(57)【要約】【課題】筆記面から筆記具が意図せずに離れた場合等であっても、より良好な筆跡を得られる位置読み取り装置等を提供する。【解決手段】筆記具１０が筆記面２１ａに接触しつつ移動するときに発生する摩擦音を取得するために予め定められた位置に配されるマイク２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、マイク２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより摩擦音が取得される時間に基づいて、筆記具１０と筆記面２１ａとが接触する位置である接触位置を導出する接触位置導出手段と、筆記具１０が筆記面２１ａから離間することにより摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、摩擦音消失期間における接触位置を補間するか否かを決定し、補間すると決定した場合に接触位置導出手段により導出された筆記具１０の接触位置を補間する位置補間手段と、を備えることを特徴とする位置読み取り装置２０。【選択図】図１
2013073254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筆記具が筆記面に接触しつつ移動するときに発生する摩擦音を取得するために予め定められた位置に配される複数の摩擦音取得手段と、
前記摩擦音取得手段により前記摩擦音が取得される時間に基づいて、前記筆記具と前記筆記面とが接触する位置である接触位置を導出する接触位置導出手段と、
前記筆記具が前記筆記面から離間することにより前記摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、当該摩擦音消失期間における前記接触位置を補間するか否かを決定し、補間すると決定した場合に前記接触位置導出手段により導出された当該筆記具の接触位置を補間する位置補間手段と、
を備えることを特徴とする位置読み取り装置。
【請求項２】
前記摩擦音取得手段は、３箇所以上に配され、
前記接触位置導出手段は、当該接触位置導出手段により前記摩擦音が取得される時間差に基づいて、前記接触位置を導出することを特徴とする１または２に記載の位置読み取り装置。
【請求項３】
前記摩擦音の予め定められた特徴点から前記筆記具により前記筆記面に描かれる筆跡の色彩を判定する色彩判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置読み取り装置。
【請求項４】
前記位置補間手段は、前記摩擦音消失期間の前記摩擦音が消失した時間と予め定められた第１の閾値、および前記摩擦音消失期間の前後における前記接触位置の距離と予め定められた第２の閾値とを比較することで前記接触位置を補間することを決定することを特徴とする請求項１に記載の位置読み取り装置。
【請求項５】
筆記面と接触しつつ移動することで予め定められた色彩を有する筆跡を描く接触部を備え、
前記接触部は、前記筆記面と接触しつつ移動するときに筆跡が有する色彩に応じて予め定められた特徴点を有する摩擦音を発生することで、当該摩擦音により前記筆記面における当該接触部の位置に関する情報および筆跡の色彩に関する情報を発信することを特徴とする筆記具。
【請求項６】
筆記面と接触しつつ移動することで予め定められた色彩を有する筆跡を描くとともに、当該色彩毎に予め定められた特徴点を有する摩擦音を発生する筆記具と、
前記摩擦音を取得するために予め定められた位置に配される複数の摩擦音取得手段と、
前記摩擦音取得手段により前記摩擦音が取得される時間に基づいて、前記筆記具と前記筆記面とが接触する位置である接触位置を導出する接触位置導出手段と、
前記摩擦音が有する特徴点により前記筆記具により前記筆記面に描かれる筆跡が有する色彩を判定する色彩判定手段と、
を備えることを特徴とする筆跡読み取りシステム。
【請求項７】
前記筆記具が前記筆記面から離間することにより前記摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、当該摩擦音消失期間における前記接触位置を補間するか否かを決定する位置補間手段を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の筆跡読み取りシステム。
【請求項８】
前記筆記面に描かれた筆跡を当該筆跡が有する色彩にて表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の筆跡読み取りシステム。
【請求項９】
コンピュータに、
筆記具が筆記面と接触しつつ移動するときに発生する摩擦音が取得された時間に基づいて、当該筆記面における当該筆記具の位置を導出する機能と、
前記筆記具が前記筆記面から離間することにより前記摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、当該摩擦音消失期間における前記筆記具の位置を補間するか否かを決定する機能と、
補間すると決定した場合に前記筆記具の位置を補間する機能と、
を実現させるプログラム。
【請求項１０】
前記摩擦音の予め定められた特徴点から前記筆記具により前記筆記面に描かれる筆跡の色彩を判定する機能を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置読み取り装置、筆記具、筆跡読み取りシステム、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より黒板やホワイトボードなどに筆記具により描かれた筆跡を検出し、記載内容を記録用紙等に出力する電子黒板等が知られている。
【０００３】
特許文献１には、加速度センサは筆記部の運動成分を検出し、筆記算出部は加速度センサが検出した筆記部の運動成分を基に筆記部の移動方向及び移動距離を検出して筆記部の筆跡を算出し、基準点検出部は被筆記面を調べて筆跡の曲率が急激に変化したか否か及び既に筆記した筆跡と筆記部が接触したか否かを検出し、筆跡補正部は筆跡算出部が算出した筆記部の筆跡を基準点検出部が検出した筆跡が急激に変化した点及び筆記部の筆跡の接触した点を補正基準点として補正するペン型入力装置が開示されている。
また特許文献２には、音波発信部と赤外光発信部とを有する可動部と、可動部からの赤外光を受光すると共に可動部からの音波を受波する位置固定の受信部と、可動部からの赤外光を受光すると共に可動部からの音波を受波する受信部とを有し、可動部の位置を検出する電子ペンの位置検出装置であって、所定の位置に固定され、補正用音波を発信する補正用音波発信部を備え、受信部および受信部の一方または両方は、補正用音波発信部からの補正用音波を受波し、補正用音波の伝播時間により、可動部から受波した音波の伝播時間を補正する位置検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０１７０２号公報
【特許文献２】特開２００２−３３３３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、筆記面から筆記具が意図せずに離れた場合等であっても、より良好な筆跡を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、筆記具が筆記面に接触しつつ移動するときに発生する摩擦音を取得するために予め定められた位置に配される複数の摩擦音取得手段と、前記摩擦音取得手段により前記摩擦音が取得される時間に基づいて、前記筆記具と前記筆記面とが接触する位置である接触位置を導出する接触位置導出手段と、前記筆記具が前記筆記面から離間することにより前記摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、当該摩擦音消失期間における前記接触位置を補間するか否かを決定し、補間すると決定した場合に前記接触位置導出手段により導出された当該筆記具の接触位置を補間する位置補間手段と、を備えることを特徴とする位置読み取り装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記摩擦音取得手段は、３箇所以上に配され、前記接触位置導出手段は、当該接触位置導出手段により前記摩擦音が取得される時間差に基づいて、前記接触位置を導出することを特徴とする１または２に記載の位置読み取り装置である。
請求項３に記載の発明は、前記摩擦音の予め定められた特徴点から前記筆記具により前記筆記面に描かれる筆跡の色彩を判定する色彩判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置読み取り装置である。
請求項４に記載の発明は、前記位置補間手段は、前記摩擦音消失期間の前記摩擦音が消失した時間と予め定められた第１の閾値、および前記摩擦音消失期間の前後における前記接触位置の距離と予め定められた第２の閾値とを比較することで前記接触位置を補間することを決定することを特徴とする請求項１に記載の位置読み取り装置である。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、筆記面と接触しつつ移動することで予め定められた色彩を有する筆跡を描く接触部を備え、前記接触部は、前記筆記面と接触しつつ移動するときに筆跡が有する色彩に応じて予め定められた特徴点を有する摩擦音を発生することで、当該摩擦音により前記筆記面における当該接触部の位置に関する情報および筆跡の色彩に関する情報を発信することを特徴とする筆記具である。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、筆記面と接触しつつ移動することで予め定められた色彩を有する筆跡を描くとともに、当該色彩毎に予め定められた特徴点を有する摩擦音を発生する筆記具と、前記摩擦音を取得するために予め定められた位置に配される複数の摩擦音取得手段と、前記摩擦音取得手段により前記摩擦音が取得される時間に基づいて、前記筆記具と前記筆記面とが接触する位置である接触位置を導出する接触位置導出手段と、前記摩擦音が有する特徴点により前記筆記具により前記筆記面に描かれる筆跡が有する色彩を判定する色彩判定手段と、を備えることを特徴とする筆跡読み取りシステムである。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、前記筆記具が前記筆記面から離間することにより前記摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、当該摩擦音消失期間における前記接触位置を補間するか否かを決定する位置補間手段を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の筆跡読み取りシステムである。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、前記筆記面に描かれた筆跡を当該筆跡が有する色彩にて表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の筆跡読み取りシステムである。
【００１２】
請求項９に記載の発明は、コンピュータに、筆記具が筆記面と接触しつつ移動するときに発生する摩擦音が取得された時間に基づいて、当該筆記面における当該筆記具の位置を導出する機能と、前記筆記具が前記筆記面から離間することにより前記摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、当該摩擦音消失期間における前記筆記具の位置を補間するか否かを決定する機能と、補間すると決定した場合に前記筆記具の位置を補間する機能と、を実現させるプログラムである。
【００１３】
請求項１０に記載の発明は、前記摩擦音の予め定められた特徴点から前記筆記具により前記筆記面に描かれる筆跡の色彩を判定する機能を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のプログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、筆記面から筆記具が意図せずに離れた場合等であっても、より良好な筆跡を得られる位置読み取り装置を提供できる。
請求項２の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、計測される筆記具の位置精度がより向上する。
請求項３の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、筆記具の位置とともに筆跡の色彩についても導出することができる。
請求項４の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、摩擦音消失期間がかすれによるものかをより精度よく判定することができる。
請求項５の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、簡単な構成で筆記具の位置と筆跡の色彩の情報を発信できる筆記具を提供できる。
請求項６の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、筆記面から筆記具が意図せずに離れた場合等であっても、より良好な筆跡を得られる筆跡読み取りシステムを提供できる。
請求項７の発明によれば、かすれが生じてもその部分を補間することができる。
請求項８の発明によれば、筆跡を表示手段において確認することができる。
請求項９の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、筆記面から筆記具が意図せずに離れた場合等であっても、より良好な筆跡を得られる機能をコンピュータにより実現できる。
請求項１０の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、筆記具の位置とともに筆跡の色彩についても導出する機能をコンピュータにより実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態の筆跡読み取りシステムの概要を示す図である。
【図２】筆記具について説明した断面図である。
【図３】演算装置の構成を説明した図である。
【図４】位置読み取り装置の動作を説明したフローチャートである。
【図５】音速のキャリブレーションを手動で行なう場合の方法について説明した図である。
【図６】（ａ）〜（ｂ）は、複数のマイクロフォンを使用して筆記具の位置を求める方法について説明した図である。
【図７】（ａ）は、筆跡のかすれが生じた部分について説明した図である。（ｂ）は、かすれが生じたときのマイクロフォンで取得された摩擦音の波形を示した図である。
【図８】位置補間部が摩擦音消失期間を検知し、この期間がかすれが生じている期間であると判定する方法、および接触位置を補充する方法について説明したフローチャートである。
【図９】ＦＦＴ部において高速フーリエ変換が行なわれた後のパワースペクトルの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜筆跡読み取りシステムの全体構成の説明＞
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の筆跡読み取りシステム１の概要を示す図である。
図１に示す筆跡読み取りシステム１は、筆記を行なうための筆記具１０と、筆記具１０の位置を読み取る位置読み取り装置２０と、位置読み取り装置２０により読み取られた筆記具の位置から筆記具１０の筆跡を導出して表示する表示装置３０とを備える。
【００１７】
＜筆記具の説明＞
図２は、筆記具１０について説明した断面図である。
図２に示す筆記具１０は、所謂フェルトペンであり、予め定められた色彩を有するインクを染みこませて貯留する中綿部１１と、筆記面と接触する接触部の一例であるペン先部１２と、中綿部１１とペン先部１２を収容するペン本体１３と、筆記具１０を使用しないときにペン先部１２の乾燥を抑制するためのキャップ１４とを備える。本実施の形態の場合、ペン先部１２は、フェルトからなり、中綿部１１に貯留されたインクは、このフェルトによる毛細管現象により吸い出され、必要量に応じたインクがペン先部１２から供給される。そしてペン先部１２が、筆記面と接触しつつ移動することで予め定められた色彩を有する筆跡が筆記面上に描かれる。
【００１８】
詳しくは、後述するが、ペン先部１２は、筆記面と接触しつつ移動するときに筆跡が有する色彩に応じて予め定められた特徴点を有する摩擦音を発生する。そしてこの摩擦音により筆記面におけるペン先部１２の位置に関する情報および筆跡の色彩に関する情報を発信する。つまり筆記具１０により筆記面に筆跡を描く際に、筆記具１０は、筆記具１０の有する色毎に異なる摩擦音を発生する。これは、例えば、ペン先部１２の材質、形状、硬度等を変化させることで実現することができる。
【００１９】
＜表示装置の説明＞
図１に戻り、表示装置３０は、例えばノート型のＰＣ（Personal Computer）であり、位置読み取り装置２０により読み取られた筆記具の位置から筆記具１０の筆跡を導出する。そして液晶ディスプレイ等の表示部にこの筆跡が有する色彩を付けて筆記具１０の筆跡を表示する。つまり表示装置３０は、筆記面に描かれた筆跡を筆跡が有する色彩にて表示する表示手段として機能する。なお図１において位置読み取り装置２０と表示装置３０とは有線にて接続されているが、これに限られるものではなく、Ｗｉ−Ｆｉ（Wireless Fidelity）、Bluetooth、ZigBee、ＵＷＢ（Ultra Wideband）等の既存の方式による無線通信回線を介して接続されていてもよい。
【００２０】
＜位置読み取り装置の構成の説明＞
位置読み取り装置２０は、筆記面２１ａを有する被筆記手段としての筆記板２１と、筆記具１０が筆記面２１ａに接触しつつ移動するときに発生する摩擦音を取得するために予め定められた位置に配される摩擦音取得手段の一例としてのマイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、マイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより取得した摩擦音から筆記面２１ａ上の筆記具１０の位置および筆跡の色彩を導出する演算装置２３とを備える。
【００２１】
筆記板２１は、本実施の形態では、例えば、黒板やホワイトボードである。ただし特に限定されるものではなく、タブレット、紙などでもよい。そして筆記具１０により筆跡を描くことができる筆記面２１ａを有する。筆記面２１ａは、平面状であり、本実施の形態では、図中横方向に伸びる辺を長辺とする矩形形状をなすが、この形状については、特に限定されることはない。
【００２２】
マイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、各々別々の場所に配される。本実施の形態では、マイクロフォン２２ａ，２２ｂは、筆記面２１ａの図中上方側の長辺の右端および左端にそれぞれ配され、マイクロフォン２２ｃは、筆記面２１ａの図中左側の短辺の下端に配される。そして筆記具１０により筆記面２１ａ上で筆跡が描かれる際の摩擦音を収集し、収集した摩擦音をアナログの電気信号であるアナログ信号に変換して演算装置２３に送出する。マイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより収集される摩擦音は、人が聴覚として感知することができる可聴音であってもよいが、本実施の形態では、例えば、超音波を使用する。マイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃの種類としては、ダイナミック型、コンデンサ型、エレクトレットコンデンサ型、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型等、既存の種々のものを用いてよい。
【００２３】
図３は、演算装置２３の構成を説明した図である。
図３における演算装置２３は、音速のキャリブレーションを行なう音速キャリブレーション部２３１と、マイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより取得されアナログ信号として演算装置２３に送られる摩擦音の情報をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog-to-Digital）コンバータ２３２と、マイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより摩擦音が取得される時間に基づいて筆記具１０と筆記面２１ａとが接触する位置である接触位置を導出する接触位置導出手段の一例である接触位置導出部２３３と、筆記具１０が筆記面１０ａから離間することにより摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、摩擦音消失期間における接触位置を補間するか否かを決定し、補間すると決定した場合に接触位置導出部２３３により導出された筆記具１０の接触位置を補間する位置補間手段の一例としての位置補間部２３４と、Ａ／Ｄコンバータ２３１によりデジタル信号に変換された摩擦音の情報を高速フーリエ変換するＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部２３５と、摩擦音の予め定められた特徴点から筆記具１０により筆記面１０ａに描かれる筆跡の色彩を判定する色彩判定手段の一例としての色判定部２３６と、この特徴点を記憶する記憶部２３７と、筆記具１０の位置の情報および筆跡が有する色彩の情報を出力する筆跡情報出力手段の一例としての出力部２３８とを備える。
【００２４】
＜位置読み取り装置の動作の説明＞
また図４は、位置読み取り装置２０の動作を説明したフローチャートである。
以下、図２〜図４に基づき、位置読み取り装置２０の動作の概略を説明する。
まず位置読み取り装置２０の電源がＯＮになると、音速キャリブレーション部２３１により音速のキャリブレーションを行なう（ステップ１０１）。そして筆記具１０により筆記面２１ａに筆跡が描かれるとその際に発生する摩擦音をマイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃが捉える。このとき摩擦音の情報は、マイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃによりアナログ信号に変換され演算装置２３に送られる（ステップ１０２）。そして演算装置２３のＡ／Ｄコンバータ２３１により摩擦音の情報はＡ／Ｄ変換され、デジタル信号となる（ステップ１０３）。デジタル信号に変換された摩擦音の情報は、接触位置導出部２３３とＦＦＴ部２３５の双方に送られる。接触位置導出部２３３では、マイクロフォン２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより摩擦音が取得される時間差に基づいて、筆記具１０と筆記面２１ａとが接触する位置である接触位置を導出することで筆記具１０の位置を求める（ステップ１０４）。また位置補間部２３４では、筆記具１０が筆記面１０ａから離間することにより摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、前記摩擦音消失期間の摩擦音が消失した時間と予め定められた第１の閾値、および摩擦音消失期間の前後における接触位置の距離と予め定められた第２の閾値とを比較することで接触位置を補間することを決定する。そして補間すると決定した場合に接触位置導出部２３３により導出された筆記具１０の接触位置を補間する（ステップ１０５）。
【００２５】
一方、ＦＦＴ部２３５に送られた摩擦音の情報は、ＦＦＴ部２３５において高速フーリエ変換が行なわれ、パワースペクトルが導出される（ステップ１０６）。そして色判定部２３６では、パワースペクトル中の予め定められたサンプリング点においてパターンマッチングを行なう（ステップ１０７）。この際、パターンマッチングを行なうためのパワースペクトル中の特徴点の情報については、記憶部２３７に格納されており、色判定部２３６は、記憶部２３７からこの情報を取得する。そしてこのパターンマッチングにより色判定部２３６は、筆記具１０により筆記面１０ａに描かれる筆跡の色彩を判定する（ステップ１０８）。
【００２６】
そして筆跡が有する色彩の情報は、筆記具１０と筆記面２１ａとの接触位置の情報とともに出力部２３８により出力され、表示装置３０に送られる（ステップ１０９）。
【００２７】
次に上述したステップ１０１における音速のキャリブレーションを行なう方法、ステップ１０４における筆記具１０の位置を求める方法、ステップ１０５における筆記具１０の位置を補間する方法、およびステップ１０７におけるパターンマッチングを行なう方法について更に詳しく説明を行なう。
【００２８】
＜音速のキャリブレーションを行なう方法の説明＞
本実施の形態では、詳しくは後述するが、音速を使用して筆記具１０の位置を導出する。そのため位置読み取り装置２０が置かれる空気中の音速を予め知っておく必要がある。
本実施の形態において、音速のキャリブレーションを行なうには、例えば、自動的に行なうことができる。
音速は、例えば、以下の（１）式および（２）式の計算式を使用することで算出することができる。ここで（１）式は、音速ｃを導出する標準的な計算式である。また（２）式は、空気中の水蒸気圧ｐを考慮に入れた場合の補正式である。（２）式を使用することで、空気中の水蒸気圧ｐを考慮に入れた補正後の音速ｃ’を音速ｃから求めることができる。
【００２９】
【数１】
2013073254.tif 000003
【００３０】
【数２】
2013073254.tif 000004
【００３１】
（１）式および（２）式において、κ：空気の比熱比、Ｒ：気体定数、Ｔ：空気の絶対温度、Ｍ：空気の平均分子量、Ｈ：気圧、ｐ：水蒸気圧、γｗ：水蒸気の定圧比熱と定積比熱との比、γ：乾燥空気の定圧比熱と定積比熱との比、である。
【００３２】
実際には、温度、湿度、気圧の各値と音速との対応表（ＬＵＴ：Look up Table）を作成しておく。そして筆跡読み取りシステム１に温度計、湿度計、および気圧計を設置し、これらの装置から温度、湿度、気圧の値をそれぞれ取得し、対応表を参照することで音速を求めることができる。この作業は、演算装置２３の音速キャリブレーション部２３１が自動的に行なうことができる。
【００３３】
また音速のキャリブレーションは、手動により行なうこともできる。
図５は、音速のキャリブレーションを手動で行なう場合の方法について説明した図である。
まず予め位置が確定された固定のキャリブレーションポイントＣを設定する。そしてこのキャリブレーションポイントＣからのマイクロフォン２２ａからの距離をａ、マイクロフォン２２ｂからの距離をｂとすると、音速ｃは、以下の（３）式〜（５）式により求まる。
【００３４】
ｃ１＝ａ／ｔ１    …（３）
【００３５】
ｃ２＝ｂ／ｔ２    …（４）
【００３６】
ｃ＝（ｃ１＋ｃ２）／２    …（５）
【００３７】
この方法による音速のキャリブレーションは、演筆跡読み取りシステム１を使用するユーザが、筆記具１０により実際に摩擦音を発生する必要があるため、手動で行なう方式となる。
【００３８】
ここで例えば、１５℃（２８８．１５Ｋ）の乾燥空気中において、（１）式から算出される実際の音速は、κ＝１．４０３、Ｍ＝２９．９６６Ｅ−３（ｋｇ／ｍｏｌ）、Ｒ＝８．３１４４７２（ｍ２ｋｇ／ｓ２ Ｋ ｍｏｌ）として、ｃ＝３４０．６５２２１８７（ｍ／ｓ）である。そのため筆記具１０により１ｃｍ（０．０１ｍ）の線分を描く場合、必要な時間精度は、０．０１（ｍ）／ｃ＝２．９３５５Ｅ−５（ｓ）＝約２９（μｓ）となる。よって本実施の形態では、μｓオーダーで時間を測定できれば、筆記具１０の位置を求める精度としては、問題がないものとなる。これを周波数で換算すると、摩擦音は、３０（ｋＨｚ）以上の周波数を含むことが好ましい。つまり摩擦音に超音波を含むことが好ましい。
【００３９】
＜筆記具の位置を求める方法の説明＞
図６（ａ）〜（ｂ）は、複数のマイクロフォンを使用して筆記具１０の位置を求める方法について説明した図である。なお本実施の形態において、求める筆記具１０の位置は、より正確には、筆記具１０と筆記面２１ａとが接触する位置である接触位置である。
このうち図６（ａ）では、マイクロフォン２２ａ，２２ｂにより筆記具１０の位置の方向を求める方法について説明をしている。ここで、点Ｍ１がマイクロフォン２２ａの位置、点Ｍ２がマイクロフォン２２ｂの位置、点Ｓが筆記具１０と筆記面２１ａとが接触する位置であるとする。そして筆記具１０が筆記面２１ａに接触しつつ移動することにより摩擦音は、点Ｓから同心円状に広がる。ただし摩擦音は有限の速度である音速で広がるため摩擦音がマイクロフォン２２ａに到達した時間とマイクロフォン２２ｂに到達した時間とは異なり、摩擦音の行路差δ１２に対応した時間差Δｔ１２が生じる。そしてマイクロフォン２２ａとマイクロフォン２２ｂとの間の距離（点Ｍ１と点Ｍ２の距離）をＤ１２、マイクロフォン２２ａとマイクロフォン２２ｂを結ぶ線分（線分Ｍ１Ｍ２）と、この線分の中点Ｃ１２および点Ｓを結ぶ線分のなす角度を接触位置角度α、中点Ｃ１２と点Ｓの間の距離をＬ１２とするとこれらの間には次の（６）式が成立する。
【００４０】
δ＝（Ｌ１２２＋Ｌ１２Ｄ１２cosα＋Ｄ１２２／４）０．５−（Ｌ１２２−Ｌ１２Ｄ１２cosα＋Ｄ１２２／４）０．５    …（６）
【００４１】
また音速ｃ’と時間差Δｔを使用すると、下記（７）式が成立する。
【００４２】
δ＝ｃ’Δｔ    …（７）
【００４３】
つまりこの（６）式および（７）式を使用することで、マイクロフォン２２ａとマイクロフォン２２ｂに対する接触位置角度αが求まる。
【００４４】
図６（ｂ）は、２組のマイクロフォンを使用して筆記具１０の位置を求める方法を説明した図である。
図６（ｂ）では、マイクロフォン２２ａとマイクロフォン２２ｂ、およびマイクロフォン２２ｂとマイクロフォン２２ｃの組を使用して筆記具１０の位置を求める場合を示している。
ここで、まずマイクロフォン２２ａとマイクロフォン２２ｂの組を使用し、上述した方法により１つ目の筆記具位置角度αを求めることができる。さらにマイクロフォン２２ｂとマイクロフォン２２ｃの組を使用して２つ目の接触位置角度βを求めることができる。そして点Ｃ１２を、マイクロフォン２２ａとマイクロフォン２２ｂを結ぶ線分の中点、点Ｃ２３を、マイクロフォン２２ｂとマイクロフォン２２ｃを結ぶ線分の中点とすると、筆記具１０は、線分ＳＣ１２と線分ＳＣ２３の交点に位置する。よって接触位置角度α，βを使用することで筆記具１０の位置を導出できる。
【００４５】
＜筆記具の位置を補間する方法の説明＞
ここで筆記具１０を使用するユーザが筆記面２１ａ上で筆跡を描くにあたり、力の入れ方によっては、筆記具１０が筆記面２１ａからわずかな時間離間し、筆跡のかすれが生じることがある。そこで本実施の形態では、筆跡のかすれが生じた場合でも、位置補間部２３４（図３参照）が、かすれの部分を補間することで、本来の筆跡を再現する。
【００４６】
図７（ａ）は、筆跡のかすれが生じた部分について説明した図である。
図７（ａ）に示す筆跡では、図中左側から右側へ描かれていた筆跡が、点Ｑ１で筆記具１０が筆記面２１ａから離間することでいったん途切れている。そして点Ｑ２で再び筆記面２１ａに接触することで、再度図中左側から右側へ筆跡が描かれている。この場合、筆記具１０が筆記面２１ａから離間している間は、筆跡が描かれない。図７（ａ）では、この部分を点線で示している。そしてこの点線で示した部分について、かすれが生じている箇所であるかすれ部として認識される。
【００４７】
また図７（ｂ）は、このかすれが生じたときのマイクロフォン２２ａ等で取得された摩擦音の波形を示した図である。図７（ｂ）において横軸は時間であり、縦軸は摩擦音の音波の振幅を表わす。そしてこの場合、かすれが生じた時間ｔだけ摩擦音が消失する。そして本実施の形態では、この摩擦音消失期間の摩擦音が消失した時間ｔと予め定められた第１の閾値、および摩擦音消失期間の前後における接触位置の距離Ｑと予め定められた第２の閾値とを比較する。ここで摩擦音消失期間の前後における接触位置の距離Ｑは、上記点線の長さとなる。そして時間ｔおよび距離Ｑがともにそれぞれの閾値以下だった場合、即ち、（時間ｔ）≦（第１の閾値）かつ（距離Ｑ）≦（第２の閾値）だった場合は、かすれが生じていると判定する。つまりこの場合は、筆記を行なっているユーザの意図に反し、筆跡が途切れていると判定し、摩擦音消失期間における筆記具１０と筆記面２１ａとの接触位置を補間することを決定する。そして筆記具１０の接触位置を補間する。その結果、本来描かれるべきはずの筆跡を補充することができ、かすれが消滅する。
【００４８】
本実施の形態において時間ｔを第１の閾値と比較するのは、筆記を行なっているユーザが意図的に筆記具１０を筆記面２１ａから離間させる場合との区別を図るためである。つまりこの場合は、摩擦音消失期間が比較的長くなる傾向にあり、そのため時間ｔが第１の閾値より大きい場合は、これに該当すると判断することができる。
また距離Ｑを第２の閾値と比較するのは、濁点等との区別を図るためである。つまり筆記を行なっているユーザが濁点等を描くときは、摩擦音消失期間は、比較的短い。一方、濁点は、筆記具１０が筆記面２１ａから離間した位置からは、比較的離れた位置に描かれる場合が多い。そのため摩擦音消失期間の前後における接触位置の距離Ｑが第２の閾値より大きい場合は、これに該当すると判断することができる。
よって（時間ｔ）≦（第１の閾値）かつ（距離Ｑ）≦（第２の閾値）であるという２つの判別式により上記の２つの場合を、排除することができ、筆跡にかすれが生じているか否かの判定をより正確に行なうことができる。
【００４９】
一方、上記条件を満たさなかった場合、即ち（時間ｔ）＞（第１の閾値）、または（距離Ｑ）＞（第２の閾値）だった場合は、摩擦音消失期間は、かすれが生じている期間ではないと判定する。この場合は、筆記具１０と筆記面２１ａとの接触位置は補間されず、筆跡が補充されることはない。
【００５０】
図８は、位置補間部２３４が摩擦音消失期間を検知し、この期間がかすれが生じている期間であると判定する方法、および接触位置を補充する方法について説明したフローチャートである。以下、図７（ｂ）および図８を使用して説明を行なう。
まず第１の閾値に相当する幅の時間ウィンドウＷを設定する（ステップ２０１）。そしてこの時間ウィンドウＷを図７（ｂ）に示したように摩擦音の波形に当てはめ、例えば、時間の進行方向（図７（ｂ）では、右方向）に移動させる（ステップ２０２）。そして時間ウィンドウＷの左右の時間であるｔ１または時間ｔ２において摩擦音が存在するか否か、つまり摩擦音の振幅が存在するか否かを判定する（ステップ２０３）。そして振幅が存在した場合（ステップ２０３でＹｅｓ）は、時間ウィンドウＷの中央の時間（（ｔ２−ｔ１）／２の時間）において摩擦音の振幅がないかどうかを判定する（ステップ２０４）。そしてなかった場合（ステップ２０４でＹｅｓ）は、摩擦音消失期間が存在し、かつこの期間が第１の閾値以下であると判定できる。
【００５１】
そして次に上述した方法により、摩擦音消失期間の前後における筆記具１０の位置を求める（ステップ２０５）。そしてこの２つの位置から摩擦音消失期間の前後における接触位置の距離Ｑを求める（ステップ２０６）。さらにこの距離Ｑが第２の閾値以下であるか否かを判定する（ステップ２０７）。そして距離Ｑが第２の閾値以下であった場合（ステップ２０７でＹｅｓ）は、摩擦音消失期間において筆跡にかすれが生じていると判定できる。
摩擦音消失期間において筆跡にかすれが生じていると判断できた場合は、実際に接触位置の補間を行なう（ステップ２０８）。これは摩擦音消失期間の前後における接触位置の補間を直接行なってもよく、また摩擦音消失期間の前後における摩擦音の波形を平均化して摩擦音消失期間にコピーしてもよい。
なおステップ２０３、ステップ２０４、およびステップ２０７でＮｏであった場合は、最初に戻る。またこの判定処理は、筆記具１０の位置読み取り処理が終了するまで続く（ステップ２０９）。
【００５２】
なお第１の閾値および第２の閾値は、必ずしも一定である必要はなく、変更してもよい。つまり筆記具１０を使用するユーザにより、第１の閾値および第２の閾値を変更可能にすることで、判定の精度を向上させることができる。
【００５３】
＜パターンマッチングを行なう方法の説明＞
図９は、ＦＦＴ部２３５（図３参照）において高速フーリエ変換が行なわれた後のパワースペクトルの一例を示した図である。
図９において、横軸は、周波数（Ｈｚ）を表わし、縦軸は、音圧（ｄＢ）を表わす。
そして本実施の形態では、パワースペクトルの中から予め定められた周波数のサンプリング点を決めておき、このサンプリング点におけるパワースペクトルの特徴を摩擦音の特徴点とする。図９中では、このサンプリング点の例を矢印により示している。
より具体的には、記憶部２３７（図３参照）にサンプリング点におけるパワースペクトルのサンプルが格納されている。このサンプルは、筆記具１０により描かれる筆跡の色彩毎に用意されている。色判定部２３６（図３参照）では、実際のパワースペクトルとこのサンプルとのパターンマッチングを行なう。そして実際のパワースペクトルにより近いサンプルを選択する。これにより筆記具１０により描かれる筆跡の色彩が判定できることになる。
【００５４】
以上詳述したような筆跡読み取りシステム１により、超音波を発生する筆記具や、加速度センサを設けた筆記具を使用することなく、筆記具１０の位置を導出することができ、筆記具１０により筆記面２１ａに描かれる筆跡を読み取ることができる。つまりより簡易なシステムにより筆跡を読み取ることができる。これにより例えば、予め設置されている黒板やホワイトボード等に本実施の形態のマイクロフォン等を後から設置し、筆跡読み取りシステム１を構築するができる。
【００５５】
＜プログラムの説明＞
ここで図３で説明を行った本実施の形態における演算装置２３が行なう処理は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現される。即ち、演算装置２３に設けられた制御用コンピュータ内部の図示しないＣＰＵが、演算装置２３の各機能を実現するプログラムを実行し、これらの各機能を実現させる。
【００５６】
よって図３で説明を行った演算装置２３が行なう処理は、コンピュータに、筆記具１０が筆記面２１ａと接触しつつ移動するときに発生する摩擦音が取得された時間に基づいて、筆記面２１ａにおける筆記具１０の位置を導出する機能と、筆記具１０が筆記面２１ａから離間することにより摩擦音が消失する摩擦音消失期間が発生したときに、摩擦音消失期間における筆記具１０の位置を補間するか否かを決定する機能と、補間すると決定した場合に筆記具１０の位置を補間する機能と、を実現させるプログラムとして捉えることもできる。
【００５７】
なお本実施の形態では、筆記具１０として、フェルトペンを例示したがこれに限られるものではない。例えば、ボールペン、鉛筆、チョークでも使用可能である。
【００５８】
また本実施の形態では、表示装置３０を設け、これに筆跡を表示していたが、これに限られるものではなく、表示装置３０を特に設けなくてもよい。さらに他に筆跡のデータを保存するＨＤＤ（Hard Disk Drive）等のストレージを設け、筆跡のデータを保存してもよい。
【００５９】
さらに本実施の形態では、マイクロフォンは予め定められた３箇所に配されていたが、これに限られるものではなく、４箇所以上でもよい。またマイクロフォンの配される箇所は、２箇所でもよい。ただしこの場合は、上述した方法では、マイクロフォンにより取得される摩擦音の時間差の情報の他に、例えば、取得される摩擦音の強弱に対する情報も利用することが必要となる。つまり筆記具１０とマイクロフォンとの距離により取得される摩擦音について強弱が生じる。そしてこの摩擦音の強弱により各マイクロフォンと筆記具１０との距離の差を導出し、摩擦音の時間差の情報から導出される筆記具１０の方向の情報と併せて筆記具１０の位置を導出する。ただしこの方法では、求められた筆記具１０の位置精度が悪くなりやすいため、マイクロフォンは３箇所以上に配される方がより好ましい。
【符号の説明】
【００６０】
１…筆跡読み取りシステム、１０…筆記具、１２…ペン先部、２０…位置読み取り装置、２１ａ…筆記面、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…マイクロフォン、２３…演算装置、３０…表示装置、２３３…接触位置導出部、２３４…位置補間部、２３６…色判定部
【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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