シグネチャーパッド
【課題】反射光の検出及び処理を行うことで、ペンの位置に基づく特有情報を取得し、署名の真偽を識別するシグネチャーパッドを提供する。
【解決手段】シグネチャーパッドに用いる署名特徴取込装置は、反射光の検出を行う検出部２００と、検出部２００での検出結果に基づいて処理を行う処理部３００とを含む。対象面２０に沿った検出エリアに筆記用具ＯＢで署名を行なうと、照射部ＥＵから出射した光ＬＴが筆記用具ＯＢで反射する反射光ＬＲを受光部ＲＵで受光する。その受光結果から、筆記用具ＯＢの動きを検出し、署名の真偽を判定する。
【解決手段】シグネチャーパッドに用いる署名特徴取込装置は、反射光の検出を行う検出部２００と、検出部２００での検出結果に基づいて処理を行う処理部３００とを含む。対象面２０に沿った検出エリアに筆記用具ＯＢで署名を行なうと、照射部ＥＵから出射した光ＬＴが筆記用具ＯＢで反射する反射光ＬＲを受光部ＲＵで受光する。その受光結果から、筆記用具ＯＢの動きを検出し、署名の真偽を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、署名等の真偽を識別するためのシグネチャーパッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
また、特許文献１においては、単に署名された筆跡の全体画像のみならず、筆記過程の特徴等も比較して、より精度の高い署名認証を行なう技術が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１５７４号公報
【特許文献２】米国特許第５１２３０６４号明細書
【特許文献３】米国特許第５４４８０４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示された署名認証装置は、筆跡ベクトルや筆圧、ペン保持傾斜角等を検出するため、認証ペンにＣＣＤエリアセンサー、圧力センサー等が内蔵された専用のペンを用いなくてはならない。
そこで、本発明の目的は、専用ペンの必要なしに、任意のペン（筆記用具）で署名をしても、署名者毎の署名者特有情報を読み取ることが可能なシグネチャーパッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）
本発明の一態様は、シグネチャーパッドであって、平面部分を有する平板部と、照射光を出射する照射部と、前記照射光が対象物により反射することによる反射光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づいて、前記対象物の位置検出用情報を検出する検出部と、前記位置検出用情報を時系列に配置し、プロファイルデータとして記録するプロファイルデータ記録部と、特定の情報が時系列に配列された基準データを記憶するデータベースと、前記プロファイルデータと前記基準データとを照合するデータ照合部と、を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、対象物を筆記用具として、署名を行なう場合に、その筆記用具の位置検出用情報を検出することで、署名を行なう人の筆跡に関係するデータを取得することができるので、そのデータに基づき署名の真偽の照合を行なうことが可能になる。
【０００６】
（２）
また、本発明の一態様は、更に、前記対象物が前記平面部分と接する所定空間に進入したことを前記検出部が検出すると、前記位置検出用情報の記録を開始するプロファイルデータの取り込み開始行程と、前記対象物が前記所定空間から離脱したことを前記検出部が検出すると、前記位置検出用情報記録を終了するプロファイルデータ取り込み終了行程と、を有し、前記プロファイルデータ取り込み終了行程に続いて、前記データ照合部にて、前記プロファイルデータと前記基準データとを照合することを特徴とする。
上記構成によれば、プロファイルデータの読み取り開始行程とプロファイルデータの読み取り終了行程が自動的に行なわれることにより、データ取り込みに要する処理時間を最短時間にすることができる。
【０００７】
（３）
加えて、本発明の一態様は、前記照射光は赤外線であることを特徴とする。
上記構成により、データ取り込み時において、環境光に影響されることを低減し、精度の高い位置検出用情報を検出することができる。
【０００８】
（４）
また、本発明の一態様は、シグネチャーパッドの前記平板部の一部にシート状の媒体を挟むクリップ部を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、実際の署名を書く用紙をシグネチャーパッドに固定することができるので、署名作業の作業性が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のシグネチャーパッドの基本構成を示すブロック図。
【図２】図１のブロック図を更に細分化したブロック図。
【図３】本実施形態で利用可能な署名特徴取込装置の構成例。
【図４】受光部の構成例。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は受光ユニットの構成例。
【図６】照射部の構成例。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は座標情報検出手法を説明する図。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は発光制御信号の信号波形例。
【図９】照射部の他の構成例。
【図１０】受光部の構成例。
【図１１】本実施形態のシグネチャーパッドの概観図。
【図１２】検出エリアを設けることで検出開始を説明する図。
【図１３】認証因子の信号波形例。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態のシグネチャーパッドの基本構成を示すブロック図である。このシグネチャーパッドは、署名特徴取込装置１を有する。署名特徴取込装置１には、光学式位置検出装置１００を含み、光学式位置検出装置１００は筆記用具ＯＢの位置検出に用いられる信号データ（位置検出用情報）を検出することができる。この位置検出用情報を各種の計算により処理することにより、筆記用具ＯＢの位置、例えば、所定のＸＹＺ座標上の位置を検出することができる。
【００１２】
署名特徴取込装置１によって得られた位置検出用情報は、筆跡データの認証のための認証因子を抽出する認証因子抽出部２に送られ、認証因子抽出部２によって、各種の認証因子が抽出され、それらが時系列に配列され整えられる（正規化される）ことで、署名者固有の特徴であるプロファイルデータが生成される（２ｆ）。
認証因子抽出部２で、正規化されたプロファイルデータは、基準データ登録部３に送られ、特徴データの抽出と基準データの生成が行なわれる。
基準データ登録部３で、複数の署名者の基準データが生成される（３ａ）ことになるが、それらは署名者毎にインデックスが付与されデータベース４に記憶される。
【００１３】
その一方で、認証因子抽出部２で、正規化されたプロファイルデータは、基準データ登録部以外に、データ照合部５にも送られる経路があり、このデータ照合部５で、データベース４から署名者の固有のインデックスが付与された基準データを呼び出す基準データ照会を行ない、その基準データとプロファイルデータとを比較し、基準データとプロファイルデータが同一の特徴を有しているか、有していないかの識別、即ち、照合を行なう。同一の特徴を有している場合、署名は真であり、同一の特徴を有していない場合、署名は偽と判定する。この認証を行なうプロセスを認証モードと呼ぶ。
なお、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。
【００１４】
ここで、認証因子とは、光学式位置検出装置１００によって得られた位置検出情報に基づき計算された各種情報であり、具体的には、筆跡であるペン先の動き、ペンの傾き、ペンの速度のデータである。
【００１５】
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、ペンの位置を時系列に取り込む。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。ペン先軌跡、ペン傾き、ペン速度は、それぞれ、時系列に配列される処理、即ち、正規化（２ｆ）が行なわれる。この正規化されたデータは署名者特有のデータであり、プロファイルデータと言うことができる。
【００１６】
登録モードでは、正規化されたデータ、即ち、プロファイルデータから基準データの生成（３ａ）と特徴データの抽出（３ｂ）を行なう。この特徴データは署名者毎の特有の癖を現す情報である。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。筆跡は署名者毎の癖により、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。
【００１７】
認証モードでは、正規化されたデータであるプロファイルデータから、更に特徴の抽出（５ａ）を行なう。例えば、特徴因子抽出部では、ペン先軌跡、ペン傾き、ペン速度の３つの因子を抽出しているが、署名する都度ペン速度が変わってしまうような署名者に対して、ペン速度に基づいて認証すると、かえって誤差が大きくなる場合もある。認証モードに最適な特徴となるデータのみを抽出し、認証を行なう方が良い場合がある。そこで、認証に最適な特徴のプロファイルデータに再構築（５ｂ）し、再構築されたプロファイルデータは、基準データと比較（５ｃ）を行なう。つまり、言い換えれば、プロファイルデータの再構築は、署名者の癖に基づき重み付けをしているということができる。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を行うのであるが、署名は必ずしも、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。
なお、登録モードでは筆跡登録アプリケーションソフトウェアにより、基準データ登録部３とデータベース４が制御される。また、認証モードでは、筆跡認証アプリケーションソフトウェアにより、データ照合部５が制御される。
【００１８】
本実施例のシグネチャーパッドでは、３次元の位置検出も可能になる。なお、３次元の位置検出方法については後述する。３次元の位置検出により、ペンの傾きも認証因子として考慮することができる。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、３次元の位置検出可能なシグネチャーパッドでは、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次元で署名を認証する装置には出来ない特徴であり、本実施例のシグネチャーパッドの大きな利点になる。
【００１９】
図３に、本実施形態に係る署名特徴取込装置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、署名特徴取込装置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。
【００２０】
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は、Ｘ−Ｙ平面に沿った対象面２０の上方、即ちＺ方向の空間である。そして、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。
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。
【００２１】
処理部３００は、検出部２００が検出した筆記用具ＯＢ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、一般に署名に用いるペンにより効率的に反射される波長帯域の光であり、且つ、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、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
＜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、本実施形態に係る署名特徴取込装置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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）
【００３９】
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）
【００４０】
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。
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。
【００４１】
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）
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
＜署名特徴取込装置の３次元での位置情報の取得＞
次に、署名特徴取込装置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。
図１０に、本実施形態の受光部ＲＵの構成例を示す。この構成例では、受光部ＲＵは３個の受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３（広義には複数の受光ユニット）を含み、受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３は対象面２０に交差する方向に沿って配置される。具体的には、３つの受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３は対象面２０に交差する方向での高さ（対象面２０からの距離）が異なる位置に配置される。或いは、対象面がＸ−Ｙ平面に沿った面である場合に、対象面に交差する方向での高さが異なり、かつ、異なるＸ座標位置に配置される。
【００５０】
受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３は、対象面２０に交差する方向の入射光を制御する入射光制限部を有する。具体的には、受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３は、入射光が入射する角度（例えばＺ方向の角度）を制限するためのスリット等を含み、それぞれ検出エリアＲＤＥＴ１〜ＲＤＥＴ３に存在する筆記用具ＯＢからの反射光ＬＲを受光する。例えば、受光ユニットＰＤ１は検出エリアＲＤＥＴ１に存在する筆記用具ＯＢからの反射光ＬＲを受光するが、他の検出エリアＲＤＥＴ２、ＲＤＥＴ３に存在する筆記用具ＯＢからの反射光ＬＲは受光しない。照射部ＥＵは３つの検出エリアＲＤＥＴ１〜ＲＤＥＴ３に対して照射光ＬＴを出射する。なお、各検出エリアＲＤＥＴ１〜ＲＤＥＴ３はＸ−Ｙ平面に沿った対象面に対して多層に設定されるエリアである。
【００５１】
このような構成にすることで、筆記用具ＯＢが３つの検出エリアＲＤＥＴ１〜ＲＤＥＴ３の内の何処の検出エリアの何処の位置に存在するかを検出することができる。即ち、筆記用具ＯＢのＺ座標に関する位置検出用の情報（データ）を検出することができる。これにより、筆記用具ＯＢが長手形状の場合、その筆記用具ＯＢの傾き角度（対象面２０の垂直線と筆記用具ＯＢの長手方向との角度）を検出することができる。これにより、署名する人がペンを保持する角度がリアルタイムで検出することが可能である。
【００５２】
上記に、本発明のシグネチャーパッドでは、複数の受光ユニットを設けることで、３次元の位置情報を取得可能であることを説明した。３次元の位置情報を取得することで、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、この技術を用いることで、右利きの人と左利きの人を錯誤する可能性は低くなる。
【００５３】
しかしながら、必ずしも本発明のシグネチャーパッドは３次元での位置情報を取得することが必須ではない。ペン傾きを認証因子として用いなくても、対象面２０を移動する２次元でのペン先の動きで、必要とされる十分な認証精度が得られる場合、図４に示すように、１つの受光ユニットを設けるだけでもよい。
【００５４】
＜署名特徴取込装置でのデータの取得手法＞
次に、署名特徴取込装置１でのデータの取得手法について説明する。
まず、筆記用具ＯＢの位置を求めるため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ＯＢを対象面２０に完全に当接させた時の位置を基準位置とする。
具体的には、筆記用具ＯＢの先端を対象面２０の署名を開始する位置に配置し、その時の受光ユニットにおける受光量に基づいて、反射率情報をキャリブレーション情報として取得する。この取得結果を基準とし、筆記用具ＯＢを移動させることで、受光ユニットが受光する受光結果が変化することで、Ｘ−Ｙ平面のどの方向に筆記用具ＯＢが移動したかを計算し、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。
【００５５】
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。
【００５６】
＜シグネチャーパッドの構成例＞
次に、具体的なシグネチャーパッドの構成例について述べる。図１１は、本実施形態のシグネチャーパッドＳＰの概観図である。概観は、平面状の平板部７に光学式位置検出装置１００とクリップ部８が設けられている。光学式位置検出装置１００は受光部ＲＵを挟んで第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられている。ＥＵ１、ＥＵ２の詳細構成は図９に示したとおりである。
【００５７】
平板部７の平面において、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２からの照射光が届くエリアが筆記用具ＯＢの位置を検出する対象面２０になる。クリップ部８はネジリコイルバネ等の弾性部材で付勢力を受け、用紙９を平板部７に挟むことができる。なお、本シグネチャーパッドは、署名者が用紙９の対象面２０の範囲に署名することを想定している。
【００５８】
図１２は、検出エリアを設けることで検出開始を説明する図である。対象面２０の上部の１０ｍｍ程度の空間を検出エリアＲＤＥＴに設定する。この検出エリアＲＤＥＴに筆記用具ＯＢが入ってくると、光学式位置検出装置１００は反射光の変化を検出し、用紙９の署名範囲にペンが入ってきたことが検出できる。そして、このタイミングで、署名者の署名の特徴の取り込みを開始する。これをプロファイルデータの取り込み開始行程と呼び、シグネチャーパッドＳＰの内部にある署名特徴取込装置１によって自動的に行なわれる。
【００５９】
署名者が署名を書き終え、ペンを検出エリアＲＤＥＴから出すと、署名動作は終了したと判断し、反射光のデータ取得は終了する。これをプロファイルデータの取り込み終了行程と呼び、シグネチャーパッドＳＰの内部にある署名特徴取込装置１によって自動的に行なわれる。
【００６０】
プロファイルデータの読み取り開始行程とプロファイルデータの読み取り終了行程が自動的に行なわれることにより、署名特徴取込装置１にて処理する時間は必要な最短時間で処理が可能となり、筆記用具ＯＢの位置検出用情報の各種処理（計算）を行なうＣＰＵ（中央演算装置）の負担は最小になる。また、プロファイルデータの読み取り終了行程に続いて、認証因子抽出及び認証因子生成のプロセスに入る。これは、図１に示した認証因子抽出部２で行なわれる。その後データベース４との比較によって、署名者の真偽を認証するプロセスは既に説明したとおりである。
【００６１】
＜署名認証の方法の詳細＞
署名認証は各種の認証因子に基づいて行なわれるが、その詳細について説明する。上述したように、署名特徴取込装置１によって、筆記用具ＯＢの移動が検出されるので、その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１３に示す。これは、例えば、「John Smith（ジョン・スミス）」と署名した例とする。
【００６２】
ここで、ペン先の位置検出用情報ＰＥＮは、署名特徴取込装置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「John」、信号波形のｂ部は「Smith」と記載していることを判別することができる。
【００６３】
ペン傾き情報ＴＩＬは、署名特徴取込装置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、署名特徴取込装置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「John」というファーストネームを書く時よりも、「Smith」というラストネームを書く時の方が、ペン速度をゆっくり書くという癖があることが分かる。
【００６４】
署名の真偽認証では、図１３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。
【００６５】
本実施例では、署名特徴取込装置１は対象面２０上の対象物の移動が検出できるので、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。
【００６６】
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、本実施例に用いる署名特徴取込装置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。
【符号の説明】
【００６７】
１ 署名特徴取込装置、２ 認証因子抽出部、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、
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、
ＳＰ シグネチャーパッド、
ＰＥＮ 位置検出用情報。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、署名等の真偽を識別するためのシグネチャーパッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
また、特許文献１においては、単に署名された筆跡の全体画像のみならず、筆記過程の特徴等も比較して、より精度の高い署名認証を行なう技術が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１５７４号公報
【特許文献２】米国特許第５１２３０６４号明細書
【特許文献３】米国特許第５４４８０４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示された署名認証装置は、筆跡ベクトルや筆圧、ペン保持傾斜角等を検出するため、認証ペンにＣＣＤエリアセンサー、圧力センサー等が内蔵された専用のペンを用いなくてはならない。
そこで、本発明の目的は、専用ペンの必要なしに、任意のペン（筆記用具）で署名をしても、署名者毎の署名者特有情報を読み取ることが可能なシグネチャーパッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）
本発明の一態様は、シグネチャーパッドであって、平面部分を有する平板部と、照射光を出射する照射部と、前記照射光が対象物により反射することによる反射光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づいて、前記対象物の位置検出用情報を検出する検出部と、前記位置検出用情報を時系列に配置し、プロファイルデータとして記録するプロファイルデータ記録部と、特定の情報が時系列に配列された基準データを記憶するデータベースと、前記プロファイルデータと前記基準データとを照合するデータ照合部と、を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、対象物を筆記用具として、署名を行なう場合に、その筆記用具の位置検出用情報を検出することで、署名を行なう人の筆跡に関係するデータを取得することができるので、そのデータに基づき署名の真偽の照合を行なうことが可能になる。
【０００６】
（２）
また、本発明の一態様は、更に、前記対象物が前記平面部分と接する所定空間に進入したことを前記検出部が検出すると、前記位置検出用情報の記録を開始するプロファイルデータの取り込み開始行程と、前記対象物が前記所定空間から離脱したことを前記検出部が検出すると、前記位置検出用情報記録を終了するプロファイルデータ取り込み終了行程と、を有し、前記プロファイルデータ取り込み終了行程に続いて、前記データ照合部にて、前記プロファイルデータと前記基準データとを照合することを特徴とする。
上記構成によれば、プロファイルデータの読み取り開始行程とプロファイルデータの読み取り終了行程が自動的に行なわれることにより、データ取り込みに要する処理時間を最短時間にすることができる。
【０００７】
（３）
加えて、本発明の一態様は、前記照射光は赤外線であることを特徴とする。
上記構成により、データ取り込み時において、環境光に影響されることを低減し、精度の高い位置検出用情報を検出することができる。
【０００８】
（４）
また、本発明の一態様は、シグネチャーパッドの前記平板部の一部にシート状の媒体を挟むクリップ部を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、実際の署名を書く用紙をシグネチャーパッドに固定することができるので、署名作業の作業性が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のシグネチャーパッドの基本構成を示すブロック図。
【図２】図１のブロック図を更に細分化したブロック図。
【図３】本実施形態で利用可能な署名特徴取込装置の構成例。
【図４】受光部の構成例。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は受光ユニットの構成例。
【図６】照射部の構成例。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は座標情報検出手法を説明する図。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は発光制御信号の信号波形例。
【図９】照射部の他の構成例。
【図１０】受光部の構成例。
【図１１】本実施形態のシグネチャーパッドの概観図。
【図１２】検出エリアを設けることで検出開始を説明する図。
【図１３】認証因子の信号波形例。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態のシグネチャーパッドの基本構成を示すブロック図である。このシグネチャーパッドは、署名特徴取込装置１を有する。署名特徴取込装置１には、光学式位置検出装置１００を含み、光学式位置検出装置１００は筆記用具ＯＢの位置検出に用いられる信号データ（位置検出用情報）を検出することができる。この位置検出用情報を各種の計算により処理することにより、筆記用具ＯＢの位置、例えば、所定のＸＹＺ座標上の位置を検出することができる。
【００１２】
署名特徴取込装置１によって得られた位置検出用情報は、筆跡データの認証のための認証因子を抽出する認証因子抽出部２に送られ、認証因子抽出部２によって、各種の認証因子が抽出され、それらが時系列に配列され整えられる（正規化される）ことで、署名者固有の特徴であるプロファイルデータが生成される（２ｆ）。
認証因子抽出部２で、正規化されたプロファイルデータは、基準データ登録部３に送られ、特徴データの抽出と基準データの生成が行なわれる。
基準データ登録部３で、複数の署名者の基準データが生成される（３ａ）ことになるが、それらは署名者毎にインデックスが付与されデータベース４に記憶される。
【００１３】
その一方で、認証因子抽出部２で、正規化されたプロファイルデータは、基準データ登録部以外に、データ照合部５にも送られる経路があり、このデータ照合部５で、データベース４から署名者の固有のインデックスが付与された基準データを呼び出す基準データ照会を行ない、その基準データとプロファイルデータとを比較し、基準データとプロファイルデータが同一の特徴を有しているか、有していないかの識別、即ち、照合を行なう。同一の特徴を有している場合、署名は真であり、同一の特徴を有していない場合、署名は偽と判定する。この認証を行なうプロセスを認証モードと呼ぶ。
なお、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。
【００１４】
ここで、認証因子とは、光学式位置検出装置１００によって得られた位置検出情報に基づき計算された各種情報であり、具体的には、筆跡であるペン先の動き、ペンの傾き、ペンの速度のデータである。
【００１５】
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、ペンの位置を時系列に取り込む。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。ペン先軌跡、ペン傾き、ペン速度は、それぞれ、時系列に配列される処理、即ち、正規化（２ｆ）が行なわれる。この正規化されたデータは署名者特有のデータであり、プロファイルデータと言うことができる。
【００１６】
登録モードでは、正規化されたデータ、即ち、プロファイルデータから基準データの生成（３ａ）と特徴データの抽出（３ｂ）を行なう。この特徴データは署名者毎の特有の癖を現す情報である。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。筆跡は署名者毎の癖により、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。
【００１７】
認証モードでは、正規化されたデータであるプロファイルデータから、更に特徴の抽出（５ａ）を行なう。例えば、特徴因子抽出部では、ペン先軌跡、ペン傾き、ペン速度の３つの因子を抽出しているが、署名する都度ペン速度が変わってしまうような署名者に対して、ペン速度に基づいて認証すると、かえって誤差が大きくなる場合もある。認証モードに最適な特徴となるデータのみを抽出し、認証を行なう方が良い場合がある。そこで、認証に最適な特徴のプロファイルデータに再構築（５ｂ）し、再構築されたプロファイルデータは、基準データと比較（５ｃ）を行なう。つまり、言い換えれば、プロファイルデータの再構築は、署名者の癖に基づき重み付けをしているということができる。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を行うのであるが、署名は必ずしも、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。
なお、登録モードでは筆跡登録アプリケーションソフトウェアにより、基準データ登録部３とデータベース４が制御される。また、認証モードでは、筆跡認証アプリケーションソフトウェアにより、データ照合部５が制御される。
【００１８】
本実施例のシグネチャーパッドでは、３次元の位置検出も可能になる。なお、３次元の位置検出方法については後述する。３次元の位置検出により、ペンの傾きも認証因子として考慮することができる。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、３次元の位置検出可能なシグネチャーパッドでは、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次元で署名を認証する装置には出来ない特徴であり、本実施例のシグネチャーパッドの大きな利点になる。
【００１９】
図３に、本実施形態に係る署名特徴取込装置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、署名特徴取込装置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。
【００２０】
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は、Ｘ−Ｙ平面に沿った対象面２０の上方、即ちＺ方向の空間である。そして、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。
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。
【００２１】
処理部３００は、検出部２００が検出した筆記用具ＯＢ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、一般に署名に用いるペンにより効率的に反射される波長帯域の光であり、且つ、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、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
＜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、本実施形態に係る署名特徴取込装置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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）
【００３９】
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）
【００４０】
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。
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。
【００４１】
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）
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
＜署名特徴取込装置の３次元での位置情報の取得＞
次に、署名特徴取込装置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。
図１０に、本実施形態の受光部ＲＵの構成例を示す。この構成例では、受光部ＲＵは３個の受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３（広義には複数の受光ユニット）を含み、受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３は対象面２０に交差する方向に沿って配置される。具体的には、３つの受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３は対象面２０に交差する方向での高さ（対象面２０からの距離）が異なる位置に配置される。或いは、対象面がＸ−Ｙ平面に沿った面である場合に、対象面に交差する方向での高さが異なり、かつ、異なるＸ座標位置に配置される。
【００５０】
受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３は、対象面２０に交差する方向の入射光を制御する入射光制限部を有する。具体的には、受光ユニットＰＤ１〜ＰＤ３は、入射光が入射する角度（例えばＺ方向の角度）を制限するためのスリット等を含み、それぞれ検出エリアＲＤＥＴ１〜ＲＤＥＴ３に存在する筆記用具ＯＢからの反射光ＬＲを受光する。例えば、受光ユニットＰＤ１は検出エリアＲＤＥＴ１に存在する筆記用具ＯＢからの反射光ＬＲを受光するが、他の検出エリアＲＤＥＴ２、ＲＤＥＴ３に存在する筆記用具ＯＢからの反射光ＬＲは受光しない。照射部ＥＵは３つの検出エリアＲＤＥＴ１〜ＲＤＥＴ３に対して照射光ＬＴを出射する。なお、各検出エリアＲＤＥＴ１〜ＲＤＥＴ３はＸ−Ｙ平面に沿った対象面に対して多層に設定されるエリアである。
【００５１】
このような構成にすることで、筆記用具ＯＢが３つの検出エリアＲＤＥＴ１〜ＲＤＥＴ３の内の何処の検出エリアの何処の位置に存在するかを検出することができる。即ち、筆記用具ＯＢのＺ座標に関する位置検出用の情報（データ）を検出することができる。これにより、筆記用具ＯＢが長手形状の場合、その筆記用具ＯＢの傾き角度（対象面２０の垂直線と筆記用具ＯＢの長手方向との角度）を検出することができる。これにより、署名する人がペンを保持する角度がリアルタイムで検出することが可能である。
【００５２】
上記に、本発明のシグネチャーパッドでは、複数の受光ユニットを設けることで、３次元の位置情報を取得可能であることを説明した。３次元の位置情報を取得することで、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、この技術を用いることで、右利きの人と左利きの人を錯誤する可能性は低くなる。
【００５３】
しかしながら、必ずしも本発明のシグネチャーパッドは３次元での位置情報を取得することが必須ではない。ペン傾きを認証因子として用いなくても、対象面２０を移動する２次元でのペン先の動きで、必要とされる十分な認証精度が得られる場合、図４に示すように、１つの受光ユニットを設けるだけでもよい。
【００５４】
＜署名特徴取込装置でのデータの取得手法＞
次に、署名特徴取込装置１でのデータの取得手法について説明する。
まず、筆記用具ＯＢの位置を求めるため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ＯＢを対象面２０に完全に当接させた時の位置を基準位置とする。
具体的には、筆記用具ＯＢの先端を対象面２０の署名を開始する位置に配置し、その時の受光ユニットにおける受光量に基づいて、反射率情報をキャリブレーション情報として取得する。この取得結果を基準とし、筆記用具ＯＢを移動させることで、受光ユニットが受光する受光結果が変化することで、Ｘ−Ｙ平面のどの方向に筆記用具ＯＢが移動したかを計算し、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。
【００５５】
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。
【００５６】
＜シグネチャーパッドの構成例＞
次に、具体的なシグネチャーパッドの構成例について述べる。図１１は、本実施形態のシグネチャーパッドＳＰの概観図である。概観は、平面状の平板部７に光学式位置検出装置１００とクリップ部８が設けられている。光学式位置検出装置１００は受光部ＲＵを挟んで第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられている。ＥＵ１、ＥＵ２の詳細構成は図９に示したとおりである。
【００５７】
平板部７の平面において、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２からの照射光が届くエリアが筆記用具ＯＢの位置を検出する対象面２０になる。クリップ部８はネジリコイルバネ等の弾性部材で付勢力を受け、用紙９を平板部７に挟むことができる。なお、本シグネチャーパッドは、署名者が用紙９の対象面２０の範囲に署名することを想定している。
【００５８】
図１２は、検出エリアを設けることで検出開始を説明する図である。対象面２０の上部の１０ｍｍ程度の空間を検出エリアＲＤＥＴに設定する。この検出エリアＲＤＥＴに筆記用具ＯＢが入ってくると、光学式位置検出装置１００は反射光の変化を検出し、用紙９の署名範囲にペンが入ってきたことが検出できる。そして、このタイミングで、署名者の署名の特徴の取り込みを開始する。これをプロファイルデータの取り込み開始行程と呼び、シグネチャーパッドＳＰの内部にある署名特徴取込装置１によって自動的に行なわれる。
【００５９】
署名者が署名を書き終え、ペンを検出エリアＲＤＥＴから出すと、署名動作は終了したと判断し、反射光のデータ取得は終了する。これをプロファイルデータの取り込み終了行程と呼び、シグネチャーパッドＳＰの内部にある署名特徴取込装置１によって自動的に行なわれる。
【００６０】
プロファイルデータの読み取り開始行程とプロファイルデータの読み取り終了行程が自動的に行なわれることにより、署名特徴取込装置１にて処理する時間は必要な最短時間で処理が可能となり、筆記用具ＯＢの位置検出用情報の各種処理（計算）を行なうＣＰＵ（中央演算装置）の負担は最小になる。また、プロファイルデータの読み取り終了行程に続いて、認証因子抽出及び認証因子生成のプロセスに入る。これは、図１に示した認証因子抽出部２で行なわれる。その後データベース４との比較によって、署名者の真偽を認証するプロセスは既に説明したとおりである。
【００６１】
＜署名認証の方法の詳細＞
署名認証は各種の認証因子に基づいて行なわれるが、その詳細について説明する。上述したように、署名特徴取込装置１によって、筆記用具ＯＢの移動が検出されるので、その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１３に示す。これは、例えば、「John Smith（ジョン・スミス）」と署名した例とする。
【００６２】
ここで、ペン先の位置検出用情報ＰＥＮは、署名特徴取込装置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「John」、信号波形のｂ部は「Smith」と記載していることを判別することができる。
【００６３】
ペン傾き情報ＴＩＬは、署名特徴取込装置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、署名特徴取込装置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「John」というファーストネームを書く時よりも、「Smith」というラストネームを書く時の方が、ペン速度をゆっくり書くという癖があることが分かる。
【００６４】
署名の真偽認証では、図１３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。
【００６５】
本実施例では、署名特徴取込装置１は対象面２０上の対象物の移動が検出できるので、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。
【００６６】
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、本実施例に用いる署名特徴取込装置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。
【符号の説明】
【００６７】
１ 署名特徴取込装置、２ 認証因子抽出部、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、
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、
ＳＰ シグネチャーパッド、
ＰＥＮ 位置検出用情報。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面部分を有する平板部と、
照射光を出射する照射部と、
前記照射光が対象物により反射することによる反射光を受光する受光部と、
前記受光部の受光結果に基づいて、前記対象物の位置検出用情報を検出する検出部と、
前記位置検出用情報を時系列に配置し、プロファイルデータとして記録するプロファイルデータ記録部と、
特定の情報が時系列に配列された基準データを記憶するデータベースと、
前記プロファイルデータと前記基準データとを照合するデータ照合部と、
を備えたことを特徴とするシグネチャーパッド。
【請求項２】
前記対象物が前記平面部分と接する所定空間に進入したことを前記検出部が検出すると、前記位置検出用情報の記録を開始するプロファイルデータの取り込み開始行程と、
前記対象物が前記所定空間から離脱したことを前記検出部が検出すると、前記位置検出用情報記録を終了するプロファイルデータ取り込み終了行程と、を有し、
前記プロファイルデータ取り込み終了行程に続いて、前記データ照合部にて、前記プロファイルデータと前記基準データとを照合することを特徴とする請求項１に記載のシグネチャーパッド。
【請求項３】
前記照射光は赤外線であることを特徴とする請求項１または２に記載のシグネチャーパッド。
【請求項４】
前記平板部の一部にシート状の媒体を挟むクリップ部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシグネチャーパッド。
【請求項１】
平面部分を有する平板部と、
照射光を出射する照射部と、
前記照射光が対象物により反射することによる反射光を受光する受光部と、
前記受光部の受光結果に基づいて、前記対象物の位置検出用情報を検出する検出部と、
前記位置検出用情報を時系列に配置し、プロファイルデータとして記録するプロファイルデータ記録部と、
特定の情報が時系列に配列された基準データを記憶するデータベースと、
前記プロファイルデータと前記基準データとを照合するデータ照合部と、
を備えたことを特徴とするシグネチャーパッド。
【請求項２】
前記対象物が前記平面部分と接する所定空間に進入したことを前記検出部が検出すると、前記位置検出用情報の記録を開始するプロファイルデータの取り込み開始行程と、
前記対象物が前記所定空間から離脱したことを前記検出部が検出すると、前記位置検出用情報記録を終了するプロファイルデータ取り込み終了行程と、を有し、
前記プロファイルデータ取り込み終了行程に続いて、前記データ照合部にて、前記プロファイルデータと前記基準データとを照合することを特徴とする請求項１に記載のシグネチャーパッド。
【請求項３】
前記照射光は赤外線であることを特徴とする請求項１または２に記載のシグネチャーパッド。
【請求項４】
前記平板部の一部にシート状の媒体を挟むクリップ部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシグネチャーパッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２２０９７４（Ｐ２０１２−２２０９７４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２５１１（Ｐ２０１１−８２５１１）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]