JP2013535053A - ポインティング技術を用いたモバイル受信機のための自動補正 - Google Patents

ポインティング技術を用いたモバイル受信機のための自動補正 Download PDF

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Abstract

移動局および取り付けられていない作業領域が電子ペンとともに使用され、電子ペンは、音響送信機のような送信機を含む。移動局は、送信機から信号を受信する受信機と、移動局の移動を検出する方位センサとを含む。受信機の取り付けられていない作業領域に対する位置が較正される。移動局、およびしたがって、受信機が作業領域に対して移動されるとき、方位センサからのデータが受信される。方位センサからのデータに基づいて変換行列が生成され、これは受信機の移動を補正するために使用されることが可能である。受信信号および変換行列に基づいて電子ペン内の送信機の位置が計算およびマッピングされ、次いで、マッピングされた位置が表示される。

Description

本出願は概して、ポインティング技術を用いたモバイル受信機のための自動補正に関する。
電子ペンは、コンピュータなどのためのデータ入力装置としての役割を果たすことができるペン形状のデバイスである。電子ペンは、受信機によって受信されペンの位置を求めるために使用される音響信号を送信しながら、ユーザが紙の上に書くことを可能にする標準的なペンとして動作する。図1は、例として、音響信号14を放射する送信機ユニット12と、音響信号14を受信する受信機20とを含む基本的な電子ペンシステム10を示す。送信機ユニット12は、ペンのような筆記具の形態にあり、超音波信号のような音響信号14を生成するためのトランスデューサ16を含む。送信機ユニット12は、スイッチステータス、ペンIDなどのようなテレメトリデータ、およびタイムスタンプを含む赤外線(IR)または無線周波数(RF)信号19を送信する送信機18をも含むことができる。受信機20は、音響信号14を受信する2つのマイクロフォン22a、22b、ならびに、IR/RF信号19を受信するIR/RF受信機24を含む。
図2は、コンピュータ30に取り付けられる電子ペンシステム10を示す。受信機20が作業領域40に取り付けられ、ケーブル32を介してコンピュータ30にも取り付けられる。作業領域40は、図2においては紙として示されている、筆記具がそれに対して物理的に書くことになる領域である。受信機20は、クリップまたは他の固定手段によって作業領域40に取り付けられ、それによって、作業領域40および受信機20は使用中互いに対して移動されない。作業領域40の受信機20に対する位置、ならびに作業領域40のサイズは較正を通じて規定される。受信機20の作業領域40に対する位置は、したがって、作業領域40が受信機20から切り離されない限り変化しない。受信機20は送信機ユニット12から音響信号を受信し、この信号から送信機ユニット12の受信機20に対する位置を求めることができる。コンピュータ30は送信機ユニット12の位置をディスプレイ34内にマッピングする。
移動局および取り付けられていない作業領域が電子ペンとともに使用され、電子ペンは、超音波信号を放射することができる音響送信機のような送信機を含む。移動局は、送信機から信号を受信するための受信機と、移動局の移動を検出する方位センサとを含む。受信機の取り付けられていない作業領域に対する位置が較正される。移動局、すなわち受信機が作業領域に対して移動するとき、移動局内の方位センサからのデータが受信される。方位センサからのデータに基づいて変換行列が生成され、これは受信機の移動を補正するために使用されることが可能である。受信信号および変換行列に基づいて電子ペン内の送信機の位置が計算およびマッピングされ、次いで、マッピングされた位置が表示される。
音響信号を放射する送信機ユニットと、音響信号を受信する音響受信機とを含む基本的な電子ペンシステムを示す図である。 音響受信機に取り付けられる作業領域とともにコンピュータに取り付けられる基本的な電子ペンシステムを示す図である。 電子ペンおよび取り付けられていない作業領域とともに使用される移動局の斜視図である。 取り付けられていない作業領域上の電子ペンの位置をマッピングおよび表示している移動局を示す図である。 図4と同様であるが、移動局内の音響受信機の取り付けられていない作業領域に対する位置を較正した後の、移動局の取り付けられていない作業領域に対する移動の効果を示す図である。 電子ペンおよび取り付けられていない作業領域とともに使用され得る移動局のブロック図である。 電子ペンおよび取り付けられていない作業領域とともに移動局を使用する方法を示す流れ図である。
図3は、送信機152および取り付けられていない作業領域160を含む電子ペン150とともに使用される移動局100の斜視図を示す。送信機152は、たとえば、超音波信号を放射する音響送信機であることができ、したがって、本明細書において場合によっては音響送信機152と称される。しかしながら、送信機152は、光を含む電磁信号または電磁場のような他のタイプの信号を送信してもよいことは理解されたい。電子ペン150は、スイッチステータス、ペンIDなどのようなテレメトリデータ、およびタイムスタンプを含む赤外線(IR)または無線周波数(RF)信号を送信するIRまたはRF送信機154をも含むことができる。電子ペン150は、電子ペン150がいつ書くために使用されているかを示すために使用することができるスイッチ156をも含む。代替的に、電子ペン150は、電子ペン150の位置または移動を検出するための、加速度計のような1つまたは複数の方位センサ158を含み、たとえば、IR/RF送信機154を介して、または送信機152によって送信される信号上に符号化されて、のいずれかで、情報を提供することができる。加速度計158は、たとえば、作業領域160にわたって移動されている電子ペン150によって引き起こされる振動を検出することができ、検出された振動は電子ペン150がいつ書いているかを示すために使用され得る。加速度計158は、使用中、たとえば、車両内で使用されているときに、ジッタまたは他の意図しない振動もしくは移動を検出するために使用される場合もある。追加または代替として、電子ペン150は先端内に、電子ペン150がいつ使用されているかを判定するための圧力センサを含むことができる。圧力センサ、方位センサ158、またはスイッチ156は、電子ペン150が使用されている時間に対するデータフローを制限することによって、電力消費を低減するのに役立つ。
移動局100は、電子ペン150の送信機152によって送信される信号を受信するための受信機120を含む。受信機120は、音響送信機152から音響信号を受信するための2つ以上のマイクロフォン122、124を有する音響受信機であることができ、したがって、本明細書において場合によっては音響受信機120と称される。しかしながら、受信機120は、送信機152から電磁信号または電磁場のような他のタイプの信号を受信してもよく、検知される場の大きさおよび/またはベクトルが送信機152の相対位置を求めるために使用され得ることは理解されたい。移動局100は、電子ペン150のIR/RF送信機154からIR/RF信号を受信するためのIR/RF受信機132をも含むことができる。所望される場合、たとえば、移動局100がセルラー電話である場合、マイクロフォン122、124のうちの一方または両方はまた、ボイス情報を受信するために使用されてもよい。移動局100は、受信された音響信号に基づいて電子ペン150の位置を計算し、図3に示すように、使用中、電子ペン150の位置をディスプレイ112内にマッピングする。作業領域160は移動局100に取り付けられていないため、かさばるまたは不便なクリップまたは他の取付け機構は必要ない。しかしながら、移動局100が移動するため、移動局100が作業領域160に対して移動する場合に手書き形状の歪曲が生じる場合がある。したがって、移動局100内の方位センサ(図6に示す)が、移動局100の作業領域160に対する移動を補償するために使用され得る。その上、移動局100内の方位センサは、ジッタのような移動局100の全般的な移動を補償するために使用され得る。さらに、加速度計158のような方位センサが電子ペン150内で使用される場合、移動局100は受信信号を使用してペンの無関係な移動の発生源を補償することができる。
本明細書で使用される場合、移動局は、セルラーまたは他のワイヤレス通信デバイス、パーソナル通信システム(PCS)デバイス、パーソナル航法デバイス(PND)、個人情報マネージャ(PIM)、携帯情報端末(PDA)、ラップトップ、または他の適したモバイルデバイスなどのデバイスを指す。また、「移動局」は、インターネット、WiFi、または他のネットワークを介するなどしてサーバと通信することが可能である、ワイヤレス通信デバイス、コンピュータ、ラップトップなどを含む、すべてのデバイスを含むように意図される。移動局100は、セルラータワーを使用して、またワイヤレス通信アクセスポイントまたは衛星ビークルから、ワイヤレスワイドエリアネットワーク(WWAN)、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)などのような様々なワイヤレス通信ネットワークを使用してオンラインサーバにアクセスすることができる。「ネットワーク」および「システム」という用語はしばしば、互換的に使用される。WWANは、コード分割多元接続(CDMA)ネットワーク、時分割多元接続(TDMA)ネットワーク、周波数分割多元接続(FDMA)ネットワーク、直交周波数分割多元接続(OFDMA)ネットワーク、単一搬送周波数分割多元接続(SC-FDMA)ネットワーク、ロングタームエボリューション(LTE)などでもよい。CDMAネットワークは、cdma2000、広帯域CDMA(W-CDMA)などの1つまたは複数の無線アクセス技術(RAT)を実装することができる。cdma2000は、IS-95、IS-2000、およびIS-856基準を含む。TDMAネットワークは、Global System for Mobile Communications(GSM(登録商標))、Digital Advanced Mobile Phone System(D-AMPS)または何らかの他のRATを実装することができる。GSM(登録商標)およびW-CDMAは、「第3世代パートナーシッププロジェクト」(3GPP)という名称の組織からの文書で説明される。cdma2000は、「第3世代パートナーシッププロジェクト2」(3GPP2)という名称の組織からの文書で説明される。3GPPおよび3GPP2の文書は、公に利用可能である。WLANは、IEEE 802.11xネットワークでもよく、WPANはBluetooth(登録商標)ネットワーク、IEEE 802.15x、または何らかの他のタイプのネットワークでもよい。本技法はまた、WWAN、WLAN、および/またはWPANの任意の組合せとともに実装され得る。
図4は、取り付けられていない作業領域160上の電子ペン150の位置をマッピングおよび表示している移動局100を示す。作業領域160のサイズ、ならびに、作業領域160の、移動局100内のマイクロフォン122、124を含む音響受信機120に対する位置が較正によって提供される。たとえば、ユーザが移動局100および作業領域160を位置決めした後、作業領域160のサイズおよび位置が、たとえば作業領域160の四隅および中心のような、作業領域160内の事前定義の点を電子ペン150を用いて順次ポイントすることによって較正される。較正プロセスは、作業領域160に対する受信機座標系(RCS0)を確立する。受信機座標系(RCS0)が確立されると、電子ペン150を作業領域160上に書くために使用することができ、電子ペン150内の音響送信機152の位置がRCS0に基づいて移動局100によって計算され、ディスプレイ112内にマッピングされる。音響送信機152の位置の計算は、2つ以上のマイクロフォン122、124によって受信される音響信号の三角測量に基づく。2つのマイクロフォン122、124を使用する結果として、送信機の2つの可能性のある位置がもたらされ、そのうちの1つが作業領域160に対応する。移動局100が取り付けられていない作業領域160に対して移動しない場合、確立された受信機座標系(RCS0)は正確なままであり、作業領域160上に書かれる図像162は電子図像162eとしてディスプレイ112内に忠実に再生される。
図5は、図4と同様であるが、受信機座標系(RCS0)がすでに確立された後の、移動局100の取り付けられていない作業領域160に対する移動の効果を示す。図示のように、移動局100、およびしたがって、音響受信機120は取り付けられていない作業領域160に対してZ軸を中心として回転している。したがって、最初の受信機座標系(RCS0)は現在の受信機座標系(RCS1)に向かってφだけ回転している。したがって、電子ペン150が図像162を作業領域160上に書くために使用されるとき、電子ペン150内の音響送信機152の位置は、確立された受信機座標系(RCS0)に基づいて移動局100によって計算され、図像は、電子図像162e'によって示されるように、ディスプレイ112内に不正確にマッピングされる。作業領域160を移動局100に物理的に取り付けることによってこの望ましくない相対移動が防止されるが、クリップのような物理接続機構の使用はかさばり、不便である。
電子ペン150を使用しながら移動局100がある位置から別の位置へ移動することによる歪曲効果を回避するために、移動局100内の、加速度計および/またはジャイロスコープのような方位センサが使用されて、このような移動が補正される。較正が使用されて最初の受信機座標系(RCS0)が確立された後、移動局100の任意の移動が方位センサによって検出され、変換行列(T1_0)が方位センサによって提供されるデータに基づいて計算される。変換行列(T1_0)は、移動局100が移動した後の現在の受信機座標系(RCS1)を、最初の受信機座標系(RCS0)に変換するために使用される。たとえば、移動局100が安定位置(RCS1)にある間、移動局100は、各計算された点(Point1)を、最初の受信機座標系(RCS0)にある結果の点(Point0)、たとえば、(Point0=T1_0 * Point1)に変換することによって、移動局100の作業領域160に対する移動を補正することができる。代替的に、変換行列(T1_0)は、最初の受信機座標系(RCS0)においてすでにマッピングされた、すでにマッピングされた点を、現在の受信機座標系(RCS1)においてマッピングされた点に変換するために使用することができ、新たな点位置が、変換されることなく現在の受信機座標系(RCS1)内にマッピングされる。その後、結果の点(Point0)が移動局100内のディスプレイ112にマッピングされる。
図6は、電子ペン150および取り付けられていない作業領域160とともに使用され得る移動局100のブロック図である。移動局100は、音響、たとえば、超音波の信号を電子ペン150から受信することが可能な2つ以上のマイクロフォン122、124を含むことができる受信機120を含む。移動局は、加速度計および/またはジャイロスコープであることができる、移動局100、およびしたがって、受信機120の移動を検出するための方位センサ130をも含む。移動局は、電子ペン150から、テレメトリ情報および/またはタイムスタンプを提供するIR/RF信号を受信するためのIRまたはRF受信機132をも含むことができる。
音響受信機120、方位センサ130、およびIR/RF受信機132は、使用する場合、移動局制御ユニット135に接続され、当該ユニットと通信する。移動局制御ユニット135は、音響受信機120、方位センサ130、およびIR/RF受信機132からのデータを受け入れ、処理する。移動局制御ユニット135には、プロセッサ136および関連メモリ138と、ソフトウェア140と、ハードウェア142と、ファームウェア144とが設けられ得る。移動局制御ユニット135は、音響受信機120によって受信される音響信号に基づいて、電子ペン150上の音響送信機152の位置を計算およびマッピングする点計算ユニット146を含む。移動局制御ユニットは、最初の受信機座標系(RSC0)から新たな受信機座標系(RCS1)への変換行列を生成するとともに、音響送信機152の点位置を計算およびマッピングするのに使用するために、変換行列を点計算ユニット146に提供する座標変換ユニット148をさらに含む。点計算ユニット146および座標変換ユニット148は、明解にするためにプロセッサ136から分離して示されているが、プロセッサ136内、ハードウェア142内、またはファームウェア144内で作動するソフトウェア140を使用して埋め込まれてもよいことを理解されたい。本明細書では、プロセッサ136は、1つまたは複数のマイクロプロセッサ、組込み型プロセッサ、コントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DPS)などを含み得るが、必ずしもそれらを含む必要もないことが理解されよう。「プロセッサ」という用語は、特定のハードウェアではなくてシステムによって実装される機能を述べることを意図する用語である。さらに、本明細書では、「メモリ」という用語は、長期メモリ、短期メモリ、または移動局に関連付けられた他のメモリを含む任意の種類のコンピュータ記憶媒体を指し、メモリのいかなる特定の種類またはメモリの数、あるいはメモリが記憶される媒体の種類に限定されない。
移動局100はまた、移動局制御ユニット135と通信するユーザインターフェース110を含み、たとえば移動局制御ユニット135はユーザインターフェース110からデータを受け入れ、当該ユーザインターフェースを制御する。ユーザインターフェース110は、ディスプレイ112、およびキーパッド114またはユーザが移動局100に情報を入力することができる他の入力デバイスを含む。一実施形態では、キーパッド114は、タッチスクリーンディスプレイなど、ディスプレイ112に統合可能である。たとえば、移動局100がセルラー電話であるとき、ユーザインターフェース110は、マイクロフォン116およびスピーカ118などもまた含み得る。所望される場合、マイクロフォン116は音響受信機マイクロフォン122、124のうちの1つまたは複数と組み合わせることができる。
移動局100は付加的に、カメラ133、または、移動局100の位置を求めるのに使用されるためのSPS衛星からの信号を受信する衛星測位システム(SPS)受信機131のような、制御ユニット135に結合される追加のシステムを含むことができる。モバイルプラットフォーム100と共に使用され得る衛星測位システム(SPS)は、通常、エンティティが地上または上空での自身の位置を送信機から受信された信号に少なくとも一部基づいて特定することを可能にするように配置された、送信機のシステムを含む。そのような送信機は通常、設定された数のチップの繰返し擬似ランダム雑音(PN)コードによりマークされた信号を送信し、地上の制御局、ユーザ機器、および/または宇宙船に配置され得る。ある特定の例では、そのような送信機は、地球を周回する宇宙船(SV)に配置され得る。たとえば、全地球測位システム(GPS)、Galileo、GlonassまたはCompassのような様々な全地球的航法衛星システム(GNSS)において、SVは、様々なGNSSの他のSVにより送信されるPNコードと区別できるPNコードによりマークされる信号を(たとえば、GPSのように各衛星で異なるPNコードを用いて、またはGlonassのように異なる周波数で同一のコードを用いて)、送信することができる。特定の態様によれば、モバイルプラットフォーム100の位置判定は、使用する場合、SPSのためのグローバルシステム(たとえばGNSS)の使用には限定されない。たとえば、例として日本のQuasi-Zenith Satellite System(QZSS)、インドのIndian Regional Navigational Satellite System(IRNSS)、中国のBeidouなどの様々な地域システム、および/または1つまたは複数の全地球および/または地域ナビゲーション衛星システムに関連付けるか、または場合によってはそれらのシステムとともに使用することが可能な、様々なオーグメンテーションシステム(たとえば、Satellite Based Augmentation System(SBAS))のような他の様々な地域のシステムを使用することができる。限定ではなく例として、SBASは、たとえば、広域補強システム(WAAS)、European Geostationary Navigation Overlay Service(EGNOS)、運輸多目的衛星用衛星航法補強システム(MSAS)、GPS Aided Geo Augmented Navigation or GPS and Geo Augmented Navigation system(GAGAN)などのような、インテグリティ情報、差分修正などを提供する、補強システムを含み得る。したがって、本明細書で用いられるSPSは、1つまたは複数の地球規模のならびに/または地域的な航法衛星システムおよび/もしくは補強システムの任意の組合せを含んでもよく、SPS信号は、SPS信号、SPS信号のような信号、および/またはそのような1つまたは複数のSPSと関連する他の信号を含み得る。
本明細書で説明する方法は、用途に応じて様々な手段によって実現されてもよい。たとえば、これらの方法は、ハードウェア142、ファームウェア144、ソフトウェア140、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ハードウェア実装形態の場合、処理ユニットは、本明細書で説明する機能を実行するように設計された、1つもしくは複数の特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、デジタル信号処理デバイス(DSPD)、プログラマブル論理デバイス(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、他の電子ユニット、またはそれらの組合せ内で実装されてもよい。
ファームウェアおよび/またはソフトウェア実装形態の場合、これらの方法は、本明細書で説明する機能を実行するモジュール(たとえば、プロシージャ、関数など)によって実装されてもよい。本明細書で説明する方法を実施する際に、命令を有形に具現化する任意の機械可読媒体を使用してもよい。たとえば、ソフトウェアコードをメモリ138に記憶し、プロセッサ136によって実行してもよい。メモリは、プロセッサユニット内で実現されてもあるいはプロセッサユニットの外部で実現されてもよい。本明細書で使用される場合、「メモリ」という用語は、長期メモリ、短期メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、または他のメモリのいずれかの種類を指し、メモリのいかなる特定の種類またはメモリの数、あるいはメモリが記憶される媒体の種類に限定されない。
たとえば、ソフトウェア140コードは、メモリ138に記憶可能であり、プロセッサ136によって実行可能であり、プロセッサを動作させて本明細書で説明する移動局100の動作を制御するために、使用され得る。メモリ138のようなコンピュータ可読媒体内に記憶されるプログラムコードは、たとえば、作業領域160内の事前定義の点にある音響送信機から受信される音響信号に基づいて、音響受信機120の作業領域160に対する位置を較正するためのプログラムコードを含むことができる。コンピュータ可読媒体内に記憶されるプログラムコードは、音響受信機120の作業領域160に対する移動を補正するために方位センサ130からのデータを使用して変換行列を生成するためのプログラムコードと、音響受信機120によって受信される音響信号および変換行列を使用して音響送信機152の作業領域160に対する位置を求めてマッピングするためのプログラムコードと、音響送信機152のマッピングされた位置をディスプレイ112内に表示するためのプログラムコードとをさらに含むことができる。
ファームウェアおよび/またはソフトウェアで実装する場合、機能は、コンピュータ可読媒体上に1つもしくは複数の命令またはコードとして記憶されてもよい。この例には、データ構造によって符号化されたコンピュータ可読媒体、およびコンピュータプログラムによって符号化されたコンピュータ可読媒体が含まれる。コンピュータ可読媒体は、物理的なコンピュータ記憶媒体を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の使用可能な媒体とすることができる。限定ではなく、一例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM、または他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気記憶デバイス、あるいは所望のプログラムコードを命令またはデータ構造の形で記憶するのに使用することができ、かつコンピュータからアクセスすることのできる任意の他の媒体を備えてよく、本明細書で使用するディスク(diskおよびdisc)には、コンパクトディスク(CD)、ディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フレキシブルディスク、およびブルーレイディスクが含まれ、ディスク(disk)は通常、データを磁気的に再生し、一方、ディスク(disc)はデータをレーザによって光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
したがって、移動局100は、音響受信機120の作業領域160に対する位置を較正するための手段を含み、これは点計算ユニット146と連携した音響受信機120によって実装され得、プロセッサ136内で作動するハードウェア142内、ファームウェア144、もしくはソフトウェア140内またはそれらの何らかの組合せにおいて具現化され得る。移動局は、音響受信機120の作業領域160に対する移動を補償するための手段をさらに含み、これは、座標変換ユニット148と連携した方位センサ130によって実装され得、プロセッサ136内で作動するハードウェア142、ファームウェア144、もしくはソフトウェア140内またはそれらの何らかの組合せを使用して具現化され得る。補償するための手段は、方位センサ130内の加速度計および/またはジャイロスコープによって実装され得る、音響受信機の移動を検出するための手段、および、移動を検出するための手段を使用して、較正された位置から新たな位置への変換行列を生成するための手段であって、座標変換ユニット148であることができる、生成するための手段とを含むことができ、これは、プロセッサ136内で作動するハードウェア142、ファームウェア144、もしくはソフトウェア140内またはそれらの何らかの組合せを使用して具現化され得る。移動局は、音響送信機152から受信された音響信号を使用して音響送信機152の作業領域160に対する位置を計算およびマッピングするための手段、および、音響受信機の作業領域に対する移動を補償するための手段をさらに含むことができ、これは点計算ユニット146によって実装され得、プロセッサ136内で作動するハードウェア142、ファームウェア144、もしくはソフトウェア140内またはそれらの何らかの組合せを使用して具現化され得る。さらに、移動局は、音響送信機152のマッピングされた位置を表示するための手段を含むことができ、これはディスプレイ112によって、ならびに、プロセッサ136内で作動するハードウェア142、ファームウェア144、もしくはソフトウェア140内またはそれらの何らかの組合せを使用して実装され得る。
図7は、電子ペン150および取り付けられていない作業領域160とともに移動局100を使用する方法を示す流れ図である。作業領域160および移動局100を位置決めした後、移動局100内の受信機120の位置が作業領域160に対して較正される(202)。作業領域160のサイズも同様に、同時に較正され得る。較正は、作業領域160の四隅および中心のような、作業領域160内の事前定義の点において電子ペン150を順次ポイントすることによって実行され得る。較正プロセスは、作業領域160に対する受信機の最初の受信機座標系(RCS0)を確立する。最初の受信機座標系(RCS0)が確立されることによって、受信機120は音響または電磁信号のような信号を電子ペン150から受信することができ、当該信号から、移動局は最初の受信機座標系(RCS0)を使用して電子ペン150の位置を求め、その位置をディスプレイ112内にマッピングすることができる。
移動局100が作業領域160に対して移動されると、受信機120とともに移動局100内に位置する方位センサからデータが受信される(204)。所望される場合、送信機152の位置のマッピングは、程度の大きい移動の間のような、移動局100の移動の間は使用禁止であることができる。方位センサによって示されるように、たとえば、もはや移動していない、またはもはや程度の大きい移動を受けていないなど、移動局が安定状態に入ると、方位センサから受信されたデータが使用されて、新たな受信機座標系(RCS1)と最初の受信機座標系(RCS0)との間の変換行列(T1_0)が生成される(206)。変換行列は、たとえば、任意の回転が3つの角度を使用して記述されるオイラーの回転定理に基づいて生成され得る。オイラーの定理によると、回転が回転行列D、C、およびBによって記述される場合、全体的な回転Aは以下のように記述することができる。
A=BCD 式1
Figure 2013535053
「x,y,z(ピッチ-ロール-ヨー)記法」に基づいて、ここで、θがピッチであり、ψがロールであり、φがヨーであるが、回転行列D、C、およびBは以下のように記述することができる:
Figure 2013535053
Figure 2013535053
Figure 2013535053
したがって、行列Aは以下によって与えられる:
a11=cosθcosφ;
a12=cosθsinφ;
a13=-sinθ;
a21=sinψsinθcosφ-cosψsinφ;
a22=sinψsinθsinφ-cosψcosφ; 式6
a23=cosθsinψ;
a31=cosψsinθcosφ-sinψsinφ;
a32=cosψsinθsinφ-sinψcosφ;
a33=cosθcosψ。
もちろん、所望される場合、変換行列(T1_0)は他の数学的に等価な記法を使用して生成されてもよい。その上、変換行列は、より単純化して、音響受信機120と作業領域160との間の移動は一次元である、すなわち、「ヨー」角φのみが変化し得、他の2つの次元、すなわち、ピッチθおよびロールψは変化しないとする仮定に基づいて生成されてもよい。
その後、音響受信機120は電子ペン150内の音響送信機152から音響信号を受信することができ、移動局100は受信された音響信号および変換行列を使用して、音響送信機152の取り付けられていない作業領域160に対する位置を計算およびマッピングすることができる(208)。たとえば、新たな受信機座標系(RCS1)内にある計算された点位置(Point1)を、最初の受信機座標系(RCS0)内にある点位置(Point0)、すなわち、Point0=T1_0 * Point1に変換するために、変換行列(T1_0)が使用され得る。その後、補正された点位置が、記憶されてディスプレイにマッピングされるように順次ハンドリングするために移動局100のグラフィカルユーザインターフェースに提供される(210)。
代替的に、所望される場合、最初の受信機座標系(RCS0)内にあるすでにマッピングされた点位置(Point0)を、新たな受信機座標(RCS1)内にある点位置(Point1)、すなわち、Point1=Point0/T1_0に変換するために、変換行列(T1_0)が使用され得る。その後、新たに計算された点位置(Point1)が、記憶されてディスプレイにマッピングされるように順次ハンドリングするために移動局100のグラフィカルユーザインターフェースに提供されることが可能である(210)。
移動局100が作業領域160に対して再び移動される場合、処理が繰り返される、すなわち、方位センサから受信されるデータ(204)が新たな変換行列(T2_0)を生成するのに使用され(206)、これは音響受信機120の位置の変化を補正するのに使用されることが可能である(208)。
加えて、移動局100の無関係な移動の発生源が、移動局100内の方位センサ130からの信号に基づいて検出され、補償され得る。例として、移動局100および電子ペン150が車両内で使用されるとき、無関係な発生源に起因する移動局100の移動が検出され得、その後、無関係な動きが送信機のマッピングされる位置に及ぼす効果が補正され得る。
その上、加速度計158のような、電子ペン150内の方位センサによって、電子ペン150の移動の無関係な発生源、たとえば、車両または他の発生源によって引き起こされる振動またはジッタが検出され補償され得る。無関係な発生源を示す移動を検出するために、方位センサ130および/または158からの信号が、適切な周波数および/または振幅しきい値と比較され得る。さらに、移動の共通の無関係な発生源を特定するために、移動局100および電子ペン150内の方位センサ130および158からの信号が、互いに比較され得る。
移動の無関係な発生源を示す、方位センサ130および/または158からの信号はその後、送信機152のマッピングされる位置においてその移動を除外し、またはその移動を補正するために使用され得る。
加えて、電子ペン150の位置は、グローバル基準フレームのような外部基準フレームに対して求められ得る。例として、本明細書で論じるように、方位センサ130を使用して外部基準フレームに対する移動局100の位置が分かっていることができ、移動局100に対する電子ペン150の位置が分かる。したがって、電子ペン150の位置が、外部基準フレームに対して求められ得る。一実施形態では、外部基準フレームは、たとえば、衛星測位システムによって定義されるようなグローバル基準フレームであることができ、ここで、移動局100の位置が、SPS受信機131ならびに方位センサ130を使用してグローバル基準フレーム内で分かっている。したがって、電子ペン150の位置が、グローバル基準フレームに対して求められ得る。
その上、移動局100からの距離に加えて、移動局100に対する電子ペン150の向きも求められ得、それによって、電子ペン150の相対的配置が分かる。たとえば、加速度計であり得る方位センサ158、ならびにコンパス、またはジャイロスコープが、電子ペン150の移動局に対する向きを示すために使用され得る。さらに、移動局100内のカメラ133が、たとえば、物体認識、または、電子ペン150上に搭載され得る、1つもしくは複数の発光ダイオード155(図3)もしくはIR送信機154(図3)のような他のタイプのビーコンを使用して電子ペン150の向きを特定するために使用され得る。所望される場合、電子ペン150の向きは、上述のセンサまたは追加のもしくは代替のセンサの組合せを使用して求められ得る。
本発明をその説明のために特定の実施形態に関連して例示したが、本発明はそれらの実施形態に限定されない。本発明の範囲から逸脱せずに様々な適合および修正を施してもよい。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲を上記の説明に限定すべきではない。
10 電子ペンシステム
12 送信機ユニット
14 音響信号
16 トランスデューサ
18 送信機
19 信号
20 受信機
22a マイクロフォン
22b マイクロフォン
24 RF受信機
30 コンピュータ
32 ケーブル
34 ディスプレイ
40 作業領域
100 移動局
110 ユーザインターフェース
112 ディスプレイ
114 キーパッド
116 マイクロフォン
118 スピーカ
120 音響受信機
122 音響受信機マイクロフォン
130 方位センサ
131 SPS受信機
132 IR/RF受信機
133 カメラ
135 移動局制御ユニット
136 プロセッサ
138 メモリ
140 ソフトウェア
142 ハードウェア
144 ファームウェア
146 点計算ユニット
148 座標変換ユニット
150 電子ペン
152 送信機
154 IR/RF送信機
155 発光ダイオード
156 スイッチ
158 方位センサ
160 作業領域
162 図像
162e 電子図像

Claims (34)

  1. 受信機の位置を、前記受信機に取り付けられていない作業領域に対して較正するステップであって、前記受信機は送信機から信号を受信する、較正するステップと、
    前記受信機が前記作業領域に対して移動されるときに、前記受信機に結合される方位センサからデータを受信するステップと、
    前記受信機の前記作業領域に対する移動を補正するために前記方位センサからの前記データを使用して変換行列を生成するステップと、
    前記送信機からの受信信号および前記変換行列を使用して前記送信機の前記作業領域に対する位置を計算およびマッピングするステップと、
    前記送信機の前記マッピングされた位置を表示するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記受信機および前記方位センサは移動局内にある、請求項1に記載の方法。
  3. 前記送信機は筆記具上に搭載される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記筆記具の向きに関する方向信号を受信するとともに、前記筆記具が使用中であることを判定するために前記方向信号を使用するステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記送信機の向きに関する方向信号を受信するとともに、前記送信機の前記受信機に対する前記向きを求めるために前記方向信号を使用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  6. 外部基準フレームにおいて前記受信機の前記位置を求めるステップと、前記送信機の前記受信機に対する前記向き、および前記外部基準フレームにおける前記受信機の前記位置を使用して前記外部基準フレームにおける前記送信機の前記位置を求めるステップとをさらに含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記方位センサは加速度計である、請求項1に記載の方法。
  8. 前記受信機は音響受信機であり、前記送信機は音響送信機である、請求項1に記載の方法。
  9. 前記音響受信機は超音波信号を受信する、請求項8に記載の方法。
  10. 前記受信機の移動の無関係な発生源を補償するために、前記方位センサからの前記受信データを使用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  11. 前記送信機の向きに関する方向信号を受信するとともに、前記送信機の移動の無関係な発生源を補償するために、前記受信された方向信号を使用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  12. 前記受信機の前記作業領域に対するさらなる移動を補正するために前記方位センサからの前記受信データを使用して第2の変換行列を生成するステップと、
    前記送信機上での前記送信機からの受信信号および前記第2の変換行列を使用して前記送信機の前記作業領域に対する前記位置を計算およびマッピングするステップと、
    前記送信機の前記マッピングされた位置を表示するステップと
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  13. 前記受信機の前記位置を較正するステップは、前記受信機が最初の受信機座標系にあるとき、および、前記受信機の前記移動後に前記受信機が新たな受信機座標系にあるときに実行され、前記新たな受信機座標系内の前記送信機の計算された位置を前記最初の受信機座標系内の前記送信機の前記位置に変換するために前記変換行列が使用される、請求項1に記載の方法。
  14. 前記受信機の前記位置を較正するステップは、前記受信機が最初の受信機座標系にあるとき、および、前記受信機の前記移動後に前記受信機が新たな受信機座標系にあるときに実行され、前記最初の受信機座標系内の前記送信機のすでに計算された位置を前記新たな受信機座標系内の位置に変換するために前記変換行列が使用される、請求項1に記載の方法。
  15. 送信機から信号を受信するための受信機と、
    前記受信機の向きの変化を検出するための方位センサと、
    ディスプレイと、
    前記受信機、前記方位センサおよび前記ディスプレイに接続されるプロセッサと、
    前記プロセッサに接続されるメモリと、
    前記メモリ内に保持され、前記プロセッサに、前記受信機の、前記受信機に取り付けられていない作業領域に対する位置を較正させ、前記受信機の前記作業領域に対する移動を補正するために前記方位センサからのデータを使用して変換行列を生成させ、前記受信機によって受信される信号および前記変換行列を使用して、前記送信機の前記作業領域に対する前記位置を計算およびマッピングさせ、前記送信機の前記マッピングされた位置を前記ディスプレイ内に表示させるために、前記プロセッサ内で作動するソフトウェアと
    を備える、移動局。
  16. 前記送信機は筆記具上に搭載される、請求項15に記載の移動局。
  17. 前記送信機からの信号は、前記筆記具の前記向きに関する方向信号を含み、前記ソフトウェアは前記プロセッサに、前記筆記具が使用中であることを判定するために前記受信された方向信号を使用させる、請求項16に記載の移動局。
  18. 前記送信機からの信号は、前記送信機の前記向きに関する方向信号を含み、前記ソフトウェアは前記プロセッサに、前記送信機の前記受信機に対する前記向きを求めるために前記受信された方向信号を使用させる、請求項15に記載の移動局。
  19. 受信される衛星測位システム信号を前記プロセッサに提供するように結合される衛星測位システム受信機をさらに備え、前記ソフトウェアは前記プロセッサに、外部基準フレームにおける前記受信機の前記位置を求めるために前記受信される衛星測位システム信号を使用させ、前記ソフトウェアはさらに、前記プロセッサに、前記送信機の前記受信機に対する前記向き、および前記外部基準フレームにおける前記受信機の前記位置を使用して前記外部基準フレームにおける前記送信機の前記位置を求めさせる、請求項18に記載の移動局。
  20. 前記方位センサは加速度計である、請求項15に記載の移動局。
  21. 前記受信機は音響受信機であり、前記送信機は音響送信機である、請求項15に記載の移動局。
  22. 前記音響受信機は超音波信号を受信する、請求項21に記載の移動局。
  23. 前記受信機の移動の無関係な発生源を補償するために、前記方位センサからの前記データを使用するステップをさらに含む、請求項15に記載の移動局。
  24. 前記送信機からの信号は、前記送信機の前記向きに関する方向信号を含み、前記ソフトウェアは前記プロセッサに、前記送信機の移動の無関係な発生源を補償するために前記受信された方向信号を使用させる、請求項15に記載の移動局。
  25. 前記メモリ内に保持され前記プロセッサ内で作動する前記ソフトウェアは、前記プロセッサに、前記受信機が前記作業領域に対して移動している間は前記送信機の前記位置の計算およびマッピングを中止させる、請求項15に記載の移動局。
  26. 前記メモリ内に保持され前記プロセッサ内で作動する前記ソフトウェアは、前記プロセッサに、前記受信機の前記作業領域に対するさらなる移動を補正するために前記方位センサからの前記データを使用して第2の変換行列を生成させ、前記送信機からの受信信号および前記第2の変換行列を使用して前記送信機の前記作業領域に対する前記位置を計算およびマッピングさせ、前記送信機の前記マッピングされた位置を前記ディスプレイ内に表示させる、請求項15に記載の移動局。
  27. 前記受信機の前記位置の較正は、前記受信機が最初の受信機座標系にあるとき、および、前記受信機の前記移動後に前記受信機が新たな受信機座標系にあるときに実行され、前記新たな受信機座標系内の前記送信機の計算された位置を前記最初の受信機座標系内の前記送信機の前記位置に変換するために前記変換行列が使用される、請求項15に記載の移動局。
  28. 前記受信機の前記位置の較正は、前記受信機が最初の受信機座標系にあるとき、および、前記受信機の前記移動後に前記受信機が新たな受信機座標系にあるときに実行され、前記最初の受信機座標系内の前記送信機のすでに計算された位置を前記新たな受信機座標系内の位置に変換するために前記変換行列が使用される、請求項15に記載の移動局。
  29. 受信機の位置を、前記受信機に取り付けられていない作業領域に対して較正するための手段であって、前記受信機は送信機から信号を受信する、較正するための手段と、
    前記受信機の前記作業領域に対する移動を補償するための手段と、
    前記送信機からの受信信号および前記受信機の前記作業領域に対する移動を補償するための前記手段を使用して前記送信機の前記作業領域に対する前記位置を計算およびマッピングするための手段と、
    前記送信機の前記マッピングされた位置を表示するための手段と
    を備える、システム。
  30. 前記補償するための手段は、
    前記受信機の移動を検出するための手段と、
    前記移動を検出するための手段を使用して前記較正された位置から新たな位置への変換行列を生成するための手段と
    を備える、請求項29に記載のシステム。
  31. 前記送信機は筆記具上に搭載される、請求項29に記載のシステム。
  32. 前記受信機は音響受信機であり、前記送信機は音響送信機である、請求項29に記載のシステム。
  33. 前記音響受信機は超音波信号を受信する、請求項32に記載のシステム。
  34. プロセッサにより実行可能なプログラムコードを記録したコンピュータ可読記録媒体であって、
    受信機の、前記受信機に取り付けられていない作業領域に対する位置を較正するためのプログラムコードと、
    前記受信機の前記作業領域に対する移動を補正するために方位センサからのデータを使用して変換行列を生成するためのプログラムコードと、
    前記受信機によって受信される信号および前記変換行列を使用して送信機の前記作業領域に対する前記位置を計算およびマッピングするためのプログラムコードと、
    前記送信機の前記マッピングされた位置を表示するためのプログラムコードと
    を記録する、コンピュータ可読記録媒体。
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