JP2018152083A - ２次元位置検出システム、及びそのセンサ、方法 - Google Patents

２次元位置検出システム、及びそのセンサ、方法 Download PDF

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Abstract

【課題】２次元位置検出システム、及びそのシステムで使用されるセンサを提供する。
【解決手段】センサ１００は、センサ素子を有する線形アレイセンサ１１４、及び開口プレート１１８を内包する。放射線１１２をいくつかのセンサ素子の上に向ける放射線源１１０を含む。放射線源、又は放射線を遮る物体の方向又は位置が、センサ素子に入射する放射線から推定される。
【選択図】図１

Description

説明される実施形態は、２次元での放射線源又は放射線を遮る物体の位置を検出するための、システム、及び方法に関する。実施形態は、また、そのようなシステム、及び方法で使用するための、センサに関する。
本発明の一部の実施形態は、センサに対する物体の方向を推定するためのセンサを提供する。放射線源は、発生された放射線、又は反射された放射線を、センサに向かって放射する。センサは、開口プレートの背後に線形光学センサアレイを有する。センサアレイは、直線状に配列された複数のセンサ素子を有する。開口プレートは、システムが使用中のとき、放射線源からの放射線がセンサ素子のいくつかだけに到達可能にする、開口を有する。センサからの強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）信号が、放射線が入射するセンサ素子を識別するように構成された、プロセッサに結合される。放射されたセンサ素子の中から中央のセンサ素子が選択され、センサに対する放射線源の方向を推定するために使用される。
別の実施形態は、線形アレイセンサを有するセンサを提供する。複数の放射線源が、線形アレイセンサ内のある範囲のセンサ素子を照射するために提供される。各放射線源からの放射線は、開口プレート内の開口を通過し、センサ素子のいくつかだけを照射する。放射線を遮る要素は、放射線源のいくつからの放射線が、センサ素子のいくつかに到達するのを遮るために使用される。センサ素子に到達する放射線がないことが測定され、センサに対する放射線を遮る要素の方向を推定するために使用される。
別の様態では、１対のセンサが提供される。センサは、互いに対して公知の間隔で配置されている。各センサは、センサに対する（一部の実施形態では）放射線源又は（別の実施形態では）放射線を遮る物体の方向を決定する。放射線源又は放射線を遮る物体の位置は、各センサからの発生源又は物体の方向、及びセンサの公知の相対的な位置決めに基づき、推定される。
別の態様は、検出領域内に置かれた放射線源の方向を推定する方法を提供し、方法は、検出領域に対向し、複数のセンサ素子を有する線形アレイセンサと、検出領域からの放射線が線形アレイセンサに到達するのを遮るために線形アレイセンサと検出領域との間に配置された開口プレートと、放射線源からの放射線がセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、開口プレート内に形成される開口と、を含む放射線センサを提供し、開口を通ってセンサ素子に入射さえた放射線に対応する強度値を含む、線形センサアレイからの強度信号を受け取り、強度信号に基づき方向を決定する、ことを含む。
一部の実施形態では、放射線強度信号は、閾値を超える、少なくとも１つの高い強度値を含み、方向は、少なくとも１つの強度値に基づき決定される。
一部の実施形態では、放射線強度信号は、閾値を超える、ある範囲の高い強度値を含み、方向を決定することは、ある範囲の高い強度値に基づき、中央センサ素子を選択し、中央センサ素子に基づき、方向を決定する、ことを含む。
一部の実施形態では、放射線強度信号は、閾値未満の少なくとも１つの低い強度値を含み、方向は、少なくとも１つの低い強度値に基づき決定される。
一部の実施形態では、放射線強度信号は、閾値未満のある範囲の低い強度値を含み、方向を決定することは、ある範囲の低い強度値に基づき中央センサ素子を選択し、中央センサ素子に基づき方向を決定する、ことを含む。
一部の実施形態では、放射線強度信号は、アナログ信号であり、方向を決定することは、アナログ放射線強度信号を対応する最終放射線強度に変換し、最終放射線強度信号に基づき、方向を決定する、ことを含む。
一部の実施形態では、放射線強度信号は、センサ素子のそれぞれに対応する高い値又は低い値を有するデジタル信号であり、方向を決定することは、ある範囲の高い強度値に基づき、中央センサ素子を選択し、中央センサ素子に基づき、方向を決定する、ことを含む。
一部の実施形態では、放射線強度信号は、各センサ素子に対応する高い値又は低い値を有するデジタル信号であり、方向を決定することは、ある範囲の低い強度値に基づき中央センサ素子を選択し、中央センサ素子に基づき方向を決定する、ことを含む。
一部の実施形態では、放射線強度信号は、方向を決定する前に、不要な値を取り除くためにフィルタされてもよい。
一部の実施形態では、方向を決定することは、ルックアップテーブルで角度を調べる、ことを含む。
一部の実施形態では、方向を決定することは、角度を計算することを含む。
別の態様が、検出領域に対する放射線源の位置を推定する方法を提供し、方法は、検出領域に対応する第１の位置に、第１の位置のセンサを配置し、平面に対応する第２の位置に、第２の位置のセンサを配置することであって、第１及び第２の位置のセンサは、ある距離だけ離間されており、第１の位置のセンサに対する第１の光線を決定し、第２の位置のセンサに対する第２の光線を決定し、放射線源の位置を、第１及び第２の光線の交点にあると推定する、ことを含む。
一部の実施形態では、検出領域は、表示スクリーンの表面である。
一部の実施形態では、検出領域は、書込面の表面である。
一部の実施形態では、放射線源は、第１及び第２の位置のセンサにより検出できる放射線を放射する能動放射線源である。
一部の実施形態では、放射線源は、受動的な反射放射線であり、固定された位置に１つ又は複数の能動放射線源を提供する、ことをさらに含み、受動放射線源は、能動放射線源からの放射線を第１及び第２の位置のセンサの上に反射する。
一部の実施形態では、検出領域は、表示スクリーンの表面である。
一部の実施形態では、検出領域は、書込面の表面である。
別の態様が、検出領域に対する放射線源の位置を推定する方法を提供し、方法は、検出領域に隣接する複数の能動放射線源を提供し、検出領域に対応する第１の位置に、第１の位置のセンサを配置することであって、放射線源の少なくともいくつかにより放射される放射線は、第１の放射線センサの上に入射し、平面に対応する第２の位置に、第２の位置のセンサを配置することであって、放射線源の少なくともいくつかにより放射される放射線は、第２の放射線センサに入射し、第１及び第２の位置のセンサは、ある距離だけ離間されており、第１の位置のセンサに対する第１の光線を決定し、第２の位置のセンサに対する第２の光線を決定し、放射線源の位置が第１及び第２の光線の交点にあると推定する、ことを含む。
一部の実施形態では、能動放射線源の第１のグループからの放射線は、第１の位置のセンサに到達するのを遮られ、放射線源の第２のグループからの放射線は、第２の放射線センサに到達するのを遮られ、第１の光線は、第１のグループに対応し、第２の光線は、第２のグループに対応する。
別の態様は、検出領域に対向し直線状に配列される複数のセンサ素子を有する線形アレイセンサと、検出領域からの放射線が線形アレイセンサに到達するのを遮るために、線形アレイセンサと検出領域との間に配置された開口プレートと、検出領域からの放射線がセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、開口プレート内に形成される開口と、を含む位置のセンサを提供する。
一部の実施形態では、センサは、開口を通ってある範囲のセンサ素子に入射する放射線の強度に対応する放射線強度信号を、線形アレイセンサから受け取るために、線形アレイセンサに結合されるプロセッサと、を含む。
一部の実施形態では、センサは、センサ素子に到達する放射線をフィルタするための光学フィルタを含む。
一部の実施形態では、センサ素子は、検出領域内の放射線源により放射される放射線を感知し、光学フィルタは、放射線源により放射される放射線がセンサ素子に到達可能とするように選択される。
一部の実施形態では、検出領域は、一般に平面であり、センサ素子は、一般に検出領域に平行に直線状に配列される。
一部の実施形態では、プロセッサは、放射線強度信号に応答して、位置のセンサに対する方向を推定する、ように構成される。
本発明のこれら及び別の態様は、本発明の一部の例示的実施形態の説明の形で、以下に説明される。
ここで、本発明のさまざまな実施形態が、図面を参照して説明される。
本発明に係るセンサを図示する。 図１のセンサの一部を切り取った図である。 図１のセンサの断面上面図である。 図１のセンサからの強度信号を図示する。 他の強度信号例を図示する。 他の強度信号例を図示する。 図４の信号に基づく最終強度信号を図示する。 放射線源の位置を推定するためのシステムを図示する。 本発明による第１のホワイトボードシステムを図示する。 図９のホワイトボードシステムと共に使用するための放射線源を図示する。 本発明に係る第２のホワイトボードシステムを図示する。 本発明と共に使用するための反射放射線源を図示する。 本発明による第３のホワイトボードシステムを図示する。 図１３のホワイトボードシステムのセンサからの強度信号を図示する。 図１４の信号に基づく最終強度信号を図示する。 本発明の別の実施形態での強度信号を図示する。
図面は、例示的でしかなく、一定の縮尺では描かれていない。
ここで説明される例示的実施形態は、放射線源、又は放射線を遮る物体の位置を決定するための、光学センサシステム、及び方法に関して詳細を提供する。別の例示的実施形態は、ホワイトボード表面上のペン、又は別の物体の動きを追跡するためのホワイトボードシステムの詳細を説明する。放射線源は、放射線源により発生される放射線を放射線してもよい、又は別の発生源からの放射線を反射してもよい。放射線は、可視光スペクトル内、他の放射線スペクトル、例えば、紫外スペクトル又は赤外スペクトルであってもよい。本明細書で説明される実施形態は、例示的でしかなく、光学センサの別の実施態様及び構成も可能である。
まず、位置のセンサ１００、及び放射線源１１０を図示する図１、図２、及び図３が参照される。放射線源１１０は、センサ１００に入射する放射線１１２を放射する。放射線源は、別の放射線源により生み出された放射線を、単に反射するだけか、放射線源が、放射線を発生させ、次に、その放射線が放射線源から離れて伝播するかに関係なく、放射線源は、放射線を放射するものとして、本明細書では説明される。一部の実施形態では、放射線源１１０は、最初に別の放射線源により生み出された放射線を反射する、受動発生源であってもよい。例えば、放射線源は、放射線をセンサ１００に向けて単に反射する反射源であってもよい。一部の実施形態では、放射線源１１０は、能動放射線源、例えばＬＥＤ、白熱電球、又は別の発生源であってもよい。
センサ１００は、線形センサアレイ１１４、開口プレート１１８、及びプロセッサ１２０を含む。線形センサアレイ１１４は、センサ支持物１２８上に搭載され、センサ支持物１２８は、さらに、ベースプレート１２６上に搭載される。開口プレート１１８も、ベースプレート１２６上に搭載される。
センサアレイ１１４は、直線状に配列される複数のセンサ素子１１６を有する。センサ素子１１６のそれぞれは、放射線源１１０により放射された放射線を感知する。例えば、センサアレイ１１４は、放射線源１１０により放射された可視放射線又は赤外放射線を感知する、線形ＣＭＯＳセンサであってもよい。センサアレイ１１４は、プロセッサ１２０に結合される。センサアレイ１１４は、強度信号１２２をプロセッサ１２０に提供する。
開口プレート１１８は、放射線源１１０により放射された放射線が、センサ素子１１６のいくつかだけに入射するように、開口プレート１１８内に形成される開口１２４を有する。この実施形態では、開口１２４は、スリットであり、放射線源１１０がｚ次元に動かされた場合でも、開口１２４を通って放射線をセンサ１００上に放射されるようにする。別の実施形態では、開口は、穴であってもよく、又は別の形状を有していてもよい。一部の実施形態では、開口の形状（サイズを含む）は、センサ素子１１６の感度、形状、及び間隔に基づき選択されてもよい。
検出領域１１１は、放射線源１１０が、開口１２４を通ってセンサ素子１１６に入射する放射線を放射することができる、空間の範囲である。センサ素子１１６は、一般に、検出領域１１１の平面に平行に配列される。放射線源１１０がセンサ１００に対してｘ又はｙ次元に動くとき、放射線源１１０により放射される放射線は、開口１２４を通過し、異なるセンサ素子１１６に入射する。
一部の実施形態では、センサアレイ１１４に入射する放射線の周波数帯域を制限するために、光学フィルタが使用されてもよい。図２及び図３を参照すると、センサ素子１１６に到達する外来放射線の量を低減するために、光学フィルタが（図２に示されるように）開口１２４の前に、又は開口１２４とセンサアレイ１１４との間に置かれてもよい。例えば、フィルタは、放射線源１１０により放射される放射線に対応する周波数範囲の放射線だけが、センサ素子１１６に到達可能にしてもよい。一部の実施形態では、光学ノッチフィルタが、望ましくない放射線がセンサ素子１１６に到達するのを遮るために、使用されてもよい。光学フィルタを使用することは、例えば強度信号のＳＮ比を増大させることで、センサ１００の動作を改善できる。
図４は強度信号１２２の一例を図示する。強度信号１２２は、センサアレイ１１４により提供されるアナログ信号である。強度信号１２２は、一般に、放射線源１１０からの放射線がほとんど又は全く入射しない大部分のセンサ素子１１６に対応する低い強度レベルを有する。強度信号１２２は、放射線源１１０からの放射線が入射するセンサ素子１１６に対応する比較的高い強度レベルを有する。
さまざまな実施形態では、センサ素子１１６及び開口１２４の寸法及び間隔は、１つ又は少しのセンサ素子１１６だけが、そこに入射する放射線源１１０からの放射線を有するようなものであってもよい。別の実施形態では、開口１２４は、放射線源１１０からの放射線が多数のセンサ素子に入射可能とするように形作られてもよい。
さまざまな実施形態では、強度信号１２２はアナログ信号でも、デジタル信号（又は両方の組み合わせ）であってもよい。強度信号がデジタル信号である実施形態では、特定のアレイ素子に対応する強度レベルに、２つ以上の値があってもよい。例えば、図５は、各センサ素子に入射する放射線が閾値未満か閾値より高いかどうかに応じて、強度信号がハイレベル又はローレベルになる、強度信号１２２を図示する。別の実施形態では、各センサ素子に入射する放射線の強度は、ある範囲の値の中の強度レベルとして報告されてもよい。例えば、図６は、各センサ素子に対して低い値と高い値との間の強度レベルが提供される強度信号を図示する。各センサ素子に対する強度レベルを報告するために、８ビットが提供される場合、低い値は０であってもよく、高いレベルは２５５であってもよい。
図４を再び参照すると、この実施形態では、強度信号１２２は、プロセッサ１２０により最終（ｆｉｎａｌ）強度信号１３６に変換される未加工（ｒａｗ）強度信号である。この実施形態では、プロセッサ１２０は、以下の方法でそうするように構成される。プロセッサ１２０は、まず、放射線のバックグラウンドレベルと放射線源１１０により放射される放射線のより高いレベルとの間を識別するための閾値を推定する。これは、例えば、最も共通する強度レベル（モーダル値（ｍｏｄａｌ ｖａｌｕｅ）を識別し、モーダル強度レベルと未加工強度信号のピークレベルとの間のレベルに閾値を設定する、ことにより行われてもよい。未加工強度信号１２２は、バイモダーダル信号（ｂｉｍｏｄａｌ ｓｉｇｎａｌ）であってもよく、閾値は、２つのモーダル値の間のレベルに設定されてもよい。別の実施形態では、これは、典型的には、バックグラウンド放射線レベルと放射線源１１０により放射される放射線のレベルとの間にある平均強度レベル（平均値を計算することにより行われてもよい。別の実施形態では、閾値レベルは、他の方法で選択されてもよい。閾値レベル１３４は、この例では、以下のように計算される。

閾値レベル１３４＝（ピーク強度レベル−平均強度レベル）＊３０％＋平均強度レベル
図４及び図７を参照すると、最終強度信号１３６は、未加工強度信号において、閾値１３４を超える強度レベルを有したセンサ素子では、高い強度を有し、及び未加工強度信号において、閾値、又は閾値未満の強度レベルを有したセンサ素子では、低い強度レベルを有する。
典型的には、最終強度信号１３６は、開口プレート１１８を通って放射線源１１０からの放射線が入射するセンサ素子において、高いレベルにある、ある範囲の強度レベルを有する。この実施形態では、次に、プロセッサは、最終強度信号１３６が高いレベルを有する範囲のセンサ素子の真ん中において、中央センサ素子を識別する。図４及び図７の例では、センサアレイは、４０９６のセンサ素子を有し、センサ素子２８８３から２９０５までの強度レベルは、最終強度信号１３６において高い。センサ素子２８９４は、図３で示されるように、中央素子である。
一部の実施形態では、中央の素子は、未加工強度信号から直接計算されてもよい。最終強度信号１３６から中央の素子を選択する工程はまた、図５に図示されるように、２つの値だけを有するデジタル強度信号から、中央の素子を直接計算するために使用されてもよい。別の実施形態では、中央の素子は、別の方法で計算されてもよい。例えば、センサが図４及び図６に示されるように、ある範囲の強度レベルが提供される場合、プロセッサは、最大センサ強度レベルを有するセンサ素子を選択するように構成されてもよい。一部の実施形態では、プロセッサは、不要な値を取り除くために、未加工強度信号又は最終強度信号をフィルタしてもよい。例えば、強度信号は、低い強度レベルにより囲まれた、１つ又は少数のセンサ素子における高い強度レベルを取り除くために、フィルタされてもよい。開口プレート、及びセンサアレイ１１８の配置（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）は、放射線源１１０からの放射線が、センサ素子のグループを照射するように配列されてもよい。放射線源により照射されるべきよりも、少ない素子の小さなグループが高い強度レベルを有し、かつ低い強度レベルを有するセンサ素子により囲まれている場合、素子のグループは、低い強度レベルを有するとして扱われてもよい。
図１を再び参照すると、センサ１００は、ｘ−ｙ平面に対して所定の角度で配置される。この実施形態では、センサ１００は、ｘ及びｙ次元に対して４５°の角度で配置される。プロセッサ１２０は、強度信号１２２を受け取り、放射線源１１０からの放射線がセンサ１００に入射する角度θ（図１）を決定する。
プロセッサ１２０は、中央センサ素子に基づき角度θを決定する。これは、さまざまな幾何学的技法又は計算技法、あるいは技法の組み合わせを使用して行われてもよい。
幾何学的技法が図３に図示されている。プロセッサ１２０は、典型的にはセンサ１００の寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）の範囲内にある、基準点に対する角度θを決定する。一部の実施形態では、基準点は、センサ１００の寸法の外側にあってもよい。この実施形態では、角度θは、開口１２４の中央にある基準点１３０に対して決定される。センサアレイは、開口プレートから距離ｈに置かれ、センサアレイの中央１４０は、基準点１３０の真後ろにある。中央センサ素子２８９４は、センサアレイの中央１４０から距離ｄだけ間隔を置いて配置される。角度θは、以下のように計算されることができる。

∠θ＝∠α＋∠β
＝ｔａｎ−１（ｄ／ｈ）＋４５°
一部の実施形態では、ルックアップテーブルが角度θを決定するために使用されてもよい。角度θは、センサアレイ１１４内のあらゆるセンサ素子１１６に対して前もって計算されてもよく、結果は、プロセッサ１２０にアクセスできるルックアップテーブル内に記憶されてもよい。このとき、中央素子が識別された後に、プロセッサ１２０は、角度θを調べてもよい。
集合的に、基準点１３０及び角度θは、放射線源１１０がセンサ１００に対して配置される光線（ｒａｙ）１３２を明確（ｄｅｆｉｎｅ）にする。
次に、ｘ−ｙ平面に対する放射線源２１０の位置を推定するためのシステム２００を図示する図８が参照される。システム２００は、センサ１００に類似する１対のセンサ２０２及び２０４を含む。センサ２０２は、基準点２３０を有する。光線２３２は、基準点２３０を通過し、ｙ次元から角度θの所にある。センサ２０４は、基準点２３６を有する。光線２４６が基準点２３６を通過し、ｙ次元に対して角度φの所にある。放射線源２１０は、光線２３２及び２４６の交点にある。センサ２０２及び２０４は、それぞれのセンサアレイ２１４及び２４８が強度信号をプロセッサ２２０に提供するように、プロセッサ２２０を共用してもよい。プロセッサ２２０は、光線１３２及び図３に関連して上記で説明される方法で、光線２３２及び２４６を計算する。プロセッサ２２０は、上記で説明された、ルックアップテーブル技法を含む任意の方法で光線を計算してもよい。
光線２３２及び２４６は、ｘ−ｙ平面上にある。プロセッサ２２０は、光線２３２及び２４６が交差する交点２５０を計算する。交点２５０は、放射線源２１０の位置の推定値である。
次に、ホワイトボードシステム３００を図示する図９が参照される。ホワイトボードシステム３００は、１対のセンサ３０２及び３０４を備えるホワイトボード３５２を含む。センサ３０２及び３０４は、システム２００のセンサ２０２及び２０４に類似し、同じ方法で動作する。センサ３０２は、センサ３０２に入射する周囲の放射線の量を低減する、放射線シールド３５４の背後に搭載される。同様に、センサ３０４は、放射線シールド３５６の背後に搭載される。検出領域３１１は、ホワイトボード３５２の表面上にある。放射線源３１０は、検出領域３１１内に配置される。図９の実施形態は、同様に、タッチスクリーン又は電子ホワイトボードを形成するための表示スクリーンと共に使用されてもよい。検出領域３１１は、表示スクリーンの表面上にあり、センサ３０２及び３０４は、表示スクリーンの隣り合った角に搭載される。別の実施形態では、検出領域が、別の書込面又は表示面の表面上であってもよい。
図１０が参照される。放射線源３１０は、放射線を発生させ、放射線を放射線源からすべての方向に放射する。放射線源３１０は、ホワイトボード３５２上に書くために使用されるドライ・イレース・ペン（ｄｒｙ ｅｒａｓｅ ｐｅｎ）３５８に搭載される輪３７０である。輪３７０は、電池（図示せず）により電力を供給される複数のＬＥＤ３７２を含む。輪３７０は、任意選択で、異なるドライ・イレース・ペンに搭載するために取り外しできてもよい。ＬＥＤ３７２は、センサ３０２及び３０４により検出される放射線を放射する。
図９を再び参照すると、センサ３０２及び３０４は、基準点３３０及び３３６を有する。センサ３０２及び３０４は、ｘ次元において、距離ｄだけ離間される。基準点３３６は、ｘ−ｙ平面の原点（すなわち点（０、０））に配置される。基準点３３０は、点（０、ｄ）に配置される。放射線源３１０は、点（ｘｐ、ｙｐ）に配置される。
プロセッサ３２０は、センサ３０２及び３０４に結合される。プロセッサ３２０は、上記で説明されるように、角度θ及びφを計算する。放射線源３１０の位置は、以下のように計算される。

プロセッサ３２０は、放射線源３１０の位置を反復して推定するように構成される。ユーザが、ペン３５８を使ってホワイトボード３５２上に書くとき、放射線源３１０は、ペンと一緒に動く。プロセッサ３２０は、ｘ−ｙ平面内の放射線源の動きを追跡する。それぞれの計算された位置が記録され、ユーザによりホワイトボード上に書かれた情報の記録を提供する。
放射線源３１０は、それ自体の放射線を発生させ放射する能動放射線源である。放射される放射線は、可視光であってもよく、又はセンサ３０２及び３０４が、放射される放射線を感知する限り、放射される放射線は、可視スペクトルの外側にあってもよい。
次に、構造及び動作がホワイトボードシステム３００に類似するホワイトボードシステム４００を図示する図１１が参照される。対応する構成要素は、類似する参照符号により識別される。ホワイトボードシステム４００は、ホワイトボードシステム３００と放射線源４１０の性質が異なる。放射線源４１０は、受動的な反射放射線源である。位置を固定された１対の能動放射線源４６２及び４６４が、ホワイトボード４５２のベゼル４６６内に搭載される。各放射線源は、ホワイトボードの書込面４６８のすべて又は大部分にわたり、放射線を放射する。
図１２が参照される。放射線源４１０は、ドライ・イレース・ペン４５８に搭載された反射輪４７０である。反射輪４７０は、異なるドライ・イレース・ペンに搭載するために取り外しできてもよい。一部の実施形態では、反射輪４７０は、反射テープで覆われた外面を有してもよい。別の実施形態では、外面は、磨かれた金属表面であってもよい。
図１０を再び参照すると、能動放射線源４６２により放射された放射線は、線４７４に沿って放射線源４１０に入射し、線４３２に沿ってセンサ４０２まで反射される。能動放射線源４６４により放射された放射線は、線４７８に沿って放射線源４１０に入射し、線４４６に沿ってセンサ４０４まで反射される。プロセッサ４２０は、センサ４０２及び４０４に結合され、ホワイトボードシステム３００に関連して上記で説明されるように放射線源４１０の位置を推定する。ホワイトボードシステム４００は、ペンに搭載された能動放射線源を提供することなく、ペン４５８の動きを追跡することができる。任意選択で、ベゼル４６６は、能動放射線源４６２及び４６４からの放射線が、センサ４０２及び４０４の上へ反射するのを低減するために、色をつけられてもよく、それにより、センサ内のセンサ素子により測定される放射線のベースレベルを低減し、バックグラウンド、又は別の発生源からのベースレベル放射線と比較して、放射線源４１０によりセンサの上に反射される放射線の強度の差を増大させる。
次に、別のホワイトボードシステム５００を図示する図１３が参照される。ホワイトボードシステム５００は、構造及び動作がホワイトボードシステム３００及び４００に類似し、対応する構成要素は、対応する参照符号により識別される。
ホワイトボードシステム５００は、ホワイトボード５５２のベゼル５６６内の固定された位置に、複数の能動放射線エミッタ５６２が搭載される。放射線エミッタ５６２は、センサ５０２及び５０４に入射された放射線を放射する。センサ５０２は、センサ（図３）のような複数のセンサ素子、及び放射線エミッタ５６２のそれぞれからの放射線が、センサ素子の１つ又は一部だけに入射するように、開口プレートを有する。この実施形態では、（ｉ）開口プレート５１８内の開口５２４（図示せず）の形状、ならびに（ｉｉ）能動放射線源５６２の間隔及び強度、ならびに能動放射線源により放射される放射線の発散（又はコリメーション）が、センサ素子に入射する放射線がほぼ等しくなるように選択されてもよい。放射線源の間隔、強度、及び発散又はコリメーションは、ベゼル５６６の周りで異なってもよい。別の実施形態では、間隔、強度、あるいは発散又はコリメーション、あるいはこれらの態様の一部が、放射線源の一部又はすべてに対して同じであってもよい。
ペン（又は別の放射線を遮る物体）５１０が、ホワイトボード５５２の書込面５６８の上を、方々に動にかされる。ペンは、放射線源５６２の一部からの放射線が、センサ素子のいくつかに到達するのを遮る。放射線を遮る物体５１０は、能動放射線源５６２ａからの放射線がセンサ５０２に到達するのを遮り、能動放射線源５６２ｂからの放射線がセンサ５０４に到達するのを遮る。
センサ５０２のセンサアレイ５１４（図示せず）からの未加工強度信号５２２を図示する図１４が参照される。未加工信号５２２は、放射線源５６２からの放射線が入射するセンサ素子に対して、比較的高い強度レベルを有し、放射線からの放射線がペン５５８により遮られるセンサ素子に対して、比較的低い強度レベルを有する。センサ５０２及び５０４は、プロセッサ５２０に結合される。図１５を参照すると、センサ５０２は、閾値レベル５３４を決定し、未加工強度信号５２２を閾値レベル５３４と比較することにより、最終強度信号５３６を生み出す。図１５では、閾値レベル未満の放射線を受け取ったセンサ素子が、最終強度信号で高い強度値を有する。次に、プロセッサ５２０は、最終強度信号１３６、及び図７に関連して上記で説明される方法で、最終強度信号が高い値を有するある範囲のセンサ素子に基づき、中央のセンサ素子を識別する。次に、プロセッサ５２０は、中央のセンサ素子に基づき角度θを決定する。同様に、プロセッサ５２０は、角度φを決定し、センサ５０２、５０４間の距離ｄ、ならびに角度θ及びφに基づきペン５５８の位置を推定する。
図１から図３を参照すると、センサ１００は、異なるセンサ素子１１６に向けられる高い放射線レベルから低い放射線レベルへの遷移に依存する。同様に、センサ５０２及び５０４（図１３）は、異なるセンサ素子５１６（図示せず）に向けられる高い放射線レベルから低い放射線レベルへの遷移に依存する。センサ１００でのベースライン又はバックグラウンド放射線強度レベルは、低いのに対して、センサ５０２では、ベースライン、又はバックグラウンド放射線強度レベルは高いが、両方のセンサは、類似する原理を使用して動作し、放射線源又は放射線遮断物が配置される光線を決定する。
ホワイトボードシステム５００は、ペン、又は放射線源５６２からの放射線がセンサ５０２及び５０４に到達するのを遮る別の機器と共に使用されることができ、ホワイトボード面５６８上の標準的なペン、指、又は別の物体の位置及び動きが推定され、追跡されることができるようにする。
図１３及び図１４を再び参照すると、ホワイトボードシステム５００は、センサ５０２及び５０４内のセンサ素子のそれぞれでの放射線強度が、任意の放射線を遮る素子がないときと、ほぼ同じとなるように構成される。
別の実施形態では、放射線源５６２からセンサ素子５１６に到達する放射線の強度はより大きく変動してもよい。図１６は、センサ素子全体の放射線強度レベルがバランスのとれていなかった一実施形態でのセンサからのいくつかの未加工強度信号を図示する。強度信号６２２ａは、任意の放射線を遮る物体例えばペンがないときに、異なるセンサ素子に入射する放射線の比較的高い変動性を図示する。強度信号６２２ｂは、放射線遮断物体を使用して放射線源５６２からの放射線がセンサ素子のいくつかに到達するのを遮る効果を図示する。この実施形態では、プロセッサは、ホワイトボードシステムの始動段階中の強度信号６２２ａを記録し、記録された強度信号をベースラインとして使用する。継続する動作中、センサアレイから受信される強度信号、例えば強度信号６２２ｂが、強度信号の変化を識別するために、記録されたベースライン強度信号と比較される。ベースライン強度信号６２２ａと強度信号６２２ｂとの間の差が、差分強度信号６２２ｃとして示される。差分強度信号６２２ｃは、しきいレベルを決定するために、及び中央のセンサ素子を決定するための未加工の強度信号として使用される。
本発明は、本明細書でほんの一例として説明された。本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、これらの例示的実施形態に対してさまざまな修正及び変形が行われてもよい。

Claims (18)

  1. 検出領域に対する放射線源の位置を推定する方法であって、
    前記検出領域に対応する第１の位置に、第１の位置のセンサを配置することであって、
    前記第１の位置のセンサは、
    前記検出領域に対向し、複数の第１のセンサ素子を有する第１の線形アレイセンサと、
    前記検出領域からの放射線が、前記第１の線形アレイセンサに到達するのを遮るために、前記第１の線形アレイセンサと前記検出領域との間に配置された、第１の開口プレートと、
    前記放射線源からの放射線が、前記第１のセンサ素子のうちの少なくとも１つに到達可能とするために、前記第１の開口プレート内に形成された、第１の開口と、
    を含み、
    平面に対応する第２の位置に、第２の位置のセンサを配置することであって、前記第１及び前記第２の位置のセンサは、ある距離だけ離間されており、
    前記第２の位置のセンサは、
    前記検出領域に対向し、複数の第２のセンサ素子を有する第２の線形アレイセンサと、
    前記検出領域からの放射線が、前記第２の線形アレイセンサに到達するのを遮るために、前記第２の線形アレイセンサと前記検出領域との間に配置された、第２の開口プレートと、
    前記放射線源からの放射線が、前記第２のセンサ素子のうちの少なくとも１つに到達可能とするために、前記第２の開口プレート内に形成された、第２の開口と、
    を含み、
    前記第１の開口を通って前記第１のセンサ素子に入射した放射線に対応する強度値を含む第１の放射線強度信号を、前記第１の線形アレイセンサから受け取り、
    前記第１の放射線強度信号に基づき、第１の中央のセンサ素子を選択し、
    前記第１の中央のセンサ素子に基づき、前記第１の位置のセンサに対する、第１の光線を決定し、
    前記第２の開口を通って前記第２のセンサ素子に入射した放射線に対応する強度値を含む第２の放射線強度信号を、前記第２の線形アレイセンサから受け取り、
    前記第２の放射線強度信号に基づき、第２の中央のセンサ素子を選択し、
    前記第２の中央のセンサ素子に基づき、前記第２の位置のセンサに対する、第２の光線を決定し、
    前記放射線源の前記位置は、前記第１の光線及び前記第２の光線の交点にあると推定する、
    ことを含む、方法であって、
    前記放射線源は、受動的な反射放射線であり、
    前記方法は、固定された位置に、１つ又は複数の能動放射線源を提供する、ことをさらに含み、
    前記受動的な反射放射線は、前記能動放射線源からの放射線を、前記第１の位置のセンサ及び第２の位置のセンサの上に反射する、
    方法。
  2. 前記検出領域は、表示スクリーンの表面である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記検出領域は、書込面の表面である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記放射線源は、前記第１の位置のセンサ及び前記第２の位置のセンサにより検出できる放射線を放射する能動放射線源である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第１の放射線強度信号は、第１の閾値を超える、少なくとも１つの第１の信号の高い強度値を含み、
    前記第１の光線は、前記少なくとも１つの第１の信号の高い強度値に基づき決定される、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第２の放射線強度信号は、第２の閾値を超える、少なくとも１つの第２の信号の高い強度値を含み、
    前記第２の光線は、前記少なくとも１つの第２の信号の高い強度値に基づき決定される、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第１の放射線強度信号は、第１の閾値を超える、第１の範囲の高い強度値を含み、
    前記第１の光線を決定することは、前記第１の範囲の高い強度信号値に基づき、前記第１の中央のセンサ素子を選択する、ことを含む、
    請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記第２の放射線強度信号は、第２の閾値を超える、第２の範囲の高い強度値を含み、
    前記第２の光線を決定することは、前記第２の範囲の高い強度信号値に基づき、前記第２の中央のセンサ素子を選択する、ことを含む、
    請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記第１の放射線強度信号は、第１のアナログ放射線強度信号であり、
    前記第１の光線を決定することは、
    前記第１のアナログ放射線強度信号を、対応する第１の最終放射線強度に変換し、
    前記第１の最終放射線強度に基づき、第１の中央のセンサ素子を選択する、
    ことを含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記第２の放射線強度信号は、第２のアナログ放射線強度信号であり、
    前記第２の光線を決定することは、
    前記第２のアナログ放射線強度信号を、対応する第２の最終放射線強度に変換し、
    前記第２の最終放射線強度に基づき、第２の中央のセンサ素子を選択する、
    ことを含む、請求項１から請求項５、請求項９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第１の放射線強度信号は、各前記第１のセンサ素子に対応する、高い値又は低い値を有するデジタル信号であり、
    前記第１の光線を決定することは、第１の範囲の高い強度値に基づき、前記第１の中央のセンサ素子を選択する、ことを含む、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記第２の放射線強度信号は、各前記第２のセンサ素子に対応する、高い値又は低い値を有するデジタル信号であり、
    前記第２の光線を決定することは、第２の範囲の高い強度値に基づき、前記第２の中央のセンサ素子を選択する、ことを含む、
    請求項１から請求項５、請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記第１の光線を決定する前に、不要な値を取り除くために、前記第１の放射線強度信号をフィルタリングする、ことを含む、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記第２の光線を決定する前に、不要な値を取り除くために、前記第２の放射線強度信号をフィルタリングする、ことを含む、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記第１の光線を決定することは、第１のルックアップテーブルで角度を調べる、ことを含む、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記第２の光線を決定することは、第２のルックアップテーブルで角度を調べる、ことを含む、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記第１の光線を決定することは、角度を計算する、ことを含む、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記第２の光線を決定することは、角度を計算する、ことを含む、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の方法。
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