JP2007525761A

JP2007525761A - デジタイザシステムにおけるノイズ低減

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Publication number: JP2007525761A
Application number: JP2007500353A
Authority: JP
Inventors: ペルスキ・ハイム; リモン・オリ
Original assignee: エヌ−トリグリミテッド
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2007-09-06
Also published as: US9164618B2; US20130027361A1; EP1735770A2; US20110254807A1; US9372575B2; TWI268351B; US7995036B2; US20160041685A1; WO2005081631A2; US8648830B2; US20050189154A1; WO2005081631A3; EP1735770A4; US20140152620A1

Abstract

多数の所定周波数の一つにおける電磁気信号を検出するための複数の検出要素を備えるデジタイザにおけるノイズ低減の方法であって、前記検出要素の少なくとも二つの要素を実質的に同時にサンプリングして、それらの出力を取得すること、及び前記二つの要素の一つへの出力を、前記要素の他の一つへの出力に従って減少させること、を含む方法。
【選択図】図７

Description

本発明は、デジタイザを備えたシステムにおけるノイズ低減に関する。さらに詳しくは、ディスプレイ画面と関連したデジタイザを備えたシステムに関する。しかし、それに限定はされない。

N-trig社に譲渡された米国特許第６，６９０，１５６号「物理的物体ロケーション装置及び方法、及び、同装置及び方法を用いたプラットホーム」、及び、同じくN-trig社に譲渡された米国特許出願第１０／６４９，７０８号「透明なデジタイザ」は、平面スクリーンディスプレー上に配置された複数の物理的物体、望ましくはスタイラス、を検出する能力がある位置決めデバイスを記載している。両方の特許における一つの好適な実施形態は、垂直及び水平の導体のマトリックスを含む透明箔から構築されたシステムを記載している。一つの実施形態では、スタイラスは、受動的な共振回路を含む。共振回路は、金属箔を取り囲む励起コイルにより起動される。スタイラスは、共振回路の電気容量及びインダクタンスに依存して所定の周波数範囲で励起される。他の実施形態では、異なる種類のＥＭスタイラスを含むことができる。スタイラスの正確な位置が、水平及び垂直の導体のマトリックスにより感知された信号を処理することにより、判断される。

既存のデジタイザシステムは、検出精度を改善するためにいくつかのノイズ除去方法を使用する。例えば、受信された信号が、バンドパスフィルターを通じ、スタイラス周波数を含む周波数ウインドウを残して処理される。フィルターされた信号は、次に、スタイラスの単一周波数を選択するフーリエ変換を通すことができる。

線の位置にかかわらず各導電性線上に等しいノイズ量を引き起こす要素は、その結果、差動増幅器の使用を通して削除することができる。例えば、センサーから十分に遠い物体は、全てのセンサー線に同一の効果を有する。

スタイラス周波数においてノイズを削除しない、ノイズ低減方法の他の例が存在する。

種々の従来技術のシステムを用いて、大半のノイズが取り除かれる。しかし、ノイズの一つの要素は、同定することができず、フィルターで除去できないために、必ず残る。スタイラスと同一の周波数のノイズである。

［好適な応用］
以下に記述される実施形態の好適な応用は、平面型表示装置（ＦＰＤ）スクリーンを使用するモバイルコンピューティング装置用の透明なデジタイザの応用である。デジタイザは、一つのスタイラスの位置を非常に高い分解能および更新レートで検出する。スタイラスは、ポインティング、描画、筆記（手書き文字認識）及びスタイラスに典型的な他のいかなる活動にも使用される。デジタイザは、完全なマウスエミュレーションをサポートする。スタイラスがＦＰＤ上で空中に舞っている限り、マウスカーソルはスタイラス位置に追従する。画面に触れることは、左クリックを意味し、スタイラスに配置された特別なスイッチが、右クリック操作をエミュレートする。

当該応用は、受動的なＥＭスタイラスを利用できる。センサーを取り囲む外部励起コイルが、スタイラスに電圧を加えるために利用される。しかしながら、他のバージョンは、バッテリー動作し、あるいは、ワイヤ接続し、外部励起回路を要求しない、能動的スタイラスを含むことができる。

一つの応用において、励起に反応する電磁気物体はスタイラスである。しかしながら、他の実施形態は、例えばゲームピースのような、共振回路あるいは能動的発振器を備えた他の物理的物体を含むことができる。共振回路を備えたゲームトークンを表す応用は、米国特許第６，６９０，１５６号（「物理的物体ロケーション装置及び方法、及び、同装置及び方法を用いたプラットホーム」）に記載されている。

好適な応用では、デジタイザは、電磁気スタイラス及びユーザの指からの同時及び別々の入力を検出できる。従って、スタイラスを検出するのと同様に、接触検出器として機能する能力がある。しかしながら、他の実施形態では、電磁気スタイラスのみを検出する能力があるデジタイザを含むことができる。

好適な応用において、スタイラスは、完全なマウスエミュレーションをサポートする。しかしながら、異なる応用において、スタイラスは、字消し、色の変更等の追加機能をサポートすることができる。他の実施形態では、スタイラスは、圧力感度が良く、周波数を変動させ、ユーザの圧力に応じて他の信号特性を変化させることができる。

好適な応用では、モバイル装置はそれ自体のＣＰＵを有する独立のコンピュータシステムである。異なる実施形態では、モバイル装置はシステムの単なる一部とすることができ、例えば、それはパーソナルコンピュータのワイヤレスモバイルスクリーンとすることができる。

好適な応用では、デジタイザはホスト装置のＦＰＤスクリーンの上に組み込まれる。追加の実施形態では、透明デジタイザは、既存のスクリーンの上に配置される付属品として提供することができる。そのような構成は、すでに大量に市場に出回っているラップトップコンピュータに非常に有用になり得る。このようなシステムは、ラップトップを、手書き、描画、または透明デジタイザによって可能になるいずれかの他の動作をサポートする強力な装置へと変えることができる。

好適な応用では、デジタイザは単一のスタイラスをサポートする。しかしながら、異なる応用において、同一スクリーン上で同時に動作する二つ以上のスタイラスをサポートするように使用することができる。そのような構成は、複数のユーザが同一の紙状スクリーンに、描画または筆記を行なうことができる、エンタテインメント用途に非常に有用である。

一つの応用では、デジタイザは、一組の透明箔上に実装される。

あるいはこのようなデジタイザは、透明なあるいは非透明なセンサーのどちらを用いても実装することができる。一つの例は、筆記パッドデバイスである。これは、通常の紙の下に配置される薄いデジタイザである。この例では、スタイラスは、実際のインクを電磁気機能性に結合する。ユーザは、通常の紙の上に筆記し、入力は同時に、データを格納しあるいは分析するために、ホストコンピュータに転送される。

非透明センサーの追加の例は、電子エンタテインメントボードである。この例では、デジタイザはボードのグラフィック画像の下に取り付けられ、ボードの上に配置されたゲームフィギュアの位置およびアイデンティティを検出する。この場合、グラフィック画像は静的であるが、（例えば、異なるゲームに切り替えるときのように）時々、手動的に交換することができる。

いくつかの応用において、非透明センサーを、ＦＰＤの背後に一体化することができる。そのような実施形態の一例は、ＦＰＤディスプレイを備えた電子エンタテインメントデバイスである。デバイスはゲームに使用することができる。ゲームにおいて、デジタイザはゲームフィギュアの位置およびアイデンティティを検出する。デバイスはまた、描画ないし筆記にも使用することができ、デジタイザは一つまたはそれ以上のスタイラスを検出することが要求される。たいていの場合、ＦＰＤを有する非透明センサーの構成は、高い性能が当該応用にクリティカルでないときに使用される。

［技術的記述］
［透明なデジタイザ］
好適なデジタイザは、例えばスタイラスやユーザの指などの物理的物体の位置の割り出し及び同定を許容する。物理的物体の位置の同定は、ディスプレイ上に搭載された電磁気透明デジタイザにより感知される。透明なデジタイザは、米国特許６，６９０，１５６に記載されている。また、米国特許出願１０／６４９，７０８号に詳細な記載がある。

透明デジタイザの種々の部品及び機能態様は、次のとおりである。

・センサー
好適なデジタイザにおいて、センサーは、透明な金属箔あるいは基板にパターン形成された、例えば、ＩＴＯや導電性ポリマーなどの、導電性材料からなる導電性ラインのグリッドである。さらなる情報については、米国特許出願第１０／６４９，７０８号の副題「センサー」を参照されたい。その内容は参照により本明細書にここに組み込まれる。

・フロントエンド
好適なデジタイザにおいて、フロントエンドは、センサー信号が処理される第一のステップである。差動増幅器が、信号を増幅し、それらをスイッチに送り、スイッチは、さらに処理すべき入力を選択する。選択された信号は、サンプリングに先立って、フィルター及び増幅器により、増幅され、フィルターを通される。信号は、次に、Ａ２Ｄによりサンプリングされ、シリアルバッファを経て、ディジタルユニットに送信される。さらなる情報については、米国特許出願第１０／６４９，７０８号の副題「フロントエンド」以下を参照されたい。その内容は参照により本明細書にここに組み込まれる。

・ディジタルユニット
好適なデジタイザにおいて、ディジタルユニットの機能は次のとおりである。フロントエンドインターフェースが、種々のフロントエンドからサンプリングされた信号のシリアル入力を受信し、それらの信号をパラレル表現にパックする。例えばＤＳＰコアあるいはプロセッサのようなディジタルユニット処理を実行する処理ユニットが、サンプリングされたデータを読み出し、データを処理し、例えばスタイラスあるいは指などの物理的物体の位置を判断する。ディジタルユニットは、ＡＳＩＣ部品に埋め込むことができる。計算された位置座標は、リンクを経てホストコンピュータに送信される。さらなる情報については、米国特許出願第１０／６４９，７０８号の副題「ディジタルユニット」を参照されたい。その内容は参照により本明細書にここに組み込まれる。

・検出器
検出器は、ディジタルユニット及びフロントエンドから成る。

［スタイラスの検出］
好適なデジタイザは、受動的な電磁気（ＥＭ）スタイラスを利用する。スタイラスは、二つの主要な部分を備える。第一の部分は、エネルギーピックアップ回路であり、第二の部分は、スタイラス先端に密着した能動発振器である。センサーを取り囲む外部励起コイルが、エネルギーピックアップ回路にエネルギーを供給する。受け取ったエネルギーは、能動発振器にダイオードブリッジなどの整流部品を通して転送される。スタイラスの正確な位置が、検出器により判断される。検出器は、センサーにより感知された信号を処理する。好適な実施形態において、スタイラスにより生成された電磁気信号の電波のみが利用される。しかしながら、他の実施形態は、磁気の部分を、電波に加えてあるいは代わりに利用できる。さらなる情報については、N-trig社に譲渡された米国特許出願第１０／６４９，７０８号、および、同じくN-trig社に譲渡された、２００４年１２月に出願された米国特許出願「デジタイザシステムのための電磁気スタイラス」を参照されたい。両方の出願の内容は参照により本明細書にここに組み込まれる

好適なデジタイザにおいて、基本操作サイクルは、ウインドウ処理、FFT/DFT、ピーク検出、補間法、フィルタリング、平滑化からなる。さらなる情報については、米国特許出願第１０／６４９，７０８号の副題「アルゴリズム」を参照されたい。

［ノイズ源］
スタイラス周波数範囲において、多様なノイズ源が存在し得る。スタイラス信号と干渉する最も一般的な信号は、例えば画面に触れるユーザの指などの導電性物体から発生する信号である。図１は、ユーザの指がデジタイザのアンテナに触れることの電気的等価を示す。ユーザがアンテナ１１に触れるときに、電気容量１２が指とセンサー導体との間に形成される。

ノイズ状態は、指により引き起こされるノイズ信号に関連して最も良く説明される。

指が信号を引き起こす二つ主要なシナリオがある。

１．システムが共通のグラウンドに接続されていないとき、電気ネットワークの振動は、結果として、グラウンドに対して、システム振動１０になる。ユーザの体は振動していないので、ユーザの指とシステムとの間の電気容量１２は、ユーザの指を通してグラウンドへのユーザの指を通してグラウンドへの漏れ電流１３を引き起こす。

２．ユーザの体が環境から電磁気干渉を受けたとき、体及び関連したどの指もが、システムに対して振動する。結果として、漏れ電流が、ユーザの指から導電性アンテナへ引き起こされる。

両方の場合において、デジタイザは、ユーザがセンサー触れたことから発生する漏れ電流を感知する。漏れ電流が、スタイラスと同一の周波数における信号を引き起こすときに、漏れ電流が、スタイラス信号と取り違えられることがあり得る。

ノイズの第二の可能性のある供給源は、多くの周波数で放射するシステム内電子部品であるこれらの部品は、スタイラス周波数でのノイズ信号を引き起こす可能性がある。したがって、スタイラス検出と干渉する。システムに接近して置かれた電子デバイス、例えば携帯電話、もまた、スタイラス検出を妨げる周波数の放射をする可能性がある。

図２は、ノイズとスタイラスが、同一の時間においてセンサーに影響を及ぼす例である。

この場合には、ノイズ源は、画面に触れるユーザの指である。センサー２０は、導電性ラインのマトリックスを備える。スタイラス先端２１が、センサーの表面に存在しているときに、それは、その近傍のアンテナに影響を及ぼす。スタイラスの近傍の一つ又はそれ以上のアンテナが、指２２がセンサーに触れることで起こされるノイズ信号を受ける可能性がある。例えば、アンテナ２３は、スタイラス２１及び指２２の両方による生成された信号を示す。

［誤りのあるスタイラス検出］
この種類のデジタイザにおいて、スタイラス検出は、二つの検出ステップを含む。

第一のステップは、最大スタイラス信号を示すアンテナを見つけることである。第二のステップは、最大信号アンテナ及びそれを取り囲むアンテ上の信号を補間することによりスタイラス位置を計算することである。

電磁気スタイラスを検出するようにデザインされたデジタイザシステムは、二つの種類の問題を被る可能性がある。第一の種類は、無用の信号がスタイラス信号より強いときに、それゆえ第一の検出ステップと干渉することである。この場合には、デジタイザシステムは、最大スタイラス信号を示すアンテナを明らかにするために、全てのアンテナに対し、サンプリングしてノイズ除去アルゴリズムを使わなければならない。

図３を参照すると、ユーザの指２２が画面に触れ、スタイラス２１より強い信号３３を引き起こし、デジタイザに指をスタイラスと間違わせる場合を説明している。結果として、デジタイザは、補間法に間違ったアンテナを選択する。

第二の種類の問題は、スタイラス信号が、指により引き起こされた信号より強いときである。しかしながら、スタイラス検出でのエラーは、検出の補間法ステップの間に、まだ起こり得る。今参照している図４は、ユーザの指２２が画面に触れて、信号を生成し、デジタイザにスタイラス位置３４の計算を誤らせる場合を記述している。ユーザの指２２は、Ｘ軸アンテナ３１の一つに対して信号を生成する。一方、スタイラス２１は、異なるＸ軸アンテナ３２により近く配置される。スタイラスアンテナ３２上に受信した信号は、指アンテナ３１上に受信した信号３３より弱い。従って、デジタイザは、スタイラス位置３４の計算を誤ってしまうことになる。

本発明の目的は、両方の場合を解決し、スタイラス信号のレベルの上の及び下のノイズを削除することである。

よって、上述の制限がないノイズ低減システムには広く認識された要求が存在し、そのようなシステムを有することは極めて有利である。

［発明の概要］
本発明の一態様では、多数の所定周波数の一つにおける電磁気信号を検出するための複数の検出要素を備えるデジタイザにおけるノイズ低減の方法であって、検出要素の少なくとも二つの要素を実質的に同時にサンプリングして、それらの出力を取得すること、及び二つの要素の一つへの出力を、要素の他の一つへの出力に従って減少させること、を含む方法が提供される。

好ましくは、少なくとも二つの要素の一つがスタイラス信号の候補キャリヤとして選択され、少なくとも二つの要素の他の一つが単なるノイズの候補キャリヤとして選択される。

当該方法は、好ましくは、要素のそれぞれにおいて、一つの所定周波数及び別の任意周波数を検出することを含む。

当該方法は、好ましくは、任意周波数を所定周波数におけるノイズ量を推定するために利用することを含む。

当該方法は、好ましくは、さらに、単なるノイズの候補キャリヤにおける一つの所定周波数と任意周波数との信号間の比率を判断すること、比率及びスタイラス信号の候補キャリヤにおける任意信号から一つの所定周波数におけるノイズ量を判断すること、及び、判断されたノイズ量によって、スタイラス信号の候補キャリヤにおける一つの所定周波数の信号を減少させること、を備える。

好ましくは、任意周波数が、比較的高いノイズを有する、前もってセットされた検出範囲内の周波数として選択される。

好ましくは、デジタイザもまた接触検出用であり、任意周波数が接触検出に既に使用されている周波数として選択される。

当該方法は、好ましくは、任意周波数におけるノイズを慎重に生成することをさらに含む。

望ましくは、所定周波数が、使用中に、新しい周波数に変化し、任意周波数を、所定周波数に比較的近い周波数から、新しい周波数に比較的近い第二の周波数に変化させることを含む。

望ましくは、単なるノイズの候補キャリヤが、しきい値を越える量のノイズを要素のグループから、スタイラスの以前に知られている位置から最も離れているグループにおける要素として、選択される。

あるいは、単なるノイズの候補キャリヤが、スタイラスの以前に知られている位置から定められた距離以上である限り、最も強いノイズ信号を示す要素として選択される。

あるいは、単なるノイズの候補キャリヤが、選択され、選択が正しいということに基づいて一群の要素に対してノイズ除去が実行され、一群の要素に対する結果の信号パターンが分析され、また、結果の信号パターンが正しい選択を示す場合、任意の選択が許容され、さもなければ、新しい任意の選択がなされる。

当該方法は、正しい選択を示すパターンとして、非選択要素の一つにおけるスタイラスを示す第一のパターン及び、スタイラスが存在しないことを示す第二のパターンを用いることを含むことができる。

当該方法は、低減の実行前にスタイラスの存在を検証することを含むことができる。

当該方法は、任意周波数における大きさと所定周波数における大きさとを比較することにより、低減の実行前にスタイラスの存在を検証することを含むことができる。

一つの好適な実施形態において、単なるノイズの候補キャリヤが選択され、一群のアンテナに対して、選択が正しいということに基づいてノイズ除去が実行され、一群のアンテナに対する結果の信号パターンが分析され、及び、結果信号パターンが間違った選択を示す場合には、任意の選択が拒絶されて、新しい任意の選択がなされる。

当該方法は、間違った選択を示すパターンとして、選択された候補で、又はその近くでスタイラスを示すパターンを使用することを含むことができる。

当該方法は、それぞれのアンテナ間の位相及び大きさの相違の少なくとも一つを補償するために、補償中に、複素数比を使用することを含むことができる。

当該方法は、一群のアンテナの配列をサンプリングすること、スタイラスの影響が最小の少なくとも一つのアンテナを選択すること、及び、少なくともいくつか残りのアンテナのそれぞれの出力を選択されたアンテナの出力に従って減少することを含むことができる。

当該方法は、低減を計算するために、複数の任意に選択された周波数を使用することを含むことができる。

当該方法は、低減を計算するために、複数の任意に選択された周波数の平均出力を使用することを含むことができる。

望ましくは、検出要素が、移動可能物体の信号をデジタイズして物体の位置を示すための、デジタイザの平面配列の導電性検出器である。

望ましくは、ノイズが、少なくとも部分的には指の存在の結果である。

好ましくは、デジタイザが検出要素を運ぶための検出面を備え、さらに検出面が接触感知である。本発明の第二の一側面によれば、複数の所定周波数の一つの所定周波数における電磁気信号の検出のための複数の検出要素を備えたデジタイザにおける、ノイズ低減のための装置であって、実質的に同時にデジタイザから出力を取得する検出要素の少なくとも二つをサンプリングするためのサンプリング回路と、二つの検出要素の一つについて、検出要素の他の一つの出力に従って、出力を減少させるためのノイズ低減ユニットと、を備えた、デジタイザにおけるノイズ低減のための装置が提供される。

好ましくは、検出要素の一つが、スタイラス信号の候補キャリヤとして選択され、検出要素の他の一つが、単なるノイズの候補キャリヤとして選択される。

当該装置は、所定周波数及び別の任意周波数において検出要素のそれぞれの出力を検出するための周波数検出器を備えることができる。

当該装置は、単なるノイズの候補キャリヤにおける所定周波数と任意周波数との出力間の比率を判断するための比率探知器を備えることができる。また、ノイズ低減ユニットが、比率及びスタイラス信号の候補キャリヤにおける任意信号から所定周波数でのノイズ量を判断するため、及び、判断されたノイズ量により、スタイラス信号の候補キャリヤにおける所定周波数での出力を減少させるために、比率探知器と一緒に動作可能である。

好ましくは、検出要素は透明な導体である。

好ましくは、任意周波数が、前もってセットされた検出範囲内の、比較的高いノイズを有する周波数として選択される。

好ましくは、任意周波数が、指の検出に既に使用されている周波数として選択される。

当該装置は、任意周波数でノイズを意図的に生成するためのノイズ生成器を備えることができる。

好ましくは、所定周波数が使用中に変化する傾向があり、装置が任意周波数を、第一の所定周波数に比較的近い周波数から、第二の所定周波数に比較的近い第二の周波数へ変化させるように適切に構成される。

望ましくは、単なるノイズの候補キャリヤが、しきい値を越えるノイズ量を示す一群の検出要素から、スタイラスの以前に知られている位置から最も離れているグループにおける要素として、選択される。

望ましくは、単なるノイズの候補キャリヤが、スタイラスの以前に知られている位置から定められた距離以上である限り、最も強いノイズ信号を示す要素として選択される。

実施形態において、単なるノイズの候補キャリヤが、選択される。さもなければ、選択アルゴリズムを用いて選ばれる。選択が正しいということに基づいて一群の要素に対してノイズ除去が実行され、一群の要素に対する結果の信号パターンが分析され、また、結果の信号パターンが正しい選択を示す場合、任意の選択が許容され、さもなければ、新しい任意の選択がなされる。

当該装置は、正しい選択を示すパターンとして、非選択要素の一つにおけるスタイラスを示す第一のパターン及び、スタイラスが存在しないことを示す第二のパターンを用いることを含むことができる。

分析は、出力が所定のしきい値を超える複数の要素を決定することを含むことができる。

代替の実施形態では、単なるノイズの候補キャリヤが選択され、選択が正しいということに基づいて一群の要素に対してノイズ除去が実行され、一群の要素に対する結果の信号パターンが分析され、また、結果の信号パターンが正しい選択を示す場合、任意の選択が許容され、さもなければ、新しい任意の選択がなされる。

当該装置は、それぞれのアンテナ間の位相及び大きさの相違の少なくとも一つを補償するために、補償中に、複素数比を使用する、位相補償器と大きさ補償器との少なくとも一つを備えることができる。

望ましくは、要素が配列を備え、装置が配列の少なくともいくつか要素をサンプリングするように構成され、ノイズ低減ユニットが、少なくとも一つの要素を選択し、少なくともいくつか残った要素のそれぞれの出力を要素の別の要素の出力に従って減少させるように構成される。

好ましくは、ノイズ低減ユニットが、複数の任意に選択された周波数を、低減を計算するために使用するように構成される。

望ましくは、ノイズ低減ユニットが、複数の任意に選択された周波数の平均ノイズレベルを、低減を計算するために使用するように構成される。

望ましくは、要素が、移動可能物体の信号をデジタイズして物体の位置を示すための、デジタイザの平面配列の導電性検出器である導電性検出器である。

好ましくは、移動可能物体がスタイラスである。

望ましくは、スタイラスが電磁気スタイラスである。

好ましくは、スタイラスが、能動的発振器及びエネルギーピックアップ回路を備える。

好ましくは、スタイラスが、共振回路を備える。

好ましくは、検出要素が、グリッド配列状に配列される。

好ましくは、検出要素が、ループ要素である。

望ましくは、ノイズが、少なくとも部分的に、指の存在の結果である。

特に異なる定義をしない限り、ここに使用されるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者が一般的に理解するのと同じ意味を持つここに提供する材料、方法、および例は単なる例証であって、限定する意図は無い。

本発明の方法およびシステムの実現は、選択されたタスクまたはステップを手動的に、自動的に、またはそれらを組み合わせて実行または完了することを含む。さらに、本発明の方法およびシステムの好適な実施形態の実際の計装化および装備では、幾つかの選択されたステップをハードウェアによって、またはいずれかのファームウェアのいずれかのオペレーティングシステム上のソフトウェア、またはそれらの組合せによって、実現することができる。例えば、ハードウェアとしては、本発明の選択されたステップは、チップまたは回路として実現することができる。ソフトウェアとしては、本発明の選択されたステップは、適切なオペレーティングシステムを使用してコンピュータによって実行される複数のソフトウェア命令として実現することができる。どんな場合でも、本発明の方法およびシステムの選択されたステップは、複数の命令を実行するためのコンピューティングプラットフォームのような、データプロセッサによって実行されると記載することができる。

本発明をここで、単なる例として添付の図面を参照しながら説明する。今、図面について具体的に言及すると、図示する特定の詳細は例であって、本発明の好適な実施形態の例証的説明のみを目的としており、本発明の原理および概念的側面についての最も有用かつ容易に理解できる説明と信じられるものを提供するために提示することを強調しておく。これに関連して、本発明の基本的理解に必要である以上に詳細に本発明の構造上の細部を示すことは企てず、図面に即して行なう説明は、本発明の幾つかの形態を実際にいかに具現するかを当業者に明らかにするものである。

本実施形態は、デジタイザにおけるスタイラス検出のためのノイズ低減システムを含む。特に、本実施形態は、スタイラスの検出に使用される信号周波数における、ノイズ同定及び低減のためのシステムを含む。デジタイザが接触検出器に結合されている場合には、接触検出にふくまれる指が特にスタイラス検出周波数におけるノイズ供給源になる可能性が高いことに留意する。

このようなノイズ低減は、特に、検出周波数における、デジタイザシステムにおける電磁気スタイラスの検出を改良できる。デジタイザは、スタイラスあるいは他の位置確認ができる物体を介して、ユーザの相互作用を追跡する能力がある、入力装置に関連したコンピュータである。一般に、デジタイザは、ディスプレイ画面と結びついており、ディスプレイ画面上に、スタイラス検出の結果を表示できる。デジタイザは、さらに接触検出を可能とすることができる。

本発明は、デジタイザが表示画面上に直接配置されることを要求しない。むしろ、それは、表示画面上をスタイラスが移動する透明デジタイザ、及び、タブレットあるいは紙あるいはホワイトボードの上を移動する他のタイプのスタイラスの両方に適用できる。

本発明は、さらに、検出周波数を有し、単に受動的な電磁気スタイラスではない、いかなる種類のスタイラスあるいは他のポインターデバイスに適用する。ここに記載されたノイズ低減アルゴリズムは、一つ又はそれ以上の電磁気スタイラスを追跡する能力があるいかなるデジタイザシステムにも実装できる。本発明は、その上、以下で説明するように、スタイラス及び接触相互作用の両方を検出するようにデザインされたシステムに適用できる。

好適な実施形態は、以下に説明するように、スタイラス周波数におけるノイズを同定することができる。また、同定したノイズをスタイラス信号から減じて、スタイラス周波数における唯一の出力源として、スタイラス信号を残すことができる。

デジタイザが、電磁気スタイラスを検出するようにデザインされており、画面に触れる他の導電性物体が、スタイラス信号と干渉するノイズを生成する可能性があることに注意する。従来のノイズ除去方法、例えばバンドパスフィルターやフーリエ変換が、スタイラス信号から無用の信号をフィルタリングするのに、しばしば使用される。しかしながら、これらの方法は、スタイラスと同一の周波数の無用の信号を取り除くことができない。そして、上で述べたように、所望の周波数における出力の高い比率が、このような生成ノイズによるものである。

本発明に係る透明デジタイザの原理および動作は、図面および付随する説明を参照することにより、いっそうよく理解することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその適用を以下の説明に記載または図面に示す構成部品の構成および配列の詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は他の実施形態が可能であり、あるいは様々な方法で実施または実行することができる。また、本書で使用する語法および専門用語は、説明を目的とするものであって、限定とみなすべきではないことを理解すべきである。

今、図５を参照する。図５は、単純なデジタイザを図解する。上述したように、デジタイザは、スタイラスのような物体の動きを検出し、ソフトウェアアプリケーションで利用可能となるディジタル信号に変換するデバイスである。スタイラスあるいは他のポインティング物体１１０は、表面１１２の上を移動する。表面１１２にある検出器１１４が、ポインターの現在の位置を検出し、位置を示す出力信号をコンピュータのオペレーティングシステム１１６へ送信する。オペレーティングシステムは、アプリケーションが、ポインターがどこにあるのかを知り、位置を現在の作業に組み込むことができるように、位置情報が現在アクティブなアプリケーション１１８に利用可能になることを、確認する。

今、図６を参照する。図６は、本実施形態によるノイズ低減の背後にある基本的原理を図解する単純化したダイアグラムである。図５で示すデジタイザは、いくつかの検出要素を有し、それらの中から、スタイラスからの信号を検出する。ノイズの無い世界では、最強の信号を有する検出器が、スタイラスの位置であると考えられる。もし、二つの検出器が、強い信号を与えるならば、スタイラスの位置は、それらの間のどこかにあると考えることができる。

現実の世界は、ノイズを有する。大半のノイズは、スタイラスにより使用される検出周波数以外の周波数である。従って、単に、フィルタリングあるいは、背景技術で言及したような技術により取り除くことができる。しかしながら、フィルタリングは、スタイラスに使用されている周波数に対しては使用することができない。図６で示す手続きにおいて、二つの検出要素が、同一の時間に、スタイラスにより使用される周波数で、読み出される。次に、要素の一つにおいて取得された出力は、他の要素における出力から減じられる。

一つの要素がスタイラス及びノイズ出力の組み合わせを現在検出している要素であり、また他の要素が現在ノイズのみを検出している場合には、二つの信号間の相違を取得することにより、純粋なスタイラス検出信号を取得することが、認識されることになる。従って、当該方法は、望ましくは、要素を純粋ノイズの候補キャリヤとして選択する最初のステップ１２０、及び、別の要素をスタイラス信号の候補キャリヤとして選択するステップ１２２を含む。これらの候補を選択するいくつかの方法が、以下において議論される。出力は、ステップ１２４で、二つの要素において、測定される。以下に説明するように、二つより多い候補が、実際には、使用できる。最終的には、ステップ１２６において、スタイラス信号の候補キャリヤにおける出力を、他の要素におけるノイズ検出に従って、減少させる。上記は、全てのアンテナ及び増幅器が正確に同一である、「理想的」デジタイザに適用されることを指摘する。このような場合には、一つのアンテナからノイズ出力を取得し、第二のアンテナからのノイズ出力を減じることができる。このような単純化した解は、以下に記載されるように、例えば図１１の場合に、実装することができる。

今、図７を参照する。図７は、二つのキャリヤにおいて、必要な低減を得るのに使用することができる、好適な出力を図解する単純化したフローチャートである。ステップ１３０では、二つの周波数におけるノイズレベルが、関連すると期待できるように、スタイラスにより使用される周波数に近い任意周波数が選択される。ステップ１３２では、両方の要素の出力が、二つ周波数において測定される。ステップ１３４において、ノイズを運ぶ要素で二つの周波数における出力間の比率が判断される。ステップ１３６において、その比率が、スタイラスを運ぶ要素でスタイラス周波数における信号を減少するのに使用される。

一つの好適な実施形態において、図８のフローチャートで示す手続きを用いて、任意周波数が選択される。ステップ１３８において、スタイラス周波数近傍の周波数範囲が監視される。次に、ステップ１４０において、任意周波数が、最高出力レベルを有する周波数として選択される。

代替の実施形態において、デジタイザが、付加的に接触検出に使用され、所与の周波数が、接触検出に使用される。このような実施形態において、任意周波数として有効に選択された周波数は、既に接触検出に使用されている周波数である。

一つの実施形態では、検出要素あるいはデジタイザシステム内の他の部分を、任意周波数のノイズを意図的に生成するために、使用することが可能である。

常に単一周波数を用いる単一スタイラスの場合には、任意周波数を固定できることに注意する。しかし、多くの実施形態では、スタイラスは、使用中にその周波数を変化させることができる。例えば、周波数は、スタイラスの特定の状態を示すために、変化させることができる。このような場合には、任意周波数が、変化することもまた可能である。

今、図９を参照する。図９は、単なるノイズの候補キャリヤがどのように選択されるかを示す単純化したダイアグラムである。図９では、スタイラスの最近の位置が知られている。従って、現在の位置が、その最近の位置に比較的近いと仮定される。ステップ１４２では、しきい値の信号レベルを越える任意周波数において現在出力している全ての検出要素を決定するために、測定が行われる。したがって、しきい値以上に放射している要素のグループが確立する。ステップ１４４では、そのグループのうち、スタイラスの最近知られている位置から最も離れている一つの要素が、単なるノイズの候補キャリヤとして選択される。

ステップ１４４の変形では、単なるノイズの候補キャリヤが、最強のノイズ信号を示す要素として、以前に知られていたスタイラス位置から決められた距離を越えている限り、選択される。

今、図１０を参照する。図１０は、最近のスタイラス位置を知っていることに依存しない、単なるノイズの候補キャリヤを見つける、さらに一般的な方法を図解している。図１０の方法は、常に使用することができる。また、最近のスタイラス位置が利用可能でない場合に、図９の方法を置き換えることができる。図１０のステップ１４６において、単なるノイズの候補キャリヤは、任意に選択される。次に、ステップ１４８において、検出及びノイズ除去がデジタイザの全ての要素に対して、選択が正しいということに基づいて、実行される。ステップ１５０において、結果の検出パターンが分析される。ステップ１５２において、検出パターンが、事実として、正しい選択を示しているか否かの決定が行われる。正しい選択が示された場合には、ステップ１５４において、その結果がアクセプトされる。さもなければ、その結果は、拒絶されて、新しい任意の選択がなされる。代替のあるいは補足的な実施形態において、ありそうもないパターンが拒絶されるか、あるいは、ありそうなパターンが積極的に選択される。

以下に詳細に説明するように、異なる要素は、異なる空間的位置にあり、異なる特性を有する。その結果として、同一の信号は、異なる位相及び大きさとなり得る。好適な実施形態は、したがって、位相及び大きさの相違のどちらのあるいは両方を補償するために、複素数比を用いる。

一つの変形では、デジタイザは、検出要素のグリッド配列である。一つの要素が、上に記載された方法のいずれか、あるいは当業者が気づく他の方法を用いて、単なるノイズの候補キャリヤとして選択される。そして次に、グリッドの他の要素の全てあるいは部分のどちらの出力も、単なるノイズの候補キャリヤにおいて検出されたノイズに従って減らされる。

別の好適な実施形態では、当該方法は、低減を計算するのに、一つだけではなく、一群の任意に選択された周波数の使用を含む。低減の計算は、したがって、グループ内の平均出力に基づくことができる。

以下に、より詳細に説明するように、検出要素は、平面配列の導電性検出器である可能性がある。検出される物体は、スタイラスである可能性がある。あるいは、所与の周波数で位置信号を放射するいかなる移動する物体である可能性がある。

ノイズは、しばしば、少なくとも部分的に指の存在の結果である。

上で説明したように、ノイズ低減は、スタイラス周波数でのノイズレベルを同定し、それらを、感知要素あるいはスタイラスを感知するアンテナ上で受信された信号から減じることにより、実行される。そうするためには、デジタイザは、まず、純粋ノイズを示すアンテナ（すなわち、スタイラスの効果が最小であるアンテナ）を見つけなければならない。次に、スタイラス検出アンテナ上のノイズ成分を計算するために、そのアンテナにおける出力を使用する。

図１１は、増幅器が同一で、無限の入力抵抗を有する理想的デジタイザシステムにおける、上に記載された解の説明図である。特に、ユーザにより生起された信号は、センサー導体の抵抗、寄生性の入力電気容量の相違、および同種のものによる、大きさあるいは位相シフトを被らない。このシナリオは、図６に記載された単純化したフローチャートに対応する。

図１１は、検出要素のグリッドを備え、要素２５２及び２５３を含むセンサー２２０を示す。指は、位置２２２にあり、スタイラスは位置２２１にある。指及びスタイラスによる、混合出力２５１が、検出要素２５２から取得される。しかしながら、要素２５３は、指の影響を受けない。

上の仮定に従えば、検出された、二つの異なるアンテナ２５２及び２５３に接触するユーザの指２２２により生起されたノイズ信号は、同様である。スタイラスアンテナ２５は、指の位置２２２及びスタイラス位置２２１の両方から信号２５１を受け取る。アンテナ２５２及び２５３の両方が同時にサンプリングされる限りは、指アンテナ２５３上に検出された信号２５４は、スタイラスアンテナ２５２上で受信される混合信号２５１から、減じることができる。結果として、スタイラスアンテナ２５２において、純粋なスタイラス信号が取得される。

［非理想的デジタイザに対する解］
［ノイズ信号の検出］
上で説明したように、本発明の好適な実装では、スタイラス周波数におけるノイズ信号を減らすために、スタイラス周波数と異なる任意周波数におけるノイズ信号を利用する。本開示の目的のため、スタイラス周波数ではないノイズ信号に使用する周波数を、f_arbと呼ぶ。上に記載されたように、デジタイザは、スタイラスアンテナからのノイズ信号を削除するために、望ましくは、純粋ノイズ信号を示すアンテナを見つける。純粋ノイズアンテナを見つける一つの方法は、f_arb 中のノイズ信号を検出する能力に存在する。

ノイズスペクトルは、通常スタイラス周波数範囲より広い。したがって、スタイラス周波数近傍の周波数の範囲のサンプリングは、他の周波数におけるノイズ信号も同様に暴露する可能性が最も高い。この場合、デジタイザがアンテナをサンプリングする度に、デジタイザは、スタイラス周波数近傍の周波数の範囲をスキャンする。スタイラス周波数以外の周波数において受信された信号は、明白にノイズである。一つの実施形態では、デジタイザは、最強のノイズレベルを示す周波数を、あるしきい値以上である限り、周波数f_arb に選択する。他の実施形態では、ノイズ周波数は、種々のシステムの考慮によって選択することができる。例えば、いくつかの実施形態は、一つの周波数（f₁）において接触検出を、第二の周波数（f₂）においてスタイラス検出を、実装できる。システムが既に、f₁において信号を調査するように構成されているので、f₁をノイズ周波数（f_arb = f₁）として利用できるのが望ましい可能性がある。

場合によっては、無用のノイズの同一の供給源により生起される所定周波数（f_arb）において、ノイズ信号を意識的に生成することが可能である。このような例は、画面に触れ、ノイズ信号を生起する、ユーザの指などの導電性物体である。したがって、デジタイザのアンテナを意図的に振動させることは、振動するアンテナの周波数における、指により生起する信号を作り出すこととなる。アンテナの振動は、スタイラス周波数以外のいかなる周波数（f_arb）にすることもできる。しかしながら、f_arbがスタイラス周波数に近い場合に、最善の結果が達成される。この場合、急いで判断される第一のシナリオとは対照的に、ノイズ出力を生成するのに利用された周波数に従って、f_arbが決定される。ほとんどの応用において、スタイラスは、異なる時間に一つ以上の周波数で振動することができることに留意する。例えば、スタイラスがセンサーの上で空中に舞っている場合には、スタイラスは一つの周波数（f₁）で振動するように設定することができる。また、センサーに接触（「チップダウン」）している場合には、第二の周波数（f₂）で振動するように設定できる。好ましくは、デジタイザが、スタイラス信号の周波数にしたがってスタイラスの状態（すなわち、空中に舞っている、あるい「チップダウン」）を認識する。この場合には、選択されたノイズ周波数（f_arb）は、関連したスタイラス周波数に対応する。スタイラスが空中に舞う状態にあるときには、f_arbは、f₁に近い。スタイラスがセンサーと接触するときには、f₂により近い第二のノイズ周波数が利用される。

［純粋ノイズアンテナの発見］
ノイズ供給源が存在しているときには、どのような場合でも、システムは純粋ノイズ信号を示す少なくとも一つのアンテナを同定することができると考えることは理にかなっている。この仮定は、スタイラスがその先端の近傍の比較的に狭い領域に影響を及ぼしているという事実と、スタイラスとノイズ供給源とを全く同じ場所に配置することは物理的にできないという事実に基づいている。

好適な実施形態は、純粋ノイズアンテナを見つけるために、異なる二つの方法を使用する。図９に関して上に記載された第一の方法は、前のスタイラスの位置が知られているときにのみ適用できる。図１２は、図９の方法、即ちスタイラスの前の位置を使用して純粋ノイズアンテナを見つける方法を実行するデジタイザを図解する概略図である。図１２は、一つの位置に指があり、別の位置にスタイラスがある、図１１と同じグリッド配列を示す。図１２の方法は、スタイラスのセンサーを横切る運動が連続的であるという事実に依存する。さらに、アンテナ・サンプリングレートは、スタイラスの前の位置が現在位置の良い指示となるようなものである。次の段階は、純粋ノイズアンテナを同定するのに使用される。

１．f_arbでノイズ信号を示すアンテナを検出することこの段階は上記方法又は当業者が想到し得る方法のいずれによっても前もって形成されることができる。

２．スタイラス検出に使用できる任意のアンテナ（例えばアンテナ２６１）を無視する。アルゴリズムはスタイラスの前の位置から最も遠いアンテナを選択するが、それでも一定のしきい値を超えるノイズ信号を示す。この場合、アンテナ２６１は、その上に位置するノイズ供給源（即ち指）を有するアンテナとして選択される可能性が最も高い。

あるいは、この場合もやはり上に記載されるように、アンテナがスタイラスの前の位置から十分に離れている限りは、アルゴリズムは最強のノイズ信号を示すアンテナを選択することもできる。

上の図１０に図解されるような第二の方法は、スタイラスの前の位置に依存することなく、したがって、スタイラスがセンサー面に存在していないとき、又は前の位置が知られていないときにでさえも実施できる。第２の方法を用いてノイズアンテナを見つける手順は、次の通りである。

１．上文に記載されているように、f_arbに十分に強いノイズ信号を示す幾つかのアンテナを検出すること。

２．ここで、別の箇所に記載されているように、他の全てのアンテナについてスタイラス周波数のノイズ成分を計算するために、アンテナの一つを選択すること。選択は、自由裁量で、あるいは任意の好適なアルゴリズムを用いて行われても良い。

３．もしセンサーの領域にスタイラスが全く無ければ、選択されたアンテナは純粋ノイズ信号を必ず示すはずであり、また減算後は他の全ての信号は非常に低くなるであろう。他方、センサーによって検出されたスタイラスがあれば、二つの選択肢がある。

○ 選択が正しく、選択されたアンテナは純粋ノイズ信号を示す。この場合、全ての他のアンテナからノイズが減じられ、スタイラスが正確に検出される。

○ 選択が間違っており、選択されたアンテナはノイズとスタイラス信号とが混ざった出力を示す。このような場合には、全ての他のアンテナから間違った純粋ノイズ成分が減じられた後、センサー全体に示される信号のパターンは、実際のスタイラスによって引き起こされるパターンの種類と合致しない。例えば、もしスタイラス信号を示すアンテナ数が一定のしきい値を上回っていれば、パターンは無効なものと見なされても良い。スタイラス先端から放射される空間電磁場に従って、スタイラスアンテナ間の距離によって無効なパターンを同定することもできる。

システムは、このようにして無効なパターンを同定して、更なる純粋ノイズアンテナの候補、望ましくは別の軸方向に最大のノイズ信号(f_arb)を示すアンテナ、の選択を続ける。全ての他のアンテナからノイズが減じられると、システムは有効なスタイラスパターンを探す。このアンテナ選択及びノイズ除去法の手順は、実際の純粋ノイズアンテナを選択し、従ってノイズ除去後の有効なスタイラスパターンを検出するまで繰り返される。

次に、図１１のグリッド上で図１０の方法を実行している様子を図解する、図１３を参照する。図１３では、デジタイザがＸ軸上の大きなノイズ信号を示すアンテナであるアンテナ２６８を同定する。デジタイザは、さらにＹ軸上の大きなノイズ信号を示すアンテナ２６３を同定する。図１３は、純粋ノイズ出力２６４を示す唯一のアンテナ２６３を明確に示す。アンテナ２６８は、それに反して、ノイズ供給源５とスタイラス２６６の両方からの成分を含む混合信号２６７を示す。

以下に記載されるように、ノイズアンテナの一つを純粋ノイズアンテナとして選択して、全ての他のアンテナにおけるスタイラス周波数のノイズ成分を計算するためにアルゴリズムが用いられる。以下に説明するように、これらの計算によって影響を受けるアンテナは、f_arbにおいてノイズ信号を示すアンテナである。例えば、スタイラスアンテナ２６１はノイズ供給源によって影響を受けず、従ってその信号は変更されない。

次に、純粋ノイズ２６４を示すアンテナの代わりに、混合信号２６７を示すアンテナ２６８をアルゴリズムが選択する場合を検討する。間違ったアンテナを選択した結果として、デジタイザはスタイラス位置を決定できなくなる。次に図１４を参照して、選択ノイズアンテナ上の混合信号２６７を減じた後に、アンテナ２６３及びアンテナ２６８で受信した信号について説明する（６８）。アンテナ２６３がスタイラス周波数の信号２６９を示す一方で、アンテナ２６８はスタイラス周波数の如何なる信号も示さない。これらの指示は、スタイラスが唯一の軸のみに影響を及ぼすことを意味し、従ってその位置を決定することができない。

スタイラスは実際には唯一つの軸にのみに影響を与えることはできないので、ノイズアンテナの選択を誤ったことは明らかである。アルゴリズムは、純粋ノイズアンテナと同様に、このようにして他の軸のノイズアンテナの選択を進める。

本開示の目的のために、純粋ノイズ信号を示すアンテナを、以下「ノイズアンテナ」と称する。

スタイラスの前の位置が分からないときは、ノイズ除去アルゴリズムは何回かの繰り返しを含んでも良い。この場合、不要な処理手続きを回避し、スタイラスが実際に存在していることの高い確実性が存在するときにのみノイズ除去アルゴリズムを提供することが望ましい。一旦アンテナがスタイラス周波数で十分に強い信号を示すと、デジタイザはスタイラス周波数（f_s）における信号をノイズ周波数（f_arb）で受信された信号と比較する。アルゴリズムは次の比率を調べる。

ここで、Mag(f_arb, X)は、Ｘ軸上で最大の信号を示すアンテナで受信される、ノイズ周波数（f_arb）における信号の大きさである。

Mag(f_arb, Y)は、Ｙ軸上で最強の信号を示すアンテナで受信された、ノイズ周波数（f_arb）における信号の大きさである。

Mag(f_s, X)は、Ｘ軸上で最強の信号を示すアンテナで受信された、スタイラス周波数（f_s）における信号の大きさである。

Mag(f_s, Y)は、Ｙ軸上で最強の信号を示すアンテナで受信された、スタイラス周波数（f_s）における信号の大きさである。

上で述べたように、各軸方向で最高の信号を示すアンテナを用いて、比率が計算される。比率が所定の、あるしきい値を超えるときには、信号はほとんどスタイラスよりもむしろスタイラス周波数におけるノイズが起源とするようである。この場合、望ましくは、信号は廃棄される。

［ペアのアンテナ間の比係数］
上で説明したように、信号が単一供給源により生起される場合には、デジタイザは、異なるアンテナ上に異なる大きさあるいは位相の信号を感知できる。位相及び大きさにおいて相違する理由のいくつかは、次のものである。
・信号供給源の異なるアンテナからの距離
・アンテナ端部の増幅器が、必ずしも同一ではなく、例えば異なる入力抵抗有する可能性があるという事実
・増幅器への入力に関する信号供給源の異なる位置

好適な実施形態は、一つのアンテナ上で受信された信号を、第二のアンテナ上で受信された信号を計算するために、利用するので、位相及び大きさの変化を補償することが重要である。そうするためには、望ましくは、異なるアンテナ上に受信された信号間を相互に関連付けるために、複素数の比係数が使用される。

今、図１５を参照する。図１５は、ユーザの指を表現する単一の振動する供給源２７０の影響を受ける、二つのアンテナ２７３及び２７７を示す単純化された等価回路である。各アンテナ２７３、２７７は、振動する供給源２７０に、異なる抵抗とキャパシタの組を通して接続されている。キャパシタC1 ２７１は、ユーザの指２７０及びアンテナ２７３の間の電気容量を表現する。抵抗R1 ２７２は、アンテナ２７３の内部抵抗を表現する。キャパシタC2 ２７５は、ユーザの指２７０及びアンテナ２７７の間の電気容量を表現する。抵抗R2 ２７６は、アンテナ２７７の内部抵抗を表現する。キャパシタC3 ２７８及びC4 ２７４は、アンテナ及び取り囲む部品の間の寄生性の電気容量を表現する。アンテナは、異なる特性及び位置を有するので、振動する供給源に異なって影響を及ぼされることは、明白であろう。

第一のアンテナ２７３上の信号は、S₁=Z1・Fのように表現することができる。ここで、Fは、指により生起された信号である。また、Z1は、キャパシタC1、C4及び抵抗R1による、位相シフト及び大きさの変化を表す複素数である。Z1は、また、第一のアンテナ２７３から指の距離による位相シフト及び大きさ変化を組み込む。

第二のアンテナ２７７上の信号は、S₂=Z2・F のように表現することができる。ここで、Fは、指により生起された信号である。また、Z2は、キャパシタC2、C3及び抵抗R2による、位相シフト及び大きさの変化を表す複素数である。Z2は、また、第二のアンテナ２７７から指の距離による位相シフト及び大きさの変化を組み込む。

上の方程式の除算によって、第二のアンテナ上で受信した信号（S₂）に基づいて、以下のように、一つのアンテナ上の信号（S₁）を減らすのに使用できる、比係数（C=Z1/Z2）が与えられる。
方程式１：

Z1及びZ2は複素数なので、それらの比率もまた、第一のアンテナ２７３及び第二のアンテナ２７７で受信された信号の間の、位相シフト及び大きさ相違を表す複素数である。

位相シフトは、Z2の位相部分をZ1の位相部分から減じることにより、計算される。大きさの相違は、Z1及びZ2の大きさ部分の間の比率により計算される。

比係数（C）は、例えば、アンテナ及び信号の供給源間の距離、アンテナの抵抗、環境の状態、各アンテナ上の異なる寄生性の電気容量など多くのパラメータの関数である。しかしながら、十分に小さい周波数範囲に対しては、比係数は変化しない。したがって、同一の比係数が、同一のペアのアンテナ上で同時に近い周波数の信号をサンプリングするときに、使用できる。f₁近傍の周波数の第一の範囲に対応する一つの比係数（C₁）を、f₂近傍の周波数の第二の範囲に対応する第二の比係数（C₂）から、確立することもまた可能である。

今、図１６を参照すると、図１６は、ペアのアンテナ２７３及び２７７に影響を及ぼす、近いが異なる周波数f₁及びf₂で、振動する二つの供給源２８０及び２８１を示す単純化したダイアグラムである。前の図面におけるのと同一の部分は、同一の参照数字が与えられ、本実施形態の理解に必要である以外は、再び言及されない。

振動する信号２８０及び２８１は、二つの、異なるが比較的近い周波数f₁及びf₂で振動する。振動エネルギーは、前に図１６に記載した一組の抵抗及びキャパシタの等価物を通してアンテナに送信される。第一の発振器２８０により生起された信号は、第二のアンテナ２７７上の信号S₁（f₁）２８２及び信号S₂（f₁）２８３として、第一のアンテナ２７３上で受信される。第二の発振器２８１により生起される信号は、第一のアンテナ２７３上に、信号S₁（f₂）２８４として受信される。また、第二のアンテナ２７７上に信号S₁（f₂）２８４及び信号S₂（f₂）２８５として受信される。振動周波数は、同一の比係数が、両方の周波数における信号に使用することができるようなものである。

上の信号が同時にサンプリングされる限りは、比係数を、第二のアンテナ上で受信された信号をサンプリングすることにより、第一のアンテナ上で受信された信号を計算するために、使用することができる。
方程式２：

方程式３：

比係数はおおよそ上の方程式の両方について同一なので、
方程式４：

である。

本発明は、以下に詳しく述べるように、スタイラス周波数におけるノイズ成分を計算するために方程式４を用いる。

［スタイラス信号からのノイズ成分の減算］
本実施形態は、スタイラス信号を示すか否かにかかわらず、いかなるアンテナ上にも実装できるそれぞれ及びすべてのアンテナ上の純粋なノイズ信号を計算し、前記アンテナ上で受信した信号全体からそれを減じることが可能である。スタイラス信号が、本当に存在する場合には、結果は、純粋なスタイラス信号となる。アンテナがスタイラスにより影響されない場合には、純粋なノイズ信号の減算は、アンテナ上に信号が存在していないことを示すことになる。両方の場合において、スタイラスの正確な検出が達成される。

上記の原理を、今、混合したスタイラス及びノイズ信号を示す一つのアンテナと、純粋なノイズ信号を示す別のアンテナを用いて、説明する。今、図１７を参照する。図１７は、混合したスタイラス及びノイズ信号を感知する一つのアンテナ上でサンプリングされた信号の、強度対周波数を示すグラフである。このアンテナを、今、スタイラスアンテナと呼ぶ。スタイラスアンテナ上に受信される純粋なノイズ信号f_arbは、N’(f_arb)３００とマークされる。ノイズ供給源により生起されたスタイラス周波数における純粋ノイズ成分は、N’(f_s)３０１である。純粋なスタイラス信号は、３０２とマークされる。本実施形態によるノイズ除去は、N’(f_s)及びS(f_s)間の区別を行うことを含む。ノイズ削減アルゴリズムは、たとえS(f_s)=0でも適用できることに留意する。

今、図１８を参照する。図１８は、スタイラスに影響されないアンテナ上でサンプリングされた信号を記載する。このアンテナは、ノイズ信号のみを示すので、純粋ノイズアンテナと呼ばれる。f_arbにおける純粋ノイズアンテナ上で受信された信号は、N(f_arb)３０５とマークされる。スタイラス周波数におけるノイズアンテナ上で受信された純粋なノイズ信号は、N(f_s)３０４とマークされる。

信号の強度は、任意であり、各アンテナで受信される信号の種類を図解するのに使用される。本実施形態は、スタイラスを感知するアンテナ上で受信された信号からそれを減じるために、N’(f_s)３０１を同定する。

図１７及び１８は、一つの特定のアンテナ上に信号を生起するスタイラスを記載する。しかしながら、当該方法は、いかなるアンテナあるいは一群のアンテナ上に実装できる。信号N(f_arb)、及びN’(f_s)は、同時にサンプリングされる。したがって（方程式４に基づいて）、
方程式５：

である。

ノイズ信号の検出のために選択された周波数は、望ましくは、スタイラスにより現在使用されている周波数とは異なるが、方程式４が依然有効であるほどに十分近い。

方程式５において知られていない唯一のパラメータは、N’(f_s)であることに留意する。従って、
方程式６：

である。

一旦、N’(f_s)が計算されると、それはスタイラスアンテナ上に受信された信号から減じられ、スタイラスのみによって生起された信号S(f_s)を明らかにする。

［比係数計算の改良］
好適な実施形態は、純粋ノイズアンテナにおける検出及び異なる周波数での他のアンテナにおいて受信された検出の間の比率を、説明したように、スタイラス周波数におけるノイズ成分を計算するために、使用する。

［いくつかの任意周波数の平均化］
本発明の実施形態は、上記の比率を計算するための一つの任意周波数の上の使用について記載する。しかしながら、代替の実施形態においては、いくつかの周波数が使用される。そして、異なる周波数に対するそれぞれのアンテナ上に生起される検出の平均が取られる。一つより多い任意周波数の使用が、周波数への比係数依存性を減少させる。

この実施形態によるデジタイザは、したがって、いくつかの周波数においてノイズ信号を検出するために、異なる任意周波数(f¹ _arb, f² _arb, …, fⁿ _arb)を使用する。ノイズ信号自体は、上に記載されるように、検出される。

導電性ラインのサンプリングは、周波数f¹ _arb, f² _arb, …, fⁿ _arbにおける検出をもたらす。

指ノイズのみによるスタイラスアンテナ上で受信される平均出力は、

である。

指ノイズによるスタイラスアンテナ上で受信される平均出力は、

である。

全ての検出が同時にサンプリングされるので、平均化した信号及びスタイラス周波数において受信された信号の間の比率は、
方程式７：

である。

また、唯一の知られたパラメータがN’(f_s)であるので、

方程式８：
である。

スタイラス信号S(f_s)が、次に、スタイラスアンテナ上で受信された信号からN’(f_s)を減じることにより、計算される。

この特許の存続期間中、多くの関連したスタイラスデバイス及びデジタイザシステムが開発されるであろうし、また、ここでの用語の範囲は、先験的に、全てのこのような新しい技術を含むことを意図すると、期待される。

明確にするため別個の実施形態の文脈で記載した本発明のある特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできることが認識される。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で記載した本発明の様々な特徴は、別個にまたはいずれかの適切な部分組合せとして提供することもできる。

本発明は、その特定の実施形態と連結して記載されたのではあるが、多くの代替、修正及び変形が当業者には明白であることは明らかである。したがって、全てのこのような添付の請求項の精神と広い範囲にある代替、修正及び変形を含むことを意図する。本明細書で言及した全ての刊行物、特許及び特許出願は、ここに、参照により全体が、個々の刊行物、特許あるいは特許出願が特に及び個別にここに参照により組み込まれると示されたのと同一の程度に、本明細書に組み込まれる。さらに、本出願における引用文あるいはいかなる参照の同定も、このような参照が、本発明に対する従来技術として利用可能であることを是認するものである、と解釈されるべきではない。

図１は、デジタイザ表面上の指の理論的等価回路を示す単純化したダイアグラムである。図２は、指を一つの位置に、及び、スタイラスを別の位置にあるとする、デジタイザ回路のセンサー配列を示す単純化したダイアグラムである。図３は、誤りのある検出がなされた図２のセンサー配列を示す単純化したダイアグラムである。図４は、誤りのある検出がなされる代替のシナリオにおける図２のセンサー配列を図解する単純化したダイアグラムである。図５は、本発明の好適な実施形態で使用するのに適したデジタイザを図解する単純化したダイアグラムである。図６は、本発明の第一の好適な実施形態に従って、手続きを図解する単純化したフローチャートである。図７は、本発明のさらに好適な実施形態に従って、図６で示した手続きをより詳細に図解する単純化したフローチャートである。図８は、本発明の一つの好適な実施形態による任意周波数の選択方法を図解する単純化したダイアグラムである。図９は、本発明の一つの好適な実施形態による純粋ノイズの候補キャリヤの選択方法を図解する単純化したダイアグラムである。図１０は、本発明の別の好適な実施形態による純粋ノイズの候補キャリヤを選択する第二の方法を図解する単純化したフローチャートである。図１１は、本発明の理想的な実施形態によるデジタイザ操作を図解する単純化したダイアグラムである。図１２は、少し理想的でない場合の図１１のデジタイザ操作を図解する単純化したダイアグラムである。図１３は、純粋なノイズの候補キャリヤを同定するのに、図１０の方法が使用される、本発明の好適な実施形態による、デジタイザ操作を図解する単純化したダイアグラムである。図１４は、代替の結果における図１０の操作を図解する単純化したダイアグラムである。図１５は、デジタイザによって検出されたノイズに寄与する等価部品を示す単純化したダイアグラムである。図１６は、図１５の状態が、二つのノイズ源にたいしてどのように変化するかを示す単純化したダイアグラムである。図１７及び図１８は、本発明の好適な実施形態による、アンテナにおいてサンプリングされた信号を図解する二つのグラフである。図１７及び図１８は、本発明の好適な実施形態による、アンテナにおいてサンプリングされた信号を図解する二つのグラフである。

Claims

多数の所定周波数の一つにおける電磁気信号を検出するための複数の検出要素を備えるデジタイザにおけるノイズ低減の方法であって、前記検出要素の実質的に同時に少なくとも二つの要素をサンプリングして、それらの出力を取得すること、及び前記二つの要素の一つへの出力を、前記要素の他の一つへの出力に従って減少させること、を含む方法。
前記少なくとも二つの要素の一つがスタイラス信号の候補キャリヤとして選択され、前記少なくとも二つの要素の他の一つが単なるノイズの候補キャリヤとして選択される、請求項１の方法。
前記要素のそれぞれにおいて、前記一つの所定周波数及び別の任意周波数を検出することを含む、請求項２の方法。
前記任意周波数を前記所定周波数におけるノイズ量を推定するために利用することを含む、請求項３の方法。
前記単なるノイズの候補キャリヤにおける一つの所定周波数と任意周波数との信号間の比率を判断すること、前記比率及びスタイラス信号の候補キャリヤにおける任意信号から一つの所定周波数におけるノイズ量を判断すること、及び、前記判断されたノイズ量によって、スタイラス信号の前記候補キャリヤにおける前記一つの所定周波数の信号を減少させること、を含む、請求項３の方法。
前記任意周波数が、比較的高いノイズを有する、前もってセットされた検出範囲内の周波数として選択される、請求項５の方法。
前記デジタイザが接触検出用でもあり、前記任意周波数が前記接触検出に既に使用されている周波数として選択される、請求項５の方法。
前記任意周波数におけるノイズを意図的に生成することをさらに含む、請求項５の方法。
前記所定周波数が、使用中に、新しい周波数に変化し、前記任意周波数を、前記所定周波数に比較的近い周波数から、前記新しい周波数に比較的近い第二の周波数に変化させることを含む、請求項５の方法。
前記単なるノイズの候補キャリヤが、しきい値を越える量のノイズを示す要素のグループから、スタイラスの以前に知られている位置から最も離れている前記グループにおける要素として、選択される、請求項２の方法。
前記単なるノイズの候補キャリヤが、スタイラスの以前に知られている位置から定められた距離以上である限り、最も強いノイズ信号を示す要素として選択される、請求項２の方法。
前記単なるノイズの候補キャリヤが、選択され、前記選択が正しいということに基づいて一群の要素に対してノイズ除去が実行され、前記一群の要素に対する結果の信号パターンが分析され、また、前記結果の信号パターンが正しい選択を示す場合、前記任意の選択が許容され、さもなければ、新しい任意の選択がなされる、請求項２の方法。
正しい選択を示すパターンとして、非選択要素の一つにおけるスタイラスを示す第一のパターン及び、スタイラスが存在しないことを示す第二のパターンを用いることを含む、請求項１２の方法。
前記低減の実行前にスタイラスの存在を検証することを含む、請求項１２の方法。
任意周波数における大きさと所定周波数における大きさとを比較することにより、前記低減の実行前にスタイラスの存在を検証することを含む、請求項１の方法。
前記単なるノイズの候補キャリヤが選択され、一群のアンテナに対して、前記選択が正しいということに基づいてノイズ除去が実行され、前記一群のアンテナに対する結果の信号パターンが分析され、及び、前記結果信号パターンが間違った選択を示す場合には、前記任意の選択が拒絶されて、新しい任意の選択がなされる、請求項２の方法。
間違った選択を示すパターンとして、前記選択された候補で、又はその近くでスタイラスを示すパターンを使用することを含む、請求項１６の方法。
それぞれのアンテナ間の位相及び大きさの相違の少なくとも一つを補償するために、前記補償中に、複素数比を使用することを含む、請求項１の方法。
一群のアンテナの配列をサンプリングすること、スタイラスの影響が最小の少なくとも一つのアンテナを選択すること、及び、少なくともいくつか残りのアンテナのそれぞれの出力を前記選択されたアンテナの出力に従って減少することを含む、請求項１の方法。
前記低減を計算するために、複数の任意に選択された周波数を使用することを含む、請求項３の方法。
前記低減を計算するために、前記複数の任意に選択された周波数の平均出力を使用することを含む、請求項２０の方法。
前記検出要素が、移動可能物体の信号をデジタイズして前記物体の位置を示すための、前記デジタイザの平面配列の導電性検出器である、請求項１の方法。
前記ノイズが、少なくとも部分的に指の存在の結果である、請求項２２の方法。
前記デジタイザが前記検出要素を運ぶための検出面を備え、さらに前記検出面が接触感知である、請求項１の方法。
複数の所定周波数の一つの所定周波数における電磁気信号の検出のための複数の検出要素を備えたデジタイザにおける、ノイズ低減のための装置であって、実質的に同時にデジタイザから出力を取得する前記検出要素の少なくとも二つをサンプリングするためのサンプリング回路と、前記二つの検出要素の一つについて、前記検出要素の他の一つの出力に従って、出力を減少させるためのノイズ低減ユニットと、を備えた、デジタイザにおけるノイズ低減のための装置。
前記検出要素の一つが、スタイラス信号の候補キャリヤとして選択され、前記検出要素の他の一つが、単なるノイズの候補キャリヤとして選択される、請求項２５に記載の装置。
前記所定周波数及び別の任意周波数において前記検出要素のそれぞれの出力を検出するための周波数検出器を備える、請求項２６に記載の装置。
前記単なるノイズの候補キャリヤにおける所定周波数と任意周波数との出力間の比率を判断するための比率探知器を備える装置であって、前記ノイズ低減ユニットが、前記比率及びスタイラス信号の候補キャリヤにおける任意信号から所定周波数でのノイズ量を判断するため、及び、前記判断されたノイズ量により、スタイラス信号の前記候補キャリヤにおける前記所定周波数での出力を減少させるために、前記比率探知器と一緒に動作可能である、請求項２７に記載の装置。
前記検出要素が透明な導体である、請求項２７に記載の装置。
前記任意周波数が、前もってセットされた検出範囲内の、比較的高いノイズを有する周波数として選択される、請求項２８に記載の装置。
前記任意周波数が、指の検出に既に使用されている周波数として選択される、請求項２８に記載の装置。
前記任意周波数でノイズを意図的に生成するためのノイズ生成器をさらに備える、請求項２８に記載の装置。
前記所定周波数が使用中に変化する傾向があり、装置が、前記任意周波数を、第一の所定周波数に比較的近い周波数から、第二の所定周波数に比較的近い第二の周波数へ変化させるように適切に構成された、請求項２８に記載の装置。
前記単なるノイズの候補キャリヤが、しきい値を越えるノイズ量を示す検出要素のグループから、スタイラスの以前に知られている位置から最も離れている前記グループにおける要素として、選択される、請求項２６に記載の装置。
前記単なるノイズの候補キャリヤが、スタイラスの以前に知られている位置から定められた距離以上である限り、最も強いノイズ信号を示す要素として選択される、請求項２６に記載の装置。
前記単なるノイズの候補キャリヤが、選択され、前記選択が正しいということに基づいて一群の要素に対してノイズ除去が実行され、前記一群の要素に対する結果の信号パターンが分析され、また、前記結果の信号パターンが正しい選択を示す場合には、前記任意の選択が許容され、さもなければ新しい任意の選択がなされる、請求項２６に記載の装置。
正しい選択を示すパターンとして、非選択要素の一つにおけるスタイラスを示す第一のパターン及び、スタイラスが存在しないことを示す第二のパターンを用いることを含む、請求項３６に記載の装置。
前記分析が、出力が所定のしきい値を超える複数の要素を決定することを含む、請求項３６に記載の装置。
前記単なるノイズの候補キャリヤが選択され、前記選択が正しいということに基づいて一群の要素に対してノイズ除去が実行され、前記一群の要素に対する結果の信号パターンが分析され、また、前記結果の信号パターンが正しくない選択を示す場合には、前記任意の選択が拒絶されて、新しい任意の選択がなされる、請求項２６に記載の装置。
それぞれのアンテナ間の位相及び大きさの相違の少なくとも一つを補償するために、前記補償中に、複素数比を使用する、位相補償器と大きさ補償器との少なくとも一つを備える、請求項２５に記載の装置。
前記要素が配列を備え、装置が前記配列の少なくともいくつかの要素をサンプリングするように構成され、前記ノイズ低減ユニットが、少なくとも一つの要素を選択し、少なくともいくつかの残りの要素のそれぞれの出力を前記要素の別の要素の出力に従って減少させるように構成された、請求項２５に記載の装置。
前記ノイズ低減ユニットが、複数の任意に選択された周波数を、前記低減を計算するために使用するように構成された、請求項２７に記載の装置。
前記ノイズ低減ユニットが、前記複数の任意に選択された周波数の平均ノイズレベルを、前記低減を計算するために使用するように構成された、請求項４２に記載の装置。
前記要素が、移動可能物体の信号をデジタイズして前記物体の位置を示すための、前記デジタイザの平面配列の導電性検出器である、請求項２５に記載の装置。
前記移動可能物体がスタイラスである、請求項４４に記載の装置。
前記スタイラスが電磁気スタイラスである、請求項４５に記載の装置。
前記スタイラスが、能動的発振器及びエネルギーピックアップ回路を備える、請求項４６に記載の装置。
前記スタイラスが、共振回路を備える、請求項４６に記載の装置。
前記検出要素が、グリッド配列状に配置された、請求項２５に記載の装置。
前記検出要素が、ループ要素である、請求項２５に記載の装置。
前記ノイズが、少なくとも部分的には、指の存在の結果である、請求項４４に記載の装置。