JP2010531015A - 大型フラットパネルディスプレイのインタラクティビティ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図7
Description
この開示は、大型フラットパネルディスプレイに付随する特性と、通常のフラットパネルディスプレイをインタラクティブな動作面に変換する電子入力デバイスの設計とについて検討する。本明細書に記載の発明は、そのサイズに限定される訳ではないが、大型ディスプレイとは、対角寸法が37インチまたはそれ以上のディスプレイを意味する。
本発明の一態様は、力学的波、例えば、超音波を使用して、大型パネルディスプレイの表面200上の位置を測定することである。
力学的波、例えば超音波を使用する位置測定に関する別の態様は、熱の生成に由来する空気の動きである。空気は、例えば大型パネルディスプレイの表面200により加熱されたときに、低密度となり、その結果、上方に移動して、局所的な渦流および小さい乱気流を生成する可能性がある。力学的波、例えば超音波に基づく位置決めシステムが使用されるとき、そのような空気の動きは、力学的波、例えば超音波の伝搬時間に影響を与え、その結果、“揺らぎ受信(wandering reception)”と呼ばれる現象を作り出す。
上述したように、フラットパネルディスプレイは、電磁波放射、例えば赤外線(IR)放射も生成すると考えられる。さらに上述したように、本発明の一実施形態において、スタイラス202は、1またはそれ以上の力学的波パルス、例えば超音波パルスとともに、電磁波パルス、例えば赤外線パルスを送信する。パネルからのIR放射はシステムに影響を与え、例えばIR領域におけるノイズを生成する可能性がある。そのようなIRノイズは、IRパルスをスタイラス202から検出するという問題を引き起こすのに十分に大きく、あるアーキテクチャにおいては、IR増幅器が設けられる。しかしながら、IR増幅器において飽和状態が生じる可能性があり、それによりデジタル領域のプロセスが困難となる。
本発明の一実施形態は、IRノイズを検出するために、環境方向(ambient direction)とも呼ばれる、ノイズの到来が予測される方向に向けて配置された第2チャネルIR受信器(図示省略)を含む。そのような検出ノイズは、基準信号(reference signal)を生成する。一実施形態において、ノイズ基準を検知するチャネルについての利得は、表示されたイメージにおける変化、ユーザの動き、またはそれらの両方に起因するノイズ受信における変動に適合するために、能動的に調整可能である。ユーザの動きは、ユーザからの反射が原因でIRノイズに影響を与える可能性がある。一実施形態において、検出されて増幅されたノイズ信号は、スタイラス202によるIRの送信による結果として検出されたIR信号から差し引かれる。そのような能動的ノイズキャンセリングは、非線形IR受信があるとき、例えば、IR増幅器が飽和状態のときに、特に有用である。
一実施形態は、電磁波リカバリ、例えばIRリカバリ用の位相ロックループ(PLL)を含む。図6を参照すると、位相ロックループ(PLL)602およびIRリカバリを含む一実施形態のブロック図600が示されている。入力IRデータ604は、IRリシェーパ606によりリシェイプされて(形状が整えられて)、IR位相検出に適したものとなる。IRリシェイプされた情報は最初に加算器608を通過した後、ローパスフィルタ610にかけられる。ローパスフィルタで処理した情報は、IRパルス生成器612に送り込まれ、再形成されたIR情報に変化する。再形成されたIRは、位相検出器のその他の入力に戻り、閉ループトラッキングまたはPLLを形成する。
・ポジティブな力学的波、例えば超音波が全く検出されない。
・著しい座標の不一致が発生する。
・表面200から離れるポジティブな力学的波、例えば超音波信号が(3D結果に基づいて)検出された後に、2またはそれ以上の受信器が使用される場合。
・FRIRの使用時に最大タイムアウトが生じる。
フラットパネルディスプレイのバックライトは、相対的に高電圧、例えば起動時に最大1KVと、相対的に高電流、例えばスイッチングレギュレータが使用される場合に最大10Aが必要となり、ノイズが、ある力学的波、例えば超音波回路を操作する必要がある、30KHz乃至200KHzの範囲に含まれる可能性がある。。上記のことは、遮蔽印刷回路ボードの使用および遮蔽ケーブルの使用を含む念入りな回路設計において考慮がなされるとともに、どこでどのように受信器およびケーブルを配置するかに関する念入りな検討も用いられる。
図7を参照すると、携帯デバイスの位置を決定するためのフローチャート700が示されている。携帯デバイスは、フラット面の近傍に配置される(ステップ702)。フラット面は、フラットパネルディスプレイ、または本特許出願に記載されているその他の種類のフラット面の何れか1つであってもよい。携帯デバイスは、少なくとも1の内蔵型力学的波送信器、例えば超音波送信器と、少なくとも1の電磁波送信器、例えば赤外線送信器とを備える。フラットパネルディスプレイの表面近傍に配置される複数の受信器は、送信された超音波および赤外線信号をそれぞれ受信または検出する(ステップ704)。携帯デバイスは、スタイラスまたは本出願に記載のその他の携帯デバイスであってもよい。上記方法は、ステップ708にいて、本出願に記載のセンサおよび様々なメモリに接続された少なくとも1のプロセッサを使用して検出信号を処理することを含む。その処理は、超音波の伝搬時間の変動を修正することを含む。一実施形態において、超音波伝搬時間に影響を与える1またはそれ以上の環境パラメータ、例えばそれに限定される訳ではないが、温度、気圧等を検出するために、少なくとも1の環境センサが表面の近傍に設けられる。ステップ706は、1またはそれ以上の環境パラメータを検出することを含む。別の変形例において、各超音波受信器またはセンサは、表面に沿う各配置上に1または複数のセンサを含む。複数のセンサが存在する場合には、複数のセンサが並列に接続され、一実施形態では、それらセンサが、z方向のオフセットを有する動作領域上の同じxおよびy座標にて配置される。さらに別の実施形態において、複数の超音波センサが既知の幾何学的向き、例えば第2の受信器またはセンサのセットと直交またはほぼ直交する向きで、配置されている。例えば、ほぼ直交とは、互いのなす角度が85乃至95度の間である。別の実施例において、ほぼ直交とは、互いのなす角度が80乃至100度の間である。伝搬時間における変動を修正するために、既知の関係が用いられる。
理解されるように、本発明は、超音波送信器および赤外線送信器を含むスタイラスと、フラットパネルディスプレイの表面近傍に配置される複数の受信器と、例えば、信号処理ユニットの形式の、受信器に接続された1またはそれ以上のプロセッサとを含む装置について、述べている。この装置は、フラットパネルディスプレイの表面近傍に配置されて、操作中に動作領域の表面が、スタイラスの位置が測定されることに関してインタラクティブとなるように、動作領域を規定する。スタイラスは1またはそれ以上のボタンを含むようにしてもよい。受信器は、1またはそれ以上のボタンが押下されることを検出するとともに、ボタン押下時のスタイラスの位置を検出することができる。
1の電磁波センサとともに一対の力学的波センサのみを使用することとは対照的に、動作面の領域に延びるように、複数セットの受信器が配列されている。複数の受信器が同じ数またはそれより少ない数のプロセッサ、例えば単一の処理ユニットと接続されている。第1メモリは、信号処理ユニット内に設けられ、その信号処理ユニットは、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、第1の方法を実施して、複数の受信器をアクティブに管理するとともに、対象信号を1またはそれ以上の関連処理ユニットに選択的に結合するソフトウェアを含んでいる。ある場合には、受信器は、その他の受信器に対してほぼ直交する向きで配置される。例えば、ほぼ直交とは、互いになす角度が85と95度との間となる。さらに別の例では、ほぼ直交とは、互いになす角度が80と100度との間となる。さらに、第2メモリが設けられ、当該第2メモリは、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、第2の方法を実施して、超音波の飛行時間変動に対してより少ない感度を有する座標に関連してより大きい重みを付けるとともに、超音波の飛行時間変動に対してより大きい感度を有する座標に関連してより小さい重みを付けて、複数の受信器からの座標に基づき、スタイラスの位置を計算するソフトウェアを含んでいる。受信器は、環境IRセンサの複数のチャネルを含む。環境IRセンサの最も感度の高い方向は、動作領域から離して配置される。さらに、第3メモリが設けられ、当該第3メモリは、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、利得を調整する方法を実施するソフトウェアを含んでいる。増幅器は、環境IRセンサから検出した情報を増幅する。装置は、さらに、主たるIRセンサからの環境IRノイズをアクティブに取り除く。さらに、第4メモリが設けられ、当該第4メモリは、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、赤外線位相ロックループ法およびフリーランIR状態におけるランニング法を実施するソフトウェアを含んでいる。その方法の出力は、赤外線位相ロックループ法またはフリーランIR状態法の何れかの結果となる。2状態間の切り換えのためのスイッチは、1またはそれ以上の予め設定された条件に基づいてアクティブに管理される。装置は、さらに、位相ロックループ状態がアクティブであるときに受信信号についてのタイミングデータを格納する第5メモリを備える。フリーランIR法は、第5メモリに格納された、最も最近のデータに関連してより大きい重みを付けて、位相ロックループ法により生成されたデータに基づき、IRデータを再形成する。フリーランIR法は、位相ロックループ法が動作を止めたときに、同じIRデータを生成するように働く。フリーランIR法は、位相ロックループ法が再開したとき、直ちに、位相ロックループ法の出力を追跡するように働く。
一実施形態において、コンピュータ読み取り可能な、コンピュータ読み取り可能媒体は、位置測定システムの1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、1またはそれ以上のプロセッサに、位置測定システムにおける方法を実行させる命令のセットを保有する。
Claims (46)
- 力学的波送信器を含む第1送信器と、電磁波送信器を含む第2送信器とを有する携帯デバイスと、
表面と、前記携帯デバイスから送信される信号を受信するために前記表面の近くまたは近傍に配置される複数の受信器とを有するフラットパネルディスプレイと、
前記携帯デバイスが前記フラットパネルディスプレイの前記表面近傍または前記表面上に配置されたときに前記表面内の動作領域が規定されるように、前記受信器に接続される1またはそれ以上のプロセッサとを備え、
前記動作領域が、前記表面に対する前記携帯デバイスの位置を測定するために、前記携帯デバイスと相互に作用するものとされ、
前記受信器の少なくとも幾つかが、電磁波に基づくセンサと、力学的波に基づく複数のセンサとを含み、
前記1またはそれ以上のプロセッサが、前記力学的波の伝搬時間に対する不均一性を訂正するように構成されていることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記携帯デバイスがスタイラスを含むことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記受信器が、前記力学的波の伝搬時間に影響を与える1またはそれ以上の環境パラメータを検出するための少なくとも1の環境センサを含むことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記力学的波送信器が超音波送信機を含むことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記電磁波送信器が赤外線送信器を含むことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記スタイラスが、1またはそれ以上のボタンを有し、前記受信器が、前記1またはそれ以上のボタンの幾つかが押下されたこと、並びに、その押下時における前記スタイラスの位置を検出できるように構成されていることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記携帯デバイスが、磁束を蓄積する主インダクタおよび補助インダクタを備え、それらが互いに密結合されるとともに、前記主インダクタに対する前記補助インダクタの巻線比が1よりも大きいことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
複数のセンサが存在する場合に、それら複数のセンサが並列に接続されるとともに、z方向のオフセットを有する動作領域上の同じxおよびy座標にて配置されることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
少なくとも2の力学的波のトランスデューサが、互いに既知の幾何学的関係で配置され、当該既知の幾何学的関係が、前記不均一性を訂正するために、前記伝搬時間により影響を受ける測定結果とともに、使用されることを特徴とする装置。 - 請求項9に記載の装置において、
第1受信器が、第2受信器に対してほぼ直交する向きで配置されていることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記受信器が固定されたまたは調節可能なZ方向のオフセットを有し、当該Z方向が、前記フラットパネルディスプレイの前記表面に対して直交するものであり、前記オフセットが、第1較正法を使用するために補正されることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記携帯デバイスが固定されたまたは調節可能なZ方向のオフセットを有し、当該Z方向が前記表面に対して直交する方向であり、前記オフセットが、第2較正法を使用するために補正されることを特徴とする装置。 - 携帯デバイスをフラット面の近傍に配置するステップと、
少なくとも1の超音波信号を複数の超音波センサで、少なくとも1の赤外線信号を1またはそれ以上の赤外線センサで、それぞれ受信または検出するステップであって、それらセンサが前記フラット面上またはその近傍に配置されるステップと、
検出された少なくとも1の超音波信号と少なくとも1の赤外線信号を処理して、前記携帯デバイスの位置を測定するステップであって、その処理に、力学的波の伝搬時間に対する不均一性を訂正することを含むステップとを備えることを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法において、
前記伝搬時間の温度依存性を低減するために複数の前記力学的波センサを積層配置するステップ;
例えば離散低雑音増幅器を使用することにより、前記力学的波センサ、例えば超音波センサの感度を増加させるステップ;
複数の受信器をデジタル信号処理ユニットに接続し、ペンまたはスタイラスがある位置に基づき、能動的切換ゾーニング(actively switched zoning)を生成するステップ;および/または、
前記力学的波、例えば超音波の飛行時間の変動を補正するために温度センサを使用するステップであって、1セット以上の受信器208が使用されるときに、それと関連する補正方法が、冗長な座標セットに基づいて温度を計算するステップ;および/または、
前記受信器208およびスタイラス202にZ方向のオフセットを加えるステップであって、前記Z方向を前記表面14の平面に対して垂直とするステップのうち、
1またはそれ以上のステップをさらに備えることを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法において、
超音波の伝搬時間に影響を与える1またはそれ以上の環境パラメータを検出して、前記不均一性の訂正に、検出した1またはそれ以上の環境パラメータを使用するステップをさらに備えることを特徴とする方法。 - 請求項15に記載の方法において、
前記環境パラメータに温度を含むことを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法において、
1以上のセンサが同じxおよびy位置に配置され、z座標オフセットを有する異なるセンサを積層配置することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法において、
2またはそれ以上の超音波センサが、互いに既知の幾何学的向きで配置され、前記不均一性の訂正に前記既知の向きを使用することを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法において、
前記既知の向きがほぼ垂直となるように、2またはそれ以上の超音波センサが、互いにほぼ直交するように配置されていることを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法において、
前記処理するステップが、前記センサに接続された少なくとも1のプロセッサを使用することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項20に記載の方法において、
前記センサと前記少なくとも1のプロセッサとの間の接続が無線手段を介して行われることを特徴とする方法。 - 請求項20に記載の方法において、
前記センサと前記少なくとも1のプロセッサとの間の接続が有線手段を介して行われることを特徴とする方法。 - 電磁波送信器および力学的波送信器を含むスタイラスと、
フラットパネルディスプレイの表面の近傍に配置される複数の受信器であって、少なくとも1の電磁波に基づくセンサと、力学的波に基づく複数のセンサとを含む受信器と、
前記受信器に接続される1またはそれ以上のプロセッサであって、前記スタイラスが送信しているときに、前記表面に規定される動作領域上の前記スタイラスの位置を測定するとともに、その際に、前記力学的波の伝搬時間の変動を訂正することを含むように構成されたプロセッサとを備えることを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
前記力学的波の伝搬時間に影響を与える1またはそれ以上の環境パラメータを検出するための少なくとも1の環境センサをさらに備え、
前記位置の測定に、前記少なくとも1の環境センサにより検出された1または複数の環境パラメータを考慮して、伝搬時間の変動を訂正することを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
少なくとも2の前記力学的波センサが互いに既知の幾何学的向きを有し、前記力学的波の伝搬時間の変動の訂正に、前記既知の幾何学的向きが考慮されることを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
前記1またはそれ以上のプロセッサがホスト処理ステムに接続され、
前記ホスト処理システムが、前記スタイラスの一連の状態および位置を受信するように機能するとともに、前記スタイラスがボタンを含む場合には、その受信内容に、何れかのボタンが押下されたか否かを含むことを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
前記フラットパネルディスプレイが、LCDディスプレイ、プラズマディスプレイおよび/またはリアプロジェクションディスプレイ、またはそれらディスプレイの組合せの中の1またはそれ以上を含むことを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
前記力学的波センサが超音波センサであり、各力学的波受信器が前記表面に沿う各位置に1または複数のセンサを含み、複数のセンサが存在する場合に、それら複数のセンサが並列に接続されるとともに、z方向のオフセットを有する動作領域上の同じxおよびy座標にて配置されることを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
一対の力学的波センサと1の電磁波センサのみを使用するのとは対照的に、動作面の領域に至るように配置された複数セットの受信器を備え、それら複数の受信器が同数またはそれより少ない数量のプロセッサと接続されていることを特徴とする装置。 - 請求項29に記載の装置において、
メモリを含み、そのメモリには、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、複数の前記受信器を能動的に管理して対象信号を1またはそれ以上の関連処理ユニットに単に結合する方法を実行するソフトウェアが含まれることを特徴とする装置。 - 請求項29に記載の装置において、
少なくとも2の前記力学的波センサが互いに直交またはほぼ直交する向きで配置され、前記力学的波の伝搬時間における変動の訂正に、既知の幾何学的向きが考慮されることを特徴とする装置。 - 請求項31に記載の装置において、
前記ほぼ直交する向きとは、互いになす角度が85と95度の間であることを特徴とする装置。 - 請求項32に記載の装置において、
前記ほぼ直交する向きとは、互いになす角度が80と100度の間であることを特徴とする装置。 - 請求項29に記載の装置において、
ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、超音波の飛行時間変動に対してより少ない感度を有する座標に関連してより大きい重みを付けるとともに、超音波の飛行時間変動に対してより大きい感度を有する座標に関連してより小さい重みを付けて、複数の受信器からの座標に基づき、前記スタイラスの位置を計算するための方法を実行することを特徴とする装置。 - 請求項29に記載の装置において、
前記受信器が複数チャネルの環境IRセンサを含み、それら環境IRセンサの最も感度の高い方向が、前記動作領域から離れて配置されることを特徴とする装置。 - 請求項35に記載の装置において、
ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、利得を調整するとともに、前記環境IRセンサの増幅部を含み、主たるIRセンサからの環境IRノイズを能動的に取り除く方法を実施することを特徴とする装置。 - 請求項35に記載の装置において、
ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、赤外線位相ロックループ法およびフリーランIR状態におけるランニング法を実施する方法を実行するものであり、前記方法の出力が、前記赤外線位相ロックループ法または前記フリーランIR状態法の何れかの結果であり、2状態間の切換が、1またはそれ以上の予め設定された条件に基づいて能動的に管理されることを特徴とする装置。 - 請求項37に記載の装置において、位相ロックループ状態がアクティブであるときに受信信号のタイミングデータを格納するメモリをさらに備え、前記フリーランIR法が、最も最近のデータに関連してより大きい重みを付けて、前記メモリに格納された前記位相ロックループ法により生成されたデータに基づき、IRデータを再形成するとともに、前記フリーランIR法は、前記位相ロックループ法が動作を止めたときに、同じIRデータを生成するように働き、また、前記位相ロックループ法が再開したときに、直ちに、前記位相ロックループ法の出力を追跡するように働くことを特徴とする装置。
- 請求項26に記載の装置において、
前記ホスト処理システムが、ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、実行の際に、フリーランIR法から生成される座標間の任意の不一致を修正し、それに続いて、IR信号を生成する位相ロックループ法を再開するためのアルゴリズムを含むように機能する方法を実行することを特徴とする装置。 - 請求項29に記載の装置において、
前記超音波の伝搬時間に影響を与える環境パラメータを検出するための少なくとも1の環境センサをさらに備えるとともに、ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、前記1またはそれ以上の環境センサから結合されたパラメータに基づいて超音波の現在速度を計算する方法を実行することを特徴とする装置。 - 請求項29に記載の装置において、
ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、1またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、複数の前記受信器から生成される冗長座標に基づいて超音波の現在速度を計算する方法を実行することを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
前記受信器が、固定されたまたは調節可能なZ方向のオフセットを有し、当該Z方向が、前記フラットパネルディスプレイの前記表面に対して直交するものであり、前記オフセットが、較正法を使用するために補正されることを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
前記スタイラスが、固定されたまたは調節可能なZ方向のオフセットを有し、当該Z方向が前記表面に対して直交する方向であり、前記オフセットが、較正法を使用するために補正されることを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
前記スタイラスが、先端部を含むとともに、その先端部に配置された温度センサを有し、当該スタイラスにより送信される1またはそれ以上の信号に符号化された状態で、前記先端部周囲の温度を前記受信器に送信することを特徴とする装置。 - 請求項23に記載の装置において、
前記力学的波センサが、センサおよび送信器の両方として機能することができる超音波トランスデューサであり、送信する1またはそれ以上の超音波トランスデューサと、受信する1またはそれ以上のトランスデューサとを用いて、較正法を使用できることを特徴とする装置。 - 請求項27に記載の装置において、
前記フラットパネルディスプレイがその上に配置されるテーブルのような、主動作領域に隣接する1またはそれ以上の補助動作領域をさらに備え、前記スタイラスが前記補助動作領域内に移動するときに、前記スタイラスの位置と見込まれる状態を捕捉するために、複数の受信器が前記補助動作領域内に配置されることを特徴とする装置。
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