジャイロスコープ５０６、プロセッサ５０７、メモリ５０８、トランシーバ５０９、加速度計５１０、電源５１１、ドッキングステーションアダプタ５１２、キャップ５１３、カメラ５１４、誘導要素５１５、および図示していないがディスプレイを含む。一部の要素は省略することができる。例えば、もっぱらディスプレイのみに依存するのが望ましい場合、インクカートリッジを除くことができる。
【０１２０】
本実施形態では、記載した１つまたは複数のセンサを補うため、またはその代わりにカメラを追加して、入力装置の横方向の動きまたは向きを追跡するのを助ける。カメラ５１４を含めて、入力装置が移動する面の画像を捕捉し、それによってスキャンする面にわたる入力装置の動きを検出することができる。この場合、入力装置の動きを正確に決定するために必要に応じて処理アルゴリズムに変更を加えることによって、光情報の処理を行い、記載した１つまたは複数のセンサによって生成されたデータと組み合わせる、またはその代わりに使用することができる。入力装置の位置または動きは、少なくとも一部、例えば入力装置の先端に組み込まれた画像センサ、および適切な画像処理技術を使用して、パターンの検出、または入力装置が移動する面を示す捕捉された画像内の特徴の変化に基づいて測定することができる。こうした追加の情報は、電子インクの生成のために入力装置の位置および／または動きの決定に使用されるアルゴリズムに要因として含めることができる。要素を追加し、および／または取り除くことができるので、処理技術を交換し、更新し、ないしは変更して、こうした装置によって生成された情報の欠如または追加を補うことができる。記載したカルマンフィルタ、または使用される他の処理アルゴリズムには本発明に従って変更を加えることができ、異なる処理技術を使用して入力装置の動きを測定する１つまたは複数のセンサによって生成されたデータからペン先の動きを推定することは、本発明の範囲内に含まれる。
【０１２１】
図示した実施形態の例では、特定の構成要素を使用する装置を表しているが、構成要素の追加および／または示した構成要素の削除は、こうした変更に従う装置への変更とともに、本発明の範囲内に含まれる。同様に、入力装置本体の内部または外部での構成要素の再配置もさらに本発明の範囲内に含まれる。
【０１２２】
例示の実施形態では、ペンなどの筆記用具の形で実装された入力装置について説明してきた。しかし、本発明の態様は、任意の数の形状およびサイズの入力装置に適用可能である。例えば、入力装置は、人間工学に基づく形状を呈していてもよく、また、快適さおよび制御の向上のためにくぼみを含むこともできる。
【０１２３】
本発明は、添付の特許請求の範囲を使用して定義しているが、こうした特許請求の範囲は、本発明が本明細書に記載した要素および諸ステップを任意の組合せ、または部分的組合せで含むものであるという観点で、例を示すものにすぎない。したがって、本発明を定義するための任意の数の代替の組合せがあり、これには、説明、特許請求の範囲、図面を含む本明細書からの１つまたは複数の要素が種々の組合せ、または部分的組合せで組み込まれる。本明細書に照らして、本発明の形態の代替の組合せを、単独で、あるいは本明細書に記載した１つまたは複数の要素または諸ステップとの組合せで、本発明の変更形態または変形形態として、あるいは本発明の一部として使用できることを、当業者であれば理解されよう。本明細書に含まれる本発明の書面による説明は、こうしたすべての変更形態および変形形態をカバーするものとする。例えば、種々の実施形態で、データに対するある順序を示している。しかし、本発明にはデータの任意の並べ替えが含まれる。また、サイズなどの特性のいくつかの単位（バイト、ビットなど）を使用している場合、他の単位も想定される。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の種々の形態の実施に使用できる汎用デジタルコンピューティング環境を示す概略図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態によるユーザ入力を生成する入力装置を示す図である。
【図３】本発明の形態による慣性センサによって生成されるデータのタイプを示す図である。
【図４】本発明の形態による入力装置の動きを表すデータを測定し処理する方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の追加的で例示的な実施形態の例によるユーザ入力を入力する入力装置を示す図である。
【図６】本発明の実施形態によるペーパ座標系および慣性座標系を示す図である。
【図７】本発明の実施形態によるペンとその種々の寸法を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による図７のペンとそのペン先との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による加速度を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態による速度を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態による変位を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２５】
１００  コンピュータ
１０１  キーボード
１０２  ポインティング装置
１０６  シリアルポートインターフェース
１０７  モニタ
１０８  ビデオアダプタ
１０９  リモートコンピュータ
１１０  処理ユニット
１１１  メモリ記憶装置
１１２  ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）
１１３  広域エリアネットワーク（ＷＡＮ）
１１４  アダプタ
１１５  モデム
１２０  システムメモリ
１３０  システムバス
１４０  読取り専用メモリ（ＲＯＭ）
１５０  ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
１６０  基本入出力システム（ＢＩＯＳ）
１６５  ペンデジタイザ
１６６  スタイラス
１７０  ハードディスクドライブ
１８０  磁気ディスクドライブ
１９０  取外し可能磁気ディスク
１９１  光ディスクドライブ
１９２  ハードディスクドライブインターフェース
１９３  磁気ディスクドライブインターフェース
１９４  光ディスクドライブインターフェース
１９５  オペレーティングシステム
１９６  アプリケーションプログラム
１９７  プログラムモジュール
１９８  プログラムデータ
２０１、５０１  入力装置
２０２、５０２  インクカートリッジ
２０３、５０３  圧力センサ
２０５、５０５  磁気センサ
２０６、３０６、５０６  ジャイロスコープ
２０７  プロセッサ
２０８、５０８  メモリ
２０９、５０９  トランシーバ
２０４、２１０、３０４、３１０、５０４、５１０  加速度計
２１１、５１１  電源
２１２、５１２  ドッキングステーションアダプタ
２１３、５１３  キャップ
２１５、５１５  誘導要素
３０５  磁力計
５０７  プロセッサ
５１４  カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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