(57)【要約】      （修正有）【課題】  手書き筆跡入力において、ジッタを少なくし、はね、はらいなどの部分に現れる筆記者の文字の特徴を表現する。【解決手段】  被記録媒体上でのジッタの大きさの分布を予め算出する手段を明らかにすることと共に、用途・目的に応じた筆記領域を設定することにより、場合に応じて、許容できる範囲内でジッタの大きさを使い分けでき、用途・目的に応じて必要な筆跡精度が得られるようになした手書き筆跡入力システムである。【選択図】  図１
2007272710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被記録媒体、
並びに少なくとも、赤外線発光素子を含む赤外線発生回路と、超音波発生素子を含む超音波発生回路と、これらの回路から発信する赤外線信号及び超音波信号を制御する制御手段と、前記被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、スイッチとから成る電子ペン、
並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達時間差を計測して超音波信号の飛行時間測定値とする赤外線超音波測定部、
並びに該赤外線超音波測定部から得られた超音波信号の飛行時間測定値を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、
並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成り、
前記被記録媒体面上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記二つ以上の超音波受信部から選択された何れか二つの超音波受信部に対し、
第１の超音波受信部の位置する座標を（ａ，0）、
第２の超音波受信部の位置する座標を（−ａ，0）、
音速をｖとしたとき、
下記数式によって表されるｅとτの積が、２．０ｍｍ以下である閉じた領域（ｘ，ｙ）の内側に文字認識領域を設定し、１．０ｍｍ以下である閉じた領域（ｘ，ｙ）の内側に筆跡認識領域を設定し、０．２ｍｍ以下である閉じた領域（ｘ，ｙ）の内側に署名認証領域を設定したこと、または、これらの三つの領域の内二つ以上の領域を設定したことを特徴とする手書き筆跡入力システム。
【数１】
2007272710.tif 000010
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被記録媒体上に軌跡を残すことができる電子ペンが発する赤外線信号と超音波信号の、受信部への到達時間差に基づいて電子ペンの位置座標を計算し、筆跡データに変換する手書き筆跡入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線信号もしくは超音波信号を用いた電子ペンの位置検出技術が知られている。例えば、特開昭６２−１７５８２１号公報（特許文献１参照）及び米国特許第４，８１４，５５２号明細書（特許文献２参照）などに、電子ペンから超音波信号、もしくは赤外線信号と超音波信号を発し、超音波信号の飛行時間を元に電子ペンの位置座標を計算する技術が開示されている。
これらの位置検出技術を利用した手書き筆跡入力システムは、次のようなものである。筆記者が、ボールペンやシャープペンシルなどの筆記可能な手段を組み込んだ電子ペンを用いて被記録媒体上に文字や図形を筆記すると、筆跡が被記録媒体上に記録されると共に、少なくともペン先が被記録媒体と接触している間、電子ペンが赤外線信号と超音波信号を発信する。赤外線超音波測定部が電子ペンから発信された赤外線信号と超音波信号とを受信して、赤外線信号の到達時刻と超音波信号の到達時刻の差から超音波信号の飛行時間を測定し、座標演算部が超音波信号の飛行時間から電子ペンの位置座標を演算する。
電子ペンを無線にするには、例えば赤外線信号のような、超音波信号の発信タイミングを伝達する手段が必要であるが、電子ペンを有線にするならば、ケーブルを通じてタイミングを合わせればよいので、赤外線信号などを用いないことも可能である。
手書き筆跡入力システムは、筆跡データをワープロなどで使う文字データに変換する文字認識変換ソフト（以下、ＯＣＲソフト）と組み合わせて使用することで、文字データと同時に、自筆による文字、絵や記号なども容易に入力することができる入力手段として注目されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１７５８２１号公報
【特許文献２】米国特許第４，８１４，５５２号
【０００４】
手書き筆跡入力システムは、例えば紙のような被記録媒体に筆跡を記録すると共に、ペンの位置座標を検出する上述の技術を用いて、筆記者の筆跡をコンピュータに取り込んで位置座標データから筆跡データに変換し、様々な目的のための使用に供するものを指す。
位置座標データから筆跡データへの変換とは、位置座標データに、筆記者が筆記した筆跡であることに由来する運筆データといった特徴を表現する情報を付加したり、それらの特徴に基づいて個別の位置座標データに修正を加えたりする処理を指し、例えば、以下のような処理のうちの任意のものを含む。位置座標データにそれを受信した時刻に関する情報を付加する。位置座標データの取得間隔に基づいて、筆記速度を計算したり、一連の位置座標データの集合を、筆記された順序及び速度を情報として含む一つのストロークデータと認識したりする。一つのストロークデータを構成する連続する位置座標データを、滑らかな線を描くように修正する。また、ストロークデータの外接矩形の抽出及び統合や筆記位置の制限などの条件に基づいて、ストロークデータを、やはり筆記された順序などの情報を含む文字グループデータにグループ分けする、などである。手書き筆跡入力システムによって入力された筆跡データは、例えば電子機器の画面上に表示されたり、文字認識処理などを通じてコードデータ化して利用されたり、筆跡形状、運筆速度、止め、はね、はらいといった筆記特性を含む筆記者の文字の特徴の抽出、署名認証などの任意の目的に使用されたりする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
手書き筆跡入力システムでは、少なくとも筆記者が筆記している間、電子ペンが赤外線信号と超音波信号を発信しており、その発信は１秒間に数１０〜２００回程度の周波数で、繰返して行われている。このとき、一回の発信及び受信ごとに、使用しているクロックの精度や部品の組み付け特性などの複合的な要因によって、僅かなタイミングのばらつきが発生する。このため、超音波信号の飛行時間測定値には、一回の発信及び受信ごとに、誤差が混入することになり、位置座標データにも誤差が生じ、筆跡精度に影響を与える。この位置座標データの誤差はジッタと呼ばれるものの大部分を構成するものであって、電子ペンを全く動かさない静止状態においても発生し、位置座標データは一定値に定まらずランダムに変動する。また、ジッタを含んだ位置座標データを変換した筆跡データでは、ストロークデータが、被記録媒体に記録された筆跡には存在しないがたつきを含んだりしてしまう。
【０００６】
位置座標データを筆跡データに変換するに当たって、ジッタの影響を少なくさせる補正技術として、移動平均やローパスフィルタを用いることはよく知られている。また、例えば特開昭６２−１４０１３３では、複数個の座標値から異常値を排除し、残りの座標値を平均化する手段が開示されている。
例えば、文字の手書き筆跡入力について例示すると、筆記者の筆跡の特徴が大きく現れる文字の特徴点に、はね、はらいなどの部分がある。これらの部分は他の部分に比べて筆跡形状の変化が複雑になる傾向があり、従って、ジッタを少なくするために平均やフィルタなどの補正処理を適用すると、筆記者の文字の特徴までをも消してしまう恐れがあるという問題があった。
また、より高速なクロックを採用することは解決策の一つであり、それによってジッタを小さくすることが可能であるが、部品が高価になったり消費電力が増大したりするため、必ずしも好ましい解決策とはいえない。
【０００７】
一方で、ＯＣＲ処理にかけるために文字を入力する、自筆のメモとして文字や図形を入力する、署名認証のために文字を入力する、などの用途・目的に応じて、許容できるジッタの大きさは変化すると考えられる。例えば、ＯＣＲ処理を前提とするのなら、例えジッタが多少大きくても、補正処理を適用すれば文字の形状が認識できるのであれば構わないし、署名認証に用いるのであれば、可能な限り補正処理の少ない状態で、ジッタが小さく、筆記者の文字の特徴を忠実に再現することが要求される。従って、場合に応じて、許容できる範囲内でジッタの大きさを使い分けできる手書き筆跡入力システムが求められていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、用途・目的に応じて必要な筆跡精度が得られる手書き筆跡入力システム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】
【０００８】
上記目的を達成するために、発明者が鋭意研究をした結果、次のような知見を得た。即ち、上記ジッタの大きさは、例え超音波信号の飛行時間測定値の誤差が一定でも、被記録媒体面上で一定の大きさにならず、位置に依る分布を示す。その分布は、二つの超音波受信部の間隔によって決定されるものであり、ジッタが最小になる領域が存在して、その領域の外側に向けてジッタが大きくなっていくことを示すものであった。従って、二つの超音波受信部の間隔とジッタの大きさの関係に基づいて、ジッタの大きさが一定量以下になるような被記録媒体上のある領域内に用途・目的に応じた筆記領域を設定することによって、文字認識、筆跡認識、署名認証などの用途・目的に合った筆跡精度を得ることが出来るということを見出したのである。
【０００９】
本発明は、被記録媒体、並びに少なくとも、赤外線発光素子を含む赤外線発生回路と、超音波発生素子を含む超音波発生回路と、これらの回路から発信する赤外線信号及び超音波信号を制御する制御手段と、前記被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、スイッチとから成る電子ペン、並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達時間差を計測して超音波信号の飛行時間測定値とする赤外線超音波測定部、並びに該赤外線超音波測定部から得られた超音波信号の飛行時間測定値を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成り、前記被記録媒体面上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記二つ以上の超音波受信部から選択された何れか二つの超音波受信部に対し、
第１の超音波受信部の位置する座標を（ａ，0）、
第２の超音波受信部の位置する座標を（−ａ，0）、
音速をｖとしたとき、
下記数式１によって表されるｅとτ（電子ペンを、二つの超音波受信部を結ぶ線を底辺とする直角二等辺三角形の直角の頂点に置き、超音波信号の飛行時間を連続１００回測定した際のばらつきの幅であって、超音波信号の飛行時間測定値の誤差の最大値に対応するもの）の積が、２．０ｍｍ以下である閉じた領域（ｘ，ｙ）の内側に文字認識領域を設定し、１．０ｍｍ以下である閉じた領域（ｘ，ｙ）の内側に筆跡認識領域を設定し、０．２ｍｍ以下である閉じた領域（ｘ，ｙ）の内側に署名認証領域を設定したこと、または、これらの三つの領域の内二つ以上の領域を設定したことを特徴とする手書き筆跡入力システム。
【００１０】
【数１】
2007272710.tif 000003
【００１１】
文字認識領域とは、少なくとも、ＯＣＲ処理によって文字コードデータ化する内容を入力させる領域である。筆跡認識領域とは、少なくとも、筆記者が筆跡データを見て自筆によるものであると認識できることが必要とされる内容を入力させる領域である。また、署名認証領域とは、個人認証に用いる手書き署名を入力させる領域である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の手書き筆跡入力システムにおいては、二つの超音波受信部の間隔２ａとｅ×τの大きさの関係に基づく被記録媒体面上のｅ×τの大きさの分布に応じて、ｅ×τの大きさが一定量以下になるような被記録媒体上のある領域内に、用途・目的の異なる筆記領域を設定したことにより、文字認識、筆跡認識、署名認証などのそれぞれの用途・目的に応じた必要な筆跡精度が得られるものである。
また、これらの領域内でのｅ×τの最大量を想定することができるため、適切な補正方法及び補正パラメータを選択することが可能となり、過剰な補正による筆跡データのなまりを最低限に抑えることができる。
【００１３】
文字認識領域は、ｅ×τの大きさが２．０ｍｍ以下の領域内に設定することができ、筆記者の文字の特徴は除去される恐れがあるものの、適切な補正処理を適用すれば、文字の形状を正確に抽出し、ＯＣＲ処理によって文字コードデータ化することが可能であるような手書き筆跡入力システムとして利用することが可能である。
また、筆跡認識領域は、ｅ×τの大きさが１．０ｍｍ以下の領域内に設定することができ、筆記者の文字の特徴の再現性を、筆記者が、筆跡データとして入力された文字の形状を自筆によるものであると認識することができるレベルにまで高めることが可能である。つまり、筆記者の文字の特徴を最大限に表現できるので、ワープロなどの入力装置としての利便性と、手書きメモのような、自筆の文字であることを認識できる個人識別性を併せ持ち、手書きメモ、日記、履歴書、カルテといった用途に、手書き筆跡入力システムとして利用することが可能である。
更に、署名認証領域は、ｅ×τの大きさが特に小さい０．２ｍｍ以下の領域内に設定することができ、筆記者本人しか持ち得ない身体的特徴や癖などに由来する文字の特徴が最もよく現れる、カーブや止め、はね、はらいといった部分をより正確に再現することができるため、筆跡学や手書き署名による個人認証の分野において、本手書き筆跡入力システムを利用することが可能となる。
【００１４】
ｅ×τの大きさにより、一つの被記録媒体上に、上記それぞれの領域の内、目的に合わせて異なる筆跡精度を有した二つの領域から成る手書き筆跡入力システムであっても良いし、例えば文字認識領域と筆跡認識領域と署名認証領域とを同時に設けるように、被記録媒体を設計することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に従って、本発明に係る手書き筆跡入力システムの好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本実施の形態になる手書き筆跡入力システムの一例を示す斜視図である。
電子ペン１は、文字や図を描く際、筆記部の先端が被記録媒体５に接触している期間、赤外線信号及び超音波信号を周期的に発生するものである。
赤外線超音波測定部及び座標演算部は受信装置２の内部に組み込まれ、電子ペン１が発生する赤外線信号及び超音波信号の到達時間差から、赤外線超音波測定部が超音波信号の飛行時間を測定し、座標演算部が電子ペン１の位置座標データを、被記録媒体５上の直交座標系において計算する。座標演算部は、電子ペン１の位置座標を、三辺測量法の原理を使って計算する。三辺測量法は、三角形の三辺の長さを計測し、三辺の長さと、既知の二つの頂点の位置から、残りの一つの頂点の位置を求める測量方法であり、電子ペン１と、二つの超音波受信部をそれぞれ頂点とする三角形を想定して計算を行う。コンピュータ３は、変換処理部を具備するものであり、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話などの電子機器であって、適宜の通信インタフェース４を介して受信装置２と接続される。そして、受信装置２が電子ペン１の位置座標データをコンピュータ３に搭載した変換処理部に送信すると、変換処理部は電子ペン１の位置座標データを筆跡データに変換し、コンピュータ３に搭載したディスプレイに筆跡を表示したり、筆跡データを文字認識処理したり、記憶装置に保存したりする。
【００１６】
次に、電子ペン１と超音波受信部６及び７の位置関係を示した模式図である図２を用いて、超音波受信部の間隔から、ｅの分布を求め、文字認識領域、筆跡認識領域、及び署名認証領域を設定する方法を説明する。
図２に示すように、座標系を２次元直交座標系とする。電子ペン１の被記録媒体５上の位置座標を（ｘ，ｙ）とし、被記録媒体上の筆記領域はｙ≧０の側に設定する。なお、ここでは計算の都合上、筆記領域をｙ≧０としたが、実装時には、筆記者の手や腕が、電子ペン１が発信する赤外線信号や超音波信号を遮蔽することのないよう、赤外線受光部（図示せず）及び超音波受信部６及び７は、被記録媒体の上側、もしくは筆記者の利き手に応じて左右のどちらかに設定するのが好ましい。そのような場合にも、座標系が変わるだけであるので、以下の説明は問題なく適用可能である。
更に、超音波受信部６及び７の原点からの距離をａとし、それらが位置する座標をそれぞれ（ａ，０）及び（−ａ，０）とする（従って、二つの超音波受信部の間隔は２ａとなる）。また、超音波受信部６及び７で測定した超音波信号の飛行時間を、それぞれｔ１及びｔ２とし、対応する超音波信号の飛行距離をそれぞれＬ１及びＬ２とする。また、音速をｖとする。
超音波受信部を三個以上有する場合も、それらの超音波受信部の内から任意の二個を選択した場合に、以下の説明を同様に適用することができる。また、ここでは、二つの超音波受信部を、ｘ軸上に原点に対して対称の位置に配置したが、これらの位置を一般化した場合も、以下のｅの分布に関する説明は、同様に成立する。
以上のような構成下において、電子ペン１の位置座標データは、数式２により求めることができる。
【００１７】
【数２】
2007272710.tif 000004
【００１８】
電子ペン１が、筆記部の先端が被記録媒体５に接触している期間、赤外線信号及び超音波信号を周期的に発生すると、受信装置２の内部に組み込まれた赤外線超音波測定部が超音波信号の飛行時間を測定し、座標演算部が電子ペン１の位置座標データを計算する。このとき、発信及び受信に関して、部品の組み付け特性などによって、タイミングが僅かにばらつく可能性がある。また、使用しているクロックの周波数に応じて、例えば電子ペン１においては赤外線信号と超音波信号の発信の間隔が、また、赤外線超音波測定部においても検出時刻が、それぞれ僅かにばらつく可能性がある。これら複合的な要因によって生じた僅かなタイミングのばらつきは、超音波信号の飛行時間測定値ｔ１及びｔ２の中に誤差として含まれ、結果として、数式２を用いて計算された位置座標データにおいても誤差、つまりジッタと呼ばれるものの大部分を構成する誤差として現れる。
τは、超音波信号の飛行時間測定値の誤差の最大値に対応するものであり、特定の手書き筆跡入力システムの特性として場所に依らず定まるものであって、電子ペンを、二つの超音波受信部を結ぶ線を底辺とする直角二等辺三角形の直角の頂点に置き、超音波信号の飛行時間を連続１００回測定した際の、超音波信号の飛行時間測定値のばらつきの幅として決定する。
【００１９】
超音波信号の飛行時間測定値ｔ１及びｔ２に生じた誤差が、位置座標データに与える影響の大きさは、数式２におけるｘ、ｙを、それぞれｔ１及びｔ２で微分することによって求めることができる。二つの超音波受信部６及び７のそれぞれに関して、誤差が独立に生じると仮定すると、ある（ｘ，ｙ）における、超音波信号の飛行時間測定値の誤差に起因する位置座標データの誤差の大きさｅは、途中の手順は示さないが、数式３に示す関係によって表すことができる。数式３において、複号と関数ｍａｘを用いるのは、ｅの最悪値を評価するため、超音波受信部６及び７のそれぞれに関して生じる位置座標データの誤差を合成した際に、数値が大きくなる組み合わせを選択するためである。
ｅ×τは、ジッタのうち、超音波信号の飛行時間測定値の誤差に起因する誤差の最大値を表す。例えばｅが１ｍｍ／μｓであるとき、τが１μｓであれば、位置座標データに最大１ｍｍの誤差が生じる。また、２ｍｍ／μｓであれば，同じ１μｓのτに対して、最大２ｍｍの誤差が生じる、ということを意味する。
【００２０】
【数３】
2007272710.tif 000005
【００２１】
数式３は、ｘ及びｙを、それぞれａで除した変数を使うことによって、数式４のように変形することができる。
【００２２】
【数４】
2007272710.tif 000006
【００２３】
数式４から、ｅは、音速ｖを別にすれば、ｘ及びｙと、二つの超音波受信部の間隔２ａの半分ａとの比のみによって表されるということが分かる。従って、同じｅに対する二つの超音波受信部の間隔２ａと領域の大きさは比例関係にあり、例えばａ＝５０のときの（１００，１００）におけるｅの値は、ａ＝１００のときの（２００，２００）における値と等しい。
【００２４】
ここで、例として、横３００ｍｍ、縦４００ｍｍの領域に対して、下辺の中心を原点とし、ａ＝５０ｍｍとして超音波受信部６及び７をそれぞれ（５０，０）及び（−５０，０）（それぞれ単位はｍｍ）に配置した場合の、ｅの分布を、等高線で図３に示す。音速ｖとして、２５℃の音速３４６．５ｍ／ｓを用いた。図３を見ると分かるように、ｅの分布は、略円状の等高線が略同心円状に重なったものとなっており、概して原点から遠ざかるほどｅが大きくなっている。ｅがある値以下になるような領域は、ｙ≧０の範囲においては唯一の閉じた領域として特定することができ、その内部に、長方形を含む任意の形状を持った、二つ以上の筆記領域を設定することができる。
【００２５】
なお、ｅが最小となるのは、計算手順は省略するが、原点を中心とする半径ａ（図３の例では５０ｍｍ）の円弧上であり（図３の点線８）、そのときのｅの大きさｅｍｉｎは、数式５で表すことができる。
【００２６】
【数５】
2007272710.tif 000007
【００２７】
当該円弧上では、τが１μｓであれば、位置座標データに最大０．４９ｍｍの誤差が生じ、その円弧から離れるに従って、位置座標データに生じる誤差の大きさが大きくなる。ｘ軸（ｙ＝０）に近づいた場合にもｅの大きさが大きくなる領域が存在するため、筆記領域は、ｙ≧０ｍｍではなく、少なくともｙ≧１０ｍｍ、好ましくはｙ≧２０ｍｍの位置に設定するのがよい。
特徴的なのは、当該円弧上でのｅの大きさが、超音波受信部６及び７の間隔には依存しないことである。つまり、超音波受信部６及び７の間隔を調整することにより、誤差が小さい領域を、自由に設定できることになる。
【００２８】
ここで、τの見積もりを試みる。超音波が１インチだけ進むのに要する時間は、２５℃の音速である３４６．５ｍ／ｓを用いて計算すると約７３μｓである。例えば、手書き筆跡入力システムの位置座標データの出力解像度を１００ｄｐｉとすると、赤外線超音波測定部は、少なくとも７３μｓ／１００＝７３０ｎｓを、十分な精度を持って分解できなくてはならない。そのためには、赤外線超音波測定部が時間測定に用いるクロックとして、少なくとも７ＭＨｚから１０ＭＨｚの周波数のものを選択するのが妥当である。このときに、超音波信号の飛行時間測定値に生じる誤差の最大値は、選択するクロックに応じて、たかだか２００ｎｓから３００ｎｓ程度になると考えられる。このようにしてクロックから見積もった数値は、超音波信号の飛行時間測定値に生じる誤差に対応するパラメータであるτに近似していると考えられる。τが最大２００ｎｓ程度であれば、ｅが１０ｍｍ／μｓ以下であるよう筆記領域を設定することにより、ｅ×τの大きさを最大２ｍｍ（＝１０ｍｍ／μｓ×２００ｎｓ）程度であるように制御することが可能となる。超音波信号の飛行時間測定値に生じる誤差の最大値はシステムの設計に依存するため、誤差がより小さいシステムの場合には、同じｅに対してより小さいｅ×τの大きさを得ることができる。
また、ｅの大きさは音速に依存するため、音速に影響を与える環境条件として例えば温度などを考慮する必要がある。例えば、１０℃から４０℃の範囲における音速の変動は約５％程度であって、ｅの大きさに対しては、厳密な議論を必要とする場合以外は問題にならないと考えられるが、温度センサのような環境条件測定部を設け、環境条件の影響を補正することが好ましい。数式２を見ると分かるように、例えば温度変化の影響によって音速ｖが変化すると、位置座標データ（ｘ，ｙ）が変化してしまうが、温度センサのような環境条件測定部を設ければ、その影響を補正することが可能であるため、その点からも好ましい。
【００２９】
文字認識領域は、ｅ×τの大きさが２ｍｍ以下であるような閉じた領域の内側に設定でき、これは、同じくτが２００ｎｓ程度であるような手書き筆跡入力システムにおいて、ｅが１０ｍｍ／μｓ以下であるような領域に対応する（２ｍｍ＝１０ｍｍ／μｓ×２００ｎｓ）。この領域は、筆記者の文字の特徴は除去される恐れがあるものの、適切な補正処理を適用すれば、少なくとも、文字の形状を正確に抽出し、ＯＣＲ処理によって文字コードデータ化することが可能であるような領域である。
また、筆跡認識領域は、ｅ×τの大きさが１ｍｍ以下であるような閉じた領域の内側に設定でき、これは、同じくτが２００ｎｓ程度であるような手書き筆跡入力システムにおいて、ｅが５ｍｍ／μｓ以下であるような領域に対応する（１ｍｍ＝５ｍｍ／μｓ×２００ｎｓ）。この領域は、少なくとも、筆記者の文字の特徴の再現性を、ジッタを除去する補正処理を適用しても、筆記者自身が自筆によるものであると認識することができるレベルに維持できる領域であるといえる。
更に、署名認証領域は、ｅ×τの大きさが０．２ｍｍ以下であるような閉じた領域の内側に設定でき、これは、τが２００ｎｓ程度であるような手書き筆跡入力システムにおいては、ｅが１ｍｍ／μｓ以下であるような領域に対応する（０．２ｍｍ＝１ｍｍ／μｓ×２００ｎｓ）。システムの位置座標データの出力解像度を１００ｄｐｉとすれば、ｅ×τは最小単位である０．２５ｍｍよりも小さくなる。従って、その筆記領域内に入力された筆跡データは、筆記者の文字の特徴を特に忠実に再現していることが期待でき、筆跡データへの変換時に、ジッタを除去するような補正処理を適用しないか、適用したとしても補正の程度を小さく設定することが可能となる。このことから、筆跡データが表現する筆記者の筆記特性、つまり、カーブや止め、はね、はらいなどを、より正確に抽出することができる。
最後に、同じくτが２００ｎｓ程度であるような手書き筆跡入力システムにおいて、ｅが１０ｍｍ／μｓ以上であるような領域では、ｅ×τの大きさが最大２ｍｍを超える。このような領域においては、例え補正処理を適用したとしても、ＯＣＲ処理に耐えず、また目視による認識性にも非常に劣るような筆跡データしか得られないと考えられる。
【００３０】
理論上は、超音波受信部６及び７の間隔を広くすればするほど、ジッタが小さい領域を大きくすることができる。手書き筆跡入力という技術分野においては、被記録媒体として、たかだか、幅２ｍ、高さ１ｍ程度のホワイトボードまでを筆記領域として想定すればよいと考えられ、その場合、超音波受信部６及び７の原点からの距離ａとして最大５００ｍｍ程度が妥当だと考えられる。超音波信号が空気中で減衰することから、それを超える大きさの筆記領域を設定するために超音波受信部６及び７の間隔を極めて大きくした場合には、Ｓ／Ｎ比が悪くなって信号を検出しにくくなり、電子ペン１の発信出力を増大させると共に、超音波受信部６及び７が受信した信号を更に大きく増幅するなどの特別な工夫が必要になる。また、Ａ４サイズやＢ５サイズの用紙を被記録媒体とする場合でも、受信装置２の設置面積、場合によっては可搬性などを考慮すると、超音波受信部６及び７の間隔が被記録媒体の大きさに比べてあまり大きすぎるのは好ましくない場合がある。
【００３１】
例えば、図３に示すように、一つの被記録媒体５上に、ｅの分布に基づいて、目的に合わせて異なる筆跡精度を設定した複数の筆記領域９Ａ、９Ｂ、及び９Ｃを同時に設けるように、被記録媒体５を設計することが可能である。例えば、ａ＝５０ｍｍとして超音波受信部６及び７をそれぞれ（５０，０）及び（−５０，０）（それぞれ単位はｍｍ）に配置し、τが２００ｎｓ程度であるような手書き筆跡入力システムにおいては、被記録媒体としてＡ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）の用紙を用いた場合、一例として、図３に示すように、ｅ×τの大きさが２ｍｍ以下であるような領域の内側に文字認識領域９Ａを設定し、またｅ×τの大きさが１ｍｍ以下であるような領域の内側に筆跡認識領域９Ｂを、更にｅ×τの大きさが０．２ｍｍ以下であるような領域の内側に署名認証領域９Ｃを設定することができる。
また、一つの被記録媒体５において、筆跡認識領域が署名認証領域を含むような構成を採用することが可能であり、そのような被記録媒体５を用いて、例えば、署名認証領域に入力された筆跡データを、署名認証に用いた後は破棄するのではなく、個人識別性を持った筆跡データとして利用するような手書き筆跡入力システムを実現することができる。
更に、異なる筆跡精度を設定した複数の筆記領域を同時に設ける場合、図４に例示するように、超音波受信部を三つ以上設け、例えば、二つの超音波受信部６及び７を選択し、ｅ×τの大きさが２ｍｍ以下であるような領域の内側に文字認識領域９Ａ、またｅ×τの大きさが１ｍｍ以下であるような領域の内側に筆跡認証領域９Ｂを設定する他、二つの超音波受信部７及び１０を選択し、ｅ×τの大きさが０．２ｍｍ以下であるような領域の内側に署名認証領域９Ｃを設定するような構成も可能である。このような構成下では、例えば、まず超音波受信部６及び７の計測値を用いて電子ペン１の位置座標データを計算し、位置座標データが二つの超音波受信部７及び１０に対する署名認証領域９Ｃに含まれるようであれば、超音波受信部７及び１０の計測値を用いて電子ペン１の位置座標データを計算し直すようにすればよい。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例及び比較例により、本発明を、図面を参照して説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
【００３３】
（実施例１）
本実施例においては、ａ＝５０ｍｍとし、二つの超音波受信部６及び７を、それぞれ（５０，０）及び（−５０，０）（単位はｍｍ）に設置した（二つの超音波受信部の間隔は１００ｍｍ）。また、被記録媒体５としてＡ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）の用紙を使用した。ａ＝５０ｍｍに対して、数式３を用いてｅの分布を計算した結果を、図３に示す。本実施例において使用した手書き筆跡入力システムは、測定の結果、τが２００ｎｓ程度であることが分かった。従って、図３を元に、ｅが１０ｍｍ／μｓ以下である領域内の、−８０ｍｍ≦ｘ≦８０ｍｍ、２５０ｍｍ≦ｙ≦３００ｍｍを文字認識領域９Ａとして設定し、ｅが５ｍｍ／μｓ以下である領域内の、−８０ｍｍ≦ｘ≦８０ｍｍ、９０ｍｍ≦ｙ≦２２０ｍｍを筆跡認識領域９Ｂとして設定し、ｅが１ｍｍ／μｓ以下である領域内の、−５０ｍｍ≦ｘ≦５０ｍｍ、２５ｍｍ≦ｙ≦７０ｍｍを署名認証領域９Ｃとして設定した。文字認識領域９Ａ、筆跡認識領域９Ｂ、及び署名認証領域９Ｃとも、Ａ４サイズ内に収まるよう設定した。また、位置座標データを筆跡データに変換する際に、ジッタを除去する補正処理として、ローパスフィルタを適用した。
実験は、筆記部としてボールペンを具備した電子ペン１を用いて、署名認証領域９Ｃ内の筆記位置１１、筆跡認識領域９Ｂ内の筆記位置１２、及び文字認識領域９Ａ内の筆記位置１３に、それぞれ「日」という文字を書くという方法で実施した。文字の大きさは、最も一般的なノート罫線の幅であるＢ罫の高さに合わせ、高さを約６ｍｍとした。
【００３４】
（比較例１）
本比較例では、実施例１の構成を用い、ｅが１０ｍｍ／μｓ以上であるような領域である位置１４に、実施例１と同じく、「日」という文字を書くという方法で実験を実施した。ただしこのとき、位置１４はＡ４サイズ外であったため、特に用紙を設置した。
【００３５】
上記実施例１及び比較例１の実験結果を表１に示す。
まず、被記録媒体５上の筆記位置１１〜１４に記録された「日」の筆跡を画像としてスキャナで取り込み、２値化したものを図５の「被記録媒体上の筆跡のスキャン」に、また、それらに対応する筆跡データを図５の「筆跡データ」にそれぞれ示す。これらの筆跡データをＯＣＲソフトによって文字認識したところ、筆記位置１１、１２、及び１３に入力された筆跡データについては、問題なく「日」という文字であると認識された。しかし、筆記位置１４に入力された筆跡データについては、少なくとも「日」という文字とは認識されなかった。
また、被記録媒体５上に記録された筆跡に対する筆跡データの再現性を、次のようにして評価した。まず、被記録媒体５上に記録された筆跡を画像としてスキャナで取り込み、２値化して、黒の画素数を計測し、「筆跡黒画素数」とした。次に、取り込んだ画像の上に、筆跡データを、線の幅を合わせ、色を白く設定して重ねて表示した。これにより、筆跡データが被記録媒体５上に記録された筆跡を再現できなかった部分が、黒く残される。この結果を、図５の「筆跡データが被記録媒体上の筆跡を再現できなかった部分」に示した。この状態で、黒の画素数を計測し、「非再現黒画素数」とした。そして、被記録媒体５上に記録された筆跡に対する筆跡データの再現性を、
再現率＝（筆跡黒画素数−非再現黒画素数）／筆跡黒画素数×１００
と定義した。その結果、特に筆記位置１１、また筆記位置１２については好適な再現性を示したが、筆記位置１３についてはやや劣る結果となり、筆記位置１４についてはかなり劣る結果を得た。特に署名認証領域９Ｃ内の筆記位置１１については、始筆や終筆、角の形状、また直線部の微妙な曲がりなども含めてよく再現されており、筆跡認識領域９Ｂ内の筆記位置１２についても、すべての形状的な特徴を再現できているわけではないものの、筆記者が自筆によるものであることを認識できるレベルでは再現されていると考えられる。これらに対し、例えば文字認識領域９Ａ内の筆記位置１３については、始筆や終筆が歪んだり、角の形状が丸まってしまったり、直線部が崩れてしまったりしており、筆記者が自筆によるものであることを認識するのは困難と思われる。もっとも、筆記位置１３については、ＯＣＲ処理には問題ないレベルで文字の形状が再現されている。また、筆記位置１４については、何度か試行したところ、ＯＣＲソフトによる文字認識が失敗することがしばしばだった。
これらの結果により、二つの超音波受信部の間隔から、数式３を用いて、筆跡精度を目的に合わせて文字認識領域、筆跡認識領域、及び署名認証領域を設定することの有効性が確認された。
【００３６】
【表１】
2007272710.tif 000008
【００３７】
（実施例２）
本実施例においては、ａ＝６８ｍｍとし、超音波受信部６及び７を、それぞれ（６８，０）及び（−６８，０）（単位はｍｍ）に設置した（二つの超音波受信部の間隔は１３６ｍｍ）。ａ＝６８ｍｍに対して、数式３を用いてｅの分布を計算した結果を、図６に示す。本実施例において使用した手書き筆跡入力システムは、測定の結果、τが２００ｎｓ程度であることが分かった。従って、図６を元に、ｅが１０ｍｍ／μｓ以下（ｅ×τが２ｍｍ以下）である領域内の−１００ｍｍ≦ｘ≦１００ｍｍ、２５ｍｍ≦ｙ≦３１０ｍｍを文字認識領域１５Ａとして設定した。そして、文字認識領域１５Ａの内側に、ｅが１ｍｍ／μｓ以下（ｅ×τが０．２ｍｍ以下）である領域内の−５０ｍｍ≦ｘ≦５０ｍｍ、４０ｍｍ≦ｙ≦９０ｍｍを署名認証領域１５Ｃとして設定した。また、位置座標データを筆跡データに変換する際に、ジッタを除去する補正処理として、ローパスフィルタを適用したが、筆跡特徴をできるだけ保持するよう、ローパスフィルタの遮断周波数を高めに設定した。
実験は、次のような手順で行った。筆記部としてボールペンを具備した電子ペン１を用いて、被記録媒体５として用いた用紙に設定した署名認証領域１５Ｃの内部に、同じ署名を１０回筆記し、入力された筆跡データを元に署名認証の照合用データを作成した。次に、同じ署名認証領域１５Ｃの内部に署名を筆記し、入力された筆跡データが認証を通過するかどうかチェックする試行を数回繰り返した。
【００３８】
（比較例２）
本比較例では、実施例２の構成を用いて、ｅが１ｍｍ／μｓ以下であるような領域の外側に、−５０ｍｍ＜＝ｘ＜＝５０ｍｍ、２００ｍｍ＜＝ｙ＜＝２５０ｍｍを筆記領域１６として、署名認証領域１５Ｃと同じ大きさに設定した。筆記領域１６に署名を筆記し、入力された筆跡データが認証を通過するかどうかチェックする試行を数回繰り返した。認証の照合用データとしては、実施例２で作成したものを使用した。
【００３９】
上記実施例２及び比較例２の実験結果を表２に示す。
実施例２においては、認証に関して好適な結果を得られたのに対し、比較例２においてはそれにやや劣る結果を得た。一方、実施例２及び比較例２のいずれに対しても、筆跡データをＯＣＲソフトによって文字認識したところ、問題なく好適な文字認識結果を得ることができた。これは、比較例２においても決してジッタが大きいというわけではないものの、筆跡データが含む筆跡特徴を若干鈍らせるだけの影響を与えていることを示すと考えられ、特にｅが小さな領域内に署名認証領域１５Ｃを設定することにより、ジッタの大きさが極めて小さい領域内に署名認証領域１５Ｃを設定することになるため、署名認証のような用途に適することが確認され、数式３の有効性が確認された。
【００４０】
【表２】
2007272710.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】手書き筆跡入力システムの一例を示す斜視図。
【図２】電子ペン１と超音波受信部６及び７の位置関係を示す模式図。
【図３】ｅの分布及び文字認識領域、筆跡認識領域、署名認証領域の設定の一例を示す図。
【図４】三つの超音波受信部を使用した、文字認識領域、筆跡認識領域、署名認証領域の設定の一例を示す図。
【図５】実施例１における被記録媒体上の筆跡、筆跡データ、及び筆跡データが被記録媒体上の筆跡を再現できなかった部分を示す図。
【図６】ｅの分布及び文字認識領域、署名認証領域、及び比較用筆記領域の設定の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１  電子ペン
２  受信装置
３  コンピュータ
４  通信インタフェース
５  被記録媒体
６、７、１０  超音波受信部
８  ｅが最小となる円弧
９Ａ  文字認識領域
９Ｂ  筆跡認識領域
９Ｃ  署名認証領域
１１、１２、１３、１４  筆記位置
１５Ａ  文字認識領域
１５Ｃ  署名認証領域
１６  筆記領域
【図１】
2007272710.tif 000011
【図２】
2007272710.tif 000012
【図３】
2007272710.tif 000013
【図４】
2007272710.tif 000014
【図５】
2007272710.tif 000015
【図６】
2007272710.tif 000016