JP2012220972A - Signature authentication system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signature authentication apparatus for determining the authenticity of a signature by detecting and processing reflected light to obtain specific information based on the three-dimensional position of a pen.SOLUTION: A pen type input device used in a signature authentication apparatus includes: a detection section 200 for detecting reflected light; a processing section 300 for performing processing based on the detection result of the detection section 200. The input device has at least one of a first reflection section RE1 having a reflectance varying in the longitudinal direction and a second reflection section RE2 having a reflectance varying in the rotational direction around an axis along the longitudinal direction. The detection section 200 detects reflected light from at least one of the first reflection section RE1 and the second reflection section RE2. The processing section 300 obtains at least one of movement amount information of the first reflection section RE1 in the longitudinal direction and rotation amount information of the second reflection section RE2 in the rotational direction.

Description

本発明は、署名等の手書きデータの真偽を識別するための認証システムに関する。   The present invention relates to an authentication system for identifying authenticity of handwritten data such as a signature.

従来から、US特許5123064号(特許文献2)、US特許5448044号(特許文献3)等に開示されているように、各社から多くのシグネチャーパッドと呼ばれる電子署名認証機器が販売されている。これらは、一般に平面上での筆跡データを読み取るものであるが、近年、3次元で筆跡を読み取る技術が提案されてきた。
特許文献1においては詳細な説明が無いものの、上記の署名認証システムでは、3次元位置を検出できるので、例えば、署名時のペンの傾き等も検出することが出来る。即ち、署名する個人の癖も読み取ることが出来るので、3次元検出は平面上の筆跡データのみの署名認証よりも信頼性を高めることが出来ると言える。
Conventionally, as disclosed in US Pat. No. 5,123,064 (Patent Document 2), US Pat. No. 5,448,044 (Patent Document 3), etc., many electronic signature authentication devices called signature pads have been sold by various companies. These are generally used to read handwriting data on a flat surface, but in recent years, techniques for reading handwriting in three dimensions have been proposed.
Although there is no detailed description in Patent Document 1, the above-described signature authentication system can detect a three-dimensional position, so that, for example, the tilt of a pen at the time of signature can also be detected. In other words, since the signature of the individual who signs can be read, it can be said that the three-dimensional detection can improve the reliability more than the signature authentication of only the handwriting data on the plane.

特開2009−9280号公報JP 2009-9280 A 米国特許第5123064号明細書US Pat. No. 5,123,064 米国特許第5448044号明細書US Pat. No. 5,448,044

しかしながら、特許文献1に示された書名認証システムは、ステレオカメラで取得した画像データを用いる為に、CPUのデータ処理に膨大な容量が必要となる。画像データを取得すると、実際に署名認証に必要なデータ以外の多くのデータ、例えば、背景画像や腕の画像も取得してしまうので、そういった無関係の画像データを排除しなければ、ノイズとなり、かえって信頼性が低下してしまうのである。
そこで、本発明の目的は、カメラ等で撮像画像データを取得する必要なしに、3次元的にペンの動きを読み取る署名認証装置、若しくは、3次元的なペンの動きによって得られる署名者毎の署名者特有情報を読み取る署名認証装置を提供することにある。
However, since the book name authentication system disclosed in Patent Document 1 uses image data acquired by a stereo camera, a huge amount of data is required for CPU data processing. Acquiring image data also acquires a lot of data other than the data that is actually necessary for signature authentication, for example, background images and arm images. Reliability is reduced.
Therefore, an object of the present invention is to provide a signature authentication device that reads the movement of the pen three-dimensionally without acquiring captured image data with a camera or the like, or for each signer obtained by the three-dimensional movement of the pen. An object of the present invention is to provide a signature authentication apparatus that reads information unique to a signer.

(1)
本発明の一態様は、署名認証システムであって、手書き用の筆記用具と、前記筆記用具に照射光を出射する照射部と、前記照射光が前記筆記用具により反射する反射光を検出する検出部と、前記検出部での検出結果に基づいて処理を行う処理部と、特定の情報を記憶する記憶部と、前記処理部で処理された情報と前記特定の情報とを照合する照合部と、を含み、前記筆記用具は、前記筆記用具の長手方向において反射率の異なる第1の反射部、及び前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率の異なる第2の反射部の少なくとも一方を有し、前記検出部は、前記第1の反射部及び前記第2の反射部の少なくとも一方からの反射光を検出し、前記処理部は、前記検出部での検出結果に基づいて、前記第1の反射部の前記長手方向での移動量情報及び前記第2の反射部の前記回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求めることを特徴とする。
上記構成によれば、筆記用具は第1の反射部及び第2の反射部の少なくとも一方を有し、第1の反射部の長手方向での移動量情報及び第2の反射部の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求めることができる。よって、筆記用具の傾き等の3次元的な動き情報を取得することが可能になる。
(1)
One aspect of the present invention is a signature authentication system, a writing instrument for handwriting, an irradiation unit that emits irradiation light to the writing instrument, and detection for detecting reflected light reflected by the writing instrument. A processing unit that performs processing based on the detection result of the detection unit, a storage unit that stores specific information, a verification unit that collates information processed by the processing unit and the specific information, The writing instrument includes: a first reflective portion having a different reflectance in a longitudinal direction of the writing instrument; and a second reflection having a different reflectance in a rotation direction around an axis along the longitudinal direction. The detection unit detects reflected light from at least one of the first reflection unit and the second reflection unit, and the processing unit detects the detection result of the detection unit. Based on the longitudinal direction of the first reflective portion And obtaining at least one of the rotation amount information in the amount of movement information and the rotation direction of the second reflection portions in.
According to the said structure, a writing instrument has at least one of a 1st reflection part and a 2nd reflection part, and is the movement amount information in the longitudinal direction of a 1st reflection part, and the rotation direction of a 2nd reflection part. At least one of the rotation amount information can be obtained. Therefore, it is possible to acquire three-dimensional movement information such as the inclination of the writing instrument.

(2)
また、本発明の一態様では、前記第1の反射部は、前記筆記用具の前記長手方向において徐々に反射率が変化し、前記第2の反射部は、前記長手方向に沿った軸の軸周りでの前記回転方向において徐々に反射率が変化する構成にしても良い。
上記構成によればり、長手方向或いは回転方向において反射率が徐々に変化する筆記用具を使用することができるため、筆記用具の動きを精度良く取得することが可能になる。
(2)
In one embodiment of the present invention, the first reflecting portion gradually changes in reflectance in the longitudinal direction of the writing instrument, and the second reflecting portion is an axis of the axis along the longitudinal direction. A configuration may be adopted in which the reflectance gradually changes in the surrounding rotation direction.
According to the above configuration, since the writing tool whose reflectance gradually changes in the longitudinal direction or the rotation direction can be used, the movement of the writing tool can be obtained with high accuracy.

(3)
また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第1の反射部での反射率の検出結果に基づいて、前記筆記用具の移動軌跡を求める構成にしても良い。
上記構成によれば、署名する人の筆跡を求めることができるため、例えば、筆跡をビットマップデータ等の画像データとして筆跡認証ソフトウェアでの真偽判定が可能になる。
(3)
In the aspect of the invention, the processing unit may obtain a movement locus of the writing instrument based on a detection result of reflectance at the first reflecting unit.
According to the above configuration, the handwriting of the person who signs can be obtained. For example, it is possible to determine whether the handwriting is image data such as bitmap data using the handwriting authentication software.

本実施形態の署名認証システムの基本構成を示すブロック図。The block diagram which shows the basic composition of the signature authentication system of this embodiment. 図1のブロック図を更に細分化したブロック図。The block diagram which further subdivided the block diagram of FIG. 本実施形態で利用可能なペン型入力機器の構成例。2 is a configuration example of a pen-type input device that can be used in the present embodiment. 受光部の構成例。The structural example of a light-receiving part. 図5(A)、図5(B)は受光ユニットの構成例。5A and 5B are configuration examples of the light receiving unit. 照射部の構成例。The structural example of an irradiation part. 図7(A)、図7(B)は座標情報検出手法を説明する図。7A and 7B are diagrams illustrating a coordinate information detection method. 図8(A)、図8(B)は発光制御信号の信号波形例。8A and 8B show signal waveform examples of the light emission control signal. 照射部の他の構成例。The other example of a structure of an irradiation part. 本実施形態で用いられる筆記用具の構成例。The structural example of the writing instrument used by this embodiment. 伸縮可能な部材を用いることで筆記用具の例。An example of a writing instrument by using a stretchable member. 検出エリアを設けることで筆記用具の押し込み量を検出する例。The example which detects the pushing amount of a writing instrument by providing a detection area. ペン型入力機器のブロック図。The block diagram of a pen type input device. 検出部の構成例。The structural example of a detection part. 図15(A)、図15(B)は受光ユニットを3つ設ける例を説明する図。FIGS. 15A and 15B are diagrams illustrating an example in which three light receiving units are provided. 図16(A)、図16(B)は3次元座標情報の取得に基づく筆記用具の位置の予測例。FIGS. 16A and 16B are prediction examples of the position of the writing tool based on the acquisition of three-dimensional coordinate information. 認証因子の信号波形例。Signal waveform example of authentication factor.

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
図1は、本発明の一実施形態の署名認証システムの基本構成を示すブロック図である。この署名認証システムは、ペン型入力機器1と、ペン型入力機器1によって得られた情報から筆跡データの認証のための認証因子を抽出し、生成する認証因子抽出・生成部2と、認証因子抽出・生成部2で得られた各個人の筆跡を基準データとして記憶する基準データ登録部3と、各個人毎の複数の基準データを記憶するデータベースと、認証モードにおいては抽出された認証因子とデータベース4の基準データとを照合し、真偽識別の認証を行う認証部5とから構成されている。尚、真偽結果はAPI(アプリケーション・プログラム・インターフェース)6を介して出力される。
ここで、認証因子とは、筆跡であるペン先の動き、ペンの傾き、ペンの速度をXYZ座標から割り出したデータである。
Hereinafter, this embodiment will be described. In addition, this embodiment demonstrated below does not unduly limit the content of this invention described in the claim. In addition, all the configurations described in the present embodiment are not necessarily essential configuration requirements of the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a signature authentication system according to an embodiment of the present invention. The signature authentication system includes a pen-type input device 1, an authentication factor extraction / generation unit 2 that extracts and generates an authentication factor for authentication of handwriting data from information obtained by the pen-type input device 1, an authentication factor A reference data registration unit 3 that stores handwriting of each individual obtained by the extraction / generation unit 2 as reference data, a database that stores a plurality of reference data for each individual, and an authentication factor extracted in the authentication mode, It is composed of an authentication unit 5 that verifies the reference data of the database 4 and authenticates authenticity. The true / false result is output via an API (Application Program Interface) 6.
Here, the authentication factor is data obtained by calculating the movement of the pen tip, which is a handwriting, the tilt of the pen, and the speed of the pen from the XYZ coordinates.

図2は、図1の装置を機能に基づいて細分化したブロック図である。ペン移動情報取込み(1a)により、ペンの3次元的な位置を時系列に取り込む。更に、ペン回転情報取込み(1b)により、ペンがペンの軸を中心に回転する情報を時系列に取り込み。そして、ペン移動情報は、ペン位置解析(2a)を経て、ペン先軌跡抽出(2c)と、ペン傾き抽出(2d)を行う。また、ペン移動情報は、ペン速度解析(2b)を経て、ペン速度抽出(2e)を行う。ペン回転情報により、ペン回転抽出(2f)を行う。ペン先軌跡、ペン傾き、ペン速度、ペン回転は正規化(2g)される。   FIG. 2 is a block diagram in which the apparatus of FIG. 1 is subdivided based on functions. The pen movement information capture (1a) captures the three-dimensional position of the pen in time series. Furthermore, the information about the rotation of the pen around the pen axis is taken in time series by taking the pen rotation information (1b). The pen movement information undergoes pen position analysis (2a), and performs pen tip locus extraction (2c) and pen tilt extraction (2d). Further, the pen movement information is subjected to pen speed analysis (2b), and pen speed extraction (2e) is performed. Based on the pen rotation information, pen rotation extraction (2f) is performed. The pen tip locus, pen tilt, pen speed, and pen rotation are normalized (2g).

登録モードでは、正規化されたデータから特徴データを抽出(3)する。この特徴データは署名者毎の特有情報であり、すなわち、書名のプロファイルデータと言える。この特徴データには、ペン先の移動軌跡、ペン傾き、ペン速度という複数の認証因子で構成されている。筆跡は各個人の癖により、ペンの持ち方が常時一定でペン傾きが一定の人の場合、ペン傾きを重視して署名の真偽認証をすることが望ましい。また、各個人の癖によりペンを速く動かす人の場合、ペン速度を重視して署名の真偽認証をすることが望ましい。本実施例では、このような重みづけを行うパラメーターとして特徴関数パラメーターを設定する。例えば、署名者に同じ署名を3回書いて正規化したデータを取ると、署名者特有のプロファイルデータが3つ所得できる。これにより、その人の癖を見つけて特徴関数パラメーターを生成する。また、3回のプロファイルデータの平均値を基準データとする。そして、その特徴関数パラメーターと基準データをデータベース4に登録する。   In the registration mode, feature data is extracted (3) from the normalized data. This characteristic data is unique information for each signer, that is, it can be said to be profile data of a book title. This feature data is composed of a plurality of authentication factors such as a pen tip movement locus, a pen tilt, and a pen speed. It is desirable to authenticate the signature by emphasizing the pen inclination when the handwriting is a person who always holds the pen and the pen inclination is constant according to the personal habit. In addition, in the case of a person who moves the pen quickly with the individual's trap, it is desirable to authenticate the signature with an emphasis on the pen speed. In this embodiment, a feature function parameter is set as a parameter for performing such weighting. For example, if the normalized data is written by writing the same signature three times to the signer, three signer-specific profile data can be obtained. This finds the person's trap and generates feature function parameters. The average value of the three profile data is used as reference data. Then, the feature function parameter and the reference data are registered in the database 4.

認証モードでは、正規化された抽出因子により特徴抽出(5a)を行いプロファイルデータを作成する。認証モードでは署名は通常1回であるので、1回の署名動作からプロファイルデータは作成される。そして、データベース4の基準データと比較(5b)を行うのであるが、書名は必ずしも、常に同じに出来るものではないので、1回の署名のプロファイルデータと基準データを比較すると、本人であっても、本人でないという誤った結論を導く可能性もある。そこで、特徴関数パラメーターによって、差異の許容範囲が設定される。これにより、信頼性の高い署名認証が可能になる。   In the authentication mode, profile extraction is performed by performing feature extraction (5a) using a normalized extraction factor. Since the signature is usually once in the authentication mode, the profile data is created from one signature operation. Then, comparison (5b) with the reference data of the database 4 is performed, but the book title is not always the same, so when comparing the profile data of one signature with the reference data, May lead to the wrong conclusion that you are not. Therefore, an allowable range of difference is set by the feature function parameter. Thereby, highly reliable signature authentication is possible.

本実施例の署名認証システムでは、ペンの傾きも認証因子として考慮される。右利きの人と左利きの人では、ペンの傾きが全く逆であるので、本実施例の署名認証システムでは、右利きの人と左利きの人を錯誤する可能性は低くなる。これは、2次元署名認証システムには出来ない特徴であり、本実施例の署名認証システムの大きな利点になる。   In the signature authentication system of the present embodiment, the tilt of the pen is also considered as an authentication factor. The right-handed person and the left-handed person have completely opposite pen tilts. Therefore, in the signature authentication system of this embodiment, the possibility of making a right-handed person and a left-handed person mistakenly decreases. This is a feature that cannot be achieved by the two-dimensional signature authentication system, and is a great advantage of the signature authentication system of the present embodiment.

図3に、本実施形態に係るペン型入力機器1に利用可能な光学式位置検出装置100の基本的な構成例を示す。図3の光学式位置検出装置100は、検出部200、処理部300を含み、検出部200は照射部EU及び受光部RUを含む。
なお、ペン型入力機器1は、上述したように検出部200や処理部300を含む光学式位置検出装置100を用いて実現される形態には限定されない。情報処理装置(例えばPC等)により、検出部200や処理部300の機能が実現され、照射部EU及び受光部RUと、上記情報処理装置とが連動して動作する構成でもよい。
FIG. 3 shows a basic configuration example of the optical position detection apparatus 100 that can be used in the pen-type input device 1 according to the present embodiment. The optical position detection apparatus 100 in FIG. 3 includes a detection unit 200 and a processing unit 300, and the detection unit 200 includes an irradiation unit EU and a light receiving unit RU.
Note that the pen-type input device 1 is not limited to the form realized using the optical position detection device 100 including the detection unit 200 and the processing unit 300 as described above. The functions of the detection unit 200 and the processing unit 300 may be realized by an information processing device (such as a PC), and the irradiation unit EU and the light receiving unit RU and the information processing device may operate in conjunction with each other.

検出部200は、照射光LTが筆記用具OB(ペン)により反射することによる反射光LRの受光結果に基づいて、筆記用具OBの情報(例えば、座標情報や反射率情報)を検出する。具体的には例えば、検出部200は、筆記用具OBが検出されるエリアである検出エリアRDETがX−Y平面に沿ったエリアである場合に、少なくとも検出エリアRDETに存在する筆記用具OBのX座標情報及びY座標情報を検出する。なお、検出部200による座標情報の検出手法については、後述する。また、具体的には筆記用具OBの反射率に関する情報である反射率情報を検出する。
検出エリアRDETとは、筆記用具OBが検出されるエリア(領域)であって、具体的には、例えば照射光LTが筆記用具OBに反射されることによる反射光LRを、受光部RUが受光して、筆記用具OBを検出することができるエリアである。より具体的には、受光部RUが反射光LRを受光して筆記用具OBを検出することが可能であって、かつ、その検出精度について、許容できる範囲の精度が確保できるエリアである。
The detection unit 200 detects information (for example, coordinate information and reflectance information) of the writing tool OB based on the light reception result of the reflected light LR due to the irradiation light LT reflected by the writing tool OB (pen). Specifically, for example, when the detection area RDET, which is an area where the writing instrument OB is detected, is an area along the XY plane, the detection unit 200 at least X of the writing instrument OB present in the detection area RDET. Coordinate information and Y coordinate information are detected. A method for detecting coordinate information by the detection unit 200 will be described later. Specifically, reflectance information, which is information relating to the reflectance of the writing instrument OB, is detected.
The detection area RDET is an area (area) where the writing tool OB is detected. Specifically, for example, the light receiving unit RU receives reflected light LR caused by the irradiation light LT being reflected by the writing tool OB. This is the area where the writing instrument OB can be detected. More specifically, it is an area where the light receiving unit RU can receive the reflected light LR and detect the writing instrument OB, and the detection accuracy can be ensured within an acceptable range.

処理部300は、検出部200が検出した対象物情報に基づいて種々の処理を行う。この処理部300の機能は、例えばCPU等のプロセッサー及びプロセッサーで実行されるプログラムや、専用ICなどにより実現できる。
照射部EUは、検出エリアRDETに対して照射光LTを出射する。後述するように、照射部EUは、LED(発光ダイオード)等の発光素子から成る光源部を含み、光源部が発光することで、例えば赤外光(可視光領域に近い近赤外線)を出射する。
受光部RUは、照射光LTが筆記用具OBにより反射することによる反射光LRを受光する。受光部RUは、複数の受光ユニットPDを含んでもよい。受光ユニットPDは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどを用いることができる。
The processing unit 300 performs various processes based on the object information detected by the detection unit 200. The function of the processing unit 300 can be realized by a processor such as a CPU, a program executed by the processor, a dedicated IC, or the like.
The irradiation unit EU emits irradiation light LT to the detection area RDET. As will be described later, the irradiation unit EU includes a light source unit composed of a light emitting element such as an LED (light emitting diode), and emits, for example, infrared light (near infrared ray close to the visible light region) when the light source unit emits light. .
The light receiving unit RU receives the reflected light LR generated by the irradiation light LT being reflected by the writing instrument OB. The light receiving unit RU may include a plurality of light receiving units PD. For example, a photodiode or a phototransistor can be used as the light receiving unit PD.

図4に、本実施形態の受光部RUの具体的な構成例を示す。図4の構成例では、受光部RUは受光ユニットPDを含む。受光ユニットPDは、入射光が入射する角度(Y−Z平面上の角度)を制限するためのスリット等(入射光制限部)が設けられ、検出エリアRDETに存在する筆記用具OBからの反射光LRを受光する。検出部200は、受光ユニットPDの受光結果に基づいて、X座標情報及びY座標情報を検出する。なお、照射部EUは、検出エリアRDETに対して照射光LTを出射する。また検出エリアRDETは、X−Y平面に沿ったエリアである。なお、図4の構成例は1つの受光ユニットで構成されるが、2つ以上の受光ユニットを含む構成としてもよい。   FIG. 4 shows a specific configuration example of the light receiving unit RU of the present embodiment. In the configuration example of FIG. 4, the light receiving unit RU includes a light receiving unit PD. The light receiving unit PD is provided with a slit or the like (incident light limiting unit) for limiting the angle (incident on the YZ plane) on which incident light is incident, and the reflected light from the writing instrument OB present in the detection area RDET. LR is received. The detection unit 200 detects X coordinate information and Y coordinate information based on the light reception result of the light receiving unit PD. The irradiation unit EU emits irradiation light LT to the detection area RDET. The detection area RDET is an area along the XY plane. In addition, although the structural example of FIG. 4 is comprised with one light receiving unit, it is good also as a structure containing two or more light receiving units.

図5(A)、図5(B)に、スリットSLT(入射光制限部)を有する受光ユニットPDの構成例を示す。図5(A)に示すように、受光素子PHDの前面にスリットSLTを設けて、入射する入射光を制限する。スリットSLTはX−Y平面に沿って設けられ、入射光が入射するZ方向の角度を制限することができる。すなわち受光ユニットPDは、スリットSLTのスリット幅で規定される所定の角度で入射する入射光を受光することができる。
図5(B)は、スリットSLTを有する受光ユニットの上から見た平面図である。例えばアルミニウム等の筐体(ケース)内に配線基板PWBが設けられ、この配線基板PWB上に受光素子PHDが実装される。
FIGS. 5A and 5B show a configuration example of the light receiving unit PD having the slit SLT (incident light limiting unit). As shown in FIG. 5A, a slit SLT is provided in front of the light receiving element PHD to limit incident incident light. The slit SLT is provided along the XY plane, and can limit the angle in the Z direction where incident light is incident. That is, the light receiving unit PD can receive incident light incident at a predetermined angle defined by the slit width of the slit SLT.
FIG. 5B is a plan view seen from above of the light receiving unit having the slit SLT. For example, a wiring board PWB is provided in a housing (case) such as aluminum, and the light receiving element PHD is mounted on the wiring board PWB.

図6に、本実施形態の照射部EUの詳細な構成例を示す。図6の構成例の照射部EUは、光源部LS1、LS2と、ライトガイドLGと、照射方向設定部LEを含む。また反射シートRSを含む。そして照射方向設定部LEは光学シートPS及びルーバーフィルムLFを含む。なお、本実施形態の照射部EUは、図6の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。   In FIG. 6, the detailed structural example of the irradiation part EU of this embodiment is shown. The irradiation unit EU in the configuration example of FIG. 6 includes light source units LS1 and LS2, a light guide LG, and an irradiation direction setting unit LE. Moreover, the reflective sheet RS is included. The irradiation direction setting unit LE includes the optical sheet PS and the louver film LF. Note that the irradiation unit EU of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 6, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Variations are possible.

光源部LS1、LS2は、光源光を出射するものであり、LED(発光ダイオード)等の発光素子を有する。この光源部LS1、LS2は例えば赤外光(可視光領域に近い近赤外線)の光源光を放出する。即ち、光源部LS1、LS2が発光する光源光は、ユーザーの指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面での反射率が高い波長帯域の光である850nm付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含まれない波長帯域の光である950nm付近の赤外光などである。   The light source units LS1 and LS2 emit light source light and have light emitting elements such as LEDs (light emitting diodes). The light source units LS1 and LS2 emit, for example, infrared light (near infrared light close to the visible light region). That is, the light source light emitted from the light source units LS1 and LS2 has a wavelength band that is not included in the wavelength band light that is efficiently reflected by an object such as a user's finger or a touch pen, or ambient light that becomes disturbance light. It is desirable to be light. Specifically, infrared light with a wavelength near 850 nm, which is light in a wavelength band with high reflectance on the surface of the human body, infrared light near 950 nm, which is light in a wavelength band that is not so much included in environmental light, etc. It is.

光源部LS1は、図6のF1に示すようライトガイドLGの一端側に設けられる。また第2の光源部LS2は、F2に示すようにライトガイドLGの他端側に設けられる。そして光源部LS1が、ライトガイドLGの一端側(F1)の光入射面に対して光源光を出射することで、照射光LT1を出射し、第1の照射光強度分布LID1を対象物の検出エリアに形成(設定)する。一方、光源部LS2が、ライトガイドLGの他端側(F2)の光入射面に対して第2の光源光を出射することで、第2の照射光LT2を出射し、第1の照射光強度分布LID1とは強度分布が異なる第2の照射光強度分布LID2を検出エリアに形成する。このように照射部EUは、検出エリアRDETでの位置に応じて強度分布が異なる照射光を出射することができる。   The light source unit LS1 is provided on one end side of the light guide LG as indicated by F1 in FIG. The second light source unit LS2 is provided on the other end side of the light guide LG as indicated by F2. Then, the light source unit LS1 emits the light source light to the light incident surface on one end side (F1) of the light guide LG, thereby emitting the irradiation light LT1, and detecting the first irradiation light intensity distribution LID1. Form (set) the area. On the other hand, the light source unit LS2 emits the second light source light LT2 by emitting the second light source light to the light incident surface on the other end side (F2) of the light guide LG, so that the first irradiation light is emitted. A second irradiation light intensity distribution LID2 having an intensity distribution different from that of the intensity distribution LID1 is formed in the detection area. In this way, the irradiation unit EU can emit irradiation light having different intensity distributions according to the position in the detection area RDET.

ライトガイドLG(導光部材)は、光源部LS1、LS2が発光した光源光を導光するものである。例えばライトガイドLGは、光源部LS1、LS2からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図6ではライトガイドLGは円弧形状になっている。なお図6ではライトガイドLGはその中心角が180度の円弧形状になっているが、中心角が180度よりも小さい円弧形状であってもよい。ライトガイドLGは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部材等により形成される。
ライトガイドLGの外周側及び内周側の少なくとも一方には、ライトガイドLGからの光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。
The light guide LG (light guide member) guides the light source light emitted from the light source units LS1 and LS2. For example, the light guide LG guides the light source light from the light source units LS1 and LS2 along a curved light guide path, and the shape thereof is a curved shape. Specifically, in FIG. 6, the light guide LG has an arc shape. In FIG. 6, the light guide LG has an arc shape with a center angle of 180 degrees, but may have an arc shape with a center angle smaller than 180 degrees. The light guide LG is formed of, for example, a transparent resin member such as acrylic resin or polycarbonate.
At least one of the outer peripheral side and the inner peripheral side of the light guide LG is processed to adjust the light output efficiency of the light source light from the light guide LG. As a processing method, for example, various methods such as a silk printing method for printing reflective dots, a molding method for forming irregularities with a stamper or injection, and a groove processing method can be adopted.

プリズムシートPSとルーバーフィルムLFにより実現される照射方向設定部LEは、ライトガイドLGの外周側に設けられ、ライトガイドLGの外周側(外周面)から出射される光源光を受ける。そして曲線形状(円弧形状)のライトガイドLGの内周側から外周側へと向かう方向に照射方向が設定された照射光LT1、LT2を出射する。即ち、ライトガイドLGの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドLGの例えば法線方向(半径方向)に沿った照射方向に設定(規制)する。これにより、ライトガイドLGの内周側から外周側に向かう方向に、照射光LT1、LT2が放射状に出射されるようになる。   The irradiation direction setting unit LE realized by the prism sheet PS and the louver film LF is provided on the outer peripheral side of the light guide LG and receives light source light emitted from the outer peripheral side (outer peripheral surface) of the light guide LG. And the irradiation light LT1 and LT2 in which the irradiation direction was set to the direction which goes to the outer peripheral side from the inner peripheral side of the light guide LG of curved shape (arc shape) are radiate | emitted. That is, the direction of the light source light emitted from the outer peripheral side of the light guide LG is set (restricted) to an irradiation direction along, for example, the normal direction (radial direction) of the light guide LG. Thereby, irradiation light LT1 and LT2 come to radiate | emit radially in the direction which goes to the outer peripheral side from the inner peripheral side of the light guide LG.

このような照射光LT1、LT2の照射方向の設定は、照射方向設定部LEのプリズムシートPSやルーバーフィルムLFなどにより実現される。例えばプリズムシートPSは、ライトガイドLGの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムLFは、法線方向以外の方向の光(低視角光)を遮光(カット)する。   Such setting of the irradiation direction of the irradiation light LT1, LT2 is realized by the prism sheet PS, the louver film LF, or the like of the irradiation direction setting unit LE. For example, the prism sheet PS sets the direction of the light source light emitted at a low viewing angle from the outer peripheral side of the light guide LG to the normal direction side so that the peak of the light emission characteristic is in the normal direction. The louver film LF blocks (cuts) light in a direction other than the normal direction (low viewing angle light).

このように本実施形態の照射部EUによれば、ライトガイドLGの両端に光源部LS1、LS2を設け、これらの光源部LS1、LS2を交互に点灯させることで、2つの照射光強度分布を形成することができる。すなわちライトガイドLGの一端側の強度が高くなる照射光強度分布LID1と、ライトガイドLGの他端側の強度が高くなる照射光強度分布LID2を交互に形成することができる。   As described above, according to the irradiation unit EU of the present embodiment, the light source portions LS1 and LS2 are provided at both ends of the light guide LG, and the light source portions LS1 and LS2 are alternately turned on to thereby generate two irradiation light intensity distributions. Can be formed. That is, the irradiation light intensity distribution LID1 in which the intensity on one end side of the light guide LG is increased and the irradiation light intensity distribution LID2 in which the intensity on the other end side of the light guide LG is increased can be alternately formed.

このような照射光強度分布LID1、LID2を形成し、これらの強度分布の照射光による対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、より精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺することが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可能になる。   By forming such irradiation light intensity distributions LID1 and LID2 and receiving the reflected light of the object by the irradiation light of these intensity distributions, the influence of ambient light such as ambient light is minimized. It is possible to detect an object having a high height. That is, it is possible to cancel out the infrared component included in the disturbance light, and it is possible to minimize the adverse effect of the infrared component on the detection of the object.

<光学式位置検出装置による座標検出手法>
図7(A)、図5(B)は、本実施形態に係るペン型入力機器1に利用可能な光学式位置検出装置100による、座標情報検出の手法を説明する図である。
図7(A)のE1は、図4の照射光強度分布LID1において、照射光LT1の照射方向の角度と、その角度での照射光LT1の強度との関係を示す図である。図7(A)のE1では、照射方向が図7(B)のDD1の方向(左方向)である場合に強度が最も高くなる。一方、DD3の方向(右方向)である場合に強度が最も低くなり、DD2の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向DD1から方向DD3への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア(直線的)に変化している。なお図7(B)では、ライトガイドLGの円弧形状の中心位置が、照射部EUの配置位置PEになっている。
<Coordinate detection method using optical position detector>
FIGS. 7A and 5B are diagrams for explaining a method of detecting coordinate information by the optical position detection device 100 that can be used in the pen-type input device 1 according to the present embodiment.
E1 in FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the irradiation direction angle of the irradiation light LT1 and the intensity of the irradiation light LT1 at that angle in the irradiation light intensity distribution LID1 of FIG. At E1 in FIG. 7A, the intensity is highest when the irradiation direction is the direction DD1 in FIG. 7B (left direction). On the other hand, the intensity is lowest when the direction is DD3 (right direction), and the intensity is intermediate in the direction DD2. Specifically, the intensity of the irradiation light monotonously decreases with respect to the angle change from the direction DD1 to the direction DD3, for example, changes linearly (linearly). In FIG. 7B, the center position of the arc shape of the light guide LG is the arrangement position PE of the irradiation unit EU.

また図7(A)のE2は、図6の照射光強度分布LID2において、照射光LT2の照射方向の角度と、その角度での照射光LT2の強度との関係を示す図である。図7(A)のE2では、照射方向が図7(B)のDD3の方向である場合に強度が最も高くなる。一方、DD1の方向である場合に強度が最も低くなり、DD2の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向DD3から方向DD1への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図7(A)では照射方向の角度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば双曲線の関係等であってもよい。   Further, E2 in FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the angle of the irradiation direction of the irradiation light LT2 and the intensity of the irradiation light LT2 at that angle in the irradiation light intensity distribution LID2 of FIG. At E2 in FIG. 7A, the intensity is highest when the irradiation direction is the direction of DD3 in FIG. 7B. On the other hand, the intensity is the lowest in the direction of DD1, and the intermediate intensity in the direction of DD2. Specifically, the intensity of irradiation light monotonously decreases with respect to an angle change from the direction DD3 to the direction DD1, and changes linearly, for example. In FIG. 7A, the relationship between the angle in the irradiation direction and the intensity is linear, but the present embodiment is not limited to this, and may be a hyperbolic relationship, for example.

そして図7(B)に示すように、角度φの方向DDBに筆記用具OBが存在したとする。すると、光源部LS1が発光することで照射光強度分布LID1を形成した場合(E1の場合)には、図7(A)に示すように、DDB(角度φ)の方向に存在する筆記用具OBの位置での強度はINTaになる。一方、光源部LS2が発光することで照射光強度分布LID2を形成した場合(E2の場合)には、DDBの方向に存在する筆記用具OBの位置での強度はINTbになる。   Then, as shown in FIG. 7B, it is assumed that the writing instrument OB exists in the direction DDB of the angle φ. Then, when the irradiation light intensity distribution LID1 is formed by the light source unit LS1 emitting light (in the case of E1), as shown in FIG. 7A, the writing instrument OB present in the direction of DDB (angle φ). The intensity at the position is INTa. On the other hand, when the irradiation light intensity distribution LID2 is formed by light emission from the light source unit LS2 (in the case of E2), the intensity at the position of the writing instrument OB existing in the direction of DDB is INTb.

従って、これらの強度INTa、INTbの関係を求めることで、筆記用具OBの位置する方向DDB(角度φ)を特定できる。そして例えば後述する図8(A)、図8(B)の手法により光学式位置検出装置の配置位置PEからの筆記用具OBの距離を求めれば、求められた距離と方向DDBとに基づいて筆記用具OBの位置を特定できる。或いは、後述する図9に示すように、照射部EUとして2個の照射ユニットEU1、EU2を設け、EU1、EU2の各照射ユニットに対する筆記用具OBの方向DDB1(φ1)、DDB2(φ2)を求めれば、これらの方向DDB1、DDB2と照射ユニットEU1、EU2間の距離DSとにより、筆記用具OBの位置を特定できる。   Therefore, the direction DDB (angle φ) in which the writing instrument OB is located can be specified by obtaining the relationship between the strengths INTa and INTb. For example, if the distance of the writing instrument OB from the position PE of the optical position detection device is obtained by the method shown in FIGS. 8A and 8B described later, writing is performed based on the obtained distance and the direction DDB. The position of the tool OB can be specified. Alternatively, as shown in FIG. 9 to be described later, two irradiation units EU1 and EU2 are provided as the irradiation unit EU, and directions DDB1 (φ1) and DDB2 (φ2) of the writing instrument OB with respect to each irradiation unit of EU1 and EU2 are obtained. For example, the position of the writing instrument OB can be specified by the directions DDB1 and DDB2 and the distance DS between the irradiation units EU1 and EU2.

このような強度INTa、INTbの関係を求めるために、本実施形態では、受光部RUが、照射光強度分布LID1を形成した際の筆記用具OBの反射光(第1の反射光)を受光する。この時の反射光の検出受光量をGaとした場合に、このGaが強度INTaに対応するようになる。また受光部RUが、照射光強度分布LID2を形成した際の筆記用具OBの反射光(第2の反射光)を受光する。この時の反射光の検出受光量をGbとした場合に、このGbが強度INTbに対応するようになる。従って、検出受光量GaとGbの関係が求まれば、強度INTa、INTbの関係が求まり、筆記用具OBの位置する方向DDBを求めることができる。   In order to obtain such a relationship between the intensity INTa and INTb, in this embodiment, the light receiving unit RU receives the reflected light (first reflected light) of the writing instrument OB when the irradiation light intensity distribution LID1 is formed. . If the detected light reception amount of the reflected light at this time is Ga, this Ga corresponds to the intensity INTa. The light receiving unit RU receives the reflected light (second reflected light) of the writing instrument OB when the irradiation light intensity distribution LID2 is formed. When the detected light reception amount of the reflected light at this time is Gb, this Gb corresponds to the intensity INTb. Therefore, if the relationship between the detected light reception amounts Ga and Gb is obtained, the relationship between the intensity INTa and INTb can be obtained, and the direction DDB in which the writing instrument OB is located can be obtained.

例えば光源部LS1の制御量(例えば電流量)、変換係数、放出光量を、各々、Ia、k、Eaとする。また光源部LS2の制御量(電流量)、変換係数、放出光量を、各々、Ib、k、Ebとする。すると下式(1)、(2)が成立する。
Ea=k・Ia (1)
Eb=k・Ib (2)
For example, the control amount (for example, current amount), the conversion coefficient, and the emitted light amount of the light source unit LS1 are Ia, k, and Ea, respectively. In addition, the control amount (current amount), the conversion coefficient, and the amount of emitted light of the light source unit LS2 are Ib, k, and Eb, respectively. Then, the following expressions (1) and (2) are established.
Ea = k · Ia (1)
Eb = k · Ib (2)

また光源部LS1からの光源光(第1の光源光)の減衰係数をfaとし、この光源光に対応する反射光(第1の反射光)の検出受光量をGaとする。また光源部LS2からの光源光(第2の光源光)の減衰係数をfbとし、この光源光に対応する反射光(第2の反射光)の検出受光量をGbとする。すると下式(3)、(4)が成立する。
Ga=fa・Ea=fa・k・Ia (3)
Gb=fb・Eb=fb・k・Ib (4)
従って、検出受光量Ga、Gbの比は下式(5)のように表せる。
Ga/Gb=(fa/fb)・(Ia/Ib) (5)
Further, let fa be the attenuation coefficient of the light source light (first light source light) from the light source unit LS1, and let Ga be the detected received light amount of the reflected light (first reflected light) corresponding to this light source light. Further, the attenuation coefficient of the light source light (second light source light) from the light source unit LS2 is fb, and the detected light reception amount of the reflected light (second reflected light) corresponding to the light source light is Gb. Then, the following expressions (3) and (4) are established.
Ga = fa · Ea = fa · k · Ia (3)
Gb = fb · Eb = fb · k · Ib (4)
Therefore, the ratio of the detected light reception amounts Ga and Gb can be expressed as the following equation (5).
Ga / Gb = (fa / fb). (Ia / Ib) (5)

ここでGa/Gbは、受光部RUでの受光結果から特定することができ、Ia/Ibは、照射部EUの制御量から特定することができる。そして図5(A)の強度INTa、INTbと減衰係数fa、fbとは一意の関係にある。例えば減衰係数fa、fbが小さな値となり、減衰量が大きい場合は、強度INTa、INTbが小さいことを意味する。一方、減衰係数fa、fbが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度INTa、INTbが大きいことを意味する。従って、上式(5)から減衰率の比fa/fbを求めることで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。   Here, Ga / Gb can be specified from the light reception result in the light receiving unit RU, and Ia / Ib can be specified from the control amount of the irradiation unit EU. Intensities INTa and INTb and attenuation coefficients fa and fb in FIG. 5A are in a unique relationship. For example, when the attenuation coefficients fa and fb are small values and the attenuation is large, it means that the strengths INTa and INTb are small. On the other hand, when the attenuation coefficients fa and fb are large and the attenuation is small, it means that the strengths INTa and INTb are large. Therefore, the direction, position, etc. of the object can be obtained by obtaining the attenuation factor ratio fa / fb from the above equation (5).

より具体的には、一方の制御量IaをImに固定し、検出受光量の比Ga/Gbが1になるように、他方の制御量Ibを制御する。例えば光源部LS1、LS2を逆相で交互に点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように(Ga/Gb=1になるように)、他方の制御量Ibを制御する。そして、この時の他方の制御量Ib=Im・(fa/fb)から、減衰係数の比fa/fbを求めて、対象物の方向、位置等を求める。   More specifically, one control amount Ia is fixed to Im, and the other control amount Ib is controlled so that the detected light reception amount ratio Ga / Gb becomes 1. For example, the light source units LS1 and LS2 are controlled to turn on alternately in reverse phase, the detected received light amount waveform is analyzed, and the other control is performed so that the detected waveform is not observed (Ga / Gb = 1). The amount Ib is controlled. Then, from the other control amount Ib = Im · (fa / fb) at this time, the ratio fa / fb of the attenuation coefficient is obtained, and the direction, position, etc. of the object are obtained.

また下式(6)、(7)のように、Ga/Gb=1になると共に制御量IaとIbの和が一定になるように制御してもよい。
Ga/Gb=1 (6)
Im=Ia+Ib (7)
上式(6)、(7)を上式(5)に代入すると下式(8)が成立する。
Ga/Gb=1=(fa/fb)・(Ia/Ib)
=(fa/fb)・{(Im−Ib)/Ib} (8)
上式(8)より、Ibは下式(9)のように表される。
Ib={fa/(fa+fb)}・Im (9)
ここでα=fa/(fa+fb)とおくと、上式(9)は下式(10)のように表され、減衰係数の比fa/fbは、αを用いて下式(11)のように表される。
Ib=α・Im (10)
fa/fb=α/(1−α) (11)
Further, as in the following formulas (6) and (7), control may be performed so that Ga / Gb = 1 and the sum of the control amounts Ia and Ib is constant.
Ga / Gb = 1 (6)
Im = Ia + Ib (7)
Substituting the above equations (6) and (7) into the above equation (5), the following equation (8) is established.
Ga / Gb = 1 = (fa / fb) · (Ia / Ib)
= (Fa / fb) · {(Im−Ib) / Ib} (8)
From the above equation (8), Ib is expressed as the following equation (9).
Ib = {fa / (fa + fb)} · Im (9)
Here, if α = fa / (fa + fb), the above equation (9) is expressed as the following equation (10), and the attenuation coefficient ratio fa / fb is expressed by the following equation (11) using α. It is expressed in
Ib = α · Im (10)
fa / fb = α / (1-α) (11)

従って、Ga/Gb=1になると共にIaとIbの和が一定値Imになるように制御すれば、そのときのIb、Imから上式(10)によりαを求め、求められたαを上式(11)に代入することで、減衰係数の比fa/fbを求めることができる。これにより、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてGa/Gb=1になると共にIaとIbの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能になり、検出精度の向上を図れる。   Therefore, if Ga / Gb = 1 and control is performed so that the sum of Ia and Ib becomes a constant value Im, α is obtained from the current Ib and Im by the above equation (10), and the obtained α is increased. By substituting into Equation (11), the ratio fa / fb of the attenuation coefficient can be obtained. This makes it possible to obtain the direction, position, etc. of the object. Further, by controlling so that Ga / Gb = 1 and the sum of Ia and Ib becomes constant, it becomes possible to cancel the influence of disturbance light and the like, and the detection accuracy can be improved.

次に本実施形態の光学式検出システムを用いて対象物の座標情報を検出する手法の一例について説明する。図8(A)は、光源部LS1、LS2の発光制御についての信号波形例である。信号SLS1は、光源部LS1の発光制御信号であり、信号SLS2は、光源部LS2の発光制御信号であり、これらの信号SLS1、SLS2は逆相の信号になっている。また信号SRCは受光信号である。
例えば光源部LS1は、信号SLS1がHレベルの場合に点灯(発光)し、Lレベルの場合に消灯する。また光源部LS2は、信号SLS2がHレベルの場合に点灯(発光)し、Lレベルの場合に消灯する。従って図8(A)の第1の期間T1では、光源部LS1と光源部LS2が交互に点灯するようになる。即ち光源部LS1が点灯している期間では、光源部LS2は消灯する。これにより図6に示すような照射光強度分布LID1が形成される。一方、光源部LS2が点灯している期間では、光源部LS1は消灯する。これにより図6に示すような照射光強度分布LID2が形成される。
Next, an example of a method for detecting coordinate information of an object using the optical detection system of the present embodiment will be described. FIG. 8A is an example of a signal waveform for light emission control of the light source units LS1 and LS2. The signal SLS1 is a light emission control signal of the light source unit LS1, the signal SLS2 is a light emission control signal of the light source unit LS2, and these signals SLS1 and SLS2 are in reverse phase. The signal SRC is a light reception signal.
For example, the light source unit LS1 is turned on (emits light) when the signal SLS1 is at the H level, and is turned off when the signal SLS1 is at the L level. The light source unit LS2 is turned on (emits light) when the signal SLS2 is at the H level, and is turned off when the signal SLS2 is at the L level. Accordingly, in the first period T1 in FIG. 8A, the light source unit LS1 and the light source unit LS2 are alternately turned on. That is, the light source unit LS2 is turned off during the period when the light source unit LS1 is turned on. Thereby, an irradiation light intensity distribution LID1 as shown in FIG. 6 is formed. On the other hand, the light source unit LS1 is turned off during the period when the light source unit LS2 is turned on. Thereby, an irradiation light intensity distribution LID2 as shown in FIG. 6 is formed.

このように検出部200は、第1の期間T1において、光源部LS1と光源部LS2を交互に発光(点灯)させる制御を行う。そしてこの第1の期間T1において、光学式位置検出装置(照射部)から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上述した式(6)、(7)のようにGa/Gb=1になると共に制御量IaとIbの和が一定になるような発光制御を、第1の期間T1において行う。そして図7(B)に示すように筆記用具OBの位置する方向DDBを求める。例えば上式(10)、(11)から減衰係数の比fa/fbを求め、図7(A)、図7(B)で説明した手法により筆記用具OBの位置する方向DDBを求める。   As described above, the detection unit 200 performs control of alternately emitting (lighting) the light source unit LS1 and the light source unit LS2 in the first period T1. And in this 1st period T1, the direction where the target object located seen from the optical position detection apparatus (irradiation part) is detected. Specifically, for example, in the first period T1, light emission control is performed such that Ga / Gb = 1 and the sum of the control amounts Ia and Ib is constant as in the above-described formulas (6) and (7). Do. Then, as shown in FIG. 7B, the direction DDB in which the writing instrument OB is located is obtained. For example, the ratio fa / fb of the attenuation coefficient is obtained from the above equations (10) and (11), and the direction DDB in which the writing instrument OB is located is obtained by the method described in FIGS. 7 (A) and 7 (B).

そして第1の期間T1に続く第2の期間T2では、受光部RUでの受光結果に基づいて筆記用具OBまでの距離(方向DDBに沿った方向での距離)を検出する。そして、検出された距離と、筆記用具OBの方向DDBとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図7(B)において、光学式位置検出装置の配置位置PEから筆記用具OBまでの距離と、筆記用具OBの位置する方向DDBを求めれば、筆記用具OBのX、Y座標位置を特定できる。このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これと角度結果を併せることで、筆記用具OBの位置を特定できる。
具体的には図8(A)では、発光制御信号SLS1、SLS2による光源部LS1、LS2の発光タイミングから、受光信号SRCがアクティブになるタイミング(反射光を受光したタイミング)までの時間Δtを検出する。即ち、光源部LS1、LS2からの光が筆記用具OBに反射されて受光部RUで受光されるまでの時間Δtを検出する。この時間Δtを検出することで、光の速度は既知であるため、筆記用具OBまでの距離を検出できる。即ち、光の到達時間のずれ幅(時間)を測定し、光の速度から距離を求める。
Then, in the second period T2 following the first period T1, the distance to the writing instrument OB (the distance in the direction along the direction DDB) is detected based on the light reception result of the light receiving unit RU. Then, the position of the object is detected based on the detected distance and the direction DDB of the writing instrument OB. That is, in FIG. 7B, the X and Y coordinate positions of the writing tool OB can be specified by obtaining the distance from the arrangement position PE of the optical position detection device to the writing tool OB and the direction DDB in which the writing tool OB is located. . In this manner, the position of the writing instrument OB can be specified by obtaining the distance from the time difference between the lighting timing of the light source and the light receiving timing and combining this with the angle result.
Specifically, in FIG. 8A, a time Δt from the light emission timing of the light source units LS1 and LS2 by the light emission control signals SLS1 and SLS2 to the timing when the light reception signal SRC becomes active (the timing when the reflected light is received) is detected. To do. That is, the time Δt from when the light from the light source units LS1 and LS2 is reflected by the writing instrument OB and received by the light receiving unit RU is detected. By detecting this time Δt, since the speed of light is known, the distance to the writing instrument OB can be detected. That is, the shift width (time) of the arrival time of light is measured, and the distance is obtained from the speed of light.

なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δtを検出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図8(B)に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図8(B)は、制御信号SLS1、SLS2の振幅により光の強度(電流量)を模式的に表している模式的な信号波形例である。
具体的には図8(B)では、例えば公知の連続波変調のTOF(Time Of Flight)方式で距離を検出する。この連続波変調TOF方式では、一定周期の連続波で強度変調した連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期よりも短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位相差を求めることで、距離を検出する。なお図8(B)において制御信号SLS1、SLS2のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図8(B)のようなクロック波形ではなく、連続的な三角波やSin波で変調した波形であってもよい。また、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のTOF方式で、距離を検出してもよい。距離検出手法の詳細については例えば特開2009−8537号などに開示されている。
In addition, since the speed of light is quite high, there is also a problem that it is difficult to detect the time Δt by obtaining a simple difference using only an electric signal. In order to solve such a problem, it is desirable to modulate the light emission control signal as shown in FIG. Here, FIG. 8B is a schematic signal waveform example schematically representing light intensity (current amount) by the amplitude of the control signals SLS1 and SLS2.
Specifically, in FIG. 8B, the distance is detected by, for example, a known continuous wave modulation TOF (Time Of Flight) method. In this continuous wave modulation TOF method, continuous light that is intensity-modulated with a continuous wave having a constant period is used. Then, while irradiating the intensity-modulated light and receiving the reflected light a plurality of times at time intervals shorter than the modulation period, the waveform of the reflected light is demodulated and the phase difference between the irradiated light and the reflected light is obtained. Thus, the distance is detected. In FIG. 8B, the intensity of only the light corresponding to one of the control signals SLS1 and SLS2 may be modulated. Further, instead of the clock waveform as shown in FIG. 8B, a waveform modulated by a continuous triangular wave or Sin wave may be used. Further, the distance may be detected by a pulse modulation TOF method using pulsed light as continuously modulated light. Details of the distance detection method are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-8537.

図9に、本実施形態の照射部EUの変形例を示す。図9では、照射部EUとして第1、第2の照射ユニットEU1、EU2が設けられる。これらの第1、第2の照射ユニットEU1、EU2は、筆記用具OBの検出エリアRDETの面に沿った方向において所与の距離DSだけ離れて配置される。即ち図1のX軸方向に沿って距離DSだけ離れて配置される。   In FIG. 9, the modification of the irradiation part EU of this embodiment is shown. In FIG. 9, first and second irradiation units EU1 and EU2 are provided as the irradiation unit EU. These first and second irradiation units EU1, EU2 are arranged apart by a given distance DS in the direction along the surface of the detection area RDET of the writing instrument OB. That is, they are arranged apart by a distance DS along the X-axis direction in FIG.

第1の照射ユニットEU1は、照射方向に応じて強度が異なる第1の照射光を放射状に出射する。第2の照射ユニットEU2は、照射方向に応じて強度が異なる第2の照射光を放射状に出射する。受光部RUは、第1の照射ユニットEU1からの第1の照射光が筆記用具OBに反射されることによる第1の反射光と、第2の照射ユニットEU2からの第2の照射光が筆記用具OBに反射されることによる第2の反射光を受光する。そして検出部200は、受光部RUでの受光結果に基づいて、筆記用具OBの位置POBを検出する。
具体的には検出部200は、第1の反射光の受光結果に基づいて、第1の照射ユニットEU1に対する筆記用具OBの方向を第1の方向DDB1(角度φ1)として検出する。また第2の反射光の受光結果に基づいて、第2の照射ユニットEU2に対する筆記用具OBの方向を第2の方向DDB2(角度φ2)として検出する。そして検出された第1の方向DDB1(φ1)及び第2の方向DDB2(φ2)と、第1、第2の照射ユニットEU1、EU2の間の距離DSとに基づいて、筆記用具OBの位置POBを求める。
The first irradiation unit EU1 emits first irradiation light having different intensities according to the irradiation direction radially. The second irradiation unit EU2 emits second irradiation light having different intensities according to the irradiation direction radially. The light receiving unit RU writes the first reflected light from the first irradiation light from the first irradiation unit EU1 reflected by the writing tool OB and the second irradiation light from the second irradiation unit EU2. Second reflected light is received by being reflected by the tool OB. Then, the detection unit 200 detects the position POB of the writing instrument OB based on the light reception result at the light receiving unit RU.
Specifically, the detection unit 200 detects the direction of the writing instrument OB relative to the first irradiation unit EU1 as the first direction DDB1 (angle φ1) based on the light reception result of the first reflected light. Further, based on the reception result of the second reflected light, the direction of the writing instrument OB relative to the second irradiation unit EU2 is detected as the second direction DDB2 (angle φ2). Then, based on the detected first direction DDB1 (φ1) and second direction DDB2 (φ2), and the distance DS between the first and second irradiation units EU1, EU2, the position POB of the writing instrument OB. Ask for.

図9の変形例によれば、図8(A)、図8(B)のように光学式位置検出装置と筆記用具OBとの距離を求めなくても、筆記用具OBの位置POBを検出できるようになる。   According to the modification of FIG. 9, the position POB of the writing tool OB can be detected without obtaining the distance between the optical position detection device and the writing tool OB as shown in FIGS. 8A and 8B. It becomes like this.

<ペン型入力機器の3次元での位置情報の取得>
次に、ペン型入力機器1の3次元での位置情報を取得する手法について説明する。
本実施形態で用いられる筆記用具の例を図10に示す。尚、筆記用具の柄の部分に設けられる反射部の拡大図も示す。
<Acquisition of 3D position information of pen-type input device>
Next, a method for acquiring the three-dimensional position information of the pen-type input device 1 will be described.
An example of a writing instrument used in this embodiment is shown in FIG. In addition, the enlarged view of the reflection part provided in the pattern part of a writing instrument is also shown.

筆記用具は、図10に示したように、長手方向において反射率が異なる反射部材(第1の反射部RE1)と、長手方向に沿った軸の軸周りの回転方向において反射率が異なる反射部材(第2の反射部RE2)とが設けられる。長手方向に設けられた第1の反射部RE1での反射光に基づいて、長手方向における移動量(押し込み量)を求め、回転方向に設けられた第2の反射部RE2での反射光に基づいて、回転方向における回転量を求める。   As shown in FIG. 10, the writing instrument includes a reflecting member (first reflecting portion RE1) having a different reflectance in the longitudinal direction, and a reflecting member having a different reflectance in the rotational direction around the axis along the longitudinal direction. (Second reflection unit RE2). Based on the reflected light from the first reflecting part RE1 provided in the longitudinal direction, a moving amount (pushing amount) in the longitudinal direction is obtained, and based on the reflected light from the second reflecting part RE2 provided in the rotating direction. Thus, the rotation amount in the rotation direction is obtained.

また、長手方向における移動量を検出するための構造については複数の手法が考えられる。例えば、図11に示すように筆記用具を第1の部分と第2の部分に分け、第1の部分と第2の部分をバネのような伸縮可能な素材で結ぶ手法が考えられる。このようにしても、バネが縮むことにより、ペン先が対象面に触れている状態から、さらに筆記用具を対象面方向に押し込むことが可能になるため、長手方向における移動量を求められる。さらには、上述のような変形可能な素材やバネ機構を用いない筆記用具であってもよい。その場合には例えば、ペン先を対象面から浮かせた状態でも文字等を入力できるようにする。例えば図12に示すように、対象面からある程度のZ座標範囲を入力範囲と規定して、入力範囲に筆記用具が存在する場合に入力を行う。そして、その際の筆記用具のZ座標情報(例えばペン先部分のZ座標情報)を求め、その座標情報の大小から長手方向における移動量を求めればよい。   A plurality of methods can be considered for the structure for detecting the movement amount in the longitudinal direction. For example, as shown in FIG. 11, a method of dividing the writing instrument into a first part and a second part and connecting the first part and the second part with a stretchable material such as a spring can be considered. Even in this case, since the spring contracts, it is possible to further push the writing instrument in the direction of the target surface from the state where the pen tip is in contact with the target surface, and thus the amount of movement in the longitudinal direction can be obtained. Furthermore, the writing material which does not use a deformable material or a spring mechanism as described above may be used. In this case, for example, characters can be input even when the pen tip is lifted from the target surface. For example, as shown in FIG. 12, a certain Z coordinate range from the target surface is defined as the input range, and input is performed when a writing tool exists in the input range. And the Z coordinate information (for example, Z coordinate information of a pen point part) of the writing instrument in that case is calculated | required, and the movement amount in a longitudinal direction should just be calculated | required from the magnitude of the coordinate information.

<受光ユニットの構成例>
次に、光学式位置検出装置100の受光ユニットの構成例について述べる。なお、ここでは図13に示したような検出部200内の受光部RUに含まれる受光ユニットとして説明するが、詳細には、図14に示したような検出部200に含まれる第1の検出部210及び第2の検出部220等のことである。第1の検出部210は、第1の反射部RE1からの反射光を検出し、第2の検出部220は、第2の反射部RE2からの反射光を検出する。また、第1の検出部210は図13に示したように、第1部分用検出部211及び第2部分用検出部212等を含んでもよい。
<Configuration example of light receiving unit>
Next, a configuration example of the light receiving unit of the optical position detection apparatus 100 will be described. Here, the light receiving unit included in the light receiving unit RU in the detection unit 200 as illustrated in FIG. 13 will be described, but in detail, the first detection included in the detection unit 200 as illustrated in FIG. The unit 210, the second detection unit 220, and the like. The first detector 210 detects the reflected light from the first reflector RE1, and the second detector 220 detects the reflected light from the second reflector RE2. Further, as shown in FIG. 13, the first detection unit 210 may include a first part detection unit 211, a second part detection unit 212, and the like.

上述の光学式位置検出装置100の説明においては、受光ユニットは1つであるものとしていたが、本実施形態においては、受光ユニットは複数用いられるものとする。なお、上述したように、本実施形態で用いられる受光ユニットは、位置検出精度向上のため、受光する範囲(ここではZ座標範囲)が狭く限定されるものであることを前提としている。   In the description of the optical position detection device 100 described above, there is one light receiving unit. However, in this embodiment, a plurality of light receiving units are used. As described above, the light receiving unit used in the present embodiment is premised on that the light receiving range (here, the Z coordinate range) is narrowly limited in order to improve position detection accuracy.

受光ユニットの構成例を図15(A)に示す。本実施形態においては、Z座標軸において異なる位置に複数の受光ユニットを設ける。ここでは特に3つの受光ユニットを設ける例について説明する。Z座標軸において異なる位置に設けられる受光ユニットのうち、長手方向における移動量を求めるために必要なものは、長手方向に設けられた第1の反射部RE1からの反射光を受光する受光ユニット1つである。また、回転方向での回転量を求めるために必要なものは、回転方向に設けられた第2の反射部RE2からの反射光を受光する受光ユニット1つである。さらに筆記用具の傾き(及びポインティング位置)を求める際には、第1の反射部RE1、第2の反射部RE2どちらからの反射光でもよいから異なる2点からの反射光を受光する2つの受光ユニットが必要となる。よって、傾きを求める際の2つの受光ユニットのうち、一方を長手方向での移動量情報を求める受光ユニットと兼用し、他方を回転方向での回転量情報を求める受光ユニットと兼用するとすれば、長手方向での移動量情報、回転方向での回転量情報及び傾きを求める際には合計2つの受光ユニットがあればよいことになる。   A configuration example of the light receiving unit is shown in FIG. In the present embodiment, a plurality of light receiving units are provided at different positions on the Z coordinate axis. Here, an example in which three light receiving units are particularly provided will be described. Among the light receiving units provided at different positions on the Z coordinate axis, one necessary for obtaining the movement amount in the longitudinal direction is one light receiving unit that receives the reflected light from the first reflecting portion RE1 provided in the longitudinal direction. It is. Further, what is necessary for obtaining the amount of rotation in the rotation direction is one light receiving unit that receives the reflected light from the second reflection unit RE2 provided in the rotation direction. Further, when the inclination (and pointing position) of the writing instrument is obtained, the light received from two different points can be received from either the first reflection part RE1 or the second reflection part RE2. A unit is required. Therefore, if one of the two light receiving units for obtaining the inclination is used also as the light receiving unit for obtaining the movement amount information in the longitudinal direction and the other is also used for the light receiving unit for obtaining the rotation amount information in the rotation direction, When obtaining the movement amount information in the longitudinal direction, the rotation amount information in the rotation direction, and the inclination, it is sufficient to have a total of two light receiving units.

しかし、図10に示したように、回転量検出用の第2の反射部RE2は、第1の反射部RE1と区別するために、長手方向において狭い領域に配置されている。つまり、筆記用具を対象面20に対して立てて使用するケースが想定されることに鑑みれば、長手方向とはZ軸方向に対応する方向になるため、回転量検出用の第2の反射部RE1は、Z座標において狭い範囲に配置されることになる。筆記用具の構成例において説明したように、長手方向において筆記用具はある程度移動することが想定されているため、筆記用具の長手方向への移動(バネ機構の伸縮を含む)に伴って、第2の反射部RE2からの反射光が受光ユニットで受光できなくなる可能性がある。   However, as shown in FIG. 10, the second reflection part RE2 for detecting the rotation amount is arranged in a narrow region in the longitudinal direction so as to be distinguished from the first reflection part RE1. That is, in view of the case where the writing instrument is used standing on the target surface 20, the longitudinal direction is a direction corresponding to the Z-axis direction. RE1 is arranged in a narrow range in the Z coordinate. As described in the configuration example of the writing instrument, since the writing instrument is assumed to move to some extent in the longitudinal direction, the second of the writing instrument is moved in the longitudinal direction (including expansion and contraction of the spring mechanism). There is a possibility that the reflected light from the reflecting part RE2 of the light cannot be received by the light receiving unit.

そこで本実施形態では、Z座標軸において異なる位置に3つの受光ユニットを設ける。そして、第1の受光ユニットは第1の反射部RE1からの反射光を受光するものとする。また、第2の受光ユニット及び第3の受光ユニットは、筆記用具の長手方向での移動量を考慮した位置に設けられ、第2の受光ユニットと第3の受光ユニットのどちらかで、第2の反射部RE2からの反射光を受光する。その際、第2の反射部RE2からの反射光を受光しない方の受光ユニットは、第1の反射部RE1からの反射光を受光する。一例を図15(A)、図15(B)に示す。図15(A)のように、押し込み量が小さい状態において、第2の反射部RE2からの反射光を受光する位置(B2)に第2の受光ユニットを設け、図15(B)のように、押し込み量が大きい状態において第2の反射部RE2からの反射光を受光する位置(D1)に第3の受光ユニットを設ける。そして、図15(A)の状態では、第1の受光ユニット(B3)及び第3の受光ユニット(B1)で、第1の反射部RE1からの反射光を受光し、長手方向における移動量を求め、第2の受光ユニット(B2)で、第2の反射部RE2からの反射光を受光し、回転量を求める。同様に、図15(B)の状態では、第1の受光ユニット(D1)及び第2の受光ユニット(D2)で、第1の反射部RE1からの反射光を受光し、長手方向における移動量を求め、第3の受光ユニット(D1)で、第2の反射部RE2からの反射光を受光し、回転量を求める。   Therefore, in this embodiment, three light receiving units are provided at different positions on the Z coordinate axis. The first light receiving unit receives the reflected light from the first reflecting part RE1. In addition, the second light receiving unit and the third light receiving unit are provided at positions that take into account the amount of movement of the writing instrument in the longitudinal direction, and either the second light receiving unit or the third light receiving unit is the second light receiving unit. The reflected light from the reflection part RE2 is received. At that time, the light receiving unit that does not receive the reflected light from the second reflecting portion RE2 receives the reflected light from the first reflecting portion RE1. An example is shown in FIGS. 15A and 15B. As shown in FIG. 15A, the second light receiving unit is provided at the position (B2) for receiving the reflected light from the second reflecting portion RE2 in a state where the pushing amount is small, as shown in FIG. The third light receiving unit is provided at a position (D1) for receiving the reflected light from the second reflecting portion RE2 in a state where the pushing amount is large. In the state of FIG. 15A, the first light receiving unit (B3) and the third light receiving unit (B1) receive the reflected light from the first reflecting part RE1, and the amount of movement in the longitudinal direction is set. Then, the second light receiving unit (B2) receives the reflected light from the second reflecting part RE2, and obtains the rotation amount. Similarly, in the state of FIG. 15B, the first light receiving unit (D1) and the second light receiving unit (D2) receive the reflected light from the first reflecting part RE1 and move in the longitudinal direction. And the third light receiving unit (D1) receives the reflected light from the second reflecting portion RE2 to determine the amount of rotation.

ただし、受光ユニットの構成例は上述したものに限定されるわけではない。第2の反射部RE2をZ長手方向において広い範囲に設定できるのであれば、2つの受光ユニットで十分である。また、長手方向における移動量及び回転量のどちらか一方を求めるのであれば、2つの受光ユニットを設ければ足りる。ここで、2つとしているのは傾き情報の取得を前提としているためであり、筆記用具の傾きも必要ないとなれば、1つの受光ユニットを設けるだけでもよい。   However, the configuration example of the light receiving unit is not limited to that described above. If the second reflecting part RE2 can be set in a wide range in the Z longitudinal direction, two light receiving units are sufficient. If one of the movement amount and the rotation amount in the longitudinal direction is to be obtained, it is sufficient to provide two light receiving units. Here, the reason for the two is that it is premised on the acquisition of the tilt information, and if it is not necessary to tilt the writing instrument, only one light receiving unit may be provided.

<入力データの取得手法>
次に入力用データの取得手法について説明する。
まず、入力位置の基準位置を設定するためのキャリブレーションを行う必要がある。ここでは具体例として、筆記用具を対象面方向に対して完全に押し込んだ時を基準位置とする。
具体的には、筆記用具を対象面に対して完全に押し込んだ時の各受光ユニットにおける受光量に基づいて、3つの反射率情報をキャリブレーション情報として取得する。
次に、各受光部においてX座標情報及びY座標情報を取得する。座標情報の取得手法については、光学式位置検出装置の説明において上述したとおりである。3つの受光ユニットを用いる例においては、第1の受光ユニットにおいて座標情報(X1,Y1)を取得し、第2の受光ユニットにおいて座標情報(X2,Y2)を取得し、第3の受光ユニットにおいて座標情報(X3,Y3)を取得する。そして、第1の受光ユニットが設けられているZ座標位置がZ1であり、且つ、受光ユニットはZ座標において狭い範囲の光を受光することから、第1の受光ユニットからの座標情報として、(X1,Y1,Z1)という3次元情報を取得する。同様に、第2の受光ユニットから(X2,Y2,Z2)を取得し、第3の受光ユニットから(X3,Y3,Z3)を取得する。これにより、筆記用具の傾きがわかるため(ただし、筆記用具は直線的な棒状のものとしている)、筆記用具と対象面(描画面)との接触位置を求めることができ、接触位置はそのまま署名位置として用いることが可能である。
<Input data acquisition method>
Next, a method for acquiring input data will be described.
First, it is necessary to perform calibration for setting the reference position of the input position. Here, as a specific example, the reference position is a time when the writing instrument is completely pushed into the target surface direction.
Specifically, three pieces of reflectance information are acquired as calibration information based on the amount of light received by each light receiving unit when the writing instrument is completely pushed into the target surface.
Next, X coordinate information and Y coordinate information are acquired in each light receiving unit. The method for acquiring the coordinate information is as described above in the description of the optical position detection device. In an example using three light receiving units, the coordinate information (X1, Y1) is acquired in the first light receiving unit, the coordinate information (X2, Y2) is acquired in the second light receiving unit, and the third light receiving unit The coordinate information (X3, Y3) is acquired. Since the Z coordinate position where the first light receiving unit is provided is Z1, and the light receiving unit receives light in a narrow range in the Z coordinate, the coordinate information from the first light receiving unit is ( The three-dimensional information X1, Y1, Z1) is acquired. Similarly, (X2, Y2, Z2) is acquired from the second light receiving unit, and (X3, Y3, Z3) is acquired from the third light receiving unit. As a result, the inclination of the writing tool can be known (however, the writing tool is a straight bar), the contact position between the writing tool and the target surface (drawing surface) can be obtained, and the contact position is directly signed. It can be used as a position.

<反射率情報の取得>
3つの3次元座標情報を取得したとしても、筆記用具の長手方向における移動量や回転方向における回転量を求めることはできない。なぜなら、上述の3次元座標情報からは、3点を通る位置に筆記用具が存在することがわかるだけであり、図16(A)の状態なのか、図16(B)の状態なのかを判別できないからである。
<Obtain reflectance information>
Even if three pieces of three-dimensional coordinate information are acquired, the amount of movement of the writing instrument in the longitudinal direction and the amount of rotation in the rotational direction cannot be obtained. This is because the above-described three-dimensional coordinate information only shows that the writing instrument exists at a position passing through the three points, and it is determined whether it is in the state of FIG. 16 (A) or FIG. 16 (B). It is not possible.

そのため、本実施形態においては、筆記用具に設けられた第1、第2の反射部の反射率情報をあわせて取得する。第1の反射部RE1は、上述したように、筆記用具の長手方向においてグラデーションを描くように反射率が変化する。そのため、反射率情報(具体的には受光ユニットにおける電流値等)を用いることで、受光ユニットで検出した情報が、筆記用具のどの部分に対応するものかを判定することができる。例えば、筆記用具の端部からs1[cm]のポイントが(X1,Y1,Z1)に存在し、かつ、s2[cm]のポイントが(X2,Y2,Z2)に存在するということがわかれば、筆記用具の3次元位置を詳細に求めることができる。同様に、第2の反射部RE2は、長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向においてグラデーションを描くように反射率が変化する。そのため、筆記用具のどの部分が受光ユニットの方向を向いているかを求めることができる。   Therefore, in this embodiment, the reflectance information of the 1st, 2nd reflection part provided in the writing instrument is acquired together. As described above, the reflectance of the first reflecting portion RE1 changes so as to draw a gradation in the longitudinal direction of the writing instrument. Therefore, by using reflectance information (specifically, a current value or the like in the light receiving unit), it is possible to determine to which part of the writing instrument the information detected by the light receiving unit corresponds. For example, if it is understood that the point of s1 [cm] exists at (X1, Y1, Z1) and the point of s2 [cm] exists at (X2, Y2, Z2) from the end of the writing instrument. The three-dimensional position of the writing instrument can be determined in detail. Similarly, the reflectance of the second reflecting portion RE2 changes so as to draw a gradation in the rotation direction around the axis along the longitudinal direction. Therefore, it can be determined which part of the writing instrument is facing the light receiving unit.

なお、反射率情報により表される値(受光ユニットにおける電流値等)の絶対値をそのまま用いる手法には限定されない。むしろ、照射部EUにおける照射光の強度が変化する等の要因があった場合には、電流値は全体的に変化するため、1つの値の絶対値を用いたのでは問題が生じてしまう。そのため、2つの時点での反射率情報を取得し、その比較により位置情報(長手方向における移動量、回転量等)を求めてもよい。具体的には例えば、上述したキャリブレーション時の値を用いる手法が考えられる。キャリブレーション情報を基準として、キャリブレーション情報の値からの変化を検出する。上述の例では、完全に押し込んだ状態を基準位置としているため、キャリブレーション情報からの変化に基づいて、完全に押し込んだ状態からどれだけ移動或いは回転しているかを求めることができる。   Note that the method is not limited to the method of using the absolute value of the value represented by the reflectance information (such as the current value in the light receiving unit) as it is. Rather, when there is a factor such as a change in the intensity of the irradiation light in the irradiation unit EU, the current value changes as a whole, and thus using the absolute value of one value causes a problem. Therefore, reflectance information at two points in time may be acquired, and position information (amount of movement in the longitudinal direction, amount of rotation, etc.) may be obtained by comparison. Specifically, for example, a method using the above-described calibration value can be considered. A change from the value of the calibration information is detected on the basis of the calibration information. In the above-described example, since the completely pushed state is used as the reference position, it is possible to determine how much the moving or rotating state has been achieved from the completely pushed state based on the change from the calibration information.

また、キャリブレーションを行ってから、実際の検出処理を行うまでの間に照射光強度の変化等の要因が発生するおそれもある。その場合には、ある時刻T1と、別の時刻T2での反射率情報をそれぞれ検出し、T1での反射率情報とT2での反射率情報との差を求めてもよい。この場合には、基準位置との比較ではないので、筆記用具の絶対的な位置を求めることはできないが、T1からT2の間での移動量(例えば長手方向における移動量、或いは回転方向における回転量等)を求めることが可能になる。この際、T1とT2の間隔を十分短い間隔に設定しておけば、照射光強度等の変化等による影響を抑止することができる。   In addition, there is a possibility that a factor such as a change in irradiation light intensity may occur during the period from the calibration to the actual detection process. In that case, reflectance information at a certain time T1 and another time T2 may be detected, respectively, and the difference between the reflectance information at T1 and the reflectance information at T2 may be obtained. In this case, since it is not a comparison with the reference position, the absolute position of the writing instrument cannot be obtained, but the movement amount between T1 and T2 (for example, the movement amount in the longitudinal direction or the rotation in the rotation direction). Amount). At this time, if the interval between T1 and T2 is set to a sufficiently short interval, it is possible to suppress the influence of a change in the irradiation light intensity or the like.

<署名認証の方法>
上述したように、ペン型入力機器1によって、3次元的ペン位置が検出されるので、その3次元的ペン位置情報に基づいて、認証因子が抽出され、署名者毎の特有のプロファイルデータが生成される。このプロファイルデータの基になる認証因子が時系列に配列されたデータの一例を図17に示す。これは、例えば、「山田浩(やまだひろし)」と署名した例とする。
<Signature authentication method>
As described above, since the pen-type input device 1 detects a three-dimensional pen position, an authentication factor is extracted based on the three-dimensional pen position information, and unique profile data for each signer is generated. Is done. FIG. 17 shows an example of data in which authentication factors that are the basis of this profile data are arranged in time series. This is, for example, an example in which “Yamada Hiroshi” is signed.

ここで、ペン先の位置検出用情報PENは、ペン型入力機器1の受光部RUが、署名者の署名時において検出した受光強度を時系列に表示した信号波形である。この信号波形を前述したX座標、Y座標の検出の計算を行うことで、ペン先であるところの筆記用具OBの先端の位置の変化を計算することができ、その結果、信号波形のa部は「山田」、信号波形のb部は「浩」と記載していることを判別することができる。   Here, the pen tip position detection information PEN is a signal waveform in which the light receiving unit RU of the pen-type input device 1 displays the received light intensity detected at the time of signing by the signer in time series. By calculating the detection of the X-coordinate and Y-coordinate described above for this signal waveform, it is possible to calculate the change in the position of the tip of the writing instrument OB that is the pen tip, and as a result, a part of the signal waveform It can be determined that “Yamada” is written and “b” of the signal waveform is written “H”.

ペン傾き情報TILは、ペン型入力機器1で計算した筆記用具OB(ペン)の傾きの変化を時系列に表示しや信号波形である。この信号レベルは、署名動作中、殆ど一定の値をしており、この署名者はペンの傾きを常に一定に保持して署名する癖があることが分かる。また、ペン速度情報VELは、ペン型入力機器1で計算した筆記用具OB(ペン)の移動量を単位時間で割った値、すなわち、ペンの速度変化を示している。信号のレベルがa部よりb部の方が低い値を示している。これにより、この署名者は「山田」という苗字を書く時よりも、「浩」という名前を書く時の方が、ペン速度をゆっくり書くという癖があることが分かる。   The pen tilt information TIL is a signal waveform indicating a change in tilt of the writing instrument OB (pen) calculated by the pen type input device 1 in time series. This signal level has an almost constant value during the signing operation, and it can be seen that this signer has a tendency to sign with the pen tilt always kept constant. The pen speed information VEL indicates a value obtained by dividing the movement amount of the writing tool OB (pen) calculated by the pen type input device 1 by a unit time, that is, a change in the pen speed. The level of the signal is lower in the part b than in the part a. This shows that this signer is more apt to write the pen speed more slowly when writing the name "Hou" than when writing the last name "Yamada".

また、ペン回転情報ROTは、ペン型入力機器1で計算した筆記用具OB(ペン)の回転速度を表示している。この信号レベルの変化が殆ど無いことから、ペンを殆ど回転させずに署名していることが分かる。ボールペンや万年筆の場合、ペンを殆ど回転させない場合が多いが、毛筆ペンの場合、ペンを回転させて書く場合もあり、署名認証において、ペンの回転を検出することは認証精度の改善に有益になる場合もある。   The pen rotation information ROT displays the rotation speed of the writing instrument OB (pen) calculated by the pen type input device 1. Since there is almost no change in the signal level, it can be seen that the signature is made with almost no rotation of the pen. In the case of ballpoint pens and fountain pens, the pen is often not rotated, but in the case of brush pens, writing may be performed by rotating the pen, and detecting the rotation of the pen is useful for improving the authentication accuracy in signature authentication. Sometimes it becomes.

署名の真偽認証では、図17に示す認証因子からプロファイルデータを作成し。そのプロファイルデータと基準データを比較するものである。まず、ペン先の位置検出用情報PENから筆跡画像(例えばビットマップデータ)を生成する。そして、筆跡画像の類似性を比較にし、基準データの筆跡画像と比較する。この画像データの比較は筆跡認証ソフトウェア等を用意すればよい。   In authenticating the signature, profile data is created from the authentication factor shown in FIG. The profile data is compared with the reference data. First, a handwriting image (for example, bitmap data) is generated from the pen tip position detection information PEN. Then, the handwriting image similarity is compared and compared with the handwriting image of the reference data. For comparison of the image data, handwriting authentication software or the like may be prepared.

本実施例では、ペン型入力機器1は3次元位置が検出できるので、筆跡のビットマットデータを作成することができる為、上述した例では、筆記用具OB(ペン)の先端の位置を検出し、それを一旦筆跡画像に変換し、その筆跡画像の形から真偽判定を行う方法を説明した。
しかしながら、筆跡画像を作成することは必ずしも必要ではない。署名認証のみ行う場合、筆記用具OB(ペン)の位置であるX座標及びY座標を計算せずに、反射光の信号波形自体で比較することも可能である。つまり、基準データ登録時において、反射光の信号波形自体を基準データとして登録し、認証時には署名者が署名動作した時の信号波形をプロファイルデータとして、そのプロファイルデータと基準データとを比較するのである。これは、本実施例に用いるペン型入力機器1は、極めて特徴ある光の出射方法を用いているので、その出射光を筆記用具OB(ペン)で反射する光の強度レベルの信号波形は声紋のような個人特有のパターンを持っていることになり、この個人特有のパターンを直接、プロファイルデータとして利用することが可能なために実現できる。
In this embodiment, since the pen-type input device 1 can detect a three-dimensional position, it can create bit mat data of handwriting. In the above-described example, the position of the tip of the writing instrument OB (pen) is detected. The method of converting the image into a handwriting image and determining the authenticity from the shape of the handwriting image has been described.
However, it is not always necessary to create a handwriting image. When only the signature authentication is performed, it is also possible to compare the reflected light signal waveform itself without calculating the X coordinate and the Y coordinate which are the positions of the writing instrument OB (pen). That is, at the time of registration of the reference data, the signal waveform of the reflected light itself is registered as reference data, and at the time of authentication, the signal waveform when the signer performs a signature operation is used as profile data, and the profile data is compared with the reference data. . This is because the pen-type input device 1 used in the present embodiment uses a very characteristic light emission method, and the signal waveform of the intensity level of the light that reflects the emitted light with the writing instrument OB (pen) is a voiceprint. This can be realized because the personal-specific pattern can be directly used as profile data.

1 ペン型入力機器、2 認証因子抽出・生成部、3 基準データ登録部、
4 データベース、5 認証部、
20 対象面、100 光学式位置検出装置、200 検出部、210 検出部、
211 第1部分用検出部、212 第2部分用検出部、220 検出部、
300 処理部、EU 照射部、LE 照射方向設定部、LF ルーバーフィルム、
LG ライトガイド、OB 対象物、PD 受光ユニット、
PD1 第1の受光ユニット、PD2 第2の受光ユニット、
PD3 第3の受光ユニット、PHD 受光素子、PS プリズムシート、
PS 光学シート、PWB 配線基板、RE1 第1の反射部、RE2 第2の反射部、
RS 反射シート、RU 受光部、SLT スリット、
PEN 位置検出用情報。
1 Pen-type input device 2 Authentication factor extraction / generation unit 3 Reference data registration unit
4 database, 5 authentication section,
20 target surface, 100 optical position detection device, 200 detection unit, 210 detection unit,
211, first part detection unit, 212 second part detection unit, 220 detection unit,
300 processing unit, EU irradiation unit, LE irradiation direction setting unit, LF louver film,
LG light guide, OB object, PD light receiving unit,
PD1 first light receiving unit, PD2 second light receiving unit,
PD3 Third light receiving unit, PHD light receiving element, PS prism sheet,
PS optical sheet, PWB wiring board, RE1 first reflection part, RE2 second reflection part,
RS reflection sheet, RU light receiving part, SLT slit,
PEN Position detection information.

Claims (3)

手書き用の筆記用具と、
前記筆記用具に照射光を出射する照射部と、
前記照射光が前記筆記用具により反射する反射光を検出する検出部と、
前記検出部での検出結果に基づいて処理を行う処理部と、
特定の情報を記憶する記憶部と、
前記処理部で処理された情報と前記特定の情報とを照合する照合部と、
を含み、
前記筆記用具は、前記筆記用具の長手方向において反射率の異なる第1の反射部、及び前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率の異なる第2の反射部の少なくとも一方を有し、
前記検出部は、前記第1の反射部及び前記第2の反射部の少なくとも一方からの反射光を検出し、
前記処理部は、前記検出部での検出結果に基づいて、前記第1の反射部の前記長手方向での移動量情報及び前記第2の反射部の前記回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求めることを特徴とする署名認証システム。
A writing instrument for handwriting,
An irradiation unit for emitting irradiation light to the writing instrument;
A detection unit for detecting reflected light reflected by the writing instrument with the irradiation light;
A processing unit that performs processing based on a detection result in the detection unit;
A storage unit for storing specific information;
A collation unit that collates information processed by the processing unit with the specific information;
Including
The writing tool includes at least one of a first reflecting portion having a different reflectance in a longitudinal direction of the writing tool and a second reflecting portion having a different reflectance in a rotation direction around an axis along the longitudinal direction. Have
The detection unit detects reflected light from at least one of the first reflection unit and the second reflection unit,
The processing unit is based on a detection result of the detection unit, and at least one of movement amount information of the first reflection unit in the longitudinal direction and rotation amount information of the second reflection unit in the rotation direction. A signature authentication system characterized by requesting.
前記第1の反射部は、前記筆記用具の前記長手方向において徐々に反射率が変化し、
前記第2の反射部は、前記長手方向に沿った軸の軸周りでの前記回転方向において徐々に反射率が変化することを特徴とする請求項1に記載の署名認証システム。
The first reflecting portion gradually changes in reflectance in the longitudinal direction of the writing instrument,
The signature authentication system according to claim 1, wherein a reflectance of the second reflection unit gradually changes in the rotation direction around an axis of the axis along the longitudinal direction.
前記処理部は、前記第1の反射部での反射率の検出結果に基づいて、前記筆記用具の移動軌跡を求めることを特徴とする請求項1または2に記載の署名認証システム。   The signature authentication system according to claim 1, wherein the processing unit obtains a movement trajectory of the writing instrument based on a detection result of reflectance at the first reflecting unit.
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