JP2013137824A - 音響測位システムのための頑健な音響同期シグナリング - Google Patents

Abstract

【課題】受信される信号の飛行時間の測定におけるクロックの不正確さおよびドリフトを補償する。
【解決手段】測位装置は、位置要素からの音響波形を検出するように動作し、かつ波形を演算のために出力する少なくとも１つの第１検出器１８と、あるタイムフレーム期間を有するタイムフレームの間に位置要素から送信された同期信号を検出するように動作する第２検出器１９とを含む。音響波形は連続的であり、連続的に変調されたものであり、現在の位置を突き止めるために復号される。波形における位置情報を維持するために測位装置からの同期シーケンスを使用する。同期信号は、タイミングデータを担持し、現在の位置を突き止める際の精度を改善するために用いる。タイミングデータは、タイミングデータとタイムフレーム期間とを相関させることにより、クロック同期データを導出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響測位方法およびシステムに関し、さらに詳しくは、非排他的に、位置要素と測位装置との間の送信の同期を取るための方法およびシステムに関する。

測位またはロケーションアウェアネス（ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｗａｒｅｎｅｓｓ）の用途は一般的に、位置要素が配置される空間のサイズによって分類される。空間サイズは、一般的に１メートルまでの範囲のパーソナルエリアから、一般的に１０メートルまでの範囲のルームエリア、１００メートルまでの範囲の倉庫のようなローカルエリア、一般的に開放空間であるワイドエリアに及ぶ。

一部の用途では三次元の測位が要求される。別の用途では一般的に、目標物が床など既知の表面に充分近くに配置されていることが分かっているときには、二次元のみの測位が要求され、一部の用途では、位置要素と測位装置との間の距離の測定だけが要求される。

要素の位置を特定するための幾つかの方法があり、それらの大部分は、位置要素から送信または反射された信号の到達時間を測定することに基づく。

小空間の位置特定、つまりパーソナルエリア、ルームエリア、およびローカルエリア内の位置特定には、多数の用途が存在する。主な用途として、コンピュータ対話のためのポインティング装置、ならびにロボット工学および機械制御、携帯家電機器および特に玩具の位置特定、倉庫、病棟等における在庫品の位置特定が挙げられる。

１．パーソナルエリア位置確認 ― コンピュータポインティング装置、デジタルペン、およびタッチスクリーン

３Ｄマウス：
３Ｄマウスは電磁気または超音波測位技術を使用して、３Ｄ空間内の位置を監視装置に示す。今日使用されているコードレスマウスは、ワイヤレス接続性のためにブルートゥースならびに同様の無線およびＩＲ送信機を使用する。無線またはＩＲはワイヤレス接続性、つまりシグナリングの問題に対処するだけである。測位は一般的にマウス自体内の移動トラッカを含み、それは光学に基づくことができる。単純な移動追跡は２Ｄソリューションを提供する。３Ｄソリューションは、例えば次のいずれかを使用して生成することができる。

音響：
マウスはデスクトップ受信器によって受信される超音波およびＩＲパルスを放射する。飛行時間を測定することによって、三角形分割を実行することができる。

ＩＲセンサ：
マウスはＩＲパルスを放射し、その角度がデスクトップ受信器によって測定される。幾つかの角度センサが３次元三角形分割を可能にし、こうして特別な位置が得られる。

ＰＣタブレットおよびスタイラス：
ＰＣタブレットはデジタルペンまたはスタイラスを使用する。スタイラスは、グラフィックタブレット、ｐｃタブレット、ｐｃ画面、ｐｄａ画面、携帯電話画面、およびいずれかの他のコンピュータ書込み可能表面、画面、またはタブレット上に直接書くことをはじめとするインタラクションを可能にする。利用可能なソリューションは、受動または能動電磁気または音響技術により機能する。

デジタルペン：
デジタルペンは、ハンドライティングまたはハンドドローイングの電子的検出のため、または一般的ポインティングのために使用されるポインティング装置である。デジタルペンは一般的に、音響、ＩＲ、および光などの技術を使用する。他のバージョンは、加速を検知してデータを測位アセンブリに転送する加速度計を使用する。別のバージョンは、特殊な紙上の小さいポインティングコードを解析してその位置を決定するカメラである。他のペンは電磁気（受動および能動を含む）、およびそれらの動作のための他の技術を使用する。デジタルペンの一部は自律装置である。つまり、ペンが独立に作動して、それ自体の完全に処理された座標を出力として提供する。それは光学およびデジタルカメラに基づく装置の典型である。他の特に音響および電磁装置は、受容または感知装置を必要とする。デジタルペンはＰＣ、ラップトップ、ＰＤＡ、携帯電話機、電子ブック、および類似物に幅広く使用される。

タッチスクリーン：
タッチスクリーンは一般的に、スクリーンから入力を受け取るために、コンピュータスクリーン内またはその付近に埋め込まれたセンサを備えている。一部の技術は、物理的接触を感知することができる特殊な材料をスクリーンに被覆することを含み、該材料は電気抵抗性、電気容量性、または表面音響波（ＳＡＷ）材料を有する。他の技術は、スクリーンの周囲にセンサを埋め込むことを含む。センサはＩＲ、音響、ＳＡＷ、およびその他とすることができる。

２．ルームエリア位置確認−インタラクティブホワイトボードおよび玩具

インタラクティブホワイトボード：
インタラクティブホワイトボードは、書かれたデータをボードから関連コンピュータに取り込むホワイトボードである。この分野の一般的技術の一つは音響測位である。つまり、ビーコン信号を送信するスリーブ内にマーカが配置され、それが同じくホワイトボード付近に配置された専用装置によってピックアップされて解析される。場合によっては、より優れた精度のため、および簡素化のために、音響ビーコンと一緒にＩＲまたは電磁信号が送信される。別の一般的技術は電磁気である。つまり、上述したマーカスリーブが電磁界を送り、それがホワイトボードの背面にある専用ループによってピックアップされる。

電気抵抗を使用する技術も使用される。そのような場合、ホワイトボードの表面は抵抗材で被覆される。被膜に圧力が加えられ、圧力がボードの抵抗特性に局部的変化を引き起こす。該変化から、コントローラは加えられた圧力からｘ，ｙ座標を得ることができる。

抵抗と同様の電気容量を使用する技術も使用することができる。再び圧力が、今度はボードの容量特性を変化させるために使用される。次いで、コントローラはｘ，ｙ座標を得ることができる。

玩具
一つのユニットが第二ユニットの位置を知ることができる玩具を持つことは、高コストのため、比較的珍しい。

非常に基本的な例では、一つの玩具が、別の玩具が近くにあることに気付き、反応を刺激し、例えば話しかける。より高度な例では、一つの玩具が他の玩具の場所をおおよそ知る。

将来、一つのユニットが物体を次のユニットに無事に渡すことができ、あるいは逆に物体を次のユニットから受け取ることができるような、さらに高度な例を提供することが期待される。さらに将来、２２体のサッカーロボットが相互にボールを受け渡しながら走り回るような玩具が予想される。ロボットは、同じチームまたは相手チームの他のロボットの位置に応じてどこにキックするかを計算する。サッカー競技をするために２２体のロボットの各々に計算および制御能力を与えることは、非常に高価かつ複雑なソリューションを生み出す。

一般的に、玩具技術は低コストで提供しなければならず、現行技術は比較的高価である。特定の技術は各々それらの欠点を有している。

赤外センサ−ＩＲは、近傍における第二オブジェクトの存在を示すために使用することができる。高レベルで、一般的方向を示すことができる。

加速度計−加速度計の欠点は、ポインティング装置の部分で上述した。

音響−音響装置は比較的高価である。同一環境では単一のユニットしか使用できず、エネルギの使用が比較的高く、かつ装置を小型化することが難しい。

ローカルエリア位置特定−ロボット工学および機械制御

可能な新しい用途として自律的真空掃除機がある。一つまたはそれ以上の真空掃除機は、構内を自動的に動き回り、ごみを吸込み、ごみを固定位置装置またはローミング装置に移送することができる。掃除した装置は、ごみを送り出す受容装置の位置を自律的に突き止め、ごみを送り出すためにそれとドッキングすることができる。

欠点
音響技術を除き、上記の技術は全て測位面にセンサを必要とする。電磁的解決策はボードの背面にアンテナループを必要とし、カメラ付きペンは専用デジタルペーパー（ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ ｐａｐｅｒ）を必要とし、タッチスクリーンは特殊コーティングを必要とする。センサの必要性は両方とも最終製品のコストを増大し、さらに、ユーザが雑然としたデスク表面のような任意の平面を作業用プラットフォームとして使用することを許さないため、使用に不自然な制約を与える。

技術の幾つかは、二次元の位置特定に限定される。しかし、たとえ第３の次元を取り扱うことのできる技術でも、現在、第３の次元の正確な情報を提供していない。例えば電磁的検出に基づくスタイラスは、スクリーンの上を動くときには検出することができるが、それがどのくらいの高さにあるかを正確に知らせることはできない。検出器は単に、それが存在することを決定するだけである。

幾つかの技術に特定的な他の欠点がある。例えばＩＲ測位は、直射日光に対処することが難しい。既存の音響による解決策は、音響的に雑音の多い環境では、特に超音波雑音が最も一般的である極めて重要な産業環境では、重大な制限がある。

ブルートゥースのようなワイヤレスプロトコルを使用する解決策は、プロトコル衝突や、ＷＬＡＮ機器のような他のワイヤレス機器との干渉に悩まされるかもしれない。

位置要素によって送信され、測位装置によって受信される信号の飛行時間の測定に基づく技術は全て、送信器と受信器との間の正確な同期を取り、それらのクロックの不正確さおよびドリフトを補償することを必要とする。

音響測位方法および装置は、非排他的に以下の米国特許を含め、当業界で公知である：
米国特許６８７６３５６；６８７５９３３；６８４１７４２；６８２２６４１；６７３１２７０；６７２４３７１；６７１７０７３；６６５４００８；６６３３２８０；６６２８２７０；６５５６６９４；６５３９３６３；６５３５２０６；６５２９１８９；６５１７２６６；６５０１４６１；６４５６５６７；６４５６２８０；６４２４３４０；６４１４６７３；６４０４４１６；６３７３００３；６３３５７２３；６３２６５６５；６３１３８２５；６３１０６１５；６３００５８０；６２９２１８０；６２９２１７７；６２６６０５１；６２６５６７６；６２２９５２６；６２１１８６３；６１９５４４６；６１９１７７８；６１７７９２７；６１５３８３６；６１４７６８１；６１４４３６７；６１２４８４７；６１１１５６５；６１０８２７１；６１０４３８７；６１００８７７；６０６７０８０；５９７７９５８；５９０７１３０；５８８３３３８；５８７２７４３；５８６６８５６；５８１８４２１；５７９８７５５；５７９３３６１；５７６８６１６；５７５０９４１；５７１７１６８；５６５７０５４；５６５７０５３；５６３５９５１；５５８１２６９；５５５７３０１；５５４８０９２；５５３９１５９；５５２５７６４；５５１７５７９；５５１５０５１；５５００４９２；５４７８９７６；５３０８９３６；５１４４５９４；５１２８６６０；５１１１００５；５０５４００５；５００７０８５；４９９１１４８；４９６５６３５；４８１４５５２。

読者はまた、その内容を参照によってここに援用する、２００３年４月１４日に出願した本願出願人の先行するイスラエル特許出願第０３／００３０９号をも参照されたい。

上述した全ての問題は、１つ以上の測位装置で幾つかの位置要素を測位しなければならないマルチユーザ環境でさらに増強され、位置要素が測位装置間で移動することがある場合には、なおさらそうである。

したがって、上記制限の無い赤外通信システムの必要性が広く認識されており、それを持つことは非常に有利であろう。

本発明の１つの態様では、コンピューティングアプリケーションに関連して使用するための位置検出システムであって、位置を達成するための少なくとも１つの位置要素と、位置要素の位置を決定するように動作する測位装置とを含む位置検出システムを提供する。位置要素は、位置を決定するために復号可能な、実質的に連続的に変調される音響波形を放出するための少なくとも１つの第１エミッタと、同期信号を放出するための第２エミッタとを含む。測位装置は、位置を決定できるような仕方で連続的に変調される音響波形を検出するように動作し、かつ位置決定能力を維持するような仕方で波形を演算のために出力する少なくとも１つの第１検出器の配列と、同期信号を検出するように動作する第２検出器とを含む。同期信号は少なくとも２つの同期副信号のシーケンスであり、各同期副信号は、連続的に変調される音響波形のタイミングデータを担持し、それによって位置の決定の精度を改善する。

本発明の別の態様では、音響波形が超音波波形である位置検出システムを提供する。

本発明のさらに別の態様では、同期信号が電磁信号である位置検出システムを提供する。

本発明のさらになお別の態様では、同期信号が赤外線信号である位置検出システムを提供する。

さらに本発明の別の態様では、同期信号が無線信号である位置検出システムを提供する。

さらになお本発明の別の態様では、タイミングデータが音響波形の識別可能な成分と同期信号の送信の時間との間の経過時間の尺度を含む、位置検出システムを提供する。

さらになお本発明の別の態様では、位置要素が第１クロックをさらに含み、かつ測位装置が第２クロックをさらに含み、同期信号が第１クロックと第２クロックとの間の同期を取るのに有用なクロック同期データを含む、位置検出システムを提供する。

加えて、本発明の別の態様では、同期信号が位置要素の識別データをさらに含む、位置検出システムを提供する。

加えて、本発明のさらに別の態様では、同期信号が少なくとも１つのタイムスロット内で送信され、少なくとも１つのタイムスロットがタイムフレーム内に設けられた一定数のタイムスロットから無作為に選択され、タイムフレームが一定の期間を有し、かつ連続的に繰り返される、位置検出システムを提供する。

加えて、本発明の１つのさらに別の態様では、同期信号がタイムフレームの識別データおよび同期信号を担持するタイムフレーム内のタイムスロットの識別データをさらに含む、位置検出システムを提供する。

本発明の別の態様では、タイムフレーム識別データがタイムフレームのカウンタであり、タイムスロット識別データが同期信号を担持するタイムフレーム内のタイムスロットの場所の数表示である、位置検出システムを提供する。

本発明のさらに別の態様では、タイムフレーム期間が測位装置には既知であり、クロック同期データが、受信したタイムフレーム期間と既知のタイムフレーム期間とを相関させることにより、測位装置によって導出される、位置検出システムを提供する。

本発明のさらになお別の態様では、クロック同期データが、一連の受信したタイムフレーム期間と既知のタイムフレーム期間とを線形補間することによって導出される、位置検出システムを提供する。

さらに本発明の別の態様では、クロック同期データが、一連の受信したタイムフレーム期間と既知のタイムフレーム期間との間の位相ロックループを使用することによって導出される、位置検出システムを提供する。

さらになお本発明の別の態様では、音響波形が、予め定められた組の音響波形から選択され、同期信号が、選択された音響波形の識別データをさらに含む、位置検出システムを提供する。

さらに本発明の別の態様では、変調が振幅変調、周波数変調、または位相変調である、位置検出システムを提供する。

加えて、本発明のさらに別の態様では、同期信号が誤り訂正符合を含む位置検出システムを提供する。

加えて、本発明のさらになお別の態様では、誤り訂正符合が少なくとも１つの巡回冗長キャラクタを含む位置検出システムを提供する。

本発明の別の態様では、同期信号が少なくとも１つの離散入力の状態の変化の少なくとも１つの識別データをさらに含む、位置検出システムを提供する。

本発明のさらに別の態様では、離散入力がスイッチの状態である位置検出システムを提供する。

本発明のさらなる態様では、同期信号が離散入力の状態の変化と同期信号の送信との間の経過時間の尺度をさらに含む、位置検出システムを提供する。

さらに本発明の別の態様では、経過時間の尺度が、離散入力の状態の変化と同期信号の送信との間に送信された同期信号のカウントを含む、位置検出システムを提供する。

さらになお本発明の別の態様では、同期信号のカウントが制限され、制限に達すると、スイッチの状態の変化が次に発生するまで、カウントは制限に維持される、位置検出システムを提供する。

さらに本発明の別の態様では、同期信号がアナログ入力およびデジタル入力のうちの少なくとも１つの入力の少なくとも１つの測定データをさらに含む、位置検出システムを提供する。

加えて、本発明の別の態様では、第１検出器配列が単一の検出器を含む位置検出システムを提供する。

加えて、本発明のさらに別の態様では、第１検出器配列が少なくとも２つの検出器を含み、二次元の位置を決定するように動作する、位置検出システムを提供する。

加えて、本発明のさらになお別の態様では、第１検出器配列が少なくとも３つの検出器を含み、三次元の位置を決定するように動作する、位置検出システムを提供する。

本発明の別の態様では、位置要素がコンピュータポインティング装置および書込み装置のうちの少なくとも１つに関連付けられる、位置検出システムを提供する。

本発明のさらに別の態様では、位置要素がモバイル装置および携帯装置のうちの少なくとも１つに関連付けられる、位置検出システムを提供する。

本発明のさらになお別の態様では、位置要素が複数の位置要素である、先行する請求項のいずれかに係る位置検出システムを提供する。

さらに本発明の別の態様では、測位装置によって位置要素の位置を測定するための位置検出方法であって、位置要素で第１クロックを提供するステップと、位置要素の位置で実質的に連続的に変調される音響波形を放出するステップであって、該波形が第１クロックと同期されかつ位置を決定するために復号可能であるステップと、同期信号を位置要素の位置で放出するステップであって、同期信号が少なくとも２つの同期信号のシーケンスであり、各同期信号が連続的に変調される音響波形のためのタイミングデータを担持し、タイミングデータが第１クロックと同期されて成るステップと、測位装置で第２クロックを提供するステップと、位置を決定できるような仕方で連続的に変調される音響波形を検出するように動作し、かつ位置決定能力を維持するような仕方で該波形を演算のために出力する少なくとも１つの第１検出器の配列を介して、測位装置によって音響波形を受信するステップと、測位装置で同期信号を受信するステップと、測位装置によって第２クロックを第１クロックと同期させるステップと、タイミングデータおよび音響波形を使用して位置要素の位置を計算するステップとを含む、位置検出方法を提供する。

さらになお本発明の別の態様では、同期信号を放出するステップが、タイムフレームを提供するステップと、各タイムフレーム内に一定数のタイムスロットを設けるステップと、各タイムフレーム内で１つのタイムスロットを無作為に選択するステップと、少なくとも１つのタイムスロット内で同期信号を放出するステップとを含む、位置検出方法を提供する。

さらに本発明の別の態様では、タイムフレーム期間を測位装置に事前に提供するステップと、測位装置が受信したタイムフレーム期間と既知のタイムフレーム期間とを相関させることによってクロック同期データを導出するステップとをさらに含む、位置検出方法を提供する。

加えて、本発明の別の態様では、クロック同期データを導出するステップが、一連の受信したタイムフレーム期間と既知のタイムフレーム期間とを線形補間することによって実行される、位置検出方法を提供する。

加えて、本発明のさらに別の態様では、クロック同期データを導出するステップが、一連の受信したタイムフレーム期間と既知のタイムフレーム期間との間の位相ロックループを使用することによって実行される、位置検出方法を提供する。

加えて、本発明のさらになお別の態様では、音響波形を放出するステップが、予め定められた組の音響波形から音響波形を無作為に選択するステップをさらに含み、同期信号を放出するステップが、選択された音響波形の識別データを放出するステップをさらに含む、位置検出方法を提供する。

本発明の別の態様では、同期信号を放出するステップが、少なくとも１つの離散入力の状態の変化の少なくとも１つの識別データを放出するステップをさらに含む、位置検出方法を提供する。

本発明のさらに別の態様では、同期信号を放出するステップが、離散入力の状態の変化と同期信号の送信との間の経過時間の尺度を放出するステップをさらに含む、位置検出方法を提供する。

本発明のさらになお別の態様では、同期信号を放出するステップが、アナログ入力およびデジタル入力のうちの少なくとも１つの入力の少なくとも１つの測定データを放出するステップをさらに含む、位置検出方法を提供する。

さらに本発明の別の態様では、第１検出器配列で音響波形を受信するステップが、少なくとも３つの第１検出器で音響波形を受信するステップを含む、位置検出方法を提供する。

さらになお本発明の別の態様では、第１検出器配列で音響波形を受信するステップが、少なくとも２つの第１検出器を介して音響波形を受信するステップを含み、位置要素の位置を計算するステップが二次元の位置を決定するステップを含む、位置検出方法を提供する。

さらに本発明の別の態様では、第１検出器配列で音響波形を受信するステップが、少なくとも３つの第１検出器を介して音響波形を受信するステップを含み、位置要素の位置を計算するステップが三次元の位置を決定するステップを含む、位置検出方法を提供する。

加えて、本発明の別の態様では、一連の同期信号を放出するステップが、音響波形の識別可能な成分を放出した後、予め定められた遅延後に開始され、予め定められた遅延が測位装置に既知であり、第２クロックを第１クロックと同期させるステップが、予め定められた遅延を使用して第２クロックと第１クロックとを同期させるステップを含む、位置検出方法を提供する。

特に異なる定義を示さない限り、本書で使用する全ての技術および科学用語は、本発明が属する技術分野の通常の熟練者が一般的に理解しているのと同じ意味を持つ。本書に提示する材料、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、ある選択されたタスクまたはステップを手動的に、自動的に、またはそれらの組合せにより、実行または完遂することを含む。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および設備によって、幾つかの選択されたステップは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によって、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、いずれかの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。いずれの場合も、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述することができる。

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、図面の詳細について具体的に言及すると、図示する細部は例示であり、本発明の好適な実施形態の図解による議論を目的とするものであって、本発明の原理および概念的側面の最も有用かつ容易に理解される説明である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、発明の基本的理解に必要である以上に詳しく本発明の構造上の詳細を示そうとは試みず、図面に即した記述は、本発明の幾つかの形態をいかにして実際に具現することができるかを当業熟練者に明らかにする。
図１は、本発明の好適な実施形態に係る音響測位システムの簡易図である。 図２は、図１の音響測位システムの位置装置部の好適な実施形態の簡易図である。 図３は、位置装置の空間における方位の検出を可能にする、図１の音響測位システムの位置装置部の別の好適な実施形態の簡易図である。 図４は、コンピューティング設備とインタフェースするように構成された図１の音響測位システムの測位アセンブリ部の好適な実施形態の簡易ブロック図である。 図５は、コンピューティング設備を含むように構成された図１の音響測位システムの測位アセンブリ部の別の好適な実施形態の簡易ブロック図である。 図６は、図１の音響測位システムの位置要素部と測位アセンブリ部との間の音響チャネルの数学モデルの簡易ブロック図である。 図７は、図１の音響測位システムの位置要素部と測位アセンブリ部との間の音響チャネルに関連する一般的な相関関数を示す２部分グラフである。 図８は、図６のチャネルモデルに従って図７の相関関数の復号を実行するための復号ユニットを示す簡易ブロック図である。 図９は、位置要素部による同期信号の送信および測位アセンブリ部による同期信号の受信のタイミング図の簡易図である。

本発明に係る測位システムおよび方法の原理および動作は、図面および随伴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、以下の記述で記載し、あるいは図面に示す構成要素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、あるいは様々な仕方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も理解されたい。

今、図１を参照すると、それは本発明の好適な実施形態に係る測位システム１０の簡易図である。測位システム１０は、２つの主要な部分、すなわち、図１の実施例ではペンである位置装置１２に装着された位置アセンブリ１１と、測位アセンブリ１３とを備える。

位置アセンブリ１１は２つのエミッタ、すなわち、好ましくは連続変調超音波信号１５を放出するように動作する音響エミッタ１４と、同期信号１７を放出するように動作する同期エミッタ１６とを備える。同期信号は、音響信号よりずっと高速であることが好ましく、同期信号は電磁信号であることが好ましく、同期信号は赤外線信号であることが好ましい。代替的に同期信号は無線信号である。

測位アセンブリ１３は、３つの音響信号受信器１８と、測位制御装置２０に接続された同期信号受信器１９とを備える。測位制御装置は、ＰＣ、タブレット、ＰＤＡ等のようなコンピューティング装置、または図１に示すようにコンピューティング装置２１とのインタフェース装置とすることができる。測位アセンブリが測位要件に応じて任意の個数の音響受信器を含むことができることは理解される。一般的に測位アセンブリは、一次元測位には１つの音響受信器を、二次元測位には２つの受信器を、三次元測位には３つの受信器を含む。しかし、精度の向上、カバレージの増大を達成し、かつ信号経路の障害を回避するために、音響受信器の個数は測位の次元数より大きくすることができる。同様に、同期受信器の個数は２個以上とすることができる。

連続変調超音波信号１５および同期信号１７は以下の特徴を含む。
ａ．連続変調超音波信号１５は、変調フレームの連続かつ隣接するシーケンスを含むことが好ましい。
ｂ．各変調フレームは、一般的に、非排他的に、フレームの開始に関連付けられるタイムマークによって区別される。タイムマークは一般的に、音響信号の変調方式の構成要素である。
ｃ．同期信号１７は、好ましくは不連続のデータ要素のシーケンスを含む。データ要素のレートは、変調フレームのレートより高い。したがって、連続するタイムマークの間に複数のデータ要素が送信される。
ｄ．各データ要素は、位置要素１１のクロックに従ってタイムマークの送信の時間を特定する情報を含む。各タイムマークの後に続く全てのデータ要素は、同一の先行するタイムマークのタイミング情報を担持する。したがって、測位アセンブリ１３における各変調フレームの少なくとも１つの正しいタイミング情報の受信が確保される。タイミング情報は一般的に、非排他的に、タイムマークの送信とその後に続く各データ要素の送信との間の経過時間である。
ｅ．測位アセンブリ１３は、後続データ要素によって提供されるタイムマークの送信の時間と、各々の音響受信器１８におけるタイムマークの受信の時間との間の経過時間を測定することによって、位置要素１１の位置を計算する。同期信号の飛行時間は実質的に零であると仮定する。用語「飛行時間」とは以下では、音響タイムマークの送信と到着との間の経過時間を指す。
ｆ．音響信号の飛行時間の測定は、測位アセンブリ１３がそれ自体のクロックと、データ要素によって提供されかつ位置要素１１によって位置要素のクロックに基づいて計算されるタイミング情報とに基づいて、実行する。クロックは特定の不正確さおよび連続的不均等ドリフトを免れないので、クロックを同期させる必要がある。したがって、データ要素はクロック同期情報をさらに含む。
ｇ．測位システム１０は、好ましくは複数の位置要素１１の位置を同時に決定することのできる単一の測位アセンブリ１３の態様および複数の位置要素１１の位置を同時に決定することのできる複数の測位アセンブリ１３の態様の両方で、マルチユーザ機能をサポートすることが好ましい。
ｈ．マルチユーザ機能をサポートするために、位置要素１１は複数の変調方式を備えることが好ましい。位置要素１１は時々変調方式を無作為に選択することが好ましい。代替的に、変調方式は製造者が事前に選択することが好ましい。データ要素は、現在の変調フレームの変調方式の識別をさらに含むことが好ましい。
ｉ．さらにマルチユーザ機能をサポートするために、データ要素はタイムホッピングを実行して衝突を解消する。同期信号は、隣接する同期フレームの連続シーケンス内で送信される。各同期フレームは一定数のタイムスロットから構成され、一般的に、非排他的に、同期フレーム内のタイムスロットの個数は１６である。各データ要素はタイムスロットのシーケンス内で送信され、各々のそのようなタイムスロットは、１フレーム当たり１スロットずつ、異なる同期フレームから選択される。したがって、データ要素はパケットに分割され、各パケットは１つのタイムスロットで送信される。パケットを運ぶタイムスロットは、各同期フレーム毎に無作為に選択される。好ましくは、データ要素は短く、かつ伝送ビットレートは高いので、データ要素全体が単一のパケット内に、かつ、したがって単一のタイムスロットに収まる。
ｊ．全ての位置要素１１の全てのタイムスロットおよび全ての同期フレームの時間の長さは、不正確さ、ドリフト等によるそれらのクロックの相違を除き、同一であることが好ましい。各データ要素パケットは、同期フレーム内のそのタイムスロットの個数を含む。したがって、測位アセンブリ１３は、現在のフレームの時間の長さを測定し、かつそれ自体のクロックと位置要素１１のクロックとの間の差を評価することができる。したがって、全ての測位アセンブリ１３および位置要素１１のクロックの同期が達成される。
ｋ．データ要素は、特定の用途に対する必要性に応じて、位置要素１１の他の要素に関する情報をさらに含む。

上述した特徴について、以下でさらに詳述する。

今、図２および図３を参照すると、それらは、位置装置１２の２つの好適な実施形態の簡易図であり、図３の位置装置１２の第２音響エミッタ１４が異なる。第２音響エミッタは、測位アセンブリ１３（図２および３には図示せず）が位置装置１２の方位を決定することを可能にする。

図２および３の位置装置１２は、音響信号送信器１４と、同期信号送信器１６と、インタフェース電子回路２３を介してマイクロコントローラ２４に接続された３つの押しボタン断続スイッチ２２とを備える。バッテリ２５は電源装置２６を介して電力を提供し、クロック回路２７はタイミング信号を提供する。

今、図４を参照すると、それは、コンピューティング装置（図示せず）に接続するように構成された測位アセンブリ１３の好適な実施形態の簡易ブロック図である。図４の好適な実施形態では、測位アセンブリ１３は、アナログ入力を介して、好ましくはマイクロホン入力またはＰＣの音声入力のような音声入力端子入力を介して、コンピューティング装置に接続される。測位アセンブリ１３をコンピューティング装置に接続するために、他の種類の入力、好ましくはＭＩＤＩ、ＵＳＢのようなデジタル入力、およびブルートゥースのようなワイヤレス入力を使用することもできることは理解される。

図４の位置アセンブリは、音響エミッタ（図示せず）によって送信された音響信号を電気信号に変換するために、音響受信器１８の配列、好ましくはマイクロホン、一般的には少なくとも２つのマイクロホンのような音響トランスデューサを備えることが好ましい。同期信号受信器１９、好ましくはＩＲフォトダイオードは、ＩＲ同期信号エミッタ（図示せず）によって送信されたＩＲ同期信号を検出する。代替的に、ＩＲフォトダイオードをアンテナに置き換えて、無線同期信号を受信することができる。

プリアンプおよびフィルタ回路２８を、音響受信器１８および同期信号受信器１９の各々に対し設けることが好ましい。時間または周波数分割多重化機能２９は、信号を単一チャネルに多重化することを可能にする。局所発振器回路３０およびミクサ機能３１を使用する周波数ダウンコンバージョンは、受信した信号をコンピューティング装置のアナログ入力と互換可能な周波数にダウンコンバートさせる。

マイクロプロセッサ３２または他の制御論理は、測位アセンブリを制御しかつ調整するために使用される。同期信号は、マイクロプロセッサがシグナリングコンポーネントを同期させることを可能にする。

コンピューティング装置のマイクロホンソケットに、またはＡ／Ｄ変換器を有するいずれかの他の入力に接続するために、ケーブルおよびジャック３３が設けられる。アナログ入力へのデータは、バッファおよびフィルタ回路３４によってバッファリングおよびフィルタリングを受けることが好ましい。バッファリングは、マイクロホンソケットまたは何らかの他の入力のいずれが使用されるかによって異なることができる。

電源回路３５は、マイクロホンジャックを同時に測位アセンブリおよびデータ出力のための電源として使用することを可能にする。

アナログ入力から転送された測位データを復号するためにホストＣＰＵを使用する場合、固有の同期問題が存在する。位置要素のクロックは測位アセンブリと同期せず、それは次にコンピューティング装置のＡ／Ｄ変換器と同期しない。位置要素および測位アセンブリの同期は、本書に記載する通り、同期信号により達成することができる。ラインのさらにその先の下流とホストのタイムベースとの同期は、多くの場合、不可能である。たとえ５０ＫＨｚのような比較的高いサンプリングレートでも、同期信号とＡ／Ｄサンプルとの間の不一致は２０マイクロ秒程度になることがあり、それは測定される場所では数センチメートルに相当する。そのような不正確さは、ほとんどの用途に適さない。さらに、たとえ優れた同期が特定の場合に達成されても、２つのシステム、つまりホストおよび測位アセンブリのクロックは、既存の結晶技術の限定された精度のため、経時的にドリフトする傾向がある。

上述したホスト同期問題を克服するために、測位アセンブリは特定の時間または周波数スロットを使用して、ホストにホストのＡ／Ｄ変換器のナイキストレートの同期パターンを送信することが好ましい。ホストは該パターンを使用して、それ自体のクロックと測位タイムベースクロックとの間の位相差を決定することができる。

同期パターンは、クロックドリフトを補償するのに充分な程度に規則的に送信することができ、そのような信号を各ループサイクル毎に送信する必要は無い。

さらなる好適な実施形態では、測位アセンブリは、位置要素が応答することのできる音響、光、赤外線、ＲＦ、またはいずれかの他の形の信号によって、位置要素にコマンドを送信する。そのような実施形態では、位置要素１１はＲＦ受信器または受光器を有する。コマンドを受信すると、位置要素１１は上述した音響信号のような信号を放出することができる。測位アセンブリからの命令の放出の時間は既知であり、音響信号の受信の遅延の時間計測を開始するために使用することができる。異なるマイクロホンの音響信号のそれぞれの遅延を再び使用して、位置座標に到達することができる。

今、図５を参照すると、それは、コンピューティング機能を含むように構成された、測位アセンブリ１３の好適な実施形態の簡易ブロック図である。図４の場合と同じ要素には同じ参照番号が付けられており、この図の理解に必要である程度を除いては、再度説明しない。図５で、Ａ／Ｄ変換器３６はダウンコンバージョンの出力３１を受けて、それをマイクロプロセッサ３７に提供する。マイクロプロセッサ３７はメモリ３８およびデジタルデータポート３９に接続される。マイクロプロセッサ３７は音響信号波形の復号を実行して位置要素１１の位置を決定し、かつさらに、このようにして決定された位置情報を使用してアプリケーションを実行することができる。該機能は、測位アセンブリチップセット内に設けることが好ましい。該解決策は、図４より複雑かつしたがってより費用のかかる測位アセンブリを導く。しかし該回路は、下述する復号アルゴリズムを調整する信号と共に使用するための専用とすることができ、したがって現在利用可能な解決策に比べて依然として比較的簡単である。

復号アルゴリズムは好ましくは、位置要素信号のデジタル化バージョンを、局所オペレーティングシステムに渡すため、またはアプリケーション等に直接渡すための位置座標に変換するように提供される。アルゴリズムは、コンピューティング装置用のクライアントソフトウェアの一部として、測位アセンブリ用のドライバとして、または局所オペレーティングシステムに内蔵されたドライバとして、または例外的に特定のアプリケーションの一部として、設けることが好ましい。図５の実施形態では、アルゴリズムは測位アセンブリの電子部品内に組み込むことができる。

アルゴリズムは、周波数ダウンコンバージョンを実行することによって、比較的低いサンプリング周波数能力が利用可能になる可能性が高いことを考慮に入れることが好ましい。該コンバージョンは、データ周波数を、位置要素からの送信に必要な比較的高い周波数から、設置されたサウンドハードウェアがサンプリングおよびデジタル化することができる可能性の高い比較的低い周波数に低減する。加えて、アルゴリズムはノイズを処理する能力を含むことが好ましく、かつ一般的に低周波信号の処理における特定の問題に適応することが好ましい。

上述の通り、位置特定分野における公知の技術は、位置確認信号として非常に短くかつ高エネルギの音響信号の使用に集中している。優れた分解能を達成するために、公知の解決策は、そのような短い位置確認信号を見出すことができ、かつ完全に見失わないようにするために、高いサンプリング周波数、一般的に４００ＫＨｚより高い周波数を必要とする。対照的に本発明の実施形態では、４４．１ＫＨｚより高いサンプリングレートは、サウンド処理装置の設置されたベースと両立しないので、そのような高い周波数は使用しないことが好ましい。さらに、ユーザに聞こえないように、超音波範囲内の２０ＫＨｚより高いビーコン信号サウンド周波数を維持することが推薦される。これらの２つの要求は、データが超音波搬送波信号または波形で変調される解決策を必要とする。データは超音波信号を含む搬送波に周波数変調（ＦＭ）または位相変調（ＰＭ）することができ、あるいはいずれかの他の公知の方法を使用することができる。アルゴリズムは、変調された信号を復号し、元の位置情報担持信号をそのサンプリングの結果から再現するように動作することが好ましい。本実施形態では、所望の分解能レベルを達成するために、帯域制限信号を使用することが好ましい。

音響測位では、残響およびマルチパス効果を克服するために、スペクトル拡散および周波数ホッピングのような連続波（ＣＷ）変調を使用することが好ましい。

一般的に、２つ以上の検出器が使用され、検出器からの信号は信号入力のために多重化される。特定の場合、多重化の必要性は回避することができる。例えばステレオ入力サウンドブラスタ（登録商標）または同様のステレオサウンドカードの場合、マイクロホン入力に２つの信号を供給し、かつ別の２つの信号を「ライン入力端子」入力に供給することができ、一緒に多重化する必要の無い信号が全部で４つ得られる。したがって測位アセンブリは、入力アクセスのために時分割マルチプレクサを必要としない。それどころか、４個までのセンサをサウンドカードに直接供給することができ、サウンドブラスタ（登録商標）の内部回路は、適切なソフトウェアドライバを用いて、受信した信号を処理することができる。しかし、ステレオ入力サウンドブラスタでさえも最大２つのＡ／Ｄ変換器を持っているので、サウンドカードが３つ以上のチャネルで同時にサンプリングを実行できるようにするためには、時分割多重化が依然として必要である。

ステレオ入力サウンドカードが２つのＡ／Ｄ変換器で４つの別個のチャネルをサンプリングできるようにするために、送信信号はしたがって、測位アセンブリによって相互に同期させることができる。そのような同期は、多数の方法で達成することができる。１つの方法は、信号自体と一緒に同期データを測位アセンブリからまたは測位アセンブリへ送信することである。別の方法は周期的送信を必要とする。つまり、信号は、両側に既知の信号周期またはチャネル間の位相が使用されるように協調して送信される。したがって、以下で述べる方法は、内部時分割メカニズムの有無に関わらずどちらでも、データ同期を達成する。

上述の通り、別個のステレオ入力の使用は、上述した他の実施形態と比較して、特定の欠点を有することが指摘される。したがって、例えば、２つのＡ／Ｄ変換器の各々で実行されるサンプリングの間に位相差が存在するかもしれず、したがってシステムを使用する前に、較正段階を実行しなければならない。さもなければ、位相差自体が距離の決定を混乱させ、精度の低下を導くことがある。

別の欠点は、マイクロホン入力と「ライン入力端子」入力との間の切換えタイミングをできるだけ正確に維持するために、比較的複雑なソフトウェア駆動機能が要求されることである。切換えタイミング間のわずか１秒のジッタが、室温で０．３ｍｍの測定誤差を生じることがあり得る。

加えて、設置されたサウンドカードベースの多くは、モノラル入力にしか対応しない。ステレオマイクロホン入力に備えているサウンドカードはほとんど無い。

追加入力を使用するために、測位アセンブリに追加コネクタおよび配線を設ける必要があるので、追加コストが加算され、大半のユーザは利用することができなくなる。

本発明の好適な実施形態は、センサから受信した信号を復号して個々のセンサまでの距離を決定するために、最大尤度検出器を使用する。最大尤度検出器では、測位アセンブリを介してセンサから受信した信号は、基準信号と比較される。比較は最も可能性の高い信号を示し、最も可能性の高い信号から、信号が送信された可能性が最も高い地点からの距離として距離が決定される。

最大尤度検出器はチャネルの完全な数学モデルを使用して、最良一致距離を見出すことができるように受信信号が比較される基準信号のルックアップテーブルを構築することが好ましい。代替的に、予想される波形をナイキストレートでサンプリングすることができ、サンプリング点間のタイミングの不一致は、外挿関数によって克服して距離を明らかにすることができる。

今、図６を参照すると、それは、上で検討した種類の最大尤度検出器に組み込むための数学的チャネルモデル４０の典型的な構成要素を示す簡易ブロック図である。チャネルモデル４０は数字４１で参照される初期信号シーケンスＳ（ｔ）を含み、それは位置要素１１内の音響エミッタの、数字４２で参照される伝達関数Ｈ１（ｓ）に供給され、その後に、単に遅延としてモデル化されたエアギャップ４３が続く。エアギャップは様々な距離に対して変更される。次いで結果は、測位アセンブリ１３の受信経路に供給され、それは音響受信器用の数字４４で参照される伝達関数Ｈ２（ｓ）、数字４５で参照される等化Ｈ３（ｓ）、および数字４６で参照される低域フィルタリングＨ４（ｓ）のみならず、ミキシングおよび経路の他の機能をも含む。チャネルの完全モデリングは、理想的には受信信号とは位相だけが異なる正確な予想信号を構築することを可能にするので、最大尤度検出器の設計に有用である。そうすると、検出器は最も可能性の高い信号を容易に区別することができ、次にそれは最も可能性の高い距離に対応する。

同期信号は、最大尤度に基づく方式で、遅延の開始を設定するため、および位置要素と測位アセンブリとの間でクロックを同期させるためにも使用される。同期経路４７はモデルに示される。特に、経路４７は局所発振器４８に同期信号を提供する。

音響信号が異なる角伝達関数（ａｎｇｕｌａｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を持つことを当業者は理解されるであろう。この事実を補償するために、測位アセンブリにイコライザを追加することができる。

同期信号はまた、第２経路４９を介して、距離ルックアップテーブル５０で零距離に相当する開始時間を指し示すことも好ましい。次いで、最大尤度検出器によって得られる最も可能性の高い信号は、ルックアップテーブルから最も可能性の高い非零距離を識別するために使用される。ルックアップテーブルの代わりに、即席で生成したアレイを使用することも可能であることを当業者は理解されるであろう。さらに、他の検出器を使用することができ、ＰＬＬ、Ｉ／Ｑ復調、位相乗算（ｐｈａｓｅ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）等のような、幾つかの公知のＦＭ信号復号器が存在する。次いで最尤距離を相関によって検査することができる。

代替的に、かつ好ましくは、ミクサ５１は、好ましくはアナログアンチエイリアスフィルタを使用して、関心のある最大周波数の半分より小さいサンプリング周波数を有する通過帯域に置換される。

さらに代替的に、かつ好ましくは、ミクサ５２は、好ましくはデジタルフィルタリングを用いて、関心のある最大周波数の半分に等しいかそれより大きいサンプリング周波数を有する高い周波数サンプリングに置き換えられる。この実施形態はアナログフィルタリングに対する要件を緩和し、周波数ダウンコンバージョン付きデシメーションフィルタを使用して、前述の代替的実施形態と同様の全体的データスループットを達成することを可能にする。

今、図７を参照すると、それは、使用できる典型的な相関関数を示す２部分グラフである。グラフの上部５３は関数を示し、グラフの下部５４はグラフの上部中心部分の拡大図である。

今、図８を参照すると、それは上述したように復号を実行するための復号ユニットを示す簡易ブロック図である。復号ユニットは、図６に関連して上述したチャネルモデル４０およびルックアップテーブル５０を使用する、最大尤度検出器５５を含む。最大尤度検出器５５の後に相関器５６が続き、それは、検出された距離が正しいことを確認するために、相関関数５７を使用して、最大尤度検出器５５によって最も可能性が高いとして検出された距離を用いて相関を実行する。

今、図９を参照すると、それは、図１の同期信号１７の送信および受信のタイミング図の簡易図である。同期信号１７は、位置要素１１によって好ましくは一連のデータ要素５８として送信される。各データ要素は単一のパケット５９として送信されることが好ましい。各パケット５９は、同期フレーム６１のスロット６０内で送信されることが好ましい。各同期フレーム６１は好ましくは一定数のスロット６０、一般的には１フレーム当たり１６のスロットを含む。

パケット５９は１つのスロット６０に収めることができるより大きくすることができることは、理解される。この場合、パケットを細分し、必要に応じて幾つかのスロット内で送信することができる。しかし、図９に示すように、データ要素全体が単一のパケットに収まり、かつパケットが単一のタイムスロットに収まるように、データ要素は短く、かつ送信ビットレートは高いことが好ましい。

同期フレーム６１は等しい時間長さであり、相互にすぐ後に従う。位置要素は、データ要素を送信するために、データ要素全体が送信されるまで各後続フレームから１つのスロットを選択する。スロットは各フレーム内で無作為に選択される。このタイムホッピングメカニズムは、相互に近接して動作する２つ以上の位置要素間の衝突を解消するのに有用である。

測位アセンブリのクロックの観点から位置要素のクロックの実際のレートを推定するための手順は次の通りである。以下の説明では、データ要素は単一のスロットに収まる単一のパケットに収まる。
１）測位アセンブリは、フリーランニングタイマを含むことが好ましい。有効なパケットヘッダ（０ｘ５５）を受信すると、このタイマの値がサンプリングされ、以下で「パケットタイムスタンプ」（ＰＴＳ）と呼ばれる。
２）ＰＴＳは、受信したパケットデータと一緒にアプリケーション層に送られることが好ましい。
３）パケットはまた、そのフレームの開始に対して相対的にタイムスロットの位置を指摘する「タイムスロット」フィールドをも含むことが好ましい。タイムスロットは、好ましくはＣＲＣ−８を擬似ランダム発生器として使用することにより、フレーム毎に変えることが好ましい。このランダム化の目的は、同期チャネルの周期的干渉の影響を最小化することである。

クロックを同期させるためのアルゴリズムは次の通りである。クロック推定器は送信器のクロックと受信器のクロックとの間の差を計算する。差は主として結晶の精度不良によるものであり、推定は基本的に線形データの当てはめである。線形当てはめ勾配ユニット（ｌｉｎｅａｒ ｆｉｔ ｓｌｏｐｅ ｕｎｉｔ）は１００万分の１（ｐｐｍ）単位で測定される。同期アルゴリズムは、温度効果のために発生する変化に適応するようにも実現される。推定器の性能は３０ナノ秒より優れ、それは約１０μｍに相当する。

図９の実施例では、位置要素は１同期フレーム当たり１６個のタイムスロットを使用する。図９に示すフレームでは、位置要素は７番目のスロットでパケットを送信する。測位アセンブリは、位置要素と測位アセンブリとの間のクロックレートの相違のためにそれらの時間測定が異なることを除いてはフレーム６１と同一である、フレーム６３のストリーム６２を受信する。測位アセンブリはパケット５９を受信し、その内部タイマをサンプリングして、正しいパケットヘッダの受信後、ＰＴＳを作成する。パケットおよび対応するＰＴＳ値は次いで、クロック回復のためにソフトウェア層に渡される。

図９に提示した実施例では、測位アセンブリのクロックは位置要素のクロックより高速であり、したがってフレーム６３の長さは予想より長い。したがって、測位アセンブリはクロック間の差を推定し、かつパケットの内容から変調フレームのタイムマークの送信の時間を正確に計算することができる。

測位アセンブリと位置要素との間に強制同期は無く、各々がそれ自体の状態マシンを個別に実行していることは理解される。また、他の測位要素はそれらのデータを不定期に送信する。測位アセンブリのレンジ内に異なる測位要素が入ると、それらを追跡し続けるのはアルゴリズムである。

以上の議論から理解できるように、同期信号、特にデータ要素は、デジタル信号であることが好ましい。同期信号は次の特徴および考慮事項をサポートすることが好ましい。
１）消費電力は、特に位置要素にとっては考慮事項である。最小限の消費電力にするために、ビットレートはできるだけ高くすべきであり、約１．２５ＭＢｉｔを超えるデータレートであることが好ましい。
２）電力をさらに節約するために、送信されるデータの量は最小限とすべきである。
３）電力をさらに節約し、コストを低減するために、通信方式全体がシンプレックスであり、位置要素は一般的に受信器を含まず、測位アセンブリは喪失情報の再送信を要求しない。音響測位システムは８０％を超えるデータ損失に耐える必要がある。

以下の表は、小サイズおよび高耐久性を特徴とする好適なパケット構造を提示する。下表に提示する実施例では、同期データ要素はパケット内に収まる。

位置要素は、一般的にかつ好ましくは同期データ要素内で、上の表に示すようにスイッチの状態など、位置要素の他の周辺構成要素に関する情報を追加的に送信することが好ましい。

好ましくは、位置要素は、各データ要素内で、好ましくは各パケット内で、周辺構成要素の状態を送信する。好ましくは、状態は、好ましくは最後のスイッチの変化以後に送信されたパケット数をカウントする、スイッチ変化カウンタを伴う。上の表に提示した例では、カウンタは各パケットに対し１ずつ増分する。ひとたびカウンタが予め定められた最大値、この例では値６に達すると、カウンタは、監視されるスイッチのいずれかで変化が生じるまで、この値を維持する。変化が生じたときに、カウンタは０にリセットされる。こうして、測位アセンブリはスイッチの状態をいつでも、たとえパケットの幾つかが失われたときでも、同期パケットの送信レートの精度で評価することができる。

下の表に提示する実施例では、スイッチは、フレームｎ−３（カウンタは０に等しい）のときに、その状態を変化させた。次のフレームで、カウンタは１に増分する（スイッチ状態に新しい変化が無いので）。フレームｎ−１は、おそらく干渉のため、完全に失われている。フレームｎは、スイッチのカウンタが最後に受信したパケットから２だけ増分するので、測位アセンブリがフレームｎ−１のデータを回復することを可能にする。結論は、フレームｎ−１のスイッチ状態が０ｘ７２であるということである。

干渉がデータをＣＲＣと矛盾させる場合、測位アセンブリがＣＲＣを用いてデータを回復することができなければ、データはダンプされる。アルゴリズムは、データを実際に使用する前にデータの完全性を検査する。例えばパケットの回復されたタイミングが予想より大きく離れすぎている場合、この特定のパケットのデータはダンプされる。

音響信号の追加的符号化は、信号の頑健さを高めるために、かつ近隣使用者との干渉を最小化するためにも使用することができる。後者は幾つかの利点を有する。それは複数の使用者が同じ測位アセンブリを使用することを可能にし、あるいは単一の使用者が、例えばチェスのようなゲームで幾つかのポインティング装置を使用することを可能にする。各ゲームコマが異なるポインティング装置であり、信号の復号により異なるポインティング装置を区別することが可能になり、システムは複数のコマゲームを組み込むことができる。近隣使用者との干渉が最小化されると、同じ部屋に複数の使用者が共存することがさらに可能になるかもしれない。

異なるポインティング装置間の干渉を最小化する好適な方法の一つは、擬似ランダム周波数ホッピングアルゴリズムを使用することによる。各移動体装置は、符号化装置（示されていないが図２および図３の要素２３および２４の間を接続するかまたは好ましくはマイクロコントローラ２４の中にある）内に組み込まれた擬似ランダム周波数ホッピングシーケンスを持つことが好ましい。好みにより測位アセンブリまたは復号装置は、同一ホッピングシーケンスに同期化することができる対応するデホッピング装置を有する。好適な実施形態は、ＩＲまたは他の電磁信号を使用することによって同期化を達成して、ホッピングシーケンスを測位アセンブリに転送する。別の好適な実施形態は、工場校正を使用してシーケンスを提供する。

周波数ホッピングに基づく位置検出システムで実現することができる適用の一つは、測位アセンブリとＷＬＡＮ（ワイヤレスローカルエリアネットワーク）の統合である。その結果は、マルチユーザをサポートすることができ、かつ使用者データの各々を別個に管理することができる、測位能力を有するＷＬＡＮアクセスポイントである。使用者は例えば、ＷＬＡＮに属するかそれと互換可能なポインティング装置を使用して、紙または彼ら自身の電子パッドに書くことができる。目に見えないが、ＷＬＡＮは使用者の各々の動きを別個に追跡し、彼らの手書き文書の各々のネットワークされた電子バージョンを生成する。紙に書く場合、ポインティング装置はポインティング装置および標準的ペンの組合せである。

顧客および適用のニーズは多種多様であり、個々の適用は、特定の変数を他に関連して最大化することを要求するかもしれない。例えば特定の適用では、精度は電力の消費より重要ではないかもしれず、したがって、電力消費の削減を優先して、使用する検出器の可能精度レベルまたは個数が低減されるかもしれない。一連の類似装置を製造することなく、そのようなシステム特定的最適化を可能にするために、測位アセンブリおよび移動体装置の両方にとって柔軟なプログラマブルスキームが好適である。

柔軟なプログラミングは、ヒューズの溶断によって、または不揮発性メモリ（ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭなど）の使用によって実行することができる。この方法によるセッティングのための典型的なデータとして、毎秒当たりのサンプリングレート、送信電力、２Ｄまたは３Ｄの適用、および類似物が挙げられる。

位置要素に追加的に圧力センサを提供することができ、その出力は適切なアプリケーションによってグラフィックまたはセキュリティを可能にするために使用することができる。例えば、加えられる圧力に応じて異なるように線を引くことができる。ポインティング装置に組み込むのに適した圧力センサは、デジタイザ（１０ビット以下）、歪みゲージ、およびドライビング回路を含むことができる。

さらに別の特徴として、移動体装置の角度を測定する能力が挙げられる（例えばデジタルスタイラスアプリケーションに有用である）。位置要素に組み込むのに適した角度センサは、傾斜ゲージ、デジタイザ、およびドライビング回路を含むことができる。さらなる実施形態では、信号を区別することができるような仕方で各々送信する、超音波拡声器のような二位置インジケータを位置要素の両端に配置することができる。次いで、各々の位置を算出し、それらの間で簡単な幾何学を実行することによって、位置要素の角度を導出することができる。

独立型測位アセンブリ
図４の実施形態で上述した通り、測位アセンブリは、ホストコンピューティング装置１０のサポート無しで信号を復号する能力を含む。

本書で上述した復号アルゴリズムは特に強力な処理能力を必要とせず、したがって、総コストを増大することなく、限定資源ＣＰＵを測位アセンブリ内に含めることが実現可能である。好適な実施形態では、〜１ＭＩＰＳの演算力を使用して信号を復号する。そのような低い演算力は実際、単一のカスタマイズ測位アセンブリチップに、あるいは低コストアドオンとして、組み込むことができる。転送される信号は測位の処理結果であって生信号ではないので、そのようなＣＰＵの使用は、ＵＡＲＴ、ＵＳＢ、シリアルおよびその他のような、より従来型の対ホスト接続を可能にする。そのような出力は、ＷＬＡＮおよびブルートゥース内での直接使用にも適している。そのような独立型測位アセンブリはデジタル化要素（Ａ／Ｄ変換器）、ＣＰＵ、メモリ、およびインタフェース回路機構を含むことが好ましい。

今、再び図３を参照すると、装置の方位の検出を可能にするために、２つの音響エミッタが好ましくは位置装置の両側に装着されている。各音響エミッタは別個の波形を発生し、それは別個に検出され、２つの位置の間に直線を引くことによって位置装置の方位が決定される。好ましくは、２つの音響エミッタは測位アセンブリに対してそれら自体を識別させ、かつ同時に動作することができる。２つの音響中継器（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｐｅａｔｅｒ）のそれぞれの信号は、一緒に働くように時間または周波数分割多重化することができ、１つの好適な実施形態では、２つの音響中継器は、各々異なる擬似ランダムシーケンスを用いて、周波数ホッピングを使用する。位置要素は単一の同期エミッタを使用して、両方の変調フレームの同期を達成することができる。

電磁測位
マイクロホン入力を使用できる別の方法として電磁測位がある。直交配列された磁気ループ（導体）を持つボードがライティングパッドとして働く。ポインティング装置は電磁信号を放射し、それはパッドの磁気ループによってピックアップされる。信号を解析することによって、ポインティング装置の位置を算出することができる。ループはＰＣＢに印刷することができ、所望のレベルの精度を達成するのに充分に小さくすることができる。

ポインティング装置は、同期信号エミッタが放射アンテナおよび関連変調回路機構を含む電磁送信器であることを除き、上述したものと同じである。測位アセンブリの同期信号レシーバは、ＲＦ復調回路機構を備えたセンサとしての内蔵ループを含むが、それ以外は上述した測位アセンブリと同じである。復号アルゴリズムは再び信号の異なる種類の情報部を処理しなければならないが、それ以外は上述したのと同じ問題を扱う。

本発明の実施形態の測位システムは広範囲にわたる用途を持つが、そのうちの二、三を下に列挙する。単一の電子装置を製造し、おそらくジャンパまたはディップスイッチを使用することにより、選択された用途向けにさまざまな仕方でセットアップすることが好ましい。スイッチは、所定の用途に最も適切なトレードオフが得られるようにシステムを構成することを可能にする。用途によっては、低電力消費が重要である。他の用途では、測位の精度が肝要である。さらに他の用途では、精度は迅速なアップデートおよび毎秒当たりのサンプル数ほど重要ではない。他の場合、範囲が重要であり、さらに他の場合、多数の使用者を受け入れる能力が肝要であるかもしれない。

以下では、上述した技術の多数の用途について考察する。

マルチユーザ測位システム
本発明のマルチユーザ測位システムの実施形態は、測位アセンブリを埋め込まれたＷＬＡＮシステムを備えることが好ましい。会議室内の複数のユーザは、各々が位置要素を有する。各位置要素は、上述の通り、それ自体の一意のアイデンティティを有する。様々な位置要素は、同期信号を伴う連続変調波形を送信する。波形はマルチユーザ測位システムによって検出される。波形はさらに、各ユーザに局所的な、好ましくは彼らのセルラ電話機内の、追跡システムによって追跡することができる。加えて、会議用テーブル自体が、会議室電話設備と結合されたマスタ測位アセンブリを備えることができる。

玩具分野
測位機能付き玩具は次の三つのサブカテゴリ：フロントオブスクリーンゲーム；フロントオブコンピュータゲーム；およびコンピュータフリー環境に分割することができ、それについて以下で説明する。

フロントオブスクリーンゲームは、ユーザがコンピュータ画面と直接対話するゲームである。例えば、次のようなものがある。

トイフィンガ−ウェブサイトまたはプログラムと対話するために、コンピュータ画面を指し示すための幼児または子供用のトイポインティング装置。ポインティング装置で画面に触れると、幼児のメンバゾーン内部のアニメウェブサイトが開始される。ポインティング装置はまた、ユーザが画面に現われるオブジェクトと対話することを可能にする。好ましくはポインティングフィンガまたはアニメのキャラクタの外形で技術的にはデジタルペンのポインティング装置は、上記の実施形態にいずれかに従って、その一意の識別子を有する。

トイバード−使用者がポイントまたは賞賛を受けるために画面の右側上部に配置された巣まで鳥を飛翔させるゲームが提供される。実現は上記のポインティングフィンガの場合と同じである。

ワイヤレスジョイスティック−該技術の可能な用途として、コンピュータゲーム用のワイヤレスジョイスティックがある。ジョイスティックはコンピュータゲーム産業全体にわたって用途を持つ。

フロントオブコンピュータゲーム−フロントオブコンピュータゲームとは、以下の例から理解されるように、コンピュータ、あるいは、ついでに言えばＰＤＡ、携帯電話機、またはコンピュータに取り付けられた要素の近傍で、対話が行なわれるゲームである。

バトルフィールドゲーム−ボードは好ましくは二人の対戦相手が交戦する戦場を表わす。それぞれが位置要素を有するコマは兵士および武器を表し、それらは相互に相手に向かって前進し、戦う。ゲームの特定の様相は画面上でのみ発生する。例えば、プレーヤの一人が彼の兵士を地雷が含まれる特定の場所に進めると、結果的に画面上で爆発が発生する。コンピュータまたはコンピュータに取り付けられた要素の内部に埋め込まれた測位アセンブリは、各々の兵士、車両等の一意の位置座標を受け取り、コンピュータ上の戦争計画アプリケーションを使用してそれを調整する。

コンピュータフリー環境−コンピュータフリー環境ゲームとは、それ自体充分に強力なＣＰＵを担持しているので、ＰＣを必要としないゲームである。

バトルフィールドゲーム−コンピュータ無しの独立型である以外は上述の通り。

測位使用可能なトイカー−車が別の車の後を追うか、または他の車と対話する。第一の車は測位要素を有し、第二の車は測位アセンブリを有する。したがって第二の車は第一の車の後を追うか、またはそれと対話することができる。

独立ロボット
独立ロボットが相互の位置およびボールの位置を追跡し、ボールをそれらの間で受け渡す。各ロボットは、全体としてのそのロボットのための位置要素、および意図する種類の操作のためにその位置が必要な各手足用の追加的位置要素を有する。一実施形態では、各ロボットはそれ自体の独立型測位アセンブリを含み、それ自体および周囲のロボットからの到来位置データに基づいてその判断を下す。しかし、第二の好ましい実施形態では、各ロボットは位置要素および制御回路機構を持つだけである。追跡は外部測位アセンブリによって実行され、次いでそれはいかに動くかをロボットに指示する。したがって、インテリジェント装置を一台だけ設ける必要があり、ロボットは比較的単純にすることができる。

一つの好ましい実施形態では、一つのロボットが第二のロボットにボールを渡す。第二のロボットはボールを受け取り、それを第三のロボットに渡す。

別の好ましい実施形態では、ジョイスティックがあるロボットの動きを制御することができ、他のロボットはその測位に基づいて自動的に彼を捕えようとする。該適用例では、本書のどこか別の箇所で説明したように、二方向通信を利用することができる。

測位使用可能なビルディングブロック
ビルディングブロックは各々、一意の識別可能な位置要素を備えている。ユーザは、建築の過程でコンピュータの案内を受けながら、様々な構築物を対話的に建築することができる。

コマンドおよび制御グローブ
仮想現実または類似のゲーム用のコマンドおよび制御グローブ。グローブの各縁に、上記の実施形態に係る位置標定能力を設ける。本発明の実施形態に従って、そのような測位能力は、通常のグローブの各指の端にセンサを取り付けることによって、簡単に設けることができる。こうして、各指に別個の測位能力が提供され、ゲームアプリケーションによって要求通りに読み出される。代替的にまたは追加的に、指にはめた指輪をワイヤレス端末にすることができ、あるいは使用者の身体のどこかの部分またはゲームで使用される品目または付属品にストラップを当てることができる。

在庫管理分野
本発明の好ましい実施形態に係る在庫システムは、在庫品目に埋め込まれた位置要素および在庫品目の移動を追跡するための測位アセンブリを含む。

製造分野
本発明の好ましい実施態様によるロボットを使用する製造ラインは、各ロボットに埋め込まれた位置要素と、ロボットの大域的制御を維持する測位アセンブリを含む。各ロボットは、全体としてのそのロボットのための位置要素、および意図する種類の操作のためにその位置が必要な各手足のための位置要素を持つことができる。一実施形態では、ロボットが相互に対話する必要がある場合、各ロボットはそれ自体の独立型測位アセンブリを含み、それ自体および周囲のロボットからの到来位置データに基づいてその判断を下す。しかし、第二の好ましい実施形態では、各ロボットは位置要素および制御回路機構を持つだけである。追跡は外部測位アセンブリによって実行され、次いでそれはいかに動くかをロボットに指示する。したがって、最小限の数のインテリジェント装置を設ける必要があるだけであり、比較的単純なロボットが集団動作を達成することができる。

検出空間の予め定められた位置に追加のワイヤレス端末を配置することにより、より高い精度を達成することができる。これらの装置を測定すると、移動する端末の絶対測定値が校正され、より高い精度を達成することができる。

セキュリティ分野
本発明の好ましい実施形態に係る測位アセンブリを備えたポインティング装置を電子識別スキームに組み込むことができる。個人の手書き署名はしばしば識別のために使用されるが、熟練した偽造者は他人の署名を真似ることができる。しかし、偽造者は署名の外観を真似し、使用者がペンに圧力を加える方法あるいは例えば署名の所定の部分で所定の角度にペンを握る方法は真似ない。使用者が紙に書くためのペンとして使用することができ、かつ移動情報だけではなく、圧力および姿勢情報も提供することができるポインティング装置は、改善されたセキュリティ個人署名を提供する。外観だけでなく圧力をも組み込んだ署名情報を得るためのシステムは使用されているが、本発明の好ましい実施形態の使用はそのようなシステムをより安価に、かつより柔軟にする。加えて、ペンの姿勢情報は、より高い検証機能を可能にする。ペンの向きは、ペンに追加の角度センサを加えることによって測定することができる。角度センサは加速度計を含むことができ、あるいは上述した通り、スタイラスの反対側の追加的標定信号送信器を使用することができる。後者の場合、測位アセンブリが二つのトランスデューサのＸＹＺ位置を決定し、そこからスタイラスの角度を算出することができる。次いで角度が追加因子として使用され、その結果、三つのベクトル値の三重項（ＸＹ位置、圧力、角度）である署名の電子バージョンが得られる。

以下の実施形態は、他のセキュリティ方法に測位を組み込んだ、改善された識別装置を記載する。

スタイラスの形のポインティング装置の認証手段としての利用。一群のスタイラスをシステムの一部として設ける。これらのスタイラスの一つを識別された使用者群の各人に提供し、各スタイラスにそれ自体の電子識別子を設ける。

スタイラスを識別することによって、現在システムと対話している使用者が識別され、これによりセキュリティ重視の分野におけるシステムの認証可能な利用が可能になる。使用者に彼の通常の署名を提示するように要求することもでき、それは移動および加えられる圧力または類似物に基づいて電子的に検証することができる。

より高いセキュリティのために、例えば公開鍵インフラストラクチャ（ＰＫＩ）に基づいて、デジタル署名を可能にする機能をスタイラスに設けることもできる。使用者は通常の手書き署名で署名してもよい。ひとたび手書き署名が立証されると、システムはスタイラスを使用して、ＰＫＩアルゴリズムを用いて文書にデジタル署名を提供する。そのような機能はポインティング装置と測位アセンブリとの間の二方向通信を必要とし、それは利用可能なＩＲまたはＲＦチャネルを使用して達成することができる。こうして電子署名は、個人化されたスタイラスが使用されたこと、および許可された使用者が立証されたことの両方についての保証を提供する。

上記の代替例として、または追加的に、使用者が個人識別番号（ＰＩＮ）を入力することを可能にするために、キーパッドを加えることができる。

上記のさらなる代替例として、または追加的に、システムはスタイラスまたは測位アセンブリにバイオメトリックセンサをさらに組み込んで、セキュリティレベルを高めることができる。バイオメトリックセンサは、指紋認識、網膜署名認識、音声認識、または類似物用とすることができる。

追加的スタイラス適用分野
スタイラスまたはデジタルペンは追加的に次の用途に使用することができる。
リモートコントロール−スタイラスの位置を追跡し、システム全体の制御を行なうために使用することができる。したがって、装置の測位がそれを作動させるように見える。指し示しながらスタイラスをねじると、装置の動作に影響を及ぼすことができる。

腕時計型電話に小型スタイラスを設けて、電話の表面またはそれに取り付けた隣接する小パッドに書くことができる。代替的に、通常の紙に書くことを実行し、近くに配置した時計でスタイラスの移動を追跡することができる。

キーボードから打ち込まなければならない代わりに、スタイラスを使用してＳＭＳメッセージを提供することができ、かつ／またはスケッチし、該スケッチをファイルとして送信することができる。同様に、スタイラスは電話番号を入力するために使用することができ、次いでそれがダイヤルされる。同じ発想を従来の電話に当てはめることができる。

スタイラスを使用して、キャッシュレジスタ、ゲーム装置、ケーブルＴＶ、冷蔵庫等のような他の装置へのデータ入力等のために、書くことを可能にすることができる。

上述したセキュリティ分野のスタイラスは、ＰＯＳ装置における小切手またはクレジットカードの署名認証の一部として使用することができる。

スピーカペン−書いた後でコンピューティング能力が利用可能であることを前提として、ペンで書き、書いたメモをアプリケーションが読み上げるアプリケーションを提供することが可能である。手書きを認識するためのアプリケーションは周知であり、書いたものを電子的に音声出力するためのアプリケーションは公知である。これら二つを本発明の実施形態のスタイラスと組み合せることにより、手書きのメモを読み上げる方法が得られる。アプリケーションは測位アセンブリまたは取り付けられたコンピュータに配置することができる。ペンに送り返すことが可能な実施形態を使用する場合には、ペン自体が書かれたメモを読み上げることができる。

デジタルペンとトランスレータの組合せ−ペンで書き、出力を他の言語に翻訳する。

上記のいずれかの組合せ

測位アセンブリとして働く独立型装置はそれ自体のスクリーンを持ち、ブルートゥース、ワイヤレスＬＡＮ、通常のＬＡＮ、または類似物を介して、プリンタおよびその他の装置にネットワーク接続することが好ましい。該配列は、手書き入力から最終的に印刷された形またはいずれかの他の形の出力までの全範囲を網羅する。

その他の用途
銃照準装置―銃または同様の装置の形のゲーム装置に２つの位置要素を装着することによる。好ましくは、１つの位置要素は装置の端に装着し、もう１つは銃のノズルに平行な仮想線上にできるだけ遠くに装着する。２つの位置要素は直交符号（または相互相関性の低い符号）を送信する。測位アセンブリはスクリーンに、好ましくはスクリーンの隅の１つ、またはスクリーンの真上に関連付けられ、少なくとも３つのマイクロホンを有する。測位アセンブリは、銃上の２つの測位要素からスクリーンまでの仮想線を推定する。銃で押されたボタンの状態は、ＩＲリンクを介して、同期データと一緒に転送される。

３Ｄステレオ−人間にワイヤレス送信機を配置することにより、ステレオは異なるスピーカからの異なる音量またはサウンドをいかに指示するかを選択して、その人間に、彼が室内のどこにいようと、完全かつ真のサラウンド経験を与えることができる。ステレオの指示はそれ自体公知であるが、本発明に係るトラッキングを使用することによって、大幅に簡素化することができる。

ビデオトラッキング−ステレオトラッキングと同じ原理に基づき、ＰＣビデオカム（ｖｉｄｅｏ ｃａｍ）に関連してトラッキングを使用して、撮影対象の人間を自動的に追跡することができる。実施形態は言うまでもなくどんなビデオシステムにも拡張可能であり、特にテレビ会議等に役立てることができる。

自動車用の車外および車内測位システム−例えば車内に要素を持ち、それらの位置を追跡することによって車を制御させ、それについて知らせる。

追跡装置−近傍のオブジェクトの位置に使用者を導く画面付きの独立型測位アセンブリ装置。該システムはこれらのオブジェクトの識別子および位置を画面上に示すことができる。該システムは、室内で鍵および他の身の回りの物品を見つけるのに役立つことができる。

二方向ネットワークシステム−該システムは、送信器および受信器の両方を有する一連の装置を備える。各装置は認識した他の装置の位置を相互に突き止めて登録し、それらの間で仮想ネットワークを形成する。該ネットワークはそれらの間で形成することができ、あるいは追加的にスマートハブを使用することができる。その結果、無線方式のネットワークが得られ、そのレンジは個々のオブジェクトのいずれのレンジよりずっと大きくなる。各オブジェクトは隣接オブジェクトの厳密な座標を持ち、したがって指向性送信を使用してレンジまたはスペクトル効率を改善することができ、該ネットワークを使用して任意の点にデータを配布し、あるいはいずれかの特定のオブジェクトから非関連ネットワークオブジェクトの所在を得ることなどができる。ネットワークは他の同様のネットワークに接続することができ、あるいはより広いネットワークへのアクセスポイントを持つことができる。個々の要素にそれら自体の識別子を設けることができ、該システムは一チームの人間の実時間追跡を達成し、かつ同時に彼らにインターコムシステムを提供するのに有用である。

在庫システムの縮小バージョンで範囲外警報を出すことができる。位置要素は、一時的に顧客に提供される固定されていない品目、例えば航空機の乗客に提供されるイヤホンヘッドセットに設けることができる。顧客が該品目を持ち出した場合、範囲外警報がセットされ、逸脱品目を見つけ出すことが可能になる。

使用者は、ドア、照明、および電気器具を作動させるパーソナルロケータを持つことができる。同様に、パーソナルロケータを追跡することによって、電話を、最も近いファックス等に転送するように通信機器に指示することができる。通信転送の追跡および管理は両方とも、ＬＡＮまたはＷＬＡＮを通して管理することが好ましい。パーソナルロケータはそれ自体、使用者に着呼および他の通信について知らせ、通信を受信するための選択肢を与えることができる。ＷＬＡＮバージョンでは、測位アセンブリはＷＬＡＮインフラストラクチャの一部であることが好ましい。

この特許の有効期間中、多くの関連測位装置およびシステムが開発されることが予想され、本書で使用する用語の範囲は、先験的にそのような新しい技術の全てを含むつもりである。

わかりやすいように個別の態様として説明した本発明のいくつかの特徴を１つの態様に組み合わせて提供できることは理解されるだろう。逆に、簡潔に説明するために１つの態様として説明した本発明の様々な特徴を個別に提供するか、一部を適当に組み合わせて提供することもできる。

以上、本発明をその特定態様に関して説明したが、多くの代替、変更および変形態様が当業者にとって明白であることは明らかである。したがって、特許請求の範囲の精神およびその広い範囲に包含されるそれらの代替、変更および変形態様は、全て本発明に包含されるものとする。本明細書で言及した刊行物、特許および特許出願は全て、具体的かつ個別的な表示の有無にかかわらず、参照により完全な形で本明細書に組み込まれるものとする。また、本願で行う参考文献の引用および記載は、当該参考文献を本発明に対する先行技術として利用できるとの自認ではないと解釈されるものとする。

Claims (18)

1. コンピューティングアプリケーションに関連して使用するための位置検出システムであって、前記システムは、位置要素の現在の位置を決定するように動作する測位装置を含み、前記測位装置は、前記位置要素からの音響波形を検出するように動作し、かつ前記波形を演算のために出力する少なくとも１つの第１検出器と、あるタイムフレーム期間を有するタイムフレームの間に前記位置要素から送信された同期信号を検出するように動作する第２検出器とを含み、前記音響波形は連続的であり、前記連続的な音響波形は連続的に変調され、かつ前記位置要素の前記現在の位置を突き止めるために復号可能であり、前記出力することは、前記波形における位置情報を維持するために前記測位装置からの同期シーケンスを使用し、前記同期信号は、タイミングデータを担持し、前記タイミングデータの存在は、前記現在の位置を突き止めることにおいて突き止めの精度を改善するために使用可能であり、前記タイミングデータは、前記タイミングデータと前記タイムフレーム期間とを相関させることにより、クロック同期データを導出するために使用可能である位置検出システム。
2. 前記音響波形が超音波波形である請求項１に記載の位置検出システム。
3. 前記同期信号が電磁信号である請求項１に記載の位置検出システム。
4. 前記同期信号が赤外線信号である請求項１に記載の位置検出システム。
5. 前記同期信号が無線信号である請求項１に記載の位置検出システム。
6. 前記音響波形は、変調クレームのシーケンスを含み、前記同期信号は、不連続のデータ要素のシーケンスを含み、前記データ要素のレートは、前記変調フレームのレートより高い請求項１に記載の位置検出システム。
7. 前記同期信号は、前記音響信号より速い請求項１に記載の位置検出システム。
8. 前記タイムフレームは、連続的に繰り返され、前記タイムフレーム期間は、一定である請求項１に記載の位置検出システム。
9. 前記タイムフレーム期間は、前記位置検出システムによって受信される請求項１に記載の位置検出システム。
10. 測位装置によって位置要素の位置を測定するための位置検出方法であって、前記位置検出方法は、音響波形を検出するように動作し、かつ前記波形を演算のために出力する少なくとも１つの第１検出器を介して前記測位装置から前記音響波形を受信するステップと、タイムフレーム中に前記測位装置から送信された同期信号を受信するステップであって、前記同期信号が前記音響波形のためのタイミングデータを含むステップと、前記タイミングデータと前記タイムフレームとを相関させることによって前記同期信号からクロック同期データを導出するステップと、前記タイミングデータ及び音響波形を使用して前記位置要素の前記位置を演算するステップとを含み、前記出力することは、前記波形における位置情報を維持するために前記測位装置からの同期シーケンスを使用することを含む位置検出方法。
11. 前記音響波形が超音波波形である請求項１０に記載の位置検出方法。
12. 前記同期信号が電磁信号である請求項１０に記載の位置検出方法。
13. 前記同期信号が赤外線信号である請求項１０に記載の位置検出方法。
14. 前記同期信号が無線信号である請求項１０に記載の位置検出方法。
15. 前記音響波形は、変調クレームのシーケンスを含み、前記同期信号は、不連続のデータ要素のシーケンスを含み、前記データ要素のレートは、前記変調フレームのレートより高い請求項１０に記載の位置検出方法。
16. 前記同期信号は、前記音響信号より速い請求項１に記載の位置検出方法。
17. 前記タイムフレームは、連続的に繰り返され、一定のタイムフレーム期間を有する請求項１０に記載の位置検出方法。
18. コンピューティングアプリケーションに関連して使用するための位置検出システムであって、前記システムは、ユーザによって動かされるべき位置要素であって、現在の位置を突き止めるために復号可能な音響波形をそれぞれ放出するための第１エミッタと第２エミッタを含み、前記音響波形は連続的であり、前記連続的な音響波形は連続的に変調され、両エミッタが予め決められた距離を離れており、前記２つのエミッタが直交符号を送信する位置要素、および前記波形を検出し、かつさらに前記波形を演算のために出力するように動作する検出装置を含み、前記出力することは、前記波形における位置情報を維持するために前記検出装置からの同期シーケンスを使用し、前記位置要素は同期信号を放出するための第３エミッタをさらに含み、前記検出装置は前記同期信号を検出するように動作する追加の検出器をさらに含み、前記同期信号は一定の期間を有するタイムフレーム内で送信されかつ連続的に繰り返され、前記同期信号はタイミングデータを含み、前記タイミングデータの存在は、前記位置を突き止めることにおいて突き止めの精度を改善するために使用可能であり、前記検出装置は前記第１エミッタ、前記第２エミッタ及び前記コンピューティングアプリケーションに関連したスクリーン上の仮想点を接続する仮想直線を推定するように動作し、前記タイミングデータは前記検出装置において前記タイミングデータと前記タイムフレーム期間とを相関させることによりクロック同期データを導出するために使用可能である位置検出システム。

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