(57)【要約】【課題】オフセット成分や感度の変動によって慣性センサ出力が経時変化した場合でも、これらパラメータの変動量を逐次推定し、推定されたパラメータを用いて慣性航法演算して精度良くペン先位置と姿勢情報を取得する。【解決手段】ペン先２が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているときパラメータ変動量推定部９でペン先２が筆記対象媒体に対して接地状態の場合に描画中のペン先速度を算出してペン先位置を演算するペン先挙動検出部８からの情報に基づいて加速度センサ３とジャイロセンサ３におけるパラメータ変動量を推定し、推定したパラメータ変動量に基づいて筆跡演算部６で加速度センサ３とジャイロセンサ４によって得られる情報に基づいて演算した筆記軌跡を修正する。【選択図】    図３
2009223839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筆記対象媒体に筆記した文字または図形を電子データとして取得するペン型入力装置において、
前記ペン型入力装置を移動させているときに生じる加速度を検出する加速度検出手段と、
前記ペン型入力装置を移動させているときの角速度を検出する角速度検出手段と、
前記ペン型入力装置のペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別する接地判別手段と、
前記加速度検出手段と角速度検出手段によって得られる情報に基づいてペン先の位置・姿勢を演算する筆跡演算手段と、
前記ペン型入力装置で筆記対象媒体に描画中のペン先速度を算出してペン先位置を演算するペン先挙動検出手段と、
前記接地判別手段でペン先が筆記対象媒体に対して接地していないと判定しているとき前記筆跡演算手段からの情報を取得し、前記接地判別手段でペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているとき前記ペン先挙動検出手段からの情報を取得して筆記軌跡を決定する筆跡情報取得手段と、
前記接地判別手段でペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているとき前記ペン先挙動検出手段からの情報に基づいて前記加速度検出手段と角速度検出手段におけるパラメータ変動量を推定するパラメータ変動量推定手段とを有し、
前記筆跡情報取得手段は、前記パラメータ変動量推定手段で推定したパラメータ変動量に基づいて前記筆跡演算手段からの情報で決定した筆記軌跡を修正することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項２】
前記ペン先挙動検出手段は、前記加速度検出手段によって得られるペン先振動周波数に基づいてペン先の速度を算出してペン先の位置を演算することを特徴とする請求項１記載のペン型入力装置。
【請求項３】
前記ペン先挙動検出手段は、前記ペン型入力装置の先端部に設けた撮像手段で撮像した画像の時系列データからペン先の速度と位置を演算することを特徴とする請求項１記載の画像入力装置。
【請求項４】
前記接地判別手段は、前記加速度検出手段によって得られるペン先振動情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のペン型入力装置。
【請求項５】
前記ペン型入力装置に筆圧検出手段を有し、前記接地判別手段は、前記筆圧検出手段から得られる筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のペン型入力装置。
【請求項６】
前記接地判別手段は、前記加速度検出手段によって得られるペン先振動情報及び前記筆圧検出手段から得られる筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別することを特徴とする請求項５記載のペン型入力装置。
【請求項７】
前記パラメータ変動量推定手段は、前記筆跡演算手段によって算出される前記ペン型入力装置の仰角もしくは方位角が所定の範囲を超えた場合にパラメータ変動量を推定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のペン型入力装置。
【請求項８】
筆記対象媒体に筆記した文字または図形を電子データとして取得する手書き入力方法において、
ペン型入力装置を移動させたときに生じる加速度及び角速度を検出するセンサ情報入力工程と、
前記ペン型入力装置のペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別する接地判別工程と、
前記線さ情報入力工程で得られた加速度情報と角速度情報によって得られる情報に基づいてペン先の位置・姿勢を演算する筆跡演算工程と、
前記ペン型入力装置で筆記対象媒体に描画中のペン先速度を算出してペン先位置を演算するペン先挙動検出工程と、
前記接地判別工程でペン先が筆記対象媒体に対して接地していないと判定しているとき筆跡演算工程で演算した情報を取得し、前記接地判別工程でペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているときペン先挙動検出工程で演算した情報を取得して筆記軌跡を決定する筆跡情報取得工程と、
前記接地判別工程でペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているときペン先挙動工程で演算した情報に基づいてセンサ情報入力工程で検出した加速度情報と角速度情報に含まれるパラメータ変動量を推定するパラメータ変動量推定工程とを有し、
前記筆跡取得工程では、パラメータ変動量推定工程で推定したパラメータ変動量に基づいて筆跡演算工程で演算した情報で決定した筆記軌跡を修正することを特徴とする手書き入力方法。
【請求項９】
前記ペン先挙動検出工程は、センサ情報入力工程で得られる加速度情報に含まれるペン先振動周波数に基づいてペン先速度を算出してペン先位置を演算することを特徴とする請求項８記載の手書き入力方法。
【請求項１０】
前記ペン先挙動検出工程は、前記ペン型入力装置の先端部に設けた撮像手段で撮像した画像の時系列データからペン先の速度と位置を演算することを特徴とする請求項８記載の手書き入力方法。
【請求項１１】
前記接地判別工程は、センサ情報入力工程で得られる加速度情報から得られるペン先振動情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の手書き入力方法。
【請求項１２】
前記接地判別工程は、筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の手書き入力方法。
【請求項１３】
前記接地判別工程は、センサ情報入力工程で得られる加速度情報から得られるペン及び筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別することを特徴とする請求項１２記載の手書き入力方法。
【請求項１４】
前記パラメータ変動量推定工程は、筆跡演算工程によって算出される前記ペン型入力装置の仰角もしくは方位角が所定の範囲を超えた場合にパラメータ変動量を推定することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の手書き入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筆記対象媒体に筆記した文字や図形を電子データとして取得するペン型入力装置及び手書き文字入力方法、特に筆跡検出精度の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ入力デバイスとしてマウスとキーボードが広く用いられている。このマウスやキーボードを使用して円滑に操作・入力を行うためには訓練や慣れが必要であるため例えば高齢者にとっては決して手軽に使用することはできない。また、マウスやキーボードは図形の入力には適さないという短所がある。
【０００３】
これに対して近年使用量が増加しているインターフェースとしてペン型入力デバイスが挙げられる。ペン型入力デバイスは鉛筆やボールペンなどと同様に扱えるため訓練が不要であり、かつ図形描画に優れているとともに文章中への追記が容易であるという利点があるため、今後、ペン型入力デバイスの需要は増加すると予想される。
【０００４】
このペン型デバイスにはタブレットと組み合わせることにより入力機能を発現するものもある。例えば電磁誘導の原理を応用した入力デバイスであるとか、超音波の伝播状態から位置を検出するデバイスなどである。このようなペン型入力デバイスは例えば外出先等で利用したい要求も強く、小型化・軽量化が非常に重要な要素である。この小型化・軽量化の入力デバイスを実現するためには、特定の筆記面を必要とするタブレット型でなく、ペン単体で位置入力機能を有するものが望ましい。
【０００５】
このペン単体で入力機能を実現したものとして、慣性センサを組み込んだ入力デバイスが挙げられる。すなわち、ペン単体に組み込んだ加速度センサやジャイロセンサ等で加速度や角速度を検出し、得られたデータに対して積分演算して位置データを算出するものである。加速度センサやジャイロセンサはドリフトや筆記面との摩擦等による外乱の影響によって誤差を生じやすい。また、積分を繰り返すことで累積される誤差も大きいため、高精度な位置・姿勢検出は困難であった。
【０００６】
この積分誤差を除去するため、例えば特許文献１に示されたペン型データ入力装置は、加速度センサとともにぺんにより筆記された文字や図形を撮像する撮像手段を設け、筆記中は画像処理によってペンの移動量を検出し、ペンが空中を移動するときは加速度センサの出力値を慣性航法演算してペンの位置や姿勢を算出している。さらに、ペンダウン時やペンアップ時に速度を零とすることにより積分誤差を除去してペンの移動情報の高精度化を図っている。
【０００７】
また、特許文献２に示された空間型入力装置は、加速度センサと角速度センサに加えてペン軸とそれに直交する軸で構成されるペン座標系の速度情報を得る速度センサを設け、加速度センサと角速度センサの情報に基づき算出した入力装置の姿勢情報と速度センサによって得られた速度情報によりペン先位置を復元している。このように速度情報を速度センサで取得することにより、加速度信号を積分する方法と比べて積分回数を減らして高精度化を図っている。
【特許文献１】特開２００５−９２４３７号公報
【特許文献２】特開２００５−１１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示すペン型データ入力装置においては、積分誤差を除去するためペンダウン時やペンアップ時に速度を零に補正しているが、誤差発生要因となっている慣性センサの出力変動までは考慮されていない。すなわち、例えば加速度センサのオフセット値のようにランダムに時間変動するパラメータがあるため、ペンダウン時やアップ時に速度を零に補正したとしても、その後の慣性航法演算において算出されるペン位置と姿勢には、再び大きな誤差が含まれることになる。
【０００９】
また、特許文献２に示すように、ペン座標系の速度情報を速度センサで取得することにより、加速度信号を積分する方法と比べて積分回数を減らしても最終的に取得したい筆記面とそれに直交する軸で構成される紙面座標系のペン先速度を算出するためには、ペン座標系の速度情報に加えペンの姿勢情報が必要である。この姿勢情報を得るために加速度センサと角速度センサを用いているが、これらの慣性センサから出力される信号には前述のように時間変動する成分が含まれているため、例え速度センサを用いてペン座標系の速度を精度良く求めたとしても、姿勢情報に含まれる誤差成分までは除去できておらず、最終的に算出される紙面座標系の速度には誤差が残されたままとなってしまう。
【００１０】
この発明は、このような短所を改善し、オフセット成分や感度の変動によって慣性センサ出力が経時変化した場合でも、これらパラメータの変動量を逐次推定し、推定されたパラメータを用いて慣性航法演算して精度良くペン先位置と姿勢情報を取得することができるペン型入力装置及び手書き入力方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
また、筆記面の凹凸や摩擦係数に左右されることなく接地中のペン先挙動を精度良く検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明のペン型入力装置は、筆記対象媒体に筆記した文字または図形を電子データとして取得するペン型入力装置において、前記ペン型入力装置を移動させているときに生じる加速度を検出する加速度検出手段と、前記ペン型入力装置を移動させているときの角速度を検出する角速度検出手段と、前記ペン型入力装置のペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別する接地判別手段と、前記加速度検出手段と角速度検出手段によって得られる情報に基づいてペン先の位置・姿勢を演算する筆跡演算手段と、前記ペン型入力装置で筆記対象媒体に描画中のペン先速度を算出してペン先位置を演算するペン先挙動検出手段と、前記接地判別手段でペン先が筆記対象媒体に対して接地していないと判定しているとき前記筆跡演算手段からの情報を取得し、前記接地判別手段でペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているとき前記ペン先挙動検出手段からの情報を取得して筆記軌跡を決定する筆跡情報取得手段と、前記接地判別手段でペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているとき前記ペン先挙動検出手段からの情報に基づいて前記加速度検出手段と角速度検出手段におけるパラメータ変動量を推定するパラメータ変動量推定手段とを有し、前記筆跡情報取得手段は、前記パラメータ変動量推定手段で推定したパラメータ変動量に基づいて前記筆跡演算手段からの情報で決定した筆記軌跡を修正することを特徴とする。
【００１３】
前記ペン先挙動検出手段は、前記加速度検出手段によって得られるペン先振動周波数に基づいてペン先の速度を算出してペン先の位置を演算したりあるいは前記ペン型入力装置の先端部に設けた撮像手段で撮像した画像の時系列データからペン先の速度と位置を演算する。
【００１４】
また、前記接地判別手段は、前記加速度検出手段によって得られるペン先振動情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別したり、筆圧検出手段から得られる筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別したり、加速度検出手段によって得られるペン先振動情報と筆圧検出手段から得られる筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別する。
【００１５】
さらに、前記パラメータ変動量推定手段は、前記筆跡演算手段によって算出される前記ペン型入力装置の仰角もしくは方位角が所定の範囲を超えた場合にパラメータ変動量を推定することが望ましい。
【００１６】
この発明の手書き入力方法は、筆記対象媒体に筆記した文字または図形を電子データとして取得する手書き入力方法において、ペン型入力装置を移動させたときに生じる加速度及び角速度を検出するセンサ情報入力工程と、前記ペン型入力装置のペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別する接地判別工程と、前記線さ情報入力工程で得られた加速度情報と角速度情報によって得られる情報に基づいてペン先の位置・姿勢を演算する筆跡演算工程と、前記ペン型入力装置で筆記対象媒体に描画中のペン先速度を算出してペン先位置を演算するペン先挙動検出工程と、前記接地判別工程でペン先が筆記対象媒体に対して接地していないと判定しているとき筆跡演算工程で演算した情報を取得し、前記接地判別工程でペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているときペン先挙動検出工程で演算した情報を取得して筆記軌跡を決定する筆跡情報取得工程と、前記接地判別工程でペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているときペン先挙動工程で演算した情報に基づいてセンサ情報入力工程で検出した加速度情報と角速度情報に含まれるパラメータ変動量を推定するパラメータ変動量推定工程とを有し、前記筆跡取得工程では、パラメータ変動量推定工程で推定したパラメータ変動量に基づいて筆跡演算工程で演算した情報で決定した筆記軌跡を修正することを特徴とする。
【００１７】
前記ペン先挙動検出工程は、センサ情報入力工程で得られる加速度情報に含まれるペン先振動周波数に基づいてペン先速度を算出してペン先位置を演算したり、あるいはペン型入力装置の先端部に設けた撮像手段で撮像した画像の時系列データからペン先の速度と位置を演算する。
【００１８】
また、前記接地判別工程は、センサ情報入力工程で得られる加速度情報から得られるペン先振動情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別したり、
筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別したり、またはセンサ情報入力工程で得られる加速度情報から得られるペン及び筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別する。
【００１９】
さらに、前記パラメータ変動量推定工程は、筆跡演算工程によって算出される前記ペン型入力装置の仰角もしくは方位角が所定の範囲を超えた場合にパラメータ変動量を推定することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明は、ペン型入力装置のペン先が筆記対象媒体に対して接地していないとき、加速度検出手段と角速度検出手段によって得られる情報に基づいてペン先の位置・姿勢を演算する筆跡演算手段からペン先の挙動を取得し、ペン先が筆記対象媒体に対して接地状態のとき、描画中のペン先速度を算出してペン先位置を演算するペン先挙動検出手段からペン先の挙動を取得して筆記軌跡を決定することにより、高精度でペン先位置を検出することができる。
【００２１】
また、ペン先が筆記対象媒体に対して接地していると判定しているときパラメータ変動量推定手段でペン先挙動検出手段からの情報に基づいて加速度検出手段と角速度検出手段におけるパラメータ変動量を推定し、推定したパラメータ変動量に基づいて加速度検出手段と角速度検出手段からの情報で決定した筆記軌跡を修正することにより、加速度検出手段と角速度検出手段のパラメータ変動によって発生するペン先位置姿勢誤差を低減して筆跡を高精度に検出することができる。
【００２２】
また、加速度検出手段によって得られるペン先振動周波数に基づいてペン先の速度を算出してペン先の位置を演算することにより、ペン先速度に積分演算を繰り返す慣性航法演算で発生する累積誤差が生じなく、精度良くペン先速度を検出してペン先の位置を正確に得ることができる。
【００２３】
さらに、撮像手段で撮像した画像の時系列データからペン先の速度と位置を演算することにより、筆記面の摩擦係数や凹凸が異なる場合でも、ペン先が筆記面に接地している状態におけるペン先速度を精度良く取得することができ、加速度センサや角速度センサのパラメータ変動量の推定精度を向上させることができる。
【００２４】
また、加速度検出手段によって得られるペン先振動情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別することにより、ペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを精度良く検出することができる。
【００２５】
また、筆圧情報に基づいてペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを判別することにより、筆記面の摩擦状態や凹凸が異なる場合でもペン先が筆記対象媒体に対して接地しているか否かを安定して検出することができる。
【００２６】
さらに、筆跡演算手段によって算出されるペン型入力装置の仰角もしくは方位角が所定の範囲を超えた場合にパラメータ変動量を推定し、推定したパラメータ変動量に基づいて加速度検出手段と角速度検出手段からの情報で決定した筆記軌跡を修正することにより、パラメータ変動量の推定に計算能力の低い演算器を使用することができ、ペン型入力装置の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１はこの発明のペン型入力装置の構成図である。図に示すように、ペン型入力装置１は、先端にペン先２を有し、内部にペン型入力装置１の加速度を検出する３軸加速度センサ３と、ペン型入力装置１のペン軸とそれに直交する軸で構成されるペン座標系の角速度を検出する１軸のジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃと演算処理部５を有する。
【００２８】
演算処理部５は、図２のブロック図に示すように、筆跡演算部６と接地判別部７とペン先挙動検出部８とパラメータ変動量推定部９及び筆跡情報取得部１０を有する。筆跡演算部６は加速度センサ３とジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃからの出力信号を積分演算し、かつ座標変換する慣性航法演算によりペン先２の位置やペン型入力装置１の姿勢を算出する。接地判別部７はペン先２が筆記面に対して接地状態にあるのか、空中に浮いた非接地状態にあるのかを判断する。ペン先挙動検出部８は筆跡演算部６で行う慣性航法演算と異なる方法でペン先２の挙動を検出するものであり、例えば、筆記中に３軸加速度センサ３から出力される信号は前述のようにペン先２と筆記面の相互作用によって生じる振動成分を含んでいるが、この周波数や振幅等から速度情報を得てペン先２の挙動を検出する。パラメータ変動量推定部９はペン先挙動検出部８によって得られたペン先挙動情報に基づいて３軸加速度センサ３とジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃにおけるパラメータ変動量を推定する。筆記情報取得部１０は筆跡演算部６とペン先挙動検出部８とパラメータ変動量推定部９からの情報により筆記軌跡を決定する。
【００２９】
このペン型入力装置１で筆記軌跡を決定するときの処理を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３０】
ペン型入力装置１で筆記を開始すると（ステップＳ１）、筆跡演算部６は３軸加速度センサ３とジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃから加速度信号と角速度信号を取得し（ステップＳ２）、取得した加速度信号と角速度信号により例えば特許第３６７８３８６号公報等に示された慣性航法演算によりペン先２の位置やペン型入力装置１の姿勢を算出する（ステップＳ３）。また、ペン先挙動検出部８は３軸加速度センサ３から出力されるペン先２と筆記面の相互作用によって生じる振動成分を取得し（ステップＳ４）、取得したペン先振動成分によりペン先２の速度情報を算出する。すなわち、例えば図４に示すように、ペン先速度とペン先振動周波数は比例するという傾向が知られており、ペン先振動周波数を取得することによりペン先速度を得ることができる。この方式で取得されたペン先速度には積分演算を繰り返す慣性航法演算で発生する累積誤差がないので、筆記中のみという制約はあるが、精度良くペン先速度を検出してペン先２の位置を正確に得ることができる。但し、この方式は非接地状態のときペン先挙動は判らない。
【００３１】
そこで接地判別部７は筆記中にペン先２が筆記面に対して接地状態にあるのか、空中に浮いた非接地状態にあるのかを判断する（ステップＳ６）。例えば筆記中にはペン先２と紙面の相互作用によってペン先３が振動することが知られていることを利用し、３軸加速度センサ３から出力される高周波成分の有無によってペン先２が筆記面に対して接地している筆記状態か否を判断する。この判定の結果、筆記情報取得部１０はペン先２が筆記面に対して接地していないときは、筆跡演算部６による慣性航法演算により算出したペン先２の挙動を取得し、ペン先２が接地状態のときペン先挙動検出部８によってペン先振動状態から算出したペン先速度により筆記軌跡を決定する（ステップＳ８）。例えば図５に示すように平仮名の「あ」を筆記した場合、実線で示す接地状態ではペン先挙動検出部８によってペン先振動状態からペン先速度を取得し、点線で示す非接地状態では筆跡演算部６による慣性航法演算によりペン先２の挙動を取得することにより、高精度にペン先位置を検出することができる。
【００３２】
このペン型入力装置１に設けられた３軸加速度センサ３やジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃのオフセット信号は、図６に示すように、時間とともに変動する。また、感度（ゲイン）も温度や時間によって変動する。その他にも軸間干渉なども微小ながら変動することが考えられる。このような経時的に変化する誤差要因をもつセンサから出力される加速度信号や角速度信号を用いてペン先位置・姿勢を算出する場合、各パラメータ（オフセット、感度等）の現在値を把握していなければ計算に大きな誤差が生じることになってしまう。この各パラメータはランダムに変動しているため、センサ出力のみを観察しても、その変動量を逐次把握するのは困難である。
【００３３】
そこでパラメータ変動量推定部９は、接地判別部７によってペン先が筆記面に対して接地していると判定された場合、３軸加速度センサ３やジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃのパラメータ変動量を推定する（ステップＳ７）。すなわち、ペン先挙動検出部８によって取得される筆記中のペン先速度若しくは位置情報をリファレンスデータとして３軸加速度センサ３とジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃの出力に基づき筆跡演算部６で慣性航法演算によって算出されるペン先速度若しくは位置と照合して３軸加速度センサ３やジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃで発生しているパラメータ変動量を推定する。筆記情報取得部１０は推定したパラメータ変動量を加味して慣性航法演算により算出したペン先２の挙動から決定した筆記軌跡を修正する（ステップＳ８）。このようにして３軸加速度センサ３やジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃのパラメータ変動によって発生するペン先位置姿勢誤差を低減させることができる。このパラメータ変動量を推定する方法としては、カルマンフィルタのような誤差推定フィルタを用いても良いし、リファレンスデータと慣性航法演算結果が等しくなるよう各パラメータを合わせ込んでも良い。また、ペン先挙動が精度良く検出することができるペン先が筆記面に対して接地していると判定された場合にのみパラメータ変動量を推定するから、パラメータ変動量を安定して推定することができる。
【００３４】
前記のようにペン先挙動検出部８で筆記中に３軸加速度センサ３から出力されるペン先振動情報に基づいて接地中のペン先挙動を検出する場合、筆記面の凹凸や摩擦係数が異なるとペン先の振動状態も変化して正確にペン先速度を取得できない可能性がある。そこで図７の構成図に示すように、ペン型入力装置１の先端部に例えばＣＭＯＳセンサ等の撮像手段１１を設け、図８のフローチャートに示すように、撮像手段１１で実際にペン先２で筆記される筆跡を撮影し（ステップＳ１４）、ペン先挙動検出部８により撮像手段１１で撮影した画像を解析して（ステップＳ１５）、その時系列データからペン先２の挙動すなわち移動量を取得しても良い（ステップＳ１６）。例えば図９に示すように示すように、ペン先２で筆記面１２に筆記している筆跡１３を順次撮像している場合、図９（ａ）に示すある時刻ｔ１に撮像した画像と、図９（ｂ）に示す次の時刻ｔ２に撮像した画像を比較することによりペン先２が（ｘ１，ｙ１）だけ動いたことがわかる。撮像手段１１のフレームレートを50Ｈｚ、筆記速度を100ｍｍ／秒とすると、0.2ｍｍの分解能でペン先位置を検出することができる。また、このように実際の筆跡１３を撮像・比較する方法以外にも、例えば筆記面のスペックルパターンを撮影し、得られた画像を処理・比較してペン先の移動量や速度を求めても良い。
【００３５】
このように撮像手段１１で実際にペン先２で筆記される筆跡１３を撮影してペン先２の挙動を取得することにより、筆記面の摩擦係数や凹凸が異なる場合でも、ペン先２が筆記面に接地している状態におけるペン先速度を精度良く取得することができ、加速度センサ３やジャイロセンサ４ａ，４ｂ，４ｃのパラメータ変動量の推定精度を向上させることができる。
【００３６】
また、筆記面１２の凹凸や摩擦状態が異なる場合、筆記中のペン先挙動の検出精度がばらつくため、ペン先２が筆記面１２に接地しているか否かの判別精度が低下する可能性がある。例えば筆記面１２が樹脂等で非常に滑りやすい材質の場合には、筆記中のペン先振動振幅が小さくなり、筆記中であるのに非接地状態であると誤検出してしまう可能性が有る。この誤検出を防ぐために接地判別のための振幅閾値を小さくすると、電気的なノイズを拾い筆記中と誤判定してしまう場合もある。そこで、例えば図１０の構成図に示すように、ペン先２の筆圧の大きさを検出する圧力センサ１４を設け、接地判別部７で圧力センサ１４によって検出される筆圧の有無や、あるいは圧力センサ１４によって検出される筆圧とあらかじめ設定した閾値とを比較して筆記中か否かの判別を行っても良い。このように筆圧を検出することにより、筆記面１２が樹脂等で非常に滑りやすい材質の場合でもペン先２が筆記面１２に接触しているか否を正確に判別することができる。また、この筆圧信号と前述のペン先振動のいずれか一方あるいは両方によりペン先２が筆記面１２に接触しているか否を判別しても良い。
【００３７】
また、パラメータ変動量推定部９によるパラメータ変動量の推定は、ペン先位置・姿勢の検出精度を高めるためには頻繁に実施することが望ましい。しかしながらパラメータ変動量の推定には多大な計算時間が必要になる場合があり、計算時間短縮のため計算能力の高い演算器を用いるとコスト高を招いてしまうことが考えられる。その一方、パラメータ変動が小さい場合には、推定を実施しなくとも高い精度でペン先位置・姿勢を算出できるので、適切なタイミング、すなわちパラメータ変動が大きい場合のみ推定を実施することによりプロセス全体の最適化が図れる。
【００３８】
一方、人が例えば文字を筆記しているときの動作を観察してみると、例えば図１１に示すように、ペン型入力装置１の仰角および方位角の筆記中の標準偏差は数度以内の範囲内にあることが判る。すなわち、筆記中に慣性航法演算で算出されるペン型入力装置１の仰角変化量が例えば10度になった場合、累積誤差が重畳している可能性が高いと判断できる。そこで図１２のフローチャートに示すように、ペン型入力装置１の例えば仰角変化量があらかじめ設定された閾値を超えたかどうかを判別してパラメータ変動量推定を実施する必要があるかどうかを判定し（ステップＳ２８）、パラメータ変動量推定を実施する必要があるときだけパラメータ変動量の推定を実施すると良い（ステップＳ２９）。このようにしてペン先位置姿勢検出精度を高めるとともに計算能力の低い演算器を用いてペン型入力装置１の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明のペン型入力装置の構成図である。
【図２】演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】ペン型入力装置で筆記軌跡を決定するときの処理を示すフローチャートである。
【図４】ペン先振動周波数とペン先速度の相関を示す図である。
【図５】ペン先軌跡の一例を示す図である。
【図６】センサ出力の時間変動の一例を示す図である。
【図７】第２のペン型入力装置の構成図である。
【図８】第２のペン型入力装置で筆記軌跡を決定するときの処理を示すフローチャートである。
【図９】第２のペン型入力装置でペン先接地時のペン先挙動を検出する方法を示す模式図である。
【図１０】第３のペン型入力装置の構成図である。
【図１１】筆記中のペン方位角と仰角の標準偏差を示す図である。
【図１２】第２のペン型入力装置で筆記軌跡を決定するときの他の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１；ペン型入力装置、２；ペン先、３；３軸加速度センサ、４；ジャイロセンサ、
５；演算処理部、６；筆跡演算部、７；接地判別部、８；ペン先挙動検出部、
９；パラメータ変動量推定部、１０；筆跡情報取得部、１１；撮像手段、
１２；筆記面、１３；筆跡、１４；圧力センサ。
【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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【図１２】
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