ペン型入力装置
【課題】ペン先が一時的に離れる文字入力の移動軌跡を簡易構造で検出し、小型、軽量化が可能なペン型入力装置を提供する。
【解決手段】ペン状ケースのペン先に、ペン先のＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度を検出する三次元加速度センサを収容し、筆記平面へ手書き文字を描くペン先の加速度を入力開始時から入力終了時まで連続して検出することによりペン先の三次元移動軌跡を検出し、三次元移動軌跡から筆記平面を求めて、三次元移動軌跡から、筆記平面に属する接触移動軌跡を抽出する。
【解決手段】ペン状ケースのペン先に、ペン先のＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度を検出する三次元加速度センサを収容し、筆記平面へ手書き文字を描くペン先の加速度を入力開始時から入力終了時まで連続して検出することによりペン先の三次元移動軌跡を検出し、三次元移動軌跡から筆記平面を求めて、三次元移動軌跡から、筆記平面に属する接触移動軌跡を抽出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筆記平面に文字を描く入力操作の移動軌跡を検出し、文字認識装置へ出力することによって描いた文字を認識させるペン型入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電子機器へ文字データを入力する入力方法として、タブレットの入力面へ専用ペンを用いて入力しようとする文字を描き、タブレットで検出する入力操作面への入力操作軌跡の特徴から、文字認識装置が、描いた文字を認識し、携帯電子機器へ認識した文字を入力する方法が知られている。しかしながら、この入力方法は、タブレットと専用ペンを携帯電子機器とともに用意する必要があり、持ち運びする携帯機器への文字入力装置として適さないものであった。
【０００３】
そこで、タブレットを用いずに、入力操作するペン側で筆記平面に文字を描く移動軌跡を検出し、文字認識装置へ出力するペン型入力装置が提案されている。文字を描く移動軌跡を検出するためには、ペン型入力装置が自らの相対移動量及び移動方向を入力操作中に連続して検出する必要があるが、一筆で描けない文字は、文字入力操作中に、筆記平面からペン先が離れる区間があり、従来、筆記平面上の接触移動軌跡を、紙面に転がり接触するボールの回転方向と回転量で検出する他に、筆記平面からペン先が離れて移動する非接触移動軌跡を、ペン状ケースに内蔵の二次元加速度センサーで検出し、非接触移動軌跡で連続させた接触移動軌跡を文字認識装置へ出力していた（特許文献１）。
【０００４】
図６は、この従来のペン型入力装置１００の構成を示し、ペン状ケース１０１内に、ペン先から一部が突出するように、ボール１０２が回転自在に収容されている。ボール１０２の回転は、ボール１０２に接触するボール回転センサー１０３により、ペン状ケース１０１の軸方向に直交するＸ、Ｙ方向の回転量に分けて検出され、ペン先のＸ、Ｙ方向の移動軌跡が測定される。また、ボール１０２の基端側（図中右側）に接触状態判別部１０４が備えられ、ボール１０２に加わる押圧力を検出して、ペン型入力装置１００のペン先の筆記平面への接触を検知している。
【０００５】
接触状態判別部１０４の更に基端側には、Ｘ方向の加速度を検出するＸ方向加速度センサー１０５ａとＹ方向の加速度を検出するＹ方向加速度センサー１０５ｂとからなる二次元加速度センサー１０５がペン状ケース１０１内に収容され、検出するＸ、Ｙ方向の加速度からペン状ケース１０１のＸ、Ｙ方向の移動軌跡を測定している。
【０００６】
接触状態判別部１０４の出力側に接続するＣＰＵ１０６は、接触状態判別部１０４がペン先が筆記平面に接触を検知している間に、ボール回転センサー１０３が測定したＸ、Ｙ方向の移動軌跡を接触移動軌跡と、筆記平面への接触を検知していない間に、二次元加速度センサー１０５が測定したＸ、Ｙ方向の移動軌跡を非接触移動軌跡とし、ペン先が離れて途切れる接触移動軌跡間のＸＹ平面（筆記平面）上の相対位置を、その間の非接触移動軌跡で連続させて得ている。また、ＣＰＵ１０６は、接触状態判別部１０４が非接触を検知してから所定期間接触を検知しないことから、１文字分の文字入力が終了したとみなし、ＸＹ平面（筆記平面）上の相対位置が特定された複数の接触移動軌跡から１文字分の手書き文字情報を得る。
【０００７】
ＣＰＵ１０６は、更に１文字分の手書き文字情報からその特徴を抽出して、メモリ１０７に記憶されている多数の文字の特徴データと比較し、主要な特徴が一致している文字を手書きした文字と認識する。このペン型入力装置１００は、携帯電話機を兼ねるものであり、認識した文字の文字列からなる電話番号を電話回路１０８へ出力し、アンテナ１０９を用いて相手先を呼び出す。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−９９２５１号公報（明細書段落００１０乃至００１３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この従来のペン型入力装置１００では、筆記平面に文字を描く接触移動軌跡と、筆記平面からペン先を離して移動させる非接触移動軌跡とを、ボール１０２及びボール回転センサー１０３と、二次元加速度センサー１０５の二種類のセンサーを用いて測定するので、構造が複雑で入力装置全体が大型化し、小型、軽量化が求められるペン型の入力装置の障害となっていた。
【００１０】
また、接触移動軌跡と非接触移動軌跡とを、接触状態判別部においてペン先のボール１０２に加わる筆圧を検出して識別しているが、１文字分の文字入力を終えた際にも、筆記平面からペン先を離すので、文字入力中にペン先を離す移動と識別できない。そこで、文字入力中に筆記平面からペン先が離れる非接触移動時間より長い時間を超えたときに１文字分の文字入力が終了したものとしている。
【００１１】
しかしながら、文字入力中に入力を停止しても、１文字分の文字入力が終了したとみなされる場合があり、誤認識若しくは認識エラーとなる場合があり、また、１文字を入力する毎に、所定時間が経過するまで認識結果が得られないので、文字認識処理時間を短縮させることができないという問題があった。
【００１２】
また、ペン状ケース１０１のペン先は限られた空間であるにもかかわらず、ペン先の接触移動軌跡やペン先の筆記平面への接触有無を検出するために、ボール１０２、ボール回転センサー１０３、接触状態判別部などを配置しているので、非接触移動軌跡を判別する二次元センサーは、ペン先から離れたペン状ケース１０１の中間に収容している。その結果、ペン先を移動させるためにペン状ケース１０１を傾けただけでもペン先の移動とご認識し、非接触移動軌跡にペン状ケース１０１の傾斜による誤差が含まれ、文字認識率が低下するという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、ペン先が一時的に離れる文字入力の移動軌跡を簡易構造で検出し、小型、軽量化が可能なペン型入力装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、１文字入力の終了後に所定時間待機せず、文字入力中のペン先移動と１文字入力の終了とを明確に識別できるペン型入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、請求項１のペン型入力装置は、ペン状ケースのペン先に収容され、ペン先の互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を検出する三次元加速度センサと、ペン状ケースに取り付けられ、筆記平面上に描く手書き文字毎の入力終了時を表す入力終了信号を入力する文字区切りスイッチと、三次元加速度センサで検出する加速度（αｘ、αｙ、αｚ）と、筆記平面上の入力開始位置でペン先を停止させた入力開始時から該ペン先の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を検出するまでの経過時間ｔとから、経過時間ｔにおける入力開始位置からＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離を入力開始時から入力終了時まで連続して求め、手書き文字毎のペン先の三次元移動軌跡を検出する軌跡検出部と、三次元移動軌跡から、筆記平面をペン先が接触しながら移動する接触移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出部とを備え、手書き文字毎に、筆記平面上に描いた手書き文字の接触移動軌跡を、文字認識装置へ出力することを特徴とする。
【００１６】
三次元加速度センサーが文字入力操作中に検出するペン先のＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度から、ペン先の三次元移動軌跡が得られる。軌跡検出部は、文字区切りスイッチの入力で入力開始時から入力終了時までの１文字毎に区切られた三次元移動軌跡を検出する。三次元加速度センサーは、筆記平面上に文字を描く軌跡と同一に移動するペン先に収容されているので、三次元移動軌跡の全体は、筆記平面と平行に形成され、移動軌跡抽出部は、三次元移動軌跡を、筆記平面に属する接触移動軌跡と、筆記平面から離れた非接触移動軌跡に分け、非接触移動軌跡により筆記平面上の相対位置が特定される接触移動軌跡を抽出することができる。移動軌跡抽出部により抽出された筆記平面に属する接触移動軌跡は、手書き文字毎に文字認識装置へ出力される。
【００１７】
請求項２のペン型入力装置は、ペン状ケースの先端に、筆記平面にペン先が接触した際に接触信号を出力する接触センサーが取り付けられ、移動軌跡抽出部は、接触センサーから接触信号が入力されている間の三次元移動軌跡を接触移動軌跡として抽出することを特徴とする。
【００１８】
三次元相対移動軌跡を検出するためにペン先に収容される三次元加速度センサーは、ボールとボール回転センサーのような複雑で大型な機構ではないので、補助的にペン先と筆記平面との接触を検知する接触センサーをペン先に配置することができる。
【００１９】
移動軌跡抽出部は、接触信号の入力有無によって、三次元移動軌跡の接触移動軌跡と非接触移動軌跡を、正確に判別できる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、三次元加速度センサーをペン先の先端に配置するので、検出される三次元移動軌跡に、ペン状ケースを傾斜させることによって生じる誤差が最小となり、手書き文字の軌跡を表す接触移動軌跡を正確に検出できる。
【００２１】
また、手書き文字入力中に筆記平面からペン先が離れる非接触移動軌跡を三次元加速度センサーで検出し、手書き文字入力後に筆記平面から離れる文字区切りを、文字区切りスイッチの入力で判別するので、両者を明確に判別できる。
【００２２】
また、ペン先の接触移動軌跡を、三次元加速度センサーのみで検出するので、検出構造が単純化され、ペン型入力装置を小型、軽量化することができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、１文字の入力終了を入力する文字区切りスイッチと別に、接触移動軌跡と非接触移動軌跡を判別する接触センサーを備えるので、入力終了信号と接触信号を明確に判別できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態に係るペン型入力装置１を、図１と図２を用いて説明する。図１に示すように、ペン型入力装置１は、自らの相対移動軌跡を検出することにより、操作者がペン型入力装置１を用いて筆記平面１０に描いた手書き文字の移動軌跡を検出し、この移動軌跡を図示しない文字認識装置へ出力して、その特徴から手書き文字を文字認識させるものである。従って、ペン型入力装置１は、手に持って筆記平面１０に文字を描く筆記具に似せたペン状ケース２を備え、そのペン先内に、ペン先の相対移動を検出する為の三次元加速度センサー３を収容している。
【００２５】
三次元加速度センサー３は、ペン状ケース２の軸方向をＺ方向として、ペン先の互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度をそれぞれ検出する３個の加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚで構成されている。加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚは、加速度による変形に応じた電圧を発生する圧電基板を用いた圧電型の他、静電容量型やピエゾ抵抗型など、加速度に応じて直線性のある出力信号が得られれば、任意のセンサーを用いることができる。
【００２６】
ペン型入力装置１を筆記平面１０に対して傾けてペン先を筆記平面１０上で移動させると、ペン先の移動方向の加速度αは、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の加速度成分αｘ、αｙ、αｚに分けて、加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚで検出される（図２参照）。
【００２７】
三次元センサー３の出力側には、ローパスフィルター、信号増幅回路、Ａ／Ｄコンバータなどから構成されるサンプリング部４が接続し、加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが検出する加速度αｘ、αｙ、αｚを表す信号を増幅し、後段のマイコン回路５が処理可能なデジタル信号に変換して出力する。
【００２８】
マイコン回路５は、加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚがそれぞれペン先を移動期間中に連続して検出する加速度αｘ、αｙ、αｚから、ペン先の三次元移動軌跡を検出する軌跡抽出部と、三次元移動軌跡から筆記平面１０にペン型入力装置１のペン先が接触しながら移動する接触移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出部とを兼ねている。
【００２９】
マイコン５による三次元移動軌跡の検出は、１文字を筆記平面１０に描く入力開始時から入力終了時まで連続してペン先の加速度αｘ、αｙ、αｚを連続して求める。入力開始時からｔ時間経過した際に加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが検出した加速度αｘ、αｙ、αｚを時間ｔについて２度積分した値は、微小時間前の位置からのＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離を表す。筆記平面上の所定の入力開始位置（原点）でペン先を一定時間停止させた状態を入力開始時とすると、入力開始時のペン先の位置は、原点（０，０，０）で、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動速度が０となる初期条件が得られる。この初期条件と、入力開始時から連続して検出する加速度αｘ、αｙ、αｚを用いて、検出した加速度αｘ、αｙ、αｚを経過時間ｔで２度積分し、微小時間前の位置からのＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離を、入力開始時から経過時間ｔまで求めれば、経過時間ｔにおける入力開始位置（原点）に対する相対位置が得られ、マイコン５は、これを１文字を入力する入力開始時から入力終了時まで算出して三次元移動軌跡を検出する。
【００３０】
マイコン５には、この１文字の区切りを表す入力終了時を検知するために、文字区切りスイッチ６が接続されている。文字区切りスイッチ６は、操作者が入力操作しやすいように、操作摘みがペン状ケース２の中間に露出して取り付けられ、１文字分の文字入力を終えて、操作者が文字区切りスイッチ６を入力操作すると、入力終了時を表す入力終了信号がマイコン５に出力される。
【００３１】
操作者による筆記平面１０へ文字を描く際には、ペン先が筆記平面１０に沿って移動するので、軌跡抽出部が検出する三次元移動軌跡は、概ね筆記平面１０である一平面に沿って形成され、移動軌跡抽出部は、入力開始位置（原点）が筆記平面１０に属する平面であって、平面に属する三次元移動軌跡が最も長くなる仮想平面を筆記平面１０とし、仮想平面に属する三次元移動軌跡を接触移動軌跡と、仮想平面から一側に離れた三次元移動軌跡を非接触移動軌跡とする。
【００３２】
三次元移動軌跡を接触移動軌跡を抽出する他の方法としては、例えば、入力開始位置（原点）に属し、三次元移動軌跡に接する仮想平面を筆記平面１０とし、検出誤差を含めて仮想平面に接近する三次元移動軌跡を接触移動軌跡と、仮想平面から一定距離以上隔てた三次元移動軌跡を非接触移動軌跡としてもよい。
【００３３】
マイコン５が抽出した１文字分の接触移動軌跡は、無線通信回路６から図示しない文字認識装置へ送信される。この接触移動軌跡は、筆記平面１０に描いた１文字分の文字形態を表すので、文字認識装置では、接触移動軌跡を１文字分の文字情報として正規化し、その特徴を予め記憶している多数の文字の特徴と比較し、特徴が近似している文字を、ペン型入力装置１により手書きした文字と認識する。
【００３４】
尚、このペン型入力装置１は、手書きが容易なペン型として、文字認識装置とケーブルで接続しないので、三次元加速度センサー３、マイコン５、無線通信回路７等の駆動電源となるバッテリー８を、ペン状ケース２内に内蔵している。
【００３５】
この第１実施の形態に係るペン型入力装置１によれば、三次元加速度センサー３を、手書き文字を描くペン先に収容しているので、検出する三次元移動軌跡にペン状ケース２を傾けることにより生じる誤差が最小となり、筆記平面１０とペン先との接触を検知せずに、接触移動軌跡を抽出できる。また、文字区切りスイッチ６の入力操作により、手書き文字毎の入力終了時を表す入力終了信号を出力するので、筆記平面１０からペン先が離れる経過時間から入力終了を判別する必要がなく、文字認識処理時間が短縮される。
【００３６】
第１実施の形態では、三次元加速度センサー３が検出する三次元移動軌跡のみから筆記平面１０に沿った接触移動軌跡を抽出するので、三次元移動軌跡に誤差が生じると正確に接触移動軌跡と非接触移動軌跡を判別できない。第２実施の形態に係るペン型入力装置は、この問題を上述と同一構成のペン型入力装置１を用いて解決するものであり、三次元移動軌跡に多少の誤差を含んでいても、正確に接触移動軌跡を抽出できる。
【００３７】
以下、この第２実施の形態を、図１乃至図４で説明する。第２実施の形態に係るペン型入力装置１によりペン先の三次元移動軌跡を検出する方法は、第１実施の形態と同一であるので省略する。この実施の形態では、ペン先を筆記平面１０上に描く接触移動軌跡と、筆記平面１０からペン先が離れる非接触移動軌跡とを、文字区切りスイッチ６の入力で判別する。すなわち、操作者は、ペン先を筆記平面１０上に接触させて文字を描いている間に連続して文字区切りスイッチ６を入力し、文字区切りスイッチ６から接触移動時間中であることを示す接触移動信号をマイコン回路５へ出力するものである。
【００３８】
以下、この第２実施の形態に係るペン型入力装置１により接触移動軌跡を抽出する方法を、筆記平面１０へ平仮名「に」の文字を手書きする場合を示す図３、図４で詳述する。手書き文字入力を開始する入力開始時ｔ０では、第１実施の形態と同様に、筆記平面１０上の入力開始位置（原点）でペン先を一定時間停止させ、入力開始時のペン先の位置（イの開始位置）を原点（０，０，０）、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動速度を０とする初期条件に設定する。
【００３９】
この入力開始時ｔ０に文字区切りスイッチ６を入力し、文字区切りスイッチ６の入力を継続させた状態で、筆記平面１０に図中「イ」の部分を描くようにペン先を接触移動させる。入力開始時ｔ０から微小時間Δｔ後に加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが検出した加速度αｘ、αｙ、αｚを時間ｔについて２度積分した値は、入力開始時ｔ０の初期条件から、原点（０，０，０）からのＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離、つまり入力開始位置を原点とするＸＹＺ座標系で表される位置を表す。
【００４０】
マイコン５は、入力開始時ｔ０から以後、後述する入力終了時ｔ６まで、ペン先が筆記平面１０に接触しているか否かにかかわらず、連続して加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが検出する加速度αｘ、αｙ、αｚを時間ｔについて２度積分し、直前の位置に対するＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離から三次元移動軌跡を得る。
【００４１】
筆記平面１０に図中「イ」の部分を描いた後に、文字区切りスイッチ６の入力操作を解除し、「ハ」の部分を描き始める位置まで、ペン先を筆記平面１０から離して「ロ」の部分を移動させる。「ハ」の部分を描く間には、再び文字区切りスイッチ６を連続入力操作し、同様にして、「に」の文字を描くように、「ニ」、「ホ」とペン先を移動させ、ペン先を筆記平面１０へ接触させている区間「イ」、「ハ」、「ホ」のみ、図４に示すように、文字区切りスイッチ６を連続入力操作する。
【００４２】
「に」の文字の手書き入力操作を終えた後、ペン先を筆記平面１０から離した（「ヘ」の部分）入力終了時ｔ６に、文字区切りスイッチ６を入力操作し、入力終了時を表す入力終了信号をマイコン回路５へ出力する。
【００４３】
これにより、移動軌跡抽出部であるマイコン５は、入力開始時から入力終了時までの三次元移動軌跡（イ乃至ヘ）のうち、文字区切りスイッチ６から接触移動信号が入力されている三次元移動軌跡（イ、ハ、ホ）を接触移動軌跡と、接触移動信号が入力されていない三次元移動軌跡（ロ、ニ、ヘ）を非接触移動軌跡として、手書き文字「に」を構成する接触移動軌跡を抽出する。
【００４４】
マイコン５は、抽出した手書き文字「に」を構成する接触移動軌跡（イ、ハ、ホ）の手書き文字情報を無線通信回路６から文字認識装置へ送信し、文字認識装置は、接触移動軌跡（イ、ハ、ホ）の特徴から描かれた文字を「に」と認識する。
【００４５】
本実施の形態では、少なくともペン先を筆記平面１０へ接触させるｔ２、ｔ４の時点で、ペン先の移動速度を０として、ｔ２、ｔ４の時点での移動速度を時間ｔで積分して求める相対移動距離を補正できるので、三次元移動軌跡をより現実のペン先の移動軌跡に近似させることができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、文字区切りスイッチ６が、入力終了時を表す入力終了信号と、接触移動時間中であることを示す接触移動信号を出力することとなるが、両者は、文字区切りスイッチ６が入力される直前に加速度センサー３ｚが検出した加速度αｚを時間ｔについて積分したＺ方向の速度が正であるか負であるかによって判別する。
【００４７】
１文字の入力終了後の文字区切りスイッチ６の入力は、筆記平面からペン先を離す＋Ｚ方向の移動の後の入力操作であり、文字区切りスイッチ６から入力信号を受けた直前（ｔ５とｔ６の間の例えば、０．５秒前）に検出したＺ方向の加速度αｚを時間ｔで積分したＺ方向の速度は、筆記紙面１０の鉛直方向に対するペン型入力装置１の傾斜を無視すれば、筆記平面１０から離れる方向の速度であり、正の値となる。一方、文字入力中にペン先が筆記平面１０から一時的に離れ移動した後、筆記平面への文字入力を開始する際（ｔ２、ｔ４の時点）の文字区切りスイッチ６の入力は、筆記平面１０へペン先を接近させた後の入力操作であり、直前に三次元加速度センサーが検出した加速度αｚを時間ｔで積分したＺ方向の速度は、筆記平面１０に向かう方向の負の値となる。従って、マイコン５は、文字区切りスイッチ６が入力される直前に検出したＺ方向の加速度αｚを積分して得られるＺ方向の速度の符号が、正であれば入力終了信号と、負であれば接触移動信号と判別する。
【００４８】
尚、入力終了信号と接触移動信号の判別は、マイコン５が文字区切りスイッチ６から入力信号を入力した時の三次元移動軌跡のＺ方向の位置が、原点「０」の近傍である場合に接触移動信号と、筆記平面１０から離れたと推定される正の位置である場合に入力終了信号と判別してもよい。また、マイコン５が文字区切りスイッチ６から入力信号を入力した後の三次元移動軌跡が所定時間同一面に属する場合に接触移動信号と判別することもできる。
【００４９】
上述の第２実施の形態では、ペン型入力装置１を筆記紙面１０に対して傾斜させると、その軸方向となるＺ方向が必ずしも筆記紙面１０の鉛直方向と一致しないで、文字区切りスイッチ６が入力される直前のＺ方向の速度の符号若しくはＺ方向の位置から、入力終了信号と接触移動信号とを正確に判別できない場合がある。そこで、第３実施の形態では、１文字の入力終了後の文字区切りスイッチ６の入力は、筆記平面１０から最後にペン先を離すｔ５の後、図４に示すように、文字入力中の非接触移動時間△Ｔ（図４参照）より充分に長い終了操作時間Ｔが経過した後の入力終了時ｔ６に操作するものとする。
【００５０】
これにより、第２実施の形態で判別した入力終了信号であっても、終了操作時間Ｔが経過していない場合には入力終了信号と判別しないので、接触移動信号を入力終了信号と誤って判別することがなくなる。
【００５１】
図５は、三次元移動軌跡から、接触移動軌跡と非接触移動軌跡を確実に判別する第４の実施の形態に係るペン型入力装置２０を示す。このペン型入力装置２０は、ペン先にペン先と筆記平面１０との接触を検知する接触センサー２１が取り付けられている他は、第１実施の形態に係るペン型入力装置１と同一構成であるので、同一番号を付して共通する構成の説明は省略する。
【００５２】
ペン型入力装置２０のペン先には、ペン型入力装置２０の相対移動を検出するボールやボールの回転を検出する機構が収容されず、配置スペースを占有しない圧電基板などからなる加速度センサー３のみを収容するので、補助的にペン先と筆記平面との接触を検知する接触センサー２１を配置することができる。
【００５３】
接触センサー２１の出力は、マイコン５に接続し、ペン先が筆記平面１０に接触している間、連続して接触信号を出力する。これにより、ペン型入力装置２０では、文字区切りスイッチ６によって手書き文字入力中に、接触移動信号を入力することなく、移動軌跡抽出部であるマイコン５は、接触センサー２１から接触信号が入力されている三次元移動軌跡を接触移動軌跡と、接触信号が入力されていない三次元移動軌跡を非接触移動軌跡として、確実に接触移動軌跡のみを抽出することができる。
【００５４】
また、文字区切りスイッチ６からは、入力終了信号のみが入力されるので、第２、第３実施の形態のように、接触移動信号と判別する必要がなく、１文字の手書き文字の入力終了時を確実に軌跡抽出部へ伝達できる。
【００５５】
尚、１文字を入力する際の接触移動軌跡で挟まれる非接触移動軌跡の長さは、１文字の文字入力終了後に次の文字の文字入力を行うためにペン先を非接触で移動させる非接触移動軌跡より一般に短いので、非接触移動軌跡が所定長さに設定するしきい値を超えた場合に、１文字の手書き文字の入力終了と判別することもできる。
【００５６】
また、１文字の手書き文字の入力終了後に、ペン型入力装置１を例えば２度上下に振るなど、通常の手書き文字入力操作と異なる操作を行い、この操作によるペン先の加速度変化から１文字の手書き文字の入力終了と判別することもできる。
【００５７】
上述の各実施の形態では、抽出した接触移動軌跡を、無線通信回路６により無線信号で文字認識装置へ送信しているが、ペン型入力装置１、２０を文字認識装置にケーブルで接続し、ケーブルを介して出力してもよい。
【００５８】
また、文字認識装置は、ペン型入力装置１、２０のペン型ケース２内に内蔵するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、手書き文字を認識する文字認識装置へ、手書きした文字の軌跡を出力するペン型入力装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るペン型入力装置１の説明図である。
【図２】ペン型入力装置１を筆記平面１０に対して傾けて移動させる状態を示す説明図である。
【図３】平仮名「に」を手書きするペン先の軌跡を示す平面図である。
【図４】文字区切りスイッチ６とペン先の移動軌跡を比較するタイムチャートである。
【図５】他の実施の形態に係るペン型入力装置２０の説明図である。 図である。
【図６】従来のペン型入力装置１００の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１、２０ ペン型入力装置
３ 三次元加速度センサー
５ マイコン回路（軌跡検出部、移動軌跡抽出部）
６ 文字区切りスイッチ
１０ 筆記平面
２１ 接触センサー
ΔＴ 非接触移動時間
Ｔ 終了操作時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筆記平面に文字を描く入力操作の移動軌跡を検出し、文字認識装置へ出力することによって描いた文字を認識させるペン型入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電子機器へ文字データを入力する入力方法として、タブレットの入力面へ専用ペンを用いて入力しようとする文字を描き、タブレットで検出する入力操作面への入力操作軌跡の特徴から、文字認識装置が、描いた文字を認識し、携帯電子機器へ認識した文字を入力する方法が知られている。しかしながら、この入力方法は、タブレットと専用ペンを携帯電子機器とともに用意する必要があり、持ち運びする携帯機器への文字入力装置として適さないものであった。
【０００３】
そこで、タブレットを用いずに、入力操作するペン側で筆記平面に文字を描く移動軌跡を検出し、文字認識装置へ出力するペン型入力装置が提案されている。文字を描く移動軌跡を検出するためには、ペン型入力装置が自らの相対移動量及び移動方向を入力操作中に連続して検出する必要があるが、一筆で描けない文字は、文字入力操作中に、筆記平面からペン先が離れる区間があり、従来、筆記平面上の接触移動軌跡を、紙面に転がり接触するボールの回転方向と回転量で検出する他に、筆記平面からペン先が離れて移動する非接触移動軌跡を、ペン状ケースに内蔵の二次元加速度センサーで検出し、非接触移動軌跡で連続させた接触移動軌跡を文字認識装置へ出力していた（特許文献１）。
【０００４】
図６は、この従来のペン型入力装置１００の構成を示し、ペン状ケース１０１内に、ペン先から一部が突出するように、ボール１０２が回転自在に収容されている。ボール１０２の回転は、ボール１０２に接触するボール回転センサー１０３により、ペン状ケース１０１の軸方向に直交するＸ、Ｙ方向の回転量に分けて検出され、ペン先のＸ、Ｙ方向の移動軌跡が測定される。また、ボール１０２の基端側（図中右側）に接触状態判別部１０４が備えられ、ボール１０２に加わる押圧力を検出して、ペン型入力装置１００のペン先の筆記平面への接触を検知している。
【０００５】
接触状態判別部１０４の更に基端側には、Ｘ方向の加速度を検出するＸ方向加速度センサー１０５ａとＹ方向の加速度を検出するＹ方向加速度センサー１０５ｂとからなる二次元加速度センサー１０５がペン状ケース１０１内に収容され、検出するＸ、Ｙ方向の加速度からペン状ケース１０１のＸ、Ｙ方向の移動軌跡を測定している。
【０００６】
接触状態判別部１０４の出力側に接続するＣＰＵ１０６は、接触状態判別部１０４がペン先が筆記平面に接触を検知している間に、ボール回転センサー１０３が測定したＸ、Ｙ方向の移動軌跡を接触移動軌跡と、筆記平面への接触を検知していない間に、二次元加速度センサー１０５が測定したＸ、Ｙ方向の移動軌跡を非接触移動軌跡とし、ペン先が離れて途切れる接触移動軌跡間のＸＹ平面（筆記平面）上の相対位置を、その間の非接触移動軌跡で連続させて得ている。また、ＣＰＵ１０６は、接触状態判別部１０４が非接触を検知してから所定期間接触を検知しないことから、１文字分の文字入力が終了したとみなし、ＸＹ平面（筆記平面）上の相対位置が特定された複数の接触移動軌跡から１文字分の手書き文字情報を得る。
【０００７】
ＣＰＵ１０６は、更に１文字分の手書き文字情報からその特徴を抽出して、メモリ１０７に記憶されている多数の文字の特徴データと比較し、主要な特徴が一致している文字を手書きした文字と認識する。このペン型入力装置１００は、携帯電話機を兼ねるものであり、認識した文字の文字列からなる電話番号を電話回路１０８へ出力し、アンテナ１０９を用いて相手先を呼び出す。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−９９２５１号公報（明細書段落００１０乃至００１３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この従来のペン型入力装置１００では、筆記平面に文字を描く接触移動軌跡と、筆記平面からペン先を離して移動させる非接触移動軌跡とを、ボール１０２及びボール回転センサー１０３と、二次元加速度センサー１０５の二種類のセンサーを用いて測定するので、構造が複雑で入力装置全体が大型化し、小型、軽量化が求められるペン型の入力装置の障害となっていた。
【００１０】
また、接触移動軌跡と非接触移動軌跡とを、接触状態判別部においてペン先のボール１０２に加わる筆圧を検出して識別しているが、１文字分の文字入力を終えた際にも、筆記平面からペン先を離すので、文字入力中にペン先を離す移動と識別できない。そこで、文字入力中に筆記平面からペン先が離れる非接触移動時間より長い時間を超えたときに１文字分の文字入力が終了したものとしている。
【００１１】
しかしながら、文字入力中に入力を停止しても、１文字分の文字入力が終了したとみなされる場合があり、誤認識若しくは認識エラーとなる場合があり、また、１文字を入力する毎に、所定時間が経過するまで認識結果が得られないので、文字認識処理時間を短縮させることができないという問題があった。
【００１２】
また、ペン状ケース１０１のペン先は限られた空間であるにもかかわらず、ペン先の接触移動軌跡やペン先の筆記平面への接触有無を検出するために、ボール１０２、ボール回転センサー１０３、接触状態判別部などを配置しているので、非接触移動軌跡を判別する二次元センサーは、ペン先から離れたペン状ケース１０１の中間に収容している。その結果、ペン先を移動させるためにペン状ケース１０１を傾けただけでもペン先の移動とご認識し、非接触移動軌跡にペン状ケース１０１の傾斜による誤差が含まれ、文字認識率が低下するという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、ペン先が一時的に離れる文字入力の移動軌跡を簡易構造で検出し、小型、軽量化が可能なペン型入力装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、１文字入力の終了後に所定時間待機せず、文字入力中のペン先移動と１文字入力の終了とを明確に識別できるペン型入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、請求項１のペン型入力装置は、ペン状ケースのペン先に収容され、ペン先の互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を検出する三次元加速度センサと、ペン状ケースに取り付けられ、筆記平面上に描く手書き文字毎の入力終了時を表す入力終了信号を入力する文字区切りスイッチと、三次元加速度センサで検出する加速度（αｘ、αｙ、αｚ）と、筆記平面上の入力開始位置でペン先を停止させた入力開始時から該ペン先の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を検出するまでの経過時間ｔとから、経過時間ｔにおける入力開始位置からＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離を入力開始時から入力終了時まで連続して求め、手書き文字毎のペン先の三次元移動軌跡を検出する軌跡検出部と、三次元移動軌跡から、筆記平面をペン先が接触しながら移動する接触移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出部とを備え、手書き文字毎に、筆記平面上に描いた手書き文字の接触移動軌跡を、文字認識装置へ出力することを特徴とする。
【００１６】
三次元加速度センサーが文字入力操作中に検出するペン先のＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度から、ペン先の三次元移動軌跡が得られる。軌跡検出部は、文字区切りスイッチの入力で入力開始時から入力終了時までの１文字毎に区切られた三次元移動軌跡を検出する。三次元加速度センサーは、筆記平面上に文字を描く軌跡と同一に移動するペン先に収容されているので、三次元移動軌跡の全体は、筆記平面と平行に形成され、移動軌跡抽出部は、三次元移動軌跡を、筆記平面に属する接触移動軌跡と、筆記平面から離れた非接触移動軌跡に分け、非接触移動軌跡により筆記平面上の相対位置が特定される接触移動軌跡を抽出することができる。移動軌跡抽出部により抽出された筆記平面に属する接触移動軌跡は、手書き文字毎に文字認識装置へ出力される。
【００１７】
請求項２のペン型入力装置は、ペン状ケースの先端に、筆記平面にペン先が接触した際に接触信号を出力する接触センサーが取り付けられ、移動軌跡抽出部は、接触センサーから接触信号が入力されている間の三次元移動軌跡を接触移動軌跡として抽出することを特徴とする。
【００１８】
三次元相対移動軌跡を検出するためにペン先に収容される三次元加速度センサーは、ボールとボール回転センサーのような複雑で大型な機構ではないので、補助的にペン先と筆記平面との接触を検知する接触センサーをペン先に配置することができる。
【００１９】
移動軌跡抽出部は、接触信号の入力有無によって、三次元移動軌跡の接触移動軌跡と非接触移動軌跡を、正確に判別できる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、三次元加速度センサーをペン先の先端に配置するので、検出される三次元移動軌跡に、ペン状ケースを傾斜させることによって生じる誤差が最小となり、手書き文字の軌跡を表す接触移動軌跡を正確に検出できる。
【００２１】
また、手書き文字入力中に筆記平面からペン先が離れる非接触移動軌跡を三次元加速度センサーで検出し、手書き文字入力後に筆記平面から離れる文字区切りを、文字区切りスイッチの入力で判別するので、両者を明確に判別できる。
【００２２】
また、ペン先の接触移動軌跡を、三次元加速度センサーのみで検出するので、検出構造が単純化され、ペン型入力装置を小型、軽量化することができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、１文字の入力終了を入力する文字区切りスイッチと別に、接触移動軌跡と非接触移動軌跡を判別する接触センサーを備えるので、入力終了信号と接触信号を明確に判別できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態に係るペン型入力装置１を、図１と図２を用いて説明する。図１に示すように、ペン型入力装置１は、自らの相対移動軌跡を検出することにより、操作者がペン型入力装置１を用いて筆記平面１０に描いた手書き文字の移動軌跡を検出し、この移動軌跡を図示しない文字認識装置へ出力して、その特徴から手書き文字を文字認識させるものである。従って、ペン型入力装置１は、手に持って筆記平面１０に文字を描く筆記具に似せたペン状ケース２を備え、そのペン先内に、ペン先の相対移動を検出する為の三次元加速度センサー３を収容している。
【００２５】
三次元加速度センサー３は、ペン状ケース２の軸方向をＺ方向として、ペン先の互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度をそれぞれ検出する３個の加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚで構成されている。加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚは、加速度による変形に応じた電圧を発生する圧電基板を用いた圧電型の他、静電容量型やピエゾ抵抗型など、加速度に応じて直線性のある出力信号が得られれば、任意のセンサーを用いることができる。
【００２６】
ペン型入力装置１を筆記平面１０に対して傾けてペン先を筆記平面１０上で移動させると、ペン先の移動方向の加速度αは、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の加速度成分αｘ、αｙ、αｚに分けて、加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚで検出される（図２参照）。
【００２７】
三次元センサー３の出力側には、ローパスフィルター、信号増幅回路、Ａ／Ｄコンバータなどから構成されるサンプリング部４が接続し、加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが検出する加速度αｘ、αｙ、αｚを表す信号を増幅し、後段のマイコン回路５が処理可能なデジタル信号に変換して出力する。
【００２８】
マイコン回路５は、加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚがそれぞれペン先を移動期間中に連続して検出する加速度αｘ、αｙ、αｚから、ペン先の三次元移動軌跡を検出する軌跡抽出部と、三次元移動軌跡から筆記平面１０にペン型入力装置１のペン先が接触しながら移動する接触移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出部とを兼ねている。
【００２９】
マイコン５による三次元移動軌跡の検出は、１文字を筆記平面１０に描く入力開始時から入力終了時まで連続してペン先の加速度αｘ、αｙ、αｚを連続して求める。入力開始時からｔ時間経過した際に加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが検出した加速度αｘ、αｙ、αｚを時間ｔについて２度積分した値は、微小時間前の位置からのＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離を表す。筆記平面上の所定の入力開始位置（原点）でペン先を一定時間停止させた状態を入力開始時とすると、入力開始時のペン先の位置は、原点（０，０，０）で、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動速度が０となる初期条件が得られる。この初期条件と、入力開始時から連続して検出する加速度αｘ、αｙ、αｚを用いて、検出した加速度αｘ、αｙ、αｚを経過時間ｔで２度積分し、微小時間前の位置からのＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離を、入力開始時から経過時間ｔまで求めれば、経過時間ｔにおける入力開始位置（原点）に対する相対位置が得られ、マイコン５は、これを１文字を入力する入力開始時から入力終了時まで算出して三次元移動軌跡を検出する。
【００３０】
マイコン５には、この１文字の区切りを表す入力終了時を検知するために、文字区切りスイッチ６が接続されている。文字区切りスイッチ６は、操作者が入力操作しやすいように、操作摘みがペン状ケース２の中間に露出して取り付けられ、１文字分の文字入力を終えて、操作者が文字区切りスイッチ６を入力操作すると、入力終了時を表す入力終了信号がマイコン５に出力される。
【００３１】
操作者による筆記平面１０へ文字を描く際には、ペン先が筆記平面１０に沿って移動するので、軌跡抽出部が検出する三次元移動軌跡は、概ね筆記平面１０である一平面に沿って形成され、移動軌跡抽出部は、入力開始位置（原点）が筆記平面１０に属する平面であって、平面に属する三次元移動軌跡が最も長くなる仮想平面を筆記平面１０とし、仮想平面に属する三次元移動軌跡を接触移動軌跡と、仮想平面から一側に離れた三次元移動軌跡を非接触移動軌跡とする。
【００３２】
三次元移動軌跡を接触移動軌跡を抽出する他の方法としては、例えば、入力開始位置（原点）に属し、三次元移動軌跡に接する仮想平面を筆記平面１０とし、検出誤差を含めて仮想平面に接近する三次元移動軌跡を接触移動軌跡と、仮想平面から一定距離以上隔てた三次元移動軌跡を非接触移動軌跡としてもよい。
【００３３】
マイコン５が抽出した１文字分の接触移動軌跡は、無線通信回路６から図示しない文字認識装置へ送信される。この接触移動軌跡は、筆記平面１０に描いた１文字分の文字形態を表すので、文字認識装置では、接触移動軌跡を１文字分の文字情報として正規化し、その特徴を予め記憶している多数の文字の特徴と比較し、特徴が近似している文字を、ペン型入力装置１により手書きした文字と認識する。
【００３４】
尚、このペン型入力装置１は、手書きが容易なペン型として、文字認識装置とケーブルで接続しないので、三次元加速度センサー３、マイコン５、無線通信回路７等の駆動電源となるバッテリー８を、ペン状ケース２内に内蔵している。
【００３５】
この第１実施の形態に係るペン型入力装置１によれば、三次元加速度センサー３を、手書き文字を描くペン先に収容しているので、検出する三次元移動軌跡にペン状ケース２を傾けることにより生じる誤差が最小となり、筆記平面１０とペン先との接触を検知せずに、接触移動軌跡を抽出できる。また、文字区切りスイッチ６の入力操作により、手書き文字毎の入力終了時を表す入力終了信号を出力するので、筆記平面１０からペン先が離れる経過時間から入力終了を判別する必要がなく、文字認識処理時間が短縮される。
【００３６】
第１実施の形態では、三次元加速度センサー３が検出する三次元移動軌跡のみから筆記平面１０に沿った接触移動軌跡を抽出するので、三次元移動軌跡に誤差が生じると正確に接触移動軌跡と非接触移動軌跡を判別できない。第２実施の形態に係るペン型入力装置は、この問題を上述と同一構成のペン型入力装置１を用いて解決するものであり、三次元移動軌跡に多少の誤差を含んでいても、正確に接触移動軌跡を抽出できる。
【００３７】
以下、この第２実施の形態を、図１乃至図４で説明する。第２実施の形態に係るペン型入力装置１によりペン先の三次元移動軌跡を検出する方法は、第１実施の形態と同一であるので省略する。この実施の形態では、ペン先を筆記平面１０上に描く接触移動軌跡と、筆記平面１０からペン先が離れる非接触移動軌跡とを、文字区切りスイッチ６の入力で判別する。すなわち、操作者は、ペン先を筆記平面１０上に接触させて文字を描いている間に連続して文字区切りスイッチ６を入力し、文字区切りスイッチ６から接触移動時間中であることを示す接触移動信号をマイコン回路５へ出力するものである。
【００３８】
以下、この第２実施の形態に係るペン型入力装置１により接触移動軌跡を抽出する方法を、筆記平面１０へ平仮名「に」の文字を手書きする場合を示す図３、図４で詳述する。手書き文字入力を開始する入力開始時ｔ０では、第１実施の形態と同様に、筆記平面１０上の入力開始位置（原点）でペン先を一定時間停止させ、入力開始時のペン先の位置（イの開始位置）を原点（０，０，０）、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動速度を０とする初期条件に設定する。
【００３９】
この入力開始時ｔ０に文字区切りスイッチ６を入力し、文字区切りスイッチ６の入力を継続させた状態で、筆記平面１０に図中「イ」の部分を描くようにペン先を接触移動させる。入力開始時ｔ０から微小時間Δｔ後に加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが検出した加速度αｘ、αｙ、αｚを時間ｔについて２度積分した値は、入力開始時ｔ０の初期条件から、原点（０，０，０）からのＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離、つまり入力開始位置を原点とするＸＹＺ座標系で表される位置を表す。
【００４０】
マイコン５は、入力開始時ｔ０から以後、後述する入力終了時ｔ６まで、ペン先が筆記平面１０に接触しているか否かにかかわらず、連続して加速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが検出する加速度αｘ、αｙ、αｚを時間ｔについて２度積分し、直前の位置に対するＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離から三次元移動軌跡を得る。
【００４１】
筆記平面１０に図中「イ」の部分を描いた後に、文字区切りスイッチ６の入力操作を解除し、「ハ」の部分を描き始める位置まで、ペン先を筆記平面１０から離して「ロ」の部分を移動させる。「ハ」の部分を描く間には、再び文字区切りスイッチ６を連続入力操作し、同様にして、「に」の文字を描くように、「ニ」、「ホ」とペン先を移動させ、ペン先を筆記平面１０へ接触させている区間「イ」、「ハ」、「ホ」のみ、図４に示すように、文字区切りスイッチ６を連続入力操作する。
【００４２】
「に」の文字の手書き入力操作を終えた後、ペン先を筆記平面１０から離した（「ヘ」の部分）入力終了時ｔ６に、文字区切りスイッチ６を入力操作し、入力終了時を表す入力終了信号をマイコン回路５へ出力する。
【００４３】
これにより、移動軌跡抽出部であるマイコン５は、入力開始時から入力終了時までの三次元移動軌跡（イ乃至ヘ）のうち、文字区切りスイッチ６から接触移動信号が入力されている三次元移動軌跡（イ、ハ、ホ）を接触移動軌跡と、接触移動信号が入力されていない三次元移動軌跡（ロ、ニ、ヘ）を非接触移動軌跡として、手書き文字「に」を構成する接触移動軌跡を抽出する。
【００４４】
マイコン５は、抽出した手書き文字「に」を構成する接触移動軌跡（イ、ハ、ホ）の手書き文字情報を無線通信回路６から文字認識装置へ送信し、文字認識装置は、接触移動軌跡（イ、ハ、ホ）の特徴から描かれた文字を「に」と認識する。
【００４５】
本実施の形態では、少なくともペン先を筆記平面１０へ接触させるｔ２、ｔ４の時点で、ペン先の移動速度を０として、ｔ２、ｔ４の時点での移動速度を時間ｔで積分して求める相対移動距離を補正できるので、三次元移動軌跡をより現実のペン先の移動軌跡に近似させることができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、文字区切りスイッチ６が、入力終了時を表す入力終了信号と、接触移動時間中であることを示す接触移動信号を出力することとなるが、両者は、文字区切りスイッチ６が入力される直前に加速度センサー３ｚが検出した加速度αｚを時間ｔについて積分したＺ方向の速度が正であるか負であるかによって判別する。
【００４７】
１文字の入力終了後の文字区切りスイッチ６の入力は、筆記平面からペン先を離す＋Ｚ方向の移動の後の入力操作であり、文字区切りスイッチ６から入力信号を受けた直前（ｔ５とｔ６の間の例えば、０．５秒前）に検出したＺ方向の加速度αｚを時間ｔで積分したＺ方向の速度は、筆記紙面１０の鉛直方向に対するペン型入力装置１の傾斜を無視すれば、筆記平面１０から離れる方向の速度であり、正の値となる。一方、文字入力中にペン先が筆記平面１０から一時的に離れ移動した後、筆記平面への文字入力を開始する際（ｔ２、ｔ４の時点）の文字区切りスイッチ６の入力は、筆記平面１０へペン先を接近させた後の入力操作であり、直前に三次元加速度センサーが検出した加速度αｚを時間ｔで積分したＺ方向の速度は、筆記平面１０に向かう方向の負の値となる。従って、マイコン５は、文字区切りスイッチ６が入力される直前に検出したＺ方向の加速度αｚを積分して得られるＺ方向の速度の符号が、正であれば入力終了信号と、負であれば接触移動信号と判別する。
【００４８】
尚、入力終了信号と接触移動信号の判別は、マイコン５が文字区切りスイッチ６から入力信号を入力した時の三次元移動軌跡のＺ方向の位置が、原点「０」の近傍である場合に接触移動信号と、筆記平面１０から離れたと推定される正の位置である場合に入力終了信号と判別してもよい。また、マイコン５が文字区切りスイッチ６から入力信号を入力した後の三次元移動軌跡が所定時間同一面に属する場合に接触移動信号と判別することもできる。
【００４９】
上述の第２実施の形態では、ペン型入力装置１を筆記紙面１０に対して傾斜させると、その軸方向となるＺ方向が必ずしも筆記紙面１０の鉛直方向と一致しないで、文字区切りスイッチ６が入力される直前のＺ方向の速度の符号若しくはＺ方向の位置から、入力終了信号と接触移動信号とを正確に判別できない場合がある。そこで、第３実施の形態では、１文字の入力終了後の文字区切りスイッチ６の入力は、筆記平面１０から最後にペン先を離すｔ５の後、図４に示すように、文字入力中の非接触移動時間△Ｔ（図４参照）より充分に長い終了操作時間Ｔが経過した後の入力終了時ｔ６に操作するものとする。
【００５０】
これにより、第２実施の形態で判別した入力終了信号であっても、終了操作時間Ｔが経過していない場合には入力終了信号と判別しないので、接触移動信号を入力終了信号と誤って判別することがなくなる。
【００５１】
図５は、三次元移動軌跡から、接触移動軌跡と非接触移動軌跡を確実に判別する第４の実施の形態に係るペン型入力装置２０を示す。このペン型入力装置２０は、ペン先にペン先と筆記平面１０との接触を検知する接触センサー２１が取り付けられている他は、第１実施の形態に係るペン型入力装置１と同一構成であるので、同一番号を付して共通する構成の説明は省略する。
【００５２】
ペン型入力装置２０のペン先には、ペン型入力装置２０の相対移動を検出するボールやボールの回転を検出する機構が収容されず、配置スペースを占有しない圧電基板などからなる加速度センサー３のみを収容するので、補助的にペン先と筆記平面との接触を検知する接触センサー２１を配置することができる。
【００５３】
接触センサー２１の出力は、マイコン５に接続し、ペン先が筆記平面１０に接触している間、連続して接触信号を出力する。これにより、ペン型入力装置２０では、文字区切りスイッチ６によって手書き文字入力中に、接触移動信号を入力することなく、移動軌跡抽出部であるマイコン５は、接触センサー２１から接触信号が入力されている三次元移動軌跡を接触移動軌跡と、接触信号が入力されていない三次元移動軌跡を非接触移動軌跡として、確実に接触移動軌跡のみを抽出することができる。
【００５４】
また、文字区切りスイッチ６からは、入力終了信号のみが入力されるので、第２、第３実施の形態のように、接触移動信号と判別する必要がなく、１文字の手書き文字の入力終了時を確実に軌跡抽出部へ伝達できる。
【００５５】
尚、１文字を入力する際の接触移動軌跡で挟まれる非接触移動軌跡の長さは、１文字の文字入力終了後に次の文字の文字入力を行うためにペン先を非接触で移動させる非接触移動軌跡より一般に短いので、非接触移動軌跡が所定長さに設定するしきい値を超えた場合に、１文字の手書き文字の入力終了と判別することもできる。
【００５６】
また、１文字の手書き文字の入力終了後に、ペン型入力装置１を例えば２度上下に振るなど、通常の手書き文字入力操作と異なる操作を行い、この操作によるペン先の加速度変化から１文字の手書き文字の入力終了と判別することもできる。
【００５７】
上述の各実施の形態では、抽出した接触移動軌跡を、無線通信回路６により無線信号で文字認識装置へ送信しているが、ペン型入力装置１、２０を文字認識装置にケーブルで接続し、ケーブルを介して出力してもよい。
【００５８】
また、文字認識装置は、ペン型入力装置１、２０のペン型ケース２内に内蔵するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、手書き文字を認識する文字認識装置へ、手書きした文字の軌跡を出力するペン型入力装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るペン型入力装置１の説明図である。
【図２】ペン型入力装置１を筆記平面１０に対して傾けて移動させる状態を示す説明図である。
【図３】平仮名「に」を手書きするペン先の軌跡を示す平面図である。
【図４】文字区切りスイッチ６とペン先の移動軌跡を比較するタイムチャートである。
【図５】他の実施の形態に係るペン型入力装置２０の説明図である。 図である。
【図６】従来のペン型入力装置１００の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１、２０ ペン型入力装置
３ 三次元加速度センサー
５ マイコン回路（軌跡検出部、移動軌跡抽出部）
６ 文字区切りスイッチ
１０ 筆記平面
２１ 接触センサー
ΔＴ 非接触移動時間
Ｔ 終了操作時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン状ケースのペン先に収容され、ペン先の互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を検出する三次元加速度センサと、
前記ペン状ケースに取り付けられ、筆記平面上に描く手書き文字毎の入力終了時を表す入力終了信号を入力する文字区切りスイッチと、
前記三次元加速度センサで検出する加速度（αｘ、αｙ、αｚ）と、筆記平面上の入力開始位置でペン先を停止させた入力開始時から該ペン先の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を検出するまでの経過時間ｔとから、経過時間ｔにおける入力開始位置からＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離を入力開始時から入力終了時まで連続して求め、手書き文字毎のペン先の三次元移動軌跡を検出する軌跡検出部と、
前記三次元移動軌跡から、筆記平面をペン先が接触しながら移動する接触移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出部とを備え、
手書き文字毎に、筆記平面上に描いた手書き文字の接触移動軌跡を、文字認識装置へ出力することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項２】
ペン状ケースの先端に、筆記平面にペン先が接触した際に接触信号を出力する接触センサーが取り付けられ、
移動軌跡抽出部は、接触センサーから前記接触信号が入力されている間の三次元移動軌跡を接触移動軌跡として抽出することを特徴とする請求項１に記載のペン型入力装置。
【請求項１】
ペン状ケースのペン先に収容され、ペン先の互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を検出する三次元加速度センサと、
前記ペン状ケースに取り付けられ、筆記平面上に描く手書き文字毎の入力終了時を表す入力終了信号を入力する文字区切りスイッチと、
前記三次元加速度センサで検出する加速度（αｘ、αｙ、αｚ）と、筆記平面上の入力開始位置でペン先を停止させた入力開始時から該ペン先の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を検出するまでの経過時間ｔとから、経過時間ｔにおける入力開始位置からＸ、Ｙ、Ｚ方向の相対移動距離を入力開始時から入力終了時まで連続して求め、手書き文字毎のペン先の三次元移動軌跡を検出する軌跡検出部と、
前記三次元移動軌跡から、筆記平面をペン先が接触しながら移動する接触移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出部とを備え、
手書き文字毎に、筆記平面上に描いた手書き文字の接触移動軌跡を、文字認識装置へ出力することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項２】
ペン状ケースの先端に、筆記平面にペン先が接触した際に接触信号を出力する接触センサーが取り付けられ、
移動軌跡抽出部は、接触センサーから前記接触信号が入力されている間の三次元移動軌跡を接触移動軌跡として抽出することを特徴とする請求項１に記載のペン型入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−９９０４１（Ｐ２００９−９９０４１Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７１４７２（Ｐ２００７−２７１４７２）
【出願日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【出願人】（０００１０２５００）ＳＭＫ株式会社 (528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【出願人】（０００１０２５００）ＳＭＫ株式会社 (528)
【Ｆターム（参考）】
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