JP2016521874A - 光学的接近センサ - Google Patents
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Abstract
Description
●発明者パー・ローゼングレン、ラース・スパルフ、エリック・ローゼングレン、及びトーマス・エリクソンにより2013年5月30日に出願された“OPTICAL TOUCH SCREEN SYSTEMS USING REFLECTED LIGHT”と題する米国プロビジョナル特許出願第61/828,713号;
●発明者パー・ローゼングレン、ラース・スパルフ、エリック・ローゼングレン、トーマス・エリクソン、ジョセフ・シャイン、ステファン・ホルムグレン、ジョン・カールソン、及びレモ・ベダシュにより2013年6月23日に出願された“OPTICAL GAME ACCESSORIES USING REFLECTED LIGHT”と題する米国プロビジョナル特許出願第61/838,296号;
●発明者リチャード・バーグリンド、トーマス・エリクソン、シモン・フェリン、パー・ローゼングレン、ラース・スパルフ、エリック・ローゼングレン、ジョセフ・シャイン、ステファン・ホルムグレン、ジョン・カールソン、及びレモ・ベダシュにより2013年7月15日に出願された“PROXIMITY SENSOR FOR LAPTOP COMPUTER AND ASSOCIATED USER INTERFACE”と題する米国プロビジョナル特許出願第61/846,089号;
●発明者トーマス・エリクソン、ステファン・ホルムグレン、ジョン・カールソン、レモ・ベダシュ、エリック・ローゼングレン、ラース・スパルフ、及びアレクサンダー・ジュブナーにより2014年1月22日に出願された“CLOUD GAMING USER INTERFACE”と題する米国プロビジョナル特許出願第61/929,992号;
●発明者サイラム・イヤ、カール・エリック・パトリック・ノルドストロム、パー・ローゼングレン、ステファン・ホルムグレン、エリック・ローゼングレン、ロバート・ペターソン、ラース・スパーフ、及びトーマス・エリクソンにより2014年3月30日に出願された“OPTICAL TOUCH SCREEN SYSTEMS”と題する米国プロビジョナル特許出願第61/972,435号;
●発明者サイラム・イヤ、カール・エリック・パトリック・ノルドストロム、ラース・スパーフ、パー・ローゼングレン、エリック・ローゼングレン、トーマス・エリクソン、アレクサンダー・ジュブナー、及びジョセフ・シャインにより2014年4月30日に出願された“OPTICAL TOUCH SCREEN SYSTEMS”と題する米国プロビジョナル特許出願第61/986,341号;及び
●発明者トーマス・エリクソン及びステファン・ホルムグレンにより2013年12月26日に出願された“LIGHT-BASED PROXMITY DETECTION SYSTEM AND USER INTERFACE”と題する米国特許出願第14/140,635号。
ここでは、追跡される物体の位置を決定するために行われる動作を詳細に説明する。上述したように、アクチベートされる放射器ごとに、いずれのPDも、放射器と反射物体との間の距離に基づいて、収束された反射ビームを受け取る。それ故、スクリーン全体をスキャンすることで、PD検出値のテーブルが出力され、その列はLEDに対応し、そしてその行はPDに対応する。従って、10個のLED及び11個のPDを有する検出では、出力テーブルは、11の行と10の列を有し、列1の11の入力は、放射器1がアクチベートされたときに各PDの検出値を含み、列2の11の入力は、放射器2がアクチベートされたときに各PDの検出値を含み、等々である。テーブルIは、生の検出値を含む規範的なテーブルである。
テーブルI:生の検出値
(式1)
但し、iは、r又はdであり、xは、反射位置であり、xsiは、ソースビーム又はセンサ検出線の位置であり、pi(x)は、現在反射距離における典型的なピーク強度であり、そしてAは、振幅である。2つの強度間の商は、次のようになる。
(式2)
式2は、次のように簡単化される。
(式3)
これは、補間座標x
(式4)
及び振幅A
(式5)
を与える。
信号は、最大のものについてフィルタリングされる。最大のものとは、8つの中間隣接部、即ち上、下、左、右、及び4つの対角方向隣接部より大きな信号である。反射物体が、2つの検出信号、即ちアクティブなLEDからオフセット+nにある検出信号及びオフセット−nにある検出信号を発生するタッチ感知エリアの部分について、反射物体により2つの最大信号が発生される。この場合、ある実施形態では、これら2つの最大信号のうち大きい方だけが使用される。図21は、最大信号930を示している。
(式6)
(式7)
但し、αは、補間において検出(t+1)位置に適用される相対的な重みであり、そしてβは、速度がどれほど一定であると仮定されるかを表す。
本発明は、小型サイズ、中間サイズ及び大型サイズのスクリーンを含むタッチ感知スクリーンを伴う電子装置に広く応用される。そのような装置は、特に、コンピュータ、ラップトップ及びコンピュータ用のトラックパッド、ホームエンターテイメントシステム、カーエンターテイメントシステム、セキュリティシステム、PDA、セルラー電話、電子ゲーム及び玩具、デジタルホトフレーム、デジタル楽器、e−ブックリーダー、TV、及びGPSナビゲータを含む。
本発明の実施形態による二重ディスプレイラップトップの簡単な図である図29を参照する。このラップトップは、ヒンジにより接続された2つのパネルを特徴とする。上部パネルは、一次ラップトップディスプレイ131を含む。下部パネルは、ラップトップへの入力装置として使用されるタッチ感知の二次ディスプレイ132を含む。従って、キーパッドは、二次ディスプレイ132上にレンダリングされ、そしてテキストは、表示されたキーに対するユーザのタップにより入力される。タップジェスチャーは、二次ディスプレイとの短時間接触、即ちタッチ・アンド・リリースにより特徴付けられる。従って、タップジェスチャーは、ディスプレイと長く接触し、その間に、接触点がディスプレイに沿って並進移動されることを特徴とする滑走ジェスチャーとは区別できる。従って、テキスト入力に加えて、二次ディスプレイは、ユーザが自分の指を二次ディスプレイ上で滑走させるときに一次ディスプレイ上のマウスカーソルを制御する。
マイクロソフトコーポレーションからのウインドウズ8オペレーティングシステムは、タッチスクリーンの右縁からスイープするか、又はスクリーンの右隅のホットスポットにカーソルを向けることによりアクセスされるチャーム(charms)として知られている垂直ツールバーを特徴とする。WINDOWS(登録商標)は、マイクロソフトコープレーションの登録商標である。チャームツールバーは、システムへのアクセス、及びapp関連機能、例えば、サーチ、シェア、装置管理、設定及びスタートボタンを与える。タッチスクリーンの一次ディスプレイの左縁からスイープするか、又は一次ディスプレイの左上角をクリックすると、appとデスクトップとの間を切り換えることができる。ユーザにとって便利なこれらのスイープジェスチャーを行うために、多くのコンピュータは、アクティブなディスプレイエリアの外側の境界で開始されるスイープジェスチャーをサポートする。本発明の実施形態によれば、一次ディスプレイの縁からのスイープと同じ機能を果たすために別のジェスチャーが与えられる。このジェスチャーは、一次ディスプレイの縁を越えてエアスペースに手を置きそしてその縁に向けて手を動かすことにより行われる。一次ディスプレイのハウジングに手が触れるまでジェスチャーを続ける場合には、ディスプレイの厚みに手が触れる。即ち、ディスプレイの前部をディスプレイの後部に接続するハウジングの縁に手が触れる。しかしながら、手がディスプレイに届く必要はなく、側部からディスプレイに接近する物体の検出は、ジェスチャーとして確認される。
上述したように、本発明の実施形態は、タッチ感知であり且つキーボード入力及びマウス入力の両方に使用される二次ディスプレイを提供する。本発明は、キーボードキー押圧とマウスジェスチャーとの間を区別するための幾つかの方法を提供する。
本発明の実施形態は、線型UIコントローラに沿った方向性滑走ジェスチャーを検出するための低コスト接近センサを提供する。例えば、装置の縁に沿った狭い窓としてボリュームコントローラが実現される。窓に沿って一方向にスライドすると、ボリュームが上がり、そして窓に沿って逆方向にスライドすると、ボリュームが下がる。
本発明の1つの用途は、GOOGLE(登録商標)GLASS(登録商標)のような双方向メガネである。GOOGLE及びGOOGLE GLASSは、カリフォルニア州、マウンティンビューのグーグル・インクの登録商標である。この双方向メガネは、メガネレンズの一方又は両方にヘッドアップディスプレイを含む。この双方向メガネは、典型的に、鼻のブリッジにあるパッド、及び耳に掛けるこめかみアーム(つる)により支持される。ある双方向メガネでは、こめかみアームは、こめかみアームにおけるタップジェスチャー又はスライドジェスチャーによりユーザコマンドを通信できるようにするタッチセンサを含む。
101−103:放射器
130:放射器
132:ディスプレイ
134:トラックパッド
135:キーボード
136:スライダホイール
137:スライダバー
139:液体層
140:光ブロッカー
141:弾力性プラスチック膜
201:PD
202−208:検出器
205、210、211:ホトダイオード
240:ホトダイオード(PD)受光器
301、304、310:光ガイド
302、303:レンズ
311:コリメートレンズ
312:レンズアレイ
320、321:光バリア
401−405、409−413:光ビーム
501、510:タッチセンサバー
512、517:接近センサ
601、602:ケーシング部分
603:PCB
701:コントローラ
702:プロセッサ
901、910:遠隔物体
902、904、906、907、908:位置
912:フラットな画像平面
913、914:点
915:角度
916:対物平面
Claims (32)
- 接近物体の二次元座標を決定するための接近センサにおいて、
ハウジングと、
検出平面に沿って前記ハウジングから光を投射するために前記ハウジングにマウントされた複数の光パルス放射器と、
前記放射器により投射された光の、検出平面内の反射物体による反射を検出するために前記ハウジングにマウントされた複数の一次光検出器と、
前記放射器及び前記一次検出器に対して前記ハウジングにマウント及び配向される複数の一次レンズであって、放射器・検出器の各対に対し、検出平面における位置の一次セットの中から、その放射器・検出器の対に関連した二次元位置に物体が位置されたときに、その対の放射器により放射された光が一次レンズの1つを通過しそして物体により一次レンズの1つを通してその対の検出器へ反射されるようにする複数の一次レンズと、
前記放射器及び前記一次検出器に接続され、放射器・検出器対を同期して共アクチベートし、且つ検出平面における物体の二次元位置を計算するように構成されたプロセッサであって、その計算は、
前記共アクチベートされる放射器・検出器対の中で、検出器が最大量の光を検出する放射器・検出器対を決定し、そしてそれに関連した位置を識別し、
前記共アクチベートされる放射器・検出器対に関連し且つそのように識別された位置に隣接する付加的な位置を決定し、及び
そのように識別された位置及びそのように決定された付加的な位置の重み付けされた平均値を計算する、
ことによって行われ、その平均値における各位置の重みは、その位置に関連した放射器・検出器対に対する反射光ビームの検出の度合いに対応するものであるプロセッサと、
を備えた接近センサ。 - 前記プロセッサは、ハフ変換を使用して検出平面内の物体の位置を計算するように構成され、その計算は、
検出平面内に複数の候補楕円を与え、
検出器が検出信号を発生するところの共アクチベートされた放射器・検出器対を決定し、そしてそれに関連した位置を識別し、
2つの関連位置が隣接している共アクチベートされた放射器・検出器対の2つに対して検出信号を補間して、それら2つの関連位置間の中間位置を決定し、
各中間位置に配向を指定し、この配向は、前記2つの隣接する関連位置を接続する線に垂直であり、
各々の候補楕円に対して、
候補楕円の縁と、中間位置の位置及び配向との間の一致の程度を表す一致値を候補楕円に指定し、及び
そのように指定される一致値の和を計算し、及び
そのように計算された最大の和をもつ候補楕円を、検出平面内の物体の位置であるとして指定する、
ことにより行われる、請求項1に記載の接近センサ。 - 前記プロセッサは、更に、そのように決定された放射器・検出器対の放射器が物体位置計算の一連の時間にわたり同じ放射器であり続けるときに前記一次レンズの1つの光学軸に平行な方向に物体が移動し、そしてその対の検出器により検出される光の量が、付加的な位置の1つに関連した共アクチベートされた対の検出器により検出される光の量に対して、前記計算の一連の時間にわたり同じ比を有すると推測する、請求項1に記載の接近センサ。
- 前記レンズは、各放射器・検出器対について、物体が検出平面内の関連位置にあるときにその対の放射器により放射される光が、物体により、前記一次レンズの1つの光学軸に対して角度θ又は−θで検出器へ反射して戻されるように配向され、そして前記プロセッサは、更に、そのように決定された放射器・検出器対の検出器が物体位置計算の一連の時間にわたり同じ検出器であり続けるときに前記光学軸に対し前記角度θ又は−θに平行な方向に物体が移動し、そしてその対の検出器により検出される光の量が、付加的な位置の1つに関連した共アクチベートされた対の検出器により検出される光の量に対して、前記計算の一連の時間にわたり同じ比を有すると推測する、請求項1に記載の接近センサ。
- 前記共アクチベートされた放射器・検出器対は、
放射器がそのように決定された放射器・検出器対と同じ放射器であるところの少なくとも1つの放射器・検出器対と、
検出器がそのように決定された放射器・検出器対と同じ検出器であるところの少なくとも1つの放射器・検出器対と、
を含む、請求項1に記載の接近センサ。 - 検出平面内の反射物体による投射光の反射を検出するために前記ハウジングにマウントされた複数の二次光検出器を更に備え、放射器と二次検出器との各放射器・検出器対について、その対の放射器により放射された光は、前記一次レンズの1つを通過し、そして物体が二次元位置にあるとき、検出平面内の二次セットの位置の中から、物体により、前記一次レンズの1つを通してその対の検出器へ反射して戻され、前記二次セットの位置は、一次セットの位置とは異なる、請求項1に記載の接近センサ。
- 前記二次セットの位置の隣接位置は、前記一次セットの位置の隣接位置より互いに接近している、請求項6に記載の接近センサ。
- 検出平面内の反射物体による投射光の反射を検出するために前記ハウジングにマウントされた複数の二次光検出器と、
前記放射器及び前記二次検出器に対して前記ハウジングにマウント及び配向された複数の二次レンズであって、放射器と二次検出器との各放射器・検出器対について、その対の放射器により放射された光は、前記一次レンズの1つを通過し、そして物体が二次元位置にあるときに、検出平面内の二次セットの位置の中から、物体により、前記二次レンズの1つを通してその対の検出器へ反射して戻され、前記二次セットの位置は、一次セットの位置とは異なるものである、二次レンズと、
を更に備えた請求項1に記載の接近センサ。 - 前記二次セットの位置の隣接位置は、前記一次セットの位置の隣接位置より互いに接近している、請求項8に記載の接近センサ。
- 前記検出平面は、反射面上を通過し、そして前記一次レンズは、前記放射器により投射された光ビームを前記反射面に対して上方の角度に向けて、その面による投射光の反射を最小にする、請求項1に記載の接近センサ。
- 前記放射器及び一次検出器は、個々のプラスチックケースレンズをもたずに且つ個々の基板をもたずに前記ハウジングにマウントされるダイオードを含む、請求項1に記載の接近センサ。
- 交差する各検出平面に向けられた請求項1に記載の複数の接近センサを含む、接近物体の三次元座標を決定する複数の接近センサ。
- 各接近センサは、別の接近センサが向けられる方向に対して実質的に垂直な方向に向けられる、請求項12に記載の複数の接近センサ。
- スライダコントローラに沿った指の方向性移動を決定する接近センサにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングにマウントされ且つスライダコントローラのための露出した上面を有する多層光透過性カバーであって、このカバーの層間の境界は、不透明又は反射部分により分離された光透過性部分のパターンを含み、そして光透過性部分或いは不透明又は反射部分のサイズは、そのパターンにわたって増加するものである光透過性カバーと、
前記カバーの上層へ光を投射するために前記ハウジングにマウントされた光パルス放射器であって、投射される光は、内部全反射(TIR)により上層に拘束され、前記露出した上面にタッチする指がTIR光を妨害して、光の一部分を、前記パターンにおける光透過性部分を通して、上層の下にあって前記パターンによりそこから分離された第2層へ入り込むようにさせ、前記第2層に入る光の部分は、前記露出した上面にタッチする指の下の光透過性部分のサイズに対応するものである光パルス放射器と、
前記第2層における光の強度を検出するために前記ハウジングにマウントされた光検出器と、
前記パターンにわたって物体の方向性移動を決定するために前記光検出器に接続されたプロセッサであって、移動の方向は、前記光検出器が時間に伴う検出光強度の増加シリーズを検出するか又は減少シリーズを検出することに対応するものであるプロセッサと、
を備えた接近センサ。 - スライダコントローラに沿った物体の方向性移動を決定する接近センサにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングにマウントされ、スライダコントローラのための露出した上面を有し、不透明又は反射部分により分離された光透過性部分のパターンを含む光透過性カバーであって、その光透過性部分或いは不透明又は反射部分のサイズは、そのパターンにわたって増加するものである光透過性カバーと、
前記カバーの上に光を投射するために前記ハウジングにマウントされた光パルス放射器と、
反射物体により前記カバーへ反射される投射光の強度を検出するために前記ハウジングにマウントされた光検出器であって、物体により前記カバーへ反射される光の量は、物体の下の光透過性部分のサイズに依存するものである光検出器と、
前記パターンにわたる物体の方向性移動を決定するために前記光検出器に接続されたプロセッサであって、移動の方向は、前記光検出器が時間に伴う検出光強度の増加シリーズを検出するか又は減少シリーズを検出するかに対応するプロセッサと、
を備えた接近センサ。 - ハウジングと、
インターネットゲームサーバーと通信するために前記ハウジングにマウントされたコミュニケータと、
前記ゲームサーバーから前記コミュニケータによって受け取られたゲームユーザインターフェイス(UI)の一部分をレンダリングするために前記ハウジングにマウントされたディスプレイと、
付近に配置される第2のゲーム装置を検出するために前記ハウジングにマウントされ且つ前記コミュニケータに接続されたセンサと、
を備え、前記コミュニケータは、前記センサによりゲームサーバーに与えられる検出情報を、近傍の第2のゲーム装置に関わりなく通信する、ハンドヘルド電子ゲーム装置。 - 前記センサは接近センサである、請求項16に記載のハンドヘルド電子ゲーム装置。
- 前記接近センサは、ゲーム装置に沿って物体を移動することを含むユーザ入力ジェスチャーを検出するように動作し、そして前記コミュニケータは、前記センサによりゲームサーバーに与えられるジェスチャー情報を通信する、請求項17に記載のハンドヘルド電子ゲーム装置。
- 前記接近センサは、ゲーム装置に沿って検出された物体の二次元位置を決定するように動作し、そして前記コミュニケータは、前記センサによってゲームサーバーに与えられる物体位置情報を通信する、請求項17に記載のハンドヘルド電子ゲーム装置。
- 前記ゲームサーバーは、ゲームUIのどの部分がゲーム装置へ送信するかを、前記コミュニケータにより通信される検出情報に基づいて決定する、請求項16に記載のハンドヘルド電子ゲーム装置。
- 前記センサは、前記ハウジングにマウントされた光検出器であって、第2ゲーム装置にマウントされた光放射器により放射された光を検出する光検出器を含む、請求項16に記載のハンドヘルド電子ゲーム装置。
- 前記第2ゲーム装置の光放射器は、前記第2装置がゲーム装置であることを示す特定のパターンでアクチベートされる、請求項21に記載のハンドヘルド電子ゲーム装置。
- 前記第2ゲーム装置の少なくとも1つの光放射器は、前記第2ゲーム装置内のその相対的位置を示すパターンでアクチベートされる、請求項22に記載のハンドヘルド電子ゲーム装置。
- インターネットゲームサーバーと、
前記ゲームサーバーと各々通信するハンドヘルド電子ゲーム装置である2つ以上のゲーム装置と、
を備え、各ゲーム装置は、
ハウジング、
前記ゲームサーバーと通信するためのコミュニケータ、
前記ゲームサーバーから前記コミュニケータによって受け取られたゲームユーザインターフェイス(UI)の各部分をレンダリングするために前記ハウジングにマウントされたディスプレイ、及び
付近のゲーム装置の存在を検出するために前記ハウジングにマウントされ且つ前記コミュニケータに接続されたセンサ、
を備え、前記ゲームサーバーは、前記ゲーム装置の数に基づいてゲームUIの各部分のサイズを決定する、インターネットゲームシステム。 - 前記ゲームサーバーは、更に、前記ゲーム装置の数に基づき及び各コミュニケータにより通信される検出情報に基づきゲームUIの各部分の寸法を決定する、請求項24に記載のインターネットゲームシステム。
- 前記ゲームサーバーは、ゲーム装置のコミュニケータにより通信される隣接ゲーム装置の存在に関する検出情報に基づき各ゲーム装置へゲームUIの各部分を送信する、請求項24に記載のインターネットゲームシステム。
- 前記ゲームサーバーは、各コミュニケータにより通信される隣接ゲーム装置の存在に関する検出情報に基づいて、ゲームUIの各部分を送信する前に、それら部分の少なくとも1つを回転する、請求項26に記載のインターネットゲームシステム。
- 各ゲーム装置の前記センサは、そのゲーム装置に沿った物体の移動より成るユーザ入力ジェスチャーを検出するように動作する接近センサを含み、前記コミュニケータは、前記接近センサにより与えられるジェスチャー情報を前記ゲームサーバーへ通信し、そして前記ゲームサーバーは、各ゲーム装置のコミュニケータにより通信されるジェスチャー情報を、そのゲーム装置のディスプレイにレンダリングされるゲームUIの部分へマップする、請求項24に記載のインターネットゲームシステム。
- 各ゲーム装置の前記センサは、そのゲーム装置に沿った物体の移動より成るユーザ入力ジェスチャーを検出するように動作する接近センサを含み、前記コミュニケータは、前記接近センサにより与えられるジェスチャー情報を前記ゲームサーバーへ通信し、そして前記ゲームサーバーは、2つのゲーム装置のコミュニケータから通信されるジェスチャー情報を、それら2つのゲーム装置のディスプレイにレンダリングされるゲームUIの各部分に基づいて、1つの連続ジェスチャーとして解釈する、請求項24に記載のインターネットゲームシステム。
- 前記ゲーム装置の数は、2より多く、各ゲーム装置の前記センサは、そのゲーム装置の2つの辺に沿った隣接ゲーム装置を検出するように動作する、請求項24に記載のインターネットゲームシステム。
- 各ゲーム装置の前記センサは、そのゲーム装置のハウジングにマウントされた光検出器であって、隣接ゲーム装置のハウジングにマウントされた光放射器から放射された特定の光パターンを検出する光検出器を含む、請求項24に記載のインターネットゲームシステム。
- 前記特定の光パターンは、隣接ゲーム装置のハウジング内の光放射器の相対的位置を示す、請求項31に記載のインターネットゲームシステム。
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