(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元の書込み基板（１０８，２０５）上に書き込む間に慣性測定センサによって電子ペン（１００，２００，３００）の移動パターンおよびペン位置を検出および評価する方法において、
前記書込み基板上の互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙ（１０１，１０２，２０１，２０２）と、前記二次元の書込み基板（１０８，２０５）に対して垂直な軸Ｚ（１０３）とを最初に指定することを含み、Ｘ軸（１０１，２０１）は主書込み方向を規定し、
出力されるペン位置信号における望ましくないドリフトの補償を含み、該補償は、
互いに直交する前記２つの軸Ｘ，Ｙ（１０１，１０２，２０１，２０２）に沿った、前記慣性測定センサのセンサデータの積分を介して、書込み中に前記慣性測定センサによって求められた書込み基板（１０８，２０５）上のペン移動の所定の時間インターバルおよび所定の周波数にわたる移動平均算出プロセスと、
現時点で求められた移動平均値を初期平均値および／または予め求められた移動平均値と周期的に比較することと、
現時点で求められた移動平均値と初期平均値との前記比較の間に現れる偏差および／または現時点で求められた移動平均値と予め求められた移動平均値との偏差を、出力されるペン位置信号から減算することと、
を含む、ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記移動平均の前記時間インターバルは、１秒、２秒または５秒よりも長い、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記書込み基板（１０８，２０５）上の互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙ（１０１，１０２，２０１，２０２）の初期指定は、前記書込み基板（１０８，２０５）に対する前記電子ペン（１００，２００，３００）の長手方向軸線の仰角または傾斜角γ（１０４）に関して、および／または、前記電子ペン（１００，２００，３００）の長手方向軸線（１０７，２０４，３０１）または前記電子ペンの前記長手方向軸線の投影（１０６）の方位角ε（１０５，２０３）に関して、行われる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記方位角ε（１０５，２０３）を、求められる座標系（１１１，２０７）のＸ軸と、長手方向ペン軸線と書込み基板垂線とによって形成された平面の、書込み基板平面との交差線（１０６）と、の間の角度として規定する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
＋３０°±１０°の値を、前記方位角ε（１０５，２０３）の初期値として指定する、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
前記方位角ε（１０５，２０３）を、書込み方向軸に関して生物測定学的傾斜角β（３１１）に関して適応させ、書き込む手の人差し指の第２関節（３０８）の回転軸によって求める、請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ユーザは、初期書込み速度値を、自身の筆跡にとって典型的である速度値に設定する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記ユーザは、前記初期書込み速度値を、０．１〜２ｃｍ／ｓに設定する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ユーザは、前記初期書込み速度値を、１±０．５ｃｍ／ｓに設定する、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
電子ペン（１００，２００，３００）の位置信号を求めるためのセンサデータの積分および書込み方向での電子ペンの移動の抽出の前に、ユーザの書込み移動周波数よりも高いおよび低い周波数の付近の高域フィルタおよび低域フィルタによって、センサデータを消去する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
フィルタリング処理をウェーブレットフィルタによって保証し、ハールウェーブレットを基本ウェーブレットとして適用する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
書込み基板平面に対する電子ペンの書込みロッド先端の静止点において、ＸおよびＹ方向のドリフトを、積分された速度信号から局所的に読み取り、出力されるペン位置信号を修正する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
求められた文字傾斜における誤差を、求められた文字傾斜と仮定された文字傾斜とを比較することによって修正および補償する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
方位角ε（１０５，２０３）および傾斜角γ（１０４）の、書込み基板座標ｘ，ｙへの座標変換を、複数の方位角ε（１０５，２０３）の値および複数の傾斜角γ（１０４）の値について並行して行い、当該座標変換の際に求められたＺ方向での加速度の重力加速度からの誤差が最小値になるときの方位角ε（１０５，２０３）および傾斜角γ（１０４）の一次結合を求める、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記書込み基板（１０８，２０５）上の前記電子ペン（１００，２００，３００）の位置、すなわち位置信号、の絶対照合を、自然磁界または局所的人工磁界の強度および／または変化の測定と共に、傾斜角γ（１０４）の判定により行う、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
ペン位置検出システムを備える電子ペン（１００，２００，３００）であって、書込みロッドと、少なくとも１つの電圧源と、少なくとも１つのデジタル制御ユニットと、少なくとも１つのデータ伝送モジュールと、慣性測定センサとを含む、電子ペン（１００，２００，３００）において、
前記デジタル制御ユニットは、書込み基板（１０８，２０５）上の互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙ（１０１，１０２，２０１，２０２）と、二次元の書込み基板に対して垂直な軸Ｚとの初期指定のために構成されており、Ｘ軸（１０１，２０１）は、初期書込み方向を規定しており、付加的に、
出力される電子ペン（１００，２００，３００）の書込み位置信号における望ましくないドリフトの補償のために構成されており、
互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙ（１０１，１０２，２０１，２０２）に沿った、前記測定センサのセンサデータの積分を介して、書込み中に前記慣性測定センサによって求められた書込み基板（１０８，２０５）上のペン移動の所定の時間インターバルおよび所定の周波数にわたる移動平均算出プロセスのための、および
現時点で求められた移動平均値と、初期平均値および／または予め求められた移動平均値との周期的比較のための、
デジタル制御ユニットの構成を有し、さらに、
現時点で求められた移動平均値と初期平均値との前記比較の間に生じる偏差、および／または、現時点で求められた移動平均値と予め求められた移動平均値との偏差を、出力されるペン位置信号から減算するように、構成されている、
ことを特徴とする、ペン位置検出システムを備える電子ペン（１００，２００，３００）。
【請求項１７】
ペン位置を電子的に検出するシステムであって、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法を実行するように構成された、請求項１６記載の電子ペン（１００，２００，３００）と、該電子ペン（１００，２００，３００）のデータ伝送モジュール（１１１）によって送信されたデータを受け取る少なくとも１つのデータ受信モジュールと、受信したデータを評価および処理するデータ評価ユニットと、データ出力ユニットと、データメモリシステムとを含む、ペン位置を電子的に認識するシステムにおいて、
前記データ評価ユニットは、前記受信したデータの積分および誤差修正を実行し、処理されたデータを前記データ出力ユニットへ出力し、および／または、前記処理されたデータを前記データメモリシステムに記憶することができることを特徴とする、ペン位置を電子的に検出するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、請求項１の前段に示された形式の電子ペンの移動パターンおよびペン位置を検出および評価する方法、請求項１４の前段に示された形式の電子ペン、および請求項１５の前段に記載のシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ペンの移動を加速度センサまたは回転速度センサなどの慣性測定システムによって検出するために、前記センサのデータは、電子ペンの速度信号（第１の積分）または位置信号（第２の積分）を取得するために１回および／または２回積分されなければならない。電子ペンの慣性測定センサによる加速プロセスおよび／または角速度の測定における僅かな誤差は、１回目の積分の間に、重大な速度判定誤差につながる虞があり、これは、ひいては、速度信号の積分の後に位置信号のさらにより深刻な誤差につながる虞がある。
【０００３】
これにより、誤差の考えられる発生源は、なかでも特に、数値積分法の固有の不正確の他に、例えば、測定センサ信号のアナログ／デジタル変換の不正確、例えば温度ドリフトによる零点誤差、偶然の干渉またはシステム固有のノイズ成分も含む可能性がある。
【０００４】
例えば、電子ペンの新たな位置は、以前に求められた位置に基づいて求められるので、電子ペンの速度判定および位置決めに関する誤差は、さらに累積し、電子ペンの運動信号のいわゆる望ましくないドリフトにつながる虞がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
課題
したがって、本発明の課題は、特に電子ペンの移動を検出するときの精度のレベルに関して電子ペンを改良することから成る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
解決手段
これは、本発明によれば、請求項１の前段に示された形式の電子ペンの移動パターンおよびペン位置を検出および評価する方法、請求項１４の前段に示された形式の電子ペン、および請求項１５の前段に記載のシステムによって解決される。
【０００７】
好適な設計変更およびアップグレードは、従属請求項の内容である。
【０００８】
電子ペンの先端および／または書込みロッド先端の位置を検出するために、ペンには、慣性測定センサ技術を装備することができ、移動は、前記センサ技術の測定データの積分によって再構成することができる。
【０００９】
したがって、二次元の書込み基板上に書き込む間に慣性測定センサによって電子ペンの移動パターンおよびペン位置を検出および評価するための本発明による方法は、以下のステップを含むことができ、すなわち、
書込み基板上の互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙと、二次元の書込み基板に対して垂直な軸Ｚとの初期指定のステップであって、Ｘ軸は、ａおよび／または主書込み方向を規定することができる、ステップと、
出力される電子ペンのペン位置信号における望ましくないドリフトの補償のステップと、を含み、この補償のステップは、
互いに直交する前記軸Ｘ，Ｙの双方に沿って、センサデータの積分に基づく書込み中の慣性測定センサによって求められた、ペン移動および／またはペン位置の所定の周波数を有する、所定の時間インターバルの間の移動平均プロセスと、
さらに、現時点で求められた移動平均値を初期平均値および／または予め規定された移動平均値と周期的に比較し、出力されるペン位置信号の、現時点で求められた移動平均値と初期平均値との前記比較の間に現れる偏差および／または現時点で求められた移動平均値と予め求められた移動平均値との偏差を減算する
ことを含む。
【００１０】
書込み基板平面に配置された軸Ｘ，Ｙと、書込み基板平面に対して垂直な軸Ｚとは、電子ペンのための基準座標系Ｘ，Ｙ，Ｚを規定することもできる。
【００１１】
したがって、互いに直交する前記軸Ｘ，Ｙの双方に沿ったペン位置信号の現時点で求められた平均値は、ペン位置信号の予め求められた平均値および／または予め求めることができる、予想される初期平均値と、連続的に比較することができる。
【００１２】
この文脈において、ペン位置信号の概念は、電子ペンの位置信号、ならびに移動および／または加速信号の双方を含むことができることに注意されたい。
【００１３】
言い換えれば、ペン位置信号の予め特定されたまたは予め求められた平均値に基づいて仮定された移動、および／または仮定された書込み移動方向からの、最近特定された書込み移動の偏差、特に特定された書込み移動方向の偏差は、有利には、これにより、ドリフトとして解釈することができ、例えばグラフィカルディスプレイユニットにおける、ペン位置信号、すなわち、例えば位置信号の出力の前に、求められたペン位置信号、すなわち、例えば求められた位置値から減算することができる。
【００１４】
これにより、測定センサのセンサデータは、書込み基板上のペン移動を求める前に、好適には積分の前に、書込み基板平面の最初に求められた座標系Ｘ，Ｙに変換することができる。
【００１５】
また、ペン移動を求める精度を高めるために、測定センサのセンサデータの積分の前に、例えば、センサデータ、特に加速センサデータから、重力加速度を減算することができる。
【００１６】
したがって、例えば、磁界および回転速度センサならびにセンサ融合プロセスによって求められる、重力の方向への測定センサの配向を、好適には考慮することができる。
【００１７】
積分によってセンサデータから求められたペン移動にわたる移動平均プロセスの時間インターバルは、例えば、１秒、２秒または５秒よりも長いものとすることができる。
【００１８】
慣性測定センサおよびポテンシャルな他のセンサ（書込み力圧力センサ、磁界センサ、回転速度センサなど）は、例えば、電子ペンの使用中に少なくとも５０ｍｓごとに測定データを記録することができ、これにより、サンプリング周波数が、書き込むユーザの手の書込み移動周波数または自然周波数（例えば、３Ｈｚ〜７Ｈｚ）よりも高くなることを保証し、手および／または電子ペンの全ての移動を十分な精度で記録することができる。
【００１９】
言い換えれば、サンプリング周波数は、ナイキスト−シャノンの定理によって求められる最小サンプリング周波数と等しいかまたはそれよりも高い可能性がある。
【００２０】
電子ペンの操作モードに応じて、使用される座標系の異なる初期化を、ペン位置を評価するために行うことができる。図面のために、書込み基板上の電子ペンの絶対位置（および／または書込み基板、例えば紙における基準点に対する相対位置）を知ることは有益であり得るが、文字認識は、例えば、電子ペン自体のダイナミックな移動プロセスのみに基づいて可能であり得る。
【００２１】
書込み基板上の互いに直交する２つの軸、例えば前記Ｘ軸および前記Ｙ軸の初期指定は、書込み基板に対する電子ペンの長手方向軸線の仰角または傾斜角γに関しておよび／または電子ペンの長手方向軸線または電子ペンの長手方向軸線の投影の方位角εに関して指定することができる。
【００２２】
例えば、方位角εは、求められる座標系のＸ軸と、長手方向ペン軸線と書込み基板の垂直線とによって形成された平面が書込み基板平面と交差する線と、の間の角度として、典型的な書込み姿勢について規定することができる。
【００２３】
次いで、第２の座標軸は、所要の直交位置を介して、書込み基板上の予め求められた第１の座標軸に基づいて書込み基板上で求めることができ、この場合、左手座標系または右手座標系を選択的に求めることができる。
【００２４】
ペン位置データの記録プロセスの開始時、方位角εは、例えば経験的データから引き出すことができる固定値を有すると仮定することができる。
【００２５】
例えば、＋３０°±１０°の角度は、例えば、方位角εの好適な初期値として設定することができる。
【００２６】
主書込み方向がＸ方向と規定され、シート平面におけるＸ方向に対して垂直な方向がＹ方向と規定されるならば、Ｘ方向の平均した一定の移動と、ＸおよびＹ方向の小さな一時的な振動を仮定することができる。
【００２７】
ここでは、書込みロッド先端の速度が例えば約１．０±０．５ｍ／ｓであり、この速度は、３〜７Ｈｚの典型的な書込み移動周波数で振動すると仮定することができる。Ｘ方向での平均したまたは予測された書込み速度は、これにより、１．０±０．５ｍ／ｓであってもよく、Ｙ方向での平均した書込み速度は、０ｍ／ｓであってもよい。
【００２８】
前記書込みロッド速度を超える場合、測定センサにおけるドリフトが原因である可能性がある。
【００２９】
ドリフトの修正および／または補償は、特に、書込みロッド先端位置の可能性チェックによって達成することができる。例えば、書込みロッド先端が、Ｘ軸の下方（すなわち書込み方向の下方）に位置決めされている場合、次の移動は上方であると仮定することができ、位置信号を、例えば、この結果を強制するランプによって修正することができる。
【００３０】
同じことが、Ｘ位置の信号にも当てはまる：Ｘ位置の信号が、長すぎるための予測された値よりも先行するまたは遅れるならば、ランプによって修正することもできる。
【００３１】
書き手の視線は、概して、書込みの間、書込み基板上に方向付けられており、例えば、ディスプレイユニットには方向付けられないので、書き込まれたテキストを修正するために、通常は数秒が与えられている。
【００３２】
したがって、例えば、書き手によって認知されることなく、（例えば二次的に増大する）ランプ（ペン位置信号の積分結果の零点シフトと同義である）によって、最後に書き込まれた文字を歪めるおよび／または修正することが可能である。
【００３３】
さらなる経過において、方位角εは、書込み方向の軸（例えばＸ軸）に対する生物測定学的傾斜角βに関して、例えば３〜７Ｈｚの書込み運動周波数で生じる、例えば書込み移動の主軸を規定することによって、さらに監視、合成および適応することができる。
【００３４】
前記生物測定学的傾斜角βは、例えば、書く手の人差し指の第２／中間関節の回転軸によって求めることができる。
【００３５】
人差し指の中間関節の回転軸は、書く手のバイオメカニクスによって予め決定することができ、Ｘ軸との回転軸の整合は、一人の個人の筆跡によって特徴付けることができる典型的なパラメータである。
【００３６】
書込み方向に関する書き込まれた文字の所望の傾斜を設定することができるために、生物測定学的傾斜角βは、特に、例えば電子ペンの信号処理ソフトウェアのデフォルト値において、ユーザによって調節することができる。
【００３７】
書込み方向における平均した一定の移動の速度は、平均した一定の書込み移動の基準速度に関する、再現された文字の伸長または圧縮のための手段として使用することができる。
【００３８】
電子ペンのセンサデータに基づいて求められた、書込み方向における平均した一定の移動の速度を改良するために、ユーザは、自分の筆跡にとって典型的な初期書込み速度値、例えば０．１〜２ｃｍ／ｓ、好適には１±０．５ｃｍ／ｓを設定することができる。
【００３９】
電子ペンの位置信号を求めるためのセンサデータの積分、および書込み方向、すなわちＸ方向における電子ペンの移動の抽出の前に、ユーザの典型的な書込み移動周波数（３〜７Ｈｚ）よりも高いおよび低い周波数の付近における高域フィルタおよび低域フィルタによって、センサデータをクリアにすることができる。
【００４０】
言い換えれば、センサデータは、センサデータの積分の前に既にフィルタリングおよび／またはスムージングすることができ、測定センサのドリフト信号は既に、少なくとも部分的に修正および補償することができる。
【００４１】
このスムージングおよび／またはフィルタリングプロセスは、センサデータにおけるノイズを低減することができ、これにより、センサデータのよりよい積分、および積分後の、残存し得るドリフト信号を低減することを可能にする。
【００４２】
センサデータのフィルタリングは、移動平均法の証明されたプロセスを含むことができる。その他に、高速フーリエ変換のような従来のフィルタリング法を使用することの他に、好適な数値的な具現化は、例えば、ウェーブレットフィルタによって確保することができ、この場合、良好な結果は既に、ハールウェーブレットなどの単純な基本パターンまたは基本ウェーブレットによって達成することができる。
【００４３】
ウェーブレットフィルタリングプロセスの間、センサデータ値の列が基本パターンと組み合わされ、この場合、基本パターンを適用するために、スケールを複数のステップで増大させることができる。
【００４４】
結果として得られるのは、基本パターンとの組合せの逆変換によるセンサデータ値の所望の時間−周波数表示を、所望のフィルタリングに依存して表示することができる、係数と平均値との列である。
【００４５】
したがって、高すぎる周波数、すなわち書込み移動周波数よりも高い周波数成分の係数を有する成分の係数と、低すぎる周波数、すなわち書込み移動周波数よりも低い周波数成分の平均値を有する成分の平均値とは、前記逆変換の前にゼロに設定することができる。
【００４６】
ウェーブレット変換が方向ごとに適用されるならば、結果は、例えば：
ｎ＝２m個の測定点、２m-1は１次の係数等々であり、これがｍ次の係数だけになるまで続き、または一般項で表すと、ｉ次の２m-i個の係数と、ｍ次の１つの係数とからなる。
【００４７】
ｎを選択する場合、２の巾を選択すると有利である。データレートに依存して、フィルタリングプロセスが行われることができる時間インターバルは、ｎを選択することによって制御することができる。
【００４８】
６Ｈｚ〜１００Ｈｚの典型的なセンサデータレートの場合、ｎの典型的な値は、６４〜２５６であることができ、ひいては、例えば、６０Ｈｚのデータレートにおいてｎ＝６４または１２８または１００Ｈｚのデータレートにおいてｎ＝１２８または２５６である。
【００４９】
前記ハールウェーブレットを使用する場合、例えば、以下の係数および平均値が存在し、この場合、Ｓi＝センサデータ点および／または測定値、Ｋk,i＝ｋ次の係数、Ｍk,i＝ｋ次の平均値、ｋ＝係数の次数および／またはレベル、ｉ＝次数の係数のカウンターおよび／またはセンサデータ点インデックスであり、また、ｋおよびｉは０よりも大きい自然数である。
【００５０】
【数１】
0006345343.tif 000002
その結果、一次係数は、直接センサデータ点および／または測定値に基づいて形成され、より高次の係数は平均値に基づいて形成される。
【００５１】
センサデータの再構成のために、例えば、そのハールウェーブレット周波数が書込み移動周波数の２倍よりも高い係数、およびそのハールウェーブレット周波数が書込み移動周波数の半分未満である平均値のみが、考慮される。
【００５２】
Ｒi＝再構成されたセンサデータ、ｌｏｇ２（ｎ）＝２を底とするｎの対数とすると、再構成されたセンサデータは以下のように表すことができる。
【００５３】
【数２】
0006345343.tif 000003
【００５４】
残りの平均値と、規定された限界周波数に依存して、書込み移動周波数よりも低い周波数成分に対して、例えば、書込み移動周波数の半分未満の限界周波数に対し、より高次の係数ともゼロに設定することができるという条件により、出力される電子ペンの移動信号の望ましくないドリフトは、例えば、積分誤差により、好適には、補償および／または修正することができる。
【００５５】
加えて、例えば、書込み移動周波数の２倍以上になる周波数成分のために、より低次の係数のゼロへのリセットは、特に、センサデータ信号のノズルの低減を伴う可能性がある。
【００５６】
説明の完全性を期するために、書込み移動が紙のシートなどの二次元の書込み基板領域において生じるとすると、シート平面に対する垂直な方向のドリフトを即座に検出し、容易に補償することができることが言及される。
【００５７】
加えて、シート平面に対して垂直方向の検出されたドリフトからの情報を、電子ペンの局所的位置の判定に関する誤差を修正するために使用することができる。
【００５８】
書込み方向に関して出力されるペン位置信号における望ましくないドリフトの判定および補償のための別のサンプリングされた値は、例えば、書込みロッドに接続された書込み圧力センサからの書込み圧力信号を使用することによって可能である。
【００５９】
短い（例えば０．３秒よりも短い）圧力パルスは、通常、点（完全な停止または文字ｉの点）の結果であり、ここで、ペンの先端はその瞬間静止し、すなわち、ペンの先端は、書込み基板平面において移動していない。
【００６０】
書込み基板平面に関する電子ペンの書込みロッド先端のこの静止点において、すなわち、前記句読点の結果として、ＸおよびＹ方向のドリフトを、積分された速度信号から局所的に読み取ることができ、出力されるペン位置信号をこれにより修正することができる。
【００６１】
さらに、求められたペン位置信号の文字傾斜／筆跡傾斜修正を行うことができ、すなわち、求められた文字傾斜の誤差および／または文字傾斜信号の望ましくないドリフトを、求められた文字傾斜を仮定された文字傾斜と比較することによって修正および補償することもできる。前記比較の結果生じた起こり得る偏差は、求められたペン位置信号、すなわち求められた位置値の適切な変換により、ペン位置信号、すなわち位置信号の送信の前に修正することができる。
【００６２】
仮定されたまたは望まれる文字傾斜は、これにより、例えば、ユーザによって、例えば、電子ペンのデジタル制御ユニットのための設定としてまたはデータ評価ユニットのためのパラメータとして、プリセットすることができる。仮定されたまたは望まれる文字傾斜は、これにより、ユーザの筆跡の特徴的な筆跡傾斜であると認識することができる。
【００６３】
前記仮定されたまたは望まれる文字傾斜は、これにより、書き込む手の固有の書込み周波数（３Ｈｚ〜７Ｈｚ）の電子ペンの書込み移動の方向の周波数分布の好適な方向に基づく分析の結果であることができ、例えば、文字軸線と、書込み方向軸、例えばＸ軸との間の角度のような好適な書込み方向の角度ηによって特徴付けることができる。
【００６４】
この確認された好適な方向と、筆跡の所望の傾斜との間の角度は、次いで、筆跡の傾斜を補償するための基礎として使用することができる。このために、例えば、書込み方向に沿った書き込まれた線の筆跡を含み、かつ次いで望まれる筆跡傾斜補償角度でせん断することができる矩形を、まず特定することができる。
【００６５】
加えて、スペースにおける電子ペンの傾斜、すなわち上記で紹介した傾斜角γは、低域フィルタリングされた加速センサによって測定することができ、γの短期変化は、磁界センサおよび回転速度センサによって追跡することができる。
【００６６】
例えば、このようにして取得された傾斜角γが正しいとすると、直交する書込み基板座標軸Ｘ，Ｙによって表示される、書込み基板座標ｘ，ｙへの、例えば慣性測定センサによって測定された加速の座標変換後に、書込み基板座標軸Ｘ，Ｙの座標における電子ペンの加速に加えて、Ｚ方向における加速の所定の予想された値として、重力加速度の値が取得される。
【００６７】
例えば、Ｚ加速のこのように確認された値が、重力加速度の値から偏差するならば、例えば書込み圧力センサによって容易に検出することができるように、例えばペンの先端がシートまたは書込み基板と接触しているにもかかわらず、全ての可能性において、確認された傾斜角γの誤差が生じる。このような誤差は、例えば、電子ペンの測定センサにおける望ましくないセンサドリフトによって生じることがあるが、ペンおよび書込み基板をそれぞれ包囲する磁界の偏差によって生じることもある。
【００６８】
例えば、前記加速センサデータ、Ｚ方向における加速、すなわち書込み基板座標系におけるＺ信号の積分の前に、測定された加速センサデータから重力加速度が減算されると、または、例えば書込み圧力センサが、書込み基板との接触が生じていることを信号化するならば、理想的にはゼロに等しくなる。
【００６９】
これが当てはまらない場合、これは、書込み基板が水平に位置決めされていないことによるものである場合があり、ＸおよびＹ信号と相関させられた小さな値が残ってもよく、その値から、書込み基板の傾斜（または重力加速度の計算における誤差）を確認することができる。
【００７０】
予想されるＺ値からの偏差、すなわちＺにおける加速値は、したがって、ペンの位置の計算に関する誤差の表示である可能性があり、例えば、ペンが書込み基板と接触したときにＺ値および／またはＺにおける加速値をゼロに設定することによって修正することができる。
【００７１】
加えて、Ｚにおける求められた加速の修正は、以下のように達成することができる。
【００７２】
例えば、ペンの傾斜角γおよび方位角εの複数の値の座標変換を並行して行うことにより、求められたＺ加速の誤差、すなわち予想される加速のＺ値、例えばゼロに等しいまたは重力加速度と等しいと予想される加速のＺ値からの偏差が、最小になるときの傾斜角および方位角γ，εの一次結合を、後続の計算ステップにおいて求めることができる。
【００７３】
方位角εおよび傾斜角γの値の一次結合とは、これにより、方位角εの値と、傾斜角γの値とをそれぞれが含む、一対の値であると理解することができる。
【００７４】
このように修正された傾斜情報および／または傾斜角γは、好適には、加速信号のＸ軸およびＹ軸における誤差を減じることもできる。
【００７５】
この修正により、書込み基板座標の上方の磁気偏差をマッピングし、かつこれらの偏差により絶対照合を可能にすることがさらに可能である。
【００７６】
この絶対照合は、（例えば、その近くに配置された永久磁石によって）例えば局所的磁界を意図的に歪めることによって実現することができる。このために、永久磁石は、例えばペンのキャップに収容されてもよく、書込みの間、十分に規定された位置において書込み基板の近く、例えば書込み基板の縁部、例えばＡ４判の書込み基板の縁部に配置されてもよい。永久磁石と、ここでは好適には観察されてもよい電子ペンとの間の最小距離は、磁界センサにおける過剰な負荷を防止するために、例えば１、２または３ｃｍよりも大きい距離である。
【００７７】
磁界の強度または前記強度の変化は、次いで、磁石までの距離における結論を引き出すことを可能にし、磁界の方向は、電子ペンの位置における結論を引き出すことを可能にし、磁界の方向は、したがって、有利には極座標で表すことができる。
【００７８】
言い換えれば、自然磁界または人工磁界の強度または変化の測定と組み合わされた傾斜角γの決定判定により、書込み基板上での電子ペンの位置信号、すなわち位置の絶対的照合が可能となる。
【００７９】
したがって、本発明による書込み位置検出システムを備える電子ペンは、書込みロッドと、少なくとも１つの電圧源と、少なくとも１つのデジタル制御ユニットと、少なくとも１つのデータ伝送モジュールと、慣性測定センサとを有することができ、デジタル制御ユニットを、書込み基板上の互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙと、二次元の書込み基板に対して垂直な軸Ｚとの初期指定のために構成することができ、Ｘ軸は初期書込み方向を規定しており、さらに、出力される電子ペンの書込み位置信号における望ましくないドリフトの補償のために構成することができることを特徴とする。
【００８０】
これに関して、デジタル制御ユニットは、所定の時間インターバルの間、互いに直交する前記軸Ｘ，Ｙの双方に沿った、書込み基板上の、測定センサのセンサデータの積分によって書込みの間に慣性測定センサによって決定されたペン移動の所定の周波数を用いる、移動平均プロセスと、初期平均値および／または予め求められた移動平均値との、現時点で求められた移動平均値の周期的比較のために構成することもでき、また、現時点で求められた移動平均値と初期平均値との前記比較の間に生じる偏差および／または出力されるペン位置信号の、現時点で求められた移動平均値と、予め求められた移動平均値との偏差の減算のために構成することもできる。
【００８１】
本発明によるペン位置の電子検出のためのシステムは、特に、ペン位置を求め、ドリフト修正を監視および反復し、必要であれば、補足しおよび／または修正しならびに結局はデータ出力ユニットにおける電子ペンの処理されたデータの出力を可能にしおよび／またはデータメモリユニットにこのデータを記憶するために、電子ペンによって行われた計算および修正を監視するために使用することができる。
【００８２】
本発明によるペン位置の電子検出のためのシステムは、上述の方法を実行するように構成することができ、かつ電子ペンのデータ伝送モジュールによって発信されたデータを受け取るための少なくとも１つのデータ受信モジュールと、受信したデータを評価および処理するためのデータ評価ユニットと、データ出力ユニットと、データメモリユニットとを有し、データ評価ユニットが、受信したデータの積分および誤差修正を実行しかつ処理されたデータをデータ出力ユニットに出力するおよび／またはこのデータをデータメモリユニットに記憶することができることを特徴とすることができる、上述の電子ペンを有することもできる。
【００８３】
以下の図面は典型的な形式で表示している。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１ａ】電子ペンの典型的な書込み基板座標系の概略的な三次元の図である。
【図１ｂ】電子ペンの典型的な書込み基板座標系の概略的な平面図である。
【図２】生物測定学的な傾斜角βを指定する概略的な例である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
図１ａは、二次元の書込み基板１０８に文字１１０を書き込むことができる電子ペン１００の典型的な書込み基板座標系１１１の三次元の図を例として示している。
【００８６】
書込み基板平面において延びた、上述のように指定することができる軸Ｘ（１０１），Ｙ（１０２）は互いに直交しており、軸Ｚ（１０３）は書込み基板１０８に対して垂直である。
【００８７】
電子ペン１００の仰角または傾斜角γ（１０４）は、例えば、電子ペン１００の長手方向軸線１０７と、書込み基板１０８、すなわち二次元の書込み基板平面との間の角度として規定されてもよい。
【００８８】
電子ペン１００の方位角ε（１０５）は、電子ペン１００の長手方向軸線１０７と、Ｘ軸１０１との間の角度、または、書込み基板１０８への電子ペン１００の長手方向軸線１０７の投影１０６と、Ｘ軸１０１との間の角度として規定することができる。
【００８９】
既に言及したように、書込み基板１０８において互いに直交した軸Ｘ（１０１），Ｙ（１０２）は、最初に、書込み基板１０８に関して電子ペン１００の長手方向軸線１０７の仰角または傾斜角γ（１０４）に関して指定されてもよい。
【００９０】
例えば、典型的な書込み姿勢の場合、方位角ε（１０５）は、使用される／指定される座標系１１１のＸ軸１０１と、書込み基板１０８へのペンの長手方向軸線１０７の投影１０６、すなわち、ペンの長手方向軸線１０７と書込み基板垂線とによって規定された平面が書込み基板平面と交差する交差線と、の間の角度として規定することができる。
【００９１】
例えば方位角ε（１０５）の指定に従って指定された書込み基板１０８上の第１の座標軸、例えばＸ軸１０１に基づいて、次いで、要求された直交性を介して書込み基板１０８上に第２の座標軸、例えばＹ軸１０２を指定することが可能であり、座標系はここでは左手座標系または右手座標系として選択的に指定可能である。書込み基板１０８に対して垂直な第３の軸、すなわちＺ軸１０３もまた、前記軸Ｘ（１０１），Ｙ（１０２）に関する要求された直交性によって、指定された軸Ｘ（１０１），Ｙ（１０２）から引き出すことができる。
【００９２】
図１ａに示された座標系Ｘ，Ｙ，Ｚ（１１１）は、例えば右手座標系である。
【００９３】
９０°とは異なるペン長手方向軸線１０７の傾斜角γ（１０４）のために、第１の座標軸、例えばＹ軸１０２を規定するための、書込み基板１０８へのペン長手方向軸線１０７の投影１０６を使用することも考えられる。
【００９４】
電子ペン１００の書込み方向は、例えばＸ軸１０１によって規定されてもよい。
【００９５】
加えて、図１ａは、書込み基板１０８に電子ペン１００の書込みロッド先端１０９によって書かれた文字１１０、例えば“Ｔ”を例として示している。
【００９６】
図１ｂは、図１ａの書込み基板座標系と類似または同一の、電子ペン２００の書込み基板座標系２０７の概略的な平面図を例として示している。
【００９７】
電子ペン２００の方位角ε（２０３）は、ここでは、例えば電子ペン２００の長手方向軸線２０４とＸ軸２０１との間の角度として規定されている。言い換えれば、例えば、Ｘ軸２０１を指定するのは方位角ε（２０３）の選択であり、上述のように、書込み基板２０５上に指定された第１の座標軸は、次いで、それに基づいて、直交性要求によって、書込み基板２０５上の第２の座標軸、例えばＹ軸２０２と、書込み基板２０５に対して垂直な第３の座標軸、例えばＺ軸（図示せず）とを指定するために使用することができる。
【００９８】
加えて、図１ａと同様に、図１ｂもまた、書込み基板１０８上に電子ペン１００によって書かれた文字１１０、すなわち典型的な“Ｔ”を例として示しており、この文字は、第１の文字軸線または主軸線２０９、例えば長手方向の線と、第２の文字軸線または副軸線２０６、例えば水平方向の線とを有してもよい。
【００９９】
ここでは、例えば、書込みの好適な方向の方向角度η（２０８）は、文字軸線２０９と、書込みの方向の軸線、例えばＸ軸２０１との間の角度として規定されてもよい。
【０１００】
図２は、電子ペン３００のユーザの書く手３０２の三次元の図を例として示している。
【０１０１】
書込みロッド先端３１０を備える電子ペン３００は、ここでは例示的にユーザの人差し指３１２と親指３１３との間に配置されている。
【０１０２】
加えて、図は、第１の関節（中手指節関節）３０７、第２の関節（近位指節間関節）３０８および第３の関節（遠位指節間関節）３０９を含む、人差し指３１２の第１の関節骨３０３、第２の関節骨３０４、第３の関節骨３０５および第４の関節骨３０６を例示的に示している。
【０１０３】
上記で規定したタイプの方位角εの値は、例えば、書く手の人差し指３０２の第１の関節骨３０３と、書く手の人差し指３０２の第２の関節骨３０４との間に規定された生物測定学的傾斜角β（３１１）によって指定することができ、付加的に、書いている間にユーザの書く手３０２の人差し指３１２の近位指節間関節３０８の回転軸（図示せず）の空間的向きによって特徴付けられる。
【０１０４】
人差し指の近位指節間関節の回転軸は、書き込む手の生体力学によって与えられ、Ｘ軸（図示せず）に対するその向きは、典型的なパラメータであり、それによって個々の筆跡を特徴付けることができる。
【０１０５】
生物測定学的傾斜角β（３１１）は、例えばユーザによって、例えば、電子ペン３００の信号処理ソフトウェアのデフォルト設定において設定することができる。
【０１０６】
説明の完全性を期するために、図面に例示的に記載された特徴、定義および／または大きさは本発明に従って組み合わせることができることに言及すべきである。
【０１０７】
以下、３つの図を含む３枚の紙面が続く。参照符号は以下の構成要素を特定している。
【符号の説明】
【０１０８】
１００  電子ペン
１０１  第１の座標軸、例えばＸ軸
１０２  第２の座標軸、例えばＹ軸
１０３  第３の座標軸、例えばＺ軸
１０４  書込み基板に関する電子ペンの長手方向軸線の仰角または傾斜角γ
１０５  方位角ε
１０６  書込み基板１０８への電子ペン１００の長手方向軸線１０７の投影、または、ペンの長手方向軸線１０７と書込み基板垂線とによって規定された平面が書込み基板平面と交差する交差線
１０７  電子ペンの長手方向軸線
１０８  書込み基板／書込み基板平面
１０９  書込みロッド先端
１１０  電子ペンによって書かれた文字
１１１  座標系Ｘ，Ｙ，Ｚ、基準座標系
２００  電子ペン
２０１  第１の座標軸、例えばＸ軸
２０２  第２の座標軸、例えばＹ軸
２０３  方位角ε
２０４  電子ペンの長手方向軸線
２０５  書込み基板／書込み基板平面
２０６  第２の文字軸線または副軸線
２０７  座標系Ｘ，Ｙ，Ｚ、基準座標系
２０８  書込みの好適な方向の方向角η
２０９  第１の文字軸線または主軸線
３００  電子ペン
３０１  電子ペンの長手方向軸線
３０２  電子ペン３００のユーザの書く手
３０３  書く手の人差し指の第１の関節骨
３０４  書く手の人差し指の第２の関節骨
３０５  書く手の人差し指の第３の関節骨
３０６  書く手の人差し指の第４の関節骨
３０７  書く手の人差し指の第１の関節（中手指節関節）
３０８  書く手の人差し指の第２の関節（近位指節間関節）
３０９  書く手の人差し指の第３の関節（遠位指節間関節）
３１０  書込みロッド先端
３１１  生物測定学的傾斜角β
３１２  ユーザの書く手の人差し指
３１３  ユーザの書く手の親指
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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